JP2013245604A - ガスタービン高温部の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービン出力の変動に迅速に応答してガスタービン高温部の冷却量を調節し、タービンの回転部と静止部との間のクリアランスの管理範囲からの一時的な逸脱を防止しうるガスタービン高温部の冷却システムを提供する。
【解決手段】ガスタービン高温部の冷却システム３０は、ガスタービン２の高温部の冷却に用いられる冷媒を排熱回収ボイラ２０への給水との熱交換によって冷却するクーラ３１と、クーラ３１への給水の供給量を調節する流量調節弁（３７，３９）と、ガスタービン２の出力に応じて決定される前記供給量の目標値に、ガスタービン２の出力に対するガスタービン高温部の冷却量の応答性に応じて決定される補正値を加算して前記供給量の設定値を求め、該設定値に基づいて流量調節弁（３７，３９）を制御するコントローラ５０とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、コンバインドサイクル発電プラントに用いられるガスタービン高温部の冷却システムに関する。なお、ガスタービン高温部とは、例えば、ガスタービンの動静翼、ロータ等を指す。

コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービン及び蒸気タービンを組み合わせたプラントであり、高い発電効率を達成しうる発電方式として知られている。この発電プラントは、ガスタービンからの高温排ガスの排熱を利用して排熱回収ボイラで蒸気を生成し、この蒸気によって蒸気タービンを駆動するようになっている。

ここで、ガスタービンの出力に応じてタービン温度が変化すると、タービンの回転部（タービン動翼等）と静止部（ケーシング等）との間のクリアランスが変動してしまう。タービンの回転部と静止部とのクリアランスは、大きすぎると燃焼ガスの漏れに起因する効率低下を招き、小さすぎると回転部と静止部の接触のリスクが高まる。よって、ガスタービンの出力にかかわらずタービンの回転部と静止部との間の上記クリアランスを適切な範囲内に維持するため、タービン温度を設定温度に制御する必要がある。

そこで、排熱回収ボイラへの給水との熱交換により冷媒を冷却し、該冷媒を用いて、ガスタービンの高温部を冷却するようにしたコンバインドサイクル発電プラントが知られている（特許文献１及び２参照）。このように、ガスタービン高温部の冷却用の冷媒を排熱回収ボイラへの給水とクーラにて熱交換させることで、ガスタービン高温部の冷却を効果的に行うとともに、給水への熱回収によりプラント全体の熱効率を改善することができる。
なお、特許文献１には、ガスタービンの圧縮機の途中から抽気された圧縮空気をガスタービン高温部の冷却用の冷媒として用いることが記載されている。

特許第３７１６１８８号公報 特開２０００−２２７０３１号

ところで、ガスタービンの高温部を適切に冷却するためには、ガスタービンの出力が高いほど、ガスタービン高温部の冷却用の冷媒をより多くの給水と熱交換させることが望まれる。そのため、ガスタービン出力に応じて決まるクーラを通過する給水流量の目標値と、流量計によるクーラを通過する給水流量の検出値との偏差に基づいて、給水流量をフィードバック制御することが考えられる。

しかしながら、本発明者らは、鋭意検討の結果、上述の手法によりクーラを通過する給水流量を制御した場合、ガスタービン出力に対するガスタービン高温部の冷却量（ガスタービン高温部と冷媒との熱交換量）の応答性が低いために、タービンの回転部と静止部との間のクリアランスが一時的に管理範囲を逸脱しうるとの知見を得た。
なお、ガスタービン出力に対してガスタービン高温部と冷媒との熱交換量が遅れるのは、次のような理由によると考えられる。すなわち、ガスタービン出力が変動すると、これに伴ってクーラを通過する給水流量の目標値が更新される。この新たな給水流量の目標値と、流量計によるクーラを通過する給水流量の検出値との偏差に基づくフィードバック制御によって、クーラにおける給水流量を調節するための流量調節弁の開度が変更され、クーラにおける給水流量が変化する。ところが、クーラにおける給水流量が変化しても、流量が変更された給水と冷媒とのクーラにおける熱交換によって、冷媒温度が実際に変化するまでの熱伝達の過程を経なければ、クーラへの給水供給量の変更の影響がガスタービン高温部の冷却量の変化として表れることがない。よって、上記クーラにおける熱伝達の過程が主な原因となり、ガスタービンの出力に対して、ガスタービン高温部と冷媒との熱交換量（冷却量）は遅れを持って追従することになると考えられる。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ガスタービン出力の変動に迅速に応答してガスタービン高温部の冷却量を調節し、タービンの回転部と静止部との間のクリアランスの管理範囲からの一時的な逸脱を防止しうるガスタービン高温部の冷却システムを提供することを目的とする。

