(57)【要約】【課題】プラントの起動時間を従来に比べて短くすることが可能な制御装置とそれを備えたガスタービンコンバインドサイクル発電システム、プログラム、およびガスタービンコンバインドサイクル発電システムの制御方法を提供する。【解決手段】排熱回収ボイラ８の節炭器１０出口の温水を利用する第１燃料ガス加熱器６に加え、ガスタービン１の圧縮機２の抽気空気を熱源として利用する第２燃料ガス加熱器７を設け、制御装置３０において、ガスタービンコンバインドサイクル発電システム１０００の起動時に第２燃料ガス加熱器７に抽気吸気を供給する配管の抽気空気調節弁１７を開いて抽気空気による燃料ガス１００の加熱を行う。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンと、圧縮機と、排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラから導出された加熱水を熱源とし、燃焼器に導かれる燃料ガスと熱交換する第１燃料ガス加熱器と、前記第１燃料ガス加熱器に前記加熱水を送るライン上に設けられた第１弁と、前記圧縮機からの抽気空気を熱源とし、前記燃焼器に導かれる前記燃料ガスと熱交換する第２燃料ガス加熱器と、前記第２燃料ガス加熱器に前記抽気空気を送るライン上に設けられた第２弁と、を備えたガスタービンコンバインドサイクル発電システムを制御する制御装置であって、
前記制御装置は、前記ガスタービンコンバインドサイクル発電システムの起動時に前記第２弁を開く制御を実行する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記制御装置は、前記加熱水の温度が第１所定値以上となったときは前記第２弁を閉じる制御を実行する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の制御装置において、
前記制御装置は、前記加熱水の温度が第２所定値以下のときは前記ガスタービンコンバインドサイクル発電システムの起動時に前記第２弁を開く制御を実行し、前記第２所定値より高いときは前記第２弁を開く制御を実行しない
ことを特徴とする制御装置。
【請求項４】
燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器から導出された燃料ガスによって回転駆動されるタービンと、
回転駆動して空気を圧縮する圧縮機と、
前記タービンから導出された排気ガスと熱交換して加熱圧縮水および蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気によって回転駆動される蒸気タービンと、
前記排熱回収ボイラから導出された加熱水を熱源とし、前記燃焼器に導かれる燃料ガスと熱交換する第１燃料ガス加熱器と、
前記第１燃料ガス加熱器に前記加熱水を送るライン上に設けられた第１弁と、
前記圧縮機からの抽気空気を熱源とし、前記燃焼器に導かれる燃料ガスと熱交換する第２燃料ガス加熱器と、
前記第２燃料ガス加熱器に前記抽気空気を送るライン上に設けられた第２弁と、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の制御装置と、を備えた
ことを特徴とするガスタービンコンバインドサイクル発電システム。
【請求項５】
ガスタービンコンバインドサイクル発電システムを制御する制御装置に実行させるプログラムであって、
前記ガスタービンコンバインドサイクル発電システムの起動時に、圧縮機からの抽気空気を熱源とし、燃焼器に導かれる燃料ガスと熱交換する燃料ガス加熱器に熱源を供給して燃料ガスを加熱するよう、前記燃料ガス加熱器に前記抽気空気を送るライン上に設けられた弁を開かせる手順を有する
ことを特徴とするプログラム。
【請求項６】
請求項５に記載のプログラムにおいて、
燃焼器に導かれる燃料ガスと熱交換する第１燃料ガス加熱器の熱源となる、排熱回収ボイラから導出される加熱水の温度が第１所定値以上となったときは前記弁を閉じさせる手順を更に有する
ことを特徴とするプログラム。
【請求項７】
請求項５に記載のプログラムにおいて、
燃焼器に導かれる燃料ガスと熱交換する第１燃料ガス加熱器の熱源となる、排熱回収ボイラから導出される加熱水の温度が第２所定値以下のときは前記ガスタービンコンバインドサイクル発電システムの起動時に前記弁を開かせ、前記第２所定値より高いときは前記弁を開かせない手順を更に有する
ことを特徴とするプログラム。
