JPH02252905A - 電力負荷変動時の発電プラント運転方法 - 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） この発明は、事前予測困難な大きな電力負荷変動が急激
に生じるおそれの多い工場等に設備される発電プラント
の運転方法に関する。

（従来技術） 工場等に設備する自家用発電プラントは、般に、外部電
力系（例えば、電力会社送電系）と並列運転することが
多く、並列運転している状態では、工場負荷が急激する
ような場合にも、逆送電による外部電力系との解列をす
ることなく、しかも、ボイラの制御系を乱すことなく、
安定して並列運転の継続を図ることが望まれる。

そして、この種の発電プラントでは、工場用蒸気を供給
可能な抽気・復水発電プラントが用いられる。

第３図（ａ）〜（Ｃ）は工場等に設備する従来の発電プ
ラントの主要部の概略構成図である。

図において、ボイラ１で発生した高温高圧の蒸気は、高
圧蒸気管２を経て高圧タービン３ａに入り、高圧タービ
ン３ａから出た蒸気は低圧蒸気管４を経て低圧タービン
３ｂに入り、両タービン３ａ、３ｂを通過する間に膨張
して両タービン３ａ、３ｂを回転させ、低圧タービン３
ｂから排出された蒸気は復水器５において冷却されてボ
イラｌへの給水として再利用するようにし、蒸気の一部
はタービン適所から抽気されて所内蒸気及び工場用蒸気
として使用される。

そして、電力負荷並びに工場用蒸気量の変動に対して、
蒸気タービン３　（高圧タービン３ａ＋及び低圧タービ
ン３ｂ）の速度は外電との同期で一定に保持されるため
、電気ガバナーの制御はその出力される操作信号により
主として、電力制御を高圧蒸気管２に設けた高圧蒸気加
減弁６で行い、抽気圧制御を低圧蒸気管４に設けた低圧
蒸気加減弁７によって行う運転法が採用される。

上記電力制御において、電力負荷が急減した場合に発生
電力調整のために、高圧蒸気加減弁６が急減した負荷に
応じた開度まで瞬間に絞り込まれると、ボイラｌはその
蒸気発生量を急減する動作となるが、燃焼制御系の応答
が遅いことや、ボイラの保有熱量が大きいために、この
負荷変動に追従できず、−時的にボイラ出口の蒸気圧力
及び温度は急上昇する。

この−時的に上昇する蒸気圧の異常上昇を抑制するのに
、次のような手法が採られている。

■　第３図（ａ）に示すように、高圧蒸気管２に放気弁
８を設け、この放気弁８を、蒸気圧力制御、若しくは手
動操作器（一般に遠隔操作が多い）を介して開き、高圧
タービン３ａに入る前の高温高圧の余剰蒸気を大気放出
する。

■　第３図（ｂ）に示すように、高圧蒸気管３ａに対し
て、タービンバイパスライン９と別置のダンプコンデン
サｌＯを配備し、タービンバイパスライン９に設けたバ
イパス弁１１を開いて高温高圧の余剰蒸気を減圧後ダン
プコンデンサ１０に放出して処理する。

