KR20210015627A

KR20210015627A - 플랜트 제어 장치, 플랜트 제어 방법, 및 발전 플랜트

Info

Publication number: KR20210015627A
Application number: KR1020200070712A
Authority: KR
Inventors: 이브라힘 압두라만; 마사유키 도보; 도요히로 아케비; 유스케 후카마치
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 도시바 에너지시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2021-02-10
Also published as: US20210033025A1; JP2021025419A; TW202118931A

Abstract

일 실시형태에 따르면, 플랜트 제어 장치는, 가스 터빈으로부터의 배기 가스의 열을 이용하여 주(主)증기를 생성하는 배열 회수 보일러와, 주증기의 일부인 제1 증기에 의해 구동되는 제1 증기 터빈과, 제1 증기 터빈에 제1 증기를 공급하는 제1 밸브와, 제1 증기를 배기 가스의 열을 이용하여 가열해서 재열 증기를 생성하는 재열기와, 재열 증기의 일부인 제2 증기에 의해 구동되는 제2 증기 터빈과, 제2 증기 터빈에 제2 증기를 공급하는 제2 밸브 및 제3 밸브를 구비하는 발전 플랜트를 제어한다. 플랜트 제어 장치는, 제1 및 제2 증기 터빈의 합계 출력의 설정값을 취득하는 취득부와, 제1, 제2, 및 제3 밸브의 개도를 제어함으로써, 합계 출력을 설정값으로 조정하는 제어부를 구비한다. 제어부는, 합계 출력을 설정값으로 조정할 때에, 제2 밸브와 제3 밸브를 서로 다른 개도로 제어한다.

Description

플랜트 제어 장치, 플랜트 제어 방법, 및 발전 플랜트{PLANT CONTROL APPARATUS, PLANT CONTROL METHOD AND POWER PLANT}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2019년 7월 31일에 출원된 일본 특허 출원 제2019-141043호에 기초한 것으로서 그에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참조로서 포함된다.

분야

본 개시의 실시형태는, 플랜트 제어 장치, 플랜트 제어 방법, 및 발전 플랜트에 관한 것이다.

가스 터빈과, 배열 회수 보일러와, 증기 터빈을 조합하여 구성하는 컴바인드 사이클 발전 플랜트가 알려져 있다. 배열 회수 보일러는, 가스 터빈의 배기 가스로부터 열 회수하여 증기를 생성한다. 증기 터빈은, 배열 회수 보일러가 생성하는 증기에 의해 구동된다.

도 1은 제1 실시형태의 발전 플랜트의 구성을 나타내는 모식도.
도 2는 제1 실시형태의 플랜트 제어 장치의 구성을 나타내는 회로도.
도 3은 제2 실시형태의 발전 플랜트의 구성을 나타내는 모식도.
도 4는 제2 실시형태의 플랜트 제어 장치의 구성을 나타내는 회로도.
도 5는 비교예의 발전 플랜트의 구성을 나타내는 모식도.
도 6은 비교예의 플랜트 제어 장치의 구성을 나타내는 회로도.

컴바인드 사이클 발전 플랜트의 계통 구성 방식으로서, 몇 가지 방식이 알려져 있지만, 근래에는, 캐스케이드 바이패스 계통을 채용한 플랜트가 주류가 되고 있다. 캐스케이드 바이패스 계통을 채용한 플랜트에서는, 고압 증기 터빈의 배기 온도가 상승하는 것이 문제가 된다. 이 문제를 회피하기 위해, 고압 증기 터빈에 도입되는 주(主)증기의 유량과 중압 증기 터빈에 도입되는 재열 증기의 유량과의 비가 2:1이 되도록 증기 터빈을 제어하는 2:1 유량 제어라고 불리는 터빈 제어법이 채용되어 왔다.

한편, 근래의 컴바인드 사이클 발전 플랜트에서는, 증기 터빈의 대형화에 수반하여, 콜드 기동을 행할 때에 증기 터빈을 초기 부하 상태로 유지하면서 증기 터빈의 열응력을 완화하는 히트 소크(heat soak) 운전을 행할 필요가 생기고 있다. 그러나, 2:1 유량 제어를 행하면서 이 히트 소크 운전을 행하면, 초기 부하 상태의 유지에 필요한 증기량이 부족하다는 문제가 생긴다. 이유는, 2:1 유량 제어는 다량의 재열 증기를 복수기에 버린다는 측면을 갖기 때문이다.

일 실시형태에 따르면, 플랜트 제어 장치는, 가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스의 열을 이용하여 주증기를 생성하는 배열 회수 보일러와, 상기 주증기의 일부인 제1 증기에 의해 구동되는 제1 증기 터빈과, 상기 제1 증기 터빈에 상기 제1 증기를 공급하는 제1 밸브와, 상기 주증기의 다른 일부이며, 상기 제1 증기 터빈을 바이패스하는 제1 바이패스 증기를 조절하는 제1 바이패스 밸브와, 상기 배열 회수 보일러에 마련되고, 상기 제1 증기 터빈으로부터 배출된 상기 제1 증기와 상기 제1 증기 터빈을 바이패스한 상기 제1 바이패스 증기를 상기 배기 가스의 열을 이용하여 가열해서 재열 증기를 생성하는 재열기와, 상기 재열 증기의 일부인 제2 증기에 의해 구동되는 제2 증기 터빈과, 상기 제2 증기 터빈에 상기 제2 증기를 공급하는 제2 밸브 및 제3 밸브와, 상기 재열 증기의 다른 일부이며, 상기 제2 증기 터빈을 바이패스하는 제2 바이패스 증기를 조절하는 제2 바이패스 밸브를 구비하는 발전 플랜트를 제어한다. 상기 플랜트 제어 장치는, 상기 제1 증기 터빈 및 상기 제2 증기 터빈의 합계 출력의 설정값을 취득하는 취득부와, 상기 제1 밸브, 상기 제2 밸브, 및 상기 제3 밸브의 개도(開度)를 제어함으로써, 상기 합계 출력을 상기 설정값으로 조정하는 제어부를 구비한다. 상기 제어부는, 상기 합계 출력을 상기 설정값으로 조정할 때에, 상기 제2 밸브와 상기 제3 밸브를 서로 다른 개도로 제어한다.

이하, 실시형태에 대해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 내지 도 6에서는, 동일 또는 유사한 구성에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 이하의 설명 중에서 이용되는 각종 물리량이나 설정값에 관하여, 이들 물리량이나 설정값의 값을 나타내는 구체적인 수치는 설명을 이해하기 쉽게 하기 위한 일례이며, 이들 물리량이나 설정값의 값은 이들 수치만으로 한정되는 것이 아니다.

(비교예)

도 5는, 비교예의 발전 플랜트(100)의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 5의 발전 플랜트(100)는, 캐스케이드 바이패스 계통을 채용한 별축형의 컴바인드 사이클(C／C) 발전 플랜트이다.

(1) 비교예의 발전 플랜트(100)

도 5의 발전 플랜트(100)는, 발전 플랜트(100)의 동작을 제어하는 플랜트 제어 장치(101)를 구비하고, 더욱이는, 가스 터빈(GT)(102)과, 증기 터빈(ST)(103)과, 배열 회수 보일러(104)와, 가감 밸브(MCV 밸브)(105)와, 연료 조절 밸브(106)와, 압축기(107)와, 연소기(108)와, 증발기(109)와, 드럼(110)과, 과열기(111)와, 재열기(112)와, 복수기(113)와, 순환수 펌프(114)와, 해수(115)의 도입부 및 배출부와, 연료(116)의 공급부와, GT 발전기(117)와, ICV 밸브(인터셉트 밸브)(118)와, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)와, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)와, 저온 재열관(121)과, 고온 재열관(122)과, 역지 밸브(123)와, ST 발전기(124)와, 발전기 차단기(125)와, 고압 터빈 배기관(126)과, 크로스 오버관(127)과, 계통 그리드(128)와, 리히트 보울 실(reheat bowl chamber)(129)을 구비하고 있다.

증기 터빈(103)은, 고압 터빈(103a)과, 중압 터빈(103b)과, 저압 터빈(103c)에 의해 구성되어 있다. 이하, 중압 터빈(103b)과 저압 터빈(103c)을 정리해서 「중／저압 터빈(103bc)」이라고도 표기한다. 또한, 발전 플랜트(100)는, ICV 밸브(118)로서, A-ICV 밸브(118a)와, B-ICV 밸브(118b)를 구비하고 있다. 발전 플랜트(100)는, MW 트랜스듀서(MW-Tr)를 더 구비하고 있다.

연료 조절 밸브(106)는, 연료 배관에 마련되어 있다. 연료 조절 밸브(106)를 밸브 개방하면, 연료 배관으로부터 연소기(108)에 연료(116)가 공급된다. 압축기(107)는, 그 입구로부터 공기를 도입하고, 연소기(108)에 압축 공기를 공급한다. 연소기(108)는, 연료(116)를 압축 공기 중의 산소와 함께 연소시켜, 고온·고압의 연소 가스를 발생시킨다.

도 5의 발전 플랜트(100)는 별축형의 C／C 발전 플랜트이며, 가스 터빈(102)과 GT 발전기(117)가 1개의 회전축(로터)에 고정되어 있고, 증기 터빈(103)과 ST 발전기(124)가 다른 회전축에 고정되어 있다. 가스 터빈(102)은, 연소 가스에 의해 회전 구동됨으로써, 전자(前者)의 회전축을 회전시킨다. GT 발전기(117)는, 이 회전축에 접속되어 있으며, 이 회전축의 회전을 이용하여 발전을 행한다. 이와 같이, GT 발전기(117)는, 가스 터빈(102)에 의해 구동된다. 가스 터빈(102)으로부터 배출된 가스 터빈 배기 가스(A1)는, 배열 회수 보일러(104)에 보내진다. 배열 회수 보일러(104)는, 후술하는 바와 같이, 가스 터빈 배기 가스(A1)의 열을 이용하여 주증기(A2)를 생성한다.

증발기(109), 드럼(110), 과열기(111), 및 재열기(112)는, 배열 회수 보일러(104) 내에 마련되어 있으며, 배열 회수 보일러(104)의 일부를 구성하고 있다. 드럼(110) 내의 물은, 증발기(109)에 보내져, 증발기(109) 내에서 가스 터빈 배기 가스(A1)에 의해 가열됨으로써 포화 증기가 되고, 포화 증기가 드럼(110)에 머무른다. 포화 증기는, 과열기(111)에 보내져, 과열기(111) 내에서 가스 터빈 배기 가스(A1)에 의해 과열됨으로써 과열 증기가 된다. 배열 회수 보일러(104)에 의해 생성된 과열 증기는, 주증기(A2)로서 증기 배관에 배출된다.

증기 배관은, 주배관과 바이패스 배관으로 분기(分岐)되어 있다. 주배관은 고압 터빈(103a)에 접속되어 있으며, 바이패스 배관은 저온 재열관(121)에 접속되어 있다. MCV 밸브(105)는, 주배관에 마련되어 있다. 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)는, 바이패스 배관에 마련되고, 저온 재열관(121)에 접속되어 있다.

MCV 밸브(105)는, 플랜트 제어 장치(101)가 내장하는 제어 회로(후술)로부터 개도 지령값 B1〔％〕을 수신하여 밸브 개방한다. MCV 밸브(105)를 밸브 개방하면, 주배관으로부터의 주증기(A2)(이하 「MCV 유입 증기(A5)」라고 함)가 고압 터빈(103a)에 공급된다. 고압 터빈(103a)은, MCV 유입 증기(A5)에 의해 회전 구동되고, 그 때 ST 발전기(124)도, 고압 터빈(103a)에 의해 구동된다. 고압 터빈(103a)의 배기구(고압 터빈 배기부)로부터 배출된 배기 증기(이하 「고압 터빈 배기 증기(A3)」라고 함)는, 고압 터빈 배기관(126)과 저온 재열관(121)을 통해 재열기(112)에 공급된다.

한편, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)를 밸브 개방하면, 바이패스 배관으로부터의 주증기(A2)(이하 「고압 바이패스 증기(A6)」라고 함)가 고압 터빈(103a)을 바이패스하여 저온 재열관(121)에 보내진다. 고압 바이패스 증기(A6)는, 저온 재열관(121)을 통해 재열기(112)에 공급된다. 여기에서, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)의 제어를 개설한다. 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)는, 주증기(A2)의 압력을 7.0㎫로 유지하는 압력 제어를 행한다. 주증기(A2)의 압력과 드럼(110)의 내부 압력은 (배관 압력 손실의 차를 조금 갖지만) 거의 동등하므로, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)는, 드럼(110)의 내부 압력을 7.0㎫로 유지하는 압력 제어를 행한다고도 할 수 있다. 이러한 압력 제어를 행함으로써, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)는, 드럼(110)의 압력을 안정시킬 수 있다.

역지 밸브(123)는, 도 5에 나타내는 바와 같이 저온 재열관(121)에 마련되어 있다. 역지 밸브(123)는, 밸브 개방 상태에 있어서, 고압 터빈 배기 증기(A3)가 고압 터빈(103a)으로부터 재열기(112)로 흐르는 것은 허용하지만, 고압 바이패스 증기(A6)가 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)로부터 고압 터빈(103a)으로 흐르는 것은 차단한다. 한편, 역지 밸브(123)는, 밸브 개방 생태에 있어서는, 전자의 증기 흐름도 후자의 증기 흐름도 차단한다.

상술한 바와 같이 MCV 밸브(105)를 밸브 개방했을 경우에는, 역지 밸브(123)도 밸브 개방된다. 이에 따라, 고압 터빈(103a)으로부터 배기된 고압 터빈 배기 증기(A3)는, 역지 밸브(123)를 통과하여 재열기(112)에 공급된다. 한편, 상술한 바와 같이 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)를 밸브 개방했을 경우에는, 역지 밸브(123)가 밸브 개방하고 있어도 밸브 폐쇄하고 있어도, 바이패스 배관으로부터의 고압 바이패스 증기(A6)는, 역지 밸브(123)에 의해 차단되어 고압 터빈(103a)에 공급되지 않는다. 이 경우, 바이패스 배관으로부터의 고압 바이패스 증기(A6)는, 재열기(112)에 공급된다.