【請求項８】
ガスタービンコンバインドサイクル発電システムの制御方法であって、
前記ガスタービンコンバインドサイクル発電システムの起動時に、圧縮機からの抽気空気を熱源とし、燃焼器に導かれる燃料ガスと熱交換する燃料ガス加熱器に熱源を供給して燃料ガスを加熱するよう、前記燃料ガス加熱器に前記抽気空気を送るライン上に設けられた弁を開かせる工程を有する
ことを特徴とするガスタービンコンバインドサイクル発電システムの制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載のガスタービンコンバインドサイクル発電システムの制御方法において、
燃焼器に導かれる燃料ガスと熱交換する第１燃料ガス加熱器の熱源となる、排熱回収ボイラから導出される加熱水の温度が第１所定値以上となったときは前記弁を閉じさせる工程を更に有する
ことを特徴とするガスタービンコンバインドサイクル発電システムの制御方法。
【請求項１０】
請求項８に記載のガスタービンコンバインドサイクル発電システムの制御方法において、
燃焼器に導かれる燃料ガスと熱交換する第１燃料ガス加熱器の熱源となる、排熱回収ボイラから導出される加熱水の温度が第２所定値以下のときは前記ガスタービンコンバインドサイクル発電システムの起動時に前記弁を開かせ、前記第２所定値より高いときは前記弁を開かせない工程を更に有する
ことを特徴とするガスタービンコンバインドサイクル発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガス加熱装置を備えたガスタービンコンバインドサイクル発電システムに好適な制御装置とそれを備えたガスタービンコンバインドサイクル発電システム、プログラム、およびガスタービンコンバインドサイクル発電システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複圧式の排熱回収ボイラを採用するに際し、プラント出力を低下させずにプラント効率を向上させることを目的として、特許文献１には、排熱回収ボイラに設置される中圧節炭器の加熱水出口より加熱水を抽水する抽水ラインと、抽水ラインを通じて抽水された加熱水を用いて、ガスタービンプラントで使用する燃料ガスを加熱する低温燃料加熱装置と、排熱回収ボイラに設置される中圧節炭器よりも排ガス流路上流に位置する高圧二次節炭器の加熱水出口より加熱水を抽水する抽水ラインと、抽水ラインを通じて抽水された加熱水を用いて、低温燃料加熱装置により加熱された燃料ガスをさらに加熱する高温燃料加熱装置と、高温燃料加熱装置における燃料ガス加熱後の加熱水を中圧節炭器の加熱水出口へ戻す加熱水戻しラインと、を具備する燃料ガス加熱設備を有するコンバインドサイクル発電プラントが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−６８３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、ガスタービンコンバインドサイクル発電システムの発電効率の向上のため、排熱回収ボイラの節炭器出口から供給される高温の水を利用してガスタービンの燃料ガスを加熱する燃料ガス加熱器を備えた発電システムが開発されている。
【０００５】
一方、環境に対する配慮から、ガスタービンから排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減したいという要望があり、ガスタービンの燃焼器にはＮＯｘを低減できる予混合燃焼方式が多く採用されている。
【０００６】
一般的な予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器においては、一つの燃焼器に複数のバーナを設けており、かつ、プラントの起動過程においてはガスタービンの負荷に応じて燃料ガスを供給するバーナの組み合わせが決まっている。このため、プラントの起動過程では、ガスタービン負荷の上昇に合わせて燃料ガスを供給するバーナを適宜切り替えること（燃焼モード切替）によりＮＯｘの低減を図っている。
【０００７】
この燃焼モード切替の操作の際は、不安定燃焼を防止するために燃焼モードに応じて燃料ガスの温度、比重、発熱量を適切に管理する必要がある。燃料ガスの温度、比重、発熱量を管理する指標として、ＭＷＩと呼ばれる指標がある。式（１）に、ＭＷＩの計算式を示す。
ＭＷＩ＝ＬＨＶ／√（ＳＧ×Ｔｇ）      …  （１）
【０００８】
