JPS61107004A - 複合サイクル発電ブラントのための熱回収蒸気発生器出口温度制御装置 - Google Patents

複合サイクル発電ブラントのための熱回収蒸気発生器出口温度制御装置

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JPS61107004A
JPS61107004A JP60237751A JP23775185A JPS61107004A JP S61107004 A JPS61107004 A JP S61107004A JP 60237751 A JP60237751 A JP 60237751A JP 23775185 A JP23775185 A JP 23775185A JP S61107004 A JPS61107004 A JP S61107004A
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signal
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JP60237751A
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アラン・マーテンス
ジエラルド・アーサー・マイヤーズ
ウイリアム・ローレンス・マツクカーテイー
カーミツト・リチヤード・ウエスコツト
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Westinghouse Electric Corp
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Westinghouse Electric Corp
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    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
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    • F01K23/103—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle with afterburner in exhaust boiler
    • F01K23/105—Regulating means specially adapted therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

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】 本発明は、蒸気温度制御装置を備えた複合サイクル発電
プラントに係り、特に、予め定められた蒸気流量、圧力
および温度条件下で複きサイクル発電プラントの蒸気タ
ービンに対し過熱された蒸気を供給するための、ガス 
タービン、アフターバーナーおよび熱回収蒸気発生器の
組合せ制御および選択制御に関する。
米国特許第3,973,391号明細書には、複合サイ
クル発電プラントにおいて負荷または入口翼(もしくは
羽根〉流路の温度の関数として、調整された制御を行う
ガス タービンの入口案内翼制御装置の自動および手動
制御が開示されている。
米国特許第4,010,605号明細書には、時間の関
数として燃料基準を用いる自動起動速度制御の一部とし
て複合サイクル発電プラントにおけるガスタービン制御
装置が開示されている。この米国特許の発明は、燃料弁
、ガス タービンの入口案内翼ならびに蒸気タービンの
絞り弁およびバイパス弁の設定を協調的に相関して所与
の負荷レベルにおいて最大のプラン1〜効率を達成し、
負荷変動状態中最適な性能を得る協調制御下での運転に
関するものである。
米国特許第3,953,966号明細書にはガス ター
ビンに減少負荷制御信号を与えアフターバーナーに対す
る燃料の流れを遮断することによりガスタービンからの
熱供給を減少して、それにより乾燥蒸気を関連の熱回収
蒸気発生器から回収する複合サイクル発電プラントが開
示しである。
米国特許第4,333,310号明細書には、アフター
バーナーの運転を最適化するため協調プラント制御にお
いて、ガス タービンの排気温度の関数としてアフター
バーナーを制御する複合ザイクル発電プラントが示され
ている。
米国特許第4,031,404号明細書には、発生され
る過熱蒸気の温度および圧力を制御するためのガス タ
ービン排気ガス温度の制御が開示しである。
ガス タービン排気ガスの温度が検知され、アフターバ
ーナー燃料供給弁は、加熱された蒸気温度を調節するた
めに検知された温度に従いアフターバーナー燃料供給弁
が位置決めされる。
米国特許第3,948,043号明細書には、ガス タ
ービンおよびアフターバーナーが協調相関された燃料交
換を行う複合サイクル発電プラントが開示しである。
米国特許第3,939,328号明細書には複合サイク
ル発電プラント、特□に該プラントで用いられるボイラ
制御のための適地性プロセス制御が開示しである。
米国特許第4,168,608号明細書には、複合サイ
クル発電プラントにおけるガス タービン、アフターバ
ーナー、熱回収蒸気発生器および蒸気タービン間の協調
相関制御が開示されている。
米国特許第4”、 184.324号明細書には、複合
サイクル発電プラントにおけるガス タービンおよび蒸
気タービンならびにアフターバーナーの運転の調和され
た負荷制御が開示されている。
本発明によれば、蒸気タービンと、ガス タービン、ア
フターバーナー、および熱回収蒸気発生器の少なくとも
一組とを備え、前記熱回収蒸気発生器は、予め定められ
た過熱蒸気の温度、流量および圧力を要求する蒸気ター
ビン運転条件下で、前記蒸気タービンに過熱蒸気を出口
から供給するための過熱低減器を有し、前記ガス ター
ビンおよび蒸気タービンはそれぞれプラント負荷需要に
従いメガワット電力を発生する複合サイクル発電プラン
トであって、前記蒸気タービン運転条件を設定するよう
に前記蒸気タービンおよび前記熱回収蒸気発生器を制御
するように設けられたマスタ制御手段を備え、さらに前
記熱回収蒸気発生器のガス入口温度ならびにプラント負
荷需要に応答して前記アフターバーナーの燃焼を制御す
るための第1の制御手段と、前記過熱蒸気の予め定めら
れた温度および前記出口からの過熱蒸気温度に応答して
過熱低減器を閉位置と開位置との間で制御するための第
2の制御手段とを備え、前記第1および第2の制御手段
は、前記蒸気タービン運転条件から独立して、前記ガス
 タービンの負荷を制御しつつ同時に前記過熱蒸気出口
温度を維持するように動作する複合サイクル発電プラン
トが提供される。
蒸気タービンと、ガス タービンおよびアフターバーナ
ーによって付勢される少なくとも1つの熱回収蒸気発生
器とを備えた発電プラントにおいては、3つの可能な独
立変数、即ち、アフターバーナーの燃焼、過熱蒸気に対
する過熱低減器(atte+nperator)の作用
およびガス タービンの入口における空気流入を制御す
る入口案内翼のうちの少なくとも2つの変数を同時に調
整することにより、蒸気タービンに対する過熱蒸気の出
口温度に実質的に影響を与えること無く広範囲に渡り負
荷を変えることが可能である。
その結果として、蒸気は、最大の効率で所望温度て発生
ずることがてきる。ガス タービン負荷は、蒸気タービ
ンに対する動作出口温度に影響を与えること無く広範囲
に渡って変えることがてき、カス タービンの負荷変化
率が熱回収蒸気発生器の運転に影響を与えることはない
。
以下部f寸図面を参照し単なる例として本発明の詳細な
説明する。
第1図は、複合ザイクル発電プラント10の機能ブロッ
ク ダイアグラムである。該プラント10は、第1のカ
ス タービン12(「カス タービンNO,]、Jもし
くは単にCTIとも称する)を備えており、このタービ
ン12は第1の発電機13を駆動する。ガス タービン
12には、燃料制御弁もしくは絞り弁14を介して燃料
が供給される。
空気は、可変人口案内翼機[15(第4図にはIGVで
示しである)を介してガス タービン]2に流入する。
該機構15は吸気開度を制御するものてあって、起動相
中空気流量を調節したり部分負荷効率を増加するのに用
いられる。絞り弁14によって供給される燃料は、カス
 タービン12内で燃焼し、その結果子ずる高温排気ガ
スはアフターバーナー16および熱回収蒸気発生器18
を通され、然る後大気に排出される。
熱回収蒸気発生器18([熱回収蒸気発生器No、]、
jまたは単にトT R,S G1とも称する)は、ボイ
ラ管を倫えており、該ボイラ管は、蒸気発生器18のス
タックを通流するガス タービン排気カスにより比較的
高い温度に加熱される。アフターバーナー(単にABC
,とも称する)は、カス タービン排気カスが蒸気発生
器18に流入される前に該カスの温度をさらに高めるた
めのバーナー機構を備えている。アフターバーナー16
には、燃料制御弁もしくは絞り弁1つ (第4図にAB
