JPH0932508A - コンバインドサイクルプラント - Google Patents

コンバインドサイクルプラント

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JPH0932508A
JPH0932508A JP18682195A JP18682195A JPH0932508A JP H0932508 A JPH0932508 A JP H0932508A JP 18682195 A JP18682195 A JP 18682195A JP 18682195 A JP18682195 A JP 18682195A JP H0932508 A JPH0932508 A JP H0932508A
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JP
Japan
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steam
plant
load
output
turbine
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Application number
JP18682195A
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English (en)
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Fumiya Kawamura
史也 川村
Takanori Muroboshi
孝徳 室星
Norihisa Wada
憲久 和田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication of JPH0932508A publication Critical patent/JPH0932508A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/101Regulating means specially adapted therefor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】ガスタービンと前記ガスタービンの排熱によっ
て蒸気を発生する排熱回収ボイラと前記ボイラからの蒸
気を動力とする蒸気タービンとが一本の軸に構成される
一軸型コンバインドプラント発電設備の前記ガスタービ
ンの燃料流量制御弁,前記蒸気タービンに流入する蒸気
加減弁,復水器への蒸気流量の制御弁からなるコンバイ
ンドサイクルプラントにおいて、発電機の出力が急速に
低下した場合、軸負荷との偏差発生時に前記蒸気タービ
ンの過速を防止し、プラントの運転を安定させる燃料流
量制御弁および蒸気加減弁によるプラント負荷制御装置
を有する。 【効果】負荷遮断などのガスタービン供給燃料流量によ
る負荷制御可能な範囲を越える急激な負荷減少が発生し
た場合、発電機出力と軸出力の偏差発生を容易に捕え、
ガスタービン及び蒸気タービン出力を安全に急減させる
ためタービンの過速を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一軸型コンバインドサイ
クルプラントにおいて負荷急減により生じる発電機出力
と軸負荷との偏差発生を検知し、蒸気タービン及びガス
タービンの制御によってタービンの過速を抑制すること
に関する。
【0002】
【従来の技術】一軸型コンバインドサイクルプラントに
おける通常運転中の負荷制御は燃料流量制御によってガ
スタービン供給燃料流量、さらには排熱回収ボイラから
発生する蒸気量を制御することで行う。この時、蒸気タ
ービンの効率低下を防ぐため、蒸気加減弁は全開状態に
あり負荷制御は行わない。しかし負荷遮断等の急激な負
荷急減が生じた場合、燃料流量制御弁によりガスタービ
ン供給燃料流量は急速に減少させることが可能である
が、ガスタービンの排ガスから排熱回収ボイラにより発
生した蒸気で動力を得る蒸気タービンでは急激な負荷変
動に対して出力制御の応答に時間遅れが生じる。この時
間遅れによりプラントは一時的に軸負荷が出力を上回る
ことになりタービンは過速する。通常の一軸型コンバイ
ンドサイクルプラントでは軸速度が設定速度上昇率以上
となると蒸気加減弁急閉機構を作動し、蒸気タービンの
出力を喪失させ軸出力,速度を制御する。設定速度上昇
率としては火力技術基準による過速度トリップの設定値
111%以下,タービン速度調定率104〜105%以
上の107%程度が一般的に使用される。
【0003】特開平4−232311 号公報によればプラント
の出力−負荷偏差の発生を未然に検知しタービンの過速
度を防止する方法を採用しており、そのリレーについて
図2に示す。蒸気タービン中間段落圧力が蒸気タービン
出力に比例するため再熱蒸気圧力より蒸気タービン出力
を、供給燃料流量よりガスタービン出力を算出し両者の
和と発電機出力とを比較、ある一定の出力−負荷偏差が
認められた場合蒸気加減弁を急速に全閉、蒸気タービン
の負荷喪失を計ることでタービン速度上昇前に軸出力の
急減を図る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、一軸
型コンバインドサイクルプラントの負荷急減事象発生