ここで、ＬＨＶ：燃料ガスの低位発熱量、ＳＧ：燃料ガス比重、Ｔｇ：燃料ガス温度、をそれぞれ表す。
【０００９】
一般的に、排熱回収ボイラの熱容量が大きいため、プラントの起動過程において燃料ガス加熱器に供給される加熱水の温度上昇に時間を要していた。このため、特許文献１に記載されたような従来のガスタービンコンバインドサイクル発電システムでは、ガスタービンの負荷に対して燃料ガスの温度が十分に上昇しておらず、燃料ガスのＭＷＩが燃焼切替の管理値の範囲に入らない場合があった。
【００１０】
この場合、排熱回収ボイラから供給される加熱水の温度が上昇して燃料ガスの温度が上昇し、燃料ガスのＭＷＩが管理値の範囲内に入るまでガスタービンの負荷を保持するか、ガスタービンの負荷上昇レートを小さくする必要があり、いずれの方法によってもプラントの起動時間を短縮することが困難である、との課題があった。
【００１１】
本発明は、プラントの起動時間を従来に比べて短くすることが可能な制御装置とそれを備えたガスタービンコンバインドサイクル発電システム、プログラム、およびガスタービンコンバインドサイクル発電システムの制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、タービンと、圧縮機と、排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラから導出された加熱水を熱源とし、燃焼器に導かれる燃料ガスと熱交換する第１燃料ガス加熱器と、前記第１燃料ガス加熱器に前記加熱水を送るライン上に設けられた第１弁と、前記圧縮機からの抽気空気を熱源とし、前記燃焼器に導かれる前記燃料ガスと熱交換する第２燃料ガス加熱器と、前記第２燃料ガス加熱器に前記抽気空気を送るライン上に設けられた第２弁と、を備えたガスタービンコンバインドサイクル発電システムを制御する制御装置であって、前記制御装置は、前記ガスタービンコンバインドサイクル発電システムの起動時に前記第２弁を開く制御を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガスタービンコンバインドサイクル発電プラントの起動時間を短縮することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例のガスタービンコンバインドサイクル発電システムにおけるガスタービン、排熱回収ボイラ、燃料ガスの概要を示す系統図である。
【図２】本発明の実施例のガスタービンコンバインドサイクル発電システムにおけるガスタービン、圧縮機抽気系統、燃料ガス加熱器の概要を示す系統図である。
【図３】本発明の実施例のガスタービンコンバインドサイクル発電システムにおける制御フローを示す図である。
【図４】従来技術のガスタービンコンバインドサイクル発電プラントにおける起動トレンドを示す図である。
【図５】本発明の実施例のガスタービンコンバインドサイクル発電システムにおける起動トレンドを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の制御装置とそれを備えたガスタービンコンバインドサイクル発電システム、プログラム、およびガスタービンコンバインドサイクル発電システムの制御方法の実施例を、図１乃至図５を用いて説明する。
【００１６】
最初に、図１および図２を用いてガスタービンコンバインドサイクル発電システムの全体像について、ガスタービン、排熱回収ボイラおよび燃料ガス系統を中心に説明する。図１は本実施例のガスタービンコンバインドサイクル発電システムにおけるガスタービン、排熱回収ボイラ、燃料ガスの概要を示す系統図である。図２は本実施例のガスタービンコンバインドサイクル発電システムにおけるガスタービン、圧縮機抽気系統、燃料ガス加熱器の概要を示す系統図である。
【００１７】
図１および図２において、ガスタービンコンバインドサイクル発電システム１０００は、ガスタービン１、蒸気タービン１４、復水器１５、排熱回収ボイラ８、煙突１８、燃料ガス系統２００、給水系統２０１、蒸気系統２０２、燃料ガス加熱水系統２０３、抽気系統２０４、制御装置３０、温度計４１、温度計４３等を備えている。
【００１８】
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機２、燃焼器３、タービン４、および発電機５で構成される。
【００１９】
