炉頂圧回収タービンの制御システム
【課題】 多大な設備費を要することなく、静翼の噴流を原因とした動翼に対する強度上の影響を排除することができ、また、第１段静翼へのダスト付着の助長を防止することができるものとする。
【解決手段】 高炉（５１）から排気された排ガスにより回転駆動されて発電機（８１）を回転駆動させる炉頂圧回収タービン（１）の制御システムにおいて、高炉下流のガス路（６０）に内部を通過する排ガスの流量調節が可能なバイパス制御弁（５４，５５）をタービンと並列に配設し、バイパス制御弁の作動によりタービンの前圧を変化させてタービンの起動時及び又は停止時の回転数制御及び又は負荷制御を行う。タービンは、静翼（２，３）の流路角度を変化させる角度可変機構（３１，３２，３９，４０）を有し、静翼は、タービンの起動時及び又は停止時に流路全閉角度よりも開いた状態にされる。
【解決手段】 高炉（５１）から排気された排ガスにより回転駆動されて発電機（８１）を回転駆動させる炉頂圧回収タービン（１）の制御システムにおいて、高炉下流のガス路（６０）に内部を通過する排ガスの流量調節が可能なバイパス制御弁（５４，５５）をタービンと並列に配設し、バイパス制御弁の作動によりタービンの前圧を変化させてタービンの起動時及び又は停止時の回転数制御及び又は負荷制御を行う。タービンは、静翼（２，３）の流路角度を変化させる角度可変機構（３１，３２，３９，４０）を有し、静翼は、タービンの起動時及び又は停止時に流路全閉角度よりも開いた状態にされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉頂圧回収タービンの制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高炉プラントの排ガス路にタービンを設置して発電等に利用する炉頂圧回収タービンは、図４に示すように、高炉１００から排気された排ガスが、ダストキャッチャ１０１、湿式集塵装置１０２、入口塞止弁１０３、危急遮断弁１０４を介してタービン１０５に導かれ、このタービン１０５を回転駆動させる。そして、このタービン１０５によって発電機１０７を回転駆動させることにより、発電の利用に供するものである。
【０００３】
上述の炉頂圧回収タービンにおいて、タービン１０５の起動時及び停止時の制御は、起動開始から初期設定回転数（例えば１５％回転数）までは静翼角度制御が、初期設定回転数から揃速開始直前設定回転数（例えば９８％回転数）までの間は回転数制御が、１００％回転数に到達し電力網に併入された直後に負荷がかけられ、その負荷が増加して通常運転になるまでは負荷制御が、それぞれ行われる。
【０００４】
また、通常運転時に入ってからは圧力制御が行われる。一方、タービン１０５の停止時には、通常運転から負荷が解除されて解列直後設定回転数（例えば９６．５％回転数）になるまでは負荷制御が、解列直後設定回転数から初期設定回転数までの間は回転数制御が、初期設定回転数から停止するまでは静翼角度制御が、それぞれ行われる。
【０００５】
そして、タービン１０５の起動時には、タービン１０５の前圧が通常運転時の圧力に高められた状態で、角度可変機構を備えた第１段静翼１０６をその流路全閉角度から徐々に開けていき、ガスを翼列に導く。このとき、開閉弁であるバイパス主弁１０８は全閉にされている一方、図５に示すように、バイパス制御弁１０９が徐々に閉じられ、タービン１０５の前圧は常に通常運転時の圧力に維持される。
【０００６】
図６に示すように、このようなタービン１１１の起動時及び停止時の制御を、危急遮断弁１１０とタービン１１１との間に調速弁１１２を設け、この調速弁１１２の制御と、それに続くタービン１１１の静翼１１３，１１４の角度制御によって行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この炉頂圧回収タービンの制御システムにおいて、タービン１１１の起動時及び停止時の制御は、起動開始から初期設定回転数までは調速弁１１２による調速弁開度制御が、初期設定回転数から揃速開始直前設定回転数までの間は回転数制御が、１００％回転数に到達し電力網に併入された直後に負荷がかけられ、その負荷が増加して通常運転になるまでは負荷制御が、それぞれ行われる。
【０００８】
また、通常運転時には圧力制御が行われる。一方、タービン１１１の停止時には、通常運転から負荷が解除されて解列直後設定回転数になるまでは負荷制御が、解列直後設定回転数から初期設定回転数までの間は回転数制御が、初期設定回転数から停止するまでは調速弁１１２による調速弁開度制御が、それぞれ行われる。
【０００９】
そして、タービン１１１の起動時には、図７に示すように、タービン１１１の前圧が通常運転時の圧力に高められた状態で、調速弁１１２を徐々に開いていき、ガスを翼列に導く。調速弁１１２がほぼ全開となった時点で、角度可変機構を備えた静翼１１３，１１４をその流路初期設定角度から徐々に開けていき、通常運転に移行する。このとき、バイパス主弁１１５は全閉にされている一方、バイパス制御弁１１６が徐々に閉じられるので、タービン１１１の前圧は常に通常運転時の圧力に維持される。
【００１０】
上記のいずれの炉頂圧回収タービンの制御システムにおいても、タービン１０５，１１１の起動及び停止動作を主体的に制御するものは、第１段静翼１０６の角度可変機構、あるいは調速弁１１２であり、バイパス制御弁１０９，１１６はタービン１０５，１１１の前圧を通常運転時の圧力に維持するために使用される。また、このバイパス制御弁１０９，１１６の作動は、タービンの作動を制御する電気ガバナによって制御されるのではなく、電気ガバナとは別に配設されたバイパス弁制御装置によって制御される。
【特許文献１】特開昭６０−３２９４２号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述の従来の炉頂圧回収タービンの制御システムにおいて、前者のタービンの起動開始から初期設定回転数までの制御を、第１段静翼を流路全閉角度から徐々に開けていくことによって行う方式では、第１段静翼を流路全閉角度から開けていく過程で、通常運転時の圧力に高められた排ガスが第１段静翼出口で噴流となり、この噴流が動翼に吹きつけられて、第１段動翼に強度上の影響を及ぼすという問題がある。
【００１２】
また、第１段静翼についてはその背面にダストが付着する傾向があり、このダストによって負荷遮断時やタービントリップ時に第１段静翼を全閉にできなくなる等の問題を発生させたりするが、上述の第１段静翼が発生する噴流によって第１段静翼へのダスト付着が助長されるという問題がある。さらに、タービンの停止時においても、第１段静翼を通常運転の角度から流路全閉角度まで徐々に閉じる過程で噴流が発生し、上記２つと同様の問題を発生させる。
【００１３】
一方、後者のタービンの起動開始から初期設定回転数までの制御を、調速弁を徐々に開けていき、ガスを翼列に導くことによって行う方式は、調速弁によってタービンに作用するガス圧が徐々に高められていくため、上述のような動翼の強度上の問題、あるいは第１段静翼に対するダスト付着の問題は発生しにくい。しかしながら、調速弁の設置に多大な設備費を要するという問題がある。
【００１４】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、多大な設備費を要することなく、静翼の噴流を原因とした動翼に対する強度上の影響を排除することができ、また、同原因による第１段静翼へのダスト付着の助長を防止することができる、炉頂圧回収タービンの制御システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、高炉から排気された排ガスにより回転駆動されて発電機を回転駆動させる炉頂圧回収タービンの制御システムにおいて、高炉下流のガス路に内部を通過する排ガスの流量調節が可能なバイパス制御弁をタービンと並列に配設し、このバイパス制御弁の作動によりタービンの前圧を変化させてタービンの起動時及び又は停止時の回転数制御及び又は負荷制御を行うことにある。