재열기(112)의 일단(一端)(이하 「제1단」이라고 함)은 저온 재열관(121)에 접속되고, 재열기(112)의 타단(他端)(이하 「제2단」이라고 함)은 고온 재열관(122)에 접속되어 있다. 재열기(112)는, 고압 터빈 배기 증기(A3) 및／또는 고압 바이패스 증기(A6)를 제1단으로부터 도입하고, 도입한 증기를 제2단으로부터 배출한다.

재열기(112)는, 제1단으로부터의 증기를 가스 터빈 배기 가스(A1)의 열을 이용하여 가열해서 재열 증기(A4)를 생성한다. 재열기(112)는, 재열 증기(A4)를 제2단으로부터 고온 재열관(122)에 배출한다. 고온 재열관(122)은, 제1 배관과 제2 배관으로 분기되어 있다. 제1 배관은, A-ICV 밸브(118a)에 접속된 배관과, B-ICV 밸브(118b)에 접속된 배관으로 더 분기되어 있다. 제2 배관은, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)에 접속되어 있다.

A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)는, 플랜트 제어 장치(101)가 내장하는 제어 회로(후술)로부터 개도 지령값 B2〔％〕를 수신하여, 같은 개도로 밸브 개방한다. 본 비교예에서는, A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)의 사이즈, 종류, 성능 등은 같은 것으로 되어 있다. A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)는, 재열기(112)와 중압 터빈(103b) 사이에서 병렬로 배치되어 있다. 이들 ICV 밸브(118a／118b)가 밸브 개방하면, 제1 배관에는 「ICV 유입 증기(A7)」가 흐른다. 구체적으로는, ICV 유입 증기(A7)의 절반의 양이 A-ICV 밸브(118a)를 경유하여 중압 터빈(103b) 내의 리히트 보울 실(129)의 윗쪽에 공급되고, 나머지 절반의 양이 B-ICV 밸브(118b)를 경유하여 리히트 보울 실(129)의 아래쪽에 공급된다. 이들 ICV 밸브(118a／118b)로부터 리히트 보울 실(129)에 유입한 증기는, 리히트 보울 실(129) 내에서 합류하여 중압 터빈(103b)을 회전 구동하고, 고압 터빈(103a)과 함께 상기의 회전축을 회전시킨다.

이와 같이, 본 비교예의 발전 플랜트(100)는, A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)의 2개의 ICV 밸브(118)를 구비하고 있다. 이러한 2 밸브의 ICV(118)를 구비하는 이유는, 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 대출력화에 수반하여 증기 터빈(103)도 대용량이 되고, ICV 밸브(118)를 통과하는 증기 유량(ICV 유입 증기(A7))도 대유량이 되기 때문이다. 즉, 이 대유량에의 대책으로서, 큰 1 밸브의 ICV 밸브를 설치하기 보다도, 작은 2 밸브의 ICV 밸브(118)를 설치하여 대유량을 2 밸브로 분류(分流)하는 편이, 기술적으로 용이하기 때문이다. 그 일례를 들면, 설비 고장 등으로 증기 터빈(103)을 긴급 정지할 경우, 증기 터빈(103)의 오버 스피드(과속)를 방지하기 위해 ICV 밸브를 가능한 한 빠르게 밸브 폐쇄할 필요가 있다. 이때, 큰 1 밸브의 ICV 밸브보다도 작은 2 밸브의 ICV 밸브 쪽이 짧은 스트로크로 보다 신속한 밸브 폐쇄가 가능해져, ICV 유입 증기(A7)을 급속히 차단하여 오버 스피드를 허용 범위 내로 억제할 수 있다.

비교를 위해 MCV 밸브(105)에도 언급한다. MCV 밸브(105)는, 증기 터빈(103)이 대용량이 되어도 1 밸브로 구성되고, 2 밸브 구성의 ICV 밸브(118)와 상이하다. 이 차이는, MCV 유입 증기(A5)는 높은 증기압으로 볼륨 플로우(체적 유량)가 비교적 소량이며, 따라서 MCV 밸브(105)는 비교적 콤팩트한 밸브체 사이즈에 들어가 1 밸브에서의 대응이 가능한 것에 기인한다. 한편, ICV 유입 증기(A7)는 낮은 증기압으로 볼륨 플로우가 다량이며, ICV 밸브(118)의 밸브체 사이즈는 원래 큰 경향을 가져, 가일층의 사이즈 업이 점차 어려워졌다는 사정이 있다.

중압 터빈(103b)의 배기구로부터 배출된 배기 증기(중압 터빈 배기 증기)는, 크로스 오버관(127)으로부터 저압 터빈(103c)에 공급된다. 저압 터빈(103c)은, 크로스 오버관(127)으로부터의 증기에 의해 회전 구동됨으로써, 고압 터빈(103a)이나 중압 터빈(103b)과 함께 상기의 회전축을 회전시킨다. 그 결과, ST 발전기(124)는, 고압 터빈(103a), 중압 터빈(103b), 및 저압 터빈(103c)에 의해 구동된다. 저압 터빈(103c)의 배기구로부터 배출된 배기 증기(저압 터빈 배기 증기)는, 복수기(113)에 보내진다.

한편, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)를 밸브 개방하면, 상술한 제2 배관으로부터의 재열 증기(A4)(이하 「중압 바이패스 증기(A8)」라고 함)가 중／저압 터빈(103bc)을 바이패스하여 복수기(113)에 보내진다. 여기에서, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)의 제어를 개설한다. 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)는, 재열 증기(A4)의 압력을 0.8㎫로 유지하는 압력 제어를 행한다. 재열 증기(A4)의 압력과 재열기(112)의 내부 압력과 고압 터빈 배기 증기(A3)의 압력은 (배관 압력 손실의 차를 조금 갖지만) 거의 동등하므로, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)는, 재열기(112)의 내부 압력이나 고압 터빈 배기 증기(A3)의 압력을 0.8㎫로 유지하는 압력 제어를 행한다고도 할 수 있다. 이러한 압력 제어를 행함으로써, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)는, 고압 터빈 배기 증기(A3)의 압력을 0.8㎫의 비교적 저압으로 유지하고, 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도 상승을 억제한다.

복수기(113)는, 저압 터빈 배기 증기나 중압 바이패스 증기(A8)를 해수(115)에 의해 냉각하고, 이에 따라, 냉각된 증기가 응축하여 복수로 돌아간다. 순환수 펌프(114)는, 해수(115)를 바다로부터 도입하고, 복수기(113)에 공급한다.

ST 발전기(124)는, 발전기 차단기(125)나 MW 트랜스듀서(MW-Tr)가 마련된 전력 송전선에 접속되어 있으며, 이 전력 송전선을 통해 계통 그리드(128)에 접속되어 있다. ST 발전기(124)가 발전한 전력은, 이 전력 송전선을 통해 계통 그리드(128)에 송전된다. MW 트랜스듀서(MW-Tr)는, ST 발전기(124)의 전력(출력)을 측정하고, 이 전력의 측정 결과를 플랜트 제어 장치(101)에 출력한다.

이상과 같이, 도 5의 발전 플랜트(100)는, 고압 터빈(103a)을 바이패스하는 배관(바이패스 배관)이나, 중／저압 터빈(103bc)을 바이패스하는 배관(제2 배관)을 구비하고 있으며, 이들 배관에 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)나 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)를 구비하고 있다. 그리고, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)의 하류측의 배관은, 저온 재열관(121)에 접속되어 있으며, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)의 상류측의 배관은, 고온 재열관(122)으로부터 분기되어 있다. 이러한 계통 구성은 캐스케이드 바이패스 계통이라고 불리며, 근래의 C／C 발전 플랜트에서는 주류라고 할 수 있는 것으로 되어 있다.

플랜트 제어 장치(101)는, 발전 플랜트(100)의 각종 동작을 제어하고, 예를 들면, MCV 밸브(105), ICV 밸브(118)(A-ICV 밸브(118a) 및 B-ICV 밸브(118b)), 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119), 및 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)의 개폐나 개도를 제어한다.

(2) 초기 부하 히트 소크

여기에서 초기 부하 히트 소크에 관하여, 간단히 설명한다.

도 5는, 발전 플랜트(100)의 콜드 기동에 있어서 행해지는 증기 터빈(103)의 초기 부하 히트 소크를 실시하고 있을 때의 각 밸브의 개폐 상태를 나타내고 있다. 도 5에서, 전체가 검은색으로 칠해져 있는 밸브는 「전체 폐쇄」의 상태에 있고, 전체가 흰색으로 칠해져 있는 밸브는 「전체 개방」의 상태에 있으며, 절반이 검은색으로 칠해져 있고, 절반이 흰색으로 칠해져 있는 밸브는 「중간 개도」의 상태에 있다.

증기 터빈(103)의 기동 시에, 고온의 MCV 유입 증기(A5)에 접촉하는 터빈 부재 표면은 고온이 되고, 터빈 부재 내부는 동(同)유입 증기에 접촉하지 않으므로 저온이 유지된다. 그 때문에, 증기 터빈(103)의 기동 시에 있어서의 열응력은, 열팽창에 의한 왜곡에 기인하여 발생한다. 이 열응력은 증기 터빈(103)이 냉기 상태에 있을 때에 현저하게 발생하므로, 이 열응력을 완화할 목적으로, 증기 터빈의 콜드 기동으로는 초기 부하 히트 소크 운전이 행해진다. 구체적으로는, 증기 터빈(103)이 정격 출력의 5％∼10％에 상당하는 극저부하로 운전되고, 이 상태가 소정의 시간만큼 유지된다. 초기 부하 히트 소크 유지 시간으로서는, 일반적으로는 60∼120분이 선택된다. 이와 같이 극저부하이면 MCV 유입 증기(A5)의 유량은 적어도 되므로, 증기 터빈(103)은 MCV 유입 증기(A5)를 조금씩 계속적으로 받아들이는 운전이 되어, 열응력의 문제를 완화시키는 것이 가능해진다.

본 비교예에서는 설명의 편의상, 정격 100％ 출력을 300MW로 하고, 초기 부하는 10％ 즉 30MW(300×0.1)로 한다. 이것을 전력 발생의 관점에서 묘사하면, 초기 부하 히트 소크 운전 중에는 발전기 차단기(125)는 폐로(閉路)되고(ST 발전기(124)는 병렬 중), ST 발전기(124)는 30MW를 발생하고 있으며, 발전기 차단기(125)를 통해 30MW가 계통 그리드(128)에 송전되고 있다.

그리고, 열응력의 완화라는 관점에서는, 가스 터빈(102)의 운전에도 배려가 이루어진다. 일반적으로, 유입 증기의 온도(이 경우는 주증기(A2)의 온도)가 저온일수록 증기 터빈의 열응력은 경감되어 완화되므로, 가스 터빈 배기 가스(A1)는 극력 저온으로 하는 것이 바람직하다. 그러므로, 초기 부하 히트 소크 중의 가스 터빈(102)은, 허용할 수 있는 범위에서의 최저출력 운전이 행해진다. 그 결과, 배열 회수 보일러(104)에 공급되는 배기 가스(A1)의 열량은 적어져, 목적대로 주증기(A2)(MCV 유입 증기(A5))는 저온이 되지만, 동시에 주증기(A2)(MCV 유입 증기(A5))의 유량이 소량이 되는 부작용을 수반한다. 이것이, 비교예에 있어서의 열량 부족 문제(후술)의 배경에 있다.

(3) 2:1 유량 제어

캐스케이드 바이패스 계통의 발전 플랜트(100)에 있어서 극저출력(30MW)의 초기 부하 히트 소크를 행할 때에, 고압 터빈(103a)의 최종 스테이지 이동 블레이드에 의해 생기는 풍손(마찰열)의 영향을 받아, 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도가 고온화되는 경향이 있다. 초기 부하 히트 소크는 60∼120분의 오더로 실시되므로, 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도 상승은 이와 같이 장시간 계속될 가능성이 있다. 만약 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도 상승이 장시간 계속되어 온도 상승이 과도하게 커지면, 이동 블레이드 손상의 문제가 생길 가능성이 있다.

이 온도 상승의 문제를 회피하기 위해서는, 풍손을 완화하도록 고압 터빈 배기 증기(A3)의 유량을 많게 하면 된다. 즉, MCV 유입 증기(A5)의 유량을 늘리는 것이 효과적이다. 그러나, 단순히 MCV 유입 증기(A5)를 증가시키면, 증기 터빈(103)은 30MW 이상의 출력으로 운전되어 「초기 부하 히트 소크」는 되지 않는다.

그래서, 초기 부하 히트 소크 운전 중은, MCV 유입 증기(A5)의 유량 증가를 도모하고, 이에 수반하는 고압 터빈(103a)의 출력의 증가를 상쇄하도록, 중／저압 터빈(103bc)의 출력을 감소시켜, 증기 터빈(103) 전체의 출력이 30MW가 되도록 한다. 구체적으로는, ICV 밸브(118)(A-ICV 밸브(118a) 및 B-ICV 밸브(118b))의 개도를 저감하여 ICV 유입 증기(A7)의 유량을 줄이고, 중／저압 터빈(103bc)의 출력을 저하시킨다.

그리고 2:1 유량 제어는, ICV 유입 증기(A7)의 유량을 줄일 때에, 그 유량을 구체적으로 규정하는 것이다. 구체적으로는, MCV 유입 증기(A5)와 ICV 유입 증기(A7)의 유량비를 2:1로 하여, ICV 유입 증기(A7)의 유량을 줄인다. 이 2:1이라는 비율은, 증기 터빈 제조 메이커의 경험치와 비슷한 일종의 노하우에 속하는 것이다. 환언하면, 2:1이라는 비율은, 고압 터빈(103a)의 최종 스테이지 이동 블레이드에 의해 생기는 풍손(마찰열)을 계산하고, 풍손을 회피할 수 있는 유량을 계산하여 얻어진 비율이 아니다. 이유는, 복잡한 트위스트 형상의 이동 블레이드에 의해 발생하는 마찰열이나 온도 상승은 탁상에서의 계산이 매우 곤란하며, 경험치일 수밖에 없다는 배경이 있다. 또, 본 명세서에 있어서, 「탁상의 계산」이란, 계산기나 퍼스널 컴퓨터를 사용한 열역학의 프로그램 해석을 의미하고, 또한 그 응용인 시뮬레이션 해석을 포함한다.

