JPS6162702A - 蒸気タ−ビン再熱器制御装置 - 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〕 本発明は蒸気タービン再熱器の制御装置に係り、特に、
日負荷変化幅が大きく急速起動の必要性の大きい蒸気タ
ービンに好適なように改良した再熱器制御装置に関する
ものである。

〔発明の背景〕

第２図は従来の再熱式原子力タービンの系統図の１例で
ある。この例の系統は主蒸気の発生器１、タービンへ流
入する蒸気量を加減しターピ／の速度、入口蒸気圧力、
出力等を制御する蒸気加減弁２、蒸気の持つ熱エネルギ
をロータの回転エネルギに変換する高圧タービン３、前
記高圧タービン３の排気蒸気をタービン入口蒸気の１部
を用いて再熱する再熱器４、再熱された蒸気（以下再熱
蒸気と言う）の持つ熱エネルギをロータの回転エネルギ
に変換する低圧タービン５、前記低圧タービン５の排気
を復水する復水器６、復水を昇温し、前記蒸気発生器１
へ給水する給水加熱器７、前記再熱器４への加熱蒸気の
流量を制御する加熱蒸気制御弁８、前記加熱蒸気制御弁
８をバイパスする加熱蒸気バイパス弁９、前記再熱Ｐｒ
４にて凝縮したドレンを回収するドレンタンク１０、前
記ドレンタンクｌＯのドレンを排出するドレン弁（ト）
１１、及びドレン弁（２）１２、タービン速度とタービ
ン入口蒸気圧力を検出し、タービンの出力を制御する出
力制御装置１３、前記出力制御装置１３よシの出力要求
信号によシ前記蒸気加減弁２を制御する蒸気加減弁制御
装置１４、前記出力制御装置１３よりの出力要求信号及
び前記加熱蒸気制御弁８の後圧を入力信号として、前記
加熱蒸気制御弁８及び前記加熱蒸気バイパス弁９を制御
する加熱蒸気制御装置１５、及び前記加熱蒸気制御弁８
の後圧を検出する加熱蒸気圧力検出器１６よシ構成され
ている。

蒸気発生器１で発生した蒸気は蒸気加減弁２で流量を制
御された後、高圧タービン３に流入する。

高圧タービン３で仕事をした蒸気は再熱器４にて再加熱
され、低圧タービン５に流入する。低圧タービン５で仕
事をした蒸気は復水器６に導かれて復水する。復水は給
水加熱器７にて加熱され蒸気発生器ＩＫ供給される。一
方、蒸気発生器１の出口蒸気の一部は加熱蒸気制御弁８
及び加熱蒸気バイパス弁９によシ流量を制御されて再熱
器４の加熱源として利用される。再熱器４内にて高圧タ
ービン３の出口蒸気と熱交換し、凝縮したドレンはドレ
ンタンク１０に集められドレン弁穴１１及びドレン弁■
１２によって給水加熱器７または復水器６に排出される
。

本タービンの出力は出力制御装置１３にて制御される。

出力制御装置は高圧タービン入口圧力及びタービン速度
を検出し高圧タービンの入口に設置した蒸気加減弁２の
開度を調整して流入蒸気量を制御することによりタービ
ン出力を制御している。

次に再熱器の加熱蒸気制御は加熱蒸気制御装置１５によ
って行なわれる。その制御ブロック図を第３図に示す。

加熱蒸気制御装置１５は、出力制御装置よりの出力制御
信号を受信する出力制御信号受信部１７、出力制御信号
に基づいて加熱蒸気バイパス弁の開度を決定する出力−
バイパス弁開度変換部（Ａ）１８、出力制御信号に基づ
いて加熱蒸気圧力要求値を決定する出力−加熱蒸気圧力
変換部（Ａ）１９、加熱蒸気圧力要求値と実測値とを比
較し加熱蒸気制御弁８に開度要求信号を出力する加熱蒸
気圧力比較部２０、加熱蒸気圧力実測値を受信する加熱
蒸気圧力信号受信部２１より構成されている。加熱蒸気
制御装置１５は出力制御装置１３よりの出力制御信号を
出力制御信号受信部１７で受信し出力−バイパス弁開度
変換部（ト）１８によシ出力制御信号に応じたバイパス
弁開度を決定し加熱蒸気バイパス弁９を制御する。一方
、出力制御信号は、出力−加熱蒸気圧力変換部（Ａ）１
９へも入力され、加熱蒸気圧力要求信号に変換される。

