JPH0486308A - Steam-cooling gas turbine combined plant - Google Patents
Steam-cooling gas turbine combined plantInfo
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Abstract
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、ガスタービンの動静翼の冷却媒体として蒸気
を用いる蒸気冷却ガスタービンコンバインドプラントに
係り、特に排熱回収ボイラからの蒸気を冷却蒸気として
用いる際の冷却蒸気制御装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a steam-cooled gas turbine combined plant that uses steam as a cooling medium for moving and stationary blades of a gas turbine, and particularly relates to a steam-cooled gas turbine combined plant that uses steam as a cooling medium for moving and stationary blades of a gas turbine. The present invention relates to a cooling steam control device when using steam as cooling steam.
(従来の技術)
一般に、コンバインドサイクル発電の熱効率向上は、ガ
スタービンの高温化により達成され、近年のガスタービ
ンでは、タービン入1」温度で1100°C〜1300
°Cとなっている。(Prior art) Generally, improvement in thermal efficiency of combined cycle power generation is achieved by increasing the temperature of the gas turbine.
°C.
一方、タービン通路の動静翼は、従来から、コンプレッ
サの吐出空気またはコンプレッサ途中段からの抽気空気
をタービン動静翼の内部に流すことにより冷却され、高
温ガス中での強度が保たれている。On the other hand, the rotor and stationary blades in the turbine passage have conventionally been cooled by flowing compressor discharge air or bleed air from an intermediate stage of the compressor into the turbine rotor and stationary blades, thereby maintaining their strength in high-temperature gas.
ところで、タービン入口温度は、今後型々高温化してい
くことが予想され、それに伴ないタービン動静翼の冷却
を一層強化しなければならないが、そのためには、多量
の冷却空気が必要となる。ところが、冷却空気は翼を冷
却した後、タービンの主流ガスに合流するため、タービ
ンの途中段の主流ガス温度を下げてしまい、プラント効
率が低下するという問題がある。Incidentally, it is expected that the turbine inlet temperature will continue to rise in the future, and as a result, cooling of the turbine rotor and stationary blades must be further strengthened, which will require a large amount of cooling air. However, since the cooling air joins the mainstream gas of the turbine after cooling the blades, there is a problem in that the temperature of the mainstream gas in an intermediate stage of the turbine is lowered, resulting in a decrease in plant efficiency.
すなわち、タービンの高温化を行なうと、タービンの入
口温度の上昇による効率向上と、冷却空気で主流ガス温
度が降下することによる効率低下との両要素が共存して
いるため、タービン入口温度を徐々に上げていくと、1
300°Cの近傍において後者の影響が大きくなり、空
気冷却の方法では、1300℃以上の高温では、逆に熱
効率の低下を来たすようになる。第7図はその一例を示
すもので、タービン入口温度1300℃、1400℃に
おいて、コンバインドプラント熱効率は、それぞれ47
.2%、47.0%になっている。In other words, when increasing the temperature of the turbine, both factors coexist: efficiency increases due to an increase in the turbine inlet temperature, and efficiency decreases due to a decrease in the mainstream gas temperature due to cooling air, so it is necessary to gradually increase the turbine inlet temperature. If you raise it to 1
The influence of the latter becomes large near 300°C, and in the case of air cooling methods, at high temperatures of 1300°C or higher, the thermal efficiency conversely decreases. Figure 7 shows an example. At turbine inlet temperatures of 1300°C and 1400°C, the combined plant thermal efficiency is 47°C, respectively.
.. 2%, 47.0%.
この対策として、蒸気を冷却媒体にしてタービンの動静
翼内に流し冷却する方法が提案されており、その蒸気源
としては、ガスタービンの排熱を回収して蒸気発生を行
なう排熱回収ボイラ(以下HR3Gと称す)の蒸気を利
用するのが、効率上、信頼性確保上、および系統構成上
から好ましい。As a countermeasure to this problem, a method has been proposed in which steam is used as a cooling medium to flow inside the rotor and stationary blades of the turbine.The steam source for this method is an exhaust heat recovery boiler (which generates steam by recovering the exhaust heat of the gas turbine). It is preferable to use steam produced by a steam generator (hereinafter referred to as HR3G) from the viewpoint of efficiency, reliability, and system configuration.
また、高温部材冷却後の蒸気は、それ自身加熱されて高
いエンタルピを有しているので、コンパイドサイクルの
蒸気タービンに流入させて動力として回収することが、
全体の熱効率向上の観点からも好ましい。In addition, since the steam after cooling the high-temperature components is itself heated and has high enthalpy, it can be collected as power by flowing into the steam turbine of the compound cycle.
This is also preferable from the viewpoint of improving overall thermal efficiency.
