(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンプラントに、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合せ、蒸気タービンプラントのタービン排気を上記ガスタービンプラントのガスタービン高温部に供給し、ガスタービン高温部を冷却後、上記蒸気タービンプラントに回収させるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法において、起動運転時および部分負荷運転時のうち、いずれか一方の運転状態で、上記排熱回収ボイラを通流する蒸気の少なくとも一部分を高圧過熱器の一部をバイパスさせて上記蒸気タービンプラントの高圧タービンに供給するとともに、主蒸気系の弁の開度を絞り上記高圧タービンに定圧運転を行わせる一方、上記排熱回収ボイラの再熱器を上記蒸気タービンプラントの中圧タービンに接続する再熱蒸気系の弁の開度を絞り当該再熱蒸気系に前圧制御を行わせ、上記高圧タービンで膨張後のタービン排気に上記排熱回収ボイラの中圧ドラムから発生する蒸気を合流させ、その合流蒸気をガスタービン高温部に供給して冷却し、冷却後、その合流蒸気を蒸気再熱器からの再熱蒸気に合流させて蒸気中圧タービンに回収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運転方法。
【請求項２】
部分負荷運転時は、複数台設置されたガスタービンプラントの運転台数を減少させた運転時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プラントの運転方法。
【請求項３】
起動運転時は、大気温度が予め定められた温度以上になった場合、またはガスタービンに供給される高圧タービンからの蒸気温度、圧力が予め定められた範囲外になった場合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プラントの運転方法。
【請求項４】
高圧タービンの定圧運転は、排熱回収ボイラと高圧タービンとを互に接続する主蒸気系に設置した主蒸気止め弁および蒸気加減弁のいずれか一方で弁開度を絞って行うことを特徴とする請求項１から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の運転方法。
【請求項５】
主蒸気止め弁および蒸気加減弁のいずれか一方で弁開度を絞る弁信号は、ガスタービン高温部に設けた冷却蒸気供給系および冷却蒸気回収系のいずれか一方の温度であることを特徴とする請求項１から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の運転方法。
【請求項６】
再熱蒸気系の前圧制御は、再熱蒸気系に設けた再熱蒸気組み合せ弁の弁開度を絞って行うことを特徴とする請求項１から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の運転方法。
【請求項７】
再熱蒸気組み合せ弁を絞る弁信号は、ガスタービン高温部に設けた冷却蒸気供給系および冷却蒸気回収系のいずれか一方の圧力であることを特徴とする請求項１から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の運転方法。
【請求項８】
ガスタービンプラントからの排ガスを利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラと、
この排熱回収ボイラにより発生した蒸気を動力源とする蒸気タービンプラントと、
上記ガスタービンプラントのガスタービン高温部の一部または全部が蒸気により冷却されるとともに、
このガスタービン高温部を冷却するガスタービン冷却蒸気を供給する系統の一つとして、上記蒸気タービンプラントの高圧タービンから排熱回収ボイラ再熱器へ低温再熱蒸気を導く低温再熱蒸気系から分岐して上記低温再熱蒸気の一部もしくは全部を上記ガスタービン高温部へ導く冷却蒸気供給系と共に、
排熱回収ボイラの中圧過熱器から中圧蒸気を冷却蒸気供給系に導く中圧蒸気過熱系と、
上記排熱回収ボイラにおいて高圧過熱器が少なくとも二つ以上に分割されて高圧ドラムを出た蒸気は第１高圧過熱器から第２高圧過熱器に連続して導かれる構成を有するとともに、
第１高圧過熱器から第２高圧過熱器へ蒸気を導く蒸気配管から分岐して、第１高圧過熱器出口蒸気の少なくとも一部を前記第２高圧過熱器をバイパスさせるバイパス系統と当該バイパス系統に設けられた流量調整弁とを有し、
起動運転時および部分負荷運転時のうち、いずれか一方の運転状態で、ガスタービン冷却蒸気がその温度許容値を超える場合に、前記バイパス系統の流量調整弁を開弁させて第１高圧過熱器出口蒸気の一部もしくは全部を前記第２高圧過熱器をバイパスさせて前記冷却蒸気供給系に供給される前記低温再熱蒸気を前記温度許容値内と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９】
低温再熱蒸気系は、高圧タービンから再熱器に供給するタービン排気の流量を制御する低温再熱流量調整弁を備えたことを特徴とする請求項８に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項１０】
ガスタービン高温部への入口配管およびガスタービン高温部からの出口配管の少なくとも一方に温度検出器を設け、
