JPS6025685B2 - ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タ−ビンの自動運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発電所の自動プラント起動、停止システムにお
いて、蒸気タービン制御装置により制御されるボィラ給
水ポンプ駆動用蒸気タービンの自動運転方法に関するも
のである。

火力発電所を例にとると、火力発電所の蒸気一給水系統
には蒸気を発生するボィラ、このボィラからの蒸気で回
転する蒸気タービン、この蒸気タービンの回転で発電す
る発電機があり、蒸気タービンで仕事の終った蒸気は復
水器によって水に戻される。

復水器のホットウェルにたまった復水は復水ポンプによ
って汲みだされ空気抽出器の作動蒸気の熱回収を行なっ
た後、低圧給水加熱器によって加熱された脱気器に至る
。ここで、ガス分を除かれ脱気器貯水タンクに一時貯め
られたボィラ給水は、ボィラ給水ポンプによって昇圧さ
れ高圧給水加熱器によって加熱されてボィラに押込まれ
る。給水加熱器、脱気器加熱用蒸気は補助蒸気またはタ
ービン中間段落から抽気され給水を加熱後生じた疎水は
給水中に加えられる。いわゆる再生サイクルを形成して
いる。一方、ボィラから発生する蒸気量はボィラを炊く
燃料とボィラに送り込む給水量によって制御されており
、特にプラントの起動、停止時の制御というのは殆んど
がボィラ給水量を増加または減少することによって行な
われている。

このボイラ給水の増加、減少を制御するのがボィラ給水
ポンプであり、その出口制御弁である。このボィラ給水
ポンプはボィラ給水量が多いこと、ボィラ給水量の増加
、減少幅が広いこと、プラント制御のかなめであること
、ボィラ給水ポンプの異常停止は直ちにプラントトリツ
プを伴なう、ということからバックアップを兼ね備えた
複数台のボィラ給水ポンプで構成されているのが普通で
ある。第１図はボィラ給水ポンプの構成とそれぞれのボ
ィラ給水ポンプの給水量を制御するボイラ給水制御装置
及びボィラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン制御装置の関
係を示したものである。

この第１図を説明すると、低圧給水加熱器から送られて
くる給水は脱気器１１へ送り込まれる。この脱気器１１
には１台の電動機駆動形ボィラ給水ポンプ１２と２台の
タービン駆動形ボィラ給水ポンプ１３，１４が並列に連
結されており、それぞれのボイラ給水ポンプ１２〜１４
出口には給水量を制御する出口制御弁１５，ボィラ給水
ポンプ停止中時の逆流を防ぐ逆止弁１６，１７が設けら
れている。この出口制御弁１５と逆止弁１６，１７を出
たポィラ給水は高圧給水加熱器１８を通りボィラ入口に
あるボィラ給水流量計１９でボイラ給水量が計測されボ
ィラに押込まれる。一方、電動機駆動形ボィラ給水ポン
プ１２には駆動用電動機２０が、タービン駆動形ボィラ
給水ポンプ１３，１４には駆動用蒸気タービン２１，２
２がそれぞれ連結されており、各ボィラ給水ポンプの動
力となっている。

また給水の制御は、第１のボィラ給水ポンプ駆動用蒸気
タービン制御装置（以下単に、駆動用蒸気タービン制御
装置）２３によって駆動用蒸気タービン２１の蒸気加減
弁２４を、第２の駆動用蒸気タービン制御装置２５によ
って駆動用蒸気タービン２２の蒸気加減弁２６をそれぞ
れ制御することによって行なわれる。また、電動機駆動
形ボィラ給水ポンプ１２の流量はボィラ給水制御装置２
７によって出口制御弁１５を制御することによって行な
われる。ボィラ給水流量計１９で計測されたボィラ給水
流量はボィラ給水制御装置２７に入力され、ボィラ給水
制御装置２７からの給水指令はそれぞれ前記制御装置２
３，２５に送られる。

尚、図の破線部は後述する本発明で追加される部分の位
置関係を示している。このように「一般的には電動機駆
動形ボィラ給水ポンプ（定格ボィラ給水量に対する割合
が例えば２５％）１台「タービン駆動形ボィラ給水ポン
プ（定格ボィラ給水量に対する割合が例えば５０％）２
台というのが多くのプラントで採用されている。

