(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、ガスタービン、発電機及び蒸気タービンを一軸に連結し、ガスタービンの排気を排熱回収ボイラに導いて排熱を回収し、その排熱で加熱された蒸気を蒸気タービンに導いて仕事をさせ、同蒸気タービンの排気を復水器へ導いて復水させ、同復水を前記排熱回収ボイラへ給水する一軸コンバインドプラントにおいて、起動時に前記蒸気タービンに起動用蒸気を供給するパッケージボイラを備え、同パッケージボイラは前記ガスタービンの起動前に前記蒸気タービンの起動に必要な蒸気量を発生させ、この発生した蒸気は前記復水器へ接続する圧力調節弁を備えた系路より同復水器へ投入しておき、前記ガスタービン起動時に前記発生蒸気量を前記復水器への系路から前記蒸気タービンに切替えて前記圧力調節弁を調節して必要蒸気量を同蒸気タービンに供給可能とすることを特徴とする一軸コンバインドプラント起動システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパッケージボイラによる一軸コンバインドプラント起動システムに関し、他に蒸気発生源のない発電所等においてパッケージボイラのみでプラントの起動を可能とするものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は一軸コンバインドプラントの代表的な例を示す系統図である。図において、１は圧縮機、２は燃焼器、３はガスタービン、４は発電機、５は蒸気タービンであり、これら１，３，４，５の各機器は一軸に連結され、ガスタービン３及び蒸気タービン５で軸を回し、発電機４を駆動している。６は排熱回収ボイラ、７は煙突であり、ガスタービン３の排ガスを導き、排熱を回収して排熱回収後のガスは煙突７より大気へ放出される。８は復水器であり、蒸気タービン５からの排気を導き、海水等で冷却して復水させ、その復水は給水ポンプ９で排熱回収ボイラ６へ給水される。２０は蒸気加減弁であり、排熱回収ボイラ６で発生した蒸気の流量を調節して蒸気タービン５へ導く弁である。３０は他の蒸気発生源であり、プラントの起動時に蒸気を蒸気タービン５へ導き、起動するためのものである。
【０００３】
上記構成の一軸コンバインドプラントにおいて、圧縮機１で圧縮された空気は、燃料と共に燃焼器２で燃焼し、その燃焼により生じた燃焼ガスはガスタービン３に導かれ、膨張して仕事を行いガスタービン３を回転させ、共通軸で結合されている圧縮機１と発電機４とを駆動する。ガスタービン３を出た燃焼ガスは、排熱回収ボイラ６に導びかれ、この排熱回収ボイラ６内で復水器８からの復水と熱交換した後大気中に煙突７より放出される。
【０００４】
排熱回収ボイラ６で発生した蒸気は加減弁２０を介して蒸気タービン８へ導びかれ、膨張して仕事をし、蒸気タービン５を回転させ、圧縮機１と発電機４とを駆動する。蒸気タービン５を出た蒸気は復水器８へ導かれ、海水等で冷却されて復水され、その水は給水ポンプ９で加圧されて排熱回収ボイラ６へ圧送される。
【０００５】
プラントの起動時においては、起動用モータ起動方式もしくはサイリスタ起動方式の場合燃焼ガスによりガスタービン２が回転し、負荷が上昇し始めてもしばらくの間は排熱回収ボイラ６からは蒸気が発生しないため、蒸気タービン５は空転し、風損が生じ、温度が上昇し、熱応力が発生するので、起動時には排熱回収ボイラ６が蒸気を発生するまでの間、他の蒸気発生源３０から蒸気を供給しなければならない。又、蒸気タービン起動方式の場合、ガスタービンの点火に必要な回転数まで昇速させるために必要なトルクと点火後もしばらくの間は排熱回収ボイラからは蒸気が発生しないため、ガスタービンの自力昇速が可能となる回転数までに必要なトルクを得るため、蒸気タービンに蒸気を他の蒸気発生源から供給しなければならない。この他の蒸気発生源３０からの蒸気はプラントの起動時にはグランドシール用蒸気や起動用蒸気冷却蒸気、等すべての起動用蒸気を供給しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように一軸コンバインドプラントの起動時には他の蒸気発生源３０が必要であり、一軸コンバインドプラントの建設場所は、他に蒸気発生源のある発電所でないと建設できない。このような場所に建設する場合には、パッケージボイラ等の補助蒸気用のボイラを別途設ける必要がある。このようなパッケージボイラの蒸気発生量の変化レートは運転安定の上で変化レートが規定されており、起動時の必要時に急激に供給量を上昇して供給することができず、規定された変化レートで蒸気を発生させて必要蒸気量を確保して運転するために立上りまでの時間を要し、この間に起動用モータ起動方式もしくはサイリスタ起動方式であれば、蒸気タービンの風損による温度上昇をまねいてしまい、蒸気タービン起動であれば規定時間内での回転上昇ができないため、翼の共振による損傷等をまねいてしまう。そのために起動時での必要蒸気量が直ちに得られるような対策が望まれていた。
