(57)【要約】      （修正有）【課題】プラント単独での起動時間短縮、起動時間短縮の隘路となる蒸気タービンの熱応力・熱伸び差の軽減ならびに起動時間短縮にともなうプラント全体の安定運用を図る。【解決手段】燃料を燃焼して駆動されるガスタービン１と、復水器から給水配管を介して供給された給水をガスタービンの排ガスにより加熱し蒸気を発生する排熱回収ボイラ５と、排熱回収ボイラから蒸気配管を介して供給された蒸気により駆動される蒸気タービン２と、ガスタービンと蒸気タービンのいずれか、あるいは双方により駆動される発電機と、蒸気タービンで仕事をした後の蒸気を水に戻すための復水器６とから構成されるコンバインドサイクル発電プラントであって、蒸気配管から分岐し、排熱回収ボイラで発生した蒸気を復水器へ導くとともに減温器を備えるタービンバイパス管、減温器へ供給するスプレ水を貯留するためのスプレ水タンク３８、を備えたコンバインドサイクル発電プラント。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼して駆動されるガスタービンと、復水器から給水配管を介して供給された給水を前記ガスタービンの排ガスにより加熱し、蒸気を発生する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラから蒸気配管を介して供給された蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービンと蒸気タービンのいずれか、あるいは双方により駆動される発電機と、前記蒸気タービンで仕事をした後の蒸気を水に戻すための前記復水器とから構成されるコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記蒸気配管から分岐し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を前記復水器へ導くとともに減温器を備えるタービンバイパス管、前記減温器へ供給するスプレ水を貯留するためのスプレ水タンク、を備え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】
請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記給水配管は、前記復水器から給水を抜き出し、圧送する給水ポンプを備えており、前記給水ポンプの出口から分岐し、スプレ水供給量を調整するためのスプレ水供給弁を介して前記スプレ水タンクに至るスプレ水供給配管、前記スプレ水タンクからバイパススプレ加減弁を介して前記減温器へスプレ水を供給するスプレ配管を備え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３】
請求項２に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記ガスタービンが定格速度に達したことをもって負荷併入を行い、前記排熱回収ボイラが蒸気発生した後に前記蒸気タービンに通気して暖機を行い、負荷上昇を行うとともに、前記蒸気タービンに通気するまでの間前記排熱回収ボイラが発生した蒸気を前記タービンバイパス管に設けられた前記減温器で冷却して前記復水器に導く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４】
請求項３に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記ガスタービンの起動により前記排熱回収ボイラから発生した蒸気を、前記タービンバイパス管を介して前記復水器へ排出する際、前記バイパススプレ加減弁を開いて前記復水器へ流入する蒸気を冷却するとともに、前記復水器の水位を前記スプレ水供給弁により制御することで、給水ポンプ出口からの給水の一部をスプレ水タンクへ注水する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５】
請求項２に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記ガスタービンの起動により前記排熱回収ボイラより発生した蒸気を前記蒸気タービンの入口に供えた蒸気加減弁を開いて前記蒸気タービンに導き暖機するとともに、余剰となった蒸気を前記タービンバイパス管に設けられたタービンパイパス弁を開いて復水器へと排気する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６】
請求項１から請求項５のいずれか1項に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記発電機は、前記ガスタービンにより駆動される発電機と、蒸気タービンにより駆動される発電機が互いに独立に設けられている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７】
