(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧タービン併合型の火力発電プラントの各構成機器について熱入出力に関する計測を行ない、
得られた計測データの中で計測精度の高い発電機出力を基準データとして火力発電プラントのヒートバランスを決定し、プラント熱効率診断を行なう際、
プラント熱効率診断のキーパラメータで高精度計測が難しい計測データを、仮入力して計測精度の範囲内で最適状態評価を行なって収束させ、
上記最適状態評価においては、上記キーパラメータならびにこのキーパラメータを用いて計算されるプラント熱効率の診断に必要な他のキーパラメータおよび各状態値の計算値と計測値の偏差が最小で、起こり得る確率が最大となるように最適状態を決定し、
この最適状態のキーパラメータを用いてプラント熱効率の診断を行なうことを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法。
【請求項２】
前記プラント熱効率診断のキーパラメータは計測された給水流量あるいは復水流量であり、このキーパラメータを最適状態に収束させてプラント熱効率診断に必要な他のキーパラメータの精度向上を含むプラント全体の熱効率診断精度向上を図ることを特徴とする請求項１記載の火力発電プラントの熱効率診断方法。
【請求項３】
前記プラント熱効率診断に必要な他のキーパラメータは、タービン室効率、ボイラ室効率および低圧タービン内部効率であり、プラント熱効率診断のキーパラメータである給水流量あるいは復水流量を収束させることで、他のキーパラメータの精度向上を含むプラント全体の熱効率診断精度向上を図ることを特徴とする請求項１または２記載の火力発電プラントの熱効率診断方法。
【請求項４】
前記キーパラメータならびにこのキーパラメータを用いて計算されるプラント熱効率診断に必要な他のキーパラメータおよび各状態値の計算値と計測値の各偏差により起こり得る確率は、上記各偏差の算出精度に基づいた正規分布関数あるいは正規分布関数の積算計を用いて算出する請求項１記載の火力発電プラントの熱効率診断方法。
【請求項５】
低圧タービン併合型の火力発電プラントの各構成機器の計測データをコンピュータシステムを入力させ、
入力された各計測データの計測精度を考慮し、最適状態評価を行なって火力発電プラントの現状のヒートバランスを決定し、
この現状のヒートバランスを予め設定された設計ベースのヒートバランスと比較考量し、
火力発電プラントの各構成機器がプラント熱効率に与える寄与度を分析し、
各構成機器の寄与度からプラント熱効率低下要因部位である熱効率劣化要因機器を特定しており、
前記最適状態評価では、プラント熱効率診断に必要なキーパラメータならびにこのキーパラメータを用いて計算されるプラント熱効率診断に必要な他のキーパラメータおよび各状態値の計算値と計測値の各偏差により起こり得る確率は、上記各偏差の算出精度に基づいた正規分布関数あるいは正規分布関数の積算計を用いて算出することを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断方法。
【請求項６】
低圧タービン併合型の火力発電プラントの各構成機器について熱入出力に関する計測を行なう計測センサと、この計測センサから出力された計測データを記憶するメモリと、前記計測データの中から予め高精度と認定された計測データを抽出し、その抽出された計測データに基づいて高精度データが得られる構成機器のヒートバランス計算を行なうヒートバランス計算手段と、高精度計測データを基準値として低精度と認められる計測データの最適状態評価を行なう計算手段と、この計算手段で決定されたデータ最適値および前記高精度と認められた計測データを入力し、プラント熱効率診断に必要なタービン室効率、ボイラ室効率および低圧タービン内部効率を求め、プラント全体のヒートバランスを決定するプラント熱効率計算手段とを備え、
前記計算手段は、計測データの最適状態評価において、プラント熱効率診断に必要なキーパラメータならびにこのキーパラメータを用いて計算されるプラント熱効率診断に必要な他のキーパラメータおよび各状態値の計算値と計測値の偏差が最小で、起こり得る確率が最大となるように最適状態のデータ最適値を決定する一方、
前記プラント熱効率計算手段は、データ最適値を用いてプラント熱効率の診断を行なうようにしたことを特徴とする火力発電プラントの熱効率診断装置。
【請求項７】
火力発電プラントの各構成機器について各構成機器の性能がプラント全体の熱効率に与える寄与度を計算する寄与度計算手段と、得られた寄与度とプラント全体のヒートバランスとに基づいて、熱効率劣化要因機器を特定する劣化要因機器特定手段とを備えたことを特徴とする請求項６記載の火力発電プラントの熱効率診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧タービン併合型の火力発電プラントの熱効率を診断する火力発電プラントの熱効率診断技術に係り、特に火力発電プラントの熱効率低下要因部位（熱効率劣化要因機器）を高精度判定し、点検および補修等を通じて熱効率の回復を適正にかつ能率よく行なうことができる火力発電プラントの熱効率診断方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラントの熱効率は、燃料節約、発電コストの低減さらには環境保全の観点からもますます重要視されている。実際にプラント熱効率が変化した場合、その性能低下要因が火力発電プラント中のどの機器であるのか特定することは、プラント熱効率管理上重要である。
【０００３】
プラント熱効率は発電プラントの性能を表わす数値であり、消費した燃料のエネルギに対する発電した電力の比で表わす。プラント熱効率の向上は、燃料消費量の節減につながり、環境対策上も重要である。
【０００４】
しかし、火力発電プラントには沢山の構成機器が存在するので、プラント熱効率低下時に、どの構成機器の性能低下がプラント熱効率に影響を与えているかを特定することは困難である。
【０００５】
現在、火力発電プラントにおいては、日々の計測や定期的なプラント性能試験によってプラント全体および各プラント構成機器個別に傾向管理が実施されている。
【０００６】
火力発電プラントの運用・保守のための熱効率管理の方法として、従来一般に、タービン設備機器全体、ボイラ設備全体、またタービン設備のうち幾つかの機器に関し、個別にプラント性能計算を行なっている。
【０００７】
火力発電プラント全体については、プラント熱効率を燃料発熱量、燃料流量、発電機出力を用いて計算している。また、タービン側については、タービン室効率を給水流量計測値および発電機出力を用いて計算している。
【０００８】
高圧タービンについては、高圧タービン出入口の蒸気温度や圧力の計測値を用いて内部効率を計算しており、中圧タービンについても同様に中圧タービン出入口の蒸気温度や圧力の計測値を用いて内部効率を計算している。
【０００９】
ところで、火力発電プラントでは、１つの発電プラントに２つの発電機を備えたものが一般的であり、１つのプラントには高圧・中圧および低圧の３種類の蒸気タービンが備えられている。
【００１０】
