(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排熱回収ボイラからの蒸気を蒸気タービン装置に導く第１の経路と、該第１の経路から分岐し第１弁装置を介して復水器に接続された第２の経路と、ガスタービン高温部の冷却後の蒸気を前記第１の経路に導く第３の経路とを有するガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記第３の経路上に第２弁装置を配置すると共に、前記第３の経路上の前記第２弁装置よりも上流側位置から第３弁装置を介して前記復水器に接続された第４の経路を設けたことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
【請求項２】
前記第１弁装置、前記第２弁装置及び前記第３弁装置に接続された制御器を含み、該制御器による制御下に前記第１弁装置、前記第２弁装置及び前記第３弁装置を開閉することを特徴とする請求項１に記載のガスタービンコンバインドプラント。
【請求項３】
前記第１の経路に設けられ前記排熱回収ボイラの出口蒸気温度を検出するための第１蒸気温度検出器と、前記第３の経路に設けられ前記ガスタービン高温部の出口蒸気温度を検出するための第２蒸気温度検出器とを更に含み、前記第１蒸気温度検出器及び前記第２蒸気温度検出器も前記制御器に接続されていることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンコンバインドプラント。
【請求項４】
前記第１の経路から前記第２の経路が分岐する箇所の下流側で前記第１の経路に設けられた蒸気タービン入口蒸気温度検出器と、該蒸気タービン入口蒸気温度検出器の下流側で前記第１の経路に設けられた第４弁装置とを更に含み、該蒸気タービン入口蒸気温度検出器及び前記第４弁装置が前記制御器に接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のガスタービンコンバインドプラント。
【請求項５】
前記第３の経路から前記第４の経路が分岐する箇所の上流側位置における前記ガスタービン高温部の出口蒸気圧力を検出するための高温部出口蒸気圧力検出器を更に含み、該高温部出口蒸気圧力検出器が前記制御器に接続されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のガスタービンコンバインドプラント。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のガスタービンコンバインドプラントの運転方法において、前記排熱回収ボイラからの蒸気と前記ガスタービン高温部冷却後の蒸気の各温度を検出し、その温度差が所定値以上である場合には、前記ガスタービン高温部冷却後の蒸気の一部又は全量を復水器に導くことを特徴とするガスタービンコンバインドプラントの運転方法。
【請求項７】
排熱回収ボイラからの蒸気を蒸気タービン装置に導く第１の経路と、
該第１の経路から分岐しタービンバイパス弁を介して復水器に接続された第２の経路と、
ガスタービン高温部の冷却後の蒸気を前記第１の経路に導く第３の経路と、
前記第３の経路上に配置された遮断弁と、
前記第３の経路上の前記遮断弁よりも上流側位置から制御弁を介して前記復水器に接続された第４の経路と、
前記第１の経路に設けられ前記排熱回収ボイラの出口蒸気温度を検出するための第１蒸気温度検出器と、
前記第３の経路に設けられ前記ガスタービン高温部の出口蒸気温度を検出するための第２蒸気温度検出器と、
前記タービンバイパス弁、前記遮断弁、前記制御弁、前記第１蒸気温度検出器及び前記第２蒸気温度検出器に接続された制御器とを備え、
該制御器は、前記両蒸気温度検出器からの出力信号間に温度差があること検知すると、前記ガスタービン高温部により高温に加熱された蒸気を前記復水器に回収すべく、前記制御弁の開弁指令を出すと共に前記遮断弁の閉弁指令を出すものであることを特徴とするガスタービン高温部蒸気冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるガスタービンコンバインドプラント、即ち複合サイクルプラント及びその運転方法に関するものである。また、本発明は、該複合サイクルプラントのガスタービンにおける燃焼器等の高温部品を例えば排熱回収ボイラの蒸気により冷却する高温部品の蒸気冷却システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスタービンにおける燃焼器等の高温部品もしくは高温機器の冷却に空気が用いられていたが、燃焼温度の高温化に伴い蒸気により冷却する方法が開発されてきた。また、蒸気により冷却される高温部品が含まれているガスタービンを複合サイクルプラントに適用して、蒸気タービンと組み合わせ、高効率な発電プラントを提供する計画が進んでいる。
