JPH02195101A - 補助蒸気供給装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はコンバインドサイクル発電プラントに係り、特
に、コンバインドサイクル発電プラントの各ユニットか
ら補助蒸気を抽気する場合に好適な補助蒸気供給装置に
関する。

［従来の技術］ 急増する電力需要に応えるために大容量の火力発電所が
建設されているが、これらのボイラは部分負荷時におい
ても高い発電効率を得るために変圧運転を行なうことが
要求されている。

これは最近の電力需要の特徴として、原子力発電の伸び
と共に、負荷の最大と最小の差も増大し、火力発電はベ
ースロード用から負荷調整用へと移行する傾向にある。

つまり、火力発電を負荷調整用として運転する場合、ボ
イラ負荷を常に全負荷で運転されるものは少なく、負荷
を７５％負荷、５０％負荷、２５％負荷八とへ荷を上げ
、下げして運転したり、運転を停止するなど、いわゆる
毎日起動停止（Ｄａｉｌｙ　　Ｓ　ｔａｒｔ　　Ｓ　ｔ
ｏｐ以下単にＤＳＳという）運転などを行なって中間負
荷を担い、このＤＳＳ運転によって電力需要の多い昼間
のみ運転し、夜間は運転を停止して発電効率を向上させ
るのである。

例えば高効率発電の一環として、最近フンバインドサイ
クル発電プラントが注目されている。このコンバインド
サイクル発電プラントは、まずガスタービンによる発電
を行なうと共に、ガスタービンから排出される排ガス中
の排熱を排熱回収ボイラによって熱回収し、この排熱回
収ボイラで発生した蒸気によって蒸気タービンを作動さ
せて発電するものである。

このようにコンバインドサイクル発電プランｌ−はガス
タービンによる発電と、蒸気タービンによる発電を同時
に行なうために発電効率が高いうえ、ガスタービンの特
性である負荷応答性に優れ、このために急激な電力需要
の上昇、下降にも十分対応でき、負荷追従性にも優れて
おり、ＤＳＳ運転を行なうには好都合である。

第５図はコンバインドサイクル発電プラントにおける１
ユニツトの概略系統図である。

第５図において、空気供給管１からの燃焼用空気Ａと燃
料供給管２からの燃料Ｆを燃焼器３で混合して燃焼させ
、その燃焼ガスでガスタービン４を回転させガスタービ
ン４による発電を行なう。

ガスタービン４を回転させた排ガスＧは排熱回収ボイラ
５の排ガス通路６へ導入される。この排ガス通路６には
下流側から上流へ低圧節炭器７．低圧蒸発器８および低
圧ドラム９からなる低圧ボイラ１０と、高圧節炭器１１
．高圧蒸発器１２．高圧ドラム１３および過熱器１４か
らなる高圧ボイラ１５が配置されている。

一方、被加熱流体である給水ＷＦは給水ポンプ１６より
給水管１７を経て低圧節炭器７へ供給され、所定の温度
までに予熱された後、低圧ドラム給水管１８を通り低圧
ドラム９へ供給される。

低圧ドラム９に供給された給水ＷＦは、低圧ドラム９の
低圧下降管１９を経て低圧蒸発器８．低圧ドラム９の順
で自然循環または強制循環され、その間に加熱されて低
圧ドラム９内で水と蒸気に分離された後、水は再び低圧
下降管１９．低圧蒸発器８および低圧ドラム９へと再循
環されるが、蒸気は低圧主蒸気管２０より蒸気タービン
２１へ供給される。

一方、低圧節炭器７の出口で分流された高温水ＷＲの一
部はボイラ移送ポンプ２２より高圧給水管２３を経て高
圧節炭器１１へ供給され、所定の温度まで予熱された後
、高圧ドラム給水管２４を通り高圧ドラム１３に供給さ
れる。

高圧ドラム１３に供給された高温水Ｗ２は低圧ボイラ１
０と同様に高圧ドラム１３の高圧下降管２５を経て高圧
蒸発器１２．高圧ドラム１３の順で循環し、高圧ドラム
１３内で分離された蒸気はドラム蒸気出口管２６を経て
過熱器１４へ送られ。

