(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わせ、上記排熱回収ボイラからの蒸気を上記蒸気タービンプラントに供給して通気運転を行う際、蒸気量を制御するコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置において、上記ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に燃料を供給する燃料弁に、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて弁開閉信号を演算し、その弁開閉演算信号を与えるガスタービン負荷上昇率関数発生器を備えた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起動制御装置。
【請求項２】
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わせ、上記排熱回収ボイラからの蒸気を上記蒸気タービンプラントに供給して通気運転を行う際、蒸気量を制御するコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置において、上記ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に燃料を供給する燃料弁に、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて弁開閉信号を演算し、その弁開閉演算信号を与えるガスタービン負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの高圧タービンの入口側に設けた主蒸気加減弁に、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて弁開閉信号を演算し、その弁開閉演算信号を与える主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの中圧タービン入口側に設けた再熱蒸気加減弁に、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて弁開閉信号を演算し、その弁開閉演算信号を与える再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器とを備えた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起動制御装置。
【請求項３】
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わせ、上記排熱回収ボイラからの蒸気を上記蒸気タービンプラントに供給して通気運転を行う際、蒸気量を制御するコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置において、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に設けた燃料弁の燃料弁弁開度を演算するガスタービン負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記蒸気タービンプラントの高圧タービン入口側に設けた主蒸気加減弁の主蒸気加減弁弁開度を演算する主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記蒸気タービンプラントの中圧タービン入口側に設けた再熱蒸気加減弁の再熱蒸気加減弁弁開度を演算する再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸の表面熱応力を算出するタービン軸熱応力計算部と、このタービン軸熱応力計算部の演算信号と上記ガスタービン負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記燃料弁に弁開度演算信号を与える掛算器と、上記タービン軸熱応力計算部の演算信号と上記主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記主蒸気加減弁に弁開度演算信号を与える掛算器と、上記タービン軸熱応力計算部の演算信号と上記再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記再熱蒸気加減弁に弁開度演算信号を与える掛算器とを備えた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起動制御装置。
【請求項４】
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わせ、上記排熱回収ボイラからの蒸気を上記蒸気タービンプラントに供給して通気運転を行う際、蒸気量を制御するコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置において、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に設けた燃料弁の燃料弁弁開度を演算するガスタービン負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記蒸気タービンプラントの高圧タービン入口側に設けた主蒸気加減弁の主蒸気加減弁弁開度を演算する主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記蒸気タービンプラントの中圧タービン入口側に設けた再熱蒸気加減弁の再熱蒸気加減弁弁開度を演算する再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸の中心