JP2004027938A - 多軸型コンバインドサイクルプラント及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多軸型コンバインドサイクルプラントの一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合に、負荷が低下した側の排ガスボイラ2bの残熱により発生する過熱蒸気を蒸気タービン側に逃がし、排ガスボイラのアイソレーション弁5b…の前後差圧や流量が0近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁5b…の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁22b…の開動作をする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主蒸気、再熱蒸気、低圧蒸気を含む蒸気系統の切り離し制御を要する多軸型コンバインドサイクルプラント、及びその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
火力発電プラントの中で、ガスタービンと蒸気タービンを組合わせたコンバインドサイクルプラントは、従来のコンベンショナルプラントと比較して、熱効率が格段に向上している。そのため、国内、海外を問わず、幅広く利用されている。
【0003】
コンバインドサイクルプラントにおけるガスタービンと蒸気タービンの組み合わせ方法は、
(1)ガスタービンと蒸気タービンが一軸に連結されている一軸型コンバインドサイクルプラント
(2)ガスタービンと蒸気タービンとを個別に配置する多軸型コンバインドサイクルプラント
の2通りがあり、本発明は、上記(2)で示した多軸型コンバインドサイクルプラントに係るものである。
【0004】
ところで、火力発電プラントにはDSS(Daily Start and Stop;夜間起動停止)運用、WSS(Weekly Start and Stop;周末起動停止)運用や夜間の部分負荷運転等の、日々急変する電力需要に対応する役割を求められている。多軸型コンバインドサイクルプラントは、必要とする発電量に合わせて、運転するガスタービンの台数を切り替えることにより、プラントの部分負荷時においても高効率を維持できる特徴がある。
【0005】
ここで、ガスタービン1台がトリップした場合に、ガスタービンの台数が突発的に切り替わる場合が想定される。また、運用においてもガスタービンの台数切り替え操作は頻繁に実施される。その切り替え操作時に復水器への高温蒸気の流入で復水器の真空度の上昇による蒸気タービントリップ、または蒸気タービン本体の損傷が考えられる。これは真空調整の追従性に劣る空気冷却式復水器を用いた場合に顕著であると考えられる。また、プラント発電量の急変、排ガスボイラのドラムレベル変動によるプラント系統の不安定化などが考えられ、好ましいことではない。すなわち、切り換え操作中に停止側の蒸気の逃がし先を効率よく制御することが非常に重要である。
【0006】
図12は、多軸型コンバインドサイクルプラントの蒸気タービン周りの概略系統を示す図であり、多軸型コンバインドサイクルプラントは、1台の蒸気タービンに対し2台以上のガスタービンにより構成されている。図12は説明の簡略化のために1台の蒸気タービンに対して2台のガスタービンを有するプラントを示す。また、現在最も一般的である3圧再熱式のコンバインドサイクルプラントについての例を示す。
【0007】
すなわち、ガスタービン1a、1bにそれぞれ接続された排ガスボイラ2a、2bで発生した高圧過熱蒸気は、高圧ドラム3a、3bから各蒸気系統の逆止弁4a、4b及び高圧アイソレーション弁5a、5bを通り、合流後、高圧圧力調節弁6を経て高圧蒸気タービン7に流入する。この高圧蒸気タービン7で仕事をした蒸気は再び分岐し、それぞれ低温再熱アイソレーション弁8a、8b及び逆止弁9a、9bを経て、中圧ドラム10a、10bから供給され中圧圧力調節弁11a、11bを通った中圧過熱蒸気と合流する。その後、排ガスボイラの再熱器12a、12bで再熱された蒸気は、逆止弁13a、13b及び高温再熱アイソレーション弁14a、14bを経て再び合流する。
【0008】
合流した蒸気は、インターセプト弁15a、15bを経て、中圧蒸気タービン16に流入する。一方、低圧ドラム17a、17bからの低圧過熱蒸気は逆止弁18a、18b及び低圧アイソレーション弁19a、19bを経て合流し、低圧圧力調節弁20を通り、中圧蒸気タービン16の排気蒸気と合流し、低圧蒸気タービン21に流入する。この時、高圧タービンバイパス弁22a、22b、中圧タービンバイパス弁23a、23b、低圧タービンバイパス弁24a、24bは全て全閉しており、これらのバイパス弁は起動時及び停止時にのみ使用される。
【0009】
ところで、今ガスタービン1台すなわちガスタービン1bの停止時を考えた場合、従来では、まず蒸気タービンへの流入蒸気量が急変しないようにタービンバイパス弁22b、23b、24bを徐々に開き、排ガスボイラでの発生蒸気が全てタービンバイパスラインから復水器へ流れるようにする。この状態で各アイソレーション弁5b、14b、17bを閉動作しても、蒸気タービンへの流入蒸気量変化はない。そこで、全てのアイソレーション弁を全閉することで蒸気系統の切り離し作業が完了し、次いでガスタービンの停止作業となる。
【0010】
この一連の作業の中で、ガスタービン停止時、特に一系統のみのガスタービントリップ時等の急変時には、高圧蒸気ライン側では高圧蒸気ラインから高圧タービンバイパス弁22bを介して急激に低温再熱ラインに高温度の蒸気が流入することとなる。また、中圧、低圧側でも、各々のタービンバイパス弁23b、24bを通り、高温の蒸気が復水器に直接多量に流入することになる。これらの事象は復水器真空度の低下による蒸気タービントリップ及び蒸気タービン本体、蒸気配管及び復水器の損傷につながる。
