(57)【要約】【課題】コンバインドサイクル発電プラント急速起動・停止時におけるガスタービン排ガス利用側システムにおける熱的問題を解消する。【解決手段】ガスタービンと、ガスタービンの排ガスから少なくとも高圧、低圧の蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラからの高圧、低圧の蒸気により駆動される蒸気タービンと、ガスタービン及び蒸気タービンの少なくともガスタービンにより駆動されて発電する発電機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、排熱回収ボイラの低圧蒸気を発生する低圧蒸気ドラムに、低圧蒸気ドラムで発生した蒸気を導入する低圧蒸気ヘッダを備え、低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を高圧の蒸気の発生確立前のコンバインドサイクル発電プラントにおける補助蒸気として使用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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスから少なくとも高圧、低圧の蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラからの高圧、低圧の蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの少なくとも前記ガスタービンにより駆動されて発電する発電機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、
前記排熱回収ボイラの低圧蒸気を発生する低圧蒸気ドラムに、低圧蒸気ドラムで発生した蒸気を導入する低圧蒸気ヘッダを備え、低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を前記高圧の蒸気の発生確立前の前記コンバインドサイクル発電プラントにおける補助蒸気として使用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、
前記低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を、前記排熱回収ボイラの再熱器に供給する再熱器蒸気供給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１または請求項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、
前記低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を、前記蒸気タービンの軸受に供給する駆動軸補助蒸気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４】
請求項１から請求項３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、
前記低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を、前記蒸気タービンの高圧タービンに供給する高圧タービン予熱蒸気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５】
請求項１から請求項４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、
前記ガスタービンと前記発電機を接続する駆動軸と、前記蒸気タービンの駆動軸の二つの軸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６】
請求項１から請求項４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、
前記ガスタービンと前記発電機と前記蒸気タービンが同一軸で接続さ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５に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記蒸気タービン側の駆動軸に発電機が接続さ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８】
ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスから少なくとも高圧、低圧の蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラからの高圧、低圧の蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンに同一軸に接続されて駆動されて発電する発電機から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの改造方法であって、
