(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組合せるとともに、ガスタービンの排熱を利用して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えて構成したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、高圧過熱器から高圧タービンへ過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給経路と、高圧タービン排気を冷却蒸気としてガスタービンの高温冷却部へ供給する冷却蒸気供給経路との間を連絡し前記高圧タービンをバイパスして過熱蒸気を前記ガスタービンの高温冷却部へ供給する高圧タービンバイパス経路を設け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。
【請求項２】
前記高圧タービンバイパス経路には、同高圧タービンバイパス経路を開閉制御するバルブを介装したことを特徴とする請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【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、ガスタービン冷却部へ冷却蒸気を供給する装置に関する。
【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際して、より効果的に作動する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、更に一層の試行錯誤が重ねられている状況にある。
【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に際して、これをより早くかつ的確に、そして熱衝撃等の発生を抑えて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を提供することを課題とするものである。
【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、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組合せるとともに、ガスタービンの排熱を利用して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えて構成したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、高圧過熱器から高圧タービンへ過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給経路と、高圧タービン排気を冷却蒸気としてガスタービンの高温冷却部へ供給する冷却蒸気供給経路との間を連絡し前記高圧タービンをバイパスして過熱蒸気を前記ガスタービンの高温冷却部へ供給する高圧タービンバイパス経路を設けたコンバインドサイクル発電プラント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、あらかじめ例えば補助ボイラを利用するかまたは自身の圧縮空気を利用する等の方法で暖機しておいたガスタービンの蒸気冷却通路に、自缶から発生初期蒸気を高圧タービンバイパス経路により供給して前記暖機を補助促進する。
【００１０】
そして、自缶蒸気が安定して発生し始めたら前記バイパス経路を閉じて高圧過熱蒸気を高圧タービンに導入し、その高圧排気を以てガスタービンの冷却を行うようにして、このガスタービン冷却を熱衝撃等発生させることなく安定して行わせるようにしたものである。
また、本発明は前記高圧タービンバイパス経路に、同高圧タービンバイパス経路を開閉制御するバルブを介装したコンバインドサイクル発電プラントを提供するものである。
すなわち、高圧タービンをバイパスして過熱蒸気を前記ガスタービンの高温冷却部へ供給する高圧タービンバイパス経路には、同高圧タービンバイパス経路を開閉制御するバルブを介装しているので、このバルブの開閉により前記高圧タービンバイパス経路の開閉を的確に制御して、所望の運転制御を行い得るようにしたものである。
【００１１】
【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主要配管系列を含めて概略的に示すものである。
【００１２】
１０はガスタービンプラントを示し、ガスタービンと、同ガスタービンへ作動ガスを供給する燃焼器及び圧縮空気を供給する空気圧縮機等が対になって構成しており、かつ更に詳細に言えば動翼を中心とした高温冷却部と、静翼を中心とした高温冷却部と、そして燃焼器の壁面を対象として形成された高温冷却部がそれぞれ設けられている。
【００１３】
２０は高圧タービンで、中圧タービン２７または図示省略の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している。
【００１４】
２１は高圧タービンバイパス経路で、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へ供給する過熱蒸気供給経路２４と、同高圧タービン２０の高圧排気をガスタービンプラント１０の高温冷却部または後述する排熱回収ボイラ３０中の第１再熱器３２ａへ供給する冷却蒸気供給経路２２との間を連絡している。
【００１５】
２３は回収経路で、前記ガスタービンプラント１０の高温冷却部を冷却した冷却蒸気を直接的に、または後述する排熱回収ボイラ３０中の第２再熱器３２ｂを経由して送気され、前記中圧タービン２７へ供給する経路を構成している。
【００１６】
２４は過熱蒸気供給経路、２５は復水器で、過熱蒸気供給経路２４は排熱回収ボイラ３０中の第２過熱器３１ｂの過熱蒸気を前記高圧タービン２０へ供給し、また、復水器２５は図示省略の経路で各蒸気タービン部分に連絡すると共に、中圧タービンバイパス経路３５を経て前記回収経路２３と連絡可能となるように配置されている。
【００１７】
