(57)【要約】【課題】従来のごとき起動装置を要することなく起動可能なコンバインドサイクル発電プラントおよびその起動方法を提供する。【解決手段】復水器６０の水を排熱回収ボイラ３０に供給するポンプによって搬送される水流を利用するペルトン水車５０もしくは他形式の起動装置により主軸２をスピン速度まで昇速し、ガスタービン１０の燃焼器に着火してガスタービン排ガス温度を昇温する。この結果排熱回収ガスボイラ３０が昇温し蒸気を生成する。発生させた蒸気を蒸気タービン２０に導入して主軸２を定格速度まで昇速する。【選択図】　図１
2004068653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンと蒸気タービンとが１本の軸を共有するコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記軸に回転力を付与して前記ガスタービンを着火速度まで昇速する起動装置を備え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】
前記起動装置が、復水器から排熱回収ボイラへの給水ポンプによって搬送される水流により駆動される水車であることを特徴とする請求項１記載のコンバインドサイクル発電システム。
【請求項３】
ガスタービンと蒸気タービンとが１本の軸を共有するコンバインドサイクル発電プラントの起動方法であって、
復水器の水を排熱回収ボイラに供給するポンプによって搬送される水流を利用して水車を回転させ、前記軸に回転力を付与して前記ガスタービンを着火速度まで昇速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起動方法。
【請求項４】
前記ガスタービンの燃焼器に着火後、前記排熱回収ボイラにおいて発生させた蒸気を前記蒸気タービンに導入して前記軸を定格速度まで昇速させることを特徴とする請求項３記載のコンバインドサイクル発電プラントの起動方法。
【請求項５】
ガスタービンと蒸気タービンとが１本の軸を共有するコンバインドサイクル発電プラントの起動方法であって、
起動装置を使って前記軸に回転力を付与して前記ガスタービンを着火速度まで昇速し、該ガスタービンの燃焼器に着火後、前記排熱回収ボイラにおいて発生させた蒸気を前記蒸気タービンに導入して前記軸を定格速度まで昇速させ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起動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排熱回収方式を採用したコンバインドサイクル発電プラントに関し、特にガスタービンと蒸気タービンとが１本の軸を共有する１軸型のコンバインドサイクル発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンバインドサイクル発電プラントの発電方式としては、ガスタービンで仕事をした後の排ガスを排熱回収ボイラ（Ｈ．Ｒ．Ｓ．Ｇ．）に導き、その排熱を利用して蒸気を発生させ、その蒸気を利用して蒸気タービンを駆動する、いわゆる排熱回収方式が一般的であり、実際の導入例も数多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガスタービンは、空気圧縮機により圧縮空気を生成し、その圧縮空気と燃料を混合し燃焼器で燃焼させて高温高圧の燃焼ガスを生成し、これを膨張させることによりタービンが回転力を得て発電機および空気圧縮機を駆動する構成となっている。すなわち圧縮空気がなければ起動できない構成である。そこで、まず起動装置によりガスタービンを定格速度の２０％前後まで昇速することによって空気圧縮機、燃焼器およびタービンに空気の流れを形成し、そのうえで燃焼器に燃料を投入し点火する。燃焼器着火によりタービンは若干の回転力を発生するが、起動装置による回転力の補助なしではその回転速度を維持できる状態でない。そこで、ガスタービン着火後も起動装置を運転し昇速する。ガスタービンの速度が定格速度の６０から８０％となるとガスタービン単独で昇速可能となり、起動装置を切り離し単独で昇速する。コンバインドサイクル発電プラントにおいても上記の状況は変わらない。
この場合の起動装置は、誘導電動機とトルクコンバータを組み合わせた方式、ディーゼルエンジンとトルクコンバータを組み合わせた方式、発電機をインバーターからの低周波数の電源によりモーターとして働かせる方式等種種実用化されている。ただし、ガスタービンの容量が大きくなればなるほどそれに比例して起動装置は大型のもの（容量の大きいもの）が必要となり、設備の建設にかかるコストは高くなる。
