(57)【要約】【課題】本発明は、発電プラントの発電出力を増加させる際に、負荷要求指令に対する発電プラントの負荷追従性を良く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。【解決手段】本発明は、ガスタービンの排ガスを昇温する助燃装置を有するコンバインドサイクル発電プラントであって、発電量制御装置は、助燃装置を起動する場合、助燃装置への出力指令を最大変化率で上昇させる制御を行うと共に、ガスタービンへの出力指令を負荷要求指令から助燃装置への出力指令を減じた分、変化させる制御を行うことを特徴とするものである。【選択図】  図２
2011027045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、
前記ガスタービンの排ガスの熱を回収して発生する蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記ガスタービンおよび／または前記蒸気タービンにより駆動される発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを昇温する助燃装置と、
負荷要求指令に基づいて発電出力を制御するため、前記ガスタービンおよび前記助燃装置に出力指令を出力する発電量制御装置と、を備えてなるコンバインドサイクル発電プラントにおいて、
前記発電量制御装置は、前記助燃装置を起動する場合、前記助燃装置への出力指令を最大変化率で上昇させる制御を行うと共に、前記ガスタービンへの出力指令を前記負荷要求指令から前記助燃装置への出力指令を減じた分、変化させる制御を行う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】
請求項１において、
前記発電量制御装置は、前記最大変化率より、前記負荷要求指令の変化率が大きい場合には、前記ガスタービンへの出力指令を前記負荷要求指令から前記助燃装置への出力指令を減じた分、増加させる制御、
または、
前記発電量制御装置は、前記最大変化率より、前記負荷要求指令の変化率が小さい場合には、前記ガスタービンへの出力指令を前記負荷要求指令から前記助燃装置への出力指令を減じた分、減少させる制御、
を行う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３】
燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、
前記ガスタービンの排ガスの熱を回収して発生する蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記ガスタービンおよび／または前記蒸気タービンにより駆動される発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを昇温する助燃装置と、
負荷要求指令に基づいて発電出力を制御するため、前記ガスタービンおよび前記助燃装置に出力指令を出力する発電量制御装置と、を備えてなるコンバインドサイクル発電プラントにおいて、
前記発電量制御装置は、前記助燃装置を起動する場合、前記助燃装置への出力指令を最大変化率で上昇させる制御を行うと共に、前記最大変化率と前記負荷要求指令の変化率とが同一の場合には、前記ガスタービンへの出力指令を一定とする制御を行うことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバインドサイクル発電プラントに係り、特に、助燃運転を伴うコンバインドサイクル発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力を高効率で発生する発電プラントとして、コンバインドサイクル発電プラントが知られている。
【０００３】
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンから排出される排ガスの熱を利用して蒸気を発生させ、発生した蒸気によって蒸気タービンを駆動し、ガスタービンと蒸気タービンとによって、発電機を駆動するものである。
【０００４】
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンから排出される排ガスが有する熱エネルギーを有効に利用することで、高効率の発電を達成することができる。
【０００５】
