JPH08177413A - 排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおける主蒸気温度制御装置 - Google Patents

排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおける主蒸気温度制御装置

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JPH08177413A
JPH08177413A JP31871394A JP31871394A JPH08177413A JP H08177413 A JPH08177413 A JP H08177413A JP 31871394 A JP31871394 A JP 31871394A JP 31871394 A JP31871394 A JP 31871394A JP H08177413 A JPH08177413 A JP H08177413A
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンバインドサイクル運転時に蒸気タービン
出力及びガスタービン出力が迅速且つ確実に安定するよ
う過熱蒸気出口温度を制御する。 【構成】 ガスタービン出力PGと蒸気タービン出力PS
に対応し求めたガスタービン出力指令PGOからガスター
ビン出力比αを求め、ガスタービン出力比αから非線形
補償係数βを求め、基準スプレイ水流量指令QA,QB
差をとり求めたガスタービン駆動スプレイ水流量指令Δ
Gに前記係数βを掛けてガスタービン駆動補正スプレ
イ水流量指令QGを求め、過熱蒸気出口温度Tと過熱蒸
気設定出口温度TOの差である過熱蒸気出口温度偏差Δ
Tに対応してスプレイ水補正流量指令QCを求め、基準
スプレイ水流量指令QAとガスタービン駆動補正スプレ
イ水流量指令QGとスプレイ水補正流量指令QCを加算し
て求めたスプレイ水修正流量指令ΣQを基にスプレイ水
流量制御弁11の開度を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、排気再燃型コンバイン
ドサイクルプラントにおける主蒸気温度制御装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、熱効率の向上を図るため、発電機
及び圧縮機を駆動した後のタービン排ガスを燃焼用空気
の一部としてボイラへ送給し、ボイラにおける燃料の燃
焼に供するようにした排気再燃型コンバインドサイクル
プラントが実用化されつつあり、斯かる排気再燃型コン
バインドサイクルプラントにおいては、プラントの出力
に対応して過熱器から送出される主蒸気の温度を制御す
る必要があり、主蒸気温度の制御は過熱器へ導入される
主蒸気に水をスプレイすることにより行っている。
【0003】而して、斯かる排気再燃型コンバインドサ
イクルプラントの一例は図8に示されており、図中、1
は火炉1a及び副側壁1b並に後部伝熱部1cを備えた
ボイラ本体、2は中途部に燃料流量制御弁3が設けられ
た燃料送給管4を通り送給された燃料をボイラ本体1の
火炉1a内に噴射し燃焼させるため火炉1a下部に設置
したバーナ、5は外気をダクト6及び風箱7を介し燃焼
用空気として火炉1a内へ送給する強圧通風機、8はボ
イラ本体1の伝熱部で生成されて主蒸気管9を通り送給
された主蒸気に水をスプレイし得るよう主蒸気管9の中
途部に設けられたスプレイ部、10はスプレイ水流量制
御弁11により制御されつつ送給されたスプレイ水をス
プレイ部8へ送給するためのスプレイ水送給管、12は
ボイラ本体1の副側壁1b内に格納され、スプレイ水を
スプレイされて主蒸気管9を通り送給された主蒸気を過
熱させる過熱器である。
【0004】13は、過熱器12で生成されて過熱蒸気
管14を通り送給された主蒸気により駆動されると共に
発電機15を駆動するようにした蒸気タービンであり、
蒸気タービン13から抽気された蒸気は復水器で水に戻
され、給水ポンプによりボイラ本体1の伝熱部へ循環さ
せ得るようになっている。
【0005】16は燃焼器17から送給された燃焼ガス
により駆動され、発電機18及び圧縮機19を駆動し得
るようにしたガスタービンであり、燃焼器17では、バ
ーナ20から噴射された燃料が圧縮機19から送給され
た圧縮空気と混合し、燃焼し得るようになっている。
【0006】21はガスタービン16から排出されたタ
ービン排ガスをダクト6へ送給し得るよう、ダクト6の
中途部に接続されたダクトであり、ガスタービン16か
ら排出されたタービン排ガスは、ダクト21からダクト
6へ導入され、ダクト6、風箱7を通って火炉1a内へ
送給し得るようになっている。
【0007】上記排気再燃型コンバインドサイクルプラ
ントにおいて、スプレイ部8へスプレイされるスプレイ
水の流量を制御して過熱器12の出口における主蒸気温
度を制御するための主蒸気温度制御装置は図7に示され
ている。
【0008】図中、22は蒸気タービン出力指令PSO
対応して気力単独運転時のスプレイ水流量指令QSSを出
力し得るようにした関数発生器、23は蒸気タービン出
力指令PSOに対応してコンバインドサイクル運転時のス
プレイ水流量指令QSCを出力し得るようにした関数発生
器、24は蒸気タービン出力指令PSOの値に応じて切換
り、関数発生器22からのスプレイ水流量指令QSS又は
関数発生器23からのスプレイ水流量指令QSCを出力し
得るようにした切換器、25はスプレイ水流量制御弁1
1よりもスプレイ水送給方向D1下流側に位置するよ
う、スプレイ水送給管10に接続されたスプレイ水流量
検出器、26は過熱蒸気管14の中途部に接続された過
熱蒸気出口温度検出器、27は過熱蒸気出口温度検出器
26で検出した過熱蒸気の出口温度(過熱蒸気出口温
度)Tと予め設定した過熱蒸気出口温度(過熱蒸気設定
出口温度)TOの差をとり過熱蒸気出口温度偏差ΔTを
求める減算器、28は燃焼器17から与えられた過熱蒸
