JPH04143405A - 複合サイクル発電プラントの補助蒸気供給方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービン
とを組合わせた発電機軸が複数軸設置された複合サイク
ル発電プラントの補助蒸気供給方法に関するものである
。

（従来の技術） 複合サイクル発電プラントの起動時には、脱気蒸気や蒸
気タービンのグランドシール蒸気が必要であり、排熱回
収ボイラから十分な蒸気が供給される前には、このため
の補助蒸気を他の設備から供給する必要がある。

多軸の複合サイクル発電プラントのどれかの軸が運転し
ているときは、他の軸の起動時に必要とする補助蒸気は
運転中の軸から供給される。

第４図は、このような従来の補助蒸気供給方法の一例を
示すもので、簡単のために３軸の複合サイクル発電プラ
ントの場合を示している。

第４図において、複合サイクル発電プラントの１つの軸
１は次のようにして起動される。すなわち、補助蒸気管
２には補助ボイラ３が接続されており、起動時は流入弁
４を開にして補助ボイラ３から補助蒸気を供給し、これ
を脱気蒸気および蒸気タービン９のグランド蒸気として
ガスタービン５を起動する。

ガスタービン５の排ガスは排熱回路ボイラ６に入り、復
水器７から給水ポンプ８で送られる給水を加熱して蒸気
を発生させ、これで蒸気タービン９を駆動し、ガスター
ビン５と蒸気タービン９の両方で発電機１０を駆動して
電力を発生する。

ガスタービン５の圧力が増加すると発生蒸気量も増加し
、補助蒸気は必要がなくなるので流入弁４を閉める。さ
らに発生蒸気量が増加すると他軸への蒸気供給が可能と
なるので、流出弁１１を開にし、調節弁１２を通して補
助蒸気母管２に補助蒸気（以後、供給蒸気と呼ぶ）を供
給する。

各軸制御装［１３は補助蒸気母管の圧力を検出する圧力
センサ１４から圧力信号を入力し、所定の圧力となるよ
うに＊節回１２を開閉制御する。

このようにして複合サイクル発電プラントの１つの軸が
運転されて供給蒸気を出しはじめると、補助ボイラ３は
停止される。

複合サイクル発電プラントの他の軸１５．１６を起動す
るときは、軸１からの供給蒸気を用いて起動を行い、他
の軸も出力の増加によって同様に供給蒸気を出す。

その後、複合サイクル発電プラントの１つの軸を停止さ
せるときは流出弁１１を閉にし、流入弁４を開にして複
合サイクル発電プラントの運転中の他の軸からの供給蒸
気を用いて補助蒸気を確保した後にガスタービン５と蒸
気タービン９を停止させる。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来の補助蒸気供給方法では補助蒸気母管圧力を一
定に保つように調節弁が開閉されるので、すでに運転中
の軸から供給蒸気が出されて母管圧力が確立されると、
次に起動する軸の圧力調節弁は閉したままとなり、従っ
て最初に起動した軸だけに供給蒸気の負担が集中し、後
発の軸からは供給蒸気が出ないという現象が生ずる。

このように特定の軸だけに供給蒸気が集中すると、その
軸だけ大きな負担がかかり、この流出分を補充するため
に多量の補給水を受入れる必要があり、効率低下を招く
だけでなく最悪の場合には運転に支障を招く恐れがある
。

また複合サイクル発電プラントは、本来高い熱効率を有
することを特徴としており、従って各軸ができるだけ均
等に流出蒸気を供給することが望ましい。

本発明は、各軸での供給蒸気が均等になるような補助蒸
気の供給方法を提供することを目的としており、特に次
の事項を考慮している。

■　均等化の補正のために補助蒸気管の圧力が急激に変
動することは避ける必要がある。また後発で起動し、供
給蒸気の供給が可能となったばかりの軸は、先発の軸に
比較して蒸気の発生量や圧力が小さく、早急に均等化を
行うことはかえって不都合を招く。従って均等化は比較
的時間をかけてゆるやかに行うことが望ましい。

■　厳密な均等化を行うと、全軸の調節弁が常に微小な
開閉動作を継続し、それに伴なって常に補助蒸気母管の
圧力が変動する。母管の圧力は安定化させることが必要
であり、従って均等化の目標を設定して均等化が達成で
きた後は、調節弁の挙動が安定するような方法が望まし
い。

