蒸汽涡轮成套设备启动控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及蒸汽涡轮成套设备(plant)启动控制装置。
【背景技术】
[0002]在以风力发电或太阳能发电为代表的利用可再生能源的发电成套设备中，从可再生能源获得的发电量随着季节、天气等而发生较大的变动。因此，具备蒸汽涡轮的这种发电成套设备为了抑制发电量的变动来使发电成套设备稳定化，要求缩短启动时间(高速启动)。
[0003]在蒸汽涡轮的启动中，由于流入蒸汽涡轮的蒸汽的温度、流量会急剧上升，因此涡轮转子的表面与内部相比更急剧升温。其结果，因涡轮转子的表面与内部的温度差而导致应力(热应力)增大。过大的热应力会缩短涡轮转子的寿命，因此需要使增大的热应力收敛在预先确定的限制值内。此外，在蒸汽涡轮的启动中，涡轮转子以及容纳涡轮转子的壳体因暴露于高温的蒸汽下而被加热，通过热膨胀，尤其向涡轮轴方向延伸(热伸长)。涡轮转子和壳体其结构和热容量不同，因此涡轮转子的热伸长和壳体的热伸长之间产生差异(热伸长差)。若该热伸长差变大，则作为旋转体的涡轮转子和作为静止体的壳体有可能相接触而发生损坏，因此需要使热伸长差收敛在预先确定的限制值内。这样，在蒸汽涡轮的启动中存在几个制约条件，因此需要以满足这些制约条件的方式进行启动控制。
[0004]作为这种启动控制方法，有如下方法:根据发电成套设备的停止后经过时间、即发电成套设备停止之后的经过时间的长度来决定启动模式，基于按每个启动模式预先决定的启动时间表来进行启动控制(参照非专利文献I等)。此外，还有如下方法:以抑制热应力的产生为目的，基于测量到的蒸汽涡轮级的壳体金属温度来进行气体涡轮与蒸汽涡轮的启动控制(参照专利文献I等)。此外，还有如下方法:具备使启动时间优先的模式、使效率优先的模式等多个启动模式，根据每次启动的需求来切换启动模式(参照非专利文献2、专利文献2等)。此外，还有如下方法:预先规定提供给蒸汽涡轮的温度的上升率，基于该温度的上升率来控制成套设备(参照非专利文献3等)。此外，还有如下方法:预测计算从当前时刻到未来的一定期间的热应力、热伸长差，获得在限制值内抑制预测热应力的同时高速启动蒸汽涡轮的启动时间表(参照非专利文献4、专利文献3、4、5等)。
[0005]非特許文献1:平賀昭二:「火力発電所ω自動起動装置」，日立評論，48卷，6号763-767ρρ.(1966)
[0006]非特許文献 2:L.Balling:Fast cycling and rapid start-up:new generat1nof plants achieves impressive results，Modern Power Systems, January(2010)
[0007]非特許文献3:C.Ruchti et al.:Combined Cycle Power Plants as idealsolut1n to balance grid fluctuat1ns, Kraftwerkstechnisches Kolloquium， TUDresden,18-19，September(2011)
[0008]非特許文献4:松本茂他2名:熱応力予測C dt §夕一匕' > 最適起動技術、火力原子力発電，Vol.61，N0.9ρ.798-803(2010/9)
[0009]专利文献1:JP专利4208397号公报
[0010]专利文献2:JP专利4885199号公报
[0011]专利文献3:JP专利4723884号公报
[0012]专利文献4:JP特开2009-281248号公报
[0013]专利文献5:JP特开2011-111959号公报
[0014]非专利文献I例示了根据成套设备的停止后经过时间来将启动模式分为冷启动、半热启动、热启动、非常热(very hot)启动这4种的启动控制方法。在各启动模式下，预先决定蒸汽涡轮的转速的上升速度、将蒸汽涡轮的转速的上升速度保持为恒定值的时间(热浸(heat soak)时间)、初始负载、不改变负载而保持为恒定值的时间(负载保持时间)以及负载的每单位时间的变化率(负载变化率)等，按照基于这些确定的启动时间表来进行启动控制。其结果，能够进行将热应力、热伸长差等制约条件抑制在限制值以下的启动控制。但是，该启动时间表一般考虑蒸汽涡轮中的各种状态量、操作量的变动，针对制约条件确定了有足够余量。由于成套设备的停止后经过时间，启动开始时的蒸汽涡轮金属温度上有差异，因此即使在相同的启动模式下，尤其是停止后经过时间越短，启动时间表越容易产生所需以上的余量，无法充分缩短启动时间。