また、加熱蒸気実圧力は、加熱蒸気圧力検出器１６によ
って検出され、加熱蒸気圧力受信部２１よシ加熱蒸気制
御装置に入力される。この実測圧力と加熱蒸気圧力要求
信号を加熱蒸気圧力比較部２０によシ比較し偏差を求め
る。この偏差より加熱蒸気制御弁の開度要求信号を決定
し加熱蒸気制御弁８を制御する。

次に第４図に制御パターンの１例を示す。横軸にタービ
ン出力を、縦軸に加熱蒸気圧力と弁開度とを示す。ター
ビン出力ｄ％で再熱器を使用開始し、出力の上昇に伴っ
て加熱蒸気実力囚のカーブの様に圧力設定値を増加させ
、タービン出力ｂ％で定格圧力とし、その後ｂ〜１００
％出力では加熱蒸気圧力設定値は一定とする。通常の系
統においては、低流量域での制御性向上を目的として、
加熱蒸気制御弁は定格加熱蒸気量の５０〜７０％の容量
をもつものとしさらに本例に示す様な加熱蒸気バイパス
弁（前回の９）を設けている。加熱蒸気制御弁は再熱器
筐用開始時（タービン出力ｄ％）より開き始め、加熱蒸
気圧力設定値の上昇とともにその開度は増してゆく。加
熱蒸気圧力設定値が定格圧力に達した時点（タービン出
力ｂ％）で加熱蒸気バイパス弁を全開する。これによシ
加熱蒸気はバイパス弁側を流れる為、加熱蒸気制御弁の
開度は減少する。更にタービン出力を増加させると必要
蒸気量が増加するため加熱蒸気制御弁は開度を増す。そ
して定格出力（１００％）では加熱蒸気バイパス弁は全
開、加熱蒸気制御弁は中間開度で運用される。

この様な運転パターンにおいて使用開始の際のタービン
出力ｄ％は再熱器内での凝縮ドレン流動の安定性を考慮
して決定される。低負荷においては、高圧タービン排気
蒸気（被加熱蒸気）の温度が低く再熱器チューブ内での
ドレン凝縮量が多い。

そのため、ドレン排出不良となる可能性がある。

従ってこれを考慮して使用開始のタービン出力は１０〜
１５％とするのが普通である。次に、加熱蒸気圧力設定
値を定格圧力として加熱蒸気バイパス弁を全開とするタ
ービン出力ｂ％は、プラントの負荷上昇率よシ決定され
る。圧力設定値の上昇に伴いチューブ内の蒸気温度が上
昇するため、急激に出力を上昇するとチューブはじめ再
熱器各部に過度の熱応力が発生する。これを防止するた
め出力上昇率を低くおさえるとともに１出力に対する設
定圧力の上昇を極力低くおさえることが必要である。こ
のため、出力上昇率を大きくして起動所要時間を短くす
るためには加熱蒸気圧力設定値を定格圧力とするタービ
ン出力ｂ％を極力１０〇−出力に近づけることが好まし
い。

一方、上述した制御方式ではタービン出力ｂ％で加熱蒸
気バイパス弁を全開し、加熱蒸気制御弁を閉めているた
め、この点で制御上は不連続となっている。従って通常
の負荷運転状態においては、この不連続点を含まない範
囲で運転を行なうことが望ましい。即ち、タービン出力
ｂ％以上で運転を行なうことが望ましい。

しかしながら、近年、日中と夜間において発電機負荷（
＝タービン出力）を増減させる。いわゆる日負荷運転を
採用するプラントが増加しつつある。さらに日負荷運転
域も拡大する方向にある。

従って、第３図に示す様に日負荷運転域下限のタービン
出力ａ％が加熱蒸気定格圧力域下限値ｂ％を下回シ、通
常運転域で、制御弁の切シかわりが発生し、制御が不安
定となるという問題があった。