１つの火力発電プラントに備えられる高圧・中圧および低圧の各蒸気タービンのうち、本出願人が提案した特開平１１−２２９８２０号公報では、図９に示すように、高圧タービン１および中圧タービン２を第１番目の発電機（Ｐｒｉ発電機）３に、低圧タービン４，５同士を第２番目の発電機（Ｓｅｃ発電機）６に連結した例を開示した。
【００１１】
この火力発電プラントにおいては、高圧タービン１および中圧タービン２は出入口側が乾き蒸気であり、入口も出口も状態がそれぞれ計測可能なため、高圧および中圧タービンの内部効率をそれぞれ容易に計算することができる。第１番目および第２番目の発電機３，６の発電機出力も計測精度が高く精度よく計測できる。したがって、第１番目の発電機３側の一軸だけでヒートバランス計算を行なうことができ、このヒートバランス計算結果から高精度測定が難しい給水流量を求めることができる。
【００１２】
また、第１番目の発電機３側で測定した給水流量を用いて、第２番目の発電機６側の最適化計算を行なえば、低圧タービン４，５の内部効率を求めることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
低圧タービン併合型火力発電プラントとは、低圧タービンが２つに分かれ、高圧タービンと一方の低圧タービンが第１番目の発電機に、中圧タービンと残りの低圧タービンが第２番目の発電機に連結したクロスコンパウンド型の二軸発電プラントや高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンを１つのタービン軸で発電機に接続したタンデム型一軸発電プラント等を意味する。このような低圧タービン併合型の火力発電プラントは、我国の火力発電プラントの中でも大きな割合を占めている。
【００１４】
しかしながら、低圧タービン併合型の火力発電プラントでは、全てのタービン軸が低圧タービンと連結されるが、この低圧タービンは入口が乾き蒸気であるが出口は湿り蒸気状態となって蒸気と水が混在する状態であるため、エネルギ状態を温度、圧力計測により特定できない。このため、低圧タービンの内部効率を計算することができない。
【００１５】
低圧タービン併合型の火力発電プラントでは、全てのタービン軸に低圧タービンが直結されているため、低圧タービンの内部効率を計算することができない。発電機出力は精度よく測定できても、低圧タービンの内部効率の計算が困難であるため、最適なヒートバランス計算を行なうことができない。したがって、低圧タービン併合型の火力発電プラントでは最適な給水流量を求めたり、低圧タービンの内部効率を決定することが困難であった。
【００１６】
このため、低圧タービン併合型の火力発電プラントでは、プラント熱効率低下要因部位を精度よく診断することができず、また、各プラント構成機器個別の性能変化がプラント効率に与える影響を精度よく解析することが困難であった。
【００１７】
また、火力発電プラントの点検や補修等については、設備機器が大掛かりであることから、作業量が多く、要する機材、期間、人員、コスト等も多大なものとなり、定期検査期間内に熱効率劣化要因機器を特定し、劣化部位の補修を行なうことが困難であった。
【００１８】
このような大掛かりな点検・補修を効率よく行なってプラント熱効率を回復させるためには、点検・補修箇所を特定する熱効率診断装置によって効率劣化要因機器をより一層明確に特定することが望まれる。プラント熱効率の診断自体にはコンピュータ処理が多く導入されているが、この処理に費やされる設備や作業量、運用コスト等についても可能な限り低廉であることが望まれる。
【００１９】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、ヒートバランス解析手法を用いて最適状態評価を行なってプラント熱効率の効率低下要因部位を精度よく正確に診断し、プラント熱効率の診断精度をより一層向上させた火力発電プラントの熱効率診断方法および装置を提供することを目的とする。
【００２０】
本発明の他の目的は、プラント熱効率を精度よく正確に診断するとともに、各プラント構成機器個別の性能変化がプラント熱効率に与える影響を精度よく解析することができる火力発電プラントの熱効率診断方法および装置を提供するにある。
【００２１】
本発明のさらに他の目的は、プラント熱効率低下要因部位を精度よく特定し、点検・補修等の保守管理を効率的にかつ簡単に行なうことができ、補修によるプラント熱効率の回復を適確に図って、運用のコストダウンを図ることができる火力発電プラントの熱効率診断方法および装置を提供するにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明では、既設火力発電プラントの熱効率診断の精度向上を図る手法として、最適状態評価を用いたヒートバランス解析手法を導入した。
【００２３】
ヒートバランスとは、発電プラント全体における各構成機器毎の熱エネルギや電気エネルギの熱収支をいう。
【００２４】
従来ヒートバランスは、火力発電プラントのプラントメーカが設計時に、大型コンピュータで解析することはあったが、電力会社が熱効率管理にヒートバランス解析法を用いることはほとんどなかった。この理由としては、プラント構成機器設置後のプラント運転においては相互のプラント構成機器の関連が複雑なために、非常に大型のコンピュータを用いて熱収支（ヒートバランス）計算を行なう必要があり、設備、作業量、運用コスト等が厖大となって、現実的な面から採用が困難であったことが挙げられる。
【００２５】
これに対し、本発明者における種々の研究、試みの結果、火力発電プラント全ての構成機器について個別に性能計算を行なうのではなく、火力発電プラントにおける各計測データを基に、火力発電プラント全体のヒートバランスを組んだとき整合性がとれているか否かを検討することにより、各計測データのクロスチェックが可能であることから、プラント熱効率診断の精度向上が可能であるとの着想を得るに至った。
【００２６】
すなわち、火力発電プラントの各構成機器についての熱入出力に関する計測データには計測機器の精度上のバラツキがあり、例えばボイラからの主蒸気流量については、流量センサとしての流量計の経年劣化等の計測精度上の問題や流量計の汚れによる劣化によって、低精度となる傾向がある。
【００２７】
一方、高圧および中圧タービンにおいては、入口も出口も乾き蒸気であり、かつ温度や圧力の計測が比較的容易で正確であるため、内部効率を容易に求めることができ、また、復水給水系統の加熱機器である給水加熱器や脱気器周りの温度、圧力等については高精度の計測データが得られる。
【００２８】
しかし、低圧タービンのように入口側は乾き蒸気であるが、出口側が湿り蒸気で蒸気に水が混在している状態であるため、エネルギ状態を特定できず、低圧タービンの内部効率を計算することができない。
【００２９】
そこで、火力発電プラントの各計測データを計測精度的に区分し、高精度データに基づいて低精度データを高精度データ側に収束計算させ、最適状態評価を行なうことで、低精度計測データの高精度化を図れば、火力発電プラント全体のヒートバランスを高精度で一貫性があるように組むことが考えられる。
【００３０】
この計測時のヒートバランスは、予め設計段階で計算によって求めた設計時のヒートバランスと比較することによって各構成機器の性能変化量を検討することが可能である。
