JPS62121807A - タ−ビン制御装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は部分負荷時に高圧タービン入口蒸気圧力を変圧
することによって、蒸気流山の体積を増加させるような
再熱式タービン発電設備において、特に再熱タービンに
流入する再熱タービン入口蒸気温度を制御することによ
りタービン低圧排気至渦度の制御を行なうようにしたタ
ービン制御装置に関する。

〔発明の技術的背購とその問題点〕

従来から、火力発電プラントにおける再熱式タービン発
１ｉ設億のタービン入口蒸気温度制御は、高圧タービン
入口圧力を一定とする定圧運転、および部分負荷時に減
圧運転を実施する場合、再熱タービン入口蒸気温度と発
電機負荷と復水器真空度とを基に制御することにより、
タービン入口蒸気温度の制御を行なうようにしている。

すなわち、部分負荷時においては効率改善、寿命消費の
低減等の目的から、高圧タービン入口圧力を減圧する減
圧運転を行なった場合、高圧タービン入口蒸気温度を同
一となるように温度制御すると、高圧タービン出口温度
は定圧運転に比べて高くなるため、再熱タービン入口蒸
気温度は定圧運転時の温度に比べて部分負荷時よりも高
くなる。

また減圧運転時においては、再熱タービン入口蒸気温度
が定圧運転時に比較して、負荷が減少するに従って再熱
タービン入口蒸気温度量が増加し、復水器真空度は冷却
水温度により決定されている。

しかしながら、冷却水温度は冬季と夏季とを比べると異
なる。すなわち、夏季には復水器冷却水温度が高くなり
、復水器冷却水温度が高くなると復水器真空度が低下し
、低圧排気室温度が高くなる。そして、この低圧排気変
温度が高くなると、再熱タービンの後段部に設置される
低圧タービンの排気室であるケーシングの温度上昇によ
る熱変形と、ケーシングや軸受支持部の温度上昇による
軸受のアライメント変化とを防止するために、蒸気流れ
に沿ってケーシング内に水噴霧を行ない、この水噴霧に
より冷却を行なうようにしている。

しかし、かかる水噴霧による冷却では最終段のタービン
動翼の内径側に逆流を生じ、この逆流による水滴でター
ビン動翼にエロージョンが発生するという不具合があり
、プラント副部に支障を来たすばかりでなくタービンの
寿命の点でも大きな弱点となっている。以下、このよう
な問題点について図面を用いて詳述する。

第３図は、従来の再熱式タービン発電設備の制御系統構
成の一例を示したものである。第３図において、燃料系
統１から燃料調節弁２を介して供給される燃料をボイラ
３にて燃焼させ、ボイラ３内の過熱器４を出た蒸気は蒸
気加減弁５を通り、高圧タービン６にて蒸気エネルギー
がタービン動翼の擁械エネルギーとなり、この高圧ター
ビン６を出た蒸気エネルギーは再び逆止弁７を通り、ボ
イラ３に戻された蒸気は再熱器８にて再熱され、その再
熱された再熱蒸気はインターセプト弁９を通って再熱タ
ービン１ｏに導入され、商機的エネルギーに変換されて
発電機１１を駆動して電力を発生させ、この電力は主変
圧器１２を通して図示しない送電系統に供給される。

また、蒸気再熱タービン１０から排出された蒸気は復水
器１３にて凝縮され、この凝縮された復水は復水器１３
から復水ポンプ１４を介し低圧ヒータ（以下、ＬＰＨと
称する）１５に導入して加熱され、さらに給水ポンプ１
６を介し高圧ヒータ（以下、）−ＩＰＨと称する）１７
にて加熱され、ここから再びボイラ３に戻されるように
再熱式タービン発電設備が構成されている。

さて、かかる従来の再熱式タービン発電設備において、
蒸気タービンに流入する再熱温度制御は、定圧運転つま
り高圧タービン入口圧力を一定とした場合、第４図に示
すような負荷と蒸気温度の特性で表わされるように行な
われる。すなわち、高圧タービン入口蒸気温度特性へ、
再熱タービン入ロ蒸気温度特性Ｂ、高圧タービン出口蒸
気温度Ｃについては、負荷と蒸気温度の関係で表わされ
る。

