(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ本体（１）の過熱器（１２）により過熱された過熱蒸気により駆動され且つ発電機（１５）を駆動し得るようにした蒸気タービン（１３）と、
コンバインドサイクル運転時に燃焼ガスにより駆動されて発電機（１８）を駆動すると共にタービン排ガスをボイラ本体（１）へ導入される燃料の燃焼に供するためボイラ本体（１）へ送給し得るようにしたガスタービン（１６）と、
前記過熱器（１２）へ送給される主蒸気に水をスプレイするスプレイ部（８）と、
を備えた排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおいて、
蒸気タービン（１３）の駆動により生じた蒸気タービン出力（ＰS）に対応してガスタービン出力指令（ＰGO）を出力する関数発生器（３２）と、
該関数発生器（３２）からのガスタービン出力指令（ＰGO）とガスタービン（１６）の駆動により生じたガスタービン出力（ＰG）との比をとってガスタービン出力比（α）を求める比率演算器（３３）と、
該比率演算器（３３）からのガスタービン出力比（α）に対応した係数（β）を出力する関数発生器（３４）と、
気力単独運転時及びコンバインドサイクル運転時に蒸気タービン出力指令（ＰSO）に対応して、蒸気タービン（１３）の駆動に伴い必要となる基準スプレイ水流量指令（ＱA）を出力する関数発生器（３６）と、
コンバインドサイクル運転時に蒸気タービン出力指令（ＰSO）に対応して、蒸気タービン（１３）及びガスタービン（１６）の駆動に伴い必要となる基準スプレイ水流量指令（ＱB）を出力する関数発生器（３７）と、
関数発生器（３６）からの基準スプレイ水流量指令（ＱA）及び関数発生器（３７）からの基準スプレイ水流量指令（ＱB）の差をとりガスタービン駆動スプレイ水流量指令（ΔＱG）を求める減算器（３８）と、
該減算器（３８）からのガスタービン駆動スプレイ水流量指令（ΔＱG）に前記関数発生器（３４）からの係数（β）を掛けてガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令（ＱG）を求める掛算器（３９）と、
過熱器（１２）の出側において過熱蒸気出口温度（Ｔ）を検出する過熱蒸気出口温度検出器（２６）と、
該過熱蒸気出口温度検出器（２６）からの過熱蒸気出口温度（Ｔ）と過熱蒸気設定出口温度（ＴO）の差を取り過熱蒸気出口温度偏差（ΔＴ）を求める減算器（２７）と、
該減算器（２７）からの過熱蒸気出口温度偏差（ΔＴ）に対応したスプレイ水流量（Ｑ）とを求める比例調節器（２８）と、
前記関数発生器（３６）からの基準スプレイ水流量指令（ＱA）と掛算器（３９）からのガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令（ＱG）と比例調節器（２８）からのスプレイ水補正流量指令（ＱC）を加算してスプレイ水修正流量指令（ΣＱ）を求める加算器（４０）と、
前記スプレイ部８へスプレイ水を送給するスプレイ水供給管１０を流れるスプレイ水流量Ｑを検出するスプレイ水流量検出器２５と、
前記加算器（４０）からのスプレイ水修正流量指令（ΣＱ）と前記スプレイ水流量検出器（２５）からのスプレイ水流量（Ｑ）との差をとりスプレイ水流量偏差（ΔＱ）を求める減算器（３０）と、
該減算器（３０）からのスプレイ水流量偏差（ΔＱ）を比例積分してスプレイ水流量制御弁開閉指令（Ｘ）を求め、該スプレイ水流量制御弁開閉指令（Ｘ）をスプレイ水送給管（１０）に設けたスプレイ水流量制御弁（１１）へ与え、スプレイ水流量制御弁（１１）の開度を調整する比例積分調節器（３１）
とを備えたことを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおける主蒸気温度制御装置。
【請求項２】
関数発生器（３４）と掛算器（３９）との間に変化率制限器（３５）を設けた請求項１に記載の排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおける主蒸気温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおける主蒸気温度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、熱効率の向上を図るため、発電機及び圧縮機を駆動した後のタービン排ガスを燃焼用空気の一部としてボイラへ送給し、ボイラにおける燃料の燃焼に供するようにした排気再燃型コンバインドサイクルプラントが実用化されつつあり、斯かる排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおいては、プラントの出力に対応して過熱器から送出される主蒸気の温度を制御する必要があり、主蒸気温度の制御は過熱器へ導入される主蒸気に水をスプレイすることにより行っている。
【０００３】
而して、斯かる排気再燃型コンバインドサイクルプラントの一例は図８に示されており、図中、１は火炉１ａ及び副側壁１ｂ並に後部伝熱部１ｃを備えたボイラ本体、２は中途部に燃料流量制御弁３が設けられた燃料送給管４を通り送給された燃料をボイラ本体１の火炉１ａ内に噴射し燃焼させるため火炉１ａ下部に設置したバーナ、５は外気をダクト６及び風箱７を介し燃焼用空気として火炉１ａ内へ送給する強圧通風機、８はボイラ本体１の伝熱部で生成されて主蒸気管９を通り送給された主蒸気に水をスプレイし得るよう主蒸気管９の中途部に設けられたスプレイ部、１０はスプレイ水流量制御弁１１により制御されつつ送給されたスプレイ水をスプレイ部８へ送給するためのスプレイ水送給管、１２はボイラ本体１の副側壁１ｂ内に格納され、スプレイ水をスプレイされて主蒸気管９を通り送給された主蒸気を過熱させる過熱器である。
【０００４】
