JP2004068652A

JP2004068652A - コンバインドサイクル発電プラントおよびその起動方法

Info

Publication number: JP2004068652A
Application number: JP2002226553A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Okuno; 屋納　光一朗; Masahisa Fujimoto; 藤本　雅久
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】補助ボイラを要することなく補助蒸気を発生させることが可能なコンバインドサイクル発電プラントおよびその起動方法を提供する。
【解決手段】排熱回収ボイラ３０に設けたドリフトバーナ４５に着火して排熱回収ボイラ３０内部の排ガス流路に空気の流れを形成し、続いて排熱回収ボイラ３０に設けた第１から第４の補助燃焼バーナ４６，４７，４８，４９に着火して蒸気を発生させた後、これら補助燃焼バーナ４６，４７，４８，４９の熱で発生させた蒸気の圧力を利用してガスタービン１０を起動する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排熱回収方式を採用したコンバインドサイクル発電プラントおよびその起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンバインドサイクル発電プラントの発電方式としては、ガスタービンで仕事をした後の排ガスを排熱回収ボイラ（Ｈ．Ｒ．Ｓ．Ｇ．）に導き、その排熱を利用して蒸気を発生させ、その蒸気を利用して蒸気タービンを駆動する、いわゆる排熱回収方式が一般的であり、実際の導入例も数多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のコンバインドサイクル発電プラントにおいては、プラント起動前および停止中に、蒸気タービンのグランドシール用、復水器の真空上昇もしくは真空保持用として必要な蒸気を発生させる補助ボイラを設けるのが一般的である。ただし、補助ボイラとはいえ、大規模発電用のプラントにおいてはそれに比例して大型のものが必要となり、設備の建設にかかるコストは安価とはいい難い。
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、補助ボイラを要することなく補助蒸気を発生させることが可能なコンバインドサイクル発電プラントおよびその起動方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために次のような構成のコンバインドサイクル発電プラントおよびその起動方法を採用する。
すなわち本発明の請求項１に記載したコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンの排ガスが保有する熱を利用して蒸気タービン駆動用の蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えるコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記排熱回収ボイラ内部の排ガス流路に空気の流れを形成する空気流形成用バーナと、前記排ガス流路を流れる気体を加熱する補助燃焼バーナとを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の請求項２に記載したコンバインドサイクル発電プラントの起動方法は、排熱回収ボイラに設けた空気流形成用バーナに着火して前記排熱回収ボイラ内部の排ガス流路に空気の流れを形成し、続いて前記排熱回収ボイラに設けた補助燃焼バーナに着火することにより、プラント起動時に必要な蒸気を発生させることを特徴とする
。
【０００７】
本発明の請求項３に記載したコンバインドサイクル発電プラントの起動方法は、請求項２に記載したコンバインドサイクル発電プラントの起動方法において、前記補助燃焼バーナの熱で発生させた蒸気を前記蒸気タービンに導いて前記ガスタービンを起動することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の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図１を参照して説明する。