Vて示す)を介して燃料が供給される。然気発生器18
のための1次熱源はカス タービン12であり、アフタ
ーバーナー16は必要に応じてより大きい熱を供給する
ための付加的な熱源である。代表的な燃料使用量から述
べると、燃料のうちの約80%がカス クービ“ン12
て用いられ、そして20%がアフターバーナー16で使
用される。
複合ザイクル プラント10は、さらに、第2のガス 
タービン22 (「ガス タービンNO,2Jもしくは
単にCr2とも称する)を備えており、このタービン2
2は第2の発電機23を駆動する。
ガス タービン22には、燃料制御弁もしくは絞り弁2
4を介して燃料が供給される。ガス タービン22には
、タービン起動中、空気流量を調節したり部分負荷効率
を増加するのに用いられる可変人口案内翼機構25を介
して空気が流入する。
絞り弁24により供給される燃料は、ガス タービン2
2内で燃焼して、その結果子ずる高温排気ガスはアフタ
ーバーナー26および熱回収蒸気発生器28を通り次い
で大気中に排出される。
熱回収蒸気発生器28([熱回収蒸気発生器No。
2」もしくは単にHR3G2とも称する)は、ボイラ管
を有しており、該ボイラ管は、蒸気発生器28を通るガ
ス タービン排気ガスにより比較的高い温度に加熱され
る。アフターバーナー26(AB2とも称する)は、ガ
ス タービン排気ガスが蒸気タービン28に流入する前
に、該ガスの温度をさらに増加するためのバーナーを備
えている。
燃料は、燃料制御弁もしくは絞り弁2つを介してアフタ
ーバーナー26内のバーナー機構に供給される。蒸気発
生器28のための1次熱源はカスである。代表的な全燃
料消費料から見れば、燃料のうち約80%がガス ター
ビン22で使われ、20%がアフターバーナー26で使
われる。
復水ポンプ30は、蒸気復水器31から水もしくは復水
を蒸気発生器18および28双方にポンプ供給する。復
水は、復水流量制御弁32を介して第1の蒸気発生器1
8/\流れ且−)復水流量制御弁33を介して第2の蒸
気発生器28へと流れる。
この復水は、各蒸気発生器18および28内のボイラ管
を通流して過熱された蒸気に変換される。
蒸気発生器18および28双方からの過熱された蒸気は
、共通のへツタ゛(管寄せ)または蒸気バイブ34およ
び蒸気絞り弁もしくは制御弁35を介して、蒸気タービ
ン36を駆動するために該蒸気タービン36に供給され
る。第1の蒸気発生器18からの蒸気は、蒸気パイプ3
7、阻止弁38および蒸気パイプ3つを介してヘッダ3
4へと流れ、他方、第2の蒸気発生器28からの蒸気は
、蒸気パイプ40、阻止弁41および、蒸気パイプ42
を介してヘッダ34へと流れる。
蒸気タービン36から流出する使用済蒸気は、復水器3
1へと通されて、そこで凝縮される。即ち、復水に変換
し戻される。この復水は然る後に蒸気発生器18および
28へとポンプ送りされて蒸気を形成する。蒸気タービ
ン36は第3の発電機44を駆動する。
所望量の蒸気を蒸気タービン36に対して側路(バイパ
ス)するために適当な時点で蒸気バイパス路が用いられ
る。この蒸気バイパス路は、蒸気タービン バイパス弁
45および過熱低減器46(desuperheate
r)を備えており、該過熱低減器46の出力側はパイプ
47を介して復水器31に接続されている。
第1の蒸気発生器18にはドレン弁48が設けられてお
り、第2の蒸気発生器28にはドレン弁49が設けられ
ている。
複合サイクル発電プラント10の運転は、制御装置50
によって制御される。代表的な制御信号線路51が破線
で示しである。
典型的な例として、複合サイクル プラント10は、2
60メガワツト(MW)の定格最大発電容量を有する。
このようなプラントにおいて、ガス タービン12およ
び22の各々は、ISO条件(海抜レベルで59下)下
で、約80メガワツトの最大電力を発生することができ
、そして蒸気タービン36は、約100メガワツト(M
W)の最大電力を発生ずることができる。したがって、
タービン12.22および36のうちの任意のタービン
が用件された場釡、゛でも、全プラント電力容量は最大
50%以下の減少に留まる。
第1図の機能ブロック ダイアグラノ\は、複合サイク
ル プラント]0の理解を容易にするために簡略化しで
ある。特に第1図においては、燃料弁14.19.24
および29に関して図示が簡略化しである。
第2図に示すように制御装置50は、PUMコントロー
ラ(プラント ユニット マスタ コントローラ)58
G、ディジタル モニタ用コンピュータ100Cおよび
既述の目的を達成しながらプロセス センサ101Cに
応答するプラント設備を運転するための種々なアナログ
制御部を備えている。この例においては、蒸気タービン
36の起動制御は主にモニタ用コンピュータ100Cで
実現される。オペレータ用パネル102Cには数多のブ
ツシュボタンスイッチおよびディスプレイ(表示部)が
設けられている。ブツシュボタンスイッチは、プラント
およびタービンのモード選択ならびに設定点選択を含め
数多のオペレータ制御作用を可能にする。
オペレータは、負荷上昇中および起動中、ガスタービン
制御部104Cおよび106Cを介してガス タービン
12および22ならびにアフターバーナー16および2
6のための燃料レベルを設定する。ガス タービン制御
部104Cおよび106Cの各々で行なわれる制御で、
ガス タービン起動中の燃料スケジュールが自動的に実
施される。さら(こ、シーケンサ108 Cは、ガス 
タービンの起動中、ガス タービンと関連の補助設備の
起動および停止を行う。タービン バイパス蒸気流量な
らびにタービン流入蒸気流量は、蒸気タービンの起動お
よび負荷上昇中、蒸気タービン制御部110Cにより実
現されるオペレータの弁位置設定により制御される。ま
た、制御部104C1106Cおよび110Cにより、
蒸気およびガス タービンに対し成る種の自動制御機能
が逆行される。
オペレータ自動モードにおいては、PUMコントローラ
58Gおよびモニタ用コンピュータ100’Cは、各タ
ービン毎に、オペレータの指令下で、ガス タービンお
よび蒸気タービンの自動的起動および自動的i荷上昇の
ための種々な制御機能を行う。アフターバーナー制御部
112cおよび114Cならびにボイラ制御部116C
および118Cは、オペレータ アナログ モードおよ
びオペレータ自動モード中、オペレータの設定点制御下
で動作する。
プラントの協調制御下ては、PUMコントローラ58G
は、該PUMコントローラに割当てることができる全て
の制御機能、即ち、起動によるプラント運転の命令、同
期ならびにプラント電力需要を発生するための負荷上昇
を含む全ての制御機能を司る。ボイラ制御部116cお
よび1 ]、 8 Cは、オペレータの設定点ならびに
プロセス センサ1−010によって発生される信号に
自動的に応動して、協調運転されているタービンおよび
アフターバーナーの動作で発生されるプラント条件もし
くは状態に従い蒸気発生器を制御する。PUMコントロ
ーラ58Gは、アフターバーナーに対する設定点信号を
発生する。ボイラ制御はさらに、アナログ制御センサで
発生されるアフターバーナー設定点信号により監視され
る。
次に第3図を参照するに、この図には、制御装置50の
機能が詳細に示しである。第3図に示すように、制御装
置50は、所望の全プラント出力電力レベルを表す電気
信号を発生する負荷需要装置71を備えている。この装
置71は、オペレータもしくは技術者をして、負荷需要
信号をオペレータもしくは技術者が選択し度いと望む任
意の値に変えることを可能にする手段を備えている。装
置71からの負荷需要信号は線路71.aを介して負荷
基準論理装置72に供給される。この装置72はまた、
メガワラ1〜(MW)センサ80.81および82から
の負荷レベル出力信号を受ける。
負荷基準論理装置72は、その出力線路72aに、負荷
基準信号を発生する。この負荷基準信号は、運転モード
に依存して、装置71からの負荷需要信号71aと同じ
である場合もあり同じでない場合もある。装置72から
の負荷基準信号72aは、システムが負荷需要に対して
遷移する仕方て指令する計算で求められた信号である。
この信号は負荷分配制御装置73に供給される。
負荷分配制御装置73は、計器80,8]、、82から
のMW(メガワット)需要信号に応答して、第1のガス
 タービン燃料弁14を駆動する第1のガス タービン
制御装置104C1第2のガスタービン燃料弁24を駆
動する第2のガス タービン制御装置106C5第1の
アフターバーナー燃料弁1つを駆動する第1のアフター
バーナー制御装置112C1第2のアフターバーナー制
御弁2つを駆動する第2のアフターバーナー制御装置1
14Cならびに蒸気タービン絞り弁35および蒸気バイ
パス弁45を制御する蒸気タービン制御装置110Cに
関連の個々の需要信号を送る。(それぞれGTI、GT
2.ABIおよびAB2からの)温度センサ86,85
.84および83により発生される温度指示信号は、そ
れぞれ、ガス タービン制御装置104C、ガス ター
ビン制御装置106C、アフターバーナー制御装置11