【０００３】
図２は、従来の複合サイクルプラントにおけるガスタービン蒸気系統の一例の概略を示している。図２において、ガスタービン１の排ガスは排熱回収ボイラ２に送られる。排熱回収ボイラ２の高圧ドラム５からの蒸気は、高圧過熱器６、高圧蒸気加減弁１３を経て高圧蒸気タービン３へ送られる。また、排熱回収ボイラ２の中圧ドラム９からの蒸気は、中圧過熱器１０、再熱器７、中圧蒸気加減弁１４を順次経て中圧蒸気タービン４へ送られる。
【０００４】
高温部品８を冷却するための蒸気は、発電所の補助蒸気又は排熱回収ボイラ２の蒸気（例えば、中圧過熱器１０の出口蒸気）が冷却蒸気源１２となって、そこから高温部品８に供給され、冷却に使用された蒸気は、再熱器７の出口蒸気と合流して、前述のように中圧蒸気加減弁１４を経て中圧蒸気タービン４へ送られる。
【０００５】
この複合サイクルプラントにおいては、その起動過程即ちガスタービン１の起動時は、高温部品出口蒸気温度検出器１５及び再熱器出口蒸気温度検出器１６でそれぞれ検出される蒸気温度が低く、中圧蒸気タービン４に導入することが適切ではないため、中圧蒸気加減弁１４の手前に接続された配管に設けられた中圧蒸気タービン入口蒸気温度検出器２２によりそこの蒸気温度を検出し、この検出信号に基づいて中圧蒸気加減弁１４を閉止した状態に保持しながら、蒸気をタービンバイパス弁１８から復水器１１にバイパスし、蒸気が昇温し、許容温度まで上昇した後、上記中圧蒸気タービン入口蒸気温度検出器２２の検出信号に基づいて中圧蒸気加減弁１４を開いて中圧蒸気タービン４を起動する方式としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した昇温過程において、高温部品出口蒸気温度検出器１５により検出される温度の上昇率は、再熱器出口蒸気温度検出器１６により検出される温度の上昇率に比べてかなり高い期間があることが分かっており、これは、両出口蒸気間に大きな温度差が発生していることを表している。従って、特に、再熱器７からの配管と高温部品８からの配管が合流する箇所もしくはその近傍には、望ましくない熱応力が生じる恐れがある。
従って、本発明の目的は、このような熱応力の発生を可能な限り低減することができるガスタービンコンバインドプラント、その運転方法、及びガスタービン高温部蒸気冷却システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的から、第１の手段ガスタービンコンバインドプラントは、排熱回収ボイラからの蒸気を蒸気タービン装置に導く第１の経路と、該第１の経路から分岐し第１弁装置を介して復水器に接続された第２の経路と、ガスタービン高温部の冷却後の蒸気を前記第１の経路に導く第３の経路とを有するガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記第３の経路上（第１の経路に蒸気を合流させる第３の経路の部分も第３の経路上にあるとする）に第２弁装置を配置すると共に、前記第３の経路上の前記第２弁装置よりも上流側位置から第３弁装置を介して前記復水器に接続された第４の経路を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
第２の手段は、第１の手段のガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記第１弁装置、前記第２弁装置及び前記第３弁装置に接続された制御器を含み、該制御器による制御下に前記第１弁装置、前記第２弁装置及び前記第３弁装置を開閉する。
また、第３の手段は、第２の手段のガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記第１の経路に設けられ前記排熱回収ボイラの出口蒸気温度を検出するための第１蒸気温度検出器と、前記第３の経路に設けられ前記ガスタービン高温部の出口蒸気温度を検出するための第２蒸気温度検出器とを更に含み、前記第１蒸気温度検出器及び前記第２蒸気温度検出器も前記制御器に接続されている。
第４の手段は、第２又は３の手段のガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記第１の経路から前記第２の経路が分岐する箇所の下流側で前記第１の経路に設けられた蒸気タービン入口蒸気温度検出器と、該蒸気タービン入口蒸気温度検出器の下流側で前記第１の経路に設けられた第４弁装置とを更に含み、該蒸気タービン入口蒸気温度検出器及び前記第４弁装置が前記制御器に接続されている。