また、２６は温水スプレーで、排熱回収ボイラ３０中の図示省略の高圧蒸発器または節炭器に連絡しており、必要に応じて温水の供給を受け、前記バイパス経路２１中に噴射するように構成されている。
【００１８】
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第１過熱器３１ａと高圧第２過熱器３１ｂ、及び第１再熱器３２ａと第２再熱器３２ｂを代表として示し、他の詳細は省略している。
【００１９】
３３は高圧蒸気経路、３４は再熱蒸気経路で、高圧蒸気経路３３は図示省略の高圧蒸発器からの高圧蒸気を高圧第１過熱器３１ａ、更に高圧第２過熱器３１ｂへ供給し、また再熱蒸気経路３４は第２再熱器３２ｂからの再熱蒸気を前記中圧タービン２７へ供給する経路を構成している。
【００２０】
なお、前記各蒸気経路には、特に必要とする位置には図中バルブを表示したが、この経路の各所に適宜バルブが設けられており、プラントの立ち上げから定常作動に亘って必要な蒸気経路が適宜構成されるようになっている。
【００２１】
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。
【００２２】
このプラントの立ち上げに際しては、あらかじめ補助ボイラを利用するかまたは自身の圧縮空気を利用する等の方法でガスタービンプラント１０を暖機しておく。
【００２３】
その後排熱回収ボイラ３０から十分な蒸気が発生するまでには時間を要するので、同排熱回収ボイラ３０からいわゆる自缶蒸気が発生し始めたら、前記高圧タービンバイパス経路２１を開通し、初期蒸気を高圧第２過熱器３１ｂから高圧タービンバイパス経路２１、ガスタービンプラント１０、更に第１再熱器３２ａ、第２再熱器３２ｂと経由した後、中圧タービンバイパス経路３５を経て復水器２５へ落とす経路を形成する。
【００２４】
なおこの時、この蒸気は中圧タービンを通らない様に回収経路２３のバルブを制御するので、復水器２５に至る中圧タービンバイパス経路３５では、その手前に設けられた制御弁によりガスタービンの冷却部雰囲気ガス圧力以上の圧力を保ち、ガスが蒸気通路内に逆流しないように制御されている。
【００２５】
一方、前記高圧タービンバイパス経路２１を流れる冷却蒸気が次第に高温化してくるので、この高温化を防ぐ必要があるときには、温水スプレー２６により図示省略の高圧蒸発器または節炭器からの温水を高圧タービンバイパス経路２１中に噴射して温度調節をするようにしている。
【００２６】
そして、自缶蒸気が排熱回収ボイラ３０から安定して発生し始めたら前記バイパス経路２１を閉じ、過熱蒸気供給経路２４を経て高圧過熱蒸気を高圧タービン２０に導入し、その高圧排気を冷却蒸気供給経路２２からガスタービンプラント１０に供給して動翼、静翼または燃焼器等の高温冷却部の冷却を行い、その後回収経路２３を経由して中圧タービン２７で回収する。
【００２７】
このようにして、本実施の形態によれば、タービンプラント１０を確実に暖機した後徐々に加熱をしていくので、定常運転に至って通常の冷却蒸気が入ってきてもそこで熱衝撃が発生する恐れもなく、冷却系統を安全に維持して所期の冷却を的確に実行することができるものである。
【００２８】
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。
【００２９】
【発明の効果】
以上請求項１に記載の発明によれば、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組合せるとともに、ガスタービンの排熱を利用して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えて構成したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、高圧過熱器から高圧タービンへ過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給経路と、高圧タービン排気を冷却蒸気としてガスタービンの高温冷却部へ供給する冷却蒸気供給経路との間を連絡し前記高圧タービンをバイパスして過熱蒸気を前記ガスタービンの高温冷却部へ供給する高圧タービンバイパス経路を設け、プラントを立ち上げるに際し、あらかじめ例えば補助ボイラを利用するかまたは自身の圧縮空気を利用する等の方法で暖機しておいたガスタービンの蒸気冷却通路に、自缶から発生初期蒸気を高圧タービンバイパス経路により供給して前記暖機を補助促進し、自缶蒸気が安定して発生し始めたら前記高圧タービンバイパス経路を閉じて高圧過熱蒸気を高圧タービンに導入し、その高圧排気を以てガスタービンの冷却を行うようにして、このガスタービン冷却を熱衝撃等発生させることなく安定して行わせるようにしたことにより、操業の安定性を向上し、信頼性の高いプラントを得ることが出来たものである。
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明における前記高圧タービンバイパス経路に、同高圧タービンバイパス経路を開閉制御するバルブを介装し、同バルブの開閉制御により前記高圧タービンバイパス経路の開閉を的確に制御して好適な運転制御を行い、前記請求項１の発明と同様に操業の安定性を向上し、信頼性の高いプラントを得ることが出来たものである。
【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      ガスタービンプラント
２０      高圧タービン
２１      高圧タービンバイパス経路
２２      冷却蒸気供給経路
２３      回収経路
２４      過熱蒸気供給経路
２５      復水器
２６      温水スプレー
２７      中圧タービン
３０      排熱回収ボイラ
３１ａ    高圧第１過熱器
３１ｂ    高圧第２過熱器
３２ａ    第１再熱器
３２ｂ    第２再熱器
３３      高圧蒸気経路
３４      再熱蒸気経路
３５      中圧タービンバイパス経路
【図１】
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