JPS5914615B2 - ガスタ−ビン発電機の運転および停止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は複合サイクル発電所、特にこのような発電所
のための保護停止装置に関する。

電力会社で現在用いられている複合サイクルプランド、
即ち発電所においては、一対のガスタービンが高温の排
気ガスを発生し、この高温排気ガスは一対の熱回収蒸気
発生器において蒸気を発生するのに用いられている。

蒸気は蒸気タービンを駆動しそして発電機はガス・ター
ビンおよび蒸気タービンそれぞれにより駆動されて発電
所電力を発生している。

タービンの排気ガスを補充的に加熱するために助燃装置
もしくは後添バーナを各ガス・タービンと組合せて設け
ることもできるし、あるいは設けなくてもよい。

ガス・タービンの１つまたは発電所全体の停止を要求す
るようないろいろな事象が起り得る。

この場合停止装置は予め定められたプラント即ち発電所
の事象の生起に応答して発電所の部分的または全面的停
止を生せしめるように構成されている。

２液体燃料系を有する発電所、特に１つの燃料が特別な
処理を必要としない点火燃料で、他方の燃料が特別な処
理を必要とする重質燃料または高揮発性燃料である発電
所においては、発電所の停止で重質燃料が燃料管路系に
凝固を起したり、高揮発性燃料が高温燃焼炉内に漏れる
という危険が生じたり、あるいはまた燃焼後、バーナー
ノズルの閉塞が生じたりすることが起り得る。

従って発電所を再び起動する前に、燃料系統を起動準備
のために手作業で整備する必要がある。

このような点に鑑みて、上記のような発電所の停止は、
停止後の再起動を直ちに（言い換えるならば、燃料系統
を特別に起動前に整備する必要なく）行なうことができ
るように安全にかつ順序正しく起るようにすることが望
ましい。

本発明によれば複合サイクル発電所におけるガスタービ
ン発電機と、そして熱回収蒸気発生器に与えられる前に
タービン排気に補充的に加熱を与える助燃もしくは後添
バーナーと、を運転したり停止したりする装置であって
、タービン燃料装置に点火品質の燃料または点火後運転
品質の燃料を選択的に供給するための液体燃料供給系と
、起動および停止中ならびに負荷運転中に要求される前
記タービンへの燃料供給を制御するために前記タービン
燃料系に設けられた速度／負荷制御部と、予め定められ
た検出状態に応答して保護タービン停止信号および保護
タービン・引外し信号を発生するための手段と、助燃も
しくは後添バーナーに点火品質の燃料または点火後運転
品質の燃料を選択的に供給するための他の液体燃料系と
、タービン起動ならびに負荷運転中に助燃もしくは後添
バーナーの燃料を制御するための手段と、予め定められ
た検出状態に応答して助燃もしくは後添バーナー停止信
号を発生するための手段と、タービン停止信号が生起し
ている時にモして助燃もしくは後添バーナーが停止して
さえいれば前記速度／負荷制御部および前記タービン燃
料系を制御して順序化された段階的手順で引外し装置を
設定することなく前記タービンを停止する手段とるこの
装置は有しており、前記タービン停止制御手段は、ター
ビン燃料系の供給管路から点火後運転燃料を放逐スルた
めに、タービン停止の予め定められた時点において継続
燃料燃焼中前記点火後運転燃料から点火燃料にタービン
供給燃料を切替するための手段を備え、又前記助燃もし
くは後添バーナー燃料供給系を制御して順序化された段
階的手順で引外し装置を設定することなく助燃もしくは
後添バーナー燃料の切替完了後に前記助燃もしくは後添
バーナーを停止する手段を備え、前記助燃もしくは後添
バーナー停止制御手段は後添バーナー燃料系の供給管路
から点火後運転燃料を放逐するために予め定められた最
小値に助燃もしくは後添バーナーが直線的に減少せしめ
られた後に継続燃料燃焼中に点火後運転燃料から点火燃
料に供給燃料を切替えるための手段を備えているガスタ
ービン発電機の運転および停止装置が提供される。

次に図面を参照し、本発明の好ましい具体例について説
明する。

第１図には本発明の原理に基づいて制御および保護停止
装置１２によって制御される複合サイクル発電所１０が
略示されている。

本出願人の別の出願で詳細に開示されているように、ガ
ス・タービン１４および１６は発電機１８および２０を
駆動しかつ燃回収蒸気発生器２２および２４内で、蒸気
を発生するための高温ガスを発生する。