気出口温度偏差ΔTに基づき該偏差ΔTに略比例したス
プレイ水補正流量指令QCを出力し得るようにした比例
調整器、29は切換器24からのスプレイ水流量指令Q
SS又はQSCと比例調節器28からのスプレイ水補正流量
指令QCを加算してスプレイ水修正流量指令ΣQを出力
するようにした加算器、30は加算器29から与えられ
たスプレイ水修正流量指令ΣQとスプレイ水流量検出器
25で検出したスプレイ水送給管10を流れるスプレイ
水の流量(スプレイ水流量Q)の差をとってスプレイ水
流量偏差ΔQを求め出力する減算器、31は減算器30
からのスプレイ水流量偏差ΔQを比例積分してスプレイ
水流量制御弁開閉指令Xを求め、スプレイ水流量制御弁
11へ与える比例積分調節器である。
【0009】上述の主蒸気温度制御装置の関数発生器2
2には、図9、図10に示すとおり気力単独運転時の蒸
気タービン出力指令PSOとスプレイ水流量指令QSSの関
係を示す関数F1(x)が設定され、関数発生器23に
は、コンバインドサイクル運転時の蒸気タービン出力指
令PSOとスプレイ水流量指令QSCの関係を示す関数F2
(x)が設定されている。
【0010】上述の排気再燃型コンバインドサイクルプ
ラントにおいては、蒸気タービン出力指令PSOが所定の
値よりも低い場合には、蒸気タービン13のみが駆動さ
れる気力単独運転が行われ、蒸気タービン出力指令PSO
が所定の値よりも高い場合には、蒸気タービン13とガ
スタービン16の両方が駆動されるコンバインドサイク
ル運転が行われる。
【0011】而して、気力単独運転の場合はガスタービ
ン16は停止している。このため、ボイラ本体1の火炉
1a内へは、強圧通風機5から吐出された空気のみがダ
クト6、風箱7を通って火炉1a内へ送給され、又燃料
流量制御弁3から燃料送給管4を通り送給された燃料
は、バーナ2から火炉1a内へ噴射されて強圧通風機5
から送給された空気と混合し、燃焼する。
【0012】燃料の燃焼により火炉1aで生成した燃焼
ガスは、火炉1a内を上昇しつつボイラ本体1の伝熱管
を流れる水、蒸気を加熱し、過熱器12を流れる主蒸気
を過熱し、後部伝熱部1cから排ガスとして後処理工程
へ向け排出される。
【0013】ボイラ本体1の伝熱管で生成した蒸気は、
主蒸気として主蒸気管9を通り、スプレイ部8でスプレ
イ水送給管10から送給されるスプレイ水を噴射されて
温度調整され、過熱器12で所定の過熱度に過熱されて
過熱蒸気管14から蒸気タービン13へ送給され、蒸気
タービン13を駆動して後抽気される。又蒸気タービン
13の駆動により発電機15が駆動され、発電が行われ
る。
【0014】一方、気力単独運転時には、切換器24
は、関数発生器22からのスプレイ水流量指令QSSが出
力されるよう切換っており、蒸気タービン出力指令PSO
の大きさに対応した、関数発生器22からのスプレイ水
流量指令QSSは、切換器24を通って加算器29へ与え
られる。
【0015】又、過熱器12で過熱されて過熱蒸気管1
4へ送出された過熱蒸気の温度は過熱蒸気出口温度検出
器26で検出されて過熱蒸気出口温度Tとして減算器2
7へ与えられ、減算器27では、過熱蒸気出口温度Tと
予め設定された過熱蒸気設定出口温度TOが比較されて
過熱蒸気出口温度偏差ΔT(=T−TO)が求められ、
該過熱蒸気出口温度偏差ΔTは比例調節器28へ与えら
れ、該比例調節器28では過熱蒸気出口温度偏差ΔTを
零にするために必要なスプレイ水補正流量指令Q Cが求
められて加算器29へ与えられる。
【0016】加算器29では、切換器24からのスプレ
イ水流量指令QSSと比例調節器28からのスプレイ水補
正流量指令QCが加算されてスプレイ水修正流量指令Σ
Q(=QSS+QC)が求められ、求められたスプレイ水
修正流量指令ΣQは減算器30へ与えられ、スプレイ水
流量検出器25で検出された、スプレイ水送給管10を
流れるスプレイ水の流量は、スプレイ水流量Qとして減
算器30へ与えられる。
【0017】減算器30では、加算器29からのスプレ
イ水修正流量指令ΣQとスプレイ水流量Qの差がとられ
てスプレイ水流量偏差ΔQ(=ΣQ−Q)が求められ、
求められたスプレイ水流量偏差ΔQは、減算器30から
比例積分調節器31へ与えられ、比例積分調整されてス
プレイ水流量制御弁開閉指令Xが求められ、求められた
スプレイ水流量制御弁開閉指令Xはスプレイ水流量制御
弁11へ与えられて該スプレイ水流量制御弁11の開度
が調整される。
【0018】このためスプレイ水流量制御弁11を通り
スプレイ水送給管10からスプレイ部8へスプレイされ
るスプレイ水の流量は、所定の流量に制御され、その結
果、過熱蒸気出口温度検出器26で検出される過熱蒸気
出口温度Tは所望の温度に制御され、蒸気タービン出力
Sは蒸気タービン出力指令PSOに追従する。
【0019】コンバインドサイクル運転時には、蒸気タ
ービン13及びガスタービン16の両方が駆動されてい
る。このため、強圧通風機5から吐出された空気と発電
機18及び圧縮機19を駆動した後ガスタービン16か
ら排出されたタービン排ガスはダクト6の中途部で合流
し、ダクト6から風箱7を経て火炉1a内へ送給され、
バーナ2から噴射された燃料と混合し、燃料の燃焼が行
われる。
【0020】燃料の燃焼により火炉1aで生成した燃焼
ガスの流れは、気力単独運転時と同じであり、後部伝熱
部1cから排ガスとして後処理工程へ向け排出される。
【0021】ボイラ本体1の伝熱管で生成した蒸気の流
れも気力単独運転時と同じであり、主蒸気管9の通過時
にスプレイ部8でスプレイ水をスプレイされて温度調整
された過熱蒸気は、過熱器12へ送給され、所定の温度
に過熱されて蒸気タービン13へ導入され、蒸気タービ
ン13を介して発電機15を駆動し、発電が行われる。
【0022】一方、コンバインドサイクル運転時には、
切換器24は、関数発生器23からのスプレイ水流量指
令QSCが出力されるよう切換っており、蒸気タービン出
