(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン（２）と発電機（６）とを有するターボセットを備えた蒸気原動所（１）の出力調整方法であって、運転中、過熱器にあるいはその上流に水（Ｗ）の噴射注入が行われる出力調整方法において、発電機の全負荷の３〜５％の出力増加を３０秒以内に調整すべく、水（Ｗ）の噴射量が増大されることを特徴とする蒸気原動所の出力調整方法。
【請求項２】
発電機の出力増加を調整するために、高圧過熱器（３４）へのあるいはその上流への水（Ｗ）の噴射量が増大される請求項１記載の方法。
【請求項３】
発電機の出力増加を調整するために、再熱器（４０）へのあるいはその上流への水の噴射量が増大される請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
水（Ｗ）の噴射量の増大を考慮に入れて、遅くとも約１分の待機時間経過後に、過熱器から流出する蒸気（Ｄ）の温度設定値が、予め設定できる大きさだけ下げられる請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
蒸気原動所（１）のボイラに付設された化石燃料燃焼器（５６）への燃料供給量が、水（Ｗ）の噴射量の増大と同時にあるいはその直後に、必要な発電機の出力増加に合った値だけ増大される請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
蒸気タービン（２）と発電機（６）とを有するターボセットと、伝熱器が蒸気タービン（２）の水・蒸気回路（４６）に接続されているボイラとを備え、このボイラの過熱器に水噴射器（７０、７２）が設けられ、この水噴射器（７０、７２）が過熱器への水（Ｗ）の噴射量を調整するために調整装置（８２）に接続されている蒸気原動所において、前記調整装置（８２）が、３０秒以内に発電機の全負荷の３〜５％の出力増加に応じて水の噴射量を増大すべく、水噴射器（７０、７２）に対する調整信号を発することを特徴とする蒸気原動所。
【請求項７】
調整装置（８２）の出力側が信号線（８４）を介して、ボイラへの給水量を調整するために設けられた調整弁（８６）に接続されている請求項６記載の蒸気原動所。
【請求項８】
調整装置（８２）の出力側が信号線（９２）を介して、ボイラに付設された燃焼器（５６）への燃料供給量を調整するために設けられた調整弁（５８）に接続されている請求項６又は７記載の蒸気原動所。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンと発電機とを有するターボセットを備えた蒸気原動所の出力調整方法であって、運転中、過熱器にあるいはその上流に水の噴射注入が行われる出力調整方法に関する。更に本発明は、この方法を実施するために適した蒸気原動所に関する。
【０００２】
電力供給系統における確実な電力供給は、多数の発電所ブロックによる電力の発生と、配電網における多数の負荷による電力消費とを入念に調和させることを前提とする。電力の発生と消費が同じ大きさであるとき、電気系統における主要な特性量である系統周波数は一定している。その定格値は例えばヨーロッパ複合電力系統では５０Ｈｚである。例えば或る発電所ブロックの休止および負荷の投入あるいは遮断によって生ずる周波数偏倚は、発電機の出力増大ないし出力低下に対する大きさとして考慮される。
【０００３】
電力供給系統内における周波数偏倚を調整することのほかに、別の責務は、配電網（複合系統あるいは島系統）を構成している部分系統の連結個所における予め定められた電力引き渡しを維持することにある。従って、発電所ブロックの出力を秒内に急速に上昇できる必要がある。その場合例えば、全負荷の約３〜５％の瞬間的な負荷上昇が３０秒内でできるようにする必要がある。
【０００４】