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、従来のごとき起動装置を要することなく起動可能なコンバインドサイクル発電プラントおよびその起動方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために次のような構成のコンバインドサイクル発電プラントおよびその起動方法を採用する。
すなわち本発明の請求項１に記載したコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンと蒸気タービンとが１本の軸を共有するコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記軸に回転力を付与して前記ガスタービンを着火速度まで昇速する起動装置を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載のコンバインドサイクル発電システムは、請求項１記載のコンバインドサイクル発電システムにおいて、前記起動装置が、復水器から排熱回収ボイラへの給水ポンプによって搬送される水流により駆動される水車であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項３に記載したコンバインドサイクル発電プラントの起動方法は、ガスタービンと蒸気タービンとが１本の軸を共有するコンバインドサイクル発電プラントの起動方法であって、
復水器の水を排熱回収ボイラに供給するポンプによって搬送される水流を利用して水車を回転させ、前記軸に回転力を付与して前記ガスタービンを着火速度まで昇速することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項４に記載したコンバインドサイクル発電プラントの起動方法は、請求項３に記載したコンバインドサイクル発電プラントの起動方法において、前記ガスタービンの燃焼器に着火後、前記排熱回収ボイラにおいて発生させた蒸気を前記蒸気タービンに導入して前記軸を定格速度まで昇速させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項５に記載したコンバインドサイクル発電プラントの起動方法は、ガスタービンと蒸気タービンとが１本の軸を共有するコンバインドサイクル発電プラントの起動方法であって、
起動装置を使って前記軸に回転力を付与して前記ガスタービンを着火速度まで昇速し、該ガスタービンの燃焼器に着火後、前記排熱回収ボイラにおいて発生させた蒸気を前記蒸気タービンに導入して前記軸を定格速度まで昇速させることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のコンバインドサイクル発電プラントの第１の実施の形態について図１を参照して説明する。
図１には、排熱回収方式を採用した１軸型のコンバインドサイクル発電プラントを示す。図に示すように、この１軸型のコンバインドサイクル発電プラントは、主要な構成要素として、発電機１と、ガスタービン１０と、蒸気タービン２０と、排熱回収ボイラ３０と、復水器６０とを備えている。
【００１１】
ガスタービン１０には、空気圧縮機１１と、燃焼器１２と、タービン１３とが具備されている。蒸気タービン２０には、高圧、中圧、低圧の３つのタービン２１，２２，２３が具備されている。ガスタービン１０と蒸気タービン２０とは、発電機１に接続された主軸２を共有し、ガスタービン１０においては燃焼ガスがタービン１３に対してなす仕事、蒸気タービン２０においては蒸気が各タービン２１，２２，２３に対してなす仕事をともに主軸２の回転力として取り出して空気圧縮機１１および発電機１を駆動するしくみとなっている。
【００１２】
排熱回収ボイラ３０には、ガスタービン１０において発生した排ガスの流路をなす筐体３０ａの内部に、高圧、中圧、低圧の３つの蒸発器３１，３２，３３が、排ガスの流れる方向に沿って順に設置されている。各蒸発器３１，３２，３３には、それぞれ高圧、中圧、低圧の３つのドラム３４，３５，３６が併設されている。
【００１３】
高圧蒸発器３１よりも排ガスの流れ方向の上流側には、高圧ドラム３４から導出される高圧蒸気を過熱する一次、二次の２つの高圧過熱器３７ａ，３７ｂと、高圧タービン２１に対して仕事をした蒸気を再加熱する一次、二次の２つの再熱器３８ａ，３８ｂとが設置されている。
【００１４】
高圧蒸発器３１と中圧蒸発器３２との間には、中圧ドラム３５から導出される中圧蒸気を過熱する中圧過熱器３９と、低圧ドラム３６から導出される低圧蒸気を過熱する低圧過熱器４０とが設置されている。
【００１５】
空気圧縮機１１と高圧タービン２１との間の主軸２には、主軸２を軸とするペルトン水車（起動装置）５０が取り付けられている。ペルトン水車５０を駆動する水源としては、給水ポンプ６１によって復水器６０から高圧、中圧、低圧の各ドラム３４，３５，３６に供給される水の一部を利用するようになっている。