[0015]专利文献5公开了如下的启动控制方法:根据成套设备状态预测电路预测并计算出将来的热应力，为了使该预测热应力变成规定值以下，计算出蒸汽涡轮的升速率和负载上升率，由此获得启动时间表。在这种情况下，在实现启动时间缩短方面能够计算出精度和可靠性高的操作量。但是，针对提供给蒸汽涡轮的蒸汽的压力、温度预先规定了时间趋势，但并没有公开应如何确定这些状态量。
[0016]另外，在其他在先技术文献中，虽然公开了将热应力抑制在限制值以下来对成套设备进行启动控制的技术，但是都是以具有与预先确定的启动模式相应的启动时间表和模式作为前提。也就是说，只能在限制的模式下进行启动，因此不能说是灵活地应对启动程度不同的停止后经过时间等成套设备初始状态量来以最好的效率迅速地进行了启动控制的方法。
【发明内容】
[0017]本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种能够灵活应对成套设备初始状态量来高速地启动蒸汽涡轮的蒸汽涡轮成套设备的启动控制装置。
[0018]为了达成上述目的，本发明提供控制方法和控制装置，例如，预测计算包含热应力或热伸长差的与启动相关的制约条件，统一控制包括生成提供给蒸汽涡轮的蒸汽的系统在内的成套设备整体，根据成套设备初始状态量来高速地启动蒸汽涡轮。此时，根据启动前的蒸汽涡轮规定部位的温度(初始金属温度)、停止后经过时间等成套设备初始状态量，连续地计算基于制约条件的预测值决定请求成套设备操作量时所使用的控制参数、与启动时间表相关的控制设定值等启动控制参数的值。由此，能够在不依赖于启动模式的情况下进一步缩短启动时间。
[0019](发明效果)
[0020]通过本发明，能够根据各种成套设备初始状态量来高速地启动蒸汽涡轮。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的第I实施方式相关的发电成套设备的示意图。
[0022]图2是表示本发明的第I实施方式中的制约条件的预测值的修正概念的图。
[0023]图3是表示本发明的第I实施方式中的制约条件的预测值的修正步骤的流程图。
[0024]图4是启动时间表的一例，是说明本发明的第I实施方式相关的由启动控制参数计算电路计算出的启动控制参数的图。
[0025]图5是表示启动时间表中的发电成套设备的停止后经过时间与所需启动时间之间的关系的图。
[0026]图6是本发明的第2实施方式相关的发电成套设备的示意图。
[0027]图7是表示本发明的第3实施方式相关的装置的构成以及其内部的计算流程的图，是表示直到操作者取得启动时间表为止的计算步骤的图。
[0028]图8是表示启动完成时刻、启动开始时刻、停止后经过时间以及所需启动时间的关系的图。
【具体实施方式】
[0029]<第I实施方式>
[0030](构成)
[0031]图1是本实施方式的发电成套设备100的示意图。如图1所示，发电成套设备100由蒸汽涡轮成套设备50和启动控制装置21构成。以下，说明蒸汽涡轮成套设备50以及启动控制装置21。
[0032]1.蒸汽涡轮成套设备
[0033]如图1所示，蒸汽涡轮成套设备50具备热源装置1、蒸汽产生设备2、蒸汽涡轮3、发电机4、热源介质量操作部11、低温流体量操作部12、主蒸汽加减阀13、旁路阀14以及降温器15。
[0034]热源装置I利用热源介质所保有的热量来加热低温流体，生成高温流体，从而提供给蒸汽产生设备2。蒸汽产生设备2在内部具备热交换器，通过与由热源装置I生成的高温流体的保有热之间的热交换，对供水进行加热而产生蒸汽。通过由蒸汽产生装置2产生的蒸汽，驱动蒸汽涡轮3。发电机4与蒸汽涡轮3相连，将蒸汽涡轮3的驱动力变换为电力。发电机4的电力例如被供给到未图示的电力系统中。
[0035]对热源装置I的热源介质的供给路径上设有热源介质量操作部11。热源介质量操作部11调节提供给热源装置I的热源介质量来对热源装置I生成的高温流体的保有热量进行操作。对热源装置I的低温流体的供给路径上设有低温流体量操作部12。低温流体量操作部12调节提供给热源装置I的低温流体的流量，对从热源装置I提供给蒸汽产生设备2的高温流体的流量进行操作。连接蒸汽产生装置2和蒸汽涡轮3，从蒸汽产生设备2导出蒸汽的蒸汽配管系统中设有主蒸汽加减阀13。主蒸汽加减阀13对提供给蒸汽涡轮3的蒸汽流量进行操作。从蒸汽产生设备2的蒸汽配管系统分支且向其他系统排出流过蒸汽配管系统的蒸汽的旁路系统中设有旁路阀14。旁路阀14控制流过旁路系统的蒸汽的流