請求項６に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記ガスタービンの負荷に応じて前記蒸気タービンの負荷上限を決定する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８】
燃料を燃焼して駆動されるガスタービンと、復水器からの給水を前記ガスタービンの排ガスにより加熱し、蒸気を発生する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービンと蒸気タービンのいずれか、あるいは双方により駆動される発電機と、前記蒸気タービンで仕事をした後の蒸気を水に戻すための前記復水器と、前記排熱回収ボイラからの蒸気を減温器を介して前記復水器に導くタービンバイパス管と、前記復水器内の復水の一部を供給され、前記減温器へ供給するスプレ水として貯留するためのスプレ水タンクとを備えたコンバインドサイクル発電プラントの運転方法であって、
前記ガスタービンが定格速度に達したことをもって負荷併入を行い、前記排熱回収ボイラが蒸気発生した後に前記蒸気タービンに通気して暖機を行い、負荷上昇を行うとともに、前記蒸気タービンに通気するまでの間前記排熱回収ボイラが発生した蒸気を前記タービンバイパス管に設けられた前記減温器で冷却して前記復水器に導くことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの駆動力ならびにガスタービンの高温排ガスで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンの駆動力から電力を得るコンバインドサイクル発電プラント及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の原因物質の一つとされる二酸化炭素の大気への放出量削減に向けた国際的な取り組みから、各国において太陽光発電・風力発電など二酸化炭素を排出しない再生可能エネルギー発電の導入が推進されている。
【０００３】
かかる状況にあって、化石燃料である天然ガスを燃料とするコンバインドサイクル発電プラントを保有する電力会社には、自国における二酸化炭素排出量削減目標値に応じた施策として、発電効率の低い中小容量のプラントを休止とし、発電効率が高くかつ大容量のプラントの稼働を優先するなどの運用が求められている。
【０００４】
その一方で、コンバインドサイクル発電プラントには、ガスタービンの負荷追従性能の高さから、電力系統内の電力需給を調整する負荷調整の機能も求められている。たとえば太陽光発電は、太陽高度の高い日中に比べ、高度の低い早朝や夕刻に発電量が低下する。この時間帯の電力不足を補うため、コンバインド発電プラントには朝晩２回の急速起動・負荷変化といった過酷な運用（ピーク運用）が課せられることとなる。
【０００５】
コンバインドサイクルの起動制御技術に関して、特許文献１、特許文献２、特許文献３が知られている。
【０００６】
特許文献１には、「ガスタービンの排ガスを用いて排熱回収ボイラから蒸気を得る一軸型複合（コンバインドサイクル）発電プラントにおいて、起動時の低圧蒸気タービンの冷却に必要となる補助蒸気として、排熱回収ボイラの低圧ドラムから発生した蒸気を用いる。」ことが記載されている。
【０００７】
また特許文献２には、「ガスタービンの排ガスを用いて排熱回収ボイラから蒸気を得るコンバインドサイクル発電プラントにおいて、起動時における蒸気タービンの冷却ならびに待機時の保温にごみ焼却炉で発生した蒸気を用いる。」ことが記載されている。
【０００８】
特許文献３には、「ガスタービンの排ガスを用いて排熱回収ボイラから蒸気を得るコンバインドサイクル発電プラントにおいて、ガスタービン単独運転時に排熱回収ボイラより発生した蒸気を、タービンパイパス管を通じて直接復水器に排出する際に、前記タービンバイパス管に設けた減温器を用いることで復水器へと供給する蒸気の温度を低減する方法」が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１２９９０９号公報
【特許文献２】特開平０８−２４６８１４号公報
【特許文献３】特開２０１３−１５１８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
現状のコンバインドサイクル発電プラントに求められている運用は、太陽光発電を補佐するものであり、その責務は太陽光発電が十分に機能し得ない朝（電力需要は増大してくるが日照不足により太陽光発電が十分に行えない）、並びに夕方（日没により太陽光発電は行えないが電力需要の減少にはまだ時間がある）の夫々数時間をカバーすることである。
【００１１】
朝夕の各短時間で起動・運用し、停止するにはガスタービンの高速性が有効であるが、付随的に発生する排熱回収ボイラからの蒸気により駆動される蒸気タービンは、時として障害となることがある。短時間運用なので、蒸気タービンが出力する前、或は直後にはコンバインドサイクル発電プラント自体が停止段階にあり、蒸気タービンにおける通気或は昇速、負荷段階での制御などを考慮すると、むしろ蒸気タービンを使用しない方が有利な場面も考えられる。
