JPS6231244B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は発電用タービンプラントにおける給水
加熱器の片系列運転装置に係り、特に給水加熱器
の片系列運転時においても、通似と同じ負荷運転
ができる給水加熱器片系列自動運転装置に関す
る。

発明の技術的背景 発電用蒸気タービンプラントにおいては、一般
にボイラにて発生した高温高圧蒸気は発電機と直
結された蒸気タービンに導びかれて熱膨脹を行
い、タービンを通過した蒸気はさらに海水によつ
て冷やされ凝縮し復水となる。この復水はポンプ
によつて昇圧され、ふたたびボイラの給水として
送り込まれるが、この過程で発電プラントの熱効
率を高めるためいくつかの給水加熱器を経由して
ボイラへの給水温度を高める。この給水加熱器は
前述の復水と、蒸気タービンの中間段から抽気さ
れる蒸気との間接的な接触によつて熱交換を行う
ものである。また、この給水加熱器の数ならびに
配置の仕方はさまざまであるがその代表的な例に
ついて説明する。

第１図において、蒸気を発生するボイラ１と発
電機２を回す蒸気タービン３と蒸気タービン３か
ら排出される蒸気を凝縮し復水にする復水器３ａ
と復水ポンプ４を復水を昇温させる低圧給水加熱
器５と復水中に溶存するガスを脱気する脱気器６
と復水を昇圧させるボイラ給水ポンプ７と復水を
最終的に昇温させる高圧給水加熱器８ａ，８ｂと
それぞれの高圧給水加熱器の入口弁９ａ，９ｂ、
出口弁１０ａ，１０ｂとバイパス弁１１とからな
るものである。

従つてボイラ１で発生した蒸気は発電機２と直
結の蒸気タービン３で膨脹し、復水器３ａによつ
て海水と熱交換され凝縮し復水となる。復水ポン
プ４で昇圧された復水は低圧給水加熱器５によつ
て昇温され脱気器６で復水中に溶存するガスが脱
気されるとともにさらに昇温される。脱気された
復水はボイラ給水ポンプ７によつてふたたび昇圧
されボイラ１に給水されるが、高圧給水加熱器８
ａ，８ｂによつて最終的に昇温される。

以下高圧給水加熱器８ａ，８ｂを例に説明す
る。大きなエネルギーを扱う発電プラントにおい
ては１つの故障または事故によつて発電プラント
を停止することなく継続した運転が可能なように
数々のトラブルを想定したバツクアツプシステム
が準備されており、この高圧給水加熱器８ａ，８
ｂにおいてもトラブルが生じた場合の対応が構じ
られている。

万一、高圧給水加熱器８ａまたは高圧給水加熱
器８ｂが使用出来ないトラブルに至つた場合、使
用出来ない高圧給水加熱器８ａまたは８ｂを全体
の運転システムから切り離すための入口弁９ａ，
９ｂおよび出口弁１０ａ，１０ｂとこの切り離さ
れた高圧給水加熱器８ａまたは８ｂによつて確保
されていたボイラ１への給水を補うためのバイパ
ス弁１１とが設けられている。

従来このようなトラブルが、発電プラント運転
中に生じた場合は、前述の如く、異常となつた高
圧給水加熱器８ａもしくは８ｂを入口弁９ａまた
は９ｂ、出口弁１０ａまたは１０ｂを閉としてア
イソレートされる。

背景技術の問題点 一般に給水加熱器が２つの系列で構成される場
合の給水加熱器の設計はそれぞれ１つの系列で50
％、50％の流量配分を基本として設計されており
その余裕として基本流量に対してプラス25％すな
わち１系列にて75％の流量まで通水しても問題な
いものとなつている。

従つて、このような変則的な状態においては、
蒸気タービン３の75％負荷に相当するボイラ１へ
の給水流量は確保できるが、蒸気タービン３の負
荷が75％を越えて100％の負荷で運転される場合
はバイパス弁１１を開いて、正常な高圧給水加熱
器８ａもしくは８ｂに通過する流量が規定の流量
以上にならないよう補つてやる必要がある。設計
の余裕を越えた流量を通水することは、すなわち
給水加熱器内で給水の通路を構成する細管内の流
体流速が設計値を越えることを意味し、次の様な
新たなトラブルを引き起こし、正常な給水加熱器
まで異常になる。