本発明に係るガスタービン高温部の冷却システムは、ガスタービンの排熱を利用して排熱回収ボイラにおいて給水を加熱して蒸気を生成し、該蒸気によって蒸気タービンを駆動するコンバインドサイクル発電プラントに用いられるガスタービン高温部の冷却システムであって、前記ガスタービンの高温部の冷却に用いられる冷媒を前記給水との熱交換によって冷却するクーラと、前記クーラへの前記給水の供給量を調節する流量調節弁と、前記ガスタービンの出力に応じて決定される前記供給量の目標値に、前記ガスタービンの前記出力に対する前記ガスタービン高温部の冷却量の応答性に応じて決定される補正値を加算して前記供給量の設定値を求め、該設定値に基づいて前記流量調節弁を制御するコントローラとを備えることを特徴とする。

このガスタービン高温部の冷却システムでは、ガスタービン出力に応じて決定される給水供給量の目標値に、ガスタービン出力に対するガスタービン高温部の冷却量の応答性に応じて決定される補正値を加算して給水供給量の設定値を求め、該設定値に基づいて流量調節弁を制御するようになっている。そのため、ガスタービン出力に変動が生じても、補正値の加算により先行的に給水供給量の調節が行われるため、ガスタービン出力の変動に迅速に応答してガスタービン高温部の冷却量を調節することができる。よって、タービンの回転部と静止部とのクリアランスの管理範囲からの一時的な逸脱を防止することができる。

上記ガスタービン高温部の冷却システムにおいて、前記コントローラは、前記ガスタービンによって駆動される発電機の電力系統に対する併入及び解列時に、前記補正値の加算を無効化し、前記補正値が加算されていない前記目標値を前記設定値として用い、前記流量調節弁の制御を行ってもよい。
電力系統に対する発電機の併入及び解列時に、ガスタービンの負荷は不安定であり、大きく急激に変動する。そのため、このような場合においても給水供給量の目標値への補正値の加算を行えば、補正値の加算が外乱となって、ガスタービン高温部の冷却量の適切な制御が却って妨げられるおそれがある。そこで、上述のように、発電機の併入及び解列時に、給水冷却量の目標値への補正値の加算を無効化し、補正値が加算されていない目標値を給水冷却量の設定値として用いることで、発電機の併入及び解列時においてもガスタービン高温部の冷却量を適切に制御できる。

発電機の併入及び解列時に補正値の加算を無効化する場合、前記コントローラは、前記ガスタービンの前記出力に一次遅れ処理を施す一次遅れ要素と、前記ガスタービンの前記出力と、前記一次遅れ処理が施された前記出力との偏差に基づいて前記補正値を決定し、該補正値を前記目標値に加算して前記設定値とする先行制御部と、前記供給量の検出値と前記設定値との偏差に基づいて、前記流量調節弁の開度をフィードバック制御するフィードバック制御部と、前記発電機と前記電力系統との間に設けられた遮断器の開閉信号に基づいて、前記一次遅れ要素をオフにして、前記先行制御部による前記補正値の加算を無効化する先行制御無効化部とを含んでいてもよい。
これにより、一次遅れ要素、先行制御部、フィードバック制御部及び先行制御無効化部という簡単な構成で、ガスタービンの状態（発電機の併入及び解列時であるか否か）に応じて、給水冷却量の目標値への補正値の加算の有無を切り換えて、ガスタービン高温部の冷却量を適切に制御できる。

また、この場合、前記先行制御無効化部は、前記遮断器の開閉信号を受け取ってから所定の期間、前記一次遅れ要素をオフにしてもよい。
これにより、コントローラの構成を複雑化することなく、遮断器の開閉信号を受け取った後のガスタービン負荷が不安定である所定期間（発電機の併入又は解列後の所定の期間）、一次遅れ要素をオフにして、給水供給量の目標値への補正値の加算を無効化できる。