【００１６】
続いて、上記のような構成のコンバインドサイクル発電プラントにおける起動の仕方について説明する。
まず、主軸２をターニング回転（２〜３ｒｅｖ／ｍｉｎ）させた状態から給水弁６３を開き、給水ポンプ６１によって発生させた水流をペルトン水車５０に供給する。また、ペルトン水車５０への給水開始と前後して、復水器６０から排熱回収ボイラ３０の高圧、中圧、低圧の各ドラム３４，３５，３６に給水を開始する。ペルトン水車５０は、給水ポンプ６１からの水流により回転して主軸２に回転力を与え、ガスタービン１０の燃焼器１２に着火させることが可能な回転速度（スピン速度；ガスタービン１０の定格速度の２０％前後）にまで昇速する。
【００１７】
主軸２が、ガスタービン１０の燃焼器１２に着火させることが可能な回転速度にまで昇速されたら、燃焼器１２に燃料を供給し、空気圧縮機１１から供給される圧縮空気と反応させて燃焼させ、生成された燃焼ガスをタービン１３に吹き込んでタービン１３に回転力（回転トルク）を付与する。タービン１３に対して仕事をした燃焼ガスはガスタービン１０から排出され、排熱回収ボイラ３０に導かれる。なお、ガスタービンの特性から、この状態でのタービン１３入り口圧力温度はともに低くタービン１３の回転力は低い値であり、主軸２をスピン速度からさらに昇速する能力はない。
【００１８】
ガスタービン１０の燃焼器１２に着火し、排熱回収ボイラ３０内部に高温の燃焼ガスが供給されるようになったら、高圧、中圧、低圧の各ドラム３４，３５，３６のそれぞれに併設された高圧、中圧、低圧の各蒸発器３１，３２，３３において蒸気が発生する。
【００１９】
高圧蒸発器３１において発生した蒸気は、高圧ドラム３４から押し出され、一次、二次の高圧過熱器３７ａ，３７ｂにおいて過熱された後、高圧タービン２１に配送されて高圧タービン２１を回転させる。
中圧蒸発器３２において発生した蒸気は、中圧ドラム３５から押し出され、中圧過熱器３９において過熱された後、高圧タービン２１に対して仕事をした蒸気とともに一次、二次の再熱器３８ａ，３８ｂにおいて再加熱される。一次、二次の再熱器３８ａ，３８ｂにおいて再加熱された蒸気は、中圧タービン２２に配送されて中圧タービン２２を回転させる。
低圧蒸発器３３において発生した蒸気は、低圧ドラム３６から押し出され、低圧過熱器４０において過熱され、低圧タービン２３に配送されて低圧タービン２３を回転させる。
【００２０】
蒸気タービン２０のタービン２１，２２，２３の回転力を、ガスタービンが発生する回転力に加えることにより、主軸２の昇速を再開する。すなわち従来の起動装置で得ていた回転力に相当する回転力を蒸気タービン２０によって主軸２に付与する。このときペルトン水車５０による回転力は必要なくなり水車の給水弁６３は全閉として給水は停止される。
主軸２の回転速度が定格速度となったら、発電機１を系統に投入し発電を開始する。以上でコンバインドサイクル発電プラントは定常な運転に入る。
【００２１】
このように、主軸２にペルトン水車５０を設け、上記の手順に従って主軸２を回転させることにより、従来のように容量の大きな起動装置がなくてもコンバインドサイクル発電プラントを起動させることが可能になるので、その分設備コストを安価に抑えることができる。
【００２２】
さらに今後の可能性として、このようなガスタービン１０の起動方式が採用できれば、外部から大電力の供給を受けなくても、非常用電源装置程度の小電力だけでコンバインドサイクル発電プラントを起動させることが可能になる。
【００２３】
なお、本実施形態ではペルトン水車５０を採用したが、起動装置として採用できる水車はこの形式のものに限定されるものではない。また、水車の設置箇所についても、主軸２に回転力を付与することか可能な箇所であれば何処であっても構わない。
【００２４】
また、本発明の起動装置には、水車の他に、Ａ．誘導電動機＋トルクコンバータ＋クラッチ、Ｂ．ディーゼルエンジン＋トルクコンバータ＋クラッチ、Ｃ．巻き線型誘導電動機＋クラッチ、Ｄ．エアタービン＋クラッチ、Ｅ．発電機をインバーター電源によりモーターとして運用、以上を採用することができる。
【００２５】
本発明のコンバインドサイクル発電プラントの第２の実施の形態について図２を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
図２に示すように、本実施形態には、従来と同じく起動装置３が備わっているが、その容量は従来と比較してかなり小さいもの（従来の起動装置の１０〜２０％の容量）が採用可能である。起動装置３とガスタービン１０との間には、起動装置３の回転をガスタービン１０に対して断続可能とするクラッチ機構６４が介装されている。
【００２６】
上記のような構成のコンバインドサイクル発電プラントにおける起動の仕方について説明する。
