JPS6115244B2

JPS6115244B2 -

Info

Publication number: JPS6115244B2
Application number: JP1862179A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Sato
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-02-20
Filing date: 1979-02-20
Publication date: 1986-04-23
Also published as: JPS55112810A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はガスタービン設備とガスタービンの排
気ガスの熱エネルギーで蒸気を発生させるボイラ
設備とボイラーからの蒸気によつて駆動される蒸
気タービン設備から成るガスタービンと蒸気ター
ビンのコンバインドサイクルプラントにおける負
荷制御装置に関する。

一般に、数台のガスタービンとこれに対をなす
ボイラーとボイラーからの発生蒸気と集合し、こ
の蒸気を利用する蒸気タービンから成るコンバイ
ンドサイクルプラントにおいてそのプラントの効
率を高めるためには、ガスタービンの高効率点で
ある100％負荷で上記ガスタービンを運転する必
要があり、一方蒸気タービンにおいても100％負
荷において高効率となるのが一般である。しか
し、これらのプラントが常に100％負荷で運転さ
れるとは限らないため、要求負荷に応じた運転が
必要となる。しかして、要求負荷の如何にかかわ
らずプラント効率を高めるために、数台のガスタ
ービンは、要求負荷に見合つた台数だけ順次運転
し、できるだけ100％負荷で各ガスタービンを運
転するようにしている。また、蒸気タービンにお
いても、部分負荷における蒸気加減弁のしぼり損
失を少なくするために、蒸気加減弁を全開とした
状態とする変圧運転を行なつている。しかし、こ
のような運転においての要求負荷に対するガスタ
ービン及び蒸気タービンの負荷追従性は非常に遅
く、要求負荷変化の大きい場合には余り適さな
い。

つまり、ガスタービンの負荷の増減は１台のガ
スタービンによることになり、又、蒸気タービン
においては、ガスタービンの排熱エネルギーの変
化によるボイラーからの発生蒸気の変化によるこ
とになり非常にゆつたりした出力の変化となる。
つまり要求負荷の変化は、最初、全てガスタービ
ンで受けることになり、その後、ボイラの発生蒸
気の変化によつて、ガスタービンと蒸気タービン
の負荷のバランスを保つように負荷制御されるこ
とになる。しかし運転されているガスタービン全
てが100％近くで運転されている状態で要求負荷
が増加した場合、次のガスタービンが起動される
まで、運転されているガスタービンは過負荷状態
となり、ガスタービン運転上問題となる。

第１図は、数台のガスタービンと蒸気タービン
とから成るコンバインドサイクルブラントを示
す。

ガスタービン装置は、ガスタービン１と軸２に
よつて直結されたコンプレツサー３で加圧された
空気と燃料系統４からの燃料とによつて燃焼して
高温高圧の燃焼ガスを発生する燃焼器５と、燃焼
ガスにて駆動されるガスタービン１及び発電機６
から成り、これらの装置が数組例えば３組設けら
れている。各ガスタービンからの高温排気ガスは
それぞれボイラ７に供給され、蒸気を発生させ
る。この蒸気は仕切弁８を介して蒸気ヘツダ９に
集合され、蒸気ヘツダ９に集合された蒸気は主蒸
気止め弁１０、蒸気加減弁１１を介して蒸気ター
ビン１２に入り、仕事をする。蒸気タービン１２
の排気は復水器１３に入り復水され、再びボイラ
の給水として用いられる。一方、蒸気タービン１
２は、発電機１４を駆動する。また復水された水
は給水ポンプ１５にて加圧され、給水調整弁１６
を介してボイラ７へ供給される。

