JP6523940B2 - 火力発電プラント、および、その運転方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、火力発電プラント、および、その運転方法に関する。

図１２は、関連技術に係る火力発電プラントの概要を模式的に系統図である。

図１２に示すように、火力発電プラント１において、ボイラ１００は、蒸気発生器１０１と再熱器１０２とを有する。蒸気タービン部１１０は、高圧タービン１１１と中圧タービン１１２と低圧タービン１１３とを有する。主蒸気系１２０は、主蒸気止め弁１２１と蒸気加減弁１２２（流量制御弁）とを有する。再熱蒸気系１３０は、再熱蒸気止め弁１３１とインターセプト弁１３２とを有する。復水給水系１４０は、復水器１４１と給水ポンプ１４２とを有する。低温再熱系１５０は、逆止弁１５１を有する。高圧タービンバイパス系１６０は、高圧タービンバイパス弁１６１を有する。低圧タービンバイパス系１７０は、低圧タービンバイパス弁１７１を有する。

火力発電プラント１では、ボイラ１００の蒸気発生器１０１が主蒸気を発生し、その主蒸気が主蒸気系１２０（主蒸気管）を流れる。主蒸気は、主蒸気止め弁１２１および蒸気加減弁１２２を介して、高圧タービン１１１に作動流体として供給される。そして、主蒸気は、高圧タービン１１１において膨張して仕事を行い、高圧タービン１１１から排気蒸気として排出される。高圧タービン１１１から排気された排気蒸気は、低温再熱系１５０（低温再熱管）を流れる。その排気蒸気は、逆止弁１５１を介して、ボイラ１００の再熱器１０２に流れ、再熱器１０２で再熱される。再熱器１０２で再熱された蒸気は、再熱蒸気として再熱蒸気系１３０（再熱蒸気管）を流れる。再熱蒸気は、再熱蒸気止め弁１３１およびインターセプト弁１３２を介して、中圧タービン１１２に作動流体として供給される。そして、再熱蒸気は、中圧タービン１１２において膨張して仕事を行った後に、低圧タービン１１３において膨張して仕事を行う。低圧タービン１１３から排出された排気蒸気は、復水器１４１で凝縮されて復水になり、給水ポンプ１４２に供給される。そして、その復水は、給水ポンプ１４２において加圧され、蒸気発生器１０１に給水として供給される。給水ポンプ１４２で加圧された給水は、蒸気発生器１０１において加熱され、上述したように、主蒸気として高圧タービン１１１に供給される。火力発電プラント１では、高圧タービン１１１と中圧タービン１１２と低圧タービン１１３とのそれぞれは、回転軸が連結されており、回転軸の回転によって発電機（図示省略）が駆動するように構成されている。

低圧タービンバイパス系１７０は、再熱蒸気系１３０において再熱蒸気止め弁１３１よりも上流側に位置する分岐点に配管の一端が接続されていると共に、配管の他端が復水器１４１に接続されている。低圧タービンバイパス系１７０においては、たとえば、再熱蒸気の圧力と温度との少なくとも一方が予め定められた値に達していないときに、その再熱蒸気が低圧タービンバイパス弁１７１を介して復水器１４１に流れる。

高圧タービンバイパス系１６０は、主蒸気系１２０において主蒸気止め弁１２１よりも上流側に位置する分岐点に配管の一端が接続されていると共に、配管の他端が低温再熱系１５０に接続されている。高圧タービンバイパス系１６０においては、たとえば、主蒸気の圧力と温度との少なくとも一方が予め定められた値に達していないときに、その主蒸気が高圧タービンバイパス弁１６１を介して低温再熱系１５０と低圧タービンバイパス系１７０とを順次流れた後に、復水器１４１に流れる。この他に、負荷遮断などのように異常事態が発生して主蒸気の流量が過剰になった場合に、主蒸気が各部を経由して復水器１４１に流れる。

上記の火力発電プラント１においては、タービン調速方法として、絞り調速方式（全周噴射方式）とノズル締切調速方式（部分噴射方式）との二つの方式が代表的に広く採用されている。

まず、絞り調速方式の具体的内容について説明する。

図１３，図１４，図１５は、関連技術に係る火力発電プラントにおいて、タービン調速方法として、絞り調速方式を説明するための図である。

図１３は、関連技術に係る火力発電プラント１（図１２参照）において、高圧タービン１１１と蒸気加減弁１２２とが設けられた部分の概要を模式的に示す図である。ここでは、蒸気加減弁１２２が２つの弁体を有する場合について示している。

図１４は、関連技術に係る火力発電プラント１において、蒸気加減弁１２２の動作を制御する制御装置４００の概要を示すブロック図である。

図１５は、関連技術に係る火力発電プラント１において、蒸気加減弁１２２を構成する複数の弁体の開度を示すグラフ（弁開度特性）である。図１５においては、横軸がタービン負荷ＴＬ（％）（要求蒸気流量）を示し、縦軸が蒸気加減弁１２２を構成する複数の弁体の開度Ｋ（％）を示している。タービン負荷ＴＬは、定格負荷を１００％とした場合の割合を示す。また、弁体の開度Ｋは、全開状態を１００％とした場合の割合を示している。それぞれについて、以降、％の表示を省略する。

図１３に示すように、高圧タービン１１１においては、蒸気室２０から作動蒸気が供給された後に、複数段のタービン段落２１（第１段タービン段落２１ａ，第２段タービン段落２１ｂ）に供給され、タービンロータ（図示省略）が回転する。図示を省略しているが、複数段のタービン段落２１は、タービンロータの回転軸に沿った軸方向に配列されている。複数段のタービン段落２１のそれぞれは、ノズル部２１１（静翼部）と動翼部２１２とを有する。図示を省略しているが、ノズル部２１１においては、複数の静翼（図示省略）が回転方向に配列されており、動翼部２１２においては、複数の動翼（図示省略）が回転方向に配列されている。

図１３に示すように、蒸気加減弁１２２は、複数の弁体３１を有する。ここでは、蒸気加減弁１２２は、複数の弁体３１として、第１弁体３１ａと第２弁体３１ｂとが設けられている。蒸気加減弁１２２は、弁ケーシング（図示省略）の内部において、第１弁体３１ａの移動により開度を調整すると共に、第２弁体３１ｂの移動により開度を調整することによって、主蒸気の流量を調整する。

図１４に示すように、制御装置４００は、速度制御回路４０１と負荷制御回路４０２と加減算器４０３と演算信号分配器４０４と第１関数器４０５ａと第２関数器４０５ｂとを有する。制御装置４００の各部は、たとえば、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うように構成されており、第１弁体３１ａの開度と第２弁体３１ｂの開度とのそれぞれを制御する。

制御装置４００においては、速度制御回路４０１がタービン回転数制御信号Ｓ４０１を加減算器４０３に出力し、負荷制御回路４０２がタービン負荷設定信号Ｓ４０２を加減算器４０３に出力する。加減算器４０３は、タービン回転数制御信号Ｓ４０１とタービン負荷設定信号Ｓ４０２とを突き合わせた結果に応じて、タービン回転数制御信号Ｓ４０１とタービン負荷設定信号Ｓ４０２との間において加算処理または減算処理を行うことで、加減算演算信号Ｓ４０３を求め、演算信号分配器４０４に出力する。演算信号分配器４０４は、その加減算演算信号Ｓ４０３をタービン負荷信号Ｓ４０４（流量要求信号）として第１関数器４０５ａと第２関数器４０５ｂとのそれぞれに分配する。

第１関数器４０５ａは、第１の関数Ｋ４０５ａを記憶しており、その第１の関数Ｋ４０５ａを用いて、タービン負荷信号Ｓ４０４に応じた第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａ（第１弁リフト信号）を演算する。第１の関数Ｋ４０５ａは、タービン負荷信号Ｓ４０４を入力信号（独立変数）とし、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａを出力信号（従属変数）とした関数である。

同様に、第２関数器４０５ｂは、予め記憶された第２の関数Ｋ４０５ｂを用いて、タービン負荷信号Ｓ４０４に応じた第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂ（第２弁リフト信号）を演算し出力する。

絞り調速方式においては、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値および第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値の両者は、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値に対して、同じ割合で増加する。

第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａは、第１弁体３１ａを駆動する駆動装置（図示省略）に出力され、第１弁体３１ａの開度が第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａに応じた開度に調整される。第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂは、第２弁体３１ｂを駆動する駆動装置（図示省略）に出力され、第２弁体３１ｂの開度が第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂに応じた開度に調整される。