【００３１】
この各構成機器の性能変化量が、火力発電プラント全体の熱効率に対して影響を及ぼす程度、すなわちプラント熱効率の寄与度については、全てのプラント構成機器が同列ではなく、構成機器如何によって差がある。
【００３２】
この差を「各機器のプラント熱効率への影響係数」として予め求め、得られた設計値からの性能変化量にその影響係数を乗じて各機器の「寄与度」を算出すれば、熱効率劣化要因機器の特定がより明確に行なえることになる。
【００３３】
本発明は以上の知見に基づいてなされたものであり、請求項１に係る火力発電プラントの熱効率診断方法は、低圧タービン併合型の火力発電プラントの各構成機器について熱入出力に関する計測を行ない、得られた計測データの中で計測精度の高い発電機出力を基準データとして火力発電プラントのヒートバランスを決定し、プラント熱効率診断を行なう際、プラント熱効率診断のキーパラメータで高精度計測が難しい計測データを、仮入力して計測精度の範囲内で最適状態評価を行なって収束させ、上記最適状態評価においては、上記キーパラメータならびにこのキーパラメータを用いて計算されるプラント熱効率の診断に必要な他のキーパラメータおよび各状態値の計算値と計測値の偏差が最小で、起こり得る確率が最大となるように最適状態を決定し、この最適状態のキーパラメータを用いてプラント熱効率の診断を行なう方法である。
【００３４】
また、請求項２に係る火力発電プラントの熱効率診断方法は、プラント熱効率診断のキーパラメータは計測された給水流量あるいは復水流量であり、このキーパラメータを最適状態に収束させてプラント熱効率診断に必要な他のキーパラメータの精度向上を含むプラント全体の熱効率診断精度向上を図る方法であり、さらに、請求項３に係る火力発電プラントの熱効率診断方法は、プラント熱効率診断に必要な他のキーパラメータは、タービン室効率、ボイラ室効率および低圧タービン内部効率であり、プラント熱効率診断のキーパラメータである給水流量あるいは復水流量を収束させることで、他のキーパラメータの精度向上を含むプラント全体の熱効率診断精度向上を図る方法であり、さらに、請求項４に係る火力発電プラントの熱効率診断方法は、前記キーパラメータならびにキーパラメータを用いて計算されるプラント熱効率診断に必要な他のキーパラメータおよび各状態値の計算値と計測値の各偏差により起こり得る確率は、上記各偏差の算出精度に基づいた正規分布関数あるいは正規分布関数の積算計を用いて算出する方法である。
【００３５】
さらに、本発明に係る火力発電プラントの熱効率診断方法は、請求項５に記載したように、低圧タービン併合型の火力発電プラントの各構成機器の計測データをコンピュータシステムを入力させ、入力された各計測データの計測精度を考慮し、最適状態評価を行なって火力発電プラントの現状のヒートバランスを決定し、この現状のヒートバランスを予め設定された設計ベースのヒートバランスと比較考量し、火力発電プラントの各構成機器がプラント熱効率に与える寄与度を分析し、各構成機器の寄与度からプラント熱効率低下要因部位である熱効率劣化要因機器を特定しており、前記最適状態評価では、プラント熱効率診断に必要なキーパラメータならびにこのキーパラメータを用いて計算されるプラント熱効率診断に必要な他のキーパラメータおよび各状態値の計算値と計測値の各偏差により起こり得る確率は、上記各偏差の算出精度に基づいた正規分布関数あるいは正規分布関数の積算計を用いて算出する方法である。
【００３６】
またさらに、本発明に係る火力発電プラントの熱効率診断装置は、請求項６に記載したように、低圧タービン併合型の火力発電プラントの各構成機器について熱入出力に関する計測を行なう計測センサと、この計測センサから出力された計測データを記憶するメモリと、前記計測データの中から予め高精度と認定された計測データを抽出し、その抽出された計測データに基づいて高精度データが得られる構成機器のヒートバランス計算を行なうヒートバランス計算手段と、高精度計測データを基準値として低精度と認められる計測データの最適状態評価を行なう計算手段と、この計算手段で決定されたデータ最適値および前記高精度と認められた計測データを入力し、プラント熱効率診断に必要なタービン室効率、ボイラ室効率および低圧タービン内部効率を求め、プラント全体のヒートバランスを決定するプラント熱効率計算手段とを備え、前記計算手段は、計測データの最適状態評価において、プラント熱効率診断に必要なキーパラメータならびにこのキーパラメータを用いて計算されるプラント熱効率診断に必要な他のキーパラメータおよび各状態値の計算値と計測値の偏差が最小で、起こり得る確率が最大となるように最適状態のデータ最適値を決定する一方、前記プラント熱効率計算手段は、データ最適値を用いてプラント熱効率の診断を行なうようにしたのである。
【００３７】
また、本発明に係る火力発電プラントの熱効率診断装置は、請求項７に記載したように、火力発電プラントの各構成機器について各構成機器の性能がプラント全体の熱効率に与える寄与度を計算する寄与度計算手段と、得られた寄与度とプラント全体のヒートバランスとに基づいて、熱効率劣化要因機器を特定する劣化要因機器特定手段とを備えたものである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る火力発電プラントの熱効率診断方法および装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００３９】
図１は、熱効率診断の対象となる低圧タービン併合型の火力発電プラントの構成例を示す系統図であり、図２は図１に示された火力発電プラントに備えられる低圧タービン併合型二軸プラントの例を示すものである。プラント熱効率診断対象の火力発電プラントは、例えば低圧タービンが分かれて２つの発電機にそれぞれ連結されるクロスコンパウンド型発電プラントである。
【００４０】
この火力発電プラントは図１に全体を符号１０で示すように、例えば３５万ｋＷ級および６０万ｋＷ級出力の発電プラントである。火力発電プラント１０は、蒸気発生器であるボイラ１１と、このボイラ１１から主蒸気系１２を通って供給される主蒸気によって駆動される高圧タービン１３と、この高圧タービン１３から排出され、再熱蒸気系１４を通って再熱されるボイラ再熱蒸気によって駆動される中圧タービン１５と、この中圧タービン１５からの排蒸気によって駆動される低圧タービン１６とを備える。
【００４１】
低圧タービン１６は２基１６ａ，１６ｂに分かれて設置されており、このうち、高圧タービン１３と一方の低圧タービン１６ａは第１発電機（Ｐｒｉ発電機）１８にタービン軸で連結され、中圧タービン１５と他方の低圧タービン１６ｂは第２発電機（Ｓｅｃ発電機）１９に連結され、クロスコンパウンド型二軸発電プラントを構成している。このクロスコンパウランド型発電プラントは図２に示すように各低圧タービン１６ａ，１６ｂが発電機１８，１９にそれぞれ接続された低圧タービン併合型発電プラントを構成している。
【００４２】
低圧タービン１６（１６ａ，１６ｂ）で仕事をし、発電機１８，１９を駆動した蒸気はタービン排気となって復水器２０に案内され、ここで冷却され復水となる。復水器２０で凝縮された復水は、復水給水系２１と通って加熱され、給水となってボイラ１１に戻されるようになっている。