さらに、コンバインドサイクル発電プラントの発電出力を増加させるために、ガスタービンから排出される排ガスを加熱して昇温させる助燃装置がある。
【０００６】
助燃装置は、ガスタービンから排出される排ガスに、燃料を噴霧して、燃料を燃焼させて排ガスの温度を上昇させ、これにより発生する蒸気の発生量を増加させ、蒸気タービンの発電出力を増加させるものである。
【０００７】
こうした助燃装置の起動制御の一例として、特許文献１には、負荷要求指令が増加し、助燃装置を用いて発電出力を増加しなければ、発電プラントの発電出力が不足となるときに、助燃装置の起動を開始することが提案され、特許文献２には、負荷要求指令の増加に対して、素早く対応するために、助燃装置の不必要時であっても起動した状態で待機することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−０５７５８０号公報
【特許文献２】特開２００９−０８５１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、あらかじめ助燃装置を起動した状態で待機させていても、ガスタービンの発電出力が上限の定格の発電出力に達してしまった状態から、助燃装置を用いて、発電プラントの発電出力を増加させようとすると、助燃装置は負荷要求指令の増加に対してガスタービンに比較して負荷追従性が悪いため、負荷要求指令に対する発電プラントの負荷追従性が悪くなってしまう。
【００１０】
発電プラントの発電出力を増加させる際に、負荷要求指令に対する発電プラントの負荷追従性を良くするためには、助燃装置における負荷追従性が悪い領域を極力なくす必要があった。
【００１１】
本発明は、発電プラントの発電出力を増加させる際に、負荷要求指令に対する発電プラントの負荷追従性を良く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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施形態であるコンバインドサイクル発電プラントは、燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、ガスタービンの排ガスの熱を回収して発生する蒸気により駆動する蒸気タービンと、ガスタービンおよび／または蒸気タービンにより駆動される発電機と、ガスタービンの排ガスを昇温する助燃装置と、負荷要求指令に基づいて発電出力を制御するため、ガスタービンおよび助燃装置に出力指令を出力する発電量制御装置と、を備えるものである。
【００１３】
ここで、ガスタービンと蒸気タービンとにそれぞれ発電機が形成されても良く、またガスタービンと蒸気タービンとが一つの軸に形成され、一つの発電機がこの軸上に形成されてもよい。
【００１４】
そして、発電量制御装置は、助燃装置を起動する場合、助燃装置への出力指令を最大変化率で上昇させる制御を行うと共に、ガスタービンへの出力指令を負荷要求指令から助燃装置への出力指令を減じた分、変化させる制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
つまり、発電量制御装置が、ガスタービンに対する出力指令を出力する際には、負荷要求指令から助燃装置に対する出力指令を引いた分を、出力指令として出力するように制御を行う負荷制御手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
ここで、変化させる制御とは、発電量制御装置が、最大変化率より、負荷要求指令の変化率が大きい場合には、ガスタービンへの出力指令を負荷要求指令から助燃装置への出力指令を減じた分、増加させる制御、または、発電量制御装置が、最大変化率より、負荷要求指令の変化率が小さい場合には、ガスタービンへの出力指令を負荷要求指令から助燃装置への出力指令を減じた分、減少させる制御、を行うことを意味する。
【００１７】
つまり、助燃装置が起動してから助燃装置への出力指令が上限に到達するまでの間は、助燃装置への出力指令は一定の割合で上昇し、ガスタービンへの出力指令は助燃装置への出力指令の上昇分および負荷要求指令を勘案しながら、要求負荷に対して負荷追従を行い、助燃装置への出力指令が上限に到達すると、負荷追従性はガスタービンに依存した負荷制御を行うようにしたものである。
【００１８】
