蒸汽轮机启动控制装置及其启动控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种蒸汽轮机启动控制装置及其启动控制方法。
【背景技术】
[0002]在以风力发电或太阳热发电为代表的使用可再生能源的发电装置中，从可再生能源得到的发电量由于季节、天气等变动大。因此，在具备蒸汽轮机的该类的发电装置中，为了抑制发电量的变动，使发电装置稳定，要求进一步缩短启动时间。
[0003]在发电装置启动时，向蒸汽轮机流入的蒸汽的温度和流量急剧上升，因此蒸汽轮机的表面与内部相比温度急剧上升。结果，蒸汽轮机的半径方向的温度梯度变大，涡轮转子的热应力增大。过大的热应力缩短涡轮转子的寿命，因此需要进行启动控制以使增大的热应力不会超过预先设定的限制值。
[0004]作为该类的启动控制方法，预测并计算从当前时刻到未来的一定期间的热应力，以将热应力抑制在限制值内的方式决定装置操作量，由此来高速启动蒸汽轮机(参照专利文献I)。
[0005]在蒸汽轮机的启动停止周期的过程中，通过在涡轮转子产生的热应力，在涡轮转子中蓄积低周期热疲劳。当蓄积的低周期疲劳超过涡轮转子材料的限界值时，可能在涡轮转子中有产生裂纹，需要进行更换涡轮转子等处置。可以将在各启动停止周期过程中在涡轮转子中蓄积的低周期热疲劳定义为基于热应力的涡轮转子寿命的减少量，即定义为寿命消耗量。关于该寿命消耗量，将由于低周期热疲劳在涡轮转子中产生裂纹时设为100%。
[0006]一般根据上述的寿命消耗量来决定限制值。即，对蒸汽轮机的各启动模式，以基于一次启动的涡轮转子的寿命消耗量不超过寿命消耗量计划值的方式决定限制值。然而，在运用计划时和装置运转时，有时在各启动模式下的一年间的基于启动次数或一次启动的涡轮转子的寿命消耗量产生差异。在装置运用计划时决定的限制值没有反映装置的运用实绩，因此在这样的情况下有时限制值变成过小的值，装置启动需要时间，或者相反变成过大的值，寿命消耗量变得比设想的大，因此有可能无法将热应力保持在限制值内从而安全且高速地启动装置。
[0007]专利文献1:日本特开2009-281248号公报
【发明内容】
[0008]本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种在考虑了装置的运用实绩的基础上，能够将热应力保持在限制值内从而安全且高速地启动装置的蒸汽轮机启动控制装置及其启动控制方法。
[0009]为了达成上述目的，本发明具备:热源装置，其通过热源介质加热低温流体来生成高温流体；蒸汽产生装置，其通过高温流体产生蒸汽；蒸汽轮机，其通过蒸汽来驱动；发电机，其将蒸汽轮机的驱动力变换成电力；调整装置，其调整装置负载；测量器，其测量装置状态量；寿命消耗量计算装置，其根据测量器的测量值来计算蒸汽轮机的涡轮转子寿命消耗量；寿命消耗量存储装置，其存储涡轮转子寿命消耗量；热应力限制值更新定时决定装置，其决定更新涡轮转子的热应力限制值的定时；寿命消耗量累计值计算装置，其在更新热应力限制值的定时，累计上次的更新了热应力限制值的定时以后的涡轮转子寿命消耗量，来计算涡轮转子寿命消耗量累计值；寿命消耗量计划值设定装置，其根据涡轮转子寿命消耗量累计值来设定直到下次更新热应力限制值的定时为止的涡轮转子寿命消耗量计划值；热应力限制值计算装置，其根据涡轮转子寿命消耗量计划值来计算热应力限制值并进行更新；以及装置指令值计算装置，其根据热应力限制值，以不超过热应力限制值的方式计算装置指令值。
[0010]根据本发明，在考虑了装置的运用实绩的基础上，能够将热应力保持在限制值内从而安全且高速地启动装置。
【附图说明】
[0011]图1是本发明第一实施方式的蒸汽轮机发电装置的概要结构图。
[0012]图2是表示本发明第一实施方式的蒸汽轮机发电装置的寿命消耗量计划值设定装置的细节的框图。
[0013]图3是表示本发明第一实施方式的蒸汽轮机发电装置的蒸汽轮机启动控制装置中的热应力限制值的更新顺序的流程图。
[0014]图4是表示本发明第一实施方式的蒸汽轮机发电装置的寿命消耗量计划值设定装置设定的、每个启动模式的下次期间中的寿命消耗量计划值的例子的图。
[0015]图5是本发明第二实施方式的蒸汽轮机发电装置的概要结构图。
[0016]图6是本发明第二实施方式的蒸汽轮机发电装置的寿命消耗量计划值设定装置的框图。
[0017]图7是表示本发明第二实施方式的蒸汽轮机发电装置的寿命消耗量计划值设定装置设定的、每个启动模式的下次期间中的寿命消耗量计划值的例子的图。
[0018]图8是本发明第三实施方式的蒸汽轮机发电装置的概要结构图。
