(57)【要約】【課題】総給水加熱量、及び各抽気蒸気の上限及び下限流量を考慮しつつ、複数の抽気蒸気の流量のバランスを変化させて、発電量の最大化を図る蒸気発電プラントを提供する。【解決手段】制御装置が、目標総給水加熱量と同じ総給水加熱量に維持する総加熱量の制約条件、及び各抽気蒸気の目標流量を上限抽気流量と下限抽気流量との範囲に収める上下限抽気流量の制約条件の下で、多段タービンに供給されている蒸気流量と各抽気蒸気の目標流量とに基づいて算出する発電量が最大になるような、各抽気蒸気の目標流量を算出する最適化演算を実行し、各抽気蒸気の目標流量を実現するように、複数の抽気流量制御弁を制御する蒸気発電プラント。【選択図】図３
2019015255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発生器と、
前記蒸気発生器が発生した蒸気により駆動される多段タービンと、
前記多段タービンの回転駆動力により発電する発電機と、
前記多段タービンの複数の抽気箇所から蒸気を抽気する複数の抽気系統と、
前記多段タービンから排出された蒸気を冷却し水に戻す復水器と、
前記復水器の水を前記蒸気発生器に供給する給水系統と、
複数の前記抽気系統のそれぞれの抽気蒸気により前記給水系統の給水を加熱する複数の給水加熱器と、
複数の前記抽気系統のそれぞれの抽気蒸気の流量を調整する複数の抽気流量制御弁と、
複数の前記抽気流量制御弁を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、複数の前記給水加熱器によって給水に加えられる総給水加熱量の目標値である目標総給水加熱量を設定し、
前記目標総給水加熱量と同じ総給水加熱量に維持する総加熱量の制約条件、及び複数の前記抽気系統のそれぞれの抽気蒸気の目標流量を上限抽気流量と下限抽気流量との範囲に収める上下限抽気流量の制約条件の下で、前記多段タービンに供給されている蒸気流量と複数の前記抽気系統のそれぞれの前記抽気蒸気の目標流量とに基づいて算出する前記発電機の発電量が最大になるような、複数の前記抽気系統のそれぞれの前記抽気蒸気の目標流量を算出する最適化演算を実行し、複数の前記抽気蒸気の目標流量を実現するように、複数の前記抽気流量制御弁を制御する蒸気発電プラント。
【請求項２】
複数の前記抽気系統のそれぞれの抽気蒸気の温度を検出する複数の抽気温度計測器と、複数の前記抽気系統のそれぞれの抽気蒸気の流量を検出する複数の抽気流量計測器と、を更に備え、
前記制御装置は、複数の前記抽気温度計測器により検出した複数の前記抽気蒸気の温度と、複数の前記抽気流量計測器により検出した複数の前記抽気蒸気の流量とに基づいて、複数の前記給水加熱器によって給水に加えられている現在の総給水加熱量を算出し、前記現在の総給水加熱量を前記目標総給水加熱量に設定する請求項１に記載の蒸気発電プラント。
【請求項３】
前記制御装置は、複数の前記抽気蒸気の目標流量を実現したと仮定した場合に、複数の前記給水加熱器のそれぞれの下流の給水温度を算出すると共に複数の前記給水加熱器のそれぞれから排出される凝縮水の温度を算出し、複数の前記給水加熱器のそれぞれについて、前記下流の給水温度が、１つ給水下流側に配置された前記給水加熱器から排出される凝縮水の温度を上回るか否かを判定し、上回ると判定された前記給水加熱器に対応する前記抽気蒸気の前記上限抽気流量を減少させる制約条件変更演算を行い、
前記制約条件変更演算により変更された前記上限抽気流量を用い、再び、前記最適化演算を実行する処理を、前記上限抽気流量が減少される前記給水加熱器が生じなくなるまで繰り返し実行し、
前記上限抽気流量が減少される前記給水加熱器が生じなかった複数の前記抽気蒸気の目標流量を実現するように、複数の前記抽気流量制御弁を制御する請求項１又は２に記載の蒸気発電プラント。
【請求項４】
複数の前記抽気系統のそれぞれの抽気蒸気の温度を検出する複数の抽気温度計測器と、複数の前記給水加熱器のそれぞれの上下流の給水温度を検出する複数の給水温度計測器と、を更に備え、
前記制御装置は、複数の前記給水加熱器のそれぞれについて、前記抽気蒸気の温度の検出値に基づいて前記給水加熱器に供給される供給熱量を算出し、前記上下流の給水温度の検出値に基づいて給水の加熱に用いられた加熱熱量を算出し、前記供給熱量と前記加熱熱量との比から前記給水加熱器の熱交換効率を算出し、
前記総給水加熱量の算出に、算出した前記熱交換効率を用いる請求項１から３のいずれか一項に記載の蒸気発電プラント。
【請求項５】