当該温度検出器の検出値がガスタービンの負荷に対してガスタービン冷却蒸気の温度許容値を超える場合に、前記バイパス系統の流量調整弁を開弁させて第１高圧過熱器出口蒸気の一部もしくは全部を第２高圧過熱器をバイパスさせることを特徴とする請求項８に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項１１】
ガスタービンプラントは、排熱回収ボイラを連接して複数台に構成するとともに、蒸気タービンプラントは、上記ガスタービンプラントの軸と切り離し可能で別起に設置した１台の多軸型であることを特徴とする請求項８乃至請求項１０いずれかに記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項１２】
ガスタービンプラントは、蒸気タービンプラントを軸直結させた一軸型であることを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンプラントの高温部に、冷却媒体として蒸気を用いて冷却するコンバインドサイクル発電プラントの運転方法および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】
最近の火力発電プラントでは、プラント熱効率の向上を図るため、ガスタービンプラント、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントが数多く実機として運転されている。このコンバインドサイクル発電プラントには、プラントの運用を主体に置いた、いわゆる一軸型と、定格運転時の効率を主体に置いた、いわゆる多軸型とがある。
【０００３】
一軸型は、１台のガスタービンに、１台の蒸気タービンを軸直結させたもので、その軸数を計画出力に見合うように複数の軸系列になっている。また、多軸型は、１台の蒸気タービンに対し、複数のガスタービンの軸を別々に切り離して配置したものである。
【０００４】
前者は、一つの軸系列と他の軸系列とが互いに干渉しないようになっているので、部分負荷運転時、複数の軸系列の出力を下げていくと、プラント熱効率を急激に低下させない点で有利である。また、後者は、蒸気タービンを主体に置いて容量（出力）を大きくしているので、その容量の大きくなっている分だけ定格運転時のプラント熱効率が一軸型に較べ高くなり、有利になっている。
【０００５】
このように、一軸型といい、多軸型といい、ともに有利な点を備えているので、いずれの型式のものも、実機として運転されている。
【０００６】
ところで、一軸型あるいは多軸型のいずれの型式のコンバインドサイクル発電プラントであっても、燃料の節約や発電単価の低減を求めて今以上のプラント熱効率の向上が検討されている。このプラント熱効率は、ガスタービンプラント、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラの各プラントの入熱の総和に対する各プラントの出熱の総和の比率から算出されている。プラント熱効率の向上の観点から蒸気タービンプラント、排熱回収ボイラおよびガスタービンプラントを見直した場合、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラは、既に限界に達しており、ガスタービンプラントの熱効率の改善がコンバインドサイクル発電プラントのプラント熱効率の向上につながると、期待されている。
【０００７】
ガスタービンプラントは、ガスタービンの入口燃焼ガス温度が高いほど熱効率を向上させることができ、最近の耐熱材料の開発と相俟って冷却技術の進歩により、ガスタービンの入口燃焼ガス温度をひところの１０００℃から１３００℃を経て１５００℃以上に移行しつつある。
【０００８】
ガスタービンの入口燃焼ガス温度を１５００℃以上にする場合、耐熱材料が開発されていると言えども、ガスタービン高温部、例えば燃焼ガスに直接晒されているガスタービン静翼、ガスタービン動翼、燃焼器のライナ・トラジションピース等の許容メタル温度は既に限界に達しており、起動・停止回数の多い運転や、長時間に亘る連続運転のときに材料の破損・溶融など事故につながる危険性が出る。このため、ガスタービンの入口燃焼ガス温度を上昇させても、ガスタービン高温部の各部品の許容メタル温度以内に維持できる技術として、空気を用いてガスタービン高温部を冷却する開発が進められ、既に実用機として実現している。
【０００９】
しかし、空気を用いたガスタービン高温部を冷却する場合、その供給源を、ガスタービンに直結した空気圧縮機から求めており、空気圧縮機からガスタービンに供給される数十％の高圧空気がガスタービン高温部の冷却用に廻され、しかもタービン翼の冷却後の高圧空気を、ガスタービン駆動ガスに吹き出すため、ガスタービン駆動ガスの温度低下、ミキシングロスを生じさせ、プラント熱効率の向上を図る上で、難しくさせていた。
【００１０】
最近、ガスタービン高温部、例えばガスタービン静翼、ガスタービン動翼などに冷却媒体として蒸気の活用が見直されており、既にアメリカ機械学会誌（ＡＳＭＥ論文、９２−ＧＴ−２４０）や特開平５−１６３９６１号公報などに公表されている。
【００１１】
蒸気は、空気に較べ、比熱が２倍で、伝熱性能が優れており、また閉ループの冷却が可能であり、ガスタービン駆動ガスの温度低下およびミキシングロスがなく、プラント効率の改善に寄与するため実用機への適用が期待されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように有望視される蒸気冷却であっても、ガスタービンの高温部に適用する場合、多軸型のコンバインドサイクル発電プラントであるがゆえに、いくつかの問題点がある。