このため、絞り調速方式においては、図１３および図１５に示すように、タービン負荷ＴＬ（タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値）に応じて、第１弁体３１ａの開度Ｋと第２弁体３１ｂの開度Ｋとが互いに同じになるように、制御される。したがって、絞り調速方式では、複数の蒸気入口管のそれぞれに主蒸気が均一に割り振られるので、蒸気室２０の内部においては温度差が生じない。

しかしながら、定格負荷運転でなく、部分負荷運転が行われる場合には、複数の弁体３１（第１弁体３１ａ，第２弁体３１ｂ）の開度Ｋのそれぞれが全開状態よりも小さい開度に絞られた弁体を含む。このため、蒸気加減弁１２２において、絞り損失が発生する。その結果、絞り調速方式で部分負荷運転を行う場合には、タービン内部効率が低下する。

つぎに、図１６，図１７，図１８を用いてタービン調速方法としてノズル締切調速方式を説明する。

ノズル締切調速方式においては、蒸気室２０は、図１６に示すように、絞り調速方式の場合（図１３参照）と異なり、仕切り（図示省略）によって、第１蒸気室部２０１と第２蒸気室部２０２とに区画されている。そして、第１蒸気室部２０１は、第１弁体３１ａが開けられることで主蒸気が流れ、第２蒸気室部２０２は、第２弁体３１ｂが開けられることで主蒸気が流れる。ノズル締切調速方式では、第１段タービン段落２１ａのノズル部２１１は、調速段と呼ばれており、第１蒸気室部２０１に連通する調速段を通過した蒸気と第２蒸気室部２０２に連通する調速段を通過した蒸気とが合流し、第２段タービン段落２１ｂへ流れる。

また、図１７に示すように、ノズル締切調速方式では、第１の関数Ｋ４０５ａおよび第２の関数Ｋ４０５ｂが、絞り調速方式の場合（図１４参照）と異なっている。

具体的には、第１の関数Ｋ４０５ａにおいては、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値（タービン負荷ＴＬ）が０から増加するに伴って、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値が０から増加して１００になる。

これに対して、第２の関数Ｋ４０５ｂにおいては、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値が０から所定値までの範囲では、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値が０である。第２の関数Ｋ４０５ｂでは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値が所定値から増加するに伴って、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値が０から増加して１００になる。

このため、ノズル締切調速方式においては、図１８に示すように、タービン負荷ＴＬに応じて、第１弁体３１ａの開度Ｋが第２弁体３１ｂの開度Ｋよりも先に大きくなる。そして、第１弁体３１ａの開度Ｋが全開状態になった後に、第２弁体３１ｂの開度Ｋが大きくなって全開状態になる。したがって、部分負荷運転の際には、第１弁体３１ａが全開状態である時間が、絞り調速方式の場合よりも長くなるので、絞り損失が小さく、タービン内部効率が大きい。

しかしながら、蒸気室２０が仕切りで第１蒸気室部２０１と第２蒸気室部２０２とに区画されているので、定格負荷運転の際には、蒸気室２０において周方向の流れが阻害される。その結果、ノズル締切調速方式で定格負荷運転を行う際には、タービン内部効率が低下する。

さらに、火力発電プラント１においては、ボイラ１００が発生する主蒸気の圧力を制御する圧力制御方式として、定圧方式と変圧方式との二つの方式がある。

図１９は、関連技術において、圧力制御方式（定圧方式，変圧方式）を説明するための図である。図１９において、縦軸は、ボイラ１００が発生する主蒸気の圧力Ｐを示しており、横軸は、タービン負荷ＴＬを示している。

定圧方式は、タービン負荷ＴＬの増加に関わらずに、主蒸気の圧力Ｐを一定に保持させる圧力制御方式である。たとえば、図１９の線ＤＲ１で示すように、定圧方式では、タービン負荷ＴＬが０から１００（定格負荷）までの範囲において、主蒸気の圧力Ｐが第２の圧力Ｐ２で一定になるように、ボイラ１００の動作が制御される。この他に、図１９の線ＤＲ２で示すように、定圧方式では、タービン負荷ＴＬが０から１００より小さい所定値ＴＬ１までの範囲において、主蒸気の圧力Ｐが第１の圧力Ｐ１で一定になるように、ボイラ１００の動作が制御される。定圧方式においては、蒸気加減弁１２２の絞り損失が大きい。

これに対して、変圧方式は、タービン負荷ＴＬがある一定値以上になると、タービン負荷の増加に伴って主蒸気の圧力Ｐを増加させる圧力制御方式である。たとえば、図１９の線ＤＲ２で示すように、変圧方式では、タービン負荷ＴＬが所定値ＴＬ１から１００までの範囲において、主蒸気の圧力Ｐが第１の圧力Ｐ１から第２の圧力Ｐ２に増加するように、ボイラ１００の動作が制御される。変圧方式においては、蒸気加減弁１２２の絞り損失が定圧方式よりも小さい。

特開2005-291113号公報 特開昭61-167102号公報 特開平1-6606号公報

火力発電プラントは、発電効率の向上が求められている。このため、上記したタービン調速方法、および、圧力制御方式を適宜組み合わせて、火力発電プラント１の運転を行うことが提案されている。その組合せの一例を、図２０以降の図を用いて説明する。

図２０では、蒸気室２０に関して、タービンロータ（図示省略）の回転軸が沿った軸方向に対して直交する面を示している。

本関連技術では、蒸気室２０は、仕切り２０ｐによって第１蒸気室部２０１と第２蒸気室部２０２とに区画されている。第１蒸気室部２０１は、第１弁体３１ａが開けられることで主蒸気が流れ、第２蒸気室部２０２は、第２弁体３１ｂが開けられることで主蒸気が流れる。ここでは、第１蒸気室部２０１から第１段タービン段落２１ａへ主蒸気が流れる流路の第１段ノズル面積と、第２蒸気室部２０２から第１段タービン段落２１ａへ主蒸気が流れる流路の第１段ノズル面積とが、互いに同じになるように構成されている（図１６参照）。

図２１に示すように、本関連技術では、ボイラ１００（図１２参照）は、タービン負荷ＴＬに応じて、定圧方式ＣＤ１，ＣＤ２と変圧方式ＶＤとを切り替えるように制御される。図示を省略しているが、ボイラ１００の動作は、蒸気加減弁１２２と同様に、制御装置４００がタービン負荷ＴＬに応じて制御する。

具体的には、タービン負荷ＴＬが０からＬ１１（たとえば、Ｌ１１＝３０％）までの範囲においては、定圧方式ＣＤ１（第１の定圧方式）で運転を行う。タービン負荷ＴＬがＬ１１からＬ１２（Ｌ１２＞Ｌ１１，たとえば、Ｌ１２＝７０％）までの範囲においては、変圧方式ＶＤで運転を行う。タービン負荷ＴＬがＬ１２から１００までの範囲においては、定圧方式ＣＤ２（第２の定圧方式）で運転を行う。

図２２に示すように、第１の関数Ｋ４０５ａおよび第２の関数Ｋ４０５ｂは、ノズル締切調速方式で火力発電プラントを運転するように設定されている。

具体的には、第１の関数Ｋ４０５ａは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値が０からＬ１１まで増加するに伴って、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値が０から１００に増加するように設定されている。そして、第１の関数Ｋ４０５ａは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１１から１００である範囲では、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値が１００を保持するように設定されている。

これに対して、第２の関数Ｋ４０５ｂは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値が０からＬ１２（Ｌ１２＞Ｌ１１）である範囲では、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値が０を保持するように設定されている。そして、第２の関数Ｋ４０５ｂは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１２から１００に増加するに伴って、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値が０から１００に増加するように設定されている。

このため、本関連技術では、図２１および図２３に示すように、定圧方式ＣＤ１で運転を行う際には、タービン負荷ＴＬが０からＬ１１に増加するに伴って、第１弁体３１ａの開度Ｋが大きくなり、第１弁体３１ａが全閉状態（Ｋ＝０）から全開状態（Ｋ＝１００）になる。このとき、第２弁体３１ｂは、全閉状態（Ｋ＝０）を保持する。

変圧方式ＶＤで運転を行う際には、タービン負荷ＴＬがＬ１１からＬ１２までの範囲において、第１弁体３１ａは、全開状態（Ｋ＝１００）を保持する。このとき、第２弁体３１ｂは、上記と同様に、全閉状態（Ｋ＝０）を保持する。