一方、部分負荷運転時にはタービン発ＭＲの運転効率や
寿命等の低減のために、高圧タービン入口圧力を減圧す
る減圧運転が必要となり、この減圧運転時の負荷と蒸気
温度の関係は第５図に示すような特性となる。すなわち
、高圧タービン入口温度Ａを同一となるように蒸気温度
制御を行なうと、高圧タービン出口温度特性Ｃ′は定圧
運転時と比較し、低負荷においては定圧運転時と比べて
高くなるために、再熱タービン入口蒸気温度特性Ｂ＝は
第５因の定圧運転時の温度に比較して高くなる。

このように、再熱タービン入口蒸気温度が定圧運転時と
比較し部分負荷の場合に高くなるのは、蒸気タービンの
低圧排気温度が定圧運転時に比較して温度上昇するため
である。そこでこのような場合、再熱タービン１０の後
段部分に設置される図示しない低圧タービンの排気室で
あるケーシングの１度上昇による熱変形や、ケーシング
並びに軸受支持部の温度上昇による軸受のアライメント
変化を防止するために、蒸気流に沿ってケーシング内に
水噴霧を行ない、水噴霧による水の蒸発潜熱によってケ
ーシングや軸受支持部を冷却するようにしている。しか
し、かかる水噴霧による蒸気流による冷却方法では、最
終段のタービン動翼の内径側で逆流を生じ、この逆流輪
よる水滴でタービン動翼にエロージョンが発生するとい
う問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的は定圧運転および部分負荷時に減圧運転
を実施した場合、発電機負荷と復水器真空度に基づいて
再熱タービン入口蒸気温度を制御することにより、低圧
排気室の温度上昇を抑制して最終段のタービン動翼のエ
ロージョン発生を確実に防止することが可能な信頼性の
高いタービン制御装置を提供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために本発明のタービン制御装置は
、燃料系統から供給される燃料をボイラで燃焼させ、こ
のボイラ内の過熱器からの蒸気を高圧タービンへ導入し
て蒸気エネルギーを礪械エネルギーに変換し、またこの
高圧タービンからの蒸気を上記ボイラ内の再熱器に戻し
て再熱し、この再熱器からの再熱を再熱タービンへ導入
し再熱蒸気エネルギーを機械的エネルギーに変換して発
電機を駆動し、さらにこの再熱タービンから排出される
蒸気を復水器で凝縮し、この凝縮された復水をポンプに
より上記ボイラ内の過熱器へ再び戻すように構成される
再熱タービン発Ｎ設備の高圧タービン入口蒸気圧を一定
として発電機出力を制御するタービン制ａ装置において
、上記復水器からの復水を上記高圧タービンからの蒸気
と共に上記ボイラ内の再熱器へ戻すラインを設け、この
ライン上に設ける減温水１１１節弁と上記燃料系統から
ボイラへの燃料供給を調節する燃料調節弁とを。

上記再熱器の出口側の再熱蒸気の温度信号、上記復水器
の真空度信号および上記発電機の出力信号を入力して、
上記復水器の真空度信号と上記発電機の出力信号とを再
熱タービンの後段部に設置される低圧排気室温度に換算
して低圧排気室温度信号を得る第１の手段、この第１の
手段により得られた低圧排気温度信号と低圧排気空渇度
設定信号と比較演算して低圧排気室温度偏差信号を得る
第２の手段、この第２の手段により得られた低圧排気室
温度（ｌ差信号をこれに応じた負荷量に変換して負荷偏
差信号を得、かつこの負荷偏差信号に応じた燃焼調節信
号および減温水温調節信号を上記燃料調節弁および減温
水温調茄弁へ与える第３の手段を用いて部分負荷運転の
高圧タービン入口蒸気圧減圧時に制御する低圧排気室温
度制御装置を具備することにより、蒸気タービンに流入
する再熱蒸気温度を制御するようにしたことを特徴とす
る。