本発明によれば、ガスタービン出力に応じて決定される給水供給量の目標値に、ガスタービン出力に対するガスタービン高温部の冷却量の応答性に応じて決定される補正値を加算するようにしたので、ガスタービン出力に変動が生じても、補正値の加算により先行的に給水供給量の調節が行われるため、ガスタービン出力の変動に迅速に応答してガスタービン高温部の冷却量を調節することができる。よって、タービンの回転部と静止部とのクリアランスの管理範囲からの一時的な逸脱を防止することができる。

コンバインドサイクル発電プラントの全体構成例を示す図である。 空気圧縮機からの圧縮空気の一部を冷却する冷却システムの詳細例を示す図である。 流量調節弁（回収弁又はダンプ弁）の開度制御を行う際のコントローラの制御ロジックを示すブロック図である。 先行制御部による補正値の加算の技術的意義を説明するための図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、コンバインドサイクル発電プラント（以下、発電プラントと称する）の全体構成例を示す図である。
同図に示すように、発電プラント１は、主として、ガスタービン２と、蒸気タービン１０と、排熱回収ボイラ２０と、ガスタービン高温部の冷却システム３０とを備えている。

発電プラント１は、ガスタービン２及び蒸気タービン１０のロータが共通である１軸型であってもよいし、ガスタービン２及び蒸気タービン１０のロータが互いに独立である多軸型であってもよい。なお、図１には、１軸型の発電プラント１を示した。

ガスタービン２及び蒸気タービン１０のロータには、発電機８が連結されている。そして、ガスタービン２及び蒸気タービン１０のロータが回転することで、発電機８が駆動されて電力が生成されるようになっている。なお、発電機８の電気的出力は電力量計３５によって計測される。電力量計３５の計測結果は後述のコントローラ５０に送られ、流量調節弁（回収弁３７又はダンプ弁３９）の開度制御に用いられる。
また、発電機８は、遮断器３４を介して電力系統９に連系される。遮断器３４の開閉信号は、コントローラ５０に送られ、流量調節弁（回収弁３７又はダンプ弁３９）の開度制御に用いられる。

ガスタービン２は、空気圧縮機３、タービン４及び燃焼器５を有している。空気圧縮機３は、大気を吸入して圧縮し、燃焼器５に供給する。燃焼器５では、空気圧縮機３から供給された圧縮空気を燃焼用空気として用い、燃料ガスを燃焼させる。燃焼器５における燃焼によって生成された燃焼ガスは、タービン４に供給され、タービン４を駆動する。タービン４を通過した後の燃焼ガス（排ガス）は、排熱回収ボイラ２０に導かれて、排熱回収ボイラ２０における蒸気生成用熱源として利用された後に排気される。
なお、空気圧縮機３で生成される圧縮空気の一部は、空気圧縮機３の途中で抽気され、後述する冷却システム３０におけるＴＣＡクーラ３１によって冷却されてタービン冷却空気とされ、タービン４の高温部（例えば動静翼やロータ）の冷却に用いられる。

排熱回収ボイラ２０内には、低圧節炭器２７、中圧節炭器２８、高圧節炭器２９、低圧蒸発器２４、中圧蒸発器２５及び高圧蒸発器２６が配置されている。低圧蒸発器２４には低圧ドラム２１が付属されている。中圧蒸発器２５には中圧ドラム２２が付属されている。高圧蒸発器２６には高圧ドラム２３が付属されている。

蒸気タービン１０は、高圧タービン１１、中圧タービン１２及び低圧タービン１３を備えている。高圧タービン１１には、高圧ドラム２３からの飽和蒸気を排熱回収ボイラ２０内の高圧過熱器（不図示）で過熱した高圧蒸気が供給される。高圧タービン１１に供給された高圧蒸気は、高圧タービン１１で仕事をした後、排熱回収ボイラ２０内の再熱器（不図示）に送られる。

排熱回収ボイラ２０の再熱器には、高圧タービン１１で仕事をした後の高圧蒸気（再熱前の低温蒸気）に加えて、中圧ドラム２２からの飽和蒸気を排熱回収ボイラ２０内の中圧過熱器（不図示）で過熱した蒸気も供給される。そして、再熱器で昇温された蒸気は、再熱蒸気として、中圧タービン１２に供給される。中圧タービン１２に供給された再熱蒸気は、中圧タービン１２で仕事をした後、低圧タービン１３に供給される。