ここでさらに昇温された後、高圧主蒸気管２７より蒸気
タービン２１へ供給され、蒸気タービン２１による発電
を行なう。

なお、高圧ドラム１３で分離された水は、高圧下降管２
５．高圧蒸発器１２．高圧ドラム１３へと再循環される
。

そして、高圧ドラム１３および低圧ドラム９の給水レベ
ルはそれぞれ高圧ドラム給水弁２８．低圧ドラム給水弁
２９を操作して給水量が制御される。

他方、蒸気タービン２１で蒸気タービン２１を回転させ
た蒸気は復水器３０で水となり、給水ポンプ１６より再
び排熱回収ボイラ５へ給水される。

この給水管１７の給水ＷＦは約３４℃と低温であるため
に、そのままの給水温度で低圧節炭器７へ給水されると
低圧節炭器７で低温腐蝕が発生するので、低圧ボイラ１
０．高圧ボイラ１５内の高温水ＷＲと混合させて、低温
腐蝕がおこら°ない所定の温度まで給水温度を昇温させ
て、低圧節炭器７へ給水する必要がある。

つまり、高圧給水管２３の高温水ＷＲの一部はボイラ移
送ポンプ２２の出口から再循環流量調整弁３２を有する
再循環流路３３を経て給水管１７へ供給され、低圧節炭
器７の低温腐蝕を防止している。

なお、３１は発電機、３４はガスタービン４の排ガスＧ
中の窒素酸化物を除去するために高圧蒸発器１２と高圧
節炭器１１の間、あるいは高圧蒸発器１２の中間に配置
される脱硝装置、３５は過熱蒸気連絡管、３６は過熱蒸
気止弁、３７は圧力！ｌｉｌ整弁である。

以下、第６図を用いてガスタービンを利用したコンバイ
ンドサイクル発電プラントの全体構成について説明する
。なお、第６図においては紙面の都合上４ユニツトのみ
を示している。

第６図において、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｎはガスタービ
ン、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｎは排熱回収ボイラ、９は低
圧ドラム、１３は高圧ドラム、２０は低圧主蒸気管、２
１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｎは蒸気タービン、２７ａ
、２７ｂ、２７ｃ、２７ｎは高圧主蒸気管で、第５図の
ものと同一のものを示す。

第６図に示すコンバインドサイクル発電プラントは、ガ
スタービン４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｎの燃焼温度が高まる
につれて、そのプラン１〜効率が上昇し経済的なプラン
トとして、また起動停止操作が容易なことからＤＳＳｉ
転あるいは中間負荷運用プラントに適したものとして今
後益々利用価値が高くなるものと予想されている。

ガスタービン４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｎの排ガスは排ガス
ダクト３８によって排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）５ａ、
５ｂ、５ｃ、５ｎに導かれ、ここで熱交換により排ガス
の保有熱量を蒸気に変換し、低圧蒸気（約１０ａｔｇの
飽和蒸気）及び高圧蒸気（約６０ａｔｇ、　５００℃）
は、それぞれの低圧主蒸気管２０、高圧主蒸気管２７ａ
、２７ｂ、２７ｃ、２７ｎによって蒸気タービン２１ａ
＊　２１ｂ、２１．ｃ＋２１ｎに導入され、電気出力に
変える。一般に、コンバインドサイクル発電プラントは
複数のユニット（ガスタービン４．排熱回収ボイラ５．
蒸気タービン２］２図示していない発′准機）により構
成され１例えば、１０１００Ｏ発電設備では７ユニツト
の組合せになり、２０００ＭＷｔ！電設値の場合一系列
７ユニツトで二基列１４ユニットにより構成される。各
ユニットが起動する場合、起動ユニットの蒸気タービン
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ。

２１、−　ｎのシール蒸気として１ユニット当り約４〜
５し／ｈの抽気蒸気を必要とし、この抽気蒸気は補助蒸
気管寄３９より抽気し、補助蒸気管寄３９に対しては稼
動中のユニットの高圧主蒸気管２７より補助蒸気管４０
によって補充される。補助蒸気管４０は高圧主蒸気管２
７に接続さ扛、各ユニットの高圧主蒸気が抽気され調節
弁４１によって減圧され、補助蒸気管寄３９ではその蒸
気圧力は１５ａｔｇ一定に保持されろ１、なお、４２は
逆上弁である１通常は中央操作室で、どのユニットより
補助蒸気を抽気するかを決め、特定のユニッ１−からの
み抽気されることになる。例えば、第６図においては排
熱回収ボイラ５ａから抽気されることになる。排熱回収
ボイラ５ａがらの補助蒸気は他ユニットの蒸気タービン
２１ｂ、２１ｃ、２１ｎへのシール蒸気の他に図示して
いないＬ　Ｎ　Ｇ基地、第５図の脱硝袋７１３４のＮＨ
，気化用蒸気、また起動ユニツｉ−の復水器脱気用蒸気
にも使用されるため、一系列で１ユニツトからのみシー
ル用蒸気を抽気すると約３０ｔ／ｈにも達し、１ユニッ
ト定格点における蒸発量の約２５％にも相当する。