１３は、過熱器１２で生成されて過熱蒸気管１４を通り送給された主蒸気により駆動されると共に発電機１５を駆動するようにした蒸気タービンであり、蒸気タービン１３から抽気された蒸気は復水器で水に戻され、給水ポンプによりボイラ本体１の伝熱部へ循環させ得るようになっている。
【０００５】
１６は燃焼器１７から送給された燃焼ガスにより駆動され、発電機１８及び圧縮機１９を駆動し得るようにしたガスタービンであり、燃焼器１７では、バーナ２０から噴射された燃料が圧縮機１９から送給された圧縮空気と混合し、燃焼し得るようになっている。
【０００６】
２１はガスタービン１６から排出されたタービン排ガスをダクト６へ送給し得るよう、ダクト６の中途部に接続されたダクトであり、ガスタービン１６から排出されたタービン排ガスは、ダクト２１からダクト６へ導入され、ダクト６、風箱７を通って火炉１ａ内へ送給し得るようになっている。
【０００７】
上記排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおいて、スプレイ部８へスプレイされるスプレイ水の流量を制御して過熱器１２の出口における主蒸気温度を制御するための主蒸気温度制御装置は図７に示されている。
【０００８】
図中、２２は蒸気タービン出力指令ＰSOに対応して気力単独運転時のスプレイ水流量指令ＱSSを出力し得るようにした関数発生器、２３は蒸気タービン出力指令ＰSOに対応してコンバインドサイクル運転時のスプレイ水流量指令ＱSCを出力し得るようにした関数発生器、２４は蒸気タービン出力指令ＰSOの値に応じて切換り、関数発生器２２からのスプレイ水流量指令ＱSS又は関数発生器２３からのスプレイ水流量指令ＱSCを出力し得るようにした切換器、２５はスプレイ水流量制御弁１１よりもスプレイ水送給方向Ｄ１下流側に位置するよう、スプレイ水送給管１０に接続されたスプレイ水流量検出器、２６は過熱蒸気管１４の中途部に接続された過熱蒸気出口温度検出器、２７は過熱蒸気出口温度検出器２６で検出した過熱蒸気の出口温度（過熱蒸気出口温度）Ｔと予め設定した過熱蒸気出口温度（過熱蒸気設定出口温度）ＴOの差をとり過熱蒸気出口温度偏差ΔＴを求める減算器、２８は燃焼器１７から与えられた過熱蒸気出口温度偏差ΔＴに基づき該偏差ΔＴに略比例したスプレイ水補正流量指令ＱCを出力し得るようにした比例調整器、２９は切換器２４からのスプレイ水流量指令ＱSS又はＱSCと比例調節器２８からのスプレイ水補正流量指令ＱCを加算してスプレイ水修正流量指令ΣＱを出力するようにした加算器、３０は加算器２９から与えられたスプレイ水修正流量指令ΣＱとスプレイ水流量検出器２５で検出したスプレイ水送給管１０を流れるスプレイ水の流量（スプレイ水流量Ｑ）の差をとってスプレイ水流量偏差ΔＱを求め出力する減算器、３１は減算器３０からのスプレイ水流量偏差ΔＱを比例積分してスプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘを求め、スプレイ水流量制御弁１１へ与える比例積分調節器である。
【０００９】
上述の主蒸気温度制御装置の関数発生器２２には、図９、図１０に示すとおり気力単独運転時の蒸気タービン出力指令ＰSOとスプレイ水流量指令ＱSSの関係を示す関数Ｆ１（ｘ）が設定され、関数発生器２３には、コンバインドサイクル運転時の蒸気タービン出力指令ＰSOとスプレイ水流量指令ＱSCの関係を示す関数Ｆ２（ｘ）が設定されている。
【００１０】
上述の排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおいては、蒸気タービン出力指令ＰSOが所定の値よりも低い場合には、蒸気タービン１３のみが駆動される気力単独運転が行われ、蒸気タービン出力指令ＰSOが所定の値よりも高い場合には、蒸気タービン１３とガスタービン１６の両方が駆動されるコンバインドサイクル運転が行われる。
【００１１】
而して、気力単独運転の場合はガスタービン１６は停止している。このため、ボイラ本体１の火炉１ａ内へは、強圧通風機５から吐出された空気のみがダクト６、風箱７を通って火炉１ａ内へ送給され、又燃料流量制御弁３から燃料送給管４を通り送給された燃料は、バーナ２から火炉１ａ内へ噴射されて強圧通風機５から送給された空気と混合し、燃焼する。
【００１２】
燃料の燃焼により火炉１ａで生成した燃焼ガスは、火炉１ａ内を上昇しつつボイラ本体１の伝熱管を流れる水、蒸気を加熱し、過熱器１２を流れる主蒸気を過熱し、後部伝熱部１ｃから排ガスとして後処理工程へ向け排出される。
【００１３】
ボイラ本体１の伝熱管で生成した蒸気は、主蒸気として主蒸気管９を通り、スプレイ部８でスプレイ水送給管１０から送給されるスプレイ水を噴射されて温度調整され、過熱器１２で所定の過熱度に過熱されて過熱蒸気管１４から蒸気タービン１３へ送給され、蒸気タービン１３を駆動して後抽気される。又蒸気タービン１３の駆動により発電機１５が駆動され、発電が行われる。
【００１４】
一方、気力単独運転時には、切換器２４は、関数発生器２２からのスプレイ水流量指令ＱSSが出力されるよう切換っており、蒸気タービン出力指令ＰSOの大きさに対応した、関数発生器２２からのスプレイ水流量指令ＱSSは、切換器２４を通って加算器２９へ与えられる。
【００１５】
又、過熱器１２で過熱されて過熱蒸気管１４へ送出された過熱蒸気の温度は過熱蒸気出口温度検出器２６で検出されて過熱蒸気出口温度Ｔとして減算器２７へ与えられ、減算器２７では、過熱蒸気出口温度Ｔと予め設定された過熱蒸気設定出口温度ＴOが比較されて過熱蒸気出口温度偏差ΔＴ（＝Ｔ−ＴO）が求められ、該過熱蒸気出口温度偏差ΔＴは比例調節器２８へ与えられ、該比例調節器２８では過熱蒸気出口温度偏差ΔＴを零にするために必要なスプレイ水補正流量指令ＱCが求められて加算器２９へ与えられる。
【００１６】
