(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントとを組合せ、ガスタービンからの排熱を利用して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えるとともに、前記ガスタービンの高温被冷却部を蒸気で冷却する蒸気冷却システムを設け、この蒸気冷却システムからの過熱蒸気を蒸気タービンに回収させるように構成したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記蒸気冷却システムの出入口蒸気の流量を検知する手段を設け、同出入口流量の偏差により、起動時の蒸気冷却システムのウォーミング完了時期を判定するように構成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】
前記蒸気冷却システムの出入口に設けた蒸気の流量を検知する手段に加えて、出入口蒸気の温度を検知する手段、又は出口側の温度を飽和温度と比較する手段の少なくとも何れか一方を設け、前記出入口に設けた蒸気の流量を検知する手段に基づく出入口蒸気の流量の偏差の外、前記出入口蒸気の温度を検知する手段を設けた場合は出入口蒸気の温度の偏差、前記出口側の温度を飽和温度と比較する手段を設けた場合は出口蒸気温度と飽和温度との偏差を加味して、起動時の蒸気冷却システムのウォーミング完了時期を判定するように構成したことを特徴とする請求項１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プラントと蒸気タービンプラントとを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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と蒸気タービンプラントを組み合わせた発電システムであり、熱エネルギーの高温域をガスタービンで、また、低温域を蒸気タービンでそれぞれ分担して受持ち、熱エネルギーを有効に回収し、利用するようにしたものであり、近年特に脚光を浴びている発電システムである。
【０００３】
このコンバインドサイクル発電プラントでは、効率向上のための一つのポイントを、ガスタービンの高温域を何処まで高め得るか、と言う点に置いて研究開発が進められてきた。
【０００４】
一方、高温域の形成には、タービン構造体の耐熱性の面から冷却システムを設けねばならず、この冷却システムにおける冷却媒体としては従来から空気が用いられて来た。
【０００５】
しかし、冷却媒体として空気を用いる限り、例え高温域を達成し得たとしても、冷却に要した空気によって持ち去られる熱量も多くなることから、高温域の達成がそのまま効率向上に帰結せず、効率の向上は限界が見えていた。
【０００６】
この限界を超えて更に効率向上を図るべく、ガスタービンの冷却媒体として前記した空気に替えて、蒸気を採用するものが提案されるに至った。
【０００７】
一例として挙げれば、特開平０５−１６３９６０号公報のものがある。しかしこの特開平０５−１６３９６０号公報に記載されたものは、ガスタービンの冷却媒体として蒸気を採用するという概念の開示はともかくとして、その細部においては工夫し解決しなければならない課題が多数残されている。
【０００８】
例えば、ガスタービンの起動に際し蒸気冷却系統内に残留する空気をパージしなければならず、そのために前記特開平０５−１６３９６０号公報では、補助蒸気系統等から蒸気を供給して系内に残留する空気をパージするようにしているが、これら一連の操作を通じてこの系内に発生するドレンについては何ら気に止めておらず、また、何らの配慮もされていない。
【０００９】
即ち、この蒸気冷却に関しては、未だ試行錯誤の段階であり、ガスタービンの起動に際し蒸気冷却系統内からドレンをパージするようにした従来技術は、未だ例が無いと言うことである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように従来の蒸気冷却を行うものでは、起動に際し蒸気冷却系統内に残留する空気をパージするに際し、補助蒸気系統等から蒸気を供給して系内に残留する空気をパージするが、その際空気が蒸気内に混入して、水中の溶存酸素を上昇させ、その結果ボイラチューブの酸化腐食に結びつくという問題がある。
【００１１】
また、このパージ蒸気の投入によりガスタービンの冷却部でドレンが発生し、このドレンにより局部的に冷却通路が閉塞し、メタル温度を不均一とし、熱応力の発生を促す可能性がある。