定圧方式ＣＤ２で運転を行う際には、タービン負荷ＴＬがＬ１２から１００までの範囲において、第１弁体３１ａは全開状態（Ｋ＝１００）を保持する。これに対して、第２弁体３１ｂは、上記と異なり、タービン負荷ＴＬに応じて開度Ｋが大きくなり、全閉状態（Ｋ＝０）から全開状態（Ｋ＝１００）になる。

上記のように、本関連技術では、火力発電プラントの発電効率を向上するために、ノズル締切調速方式の運転において、定圧方式ＣＤ１，ＣＤ２と変圧方式ＶＤとを組み合わせている。

しかしながら、本関連技術では、火力発電プラントの発電効率を十分に向上させることが容易でない。

具体的には、本関連技術では、定圧方式ＣＤ２で運転を行う際には、上記したように、先行弁である第１弁体３１ａが全開状態であるときに、後行弁である第２弁体３１ｂの開度Ｋがタービン負荷ＴＬに応じて大きくなる。このため、第２弁体３１ｂが開いて流れる蒸気において、圧力損失が大きくなる。

この他に、定圧方式ＣＤ２で運転を行う際には、第１弁体３１ａが開いて第１蒸気室部２０１（図１６参照）に流れる蒸気の流量と、第２弁体３１ｂが開いて第２蒸気室部２０２（図１６参照）に流れる蒸気の流量とが、互いに異なる。これにより、第１段タービン段落２１ａのノズル部２１１を通過後においては、第１蒸気室部２０１と第２蒸気室部２０２とのそれぞれから、流量が互いに異なる蒸気が合流するので、蒸気室２０において周方向に蒸気が移動するときの速度エネルギーについて損失（周方向エネルギー損失）が生ずる。初段ノズルを通過する蒸気の流量が設計値から乖離した場合、ノズルの段落効率が低下する。

その結果、本関連技術では、タービン内部効率（タービン調速段効率）が低下し、エネルギーを効率的に利用することが容易でない。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、タービン内部効率を向上可能な、火力発電プラント、および、その運転方法を提供することである。

実施形態の火力発電プラントは、ボイラと蒸気タービン部と蒸気加減弁と制御装置とを有する。蒸気タービン部は、ボイラで発生した主蒸気が蒸気室に作動流体として流入する。蒸気加減弁は、ボイラから蒸気室に流れる主蒸気の流量を調整する。制御装置は、蒸気加減弁の動作をタービン負荷に応じて制御する。ここでは、蒸気加減弁は、第１弁体と第２弁体とを含む。蒸気室は、第１蒸気室部と第２蒸気室部とを含み、第１弁体が開けられることで第１蒸気室部に主蒸気が流入し、第２弁体が開けられることで第２蒸気室部に主蒸気が流入する。制御装置は、タービン負荷が第１負荷から当該第１負荷よりも大きい第２負荷までの範囲では、第１弁体の開度が全開状態を保持すると共に、第２弁体の開度がタービン負荷の増加に応じて全閉状態から第１開度になるように、蒸気加減弁の動作を制御する。制御装置は、タービン負荷が第２負荷であるときには、第１弁体の開度が全開状態から第２開度になると共に、第２弁体の開度が第１開度から第２開度になるように、蒸気加減弁の動作を制御する。制御装置は、タービン負荷が第２負荷から増加するに伴って、第１弁体および第２弁体が同じ開度で第２開度から全開状態になる部分を含むように、蒸気加減弁の動作を制御する。

図１は、第１実施形態に係る火力発電プラントを説明するための図である。 図２は、第１実施形態に係る火力発電プラントを説明するための図である。 図３は、第１実施形態に係る火力発電プラントにおいて、蒸気加減弁で生ずる圧力損失（絞り損失）のシミュレーション結果を示すグラフである。 図４は、第１実施形態に係る火力発電プラントにおいて、周方向エネルギー損失のシミュレーション結果を示すグラフである。 図５は、第１実施形態に係る火力発電プラントにおいて、タービン内部効率のシミュレーション結果を示すグラフである。 図６は、第２実施形態に係る火力発電プラントを説明するための図である。 図７は、第２実施形態に係る火力発電プラントを説明するための図である。 図８は、第２実施形態に係る火力発電プラントを説明するための図である。 図９Ａは、第２実施形態に係る火力発電プラントを説明するための図である。 図９Ｂは、第２実施形態に係る火力発電プラントを説明するための図である。 図９Ｃは、第２実施形態に係る火力発電プラントを説明するための図である。 図９Ｄは、第２実施形態に係る火力発電プラントを説明するための図である。 図１０は、第２実施形態に係る火力発電プラントを説明するための図である。 図１１は、第２実施形態に係る火力発電プラントについて、タービン内部効率を示す図である。 図１２は、関連技術に係る火力発電プラントを示す系統図である。 図１３は、関連技術に係る火力発電プラントにおいて、タービン調速方法として、絞り調速方式を説明するための図である。 図１４は、関連技術に係る火力発電プラントにおいて、タービン調速方法として、絞り調速方式を説明するための図である。 図１５は、関連技術に係る火力発電プラントにおいて、タービン調速方法として、絞り調速方式を説明するための図である。 図１６は、関連技術に係る火力発電プラントにおいて、タービン調速方法としてノズル締切調速方式を説明するための図である。 図１７は、関連技術に係る火力発電プラントにおいて、タービン調速方法としてノズル締切調速方式を説明するための図である。 図１８は、関連技術に係る火力発電プラントにおいて、タービン調速方法としてノズル締切調速方式を説明するための図である。 図１９は、関連技術において、圧力制御方式（定圧方式，変圧方式）を説明するための図である。 図２０は、関連技術に係る火力発電プラントを説明するための図である。 図２１は、関連技術に係る火力発電プラントを説明するための図である。 図２２は、関連技術に係る火力発電プラントを説明するための図である。 図２３は、関連技術に係る火力発電プラントを説明するための図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１，図２は、第１実施形態に係る火力発電プラントを説明するための図である。

図１は、第１実施形態に係る火力発電プラントにおいて、制御装置４００の概要を示すブロック図である。図１では、図２２と異なり、制御装置４００のうち、速度制御回路４０１と負荷制御回路４０２と加減算器４０３との図示を省略し、演算信号分配器４０４と第１関数器４０５ａと第２関数器４０５ｂとを拡大して図示している。

図１においては、第１関数器４０５ａが有する第１の関数Ｋ４０５ａと、第２関数器４０５ｂが有する第２の関数Ｋ４０５ｂとについて、本実施形態の場合に関して太い実線で示している。この他に、図１において、第１関数器４０５ａおよび第２関数器４０５ｂには、第１弁体３１ａの開度と第２弁体３１ｂの開度との両者を絞り調速方式で調整するときに用いる関数ＫＦの一部を太い一点鎖線で併記している。また、第１関数器４０５ａには、第１弁体３１ａの開度と第２弁体３１ｂの開度との両者をノズル締切調速方式で調整する場合において、第１弁体３１ａの開度について調整するときに用いる関数ＫＰａの一部を太い破線で併記している（関数ＫＰａは、図２２に示した第１の関数Ｋ４０５ａと同じである）。また、第２関数器４０５ｂには、第１弁体３１ａの開度と第２弁体３１ｂの開度との両者をノズル締切調速方式で調整する関数のうち、第２弁体３１ｂの開度について調整するときに用いる関数ＫＰｂの一部を太い破線で併記している（関数ＫＰｂは、図２２に示した第２の関数Ｋ４０５ｂと同じである）。

図２は、第１実施形態に係る火力発電プラントにおいて、蒸気加減弁１２２を構成する複数の弁体の開度を示すグラフである。図２では、図２３と同様に、横軸がタービン負荷ＴＬを示しており、縦軸が蒸気加減弁１２２を構成する複数の弁体の開度Ｋを示している。

図２では、第１弁体３１ａの開度Ｋと第２弁体３１ｂの開度Ｋとについて、本実施形態の場合に関して太い実線で示している。この他に、図２では、第１弁体３１ａの開度Ｋと第２弁体３１ｂの開度Ｋとの両者を絞り調速方式で調整する場合に関して、太い一点鎖線ＦＡで併記している。