助燃もしくは後添バーナー２３および２５はタービン排
気ガスに対し補充的に熱を加えるように動作する。

蒸気は蒸気タービン２６を駆動し、一方蒸気タービン２
６は発電機２８を駆動する。

遮断器（図示せず）がこれ等発電機を給電線路系統に接
続する。

２液体燃料装置３０，３２，３４および３６がそれぞれ
ガス・タービンおよび助燃もしくは後燃バ−ナーのため
に用いられている。

典型例として燃料装置は、それぞれ点火燃料および点火
後に用いられる重質燃料もしくは高揮発生燃料を供給さ
れる。

また天然ガスを燃料として用いることができるような手
段を講することも可能である。

一般に上記２種の液体燃料はガス・タービンおよび助燃
（後添）バーナーにおいて同一のノズルで燃焼され、そ
して装置１２が用いられる液体燃料を選択しかつ制御す
る。

第２Ａ図および第２Ｂ図には、予め定められた運転状態
下で停止制御装置３３および燃料装置によって行われる
助燃（後添）バーナーおよびガス・タービンの保護停止
または引外しのための信号を発生する目的で保護停止装
置１２内に設けられる論理装置３１が示されている。

慣用の速度／負荷制御装置１５は、通常の速度／負荷制
御運転中燃料装置に対し燃料制御信号を与える。

一般に引外しもしくはトリップ条件とは即時の燃料遮断
およびまたは助燃（後添）バーナーの停止を要求する条
件である。

また停止条件とは限られた時間内で安全なタービンの停
止およびまたは助燃もしくは後添バーナーの遮断を行な
うことができる条件である。

第２Ｂ図は一基または二基以上の後添バーナーおよびガ
ス・タービンの停止を引起す種々な条件を示す。

安全で順序立った停止を達成しつつ燃料の凝固、バーナ
ーノズルの閉塞または漏洩の問題を回避するために、通
常運転中に用いられる重質または高揮発性液体燃料は燃
焼以前に燃料系統から放出、即ちパージされる。

停止装置はこの燃料放出を他の停止機能と調和相関する
制御装置を備えている。

第３図の停止制御装置３３において参照数字７９で示す
保護停止信号がガス・タービンに対して発生されると、
発電機および界磁遮断器が参照数字８０および８２で示
すように開かれる。

さらに速度／負荷制御装置は信号８４で示すように燃料
目標値を、９８係速度でのアイドリング運転に要求され
る燃料目標値に逓減する。

関連の後添バーナーは最少燃料に制限されそして参照数
字８６で示すように引外されることなく、即ちトリップ
されることなく停止せしめられる。

論理回路８８はタービン速度が２０秒の遅延後に１０２
係より以下であるか否か、そしてさらに５秒の遅延後に
９８係より高いか否かを決定する。

上の２つの条件が真である場合には、タービン速度は安
定したと考えられ、上記のような燃料を放出する目的で
燃料切替を行なうことが許される。

また上の条件が満されない場合には、速度制御または他
の伺らかの機構が故障したとみなされて、ガス・タービ
ン保護停止の代りに信号９０で表わすようにタービン列
外し即ちトリップが行われる。

タービン速度が上記のように安定したならば、アンド・
ブロック９２は参照数字９４で示すパージ燃料のための
選択信号および参照数字９６で示す燃料切替要求信号を
発生する。

燃料切替制御装置９８はそこで燃料の切替を行なう。

タービン燃料切替がノット・ブロック１００で示すよう
に完了したならば、アンド・ブロック１０２は後添バー
ナー停止信号１０４を与えられてしかもタービン速度が
安定している場合にタービンの通常停止信号を発生する
。