【００１２】
特許文献１ならびに特許文献２に示すとおり、コンバインドサイクル発電プラントの起動に際しては大型構造体である蒸気タービンに対して補助蒸気を供給する方法が一般的である。補助蒸気の供給は、蒸気タービンの回転部（ロータ動翼）の熱応力緩和、あるいは回転部（駆動軸）と静止部（ケーシング）の熱伸び差緩和を目的とする。補助蒸気は、コンバインドサイクル本体から発生した蒸気、あるいはプラント外部から発生した蒸気いずれを用いても良い。
【００１３】
しかしながら、特許文献１に示すプラント起動方法では、ガスタービンを起動してのち蒸気タービンを暖機し、暖機完了後に発電を開始することから、先に述べた短時間のピーク運用が難しい。また、特許文献２に示すごみ焼却炉からの蒸気利用は、他のプラントからの熱供給が前提であり、プラント単独での急速起動短縮を想定していない。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、プラント単独での起動時間短縮、起動時間短縮の隘路となる蒸気タービンの熱応力・熱伸び差の軽減ならびに起動時間短縮にともなうプラント全体の安定運用にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上のことから本発明においては、「燃料を燃焼して駆動されるガスタービンと、復水器から給水配管を介して供給された給水を前記ガスタービンの排ガスにより加熱し、蒸気を発生する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラから蒸気配管を介して供給された蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービンと蒸気タービンのいずれか、あるいは双方により駆動される発電機と、前記蒸気タービンで仕事をした後の蒸気を水に戻すための前記復水器とから構成されるコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記蒸気配管から分岐し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を前記復水器へ導くとともに減温器を備えるタービンバイパス管、前記減温器へ供給するスプレ水を貯留するためのスプレ水タンク、を備え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」としたものである。
【００１６】
また本発明においては、「燃料を燃焼して駆動されるガスタービンと、復水器からの給水を前記ガスタービンの排ガスにより加熱し、蒸気を発生する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービンと蒸気タービンのいずれか、あるいは双方により駆動される発電機と、前記蒸気タービンで仕事をした後の蒸気を水に戻すための前記復水器と、前記排熱回収ボイラからの蒸気を減温器を介して前記復水器に導くタービンバイパス管と、前記復水器内の復水の一部を供給され、前記減温器へ供給するスプレ水として貯留するためのスプレ水タンクとを備えたコンバインドサイクル発電プラントの運転方法であって、
前記ガスタービンが定格速度に達したことをもって負荷併入を行い、前記排熱回収ボイラが蒸気発生した後に前記蒸気タービンに通気して暖機を行い、負荷上昇を行うとともに、前記蒸気タービンに通気するまでの間前記排熱回収ボイラが発生した蒸気を前記タービンバイパス管に設けられた前記減温器で冷却して前記復水器に導くことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントの運転方法」としたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によればコンバインドサイクル発電プラントによれば、ガスタービンを急速起動した際に復水器に流入する高圧高温蒸気により復水器真空度が低下することを防止できる。
【００１８】
さらに、本発明の実施例によればコンバインドサイクル発電プラントによれば、ガスタービンを急速起動した際に、高温高圧蒸気の復水によって不足する給水にスプレ水タンク内に貯留したスプレ水を用いることで、プラントを安全に起動できる。
【００１９】
さらに、本発明の実施例によればコンバインドサイクル発電プラントによれば、負荷調整のためガスタービンを急速起動した際においても、蒸気タービンの起動完了を待つことなく負荷を併入、電力系統へと電力を供給し系統の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に係るコンバインドサイクル発電プラントの概略構成例を示す図。
【図２】本発明の実施例１に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の概略構成例を示す図。
