(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンからのガスタービン排ガスを燃焼用ガスとしてボイラ本体の火炉へ送給し、バーナから火炉へ噴射される燃料を燃焼させる排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおいて、
ガスタービン負荷が定格負荷に達しても定格負荷に達していない蒸気タービン負荷を上昇させるため火炉内に燃料の過剰投入を行うに際し、
前記燃焼用ガス以外に、蒸気タービン負荷に対応した流量の空気を前記火炉内へ導入する
ことを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクルプラントの空気流量制御方法。
【請求項２】
ガスタービンからのガスタービン排ガスを燃焼用ガスとしてボイラ本体の火炉へ送給し、バーナから火炉へ噴射される燃料を燃焼させる排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおいて、
ガスタービン負荷が定格負荷に到達して後蒸気タービン負荷が上昇する際に蒸気タービン負荷に対応した空気流量を指令信号として出力する第１の関数発生器と、
蒸気タービン負荷が定格負荷に到達したら蒸気タービン負荷に対応した空気流量を指令信号として出力する第２の関数発生器と、
ガスタービン負荷が定格負荷で蒸気タービン負荷の増加中は第１の関数発生器からの空気流量を、又蒸気タービン負荷が定格負荷に到達した後は第２の関数発生器からの空気流量を、火炉へ空気を供給するための補助ファンに指令信号として与え、補助ファンから吐出される空気の流量を制御し得るようにした切換器とを備えたことを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクルプラントの空気流量制御装置。
【請求項３】
切換器から補助ファンに空気流量を指令信号として送るラインに変化率制限器を設けた請求項２に記載の排気再燃型コンバインドサイクルプラントの空気流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気再燃型コンバインドサイクルプラントの空気流量制御方法及び装置に関し、詳しくは、ガスタービン負荷が定格負荷に達してから蒸気タービン負荷を上昇させるために火炉へ噴射する燃料を過剰にするに際し、火炉へ供給する空気の流量を制御し得るようにした排気再燃型コンバインドサイクルプラントの空気流量制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、熱効率の向上を図るため、発電機及び圧縮機を駆動した後のタービン排ガスを燃焼用ガスとしてボイラへ送給し、ボイラにおける燃料の燃焼に供するようにした排気再燃型コンバインドサイクルプラントが実用化されつつあり、斯かるプラントの一例は図４に示されている。
【０００３】
図４中、１は火炉１ａ及び副側壁１ｂ並に後部伝熱部１ｃを備えたボイラ本体、２はボイラ本体１の火炉１ａ下部に設置したバーナであり、火炉１ａにおいては、バーナ２から噴射された燃料Ｆの燃焼により燃焼ガスＧ２が生成されるようになっている。
【０００４】
３は燃焼器４から送給された燃焼ガスにより駆動され、発電機５及び圧縮機６を駆動し得るようにしたガスタービンであり、燃焼器４では、噴射された燃料が圧縮機６から送給された圧縮空気と混合して燃焼し得るようになっている。
【０００５】
７はガスタービン３から排出されたタービン排ガスを燃焼用ガスＧ１として風箱８を介し火炉１ａ内へ送給するためのダクト、９はボイラ本体１の後部伝熱部１ｃ下部に接続されてボイラ排ガスＧ３を後工程へ送給するための排ガスダクトである。
【０００６】
１０はボイラ本体１の副側壁１ｂ内に位置する過熱器、１１は過熱器１０で生成された過熱蒸気ＶHを蒸気タービン１２へ送給するための過熱蒸気管、１３は蒸気タービン１２により駆動される発電機である。