具体的には弁相互のチャタリング等が発生するという問
題があった。この問題を解決するためには、加熱蒸気圧
力の設定値を第３図に示した破線の様に急傾斜とし設定
圧力を定格点とするタービン出力Ｃ％をａ％以下とする
という方法がある。しかしながらこの方法では、タービ
ンの出力上昇率を低くおさえねばならず、起動所要時間
が長くなるという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、起動所要
時間を短縮することができ、しかも日負荷運転域におい
て良好な制御を行ない得る、蒸気タービン再熱器の制御
装置を提供しようとするものである。

〔発明の概要〕

本発明の基本的原理は、起動時の出力変化に対する加熱
蒸気圧力の上昇率を低くおさえることで起動時間を短縮
するとともに、通常運転時においては、加熱蒸気圧力設
定値のパターンを切換えることによシ日負荷運転域での
加熱蒸気制御弁と加熱蒸気バイパス弁の切換えを避け、
制御の連続性を維持できるようにしたものである。

上記の原理に基づいて前記の目的を達成するため、本発
明の蒸気タービン再熱器の制御装置は、蒸気源と、上記
の蒸気源から供給される主蒸気によって駆動される高圧
タービンと、前記主蒸気の流量を調節する蒸気加減弁と
、高圧タービン入口蒸気の１部を加熱源として該高圧タ
ービンの排気を再熱する再熱器と、再熱された蒸気によ
って駆動される低圧タービンと、前記再熱器の加熱蒸気
量を加減する加熱蒸気制御弁と、前記の蒸気加減弁の開
度を調整してタービン出力を制御する出力制御装置と、
前記加熱蒸気制御弁の開度を制御して加熱蒸気量を加減
する加熱蒸気制御装置とを備えた蒸気ターピ／において
、タービンの温度条件および負荷条件に基づいて前記加
熱蒸気制御装置のＩ制御モードを切）替えるモード切替
装置を設けたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の１実施例を示す蒸気−制御系統図であ
る。

この実施例は、第２図に示した従来の系統図に本発明を
適用して改良したものであって、第２図（従来の再熱タ
ービンフリント）と同一の図面参照番号を付した構成部
材、即ち、蒸気を発生する蒸気発生器１、タービンへ流
入する蒸気量を加減しタービンの速度、入口蒸気圧力出
力等を制御する蒸気加減弁２、蒸気の持つ熱エネルギを
ロータの回転エネルギに変換する高圧タービン３、前記
高圧タービン３の排気蒸気をタービン入口蒸気の１部を
用いて再熱する再熱器４、再熱蒸気の持つ熱エネルギを
ロータの回転エネルギに変換する低圧タービン５、前記
低圧タービン５の排気を復水する復水器６、復水を昇温
しで前記蒸気発生器１へ給水する給水加熱器７、前記再
熱器４への加熱蒸気の流量を制御する加熱蒸気制御弁８
、前記加熱蒸気制御弁８をバイパスする加熱蒸気バイパ
ス弁９、前記再熱器４にて凝縮したドレンを回収するド
レンタンク１０、前記ドレンタンク１０のドレンを前記
給水加熱器７へ排出するドレン弁穴１１及び同上ドレン
を前記復水器６へ排出するドレン弁β）１２、タービン
速度とタービン入口蒸気圧力を検出しタービンの出力を
制御する出力制御装置１３、前記出力制御装置１３より
の出力要求信号により前記蒸気加減弁２を制御する蒸気
加減弁゛制御装置１４は第２図に示した従来装置におけ
ると同様乃至は類似の構成部分であろう２９は本発明を
適用して付設した温度検出器で、高圧タービン、３の第
１段後内壁メタル温度を検出する構造である。

１５′は、第２図に示した従来の加熱蒸気制御装置に対
応する本発明の加熱蒸気制御装置でるつて、前記の温度
検出器２９の検出信号、蒸気圧力検出器１６の検出信号
、及び出力制御装置１３の指令信号を受けて、前記加熱
蒸気制御弁８及び前記加熱蒸気バイパス弁９を制御する
。その機能的構成は第５図（ブロック図）を参照して後
に詳述する。

