JPS6226303A - 再熱式タ−ビンの排気温度制御方法 - 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、再熱式タービンの排気温度制御方法に関する
もので、詳しくは、液化天然ガスやフロンなどを作動媒
体として高圧タービンと低圧タービンを駆動する再熱式
発電設備などの動力発生設備において、低負荷時などに
おける高圧タービン排気温度の過低下を防止する方法と
して利用されるものである。

従来の技術 タービンの作動媒体として液化天然ガスを利用する従来
の再熱式冷熱発電設備は、たとえば、第２図に示すよう
な構成からなっている。

第２図において、１は液化天然ガス受入ライン、２は液
化天然ガス流量調節弁、３は液化天然ガス気化器、４は
タービン遮断弁、５はタービン加減弁、６は高圧タービ
ン、７は再熱器、８は再熱遮断弁、９は制御弁としての
インタセプト弁、１０は低圧タービン、１１は発電機。

１２は後熱器、１５は送ガスライン、１４はタービン速
度検出器、１５はタービン入口圧力検出器、１６は制御
装置である。また第２図にみられる点線は信号ラインで
ある。

第２図に示すように構成された従来の再熱式液化天然ガ
ス冷熱発電設備においては、出力増加やタービン膨張過
程で湿り度が過大になることを防止するために、作動ガ
スをタービン膨張の途中で取り出し、再熱器７により、
作動ガスを再加熱（再熱という）するが、すなわち、高
圧タービン６の排気を再熱器７で再熱するが、この圧力
は制御しないので、タービン流量が定格流量より減少す
ると、はぼタービン流量に比例して減少するようになる
。このため、タービン加減弁５の方式が、ノズル締切り
調速方式または可変ノズル方式の場合で、高圧タービン
６の入口圧力を一定制御する場合、高圧タービン乙の排
気温度が定格流量時に比して著しく低下する場合がある
。

発明が解決しようとンる問題点 前述のように、従来の冷熱発電設備においては、高圧タ
ービ／６の排気を再熱する場合に、その圧力を制御しな
いので、タービン流量が定格流量より減少すると、高圧
タービン乙の排気温度が定格流量時に比して著しく低下
するため、タービン部材の強度的特性変化により、ター
ビンを強度的に危険状態にさらすという問題点があり、
あるいは、あらかじめ、このことを考慮して特殊高級材
料の使用を金銭なくされて著しく高価なものとなるばか
りでなく、その材料の選定、新規開発、確認テストなど
が容易でなく。

それては多額の費用と長期間を要するという問題点があ
る。また液化天然ガス直接膨張方式では、液化天然ガス
の組成が定格値から変化したことにより、高圧タービン
６の排気温度が低下する場合があり、このような場合も
、上記と同様な問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
ある。すなわち、本発明は、再熱式タービン方式におい
て、部分負荷時などに高圧タービン排気温度の過度の低
下を防止することにより、タービンおよび関連配管系の
破損の防止ならびに信頼性の確保あるいは特殊高級材料
の使用を不必要とするタービン排気温度の制御方法を提
供することを目的とするものである。

問題点を解決するだめの手段 高圧タービンの排気温度を検出し、この温度が低負荷時
などに規定値よりも低下したとき、低圧タービンの入口
の制御弁を絞り込むことにより、この温度の過低下を防
止するようにした。

すなわち、本発明の構成は、高圧タービンの排気を再熱
した作動媒体によって駆動される低圧タービンを有する
低温熱源を利用する動力発生設備において、高圧タービ
ン排気温度を検出する検出器を設け、この検出器で検出
された温度の値を制御装置に入力し、かつ、この制御装
置からの制御信号により、前記高圧タービン排気温度が
規定値よりも低下したとき、前記低圧タービンの入口に
設けた制御弁を絞り込むことにより、高圧タービン排気
圧力をタービン流量に相当した圧力よりも上昇させて前
記高圧タービン排気温度の過度な低下を防止することを
特徴としている。