【００１６】
このように、本発明の炉頂圧回収タービンの制御システムは、タービンの起動時や停止時に、バイパス制御弁によりタービンの前圧を変化させて、例えば、タービンの前圧を徐々に増加又は減少させてその回転数制御や負荷制御を行なうから、従来のように、通常運転時の圧力に高められた排ガスが、第１段静翼をその流路全閉角度から徐々に開けていく過程あるいは閉じていく過程で噴流となり、この噴流が動翼に吹きつけられることが防止される。また、従来の調速弁も排除することができる。
【００１７】
タービンは、静翼の流路角度を変化させる角度可変機構を有し、静翼は、タービンの起動時に流路全閉角度よりも開いた状態にされることが望ましい。また、タービンは、静翼の流路角度を変化させる角度可変機構を有し、静翼は、タービンの停止時に流路全閉角度よりも開いた状態にされることが望ましい。このように、タービンの起動時やタービンの停止時に、静翼をその流路全閉角度よりも開いた状態にして、静翼出口の流路面積を広げることにより、噴流の発生が確実に防止される。
【００１８】
バイパス制御弁の上記作動は、電気ガバナの信号によって制御されることが望ましい。本発明の炉頂圧回収タービンの制御システムにおいて、バイパス制御弁はタービンの起動時や停止時にタービンの回転数制御や負荷制御を主体的に行なうものであるから、その制御を電気ガバナが行なうことより、タービンの起動時や停止時のタービン制御を最適に行うことができる。
【００１９】
タービンの上記制御は、タービンと並列に配設された２つのバイパス制御弁によって行われることが望ましい。このように、タービンと並列に配設された２つのバイパス制御弁によってタービンの制御を行うことにより、タービンの起動時や停止時の回転数制御や負荷制御を正確に、かつ簡易な構成で行なうことができるという利点がある。
【００２０】
タービンは、静翼の流路角度を変化させる角度可変機構を有し、タービンの起動時のバイパス制御弁による制御は、負荷制御中に静翼の流路角度の変更による制御に移行されることが望ましい。また、タービンは、静翼の流路角度を変化させる角度可変機構を有し、タービンの停止時のバイパス制御弁による制御は、負荷制御中に静翼の流路角度の変更による制御から移行されることが望ましい。このようにすることにより、通常運転時の圧力制御への移行が円滑に行われると共に、通常運転時は静翼の流路角度可変による圧力制御のみが行われるようになる。
【００２１】
タービンの起動時にはバイパス制御弁の上記作動によりタービンの前圧をタービンの出口圧に略等しい圧力から増加させていくことが望ましい。また、タービンの停止時にはバイパス制御弁の上記作動によりタービンの前圧をタービンの出口圧に略等しい圧力まで低下させることが望ましい。このように、タービンの前後圧に圧力差がない状態からタービンを起動させ、あるいは、タービンの前後圧に圧力差がない状態でタービンを停止させれば、第１段静翼による噴流の発生がさらに確実に防止される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の炉頂圧回収タービンの制御システムは、高炉から排気された排ガスにより回転駆動されて発電機を回転駆動させる炉頂圧回収タービンの制御システムにおいて、高炉下流のガス路に内部を通過する排ガスの流量調節が可能なバイパス制御弁をタービンと並列に配設し、バイパス制御弁の作動によりタービンの前圧を変化させてタービンの起動時及び又は停止時の回転数制御及び又は負荷制御を行うから、従来のように、通常運転時の圧力に高められた排ガスが第１段静翼をその流路全閉角度から徐々に開けていく過程あるいは閉じていく過程で噴流となり、この噴流が動翼に吹きつけられることが防止される。また、従来の調速弁も排除することができる。
【００２３】
したがって、本発明の炉頂圧回収タービンの制御システムは、多大な設備費を要することなく、静翼の噴流を原因とした動翼に対する強度上の影響を排除することができ、また、同原因による第１段静翼へのダスト付着の助長を防止することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る炉頂圧回収タービンの制御システムを実施するための最良の形態を、図１ないし図３を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１に示すように、高炉プラントとして高炉５１、ダストキャッチャ５２、湿式集塵装置５３、第１バイパス制御弁５４、第２バイパス制御弁５５、ガスホルダ５６が、排ガス路６０にこの順に配設される。第１バイパス制御弁５４と第２バイパス制御弁５５は、排ガス路６０にダービン１と並列にそれぞれ配設される。これら２つのバイパス制御弁５４，５５は単なる開閉弁ではなく、内部を通過するガスの流量調節が可能であり、これにより、タービン１の前圧調節やタービン１を通過するガスの流量調節による各種制御を行なうことができる。
【００２６】
２つのバイパス制御弁５４，５５の上流側で排ガス路６０を分岐して、湿式集塵装置５３を出た排ガスをタービン１に導くタービンガス路６０ａを配設する。タービンガス路６０ａに、入口塞止弁５７、危急遮断弁５８をこの順に配設する。危急遮断弁５８を出たガスはタービン１に導かれ、タービン１を通った後、出口塞止弁５９を介してガスホルダ５６に排気される。発電機８１がタービン１に軸継手８０を介して連結される。このタービン１は一例としての２段翼列タービンであり、第１段静翼２及び第２段静翼３、そして図示しない第１段及び第２段動翼を有する。
【００２７】
高炉プラントでは、高炉５１の炉頂圧検出器６１で検出した炉頂圧を炉頂圧設定器６２で設定した炉頂圧に一致させるための、炉頂圧調節計６３と炉頂圧調節制御装置６４と電油変換器６５とが配設される。
【００２８】
負荷制限設定器２１、負荷設定器２２、回転数設定器２３、バイパス制御弁開度設定器２４が、電気ガバナ２０にそれぞれ接続される。これにより、タービン１の回転数制御、負荷制御、圧力制御が行われる。電気ガバナ２０からの制御信号は、複合演算器２５を介して、それぞれ独立に第１段及び第２段静翼の角度制御を行なう第１及び第２静翼角度制御弁３１，３２にそれぞれ入力される。この静翼角度制御弁３１，３２は、例えば、単数もしくは複数のサーボアンプとサーボ弁が一体になったもの、あるいは、サーボアンプとサーボ弁及び電磁弁とロジック弁が一体になったものである。なお、サーボアンプとサーボ弁についてはそれらを個別に配設することもできる。
【００２９】
電気ガバナ２０からの制御信号は、上述の静翼角度制御弁３１，３２でそれぞれ電油変換された後、第１段及び第２段静翼作動用の油圧アクチュエータ３９，４０をそれぞれ作動させる。これにより、タービン１の第１段及び第２段静翼２，３の流路角度が、そのときのタービンの前圧等に応じて変更される。
【００３０】
タービン１の負荷遮断信号及びタービントリップ信号は、電気ガバナ２０に入力される一方、上述の第１段及び第２段静翼角度制御弁３１，３２にそれぞれ直接入力され、静翼角度制御弁３１，３２でそれぞれ電油変換された後、第１段及び第２段静翼作動用の油圧アクチュエータ３９，４０を作動させる。第２段静翼作動用の油圧アクチュエータ４０にはリミットスイッチ４３と、このリミットスイッチ４３の作動によって負荷遮断信号をリセットするためのタイマ４４とがそれぞれ配設される。
【００３１】
タービンガス路６０ａに入るガス圧はタービン前圧検出器６６により検知され、この ガス圧をタービン前圧設定器６７で設定されたガス圧に一致させるための、タービン前圧調節計６８が配設される。電気ガバナ２０からの制御信号は、複合演算器２５、第１及び第２高位信号選択器６９，７０、第１及び第２電油変換器７１，７２を介して、上述の第１バイパス制御弁５４と第２バイパス制御弁５５とにそれぞれ入力される。このように、第１及び第２バイパス制御弁５４，５５は、電気ガバナ２０の信号によりその作動が制御される。
