JPS62196507A - 蒸気タ−ビン用加熱器の加熱蒸気圧力制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蒸気タービンの加熱器に係り、特に、起動、停
止及び日負荷変化幅の大きい蒸気タービンに使用するに
好適な、蒸気タービン用加熱器の加熱蒸気圧力制御装置
に関するものである。

〔従来技術〕

蒸気タービン用加熱器の加熱蒸気流量を制御する最新の
技術として、特開昭５８−１．０６３１．１号公報に記
載の発明が公知である。この発明は、低圧タービン人口
蒸気温度を制御する場合、加熱温度流量制御弁の出口蒸
気圧力を検出器で検出し、この検出値を第二の関数発生
器で温度変換させて流量制御弁の出［１飽和蒸気温度を
求める。次に、この飽和蒸気温度を第二の減算器に出力
し、加熱器のターミナルディファレンスで差し引くこと
により、低圧タービン入口蒸気温度で求める。次いで、
この温度と第一関数発生器からの目標温度と第一の減算
器で減算し、その偏差に従ってＰＩ制御器を介して流量
制御弁の弁開度を制御する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術においては、加熱蒸気流量制御弁の出］］
」圧力の検出値から換算される温度と目標温度とを比較
し、その偏差に従って制御弁の弁開度を調整することに
より、低圧タービン入口蒸気温度のきめ細かい制御を可
能とするが、急激な負荷変化を伴う場合、つまり、負荷
変化率の大きな起動、停止等の運転モードに対する圧力
制御方法についての配慮がされておらず、負荷パターン
に応じてその都度目標温度の設定を行う必要がある。

負荷変化が大きな時、低圧タービン入口温度の変化率が
制限値を大幅に超えてしまう虞れがあるなどの問題があ
った。

本発明の目的は、負荷変化率の大きな起動、停止等の運
転モードであっても、加熱器伝熱管メタル温度及び低圧
タービン入［コ温度の温度変化率を制限値以下に抑えて
加熱器及び低圧タービンの過大な熱応力を防止すると共
に、加熱蒸気通気時の伝熱管熱衝撃を緩和し、しかもプ
ラント起動時間の短縮を図り得る蒸気タービン用加熱器
の加熱器気圧力制御装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

１−記目的は、（１）加熱器の加熱蒸気圧力として定常
時に必要な圧力である要求設定圧力をタービン出力要求
信号（負荷信号）により演算出力する設定圧力演算器と
、（ｉｉ）この設定圧力に対する飽和温度の温度変化率
の制限値を運転モード選択器よりの信号により演算出力
する温度変化率制限器と、（ｉｉｉ　）この制限器から
の信号と運転モード選択器からの信号に基づく信号によ
り運転条件に応じた最適な変化率を持つ飽和蒸気温度を
算出するための圧力比較信号変換器とを設けることによ
り達成される。なお、この場合、負荷により決められた
設定圧力に対する飽和温度の温度変化率が、各種運転モ
ードに応じて制限領以ｆになるように加熱蒸気圧力制御
装置の圧力設定値を制御することが望ましい。

（作用） １−記（ｉ）〜（１−）の構成を具備した本発明の加熱
蒸気圧力制御装置は、起動時には負荷に応じた加熱蒸気
圧力設定値とこの設定値に対する飽和温度の変化率（温
度−１−昇割合）が制限値を超えないように制御された
温度設定値に対する飽和蒸気圧力設定値とを比較し、圧
力設定値の小さい方を制御装置の圧力設定値として選択
するので加熱蒸気圧力に対する飽和温度にほぼ比例して
−に昇する低圧タービン入１１蒸気温度、つまり、加熱
器出口の被加熱蒸気温度を、（負荷の一１１昇割合が大
きい場合においても）制限値以下に抑えることができる
。また、停止り時には、負荷に応じた加熱蒸気圧力設定
値とこの設定値に対する飽和温度の変化率（温度降下割
合）が制限値を超えないように制御された温度設定値に
対する飽和蒸気圧力設定値とを比較し、圧力設定値の高
い方を制御装置の圧力設定値として選択するので低圧タ
ービン入［Ｊ蒸気温度の急激な低下を抑えることができ
る。