加算器２９では、切換器２４からのスプレイ水流量指令ＱSSと比例調節器２８からのスプレイ水補正流量指令ＱCが加算されてスプレイ水修正流量指令ΣＱ（＝ＱSS＋ＱC）が求められ、求められたスプレイ水修正流量指令ΣＱは減算器３０へ与えられ、スプレイ水流量検出器２５で検出された、スプレイ水送給管１０を流れるスプレイ水の流量は、スプレイ水流量Ｑとして減算器３０へ与えられる。
【００１７】
減算器３０では、加算器２９からのスプレイ水修正流量指令ΣＱとスプレイ水流量Ｑの差がとられてスプレイ水流量偏差ΔＱ（＝ΣＱ−Ｑ）が求められ、求められたスプレイ水流量偏差ΔＱは、減算器３０から比例積分調節器３１へ与えられ、比例積分調整されてスプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘが求められ、求められたスプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘはスプレイ水流量制御弁１１へ与えられて該スプレイ水流量制御弁１１の開度が調整される。
【００１８】
このためスプレイ水流量制御弁１１を通りスプレイ水送給管１０からスプレイ部８へスプレイされるスプレイ水の流量は、所定の流量に制御され、その結果、過熱蒸気出口温度検出器２６で検出される過熱蒸気出口温度Ｔは所望の温度に制御され、蒸気タービン出力ＰSは蒸気タービン出力指令ＰSOに追従する。
【００１９】
コンバインドサイクル運転時には、蒸気タービン１３及びガスタービン１６の両方が駆動されている。このため、強圧通風機５から吐出された空気と発電機１８及び圧縮機１９を駆動した後ガスタービン１６から排出されたタービン排ガスはダクト６の中途部で合流し、ダクト６から風箱７を経て火炉１ａ内へ送給され、バーナ２から噴射された燃料と混合し、燃料の燃焼が行われる。
【００２０】
燃料の燃焼により火炉１ａで生成した燃焼ガスの流れは、気力単独運転時と同じであり、後部伝熱部１ｃから排ガスとして後処理工程へ向け排出される。
【００２１】
ボイラ本体１の伝熱管で生成した蒸気の流れも気力単独運転時と同じであり、主蒸気管９の通過時にスプレイ部８でスプレイ水をスプレイされて温度調整された過熱蒸気は、過熱器１２へ送給され、所定の温度に過熱されて蒸気タービン１３へ導入され、蒸気タービン１３を介して発電機１５を駆動し、発電が行われる。
【００２２】
一方、コンバインドサイクル運転時には、切換器２４は、関数発生器２３からのスプレイ水流量指令ＱSCが出力されるよう切換っており、蒸気タービン出力指令ＰSOの大きさに対応した、関数発生器２３からのスプレイ水流量指令ＱSCは、切換器２４を通って加算器２９へ与えられる。
【００２３】
又加算器２９から比例積分調節器３１までの信号の処理は気力単独運転の場合と同様に行われ（ただし、スプレイ水流量指令ＱSC）、比例積分調節器３１から出力されたスプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘにより、スプレイ水流量制御弁１１の開度が調整され、スプレイ水送給管１０からスプレイ部８へスプレイされるスプレイ水の流量は所定の流量に制御され、その結果、過熱蒸気出口温度Ｔは所望の温度に制御される。
【００２４】
上記排気再燃型コンバインドサイクルプラントで、気力単独運転からコンバインドサイクル運転に切換え、蒸気タービン出力とガスタービン出力の合計の出力を所定の値まであげる場合の手順について、蒸気タービン出力ＰSとガスタービン出力ＰGの関係を示す図１１を参照しつつ説明すると以下のようになる。すなわち、蒸気タービン１３の駆動による蒸気タービン出力ＰSが定格出力の６２％の出力ＰS62に上昇するまでは、図１１の水平線Ｉに沿った気力単独運転を行い、蒸気タービン出力ＰSが定格出力の６２％の出力ＰS62になったら、垂線ＩＩに示すように蒸気タービン出力ＰSを定格出力の６２％の出力ＰS62に保持した状態でガスタービン１６を起動してコンバインドサイクル運転を開始し、ガスタービン出力ＰGを定格出力の５０％の出力ＰG50まで上昇させ、ガスタービン出力ＰGが定格出力の５０％の出力ＰG50に達したら、斜線ＩＩＩに示すごとく、蒸気タービン出力ＰS及びガスタービン出力ＰGを、蒸気タービン出力ＰSが定格出力の７５％の出力ＰS75になり、ガスタービン出力ＰGが定格出力ＰG100になるまで上昇させ、ガスタービン出力ＰGが定格出力ＰG100に達したら、以後は水平線ＩＶに示すように、蒸気タービン出力ＰSを定格出力ＰS100に達するまで上昇させる。
【００２５】
而して、排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおいて気力単独運転からコンバインドサイクル運転に切換える際には、蒸気タービン１３とガスタービン１６の単位時間当りの出力の変化の割合の相違を考慮すると、両タービン１３，１６の出力のバランスをとるためには、図１１の線Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶに倣って出力を増加させることが望ましく、又過熱器１２から送出された過熱蒸気の過熱蒸気出口温度Ｔも実際の蒸気タービン出力ＰSとガスタービン出力ＰGが図１１の線ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶに沿いバランスを保って変更されるよう調整することが望ましい。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおける主蒸気温度制御装置においては、
ｉ）  コンバインドサイクル運転に移行した場合も関数発生器２３から出力された、蒸気タービン出力指令ＰSOに対応したスプレイ水流量指令ＱSCを基にスプレイ水流量制御弁１１の開度調整を行っているだけであり、実際の蒸気タービン出力ＰSとガスタービン出力ＰGとは無関係にスプレイ水流量Ｑを制御しているため、過熱器１２出口における過熱蒸気出口温度Ｔの制御性が悪い、