圧縮機２は、回転駆動により外気を圧縮して圧縮空気を生成する。燃焼器３は、圧縮機２で生成した圧縮空気中で燃料ガス１００を燃焼させてより高温高圧とする。この燃焼器３には燃料ガス１００を供給する燃料ガス系統２００が接続されている。タービン４は、燃焼器３で生成した高温高圧の燃料ガスによって回転駆動される。発電機５は、タービン４の回転及び後述する蒸気タービン１４の回転によって発電する。
【００２０】
燃料ガス系統２００は第１燃料ガス加熱器６、第２燃料ガス加熱器７と配管から構成されており、燃料ガス供給源（図示省略）と燃焼器３とを接続する。なお、燃料ガス１００が通過する順序は、図１および図２に示すように第１燃料ガス加熱器６、第２燃料ガス加熱器７の順とすることがその到達温度（第１燃料ガス加熱器６では１００℃前後、第２燃料ガス加熱器７では２００℃程度）の都合上望ましいが、逆とすることも可能である。
【００２１】
第１燃料ガス加熱器６は、後述する排熱回収ボイラ８から導出された加熱水を熱源とし、燃焼器３に導かれる燃料ガス１００と熱交換することで燃料ガス１００を加熱する。
【００２２】
第２燃料ガス加熱器７は、圧縮機２からの抽気空気を熱源とし、燃焼器３に導かれる燃料ガス１００と熱交換することで燃料ガス１００を加熱する。
【００２３】
図２に示す抽気系統２０４は、圧縮機２の中間段と第２燃料ガス加熱器７とを接続しており、圧縮機２の中間段から圧縮空気を抽気し、抽気空気を第２燃料ガス加熱器７に送るための配管である。この抽気系統２０４には抽気空気調節弁（第２弁）１７が備えられている。なお、抽気系統２０４は、圧縮機２の中間段に設けられる必要はなく、上流側の前段や下流側の後段であってもよい。
【００２４】
蒸気タービン１４は、排熱回収ボイラ８で生成された過熱蒸気によって回転駆動される。
【００２５】
復水器１５は、蒸気タービン１４を駆動させた蒸気を水に戻す。
【００２６】
排熱回収ボイラ８は、ガスタービン１のタービン４から導出された排気ガスのエネルギーを回収するためにタービン４の下流に設けられており、排気ガスと熱交換して加熱圧縮水および蒸気を生成する。この排熱回収ボイラ８には給水系統２０１と蒸気系統２０２とが接続されている。
【００２７】
給水系統２０１は、復水器１５と排熱回収ボイラ８とを接続する配管であり、その途中には給水ポンプ９が設置されている。
【００２８】
蒸気系統２０２は、節炭器１０、蒸気ドラム１１、蒸発器１２、過熱器１３および配管から構成され、蒸気タービン１４を経て復水器１５に接続されている。
【００２９】
節炭器１０は、排気ガスの熱を利用して水を加熱する。蒸気ドラム１１は、蒸発器１２にて発生した水蒸気と水とを分離する。ここでの水とは、蒸気ドラム１１内の水のことをいう。蒸発器１２は、節炭器１０で加熱された水をさらに排気ガスの熱を利用して加熱して水蒸気を発生させる。過熱器１３は、蒸発器１２で発生した水蒸気をさらに排気ガスの熱を利用して過熱し、より高い温度の過熱蒸気を発生させる。
【００３０】
蒸気ドラム１１内には、その内側にある加熱水の温度を計測する温度計４１が設けられている。
【００３１】
蒸気系統２０２には、節炭器１０の出口において蒸気系統２０２から加温された加熱水を分岐して、第１燃料ガス加熱器６に加熱水を送るための燃料ガス加熱水系統２０３が接続されている。この燃料ガス加熱水系統２０３上には、加熱水調節弁（第１弁）１６と、燃料ガス加熱水系統２０３の加熱水の温度を計測する温度計４３が備えられている。
【００３２】
制御装置３０は、ガスタービンコンバインドサイクル発電システム１０００の各機器の動作を制御しており、本実施例では、特にガスタービンコンバインドサイクル発電システム１０００の起動時に抽気空気調節弁１７を開く制御を実行する。特に、本実施例の制御装置３０は、加熱水の温度が設定値（第２所定値）以下のときはガスタービンコンバインドサイクル発電システム１０００の起動時に抽気空気調節弁１７を開き、設定値より高いときは抽気空気調節弁１７を開かずに、通常起動させる制御を実行する。更に、制御装置３０は、加熱水の温度が設定値（第１所定値）以上となったときは抽気空気調節弁１７を閉じる制御を実行する。
【００３３】
本実施例における空気、燃料ガス、水および蒸気の流れについて図１および図２を用いて説明する。
【００３４】
図１に示すガスタービン１においては、圧縮機２は大気より吸い込んだ空気を圧縮し、燃焼器３に供給する。燃焼器３は圧縮空気と燃料ガス１００を燃焼させて高温の燃料ガスを生成し、タービン４に供給する。
【００３５】