(発明が解決しようとする課題)
ところで、蒸気冷却ガスタービンコンバインドプラント
において、HR3Gの発生蒸気を、ガスタービンの冷却
用に使用するとともに、冷却後の蒸気を蒸気タービンに
回収することを考えた場合、冷却蒸気の流量が適切であ
るとともに、冷却蒸気の圧力が適切であることが要求さ
れる。(Problem to be Solved by the Invention) By the way, when considering that in a steam-cooled gas turbine combined plant, the steam generated by HR3G is used for cooling the gas turbine, and the steam after cooling is recovered to the steam turbine. , it is required that the flow rate of the cooling steam is appropriate and the pressure of the cooling steam is appropriate.
すなわち、冷却蒸気流量は、HR8Gの取出し部の蒸気
圧力と、蒸気回収部(蒸気タービンへの流入部)との圧
力差で決まるため、−旦冷却蒸気系統を決めてしまえば
、ガスタービンの負荷により冷却蒸気流量は自動的に決
まってしまう。したがって、いかなるガスタービン負荷
においても冷却蒸気流量の下限を下廻らないよう、HR
8Gの蒸気取出し部位と蒸気タービンの蒸気回収部位を
設計上の圧力バランスにより決定するため、負荷帯を通
じて設計流量より多めの冷却蒸気流量となるような系統
設計となってしまう。In other words, the cooling steam flow rate is determined by the pressure difference between the steam pressure at the take-out section of HR8G and the pressure at the steam recovery section (inflow section to the steam turbine). Therefore, the cooling steam flow rate is automatically determined. Therefore, under any gas turbine load, the HR
Since the steam extraction site of the 8G and the steam recovery site of the steam turbine are determined based on the design pressure balance, the system design results in a cooling steam flow rate that is higher than the design flow rate throughout the load zone.
この方法では、ガスタービンの高温部材の保護は可能で
あるか、必要以上に冷却することにより、高温部材の熱
応力の負荷帯による不均一、全体効率の低下を来たす。In this method, is it possible to protect the high-temperature components of the gas turbine? Unnecessarily cooling the components causes non-uniform thermal stress on the high-temperature components due to the load band, resulting in a reduction in overall efficiency.
冷却蒸気は、必要最少限を流し、余剰の蒸気は蒸気ター
ビンで仕事をさせた方か、全体の熱効率上からは好まし
い。From the standpoint of overall thermal efficiency, it is preferable to flow only the minimum amount of cooling steam necessary and to let the surplus steam do work in the steam turbine.
また、冷却蒸気は、ガスタービンの動静翼等の高温部材
の内部を流れて内側より高温部材を冷却するものである
ので、本来はガスタービンのガスとは接触しないのが原
則であるが、接合部や静止部と回転部との摺動部等のわ
ずかな隙間からのリークが皆無とはいえない。そして、
ガス圧力よりも蒸気圧力が低く、ガスが蒸気流路側に混
入した場合には、回収蒸気に不純ガス成分が溶存したり
混入することになり、それが蒸気タービンを通ってf(
R8Gの蒸気系を循環するため、内部腐食等が問題とな
る。このため、常に蒸気側の圧力をガス圧力よりも高く
保ち、仮えリークが発生しても、蒸気がガス側にリーク
するようにしておく必要がある。In addition, cooling steam flows inside high-temperature components such as the moving and stationary blades of a gas turbine and cools the high-temperature components from the inside, so in principle it does not come into contact with the gas of the gas turbine. It cannot be said that there is no leakage from small gaps such as parts or sliding parts between stationary parts and rotating parts. and,
If the steam pressure is lower than the gas pressure and the gas mixes into the steam flow path, impure gas components will dissolve or mix in the recovered steam, which will pass through the steam turbine and become f(
Because it circulates through the R8G's steam system, internal corrosion becomes a problem. For this reason, it is necessary to always maintain the pressure on the steam side higher than the gas pressure so that even if a leak occurs, the steam will leak to the gas side.