【０００７】
上述の排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおいて、コンバインドサイクル運転を行う場合には、燃焼器４で生成された燃焼ガスは、ガスタービン３へ導入されてガスタービン３が駆動され、ガスタービン３により発電機５及び圧縮機６が駆動され、圧縮機６から吐出された圧縮空気は燃焼用空気として燃焼器４へ送給され、燃焼器４での燃料の燃焼に供され、ガスタービン３から排出されたタービン排ガスは、燃焼用ガスＧ１としてダクト７を通り風箱８からボイラ本体１の火炉１ａ内に導入される。
【０００８】
一方、バーナ２から火炉１ａ内へ噴射された燃料Ｆは、火炉１ａ内に導入された燃焼用ガスＧ１と混合して燃焼することにより燃焼ガスＧ２が生成され、生成された燃焼ガスＧ２は火炉１ａ内を上昇しつつボイラ本体１の伝熱管を流れる水、蒸気を加熱すると共に、過熱器１０を流れる主蒸気を過熱し、後部伝熱部１ｃの下端からボイラ排ガスＧ３として排ガスダクト９へ排出される。
【０００９】
ボイラ本体１の伝熱部で生成した蒸気は過熱器１０で過熱され、過熱蒸気管１１から蒸気タービン１２へ送給され、蒸気タービン１２を駆動して抽気される。又、蒸気タービン１２の駆動により発電機１３が駆動される。
【００１０】
上述の排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおいて、コンバインドサイクル運転を行う場合には、一般的に、図５の傾斜線Ｉに示すごとく、ガスタービン負荷ＰGと蒸気タービン負荷ＰSを徐々に上昇させて行くが、ガスタービン負荷ＰGが定格負荷（１００％負荷）になっても、蒸気タービン負荷ＰSは定格負荷（１００％負荷）の７５％程度である（図５の点Ｘ参照）。
【００１１】
而して、上述のごとく、ガスタービン負荷ＰGが定格負荷になっても、蒸気タービン負荷ＰSは定格負荷の７５％程度であるため、この場合には、図５の水平線ＩＩに示すごとく、ガスタービン負荷ＰGを定格負荷に保持した状態で蒸気タービン負荷ＰSを定格負荷に到達するまで徐々に上げて行くことになる。
【００１２】
なお、図５の傾斜線Ｉ及び水平線ＩＩに示すごとき蒸気タービン負荷ＰSとガスタービン負荷ＰGとの関係は、ボイラ本体１の蒸発器等の伝熱管内、或いはボイラ本体１外のガス給水加熱器でスチーミング（沸湯状態）を起こさず、且つ最大の効率を得ることのできる負荷配分となるように決定される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく、ガスタービン負荷ＰGを定格負荷に保持した状態で蒸気タービン負荷ＰSを上昇させる場合には、蒸気タービン１２の負荷上昇に時間遅れが生じないよう、バーナ２から火炉１ａ内へ噴射させる燃料Ｆの流量を、蒸気タービン負荷ＰSに対応した流量よりも若干多くする、いわゆる過剰投入を行う必要がある。
【００１４】
しかし、蒸気タービン負荷ＰSの上昇時に燃料Ｆの過剰投入を行うと、ガスタービン３からの燃焼用ガスＧ１中に含まれる酸素量では一時的に酸素不足が生じ、燃料Ｆを安定燃焼させることができない。
【００１５】
本発明は上述の実情に鑑み、ガスタービン負荷が定格負荷に到達した後に蒸気タービン負荷を上昇させるため、燃料の過剰投入を行う場合にも、酸素不足が生じないようにした排気再燃型コンバインドサイクルプラントの空気流量制御方法及び装置を提供することを目的としてなしたものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、ガスタービンからのガスタービン排ガスを燃焼用ガスとしてボイラ本体の火炉へ送給し、バーナから火炉へ噴射される燃料を燃焼させる排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおいて、
ガスタービン負荷が定格負荷に達しても定格負荷に達していない蒸気タービン負荷を上昇させるため火炉内に燃料の過剰投入を行うに際し、