更に、本発明の加熱蒸気圧力制御装置は、任意の負荷状
態から加熱器へ加熱蒸気を通気するための起動器を設け
、加熱器及び低圧タービンのメタル温度にマツチングし
た初期設定温度を定め、この温度に対応する飽和蒸気圧
力を加熱蒸気量通気時の設定圧力とすることにより加熱
蒸気通気時の熱衝撃を緩和すると共に起動時間の短縮を
図ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第４図により説明
する。本発明の対象となる加熱器系統は、第２図に示す
如く、蒸気を発生する蒸気発生器１、蒸気の持つ熱エネ
ルギーをロータの回転エネルギーに変換する高圧タービ
ン３へ流入する蒸気量を加減しタービンの速度、出力及
び入口蒸気圧力等を制御する蒸気加減弁２、前記高圧タ
ービン３の排気蒸気をタービン入口蒸気の一部を用いて
再加熱する加熱器４．再加熱された蒸気の持つ熱エネル
ギーをロータの回転エネルギーに変換する低圧タービン
５、前記低圧タービン５の排気蒸気を冷却する復水器６
、この復水器から送られる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、前記加熱器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１１及び同上ドレンを前記復水器６へ排出するド
レン弁１２、タービンの運転モードを選択する運転モー
ド選択器９、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１７により前記蒸
気加減弁２を制御する蒸気加減弁制御袋［１４、前記加
熱蒸気量制御弁８の後圧を検出する加熱蒸気圧力検出器
１６、前記出力制御装置１３よりの出力要求信号１７と
前記加熱蒸気圧力検出器１６よりの圧力検出信号１９、
及び前記運転モード選択器９よりの運転モード信号１８
とを入力信号として前記加熱蒸気量制御弁８を開閉制御
する加熱蒸気圧力制御装置１５によって構成されている
。

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、加熱器４の伝熱管
外を流れる被加熱蒸気となりこの加熱器４の伝熱管内を
流れる加熱蒸気により再加熱され低圧タービン５へ導か
れる。一方、蒸気発生器１の出口蒸気の一部は前記加熱
蒸気量制御弁８にて流量制御され前記加熱器４へ導かれ
る。この加熱蒸気は、前記被加熱蒸気と熱交換しながら
加熱器４の伝熱管内を気液二相流となって流動し、加熱
器出口に設けられたドレンタンク１０へ流出する。

ドレンタンク内のドレンは、ドレン弁１１、若しくはド
レン弁１２を通って給水加熱器７、または、復水器６へ
排出される。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。さらにこの復水は給水加熱器
７にて加熱され蒸気発生器１へ供給される。

本タービンの出力は、前記運転モード選択器９からの信
号１８を入力信号として運転モードに適合したタービン
出力を制御する出力制御装置１３にて制御される。出力
制御装置１３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入口に設置された蒸気加減弁
２の開度を調節して流入蒸気量を制御することによりタ
ービン出力（負荷）を制御している。また、低圧タービ
ンの入口蒸気温度は、前記加熱器４の伝熱管内を流れる
加熱蒸気流量を制御することにより制御される。上記の
伝熱管内を流れる加熱蒸気は凝縮２相流となって流動す
るため、前記低圧タービン入口蒸気温度は、伝熱管内蒸
気圧力に比例する（つまり、加熱蒸気圧力に対する飽和
蒸気温度にほぼ比例する特性を有する。この加熱蒸気流
量の制御は本発明の加熱蒸気圧力制御装置１５によって
前記加熱蒸気制御弁８を開閉制御することにより行われ
る。

第１図は本発明の加熱蒸気圧力制御装置１５の１実施例
を示すブロック線図である。この制御装置１５は、前記
出力制御装置１３からの出力要求信号１７を入力し任意
の負荷状態から前記加熱器４へ加熱蒸気を通気するため
の負荷設定信号２１と初期設定温度信号３ｏとを出力す
る起動器２０と、該起動器２０からの負荷設定信号２１
を入力して前記加熱器４の加熱蒸気圧力として定常時に
必要な圧力である要求設定圧力信号２３を演算量力する
設定圧力演算器２２と、飽和蒸気温度信号２５を入力し
この入力温度に対する飽和蒸気圧力信号２４を演算出力
する飽和蒸気圧力演算器２６と、前記要求設定圧力信号
２３と前記飽和蒸気圧力信号２４とを比較し圧力の大小
を示す圧力比較信号２７を出力する比較器２９と、前記
圧力比較信号２７と前記運転モード選択器９からの信号
１−８とを入力し運転モードに対し最適な設定圧力信号
が作成伝達されるための最適圧力比較信号４１と設定圧
力切替信号２８とを出力する圧力比較信号変換器４０と
、前記運転モード選択器９からの信号１８と前記最適圧
力比較信号４１とを入力し前記要求設定圧力信号２３に
対する飽和温度の変化率を運転条件に応じて制限値以下
に抑える温度変化率信号３１を演算出力する温度変化率
制限器３２と、該温度変化率信号３１−を入力し運転条
件に応じた変化率を持つ飽和蒸気温度を算出する積分器
３３と、該積分器３３よりの信号４２と前記起動器２０
よりの初期設定温度信号３０とを加算して前記要求設定
圧力信号２３に対応する飽和蒸気温度を算出する加算器
４３と、前記設定圧力切替信号２８により前記要求設定
圧力信号２３か前記飽和蒸気圧力信号２４かいずれかの
信号を本圧力制御装置の圧力設定信号３４として出力す
る設定圧力信号切替器３５と、該圧力設定信号３４と前
記圧力検出器１６からの信号１−９との偏差信号３６を
演算する減算器３７と、該偏差信号３６に基づいて設定
圧力に前記加熱器４の加熱蒸気圧力が制御されるように
前記制御弁８に弁開度信号３９を伝達する比例積分演算
器３８とにより構成される。

