JPH0814009A - 加圧流動床ボイラ式複合サイクル発電プラントの運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加圧流動床ボイラにおいて高い安全性を保つ
一方、タービンバイパス装置等の容量増加を抑えて機器
構成を簡素にすること。 【構成】 ボイラトリップ信号およびガスタービントリ
ップ信号のいずれかの信号が与えられると、論理回路８
０、８３により蒸気タービンを負荷ランバック運転に移
行させる、動作指令信号が出力される。この信号で加圧
流動床ボイラの燃料弁が全閉し、ガスタービン発電機の
遮断器が開く。一方、蒸気タービントリップ信号が与え
られると、論理回路８２、８５によりタービンバイパス
装置を始動させる動作指令信号が出力される。この信号
で蒸気タービン発電機の遮断器が開き、再熱蒸気逃がし
弁が全開する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加圧流動床ボイラ式複
合サイクル発電プラントに係り、特に加圧流動床ボイラ
およびガスタービンのトリップに対して蒸気タービンを
負荷ランバック運転に移行させ、加圧流動床ボイラでの
発生蒸気が急変するのを抑え、加圧流動床ボイラの安全
性を保つのに好適な運転制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、石炭焚き火力発電プラントの熱効
率の改善を目的とした加圧流動床ボイラ式ガス−蒸気複
合サイクル発電（ＰＦＢＣ）と称される新たな発電方式
が注目されている。この発電方式は加圧容器内に収納し
た流動床ボイラで燃料を燃やし発生した蒸気タービンを
駆動し、ボイラから出る排ガスでガスタービンを駆動し
て電気出力を得るもので、微粉炭をボイラで直接燃焼す
る方式に比べ、高効率で、かつ環境特性にも優れている
という特徴がある。

【０００３】従来から、微粉炭焚きボイラを存する火力
発電プラントにおいては、プラント起動における燃焼性
の改善と、蒸気温度の上昇特性を改善し、起動時間の短
縮を図ることを意図してタービンバイパス装置を使用し
ているが、加圧流動床式ガス−蒸気複合サイクル発電プ
ラントにおいても同じ装置の使用が不可欠になる。

【０００４】従来のタービンバイパス装置の一例を図４
を参照して説明する。通常、タービンパイパス装置は高
圧タービンパイパス系統と低圧タービンパイパス系統と
から構成され、これらを総称してタービンバイパス装置
という。このタービンパイパス装置を使用して蒸気ター
ビンを起動する方法を説明すると、ボイラ１からの蒸気
は主蒸気管２を通って高圧タービンバイパス管３に導か
れ、高圧バイパス弁４により圧力を調節され、減温器５
により温度が下げられて逆止弁の下流側の低温再熱蒸気
管６に流れて行く。この流れは高圧タービン７をバイパ
スすることから高圧タービンバイパス装置と呼ばれ、高
圧タービンバイパス管３、高圧バイパス弁４および減温
器５がこの系統を構成している。減温器５には蒸気温度
を下げるために冷却水調節弁８で流量調節された冷却水
が冷却水管９を通して導入される。

【０００５】蒸気は再熱器１０に送られて加熱されて高
温再熱蒸気管１１から分岐される低圧タービンバイパス
管１２に導かれ、低圧バイパス弁１３により圧力を調節
され、減温器１４によりさらに温度が下げられて復水器
１５に導入される。この再熱蒸気の流れは中圧タービン
１６および低圧タービン１７をバイパスすることから、
低圧タービンパイパス装置と呼ばれ、低圧タービンパイ
パス管１２、低圧バイパス弁１３および減温器１４がこ
の系統を構成している。ここでも、減温器１４には冷却
水調節弁１８で流量調節された冷却水が冷却水管１９を
通して導入される。 このように、タービン起動操作に
おけるタービンバイパス装置の役割はボイラ１あるいは
再熱器１０に給水または再熱蒸気を流しながら、蒸気圧
力および温度を徐々に高めることが可能で、特に蒸気温
度については高圧タービン７、中圧タービン１６、低圧
タービン１７の金属表面との間で温度差がなくなるまで
上昇させる、いわゆるメタルマッチング操作のために欠
かせない装置であるといえる。 このタービンバイパス
装置が使用されるとき、高圧タービン７入口の蒸気加減
弁２０と、中圧タービン１６入口のインターセプト弁２
１とを閉じ、また低温再熱蒸気管６の逆止弁２３の働き
で低温の蒸気の流入が止められる。