本発明は、かかる現況に鑑みなされたもので、各運転負
荷において、必要最少限の冷却蒸気流量を過不足なく供
給することができるとともに、常に蒸気側の圧力をガス
圧力よりも高く保つことができる蒸気冷却ガスタービン
コンバインドプラントを提供することを目的とする。The present invention has been developed in view of the current situation, and is capable of supplying the minimum necessary cooling steam flow rate without excess or deficiency at each operating load, and is capable of always maintaining the pressure on the steam side higher than the gas pressure. The purpose is to provide a steam-cooled gas turbine combined plant that can
(課題を解決するための手段)
本発明は、前記目的を達成する手段として、ガスタービ
ン高温部材を、排熱回収ホイラから冷却蒸気調節手段を
介し供給される蒸気により冷却するとともに、冷却後の
蒸気を、蒸気タービンに回収する蒸気冷却ガスタービン
コンバインドプラントにおいて、ガスタービン高温部材
への熱負荷を表わすパラメータを検出する熱負荷検出手
段と、この熱負荷検出手段からの信号に基づき冷却蒸気
要求値を演算する演算手段と、前記冷却蒸気要求値と冷
却蒸気流量検出手段からの冷却蒸気流量信号との偏差に
応じた制御信号を出力する第1制御手段と、ガスパス圧
力を表わす運転パラメータを検出する圧力検出器と、こ
の圧力検出器からの信号にバイアス値を加え蒸気圧力設
定信号として出力する加算器と、前記蒸気圧力設定信号
と冷却蒸気圧力検出手段からの冷却蒸気圧力信号との偏
差に応じた制御信号を出力する第2制御手段と、前記両
制御手段からの制御信号のうち高い値の信号により前記
冷却蒸気調節手段を制御する高値選択手段とをそれぞれ
設けるようにしたことを特徴とする。(Means for Solving the Problem) As a means for achieving the above object, the present invention cools a gas turbine high temperature member with steam supplied from an exhaust heat recovery wheeler through a cooling steam regulating means, and In a steam-cooled gas turbine combined plant that recovers steam to a steam turbine, there is a heat load detection means for detecting a parameter representing a heat load on high-temperature components of the gas turbine, and a cooling steam request value based on a signal from the heat load detection means. a first control means for outputting a control signal according to a deviation between the cooling steam request value and a cooling steam flow rate signal from the cooling steam flow rate detection means; and a first control means for detecting an operating parameter representing gas path pressure. a pressure detector; an adder that adds a bias value to the signal from the pressure detector and outputs it as a steam pressure setting signal; and a high value selection means for controlling the cooling steam adjusting means using a signal having a higher value among the control signals from both the control means. .
(作用)
本発明に係る蒸気冷却ガスタービンコンバインドプラン
トにおいては、ガスタービン高温部材への熱負荷を表わ
すパラメータが熱負荷検出器により検出されるとともに
、この信号に基づき演算手段において冷却に必要な最少
限の冷却蒸気要求値が演算される。そして、この冷却蒸
気要求値と実際の冷却蒸気流量との偏差に応じた制御信
号が、第1制御手段から出力される。したがって、この
制御信号を用いて冷却蒸気調節手段を制御することによ
り、ガスタービンの熱負荷に応じた必要最少限の冷却蒸
気流量が得られる。(Function) In the steam-cooled gas turbine combined plant according to the present invention, a parameter representing the heat load on the gas turbine high-temperature components is detected by the heat load detector, and based on this signal, the calculation means uses the minimum amount necessary for cooling. The maximum cooling steam requirement is calculated. A control signal corresponding to the deviation between this cooling steam request value and the actual cooling steam flow rate is output from the first control means. Therefore, by controlling the cooling steam adjusting means using this control signal, the minimum necessary cooling steam flow rate can be obtained according to the heat load of the gas turbine.
一方、圧力検出器では、ガスパス圧力を表わす運転パラ
メータが検出されるとともに、加算手段においてこの信
号にバイアス値が加えられ、蒸気圧力設定信号として出
力される。そして、この蒸気圧力設定信号と実際の冷却
蒸気圧力との偏差に応じた制御信号が、第2制御手段か
ら出力される。On the other hand, the pressure detector detects an operating parameter representing the gas path pressure, and the addition means adds a bias value to this signal and outputs it as a steam pressure setting signal. A control signal corresponding to the deviation between this steam pressure setting signal and the actual cooling steam pressure is output from the second control means.
したがって、この制御信号を用いて冷却蒸気調節手段を
制御することにより、冷却蒸気の圧力を、ガス圧力より
も前記バイアス値分だけ常に高く保つことが可能となる
。Therefore, by controlling the cooling steam adjusting means using this control signal, it is possible to always maintain the pressure of the cooling steam higher than the gas pressure by the bias value.
ところで、前記第1制御手段からの制御信号のみにより
冷却蒸気調節手段を制御する場合、冷却には最適である
が圧力が不足するおそれがあり、逆に前記第2制御手段
からの制御信号のみにより冷却蒸気調節手段を制御する
場合、圧力は適切であるが流量が不足するおそれがある
。By the way, if the cooling steam regulating means is controlled only by the control signal from the first control means, although it is optimal for cooling, there is a risk that the pressure will be insufficient; When controlling the cooling steam regulating means, the pressure may be adequate but the flow rate may be insufficient.
そこで、本発明においては、高値選択手段で両制御信号
のうちの高い値の信号を選択し、この信号により冷却蒸
気調節手段を制御することで、このような不具合を解消
している。Therefore, in the present invention, such a problem is solved by selecting the higher value signal of both control signals by the high value selection means and controlling the cooling steam adjustment means using this signal.