前記制御装置は、前記多段タービンに供給されている蒸気流量と、複数の前記抽気系統のそれぞれの前記抽気蒸気の目標流量とに基づいて、各段のタービンを流れる各段の蒸気流量を算出し、前記各段の蒸気流量に、各段のタービンの発電係数を乗算した値を、各段のタービンの発電量として算出し、前記各段のタービンの発電量を合計した発電量を各段の合計発電量として算出し、前記各段の合計発電量を変数とした一次関数又は２次関数の計算値、又は前記各段の合計発電量そのものを、最終的な前記発電量として算出する請求項１から４のいずれか一項に記載の蒸気発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段タービンの複数の抽気箇所から蒸気を抽気し、蒸気発生器への給水を加熱する蒸気発電プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、抽気蒸気により給水を加熱する給水加熱器の下流側の給水温度が、実負荷と総燃料流量によって算出されるプラント効率が向上するように設定された目標温度に近づくように、抽気流量制御弁を制御する蒸気発電プラントが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１９５９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複数の抽気箇所から抽気される抽気蒸気のバランスを変化させると、各段のタービンを流れる蒸気流量が変化し、多段タービンの出力が変化し、発電機の発電量が変化する。また、複数の抽気蒸気のバランスを変化させると、各抽気蒸気を用いた複数の給水加熱器により給水に加えられる総給水加熱量が変化し、プラントの熱効率が変化する。また、各抽気系統の抽気蒸気の流量には、各抽気系統の配管、弁等の流量特性、給水加熱器の仕様等により、上限流量及び下限流量の制約がある。そのため、現在の蒸気発生器の運転状態で、発電量を向上するためには、総給水加熱量、及び各抽気蒸気の上限及び下限流量を考慮しつつ、複数の抽気蒸気の流量のバランスを変化させる必要がある。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、複数の抽気蒸気の流量のバランスが考慮されておらず、バランスを変化させることにより発電量の向上を図れるように構成されていない。
【０００６】
そこで、総給水加熱量、及び各抽気蒸気の上限及び下限流量を考慮しつつ、複数の抽気蒸気の流量のバランスを変化させて、発電量の最大化を図ることができる蒸気発電プラントが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る蒸気発電プラントは、蒸気発生器と、
前記蒸気発生器が発生した蒸気により駆動される多段タービンと、
前記多段タービンの回転駆動力により発電する発電機と、
前記多段タービンの複数の抽気箇所から蒸気を抽気する複数の抽気系統と、
前記多段タービンから排出された蒸気を冷却し水に戻す復水器と、
前記復水器の水を前記蒸気発生器に供給する給水系統と、
複数の前記抽気系統のそれぞれの抽気蒸気により前記給水系統の給水を加熱する複数の給水加熱器と、
複数の前記抽気系統のそれぞれの抽気蒸気の流量を調整する複数の抽気流量制御弁と、
複数の前記抽気流量制御弁を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、複数の前記給水加熱器によって給水に加えられる総給水加熱量の目標値である目標総給水加熱量を設定し、
前記目標総給水加熱量と同じ総給水加熱量に維持する総加熱量の制約条件、及び複数の前記抽気系統のそれぞれの抽気蒸気の目標流量を上限抽気流量と下限抽気流量との範囲に収める上下限抽気流量の制約条件の下で、前記多段タービンに供給されている蒸気流量と複数の前記抽気系統のそれぞれの前記抽気蒸気の目標流量とに基づいて算出する前記発電機の発電量が最大になるような、複数の前記抽気系統のそれぞれの前記抽気蒸気の目標流量を算出する最適化演算を実行し、複数の前記抽気蒸気の目標流量を実現するように、複数の前記抽気流量制御弁を制御するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る蒸気発電プラントによれば、多段タービンに供給されている蒸気流量と複数の抽気蒸気の目標流量とに基づいて発電量が算出されるので、複数の抽気蒸気のバランスを考慮した発電量を算出することができる。そして、発電量が最大になるような各抽気蒸気の目標流量を算出する最適化演算が実行されるので、発電量を最大化する複数の抽気蒸気のバランスを算出することができる。この最適化演算の際、目標総給水加熱量と同じ総給水加熱量に維持する総加熱量の制約条件、及び各抽気蒸気の上下限抽気流量の制約条件が、課せられるので、複数の抽気蒸気のバランスの変化により、総給水加熱量が変化することを抑制し、プラントの熱効率が変化することを抑制でき、また、算出された複数の抽気蒸気のバランスが、上下限抽気流量の制約により実現できないといった事態を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る蒸気発電プラントの概略全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る制御装置の処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