作　　　　用 高圧タービンの排気温度を検出して、この温度が低負荷
時などに規定値よりも低下したとき。

低圧タービンの入口の制御弁を絞り込むことにより、高
圧タービンの排気圧力がタービン流量に相当した圧力よ
りも上昇するので、これにより、高圧タービンの排気温
度が過度には低下しない。

実施例 第１図は本発明の制御方法を実施する動力発生設備の一
例を示している。すなわち、第１図は低温熱源として液
化天然ガスを利用する再熱式冷熱発電設備を示している
。

第１図における発電方式は第２図の場合と同様であるが
、主たる相違点は、高圧タービン６の排気温度を検出す
る温度検出器１７が追加されたことと、制御装置１６の
内容が違っていることである。

第１図に示すように構成された再熱式冷熱発電設備にお
いては、液化天然ガスは図示されていないポンプで昇圧
されたものを液化天然ガス受入ライン１から受は入れ、
液化天然ガス流量調節弁２を通り、液化天然ガス気化器
３で気化し、タービン遮断弁４．ノズル締切り調速方式
または可変ノズル方式のタービン加減弁５を通り、高圧
タービン６に入る。ここで仕事をして温度降下した高圧
タービン排気は再熱器７で再加熱されたのち、再熱遮断
弁８．制御弁であるインタセプト弁９を通り、低圧ター
ビン１０に入る。この間で発生した機械的動力で発電機
１１を駆動する。なお低圧タービン１０の排気は燃料と
して利用する必要からして、後熱器１２により再加熱し
、送ガスライン１５に送り出される。

前記高圧タービン６０入口圧力はタービン入口圧力検出
器１５により検出され１通常は制御装置１６によりター
ビン加減弁５を操作して。

計画値を保持するように制御されている。また発電機１
１により送電中は、タービン回転速度が送電系統の周波
数に支配され、結果としてタービン回転速ＩＷは一定と
なっている。そして発電機１１が負荷遮断（負荷が急に
零になる）した場合には、タービン回転速度が急上昇す
るので、タービン回転数をタービン速度検出器１４によ
り検出し、タービン加減弁５と過渡的にイ／タセブト弁
９を操作してタービン回転速度を規定範囲内に調速する
。この場合、高圧タービン乙の入口圧力は図示されてい
ないタービンバイパス弁により規定値に制御する。

液化天然ガス流量が減少し、タービン流量が減少すると
、高圧タービン６の排気圧力は、はぼタービン流量に比
例して低下し、その排気温度も定格条件における値より
低下するので、温度検出器１７により高圧タービン６の
排気温度を検出し、その排気温度が規定値以下に低下す
ると、それが制御装置１６に入力され、これによって制
御装置１６からイ／タセプト弁９に制御信号が送られ、
すなわち、制御装置１６によりインタセプト弁９を絞り
込み、高圧タービン乙の排気温度が規定値よりも低下し
ないようにする。この場合、その温度が如何に下っても
。

インタセプト弁９は全閉にしないで、最小開度を保持す
るようにインタロックするがよい。何故なら、タービン
排気圧力は設計値より過上昇するおそれがあるからであ
る。また前記の範囲内でタービン排気温度を規定値に維
持できない場合には、タービンをトリップ停止させるが
よい。

第５図はタービン膨張線図で、２０は高圧タービン膨張
線、２１は低圧タービン膨張線である。そして、ｐＩ　
＋　ｐ２　＋　ｐ≦＋　ｐ２　＋　ｐ３は後述する圧力
で、ｐＩ＞ｐ２〉ｐＩ〉ｐＩ〉ｐ３なる関係があり、こ
のうち−ｐｓは高圧タービン入口圧力で、一定制御され
、ｐ３は低圧タービン排気圧力で、一定制御される。ま
たＴＩ　＋　”Ｉ　＋　Ｔ２　＋　”２　＋　Ｔｒは後
述する温度で、　Ｔ、　＞７２＞ＴＩｉ＞Ｔ−ｊなる関
係がある。