しかして、ガスタービンの運転は要求負荷に応
じて、Ａ，Ｂ，Ｃの順に起動されていく。つま
り、ガスタービンへの要求負荷が1/3以下であれ
ばＡのガスタービン装置のみが運転され、それ以
上に要求負荷が増加すれば、Ｂのガスタービン装
置が起動され負荷の要求を満していく。しかし、
Ａのガスタービン装置のガスタービンの負荷を
100％まで上げた状態でＢのガスタービン装置を
起動させたのでは、Ｂのガスタービン装置が起動
完了しない状態で負荷の増加要求があつた場合、
これに応えることができないことになる。このよ
うな状態をさけるために、通常はＡのガスタービ
ン装置の負荷が要求される負荷を十分に満すだけ
の余裕のある状態で、Ｂのガスタービン装置を起
動させるようにするとともに、蒸気タービンの方
は効率を高めるために蒸気加減弁が全開された変
圧運転を行なつている。しかし、ガスタービン装
置Ａ，Ｂは部分負荷の運転であり、ガスタービン
の部分負荷での効率はあまり良くなく、これに加
えてガスタービンからの排気ガスの熱エネルギの
量が少ない状態で運転されることとなりボイラの
効率もよくなく、コンバインドサイクルとしての
低負荷における効率があまり良くない等の不都合
がある。

すなわち、数台のガスタービンと蒸気タービン
によるコンバインドサイクルプラントにおいて、
プラントの効率を高めるためには、ガスタービン
はできるだけ高負荷で運転し、蒸気タービンは変
圧運転とし蒸気加減弁による絞り損失を減少させ
るとともにプラント全体の機械損失を減少させる
必要がある。

しかし、ガスタービンを高負荷まで上げた状態
で次のガスタービンを起動させた場合、ガスター
ビンの起動時間にある程度の時間を要するため、
この間の負荷要求は、満足させることができなく
なる。したがつてこの解決方法として、ガスター
ビンが高負荷に達する前に次のガスタービンを起
動させると、前に運転されたガスタービンの負荷
は高負荷の状態まで上げることができないまま運
転されることになり、ガスタービンの効率を上げ
ることができないことになる。

本発明は、このような点に鑑み、低負荷におい
ても、プラントの効率をできるだけ高めることが
できるようにしたコンバインドサイクルプラント
における負荷制御装置を提供することを目的とす
る。

以下、第２図を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。なお、第２図において第１図と同
じ符号については、同一機能であり、説明を省略
する。

すなわち、蒸気タービンの回転数は、タービン
ロータに直結した歯車１７とこれに対向して取付
けた電磁ピツクアツプ１８によつて回転数に比例
した周波数信号として検出される。この信号は周
波数／電圧変換器１９でアナログ信号に変換さ
れ、蒸気タービンの実回転数として回転数制御へ
負帰還されている。つまり、この実回転数は比較
器２０にて速度／負荷設定器２１からの設定信号
と比較され誤差信号は加算器２２にて本発明のコ
ンバインドサイクルの負荷制御回路からの信号を
加えて速度制御回路２３の入力となる。そしてこ
の速度制御回路２３で、速度調定率に合つた速度
制御信号が作り出される。この速度制御信号は低
値優先回路２４にて負荷制限器２５からの制限信
号と比較され、いずれか低い値が低値優先回路２
４の出力となる。一般に、タービン速度を制御す
る場合の負荷制限器２５の制限信号は100％負荷
であり速度制御信号が優先する。速度制御信号は
パワーアンプ２６で増幅され電油変換器２７の入
力となり、ここで電気信号は機械的な信号へと変
換され、蒸気加減弁油筒２８のパイロツト弁（図
示していない。）を動かし、蒸気加減弁油筒２８
で増幅された制御信号は蒸気加減弁１１の開度を
制御して蒸気タービン１２への流入蒸気量を制御
し、蒸気タービン１２の回転数あるいは負荷が制
御される。

また、蒸気タービンの変圧運転は蒸気加減弁１
１を全開にすることによつて行なわれる。つま
り、蒸気タービン１２によつて駆動される発電機
１４が外部の電力系統等に併入されており、発電
機１４の回転数が外部系統に同期している場合、
蒸気タービン１２の実回転数は一定であり、速
度／負荷設定器２１からの負荷設定信号を増加す
ることによつて蒸気加減弁１１の開度が増加し、
この操作によつて蒸気加減弁１１が全開される。
蒸気加減弁１１が全開すると、蒸気加減弁１１に
よる蒸気のしぼりは非常に少なくなり、蒸気加減
弁１１によるしぼり損失は減少し、またこのよう
な状態における蒸気タービン１２の負荷変化は、
ボイラ側で制御される蒸気の圧力によつて行なわ
れる。