【図３】従来のコンバインドサイクル発電プラントの起動手順例の概略を示す図。
【図４】従来の蒸気タービンの暖機運転方法を詳細に示す図。
【図５】本発明の実施例１に係るコンバインドサイクル発電プラントの起動手順例の概略を示す図。
【図６】本発明の実施例１に係る蒸気タービンの暖機運転方法を詳細に示す図。
【図７】本発明の実施例２に係るコンバインドサイクル発電プラントの概略構成例を示す図。
【図８】本発明の実施例２に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の概略構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２２】
本発明の実施例１に係るコンバインドサイクル発電プラント（以下単に発電プラントという）の概略構成について、図１を参照して以下に説明する。
【００２３】
図１に例示した本発明に係る発電プラントは、ガスタービン１、蒸気タービン２、発電機３、排熱回収ボイラ５を主たる構成機器として構成されている。なおガスタービン１、蒸気タービン２、および発電機３は駆動軸４で連結されている。またガスタービン１はコンプレッサと燃焼器とガスタービンにより構成されており、燃料流量調整弁１１を制御することで、出力制御されている。
【００２４】
図において、ガスタービン１からのタービン排ガスは排熱回収ボイラ５へ流入する。排熱回収ボイラ５では、流入した排ガスで給水を過熱し、蒸気として蒸気タービン２へ供給する。
【００２５】
なお図１の排熱回収ボイラ５の構成例においては、蒸気タービン２へ供給する蒸気は高圧蒸気、中圧蒸気、低圧蒸気の３系統としている。このうち高圧蒸気系統は、給水側から順に高圧給水加熱器１８、高圧ボイラ１９、高圧ドラム２３、高圧過熱器２０で構成されており、高圧過熱器２０からの蒸気（高圧蒸気）を、高圧蒸気加減弁２６を介して高圧タービン７に供給する。また中圧蒸気系統は、給水側から順に中圧給水加熱器１５、中圧ボイラ１６、中圧ドラム２２、中圧過熱器１７で構成されており、中圧過熱器１７からの蒸気（中圧蒸気）を、中圧蒸気加減弁２５を介して中圧タービン８に供給する。さらに低圧蒸気系統は、給水側から順に低圧給水加熱器１２、低圧ボイラ１３、低圧ドラム２１、低圧過熱器１４で構成されており、低圧過熱器１４からの蒸気（低圧蒸気）を、低圧蒸気加減弁２４を介して低圧タービン９に供給する。
【００２６】
なお、高圧蒸気は給水を高圧給水加熱器１８で加温、高圧ボイラ１９で蒸発したのち高圧過熱器２０で過熱したものである。同様に、中圧蒸気は給水を中圧給水加熱器１５で加温、中圧ボイラ１６で蒸発したのち、中圧過熱器１７で過熱して得られる。低圧蒸気は給水を低圧給水加熱器１２で加温、低圧ボイラ１３で蒸発したのち、低圧過熱器１４で過熱して得られる。
【００２７】
さらに本図では、高圧蒸気加減弁２６の入口側に、高圧蒸気を復水器６へ排気するための高圧タービンバイパス系統（記号なし）と、高圧タービンバイパス系統を通過する高圧蒸気の流量を調整するための高圧タービンバイパス弁２９を備えている。なお高圧タービンバイパス弁２９を通過した高圧蒸気は、高圧バイパス減温器３５にて冷却されたのち復水器６へと排気される。
【００２８】
同様に、中圧蒸気加減弁２５の入口側に、中圧蒸気を復水器６へ排気する中圧タービンバイパス系統（記号なし）と、中圧タービンバイパス弁２８と、中圧バイパス減温器３４を備えている。また低圧蒸気加減弁２４の入口側に、低圧蒸気を復水器６へ排気する低圧タービンバイパス系統（記号なし）、低圧タービンバイパス弁２７、低圧バイパス減温器３３を備えている。なお中圧及び低圧のタービンバイパス弁２８，２７および中圧及び低圧のバイパス減温器３４，３３の機能は高圧蒸気系統の機能と同様である。
【００２９】
なお、図１において高圧、中圧、低圧の各タービン７，８，９に供給された高圧、中圧、低圧の各蒸気は、最終的に復水器６に戻され、復水器６内の冷却管３６内を流れる海水により冷却されて、水（ホットウエル）３７に戻される。なお復水器６内の水（ホットウエル）３７は、給水ポンプ１０により加圧され、給水として再度、高圧蒸気系統、中圧蒸気系統、低圧蒸気系統の各給水加熱器１８，１５，１２に供給されて、循環使用される。
【００３０】
本発明は、基本的に上記のように構成されている発電プラント（コンバインドサイクル発電プラント）において、さらにスプレ水タンク３８を設備し、スプレ水タンク３８内に蓄積したスプレ水を、スプレ水ポンプ４０を介して、高圧バイパス減温器３５、中圧バイパス減温器３４、低圧バイパス減温器３３へ供給するスプレ水として利用したものである。なお復水器６内の水（ホットウエル）３７の一部は、給水ポンプ１０により加圧されスプレ水供給弁３９を介してスプレ水タンク３８に供給されている。
【００３１】