前記燃焼用ガス以外に、蒸気タービン負荷に対応した流量の空気を前記火炉内へ導入するものである。
【００１７】
本発明の装置は、ガスタービンからのガスタービン排ガスを燃焼用ガスとしてボイラ本体の火炉へ送給し、バーナから火炉へ噴射される燃料を燃焼させる排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおいて、
ガスタービン負荷が定格負荷に到達して後蒸気タービン負荷が上昇する際に蒸気タービン負荷に対応した空気流量を指令信号として出力する第１の関数発生器と、
蒸気タービン負荷が定格負荷に到達したら蒸気タービン負荷に対応した空気流量を指令信号として出力する第２の関数発生器と、
ガスタービン負荷が定格負荷で蒸気タービン負荷の増加中は第１の関数発生器からの空気流量を、又蒸気タービン負荷が定格負荷に到達した後は第２の関数発生器からの空気流量を、火炉へ空気を供給するための補助ファンに指令信号として与え、補助ファンから吐出される空気の流量を制御し得るようにした切換器とを備えたものである。
【００１８】
本発明の装置では、切換器から補助ファンに空気流量を指令信号として送るラインに変化率制限器を設けるようにするのが好ましい。
【００１９】
本発明においては、ガスタービン負荷が定格負荷に到達した後に蒸気タービン負荷を上昇させるため、燃料の過剰投入を行うに際し、ボイラ本体の火炉内へ導入される燃焼用ガスに酸素不足が生じることがなく、燃料の安定燃焼を良好に行うことができる。
【００２０】
又蒸気タービン負荷が定格負荷の場合は補助ファンは使用しないため、消費効力の低減によりプラントの効率を向上させることができ、負荷上昇時の空気流量不足も回避することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１〜図３は本発明の実施の形態の一例を示し、排気再燃型コンバインドサイクルプラント自体は図４に示すものと同じであるため、同一のものには同一の符号を付して説明を省略する。
【００２３】
而して、本実施の形態例においては、ダクト７の中途部に空気ダクト１４が接続されており、空気ダクト１４の空気流れ方向上流側には、空気Ａを空気ダクト１４からダクト７へ送給するための補助ファン１５が接続されている。
【００２４】
空気流量制御装置１６は、図１に示すごとく互に並列接続された関数発生器１７，１８を備えており、両関数発生器１７，１８は、蒸気タービン負荷ＰSが信号として入力されると共に蒸気タービン負荷ＰSに対応した空気流量Ｑ１，Ｑ２を指令信号として切換器１９へ与え得るようになっている。
【００２５】
切換器１９は、タイマ２０を介して与えられる切換指令αにより切換わり、関数発生器１７からの空気流量Ｑ１又は関数発生器１８からの空気流量Ｑ２を出力して変化率制限器２１へ与え得るようになっている。
【００２６】
又、変化率制限器２１を通って出力された空気流量Ｑ１又はＱ２は補助ファン１５に与えられ、補助ファン１５の回転数又はダンパ開度を調整することにより、補助ファン１５から吐出される空気Ａの流量を制御し得るようになっている。
【００２７】
関数発生器１７には、図２に示すごとき関数Ｆ１（ｘ）が入力してあり、関数発生器１８には図３に示すごとき関数Ｆ２（ｘ）が入力してある。
【００２８】
而して、関数発生器１７の関数Ｆ１（ｘ）は、例えば蒸気タービン負荷ＰSが定格負荷の０〜７５％の範囲にある間は、空気流量Ｑ１＝０であるが、７５％を越えたら補助ファン１５からの空気流量Ｑ１を徐々に増加し、例えば蒸気タービン負荷ＰSが定格負荷になったら補助ファン１５からの空気流量Ｑ１を一定にすることを表わしている。
【００２９】
関数発生器１８の関数Ｆ２（ｘ）は、例えば蒸気タービン負荷ＰSが定格負荷９０〜１００％の範囲を越えたら補助ファン１５からの空気流量Ｑ２を徐々に増加し、例えば蒸気タービン負荷ＰSが１０５％になったら、補助ファン１５からの空気流量Ｑ２を一定にすることを表わしている。
