(57)【要約】【課題】  ボイラからガスタービンに蒸気を供給する蒸気管全体を、プラント起動時に一度に暖管することができ、ガスタービン内へのドレンの流入を防止することができるとともに、この蒸気管に定格の蒸気量を流すまでの時間を短縮することのできるコンバインド発電プラントを提供することを目的としている。【解決手段】  ボイラ５で発生した蒸気の一部をガスタービン３に導くとともに、蒸気弁１１，１２が設けられた蒸気管１０を備えるコンバインド発電プラントであって、前記蒸気弁１１，１２よりも下流側に位置する前記蒸気管１０に、ガスタービン側ドレン排出管１６が設けられているとともに、前記蒸気弁１１，１２よりも上流側に位置する前記蒸気管１０に、ボイラ側ドレン排出管１３が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器と、該燃焼器から供給される燃焼ガスによって動力を発生するガスタービンと、前記燃焼器に加圧した燃焼用空気を供給する圧縮機と、蒸気を発生するボイラと、該ボイラから供給される蒸気によって動力を発生する蒸気タービンと、前記ボイラで発生した蒸気の一部を前記ガスタービンに導くとともに、蒸気の流れを遮断あるいは調節する蒸気弁が設けられた蒸気管とを備えるコンバインド発電プラントであって、
前記蒸気弁よりも下流側に位置する前記蒸気管に、ガスタービン側ドレン排出管が設けられているとともに、前記蒸気弁よりも上流側に位置する前記蒸気管に、ボイラ側ドレン排出管が設けられていることを特徴とするコンバインド発電プラント。
【請求項２】
暖管時、前記蒸気弁よりも下流側に位置する前記蒸気管、および前記ガスタービン側ドレン排出管に、前記圧縮機から燃焼用空気が導かれるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のコンバインド発電プラント。
【請求項３】
前記ガスタービン側ドレン排出管および前記ボイラ側ドレン排出管に、それぞれ電磁弁が設けられているとともに、これら電磁弁、および前記蒸気弁に制御器が接続されており、これら電磁弁、および前記蒸気弁が、前記制御器によりそれぞれ所定のタイミングで開閉されるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のコンバインド発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンと蒸気タービンとを具備したコンバインド発電プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンバインド発電プラントとしては、燃焼器から供給された高温高圧の燃焼ガスによって動力を発生するガスタービンと、このガスタービンの排ガスで蒸気を発生する排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラが発生した蒸気によって動力を発生する蒸気タービンとを具備したものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１８８４５９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
また、上記特許文献１に記載されているようなコンバインド発電プラントには、たとえば、図４に示すような蒸気管１０が設けられており、排熱回収ボイラ５からガスタービン３へ蒸気が供給されるようになっている。
排熱回収ボイラ５からガスタービン３へ蒸気が供給される主な理由としては、タービン・ブレード（動翼）および／またはノズル・ガイド・ベーン（静翼）を冷却するため、ＮＯｘ排出量を低減させるため、ガスタービンの発生出力を増大させるためなどが挙げられる。
【０００４】
しかしながら、このような蒸気管１０には、排熱回収ボイラ側ドレン排出管１３しか設けられていなかったため、プラント起動時に蒸気管１０を暖管しようとしても、蒸気遮断弁（蒸気弁）１２からガスタービン３までの蒸気管１０を暖管することができなかった。そのため、ドレンがガスタービン３内に流入し、タービン・ブレードやノズル・ガイド・ベーンに衝突して、これらタービン・ブレードやノズル・ガイド・ベーンを破損してしまわないように蒸気制御弁（蒸気弁）１１を少しずつ開け、蒸気遮断弁１２からガスタービン３までの蒸気管１０を暖管しながら蒸気を流していく必要があり、定格の蒸気量を流すことができるようになるまでに非常に多くの時間がかかってしまうといった問題点があった。
