(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバインドサイクルプラントの蒸気冷却サイクルにおいて、ガスタービン排気を供給される排熱回収ボイラの入口部に助燃バーナを設け、起動の際の低負荷時にガスタービンコンプレッサーの入口弁を全開にして起動させるように構成したことを特徴とする蒸気冷却急速起動システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクルプラントの排熱回収ボイラにおいて、排ガス温度を高めて蒸気発生を速め、プラントの急速起動を行いうるようにした蒸気冷却急速起動システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のものについて図４により説明する。
図４はコンバインドサイクルプラントの概略系統図である。
【０００３】
軸流圧縮機（コンプレッサー）２１に流入した空気は圧縮されて燃焼器２２に入り、別途供給される燃料を燃焼させて高温ガスを生成し、同高温ガスはガスタービン２３で膨張して回転エネルギを発生する。
【０００４】
ガスタービン２３は軸流圧縮機２１とともに発電機２４と機械的に軸結合された構造となっているので、同ガスタービン２３の回転により発電機２４が駆動されて電力を得る。
【０００５】
この様にして発電機２４を駆動し、電気エネルギイの確保という一仕事を行ったガスタービン２３の排気は、次いで排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）２５に導かれて蒸気を発生させた後、煙突２６から大気へ放出される。
【０００６】
他方、排熱回収ボイラ２５で発生した蒸気は、その圧力、及び温度レベルに応じて高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンの中、相応の蒸気タービン２７、２８、２９に供給され、同蒸気タービン２７、２８、２９と機械的に結合された発電機３０を駆動して更に電力を得る。
【０００７】
なお、前記した一連のサイクルの中、その上流側に当たる、いわゆるトッピングサイクルに含まれるガスタービン部分において、高温のガスに晒される１〜２段の静翼、動翼及びその他のガスタービン高温被冷却部の冷却は、従来、長年に亘って軸流圧縮機２１の吐出空気の一部を冷却した圧縮空気によって行われるのが普通であったが、昨今においてはプラント全体の更なる熱効率の向上を目指して、蒸気冷却サイクルが採用されるようになってきている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記した蒸気冷却サイクルにおいては、ガスタービンの排ガス温度が高ければ高いほど自缶蒸気（ＨＲＳＧ発生蒸気）の発生は早まり、ああ早期に冷却蒸気を確保できるが、高温ガスに晒されるガスタービンの翼及びその他の高温被冷却部の冷却に蒸気が供給される蒸気冷却系統では、この高温被冷却部にある程度の量の蒸気を通気しない限りガスタービンを高負荷に上げることができないという制約があり、このためプラントの起動は徐々に行わねばならず、起動時間は長くならざるを得ない。
【０００９】
このため、起動時間の短縮を図るべく図４のものにも略示するように、別途補助ボイラ（Ａｕｘ．Ｂ）を設け、同補助ボイラで蒸気を発生させ、これをプラント起動時のガスタービン高温被冷却部の冷却蒸気として用いるものがあるが、この補助ボイラを１基併設することはプラントの建設コスト、ランニングコスト等を大幅に増大することになる。
【００１０】
本発明はこの様な背景の下でなされたもので、蒸気冷却サイクルを備えたコンバインドサイクルプラントにおいて省設備化を図った上で、サイクルの起動時間の短縮化を達成するようにしたものを提供することを課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した課題を解決すべくなされたもので、コンバインドサイクルプラントの蒸気冷却サイクルにおいて、ガスタービン排気を供給される排熱回収ボイラの入口部に助燃バーナを設け、起動の際の低負荷時にガスタービンコンプレッサーの入口弁を全開にして起動させるように構成した蒸気冷却急速起動システムを提供するものである。
【００１２】
すなわち、本発明によれば、排熱回収ボイラの入口部に助燃バーナを採用することにより、同排熱回収ボイラの加熱源をガスタービンの高温排気のみに依存しなくてもよいので、ガスタービン冷却蒸気として自缶蒸気を通気せずにガスタービンの負荷を高め、しかも、コンプレッサーのガス入口弁の全開により、排ガス量を十分に確保して助燃バーナを適切に機能させ、その結果自缶蒸気の発生を速め、プラントの急速起動を可能とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１に基づいて説明する。
図１は、本実施の形態に係るコンバインドサイクルプラントの概略系統を示している。
【００１４】
１は排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）で、詳細図示は省略しているものの、ここにはエコノマイザ、エバポレータ、スーパーヒータ、リヒータ等の各ユニットがそれぞれ順序立って内蔵されている。
【００１５】
２は排ガスダクトで、その上流にあるガスタービンで膨張して一仕事終わったものの、未だ十分に熱エネルギを保有している排ガスを前記排熱回収ボイラ１に供給する径路である。
【００１６】
３は助燃バーナで、前記排ガスダクト２の末端部に相当する排熱回収ボイラ１の排ガス入口に配置され、かつ、同助燃バーナ３の燃料はガスタービン燃焼器の燃料系統から分岐した燃料管４により供給されている。