【００３０】
関数発生器１８の関数Ｆ２（ｘ）のように蒸気タービン負荷ＰSが定格負荷を越えた場合に空気流量Ｑ２を増加させるようにしているのは、何等かの原因で火炉１ａへ噴射される燃料Ｆが増加し、蒸気タービン１２に過負荷が生じることがあり得るからである。
【００３１】
又、切換器１９は、ガスタービン負荷ＰG及び蒸気タービン負荷ＰSが共に上昇しており、蒸気タービン負荷ＰSが７５％よりも低い場合（図５の傾斜線Ｉ参照）には切換指令αによりｂ側に切換るようになっており、ガスタービン負荷ＰGが定格負荷に到達すると共に蒸気タービン負荷ＰSが定格負荷の７５％に到達して更に負荷が上昇する場合（図５の水平線ＩＩ参照）には、切換指令αによりａ側に切換るようになっており、蒸気タービン負荷ＰSが定格負荷に到達したら、タイマ２０で調整された一定の時間間隔を置いて切換指令αによりｂ側に切換るようになっている。
【００３２】
切換器１９に切換指令αを送る系統にタイマ２０を設けるのは、蒸気タービン負荷ＰSが定格負荷になった直後は、火炉１ａ内の燃料Ｆはまだ過剰となっており、従って蒸気タービン負荷ＰSが定格負荷になった直後に切換器１９をｂ側に切換えると補助ファン１５からの空気Ａの流量が直ちに減少し始め、燃料Ｆを安定燃焼させることができない虞れがあるためである。
【００３３】
次に本発明の実施の形態の作動について説明する。
【００３４】
図１に示す排気再燃型コンバインドサイクルプラントは、図４に示すプラントと同様にして運転が行われる。
【００３５】
而して、例えば図５の傾斜線Ｉに示すようにガスタービン負荷ＰGと蒸気タービン負荷ＰSの両者が増加している場合には、切換器１９は切換指令αによりｂ側に切換わっている。このため、関数発生器１８からの空気流量Ｑ２は零であり、補助ファン１５は回転を停止しているか、或いはダンパが全閉となっており、従って補助ファン１５から空気Ａが空気ダクト１４へ吐出されることはない。従って、この場合には、バーナ２から火炉１ａへ噴射される燃料Ｆは、ガスタービン３からの燃焼用ガスＧ１と協働して燃焼する。
【００３６】
図５の点Ｘに示すようにガスタービン負荷ＰGが定格負荷に到達すると共に、蒸気タービン負荷ＰSが定格負荷の７５％に到達し図５の水平線ＩＩに示すように更に上昇するような場合には、切換器１９は切換指令αによりａ側に切換る。このため、関数発生器１７からは空気流量Ｑ１が指令信号として出力され、変化率制限器２１を経たうえ、補助ファン１５に与えられる。
【００３７】
従って、補助ファン１５は回転数が増加するか、或いはダンパ開度が大きくなり、このため補助ファン１５からは、空気流量Ｑ１の指令信号に対応した空気Ａが吐出され、空気ダクト１４を通ってダクト７へ導入され、ガスタービン３からの燃焼用ガスＧ１と混合し、而して燃焼用ガスＧ１は酸素リッチとなる。
【００３８】
酸素リッチとなった燃焼用ガスＧ１は、ダクト７から風箱８を経て火炉１ａ内へ導入され、蒸気タービン負荷ＰSの上昇に伴いバーナ２から先行して過剰に火炉１ａ内へ噴射される燃料Ｆの燃焼に供される。
【００３９】
燃焼用ガスＧ１は酸素リッチであるため、蒸気タービン負荷ＰSを定格負荷の７５％から更に上昇させていく場合にボイラ本体１の火炉１ａ内へ先行投入される燃料Ｆの燃焼を良好に安定して行うことができる。
【００４０】
蒸気タービン負荷ＰSが定格負荷に到達すると、タイマ２０に設定された時間遅れをもって切換指令αにより切換器１９がｂ側に切換る。
【００４１】
そうすると、関数発生器１８から出力される空気流量Ｑ２は零となるが変化率制限器２１があるため、補助ファン１５へ与えられる空気流量Ｑ２の指令は直ちには零とならず、徐々に下降して行く。従って、補助ファン１５の回転数或いはダンパ開度は徐々に小さくなり、補助ファン１５から吐出されてダクト７へ送給される空気Ａの流量も零になるまで徐々に減少し、火炉１ａへ噴射された燃料Ｆの安定燃焼が行われる。
【００４２】