本実施形態において、蒸気室２０は、上記の関連技術の場合（図２０参照）と同様に、仕切り２０ｐによって第１蒸気室部２０１と第２蒸気室部２０２とに区画されている。

また、本実施形態において、ボイラ１００（図１２参照）は、上記の関連技術の場合（図２１参照）と同様に、タービン負荷ＴＬに応じて、定圧方式ＣＤ１，ＣＤ２と変圧方式ＶＤとを切り替えるように制御される。つまり、タービン負荷ＴＬが０からＬ１１（たとえば、Ｌ１１＝３０％）までの範囲においては、定圧方式ＣＤ１（第１の定圧方式）で運転を行う。そして、タービン負荷ＴＬがＬ１１からＬ１２（たとえば、Ｌ１２＝７０％）までの範囲においては、変圧方式ＶＤで運転を行う。そして、タービン負荷ＴＬがＬ１２から１００までの範囲においては、定圧方式ＣＤ２（第２の定圧方式）で運転を行う。

しかし、図１に示すように、本実施形態の火力発電プラントは、制御装置４００のうち、第１関数器４０５ａが有する第１の関数Ｋ４０５ａ、および、第２関数器４０５ｂが有する第２の関数Ｋ４０５ｂが、上記の関連技術の場合（図２２参照）と異なる。

具体的には、本実施形態において、第１関数器４０５ａが有する第１の関数Ｋ４０５ａ、および、第２関数器４０５ｂが有する第２の関数Ｋ４０５ｂが、関連技術の場合と異なる。

図１に示すように、第１の関数Ｋ４０５ａ、および、第２の関数Ｋ４０５ｂは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値が０からＬ１３（たとえば、Ｌ１３＝９０）である範囲においては、上記の関連技術の場合（図２２参照）と同じである。

具体的には、第１の関数Ｋ４０５ａは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値が０からＬ１１に増加するに伴って、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値が０から１００に増加するように設定されている。そして、第１の関数Ｋ４０５ａは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１１からＬ１３である範囲では、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値が１００を保持するように設定されている。

一方、第２の関数Ｋ４０５ｂは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値が０からＬ１２（Ｌ１３＞Ｌ１２＞Ｌ１１）である範囲では、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値が０を保持するように設定されている。そして、第２の関数Ｋ４０５ｂは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１２からＬ１３に増加するに伴って、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値が０からＫ１１に増加するように設定されている。

しかしながら、本実施形態では、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１３から１００である範囲においては、第１の関数Ｋ４０５ａ、および、第２の関数Ｋ４０５ｂは、上記の関連技術の場合（図２２参照）と異なっている。

具体的には、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１３であるとき、第１の関数Ｋ４０５ａは、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値が１００からＫ１２に減少するように、設定されている。これに対して、第２の関数Ｋ４０５ｂは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１３であるとき、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値がＫ１１からＫ１２に増加するように、設定されている。つまり、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１３であるときには、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値と第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値との両者は、Ｋ１２であって、互いに同じになる。

そして、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１３から１００に増加するに伴って、第１の関数Ｋ４０５ａは、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値がＫ１２から１００に増加するように設定されている。同様に、第２の関数Ｋ４０５ｂは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１３から１００に増加するに伴って、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値がＫ１２から１００に増加するように設定されている。つまり、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１３から１００に増加するに伴って、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値と第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値との両者は、Ｋ１２から１００に増加する。このように、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１３から１００の範囲においては、第１の関数Ｋ４０５ａと第２の関数Ｋ４０５ｂとの両者は、互いに同じである。

本実施形態では、Ｋ１２は、第１弁体３１ａの開度と第２弁体３１ｂの開度との両者を絞り調速方式で調整するときに用いる関数ＫＦ（太い一点鎖線）において、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１３であるときに求められる値である（たとえば、Ｋ１２＝８０％）。そして、第１の関数Ｋ４０５ａと第２の関数Ｋ４０５ｂとの両者において、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ１３から１００に増加するに伴って、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値と第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値とが増加する割合は、関数ＫＦ（太い一点鎖線）の場合と同じである。

つぎに、本実施形態において、第１弁体３１ａの開度Ｋおよび第２弁体３１ｂの開度Ｋと、タービン負荷ＴＬとの関係に関して、図２を用いて説明する。

図２に示すように、定圧方式ＣＤ１で運転を行う際には、タービン負荷ＴＬが０からＬ１１に増加するに伴って、第１弁体３１ａの開度Ｋが大きくなり、第１弁体３１ａが全閉状態（Ｋ＝０）から全開状態（Ｋ＝１００）になる。このとき、第２弁体３１ｂは、全閉状態（Ｋ＝０）を保持する。

変圧方式ＶＤで運転を行う際には、第１弁体３１ａは、タービン負荷ＴＬがＬ１１からＬ１２までの範囲において、全開状態（Ｋ＝１００）を保持する。このとき、第２弁体３１ｂは、全閉状態（Ｋ＝０）を保持する。

定圧方式ＣＤ２で運転を行う際において、タービン負荷ＴＬがＬ１２からＬ１３までの範囲では、第１弁体３１ａは、全開状態（Ｋ＝１００）を保持する。これに対して、第２弁体３１ｂは、タービン負荷ＴＬの増加に応じて開度Ｋが大きくなり、開度Ｋが全閉状態（Ｋ＝０）からＫ１１になる。

定圧方式ＣＤ２で運転を行う際において、タービン負荷ＴＬがＬ１３から１００までの範囲では、第１弁体３１ａは、関連技術の場合（図２３参照）と異なり、全開状態（Ｋ＝１００）を保持しない。第１弁体３１ａは、タービン負荷ＴＬがＬ１３であるときに、開度Ｋが全開状態（Ｋ＝１００）からＫ１２になる（Ｋ１２＜１００）。第２弁体３１ｂは、タービン負荷ＴＬがＬ１３であるときに、開度ＫがＫ１１からＫ１２になる（Ｋ１２＞Ｋ１１）。そして、タービン負荷ＴＬがＬ１３から１００に増加するに伴って、第１弁体３１ａの開度Ｋ、および、第２弁体３１ｂの開度Ｋは、Ｋ１２から全開状態（Ｋ＝１００）に同じ割合で大きくなる。

本実施形態では、Ｋ１２は、第１弁体３１ａの開度Ｋと第２弁体３１ｂの開度Ｋとの両者を絞り調速方式で調整する場合（太い一点鎖線ＦＡ）において、タービン負荷ＴＬがＬ１３になるときに調整する開度である。タービン負荷ＴＬがＬ１３から１００に増加するに伴って第１弁体３１ａの開度Ｋと第２弁体３１ｂの開度Ｋとの両者が増加する割合は、第１弁体３１ａの開度Ｋと第２弁体３１ｂの開度Ｋとの両者を絞り調速方式で調整する場合（太い一点鎖線ＦＡの延長線）と同じである。

このように、本実施形態においては、タービン負荷ＴＬが０からＬ１３までの範囲ではノズル締切調速方式で運転を行い、タービン負荷ＴＬがＬ１３から１００までの範囲では、絞り調速方式で運転を行う。

図３は、第１実施形態に係る火力発電プラントにおいて、蒸気加減弁１２２で生ずる圧力損失（絞り損失）のシミュレーション結果を示すグラフである。図３においては、縦軸が圧力損失（絞り損失）の値ΔＰ（対数値）を示し、横軸がタービン負荷ＴＬを示している。

圧力損失の値ΔＰは、下記式（Ａ）で求められる。式（Ａ）において、ΔＰ１は、第１弁体３１ａの圧力損失の値であり、ΔＰ２は、第２弁体３１ｂの圧力損失の値である。Ｇ１は、第１弁体３１ａが開いて通過する蒸気の流量であり、Ｇ２は、第２弁体３１ｂが開いて通過する蒸気の流量である。式（Ａ）から判るように、圧力損失（絞り損失）の値ΔＰは、第１弁体３１ａの圧力損失の値ΔＰ１と、第２弁体３１ｂの圧力損失の値ΔＰ２との加重平均値である。

ΔＰ＝（Ｇ１×ΔＰ１＋Ｇ２×ΔＰ２）／（Ｇ１＋Ｇ２） ・・・（Ａ）

図３のうち、太い一点鎖線ＦＡは、絞り調速方式（全周噴射方式，Ｆｕｌｌ Ａｒｃ）の結果であって、タービン負荷ＴＬに応じて第１弁体３１ａの開度と第２弁体３１ｂの開度との両者が互いに同じ開度で大きくなる場合について示している。これに対して、太い破線ＰＡは、ノズル締切調速方式（部分噴射方式，Ｐａｒｔｉａｌ Ａｒｃ）の結果であって、タービン負荷ＴＬに応じて第１弁体３１ａが全開状態になった後に第２弁体３１ｂの開度が開く場合について示している。

