JPS6239658B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ガスタービン、発電機および蒸気タ
ービンが同一軸上に配置され、前記ガスタービン
の排気ガスに含まれている熱エネルギーにより排
熱回収ボイラで発生された蒸気により低圧ドラム
および高圧ドラムを介して前記蒸気タービンを駆
動するコンバインドサイクル発電プラントの制御
装置に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

この種のコンバインドサイクル発電プラント
は、ガスタービンの高温排気ガスを再利用して蒸
気タービンを駆動するので、プラント全体の熱効
率が向上するため、省エネルギーの観点から最近
注目されている。

このようなコンバインドサイクル発電プラント
の主動力源はもちろんガスタービンであり、蒸気
タービンはその起動時に蒸気流量を制御するだけ
で起動後は調速機能を持たせることなく、主蒸気
止め弁も蒸気加減弁も全開にしておき、コンバイ
ンドサイクルの出力制御はガスタービン側でガス
燃料の流量を制御することによつて行われてい
る。

〔背景技術の問題点〕

かかるコンバインドサイクル発電プラントにお
いて負荷が変動した場合、ガスタービン側は燃料
制御により変動負荷に速応するが、蒸気タービン
側は、ガスタービンと共通の出力軸を持ちなが
ら、排熱回収ボイラ内でガスタービンからの排気
ガスの熱が出力蒸気にそれ程急激には伝わらない
ため、蒸気のエンタルピにもそれ程の急激な変化
が無い。したがつて、負荷変動当初、負荷変動分
を蒸気タービンはほとんど分担せず、その大部分
はガスタービンが分担する。次いで蒸気タービン
側では、ガスタービン側で負荷変動に対応した制
御を行なつた後で、蒸気のエンタルピに相応の変
動を来たすことになるので、コンバインドサイク
ル全体としては制御の行き過ぎ状態を呈し、これ
を補正するためにガスタービン側で負荷制御を行
うと同様の理由で上記とは逆の方向に制御の行き
過ぎを呈し、かくして制御系としてハンチングを
起こしてしまう傾向がある。このような事態は発
電系統およびガスタービンの熱応力の管理上から
も好ましくない。

負荷変動時は上述のごとく主としてガスタービ
ンのみが負荷変動分を分担するので、その変動負
荷が大きい場合にはガスタービンが過負荷となつ
てしまうおそれもある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記欠点を除去し、負荷変動
に際してガスタービンが過負荷になつたりするこ
となく、しかも制御性・追従性・負荷応答性の安
定かつ良好なコンバインドサイクル発電プラント
の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は、負荷変動
に際してガスタービン側と蒸気タービン側とにそ
れぞれ目標出力を与え、特に蒸気タービン側にお
いて、目標出力と実際出力との差に相当する信号
を低圧ドラムおよび高圧ドラムの水位設定信号
に、またこれらのドラムから排熱回収ボイラへの
循環水の水量設定信号にそれぞれフイードバツク
させることにより、蒸気タービンの過渡的な出力
遅れ分を補うようにしたことを特徴とするもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。

まず本発明を適用するコンバインドサイクル発
電プラントの主機構成を第１図に示す。このプラ
ントにおいては、圧縮機１、ガスタービン２、発
電機３および復水蒸気タービン４が串型に１本の
共通の軸Ｓを介して機械的に結合されている。

圧縮機１で圧縮された空気が燃焼器５に導か
れ、ここで噴射される燃料と混合された後燃焼さ
れ、ガスタービン２が駆動される。燃焼器５への
供給燃料はガス燃料止め弁５１およびガス燃料制
御弁５２を介して制御される。

ガスタービン２の排気ガスは排熱回収ボイラ６
に導かれ、ここで循環水との間で熱交換した後大
気側に放出される。ボイラ６で発生された蒸気
は、その発生エンタルピの差により、一方では高
圧ドラム８から高圧蒸気止め弁９および高圧蒸気
加減弁１０を介して蒸気タービン４の高圧段落に
導かれるラインと、他方では低圧ドラム７から低
圧蒸気止め弁１１および低圧蒸気加減弁１２を介
して蒸気タービン４の低圧段落に導かれるライン
とに分かれる。