蒸気発生器１で発生した蒸気は、蒸気加減弁２で流量を
制御された後、高圧タービン３に流入する。高圧タービ
ン３で仕事をした蒸気は、再熱器４にて再熱器され低圧
タービン５に導かれる。低圧タービン５で仕事をした蒸
気は復水器６へ導かれて復水となる。復水は給水加熱器
７にて加熱され蒸気発生器１へ供給される。一方、蒸気
発生器１の出口蒸気の１部は、加熱蒸気制御弁８及び加
熱蒸気バイパス弁９にて流量調整された後再熱器４に流
入し、高圧タービン出口蒸気（被加熱蒸気）と熱交換し
ドレン化してドレンタンク１０へ導かれる。ビレ／タン
ク内のドレンは、ドレン弁■１１、もしくはドレン弁Ｑ
３）１２を通って給水加熱器７、丑たは復水器６へ排出
される。

本実施例にシけるタービンの出力は、出力制御装置１３
にて制御される。出力制御装置は高圧タービン入口蒸気
圧力及びタービン速度を検出し高圧タービンの入口に設
置された蒸気加減弁２の開度を調整して流入蒸気量を制
御することによりタービン出力を制御している。次に再
熱器の加熱蒸気制御は加熱蒸気制御装置１５′によって
行なわれる。その制御ブロック図を第５図に示す。加熱
蒸気制御装置１５′は、出力制御装置１３よジの出力制
御信号を受信する出力制御信号受信部１７、出力制御信
号に基づいて加熱蒸気バイパス弁の開度を決定する出力
−バイパス弁開度変換部■１８、同の）２７、出力制御
信号に基づいて加熱蒸気圧力要求値を決定する出力−加
熱蒸気圧力変換部■１９、同の）２８、加熱蒸気圧力要
求値と実測値とを比較し加熱蒸気制御弁８に開度要求信
号を出力する加熱蒸気圧力比較部２０、加熱蒸気圧力実
測信号を受信する加熱蒸気圧力信号受信部２１、高圧タ
ービン第１段後内壁メタル温度を受信し、モード判定を
行なうモード判定部Ｇす２２、出力制御信号によってモ
ード判定を行なうモード判定部（Ｂ）２３、前記モード
判定部囚及び（Ｂ）の判定したモードによってモードの
切換えを行なうモード切換部２４、前記モード切換部２
４よシの切換信号によってバイパス弁開度要求信号を切
換る切換器囚２５、及び前記モード切換部２４よりの切
換信号により加熱蒸気圧力要求信号を切換る切換器ｔＢ
）２６よシ構成される。

本例の加熱蒸気制御装置１５′は、出力制御装置１３よ
りの出力制御信号を出力制御信号受信部１７で受信し、
出力−バイパス弁開度変換部（ト）１８、および（Ｂ）
２７により出力制御信号に応じたバイパス弁開度を決定
し、切換器（ト）２５の位置によって（ト）、（２）ど
ちらかの信号で加熱蒸気バイパス弁９を制御する。一方
、出力制御信号は、出カー加熱蒸気圧力変換部囚１９及
び■）２８へも入力され出力制御信号に応じた加熱蒸気
圧力要求信号に変換され、切換器（Ｂ）　２６の位置に
よって（４）、■）どちらかの信号が選択され加熱蒸気
圧力比較部２０・へ入力される。

一方、加熱蒸気制御弁８の後圧を加熱蒸気圧力検出器１
６によシ検出し、加熱蒸気圧力受信部２１で受信する。

この実測圧力と要求信号を加熱蒸気圧力比較部にて比較
し偏差を求め、偏差より加熱蒸気制御弁８の要求開度を
決定し加熱蒸気制御弁を制御する。

次に、モード別の加熱蒸気圧力設定値及び加熱蒸気バイ
パス弁開度のパターンを第６図に示す。

実線で示したカーブＡＩ、及び、実線の上にＸ印ヲ並べ
て重ねたカーブＡ２によって表わされるモードをモード
（４）と名付ける。これは第４図について説明した従来
のモードと類似のモードであって、加熱蒸気圧力設定値
はタービン出力ｄ％よりｂ％迄直線的に増加させタービ
ン出力ｂ＝４以上では一定とする。また加熱蒸気バイパ
ス弁はタービン出力ｂ％以下では全閉、ｂ％以上では全
開とする。