前記同一軸を、前記ガスタービンと前記発電機を接続する駆動軸と、前記蒸気タービンの駆動軸の二つの軸に分割し、
前記排熱回収ボイラの低圧蒸気を発生する低圧蒸気ドラムに、低圧蒸気ドラムで発生した蒸気を導入する低圧蒸気ヘッダを備え、低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を前記排熱回収ボイラの高圧蒸気確立前の前記コンバインドサイクル発電プラントにおける補助蒸気として使用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の改造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のコンバインドサイクル発電プラントの改造方法であって、
前記蒸気タービン側の駆動軸に発電機が追加接続さ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の改造方法。
【請求項１０】
ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスから少なくとも高圧、低圧の蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラからの高圧、低圧の蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの少なくとも前記ガスタービンにより駆動されて発電する発電機から構成される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、
前記排熱回収ボイラの低圧蒸気を発生する低圧蒸気ドラムで発生した蒸気を低圧蒸気ヘッダに貯留し、貯留した蒸気を前記高圧の蒸気の発生確立前の前記コンバインドサイクル発電プラントにおける補助蒸気として使用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の運転方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の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、
前記低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を、前記排熱回収ボイラの再熱器に供給する再熱器蒸気供給配管を備え、前記再熱器の出口の蒸気温度計測値に基づき前記再熱器への蒸気流量を定め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の運転方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の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、
前記低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を、前記蒸気タービンの軸受に供給する駆動軸補助蒸気配管を備え、前記蒸気タービンの内外壁温度差の計測値に基づき前記軸受への蒸気流量を定め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の運転方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の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、
前記低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を、前記蒸気タービンの高圧タービンに供給する高圧タービン予熱蒸気配管を備え、  前記蒸気タービンの起動特性に基づき高圧タービンに供給する蒸気流量を定め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およびガスタービンの高温排ガスで発生した蒸気で駆動され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、その運転方法並びに改造方法に関する。
【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・風力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あっては、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、効率の低い中小容量のプラントを休止し、高効率かつ大容量のプラントの稼働を優先するなどの運用が必要となっている。