第３図は前記の起動器２０の構成を示すブロック線図で
あるにの起動器２０は、前記出力要求信号１７と制御装
置起動設定器４５からの信号４６とを入力し制御装置起
動信号４７を発振する起動信号発振器４８と、該起動信
号４７により停止負荷設定器４９からの信号５０か前記
出力要求信号１７かいずれかの信号を前記設定圧力演算
器２２へ出力する負荷信号切替器５１と、該起動信号４
７により停止温度設定器５３からの信号５４か前記加熱
器４の伝熱管メタル若しくは低圧タービンのメタル温度
にマツチングした初期設定温度を発振する初期温度設定
器５５からの信号５６かいずれかの信号を前記加算器４
３へ出力する初期温度切替器５７とにより構成されてい
る。

第４図は、前記圧力比較信号変換器４０（第２図）およ
び温度変化率制限器３２（第２図）の構成を示すブロッ
ク線図である。上記圧力比較信号変換器４０は、前記圧
力比較信号２７の符号を反転させる符号反転器６０と、
前記運転モード選択器９よりの信号】８を入力し前記圧
力比較信号２７か前記符号反転器６０からの信号６１か
いずれかの信号を出力する比較信号切替器６２への切替
信号６３を出力する運転モード切替信号発振器６４と、
前記比較信号切替器６２からの信号４１を人力し本圧力
制御装置の設定圧力として最適な値を運転モードによっ
て選択するための切替信号２８を出ノ〕する設定圧力切
替信号発振器６５とにより構成されている。

また、前記温度変化率制限器３２は、第４図に示す如く
、（イ）前記運転モード選択器９からの信号１８を入力
しプラント起動時の温度変化率ｌ昇率）制限値を設定す
る設定器７１からの信号７２か、プラント停小時の温度
変化率（降下率）制限値を設定する設定器７３からの信
号７４か、あるいは通常運転中の温度変化率制限値を設
定する設定器７５からの信号７６かの中から５運転条件
に最適な制限値を選択出力する温度変化率制限値選択器
７０と、（ロ）前記最適圧力比較信号４１と前記温度変
化率制限値選択器７０からの信号７７とを入力し運転モ
ードに最適な前記温度変化率信号３１−を演算出力する
変化率係数発振器７８及び掛算器７９とにより構成され
ている。

このように構成された加熱蒸気圧力制御装置１５（第１
図及び第２図）を用いると、プラント起動時、つまり、
加熱蒸気圧力昇圧時には、前記設定圧力演算器２２によ
り演算される前記要求設定圧力信号２３、すなわち、定
常時に必要な部分負荷に対する加熱蒸気圧力設定値と、
運転条件に応じて前記温度変化率制限器３２により最適
に演算された温度変化率信号に基づき前記積分器３３゜
前記加算器４３及び前記飽和蒸気圧力演算器２４により
演算される前記飽和蒸気圧力信号２５、すなわち、該加
熱蒸気圧力設定値に対する飽和温度の温度変化率（温度
上昇割合）が制限値を超えないように制御された飽和温
度に基づいて演算される飽和蒸気圧力設定値とを比較器
２９に入力し、圧力設定値の小さい方を前記設定圧力切
替器３５により選択し本制御装置の圧力設定値とするこ
とが可能となり、低圧タービン５の入口蒸気温度の上昇
率を（負荷上昇割合が大きくなったとしても）制限値以
下に抑えることができる。

また、プラント停止時には、前記圧力比較信号変換器４
０によりプラント起動時とは逆の信号を前記設定圧力信
号切替器３５及び前記温度変化率制限器３２に入力する
ことにより負荷に応じた加熱蒸気圧力設定値と、この圧
力設定値に対する飽和蒸気の温度変化率（温度降下割合
）が制限値を超えないように制御された飽和温度に基づ
いて演算される飽和蒸気圧力設定値とを比較器２９に入
力し、圧力設定値の大きい方を前記設定圧力切替器３５
により選択して本制御装置の圧力設定値とすることが可
能となり、低圧タービン５の入口蒸気温度、つまり、加
熱器４の出口被加熱蒸気温度を（負荷の降下割合が大き
くなったとしても）制限値以下に抑えることができる。