【００４３】
復水給水系２１には復水ポンプ２２でポンプ駆動され、復水熱交換器２３およびグランドコンデンサ２４に案内された後、多段構成、例えば３段構成の低圧給水加熱器２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）に案内され、順次加熱される。低圧給水加熱器２５ａ〜２５ｃで順次加熱された給水は続いて脱気器２７に導かれて脱気される。
【００４４】
脱気器２７で脱気された給水は、給水ポンプ２８によりポンプアップされて多段構成の高圧給水加熱器２９（２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ）に案内され、この高圧給水加熱器２９ａ〜２９ｄを通る間により温度上昇せしめられてボイラ１１に給水される。高圧給水加熱器２９ａ〜２９ｄは例えば４段構成に構成されている。
【００４５】
また、高圧タービン１３および中圧タービン１５の途中等からタービン抽気系が分岐されている。高圧タービン１３の途中から分岐され高圧タービン抽気系３１は最終段の高圧４段給水加熱器２９ｄに導かれ、復水給水系２１を通る給水を加熱している。さらに、高圧タービン１３のタービン排気系は再熱蒸気系１４を構成しており、ボイラ１１にタービン排気が導かれ、再熱されるが、このタービン排気系あるいは高圧タービン１３の下段側から分岐された高圧タービン排気分岐（抽気）系３２は高段側、例えば高圧３段給水加熱器２９ｃにタービン排気を案内して給水を加熱している。
【００４６】
さらに、高圧タービン１３のタービン排気系から給水ポンプ駆動タービン３４を駆動させる高圧タービン排気分岐（抽気）系３３が分岐されており、この排気分岐系３３を通る高圧タービン排気あるいは抽気で給水ポンプ駆動（ＢＦＰ）タービン３４が駆動されるようになっている。ＢＦＰタービン３４の駆動により給水ポンプ２８がポンプ作動するようになっている。ＢＦＰタービン３４には主蒸気系１２から分岐された主蒸気補助系３５が接続されており、この主蒸気補助系３５を通って送られる主蒸気補助蒸気によってもＢＦＰタービン３４が駆動されるようになっている。
【００４７】
ＢＦＰタービン３４にもタービン抽気系が多段に設けられる。これらＢＦＰタービン抽気系３７のうち、高段側のタービン３段および２段抽気系３７ａ，３７ｂは低圧段側高圧給水加熱器２９、例えば高圧２段および１段給水加熱器２９ｂ，２９ａにそれぞれ接続され、これらのタービン抽気で高圧１段および２段給水加熱器２９ａ，２９ｂを通る給水を加熱している。
【００４８】
ＢＦＰタービン抽気系３７のうち低段側タービン一段抽気系３７ｃは、中圧タービン１５から分岐された中圧タービン排気分岐系（タービン抽気系）３８と合流して脱気器２７に導かれ、脱気器２７内での給水の脱気作用を促進している。
【００４９】
また、ＢＦＰタービン３４のタービン排気系３９は高段側低圧給水加熱器２５、例えば低圧３段給水加熱器２５ｃに導かれ、ここで給水を加熱している。さらに、低段側低圧給水加熱器２５、例えば低圧１段および２段給水加熱器２５ａ，２５ｂに低圧タービン１６ａ，１６ｂからのタービン抽気系４１，４２が設けられ、低圧タービン抽気系４１，４２からのタービン抽気は低圧１段および２段給水加熱器２５ａ，２５ｂを通る給水を加熱している。
【００５０】
なお、図１において、符号４３はグランドシール蒸気が案内されるＳＳＲであり、符号４４はドレンポンプである。符号４５は高圧タービン１３のグランドシール蒸気系であり、このグランドシール蒸気系４５は高圧側の低圧タービン抽気系４２に接続されて合流せしめられるようになっている。
【００５１】
火力発電プラント１０はプラントメーカ側が設計ベースで熱収支計算が行なわれており、設計ベースのヒートバランス値は予め既知である。
【００５２】
次に、火力発電プラントの熱効率診断装置の構成について説明する。
【００５３】
図３は、本実施形態による低圧タービン併合型二軸発電プラントの熱効率診断装置５０を示すシステム構成図であり、図４は図３に示した熱効率診断装置５０を用いてプラント熱効率を診断する方法のうち、ヒートバランス解析法を用いてプラント熱効率計算を行なう手順を示すフローチャートである。
【００５４】
火力発電プラント１０の熱効率診断装置５０は、プラント熱効率に関する計測を行なう多数の計測センサ５１（５１ａ，５１ｂ，…，５１ｎ）と、これら各計測センサ５１からの計測データを取り込んでデータ処理を行なうコンピュータシステム５２とを備える。計測センサ５１は例えば各プラント構成機器やその前後に取り付けられる流量計、温度計、圧力計、電気出力計等である。
【００５５】
コンピュータシステム５２は計測センサ５１からのセンサ信号（アナログ信号）をデジタルセンサ信号に変換するＡ／Ｄ変換器５３と、変換されたデジタル信号を入力して各種ヒートバランス計算を行なって最適状態評価を行なうＣＰＵ５４と、このＣＰＵ５４との間で情報交換を行ない、必要な情報をアドレスに分けて記憶するメモリ５５等を備えたシステム本体５６と、このシステム本体５６に接続された入力装置５７および出力装置５８とを備える。
【００５６】
各計測センサ５１ａ〜５１ｎは、図１に示された火力発電プラント１０のボイラ１１、高圧タービン１３、中圧タービン１５、低圧タービン１６（１６ａ，１６ｂ）、第１および第２発電機１８，１９、高圧給水加熱器２９ａ〜２９ｄ、低圧給水加熱器２５ａ〜２５ｃ、主蒸気系１２、再熱蒸気系１４、タービン抽排気系３１，３２，３３，３７ａ〜３７ｃ，３８，３９、給水ポンプ駆動タービン３４および脱気器２７等の熱入出部にそれぞれ配設されており、主蒸気流量、各タービン抽気流量、各タービン入出熱、各給水加熱器および脱気器周りの入出熱、各発電機出力，温度，圧力，給水流量，復水流量等を計測し、これらの計測データがコンピュータシステム５２に取り込まれる。
【００５７】
これらの計測データのうち、主蒸気流量、高圧，中圧および低圧タービンの抽気流量、低圧タービンの内部効率や給水流量，復水流量等に関する計測データは、計測センサとしての流量計等のセンサ機器の計測精度上の問題から計測誤差が見込まれるために、本実施形態では、計測精度の劣る計測データを仮入力の形でコンピュータシステムに取り込む。取り込まれた計測精度の劣る計測データは一旦メモリ５５の各アドレスに記憶された後、ＣＰＵ５４において最適状態評価のための収束計算の対象とされる。
【００５８】
一方、コンピュータシステム５２に取り込まれる各種計測データのうち、計測精度の高いデータは直接的な熱入力データとして取り込まれる。計測精度の高いデータには、各発電機１８，１９の出力、各タービン１３，１５の入出熱、各給水加熱器および脱気器２７周りの入出熱等があり、これらの計測データは計測誤差が殆どなく、高精度データであることから、メモリ５５の各アドレスに基準データ値（確定値）として記憶される。
【００５９】