【００１３】
一般に、ガスタービンの高温部を蒸気冷却する場合、蒸気タービンプラントの駆動蒸気が利用されている。
【００１４】
しかし、多軸型のコンバインドサイクル発電プラントでは、１台の蒸気タービンプラントに対し、複数台のガスタービンプラントの組み合わせであるから、例えば部分負荷運転時、複数台のガスタービンプラントのうち、１台だけで運転すると、排熱回収ボイラから蒸気タービンプラントに供給する蒸気条件（温度、圧力、流量）が設計値から大幅に変動し、変動した蒸気条件でガスタービンの高温部を冷却させると、以下の不都合、不具合が発生する。
【００１５】
例えば、ガスタービンの高温部を冷却する蒸気の温度が高いと、ガスタービン動静翼やガスタービンロータ等の材力強度の維持が図れなくなり、破損や溶融を誘発する要因になる。また、逆に、蒸気の温度が低いと、ガスタービン駆動ガスと冷却蒸気との温度差に基づく過度な熱応力がガスタービン動静翼やガスタービンロータ等の局所に発生する。さらに、蒸気の温度が低いと、ドレンになり易く、過冷却に伴う局所の熱応力の発生の要因になる。
【００１６】
一方、蒸気の圧力が高いと、ガスタービン動静翼は、薄肉で作製されているため、いわゆるバルーニング（内圧による膨張）により破損のおそれがあり、また蒸気の圧力が低いと、ガスタービン駆動ガスの翼内への流入のおそれがある。
【００１７】
また、蒸気の流量が少なくなると、ガスタービン動静翼やガスタービンロータ等は、良好な冷却ができなくなり材力強度の維持を図ることができなくなり、ガスタービンプラントの高温化への対応が難しくなる。
【００１８】
さらに、蒸気の温度・圧力が高いとき、減温・減圧器を用いて水を投入し、適温・適圧に調整することが考えられているが、その水の清浄度の管理が不十分であると、ガスタービン動静翼内の通路にダストが堆積し目詰りが生じ、冷却性能が低下するため酸化・腐食の原因になる。
【００１９】
このように、多軸型のコンバインドサイクル発電プラントでは、ガスタービン高温部を蒸気冷却する場合、蒸気タービンプラントからガスタービン高温部に供給する冷却蒸気の蒸気条件の変動とガスタービンプラントの運転台数の増減とは不離一体の関係にあるだけに、その蒸気条件を変動させないようにすることが必要になってきている。特に、起動運転時や部分負荷運転時、ガスタービン高温部に供給する冷却蒸気の蒸気条件を設計値の範囲内に調整することは、未開発の分野であることも手伝って難しく、現在模索中である。
【００２０】
本発明は、このような技術的背景に基づいてなされたもので、ガスタービンプラントの運転台数に減少の変動があっても、ガスタービン高温部に適温・適圧の冷却蒸気を供給できるようにするとともに、冷却後の蒸気を蒸気タービンプラントに良好に回収させて蒸気タービンプラントの出力変動を低く抑えるように図ったコンバインドサイクル発電プラントの運転方法およびコンバインドサイクル発電プラントを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、ガスタービンプラントに、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合せ、蒸気タービンプラントのタービン排気を上記ガスタービンプラントのガスタービン高温部に供給し、ガスタービン高温部を冷却後、上記蒸気タービンプラントに回収させるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法において、起動運転時および部分負荷運転時のうち、いずれか一方の運転状態で、上記排熱回収ボイラを通流する蒸気の少なくとも一部分を高圧過熱器の一部をバイパスさせて上記蒸気タービンプラントの高圧タービンに供給するとともに、主蒸気系の弁の開度を絞り上記高圧タービンに定圧運転を行わせる一方、上記排熱回収ボイラの再熱器を上記蒸気タービンプラントの中圧タービンに接続する再熱蒸気系の弁の開度を絞り当該再熱蒸気系に前圧制御を行わせ、上記高圧タービンで膨張後のタービン排気に上記排熱回収ボイラの中圧ドラムから発生する蒸気を合流させ、その合流蒸気をガスタービン高温部に供給して冷却し、冷却後、その合流蒸気を蒸気再熱器からの再熱蒸気に合流させて蒸気中圧タービンに回収させる方法である。
【００２２】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、部分負荷運転時は、複数台設置されたガスタービンプラントの運転台数を減少させた運転時であることを特徴とする方法である。
【００２３】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、起動運転時は、大気温度が予め定められた温度以上になった場合、またはガスタービンに供給される高圧タービンからの蒸気温度、圧力が予め定められた範囲外になった場合であることを特徴とする方法である。
【００２４】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、高圧タービンの定圧運転は、排熱回収ボイラと高圧タービンとを互に接続する主蒸気系に設置した主蒸気止め弁および蒸気加減弁のいずれか一方で弁開度を絞って行う方法である。