또, 2:1 유량 제어가 필요해지는 운전 영역은, 초기 부하 히트 소크 시(30MW)뿐만이 아니다. 증기 터빈(103)의 통기(通氣)(기동) 직후에 정격 회전 수를 향하여 승속(昇速) 기동하고 있을 때에는, MCV 유입 증기(A5)는 더 소량이며(이유는, 증기 터빈(103)에 요구되는 토크가 초기 부하 시보다도 승속 시의 쪽이 적기 때문), 2:1 유량 제어가 필요해진다. 그러나, 승속 기동은 기동상의 통과점이며 비교적 단시간에 종료되고, 소량의 MCV 유입 증기(A5)로 실시할 수 있는 운전은 적당한 일면도 갖기 때문에, 후술하는 2:1 유량 제어로 문제가 되는 주증기(A2)의 열량 부족은, 승속 기동 시의 2:1 유량 제어로는 생기지 않는다. 따라서, 본 비교예나 후술하는 제1 및 제2 실시형태에서는, 초기 부하의 운전 시에 있어서의 2:1 유량 제어나 그 밖의 비에 의한 유량 제어를 다루기로 한다.

이하, 본 비교예의 플랜트 제어 장치(101)에 내장하는 2:1 유량 제어나 그것에 관련하는 초기 부하 제어의 상세를 설명한다.

(4) 비교예의 플랜트 제어 장치(101)

도 6은, 비교예의 플랜트 제어 장치(101)에 내장하는 제어 회로의 도면이다.

도 6은, 2:1 유량 제어 회로와, 이것에 밀접하게 관련하여 초기 부하 히트 소크 운전을 실현하는 제어 회로를 나타내고 있다. 이들 회로는, 플랜트 제어 장치(101)에 내장되는 제어 회로의 일부이다. 도 6은, MCV 밸브(105), A-ICV 밸브(118a), 및 B-ICV 밸브(118b)의 3 밸브의 제어 회로를 나타내고 있다.

플랜트 제어 장치(101)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 설정기(200)와, 감산기(201)와, PID(Proportional-Integral-Derivative) 컨트롤러(202)와, 함수 발생기(203)를 구비하고 있다. 또, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)와 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)는, 플랜트 제어 장치(101)에 의해 제어되지만, 이하의 설명과의 직접적인 관련이 희박하므로, 도 6에 도시하는 것을 생략한다.

(4a) MCV 밸브(105)의 초기 부하 제어

MCV 밸브(105)는, 주증기(A2)가 7.0㎫로 유지되고, ST 발전기(124)가 병렬 중에서, 증기 터빈(103)이 계통 그리드(128)와 동기 회전하고 있는 상태로, 다음과 같은 초기 부하 제어를 실시한다.

설정기(200)는, ST 발전기(124)가 발생하는 전력의 설정값(SV값)으로서, 30MW를 유지하고 있다. 상술한 바와 같이, 이 30MW는, 본 비교예에 있어서의 「초기 부하」로서 선정되는 것이며, 고압 터빈(103a), 중압 터빈(103b), 및 저압 터빈(103c)의 합계 출력의 설정값에 상당한다.

감산기(201)는, 프로세스값(PV값)으로서, MW 트랜스듀서(MW-Tr)가 계측하는 ST 발전기(124)의 전력(이하 「발전기 MW」라고 함)을 취득한다. 그리고, 감산기(201)는, 발전기 전력 설정값 30MW로부터 프로세스값(PV값)을 감산하여 편차 Δ를 출력한다.

초기 부하 제어의 PID 컨트롤러(202)는, 감산기(201)로부터 편차 Δ를 취득하여, 편차 Δ를 제로로 하도록 PID 제어를 행한다. PID 컨트롤러(202)로부터 출력되는 조작량(MV값)은, MCV 밸브(105)의 개도 지령값 B1〔％〕이다.

또, MCV 밸브(105)의 실제의 밸브 개도〔％〕는, 신속하게 개도 지령값 B1〔％〕에 추종하여 개도 지령값 B1〔％〕과 같아진다. 그러므로, 본 비교예에 관련되는 기술 영역에서는, 개도 지령값 B1이란, MCV 밸브(105)의 개도 B1로 바꿔 읽는 것이 가능하다. 이하, 문맥에 따라 개도 지령값 B1과 개도 B1의 표기를 병용한다. 마찬가지로, A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)에 관해서도, 문맥에 따라 개도 지령값 B2와 개도 B2의 표기를 병용한다.

이하, PID 컨트롤러(202)가 MCV 밸브(105)의 개도 지령값 B1〔％〕을 출력할 때의 MCV 밸브(105)의 동작을 설명한다. 계측된 발전기 MW가 30MW보다 작을 때에는, Δ의 극성은 플러스가 되고, 조작량(MV값)이 증가한다. 그 결과, MCV 밸브(105)의 개도 B1은 커지고, MCV 유입 증기(A5)가 증가하여, 고압 터빈(103a)의 출력이 증가한다. 반대로 발전기 MW가 30MW보다 클 때에는, Δ의 극성은 마이너스가 되고, 조작량(MV값)이 감소한다. 그 결과, 개도 B1은 작아지고, MCV 유입 증기(A5)가 감소하여, 고압 터빈(103a)의 출력이 감소한다.

이와 같이 하여, MCV 밸브(105)는, 발전기 MW를 30MW로 하는 과부족이 없는 MCV 유입 증기(A5)가 유입하는 개도 B1로 조정된다. 초기 부하 히트 소크 운전은, 이 30MW 운전을 소정의 히트 소크 시간(60∼120분) 계속한다. 히트 소크 시간의 선정이나 관리는, 미스매치 차트라고 불리는 플랜트 제어 장치(101)에 내장되는 제어 회로가 행한다.

(4b) ICV 밸브의 2:1 유량 제어

본 비교예에 있어서는 A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)는 동일한 개도 B2로 제어된다. 따라서 설명의 편의상, A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)를 총칭해서 이하 「ICV 밸브(118a／b)」라고 기술한다.

2:1 유량 제어는, ICV 밸브(118a／b)의 개도를 줄여, ICV 유입 증기(A7)의 유량을 MCV 유입 증기(A5)의 절반으로 하는 것이 목적이다. 그러나, MCV 밸브(105)의 개도 「B1」의 절반인 「B1÷2」를 계산하고, 개도 「B1÷2」에서 ICV 밸브(118a／b)를 밸브 개방하면, 2:1 유량 제어가 실현되는 것은 아니다. 즉, 단순히 ICV 밸브(118a／b)의 개도를 MCV 밸브(105)의 개도의 절반으로 해도, ICV 밸브(118a／b)를 통과하는 증기 유량은 MCV 밸브(105)를 통과하는 증기 유량의 절반으로는 되지 않는다. 이유는, MCV 밸브(105)와 ICV 밸브(118a／b)는, 밸브 사이즈나 유량 계수(Cv 값)나 밸브 특성 커브가 서로 다르기 때문이며, 이에 더하여, 각 밸브의 밸브체의 전후 차압(差壓)이 고려되고 있지 않기 때문이다. 각 밸브의 통과 증기량은, 밸브체의 전후 차압에 의존한다. 그래서, 본 비교예의 플랜트 제어 장치(101)는, 2:1 압력 제어를 행하기 위해 함수 발생기(203)를 구비하고 있다.

함수 발생기(203)는, 초기 부하 제어의 PID 컨트롤러(202)로부터 MCV 밸브(105)의 개도 지령값 B1을 취득하고, 내장하는 함수 F(x)에 의해 출력 y를 산출한다. 함수 발생기(203)에 입력되는 입력 x는, MCV 밸브(105)의 개도 지령값 B1이며, 함수 발생기(203)로부터 출력되는 출력 y는, ICV 밸브(118a／b)의 개도 지령값 B2이다. 상술한 바와 같이, ICV 밸브(118a／b)에 관해서는, 문맥에 따라 개도 지령값 B2와 개도 B2의 표기를 병용한다.

함수 F(x)는, MCV 밸브(105)가 개도 B1이 입력되면, MCV 유입 증기(A5)의 유량의 절반의 유량이 되는 ICV 유입 증기(A7)가 통과하는 ICV 밸브(118a／b)의 개도 B2를 출력한다. 본 비교예에서는, A-ICV 밸브(118a)의 개도와 B-ICV 밸브(118b)의 개도가 같으므로, A-ICV 밸브(118a)에는 MCV 유입 증기(A5)의 1／4의 유량이 유입하고, B-ICV 밸브(118b)에도 MCV 유입 증기(A5)의 1／4의 유량이 유입하고, 이들 합계에서 MCV 유입 증기(A5)의 절반의 유량이 된다. 함수 F(x)는, 증기 터빈(103) 내의 단락(段落)의 압력 강하 히트 밸런스를 이용하여 다음과 같이 해서 구한다.

예를 들면, MCV 밸브(105)의 개도 B1이 10〔％〕일 때의 MCV 유입 증기(A5)의 유량을 구하려면, MCV 밸브(105)의 일차 압력, 고압 터빈 배기 압력, MCV 밸브(105)의 Cv 값, 주증기(A2)의 온도 등이 필요해진다. 그러나, MCV 밸브(105)의 일차 압력(7.0㎫)이나, 고압 터빈 배기 압력(0.8㎫)이나, MCV 밸브(105)의 Cv 값은 결정 또는 파악되어 있고, 주증기(A2)의 온도도 상정할 수 있으므로, 이들 값을 고압 터빈 내의 단락의 압력 강하 계산(수속(收束) 계산을 포함함)에 이용하면, MCV 유입 증기(A5)의 유량을 구할 수 있다. 이 MCV 유입 증기(A5)의 유량의 절반을 계산하고, 계산된 유량을 ICV 유입 증기(A7)의 유량으로서 결정한다.

다음으로, 이 ICV 유입 증기(A7)의 유량이 통과할 때의 ICV 밸브(118a／b)의 개도 B2'(＝y')의 산출에 착수한다. 이 경우, ICV 밸브(118a／b)의 일차 압력(0.8㎫)이나, ICV 밸브(118a／b)의 Cv 값은 결정 또는 파악되어 있고, 저압 터빈 배기 압력(복수기(113) 내의 압력과 마찬가지로 거의 진공 압력)과 재열 증기(A4)의 온도도 상정할 수 있으므로, 이들 값을 중／저압 터빈 내의 단락의 압력 강하 계산(수속 계산을 포함함)에 이용하면, y'를 구할 수 있다.

이와 같이 하여, 함수 F(x) 중 하나인 좌표(10, y')가 결정된다. 이러한 절차를, x(＝B1)가 0〔％〕 내지 100〔％〕의 범위 내에서 몇 개의 개도의 값을 선택하여 반복함으로써, 함수 F(x)의 복수의 좌표가 결정된다. 이들 결정이 끝난 좌표간의 미결정의 좌표는, 내삽(內揷)으로 근사(近似)하는 것이 가능하다. 이에 따라, 함수 F(x)의 전체가 설정 커브로서 결정된다.

이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 비교예에 있어서의 2:1 유량 제어의 함수 F(x)를 결정하기 위해서는, 번잡하고 노력(勞力)을 요하는 작업이 필요해진다. 이하, 이것의 작용을 구체적으로 설명한다. ICV 밸브(118a／b)의 개도 B2는, MCV 밸브(105)의 개도 B1에 연동한다. 그러므로, 상술한 초기 부하 제어에 있어서, 발전기 MW가 30MW보다 작고 MCV 밸브(105)의 개도 B1이 늘어날 때에는, ICV 밸브(118a／b)의 개도 B2도 늘어나서 중／저압 터빈(103bc)의 출력도 증가한다. 즉, MCV 밸브(105)와 ICV 밸브(118a／b)가 연동하는 것과 같은 효과에 의해, 발전기 MW가 30MW 이하일 때에는, 증기 터빈(103) 전체가 출력 증가를 향하여 적절히 응답한다. 반대로 발전기 MW가 30MW 이상일 때에는, MCV 밸브(105)의 개도 B1이 줄어서, ICV 밸브(118a／b)의 개도 B2도 줄고, 증기 터빈(103) 전체가 부하 응답하여 출력 감소가 된다.

그리고, 상술한 바와 같이, 이들 경우에도 ICV 유입 증기(A7)의 유량은 MCV 유입 증기(A5)의 유량의 절반으로 조정된다. 이와 같이, 2:1 유량 제어는, ICV 밸브(118a／b)의 개도 B2를 제한하는 제어이다. ICV 밸브(118a／b)의 개도를 줄이는 결과, 중압 터빈(103b)에 유입할 수 없는 잉여의 재열 증기(A4)가 발생하지만, 이것은 재열 증기(A4)의 압력을 0.8㎫ 이상으로 승압시킨다. 그 결과, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)의 압력 제어가 작동하여, 재열 증기(A4)가 중압 바이패스 증기(A8)로서 복수기(113)에 배출된다.

이 중압 바이패스 증기(A8)는, 중／저압 터빈(103bc)의 회전 구동에 공헌하지 않고 복수기(113)에 버려진다. 그러므로, 목적대로 극저출력의 30MW 운전 하에서도 고압 터빈(103a)은 비교적 고출력을 유지할 수 있다. 이것은, MCV 유입 증기(A5)를 비교적 고유량으로 하는 것을 의미하므로, 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도 상승이 완화되어진다.

(5) 비교예의 문제

초기 부하 히트 소크 중의 가스 터빈(102)은 배기 가스(A1)를 극력 저온으로 하기 때문에, 허용할 수 있는 범위에서의 최저출력 운전이 행해지고, 주증기(A2)의 발생 유량은 적다. 이 운전 상황 하에서는, 초기 부하 제어가 30MW를 유지하고자 해서 MCV 밸브(105)의 개도 B1을 증가시키면, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)가 전체 폐쇄(또는 5％ 이하의 극단적인 미세 개방)가 되는 문제가 있다. 구체적으로 말하면, 개도 B1을 늘리면 MCV 유입 증기(A5)도 증가하는 결과, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)의 압력 제어는, 주증기 압력을 7.0㎫로 유지하고자 해서 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)의 개도를 줄여 간다. 그러나, 주증기(A2)의 발생 유량은 적으므로, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)의 개도는 극단적인 미세 개방이 되어, 밸브 차압에 의한 에로젼(침식)이 생긴다. 최악의 경우는, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)의 개도는 전체 폐쇄가 되고, 드럼(110)의 압력 제어 기능은 상실한다.

