(57)【要約】【課題】従来の複数のガスタービンを有する多軸型コンバインドサイクルプラントにおいては、例えば一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下したとき低温再熱ラインや復水器に高温の蒸気が直接流入し、蒸気タービントリップや、蒸気タービン本体や配管、或いは復水器の損傷を生ずる可能性がある。本発明はこのような問題を解消することを目的とする。【解決手段】多軸型コンバインドサイクルプラントの一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合に、負荷が低下した側の排ガスボイラ２ｂの残熱により発生する過熱蒸気を蒸気タービン側に逃がし、排ガスボイラのアイソレーション弁５ｂ…の前後差圧や流量が０近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁５ｂ…の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁２２ｂ…の開動作をする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のガスタービンを有する多軸型コンバインドサイクルプラントにおいて、一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合に、負荷が低下した側の排ガスボイラの残熱により発生する過熱蒸気を蒸気タービン側に逃がすとともに、上記蒸気タービン側に流れる過熱蒸気がほぼ０になった時点で、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする多軸型コンバインドサイクルプラント。
【請求項２】
負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前後差圧が０近傍になった時点で、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする、請求項１記載の多軸型コンバインドサイクルプラント。
【請求項３】
負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前に設置された逆止弁が閉になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする、請求項１記載の多軸型コンバインドサイクルプラント。
【請求項４】
負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の上流側に設置された流量計が０近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする、請求項１記載の多軸型コンバインドサイクルプラント。
【請求項５】
復水器として、特に空気冷却式復水器が用いられていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の多軸型コンバインドサイクルプラント。
【請求項６】
複数のガスタービンを有する多軸型コンバインドサイクルプラントの一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合に、負荷が急に低下した側のタービンバイパス弁を直ちに開動作することなく、負荷が低下した側の排ガスボイラの残熱により発生する過熱蒸気を蒸気タービン側に逃がし、上記蒸気タービン側に流れる過熱蒸気がほぼ０になった時点で、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする多軸型コンバインドサイクルプラントの制御方法。
【請求項７】
負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前後差圧が０近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする、請求項６記載の多軸型コンバインドサイクルプラントの制御方法。
【請求項８】
負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前に設置された逆止弁が閉になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする、請求項６記載の多軸型コンバインドサイクルプラントの制御方法。
【請求項９】
負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の上流側に設置された流量計が０近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする、請求項６記載の多軸型コンバインドサイクルプラントの制御方法。
【請求項１０】
上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖及びタービンバイパス弁の開動作を、高圧側より低圧側へ、順次行うことを特徴とする、請求項６乃至９のいずれかに記載の多軸型コンバインドサイクルプラントの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主蒸気、再熱蒸気、低圧蒸気を含む蒸気系統の切り離し制御を要する多軸型コンバインドサイクルプラント、及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラントの中で、ガスタービンと蒸気タービンを組合わせたコンバインドサイクルプラントは、従来のコンベンショナルプラントと比較して、熱効率が格段に向上している。そのため、国内、海外を問わず、幅広く利用されている。
【０００３】
コンバインドサイクルプラントにおけるガスタービンと蒸気タービンの組み合わせ方法は、
（１）ガスタービンと蒸気タービンが一軸に連結されている一軸型コンバインドサイクルプラント
（２）ガスタービンと蒸気タービンとを個別に配置する多軸型コンバインドサイクルプラント
の２通りがあり、本発明は、上記（２）で示した多軸型コンバインドサイクルプラントに係るものである。
【０００４】
ところで、火力発電プラントにはＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ　Ｓｔａｒｔ　ａｎｄ　Ｓｔｏｐ；夜間起動停止）運用、ＷＳＳ（Ｗｅｅｋｌｙ　Ｓｔａｒｔ　ａｎｄ　Ｓｔｏｐ；周末起動停止）運用や夜間の部分負荷運転等の、日々急変する電力需要に対応する役割を求められている。多軸型コンバインドサイクルプラントは、必要とする発電量に合わせて、運転するガスタービンの台数を切り替えることにより、プラントの部分負荷時においても高効率を維持できる特徴がある。
