JPH01230908A - 蒸気タービン加熱器の制御方法 - 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〕 本発明は高圧タービンに供給される蒸気及び高圧タービ
ン抽気蒸気の一部を用いて、高圧タービン排気を二段加
熱する加熱器をもつ原子力タービンの再熱制御方法に関
する。

〔従来の技術〕

一般の原子カプラントでは、タービンへ流入する蒸気は
、従来の火力プラントで用いられる蒸気よりも低い圧力
の飽和蒸気である。この飽和蒸気は、タービン内で仕事
を行なうことにより膨張し、飽和蒸気の湿分が増加する
。この高湿分の飽和蒸気、そのまは、後続するタービン
に流入させるとタービン内部効率の低下や二ローション
等を引き起し、タービンの性能、イご頼性を著しく低下
させる。そこで、−船釣には高圧タービンと低圧タービ
ンの間に湿分分離器や湿分分離加熱器を設直し、低圧タ
ービンへ流入する蒸気の湿分除去や加熱化を実施し、上
記問題点に対処している。

従来の原子力タービン加熱器め系統の一例を第２図に示
す。本系統は蒸気を発生する原子炉１、タービンへ流入
する蒸気量を加減し、タービンの速度、タービン入口蒸
気圧力、タービン出力を制御する蒸気加減弁２、蒸気の
熱エネルギを回転エネルギに変換する高圧タービン３、
高圧タービン３の排気を高圧タービン３の抽気蒸気を用
いて加熱する第一段加熱器４、高圧タービン３の排気で
、第一段加熱器４で加熱された蒸気を高圧タービン３の
入口蒸気の一部を用いて加熱する第二段加熱器５、加熱
された蒸気の熱エネルギを回転エネルギに変換する低圧
タービン６、低圧タービン６の排気を復水する復水器７
、復水を昇温し、原子炉１へ給水する給水加熱器８、第
二段加熱器５への加熱蒸気流量を制御する加熱蒸気制御
弁９、第一段加熱器４への蒸気を閉止する止め弁１０、
第一段加熱器４及び第二段加熱器５からの排出蒸気及び
水を回収するドレンタンク１１及び１２、ドレンタンク
１１及び１２内の水位を制御するドレンタンク水位制御
弁１３．１４第二段加熱蒸気制御弁９の開度を制御し、
加熱蒸気量を加減する加熱蒸気制御装置１５、タービン
速度及び高圧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１６．出力制御装置１６
よりの出力信号により蒸気加減弁とを制御する蒸気加減
弁制御装置１７より構成される。

本系統では、タービン回転数と高圧タービン入口圧力に
より、蒸気加減弁開度を調整し、タービン出力を制御す
る。

原子炉１を出た蒸気は蒸気加減弁２により流量を制御さ
れ高圧タービン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１８に導かれる。

加熱器１８に導かれた蒸気は、まず、高圧タービン３抽
気蒸気によりの第一段加熱器４で加熱され次に、第一段
加熱蒸気温度より高温の高圧タービン３の入口蒸気の一
部による第二段加熱器５で再加熱された後、低圧タービ
ン６へ導かれ仕事をする。低圧タービン６を出た蒸気は
復水器７で復水する。一方、高圧タービン３の抽気蒸気
は、加熱蒸気管と止め弁１０を通り、第一段加熱器に流
入し、被加熱蒸気と熱交換した後、ドレンタンク１１へ
回収される。又、高圧タービン入口蒸気の一部は、加熱
蒸気制御弁９で流量を制御され、第二段加熱器５に流入
し、被加熱蒸気と熱交換した後、ドレンタンク１２へ回
収される。ドレンタンク１１．１２へ回収された水は、
ドレンタンク水位制御弁１３．１４で水位を制御され給
水加熱器８へ排出される。ここで、第二段加熱蒸気量は
ある負荷以上では一定であるが、部分負荷には、高圧タ
ービン３排気温度が低いことより、加熱器１８内及び低
圧タービン６内に過大な熱応力が発生することを防ぐた
めに流量を絞り込む必要がある。

第３図に第二段加熱器蒸気量制御方法の一例を示す。加
熱蒸気圧力を検出して加熱蒸気制御装置１５により加熱
蒸気制御弁９を制御し、蒸気量を加減する。即ち、ター
ビンの出力制御信号によす加熱蒸気量の目標値を加熱蒸
気制御弁９後の圧力として設定し、加熱蒸気制御弁９後
の圧力をフィードバックして加熱蒸気制御弁９の開度を
制御する。出力が第３図中Ａ点に対したところで第二段
加熱器５はサービスインし、加熱蒸気制御弁９は開き始
め、出力が図中Ｂ点に達するまで定常関数により開度を
フィードバック制御し、出力が図中Ｂ点以上になったら
出力に関係なく加熱蒸気圧力が一定になるように制御す
る。−船釣に出力８点以上の場合、加熱蒸気制御弁９後
の圧力は高圧タービン入口の主蒸気圧力と等しくなるよ
うに設定され第二段加熱蒸気の温度は、その圧力の飽和
圧力温度で一定となる。

