(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンプラントと、このガスタービンプラントの排ガスの熱エネルギーを回収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラから出力された蒸気によって駆動される蒸気タービンプラントと、前記ガスタービンの高温被冷却部に冷却蒸気を流す冷却蒸気系統とからなるコンバインドサイクル発電プラントにおいて、  前記排熱回収ボイラは、高圧過熱器入口部の過熱蒸気管を主流側蒸気管と減温用蒸気バイパス管とに分岐する蒸気分岐部を設けると共に、前記高圧過熱器により更に加熱された主流側蒸気とバイパス管を流れた減温用蒸気とを合流させる蒸気合流部を設け、
前記蒸気分岐部に三方弁を設け、
前記蒸気合流部を、主流側蒸気を通過させる内管の全周囲に減温用蒸気を噴き込む孔を設けこの内管を所定の間隙を隔てて外管で囲繞する構成とし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。
【請求項２】
ガスタービンプラントと、このガスタービンプラントの排ガスの熱エネルギーを回収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラから出力された蒸気によって駆動される蒸気タービンプラントと、前記ガスタービンの高温被冷却部に冷却蒸気を流す冷却蒸気系統とからなるコンバインドサイクル発電プラントにおいて、  前記排熱回収ボイラは、高圧過熱器入口部の過熱蒸気管を主流側蒸気管と減温用蒸気バイパス管とに分岐する蒸気分岐部を設けると共に、前記高圧過熱器により更に加熱された主流側蒸気とバイパス管を流れた減温用蒸気とを合流させる蒸気合流部を設け、
前記蒸気分岐部を、第１の調節弁を備えた主流側蒸気管と第２の調節弁を備えた減温用蒸気バイパス管により構成するとともに、
当該第１の調節弁と第２の調節弁が同時に閉鎖しないように制御する制御装置を設け、  前記蒸気合流部を、主流側蒸気を通過させる内管の全周囲に減温用蒸気を噴き込む孔を設けこの内管を所定の間隙を隔てて外管で囲繞する構成とし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。
【請求項３】
前記高圧過熱器は、主流側蒸気の流れる方向に対して並列に配置された複数枚の伝熱パネルで構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項４】
前記各伝熱パネル毎に蒸気分岐部、減温用蒸気バイパス管および蒸気合流部を設けたことを特徴とする請求項３に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項５】
前記第１の調節弁を前記高圧過熱器を構成する伝熱パネルの下流に配置したことを特徴とする請求項２に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項６】
前記高圧過熱器を、主流側蒸気の流れる方向に分割配置された複数枚の伝熱パネルで構成し、各伝熱パネル相互間を排熱回収ボイラケーシングの外部に露出した中間連絡管で直列に接続すると共に、この中間連絡管の露出部分に前記第１の調節弁を介挿したことを特徴とする請求項２に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項７】
前記高圧過熱器の出力蒸気設定温度と測定温度との偏差に基づいて弁開度信号を作成する第１の弁開度信号作成手段と、ガスタービンの負荷に関連する測定値を導入して求められたガスタービン入口冷却蒸気温度設定値と前記高圧過熱器の出力蒸気測定温度に基づいて求められたガスタービン入口冷却蒸気温度予測値との偏差に基づいて弁開度信号を作成する第２の弁開度信号作成手段と、これら弁開度信号作成手段の出力のうち高い値の信号を選択し、前記減温用蒸気量を増加するように弁開度指令を出力する高値優先回路とから成る制御装置を設けたことを特徴とする請求項１または２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。
【請求項８】
前記高値優先回路の後段に関数発生器を設け、この関数発生器の出力を主流側蒸気管に介挿した調節弁の弁開度指令とすることを特徴とする請求項７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、ガスタービン系統、蒸気タービン系統および排熱回収ボイラを組合せたコンバインドサイクル発電プラントに係り、特に排熱回収ボイラの発生蒸気温度が過上昇することを防止するようにした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】
最近のコンバインドサイクル発電プラントでは、高出力化・高熱効率化の開発が進められており、これに伴ってガスタービン入口の燃焼ガス温度を1300℃級から1500℃級に上昇させた場合の検証が行われている。