■　発電所の全軸が運転中は、発電所全体で消費される
補助蒸気量がほとんどゼロに近い値となる。このような
状態で各軸に均等に供給蒸気の量を分担させると各軸の
１１節弁は微開となり、弁体に悪い影響を与えるので、
消費される補助蒸気量が少いときは無理な微開運転は避
けることが望ましい。

（イ）均等化を実現するには、圧力センサと制御装置と
を統一して同じ制御指令で各軸の圧カＷｉＵＷｉ弁を制
御する方法が最も簡単であるが、これでは１箇所の故障
が発電所全体に影響を及ぼし、複数軸で構成されて危険
分散が図られている複合サイクル発電所の特徴が生かさ
れない。制御装置やセンサの故障などの事故を想定した
場合、各軸の制御装置で圧力制御を行い、均等化の補正
信号は別個にバイアス信号として与えることが望ましい
。

すなわち本発明は、これらの点を考慮した上で、各軸の
供給蒸気が均等になるような複合サイクル発電プラント
の補助蒸気供給方法を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段および作用）本発明は、各
軸ごとに供給蒸気量を検出する流量センサと流出弁の全
開を検知する計器を設けると共にそれらの信号を入力す
る統括制御装置を設け、所定の演算に従って各軸に対す
るそれぞれのバイアス指令を各軸制御装置に出方するよ
うにしている。

統括制御装置には、各軸の中で供給蒸気量が最も少い軸
を選択する選択回路と、各軸に対応するパルス発生器を
備え、選択された軸の調節弁の開度を増加させるパルス
信号を発生する手段と、各軸間の供給蒸気差の最大差を
算出する手段と、各軸の供給蒸気量の総和を求め、その
値を流出弁が全開している軸数で除算して平均供給蒸気
量を算出する手段と、上記の最大差と平均供給蒸気量が
所定値以上のときに上記のパルス信号を発生させる手段
が設けられ、このパルス信号を調節弁の開操作を行うバ
イアス指令として使用している。

また、上記の平均供給蒸気量が所定値以下のときは、各
軸の供給蒸気量が所定値以上であるか否かを判断し、所
定値以上である軸の間で供給蒸気量が最も少い軸を選ぶ
選択器と、各軸に対応するパルス発生器と、調節弁が微
開していることを検出する検出回路を設け、この検出回
路の出力が成立しているときに、パルス信号を発生させ
る手段を設け、このパルス信号を調節弁の開操作を行う
バイアス指令として使用する 供給蒸気が最も少ない軸を選び、その軸の各軸制御装置
に対して調節弁を開けるようにパルス信号でバイアス指
令を与えると、各軸制御装置は調節弁を開操作し、その
軸の供給蒸気を増加させる。

これによって補助蒸気母管圧力が一時的に上昇し、その
結果他軸の調節弁は閉って供給蒸気が減少する。バイア
ス指令は所定の周期で繰返されるパルスなので、このよ
うな補正を繰返すことによって各軸の供給蒸気量が均等
化される。

均等化の達成は、各軸間の供給蒸気量の最大値を算出し
、その値が所定の裕度以下になったことで判断され、こ
れが達成されるとバイアス指令は出力されない。また発
電所全体の供給蒸気量の総和から、それを各軸に分配し
た平均供給蒸気量を算出し、その値が調節弁の許容値以
下となったときは、均等化を行うと調節弁自体に悪影響
があるのでバイアス指令が出方されないようにする。

さらに調節弁に対する悪影響を軽減するために、供給蒸
気量が所定値以上である軸を選択し、それらの内で供給
蒸気量量も少い軸を選んで調節弁を開き、これによって
微開状態の調節弁を全閉させ弁体に対する悪影響を防止
する。この動作は微開している調節弁が１つでも検出さ
れている間は継続され、最終的に供給蒸気量が多い軸間
で均等化が達成され、それ以外の軸は調節弁が全閉とな
る。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図に示す。

第１図において、複合サイクル発電プラントの各軸には
、供給蒸気量を検出するセンサ１７と、流出弁１１の全
開状態を検出する計器１８が設けられ、それらの信号は
統括制御袋！１９に入力される。