出力を高速調整して周波数を支える方式が、１９８０年１月発行の文献「ＶＧＢ  クラフトベルクステヒニーク」、第１号、第１８〜２３頁に記載されている。秒の範囲で出力を急速に調整（セカンドリザーブ）するため、同時にあるいは択一的に実行する複数の操作方式が存在する一方で、発電所ブロックの出力が持続的に変化する際、燃料の供給量を変化させる必要がある。従って、化石燃料蒸気原動所において、通常、遅延時間をなくすためにほんの数秒内に、予め絞り位置に保持されていた蒸気タービンの調整弁が開かれ、これによって有用な蒸気アキュムレータが実際に遅れなしに作動し、蒸気を放出して供給する。蒸気原動所の絞り状態におけるこのような運転様式はしかしながら固有熱消費量が大きく、従って非常に不経済である。
【０００５】
蒸気タービンにおける調整弁の絞りを止めることによって出力を増大させることのほかに、蒸気タービンの水・蒸気回路に設けられ蒸気タービンからの抽気蒸気で加熱される予熱器が遮断される。同時に低圧予熱器を通して導かれる復水流が、数秒間にわたり止められ、再び増大される。この復水を停止して予熱器を遮断することによって化石燃料発電所ブロックにおける出力を急速調整する方式は、例えばドイツ特許第３３０４２９２号明細書に記載されている。
【０００６】
急速セカンドリザーブを調整及び／又は制御するために、即ち発電所ブロックの蒸気タービンの水・蒸気回路における再生予熱器及び／又は加熱復水器に蒸気流、プロセス蒸気および復水を調整して供給するために、通常、調整装置が採用されている。この調整装置は、急速に出力を調整するために、即ちセカンドリザーブを作動するために、予熱器への蒸気の供給を絞り、プロセス蒸気を絞り、及び／又は復水を絞る。その場合、タービン抽気管における調整弁および復水調整用の調整機構に対する調整設定値は、必要な発電機の出力増加が得られるように形成されている。しかしその場合、それに適した蒸気タービンの形成に非常に経費がかかるという欠点がある。更に上述の調整機構は複雑であり、故障し易く、従ってこのような出力急速調整システムは信頼性が乏しい。
【０００７】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の蒸気原動所の出力調整方法を、特に安価な経費で、確実かつ急速な出力調整（出力急速調整）が保証されるように、改良することにある。更にまた、この方法を実施するのに適した蒸気原動所を提供することにある。
【０００８】
この方法に関する課題は、本発明によれば、蒸気タービンと発電機とを有するターボセットを備えた蒸気原動所の出力調整方法であって、運転中、過熱器にあるいはその上流に水の噴射注入が行われる出力調整方法において、発電機の全負荷の３〜５％の出力増加を３０秒以内に調整すべく、水の噴射量が増大されることによって解決される。
【０００９】
本発明は、使用される構成要素について特に安価な経費で、確実に急速に出力を調整するために、蒸気タービンの水・蒸気回路における蒸気アキュムレータの経費のかかる作動を省こうという考えから出発している。蒸気アキュムレータの作動を省いた状態で、蒸気タービンに導入すべき蒸気質量流量が瞬時に高められることによって、蒸気タービンの発生出力が比較的急速に高められる。そのような増大は、過熱器にあるいはその上流に追加的に水を噴射注入することによって行われる。
【００１０】
過熱器の範囲への補助的な水の噴射注入は補助蒸気流を発生させ、この補助蒸気流はその直後に蒸気タービンで発生される出力を高める。水の噴射量を増大することによって、過熱器における蒸気温度がまず低下する。蒸気温度の低下は熱伝達の高さを決定する過熱器と蒸気との温度差を高める。このようにして、過熱器に蓄えられた熱が過熱器から奪い取られ、更に追加的な熱が煙道ガスから奪い取られ、これによって、ボイラ内で過熱器において伝達される熱は一時的に増大する。
【００１１】
発電機の出力増加を調整するために、高圧過熱器及び／又は再熱器への水の噴射量が増大されることが有利である。
【００１２】
蒸気タービンで発生される出力の望ましくない減少を防止するために、水の噴射量の増大を考慮に入れて、遅くとも約１分の待機時間経過後に、過熱器から流出する蒸気の温度設定値が、予め設定できる大きさだけ下げられることが有利である。つまり明らかに理解できるように、過熱器における蒸気温度は、水の噴射量の増大によって約６０秒後に低下し、これは、温度に基づく制御の場合、水の噴射量を減少させ、これによって蒸気タービンで発生される出力の減少が生じてしまう。過熱器から流出する蒸気の温度設定値を適時に下げると、これは確実に防止される。