(実施例)
以下、本発明の第1実施例を第1図ないし第4図を参照
して説明する。(Example) Hereinafter, a first example of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
第2図は、本発明に係る蒸気冷却ガスタービンコンバイ
ンドプラントの一例を示すもので、図中、符号1は、タ
ービン2および燃焼器3とともにカスタービンを構成す
るコンプレッサであり、このコンプレッサ1で昇圧され
た空気と燃料制御弁4で流量制御された燃料とは、燃焼
器3で混合燃焼され、タービン2を駆動して発電を行な
うようになっている。そして、ガスタービンの排ガスは
、第2図に示すように、HR8G5に送られて蒸気また
は水と熱交換した後、排出されるようになっており、H
R8G5で発生した高温の蒸気は、蒸気タービン6に流
入して発電するようになっている。Fig. 2 shows an example of a steam-cooled gas turbine combined plant according to the present invention. The air thus generated and the fuel whose flow rate is controlled by the fuel control valve 4 are mixed and burned in the combustor 3 to drive the turbine 2 and generate electricity. As shown in Figure 2, the exhaust gas from the gas turbine is sent to HR8G5, where it exchanges heat with steam or water, and then is discharged.
The high temperature steam generated by R8G5 flows into the steam turbine 6 to generate electricity.
この蒸気タービン6の排気蒸気は、第2図に示すように
、復水器7で水となるとともに、給水ポンプ8でHRS
G 5に送られ、節炭器9でガスタービン排ガスと熱
交換し昇温して蒸気ドラム10に流入するようになって
いる。As shown in FIG.
The gas is sent to G 5 , where it exchanges heat with the gas turbine exhaust gas in the economizer 9 to raise its temperature, and then flows into the steam drum 10 .
この蒸気ドラム10には、第2図に示すように、蒸発器
11が設けられ、ガスタービンの排ガスの熱を受けてド
ラム水の昇温、蒸発を行なうようになっており、蒸気ド
ラム10で発生した飽和蒸気は、加熱器1−2において
ガスタービンの高温の排ガスでさらに加熱され、過熱蒸
気として蒸気タービン6に送られるようになっている。As shown in FIG. 2, this steam drum 10 is provided with an evaporator 11, which receives heat from the exhaust gas of the gas turbine to raise the temperature of the drum water and evaporate it. The generated saturated steam is further heated by the high temperature exhaust gas of the gas turbine in the heater 1-2, and is sent to the steam turbine 6 as superheated steam.
前記加熱器12人側の蒸気の一部は、第2図に示すよう
に、冷却蒸気調節弁1−3を介しガスタービン冷却器1
4に導かれ、ガスタービンの高温部の動静翼内部を冷却
するようになっており、この冷却により加熱された冷却
蒸気は、前記蒸気タービン6の低圧段に回収されるよう
になっている。As shown in FIG. 2, a part of the steam from the heater 12 side is supplied to the gas turbine cooler 1 via the cooling steam control valve 1-3.
4 to cool the inside of the dynamic and stationary blades in the high temperature section of the gas turbine, and the cooling steam heated by this cooling is recovered to the low pressure stage of the steam turbine 6.
そして、前記冷却蒸気調節弁13は、第2図に示すよう
に、コンプレッサ出L1圧力検出器15、冷却蒸気流量
検出器16および冷却蒸気圧力検出器J7からの各出力
信号がフィードバック要素として入力される制御装置2
0により、開度制御されるようになっている。As shown in FIG. 2, the cooling steam control valve 13 receives output signals from the compressor output L1 pressure detector 15, the cooling steam flow rate detector 16, and the cooling steam pressure detector J7 as feedback elements. control device 2
0, the opening degree is controlled.
前記制御装置20は、第1−図に示すように、前記コン
プレッサ出口圧力検出器15からの出力信号とバイアス
設定器21からのバイアス信号とを加算する加算器22
を備えており、この加算器22から出力される蒸気圧力
設定信号23は、前記冷却蒸気圧力検出器17からの実
際の冷却蒸気圧力信号とともに減算器24に入力され、
その偏差が演算されるようになっている。そしてこの偏
差は、P■コントローラ25で処理された後、蒸気圧力
確保のための制御信号26として後述する高値選択器2
7に入力されるようになっている。As shown in FIG. 1, the control device 20 includes an adder 22 that adds the output signal from the compressor outlet pressure detector 15 and the bias signal from the bias setting device 21.
The steam pressure setting signal 23 output from the adder 22 is input to the subtracter 24 together with the actual cooling steam pressure signal from the cooling steam pressure detector 17,
The deviation is calculated. After this deviation is processed by the P controller 25, it is sent to the high value selector 2, which will be described later, as a control signal 26 for ensuring steam pressure.
7 is input.
前記コンプレッサ出口圧力検出器15がらの圧力信号は
また、第1−図に示すように、ガスタービンの運転負荷
を適確に表わすパラメータとして関数発生器28に入力
されるようになっており、この関数発生器28から出方
される冷却蒸気要求値29は、前記冷却蒸気流量検出器
16がらの実際の冷却蒸気流量信号とともに減算器3o
に入力され、その偏差が演算されるようになっている。The pressure signal from the compressor outlet pressure detector 15 is also input to a function generator 28 as a parameter that accurately represents the operating load of the gas turbine, as shown in FIG. The cooling steam demand value 29 output from the function generator 28 is input to the subtractor 3o together with the actual cooling steam flow rate signal from the cooling steam flow rate detector 16.