■　第３図（Ｃ）に示すように、高圧蒸気管２に対して
設けたタービンバイパスライン１２を復水器５に接続し
、バイパス弁１３を開いて高温高圧の余剰蒸気を減圧、
減温後復水器５に放出して処理する。（特開昭５５−１
１７０１３号公報、特開昭５８−２４８９８号公報） ■　電力負荷′＠、減の信号を演算し、ボイラ制御系（
給水、燃料、空気）に先行的に負荷低減指令を与え、高
圧蒸気加減弁の上流側圧力（ボイラ側圧力）の急上昇を
防ぐ。　（特開昭５５−８４８０６号公報） （発明が解決しようとする課題） 上記するように、負荷が急減した場合に発生電力を調整
するために、■の放気弁等を開ける方法は、高温高圧の
蒸気を大量に放出しなければならず、運用の安全上及び
騒音公害上から問題が多い。■のダンプコンデンサを用
いる方法は、安全性、騒音公害防止性は優れているが、
別途、大型の熱交換器と過大な冷却水設備若しくは空冷
動力を必要とし、イニシャルコストが大きくなる。■の
復水器をダンプコンデンサとして用いる方法では、過大
な冷却設備は不要とするが、高温高圧の蒸気の減温減圧
装置と、大口径の配管設備を必要とし、設備費が大きく
なる。■のボイラ制御系へ先行信号を与え、蒸発量を降
下させて負荷追従を図る方法は、石炭焚き等の負荷追従
性の悪いボイラや、保有熱容量の大きいボイラに対して
は不充分であり、ボイラ及びタービンの安全運転上、寿
命劣化上問題がある。

また、事前予測困難な大きな電力負荷変動が急激に生じ
るおそれの多い工場、例えば、製紙工場等に設置される
発電プラントにおいて、石炭焚ボイラのように負荷追従
性の悪いボイラを備える場合は、負荷急減時に、高圧蒸
気加減弁が瞬間に絞り込まれると、ボイラ出口の蒸気圧
及び温度の上昇は顕著となるが、蒸気圧の上昇について
は、放気弁または作動で高圧蒸気を放出して設計許容上
限値を超えることはないにしても、高温高圧の蒸気の大
量吹き出しによる騒音公害の発生や、頻繁な作動による
高価な安全弁の損傷の促進等の問題があり、温度上昇は
場合によっては、ボイラ及びタービンの許容値をオーバ
ーすることになり、プラントの安全な運用の障害となる
ばかりか、主機の寿命劣化を促進する。

この発明は上述の点に鑑みなされたものであって、特に
、石炭焚ボイラのように負荷追従性の悪いボイラを備え
、事前予測困難な大きな電力負荷変動が急激に生じるお
それの多い工場等に設備される発電プラントの運転に好
適する運転方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するためのこの発明の要旨とするとこ
ろは、高圧タービンと低圧タービンを備え、電気ガバナ
ーで制御される複数の加減弁を有する産業用抽気・復水
タービン発電プラントにおいて、所定の範囲を超える負
荷変動時に、電気ガバナーの電力制御切換え機能により
、高圧蒸気加減弁が受け持つ電力制御機能を低圧蒸気加
減弁へ移行させ、低圧タービンで球面電力相当の発生電
力に調整し、高圧蒸気加減弁は電気ガバナーの弁動作制
限機能により、ボイラの負荷追従性に見合った比率で緩
慢に閉動作させる。一方、電気ガバナーの制御系から一
時的に外れた抽気圧力制御は抽気管に設けた自動圧力調
整装置で対処するようにしたことを特徴とする電力負荷
変動時の発電プラント運転方法にある。

（作　用） この発明では、電力負荷の変動が、予め設定した制限値
を超えない範囲にある平常運転では、主として電力制御
機能は高圧蒸気加減弁が受け持ち、負荷の変動により電
気ガバナーから出力される操作信号によって高圧蒸気加
減弁を開閉して電力制御を行い、低圧蒸気加減弁は抽気
圧力制御を行う。

工場フィーダトリップ等で２次側の電力負荷の変動が制
限値を超えて急減すると、電気ガバナーの電力制御切換
え機能が作動し、電力制御機能が低圧蒸気加減弁へ移行
され、低圧蒸気加減弁を閉動作して低圧タービンへの供
給蒸気量を減少させて低圧タービン出力によって電力負
荷急減に応答する。

同時に、電気ガバナーの弁動作制限機能（ジャンプ・レ
ート機能）の作動で、高圧蒸気加減弁はボイラの負荷追
従変化率に見合った比率で緩慢に閉動作を行わしめる。

この時、低圧蒸気加減弁で制限され、バランスのくずれ
た余剰蒸気は、抽気圧力上昇となって抽気管に設けた自
動圧力制御装置によって大気放出調節弁を開いて放出さ
れる。

