JPH0486304A - タービンバイパスシステムを有するクロスコンパウンド形蒸気タービンの制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、タービンバイパスシステムを有するクロスコ
ンパウンド形蒸気タービンプラントの制御装置に関する
。

（従来の技術） 大容量発電用の蒸気タービンプラントにおいては、これ
までは重油等の液体燃料を使用する超臨界貫流ボイラが
多用されていたが、最近では重油使用量を低減させる目
的で、石炭を燃料とするドラム式自然循環ボイラを用い
たボイラが主流となってきており、Ｌ、ＯＯＯＭＷ級の
大容量発電プラントにおいても石炭火力ブランＩ・を採
用する傾向にある。

石炭火力プラントにおいてはタービンバイパスシステム
が採用されるが、大容量の蒸気タービンプラントでは、
プライマリ−タービンおよびセコンタリータービンを備
えたクロスコンパウンド形蒸気タービンが広く用いられ
ている。

このクロスコンパウンド形蒸気タービンのシステムは、
第２図に示すように、ボイラ１と、高圧タービン２、中
圧タービン３、発電機４ａが一軸に連結されたプライマ
リ−タービンと、２基の低圧タービン５ａ、５ｂに発電
機４ｂが一軸に連結されたセコンダリータービンと、復
水器６および給水系統から成る。

この給水系統は、復水器６とボイラ１との間を結ぶ給水
管に介挿した復水ポンプ７、給水加熱器８ａ、脱気器９
、給水ポンプ１ｏ、および給水加熱器８ｂから構成され
ている。

なお、ボイラ］は過熱器１１と再熱器１２を備えている
。

このような構成の蒸気タービンプラントにおいて、ター
ビン起動時には、ボイラ１の過熱器１］からの蒸気が主
蒸気止め弁１３を通り、蒸気加減弁（ＣＶ）１．４にて
流量制御された後、プライマリ−タービンの高圧タービ
ン２に流入してこれを駆動する。

高圧タービン２を出た蒸気は、ボイラ１の再熱器１２で
再熱され、再熱蒸気止め弁１５およびインターセプト弁
（ＩＶ）１６を通り、プライマリ−タービンの中圧ター
ビン３に流入してこれを駆動する。

中圧タービン３を出た蒸気はクロスオーバー管１７ａ、
１７ｂを通って低圧タービン５ａ、５ｂに流入し、これ
らを駆動する。

起動時のタービン昇速後、プライマリ−タービンの発電
機４ａとセコンダリータービンの発電機４ｂは同期缶入
され、２軸タービンとして同一回転数で回転することに
なる。

しかしながら、タービン昇速時にボイラ］がら出た蒸気
は、まずプライマリ−タービンに流入するため、セコン
ダリータービンを十分に昇速することかできない。

そこで、上述のような構成のクロスコンパウンドタービ
ンでは、タービン起動時において、ボイラ過熱器１］か
ら出た主蒸気の一部をスピードマツチング弁１８にて流
量制御し、クロスオーバー管１７ａ、］、７ｂに流入ぜ
しめて直接セコンダリタービンへ流入させることにより
、セコンダリータービンを昇速させて、プライマリ−タ
ービンと回転数を合わせた後、両者を同期併入させるよ
うにしている。

この同期併入は一般に半速同期と称され、プライマリ−
タービンおよびセコンダリータービンを定格回転速度の
約半分の回転数まで昇速さぜた段階で行われる。半速同
期後、スピードマツチング弁１８は全開とさり、蒸気加
減弁］４によってプライマリ−タービンおよびセコンダ
リータービンの回転数上昇および負荷上昇が制御される
。

以上か、人容間クロスコンパウンドシステムを用いた蒸
気タービンシステムの構成およびタービン起動方法であ
るが、タービンバイパスシステムを採用した場合には、
高圧バイパス弁１９と低圧バイパス弁２０を持つ２つの
バイパス系統が追加される。

高圧バイパス系統は、高圧バイパス弁］９を高圧タービ
ン２の人口に設けられた主蒸気止め弁１３の前から分岐
し、減温器２１ａを介して再熱ラインに接続して構成さ
れており、起動時に過熱器］１から発４１する高温・高
圧の蒸気を減圧、減温してボイラの再熱器１２に還流し
ている。

一方、低圧バイパス系統は、低圧バイパス弁２０を中圧
タービン３の入口に設けられた再熱蒸気止め弁］５の前
から分岐し、減温器２１ｂを介して復水器６に接続して
構成されており、起動時にボイラの再熱器１２から発生
ずる高温・高圧の蒸気を減温器２１．　ｂで減温させた
後、復水器６および給水系統を介してボイラ］へ還流し
ている。