이 이상의 상태에서는, 발전 플랜트(100)의 안정 운전은 할 수 없다. 원인은, 주증기(A2)의 발생 유량이 적어 배열 회수 보일러(104)로부터의 열량이 부족한 것에 있지만, 한편으로 2:1 유량 제어는 상당량의 중압 바이패스 증기(A8)(열량)를 복수기(113)에 버리는 운전법이다. 그러므로, 중／저압 터빈(103bc)의 구동력에는 여유가 적고, 이것이 열량 부족을 조장한다.

여기에서, 2:1 유량 제어가 아니라, 1:1 유량 제어(ICV 유입 증기(A7)와 MCV 유입 증기(A5)의 유량이 등량)인 경우를 상정한다. 이 경우, 중／저압 터빈(103bc)은 다량의 ICV 유입 증기(A7)에 의해 구동되므로 충분한 여유를 유지하고, 가령 주증기(A2)의 열량이 부족한 기미여도 무리없이 30MW 출력을 유지할 수 있다. 따라서, 1:1 유량 제어에서는, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)가 미세 개방이나 전체 폐쇄가 되는 문제(열량 부족 문제)는 생기지 않는다. 그러나, 1:1 유량 제어에서는, MCV 유입 증기(A5)가 작은 유량이 되므로 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도 상승의 문제가 생겨 버린다. 즉, 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도 상승 문제와 주증기(A2)의 열량 부족 문제는 배반(背反)하는 사상이다.

(제1 실시형태)

(1) 제1 실시형태의 개요

비교예에서 설명한 2:1 유량 제어는, 증기 터빈(103)이 통기(기동)하여 정격 회전 수를 향하여 승속 기동할 때에 필요해진다. 그것은, 승속 시는 MCV 유입 증기(A5)가 소량이기 때문이다. 그러나, 초기 부하에서는 MCV 유입 증기(A5)는 승속 시보다도 증량되므로, 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도 상승은 비교적 완화되어, 2:1 유량 제어와 1:1 유량 제어 사이에 상당하는 운전 방법이 성립된다(적어도 그 가능성이 있음).

본 실시형태는, 이것을 실현하기 위해 2개의 ICV 밸브(118a／b)를 이용한다. 구체적으로는, A-ICV 밸브(118a)에는 비교예와 같이 2:1 유량 제어를 적용하지만, B-ICV 밸브(118b)의 개도는 고정 개도(예를 들면 15％)로 하여 초기 부하의 운전을 행한다. 이때, B-ICV 밸브(118b)의 고정 개도를 A-ICV 밸브(118a)의 개도보다도 큰 개도로 함으로써, 2:1 유량 제어와 1:1 유량 제어 사이의 운전이 실현된다. 간단히 말하면, 이 고정 개도는 중／저압 터빈(103bc)의 출력 증가를 초래하므로, 주증기(A2)의 열량이 부족해도 초기 부하 30MW의 운전이 가능해진다.

또, 2개의 ICV 밸브(118a／b)를 서로 다른 개도로 밸브 개방하면, 리히트 보울 실(129)의 상하에 언밸런스한 양의 증기 유입이 일어난다. 그러나, 이것은 터빈 운전에의 지장으로는 되지 않는다. 그 이유는, 1 밸브만 ICV 밸브를 구비하는 증기 터빈에서는, ICV 유입 증기는 리히트 보울 실(129)의 윗쪽만으로부터(또는 아래쪽만으로부터) 공급되지만, 터빈 운전에의 지장으로는 되고 있지 않기 때문이다. 증기 터빈이 1 밸브만 ICV 밸브를 구비하는 것은, 증기 터빈이 2개의 ICV 밸브(118a／b)를 구비할 때에 편측의 ICV 밸브를 전체 폐쇄했을 경우에 상당한다. 이에 비추어 보면, 서로 다른 개도로 2개의 ICV 밸브(118a／b)를 밸브 개방하는 것에 문제가 없는 것은 분명하다.

(2) 제1 실시형태의 발전 플랜트(100a)

도 1은, 제1 실시형태의 발전 플랜트(100a)의 구성을 나타내는 모식도이다.

도 1의 발전 플랜트(100a)는, 발전 플랜트(100a)의 동작을 제어하는 플랜트 제어 장치(101a)를 구비하고, 더욱이는, 도 5의 발전 플랜트(100)와 마찬가지의 구성 요소(가스 터빈(102), 증기 터빈(103), 배열 회수 보일러(104) 등)를 구비하고 있다. 단, 도 1의 발전 플랜트(100a)는 또한, 발전기 차단기(125)가 「폐로」의 상태인 것을 검지하는 검지기(CS-1)를 구비하고 있다. 또한, 도 1의 플랜트 제어 장치(101a)는, 도 5의 플랜트 제어 장치(101)의 2:1 유량 제어와는 다른 유량 제어를 행하는 제어 회로를 갖고 있다. 그 때문에, 도 1에서는, B-ICV 밸브(118b)의 개도 지령〔％〕이 「B2」로부터 「B3」으로 치환되어 있다.

(3) 제1 실시형태의 플랜트 제어 장치(101a)

도 2는, 제1 실시형태의 플랜트 제어 장치(101a)에 내장하는 제어 회로의 도면이다.

도 2는, MCV 밸브(105), A-ICV 밸브(118a), 및 B-ICV 밸브(118b)와 같은 3 밸브의 제어 회로를 나타내고 있다. 플랜트 제어 장치(101a)는, 플랜트 제어 장치(101)와 마찬가지로, 설정기(200)와, 감산기(201)와, PID 컨트롤러(202)와, 함수 발생기(203)를 구비하고 있다. 플랜트 제어 장치(101a)는 또한, 설정기(210)와, 아날로그 메모리(211)와, 입력 장치(212)와, 전환기(213)와, 지연 타이머(214)와, 변화율 제한기(215)를 구비하고 있다. 입력 장치(212)는, 푸시 버튼(212a)과, 푸시 버튼(212b)과, 표시기(212c)를 구비하고 있다. MCV 밸브(105)는 제1 밸브의 예이며, A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)는 제2 밸브와 제3 밸브의 예이다. 또한, 고압 터빈(103a)은 제1 증기 터빈의 예이며, 중압 터빈(103b)과 저압 터빈(103c)은 제2 증기 터빈의 예이다.

또, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)와 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)는, 비교예와 같은 제어를 행한다. 즉, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)는, 주증기(A2)의 압력을 7.0㎫로 유지하는 압력 제어를 행하고, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)는, 재열 증기(A4)의 압력을 0.8㎫로 유지하는 압력 제어를 행한다. 이들 밸브는, 플랜트 제어 장치(101a)에 의해 제어되지만, 이하의 설명과의 직접적인 관련이 희박하므로, 도 2에 도시하는 것을 생략한다. 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)는 제1 바이패스 밸브의 예이며, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)는 제2 바이패스 밸브의 예이다.

(3a) MCV 밸브(105)의 초기 부하 제어

MCV 밸브(105)의 제어는, 비교예와 마찬가지로 행해진다. 즉, PID 컨트롤러(202)는, 감산기(201)로부터 편차 Δ를 취득하여, 편차 Δ를 제로로 하도록 PID 제어를 행한다. PID 컨트롤러(202)로부터 출력되는 조작량은, MCV 밸브(105)의 개도 지령값 B1이다. 또, 문맥에 따라 개도 지령값 B1과 개도 B1의 표기를 병용／바꿔 읽는 것은 비교예와 마찬가지이다. MCV 밸브(105)는, 발전기 MW를 30MW로 유지(조정)하는 MW 제어를 행한다. 플랜트 제어 장치(101a)가 설정기(200)로부터 30MW와 같은 설정값을 취득하는 기능은, 취득부의 예이며, PID 컨트롤러(202)는, 제어부의 예이다.

(3b) A-ICV 밸브(118a)의 2:1 유량 제어

A-ICV 밸브(118a)의 제어도, 비교예와 마찬가지로 행해진다. 즉, 함수 발생기(203)는, 초기 부하 제어의 PID 컨트롤러(202)로부터 MCV 밸브(105)의 개도 지령값 B1을 취득하고, 내장하는 함수 F(x)에 의해 출력 y를 산출한다. 함수 발생기(203)에 입력되는 입력 x는, MCV 밸브(105)의 개도 지령값 B1이며, 함수 발생기(203)로부터 출력되는 출력 y는, A-ICV 밸브(118a)의 개도 지령값 B2이다. 이 개도 지령값 B2는 분기되어 후술하는 B-ICV 밸브(118b)의 회로에도 사용된다. 문맥에 따라 개도 지령값 B2와 개도 B2의 표기를 병용／바꿔 읽는다.

본 실시형태의 함수 F(x)는, 비교예의 함수 F(x)와 같은 함수이다. 그러므로, 본 실시형태의 함수 F(x)로부터 생성되는 개도 지령값 B2는, MCV 유입 증기(A5)의 1／4의 유량을 A-ICV 밸브(118a)에 유입시키는 개도이며, 이것은 MCV 밸브(105)의 개도 B1에 연동한다. 그러므로, 상술한 초기 부하 제어에 있어서, 발전기 MW가 30MW보다 작고 MCV 밸브(105)의 개도 B1이 늘어날 때에는, A-ICV 밸브(118a)의 개도 B2도 늘어나 중／저압 터빈(103bc)의 출력도 증가한다. 반대로 발전기 MW가 30MW 이상일 때에는, 개도 B1이 줄어서, A-ICV 밸브(118a)의 개도 B2도 줄고, 중／저압 터빈(103bc)은 출력 감소가 된다.

(3c) B-ICV 밸브(118b)의 고정 개도

(α) 병렬 후 10초간의 2:1 유량 제어

우선, 전환기(213)에 대해서 설명한다. 전환기(213)는, B-ICV 밸브(118b)의 제어용으로, 개도 지령값 B2와 후술하는 개도 지령값(고정 개도) B4 중 어느 것을 출력할지를 전환한다. 본 실시형태에 있어서도, B-ICV 밸브(118b)의 2:1 유량 제어가 필요해지는 운전 영역이 있고, 그것을 위해 전환기(213)가 마련되어 있다. 그러한 운전 영역의 일례는, 앞서 기술한 증기 터빈(103)의 통기(기동) 직후에 정격 회전 수를 향하여 승속 기동하고 있을 때이다.

그리고, 정격 회전 수 운전에 이어 발전기 차단기(125)가 폐로된(ST 발전기(124)는 병렬) 후, 초기 부하 30MW를 향하여 출력이 상승하고 있는 동안(초기 부하 30MW에 이르기 전)에도 역시 MCV 유입 증기(A5)는 비교적 소량이므로, 이때도 2:1 유량 제어는 필요해진다. 이러한 2:1 유량 제어가 필요해지는 기간은 대략, 발전기 차단기(125)가 폐로(병렬)된 직후의 10초간이다. 이것을 판단하기 위해, 플랜트 제어 장치(101a)가 검지기(CS-1)에 의해 발전기 차단기(125)의 「폐로」 상태를 검지하면, 지연 타이머(214)는 10초를 카운트 업하고, 10초 경과 시에 지연 타이머(214)로부터의 신호 SW는 그때까지의 OFF로부터 ON으로 변화한다.

전환기(213)에는 다음 2개가 입력된다. 즉, 함수 발생기(203)로부터 출력되어 분기된 개도 지령값 B2와, 후술하는 고정 개도 B4의 2개의 입력이다. 전환기(213)는 이들 2개의 입력을, 신호 SW의 ON／OFF에 따라 전환하여, 출력 POS로서 출력하도록 구성되어 있다. 신호 SW가 ON일 때에는 출력 POS는 고정 개도 B4가 되고, 신호 SW가 OFF일 때에는 출력 POS는 개도 지령값 B2가 된다. 병렬된 직후의 10초간은 신호 SW는 OFF이므로, 출력 POS는 개도 지령값 B2이다.

변화율 제한기(215)는, 출력 POS를 입력하고, 변화율 제한부(215) 내에서 출력 POS를 조정하여 출력한다. 구체적으로는, 변화율 제한기(215)는, 변화율 제한기(215)의 출력이 급격한 변동을 수반하지 않도록, 출력 POS에 변화율 제한의 처치를 실시한 뒤, 변화율 제한의 처치가 실시된 출력 POS를 개도 지령값 B3으로 하여 출력한다. 따라서, 병렬 후 10초간은 개도 지령값 B3은 (변화율 제한의 영향으로) 약간 지연되면서도 개도 지령값 B2에 추종하고, 최종적으로는 개도 지령값 B2도 동등해진다. 즉, 이 병렬 후 10초 동안은, B-ICV 밸브(118b)도 2:1 유량 제어로 제어되고, A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)는 같은 개도 B2가 된다.

(β) 열량 부족의 문제(재게)

여기에서 열량 부족의 문제(비교예의 문제)를 다시 게재한다. 만일 비교예와 같은 운전법인 채 발전기 MW가 30MW에 도달하면, 그 운전 상태는 다음과 같아진다. MCV 밸브(105)는 초기 부하 제어에 의해 개도 B1로 제어되어 밸브 개방해 있고, 개도 B1은 30MW에서 「개도 P」가 된다. A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)는 2:1 유량 제어에 의해 개도 B2로 제어되어 밸브 개방해 있고, 개도 B2는 30MW에서 「개도 Q」가 된다. 개도 P와 개도 Q의 구체적인 값은, 터빈 모델 기종이나 주증기(A2)의 온도／압력의 조건 등에 따라 다양하지만, 경험상, 개도 P는 약 11％ 내지 15％ 사이이며, 개도 Q는 약 6％ 내지 10％ 사이라고 상정된다.

이 개도 P를 이용하여 열량 부족을 기술하면, 다음과 같이 정리된다. 열량 부족의 원인은 MCV 밸브(105)의 개도 P가 비교적 높은 개도가 되는 것이며, 그 결과, 주증기(A2)의 거의 대부분(또는 전부)이 MCV 유입 증기(A5)로서 MCV 밸브(105)에 유입해 버린다. 그 결과, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)의 개도가 미세 개방(또는 전체 폐쇄)이 된다. 이 운전 상태는 드럼(110)의 압력 제어가 상실해 있으므로, 안정 운전에 지장을 초래할 우려가 있다.