孔内表面熱応力を算出するタービン軸中心孔内表面熱応力計算部と、このタービン軸中心孔内表面熱応力計算部の演算信号と上記ガスタービン負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記燃料弁に弁開度演算信号を与える掛算器と、上記タービン軸中心孔内表面熱応力計算部の演算信号と上記主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記主蒸気加減弁に弁開度演算信号を与える掛算器と、上記タービン軸中心孔内表面熱応力計算部の演算信号と上記再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記再熱蒸気加減弁に弁開度演算信号を与える掛算器とを備えた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起動制御装置。
【請求項５】
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わせ、上記排熱回収ボイラからの蒸気を上記蒸気タービンプラントに供給して通気運転を行う際、蒸気量を制御するコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置において、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に設けた燃料弁の燃料弁弁開度を演算するガスタービン負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記蒸気タービンプラントの高圧タービン入口側に設けた主蒸気加減弁の主蒸気加減弁弁開度を演算する主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記蒸気タービンプラントの中圧タービン入口側に設けた再熱蒸気加減弁の再熱蒸気加減弁弁開度を演算する再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸の表面熱応力を算出するタービン軸熱応力計算部と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸の中心孔内表面熱応力を算出するタービン軸中心孔内表面熱応力計算部と、上記タービン軸熱応力計算部の演算信号と上記タービン軸内表面熱応力計算部の演算信号とのうち、いずれ高値演算信号を選択する高値優先回路と、この高値優先回路の演算信号と上記ガスタービン負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記燃料弁に弁開度演算信号を与える掛算器と、上記高値優先回路の演算信号と上記主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記主蒸気加減弁に弁開度演算信号を与える掛算器と、上記高値優先回路の演算信号と上記再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記再熱蒸気加減弁に弁開度演算信号を与える掛算器とを備えた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起動制御装置。
【請求項６】
タービン軸熱応力計算部は、蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸の表面温度を算出するタービン軸表面温度計算部と、このタービン軸表面温度計算部からのタービン軸の表面温度と上記シェルメタル温度とに基づいてタービン軸の表面熱応力を算出する表面熱応力部と、この表面熱応力部からのタービン軸の表面熱応力を許容熱応力で割算し、その百分率が７５％を超え１００％の範囲内のときに出力する制限表面熱応力信号発生器とを備えたことを特徴とする請求項３または５記載のコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置。
【請求項７】
タービン軸中心孔内表面熱応力計算部は、蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸の表面温度を算出するタービン軸中心孔内表面温度計算部と、このタービン軸中心孔内表面温度計算部からのタービン軸の表面温度と上記シェルメタル温度とに基づいてタービン軸の中心孔内表面熱応力を算出する中心孔内表面熱応力部と、この中心孔内表面熱応力部からのタービン軸の中心孔内表面熱応力を許容熱応力で割算し、その百分率が７５％を超え１００％の範囲内のときに出力する制限中心孔内表面熱応力信号発生器とを備えたことを特徴とする請求項４または５記載のコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、起動運転時、熱応力の発生を抑制するコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の火力発電プラントは、高効率運転、運用の多様化および起動時間の短縮などの課題から、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わせたコンバインドサイクル発電プラントが多く採用されている。中でも、ガスタービンプラント、蒸気タービンプラントおよび発電機を同軸上に接続する１軸型コンバインドサイクル発電プラントは、起動性に優れるため、起動・停止を毎日繰り返すＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ  Ｓｔａｒｔ  ａｎｄ  Ｓｔｏｐ）運転や週末のみ停止するＷＳＳ（Ｗｅｅｋｌｙ  Ｓｔａｒｔ  ａｎｄ  Ｓｔｏｐ）運転に、数多く適用されている。
【０００３】