2Cおよびアフターバーナー制御装置114Cに供給さ
れる。温度センサ86および85からの信号はまた負荷
分配制御装置73に供給される。負荷基準論理装置72
ならびに負荷分配制御装置73に対する動作モードは、
選択装置75によりこれら装置に供給される信号によっ
て設定される。
第4図は、複合サイクル発電プラン1へに関し、本発明
による主検知点および主制御点がどのようなものである
かを暗示する図である。燃焼もしくはガス タービンC
Tの入口の周囲空気は、入口ガス案内翼機fil I 
G Vを介して制御可能に給入される。温度t、 E 
K Hにある排気されたガスは、さらに、アフターバー
ナーABによって加熱されて、然る後に、温度1[肚の
流入ガスとして熱回収蒸気発生器HR8G、例えばボイ
ラに供給され、該ボイラの過熱器S Hは蒸気管路ST
Lへと温度tOUl−の過熱された蒸気を出力し、この
蒸気は、温度tT)lの絞り弁THを経て蒸気タービン
TB/\と流れる。
燃焼タービンCTおよび蒸気タービンTBは双方共に電
力(MW)を発生する。I G V機構は、線路101
により制御される。ガス タービンの燃焼は管路102
を介し燃焼タービン弁CTVにより燃料給入量を制御す
ることにより制御される。アフターバーナーABの燃焼
は、管路104を介しアフターバーナー弁ABVにより
燃料給入量を制御することにより制御される。過熱され
た蒸気の出力温度tOULは通常、過熱器管の中心部で
蒸気への低温水の噴霧を調節するために、線路106に
より制御される弁ATVを備えた過熱低減器(atte
+noerator)を用いて一般に知られているよう
に調整される。タービンへの蒸気の給入は、絞り弁T 
Hにより制御される。(該絞り弁は、自動的にまたオペ
レータの監視下で蒸気タービンの負荷を設定するDEH
系により制御される絞り弁および関連の調速弁を代表的
に表すものである)。燃焼もしくはガス タービンの排
気温度信号tr=Kt−+は線路103に発生される。
熱回収蒸気発生器HR3Gの入口、即ちアフターバーナ
ーの出口の温度信号tINLは線路105に発生される
。過熱器S’Hの出口の蒸気温度信号tOUI−は線路
108に発生される。熱回収蒸気発生器HR8Gの出口
の蒸気流量FSTも検知されて、それを表す信号は線路
107に発生される。絞り弁T H(第3図では35で
示しである)の入口における蒸気温度信号tTHは線路
109に発生される。また、蒸気り二ビン回転子温度信
号tRTを線路110に発生して、スキッド コン1−
ローラの論理装置て用いるのが好ましい。
次に第5A図および第5B図を参照して、本発明による
過熱低減器制御について、その好ましい実施例における
特定の回路と関連し説明することにする。一般に知られ
ているように、過熱器S Hから発生される過熱蒸気の
温度tOLILは、過熱器の蒸気に対する低温水の供給
を同時に決定する主制御弁およびバイパス制御弁を制御
することにより、過熱低減器を用いて変えることがてき
る。第5B図において、主過熱低減器制御弁は、ランプ
関数発生器175” により設定されるランプ(勾配)
設定点により線路176° を介して制御され、他方、
第5A図に示すように、バイパス過熱低減器制御11: 弁は、ランプ関数発生器175により設定されるランプ
設定点を用いそ線路176を介し制御される。以下にお
ける第5A図および第5B図を参照しての記述は、設定
点信号170および170″の適切な処理の仕方ならび
にそれぞれランプ発生器175および175′への入力
の仕方を説明するものである。
共通のヘッダ(管寄せ)を越えて蒸気タービンの絞り弁
に向う蒸気の温度tT)lは、線路109 (第5A図
)により検知されて入力され、他方この蒸気に対する目
標温度は線路509(第5B図)を介して入力される。
ボイラの出口、例えば熱回収蒸気発生器1−T RS 
Gの加熱器SHの出口で検出される温度tOULは線路
108(第5A図)を介して入力される。2つのボイラ
が設けられている場合には温度tTHは実際上、2つの
ボイラからの混合された蒸気の温度であり、他方tOU
Lは、線路108に対して選択される1つのボイラの出
口における温度(第5A図の場合)である。一般に、(
第5A図の線路176および第5B図の線路176′に
よる)過熱低減器の制御でもtOULが調整され、した
がって実際の蒸気温度が調整されるものであることは理
解されるであろう。第5A図に示すように、過熱蒸気出
口温度コントローラ125が設けられておって、このコ
ントローラは差分(Δ)入力を有しており、入力で検出
された誤差に従い線路126上に制御信号を発生するP
I制御機能を有する。コントローラ125に対する入力
には、後述するように、入力線路124に対し適切に調
整された線路509の目標値信号およびコントローラ1
25に対する線路122の実際の入力を形成するように
適切に調整された蒸気タービン入口温度tTHを表す線
路109の実際の温度信号が合部れる。第5A図に示す
ように、低レベル選択回路133は、線路109の信号
および減算器130の出力を受ける。該減算器130は
、80下に設定された負の入力および線路108および
129を介してtouL信号を表す正の入力を有する。
したがって、tT)Iとの比較のためにtOULの下方
80下のマージンが発生される。この点と関連して、所
与の時点における混合蒸気は線路108の選択されたボ
イラ出力温度よりも高い場合もあれば低い場合もあり得
る。低レベル選択回路136は、線路109と132と
の間で派生される信号を線路128の信号と比較して、
それにより線路122に、コントローラー25に入力さ
れる実際の信号を発生ずる。
次に、線路509に派生される温度tTHに対する目標
値について考察すると、この信号はPUMコントローラ
によって発生される。線路509゛における電圧信号に
変換された後に、この信号は、遅延回路153で、線路
176および176′による実際の弁過熱低減器制御に
対し1秒遅延される。遅延された信号は、線路154に
現れ、加算器]55を経た後に線路156に通され、次
いで線路156に対して閉じているものと仮定する2位
置スイッチ157を介して線路161に現れる9線路1
61の信号は、関数発生器162により過熱蒸気出口温
度を表す信号に変換される。該関数λ 発生器16%は入力O%に対する600下の出力から1
00%における980下の出力に連続的に変化する関数
を特徴とするものであり、所望の通常動作値は、入力8
8%に対して952下である。
このようにして発生された目標信号は線路124に現れ
て、過熱蒸気出口温度コントローラー25に入力され、
過熱蒸気出口i温度を表す線路1.22の信号と比較さ
れる。
低レベル選択回路133および]36(第5図)は2つ
のボイラからタービンに入力される混合蒸気(線路10
9上のしTH信号)と、選択されたボイラからの過熱蒸
気(線路1.081の信号toUt−)との間の温度レ
ベル差を考慮゛して、追い付くべき温度に対し優先を与
える。低温起動の場合には、ボイラが既に900下のレ
ベルに達しているにも拘わらずクービンは僅か700下
である場合がある。
逆に、タービンか既に他のボイラがらの高温蒸気の供給
下で運転している時に一方のボイラが低温状態である場
きもあり得る。したがって、線路122の制御信号は、
実際のi品度信号を、それが実際に線路109または線
路108上にあるレベルよりも低いレベルて発生せしめ
る。
線路122および124上の反対の信号がコントローラ
125に入力されて過熱低減器制御を設定するが、この
作用はオーバライド コン1〜ローラ1]7により線路
1 ]、 8 J:に出力されるオーバライト信号によ
り取って代わることがてき、線路121上には、線路1
1つにより設定される最小レベル設定点として零を有す
る高レベル選択回路120により誤差信号が発生される
。
さらに第5A図を参照するに、オーバライドコントロー
ラ117は、入力部に減算機能を有し且つ線路108か
ら供給される信号tOULと線路105上に発生される
選択されたボイラのガス入口温度trNLに依存する線
路]]−6上の信号との間で行なわれる比較に応答する
比例積分機能を有する。このオーバライド コントロー
ラは、以下に述べるように、要求される場合には常に過
熱器出口温度コントローラ]25に対し線路]21上に
制御入力を発生ずる。所望の運転蒸気温度tout−は
952下であると仮定する。即ち、通常運転における蒸
気タービンに対する温度レベルにあると仮定する。高温
ガスに曝されるボイラの管にとっては、該管内の蒸気温
度が952下の動作レベルに留まり、そして上昇しても
990下の限界を決して越えないようにすることが重要
である。これは、′gJ、造業名によって与えられる要
件である9この特定の実施例では、(関数発生器101
における開数f(に)と関連して)第5C図に示す曲線
から明らかなように、熱回収蒸気発生器の入口の平均入
口温度tnu−が1345下はども高くなると、過熱さ
れた蒸気に対する許容出口温度は052°F程度に低く