時、発電機出力が急速に減少することで軸負荷との偏差
が広がった場合、タービンの過速を未然に検知し迅速に
ガスタービンの負荷制御及び蒸気タービンの負荷喪失を
行いタービン負荷を減少させる際に、ガスタービンの燃
焼を持続させ蒸気タービンが損傷することなくプラント
の運転速度を保持することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のための本
発明のコンバインドサイクルプラント出力−負荷偏差検
出蒸気加減弁閉鎖リレーを図4に示す。蒸気タービンで
中間段落蒸気圧力は蒸気タービン出力に比例し蒸気ター
ビン出力を代表することにより蒸気タービン中間段落蒸
気圧力として再熱蒸気圧力を検知し、蒸気タービン出力
を算出、またコンバインドサイクルプラントでは通常運
転中ガスタービン供給燃料流量によってプラント負荷制
御を行い、プラント負荷率によりガスタービンと蒸気タ
ービンの負荷配分が決定されるため蒸気タービン出力よ
りプラント出力を算出可能である。これら一連の演算を
図3中に関係図1として示す。プラント通常運転中、蒸
気加減弁は熱損失を避けるため全開で運転しているが、
負荷遮断等のプラント負荷急減により発電機出力が急速
に低下し関係図2に示す出力−負荷偏差検出蒸気加減弁
閉鎖リレー設定値以下まで減少した場合、蒸気加減弁を
急速に閉鎖、蒸気タービンに流入する蒸気を遮断し蒸気
タービンの負荷を喪失させることにより軸出力を急減さ
せ、タービンの過速を防止する。
【0006】出力−負荷偏差検出蒸気加減弁閉鎖リレー
設定値は、ガスタービンが燃焼持続可能であり、蒸気タ
ービンが最低負荷以下の運転を行うことのない様に設定
する。
【0007】
【作用】本発明は一軸型コンバインドサイクルプラント
における負荷急減時にガスタービンの燃料流量制御およ
びプラント出力を代表する再熱蒸気圧力を検出してター
ビンの出力を算出し、この算出結果に基づいてガスター
ビンの燃焼を維持しつつガスタービン出力を制御し、蒸
気タービンが最低負荷以下での運転を行うことのない様
に蒸気加減弁を急閉、蒸気タービン出力を喪失すること
により軸出力を急減させ、発電機出力と軸負荷との偏差
から生じるタービンの過速を防止し、プラント負荷急減
後の定格速度運転を可能とする。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1を用いて説明
する。
【0009】コンバインドサイクルプラントの主たる構
成要素は圧縮機1,ガスタービン2,高圧蒸気タービン
3,中圧蒸気タービン4,低圧蒸気タービン5,発電機
6,燃料流量制御弁7,排熱回収ボイラ8,主蒸気加減
弁9,再熱蒸気加減弁10,復水器11,復水ポンプ1
2,燃焼器13,煙突14,プラント負荷制御装置1
5,再熱蒸気圧力検出器16,主蒸気バイパス弁17で
ある。
【0010】圧縮機1によって圧縮された空気は燃焼器
13で燃料と混合され燃焼し、高温の燃焼空気がガスタ
ービン2で膨張させられることによりガスタービン出力
を得る。またガスタービン2からの排ガスを排熱回収ボ
イラ8に導き、熱交換により蒸気を発生させ、発生した
蒸気を高圧タービン3にさらに排熱回収ボイラ8で再加
熱させ、中圧タービン4,低圧タービン5に供給するこ
とにより出力を得る。これらにより得られた出力は発電
機6により回収する。一軸コンバインドサイクルプラン
トではガスタービン2と3種の蒸気タービン及び発電機
6がカップリングにより同一軸で構成されており圧縮機
1の駆動力もこれらタービンの出力から供給する。排熱
回収ボイラ8により熱を回収された排ガスは煙突14よ
り大気に放出され、また低圧タービン5によりエネルギ
回収された蒸気は復水器11で水になり、復水ポンプ1
2により再び排熱回収ボイラ8に供給される。通常運転
中のプラント負荷制御は、プラント負荷制御装置15か
らの信号によって、主蒸気加減弁9,再熱蒸気加減弁1
0は全開、主蒸気バイパス弁17は全閉の状態で、燃料
流量制御弁7を制御することにより行う。
【0011】コンバインドサイクルプラントの負荷構成
を図5に示す。横軸に軸出力24を縦軸にガスタービン
出力19及び蒸気タービン出力20の和である全軸出力
18を示す。一軸型コンバインドサイクルでは全軸出力
18から圧縮機駆動動力21を引いた差が正味軸出力2
3として発電機から出力される。ガスタービン吸入空気
流量が燃空比を一定に保つためにガスタービン負荷と共
に増加するため、それに伴い圧縮機駆動動力21も増加
する。ガスタービンで燃焼を維持するには最低限必要な
燃料流量があり、その最低燃料流量におけるガスタービ
ン出力をガスタービン最低負荷22として表わす。プラ
ント100%負荷運転時に負荷急減が生じた場合につい
て考察するとガスタービン出力19は供給燃料流量制御
弁により供給燃料流量を急速に減少させることにより急
減可能であるが、蒸気タービン出力20は供給燃料流量
を急減させても排熱回収ボイラ8からの発生蒸気の時間
遅れから急速に減少しないことにより負荷急減直後、蒸
気タービン出力20は100%負荷出力を保持するものと
考えられる。また、ガスタービン出力19は燃料流量制
御により急速な負荷減少が可能であるが、ガスタービン
最低負荷22以下に出力減少することはできない。従っ
てガスタービン最低負荷22と負荷急減前蒸気タービン
出力20の和が負荷急減後軸負荷における圧縮機駆動動
力を超える様な負荷急減が発生した場合、余剰エネルギ