また、本発明の一実施形態であるコンバインドサイクル発電プラントの発電量制御装置は、助燃装置を起動する場合、助燃装置への出力指令を最大変化率で上昇させる制御を行うと共に、最大変化率と負荷要求指令の変化率とが同一の場合には、ガスタービンへの出力指令を一定とする制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、発電プラントの発電出力を増加させる際に、負荷要求指令に対する発電プラントの負荷追従性を良く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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施例の発電プラントの構成概要を示すブロック構成図。
【図２】本実施例の発電プラントの特徴部である発電量制御装置で処理する負荷制御の概要を示すの系統図。
【図３】発電量制御装置の処理の一実施形態を示す出力指令の概要を示すタイムチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のコンバインドサイクル発電プラントの一実施形態を、図１を用いて説明する。
【００２２】
図１は、本実施例の発電プラントの構成概要を示すブロック構成図を示す。
【００２３】
図１に示すように、ガスタービン（ＧＴ）１には、発電機（Ｇ）２および空気圧縮機（ＡＣ）３が連結されている。
【００２４】
ガスタービン１は、空気圧縮機３から吐出される高圧の空気と燃料とを燃焼する燃焼器４から供給される燃焼ガスによって駆動され、発電機２を駆動して発電する。
【００２５】
ガスタービン１を駆動した排ガスは、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）５に導かれ、図示していない給水源から供給される給水を加熱して蒸気を発生させる。
【００２６】
一方、排熱回収ボイラ５を流通した排ガスは、図示していない排ガス処理装置を経て大気に放出される。
【００２７】
排熱回収ボイラ５で発生した蒸気は、蒸気タービン（ＳＴ）６に導かれ、蒸気タービン６に連結されている発電機（Ｇ）７を駆動して発電する。
【００２８】
蒸気タービン６を駆動した蒸気は、図示していない復水器に戻される。
【００２９】
図１では、ガスタービン１と蒸気タービン６とにそれぞれ発電機２と発電機７とが連結された二軸型を示したが、これらを一軸で連結した一軸型を適用することもできる。
【００３０】
このように構成されるコンバインドサイクル発電プラントは、発電量制御装置１００によって、図示していない制御装置から与えられる発電機の出力指令（負荷要求指令）に応じて、ガスタービン１の出力と助燃装置８の出力とを制御することにより、負荷追従制御を実行している。
【００３１】
ガスタービン１を駆動した排ガスを昇温させる助燃装置８は、排熱回収ボイラ５の入口部に設けられ、燃料を排ガス中に噴射する助燃バーナを有する。そして、助燃装置８は、助燃バーナから噴射される燃料と排ガス中の残存酸素とを燃焼させ、排ガスを昇温させるようになっている。
【００３２】
これにより、排熱回収ボイラ５に流入するガスタービン１を駆動した排ガスの温度を高めることができるため、排熱回収ボイラ５における蒸気の発生量が増加し、蒸気タービン６の出力を増加させることができる。
【００３３】
なお、助燃装置８は、ガスタービン１から排熱回収ボイラ５に至る排ガスの流路中に設置してもよい。
【００３４】
つまり、本実施例で説明するコンバインドサイクル発電プラントは、燃焼ガスにより駆動するガスタービン１と、ガスタービン１の排ガスの熱を回収して発生する蒸気により駆動する蒸気タービン６と、ガスタービン１により駆動される発電機２および／または蒸気タービン６により駆動される発電機７と、ガスタービン１の排ガスを昇温する助燃装置８と、設定周期ごとに入力される負荷要求指令に基づいて発電出力を制御するため、ガスタービン１および助燃装置８に出力指令を出力する発電量制御装置１００と、を備えるものである。
【００３５】
発電量制御装置１００は、助燃装置８を起動する場合、助燃装置８への出力指令を最大変化率で上昇させる制御を行うと共に、ガスタービン１への出力指令を負荷要求指令から助燃装置８への出力指令を減じた分、変化させる制御を行う。
【００３６】
なお、発電量制御装置１００が、ガスタービン１に出力指令を出力する場合、燃焼器４から供給される燃焼ガスを制御し実施することになる。
【００３７】