蒸気タービン４から流出した蒸気は復水器１３
でドレン化され、給水ポンプ１４によつて再びボ
イラ６に供給される。つまり、蒸気タービン４の
蒸気系統は閉回路を構成している。

ボイラ６の発生蒸気およびボイラ６への給水の
流れに関する部分を第２図に、より詳細に示す。
給水ポンプ１４からの水は給水流量計２３および
給水流量調整弁２７を介してボイラ６に導かれ、
ここでエコノマイザ１５により加熱され、低圧ド
ラム７に導かれる。抵圧ドラム７のドレンは排熱
有効利用のため低圧側循環水ポンプ１６によつて
低圧蒸気発生器１７に導かれ、ここで蒸気化され
て低圧ドラム７に戻される。低圧ドラム７内の蒸
気は低圧蒸気700として低圧蒸気流量計２５、低
圧蒸気止め弁１１および低圧蒸気加減弁１２を介
して蒸気タービン４の低圧段落に導かれる。

一方、低圧ドラム７のドレンはまた移送ポンプ
１８および移送流量調整弁３０を介してボイラ６
内の高圧エコノマイザ１９に導かれ、ここで加熱
された後、低圧ドレン流量計２４を介して高圧ド
ラム８に導かれる。高圧ドラム８においても、低
圧ドラム７と同様に、内部ドレンは高圧側循環水
ポンプ２０によりボイラ６内の高圧蒸気発生器２
１を介して再び高圧ドラム８に戻される。高圧ド
ラム８で発生された高圧蒸気800は高圧蒸気流量
計２８およびボイラ６内の高圧加熱器２２を通し
てさらにエンタルピを上昇させた後、高圧蒸気止
め弁９および高圧蒸気加減弁１０を介して蒸気タ
ービン４の高圧段落に導かれる。

低圧ドラム７内の水位が低過ぎると、循環水ポ
ンプ１６と移送ポンプ１８がキヤビテーシヨンを
起こし、またその水位が高過ぎると、低圧蒸気
101中に水が混入してしまい、蒸気タービン４に
ドレンによる損傷を与えてしまうことになるの
で、これを避ける意味もあつて第３図の構成に従
い、低圧ドラム７の水位制御が行われる。

給水流量計２３によつて測定された給水流量
230から、低圧蒸気流量計２５によて測定された
低圧蒸気流量250と、低圧ドレン流量計２４によ
つて測定された低圧ドレン流量240とを加算器３
１によつて差引き演算する。加算器３１からは低
圧ドラム７への総流入量310が出力される。この
総流入量310は積分器３２を介して水位相当信号
３２０に変換される。この水位相当信号３２０と
水位計２６によつて測定された低圧ドラム水位信
号２６０との和と、加算器３３によつて得られる
低圧ドラム水位設定値２６１と後述の補正水位偏
差信号４６１との和との間の偏差を加算器３４に
よつて求め、その演算結果を低圧ドラム水位偏差
信号３４０として出力する。この水位偏差信号３
４０が零となるように調節計３５が弁開度調節信
号３５０を介して給水流量調整弁２７の弁開度を
調節し、低圧ドラム７に流入する水の量を制御し
て最終的にはその水位を制御する。

高圧ドラム８内の水位の制御も以述べた低圧ド
ラム７内の水位の制御と全く同様に行われる。す
なわち第４図に示すように、低圧ドレン流量計２
４によつて測定された低圧ドレン流量240と、高
圧蒸気流量計２８によつて測定された高圧蒸気流
量280との差を加算器３６によつて求め、その出
力として得られる高圧ドレン総流入量360を積分
器３７を通すことにより水位相当信号３７０に変
換される。この水位相当信号３７０と水位計２９
によつて測定された高圧ドラム水位信号２９０と
の和と、加算器３８によつて得られる高圧ドラム
水位設定値２９１と後述の補正水位偏差信号４６
３との和との間の偏差を加算器３９によつて求
め、その演算結果を高圧ドラム水位偏差信号３９
０として出力する。この水位偏差信号３９０が零
となるように調節形４０が弁開度調節信号４００
を介して移送流量調整弁３０の弁開度を調節し、
高圧ドラム８に流入する水の量を制御して最終的
にはその水位を制御する。