【０００５】
ここで、ガスタービン１台がトリップした場合に、ガスタービンの台数が突発的に切り替わる場合が想定される。また、運用においてもガスタービンの台数切り替え操作は頻繁に実施される。その切り替え操作時に復水器への高温蒸気の流入で復水器の真空度の上昇による蒸気タービントリップ、または蒸気タービン本体の損傷が考えられる。これは真空調整の追従性に劣る空気冷却式復水器を用いた場合に顕著であると考えられる。また、プラント発電量の急変、排ガスボイラのドラムレベル変動によるプラント系統の不安定化などが考えられ、好ましいことではない。すなわち、切り換え操作中に停止側の蒸気の逃がし先を効率よく制御することが非常に重要である。
【０００６】
図１２は、多軸型コンバインドサイクルプラントの蒸気タービン周りの概略系統を示す図であり、多軸型コンバインドサイクルプラントは、１台の蒸気タービンに対し２台以上のガスタービンにより構成されている。図１２は説明の簡略化のために１台の蒸気タービンに対して２台のガスタービンを有するプラントを示す。また、現在最も一般的である３圧再熱式のコンバインドサイクルプラントについての例を示す。
【０００７】
すなわち、ガスタービン１ａ、１ｂにそれぞれ接続された排ガスボイラ２ａ、２ｂで発生した高圧過熱蒸気は、高圧ドラム３ａ、３ｂから各蒸気系統の逆止弁４ａ、４ｂ及び高圧アイソレーション弁５ａ、５ｂを通り、合流後、高圧圧力調節弁６を経て高圧蒸気タービン７に流入する。この高圧蒸気タービン７で仕事をした蒸気は再び分岐し、それぞれ低温再熱アイソレーション弁８ａ、８ｂ及び逆止弁９ａ、９ｂを経て、中圧ドラム１０ａ、１０ｂから供給され中圧圧力調節弁１１ａ、１１ｂを通った中圧過熱蒸気と合流する。その後、排ガスボイラの再熱器１２ａ、１２ｂで再熱された蒸気は、逆止弁１３ａ、１３ｂ及び高温再熱アイソレーション弁１４ａ、１４ｂを経て再び合流する。
【０００８】
合流した蒸気は、インターセプト弁１５ａ、１５ｂを経て、中圧蒸気タービン１６に流入する。一方、低圧ドラム１７ａ、１７ｂからの低圧過熱蒸気は逆止弁１８ａ、１８ｂ及び低圧アイソレーション弁１９ａ、１９ｂを経て合流し、低圧圧力調節弁２０を通り、中圧蒸気タービン１６の排気蒸気と合流し、低圧蒸気タービン２１に流入する。この時、高圧タービンバイパス弁２２ａ、２２ｂ、中圧タービンバイパス弁２３ａ、２３ｂ、低圧タービンバイパス弁２４ａ、２４ｂは全て全閉しており、これらのバイパス弁は起動時及び停止時にのみ使用される。
【０００９】
ところで、今ガスタービン１台すなわちガスタービン１ｂの停止時を考えた場合、従来では、まず蒸気タービンへの流入蒸気量が急変しないようにタービンバイパス弁２２ｂ、２３ｂ、２４ｂを徐々に開き、排ガスボイラでの発生蒸気が全てタービンバイパスラインから復水器へ流れるようにする。この状態で各アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１７ｂを閉動作しても、蒸気タービンへの流入蒸気量変化はない。そこで、全てのアイソレーション弁を全閉することで蒸気系統の切り離し作業が完了し、次いでガスタービンの停止作業となる。
【００１０】
この一連の作業の中で、ガスタービン停止時、特に一系統のみのガスタービントリップ時等の急変時には、高圧蒸気ライン側では高圧蒸気ラインから高圧タービンバイパス弁２２ｂを介して急激に低温再熱ラインに高温度の蒸気が流入することとなる。また、中圧、低圧側でも、各々のタービンバイパス弁２３ｂ、２４ｂを通り、高温の蒸気が復水器に直接多量に流入することになる。これらの事象は復水器真空度の低下による蒸気タービントリップ及び蒸気タービン本体、蒸気配管及び復水器の損傷につながる。
【００１１】
また、ガスタービン停止前までは蒸気タービンで仕事をすることで発電に寄与していた蒸気が、急激に蒸気タービンをバイパスすることにより、発電量の突変を引き起こし、特に電力系統の弱いプラントでは発電機トリップに至る可能性もある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のプラントにおいては、多軸型コンバインドサイクルプラントにおける運転中のガスタービンを停止する操作の過程において、高圧蒸気ライン側では高圧蒸気ラインから高圧タービンバイパス弁を介して急激に低温再熱ラインに高温度の蒸気が流入することになる。また、中圧、低圧側でも各々のタービンバイパス弁を通り、高温の蒸気が復水器に直接多量に流入することになる。
これらの事象は復水器真空度の低下による蒸気タービントリップ及び蒸気タービン本体、蒸気配管及び復水器の損傷につながる等の問題がある。
【００１３】
本発明は、このような点に鑑み、多軸型コンバインドサイクルプラントにおいて、プラントの運用安定性、及び長寿命化を実現するシステムを具備したコンバインドサイクルプラントを得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、複数のガスタービンを有する多軸型コンバインドサイクルプラントにおいて、一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合に、負荷が低下した側の排ガスボイラの残熱により発生する過熱蒸気を蒸気タービン側に逃がすとともに、上記蒸気タービン側に流れる過熱蒸気がほぼ０になった時点で、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前後差圧が０近傍になった時点で、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前に設置された逆止弁が閉になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明において、負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の上流側に設置された流量計が０近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに係る発明において、復水器として、特に空気冷却式復水器が用いられていることを特徴とする。
【００１９】