この場合、プラント起動時のこれら３台のポィラ給水ポ
ンプ運転はボィラ給水量によって例えば次のように行な
う。０〜２０％まで・・・電動機駆動形ボィラ給水ポン
プ１台２０〜５０％まで・・・電動機駆動形、タービン
駆動形ボィラ給水ポンプ 各１台５０〜１００％まで・
・・夕−ビン駆動形ボィラ給水ポンプ ２台ボィラ給水
量の制御は、電動機駆動形ボィラ給水ポンプ１２の場合
はその出口制御弁１５の開度で行ない、タービン駆動形
ボィラ給水ポンプ１３，１４の場合は蒸気タービン２１
，２２の回転数、即ちタービン入口の蒸気加減弁２４，
２６の開度によるカバナ機構により行なっている。

この駆動用蒸気タービン２１，２２の起動には、この駆
動用蒸気タービンの回転数を上昇しポンプ出口吐出圧力
が規定値を超えポンプから給水が出始めるまでのタービ
ン昇速制御と、ポンプから吐出される給水量を制御する
給水制御とがある。したがって例えばボィラ給水量２０
％〜５０％の間、電動機駆動形ボィう給水ポンプ１２タ
ービン駆動形ボィラ給水ポンプ１３で給水をとるために
は、ボィラ給水量が２０％に達する以前に、即ち電動機
駆動形ボィラ給水ポンプ１２で給水をとっている間に駆
動用蒸気タービン２１を起動してタービン昇速制御を完
了させておかねばならない。

同様に、ボィラ給水量５０％までには駆動用蒸気タービ
ンの残りの１台２２を起動してタービン昇速制御が完了
していなければならない。この駆動用蒸気タービン２１
，２２の昇速制御と給水制御は、電気油圧式の駆動用蒸
気タービン制御装置によって行なっている。一方、運転
員からのボィラ給水量に対する要求指令は、ボィラ給水
制御装置２７を介して各々のボィラ給水ポンプ１２〜１
４あるいはその出口制御弁１５に送られる。

駆動用蒸気タービン２１，２２に関してはこの駆動用蒸
気タービン制御装置２３，２５によって信号に応じ蒸気
量が加減され給水制御が行なわれる。しかしボィラ給水
制御装置２７によって各々のボィラ給水ポンプの給水量
を制御するのは、ボィラ給水ポンプから送り出される給
水量が規定値以上となってボィラ給水制御装置２７から
の給水流量信号とボィラ給水ポンプから送り出される給
水流量との偏差が規定値以下にある場合であって（これ
を給水自動という）ボィラ給水ポンプを起動したときは
流量も少なく、起動されたボィラ給水ポンプに関しては
偏差が大きくてボィラ給水制御装置２７によって制御で
きない。したがって、ボィラ給水ポンプを起動する場合
は運転員によって、あるいは駆動用蒸気タービン２１，
２２の場合はその制御装置２３，２５によって一定増加
率で給水流量を増加し、偏差が小さくなってきたところ
で給水自動を投入する必要がある。ボィラ給水ポンプが
１台でも給水自動となると、ボィラ給水制御装置２７は
ボィラ給水制御装置２７に与えられたボィラ給水流量指
令に従いボィラに入るボィラ給水量を給水自動となって
いるボィラ給水ポンプでもつて制御する。

２台以上のボィラ給水ポンプが給水自動となると、ボィ
ラ給水制御装置２７に与えられたボィラ給水流量指令に
従い各々のボィラ給水ポンプに定められた比率でもつて
それぞれ給水自動となっているポィラ給水ポンプが制御
される。

こう云った複雑な取扱いを伴なう発電プラントの起動、
停止過程におけるボィラ給水ポンプの起動、停止を行な
うには、つぎのような高度な運転技術が運転員に要求さ
れている。

‘１’タービン昇速制御に要する時間を逆算して駆動用
蒸気タービン２１，２２の起動タイミングを計算せねば
ならない。

しかもタービンメタル温度や蒸気、軸受油温度等条件に
よって駆動用蒸気タービン２１，２２昇遠制御のスケジ
ュールも違ってくるので、最適起動を行なうのは非常に
むずかしい。【２’駆動用蒸気タービン２１，２２の起
動条件には次のような条件がある。

これらの条件の確認を行なった後起動しないと機器の破
損を招く結果となる。ィ 駆動用務気タービンリセット
完了 ロ 駆動用蒸気タービン昇圧ポンプ運転中ハ タービン
駆動形ボィラ給水ポンプ、その駆動用蒸気タービン軸受
油ポンプ運転中ニ 軸受油圧正常 ホ タービン上、下ケーシング温度差、蒸気とタービン
メタル温度差及び蒸気とケーシング、主塞止弁との温度
差等のタービン側熱応力条件、正常へ 給水温度とケー
シング温度差等のポンプ側熱坊６、力条件‘３’タービ
ン昇速制御から給水制御への移行は何の区別もなく連続
的に行なわれるので、運転員がタービン駆動形ボィラ給
水ポンプ１３，１４の吐出流量計を監視していない判別
できない。