【００３２】
一方、タービン前圧調節計６８の出力信号と電気ガバナ２０の出力信号は、減算器７３を介してバイパス制御弁信号分配器７４に入力され、第１バイパス制御弁５４の制御信号と第２バイパス制御弁５５の制御信号とに分配される。この信号は、上述の第１及び第２高位信号選択器６９，７０にそれぞれ入力される。負荷遮断時及びタービントリップ時には、この信号が第１及び第２高位信号選択器６９，７０によって選択され、上述の第１及び第２電油変換器７１，７２を介して、第１及び第２バイパス制御弁５４，５５にそれぞれ入力される。
【００３３】
次に、本炉頂圧回収タービンの制御システムの作動を説明する。はじめに、タービン１の起動時の制御について説明する。図２に示すように、タービン１の起動前において、入口塞止弁５７、危急遮断弁５８、出口塞止弁５９の開操作が行われる。これにより、炉頂圧検出器６１、炉頂圧設定器６２、炉頂圧調節計６３、炉頂圧調節制御装置６４、電油変換器６５によって所定炉頂圧に調節された高炉５１からの排ガスが、タービンガス路６０ａのタービン１及び排ガス路６０のバイパス制御弁５４，５５に分かれて流れ、再び合流してガスホルダ５６に導かれる。
【００３４】
このとき、電気ガバナ２０からの各制御信号により、第１バイパス制御弁５４及び第２バイパス制御弁５５はともに全開にされ、タービン１の第１段及び第２段静翼２，３はともに流路初期設定角度にされている。この流路初期設定角度は、翼列全開時流路面積を１００％とした場合に約２５〜４０％開度に相当する角度に設定される。このとき、タービン１の前圧はタービン１の出口圧に略等しい圧力になっている。
【００３５】
起動開始から図示Ａ点の初期設定回転数（例えば１５％回転数）までは、第１バイパス制御弁５４による弁開度制御が行われる。電気ガバナ２０から出力された制御信号は、複合演算器２５、第１高位信号選択器６９を介して第１電油変換器７１に入力され、そこで電油変換されて第１バイパス制御弁５４に入力される。これにより、第１バイパス制御弁５４が徐々に閉じられ、タービン１の前圧が徐々に上昇する。
【００３６】
初期設定回転数（図示Ａ点）から１００％回転数（図示Ｃ点）の間は、第１バイパス制御弁５４のみが徐々に閉じられ、タービン１の前圧がさらに上昇する。このとき、初期設定回転数（図示Ａ点）から図示Ｂ点の揃速開始直前設定回転数（例えば９８％回転数）までの間は回転数制御が行われ、揃速開始直前設定回転数（図示Ｂ点）から１００％回転数（図示Ｃ点）までの間は揃速及び併入が行われる。タービン１の回転数が１００％に到達し電力網に併入された直後に初期負荷がかけられ、その後タービン１は負荷制御に移行する。
【００３７】
タービン１の負荷制御中に第１バイパス制御弁５４が全閉になると同時に、第２バイパス制御弁５５が閉じ始める。第２バイパス制御弁５５の作動制御は、第１バイパス制御弁５４と同様に、電気ガバナ２０から出力された制御信号が、複合演算器２５、第２高位信号選択器７０を介して第２電油変換器７２に入力され、そこで電油変換されて第２バイパス制御弁５５に入力されることにより行われる。
【００３８】
タービン１の負荷制御中にさらに負荷が増加すると、電気ガバナ２０から出力された制御信号が、複合演算器２５を介して第１段及び第２段静翼角度制御弁３１，３２にそれぞれ入力され、そこで電油変換されて第１段及び第２段静翼作動用の油圧アクチュエータ３９，４０を作動させる。これにより、第１段及び第２段静翼２，３が徐々に開方向にその流路角度を変化させる。このように、負荷制御中に静翼２，３の流路角度の変更による制御が開始されるから、通常運転における圧力制御への移行が円滑に行われる。
【００３９】
第１段及び第２段静翼２，３が、高炉５１から排気された排ガスの全量がタービン１に流れる流量角度になった時点で、第２バイパス制御弁５５も全閉となる。その後、静翼流路角度の変更による圧力制御がなされ、通常運転が行われる。このように、タービン１と並列に配設された２つのバイパス制御弁５４，５５は、タービン１の起動時にすべてが全開している状態から順次全開から全閉になると共に、通常運転時にはそのすべてが全閉になる。
【００４０】
図３に示すように、静翼流路角度の変化による負荷制御及び圧力制御が行われるまでの間は、第１バイパス制御弁５４及び第２バイパス制御弁５５による弁開度制御、回転数制御、負荷制御が行われ、第２バイパス制御弁５５が全閉になる前に静翼流路角度の変更による負荷制御に移行する。図２に示すように、この間、タービンの前圧は静翼流路角度の変更による負荷制御が開始されるまで、タービン１の出口圧力に略等しい圧力から通常運転時の圧力まで上昇する。
【００４１】
タービン１の停止時については、上述のタービン１の起動時の制御とほぼ逆の制御が行われる。電気ガバナ２０から出力された制御信号により第１段及び第２段静翼２，３が徐々に閉方向にその流路角度を変化させる。これにより、タービン１は圧力制御から負荷制御に移行する。第１段及び第２段静翼２，３がその流路初期設定角度まで閉じられた後、静翼２，３の角度変更による負荷制御は第２バイパス制御弁５５による負荷制御へ移行する。その後も第２バイパス制御弁５５は開弁し、第２バイパス制御弁５５が全開になった時点で、第１バイパス制御弁５４が開弁し始める。
【００４２】
タービン１の負荷が初期負荷に戻されて、解列される。これによりタービン１の１００％回転数（図示Ｄ点）から図示Ｅ点の解列直後設定回転数（例えば９６．５％回転数）になり、負荷制御から回転数制御に移行する。そして、図示Ｆ点の初期設定回転数（例えば１５％回転数）になると回転数制御から弁開度制御に移行し、タービン１は停止する。第２バイパス制御弁５５及び第１バイパス制御弁５４が開弁している間、タービンの前圧は通常運転時の圧力からタービン１の出口圧力に略等しい圧力まで低下する。このように、タービン１と並列に配設された２つのバイパス制御弁５４，５５は、タービン１の通常運転時にすべてが全閉していると共に、タービン１の停止時にはすべてが全閉している状態から順次全閉から全開になる。
【００４３】
次に、タービン１の負荷遮断時及びタービン１に故障等が発生した場合のタービントリップ時の制御について説明する。負荷遮断時やタービントリップ時には、負荷遮断信号又はタービントリップ信号が、第１及び第２静翼角度制御弁３１，３２にそれぞれ直接入力される。この第１及び第２静翼角度制御弁３１，３２において電油変換が行われ、油圧アクチュエータ３９，４０をそれぞれ独立に作動させる。
【００４４】
これにより、第１段静翼２は流路初期設定角度まで閉じ、第２段静翼３は流路全閉角度まで閉じる。このため、タービン１へ流入する排ガスが瞬時に減少し、タービン１のオーバースピードが防止される。このように、タービン１の負荷遮断時及びタービントリップ時に第１段及び第２段静翼２，３の角度可変による制御を行なうのは、第１バイパス制御弁５４と第２バイパス制御弁５５とによる制御だけでは、タービン１へ流入する排ガスを瞬時に減少させることができないためである。
【００４５】
一方、負荷遮断後やタービントリップ後の圧力制御は、バイパス制御弁信号分配器７４を経由した制御信号に基づいて、バイパス制御弁５４，５５によって行われる。また、負荷遮断後の回転数制御や、その後の再併入と負荷制御は、電気ガバナ２０の制御信号に基づいて、静翼流路角度の変更による流量調節によって行われる。
【００４６】
本炉頂圧回収タービンの制御システムによれば、高炉５１の下流の排ガス路６０に２つのバイパス制御弁５４，５５をタービン１に並列に配設し、これら並列に配設されたバイパス制御弁５４，５５により、ダービン１の前圧を徐々に増加あるいは減少させて、タービン１の起動時及び停止時の回転数制御及び負荷制御を行なう。したがって、従来のように、通常運転時の圧力に高められた排ガスが、第１段静翼をその流路全閉角度から徐々に開けていく過程又は閉じていく過程で噴流となり、この噴流が動翼に吹きつけられることが防止される。また、従来の調速弁も不要となる。