低圧タービン１３には、中圧タービン１２で仕事をした後の再熱蒸気に加えて、低圧ドラム２１からの飽和蒸気を排熱回収ボイラ２０内の低圧過熱器（不図示）で過熱した蒸気も供給される。

低圧タービン１３からの排気は、復水器１５に導かれて復水される。復水器１５で生成された水は、低圧給水ポンプ１６により、低圧節炭器２７に導入される。低圧節炭器２７を通過した水は、一部が低圧ドラム２１に給水され、残りは高中圧給水ポンプ１７に導かれる。高中圧給水ポンプ１７は、高圧節炭器２９を介して高圧給水を高圧ドラム２３に供給するとともに、中圧節炭器２８を介して中圧給水を中圧ドラム２２に供給する。高圧ドラム２３、中圧ドラム２２及び低圧ドラム２１に導かれた給水は、それぞれ、高圧蒸発器２６、中圧蒸発器２５及び低圧蒸発器２４においてタービン４からの排ガスと熱交換されて蒸発し、各ドラム（２３，２２，２１）に飽和蒸気として溜まるようになっている。

さらに、発電プラント１には、空気圧縮機３からの圧縮空気の一部を冷却してタービン冷却空気（「冷媒」に相当）とする冷却システム３０が設けられている。図２は、冷却システム３０の詳細例を示す図である。
同図に示すように、冷却システム３０は、高中圧給水ポンプ１７と高圧ドラム２３との間において、ＥＣＯ側給水ライン３２とクーラ側給水ライン４２とを有している。ＥＣＯ側給水ライン３２は、ＴＣＡクーラ３１の上流側の分岐点Ａにおいてクーラ側給水ライン４２から分岐し、回収弁３７よりも下流側の合流点Ｂにおいてクーラ側給水ライン４２と合流する。
なお、ＥＣＯ側給水ライン３２には、排熱回収ボイラ２０の高圧節炭器２９が設けられている。

クーラ側給水ライン４２には、空気圧縮機３からの圧縮空気の一部（「冷媒」に相当）を冷却するＴＣＡクーラ３１（「クーラ」に相当）が設けられている。ＴＣＡクーラ３１では、空気圧縮機３からの圧縮空気の一部が、ＴＣＡクーラ３１内を流れる高圧給水との熱交換によって冷却されるようになっている。ＴＣＡクーラ３１で冷却された圧縮空気は、タービン冷却空気として、タービン４の高温部の冷却に用いられる。

クーラ側給水ライン４２のＴＣＡクーラ３１よりも下流側には、ＥＣＯ側給水ライン３２との合流点Ｂに向かって回収ライン３３が延びている。この回収ライン３３は、ＴＣＡクーラ３１を通過した後の高圧給水を回収して、高圧ドラム２３に送るための配管である。なお、回収ライン３３には、回収ライン３３を流れる高圧給水の流量を調節するための回収弁３７が設けられている。

また、ＴＣＡクーラ３１の下流側には、回収ライン３３とは別に、ＴＣＡクーラ３１を通過した後の高圧給水を復水器１５にダンプ（排出）するダンプライン３８が設けられている。このダンプライン３８には、ダンプライン３８を流れる高圧給水の流量を調節するためのダンプ弁３９が設けられている。

なお、ＴＣＡクーラ３１を通過する高圧給水の流量は、ＴＣＡクーラ３１の上流側に設けた流量計３６によって計測可能である。

上述のように回収ライン３３とは別にダンプライン３８を設けるのは、高圧ドラム２３が要求する高圧給水の流量と、ＴＣＡクーラ３１が要求する高圧給水の流量とが一致しない場合において、両者の要求を同時に満たすためである。
例えば、発電プラント１の起動時や低負荷運転時には排熱回収ボイラ２０における高圧給水の蒸発量が少ないため、この少ない蒸発量に応じて、高圧ドラム２３への高圧給水の供給量を減らす必要がある。一方、タービン４の高温部の冷却を確実に行うためには、ＴＣＡクーラ３１における高圧給水の流量をある程度は確保しなければならない。このような状況下では、回収弁３７の開度を小さくし、ダンプ弁３９の開度を大きくすることで、ＴＣＡクーラ３１がガスタービン高温部の冷却のために要求する高圧給水の流量を維持しながら、少ない蒸発量に見合った適量の高圧給水を高圧ドラム２３に供給することができる。逆に、発電プラント１の高負荷運転時には、回収弁３７の開度を大きくし、ダンプ弁３９の開度を小さくすることで、ＴＣＡクーラ３１が要求する高圧給水の流量を維持しながら、多い蒸発量に見合った適量の高圧給水を高圧ドラム２３に供給することができる。