また、この蒸気制御弁１１、および排熱回収ボイラ側ドレン排出管１３に設けられているドレン弁１３ａは、作業員の手により手動で開閉される弁であったため、蒸気管１０の暖管時にはこれら蒸気制御弁１１およびドレン弁１３ａに作業員を配置しなければならないといった問題点もあった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ボイラからガスタービンに蒸気を供給する蒸気管全体を、プラント起動時に一度に暖管することができ、ガスタービン内へのドレンの流入を防止することができるとともに、この蒸気管に定格の蒸気量を流すまでの時間を短縮することのできるコンバインド発電プラントを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載のコンバインド発電プラントは、燃焼器と、該燃焼器から供給される燃焼ガスによって動力を発生するガスタービンと、前記燃焼器に加圧した燃焼用空気を供給する圧縮機と、蒸気を発生するボイラと、該ボイラから供給される蒸気によって動力を発生する蒸気タービンと、前記ボイラで発生した蒸気の一部を前記ガスタービンに導くとともに、蒸気の流れを遮断あるいは調節する蒸気弁が設けられた蒸気管とを備えるコンバインド発電プラントであって、前記蒸気弁よりも下流側に位置する前記蒸気管に、ガスタービン側ドレン排出管が設けられているとともに、前記蒸気弁よりも上流側に位置する前記蒸気管に、ボイラ側ドレン排出管が設けられていることを特徴とする。
このようなコンバインド発電プラントによれば、プラント起動時、たとえば、ボイラからの蒸気や圧縮機からの燃焼用空気などが、蒸気弁（たとえば、蒸気遮断弁および蒸気制御弁）よりも下流側に位置する蒸気管、およびガスタービン側ドレン排出管に通されてこれら管の暖管が行われるとともに、ボイラからの蒸気が、蒸気弁よりも上流側に位置する蒸気管、およびボイラ側ドレン排出管に通されてこれら管の暖管が行われるようになっている。
すなわち、蒸気弁を挟んで、上流側および下流側の蒸気管が同時に温められることとなる。
【０００７】
請求項２に記載のコンバインド発電プラントは、暖管時、前記蒸気弁よりも下流側に位置する前記蒸気管、および前記ガスタービン側ドレン排出管に、前記圧縮機から燃焼用空気が導かれるように構成されていることを特徴とする。
このようなコンバインド発電プラントによれば、蒸気弁よりも下流側に位置する蒸気管、およびガスタービン側ドレン排出管を暖管するのに、ガスタービンに隣接して配置された圧縮機により作り出された燃焼用空気が使用されるようになっているので、圧縮機から蒸気管に燃焼用空気を導く配管の長さが短くてすみ、配管の取り回しも簡略化されることとなる。
【０００８】
請求項３に記載のコンバインド発電プラントは、前記ガスタービン側ドレン排出管および前記ボイラ側ドレン排出管に、それぞれ電磁弁が設けられているとともに、これら電磁弁、および前記蒸気弁に制御器が接続されており、これら電磁弁、および前記蒸気弁が、前記制御器によりそれぞれ所定のタイミングで開閉されるように構成されていることを特徴とする。
このようなコンバインド発電プラントによれば、電磁弁、および蒸気弁が、制御器によりそれぞれ所定のタイミングで開閉されるようになっており、システムの自動化が図られるようになっている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるコンバインド発電プラントによれば、蒸気弁（たとえば、蒸気遮断弁および蒸気制御弁）よりも下流側の蒸気管が暖管されるとともに、管内のドレンがガスタービン側ドレン排出管を通って外部に排出されるようになっているので、ドレンが蒸気弁を介してガスタービンの内部に流入することを確実に防止することができ、ドレンがブレードやノズルに衝突して、これらブレードやノズルが破損することを確実に防止することができる。
また、蒸気弁よりも下流側の蒸気管の暖管が、蒸気弁よりも上流側の蒸気管の暖管と同時に行われるようになっているので、暖管終了後、蒸気管に定格の蒸気量が流されるまでの時間を短縮することができる。
さらに、蒸気弁、第１の電磁弁、および第２の電磁弁の開閉が、制御器によりシーケンス制御されるようになっていて、自動化が図られているので、従来のようにドレン排出管に設けられたドレン弁を操作するための作業員を配置する必要がなく、作業に要する作業員の数を削減することができる。
さらにまた、シーケンス制御により決められた時間に決められた弁の開閉が行われるようになっているので、従来の作業員が手動で行っていたときのように、作業員が異なることによる暖管時間の差がなくなり、かつ常に最短の時間で確実な暖管が行われるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明によるコンバインド発電プラントの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図３に示すように、コンバインド発電プラント１は、燃焼器２と、この燃焼器２から供給された高温高圧の燃焼ガスによって動力を発生するガスタービン３と、燃焼器２に加圧した空気を供給する、ガスタービン３により駆動される圧縮機４と、ガスタービン３の排ガスで蒸気を発生する排熱回収ボイラ５と、この排熱回収ボイラ５が発生した蒸気によって動力を発生する蒸気タービン６と、この蒸気タービン６からの排気蒸気を凝縮・復水させる復水器７と、復水器７の復水だまりから復水をくみ出し、排熱回収ボイラ５に送水する復水ポンプ８と、を主たる要素として構成されたものである。