【００２５】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、主蒸気止め弁および蒸気加減弁のいずれか一方で弁開度を絞る弁信号は、ガスタービン高温部に設けた冷却蒸気供給系および冷却蒸気回収系のいずれか一方の温度であることを特徴とする方法である。
【００２６】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、再熱蒸気系の前圧制御は、再熱蒸気系に設けた再熱蒸気組み合せ弁の弁開度を絞って行う方法である。
【００２７】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの運転方法は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、再熱蒸気組み合せ弁を絞る弁信号は、ガスタービン高温部に設けた冷却蒸気供給系および冷却蒸気回収系のいずれか一方の圧力であることを特徴とする方法である。
【００２８】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、ガスタービンプラントからの排ガスを利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラにより発生した蒸気を動力源とする蒸気タービンプラントと、上記ガスタービンプラントのガスタービン高温部の一部または全部が蒸気により冷却されるとともに、このガスタービン高温部を冷却するガスタービン冷却蒸気を供給する系統の一つとして、上記蒸気タービンプラントの高圧タービンから排熱回収ボイラ再熱器へ低温再熱蒸気を導く低温再熱蒸気系から分岐して上記低温再熱蒸気の一部もしくは全部を上記ガスタービン高温部へ導く冷却蒸気供給系と共に、排熱回収ボイラの中圧過熱器から中圧蒸気を冷却蒸気供給系に導く中圧蒸気過熱系と、上記排熱回収ボイラにおいて高圧過熱器が少なくとも二つ以上に分割されて高圧ドラムを出た蒸気は第１高圧過熱器から第２高圧過熱器に連続して導かれる構成を有するとともに、第１高圧過熱器から第２高圧過熱器へ蒸気を導く蒸気配管から分岐して、第１高圧過熱器出口蒸気の少なくとも一部を前記第２高圧過熱器をバイパスさせるバイパス系統と当該バイパス系統に設けられた流量調整弁とを有し、起動運転時もしくは部分負荷運転時におけるガスタービン冷却蒸気がその温度許容値を超える場合に、前記バイパス系統の流量調整弁を開弁させて第１高圧過熱器出口蒸気の一部もしくは全部を前記第２高圧過熱器をバイパスさせて前記冷却蒸気供給系に供給される前記低温再熱蒸気を前記温度許容値内とすることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、低温再熱蒸気系は、高圧タービンから再熱器に供給するタービン排気の流量を制御する低温再熱流量調整弁を備えたものである。
【００３０】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、ガスタービン高温部への入口配管およびガスタービン高温部からの出口配管の少なくとも一方に温度検出器を設け、当該温度検出器の検出値がガスタービンの負荷に対してガスタービン冷却蒸気の温度許容値を超える場合に、前記バイパス系統の流量調整弁を開弁させて第１高圧過熱器出口蒸気の一部もしくは全部を第２高圧過熱器をバイパスさせることを特徴とするものである。
【００３１】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、ガスタービンプラントは、排熱回収ボイラを連接して複数台に構成するとともに、蒸気タービンプラントは、上記ガスタービンプラントの軸と切り離し可能で別起に設置した１台の多軸型であることを特徴とするものである。
【００３２】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、ガスタービンプラントは、蒸気タービンプラントを軸直結させた一軸型であることを特徴とするものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの運転方法およびコンバインドサイクル発電プラントの実施の形態を添付図面およびその図中に付した部品番号を引用して説明する。なお、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの運転方法の説明に先立ち、その構成について説明する。
【００３４】
図１は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントを多軸型に適用した第１実施形態を示す概略系統図である。なお、本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントは、蒸気タービンプラント１台とガスタービンプラントおよび排熱回収ボイラの２台の組み合わせを例示として示している。
【００３５】
全体を符号１で示すコンバインドサイクル発電プラントは、第１ガスタービンプラント２ａに連接させた第１排熱回収ボイラ３ａと、軸を知り離した別置の蒸気タービンプラント４と、さらに蒸気タービンプラント４の軸と切り離した別置きの第２ガスタービンプラント２ｂに連接させた第２排熱回収ボイラ３ｂとを備えた構成になっている。
【００３６】
