(57)【要約】【課題】  各系列の軸台数スケジュールを決めるには各起動モード毎に概略の時間表はあるが、各種条件により起動所要時間は大幅に変わってくるので、実際に系列制御用計算機に起動開始時刻を入力して時間の把握をしていた。そのために実際に発電プラントに起動スケジュールが登録され、登録の解除を忘れると起動操作が進行する恐れがある問題点があった。【解決手段】  複数軸の発電ユニットを有する火力発電プラントにおいて、予め起動操作工程ごとに所要時間を計算するプログラムを用意し、該プログラムに従ってパソコン上に起動操作開始時刻から各起動操作工程の予想時間を算出し、各軸の運転のシミュレーションを行い、その後系列制御計算機に起動開始時刻を入力して登録して実際の起動操作を行うことを特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数軸の発電ユニットを有する火力発電プラントにおいて、予め起動操作工程ごとに所要時間を計算するプログラムを用意し、該プログラムに従ってパソコン上に起動操作開始時刻から各起動操作工程の予想時間を算出し、各軸の運転のシミュレーションを行い、その後系列制御計算機に起動開始時刻を入力して登録して実際の起動操作を行うことを特徴とする火力発電プラントの起動スケジュール管理方法。
【請求項２】
蒸気タービン第１段後内壁メタル温度のデータ入力により前記所要時間が自動計算されることを特徴とする請求項１に記載の火力発電プラントの起動スケジュール管理方法。
【請求項３】
前記蒸気タービン第１段後内壁メタル温度から低圧主蒸気温度、高圧主蒸気温度を推定して前記所要時間が自動計算されることを特徴とする請求項２に記載の火力発電プラントの起動スケジュール管理方法。
【請求項４】
複数軸の発電ユニットを有する火力発電プラントにおいて、予め起動操作工程ごとに所要時間を計算するプログラムを用意し、該プログラムに従ってパソコン上に並列予定時刻から各起動操作工程の予定時間を算出し、各軸の運転のシミュレーションを行い、その後系列制御計算機に起動開始時刻を入力して登録して実際の起動操作を行うことを特徴とする火力発電プラントの起動スケジュール管理方法。
【請求項５】
蒸気タービン第１段後内壁メタル温度のデータ入力により前記所要時間が自動計算されることを特徴とする請求項４に記載の火力発電プラントの起動スケジュール管理方法。
【請求項６】
前記蒸気タービン第１段後内壁メタル温度から低圧主蒸気温度、高圧主蒸気温度を推定して前記所要時間が自動計算されることを特徴とする請求項５に記載の火力発電プラントの起動スケジュール管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は火力発電プラントの起動スケジュール管理方法に関し、特に、複数軸の発電ユニットを備えた火力発電プラントの起動スケジュール管理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所等の火力発電プラントにおいては、図1に示すように複数軸の発電ユニット1で系列を形成して必要な軸数を運転して発電を行っている。発電量は消費される電力需要量にあわせて調整が行われ、その電力量に応じて各系列の軸数の起動や停止を決めている。
【０００３】
この起動モードはユニット停止から起動までの時間により大体４つのパターンに区分されている。定期点検などで比較的長期に停止する場合はコールドスタートと呼ばれる。次に、週末の需要が少ないことからユニットを週末に停止し、週明けの電力需要増加に対応するために起動する場合、停止時間は１２〜３６時間程度であり、ウォームスタートと呼ばれる。更に、昼夜と電力需要格差に対応するために深夜の約６〜１２時間停止する場合はホットスタートと呼ばれる。更に、系統事故時の波及又は電源制御などによるユニットを短時間停止し再起動する場合はベリーホットスタートと呼ばれる。
【０００４】
図１では6軸の発電ユニット1で1号系列を構成し、4軸の発電ユニット１で2号系列を構成している。各系列はそれぞれの制御システム２により運転を制御され、中央制御室の大型スクリーン３で監視されている。中央制御室では各系列の各軸の発電ユニット１の運転スケジュールを決めて、実際の需要電力量の状況に合わせて必要な軸数の発電ユニット１を運転し、不要な軸の発電ユニット１は停止している。