ところで、発電プラントに上記高圧バイパス系統および
低圧バイパス系統を設けた場合、起動時には、ボイラで
発生した蒸気は、ボイラ１の過熱器１コ−一高圧バイパ
ス弁１９→ボイラの再熱器１２−低圧バイパス弁２０−
復水器６−＝給水系統−ボイラ］を順次還流する流動形
態となる。この流動形態を流れるのは、通例、ボイラ１
から発生ずる全蒸気量の３０％程度であり、この流動形
態の間、過熱器１１から発生ずる主蒸気の圧力および再
熱器］２から発生する再熱蒸気の圧力は高圧バイパス弁
１つおよび低圧バイパス弁２０によって制御される。

タービン起動時においては、蒸気加減弁１４およびイン
ターセプト弁］６により流量制御された主蒸気および再
熱蒸気か、高圧タービン２および１１圧タービン３に流
入し、プライマリ−タービンを昇速させる。一方、セコ
ンダリータービン側では、中圧タービン３を出た蒸気と
、スピードマツチング弁１８で流量制御された主蒸気が
低圧タビン５　ａ　ｓ　５　ｂに流入して昇速させる。

上記において、高圧タービン２の排気は、ボイラ］の再
熱器１２の入口に接続されているため、タービン起動時
、この圧力は低圧バイパス弁２０により制御されている
圧力より若干低い圧力となり、高圧タービン２の排気口
の蒸気密度は、タービンバイパス系統を使用しないシス
テムと比べると非常に亮い状態となる。

ところで、タービン回転時に羽根に発生する摩擦損失り
は １．５８ Ｌ　＝　Ｋ　−Ｄ−ρ　　・Ｕ　　Ｘ（１，／Ｖ）で表
わされる。

ここで、Ｋは定数、Ｄは羽根の外径、ρは羽根の高さ、
Ｕは羽根車の周速、■は蒸気比容積である。

高圧タービン排気口の蒸気密度が高い状態で高圧タービ
ンが昇速すると、羽根に発生ずる摩擦損失しは指数関数
的に上昇し、このため、タービンの羽根と高圧タービン
の排気温度は上昇する。−方、タービンの回転による羽
根の遠心応力が増加するため、羽根の許容温度も指数関
数的に降下する。その結果、通常の起動時には、第３図
に示すように、タービン回転数の上昇に伴い、定格回転
数付近では、タービン排気温度θｅが許容温度θｔを超
えてしまう現象か発生する。

そのため、タービン起動時には、高圧タービン２側に多
くの蒸気流量を流して高圧タービンのクーリングを行い
、インターセプト弁］６から中圧タービン３および低圧
タービン５ａ、５ｂに流入する蒸気量をその分だけ少な
くするような制御方法が採られている。

このような制御を行う制御装置のブロック図を第４図に
示す。同図において、プライマリ−タービン側のタービ
ン回転数制御回路３ｏがらの回転数偏差信号は、掛算器
３１．３２を介して所定の定数を乗算された後、加算器
３３．３４において負４ｉｊ設定回路３５からの信号、
またはこれを換算器３６を通して得た信号と加算される
。

蒸気加減弁］４側の加算器３３の出力は、負荷制限器３
７からの信号と共に低位優先回路３８に導かれ、その出
力か蒸気加減弁流量指令信号となる。この蒸気加減弁流
量指令信号は、ＦＡ／ＰＡ切替指令器３つによって切替
動作を行うＦＡ／ＰＡ切替回路４０を介して開度指令信
号となり、蒸気加減弁１４に伝えられる。

一方、インターセプト弁］６側の加算器３４には、掛算
器３２と換算器３６の出力と共に、バイアス回路４１か
らのバイアス信号が加算され、その出力は低位優先回路
４２に入力される。

また、蒸気加減弁側の低位優先回路３８から出力される
蒸気加減弁流量指令信号は、ゲイン設定器４３を介して
ゲインを調節された後、加算器４４にて、バイアス回路
４５からのバイアス信号を加算され、低位優先回路４２
の他方の入力端子へ加えられ、インターセプト弁］６の
流量指令信号を出力する。

