(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧タービンおよび低圧側タービンが一軸上に配置され、共通のケーシングに収容された推進用タービンと、
主バーナの燃焼で発生した燃焼ガスが、火炉から過熱器および蒸発管群を通過し、過熱蒸気を前記高圧タービンへ供給する主ボイラと、前記蒸発管群の後流側に配置され、再熱バーナを備えた再熱炉と、該再熱炉の上部側に配置され、前記高圧タービンの出口蒸気を前記再熱バーナで加熱して、前記低圧側タービンへ再熱蒸気を供給する再熱器とを有する再熱ボイラと、
前記過熱蒸気の過熱蒸気温度を過熱蒸気温度設定器で設定された設定過熱蒸気温度になるように制御するとともに前記再熱蒸気の再熱蒸気温度を再熱蒸気温度設定器で設定された設定再熱蒸気温度になるように制御する制御部と、を備え、
前記再熱蒸気温度設定器には、任意の値に設定できる再熱蒸気温度設定値、前記過熱蒸気温度および前記主バーナへ供給される燃料供給量に対応する過熱蒸気温度の内、最も低い値を設定再熱蒸気温度とする機能が備えられ、
前記過熱蒸気温度設定器には、任意の値に設定できる過熱蒸気温度設定値、前記再熱蒸気温度および前記再熱バーナへ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度のいずれか１つを選定する機能が備えられていることを特徴とする舶用推進プラント。
【請求項２】
前記過熱蒸気温度設定器は、船舶の運航モードによって、設定過熱蒸気温度とする任意の値に設定できる過熱蒸気温度設定値、前記再熱蒸気温度および前記再熱バーナへ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度が選定されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の舶用推進プラント。
【請求項３】
前記過熱蒸気温度設定器および前記再熱蒸気温度設定器では、予め測定された前記ケーシングの温度の蒸気温度変化に対するタイムラグが入力され、該タイムラグを考慮して設定過熱蒸気温度および設定再熱蒸気温度を選定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の舶用推進プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舶用推進プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＬＮＧＣ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ  Ｃａｒｒｉｅｒ）などの船舶においては、主機として蒸気タービンを用いた舶用推進プラントが多用されている。
このような舶用推進プラントでは、効率を向上させるために、複数の蒸気タービンが用いられている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
すなわち、蒸気源である舶用ボイラに過熱器および再熱器を備えている。このような舶用ボイラでは、たとえば、特許文献２に示されるように、蒸発管群の下流側に過熱器を配置した過熱器パスと、再熱器を配置した再熱器パスとを並列に設けたもの、特許文献３に示されるように、過熱器を蒸発管群の上流側に配置し、再熱器を蒸発管群の後流側に設けた再熱バーナを備えた再熱炉の上部に設けたものがある。
【０００３】
過熱器からの過熱蒸気で高圧タービンは回転駆動される。高圧タービンから排気された蒸気は再熱器によって再加熱された後、再熱蒸気が中圧タービンへ供給され、中圧タービンを回転駆動する。
船舶では、舶用推進プラントは機関室に設置されるが、設置スペース（特に、船幅方向）に制約があるので、高圧タービンおよび中圧タービンは一軸上に配置され、共通のケーシングに収容されているのが一般的である。
このため、過熱蒸気と再熱蒸気とが同じケーシング内に供給されることになるので、過熱蒸気および再熱蒸気にある程度の温度差（たとえば、タービン負荷によって異なるが、４０℃〜８０℃以上）があると、ケーシングの熱変形および熱応力によって蒸気漏れが発生する懸念がある。
【０００４】
舶用推進プラントとして用いられる蒸気タービンは、常に可変速運転が求められる点が、定格速度で運用される陸用の事業用蒸気タービンと異なっている。
港湾航行において、舶用主機として用いられる蒸気タービンは、常に、増減速運転による柔軟な操作が求められるので、負荷変動の頻度は陸用の事業用蒸気タービンと比べても非常に多い。したがって、陸用の事業用蒸気タービンの制御方法をそのまま利用することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２２３３５８号公報