【０００５】
図２に一般的な発電ユニットの概略図を示す。
【０００６】
吸気ダクト１１から取り入れた空気を圧縮機１２で、圧縮して燃料と混合して燃焼器１３で燃焼させる。燃焼器１３からガスをガスタービン１４に供給し、ガスタービン１４の回転で発電機１５を回転させる。ガスタービン１４からの排気ガスは排熱回収ボイラー１６に送られて、排熱を利用して高圧蒸発器１８及び低圧蒸発器２０で復水器２５で回収した水を再度蒸気にして蒸気タービン２４に送り、蒸気タービン２４の回転も発電機１５に伝える。蒸気タービン２４で用いた蒸気は復水器２５で冷却して水にして回収する。上述したガスタービン１４及びその排熱で回す蒸気タービン２４により効率の良く発電機１５を回転させるコンバインド発電ユニットを実現している。
【０００７】
かかる発電ユニットは需要電力量の増減に合わせて起動と停止を繰り返し、需要電力量に対応した発電を行うように中央制御室の大型スクリーンで発電プラント全体の運転操作監視を行っている。各軸の起動、停止は系列制御用計算機があり、これに起動開始時刻を中央制御室のオペレータコンソールから入力することで所望の系列の所望の軸の起動を制御できる。
【特許文献１】該当なし
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
各系列の軸台数スケジュールを決めるには各起動モード毎に概略の時間表はあるが、各種条件により起動所要時間は大幅に変わってくるので、実際に系列制御用計算機に起動開始時刻を入力して時間の把握をしていた。そのために実際に発電プラントに起動スケジュールが登録され、登録の解除を忘れると起動操作が進行する恐れがある問題点があった。
【０００９】
また、系列制御用計算機は中央制御室まで行って操作をする必要があり、軸台数スケジュールを計算するのが極めて煩雑となる問題点があった。
【００１０】
更に、系列制御用計算機は操作が複雑であり、熟練をした人しか取り扱えず、熟練をしない人が扱うと誤操作させる問題点もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされ、複数軸の発電ユニットを有する火力発電プラントにおいて、予め起動操作工程ごとに所要時間を計算するプログラムを用意し、該プログラムに従ってパソコン上に起動操作開始時刻から各起動操作工程の予想時間を算出し、各軸の運転のシミュレーションを行い、その後系列制御計算機に起動開始時刻を入力して登録して実際の起動操作を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明では、蒸気タービン第１段後内壁メタル温度のデータ入力により前記所要時間が自動計算されることを特徴とする。
【００１３】
更に、本発明では、前記蒸気タービン第１段後内壁メタル温度から低圧主蒸気温度及び高圧主蒸気温度を推定して前記所要時間が自動計算されることを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明では、複数軸の発電ユニットを有する火力発電プラントにおいて、予め起動操作工程ごとに所要時間を計算するプログラムを用意し、該プログラムに従ってパソコン上に並列予定時刻から各起動操作工程の予定時間を算出し、各軸の運転のシミュレーションを行い、その後系列制御用計算機に起動開始時刻を入力して登録して実際の起動操作を行うことを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明では、蒸気タービン第１段後内壁メタル温度のデータ入力により前記所要時間が自動計算されることを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明では、前記蒸気タービン第１段後内壁メタル温度から低圧主蒸気温度及び高圧主蒸気温度を推定して前記所要時間が自動計算されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、予め起動操作工程ごとに所要時間を計算するプログラムを用意し、該プログラムに従ってパソコン上に起動操作開始時刻から各起動操作工程の予想時間を算出するので、実際の系列制御用計算機を用いないで、各起動操作工程の予想時間を算出でき、中央制御室に出向かないで起動スケジュールをシミュレーションできる。