タービン４は高温の燃料ガスの供給により回転動力が与えられ、タービン４の回転動力が圧縮機２及び発電機５に伝達される。圧縮機２に伝えられた回転動力は空気の圧縮動力に用いられ、発電機５に伝えられた回転動力は電気エネルギーに変換される。
【００３６】
タービン４から排出された排気ガスは排熱回収ボイラ８を通過した後、煙突１８より排出される。
【００３７】
排熱回収ボイラ８において、給水系統２０１を通じて給水ポンプ９により昇圧した水は、節炭器１０に流入し燃料ガスと熱交換することで温度上昇し、蒸気ドラム１１に流入する。蒸気ドラム１１中の水は蒸発器１２に流入し、タービン４から排出された排気ガスと熱交換することで水から蒸気となり、再度蒸気ドラム１１に流入する。
【００３８】
蒸気ドラム１１中の蒸気は過熱器１３に流入し、排気ガスと熱交換することで過熱蒸気となり、蒸気タービン１４に流入する。蒸気タービン１４は過熱蒸気の供給により回転動力が与えられ、回転動力が発電機５に伝達されて電気エネルギーに変換される。
【００３９】
蒸気タービン１４から排出された蒸気は復水器１５に流入し、冷却されて水となった後、再度給水ポンプ９を通じて排熱回収ボイラ８に流入する。
【００４０】
ここで、燃料ガス１００は、第１燃料ガス加熱器６、第２燃料ガス加熱器７の順に加熱源を通過して所定の温度まで加熱された後、燃焼器３に供給される。
【００４１】
このうち、第１燃料ガス加熱器６では、燃料ガス１００を加熱する熱源として、上述のように、排熱回収ボイラ８の節炭器１０出口から分岐した高温の加熱水を使用する。第１燃料ガス加熱器６に供給された加熱水は、燃料ガス１００と熱交換して低温となった後は、第１燃料ガス加熱器６から排出されて復水器１５に回収される。
【００４２】
一方、第２燃料ガス加熱器７は、燃料ガス１００を加熱する熱源として、上述のように、圧縮機２中間段から抽気された抽気空気を使用する。抽気空気は圧縮される過程で温度上昇するため、第２燃料ガス加熱器７において燃料ガス１００を加熱する熱源として使用できる。第２燃料ガス加熱器７に供給された抽気空気は、燃料ガス１００と熱交換して低温となった後は、第２燃料ガス加熱器７から排出され、タービン４出口において排気ガスと合流し、煙突１８から排出される。
【００４３】
次に、本実施例に係る制御装置３０によるガスタービンコンバインドサイクル発電システム１０００の制御方法について図３を参照して説明する。図３は本発明の実施例のガスタービンコンバインドサイクル発電システムにおける制御フローを示す図である。この図３に示す制御フローは、ガスタービンコンバインドサイクル発電システムの起動時に実行される。
【００４４】
図３において、まず、制御装置３０は、温度計４１によって測定された蒸気ドラム１１内の加熱水の温度の入力を受ける（ステップＳ１０１）。
【００４５】
次いで、制御装置３０は、ステップＳ１０１で測定した蒸気ドラム１１内の加熱水の温度が設定値（第２所定値）以下か否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００４６】
このステップＳ１０２において加熱水温度が設定値以下でないと判定されたときは、蒸気ドラム１１内の加熱水の温度が高く、第１燃料ガス加熱器６に送る加熱水のみで燃料ガス１００を十分に加熱することができる状態である。このため、圧縮機２の抽気を利用した燃料ガス１００の加熱が不要であることから、処理をステップＳ１０３に進めて通常起動させる（ステップＳ１０３）。
【００４７】
これに対し、ステップＳ１０２において加熱水の温度が設定値以下であると判定されたときはステップＳ１０４に処理を進め、制御装置３０は、抽気空気調節弁１７を開弁し、システムを起動する（ステップＳ１０４）。
【００４８】
このステップＳ１０４が、制御装置３０に実行させるプログラムが有する、抽気空気調節弁１７を開かせる手順に相当し、またガスタービンコンバインドサイクル発電システム１０００の制御方法が有する、抽気空気調節弁１７を開かせる工程に相当する。
【００４９】
また、これらステップＳ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０４が、制御装置３０に実行させるプログラムが有する、加熱水の温度が第２所定値以下のときは抽気空気調節弁１７を開かせ、第２所定値より高いときは抽気空気調節弁１７を開かせない手順に相当し、またガスタービンコンバインドサイクル発電システム１０００の制御方法が有する、加熱水の温度が第２所定値以下のときは抽気空気調節弁１７を開かせ、第２所定値より高いときは抽気空気調節弁１７を開かせない工程に相当する。