さらに、本実施形態においては、入力装置５６を介し、予め求められた各プラント構成機器の性能が発電プラント全体の効率に与える寄与度がＣＰＵ５４に入力されて計算され、メモリ５５内に格納される。そして、この寄与度と、前述したヒートバランスに基づく各プラント構成機器の熱効率の決定値との関係に基づいて、ＣＰＵ５４において熱効率低下要因部位である熱効率劣化要因機器の特定が行なわれ、その結果がグラフ等の形で出力装置５７に出力できるようになっている。ＣＰＵ５４はプラント熱効率劣化要因機器の特定する劣化要因機器特定手段５９を備えている。
【００６０】
なお、メモリ５５の別のアドレス中には、メーカによる設計段階でのヒートバランス計算値、および入出熱法あるいは熱損失法によって求められたボイラ室効率、タービン室効率等の各種データ等も格納され、ＣＰＵ５４で比較計算その他の作図、作表等が行なえるようになっている。
【００６１】
ところで、低圧タービン併合型の火力発電プラント１０においては、各計測センサ５１からの計測データを用い、測定精度の高い発電機出力を基準データとして発電プラントのヒートバランスを決定し、プラント熱効率診断を行なう。このプラント熱効率診断を行なう際、診断のキーパラメータであるが高精度計測が難しいパラメータを計測精度の範囲内で最適状態評価を行なって収束させる。このパラメータには、計測データとして給水流量や復水流量がある。
【００６２】
最適状態評価においては、火力発電プラント１０における低圧タービン設計効率偏差やボイラ効率偏差等がプラント全体で最小となり、起こり得る確率が最大となるようなキーパラメータの最適状態を決定している。確率を算出する関数は、例えば上記各偏差の算出精度に基づいた正規分布関数あるいは正規分布関数の積分形を用いて算出し、求める。
【００６３】
しかして、キーパラメータである給水流量あるいは復水流量を最適状態に収束させることによって、プラント性能診断に重要な他のキーパラメータの精度向上を図ることができる。他のキーパラメータとして火力発電プラント１０のタービン室効率、ボイラ室効率および低圧タービンの内部効率等がある。
【００６４】
ここで、タービン室効率およびボイラ室効率は次の関係式を有する。
【００６５】
【数１】
0003965275.tif 000002
【００６６】
一方、低圧タービン１６（１６ａ，１６ｂ）の内部効率は、給水流量を仮入力値として火力発電プラント１０のヒートバランス計算を行なって収束させ、最適状態評価を行なうことで求めることができる。
【００６７】
また、各発電機１８，１９の発電機出力の計測データは計測誤差が殆ど発生しない確定値データであり、この火力発電プラント１０では各発電機出力を基準値としてＣＰＵ５４に入力させ、並列に収束計算を行ない、プラント全体で最適状態評価を行なった。
【００６８】
ＣＰＵ５４では、発電機出力の計算値が実際の発電機出力値（計測値）と比較し、異なる場合には、給水流量ひいては主蒸気流量または低圧タービンの内部効率に誤差が含まれていると判断される。したがって、これらの誤差を除去する収束計算の基準値として発電機出力の計測データが適用される。
【００６９】
次に、図４は、火力発電プラントにおけるプラント熱効率診断のためのフローチャートを示すものである。
【００７０】
このフローチャートは、例えば３５万ｋＷ級および６０万ｋＷ級出力の低圧タービン併合型プラント１０に対応するように開発したものである。低圧タービン併合型の火力発電プラント１０では、低圧タービン１６ａ，１６ｂが図１および図２に示すように、Ｐｒｉ発電機１８およびＳｅｃ発電機１９に分かれているため、高精度計測が可能な発電機出力を基準値として用い、並列に収束計算を行ない、発電プラント全体で最適評価を行なうようにしたものである。
【００７１】
低圧タービン併合型の火力発電プラント１０においては、主要構成機器の性能診断に重要なキーパラメータでありながら、高精度測定が難しい給水流量（または復水流量）に対して最適状態評価を実施して、整合性のとれたヒートバランスを決定できることが判明した。
【００７２】
この最適状態評価では、入出熱法および損失法を用いたボイラ効率の偏差、低圧タービン設計効率の偏差、給水流量偏差、復水流量偏差等を考慮して統計分析を行ない、最大確率ポイントを決定している。
【００７３】
プラント熱効率診断のための図４のヒートバランス解析法による解析手順を詳述すると、スタート後、コンピュータシステム５２へプラント熱効率診断のキーパラメータである給水流量（復水流量でもよい。）の仮入力が行なわれる（ステップＡ）。給水流量に代えて、低圧給水加熱器２５を通る復水流量を入力させてもよい。上記給水流量はボイラ１１への給水流量計測によって測定されるが、この計測データには計測誤差が含まれることから仮入力とする。但し、給水流量は、主蒸気流量発生の基礎となり、タービン効率およびボイラ効率計算上の基礎的要素であるから、後の収束計算によって計測誤差（偏差）の解消が図られる。
【００７４】
なお、プラント熱効率およびタービン効率、ボイラ効率は次の関係を有する。
【００７５】
【数２】
0003965275.tif 000003
【００７６】
また、高圧・中圧タービン出力を正確に求める場合には、タービン中の各セクションを流れる蒸気流量を求めるため主蒸気流量Ｇの値から各抽気流量やリーク流量を差し引く必要がある。そこで、ステップＢでは、高圧タービン１３のタービン抽気流量を高圧４段給水加熱器２９ｄへの抽気量から算出し、コンピュータシステム５２に入力する一方、ステップＣでは、高圧タービン１３からのグランドリーク量や補助蒸気流量等を算出してコンピュータシステム５２に入力し、タービン中の各セクションを流れる蒸気流量の算定を図る。
【００７７】
なお、高圧タービンの抽気流量等は高精度が見込まれる高圧および中圧タービンへの入出熱量差および高圧給水加熱器２９および脱気器２７周りの入出熱量差の計測値と比較考量される。
【００７８】
ステップＤおよびＥにおいて、高精度な計測データである高圧および中圧タービン１３，１５の入出熱量からヒートバランス計算を行なって高圧タービン１３の内部効率および中圧タービン１５の内部効率をそれぞれ算出する。
【００７９】
また、給水ポンプ２８の入出熱量、同動力を求め、ヒートバランス計算を行なって、それと同じ値になるように給水ポンプ駆動（ＢＦＰ）タービン３４の出力および内部効率を算出する。
【００８０】
このようにして、高圧および中圧タービン１３，１５とその付属機器に関連するＢＦＰタービン３４とのヒートバランス計算により、出力や内部効率を算出した後、次に低圧タービン１６ａ，１６ｂの内部効率を求める計算に移行する。
【００８１】
低圧タービン１６ａ，１６ｂの内部効率を精度よく求めるために、ステップＧにおいてプラント熱効率診断に必要なキーパラメータである低圧タービン１６ａ，１６ｂの内部効率をコンピュータシステム５２に仮入力させる。この低圧タービン１６ａ，１６ｂの計算要素となる。出口側蒸気は湿り度が高く、それに基づく誤差により出口熱量計算の高い計測精度が見込まれないことから仮入力とする。但し、低圧タービン１６ａ，１６ｂへの入口側の乾き蒸気は安定しているので高精度な測定データが得られる。
【００８２】
低圧タービン１６ａ，１６ｂの内部効率を仮入力した後、低圧タービン出口ポイント（ＥＬＥＰ）をステップＨで決定し、このＥＬＥＰの温度等の計測データから低圧タービン１６の膨脹曲線をステップＩで算出し、決定する一方、低圧タービン１６ａ，１６ｂからのタービン抽気流量を計測し、算出する（ステップＪ）。