このように、ＤＳＳ運転等に適用されるコンバインドサイクル発電プラントは、一例として図６に示す構成になっている。
【０００４】
このコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラント１、蒸気タービンプラント２および排熱回収ボイラ３を備えている。
【０００５】
ガスタービンプラント１は、発電機４、空気圧縮機５、ガスタービン燃焼器６、およびガスタービン７を備え、空気圧縮機５で吸い込んだ空気を圧縮し、その高圧空気を燃料弁８からの燃料とともにガスタービン燃焼器６に供給して燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービン７で膨張させ、その際に発生する動力で発電機４を駆動するようになっている。
【０００６】
また、排熱回収ボイラ３は、ガスタービンプラント１のガスタービン７からの排ガスＥＧを熱源とし、蒸気タービンプラント２からの給水ＦＷを被熱源として例えば、過熱器等の熱交換部９で熱交換させ、発生した蒸気を主蒸気止め弁１０、主蒸気加減弁１１を介して蒸気タービンプラント２に供給するようになっている。
【０００７】
また、蒸気タービンプラント２は、タービンバイパス管１２、ガスタービンプラント１のガスタービン７に軸直結させたタービン軸（タービンロータ）１２ａ、高圧タービン１３、中圧タービン１４、低圧タービン１５、復水器１６、給水ポンプ１７を備え、高圧タービン１３で排熱回収ボイラ３の熱交換部９から供給された蒸気に膨張仕事をさせ、膨張仕事後のタービン排気を排熱回収ボイラ３の再熱器１８で再熱させ、その再熱蒸気を再熱蒸気止め弁１９、再熱蒸気加減弁２０、中圧タービン１４を介して低圧タービン１５に供給し、各タービン１４，１５で膨張仕事をさせ、膨張後のタービン排気を復水器１６で復水にし、その復水を給水ポンプ１７で昇圧して給水にして排熱回収ボイラ３に戻している。
【０００８】
なお、コンバインドサイクル発電プラントは、起動運転時、排熱回収ボイラ３の熱交換部９から発生する蒸気の温度、圧力が低いので予め定められた温度・圧力になるまでタービンバイパス管１２から復水器１６に蒸気を供給している。
【０００９】
このような構成を備えたコンバインドサイクル発電プラントは、図７に示す運転モードに沿って運転している。
【００１０】
コンバインドサイクル発電プラントは、まず、ガスタービンプラント１に蒸気タービンプラント２を軸直結させたタービン軸１２ａにターニング運転させている間に、ガスタービンプラント１および排熱回収ボイラ３に残っている未燃料等のガスを大気に放出させるパージ運転を行う。
【００１１】
次に、コンバインドサイクル発電プラントは、パージ運転が終了すると、ガスタービン燃焼器６に燃料を着火させ、タービン軸１２ａを定格回転数に至らしめる。
【００１２】
タービン軸１２ａが定格回転数に達すると、ガスタービンプラント１は、負荷を一旦ホールド状態にした、いわゆるスピニングリザーブ運転を行い、この間、ガスタービン７からの排ガスＥＧを熱源として排熱回収ボイラ３で蒸気を発生させ、その蒸気をタービンバイパス管１２を介して蒸気タービンプラント２の復水器１６に流し、タービンバイパス運転を行っている。
【００１３】
排熱回収ボイラ３から発生する蒸気が予め定められた温度、圧力になると、コンバインドサイクル発電プラントは、タービンバイパス運転を終了させ、排熱回収ボイラ３からの蒸気による蒸気タービンプラント２への通気運転を移行させる。
【００１４】
スピニングリザーブ運転が終了すると、コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラント１および蒸気タービンプラント２のそれぞれに異なる負荷上昇率を与えて負荷上昇させ、定格負荷に至らしめている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラント１から出る排ガスを加熱源として排熱回収ボイラ３で蒸気を発生させるものであるから、発生する蒸気の温度は排ガスの温度に依存し、また、排ガスの温度は、ガスタービンプラント１の負荷に比例している。このため、入口ガス温度が１３００℃級のガスタービンプラント１になると、排ガス温度は約３５０℃〜６５０℃にもなっている。これに対し、蒸気タービンプラント２は、運転停止から再起動運転までの時間の長短にもよるが、例えば冷態起動の場合、大気温度から温度４００℃の範囲まで変化する。
【００１６】
このように温度変化幅の著しく大きい起動運転において、蒸気タービンプラント２は、蒸気温度が４００℃で通気運転に入ると、タービン軸（タービンロータ）１２ａの表面やその中心孔（ボア）の内表面に過度な熱応力が発生し、タービン軸の寿命管理上好ましくない。まして、コンバインドサイクル発電プラントは、ＤＳＳ運転、ＷＳＳ運転による起動・停止を頻繁に繰り返しており、これに伴って発生する低サイクル疲労が加わるだけにタービン軸の寿命消費がますます増加する。
【００１７】
このため、コンバインドサイクル発電プラントは、再起動運転に際し、ある段落から測定したシェルメタル温度をタービン軸１２ａの温度とみなし、そのタービン軸１２ａの温度を段階的に分類し、各段階毎に負荷上昇率を調整してタービン軸１２ａの熱応力の低減を図る必要がある。