また、本制御装置の温度変化率制限器３２は前述した如
く、プラント運転条件に最適な変化率制限値を設定、選
択する温度変化率制限値選択器７０が設けられているか
ら、前記運転モード選択器９よりの信号１８によって、
負荷上昇時は前記設定器７１によりａの値を、負荷降下
時は前記設定器７３によりＣの値を、また、通常運転時
又は負荷しゃ断や高速ランバックなどの異常運転時は前
記設定器７５によりｂの値をそれぞれ前記掛算器７９に
出力するので、これら設定器の値を予め運転モードに応
じて最適化することにより、プラント運転条件に最適な
温度変化率を自動演算することが可能となり、プラント
の信頼性をさらに高めることができる。

さらに、本発明の圧力制御装置１５は、前記初期温度設
定器５５により前記加熱器４の伝熱管メタル温度若しく
は低圧タービンのメタル温度にマツチングした初期温度
を加熱蒸気初期通気時の初期飽和温度とし、これに対応
した飽和圧力を前記飽和蒸気圧力演算器２６により演算
し、本制御装置の初期設定圧力とすることが可能となり
、加熱蒸気通気時の熱衝撃を緩和することができる。し
かも各メタル温度が高い場合（つまりタービンホットス
タートなどの場合）は、初期設定温度を高くすることに
より起動時間を短縮することができる（詳しくは、温度
変化率制限値が同じであって負荷を上昇せしめる際、初
期設定温度を高くすることによって起動所要時間を短縮
することができる）。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の蒸気タービン用加熱器の
加熱蒸気圧力制御装置は、負荷信号により求められる加
熱蒸気圧力設定器と、この設定圧力に対する飽和温度の
変化率を運転条件に応じて制限値以下に抑える温度変化
率制限器と、この制限器からの信号により算出した飽和
温度から飽和蒸気圧力を算出する演算器とを設け、負荷
により決められた設定圧力に対する飽和温度の温度変化
率が、各種運転モードに応じて、制限値以下になるよう
に加熱蒸気圧力を制御し、加熱器及び低圧タービンの過
大な熱応力を防止すると共に、伝熱管若しくは低圧ター
ビンのメタル温度にマツチングした初期温度から加熱蒸
気通気時の設定圧力を決め、加熱蒸気通気時の熱衝撃を
緩和することができ、発電プラントの信頼性向上に貢献
するところ多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例における加熱蒸気圧力制御装
置のブロック線図、第２図は本実施例の適用対象である
蒸気タービン用加熱器の系統図である。第３図は前記実
施例の加熱蒸気圧力制御装置の起動器を示すブロック線
図、第４図は前記実施例の加熱蒸気圧力制御装置の圧力
比較信号変換器と温度変化率制限器を示すブロック線図
である。 （Ｉ８） １・・・蒸気発生器、３・・・高圧タービン、４・・・
加熱器、５・・・低圧タービン、８・・・加熱蒸気制御
弁、９・・・運転モード選択器、１３・・・タービン出
力制御装置、１５・・・加熱蒸気圧力制御装置、１．６
・・・圧力検出器、２０・・・起動器、２２・・・設定
圧力演算器、３２・・・温度変化率制限器、３３・・・
積分器、３５・・・設定圧力信号切替器、３８・・・比
例積分演算器、４０・・・圧力比較信号変換器。

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、上記の主蒸気供給流量
   を調整する蒸気加減弁と、高圧タービン入口蒸気の一部
   を加熱源として高圧タービン排気を加熱する加熱器と、
   加熱された被加熱蒸気によつて駆動される低圧タービン
   と、前記加熱器の加熱用蒸気流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節してタービン出
   力を制御する出力制御装置と、タービンの運転モードを
   選択する運転モード選択器と、加熱蒸気制御弁の開度を
   調節して加熱蒸気流量を加減する加熱蒸気圧力制御装置
   とを備えた蒸気原動機プラントにおいて、 （ａ）前記加熱器の加熱蒸気圧力として定常時に必要な
   圧力を、前記タービン出力制御装置からの信号によつて
   演算出力する設定圧力演算器と、 （ｂ）上記の設定圧力に対応する飽和蒸気温度の温度変
   化率の制限値を、前記運転モード選択器からの信号によ
   つて演算出力する温度変化率制限器と、 （ｃ）上記の温度変化率制限器からの信号と、運転モー
   ド選択器からの信号に基づく信号とによつて、運転条件
   に応じた最適変化率を持つ飽和蒸気温度を算出する圧力
   比較信号変換器と、 を設けたことを特徴とする、蒸気タービン用加熱器の加
   熱蒸気圧力制御装置。 ２、前記加熱器の伝熱器の伝熱管メタル温度、及び、前
   記低圧タービンのメタル温度の少なくとも何れか一方に
   マッチングした初期設定温度を定め、上記の初期設定温
   度に対応する飽和蒸気圧力を加熱蒸気通気時の設定圧力
   とする機能を備えた起動器を設けた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用加熱器の加
   熱蒸気圧力制御装置。