(γ) 병렬 10초 경과 후의 고정 개도

그래서, 본 실시형태에서는, 병렬 후 10초를 경과한 시점(30MW에 도달하기 전)에서, B-ICV 밸브(118b)를 15％의 고정 개도로 한다. 이 경우, 이 고정 개도는 A-ICV 밸브(118a)의 개도 Q보다 큰 개도로서 선택될 필요가 있고, 15％는 그 일례이다. 고정 개도를 개도 Q보다 큰 개도로 하는 이유는, 중／저압 터빈(103bc)의 출력을 크게 하고, 고압 터빈(103a)의 출력을 작게 하기 위함이다. 그러나, 고정 개도를 극단적으로 큰 개도로 하면, 중／저압 터빈(103bc)의 출력만으로 30MW를 초과해 버리고, 이것은 MCV 밸브(105)가 전체 폐쇄하는 문제를 생기게 한다. 그러므로, 고정 개도는 개도 Q보다 적절한 정도로 큰 값으로 하는 것이 요구된다. 또, 최종적인 고정 개도의 수치는, 후술하는 「시행적인 어프로치」를 통해서 최적화된다.

이 고정 개도를 제공하기 위해, 설정기(210)와 아날로그 메모리(211)가 마련되어 있다. 아날로그 메모리(211)는, 적분기의 일종형이며, 수동에 의한 가감 조작이 가능한 구성으로 되어 있다. 아날로그 메모리(211)의 입력부에는, X 포트, I 포트, 및 D 포트가 마련되어 있다.

설정기(210)에는 15％가 설정되어 있으며, 아날로그 메모리(211)의 X 포트는 설정기(210)로부터 15％를 취득하여, 이것을 고정 개도 B4로서 출력한다. 이 15％는, 적분기의 초기값에 상당하는 값으로 이해된다. 아날로그 메모리(211)는 또한, I 포트나 D 포트로부터 입력되는 수동 조작을 받아, 고정 개도 B4를 초기값 15％로부터 증감하는 것이 가능하며, 이에 대해서는 다음 항(δ)에서 후술한다.

상술한 바와 같이, 병렬 후 10초 경과 시에 신호 SW는 ON이 되고, 전환기(213)의 출력 POS는 고정 개도 B4로 전환된다. 변화율 제한기(215)에는 고정 개도 B4가 입력되고, 변화율 제한기(215)로부터 출력되는 개도 지령값 B3은 15％를 향하여 소정의 레이스(변화율)로 상승하고, 이에 추종하여 B-ICV 밸브(118b)의 개도도 15％가 된다. 이 개도 지령값 B3은 문맥에 따라 개도 지령값 B3과 개도 B3의 표기를 병용／바꿔 읽는다.

이상과 같이, 본 실시형태의 플랜트 제어 장치(101a)는, 소정의 기간에 있어서 2개의 ICV 밸브(118a／b)의 개도를 서로 다른 개도로 제어한다. 이 기간에 있어서, A-ICV 밸브(118a)의 개도와 B-ICV 밸브(118b)의 개도는, 항상 서로 다른 개도로 계속 제어되어도 되고, 일시적으로 같은 개도로 변화해도 된다. 예를 들면, 고정 개도 B4가 15％일 경우, 상기 기간 내의 A-ICV 밸브(118a)의 개도는, 항상 15％ 이외여도 되고, 일시적으로 15％가 되어도 된다.

이것은, 고정 개도 B4의 값이, 후술하는 바와 같이 13％나 14％일 경우에도 마찬가지이다. 예를 들면, 고정 개도 B4가 14％일 경우, 상기 기간 내의 A-ICV 밸브(118a)의 개도는, 항상 14％ 이외여도 되고, 일시적으로 14％가 되어도 된다.

이하, 고정 개도 B4가 15％일 경우의 작용에 대해서 기재한다. 이 경우, B-ICV 밸브(118b)의 개도 B3이 15％로 증가하므로, 중／저압 터빈(103bc)의 출력이 증가한다. 그 결과, 증기 터빈(103)이 30MW에 도달했을 때, 고압 터빈(103a)의 출력은 비교예보다 적어도 된다. 즉, 초기 부하 제어에 의해 MCV 밸브(105)의 개도 B1은 개도 P보다 저감하여, 이에 연동하는 A-ICV 밸브(118a)(2:1 유량 제어 하)의 개도 B2도 개도 Q보다 저감한다. 그러나, B-ICV 밸브(118b)의 개도 B3은 더이상 연동하지 않고, 15％의 고정 개도를 유지한다. MCV 밸브(105)의 개도가 개도 P보다 작아지므로, 비교예의 열량 부족 문제의 원인이었던 MCV 밸브(105)의 고(高)개도는 해소 또는 완화된다. 그 결과, MCV 유입 증기(A5)도 줄어, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)는 안정된 압력 제어가 행해지는 개도까지 회복(개도 증가)한다.

이상의 작용을, 가상적인 초기 부하 제어라는 개념을 이용하여 다시 묘사한다. 우선, 중／저압 터빈(103bc)의 출력을, A-ICV 밸브(118a)를 통과한 증기가 구동하는 출력(이하, 중저 TBN 출력(A)이라고 함)과, B-ICV 밸브(118b)를 통과한 증기가 구동하는 출력(이하, 중저 TBN 출력(B)이라고 함)으로 분할한다. 당연히, B-ICV 밸브(118b)를 15％ 개도로 일정하게 하면, 중저 TBN 출력(B)도 일정해진다(엄밀히 말하면, A-ICV 밸브(118a)의 개도가 바뀌면, 터빈 내의 단락 압력차에 영향을 주어 중저 TBN 출력(B)은 약간 변동하지만, 본 실시형태가 취급하는 기술 영역에서는 무시해도 되고, 중저 TBN 출력(B)은 일정하게 해도 된다). 설명의 편의상, 이 일정한 출력을 12MW로 한다. 이 경우, 중저 TBN 출력(B)은 12MW로 일정하므로, 발전기 MW가 초기 부하 30MW가 되기 위해서는, 나머지 18MW를 고압 터빈(103a)의 출력과 중저 TBN 출력(A)의 양자에서 보완하면 된다.

즉, 가상적으로 MCV 밸브(105)의 초기 부하 제어는, 30MW 대신 18MW를 설정값으로 하여 MW 제어를 행하면 된다. 이 가상의 초기 부하 제어에서는, 18MW의 출력을 실현하도록, MCV 밸브(105)의 개도 B1을 줄이고, A-ICV 밸브(118a)(2:1 유량 제어 하)는 이에 연동하여 줄여진다. 이 가상의 초기 부하 제어에서는, 중저 TBN 출력(B)의 12MW가 일정한 바이어스값으로 간주된다.

여기에 실현된 것은, 앞서 기술한 2:1 유량 제어와 1:1 유량 제어 사이에 상당하는 운전이다. 2:1 유량 제어 하의 A-ICV 밸브(118a)에는, MCV 유입 증기(A5)의 1／4의 유량이 유입하고 있다. B-ICV 밸브(118b)의 개도 15％는 A-ICV 밸브(118a)보다 큰 개도이므로, B-ICV 밸브(118b)에는 MCV 유입 증기(A5)의 1／4 이상의 유량이 유입하고 있다. 따라서, 2개의 ICV 밸브(118a／b)의 합산 유량, 즉, ICV 유입 증기(A7)의 유량은, MCV 유입 증기(A5)의 1／2 이상의 유량이 되고, 유량비는 2:1보다 작아진다. 이에 더하여, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)는 다음에 기술하는 바와 같이 중간 개도이므로, 유량비는 1:1보다 커진다. 그러므로, 즉 유량비는, 2:1과 1:1 사이가 된다.

이때, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)의 거동이나 작용은 다음과 같아진다. B-ICV 밸브(118b)의 개도를 15％로 증가하면, 중／저압 터빈(103bc)의 출력은 증가한다. 그 증가분은, 그때까지 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)를 경유하여 복수기(113)에 유입하고 있었던 중압 바이패스 증기(A8)(의 일부)가, ICV 유입 증기(A7)에 더해져, 중／저압 터빈(103bc)을 구동함으로써 초래된다. ICV 유입 증기(A7)가 증가한 만큼, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)는 압력 제어에 의해 개도를 줄여, 중압 바이패스 증기(A8)는 감소한다. 그러나, 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)는 여전히 중간 개도에 있고, 중압 바이패스 증기(A8)는 복수기(113)에 계속해서 유입하고 있다.

여기에서, 상술한 바와 같이 유량비가 1:1보다도 커지는 것에 대해서 설명한다. 증기(A7, A6, A5)의 유량은, 하기 (1)의 관계를 만족한다.

ICV 유입 증기(A7)+중압 바이패스 증기(A6)

＝MCV 유입 증기(A5)+고압 바이패스 증기(A6) …(1)

열량 부족에 기인하여 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)는 미세 개방이 되므로, 고압 바이패스 증기(A6)는 소량이다. 따라서, 상기 (1)은 하기 (2)와 같이 근사된다.

ICV 유입 증기(A7)+중압 바이패스 증기(A6)

≒MCV 유입 증기(A5) …(2)

중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)가 중간 개도이면, 중압 바이패스 증기(A6)가 제로 이상이므로, 하기 (3)의 대소 관계가 성립되고, 유량비는 1:1보다도 커진다.

ICV 유입 증기(A7)의 유량＜MCV 유입 증기(A5)의 유량 …(3)

또, 만약 중압 터빈 바이패스 조절 밸브(120)가 전체 폐쇄하여 중압 바이패스 증기(A6)가 제로가 되면, A7과 A5는 등량이 되고, 근사적으로 1:1의 유량비가 된다.

(δ) 초기 부하 30MW에서의 고정 개도의 조정

이상의 (γ)에 의해, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)의 개도가 회복되고, 비교예의 문제였던 열량 부족의 문제는 해소된다. 그러나, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)의 개도 제어와 트레이드 오프의 관계에 있는 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도 상승에 주의할 필요가 있다. 그 이유는, 상술한 작용으로 MCV 유입 증기(A5)가 감소하면, 고압 터빈 배기 증기(A3)도 감소하므로, 풍손(마찰열)에 의해 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도가 상승하고, 만약 온도 허용 범위를 일탈하면 고압 터빈(103a)에 데미지가 미치기 때문이다. 그러나, 상술한 바와 같이 고압 터빈(103a)의 최종 스테이지 이동 블레이드에 의해 생기는 풍손을 탁상에서 평가하고, 풍손을 회피할 수 있는 MCV 유입 증기(A5) 유량을 사전에 계산하는 것은 매우 어렵다. 이것은, 적절한 고정 개도를 계산에 의해 구하는 것도 어려운 것을 의미한다. 즉, 지금까지 사용해 온 15％라는 고정 개도는, 어디까지나 설명의 편의를 도모하기 위한 일례에 지나지 않고, 여기에서 15％라는 값의 타당성에 눈길을 돌릴 필요가 있다.

그래서, 본 실시형태에서는, 상술한 고정 개도를, 다음 (4)의 「시행적인 어프로치」에 의해 유저가 조정 가능한 가변값으로 한다. 간단히 말하면, 발전 플랜트(100a)를 실제로 30MW로 운전하여 초기 부하 히트 소크를 행하고 있는 동안에, 15％의 고정 개도를, 예를 들면 14％로 줄이거나 16％로 늘려 시행적으로 가감·조정하는 것을 가능하게 한다. 이에 따라, MCV 유입 증기(A5)의 유량을 증감하고, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)의 개도 제어와 MCV 유입 증기(A5)의 유량 제어와의 최적의 트레이드 오프를 찾는 것이 가능해진다. 다행히도, 본 실시형태의 초기 부하 히트 소크는 복수 회의 시행이 가능한 충분한 시간을 갖는다. 이와 같이, 본 실시형태의 고정 개도는, 유저가 어떤 설정값(예를 들면 15％)으로부터 다른 설정값(예를 들면 14％나 16％)으로 변경하는 것이 가능한 가변값이다.

입력 장치(212)는, 이것을 간단하며 또한 생력화하여 행하기 위해 마련되어 있다. 입력 장치(212)는, 고정 개도의 값을 유저가 수동 조작으로 선택하여 입력하기 위한 장치(설정기)이며, 아날로그 메모리(211)의 출력인 고정 개도 B4의 값을 증감할 수 있다. 입력 장치(212)의 예는, 플랜트 제어 장치(101a)에 접속된 셀렉터 스테이션, 조작 패널, 퍼스널 컴퓨터 등이다. 입력 장치(212)는, 플랜트 제어 장치(101a)를 구성하는 기기여도 되고, 플랜트 제어 장치(101a)와는 다른 기기여도 된다.

입력 장치(212)는, 고정 개도 B4의 값을 늘리는 푸시 버튼(212a)과, 고정 개도 B4의 값을 줄이는 푸시 버튼(212b)과, 고정 개도 B4의 값을 표시하는 표시기(212c)를 구비하고 있다. 푸시 버튼(212a, 212b)은, 하드 키여도 되고, 마우스 조작이나 터치 조작에 의해 반응하는 소프트 키여도 된다. 표시기(212c)의 예는, 전광 게시판이나 액정 화면이다.

아날로그 메모리(211)는, I 포트(Increase Port)를 경유하여 푸시 버튼(212a)에 의한 증가 지령을 취득하고, 증가 지령에 따라서 고정 개도 B4를 증가시킨다. 또한, 아날로그 메모리(211)는, D 포트(Decrease Port)를 경유하여 푸시 버튼(212a)에 의한 감소 지령을 취득하고, 감소 지령에 따라서 고정 개도 B4를 감소시킨다.

(4) 시행적인 어프로치

이하, 본 실시형태에 있어서 시행적인 어프로치로 고정 개도 B4의 최적값을 구해 가는 과정에 대해서 설명한다. 그 때에 상술한 가상적인 초기 부하 제어의 개념을 이용하면 이해하기 쉬우므로, 이하의 설명에서는 이것을 사용한다. 또, 여기에 기재하는 고정 개도 B4나 중저 TBN 출력(B)의 수치는, 어디까지나 설명을 이해하기 쉽게 하기 위한 예에 지나지 않고, 이것에 한정되는 것이 아니다.