また、発電量制御装置１００が、助燃装置８に出力指令を出力する場合、助燃バーナに供給する燃料を制御し実施することになる。
【００３８】
そして、発電量制御装置１００は、蒸気タービン６に対して直接は出力指令を出力しないが、発電量制御装置１００が、助燃装置８に出力増の出力指令を与えると、排ガスの温度が高まり、排熱回収ボイラ５における蒸気の発生量が増加し、蒸気タービン６の出力が増加する。
【００３９】
そして、ガスタービン１と蒸気タービン６との出力の合計であるプラントの出力指令が一定の場合には、発電量制御装置１００は、助燃装置８に出力増の出力指令を与えると、逆に、ガスタービン１には出力減の出力指令が与えられるようになっている。
【００４０】
このように蒸気タービン６の出力は、ガスタービン１の出力に連動して変化する。
【００４１】
蒸気タービン６は、ガスタービン１の排ガスの熱を回収して発生する蒸気により駆動するため、ガスタービン１に比較して、負荷追従性が悪い。
【００４２】
助燃装置８も、ガスタービン１の排ガスの温度を高め、排熱回収ボイラ５における蒸気の発生量を増加させ、蒸気タービン６の出力を増大させているため、負荷追従性は蒸気タービンの特性となり、ガスタービン１に比較して、負荷追従性が悪い。
【００４３】
プラント（コンバインドサイクル発電プラント）の負荷追従性は、ガスタービン１の負荷が上限に達し、さらにプラントの負荷を上げる場合、もしくは、ガスタービン１の負荷が下限に達し、さらにプラントの負荷を下げる場合は、蒸気タービン６の出力の負荷追従性に依存する。こうした場合以外は、ガスタービン１の負荷変化が負荷追従性に依存する。
【００４４】
つまり、発電量制御装置１００は、助燃装置８を起動する場合は、最大変化率で１００％まで助燃装置８の出力を上昇させる制御を行うものである。
【００４５】
そして、発電量制御装置１００は、助燃装置８の最大変化率より、負荷要求指令の変化率が大きい場合には、ガスタービン１への出力指令を負荷要求指令から助燃装置８への出力指令を減じた分、増加させる制御を行う。
【００４６】
または、発電量制御装置１００は、助燃装置８の最大変化率より、負荷要求指令の変化率が小さい場合には、ガスタービン１への出力指令を負荷要求指令から助燃装置８への出力指令を減じた分、減少させる制御を行う。
【００４７】
なお、発電量制御装置１００は、助燃装置８を起動する場合、助燃装置８への出力指令を最大変化率で上昇させる制御を行うと共に、最大変化率と負荷要求指令の変化率とが同一の場合には、ガスタービン１への出力指令を一定とする制御を行う。
【００４８】
このような構成を有することにより、プラントの負荷要求指令に対しては、ガスタービン１で負荷追従させることが可能となり、負荷追従性のよい助燃運転を伴う負荷制御を実現することができる。
【００４９】
図２は、本実施例の発電プラントの特徴部である発電量制御装置で処理する負荷制御の概要を示す系統図を示す。
【００５０】
図２を用いて、本実施例の発電プラントの特徴部である発電量制御装置１００で実行する負荷制御方法を説明する。
【００５１】
発電量制御装置１００は、第１の切替器１０，第１の変化率制限器２０，第２の切替器３０，減算器４０，第２の変化率制限器５０，ローセレクタ６０，ハイセレクタ７０を有する。
【００５２】
第１の切替器１０は、助燃装置８の最大負荷と助燃装置８の最低負荷とを入力し、助燃バーナ点火完了の信号が入力されていると、助燃装置８の最大負荷を出力し、助燃バーナ点火完了の信号が入力されていないと、助燃装置８の最低負荷を出力する。
【００５３】
第１の変化率制限器２０は、第１の切替器１０の出力を入力し、助燃装置８の最大負荷変化率で制限した値を出力する。
【００５４】
第１の切替器１０と第１の変化率制限器２０とを用いて、助燃バーナ点火完了後に、最大負荷変化率で１００％まで助燃装置８の負荷を上昇させる出力指令をつくることができる。
【００５５】
第２の切替器３０は、０（ゼロ）ＭＷと第１の変化率制限器２０の出力とを入力し、助燃バーナ点火完了の信号が入力されていると、第１の変化率制限器２０の出力を出力し、助燃バーナ点火完了の信号が入力されていないと、０ＭＷを出力し、助燃装置８の出力指令として出力する。
【００５６】
減算器４０は、発電機の出力指令（要求負荷指令）と第２の切替器３０の出力とを入力し、発電機の出力指令から助燃装置８の出力指令である第２の切替器３０の出力を引いた値を出力する。
【００５７】