【００８３】
低圧タービン１６ａ，１６ｂの膨脹曲線およびタービン抽気流量から低圧タービン１６ａ，１６ｂで実際に仕事に寄与する蒸気量を算出する。
【００８４】
しかして、低圧タービン１６の蒸気流量からタービン排気損失を考慮して、低圧タービン１６ａ，１６ｂの出力をそれぞれ決定する。この低圧タービン１６ａ，１６ｂの出力計測値は、仮入力のタービン内部効率を考慮して決定されるものであるから、必ずしも精度が高いものとはいえない。
【００８５】
一方、高圧タービン１３や中圧タービン１５の出力計測値は出入口の計測データの測定精度が高く、また、発電機出力も精度の高い測定データである。精度の高い発電機出力と高圧タービン１３や中圧タービン１５の出力を基準として低圧タービン１６ａ，１６ｂの出力計算値を求めることができる。
【００８６】
しかして、ステップＫおよびＬにて計算にて求められた低圧タービン１６ａ，１６ｂの出力計算値を低圧タービン１６ａ，１６ｂの出力計測値と比較し、両出力値が一致していれば、この一致した出力値に基づいて低圧タービン１６ａ，１６ｂの内部効率を算出することができる。
【００８７】
低圧タービン１６ａ，１６ｂの出力計算値と出力計測値とが一致しない場合には、ステップＧで仮入力した低圧タービン１６ａ，１６ｂの内部効率に誤差があると判断し、ステップＧにフィードバックさせて低圧タービン１６ａ，１６ｂの内部効率値として別の値を仮入力させる。このフィードバック操作は、ステップＭにて低圧タービン１６ａ，１６ｂの出力計算値と出力計測値とが一致（整合）するまでフィードバックにより繰り返され，低圧タービン１６ａ，１６ｂの内部効率の収束計算が行なわれる。
【００８８】
また、低圧タービン１６ａ，１６ｂの出力計算値と出力計測値との誤差が解消されると、この出力値に基づいて最適状態評価が行なわれて低圧タービン１６ａ，１６ｂの内部効率が決定される（ステップＮ）。この場合の低圧タービン１６ａ，１６ｂの内部効率は、高精度データとして採用できる。
【００８９】
そして、図４のヒートバランス解析手順により高精度データとして算出された低圧タービン１６ａ，１６ｂの内部効率や高圧タービン１３の内部効率、中圧タービン１５の内部効率、発電機出力から、給水流量偏差やタービン設計効率偏差、ボイラ効率偏差を求める。これらの偏差が大きな場合には、ステップＡで仮入力した給水流量に誤差があると判断し、偏差が小さくなるようにフィードバック操作される。
【００９０】
このフィードバック操作により、給水流量偏差や、タービン設計効率偏差、ボイラ効率偏差が収束して最小偏差となった最適値を使用することで高精度が見込まれる。
【００９１】
なお、ボイラ効率については、高圧および中圧タービン１３，１５側でのフローで決定した主蒸気流量Ｇを使用して前述した式（２）に基づく熱効率計算を行なって求める。ボイラ効率は、主蒸気流量の最適値を使用することで高精度が見込まれる。
【００９２】
この低圧タービン併合型火力発電プラントにおいては、各タービン効率およびボイラ効率が求められた後は、これらを使用して式（２）により発電プラント全体の熱効率計算が行なわれ、ヒートバランス解析法に基づくヒートバランス作成フローが終了する。
【００９３】
その際、低圧タービン併合型の火力発電プラント１０において、低圧タービン１６の内部効率は、給水流量を入力値として発電プラントのヒートバランス計算から求め得ることが分かった。また、火力発電プラント１０中における各偏差には、低圧タービン設計効率偏差やボイラ効率偏差、給水流量偏差、復水流量偏差等がある。
【００９４】
このうち、低圧タービン設計効率偏差は、タービン性能試験時や設計時の低圧タービン内部効率の算出に使用する計測値から求めることができるが、蒸気タービンの内部効率は設計値を上廻ることはない。
【００９５】
また、ボイラ効率偏差は、入出熱法によるボイラ効率値と損失法によるボイラ効率値から求められ、本来一致する筈であるが、実際には、プラント性能試験時の入出熱法と損失法の計測精度にバラツキがある。この場合、損失法によるボイラ効率は計測精度が高いので、入出熱法によるボイラ効率の計測精度のバラツキから偏差を求める。
【００９６】
さらに、給水流量偏差や復水流量偏差は最適値と計測値との間の差であり、偏差算出には計測値が用いられる。
【００９７】
図５には、ボイラ効率偏差、低圧タービン設計効率偏差、給水流量偏差および復水流量偏差と確率との相関関数をそれぞれ示すものである。
【００９８】
図４に示されたプラント熱効率診断のフローチャートで求めた現状の計測ヒートバランスを設計ベースのヒートバランスと比較して、その精度検証を行なった。
【００９９】
火力発電プラントとして３５万ｋＷ級の低圧タービン併合型プラント実機を用意し、このプラント実機の計測データを用いてプラント熱効率診断を行なった。
【０１００】
表１は図４のプラント熱効率診断フローチャートで求めたヒートバランスの解析結果を示すものである。表１の上段はプラントメーカの設計ベースに基づくヒートバランスのメーカ設定値であり、下段は、メーカ設計ベースの各数値を基に本出願人（当社）が再現したヒートバランスの再現値である。
【０１０１】
【表１】
0003965275.tif 000004
【０１０２】
表１の当社再現値から、出力値であるタービン室効率、各タービンの内部効率に関して設計値と再現値が一致し、図４のプラント熱効率診断のフローチャートで設計ベースのヒートバランスを再現でき、図４のヒートバランス作成プログラムに基づくヒートバランス解析法の妥当性が実証された。
【０１０３】
次に、ヒートバランス解析法で求めた性能試験解析結果の比較を表２に示す。
【０１０４】
【表２】
0003965275.tif 000005
【０１０５】
図１に示された低圧タービン併合型発電プラントを対象とし、性能試験で得られた計測値を基にプラント熱効率診断を行ない、その性能試験解析結果を表２に示す。
【０１０６】
表２において上段は、最適状態評価を行なわない従来法を示すもので、下段に、図４に示すヒートバランス解析法に基づき、最適状態評価を行なって求めた給水流量、復水流量、低圧タービン出力効率、ボイラ出力効率をそれぞれ示す。
【０１０７】
従来法では、計測された給水流量をそのまま用いると、低圧タービンの出力効率はその設計値より約７％程度高い値を示し、ボイラ出力効率も精度の高い損失法と精度上のバラツキのある入出熱法では約２％の誤差が生じている。
【０１０８】
なお、入出熱法は、燃料による入熱と蒸気による出熱からボイラ室効率を計算する方法であり、測定された給水流量を用いる必要がある。この入出熱法に用いられる値は常設の給水流量計（給水流量基準）の測定値を用いている。また熱損失法は、燃焼排ガスによる熱損失の割合を計算し、１００％からその熱損失割合を差し引いてボイラ室効率を計算する方法である。
【０１０９】
最適状態評価を行なった図４のヒートバランス解析法を用いてヒートバランス解析法を実施すると、下段に示すように、ヒートバランスの最適状態を予測することで、計測データのバラツキの影響を低減させることができる。例えば、給水流量は流量計の測定精度のバラツキが大きく計測精度が低いが，最適状態予測を行なうことで、計測データのバラツキの影響を解消することができる。