破線で示したカーブ８１％及び、破線の上にＸ印を並べ
て重ねたカーブＢ２によって表わされるモードをモード
（２）と名付ける。このモード■は本発明を適用して追
加したものでちって、加熱蒸気圧力設定値は、タービン
出力ｄ％よりＣ％迄直線的に増加させ、ｃ％以上では一
定とする。また加熱蒸気バイパス弁は０％以下で全開、
ｃ％以上で全開としている。ここでタービン出力ｃ％ｉ
ｊ、日負荷運転域下限のタービン出力ａ％以下の適当な
出力とする。ａとＣの差は０〜ｂ ましい。

次にモードの切換条件の１つとしてはまず高圧タービン
第１段後の内壁メタル温度を使用し、本温度をタービン
の状態を示す値とし、これによって冷機、熱機の区別を
する。本温度がある規定値以上の場合には、タービン出
力いかんにかかわらずモード（、Ｂ）を選択する。高圧
タービン第１段後内壁メクル招１度が規定値以上であれ
ば、タービン全体（再熱器も含む）の温度が高く、加熱
蒸気圧力設定値を出力信号に対して高く設定し、かつ急
激に出力上昇（、ても再熱器のチューブ等に過大な熱応
力を生じない。しかしながら上記のメタル温度が規定値
以下であると出力上昇中にチューブ等と加熱蒸気の温度
差が過大となり過度の熱応力が発生することとなる。従
ってメタル温度が規定値以下ではモード囚を選択し出力
上昇時間をモード［Ｆ］）選択時より長くすることなく
出力上昇させる。モードの切換条件の２番目は出力制御
信号である。

前記の様に高圧タービン第１段後内壁メタル温度が規定
値以上の場合には、常にモードＣＢ）を選択しているが
、規定値以下の場合は、起動時はモード（イ）を選択し
ている。出力の上昇に伴って加熱蒸気圧力設定値が増加
し、出力ｂ％で一定となる。この後即ち出力上昇時出力
ｂ％以上にてモード（イ）よりモードＱ３）への切換え
を行なうこととする。次に出力降下時にはモードの切換
えは行なわず、出力ｄ％以下で高圧タービン第１段後内
壁メタル温度が規定値以下となった時のみモード［有］
）からモード（至）への切換えを実施する。

以上により、高圧タービン第１段後内壁メタル温１度が
規定値以下での起動時には加熱蒸気圧力設定値の出力に
対する上昇率を緩やかにし、出力毎の、加熱蒸気と構造
部との温度差を最小とし、出力上昇時間を短縮するとと
もに、１度規定出力以上の運転となった場合にはモード
を切換え通常の出力変化範囲内での加熱蒸気圧力設定値
を一定とし加熱蒸気制御弁の動きを小さくおさえること
により制御の安定性を確保するとともに、通常の出力範
囲内での加熱蒸気制御弁と加熱蒸気バイパス弁の切換ジ
をなくして安定な運転を達成することが可能である。

以上に説明した実施例においては、タービンの温度条件
を検出するために温度検出器２９を高圧タービン３の第
１没後内壁に設けてメタル温度を検出するように構成し
たが、本発明を実施する際、温度検出器の設置個所は、
高圧タービン、低圧タービン、配管構造などの何れか一
つ若しくは複数とすることもでき、同様な効果が得られ
る。

また、上記のかわりに再熱器の構造部温度を使用するこ
ともできる。加熱蒸気制御は加熱蒸気圧力（温度）を制
御することで構造部温度との差による熱応力の発生をお
さえることが目的であシ、そのため、再熱器構造部の一
度を検出してモード切換えを行なうことは最も有効であ
る。