【００１８】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、起動運転過程におけるタービン軸の温度変化幅、温度の時間変化率を充分に考慮してタービン軸の寿命消費率の低減化を図るコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【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起動制御装置は、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わせ、上記排熱回収ボイラからの蒸気を上記蒸気タービンプラントに供給して通気運転を行う際、蒸気量を制御するコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置において、上記ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に燃料を供給する燃料弁に、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて弁開閉信号を演算し、その弁開閉演算信号を与えるガスタービン負荷上昇率関数発生器を備えたものである。
【００２０】
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起動制御装置は、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、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わせ、上記排熱回収ボイラからの蒸気を上記蒸気タービンプラントに供給して通気運転を行う際、蒸気量を制御するコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置において、上記ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に燃料を供給する燃料弁に、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて弁開閉信号を演算し、その弁開閉演算信号を与えるガスタービン負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの高圧タービンの入口側に設けた主蒸気加減弁に、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて弁開閉信号を演算し、その弁開閉演算信号を与える主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの中圧タービン入口側に設けた再熱蒸気加減弁に、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて弁開閉信号を演算し、その弁開閉演算信号を与える再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器とを備えたものである。
【００２１】
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起動制御装置は、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、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わせ、上記排熱回収ボイラからの蒸気を上記蒸気タービンプラントに供給して通気運転を行う際、蒸気量を制御するコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置において、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に設けた燃料弁の燃料弁弁開度を演算するガスタービン負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記蒸気タービンプラントの高圧タービン入口側に設けた主蒸気加減弁の主蒸気加減弁弁開度を演算する主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記蒸気タービンプラントの中圧タービン入口側に設けた再熱蒸気加減弁の再熱蒸気加減弁弁開度を演算する再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸の表面熱応力を算出するタービン軸熱応力計算部と、このタービン軸熱応力計算部の演算信号と上記ガスタービン負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記燃料弁に弁開度演算信号を与える掛算器と、上記タービン軸熱応力計算部の演算信号と上記主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記主蒸気加減弁に弁開度演算信号を与える掛算器と、上記タービン軸熱応力計算部の演算信号と上記再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記再熱蒸気加減弁に弁開度演算信号を与える掛算器とを備えたものである。
【００２２】
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起動制御装置は、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、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わせ、上記排熱回収ボイラからの蒸気を上記蒸気タービンプラントに供給して通気運転を行う際、蒸気量を制御するコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置において、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に設けた燃料弁の燃料弁弁開度を演算するガスタービン負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記蒸気タービンプラントの高圧タービン入口側に設けた主蒸気加減弁の主蒸気加減弁弁開度を演算する主