力指令PSOの大きさに対応した、関数発生器23からの
スプレイ水流量指令QSCは、切換器24を通って加算器
29へ与えられる。
【0023】又加算器29から比例積分調節器31まで
の信号の処理は気力単独運転の場合と同様に行われ(た
だし、スプレイ水流量指令QSC)、比例積分調節器31
から出力されたスプレイ水流量制御弁開閉指令Xによ
り、スプレイ水流量制御弁11の開度が調整され、スプ
レイ水送給管10からスプレイ部8へスプレイされるス
プレイ水の流量は所定の流量に制御され、その結果、過
熱蒸気出口温度Tは所望の温度に制御される。
【0024】上記排気再燃型コンバインドサイクルプラ
ントで、気力単独運転からコンバインドサイクル運転に
切換え、蒸気タービン出力とガスタービン出力の合計の
出力を所定の値まであげる場合の手順について、蒸気タ
ービン出力PSとガスタービン出力PGの関係を示す図1
1を参照しつつ説明すると以下のようになる。すなわ
ち、蒸気タービン13の駆動による蒸気タービン出力P
Sが定格出力の62%の出力PS62に上昇するまでは、図
11の水平線Iに沿った気力単独運転を行い、蒸気ター
ビン出力PSが定格出力の62%の出力PS62になった
ら、垂線IIに示すように蒸気タービン出力PSを定格
出力の62%の出力PS62に保持した状態でガスタービ
ン16を起動してコンバインドサイクル運転を開始し、
ガスタービン出力PGを定格出力の50%の出力PG50
で上昇させ、ガスタービン出力PGが定格出力の50%
の出力PG50に達したら、斜線IIIに示すごとく、蒸
気タービン出力PS及びガスタービン出力PGを、蒸気タ
ービン出力PSが定格出力の75%の出力PS75になり、
ガスタービン出力PGが定格出力PG100になるまで上昇
させ、ガスタービン出力PGが定格出力PG100に達した
ら、以後は水平線IVに示すように、蒸気タービン出力
Sを定格出力PS100に達するまで上昇させる。
【0025】而して、排気再燃型コンバインドサイクル
プラントにおいて気力単独運転からコンバインドサイク
ル運転に切換える際には、蒸気タービン13とガスター
ビン16の単位時間当りの出力の変化の割合の相違を考
慮すると、両タービン13,16の出力のバランスをと
るためには、図11の線I,II,III,IVに倣っ
て出力を増加させることが望ましく、又過熱器12から
送出された過熱蒸気の過熱蒸気出口温度Tも実際の蒸気
タービン出力PSとガスタービン出力PGが図11の線I
I,III,IVに沿いバランスを保って変更されるよ
う調整することが望ましい。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおける主蒸
気温度制御装置においては、 i) コンバインドサイクル運転に移行した場合も関数
発生器23から出力された、蒸気タービン出力指令PSO
に対応したスプレイ水流量指令QSCを基にスプレイ水流
量制御弁11の開度調整を行っているだけであり、実際
の蒸気タービン出力PSとガスタービン出力PGとは無関
係にスプレイ水流量Qを制御しているため、過熱器12
出口における過熱蒸気出口温度Tの制御性が悪い、 ii) 蒸気タービン13とガスタービン16では単位
時間当たりの出力の増加割合である負荷追従性能が異な
るが、従来のように負荷追従性能の相違を考慮せずにス
プレイを行うのでは両タービン13,16の実際の運転
状態が考慮されていない、 iii) i),ii)により蒸気タービン出力PS
ガスタービン出力PGのバランスが取りにくく、蒸気タ
ービン13及びガスタービン16の何れも安定した定格
出力に達するまでに時間が掛かる、等の問題があった。
【0027】本発明は、上述の実情に鑑み、コンバイン
ドサイクル運転を行う際に蒸気タービン13の運転状態
のみならず、ガスタービン16の運転状態をも考慮し、
蒸気タービン出力PSとガスタービン出力PGがバランス
を保ちつつ迅速に且つ確実に定格出力に達し、しかも定
格出力が安定して維持できるよう、過熱蒸気出口温度T
を制御することを目的としてなしたものである。
【0028】
【課題を解決するための手段】本発明は、ボイラ本体1
の過熱器12により過熱された過熱蒸気により駆動され
且つ発電機15を駆動し得るようにした蒸気タービン1
3と、コンバインドサイクル運転時に燃焼ガスにより駆
動されて発電機18を駆動すると共にタービン排ガスを
ボイラ本体1へ導入される燃料の燃焼に供するためボイ
ラ本体1へ送給し得るようにしたガスタービン16と、
前記過熱器12へ送給される主蒸気に水をスプレイする
スプレイ部8と、を備えた排気再燃型コンバインドサイ
クルプラントにおいて、蒸気タービン13の駆動により
生じた蒸気タービン出力PSに対応してガスタービン出
力指令PGOを出力する関数発生器32と、該関数発生器
32からのガスタービン出力指令PGOとガスタービン1
6の駆動により生じたガスタービン出力PGとの比をと
ってガスタービン出力比αを求める比率演算器33と、
該比率演算器33からのガスタービン出力比αに対応し
た係数βを出力する関数発生器34と、気力単独運転時
及びコンバインドサイクル運転時に蒸気タービン出力指
令PSOに対応して、蒸気タービン13の駆動に伴い必要
となる基準スプレイ水流量指令QAを出力する関数発生
器36と、コンバインドサイクル運転時に蒸気タービン
出力指令PSOに対応して、蒸気タービン13及びガスタ
ービン16の駆動に伴い必要となる基準スプレイ水流量
指令QBを出力する関数発生器37と、関数発生器36
からの基準スプレイ水流量指令QA及び関数発生器37
からの基準スプレイ水流量指令QBの差をとりガスター
ビン駆動スプレイ水流量指令ΔQGを求める減算器38
と、該減算器38からのガスタービン駆動スプレイ水流
量指令ΔQGに前記関数発生器34からの係数βを掛け
てガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令QGを求め
る掛算器39と、過熱器12の出側において過熱蒸気出