【０００７】
そこで本発明は、一軸コンバインドプラントの起動に必要な蒸気量をすべてパッケージボイラで供給するようにし、ガスタービンの起動と同時に必要蒸気量のすべてを蒸気タービンに供給し、蒸気タービンの起動時の運転に支障がないようにスムーズに起動を可能とする一軸コンバインドプラントの起動システムを提供することを課題としてなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の手段を提供する。
【００１０】
圧縮機、ガスタービン、発電機及び蒸気タービンを一軸に連結し、ガスタービンの排気を排熱回収ボイラに導いて排熱を回収し、その排熱で加熱された蒸気を蒸気タービンに導いて仕事をさせ、同蒸気タービンの排気を復水器へ導いて復水させ、同復水を前記排熱回収ボイラへ給水する一軸コンバインドプラントにおいて、起動時に前記蒸気タービンに起動用蒸気を供給するパッケージボイラを備え、同パッケージボイラは前記ガスタービンの起動前に前記蒸気タービンの起動に必要な蒸気量を発生させ、この発生した蒸気は前記復水器へ接続する圧力調節弁を備えた系路より同復水器へ投入しておき、前記ガスタービン起動時に前記発生蒸気量を前記復水器への系路から前記蒸気タービンに切替えて前記圧力調節弁を調節して必要蒸気量を同蒸気タービンに供給可能とすることを特徴とする一軸コンバインドプラント起動システム。
【００１１】
本発明の起動システムにおいては、プラントの起動前にはパッケージボイラを運転し、起動時に必要な蒸気量を発生させ、その発生した蒸気量を復水器に投入し、回収する。パッケージボイラの蒸気発生量のレートは運転を安定して行うためにその変化レートが規定されており、即時に必要蒸気量を増加させて、これを供給することができない。そこで予め必要な蒸気量を予め起動前に発生して増加させておき、その発生した蒸気量を復水器に投入し、回収する。
【００１３】
本発明では、パッケージボイラで発生した起動に必要な蒸気量を大気に放出する代りに、その発生した蒸気量を圧力調節弁を備えた系路より復水器に投入し、回収する。起動時には、この復水器に投入する系統から蒸気タービンに切替えて圧力調節弁を調節して必要蒸気量を蒸気タービンに供給し、安全な起動を行う。この間に排熱回収ボイラが徐々に立上り、排熱回収ボイラが完全に立上ると、パッケージボイラから排熱回収ボイラの蒸気に切替え、通常運転に入る。また、起動するまでにパッケージボイラで発生した蒸気量はすべて復水器に回収されるので、純水の無駄がなくなり、又大気に放出する際の白煙の発生もなくなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る検討例および実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係り本発明者が検討した検討例の一軸コンバインドプラント起動システムの系統図である。図において符号１乃至９及び２０は図４に示す従来の系統図における機器と同じであるので、詳しい説明は省略し、そのまま引用して説明するが、本検討例の特徴部分は符号１０，１１，２１乃至２３の部分であり以下に詳しく説明する。
【００１５】
図１において、１０はパッケージボイラ、１１はサイレンサである。２２は流量調節弁であり、パッケージボイラ１０からの蒸気の流量を調節するものである。２３は開閉弁であり、起動時にパッケージボイラ１０からの蒸気を開閉する。
【００１６】
上記構成の一軸コンバインドプラントでは起動時には、従来例でも説明したように起動用モータ起動方式もしくはサイリスタ起動方式ではガスタービン２が燃焼ガスにより回転し、しばらくの間は排熱回収ボイラ６からは蒸気が発生しないため、蒸気タービン５は空転し、風損により温度が上昇し、熱応力が発生するので、この起動時にはパッケージボイラ１０から蒸気を供給する。又、蒸気タービン起動方式では、規定時間内に圧縮機、ガスタービン、発電機の回転数を上昇させるため、パッケージボイラからの蒸気を供給する。