ｉｉ）  蒸気タービン１３とガスタービン１６では単位時間当たりの出力の増加割合である負荷追従性能が異なるが、従来のように負荷追従性能の相違を考慮せずにスプレイを行うのでは両タービン１３，１６の実際の運転状態が考慮されていない、
ｉｉｉ）  ｉ），ｉｉ）により蒸気タービン出力ＰSとガスタービン出力ＰGのバランスが取りにくく、蒸気タービン１３及びガスタービン１６の何れも安定した定格出力に達するまでに時間が掛かる、
等の問題があった。
【００２７】
本発明は、上述の実情に鑑み、コンバインドサイクル運転を行う際に蒸気タービン１３の運転状態のみならず、ガスタービン１６の運転状態をも考慮し、蒸気タービン出力ＰSとガスタービン出力ＰGがバランスを保ちつつ迅速に且つ確実に定格出力に達し、しかも定格出力が安定して維持できるよう、過熱蒸気出口温度Ｔを制御することを目的としてなしたものである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
ボイラ本体１の過熱器１２により過熱された過熱蒸気により駆動され且つ発電機１５を駆動し得るようにした蒸気タービン１３と、
コンバインドサイクル運転時に燃焼ガスにより駆動されて発電機１８を駆動すると共にタービン排ガスをボイラ本体１へ導入される燃料の燃焼に供するためボイラ本体１へ送給し得るようにしたガスタービン１６と、
前記過熱器１２へ送給される主蒸気に水をスプレイするスプレイ部８と、
を備えた排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおいて、
蒸気タービン１３の駆動により生じた蒸気タービン出力ＰSに対応してガスタービン出力指令ＰGOを出力する関数発生器３２と、
該関数発生器３２からのガスタービン出力指令ＰGOとガスタービン１６の駆動により生じたガスタービン出力ＰGとの比をとってガスタービン出力比αを求める比率演算器３３と、
該比率演算器３３からのガスタービン出力比αに対応した係数βを出力する関数発生器３４と、
気力単独運転時及びコンバインドサイクル運転時に蒸気タービン出力指令ＰSOに対応して、蒸気タービン１３の駆動に伴い必要となる基準スプレイ水流量指令ＱAを出力する関数発生器３６と、
コンバインドサイクル運転時に蒸気タービン出力指令ＰSOに対応して、蒸気タービン１３及びガスタービン１６の駆動に伴い必要となる基準スプレイ水流量指令ＱBを出力する関数発生器３７と、
関数発生器３６からの基準スプレイ水流量指令ＱA及び関数発生器３７からの基準スプレイ水流量指令ＱBの差をとりガスタービン駆動スプレイ水流量指令ΔＱGを求める減算器３８と、
該減算器３８からのガスタービン駆動スプレイ水流量指令ΔＱGに前記関数発生器３４からの係数βを掛けてガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令ＱGを求める掛算器３９と、
過熱器１２の出側において過熱蒸気出口温度Ｔを検出する過熱蒸気出口温度検出器２６と、
該過熱蒸気出口温度検出器２６からの過熱蒸気出口温度Ｔと過熱蒸気設定出口温度ＴOの差を取り過熱蒸気出口温度偏差ΔＴを求める減算器２７と、
該減算器２７からの過熱蒸気出口温度偏差ΔＴに対応したスプレイ水流量Ｑとを求める比例調節器２８と、
前記関数発生器３６からの基準スプレイ水流量指令ＱAと掛算器３９からのガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令ＱGと比例調節器２８からのスプレイ水補正流量指令ＱCとを加算してスプレイ水修正流量指令ΣＱを求める加算器４０と、
前記スプレイ部８へスプレイ水を送給するスプレイ水供給管１０を流れるスプレイ水流量Ｑを検出するスプレイ水流量検出器２５と、
前記加算器４０からのスプレイ水修正流量指令ΣＱと前記スプレイ水流量検出器２５からのスプレイ水流量Ｑとの差をとりスプレイ水流量偏差ΔＱを求める減算器３０と、
該減算器３０からのスプレイ水流量偏差ΔＱを比例積分してスプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘを求め、該スプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘをスプレイ水送給管１０に設けたスプレイ水流量制御弁１１へ与え、スプレイ水流量制御弁１１の開度を調整する比例積分調節器３１
とを備えたものである。
【００２９】
又、本発明では、関数発生器３４と掛算器３９との間に変化率制限器３５を設けると良い。
【００３０】
【作用】
コンバインドサイクル運転時には、関数発生器３２では、蒸気タービン１３の駆動により得られた蒸気タービン出力ＰSからガスタービン出力指令ＰGOを求め、比率演算器３３出は、ガスタービン１６の駆動により得られたガスタービン出力ＰGとガスタービン出力指令ＰGOとの比をとってガスタービン出力比αを求め、減算器３８では、蒸気タービン出力指令ＰSOから関数発生器３６，３７において求めた基準スプレイ水流量指令ＱA，ＱBの差をとってガスタービン駆動スプレイ水流量指令ΔＱGを求め、掛算器３９では、ガスタービン駆動スプレイ水流量指令ΔＱGに関数発生器３４からの係数βを掛けてガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令ＱGを求め、比例調節器２８では、過熱蒸気出口温度検出器２６で検出した過熱蒸気出口温度Ｔと過熱蒸気設定出口温度ＴOとの差である過熱蒸気出口温度偏差ΔＴに対応してスプレイ水補正流量指令ＱCを求め、加算器４０では、関数発生器３６からの基準スプレイ水流量指令ＱAと掛算器３９からのガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令ＱGと比例調節器２８からのスプレイ水補正流量指令ＱCを加算してスプレイ水修正流量指令ΣＱを求め、比例積分調節器３１ではスプレイ水修正流量指令ΣＱとスプレイ水流量検出器２５で検出したスプレイ水流量Ｑの差である、減算器３０で求めたスプレイ水流量偏差ΔＱを比例積分してスプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘを求め、該スプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘによりスプレイ水流量制御弁１１の開度を調整する。