なり、他方、上記の入口温度が1205°Fに下がり、
一方のボイラからより多くの熱を必要とする場合には、
蒸気のり出口温度は990下はど上昇し得るがそれを越
えることはない。この上限は線路114により990下
に設定される限界値を有する低レベル)■択回路115
によって設定される。。
これらの範囲内で、線路115上の出力は曲線に示すよ
うに、上記2つの限界間で直線的に変化する。オーバラ
イド コントローラ1]7は、線路108上グ)信号t
OULを、線路116のtrN+−関連の′ビ 信号き比較して、実際の温度tOUI−が線路】16の
信号を越える時には常に誤差信号を検出する。誤差が検
出される (これは、線路1.19上に零グ)最小レベ
ルを発生ずる高レベル選択回路120により確認される
)と、線路121上の制御信号で、過熱低減器に対して
割当てられているtOUL設定点が減少せしめられる。
この過熱低減器減少作用は、線路108と116との間
の誤差が零に減少するまで、例えば、高レベル選択回路
120に到る線路119の零設定点が最早越えられなく
なるまで、線路176により連続せしめられる。次に、
過熱実際の信号を考慮して考察することにする。
線路124上の目標信号により、コントローラ125の
入力側で線路122と124との間に誤差が生じた場合
には、該コントローラの比例積分機能で線路126に制
御信号が発生され、この制御信号によって (過熱低減
器のバイパス制御弁のための)ランプ回路175ならび
に(過熱低減器の主制御弁のための)ランプ回路175
′により補正のための設定点が設定され、線路176お
よび176′にはランプ制御信号が発生される。
しかしながら、過熱された蒸気内に水分または水滴の形
成を斎らすような温度要件の違背を回避するために、線
路164,1.65および166を介して内部ループが
形成され、このループの信号が線路126上のコントロ
ーラ出力信号と比較され、それにより外部ループ内の過
熱低減器出口温度コントローラ167の付加により線路
126上の信号の制御作用が調整される。これは、線路
126上に現れる所望過熱低減器出口温度が(線路16
4上に発生される)ボイラの高圧(HP)ドラム温度に
25下を加えた温度よりも低くならずまた(線路165
上に発生される)飽和蒸気温度に30下を加えたものよ
りも低くなり得ないと言う事実に基ずく。高レベル選択
回路163は、線路126.164および165の3つ
のうち最も大きい信号が制御作用を行うことを確保する
。最後に、回路163からあ制御信号は、線路166上
に(3秒の遅延を伴い)発生される実際の過熱低減器出
口温度と比較される。上述の3つの内部ループの累積効
果を表す信号は、過熱低減器出口温度コントローラ16
7に入力される。該コントローラ167はその比例積分
機能により、線路168上に、外部ループのための制御
信号を発生する。
この制御信号は、(線路176により)バイパス制御弁
ならびに(線路176“により)主制御弁に対して補完
的に、2つのランプ回路175および175′に印加さ
れる設定点の形態で、過熱低減器に対して必要とされる
制御量を表す。これら2つの制御分岐(第5A図および
第5B図)の各々には、緊急の場合に過熱低減器弁を閉
鎖するために、それぞれ2つのスイッチ(169,17
1)および(169’、171’)が設けられている。
このための信号は、2つの分岐のためスイッチ169に
対し線路180および線路181を介して供給されるか
または論理コントローラ205から線路218を介して
バイパス過熱低減器制御弁のためのスイッチ171に与
えられるかあるいはまた線路214を介して主過熱低減
器制御弁のためのスイッチ171° に与えられる。
バイパス過熱低減器制御弁に関係のある第5A図に示し
たランプ回路175は、典型的には、該バイパス弁の開
度の増加に対しては125%/秒の変化率を設定し、そ
して該バイパス弁を閉じる際のランプの減少に対しては
25%/秒を設定し、他方過熱低減器の主制御弁に関連
のある第5B図のランプ回路175′は弁の開度の増加
に対して4.2%/分の変化率を設定し、開度の減少に
対しては25%/分の変化率を設定する。
第5B図を参照するに、論理コントローラ205は、(
第5A図の2位置スイッチ171に対する線218を介
して)バイパス過熱低減器制御弁の開または閉の時点な
らびに(第5B図の2位置スイッチ171′に到る線路
214に対して)主過熱低減器制御弁を開いたりあるい
は閉じる時点を制御する。
ボイラの出力温度が948下よりも大きい場合(論理コ
ントローラ ブロック205のOr(ゲート208に到
る線路ならびに線路213,214が「1」となる)と
、スイッチ171′が位置Yに設定されて、主過熱低減
器弁制御が指令される。
同時に、出ロ温度tOULカ月000下よりも低くなる
と、線路204は「0」となり、そしてNOTORゲー
ト210路2]−3の「1」に応答して線路216にr
QJをセラ1〜し、ORゲート210は線路2]8を介
し「0」をスイッチ171に印加し、その結果バイパス
過熱低減器弁が閉ざされる(位置N)6したがって、9
48下<touして1000下の時には主過熱低減器弁
だけが動作する。しかしながら、線路204およびOR
,ゲート210を介して、tou+−> 1000下の
場合には、線路217および218によりスイッチ17
1が開く位置y>になり、斯くして2つの弁が動作する
9 コントローラ205の論理回路はまた、(1)線路20
1を介して過熱低減器バイパス弁が80%よりも大きく
開いた時、または(2)線路202を介して蒸気流量が
270 K P P Mよりも大きくなった時に、線路
214に「1」を発生する。これら2つの状態を表す信
号はORゲーI〜206を介して線路211に出力され
てAND回路207に入力される9線路231上のΔP
倍信号即ちく線路233上のボイラ給水ポンプ吐出し圧
力と線路232の蒸気出口圧力信号との間の差であって
線路235上に減算器234により出力され遅延回路2
36て2秒の遅延後に線路237に発生される差信号に
より表される)過熱低減器噴霧弁における圧力勾配が(
390psigてセラ1〜されて540 psigてリ
セッ1〜される低レベル制限回路23つにより検出され
る)390psigよりも小さくなると、AND回路2
07は、線路212、OR回路208および線路214
を介して主過熱低減器弁を開状態に制御する。。
バイパス過熱低減器弁に対する逆方向の制御は、線路2
13から、回路20つによる論理の反転稜線路216か
または線路204 (1:ou+−> 1000下)か
らの信号に基づきOR回路210によって行なわれる。
この場合の制御は、バイパス過熱低減器制御弁の制御線
路に設けられている2位置スイッチ]71に対して線路
218を介し行なわれる。
第5B図を参照するに、加算器155は、線路154の
信号から、エラー検知加算器159により線路160上
に発生される信号を減算する。該加算器159は線路1
58を介し、線路161の信号を正の入力として受は且
つ線路158′ を介し線路156の信号を負の入力と
して受ける。
保護手段として、線路108の信号tOULは、線路1
85を介して、線路509″の目標蒸気温度信号、即ち
線路186上の信号を共に減算器187に印加される。
線路187′に現れる差信号は、350下にセットされ
ている高レベル制限口FI!r188に供給される。線
路198に現れる制限回路188の出力は、遅延回路1
91での2秒の遅延後に線路192上に発生される。
第5A図を参照するに、コントローラ125は、線路1
24から派生される蒸気目標信号、線路122上の実際
の温度信号ならびに線路121のオーバーライド信号に
加えて、ブロック145からの線路123上に発生され
る変化率制限信号にも次のように応答する。
線路108および127から、実際の過熱器出口温度t
OULは微分回路137に印加され、後者は、線路13
8上にtOULの変化率信号を発生する。線路138は
、線路139および140を介してそれぞれのスイッチ
141および143に接続されており、該スイッチは、
閉位置において線路142および142″ をそれぞれ
閉路する。。
線路138上の変化率が大き過ぎる場合には、減少変化
率の時にはブロック147により実際の変化率を−5,
5下/分に設定されている変化率と比較するブロック]
47により検出され、増加変化率の場合には、実際の変
化率を→−5,5下/分の設定値として比較するブロッ
ク147′により検出される。その結果として、減少変
化率の場合には低レベル選択装置150が、そして増加
変化率の場合には、高レベル選択装置150′がそれぞ
れの線路151および151′上に補正信号を発生し、
該信号は減算器152に入力される。
何れの場合にも、補正信号は線路123上に現れて、増
加または減少方向において要求される量だけコントロー
ラ125の作用を補正する9このようにして、線路12
4の目標温度下では、制御作用を緩和するために、過熱
低減器により過熱された蒸気に噴霧される水が加減され
る。
線路110上に発生される回転子温度と、線路109′
