蒸汽渦輪成套設(shè)備啟動控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蒸汽渦輪成套設(shè)備(plant)啟動控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在以風力發(fā)電或太陽能發(fā)電為代表的利用可再生能源的發(fā)電成套設(shè)備中，從可再生能源獲得的發(fā)電量隨著季節(jié)、天氣等而發(fā)生較大的變動。因此，具備蒸汽渦輪的這種發(fā)電成套設(shè)備為了抑制發(fā)電量的變動來使發(fā)電成套設(shè)備穩(wěn)定化，要求縮短啟動時間(高速啟動)。
[0003]在蒸汽渦輪的啟動中，由于流入蒸汽渦輪的蒸汽的溫度、流量會急劇上升，因此渦輪轉(zhuǎn)子的表面與內(nèi)部相比更急劇升溫。其結(jié)果，因渦輪轉(zhuǎn)子的表面與內(nèi)部的溫度差而導致應力(熱應力)增大。過大的熱應力會縮短渦輪轉(zhuǎn)子的壽命，因此需要使增大的熱應力收斂在預先確定的限制值內(nèi)。此外，在蒸汽渦輪的啟動中，渦輪轉(zhuǎn)子以及容納渦輪轉(zhuǎn)子的殼體因暴露于高溫的蒸汽下而被加熱，通過熱膨脹，尤其向渦輪軸方向延伸(熱伸長)。渦輪轉(zhuǎn)子和殼體其結(jié)構(gòu)和熱容量不同，因此渦輪轉(zhuǎn)子的熱伸長和殼體的熱伸長之間產(chǎn)生差異(熱伸長差)。若該熱伸長差變大，則作為旋轉(zhuǎn)體的渦輪轉(zhuǎn)子和作為靜止體的殼體有可能相接觸而發(fā)生損壞，因此需要使熱伸長差收斂在預先確定的限制值內(nèi)。這樣，在蒸汽渦輪的啟動中存在幾個制約條件，因此需要以滿足這些制約條件的方式進行啟動控制。
[0004]作為這種啟動控制方法，有如下方法:根據(jù)發(fā)電成套設(shè)備的停止后經(jīng)過時間、即發(fā)電成套設(shè)備停止之后的經(jīng)過時間的長度來決定啟動模式，基于按每個啟動模式預先決定的啟動時間表來進行啟動控制(參照非專利文獻I等)。此外，還有如下方法:以抑制熱應力的產(chǎn)生為目的，基于測量到的蒸汽渦輪級的殼體金屬溫度來進行氣體渦輪與蒸汽渦輪的啟動控制(參照專利文獻I等)。此外，還有如下方法:具備使啟動時間優(yōu)先的模式、使效率優(yōu)先的模式等多個啟動模式，根據(jù)每次啟動的需求來切換啟動模式(參照非專利文獻2、專利文獻2等)。此外，還有如下方法:預先規(guī)定提供給蒸汽渦輪的溫度的上升率，基于該溫度的上升率來控制成套設(shè)備(參照非專利文獻3等)。此外，還有如下方法:預測計算從當前時刻到未來的一定期間的熱應力、熱伸長差，獲得在限制值內(nèi)抑制預測熱應力的同時高速啟動蒸汽渦輪的啟動時間表(參照非專利文獻4、專利文獻3、4、5等)。
[0005]非特許文獻1:平賀昭二:「火力発電所ω自動起動裝置」，日立評論，48卷，6號763-767ρρ.(1966)
[0006]非特許文獻 2:L.Balling:Fast cycling and rapid start-up:new generat1nof plants achieves impressive results，Modern Power Systems, January(2010)
[0007]非特許文獻3:C.Ruchti et al.:Combined Cycle Power Plants as idealsolut1n to balance grid fluctuat1ns, Kraftwerkstechnisches Kolloquium， TUDresden,18-19，September(2011)