減算器４０により、助燃装置８が起動してから、助燃装置８の出力指令が上限に到達するまでの間は、一定の割合で上昇する助燃装置８の出力指令に対して、ガスタービン１の出力指令は、助燃装置８の出力指令の上昇分を下方修正しながら、要求負荷に対して負荷追従を行う。
【００５８】
助燃装置８の出力指令が上限に到達すると、負荷追従性はガスタービン１に依存した負荷制御を行うことができる。
【００５９】
第２の変化率制限器５０は、減算器４０の出力を入力し、ガスタービン１の最大負荷変化率で制限した値を出力する。
【００６０】
ローセレクタ６０は、ガスタービン１の出力上限値と第２の変化率制限器５０の出力とを入力し、小さい方の値を選択し、ガスタービン１の出力上限以下に制限した値を出力する。
【００６１】
ハイセレクタ７０は、ガスタービン１の出力下限値とローセレクタ６０の出力とを入力し、大きい方の値を選択し、ガスタービン１の出力下限以上に制限した値をガスタービン１の出力指令として出力する。
【００６２】
このような構成を有することにより、助燃装置８に対する出力指令とガスタービン１に対する出力指令とをリンクさせて負荷制御の実現が可能となる。
【００６３】
図３は、発電量制御装置の処理の一実施形態を示す出力指令の概要を示すタイムチャート図を示す。
【００６４】
図３を用いて、助燃装置８の最大出力の割合が、ガスタービン１および蒸気タービン６の最大出力の１０％に相当する場合の出力指令について説明する。
【００６５】
図３は、助燃装置８の最大出力は、ガスタービン１および蒸気タービン６の最大出力の１０％に相当し、ガスタービン１および蒸気タービン６の最大出力の９５％時に、助燃装置８の起動が完了し、助燃装置８の出力を１００％まで上昇させた場合を示している。
【００６６】
ガスタービン１および蒸気タービン６の最大出力の９５％時に、助燃装置８の起動が完了し、助燃装置８の出力を１００％まで上昇させる場合、助燃装置８の出力を徐々に最大負荷変化率で上昇させる。
【００６７】
このようにガスタービン１および蒸気タービン６の最大出力が９５％で一定の場合であって、助燃装置８の出力が徐々に最大負荷変化率で上昇している場合は、この出力の上昇分をガスタービン１および蒸気タービン６の出力から減少させる制御を行うことになり、こうした制御指令を発電量制御装置１００が出力することになる。
【００６８】
ここでガスタービン１および蒸気タービン６の最大出力が９５％の内わけは、ガスタービン１の出力が７５％であり、蒸気タービン６の出力が２０％である。蒸気タービン６の出力の２０％は、助燃装置８が起動することによって増加する。
【００６９】
ガスタービン１および蒸気タービン６の最大出力が変化しない場合（図３では９５％で一定）は、助燃装置８の出力が１００％で一定となっている。
【００７０】
そして、ガスタービン１および蒸気タービン６の要求負荷が、９５％から１１０％に上昇する場合、ガスタービン１の出力を上昇させることで、この要求負荷の上昇に対応することになる。つまり、ガスタービン１の出力が７５％から１００％に上昇することにより、プラント出力が１１０％となる。
【００７１】
つまり、要求負荷が、ガスタービン１および蒸気タービン６の出力の１１０％に上昇すると、助燃装置８の出力は１００％一定で、負荷追従性の優れたガスタービンの負荷追従性に依存してプラントの負荷は上昇することになる。
【００７２】
なお、図３において、ガスタービン１および蒸気タービン６（プラント）の出力が上昇する際に、その終わりに負荷変化が遅れる現象が見受けられる。これは、ガスタービン１の負荷が上限に達し、プラントの負荷上昇が、蒸気タービン６の負荷追従性に依存する場合があることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、助燃運転を伴うコンバインドサイクル発電プラントに利用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１  ガスタービン
２，７  発電機
３  空気圧縮機
４  燃焼器
５  排熱回収ボイラ
６  蒸気タービン
８  助燃装置
１０  第１の切替器
２０  第１の変化率制限器
３０  第２の切替器
４０  減算器
５０  第２の変化率制限器
６０  ローセレクタ
７０  ハイセレクタ
１００  発電量制御装置
【図１】
2011027045.tif 000003
【図２】
2011027045.tif 000004
【図３】
2011027045.tif 000005