細管内高流速による問題点は次の通りである。

(1) 高流速に伴なう細管内面壁のエロージヨンに
よる減肉の異常進行。

(2) 高流速に伴なう細管の振動発生による材料疲
労。

(3) 高流速に伴なう一般にいわれるインレツトア
タツクの発生。

(4) 高流速に伴ない給水出入口の差圧が増加し、
差圧増加による強度上の問題の発生。

以上のように給水加熱器にとつて致命的な問題
を回避するため設計の余裕を越えた流量の通水は
皆無とする必要がある。一方バイパス弁１１は通
常電動機駆動によつて開閉される弁が使用されて
おり、通常状態では全閉されている。このバイパ
ス弁１１に流れる流量は次式の通り弁開度とバイ
パス弁１１の上流側および下流側の差圧によつて
決まる。

Ｗ：流量、Ｋ：開度によつて定まる流量係数、
△Ｐ：弁前後の差圧、Ｖ：流体の比容積。

このバイパス弁１１を流れる流量の大勢を決め
る開度と差圧の内、差圧はさらに以下の要因によ
つて左右される。

Γ給水加熱器８ａ又は９ａを流れる流量。

Γバイパス弁１１を流れる流量 ボイラ１への給水流量は蒸気タービン３の負荷
と近似的に比例関係にあることからひいては蒸気
タービン３の負荷とバイパス弁１１の差圧は関連
づけることが可能となる。また、バイパス弁１１
の開度を増加すればするほどバイパス弁１１を流
れる流量は増加し高圧給水加熱器８ａ又は８ｂ側
に流れる流量の分担は減少し、規定流量以下を維
持するのに有利な方向となる。しかしながら必要
以上にバイパス弁１１の開度を増して、バイパス
弁１１側の流量を増加させても次の様な問題が生
じてくる。

Γ高圧給水加熱器８ａまたは８ｂ側の流量が低
下しバイパス弁１１側流量が増えることによつて
ボイラ１の入口温度を不必要に低下させるのでボ
イラ１での過負荷が増加し、蒸気タービン３の流
入してくる蒸気温度も乱れがちとなつて規定の蒸
気温度が得られなくなることもある。

Γ高圧給水加熱器８ａまたは８ｂを通過する流
量が必要以上に低下し、熱回収が不十分になる。
その結果発電プラントサイクルの熱効率を低下さ
せる。

そこで従来、使用不可となつて高圧給水加熱器
８ａまたは８ｂのいずれかをアイソレートした運
転（以下給水加熱器片系列運転という）状態でか
つ蒸気タービン３の負荷を75％以上とする場合
は、前述の問題が生じないよう次の様に運転員が
各部の状態を監視しながら発電プラントの状態、
例えば蒸気タービン３の負荷が変化する毎にバイ
パス弁１１の開度を調整していた。

従来は第２図おいて、給水加熱器８ａ，８ｂと
それぞれの給水加熱器の入口弁９ａ，９ｂ、出口
弁１０ａ，１０ｂとバイパス弁１１とからなる系
統に、バイパス弁１１及び給水加熱器８ａ，８ｂ
を流れる水の温度の情報を与える給水加熱器入口
温度計１２とそれぞれの給水加熱器の出口温度の
情報を与える給水加熱器出口温度計１３ａ，１３
ｂとボイラに給水される水の温度の情報を与える
ボイラ給水温度計１４とボイラへの給水流量の情
報を与える給水量計１５とからなるものである。

従つて、正常な給水加熱器８ａと使用不可とな
つた給水加熱器８ｂの入口弁９ａ，９ｂおよび出
口弁１０ａ，１０ｂはそれぞれ片系列運転時は図
の如く開および閉状態にある。また給水加熱器出
口温度計１３ａ，１３ｂは、それぞれの給水加熱
器８ａ，８ｂの出口温度の情報を与え、さらに給
水加熱器入口温度計１２はバイパス弁１１を流れ
る水の温度の情報と同時に給水加熱器８ａ，８ｂ
の入口温度の情報を与え、さらにボイラ給水温度
計１４はバイパス弁１１と給水加熱器８ａを通過
し混合した給水温度の情報を与え給水量計１５は
ボイラ（図示せず）への総合給水流量の情報を与
える。