第４図に従来の加熱蒸気制御装置１５の内部ロジックを
示す。本制御装置は出力制御信号受信部１９出力−加熱
蒸気圧力変換部２０、加熱蒸気圧力比較部２３より構成
される。出力制御装置よりの出力制御信号は出力制御信
号受信部で受信され、加熱蒸気制御装置１２内のタービ
ン出力信号となる。次に出力−加熱蒸気圧力変換部２０
で予め定められた関数によりタービン出力に見合った加
熱蒸気圧力要求信号に変換される。一方、加熱蒸気制御
弁９後の圧力は圧力検出器２２により検出され、加熱蒸
気制御装置１２内の加熱蒸気圧力信号受信部にはいる。

ここで実加熱蒸気圧力信号となり、加熱蒸気圧力信号比
較部２３で加熱蒸気圧力信号と比較され、その偏差によ
り加熱蒸気制御弁９を開閉させる。即ち、この方法では
、タービンの出力制御信号により加熱蒸気流量の目標値
を加熱蒸気制御弁９後の圧力として設定し、加熱蒸気制
御弁９後の圧力をフィードバック・して加熱蒸気制御弁
９を制御している９ ここで、第−段及び第二段加熱器４，５が運転中に、第
一段加熱器４に不具合、例えば、加熱器内でのチューブ
リーク、及び損傷等が発生した場合、第一段加熱器４へ
の加熱蒸気の供給を止め弁１０を閉止することにより停
止する。この状態で第二段加熱器５を出カ一般定圧力下
で運転した場合、高圧タービン３の排気は、第一段加熱
器４で加熱されることなく、第一段加熱器４の温度より
さらに高温の第二段加熱器で急激に加熱されることにな
ります。高圧タービン３の排気の被加熱蒸気と、第二段
加熱器５の温度差が大きくなると温度差に伴う熱応力が
生じ、第二段加熱器に過大の損傷を及ぼす。そこで、第
一段加熱器４が故障した場合、まず第二段加熱器５は加
熱蒸気制御弁９を閉止し、次に第一段加熱器の止め弁を
閉じ加熱蒸気流入を塞止し、熱応力による損傷を防ぐ。

従って、第一段加熱器４が故障した場合、第二段加熱器
５も停止し、高圧タービン３の排気の加熱を行うことな
く、低圧タービン６に導き、タービンの運転を続行する
。第−段及び第二段加熱器を停止した場合のタービンの
出力は第−段及び第二段加熱器運転時に比へ数％程度低
下する。

このように、第一段加熱器故障時の出力低下を最小にす
るため特開昭６２−１０２００５号公報では、第−段別
熱蒸気系と第二段加熱蒸気系を結ぶバイパス系及びバイ
パス系上の止め弁を設け、第一段加熱器故障時、第二段
加熱器に第一段加熱蒸気をバイパスして一段加熱として
使用し、タービン効率の低下を防ぐ。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術では第一段加熱器が故障停止時第二段別；鴨器
にバイパスされる第一段加熱蒸気は、タービン抽気であ
るため、タービンの負荷により蒸気圧力温度が決定され
、タービンの効率は一段加熱と同等であり、それ以上の
効率改善は望めない。

本発明の目的は、第一段加熱器停止時、タービン出力の
低下を最小限に抑えることにある。

〔課題を解決するための手段〕 上記目的は、第一段加熱器４が故障時にも第二段加熱器
５への供給蒸気温度を低下させ、被加熱蒸気との温度差
を小さくし、この温度差による熱応力が許容される範囲
内で第二段加熱器を運転することにより達成される。

即ち、第一段加熱器故障時、第二段加熱器への供給蒸気
の温度を低下させるのに、第二段加熱蒸気制御弁９後の
蒸気圧力を通常時設定圧力よりも低くする。第二段加熱
蒸気制御弁９後の蒸気温度は、蒸気圧力の飽和温度であ
るゆえに、第二段加熱蒸気制御弁９後の蒸気圧力の低下
に伴い、飽和温度も低下することになる。そこで、高圧
タービン排気の被加熱蒸気と、第二段加熱蒸気温度差は
小さくなり、応力が低減し、第二段加熱器５の運転継続
が可能となり、第一段加熱器停止、第二段加熱器に第一
段加熱蒸気をバイパスした運転に比ペタービン出力の低
下は最小限に抑えられる。