統括制御装置１９は後述する判断回路によって各軸ごと
のバイアス指令ａを出力して各軸制御装置１３に入力す
る。

統括制御装置１９の内部に構成される判断回路の一例を
第２図に示す。

第２図において統括制御装置１９は、各センサ１７から
各軸の供給蒸気量を入力して全軸の総供給蒸気量すを算
出する加算器２０と、各計器１８がら各軸の流出弁全開
の接点を入力して補助蒸気供給が可能な軸数Ｃを演算す
る加算器２１と、上記総供給蒸気量すを軸数Ｃで除算し
て平均供給蒸気量ｄを算出する除算器２２と、所定の制
限値ｅと平均供給蒸気量ｄとを比較し、ｄ）ｅのときに
接点出力ｆを出力する比較器２３と、各軸の供給蒸気量
を入力してその最大値ｇを選択する最大値選択器２４と
、同じく最少値りを選択する最小値選択器２５と、最大
値ｇから最小値りを減算して最大偏差ｊを算出する減算
器２６と、最大偏差ｉと所定の裕度ｊとを各軸の供給蒸
気量を比較し、最も小さい値の軸を選択し、この軸のみ
の接点出力Ｑを出力する選択器２８と、上記の接点出力
ｆとｋとＱの全部が出力されたことを検知して各軸ごと
の接点出力ｍを出力するＡＮＤ回路２９．３０．３１と
、接点出力ｍが出力されている間、一定周期のパルスを
バイアス指令ａとして出力する各軸ごとのパルス発生器
３２．３３゜３４を備えている。

第１図および第２図において、各軸制御装置１３は従来
の場合と同じように補助蒸気母管圧力を所定の値にする
ように調節弁１２を制御している。

統括制御装置１９は各軸間の供給蒸気量の均等化を行う
ために、供給蒸気量が少い軸に対して調節弁の開度を増
大するようにバイアス指令ａを出力する。

このバイアス指令ａを受けた各軸制御装ｆ［１３は調節
弁１２の開度を大きくし、その結果補助蒸気母管圧力が
上昇し、それを受けて他軸の調節弁１２は開度を小さく
し、これによって軸間の供給蒸気量が均一化される。

バイアス指令ａはパルス発生器３２．３３．３４からあ
る周期のパルスとして出力されるので、調節弁１２は少
しずつ開操作が行行われ、補助蒸気母管圧力の急激な変
動がないゆるやかな均等化が行われる。

バイアス指令ａは、最も供給蒸気量が少い軸を選択器２
８で選択し、接点出力Ｑが出力された軸のみにあたえら
れるので、最も供給蒸気量が少い、すなわち最も後発で
起動された軸に最優先でバイアス指令ａが与えられる。

またバイアス指令ａは複数の軸に同時に出力されること
がないので、母管圧力に大きな外乱を与えることがない
。

補正を行って、ある軸の供給蒸気が増えた結果として他
軸の供給蒸気の方が少くなったときは、この軸に対して
同様な補正が行われる。

また最大値選択器２４と最小値選択器２５によって最大
値ｇと最小値りを求め、最大偏差ｉが裕度ｊより大きい
場合のみ、比較器２７から接点出力ｋを出力し、そのと
きだけバイアス指令ａが許可されるようにしているので
、各軸の供給蒸気量の偏差が所定の裕度となるまで均等
化の補正が行われ、ある程度の均等化が達成されて偏差
が裕度以下になると補正を中止して母管圧力を安定化さ
せる。

また、加算器２０．２１と除算器２２とを用いて発電所
全体の総供給蒸気量すを求め、これを供給蒸気を出して
いる軸数Ｃで除算し、平均供給蒸気量ｄを算出しており
、この平均供給蒸気量ｄは均等化を行ったときに各軸が
分担する供給蒸気量であるが、調節弁１２には最小流量
の制限値があるので、これより少ない供給蒸気量になる
と問題がある。

そこで、比較器２３によって制限値ｅと平均供給蒸気量
ｄを比較し、ｄｉｅのときは接点出力ｆを出力せず、従
って均等化は行われず、各軸の調節弁１２は現在の開度
を維持するので弁体への悪影響を避けることができる。