一方、ボイラ発生蒸気量は、ボイラ自動燃焼制御装置に
よって高圧蒸気加減弁の緩慢な閉動作に応じて制御追従
し、急減した負荷に見合った蒸気量になるまでゆっくり
と減少し、これに伴い抽気管の大気放出調節弁からの放
出蒸気量も漸減し、放出量零で整定する。

この時点に至って電気ガバナーの電力制御切換え機能並
びに弁動作制限機能は自動的に解除され、各加減弁の制
御機能は元の状態に復帰し、減少した負荷に対応した運
転を継続する。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は発明を適用した発電プラントの概略構成図であ
る。

図において第３図と共通、若しくは対等部分については
同一符号を付ける。

この発明において、ボイラ１は、石炭焚きボイラ等の追
従性の悪いボイラで、主として固体燃料を燃焼する。１
４は高圧タービン３ａの蒸気出口部に接続した抽気管で
、この油気管１４には自動圧力調整装置を構成する圧力
検出器１５と大気放出調節弁１６を設け、管内の圧力を
圧力検出器１５が検出して大気放出調節弁１６を自動的
に開閉するようにしている。電気ガバナー１７は、発電
機１８に対して電路１９を介して接続した負荷群２゜に
おける電力負荷並びに抽気管１４を介して供給される工
場用蒸気量の変動に対し、電力負荷が予め設定した制限
値を超えない範囲の負荷変動に対しては（平常運転時）
、電気ガバナー１７がらの操作信号によって電力制御は
高圧蒸気加減弁６により行い、抽気圧制御は低圧蒸気加
減弁７により行う機能を備える他に、負荷変動が予め設
定した制限値を超える時には、電力制御機能を高圧蒸気
加減弁６から低圧蒸気加減弁７に移行させる電力制御切
換え機能と、高圧蒸気加減弁６を負荷追従変化率に見合
った比率で緩慢に閉動作を行わしめる弁動作制限機能を
備えている。

上記構成において、負荷群２０における電力負荷変動が
、予め設定した制限値を超えない範囲にある時の平常運
転では、負荷変動に伴う電気ガバナー１７からの操作信
号によって高圧蒸気加減弁６を開閉して電力負荷変動に
対応し、低圧蒸気加減弁７によって抽気圧制御が行われ
る。

次に、電力負荷変動が、予め設定した制限値を超えて急
減した場合の制御について、第２図（ａ）〜（ｇ）を参
照しながら説明する。

第２図（ａ） 負荷群における需要電力Ｗ０が急減して予め設定された
値以上の電力負荷急減信号Ｗ゛が電気ガバナーに入力さ
れると、電気ガバナーの電力制御切換え機能が作動し、
高圧蒸気加減弁が受け持つ電力制御機能が低圧蒸気加減
弁に移行される。

第２図（ｂ） 低圧蒸気加減弁は速やかに閉動作して低圧タービン人口
蒸気量Ｑ２を減少させて低圧タービン出力を電力負荷減
少に見合った出力に落とす。

第２図（Ｃ） 低圧タービンの出力低下により発電機の発生電力Ｗ２は
電力負荷急減後の需要電力に対応する。

第２図（ｄ） 電気ガバナーの電力制御切換えと同時に、電気ガバナー
の弁動作制限機能の作動で、高圧蒸気加減弁はボイラの
負荷追従変化率に見合った比率で緩慢に閉動作して高圧
タービン入口蒸気量Ｑ、（ボイラ出口蒸気量）は漸減す
る。

ボイラ発生蒸気量は、ボイラ自動燃焼制御装置によって
高圧蒸気加減弁の緩慢な閉動作に応じて制御追従し、急
減した負荷に見合った蒸気量になるまでゆっくりと減少
する。