口温度Tを検出する過熱蒸気出口温度検出器26と、該
過熱蒸気出口温度検出器26からの過熱蒸気出口温度T
と過熱蒸気設定出口温度TOの差を取り過熱蒸気出口温
度偏差ΔTを求める減算器27と、該減算器27からの
過熱蒸気出口温度偏差ΔTに対応したスプレイ水流量Q
とを求める比例調節器28と、前記関数発生器36から
の基準スプレイ水流量指令QAと掛算器39からのガス
タービン駆動補正スプレイ水流量指令QGと比例調節器
28からのスプレイ水補正流量指令QCとを加算してス
プレイ水修正流量指令ΣQを求める加算器40と、前記
スプレイ部8へスプレイ水を送給するスプレイ水供給管
10を流れるスプレイ水流量Qを検出するスプレイ水流
量検出器25と、前記加算器40からのスプレイ水修正
流量指令ΣQと前記スプレイ水流量検出器25からのス
プレイ水流量Qとの差をとりスプレイ水流量偏差ΔQを
求める減算器30と、該減算器30からのスプレイ水流
量偏差ΔQを比例積分してスプレイ水流量制御弁開閉指
令Xを求め、該スプレイ水流量制御弁開閉指令Xをスプ
レイ水送給管10に設けたスプレイ水流量制御弁11へ
与え、スプレイ水流量制御弁11の開度を調整する比例
積分調節器31とを備えたものである。
【0029】又、本発明では、関数発生器34と掛算器
39との間に変化率制限器35を設けると良い。
【0030】
【作用】コンバインドサイクル運転時には、関数発生器
32では、蒸気タービン13の駆動により得られた蒸気
タービン出力PSからガスタービン出力指令PGOを求
め、比率演算器33出は、ガスタービン16の駆動によ
り得られたガスタービン出力PGとガスタービン出力指
令PGOとの比をとってガスタービン出力比αを求め、減
算器38では、蒸気タービン出力指令PSOから関数発生
器36,37において求めた基準スプレイ水流量指令Q
A,QBの差をとってガスタービン駆動スプレイ水流量指
令ΔQGを求め、掛算器39では、ガスタービン駆動ス
プレイ水流量指令ΔQGに関数発生器34からの係数β
を掛けてガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令QG
を求め、比例調節器28では、過熱蒸気出口温度検出器
26で検出した過熱蒸気出口温度Tと過熱蒸気設定出口
温度TOとの差である過熱蒸気出口温度偏差ΔTに対応
してスプレイ水補正流量指令QCを求め、加算器40で
は、関数発生器36からの基準スプレイ水流量指令QA
と掛算器39からのガスタービン駆動補正スプレイ水流
量指令QGと比例調節器28からのスプレイ水補正流量
指令QCを加算してスプレイ水修正流量指令ΣQを求
め、比例積分調節器31ではスプレイ水修正流量指令Σ
Qとスプレイ水流量検出器25で検出したスプレイ水流
量Qの差である、減算器30で求めたスプレイ水流量偏
差ΔQを比例積分してスプレイ水流量制御弁開閉指令X
を求め、該スプレイ水流量制御弁開閉指令Xによりスプ
レイ水流量制御弁11の開度を調整する。
【0031】このため、コンバインドサイクル運転時に
は、蒸気タービン13とガスタービン16の実際の運転
状態を考慮して過熱蒸気出口温度Tが制御されるため、
過熱蒸気出口温度Tの制御性が良好であり、その結果、
負荷追従性の異なる蒸気タービン13とガスタービンの
出力PS,PGは予め設定した関数に従って容易且つ迅速
にバランスし、蒸気タービン13及びガスタービン16
が定格出力に達するまでの時間も短時間で良い。
【0032】係数βを変化率制限器35を通して掛算器
39に与える場合には、ガスタービン駆動補正スプレイ
水流量指令QGは徐々に変化するため、過熱蒸気出口温
度Tの制御性はより一層良好となり、蒸気タービン出力
Sとガスタービン出力PGをより一層確実にバランスさ
せることができる。
【0033】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつ
つ説明する。
【0034】図1〜図6は本発明の一実施例であり、本
実施例における排気再燃型コンバインドサイクルプラン
ト自体は図8に示す従来のものと同じである。しかし、
本実施例においては、図2に示すように、発電機15か
ら蒸気タービン出力PSを出力し得るようになってお
り、発電機18からガスタービン出力PGを出力し得る
ようになっている。
【0035】又、本実施例における主蒸気温度制御装置
は、図1に示され、図中、32は発電機15からの蒸気
タービン出力PSに対応してガスタービン出力指令PGO
を出力し得るようにした関数発生器、33は関数発生器
32からのガスタービン出力指令PGOにより発電機18
からのガスタービン出力PGを除算してガスタービン出
力比αを求める比率演算器、34は比率演算器33から
のガスタービン出力比αに対応した非線形補償係数βを
求める関数発生器、35は関数発生器34から与えられ
る非線形補償係数βの単位時間当りの変化率が予め定め
た所定の変化率よりも大きい場合にその変化率を制限し
て非線形補償係数βを出力し得るようにした変化率制限
器である。
【0036】36は気力単独運転時及びコンバインドサ
イクル運転時の両方において、蒸気タービン13の駆動
に伴い必要となる蒸気タービン出力指令PSOに対応した
基準スプレイ水流量指令QAを出力する関数発生器、3
7はコンバインドサイクル運転時に蒸気タービン13及
びガスタービン16の駆動に伴い必要となる基準スプレ
イ水流量指令QBを出力する関数発生器、38は関数発
生器36からの基準スプレイ水流量指令QAと関数発生
器37からの基準スプレイ水流量指令QBの差をとり、
ガスタービン駆動スプレイ水流量指令ΔQGを求める減
算器、39は関数発生器34からのガスタービン駆動ス
プレイ水流量指令ΔQGと関数発生器34から変化率制
限器35を経て与えられた非線形補償係数βを掛けるこ
とにより、ガスタービン出力指令PGOと実際のガスター
ビン出力PGの違いに対応して、ガスタービン16の駆