【００３１】
このため、コンバインドサイクル運転時には、蒸気タービン１３とガスタービン１６の実際の運転状態を考慮して過熱蒸気出口温度Ｔが制御されるため、過熱蒸気出口温度Ｔの制御性が良好であり、その結果、負荷追従性の異なる蒸気タービン１３とガスタービンの出力ＰS，ＰGは予め設定した関数に従って容易且つ迅速にバランスし、蒸気タービン１３及びガスタービン１６が定格出力に達するまでの時間も短時間で良い。
【００３２】
係数βを変化率制限器３５を通して掛算器３９に与える場合には、ガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令ＱGは徐々に変化するため、過熱蒸気出口温度Ｔの制御性はより一層良好となり、蒸気タービン出力ＰSとガスタービン出力ＰGをより一層確実にバランスさせることができる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
【００３４】
図１〜図６は本発明の一実施例であり、本実施例における排気再燃型コンバインドサイクルプラント自体は図８に示す従来のものと同じである。しかし、本実施例においては、図２に示すように、発電機１５から蒸気タービン出力ＰSを出力し得るようになっており、発電機１８からガスタービン出力ＰGを出力し得るようになっている。
【００３５】
又、本実施例における主蒸気温度制御装置は、図１に示され、図中、３２は発電機１５からの蒸気タービン出力ＰSに対応してガスタービン出力指令ＰGOを出力し得るようにした関数発生器、３３は関数発生器３２からのガスタービン出力指令ＰGOにより発電機１８からのガスタービン出力ＰGを除算してガスタービン出力比αを求める比率演算器、３４は比率演算器３３からのガスタービン出力比αに対応した非線形補償係数βを求める関数発生器、３５は関数発生器３４から与えられる非線形補償係数βの単位時間当りの変化率が予め定めた所定の変化率よりも大きい場合にその変化率を制限して非線形補償係数βを出力し得るようにした変化率制限器である。
【００３６】
３６は気力単独運転時及びコンバインドサイクル運転時の両方において、蒸気タービン１３の駆動に伴い必要となる蒸気タービン出力指令ＰSOに対応した基準スプレイ水流量指令ＱAを出力する関数発生器、３７はコンバインドサイクル運転時に蒸気タービン１３及びガスタービン１６の駆動に伴い必要となる基準スプレイ水流量指令ＱBを出力する関数発生器、３８は関数発生器３６からの基準スプレイ水流量指令ＱAと関数発生器３７からの基準スプレイ水流量指令ＱBの差をとり、ガスタービン駆動スプレイ水流量指令ΔＱGを求める減算器、３９は関数発生器３４からのガスタービン駆動スプレイ水流量指令ΔＱGと関数発生器３４から変化率制限器３５を経て与えられた非線形補償係数βを掛けることにより、ガスタービン出力指令ＰGOと実際のガスタービン出力ＰGの違いに対応して、ガスタービン１６の駆動により増加する必要のあるガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令ＱGを求める掛算器、４０は関数発生器３６からの基準スプレイ水流量指令ＱAと、掛算器３９からのガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令ＱGと、従来の場合と同様、減算器２７で求められた過熱蒸気出口温度偏差ΔＴに対応して比例調節器２８から与えられたスプレイ水補正流量指令ＱCとを加算してスプレイ水修正流量指令ΣＱを求める加算器であり、加算器４０で求めたスプレイ水修正流量指令ΣＱは、従来の場合と同様、減算器３０に与え得るようになっている。
【００３７】
又、減算器３０からは、加算器４０で求めたスプレイ水修正流量指令ΣＱとスプレイ水流量検出器２５で検出したスプレイ水流量Ｑとの差であるスプレイ水流量偏差ΔＱを求めて比例積分調節器３１へ与え得るようになっており、比例積分調節器３１からは、スプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘをスプレイ水流量制御弁１１へ与え得るようになっており、過熱蒸気出口温度検出器２６で検出した過熱蒸気出口温度Ｔは過熱蒸気設定出口温度ＴOが設定される減算器２７へ与え得るようになっており、これらのことも従来の場合と同じである。
【００３８】
上記の主蒸気温度制御装置の関数発生器３２，３４，３６，３７には、図３、図４、図５、図６に示すごとき関数Ｆ３（ｘ），Ｆ４（ｘ），Ｆ５（ｘ），Ｆ６（ｘ）が設定してある。而して、図３に示す関数Ｆ３（ｘ）は、コンバインドサイクル運転を行う際に両タービン１３，１６の出力のバランスや負荷追従性の相違を考慮して決定した蒸気タービン出力ＰSと蒸気タービン出力ＰSに対応したガスタービン出力指令ＰGOとの関係を表わすものであり、図４に示す関数Ｆ４（ｘ）は、ガスタービン出力指令ＰGO及び実際のガスタービン出力ＰGの比であるガスタービン出力比α＝ＰG／ＰGOと、該出力比αにより定まる非線形補償係数βの関係を表わすものであり、図５に示す関数Ｆ５（ｘ）は、気力単独運転時或いはコンバインドサイクル運転時において、蒸気タービン出力指令ＰSOと、蒸気タービン１３の運転に伴い必要となる蒸気タービン出力指令ＰSOに対応した基準スプレイ水流量指令ＱAの関係を表わすものであり、図６に示す関数Ｆ６（ｘ）は、蒸気タービン出力指令ＰSOと、気力単独運転或いはコンバインドサイクル運転に伴い必要となる、蒸気タービン出力指令ＰSOに対応したプラント全体の基準スプレイ水流量指令ＱBの関係を表わすものである。なお、図３中、ＰS62は蒸気タービン出力ＰSの定格出力ＰS100の６２％の出力、ＰS75は同定格出力ＰS100の７５％の出力、ＰGO50はガスタービン出力指令ＰGOの最大値ＰGO100の５０％の出力指令を表わしている。