[0008]非特許文獻4:松本茂他2名:熱応力予測C dt §夕一匕' > 最適起動技術(shù)、火力原子力発電，Vol.61，N0.9ρ.798-803(2010/9)
[0009]專利文獻1:JP專利4208397號公報
[0010]專利文獻2:JP專利4885199號公報
[0011]專利文獻3:JP專利4723884號公報
[0012]專利文獻4:JP特開2009-281248號公報
[0013]專利文獻5:JP特開2011-111959號公報
[0014]非專利文獻I例示了根據(jù)成套設(shè)備的停止后經(jīng)過時間來將啟動模式分為冷啟動、半熱啟動、熱啟動、非常熱(very hot)啟動這4種的啟動控制方法。在各啟動模式下，預先決定蒸汽渦輪的轉(zhuǎn)速的上升速度、將蒸汽渦輪的轉(zhuǎn)速的上升速度保持為恒定值的時間(熱浸(heat soak)時間)、初始負載、不改變負載而保持為恒定值的時間(負載保持時間)以及負載的每單位時間的變化率(負載變化率)等，按照基于這些確定的啟動時間表來進行啟動控制。其結(jié)果，能夠進行將熱應力、熱伸長差等制約條件抑制在限制值以下的啟動控制。但是，該啟動時間表一般考慮蒸汽渦輪中的各種狀態(tài)量、操作量的變動，針對制約條件確定了有足夠余量。由于成套設(shè)備的停止后經(jīng)過時間，啟動開始時的蒸汽渦輪金屬溫度上有差異，因此即使在相同的啟動模式下，尤其是停止后經(jīng)過時間越短，啟動時間表越容易產(chǎn)生所需以上的余量，無法充分縮短啟動時間。
[0015]專利文獻5公開了如下的啟動控制方法:根據(jù)成套設(shè)備狀態(tài)預測電路預測并計算出將來的熱應力，為了使該預測熱應力變成規(guī)定值以下，計算出蒸汽渦輪的升速率和負載上升率，由此獲得啟動時間表。在這種情況下，在實現(xiàn)啟動時間縮短方面能夠計算出精度和可靠性高的操作量。但是，針對提供給蒸汽渦輪的蒸汽的壓力、溫度預先規(guī)定了時間趨勢，但并沒有公開應如何確定這些狀態(tài)量。
[0016]另外，在其他在先技術(shù)文獻中，雖然公開了將熱應力抑制在限制值以下來對成套設(shè)備進行啟動控制的技術(shù)，但是都是以具有與預先確定的啟動模式相應的啟動時間表和模式作為前提。也就是說，只能在限制的模式下進行啟動，因此不能說是靈活地應對啟動程度不同的停止后經(jīng)過時間等成套設(shè)備初始狀態(tài)量來以最好的效率迅速地進行了啟動控制的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其目的在于提供一種能夠靈活應對成套設(shè)備初始狀態(tài)量來高速地啟動蒸汽渦輪的蒸汽渦輪成套設(shè)備的啟動控制裝置。
[0018]為了達成上述目的，本發(fā)明提供控制方法和控制裝置，例如，預測計算包含熱應力或熱伸長差的與啟動相關(guān)的制約條件，統(tǒng)一控制包括生成提供給蒸汽渦輪的蒸汽的系統(tǒng)在內(nèi)的成套設(shè)備整體，根據(jù)成套設(shè)備初始狀態(tài)量來高速地啟動蒸汽渦輪。此時，根據(jù)啟動前的蒸汽渦輪規(guī)定部位的溫度(初始金屬溫度)、停止后經(jīng)過時間等成套設(shè)備初始狀態(tài)量，連續(xù)地計算基于制約條件的預測值決定請求成套設(shè)備操作量時所使用的控制參數(shù)、與啟動時間表相關(guān)的控制設(shè)定值等啟動控制參數(shù)的值。由此，能夠在不依賴于啟動模式的情況下進一步縮短啟動時間。
[0019](發(fā)明效果)
