JPS59180014A - コンバインドサイクル発電プラントの負荷制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、コンバインドサイクル発電プラントの負荷制
御技術の改善に関するものである。

〔発明の背景〕

コンバインドサイクル発電プラントは、通常助燃無しで
運転されており、負荷制御を行う場合直接ガスタービン
への供給燃料を制御することになる。しかし、この場合
に廃熱ボイラの応答遅れによる応答性の問題がある。又
、蒸気タービンの負荷制御をガスタービンへの供給燃料
流量で行なうことは、制御精度を悪くシ、オーバシュー
トなどが発生する危険をともなう。これを打開する方策
としては、コンバインドサイクル発電プラントの負荷制
御を蒸気タービンのみで実施する方式が提案されている
が、可変負荷範囲は蒸気タービンの最低負荷までであシ
狭い。

更に１ガスタービンへの供給燃料は、ガスタービンの定
格負荷に相当する一定値に制御されるため、蒸気タービ
ンに供給されない熱エネルギーは捨て、られることＫな
り、熱効率が下がる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、応答性が良く、かつ可変負荷範囲が広
いコンバインドサイクル発電プラントの制御方法を提供
することである。

〔発明の概要〕

定格負荷運転中、出力減少指令が出された場合、まず応
答性を速くするため、蒸気タービンの負荷を先行的に下
げ、指令負荷と実負荷が一致した後ガスタービンの燃料
流量を減少させると同時に蒸気タービンの負荷を増加さ
せる。この時、コンバインドプラントとしての出力は指
令負荷と一致するように制御する。蒸気タービン側の負
荷の増加が不可能になる点（すなわち、蒸気バイパス弁
が１００％閉の位置）でガスタービンへの供給燃料流量
を保持する。

この状態で出力増指令が出た場合、ガスタービンの供給
燃料流量のみ増加させ、指令負荷と実負荷が一致した点
で燃料流量を保持する。

以上のような考え方によれば （１）　　蒸気タービンのみの先行負荷減少→負荷応答
性の改善。

（２）その後のガスタービン負荷減少及び蒸気タービン
負荷増加→負荷可変秦範目０増め （３１（２１〕蒸１’−ビン負荷増加を蒸気バイパス弁
１００％閉の位置まで実施→コンバインドプラント再負
荷上昇指令に対しては、ガスタービンの燃料流量のみ増
加すれば良い。

という効果が発生する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を具体的な一実施例である第１〜４図を用
いて詳細に説明する。

第１図は、コンバインドサイクル発電プラントの典型的
な構成を示す。圧縮機１は作動媒体としての空気を断熱
圧縮し、燃焼器２にその圧縮空気を送りこむ。燃焼器２
には、ガスタービン駆動のだめの燃焼が弁４を経由して
送りこオれ、前記断熱圧縮空気と混合され燃焼させられ
る。この燃焼空気は、タービン３に供給され、ここで仕
事をして発電機５および圧縮機１を回転した後、廃熱回
収ボイラ１０へ送られる。ここで、その廃熱によって蒸
発器９内の給水が蒸気に変換される。この蒸気は、プラ
ント起動時には蒸気条件（温度、圧力等）が不足してい
るため蒸気バイパス弁１３ｉ経由して復水器７へ導ひか
れる。蒸気条件成立後は、加減弁１２を経由して蒸気タ
ービン６へ導カれ、発電機５に回転エネルギーを供給す
る。タービン６で仕事をした蒸気は復水器７へ導びかれ
る。

８は給水用のポンプである。

加減弁１２は、前圧制御、すなわち加減弁入口の主蒸気
圧力が高くなれば開き、逆の場合は閉じる様な制御で運
転される。これは−稚の変圧運転である。したがって、
廃熱ボイラ１０への入熱量、すなわちガスタービン３へ
の供給熱量を変化させるか、又は蒸気バイパス弁１３の
開度を変化すれば蒸気タービン６の出力を調節できる。

圧力検出器１５はこの前圧制御のためのものである。

コンバインドサイクル発電プラントにおいては、最大出
力はガスタービンの排気温度制限で決まり、逆に最低出
力は蒸気タービンの排気湿り度を考慮した主蒸気温度制
限によシ決められる。主蒸気温度検出器１４はこの最低
出力を決めるために利用される。

開度検出器１６は、蒸気バイパス弁１３の開度を検出す
るためのものである。

第１図に示した如きコンバインドサイクル発電プラント
における本発明の負荷制御方法の実施例を次に説明する
。

第２図、第３図に、本発明の実施例における負荷制御方
法を示す。第２図、第３図は、制御の手順を示すフロー
図である。まず、負荷減少指令が発せられた場合、第２
図に示す如き方法をとる。