【００３９】
本実施例の排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおいては、蒸気タービン１３のみが駆動される気力単独運転の場合も、蒸気タービン１３及びガスタービン１６が駆動されるコンバインドサイクル運転の場合も、空気、燃料、燃焼ガス、蒸気、タービン排ガス等の流れは図８に示す従来の場合と同じであるので、説明を省略する。
【００４０】
而して、気力単独運転時には、所定の値の蒸気タービン出力指令ＰSOが関数発生器３６，３７に与えられ、関数発生器３６からは、蒸気タービン出力指令ＰSOに対応した基準スプレイ水流量指令ＱAが出力されて加算器４０及び減算器３８に与えられるが、関数発生器３７からは、基準スプレイ水流量指令ＱBが出力される。このため、減算器３８では、ＱB−ＱAが求められるが、気力単独運転時はＱA＝ＱBであり、ガスタービン駆動スプレイ水流量指令ΔＱG＝０となり、掛算器３９へは、ガスタービン駆動スプレイ水流量指令ΔＱGは与えられない。なお、ＱA＝ＱBとなるのは、基準スプレイ水流量指令ＱA，ＱBは何れも気力単独運転時において蒸気タービン１３だけを駆動した場合のスプレイ水流量指令となるためである。
【００４１】
一方、蒸気タービン１３により駆動される発電機１５の出力は蒸気タービン出力ＰSとして、関数発生器３２に与えられるが、気力単独運転時には、関数発生器３２からは何等指令が出力されない。又ガスタービン１６は駆動されていないため発電機１８からはガスタービン出力ＰGは出力されず、比率演算器３３で演算されるガスタービン出力比αは、ＰG／ＰGO＝０／０＝０であり、関数発生器３４から何等指令は出力されない（β＝０）。従って、掛算器３９では、ガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令ＱG（＝０×０）＝０となり、掛算器３９から加算器４０へガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令ＱGが出力されることはない。
【００４２】
過熱器１２で過熱されて過熱蒸気管１４へ送出された過熱蒸気の温度は、過熱蒸気出口温度検出器２６で検出され、過熱蒸気出口温度Ｔとして減算器２７へ与えられ、減算器２７では、過熱蒸気出口温度Ｔと予め設定された過熱蒸気設定出口温度ＴOが比較されて過熱蒸気出口温度偏差ΔＴが求められ、該過熱蒸気出口温度偏差ΔＴは比例調節器２８へ与えられ、該比例調節器２８では過熱蒸気出口温度偏差ΔＴを零にするために必要なスプレイ水補正流量指令ＱCが求められて加算器４０へ与えられる。
【００４３】
加算器４０では、関数発生器３６からの基準スプレイ水流量指令ＱAと比例調節器２８からのスプレイ水補正流量指令ＱCが加算されてスプレイ水修正流量指令ΣＱ（＝ＱA＋ＱC）が求められ、該スプレイ水修正流量指令ΣＱは減算器３０へ与えられ、スプレイ水流量検出器２５で検出された、スプレイ水送給管１０を流れるスプレイ水の流量は、スプレイ水流量Ｑとして減算器３０へ与えられる。
【００４４】
減算器３０では、加算器４０からのスプレイ水修正流量指令ΣＱとスプレイ水流量Ｑの差がとられてスプレイ水流量偏差ΔＱが求められ、該スプレイ水流量偏差ΔＱは減算器３０から比例積分調節器３１へ与えられ、比例積分調整されてスプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘが求められ、求められたスプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘはスプレイ水流量制御弁１１へ与えられてスプレイ水流量制御弁１１の開度が調整される。
【００４５】
このため、スプレイ水流量制御弁１１を通り、スプレイ水送給管１０からスプレイ部８へスプレイされるスプレイ水の流量は、所定の流量に制御され、その結果、過熱器１２出側における過熱蒸気出口温度Ｔは所望の温度に制御され、蒸気タービン出力ＰSは蒸気タービン出力指令ＰSOに追従する。
【００４６】
コンバインドサイクル運転時には、蒸気タービン１３及びガスタービン１６の両方が駆動されている。このため、蒸気タービン１３により駆動される発電機１５の出力は蒸気タービン出力ＰSとして関数発生器３２へ与えられ、ガスタービン１６により駆動される発電機１８の出力はガスタービン出力ＰGとして比率演算器３３へ与えられる。
【００４７】
而して、関数発生器３２からは、図３に示すごとく蒸気タービン出力ＰSに対応したガスタービン出力指令ＰGOが出力されて比率演算器３３に与えられ、比率演算器３３では、発電機１８からのガスタービン出力ＰGがガスタービン出力指令ＰGOにより除算されてガスタービン出力比αが求められ、求められたガスタービン出力比αは関数発生器３４へ与えられる。
【００４８】
関数発生器３４では、図４に示すごとく、ガスタービン出力比αに対応してすなわち、ガスタービン出力指令ＰGOと実際に発生したガスタービン出力ＰGの違いに対応して、非線形補償係数βが求められ、該非線形補償係数βは変化率制限器３５を介して掛算器３９へ与えられる。変化率制限器３５においては、単位時間当りの変化率は予め定めてあるため、非線形補償係数βは急激に変化することはない。
【００４９】