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記蒸気タービンプラントの中圧タービン入口側に設けた再熱蒸気加減弁の再熱蒸気加減弁弁開度を演算する再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸の中心孔内表面熱応力を算出するタービン軸中心孔内表面熱応力計算部と、このタービン軸中心孔内表面熱応力計算部の演算信号と上記ガスタービン負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記燃料弁に弁開度演算信号を与える掛算器と、上記タービン軸中心孔内表面熱応力計算部の演算信号と上記主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記主蒸気加減弁に弁開度演算信号を与える掛算器と、上記タービン軸中心孔内表面熱応力計算部の演算信号と上記再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記再熱蒸気加減弁に弁開度演算信号を与える掛算器とを備えたものである。
【００２３】
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起動制御装置は、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、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わせ、上記排熱回収ボイラからの蒸気を上記蒸気タービンプラントに供給して通気運転を行う際、蒸気量を制御するコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置において、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に設けた燃料弁の燃料弁弁開度を演算するガスタービン負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記蒸気タービンプラントの高圧タービン入口側に設けた主蒸気加減弁の主蒸気加減弁弁開度を演算する主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいて上記蒸気タービンプラントの中圧タービン入口側に設けた再熱蒸気加減弁の再熱蒸気加減弁弁開度を演算する再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸の表面熱応力を算出するタービン軸熱応力計算部と、上記蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸の中心孔内表面熱応力を算出するタービン軸中心孔内表面熱応力計算部と、上記タービン軸熱応力計算部の演算信号と上記タービン軸内表面熱応力計算部の演算信号とのうち、いずれ高値演算信号を選択する高値優先回路と、この高値優先回路の演算信号と上記ガスタービン負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記燃料弁に弁開度演算信号を与える掛算器と、上記高値優先回路の演算信号と上記主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記主蒸気加減弁に弁開度演算信号を与える掛算器と、上記高値優先回路の演算信号と上記再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器の演算信号とに基づいて上記再熱蒸気加減弁に弁開度演算信号を与える掛算器とを備えたものである。
【００２４】
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起動制御装置は、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、タービン軸熱応力計算部は、蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸の表面温度を算出するタービン軸表面温度計算部と、このタービン軸表面温度計算部からのタービン軸の表面温度と上記シェルメタル温度とに基づいてタービン軸の表面熱応力を算出する表面熱応力部と、この表面熱応力部からのタービン軸の表面熱応力を許容熱応力で割算し、その百分率が７５％を超え１００％の範囲内のときに出力する制限表面熱応力信号発生器とを備えたものである。
【００２５】
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起動制御装置は、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、タービン軸中心孔内表面熱応力計算部は、蒸気タービンプラントの予め決められた蒸気タービン段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸の表面温度を算出するタービン軸中心孔内表面温度計算部と、このタービン軸中心孔内表面温度計算部からのタービン軸の表面温度と上記シェルメタル温度とに基づいてタービン軸の中心孔内表面熱応力を算出する中心孔内表面熱応力部と、この中心孔内表面熱応力部からのタービン軸の中心孔内表面熱応力を許容熱応力で割算し、その百分率が７５％を超え１００％の範囲内のときに出力する制限中心孔内表面熱応力信号発生器とを備えたものである。
【００２６】
【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起動制御装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係る第１実施形態を説明するために用いた制御ブロック図である。