(4a) 고정 개도 B4＝15％의 시행

우선, 초기값에 상당하는 고정 개도 B4＝15％에서 최초의 시행을 행한다. 설정기(210)에는 15％가 설정되어 있고, 아날로그 메모리(211)는 고정 개도 B4로 하여 15％를 출력하고 있다. 이 상태에서 발전 플랜트(100a)를 기동한다. 증기 터빈(103)의 통기가 개시되어 승속 기동이 행해지고, 정격 회전 수에 도달 후, 발전기 차단기(125)가 폐로되어 ST 발전기(124)는 병렬한다. MCV 밸브(105)는 초기 부하 제어를 개시하고, 출력은 초기 부하 30MW를 향하여 상승하고, 30MW에 도달한 후, 초기 부하 히트 소크의 운전이 개시된다. 이때, B-ICV 밸브(118b)의 개도는 15％이며, 중저 TBN 출력(B)은 12MW이다. 그러므로, 가상의 초기 부하 제어는 18MW의 설정값을 갖고 있으며, 고압 터빈(103a)의 출력(이하, 고 TBN 출력이라고 함)과 중저 TBN 출력(A)은 양자 합계하여 18MW로 되어 있다.

비교예에 비해, 본 실시형태에서는 MCV 유입 증기(A5)의 유량이 감소하므로, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)는 안정된 압력 제어가 가능한 비교적 큰 개도가 된다. 그러나, 그것은 동시에 풍손(마찰열)을 늘리므로, 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도에 주의할 필요가 있다. 이 경우, 마찰열에 의한 배기 온도의 상승은 약 5분 정도의 지연을 수반하여 응답해 정정(整定)하므로, 고정 개도 B4＝15％를 시행한 후, 온도 상승이 관측되는 것 같으면, 그것은 고압 터빈 배기 증기(A3)의 유량(MCV 유입 증기(A5)의 유량)이 지나치게 적다는 것이다. 동시에 그것은, 18MW의 가상의 초기 부하 제어의 설정값이 지나치게 낮다는 것을 의미한다. 그래서, 다음 (4b)에서 고정 개도 B4＝13％를 시행한다. 고정 개도를 2％를 줄이는 것 뿐이지만, 일반적으로 ICV 밸브의 밸브 개도 vs 유량 특성 커브는 저(低)개도역에서 예민한 특성을 나타내고, 1％나 2％ 정도의 개도 변동이어도 비교적 큰 유량 변화를 보인다.

또, 발전 플랜트(100a)는, 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도를 확인하기 위해, 도시되지 않은 복수의 온도 센서를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

(4b) 고정 개도 B4＝13％의 시행

초기 부하 히트 소크 도중에, 입력 장치(212)를 사용하여 고정 개도 B4를 15％로부터 13％로 줄인다. 이때, 유저가 고정 개도 B4를 정확하게 판독할 수 있도록, 고정 개도 B4의 값을 표시하는 표시기(212c)는 디지털식의 표시기로 해도 된다.

고정 개도 B4를 13％로 하면, B-ICV 밸브(118b)의 개도는 13％가 되고, 중저 TBN 출력(B)은 9MW로 준다. 이에 따라, 가상의 초기 부하 제어는 21MW의 설정값을 갖게 되고, 그것은 고 TBN 출력과 중저 TBN 출력(A)의 합계를 18MW로부터 21MW로 증가하도록 작용하여, MCV 밸브(105)의 개도를 늘린다. 그 결과, MCV 유입 증기(A5)의 유량(고압 터빈 배기 증기(A3)의 유량)이 증가하여 풍손이 줄고, 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도는 저하한다.

그러나 이때, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)의 개도에 주의할 필요가 있다. MCV 유입 증기(A5)의 유량이 증가하는 결과, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)를 허용할 수 없는 미세 개방(일반적으로는 5％ 이하)이 되는 것 같으면, 그것은 21MW의 가상의 초기 부하 제어의 설정값이 지나치게 높다는 것을 의미한다. 그래서, 다음으로 고정 개도 B4＝14％를 시행한다.

(4c) 고정 개도 B4＝14％의 시행

초기 부하 히트 소크 도중에, 입력 장치(212)를 사용하여 고정 개도 B4를 13％로부터 14％로 증가시킨다. 고정 개도 B4를 14％로 하면, B-ICV 밸브(118b)의 개도는 14％가 되고, 중저 TBN 출력(B)은 10MW로 상승한다. 이에 따라, 가상의 초기 부하 제어는 20MW의 설정값을 갖게 되고, 그것은 고 TBN 출력과 중저 TBN 출력(A)의 합계를 21MW로부터 20MW로 저감하도록 작용하여, MCV 밸브(105)의 개도를 줄인다. 그 결과, MCV 유입 증기(A5)의 유량이 줄어, 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)의 개도는 5％ 이상으로 회복된다. 이때, 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도는 (4b)의 개도 13％ 시행보다 상승하지만, 그 온도 상승을 허용할 수 있는 범위 이내이면, 고정 개도 B4＝14％가 최적의 고정 개도이며, 여기에 목적대로의 트레이드 오프가 성립된다.

상기의 절차에서는, 고정 개도 B4를 14％의 근방에서 1％씩 변화시켰지만, 보다 미세하게 변화시켜도 된다. 예를 들면, 고정 개도 B4를 13.8％나 14.1％ 등의 소수점 이하의 간격으로 시행하여, 파인 튜닝하는 것도 가능하다.

(4d) 초기 부하 히트 소크의 종료 후

초기 부하 히트 소크 중에는, 열응력을 완화시키기 위해, 30MW의 발전기 MW를 유지할 필요가 있다. 한편, 초기 부하 히트 소크가 종료되면, 증기 터빈(103)은 30MW를 초과하는 출력에서의 운전이 허용된다. 그러므로, 초기 부하 히트 소크의 종료가 검지되면, B-ICV 밸브(118b)의 개도는 14％ 개도로부터 100％ 전체 개방을 향하여 서서히 증가한다. 마찬가지로, A-ICV 밸브(118a)는 2:1 유량 제어로부터 해방되어, 2:1 유량 제어 하의 B2 개도로부터 100％ 전체 개방을 향하여 서서히 증가한다. 이들 ICV 밸브(118a／b)의 개도가 100％ 전체 개방이 되었을 때, 이들 ICV 밸브(118a／b)는 다시 같은 개도가 되고, 통상의 상태로 복귀한다. 그 후, 플랜트 기동의 다음 공정인 가스 터빈(102)의 출력 상승이 개시되어, 발전 플랜트(100a)는 정격 출력(기동 완료)이 된다.

(5) 제1 실시형태의 효과

상술한 바와 같이, 제1 실시형태는 편측 ICV를 고정 개도로 함으로써, (ⅰ) 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도 상승과, (ⅱ) 주증기(A2)의 열량 부족과 같은 배반하는 문제를 양쪽 해소하고, 발전 플랜트(100a)에 있어서 증기를 효율적으로 사용하는 것을 가능하게 한다. 제1 실시형태에서는 또한, 입력 장치(212)를 사용하여 이 고정 개도를 가변값으로 함으로써, 발전 플랜트(100a)를 실제로 운전하면서 시행적인 어프로치에 의해 최적의 고정 개도를 구하는 것을 가능하게 하고 있다.

만약 유저에 의한 조정 대상(고정 개도)이, 예를 들면 제어 장치 프로그램의 내부 파라미터 등이면, 그 값의 선택은 유저에게 있어서 매우 난해하다. 그러나, 본 실시형태에 있어서의 유저에 의한 조정 대상은, 그러한 어려운 대상이 아니며, 유체(有體)인 B-ICV 밸브(118b)의 개도이다. 그러므로, 그 값의 선택은 유저에게 있어서 이해하기 쉽기 때문에 시행도 하기 쉽다.

(6) 제1 실시형태의 고찰

시행적인 어프로치의 배경으로서는, 풍손을 탁상에서 계산하여 고압 터빈 배기 증기(A3)의 온도 상승의 사전 평가를 행하는 것이 어려운 사정이 있으며, 이것은 주로 (ⅰ)의 과제에 관련하는 것으로서 기술해 왔다. 그러나, 탁상에서의 계산이 곤란한 것은 (ⅰ)의 과제뿐만 아니라 (ⅱ)의 과제여도 마찬가지이다. 그것은, 배관이나 증기 터빈기 내에 설치되는 도면 중에 도시되지 않은 다수의 드레인 밸브에 기인한다. 초기 부하 히트 소크를 포함하는 극저출력에서는, 이들 드레인 밸브가 밸브 개방 조작되어 있으며, 체류하는 드레인수를 복수기 등에 배출한다. 그러나, 이들 드레인 밸브로부터 배출되는 것은, 드레인수뿐만 아니라, 주증기(A2)나 재열 증기(A4)(의 일부)도 함께 배출되어, 소위 기액 2상(相)류가 유출된다. 이 유출이 열량 부족 문제를 더욱 조장하는 것이지만, 어느 정도의 증기나 열량이 드레인 밸브로부터 유출되는 것인지를 계산하는 것은 (2상류 등의 이유로) 매우 어렵다. 따라서, 근래에는 계산기에 의한 시뮬레이션 기술 등이 고도화되어 있지만, 한편으로, 극저출력에 있어서의 운전 상태는 「실제로 발전 플랜트를 운전해 볼 때까지 알 수 없다」라고 인식되고 있다는 사실이 있다.

이와 같이 카오스적인 양상을 보이는 (ⅰ)(ⅱ)의 과제와 마주할 때, 발전 플랜트(100a)를 실제로 운전하면서 최적의 고정 개도를 시행적으로 구해 가는 본 실시형태는, 매우 프래그매틱(실용적)하며, 또한 합리적인 방법인 것을 이해할 수 있다. 본 실시형태는, 이 「시행적인 어프로치」를 행할 때의 조정 대상으로서 「편측 ICV 밸브의 고정 개도」를 선택했다. 이것이, 비교적 간소한 제어 회로를 가져오고, 시행을 행하는 유저에게 있어서도 알기 쉬운 지표를 제공하지만, 동시에 단순한 겉보기 이상으로 큰 영향을 갖는다. 이하, 다른 제어법과 비교하여 본 실시형태의 가일층의 포인트를 설명한다.

(6a) 다른 제어법-1

최초의 일례는 「양(兩) ICV 밸브를 고정 개도」로 하는 방식이다. 즉 B-ICV 밸브(118b)에 더하여 A-ICV 밸브(118a)의 개도도 고정 개도로 한다. 이 경우, 중／저압 터빈(103bc)의 출력이 일정해지므로, 초기 부하 제어는 MCV 밸브(105)만, 즉 고압 터빈(103a)의 출력만이 응답하는 MW 제어가 행해진다.

한편, 본 실시형태의 「편측 ICV 밸브의 고정 개도」에서는, A-ICV 밸브(118a)는 2:1 유량 제어 하에 있어서, MCV 밸브(105)에 연동한다. 그 때문에, MW 제어는, 고압 터빈(103a)뿐만 아니라 중／저압 터빈(103bc)도 포함시킨 전(全) 증기 터빈(103)이 응답하여 부하 디맨드에 추종하려고 한다. 이것이, MW 제어의 바람직한 거동·작용이며, 제어상의 기본적인 컨셉트이다. 본 실시형태가 2 밸브의 ICV 밸브를 채용하는 이유는, 이 점에 관련해 있다.

원래 1 밸브의 ICV 밸브가 설치되는 발전 플랜트에는, ICV 밸브 개도를 고정으로 하는 발상은 적용할 수 없다. 그 이유는, 1 밸브만 설치한 ICV 밸브를 고정 개도로 한다는 것은, 본 실시형태의 2 밸브의 ICV 밸브의 쌍방을 고정 개도로 하는 것에 상당하기 때문이다. 이 경우, 고압 터빈(103a)만 부하 응답하는 점에 있어서, 기본 컨셉트는 파탄해 있으며, 이 채용은 받아들이기 어렵다. 2 밸브의 ICV 밸브이기에, 본 실시형태와 같이, 1 밸브(118b)는 개도 고정으로 바이어스 출력을 확보하면서, 다른 1 밸브(118a)가 연동하여 부하 응답할 수 있는 것이다.

(6b) 다른 제어법-2

제1 실시형태가 실현하는 운전은, 2:1 유량 제어와 1:1 유량 제어 사이에 상당하는 운전 방법이지만, 이것을 실현하는 다른 제어법도 가능하다. 그 일례는, N:1 유량 제어이다(N은 1≤N≤2를 충족시키는 정수). 예를 들면, N의 값을 1.5로 특정할 경우에는, 1.5:1 유량 제어이다. 이 제어는, MCV 유입 증기(A5)와 ICV 유입 증기(A7)의 유량비가 1.5:1이 되도록 함수 F(x)를 설정하고, ICV 밸브(118a／b)의 개도를 줄이는 제어이다. 그러나, 2:1 유량 제어와 마찬가지로, 1.5:1 유량 제어에서의 함수 F(x)를 결정하기 위해서는, 큰 노력을 요한다. 또한, 이 경우에 시행적인 어프로치를 행하기 위해서는, 함수 F(x)가 N의 수만큼 필요해진다. 예를 들면 소수점 두번째까지의 정밀도로 N의 값을 커버하게 되면(N＝1.01∼1.99), 98여개의 다수의 함수 F(x)와 그 전환·선택이 필요해져 버린다.

(6c) 제1 실시형태의 N:1 유량 제어

여기에서, 제1 실시형태의 유량 제어도 N:1 유량 제어(N은 1＜N＜2를 충족시키는 정수)의 일종형인 것에 유의해야 한다. 그 이유는, 본 실시형태가 실현하는 것도, 2:1 유량 제어와 1:1 유량 제어 사이의 운전 방법이기 때문이다. 단, (6b)의 예가 N의 값을 특정하는 좁은 의미의 N:1 유량 제어로 하면, 본 실시형태는 N의 값을 특정하지 않는 넓은 의미의 N:1 유량 제어이다. (6b)의 N:1 유량 제어가 시사하는 것은, 시행적인 어프로치는, 플랜트 제어에 있어서 부담이 크다는 것이다. 환언하면, 시행적인 어프로치를 실시하고자 하면 N:1 유량 제어는, 복잡해지는 것을 피할 수 없다. 경우에 따라 그것은 제어 회로의 실기(實機))에의 적용성을 손상시키는 것이 된다.

