JPS6147293B2

JPS6147293B2 -

Info

Publication number: JPS6147293B2
Application number: JP55104083A
Authority: JP
Inventors: Akiomi Torii
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-07-29
Filing date: 1980-07-29
Publication date: 1986-10-18
Also published as: AU548159B2; CA1156719A; US4408458A; JPS5728811A; AU7330781A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は変動負荷吸収用発電装置に係り、負荷
の変動に応じて発電用タービンの出力を変化させ
る変動負荷吸収用発電装置に関する。

（従来技術と問題点）一般に、工場等で発電装置に接続される負荷
は、周期的にまたは不定期に変動するものが多
い。例えば、第１図は製鉄所負荷を示し、その中
同図ａの仕上げ熱間圧延負荷、同図ｂの粗熱間圧
延負荷、同図ｃの冷間圧延負荷および同図ｄのシ
ームレス負荷はそれぞれ周期的に変動する変動負
荷である。また、同図ｅの第１分塊負荷および同
図ｆの第２分塊負荷は不定期に変動する変動負荷
である。そして、上記各負荷を総合した製鉄所の
総合負荷は同図ｇに示すようにほぼ周期的に変動
する変動負荷である。この第１図ｇの総合負荷を
周期的に変動する変動負荷にモデル化すると、第
２図に示す変動負荷となる。

このような変動負荷が接続されている発電装置
においては、負荷変動に追従してその時々に必要
とされる十分な電力を供給できるように運転され
なければならない。即ち、変動負荷を吸収した運
転が必要とされる。これは、特に、発電能力の小
さい発電装置に大負荷例えば製鉄所負荷等が接続
されている場合に、上記のような運転が必要とさ
れる。

このような変動負荷を吸収する方法として、従
来から各種方法が行なわれている。この従来方法
のなかで本発明と同様に発電用タービンの出力を
変化させる方法としては、アキユムレータを設置
する方法、タービンバイパス弁を使用する方法お
よび復水量を調整する方法がある。

しかしながら上記各方法には下記の通りそれぞ
れ不都合があつた。

先ず、アキユムレータを設置する方法について
第３図により説明する。

第３図に示された発電装置は、高圧タービン
１、中圧タービン２および低圧タービン３を同軸
に連結し、低圧タービン３の出力軸に発電機４を
接続し、各タービンをボイラ５から供給される蒸
気により回転させるように形成されている。この
ボイラ５から流出された蒸気は蒸気流路６を通つ
て、順に蒸気加減弁７、高圧タービン１、インタ
セプト弁８、中圧タービン２、低圧入口弁９およ
び低圧タービン３に流れて各タービンを回転させ
る。そして、低圧タービン３から流出した蒸気は
復水器１０内で凝結されて復水となり、復水流路
１１に流入し、復水ポンプ１２、低圧ヒータ１
３、脱気器１４、ボイラ給水ポンプ１５、高圧ヒ
ータ１６の順に流れてボイラ５に復流する。。

この発電装置において、発電機４に接続された
負荷（図示せず）の変動に応じて各タービンの出
力を変化させるために、従来は、蒸気加減弁７、
インタセプト弁８および低圧入口弁９のそれぞれ
の上流側に蒸気の保有するエネルギを貯える主蒸
気ラインアキユムレータ１７、再熱蒸気ラインア
キユムレータ１８および低圧ラインアキユムレー
タ１９を設け、そして上記各弁７，８，９を負荷
変動に応じて開閉調節して、ボイラ５からの蒸気
量の不足分または余剰分を各アキユムレータ１
７，１８，１９に吸収させて各タービン１，２，
３の出力を制御していた。

ところが、この従来方法はボイラ１や各タービ
ン１，２，３等の発電装置本体を改造する必要が
ないという利点はあるが、大きなアキユムレータ
を別個に設けなければならず、装置が大型化しコ
ストアツプにつながるという不都合があつた。