【特許文献２】特開２００９−１０３３４４号公報
【特許文献３】特開２００９−９７８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に示されるものでは、再熱蒸気温度を過熱蒸気温度に対して所定温度低くなるように制御されている。言い換えれば、再熱蒸気温度は、過熱蒸気温度に基づいて制御されていることになるが、過熱蒸気温度は再熱蒸気温度に基づいて制御されていない。
ところで、港湾航行では、燃焼ガスが再熱器パスに入るのを止めた非再熱モードで運転されるが、このときの所定温度は２００℃と設定されており、上述した蒸気漏れの許容温度と比較して著しく大きな温度差となっている。
すなわち、特許文献２に示されるものは、舶用ボイラの運転効率を向上させ、安定した運転が行えることを目指したものであり、蒸気タービンでの蒸気漏れについては、何ら考慮していないものである。
また、過熱蒸気および再熱蒸気の温度を測定して、その測定値に基づいてのみ制御しているので、特に、負荷変動が大きく、バーナの燃焼状態が大きく変動するような状態では、制御遅れが発生し、安定した制御を行えない恐れがある。このため、安定した制御とするために、舶用ボイラの運転条件および運転方法に制約が発生する可能性があり、船舶の自由な運航が制限される恐れがある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、過熱蒸気温度と再熱蒸気温度との温度差を種々な条件によらず適正な範囲に維持し、安全で自由な運転が行える舶用推進プラントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様は、高圧タービンおよび低圧側タービンが一軸上に配置され、共通のケーシングに収容された推進用タービンと、主バーナの燃焼で発生した燃焼ガスが、火炉から過熱器および蒸発管群を通過し、過熱蒸気を前記高圧タービンへ供給する主ボイラと、前記蒸発管群の後流側に配置され、再熱バーナを備えた再熱炉と、該再熱炉の上部側に配置され、前記高圧タービンの出口蒸気を前記再熱バーナで加熱して、前記低圧側タービンへ再熱蒸気を供給する再熱器とを有する再熱ボイラと、前記過熱蒸気の過熱蒸気温度を過熱蒸気温度設定器で設定された設定過熱蒸気温度になるように制御するとともに前記再熱蒸気の再熱蒸気温度を再熱蒸気温度設定器で設定された設定再熱蒸気温度になるように制御する制御部と、を備え、前記再熱蒸気温度設定器には、任意の値に設定できる再熱蒸気温度設定値、前記過熱蒸気温度および前記主バーナへ供給される燃料供給量に対応する過熱蒸気温度の内、最も低い値を設定再熱蒸気温度とする機能が備えられ、前記過熱蒸気温度設定器は、任意の値に設定できる過熱蒸気温度設定値、前記再熱蒸気温度および前記再熱バーナへ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度のいずれか１つを選定する機能が備えられている舶用推進プラントである。
【０００９】
本態様によると、再熱ボイラの過熱器で発生した過熱蒸気は高圧タービンへ供給され、高圧タービンを回転駆動する。高圧タービンから排気された蒸気は再熱ボイラの再熱器によって再加熱された後、再熱蒸気が中圧タービンへ供給され、中圧タービンを回転駆動する。
制御部は、過熱蒸気の過熱蒸気温度を過熱蒸気温度設定器で設定された設定過熱蒸気温度になるように制御するとともに前記再熱蒸気の再熱蒸気温度を再熱蒸気温度設定器で設定された設定再熱蒸気温度になるように制御する。
このとき、再熱蒸気温度設定器には、任意の値に設定できる再熱蒸気温度設定値、過熱蒸気温度および主バーナへ供給される燃料供給量に対応する過熱蒸気温度の内、最も低い値を設定再熱蒸気温度とする機能が備えられているので、設定再熱蒸気温度は、過熱蒸気温度および主バーナへ供給される燃料供給量に対応する過熱蒸気温度が再熱蒸気温度設定値よりも小さい場合、過熱蒸気温度および主バーナへ供給される燃料供給量に対応する過熱蒸気温度によって設定されることになる。言い換えれば、設定再熱蒸気温度は、過熱蒸気温度になるように制御されることになる。
【００１０】
また、過熱蒸気温度設定器は、任意の値に設定できる過熱蒸気温度設定値、再熱蒸気温度および再熱バーナへ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度のいずれか１つを選定する機能が備えられているので、たとえば、これらの内、最も低い値を設定過熱蒸気温度とすると、設定過熱蒸気温度は、再熱蒸気温度および再熱バーナへ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度が過熱蒸気温度設定値よりも小さい場合、再熱蒸気温度および再熱バーナへ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度によって設定されることになる。言い換えれば、設定過熱蒸気温度は、再熱蒸気温度になるように制御されることになる。このとき、設定過熱蒸気温度は、タービン負荷が小さく、再熱バーナが止められている場合、再熱蒸気温度よりも許容温度差の範囲内で温度が高くなるように設定されるようにされていてもよい。