また、ガスタービン３および蒸気タービン６にはそれぞれ、回転軸３ａ，６ａを介して発電機３ｂ，６ｂが接続されている。
なお、これら構成要素については、従来公知のものであるので、ここではその説明は省略する。
【００１１】
図１に示すように、排熱回収ボイラ５とガスタービン３とは、蒸気管１０で接続されており、コンバインド発電プラント１の運転中、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気の一部がガスタービン３の内部に導かれるようになっている。
また、この蒸気管１０には、排熱回収ボイラ５の側（上流側）からガスタービン３の側（下流側）に向かって、蒸気制御弁（蒸気弁）１１および蒸気遮断弁（蒸気弁）１２が設けられている。
蒸気制御弁１１は蒸気の流量を制御する弁であり、蒸気遮断弁１２は排熱回収ボイラ５からガスタービン３へ蒸気を供給したりガスタービン３への蒸気の供給を遮断したりするオン−オフ弁である。
【００１２】
蒸気制御弁１１および蒸気遮断弁１２の上流側に位置する蒸気管１０、すなわち、蒸気制御弁１１よりも上流側で、かつこの蒸気制御弁１１の近傍に位置する蒸気管１０には、排熱回収ボイラ側ドレン排出管１３が接続されている。
この排熱回収ボイラ側ドレン排出管１３には、上流側から下流側に向かって、オリフィス１４および第１の電磁弁１５が設けられている。
オリフィス１４は流量調整用の固定絞りであり、第１の電磁弁１５は電磁力により開閉するオン−オフ弁である。
【００１３】
一方、蒸気制御弁１１および蒸気遮断弁１２の下流側に位置する蒸気管１０、すなわち、蒸気遮断弁１２よりも下流側で、かつこの蒸気遮断弁１２の近傍に位置する蒸気管１０には、ガスタービン側ドレン排出管１６が接続されている。
このガスタービン側ドレン排出管１６には、上流側から下流側に向かって、オリフィス１７および第２の電磁弁１８が設けられている。
オリフィス１７は流量調整用の固定絞りであり、第２の電磁弁１８は電磁力により開閉するオン−オフ弁である。
【００１４】
これら蒸気制御弁１１、蒸気遮断弁１２、第１の電磁弁１５、および第２の電磁弁１８はそれぞれ、制御器１９に電気的に接続されているとともに、この制御器１９からの信号によりそれぞれ開閉され得るように構成されている。
蒸気制御弁１１、蒸気遮断弁１２、第１の電磁弁１５、および第２の電磁弁１８はそれぞれ、制御器１９からの信号により、図２に示すごとくシーケンス制御されるようになっている。
図２は、蒸気管１０の暖管開始からガスタービン３の停止に至るまでのタイミングチャートである。
図２において、ｔ０は暖管開始時、ｔ１は暖管終了時、ｔ２は排熱回収ボイラ５からガスタービン３への蒸気流入開始時、ｔ３はコンバインド発電プラント１の定格運転開始時、ｔ４はガスタービン３の運転停止時、ｔ５は蒸気制御弁１１が全閉とされた時である。
【００１５】
図２をさらに詳しく説明すると、ガスタービン３の負荷が最低（Min）負荷以上で、かつ排熱回収ボイラ５の蒸気圧力が所定圧力（使用する排熱回収ボイラ５の規模により一概に言うことはできないので、ここでは○○kPagとしておく）以上となれば、閉状態となっていた第１の電磁弁１５および第２の電磁弁１８に制御器１９から信号を送ってこれら弁１５，１８を同時に開状態とし、蒸気管１０の暖管を開始する。
このとき、蒸気制御弁１１よりも上流側の蒸気管１０、および排熱回収ボイラ側ドレン排出管１３には、排熱回収ボイラ５から蒸気が供給されるようになっており、これら管１０，１３の暖管が行われるとともに、これら管１０，１３内のドレンが外部（大気中）に放出されるようになっている。
一方、蒸気遮断弁１２よりも下流側の蒸気管１０、およびガスタービン側ドレン排出管１６には、前述した圧縮機２から高温の燃焼用空気が供給されるようになっており、これら管１０，１６の暖管が行われるとともに、これら管１０，１６内のドレンが外部（大気中）に放出されるようになっている。
【００１６】
このような方法による暖管が所定時間（管の長さなどにより予め算定されるとともに設定された時間）行われて、蒸気制御弁１１よりも上流側の蒸気管１０、排熱回収ボイラ側ドレン排出管１３、蒸気遮断弁１２よりも下流側の蒸気管１０、およびガスタービン側ドレン排出管１６の暖管が終了すると、つぎに蒸気遮断弁１２に制御器１９から信号が送られて、蒸気遮断弁１２が閉状態から開状態へとされる。
蒸気遮断弁１２が開状態とされてから所定時間経過後（たとえば、１秒後）、つぎに蒸気制御弁１１が制御器１９からの信号により徐々に（この場合、蒸気管１０全体の暖管が終了しているので、従来の蒸気制御弁１１よりも早く全開状態にもっていくことができる）全開状態とされ、全開状態とされた時点で定格運転に入ったことになる。定格運転に入ると同時に、第１の電磁弁１５および第２の電磁弁１８に制御器１９から信号が送られ、これら電磁弁１５，１８はともに閉状態とされる。