タービンが後添バーナーの停止前に停止される場合には
、後添バーナーはトリップされることになるが、これは
少くともガス・タービンのトリップと同程度に問題であ
る。

通常停止制御装置１０４は通常停止要求を実行する。

即ち冷却サイクルを開始し、設備の個々の装置を所定の
順序で遮断しそしてタービンを引外し装置を設定するこ
となく停止する。

従ってタービンはこの場合直ちに起動できる状態にある
。

と言うのは通常停止中パージ燃料の燃焼で燃料系は特別
な整備手続を必要とすることなく再起動できるからであ
る。

後添バーナー（ＡＢ）引外し装置即ちトリップ装置は、
後添バーナー（助燃装置）を直ちに停止せしめる。

この場合には燃料の流れは跳躍的に零にされる。

後添バーナーが引外される時に重質油が燃焼している場
合には、この重質油は燃料管路内で凝固し得る。

凝固が生ずる前に後添バーナーを再起動してもその時の
燃料の燃焼はいわゆる煤煙性のものであって、このため
にバーナーを交換しなければならないような問題が生ず
る。

後添バーナーが高揮発性の燃料を燃焼している場合には
、燃料は蒸発してボイラーの流入ダクト内に流れ込み、
最も楽観的に見ても危険な状況を作り出す。

また最悪な場合には爆発が生じ、人命に対し危険がある
ばかりでなくバーナーならびにＨＲ８Ｇ（総回収蒸気発
生器）に損傷が生ずる。

後添パーラ°−保護停止によれば、後燃バーナーまたは
他の発電所のバード・ウェアを危険に曝したり損傷した
りすることなく後添バーナーの引外しに伴なう潜在的に
危険な問題が回避されるように後添バーナーが停止され
る。

このためには点火燃料を燃焼しながら最少可能時間内に
後添バーナーを停止する必要がある。

後添バーナーの通常停止においては、後添バーナーまた
はその他の発電所のバード・ウェアを危険に曝したり損
傷することなく、後添バーナー列外しくトリップ）と関
連し潜在的に重要な問題であるボイラー人口温度の迅速
な変動を回避するようにして、後添バーナーの停止が行
われる。

このためには後添バーナーはその点火速度を最少値まで
ゆっくりと減少し、しかる後に停止以前に点火燃料へと
切替る必要がある。

時間遅延ＴＤＩ （第４図参照）により後添バーナーは
点火燃料に切替ることかできる。

この切替に過度の大きな時間がかかる場合、あるいはま
た後添バーナーが切替をできない、もしくは行わない場
合には、後添バーナーはＴＤＩの時間切れの後に引外さ
れる。

時間遅延ＴＤ１は典型例として１５秒ないし９０秒の間
に選ばれる。

時間遅延ＴＤ２（第５図参照）によれば、後添バーナー
はボイラーに伝達される温度を最少限にするようにして
、現在の燃料流量から最少燃料流量に直線的に変動する
ことができる。

ＴＤ２の時間切れの後に後添バーナーは点火燃料に切換
えられて停止される。

時間遅延ＴＤ２は典型例として５ないし１５分の間にあ
る。

後添バーナー燃料の変化はＴＤ２の時間の関数である。

従って後添バーナーは停止準備のために点火燃料へと切
替る以前にできるだけ長い期間に渡って重質燃料を燃焼
することができる。

これと同じ機能を時間遅延およびアンド・ゲートで達成
することができる。

時間遅延およびアンド・ゲートを用いても効果は同じで
あるが、しかしながらアンド・ゲートを用いる方が経済
的には廉価で済む。

第４図および第５図の停止制御装置３３に示されている
ように、オア・ブロック１０６は後添バーナーの保護停
止または後添バーナーの通常停止が発生される時に、燃
料を最少値に直線的に変動するための信号を発生する。

オアブロック１０８は後添バーナー保護停止信号が発生
された場合、またはアンド・ブロック１１０（第４図）
が後添バーナーの通常停止が発生されたことを示す場合
、あるいはまた後添バーナーの燃料が最少値に直線的に
減少した場合に、溢流放出燃料に切替るための信号を発
生する。

第５図において、時間遅延ブロック１１２はアンドブロ
ック１１０によって与えられるものに類似した最終結果
を発生する。

潅流放出燃料への切替が起った後アンド・ブロック１１
４は後添バーナー停止信号をオア・ゲート１１６により
発生することを可能にする。

このようにしていったん停止されると、後添バーナーは
直ちに起動できる状態になる。

アンド・ブロック１１８はまた最少溢流放出燃料が後添
バーナーに供給されつつある時に停止を生ぜしめる。

典型的には第２Ａ図および第２Ｂ図に論理装置３１とし
て示すように本発明の原理に基づいて構成された停止装
置は複合サイクル発電所または単一ガス・タービン・サ
イクルにおいて次のような状態に応答し、動作する。

