(57)【要約】      （修正有）【課題】低負荷状態においても排熱回収ボイラから抽出した給水によって適切な温度に燃料を加熱することが可能なコンバインドサイクル発電設備を提供する。【解決手段】ガスタービン設備２と、ガスタービン設備２の排気ガスの熱を利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラ１と、排熱回収ボイラ１で発生した蒸気で駆動される蒸気タービン設備３と、ガスタービン設備２および蒸気タービン設備３によって駆動される発電機４と、ガスタービン設備２に供給する燃料を排熱回収ボイラ１から供給される給水によって加熱する燃料加熱給水系３０とを備え、給水温度検出器３１、燃料温度検出器３２および発電負荷検出器３３の少なくとも１つの検出器の出力を入力し燃料加熱給水系３０に設けられた給水流量調節弁２８を制御する調節弁コントローラ３４とを備えている構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン設備と、前記ガスタービン設備の排気ガスの熱を利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気で駆動される蒸気タービン設備と、前記ガスタービン設備および前記蒸気タービン設備によって駆動される発電機と、前記ガスタービン設備に供給する燃料を前記排熱回収ボイラから供給される給水によって加熱する燃料加熱給水系とを備え、前記燃料加熱給水系に設けられ前記給水の温度を計測する給水温度検出器と前記ガスタービン設備の燃料系統に設けられ加熱後の燃料の温度を計測する燃料温度検出器と前記発電機の発電量を計測する発電負荷検出器の少なくとも１つの検出器と、前記給水温度検出器、前記燃料温度検出器および前記発電負荷検出器の少なくとも１つの検出器の出力を入力し前記燃料加熱給水系に設けられた給水流量調節弁を制御する調節弁コントローラとを備えていることを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
【請求項２】
前記調節弁コントローラは、前記給水温度検出器からの入力値を所定の給水温度と比較し、前記給水温度検出器からの入力値が前記所定の給水温度より高い場合には前記給水流量調節弁を自動に制御し、前記給水温度検出器からの入力値が前記所定の給水温度より低い場合には前記給水流量調節弁を閉弁す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設備。
【請求項３】
前記調節弁コントローラは、前記発電負荷検出器からの入力値を所定の発電負荷値と比較し、前記発電負荷検出器からの入力値が前記所定の発電負荷値より大きい場合には前記給水流量調節弁を自動に制御し、前記発電負荷検出器からの入力値が前記所定の発電負荷値より小さい場合には前記給水流量調節弁を閉弁す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設備。
【請求項４】
前記調節弁コントローラは、前記給水温度検出器からの入力値と前記燃料温度検出器からの入力値とを比較し、前記給水温度検出器からの入力値から前記燃料温度検出器からの入力値を減じた値が所定の値より大きい場合には前記給水流量調節弁を自動で制御し、前記給水温度検出器からの入力値から前記燃料温度検出器からの入力値を減じた値が前記所定の値より小さい場合には前記給水流量調節弁を閉弁す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設備。
【請求項５】
前記調節弁コントローラは、前記給水温度検出器からの入力値に対して所定の差分を有する燃料温度を出力する燃料温度算出器と、前記燃料温度検出器からの入力値と前記燃料温度算出器の出力値を比較し両者が一致するための制御信号を出力する第１の比較演算器と、前記燃料温度検出器からの入力値と所定の燃料温度を出力する燃料温度設定器からの温度とを比較し前記燃料温度検出器からの入力値が燃料温度設定器で設定された温度よりも高い場合に信号を出力する第２の比較演算器と、前記第１の比較演算器の出力をＸ信号として入力し、前記燃料温度設定器の出力をＹ信号として入力し、さらに前記第２の比較演算器の出力を切替信号として入力し、前記切替信号の入力がある場合にその出力をＸ信号からＹ信号に切替える信号切替器と、この信号切替器の出力により前記流量調節弁を調節する調節計とを備えてい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設備。
【請求項６】