上に発生される混合蒸気温度tTHとの間の差が20下
を越える (これは、減算器250および20下にセッ
トされた高レベル制限回路252により検出される)と
、変化率増加時には、線路220゛およびスイッチ14
3に上り変化率制限回路146が不能化される。また、
線路166“上に発生される過熱蒸気温度と線路109
”上に発生される混合蒸気温度tTHとの間の差が10
0下を越える (これは100下にセットされている高
レベル制限回路266゛ により検出される)と、変化
率減少時には、変化率制限回路は線路220およびスイ
ッチ141を介して不能化もしくは禁止される。
第5C図は、温度tOULで過熱された蒸気を出力する
際の入口ガス温度t INLに対するボイラの応答特性
曲線を示す。熱回収蒸気発生器の出口における過熱され
た蒸気に対する範囲は、該蒸気発生器の入口におけるガ
ス温度の関数として、405下から1000下を越える
範囲に渡って変動する。過熱低減を行わない場合(曲線
OE CB M )には、touLに対し高レベル範囲
の変化が生ずる。過熱低減器がその最大効率で動作して
いるものと仮定すると、変化範囲は曲線OFAで与えら
れるつ蒸気タービンの通常の運転状態(通常の発生電力
量、回転子温度、絞り昇温度、蒸気流量および圧力)下
で、ボイラかへの952下の出口温度で蒸気クービンに
よる同時発生運転が行なわれているものと仮定する。本
発明によるコントローラは、蒸気タービンの運転温度に
実質的に影響を与えること無く、アフターバーナーおよ
び後述するように入口案内翼機4fI I G Vの制
御により、ボイラ効率を最適化しつつ、ボイラ出口蒸気
温度を所望温度値に維持する。一般的に述べると、I−
I RS G空気入口温度は、タービン運転蒸気温度に
影響を与えること無く変動することが許される。その結
果として、燃焼タービンもしくはガス タービンを広い
負荷範囲に渡って調整し然も蒸気タービン流入蒸気に実
質的な影響を与えないようにすることができる。
これらの点に関しては、第5C図の曲線の動作点におけ
る第5A図および第5B図に示した過熱低減器制御装置
の作用を考察することにより明らかになろう。以下それ
について述べる□。
最初に、過熱低減器が最大効率にある動作点Aの場合の
ように、ガス入口温度が1345下の時に出口温度が9
52下である場合には、アフターバーナーの燃焼を、入
口温度を1345下での全燃焼温度から1000下にお
ける遮断レベルに制御することが可能である5、この場
合には、最大過熱低減度である動作点Aは、最大過熱低
減曲線の線分AB”に沿って変化する。1000下で過
熱低減が零であると仮定すると、動作点はBとなる9そ
こでアフターバーナーを燃焼してガス入口温度を増加す
ると、□動作点は零過熱低減曲線の線分BMに沿って変
化する。過熟低減器制御を、入口ガス温度t’[N L
と変えながら行う場合には、り1)温度制御により、t
au+−が過度に高くなるために陰影を付けた望ましく
ない領域AMBが除去され、そして(2)t■NLが変
化する場きでも、tOUI−を、例えばABに沿い一3
6一 定に保つことができると考えられる。したがって、ボイ
ラの入口における制御は、出口における設定蒸気温度t
ool−に影響を与えることはない。アフターバーナー
の遮断が点Bグl ltf/!座標と一致しない場合に
は、ダクトバーナーの減少は点Cの4(h座標にまて達
し得る。このことは、点Bを越えた後のアフターバーナ
ーの制御は、過熱低減器が零限界値にある場合曲線BC
に従うことを意味する。
第5C図には、蒸気タービンが起動後700下にしかな
い場合の・状況も示されている6、この場合には、過熱
低減作用はEとFとの間で働き、それにより、ボイラの
出力温度は、蒸気タービンが熱を得る状f「になるまで
比較的低レベルに維持される。
再び第5A図を参照するに、線路109に発生される蒸
気タービンのための絞り昇温度lT11信号は、減算器
250により線路110に発生される回転子温度tRT
と比較される。絞り弁入口の蒸気温度が蒸気タービン回
転子温度よりも低い場合には、線路25]により、20
下にバイアスされている高レベル制限回路が線路220
′を介して、スイッチ143を変化率零に対応するY位
置に切換える。したがって、変化率制限回路に対する上
昇方向における増加変化率は無効にされる。同様にして
、線路166′上の過熱器出口温度が線路109から発
生される絞り弁の混合蒸気温度よりも高い場合には常に
、線路220によりスイッチ141は、変化率零の制御
を行う)′位置に設定される。2つの信号は、有意味な
差に対して]、 OO下に設定されている高レベル制限
回路266“により比較される。したがって、このよう
な場合には、線路220により、スイッチ141は入力
零側に設定され、減少方向における変化率制限器に対す
る変化率は無効にされる。総括すると、第5A図および
′第5B図に示した構成により、過熱器出口温度tOU
Lは以下に述べる動作により蒸気タービンに対する絞り
昇温度需要tTHを満足する。
過熱低減器コントローラ需要をボイラによって許される
最小値と最大値との間で調節する。共通のヘッダて他の
ボイラとの蒸気の混合が行なわれるとすれば、1−)の
ボイラから要求される出口温度が絞り昇温度需要を越え
ることが有り得る。しかしなから、ボイラ温度需要は絞
り昇温度需要より小さくなることは有り得ない1.これ
により、定常4′)に態で自動的に平衡化されたボイラ
負荷が実現される。
上昇および減少方向における変化率は互いに独立した割
合て独立に制御される。減少方向における変化率は、過
熱器出口温度が絞り昇温度よりも大きくなった時に無効
にされる。」−昇方向における変化率は、過熱器出口温
度が蒸気タービン四転子より低くなった時に無効にされ
る。
温度は、過度の過熱低減器水流量に起因してボイラから
水が溢れ出るのを阻止するように特殊な仕方て制御され
る。即ち、この制御は、過熱低減器出口における飽和温
度を求め〈線路165)、そして最小量の過熱をこの点
に維持することにより達成される。
また一般に知られているように、蒸気タービンの制御装
置50におけるD E H動作により過熱器減揺の動作
が通常要求される。この場合、蒸気温度toutのレヘ
ルが蒸気タービンの負荷制御により同時に決定される。
第6A図および第6B図には、燃焼タービンもしくはガ
ス タービンと組合されたアフターバーナー(A/B)
のための制御回路が示しである。制御は、線路349(
第6B図)を介して、ダクトバーナーの燃焼を制御する
ガス弁ABVの位置決めを行う信号を設定点値にまで上
昇することにより行なわれる。アフターバーナーを用い
てのこの作用は、熱回収蒸気発生器に対する入口ガス温
度trNLを上昇し維持するためのガス タービンの負
荷制御に対して補完的な性質のものである。本発明によ
れば、この付加的な効果は、蒸気タービンから見た場合
、ガス タービンの運転ならびに蒸気発生側におけるボ
イラ動作とは実質的に独立して、過熱された蒸気の出口
温度を維持するのに用いられる手段の組合せの一部とし
て実現される。
これは、本発明によれば、アフターバーナー、入口ガス
案内翼機構(IGV)および過熱低減器の作用を組自ぜ
ることにより後述するようにして達成される。
従来においては蒸気温度および蒸気温度変化率は、熱回
収蒸気発生器に供給されるガスの温度変化率を制御する
ことにより制御されていた7、シかしながら、この制御
では、取られる作用と燃焼タービン負荷上昇との間に直
接的な依存関係が不可避である。IGV制御および過熱
器制御を用いて成る種の補正もしくは矯正作用が取られ
ていた。
これとは対照的に、本発明は、後述するところがら明ら
かとなるように、関連のガス タービンについてのIG
V、アフターバーナーおよび過熱低減器を調整するため
の一体化されたシステムを提案するものである。さらに
、このような一体化された調整システムの結果として、
温度変化率を例えば、70下/分に制限しながら、カス
 タービンと関連グ)迅速な需要変動を収容し吸収する
と共に高い勾配てAB(アフターバーナー・)制御を行
うことが可能となる。本発明はまた、蒸気タービン設備
ならびに熱回収蒸気発生器に対する異なった基準を融和
することを可能にするものである。例えば、最小および
最大温度を、蒸気タービンにおいてタービンの回転子の
最小および最大温度と整きすることがてき、然もこれを
運転中ならびに起動中にも実現することができる。また
、冷却時に最小温度を、タービンに水分の付着が生しな
いようにするように調節する必要がある。また変化率も
問題であり、通常は、回転子シリンダに熱応力を回避す
るために、70下/分の変化率が越えられてはならない
。本発明は、アフターバーナーの燃焼およびガス ター
ビンの負荷における変化率を用いつつ、このような制限
もしくは問題を克服することを可能にする。
第6A図を再び参照するに、ガス弁AVBの制御による
アフターバーナーの調節は、線路305から供給される
プラントメガワット誤差信号の関数として行なわれる。
線路305は蒸気タービンの絞りを特徴的に表す圧力お