第１ガスタービンプラント２ａは、発電機５ａ、空気圧縮機６ａ、ガスタービン燃焼器７ａ、ガスタービン８ａを備え、空気圧縮機６ａで吸い込んだ大気ＡＲを高圧化してガスタービン燃焼器７ａに案内し、その高圧空気に燃料を加えて燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービン８ａに案内して膨張仕事をさせ、その際発生する回転トルクで発電機５ａを回転駆動するとともに、その排ガス（排熱）を蒸気発生源として第１排熱回収ボイラ３ａに供給するようになっている。なお、第２ガスタービンプラント２ｂは、各構成部品が第１ガスタービンプラント２ａのそれと同一なので、部品番号に添字ｂを付し、その重複説明を省略する。
【００３７】
第１排熱回収ボイラ３ａは、軸方向に沿って延びるケーシング９ａを備え、ケーシング９ａ内を流れる排ガスの流れ方向に沿って順に、第３高圧過熱器１０ａ、再熱器１１ａ、第２高圧過熱器１２ａ、第１高圧過熱器１３ａ、高圧ドラム１４ａに連通させた高圧蒸発器１５ａ、中圧過熱器１６ａ、第３高圧節炭器１７ａ、低圧過熱器１８ａ、中圧ドラム１９ａに連通させた中圧蒸発器２０ａ、第２中圧節炭器２１ａ、第２高圧節炭器２２ａ、低圧ドラム２３ａに連通させた低圧蒸発器２４ａ、第１高圧節炭器２５ａ、第１中圧節炭器２６ａを備え、高、中、低の各蒸発器１５ａ、２０ａ、２４ａで蒸発した飽和蒸気を高、中、低の各蒸気ドラム１４ａ、１９ａ、２３ａにより気液分離を図っている。なお、第２排熱回収ボイラ３ｂは、各構成部品が第１排熱回収ボイラ３ａのそれと同一なので、部品番号に添字ｂを付し、その重複説明を省略する。
【００３８】
一方、蒸気タービンプラント４は、高圧タービン２７、中圧タービン２８、低圧タービン２９、発電機３０を共通軸で互に連結させており、第１排熱回収ボイラ３ａの第３高圧過熱器１０ａおよび第２排熱回収ボイラ３ｂの第３高圧過熱器１０ｂのそれぞれから発生する過熱蒸気を、第１主蒸気系３１ａおよび第２主蒸気系３１ｂの合流点Ａで合流させ、その合流蒸気を主蒸気止め弁３２、蒸気加減弁３３を介して高圧タービン２７に供給するようになっている。
【００３９】
高圧タービン２７は、合流蒸気に膨張仕事をさせた後、タービン排気として分岐点Ｂで分流させ、各分流蒸気を第１低温再熱蒸気系３４ａの第１高圧排気分配弁３５ａおよび第２低温再熱蒸気系３４ｂの第２高圧排気分配弁３５ｂのそれぞれを介して分岐点Ｃに供給するようになっている。
【００４０】
分岐点Ｃに供給されたタービン排気のうち、その一部は低温再熱流量調整弁３６ａで適量に流量コントロールされた後、第１排熱回収ボイラ３ａの再熱器１１ａに供給され、ここで加熱された後、再熱蒸気として再熱蒸気系３７ａに供給される。また、タービン排気の残りは、低温再熱逆止弁３６ｃを介して合流点Ｄで、第１排熱回収ボイラ３ａの中圧ドラム１９ａから中圧過熱器１６ａ、中圧過熱蒸気系３８ａを介して供給される全流量の中圧過熱蒸気に合流し、その合流蒸気を冷却蒸気として冷却蒸気供給系３９ａを介してガスタービン８ａの高温部４０ａに供給される。
【００４１】
ガスタービン８ａは、その高温部４０ａを冷却させた後の冷却蒸気を、回収蒸気として冷却蒸気回収系４１ａを介して再熱蒸気系３７ａの合流点Ｅで再熱蒸気に合流させるようになっている。
【００４２】
合流点Ｅで再熱器１１ａからの再熱蒸気と冷却蒸気回収系４１からの回収蒸気を合流させた再熱蒸気系３７ａは、合流点Ｆで再び第２排熱回収ボイラ３ｂの再熱器１１ｂからの再熱蒸気と合流させ、その合流蒸気を再熱蒸気組み合わせ弁４２、インタセプト弁４３を介して中圧タービン２８に供給する。
【００４３】
中圧タービン２８は、合流蒸気に膨張仕事をさせた後、タービン排気として低圧タービン２９に供給する。また、中圧タービン２８は、第１排熱回収ボイラ３ａの低圧過熱器１８ａおよび第２排熱回収ボイラ３ｂの低圧過熱器１８ｂのそれぞれから供給された低圧過熱蒸気を合流点Ｇで合流させ、その合流低圧過熱蒸気を低圧蒸気組み合せ弁４４、低圧加減弁４５を介して合流点Ｈで再び上述のタービン排気と合流させて低圧タービン２９に供給する。なお、第２排熱回収ボイラ３ｂの個々の蒸気の流は、上述第１排熱回収ボイラ３ａのそれと同一なので、その説明を省略する。
【００４４】
低圧タービン２９は、合流蒸気に膨張仕事をさせ、その際、発生する回転トルクにより発電機３０を回転駆動するとともに、膨張仕事後の合流蒸気をタービン排気として復水器４６に供給する。
【００４５】
復水器４６には、第１復水・給水系４７ａと第２復水・給水系４７ｂとが設けられている。
【００４６】
第１復水・給水系４７ａは、復水器４６で低圧タービン２９からのタービン排気を凝縮させた復水を、復水ポンプ４８で昇圧させ、分岐点Ｉで分流させた後、その一部を給水として第１給水ポンプ４９ａに供給する。第１給水ポンプ４９ａは、給水の一部を途中段落で、いわゆる中段抽水し、その抽水を第１排熱回収ボイラ３ａの第１中圧節炭器２６ａに供給するとともに、給水の残りを第１排熱回収ボイラ３ａの第１高圧節炭器２５ａに供給する。なお、第２復水・給水系４７ｂは、第１復水・給水系４７ａの構成と同一なので、部品番号に添字ｂを付し、その重複説明を省略する。
【００４７】