[0019]图9本发明第三实施方式的蒸汽轮机发电装置的寿命消耗量计划值设定装置的框图。
[0020]图10是表示本发明第三实施方式的蒸汽轮机发电装置的寿命消耗量计划值设定装置设定的、每个启动模式的下次期间中的寿命消耗量计划值的例子的图。
[0021]图11是表示在涡轮转子中产生的热应力与涡轮转子的寿命消耗量的关系的图。
[0022]图12是表示装置运用计划时的、各启动模式的每一次运转的寿命消耗量计划值的设定例的图。
[0023]符号说明
[0024]I热源装置
[0025]2蒸汽产生装置
[0026]3蒸汽轮机
[0027]4发电机
[0028]14、15调整装置
[0029]11、12 测量器
[0030]22寿命消耗量计算装置
[0031]23寿命消耗量存储装置
[0032]24热应力限制值更新定时决定装置
[0033]25寿命消耗量累计值计算装置
[0034]26寿命消耗量计划值设定装置
[0035]27热应力限制值计算装置
[0036]28装置指令值计算装置
[0037]100、101、102蒸汽轮机发电装置
【具体实施方式】
[0038](第一实施方式)
[0039](结构)
[0040]图1是本发明第一实施方式的蒸汽轮机发电装置100的概要结构图。另外，在本实施方式中，关于蒸汽轮机的各启动模式，根据从上次的运转结束后到本次的运转开始为止的蒸汽轮机的停止时间的长短，从该时间短的一方开始适当称为热启动、暖启动、冷启动。例如，不满停止时间Tl的启动开始是热启动,停止时间Tl以上不满T2( > Tl)的启动开始是暖启动，Τ2以上的启动开始是冷启动(Τ1、Τ2是设定值)。此外，也可以通过启动开始时的蒸汽轮机的金属温度来区分启动模式。此外，在本实施方式中，将针对作用在蒸汽轮机的部件的热应力，考虑了安全性和部件的寿命等设定的限制值称为热应力限制值。
[0041]如图1所示，蒸汽轮机发电装置100具备:热源装置1、蒸汽产生装置2、蒸汽轮机3、发电机4、热源介质量调整装置14、主蒸汽调节阀15以及蒸汽轮机启动控制装置21。在本实施方式中，以热源装置I是燃气轮机的情况(即，蒸汽轮机发电装置是联合循环发电装置的情况)为例子进行说明。
[0042]热源装置I通过在热源介质5 (在本实施方式中为气体燃料、液体燃料、含氢燃料等燃料)中保有的热量加热低温流体6 (在本实施方式中是与燃料一起燃烧的空气)来生成高温流体7 (在本实施方式中为驱动蒸汽轮机的燃烧气体)，并将其提供给蒸汽产生装置2。蒸汽产生装置2 (在本实施方式中为排热回收锅炉)通过与热源装置I中生成的高温流体7保有的热进行热交换来加热供水从而产生蒸汽8。通过在蒸汽产生装置2中产生的蒸汽8来驱动蒸汽轮机3。在蒸汽轮机3上设置温度计13，来测量蒸汽轮机3的初级的壳体等的金属温度。发电机4与蒸汽轮机3同轴连接，将蒸汽轮机3的驱动力变换成电力。例如将发电机4的电力提供给电力系统(未图示)。
[0043]在针对热源装置I的热源介质5的供给路径上设置热源介质量调整装置14 (在本实施方式中为燃料调节阀)，来调整向热源装置I供给的热源介质量。即，热源介质量调整装置14作为调整蒸汽轮机发电装置100的装置负载的调整装置，在此作为调整向蒸汽轮机发电装置100输入的能量的调整装置来发挥功能。此外，在热源介质5的供给路径中的热源介质量调整装置14的热源介质5的流向的下流侧设置流量计11。流量计11测量针对热源装置I的热源介质5的供给量。
[0044]将主蒸汽调节阀15设置在将蒸汽产生装置2与蒸汽轮机3相连接的主蒸汽配管上，来调整向蒸汽轮机3供给的蒸汽8的流量。即，主蒸汽调节阀15能够作为调整蒸汽轮机发电装置100的装置负载的调整装置，在此作为调整蒸汽轮机3的工作介质量的调整装置来发挥功能。此外，在主蒸汽配管中的主蒸汽调节阀15的蒸汽8的流向的下流侧(蒸汽轮机3 —侧)设置压力计12。压力计12测量流过主蒸汽配管的蒸汽(主流蒸汽)8的压力。
[0045]向蒸汽轮机启动控制装置21输入蒸汽轮机发电装置100的装置状态量，例如输入蒸汽轮机发电装置100的结构要素或动作介质的温度或压力、流量等表示状态量的各种测量值来作为测量值数据16。在本实施方式中，向蒸汽轮机启动控制装置21输入通过流量计11测量出的热源介质5的供给量、通过压力计12测量出的蒸汽8的压力、通过温度计13测量出的蒸汽轮机3的初级的金属温度，来作为测量值数据16。另外，计算在涡轮转子中产生的热应力所需要的值，根据计算方法而不同，因此有时还将这些以外的测量值作为装置状态量输入给蒸汽轮机启动控制装置21。例如，有时在主蒸汽调节阀15的蒸汽8的流向的下流侧(蒸汽轮机3 —侧)的位置设置温度计，测量流过主蒸汽配管的蒸汽8的温