動により増加する必要のあるガスタービン駆動補正スプ
レイ水流量指令QGを求める掛算器、40は関数発生器
36からの基準スプレイ水流量指令QAと、掛算器39
からのガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令Q
Gと、従来の場合と同様、減算器27で求められた過熱
蒸気出口温度偏差ΔTに対応して比例調節器28から与
えられたスプレイ水補正流量指令QCとを加算してスプ
レイ水修正流量指令ΣQを求める加算器であり、加算器
40で求めたスプレイ水修正流量指令ΣQは、従来の場
合と同様、減算器30に与え得るようになっている。
【0037】又、減算器30からは、加算器40で求め
たスプレイ水修正流量指令ΣQとスプレイ水流量検出器
25で検出したスプレイ水流量Qとの差であるスプレイ
水流量偏差ΔQを求めて比例積分調節器31へ与え得る
ようになっており、比例積分調節器31からは、スプレ
イ水流量制御弁開閉指令Xをスプレイ水流量制御弁11
へ与え得るようになっており、過熱蒸気出口温度検出器
26で検出した過熱蒸気出口温度Tは過熱蒸気設定出口
温度TOが設定される減算器27へ与え得るようになっ
ており、これらのことも従来の場合と同じである。
【0038】上記の主蒸気温度制御装置の関数発生器3
2,34,36,37には、図3、図4、図5、図6に
示すごとき関数F3(x),F4(x),F5(x),
F6(x)が設定してある。而して、図3に示す関数F
3(x)は、コンバインドサイクル運転を行う際に両タ
ービン13,16の出力のバランスや負荷追従性の相違
を考慮して決定した蒸気タービン出力PSと蒸気タービ
ン出力PSに対応したガスタービン出力指令PGOとの関
係を表わすものであり、図4に示す関数F4(x)は、
ガスタービン出力指令PGO及び実際のガスタービン出力
Gの比であるガスタービン出力比α=PG/PGOと、該
出力比αにより定まる非線形補償係数βの関係を表わす
ものであり、図5に示す関数F5(x)は、気力単独運
転時或いはコンバインドサイクル運転時において、蒸気
タービン出力指令PSOと、蒸気タービン13の運転に伴
い必要となる蒸気タービン出力指令PSOに対応した基準
スプレイ水流量指令QAの関係を表わすものであり、図
6に示す関数F6(x)は、蒸気タービン出力指令PSO
と、気力単独運転或いはコンバインドサイクル運転に伴
い必要となる、蒸気タービン出力指令PSOに対応したプ
ラント全体の基準スプレイ水流量指令QBの関係を表わ
すものである。なお、図3中、PS62は蒸気タービン出
力PSの定格出力PS100の62%の出力、PS75は同定格
出力PS100の75%の出力、PGO50はガスタービン出力
指令PGOの最大値PGO100の50%の出力指令を表わし
ている。
【0039】本実施例の排気再燃型コンバインドサイク
ルプラントにおいては、蒸気タービン13のみが駆動さ
れる気力単独運転の場合も、蒸気タービン13及びガス
タービン16が駆動されるコンバインドサイクル運転の
場合も、空気、燃料、燃焼ガス、蒸気、タービン排ガス
等の流れは図8に示す従来の場合と同じであるので、説
明を省略する。
【0040】而して、気力単独運転時には、所定の値の
蒸気タービン出力指令PSOが関数発生器36,37に与
えられ、関数発生器36からは、蒸気タービン出力指令
SOに対応した基準スプレイ水流量指令QAが出力され
て加算器40及び減算器38に与えられるが、関数発生
器37からは、基準スプレイ水流量指令QBが出力され
る。このため、減算器38では、QB−QAが求められる
が、気力単独運転時はQA=QBであり、ガスタービン駆
動スプレイ水流量指令ΔQG=0となり、掛算器39へ
は、ガスタービン駆動スプレイ水流量指令ΔQGは与え
られない。なお、QA=QBとなるのは、基準スプレイ水
流量指令QA,QBは何れも気力単独運転時において蒸気
タービン13だけを駆動した場合のスプレイ水流量指令
となるためである。
【0041】一方、蒸気タービン13により駆動される
発電機15の出力は蒸気タービン出力PSとして、関数
発生器32に与えられるが、気力単独運転時には、関数
発生器32からは何等指令が出力されない。又ガスター
ビン16は駆動されていないため発電機18からはガス
タービン出力PGは出力されず、比率演算器33で演算
されるガスタービン出力比αは、PG/PGO=0/0=
0であり、関数発生器34から何等指令は出力されない
(β=0)。従って、掛算器39では、ガスタービン駆
動補正スプレイ水流量指令QG(=0×0)=0とな
り、掛算器39から加算器40へガスタービン駆動補正
スプレイ水流量指令QGが出力されることはない。
【0042】過熱器12で過熱されて過熱蒸気管14へ
送出された過熱蒸気の温度は、過熱蒸気出口温度検出器
26で検出され、過熱蒸気出口温度Tとして減算器27
へ与えられ、減算器27では、過熱蒸気出口温度Tと予
め設定された過熱蒸気設定出口温度TOが比較されて過
熱蒸気出口温度偏差ΔTが求められ、該過熱蒸気出口温
度偏差ΔTは比例調節器28へ与えられ、該比例調節器
28では過熱蒸気出口温度偏差ΔTを零にするために必
要なスプレイ水補正流量指令QCが求められて加算器4
0へ与えられる。
【0043】加算器40では、関数発生器36からの基
準スプレイ水流量指令QAと比例調節器28からのスプ
レイ水補正流量指令QCが加算されてスプレイ水修正流
量指令ΣQ(=QA+QC)が求められ、該スプレイ水修
正流量指令ΣQは減算器30へ与えられ、スプレイ水流
量検出器25で検出された、スプレイ水送給管10を流
れるスプレイ水の流量は、スプレイ水流量Qとして減算
器30へ与えられる。
【0044】減算器30では、加算器40からのスプレ
イ水修正流量指令ΣQとスプレイ水流量Qの差がとられ
てスプレイ水流量偏差ΔQが求められ、該スプレイ水流
量偏差ΔQは減算器30から比例積分調節器31へ与え
られ、比例積分調整されてスプレイ水流量制御弁開閉指