第１排熱回収ボイラ３ａは、第１復水・給水系４７ａからの第１中圧節炭器２６ａおよび第１高圧節炭器２５ａのそれぞれに供給された給水を、第１ガスタービンプラント２ａからの排ガスと熱交換させ、低、中、高の各蒸気ドラム２３ａ，１９ａ、１４ａで気液分離をさせた後、その過熱蒸気を蒸気タービンプラント４の駆動蒸気として、またガスタービン１８ａの高温部４０の冷却蒸気としてそれぞれ供給するようになっている。この場合、第１排熱回収ボイラ３ａは、第１高圧過熱器１３ａの出口から第２高圧過熱器１２ａの入口に接続する過熱蒸気管５０ａの途中から分岐し、流量調整弁５１ａを備えたバイパス系５２ａを第２高圧過熱器１２ａの出口に接続させ、第２高圧過熱器１２ａから発生する過熱蒸気が設計値の温度・圧力を超えているとき、流量調整弁５１で流量制御し、適温・適圧の過熱蒸気にして第３高圧過熱器１０ａ、第１主蒸気系３１ａを介して高圧タービン２７に供給するようになっている。なお、第２高圧過熱器１２ａの出口側にバイパス系５２ａを設けたのは、第２高圧過熱器１２ａから発生した過熱蒸気が高い場合、例えば第１復水・給水系４７ａの給水を投入し、適温・適圧に調整することも考えられるが、その適温・適圧に調整した過熱蒸気が高圧タービン２７の駆動蒸気として使用された後、ガスタービン８ａの高温部４０ａの冷却蒸気として使用することを勘案すると、上述の給水の清浄度の管理が不十分であり、ガスタービン８ａの高温部４０ａにダストが堆積して目詰りを引き起すおそれがあることを考慮したものである。
【００４８】
次に、起動運転時または部分負荷運転時、ガスタービン８ａの高温部４０ａを蒸気で冷却し、回収させる際の本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントの運転方法を説明する。
【００４９】
多軸型のコンバインドサイクル発電プラント１は、１台の蒸気タービンプラント４に複数台のガスタービンプラント２ａ，２ｂを組み合わせた構造ゆえに、ガスタービンプラント２ａ，２ｂの運転台数が少なくなると、高圧タービン２７の駆動蒸気や流量が減少するため圧力が変動し、必然的にタービン排気としての冷却蒸気の圧力も変動する。
【００５０】
例えば、起動運転時あるいは部分負荷運転時、第１ガスタービンプラント２ａおよび第２ガスタービンプラント２ｂのうち、１台を運転させる場合（以下１台運転と呼ぶ）、高圧タービン２７は、ガスタービン８ａの高温部４０ａを供給する冷却蒸気の流量が２台運転のときに較べ半分になり、その圧力も２台運転時の設計圧力、例えば３．６３ＭＰａが１．８ＭＰａの圧力に半減する。このため、高圧タービン２７は、そのタービン排気を冷却蒸気としてガスタービン８ａの高温部４０ａに供給する場合、ガスタービン８ａの高温部４０ａの圧力損失を考慮すると冷却蒸気の流れが悪くなり、冷却が難しくなる。また、高圧タービン２７は、冷却蒸気の流量が半減すると、タービン排気の温度が高くなり、ガスタービン８ａの高温部４０ａを冷却するに必要な冷却蒸気の温度が許容値を超え、ガスタービン８ａの高温部４０ａを冷却させることができなくなる。
【００５１】
このように、第１ガスタービンプラント２ａおよび第２ガスタービンプラント２ｂのうち、いずれかが１台運転に入ると、例えば、ガスタービン８ａの高温部４０ａの冷却が難しくなるので、ガスタービン８ａの高温部４０ａに適温・適圧の冷却蒸気を供給するには、高圧タービン２７のタービン排気圧力を「高」にする運転と、そのタービン排気温度を「低」にする運転とが必要とされる。もっとも、タービン排気圧力「高」とタービン排気温度「低」とは、熱力学的に見て相反する関係になっているから、これら技術事項は互に独立して取り扱わなければならず、以下の運転方法が必要とされる。
【００５２】
（１）高圧タービンのタービン排気圧力を「高」に運転する方法
１台運転の場合、本実施形態は、高圧タービン２７から第１低温再熱蒸気系３４ａを介してガスタービン８ａの高温部４０ａに供給されるタービン排気に、合流点Ｄで第１排熱回収ボイラ３ａの中圧ドラム１９ａから中圧過熱器１６ａ、中圧過熱蒸気系３８ａを介して供給される過熱蒸気を合流させ、その合流蒸気を冷却蒸気供給系３９ａを介してガスタービン８ａの高温部４０ａに供給し、冷却後、その回収蒸気を冷却蒸気回収系４１ａを介して合流点Ｅで再熱蒸気系３７ａからの再熱蒸気に合流させ、その合流蒸気を再熱蒸気組み合せ弁４２、インタセプト弁４３を介して中圧タービン２８に回収させているので、中圧過熱蒸気系３８ａ、高温部４０ａ、冷却蒸気回収系４１ａを流れる中圧過熱蒸気の圧力は、再熱蒸気系３７ａの再熱蒸気組み合せ弁４２の入口側における合流蒸気の圧力によって決まる。つまり、再熱蒸気組み合せ弁４２の弁開度を調整すると、中圧蒸気過熱系３８ａ、冷却蒸気供給系３９ａ、高温部４０ａ、冷却蒸気回収系４１ａの蒸気圧力が変動する関係になっている。
【００５３】
本実施形態は、この点に着目したもので、１台運転時、再熱蒸気組み合せ弁４２の弁開度を絞ることにより中圧蒸気過熱系３８ａ、冷却蒸気供給系３９ａ、高温部４０ａ、冷却蒸気回収系４１ａからの中圧過熱蒸気の圧力を「高」にし、適圧にしてガスタービン８ａの高温部４０ａに供給したものである。なお、再熱蒸気組み合せ弁４２は、冷却蒸気供給系３９ａおよび冷却蒸気回収系４１ａのいずれかに設けた圧力検出器（図示せず）の検出圧力信号に基づいて弁開度が設定されている。
【００５４】
このように、本実施形態では、高圧タービン２７から第１低温再熱蒸気系３４ａ、冷却蒸気供給系３９ａを介してガスタービン８ａの高温部４０ａに供給するタービン排気が圧力不足のとき、再熱蒸気組み合せ弁４２の弁開度を絞って中圧蒸気過熱系３８ａ、冷却蒸気供給系３９ａ、高温部４０ａ、冷却蒸気回収系４１ａの中圧過熱蒸気の圧力を「高」にし、適圧な冷却蒸気としてガスタービン８ａの高温部４０ａを確実に冷却することができる。
【００５５】
また、本実施形態では、ガスタービン８ａの高温部４０ａの冷却後の蒸気を中圧タービン２８に回収させるので、蒸気タービンプラント４の出力変動を低く抑えることができる。