【０００６】この後、蒸気条件が各タービン７、１６、
１７で受入れ可能な状態になったとき、蒸気加減弁２０
とインターセプト弁２１とを決められたステップを踏み
ながら開け、タービン速度を徐々に高め、最終的に定格
回転数が保たれるようにする。各タービン７、１６、１
７に負荷としての発電機２４が投入され、徐々に投入負
荷を高めて行き、この過程でタービンバイパス装置の使
用が停止される。蒸気加減弁２０等が開操作されて以
後、蒸気の流れは主蒸気管２、高圧タービン７、低温再
熱蒸気管６、再熱器１０、中圧タービン１６、蒸気管２
５、低圧タービン１７となる。

【０００７】また、ボイラ１にかけて復水ポンプ２６で
昇圧した復水が復水管２７、そして給水ポンプ２８で昇
圧給水が給水管２９を通して供給され、この間低圧給水
加熱器３０で復水が、また高圧給水加熱器３１で給水が
それぞれ加熱される。なお、符号３２は脱気器である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、タービンバ
イパス装置は上記した起動時の働きとは別に、たとえば
プラントで負荷遮断等が発生し、緊急に高圧タービン１
６あるいは中圧タービン１６、低圧タービン１７に流入
する蒸気を処理する必要が生じたときに有効に働くもの
でなければならない。従来、容量の決定においては、こ
の緊急時に扱う蒸気量がどの程度になるかを目安として
決めることが多いが、この場合、特に低圧タービンバイ
パス装置においては蒸気圧力が低く、比容積が大きいた
めに、タービンバイパス蒸気を無理なく取り扱うために
はタービンバイパス管１２、低圧バイパス弁１３および
減温器１４等の機器に大形のものが必要となる。また、
多量の冷却水をタービンバイパス蒸気に注入するには、
復水ポンプ２６を大容量のもので構成しなければならな
い。

【０００９】加圧流動床ボイラ式ガス蒸気複合発電プラ
ントにおいては、ボイラ、ガスタービンおよび蒸気ター
ビン等、プラントの構成機器が何等かの理由で停止を強
いられたときにボイラの安全性が保たれることを最優先
に考える必要があり、このためにタービンバイパス装置
に関係する上記した機器の一層の大形化、大容量化が避
けられない。

【００１０】しかし、こうした大形化、大容量化は必然
的に設備費の増加を招き、またプラント運転上、無駄な
動力費等の発生をもたらすことになり、容量を抑えられ
るものは容量増加を伴わない簡素な装置で構成すること
が望まれる。

【００１１】本発明の目的は、加圧流動床ボイラにおい
て高い安全性を保つ一方、タービンバイパス装置等の容
量増加を抑えて機器構成を簡素にするようにした加圧流
動床ボイラ式複合サイクル発電プラントの運転制御方法
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による運転制御方
法は、加圧流動床ボイラと、この加圧流動床ボイラの発
生蒸気により駆動される蒸気タービンと、加圧流動床ボ
イラの排ガスにより駆動されるガスタービンと、加圧流
動床ボイラの発生蒸気を蒸気タービンに付設される復水
器に回収するタービンバイパス装置とを備えてなる加圧
流動床ボイラ式複合サイクル発電プラントにおいて、加
圧流動床ボイラおよび／またはガスタービンでトリップ
が発生したとき、加圧流動床ボイラで生成される蒸気を
蒸気タービンに導き、蒸気タービンを負荷ランバック運
転に移行させることを特徴とするものである。