さらに説明すると、第２図の従来の方式では、高圧ター
ビン入口状態は点２２（圧力がｐＩ、温度がＴＩ　）で
あり、高圧タービン排気状態は定格条件で点２３（圧力
がｐ２　、温度が７２　）であるが、部分負荷（タービ
ン流量が減少する）になると、高圧タービン排気圧力は
低下してｐ４となり、この結果、温度もＴＩとなり、点
２４で示す状態になる。ここで、極端な場合は、起動や
停止時などで、タービン流量が零に近く、高圧タービン
排気圧力ｐ≦は低圧タービン排気圧力ｐ３に近い値とな
る。しかし、このときの高圧タービン排気温度は、ター
ビン効率の著しい低下があるために最低値とはならない
。すなわち。

高圧タービン排気温度は、ある負荷において極小値をと
る。

第１図の本発明の方式では、部分負荷時（タービン流量
が少ない時）、高圧タービン排気温度が、たとえば、Ｔ
Ｉまで低下すると、　インタセプト弁９を絞り込むこと
により、高圧タービン排気圧力をｐＩでなく、ｐりとし
、高圧タービン排気温度が規定値よりも降下することを
防止する。この結果、高圧タービン排気状態は点２５（
圧力がｐり、温度がＴｑ）となる。ここでＴｑ＞Ｔイで
あり、つまり、従来の方式では温度がＴ≦まで降下する
が、本発明の方式では温度がＴ≦ではなく、ゴである。

なお低圧タービン排気温度は、従来の方式も本発明の方
式においても１部分負荷時には、定格条件における値よ
りも上昇するので、問題がない。

前記インタセプト弁９は１通常は単なる絞り弁とするが
、低圧タービン１０の第１段ンズルを適当に群分けして
、それぞれにインタセプト弁をつけ、いわゆるノズル締
切り調速方式とすれば、前述の温度制御を行なった時の
タービン全体効率の低下が防げ、むしろ効率向上となる
であろう。しかし、高圧タービン排気温度が低下しすぎ
る時のタービン流量は小さく、前述の温度制御による出
力損失は実用上無視できる。

なお第１図では、液化天然ガス直接膨張の再　４゜熱式
を例にとって説明したが、本発明は、作動媒体としてフ
ロンなどの二次媒体を利用した再熱式設備（（も適用可
能であり、またタービンによって発電機を駆動しないで
、コンプレッサなどの回転機械を駆動するようにしても
よい。

発明の効果 本発明は、低温熱源を利用する再熱式タービン方式の動
力発生設備において、高圧タービン排気温度を検出して
その値を制御装置に入力し、この制御装置からの制御信
号により、前記高圧タービン排気温度が規定値よりも低
下したとき、低圧タービンの入口に設けた制御弁を絞り
込むことにより、高圧タービン排気圧力をタービン流量
に相当した圧力よりも上昇させて前記高圧タービン排気
温度の過度な低下を防止する方法であるから、過度な温
度低下によるタービンの破損および関連配管系の破損が
防止され、また特殊高級材料を使用する必要がなくなる
ので、コストダウンを図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法を実施する設備の一例を示し
だ説明図、第２図は従来の技術の一例を示した説明図、
第３図はタービン膨張線図である。 ６・・・高圧タービン、７・・・再熱器、？・・・イン
タセプト弁（制御弁）、１０・・・低圧タービン、１６
・・・制御装置、１７・・・温度検出器。 第　１８− 挙　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高圧タービンの排気を再熱した作動媒体によつて駆
   動される低圧タービンを有する低温熱源を利用する動力
   発生設備において、高圧タービン排気温度を検出する検
   出器を設け、この検出器で検出された温度の値を制御装
   置に入力し、かつ、この制御装置からの制御信号により
   、前記高圧タービン排気温度が規定値よりも低下したと
   き、前記低圧タービンの入口に設けた制御弁を絞り込む
   ことにより、高圧タービン排気圧力をタービン流量に相
   当した圧力よりも上昇させて前記高圧タービン排気温度
   の過度な低下を防止することを特徴とする、再熱式ター
   ビンの排気温度制御方法。