よび線路250のプラントメガワット(MW)誤差の合
成から得られる信号を有する。
線路305の信号に応答しての制御は、ランプ設定点発
生器326がら線路327に制御出力f3号として供給
される熱回収蒸気発生器の流入ガス温度を表す設定点信
号に変換される (電圧信号に変換した後の)線路30
5の信号は、ブロック306て校正されて図示のように
600下(307)と1345下(308)との間でク
ランプされる1、線路309の出力制御信号は、2位置
スイッチ310および312を通る。スイッチ310は
、ブロック370が線路309° を介して設定点を入
力する時にN位置にある。説明の便宜上、スイッチ31
0は)1位置にあって線i?8309グ)信号に応答す
るものと仮定する。システムが、アフターバーナーを後
退もしくはランバック(r u n l+ a c k
 )することを要求する時に、スイッチ312はY位置
になる。ランバック投炭は、313で行なわれる。
これは、実質的にガス タービン排気温度である965
下に対応し、したがってアフターバーナーは最小設定値
にされる。ここで再び、スイッチ312は、線路309
の信号がスイッチ310を経て線路311に発生された
後に該信号を受ける位置にあるものとする。この場合に
は、所望温度は、線路314を介して加算器315に印
加されさらにランプ関数発生器326に印加され、選択
された変化率信号は線路324から323に供給される
。ランプ発生器326の出力は線路327に発生され、
この信号はコントローラ330に供給されて、そこで設
定値は、熱回収蒸気発生器の入口温度t INL即ちア
フターバーナーABの排気ガス温度を表す線路304の
帰還信号と比較される。
この信号tINLは、第4図の線路105に発生される
温度信号であって第5A図に示すように利用される。線
路105の信号は、追って明らかとなるように、線路3
01および304を介してコントローラ330に供給さ
れる帰還信号として用いられる。線路−301の信号は
、回路302で校正されて線路304に、600下と1
400下との間の温度を表す信号として出力される。
再びスイッチ310および312について考察すると、
出力327からの帰還線路316はそれぞれスイッチ3
10および312と組合ぜられた2つのスイッチ318
および320を通り、加算器315において、各スイッ
チにより出力される線路321−および314の信号間
の比較から求められる誤差を発生する。スイッチ312
を位置Nから位置Yに切換えることにより、線路311
の信号は、線路313のランバック(Runbnck)
信号に切換えられる。このランバック設定は、線路35
0からスイッチ312をランバック位置にトリガするこ
とにより達成される7、典型的には、線315のランバ
ック(f&退)設定量は965下を表わす。この場合、
この値は線路314に印加される。線路350により、
スイッチ352 (第6B図)がY位置に設定されると
、ランプ率もしくは変化率は、線路351にしめすよう
に典型的には35下/分で最大になる。それ以外の時に
は、スイッチ352は、N位置にある。このN位置にお
る限りにおいて、任意に0から35下/分に調節するこ
とができる。スイッチ354がY位置にある場合には、
変化率は回路358により線路357に出力される10
下/分の肢位以下に保つことができる。この最大変化率
は、線路355を介して、スイッチ354の位置を制御
する。選択された変化率は、線路324を介してランプ
関数として変化率設定回路323に印加される。ランバ
ック(後退)設定が線路350により要求される場合に
は、線路327のランプ関数発生器の出力は線路316
によりスイッチ320を経る帰還信号として発生され、
その結果線路321の帰還信号は、加算器3]5の出力
線路322における誤差が零になるまでランバック設定
点と比較される。
通常は、アフターバーナー(AB)は後退位置にはない
。したがって、スイッチ310および31.8は動作す
る。線路316の帰還ループ信号との誤差は加算器31
5の入力側において線路(319,321)と(3]1
.314)との間に現われる。
変化率もしくはランプ率は、線路356からスイッチ3
54、線路353、スイッチ352および線路3211
を経て決定される。ランプ関数発生器の出力側における
ランプ設定点信号は線路327に発生されて、コントロ
ーラ330の1つグ)入力端ならびに微分器331の入
力に印加される1、熱回収蒸気発生器もしくはHRS 
Gに流入するガスが達する入口温度を表わす線路304
の信号は、コン1−ローラ330の他の入力に印加され
る。したがって、この信号はコントローラ330により
線路(327,328)の設定点信号と比較される。
該コントローラの比例積分(PI)回路は線路332に
、アフターバーナー(AB)の燃焼もしくは着火指令信
号を発生する。しかしながら、線路332の信号は先ず
、微分回路331グ)出力線路333の変化率信号と比
較される。これら信号は、ブロック334で示す回路で
加算されて、その結果線路335に発生ずる信号は周知
の仕方て燃料弁の制御を行なう信号に変換される。最小
燃料て走転することが要求される場きには、先ず336
で、通常Y位置にあるスイッチは線路337によりN位
置に切換えられて5%のレベルを設定する。
次いで33っで、線路338に出力される線路335の
信号は係数に=1/2により校正される。
しかる陵に、2秒の遅延が導入される。その結果出力線
342に発生される信号は、通常Y位置にあるスイッチ
343に印加される。このスイッチは、位置Nにある時
には、線路345を1〜リガすることによりスイッチ3
44に対する指令てアフターバーナーが例外される時に
は常に線路344を介して燃料弁を閉ざす。しかる後に
、347で、ランプ関数に基づいて設定点は燃料弁の開
度に変換される。ランプもしくは変化率は、増加の場合
には10%/分であり減少の場きには200%77分で
ある。アフターバーナー弁ABVに対する燃焼命令は線
路249に発生する。
ランプ関数発生器はまた、一般に知られているように、
線路328でのランプモードの選択、線路329での追
跡モードの選択、線路331による「増加追跡jおよび
線路330による「減少追跡」を行なう。また、スイッ
チ310は、位置Nにおいて、ブロック370から線路
309″ を介してアフターバーナーの燃焼もしくは着
火を制御する。
(線路236上の)蒸気タービン絞り圧力が最早(25
4て)検出される萎気負荷絞り設定点く線路227“)
と整合しなくなる時には常に、高しノ\ル選択回路(2
55)は、(線路257上に)信−リを発生し、この信
号はプランI−M W 3H差信号(線路254)と共
に減数として作用し、それにより、アフターバーナー燃
焼信号(線路305)を減少する。なお、線路305は
、第6A図に示すように、実効プラントMW誤差信号を
設定点ランプ関数発生器326に伝達する線路である。
同様にして、本発明による装置においては、過熱器出口
温度、圧力、蒸気タービン絞りもしくは抽気圧力の高い
方の限界が越えられると、アフターバーナーの燃焼は減
少され、それにより、総6的な効果として、蒸気タービ
ンの運転は、その間に設定される過熟された蒸気出口温
度を中心とし、独立に制御されるH R,S Gの動作
と平衡化される。
次に、第7図をり照して、入ロガス案内翼機柘(IGV
)の制御に関して説明する。ガス クービンのI G 
V機構は、ガス タービンを介して大気圧で制御された
空気の流量を許容することにより、アフターバーナーに
流入するガス タービンの排気ガスの温度を制御するの
に用いられる。本発明によれば、ガス タービンの負荷
を変えながら、HR3Gの出口における過熱された蒸気
の温度を比較的一定に保つことができると考えられる。
梗概すると、第5C図を参照して既に述べたように、ア
フターバーナーおよび過熱低減器を同時に制御すること
により上記の出口温度tOULを実質的に一定に維持す
ることができる。また、本発明による一体化された装置
を、I G V、アフターバーナーおよび過熱低減器制
御と組合せることにより広い負荷範囲に亘り上記のよう
な一定の過熱された蒸気温度を達成することができ、そ
れによりガスタービンの運転を、蒸気タービン温度要件
がら独立することができる。特定のガス タービンに対
する入口ガス案内翼(IGV)の制御は、以下に述べる
ようにして、線路412.403.408および409
に発生される複数の信号に応答して線路431から行な
うことがてきる。
カス タービンのガス入口温度tcTrを検知して、そ
れを表わす信号を、線路402を介して、第8D図に示
すような特性曲線を有する関数発生器411に供給する
。この曲線は、燃焼タービン入口温度に対するIGVの
翼もしくは羽根の位置決めを表わすものであり、典型的
には、IGVの使用に関する製造業者の規格に従い、3
2下では、IGVの位置は50%より小さくして、55
下では105%の開度にもなる。関数発生器411の出
力に発生される制御信号は、線路412を介して低レベ
ル選択回路413の1つの入力端に印加される。