【００１３】また、他の発明に係る運転制御方法は、加
圧流動床ボイラと、この加圧流動床ボイラの発生蒸気に
より駆動される蒸気タービンと、加圧流動床ボイラの排
ガスにより駆動されるガスタービンと、加圧流動床ボイ
ラの発生蒸気を蒸気タービンに付設される復水器に回収
するタービンバイパス装置とを備えてなる加圧流動床ボ
イラ式複合サイクル発電プラントにおいて、タービンバ
イパス装置と連絡する高温再熱蒸気管に再熱蒸気逃がし
弁を設け、蒸気タービンでトリップが発生したとき、タ
ービンパス装置を始動させて加圧流動床ボイラで生成さ
れる蒸気を一部につき、再熱蒸気逃がし弁を開放して系
外に放出しつつ、復水器に回収することを特徴とするも
のである。

【００１４】

【作用】加圧流動床ボイラにおいては、炉内で燃料を燃
焼させて発生した数十気圧のボイラ排ガスをガスタービ
ンに供給している。また同じ炉内のベッド材に伝熱管を
埋めてベッド材からの熱を伝熱管内を流れる給水に伝え
て蒸気を発生させている。

【００１５】このため、炉内のベッド材の出し入れ操作
による炉内充填量の制御に時間がかかるという特徴を踏
まえて適切に対処する必要がある。つまり、加圧流動床
ボイラおよびガスタービンのトリップに対して対処を誤
ると、炉内に充填されているベッド材の熱のために伝熱
管が焼損する可能性が高い。さらには、蒸気タービンの
トリップにおいても全く同様のことが起こり得る。

【００１６】本発明に係る運転制御方法は、ベッド材に
蓄えられた熱を一時的に蒸気の発生に用いることを主眼
に運転制御するもので、加圧流動床ボイラおよびガスタ
ービンでトリップが発生したとき、発生蒸気を蒸気ター
ビンに導いて負荷ランバック運転に移行する。このよう
にすることで加圧流動床ボイラにおける発生蒸気量を確
保し、ベッド材の熱を伝熱管内を流れる給水および蒸気
で伝えて伝熱管が過熱状態に陥るのを防止する。

【００１７】一方、蒸気タービンでトリップが発生した
ときには、高圧および低圧タービンバイパス装置を始動
させる。ここでも、この始動により蒸気がタービンバイ
パス装置を通して復水器に回収するので、蒸気発生量が
落ち込むことがない。加圧流動床ボイラにおける発生蒸
気量を維持しようとすると、高圧および低圧タービンバ
イパス装置の容量増加が必然的になるが、本発明におい
ては、容量増加に対し装置容量の増加によって対処せ
ず、高温の再熱蒸気の一部を再熱蒸気逃がし弁を使って
大気中に放出する。こうして比容積が大きくなる低圧タ
ービンバイパス装置での蒸気流量の減少を図る。このよ
うに、高圧および低圧タービンバイパス装置の効果的な
活用により、加圧流動床ボイラで緊急にベッド材の出し
入れ操作が必要となる場合も伝熱管に焼損を生じないだ
けの給水および蒸気を確保し、安全性が損なわれるのを
防止する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。なお、図４に示される構成と同一のものは同一
の符号を付しており、これらについては説明を省略す
る。

【００１９】図２において、符号３３は加圧流動床ボイ
ラを示しており、この加圧流動床ボイラ３３内に過熱器
３４と再熱器１０とが備えられる。過熱器３４を通る蒸
気は加熱されて主蒸気管２を通して高圧タービン７に供
給され、再熱器１０を通る蒸気は加熱されて高温再熱蒸
気管１１を通って中圧タービン１６に供給される。加圧
流動床ボイラ３３とガスタービン３５入口とは排ガス管
３６によって結ばれており、燃焼を経て生じた排ガスが
ガスサイクル側の原動機であるガスタービン３５に供給
される。ガスタービン３５の排ガスを導く排ガス管３７
の経路に給水を加熱する高圧排ガスクーラ３８と、復水
を加熱する低圧排ガスクーラ３９とが設けられ、排ガス
はそこで給水あるいは復水と熱交換して低温の排ガスと
なり、煙突４０から大気中に放出されるようになってい
る。