【０００３】
ガスタービン入口の燃焼ガス温度を1500℃級まで高温化させた場合、従来のように空気圧縮機から抽出した圧縮空気でガスタービン高温部である動翼や静翼を冷却するいわゆる空気冷却式では、高温部を十分に冷却することはできない。
【０００４】
このため、空気に比べて比熱が大きく熱吸収に適している蒸気を新たな冷却媒体として選定するようになってきた。
一方、ガスタービンプラントの高温化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する蒸気も高温化するので、この排熱回収ボイラを出た高圧蒸気はこれまで以上に適切な温度に制御することが必要になる。排熱回収ボイラを出た高圧蒸気の温度が異常に高くなると、蒸気タービンプラントの最高許容温度を越えてしまい、過度な熱応力が発生し、その配管および機器（各種弁や蒸気タービン等）の材力強度の維持が難しくなり、変形や破損を生じる惧れがある。
【０００５】
一方、ガスタービン高温部を冷却するための蒸気温度が高すぎるとガスタービン高温部の冷却が十分にできず、ガスタービンを構成している材料限界温度の超過を引き起こし、ガスタービンの変形や破損など重大な事故を招く惧れがある。
【０００６】
このため、特開平９−112292号公報に開示された従来の技術では、高圧ドラムから出力された飽和蒸気を高圧第１過熱器により過熱蒸気とした後、この過熱蒸気を排熱回収ボイラケーシング外部で２つの蒸気に分岐し、一方の蒸気（便宜上、主流側蒸気と呼ぶ）を第１調節弁を介して高圧第２過熱器に導入して排ガスで更に蒸気温度を高め、他方の蒸気（便宜上、減温用蒸気という）は高圧第２過熱器をバイパスするように第２調節弁を介して減温用蒸気バイパス管（排熱回収ボイラケーシングの外部に設置してある）内を流し、その後、この温度差の生じた二つの蒸気を高圧蒸気タービンに導入する直前で合流させ、蒸気タービンに導入される高圧蒸気の温度が過上昇しないようにすることが検討されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特開平９−112292号公報に開示された従来の技術では、次の２つの課題がまだ解決されていない。
(１)  調節弁に対する閉塞防止対策
従来技術では、前記第１及び第２調節弁に閉塞防止の安全策を設けていない。これら二つの調節弁に閉塞防止の安全策がないと、誤操作などにより弁が閉塞する恐れがある。もし弁が閉塞した場合、異常昇圧による排熱回収ボイラの破損、あるいは調節弁より下流にあるチューブの空焚きによる破損、冷却蒸気が不足することによるガスタービンの破損等の惧れがある。
【０００８】
(２)  蒸気合流部に対する熱応力対策
プラントの運転状態によっては、過熱器通過後の主流側蒸気と減温用のバイパス蒸気との間に大きな温度差が生じることがあり、その場合、蒸気合流部に大きな熱応力が発生する可能性がある。この蒸気合流部に、大きな熱応力が発生すると配管損傷につながる惧れがある。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑み、過熱蒸気の減温媒体として蒸気を用いたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、減温用のバイパス蒸気を作る蒸気分岐部に閉塞防止機能を備えると共に、温度差のある二つの蒸気を合流させる蒸気合流部に熱応力発生防止機能を備えることにより、排熱回収ボイラやガスタービンの破損、配管の損傷を防ぐようにした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ものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために、請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラントにかかる発明は、ガスタービンプラントと、このガスタービンプラントの排ガスの熱エネルギーを回収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラから出力された蒸気によって駆動される蒸気タービンプラントと、前記ガスタービンの高温被冷却部に冷却蒸気を流す冷却蒸気系統とからなるコンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記排熱回収ボイラは、高圧過熱器入口部の過熱蒸気管を主流側蒸気管と減温用蒸気バイパス管とに分岐する蒸気分岐部を設けると共に、前記高圧過熱器により更に加熱された主流側蒸気とバイパス管を流れた減温用蒸気とを合流させる蒸気合流部を設け、前記蒸気分岐部に三方弁を設け、前記蒸気合流部を、主流側蒸気を通過させる内管の全周囲に減温用蒸気を噴き込む孔を設けこの内管を所定の間隙を隔てて外管で囲繞する構成としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載のコンバインドサイクル発電プラントにかかる発明は、ガスタービンプラントと、このガスタービンプラントの排ガスの熱エネルギーを回収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラから出力された蒸気によって駆動される蒸気タービンプラントと、前記ガスタービンの高温被冷却部に冷却蒸気を流す冷却蒸気系統とからなるコンバインドサイクル発電プラントにおいて、