[0020]通過本發(fā)明，能夠根據(jù)各種成套設(shè)備初始狀態(tài)量來高速地啟動蒸汽渦輪。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的第I實施方式相關(guān)的發(fā)電成套設(shè)備的示意圖。
[0022]圖2是表示本發(fā)明的第I實施方式中的制約條件的預測值的修正概念的圖。
[0023]圖3是表示本發(fā)明的第I實施方式中的制約條件的預測值的修正步驟的流程圖。
[0024]圖4是啟動時間表的一例，是說明本發(fā)明的第I實施方式相關(guān)的由啟動控制參數(shù)計算電路計算出的啟動控制參數(shù)的圖。
[0025]圖5是表示啟動時間表中的發(fā)電成套設(shè)備的停止后經(jīng)過時間與所需啟動時間之間的關(guān)系的圖。
[0026]圖6是本發(fā)明的第2實施方式相關(guān)的發(fā)電成套設(shè)備的示意圖。
[0027]圖7是表示本發(fā)明的第3實施方式相關(guān)的裝置的構(gòu)成以及其內(nèi)部的計算流程的圖，是表示直到操作者取得啟動時間表為止的計算步驟的圖。
[0028]圖8是表示啟動完成時刻、啟動開始時刻、停止后經(jīng)過時間以及所需啟動時間的關(guān)系的圖。
【具體實施方式】
[0029]<第I實施方式>
[0030](構(gòu)成)
[0031]圖1是本實施方式的發(fā)電成套設(shè)備100的示意圖。如圖1所示，發(fā)電成套設(shè)備100由蒸汽渦輪成套設(shè)備50和啟動控制裝置21構(gòu)成。以下，說明蒸汽渦輪成套設(shè)備50以及啟動控制裝置21。
[0032]1.蒸汽渦輪成套設(shè)備
[0033]如圖1所示，蒸汽渦輪成套設(shè)備50具備熱源裝置1、蒸汽產(chǎn)生設(shè)備2、蒸汽渦輪3、發(fā)電機4、熱源介質(zhì)量操作部11、低溫流體量操作部12、主蒸汽加減閥13、旁路閥14以及降溫器15。
[0034]熱源裝置I利用熱源介質(zhì)所保有的熱量來加熱低溫流體，生成高溫流體，從而提供給蒸汽產(chǎn)生設(shè)備2。蒸汽產(chǎn)生設(shè)備2在內(nèi)部具備熱交換器，通過與由熱源裝置I生成的高溫流體的保有熱之間的熱交換，對供水進行加熱而產(chǎn)生蒸汽。通過由蒸汽產(chǎn)生裝置2產(chǎn)生的蒸汽，驅(qū)動蒸汽渦輪3。發(fā)電機4與蒸汽渦輪3相連，將蒸汽渦輪3的驅(qū)動力變換為電力。發(fā)電機4的電力例如被供給到未圖示的電力系統(tǒng)中。
[0035]對熱源裝置I的熱源介質(zhì)的供給路徑上設(shè)有熱源介質(zhì)量操作部11。熱源介質(zhì)量操作部11調(diào)節(jié)提供給熱源裝置I的熱源介質(zhì)量來對熱源裝置I生成的高溫流體的保有熱量進行操作。對熱源裝置I的低溫流體的供給路徑上設(shè)有低溫流體量操作部12。低溫流體量操作部12調(diào)節(jié)提供給熱源裝置I的低溫流體的流量，對從熱源裝置I提供給蒸汽產(chǎn)生設(shè)備2的高溫流體的流量進行操作。連接蒸汽產(chǎn)生裝置2和蒸汽渦輪3，從蒸汽產(chǎn)生設(shè)備2導出蒸汽的蒸汽配管系統(tǒng)中設(shè)有主蒸汽加減閥13。主蒸汽加減閥13對提供給蒸汽渦輪3的蒸汽流量進行操作。從蒸汽產(chǎn)生設(shè)備2的蒸汽配管系統(tǒng)分支且向其他系統(tǒng)排出流過蒸汽配管系統(tǒng)的蒸汽的旁路系統(tǒng)中設(shè)有旁路閥14。旁路閥14控制流過旁路系統(tǒng)的蒸汽的流