図１には、排熱回収方式を採用した１軸型のコンバインドサイクル発電プラントを示す。図に示すように、この１軸型のコンバインドサイクル発電プラントは、主要な構成要素として、発電機１と、ガスタービン１０と、蒸気タービン２０と、排熱回収ボイラ３０と、復水器６０とを備えている。
【０００９】
ガスタービン１０には、空気圧縮機１１と、燃焼器１２と、タービン１３とが具備されている。蒸気タービン２０には、高圧、中圧、低圧の３つのタービン２１，２２，２３が具備されている。ガスタービン１０と蒸気タービン２０とは、発電機１に接続された主軸２を共有し、ガスタービン１０においては燃焼ガスがタービン１３に対してなす仕事、蒸気タービン２０においては蒸気が各タービン２１，２２，２３に対してなす仕事をともに主軸２の回転力として取り出して空気圧縮機１１および発電機１を駆動するしくみとなっている。
【００１０】
排熱回収ボイラ３０には、ガスタービン１０において発生した排ガスの流路をなす筐体３０ａの内部に、高圧、中圧、低圧の３つの蒸発器３１，３２，３３が、排ガスの流れる方向に沿って順に設置されている。各蒸発器３１，３２，３３には、それぞれ高圧、中圧、低圧の３つのドラム３４，３５，３６が併設されている。
【００１１】
高圧蒸発器３１よりも排ガスの流れ方向の上流側には、高圧ドラム３４から導出される高圧蒸気を過熱する一次、二次の２つの高圧過熱器３７ａ，３７ｂと、高圧タービン２１に対して仕事をした蒸気を再加熱する一次、二次の２つの再熱器３８ａ，３８ｂとが設置されている。
【００１２】
高圧蒸発器３１と中圧蒸発器３２との間には、中圧ドラム３５から導出される中圧蒸気を過熱する中圧過熱器３９と、低圧ドラム３６から導出される低圧蒸気を過熱する低圧過熱器４０とが設置されている。
【００１３】
排熱回収ボイラ３０には、低圧蒸発器３３よりも排ガスの流れ方向の下流側に、筐体３０ａの内部に構成される排ガス流路に空気の流れを形成するドリフトバーナ（空気流形成用バーナ）４５が設置されている。
【００１４】
一次、二次の高圧過熱器３７ａ，３７ｂおよび一次、二次の再熱器３８ａ，３８ｂよりも排ガスの流れ方向の上流側には、排ガス流路を流れる気体を加熱する第１の補助燃焼バーナ４６が設けられている。さらに、高圧蒸発器３１よりも上流側には第２の補助燃焼バーナ４７が、中圧蒸発器３２よりも上流側には第３の補助燃焼バーナ４８が、低圧蒸発器３３よりも上流側には第４の補助燃焼バーナ４９がそれぞれ設けられている。
【００１５】
一次、二次の高圧過熱器３７ａ，３７ｂにおいて過熱された蒸気を高圧タービン２１に供給する蒸気経路５０には、蒸気の一部を中圧ドラム３５に供給する分岐蒸気経路５１が設けられている。また、一次、二次の再熱器３８ａ，３８ｂにおいて再加熱された蒸気を中圧タービン３２に供給する蒸気経路５２には、再加熱された蒸気の一部を低圧ドラム３６に供給する分岐蒸気経路５３が設けられている。
【００１６】
続いて、上記のような構成のコンバインドサイクル発電プラントにおける起動の仕方、および定常な状態からの停止の仕方について説明する。
まず、主軸２がターニング回転（２〜３ｒｅｖ／ｍｉｎ）している状態から、ドリフトバーナ４１に着火する。ドリフトバーナ４５に着火すると、煙突効果によって排熱回収ボイラ３０内部の排ガス流路に空気の流れが生じる。また、ドリフトバーナ４５の着火に前後して給水ポンプ６１を起動させ、復水器６０から排熱回収ボイラ３０の高圧、中圧、低圧の各ドラム３４，３５，３６に給水を開始する。
【００１７】
排熱回収ボイラ３０内部に空気の流れが生じたことを確認したら、第１から第４の補助燃焼バーナ４６，４７，４８，４９に着火する。各補助燃焼バーナ４６，４７，４８，４９に着火したことで排熱回収ボイラ３０内部を流れる空気（燃焼ガス）の温度が上昇したら、ドリフトバーナ４５の火力を徐々に弱めて停止させる。
【００１８】
排熱回収ボイラ３０内部を流れる空気（燃焼ガス）の温度が上昇することで、高圧、中圧、低圧の各ドラム３４，３５，３６のそれぞれに併設された高圧、中圧、低圧の各蒸発器３１，３２，３３において蒸気が発生する。
高圧蒸発器３１において発生した蒸気は、高圧ドラム３４から押し出され、一次、二次の高圧過熱器３７ａ，３７ｂにおいて過熱された後、一部を除いて高圧タービン２１に配送されるが、この時点では蒸気タービン２０を起動させていないので、高圧タービンバイパス弁６４を開くことによって高圧タービン２１をバイパスし、排熱回収ボイラ３０に戻される。高圧タービン２１に配送されなかった蒸気は、分岐蒸気経路５１を通じて中圧ドラム３５に戻され、中圧ドラム３５内部で生成される蒸気の昇圧に寄与する。
【００１９】