【００１８】
また、本発明によれば、蒸気タービン第１段後内壁メタル温度のデータ入力により所要時間が自動計算されるので、系列制御用計算機のように複雑な操作はなく、エクセルで作成した表に所定のデータ入力をするのみで達成できる。
【００１９】
更に、本発明では、蒸気タービン第１段後内壁メタル温度から低圧主蒸気温度及び高圧主蒸気温度を推定して所要時間が自動計算されるので、少ないデータ入力で各起動操作工程の予想時間を簡単に算出できる利点がある。
【００２０】
更に、本発明によれば、予め起動操作工程ごとに所要時間を計算するプログラムを用意し、該プログラムに従ってパソコン上に並列予定時刻から各起動操作工程の予定時間を算出するので、実際の系列制御用計算機を用いないで、各起動操作工程の予想時間を算出でき、中央制御室に出向かないで起動スケジュールをシミュレーションできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図２を参照して発電ユニットの動作を更に詳細に説明する。
【００２２】
吸気ダクト１１から取り入れた空気を圧縮機１２で、圧縮して燃料と混合して燃焼器１３で燃焼させる。燃焼器１３からガスをガスタービン１４に供給し、ガスタービンＧＴ１４の回転で発電機１５を回転させる。ガスタービン１４は同じ回転軸で発電機１５と連結され、更に蒸気タービン２４とも連結されている。
【００２３】
ガスタービン１４からの排気ガスは排熱回収ボイラーＨＲＳＧ１６に送られて、排熱を利用して高圧蒸発器１８及び低圧蒸発器２０で復水器２５で回収した水を再度蒸気にして蒸気タービン２４に送っている。排熱回収ボイラー１６内には加熱器１７、２段の高圧蒸発器１８、１８、高圧節炭器１９、低圧蒸発器２０、低圧節炭器２１と設けられ、排熱から蒸気を作っている。更に、図示はしないが脱硝装置も設けられて排気ガスを清浄化している。
【００２４】
排熱回収ボイラーＨＲＳＧ１６で発生された高圧主蒸気および低圧主蒸気は高圧蒸気ドラム２２および低圧蒸気ドラム２３を通して蒸気タービン２４に送られ、蒸気タービン２４を回転させる。排熱回収ボイラーＨＲＳＧ１６からの排気は煙突３３を介して外気に排出される。
【００２５】
蒸気タービン２４で用いた蒸気は真空保持中の復水器２５で冷却して水にして回収される。復水器２５には取水路から循環ポンプ２８で冷却水(海水)が取り込まれ、冷却をしてから放水路に排出される。復水器２５の水は復水ポンプ２９でグランド蒸気復水器３０を通り、低圧給水止弁３１から低圧節炭器２１に送られる。低圧節炭器２１から低圧蒸発器２０に送られて低圧主蒸気にして低圧蒸気ドラム２３に導かれる。また、低圧節炭器２１から高圧給水止弁３２を通して高圧節炭器１９、高圧蒸発器１８、１８に送られて高圧主蒸気にして高圧蒸気ドラム２２に導かれる。
【００２６】
低圧主蒸気は低圧蒸気ドラム２３から低圧加減弁ＬＰＣＶ２７を介して蒸気タービン２４の後段に供給される。高圧主蒸気は高圧蒸気ドラム２２から加熱器１７を通り、高圧加減弁ＨＰＣＶ２６を介して蒸気タービン２４の前段に供給されており、蒸気タービン２４の回転をさせる。
【００２７】
復水器２５には真空破壊弁３４および真空ポンプ３５が設けられ、長時間運転を停止するときは真空破壊弁３４を開いて真空破壊する。起動時には真空破壊弁３４を閉じて、真空ポンプ３５で復水器２５内部の真空を形成する。
【００２８】
図２及び図３を参照して、具体的な発電ユニットの各起動操作工程について説明する。
【００２９】
各起動操作工程は、図３に示すように、起動操作  Ｓ１、海復水系統起動  Ｓ２、真空上昇  Ｓ３、ＨＲＳＧ（排熱回収ボイラー）起動  Ｓ４、ＧＴ（ガスタービン）起動  Ｓ５、並列・負荷上昇１  Ｓ６、負荷上昇２  Ｓ７より構成されている。ＧＴ（ガスタービン）起動  Ｓ５にはＧＴ点火  Ｓ５１、ＨＲＳＧウォーミング完了  Ｓ５２に区分され、並列・負荷上昇１  Ｓ６には並列  Ｓ６１、負荷上昇１  Ｓ６２、ＬＮＣ切替負荷到達  Ｓ６３に区分され、負荷上昇２  Ｓ７はＨＰＣＶ全開  Ｓ７１、ＬＰＣＶ全開  Ｓ７２、全負荷（１２５ＭＷ）到達  Ｓ７３に区分されている。