まず、主軸２をターニング回転（２〜３ｒｅｖ／ｍｉｎ）させた状態から起動装置３を作動させる。また、起動装置３の作動開始と前後して給水ポンプ６１を作動させ、復水器６０から排熱回収ボイラ３０の高圧、中圧、低圧の各ドラム３４，３５，３６に給水を開始する。起動装置３は主軸２に回転力を与え、ガスタービン１０の燃焼器１２に着火可能な回転速度（スピン速度；ガスタービン定格速度の２０％前後）にまで昇速する。
【００２７】
主軸２が、ガスタービン１０の燃焼器１２に着火させることが可能な回転速度にまで昇速されたら、燃焼器１２に燃料を供給し、空気圧縮機１１から供給される圧縮空気と反応させて燃焼させ、生成された燃焼ガスをタービン１３に吹き込んでタービン１３に回転力（回転トルク）を付与する。タービン１３に対して仕事をした燃焼ガスはガスタービン１０から排出され、排熱回収ボイラ３０に導かれる。
【００２８】
ガスタービン１０の燃焼器１２が着火し、排熱回収ボイラ３０内部に高温の燃焼ガスが供給されるようになると、高圧、中圧、低圧の各ドラム３４，３５，３６のそれぞれに併設された高圧、中圧、低圧の各蒸発器３１，３２，３３において蒸気が発生する。
【００２９】
高圧蒸発器３１において発生した蒸気は、高圧ドラム３４から押し出され、一次、二次の高圧過熱器３７ａ，３７ｂにおいて過熱された後、高圧タービン２１に配送されて高圧タービン２１を回転させる。
中圧蒸発器３２において発生した蒸気は、中圧ドラム３５から押し出され、中圧過熱器３９において過熱された後、高圧タービン２１に対して仕事をした蒸気とともに一次、二次の再熱器３８ａ，３８ｂにおいて再加熱される。一次、二次の再熱器３８ａ，３８ｂにおいて再加熱された蒸気は、中圧タービン２２に配送されて中圧タービン２２を回転させる。
低圧蒸発器３３において発生した蒸気は、低圧ドラム３６から押し出され、低圧過熱器４０において過熱され、低圧タービン２３に配送されて低圧タービン２３を回転させる。
【００３０】
蒸気タービン２０のタービン２１，２２，２３の回転力を、ガスタービンが発生する回転力に加えることにより、主軸２の昇速を再開する。すなわち従来の起動装置で得ていた回転力に相当する回転力を蒸気タービンが主軸２に付与することになる。この時点で起動装置３による回転力は必要なくなるので、クラッチ６４により起動装置３を主軸２から切り離す。
主軸２の回転速度が定格速度となったら、発電機１を系統に併入し発電を開始する。以上でコンバインドサイクル発電プラントは定常な運転に入る。
【００３１】
上記の手順に従って主軸２を回転させることにより、起動装置３を従来よりも小型としても、コンバインドサイクル発電プラントを起動させることが可能になるので、その分設備コストを安価に抑えることができる。
【００３２】
さらに、今後の可能性として、このようなガスタービン１０の起動方式を採用すれば、外部から大電力の供給を受けなくても、コンバインドサイクル発電プラントを起動させることが可能になる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、復水器の水を排熱回収ボイラに供給するポンプによって搬送される水流を利用して水車を回転させ、主軸に回転力を付与してガスタービンをスピン速度まで昇速することにより、従来のように主軸２をその定格速度の６０から８０％まで昇速できる容量の起動装置でなくてもコンバインドサイクル発電プラントを起動させることが可能になるので、その分設備コストを安価に抑えることができる。
【００３４】
本発明によれば、小型の起動装置を使って主軸に回転力を付与してガスタービンをスピン速度まで昇速し、該ガスタービンの燃焼器着火後、排熱回収ボイラにおいて発生させた蒸気を、蒸気タービンに導入して主軸を定格速度まで昇速させることにより、従来よりも小型の起動装置でも、無理なくコンバインドサイクル発電プラントを起動させることが可能になるので、その分設備コストを安価に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図であって、排熱回収方式を採用した１軸型のコンバインドサイクル発電プラントを示す概要図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す図であって、排熱回収方式を採用した１軸型のコンバインドサイクル発電プラントを示す概要図である。
【符号の説明】
１　　　発電機
２　　　主軸
３　　　起動装置
１０　　ガスタービン
２０　　蒸気タービン
３０　　排熱回収ボイラ
５０　　ペルトン水車（起動装置）
６０　　復水器
【図１】
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【図２】
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