第５の手段は、第２乃至４のいずれかの手段のガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記第３の経路から前記第４の経路が分岐する箇所の上流側位置における前記ガスタービン高温部の出口蒸気圧力を検出するための高温部出口蒸気圧力検出器を更に含み、該高温部出口蒸気圧力検出器が前記制御器に接続される。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、第６の手段は、第１乃至５のいずれかの手段のガスタービンコンバインドプラントの運転方法において、前記排熱回収ボイラからの蒸気と前記ガスタービン高温部冷却後の蒸気の各温度を検出し、その温度差が所定値以上である場合には、前記ガスタービン高温部冷却後の蒸気の一部又は全量を復水器に導くことを特徴としている。
【００１０】
更に、第７の手段のガスタービン高温部蒸気冷却システムは、排熱回収ボイラからの蒸気を蒸気タービン装置に導く第１の経路と、該第１の経路から分岐しタービンバイパス弁を介して復水器に接続された第２の経路と、ガスタービン高温部の冷却後の蒸気を前記第１の経路に導く第３の経路と、前記第３の経路上に配置された遮断弁と、前記第３の経路上の前記遮断弁よりも上流側位置から制御弁を介して前記復水器に接続された第４の経路と、前記第１の経路に設けられ前記排熱回収ボイラの出口蒸気温度を検出するための第１蒸気温度検出器と、前記第３の経路に設けられ前記ガスタービン高温部の出口蒸気温度を検出するための第２蒸気温度検出器と、前記タービンバイパス弁、前記遮断弁、前記制御弁、前記第１蒸気温度検出器及び前記第２蒸気温度検出器に接続された制御器とを備え、該制御器は、前記両蒸気温度検出器からの出力信号間に温度差があること検知すると、前記ガスタービン高温部により高温に加熱された蒸気を前記復水器に回収すべく、前記制御弁の開弁指令を出すと共に前記遮断弁の閉弁指令を出すものであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照して詳細に説明するが、図中、同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。
図１は、本発明によるガスタービン蒸気冷却システムの好適な実施形態が組み込まれたガスタービンコンバインドプラント即ち複合サイクルプラントを示すもので、図には、主として、複合サイクルプラントを構成するガスタービン装置１、排熱回収ボイラ２及び蒸気タービン装置２３等と、蒸気冷却系もしくはシステム３０と、制御系４０とが描かれているが、本発明を理解するために直接関係しないと思われる周知の各種機器もしくは部材については、説明を簡単にするため図示が省略されており、それらの各種機器もしくは部材がこの複合サイクルプラントに存在しないということではないことを理解されたい。
【００１２】
図１において、発電機（図示せず）を駆動した後のガスタービン装置１の排ガス１ａは、排熱回収ボイラ２に送られて蒸気の発生に使用されてから、矢印１ｂで示すように排熱回収ボイラ２から排気される。排熱回収ボイラ２は、高圧ドラム５と中圧ドラム９とを備え、高圧ドラム５から延びる蒸気配管５ａには、高圧過熱器６と高圧蒸気加減弁１３とが接続されると共に、該蒸気配管５ａは、蒸気タービン装置２３の高圧蒸気タービン３の蒸気入口ポートに接続されている。一方、中圧ドラム９から延びる蒸気配管（第１の経路）９ａには、中圧過熱器１０、再熱器７及び中圧蒸気加減弁（第４弁装置）１４が接続されると共に、該蒸気配管９ａは、蒸気タービン装置２３の中圧蒸気タービン４の蒸気入口ポートに接続されている。また、高圧蒸気タービン３の排気出口ポートから延びる配管３ａは、図示のように、中圧過熱器１０と再熱器７との間で蒸気配管９ａに接続されている。
【００１３】
次に、冷却蒸気源１２に接続された蒸気冷却システム３０の配管（第３の経路）１２ａには、例えば、高温部品であるガスタービンの燃焼器でよい高温部８が配設されると共に、遮断弁（第２弁装置）２０が接続されている。そして、配管１２ａは、該配管１２ａにおける蒸気の流れ方向に関してこの遮断弁２０の下流側の合流箇所９ｂで、前述した配管９ａと合流している。この冷却蒸気源１２としては、発電所の補助蒸気又は排熱回収ボイラ２の蒸気（例えば、中圧過熱器１０の出口蒸気）が好適に用いられる。
【００１４】
更に、上述した配管９ａにおいて、合流箇所９ｂと中圧蒸気タービン入口蒸気温度検出器２２の取付箇所９ｃとの間の中間箇所９ｄからは、タービンバイパス弁（第１弁装置）１８を有する配管（第２の経路）１８ａが分岐し、復水器１１に接続されている。また、この復水器１１には、制御弁（第３弁装置）１９を有する配管（第４の経路）１９ａの一端も接続されている。配管１９ａの他端は、高温部品出口蒸気温度検出器１５の下流側で配管１２ａに接続されている。