【００３０】
この起動停止操作は、系列計算機制御を使用した自動操作であり、系列制御用計算機の元で各操作工程においての条件を満足した後自動進行する。
【００３１】
まず、起動操作  Ｓ１では起動準備が完了しているかどうかの確認をする。共通系統関係では、制御用空気系統運転中、共通ヘッダ補助蒸気圧力正常、補給水タンク水位正常、軸冷水系統運転中、軸冷海水系統運転中であることを確認する。軸系統関係では、軸ターニング中、ＧＴ補助油ポンプ運転中、ＳＴ（蒸気タービン）主油密封油ポンプ運転中、発電機密封油差圧正常、水素ガス圧力正常、復水器水位正常、ドラムレベル正常等の確認をする。
【００３２】
次に、海・復水系統起動  Ｓ２では、海水系統マスターを起動させる。具体的には、復水器出口弁を開き、循環ポンプ２８を起動させ、海水を復水器２５を通して通水させる。次に、復水器水室空気抜弁を閉じて、復水ポンプ出口弁を開き、復水ポンプ２９を起動させて復水の循環を開始する。
【００３３】
更に、真空上昇  Ｓ３では、復水器真空ポンプ３５を起動させて、３０秒後に真空破壊弁３４を閉じて、復水器の６６０ｍｍＨｇ以上に真空度を上昇させる。
【００３４】
更に、ＨＲＳＧ（排熱回収ボイラー）起動  Ｓ４では、ＨＲＳＧマスターを起動させて、復水ポンプ２９により起動時のドラム水位調整を行う。各弁を閉じた後に、低圧系統昇圧では低圧節炭器２１に復水を供給するように弁操作を行い、低圧蒸気ドラム２３の水位調整も行う。また、高圧系統昇圧では高圧給水ポンプ３６を起動し、高圧節炭器１９に復水を供給するように弁操作を行う。次にＨＲＳＧ出口ダンパを全開し、脱硝のためのアンモニア注入の薬注起動マスタを起動させる。
【００３５】
更に、ＧＴ（ガスタービン）起動  Ｓ５では、ＧＴ点火  Ｓ５１とＨＲＳＧウォーミング完了  Ｓ５２に区分されている。ＧＴ（ガスタービン）起動  Ｓ５では、ＧＴ起動からＨＲＳＧウォーミング完了までの所要時間を要する。
【００３６】
ＧＴ点火  Ｓ５１では、ＧＴマスターを起動させ、補助制御油ポンプを起動し、ガスタービン起動用電動機を起動する。続いて、ＧＴパージを開始し、ＧＴ及び排気ダクト内に残留している可燃性燃料の未燃分を除去する。ＧＴパージは５分間実施する。その後、１次燃料遮断弁を全開してＧＴに点火する。その後１９００rpmまで昇速しＨＲＳＧウォーミングを開始する。また火炎を検知して排気ダクトファン等も起動される。ＧＴ起動からＧＴパージまでの所要時間は定数９分である。
【００３７】
ＨＲＳＧウォーミング完了  Ｓ５２では、ＨＲＳＧウォーミング開始から始まり、低圧蒸気ドラム空気抜弁及び高圧蒸気ドラム空気抜弁を全閉して低圧主蒸気及び高圧主蒸気の発生を始める。低圧主蒸気温度が１１８℃以上、脱硝入力ガス温度が１３０℃以上に達したときにＨＲＳＧ暖機完了となる。従って、ＨＲＳＧウォーミング時間は以下の表のようにして求められる。
【００３８】
【表１】
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ＨＲＳＧ暖機完了になるとＧＴは３６００rpmまで昇速を開始する。
【００３９】
更に、並列・負荷上昇１  Ｓ６では、並列  Ｓ６１、負荷上昇１  Ｓ６２、ＬＮＣ切替負荷到達  Ｓ６３に区分されている。
【００４０】
並列  Ｓ６１では発電機断路器が閉じられ、界磁遮断器が閉じられ、自動同期装置が投入されて発電出力系統と周波数、電圧が合えば発電機遮断器が投入されて並列される。
【００４１】
負荷上昇１  Ｓ６２では予め設定されたＧＴ負荷上昇率に従って目標負荷まで上昇させる。
【００４２】
ＬＮＣ切替負荷到達  Ｓ６３では，ＧＴ燃料を１次燃料（Ｆ１）単独運転から、１次燃料（Ｆ１）＋２次燃料（Ｆ２）運転に切り替える。
【００４３】
更に、負荷上昇２  Ｓ７では負荷変化率に従って全負荷まで負荷上昇を開始する。
【００４４】