【００２８】
本実施形態は、排熱回収ボイラから発生する蒸気温度がガスタービンプラントからの排ガス温度に依存し、また排ガス温度がガスタービンプラントの負荷に比例することに着目したもので、発電機２１、空気圧縮機２２、ガスタービン燃焼器２３、ガスタービン２７、タービン軸（タービンロータ）２８からなるガスタービンプラント２９のガスタービン燃焼器２３に燃料を供給する燃料弁２４を、蒸気タービン（図示せず）の予め決められたある段落のシェルメタル温度をメタル温度計２５で検出し、そのシェルメタル温度に基づいて弁開度を演算する。ガスタービン負荷上昇率関数発生器２６からの信号により制御するものである。
【００２９】
このような構成において、本実施形態は、メタル温度計２５で蒸気タービンの予め決められたある段落のシェルメタル温度を検出し、その検出信号をガスタービン負荷上昇率関数発生器２６に与えてガスタービン負荷上昇率、つまり弁開度信号を演算し、その弁開度演算信号を燃料弁２４に与えてガスタービン燃焼器２３に供給する燃料流量を制御する。
【００３０】
したがって、本実施形態では、蒸気タービンの予め決められたある段落シェルメタル温度の高い、いわゆるホットまたはベリーホット起動運転時、ガスタービン負荷上昇率関数発生器２６により蒸気タービンのシェルメタル温度に合わせたガスタービン負荷上昇率を高くするので、排ガス温度を高くして起動時間を短くすることができる。
【００３１】
また、蒸気タービンのシェルメタル温度の低い、いわゆる冷態起動運転時、ガスタービンプラント２９からの排ガス温度とメタル温度計２５による蒸気タービンの予め決められた段落シェルメタル温度との間に大きな温度差が出るが、本実施形態では、ガスタービン負荷上昇率関数発生器２６によりガスタービン負荷上昇率を抑制し、各段落シェルメタル温度を緩やかに上昇させるので、タービン軸２８に発生する熱応力を低く抑えることができる。
【００３２】
なお、メタル温度計２５で計測する蒸気タービン段落は第１段目が装置の設置の関係から望ましい。
【００３３】
図２は、本発明に係る第２実施形態を説明するために用いた制御ブロック図である。
【００３４】
本実施形態は、第１実施形態と同様に、燃料弁２４をガスタービン負荷上昇率関数発生器２６からの信号で制御する一方、高圧タービン３０、中圧タービン３１、低圧タービン３２を組み合わせた蒸気タービンプラント３３のうち、蒸気タービンプラント３３における高圧タービン３０の入口側の主蒸気加減弁３４に主蒸気加減弁上昇率関数発生器３５を設け、中圧タービン３１の入口側の再熱蒸気加減弁３６に再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３７をそれぞれ設け、各信号発生器からの信号に基づいて制御するものである。
【００３５】
このような構成において、本実施形態は、メタル温度計２５で蒸気タービンの段落シェルメタル温度を検出し、その検出温度をガスタービン負荷上昇率関数発生器２６、主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３５および再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３７のそれぞれに与えて各弁開度信号を演算し、各弁開度演算信号を燃料弁２４、主蒸気加減弁３４および再熱蒸気加減弁３６のそれぞれに与えてガスタービン燃焼器２３に供給する燃料流量、言い換えると排ガス温度の制御に伴う蒸気タービン通気蒸気温度を制御し、さらに高圧タービン３０に供給する通気蒸気流量および中圧タービン３１に供給する通気蒸気流量を制御する。
【００３６】
したがって、本実施形態では、各タービン３０，３１に通気蒸気温度および通気蒸気流量を各関数発生器２６，３５，３７を用いて高圧タービン３０のシェルメタル温度に合わせた制御を行うので、起動運転モードが如何なる種類であろうとも、タービン軸２８に発生する熱応力を低く抑えることができ、タービン軸２８に安定運転を行わせることができる。
【００３７】
図３は、本発明に係る第３実施形態を説明するために用いた制御ブロック図である。
【００３８】
本実施形態は、第２実施形態と同様に、燃料弁２４にガスタービン負荷上昇率関数発生器２６を、主蒸気加減弁３４に主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３５を、再熱蒸気加減弁３６に再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３７をそれぞれ設けるとともに、メタル温度計２５で検出した高圧タービン３０の予め決められた段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸２８の表面熱応力を算出するタービン軸熱応力計算部３８を備え、このタービン軸熱応力計算部３８からの演算信号と上述の各関数発生器２６，３５，３７からの演算信号とに基づいて燃料弁２４、主蒸気加減弁３４、再熱蒸気加減弁３６のそれぞれを開閉制御させる構成にしたものである。
【００３９】
タービン軸熱応力計算部３８は、タービン軸（タービンロータ）表面温度計算部３９、減算器４０、掛算器４１、定数器４２、表面熱応力部４３を備え、タービン軸表面温度計算部３９でメタル温度計２５からのシェルメタル温度に基づいて表面温度を算出し、減算器４０で算出した表面温度とシェルメタル温度とを減算させ、その偏差に定数器４２からの定数を用いて掛算器４１で掛算させ、表面熱応力部４３で表面熱応力を計算する構成になっている。
【００４０】