回収ライン３３の回収弁３７及びダンプライン３８のダンプ弁３９は、コントローラ５０の制御下で開度が調節される。この際、回収弁３７及びダンプ弁３９の両方について、ＴＣＡクーラ３１を通過する高圧給水の流量（流量計３６による検出値）に基づくフィードバック制御を行ってもよい。
あるいは、回収弁３７及びダンプ弁３９の一方のみについてＴＣＡクーラ３１における高圧給水の流量（流量計３６による検出値）に基づくフィードバック制御を行い、回収弁３７及びダンプ弁３９の他方についてはガスタービン２の出力（電力量計３５による検出値）と弁開度との関係を示す関数を用いて制御を行ってもよい。このように、上記フィードバック制御の対象を回収弁３７とダンプ弁３９のいずれか一方のみとすることで、回収弁３７とダンプ弁３９の制御干渉を防止できる。なお、回収弁３７とダンプ弁３９の制御干渉とは、ＴＣＡクーラ３１を通過する高圧給水の流量という１つの制御因子に基づいて回収弁３７及びダンプ弁３９という２つの弁を制御する場合に各弁の開度制御が互いに干渉し合い、制御上の不都合が生じることをいう。

図３は、回収弁３７及びダンプ弁３９の少なくとも一方の弁（「流量調節弁」に相当）について上記フィードバック制御を行う際のコントローラ５０の制御ロジックを示すブロック図である。
同図に示すように、コントローラ５０は、主として、ガスタービン２の出力に応じてＴＣＡクーラ３１における高圧給水の流量の目標値を決定する関数発生器５２と、該目標値に先行制御用の補正値を加算して、ＴＣＡクーラ３１における高圧給水の流量の設定値を求める先行制御部６０と、該設定値と流量計３６の検出値との偏差に基づいて流量調節弁（回収弁３７及びダンプ弁３９の少なくとも一方の弁）を制御するフィードバック制御部５４とで構成してもよい。

関数発生器５２は、ガスタービン２の出力（電力量計３５による検出値）と、ＴＣＡクーラ３１における高圧給水の流量の目標値との関係を規定する関数を発生させ、ガスタービン２の出力に応じた上記目標値を決定する。

先行制御部６０は、ガスタービン２の出力（電力量計３５による検出値）に対するガスタービン２の高温部の冷却量の応答性に応じて、関数発生器５２により求めた上記目標値に加算すべき補正値を算出し、上記目標値と補正値との和をＴＣＡクーラ３１における高圧給水の流量の設定値とする。

図４は、先行制御部６０による補正値の加算の技術的意義を説明するための図である。
同図のグラフＧ１で示したように、時刻ｔ_１〜ｔ_２においてガスタービン出力が上昇する場合、ガスタービン２の高温部の温度を適切な範囲内に維持するために必要な冷却量もガスタービン出力に応じて増加する。ところが、関数発生器５２により決定されたＴＣＡクーラ３１における高圧給水の流量の目標値と、流量計３６の検出値との偏差に基づいて流量調節弁（回収弁３７及びダンプ弁３９の少なくとも一方の弁）をフィードバック制御部５４で制御しても、ガスタービン２の出力に対してガスタービン高温部の冷却量は遅れて追従する（図４のグラフＧ２参照）。そこで、先行制御部６０によって、ガスタービン２の出力（電力量計３５による検出値）に対するガスタービン２の高温部の冷却量の応答性に応じて決定される補正値を関数発生器５２により求めた上記目標値に加算して、ＴＣＡクーラ３１における高圧給水の流量の設定値を求める。

先行制御部６０は、図３に示すように、ガスタービン２の出力（電力量計３５による検出値）に対して一次遅れ処理を施す一次遅れ要素６２と、一次遅れ要素６２からの出力値とガスタービン２の出力（電力量計３５による検出値）の偏差を算出する減算器６４と、減算器６４からの出力値に応じた補正値を求めるための関数を発生させる関数発生器６６と、関数発生器６６により得られた補正値を関数発生器５２から出力された上記目標値に加算する加算器６８とにより構成してもよい。
なお、一次遅れ要素６２の時定数Ｔは、ガスタービン２の出力（電力量計３５による検出値）に対するガスタービン２の高温部の冷却量の応答性に応じて決定してもよい。例えば、ガスタービン２の出力のステップ状の入力に対するガスタービン２の高温部の冷却量の応答（ステップ応答）が、前記冷却量の最終的な変化量の約６３．２％に到達するまでの時間から一次遅れ要素６２の時定数Ｔを決定してもよい。