【0011】
また、ガスタービン停止前までは蒸気タービンで仕事をすることで発電に寄与していた蒸気が、急激に蒸気タービンをバイパスすることにより、発電量の突変を引き起こし、特に電力系統の弱いプラントでは発電機トリップに至る可能性もある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のプラントにおいては、多軸型コンバインドサイクルプラントにおける運転中のガスタービンを停止する操作の過程において、高圧蒸気ライン側では高圧蒸気ラインから高圧タービンバイパス弁を介して急激に低温再熱ラインに高温度の蒸気が流入することになる。また、中圧、低圧側でも各々のタービンバイパス弁を通り、高温の蒸気が復水器に直接多量に流入することになる。
これらの事象は復水器真空度の低下による蒸気タービントリップ及び蒸気タービン本体、蒸気配管及び復水器の損傷につながる等の問題がある。
【0013】
本発明は、このような点に鑑み、多軸型コンバインドサイクルプラントにおいて、プラントの運用安定性、及び長寿命化を実現するシステムを具備したコンバインドサイクルプラントを得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、複数のガスタービンを有する多軸型コンバインドサイクルプラントにおいて、一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合に、負荷が低下した側の排ガスボイラの残熱により発生する過熱蒸気を蒸気タービン側に逃がすとともに、上記蒸気タービン側に流れる過熱蒸気がほぼ0になった時点で、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【0015】
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前後差圧が0近傍になった時点で、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【0016】
請求項3に係る発明は、請求項1に係る発明において、負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前に設置された逆止弁が閉になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【0017】
また、請求項4に係る発明は、請求項1に係る発明において、負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の上流側に設置された流量計が0近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【0018】
請求項5に係る発明は、請求項1乃至4のいずれかに係る発明において、復水器として、特に空気冷却式復水器が用いられていることを特徴とする。
【0019】
さらに、請求項6に係る発明は、複数のガスタービンを有する多軸型コンバインドサイクルプラントの一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合に、負荷が急に低下した側のタービンバイパス弁を直ちに開動作することなく、負荷が低下した側の排ガスボイラの残熱により発生する過熱蒸気を蒸気タービン側に逃がし、上記蒸気タービン側に流れる過熱蒸気がほぼ0になった時点で、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【0020】
請求項7に係る発明は、請求項6に係る発明において、負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前後差圧が0近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【0021】
請求項8に係る発明は、請求項6に係る発明において、負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前に設置された逆止弁が閉になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【0022】
請求項9に係る発明は、請求項6に係る発明において、負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の上流側に設置された流量計が0近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする。
【0023】
また、請求項10に係る発明は、請求項6乃至9のいずれかに係る発明において、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖及びタービンバイパス弁の開動作を、高圧側より低圧側へ、順次行うことを特徴とする。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、図中図12と同一部分には同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【0025】
図1〜図3は、本発明の第1の実施の形態を示す図であり、アイソレーション弁5a、14a、19aにはそれぞれ差圧計25a、26a、27aが設けられており、アイソレーション弁5b、14b、19bにもそれぞれ差圧計25b、26b、27bが設けられている。
【0026】
図1は一軸のガスタービンすなわちガスタービン1bの負荷が急に低下し急止した直後の各弁の開閉状態を示しており、この時には、特に各アイソレーション弁5a、14a、19a、5b、14b、19bは全開、各タービンバイパス弁22a、23a、24a、22b、23b、24bは全閉となっている。
【0027】