【００１２】
更にまた、このドレンによる局部的な冷却通路の閉塞が、回転部の翼先端等で発生した場合には、翼先端に滞留した水分のために、部分的な冷却不足による過熱部分の発生、また、重力のアンバランスにより過大な遠心力を発生し、思いがけない大事故に結びつく可能性がある。
【００１３】
本発明はこのようなドレンの存在による種々の問題点に着目し、このドレンを確実にパージし、かつ、ドレンが除去されたこと、換言すれば、ガスタービンの起動に際しウオームアップが完了したことを確実に把握するようにしたものを提供することを課題とする。
【００１４】
【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るべくなされものであり、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントとを組合せ、ガスタービンからの排熱を利用して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えるとともに、前記ガスタービンの高温被冷却部を蒸気で冷却する蒸気冷却システムを設け、この蒸気冷却システムからの過熱蒸気を蒸気タービンに回収させるように構成したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記蒸気冷却システムの出入口蒸気の流量を検知する手段を設け、同出入口流量の偏差により、起動時の蒸気冷却システムのウォーミング完了時期を判定するように構成したコンバインドサイクル発電プラントを提供し、蒸気冷却システムの入口の蒸気の流量と出口の蒸気の流量との偏差が許容値以下となったら、この入口と出口の間では、残留空気及びドレンは散在せず、ウオームアップが完了したとして、ガスタービン起動のステップへ進めることを良しとするものである。
【００１５】
また、本発明は、前記蒸気冷却システムの出入口に設けた蒸気の流量を検知する手段に加えて、出入口蒸気の温度を検知する手段、又は出口側の温度を飽和温度と比較する手段の少なくとも何れか一方を設け、前記出入口に設けた蒸気の流量を検知する手段に基づく出入口蒸気の流量の偏差の外、前記出入口蒸気の温度を検知する手段を設けた場合は出入口蒸気の温度の偏差、前記出口側の温度を飽和温度と比較する手段を設けた場合は出口蒸気温度と飽和温度との偏差を加味して、起動時の蒸気冷却システムのウォーミング完了時期を判定するように構成したコンバインドサイクル発電プラントを提供し、前記出入口流量の偏差の外に出入口蒸気の温度の偏差、又は出口蒸気温度と飽和温度との偏差を選択して加味することにより、ウォーミング完了時期をより適切に判定するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図１ないし図３に基づいて説明する。
１はガスタービンの高温被冷却部を模式的に示し、例えば１ａは燃焼器、１ｂは動翼部、１ｃは静翼部である。
【００１７】
２は蒸気供給管で、前記高温被冷却部１に対して蒸気が入ってくる上流側には入口側流量計３ａを、また、これに対応して蒸気が出ていく下流側には出口側流量計３ｂを設けている。
【００１８】
４ａは入口側温度計、４ｂは出口側温度計で、前記入口側流量計３ａ及び出口側流量計３ｂと同様に高温被冷却部１の上流側と下流側にそれぞれ分かれて設けられている。
【００１９】
５は第１の減算器で、入口側流量計３ａと出口側流量計３ｂの出力差を計算し、その結果を第１の比較器６に印加して、設定値と比較させる。同様に、７は第２の減算器で、入口側温度計４ａと出口側温度計４ｂの出力を計算し、その結果を第２の比較器８に印加して、設定値と比較させる。
【００２０】
９は図示省略の補助蒸気源に連通した補助蒸気供給管、また、１０は冷却蒸気供給管で、それぞれの管路に配設した開閉弁９ａ，１０ａにより前記蒸気供給管２と連通されるようになっている。なお、１１、１２、１３はそれぞれドレン弁をしめす。
【００２１】
また、図２はガスタービン動翼の高温被冷却部１ｂを模式的に示し、翼２１中で蒸気供給管２から冷却蒸気を供給される実線で示す冷却蒸気往路２ａと、高温蒸気回収管２０へ過熱された蒸気を回収する点線で示す冷却蒸気復路２０ａとを有している。なお、図３には翼２１の先端に滞留したドレンＤを示している。
【００２２】
このように構成された本実施の形態において、ガスタービンが起動する際には、開閉弁１０ａを閉め、開閉弁９ａを開けて補助蒸気供給管９を蒸気供給管２と連通させ、ガスタービンの高温被冷却部１に蒸気を供給する。