令Xが求められ、求められたスプレイ水流量制御弁開閉
指令Xはスプレイ水流量制御弁11へ与えられてスプレ
イ水流量制御弁11の開度が調整される。
【0045】このため、スプレイ水流量制御弁11を通
り、スプレイ水送給管10からスプレイ部8へスプレイ
されるスプレイ水の流量は、所定の流量に制御され、そ
の結果、過熱器12出側における過熱蒸気出口温度Tは
所望の温度に制御され、蒸気タービン出力PSは蒸気タ
ービン出力指令PSOに追従する。
【0046】コンバインドサイクル運転時には、蒸気タ
ービン13及びガスタービン16の両方が駆動されてい
る。このため、蒸気タービン13により駆動される発電
機15の出力は蒸気タービン出力PSとして関数発生器
32へ与えられ、ガスタービン16により駆動される発
電機18の出力はガスタービン出力PGとして比率演算
器33へ与えられる。
【0047】而して、関数発生器32からは、図3に示
すごとく蒸気タービン出力PSに対応したガスタービン
出力指令PGOが出力されて比率演算器33に与えられ、
比率演算器33では、発電機18からのガスタービン出
力PGがガスタービン出力指令PGOにより除算されてガ
スタービン出力比αが求められ、求められたガスタービ
ン出力比αは関数発生器34へ与えられる。
【0048】関数発生器34では、図4に示すごとく、
ガスタービン出力比αに対応してすなわち、ガスタービ
ン出力指令PGOと実際に発生したガスタービン出力PG
の違いに対応して、非線形補償係数βが求められ、該非
線形補償係数βは変化率制限器35を介して掛算器39
へ与えられる。変化率制限器35においては、単位時間
当りの変化率は予め定めてあるため、非線形補償係数β
は急激に変化することはない。
【0049】又、蒸気タービン出力指令PSOは、関数発
生器36,37に与えられ、関数発生器36からは図5
に示すごとく蒸気タービン出力指令PSOに対応した基準
スプレイ水流量指令QAが出力されて減算器38及び加
算器40に与えられ、関数発生器37からは、図6に示
すごとく、蒸気タービン出力指令PSOに対応した基準ス
プレイ水流量指令QBが出力されて減算器38に与えら
れ、減算器38では、基準スプレイ水流量指令QBとQA
の差がとられて、コンバインドサイクル運転時に蒸気タ
ービン13を駆動することにより増加しなければならな
いスプレイ水の流量指令が、ガスタービン駆動スプレイ
水流量指令ΔQG(=QB−QA)として求められ、該ガ
スタービン駆動スプレイ水流量指令ΔQGは掛算器39
に与えられる。
【0050】掛算器39では、ガスタービン駆動スプレ
イ水流量指令ΔQGと非線形補償係数βが掛けられて、
ガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令QG(=β・
ΔQG)が求められ、該ガスタービン駆動補正スプレイ
水流量指令QGは加算器40に与えられる。
【0051】過熱蒸気出口温度検出器26で検出され
た、過熱蒸気管14内を流れる過熱蒸気の温度は、過熱
蒸気出口温度Tとして減算器27へ与えられ、減算器2
7では、過熱蒸気出口温度Tと予め設定されている過熱
蒸気設定出口温度T0との差がとられて過熱蒸気出口温
度偏差ΔTが求められて比例調節器28へ与えられ、比
例調節器28では、過熱蒸気出口温度偏差ΔTに対応し
て増減すべきスプレイ水補正流量指令QCが求められて
加算器40へ与えられる。
【0052】加算器40では、関数発生器36からの基
準スプレイ水流量指令QAと掛算器39からのガスター
ビン駆動補正スプレイ水流量指令QGと比例調節器28
からのスプレイ水補正流量指令QCを加算してスプレイ
水修正流量指令ΣQ(=QA+QG+QC)が求められ、
求められたスプレイ水修正流量指令ΣQは減算器30に
与えられ、又スプレイ水流量検出器25により検出され
た、スプレイ水送給管10内を流れるスプレイ水の流量
は、スプレイ水流量Qとして減算器30に与えられる。
【0053】減算器30では、加算器40からのスプレ
イ水修正流量指令ΣQと、スプレイ水流量検出器25か
らのスプレイ水流量Qの差がとられてスプレイ水流量偏
差ΔQが求められ、該スプレイ水流量偏差ΔQは比例積
分調節器31で比例積分されてスプレイ水流量制御弁開
閉指令Xが求められ、求められたスプレイ水流量制御弁
開閉指令Xはスプレイ水流量制御弁11へ与えられて該
制御弁11の開度が所定の開度に調整される。
【0054】このため、スプレイ水流量制御弁11を通
り、スプレイ水送給管10からのスプレイ部8へスプレ
イされるスプレイ水の流量は、所定の流量に制御され、
その結果、過熱器12出側における過熱蒸気出口温度T
は所望の温度に制御され、蒸気タービン出力PSは蒸気
タービン出力指令PSOに、又ガスタービン出力PGはガ
スタービン出力指令PGOに、夫々追従する。
【0055】本実施例の排気再燃焼型コンバインドサイ
クルプラントにおいて気力単独運転からコンバインドサ
イクル運転に切換える際には、ガスタービン出力PG
成り行き任せではなく、関数発生器32に設定してある
図3に示す関数F3(x)に基づき制御されることにな
る。すなわち、検出された蒸気タービン出力PSが定格
出力PS100の62%よりも少い出力PS62の場合には、
関数発生器32からはガスタービン出力指令PGOは出力
されないが、蒸気タービン出力PSが定格出力PS100
62%の出力PS62に達すると、ガスタービン出力指令
GOとしてはPG O50が関数発生器32から出力され、比
率演算器33に与えられる。
【0056】しかるに、気力単独運転から、コンバイン
ドサイクル運転に切換った直後には、ガスタービン16
の駆動により発電機18から取出されるガスタービン出
力PGは低いため、比率演算器33で演算されたガスタ
ービン出力比α=PG/PGOは小さい値となり、非線形
補償係数βは大きくなる。従って、非線形補償係数βを
変化率制限器35を通さずに直接掛算器39に与える