前記給水温度検出器からの入力値をＴＷ１、前記燃料温度検出器からの入力値をＴＦ１、前記差分値をａ１、前記所定の燃料温度をＴＰ１としたとき、前記Ｘ信号はＴＦ１＝ＴＷ１−ａ１にするための制御信号であり、前記Ｙ信号はＴＦ１＝ＴＰ１にするための制御信号であることを特徴とする請求項５記載のコンバインドサイクル発電設備。
【請求項７】
前記調節弁コントローラは、前記給水温度検出器からの入力値と所定の給水温度を出力する給水温度設定器からの温度とを比較し前記給水温度検出器からの入力値が前記給水温度設定器からの温度より高い場合に信号を出力する第１の比較演算器と、前記給水温度検出器の出力を入力しこの入力された給水温度値から所定の差分値を減じた温度値を出力する燃料温度算出器と、前記燃料温度検出器からの入力値と前記燃料温度算出器の出力値とを比較し両者が一致するための制御信号を出力する第２の比較演算器と、全閉信号を出力する全閉信号発生器と、前記第２の比較演算器の出力をＸ信号として入力し、前記全閉信号発生器の出力をＹ信号として入力し、前記第１の比較演算器の出力を切替信号として入力し、前記切替信号がある場合にはＸ信号を出力し、前記切替信号が無い場合にはＹ信号を出力する信号切換器と、前記信号切換器からの出力がＸ信号の場合は前記給水流量調節弁を自動制御し、Ｙ信号の場合は前記給水流量調節弁を閉弁する調節計とを備えてい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設備。
【請求項８】
前記給水温度検出器からの入力値をＴＷ２、前記燃料温度検出器からの入力値をＴＦ２、前記差分値をａ２としたとき、前記Ｘ信号はＴＦ２＝ＴＷ２−ａ２にするための制御信号であることを特徴とする請求項７記載のコンバインドサイクル発電設備。
【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組合せたコンバインドサイクル発電設備に係り、ガスタービンに燃料を供給する前に加熱するための燃料加熱システムを改良したコンバインドサイクル発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の火力発電プラントにおいては、プラントの熱効率の向上、短時間で起動停止が可能なこと、少ない温排水などの特長が評価され、コンバインドサイクル発電設備が主流となりつつある。
【０００３】
コンバインドサイクル発電設備は、ガスタービン設備、蒸気タービン設備および排熱回収ボイラを組合せた発電設備であり、その代表例を図９に示す。図示のコンバインドサイクル発電設備において、空気圧縮機６、燃焼器７およびガスタービン８から構成されるガスタービン設備２に外部から吸入され空気圧縮機６で高温高圧にされた空気Ａは、燃焼器７で燃料系統２７から供給される燃料と混合され燃焼し燃焼ガスとなる。この燃焼ガスはガスタービン８に案内され、そこで膨張仕事をすることによりガスタービン８を回転駆動させる。それにより燃焼ガスは運動エネルギを失って高温の排気ガス９となり、排気ダクト２６を通り排熱回収ボイラ１に導かれる。
【０００４】
排熱回収ボイラ１は、排気ガス９の流れに沿って上流側から過熱器１１、蒸発器１２、節炭器１３という３種類の熱交換器をケーシング１０内に備えている。なお、蒸発器１２に設けられた蒸気ドラム１４は、蒸発器１２内で発生した飽和蒸気の気液分離を行なうとともに、その内部を所定の水位に保つことで飽和蒸気とのバランスを保つ装置である。そして、蒸気ドラム１４内の飽和蒸気は飽和蒸気管２２により引き出され、過熱器１１を通って過熱蒸気となり、出口配管１６を介して蒸気タービン設備３に導入される。
【０００５】
蒸気タービン１５を備えた蒸気タービン設備３に導かれた過熱蒸気は、蒸気タービン１５で膨張仕事を行なうことにより蒸気タービン１５を回転駆動させる。仕事を終えた蒸気は、復水器１７に導かれ水に戻され、復水ポンプ１８、復水戻り管１９を通して給水ポンプ２０でさらに昇圧され再び排熱回収ボイラ１の節炭器１３に戻る。なお、ガスタービン設備２と蒸気タービン設備３とは同一の駆動軸５を有しており、その一端に発電機４が接続されている。
【０００６】
このように、コンバインドサイクル発電設備では、熱を効率良く利用するため、ガスタービン設備単体もしくは蒸気タービン設備単体の発電設備に比較して、熱効率がかなり高いものとなっている。
【０００７】