実施の形態１に係る蒸気発電プラント１について図面を参照して説明する。図１は、蒸気発電プラント１の概略全体構成を示す図である。
【００１１】
１．蒸気発電プラント１の構成
蒸気発電プラント１は、蒸気を発生する蒸気発生器１０と、蒸気発生器１０が発生した蒸気により駆動される多段タービン２と、多段タービン２の回転駆動力により発電する発電機３と、多段タービン２の複数の抽気箇所から蒸気を抽気する複数の抽気系統と、多段タービン２から排出された蒸気を冷却し水に戻す復水器４と、復水器４の水を蒸気発生器１０に供給する給水系統５と、複数の抽気系統のそれぞれの抽気蒸気により給水系統の給水を加熱する複数の給水加熱器と、を備えている。
【００１２】
蒸気発生器１０は、給水系統５から供給された給水を加熱することによって、蒸気を発生する。蒸気発生器１０の加熱エネルギー源には、原子力エネルギー、火力エネルギー等の各種のエネルギーが用いられる。本実施の形態では、多段タービン２は、高圧タービン２ａと低圧タービン２ｂとを備えており、各タービン２ａ、２ｂは多段化されている。蒸気発生器１０の蒸気は、高圧タービン２ａに供給された後、低圧タービン２ｂに供給され、低圧タービン２ｂから排出された蒸気は、復水器４に送られる。
【００１３】
複数の抽気箇所は、高圧タービン２ａの２箇所、及び低圧タービン２ｂの３箇所の合計５箇所に設けられている。各抽気箇所の系統を、多段タービン２を流れる蒸気の下流側から上流側に向かって、第１抽気系統１１、第２抽気系統１２、第３抽気系統１３、第４抽気系統１４、第５抽気系統１５と称する。複数の給水加熱器は、各抽気系統に対応して１つずつ設けられ、合計５つ設けられている。各抽気系統の番号に対応して第１給水加熱器２１、第２給水加熱器２２、第３給水加熱器２３、第４給水加熱器２４、第５給水加熱器２５と称する。各抽気箇所から抽気された蒸気は、各抽気系統の配管を通って、各給水加熱器に送られる。
【００１４】
復水器４は、水冷式、空冷式等とされ、多段タービン２から排出された蒸気の熱を外部に放出し、蒸気を水に戻す。給水系統５の給水ラインは１ラインとされている。複数の給水加熱器２１〜２５は、１つの給水ライン上に直列に配置されており、給水の温度を段階的に上昇させる。給水ラインの上流側（復水器４側）から下流側（蒸気発生器１０側）に向かって、第１給水加熱器２１、第２給水加熱器２２、第３給水加熱器２３、第４給水加熱器２４、第５給水加熱器２５の順番に直列配置されている。
【００１５】
各給水加熱器に供給された抽気蒸気は、給水に熱を奪われて水に戻り、凝縮水（ドレン水）として各給水加熱器から排出される。各給水加熱器から排出される凝縮水の温度は、給水加熱器の原理上、各給水加熱器の上流側の給水の温度よりも高くなるため、上流側の給水の加熱に再利用可能である。そこで、各給水加熱器から排出された凝縮水は、１つ給水上流側に配置された給水加熱器に供給される。給水上流側の給水加熱器に供給された凝縮水は、給水の加熱に利用され、給水上流側の給水加熱器に供給された抽気蒸気の凝縮水と共に、給水上流側の給水加熱器から凝縮水として排出される。第５給水加熱器２５の凝縮水は、第４給水加熱器２４に供給され、第４給水加熱器２４の凝縮水は、第３給水加熱器２３に供給され、第３給水加熱器２３の凝縮水は、第２給水加熱器２２に供給される。そして、最も給水上流側の第１給水加熱器２１から排出された凝縮水は、第１給水加熱器２１の給水上流側の給水ラインに供給される。
【００１６】
蒸気発電プラント１は、抽気システムの監視制御系統として、複数の抽気系統１１〜１５のそれぞれの抽気蒸気の温度を検出する複数の抽気温度計測器３１〜３５と、複数の抽気系統１１〜１５のそれぞれの抽気蒸気の流量を検出する複数の抽気流量計測器４１〜４５と、複数の抽気系統１１〜１５のそれぞれの抽気蒸気の流量を調整する複数の抽気流量制御弁６１〜６５と、複数の抽気流量制御弁６１〜６５を制御する制御装置８０と、を備えている。各計測器の出力信号は制御装置８０に入力され、制御装置８０の指令信号は各抽気流量制御弁６１〜６５に入力される。
【００１７】
第１抽気系統１１の抽気蒸気の温度及び流量を検出する第１抽気温度計測器３１、第１抽気流量計測器４１が備えられ、第２抽気系統１２の抽気蒸気の温度及び流量を検出する第２抽気温度計測器３２、第２抽気流量計測器４２が備えられ、第３抽気系統１３の抽気蒸気の温度及び流量を検出する第３抽気温度計測器３３、第３抽気流量計測器４３が備えられ、第４抽気系統１４の抽気蒸気の温度及び流量を検出する第４抽気温度計測器３４、第４抽気流量計測器４４が備えられ、第５抽気系統１５の抽気蒸気の温度及び流量を検出する第５抽気温度計測器３５、第５抽気流量計測器４５が備えられている。
【００１８】
第１抽気系統１１の抽気蒸気の流量を調節する第１抽気流量制御弁６１が備えられ、第２抽気系統１２の抽気蒸気の流量を調節する第２抽気流量制御弁６２が備えられ、第３抽気系統１３の抽気蒸気の流量を調節する第３抽気流量制御弁６３が備えられ、第４抽気系統１４の抽気蒸気の流量を調節する第４抽気流量制御弁６４が備えられ、第５抽気系統１５の抽気蒸気の流量を調節する第５抽気流量制御弁６５が備えられている。各抽気流量制御弁６１〜６５は、制御装置８０から伝達された指令信号に応じて、弁の開度を変化させる電動アクチュエータを有する電動式とされている。