【００１５】
なお、制御弁１９の開閉制御は、高温部品出口蒸気圧力検出器１７を配管１２ａに設けて、その蒸気圧力を表す信号に基づいて制御システム４０を構成する適宜の制御器２１により行うことができる。また、前述した高温部品出口蒸気温度検出器１５、再熱器出口蒸気温度検出器１６、高温部品出口蒸気圧力検出器１７及び中圧蒸気タービン入口蒸気温度検出器２２等の出力信号もこの制御器２１に入力され、そして該制御器２１の制御下に、制御弁１９だけでなく、中圧蒸気加減弁１４、タービンバイパス弁１８及び遮断弁２０も開閉操作されるようになっている。
【００１６】
この制御器２１は、マイクロコンピュータとすることが好適であり、周知の仕方で、該マイクロコンピュータの指令に基づいて各弁に内蔵された弁体の駆動装置を作動して、弁の開閉操作を行うことができる。しかし、制御器２１としては、周知の電気的なシーケンス回路を使用しうることは言うまでもない。このようなマイクロコンピュータのプログラム及びシーケンス回路については、当業者が容易に構成しうるため、更なる説明を省略する。
【００１７】
次に、上述した構成を有する複合サイクルプラントの作動について図１を参照して説明する。ガスタービン１を起動すると、高温部品出口蒸気温度検出器１５により検出される高温部品出口蒸気温度は比較的に短時間で上昇するが、再熱器出口蒸気温度検出器１６により検出される再熱器出口蒸気温度の上昇は、排熱回収ボイラ２が有する熱容量のため、その分に応じて相対的に遅くなる。これらの蒸気温度を表す出力信号が制御器２１に送られて、該制御器２１の図示しない比較手段が両出力信号間に温度差があること検知すると、制御弁１９の開弁指令が出されると共に、遮断弁２０の閉弁指令が出される。そのため、高温部品８により高温に加熱された蒸気は、配管１２ａ及び１９ａを経て制御弁１９を通り復水器１１に回収される。その際、制御弁１９の開度は、配管１２ａを通る蒸気量が高温部品８を適正に冷却するために必要な冷却蒸気量となるように、高温部品出口蒸気圧力検出器１７の出力信号に基づいて、調節することができる。一方、排熱回収ボイラ２から、更に詳しくはその再熱器７からの出口蒸気は、中圧蒸気タービン４に送りうる温度条件を満たしていなければ、配管９ａ及び１８ａを経てタービンバイパス弁１８を通り、同様に復水器１１に回収される。
【００１８】
起動過程が更に進行し、再熱器出口蒸気温度検出器１６で検出される再熱器出口蒸気温度が上昇して、高温部品出口蒸気温度検出器１５により検出される高温部品出口蒸気温度に接近し、ほぼ同等の値になるか、或いは、合流箇所９ｂにおいて両蒸気を合流させても合流箇所９ｂ及びその近傍における配管部分等に好ましくない熱応力を発生させない程度の温度差をもたらすような値になると、制御器２１の制御下に遮断弁２０を開き、制御弁１９を徐々に閉め、高温部品出口蒸気の一部もしくは全量を配管１２ａ及び配管９ａを経由して中圧蒸気加減弁１４側に通す。合流した蒸気は、中圧蒸気タービン４に通気できる前述の温度条件もしくは通気条件が成立するまでは、即ち中圧蒸気タービン入口蒸気温度検出器２２により検出される蒸気温度がそのような値の温度になるまでは、開弁しているタービンバイパス弁１８を通って復水器１１に回収される。しかし、中圧蒸気タービン４の通気条件が成立した段階では、中圧蒸気加減弁１４を開き、タービンバイパス弁１８を閉め、中圧蒸気タービン４へ蒸気を通す。
【００１９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の文言内で、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な改変が可能であることは言うまでもない。
【００２０】
【発明の効果】
第１の手段ガスタービンコンバインドプラントによれば、排熱回収ボイラからの蒸気を蒸気タービン装置に導く第１の経路と、該第１の経路から分岐し第１弁装置を介して復水器に接続された第２の経路と、ガスタービン高温部の冷却後の蒸気を前記第１の経路に導く第３の経路とを有するガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記第３の経路上に第２弁装置を配置すると共に、前記第３の経路上の前記第２弁装置よりも上流側位置から第３弁装置を介して前記復水器に接続された第４の経路を設けているため、第１の経路における蒸気の温度よりも、第３の経路におけるガスタービン冷却後の蒸気の温度の方が高い場合に、第３の経路に設けられた第２弁装置を閉じると共に第４の経路に設けられた第３弁装置を開けば、冷却後の蒸気は復水器に回収されるので、第１の経路と第３の経路の合流箇所もしくはその近傍で不所望の熱応力が発生することがなくなる。