すなわち、負荷減少指令Ｆ１によシ、ステップＦ２では
蒸気タービンの負荷の減少を開始する。

この負荷減少は、ガスタービン３への燃料供給量は不変
（一定）とし、蒸気バイパス弁１３を開くという方法を
とる。バイパス弁１３を開くことにより、蒸気タービン
６への供線蒸気量は減少し、負荷が減少する。この負荷
の減少は、ステップＦ３で示されるように１負荷指令と
実負荷が一致するまで続けられる。この一致により、蒸
気タービン６の負荷減少は停止（ステップＦ’５）され
る。

続いて、ステップ５では、こんどけステップＦ２では一
定としていたガスタービン負荷を減少させる。そして、
その減少分に見合う分だけ、蒸気タービン側の負荷を上
昇させる（ステップＦ’６）。

この負荷の上昇は、蒸気バイパス弁１３を閉じることＫ
より行なわれる。Ｆ５．Ｆ６のステップによる制御は、
ガスタービン側の負荷減少に見合う分蒸気タービン側の
負荷上昇を行なうので、発電プラントとしての負荷は負
荷指令に一致したものとなる。ガスタービン側の負荷減
少は、廃熱回収ボイラ１０で発生される蒸気温度を低下
させることになる。そこで、ガスタービンの負荷減少（
ステラ７’Ｆ’５）には、一定の制限が設けられる。こ
れがステップＦ７である。ステップＦ７では、入力され
る主蒸気温度（温度検出器１４の出力）と主蒸気圧力（
圧力検出器１５の出力）とを夫々の制限値と比較し、い
ずれかが制限値に達したとき、ガスタービン負荷減少を
停止する（ステップＦ８）。Ｆ７のステップで、また制
限値に達していない場合（Ｎｏの場合）、蒸気バイパス
弁１３の開度がＯ（つまり完全に閉じている）であるか
どうかがステップＦ９で判断され、まだ完全に閉じられ
ていない場合（Ｎｏの場合）、再びステップＦ５に戻る
。完全にバイパス弁が閉じられた場合、ガスタービン負
荷減少、および蒸気タービン負荷上昇の制御（ステップ
Ｆ’５．Ｐ６）は停止される（ステップＦ１０）。

次に、負荷上昇指令が発せられた場合、第３図のように
制御される。すなわち、この場合には、まず負荷上昇指
令（Ｆｉｌ）　　が与えられると、ガスタービンの負荷
上昇を行なう（ステップＦ１２）。

このとき、蒸気バイパス弁の開度は一定とするか、閉じ
る。このようにすれば、ガスタービン負荷の上昇により
負荷が上昇すると共に、ガスタービンからの廃熱も多く
なるので蒸気タービン６に供給される蒸気の温度、圧力
が上昇し、蒸気タービン側の負荷も上昇する。これは、
高速に負荷追従することとなり好ましい。さて、ガスタ
ービン負荷上昇は、負荷指令と実負荷が一致するまで実
行される（ステップＦ１３）。そして、この一致をみタ
トキ、カスタービン負荷上昇は停止される（ステップＦ
１４）。

第２図および第３図の如き制御は、第１図における計算
機１１により実行される。すな−わち、計算機１１には
、制御に先立って、第２図、第３図の制御手順を実行す
るオブジェクトプログラムを作成し、これを図示しない
プログラムリーダによって計算機内のメモリに格納して
おく。また、制御に必要な各検出器からの検出信号は計
算機内のプロセス入出力１ｆｆ（ＰＩｌｏ）　　を介し
て入力する。

制御指令あるいは制御信号は、計算機内で演算・（前記
プログラムの実行）され、ＰＩｌｏを介して夫々の弁調
節装置（第１図では省略している。）に与える。運転指
令により制御が開始されると、計算機１１は、負荷指令
に基づき、負荷をどの程度上杵させるべきか、減少させ
るべきかを判断しくこの部分は第２図、第３図では省略
している。）負荷減少の場合には第２図の手順に従って
、上昇の場合には第３図の手順に従って、制御を実行す
る。

続いて、本発明の制御方法を実現するインター（９） ロック装置（他の実施例）Ｋついて説明する。第４図は
、具体的なインターロック装置である。なお、第４図の
説明に先立ち、第４図内で用いられている各機器がどの
ような機器であるかを第５図に示す。第５図において、
ＡＮＤで示される機器はアンド回路であり、ＯＦＬで示
される機器はオア回路であり、ＮＯＴで示される機器は
ノット回路である。Ｆ／Ｆで示される機器はフリップフ
ロップであり、ＡＤＤＥＲ，で示される機器は加算器を
示す。

以下、第４図の内容につき詳細に説明する。

負荷指令器１１１の役割は下記である。

ガスタービンと蒸気タービンよりなるユニットに対して
与えられた目標負荷とユニットの実際の出力を突きあわ
せ（加算）で結果が正の場合、上昇指令を、負の場合、
下降指令を出す。