【００１３】
水の噴射量を増大させることと並行して、蒸気原動所のボイラに付設されている化石燃料燃焼器への燃料供給量ができるだけ速く、即ち水の噴射量の増大と同時にあるいはその直後に、必要な発電機の出力増加に合った値だけ増大されることが有利である。この燃料供給量の増大は、例えば石炭燃料ボイラの場合、約２〜４分の時間経過後に、蒸気タービンで発生される出力の増大の形で効果が現われる。蒸気タービンで発生される出力が燃料供給量の増大に基づいて増加する程度に応じて、水の噴射量は再び元の値に減少され、連続運転に対して考慮された蒸気温度制御が再び活かされる。
【００１４】
蒸気タービンと発電機とを有するターボセットと、伝熱器が蒸気タービンの水・蒸気回路に接続されているボイラとを備え、このボイラの過熱器に水噴射器が設けられ、この水噴射器が過熱器への水の噴射量を調整するために調整装置に接続されている蒸気原動所についての上述の課題は、本発明によれば、前記調整装置が、３０秒以内に発電機の全負荷の３〜５％の出力増加に応じて水の噴射量を増大すべく、水噴射器に対する調整信号を発することによって解決される。
【００１５】
従ってその調整装置は、一時的に要求される発電機の出力増加が過熱器への水の噴射量の増大によって行われるように設計されている。そのために、水噴射器に配置され調整装置の作用を受ける調整弁は、目的に適って、高速作動駆動装置を備えている。更にこの調整装置は、調整弁の駆動装置に対する開閉パルス信号が蒸気原動所の出力調整制御によって与えられ、蒸気原動所の温度調整制御では与えられないように、形成されている。
【００１６】
調整装置の出力側が信号線を介して、ボイラへの給水量を調整するために設けられた調整弁に接続されているか、ないしは、ボイラに付設された燃焼器への燃料供給量を調整するために設けられた調整弁に接続されていることが有利である。従って、調整装置を介して、一方では一時的に、水の噴射量の増大によって出力が増大され、他方では中期的あるいは長期的に、燃焼器への燃料供給量の変更によって連続発生出力の増大が行われる。
【００１７】
本発明によって得られる利点は特に、水の噴射量の増大による発電機の出力増加の調整が特に簡単な手段で、使用される構成要素への付加的な要求なしに、できるという点にある。特に、出力急速調整の要求に蒸気タービンを適合させるために高価な処置を講ずる必要はない。従って、出力急速調整に対する構想は、全負荷範囲において特に僅かな熱消費量で運転される通常構造の蒸気タービンにも適用される。その蒸気タービンはそのような出力急速調整の際に僅かしか負荷されず、従ってそのような出力急速調整がしばしば繰り返されても、蒸気タービンに損傷が生ずることはない。
【００１８】
以下において図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図には蒸気原動所が概略的に示されている。
【００１９】
図１における蒸気原動所１は蒸気タービン２を有し、この蒸気タービン２はタービン軸４を介して発電機６に結合されている。この実施例において、蒸気タービン２は高圧部２ａおよび低圧部２ｂを有している。即ちこの蒸気タービン２は２段式に形成されている。しかし蒸気タービン２は単段にすることも、あるいはもっと多くの圧力段、特に３つの圧力段にすることもできる。
【００２０】
蒸気タービン２は出口側が蒸気管１０を介して復水器１２に接続されている。復水器１２は配管１４を介して給水タンク２０に接続されている。その配管１４には復水ポンプ１６および蒸気加熱式予熱器１８が挿入接続されている。給水タンク２０は出口側が給水管２２を介して、ボイラ２８内に配置されている伝熱器装置３０に接続されている。その給水管２２には給水ポンプ２４および蒸気加熱式予熱器２６が挿入接続されている。
【００２１】