以上の情報を基に熱バランス計算によつて給水
加熱器８ａを流れる流量が求められ規定の制限流
量と対比することができる。計算の手法は次の通
りである。

Ｑ：ボイラへの総合給水流量、ｉ：ボイラ給水
温度から求まるボイラ給水エンタルピ、QH：給
水加熱器８ａ通過流量、iH：給水加熱器８ａ出
口温度から求まる給水加熱器出口エンタルピ、
QB：バイパス弁１１通過流量、iB：バイパス弁
１１を流れるバイパス流体エンタルピとすれば、
Ｑ＝QH＋QB Qi＝QH・iH＋QB・iBとなりQH
＝（ｉ−ｉＢ）・Ｑ／（ｉＨ−ｉＢ）を導びくことがで
きる。そして給水 加熱器８ａを通過している流量QHが把握され規
定の制限流量内にあるか否かを判断する。このこ
とをくりかえすことによつて徐々に目標負荷に到
達させる。逆に負荷を降下させる場合においても
前記説明の逆の手順に行つている。

このように、従来ヒーターの片系列運転は、発
電プラントの状態を不用意に変えることは出来
ず、運転員の負担を増加させるものであつた。ま
た、操作する指標が目安的なものに頼る点があり
手順が煩雑であり許容流量をオーバーしたり不経
済な運転を長時間続けることもあつた。

従つて給水加熱器片系列運転の状態が発生した
場合は必ず発電負荷を固定する負荷制限運転と
し、給水加熱器片系列運転状態を監視する専任の
運転員を必要とした。

発明の目的 本発明は、前述した従来のものにおける欠点を
除去し、給水加熱器片系列運転の状態が発生した
場合でも発電プラントの負荷を束縛することな
く、通常と同じ負荷運転ができる給水加熱器片系
列自動運転装置を目的としたものである。

発明の概要 本発明は、発電用蒸気タービンプラントの複数
系列の給水加熱器と給水加熱器バイパス弁とから
なるシステムにおいて、タービン負荷から給水加
熱器バイパス流量を求める関数発生器と、給水加
熱器給水の熱バランスから実バイパス流量を求め
る演算器もしくは、バイパス流量計と、前記関数
発生器の出力及び演算器の出力を比較する比較器
と、その比較の偏差に応じて給水加熱器バイパス
弁を最適な開度に調節するための調整器およびこ
れに付随する検出器を具備したことを特徴とする
ものである。

発明の実施例 以下本発明を図面に示す実施例により説明す
る。

第３図において、正常に作動している給水加熱
器８（使用不可となつた給水加熱器は図示せず）
とバイパス弁駆動モータ１６及び弁の開度に相応
した信号を発する弁開度発信器１７が具備されて
いるバイパス弁１１とからなる系統に、給水加熱
器入口温度計１２、給水加熱器出口温度計１３、
ボイラ給水温度計１４およびボイラ給水流量計１
５からの信号が入力される演算器１８と、タービ
ン発電機（図示せず）からの負荷を検出する負荷
検出器１９からの信号が入力される関数発生器２
０とこの関数発生器２０および前記演算器１８か
らの信号を比較する比較器２１とこの比較器から
の偏差信号を入力する調整器２２と、この調整器
２２および前記弁開度発信器１７からの信号を比
較する比較器２３とこの比較器２３からの信号を
入力して弁駆動モータ１６を作動させる駆動装置
２４を設けたものである。

従つて、給水加熱器片系列運転となつたとき、
タービン発電機の負荷が75％以下においては負荷
検出器１９に基づく関数発生器２０の出力も、熱
バランスから求まる演算器１８の出力もバイパス
弁１１に対し閉側信号となりバイパス弁１１は全
閉している。タービン発電機の負荷が更に増加さ
れ75％を越えると関数発生器２０の出力は負荷に
相応したバイパス弁１１の通過流量を設定し、バ
イパス弁１１は設定流量に対応した開度に開動作
され、比較器２３においてバイパス弁１１の実開
度との偏差がなくなるまでバイパス弁１１は設定
された適正開度にすみやかに調節される。一方、
演算器１８の出力は熱バランスより演算され流体
温度が演算要素となつているため時定数をもつて
おりタービン発電機の負荷変化が起こつても、負
荷検出器１９の信号の様に迅速な応答は行われず
関数発生器２０の出力信号によつて調節されたバ
イパス弁１１の開度に対し時限をもつて補正動作
を加えより精度よくバイパス弁１１の開度を微調
節する。