第２図（ｅ） 電力制御機能が低圧蒸気加減弁へ移行されることによっ
て、抽気制御機能は電気ガバナーの制御系から外れ、余
剰蒸気Ｑ３によって油気圧力が上昇するが、この余剰蒸
気Ｑ、は抽気管に設けた自動圧力制御装置によって大気
放出される。

第２図（ｆ）、　（Ｊｔ） ボイラ出口蒸気圧力Ｐ及びボイラ出口圧力Ｔはほとんど
変化な（推移する。

第２図（ｄ）、　（ｆ）、（６）において、破線で示す
曲線は、本発明によらない場合をの各変化を表す。

尚、高圧タービンと低圧タービンとで構成される蒸気タ
ービンは、それを通過する蒸気の熱落差と流量によって
、発電量の最大値が決定されるものであり、この発明で
は、負荷急減時に低圧タービン出力を制御して発生電力
を急減させるため、受入れられる負荷急減の大きさは低
圧タービンが受け持つ発電量の範囲内に制限される。

（効　果） 上記するように、この発明によれば、次のような効果を
奏する。

■　電気ガバナーの持つ機能を有効に活用し、且つ、発
電プラントに運転上不可欠な抽気管の低圧蒸気大気放出
弁とを有機的に結合することによって、電力負荷急減時
においても、ボイラの制御系を乱すことなく、ボイラ出
口蒸気圧力及び温度を自動的に許容変動幅以内に保持し
、安定した発電プラントの運用が可能となる。

■　従来の発電プラントの運転に比べて、高温高圧の蒸
気を取り扱う安全弁の作動による損傷の防止、ボイラ及
び蒸気タービンの寿命劣化の防止、並びに運転員の負担
軽減が図られる。

■　電力負荷変動に対する応答が早く、外部電力系と並
列運転をしている場合に、外部電力系への逆送電を防止
し、解列することなく、並列運転を安定して継続するこ
とが出来る。

■　発電プラントに必要とされる設備に僅かな機能を追
加し、システム化することによって構成することが可能
であり、ダンプコンデンサ、過大な復水器や冷却水系統
設備、過大な減圧、減温装置や配管設備等を設置する必
要がなく、過大な冷却水、所内電力の確保を不要とし、
設備費の低減を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す発電プラントの概略構
成図、第２図は動作説明図、第３図（ａ）〜（Ｃ）は従
来の運転方法を説明するための発電プラントの概略構成
図である。 １・・・ボイラ、２・・・高圧蒸気管、３・・・蒸気タ
ービン、４・・・低圧蒸気管、５・・・復水器、６・・
・高圧蒸気加減弁、７・・・低圧蒸気加減弁、８・・・
放気弁、８′・・・安全弁、９・・・タービンバイパス
ライン、１０・・・ダンプコンデンサ、１１・・・バイ
パス弁、１２・・・タービンバイパスライン、１３・・
・バイパス弁、１４・・・抽気管、１５・・・圧力検出
器、１６・・・大気放出調節弁、１７・・・電気ガバナ
ー、１８・・・発電機、１９・・・電路、２０・・・負
荷群。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高圧タービンと低圧タービンを備え、電気ガバナーで制
   御される複数の加減弁を有する産業用抽気・復水タービ
   ン発電プラントにおいて、所定の範囲を超える負荷変動
   時に、電気ガバナーの電力制御切換え機能により、高圧
   蒸気加減弁が受け持つ電力制御機能を低圧蒸気加減弁へ
   移行させ、低圧タービンで急変電力相当の発生電力に調
   整し、高圧蒸気加減弁は電気ガバナーの弁動作制限機能
   により、ボイラの負荷追従性に見合った比率で緩慢に閉
   動作させると共に、電気ガバナーの制御系から一時的に
   外れた抽気圧力制御は抽気管に設けた自動圧力調整装置
   で対処するようにしたことを特徴とする電力負荷変動時
   の発電プラント運転方法。