ところで、ガスタービンに供給する燃料を予め加熱してからガスタービンで燃焼させることにより、燃焼時にこの燃料に加わる熱量を減らすことができ、結果的にプラント全体の熱効率の改善につながることは、下記特許文献１にも記載されているように周知の技術である。さらに排熱回収ボイラ内に収容されている熱交換器の１つである節炭器に多めの給水を行なうことにより、従来大気中に放出されていたガスタービン排気ガス中の熱の一部をさらに回収しプラントの熱効率を改善する方法が特許文献２で明らかにされている。
【０００８】
図９に示したコンバインドサイクル発電設備では、節炭器１３の出口で分岐し復水器１７に至る加熱給水管２４を設けるとともに、この加熱給水管２４の復水器１７の手前に給水流量調節弁２８を設けて、この加熱給水管２４に流れる給水流量を制御する。一方、燃料系統２７の途中には燃料加熱器２５を設け、この燃料加熱器２５において加熱給水管２４から供給される給水と燃料系統２７から供給される燃料との間で熱交換を行い、温められた燃料をガスタービン設備２の燃焼器７に導く。また、燃料と熱交換を行なって冷却された給水は加熱給水管２４を通り復水器１７に導かれ、そのまま給水として再び排熱回収ボイラ１に導かれる。
【０００９】
燃料を加熱するための熱源としては前述の特許文献１および特許文献２にも詳述されているように、排熱回収ボイラで加熱された温水が考えられている。ところが、排熱回収ボイラはガスタービン設備から排出される排気ガスを熱源とし、それにより給水を加熱して温水としているため、ガスタービン設備の点火前には温水を供給することが出来ない。
【００１０】
例えば、ガスタービン点火直後に供給される常温に近い温水を用いて燃料を加熱した場合には、次のようないくつかの不具合が考えられる。すなわち、季節によっては大気で暖められた燃料の温度の方が、供給される温水の温度よりも高い場合があり、逆に燃料を冷却することになり発電設備の熱効率を下げてしまうことになる。
【００１１】
また、燃料に含まれている微量の水分が蒸発、気化して配管中に存在している場合には、それを冷却、液化し、その水分がガスタービン設備の燃料系統にドレンとして滞留し、場合によっては燃料系統を塞ぐことになり、その結果、燃料の供給が妨げられ、ガスタービンの失火を引き起こす。
【００１２】
さらに、燃料の成分や燃料の圧力によっては燃料の温度がその飽和温度に対して余裕が無くなり、燃料に対して大きな圧力変動があった場合に燃料が液化しガスタービン設備の燃焼器にて逆火現象を起こし、最悪の場合にはガスタービンの損傷に至る。
【００１３】
一方、運転中のコンバインドサイクル発電設備を考えた場合、低負荷状態で運転中には、当然ガスタービン設備も低負荷運転を行なうことになる。よって、供給される燃料の流量が絞られ、その結果、排気ガスの温度も低下することになる。プラントの熱効率を考えれば燃料の加熱は、ガスタービン設備さらに言えばコンバインドサイクル発電設備の負荷の状態にかかわらず、一定の温度で行なわれることが理想である。しかし、排気ガスの温度が低下するということは、燃料を加熱する温水の熱源である排熱回収ボイラ内の温度が低下することである。よって、低負荷運転時には燃料の温度が維持できなくなり燃料を加熱する温水の給水流量調節弁が全開になり給水流量の制御が難しくなる。
【００１４】
なお、燃料加熱システムにおける運転中の急激な負荷の変化時や負荷遮断時における制御方法については下記の特許文献３に詳しい記載があるが、上述したようなガスタービン点火直後およびコンバインドサイクル発電設備の低負荷運転時における燃料の加熱に関する不具合の解決方法については記載がない。また、特許文献１および特許文献２にも開示されていない。
【特許文献１】特開平１１−１１７７１４号公報
【特許文献２】特開平２−２８３８０３号公報
【特許文献３】特開２０００−２１３３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記のような事情に基づいてなされたもので、低負荷状態においても排熱回収ボイラから抽出した給水によって適切な温度に燃料を加熱することが可能なコンバインドサイクル発電設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために本発明のコンバインドサイクル発電設備は、ガスタービン設備と、前記ガスタービン設備の排気ガスの熱を利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気で駆動される蒸気タービン設備と、前記ガスタービン設備および前記蒸気タービン設備によって駆動される発電機と、前記ガスタービン設備に供給する燃料を前記排熱回収ボイラから供給される給水によって加熱する燃料加熱給水系とを備え、前記燃料加熱給水系に設けられ前記給水の温度を計