本発明により追加された上記の系統によれば、高圧バイパス減温器３５、中圧バイパス減温器３４、低圧バイパス減温器３３へ供給するスプレ水の流量は、それぞれ高圧バイパススプレ加減弁３２、中圧バイパススプレ加減弁３１、低圧バイパススプレ加減弁３０にて調整される。スプレ水はスプレ水タンク３８底部よりスプレ水ポンプ４０にて加圧・供給される。このスプレ水は、給水ポンプ１０出口の給水配管より、スプレ水供給弁３９を経て供給されるものであり、復水器６の底部（ホットウェル）に貯留する復水を用いる。
【００３２】
本発明で採用する図１の構成の発電プラントによれば、太陽光発電を補佐する目的で朝夕の各短時間で起動し、停止する運用を行う場合に障害となる蒸気タービン２の取り扱いについて、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気を蒸気タービン２に与えるのではなく、冷却後に復水器６へと排気する運用が可能となる。この場合に新たに発生する課題は、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気を冷却するスプレ水の確保であるが、新たにスプレ水タンク３８を設備し、スプレ水タンク３８内にスプレ水を蓄積することで十分な量のスプレ水が確保でき、蒸気タービン２への通気を行わないものとすることができる。
【００３３】
図１において、プラント制御装置１０１は本発明による発電プラントの起動停止、負荷変化、安全保護を統括する。ここでは本発明のガスタービン急速起動ならびに蒸気タービン起動に必要となる制御信号を図示している。
【００３４】
図中プラント制御装置１０１に与えられるＭＷＤは負荷指令を表し、中央給電指令所から負荷要求として与えられるものである。またプラント制御装置１０１が与える記号「Ｃｖ」は、発電プラント各所の弁の制御信号であり、記号「Ｃｖ」にさらに付された記号「ｆ」は燃料を、「ｈ」は高圧系統であること、「ｉ」は中圧系統であること、「ｌ」は低圧系統であること、「ｂ」はバイパス系統であること、「ｓ」はスプレ系統であること、「ｗ」は水系統をそれぞれ意味している。
【００３５】
図中ガスタービン１内の燃料流量調整弁１１に与えられるＣｖｆは、燃料流量調整弁開度指令値を表し、本指令にてガスタービン１の燃料流量を調整し、ガスタービン１の起動ならびに停止、負荷変化、安全保護動作がなされる。
【００３６】
図中Ｃｖｈ，Ｃｖｉ，Ｃｖｌはそれぞれ高圧蒸気加減弁２６、中圧蒸気加減弁２５、低圧蒸気加減弁２４の開度指令値を表し、本指令にて蒸気タービン２へ流入する蒸気の流量を調整、蒸気タービンの起動（蒸気による予熱操作）ならびに停止、負荷変化、安全保護動作がなされる。
【００３７】
図中Ｃｖｈｂ，Ｃｖｉｂ，Ｃｖｌｂはそれぞれ高圧タービンバイパス弁２９、中圧タービンバイパス弁２８、低圧タービンバイパス弁２７の開度指令値を表し、本指令にて復水器６へ排気する蒸気流量を調整する。
【００３８】
図中Ｃｖｈｓ，Ｃｖｉｓ，Ｃｖｌｓはそれぞれ高圧バイパススプレ加減弁３２、中圧バイパススプレ加減弁３１、低圧バイパススプレ加減弁３０の開度指令値を表し、本指令にて復水器へと流入する蒸気温度を調整する。
【００３９】
最後に図中Ｃｖｗはスプレ水供給弁３９の開度指令値を表し、本指令にてスプレ水タンク３８に供給するスプレ水の流量を調整する。
【００４０】
次に、本発明の実施例１に係るプラント制御装置１０１の構成について、図２を用いて説明する。
【００４１】
プラント制御装置１０１は、ガスタービン制御手段１０４、蒸気タービン統括制御手段１０５、高圧蒸気タービン制御手段１０６、中圧蒸気タービン制御手段１０７、低圧蒸気タービン制御手段１０８および復水器レベル制御手段１０９により構成されている。なお各制御手段１０４，１０６−１０９は、その開度指令Ｃｖを与えるに際し、適宜のプロセス量を発電プラントから入手し、管理指標として用い、あるいは帰還信号として用いて例えば比例積分制御により開度指令Ｃｖを定めている。
【００４２】
ガスタービン制御手段１０４は中央給電指令所からの負荷指令ＭＷＤを入力し、ガスタービンを起動停止・負荷制御する。このときタービン回転数ｒＧＴをガスタービンより入力し、この値に基き燃料流量調整弁開度指令値Ｃｖｆを計算、ガスタービン１に出力する。またガスタービンの進捗に基き蒸気タービン起動指令ＥＳＴを決定し、蒸気タービン統括制御手段１０５に出力する。Ａ
蒸気タービン統括制御手段１０５は、ガスタービン制御手段１０４からの蒸気タービン起動指令ＥＳＴを入力し、高圧蒸気タービン制御手段１０６、中圧蒸気タービン制御手段１０７、低圧蒸気タービン制御手段１０８および復水器レベル制御手段１０９を統括制御するもので、蒸気タービン全体の起動停止・負荷制御を管理する。なかでも蒸気タービンの起動操作においては、ガスタービン起動を受けて高圧・中圧・低圧の各タービンにおける暖機運転の開始を各タービンに指令するとともに、スプレ水タンクへの注水を復水器レベル制御手段１０９に指令する。高圧・中圧・低圧の各蒸気タービンへの起動指令はそれぞれＥｈ，Ｅｉ，Ｅｈで表される。また復水器レベル制御手段１０９への指令はＥｓで表される。
【００４３】