１）蒸気タービンの引外しＳＴＴに起因する後添バーナ
ーの保護停止 ２）復水ポンプＣＰＳの停止による後添バーナーの保護
停止 ３） ＨＲ８Ｇ（熱回収蒸気発生器）のボイラー水欠
乏状態（ＨＲ８ＧＤ）に起因する後添バーナーの保護停
止 ４）ＨＲ８Ｇの待機状態ＨＲ８ＧＳに起因する後添バ・
−ナーの保護停止 ５）脱気器の高レベル（ＨＤＬ）に起因するガス・ター
ビンおよび後添バーナーの保護停止 ６）高圧循環ポンプのトリップ（ＲＰＣＰＴ） に起因
するガス・タービンおよび後添バーナーの保護停止 ７）過熱器の高い蒸気圧（ＳＳＰＨ）に起因するガス・
タービンおよび後添バーナーの保護停止８）高い過熱器
の出口温度Ｈ８０Ｔに起因する後添バーナーの保護停止 ９）高いガス温度（ＨＧＴ）に起因するガス・タービン
および後添バーナーの保護停止 １０）高いＨＰドラム・レベル（ＨＰＤＨ）に起因する
ガス・タービンおよび後添装置の保護停止１１）復水器
トリップに起因するガス・タービン（ＧＴ）および後添
装置の保護停止 １２）高温温水だめレベル（ＨＨＬ）に起因するガス・
タービンおよび後添バーナーの保護停止 １３）高いディスク・キャビティ一温度（ＨＤＣＴ）に
起因するガス・タービンの保護停止 １４）低い線路周波数（ＬＬＦ）に起因するガス・ター
ビンの保護停止 １５）主変圧器の電位差、急激な圧力変動、その他の故
障（ＭＴＤ）に起因するガス・タービンの保護停止 ガス・タービンおよび後添バーナーのための燃料系の供
給および帰還部分が第６図に詳細に示されている。

この図から明らかなように、ガス・タービン１４には高
純度燃料（点火用燃料）のための供給および逆止弁３８
および４０ならびに他の液体燃料のための供給および逆
止弁４２および４４が設けられている。

同様にして後添バーナー２３にも高純度燃料のための供
給および逆止弁４６および４８および別の燃料のための
供給および逆止弁５０および５２が設けられている。

ガス・タービン１６および後添バーナー２５には同じ配
列で燃料弁が設けられている。

ガス・タービン燃料系３０または３２は第７Ａ図ないし
第７Ｃ図により詳細に示されている。

三路弁５４は選択信号に応答してポンプ５６の駆動下で
弁５８，６０．６２および６４を介して高純度燃料かま
たは別の液体燃料をタービン用燃焼装置に供給する。

慣用の速度／負荷燃料制御装置はタービンが同期速度に
加速される際および負荷運転下にある際に弁６４を作動
して、燃焼装置に供給される選ばれた燃料の量を調整す
る。

側路弁６８は別の三路弁７０を介して燃料帰還を可能に
する。

溢流放出動作中弁７２および７４は、弁６４が閉ざされ
ている場合にパージ帰還路７６を介して別の燃料帰還を
可能にする。

各ガス・ター。ビンについて図示したのとほぼ類似する
構成（図示せず）が各後添バーナーもしくは助燃バーナ
ーに設けられている。

停止制御装置３３が第８八図ないし第８Ｃ図、第９八図
ないし第９Ｃ図、第１ＯＡ図ないし第１０Ｃ図および第
１１Ａ図ないし第１１Ｃ図に具体的に詳細に示されてい
る。

第８八図ないし第８Ｃ図において保護ボイラー論理回路
またはタービン停止回路は後添バーナーの停止（第８Ａ
図ないし第８Ｃ図には示されていない）を開始し、そし
てこの停止信号はオア・ブロック１２０に供給される。

