(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン冷却部に対して、ガスタービン起動前からガスタービン起動時の燃焼ガス圧以上の圧力の補助蒸気を供給してガスタービンを暖機すると共に暖機後の補助蒸気を復水器に回収し、この状態でガスタービンを起動して一定負荷で一定時間ホールド運転し、排熱回収ボイラの発生蒸気が前記補助蒸気の条件に達したら前記補助蒸気の供給及び復水器への回収を停止して排熱回収ボイラの高圧過熱器から高圧タービンをバイパスした蒸気を供給すると共に再熱器への回収を開始し、排熱回収ボイラの出力が定格に達したら前記バイパスを閉じて高圧タービン排気を供給して定常運転に切り換えるようにしたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントにおける冷却蒸気供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービンプラントと蒸気タービンプラントとを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、プラントの起動から定常運転に至る過程でのガスタービン冷却部へ冷却蒸気を供給する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組み合わせた発電システムであり、熱エネルギーの高温域をガスタービンで、また、低温域を蒸気タービンでそれぞれ分担して受持ち、熱エネルギーを有効に回収し、利用するようにしたものであり、近年特に脚光を浴びている発電システムである。
【０００３】
このようなコンバインドサイクル発電プラントにおいては、ガスタービンの冷却手法が技術開発の一つの大きなテーマであり、特に点検工事等の後のプラント立ち上げ時、毎週運転を停止するＷＳＳ，毎日運転を停止するＤＳＳ等におけるプラント停止後の再起動について、より効果的なものを求めて試行錯誤が重ねられている状況にある。
【０００４】
冷却方式が圧縮空気を使用した空気冷却方式であった旧来の運転の場合では、ガスタービンを起動すると圧縮機の主流または抽気が自動的に冷却空気として供給されるために、格別の手当てをしなくても燃焼器または翼部の冷却が開始され、格別問題なく安全な稼働状態に入ることができた。
【０００５】
しかし、プラントの熱効率の向上が求められ、冷却媒体として前記圧縮空気の使用から冷却蒸気を用いることが検討されるようになった昨今では、プラント再起動に際してのガスタービンの冷却技術は、未だ確立したものがなく、試行錯誤が更に深まった状況にある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記したような燃焼器または翼部を冷却する従来の蒸気冷却式ガスタービンでは、ガスタービンが起動しても排熱回収ボイラからの自缶蒸気の発生は遅れざるを得ないため、これが定常状態に到達するまでの間、冷却蒸気通路の暖気等を含めて種々の問題を残している。
【０００７】
本発明はこの様な従来のものにおける問題点を解消し、プラント停止後の再起動をより早く、そして的確かつ安全におこなうようにしたコンバインドサイクル発電プラントにおける冷却蒸気供給方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を解決すべくなされたもので、ガスタービン冷却部に対して、ガスタービン起動前からガスタービン起動時の燃焼ガス圧以上の圧力の補助蒸気を供給してガスタービンを暖機すると共に暖機後の補助蒸気を復水器に回収し、この状態でガスタービンを起動して一定負荷で一定時間ホールド運転し、排熱回収ボイラの発生蒸気が前記補助蒸気の条件に達したら前記補助蒸気の供給及び復水器への回収を停止して排熱回収ボイラの高圧過熱器から高圧タービンをバイパスした蒸気を供給すると共に再熱器への回収を開始し、排熱回収ボイラの出力が定格に達したら前記バイパスを閉じて高圧タービン排気を供給して定常運転に切り換えるようにしたコンバインドサイクル発電プラントにおける冷却蒸気供給方法を提供するものである。
【０００９】
即ち、ＷＳＳ，またはＤＳＳ等の操業手順に従ってプラントを立ち上げるに際しては、ガスタービン冷却部に対して次の手順で冷却蒸気を供給する。
【００１０】