【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、系統電力の需給を調整する負荷調整機能も必要となる。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。このとき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）が求められることとなる。この点に関し、太陽光発電普及以前のコンバインド発電プラントの運用はデイリースタート・ストップ（朝起動、夕方停止）であったことから、朝晩２回の起動停止には今まで以上に高い変化率での起動停止が要求される。
【０００５】
コンバインドサイクル発電プラントの起動制御技術に関しては特許文献１ならびに特許文献２に見られる先行技術がある。
【０００６】
特許文献１では、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。
【０００７】
また特許文献２では、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。
【０００８】
先行技術である特許文献１、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）の熱伸び差緩和に使用する。補助蒸気は、コンバインドサイクル発電プラント本体から発生した蒸気、あるいはコンバインドサイクル発電プラント外部から発生した蒸気のどちらもが用いられる。
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかるに、先にも述べた早朝や夕刻または太陽光発電の発電量低下時の負荷調整運用に際しては、コンバインドサイクル発電プラントにはさらなる起動時間の短縮が必要となる。この事は、例えばコンバインドサイクル発電プラントの新規設置時には、所定の速度変化率あるいは負荷変化率での起動、運用を想定していたものを、近年の負荷追従性重視の観点からはより高い速度変化率あるいは負荷変化率での起動、運用を要求されていることを意味している。
【００１１】
これに伴い、ガスタービンとしてはより高い変化率での運用が可能であっても、ガスタービン排ガスを利用する排ガス利用側機器（排熱回収ボイラ及び蒸気タービン）においては、ガスタービン排ガス温度が一層高温化し、あるいは温度変化率が大きいことに伴う新たな課題が生じてくる。
【００１２】
例えば、排ガス利用側機器として排熱回収ボイラについてみると、急激に温度上昇するタービン排ガスにより排熱回収ボイラで空焚きが発生し、熱交換器を損傷する可能性もある。特に蒸気タービン排気を再加熱する再生熱交換器について、再熱蒸気の通気前の時点で加熱されることによる空焚きが懸念される。
【００１３】
また排ガス利用側機器として蒸気タービンについてみると、負荷追従性を優先した場合、蒸気タービンへの補助蒸気発生を待たずにガスタービンを先行的に急速起動することが発生しうる。このとき、蒸気タービンの回転部（ロータ）や静止部（ケーシング）に十分な蒸気が供給されないまま起動した結果、タービン動翼の熱疲労あるいは熱伸び差による回転部と静止部との接触で本体が損傷する可能性がある。
【００１４】
以上のことから本発明が解決しようとする課題は、コンバインドサイクル発電プラント急速起動・停止時におけるガスタービン排ガス利用側システムにおける熱的問題を解消するものであり、具体的には蒸気タービンの熱応力・熱伸び差の軽減あるいは、排熱回収ボイラ内熱交換器の空焚き防止を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前述の課題に鑑み、本発明においては、「ガスタービンと、ガスタービンの排ガスから少なくとも高圧、低圧の蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラからの高圧、低圧の蒸気により駆動される蒸気タービンと、ガスタービン及び蒸気タービンの少なくともガスタービンにより駆動されて発電する発電機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、排熱回収ボイラの低圧蒸気を発生する低圧蒸気ドラムに、低圧蒸気ドラムで発生した蒸気を導入する低圧蒸気ヘッダを備え、低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を高圧の蒸気の発生確立前のコンバインドサイクル発電プラントにおける補助蒸気として使用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。」としたものである。
【００１６】