図３に示すように、蒸気加減弁１２２で生ずる圧力損失の値ΔＰは、タービン負荷ＴＬがＬ１３よりも小さい範囲では、ノズル締切調速方式（太い破線ＰＡ）の方が絞り調速方式（太い一点鎖線ＦＡ）の場合よりも小さい。この理由について説明する。ノズル締切調速方式（ＰＡ）の場合に第２弁体３１ｂにおいて生ずる圧力損失の値ΔＰ２は、絞り調速方式（ＦＡ）の場合に第１弁体３１ａと第２弁体３２ｂとにおいて生ずる圧力損失の値よりも大きい。しかし、タービン負荷ＴＬがＬ１３よりも小さい範囲では、ノズル締切調速方式（ＰＡ）の場合には第２弁体３１ｂの開度が小さく、第２弁体３１ｂが開くことで通過する蒸気の流量Ｇ２が小さい。このため、第２弁体３１ｂで生ずる圧力損失の値ΔＰ２の影響が、上記式（Ａ）において小さい。その結果、本範囲では、ノズル締切調速方式（ＰＡ）の方が絞り調速方式（ＦＡ）の場合よりも圧力損失の値ΔＰが小さくなる。

これに対して、タービン負荷ＴＬがＬ１３よりも大きい範囲では、蒸気加減弁１２２で生ずる圧力損失の値ΔＰは、絞り調速方式（太い一点鎖線ＦＡ）の場合の方がノズル締切調速方式（太い破線ＰＡ）の場合よりも小さい。この理由について説明する。絞り調速方式（ＰＡ）の場合、タービン負荷ＴＬが定格負荷に近づくに伴って、蒸気量Ｇ１，Ｇ２は、漸近線的に等しくなる。そして、絞り調速方式（ＰＡ）の場合、第２弁体３１ｂにおける圧力損失の値ΔＰ２の影響が上記式（Ａ）において大きくなる。その結果、本範囲では、絞り調速方式（ＦＡ）の方がノズル締切調速方式（ＰＡ）の場合よりも圧力損失の値ΔＰが小さくなる。

タービン負荷ＴＬがＬ１３である場合、蒸気加減弁１２２で生ずる圧力損失の値ΔＰは、絞り調速方式（太い一点鎖線ＦＡ）の場合とノズル締切調速方式（太い破線ＰＡ）の場合との間において同じである。

本実施形態においては、圧力損失の値ΔＰが、Ｌ１３のときに逆転することを利用して、タービン負荷ＴＬがＬ１３よりも小さい範囲では、ノズル締切調速方式（太い破線ＰＡ）を採用し、タービン負荷ＴＬがＬ１３よりも大きくなる範囲では、絞り調速方式（太い一点鎖線ＦＡ）を採用している。このため、本実施形態は、蒸気加減弁１２２の圧力損失を低減可能である。

図４は、第１実施形態に係る火力発電プラントにおいて、周方向エネルギー損失のシミュレーション結果を示すグラフである。図４においては、縦軸が周方向エネルギー損失の値ＥＬ（対数値）を示し、横軸がタービン負荷ＴＬを示している。

図４に示すように、周方向エネルギー損失の値ＥＬは、絞り調速方式（太い一点鎖線ＦＡ）の場合の方がノズル締切調速方式（太い破線ＰＡ）の場合よりも小さい。本実施形態では、タービン負荷ＴＬがＬ１３以上では、絞り調速方式を用いるので、ノズル締切調速方式に比べて、周方向エネルギー損失を低減可能である。

図５は、第１実施形態に係る火力発電プラントにおいて、タービン内部効率のシミュレーション結果を示すグラフである。図５においては、縦軸がタービン内部効率ＴＥ（対数値）を示し、横軸がタービン負荷ＴＬを示している。

図５に示すように、タービン内部効率ＴＥは、タービン負荷ＴＬがＬ１３よりも小さい範囲では、ノズル締切調速方式（太い破線ＰＡ）の方が絞り調速方式（太い一点鎖線ＦＡ）の場合よりも高い。タービン負荷ＴＬがＬ１３よりも大きい範囲では、タービン内部効率ＴＥは、絞り調速方式（太い一点鎖線ＦＡ）の場合の方がノズル締切調速方式（太い破線ＰＡ）の場合よりも高い。タービン負荷ＴＬがＬ１３である場合、タービン内部効率ＴＥは、絞り調速方式（太い一点鎖線ＦＡ）の場合とノズル締切調速方式（太い破線ＰＡ）の場合との間において同じである。

本実施形態においては、タービン内部効率ＴＥは、蒸気加減弁１２２で生ずる圧力損失の値ΔＰの場合と同様に、タービン負荷ＴＬがＬ１３よりも小さい範囲では、ノズル締切調速方式（太い破線ＰＡ）が絞り調速方式（太い一点鎖線ＦＡ）より大きくなる。そして、タービン負荷ＴＬがＬ１３よりも大きくなる範囲では、タービン内部効率ＴＥは、蒸気加減弁１２２で生ずる圧力損失の値ΔＰの場合と同様に、絞り調速方式（太い一点鎖線ＦＡ）がノズル締切調速方式（太い破線ＰＡ）より大きくなる。このため、本実施形態は、タービン内部効率ＴＥを向上可能である。

なお、ボイラの制御方式（定圧、変圧）を切り替えるときの負荷は、上記に限定されず、蒸気室２０の仕切り方により、変えられる。

＜第２実施形態＞
図６，図７，図８，図９Ａ〜図９Ｄ，図１０は、第２実施形態に係る火力発電プラントを説明するための図である。

図６は、第２実施形態に係る火力発電プラントにおいて、高圧タービン１１１と蒸気加減弁１２２とが設けられた部分の概要を模式的に示す図である（図１２参照）。

図７は、第２実施形態に係る火力発電プラントにおいて、蒸気室２０（図１６参照）を示している。

図８は、第２実施形態に係る火力発電プラントにおいて、ボイラ１００の圧力制御方式を説明するための図である。

図９Ａは、第２実施形態に係る火力発電プラントにおいて、制御装置４００の概要を示すブロック図である。制御装置４００は、演算信号分配器４０４と第１関数器４０５ａと第２関数器４０５ｂとの他に、第３関数器４０５ｃを更に有する。図９Ｂ、図９Ｃ，図９Ｄのそれぞれは、第１関数器４０５ａ、第２関数器４０５ｂ、第３関数器４０５ｃのそれぞれを拡大して示している。

図９Ｂでは、本実施形態において、第１関数器４０５ａが有する第１の関数Ｋ４０５ａについて太い実線で示している。図９Ｃでは、本実施形態において、第２関数器４０５ｂが有する第２の関数Ｋ４０５ｂについて太い実線で示している。図９Ｄでは、本実施形態において、第３関数器４０５ｃが有する第３の関数Ｋ４０５ｃについて太い実線で示している。

また、図９Ｂ，図９Ｃ，図９Ｄには、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値が０からＬ３２ｂである範囲で、第１弁体３１ａの開度と第２弁体３１ｂの開度との両者を絞り調速方式で調整するときに用いる関数ＫＦ１の一部を太い一点鎖線で併記している。また、図９Ｂ，図９Ｃ，図９Ｄには、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値が０から１００である範囲で、第１弁体３１ａの開度と第２弁体３１ｂの開度と第３弁体３１ｃの開度とを絞り調速方式で調整するときに用いる関数ＫＦ２の一部を太い一点鎖線で併記している。

この他に、図９Ｂには、第１弁体３１ａの開度と第２弁体３１ｂの開度と第３弁体３１ｃの開度をノズル締切調速方式で調整する場合において、第１弁体３１ａの開度について調整するときに用いる関数ＫＰａの一部を太い破線で併記している。図９Ｃには、上記のノズル締切調速方式で調整する場合において、第２弁体３１ｂの開度について調整するときに用いる関数ＫＰｂの一部を太い破線で併記している。図９Ｄには、上記のノズル締切調速方式で調整する場合において、第３弁体３１ｃの開度について調整するときに用いる関数ＫＰｃの一部を太い破線で併記している。