以上の動作によって発電所全体で消費される補助蒸気量
が多量であり、各軸に配分しても問題ないときは、各軸
間の供給蒸気量の差がある裕度内に入るように均等化が
行われる。また統括制御装置が故障しても、バイアス指
令が出力されな１１だけであり、各軸制御装置はそれぞ
れの圧力制御を継続するので、システム全体の信頼性を
低下させることはない。

本発明に用いられる統括制御装置１１９内の判断回路の
他の例を第３図に示す。

第３図において、統括制御装置１９は各軸ごとのバイア
ス指令ｎを出力し、第２図による各軸ごとのバイアス指
令ａとＯＲ回路３５．３６．３７でＯＲをとって各軸制
御装置１３に出力している。

すなわち、センサ１７で検出された供給蒸気量を、所定
の制限値ｅと比較して、供給蒸気量が制限値ｅより大き
いときに、接点出力Ｏが出力されていないときは、供給
蒸気量ｐの出力を行わない切替器４１．４２．４３と、
各軸の供給蒸気量ｐを比較して最も／Ｊ１さい値を示す
軸のみの接点出力ｑを出力させる選択器４４と、供給蒸
気量がゼロ以上で制限値ｅ以下のとき接点出力ｒを出力
する比較器４５．４６゜４７と、各軸の接点出力ｒをＯ
Ｒで検知して接点出力Ｓを出力するＯＲ回路４８と、上
記供給蒸気量ｐ内で最大偏差が所定の裕度ｊより大きい
ときに接点出力ｔを出力する最大値選択器４９、最小値
選択器５０、減算器５１および比較器５２と接点出力Ｓ
と接点出力ｔをＯＲで検知して接点出力Ｕを出力するＯ
Ｒ回路５３と、接点出力ｑと接点出力Ｕと接点出力ｆの
否定条件の全部が成立したときに接点出力Ｕを出力する
ＡＮＤ回路５４．５５．５６と、接点出力Ｕが入力され
ている間、一定の周期でパルスを発生し、バイアス指令
ｎとして出力するパルス発生器５７．５８．５９と、バ
イアス指令ａとｎをＯＲで出力するＯＲ回路３５．３６
．３７を設け、ＯＲ回路３５゜３６、３７の出力をバイ
アス指令として各軸制御装置に対して出力する。

前記第２図の例は平均供給蒸気量ｄが大きい場合であり
、従って接点出力ｆが出力されたときにバイアス指令ａ
ｔｉ−呂力しているが、第３図の例は接点出力ｆが成立
しないときにもバイアス指令ｎを出力するようにしたも
のである。

このため、比較器４１．４２．４３を設けて、供給蒸気
量が制限値ｅより大きい軸だけの供給蒸気量ｐを選択器
４４に入力し、それ以外の軸の供給蒸気量ｐは選択器４
４に入力していないので、選択器４４では供給蒸気量が
制限値ｅより大きい軸の中で最も小さい値を示す軸が選
択されて接点出力ｑが出力され、この軸に対してバイア
ス指令ｎを与え、第２図の場合と同様にして調節弁１２
を徐々に開き、供給蒸気量が制限値ｅ以上にある軸間で
均等化補正を行う。調節弁１２を徐々に開いてゆくので
、供給蒸気量が制限値ｅ以下の調節弁に対しても均等化
の動作が行われる。

均等化の達成条件は、第２図の場合と同様に軸間の供給
蒸気量の最大偏差が裕度ｊより小さくなったことで判断
するが、第３図ではさらに比較器４５、４６．４７を設
け、供給蒸気量がゼロ以上で制限値ｅ以下の状態、すな
わち調節弁１２が微開状態に保持されていることを接点
出力ｒで検知し、１軸でもこの状態で運転されているこ
とを判断し、各軸の接点出力ｒをＯＲで検出して接点出
力Ｓとし、この接点出力Ｓが成立している間は均等化の
補正を継続する。接点出力ｒは調節弁１２が全閉となる
と供給蒸気量がゼロとなるので成立しなくなる。

これによって、全軸の微開の調節弁が全閉となるまで均
等化補正が行われ、これらが負担していた供給蒸気量を
開度の大きい調節弁に振り向けることが可能となり、こ
れによって調節弁の弁体にとって悪影響のある微開状態
での運転が防止され、供給蒸気を多量に供給している軸
間での均等化が安全に行われる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、統括制御装置によ
って供給蒸気量が最も少い軸を選択し、その軸に対して
短かいパルス信号の繰返しでバイアス指令を与え、調節
弁を徐々に開くようにしているので、補助蒸気母管の圧
力に大きな変動を与えることなく各軸の供給蒸気量を均
等化することができる。