【００１７】
このような定格運転状態でコンバインド発電プラント１を所定時間運転し、コンバインド発電プラント１の運転を停止しようとする場合、ガスタービン３の運転停止と同時に、制御器１９から蒸気遮断弁１２に信号が送られて、蒸気遮断弁１２が閉状態とされ、かつ制御器１９から蒸気制御弁１１に信号が送られて、蒸気制御弁１１が徐々に閉鎖されていき、時間ｔ５で全閉状態となる。
なお、本実施形態では、時間ｔ４で蒸気遮断弁１２が閉状態とされるとともに、蒸気制御弁１１が徐々に閉鎖されていくようになっている。これは蒸気管１０を通してノズル・ガイド・ベーンのみを冷却している場合（すなわち、タービン・ブレードは蒸気により冷却されていない場合）にこのような弁の開閉がなされ、タービン・ブレードよりもノズル・ガイド・ベーンの方が冷却により先に収縮して、タービン・ブレードの先端がケーシングと接触して破損しないようにしている。
【００１８】
この構成により、蒸気遮断弁１２よりも下流側の蒸気管１０が暖管されるとともに、管内のドレンがガスタービン側ドレン排出管１６を通って外部に排出されるようになっているので、ドレンが蒸気遮断弁１２を介してガスタービン３の内部に流入することを確実に防止することができ、ドレンがブレードやノズルに衝突して、これらブレードやノズルが破損することを確実に防止することができる。
また、蒸気遮断弁１２よりも下流側の蒸気管１０の暖管が、蒸気制御弁１１よりも上流側の蒸気管１０の暖管と同時に行われるようになっているので、暖管終了後、蒸気管１０に定格の蒸気量が流されるまでの時間を短縮することができる。
さらに、蒸気制御弁１１、蒸気遮断弁１２、第１の電磁弁１５、および第２の電磁弁１８の開閉が、制御器１９によりシーケンス制御されるようになっていて、自動化が図られているので、従来のようにドレン排出管に設けられたドレン弁を操作するための作業員を配置する必要がなく、作業に要する作業員の数を削減することができる。
さらにまた、シーケンス制御により決められた時間に決められた弁の開閉が行われるようになっているので、従来の作業員が手動で行っていたときのように、作業員が異なることによる暖管時間の差をなくすことができ、かつ常に最短の時間で確実な暖管を行うことができる。
【００１９】
また、プラント停止時（すなわち、蒸気遮断弁１２が閉鎖された時）、同時に第１の電磁弁１５および第２の電磁弁１８を開状態とし、蒸気遮断弁１２よりも下流側の蒸気管１０、および蒸気制御弁１１よりも上流側の蒸気管１０の暖管を再度行うように設定することもできる。
これにより、プラント停止時における蒸気管１０内のドレンの停滞を防止することができ、蒸気管１０のドレンによる腐食を防止することができる。
【００２０】
なお、本実施形態においては、蒸気を発生するものとして排熱回収ボイラ５が使用されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガスタービン３の排ガスを利用しない、別途独立したボイラを使用することもできる。
また、本発明は図３に示すような排熱回収方式のコンバインド発電プラント１のみに適用され得るものではなく、圧縮機４から吐出された加圧空気を温める再生器を有するものや、排気助燃方式、排気再燃方式、過給ボイラ方式、給水加熱方式などのコンバインド発電プラントにも適用され得るものである。
さらに、図１に示したオリフィス１４，１７は、固定絞りに限定されるものではなく、可変絞りとすることもできる。
さらにまた、図２に示すタイミングチャートは、図２に示すものに限定されるものではなく、蒸気により冷却する部分の違いや、コンバインド発電プラントの方式の違いによって適宜変更され得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるコンバインド発電プラントの一実施形態を示す要部概略構成図である。
【図２】図１に示す各弁の開閉状態を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明によるコンバインド発電プラントの一実施形態を示す概略構成図である。
【図４】従来のコンバインド発電プラントの要部概略構成図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  コンバインド発電プラント
２  燃焼器
３  ガスタービン
４  圧縮機
５  排熱回収ボイラ
６  蒸気タービン
１０  蒸気管
１１  蒸気制御弁（蒸気弁）
１２  蒸気遮断弁（蒸気弁）
１３  ボイラ側ドレン排出管
１５  第１の電磁弁
１６  ガスタービン側ドレン排出管
１８  第２の電磁弁
１９  制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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