本発明の要点である負荷指令弁別器１１２の役割は下記
である。

負荷減少指令が発せられた場合、負荷指令器。

１１１からの出力は「下降」である。この指令と（１０
） 蒸気バイパス弁１３の開度が０％というＡＮＤ条件が成
立する時は、「蒸気タービン負荷下降指令」を蒸気ター
ビンバイパス弁開度制御器１１４に与える。これにより
、蒸気タービンバイパス弁１３け開かれ、この結果とし
て主蒸気圧力が減少し、蒸気タービン６の出力は減少す
る。この時、ガスタービン３側に変化は無い。

蒸気タービン６の出力が減少した結果、ユニットの出力
は目標負駈と一致するようになり、負荷指令器１１１か
らは上昇指令も下降指令も出なくなる。この時、Ｆ’／
Ｆ’（フリップ７０ツブ）がセットされ（蒸気タービン
バイパス弁１３は開かれているため、リセットは働かな
い）主蒸気温度制限にかかつていなければ、「ガスター
ビン負荷減少指令」がガスタービン燃料流量制御器１１
３に与えられる。この結果、ガスタービン３の出力がさ
がるので、ユニットの実負荷は指令負荷より小さくなり
、負荷指令器１１１は上昇指令を発する。

Ｆ／Ｆはリセットされたままであるため、この状態でガ
スタービン燃料流量制御器１１３には、（１１） 「ガスタービン負荷減少指令」、蒸気タービンバイパス
弁開度制御器１１４には「蒸気タービン負荷上昇指令」
が与えられる。よって、ガスタービンの負荷は減少し、
蒸気タービンの負荷は上昇する。蒸気バイパス弁１３の
開度が０％（すなわち全閉）になるとＦ／Ｆがリセット
され、ガスタービン６の負荷減少及び蒸気タービン６の
負荷上昇は停止され、この位置で目標負荷と実負荷が等
しく保たれる。

すなわち、以上の一連の操作により、負荷減少指令が発
せられた場合、まず蒸気タービンの負荷を減少させ、次
にガスタービンの負荷を減少させながら蒸気タービンの
負荷を上昇させることにより、自動的にユニットへの燃
料供給料（これはすなわち、ガスタービンへの燃料供給
料）を最適に設定することが可能となる。

さて、逆に負荷上昇指令が発せられた場合は次のように
なる。

負荷指令器１１１の出力は上昇指令となる。負荷下降時
、主蒸気温度制限にかからなかった場合、（１２） 蒸気バイパス弁の開度け０％になっているから、ＡＮＤ
条件が成立し、ガスタービン負荷上昇指令がガスタービ
ン燃料流量制御器１１３に与えられる。主蒸気温度制限
にかかった場合でも結果は同じになる。この結果として
、ガスタービンの出力は増加し、それにしたがって主蒸
気圧力も増加するので蒸気タービンの出力も増加する。

目標負荷とユニットの実負荷が一致した点で負荷指令器
からは上昇指令も下降指令も出なくなる。

この場合、蒸気バイパス弁の開度は０％であシＦ／Ｆは
セットされない（但し、主蒸気温度制限にかかった場合
は、蒸気バイパス弁の開度けはじめから０％にならない
。この場合は、蒸気タービン負荷上昇指令が発せられて
、最終的には蒸気バイパス弁の開度を０％にもっていく
。）。ガスタービンの燃料流量制御のみ実施されること
になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、応答性が良く、可
変負荷範囲が広いコンバインドサイクル発電プラントの
制御方法を実現できる。

（１３）

【図面の簡単な説明】

第１図はコンバインドサイクル発電プラントの全体シス
テムを示す図、第２図と第３図は本発明を計算機によっ
て実現する場合の一実施例を示す図、第４図と第５図は
本発明の他の実施例を示す図である。 １１・・・計算機、１１１・・・負荷指令器、１１２・
・・負荷指令弁別器、１１３・・・ガスタービン燃料流
量側（１４）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、負荷指令に基づいてコンバインドサイクル発電プラ
   ントの負荷制御を行なう方法において、該負荷指令が負
   荷上昇指令である場合には、ガスタービンに供給される
   燃焼ガスを制御して負荷上昇を行ない、該負荷指令が負
   荷減少指令である場合には、まず蒸気タービンに供給さ
   れる蒸気量を制御して負荷指令値に合致するまで負荷減
   少を行ない、その後ガスタービンに供給される燃焼ガス
   を制御して負荷減少制御を行なうと共に、該燃焼ガスを
   制御して減少した負荷分に見合う分だけ前記蒸気タービ
   ンに供給される蒸気量を制御して負荷上昇を行なうこと
   を特徴とするコンバインドサイクル発電プラントの負荷
   制御方法。