さらに、請求項６に係る発明は、複数のガスタービンを有する多軸型コンバインドサイクルプラントの一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合に、負荷が急に低下した側のタービンバイパス弁を直ちに開動作することなく、負荷が低下した側の排ガスボイラの残熱により発生する過熱蒸気を蒸気タービン側に逃がし、上記蒸気タービン側に流れる過熱蒸気がほぼ０になった時点で、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【００２０】
請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明において、負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前後差圧が０近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【００２１】
請求項８に係る発明は、請求項６に係る発明において、負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前に設置された逆止弁が閉になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【００２２】
請求項９に係る発明は、請求項６に係る発明において、負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の上流側に設置された流量計が０近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１０に係る発明は、請求項６乃至９のいずれかに係る発明において、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖及びタービンバイパス弁の開動作を、高圧側より低圧側へ、順次行うことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、図中図１２と同一部分には同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００２５】
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態を示す図であり、アイソレーション弁５ａ、１４ａ、１９ａにはそれぞれ差圧計２５ａ、２６ａ、２７ａが設けられており、アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂにもそれぞれ差圧計２５ｂ、２６ｂ、２７ｂが設けられている。
【００２６】
図１は一軸のガスタービンすなわちガスタービン１ｂの負荷が急に低下し急止した直後の各弁の開閉状態を示しており、この時には、特に各アイソレーション弁５ａ、１４ａ、１９ａ、５ｂ、１４ｂ、１９ｂは全開、各タービンバイパス弁２２ａ、２３ａ、２４ａ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂは全閉となっている。
【００２７】
しかして、排ガスボイラの残熱により発生する蒸気はアイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂを介して蒸気タービン側に逃がされている。そこで、排ガスボイラの残熱により発生する蒸気量が減少すると、やがてアイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂの上流側に設けられている逆止弁４ｂ、１３ｂ、１８ｂが全閉となり、アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂの前後の差圧が０近傍となる。すなわち、アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂを流れる蒸気量がほぼ０となる。この時点では、停止側の排ガスボイラ２ｂから発生する蒸気は系統から切り離され、蒸気タービン側に流入することはない。
【００２８】
このようにしてアイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂの前後の差圧が０近傍になったことが差圧計２５ｂ、２６ｂ、２７ｂにより検出されると、各アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂに閉鎖指令が発せられ、各アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂは閉動作、各タービンバイパス弁２２ｂ、２３ｂ、２４ｂは開動作を行う（図２）。その後、図３に示すように、各アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂは全閉、各タービンバイパス弁２２ｂ、２３ｂ、２４ｂは全開となる。
【００２９】
しかして、一軸のガスタービンが急止した場合に高温の蒸気が復水器に直接流入することを抑えることができ、復水器の真空度も比較的高いまま保持でき、プラントトリップに至る可能性を低減することができる。また、復水器への高温蒸気の流入により発生する熱応力を低減でき、長寿命化を実現することができる。
しかも、一軸のガスタービンの負荷が急に低下した直後においては、排ガスボイラの残熱により発生する高温蒸気がタービンバイパス弁を経由して復水器へ直接流入することがなく、蒸気タービンで仕事をした後に復水器に流入するので、発電量の突変がなく、送電系統の不安定化が解消できる。また、ガスタービン停止直後に、アイソレーション弁、タービンバイパス弁の開閉動作がなく、ドラムレベルの変動など、蒸気系統に与える影響を低減することもできる。
【００３０】
図４及び図５は本発明の第２の実施の形態を示す図であり、蒸気切り離し時から弁による系統切り離し完了までの弁の開閉状況を示す。一軸のガスタービン１ｂが急止して排ガスボイラの残熱により発生する蒸気量が減少し、各アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂの上流側に設けられている逆止弁４ｂ、１３ｂ、１８ｂが全閉となると、各アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂに閉鎖指令が発せられ、各アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂは閉動作、各タービンバイパス弁２２ｂ、２３ｂ、２４ｂは開動作を行う（図４）。その後、図５に示すように、各アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂは全閉、各タービンバイパス弁２２ｂ、２３ｂ、２４ｂは全開となる。しかして、この場合も第１の実施の形態と同様な効果を奏する。