【００１９】
本実施の形態では、蒸気発電プラント１は、複数の給水加熱器２１〜２５のそれぞれの上下流の給水温度を検出する複数の給水温度計測器５０〜５５を備えている。第１給水加熱器２１の上流側の給水温度を検出する第０給水温度計測器５０が備えられ、第１給水加熱器２１の下流側であって、第２給水加熱器２２の上流側の給水温度を検出する第１給水温度計測器５１が備えられ、第２給水加熱器２２の下流側であって、第３給水加熱器２３の上流側の給水温度を検出する第２給水温度計測器５２が備えられ、第３給水加熱器２３の下流側であって、第４給水加熱器２４の上流側の給水温度を検出する第３給水温度計測器５３が備えられ、第４給水加熱器２４の下流側であって、第５給水加熱器２５の上流側の給水温度を検出する第４給水温度計測器５４が備えられ、第５給水加熱器２５の下流側の給水温度を検出する第５給水温度計測器５５が備えられている。
【００２０】
２．制御装置８０の構成
図２に示すように、制御装置８０は、演算処理を行う演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。本実施の形態では、演算処理装置９０として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）が備えられている。なお、演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク（ＨＤＤ）等が備えられる。
【００２１】
入力回路９２は、複数の抽気温度計測器３１〜３５、複数の抽気流量計測器４１〜４５、及び複数の給水温度計測器５０〜５５が接続され、各計測器の出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、複数の抽気流量制御弁６１〜６５が接続され、複数の抽気流量制御弁６１〜６５に演算処理装置９０の指令信号を出力するＤ／Ａ変換器等を備えている。
【００２２】
演算処理装置９０は、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置８０の他のハードウェアと協働することにより、各処理を実行する。なお、各処理で用いられる上限抽気流量及び下限抽気流量、定圧比熱又は蒸気線図、発電係数等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶装置９１に記憶されている。
【００２３】
２−１．運転状態検出処理
図３に示すフローチャートを参照して、制御装置８０の処理を説明する。ステップＳ０１で、制御装置８０は、プラント各部の運転状態を検出する運転状態検出処理を実行する。制御装置８０は、複数の抽気温度計測器３１〜３５のそれぞれの出力信号に基づいて、複数の抽気系統１１〜１５のそれぞれを流れる抽気蒸気の温度Ｔｓｒ１〜Ｔｓｒ５を検出する。制御装置８０は、各抽気温度計測器３１〜３５の番号に対応して、第１抽気蒸気の温度の検出値Ｔｓｒ１、第２抽気蒸気の温度の検出値Ｔｓｒ２、第３抽気蒸気の温度の検出値Ｔｓｒ３、第４抽気蒸気の温度の検出値Ｔｓｒ４、及び第５抽気蒸気の温度の検出値Ｔｓｒ５を検出する。
【００２４】
また、制御装置８０は、複数の抽気流量計測器４１〜４５のそれぞれの出力信号に基づいて、複数の抽気系統１１〜１５のそれぞれを流れる抽気蒸気の流量Ｑｓｅｒ１〜Ｑｓｅｒ５を検出する。制御装置８０は、各抽気流量計測器４１〜４５の番号に対応して、第１抽気蒸気の流量の検出値Ｑｓｅｒ１、第２抽気蒸気の流量の検出値Ｑｓｅｒ２、第３抽気蒸気の流量の検出値Ｑｓｅｒ３、第４抽気蒸気の流量の検出値Ｑｓｅｒ４、及び第５抽気蒸気の流量の検出値Ｑｓｅｒ５を検出する。
【００２５】
制御装置８０は、複数の給水温度計測器５０〜５５のそれぞれの出力信号に基づいて、複数の給水加熱器２１〜２５のそれぞれの上下流の給水温度を検出する。制御装置８０は、各給水温度計測器５０〜５５の番号に対応して、第０給水温度の検出値Ｔｗｒ０、第１給水温度の検出値Ｔｗｒ１、第２給水温度の検出値Ｔｗｒ２、第３給水温度の検出値Ｔｗｒ３、第４給水温度の検出値Ｔｗｒ４、及び第５給水温度の検出値Ｔｗｒ５を検出する。
【００２６】
制御装置８０は、蒸気発生器１０から多段タービン２に供給されている蒸気流量Ｑｓａ（以下、タービン供給蒸気流量Ｑｓａと称す）を算出する。流量計測器が備えられている場合は、制御装置８０は、流量計測器の出力信号に基づいてタービン供給蒸気流量Ｑｓａを検出する。流量計測器が備えられていない場合は、制御装置８０は、原子力エネルギー等の加熱エネルギー源から供給されている熱量等に基づいてタービン供給蒸気流量Ｑｓａを算出してもよい。制御装置８０は、加熱エネルギー源の定格供給熱量が定まっており、定格タービン供給蒸気流量が定まっている場合は、定格タービン供給蒸気流量をタービン供給蒸気流量Ｑｓａとして算出してもよい。