また本発明においては、「ガスタービンと、ガスタービンの排ガスから少なくとも高圧、低圧の蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラからの高圧、低圧の蒸気により駆動される蒸気タービンと、ガスタービン及び蒸気タービンに同一軸に接続されて駆動されて発電する発電機から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの改造方法であって、同一軸を、ガスタービンと発電機を接続する駆動軸と、蒸気タービンの駆動軸の二つの軸に分割し、排熱回収ボイラの低圧蒸気を発生する低圧蒸気ドラムに、低圧蒸気ドラムで発生した蒸気を導入する低圧蒸気ヘッダを備え、低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を排熱回収ボイラの高圧蒸気確立前のコンバインドサイクル発電プラントにおける補助蒸気として使用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の改造方法。」としたものである。
【００１７】
また本発明においては、「ガスタービンと、ガスタービンの排ガスから少なくとも高圧、低圧の蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラからの高圧、低圧の蒸気により駆動される蒸気タービンと、ガスタービン及び前記蒸気タービンの少なくともガスタービンにより駆動されて発電する発電機から構成される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、排熱回収ボイラの低圧蒸気を発生する低圧蒸気ドラムで発生した蒸気を低圧蒸気ヘッダに貯留し、貯留した蒸気を高圧の蒸気の発生確立前のコンバインドサイクル発電プラントにおける補助蒸気として使用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の運転方法。」としたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明になるコンバインドサイクル発電プラントによれば、プラント急速起動・停止時におけるガスタービン排ガス利用側システムにおける熱的問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１におけるコンバインドサイクル発電プラントの構成例を示す図。
【図２】本実施例によるコンバインドサイクル発電プラント制御装置の概略構成例を示す図。
【図３】ガスタービン１を急速起動した場合のガスタービン負荷特性ｂ１の一例を示す図。
【図４】ガスタービン１を急速起動した場合の低圧蒸気ドラムの蒸気圧力特性を示す図。
【図５】本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧過熱器への蒸気流量を示す図。
【図６】本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧蒸気ヘッダから再熱器への蒸気流量を示す図。
【図７】本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧蒸気ヘッダから蒸気タービン駆動軸への蒸気流量を示す図。
【図８】本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧蒸気ヘッダから高圧蒸気タービンへの蒸気流量を示す図。
【図９】実施例２におけるコンバインドサイクル発電プラントの構成例を示す図。
【図１０】実施例３におけるコンバインドサイクル発電プラントの構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明におけるコンバインドサイクル発電プラントの概略構成について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、実施例１におけるコンバインドサイクル発電プラントの構成例を示している。
【００２２】
図１に示すコンバインドサイクル発電プラント１００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を主要な構成機器として構成されている。このときガスタービン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。
【００２３】
ガスタービン１からのタービン排ガス３５は、排熱回収ボイラ５の排気ダクト２１へと流れ込み、給水ポンプ１６で圧送される給水を、熱交換器群によって加熱する。熱交換器群での加熱により発生した蒸気は、蒸気タービン２へと供給される。
【００２４】
図１の実施例において、排熱回収ボイラ５内の熱交換器群は、低圧系、中圧系、高圧系を構成しており、かつ各圧力系の熱交換器群は所謂ドラムボイラ構成とされることにより、それぞれ低圧蒸気、中圧蒸気、および高圧蒸気を発生する。
【００２５】
図１において低圧系では、給水ポンプ１６ａからの給水を低圧給水加熱器２２で加熱したのち、低圧ドラム３２に供給する。低圧ドラム３２では、加熱した給水を低圧ボイラ２３にて蒸発・沸騰したのち低圧過熱器２４にて過熱して低圧蒸気となし、低圧蒸気管２０を経て中低圧タービン１５を駆動する。
【００２６】