なお、再熱蒸気温度設定値および過熱蒸気温度設定値は、通常定格運転状態における温度に設定されるので、高負荷で長時間運転されれば、再熱蒸気温度および過熱蒸気温度は再熱蒸気温度設定値および過熱蒸気温度設定値に一致するようになる。
この場合、過熱蒸気温度設定器は、過熱蒸気温度設定値を選定するようにしてもよい。
このように、過熱蒸気温度設定器は、基本的には最も低い値を設定過熱蒸気温度とするが、運航形態や、再熱バーナの投入／非投入等の状況に応じて選定する値を設定することができる。
【００１１】
主バーナあるいは再熱バーナへ供給される燃料供給量が変化すると、その結果として燃焼量が、すなわち、過熱量あるいは再熱量が変化して過熱蒸気温度あるいは再熱蒸気温度が変化する。これらの燃料供給量は、ある時間一定である場合には、過熱蒸気温度あるいは再熱蒸気温度はその量に見合った温度となる。したがって、主バーナあるいは再熱バーナへ供給される燃料供給量は、過熱蒸気温度あるいは再熱蒸気温度の変化を先取りする指標である。
再熱蒸気温度設定値あるいは過熱蒸気温度設定値の選定項目に、主バーナへ供給される燃料供給量に対応する過熱蒸気温度、あるいは、再熱バーナへ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度が存在するので、特に、負荷が変動している状態では、測定される過熱蒸気温度あるいは再熱蒸気温度よりも早くこれらの変化を把握することができる。これにより、再熱蒸気温度および過熱蒸気温度の温度差を速く収斂させることができる。
【００１２】
このように、再熱蒸気温度および過熱蒸気温度は相互に一致するように制御されるので、過熱蒸気温度と再熱蒸気温度との温度差は、種々な条件、すなわち、再熱ボイラの構造および特性、あるいは、舶用推進プラントの負荷および運転条件等によらず、適正な範囲内に維持することができる。これにより、舶用推進プラントは安全で自由な運転を行なうことができる。
【００１３】
前記態様では、前記過熱蒸気温度設定器は、船舶の運航モードによって、設定過熱蒸気温度とする任意の値に設定できる過熱蒸気温度設定値、前記再熱蒸気温度および前記再熱バーナへ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度が選定されるように構成されていてもよい。
【００１４】
船舶には、大きく分けて港湾内を航行する港湾航行モードと、外洋を航行する航海モードと、があり、さらにそれらの中でいくつかの運航モードに分けられる。航海モードでは、基本的に定格負荷で長時間運転されるので、再熱蒸気温度および過熱蒸気温度は再熱蒸気温度設定値および過熱蒸気温度設定値に一致するようになる。したがって、航海モードでは、たとえば、過熱蒸気温度設定器は、過熱蒸気温度設定値を設定過熱蒸気温度とするように設定してもよい。
一方、港湾航行モードでは、負荷自体が小さいため、一般に再熱バーナが止められ、再熱器は主バーナの燃焼ガスの残熱量で再熱することになる。したがって、再熱蒸気温度は、過熱蒸気温度設定値よりも大幅に小さくなるので、過熱蒸気温度設定器は、たとえば、再熱蒸気温度あるいは再熱バーナへ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度を設定過熱蒸気温度とするように設定してもよい。特に、負荷変動が著しい場合には、再熱バーナへ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度を用いるようにしてもよい。
【００１５】
前記態様では、前記過熱蒸気温度設定器および再熱蒸気温度設定器では、予め測定された前記ケーシングの温度の蒸気温度変化に対するタイムラグが入力され、該タイムラグを考慮して設定過熱蒸気温度および設定再熱蒸気温度を選定するようにしてもよい。
【００１６】