と、ガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令QGが急
激に大きくなり、延いては、スプレイ水修正流量指令Σ
Q、スプレイ水流量偏差ΔQ、スプレイ水流量制御弁開
閉指令Xも急激に大きくなる結果、スプレイ水流量制御
弁11が急激に開いてスプレイ水流量も急激に増加し、
又スプレイ水流量が急増すれば過熱蒸気出口温度Tが急
激に低下して減算器27の過熱蒸気出口温度偏差ΔTが
減少若しくはマイナスとなる。
【0057】又、過熱蒸気出口温度偏差ΔTが減少し若
しくはマイナスになると、比例調節器28からのスプレ
イ水補正流量指令QCは減少し、延いてはスプレイ水修
正流量指令ΣQ、スプレイ水流量偏差ΔQ、スプレイ水
流量制御弁開閉指令Xも低下してスプレイ水流量制御弁
11が急激に閉止し、スプレイ水流量Qも急激に減少す
ることになり、過熱蒸気出口温度Tは急激に上昇する。
このため、過熱蒸気出口温度T延いては蒸気タービン出
力PS及びガスタービン出力PGを迅速に安定するような
制御を行うことができない。
【0058】しかるに、変化率制限器35から出力され
る非線形補償係数βの変化率を制限しているため、究極
的には、スプレイ水流量制御弁開閉指令Xの急激な変化
が防止され、スプレイ水流量制御弁11の開閉は徐々に
ゆっくりと行われることになる。従って、過熱蒸気出口
温度Tの変動も大きくならず、迅速に安定した過熱蒸気
出口温度Tを得ることができ、蒸気タービン出力PS
びガスタービン出力PGも迅速に安定するよう、制御が
行われる。従って、ガスタービン出力PGが定格出力P
G100の50%に到達するまでは、図11の直線IIに沿
ってガスタービン出力PGは増加する。
【0059】又、例えばガスタービン出力PGが定格出
力PG100の50%の出力PG50に到達すると、蒸気ター
ビン出力指令PSOは更に高い値に切換えられ、蒸気ター
ビン出力PSはその蒸気タービン出力指令PSOに対応し
て増加し、又ガスタービン出力指令PGOも図3の関数F
3(x)に示すように増加するが、変化率制限器35を
設けて上述のように制御を行うことにより、蒸気タービ
ン出力PSとガスタービン出力PGは図11の線III,
IVに沿って変更される。
【0060】本実施例においては、コンバインドサイク
ル運転を行う場合に、蒸気タービン出力指令PSO及びガ
スタービン出力指令PGOに基いた実際の蒸気タービン出
力P S及びガスタービン出力PGに従い、スプレイ部8に
スプレイするスプレイ水流量を制御し、過熱蒸気出口温
度Tを制御しているため、過熱蒸気出口温度Tの制御性
が良好であり、実際の運転状態を考慮して制御を行って
いるため、バランスのとれた運転を行うことができる。
従って、容易に蒸気タービン出力PSとガスタービン出
力PGのバランスをとることができ、迅速に蒸気タービ
ン出力PSとガスタービン出力PGを安定させることがで
きる。
【0061】なお、本発明の実施例では、スプレイ部8
を1段とする場合について説明したが多段としても実施
できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で
種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【0062】
【発明の効果】本発明の排気再燃型コンバインドサイク
ルプラントにおける主蒸気温度制御装置によれば、請求
項1の場合には、コンバインドサイクル運転を行う際
に、実際の蒸気タービン出力PS及びガスタービン出力
Gを基に過熱蒸気出口温度Tの制御を行っているため
該温度Tの制御性が良好であり、又実際の運転状態を考
慮しているため、容易且つ迅速に過熱蒸気出口温度Tを
所望の温度にでき、延いては、蒸気タービン出力PS
ガスタービン出力PGをバランスをとりつつ迅速に安定
させることができ、請求項2の場合には、過熱蒸気出口
温度Tの制御性はより一層良好となり、蒸気タービン出
力PSとガスタービン出力PGをより一層確実にバランス
させることができる、等種々の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排気再燃型コンバインドサイクルプラ
ントにおける主蒸気温度制御装置の一実施例のブロック
図である。
【図2】図1の主蒸気温度制御装置が適用される排気再
燃型コンバインドサイクルプラントの概略配置図であ
る。
【図3】図1の関数発生器32に設定される蒸気タービ
ン出力PSとガスタービン出力指令PGOとの関係を表わ
すグラフである。
【図4】図1の関数発生器34に設定されるガスタービ
ン出力比PG/PGO=αと非線形補償係数βとの関係を
表わすグラフである。
【図5】図1の関数発生器36に設定される蒸気タービ
ン出力指令PSOと基準スプレイ水流量指令QAとの関係
を表わすグラフである。
【図6】図1の関数発生器37に設定される蒸気タービ
ン出力指令PSOと基準スプレイ水流量指令QBとの関係
を表わすグラフである。
【図7】従来の排気再燃型コンバインドサイクルプラン
トにおける主蒸気温度制御装置の一例のブロック図であ
る。
【図8】図7の主蒸気温度制御装置が適用される排気再
燃型コンバインドサイクルプラントの概略配置図であ
る。
【図9】図7の関数発生器22に設定される気力単独運
転時の蒸気タービン出力指令P SOとスプレイ水流量指令
SSとの関係を表わすグラフである。
【図10】図7の関数発生器23に設定されるコンバイ
ンドサイクル運転時の蒸気タービン出力指令PSOとスプ
レイ水流量指令QSCとの関係を表わすグラフである。
【図11】蒸気タービン出力及びガスタービン出力を上
昇させる場合の蒸気タービン出力PSとガスタービン出
力PGとの関係を表わすグラフである。
【符号の説明】