また、ガスタービン２の出力に対するガスタービン２の高温部の冷却量の応答性がむだ時間を含んでいる場合、一次遅れ要素６２とむだ時間要素との組み合わせからの出力値を減算器６４に入力し、関数発生器５２から出力された上記目標値に加算すべき補正値を関数発生器６６にて求めてもよい。

フィードバック制御部５４は、先行制御部６０で得られたＴＣＡクーラ３１における高圧給水の流量の設定値と、流量計３６による検出値との偏差を算出する減算器５６と、該偏差に基づいて流量調節弁（回収弁３７及びダンプ弁３９の少なくとも一方の弁）の弁開度指令値を算出する制御器５８とで構成してもよい。なお、制御器５８として、例えば図３に示すように、ＰＩ制御器を用いることができる。

ところで、電力系統９に対する発電機８の併入及び解列時に、ガスタービン２の負荷は不安定であり、急激に大きく変動する。そのため、このような場合においても先行制御部６０による上記目標値への補正値の加算を行えば、補正値の加算が外乱となって、ガスタービン２の高温部の冷却量の適切な制御が却って妨げられるおそれがある。
そこで、電力系統９に対する発電機８の併入及び解列時に、先行制御部６０による上記目標値への補正値の加算を無効化し、関数発生器５２から出力された上記目標値をそのままＴＣＡクーラ３１における高圧給水の流量の設定値として用い、流量調節弁（回収弁３７及びダンプ弁３９の少なくとも一方の弁）の開度制御を行ってもよい。

発電機８の併入及び解列時に先行制御部６０による補正値の加算を無効化する場合、コントローラ５０は、遮断器３４の開閉信号に基づいて一次遅れ要素６２をオフにする（言い換えると、一次遅れ要素６２の働きを無効化する）先行制御無効化部７０を備えていてもよい。先行制御無効化部７０は、図３に示すように、遮断器３４の開閉信号を受け取ってから所定時間経過するまでの間、シグナルジェネレータ７４から得たゼロの値を減算器６４に入力し、それ以外は一次遅れ要素６２からの出力値を減算器６４に入力する切換器７２を備えていてもよい。これにより、遮断器３４の開閉信号を受け取ってから所定時間経過するまでの間（ガスタービン２の出力が安定するまでの間）、先行制御部６０による補正値の加算を無効化して、発電機８の併入及び解列時においてもガスタービン２の高温部の冷却量を適切に制御できる。

以上説明したように、本実施形態では、ガスタービン２の出力に応じて関数発生器５２により決定されるＴＣＡクーラ３１への給水供給量の目標値に、ガスタービン２の出力に対するガスタービン高温部の冷却量の応答性に応じて関数発生器６６にて決定される補正値を加算してＴＣＡクーラ３１への給水供給量の設定値を求め、該設定値に基づいて流量調節弁（回収弁３７及びダンプ弁３９の少なくとも一方の弁）をフィードバック制御部５４により制御するようになっている。そのため、ガスタービン２の出力に変動が生じても、補正値の加算により先行的に給水供給量の調節が行われるため、ガスタービン２の出力の変動に迅速に応答してガスタービン高温部の冷却量を調節することができる。よって、タービン４の回転部と静止部とのクリアランスの管理範囲からの一時的な逸脱を防止し、該クリアランスを介した燃焼ガスの漏れを抑制して発電効率を高く維持するとともに、タービン４の回転部と静止部との接触を防止することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

例えば上述の実施形態では、空気圧縮機３から抽気した圧縮空気をＴＣＡクーラ３１にて冷却して、これをガスタービン２の高温部の冷却用の冷媒（タービン冷却空気）とする例について説明したが、ガスタービン２の高温部を冷却するための冷媒は、排熱回収ボイラへの給水との熱交換によって冷却された媒体であれば特に限定されず、例えば蒸気タービン１０を駆動するための蒸気であってもよい。