ＨＰＣＶ全開  Ｓ７１では、循環ボイラーがこの上昇過程で定格蒸気圧力まで昇圧され、ＨＰＣＶ(高圧加減弁２６)を全開され、ＬＰＣＶ全開  Ｓ７２ではＬＰＣＶ(低圧加減弁２７)も全開にする。
【００４５】
その後、全負荷（１２５ＭＷ）到達  Ｓ７３では目標負荷である全負荷に到達し、起動操作を完了する。
【００４６】
次に、図４を参照して起動スケジュール計算表について説明する。
【００４７】
この計算表は左側にデータ入力項目と、入力データよりの推測データと、スケジュールデータが設けられ、これらのデータから各工程の所要時間を計算するように構成されている。中央には各工程ごとの時刻データを所要時間と累積時間が表示され、その上側には起動操作開始時刻入力のための項目と、並列予定時刻入力のための項目が設けられている。そして累積時間の横には各工程ごとの予想時間と予定時間が表示される。その横の備考欄には各工程の所要時間を決めるメモが記載されており、初心者でも容易に理解できるようになっている。
【００４８】
データ入力項目は真空保持中又は破壊中選択、蒸気タービン第１段後内壁メタル温度、低圧主蒸気温度、脱硝入力ガス温度の４項目であり、低圧主蒸気温度は必要に応じて入力すればよい。このために入力項目が極めて少なく取り扱いが簡便である。
【００４９】
この入力データより軸停止時間推定、低圧主蒸気温度推定、高圧主蒸気温度推定の３つの推測データが計算される。これらの推定データは蒸気タービン第１段後内壁メタル温度と低圧主蒸気温度、高圧主蒸気温度の間には相関関係があり、実績データから算出される。
【００５０】
従って、データ入力項目の低圧主蒸気温度を入力しないときは推定データの低圧主蒸気温度推定を用いる。
【００５１】
スケジュールデータはＨＲＳＧウォーミング、負荷変化率１、負荷変化率２、目標負荷、起動モードを有している。これらは起動モードにより予め決められているので、計算毎に入力をする必要はない。
【００５２】
ＨＲＳＧウォーミング時間は低圧主蒸気温度が１１８℃以上であれば０分である。前述した表１を参照して低圧主蒸気温度で決められる。
【００５３】
目標負荷は負荷上昇１、負荷上昇２で各々決定され、負荷上昇２では全負荷の１２５ＭＷに設定されている。
【００５４】
起動モードは表２に示すように蒸気タービン第１段後内壁メタル温度により、ベリーホット（very HOT）、
ホット(HOT)、ウォーム(WARM)、コールド１(COLD 1)、コールド２(COLD 2)に区分されている。定期点検などでユニットを停止した時間により起動モードが変化している。
【００５５】
【表２】
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次に各工程の所要時間はどのように決められるかについて説明する。
【００５６】
海・復水系統起動  Ｓ２では所要時間は定数８分である。
【００５７】
真空上昇開始  Ｓ３では真空が保持されているときは０分、真空破壊中のときは脱気所要時間は定数４８分である。蒸気タービン第１段後内壁メタル温度上昇所要時間は１２０℃まで上昇するための所要時間であり、起動モードがコールド１以上であれば蒸気タービン第１段後内壁メタル温度が１５０℃以上で０分である。
【００５８】
ＨＲＳＧ起動  Ｓ４では、起動所要時間は定数９分である。
【００５９】
ＧＴ起動  Ｓ５では、ＧＴ起動からＨＲＳＧウォーミング完了までの所要時間をいい、表１に示すように低圧主蒸気温度と脱硝入口温度により変わる。
【００６０】
ＨＲＳＧウォーミング完了までは所要時間は起動モードによりばらつくが、起動モードがＷＡＲＭのときはＨＲＳＧウォーミング完了まで４分であり、並列・負荷上昇１開始の７分を含めてちょうど２０分になります。
【００６１】
ＧＴ点火はＧＴ起動からパージまでの所要時間であり、定数９分である。
【００６２】
ＨＲＳＧウォーミング完了は低圧主蒸気温度が１１８℃以上と脱硝入口温度が１３０℃以上の条件が成立し、ＳＴ通気可能条件が満たされた状態になるまでの時間をいう。従って、所要時間は各起動モードにより変わってくる。
【００６３】