【００４７】
このため、多大な設備費を要することなく、第１段静翼２の噴流を原因とした動翼に対する強度上の影響を排除することができると共に、第１段静翼２へのダスト付着を防止することができる。また、タービンの起動時やタービンの停止時には、静翼２，３が流路全閉角度よりも開いた状態（流路初期設定角度）にし、静翼出口の流路面積を広げた上でタービン１の前圧を上昇させるから、噴流の発生が確実に防止される。
【００４８】
バイパス制御弁５４，５５は、電気ガバナ２０の信号によって制御されるから、タービン１の起動時や停止時のタービン制御を最適に行うことができる。また、タービン１の回転数制御や負荷制御は、タービン１と並列に配設された２つのバイパス制御弁５４，５５によって行われるから、タービン１の起動時や停止時のこれらの制御を正確に、かつ簡易な構成で行なうことができる。なお、タービン１と並列に配設されるバイパス制御弁は、２つに限定されるものではなく、１つ又は３つ以上であってもよい。
【００４９】
特に、タービン１の起動時には第１及び第２バイパス制御弁５４、５５によってタービン１の前圧をタービン１の出口圧に略等しい圧力から増加させていく一方、タービン１の停止時にはタービン１の前圧をタービン１の出口圧に略等しい圧力まで低下させる。このように、タービン１の前後圧に圧力差がない状態からタービン１を起動させ、また、タービン１の前後圧に圧力差がない状態でタービン１を停止させるから、静翼２，３による噴流の発生がこれによっても確実に防止される。
【００５０】
なお、上述の炉頂圧回収タービンの制御システムは一例にすぎず、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００５１】
例えば、タービンの起動時やタービンの停止時に、静翼を必ずしもその流路全閉角度よりも開いた状態にする必要はない。ただし、その場合には、タービンの前圧の上昇と共に、静翼の角度を徐々に開くようにすることが望ましい。また、バイパス制御弁の制御は必ずしも電気ガバナの信号によって行なう必要はない。
【００５２】
タービン起動時のバイパス制御弁によるタービンの制御を、必ずしも負荷制御中に静翼の流路角度の変更による制御に移行する必要はなく、タービン停止時のバイパス制御弁によるタービンの制御を、負荷制御中に静翼の流路角度の変更による制御から移行する必要もない。また、タービンの起動時にバイパス制御弁によってタービンの前圧をタービンの出口圧に略等しい圧力から増加させていき、タービンの停止時にタービンの前圧をタービンの出口圧に略等しい圧力まで低下させる必要もない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の炉頂圧回収タービンの制御システムを示す系統図である。
【図２】図１の制御システムの経過時間と炉頂圧回収タービンの作動との関係を示すグラフである。
【図３】図１の制御システムのガバナ出力とバイパス制御弁の開度との関係を示すグラフである。
【図４】従来の炉頂圧回収タービンの制御システムを示す系統図である。
【図５】図４の制御システムのガバナ出力とバイパス制御弁の開度との関係を示すグラフである。
【図６】従来の別の炉頂圧回収タービンの制御システムを示す系統図である。
【図７】図６の制御システムのガバナ出力とバイパス制御弁の開度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１ タービン
２ 第１段静翼
３ 第２段静翼
２０ 電気ガバナ
２１ 負荷制限設定器
２２ 負荷設定器
２３ 回転数設定器
２４ バイパス制御弁開度設定器
２５ 複合演算器
３１，３２ 静翼角度制御弁
３９、４０ 油圧アクチュエータ
４３ リミットスイッチ
４４ タイマ
５１ 高炉
５２ ダストキャッチャ
５３ 湿式集塵装置
５４ 第１バイパス制御弁
５５ 第２バイパス制御弁
５６ ガスホルダ
５７ 入口塞止弁
５８ 危急遮断弁
５９ 出口塞止弁
６０ 排ガス路
６０ａ タービンガス路
６１ 炉頂圧検出器
６２ 炉頂圧設定器
６３ 炉頂圧調節計
６４ 炉頂圧調節制御装置
６５ 電油変換器
６６ タービン前圧検出器
６７ タービン前圧設定器
６８ タービン前圧調節計
６９ 第１高位信号選択器
７０ 第２高位信号選択器
７１ 第１電油変換器
７２ 第２電油変換器
７３ 減算器
７４ バイパス制御弁信号分配器
８０ 軸継手
８１ 発電機
１００ 高炉
１０１ ダストキャッチャ
１０２ 湿式集塵装置
１０３ 入口塞止弁
１０４ 危急遮断弁
１０５ タービン
１０６ 第１段静翼
１０７ 発電機
１０８ バイパス主弁
１０９ バイパス制御弁
１１０ 危急遮断弁
１１１ タービン
１１２ 調速弁
１１３，１１４ 静翼
１１５ バイパス主弁
１１６ バイパス制御弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉頂圧回収タービンの制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高炉プラントの排ガス路にタービンを設置して発電等に利用する炉頂圧回収タービンは、図４に示すように、高炉１００から排気された排ガスが、ダストキャッチャ１０１、湿式集塵装置１０２、入口塞止弁１０３、危急遮断弁１０４を介してタービン１０５に導かれ、このタービン１０５を回転駆動させる。そして、このタービン１０５によって発電機１０７を回転駆動させることにより、発電の利用に供するものである。
【０００３】
上述の炉頂圧回収タービンにおいて、タービン１０５の起動時及び停止時の制御は、起動開始から初期設定回転数（例えば１５％回転数）までは静翼角度制御が、初期設定回転数から揃速開始直前設定回転数（例えば９８％回転数）までの間は回転数制御が、１００％回転数に到達し電力網に併入された直後に負荷がかけられ、その負荷が増加して通常運転になるまでは負荷制御が、それぞれ行われる。
【０００４】
また、通常運転時に入ってからは圧力制御が行われる。一方、タービン１０５の停止時には、通常運転から負荷が解除されて解列直後設定回転数（例えば９６．５％回転数）になるまでは負荷制御が、解列直後設定回転数から初期設定回転数までの間は回転数制御が、初期設定回転数から停止するまでは静翼角度制御が、それぞれ行われる。
【０００５】
そして、タービン１０５の起動時には、タービン１０５の前圧が通常運転時の圧力に高められた状態で、角度可変機構を備えた第１段静翼１０６をその流路全閉角度から徐々に開けていき、ガスを翼列に導く。このとき、開閉弁であるバイパス主弁１０８は全閉にされている一方、図５に示すように、バイパス制御弁１０９が徐々に閉じられ、タービン１０５の前圧は常に通常運転時の圧力に維持される。
【０００６】
図６に示すように、このようなタービン１１１の起動時及び停止時の制御を、危急遮断弁１１０とタービン１１１との間に調速弁１１２を設け、この調速弁１１２の制御と、それに続くタービン１１１の静翼１１３，１１４の角度制御によって行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この炉頂圧回収タービンの制御システムにおいて、タービン１１１の起動時及び停止時の制御は、起動開始から初期設定回転数までは調速弁１１２による調速弁開度制御が、初期設定回転数から揃速開始直前設定回転数までの間は回転数制御が、１００％回転数に到達し電力網に併入された直後に負荷がかけられ、その負荷が増加して通常運転になるまでは負荷制御が、それぞれ行われる。
【０００８】