また、タービン軸熱応力計算部３８は、割算器４４、演算器４５、制限表面熱応力信号発生器４６を備え、表面熱応力部４３からの表面熱応力を設定器４７からの許容熱応力を用いて割算器４４で割算させ、その割算値を演算器４５で百分率に変換し、変換した百分率演算信号が７５％を超え１００％の範囲内に入ると、その百分率演算信号を制限表面熱応力信号発生器４６から燃料弁用掛算器４８、主蒸気加減弁用掛算器４９、再熱蒸気加減弁用掛算器５０のそれぞれに与え、ここで、ガスタービン負荷上昇率関数発生器２６、主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３５、再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３７のそれぞれからの演算信号と掛算させて各弁２４，３４，３６の弁開度を制御し、通気蒸気量を制御する構成になっている。
【００４１】
このように、本実施形態は、タービン軸熱応力計算部３８にガスタービン負荷上昇率関数発生器２６、主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３５、再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３７を組み合わせ、タービン軸熱応力計算部３８で計算した表面熱応力値と許容応力値との比が７５％を超え１００％の範囲内のとき、各関数発生器２６，３５，３７のそれぞれからの演算信号とタービン軸熱応力計算部３８からの演算信号とで各弁２４，３４，３６の弁開度を制御し、高圧タービン３０の段落シェルメタル温度に合わせて通気蒸気温度および通気蒸気流量を調整するので、起動運転モードが如何なる種類のものであろうともタービン軸２８に発生する熱応力を低く抑えることができ、タービン軸２８に安定運転を行わせることができる。なお、メタル温度計２５で計測する蒸気タービン段落は第１段目が装置の設置の関係から望ましい。
【００４２】
図４は、本発明に係る第４実施形態を説明するために用いた制御ブロック図である。
【００４３】
本実施形態は、第２および第３実施形態と同様に、燃料弁２４にガスタービン負荷上昇率関数発生器２６を、主蒸気加減弁３４に主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３５を、再熱蒸気加減弁３６に再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３７をそれぞれ設けるとともに、メタル温度計２５で検出した高圧タービン３０の予め決められた段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸２８の中心孔（ボア）内表面熱応力を算出するタービン軸中心孔内表面熱応力計算部５１を備え、上述の各関数発生器２６，３５，３７からの演算信号とに基づいて燃料弁２４、主蒸気加減弁３４、再熱蒸気加減弁３６のそれぞれを開閉制御させる構成にしたものである。
【００４４】
タービン軸中心孔内表面熱応力計算部５１は、タービン軸（タービンロータ）中心孔内表面温度計算部５２、減算器５３、掛算器５４、定数器５５、中心孔内表面熱応力部５６を備え、タービン軸中心孔内表面温度計算部５２でメタル温度計２５からのシェルメタル温度とを減算させ、その偏差に定数器５５からの定数を用いて掛算器５４で掛算させ、中心孔内表面熱応力部５６で内表面熱応力を計算する構成になっている。
【００４５】
また、タービン軸中心孔内表面熱応力計算部５１は、割算器５７、演算器５８、制限中心孔内表面熱応力信号発生器５９を備え、中心孔内表面熱応力部５６からの内表面応力を設定器６０からの許容応力を用いて割算器５７で割算させ、その割算値を演算器５８で百分率に変換し、変換した百分率演算信号が７５％を超え１００％の範囲内に入ると、その百分率演算信号を制限中心孔内表面熱応力信号発生器５９から燃料弁用掛算器４８、主蒸気加減弁掛算器４９、再熱蒸気加減弁用掛算器５０のそれぞれに与え、ここで、ガスタービン負荷上昇率関数発生器２６、主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３５、再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３７のそれぞれからの演算信号と掛算させて各弁２４，３４，３６の弁開度を制御し、通気蒸気量を制御する構成になっている。
【００４６】
このように、本実施形態は、タービン軸中心孔内表面熱応力計算部５１にガスタービン負荷上昇率関数発生器２６、主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３５、再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３７を組み合わせ、タービン軸中心孔内表面熱応力計算部５１で計算した表面熱応力値と許容応力値との比が７５％を超え１００％の範囲内のとき、各関数発生器２６，３５，３７のそれぞれからの演算信号とタービン軸中心孔内表面熱応力計算部５１からの演算信号とで各弁２４，３４，３６の弁開度を制御し、高圧タービン３０の予め決められた段落のシェルメタル温度に合わせて通気蒸気温度および通気蒸気流量を調整するので、起動運転モードが如何なる種類のものであろうともタービン軸２８の中心孔の内表面に発生する熱応力を低く抑えることができ、タービン軸２８に安定運転を行わせることができる。なお、メタル温度計２５で計測する蒸気タービン段落は第１段目が装置の設置の関係から望ましい。
【００４７】
図５は、本発明に係る第５実施形態を説明するために用いた制御ブロック図である。
【００４８】