前記排熱回収ボイラは、高圧過熱器入口部の過熱蒸気管を主流側蒸気管と減温用蒸気バイパス管とに分岐する蒸気分岐部を設けると共に、前記高圧過熱器により更に加熱された主流側蒸気とバイパス管を流れた減温用蒸気とを合流させる蒸気合流部を設け、
前記蒸気分岐部を、第１の調節弁を備えた主流側蒸気管と第２の調節弁を備えた減温用蒸気バイパス管により構成するとともに、
当該第１の調節弁と第２の調節弁が同時に閉鎖しないように制御する制御装置を設け、
前記蒸気合流部を、主流側蒸気を通過させる内管の全周囲に減温用蒸気を噴き込む孔を設けこの内管を所定の間隙を隔てて外管で囲繞する構成としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載のコンバインドサイクル発電プラントにかかる発明は、前記高圧過熱器を、主流側蒸気の流れる方向に対して並列に配置された複数枚の伝熱パネルで構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載のコンバインドサイクル発電プラントにかかる発明は、前記各伝熱パネル毎に蒸気分岐部、減温用蒸気バイパス管および蒸気合流部を設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載のコンバインドサイクル発電プラントに係る発明は、前記第１の調節弁を前記高圧過熱器を構成する伝熱パネルの下流に配置したことを特徴とする。
請求項６に記載のコンバインドサイクル発電プラントに係る発明は、前記高圧過熱器を、主流側蒸気の流れる方向に分割配置された複数枚の伝熱パネルで構成し、各伝熱パネル相互間を排熱回収ボイラケーシングの外部に露出した中間連絡管で直列に接続すると共に、この中間連絡管の露出部分に前記第１の調節弁を介挿したことを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載のコンバインドサイクル発電プラントに係る発明は、前記高圧過熱器の出力蒸気設定温度と測定温度との偏差に基づいて弁開度信号を作成する第１の弁開度信号作成手段と、ガスタービンの負荷に関連する測定値を導入して求められたガスタービン入口冷却蒸気温度設定値と前記高圧過熱器の出力蒸気測定温度に基づいて求められたガスタービン入口冷却蒸気温度予測値との偏差に基づいて弁開度信号を作成する第２の弁開度信号作成手段と、これら弁開度信号作成手段の出力のうち高い値の信号を選択し、前記減温用蒸気量を増加するように弁開度指令を出力する高値優先回路とから成る制御装置を設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載のコンバインドサイクル発電プラントに係る発明は、前記高値優先回路の後段に関数発生器を設け、この関数発生器の出力を主流側蒸気管に介挿した調節弁の弁開度指令とすることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの実施の形態について説明する。
図１は本発明によるコンバインドサイクル発電プラントの第１の実施形態を示す概略系統図である。この発電プラントは、ガスタービンプラント１と蒸気タービンプラント２と発電機３とを一軸型に組み合せたコンバインドサイクル発電プラントの例を示すもので、ガスタービン排気ガスの有する熱エネルギーを排熱回収ボイラ(Heat  Recovery  Steam  Generator)４で回収し、発生した蒸気を蒸気プラント２に供給するように構成している。
【００１９】
ガスタービンプラント１はガスタービン５と空気圧縮機６とを同軸上に設けており、空気圧縮機６によって圧縮した高温・高圧の吐出空気を燃焼器７に送り、ここで燃料と混合して燃焼させる。燃料の燃焼によって生じた高温の燃焼ガスはガスタービン５に案内され、ここで断熱膨脹してガスタービン５を回転駆動し、発電機３から発電する。断熱膨張を終えた燃焼ガスはガスタービン５から排気ガスＥＧとして排気され、排気ダクト８を通過して排熱回収ボイラ４に案内される。そしてここで蒸気タービンプラント２から供給された給水を加熱し、更に蒸気にした後、図示しない煙道を経由して煙突から外部に排出される。
【００２０】
前記排熱回収ボイラ４は、一例として高圧、中圧および低圧からなる３圧力式を採用し、各圧力部にはそれぞれ高圧ドラム９、中圧ドラム10および低圧ドラム11を設置している。
【００２１】