また、通常運転時には圧力制御が行われる。一方、タービン１１１の停止時には、通常運転から負荷が解除されて解列直後設定回転数になるまでは負荷制御が、解列直後設定回転数から初期設定回転数までの間は回転数制御が、初期設定回転数から停止するまでは調速弁１１２による調速弁開度制御が、それぞれ行われる。
【０００９】
そして、タービン１１１の起動時には、図７に示すように、タービン１１１の前圧が通常運転時の圧力に高められた状態で、調速弁１１２を徐々に開いていき、ガスを翼列に導く。調速弁１１２がほぼ全開となった時点で、角度可変機構を備えた静翼１１３，１１４をその流路初期設定角度から徐々に開けていき、通常運転に移行する。このとき、バイパス主弁１１５は全閉にされている一方、バイパス制御弁１１６が徐々に閉じられるので、タービン１１１の前圧は常に通常運転時の圧力に維持される。
【００１０】
上記のいずれの炉頂圧回収タービンの制御システムにおいても、タービン１０５，１１１の起動及び停止動作を主体的に制御するものは、第１段静翼１０６の角度可変機構、あるいは調速弁１１２であり、バイパス制御弁１０９，１１６はタービン１０５，１１１の前圧を通常運転時の圧力に維持するために使用される。また、このバイパス制御弁１０９，１１６の作動は、タービンの作動を制御する電気ガバナによって制御されるのではなく、電気ガバナとは別に配設されたバイパス弁制御装置によって制御される。
【特許文献１】特開昭６０−３２９４２号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述の従来の炉頂圧回収タービンの制御システムにおいて、前者のタービンの起動開始から初期設定回転数までの制御を、第１段静翼を流路全閉角度から徐々に開けていくことによって行う方式では、第１段静翼を流路全閉角度から開けていく過程で、通常運転時の圧力に高められた排ガスが第１段静翼出口で噴流となり、この噴流が動翼に吹きつけられて、第１段動翼に強度上の影響を及ぼすという問題がある。
【００１２】
また、第１段静翼についてはその背面にダストが付着する傾向があり、このダストによって負荷遮断時やタービントリップ時に第１段静翼を全閉にできなくなる等の問題を発生させたりするが、上述の第１段静翼が発生する噴流によって第１段静翼へのダスト付着が助長されるという問題がある。さらに、タービンの停止時においても、第１段静翼を通常運転の角度から流路全閉角度まで徐々に閉じる過程で噴流が発生し、上記２つと同様の問題を発生させる。
【００１３】
一方、後者のタービンの起動開始から初期設定回転数までの制御を、調速弁を徐々に開けていき、ガスを翼列に導くことによって行う方式は、調速弁によってタービンに作用するガス圧が徐々に高められていくため、上述のような動翼の強度上の問題、あるいは第１段静翼に対するダスト付着の問題は発生しにくい。しかしながら、調速弁の設置に多大な設備費を要するという問題がある。
【００１４】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、多大な設備費を要することなく、静翼の噴流を原因とした動翼に対する強度上の影響を排除することができ、また、同原因による第１段静翼へのダスト付着の助長を防止することができる、炉頂圧回収タービンの制御システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、高炉から排気された排ガスにより回転駆動されて発電機を回転駆動させる炉頂圧回収タービンの制御システムにおいて、高炉下流のガス路に内部を通過する排ガスの流量調節が可能なバイパス制御弁をタービンと並列に配設し、このバイパス制御弁の作動によりタービンの前圧を変化させてタービンの起動時及び又は停止時の回転数制御及び又は負荷制御を行うことにある。
【００１６】
このように、本発明の炉頂圧回収タービンの制御システムは、タービンの起動時や停止時に、バイパス制御弁によりタービンの前圧を変化させて、例えば、タービンの前圧を徐々に増加又は減少させてその回転数制御や負荷制御を行なうから、従来のように、通常運転時の圧力に高められた排ガスが、第１段静翼をその流路全閉角度から徐々に開けていく過程あるいは閉じていく過程で噴流となり、この噴流が動翼に吹きつけられることが防止される。また、従来の調速弁も排除することができる。
【００１７】
タービンは、静翼の流路角度を変化させる角度可変機構を有し、静翼は、タービンの起動時に流路全閉角度よりも開いた状態にされることが望ましい。また、タービンは、静翼の流路角度を変化させる角度可変機構を有し、静翼は、タービンの停止時に流路全閉角度よりも開いた状態にされることが望ましい。このように、タービンの起動時やタービンの停止時に、静翼をその流路全閉角度よりも開いた状態にして、静翼出口の流路面積を広げることにより、噴流の発生が確実に防止される。
【００１８】
バイパス制御弁の上記作動は、電気ガバナの信号によって制御されることが望ましい。本発明の炉頂圧回収タービンの制御システムにおいて、バイパス制御弁はタービンの起動時や停止時にタービンの回転数制御や負荷制御を主体的に行なうものであるから、その制御を電気ガバナが行なうことより、タービンの起動時や停止時のタービン制御を最適に行うことができる。
【００１９】
タービンの上記制御は、タービンと並列に配設された２つのバイパス制御弁によって行われることが望ましい。このように、タービンと並列に配設された２つのバイパス制御弁によってタービンの制御を行うことにより、タービンの起動時や停止時の回転数制御や負荷制御を正確に、かつ簡易な構成で行なうことができるという利点がある。
【００２０】
タービンは、静翼の流路角度を変化させる角度可変機構を有し、タービンの起動時のバイパス制御弁による制御は、負荷制御中に静翼の流路角度の変更による制御に移行されることが望ましい。また、タービンは、静翼の流路角度を変化させる角度可変機構を有し、タービンの停止時のバイパス制御弁による制御は、負荷制御中に静翼の流路角度の変更による制御から移行されることが望ましい。このようにすることにより、通常運転時の圧力制御への移行が円滑に行われると共に、通常運転時は静翼の流路角度可変による圧力制御のみが行われるようになる。
【００２１】
タービンの起動時にはバイパス制御弁の上記作動によりタービンの前圧をタービンの出口圧に略等しい圧力から増加させていくことが望ましい。また、タービンの停止時にはバイパス制御弁の上記作動によりタービンの前圧をタービンの出口圧に略等しい圧力まで低下させることが望ましい。このように、タービンの前後圧に圧力差がない状態からタービンを起動させ、あるいは、タービンの前後圧に圧力差がない状態でタービンを停止させれば、第１段静翼による噴流の発生がさらに確実に防止される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の炉頂圧回収タービンの制御システムは、高炉から排気された排ガスにより回転駆動されて発電機を回転駆動させる炉頂圧回収タービンの制御システムにおいて、高炉下流のガス路に内部を通過する排ガスの流量調節が可能なバイパス制御弁をタービンと並列に配設し、バイパス制御弁の作動によりタービンの前圧を変化させてタービンの起動時及び又は停止時の回転数制御及び又は負荷制御を行うから、従来のように、通常運転時の圧力に高められた排ガスが第１段静翼をその流路全閉角度から徐々に開けていく過程あるいは閉じていく過程で噴流となり、この噴流が動翼に吹きつけられることが防止される。また、従来の調速弁も排除することができる。
【００２３】