アンド・ブロック１２２はタービン速度が遮断器開成後
許容された時間内で安定しなかった場合にタービン列外
しくトリップ）による停止を行なう。

速度が安定している場合には、アンド・ブロック１２４
がオア・ブロック１２５を介して燃料切替要求信号を発
生する。

燃料切替後にはアンド・ブロック１２６が通常停止を開
始せしめる。

第１ＯＡ図ないし第１０Ｃ図に示すように、燃料パージ
のための切替要求信号はアンド・ブロック１２８を介し
て処理される。

このアンドブロック１２８はアンド論理、即ち論理積が
満足された時にのみオア・ブロック１３０を作動する。

必要とされる溢流放出燃料ポンプ送り容量が利用できる
場合には、切替要求信号はポンプ制御部に供給される。

さらにアンド・ブロック１３２はプリップ・フロップ１
３４を作動して、それにより三路弁５４を運転燃料位置
からパージ燃料位置へと動かす。

パージ燃料への切替後オア・ブロック１３６（第９八図
ないし第９Ｃ図参照）は発生負荷が最少値以下である場
合にアンド・ブロック１３８を作動する。

そこで停止信号がアンド・ブロック１４０を介して慣用
のタービン・シーケンサ（順序化装置）に送られる。

このシーケンサは逐次的にタービンを停止状態にする。

第１１Ａ図ないし第１１Ｃ図において、オア・ブロック
１４２は停止動作中アンド・ブロック１４４を介して動
作し、運転燃料がディジタル制御されるのを阻止する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が具現された複合サイクル発電所のブロ
ック・ダイヤグラム、第２Ａ図は発電所で用いられる停
止制御装置を示し、第２Ｂ図は発電所のガス・タービン
および後添バーナーと関連して用いられる保護論理制御
装置を示し、第３図はガス・タービンおよび後添バーナ
ー（助燃装置）に対して設けられる停止制御装置の１部
分を示し、第４図および第５図は後添バーナー停止制御
装置を詳細に示し、第６図および第７八図ないし第７Ｃ
図は発電所の２液体燃料系を示し、そして第’ ８Ａ
図ないし第８Ｃ図、第９八図ないし第９Ｃ図、第１０Ａ
図ないし第１０Ｃ図および第１１Ａ図ないし第１１Ｃ図
はより詳細な機能ブロック・ダイヤグラムで停止制御を
図解するものである。 １０・・・・・・複合サイクル発電所、１４，１６・・
・・・・ガス・タービン、１８，２０，２８・・・・・
・発電機、２２，２４・・・・・・蒸気発生器、２３．
２５・・・・・・助燃バーナー、２６・・・・・・蒸気
タービン、３０，３２゜３４．３６・・・・・・２液体
燃料装置、３３・・・・・・停止制御装置、１２・・・
・・・保護停止装置、３１．３８・・・・・・論理装置
、１５・・・・・・速度／負荷制御装置、９２゜１０２
．１１０，１１４．１１８，１２４，１２６゜１２８．
１３２，１３８，１４０，１４４・・・・・・アンド・
ブロック、９８・・・・・・燃料切替制御装置、１００
・・・・・・ノット・ブロック、１０４・・・・・・通
常停止制御装置、１０６，１１６，１２０，１２５゜１
３０．１３６，１４２・・・・・・オア・ブロック、１
１２・・・・・・時間遅延ブロック、３８，４０・・・
・・・逆止弁、２３，２５・・・・・・後添（助燃）バ
ーナー、４２．４４，４６，４８，５０，５２・・・・
・・供給、逆止弁、５４，７０・・・・・・三路弁、５
６・・・・・・ポンプ、５８．６０，６２，６４・・・
・・・弁、６８・・・・・・側路弁、１３４・・・・・
・フリップ・フロップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複合サイクル発電所におけるガスタービン発電機と
   、そして熱回収蒸気発生器に与えられる前にタービン排
   気に補充的に加熱を与える助燃もしくは後添バーナーと
   、を運転したり停止したりする装置であって、 タービン燃料装置に点火品質の燃料または点火後運転品
   質の燃料を選択的に供給するための液体燃料供給系と、
   起動および停止中ならびに負荷運転中に要求される前記
   タービンへの燃料供給を制御するために前記タービン燃
   料系に設けられた速度／負荷制御部と、予め定められた
   検出状態に応答して保護タービン停止信号および保護タ
   ービン・引外し信号を発生するための手段と、助燃もし
   くは後添バーナーに点火品質の燃料または点火後運転品
   質の燃料を選択的に供給するための他の液体燃料系と、
   タービン起動ならびに負荷運転中に助燃もしくは後添バ
   ーナーの燃料を制御するための手段と、予め定められた
   検出状態に応答して助燃もしくは後添バーナー停止信号
   を発生するための手段と、 タービン停止信号が生起している時にそして助燃もしく
   は後添バーナーが停止してさえいれば前記速度／負荷制
   御部および前記タービン燃料系を制御して順序化された
   段階的手順で引外し装置を設定することなく前記タービ
   ンを停止する手段とをこの装置は有しており、前記ター
   ビン停止制御手段は、タービン・燃料系の供給管路から
   点火後運転燃料を放逐するために、タービン停止の予め
   定められた時点において継続燃料燃焼中前記点火後運転
   燃料から点火燃料にタービン供給燃料を切替するための
   手段を備え、又前記助燃もしくは後添バーナー燃料供給
   系を制御して順序化された段階的手順で引外し装置を設
   定することなく助燃もしくは後添バーナー燃料の切替完
   了後に前記助燃もしくは後添バーナーを停止する手段を
   備え、前記助燃もしくは後添バーナー停止制御手段は後
   添バーナー燃料系の供給管路から点火後運転燃料を放逐
   するために予め定められた最小値に助燃もしくは後添バ
   ーナーが直線的に減少せしめられた後に継続燃料燃焼中
   に点火後運転燃料から点火燃料に供給燃料を切替えるた
   めの手段を備えているガスタービン発電機の運転および
   停止装置。