中圧蒸発器３２において発生した蒸気は、中圧ドラム３５から押し出され、中圧過熱器３９において過熱された後、高圧タービン２１をバイパスして排熱回収ボイラ３０に戻された蒸気とともに一次、二次の再熱器３８ａ，３８ｂにおいて再加熱される。一次、二次の再熱器３８ａ，３８ｂにおいて再加熱された蒸気は、一部を除いて中圧タービン２２に配送されるが、やはりこの時点では蒸気タービン２０を起動させていないので、中圧タービンバイパス弁６５を開くことによって中圧タービン２２をバイパスされ、復水器６０に戻される。中圧タービン２２に配送されなかった蒸気は、分岐蒸気経路５３を通じて低圧ドラム３６に戻され、低圧ドラム３６内部で生成される蒸気の昇圧に寄与する。
【００２０】
低圧蒸発器３３において発生した蒸気は、低圧ドラム３６から押し出され、低圧過熱器４０において過熱され、低圧タービン２３に配送されるが、やはりこの時点では蒸気タービン２０を起動させていないので、低圧タービンバイパス弁６６を開くことによって低圧タービン２３をバイパスし、復水器６０に戻される。
【００２１】
復水器６０と排熱回収ボイラ３０との間で給水／復水系統が確立し、中圧ドラム３５、低圧ドラム３６のそれぞれにおいて十分な蒸気圧力が確保できたら、高圧タービン２１をバイパスした蒸気の一部を抽出し、これを補助蒸気として利用して蒸気タービン２０のグランドシールを開始し、次いで復水器６０の真空上昇を開始する。真空上昇を進める間に、各部の予熱を行う。
【００２２】
復水器６０の真空上昇が完了したら、中圧タービン加減弁７０を開き、中圧タービンバイパス弁６５を調整して中圧タービン２２に蒸気を供給することによって主軸２に回転力を与え、ガスタービン１０を着火させることが可能な回転速度にまで昇速する。ところで、主軸２の回転数を高めるとガスタービン１０の空気圧縮機１１およびタービン１３が空気を搬送する作用を生み、排熱回収ボイラ３０内部を流れる空気の流量が増加し、排熱回収ボイラ３０内部の温度が低下して蒸気の生成量が低下する可能性がある。これに対しては、高圧、中圧の２つのドラム３４，３５の設定圧力および排熱回収ボイラ３０自体の保有熱量を高くすることで回避可能である。
【００２３】
主軸２の回転速度が、ガスタービン１０を着火させるに足る速度にまで達したら、中圧タービン加減弁７０を全閉として中圧タービンへの蒸気の供給を断ち、ガスタービン１０のパージを行ってから燃焼器１２に着火してガスタービン１０の着火操作を実行する。なお、ガスタービン１０の昇速、着火前にドリフトバーナ４５および第１から第４の補助燃焼バーナ４６，４７，４８，４９によりガスタービン１０の燃焼器１２およびタービン１３には十分な量の空気が流れているので、上記のパージ操作は省略することも可能である。
【００２４】
ガスタービン１０の着火が完了したら、排熱回収ボイラ３０がガスタービン１０の起動に必要な蒸気を発生できるよう、ガスタービン１０の排ガス温度を定格温度近くにまで昇温制御する。また、各タービンバイパス弁６４，６５、６６、分岐経路弁６７，６８、および各タービン加減弁６９，７０，７１等を操作し、蒸気タービン２０に供給する蒸気を調整する。なお、ガスタービン１０の着火速度からの昇速には起動装置の助けが必要であるが、この場合は蒸気タービン２０（主に中圧タービン２２および低圧タービン２３）が起動装置の役割を担うこととなる。
【００２５】
ガスタービン１０の排ガス温度が昇温したら、第１から第４の補助燃焼バーナ４６，４７，４８，４９を順次停止させる。以上で一軸を共有するガスタービン１０および蒸気タービン２０は定格速度に到達する。この後の発電機の系統併入、負荷増加等の操作は基本的に従来のコンバインドサイクル発電プラントと変わるところはない。
【００２６】
コンバインドサイクル発電プラントを停止させるには、燃焼器１２への燃料投入を停止するのに前後して、第１から第４の補助燃焼バーナ４６，４７，４８，４９に着火する。第１から第４の補助燃焼バーナ４６，４７，４８，４９に着火することで、ガスタービン１０が停止して高温の排ガスが排熱回収ボイラ３０に供給されなくなっても、排熱回収ボイラ３０内部を流れる空気（燃焼ガス）の温度が急激に低下することはない。したがって、排熱回収ボイラ３０は、ガスタービン１０が停止してもしばらくの間は蒸気を発生させることが可能であり、燃焼器１２等への冷却用蒸気の供給断や、蒸気タービン２０の蒸気によるグランドシールが維持される。
【００２７】