並列・負荷上昇１開始はＧＴが１８００ｒｐｍから３６００ｒｐｍに昇速される所要時間をいい、７分である。この所要時間は負荷変化率１を使って決められるので、負荷変化率１が決まれば定数になる。
【００６４】
並列の所要時間は定数１分である。
【００６５】
負荷上昇１開始も所要時間は定数１分である。
【００６６】
負荷上昇１で目標負荷に到達すると２次燃料（Ｆ２）を追加点火して負荷上昇２を開始する。ＬＮＣ切替負荷到達までの所要時間は１次燃料（Ｆ１）と２次燃料（Ｆ２）の燃料比率基準設定で決められ、各起動モードごとに実績データで決められている。起動モードがＷＡＲＭのときは１１分となる。
【００６７】
負荷上昇２開始では、ＨＰＣＶ全開、ＬＰＣＶ全開の各操作が行なわれ、全負荷（１２５ＭＷ）到達までは並列後２４分である。ここでは負荷変化率２により所要時間が算出されるので、各起動モードごとに実績データが予め算出されている。
【００６８】
上述した工程表の所要時間から起動操作開始から全負荷到達まで、起動モードがＷＡＲＭのとき、１時間５０分を要することがデータ入力項目のデータ及びスケジュールデータから算出される。この所要時間に従って起動操作開始時刻入力を表のように６時３４分と入力すれば、予想時刻の列に各工程の予想時刻が計算されて表示される。
【００６９】
また、並列予定時刻入力に表のように９時００分と入力すれば、予定時刻の列に各工程の予定時刻が計算されて表示される。
【００７０】
従って、予想時刻からはいつ起動を開始すれば、いつ並列になり、いつ全負荷到達するかの時刻を表示できる。予定時刻からは並列予定時刻を入力すれば起動操作開始予定時刻が表示できる。
【００７１】
以上の説明から明らかなように、蒸気タービン第１段後内壁メタル温度は表２に示すように各起動モードにより異なり、その温度から実績データで影響が出る並列から全負荷までの時間を自動的に算出できることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明を適用する発電プラントを説明する概略図である。
【図２】本発明を適用する発電プラントを説明するブロック図である。
【図３】本発明の発電プラントの起動スケジュールを説明するフロー図である。
【図４】本発明による発電プラントの起動スケジュールを算出する図である。
【符号の説明】
【００７３】
１              発電ユニット
２              制御システム
３              大型スクリーン
１１              吸気ダクト
１２              圧縮機
１３              燃焼器
１４              ガスタービン  ＧＴ
１５              発電機
１６              排熱回収ボイラー  ＨＲＳＧ
１７              加熱器
１８              高圧蒸発器
１９              高圧節炭器
２０              低圧蒸発器
２１              低圧節炭器
２２              高圧蒸気ドラム
２３              低圧蒸気ドラム
２４              蒸気タービン  ＳＴ
２５              復水器
２６              高圧加減弁  ＨＰＣＶ
２７              低圧加減弁  ＬＰＣＶ
２８              循環ポンプ
２９              復水ポンプ
３０              グランド蒸気復水器
３１              低圧給水止弁
３２              高圧給水止弁
３３              煙突
３４              真空破壊弁
３５              真空ポンプ
３６              高圧給水ポンプ
【図１】
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【図２】
2007072716.tif 000006
【図３】
2007072716.tif 000007
【図４】
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