次に、タービンバイパス弁を使用する方法につ
いて第４図により説明する。

この方法は、第４図に示すように、蒸気加減弁
７の上流側の蒸気流路と高圧タービン１の下流側
の蒸気流路とを途中に高圧タービンバイパス弁２
０を有するバイパス蒸気２１によつて短絡接続す
るとともに、インタセプト弁８の上流側の蒸気流
路と復水器１０とを途中に低圧タービンバイアス
弁２２を有するバイパス蒸気流路２３によつて短
絡接続し、そしてボイラ５は常時最大負荷相当の
出力にして稼動させておき、負荷変動により余分
となつた余剰分の蒸気を上記各バイパス弁２０，
２２を開閉調節して各バイパス蒸気流路２１，２
３を通して逃しながら運転するものである。

ところが、この従来方法においては、各バイパ
ス弁２０，２２の信頼性と耐久性とを共に高くし
なければならず、しかも本来なら発電用タービン
の回転に供する蒸気を逃がすものであるから極め
て効率の悪い運転方法であるという不都合があつ
た。

次に、復水量を調整する方法について説明す
る。この方法は、復水器１０を停止させたりまた
はその復水量を絞ることによつたり、低圧ヒータ
１３への抽気量を減少させ、その減少分だけター
ビン出力を増大させるものである。

ところが、この方法においては出力の増加でき
る割合が、復水器の通常運転時の出力に比べて６
〜７％と極めて小さく、また出力増加の応答時間
が30秒以上も要し短時間に周期的に変動する負荷
にその出力増加が追従できないという不都合があ
つた。

また、従来は前記各方法を組合わせた方法も提
案されているが前記不都合を取除くことができる
ものではなかつた。

更に、従来においては次の方法も負荷変動対処
策の有効な方法として採用されていた。

即ち、ドラムボイラの蓄熱エネルギを利用する
ために、重油助燃を行つて石炭ボイラの負荷変動
に対する応答性を早めて先行制御を働かせ、且つ
負荷が掛り過ぎてボイラの運転を乱すことがない
ようにそのタービン発電機に掛る出力を負荷制限
器により制限する方法が行われている。しかしな
がら、この方法は徒らに装置が大きく複雑となる
という不都合があつた。

もつとも、望むらくは急速な負荷変動に応じて
ボイラ側の出力を追従させて変化させて、ボイラ
出力と負荷をバランスさせ、周波数が一定の発電
運転を行なうことである。しかしながら、今日に
おいては燃料供給量を変化させた際のボイラ出力
変化の応答性が、時定数をもつて判断すると、貫
流ボイラの場合が約２分、ドラムボイラの場合が
約５分であり、その応答性は著しく、第１図に例
示したような急速に変動する負荷に対応すること
ができないものである。

〔発明の目的〕

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであ
り、ボイラを変圧運転状態で運転させる変圧運転
制御装置に負荷・変動量に応じてボイラ側の圧力
を変化させる変圧ライン移動装置を設けて構成
し、負荷変動に短時間に応答して適正な出力を供
給することができ、構造も簡素な変動負荷吸収用
発電装置を提供することを目的とする。