また、中圧系では、同じく給水ポンプ１６ｂからの給水を中圧給水加熱器２５で加熱したのち、中圧ドラム３３に供給する。さらに、中圧ドラム３２３は、加熱した給水を中圧ボイラ２６にて蒸発・沸騰したのち中圧過熱器２７にて過熱して中圧蒸気とする。
【００２７】
図１では、高圧蒸気タービン１４からの排気を、再熱蒸気管１８を経て中圧過熱器２７出口にて合流、再熱器３０で再加熱したのち、中圧蒸気管１９を経て中低圧タービン１５を駆動する。高圧蒸気タービン１４からの排気を再加熱する方式の排熱回収ボイラを再熱型と呼ぶ。
【００２８】
さらに、高圧系では、給水ポンプ１６ｃからの給水を高圧給水加熱器２８で加熱したのち、高圧ドラム３４に供給する。高圧ドラム３４では、加熱した給水を高圧ボイラ２９にて蒸発・沸騰したのち高圧過熱器３１にて過熱して高圧蒸気となし、主蒸気管１７を経て高圧タービン１４を駆動する。
【００２９】
図１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、高圧タービン１４、および中低圧タービン１５は駆動軸４で連結されていることから、それぞれのタービンにおける発電出力の合計値がプラントの発電出力となる。
【００３０】
図１のコンバインドサイクル発電プラントにおける上記構成に対し、本発明においては、さらに低圧ボイラ３２の出口に低圧蒸気ヘッダ６を備え、低圧ボイラ３２にて発生した蒸気を低圧蒸気ヘッダ６および低圧過熱器２４に分岐する。
【００３１】
ここで本発明において、低圧ボイラ３２にて発生した蒸気を低圧蒸気ヘッダ６に貯留した理由は、ガスタービン起動時に、排熱回収ボイラ内の低圧系、中圧系、高圧系の熱交換器群のうち、最も早い時点で蒸気発生するのが低圧系であり、最短で確立された蒸気を用いて排ガス利用側機器（排熱回収ボイラ及び蒸気タービン）の保護、機能維持に必要な補助蒸気として利用可能であることによる。
【００３２】
低圧蒸気ヘッダ６に確保された補助蒸気は、排ガス利用側機器（排熱回収ボイラ及び蒸気タービン）の保護、機能維持に必要な補助蒸気として、以下の各所において利用される。
【００３３】
低圧蒸気ヘッダ６に確保された補助蒸気利用の第１点は、再熱器３０の保護目的に充てられる。このため、低圧蒸気ヘッダ６に貯留した蒸気を、再熱蒸気管１８へと供給する再熱器蒸気供給配管７を備える。さらに、再熱器蒸気供給配管７を流れる蒸気流量を増減する手段として蒸気流量調節弁８を備える。蒸気流量調節弁８を開いた場合、低圧ボイラ３２から低圧蒸気ヘッダ６を経て再熱器３０へと蒸気が流入する。これによりガスタービン１が急速に起動した場合の再熱器３０の空焚きを防止することが可能となる。
【００３４】
なお、蒸気流量調節弁８を閉じた場合には、低圧蒸気ヘッダ６からの蒸気供給が停止することから、通常のコンバインドサイクル発電プラントと同等の蒸気流れとなる。
【００３５】
低圧蒸気ヘッダ６に確保された補助蒸気利用の第２点は、蒸気タービンの機能維持のための駆動軸のシール蒸気に充てられる。このため、低圧蒸気ヘッダ６に貯留した蒸気を、蒸気タービン側駆動軸へと供給する駆動軸補助蒸気配管９を備える。さらに、駆動軸補助蒸気配管９を流れる蒸気流量を増減する手段として蒸気流量調節弁１０を備える。蒸気流量調節弁１０を開いた場合、低圧ボイラ３２から低圧蒸気ヘッダ６を経て蒸気タービン２の駆動軸４軸受部に蒸気が流入する。これによりガスタービン１が急速に起動した場合に蒸気タービン２が予熱され、蒸気タービンの熱伸び差を軽減することが可能となる。
【００３６】
蒸気流量調節弁１０を閉じた場合には、低圧蒸気ヘッダ６からの蒸気供給が停止することから、通常のコンバインドサイクル発電プラントと同等の蒸気流れとなる。なお、図示していないが、本実施例におけるコンバインドサイクル発電プラントには、蒸気タービンを予熱するための補助蒸気が供給されており、蒸気流量調節弁１０を閉じた場合に蒸気タービンには従来コンバインドサイクル発電プラントと同様に蒸気タービンが予熱されることとなる。
【００３７】
低圧蒸気ヘッダ６に確保された補助蒸気利用の第３点は、蒸気タービンの機能維持のための蒸気タービン予熱蒸気に充てられる。このため、低圧蒸気ヘッダ６に貯留した蒸気を、高圧タービン１４へと供給する蒸気タービン予熱蒸気配管３６を備える。さらに、蒸気タービン予熱蒸気配管３６を流れる蒸気流量を増減する手段として蒸気流量調節弁３７を備える。蒸気流量調節弁１０を開いた場合、低圧ボイラ３２から低圧蒸気ヘッダ６を経て蒸気タービン１４へと蒸気が流入する。これによりガスタービン１が急速に起動した場合に蒸気タービン２とくに蒸気タービン１４のロータ動翼が予熱され、蒸気タービンの熱応力を軽減することが可能となる。
【００３８】
蒸気流量調節弁３７を閉じた場合には、低圧蒸気ヘッダ６からの蒸気供給が停止することから、通常のコンバインドサイクル発電プラントと同等の蒸気流れとなる。なお、図示していないが、本実施例におけるコンバインドサイクル発電プラントには、蒸気タービンを予熱するための補助蒸気が供給されており、蒸気流量調節弁３７を閉じた場合に蒸気タービンには従来コンバインドサイクル発電プラントと同様に蒸気タービンが予熱されることとなる。