【００５０】
次いで、制御装置３０は、温度計４３によって測定された燃料ガス加熱水系統２０３内を流れる加熱水の温度の入力を受ける（ステップＳ１０５）。
【００５１】
次いで、制御装置３０は、ステップＳ１０５で測定した燃料ガス加熱水系統２０３の加熱水の温度が設定値（第１所定値）以上か否かを判定する（ステップＳ１０６）。
【００５２】
プラント起動から時間が経過すると、排熱回収ボイラ８が温まることで加熱水の温度も上昇する。このステップＳ１０６において加熱水の温度が設定値以上であると判定されたときは、蒸気ドラム１１内の加熱水が充分に高温になって、第１燃料ガス加熱器６に送る加熱水のみで燃料ガス１００を十分に加熱することができる状態である。このため、圧縮機２の抽気を利用した燃料ガス１００の加熱が不要となることから、ステップＳ１０７に処理を進めて、制御装置３０は、抽気空気調節弁１７を閉弁する（ステップＳ１０７）。これに対し、設定値以上でないと判定されたときは処理をステップＳ１０５に戻す。
【００５３】
このステップＳ１０７が、制御装置３０に実行させるプログラムが有する、加熱水の温度が第１所定値以上となったときは抽気空気調節弁１７を閉じさせる手順に相当し、またガスタービンコンバインドサイクル発電システム１０００の制御方法が有する、加熱水の温度が第１所定値以上となったときは抽気空気調節弁１７を閉じさせる工程に相当する。
【００５４】
なお、上記ステップＳ１０２で用いる第２所定値およびステップＳ１０７において用いる第１所定値は、第１燃料ガス加熱器６による加熱のみで燃料ガスのＭＷＩを管理値の範囲内に制御可能となる温度（図５に示す燃焼切替下限温度）に基づいて設定することが望ましい。
【００５５】
本実施例におけるガスタービンコンバインドサイクル発電システムの起動トレンドについて図４および図５を用いて説明する。
【００５６】
最初に従来技術のガスタービンコンバインドサイクル発電システムでのコールド起動における発電機出力、加熱水温度、燃料ガス温度のトレンドについて図４を用いて説明する。図４は従来技術のガスタービンコンバインドサイクル発電プラントにおける起動トレンドを示す図である。図４では、縦軸は上から順に発電機５の出力、第１燃料ガス加熱器６に送る加熱水の温度、燃料ガス１００の温度とし、横軸は全て時間とする。
【００５７】
図４に示す従来技術では、発電機出力のトレンドに示すように、プラントを起動させ、部分負荷まで負荷上昇した後で一定時間計画負荷保持し、蒸気タービンや排熱回収ボイラを暖機する。この排熱回収ボイラの暖機にともない、加熱水温度、燃料ガス温度は徐々に上昇する。
【００５８】
燃料ガス温度が上昇し続けて計画負荷保持完了となる下限温度以上となったら、再度負荷上昇を開始する。
【００５９】
その後、負荷上昇過程で燃焼切替を実施する負荷に到達した際に、従来技術においては、排熱回収ボイラの温度上昇が不十分なことによって燃料ガスの加熱が不足して燃料ガス温度が十分に上昇しておらず、燃料ガス温度が燃焼切替に必要な下限温度以下となる場合があった。この場合、燃料ガス温度が上昇するまで燃焼切替を開始することができず負荷上昇することができない。
【００６０】
この問題に対処するためには、燃料ガス温度が燃焼切替下限温度以上となるまで計画外の負荷保持をするか、計画負荷保持完了以降の負荷上昇レートを小さくする等の時間を要する対策を行う必要があり、いずれの方法によっても起動時間が長くなるという課題があった。
【００６１】
次に、本実施例のコールド起動における発電機出力、加熱水温度、燃料ガス温度、抽気空気温度、抽気空気流量のトレンドについて図５を用いて説明する。図５は本実施例のガスタービンコンバインドサイクル発電システムにおける起動トレンドを示す図である。図５では、縦軸は上から順に発電機５の出力、第１燃料ガス加熱器６に送る加熱水の温度、燃料ガス１００の温度、圧縮機２から抽気される抽気空気の温度、第２燃料ガス加熱器７に送る抽気空気の流量とし、横軸は全て時間とする。
【００６２】
上述のように、本実施例では、プラント起動後に圧縮機２からの抽気を開始し、第２燃料ガス加熱器７に抽気空気を供給する。
【００６３】
図５に示すように、圧縮機２からの抽気空気はガスタービン１の負荷上昇とほぼ同時に温度上昇するため、燃料ガス１００の温度上昇の立ち上がりが図４に示す従来技術の場合に比べて早くなり、従来技術よりも計画負荷保持中の燃料ガス温度が高くなる。