低圧側循環水ポンプ１６は補正水位偏差信号４
６２によつて制御され（第３図）、高圧側循環水
ポンプ２０は補正水位偏差信号４６４によつて制
御される（第４図）。

一軸型コンバインドサイクルにおいては既に述
べた通り、プラント全体の速度出力制御は原則的
にはガスタービン側で行われるのであるが、本発
明においてはそれに加えて蒸気タービン側でも行
われる。第５図はそのような制御を行うための装
置の一実施例を示すものである。

第５図の制御装置において、出力設定値200と
実際出力201（ガスタービン出力203と蒸気タービ
ン出力204との和）との間の偏差を加算器４１に
よつて演算し、その偏差信号２０２を信号分配回
路４２に導く。信号分配回路４２は偏差信号２０
２をガスタービン２側と蒸気タービン４側とに振
り分けて積分処理を加える回路であつて、振り分
けつまり分配の割合としては、定格運転時の両タ
ービン２，４の出力分担比をとればよい。かくし
て信号分配回路４２からはガスタービン２に対す
る出力指令信号４２１と蒸気タービン４に対する
出力指令信号４２２とが出力される。

ここでガスタービン２の出力２０３は、ガスタ
ービン入口案内羽根開度や、ガスタービン排気温
度、ガスタービン吸気温度等を用いて計算可能で
ある。また、蒸気タービン４の出力２０４は、コ
ンバインドサイクル出力２０１とガスタービン出
力２０３との間の差として求めることができる。

ガスタービン出力指令信号４２１とガスタービ
ン出力２０３との間の偏差が加算器４３によつて
求められ、その偏差信号４３０はさらにガス燃料
制御弁開度調節計４４を介してガス燃料制御弁開
度信号４４０に変換され、この信号によりガス燃
料制御弁５２の開度が調節され、それによりガス
タービン２の出力が出力指令信号４２１に一致す
るように制御される。

一方、蒸気タービン４側では、蒸気タービン出
力指令信号４２２と蒸気タービン出力２０４との
間の偏差が加算器４５によつて求められ、その偏
差信号４５０が補正信号発生回路４６に導かれ
る。補正信号発生回路４６は偏差信号４５０に対
応して各制御対象ごとにレベル調整処理を施した
上で、低圧ドラム補正水位偏差信号４６１（第３
図参照）、低圧側循環水ポンプ制御信号４６２
（第３図参照）、高圧ドラム補正水位偏差信号４６
３（第４図参照）、高圧側循環水ポンプ制御信号
４６４（第４図参照）として、第５図に符号４７
で総合的に表された第３図および第４図のドラム
水位調節部に供給される。循環水ポンプ制御信号
４６２，４６４は、コンバインドサイクルの出力
が上昇するような出力指令の時に各ポンプ１６，
２０の回転数が上昇するような方向に作用する。

以上の構成において特徴とするところは、低圧
ドラム７および高圧ドラム８内の水位設定値がコ
ンバインドサイクルの出力変動に際して補正水位
偏差信号４６１，４６３によつて過渡的に補正さ
れ、その補正量に相当する蒸気量により蒸気ター
ビン４が過渡的に変動負荷を分担するようにした
ことにある。

負荷変動に際してガスタービン２に出力変動指
令が出された後は、ガスタービン２の実際出力２
０３がそれに応動するにつれて排気ガス温度もそ
れに対応して変化するので、低圧側および高圧側
の各循環水ポンプ１６，２０の回転数もそれに応
じて調整され、各蒸気発生器１７，２１での効率
的な排熱回収量に応じた制御が行われる。