【００３９】
本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の構成例を、図２を用いて説明する。
【００４０】
本発明のコンバインドサイクル発電プラント１００の制御装置は、既存のコンバインドサイクル発電プラント制御装置１０１と、低圧蒸気ヘッダ蒸気流量制御装置１０２から構成される。
【００４１】
コンバインドサイクル発電プラント制御装置１０１は、中央給電指令所（中給）からの発電指令ＬＤを入力し、プラント計測値Ｙ（たとえば発電出力、タービン排ガス温度、高圧・中圧・低圧ドラム水位、タービン回転数等）に基づき、操作量Ｘ（たとえば燃料流量調整弁、タービン加減弁開度等）を計算、プラント発電出力が発電指令ＬＤに追従するよう運転制御する。
【００４２】
一方、本発明の低圧蒸気ヘッダ蒸気流量制御装置１０２は、低圧蒸気ヘッダ蒸気統括制御手段１０３、再熱器側蒸気流量調整弁制御手段１０４および駆動軸側蒸気流量調整弁制御手段１０５、蒸気タービン蒸気流量調整弁調整手段１０６から構成される。
【００４３】
低圧蒸気ヘッダ蒸気統括制御手段１０３は、コンバインドサイクル発電プラント制御装置１０１からガスタービン負荷ＬＤＧを入力し、起動時のガスタービン負荷ＬＤＧに応じて再熱器蒸気温度設定値ＴｓＤ、蒸気タービンの予熱状態の指標である蒸気タービンケーシング内外壁温度差設定値ΔＴｍＤ、ならびに蒸気タービン起動状態を表す蒸気タービン負荷設定値ＬＤＳをそれぞれ計算する。
【００４４】
さらに、再熱器側蒸気流量調整弁制御手段１０４は、コンバインドサイクル発電プラント１００から再熱器蒸気温度の計測値Ｔｓを入力し、計測値Ｔｓが設定値ＴｓＤに一致するよう、再熱器側蒸気流量調整弁の開度指令Ｃｖ１を計算する。
【００４５】
また、駆動軸側蒸気流量調整弁制御手段１０５は、コンバインドサイクル発電プラント１００から蒸気タービンケーシング内外壁温度差ΔＴｍの計測値を入力し、計測値ΔＴｍが設定値ΔＴｍＤに一致するよう、駆動軸側の蒸気流量調整弁の開度指令Ｃｖ２を計算する。
【００４６】
さらにまた、蒸気タービン蒸気流量調整弁制御手段１０６は、設定値ＬＤＳに基づき蒸気流量調整弁３７の開度指令Ｃｖ３を計算する。
【００４７】
なお、蒸気タービン蒸気流量調整弁制御手段１０６は、コンバインドサイクル発電プラント１００から計測値を入力しないが、これは蒸気タービン動翼温度が直接計測できないためである。本発明では、蒸気タービン負荷に応じて蒸気タービンの動翼温度が定まると仮定し、蒸気タービン設定値ＬＤＳより蒸気タービンへの蒸気流量を加減する構成としたが、蒸気タービンの動翼温度を間接的に計測あるいは推定し、この値を用いて蒸気流量を定めてもよい。
【００４８】
図２からもわかるとおり低圧蒸気ヘッダ流量制御装置１０２は低圧蒸気ヘッダ６から流出する蒸気量を制御するもので、コンバインドサイクル発電プラント制御装置１０１とは独立して動作する。そのため低圧蒸気ヘッダ蒸気流量制御装置１０２は既設コンバインドサイクル発電プラントに追加設置することが可能である。
【００４９】
本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの制御装置によるプラント起動時運転特性を図３から図８に説明する。
【００５０】
図３は、コンバインドサイクル発電プラント１００にてガスタービン１を急速起動した場合のガスタービン負荷特性ｂ１（図２におけるＬＤＧに相当）の一例を示したものである。ガスタービン起動後の昇速段階をも含む時間を横軸に、かつ各時刻でのガスタービン負荷を縦軸に示している。なお、本図には従来コンバインドサイクル発電プラントによるガスタービン負荷特性ａ１を合わせて示しているが、ガスタービンは、従来コンバインドサイクル発電プラントにおいて１時間半の起動時間（ガスタービン負荷特性ａ１）であったものを、急速起動時には約３０分で起動を完了（ガスタービン負荷特性ｂ１）することを意図している。
【００５１】
ガスタービン１を急速起動した場合の低圧蒸気ドラムの蒸気圧力特性を図４に示す。ガスタービン起動後の昇速段階をも含む時間を横軸に、かつ各時刻での低圧蒸気ドラムの蒸気圧力を縦軸に示している。低圧蒸気ドラムの蒸気圧力は、ガスタービン負荷の上昇（すなわちガスタービンの排気温度上昇）に応じて増加する。本発明にてガスタービン急速起動した場合の低圧ドラム圧力をｂ２に、従来低圧ドラム圧力をａ２に示す。
【００５２】
ガスタービンの排気温度上昇により排熱回収ボイラには高温の排ガスが流入する。高圧・中圧・低圧の各熱交換器はそれぞれ高温排ガスによって一時的に空焚き状態となるが、高圧蒸気ドラム、中圧蒸気ドラム、低圧蒸気ドラムで発生した蒸気により高圧過熱器、中圧過熱器、低圧過熱器の内部には蒸気が流入する。しかしながら高圧タービンからの蒸気が通過する再熱器に関しては、流入する蒸気が中圧過熱器からの蒸気のみとなり蒸気が不足、空焚き状態となる。