【００２７】
２−２．目標総給水加熱量設定処理
ステップＳ０２で、制御装置８０は、複数の給水加熱器２１〜２５によって給水に加えられる総給水加熱量の目標値である目標総給水加熱量を設定する目標総給水加熱量設定処理を実行する。本実施の形態では、制御装置８０は、複数の抽気温度計測器３１〜３５により検出した複数の抽気蒸気の温度Ｔｓｒ１〜Ｔｓｒ５と、複数の抽気流量計測器４１〜４５により検出した複数の抽気蒸気の流量Ｑｓｅｒ１〜Ｑｓｅｒ５とに基づいて、複数の給水加熱器２１〜２５によって給水に加えられている現在の総給水加熱量Ｅｓｕｍｒを算出する総給水加熱量算出処理を実行する。そして、制御装置８０は、現在の総給水加熱量Ｅｓｕｍｒを目標総給水加熱量に設定するように構成されている。
【００２８】
制御装置８０は、下式に示すように、各抽気蒸気の温度の検出値Ｔｓｒ１〜Ｔｓｒ５に基づいて、各抽気蒸気の比エンタルピーＨｓ１〜Ｈｓ５［ｋＪ／ｋｇ］を算出し、各抽気蒸気の比エンタルピーＨｓ１〜Ｈｓ５に各抽気蒸気の流量の検出値Ｑｓｅｒ１〜Ｑｓｅｒ５［ｋｇ／ｈ］を乗算して、各抽気蒸気から給水に加えられる加熱量を算出し、各抽気蒸気の加熱量を合計して、現在の総給水加熱量Ｅｓｕｍｒ［ｋＪ／ｈ］を算出する。
Ｅｓｕｍｒ＝Ｈｓ１×Ｑｓｅｒ１＋Ｈｓ２×Ｑｓｅｒ２＋Ｈｓ３×Ｑｓｅｒ３
＋Ｈｓ４×Ｑｓｅｒ４＋Ｈｓ５×Ｑｓｅｒ５          ・・・（１）
【００２９】
各抽気蒸気の圧力が、一定の圧力になり、既知である場合は、制御装置８０は、下式に示すように、予め設定された各抽気蒸気の定圧比熱Ｃｐ１〜Ｃｐ５［ｋＪ／Ｋ／ｋｇ］に、各抽気蒸気の温度の検出値Ｔｓｒ１〜Ｔｓｒ５［Ｋ］を乗算して、各抽気蒸気の比エンタルピーＨｓ１〜Ｈｓ５［ｋＪ／ｋｇ］を算出する。
Ｈｓ１＝Ｃｐ１×Ｔｓｒ１
Ｈｓ２＝Ｃｐ２×Ｔｓｒ２
Ｈｓ３＝Ｃｐ３×Ｔｓｒ３            ・・・（２）
Ｈｓ４＝Ｃｐ４×Ｔｓｒ４
Ｈｓ５＝Ｃｐ５×Ｔｓｒ５
【００３０】
或いは、各抽気蒸気の圧力を検出する圧力計測器が設けられている場合は、制御装置８０は、蒸気の圧力及び温度と比エンタルピーとの関係が予め設定された蒸気線図を参照し、各抽気蒸気の圧力及び温度の検出値に対応する各抽気蒸気の比エンタルピーＨｓ１〜Ｈｓ５［ｋＪ／ｋｇ］を算出してもよい。
【００３１】
各抽気蒸気の凝縮水は、給水上流側の給水加熱器に順番に送られ、凝縮水の温度は、最終的に給水加熱器に加熱される前の給水温度付近まで低下するため、各給水加熱器の熱交換効率が１００％と仮定して、各抽気蒸気の比エンタルピーが算出されている。
【００３２】
各抽気蒸気の凝縮水の比エンタルピーを算出し、各抽気蒸気の比エンタルピーから各抽気蒸気の凝縮水の比エンタルピーを減算して、各抽気蒸気の比エンタルピーＨｓ１〜Ｈｓ５を算出してもよい。
【００３３】
なお、各抽気蒸気は、蒸気と凝縮水（ドレン水）とが混合している状態であるため、実験データ又は理論計算等により予め求めた蒸気と凝縮水（ドレン水）との混合比を考慮した定圧比熱Ｃｐ１〜Ｃｐ５、又は蒸気線図が用いられる。例えば、蒸気の定圧比熱又は蒸気線図と、水の定圧比熱又は蒸気線図とを混合比で線形補間した、定圧比熱又は蒸気線図が用いられる。
【００３４】
２−３．最適化演算処理
ステップＳ０３で、制御装置８０は、目標総給水加熱量（本例では、現在の総給水加熱量Ｅｓｕｍｒ）と同じ総給水加熱量に維持する総加熱量の制約条件、及び複数の抽気系統のそれぞれの抽気蒸気の目標流量を上限抽気流量と下限抽気流量との範囲に収める上下限抽気流量の制約条件の下で、多段タービン２に供給されている蒸気流量Ｑｓａと複数の抽気系統のそれぞれの抽気蒸気の目標流量とに基づいて算出する発電機の発電量Ｇｔｏｔａｌが最大になるような、複数の抽気系統のそれぞれの抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ１〜Ｑｓｅｔ５を算出する最適化演算処理を実行する。
【００３５】
＜発電量Ｇｔｏｔａｌの算出式＞
制御装置８０は、下式に示すように、多段タービン２に供給されている蒸気流量Ｑｓａ（以下、タービン供給蒸気流量Ｑｓａと称す）と、複数の抽気系統１１〜１５のそれぞれの抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ１〜Ｑｓｅｔ５とに基づいて、各段のタービンを流れる各段の蒸気流量を算出し、各段の蒸気流量に、各段のタービンの発電係数を乗算した値を、各段のタービンの発電量として算出し、各段のタービンの発電量を合計した発電量を各段の合計発電量Ｇｓｕｍとして算出する。
【００３６】
本実施の形態では、５つの抽気箇所に対応して６段のタービンが設けられているものとする。蒸気上流側から下流側に向かって、順番に、第１段タービン、第２段タービン、第３段タービン、第４段タービン、第５段タービン、第６段タービンと称する。
【００３７】