蒸気温度が変化してもその変化に応じてケーシングの温度が変化するには、タイムラグがあるので、予めケーシングの温度の蒸気温度変化に対する過渡特性を測定しておいて、この過渡特性を考慮して設定過熱蒸気温度および設定再熱蒸気温度を選定するようにすると、制御の安定性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、再熱蒸気温度設定器には、任意の値に設定できる再熱蒸気温度設定値、過熱蒸気温度および主バーナへ供給される燃料供給量に対応する過熱蒸気温度の内、最も低い値を設定再熱蒸気温度とする機能が備えられ、過熱蒸気温度設定器は、任意の値に設定できる過熱蒸気温度設定値、再熱蒸気温度および再熱バーナへ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度のいずれか１つを選定し、基本的に最も低い値を設定過熱蒸気温度とする機能が備えられているので、過熱蒸気温度と再熱蒸気温度との温度差は、種々な条件、すなわち、再熱ボイラの構造および特性、あるいは、舶用推進プラントの負荷および運転条件等によらず、適正な範囲内に維持することができ、舶用推進プラントは安全で自由な運転を行なうことができる。
また、再熱蒸気温度設定値あるいは過熱蒸気温度設定値の選定項目に、主バーナへ供給される燃料供給量に対応する過熱蒸気温度、あるいは、再熱バーナへ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度が存在するので、特に、負荷が変動している状態では、測定される過熱蒸気温度あるいは再熱蒸気温度よりも早くこれらの変化を把握することができ、再熱蒸気温度および過熱蒸気温度の温度差を速く収斂させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる舶用推進プラントの概略構成を説明する模式図である。
【図２】図１の蒸気温度制御部の構成を説明するブロック図である。
【図３】主バーナの燃料流量と過熱蒸気温度との関係を示すグラフである。
【図４】再熱バーナの燃料流量と再熱蒸気温度との関係を示すグラフである。
【図５】ＬＮＧ船の運航モードを説明するグラフである。
【図６】タービン負荷と蒸気温度との関係を示すグラフである。
【図７】タービン負荷と蒸気温度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第二実施形態にかかる舶用推進プラントの蒸気温度制御部の構成を説明するブロック図である。
【図９】ケーシングの温度の蒸気温度変化に対する過渡特性を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
［第一実施形態］
この発明の第一実施形態にかかる舶用推進プラントについて、図１から図７を参照して説明する。
図１は、本実施形態にかかる舶用推進プラントの概略構成を説明する模式図である。図２は、図１の蒸気温度制御部の構成を説明するブロック図である。
本実施形態にかかる舶用推進プラント１は船舶、たとえば、ＬＮＧ船の主機として用いられるものである。
【００２０】
舶用推進プラント１には、推進用タービン３と、再熱ボイラ５と、推進器としてのプロペラ７とが備えられている。
推進用タービン３には、高圧タービン９と、中圧タービン（低圧側タービン）１１と、低圧タービン１３と、後進用タービン１５とが備えられている。
高圧タービン９と中圧タービン１１とは、一本の回転軸（軸）１７を介して連結されており、ケーシング１９の内部に収容されている。ケーシング１９は、たとえば、上下に２分割された状態で製造され、下半分に高圧タービン９および中圧タービン１１を収納した後、上半分を重ねて、たとえば、ボルト等によって接合される。
【００２１】
低圧タービン１３と後進タービン１５とは、一本の回転軸（軸）２１を介して連結されている。
回転軸１７および回転軸２１は、減速機２３に接続されている。減速機２３には、プロペラ軸２５を介してプロペラ７が接続されている。プロペラ軸２５には、軸発電機２６が取り付けられている。
【００２２】
再熱ボイラ５には、主炉（主ボイラ）２７と、再熱炉２９とが備えられている。主炉２７には、中空の略直方体形状をした火炉３１と、火炉３１の上部に設置された主バーナ３３と、フロントバンクチューブ３５と、複数のＵ字管で構成された過熱器３７と、蒸発管群３９と、水ドラム４１と、蒸気ドラム４３と、が備えられている。
火炉３１の壁部には、ウォールチューブ４５が配置されている。主バーナ３３には、図示しない燃料源から燃料配管４７によって燃料が供給されている。燃料配管４７には、燃料の供給量を調節する流量調節弁４９と、流量調節弁４９の下流側で燃料の供給量を検出する流量計５１とが備えられている。
【００２３】
再熱炉２９は、主炉２７の蒸発管群３９の後流側に上下方向に延在して配置され、主バーナ３３の燃焼で発生した燃焼ガスの通路となるように構成されている。再熱炉２９の下部には、再熱バーナ５３が備えられている。
再熱炉２９の上部には、再熱器６１が備えられている。
【００２４】
過熱器３７は、蒸発管群３９側の端部が蒸気ドラム４３から飽和蒸気を受け取り、火炉３１側の端部まで通過する間に過熱して過熱蒸気とする。過熱蒸気は、過熱器３７の火炉３１の端部から過熱器出口配管６３を通って、高圧タービン９に導入される。