【００１７】
５、６、７はそれぞれ蒸気タービンで、排熱回収ボイラ１から高圧蒸気、中圧蒸気、または低圧蒸気を供給される高圧蒸気タービン、中圧蒸気タービン、低圧蒸気タービンであり、機械的に軸結合された発電機８を駆動して発電を行ない、かつ、最後の排気は復水器１０で復水され、復水管路１１を経て排熱回収ボイラ１へ給水として戻される。
【００１８】
なお、９は蒸気管で、蒸気タービン（高圧タービンに相当する）５の高圧排気を分岐し、冷却蒸気としてガスタービンの翼や尾筒等の高温被冷却部へ供給する通路であり、この蒸気管９から供給された冷却蒸気は、所定の冷却過程を経て自身は加熱された後、必要によっては排熱回収ボイラ１を経由して再熱調整された後、前記蒸気タービン（中圧タービンに相当する）６で熱回収される。
【００１９】
また、概略的な表示であるが前記蒸気冷却されるガスタービンはコンプレッサー及び発電機と回転軸で機械的に結合されており、かつ、同コンプレッサーに備えられた図示省略のガス入口弁（ＩＧＶ）の開度を制御することにより燃焼器を経てガスタービンに供給されるガス量を調節することができる。
【００２０】
この様に構成された本実施の形態においては、排熱回収ボイラ１に対して排ガスダクト２が連通した排熱回収ボイラ１の排ガス入口部で、ここに設けられた助燃バーナ３が燃焼を進行させることにより、助燃バーナ３による燃焼ガスとガスタービン排ガスとが混合され、より高い温度となって自缶蒸気の発生を促進することができる。
【００２１】
しかも助燃バーナ３は、燃料系統から燃料管４を通して供給される燃料が、ガスタービン排ガスとして供給される燃焼成分と共に燃焼するので、ここに供給される排ガス量が多いほど燃焼は確実に、かつ、安定して進行することになる。
【００２２】
従ってこの排熱回収ボイラ１による自缶蒸気の発生が適切に進行すれば、この蒸気は、前記した様にそれぞれの圧力、温度レベルに応じて蒸気タービン５、６、７に送られ  発電機８を駆動するとともに発生蒸気の一部は蒸気管９を通ってガスタービン翼、尾筒などの高温部に送られて冷却に供せられることになる。
【００２３】
ここに比較のために従来の形態における補助ボイラを採用したものを図３に示し、本実施の形態のものを図２に示すと、従来の補助ボイラ使用の場合には、コンバインドサイクル効率を高めるために、ガス入口弁（ＩＧＶ）スケジュールは低負荷時に全閉で負荷上昇させるので、排ガス温度は徐々に上昇する形態を辿り、所定の排ガス温度を確保して自缶蒸気の発生に至るまでに一定の時間が必要となる。
【００２４】
他方、本実施の形態のものでは、図２に示した様に、低負荷時にガス入口弁（ＩＧＶ）を全開にして運転するので、ガスタービンを経て供給される排ガス分量は十分であり、助燃バーナの燃焼は適切、かつ好適に進行して排ガス温度はスタート早々に高い温度域となり、排熱回収ボイラ１の機能を十分に発揮して自缶蒸気発生が早まり、ガスタービン急速起動が可能となる。
【００２５】
すなわち本実施の形態によれば、ガス入口弁（ＩＧＶ）を全開することにより得られる十分な量の排ガスを助燃バーナに対して供給することにより、自缶蒸気による蒸気冷却サイクルの立ち上げを急速に行うことが可能となり、その結果補助ボイラ等の設備増強を不要とし、製作及び運転を通じて経済的効果を大幅に向上することができるものである。
【００２６】
以上、本発明を図示の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、コンバインドサイクルプラントの蒸気冷却サイクルにおいて、ガスタービン排気を供給される排熱回収ボイラの入口部に助燃バーナを設け、起動の際の低負荷時にガスタービンコンプレッサーの入口弁を全開にして起動させるようにして蒸気冷却急速起動システムを構成したので、排熱回収ボイラの入口部に設けた助燃バーナの作動により、排熱回収ボイラの加熱源としてガスタービンの高温排気のみに依存しなくてもよくなり、ガスタービン冷却蒸気として自缶蒸気を通気せずにガスタービンの負荷を高め、かつ、コンプレッサーのガス入口弁の全開により、排ガス量を十分に確保して助燃バーナを適切に機能させ、以て補助ボイラの採用を必要とせずに省設備化によるコスト低減の達成と急速起動を可能とした蒸気冷却急速起動システムを得ることができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るコンバインンドサイクルプラントの概略的な系統図である。
【図２】本実施形態におけるサイクル起動の際の低負荷時における排ガス温度及びガス入口弁（ＩＧＶ）の開閉の関係を示す説明図である。
【図３】従来のものにおけるサイクル起動の際の低負荷時における排ガス温度及びガス入口弁（ＩＧＶ）の開閉の関係を示す説明図である。
【図４】従来のコンバインンドサイクルプラントの概略的な系統図である。
【符号の説明】
１      排熱回収ボイラ
２      排ガスダクト
３      助燃バーナ
４      燃料管
５      蒸気タービン
６      蒸気タービン
７      蒸気タービン
８      発電機
９      蒸気管
１０      復水器
１１      復水管路
２１      軸流圧縮機
２２      燃焼器
２３      ガスタービン
２４      発電機
２５      排熱回収ボイラ
２６      煙突
２７      蒸気タービン
２８      蒸気タービン
２９      蒸気タービン
３０      発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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