したがって、本発明の炉頂圧回収タービンの制御システムは、多大な設備費を要することなく、静翼の噴流を原因とした動翼に対する強度上の影響を排除することができ、また、同原因による第１段静翼へのダスト付着の助長を防止することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る炉頂圧回収タービンの制御システムを実施するための最良の形態を、図１ないし図３を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１に示すように、高炉プラントとして高炉５１、ダストキャッチャ５２、湿式集塵装置５３、第１バイパス制御弁５４、第２バイパス制御弁５５、ガスホルダ５６が、排ガス路６０にこの順に配設される。第１バイパス制御弁５４と第２バイパス制御弁５５は、排ガス路６０にダービン１と並列にそれぞれ配設される。これら２つのバイパス制御弁５４，５５は単なる開閉弁ではなく、内部を通過するガスの流量調節が可能であり、これにより、タービン１の前圧調節やタービン１を通過するガスの流量調節による各種制御を行なうことができる。
【００２６】
２つのバイパス制御弁５４，５５の上流側で排ガス路６０を分岐して、湿式集塵装置５３を出た排ガスをタービン１に導くタービンガス路６０ａを配設する。タービンガス路６０ａに、入口塞止弁５７、危急遮断弁５８をこの順に配設する。危急遮断弁５８を出たガスはタービン１に導かれ、タービン１を通った後、出口塞止弁５９を介してガスホルダ５６に排気される。発電機８１がタービン１に軸継手８０を介して連結される。このタービン１は一例としての２段翼列タービンであり、第１段静翼２及び第２段静翼３、そして図示しない第１段及び第２段動翼を有する。
【００２７】
高炉プラントでは、高炉５１の炉頂圧検出器６１で検出した炉頂圧を炉頂圧設定器６２で設定した炉頂圧に一致させるための、炉頂圧調節計６３と炉頂圧調節制御装置６４と電油変換器６５とが配設される。
【００２８】
負荷制限設定器２１、負荷設定器２２、回転数設定器２３、バイパス制御弁開度設定器２４が、電気ガバナ２０にそれぞれ接続される。これにより、タービン１の回転数制御、負荷制御、圧力制御が行われる。電気ガバナ２０からの制御信号は、複合演算器２５を介して、それぞれ独立に第１段及び第２段静翼の角度制御を行なう第１及び第２静翼角度制御弁３１，３２にそれぞれ入力される。この静翼角度制御弁３１，３２は、例えば、単数もしくは複数のサーボアンプとサーボ弁が一体になったもの、あるいは、サーボアンプとサーボ弁及び電磁弁とロジック弁が一体になったものである。なお、サーボアンプとサーボ弁についてはそれらを個別に配設することもできる。
【００２９】
電気ガバナ２０からの制御信号は、上述の静翼角度制御弁３１，３２でそれぞれ電油変換された後、第１段及び第２段静翼作動用の油圧アクチュエータ３９，４０をそれぞれ作動させる。これにより、タービン１の第１段及び第２段静翼２，３の流路角度が、そのときのタービンの前圧等に応じて変更される。
【００３０】
タービン１の負荷遮断信号及びタービントリップ信号は、電気ガバナ２０に入力される一方、上述の第１段及び第２段静翼角度制御弁３１，３２にそれぞれ直接入力され、静翼角度制御弁３１，３２でそれぞれ電油変換された後、第１段及び第２段静翼作動用の油圧アクチュエータ３９，４０を作動させる。第２段静翼作動用の油圧アクチュエータ４０にはリミットスイッチ４３と、このリミットスイッチ４３の作動によって負荷遮断信号をリセットするためのタイマ４４とがそれぞれ配設される。
【００３１】
タービンガス路６０ａに入るガス圧はタービン前圧検出器６６により検知され、この ガス圧をタービン前圧設定器６７で設定されたガス圧に一致させるための、タービン前圧調節計６８が配設される。電気ガバナ２０からの制御信号は、複合演算器２５、第１及び第２高位信号選択器６９，７０、第１及び第２電油変換器７１，７２を介して、上述の第１バイパス制御弁５４と第２バイパス制御弁５５とにそれぞれ入力される。このように、第１及び第２バイパス制御弁５４，５５は、電気ガバナ２０の信号によりその作動が制御される。
【００３２】
一方、タービン前圧調節計６８の出力信号と電気ガバナ２０の出力信号は、減算器７３を介してバイパス制御弁信号分配器７４に入力され、第１バイパス制御弁５４の制御信号と第２バイパス制御弁５５の制御信号とに分配される。この信号は、上述の第１及び第２高位信号選択器６９，７０にそれぞれ入力される。負荷遮断時及びタービントリップ時には、この信号が第１及び第２高位信号選択器６９，７０によって選択され、上述の第１及び第２電油変換器７１，７２を介して、第１及び第２バイパス制御弁５４，５５にそれぞれ入力される。
【００３３】
次に、本炉頂圧回収タービンの制御システムの作動を説明する。はじめに、タービン１の起動時の制御について説明する。図２に示すように、タービン１の起動前において、入口塞止弁５７、危急遮断弁５８、出口塞止弁５９の開操作が行われる。これにより、炉頂圧検出器６１、炉頂圧設定器６２、炉頂圧調節計６３、炉頂圧調節制御装置６４、電油変換器６５によって所定炉頂圧に調節された高炉５１からの排ガスが、タービンガス路６０ａのタービン１及び排ガス路６０のバイパス制御弁５４，５５に分かれて流れ、再び合流してガスホルダ５６に導かれる。
【００３４】
このとき、電気ガバナ２０からの各制御信号により、第１バイパス制御弁５４及び第２バイパス制御弁５５はともに全開にされ、タービン１の第１段及び第２段静翼２，３はともに流路初期設定角度にされている。この流路初期設定角度は、翼列全開時流路面積を１００％とした場合に約２５〜４０％開度に相当する角度に設定される。このとき、タービン１の前圧はタービン１の出口圧に略等しい圧力になっている。
【００３５】
起動開始から図示Ａ点の初期設定回転数（例えば１５％回転数）までは、第１バイパス制御弁５４による弁開度制御が行われる。電気ガバナ２０から出力された制御信号は、複合演算器２５、第１高位信号選択器６９を介して第１電油変換器７１に入力され、そこで電油変換されて第１バイパス制御弁５４に入力される。これにより、第１バイパス制御弁５４が徐々に閉じられ、タービン１の前圧が徐々に上昇する。
【００３６】
初期設定回転数（図示Ａ点）から１００％回転数（図示Ｃ点）の間は、第１バイパス制御弁５４のみが徐々に閉じられ、タービン１の前圧がさらに上昇する。このとき、初期設定回転数（図示Ａ点）から図示Ｂ点の揃速開始直前設定回転数（例えば９８％回転数）までの間は回転数制御が行われ、揃速開始直前設定回転数（図示Ｂ点）から１００％回転数（図示Ｃ点）までの間は揃速及び併入が行われる。タービン１の回転数が１００％に到達し電力網に併入された直後に初期負荷がかけられ、その後タービン１は負荷制御に移行する。
【００３７】
タービン１の負荷制御中に第１バイパス制御弁５４が全閉になると同時に、第２バイパス制御弁５５が閉じ始める。第２バイパス制御弁５５の作動制御は、第１バイパス制御弁５４と同様に、電気ガバナ２０から出力された制御信号が、複合演算器２５、第２高位信号選択器７０を介して第２電油変換器７２に入力され、そこで電油変換されて第２バイパス制御弁５５に入力されることにより行われる。
【００３８】
タービン１の負荷制御中にさらに負荷が増加すると、電気ガバナ２０から出力された制御信号が、複合演算器２５を介して第１段及び第２段静翼角度制御弁３１，３２にそれぞれ入力され、そこで電油変換されて第１段及び第２段静翼作動用の油圧アクチュエータ３９，４０を作動させる。これにより、第１段及び第２段静翼２，３が徐々に開方向にその流路角度を変化させる。このように、負荷制御中に静翼２，３の流路角度の変更による制御が開始されるから、通常運転における圧力制御への移行が円滑に行われる。
【００３９】
第１段及び第２段静翼２，３が、高炉５１から排気された排ガスの全量がタービン１に流れる流量角度になった時点で、第２バイパス制御弁５５も全閉となる。その後、静翼流路角度の変更による圧力制御がなされ、通常運転が行われる。このように、タービン１と並列に配設された２つのバイパス制御弁５４，５５は、タービン１の起動時にすべてが全開している状態から順次全開から全閉になると共に、通常運転時にはそのすべてが全閉になる。
【００４０】