過熱器出口配管６３には、途中で分岐し、後進タービン１５に過熱蒸気を供給する過熱分岐配管６５が備えられている。分岐部よりも下流側の過熱器出口配管６３および過熱分岐配管６５には、それぞれ開閉弁６７，６８が備えられている。開閉弁６７，６８を選択的に開閉することによって過熱蒸気は、高圧タービン９あるいは後進タービン１５のいずれかに供給される。
過熱器出口配管６３には、過熱蒸気の温度である過熱蒸気温度を検出する温度計６９が備えられている。
【００２５】
高圧タービン９の出口蒸気は、再熱器６１の下部端部に導入され、主バーナ３３の燃焼で発生した燃焼ガスの残部および再熱バーナ５３の燃焼ガスで加熱される。再熱器６１で再加熱された再熱蒸気は、再熱器６１の上端部から再熱器出口配管７１を通って中圧タービン１１に導入される。
再熱器出口配管７１には、再熱蒸気の温度である再熱蒸気温度を検出する温度計７３が備えられている。
【００２６】
舶用推進プラント１には、運転の全体制御を行う本体制御部７５が備えられている。本体制御部７５には、過熱蒸気および再熱蒸気の温度を制御する蒸気温度制御部（制御部）７７が備えられている。
蒸気温度制御部７７には、過熱蒸気温度を制御する過熱蒸気制御器７９と、過熱蒸気制御器７９へ設定過熱蒸気温度を供給するスイッチ（過熱蒸気温度設定器）８１と、再熱蒸気温度を制御する再熱蒸気制御器８３と、再熱蒸気制御器８３へ設定再熱蒸気温度を供給するローセレクタ（再熱蒸気温度設定器）８５と、が備えられている。
【００２７】
過熱蒸気制御器７９は、ＰＩ制御器であり、フィードバック信号として温度計６９で測定した過熱蒸気温度が、スイッチ８１から送られる設定過熱蒸気温度になるように制御信号を出力する。
スイッチ８１には、任意の値に設定できる過熱蒸気温度設定値８７、温度計７３で測定された再熱蒸気温度および流量計５９で測定した再熱バーナ５３へ供給される燃料供給量が供給される。
再熱バーナ５３へ供給される燃料供給量と、再熱蒸気温度とは、図４に示されるような関係である。これにより、再熱バーナ５３へ供給される燃料供給量が分かると、それがある時間一定である場合の再熱蒸気温度が算出できることになる。スイッチ８１は、再熱バーナ５３へ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度を算出する。スイッチ８１は、過熱蒸気温度設定値８７、温度計７３で測定された再熱蒸気温度および再熱バーナ５３へ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度を比較し、最も低い値を設定過熱蒸気温度として過熱蒸気制御器７９へ供給する。
【００２８】
なお、スイッチ８１には、本体制御部７５で設定された運航モード８９が入力されるように構成されている。スイッチ８１は、入力された運航モード８９によって、設定過熱蒸気温度として選定する過熱蒸気温度設定値８７、温度計７３で測定された再熱蒸気温度および再熱バーナ５３へ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度を選定するようにされている。
【００２９】
図５は、船舶の典型的な運航モード８９を例示している。船舶は港で停止した状態で荷積みを行い、載荷状態で目的地まで載荷航海し、目的地で荷降ろしし、空荷のバラスト状態で帰港するバラスト航海する。これを繰り返す。
船舶は、港湾内では、低速で運航されるので、推進用タービン３および再熱ボイラ５は低負荷で運転される。したがって、荷積み後の港湾航行では、停止状態から港湾航行速度まで加速する港湾航行増速モード（１）および港湾航行速度で運航する港湾航行フルモード（２）が行われる。
【００３０】
外洋に出ると、航海速度で運航されるので、推進用タービン３および再熱ボイラ５は高負荷で運転される。したがって、港湾航行速度から航海速度まで増速する負荷増加モード（３）、航海速度で運航される航海モード（４）、目的地に近付いて港湾航行速度まで減速する負荷減少モード（６）が行われる。
また、途中で煤を除去するスーツブロワモード（５）が行われることもある。
目的地の港湾では、港湾航行速度で運航する港湾航行フルモード（７）で移動した後、停止するために港湾航行速度から減速する港湾航行減速モード（８）が行われる。
【００３１】
さらに、緊急時に、航海速度から停止し、後進する緊急後進モード（９）、あるいは、航海速度から停止する停船モード（１０）がある。これ以外にも運航モードはあるがここでは説明を省略する。
バラスト航海でも基本的には、同じ運航モードで運転される。