二系列分のシール蒸気を１ユニツトで賄うとシール用蒸
気は１ユニツトの蒸発量の半分にも至り、また部分負荷
運転中では大半を補助蒸気に使用することにもなり兼ね
ない。第７図は抽気補助蒸気量とドラム圧力との関係を
示すもので、更に第８図はドラム圧力が降下した場合の
第５図に示す脱硝装置′、３４の入口ガス温度の低下及
び循環系内と蒸気系内流体流速が上昇する傾向を示すも
のである。脱硝装置３４は第５図に示すようにその特性
が最高の効率を発揮すべく高圧蒸発器１２の間や、高圧
蒸発器１２と高圧節炭器１１の間のように、最適ガス温
度域内に設置される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来技術の補助蒸気供給装置においては、ドラム圧力が
低下するとその飽和温度が下がりそのために脱硝装置３
４の入口ガス温度が降下してしまい、脱硝特性を損うこ
とになる。またドラム圧力の低下に伴い系内速度が上昇
する。特に循環系は二相流であり、流速の上昇は系内エ
ロージョンを加速させ、かつ配管振動エネルギーを増大
させる等の不具合が生ずる等問題があった。

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、特定のユニットからのみ抽気
するのでは無く、抽気量が許容値を逸脱する場合には、
それを検知すると共に自動的に補助蒸気を抽気しても良
いユニットを選定して常に安定した運用を得ることにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前述の目的を達成するために、蒸気発生設備か
らの補助蒸気の抽気上限値を設定する抽気上限値設定手
段と、 蒸気発生設備が補助蒸気の抽気上限値に到達したことを
検出する抽気上限値検出手段と、補助蒸気の供給が可能
になった蒸気発生設備を記憶する記憶手段と、 抽気上限値検出手段からの上限値検出信号により、蒸気
発生設備からの補助蒸気量の増加を停止するとともに、
記憶手段に記憶されている抽気が可能な他の蒸気発生設
備からの補助蒸気の供給を行なう制御手段とを備えたも
のである。

［作用］ １ユニツトからの抽気許容蒸気量を越えるまでは、抽気
蒸気量設定値に従って補助蒸気抽気量が制御され、上限
到達後は他のユニットからの抽気蒸気量を増加させて、
再び抽気許容蒸気量範囲内での運転を行なうようにした
。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る制御系統図、第２図は第
１図の概略構成図、第３図は補助蒸気量とガスタービン
負荷の関係を示す特性曲線図、第４図は抽気量上限設定
値と軸負荷の関係を示す特性曲線図である。

第１図および第２図において、３９は補助蒸気管寄、４
０は補助蒸気管、４１は調整弁、４２は逆止弁で従来の
ものと同一のものを示すが、説明の都合上ユニット１の
ものは符号の後にａ、ユニット２のものは符号の後にｂ
、ユニット３のものは符号の後にＣ，ユニットｎのもの
は符号の後にｎをつけて区別する。