【００２０】さらに、ガスタービン３５のタービン軸と
直結している圧縮機４１と発電機４２とが設けられる。
この圧縮機４１の出口は加圧流動床ボイラ３３と高圧空
気管４３によって結ばれて圧縮機４１内で生成される高
圧空気が加圧流動床ボイラ３３に供給される。

【００２１】また、加圧流動床ボイラ３３は、燃料弁４
４と燃料管４５を介して結ばれている。高温再熱蒸気管
１１の経路には再熱蒸気逃がし弁４６が設けられる。

【００２２】加圧流動床ボイラ３３にボイラ緊急冷却装
置４７を設けている。この緊急冷却装置４７は水タンク
４８冷却水ポンプ４９水噴射弁５０および冷却水管５１
から構成されている。

【００２３】なお、図中、符号５２、５３はガスタービ
ンおよび蒸気タービン発電機遮断器を、符号５４は床内
で伝熱管に熱を伝えるベッド材を示している。

【００２４】図３にプラント統括制御装置６０によって
制御される各装置を改めて示している。プラント統括制
御装置６０にはガスタービン出力を検出する負荷検出器
６１および蒸気タービン出力を検出する負荷検出器６２
からの負荷信号出力がそれぞれ入力される。

【００２５】負荷検出器６２のタービン負荷信号は負荷
指令信号との比較のために同時に蒸気タービンを制御装
置６５に出力される。蒸気タービン制御装置６５では負
荷設定回路等による所定の演算を経て、蒸気加減弁制御
信号およびインタセプト弁制御信号がつくられる。

【００２６】プラント統括制御装置６０では、後記の各
回路によってそれぞれ制御信号がつくられる。ガスター
ビン３５および各タービン７、１６、１７のトリップ信
号が入力されると、回路が動作して蒸気タービン制御装
置６５に緊急指令となる動作指令信号、ボイラ燃料弁４
４およびガスタービン発電機４２の遮断器５２に開閉信
号、タービンバイパス制御装置７０に動作指令信号、再
熱蒸気逃がし弁４６および蒸気タービン発電機２４の遮
断器５３に開閉信号が出力されるようになっている。

【００２７】また、タービンバイパス制御装置７０で
は、動作指令信号が与えられると次の信号が出力され
る。高圧タービンバイパス装置の高圧バイパス弁４およ
び冷却水調節弁５に高圧タービンバイパス制御信号、低
圧タービンバイパス装置の低圧バイパス弁１３および冷
却水調節弁１８に低圧タービンバイパス制御信号が出力
される。

【００２８】なお、符号７１は主蒸気圧力を検出する圧
力検出器、符号７２は再熱蒸気圧力を検出する圧力検出
器であって、圧力信号を蒸気タービン制御装置６５およ
びタービンバイパス制御装置７０に出力する。

【００２９】図１はプラント統括制御装置６０の回路の
一実施例を示している。

【００３０】ボイラトリップ信号およびガスタービント
リップ信号は、オア回路８０に直接加えられ、また、そ
れぞれノット回路８１を介してアンド回路８２の２つの
入力端に加えられる。オア回路８０では論理和に従って
条件が満たされたとき、出力信号がアンド回路８３の一
方の入力端に加えられる。アンド回路８３のもう一方の
入力端に蒸気タービントリップ信号がノット回路８４を
介して入力される。

【００３１】アンド回路８２で論理積に従って条件が満
たされたとき、出力信号がアンド回路８５の一方の入力
端に加えられる。もう一方の入力端には蒸気タービント
リップ信号が直接入力される。

【００３２】アンド回路８３で論理積に従って条件が満
たされたとき、蒸気タービン制御装置６５に負荷ランバ
ック運転に移行する動作指令信号が出力される。このと
き、同時にボイラ燃料弁４４および遮断器４７に開閉信
号が出力される。