推進用タービン３および再熱ボイラ５が低負荷で運転される港湾航行増速モード（１）、港湾航行フルモード（２），（７）および港湾航行減速モード（８）では、再熱バーナ５３の燃焼は停止されている。
【００３２】
このような運航モード８９では、再熱器６１は主バーナ３３の燃焼ガスの残熱量で再熱することになるので、再熱蒸気温度は、過熱蒸気温度設定値よりも大幅に小さくなる。このような運航モード８９が入力されると、スイッチ８１は、たとえば、温度計７３で測定された再熱蒸気温度あるいは再熱バーナ５３へ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度あるいは再熱バーナへ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度を設定過熱蒸気温度とする。
一方、たとえば、航海モード（４）のように基本的に定格負荷で長時間運転される場合は、再熱蒸気温度は過熱蒸気温度設定値に一致するようになる。したがって、航海モード（４）が入力された場合、スイッチ８１は、過熱蒸気温度設定値を設定過熱蒸気温度とするように設定してもよい。
このように、スイッチ８１は、基本的には最も低い値を設定過熱蒸気温度とするが、運航形態や、再熱バーナの投入／非投入等の状況に応じて選定する値を設定することができる。
【００３３】
再熱蒸気制御器８３は、ＰＩ制御器であり、フィードバック信号として入力される温度計７３で測定した再熱蒸気温度が、ローセレクタ８５から送られる設定再熱蒸気温度になるように制御信号を出力する。
ローセレクタ８５には、任意の値に設定できる再熱蒸気温度設定値９１、温度計６９で測定された過熱蒸気温度および流量計５１で測定した主バーナ３３へ供給される燃料供給量が供給される。
主バーナ３３へ供給される燃料供給量と、過熱蒸気温度とは、図３に示されるような関係である。これにより、主バーナ３３へ供給される燃料供給量が分かると、それがある時間一定である場合の過熱蒸気温度が算出できることになる。ローセレクタ８５は、主バーナ３３へ供給される燃料供給量に対応する過熱蒸気温度を算出する。ローセレクタ８５は、再熱蒸気温度設定値９１、温度計６９で測定された過熱蒸気温度および主バーナ３３へ供給される燃料供給量に対応する過熱蒸気温度を比較し、最も低い値を設定再熱蒸気温度として再熱蒸気制御器８３へ供給する。
【００３４】
以下、このように構成された本実施形態にかかる舶用推進プラント１の動作について説明する。
主バーナ３３の燃焼で発生した燃焼ガスは、火炉３１からフロントバンクチューブ３５、過熱器３７および蒸発管群３９を通ってそれぞれ熱交換を行いながら流れる。一方、蒸発管群３９を通った燃焼ガスは、再熱バーナ５３の燃焼で発生した燃焼ガスと混合され、再熱器６１で熱交換をした後、排気される。
【００３５】
このとき、蒸気ドラム４３から過熱器３７へ供給された飽和蒸気は、燃焼ガスによって過熱されて過熱蒸気となる。過熱器３７で発生した過熱蒸気は高圧タービン９へ供給され、高圧タービン９を回転駆動する。
高圧タービン９から排気された蒸気は再熱器６１に供給され、再熱バーナ５３等の燃焼ガスによって再加熱される。再熱器６１で再加熱された再熱蒸気は、中圧タービン１１へ供給され、中圧タービン１１を回転駆動する。
【００３６】
中圧タービン１１から排気された蒸気は、低圧タービン１３に供給され、低圧タービン１３を回転させる。低圧タービン１３から排気された蒸気は、復水器９３に送られる。復水器９３で復水された水は、主炉２７へ給水される。
高圧タービン９および中圧タービン１１の回転は回転軸１７によって、低圧タービン１３の回転は回転軸２１によって、それぞれ減速機２３に伝達される。減速機２３は、減速された回転数でプロペラ軸２５を回転させ、プロペラ７を回転させる。
【００３７】
蒸気温度制御部７７では、過熱蒸気制御器７９が高圧タービン９へ供給される過熱蒸気の過熱蒸気温度をスイッチ８１で設定された設定過熱蒸気温度になるように制御するとともに再熱蒸気制御器８３が中圧タービン１１へ供給される再熱蒸気の再熱蒸気温度をローセレクタ８５で設定された設定再熱蒸気温度になるように制御している。
このとき、過熱蒸気温度設定値８７および再熱蒸気温度設定値９１は、たとえば、定格温度である５６０℃に設定されている。
ローセレクタ８５は、再熱蒸気温度設定値９１、温度計６９で測定された過熱蒸気温度および主バーナ３３へ供給される燃料供給量に対応する過熱蒸気温度を比較し、最も低い値を設定再熱蒸気温度として再熱蒸気制御器８３へ供給している。
再熱蒸気制御器８３では、温度計７３で測定した再熱器出口配管７１における再熱蒸気温度および流量計５９で測定した再熱バーナ５３へ供給される燃料供給量が入力され、温度計７３で測定した再熱蒸気温度が、ローセレクタ８５から送られる設定再熱蒸気温度になるように制御信号を出力する。この制御信号は、たとえば、燃料供給量、燃焼用空気量等、再熱バーナ５３の燃焼状態を変化させるものである。