이에 비해, 제1 실시형태의 제어 회로는 현저하게 간소하다. 본 실시형태의 제어 회로는 어디까지나 2:1 유량 제어를 기본적 구성으로 하고 있으며, 그 구성 위에 전환기(213)나 아날로그 메모리(211)를 부가한 일종의 변형 회로이다. 이것은, 2:1 유량 제어와의 친화성이 높아, 본 실시형태에 간소한 회로 구성을 가져오고 있다. 이것은, 2:1 유량 제어의 소프트웨어 프로그램의 유산(遺産) 활용의 면에서도 바람직하다.

본 실시형태에서는, (6b)의 예와 같이 N의 값을 특정하며 또한 가변값으로 하는 대신에, ICV 밸브의 고정 개도를 특정하며 또한 가변값으로 하고 있다. 예를 들면, 고정 개도의 값을 14％나 15％로 특정한다. 그 결과, 14％나 15％와 같은 고정 개도에 대응하는 N의 값에 의한 N:1 유량 제어가 실현된다. 그리고, 본 실시형태에서 ICV 밸브의 고정 개도를 시행적으로 조정하는 것은, N의 값을 조정하고 있는 것에 대응하고 있다. 이 문맥에 입각하여 기술하면, 제1 실시형태란 N의 특정을 포기한 N:1 유량 제어이며, 그 대상(代償)으로서 간소함과 실용성을 얻은 것으로도 총괄된다.

(7) 조정의 한계

상술한 시행적인 어프로치의 절차(4c)에서는, 트레이드 오프를 달성하여 최적의 고정 개도로서 14％라는 고정 개도를 선정할 수 있는 사례를 제시했다. 그러나, 「고압 터빈 배기 증기의 온도 상승」과 「고압 터빈 바이패스 조절 밸브의 미세 개방」을 회피하기 위해 고정 개도를 조정하지만, 도저히 양쪽의 문제를 동시에 해소하는 것이 어려운 케이스도 상정된다. 그 때문에, 본 실시형태의 발전 플랜트(100a)는, 이러한 경우에 대비하여 소위 컨틴전시 플랜(피난 대책)을 채용하는 것이 바람직하다. 그것은, 가스 터빈(102)의 출력을 증가시켜 배기 가스(A1)의 열량을 늘려 주증기(A2)의 유량을 증가시키는 것이며, 본 대책에 의해 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(119)의 개도는 증가하므로, 최적의 고정 개도를 보다 용이하게 선정하는 것이 가능해진다. 단, 이 경우에는, 배기 가스(A1) 온도는 높아지므로, 증기 터빈(103)의 열응력이 커진다는 플랜트 기동상의 트레이드 오프를 강요당하는 것에 유의해야 한다.

(8) 제1 실시형태를 적용 가능한 발전 플랜트

본 실시형태에서는, 캐스케이드 바이패스 계통을 갖고, 1대의 가스 터빈(102)에 1대의 증기 터빈(103)을 별축 구성으로 조합하는 별축형의 컴바인드 사이클 발전 플랜트(100a)에 대해서 설명했다. 그러나, 본 실시형태는, 캐스케이드 바이패스 계통을 갖는 그 밖의 방식의 컴바인드 사이클 발전 플랜트에도 적용 가능하다. 대표적으로는, 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트(복수대의 가스 터빈에 1대의 증기 터빈을 별축 구성으로 조합하는 방식)에, 본 실시형태는 적용 가능하다.

예를 들면 「3on1 타입」으로 불리는 3대의 가스 터빈과 3대의 배열 회수 보일러와 1대의 증기 터빈을 조합하는 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트여도, 그 기동 공정에 있어서는 증기 터빈의 초기 부하 히트 소크 운전이 행해진다. 그러나, 이때는 1대의 가스 터빈과 1대의 배열 회수 보일러와 1대의 증기 터빈만을 조합한 운전이 되고, 이것 이외의 2대의 가스 터빈(과 2대의 배열 회수 보일러)은, 초기 부하 히트 소크 운전에는 전혀 관여하지 않는다. 즉, 초기 부하 히트 소크 운전 시에는 의사적(擬似的)으로 별축형의 컴바인드 사이클 발전 플랜트와 같은 플랜트 구성이 되고, 본 실시형태를 그대로 적용하는 것이 가능해진다.

덧붙여서, 가스 터빈이 공급하는 열량만큼 증기 터빈의 용량(크기)을 비교하면, 제1 실시형태의 별축형에서는 1대의 가스 터빈의 열량에 맞는 용량의 1대의 증기 터빈이 이용되는 것에 비해, 3on1 타입의 다축형에서는 3대분의 가스 터빈 열량에 맞는 대형의 증기 터빈이 이용된다. 본 실시형태에 비해 3배 큰 이 증기 터빈의 초기 부하 히트 소크를 1대의 가스 터빈으로 조달하고자 할 때, 본 실시형태에서 설명한 열량 부족의 경향은 보다 한층 심각한 문제가 된다. 구체적으로는, 명세서 중에 든 콜드 기동 시뿐만 아니라, 가스 터빈 배기 가스(A1)가 고온이 되는 웜 기동이나 핫 기동에 있어서도 열량 부족이 생길 가능성이 있다. 이것에 본 실시형태를 적용하는 것은 매우 유효해진다.

또한, 1대의 가스 터빈과 1대의 증기 터빈을 동축 구성하는 1축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트에도, 본 실시형태의 적용은 가능하다.

1축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트에는 또한, 가스 터빈과 증기 터빈을 고정하여 동축으로 하는 리지드 결합 타입과, 가스 터빈과 증기 터빈 사이를 클러치로 결합하여 동축으로 하는 클러치 결합 타입이 있다. 그러나 어느 타입에 있어서도, 1대의 발전기를 가스 터빈과 증기 터빈이 공용(共用)하므로, MW 트랜스듀서는, 양 터빈의 합계 출력으로 발생되는 발전기 MW를 계측한다. 그 때문에, MW 트랜스듀서는, 증기 터빈 단독이 발생시키는 전력(MW)을 계측값으로서 얻을 수 없다.

그래서, 본 실시형태의 발전 플랜트(100a)를 1축형으로 할 경우에는, MCV 밸브(105)의 초기 부하 제어는, MW 트랜스듀서(MW-Tr)가 계측하는 발전기 MW를 사용하는 대신에, 플랜트 제어 장치(101a)가 계산한 증기 터빈(103) 단독의 출력을 사용하여, 증기 터빈(103) 단독의 출력을 30MW로 제어한다. 이 증기 터빈(103) 단독의 출력을 계산하기 위해서는, 도 1에 도시되지 않은 증기 터빈(103)의 운전 상태를 대표하는 각종 계측 대상의 압력, 유량, 온도를 측정하는 센서로부터의 계측 신호를 플랜트 제어 장치(101a)에 입력한다. 그리고, 플랜트 제어 장치(101a)가, 이들 계측 신호를 이용하여 증기 터빈(103) 단독의 출력을 계산한다.

(9) 기력(汽力) 발전 플랜트에의 적용

본 실시형태는, 컴바인드 사이클 발전 플랜트뿐만 아니라, 기력 발전 플랜트에도 적용이 가능하다. 기력 발전 플랜트는, 가스 터빈(102)으로부터 배기 가스(A1)를 수취하는 배열 회수 보일러(104) 대신에, 통상의 보일러를 구비하고 있으며, 이 보일러가 주증기를 생성한다. 기력 발전 플랜트는 컴바인드 사이클 발전 플랜트보다 용량이 크고, 그 대용량의 증기 터빈은 2 밸브의 ICV 밸브를 구비하는 것이 일반적이다. 또한 본 실시형태를 성립되게 하는 주요한 요소인, 캐스케이드 바이패스의 계통 구성이나 초기 부하 히트 소크의 기동 방법이나 2:1 유량 제어도 기력 발전 플랜트에 실시·적용되고 있다. 오히려 이들은 최초 기력 발전 플랜트대상으로 고안된 것을 나중에 컴바인드 사이클 발전 플랜트에 응용했다고 생각하는 편이 적절하다. 따라서, 기력 발전 플랜트에 있어서 양 ICV 밸브 중 편측 ICV 밸브를 고정 개도로 하는 본 실시형태의 적용에는 아무런 지장은 없다. 이것은, 본 실시형태뿐만 아니라 후술하는 제2 실시형태에 대해서도 마찬가지이다.

이상과 같이, 본 실시형태의 플랜트 제어 장치(101a)는, 고압 터빈(103a), 중압 터빈(103b), 및 저압 터빈(103c)의 합계 출력을 30MW로 조정할 때에, A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)를 서로 다른 개도로 제어한다. 예를 들면, 플랜트 제어 장치(101a)는, B-ICV 밸브(118b)를 고정 개도로 제어하면서, A-ICV 밸브(118a)를 시간과 함께 변화시킨다. 그러므로, 본 실시형태에 따르면, 컴바인드 사이클 발전 플랜트나 그 밖의 발전 플랜트에 있어서, 증기 터빈(103)의 구동 등에 증기를 효율적으로 사용하는 것이 가능해진다.

(제2 실시형태)

(1) 개요

제2 실시형태에서는, 상술한 2개의 ICV 밸브(118a／b) 중 어느 것에 고정 개도를 적용할지를, 선택 스위치에 의해 유저가 선택(전환)할 수 있도록 하고 있다. 서로 다른 개도로 2 밸브의 ICV 밸브(118a／b)를 밸브 개방해도, 증기 터빈(103)의 운전에 지장 없는 것은 이미 기술한 바와 같다.

그러나, ICV 밸브(118a／b)의 내용이라는 관점에서는, 고정 개도가 적용되는 밸브가 불변인 것은 바람직하지 않다. 제1 실시형태의 초기 부하 히트 소크에서는, A-ICV 밸브(118a)의 개도는, B-ICV 밸브(118b)의 개도보다 작은 개도로 계속해서 제어된다. 그 결과, A-ICV 밸브(118a)의 밸브체 내부에서의 압력 손실이 커져, A-ICV 밸브(118a)의 수명 소비가 보다 빨리 진행된다. 이 수명 소비의 차는 근소하기는 하지만, 10년이나 20년의 내용연수(耐用年數)를 배려했을 경우, 양 ICV 밸브(118a／b)의 수명 소비를 극력 균등하게 하고 싶다는 요망이, 발전 플랜트의 오너 사이드로부터 제시되는 것을 생각할 수 있다. 제2 실시형태는 이에 대처하는 것이다.

(2) 구성

도 3은, 제2 실시형태의 발전 플랜트(100b)의 구성을 나타내는 모식도이다.

도 3의 발전 플랜트(100b)는, 발전 플랜트(100b)의 동작을 제어하는 플랜트 제어 장치(101b)를 구비하고, 더욱이는 도 1의 발전 플랜트(100a)와 마찬가지의 구성 요소(가스 터빈(102), 증기 터빈(103), 배열 회수 보일러(104) 등)를 구비하고 있다. 또한, 도 3의 플랜트 제어 장치(101b)는, 도 1의 플랜트 제어 장치(101)의 유량 제어와는 다른 유량 제어를 행하는 제어 회로를 갖고 있다. 그 때문에, 도 3에서는, A-ICV 밸브(118a)의 개도 지령〔％〕이 「B2」로부터 「B5」로 치환되어 있고, B-ICV 밸브(118b)의 개도 지령〔％〕이 「B3」으로부터 「B6」으로 치환되어 있다.

도 4는, 제2 실시형태의 플랜트 제어 장치(101b)의 구성을 나타내는 회로도이다.

본 실시형태의 플랜트 제어 장치(101b)는, 제1 실시형태의 플랜트 제어 장치(101a)의 구성 요소(도 2 참조)에 더하여, 전환기(216)와 선택 스위치(217)를 구비하고 있다. 선택 스위치(217)는, 플랜트 제어 장치(101b)를 구성하는 기기여도 되고, 플랜트 제어 장치(101b)와는 다른 기기여도 된다. 또한, 선택 스위치(217)는, 하드 키여도 되고, 마우스 조작이나 터치 조작에 의해 반응하는 소프트 키여도 된다. 예를 들면, 선택 스위치(217)는, 소위 올터너티브식의 푸시 버튼이어도 되고, 이 푸시 버튼이 조작될 때마다 전환기(216)가 전환되도록 구성되어 있어도 된다. 전환기(216)는 선택부의 예이며, 선택 스위치(217)는 선택 장치의 예이다. 본 실시형태의 플랜트 제어 장치(101b)의 초기 부하 제어에 관한 구성과 작용은, 제1 실시형태의 플랜트 제어 장치(101a)와 마찬가지이다.

본 실시형태의 플랜트 제어 장치(101b)에 의해 생성되는 개도 지령값 B2는, 제1 실시형태의 것과 마찬가지이다. 생성된 개도 지령값 B2는, 전환기(216)가 내장하는 제1 전환부(216a)와 제2 전환부(216b)에 입력된다.

본 실시형태의 플랜트 제어 장치(101b)에 의해 생성되는 개도 지령값 B3도, 제1 실시형태의 것과 마찬가지이다. 단, 시행적인 어프로치의 성과를 반영하여, 설정기(210)에는 설정값으로서 15％ 대신 14％가 설정되어 있다. 생성된 개도 지령값 B3은, 제1 전환부(216a)와 제2 전환부(216b)에 입력된다.

제1 전환부(216a)는, A-ICV 밸브(118a)에 대한 개도 지령값 B5를 출력하고, 제2 전환부(216b)는, B-ICV 밸브(118b)에 대한 개도 지령값 B6을 출력한다. 개도 지령값 B5, B6의 상세는 후술한다.

(3) 작용

최초, 전환기(216)의 제1 전환부(216a)와 제2 전환부(216b)는, 제1 실시형태와 같은 ICV 밸브 제어를 행하는 전환 상태에 있다. 즉, 제1 전환부(216a)는, A-ICV 밸브(118a)에 대한 개도 지령값 B5로서 개도 지령값 B2(2:1 유량 제어)를 선택하는 상태에 있고, 제2 전환부(216b)는, B-ICV 밸브(118b)에 대한 개도 지령값 B6으로서 개도 지령값 B3(고정 개도)을 선택하는 상태에 있다.