伝熱器装置３０は蒸発器３２を含んでいる。この蒸発器３２は貫流蒸発器として、あるいは自然循環蒸発器として形成されている。そのために蒸発器３２は、公知のように循環路を形成するために気水分離器（図示せず）に接続される。
【００２２】
蒸発器３２はボイラ２８内に配置されている高圧過熱器３４に接続されている。この高圧過熱器３４は出口側が蒸気タービン２の高圧部２ａの蒸気入口３６に接続されている。蒸気タービン２の高圧部２ａの蒸気出口３８は再熱器４０を介して蒸気タービン２の低圧部２ｂの蒸気入口４２に接続されている。その蒸気出口４４は蒸気管１０を介して復水器１２に接続され、これによって、閉じた水・蒸気回路４６が生じている。
【００２３】
従って、図１に示されている水・蒸気回路４６は２つの圧力段だけで構成されている。しかしこの水・蒸気回路４６は単段式にも、あるいはもっと多くの圧力段、特に３つの圧力段でも構成でき、その場合ボイラ２８内に公知のように更なる伝熱器が配置される。
【００２４】
蒸気タービン２の高圧部２ａ並びに低圧部２ｂは、それぞれ弁４８ないしは５０で遮断できるバイパス管５２ないしは５４を介して迂回できる。蒸気タービン２の低圧部２ｂに付設されたバイパス管５４は、出口側が復水器１２に直接開口している。
【００２５】
ボイラ２８に化石燃料式燃焼器５６が付設されている。この燃焼器５６には、弁５８で遮断できる燃料供給管６０を介して燃料が供給され、弁６２で遮断できる配管６４を介して燃焼空気が供給される。
【００２６】
高圧過熱器３４に水噴射器７０が付設され、この水噴射器７０には供給管７２を介して水Ｗが供給される。同じように、再熱器４０に水噴射器７４が付設され、この水噴射器７４には供給管７６を介して水Ｗが供給される。高圧過熱器３４および再熱器４０への水Ｗの噴射量を調整するために、水噴射器７０および水噴射器７４はそれぞれ信号線７８、８０を介して調整装置８２に接続されている。蒸気原動所１の連続運転中に、調整装置８２は、高圧過熱器３４ないしは再熱器４０から流出する蒸気Ｄの温度が予め設定された許容域内で一定しているように、水噴射器７０および水噴射器７４に作用する。そのために、調整装置８２は適当に配置された温度センサに接続されている（図示せず）。
【００２７】
調整装置８２は、出力の急速調整のために、発電機の出力増加が高圧過熱器３４及び／又は再熱器４０への水Ｗの噴射量を増大することによって調整可能であるように設計されている。そのために、発電機の出力増加が必要とされる場合、調整装置８２の温度に基づく制御は不動作にされ、出力に基づく制御に切り換えられる。その場合、調整装置８２は、水噴射器７０および水噴射器７４に与える信号によって、高圧過熱器３４ないしは再熱器４０への水Ｗの噴射量を増大させて、蒸気質量流量を増大することによって蒸気タービン２の発生出力を高める。
【００２８】
調整装置８２は出力側が信号線８４を介して、給水管２２に挿入接続されている調整弁８６に接続されている。これによって、ボイラ２８への給水供給量を調整装置８２を介して調整できる。
【００２９】
更に、調整装置８２は信号線９０を介して弁６２に、信号線９２を介して調整弁５８に接続されている。これによって、調整装置８２を介して、燃焼器５６への燃焼空気供給量および燃料供給量を調整できる。その場合、調整装置８２は、燃焼器５６への燃料供給量が、水Ｗの噴射量の増大と同時にあるいはその直後に、必要な発電機の出力増加に合った値だけ高められるように設計されている。
【００３０】
この蒸気原動所１の場合、出力急速調整が特に簡単な手段で保証される。その場合、発電機の出力増加は、高圧過熱器３４及び／又は再熱器４０への水Ｗの噴射量を増大することによって得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に基づく蒸気原動所の配管系統図。
【符号の説明】
１    蒸気原動所
２    蒸気タービン
６    発電機
３４    高圧過熱器
４０    再熱器
４６    水・蒸気回路
５６    燃焼器
【図１】
0004343427.tif 000002