〔発明の実施例〕

まず、前述した再熱式タービン発電設備において、減圧
運転時には再熱タービン入口蒸気温度が定圧運転時に比
較し、負荷が減少するに従って温度上昇量は増加し、復
水器真空度は冷却水温度により決定される。すなわち、
冬季と夏季とを比較すると、夏季には復水器冷却水温度
が高くなると、復水器真空度が低下し低圧排気質温度が
高くなるので、本発明では発電機負荷と復水器真空度に
より再熱タービン発電設備のタービン入口蒸気温度を制
御して低圧排気室温度上昇を抑制することにより、最終
段のタービン動翼のエロージョン発生を防止しようとす
るものである。

以下、上述のような考え方に基づいた本発明の一実施例
について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明によるタービン制（財）装置の系統構
成例を示すものであり、第３図と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につい
てのみ説明する。すなわち第１図においては、前記復水
ポンプ１４により供給される復水器１３からの復水を、
ＬＰＨ１５，給水ポンプ１６．ＨＰＨｌ　７を介して得
られた加熱蒸気を、前記高圧タービン６からの蒸気と共
に上記ボイラ３内の再熱器８へ蒸気冷却水として戻すよ
うにライン２６を設け、かつこのライン２６上には減温
水温調節弁１８を設けている。一方、前記再熱器８の出
口側には再熱蒸気の温度を検出する再熱蒸気温度検出器
１９を設け、また上記復水器１３にはその真空度を検出
する真空検出器２０を設け、さらに前記発電機１１の出
力端に設けられた変流器２１および変圧器２２を介して
発電機１１の出力を検出する発′１Ｒ１１１負荷検出変
換器２３を設け、さらにまた上記再熱蒸気温度検出器１
９からの検出信号り、上記真空検出器２０からの検出信
号Ｅおよび上記発電機負荷検出度換器２３からの検出信
号Ｆを夫々入力とする低圧排気室温度制御装置２４を設
けている。ここで低圧排気室温度制御装置２４は、上記
真空検出器２０からの検出信号である復水器真空度信号
Ｅと上記発電機負荷検出変換器２３からの検出信号であ
る発′ｉＲ機負荷信号Ｆとを低圧排気１ｍ度に換算して
低圧排気室温度信号を得、またこの低圧排気室温度信号
と低圧排気室温度設定信号と比較演算して低圧排気室温
ＩＩｉ差信号を得、さらにこの低圧排気室温度偏差信号
をこれに応じた負荷量に変換して負荷偏差信号を得、か
つこの負荷偏差信号に応じた燃焼調節信号Ｈおよび減温
水温調節信号Ｇを上記燃料調節弁２および減温水濡調節
弁１８へ与えるものである。

かかる構成において、再熱タービン１０から排出された
蒸気は復水器１３にて凝縮され、この凝縮された復水は
復水ポンプ１４を介してＬＰ）（１５で加熱され、これ
より給水ポンプ１６を介して）−ＩＰＨ１７で加熱され
、再びボイラ３内の加熱器４へ戻される。また、ＨＰＨ
ｌ７を出て加熱された蒸気はライン２６を通ってボイラ
３内の再熱器８へ戻され、高圧タービン６から出た蒸気
エネルギーは逆止弁７を通って再熱器８へ戻され、上記
ライン２６を通った蒸気と合流する。

一方、再熱タービン１０に導かれる再熱蒸気温度が再熱
蒸気ラインに設置された再熱蒸気温度検出器１９により
検出され、また復水器１３の真空度が復水器１３に設置
された真空検出器２０により検出され、さらに発電＠１
１の負荷が発電機１１の出力端に設けられた発電機負荷
検出度変換器２３により検出され、これら各検出器１９
゜２０．２３からの出力信号である低圧排気室温度信号
り、復水器真空度信号Ｅ１発電瀘負荷信号Ｆは、低圧排
気室温度制御装置２４に夫々入力される。そしてこの低
圧排気室温度制御装置２４では、これらの低圧排気室温
度信号り、復水器真空度信号Ｅ、負荷信号Ｆに基づいて
、例えば第２図に示すような処理を行なって燃焼調節信
号Ｈおよび減温水温調節弁＠Ｇを得、これが上記燃料調
節弁２および減温水ｍ１１節弁１８に夫々与えられるこ
とになる。