排熱回収ボイラ３０にドリフトバーナ４５、および第１から第４の補助燃焼バーナ４６，４７，４８，４９を設け、上記の手順に従って蒸気を発生させることにより、従来のような補助ボイラがなくても補助蒸気を得てコンバインドサイクル発電プラントを起動させることが可能になるので、その分設備コストを安価に抑えることができる。
【００２８】
しかも、第１から第４の補助燃焼バーナ４６，４７，４８，４９の熱で発生させた蒸気を蒸気タービン２０に供給して主軸２に回転力を与えることにより、従来のような起動装置がなくても蒸気タービン２０がその役割を担い、ガスタービン１０を起動させることが可能になるので、これによっても設備コストが安価に抑えられる。
また、補助ボイラや起動装置をもたないので、プラント自体のメインテナンス性、安全性が向上する。
【００２９】
さらに今後の可能性として、このようにしてガスタービン１０の起動力が得られれば、プラント起動時に外部から大電力の供給を受けなくても、自家発電程度の小電力だけでコンバインドサイクル発電プラントを起動させることが可能になる。
【００３０】
なお、本実施形態においては、排熱回収ボイラ３０内部の低圧蒸発器３３よりも排ガスの流れ方向の下流側にドリフトバーナ４５を配置したが、本発明においては、排熱回収ボイラ内部の排ガス流路に空気の流れを形成することが可能であれば、空気流形成用バーナの配置は上記位置に限らない。
【００３１】
また、本実施形態においては、第１から第４の補助燃焼バーナ４６，４７，４８，４９を設けたが、本発明においては、排ガス流路を流れる気体を加熱するのに必要十分な火力を得ることが可能であれば、これら４つの補助燃焼バーナすべてを備える必要はない。
【００３２】
本実施形態においては、第１から第４の補助燃焼バーナ４６，４７，４８，４９の熱で発生させた蒸気を蒸気タービン２０に供給して主軸２に回転力を与えることによってガスタービン１０を起動させているが、従来のように起動装置を設けてガスタービン１０を起動させてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、排熱回収ボイラに設けた空気流形成用バーナに着火して排熱回収ボイラ内部の排ガス流路に空気の流れを形成し、続いて排熱回収ボイラに設けた補助燃焼バーナに着火して蒸気を発生させた後、ガスタービンの回転を開始することにより、従来のような補助ボイラがなくても補助蒸気を得てコンバインドサイクル発電プラントを起動させることが可能になるので、その分設備コストを安価に抑えることができる。
【００３４】
本発明によれば、補助燃焼バーナの熱で発生させた蒸気の圧力を利用してガスタービンを起動することにより、従来のような起動装置がなくてもガスタービンを起動させることが可能になるので、これによっても設備コストが安価に抑えられる。
【００３５】
また、本発明によれば、補助ボイラや起動装置をもたないので、プラント自体のメインテナンス性、安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、排熱回収方式を採用した１軸型のコンバインドサイクル発電プラントを示す概要図である。
【符号の説明】
１　　　発電機
２　　　主軸
１０　　ガスタービン
２０　　蒸気タービン
３０　　排熱回収ボイラ
４５　　ドリフトバーナ（空気流形成用バーナ）
４６，４７，４８，４９　第１から第４の補助燃焼バーナ
６０　　復水器

Claims

ガスタービンの排ガスが保有する熱を利用して蒸気タービン駆動用の蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えるコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記排熱回収ボイラ内部の排ガス流路に空気の流れを形成する空気流形成用バーナと、前記排ガス流路を流れる気体を加熱する補助燃焼バーナとを備えることを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
排熱回収ボイラに設けた空気流形成用バーナに着火して前記排熱回収ボイラ内部の排ガス流路に空気の流れを形成し、
続いて前記排熱回収ボイラに設けた補助燃焼バーナに着火することにより、プラント起動時に必要な蒸気を発生させることを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントの起動方法。
前記補助燃焼バーナの熱で発生させた蒸気を前記蒸気タービンに導いて前記ガスタービンを起動することを特徴とする請求項２記載のコンバインドサイクル発電プラントの起動方法。