次式に示すように、第１段タービンを流れる蒸気流量は、タービン供給蒸気流量Ｑｓａとなり、第１段タービンの発電量Ｇ１は、タービン供給蒸気流量Ｑｓａに、第１段タービンの発電係数Ｂ１を乗算した値になる。第２段タービンを流れる蒸気流量は、第１段タービンの蒸気流量Ｑｓａから第５抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ５を減算した流量となり、第２段タービンの発電量Ｇ２は、第２段タービンの蒸気流量Ｑｓａ−Ｑｓｅｔ５に、第２段タービンの発電係数Ｂ２を乗算した値になる。同様に、第３段タービンを流れる蒸気流量は、第２段タービンの蒸気流量Ｑｓａ−Ｑｓｅｔ５から第４抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ４を減算した流量となり、第３段タービンの発電量Ｇ３は、第３段タービンの蒸気流量Ｑｓａ−Ｑｓｅｔ５−Ｑｓｅｔ４に、第３段タービンの発電係数Ｂ３を乗算した値になる。第４段タービンの発電量Ｇ４、第５段タービンの発電量Ｇ５、第６段タービンの発電量Ｇ６も、同様に、次式に示すように算出される。そして、合計発電量Ｇｓｕｍは、第１段から第６段タービンの発電量Ｇ１〜Ｇ６を合計した値になる。各段のタービンの発電係数Ｂ１〜Ｂ６は、実験データ又は理論計算等に基づいて予め設定されている。
【００３８】
Ｇ１＝Ｑｓａ×Ｂ１
Ｇ２＝（Ｑｓａ−Ｑｓｅｔ５）×Ｂ２
Ｇ３＝（Ｑｓａ−Ｑｓｅｔ５−Ｑｓｅｔ４）×Ｂ３              ・・・（３）
Ｇ４＝（Ｑｓａ−Ｑｓｅｔ５−Ｑｓｅｔ４−Ｑｓｅｔ３）×Ｂ４
Ｇ５＝（Ｑｓａ−Ｑｓｅｔ５−Ｑｓｅｔ４−Ｑｓｅｔ３−Ｑｓｅｔ２）×Ｂ５
Ｇ６＝（Ｑｓａ−Ｑｓｅｔ５−Ｑｓｅｔ４−Ｑｓｅｔ３−Ｑｓｅｔ２−Ｑｓｅｔ１）
×Ｂ６
Ｇｓｕｍ＝Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４＋Ｇ５＋Ｇ６
【００３９】
しかし、式（３）のように各段のタービンに分けて簡易計算した各段の合計発電量Ｇｓｕｍと、発電機３の実際の発電量との間には誤差が生じる。実際の発電量は、各段の合計発電量Ｇｓｕｍを変数とした１次関数又は２次関数で近似できる。そこで、制御装置８０は、次式に示すように、各段の合計発電量Ｇｓｕｍを変数とした一次関数又は２次関数の計算値、又は各段の合計発電量Ｇｓｕｍそのものを、最終的な発電量Ｇｔｏｔａｌとして算出する。各次数の係数Ｃ２、Ｃ１、Ｃ０は、実験データに基づいて予め設定される。なお、１次関数を用いるときは、Ｃ２＝０になり、各段の合計発電量Ｇｓｕｍそのものを用いるときは、Ｃ２＝０、Ｃ１＝１、Ｃ０＝０になる。
Ｇｔｏｔａｌ＝Ｃ２×Ｇｓｕｍ２＋Ｃ１×Ｇｓｕｍ＋Ｃ０    ・・・（４）
【００４０】
＜総加熱量の制約条件＞
総加熱量の制約条件は、次式に示すように、各抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ１〜Ｑｓｅｔ５による総給水加熱量が、目標総給水加熱量（本例では、現在の総給水加熱量Ｅｓｕｍｒ）と同じになるように、各抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ１〜Ｑｓｅｔ５を制約する条件となる。
Ｅｓｕｍｒ＝Ｈｓ１×Ｑｓｅｔ１＋Ｈｓ２×Ｑｓｅｔ２＋Ｈｓ３×Ｑｓｅｔ３
＋Ｈｓ４×Ｑｓｅｔ４＋Ｈｓ５×Ｑｓｅｔ５          ・・・（５）
【００４１】
ここで、各抽気蒸気の比エンタルピーＨｓ１〜Ｈｓ５には、現在の総給水加熱量Ｅｓｕｍｒの算出に用いられた、各抽気蒸気の温度の検出値Ｔｓｒ１〜Ｔｓｒ５に基づいて算出された値が用いられる。或いは、各抽気蒸気の比エンタルピーＨｓ１〜Ｈｓ５は、各抽気蒸気の圧力、温度の設計データを用いて、予め設定された値が用いられてもよい。
【００４２】
制御装置８０は、複数の給水加熱器２１〜２５のそれぞれについて、抽気蒸気の温度の検出値に基づいて給水加熱器に供給される供給熱量を算出し、上下流の給水温度の検出値に基づいて給水の加熱に用いられた加熱熱量を算出し、供給熱量と加熱熱量との比から給水加熱器の熱交換効率を算出し、総給水加熱量の算出に、算出した熱交換効率を用いるように構成されてもよい。制御装置８０は、式（１）及び式（５）において、各抽気蒸気の比エンタルピーと各抽気蒸気の流量の検出値の乗算値を熱交換効率で除算する。
【００４３】
＜上下限抽気流量の制約条件＞
上下限抽気流量の制約条件は、次式に示すように、各抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ１〜Ｑｓｅｔ５を、上限抽気流量ＱｓｅＨ１〜ＱｓｅＨ５と下限抽気流量ＱｓｅＬ１〜ＱｓｅＬ５との範囲に収める制約条件となる。各上限及び下限抽気流量の初期値は、配管、弁等の流量特性、給水加熱器の仕様などに基づいて予め設定されている。
ＱｓｅＬ１≦Ｑｓｅｔ１≦ＱｓｅＨ１
ＱｓｅＬ２≦Ｑｓｅｔ２≦ＱｓｅＨ２
ＱｓｅＬ３≦Ｑｓｅｔ３≦ＱｓｅＨ３          ・・・（６）
ＱｓｅＬ４≦Ｑｓｅｔ４≦ＱｓｅＨ４