次に、前記の実施例においては加熱蒸気バイパス弁９を
加熱蒸気制御弁８と並列に設けているが、加熱蒸気バイ
パス弁を設けないことも考えられるが、この場合には両
者の切換えによる不安定状態を通常出力運転中に発生さ
せないという効果はない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、冷機状態のタービン起動時には、出力
に対する加熱蒸気圧力設定値の上昇率を低くおさえるこ
とで出力上昇率を大きくしても、再熱器構造部温度と加
熱蒸気温度の偏差過大による過大な熱応力が発生しない
様にするとともに、出力がある一定以上となった時点で
加熱蒸気圧力設定値のパターンを切換えることで日負荷
運転域での加熱蒸気圧力設定値を一定とし安定な制御を
行なえるという２つの利点の両立が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例における再熱タービンプラン
トの系統図である。 第２図は従来の再熱タービンプラントの系統図、第３図
は従来の加熱蒸気圧力制御装置ブロック図、第４図は従
来のタービン出力と加熱蒸気圧力設定値及び加熱蒸気バ
イパス弁開度の関係を示す図表、第５図は本発明の実施
例の加熱蒸気制御装置制御ブロック図、第６図は本発明
の実施例のタービン出力と加熱蒸気圧力設定値及び加熱
蒸気パイ・くス弁開度の関係を示す図表である。 １・・・蒸気発生器、２・・・蒸気加減弁、３・・・高
圧タービン、４・・・再熱器、５・・・低圧タービン、
６・・・復水器、７・・・給水加熱器、８・・・加熱蒸
気制御弁、９・・・加熱蒸気バイパス弁、１０・・・ド
レンタンク、１１・・・ドレン弁穴、１２・・・ドレン
弁（Ｂ）、１３・・・出力制御装置、１４・・・蒸気加
減弁制御装置、１５．１５’・・・加熱蒸気制御弁行、
１６・・・加熱蒸気圧力検出器、１７・・・出力制御信
号受信部、１８・・・出カーバイパス弁開度変換部囚、
１９・・・出カー加熱蒸気圧力変換部囚、２０・・・加
熱蒸気圧力比較部、２１・・・加熱蒸気圧力受信部、２
２・・・モード判定部（イ）、２３・・・モード判定部
ＣＢ）、２４・・・モード切換部、２５・・切換器■、
２６・・・切換器（６）、２７・・・出力−バイパス弁
開度変換部（２）、２８・・・出力−加熱蒸気圧力変換
部［Ｆ］）、２９・・・高圧タービン第１段後内壁メタ
ル温度検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気源と、上記の蒸気源から供給される主蒸気によ
   つて駆動される高圧タービンと、前記主蒸気の流量を調
   節する蒸気加減弁と、高圧タービン入口蒸気の１部を加
   熱源として該高圧タービンの排気を再熱する再熱器と、
   再熱された蒸気によつて駆動される低圧タービンと、前
   記再熱器の加熱蒸気量を加減する加熱蒸気制御弁と、前
   記の蒸気加減弁の開度を調整してタービン出力を制御す
   る出力制御装置と、前記加熱蒸気制御弁の開度を制御し
   て加熱蒸気量を加減する加熱蒸気制御装置とを備えた蒸
   気タービンにおいて、タービンの温度条件および負荷条
   件に基づいて前記加熱蒸気制御装置の制御モードを切り
   替えるモード切替装置を設けたことを特徴とする、蒸気
   タービン再熱器制御装置。 ２、前記の加熱蒸気制御装置は、出力制御装置から入力
   される出力制御信号に基づいて加熱蒸気の設定圧力を設
   定値ならしめるように加熱蒸気制御弁を開閉制御する構
   造とし、タービン構造部の温度を検出する手段を設け、
   かつ、前記のモード切替装置は、冷機状態のタービン起
   動時には前記加熱蒸気の圧力設定値のタービン出力に対
   する上昇値を小さくした制御モードに切り替え、起動後
   定常負荷運転になつた後は上昇率の大きい制御モードに
   切り替えるように構成したものであることを特徴とする
   、特許請求の範囲第１項に記載の蒸気タービン再熱器制
   御装置。