又、蒸気タービン出力指令ＰSOは、関数発生器３６，３７に与えられ、関数発生器３６からは図５に示すごとく蒸気タービン出力指令ＰSOに対応した基準スプレイ水流量指令ＱAが出力されて減算器３８及び加算器４０に与えられ、関数発生器３７からは、図６に示すごとく、蒸気タービン出力指令ＰSOに対応した基準スプレイ水流量指令ＱBが出力されて減算器３８に与えられ、減算器３８では、基準スプレイ水流量指令ＱBとＱAの差がとられて、コンバインドサイクル運転時に蒸気タービン１３を駆動することにより増加しなければならないスプレイ水の流量指令が、ガスタービン駆動スプレイ水流量指令ΔＱG（＝ＱB−ＱA）として求められ、該ガスタービン駆動スプレイ水流量指令ΔＱGは掛算器３９に与えられる。
【００５０】
掛算器３９では、ガスタービン駆動スプレイ水流量指令ΔＱGと非線形補償係数βが掛けられて、ガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令ＱG（＝β・ΔＱG）が求められ、該ガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令ＱGは加算器４０に与えられる。
【００５１】
過熱蒸気出口温度検出器２６で検出された、過熱蒸気管１４内を流れる過熱蒸気の温度は、過熱蒸気出口温度Ｔとして減算器２７へ与えられ、減算器２７では、過熱蒸気出口温度Ｔと予め設定されている過熱蒸気設定出口温度Ｔ0との差がとられて過熱蒸気出口温度偏差ΔＴが求められて比例調節器２８へ与えられ、比例調節器２８では、過熱蒸気出口温度偏差ΔＴに対応して増減すべきスプレイ水補正流量指令ＱCが求められて加算器４０へ与えられる。
【００５２】
加算器４０では、関数発生器３６からの基準スプレイ水流量指令ＱAと掛算器３９からのガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令ＱGと比例調節器２８からのスプレイ水補正流量指令ＱCを加算してスプレイ水修正流量指令ΣＱ（＝ＱA＋ＱG＋ＱC）が求められ、求められたスプレイ水修正流量指令ΣＱは減算器３０に与えられ、又スプレイ水流量検出器２５により検出された、スプレイ水送給管１０内を流れるスプレイ水の流量は、スプレイ水流量Ｑとして減算器３０に与えられる。
【００５３】
減算器３０では、加算器４０からのスプレイ水修正流量指令ΣＱと、スプレイ水流量検出器２５からのスプレイ水流量Ｑの差がとられてスプレイ水流量偏差ΔＱが求められ、該スプレイ水流量偏差ΔＱは比例積分調節器３１で比例積分されてスプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘが求められ、求められたスプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘはスプレイ水流量制御弁１１へ与えられて該制御弁１１の開度が所定の開度に調整される。
【００５４】
このため、スプレイ水流量制御弁１１を通り、スプレイ水送給管１０からのスプレイ部８へスプレイされるスプレイ水の流量は、所定の流量に制御され、その結果、過熱器１２出側における過熱蒸気出口温度Ｔは所望の温度に制御され、蒸気タービン出力ＰSは蒸気タービン出力指令ＰSOに、又ガスタービン出力ＰGはガスタービン出力指令ＰGOに、夫々追従する。
【００５５】
本実施例の排気再燃焼型コンバインドサイクルプラントにおいて気力単独運転からコンバインドサイクル運転に切換える際には、ガスタービン出力ＰGは成り行き任せではなく、関数発生器３２に設定してある図３に示す関数Ｆ３（ｘ）に基づき制御されることになる。すなわち、検出された蒸気タービン出力ＰSが定格出力ＰS100の６２％よりも少い出力ＰS62の場合には、関数発生器３２からはガスタービン出力指令ＰGOは出力されないが、蒸気タービン出力ＰSが定格出力ＰS100の６２％の出力ＰS62に達すると、ガスタービン出力指令ＰGOとしてはＰGO50が関数発生器３２から出力され、比率演算器３３に与えられる。
【００５６】
しかるに、気力単独運転から、コンバインドサイクル運転に切換った直後には、ガスタービン１６の駆動により発電機１８から取出されるガスタービン出力ＰGは低いため、比率演算器３３で演算されたガスタービン出力比α＝ＰG／ＰGOは小さい値となり、非線形補償係数βは大きくなる。従って、非線形補償係数βを変化率制限器３５を通さずに直接掛算器３９に与えると、ガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令ＱGが急激に大きくなり、延いては、スプレイ水修正流量指令ΣＱ、スプレイ水流量偏差ΔＱ、スプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘも急激に大きくなる結果、スプレイ水流量制御弁１１が急激に開いてスプレイ水流量も急激に増加し、又スプレイ水流量が急増すれば過熱蒸気出口温度Ｔが急激に低下して減算器２７の過熱蒸気出口温度偏差ΔＴが減少若しくはマイナスとなる。
【００５７】
又、過熱蒸気出口温度偏差ΔＴが減少し若しくはマイナスになると、比例調節器２８からのスプレイ水補正流量指令ＱCは減少し、延いてはスプレイ水修正流量指令ΣＱ、スプレイ水流量偏差ΔＱ、スプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘも低下してスプレイ水流量制御弁１１が急激に閉止し、スプレイ水流量Ｑも急激に減少することになり、過熱蒸気出口温度Ｔは急激に上昇する。このため、過熱蒸気出口温度Ｔ延いては蒸気タービン出力ＰS及びガスタービン出力ＰGを迅速に安定するような制御を行うことができない。
【００５８】
しかるに、変化率制限器３５から出力される非線形補償係数βの変化率を制限しているため、究極的には、スプレイ水流量制御弁開閉指令Ｘの急激な変化が防止され、スプレイ水流量制御弁１１の開閉は徐々にゆっくりと行われることになる。従って、過熱蒸気出口温度Ｔの変動も大きくならず、迅速に安定した過熱蒸気出口温度Ｔを得ることができ、蒸気タービン出力ＰS及びガスタービン出力ＰGも迅速に安定するよう、制御が行われる。従って、ガスタービン出力ＰGが定格出力ＰG100の５０％に到達するまでは、図１１の直線ＩＩに沿ってガスタービン出力ＰGは増加する。