The deviation is calculated.
そしてこの偏差は、PIコントローラ31で処理された
後、必要最少限の冷却蒸気流量を得るための制御信号3
2として高値選択器27に入力されるようになっている
。After this deviation is processed by the PI controller 31, a control signal 3 is sent to obtain the minimum necessary cooling steam flow rate.
2 and is input to the high price selector 27.
この高値選択器27は、第1図に示すように、入力され
る両制御信号26.32を比較し、そのうちの高い値の
信号を常に選択するようになって1 ]
おり、選択された信号は、弁開度制御信号33として前
記冷却蒸気調節弁13に与えられるようになっている。As shown in FIG. 1, this high value selector 27 compares both input control signals 26 and 32 and always selects the signal with the higher value among them, and selects the selected signal. is applied to the cooling steam control valve 13 as a valve opening degree control signal 33.
そしてこれにより、ガスタービンの高温部材への冷却蒸
気流量が制御されるとともに、冷却蒸気流量が少なくて
もよい場合でも、蒸気圧力がガス圧力子バイアス信号下
に低下しないよう制御されるようになっている。As a result, the flow rate of cooling steam to the high-temperature components of the gas turbine is controlled, and even when the flow rate of cooling steam may be small, the steam pressure is controlled so as not to drop below the gas pressure element bias signal. ing.
次に、本実施例の作用について説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.
コンプレッサ出口圧力検出器15からの圧力信号は、バ
イアス設定器21からのバイアス信号と加算器22で加
算され、加算器22からの蒸気圧力設定信号23と冷却
蒸気圧力検出器17からの冷却蒸気圧力信号とは、減算
器24でその偏差が求められる。そして、この偏差は、
PIコントローラ23を介し、蒸気圧力確保のための制
御信号26として高値選択器27に入力される。The pressure signal from the compressor outlet pressure detector 15 is added to the bias signal from the bias setter 21 in an adder 22, and the steam pressure setting signal 23 from the adder 22 and the cooling steam pressure from the cooling steam pressure detector 17 are added. The deviation of the signal is determined by a subtracter 24. And this deviation is
Via the PI controller 23, it is input to the high value selector 27 as a control signal 26 for ensuring steam pressure.
一方、冷却蒸気流量要求値は、ガスタービンの運転負荷
を適確に表わすコンプレッザ出[−1圧力信号を関数発
生器28に入力することにより求められる6、このよう
にして求められた冷却蒸気要求値29は、減算器30に
おいて、冷却蒸気流量検出器1−6からの冷却蒸気流量
信号との間で偏差が求められ、この偏差は、PIコント
ローラ31を介し、冷却蒸気流量制御用の制御信号32
として高値選択器27に入力される。On the other hand, the cooling steam flow rate request value is obtained by inputting the compressor output [-1 pressure signal, which accurately represents the operating load of the gas turbine, to the function generator 28. A subtracter 30 calculates the deviation between the value 29 and the cooling steam flow rate signal from the cooling steam flow rate detector 1-6, and this deviation is converted into a control signal for controlling the cooling steam flow rate via the PI controller 31. 32
It is input to the high price selector 27 as a high price selector 27.
高値選択器27は、入力された両制御信号26゜32を
比較し、そのうちの高い値の信号を常に選択し、弁開度
制御信号33として冷却蒸気調節弁13に与える。冷却
蒸気調節弁13は、この弁開度制御信号33により開度
制御され、ガスタービンの高温部材への冷却蒸気流量が
制御される。The high value selector 27 compares both input control signals 26 and 32, always selects the signal with the higher value, and supplies it to the cooling steam control valve 13 as a valve opening degree control signal 33. The opening of the cooling steam control valve 13 is controlled by the valve opening control signal 33, and the flow rate of cooling steam to the high temperature components of the gas turbine is controlled.
第3図は、関数発生器28のカーブの一例を示すもので
、このカーブは、燃焼ガス温度のト昇とガスタービン高
温部材の冷却必要蒸気量とから決定される。FIG. 3 shows an example of a curve for the function generator 28, which curve is determined from the combustion gas temperature increase and the amount of steam required to cool the hot gas turbine components.