〔作用〕

高圧タービン３の入口蒸気の一部による第二段加熱蒸気
を、第二段加熱蒸気制御弁９で、その弁後の加熱蒸気圧
力を予め決められたタービン出力と設定圧力値の関係に
基づいて制御されている。

ここで第一段加熱器４が故障した場合、タービン出カ一
般定圧力特性に対し同タービン出力時、第二段加熱蒸気
圧力を低い設定値に切換える。第二段加熱蒸気制御弁９
は切換えられた低圧力設定値により加熱蒸気制御弁９後
、加熱蒸気圧力を制御する。ここで加熱蒸気制御弁９後
の加熱蒸気は飽和蒸気であるゆえに第５図に示す。圧力
−温度特性をもつ。仮に、第一段加熱器４が故障前の第
二段別熱蒸気設定圧力がＰ＾でその時の蒸気温度はＴ＾
であったとすると、第一段加熱器４が故障し、第二段加
熱蒸気設定圧力をｐａに下げた場合、蒸気温度はＰ＾か
らＰＢに低下する。

第一段加熱器４の故障時、第二段加熱蒸気設定圧力切換
によって高圧タービン排気と第二段加熱蒸気の温度差は
小さくなり、第二段加熱器Ｓ内に生じる熱応力が低減す
るので、第二段加熱器５を継続して運転することが可能
となる。

第一段加熱器停止、第二段加熱器に第一加熱蒸気をバイ
パスした場合に比べ、第二段加熱器に供給される蒸気の
温度を高められるため、タービン出力の低下を最小限に
抑えることができる。

〔実施例〕

以下５本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。

原子炉１を出た蒸気は蒸気加減弁２により流量を制御さ
れ、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１８に導かれる。

加熱器１８に専かれた蒸気は、まず、高圧タービン３の
抽気蒸気によりの第一段加熱器４で加熱され、次に高圧
タービン３の人口蒸気の一部による第二段加熱器５で再
加熱された後、低圧タービン６へ導かれ仕事をする。低
圧タービン６を出た蒸気は復水器７で復水する。一方、
高圧タービン３の抽気蒸気は加熱蒸気管と止め弁１０を
通り、第一段加熱器４に流入し、被加熱蒸気と熱交換し
た後、ドレンタンク１１へ回収される。又、高圧タービ
ン入口蒸気の一部は加熱蒸気止め弁２７を通り加熱蒸気
制御弁９で流量、圧力を制御され、第二段加熱器５に流
入し被加熱蒸気と熱交換し、ドレンタンクに回収される
。ドレンタンク１１゜１２へ回収された水はドレンタン
ク水位制御弁１３．１４で水位を制御され、給水加熱器
８へ排出される。本系統ではタービン回転数と高圧ター
ビン入口圧力を検出し、タービン出力を制御する出力制
御装置１６からの出力信号により、蒸気加減弁制御装置
１７が蒸気加減弁２の開度を調整し、タービン出力を制
御している。

本系統において、第一段加熱器に不具合、例えば、加熱
器内でのチューブリーク、チューブ被損等は加熱蒸気流
量の増加及び、被加熱蒸気温度の上昇を伴うためこれら
を第一段加熱蒸気流量計３１、第一段と第二段加熱器間
の蒸気温度２９、低圧タービン入口蒸気温度３０で監視
し、制御部２６で判断する。第一段加熱器故障の場合、
第二段加熱器を第１図に示す本発明の制御装置１５内の
内部ロジックで制御することにより、第二段加熱器の運
転を継続するとともに第一段加熱器を停止する。

以下、第１図に示す本発明の加熱蒸気制御装置１５内の
内部ロジックの詳細を説明する。

本制御装置は出力制御信号受信部１９、従来の変換部と
同じ特性を持った出力−加熱蒸気圧力変換部２０本発明
であり、第一段加熱器故障時に使用する出力−加熱蒸気
圧力変換部２４、出力−加熱蒸気圧力変換部２０と出力
−加熱蒸気変換部２４とを切換える出力−加熱蒸気圧力
変換部セレクタ２５、第一段加熱器故障を検出しセレク
タ２５に切換信号を出力する制御部２６、加熱蒸気圧力
信号受信部２１、加熱蒸気圧力比較部２３より構成され
る。加熱器１８が通常運転中はセレクタ２５は従来の出
力−加熱蒸気圧力変換部２０を選択し、加熱蒸気制御弁
９は、出力制御装置１６からの出力信号と出力加熱蒸気
圧力変換部２０からの信号を基に実加熱蒸気圧力を２２
フイードバツクして制御する。第一段加熱器４に故障が
生じると、制御部２６よりセレクタ２５に出力−加熱蒸
気圧力変換部切換信号が入力され、出力−加熱蒸気圧力
変換部２０から出力−加熱蒸気圧力変換部２４に切換え
、加熱蒸気制御弁９は出力−加熱蒸気変換部２４からの
設定圧力を基に加熱蒸気圧力を制御する。ここで本発明
の出力−加熱蒸気圧力変換部２４の出力−加熱蒸気圧力
特性を第６図に示す。