なお、低値優先回路４２には、」二連のように、タービ
ン回転数制御回路３０からの信号が加えられているが、
通常、タービンが定格回転数以下で運転している場合、
タービン回転数制御信号は全開指令となるので、インタ
ーセプト弁１６の流量指令信号は上記蒸気加減弁流量指
令信号にて定まることになる。

また、セコンダリータービン側のタービン回転数制御回
路４６からの回転数偏差信号は、掛算器４７にて一定の
定数を乗算され、スピードマツチング弁１８の開度を制
御する。

上述のように、ゲイン設定器４３では、蒸気加減弁流量
指令信号をインターセプト弁流量指令信号に弯換するが
、このゲイン設定器の関数を第５図中に実線にて示す。

同図においては、蒸気加減弁流量指令信号か０からター
ビン１０％負荷相当の信号までの間、イン］０ ターセプト弁には蒸気加減弁の１／２の流量指令値が加
えられ、その後、蒸気加減弁の流量指令が増加するに従
って、インターセプト弁流量指令値が増加し、約２０２
６負荷相当の蒸気加減弁流量にて、インターセプト弁蒸
気流量指令と蒸気加減弁流量指令が１：１となるよう設
定されている。

これによりタービン起動時には、インターセプ！・弁１
６から流入する蒸気流量のほぼ２倍の流量の蒸気か蒸気
加減弁１５から流入し、高圧タービン２の十分なり−リ
ングが可能となり、高圧タビンの排気温度が低下する。

この時のタービンの回転数に対する高圧タービン排気温
度を第３図中の破線θＳで示す。

以上が、通常タービンバイパスシステムを有する蒸気タ
ービンの起動時の動作であるが、セコンダリータービン
に低圧タービンを配した大容量クロスコンパウンド形蒸
気タービンに上記タービンバイパスシステムを適用した
場合には、次のような問題点が発生する。

（発明か解決しようとする課＋ｊｆ３）１］ すなわち、タービン起動時には、プライマリ−タービン
はボイラー過熱器からの蒸気とボイラ再熱器からの蒸気
で駆動され、セコンダリータービンには中圧タービンを
通過した蒸気とスピードマツチング弁からの蒸気が流入
して駆動するが、上述したように蒸気加減弁側の蒸気流
量をインターセプト弁開の蒸気流量の２倍とした場合、
プライマリ−タービンの昇速時に、中圧タービンを流れ
る蒸気流量か低減し、十分な蒸気量を低圧タービンに流
入させることができなくなる。

この場合、セコンダリータービンを昇速するためには、
スピードマツチング弁から、多くの蒸気流量を低圧ター
ビンへ流し込まなければならないが、そのためには、ス
ピードマツチング弁として大口径の弁を使用しなければ
ならない。

また、スピードマツチング弁には主蒸気管から分流した
蒸気が供給されているため、高エネルギの蒸気が低圧タ
ービンへ流入する。一方、中圧タービンを通過してエン
タルピの下った蒸気の流入分が少なくなるため、低圧タ
ービン蒸気入口部の温度が上がり、低圧タービンの回転
部および静止部に使用している利料の使用限界を温度を
越えてしまう恐れがある。

本発明は、クロスコンパウンドタービンのタービンバイ
パス起動時における上述の問題点を解消し、しかも高圧
タービンの排気温度が必要以上に高くならない状態でタ
ービンの起動を実現し得る蒸気タービン制御装置を提供
することを目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の蒸気タービン制御装置は、高圧タービンの排気
温度を検出する検出器と、プライマリタービンの回転数
から高圧タービン排気温度制限値を算出する制限器を有
し、両者の偏差信号により、タービン起動時に、蒸気加
減弁からの流入蒸気量とインターセプト弁からの流入蒸
気量の比率を変化させることを特徴とするものである。

（作用） 上述のように構成した本発明の蒸気タービン制御装置に
おいては、タービン起動時の高圧タービン排気温度とタ
ービン回転数を監視し、高圧タービンの排気温度かその
制限値を越えない様に、高圧タービンに流れる蒸気流量
と中圧タービンに流れる蒸気流量を制御し、中圧タービ
ンを通過する蒸気量を多くすることによって、スピード
マツチング弁からの蒸気流入を少なくすることができる
。

（実施例） 次に、本発明装置の実施例を第１図に従って説明する。

なお、この実施例は、第２図と同一構成の蒸気タービン
プラントに適用した例を示し、また第４図におけると同
一部分には同一符号を付しである。

第１図において、排気温度制限器５０は、プライマリ−
タービン回転数検出器からの信号５１に基づいてタービ
ン排気の制限温度を設定する。この制限温度信号と、実
際の高圧タービン排気温度検出器からの信号５２を加算
器５３にてつき合わせ、それらの偏差を関数発生器５４
に入力する。