【００３３】アンド回路８５で論理積に従って条件が満
たされたとき、タービンバイパス制御装置７０にタービ
ンパイパス装置を働かす動作指令信号が出力される。こ
のとき、同時に再熱蒸気逃がし弁４６および遮断器５３
に開閉信号が出力される。

【００３４】さらに、プラント統括制御装置６０に求め
られる最も重要な機能は、加圧流動床ボイラ３３、ガス
タービン３５、各タービン７、１６、１７等の主要機器
が危険にさらされないことである。これらの機器の保護
を目的としてボイラトリップ信号またはガスタービント
リップ信号および蒸気タービントリップ信号がアンド回
路８６に加えられ、オア回路８７を経てプラント全停止
に至る信号が出力される。また、給水ポンプ２８、復水
ポンプ２６の停止等により加圧流動床ボイラ３３への給
水の供給が不可能であるとき、一方循環水ポンプ（図示
せず）の停止等により復水器１５への冷却水の供給が不
可能であるとき出力されるタービン重要補機トリップ信
号がオア回路８７の入力端に加えられ、この場合もプラ
ント全停止に至る信号が出力される。

【００３５】このプラント全停止信号はボイラ緊急冷却
装置４７に対する動作信号として冷却水ポンプ４９およ
び水噴射弁５０を働かすように出力される。

【００３６】なお、図中符号８８はノット回路を示して
いる。

【００３７】加圧流動床ボイラ式複合サイクル発電プラ
ントを構成する主要機器で何等かの理由からトリップが
生じたとき、プラント統括制御装置６０は機器トリップ
信号に基づいて加圧流動床ボイラ３３の燃料弁４４、ガ
スタービン発電機４２の遮断器５２、各タービン７、１
６、１７の高圧および低圧バイパス装置、蒸気タービン
発電機２４の遮断器５３、再熱蒸気逃がし弁４６を制御
する信号を出力する。蒸気タービンすなわちタービン
７、１６、１７が正常に運転中、ボイラトリップ信号お
よびガスタービントリップ信号のいずれかの信号が与え
られると、プラント統括制御装置６０は蒸気タービンを
負荷ランバック運転に移行させる動作指令信号を出力す
る。この信号で燃料弁４４が全閉し、遮断器５２が開
く。

【００３８】また、加圧流動床ボイラ３３およびガスタ
ービン３５が正常に運転中、蒸気タービントリップ信号
が入力されると、プラント統括制御装置６０は高圧ター
ビンバイパス装置の高圧バイパス弁４および減温器５、
低圧タービンバイパス装置の低圧バイパス弁１３および
減温器１４を動作させる動作指令信号を出力する。この
信号で遮断器５３が開き、再熱蒸気逃がし弁４６が全開
する。

【００３９】さらに、ボイラトリップ信号およびガスタ
ービントリップ信号のいずれかの信号と共に蒸気タービ
ントリップ信号が入力されると、プラント全停止とする
ためにプラント統括制御装置６０が燃料弁４４、遮断器
５２、高圧バイパス弁４、減温器５、低圧バイパス弁１
３、減温器１４、遮断器５３に制御信号を出力すると共
に、ボイラ緊急冷却装置４７の冷却水ポンプ４９および
水噴射弁５０に加圧流動床ボイラ３３への冷却水の噴射
を行う制御信号を出力する。

【００４０】上記の実施例においては、加圧流動床ボイ
ラ３３またはガスタービン３５の異常によりこれらの機
器のトリップを強いられたとき、各タービン７、１６、
１７を負荷ランバック運転に移行させるので、高圧ター
ビンバイパス装置および低圧タービンバイパス装置で処
理するタービンパイパス蒸気の流量が全容量よりも少な
い制限された容量にすることができる。したがって、高
圧および低圧タービンバイパス装置を構成する高圧ター
ビンバイパス管３、高圧バイパス弁４、低圧タービンバ
イパス管１２、低圧バイパス弁１３等の容量増加に対し
ても限られた容量増加で応じることが可能になる。