すなわち、まず低圧排気室温度制御装置２４の入力装置
２４−１においては、上記低圧排気室温度信号り、復水
器真空度信号Ｅ１負荷信号Ｆをアナログ信号からデジタ
ル信号に変換し、このデジタル量に変換された夫々の低
圧排気室温度ｆｆ１Ｄ１゜復水器真空信号Ｅ１．負荷信
号Ｆ１が変換装置２４−２に入力される。次に、変換装
置２４−２においては上記復水器真空度信号Ｅ１と負荷
信号Ｆ１を低圧排気室温度に換算し、この換算した低圧
排気室温度信号Ｊが比較演算装置２４−３に入力される
。次に、比較演算袋＠２４−３においては低圧排気ｖ温
度設定器２５からの低圧排気室温度設定信号ＳＥＴを入
力し、上記変換装置２４−２で変換された低圧排気室温
度Ｊと比較し、その結果低圧排気室温度偏差信号Ｋが出
力される。

すなわち、再熱タービン入口蒸気温度が上昇した場合に
は、低圧排気室温度が上昇して低圧排気室温度信号りが
上昇し、かつ換算した低圧排気室温度信号Ｊが上昇する
。また負荷が増加した場合には、負荷信号Ｆが高くなり
、かつ換算した低圧排気室温度信号Ｊも高くなる。一方
復水器真空度信号Ｅが低下した場合、換算した低圧排気
室温度信号Ｊが高くなる。かかる場合に、低圧排気室温
度設定器２５からの低圧排気室温度設定信号ＳＥＴとの
偏差量である低圧排気室温度偏差信号Ｋに相当する信号
が変換装置２４−４に入力される。

すると変換器！２４−４においては、上記低圧排気室温
度備差信号Ｋをこれに応じた負荷量に変換し、低圧排気
室温度設定信号Ｋに応じた負荷偏差信号りを得て、この
負荷偏差信号りが出力装置２４−５に入力される。さら
に、この出力装置２４−５においては上記低圧排気室温
度偏差信号Ｋに相当する負荷偏差信号りをデジタル信号
からアナログ信号に変換し、この７すＯグ信号に変換さ
れた負荷偏差信号しに相当する減温水温調節信号Ｇおよ
び燃料調節信号Ｈの操作信号の負荷ｌｉ差分が、上記減
温水温調節弁１８および燃料調節弁２へ与えられ、これ
に応じて減温水温調節弁１８および燃料調節弁２の開度
をｉｌｌ　１１０することにより、再熱タービン１０に
流入する再熱タービン入口蒸気温度が制御される。この
ようにして、蒸気タービン低圧排気室の濃度が調節制御
されることになる。

上述したように本構成のタービン制御装置においては、
定圧運転および部分負荷時に減圧運転を実施した場合、
発電機負荷（Ｆ）と復水器真空度（Ｅ）に基づいて減温
水温および燃料量を調節することによって再熱タービン
１０の入口蒸気温度を制御するようにしているので、低
圧排気室の温度上昇を抑制して従来のような最終段のタ
ービン動翼のエロージョン発生を確実に防止することが
可能となり、極めて信頼性の高い制ｍ装置とすることが
できる。

尚、上記実施例ではタービン制ｔ［ｌ装置における低圧
排気室温度信号装Ｗ１２４をデジタル装置で構成した場
合を述べたが、これに限らずアナログ口を検出して演算
を行なうアナログ装置とりレージ−ケンスにより装置を
構成することも可能であることは言うまでもない。