まずガスタービン起動時の燃焼ガス圧を下回らない圧力の補助蒸気を起動前から供給してガスタービンを暖機すると共に暖機後の補助蒸気を復水器に回収し、次いでガスタービンを起動して一定負荷の下で一定時間ホールド運転を行って排熱回収ボイラの蒸気温度、蒸気圧力を徐々に高め、同排熱回収ボイラの発生蒸気の蒸気条件が前記暖機を受け持った補助蒸気の蒸気条件に達した段階で補助蒸気の供給及び復水器への回収を止めて高圧タービンをバイパスした高圧過熱蒸気を供給すると共に再熱器への回収を開始し、更に進んで排熱回収ボイラの出力、即ち蒸気条件が定格に達したら前記バイパスを閉じて高圧過熱器、高圧タービンと経由して高圧タービン排気を供給して定常運転に入るようにしている。
【００１１】
従って、ガスタービン冷却部にはドレン等が入り込む余地もなく、早い立ち上がりで、かつ高温部を確実に冷却して安全性を高め、しかも適材適所に振り分けて前記高温部から確実に熱回収し、効率向上にも寄与するようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図１に基づいて説明する。図はコンバインドサイクル発電プラントを構成するガスタービン、蒸気タービン及び排熱回収ボイラの３者の相対的な配列関係を概略的に示すものである。
【００１３】
１０はガスタービンで、同ガスタービン１０へ作動ガスを供給する燃焼器１１、及び圧縮空気を供給する空気圧縮機１２等と対になって設けられており、同ガスタービン１０内には動翼を中心とした高温冷却部１０ａと、静翼を中心とした高温冷却部１０ｂが、そして燃焼器１１内にはその壁面に形成された高温冷却部１１ａがそれぞれ設けられている。
【００１４】
１３は補助ボイラで、コンバインドサイクルの系から外れて設けられ、必要に応じて同コンバインドサイクルの系、またはその他の発電所設備へ蒸気を供給出来るように配設されている。
【００１５】
１４は補助蒸気供給経路、１５は排気経路で、前記補助蒸気供給経路１４は前記補助ボイラ１３の出力側に連絡され、ガスタービン１０の高温冷却部１０ａ、１０ｂ及び燃焼器１１の高温冷却部１１ａへ補助蒸気を供給する経路を形成し、また、前記排気経路１５はこれら高温冷却部１０ａ、１０ｂ及び１１ａを出た補助蒸気を後述する復水器２５へ導く経路を形成している。
【００１６】
２０は高圧タービンで、図示省略の中圧タービンまたは低圧タービン等と対になってコンバインドサイクルのボトミングサイクルとしての蒸気タービン部分を構成するが、ここでは同高圧タービン２０のみを代表として示している。
【００１７】
２１はバイパス経路で、後述する排熱回収ボイラ３０からの蒸気を前記高圧タービン２０をバイパスして、前記ガスタービン１０および燃焼器１１の高温冷却部１０ａ、１０ｂ及び１１ａへ供給する経路を形成している。
【００１８】
２２は高圧排気経路、２３は回収経路で、高圧排気経路２２は前記高圧タービン２０の高圧排気を前記ガスタービン１０および燃焼器１１の高温冷却部１０ａ、１０ｂ及び１１ａへ供給する経路へ連通し、また、前記回収経路２３は各高温冷却部１０ａ、１０ｂ及び１１ａで高温化した冷却蒸気の熱エネルギを後述の排熱回収ボイラ３０へ回収する経路を形成している。
【００１９】
この高圧タービン２０を代表として示した蒸気タービン部分の一方の終端には復水器２５が配設されており、ここで復水化した高温水は前記排熱回収ボイラ３０へ帰還し、再び蒸気化されて、同じサイクルを繰り返す。
【００２０】
３０は排熱回収ボイラで、一般的には、低圧、中圧および高圧の３圧形式であるが、ここでは説明の都合上高圧過熱器３１と再熱器３２を代表として示し、他の詳細は省略している。３３は高圧蒸気経路で、図示省略の高圧蒸発器（ＨＰＥＶ）から高圧蒸気を前記高圧過熱器３１へ供給している。また３４は再熱蒸気経路で、前記再熱器３２で調整した蒸気を図示省略の中圧タービンへ供給する経路を形成するものである。
【００２１】
なお、ここに示した図面は、基本概念を示しているので、例えば排気経路１５と回収経路２３の様に、図面上では一本線で記載されているが、これは途中に適宜締切り弁が配設されており、同一線上の表示であっても流れ方向はそれぞれ所期の作動方向に向いており、排気経路１５は左側に向いて復水器２５へ通じ、回収経路２３は右側に向いて排熱回収ボイラ３０に連通するようになっているものである。
【００２２】
本実施の形態は前記のように形成されており、その作動状況を説明すると次のようになる。即ち発電プラントは週に一度運転を停止してまた再起動するＷＳＳまた毎日運転を停止して翌日再起動するＤＳＳ、そして定期点検作業の完了後というようにいわゆるプラントの立ち上げにを行うことがしばしばある。
【００２３】
このプラントの立ち上げに際し、ガスタービン１０を起動する前から補助ボイラ１３の補助蒸気を補助蒸気供給経路１４を経てガスタービン１０および燃焼器１１へ供給し、ガスタービン１０の例えば動翼に相当する高温冷却部１０ａ、静翼に相当する高温冷却部１０ｂそして燃焼器１１の壁面等の高温冷却部１１ａを通してこれらの部分を暖機し、最後は復水器２５へ回収している。