【００４１】低圧タービンバイパス装置では、蒸気の比
容積が大きいことから、高圧タービンバイパス装置との
比較において大量のタービンパイパス、蒸気を扱うこと
への配慮が必要となる。上記実施例においては、再熱器
１０からの高温再熱蒸気管１１の経路に再熱蒸気逃がし
弁４６を設けており、タービンバイパス蒸気の一部を大
気中に放出し、低圧タービンバイパス管１２を流れるタ
ービンバイパス蒸気の流量を減少させる。これにより、
低圧タービンバイパス管１２、低圧バイパス弁１３等の
容量が無制限に大きくなるのを抑える。

【００４２】また一方、蒸気の比容積が小さい高圧ター
ビンバイパス装置においては、意図的に容量を増加し、
高圧タービンバイパス管３の口径を増すことも可能であ
る。こうして、過熱器３４および再熱器１０に必要とさ
れる量の蒸気を流し、加圧流動床ボイラ３３での蒸気の
発生に制限を加えないようにする。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、加圧流動
床ボイラおよび／またはガスタービンでトリップが発生
したとき、蒸気タービンを負荷ランバック運転に移行さ
せた蒸気発生量を確保するようにしたので、加圧流動床
ボイラ内部のベッド材の固着を防止することができる。

【００４４】また本発明は、蒸気タービンでトリップが
発生したとき、タービンバイパス装置を始動させて一部
蒸気は系外に放出しながら復水器に回収するようにした
ので、タービンバイパス装置等の容量増加を抑えること
ができる。

【００４５】したがって、本発明によれば、加圧流動床
ボイラにおける高い安全性を保つことができ、しかも、
タービンバイパス装置等を小形の簡素な機器によって構
成できる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による運転制御方法で使用される回路の
実施例を示すブロック図。

【図２】本発明による加圧流動床ボイラ式複合サイクル
発電プラントの系統図。

【図３】機能ブロックと共に示される図２の複合サイク
ル発電プラントの系統図。

【図４】従来のタービンバイパス装置の一例を示す系統
図。

【符号の説明】

３………高圧タービンパイパス管 ４………高圧バイパス弁 ７………高圧タービン １２………低圧タービンバイパス管 １３………低圧バイパス弁 １６………中圧タービン １７………低圧タービン ３３………加圧流床ボイラ ３５………ガスタービン ４４………燃料弁 ４６………再熱蒸気逃がし弁 ８０、８７…オア回路 ８１、８４、８８…ノット回路 ８２、８３、８５、８６…アンド回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧流動床ボイラと、この加圧流動床ボ
   イラの発生蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記
   加圧流動床ボイラの排ガスにより駆動されるガスタービ
   ンと、前記加圧流動床ボイラの発生蒸気を該蒸気タービ
   ンに付設される復水器に回収するタービンバイパス装置
   とを備えてなる加圧流動床ボイラ式複合サイクル発電プ
   ラントにおいて、前記加圧流動床ボイラおよび／または
   前記ガスタービンでトリップが発生したとき、該加圧流
   動床ボイラで生成される蒸気を前記蒸気タービンに導
   き、該蒸気タービンを負荷ランバック運転に移行させる
   ことを特徴とする加圧流動床ボイラ式複合サイクル発電
   プラントの運転制御方法。
2. 【請求項２】 加圧流動床ボイラと、この加圧流動床ボ
   イラの発生蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記
   加圧流動床ボイラの排ガスにより駆動されるガスタービ
   ンと、前記加圧流動床ボイラの発生蒸気を該蒸気タービ
   ンに付設される復水器に回収するタービンバイパス装置
   とを備えてなる加圧流動床ボイラ式複合サイクル発電プ
   ラントにおいて、前記タービンバイパス装置と連絡する
   高温再熱蒸気管に再熱蒸気逃がし弁を設け前記蒸気ター
   ビンでトリップが発生したとき、前記タービンパス装置
   を始動させて該加圧流動床ボイラで生成される蒸気を一
   部につき、前記再熱蒸気逃がし弁を開放して系外に放出
   しつつ、前記復水器に回収することを特徴とする加圧流
   動床ボイラ式複合サイクル発電プラントの運転制御方
   法。