図３に示すように、静翼流路角度の変化による負荷制御及び圧力制御が行われるまでの間は、第１バイパス制御弁５４及び第２バイパス制御弁５５による弁開度制御、回転数制御、負荷制御が行われ、第２バイパス制御弁５５が全閉になる前に静翼流路角度の変更による負荷制御に移行する。図２に示すように、この間、タービンの前圧は静翼流路角度の変更による負荷制御が開始されるまで、タービン１の出口圧力に略等しい圧力から通常運転時の圧力まで上昇する。
【００４１】
タービン１の停止時については、上述のタービン１の起動時の制御とほぼ逆の制御が行われる。電気ガバナ２０から出力された制御信号により第１段及び第２段静翼２，３が徐々に閉方向にその流路角度を変化させる。これにより、タービン１は圧力制御から負荷制御に移行する。第１段及び第２段静翼２，３がその流路初期設定角度まで閉じられた後、静翼２，３の角度変更による負荷制御は第２バイパス制御弁５５による負荷制御へ移行する。その後も第２バイパス制御弁５５は開弁し、第２バイパス制御弁５５が全開になった時点で、第１バイパス制御弁５４が開弁し始める。
【００４２】
タービン１の負荷が初期負荷に戻されて、解列される。これによりタービン１の１００％回転数（図示Ｄ点）から図示Ｅ点の解列直後設定回転数（例えば９６．５％回転数）になり、負荷制御から回転数制御に移行する。そして、図示Ｆ点の初期設定回転数（例えば１５％回転数）になると回転数制御から弁開度制御に移行し、タービン１は停止する。第２バイパス制御弁５５及び第１バイパス制御弁５４が開弁している間、タービンの前圧は通常運転時の圧力からタービン１の出口圧力に略等しい圧力まで低下する。このように、タービン１と並列に配設された２つのバイパス制御弁５４，５５は、タービン１の通常運転時にすべてが全閉していると共に、タービン１の停止時にはすべてが全閉している状態から順次全閉から全開になる。
【００４３】
次に、タービン１の負荷遮断時及びタービン１に故障等が発生した場合のタービントリップ時の制御について説明する。負荷遮断時やタービントリップ時には、負荷遮断信号又はタービントリップ信号が、第１及び第２静翼角度制御弁３１，３２にそれぞれ直接入力される。この第１及び第２静翼角度制御弁３１，３２において電油変換が行われ、油圧アクチュエータ３９，４０をそれぞれ独立に作動させる。
【００４４】
これにより、第１段静翼２は流路初期設定角度まで閉じ、第２段静翼３は流路全閉角度まで閉じる。このため、タービン１へ流入する排ガスが瞬時に減少し、タービン１のオーバースピードが防止される。このように、タービン１の負荷遮断時及びタービントリップ時に第１段及び第２段静翼２，３の角度可変による制御を行なうのは、第１バイパス制御弁５４と第２バイパス制御弁５５とによる制御だけでは、タービン１へ流入する排ガスを瞬時に減少させることができないためである。
【００４５】
一方、負荷遮断後やタービントリップ後の圧力制御は、バイパス制御弁信号分配器７４を経由した制御信号に基づいて、バイパス制御弁５４，５５によって行われる。また、負荷遮断後の回転数制御や、その後の再併入と負荷制御は、電気ガバナ２０の制御信号に基づいて、静翼流路角度の変更による流量調節によって行われる。
【００４６】
本炉頂圧回収タービンの制御システムによれば、高炉５１の下流の排ガス路６０に２つのバイパス制御弁５４，５５をタービン１に並列に配設し、これら並列に配設されたバイパス制御弁５４，５５により、ダービン１の前圧を徐々に増加あるいは減少させて、タービン１の起動時及び停止時の回転数制御及び負荷制御を行なう。したがって、従来のように、通常運転時の圧力に高められた排ガスが、第１段静翼をその流路全閉角度から徐々に開けていく過程又は閉じていく過程で噴流となり、この噴流が動翼に吹きつけられることが防止される。また、従来の調速弁も不要となる。
【００４７】
このため、多大な設備費を要することなく、第１段静翼２の噴流を原因とした動翼に対する強度上の影響を排除することができると共に、第１段静翼２へのダスト付着を防止することができる。また、タービンの起動時やタービンの停止時には、静翼２，３が流路全閉角度よりも開いた状態（流路初期設定角度）にし、静翼出口の流路面積を広げた上でタービン１の前圧を上昇させるから、噴流の発生が確実に防止される。
【００４８】
バイパス制御弁５４，５５は、電気ガバナ２０の信号によって制御されるから、タービン１の起動時や停止時のタービン制御を最適に行うことができる。また、タービン１の回転数制御や負荷制御は、タービン１と並列に配設された２つのバイパス制御弁５４，５５によって行われるから、タービン１の起動時や停止時のこれらの制御を正確に、かつ簡易な構成で行なうことができる。なお、タービン１と並列に配設されるバイパス制御弁は、２つに限定されるものではなく、１つ又は３つ以上であってもよい。
【００４９】
特に、タービン１の起動時には第１及び第２バイパス制御弁５４、５５によってタービン１の前圧をタービン１の出口圧に略等しい圧力から増加させていく一方、タービン１の停止時にはタービン１の前圧をタービン１の出口圧に略等しい圧力まで低下させる。このように、タービン１の前後圧に圧力差がない状態からタービン１を起動させ、また、タービン１の前後圧に圧力差がない状態でタービン１を停止させるから、静翼２，３による噴流の発生がこれによっても確実に防止される。
【００５０】
なお、上述の炉頂圧回収タービンの制御システムは一例にすぎず、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００５１】
例えば、タービンの起動時やタービンの停止時に、静翼を必ずしもその流路全閉角度よりも開いた状態にする必要はない。ただし、その場合には、タービンの前圧の上昇と共に、静翼の角度を徐々に開くようにすることが望ましい。また、バイパス制御弁の制御は必ずしも電気ガバナの信号によって行なう必要はない。
【００５２】
タービン起動時のバイパス制御弁によるタービンの制御を、必ずしも負荷制御中に静翼の流路角度の変更による制御に移行する必要はなく、タービン停止時のバイパス制御弁によるタービンの制御を、負荷制御中に静翼の流路角度の変更による制御から移行する必要もない。また、タービンの起動時にバイパス制御弁によってタービンの前圧をタービンの出口圧に略等しい圧力から増加させていき、タービンの停止時にタービンの前圧をタービンの出口圧に略等しい圧力まで低下させる必要もない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の炉頂圧回収タービンの制御システムを示す系統図である。
【図２】図１の制御システムの経過時間と炉頂圧回収タービンの作動との関係を示すグラフである。
【図３】図１の制御システムのガバナ出力とバイパス制御弁の開度との関係を示すグラフである。
【図４】従来の炉頂圧回収タービンの制御システムを示す系統図である。
【図５】図４の制御システムのガバナ出力とバイパス制御弁の開度との関係を示すグラフである。
【図６】従来の別の炉頂圧回収タービンの制御システムを示す系統図である。
【図７】図６の制御システムのガバナ出力とバイパス制御弁の開度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１ タービン
２ 第１段静翼
３ 第２段静翼
２０ 電気ガバナ
２１ 負荷制限設定器
２２ 負荷設定器
２３ 回転数設定器
２４ バイパス制御弁開度設定器
２５ 複合演算器
３１，３２ 静翼角度制御弁
３９、４０ 油圧アクチュエータ
４３ リミットスイッチ
４４ タイマ
５１ 高炉
５２ ダストキャッチャ
５３ 湿式集塵装置
５４ 第１バイパス制御弁
５５ 第２バイパス制御弁
５６ ガスホルダ
５７ 入口塞止弁
５８ 危急遮断弁
５９ 出口塞止弁
６０ 排ガス路
６０ａ タービンガス路
６１ 炉頂圧検出器
６２ 炉頂圧設定器
６３ 炉頂圧調節計
６４ 炉頂圧調節制御装置