関数発生器５４は、実高圧排気温度が排気温度制限値よ
り高い場合に、所定の関数信号をゲイン設定器４３へ向
けて出力する。

ゲイン設定器４３は、通常のタービンバイパス運用範囲
内では、蒸気加減弁流量指令とインタセプト弁流量指令
が１．１となり、それを越えた場合に、十の信号、即ち
インターセプト弁流凰指令が蒸気加減弁流量指令よりも
大となる関数を出力する。このゲイン設定器の関数の例
を第６図に示す。

タービンの回転数が上昇し、高圧タービン排気温度５２
が上昇すると、関数発生器５４は十の信号を発生し、こ
の信号を受けてゲイン設定器４３の関数が第６図に示す
ように変化する。

上述のように、本発明装置においては、高圧タビン排気
温度が制限値より上昇した場合には、インターセプト弁
を流れる蒸気流量が制限され、結果として高圧タービン
通過蒸気量が増加し、高圧タービン排気温度が低下する
ことになる。このタービン回転上昇時の高圧タービン排
気温度の変］５ 化の様子を第７図に示す。

なお、以上の実施例では、関数発生器５４は入力が負の
場合に出力を０とする例につき説明したか、これと反対
に、入力か負の場合に一信号を出力するように関数発生
器５４を設定すれば、タービン起動時に、インターセプ
ト弁流量指令が蒸気加減弁流量指令よりも大となる関数
を出力することができ、第８図のような高圧タービン排
気温度特性を得ることかできる。

［発明の効果］ 本発明装置においては、プライマリ−タービンとセコン
ダリータービンの半速同期併入を行う際に、十分な蒸気
を低圧タービン側へ流すことが可能となるので、低圧タ
ービン蒸気人口部の異常な温度上昇を防止でき、また小
口径のスピードマツチング弁での運用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例を示すブロック図、第２図
は本発明が適用されるタービンバイパス系を含む蒸気タ
ービンプラントの概略系統図、第３図はタービン昇速時
における高圧タービン排気の温度および許容温度の特性
図、第４図は従来のタービン制御装置のブロック図、第
５図は従来のタービン制御装置のゲイン設定器から出力
される関数の説明図、第６図は本発明装置におけるゲイ
ン設定器の関数の説明図、第７図と第８図は本発明装置
における高圧タービン排気温度および許容温度の特性図
である。 １・・・・・・・・・ボイラ ２・・・・・・・・高圧タービン ３・・・・・・・・・中圧タービン ４　ａ　ｓ　４　ｂ・・・発電機 ５ａｓ　５ｂ・・・低圧タービン ６・・・・・・・・・復水器 ７・・・・・・・・復水ポンプ ８　ａ　％　８　ｂ・・・給水加熱器 ９・・・・・・・・脱気器 １０・・・・・・・・・給水ポンプ １］・・・・・・過熱器 １２・・・・・・・・・再熱器 ］３・・・・・・・・主蒸気止め弁 １４・・・・・・・蒸気加減弁 １５・・・・・・・・再熱蒸気止め弁 １６・・・・・・・・・インターセプト弁１７ａ、１７
ｂ・・クロスオーバー管 １８・・・・・・・・・スピードマツチング弁１９・・
・・・・・・・高圧バイパス弁２０・・・・・・・・・
低圧バイパス弁２１　ａ、　２１．　ｂ＝−・減温器 ３］、３２．４７・・掛算器 ３６・・・・・・・・・換算器 ３８．４２・・・低値優先回路 ４３・・・・・・・・・ゲイン設定器 ５４・・・・・・・・・関数発生器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プライマリータービンの高圧タービン蒸気入口に設置さ
   れた蒸気加減弁と、中圧タービン蒸気入口に設置したイ
   ンターセプト弁と、セコンダリータービン入口に設置さ
   れたスピードマッチング弁を制御するクロスコンパウン
   ド形蒸気タービンの制御装置において、前記高圧タービ
   ンの排気温度を検出する検出器と、前記プライマリータ
   ービンの回転数から高圧タービン排気温度制限値を算出
   する制限器を有し、両者の偏差信号により、タービン起
   動時に、蒸気加減弁からの流入蒸気量とインターセプト
   弁からの流入蒸気量の比率を変化させることを特徴とす
   るクロスコンパウンド形蒸気タービンの制御装置。