そして、この排熱回収ボイラ４のケーシング12内には、排熱ガスＥＧが流下する上流側から下流側に向って高圧第３過熱器13、高圧再熱器14、高圧第２過熱器15、高圧第１過熱器16、前記高圧ドラム９に接続される高圧蒸発器17、低圧過熱器18、中圧過熱器19、高圧第４節炭器(エコノマイザ)20、前記中圧ドラム10に接続される中圧蒸発器21、高圧第３節炭器22、中圧第２節炭器23、高圧第２節炭器24、前記低圧ドラム11に接続される低圧蒸発器25、中低圧節炭器26および高圧第１節炭器27を順次配設し、これらの熱交換器で蒸気あるいは給水と熱交換を行なっている。
【００２２】
なお、前記中圧第２節炭器23と高圧第２節炭器24、中低圧節炭器26と高圧第１節炭器27はそれぞれ図示の通り、排気ガスＥＧの流下方向に対し互いに並列設置されている。
このように構成されている排熱回収ボイラ４に対して、給水は次のように行われる。
【００２３】
復水器28から出た復水は復水ポンプ29により昇圧され、配管30を経て給水ポンプ31に送られる。給水ポンプ31は給水を昇圧し、中段の吐出口から抽出して中低圧節炭器26に給水する一方、最終段の吐出口から高圧第１節炭器27に給水する。
【００２４】
前記中低圧節炭器26で加熱された給水は、低圧ドラム11に供給されると共に、中圧第２節炭器23を経て中圧ドラム10に供給される。また、低圧ドラム11で生じた飽和蒸気は低圧過熱器18へ導かれ、ここで過熱された後、低圧蒸気供給系統32に出力される。前記中圧ドラム10の飽和蒸気は中圧過熱器19へ導かれ、ここで過熱された後、冷却蒸気系統33に出力される。
【００２５】
一方、高圧第１節炭器27で加熱された給水は、高圧第２節炭器24で加熱された後、更に高圧第３節炭器22で加熱され、そして更に高圧第４節炭器20で加熱された後高圧ドラム９に供給される。この高圧ドラム９から出た飽和蒸気は高圧第１過熱器16で過熱される。
【００２６】
この高圧第１過熱器16の出口側には、過熱蒸気を主流側蒸気および減温用蒸気の二つの蒸気に分配（分岐）する蒸気分岐部34を設ける。なお、本実施の形態では、蒸気分岐部34として三方弁を採用する。
【００２７】
三方弁34は、後述する図４に記載の制御装置50によって弁開度を制御され、高圧第１過熱器16から送られてきた過熱蒸気を、主流側蒸気および減温用蒸気の二つの蒸気に分配して主流側蒸気管35およびバイパス側蒸気管36に送り出す。
【００２８】
このうち、主流側蒸気は主流側蒸気管35から高圧第２過熱器15に導かれて更に過熱される。他方の減温用蒸気は高圧第２過熱器15をバイパスするので加熱されることなく、むしろ熱放出により若干温度が下がる。蒸気合流部37には温度差のある主流側蒸気と減温用蒸気とが導かれる。主流側蒸気はこの蒸気合流部37で温度の低い減温用蒸気と混合することにより減温され、次の高圧第３過熱器13に送られる。なお、蒸気合流部37の一例は図３で後述する。
【００２９】
蒸気合流部37から出力される蒸気は、減温用のバイパス側蒸気の量を多くすればその分温度が下げられるので、三方弁34のバイパス管側の弁開度を制御することにより、高圧第３過熱器13に送られる蒸気の温度を制御することができる。
【００３０】
高圧第３過熱器13は、入力された過熱蒸気を更に過熱するが、既に入力側で蒸気温度が過剰に高くならないように減温されているので、出力する過熱蒸気即ち排熱回収ボイラ４から出力する高圧蒸気の温度は過剰に高くならないように予め設定した温度以下に制御される。
【００３１】
この高圧蒸気は、高圧蒸気供給系統38を経由して、高圧蒸気タービン39に供給される。この高圧蒸気タービン39の排気は前記冷却蒸気系統33で中圧蒸気と合流した後、ガスタービン５の高温被冷却部（タービン高温部材）40に導かれる。この高温被冷却部40を冷却して温度の上がった蒸気は、高圧再熱器14に供給され、ここで再加熱された後、中圧蒸気タービン41に供給される。中圧蒸気タービン41からの排気は前記低圧蒸気供給系統32で低圧蒸気と合流して低圧蒸気タービン42に供給される。
【００３２】
このようにして、高圧蒸気タービン39、中圧蒸気タービン41および低圧蒸気タービン42は、それぞれに供給された蒸気の断熱膨張により回転駆動力を得、ガスタービン５と共に発電機３を回転駆動して発電を行う。
なお、43は高圧第１過熱器13の出力蒸気温度を測定する蒸気温度測定器であり、測定値を図４の制御装置50に入力する。
【００３３】
次に、図２を参照して、前記三方弁34の開度制御について説明する。
図２は本発明の主要部の一具体例を示す構成図である。
341は前記高圧第１過熱器16の出口側に接続される入口管、342は主流側蒸気を流す主流側管路35に接続される出口管、そして343はバイパス側管路36に接続される出口管である。
【００３４】
三方弁34は、その構造上閉塞することなく、後述する制御装置50から与えられる制御信号に応じて主流側管路35またはバイパス側管36の開度を制御される。そして主流側管路35は、更に３つの入口連絡管44ａ、44ｂ、44ｃに分岐された後、それぞれフィンチューブで構成された伝熱パネル45ａ、45ｂ、45ｃの入口に接続される。この伝熱パネル45ａ、45ｂ、45ｃの出口は出口連絡管46ａ、46ｂ、46ｃを介して主流管路35の出口で一つに集合した後、蒸気合流部37の主流側管入口に接続される。