第６図は負荷変動の際の本発明の制御方式によ
る場合の出力状態と従来方式による場合のそれと
を比較対照できるように表したものである。Ａ点
において線６１で表されるような負荷変動があつ
た場合、従来のコンバインドサイクルでは曲線６
２で表されるように変動負荷レベルを中心として
その上下にハンチング現象を起こした。しかし、
本発明によれば、Ａ点において負荷変動がある
と、曲線６３で示すように、まず曲線６２の場合
よりも緩やかな傾斜でガスタービン２のみの出力
が上昇する（Ａ―Ｂ）。次いで、低圧・高圧両ド
ラム７，８内の水位が上昇するので、その上昇量
に対応する蒸気量が蒸気タービン４に過渡的に出
力を分担させてガスタービン２の出力不足を補
う。同時に低圧側循環水ポンプ１６および高圧側
循環水ポンプ２０の回転数上昇により低圧蒸気発
生器１７および高圧蒸気発生器２１での熱交換が
促進されるため、低圧・高圧両蒸気発生器１７，
２１から得られる蒸気のエンタルピが増大する。
以上の動作により蒸気タービン４側の負担出力が
増大し（第６図Ｂ―Ｃ）、過渡的な蒸気タービン
４側の出力変化の遅れを補うことができる。

以上主として負荷上昇の場合について述べた
が、負荷下降の場合にも上記と逆の手順でコンバ
インドサイクルの出力制御が行われることは明ら
かである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によればコンバインド
サイクルに負荷急変があつた場合に、その変動負
荷をガスタービンのみが分担することなく、制御
性・追従性に関しても非常に安定した、ハンチン
グ等の見られない、しかも応答性の速い一軸型コ
ンバインドサイクルの制御装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用するコンバインドサイ
クルの系統図、第２図は、第１図における排熱回
収ボイラ、低圧ドラムおよび高圧ドラムの部分の
詳細系統図、第３図は、排熱回収ボイラ低圧ドラ
ム水位制御回路の接続図、第４図は、排熱回収ボ
イラ高圧ドラム水位制御回路の接続図、第５図
は、本発明によるコンバインドサイクルの制御装
置の一実施例を示すブロツク図、第６図は、第５
図の制御装置による出力制御の応答性を説明する
ための線図である。 ２…ガスタービン、４…蒸気タービン、６…排
熱回収ボイラ、７…低圧ドラム、８…高圧ドラ
ム、１６…低圧側循環水ポンプ、２０…高圧側循
環水ポンプ、２７…給水流量調整弁、３０…移送
流量調整弁、４２…信号分配回路、４４…ガス燃
料制御弁開度調節計、４６…補正信号発生回路、
４７…ドラム水位調節部、５２…ガス燃料制御
弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービン、発電機および蒸気タービンが
   同一軸上に配置され、前記ガスタービンの排気ガ
   スに含まれている熱エネルギーにより排熱回収ボ
   イラで発生された蒸気により低圧ドラムおよび高
   圧ドラムを介して前記蒸気タービンを駆動するコ
   ンバインドサイクル発電プラントの制御装置にお
   いて、 出力変動に際してコンバインドサイクルの設定
   出力と実際出力との間の偏差の信号を定格運転時
   の両タービンの出力分担比に従つてガスタービン
   側と蒸気タービン側とに分配する信号分配回路
   と、ガスタービン側に分配された偏差信号に基づ
   いてガスタービンの出力を制御するガスタービン
   制御手段と、蒸気タービン側に分配された偏差信
   号に基づいて前記低圧ドラムおよび高圧ドラム内
   の水位設定値を補正するとともに前記低圧ドラム
   および高圧ドラムから前記排熱回収ボイラへの水
   量設定値を補正し前記排熱回収ボイラの蒸気発生
   量を制御して前記蒸気タービンの出力を制御する
   蒸気タービン制御手段とを設けたことを特徴とす
   るコンバインドサイクル発電プラントの制御装
   置。