従って、ボィラ給水量２０％あるいは５０％からボィラ
給水量を増加するるタイミングを捕えるのがむずかしく
、運転員の負坦を増している。もし、このとき給水制御
へ移行していないにもかかわらずボィラ給水増加を行な
うと現在給水自動で給水制御しているボィラ給水ポンプ
の負坦が重くなり、ポンプのオーバーロードからそのボ
ィラ給水ポンプそしてその駆動用の電動機あるいは蒸気
タービンの破損を招くことになる。【４’逆にボィラ給
水量が少ないまま給水制御に移行してしまうと、給水自
動投入に必要な最低流量以下で駆動用蒸気タービン制御
装置２３，２５より給水自動投入されることになり、プ
ラントとして非常に不安定になってしまう。また、いつ
までも給水自動投入条件が成立しないまま、いつまでも
駆動用蒸気タービン２１，２２の給水流量を増加させる
と、ポィラ給水量を制御している給水自動のボィラ給水
ポンプの給水量はどんどん減少し、場合によっては給水
自動が外れてしまったり、ボィラ給水ポンプの停止にも
至りかねない。■ タービン昇速制御から給水制御に移
行後、給水自動となってボィラ給水制御装置によって給
水制御がなされるまでの間に、ボィラ側あるいはタービ
ン側に異常が発生しボィラ給水定値制御が働いたときは
ボィラ給水量増加指令が中断されボィラ給水量を一定値
に保持するよう働きかけられる。

ところが、このとき駆動用蒸気タービン制御装贋２３，
２５は一定の給水増加率で給水制御を行なったままなの
で、ボィラ給水量が一定に保持されているにもかかわら
ず駆動用蒸気タービンが更に給水量をとっていくと前｛
４ー項と同じ結果となる。

逆に、駆動用蒸気タービンの停止時はタービン駆動形ボ
ィラ給水ポンプの給水を減少してゆくので給水自動が制
御されているボィラ給水ポンプの負担が重くなり、前脚
項と同じ結果となる。尚、駆動用蒸気タービンに停止指
令をかけると給水自動が外れ、一定の減少率で給水量が
減少され停止に至る。したがって本発明は、ボィラ給水
ポンプを最適時期に起動、停止し且つその起動、停止に
必要な諸条件の確認を行ない、しかも駆動用蒸気タービ
ン制御装置の制御状態に調和したボィラ給水量増加指令
を与えるようボィラ給水制御装置を制御し、またプラン
ト状態に調和したボィラ給水ポンプの給水制御を行なう
よう駆動用蒸気タービン制御装置を制御することによっ
て駆動用蒸気タービンの起動、停止時の運転員の負坦を
軽減すると共にこの駆動用蒸気タービンを安全かつ迅速
に自動起動、停止し得るボィラ給水ポンプ駆動用蒸気タ
ービンの自動運転方法を提供することを目的とする。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第２図で３１は電子計算機システム、３２はこの電子計
算機システムを構成している電子計算機、３３は電子計
算機３２からの警報を発する警報装置、３４と３５は前
記電子計算機３２とそれぞれィンタフェィスを持つ駆動
用蒸気タービン制御装置とボィラ給水制御装置、３６は
駆動用蒸気タービン制御装置３４とボィラ給水制御装置
３５を含む起動条件、起動タイミング、プラント状態を
判定するためのプラント入力であり、駆動用蒸気タービ
ン制御装置３４はボィラ給水制御装置３５ともィンタフ
ェィスを持っており、その指令は加減弁油筒３７を通っ
て蒸気加減弁３８に与えられる。この蒸気加減弁３８は
ボィラ給水ポンプ３９を駆動する駆動用蒸気タービン４
０の蒸気入口にあり、弁開度が調整されることによりボ
ィラ給水ポンプ３９から吐出する給水量を制御する。ま
たボーィラ給水制御装置３５はボィラ給水ポンプ３９に
よって送り込まれるボィラ給水量を入力としている。尚
、電子計算機３２には運転員とのマンマシンコミュニケ
ーションを計るＣＲＴ表示器４１、タイプライタ４２、
オベレ−タコンソール４３がそれぞれつながれている。
第３図は前記電子計算機３２と駆動用蒸気タービン制御
装置３４、ボィラ給水制御装置３５の間のィンタフェィ
ス及び駆動用蒸気タービン制御装置３４とボーィラ給水
制御装置３５の間のィンタフヱイスを／示している。