また上述の実施形態では、回収ライン３３の回収弁３７及びダンプライン３８のダンプ弁３９の少なくとも一方の弁（「流量調節弁」に相当）をコントローラ５０によって図３に示すロジックにて開度制御する例について説明したが、図３に示すロジックによる開度制御の対象は、クーラ（ＴＣＡクーラ３１）への給水供給量を調節可能であれば特に限定されない。例えば、ダンプライン３８を有しない発電プラント１の場合、回収弁３７を図３に示すロジックで開度制御してもよい。また、流量調節弁が設けられる位置も特に限定されず、例えば流量調節弁をクーラ（ＴＣＡクーラ３１）の上流側に設けてもよい。

さらに上述の実施形態では、高中圧給水ポンプ１７によってクーラ（ＴＣＡクーラ３１）に供給される高圧給水と、空気圧縮機３から抽気した圧縮空気（「冷媒」に相当）とを熱交換させる例について説明したが、ガスタービン２の高温部の冷却用の冷媒は排熱回収ボイラ２０への他の給水（低圧給水や中圧給水等）と熱交換させてもよい。

１ コンバインドサイクル発電プラント
２ ガスタービン
３ 空気圧縮機
４ タービン
５ 燃焼器
８ 発電機
９ 電力系統
１０ 蒸気タービン
１１ 高圧タービン
１２ 中圧タービン
１３ 低圧タービン
２０ 排熱回収ボイラ
２１ 低圧ドラム
２２ 中圧ドラム
２３ 高圧ドラム
２４ 低圧蒸発器
２５ 中圧蒸発器
２６ 高圧蒸発器
２７ 低圧節炭器
２８ 中圧節炭器
２９ 高圧節炭器
３０ 冷却システム
３１ ＴＣＡクーラ（クーラ）
３２ ＥＣＯ側給水ライン
３３ 回収ライン
３４ 遮断器
３５ 電力量計
３６ 流量計
３７ 回収弁
３８ ダンプライン
３９ ダンプ弁
４２ クーラ側給水ライン
５０ コントローラ
５２ 関数発生器
５４ フィードバック制御部
５６ 減算器
５８ ＰＩ制御器
６０ 先行制御部
６２ 一次遅れ要素
６４ 減算器
６６ 関数発生器
６８ 加算器
７０ 先行制御無効化部
７２ 切換器
７４ シグナルジェネレータ

Claims (4)

1. ガスタービンの排熱を利用して排熱回収ボイラにおいて給水を加熱して蒸気を生成し、該蒸気によって蒸気タービンを駆動するコンバインドサイクル発電プラントに用いられるガスタービン高温部の冷却システムであって、
   前記ガスタービンの高温部の冷却に用いられる冷媒を前記給水との熱交換によって冷却するクーラと、
   前記クーラへの前記給水の供給量を調節する流量調節弁と、
   前記ガスタービンの出力に応じて決定される前記供給量の目標値に、前記ガスタービンの前記出力に対する前記ガスタービン高温部の冷却量の応答性に応じて決定される補正値を加算して前記供給量の設定値を求め、該設定値に基づいて前記流量調節弁を制御するコントローラとを備えることを特徴とするガスタービン高温部の冷却システム。
2. 前記コントローラは、前記ガスタービンによって駆動される発電機の電力系統に対する併入及び解列時に、前記補正値の加算を無効化し、前記補正値が加算されていない前記目標値を前記設定値として用い、前記流量調節弁の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン高温部の冷却システム。
3. 前記コントローラは、
   前記ガスタービンの前記出力と、一次遅れ要素による一次遅れ処理が施された前記出力との偏差に基づいて前記補正値を決定し、該補正値を前記目標値に加算して前記設定値とする先行制御部と、
   前記供給量の検出値と前記設定値との偏差に基づいて、前記流量調節弁の開度をフィードバック制御するフィードバック制御部と、
   前記発電機と前記電力系統との間に設けられた遮断器の開閉信号に基づいて、前記一次遅れ要素をオフにして、前記先行制御部による前記補正値の加算を無効化する先行制御無効化部とを含むことを特徴とする請求項２に記載のガスタービン高温部の冷却システム。
4. 前記先行制御無効化部は、前記遮断器の開閉信号を受け取ってから所定の期間、前記一次遅れ要素をオフにすることを特徴とする請求項３に記載のガスタービン高温部の冷却システム。

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