高圧蒸気タービン制御手段１０６は、蒸気タービン統括制御手段１０５からの高圧蒸気タービン起動指令Ｅｈを入力し、高圧蒸気加減弁開度指令値Ｃｖｈ、高圧タービンバイパス弁開度指令値Ｃｖｈｂ、高圧バイパススプレ加減弁開度指令値Ｃｖｈｓを計算、プラントに出力する。図２では、タービンの起動を管理するためのプロセス値の一つである高圧蒸気温度Ｔｓｈを高圧蒸気タービン制御手段１０６に入力する。高圧蒸気温度Ｔｓｈは、高圧蒸気タービン起動時における蒸気の温度指標として、また高圧バイパススプレ加減弁の開度を決定するための指標として用いる。
【００４４】
高圧蒸気タービン制御手段１０６と同様に、中圧蒸気タービン制御手段１０７および低圧蒸気タービン制御手段１０８においても蒸気タービン起動指令を入力し、蒸気加減弁開度指令値、タービンバイパス弁開度指令値、バイパススプレ加減弁開度指令値を計算しプラントに出力する。
【００４５】
復水器レベル制御手段１０９は、蒸気タービン統括制御手段１０５から制御指令Ｅｓならびに復水器水位Ｌｖｃを入力し、これら値に基きスプレ水供給弁制御指令Ｃｖｗを計算、プラントに出力する。
【００４６】
次に、本発明のプラント制御装置１０１によってプラントを起動する手順について説明する。なお以下の手順の説明では従来手法と対比して説明するので、まず図３、図４により従来手順を説明し、その後に図５、図６により本発明の実施例１に係る手順を説明することにする。
【００４７】
最初に、従来の発電プラント起動手順の一例を、概略にて図３に示す。従来の発電プラントでは、ガスタービンの起動モータを始動（起動手順Ｓ１）し、ガスタービン吸気（空気）にて排熱回収ボイラ内を空気で置換（パージ）する。起動手順Ｓ２においてパージ完了の確認後に燃焼器を点火（起動手順Ｓ３）し、燃料にてガスタービン回転数を増加（昇速：起動手順Ｓ４）する。このとき、燃焼ガスが排熱回収ボイラに流入し蒸気が発生する。ガスタービンが定格回転数に到達（起動手順Ｓ５）したところで回転数を一定に維持し、排熱回収ボイラからの蒸気で蒸気タービンを暖機（起動手順Ｓ６）する。暖機完了後は発電機を電力系統に接続（負荷併入：起動手順Ｓ７）し発電を開始する。その後負荷を上昇（起動手順Ｓ８）させて定格負荷に到達（起動手順Ｓ９）する。
【００４８】
図３における従来の蒸気タービンの暖機運転方法を図４に詳細に示す。起動手順Ｓ６に示した従来の蒸気タービンの暖機運転では、最初に蒸気圧力が所定の圧力となるようタービンバイパス弁にて圧力制御を開始し、蒸気タービンを暖機（起動手順Ｓ６１）する。次に、蒸気加減弁を徐々に開く（起動手順Ｓ６２）ことで蒸気タービンに蒸気を供給し、蒸気タービンの回転部（ロータ）や静止部（ケーシング）を暖機する。これら部分の暖機が完了（起動手順Ｓ６３）したのち、蒸気加減弁を所定の開度に開いて（起動手順Ｓ６４）蒸気タービンの駆動力にて発電を開始する。その後タービンバイパス弁の圧力制御を終了し、全閉（起動手順Ｓ６５）とする。これにより排熱回収ボイラにて発生した蒸気が全量蒸気タービンへと供給されることとなる。
【００４９】
次に、本発明の実施例に係るコンバインドサイクル発電プラントの起動手順の概略を図５に示す。なお、起動手順Ｓ５までの手順は、基本的に従来の図３と同じであるが、ボイラ蒸気発生開始を待たないで進めることでのみ相違している。
【００５０】
本発明のコンバインドサイクル発電プラントでは、ガスタービンの起動モータ始動（起動手順Ｓ１）し、排熱回収ボイラ内を空気でパージする。起動手順Ｓ２においてパージ完了の確認後に燃焼器を点火（起動手順Ｓ３）し、燃料にてガスタービンを昇速（起動手順Ｓ４）する。定格回転数に到達（起動手順Ｓ５）したところで負荷併入（起動手順Ｓ７）し、発電を開始する。負荷併入により初負荷が発生し、排熱回収ボイラ５から蒸気が発生するが未だ蒸気タービン２への通気は行わず、ガスタービン負荷のみを上昇（起動手順Ｓ１０）させる。
【００５１】
さらに、遅れて排熱回収ボイラ５より発生した蒸気を蒸気タービン２に通気して蒸気タービンを暖機（起動手順Ｓ６）する。蒸気タービンの暖機中に、ガスタービン１は定格出力に到達（起動手順Ｓ１１）する。ガスタービンが定格出力に到達し、かつ蒸気タービンが暖機を完了した段階で蒸気タービンの駆動力にてさらなる負荷上昇が可能（起動手順Ｓ１２）となり、その後に定格負荷に到達（起動手順Ｓ９）する。
【００５２】
ここで、図５における蒸気タービンの暖機運転方法を図６に詳細に示す。本発明の蒸気タービン２の暖機運転では、最初に復水器６が所定の水位となるようスプレ水供給弁３９にて水位制御を開始（起動手順Ｓ６６）する。次に、復水器６へ流入する蒸気温度が所定の温度となるようバイパススプレ加減弁３０，３１，３２にて温度制御を開始（起動手順Ｓ６７）する。次に、蒸気圧力が所定の圧力となるようタービンバイパス弁２７，２８，２９にて圧力制御を開始（起動手順Ｓ６１）する。次に、蒸気加減弁２４，２５，２６を徐々に開く（起動手順Ｓ６２）ことで蒸気タービン２に蒸気を供給し、蒸気タービン２のロータやケーシングを暖機する。これら部分の暖機が完了（起動手順Ｓ６３）したのち、蒸気加減弁２４，２５，２６を所定の開度に開いて蒸気タービン２の駆動力にて発電を開始する。その後タービンバイパス弁２７，２８，２９の圧力制御を終了し、全閉（起動手順Ｓ６５）とする。その後バイパススプレ加減弁３０，３１，３２の温度制御を終了し、全閉（起動手順Ｓ６８）とする。その後スプレ水供給弁３９の水位制御を終了し、全閉（起動手順Ｓ６９）として蒸気タービン２の暖機を完了する。