タービンの出力が第６図中Ａ点に達したところで第二段
加熱器５はサービスインし、加熱蒸気制御弁９は開き始
め、出力が図中Ｂ点に達するまで定常関数により開度を
フィードバック制御し、出力が図中Ｂ点以上になったら
、出力に関係なく加熱蒸気圧力が一定となるように制御
する。本発明では、タービンの各出力における加熱蒸気
圧力設定値は、従来設定値（第−段及び第二段加熱器が
正常に運転されている状態の加熱蒸気圧力設定値）より
も低い値をとる。本発明の加熱蒸気圧力設定値は第一段
加熱器で加熱されていない高圧タービン排気と第二段加
熱蒸気の温度差による熱応力が許容値内に納まるところ
の第二段加熱蒸気温度の飽和圧力としている。又、他の
実施例を第７図に示す。第７図では高圧タービン抽気か
らの第一段加熱蒸気特性に対し、ΔＴだけ高い温度相当
の圧力を設定している。

ここでΔＴは最小でも定格運転時の（第二段加熱器出口
蒸気温度）−（第一段加熱器出口蒸気温度）と（第一段
加熱器出口蒸気温度）−（第一段加熱器入口蒸気温度）
の大きい方を採用する。従って、第６図に示す出力−加
熱蒸気圧力特性で第二段加熱蒸気圧力を制御することに
よりその圧力状態の飽和温度で第二段加熱器を運転する
ことになり、被加熱蒸気と第二段加熱蒸気の温度差によ
る熱応力から第二段加熱器５の損傷を防ぐことができ、
第二段加熱器５のみの加熱運転が継続されるのでタービ
ンの出力低下を最小限に抑えることができる。ここで、
第一段加熱器４の故障時に第二段加熱器での加熱蒸気温
度を第一段加熱蒸気温度以上で運転することで第二段加
熱器４停止、第二段加熱器に第一段加熱蒸気をバイパス
したａ転に比ペタービンの効率向上が可能となる。第二
段加熱器５のみの運転を長期間継続する場合、影響は非
常に大きく、本発明の効果は大きい。

〔発明の効果〕

本発明によれば第一段加熱器が故障し、停止した状態で
も、第二段加熱器を停止することなく運転を継続できる
のでタービン出力の低下を最小限に抑制することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の加熱蒸気制御装置の内部ロ
ジック図、第２図は本発明及び従来技術の原子力タービ
ン系統図、第３図は従来技術の出力−加熱蒸気圧力特性
図、第４図は従来技術の加熱蒸気制御装置の内部ロジッ
ク図、第５図は飽和蒸気の圧力−温度特性図、第６図、
第７図は本発明の一実施例の出力−加熱蒸気圧力特性図
である。 １・原子炉、２・・・加減域、３・・・高圧タービン、
４・第一段加熱器、５・・・第二段加熱器、６・・・低
圧タービン、７・・・復水器。 第１図 第２因 第３図 −呂す（γ０）−→ 第４図 第５区 一菩、気五カ（に＾）−→ 第６！ −ａ−ウ　（γ・〕→ 第７図 ｉｋ　′ｆＪ（’／、）−一憂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気源、前記蒸気源からの主蒸気の持つ熱エネルギ
   を回転エネルギに変換する高圧タービン、前記主蒸気の
   流量を調整する蒸気加減弁、前記高圧タービンの抽気蒸
   気の一部を加熱源として高圧タービン排気を加熱する第
   一段加熱器、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第二段加熱器、前記第一
   段および前記第二段加熱器で凝縮した水を回収するドレ
   ンタンク、加熱した蒸気の熱エネルギを回転エネルギに
   変換する低圧タービン、前記第一段加熱器の加熱蒸気の
   止め弁、前記第二段加熱器の加熱蒸気量を加減する加熱
   蒸気制御弁、及び、蒸気加減弁開度を調整し、タービン
   出力を制御する出力制御部より成る蒸気タービンにおい
   て、 前記第一段加熱器の故障時、前記第二段加熱器の蒸気圧
   力設定値を切換え、前記第二段加熱器の目標設定圧力を
   低くし、前記第二段加熱器系統に発生する熱応力を低減
   することを特徴とする蒸気タービン加熱器の制御方法。