【００６４】
このため、燃料ガス温度がより早く計画負荷保持完了となる下限温度以上となるため、燃焼切替までに要する暖機時間を従来技術よりも短くすることができる。
【００６５】
従って、負荷上昇過程で、燃焼切替を実施する負荷に到達した際に、燃料ガス温度が燃焼切替下限温度以上となることを待つ必要がなくなる。このため、従来技術のように計画外の負荷保持をするか負荷上昇レートを小さくする必要が無くなり、起動時間が短縮される。
【００６６】
また、従来技術において燃料ガス温度が燃焼切替下限温度以上となるタイミング、すなわち第１燃料ガス加熱器６による加熱のみで燃料ガス１００を加熱できる温度となった時には、抽気空気調節弁１７を閉じる。
【００６７】
次に、本実施例の効果について説明する。
【００６８】
上述した本実施例のガスタービンコンバインドサイクル発電システム１０００では、排熱回収ボイラ８の節炭器１０出口の温水を利用する第１燃料ガス加熱器６に加え、ガスタービン１の圧縮機２の抽気空気を熱源として利用する第２燃料ガス加熱器７を設け、制御装置３０において、ガスタービンコンバインドサイクル発電システム１０００の起動時に第２燃料ガス加熱器７に抽気吸気を供給する配管の抽気空気調節弁１７を開いて抽気空気による燃料ガス１００の加熱制御を実行する。
【００６９】
プラントの起動直後においては、排熱回収ボイラ８の熱容量が大きいため第１燃料ガス加熱器６に供給される加熱水の温度が十分に上昇していない。一方、圧縮機２中間段から抽気された抽気空気は、加熱水の温度上昇と比べて応答性が高く、ガスタービン１の負荷上昇とほぼ同時に温度上昇する。このため、第１燃料ガス加熱器６に熱源を供給する加熱水調節弁１６に加えて、抽気空気調節弁１７を開とすることで、燃料ガス１００の温度の応答性を高めることができる。これにより、プラントの起動過程における燃料ガス１００の温度上昇を従来に比べて早めることができ、従来のプラントのように起動過程において燃料ガスの温度上昇を待つためにガスタービンの負荷を保持する必要や低レートでの負荷上昇を行う必要が無くなり、起動時間を短縮することができる。
【００７０】
また、制御装置３０は、加熱水の温度が第１所定値以上となったときは抽気空気調節弁１７を閉じる制御を実行するため、プラントの高負荷から定格負荷条件において圧縮機２から抽気空気を抽出することによるガスタービン出力や効率の低下を防ぐことができ、プラントを高出力、高効率で運転することが可能となる。
【００７１】
更に、制御装置３０は、加熱水の温度が第２所定値以下のときはガスタービンコンバインドサイクル発電システム１０００の起動時に抽気空気調節弁１７を開く制御を実行し、第２所定値より高いときは抽気空気調節弁１７を開く制御を実行しないことで、起動時に抽気空気による燃料ガス１００の加熱が不要な場合において抽気空気を抽出することによるガスタービン出力や効率の低下を防ぐことができ、プラントを高出力、高効率で運転することが可能となる。
【００７２】
＜その他＞  
なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。
【００７３】
例えば、制御装置３０は、プラント起動直後においては、蒸気ドラム１１内の温度を測定せずに、加熱水調節弁１６、抽気空気調節弁１７を開とし、第１燃料ガス加熱器６と第２燃料ガス加熱器７の両方に熱源を供給して燃料ガス１００を加熱するように制御することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１…ガスタービン
２…圧縮機
３…燃焼器
４…タービン
５…発電機
６…第１燃料ガス加熱器
７…第２燃料ガス加熱器
８…排熱回収ボイラ
９…給水ポンプ
１０…節炭器
１１…蒸気ドラム
１２…蒸発器
１３…過熱器
１４…蒸気タービン
１５…復水器
１６…加熱水調節弁（第１弁）
１７…抽気空気調節弁（第２弁）
１８…煙突
３０…制御装置
４１…温度計
４３…温度計
１００…燃料ガス
２００…燃料ガス系統
２０１…給水系統
２０２…蒸気系統
２０３…燃料ガス加熱水系統
２０４…抽気系統
１０００…ガスタービンコンバインドサイクル発電システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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