【００５９】
又、例えばガスタービン出力ＰGが定格出力ＰG100の５０％の出力ＰG50に到達すると、蒸気タービン出力指令ＰSOは更に高い値に切換えられ、蒸気タービン出力ＰSはその蒸気タービン出力指令ＰSOに対応して増加し、又ガスタービン出力指令ＰGOも図３の関数Ｆ３（ｘ）に示すように増加するが、変化率制限器３５を設けて上述のように制御を行うことにより、蒸気タービン出力ＰSとガスタービン出力ＰGは図１１の線ＩＩＩ，ＩＶに沿って変更される。
【００６０】
本実施例においては、コンバインドサイクル運転を行う場合に、蒸気タービン出力指令ＰSO及びガスタービン出力指令ＰGOに基いた実際の蒸気タービン出力ＰS及びガスタービン出力ＰGに従い、スプレイ部８にスプレイするスプレイ水流量を制御し、過熱蒸気出口温度Ｔを制御しているため、過熱蒸気出口温度Ｔの制御性が良好であり、実際の運転状態を考慮して制御を行っているため、バランスのとれた運転を行うことができる。従って、容易に蒸気タービン出力ＰSとガスタービン出力ＰGのバランスをとることができ、迅速に蒸気タービン出力ＰSとガスタービン出力ＰGを安定させることができる。
【００６１】
なお、本発明の実施例では、スプレイ部８を１段とする場合について説明したが多段としても実施できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおける主蒸気温度制御装置によれば、請求項１の場合には、コンバインドサイクル運転を行う際に、実際の蒸気タービン出力ＰS及びガスタービン出力ＰGを基に過熱蒸気出口温度Ｔの制御を行っているため該温度Ｔの制御性が良好であり、又実際の運転状態を考慮しているため、容易且つ迅速に過熱蒸気出口温度Ｔを所望の温度にでき、延いては、蒸気タービン出力ＰSとガスタービン出力ＰGをバランスをとりつつ迅速に安定させることができ、請求項２の場合には、過熱蒸気出口温度Ｔの制御性はより一層良好となり、蒸気タービン出力ＰSとガスタービン出力ＰGをより一層確実にバランスさせることができる、等種々の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおける主蒸気温度制御装置の一実施例のブロック図である。
【図２】図１の主蒸気温度制御装置が適用される排気再燃型コンバインドサイクルプラントの概略配置図である。
【図３】図１の関数発生器３２に設定される蒸気タービン出力ＰSとガスタービン出力指令ＰGOとの関係を表わすグラフである。
【図４】図１の関数発生器３４に設定されるガスタービン出力比ＰG／ＰGO＝αと非線形補償係数βとの関係を表わすグラフである。
【図５】図１の関数発生器３６に設定される蒸気タービン出力指令ＰSOと基準スプレイ水流量指令ＱAとの関係を表わすグラフである。
【図６】図１の関数発生器３７に設定される蒸気タービン出力指令ＰSOと基準スプレイ水流量指令ＱBとの関係を表わすグラフである。
【図７】従来の排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおける主蒸気温度制御装置の一例のブロック図である。
【図８】図７の主蒸気温度制御装置が適用される排気再燃型コンバインドサイクルプラントの概略配置図である。
【図９】図７の関数発生器２２に設定される気力単独運転時の蒸気タービン出力指令ＰSOとスプレイ水流量指令ＱSSとの関係を表わすグラフである。
【図１０】図７の関数発生器２３に設定されるコンバインドサイクル運転時の蒸気タービン出力指令ＰSOとスプレイ水流量指令ＱSCとの関係を表わすグラフである。
【図１１】蒸気タービン出力及びガスタービン出力を上昇させる場合の蒸気タービン出力ＰSとガスタービン出力ＰGとの関係を表わすグラフである。
【符号の説明】
１    ボイラ本体
８    スプレイ部
１０  スプレイ水送給管
１１  スプレイ水流量制御弁
１２  過熱器
１３  蒸気タービン
１５  発電機
１６  ガスタービン
１８  発電機
２５  スプレイ水流量検出器
２６  過熱蒸気出口温度検出器
２７  減算器
２８  比例調節器
３０  減算器
３１  比例積分調節器
３２  関数発生器
３３  比率演算器
３４  関数発生器
３５  変化率制限器
３６  関数発生器
３７  関数発生器
３８  減算器
３９  掛算器
４０  加算器
ＰSO  蒸気タービン出力指令
Ｔ    過熱蒸気出口温度
ＴO   過熱蒸気設定出口温度
ΔＴ  過熱蒸気出口温度偏差
ＱC   スプレイ水補正流量指令
ΣＱ  スプレイ水修正流量指令
Ｑ    スプレイ水流量
Ｘ    スプレイ水流量制御弁開閉指令
ΔＱ  スプレイ水流量偏差
ＰGO  ガスタービン出力指令
ＰS   蒸気タービン出力
ＰG   ガスタービン出力
ＰGO  ガスタービン出力指令
α    ガスタービン出力比
β    非線形補償係数（係数）
ＱA   基準スプレイ水流量指令
ＱB   基準スプレイ水流量指令
ΔＱG ガスタービン駆動スプレイ水流量指令
ＱG   ガスタービン駆動補正スプレイ水流量指令
【図１】
0003697731.tif 000002
【図２】
0003697731.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003697731.tif 000005
【図５】
0003697731.tif 000006
【図６】
0003697731.tif 000007
【図７】
0003697731.tif 000008
【図８】
0003697731.tif 000009
【図９】
0003697731.tif 000010
【図１０】
0003697731.tif 000011
【図１１】
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