即ち、電子計算機３２からは駆動用蒸気タービン４０を
起動する起動指令（ｄｌｏｌ）、停止するための停止指
令（ｄｌ０２）、プラント状態と調和をとるために１時
給水流量を保持する給水保持指令（ｄｌ０３）とが駆動
用蒸気タービン制御装置３４へ、またボィラへのボィラ
給水量を制御するボィラ給水量指令（ｄｌ０４）がボイ
ラ給水制御装置３５にそれぞれ接続されている。

また駆動用蒸気制御装置３４とボィラ給水制御装置３５
との間には、駆動用蒸気タービン制御袋贋３４への給水
指令を生かす給水自動投入指令（ｄ２０１）がボィラ給
水制御装置３５へ、駆動用蒸気タービン４０への給水指
令（ｄ４０１）を駆動用蒸気タービン制御装置３４に接
続されている。また、電子計算機３２には駆動用蒸気タ
ービン制御装置３４及びボィラ給水制御装置３５を含む
起動条件、起動タイミング、プラント状態を判定するた
めのプラント入力３６を接続し、また駆動用蒸気タービ
ン制御装置３４からはプラント入力３６とは別に、起動
指令（ｄｌｏｌ）、停止指令（ｄｌ０２）、給水保持指
令（ｄｌ０３）の各々に対するフィードバック入力であ
る起動、停止、保持（ｄ２００）とタービン昇遠制御か
ら給水制御への移行を伝える給水制御開始（ｄ２０２）
入力を電子計算機３２に接続している。つぎに作用を説
明する。駆動用蒸気タービン４０、ボィラ給水ポンプ３
９の状態及びこれを駆動する蒸気条件さらに駆動用蒸気
タービンリセット、駆動用蒸気タービン昇圧ポンプ運転
中、軸受油ポンプ運転中、軸受油圧、軸受温度等を、プ
ラント入力３６を持つ電子計算機３２により駆動用蒸気
タービン４０の昇速制御に必要なスケジュ−ル計算を行
ない、現在のプラント状態においてボーィラ給水量が２
０％に達すると予測される時刻と昇速制御に必要な時間
から駆動用蒸気タービン４０を起動すべき時刻を計算し
、起動に必要な条件のチェックを行ない、これが満足さ
れたとき駆動用蒸気タービン制御装置３４に対し起動指
令（ｄｌｏｌ）を発し１台目の起動を行なう。

一方、プラントの起動が進行するにつれてボィラ給水制
御装置３５によってボィラ給水量が１０％から２０％へ
と増加してくるわけであるが、ボィラ給水量が２０％に
達したとき、起動された駆動用蒸気タービン４０が給水
制御に移行できるかどうかを駆動用蒸気タービン制御装
置３４からの給水制御開始信号（ｄ２０２）によって判
定し、まだ駆動用蒸気タービン４０が昇速制御中のとき
にはボィラ給水量指令（ｄｌ０４）でボィラ給水制御装
置３６へボィラ給水量増加要求をブロックし、駆動用蒸
気タービン４０が給水制御に移行できるまで待機するこ
とによって現在給水自動で給水制御しているボィラ給水
ポンプ３９のオーバーロードを防ぐ。また、直ちに給水
制御に移行できる状態であれば、ボィラ給水量指令（ｄ
ｌ０４）によってボイラ給水制御装置３６へボィラ給水
量を２０％から２５％に増加するようボィラ給水量の増
加要求を行なつ。また、ボィラ給水量が２０％に達する
前に、駆動用蒸気タービン制御装置３４から給水制御開
始信号（ｄ２０２）が入ってきたときには駆動用蒸気タ
ービン制御装置３４に給水保持指令（ｄｌ０３）をだし
、ボィラ給水量が２０％に達するまで駆動用蒸気タービ
ン４０で給水をとるのを止め、プラントが不安定な状態
になるのを防ぐ。

また、駆動用蒸気タービン４０が給水制御を開始し給水
自動になるまでの間にボィラ給水制御装置３５に給水定
値制御が働いたときは駆動用蒸気タービン制御装置３４
に給水保持指令（ｄｌ０３）を出力し、駆動用蒸気ター
ビン４０１こよる給水制御も保持させ、プラントが不安
定になるのを防ぐ。同じように、プラント停止過程にお
いて、駆動用蒸気タービン４０‘こ停止指令（ｄｌ０２
）を出力し、給水減少制御の途中、給水が止まるまでの
間にボィラ給水制御装置３５に給水定値制御が働いたと
きには駆動用蒸気タービン制御装置３４へ給水保持指令
（ｄｌ０３）を出力し、駆動用蒸気タービン４０‘こよ
る給水減少制御を保持し減少中の駆動用蒸気タービン４
０の給水量を保持することによって現在給水自動で給水
制御しているボィラ給水ポンプ３９のオ−バーロードを
防ぐことができる。