【００５３】
従来のコンバインドサイクル発電プラントがガスタービン１と蒸気タービン２の双方の起動が完了した後負荷併入をするのに対し、本発明のコンバインドサイクル発電プラントではガスタービン１を先行的に起動し、ガスタービン単独で発電がおこなわれる。これによりピーク運用時においても蒸気タービン２の起動完了を待つことなく負荷を併入、電力系統へと電力を供給可能となる。
【００５４】
また、ガスタービン１の負荷が高い状態において発生する高温高圧蒸気の減温にスプレ水タンク３８内に貯留したスプレ水を用いることで、ガスタービン高負荷時に不足となるスプレ水の安定供給が可能となる。さらにまた、減温後の高温高圧蒸気を復水器６に供給した復水器６の負荷を軽減し、復水器６の性能低下を防止できる。
【００５５】
なお図５、図６のフローは、最終的にガスタービン１と蒸気タービン２による発電を行う事を記述している。従って、短時間起動によりガスタービン１のみが起動され、蒸気タービン２の立ち上がり以前にプラント停止に至るような起動ケースでは、図６の処理ステップS６４以降の処理は実行されず、停止過程の図示せぬ処理により停止されることになる。
【実施例２】
【００５６】
本発明の実施例２に係るコンバインドサイクル発電プラントの構成例について図７を用いて説明する。
【００５７】
本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの実施例１と実施例２の違いは、実施例２ではガスタービン１が駆動軸４を経て発電機３を駆動するとともに、蒸気タービン２がもう一つの駆動軸４２を経て発電機４１を駆動する点にある。
【００５８】
実施例２の形態にてガスタービン１を急速起動した場合、ガスタービン１は発電機３のみを駆動することから、より急速にプラントを起動可能であり、早期に発電を開始できる。
【００５９】
一方、ガスタービン１の急速起動により高温ガスが排熱回収ボイラ５に流入する。これにより、ガスタービン１の起動から遅れて排熱回収ボイラ５より高圧、中圧、低圧蒸気が発生する。実施例２では、この蒸気を蒸気タービン２に通気して蒸気タービンを暖機した後、高圧蒸気加減弁２６、中圧蒸気加減弁２５、低圧蒸気加減弁２４をそれぞれ操作して蒸気タービンを起動、発電を開始する。
【００６０】
図７には、本発明の実施例２におけるプラント制御装置１０３が図示されている。プラント制御装置１０３には、中央給電指令所より第１の負荷指令ＭＷＤ１と、第２の負荷指令ＭＷＤ２の２種類の指令が入力される。本発明の実施例２における発電プラントは、第１の負荷指令ＭＷＤ１に追従するようガスタービン１の発電量を制御し、第２の負荷指令ＭＷＤ２に追従するよう蒸気タービン２の発電量をそれぞれ制御する。
【００６１】
このとき、蒸気タービン２が発電しうる負荷は、ガスタービン１の負荷すなわち排熱回収ボイラ５に流入する高温ガスの流量に依存する。ガスタービン１の負荷を下げた場合、高温ガスの流量が低下し排熱回収ボイラ５から発生する高圧・中圧・低圧の各蒸気流量も低下の傾向をみる。そのため、蒸気タービン２には発電が可能な最大の負荷がある。
【００６２】
一方、ガスタービン１の負荷が高く維持されている場合、排熱回収ボイラ５から発生する高圧・中圧・低圧の各蒸気流量はガスタービン負荷に応じて高い状態で維持される。このような場合に蒸気タービン２の負荷を下げるためには、蒸気加減弁２６、２５、２４を用いて蒸気タービンの負荷を制御する一方、高圧・中圧・低圧の各タービンバイパス加減弁２９、２８、２７を開き、蒸気タービンの負荷運用に不要な蒸気を高圧バイパス減温器３５、中圧バイパス減温器３４、低圧バイパス減温器３３で減温したのち復水器６に排気する。
【００６３】
本発明の実施例２におけるプラント制御装置１０３の構成について、図８を用いて説明する。
【００６４】
プラント制御装置１０３は、ガスタービン制御手段１１０、蒸気タービン統括制御手段１１１、および実施例１におけるプラント制御装置１０１と同様に高圧蒸気タービン制御手段１０６、中圧蒸気タービン制御手段１０７、低圧蒸気タービン制御手段１０８および復水器レベル制御手段１０９により構成する。
【００６５】
ガスタービン制御手段１１０は中央給電指令所からの第１の負荷指令ＭＷＤ１を入力し、ガスタービン１を起動停止・負荷制御する。このときタービン回転数ｒＧＴをガスタービン１より入力し、この値に基き燃料流量調整弁開度指令値Ｃｖｆを計算、ガスタービン１に出力する。またガスタービン１の負荷に応じて蒸気タービン出力設定最大値ＭＷＭＸを決定、蒸気タービン統括制御手段１１１に出力する。