以上の作用はタービン発電機負荷が75％以上で
負荷を降下する場合でも同様であり負荷の増減に
かかわらず全ての運転状態で有効に機能する。

このような本発明の実施例によれば給水加熱器
８ａ，８ｂの片系列運転の状態が発生し更にター
ビン発電機の負荷が75％を越えた場合でも、関数
発生器２０の出力によりバイパス弁１１は適正開
度に調節されるとともに、演算器１８の出力によ
りバイパス弁１１に補正作動を加えて精度よくバ
イパス弁１１の開度を調節するから、発電プラン
トの負荷を束縛することなく、通常と同じ負荷運
転が可能となる。また給水加熱器８ａまたは８ｂ
の過流量に対し確実に保護を行うものであつて、
発電プラント運転特性は大幅に向上される。これ
による従来の発電プラントとの負荷運用の相違を
説明する。

第４図において横軸は時間ｔ縦軸は発電プラン
トの負荷であり、従来のヒータ片系列運転での運
用例を実線Ａで示し、本発明による運用例を二点
鎖線Ｂで示す。

次に本発明の変形例を以下に示す。

第３図においてバイパス弁１１は電動機駆動の
弁としてが、このバイパス弁を空気弁又は電気式
調整弁としても本発明の目的および構成となんら
変わるものではない。

さらにバイパス弁１１の通過流量を各部温度な
らびにボイラ総合給水流量から演算によつて求め
る方法としたがバイパス弁１１の下流又は上流に
流量計を設置し直接バイパス弁１１の通過流量を
計ることによつてバイパス弁１１の開度を調整す
ることでもよい。

発明の効果 以上のように本発明の給水加熱器片系列自動運
転装置によればヒータ片系列運転時でも新たな人
力を要することなく、発電プラントの負荷を通常
の状態と同じに運用することができる。

また、従来人力の感覚又は経験に頼つていたこ
とは全くなくなり、確実に給水加熱器の通過流量
を許容制限内に管理することができ発電プラント
機器の安全性を高めるものである。

さらに不必要に給水加熱器をバイパスしボイラ
に給水することがなくなることにより経済的な運
転を可能にする。また発電プラントの状態変化に
合わせて連続的に調整が行なわれるからボイラ給
水の温度変化も最少限に抑制することになり、発
電プラントの運転特性は従来に比して大幅に向上
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は給水加熱器の配置と、発電プラントの
概略を示す系統図、第２図は給水加熱器片系列運
転時の流量、温度の関係を示す系統図、第３図は
本発明による給水加熱器片系列自動運転装置を示
す系統図、第４図は本発明による従来との発電負
荷運用の相違を示す線図である。 １……ボイラ、２……発電機、３……蒸気ター
ビン、３ａ……復水器、４……復水ポンプ、５…
…低圧給水加熱器、６……脱気器、７……ボイラ
給水ポンプ、８ａ，８ｂ……高圧給水加熱器、９
ａ，９ｂ……入口弁、１０ａ，１０ｂ……出口
弁、１１……バイパス弁、１２……給水加熱器入
口温度計、１３ａ，１３ｂ……給水加熱器出口温
度計、１４……ボイラ給水温度計、１５……給水
量計、１６……バイパス弁駆動モータ、１７……
発信器、１８……演算器、１９……負荷検出器、
２０……関数発生器、２１……比較器、２２……
調整器、２３……比較器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 発電用蒸気タービンプラントの、複数系列の
   給水加熱器と給水加熱器バイパス弁とからなるシ
   ステムにおいて、タービン負荷から給水加熱器バ
   イパス流量を求める関数発生器と、給水加熱器、
   給水の熱バランスから実バイパス流量を求める演
   算器もしくはバイパス流量計と、前記関数発生器
   の出力および演算器の出力を比較する比較器と、
   その比較の偏差に応じて給水加熱器バイパス弁を
   最適な開度に調節するための調整器およびこれに
   付随する検出器とを具備したことを特徴とする給
   水加熱器片系列自動運転装置。