６５ 電油変換器
６６ タービン前圧検出器
６７ タービン前圧設定器
６８ タービン前圧調節計
６９ 第１高位信号選択器
７０ 第２高位信号選択器
７１ 第１電油変換器
７２ 第２電油変換器
７３ 減算器
７４ バイパス制御弁信号分配器
８０ 軸継手
８１ 発電機
１００ 高炉
１０１ ダストキャッチャ
１０２ 湿式集塵装置
１０３ 入口塞止弁
１０４ 危急遮断弁
１０５ タービン
１０６ 第１段静翼
１０７ 発電機
１０８ バイパス主弁
１０９ バイパス制御弁
１１０ 危急遮断弁
１１１ タービン
１１２ 調速弁
１１３，１１４ 静翼
１１５ バイパス主弁
１１６ バイパス制御弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉（５１）から排気された排ガスにより回転駆動されて発電機（８１）を回転駆動させる炉頂圧回収タービン（１）の制御システムにおいて、前記高炉下流のガス路（６０）に内部を通過する排ガスの流量調節が可能なバイパス制御弁（５４，５５）を前記タービンと並列に配設し、前記バイパス制御弁の作動により前記タービンの前圧を変化させて前記タービンの起動時及び又は停止時の回転数制御及び又は負荷制御を行うことを特徴とする炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項２】
前記タービン（１）は、静翼（２，３）の流路角度を変化させる角度可変機構（３１，３２，３９，４０）を有し、前記静翼は、前記タービンの起動時に流路全閉角度よりも開いた状態にされることを特徴とする請求項１に記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項３】
前記タービン（１）は、静翼（２，３）の流路角度を変化させる角度可変機構（３１，３２，３９，４０）を有し、前記静翼は、前記タービンの停止時に流路全閉角度よりも開いた状態にされることを特徴とする請求項１又は２に記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項４】
前記バイパス制御弁（５４，５５）の前記作動は、電気ガバナ（２０）の信号によって制御されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項５】
前記タービン（１）の前記制御は、前記タービンと並列に配設された２つの前記バイパス制御弁（５４，５５）によって行われることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項６】
前記タービン（１）は、静翼（２，３）の流路角度を変化させる角度可変機構（３１，３２，３９，４０）を有し、前記タービンの起動時の前記バイパス制御弁（５４，５５）による前記制御は、負荷制御中に前記静翼の前記流路角度の変更による制御に移行されることを特徴とする請求項１ないし５いずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項７】
前記タービン（１）は、静翼（２，３）の流路角度を変化させる角度可変機構（３１，３２，３９，４０）を有し、前記タービンの停止時の前記バイパス制御弁（５４，５５）による前記制御は、負荷制御中に前記静翼の前記流路角度の変更による制御から移行されることを特徴とする請求項１ないし６いずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項８】
前記タービン（１）の起動時には前記バイパス制御弁（５４，５５）の前記作動により前記タービンの前圧を前記タービンの出口圧に略等しい圧力から増加させていくことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項９】
前記タービン（１）の停止時には前記バイパス制御弁（５４，５５）の前記作動により前記タービンの前圧を前記タービンの出口圧に略等しい圧力まで低下させることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項１】
高炉（５１）から排気された排ガスにより回転駆動されて発電機（８１）を回転駆動させる炉頂圧回収タービン（１）の制御システムにおいて、前記高炉下流のガス路（６０）に内部を通過する排ガスの流量調節が可能なバイパス制御弁（５４，５５）を前記タービンと並列に配設し、前記バイパス制御弁の作動により前記タービンの前圧を変化させて前記タービンの起動時及び又は停止時の回転数制御及び又は負荷制御を行うことを特徴とする炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項２】
前記タービン（１）は、静翼（２，３）の流路角度を変化させる角度可変機構（３１，３２，３９，４０）を有し、前記静翼は、前記タービンの起動時に流路全閉角度よりも開いた状態にされることを特徴とする請求項１に記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項３】
前記タービン（１）は、静翼（２，３）の流路角度を変化させる角度可変機構（３１，３２，３９，４０）を有し、前記静翼は、前記タービンの停止時に流路全閉角度よりも開いた状態にされることを特徴とする請求項１又は２に記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項４】
前記バイパス制御弁（５４，５５）の前記作動は、電気ガバナ（２０）の信号によって制御されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項５】
前記タービン（１）の前記制御は、前記タービンと並列に配設された２つの前記バイパス制御弁（５４，５５）によって行われることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項６】
前記タービン（１）は、静翼（２，３）の流路角度を変化させる角度可変機構（３１，３２，３９，４０）を有し、前記タービンの起動時の前記バイパス制御弁（５４，５５）による前記制御は、負荷制御中に前記静翼の前記流路角度の変更による制御に移行されることを特徴とする請求項１ないし５いずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項７】
前記タービン（１）は、静翼（２，３）の流路角度を変化させる角度可変機構（３１，３２，３９，４０）を有し、前記タービンの停止時の前記バイパス制御弁（５４，５５）による前記制御は、負荷制御中に前記静翼の前記流路角度の変更による制御から移行されることを特徴とする請求項１ないし６いずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項８】
前記タービン（１）の起動時には前記バイパス制御弁（５４，５５）の前記作動により前記タービンの前圧を前記タービンの出口圧に略等しい圧力から増加させていくことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【請求項９】
前記タービン（１）の停止時には前記バイパス制御弁（５４，５５）の前記作動により前記タービンの前圧を前記タービンの出口圧に略等しい圧力まで低下させることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２８３５６３（Ｐ２００６−２８３５６３Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１００３９８（Ｐ２００５−１００３９８）
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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