本発明の実施例の概要を第２図により説明する。

ユニット１の補助蒸気管４０ａ内を流れる補助蒸気量は
オリフィス４３ａの差圧の大小により検出される。差圧
発信器４４ａにより制御装置４５に送信されてユニット
１の許容抽気量以下か否かが判定され、補助蒸気使用量
に見合い補助蒸気管寄３９の圧力が１５ａｔｇ一定に保
持されるように調整弁４１ａが制御される。なお、４６
は補助蒸気管寄３９の圧力発信器である。各ユニットの
抽気可能補助蒸気量は第３図に示すようにガスタービン
４の負荷りをパラメータとして規定され、ガスタービン
４の負荷によって許容値が算出出来るようにする。即ち
、ユニット１のガスタービン４ａの負荷が負荷Ｌ１の場
合には、許容抽気量Ｗ８ユが決定され、オリフィス４３
ａの差圧（ＤＰ）！＝α・Ｗｓ＆”により許容値が求め
られ、これが設定値となる。その時の抽気量に基づく差
圧発信器４４ａの発信差圧が設定値（ＤＰ）よと等しく
なった場合には直ちに調整弁４１ａの開度をその開度維
持とするように制御装置４５により指令する。更に補助
蒸気が多量に消費され、補助蒸気管寄３９の圧力が降下
状態に至る時は、制御装置４５によって認識される稼動
中のユニット２を選定し調節弁４１ｂに対し作動指令を
出すようにする。調整弁４１ｂの設定値も前述と同様第
３図により設定出来、ユニット１．ユニット２共許容値
を超える場合は、ユニット２の選定時と同様の手段で自
動的に次のユニット３が選ばれ、排熱回収ボイラ５ｃか
ら抽気するようにするものである６一方、圧力が立ち補
助蒸気として抽気する必要が無くなった場合は、開動作
時とは逆の順に補助蒸気管寄３９の圧力を一定に維持し
ながら調整弁４１ｎから閉動作するようにする。

第１図は、第２図における制御装置４５の制御系統図を
示す。軸負荷検出器４７は、通常、コンバインドサイク
ル発電プラントの図示していない軸負荷制御装置に設け
られており、軸負荷出力信号４８を発信し、抽気量上限
設定器４９により軸負荷出力信号４８から当該軸補助蒸
気の抽気量上限設定値５ｏに変換される（第４図参照）
。

第２図の補助蒸気管寄３９に設けられた補助蒸気管寄３
９の圧力発信器４６は補助蒸気管寄３９の圧力信号５１
を発信し、この圧力信号５１により１５ａｔｇ一定に保
つよう圧力コン１−ローラ５２を動作させる。圧力コン
トローラ５２の出方は、この結果、補助蒸気用抽気蒸気
量設定値５３となり、この補助蒸気用抽気蒸気量設定値
５３はコンバインド発電プラントを構成する他のユニッ
ト他軸へも共通の補助蒸気用抽気蒸気量設定値５３ａ〜
５３ｎどして与えられる。この補助蒸気用抽気蒸気量設
定値５３ａは、前述の抽気量上限設定値５０ａと低信号
選択器５４ａにおいて比較し、当該軸負荷から求めた抽
気量上限設定値５０ａを越えない範囲で補助蒸気用抽気
蒸気量検出値５３ａが選択され、抽気蒸気量要求信号５
５ａを得る。

第２図に示す各ユニット軸毎の補助蒸気管４０８〜４０
ｎに設置されたＨ　ＲＳ　Ｇ抽気蒸気量発信器５６ａか
ら発信された抽気蒸気量信号５７ａは、前述の抽気蒸気
量要求信号５５ａと共に、流量コントローラ５８ａに入
力され、蒸気流量信号５７ａは、抽気蒸気量要求信号５
５ａに一致するよう動作し、補助蒸気調節弁自動開度指
令信号５９ａを得て、加算演算器６０ａを通過後、補助
蒸気調整弁バイアス後指令信号６１ａ自動／手動ステー
ション６２ａが自動であれば、補助蒸気管４０ａの補助
蒸気調整弁４１ａを開度制御する。

他軸起動等に伴い、補助蒸気必要量が増加し。

当該軸の抽気量上限に到達すると、補助蒸気用抽気蒸気
量設定値５３ａと抽気蒸気量要求信号５５ａの信号偏差
量が上限到達検出器６３ａにより上限到達信号６４ａと
して比較検出され、当該抽気許容蒸気量限界（第４図の
ハツチング外）を知る。

この上限到達信号６４ａは、コンバインドサイクル発電
プラント他軸信号と共に上限台数カウント回路６５に集
合され、上限台数信号６６を出力する。弁開台数指令回
路６７は、この上限台数信号６６を基に抽気開始弁台数
４Ｗ号６８を作成し、抽気軸選択回路６９に与える。