一方、ガスタービン１ａ，１ｂ，１ｃによつて
駆動される発電機６ａ，６ｂ，６ｃの出力は電力
検出器２９ａ，２９ｂ，２９ｃによつてそれぞれ
検出される。なお、各ガスタービン装置Ａ，Ｂ，
Ｃの各機器に上記Ａ，Ｂ，Ｃに対応してサフイツ
クスａ，ｂ，ｃを付する。ところで、上記電力検
出器２９ａ，２９ｂで検出された信号は加算器３
０ａに印加され、そこで電力検出器２９ａからの
出力信号から電力検出器２９ｂからの出力信号が
減算され、また加算器３０ｂにおいても同様に電
力検出器２９ｂの出力信号と電力検出器２９ｃの
出力信号の差が検出される。

また、上述のように加算器３０ａによつて算出
された両電力検出器２９ａ，２９ｂからの出力信
号の差信号は加算器３１ａに加えられ、そこで変
圧運転切換点設定器３２ａからの設定信号と比較
される。すなわち、ガスタービン１ａの出力が変
圧運転切換点設定値まで増加すると、加算器３１
ａの出力はプラスの信号となる。上記加算器３１
ａの出力は、マイナスの信号をカツトしプラスの
信号のみを出力するリミツタ３３ａに加えられ、
そのリミツタ３３ａからの出力信号は、同様に加
算器３１ｂおよび３１ｃからのプラス信号をそれ
ぞれ出力するリミツタ３３ｂ，３３ｃからの信号
とともに加算器３４に加えられる。しかし、この
場合、例えばリミツタ３３ａには、前述のように
両電力検出器２９ａ，２９ｂの差信号から変圧運
転切換点設定器３２ａの設定信号を引いた信号が
加えられ、そのプラス信号のみが出力するので、
リミツタ３３ａの出力はガスタービン１ｂが起動
して或程度の負荷がかかつた点で０となり、また
リミツタ３３ｂの出力はガスタービン１ｃが起動
し或程度の負荷がかかつた点で０となり、リミツ
タ３３ａ，３３ｂ，３３ｃの順に順次出力する。

そこで、前記加算器３４の出力は変圧運転切換
速度と蒸気加減弁１１の絞り量を調節する演算回
路３５に入り、そこで切換信号が作り出され、こ
の切換信号が除外スイツチ３６を介して蒸気ター
ビン１２の速度制御装置の加算器２２に加えられ
る。

しかして、ガスタービン装置Ａと蒸気タービン
のみが運転されているとき負荷が増加し、ガスタ
ービン１ａの負荷が100％近くなると、電力検出
器２９ａからの信号が変圧運転切換点設定器３２
ａの設定信号より大きくなり、その差信号がリミ
ツタ３３ａ、加算器３４を経て演算回路３５に入
り、除外スイツチ３６等を介して速度制御装置に
加えられ、蒸気加減弁１１が絞り方向に制御さ
れ、蒸気タービンが変圧運転から調速運転に切換
えられる。

またこれと同時に次のガスタービン装置Ｂが起
動され、ガスタービン１ｂが所定負荷に達する
と、加算器３０ａからの出力信号が小さくなり、
加算器３１ａからの出力信号は負となる。したが
つて、リミツタ３３ａからの出力信号が０とな
り、演算回路３５から速度制御装置に加えられる
変換信号が０となつて、蒸気加減弁１１が再び全
開されて蒸気タービン１２は変圧運転状態とな
る。

同様にして、ガスタービン１ｂの負荷が100％
近くになると、リミツタ３３ｂを経た信号によつ
て蒸気タービンが調速運転に切換えられ、その調
速運転時にガスタービン１ｃの起動が行なわれ、
その後蒸気タービンは再度変圧運転へと切り換え
られる。

このようにガスタービンの運転状態に対応して
蒸気タービンは変圧運転→調速運転→変圧運転→
調速運転→変圧運転→調速運転の順に運転される
ことになり、プラントの効率を高めた運転が可能
となる。