この均等化達成の目標としては、最大値選択器と最小値
選択器を用いて各軸間の供給蒸気量の最大偏差を算出し
、偏差がある裕度内に入るまでは上記のバイアス指令を
出すことによって供給蒸気量の差が裕度内になるように
均等化する。均等化が達成された後はバイアス指令を出
さないので、補助蒸気母管圧力の安定化を図ることがで
きる。

また、各軸の供給蒸気量を加算して発電所全体の総和を
求め、これを供給蒸気を出している軸の数で分配して平
均の供給蒸気量を算出し、この値が調節弁の許容する流
量以下の場合はその軸の均等化動作を行わないようにし
ているので、微開による調節弁への悪影響を避けること
ができる。

さらに、供給蒸気量の多い軸を選び、その中で供給蒸気
量が最も少い軸に対してバイアス指令を与え、微開で運
転している調節弁がある間、これを継続することによっ
て微開の調節弁を全閉させ、それ以外の蒸気量が多い軸
間で均等化を行うようにすることもできる。

以上の動作によって特定の軸に供給蒸気が集中するよう
な不都合がなくなり、安全で確実な複合サイクル発電プ
ラントの補助蒸気供給が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図は第１
図における統括制御装置の第１の例を示す回路図、第３
図は同じく第２の例を示す回路図、第４図は従来の複合
サイクル発電プラントの補助蒸気供給方法の一例を示す
系統図である。 １．１５．１６・・・発電プラント軸　２・・・補助蒸
気母管３・・・補助ボイラ　　　　　　４・・・流入弁
５・・・ガスタービン　　　　　６・・・排気回収ボイ
ラ７・・・復水器　　　　　　　　８・・・給水ポンプ
９・・・蒸気タービン　　　　　１０・・・発電機１１
・・・流出弁　　　　　　　　１２・・・調節弁１３・
・・各軸制御装置　　　　　１４・・・圧力センサ１７
・・・蒸気量センサ　　　　　１８・・・計器１９・・
・統括制御装置　　　　　２０．２１・・・加算器２２
・・・除算器 ２３．２７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，４
５，４６，４７．５２・・・比較器２４．４９・・・最
大値選択器　　　２４．４９・・・最大値選択器２５．
５０・・・最小値選択器　　　２６．５１・・・減算器
２８．４４・・・選択器　　　　　　２９，３０，３１
，５４，５５，５６・・・ＡＮＤ回路３２．３３，３４
，５７，５８，５９・・・パルス発生器４１．４２，４
３・・・切替器　　　　　３５，３６，３７，４８，５
３・・・ＯＲ回路（８７３３）　　代理人　弁理士　猪
　股　祥　晃（ほか１名）茶 口 事 契 享 図 羊 困

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. それぞれガスタービン、蒸気タービン、発電機および排
   熱回収ボイラを主構成要素とする複数の発電軸から成る
   複合サイクル発電プラントの各排熱回収ボイラがそれぞ
   れの調節弁を介して共通の補助蒸気母管に接続され、排
   熱回収ボイラで発生する蒸気を、それぞれ各軸制御装置
   で制御されるそれぞれの調節弁および共通の補助蒸気母
   管を介して他の発電軸へ補助蒸気として供給する複合サ
   イクル発電プラントの補助蒸気供給方法において、各発
   電軸ごとにそれぞれの補助蒸気供給量を検出する蒸気量
   センサおよび補助蒸気供給動作状態にあることを検出す
   る計器を設けると共に、上記各軸の検出信号を入力し、
   所定の演算によって各軸制御装置の出力する調節弁の開
   度操作信号にそれぞれ付加されるパルス状のバイアス信
   号を各軸ごとに出力する共通の統括制御装置を設け、上
   記統括制御装置内で各軸の蒸気供給量を比較し、その最
   大偏差、平均値、および所定の各許容動作制御値に対応
   して、各軸からの蒸気供給量が均等化されるようなバイ
   アス信号を演算することを特徴とする複合サイクル発電
   プラントの補助蒸気供給方法。