図１０は、第２実施形態に係る火力発電プラントにおいて、蒸気加減弁１２２を構成する複数の弁体の開度を示すグラフである。

本実施形態は、図６に示すように、蒸気加減弁１２２の構成が、第１実施形態の場合（図１６参照）と異なっている。本実施形態は、図７に示すように、蒸気室２０の構成が、第１実施形態の場合（図２０参照）と異なっている。本実施形態は、図８に示すように、ボイラ１００の圧力制御方式が、第１実施形態の場合（図２１参照）と異なっている。そして、図９Ａから図９Ｄに示すように、本実施形態においては、制御装置４００のうち、第１関数器４０５ａが有する第１の関数Ｋ４０５ａ、および、第２関数器４０５ｂが有する第２の関数Ｋ４０５ｂが、第１実施形態の場合（図１参照）と異なっている。また、制御装置４００は、第３関数器４０５ｃを更に有している。このため、図１０に示すように、本実施形態では、タービン負荷ＴＬと、蒸気加減弁１２２を構成する複数の弁体の開度Ｋとの関係が、第１実施形態の場合（図２参照）と異なっている。これらの点、および、関連する点を除き、本実施形態は、上述した第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記記載と重複する個所については、適宜、説明を省略する。

まず、本実施形態の蒸気加減弁１２２について、図６を用いて説明する。

本実施形態において、蒸気加減弁１２２は、図６に示すように、複数の弁体３１を有する。ここでは、蒸気加減弁１２２は、第１実施形態の場合（図１６参照）と異なり、第１弁体３１ａと第２弁体３１ｂとの他に、第３弁体３１ｃが複数の弁体３１として設けられている。第３弁体３１ｃの開度は、第１弁体３１ａの開度および第２弁体３１ｂの開度と第３弁体３１ｃの開度と同様に、制御装置４００によって制御される。

つぎに、本実施形態の蒸気室２０について、図６と図７とを用いて説明する。

本実施形態において、蒸気室２０は、図６と図７とに示すように、第１実施形態の場合と異なり、仕切り２０ｐによって、第１蒸気室部２０１と第２蒸気室部２０２と第３蒸気室部２０３とに区画されている。

第１蒸気室部２０１は、第１弁体３１ａが開けられることで主蒸気が流れる。第２蒸気室部２０２は、第２弁体３１ｂが開けられることで主蒸気が流れる。第３蒸気室部２０３は、第３弁体３１ｃが開けられることで主蒸気が流れる。

ここでは、第１蒸気室部２０１から第１段タービン段落２１ａへ主蒸気が流れる流路の第１段ノズル面積と、第２蒸気室部２０２から第１段タービン段落２１ａへ主蒸気が流れる流路の第１段ノズル面積とが、たとえば、同じになるように構成されている。また、第３蒸気室部２０３から第１段タービン段落２１ａへ主蒸気が流れる流路の第１段ノズル面積は、第１蒸気室部２０１の第１段ノズル面積および第２蒸気室部２０２の第１段ノズル面積よりも、たとえば、大きくなるように構成されている。たとえば、第１蒸気室部２０１の第１段ノズル面積と、第２蒸気室部２０２の第１段ノズル面積と、第３蒸気室部２０３の第１段ノズル面積との比は、３：３：４の関係である。

つぎに、本実施形態におけるボイラ１００の圧力制御方式について、図８を用いて説明する。

図８に示すように、ボイラ１００は、第１実施形態の場合（図２１参照）と同様に、タービン負荷ＴＬに応じて、定圧方式ＣＤ１，ＣＤ２と変圧方式ＶＤとを切り替えるように制御される。

具体的には、タービン負荷ＴＬが０からＬ３１（たとえば、Ｌ３１＝２０％）までの範囲においては、定圧方式ＣＤ１で運転を行う。タービン負荷ＴＬがＬ３１からＬ３２（Ｌ３２＞Ｌ３１，たとえば、Ｌ３２＝５０％）までの範囲においては、変圧方式ＶＤで運転を行う。タービン負荷ＴＬがＬ３２から１００までの範囲においては、定圧方式ＣＤ２で運転を行う。

つぎに、本実施形態の制御装置４００について、図９Ａを用いて説明する。

図９Ａに示すように、本実施形態においては、制御装置４００は、第１関数器４０５ａと第２関数器４０５ｂとの他に、第３関数器４０５ｃを更に有している。演算信号分配器４０４は、タービン負荷信号Ｓ４０４（流量要求信号）を第１関数器４０５ａおよび第２関数器４０５ｂと共に、第３関数器４０５ｃに出力する。

第３関数器４０５ｃは、第３の関数Ｋ４０５ｃを記憶しており、第３の関数Ｋ４０５ｃを用いて、タービン負荷信号Ｓ４０４に応じた第３の弁開度演算信号Ｓ４０５ｃを演算する。第３の関数Ｋ４０５ｃは、タービン負荷信号Ｓ４０４を入力信号とし、第３の弁開度演算信号Ｓ４０５ｃを出力信号とした関数である。第３の弁開度演算信号Ｓ４０５ｃは、第３弁体３１ｃを駆動する駆動装置（図示省略）に出力され、第３弁体３１ｃの開度が第３の弁開度演算信号Ｓ４０５ｃに応じた開度に調整される。

本実施形態において、第１関数器４０５ａが記憶する第１の関数Ｋ４０５ａと、第２関数器４０５ｂが記憶する第２の関数Ｋ４０５ｂと、第３関数器４０５ｃが記憶する第３の関数Ｋ４０５ｃとについて、図９Ｂ，図９Ｃ，図９Ｄを用いて、詳細に説明する。

第１の関数Ｋ４０５ａは、図９Ｂに示すように、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値が０からＬ３１に増加するに伴って、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値が０から１００に増加するように設定されている。そして、第１の関数Ｋ４０５ａは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３１からＬ３３（たとえば、Ｌ３３＝７０％）である範囲では、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値が１００を保持するように設定されている。

第２の関数Ｋ４０５ｂは、図９Ｃに示すように、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値が０からＬ３２（Ｌ３３＞Ｌ３２＞Ｌ３１）である範囲では、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値が０を保持するように設定されている。そして、第２の関数Ｋ４０５ｂは、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３２からＬ３３に増加するに伴って、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値が０からＫ３１に増加するように設定されている。

タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３であるとき、第１の関数Ｋ４０５ａは、図９Ｂに示すように、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値が１００からＫ３２に減少するように、設定されている。これに対して、第２の関数Ｋ４０５ｂは、図９Ｃに示すように、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３であるとき、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値がＫ３１からＫ３２に増加するように、設定されている。つまり、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３であるときには、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値と第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値との両者は、Ｋ３２であって、互いに同じになる。

そして、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３からＬ３２ｂに増加するに伴って、第１の関数Ｋ４０５ａは、図９Ｂに示すように、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値がＫ３２から１００に増加するように設定されている。同様に、第２の関数Ｋ４０５ｂは、図９Ｃに示すように、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３からＬ３２ｂに増加するに伴って、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値がＫ３２から１００に増加するように設定されている。つまり、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３からＬ３２ｂに増加するに伴って、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値と第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値との両者は、Ｋ３２から１００に増加する。このように、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３からＬ３２ｂの範囲においては、第１の関数Ｋ４０５ａと第２の関数Ｋ４０５ｂによって、それぞれ決まる開度は、互いに同じである。

本実施形態では、Ｋ３２は、関数ＫＦ１（太い一点鎖線）において、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３であるときに求められる値である。そして、第１の関数Ｋ４０５ａと第２の関数Ｋ４０５ｂとの両者において、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３からＬ３２ｂに増加するに伴って、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値と第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値とが増加する割合は、関数ＫＦ１の場合と同じである。

第３の関数Ｋ４０５ｃは、図９Ｄに示すように、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値が０からＬ３２ｂである範囲では、第３の弁開度演算信号Ｓ４０５ｃの信号値が０を保持するように設定されている。

タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３２ｂからＬ３３ｂである範囲では、第１の関数Ｋ４０５ａは、図９Ｂに示すように、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値が１００を保持するように設定されている。同様に、第２の関数Ｋ４０５ａは、図９Ｃに示すように、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値が１００を保持するように設定されている。これに対して、第３の関数Ｋ４０５ｃは、図９Ｄに示すように、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３２ｂからＬ３３ｂに増加するに伴って、第３の弁開度演算信号Ｓ４０５ｃの信号値が０からＫ３１ｂに増加するように設定されている。

タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３ｂであるとき、第１の関数Ｋ４０５ａは、図９Ｂに示すように、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値が１００からＫ３２ｂに減少するように、設定されている。同様に、第２の関数Ｋ４０５ｂは、図９Ｃに示すように、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３ｂであるとき、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値が１００からＫ３２ｂに減少するように、設定されている。これに対して、第３の関数Ｋ４０５ｃは、図９Ｄに示すように、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３ｂであるとき、第３の弁開度演算信号Ｓ４０５ｃの信号値がＫ３１ｂからＫ３２ｂに増加するように、設定されている。つまり、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３であるときには、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値と第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値と第３の弁開度演算信号Ｓ４０５ｃの信号値とのそれぞれは、Ｋ３２ｂであって、互いに同じになる。

そして、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３ｂから１００に増加するに伴って、第１の関数Ｋ４０５ａは、図９Ｂに示すように、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値がＫ３２ｂから１００に増加するように設定されている。同様に、第２の関数Ｋ４０５ｂは、図９Ｃに示すように、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３ｂから１００に増加するに伴って、第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値がＫ３２ｂから１００に増加するように設定されている。また、同様に、第３の関数Ｋ４０５ｃは、図９Ｄに示すように、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３ｂから１００に増加するに伴って、第３の弁開度演算信号Ｓ４０５ｃの信号値がＫ３２ｂから１００に増加するように設定されている。つまり、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３ｂから１００に増加するに伴って、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値と第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値と第３の弁開度演算信号Ｓ４０５ｃの信号値とのそれぞれは、Ｋ３２ｂから１００に増加する。このように、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３ｂから１００の範囲においては、第１の関数Ｋ４０５ａと第２の関数Ｋ４０５ｂと第３の関数Ｋ４０５ｃによって決まる開度は、同じである。

本実施形態では、Ｋ３２ｂは、関数ＫＦ２（太い一点鎖線）において、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３ｂであるときに求められる値である。そして、第１の関数Ｋ４０５ａと第２の関数Ｋ４０５ｂと第３の関数Ｋ４０５ｃとのそれぞれにおいて、タービン負荷信号Ｓ４０４の信号値がＬ３３ｂから１００に増加するに伴って、第１の弁開度演算信号Ｓ４０５ａの信号値と第２の弁開度演算信号Ｓ４０５ｂの信号値と第３の弁開度演算信号Ｓ４０５ｃの信号値とが増加する割合は、関数ＫＦ２の場合と同じである。

つぎに、本実施形態において、第１弁体３１ａの開度Ｋ、第２弁体３１ｂの開度Ｋ、および、第３弁体３１ｃの開度Ｋと、タービン負荷ＴＬとの関係に関して、図１０を用いて説明する。

定圧方式ＣＤ１で運転を行う際には、図１０に示すように、タービン負荷ＴＬが０からＬ３１に増加するに伴って、第１弁体３１ａの開度Ｋが大きくなり、第１弁体３１ａが全閉状態（Ｋ＝０）から全開状態（Ｋ＝１００）になる。このとき、第２弁体３１ｂと第３弁体３１ｃは、全閉状態（Ｋ＝０）を保持する。

変圧方式ＶＤで運転を行う際には、タービン負荷ＴＬがＬ３１からＬ３２までの範囲において、第１弁体３１ａは、全開状態（Ｋ＝１００）を保持する。このとき、第２弁体３１ｂと第３弁体３１ｃは、全閉状態（Ｋ＝０）を保持する。

定圧方式ＣＤ２で運転を行う際において、タービン負荷ＴＬがＬ３２からＬ３３までの範囲では、第１弁体３１ａは、全開状態（Ｋ＝１００）を保持する。第２弁体３１ｂは、上記と異なり、タービン負荷ＴＬに応じて開度Ｋが大きくなり、開度Ｋが全閉状態（Ｋ＝０）からＫ３１になる。これに対して、第３弁体３１ｃは、上記と同様に、全閉状態（Ｋ＝０）を保持する。

定圧方式ＣＤ２で運転を行う際において、タービン負荷ＴＬがＬ３３からＬ３２ｂまでの範囲では、第１弁体３１ａは、全開状態（Ｋ＝１００）を保持しない。第１弁体３１ａは、タービン負荷ＴＬがＬ３３であるときに、開度Ｋが全開状態（Ｋ＝１００）からＫ３２になる（Ｋ３２＜１００，たとえば、Ｋ３２＝８０）。同様に、第２弁体３１ｂは、タービン負荷ＴＬがＬ３３であるときに、開度ＫがＫ３１からＫ３２になる（Ｋ３２＞Ｋ３１）。そして、タービン負荷ＴＬがＬ３３からＬ３２ｂに増加するに伴って、第１弁体３１ａの開度Ｋ、および、第２弁体３１ｂの開度Ｋは、Ｋ３２から全開状態（Ｋ＝１００）になる。これに対して、第３弁体３１ｃは、上記と同様に、全閉状態（Ｋ＝０）を保持する。

Ｋ３２は、タービン負荷ＴＬが０からＬ３３である範囲で、第１弁体３１ａの開度Ｋと第２弁体３１ｂの開度Ｋとの両者を絞り調速方式で調整する場合（太い一点鎖線ＦＡ１）において、タービン負荷ＴＬがＬ３３になるときに調整する開度である。タービン負荷ＴＬがＬ３３からＬ３２ｂに増加するに伴って第１弁体３１ａの開度Ｋと第２弁体３１ｂの開度Ｋとの両者が増加する割合は、第１弁体３１ａの開度Ｋと第２弁体３１ｂの開度Ｋとの両者を絞り調速方式で調整したときに両者が増加する割合（太い一点鎖線ＦＡ１の延長線）と同じである。

定圧方式ＣＤ２で運転を行う際において、タービン負荷ＴＬがＬ３２ｂからＬ３３ｂまでの範囲では、第１弁体３１ａと第２弁体３１ｂとの両者は、全開状態（Ｋ＝１００）を保持する。第３弁体３１ｃは、上記と異なり、タービン負荷ＴＬに応じて開度Ｋが大きくなり、開度Ｋが全閉状態（Ｋ＝０）からＫ３１ｂになる。

定圧方式ＣＤ２で運転を行う際において、タービン負荷ＴＬがＬ３３ｂから１００までの範囲では、第１弁体３１ａと第２弁体３１ｂとの両者は、全開状態（Ｋ＝１００）を保持しない。第１弁体３１ａと第２弁体３１ｂとの両者は、タービン負荷ＴＬがＬ３３ｂであるときに、開度Ｋが全開状態（Ｋ＝１００）からＫ３２ｂになる（Ｋ３２ｂ＜１００）。同様に、第３弁体３１ｃは、タービン負荷ＴＬがＬ３３ｂであるときに、開度ＫがＫ３１ｂからＫ３２ｂになる（Ｋ３２ｂ＞Ｋ３１ｂ）。そして、タービン負荷ＴＬがＬ３３ｂから１００に増加するに伴って、第１弁体３１ａの開度Ｋ、第２弁体３１ｂの開度Ｋ、および、第３弁体３１ｃの開度Ｋは、Ｋ３２ｂから全開状態（Ｋ＝１００）になる。

Ｋ３２ｂは、タービン負荷ＴＬが０から１００である範囲で、第１弁体３１ａの開度Ｋと第２弁体３１ｂの開度Ｋと第３弁体３１ｃの開度Ｋとのそれぞれを絞り調速方式で調整する場合（太い一点鎖線ＦＡ２）において、タービン負荷ＴＬがＬ３３ｂになるときの開度である。タービン負荷ＴＬがＬ３３ｂから１００に増加するに伴って第１弁体３１ａの開度Ｋと第２弁体３１ｂの開度Ｋと第３弁体３１ｃの開度Ｋとのそれぞれが増加する割合は、絞り調速方式で調整する場合（太い一点鎖線ＦＡ２の延長線）と同じである。

図１１は、第２実施形態に係る火力発電プラントについて、タービン内部効率を示す図である。

図１１において、縦軸は、タービン内部効率ＴＥを示し、横軸は、タービン負荷ＴＬを示している。図１１において、太い実線ＥＸ３は、本実施形態の結果を示している。これに対して、太い破線ＣＸは、蒸気加減弁１２２を構成する第１弁体３１ａと第２弁体３１ｂと第３弁体３１ｃとのそれぞれをタービン負荷ＴＬに応じてノズル締切調速方式で開けた場合の結果を示している。