ＱｓｅＬ５≦Ｑｓｅｔ５≦ＱｓｅＨ５
【００４４】
＜最適化演算＞
制御装置８０は、式（５）に示したような総加熱量の制約条件、及び式（６）に示したような上下限抽気流量の制約条件の下で、式（３）、式（４）により算出される発電量Ｇｔｏｔａｌが最大になるような、各抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ１〜Ｑｓｅｔ５を算出する最適化演算を実行する。最適化演算には、最適化問題を解く各種の公知の演算手法が用いられる。例えば、線形計画法、２次計画法、遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティクスな手法、パーティクルスウォーム等が用いられる。
【００４５】
２−４．制約条件変更演算処理
最適化演算で算出された各抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ１〜Ｑｓｅｔ５は、実現性がない場合がある。具体的には、給水加熱器の上流側の給水温度が、給水加熱器から排出される凝縮水の温度よりも高くならないことが求められる。高くなった場合は、抽気蒸気の目標流量の実現性がないと判断できる。この場合は、給水加熱器の上流側の給水温度を、給水加熱器から排出される凝縮水の温度よりも低くする必要があり、そのためには、上流側の給水温度を加熱している、１つ給水上流側の給水加熱器の給水加熱量を減少させる必要があり、給水上流側の給水加熱器に供給される抽気蒸気の目標流量を減少させる必要がある。そのためには、上下限抽気流量の制約条件における対応する上限抽気流量を低下させた上で、最適演算を再実行することが考えられる。
【００４６】
そこで、本実施の形態では、ステップＳ０４で、制御装置８０は、複数の抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ１〜Ｑｓｅｔ５を実現したと仮定した場合に、複数の給水加熱器２１〜２５のそれぞれの下流の給水温度Ｔｗｔ１〜Ｔｗｔ５を算出すると共に、複数の給水加熱器２１〜２５のそれぞれから排出される凝縮水の温度を算出する。そして、制御装置８０は、複数の給水加熱器２１〜２５のそれぞれについて、下流の給水温度が、１つ給水下流側に配置された給水加熱器から排出される凝縮水の温度を上回るか否かを判定し、上回ると判定された給水加熱器に対応する抽気蒸気の上限抽気流量を減少させる制約条件変更演算処理を行う。
【００４７】
この構成によれば、各給水加熱器における各温度の相対関係に基づいて上限抽気流量を減少させた後、後述するように、最適化演算処理を再実行することにより、最適化演算処理の演算式を式（３）〜式（６）の単純な式に維持したままで、より複雑な演算の必要な各抽気蒸気の目標流量の実現性を満たすことができる。
【００４８】
制御装置８０は、次式に示すように、各抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ１〜Ｑｓｅｔ５により、各給水加熱器２１〜２５の給水加熱量による給水温度上昇量を算出し、給水上流側から順番に、各給水加熱器の下流の給水温度Ｔｗｔ１〜Ｔｗｔ５を算出する。
Ｔｗｔ１＝Ｔｗｔ０＋Ｈｓ１×Ｑｓｅｔ１／Ｃｗ
Ｔｗｔ２＝Ｔｗｔ１＋Ｈｓ２×Ｑｓｅｔ２／Ｃｗ
Ｔｗｔ３＝Ｔｗｔ２＋Ｈｓ３×Ｑｓｅｔ３／Ｃｗ          ・・・（７）
Ｔｗｔ４＝Ｔｗｔ３＋Ｈｓ４×Ｑｓｅｔ４／Ｃｗ
Ｔｗｔ５＝Ｔｗｔ４＋Ｈｓ５×Ｑｓｅｔ５／Ｃｗ
【００４９】
ここで、Ｃｗは、水の比熱［ｋＪ／ｋｇ／Ｋ］である。第１給水加熱器２１の上流側の第０給水温度Ｔｗｔ０は、第０給水温度の検出値Ｔｗｒ０が用いられてもよいし、復水器４の冷媒温度に応じた値が用いられてもよい。
【００５０】
各抽気蒸気の比エンタルピーＨｓ１〜Ｈｓ５は、現在の総給水加熱量Ｅｓｕｍｒの算出に用いられた、各抽気蒸気の温度の検出値Ｔｓｒ１〜Ｔｓｒ５に基づいて算出された値が用いられてもよい。或いは、制御装置８０は、各抽気蒸気の温度の検出値に基づいて各給水加熱器に供給された抽気蒸気の比エンタルピーを算出し、各給水加熱器から排出された凝縮水の温度に基づいて、給水加熱器から排出された凝縮水の比エンタルピーを算出し、抽気蒸気の比エンタルピーから凝縮水の比エンタルピーを減算して、各抽気蒸気の比エンタルピーＨｓ１〜Ｈｓ５を算出するように構成されてもよい。各給水加熱器の凝縮水の温度は、実験データ等に基づいて予め設定された値が用いられてもよいし、温度測定器が設けられる場合は、温度の検出値が用いられてもよい。また、給水下流側の給水加熱器から供給された凝縮水の比エンタルピーによる給水温度上昇量が考慮されてもよい。
【００５１】