第4図は、ガスタービン負荷に対する燃焼ガス温度と冷
却必要蒸気量との関係を示すもので、図中、符号Aは燃
焼ガス温度、符号Bは、冷却なしの場合のガスタービン
高温部の平均メタル温度、符号Cは翼メタル温度の制限
値、符号りは冷却した場合のガスタービン高温部の平均
メタル温度、符号Eは必要交換熱は、符号Fは冷却必要
蒸気量をそれぞれ示す。Figure 4 shows the relationship between the combustion gas temperature and the amount of steam required for cooling with respect to the gas turbine load. In the figure, symbol A is the combustion gas temperature, and symbol B is the average of the high temperature section of the gas turbine without cooling. The metal temperature, symbol C, is the limit value of the blade metal temperature, symbol is the average metal temperature of the high temperature part of the gas turbine when cooled, symbol E is the required exchange heat, and symbol F is the required steam amount for cooling.
第4図からも明らかなように、翼メタル温度が制限値C
を越えたX点から冷却蒸気が必要となり、その量はガス
タービン負荷の上昇に伴ない増加する。冷却蒸気の増加
により、冷却なしの場合のガスタービン高温部の平均メ
タル温度Bは、X点で冷却を開始することにより、符号
りで示すようになり、制限値C内に制限される。As is clear from Figure 4, the blade metal temperature is at the limit value C.
Cooling steam is required from point X beyond the point X, and the amount increases as the gas turbine load increases. Due to the increase in cooling steam, the average metal temperature B of the gas turbine high temperature section in the case of no cooling is limited to a limit value C, as shown by the symbol, by starting cooling at point X.
コンプレッサ出口圧力は、ガスタービン負荷とほぼ等価
の量であるため、第3図のカーブは、横軸をコンプレッ
サ出口圧力として第4図の冷却必要蒸気量Fを決定して
いる。Since the compressor outlet pressure is approximately equivalent to the gas turbine load, the curve in FIG. 3 determines the required cooling steam amount F in FIG. 4 with the horizontal axis as the compressor outlet pressure.
なお、前述のように、第4図のX意思下では、翼メタル
温度が許容値以下であるため、本来蒸気冷却は必要ない
が、冷却蒸気調節弁13を全閉してしまうと、ガスター
ビン冷却器14内の冷却蒸気圧力が下かり、ガス圧力よ
りも低くなってしまう。そこで本実施例では、高値選択
器27により、冷却蒸気圧力が、ガス圧力にバイアス値
を加えた値より低くならないようにしている。As mentioned above, under the X intention in Fig. 4, the blade metal temperature is below the allowable value, so steam cooling is not necessary, but if the cooling steam control valve 13 is fully closed, the gas turbine The cooling steam pressure in the cooler 14 decreases and becomes lower than the gas pressure. Therefore, in this embodiment, the high value selector 27 prevents the cooling steam pressure from becoming lower than the gas pressure plus the bias value.
しかして、冷却蒸気流量を過不足なく供給でき、余剰供
給による効率低下や冷却不足によるガスタービン翼の損
傷を防IFすることができる。また、ガスの蒸気ライン
への混入も確実に防止することができる。As a result, the flow rate of cooling steam can be supplied in just the right amount, and IF can be prevented from reducing efficiency due to surplus supply and damage to the gas turbine blades due to insufficient cooling. Further, it is also possible to reliably prevent gas from entering the steam line.
第5図および第6図は、本発明の第2実施例を示すもの
で、前記第1実施例における制御装置20に代え、排ガ
ス温度検出器41からの排ガス温度信号もフィードバッ
ク要素とする制御装置40を用いるようにしたものであ
る。5 and 6 show a second embodiment of the present invention, in which a control device uses an exhaust gas temperature signal from an exhaust gas temperature detector 41 as a feedback element instead of the control device 20 in the first embodiment. 40 is used.
すなわち、この制御装置40は、第5図に示すように、
演算器42を備えており、この演算器42は、排ガス温
度検出器41からの排ガス温度信号と、コンプレッサ出
口圧力検出器15からの圧力比に関する信号とでガスタ
ービン入口温度を演算するとともに、この温度を変換(
例えば係数で変換)して翼メタル温度の推定値を求める
ようになっている。That is, this control device 40, as shown in FIG.
The calculator 42 calculates the gas turbine inlet temperature using the exhaust gas temperature signal from the exhaust gas temperature detector 41 and the pressure ratio signal from the compressor outlet pressure detector 15. Convert temperature (
For example, the estimated value of the blade metal temperature is obtained by converting the temperature using a coefficient.
この演算器42で求められた推定値は、第5図に示すよ
うに、設定器43からの翼メタルの制御制限目標温度と
の偏差が減算器44で求められ、この信号は、P■コン
トローラ45を介し出力されてPIコントローラ31か
らの出力信号とかけ算器46で1つ制御信号32とされ
た後、高値選択器27に入力されるようになっている。As shown in FIG. 5, the estimated value obtained by the calculator 42 is calculated by a subtracter 44, and the deviation from the control limit target temperature of the blade metal from the setting device 43 is obtained by the subtractor 44. 45 and multiplier 46 with the output signal from the PI controller 31 to form one control signal 32, which is then input to the high value selector 27.