しかして、排ガスボイラの残熱により発生する蒸気はアイソレーション弁5b、14b、19bを介して蒸気タービン側に逃がされている。そこで、排ガスボイラの残熱により発生する蒸気量が減少すると、やがてアイソレーション弁5b、14b、19bの上流側に設けられている逆止弁4b、13b、18bが全閉となり、アイソレーション弁5b、14b、19bの前後の差圧が0近傍となる。すなわち、アイソレーション弁5b、14b、19bを流れる蒸気量がほぼ0となる。この時点では、停止側の排ガスボイラ2bから発生する蒸気は系統から切り離され、蒸気タービン側に流入することはない。
【0028】
このようにしてアイソレーション弁5b、14b、19bの前後の差圧が0近傍になったことが差圧計25b、26b、27bにより検出されると、各アイソレーション弁5b、14b、19bに閉鎖指令が発せられ、各アイソレーション弁5b、14b、19bは閉動作、各タービンバイパス弁22b、23b、24bは開動作を行う(図2)。その後、図3に示すように、各アイソレーション弁5b、14b、19bは全閉、各タービンバイパス弁22b、23b、24bは全開となる。
【0029】
しかして、一軸のガスタービンが急止した場合に高温の蒸気が復水器に直接流入することを抑えることができ、復水器の真空度も比較的高いまま保持でき、プラントトリップに至る可能性を低減することができる。また、復水器への高温蒸気の流入により発生する熱応力を低減でき、長寿命化を実現することができる。
しかも、一軸のガスタービンの負荷が急に低下した直後においては、排ガスボイラの残熱により発生する高温蒸気がタービンバイパス弁を経由して復水器へ直接流入することがなく、蒸気タービンで仕事をした後に復水器に流入するので、発電量の突変がなく、送電系統の不安定化が解消できる。また、ガスタービン停止直後に、アイソレーション弁、タービンバイパス弁の開閉動作がなく、ドラムレベルの変動など、蒸気系統に与える影響を低減することもできる。
【0030】
図4及び図5は本発明の第2の実施の形態を示す図であり、蒸気切り離し時から弁による系統切り離し完了までの弁の開閉状況を示す。一軸のガスタービン1bが急止して排ガスボイラの残熱により発生する蒸気量が減少し、各アイソレーション弁5b、14b、19bの上流側に設けられている逆止弁4b、13b、18bが全閉となると、各アイソレーション弁5b、14b、19bに閉鎖指令が発せられ、各アイソレーション弁5b、14b、19bは閉動作、各タービンバイパス弁22b、23b、24bは開動作を行う(図4)。その後、図5に示すように、各アイソレーション弁5b、14b、19bは全閉、各タービンバイパス弁22b、23b、24bは全開となる。しかして、この場合も第1の実施の形態と同様な効果を奏する。
【0031】
図6及び図7は本発明の第3の実施の形態を示す図であり、各アイソレーション弁5a、14a、19a、5b、14b、19bの上流側には流量計28a、29a、30a、28b、29b、30bが設けられている。
【0032】
しかして、ガスタービン1bの負荷が急に低下し急止した直後には、排ガスボイラの残熱により発生する蒸気はアイソレーション弁5b、14b、19bを介して蒸気タービン側に逃がされている。そこで、排ガスボイラの残熱により発生する蒸気量が減少し、アイソレーション弁5b、14b、19bに設けられている流量計28b、29b、30bの流量が0近傍となると、上記流量計28b、29b、30bにより各アイソレーション弁5b、14b、19bに閉鎖指令が発せられ、各アイソレーション弁5b、14b、19bは閉動作、各タービンバイパス弁22b、23b、24bは開動作を行う(図6)。その後、図7に示すように、各アイソレーション弁5b、14b、19bは全閉、各タービンバイパス弁22b、23b、24bは全開となる。
【0033】
したがって、この場合も第1の実施の形態と同様な効果を奏する。
【0034】
図8〜図11は、本発明の第4の実施の形態を示す図であり、蒸気切り離し時から弁の系統切り離し完了までの弁の開閉状況を示す。すなわち、前述のように例えば、ガスタービン1bの負荷が急に低下し急止した直後には、まず図8に示すように、高圧側のアイソレーション弁5bとタービンバイパス弁22bの開閉動作を行い、続いて図9のように、中圧側のアイソレーション弁14bとタービンバイパス弁23bの開閉動作を行い、最後に図10のように、低圧側のアイソレーション弁19bとタービンバイパス弁24bの開閉動作を行う。このようにして各アイソレーション弁とタービンバイパス弁は、図11に示すように全開、全閉となる。
【0035】
しかして、このように前記各弁の開閉動作を高圧側から低圧側へ順次行うことにより、排ガスボイラの残熱によって発生する比較的流量が多い高圧過熱蒸気は、高圧蒸気タービン7だけではなく、中圧、低圧蒸気タービン16、21でも仕事をすることができ発電量の突変を防ぐことができる。
【0036】
ところで、本発明は前述のように構成したので、一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合に、従来タービンバイパス弁を通って復水器に直接流入した高温蒸気量を抑えることができるため、復水器の真空度も比較的高いまま保持可能となり、プラントトリップに至る可能性も低減でき、復水装置に、特に真空度調整の追従性に劣る空気冷却式復水器を使用することもできる。
【0037】
なお、上記各実施の形態においては2系列の場合においてガスタービン1b側の負荷が急低下した場合を示したが、2系列の場合は1系列毎に、n系列の場合には1系列またはm系列が平行して制御されるものであり、その選択は運転状況に応じて適宜行われるものであることは勿論である。
【0038】