その他、本発明はその要旨を変更しない範囲で、種々に
変形して実施することができるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、定圧運転および部
分負荷時に減圧運転を実施した場合、発電機負荷と復水
器真空度に基づいて再熱タービン入口蒸気温度を制御す
るようにしたので、低圧排気室の温度上昇を抑制して最
終段のタービンｖＪ翼のエロージョン発生を確実に防止
することが可能な極めて信頼性の高いタービン制ｍ装置
が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統構成図、第２図は
同実施例における低圧排気室温度制御Ｉｌ装置詳細を示
す構成ブロック図、第３図は従来の再熱式タービン発電
設備の制御系統の一例を示す構成図、第４図は従来の定
圧運転時の負荷と蒸気温度の関係を示す特性図、第５図
は従来の減圧運転時の負荷と蒸気温度の関係を示す特性
図である。 １・・・燃料系統、２・・・燃料調節弁、３・・・ボイ
ラ、４・・・過熱器、５・・・蒸気加減弁、６・・・高
圧タービン、７・・・逆止弁、８・・・再熱器、９・・
・インターセプト弁、１０・・・再熱タービン、１１・
・・発電機、１２・・・主変圧器、１３・・・復水器、
１４・・・復水ポンプ、１５・・・低圧ヒータ、１６・
・・給水ポンプ、１７・・・高圧ヒータ、１８・・・減
温水温調節弁、１９・・・再熱蒸気温度検出器、２０・
・・真空検出器、２３・・・発電機負荷検出変換器、２
４・・・低圧排気室温度制御装置、２４−１・・・入力
装置、２４−２・・・変換装置、２４−３・・・比較演
算装置、２４−４・・・変換装置、２４−５・・・出力
ｔｉｅ、２５・・・低圧排気室温度設定器、２６・・・
ライン、Ａ、Ａ−・・・高圧タービン入口温度、Ｂ、Ｂ
′・・・再熱蒸気タービン入口蒸気温度、Ｃ，Ｃ−・・
・高圧タービン出口温度、Ｄ・・・低圧排気室温度信号
、Ｅ・・・復水器真空度信号、Ｆ・・・負荷信号、Ｇ・
・・減温水温調節信号、Ｈ・・・燃料調節信号、ＳＥＴ
・・・低圧排気室温度設定信号。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第　１− 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃料系統から供給される燃料をボイラで燃焼させ、この
   ボイラ内の過熱器からの蒸気を高圧タービンへ導入して
   蒸気エネルギーを機械エネルギーに変換し、またこの高
   圧タービンからの蒸気を前記ボイラ内の再熱器に戻して
   再熱し、この再熱器からの再熱蒸気を再熱タービンへ導
   入し再熱蒸気エネルギーを機械的エネルギーに変換して
   発電機を駆動し、さらにこの再熱タービンから排出され
   る蒸気を復水器で凝縮し、この凝縮された復水をポンプ
   により前記ボイラ内の過熱器へ再び戻すように構成され
   る再熱タービン発電設備の高圧タービン入口蒸気圧を一
   定として発電機出力を制御するタービン制御装置におい
   て、前記復水器からの復水を前記高圧タービンからの蒸
   気と共に前記ボイラ内の再熱器へ戻すラインを設け、こ
   のライン上に設ける減温水温調節弁と前記燃料系統から
   ボイラへの燃料供給を調節する燃料調節弁とを、前記再
   熱器の出口側の再熱蒸気の温度信号、前記復水器の真空
   度信号および前記発電機の出力信号を入力して、以下の
   （ａ）〜（ｃ）の各手段を用いて部分負荷運転の高圧タ
   ービン入口蒸気圧減圧時に制御する低圧排気室温度制御
   装置とを具備して成ることを特徴とするタービン制御装
   置。 （ａ）前記復水器の真空度信号と前記発電機の出力信号
   とを再熱タービンの後段部に設置される低圧排気室温度
   に換算して低圧排気室温度信号を得る第１の手段 （ｂ）この第１の手段により得られた低圧排気温度信号
   と低圧排気室温度設定信号と比較演算して低圧排気室温
   度偏差信号を得る第２の手段 （ｃ）この第２の手段により得られた低圧排気室温度偏
   差信号をこれに応じた負荷量に変換して負荷偏差信号を
   得、かつこの負荷偏差信号に応じた燃焼調節信号および
   減温水温調節信号を前記燃料調節弁および減温水温調節
   弁へ与える第３の手段