【００３５】
一方、バイパス側管路36は三方弁34のバイパス蒸気用の出口管343と前記合流部37の支流管入口との間に接続され、排気ガスＥＧに晒されないようにケーシング12の外部に設置されている。
【００３６】
このように、高圧第１過熱器16から出た過熱蒸気は、三方弁34により主流側蒸気と減温用バイパス側蒸気の二つの蒸気に分かれ、一方は高圧第２過熱器15により更に過熱された後蒸気合流部37に導かれ、他方は高圧第２過熱器15をバイパスして蒸気合流部37に導かれる。
この蒸気合流部37で二つの蒸気流が混合し、高圧第２過熱器15の出口蒸気を減温する。
【００３７】
図３は蒸気合流部37の一例を示す構成図である。この蒸気合流部37は、高圧第２過熱器15の出口側に接続される主流側入口管47と、高圧第３過熱器13の入口側に接続される出口管48との間を接続する減温用バイパス側蒸気を取り入れる支流管を有するＴ字状の流体継手49とから構成されている。
【００３８】
このＴ字状の流体継手49は二重管構造になっており、その内管491は前記入口管47、出口管48の内径と同じ大きさの内径を有し、しかも全周に多数の蒸気噴き込み用小孔49hを設けている。この内管491の外周囲に所定寸法の間隙（通路）49pができるように、内管491をＴ字状の外管492で囲繞している。49ｉは減温用バイパス蒸気を取り込む支流管である。なお、内管491と外管492との間に所定寸法の通路49ｐを設けた理由は、バイパス管36から送られてきた減温用蒸気が全周囲の小孔49ｈを通って均一に内管491内部に吹き出すようにするためである。
【００３９】
高圧第２過熱器15から送られてきた主流側蒸気は、入口管47から入り、内管491を通過する際、多数の小孔から噴き出す減温用バイパス側蒸気と均一に混合して温度を下げられ、出口管48から出ていく。
【００４０】
蒸気合流部37はこのようにして、温度の高い主流側蒸気と温度の低いバイパス側蒸気とを均一に混合しているので、温度差のある二つの蒸気流を混合しても熱応力は発生しないか、または発生したとしても小さい値に抑えることができる。
【００４１】
次に、図４のブロック回路図を参照して三方弁34を制御する制御装置50の一例について説明する。
図４において、制御装置50は第１の弁開度信号を作成する制御ブロック回路51、第２の弁開度信号を作成する制御ブロック図52および高値優先器53とから構成されている。以後、便宜上制御ブロック回路51を第１の弁開度信号作成手段、制御ブロック回路52を第２の弁開度信号作成手段と呼ぶことにする。
【００４２】
第１の弁開度信号作成手段51は、配管および機器破損防止を目的に排熱回収ボイラ４の出口蒸気温度を制御するための弁開度信号を作成する部分であり、一方、第２の弁開度信号作成手段52は、ガスタービン５の破損防止のため、高温被冷却部40の冷却能力確保を目的に排熱回収ボイラ４の出口温度を制御する弁開度信号作成部分である。この２つの目的を満足させるために、２つの弁開度信号作成手段51、52から出力される弁開度信号54、55のうち高値優先器53で大きい方を選択し、三方弁開度信号56として出力する。ここで、弁開度信号56が大きくなれば三方弁36のバイパス側管路36に流れる減温用蒸気が増加し、弁開度信号56が小さくなればバイパス側管路36に流れる蒸気が減少するものとする。
【００４３】
第１の弁開度信号作成手段51は、前記蒸気温度測定器43で検出された蒸気温度測定値ｓが、配管および機器破損防止から決定される設定値Ｆｓを越えないように動作するものである。即ち、蒸気温度測定値ｓと設定値Ｆｓとから、偏差演算器51ａで偏差信号の演算を行い、その偏差信号ε１を比例積分微分演算器（ＰＩＤ）51ｂに入力して弁開度信号54を演算し、蒸気温度測定値ｓが上昇した場合はバイパス側管路36に流れる減温用蒸気を増加させるように弁開度信号54を大きくして蒸気合流部37の出力蒸気温度を下げ、逆に蒸気温度測定値ｓが下降した場合は、バイパス側管路36に流れる減温用蒸気を減少させて蒸気合流部37の出力蒸気温度を上げるように弁開度信号54を小さくするように機能する。
【００４４】
即ち、前記蒸気温度測定器43で検出された蒸気温度測定値ｓを第１関数発生器52ａに入力して、ガスタービン入口冷却蒸気温度予測値Ｆｘ１を作成し、ガスタービン負荷の値を第２関数発生器52ｂに入力してガスタービン入口冷却蒸気温度設定値Ｆｘ２を作成し、これら予測値Ｆｘ１と設定値Ｆｘ２とを偏差演算器52ｃ入力して偏差信号の演算を行い、その偏差信号ε２より比例積分微分演算器（ＰＩＤ）52ｄで弁開度信号55を演算する。
【００４５】
即ち、前記蒸気温度測定器41で検出された蒸気温度測定値ｓを第１関数発生器52ａに入力して、ガスタービン入口冷却蒸気温度予測値Ｆｘ１を作成し、ガスタービン負荷の値を第２関発生器52ｂに入力してガスタービン入口冷却蒸気温度設定値Ｆｘ２を作成し、これら予測値Ｆｘ１と設定値Ｆｘ２とを偏差演算器52ｃ入力して偏差信号の演算を行い、その偏差信号ε２より比例積分微分演算器（ＰＩＤ）52ｄで弁開度信号55を演算する。