【００１７】
パッケージボイラ１０からの蒸気供給は、後述するようにパッケージボイラ１０を運転して行うが、流量調節弁２２を閉じ、開閉弁２３を開放し、開閉弁２１を閉じ、加減弁２０を開いて排熱回収ボイラ６が充分立上り、蒸気を発生するまでの間パッケージボイラ１０から蒸気タービン５へ蒸気を供給し、排熱回収ボイラ６が立上り、蒸気タービン５を運転するに充分な蒸気発生量となると、開閉弁２３を閉じ、開閉弁２１を開いて排熱回収ボイラ６からの蒸気を蒸気タービン５へ導き、通常の運転を開始する。
【００１８】
プラントが起動される前には、パッケージボイラ１０の運転を先に行っておき、発生した蒸気は流量調節弁２２を調節して発生した蒸気のうち、グランドシール用蒸気等を除いた全量の蒸気をサイレンサ１１を通して大気に放出しておく。従って起動に必要な全蒸気量はすべて大気に放出した状態となっている。
【００１９】
ガスタービン３の起動時には、蒸気タービン５で必要な蒸気量は、流量調節弁２２を閉じることにより全量が即時に導入され、排熱回収ボイラ６が立上るまで供給され、排熱回収ボイラ６が蒸気を充分発生するようになると開閉弁２３を閉じ、開閉弁２１を開いて排熱回収ボイラ６から蒸気を蒸気タービン５へ導き、通常運転に入る。通常運転に入ると、パッケージボイラ１０の運転は次回の起動時まで停止する。
【００２０】
図２は上記に説明の検討例の起動時のタイミングを説明する図であり、図において、（ａ）はコンバインドプラントの運転、（ｂ）はパッケージボイラの運転のタイミングを示しており、（ａ）に示すように一軸コンバインドプラントは時刻ｔ3 においてガスタービン３が起動し、その回転数は（ＧＴＮ）で示すように上昇し、定格回転数に達する。又蒸気タービン５の負荷は時刻ｔ5 の蒸気切替開始時点より（ＳＴＬ）のように増加する。
【００２１】
（ｂ）において、ガスタービンの起動時ｔ3 の前ｔ1 において、パッケージボイラ１０を起動し、排熱回収ボイラ６がｔ2 において起動する。パッケージボイラ１０の蒸気圧力（ＰＢＰ）はｔ1 〜ｔ2 間で徐々に上昇し、その後一定圧力となるが、パッケージボイラ１０の蒸気流量（ＰＢＶ）はｔ2 からガスタービン３の起動時ｔ3 まで安全上規定された蒸発量の変化率、例えば２５％定格／５分程度のレートで上昇し、ｔ3 時点において１００％の定格の蒸気量を発生する。
【００２２】
ガスタービンはｔ3 に起動し、ｔ4 に着火するが、着火と同時にガスタービン３はその燃焼ガスにより回転数が上昇してゆくが、起動用モータ起動方式もしくはサイリスタ起動方式でこの時点より蒸気タービン５へパッケージボイラ１０の蒸気発生量（ＰＢＶ）のうち必要量、もしくは全量を流す必要があり、排熱回収ボイラ蒸気圧力（ＨＲＰ）が充分に立上るｔ6 時点まで供給される。又、蒸気タービン起動方式では、ガスタービン起動の際に蒸気タービンへパッケージボイラの蒸気発生量のうち必要量もしくは全量を流し、回転数を上昇させる。
【００２３】
上記のパッケージボイラ１０から蒸気タービン５への蒸気供給は、ｔ1 〜ｔ3 の間で発生する蒸気はすべて図１で説明したように、流量調節弁２２を開いてサイレンサ１１を通して大気に放出しておき、ｔ3 時点において流量調節弁２２を調節して必要量を蒸気タービン５へ供給する。この場合の開閉弁２１は排熱回収ボイラ６が立上るまで閉じておく。
【００２４】
ｔ3 〜ｔ5 間はこのようにしてパッケージボイラ１０から蒸気タービン５へ蒸気を供給し、時刻ｔ5 において、開閉弁２１を開いて排熱回収ボイラ６で発生した蒸気を徐々に導入し、排熱回収ボイラ蒸気圧力（ＨＲＰ）が充分に立上るｔ6 時点までに開閉弁２３を閉じてパッケージボイラ１０からの蒸気を閉じ、排熱回収ボイラ６から発生する蒸気のみで蒸気タービンを運転し、通常の運転に入る。
【００２５】
図３は本発明の実施の一形態に係る一軸コンバインドプラント起動システムの系統図である。図において符号１乃至１０，２０，２３は図１に示す検討例のものと同じであり、本実施の形態では、検討例でのサイレンサ１１、流量調節弁２２をなくし、その代り、圧力調節弁２４、配管２５を設け、パッケージボイラ１０で発生する蒸気を大気に放出する分をすべて復水器８に回収するようにしたものである。
【００２６】