【００５６】
（２）高圧タービン２７のタービン排気温度を「低」に運転する方法
通常、高圧タービン２７は、１台運転を行うと、そのタービン排気の温度を高くする。また、高圧タービン２７は、上述の再熱蒸気組み合せ弁４２の弁開度を絞って再熱蒸気系３７ａの圧力を「高」にする、いわゆる前圧制御（Inlet
Pressure Control, 略してＩＰＣ）を行うと、そのタービン排気の温度をさら に高くなる。このため、高圧タービン２７のタービン排気温度を「低」に運転するには、第１排熱回収ボイラ３ａの第１高圧過熱器１３ａから第２高圧過熱器１２ａ、第３高圧過熱器１０ａ、第１主蒸気系３１ａを介して高圧タービン２７に供給される主蒸気（過熱蒸気）の温度を「低」にし、かつ第１主蒸気系３１ａの主蒸気止め弁３２または蒸気加減弁３３の弁開度を絞ってタービン効率を増加させながらタービン排気温度を「低」にする定圧運転が必要となる。
【００５７】
本実施形態に係る運転方法は、先ず、第１高圧過熱器１３ａの出口と第２高圧過熱器１２ａの入口とを接続する過熱蒸気管５０ａから分岐したバイパス系５２ａの流量調整弁５１ａを開弁させる。流量調整弁５１ａを開弁させると、第１高圧過熱器１３ａから第３高圧過熱器１０ａ、主蒸気系３１ａを介して高圧タービン２７に供給する主蒸気は、第２高圧過熱器１２ａをバイパスさせているので、その温度を下げることができる。
【００５８】
しかし、主蒸気の温度が下ったと言っても、高圧タービン２７からガスタービン８ａの高温部４０ａに供給される冷却蒸気としてのタービン排気は、適温範囲の上限値にとどまっている。このため、高圧タービン２７の運転幅を広げ、より一層安定運転を行わせるには、第１主蒸気系３１ａのＩＰＣによる定圧運転が行われる。高圧タービン２７は、第１主蒸気系３１ａの主蒸気止め弁３２または蒸気加減弁３３に弁開度を絞らせて定圧運転を行うと、主蒸気の温度が若干高くなるが、その高くなった分、より多く膨張仕事をしてタービン効率を向上させるので、その結果、タービン排気の温度をより低く下げ、安定運転を確保することができる。なお、主蒸気止め弁３２または蒸気加減弁３３は、冷却蒸気供給系３９ａおよび冷却蒸気回収系４１ａのいずれかに設けた温度検出器（図示せず）の検出温度信号に基づいて弁開度が設定されている。
【００５９】
このように本実施形態では、第１高圧過熱器１３ａに設けたバイパス系５２ａを利用して主蒸気温度を下げ、かつ主蒸気止め弁３２または蒸気加減弁３３の弁開度を絞って高圧タービン２７に定圧運転させ、タービン排気温度をガスタービン８ａの高温部４０ａに必要な適温に確実に下げるので、ガスタービン８ａの高温部４０ａを確実に冷却することができる。
【００６０】
なお、本実施例では２台のプラントのみで説明したが、３台以上の複数のプラントにおいて、その台数を減少させた運転にも適用させることができるのは勿論である。
【００６１】
図２は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントを一軸型に適用した第２実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部品または対応する部分には、添字ａを付した同一番号を使用する。
【００６２】
一般に、一軸型は、１台のガスタービンプラントに対し、１台の蒸気タービンプラントおよび１台の排熱回収ボイラをペアにして組み合わせ、ガスタービンプラントから排熱回収ボイラに供給される排ガス量の変動と、排熱回収ボイラから蒸気タービンプラントに供給される蒸気流量の変動とが追従関係になっているから、多軸型に較べて複雑な蒸気流量制御を行う必要がない。
【００６３】
しかし、ガスタービンプラントは、その性質上、夏場のように高気温になると、設計値通りの出力が出ないにもかかわらず排ガス温度が高くなり、これに伴って排熱回収ボイラから蒸気タービンプラントに供給される主蒸気の温度が高くなり、蒸気タービンプラントからガスタービン高温部に供給される冷却蒸気としてのタービン排気の温度・圧力も適温の運転範囲を超えることがある。特に、夏場、ガスタービンプラントに部分負荷運転を行わせると、この傾向は強い。
【００６４】
このように夏場のように大気温が予め定められた所定温度になった場合の問題点に対処するために、本実施形態では、第１実施形態と同様に、第１排熱回収ボイラ３ａの第１高圧過熱器１３ａの出口と第２高圧過熱器１２ａの入口とを接続する過熱蒸気管５０ａに、流量調整弁５１ａを備えたバイパス系５２ａを設け、第１高圧過熱器１３ａから発生した過熱蒸気を、バイパス系５２ａ、第３高圧過熱器１０ａ、主蒸気系３１ａを介して比較的温度の低い主蒸気として高圧タービン２７に供給し、膨張後のタービン排気を第１低温再熱蒸気系３４ａを介して分流点Ｃで分流させ、その分流蒸気の一方を低温再熱流量調整弁３６ａで適正量にコントロールして再熱器１１ａに供給するとともに、残りの分流蒸気を低温再熱逆止弁３６ｃ、流量調整弁５３ａを備えた冷却蒸気供給系３９を介してガスタービン８ａの高温部４０ａに供給し、冷却後、回収冷却蒸気を流量調整弁５４ａを備えた冷却蒸気回収系４１ａを介して再熱蒸気系３７ａの合流点Ｅで再熱器１１ａからの再熱蒸気と合流させ、その合流蒸気を再熱蒸気組み合せ弁４２、インタセプト弁４３を介して中圧タービン２８に回収させたものである。なお、高圧タービン２７のタービン排気が何らかの事情でガスタービン８ａの高温部４０ａに供給する冷却蒸気として適温・適圧の予め定められた運転範囲をはずれている場合、第１主蒸気系３９ａの主蒸気止め弁３２または蒸気加減弁３３の弁開度を絞り、高圧タービン２７に定圧運転をさせても良く、また、再熱蒸気系３７ａの再熱蒸気組み合せ弁４２の弁開度を絞り、第１排熱回収ボイラ３ａの中圧ドラム１９ａから発生する中圧過熱蒸気の圧力を高め、その中圧過熱蒸気を中圧過熱蒸気系３８ａを介して合流点Ｄで高圧タービン２７からのタービン排気に合流させても良い。