【００４６】
ガスタービン入口冷却蒸気温度予測値Ｆｘ１が設定値Ｆｘ２よりも上昇した場合は、バイパス側管路36へ流れる蒸気を増加させるように開度信号55を大きくして蒸気合流部37の出力温度を下げ、逆に蒸気温度予測値Ｆｘ１が設定値Ｆｘ２よりも下降した場合は、バイパス側管路36へ流れる蒸気を減少させて蒸気合流部37の出力温度を上げるように開度信号55を小さくする。
【００４７】
なお、蒸気温度予測値Ｆｘ１を作成する代りに、直接ガスタービン入口冷却蒸気温度を測定した値を用いてもよい。また、関数発生器52ｂの入力としてガスタービン負荷を使用しているが、他に燃料流量測定値や燃料流量調節弁開度などを用いてガスタービン入口冷却蒸気温度設定値を演算するようにしてもよい。
高値優先器53はこれら二つの弁開度信号作成手段51および52から出力された弁開度信号54、55のうち、大きい方を選択し三方弁開度信号56として出力する。
【００４８】
以上述べた本実施形態によれば、高圧第２過熱器15を流れる蒸気と、バイパス側管路36を流れる蒸気を三方弁34により分配しているため、分配比を確実に制御できる。従って、減温媒体として蒸気を用いつつ、コンバインドサイクル発電プラントの広い運転範囲にわたり高圧蒸気の温度上昇を防止することが出来る。
【００４９】
また、本実施形態では、蒸気分岐部34として三方弁を用いているので、必ずどちらかが流れている状態となり、高圧蒸気系統の閉塞が生じる危険はない。また、三方弁34は比較的低温である高圧第２過熱器15の入口側に設置しているので、三方弁34の材料として安価なものを使用できる。更に、プラントの全運転範囲を通じ、高圧第２過熱器15の入口側における蒸気温度変化が小さいため、三方弁34の信頼性が期待できる。加えて、三方弁34が蒸気分岐部にあるために、弁の入口・出口の温度は全て等しくなり、弁自体に熱応力が発生することはない。
【００５０】
また、高圧第２過熱器15の出口側に設けた蒸気合流部37として多孔の内管を有する二重管構成を採用したので、蒸気の混合を均一にすることが可能となり、混合した後の蒸気の状態にむらをなくすことができる。
【００５１】
更に、上述の説明では、高圧過熱器を３つ設けた場合を例にしたが、高圧過熱器は幾つであってもよく、伝熱パネルも幾つあってもよい。また、蒸気分岐部34は、高圧第１過熱器16の出口側に限らず、高圧ドラム９の出口側でもよい。同様に二つの蒸気流の合流部として、排熱回収ボイラ４の出口即ち高圧第３過熱器の出口側であってもよい。また更に、本発明は１軸型コンバインドサイクル発電プラント以外の多軸型コンバインドサイクル発電プラントにも適用できる。
【００５２】
次に、図５を参照して第２の実施の形態について説明する。なお、図５は主要部を示す図で、図２で示した部分と共通部分には同一符号をつけて、詳細な説明は省略する。
【００５３】
34'は主流側管路35とバイパス側管路36との分岐部を示す。この分岐部34'は図２の分岐部34に対応しているが、単に管路を二つに分岐しているだけであり、分配比を制御するための機構は特に設けておらず、分配比を制御する機能は蒸気合流部側に持たせている。
【００５４】
37'は三方弁で構成した蒸気合流部であり、制御装置50の弁開度指令により主流側管路35の弁開度およびバイパス側管路36の弁開度を制御することにより、高圧第２過熱器15に流れる主流側蒸気量とバイパス側管路36へ流れる減温用バイパス蒸気量とを制御する。この三方弁36'によって合流された蒸気は高圧第３過熱器13に導入される。
【００５５】
本実施の形態によれば、三方弁によって２つの蒸気流を合流するため、図２のように専用の蒸気合流部を設けずに済む利点がある。なお、その他の効果については図２の場合と同等であるので説明を省略する。
【００５６】
次に、図６を参照して第３の実施形態の主要部について説明する。
図６と図２との違いは、三方弁を採用する代わりに、調節弁を介挿した主流側管および減温用蒸気バイパス管で蒸気分岐部34'を構成したものであり、図２あるいは図５で示した部分と共通する部分には同一符号をつけて、詳細な説明は省略する。
主流側管路35には三つの入口連絡管44ａ、44ｂ、44ｃの分岐点よりも上流側に第１調節弁57を介挿し、またバイパス側管路36には、第２調節弁58を介挿する。
【００５７】
これら第１調節弁57、第２調節弁58はそれぞれ制御装置501からの弁開度指令60、61により制御され、前記高圧第１過熱器16から送られてきた蒸気を主流側蒸気と、減温用バイパス側蒸気とに分配する。
制御装置501は排熱回収ボイラ４の出口高圧蒸気温度を検出し、所定の温度を超えないよう第１調節弁57および第２調節弁58の弁開度制御を行う。
【００５８】