制御装置８０は、第１給水加熱器２１の下流側の第１給水温度Ｔｗｔ１が、第２給水加熱器２２の凝縮水の温度を上回ると判定した場合は、第１給水加熱器２１の上限抽気流量ＱｓｅＨ１を減少させる。同様に、制御装置８０は、第２給水加熱器２２の下流側の第２給水温度Ｔｗｔ２が、第３給水加熱器２３の凝縮水の温度を上回ると判定した場合は、第２給水加熱器２２の上限抽気流量ＱｓｅＨ２を減少させる。制御装置８０は、第３給水加熱器２３の下流側の第３給水温度Ｔｗｔ３が、第４給水加熱器２４の凝縮水の温度を上回ると判定した場合は、第３給水加熱器２３の上限抽気流量ＱｓｅＨ３を減少させる。制御装置８０は、第４給水加熱器２４の下流側の第４給水温度Ｔｗｔ４が、第５給水加熱器２５の凝縮水の温度を上回ると判定した場合は、第４給水加熱器２４の上限抽気流量ＱｓｅＨ４を減少させる。上限抽気流量の減少量は、固定値とされてもよいし、上回っている温度量に応じて変化されてもよい。上回ると判定される度に、上限抽気流量は累積的に減少される。
【００５２】
２−５．最適化演算の再実行
制御装置８０は、制約条件変更演算により変更された上限抽気流量を用い、再び、最適化演算を実行する処理を、上限抽気流量が減少される給水加熱器が生じなくなるまで繰り返し実行する最適化演算の再実行処理を実行する。
【００５３】
具体的には、ステップＳ０５で、制御装置８０は、ステップＳ０４の制約条件変更演算処理により、上限抽気流量が変更された給水加熱器が存在したか否かを判定し、上限抽気流量が減少された給水加熱器が存在したと判定した場合（ステップＳ０５：Ｙｅｓ）は、ステップＳ０３に戻り、変更された上限抽気流量を用い、再び、最適化演算を実行する。そして、制御装置８０は、上限抽気流量が減少された給水加熱器が存在しなくなるまで、ステップＳ０３からステップＳ０５までの処理を繰り返し実行し、各抽気蒸気の目標流量の実現性が確保されるように、実現性がない給水加熱器の上限抽気流量を次第に減少させる。制御装置８０は、上限抽気流量が減少された給水加熱器が存在しないと判定した場合（ステップＳ０５：Ｎｏ）は、ステップＳ０６に進み、後述する流量制御弁制御処理を実行する。
【００５４】
２−６．流量制御弁制御処理
制御装置８０は、ステップＳ０６で、複数の抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ１〜Ｑｓｅｔ５を実現するように、複数の抽気流量制御弁６１〜６５を制御する流量制御弁制御処理を実行する。本実施の形態では、制御装置８０は、ステップＳ０５で、上限抽気流量が減少される給水加熱器が生じなかった複数の抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ１〜Ｑｓｅｔ５を実現するように、複数の抽気流量制御弁６１〜６５を制御する。
【００５５】
例えば、制御装置８０は、各抽気蒸気の流量の検出値Ｑｓｅｒ１〜Ｑｓｅｒ５が、各抽気蒸気の目標流量Ｑｓｅｔ１〜Ｑｓｅｔ５に近づくように、各抽気流量制御弁６１〜６５への指令信号を変化させる。
【００５６】
〔その他の実施の形態〕
最後に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００５７】
（１）上記の実施の形態１においては、５つの抽気系統が設けられ、各抽気系統に対応した５つの給水加熱器が設けられている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、給水加熱器に抽気蒸気を供給しない抽気系統が設けられてもよい。例えば、給水ポンプ、グランドコンデンサに抽気蒸気を供給する抽気系統が設けられてもよい。この場合は、給水加熱器に抽気蒸気を供給しない抽気系統の抽気蒸気の流量は、最適化演算により変更されなくてもよいが、発電量の算出には考慮されてもよい。
【００５８】
（２）上記の実施の形態１においては、現在の総給水加熱量Ｅｓｕｍｒが目標総給水加熱量に設定される場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、目標総給水加熱量は、任意の値に設定されてもよく、例えば、定格値に設定されてもよい。
【００５９】
（３）上記の実施の形態１においては、各給水加熱器から排出された凝縮水が、１つ給水上流側に配置された給水加熱器に供給され、最上流の第１給水加熱器２１から排出された凝縮水が、第１給水加熱器２１の給水上流側の給水ラインに供給されるように構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、給水加熱器から排出された凝縮水は、任意の箇所で、給水ラインに供給されるように構成されてもよい。
【００６０】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１  蒸気発電プラント、２  多段タービン、３  発電機、４  復水器、５  給水系統、１０  蒸気発生器、１１〜１５  複数の抽気系統、２１〜２５  複数の給水加熱器、３１〜３５  複数の抽気温度計測器、４１〜４５  複数の抽気流量計測器、５０〜５５  複数の給水温度計測器、８０  制御装置
【図１】
2019015255.tif 000003
【図２】
2019015255.tif 000004
【図３】
2019015255.tif 000005