前記演算器42での計算式の例を以下に示す。An example of a calculation formula in the arithmetic unit 42 is shown below.
(演算器42の出力)−(係数K 1)×(排ガス温度
)×(コンプレッサ出口圧力)×(係数に2)
・・・・・・(1)
なお、その他の点については、前記第1実施例と同一構
成となっており、作用も同一である。(Output of the calculator 42) - (Coefficient K1) x (Exhaust gas temperature) x (Compressor outlet pressure) x (2 for the coefficient) ...... (1) For other points, It has the same configuration as the embodiment, and the operation is also the same.
しかして、このように構成しても、Aif記第1実施例
と同様の効果が期待できる。Even with this configuration, the same effects as in the first embodiment described in Aif can be expected.
なお、前記両実施例では、冷却蒸気調節手段として調節
弁13を用いる場合について説明したが、電動弁、ピス
トン弁、可変オリフィス等、他の調節手段を用いるよう
にしてもよい。また、冷却器気必要量をコンプレッサ出
口圧力で決定せず、燃料流量やガスタービン負荷等、ガ
スタービンの運転負荷を表わすパラメータであれば、ど
のようなものを用いてもよい。In both of the above embodiments, the case where the control valve 13 is used as the cooling steam control means has been described, but other control means such as an electric valve, a piston valve, a variable orifice, etc. may be used. Further, the required amount of cooler air is not determined by the compressor outlet pressure, but any parameter representing the operating load of the gas turbine, such as fuel flow rate or gas turbine load, may be used.
また、前記両実施例では、蒸気流量の検出手段として、
蒸気流量を直接検出する検出器16を用いる場合につい
て説明したが、冷却部前後の蒸気圧力や温度と冷却蒸気
流路部の抵抗係数とから、実蒸気流量を推定計算し、こ
の信号をフィードバック信号とするようにしてもよい。Furthermore, in both of the above embodiments, as a means for detecting the steam flow rate,
Although we have described the case where the detector 16 that directly detects the steam flow rate is used, the actual steam flow rate is estimated and calculated from the steam pressure and temperature before and after the cooling section and the resistance coefficient of the cooling steam flow path section, and this signal is used as the feedback signal. It may be done as follows.
また、コンプレッサ出[1圧力をカス圧力信号とせず、
ガスパス圧力を用いるようにしてもよい。In addition, the compressor output [1 pressure is not used as a waste pressure signal,
Gas pass pressure may also be used.
また、■I記両実施例では、蒸気流量の設定に対して、
蒸気流量を合致すべく制御しているか、第4図に示すよ
うに、必要交換熱量がガスタービン負荷によって与えら
れるので、この必要交換熱量を設定値として蒸気流量制
御するようにしてもよい。この場合のフィードバック量
は、交換熱量でなければならないので、実交換熱量は、
冷却器の入口と出I」の蒸気圧力からゴンタルピと蒸気
流量とにより演算して求めることになる。In addition, in both embodiments described in ■I, regarding the setting of the steam flow rate,
The steam flow rate may be controlled to match the steam flow rate, or as shown in FIG. 4, since the required exchange heat amount is given by the gas turbine load, the steam flow rate may be controlled using the required exchange heat amount as a set value. The amount of feedback in this case must be the amount of heat exchanged, so the actual amount of heat exchanged is
It is calculated from the steam pressure at the inlet and outlet I of the cooler using the gontal py and the steam flow rate.
また、前記両実施例では、冷却蒸気調節弁を計算で求め
る場合について説明したか、直接計測された高温部の翼
メタル温度またはこの温度を推定できる近傍の温度が、
設定温度(翼メタルの制御制限目標温度)になるよう蒸
気流量を制御するようにしてもよい。In both of the above embodiments, the case where the cooling steam control valve is calculated is explained, or the directly measured blade metal temperature of the high temperature part or the temperature in the vicinity where this temperature can be estimated is
The steam flow rate may be controlled so as to reach a set temperature (control limit target temperature of the blade metal).
以上説明したように、本発明によれば、蒸気冷却ガスタ
ービンの冷却蒸気流量を、最適かつ確実に制御すること
ができ、効率および信頼性を向上させることができる。As described above, according to the present invention, the cooling steam flow rate of the steam-cooled gas turbine can be controlled optimally and reliably, and efficiency and reliability can be improved.