バイパス側管路36を通った蒸気は減温媒体として作用し、高圧第２過熱器15の出口側に設けた蒸気合流部37で高圧第２過熱器15を通った主流側蒸気と混合し、高圧第２過熱器15出口蒸気の温度を下げる。合流した後の蒸気はむらのない均一な状態となって高圧第３過熱器13に供給される。
【００５９】
図７はこの実施の形態における制御装置501の一具体例を示す図である。
図７において、図４と共通する部分には同一符号をつけて詳細な説明は省略する。第１の弁開度信号作成手段51、第２の弁開度信号作成手段52、高値優先器53、弁開度信号54、55までの部品、信号等は図４の場合と同じであるが、唯一異なるのは、高値優先器53の後段に関数発生器59を設け、高値優先器53の出力61でバイパス側管路36に設けた第２調節弁58を制御し、関数発生器59の出力60で主流側管路42に設けた第１調節弁57を制御するようにした点である。関数発生器59の内容は、蒸気の閉塞が起らないように予め設定しておくものとする。
【００６０】
図８は二つの調節弁57、58の閉塞防止機能を説明するための特性図であり、２弁相互間の定性的な関係を幾つか示している。図８（ａ）から（ｄ）の特性はそれぞれ異なるが、一方の調節弁が閉まる方向ならば、他方の調節弁は開く方向に動き、両方とも閉まる方向には動かない。この閉塞防止機能は機構的に行っても、またソフトウエアで行ってもよい。
【００６１】
本実施の形態のように三方弁に代えて一対の調節弁を採用する場合は、両弁にこのような関係（一方の調節弁が閉まる方向ならば、他方の調節弁は開く方向に動く）を持たせておけば弁が閉塞するという事態に至らずにすむ。
【００６２】
本実施形態によれば、比較的低温である高圧第２過熱器15の入口側に第１調節弁57を配置しているので、第１調節弁57の材料として安価なものを使用できる。更に、プラントの全運転範囲を通じ、高圧第２過熱器15の入口側における蒸気温度変化が小さいため、調節弁の信頼性が期待出来る。加えて、第１および第２調節弁56、57の入口、出口温度は等しいため、弁自体に熱応力が発生することはない。また蒸気合流部37は図３と同じであり、蒸気の混合を均一にすることが可能である。
【００６３】
図９は第４の実施の形態を示す図で、図６と共通する部分には同一符号をつけて詳細な説明は省略する。図６と異なるのは、第１調節弁57の設置位置を伝熱パネル44ａ〜44ｃの下流に設けた点であり、その他は変わらない。
【００６４】
本実施形態では、高温側である高圧第２過熱器の出口側に第１調節弁57を配置しているので、第１調節弁57を流れる蒸気の比体積が小さくなり第１調節弁57の容量を小さくすることが可能である。
【００６５】
図10乃至図14は本発明の第５乃至第９の実施の形態の主要部を示す図であり、これら実施の形態の特徴とするところは、高圧第２過熱器の伝熱パネル45ａ〜45ｃ毎に、蒸気分岐部、バイパス側管路および蒸気合流部を設置したものである。
【００６６】
図10に示す第５の実施の形態は、高圧第１過熱器16の出口管側を高圧第２過熱器15の三つの入口連絡管44ａ、44ｂ、44ｃに直接接続し、各入口連絡管44ａ、44ｂ、44ｃに蒸気分岐部として機能する三方弁62ａ、62ｂ、62ｃを設置し、一方出口連絡管46ａ、46ｂ、46ｃに蒸気合流部63ａ、63ｂ、63ｃを設置し、前記三方弁62ａ、62ｂ、62ｃと蒸気合流部63ａ、63ｂ、63ｃ間をバイパス側管64ａ、64ｂ、64ｃで接続したものである。
制御装置50は排熱回収ボイラ４出口高圧蒸気の検出温度等を入力し、所定の温度を超えないよう三方弁62ａ、62ｂ、62ｃの弁開度制御を行っている。
【００６７】
各バイパス側管路64ａ、64ｂ、64ｃを通った蒸気は減温媒体として作用し、高圧第２過熱器出口連絡管46ａ、46ｂ、46ｃに設けたそれぞれの蒸気合流部63ａ、63ｂ、63ｃにおいて、高圧第２過熱器15を通った蒸気と混合して均一な状態となり、高圧第２過熱器15の出口蒸気温度を下げて第３高圧過熱器13へ流入する。  なお、制御装置50から出た弁開度信号56ａ、56ｂ、56ｃは３つあるが、図４の制御装置50の信号56と同様なので説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態によれば、各高圧第２過熱器15の伝熱パネル45ａ、45ｂ、45ｃ毎に三方弁62ａ、62ｂ、62ｃとバイパス管64ａ、64ｂ、64ｃを設けているので、三方弁62ａ、62ｂ、62ｃの容量および蒸気合流部63ａ、63ｂ、63ｃの容量を小さくすることが可能である。また、三方弁が何らかの原因で不調となった場合の影響を分散化出来るので、プラントの事故防止を行うことができる。
【００６９】
図11は、第６の実施の形態を示す図であり、図10の実施形態と相違するのは、蒸気分岐部に三方弁を設ける代わりに、単に管路を主流側管とバイパス側管に分岐するようにし、蒸気合流部として三方弁を設けたものである。
この実施形態の作用効果については、図10および図５の実施形態を併せたものであるから説明を省略する。
【００７０】