【００２１】
また、第２の手段のように、第１の手段のガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記第１弁装置、前記第２弁装置及び前記第３弁装置に接続された制御器を含み、該制御器による制御下に前記第１弁装置、前記第２弁装置及び前記第３弁装置を制御するように構成されていれば、各弁装置の開閉操作を電気的に行うことが可能となって、人件費の節減になる。
【００２２】
更に、第３の手段のように、第２の手段のガスタービンコンバインドプラントが、前記第１の経路に設けられ前記排熱回収ボイラの出口蒸気温度を検出するための第１蒸気温度検出器と、前記第３の経路に設けられ前記ガスタービン高温部の出口蒸気温度を検出するための第２蒸気温度検出器とを更に含み、前記第１蒸気温度検出器及び前記第２蒸気及び検出器も前記制御器に接続されていれば、各弁装置の開閉操作を電気的にかつ自動的に行うことが可能となって、人件費の更なる節減になる。
【００２３】
第４の手段は、第２又は３の手段のガスタービンコンバインドプラントが、前記第１の経路から前記第２の経路が分岐する箇所の下流側で前記第１の経路に設けられた蒸気タービン入口蒸気温度検出器と、該蒸気タービン入口蒸気温度検出器の下流側で前記第１の経路に設けられた第４弁装置とを更に含み、該蒸気タービン入口蒸気温度検出器及び前記第４弁装置が前記制御器に接続されていれば、冷却後の蒸気が蒸気タービンへ通気するのに不適切な温度条件であれば、そのことを表す信号を該蒸気タービン入口蒸気温度検出器から制御器に出して、第４弁装置を閉弁状態に保持し、第１弁装置を開弁して冷却後の蒸気を復水器に回収することができるので、第１の経路における蒸気の温度と第３の経路におけるガスタービン冷却後の蒸気の温度との間に実質的に差がない場合でも、蒸気タービンに低温の蒸気が送られる不都合を解消することができる。
【００２４】
第５の手段のように、第２乃至４のいずれかの手段のガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記第３の経路から前記第４の経路が分岐する箇所の上流側位置における前記ガスタービン高温部の出口蒸気圧力を検出するための高温部出口蒸気圧力検出器を更に含み、該高温部出口蒸気圧力検出器が前記制御器に接続されるように構成されていれば、この高温部出口蒸気圧力検出器により検出された前記ガスタービン高温部の出口蒸気圧力に応じて第３弁装置の開度を調節することができ、高温部を適正に冷却することが可能となる。
【００２５】
また、第６の手段のように、第１乃至５のいずれかの手段のガスタービンコンバインドプラントの運転方法において、前記排熱回収ボイラからの蒸気と前記ガスタービン高温部冷却後の蒸気の各温度を検出し、その温度差が所定値以上である場合には、前記ガスタービン高温部冷却後の蒸気の一部又は全量を復水器に導くようにすれば、冷却後の蒸気は蒸気タービン側に流れず、復水器に回収されるので、不所望の熱応力が発生することがなくなる。
【００２６】
更に、第７の手段のように、ガスタービン高温部蒸気冷却システムを構成しておけば、かかるガスタービン高温部蒸気冷却システムを備えたガスタービンコンバインドプラントにおいて、該ガスタービン高温部蒸気冷却システムからの冷却後の蒸気の流れが蒸気タービン系へ合流する箇所における不所望の熱応力の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるガスタービン高温部蒸気冷却システムが組み込まれたガスタービンコンバインドプラントの蒸気系統図である。
【図２】  従来のガスタービンコンバインドプラントの蒸気系統図である。
【符号の説明】
１…ガスタービン装置、２…排熱回収ボイラ、８…ガスタービン高温部、９ａ…配管（第１の経路）、９ｂ…合流箇所（排熱回収ボイラからの蒸気へガスタービン高温部冷却後の蒸気が合流する箇所）、９ｄ…分岐箇所（第１の経路から第２の経路が分岐する箇所）、１１…復水器、１２ａ…配管（第３の経路）、１５…高温部出口蒸気温度検出器（第２蒸気温度検出器）、１６…再熱器出口蒸気温度検出器（第１蒸気温度検出器）、１７…高温部出口蒸気圧力検出器、１８…タービンバイパス弁（第１弁装置）、１８ａ…配管（第２の経路）、１９…制御弁（第３弁装置）、１９ａ…配管（第４の経路）、２０…遮断弁（第２弁装置）、２１…制御器、２２…中圧蒸気タービン入口蒸気温度検出器（蒸気タービン入口温度検出器）、２３…蒸気タービン装置、３０…ガスタービン高温部蒸気冷却システム。
【図１】
0004126108.tif 000002
【図２】
0004126108.tif 000003