（実施例）以下、本発明を第５〜８図に示す実施例につい
て説明する。

第５図に示す発電装置において、第３図に示す
構成部分と同一のものについては同一符号を付
し、その説明を省略する。

第５図に示すように、本発明装置は蒸気加減弁
７の上流側の蒸気流路６の途中に変圧運転制御装
置２４を設けて構成されている。

更に説明すると、この変圧運転制御装置２４
は、ボイラ５を例えば第６図ａに示す圧力特性に
従つて変圧運転させるために従来から用いられて
いた変圧運転装置と、本発明によつて付加した負
荷変動量に応じてボイラ５側の圧力を変化させる
変圧ライン移動装置２５（第５図鎖線部）とで構
成されている。即ち、蒸気加減弁７の上流側の蒸
気流路６の途中にはその流路６内の蒸気量を検出
る蒸気流量検出器２６が設けられており、その蒸
気流量検出器２６には最大圧力設定素子２７と最
低圧力設定素子２８とが並列に接続されている。
そして、この各圧力設定素子２７，２８はそれぞ
れ第一変圧信号設定器３１に接続されている。上
記最大圧力設定素子２７には、ボイラ５の変圧運
転時における最大蒸気圧力即ち本実施例において
は第６図ａの圧力P₁を設定する最大圧力設定器２
９が接続されており、最大圧力設定素子２７は蒸
気流量検出器２６により検出される蒸気流量が最
大圧力設定器２９の設定値に対するA₂点での蒸
気流量に達すると第一変圧信号設定器３１へ作動
信号を送給する。一方、上記最低圧力設定素子２
８には、ボイラ５の変圧運転時における最低蒸気
圧力即ち本実施例においては第６図ａの圧力P₂を
設定する最低圧力設定器３０が接続されており、
最低圧力設定素子２８は蒸気流量検出器２６によ
り検出される蒸気流量が最低圧力設定器３０の設
定値に対応するA₁点での蒸気流量に達すると第
一変圧信号設定器３１へ作動信号を送給する。ま
た、蒸気流量検出器２６の上流側の蒸気流路の途
中には圧力検出器３２が接続されており、この圧
力検出器３２には前記第一変圧信号設定器３１と
変圧ライン移動装置２５の圧力ライン移動量設定
器３３とが並列に接続されている。そして、その
第一変圧信号設定器３１と圧力ライン移動量設定
器３３とはそれぞれ変圧ライン移動をも行う第二
変圧信号設定器３４に接続されている。

前記第一変圧信号設定器３１は、前記各圧力設
定素子２７，２８から作動信号が送られて来ない
とき（第６図ａのa₁部分）には、圧力検出器３２
での検出値が一定圧力P₂となるように蒸気加減弁
の開度を増減させる信号を第二変圧信号設定器３
４へ送る。

また、最低圧力設定素子２８から作動信号が送
られ、最大圧力設定素子２７から作動信号が送ら
れて来ないとき（第６図ａのa₂部分）には、蒸気
加減弁の開度を一定に保持する信号を第二変圧信
号設定器３４へ送る。

さらに、各圧力設定素子２７，２８から作動信
号が送られて来るとき（第６図ａのa₃部分）に
は、圧力検出器３２での検出値が一定圧力P₁とな
るように蒸気加減弁の開度を増減させる信号を第
二変圧信号設定器３４へ送る。

一方圧力ライン移動量設定器３３には負荷の変
動に対応して変化する適正圧力信号を圧力ライン
移動量設定器３３に送る圧力偏差値設定器３５が
接続されている。この圧力偏差値設定器３５の発
する適正圧力信号は、負荷変動が周期的である場
合にはその負荷変動周期に合致させて予め変化さ
せた圧力信号をプログラミング等の方法により圧
力偏差値設定器３５内に内蔵しておくと良い。一
方、負荷変動が不定期である場合に負荷変動を検
知するセンサ（図示せず）と連動させて、圧力偏
差値設定器３５の適正圧力信号を発するように構
成すればよい。そして、圧力ライン移動量設定器
３３は、圧力検出器３２から送られ来る蒸気流路
６内の実際の圧力信号と圧力偏差値設定器３５か
ら送られて来る適正圧力信号とを比較して、その
偏差値に基づいて蒸気加減弁７の弁開度即ち本実
施例では蒸気加減弁リフトを変化させる信号を第
二変圧信号設定器３４へ送る。

この第二変圧信号設定器３４では、第一変圧信
号設定器３１から送られて来る弁開閉信号と、圧
力ライン移動量設定器３３から送られて来る上記
偏差値に基づく弁開閉信号とが加算され、第二変
圧信号設定器３４はこの加算された弁開閉信号を
蒸気加減弁７へ送る。