이 상태에서, 제1회째의 발전 플랜트(100b)의 기동이 행해진다. 그 후, 증기 터빈(103)의 통기가 개시되어 승속 기동이 행해지고, 정격 회전 수에 도달 후, 발전기 차단기(125)가 폐로되어 ST 발전기(124)는 병렬한다. MCV 밸브(105)는 초기 부하 제어를 개시하고, 발전기 MW는 초기 부하 30MW를 향하여 상승하고, 발전기 MW가 30MW에 도달한 후에 초기 부하 히트 소크가 개시된다. 이때, A-ICV 밸브(118a)는 2:1 유량 제어 하에 있고, B-ICV 밸브(118b)는 고정 개도(14％)에 있다. 이상은, (고정 개도가 14％인 점을 제외하고) 제1 실시형태와 같다. 초기 부하 히트 소크의 종료 후, 발전 플랜트(100b)의 기동은 계속되어, 정격 출력 상태에 도달한다. 그 후, 발전 플랜트(100b)는, 전력 수급 밸런스에 따라 부하 조정을 행하면서 운전이 계속된다. 그리고, 운용 계획에 따라서 발전 플랜트(100b)는 정지된다.

발전 플랜트(100b)가 정지한 상태에서, 유저는 선택 스위치(217)를 조작한다. 이에 따라, 선택 스위치(217)로부터 전환기(216)로, 제1 전환부(216a)와 제2 전환부(216b)의 설정을 치환시키기 위한 전환 지령이 출력된다. 전환기(216)는, 이 전환 지령에 따라 상술한 제1 실시형태의 반대 위치로 전환된다. 즉, 제1 전환부(216a)는, A-ICV 밸브(118a)에 대한 개도 지령값 B5로서 개도 지령값 B3(고정 개도)을 선택하고, 제2 전환부(216b)는, B-ICV 밸브(118b)에 대한 개도 지령값 B6으로서 개도 지령값 B2(2:1 유량 제어)를 선택한다.

이 상태에서, 제2회째의 발전 플랜트(100b)의 기동이 행해진다. 초기 부하 히트 소크의 운전이 개시되면, A-ICV 밸브(118a)는 고정 개도(14％)가 되고, B-ICV 밸브(118b)는 2:1 유량 제어 하가 된다. 즉, 2회째의 기동에서는, 양 ICV 밸브(118a／b)의 거동은, A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)로 교체된다.

그리고, 발전 플랜트(100b)가 정지된 후, 유저는 다시 선택 스위치(217)를 조작한다. 이 상태에서 제3회째의 발전 플랜트(100b)의 기동을 행하면, 양 ICV 밸브(118a／b)의 거동은, A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)로 교체되고, 제1회째의 거동과 같아진다.

이상과 같이, 선택 스위치(217)에 의한 전환을 매회의 발전 플랜트 정지 도중에 행함으로써, 양 ICV 밸브(118a／b)의 수명 소비를 균등화할 수 있다. 또, 선택 스위치(217)에 의해 유저가 전환 조작을 행하는 타이밍은, 발전 플랜트(100b)의 정지 중에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 상기의 (4d)에 기재한 초기 부하 히트 소크의 종료 후에 있어서, 양 ICV 밸브(118a／b)가 100％ 전체 개방이 되었을 때에, A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)와의 전환 조작이 행해져도 된다.

(4) 제2 실시형태의 변형예

본 실시형태의 전환기(216)는, 상술한 전환 지령 대신에, 발전 플랜트(100b)의 정지 신호(예를 들면 증기 터빈(103)의 터빈 트립 신호)를 수신하고, 이 정지 신호에 따라 전환 지령을 수신했을 경우와 마찬가지의 전환을 행해도 된다. 이 상태에서 다음 회의 발전 플랜트(100b)의 기동을 행하면, 양 ICV 밸브(118a／b)의 거동은, A-ICV 밸브(118a)와 B-ICV 밸브(118b)로 교체된다. 이에 따라, ICV 밸브(118a／b)의 전환을 자동화하는 것이 가능해져, 유저에 의한 선택 스위치(217)의 조작을 간략화하는 것이 가능해진다. 이 경우, 전환기(216)는, 정지 신호를 수신하면, ICV 밸브(118a／b)의 전환을 자동적으로 행한다.

또한, ICV 밸브(118a／b)의 자동 전환은, 발전 플랜트(100b)의 정지 중에 행하는 것이 바람직하지만, 그 밖의 타이밍에 행해도 되고, 예를 들면, 초기 부하 히트 소크 도중에 행해도 된다. 단, 이 경우에는, 양 ICV 밸브(118a／b)가 교체되는 과정에서 30MW의 발전기 MW를 유지하는 보상 제어를 도입할 필요가 있다. 이 보상 제어는 복잡하므로, 제어 회로의 간소화가 요망될 경우에는, ICV 밸브(118a／b)의 자동 전환은, 발전 플랜트(100b)의 정지 중에 행하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 실시형태의 플랜트 제어 장치(101b)는, ICV 밸브(118a／b) 중 어느 것에 2:1 유량 제어를 적용할지와, ICV 밸브(118a／b) 중 어느 것에 고정 개도를 적용할지를, 수동 또는 자동으로 전환할 수 있다. 그러므로, 본 실시형태에 따르면, A-ICV 밸브(118a)의 사용 태양과 B-ICV 밸브(118b)의 사용 태양과의 차를 저감하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 양 ICV 밸브(118a／b)의 수명 소비를 균등화하는 것 등이 가능해진다.

특정 실시형태가 설명되었지만, 이들 실시형태는 단지 예로서 제시되었으며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 실제로, 본원에 기술된 신규한 장치, 방법 및 플랜트는 다양한 다른 형태로 구현될 수 있으며, 또한, 본원에 기술된 장치, 방법 및 플랜트의 형태의 다양한 생략, 대체 및 변경이 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 첨부된 청구 범위 및 그 등가물은 본 발명의 범위 및 사상 내에 속하는 그러한 형태 또는 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

가스 터빈과,
상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스의 열을 이용하여 주(主)증기를 생성하는 배열 회수 보일러와,
상기 주증기의 일부인 제1 증기에 의해 구동되는 제1 증기 터빈과,
상기 제1 증기 터빈에 상기 제1 증기를 공급하는 제1 밸브와,
상기 주증기의 다른 일부이며, 상기 제1 증기 터빈을 바이패스하는 제1 바이패스 증기를 조절하는 제1 바이패스 밸브와,
상기 배열 회수 보일러에 마련되고, 상기 제1 증기 터빈으로부터 배출된 상기 제1 증기와 상기 제1 증기 터빈을 바이패스한 상기 제1 바이패스 증기를 상기 배기 가스의 열을 이용하여 가열해서 재열 증기를 생성하는 재열기와,
상기 재열 증기의 일부인 제2 증기에 의해 구동되는 제2 증기 터빈과,
상기 제2 증기 터빈에 상기 제2 증기를 공급하는 제2 밸브 및 제3 밸브와,
상기 재열 증기의 다른 일부이며, 상기 제2 증기 터빈을 바이패스하는 제2 바이패스 증기를 조절하는 제2 바이패스 밸브를 구비하는 발전 플랜트를 제어하는 플랜트 제어 장치로서,
상기 제1 증기 터빈 및 상기 제2 증기 터빈의 합계 출력의 설정값을 취득하는 취득부와,
상기 제1 밸브, 상기 제2 밸브, 및 상기 제3 밸브의 개도(開度)를 제어함으로써, 상기 합계 출력을 상기 설정값으로 조정하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 합계 출력을 상기 설정값으로 조정할 때에, 상기 제2 밸브와 상기 제3 밸브를 서로 다른 개도로 제어하는, 플랜트 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 밸브와 상기 제3 밸브는, 상기 재열기와 상기 제2 증기 터빈 사이에서 병렬로 배치되어 있는, 플랜트 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브 중의 한쪽의 개도를 고정 개도로 제어하는, 플랜트 제어 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 고정 개도의 값을 선택하는 선택 조작에 의해 입력 장치에 입력된 상기 고정 개도의 값을 취득하고, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브 중의 한쪽의 개도를, 상기 입력 장치에 입력된 상기 고정 개도의 값으로 제어하는, 플랜트 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브 중의 한쪽의 개도를, 상기 입력 장치에 입력된 상기 고정 개도의 값으로 제어함으로써, 상기 제1 밸브를 통과하는 상기 제1 증기의 유량과, 상기 제1 바이패스 밸브의 개도 중 적어도 어느 것을 조정하는, 플랜트 제어 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 밸브의 개도를 변화시키고, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브 중의 한쪽의 개도를 상기 고정 개도로 제어하고, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브 중의 다른쪽의 개도를 변화시킴으로써, 상기 합계 출력을 상기 설정값으로 조정하는, 플랜트 제어 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브 중의 한쪽의 개도를 상기 고정 개도로 제어하고, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브 중의 다른쪽의 개도를 상기 고정 개도보다도 낮은 개도로 제어하는, 플랜트 제어 장치.
제3항에 있어서,
상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브 중 어느 밸브를 선택하는 선택부를 더 구비하고,
상기 제어부는, 상기 선택부에 의해 선택된 밸브의 개도를 상기 고정 개도로 제어하는, 플랜트 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 선택부는, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브 중 어느 밸브를 선택하는 선택 조작을 입력하기 위한 선택 장치로부터의 지령에 의거하여, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브 중 어느 밸브를 선택하는, 플랜트 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 선택부는, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브에서 선택되는 밸브를, 소정의 타이밍에 한쪽의 밸브로부터 다른쪽의 밸브로 자동적으로 전환하는, 플랜트 제어 장치.
주증기를 생성하는 보일러와,
상기 주증기의 일부인 제1 증기에 의해 구동되는 제1 증기 터빈과,
상기 제1 증기 터빈에 상기 제1 증기를 공급하는 제1 밸브와,
상기 주증기의 다른 일부이며, 상기 제1 증기 터빈을 바이패스하는 제1 바이패스 증기를 조절하는 제1 바이패스 밸브와,
상기 보일러에 마련되고, 상기 제1 증기 터빈으로부터 배출된 상기 제1 증기와 상기 제1 증기 터빈을 바이패스한 상기 제1 바이패스 증기를 가열해서 재열 증기를 생성하는 재열기와,
상기 재열 증기의 일부인 제2 증기에 의해 구동되는 제2 증기 터빈과,
상기 제2 증기 터빈에 상기 제2 증기를 공급하는 제2 밸브 및 제3 밸브와,
상기 재열 증기의 다른 일부이며, 상기 제2 증기 터빈을 바이패스하는 제2 바이패스 증기를 조절하는 제2 바이패스 밸브를 구비하는 발전 플랜트를 제어하는 플랜트 제어 장치로서,
상기 제1 증기 터빈 및 상기 제2 증기 터빈의 합계 출력의 설정값을 취득하는 취득부와,
상기 제1 밸브, 상기 제2 밸브, 및 상기 제3 밸브의 개도를 제어함으로써, 상기 합계 출력을 상기 설정값으로 조정하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 합계 출력을 상기 설정값으로 조정할 때에, 상기 제2 밸브와 상기 제3 밸브를 서로 다른 개도로 제어하는, 플랜트 제어 장치.
가스 터빈과,
상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스의 열을 이용하여 주증기를 생성하는 배열 회수 보일러와,
상기 주증기의 일부인 제1 증기에 의해 구동되는 제1 증기 터빈과,
상기 제1 증기 터빈에 상기 제1 증기를 공급하는 제1 밸브와,
상기 주증기의 다른 일부이며, 상기 제1 증기 터빈을 바이패스하는 제1 바이패스 증기를 조절하는 제1 바이패스 밸브와,
상기 배열 회수 보일러에 마련되고, 상기 제1 증기 터빈으로부터 배출된 상기 제1 증기와 상기 제1 증기 터빈을 바이패스한 상기 제1 바이패스 증기를 상기 배기 가스의 열을 이용하여 가열해서 재열 증기를 생성하는 재열기와,
상기 재열 증기의 일부인 제2 증기에 의해 구동되는 제2 증기 터빈과,
상기 제2 증기 터빈에 상기 제2 증기를 공급하는 제2 밸브 및 제3 밸브와,
상기 재열 증기의 다른 일부이며, 상기 제2 증기 터빈을 바이패스하는 제2 바이패스 증기를 조절하는 제2 바이패스 밸브를 구비하는 발전 플랜트를 제어하는 플랜트 제어 방법으로서,
상기 제1 증기 터빈 및 상기 제2 증기 터빈의 합계 출력의 설정값을 취득하고,
상기 제1 밸브, 상기 제2 밸브, 및 상기 제3 밸브의 개도를 제어함으로써, 상기 합계 출력을 상기 설정값으로 조정하는 것을 포함하고,
상기 합계 출력을 상기 설정값으로 조정할 때에, 상기 제2 밸브와 상기 제3 밸브를 서로 다른 개도로 제어하는, 플랜트 제어 방법.
가스 터빈과,
상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스의 열을 이용하여 주증기를 생성하는 배열 회수 보일러와,
상기 주증기의 일부인 제1 증기에 의해 구동되는 제1 증기 터빈과,
상기 제1 증기 터빈에 상기 제1 증기를 공급하는 제1 밸브와,
상기 주증기의 다른 일부이며, 상기 제1 증기 터빈을 바이패스하는 제1 바이패스 증기를 조절하는 제1 바이패스 밸브와,
상기 배열 회수 보일러에 마련되고, 상기 제1 증기 터빈으로부터 배출된 상기 제1 증기와 상기 제1 증기 터빈을 바이패스한 상기 제1 바이패스 증기를 상기 배기 가스의 열을 이용하여 가열해서 재열 증기를 생성하는 재열기와,
상기 재열 증기의 일부인 제2 증기에 의해 구동되는 제2 증기 터빈과,
상기 제2 증기 터빈에 상기 제2 증기를 공급하는 제2 밸브 및 제3 밸브와,
상기 재열 증기의 다른 일부이며, 상기 제2 증기 터빈을 바이패스하는 제2 바이패스 증기를 조절하는 제2 바이패스 밸브와,
상기 제1 증기 터빈 및 상기 제2 증기 터빈의 합계 출력의 설정값을 취득하는 취득부와,
상기 제1 밸브, 상기 제2 밸브, 및 상기 제3 밸브의 개도를 제어함으로써, 상기 합계 출력을 상기 설정값으로 조정하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 합계 출력을 상기 설정값으로 조정할 때에, 상기 제2 밸브와 상기 제3 밸브를 서로 다른 개도로 제어하는, 발전 플랜트.