第1図は本発明の第1実施例に係る蒸気冷却ガスタービ
ンコンバインドプラントの制御装置を示すブロック図、
第2図はプラントの全体構成図、第3図は関数発生器の
カーブの一例を示すグラフ、第4図はガスタービン負荷
に対する燃焼ガス温度、冷却蒸気要求量、熱交換量、高
温部の平均メタル温度の推移を示すグラフ、第5図は本
発明の第2実施例を示す第1図相当図、第6図は同様の
第2図相当図、第7図はタービン入口温度とコンバイン
ドサイクル熱効率との関係を示すグラフである。
1・・・コンプレッサ、2・・・タービン、5・・・H
R8G、6・・・蒸気タービン、13・・・冷却蒸気調
節弁、14・・・ガスタービン冷却器、15・・・コン
プレッサ出口圧力検出器、16・・・冷却蒸気流量検出
器、1−7・・・冷却蒸気圧力検出器、20.40・・
・制御装置、21・・・バイアス設定器、22. 24
. 30. 44・・・減算器、23・・・蒸気圧力設
定信号、25. 31゜45・・・PIコントローラ、
26.32・・・制御信号、27・・・高値選択器、2
8・・・関数発生器、29・・・冷却蒸気要求値、33
・・・弁開度制御信号、41・・・排ガス温度検出器、
42・・・演算器、43・・・メタルの制御制限目標温
度設定器、46・・・かけ算器。FIG. 1 is a block diagram showing a control device for a steam-cooled gas turbine combined plant according to a first embodiment of the present invention;
Figure 2 is a diagram of the overall plant configuration, Figure 3 is a graph showing an example of the curve of the function generator, and Figure 4 is the combustion gas temperature, cooling steam requirement, heat exchange amount, and average high-temperature section for the gas turbine load. A graph showing the transition of metal temperature, Fig. 5 is a diagram corresponding to Fig. 1 showing the second embodiment of the present invention, Fig. 6 is a similar diagram corresponding to Fig. 2, and Fig. 7 is a graph showing the turbine inlet temperature and combined cycle thermal efficiency. It is a graph showing the relationship between 1...Compressor, 2...Turbine, 5...H
R8G, 6... Steam turbine, 13... Cooling steam control valve, 14... Gas turbine cooler, 15... Compressor outlet pressure detector, 16... Cooling steam flow rate detector, 1-7 ...Cooling steam pressure detector, 20.40...
- Control device, 21... Bias setting device, 22. 24
.. 30. 44... Subtractor, 23... Steam pressure setting signal, 25. 31°45...PI controller,
26.32... Control signal, 27... High value selector, 2
8...Function generator, 29...Cooling steam request value, 33
...Valve opening control signal, 41...Exhaust gas temperature detector,
42... Arithmetic unit, 43... Metal control limit target temperature setter, 46... Multiplier.
Claims (1)
調節手段を介し供給される蒸気により冷却するとともに
、冷却後の蒸気を、蒸気タービンに回収する蒸気冷却ガ
スタービンコンバインドプラントにおいて、ガスタービ
ン高温部材への熱負荷を表わすパラメータを検出する熱
負荷検出手段と、この熱負荷検出手段からの信号に基づ
き冷却蒸気要求値を演算する演算手段と、前記冷却蒸気
要求値と冷却蒸気流量検出手段からの冷却蒸気流量信号
との偏差に応じた制御信号を出力する第1制御手段と、
ガスパス圧力を表わす運転パラメータを検出する圧力検
出器と、この圧力検出器からの信号にバイアス値を加え
蒸気圧力設定信号として出力する加算手段と、前記蒸気
圧力設定信号と冷却蒸気圧力検出手段からの冷却蒸気圧
力信号との偏差に応じた制御信号を出力する第2制御手
段と、前記両制御手段からの制御信号のうち高い値の信
号により前記冷却蒸気調節手段を制御する高値選択手段
とを具備することを特徴とする蒸気冷却ガスタービンコ
ンバインドプラント。In a steam-cooled gas turbine combined plant in which the gas turbine high-temperature components are cooled by steam supplied from an exhaust heat recovery boiler via a cooling steam regulating means, and the cooled steam is recovered to the steam turbine, the gas turbine high-temperature components are cooled. heat load detection means for detecting a parameter representing the heat load of the heat load; calculation means for calculating a cooling steam request value based on a signal from the heat load detection means; a first control means that outputs a control signal according to the deviation from the steam flow rate signal;
a pressure detector for detecting an operating parameter representing the gas pass pressure; an addition means for adding a bias value to the signal from the pressure detector and outputting it as a steam pressure setting signal; A second control means for outputting a control signal according to a deviation from a cooling steam pressure signal, and a high value selection means for controlling the cooling steam adjusting means with a signal having a higher value among the control signals from both the control means. A steam-cooled gas turbine combined plant characterized by:
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|---|---|---|---|
| JP20126490A JP2685336B2 (en) | 1990-07-31 | 1990-07-31 | Steam-cooled gas turbine combined plant |
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| JPH0486308A true JPH0486308A (en) | 1992-03-18 |
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Cited By (5)
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1990
- 1990-07-31 JP JP20126490A patent/JP2685336B2/en not_active Expired - Fee Related
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| CN113340204A (en) * | 2021-07-14 | 2021-09-03 | 深能合和电力(河源)有限公司 | Method for measuring turbine hot part based on laser measuring instrument |
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