【０１１０】
図４に示されたヒートバランス解析法を用いた最適状態評価では、従来法と同じ測定値を使用した。従来法と同じ測定値の給水流量を用いて最適状態評価を行なったところ、給水流量は測定流量より＋２％程度で最大確率ポイントとなった。図６は給水流量の最大確率ポイントとパラメータ偏差の関係を示す相関図である。
【０１１１】
図４に示すヒートバランス解析法を用い、最適状態評価によってヒートバランスを決定することで、従来法では大きく設計値を超えていた低圧タービン出力効率は設計値以下となり、復水流量偏差が大幅に縮小し、確率関数は大幅に向上する。このように、図４のヒートバランス解析法を用いてヒートバランスの最適状態を予測することで、計測データのバラツキの影響を低減させ、解消できることが確認された。
【０１１２】
蒸気タービンのノズルクリアランスとはタービン内部における静翼とロータとの間のシールフィンの間隙をいう。このノズルクリアランスは通常数ｍｍに設定されており、クリアランスを小さくすることで後続タービン段落への蒸気リーク量が減少し、タービン効率を上昇させ得ることが知られている。
【０１１３】
特に、本実施形態ではヒートバランス解析法を利用して最適状態評価を行なうことで高圧タービン１３のグランドリーク量を特定することが可能となった。従来は流量計による測定だけであるので、グランドリーク量の特定ができず、測定バラツキが大きかった。
【０１１４】
高圧タービン１３のグランドリーク量の特定は、性能試験時に中圧タービン１５からのタービン抽気系（タービン排気系）３８上流側の抽気バルブ（図示せず）を閉じることにより行なわれる。抽気バルブの閉塞により、脱気器２７に流入する蒸気は、高圧タービン１３のグランドリーク蒸気と給水ポンプ駆動タービン３４の第３タービン抽気が合流したものだけとなる。
【０１１５】
次に、給水ポンプ駆動タービン３４の第３タービン抽気の圧力と温度を測定するとともに、脱気器２７流入蒸気の圧力と温度を測定する。そして、脱気器２７周りのヒートバランス計算から脱気器流入蒸気流量Ｇｄｅａを特定する。
【０１１６】
脱気器流入蒸気流量Ｇｄｅａから次式により高圧タービングランドリーク量Ｇｇｌｋを特定できる。
【０１１７】
【数３】
0003965275.tif 000006
【０１１８】
このように、低圧タービン併合型発電プラントに対して図３に示したプラント熱効率診断装置５０を用い、このプラント熱効率診断装置５０に内蔵されたヒートバランス解析法を用いて最適状態評価を行なうことにより、プラント構成機器のヒートバランスを作成でき、プラント熱効率低下要因部位を判別し、特定することができる。このプラント熱効率低下要因部位の特定により、熱効率劣化要因機器の特定ができる。
【０１１９】
本実施形態においては火力発電プラントのプラント熱効率診断は以下の手順で行なわれる。
【０１２０】
▲１▼低圧タービン併合型火力発電プラント１０の各計測センサ５１で測定された計測データ（ＰＩＤ）をコンピュータシステム５２に入力する。
▲２▼測定された計測データの測定精度を考慮し、収束計算を行なうことでヒートバランスを決定する。
▲３▼プラントメーカの設計ベースのヒートバランス値と計測データに基づく現状のヒートバランス値を比較考量する。
▲４▼各プラント構成機器の性能がプラント熱効率に与える寄与度を分析する。
▲５▼各プラント構成機器の寄与度から熱効率低下要因部位（熱効率劣化要因機器）を特定する。
【０１２１】
次に、火力発電プラントとして６０万ｋＷ級の低圧タービン併合型プラントに適用した場合を説明する。
【０１２２】
この場合にも、図４に示されたプラント熱効率診断のフローチャートを用い、ヒートバランス解析法によりプラント全体の最適状態評価を行なった。
【０１２３】
まず、６０万ｋＷ級発電プラント実機の計測データを用いてヒートバランス解析を行なう前に、表１で示す設計ベースヒートバランスの解析結果と同様なヒートバランス解析を行ない、その解析結果を表３に示す。表３は、プラントメーカの設計値と本出願人による再現値とを比較したヒートバランスの比較表である。
【０１２４】
表３は、上段で示されたプラントメーカの設計ベースで用いたヒートバランスの各数値を基に、ヒートバランス図の再現を図ったものであり、本出願人による再現値を下段に示す。
【０１２５】
【表３】
0003965275.tif 000007
【０１２６】
プラントメーカの設計ベースを基準にしたヒートバランス解析結果から当社再現値で示すように、出力値であるタービン室効率、各タービンの内部効率に関して設計値と再現値が一致し、設計ベースのヒートバランスを６０万ｋＷ級の発電プラントにおいても同様に再現できた。したがって、図４に示されたフローチャートは６０万ｋＷ級の発電プラントにおいても、ヒートバランス作成プログラムが妥当性を有することが検証できた。
【０１２７】
図４に示されたヒートバランス作成手順に従い、定期検査前のプラント性能試験で得られた計測データを基に、３５万ｋＷ級の発電プラントと同様に、ヒートバランス図を作成した。このヒートバランス図は図１の火力発電プラント１０の各構成機器毎あるいはその前後に具体的数値（図示省略）を書き入れたものである。このプラント性能試験においては、プラント熱効率診断精度の向上を図るために、常設の計測機器の他に、中圧タービンの排気圧力を測定する特設計器を設置した。
【０１２８】
図７は、図４のプラント熱効率診断方法を実施して得られたプラント熱効率劣化要因機器を特定するため、定期検査前後の性能試験で得られた寄与度をプロットしたものである。
【０１２９】
図７は、定期検査前のプラント性能試験の結果を基にヒートバランス解析を行なったもので、プラント熱効率に対する各プラント構成機器の寄与度を示す。
【０１３０】
図７に示されたプラント熱効率に対する各プラント構成機器の寄与度から、プラント熱効率の低下にタービン側、特に高圧、中圧、低圧タービンの出力効率低下が原因機器であることが判明した。
【０１３１】
定期検査前のヒートバランス解析により、プラント性能低下が判明した各タービン機器について費用対効果の観点から具体的な補修計画をたてた。補修計画は当初予定しない定期検査期間内で補修可能で改善効果のできる箇所をポイントとした。具体的には、タービンのノズルクリアランス調整を実施することにした。
【０１３２】
蒸気タービンのノズルクリアランスとはタービン内部における静翼とロータとの間のシールフィンの間隙をいう。このノズルクリアランスは通常数ｍｍに設定されており、クリアランスを小さくすることで後続タービン段落への蒸気リーク量が減少し、タービン効率を上昇させ得ることが知られている。ただ、ノズルクリアランスを狭めすぎると、ロータとシールフィンの摺動に伴ない、ロータ側にホットスポットが発生し、タービン振動増加の原因となるので、ノズルクリアランスは管理範囲内の適切な値とする必要がある。
【０１３３】
図８は、６０万ｋＷ級火力発電プラント実機におけるタービン分解時のノズルクリアランスと、プラント運転実績を考慮した目標設定に沿って調整した組立時のノズルクリアランスの関係を高圧、中圧、低圧タービンに関して示すものである。ノズルシールフィンは組立時に新しいフィンと交換した。
【０１３４】