測する給水温度検出器と前記ガスタービン設備の燃料系統に設けられ加熱後の燃料の温度を計測する燃料温度検出器と前記発電機の発電量を計測する発電負荷検出器の少なくとも１つの検出器と、前記給水温度検出器、前記燃料温度検出器および前記発電負荷検出器の少なくとも１つの検出器の出力を入力し前記燃料加熱給水系に設けられた給水流量調節弁を制御する調節弁コントローラとを備えている構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低負荷状態においても排熱回収ボイラから抽出した給水によって適切な温度に燃料を加熱することが可能なコンバインドサイクル発電設備を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて具体的に説明する。  
図１は、本発明の実施の形態に係るコンバインドサイクル発電設備を示す概略系統図である。なお、図１において従来技術と同一部分は同一の符号付してその説明を省略する。
【００１９】
図１において、従来のコンバインドサイクル発電設備（図９）と異なる部分は、加熱給水管２４にこの給水管内を流れる給水の温度を計測するための給水温度検出器３１を設け、燃料系統２７の燃料加熱器２５の下流側に加熱給水管２４内の給水と熱交換後の燃料の温度を計測する燃料温度検出器３２を設け、発電機４と同軸にこの発電機４の負荷を検出する発電負荷検出器３３を設け、さらに、これら３種類の検出器の信号が入力され給水流量調節弁２８を制御する信号を出力する調節弁コントローラ３４を設けた点である。なお、本実施の形態では、節炭器１３から分岐され燃料加熱器２５を通過し給水流量調節弁２８を介して復水器１７に至る加熱給水管２４の経路を便宜上燃料加熱給水系３０と称する。また、給水温度検出器３１と燃料温度検出器３２と発電負荷検出器３３は少なくともいずれか１つの検出器を設ければよく、調節弁コントローラ３４には上記３つの検出器の少なくともいずれか１つの検出器の出力を入力する構成とすればよい。
【００２０】
調節弁コントローラ３４内には、最適な給水温度、最適な燃料温度およびその時の発電機による負荷量等のデータが予め格納されており、さらにこれらのデータと各検出器で計測され伝送される実際の温度や負荷量とを比較する機能を有している。そして、これらのデータに基づいた制御信号を出力することで給水流量調節弁２８を制御する。
【００２１】
具体的には、コンバインドサイクル発電設備が起動された直後は、排熱回収ボイラ１内の各熱交換器の温度は十分に上昇していない。よって、給水温度検出器３１で検出される温度は低いため、調節弁コントローラ３４内のデータと比較された結果として出力される信号により給水流量調節弁２８は閉じたままとなり、排熱回収ボイラ１内の各熱交換器、特に節炭器１３の温度上昇を待つ。
【００２２】
コンバインドサイクル発電設備の負荷が上昇し、排熱回収ボイラ１の各熱交換器の温度が上昇してくると、給水温度検出器３１で検出される温度も上昇してくるため、調節弁コントローラ３４内のデータと比較されて出力される信号に基づき給水流量調節弁２８を開き、燃料加熱器２５で燃料との熱交換を開始する。そして、熱交換後の燃料の温度は燃料温度検出器３２を通じて調節弁コントローラ３４に送られ、調節弁コントローラ３４は実際の燃料温度が最適な温度になるよう給水流量調節弁２８の開度を制御するための制御信号を出力する。
【００２３】
さらに負荷が上昇してくると、加熱給水管２４内の給水の温度はさらに上昇するため、調節弁コントローラ３４は燃料温度検出器３２からの信号に基づいて、ある温度以上に燃料温度が上昇しないように給水流量調節弁２８の開度を制御する。  
このような制御を行なうことにより、給水流量調節弁２８を給水温度に基づいて細かく制御することが可能となり、コンバインドサイクル発電設備の安定した運転が可能となる。
【００２４】
（第１の実施例）
図２は、本実施の形態のコンバインドサイクル発電設備に備えられる第１の実施例の調節弁コントローラ構成および信号の流れを示す図である。
【００２５】
図示のように、給水温度検出器３１で計測された加熱給水管２４内の給水の温度のデータは、調節弁コントローラ３４ａに伝送される。調節弁コントローラ３４ａは、予め設定された給水温度のデータを有する給水温度設定器３６と、この給水温度設定器３６のデータと給水温度検出器３１からのデータとを比較して、制御信号を出力する比較演算器３７と、この比較演算器３７からの信号を受けて給水流量調節弁２８を制御するための信号を出力する調節計３８から構成されている。
【００２６】