図12は、第７の実施形態を示す図であり、図10の実施形態と相違するのは、蒸気分岐部として三方弁62ａに代えて一対の第１調節弁65ａおよび第２調節弁66ａを設け、同様に三方弁62ｂおよび62ｃに代えてそれぞれ一対の調節弁65ｂ、66ｂおよび65ｃ、66ｃを設けたものである。60ａ〜60ｃは第１調節弁への開度信号、61ａ〜61ｃは第２調節弁への開度信号である。その他は前出の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００７１】
次に、図13を参照して第８の実施の形態を説明する。図13において、この実施の形態が図12と比べ唯一異なるのは、調節弁65ａ、66ａ、66ｂ、66ｂおよび65ｃ、66ｃをそれぞれ伝熱パネル45ａ〜45ｃの後流に設けた点である。それ以外は図11の実施の形態と同じなので説明を省略する。
【００７２】
図14は本発明の第９実施形態の主要部を示す図であり、伝熱パネル44ａを過熱蒸気の流れの方向で２分割して44ａ１、44ａ２とし、これをケーシング12の外部で中間連絡管67により接続し、この中間連絡管67に第１調節弁を、バイパス側管に第２調節弁68を設けるようにしたものである。この中間連絡管67はその他は前出の図11や図12と比べて特に変わるところがないので説明を省略する。
【００７３】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明によれば、排熱回収ボイラの減温媒体として蒸気を用いるようにしたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、減温用のバイパス蒸気を作る蒸気分岐部に閉塞防止機能を備えると共に、温度差のある２つの蒸気流を合流させる蒸気合流部に熱応力発生防止機能を備えることにより、排熱回収ボイラやガスタービンの破損、配管の損傷を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施の形態を示すコンバインドサイクル発電プラントの概略系統図。
【図２】本発明による第１の実施の形態の主要部を示す図。
【図３】本発明による第１の実施の形態で用いた蒸気混合部の一例の断面図。
【図４】第１の実施の形態で用いた制御装置の一例を示す図。
【図５】本発明による第２の実施の形態の主要部を示す図。
【図６】本発明による第３の実施の形態の主要部を示す図。
【図７】第３の実施の形態による制御装置の一例を示す図。
【図８】第３の実施の形態で用いた調節弁の特性図。
【図９】本発明の第４の実施の形態の主要部を示す図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態の主要部を示す図。
【図１１】本発明の第６の実施の形態の主要部を示す図。
【図１２】本発明の第７の実施の形態の主要部を示す図。
【図１３】本発明の第８の実施の形態の主要部を示す図。
【図１４】本発明の第９の実施の形態の主要部を示す図。
【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…発電機、４…排熱回収ボイラ、５…ガスタービン本体、６…空気圧縮機、７…燃焼器、８…排気ダクト、９…高圧ドラム、10…中圧ドラム、11…低圧ドラム、12…ケーシング、13…高圧第３過熱器、14…高圧再熱器、15…高圧第２過熱器、16…高圧第３過熱器、17…高圧蒸発器、18…低圧過熱器、19…中圧過熱器、20…高圧第４節炭器、21…中圧蒸発器、22…高圧第３節炭器、23…中圧第２節炭器、24…高圧第２節炭器、25…低圧蒸発器、26…中低圧節炭器、27…高圧第１節炭器、28…復水器、29…復水ポンプ、31…給水ポンプ、32…低圧蒸気系統、33…中圧蒸気系統、34…蒸気分岐部（三方弁）、35…主流側蒸気側管路管路、36…バイパス側管路、37…蒸気合流部、38…高圧蒸気系統、39…高圧蒸気タービン、40…高温被冷却部、41…中圧蒸気タービン、42…低圧蒸気タービン、43…蒸気温度測定器、45ａ〜45ｃ…伝熱パネル、50…制御装置、51…第１弁開度信号作成手段、52…第２弁開度作成手段、53…高値優先回路、57…第１調節弁、58…第２調節弁、59…関数発生器、67…中間連絡管。
【図１】
0004346213.tif 000002
【図２】
0004346213.tif 000003
【図３】
0004346213.tif 000004
【図４】
0004346213.tif 000005
【図５】
0004346213.tif 000006
【図６】
0004346213.tif 000007
【図７】
0004346213.tif 000008
【図８】
0004346213.tif 000009
【図９】
0004346213.tif 000010
【図１０】
0004346213.tif 000011
【図１１】
0004346213.tif 000012
【図１２】
0004346213.tif 000013
【図１３】
0004346213.tif 000014
【図１４】
0004346213.tif 000015