力′ス タービンのメガワラ1〜出力が測定され、線路
381の該メガワット出力を表わす信号は、第8A図に
示すような′(応答特性曲線を有する関数発生器382
に印加される。この曲線は、メガワットに対するIGV
の位置を表わすものである。この関係は比例間係である
。即ち、負荷が42MWから54MWに変化する時に、
0%から90%に変化する。64MWと80MWと間に
おいては、IGVの位置決めは範囲90%ないし105
%について示しであるように、低減される。このように
して発生された制御信号は線路403に現われ、そして
高レベル選択回路410の1つの入力として印加される
。
線路105に発生される熱回収蒸気発生器の入口温度信
号tlNLは、線路110に発生される蒸気タービン回
転子温度tRTと比較される。これら温度は双方共に、
0下から1500下に変化し得る。減算器404によっ
て測定された差は、線路405を介して、第8B図の曲
線により示すような上記の差の関数としてIGV位置決
め特性を有する関数発生器406に印加される。線路1
05と110との間の信号差が100°Fよりも小さい
場合にはIGVは制御されず閉じた状態に留まる。
線路405の誤差が100下よりも大きい場合には、0
ないし105%を表わす大きさの線形制御信号が100
ないし200下の温度範囲に対して線路408上に発生
される。200下を越えると、IGVは、最大開度位置
に留まる。
ガス タービンの排気側の温度tEKは、線路103に
発生されて、第8C図に示すような特性曲線を有する関
数発生器407に供給される。このようにして、I;B
)(が825下がら925下に変化すると、IGVはそ
れに比例して零から90%の位置に設定される。925
下を越えると、制御度は、90%から105%に変わる
。関数発生器407は、線路409上に制御信号を出力
し、この制御信号は、高レベル選択回路410に入力さ
れる。したがって、線路403.408および409に
入力される信号の内大きい信号が線路410”に制御信
号として出力される他方、線路412および410“の
信萼の内紙レベルの信号は、低レベル選択回路413の
出力線路414に現われる。
線路414の信号は、減算回路415を介し、線路41
7に応答して線路416のIGV位置決め帰還信号とな
る7、出力線路421は、第8E図に示すような特性を
有する関数発生器424に接続されている。したがって
線路421上の入力信号が正である時(上限が線路42
2に設定された限界によって定められる場合)にはIG
Vは、零から20%/分の変化率て直線的に開がれるこ
とになり、他方線路42]の入力が負である (下限が
線路423によって定められる)時には、IGVに対す
る閉鎖速度は、6%/′分まて直線的に減少する。線路
423には、減少動作の禁止が要求される時には常に線
路425によって制御されるスイッチ426が挿入され
ている。関数発生器424の出力は線路427に現われ
て、典型的には、10%/分のランプ回路428に印加
される。線路429に現われるランプ回路の出力は、必
要に応し手動制御のための他の位置で用いられる2位置
スイッチ430を介して印加される。線路431(第4
図の線路101)により、得られた指令信号がI G 
V制御装置自体に印加される。
次に、第9図を参照して説明する。こび)図は、蒸気タ
ービン運転によって支配される過熱された蒸気出力温度
tOULに実質的に影響を与えることなく、カス ター
ビンの制御をIGV調整でとのようにして行なうことが
てきるかを説明する曲線が示しである。
縦軸(実際)には、一般には0%と100%(75MW
)との間にある力ス タービンの負荷の関数としてカス
 タービンの排気温度が示しである。IGVが開いてい
る時には、温度特性は、負荷か0%から100%、メガ
ワラI〜に移行する際に曲線Q]’3Aに従かう。点A
における最大tEX温度は、典型的には975下である
。しかしなかl)、IGVが閉じている時には、追従さ
れる曲線はP CMである。温度が1000下はど高く
なる(点M)と、実効負荷は50%に制限される。Aの
縦座像を越える温度には到達することはできない。点線
は、過熱低減を行なわない場合のボイラに作用する最大
可能温度を表わし、約50%Fだけ下方に遷移されてい
る。温度を925下の所望レベルにするために点Aにお
ける1、 O0%からガス タービンの燃焼をA Bに
沿って減少することは、IGVを開くことにより実現さ
れる。これにより、蒸気タービンで用いられる運転温度
A′が達成される。この通常運転レベルから、さらに、
負荷を減少する必要がある場合には、曲線BQに沿う温
度勾配は過度であると考えられる。それとは対照的にI
GVの漸進的閉鎖と同時に負荷減少を行なう場合には、
その際に追従される曲線は、13 Cとなり、許容し得
る温度勾配で実施される。I G Vが初期状態におい
て閉じておってCからBへと徐々に開かれる場合の負荷
の上昇後についても同じことが当面まる。第8A図およ
び第8C図の特性で、特性BCが決定される。起動時ま
たは再起動時に、例えば、ボイラが低温で蒸気タービン
が吸温であるかまたはボイラが高温で蒸気タービンが低
温である場合には、第8B図の特性曲線で点線EFに沿
うIGVの動作が決定される。したがって、最小ガス入
口温度は、点EおよびFによって示すように、低負荷に
維持される。
同じ条件下で、蒸気タービンの回転子が700下である
場合には、IGVは、第5C図の動作点Pで示すように
、過熱低減器で閉され、そしてIGVは、動作点Qでは
全開に制御され、それにより、カス入口温度は780下
と900下との間に保持され、他方、過熱低減器は出口
温度tou+−を700下に維持する。第5C図の曲線
および第9図の曲線を共に考察ずれは明らかなように、
アフターバーナーA Bおよび過熱低減器の調整ならび
にそれに続<IGVの調整によりガス タービン負荷の
下向きの広い制御範囲が許容され、またシステムの萎気
タービン側の動作温度を実質的に変えることなく、負荷
を増加することがてきる、第5C図の曲線分ABに沿っ
て示ずように、アフターバーナーの減少された燃焼なら
びに過熱低減器の調整の合成作用により、出口温度は、
例えば952下を中心に維持され、それにより過度の温
度(斜線を引いた三角形の領域)は回避される。このレ
ベルて、ガス ターピング)負荷はIGVを開いた状態
て、点Bで示ずように90%とすることができる7、過
熱低減器がその調整範囲の端(第5C図の点B)にある
時にはIGVはBからC(第9A図)に変えられ、他方
ガス タービンの負荷は、蒸気タービンに対する蒸気流
入量の変化を最小にして減少することができる。同しこ
とが、反対方向のガス タービンの負荷制御についても
言える。
本発明によるIGV、アフターバーナーおよび過熱低減
器とガス タービンの負荷調整との相互作用は下に述べ
るように梗概することがてきる。
ガス タービンのIGVは、アフターバーナーに流入す
る排気ガス温度を制御するのに用いられる。負荷範囲の
大きな部分に亘っての一定の蒸気温度は、IGV、アフ
ターバーナーおよび過熱低減器制御の組合せによって達
成される。したがって、ガス タービン運転は、蒸気タ
ービン温度要件から独立することができる。
ガス タービンが低負荷にある時には、I G Vを調
節して最小HRS−G (熱回収蒸気発生器)の入口温
度を維持することができる。これにより、ボイラ入口ガ
ス温度を最小1−T RS Q入口温度より高・く維持
するなめにアフターバーナーを燃焼しているか否かに関
係なくしかもガス タービン負荷範囲の殆どの部分に亘
りガス タービン負荷から独立して、HRS Gの出口
温度1:OU I−を設定することがてきる。これによ
り、HR,S Gの蒸気出口温度を設定することが可能
となる。
温度を維持するために過熱器で、最小の過熱低減用水を
用いることにより最速な効率が得られる。
これは次のようにして達成される。
A)タービン排気温度を、所望蒸気温度に必要な最小値
を越えないようにして上昇するためのガス タービン入
口案内翼制御。
B)過熱低減/温度調整水を越えることにより蒸気温度
を低くするために、好ましくはアフターバーナー燃焼を
減少することにより蒸気流量を改善するためのアフター
バーナー燃焼制御。
広い負荷範囲のガス タービン運転は次のようにして達
成される。□ A)負荷の変化に伴なう排気温度変動を最小にするため
のガス タービン入口案内翼制御。
B)ボイラ入口温度および入口温度変化率を維持するた
めのアフターバーナー制御。
C)ボイラ出口蒸気温度および蒸気温度変化率を制御す
るための過熱された蒸気に対する過熱低減器/温度調整
器制御。
一般に、負荷または入口翼流路温度の関数として入口案
内翼の位置を調節することが知られている。これとは対
照的に、本発明では、アフターバーナーに流入する排気
ガスの温度を制御するために入口案内翼が用いられ、ガ
ス タービンが低負荷である時には、熱回収蒸気発生器
に対し最小入口温度tINLを維持するようにIGVを
調節する。
その結果として、HR3G(熱回収蒸気発生器)の出口