ところで、蒸気タービンの変圧運転を行なうた
めには、ボイラの給水圧力の制御と蒸気タービン
の調節運転時のボイラ出口圧力の制御を行なう必
要がある。

ボイラの給水圧力制御の圧力設定には、ガスタ
ービンの出力信号を用いる。つまりガスタービン
１ａ，１ｂ，１ｃの出力は電力検出器２９ａ，２
９ｂ，２９ｃの出力信号として加算器３７によつ
て加算される。この総出力は給水圧を設定するた
めの設定変更回路３８によつて、ガスタービンの
出力に相当するボイラの負荷に見合つた設定圧力
が作り出される。この設定圧力は、給水圧力検出
器３９からの給水圧力と加算器４０にて比較さ
れ、この誤差信号が調節回路４１で調整弁の開度
信号とされ、これによつて給水調整弁４２の開度
が制御され、ボイラの負荷に見合つた給水圧をボ
イラに供給することになる。また、ガスタービン
の総出力によつて設定圧変更回路４３を介してボ
イラの出力圧力の設定値が作り出され、そのボイ
ラ出口圧力設定値がボイラ出口圧力検出器４４か
らのボイラ出口圧力信号と加算器４５にて比較せ
しめられ、その誤差信号が圧力調節回路４６に印
加され、そこで調整弁の開度信号となり、この開
度信号によつてタービンバイパス弁４７の開度が
制御されボイラーの出口圧力が制御される。ター
ビンバイパス弁４７の２次側には減温器４８が設
けられ、減温された蒸気は復水器１３に導びかれ
復水される。

本発明は上述のように構成したので、運転中の
ガスタービンで負荷の増加要求に対応できなくな
つた場合、それらのガスタービンの負荷を殆ど
100％とするとともに蒸気タービンを変圧運転か
ら調速運転に切り換え、その間の負荷増加要求に
対しては蒸気タービンの負荷設定器の設定値を増
加することによつて蒸気タービンの負荷を増加さ
せ、上記負荷増加要求に対して一時的な対応を行
なうことができ、この間に次のガスタービンを起
動させることができる。したがつて、運転中のガ
スタービンに次のガスタービンを追加起動する場
合にも、運転中のガスタービンを高負荷に上げ高
効率的な運転状態で次のガスタービンを起動させ
ることができ、プラントとしての部分負荷時にお
ける運転効率を向上させることができる等の効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はコンバインドサイクルプラントの一例
を示す概略系統図、第２図は本発明のコンバイン
ドサイクルプラントの負荷制御装置の概略系統図
である。１ａ……ガスタービン、７ａ……ボイラ、１１
……主蒸気加減弁、１２……蒸気タービン、２９
ａ……電力検出器、３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３
１ｂ，３１ｃ……加算器、３２ａ，３２ｂ，３２
ｃ……変圧運転切換点設定器、３３ａ，３３ｂ，
３３ｃ……リミツタ、３５……演算回路。

Claims

【特許請求の範囲】１数台のガスタービンとこれと対をなすボイラ
およびこれらのボイラからの蒸気を集合させこの
蒸気によつて駆動される蒸気タービンから成り、
負荷の変動に応じて順次次のガスタービンを起動
するようにしたコンバインドサイクルプラントに
おける負荷制御装置において、上記所定のガスタ
ービンの負荷が100％近くまで上昇し、負荷の変
動をそのガスタービンでまかなうことができない
状態になつたとき、蒸気タービンを変圧運転から
調速運転へと切換え、次のガスタービンの起動完
了後上記蒸気タービンを再び変圧運転に切換える
変圧−調速運転切換装置を設けたことを特徴とす
る、コンバインドサイクルプラントにおける負荷
制御装置。２各々のガスタービンによつて駆動される発電
機の出力を検出するための出力検出器と、この検
出器と対をなす変圧運転切換点設定器と、この設
定器からの信号と実出力とを比較する加算器と、
上記実出力が切換点設定値を越えたとき、蒸気タ
ービンを変圧運転から調速運転に切換えるための
演算回路とを有することを特徴とする、特許請求
の範囲第１項記載のコンバインドサイクルプラン
トにおける負荷制御装置。３運転されているガスタービンの出力信号から
次に起動したガスタービンの出力信号を減算する
加算器と、その加算器の出力信号によつて作動さ
れ、蒸気タービンの運転を調速運転から変圧運転
に切換える切換装置とを有することを特徴とす
る、特許請求の範囲第１項または第２項記載のコ
ンバインドサイクルプラントにおける負荷制御装
置。