抽気軸選択回ｇ６９では、抽気が可能でかつ抽気開始前
の排熱回収ボイラ５がら、抽気軸選択順序パターンに従
って５抽気開始軸を決定する。

決定された該当の抽気開始軸には、補助蒸気調節弁自動
開度指令信号５９ａが、抽気軸選択回路６９より与えら
れる。自動開度指令信号７０ａが与えられる前の抽気開
始前軸の流量コントローラ５８ａは、抽気蒸気量要求信
号５５　ａと抽気蒸気量信号５７ａの０％信号との偏差
を出方しており、方、バイアスメモリ７１ａは、補助蒸
気調節弁開度信号７２ａのＯ％倍信号、抽気蒸気量要求
信号５５ａとの偏差を出力して、各々加算演算器６０ａ
に入力されているため、加算演算器６０ａがらの出力で
ある補助蒸気調節弁バイアス後指令信号６１ａは、０％
となっている。従って、自動開度指令信号７０ａが与え
られると、０％指令が調節弁開度指令となるが、バイア
スメモリ７１ａには上記偏差信号を徐々に釈放する機能
を持たすことにより補助蒸気調整弁バイアス後指令信号
６１ａは、スムースに０％から開度指令増加を始め、自
動／手動ステーション６２ａは既に自動となって、この
増加信号を調整弁４１ａへ送るため、補助蒸気管寄３９
への蒸気量は徐々に増加して、先に到達したＨＲ５Ｇ軸
の抽気量不足を補うようになる。

この追加動作の結果、上限到達軸の抽気量は低下し、追
加軸抽気量とバランスした時点でバイアスメモリ７１ａ
はリセットされ、複数軸の補助蒸気パララン制御に移行
する。

その後、更に、これらの抽気量が上限に到達すれば、ユ
ニット２の制御系である調整弁４１ｂが開かれ、順次調
整弁４１ｃ、４１ｎが開かれる繰り返し制御が行なわれ
る。

このように特定のユニットからのみ抽気せずかつ各ユニ
ットの運用状況に見合った抽気可能量が設定出来るため
、コンバインドサイクル発電プラントの発電効率は向上
し、特定のユニットの脱硝効率が異常に低下する、ある
いは系内エロージョンの発生、配管が振動するなどの異
常運転がなくなる。

［発明の効果コ 本発明によれば、特定のユニットからのみ多量の補助蒸
気を抽気することなく、各排熱回収ボイラの許容範囲で
各ユニット平均して抽気することができ、脱硝効率の低
下、系内流速の増大に伴う二ローションあるいは振動等
を防止出来、プラントとして安全性の高い運転を行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る制御系統図、第２図は第
１図の概略構成図、第３図は補助蒸気量とガスタービン
負荷の関係を示す特性曲線図、第４図は抽気量上限値と
軸負荷の関係を示す特性曲線図、第５図はコンバインド
サイクル発電プラントにおける１ユニツトの概略系統図
、第６図はコンバインドサイクル発電プラントの全体概
略図、第７図はドラム圧力と抽気補助蒸気量の関係、第
８図は配管内流速、脱硝装置入口ガス温度とドラム圧力
の関係をそれぞれ示す特性曲線図である。 ５・・・・・・排熱回収ボイラ、３９・・・・・・補助
蒸気管寄。 ４０・・・・・・補助蒸気管、４５・・・・・・制御装
置、４６・・・・・・補助蒸気管寄圧力発信器、４７・
・・・・・軸負荷検出器、４９・・・・・・抽気量上限
設定器、５２・・・・・・圧力コントローラ、６３・・
・・・・上限到達検出器、上限到達信号。 ６４・・・・・・ 第２図 第３図 刀°°スターロ“）負倚 第６図 ３９舖肋革気管所 第４図 一釦轡苛 第５図 第７図 Ｓ −；おｆ’を輔ｘｎＨ可増！ 第８図 Ｄ −ト′ラム１Ｅカ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の蒸気発生設備にそれぞれ補助蒸気供給ラインを設
   け、各補助蒸気供給ラインの蒸気を集合して補助蒸気使
   用部へ接続してなる補助蒸気供給装置において、 前記蒸気発生設備からの補助蒸気の抽気上限値を設定す
   る抽気上限値設定手段と、 当該蒸気発生設備が補助蒸気の抽気上限値に到達したこ
   とを検出する抽気上限値検出手段と、補助蒸気の供給が
   可能になつた蒸気発生設備を記憶する記憶手段と、 前記抽気上限値検出手段からの上限値検出信号により、
   当該蒸気発生設備からの補助蒸気量の増加を停止すると
   ともに、前記記憶手段に記憶されている抽気が可能な他
   の蒸気発生設備からの補助蒸気の供給を行なう制御手段
   とを備えていることを特徴とする補助蒸気供給装置。