調節弁コントローラ３４ａでは、伝送された給水温度検出器３１のデータと給水温度設定器３６から出力される予め設定された最適な給水温度のデータとが比較演算器３７に入力されて比較される。そして、検出された温度が設定された温度より高い場合には、調節計３８に対して給水流量調節弁２８を自動で制御するように信号を発する。一方、検出された温度が設定された温度より低い場合には、調節計３８に対して給水流量調節弁２８を手動で全閉するように信号を発する。なお、給水温度設定器３６に設定する最適な温度データは、予めシミュレーション等によるコンバインドサイクル発電設備の負荷状態と給水の温度の関係、給水の温度と熱交換後の燃料温度の関係等から求めておくものとする。
【００２７】
このように本実施例の調節弁コントローラ３４ａは、コンバインドサイクル発電設備の負荷が低く排熱回収ボイラ１から加熱給水管２４に供給される給水の温度が低い場合には、給水流量調節弁２８を閉じ、負荷がある程度上昇してから給水流量調節弁２８を開くという制御を行なうので、ガスタービン設備２に供給される燃料は常に加熱された温度の高い給水と熱交換をするようになる。よって、燃料に含まれる水分が凝縮したり燃料そのものが凝縮したりするような事態は無くなり、発電設備の安定した運転が可能となる。
【００２８】
（第２の実施例）
図３は、本実施の形態のコンバインドサイクル発電設備に備えられる第２の実施例の調節弁コントローラの構成および信号の流れを示す図である。
【００２９】
図示のように、発電負荷検出器３３で計測された発電機の負荷、すなわちプラント全体の負荷データは調節弁コントローラ３４ｂに伝送される。調節弁コントローラ３４ｂは、予め設定された発電負荷値のデータを有する発電負荷設定器４０と、この発電負荷設定器４０のデータと発電負荷検出器３３からのデータとを比較して制御信号を出力する比較演算器４１と、この比較演算器４１からの信号を受けて給水流量調節弁２８を制御するための信号を出力する調節計３８から構成されている。
【００３０】
調節弁コントローラ３４ｂでは、伝送された発電負荷検出器３３のデータと発電負荷設定器４０から出力される予め設定され最適な給水温度が得られる発電負荷値のデータとが比較演算器４１に入力されて比較される。そして、実際に検出された発電負荷値が予め設定された負荷値より大きい場合には、調節計３８に対して給水流量調節弁２８を自動で制御するように信号を発する。一方、実際に検出された発電負荷値が設定された負荷値より小さい場合には、調節計３８に対して給水流量調節弁２８を手動で全閉するように信号を発する。なお、発電負荷設定器４０に設定する最適な発電負荷データは、予めシミュレーション等によるコンバインドサイクル発電設備の負荷状態と給水の温度の関係、給水の温度と熱交換後の燃料温度の関係等から求めておくものとする。
【００３１】
このように本実施例の調節弁コントローラ３４ｂは、コンバインドサイクル発電設備の負荷が低く排熱回収ボイラ１から加熱給水管２４に供給される給水の温度が低いと判断される低負荷時には、給水流量調節弁２８を閉じ、給水の温度が比較的高いと判断される負荷がある程度上昇した時点で開くという制御を行なうので、ガスタービン設備２に供給される燃料は常に加熱され温度の高い給水と熱交換をするようになり、燃料に含まれる水分が凝縮したり燃料そのものが凝縮したりするような事態は無くなり、発電設備の安定した運転が可能となる。
【００３２】
（第３の実施例）
図４は、本実施の形態のコンバインドサイクル発電設備に設けられる第３の実施例の調節弁コントローラの構成および信号の流れを示す図である。
【００３３】
図示のように、給水温度検出器３１で計測された加熱給水管２４内の給水の温度のデータと、燃料温度検出器３２で計測された燃料加熱器２５で熱交換された後の燃料温度のデータとが調節弁コントローラ３４ｃに伝送される。調節弁コントローラ３４ｃは、給水温度検出器３１からのデータと燃料温度検出器３２からのデータとを比較し制御信号を出力する第１の比較演算器４３と、予め設定された温度差のデータを格納する温度差設定器４４と、この温度差設定器４４のデータと第１の比較演算器４３からのデータを比較し制御信号を出力する第２の比較演算器４５と、この制御信号に基づいて給水流量調節弁２８を制御する調節計３８とから構成されている。
【００３４】