1 ボイラ本体 8 スプレイ部 10 スプレイ水送給管 11 スプレイ水流量制御弁 12 過熱器 13 蒸気タービン 15 発電機 16 ガスタービン 18 発電機 25 スプレイ水流量検出器 26 過熱蒸気出口温度検出器 27 減算器 28 比例調節器 30 減算器 31 比例積分調節器 32 関数発生器 33 比率演算器 34 関数発生器 35 変化率制限器 36 関数発生器 37 関数発生器 38 減算器 39 掛算器 40 加算器 PSO 蒸気タービン出力指令 T 過熱蒸気出口温度 TO 過熱蒸気設定出口温度 ΔT 過熱蒸気出口温度偏差 QC スプレイ水補正流量指令 ΣQ スプレイ水修正流量指令 Q スプレイ水流量 X スプレイ水流量制御弁開閉指令 ΔQ スプレイ水流量偏差 PGO ガスタービン出力指令 PS 蒸気タービン出力 PG ガスタービン出力 PGO ガスタービン出力指令 α ガスタービン出力比 β 非線形補償係数(係数) QA 基準スプレイ水流量指令 QB 基準スプレイ水流量指令 ΔQG ガスタービン駆動スプレイ水流量指令 QG ガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F22G 5/12 B

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボイラ本体(1)の過熱器(12)によ
    り過熱された過熱蒸気により駆動され且つ発電機(1
    5)を駆動し得るようにした蒸気タービン(13)と、 コンバインドサイクル運転時に燃焼ガスにより駆動され
    て発電機(18)を駆動すると共にタービン排ガスをボ
    イラ本体(1)へ導入される燃料の燃焼に供するためボ
    イラ本体(1)へ送給し得るようにしたガスタービン
    (16)と、 前記過熱器(12)へ送給される主蒸気に水をスプレイ
    するスプレイ部(8)と、を備えた排気再燃型コンバイ
    ンドサイクルプラントにおいて、 蒸気タービン(13)の駆動により生じた蒸気タービン
    出力(PS)に対応してガスタービン出力指令(PGO
    を出力する関数発生器(32)と、 該関数発生器(32)からのガスタービン出力指令(P
    GO)とガスタービン(16)の駆動により生じたガスタ
    ービン出力(PG)との比をとってガスタービン出力比
    (α)を求める比率演算器(33)と、 該比率演算器(33)からのガスタービン出力比(α)
    に対応した係数(β)を出力する関数発生器(34)
    と、 気力単独運転時及びコンバインドサイクル運転時に蒸気
    タービン出力指令(P SO)に対応して、蒸気タービン
    (13)の駆動に伴い必要となる基準スプレイ水流量指
    令(QA)を出力する関数発生器(36)と、 コンバインドサイクル運転時に蒸気タービン出力指令
    (PSO)に対応して、蒸気タービン(13)及びガスタ
    ービン(16)の駆動に伴い必要となる基準スプレイ水
    流量指令(QB)を出力する関数発生器(37)と、 関数発生器(36)からの基準スプレイ水流量指令(Q
    A)及び関数発生器(37)からの基準スプレイ水流量
    指令(QB)の差をとりガスタービン駆動スプレイ水流
    量指令(ΔQG)を求める減算器(38)と、 該減算器(38)からのガスタービン駆動スプレイ水流
    量指令(ΔQG)に前記関数発生器(34)からの係数
    (β)を掛けてガスタービン駆動補正スプレイ水流量指
    令(QG)を求める掛算器(39)と、 過熱器(12)の出側において過熱蒸気出口温度(T)
    を検出する過熱蒸気出口温度検出器(26)と、 該過熱蒸気出口温度検出器(26)からの過熱蒸気出口
    温度(T)と過熱蒸気設定出口温度(TO)の差を取り
    過熱蒸気出口温度偏差(ΔT)を求める減算器(27)
    と、 該減算器(27)からの過熱蒸気出口温度偏差(ΔT)
    に対応したスプレイ水流量(Q)とを求める比例調節器
    (28)と、 前記関数発生器(36)からの基準スプレイ水流量指令
    (QA)と掛算器(39)からのガスタービン駆動補正
    スプレイ水流量指令(QG)と比例調節器(28)から
    のスプレイ水補正流量指令(QC)を加算してスプレイ
    水修正流量指令(ΣQ)を求める加算器(40)と、 前記スプレイ部8へスプレイ水を送給するスプレイ水供
    給管10を流れるスプレイ水流量Qを検出するスプレイ
    水流量検出器25と、 前記加算器(40)からのスプレイ水修正流量指令(Σ
    Q)と前記スプレイ水流量検出器(25)からのスプレ
    イ水流量(Q)との差をとりスプレイ水流量偏差(Δ
    Q)を求める減算器(30)と、 該減算器(30)からのスプレイ水流量偏差(ΔQ)を
    比例積分してスプレイ水流量制御弁開閉指令(X)を求
    め、該スプレイ水流量制御弁開閉指令(X)をスプレイ
    水送給管(10)に設けたスプレイ水流量制御弁(1
    1)へ与え、スプレイ水流量制御弁(11)の開度を調
    整する比例積分調節器(31)とを備えたことを特徴と
    する排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおける
    主蒸気温度制御装置。
  2. 【請求項2】 関数発生器(34)と掛算器(39)と
    の間に変化率制限器(35)を設けた請求項1に記載の
    排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおける主蒸
    気温度制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003521623A (ja) * 2000-02-02 2003-07-15 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト タービンの運転方法及びタービンプラント
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