次に、本発明装置による発電作用を説明する。
先ず、ボイラ５を始動させ蒸気を各タービン１，
２，３へ供給する。そして各タービン出力が40％
に達するまでは第６図ａのa₁部分に示すように蒸
気流路内の蒸気圧力はP₂と一定に保持され、同図
ｂのb₁部分に示すように蒸気加減弁リフトが徐々
に増大するようにしてボイラ５の運転が行なわれ
る。

そして、蒸気流路６内の蒸気流量が増大しター
ビン出力の40％に相当する流量に達すると最低圧
力設定素子２８が作動し、信号が第一変圧信号設
定器３１に送られる。一方、圧力検出器３２から
も第一変圧信号設定器３１へ蒸気圧力が40％であ
る信号が送られ、この第一変圧信号設定器３１か
ら蒸気加減弁７の弁ストロークの増大を停止する
信号が発せられ、第二変圧信号設定器３４を経て
蒸気加減弁７に伝達され、蒸気加減弁７が弁開度
を一定に保持される。この動作の変更点は、第６
図ａのA₁点および同図ｂのB₁点に相当する。

以後、タービン出力が85％に達するまでは、第
６図ｂのb₂部分に示すように蒸気加減弁の開度を
一定とし、同図ａのa₂部分に示すように蒸気圧力
を増減させるボイラの変圧運転が行なわれる。ま
た、第６図ａのa₂部分の圧力は、同図ａのa₄線で
示す純変圧運転モードよりP₃圧力だけ高く設定さ
れている。

タービン出力が85％に達すると、即ち、第６図
ａのA₂点および同図ｂのB₂点において、最大圧
力設定素子２７が作動し、同図ａのa₃部分および
同図ｂのb₃部分に示すようにして発電が行なわれ
る。

次に、第６図ａ，ｂに示す通常のボイラの変圧
運転が行なわれている際に、負荷が変動した場合
の運転状態を第７図および第８図によつて説明す
る。

第７〜８図において第６図と同一部分は同一符
号を付してある。

第７図は、変圧運転中同図ａのa₂部分のA₃点
で負荷が減少した場合を示している。

今、負荷減少が周期的に変動する変動負荷のも
のであるとすれば、前記したように、圧力偏差値
設定器３５から負荷減少に同期して減少する適正
圧力信号が圧力ライン移動量設定器３３に送られ
る。そしてこの移動量設定器３３において圧力検
出器３２から送られて来る蒸気の実際圧力と適正
圧力とが比較され、その偏差値に基づいて蒸気加
減弁７の弁ストロークを減少させる信号が発せら
れ、第二変圧信号設定器３４を経て蒸気加減弁７
に送られる。この信号を受けた蒸気加減弁７は弁
ストロークを第７図ｂのB₃点からB₄点に減少さ
れ、弁開度が減少させられる。これに伴つて、蒸
気流路６内の圧力が第７図ａのA₃点からA₄点に
移動し、蒸気圧力が増大する。そして、これらの
変化に伴つてタービン出力が第７図ａ，ｂのH₁
だけ減少し、負荷減少量に相当する分の出力減少
が迅速に行なわれる。そして、その後負荷が一定
の場合は第７図ａのa₅部分に沿つてボイラ５は変
圧運転を行なう。

第８図は、変圧運転中同図ａのa₂部分のA₅点
で負荷が上昇した場合を示している。

負荷が上昇すると圧力ライン移動量設定器３３
が前記と同様に実際の蒸気圧力と適正圧力とを比
較し、その偏差値に応じて蒸気加減弁７の弁スト
ロークを増大させる信号が発せられ、第二変圧信
号設定器３４を経て蒸気加減弁７に送られる。そ
して、蒸気加減弁７のストロークが第８図ｂの
B₅点から全開のB₆点まで増大させられる。これ
により、蒸気圧力も同図ａのA₅点からA₆点まで
減少し、タービン出力が同図ａ，ｂのH₂だけ増
大し、負荷増大量に相当する分の出力増大が迅速
に行なわれる。そして、その後同図ａのa₄部分
A₆点まで減少した蒸気圧力はボイラ側の給水ポ
ンプ１５等を制御する制御装置（図示せず）によ
つて同図ａのa₂部分A₇点に復帰する。またこの
圧力復帰と同時に蒸気加減弁７の弁ストロークも
同図ｂのB₆点からB₇点へ復帰する。