調節弁コントローラ３４ｃでは、伝送された給水温度検出器３１のデータと燃料温度検出器３２のデータとが第１の比較演算器４３に入力されて比較され、その差分値が出力される。出力された差分値は第２の比較演算器４５に入力され、温度差設定器４４で予め設定された温度差のデータと比較される。そして、実際に検出された給水温度が実際に検出された燃料温度より温度差設定器４４で設定された温度差以上高い場合は、給水流量調節弁２８を自動で制御するように信号を発する。一方、この温度差よりも低い場合には給水流量調節弁２８を手動で全閉させる信号を発する。なお、温度差設定器４４に設定する最適な温度差データは、予めシミュレーション等によるコンバインドサイクル発電設備の負荷状態と給水の温度の関係、給水の温度と熱交換後の燃料温度の関係等から求めておくものとする。
【００３５】
このように本実施例の調節弁コントローラ３４ｃは、燃料を加熱する給水の温度と加熱後の燃料の温度との差に基づいて、温度差が小さい場合には給水流量調節弁２８を閉じ、給水の方が燃料より温度が高くなりかつある程度の温度差がついた段階で給水流量調節弁２８を開くため、ガスタービン設備２に供給される燃料は常に給水から熱を受ける状態を維持でき、燃料に含まれる水分が凝縮したり燃料そのものが凝縮したりするような事態は無くなり、発電設備の安定した運転が可能となる。
【００３６】
（第４の実施例）
図５は、本実施の形態のコンバインドサイクル発電設備に設けられる第４の実施例の調節弁コントローラの構成および信号の流れを示す図である。
【００３７】
図示のように、給水温度検出器３１で計測された加熱給水管２４内の給水の温度のデータと、燃料温度検出器３２で計測された燃料加熱器２５で熱交換された後の燃料温度のデータとが調節弁コントローラ３４ｄに伝送される。調節弁コントローラ３４ｄは、給水温度検出器３１から伝送されるデータに対して予め給水温度とそれに対する最適な燃料温度との関係を格納した燃料温度算出器４７と、燃料温度検出器３２から伝送されたデータと前記燃料温度算出器４７からのデータとを比較し両者の値を一致させる制御信号を出力する第１の比較演算器４８と、予め決められた燃料温度の上限値を格納する燃料温度設定器４９と、この燃料温度設定器４９のデータと燃料温度検出器３２から伝送されたデータとを比較し実際に計測された燃料温度が燃料温度設定器４９で設定された上限値より高い場合に信号を発する第２の比較演算器５０と、第１の比較演算器４８からの出力をＸ信号とし、燃料温度設定器４９からの出力をＹ信号とし、さらに第２の比較演算器５０からの出力とをそれぞれ入力して、第２の比較演算器５０からの入力がある場合にはＹ信号を出力しそれ以外の場合にはＸ信号を出力する信号切換器５１と、この信号切替器５１からの出力に基づいて給水流量調節弁２８を制御する調節計５２とから構成されている。
【００３８】
調節弁コントローラ３４ｄでは、給水温度検出器３１で実際に計測された加熱給水管２４内の給水の温度が燃料温度算出器４７に入力される。燃料の温度算出器４７には、図６に示すように給水温度とそれに対する最適な燃料温度の関係がデータとして格納されている。すなわち、入力されたある給水温度Ｔｗ（℃）に対してある差分値ａ（℃）を減算した燃料温度のデータを最適な燃料温度として出力する。但し、出力される燃料温度は給水温度と常に比例関係にあるのでは無く、燃料温度の上限値が決められて（図６ではＴｐ（℃））おり、ある給水温度から上では一定の燃料温度が出力されるようになっている。
【００３９】
この燃料温度算出器４７からの出力と実際に計測した燃料温度である燃料温度検出器３２からの出力とを第１の比較演算器４８で比較し、この比較演算器４８でこの両者の出力が同一になる制御信号を信号切換器５１にＸ信号として送る。一方、燃料温度検出器３２からの信号は分岐されて第２の比較演算器５０に送られ、ここで予め設定された燃料温度の上限値を出力する燃料温度設定器４９の出力と比較され、実際の燃料温度が設定された上限値より高い場合には切換信号を信号切換器５１に送る。なお、燃料温度設定器４９の信号は同時に信号切換器５１のＹ信号としても入力される。
【００４０】
信号切換器５１は、通常は入力されたＸ信号、すなわち第１の比較演算器４８からの出力をそのまま出力信号としているが、第２の比較演算器５０から切換信号がある場合には、Ｙ信号として入力されている燃料温度設定器４９の出力が出力信号とされる。そして、これらの信号に基づいて調節計５２は給水流量調節弁２８を制御する。
【００４１】