再熱蒸気温度設定値９１は、５６０℃と高く設定されていることもあり、ローセレクタ８５は設定再熱蒸気温度として、温度計６９で測定された過熱蒸気温度あるいは主バーナ３３へ供給される燃料供給量に対応する過熱蒸気温度を選定することになる。したがって、再熱蒸気制御器８３は、再熱蒸気温度が、過熱蒸気温度に近づくように制御することになる。
【００３８】
また、スイッチ８１は、過熱蒸気温度設定値８７、温度計７３で測定された再熱蒸気温度および再熱バーナ５３へ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度を比較し、最も低い値を設定過熱蒸気温度として過熱蒸気制御器７９へ供給している。
過熱蒸気制御器７９では、温度計６９で測定した過熱器出口配管６３における過熱蒸気温度および流量計５１で測定した主バーナ３３へ供給される燃料供給量が入力され、温度計６９で測定した過熱蒸気温度が、スイッチ８１から送られる設定過熱蒸気温度になるように制御信号を出力する。この制御信号は、たとえば、燃料供給量、燃焼用空気量等、主バーナ３３の燃焼状態を変化させるものである。
再熱蒸気温度設定値８７は、５６０℃と高く設定されていることもあり、スイッチ８１は設定再熱蒸気温度として、温度計７３で測定された再熱蒸気温度あるいは再熱バーナ５３へ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度を選定することになる。したがって、過熱蒸気制御器７９は、過熱蒸気温度が、再熱蒸気温度に近づくように制御することになる。
【００３９】
図６および図７は、蒸気温度制御部７７によって制御された状態におけるタービン負荷と蒸気温度との関係を示すグラフである。
図６は、港湾航行増速モード（１）における再熱蒸気温度ＲＴ１および過熱蒸気温度ＳＴ１と、負荷増加モード（３）における再熱蒸気温度ＲＴ２および過熱蒸気温度ＳＴ２と、を示している。
【００４０】
港湾航行増速モード（１）では、再熱バーナ５３は止められているので、再熱器６１は主バーナ３３の燃焼ガスの残熱量で加熱される。このため、再熱蒸気温度ＲＴ１は低く、かつ、タービン負荷の増加と合わせて増加している。
港湾航行増速モード（１）が入力されたスイッチ８１は、温度計７３で測定された再熱蒸気温度を設定過熱蒸気温度とするようにされる。
過熱蒸気制御器７９は、再熱蒸気温度が著しく低いので、過熱蒸気温度をスイッチ８１から送られる設定過熱蒸気温度よりも許容温度差の範囲内で温度が高くなるように制御している。これは、スイッチ８１で再熱蒸気温度よりも許容温度差の範囲内で高い温度を設定過熱蒸気温度とするようにしてもよい。
このように過熱蒸気制御器７９が過熱蒸気温度を制御すると、過熱蒸気温度ＳＴ１は、制御していない過熱蒸気温度ＳＴ０に比べて低く、再熱蒸気温度ＲＴ１に接近する。
過熱蒸気温度ＳＴ１と再熱蒸気温度ＲＴ１との温度差は、ケーシング１９の熱変形および熱応力によって蒸気漏れが発生しない範囲に収めることができる。
【００４１】
負荷増加モード（３）では、再熱バーナ５３が燃焼させられているので、再熱器６１は主バーナ３３の燃焼ガスの残熱量および再熱バーナ５３の燃焼ガスで加熱される。このため、再熱蒸気温度ＲＴ２は高く、かつ、タービン負荷の増加と合わせて増加している。一方、過熱蒸気温度ＳＴ２は、タービン負荷の増加と合わせて増加している。
この状態で、蒸気温度制御部７７が制御をすると、図６に示されるように過熱蒸気温度ＳＴ２と再熱蒸気温度ＲＴ２とは、相互に接近した温度とされる。
このとき、ローセレクタ８５は、過熱蒸気温度ＳＴ２が過熱蒸気温度設定値８７を超えると、たとえば、温度計５１で計測した過熱蒸気温度が、再熱蒸気温度設定値９１よりも大きくなるので、ローセレクタ８５は設定再熱蒸気温度として再熱蒸気温度設定値９１を再熱蒸気制御器８３に送る。再熱蒸気温度ＲＴ２は、再熱蒸気温度設定値９１を超えないように制御される。
このように、過熱蒸気温度ＳＴ２と再熱蒸気温度ＲＴ２との温度差は、ケーシング１９の熱変形および熱応力によって蒸気漏れが発生しない範囲に収めることができる。
【００４２】
図７は、再熱バーナ５３が停止された状態で、蒸気温度制御部７７が過熱蒸気温度を制御したシミュレーションの状態を示している。
過熱蒸気温度ＳＴ４および再熱蒸気温度ＲＴ３は、それぞれ再熱器６１が停止した状態における過熱蒸気温度あるいは再熱蒸気温度の変化を示している。
過熱蒸気温度ＳＴ５は、設定過熱蒸気温度を固定した、すなわち、過熱蒸気制御器７９で制御していない状態における過熱蒸気温度の変化を示している。
過熱蒸気温度ＳＴ３は、過熱蒸気制御器７９で制御した過熱蒸気温度の変化を示している。