27が生じタービンを過速するエネルギとなる。余剰エ
ネルギ27が生じる可能性のあるような負荷急減、即ち
ガスタービンでの制御可能な負荷変化26を超える軸負
荷急減時には蒸気加減弁を急速に閉鎖することで蒸気タ
ービン負荷を喪失させ、余剰エネルギ27の発生を防ぎ
燃料供給流量により迅速な負荷制御可能なガスタービン
出力19のみによる軸負荷制御を行う。
【0012】コンバインドサイクルプラント出力−負荷
偏差検出蒸気加減弁閉鎖リレーを図4に示す。蒸気ター
ビン中間段落蒸気圧力として再熱蒸気圧力を再熱蒸気圧
力検出器16により検出、蒸気タービン出力が再熱蒸気
圧力に比例するため再熱蒸気圧力より蒸気タービン出力
が算出される。またコンバインドサイクルプラントでは
通常運転中、ガスタービンと蒸気タービンの出力比が軸
負荷により決定されていることにより蒸気タービン出力
から軸負荷が算出可能であり、これらの特性を表わす関
係図1により再熱蒸気圧力を軸出力に換算する。次に換
算された軸負荷から負荷急減時に蒸気加減弁9および再
熱蒸気加減弁10を全閉を必要とする出力−負荷偏差を
あらかじめ設定した関係図2によって求める。蒸気ター
ビンでは負荷の低下に伴い蒸気温度が低下し、湿り蒸気
が蒸気タービンに流入、タービンを損傷することを防ぐ
ために蒸気タービン最低負荷が存在する。関係図2では
負荷急減後の負荷が前記図5に示す負荷急減時出力構成
から求められる蒸気加減弁全閉を必要とする負荷変化域
に入る場合および蒸気タービンの最低負荷以下となる場
合に出力負荷偏差検出蒸気加減弁閉鎖リレーが作動する
様、出力−負荷偏差リレー設定値を設定する。プラント
負荷急減により発電機出力が急速に減少、発電機出力が
出力−負荷偏差リレー設定値以下になると出力−負荷偏
差検出蒸気加減弁閉鎖リレーが作動し蒸気加減弁が急
閉、同時にガスタービン供給燃料流量を急速に減少させ
て軸出力を制御することによってタービンの過速を防止
する。
【0013】出力−負荷偏差検出蒸気加減弁閉鎖リレー
作動後プラントは残負荷にて運転を継続、排熱回収ボイ
ラ8が安定した時点でプラント通常運用可能となる。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば一軸型コンバインドサイ
クルプラントの負荷遮断などのガスタービン供給燃料流
量による負荷制御可能な範囲を越える急激な負荷減少が
発生した場合、発電機出力と軸出力の偏差発生を容易に
捕え、ガスタービン及び蒸気タービン出力を安全に急減
させるためタービンの過速を防止する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による弁制御装置を組み込んだコンバイ
ンドサイクル発電プラントの系統図。
【図2】従来のコンバインドサイクルプラントにおける
蒸気加減弁閉鎖リレーの一例を示すブロック図。
【図3】本発明によるコンバインドサイクルプラントの
負荷急減時の出力−負荷偏差検出蒸気加減弁閉鎖リレー
を示す説明図。
【図4】本発明によるコンバインドサイクル発電プラン
トの負荷急減時出力構成状態を示す特性図。
【符号の説明】
1…圧縮機、2…ガスタービン、3…高圧タービン、4
…中圧タービン、5…低圧タービン、6…発電機。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガスタービンと前記ガスタービンの排熱に
    よって蒸気を発生する排熱回収ボイラと前記ボイラから
    の蒸気を動力とする蒸気タービンとが一本の軸に構成さ
    れる一軸型コンバインドプラント発電設備の前記ガスタ
    ービンの燃料流量制御弁,前記蒸気タービンに流入する
    蒸気加減弁,復水器への蒸気流量の制御弁からなるコン
    バインドサイクルプラントにおいて、 発電機の出力が急速に低下した場合、軸負荷との偏差発
    生時に前記蒸気タービンの過速を防止し、プラントの運
    転を安定させる燃料流量制御弁および蒸気加減弁による
    プラント負荷制御装置を有することを特徴とするコンバ
    インドサイクルプラント。
  2. 【請求項2】請求項1において、プラント運転制御を行
    うため、前記発電機よりプラント出力、および蒸気ター
    ビン中間段落圧力検出器より軸負荷を演算する装置を有
    するコンバインドサイクルプラント。
  3. 【請求項3】前記発電機の出力急減時発生する出力−負
    荷偏差を請求項2により演算した信号から検知し、予め
    決めた以上の偏差が発生した場合に請求項1における前
    記燃料流量制御弁を制御し、蒸気加減弁を閉鎖するコン
    バインドサイクルプラント。
  4. 【請求項4】請求項1のプラント運転制御を行う場合
    に、プラントが一定速度運転を持続するため、請求項3
    の方法を有するコンバインドサイクルプラント。
  5. 【請求項5】請求項1のプラント運転制御を安全に運転
    を行うため、ガスタービンの燃焼の持続及び蒸気タービ
    ンの保護を目的とした請求項3の方法を有するコンバイ
    ンドサイクルプラント。
JP18682195A 1995-07-24 1995-07-24 コンバインドサイクルプラント Pending JPH0932508A (ja)

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