図７は、本実施例の調節弁コントローラ３４ｄで制御を行なった場合の、発電負荷に対する燃料温度と給水温度の関係を示している。給水の温度は、排熱回収ボイラ１の各熱交換器、とりわけ節炭器１３の温度に左右される。よって、発電負荷が上昇するとガスタービンの排気温度も上昇するため、排熱回収ボイラ１で回収される熱量も自然に増大する。よって、給水温度は発電負荷に対応して上昇してゆく。一方、燃料温度は、ある一定の給水温度までは給水温度とある差分値ａを保ち上昇してゆくが、本実施例の調節弁コントローラ３４ｄによる制御では燃料温度の上限値Ｔｐを設定し、燃料温度の不要な上昇を防いでいる。よって、燃料が必要以上に加熱されることなく、がスタービンに対して最適な条件で燃料を供給できる。
【００４２】
なお、燃料温度算出器４７に格納する給水温度とそれに対する最適な燃料温度の関係のデータ、および燃料温度算出器４７と燃料温度設定器４９に設定する燃料温度の上限値は、予めシミュレーション等によるコンバインドサイクル発電設備の負荷状態と給水の温度の関係、給水の温度と熱交換後の燃料温度の関係、燃料温度によるガスタービン燃焼状態等から求めておくものとする。
【００４３】
このように本実施例の調節弁コントローラ３４ｄは、燃料を加熱する給水の温度と加熱後の燃料の温度に対してある一定の比例関係を設定し、その関係に基づいて給水流量調節弁２８を制御するため、ガスタービン設備２に供給される燃料は常に給水から熱を受ける状態に維持できるとともに必要以上に加熱される事態も無くなり、発電設備の安定した運転が可能となる。
【００４４】
（第５の実施例）
図８は、本実施の形態のコンバインドサイクル発電設備に設けられる第５の実施例の調節弁コントローラの構成および信号の流れを示す図である。
【００４５】
図示のように、給水温度検出器３１で計測された加熱給水管２４内の給水の温度データと、燃料温度検出器３２で計測された燃料加熱器２５で熱交換された後の燃料の温度データとが調節弁コントローラ３４ｅに伝送される。調節弁コントローラ３４ｅは、予め決められたある給水温度のデータを格納する給水温度設定器３６と、給水温度検出器３１から伝送されたデータと予め設定された給水温度の値とを比較し、実際に計測された給水温度が高い場合に切換信号を発する第１の比較演算器５３と、給水温度とそれに対する最適な燃料温度の関係のデータを格納するとともに給水温度検出器３１からのデータが分岐入力される燃料温度算出器４７と、燃料温度検出器３２から伝送されたデータと燃料温度算出器４７からのデータとを比較し両者が一致する制御信号を発する第２の比較演算器５４と、常に給水流量調節弁２８を全閉させる制御信号を発する全閉信号発生器５５と、第２の比較演算器５４からの出力をＸ信号とし、全閉信号発生器５５からの出力をＹ信号とし、さらに、第１の比較演算器５３からの出力をそれぞれ入力して、第１の比較演算器５３からの出力がある場合にはその出力をＸ信号、すなわち第２の比較演算器５３の出力をそのままその出力とし、無い場合にはその出力をＹ信号に、すなわち全閉信号発生器５５からの出力をそのまま出力する信号切替器５６と、信号切替器５６からの出力がＸ信号である場合には給水流量調節弁２８に自動制御の信号を、Ｙ信号である場合には手動で全閉する信号を給水流量調節弁２８に送る調節計３８とから構成されている。
【００４６】
調節弁コントローラ３４ｅでは、給水温度検出器３１で計測された加熱給水管２４内の給水の温度が第１の比較演算器５３に入力される。第１の比較演算器５３には、予め設定された給水温度値を格納する給水温度設定器３６からの信号も入力され、ここで両者が比較される。そして、計測された実際の給水温度が、予め設定された給水温度よりも高い場合には切替信号が信号切替器５６に対して出力される。さらに給水温度検出器３１の信号は分岐されて燃料温度算出器４７にも入力される。この燃料温度算出器４７は、給水温度とそれに対する最適な燃料温度の関係をデータとして格納しており、給水温度検出器３１から入力された給水温度に対して最適な燃料温度を算出する。
【００４７】
この燃料温度算出器４７からの出力と実際に計測した燃料温度である燃料温度検出器３２からの出力とを第２の比較演算器５４で比較し、この比較演算器５４で両者の出力が同一になるように制御信号を信号切換器５６にＸ信号として送る。一方、全閉信号発生器５５からの信号は信号切換器５６にＹ信号として送られる。
【００４８】
信号切替器５６は、第１の比較演算器５３からの信号が入力されている場合には、出力をＸ信号、すなわち第２の比較演算器５４からの出力とし、第１の比較演算器５３からの信号が入力されていない場合にはＹ信号、すなわち全閉信号発生器５５からの出力とする。そして、調節計３８は、その入力がＸ信号の場合にはその信号に基づいて給水流量調節弁２８を自動制御する信号を出力し、Ｙ信号の場合には給水流量調節弁２８を手動で全閉する信号を出力する。
【００４９】