【００６５】
このように、本実施形態では、夏場のように気温が高く、第１排熱回収ボイラ３ａから高圧タービン２９に供給される主蒸気温度が高いとき、第１排熱回収ボイラ３ａのバイパス系５２ａを利用し、第１高圧過熱器１３ａから発生する過熱蒸気を比較的低い主蒸気温度にして高圧タービン２７に供給するので、高圧タービン２７で膨張後のタービン排気の温度もガスタービン８ａの高温部４０ａを冷却するに必要な適温の運転範囲にすることができる。
【００６６】
したがって、本実施形態では、高圧タービン２７のタービン排気を適温の運転範囲にしているので、ガスタービン８ａの高温部４０ａを確実に冷却することができ、ガスタービン８ａの高温化に対処することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、ガスタービン８ａの高温部４０ａの冷却後の蒸気を中圧タービン２８に回収させるので、蒸気タービンプラント４の出力増となるためプラント熱効率向上を実現することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上の説明の通り、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの運転方法およびコンバインドサイクル発電プラントは、高圧タービンのタービン排気をガスタービンの高温部に冷却蒸気として供給する際、そのタービン排気が適温・適圧の運転範囲からはずれているとき、中圧タービンの再熱蒸気系に前圧制御を行わせ、中圧ドラムから発生する中圧過熱蒸気の圧力を高め、その中圧過熱蒸気をタービン排気に合流させて適圧に調整するとともに、排熱回収ボイラの第１高圧過熱器から発生する過熱蒸気をバイパス系を利用して低い温度の主蒸気として高圧タービンに供給し、その際、高圧タービンに定圧運転を行わせ、そのタービン排気を適温に調整しているので、ガスタービンの高温部を確実に冷却することができ、ガスタービンの高温化に充分に対処することができる。
【００６９】
また、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの運転方法およびコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンの高温部を冷却後の蒸気を、排熱回収ボイラの再熱器から供給される再熱蒸気に合流させて中圧タービンに回収させるので、蒸気タービンプラントの出力増となり、プラント熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントを多軸型に適用した第１実施形態を示す概略系統図。
【図２】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントを一軸型に適用した第２実施形態を示す概略系統図。
【符号の説明】
１  コンバインドサイクル発電プラント
２ａ  第１ガスタービンプラント
２ｂ  第２ガスタービンプラント
３ａ  第１排熱回収ボイラ
３ｂ  第２排熱回収ボイラ
４  蒸気タービンプラント
５ａ，５ｂ  発電機
６ａ，６ｂ  空気圧縮機
７ａ，７ｂ  ガスタービン燃焼器
８ａ，８ｂ  ガスタービン
９ａ，９ｂ  ケーシング
１０ａ，１０ｂ  第３高圧過熱器
１１ａ，１１ｂ  再熱器
１２ａ，１２ｂ  第２高圧過熱器
１３ａ，１３ｂ  第１高圧過熱器
１４ａ，１４ｂ  高圧ドラム
１５ａ，１５ｂ  高圧蒸発器
１６ａ，１６ｂ  中圧過熱器
１７ａ，１７ｂ  第３高圧節炭器
１８ａ，１８ｂ  低圧過熱器
１９ａ，１９ｂ  中圧ドラム
２０ａ，２０ｂ  中圧蒸発器
２１ａ，２１ｂ  第２中圧節炭器
２２ａ，２２ｂ  第２高圧節炭器
２３ａ，２３ｂ  低圧ドラム
２４ａ，２４ｂ  低圧蒸発器
２５ａ，２５ｂ  第１高圧節炭器
２６ａ，２６ｂ  第１中圧節炭器
２７  高圧タービン
２８  中圧タービン
２９  低圧タービン
３０  発電機
３１ａ  第１主蒸気系
３１ｂ  第２主蒸気系
３２  主蒸気止め弁
３３  蒸気加減弁
３４ａ  第１低温再熱蒸気系
３４ｂ  第２低温再熱蒸気系
３５ａ  第１高圧排気分配弁
３５ｂ  第２高圧排気分配弁
３６ａ，３６ｂ  低温再熱流量調整弁
３６ｃ，３６ｄ  低温再熱逆止弁
３７ａ，３７ｂ  再熱蒸気系
３８ａ，３８ｂ  中圧過熱蒸気系
３９ａ，３９ｂ  冷却蒸気供給系
４０ａ，４０ｂ  高温部
４１ａ，４１ｂ  冷却蒸気回収系
４２  再熱蒸気組み合せ弁
４３  インタセプト弁
４４  低圧蒸気組み合せ弁
４５  低圧加減弁
４６  復水器
４７ａ  第１復水・給水系
４７ｂ  第２復水・給水系
４８  復水ポンプ
４９ａ  第１給水ポンプ
４９ｂ  第２給水ポンプ
５０ａ，５０ｂ  過熱蒸気管
５１ａ，５１ｂ  流量調整弁
５２ａ，５２ｂ  バイパス系
５３ａ  流量調整弁
５４ａ  流量調整弁
【図１】
0003913328.tif 000002
【図２】
0003913328.tif 000003