温度tOULは、ボイラ入口ガス温度を蒸気HR3G入
口温度以上に維持するために、アフターバーナー燃焼を
制御しているか否かに関係なく、負荷範囲の殆んどの部
分に亘り燃焼タービン負荷から独立せしめられる。また
、これにより、過熱蒸気出口温度tOULから独立した
設定が可能となる。
さらに、第7図の回路は第5A図、第5B図および第6
A図、第6B図の回路と同時に動作し、その結果IGV
、アフターバーナーおよび過熱低減器の組合された制御
により、負荷範囲の大きな部−6〇− 分に亘り一定の蒸気温度tOULが達成される。
追従モードにせよプラントユニットマスタ(’PUM)
コントローラでの制御下であるにせよ蒸気タービン運転
で、例えば温度、圧力および蒸気□タービンへの給入蒸
気流量の成る条件でエンタルピコントローラ需要蒸気の
要件下で絞り弁蒸気温度設定点が設定される。それにも
拘らず、蒸気発生側で、複きサイクル発電プラントを、
最適な効率が得られるように熱回収蒸気発生装置を走転
するように運転することが望ましい。したがって、本発
明は、ガス タービンの入口案内翼の制御、アフターバ
ーナーの燃焼制御およびボイラの過熱器と関連する過熱
低減器の制御により、これら3つの選択された独立の度
数の制御を行なって、最適な効率を達成するものである
。
ガス タービンの入口案内翼は、アフターバーナーを越
えてボイラ内に流入する高温ガスの入口温度LINLを
制御する。この温度は通常、典型的に回転子の温度tR
Tよりも200下はど大きい。この差は、第8B図の曲
線に示すように100下よりも小さくなると、IGVは
閉じた状態に留まることが許される。この差が100下
よりも大きく但し200下よりも小さい場合には、TG
Vは同程度部分的に開かれ、そして200下を越える差
ては大きく開かれた状態に留まる。低温蒸気の場合には
、IGVは早期に開く。案内翼は、高温蒸気となるまて
閉じた状態に留まり、所望の蒸気温度を保つために温度
調整器もしくは過熱低減器の能力を利用する。本発明の
1つの様相に従うIGV制御モードは、回転子温度tR
Qを基準としtTNI−のレベルに基つく。I G V
は、tRTをtrh+−より高く維持するように動作す
るが、しかしながら過度に高くなるようには動作しない
。このようにして、ガス タービンは低温の日には蒸気
圧力を低く維持する上に非常に有効である。
曲線8Aおよび8Cの比較から、I G Vの位置付け
に対するこのような効果は冗長であるかまたは異なるこ
とが判る。これら2つの手段の同時存在により、メガワ
ット需要が上昇するかまたは排気ガス温度trx+か全
カス タービン負荷下に移行してもTGVは全開するこ
とが保証される。
1345下の排気温度に達すると、カス タービンはそ
の眼界に達したことになり、アフターバーナーを使用す
ることができる。しかしながら、カスタービンがこのよ
うな限界に達しない場合には、アフターバーナー制御部
焼を禁止して先ずガス タービンの燃焼を増加するのが
望ましい。他方、負荷減少時に、ガス タービンがその
限界位置にな−)た場合には、先ずアフターバーナーを
減少し、次いてカス タービンの負荷を減少するのが望
ましい。この理由から、第7図に示すように回路425
て[カス クービン燃焼減少禁止」命令が発生される。
該回路/425はスイッチ/426により、関数発生器
424がランプ回路・428に減少率を導入するのを阻
止する。
【図面の簡単な説明】
第1図は関連の制御システムをfifiえた′i′12
自ザイクル発電プラントの概略図、第2図は第1図の複
きザイクル発電プラン1〜の制御装置を示す概略図、第
3図は負荷制御動作に対する第1図の制御シスラムの概
念的機能的+i14成を示すブロック ダイアグラム\
、第4図は熱回収蒸気発生器出口温度を維持もしくは設
定するために本発明に従って用いられる主検知点および
制御点を暗示する図、第5A図および第5B図は組合せ
られて、本発明による改良された過熱低減器コントロー
ラのため(1,+回路構成を示すブロック ダイアグラ
ム、第5C図は本発明によるアフターバーナーおよび過
熱低減器の同時制御の出口温度に対する影響をグラフで
図解する図、第6A図および第6B図は互いに組合され
て、本発明による改良されたアフターバーナー コント
ローラの回路構成を示すブロック ダイアグラム、第7
図は、ガス タービンのための改良された入口案内翼位
置決めコントローラの回路構成を示すブロック ダイア
グラム、第8A図ないし第8E図は、第7図の回路を各
関数発生器の特徴を曲線で示すグラフ、そして第9図は
ガスタービン負荷の変動に随伴するIGV調整ならびに
ガス タービンの排気温度に対する影響を曲線で図解す
るグラフを示す図である。 ]0・・・複音ザイクル発電プラント、12,22゜3
6・・・蒸気タービン(T B )、1.3.23,4
.4・・・発電機、15.25 ・・・可変人口案内翼
機til (T G V )、16.26  ・・アフ
ターバーナー、1.8.28 ・・・熱回収蒸気発生器
(1−In、SG)、コ4,19.2a、。 29.35  ・・絞り弁(TI−I)、30・・・復
水ポンプ、3]・・・蒸気復水器、32.33 ・・・
復水流量制御弁、34.37.:39,40,42.4
7 ・・・蒸気パイプ、35・・・制御弁、38.41
  ・・・阻止弁、45・・バイパス弁、46・・過熱
低減器、48.49 ・・・ドレン弁、50・・・制御
装置、51・・・制御信号線路、58G・・・F’ t
I Mコントローラ、71・・・負荷需要装置、72・
・負荷基準論理装置、73・・・負荷分配制御装置、8
0,81..82・・・メガワラ1〜(MW)センサ、
83.84..85.86 ・・・温度センサ、100
C・・・モニタ用コンピュータ、千0]Cプロセスセン
→ノー、]、 04 C、106C、1]、 OC・・
・ガス タービン制御部、108・・・シーケンサ、1
]、2C,114−C・・・アフターバーナー制御部、
116C、11,8C・・・ボイラ制御部、102゜1
.04・・・管路、101,103,105,106゜
107,1.08,109,110 ・・・線路、S 
H・・・過熱器、STL・・・茄気管路、CTV・・・
燃焼タービン弁、ABT・・・アフターバーナー弁、1
15゜133、.136 ・・・低レベル選択回路、1
17・・・オーバライドコントローラ、125・・・過
熱蒸気出口温度コントローラ、120.15’0.16
3・・・高レベル選択回路、130,152,187,
234゜250・・・減算器、155,159,315
・・・加算器、157・・・2位置スイッチ、167・
・・過熱低減器出口温度コントローラ、141.14’
3,169゜171.310,312’、318,32
0,344゜352.354  ・・・スイッチ、1’
75,326  ・・・ランプ関数発生器、205・・
・論理コントローラ、137・・・微分回路、146・
・・変化率制御回路、188 、252 、266・・
・高レベル選択回路、153.191,236,341
  ・・・遅延回路、206.210−ORゲート、2
07 ・A N D 回路、208・・・OR回路、2
09・・・NOTゲート、239・・・低レベル制限回
路、323・・・変化率測定回路、330・・・コン1
〜ローラ、347・・・ランプ回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 蒸気タービンと、ガスタービン、アフターバーナー、お
    よび熱回収蒸気発生器の少なくとも一組とを備え、前記
    熱回収蒸気発生器は、予め定められた過熱蒸気の温度、
    流量および圧力を要求する蒸気タービン運転条件下で、
    前記蒸気タービンに過熱蒸気を出口から供給するための
    過熱低減器を有し、前記ガスタービンおよび蒸気タービ
    ンはそれぞれプラント負荷需要に従いメガワット電力を
    発生する複合サイクル発電プラントであって、前記蒸気
    タービン運転条件を設定するように前記蒸気タービンお
    よび前記熱回収蒸気発生器を制御するように設けられた
    マスタ制御手段を備え、さらに前記熱回収蒸気発生器の
    ガス入口温度ならびにプラント負荷需要に応答して前記
    アフターバーナーの燃焼を制御するための第1の制御手
    段と、前記過熱蒸気の予め定められた温度および前記出
    口からの過熱蒸気温度に応答して過熱低減器を閉位置と
    開位置との間で制御するための第2の制御手段とを備え
    、前記第1および第2の制御手段は、前記蒸気タービン
    運転条件から独立して、前記ガスタービンの負荷を制御
    しつつ同時に前記過熱蒸気出口温度を維持するように動
    作する複合サイクル発電プラント。
JP60237751A 1984-10-25 1985-10-25 複合サイクル発電ブラントのための熱回収蒸気発生器出口温度制御装置 Pending JPS61107004A (ja)

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