第４図はこれら駆動用蒸気タービン４０への給水保持指
令及びボィラ給水増加指令に関する操作の流れ図を示し
たものである。同図で、注１は１台目が２０％、２台目
が４５％、注２はプラント停止過程の場合は駆動用ター
ビンが減水制御中かどうかを判定する。上記説明は、ボ
ィラ給水ポンプが３台、即ち電動機駆動形１台とタービ
ン駆動形２台のプラントを想定してのものであるが、ボ
ィラ給水ポンプの台数とその構成を問わず、駆動用務気
タービン制御装置を使用する発電プラントなら適用可能
である。

またプラント起動時の３台のボィラ給水ポンプ運転をボ
ィラ給水量によって０〜２０％まで 電動機形ボィラ給
水ポンプ１台２０〜５０％まで 電動機形、タービン形
ボィラ給水ポンプ各１台５０〜１００％まで タービン
形ボィラ給水ポンプ２台として起動タイミングを限定し
て説明しているが、プラントの規模及びボィラ給水ポン
プの構成によって違ってくる起動パターンを問わず駆動
用蒸気タービン制御装置を使用する発電プラントなら適
用できる。

また、ボィラ給水制御装置に関してはこれを限定せず、
例えばプラント総括制御装置のようにボィラ給水制御を
含むものであれば全てに適用される。上記本発明によれ
ば、下記のような効果が得られる。

｛１’発電プラントの起動過程において、駆動用蒸気タ
ービン及び蒸気条件によって各々連つてくる駆動用蒸気
タービンの起動スケジュールを考慮した上で最適な起動
時期を得ることができる。

■ 駆動用蒸気タービンの複雑な起動条件を完全にチェ
ックすることができる。

‘３｝ 発電プラントの状態に調和した駆動用蒸気ター
ビンの起動、停止制御を実現できるので、ボィラ給水ポ
ンプのオーバーロードを防ぐことができ、安定した発電
プラントの起動、停止ができる。

【４’前‘１｝乃至細項を自動的に行なうので複雑な駆
動用蒸気タービンの起動、停止操作に対し運転員の負坦
が軽減され、効果的な省力化をなしうると共に、効率の
よい高度な発電プラント及び駆動用蒸気タービンの起動
、停止運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はボィラ給水ポンプの構成と各ボィラ給水ポンプ
の給水量を制御するボィラ給水制御装置及びポィラ給水
ポンプ駆動用蒸気タービンの関係を示すブロック図、第
２図は本発明が適用される装置を示すブロック図、第３
図は同実施例における電子計算機、駆動用蒸気タービン
制御装置、ボィラ給水制御装置間のィンタフェィスと操
作を示す図、第４図は同実施例の作用を示す流れ図であ
る。 １２・・・・・・電動駆動ボイラ給水ポンプ、１３，Ｉ
４，３９…・・・タービン駆動ボィラ給水ポンプ、２１
，２２，４０・・・・・・ボィラ給水ポンプ駆動用蒸気
タービン、２７，３５……ボィラ給水制御装置、２３，
２５，３４・・・・・・駆動用蒸気タービン制御装置、
３６……プラント入力。 第３図 図 Ｙ 舵 図 Ｎ 舷 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 駆動用蒸気タービン制御装置により制御される駆動
   用蒸気タービン、この蒸気タービンにより駆動されるボ
   イラ給水ポンプを備えた発電所において、起動条件、起
   動タイミング、プラント状態を判定するためのプラント
   入力を加えられる電子計算機によつてイ 起動するため
   に必要な条件確認を行ないロ 駆動用蒸気タービンの昇
   速制御に必要なスケジユール計算を行ない、これをもと
   に発電プラントの起動過程の進行に応じ最も最適な起動
   時期に駆動用蒸気タービンを起動しハ ボイラへ給水可
   能な回転数まで回転上昇を行ないニ 駆動用蒸気タービ
   ンが給水可能な回転数に到達したにもかかわらずボイラ
   給水流量が規定値以下のときは駆動用蒸気タービンの給
   水制御を保持させホ 駆動用蒸気タービンがまだ給水制
   御を開始していない昇速制御中にもかかわらずボイラ給
   水量が規定値に達したときは駆動用蒸気タービンが給水
   制御に移行できるまでボイラ給水量増加要求をブロツク
   させるようにしたボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン
   の自動運転方法。