【００６６】
蒸気タービン統括制御手段１１１は、ガスタービン制御手段１１０からの蒸気タービン出力設定最大値ＭＷＭＸならびに第２の負荷指令ＭＷＤ２を入力し、第２のＭＷＤ２が蒸気タービン出力設定最大値ＭＷＭＸを超えない範囲において高圧蒸気タービン制御手段１０６、中圧蒸気タービン制御手段１０７、低圧蒸気タービン制御手段１０８および復水器レベル制御手段１０９を統括制御する。また実施例２においても復水器レベル制御手段１０９は、蒸気タービン統括制御手段１０５から制御指令Ｅｓならびに復水器水位Ｌｖｃを入力し、これら値に基きスプレ水供給弁制御指令Ｃｖｗを計算、プラントに出力する。
【００６７】
従来のコンバインドサイクル発電プラントがガスタービン１と蒸気タービン２の双方の起動が完了した後負荷併入をするのに対し、本発明のコンバインドサイクル発電プラントはガスタービン１を先行的に起動し、ガスタービン単独で発電がおこなわれる。また蒸気タービン２の起動完了後は、蒸気タービン２においても発電がおこなわれる。これによりピーク運用時においても蒸気タービン２の起動完了を待つことなく負荷を併入、電力系統へと電力を供給可能となる。
【００６８】
また、ガスタービン１の負荷が高く、かつ蒸気タービン２の負荷が低いといった状態において発生する高温高圧蒸気の減温にスプレ水タンク６内に貯留したスプレ水を用いることで、ガスタービン高負荷時に不足となるスプレ水の安定供給が可能となる。さらにまた、減温後の高温高圧蒸気を復水器に供給した復水器の負荷を軽減、復水器の性能低下を防止できる。
【００６９】
なお、本実施例では、発電プラントとして既にスプレ水タンク３８が設置されているものとして説明したが、従来の発電プラントに対してスプレ水タンク３８、スプレ水ポンプ４０、スプレ水供給弁３９およびそれらを接続する配管を追加したのち、給水ポンプ１０からスプレ水供給弁３９へと給水を導入する配管、ならびにスプレ水タンクから高圧・中圧・低圧バイパススプレ加減弁へとスプレ水を導入する配管を敷設する改造を施してもよい。このとき、プラント起動手順が本実施例の手順となるよう、ガスタービン制御手段ならびに蒸気タービン統括制御手段の制御プログラムを改造するとともに復水器レベル制御手段を追加する。
【００７０】
また、本発明は上記した各実施例に限定されるものではない。たとえば、本発明の排熱回収ボイラ５は、高圧・中圧・低圧の３種のボイラを有する三重圧ボイラの構成としたが、高圧タービンの排気を再加熱し中圧蒸気の一部とする再熱三重圧ボイラ、あるいは高圧と低圧の２種のボイラを有する非再熱二重圧ボイラにも適用できる。再熱三重圧ボイラ、あるいは非再熱二重圧ボイラに本発明を適用した場合においても、ガスタービンの急速起動に伴い発生した蒸気をタービンバイパス減温器を用いて減温、復水器に排出することで、復水器の高温の排ガスが流入する高圧過熱器に蒸気を供給することで、高温排ガスによる高圧過熱器の熱応力を軽減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
発電用のコンバインドサイクル発電プラントの他、産業用のコジェネレーションプラントやマイクロコンバインドサイクル発電プラントの装置構成および制御方法として利用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１：ガスタービン
２：蒸気タービン
３：発電機
４：駆動軸
５：排熱回収ボイラ
６：復水器
７：高圧タービン
８：中圧タービン
９：低圧タービン
１０：給水ポンプ
１１：燃料流量調整弁
１２：低圧給水加熱器
１３：低圧ボイラ
１４：低圧過熱器
１５：中圧給水加熱器
１６：中圧ボイラ
１７：中圧過熱器
１８：高圧給水加熱器
１９：高圧ボイラ
２０：高圧過熱器
２１：低圧ドラム
２２：中圧ドラム
２３：高圧ドラム
２４：低圧蒸気加減弁
２５：中圧蒸気加減弁
２６：高圧蒸気加減弁
２７：低圧タービンバイパス弁
２８：中圧タービンバイパス弁
２９：高圧タービンバイパス弁
３０：低圧バイパススプレ加減弁
３１：中圧バイパススプレ加減弁
３２：高圧バイパススプレ加減弁
３３：低圧バイパス減温器
３４：中圧バイパス減温器
３５：高圧バイパス減温器
３６：冷却管
３７：ホットウェル
３８：スプレ水タンク
３９：スプレ水供給弁
４０：スプレ水ポンプ
４１：第２の発電機
４２：第２の駆動軸
１００，１０２：コンバインドサイクル発電プラント
１０１，１０３：プラント制御装置
１０４：ガスタービン制御手段
１０５：蒸気タービン統括制御手段
１０６：高圧蒸気タービン制御手段
１０７：中圧蒸気タービン制御手段
１０８：低圧蒸気タービン制御手段
１０９：復水器レベル制御手段
１１０：ガスタービン制御手段
１１１：蒸気タービン統括制御手段
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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