以上、本発明を図示の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、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もよいことはいうまでもない。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合にも高温の蒸気が復水器に直接多量に流入することを抑えることができるので、多軸型コンバインドサイクルプラントの運用安定性及び長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多軸型コンバインドサイクルプラントの第1の実施の形態を示すシステム図。
【図2】本発明の第1の実施の形態を示すシステム図。
【図3】本発明の第1の実施の形態を示すシステム図。
【図4】本発明の第2の実施の形態を示すシステム図。
【図5】本発明の第2の実施の形態を示すシステム図。
【図6】本発明の第3の実施の形態を示すシステム図。
【図7】本発明の第3の実施の形態を示すシステム図。
【図8】本発明の第4の実施の形態を示すシステム図。
【図9】本発明の第4の実施の形態を示すシステム図。
【図10】本発明の第4の実施の形態を示すシステム図。
【図11】本発明の第4の実施の形態を示すシステム図。
【図12】従来の多軸型コンバインドサイクルプラントの蒸気周りのシステム構成図。
【符号の説明】
1a、1b ガスタービン
4a、4b 逆止弁
5a、5b アイソレーション弁
7 高圧タービン
16 中圧タービン
21 低圧タービン
14a、14b アイソレーション弁
19a、19b アイソレーション弁
22a、22b 高圧タービンバイパス弁
23a、23b 中圧タービンバイパス弁
24a、24b 低圧タービンバイパス弁
Claims (10)
- 複数のガスタービンを有する多軸型コンバインドサイクルプラントにおいて、一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合に、負荷が低下した側の排ガスボイラの残熱により発生する過熱蒸気を蒸気タービン側に逃がすとともに、上記蒸気タービン側に流れる過熱蒸気がほぼ0になった時点で、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする多軸型コンバインドサイクルプラント。
- 負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前後差圧が0近傍になった時点で、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする、請求項1記載の多軸型コンバインドサイクルプラント。
- 負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前に設置された逆止弁が閉になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする、請求項1記載の多軸型コンバインドサイクルプラント。
- 負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の上流側に設置された流量計が0近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする、請求項1記載の多軸型コンバインドサイクルプラント。
- 復水器として、特に空気冷却式復水器が用いられていることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の多軸型コンバインドサイクルプラント。
- 複数のガスタービンを有する多軸型コンバインドサイクルプラントの一軸のガスタービン・発電機の負荷が急に低下した場合に、負荷が急に低下した側のタービンバイパス弁を直ちに開動作することなく、負荷が低下した側の排ガスボイラの残熱により発生する過熱蒸気を蒸気タービン側に逃がし、上記蒸気タービン側に流れる過熱蒸気がほぼ0になった時点で、上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする多軸型コンバインドサイクルプラントの制御方法。
- 負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前後差圧が0近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする、請求項6記載の多軸型コンバインドサイクルプラントの制御方法。
- 負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の前に設置された逆止弁が閉になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする、請求項6記載の多軸型コンバインドサイクルプラントの制御方法。
- 負荷が急に低下した側の排ガスボイラのアイソレーション弁の上流側に設置された流量計が0近傍になった時点で、排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖指令を発生し、同時にタービンバイパス弁の開動作をするようにしたことを特徴とする、請求項6記載の多軸型コンバインドサイクルプラントの制御方法。
- 上記排ガスボイラのアイソレーション弁の閉鎖及びタービンバイパス弁の開動作を、高圧側より低圧側へ、順次行うことを特徴とする、請求項6乃至9のいずれかに記載の多軸型コンバインドサイクルプラントの制御方法。
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JP2012013070A (ja) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | General Electric Co <Ge> | 低圧蒸気タービンから熱を抽出する給水加熱器を備えたシステム |
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