なお、本発明装置は、貫流ボイラやドラムボイ
ラを用いた発電装置にも適用することができる。

また、変圧運転モードを変えるために、ボイラ
給水ポンプ１５の吐出量や吐出圧力を調整する場
合には、その調整を同時に高圧ヒータ１６へ抽気
している抽気弁（図示せず）を絞ることを本発明
と併用すると負荷変動に良好に対処することがで
きる。即ち、単にボイラ給水ポンプ１５の吐出量
を増大させると、高圧ヒータ１６の抽気量が増大
してタービン出力を減少させてしまう。このまま
では、負荷減少、蒸気圧力低下が起つた時に出力
が減少するから、上記のように高圧ヒータ１６へ
の抽気を制御する抽気弁を絞つてタービン出力の
減少を抑えることが必要となつて来る。

〔発明の効果〕

このように本発明の変動負荷吸収用発電装置
は、ボイラを変圧運転させておき、負荷変動に対
応させて蒸気圧力を変化させてタービン出力を変
動させるように構成したから、負荷変動に対する
応答時間が短かく、分単位で周期的に変動する衝
撃的な負荷変動にも充分に対応して出力変化を行
なうことができ、しかも変圧運転制御装置に変圧
ライン移動装置を設けるだけで構成することがで
きるから構造が簡単であるとともに既存の発電装
置にも大幅な改造をすることなく容易に適用する
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ａ〜ｇは変動負荷の一例を示す線図、第
２図は周期的に変動する負荷の一例を示す線図、
第３図はアキユムレータを設置する方法で形成さ
れた従来の変動負荷吸収用発電装置を示す系統
図、第４図はタービンバイパス弁を使用する方法
で形成された従来装置を示す系統図、第５図は本
発明の変動負荷吸収用発電装置の一実施例を示す
系統図、第６図ａはタービン出力と蒸気圧力との
関係を示す線図、第６図ｂはタービン出力と蒸気
加減弁の弁ストロークとの関係を示す線図、第７
図ａ，ｂは負荷が減少した場合の関係を示す第６
図ａ，ｂと同様の図、第８図ａ，ｂは負荷が増大
した場合の関係を示す第６図ａ，ｂと同様の図で
ある。１……高圧タービン、２……中圧タービン、３
……低圧タービン、４……発電機、５……ボイ
ラ、６……蒸気流路、７……蒸気加減弁、２４…
…変圧運転制御装置、２５……変圧ライン移動装
置、３３……圧力ライン移動量設定器、３５……
圧力偏差値設定器。

Claims

【特許請求の範囲】１ボイラと、発電用タービンと、前記ボイラか
ら送出される蒸気を前記発電用タービンに導くと
ともに途中に蒸気加減弁を有する蒸気流路と、前
記ボイラと蒸気加減弁との間の蒸気流路内の蒸気
圧力が所定範囲内のときに前記蒸気加減弁の弁開
度を一定に保つ変圧運転制御装置とを有する変動
負荷吸収用発電装置において、前記変圧運転制御
装置は、前記発電用タービンに接続された負荷の
変動に応じて変化する適正圧力信号を発する圧力
偏差値設定器と、蒸気流路内の圧力に相当する圧
力信号と前記適正圧力信号とを比較し偏差値に相
当する変圧ライン設定信号を発する圧力ライン移
動量設定器とからなる変圧ライン移動装置を備
え、変動後の負荷の大きさに応じた適正圧力と前
記蒸気圧力とを比較してその偏差値に応じて前記
弁開度を変化させるようにしたことを特徴とする
変動負荷吸収用発電装置。２前記圧力偏差値設定器は、周期的に変動する
変動負荷の変動と同期して変化する適正圧力信号
を発する素子を有することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の変動負荷吸収用発電装置。