【００２４】
なお、この場合の補助蒸気条件は、ガスタービン１０が起動する際の燃焼ガス圧力に負けて機器破損が発生しない様に、起動時に発生する燃焼ガス圧力以上とし、約２０  ａｔａ，２００〜３００℃であることが望ましい。
【００２５】
次いでこの暖機状態からガスタービン１０を起動し、順次昇速してガスタービン負荷が２０％に達した所でこの負荷状態を一定時間ホールドし、同ガスタービン１０の排気を熱源とする排熱回収ボイラ３０から、いわゆる自缶蒸気が発生するまでこのホールド運転を継続する。
【００２６】
前記排熱回収ボイラ３０の自缶蒸気が発生し、蒸気条件が補助蒸気の圧力に匹敵する２０  ａｔａに達したら、補助蒸気の供給を停止し、高圧過熱器３１からバイパス経路２１を経て同高圧過熱器３１の蒸気をガスタービン１０および燃焼器１１へ供給する。なお、ここでガスタービン１０および燃焼器１１の各高温冷却部１０ａ、１０ｂ、１１ａを通過した冷却蒸気は回収経路２３を経て再熱器３２へ流れる。
【００２７】
そしてガスタービン１０を更に定格に向けて昇速し、高圧過熱器３１の出口圧力が４０  ａｔａに達した時に定格到達を確認し、前記バイパス経路２１を閉止し、排熱回収ボイラ３０の高圧過熱器３１から高圧の過熱蒸気を過熱蒸気経路２４を経て高圧タービン２０へ供給し定格運転に切り換える。従って、この段階からガスタービンの冷却部、即ち、ガスタービン１０及び燃焼器１１の各高温冷却部１０ａ、１０ｂ、１１ａに対して前記高圧タービン２０の高圧排気が高圧排気経路２２から供給され、ガスタービン冷却部が冷却される一方、冷却蒸気はこの冷却部で加熱されて熱エネルギをもらい受け、回収経路２３、再熱器３２、更に再熱蒸気経路３４から図示省略の中圧タービンと至り、熱エネルギを回収されることになる。
【００２８】
この様に本実施の形態によれば、ガスタービンの起動に先駆けて冷却部を補助蒸気で充満し、ドレン等を除去する上、同補助蒸気による暖機運転によりガスタービン冷却部は温められているので、定格運転に近づいて高圧過熱器３１からいわゆる自缶蒸気が入ってきても、熱衝撃が発生することもなく、平静に対応でき安全性の高いプラントを構成することができるものである。
【００２９】
以上、本発明を図示の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてもよいことはいうまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、コンバインドサイクル発電プラントにおいて、ガスタービン冷却部に対して、ガスタービン起動前からガスタービン起動時の燃焼ガス圧以上の圧力の補助蒸気を供給してガスタービンを暖機すると共に暖機後の補助蒸気を復水器に回収し、この状態でガスタービンを起動して一定負荷で一定時間ホールド運転し、排熱回収ボイラの発生蒸気が前記補助蒸気の条件に達したら前記補助蒸気の供給及び復水器への回収を停止して排熱回収ボイラの高圧過熱器から高圧タービンをバイパスした蒸気を供給すると共に再熱器への回収を開始し、排熱回収ボイラの出力が定格に達したら前記バイパスを閉じて高圧タービン排気を供給して定常運転に切り換えて前記ガスタービン冷却部を冷却するものであり、このような手順を経て冷却蒸気が供給されることにより、冷却部に対して不具合な熱衝撃が発生するおそれもなく、安全にして安定した起動が行われ、さらに安定した定常運転へと引き継がれ、この種コンバインドサイクル発電プラントの信頼性を一段と向上することができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係わるコンバインドサイクル発電プラントの要部を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
１０      ガスタービン
１０ａ    高温冷却部
１０ｂ    高温冷却部
１１      燃焼器
１１ａ    高温冷却部
１２      空気圧縮機
１３      補助ボイラ
１４      補助蒸気供給経路
１５      排気経路
２０      高圧タービン
２１      バイパス経路
２２      高圧排気経路
２３      回収経路
２４      過熱蒸気経路
２５      復水器
３０      排熱回収ボイラ
３１      高圧過熱器
３２      再熱器
３３      高圧蒸気経路
３４      再熱蒸気経路
【図１】
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