図７には、ケーシング１９の熱変形および熱応力によって蒸気漏れが発生しない許容温度差ＡＴＤが示されている。
【００４３】
このように過熱蒸気制御器７９が過熱蒸気温度を制御すると、過熱蒸気温度ＳＴ３は、制御していない過熱蒸気温度ＳＴ５に比べて低く、再熱蒸気温度ＲＴ３に接近する。
過熱蒸気温度ＳＴ３と再熱蒸気温度ＲＴ３との温度差は、ケーシング１９の熱変形および熱応力によって蒸気漏れが発生しない範囲に収めることができる。
【００４４】
このように、過熱蒸気制御器７９によって再熱蒸気温度および過熱蒸気温度は相互に一致するように制御されるので、過熱蒸気温度と再熱蒸気温度との温度差は、種々な条件、すなわち、再熱ボイラの構造および特性、あるいは、舶用推進プラント１の負荷および運転条件等によらず、適正な範囲内に維持することができる。このように、過熱蒸気温度と再熱蒸気温度との温度差は、ケーシング１９の熱変形および熱応力によって蒸気漏れが発生しない範囲内に収めることができるので、舶用推進プラント１は安全で自由な運転を行なうことができる。
【００４５】
主バーナ３３あるいは再熱バーナ５３へ供給される燃料供給量が変化すると、その結果として燃焼量が、すなわち、過熱量あるいは再熱量が変化して過熱蒸気温度あるいは再熱蒸気温度が変化する。これらの燃料供給量は、ある時間一定である場合には、過熱蒸気温度あるいは再熱蒸気温度はその量に見合った温度となる。したがって、主バーナ３３あるいは再熱バーナ５３へ供給される燃料供給量は、過熱蒸気温度あるいは再熱蒸気温度の変化を先取りする指標である。
【００４６】
本実施形態では、再熱蒸気温度設定値あるいは過熱蒸気温度設定値の選定項目に、主バーナ３３へ供給される燃料供給量に対応する過熱蒸気温度、あるいは、再熱バーナ５３へ供給される燃料供給量に対応する再熱蒸気温度が存在するので、特に、負荷が変動している状態では、測定される過熱蒸気温度あるいは再熱蒸気温度よりも早くこれらの変化を把握することができる。これにより、再熱蒸気温度および過熱蒸気温度の温度差を速く収斂させることができる。
【００４７】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態にかかる舶用推進プラントについて、図８および図９を用いて説明する。
本実施形態は、スイッチ８１およびローセレクタ８５へ入力されるデータが付加されている点で第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００４８】
図８は、本発明の第二実施形態にかかる舶用推進プラント１の蒸気温度制御部７７の構成を説明するブロック図である。図９は、ケーシングの温度の蒸気温度変化に対する過渡特性を例示するグラフである。
【００４９】
本実施形態では、スイッチ８１およびローセレクタ８５に、予め測定されたケーシング１９の温度の蒸気温度変化に対する過渡特性９５が入力されるようにされている。
過渡特性９５は、図９に例示しているように、蒸気温度９７が変化したときのケーシング１９の温度９９の変化を示すものである。図９に示されるように、蒸気温度９７が変化してもその変化に応じてケーシング１９の温度９９が変化するには、タイムラグがある。
スイッチ８１およびローセレクタ８５では、この過渡特性を考慮して設定過熱蒸気温度および設定再熱蒸気温度を選定するようにされている。
【００５０】
このように、スイッチ８１およびローセレクタ８５では、この過渡特性を考慮して設定過熱蒸気温度および設定再熱蒸気温度を選定するので、制御の安定性を向上させることができる。
【００５１】
なお、本発明は以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１  舶用推進プラント
３  推進用タービン
５  再熱ボイラ
９  高圧タービン
１１  中圧タービン
１７  回転軸
１９  ケーシング
２７  主炉
２９  再熱炉
３１  火炉
３３  主バーナ
３７  過熱器
３９  蒸発管群
６１  再熱器
７７  蒸気温度制御部
８１  スイッチ
８５  ローセレクタ
８９  運航モード
９５  過渡特性
【図１】
0005693280.tif 000002
【図２】
0005693280.tif 000003
【図３】
0005693280.tif 000004
【図４】
0005693280.tif 000005
【図５】
0005693280.tif 000006
【図６】
0005693280.tif 000007
【図７】
0005693280.tif 000008
【図８】
0005693280.tif 000009
【図９】
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