図１１に示すように、タービン負荷ＴＬがＬ３３からＬ３２ｂである範囲においては、本実施形態の場合（太い実線ＥＸ３）の方が、蒸気加減弁１２２をノズル締切調速方式で開けた場合（太い破線ＣＸ）よりも、タービン内部効率ＴＥが高い。同様に、タービン負荷ＴＬがＬ３３ｂから１００である範囲においては、本実施形態の場合（太い実線ＥＸ３）の方が、蒸気加減弁１２２をノズル締切調速方式で開けた場合（太い破線ＣＸ）よりも、タービン内部効率ＴＥが高い。

タービン負荷ＴＬがＬ３３からＬ３２ｂである範囲、および、Ｌ３３ｂから１００である範囲では、本実施形態のタービン内部効率ＴＥ（太い実線ＥＸ３）は、絞り調速方式の場合（太い破線ＣＸ）と同じであって、ノズル締切調速方式の場合よりも高い。タービン負荷ＴＬがＬ３３からＬ３２ｂである範囲と、Ｌ３３ｂから１００である範囲とを除く範囲では、本実施形態のタービン内部効率ＴＥは、ノズル締切調速方式で開けた場合と同じである。このため、本実施形態は、タービン内部効率ＴＥを向上可能である。

したがって、本実施形態は、タービン内部効率（タービン調速段効率）を向上し、エネルギーを効率的に利用可能である。

なお、第１弁体３１ａ、第２弁体３１ｂ、および、第３弁体３１ｃとして機能する弁体、および、第１蒸気室部２０１、第２蒸気室部２０２、および、第３蒸気室部２０３として機能する蒸気室部が、複数であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…火力発電プラント、２０…蒸気室、２１…タービン段落、３１…弁体、３１ａ…第１弁体、３１ｂ…第２弁体、３１ｃ…第３弁体、１００…ボイラ、１０１…蒸気発生器、１０２…再熱器、１１０…蒸気タービン部、１１１…高圧タービン、１１２…中圧タービン、１１３…低圧タービン、１２０…主蒸気系、１２１…蒸気止め弁、１２２…蒸気加減弁、１３０…再熱蒸気系、１３１…再熱蒸気止め弁、１３２…インターセプト弁、１４０…復水給水系、１４１…復水器、１４２…給水ポンプ、１５０…低温再熱系、１５１…逆止弁、１６０…高圧タービンバイパス系、１６１…高圧タービンバイパス弁、１７０…低圧タービンバイパス系、１７１…低圧タービンバイパス弁、２０１…第１蒸気室部、２０２…第２蒸気室部、２０３…第３蒸気室部、２１１…ノズル部、２１２…動翼部、４００…制御装置、４０１…速度制御回路、４０２…負荷制御回路、４０３…加減算器、４０４…演算信号分配器、４０５ａ…第１関数器、４０５ｂ…第２関数器、４０５ｃ…第３関数器、Ｋ４０５ａ…第１の関数、Ｋ４０５ｂ…第２の関数、Ｋ４０５ｃ…第３の関数、ＫＦ…関数、ＫＦ１…関数、ＫＦ２…関数、ＫＰａ…関数、ＫＰｂ…関数、ＫＰｃ…関数、Ｓ４０１…タービン回転数制御信号、Ｓ４０２…タービン負荷設定信号、Ｓ４０３…加減算演算信号、Ｓ４０４…タービン負荷信号、Ｓ４０５ａ…第１の弁開度演算信号、Ｓ４０５ｂ…第２の弁開度演算信号、Ｓ４０５ｃ…第３の弁開度演算信号

Claims (6)

1. ボイラと、前記ボイラで発生した主蒸気が蒸気室に作動流体として流入する蒸気タービン部と、前記ボイラから前記蒸気室に流れる主蒸気の流量を調整する蒸気加減弁と、前記蒸気加減弁の動作をタービン負荷に応じて制御する制御装置とを有する火力発電プラントであって、
   前記蒸気加減弁は、第１弁体と第２弁体とを含み、
   前記蒸気室は、第１蒸気室部と第２蒸気室部とを含み、前記第１弁体が開けられることで前記第１蒸気室部に主蒸気が流入し、前記第２弁体が開けられることで前記第２蒸気室部に主蒸気が流入するように構成されており、
   前記制御装置は、
   前記タービン負荷が第１負荷から前記第１負荷よりも大きい第２負荷までの範囲では、前記第１弁体の開度が全開状態を保持すると共に、前記第２弁体の開度が前記タービン負荷の増加に応じて全閉状態から第１開度になるように、前記蒸気加減弁の動作を制御し、
   前記タービン負荷が前記第２負荷であるときには、前記第１弁体の開度が全開状態から第２開度になると共に、前記第２弁体の開度が前記第１開度から前記第２開度になり、前記タービン負荷が前記第２負荷から増加するに伴って、前記第１弁体、および、前記第２弁体が、同じ開度で、前記第２開度から全開状態になるように、前記蒸気加減弁の動作を制御する、
   火力発電プラント。
2. 前記制御装置は、
   前記タービン負荷が前記第２負荷から前記第２負荷よりも大きい定格負荷までの範囲では、前記タービン負荷が増加するに伴って、前記第１弁体の開度、および、前記第２弁体の開度が前記第２開度から全開状態になるように、前記蒸気加減弁の動作を制御する、
   請求項１に記載の火力発電プラント。
3. 前記第２開度は、前記第１弁体の開度と前記第２弁体の開度とを絞り調速方式で調整する場合において、前記タービン負荷が前記第２負荷になるときに調整される開度である、
   請求項２に記載の火力発電プラント。
4. 前記タービン負荷が前記第２負荷から前記定格負荷に増加するに伴って、前記第１弁体の開度と前記第２弁体の開度とが増加する割合は、前記第１弁体の開度と前記第２弁体の開度とが絞り調速方式で調整される場合と同じである、
   請求項３に記載の火力発電プラント。
5. 前記蒸気加減弁は、第３弁体を更に含み、
   前記蒸気室は、第３蒸気室部を更に含み、前記第３弁体が開けられることで前記第３蒸気室部に主蒸気が流入するように構成されており、
   前記制御装置は、
   前記タービン負荷が前記第２負荷から前記第２負荷よりも大きい第３負荷に増加するに伴って、前記第１弁体、および、前記第２弁体が、互いに同じ開度で、前記第２開度から全開状態になるように、前記蒸気加減弁の動作を制御し、
   前記タービン負荷が前記第３負荷から前記第３負荷よりも大きい第４負荷までの範囲では、前記第１弁体の開度および前記第２弁体の開度が全開状態を保持すると共に、前記第３弁体の開度が前記タービン負荷の増加に応じて全閉状態から第３開度になるように、前記蒸気加減弁の動作を制御し、
   前記タービン負荷が前記第４負荷であるときには、前記第１弁体の開度および前記第２弁体の開度が全開状態から第４開度になると共に、前記第３弁体の開度が前記第３開度から前記第４開度になり、前記タービン負荷が前記第４負荷から増加するに伴って、前記第１弁体、前記第２弁体、および、前記第３弁体のそれぞれが、同じ開度で、前記第４開度から全開状態になるように、前記蒸気加減弁の動作を制御する、
   請求項１に記載の火力発電プラント。
6. ボイラと、前記ボイラで発生した主蒸気が蒸気室に作動流体として流入する蒸気タービン部と、前記ボイラから前記蒸気室に流れる主蒸気の流量を調整する蒸気加減弁とを有し、前記蒸気加減弁が第１弁体と第２弁体とを少なくとも含み、前記蒸気室が第１蒸気室部と第２蒸気室部とを少なくとも含み、前記第１弁体が開けられることで前記第１蒸気室部に主蒸気が流入し、前記第２弁体が開けられることで前記第２蒸気室部に主蒸気が流入するように構成されており、前記蒸気加減弁の動作をタービン負荷に応じて制御する火力発電プラントの運転方法であって、
   前記タービン負荷が第１負荷から前記第１負荷よりも大きい第２負荷までの範囲では、前記第１弁体の開度が全開状態を保持すると共に、前記第２弁体の開度が前記タービン負荷の増加に応じて全閉状態から第１開度になるように、前記蒸気加減弁の動作を制御し、
   前記タービン負荷が前記第２負荷であるときには、前記第１弁体の開度が全開状態から第２開度になると共に、前記第２弁体の開度が前記第１開度から前記第２開度になり、前記タービン負荷が前記第２負荷から増加するに伴って、前記第１弁体、および、前記第２弁体が、同じ開度で、前記第２開度から全開状態になるように、前記蒸気加減弁の動作を制御する、
   火力発電プラントの運転方法。

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