【００３１】
図６及び図７は本発明の第３の実施の形態を示す図であり、各アイソレーション弁５ａ、１４ａ、１９ａ、５ｂ、１４ｂ、１９ｂの上流側には流量計２８ａ、２９ａ、３０ａ、２８ｂ、２９ｂ、３０ｂが設けられている。
【００３２】
しかして、ガスタービン１ｂの負荷が急に低下し急止した直後には、排ガスボイラの残熱により発生する蒸気はアイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂを介して蒸気タービン側に逃がされている。そこで、排ガスボイラの残熱により発生する蒸気量が減少し、アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂに設けられている流量計２８ｂ、２９ｂ、３０ｂの流量が０近傍となると、上記流量計２８ｂ、２９ｂ、３０ｂにより各アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂに閉鎖指令が発せられ、各アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂは閉動作、各タービンバイパス弁２２ｂ、２３ｂ、２４ｂは開動作を行う（図６）。その後、図７に示すように、各アイソレーション弁５ｂ、１４ｂ、１９ｂは全閉、各タービンバイパス弁２２ｂ、２３ｂ、２４ｂは全開となる。
【００３３】
したがって、この場合も第１の実施の形態と同様な効果を奏する。
【００３４】
図８〜図１１は、本発明の第４の実施の形態を示す図であり、蒸気切り離し時から弁の系統切り離し完了までの弁の開閉状況を示す。すなわち、前述のように例えば、ガスタービン１ｂの負荷が急に低下し急止した直後には、まず図８に示すように、高圧側のアイソレーション弁５ｂとタービンバイパス弁２２ｂの開閉動作を行い、続いて図９のように、中圧側のアイソレーション弁１４ｂとタービンバイパス弁２３ｂの開閉動作を行い、最後に図１０のように、低圧側のアイソレーション弁１９ｂとタービンバイパス弁２４ｂの開閉動作を行う。このようにして各アイソレーション弁とタービンバイパス弁は、図１１に示すように全開、全閉となる。
【００３５】
しかして、このように前記各弁の開閉動作を高圧側から低圧側へ順次行うことにより、排ガスボイラの残熱によって発生する比較的流量が多い高圧過熱蒸気は、高圧蒸気タービン７だけではなく、中圧、低圧蒸気タービン１６、２１でも仕事をすることができ発電量の突変を防ぐことができる。
【００３６】
ところで、本発明は前述のように構成したので、一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合に、従来タービンバイパス弁を通って復水器に直接流入した高温蒸気量を抑えることができるため、復水器の真空度も比較的高いまま保持可能となり、プラントトリップに至る可能性も低減でき、復水装置に、特に真空度調整の追従性に劣る空気冷却式復水器を使用することもできる。
【００３７】
なお、上記各実施の形態においては２系列の場合においてガスタービン１ｂ側の負荷が急低下した場合を示したが、２系列の場合は１系列毎に、ｎ系列の場合には１系列またはｍ系列が平行して制御されるものであり、その選択は運転状況に応じて適宜行われるものであることは勿論である。
【００３８】
以上、本発明を図示の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてもよいことはいうまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合にも高温の蒸気が復水器に直接多量に流入することを抑えることができるので、多軸型コンバインドサイクルプラントの運用安定性及び長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多軸型コンバインドサイクルプラントの第１の実施の形態を示すシステム図。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示すシステム図。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示すシステム図。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示すシステム図。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示すシステム図。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示すシステム図。
【図７】本発明の第３の実施の形態を示すシステム図。
【図８】本発明の第４の実施の形態を示すシステム図。
【図９】本発明の第４の実施の形態を示すシステム図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態を示すシステム図。
【図１１】本発明の第４の実施の形態を示すシステム図。
【図１２】従来の多軸型コンバインドサイクルプラントの蒸気周りのシステム構成図。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ　ガスタービン
４ａ、４ｂ　逆止弁
５ａ、５ｂ　アイソレーション弁
７　高圧タービン
１６　中圧タービン
２１　低圧タービン
１４ａ、１４ｂ　アイソレーション弁
１９ａ、１９ｂ　アイソレーション弁
２２ａ、２２ｂ　高圧タービンバイパス弁
２３ａ、２３ｂ　中圧タービンバイパス弁
２４ａ、２４ｂ　低圧タービンバイパス弁
【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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【図１１】
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【図１２】
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