【００５３】
図５は、本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧過熱器への蒸気流量を示す。ガスタービン起動後の昇速段階をも含む時間を横軸に、かつ各時刻での低圧過熱器への蒸気流量を縦軸に示している。ｂ３は本発明にてガスタービン急速起動した場合の低圧過熱器への蒸気流量を示す。
【００５４】
図６は、本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧蒸気ヘッダから再熱器への蒸気流量を示す。ガスタービン起動後の昇速段階をも含む時間を横軸に、かつ各時刻での再熱器出口における蒸気温度を縦軸に示している。図中ｂ４は、再熱器出口における蒸気温度を計測し、計測値が設定値に一致するよう制御した場合の蒸気流量である。図示したとおり、蒸気流量は、再熱器空焚きを防止するためガスタービン起動時に増加し、そののち減少する。これは、中圧蒸気ドラムからの蒸気流量が増加するためである。
【００５５】
図７は、本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧蒸気ヘッダから蒸気タービン駆動軸への蒸気流量を示す。ガスタービン起動後の昇速段階をも含む時間を横軸に、かつ各時刻での蒸気タービン駆動軸への蒸気流量を縦軸に示している。図中ｂ５は、蒸気タービンケーシング内外壁温度差を計測し、計測値が設定値に一致するよう制御した場合の蒸気流量である。図示した通り、蒸気流量は、タービンロータの熱応力およびロータとケーシングとの熱伸び差を緩和するためガスタービン起動時に増加し、そののち減少する。これは蒸気タービンへと流入する高圧・中圧・低圧蒸気からのモレ蒸気流量が増大し、蒸気タービン駆動軸の予熱に用いられたためである。
【００５６】
図８は、本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧蒸気ヘッダから高圧蒸気タービンへの蒸気流量を示す。ガスタービン起動後の昇速段階をも含む時間を横軸に、かつ各時刻での高圧蒸気タービンへの蒸気流量を縦軸に示している。図中ｂ６は、蒸気タービン負荷設定に基づき高圧蒸気タービンへの蒸気流量を設定、制御した場合の蒸気流量である。本実施例において、蒸気流量は蒸気タービン負荷初期において最大とし、その後徐々に低下する運用とした。これは起動初期にタービン動翼に低温・低圧の蒸気を供給することで、タービン動翼の予熱・応力緩和を図ったものである。
【００５７】
以上、図３から図８によりガスタービンを高速起動した場合における実時間軸上での各種量の時間変化を示したが、これによれば図３のようにガスタービンを３０分で起動した場合に低圧蒸気は７、８分程度から発生しており、これを排ガス利用側機器（排熱回収ボイラ及び蒸気タービン）の保護、機能維持に必要な補助蒸気として利用可能である。
【００５８】
排ガス利用側機器（排熱回収ボイラ及び蒸気タービン）の保護、機能維持に必要な補助蒸気は、図６、７、８に示すように起動初期の短時間に確保できればよい。図６では、再熱蒸気が発生するまでの間、低圧蒸気を供給すればよく、図７では本来の軸受シール蒸気供給系統に蒸気が確立するまでの間供給できればよく、図８では本来の主蒸気が確立するまでの間供給できればよい。
【００５９】
低圧蒸気ヘッダ流量制御装置１０２は、夫々に対して適宜のタイミングで補助蒸気を供給開始し、また供給停止し、かつ各時刻で供給量を最適化すべく制御を行う。なお各補助蒸気利用先において、本来の蒸気が確立された場合には蒸気流量調節弁８、１０、３７を閉じて逆流が生じないようにする。
【実施例２】
【００６０】
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について、図９を用いて説明する。
【００６１】
本発明の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、ガスタービン１が駆動軸４を経て発電機３を駆動するともに、蒸気タービン２がもう一つの駆動軸４０にて駆動されるよう、プラントの軸を切断・改造した点にある。
【００６２】
実施例２においてガスタービン１を急速起動した場合、ガスタービン１が発電機３を駆動する。そのため、プラント全体の発電出力はガスタービン２の発電出力に等しい。プラント起動時においてガスタービン２が駆動すべき負荷は発電機３のみであることから、より急速にプラントを起動可能となる。
【００６３】
一方、急速起動による高温ガスが排熱回収ボイラ５に流入するため、低圧蒸気ヘッダ６に貯留した蒸気を、再熱蒸気管１８へと供給し、再熱器３０の空焚きを防止する。
【００６４】
また、低圧蒸気ヘッダ６に貯留した蒸気を、蒸気タービン側駆動軸へと供給することで、蒸気タービンの熱応力および熱伸び差発生を軽減する。
【００６５】