なお、図８に示された縦軸は間隙値（ノズルクリアランス）を、横軸は高圧、中圧および低圧タービンのタービン段落をそれぞれ示す。低圧タービンはＰｒｉ側の低圧タービンを図示したが、Ｓｅｃ側低圧タービンも同様に表わされる。
【０１３５】
図８から、特に低圧タービンのノズルクリアランスが大きく、大きなクリアランス調整幅が必要なことを示したり、低圧タービンの分解時と組立時の間でクリアランス調整を行なった。
【０１３６】
低圧タービンのノズルクリアランス調整を充分に行なうと、定期検査後のヒートバランス解析によって低圧タービンの性能が向上していることが裏付けられた。
【０１３７】
具体的には、定期検査後のタービン性能確認において、タービン室効率で０．３％回復した。この回復効果は、ＬＮＧ量で年間２８００トンの節約となる。また、タービン室効率（プラント熱効率）が性能低下箇所の補修により例えば１％向上が図れれば、１発電プラント当たり年間約１億円の燃料費削減に繋がる。
【０１３８】
タービン効率回復によって、各タービン構成機器のプラント熱効率への寄与度は、図４に示すヒートバランス解析法を用いて最適状態評価を行なうと、定期検査後のプラント性能試験結果から、図７に示す内訳が得られた。この図７から低圧タービンのノズルクリアランスに関する補修を行なうと、低圧タービンの出力効率を改善させることができ、プラント熱効率を大きく改善させ、回復させ得ることができる。
【０１３９】
このように、低圧タービン併合型火力発電プラント１０にヒートバランス解析によるプラント熱効率劣化診断方法を適用することで、３５万ｋＷ級および６０万ｋＷ級出力の火力発電プラントのプラント熱効率劣化要因機器を特定できる。さらに、プラント熱効率低下部位であるタービンの内部構造の細部まで検討することで、その検討結果を定期点検の補修工事に反映させることで、タービン性能の回復を図ることができる。
【０１４０】
なお、本発明に係る実施の形態においては、３５万ｋＷ級および６０万ｋＷ級出力の低圧タービン併合型の二軸発電プラントに適用した例を示したが、本発明は、低圧タービン併合型のものであれば、高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンが１つの発電機に接続されているタンデム型一軸発電プラントに適用することができる。
【０１４１】
また、本発明は、３５万ｋＷ級や６０万ｋＷ級出力の発電プラントだけでなく、１００万ｋＷ級や他の出力のクロスコンパウンド型（二軸）発電プラントやタンデム型（一軸）発電プラント、コンバインドサイクル発電プラントに適用することもできる。
【０１４２】
【発明の効果】
本発明に係る火力発電プラントの熱効率診断方法および装置においては、ヒートバランス解析手法を用いてプラント熱効率診断に必要なキーパラメータの最適状態評価を行なって収束させたので、高精度計測が難しい計測データを計測精度の範囲内で最適状態評価を行なって収束させることができ、プラント熱効率の診断に必要な他のキーパラメータを偏差が最小で起こり得る確率が最大となるように最適状態を設定し、これら最適状態のキーパラメータを用いてプラント熱効率診断を行なう構成としたので、プラント熱効率を精度よく正確に診断し、プラント熱効率劣化要因機器、ひいてはプラント熱効率低下要因部位を精度よく、正確に特定することができる。
【０１４３】
また、本発明に係る火力発電プラントの熱効率診断方法および装置においては、ヒートバランス解析手法を用いて最適状態評価を行なうことにより、高精度計測が難しい給水流量や復水流量等の計測データを収束させ、低圧タービン併合型発電プラントのプラント熱効率を精度よく正確に診断し、各プラント構成機器個別の性能変化がプラント熱効率に与える影響を精度よく解析し、プラント熱効率低下要因部位を精度よく特定し、点検・補修等の保守管理を効率的かつ簡単に行なうことができる。
【０１４４】
さらに、本発明に係る火力発電プラントの熱効率診断方法および装置においては、ヒートバランス解析手法を用いて最適状態評価を行なうことにより、プラント熱効率低下要因部位を精度よく特定し、点検・補修等の保守管理を効率的かつ適確に行なって、プラント熱効率の回復を図ることができ、運用のコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した低圧タービン併合型の火力発電プラントの構成例を示す系統図。
【図２】図１の火力発電プラントに備えられるクロスコンパウンド型二軸発電プラントにおけるタービンと発電機の連結例を示す概略図。
【図３】本発明の一実施形態を示すもので火力発電プラントにおけるプラント熱効率診断装置を示す図。
【図４】本発明を火力発電プラントのプラント熱効率診断に適用したもので、ヒートバランス解析法を実施するフローチャートを示す図。
【図５】ボイラ効率偏差、低圧タービン設計効率偏差、給水流量偏差および復水流量偏差と確率との相関関数を示す図。
【図６】給水流量の最大確率ポイントとパラメータ偏差の関係を示す相関図。
【図７】火力発電プラントのプラント熱効率に対する各構成機器の寄与度を定期検査前後の性能試験から求めた図。
【図８】本発明を適用したもので、火力発電プラントの熱効率診断のためのノズルクリアランスとタービン段落の関係を示す図。
【図９】従来のクロスコンパウンド型二軸発電プラントに適用されるタービンと発電機の組合せ例を示す図。
【符号の説明】
１０  火力発電プラント
１１  ボイラ
１２  主蒸気系
１３  高圧タービン
１４  再熱蒸気系
１５  中圧タービン
１６，１６ａ，１６ｂ  低圧タービン
１８，１９  発電機
２０  復水器
２１  復水給水系
２２  復水ポンプ
２３  復水熱交換器
２４  グランドコンデンサ
２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ  低圧給水加熱器
２７  脱気器
２８  給水ポンプ
２９，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ  高圧給水加熱器
３１  高圧タービン抽気系
３２  高圧タービン排気系（高圧タービン排気分岐系、高圧タービン抽気系）
３３  高圧タービン排気分岐系
３４  給水ポンプ駆動タービン
３５  主蒸気補助系
３７  給水ポンプ駆動タービン抽気系
３７ａ，３７ｂ，３７ｃ  タービン抽気系
３８  中圧タービン排気分岐系（中圧タービン抽気系）
３９  給水ポンプタービン排気系
４１，４２  低圧タービン抽気系
４３  ＳＳＲ
４４  ドレンポンプ
４５  グランドシール蒸気系
５０  熱効率診断装置
５１，５１ａ，５１ｂ，…，５１ｎ  計測センサ
５２  コンピュータシステム
５３  Ａ／Ｄ変換器
５４  ＣＰＵ
５５  メモリ
５６  システム本体
５７  入力装置
５８  出力装置
【図１】
0003965275.tif 000008
【図２】
0003965275.tif 000009
【図３】
0003965275.tif 000010
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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