【００２３】
この蒸気の導入により、系内に滞留していた空気はパージされ、かつまた、系内で発生するドレンもドレン排出ライン１４、１５、１６を経て系外に追い出される。なお、ドレン弁１１、１２、１３は、この系統のウオーミングの完了により適宜閉となるように構成されている。
【００２４】
更に蒸気の供給が続くと、高温被冷却部１のウオーミングも徐々に進行する。この間流量計３ａ、３ｂ及び温度計４ａ、４ｂは計測を続行しており、まず、流量計３ａ、３ｂについてみれば、入口側流量計３ａの計測値Ｆinと出口側流量計３ｂの計測値Ｆout に基づいて第１の減算器５から出力されるＦin−Ｆout の値が第１の比較器６において予め設定された値（許容値）と比較され、Ｆin−Ｆout ≦許容値、となったらウオーミング完了と判断して、比較器６からウオーミング完了指令Ａを出力する。
【００２５】
一方、温度計４ａ、４ｂについてみれば、入口側温度計４ａの計測値Ｔinと出口側温度計４ｂの計測値Ｔout に基づいて第２の減算器７から出力されるＴin−Ｔout の値が第２の比較器８において予め設定された値（許容値）と比較され、Ｔin−Ｔout ≦許容値、となったら前記流量計による場合と全く同様に、ウオーミング完了と判断して、比較器８からウオーミング完了指令Ｂを出力する。
【００２６】
なお、図示省略したが出口側温度計４ｂの計測値Ｔout を、蒸気供給圧力における飽和温度と比較し、別途定めた許容値との関係が、Ｔout −飽和温度≧許容値、となったら前記流量計及び温度計による場合と全く同様に、ウオーミング完了指令Ｃを出力する。
【００２７】
このようにして得た各ウオーミング完了指令Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれ、またはこれらの内少なくとも２系統の指令のＡＮＤ条件成立を以てウオーミングの完了とすればよく、その選択組み合わせは、プラントの規模、要求精度等に応じて適宜決めることができる。
【００２８】
また、ガスタービンの高温被冷却部１が可動部分、即ちタービン動翼の高温被冷却部１ｂである時には、（低速で）ターニングしながら確実に先端部のドレンを排出させるステップを折り込むことが好ましい。即ち可動部分、特にタービン先端部にドレンが残留した場合には、過大な遠心力、アンバランス等の原因となり、大事故に結びつく可能性があるので、ここでのドレン排出除去は、特に気をつけて行わねばならない。
【００２９】
また、構造上ドレンの溜まりやすい局部については、熱電対等を予め埋め込んでおき、其により計測してウオーミング完了の判断をするようにすればよい。
【００３０】
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。
【００３１】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、ガスタービンの起動に際し、蒸気冷却系統内に残留する空気をパージし、この過程で発生するドレンを除去し、これによって蒸気冷却系統がウオームアップされ、爾後の一連の操作を円滑に進めうる状態に至ったことを蒸気冷却系統の出入口の冷却蒸気流量の偏差から的確に判断し、操業の安全性、安定性を一段と向上することが出来たものである。
【００３２】
また、請求項２の発明によれば、前記出入口流量の偏差に加えて出入口蒸気の温度の偏差、又は出口蒸気温度と飽和温度との偏差を選択して加味することにより、前記ウオームアップの完了をより的確に判断し、操業の安全性、安定性を一段と向上することが出来たものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係わる蒸気冷却系統の出入口に於ける冷却蒸気流量及び温度計測を模式的に示す説明図。
【図２】ガスタービンの動翼部の蒸気冷却系統を模式的に示す説明図。
【図３】図２のＡ部を拡大して示す説明図。
【符号の説明】
１    高温被冷却部
１ａ  燃焼器
１ｂ  動翼部
１ｃ  静翼部
２    蒸気供給官
３ａ  入口側流量計
３ｂ  出口側流量計
４ａ  入口側温度計
４ｂ  出口側温度計
５    第１の減算器
６    第１の比較器
７    第２の減算器
８    第２の比較器
【図１】
0003835859.tif 000002
【図２】
0003835859.tif 000003
【図３】
0003835859.tif 000004