なお蒸気タービン２は発電機に接続されていないことから、蒸気タービン２は、蒸気のエネルギーをタービンの仕事によって消費する装置となる。
【実施例３】
【００６６】
本発明の実施例３に係るコンバインドサイクル発電プラントについて、図１０を用いて説明する。
【００６７】
本発明のコンバインドサイクル発電プラントの実施例２と実施例３との違いは、ガスタービン１が駆動軸４を経て発電機３を駆動するともに、蒸気タービン２がもう一つの駆動軸４０を経てもう一つの発電機４１を駆動するよう、プラントの軸を切断・発電機を追加した点にある。
【００６８】
実施例３においてガスタービン１を急速起動した場合、ガスタービン１が発電機３を駆動する。そのため、ガスタービンプラント全体の発電出力はガスタービン２の発電出力に等しい。プラント起動時においてガスタービン２が駆動すべき負荷は発電機３のみであることから、より急速にプラントを起動可能となる。
【００６９】
一方、急速起動による高温ガスが排熱回収ボイラ５に流入するため、低圧蒸気ヘッダ６に貯留した蒸気を、再熱蒸気管１８へと供給し、再熱器３０の空焚きを防止する。
【００７０】
また、低圧蒸気ヘッダ６に貯留した蒸気を、蒸気タービン側駆動軸へと供給することで、蒸気タービンの熱応力および熱伸び差発生を軽減する。
【００７１】
なお蒸気タービン２にはもう一つの発電機４１が接続されていることから、排熱回収ボイラ５からの蒸気量に応じた発電が可能となる。
【００７２】
本発明は上記した各実施例に限定されるものではない。各実施例では、主機の並びがガスタービン１、発電機３、蒸気タービン２の順に配置されている例を示したが、例えば発電機４、ガスタービン１、蒸気タービン２の順に回転軸が接続されている場合にはガスタービン１と蒸気タービン２の間で回転軸を切り離し、蒸気タービン２側の回転軸に新たな発電機４１を設置してもよい。
【００７３】
また、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とともに、高圧タービンの排気を再加熱する再熱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ない非再熱三重圧ボイラ、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。非再熱三重圧ボイラ、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は、ガスタービンの急速起動に伴い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。
【００７４】
本発明の実施例によれば、ガスタービンを急速起動した際に排熱回収ボイラに流入する高温ガスにより再熱器や過熱器内部が空焚きとなることを防止できる。
【００７５】
さらに、本発明の実施例によれば、ガスタービンを急速起動した際に蒸気タービンに流入する高温の蒸気により発生する蒸気タービンの熱応力および熱伸び差を軽減できる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
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】
【００７７】
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：低圧蒸気ヘッダ
７：再熱器蒸気供給配管
８：蒸気流量調節弁
９：駆動軸補助蒸気配管
１０：蒸気流量調節弁
１１：圧縮機
１２：燃焼器
１３：タービン
１４：高圧タービン
１５：中低圧タービン
１６：給水ポンプ
１７：高圧蒸気管
１８：再熱蒸気管
１９：中圧蒸気管
２０：低圧蒸気管
２１：排気ダクト
２２：低圧給水加熱器
２３：低圧ボイラ
２４：低圧過熱器
２５：中圧給水加熱器
２６：中圧ボイラ
２７：中圧過熱器
２８：高圧給水加熱器
２９：高圧ボイラ
３０：再熱器
３１：高圧過熱器
３２：低圧ドラム
３３：中圧ドラム
３４：高圧ドラム
３５：タービン排ガス
３６：蒸気タービン予熱蒸気配管
３７：蒸気流量調整弁
４０：もう一つの駆動軸
４１：発電機
１００：本発明のコンバインドサイクル発電プラント
１０１：コンバインドサイクル発電プラント制御装置
１０２：本発明の低圧蒸気ヘッダ蒸気流量制御装置
１０３：低圧蒸気ヘッダ蒸気統括制御手段
１０４：再熱器側蒸気流量調整弁制御手段
１０５：駆動軸側蒸気流量調整弁制御手段
１０６：蒸気タービン蒸気流量調整弁制御手段
【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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【図９】
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【図１０】
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