なお、燃料温度算出器４７に設定する給水温度と最適な燃料温度の関係のデータおよび給水温度設定器３６に設定する給水温度の値は、予めシミュレーション等によるコンバインドサイクル発電設備の負荷状態と給水の温度の関係、給水の温度と熱交換後の燃料温度の関係、燃料温度によるガスタービン燃焼状態等から求めておく。
【００５０】
このように本実施例の調節弁コントローラ３４ｅは、給水の温度の下限を定めるとともに、加熱後の燃料の温度とこの燃料を温める給水の温度とに一定の比例関係を設定し、それに基づいて給水流量調節弁２８を制御する。これにより、ガスタービン設備２に供給される燃料は常に給水から熱を受ける状態に維持できるとともに必要以上に加熱される事態も無くなり、発電設備の安定した運転が可能となる。
【００５１】
本実施の形態によれば、コンバインドサイクル発電設備が低負荷状態で、排熱回収ボイラ内の各熱交換器の温度が低くガスタービン燃料を加熱する給水の温度が低い場合にも、燃料を冷してしまうという現象を防止でき、燃料に含まれる水分が凝縮したり燃料そのものが凝縮したりする事態を防止することができるため、ガスタービン設備の燃焼器内の失火や逆火を防止し、ひいてはコンバインドサイクル発電設備の安定な運転が可能となる。さらに、給水の温度が低く、ガスタービン燃料の設定温度が逆に高くなる場合でも給水流量調節弁の全開という現象を防止でき、コンバインドサイクル発電設備の安定した運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備の構成を示す図。
【図２】本発明の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備に備えられる第１の実施例の調節弁コントローラの構成および信号の流れを示す図。
【図３】本発明の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備に備えられる第２の実施例の調節弁コントローラの構成および信号の流れを示す図。
【図４】本発明の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備に備えられる第３の実施例の調節弁コントローラの構成および信号の流れを示す図。
【図５】本発明の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備に備えられる第４の実施例の調節弁コントローラの構成および信号の流れを示す図。
【図６】本発明の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備に備えられる第４の実施例の調節弁コントローラを構成する燃料温度算出器の動作を説明する図。
【図７】本発明の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備に備えられる第４の実施例の調節弁コントローラの動作を説明する図。
【図８】本発明の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備に備えられる第５の実施例の調節弁コントローラの構成および信号の流れを示す図。
【図９】従来のコンバインドサイクル発電設備の構成を示す図。
【符号の説明】
【００５３】
１…排熱回収ボイラ、２…ガスタービン設備、３…蒸気タービン設備、４…発電機、５…駆動軸、６…空気圧縮機、７…燃焼器、８…ガスタービン、９…排気ガス、１０…排熱回収ボイラケーシング、１１…過熱器、１２…蒸発器、１３…節炭器、１４…蒸気ドラム、１５…蒸気タービン、１６…過熱器出口配管、１７…復水器、１８…復水ポンプ、１９…復水戻り管、２０…給水ポンプ、２２…飽和蒸気管、２４…加熱給水管、２５…燃料加熱器、２６…排気ダクト、２７…燃料系統、２８…給水流量調節弁、３０…燃料加熱給水系、３１…給水温度検出器、３２…燃料温度検出器、３３…発電負荷検出器、３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ…調節弁コントローラ、３６…給水温度設定器、３７，４１，４３，４５，４８，５０，５３，５４…比較演算器、３８…調節計、４０…発電負荷設定器、４４…温度差設定器、４７…燃料温度算出器、４９…燃料温度設定器、５１…信号切替器、５２…調節計、５５…全閉信号発生器、５６…信号切替器、Ａ…空気、Ｔｐ…燃料温度上限値。
【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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