ガスタービン負荷ＰG及び蒸気タービン負荷ＰSの両方が定格負荷になれば、火炉１ａへの燃料Ｆの過剰投入はなくなるため、ガスタービン３からの燃焼用ガスＧ１だけで、燃料Ｆの良好な安定燃焼を行わせることができる。
【００４３】
何等かの原因で、ボイラ負荷延いては蒸気タービン負荷ＰSが定格負荷より上昇した場合には、バーナ２から噴射される燃料Ｆの量が増加し、ガスタービン３からの燃焼用ガスＧ１だけでは酸素が不足する。そこで、この場合には、関数発生器１８からの空気流量Ｑ２が指令信号として補助ファン１５に与えられるため、補助ファン１５からは空気流量Ｑ２の指令信号に対応した空気Ａが吐出され、ガスタービン３からの燃焼用ガスＧ１と混合し、ボイラ本体１の火炉１ａ内へ導入され、その結果、燃料Ｆの良好で安定した燃焼が保持される。
【００４４】
以上述べたように、本発明の実施の形態によれば、ガスタービン負荷ＰGが定格負荷に到達した後に蒸気タービン負荷ＰSを上昇させるため、燃料Ｆの過剰投入を行うような場合にも、ボイラ本体１の火炉１ａ内へ導入される燃焼用ガスＧ１に酸素不足が生じることがなく、燃料Ｆの安定燃焼を良好に行うことができる。
【００４５】
又蒸気タービン負荷ＰSが定格負荷の場合は、補助ファン１５は使用しないため、消費動力の低減によりプラントの効率を向上させることができ、負荷上昇時の空気流量不足も回避することができる。
【００４６】
なお、本発明の実施の形態は上述の例限定されるものではなく、例えば補助ファンからの空気をガスタービンからの燃焼用ガスに混合せず、直接ボイラ本体の火炉へ供給するようにしても実施できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の排気再燃型コンバインドサイクルプラントの空気流量制御方法及び装置によれば、請求項１、２の何れの場合においても、ガスタービン負荷が定格負荷に到達した後に蒸気タービン負荷を上昇させるため、燃料の過剰投入を行うに際し、ボイラ本体の火炉内へ導入される燃焼用ガスに酸素不足が生じることがなく、従って燃料の良好な安定燃焼を行うことができ、又請求項２では蒸気タービン負荷が定格負荷の場合は、補助ファンを使用しないため、消費動力の低減によりプラントの効率を向上させることができ、負荷上昇時の空気流量不足をも回避することができ、請求項３の場合には、補助ファンに与える空気流量の指令を徐々に変化させることができるため、蒸気タービン負荷が定格負荷になった場合に補助ファンから吐出される空気は徐々に減少することとなり、より一層良好な安定燃焼を行うことができる、等種々の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気再燃型コンバインドサイクルプラントの空気流量制御方法及び装置の概要図である。
【図２】図１に示す関数発生器のひとつに入力する関数を示すグラフである。
【図３】図１に示す他の関数発生器に入力する関数を示すグラフである。
【図４】排気再燃型コンバインドサイクルプラントの一例を示す概要図である。
【図５】排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおける蒸気タービン負荷とガスタービン負荷との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    ボイラ本体
１ａ  火炉
２    バーナ
３    ガスタービン
１５  補助ファン
１６  空気流量制御装置
１７，１８    関数発生器
１９  切換器
２１  変化率制限器
Ｇ１  燃焼用ガス
Ｆ    燃料
ＰG   ガスタービン負荷
ＰS   蒸気タービン負荷
Ｑ１，Ｑ２    空気流量
【図１】
0003758240.tif 000002
【図２】
0003758240.tif 000003
【図３】
0003758240.tif 000004
【図４】
0003758240.tif 000005
【図５】
0003758240.tif 000006