本実施形態は、第３実施形態に第４実施形態を組み合わせたもので、燃料弁２４にガスタービン負荷上昇率関数発生器２６を、主蒸気加減弁３４に主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３５を、再熱蒸気加減弁３６に再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３７をそれぞれ設けるとともに、メタル温度計２５で検出した高圧タービン３０の予め決められた段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸２８の表面熱応力を算出するタービン軸熱応力計算部３８とタービン軸２８の中心孔（ボア）内表面熱応力を算出するタービン軸中心孔内表面熱応力計算部５１を備える一方、タービン軸熱応力計算部３８からの演算信号とタービン軸中心孔内表面熱応力計算部５１からの演算信号とのうち、いずれか高値演算信号を高値優先回路６１で選択して上述の各関数発生器２６，３５，３７からの演算信号とで燃料弁２４、主蒸気加減弁３４、再熱蒸気加減弁３６のそれぞれを開閉制御させる構成にしたものである。他の構成部分は、第３実施形態および第４実施形態の構成部分と同一なので、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４９】
このように、本実施形態は、タービン軸熱応力計算部３８およびタービン軸中心孔内表面熱応力計算部５１にガスタービン負荷上昇率関数発生器３６、主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３５、再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器３７を組み合わせ、高値優先回路６１でタービン軸熱応力計算部３８からの演算信号とタービン軸中心孔内表面熱応力計算部５１からの演算信号とのうち、高値演算信号を選択し、選択した高値演算信号と各関数発生器２６，３５，３７のそれぞれの演算信号とを掛算させて各弁２４，３４，３６の弁開度を制御し、高圧タービン３０の予め決められた段落のシェルメタル温度に合わせて通気蒸気温度および通気蒸気流量を調整するので、起動運転モードが如何なる種類のものであろうともタービン軸２８の表面および中心孔の内表面に発生する熱応力を低く抑えることができ、タービン軸２８に安定運転を行わせることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの起動制御装置は、高圧タービンの予め決められた段落のシェルメタル温度に基づいてタービン軸表面熱応力およびタービン軸中心孔内表面熱応力のうち、少なくとも一方を算出し、算出した演算値が予め定められた値よりも超えたとき、その演算値に関数発生器から求めた弁開度演算信号を掛算して燃料弁、主蒸気加減弁および再熱蒸気加減弁の少なくとも一つ以上を弁開閉制御するので、ガスタービン燃焼器に適正な燃料流量が供給でき、高圧タービンおよび中圧タービンに適正な通気蒸気量および通気蒸気温度が供給でき、起動運転の種類を問わず、タービン軸に発生する熱応力を低く抑えてタービン軸に安定運転を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態を説明するために用いた制御ブロック図。
【図２】本発明に係る第２実施形態を説明するために用いた制御ブロック図。
【図３】本発明に係る第３実施形態を説明するために用いた制御ブロック図。
【図４】本発明に係る第４実施形態を説明するために用いた制御ブロック図。
【図５】本発明に係る第５実施形態を説明するために用いた制御ブロック図。
【図６】従来のコンバインドサイクル発電プラントを示す概略系統図。
【図７】従来のコンバインドサイクル発電プラントの運転スケジュールを説明するために用いた運転モード線図。
【符号の説明】
１  ガスタービンプラント
２  蒸気タービンプラント
３  排熱回収ボイラ
４  発電機
５  空気圧縮機
６  ガスタービン燃焼器
７  ガスタービン
８  燃料弁
９  熱交換部
１０  主蒸気止め弁
１１  主蒸気加減弁
１２  タービンバイパス管
１２ａ  タービン軸
１３  高圧タービン
１４  中圧タービン
１５  低圧タービン
１６  復水器
１７  給水ポンプ
１８  再熱器
１９  再熱蒸気止め弁
２０  再熱蒸気加減弁
２１  発電機
２２  空気圧縮機
２３  ガスタービン燃焼器
２４  燃料弁
２５  メタル温度計
２６  ガスタービン負荷上昇率関数発生器
２７  ガスタービン
２８  タービン軸
２９  ガスタービンプラント
３０  高圧タービン
３１  中圧タービン
３２  低圧タービン
３３  蒸気タービンプラント
３４  主蒸気加減弁
３５  主蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器
３６  再熱蒸気加減弁
３７  再熱蒸気加減弁負荷上昇率関数発生器
３８  タービン軸熱応力計算部
３９  タービン軸表面温度計算部
４０  減算器
４１  掛算器
４２  定数器
４３  表面熱応力部
４４  割算器
４５  演算器
４６  制限表面熱応力信号発生器
４７  設定器
４８  燃料弁用掛算器
４９  主蒸気加減弁用掛算器
５０  再熱蒸気加減弁用掛算器
５１  タービン軸中心孔内表面熱応力計算部
５２  タービン軸中心孔内表面表面温度計算部
５３  減算器
５４  掛算器
５５  定数器
５６  中心孔内表面熱応力部
５７  割算器
５８  演算器
５９  制限中心孔内表面熱応力信号発生器
６０  設定器
６１  高値優先回路
【図１】
0004208397.tif 000002
【図２】
0004208397.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004208397.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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