上記の実施の形態によれば、起動時の前にパッケージボイラ１０を運転しておき、起動時にガスタービンの起動時点ｔ3 において蒸気タービン５へ蒸気を供給するまでの間は発生する蒸気は、開閉弁２１及び加減弁２０を閉じ、圧力調節弁２４を開けて全量を復水器８に流入させて回収する。ガスタービン５の起動時点ｔ3 において加減弁２０を開き、圧力調節弁２４調節して必要蒸気量を蒸気タービン５へ流入させ、起動を行う。なお開閉弁２１は検討例と同様に排熱回収ボイラ６が立上るまでは閉じておく。その他の作用は検討例と同じである。
【００２７】
以上説明の検討例においては、パッケージボイラ１０を設け、一軸コンバインドプラントの起動前に運転しておき、発生した蒸気を大気に放出しておく。パッケージボイラ１０は規定された蒸気発生量の変化レートで蒸気を増加させ、必要蒸気量を確保し、ガスタービン５の起動時に必要蒸気量を蒸気タービン５に即時に供給するようにしたので、パッケージボイラ１０のみでプラントの起動が蒸気タービン５に支障をきたすことなく可能となる。
【００２８】
本発明の実施の形態においては、上記の検討例の効果に加え、大気に放出していたパッケージボイラ１０の発生蒸気を圧力調節弁２４、配管２５を設けて復水器８に回収するようにしたので、水をすべて回収できて無駄がなくなり、又、上記検討例において必要とした大形のサイレンサ１１も不要となり、白煙の放出もなくなるものである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の一軸コンバインドプラント起動システムは、以下の効果を奏する。
【００３０】
本発明では、圧縮機、ガスタービン、発電機及び蒸気タービンを一軸に連結し、ガスタービンの排気を排熱回収ボイラに導いて排熱を回収し、その排熱で加熱された蒸気を蒸気タービンに導いて仕事をさせ、同蒸気タービンの排気を復水器へ導いて復水させ、同復水を前記排熱回収ボイラへ給水する一軸コンバインドプラントにおいて、起動時に前記蒸気タービンに起動用蒸気を供給するパッケージボイラを備え、同パッケージボイラは前記ガスタービンの起動前に前記蒸気タービンの起動に必要な蒸気量を発生させ、この発生した蒸気は前記復水器へ接続する圧力調節弁を備えた系路より同復水器へ投入しておき、前記ガスタービン起動時に前記発生蒸気量を前記復水器への系路から前記蒸気タービンに切替えて前記圧力調節弁を調節して必要蒸気量を同蒸気タービンに供給可能とする構成である。このような構成により、起動時には必要な蒸気量のすべてを即時に蒸気タービンに供給することができ、蒸気タービンを安全に起動し、立上らせることができるほか、起動までに発生した必要蒸気量は、大気に放出することなく、すべて復水器に回収されるので、無駄がなくなり、又、蒸気を大気に放出する時に生ずる白煙もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係り本発明者が検討した検討例の一軸コンバインドプラント起動システムの系統図である。
【図２】  本発明に係る同検討例の一軸コンバインドプラント起動システムの起動時のタイミングを説明する図である。
【図３】  本発明の実施の一形態に係る一軸コンバインドプラント起動システムの系統図である。
【図４】従来の代表的な一軸コンバインドプラントの系統図である。
【符号の説明】
１                  圧縮機
２                  燃焼器
３                  ガスタービン
４                  発電機
５                  蒸気タービン
６                  排熱回収ボイラ
７                  煙突
８                  復水器
９                  給水ポンプ
１０                パッケージボイラ
１１                サイレンサ
２０                加減弁
２１，２３，２４    開閉弁
２２                流量調節弁
２４                圧力調節弁
２５                配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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