JP2015227630A - プラント制御装置、及びプラント起動方法 - Google Patents

プラント制御装置、及びプラント起動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】コンバインドサイクル発電プラントの起動時間を短縮する。【解決手段】一の実施形態によれば、プラント制御装置は、ガスタービンと、前記ガスタービンから排出された排ガスから熱回収して蒸気を発生させる蒸発器と前記ガスタービンの排ガスと熱交換して前記蒸気を加熱して主蒸気を発生する熱交換器とを有する排熱回収ボイラと、前記熱交換器により発生された主蒸気により駆動される蒸気タービンと、を備えるコンバインドサイクル発電プラントを制御する。プラント制御装置は、前記ガスタービンに発電機を並列した後に、目標出力になるまで前記ガスタービンの出力を上昇させる制御部を有する。前記ガスタービンの排ガス温度が前記熱交換器の最高使用温度を超え、且つ前記蒸気がもたらす冷却効果により前記熱交換器の温度が前記熱交換器の最高使用温度以下となるように、前記目標出力は設定される。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、プラント制御装置、及びプラント起動方法に関する。
ガスタービンと、排熱回収ボイラと、蒸気タービンとを組み合わせて構成するコンバインドサイクル発電プラントが知られている。ここで、排熱回収ボイラは、ガスタービンの排ガスから熱回収して蒸気を生成する。蒸気タービンは、排熱回収ボイラが生成する蒸気により駆動される。
特許第３２８１１３０号公報
蒸気タービンの通気開始時期を早めるためには、ガスタービンの出力を従来よりも早い段階で上昇させて主蒸気温度を早く所定の温度にして通気を開始することにより、蒸気タービンを早期に起動することが考えられる。但し、排熱回収ボイラに内蔵される過熱器に代表される熱交換器は、最高使用温度が定められているので、熱交換器がこの最高使用温度を超えないようにする必要がある。
具体的には、排熱回収ボイラによる主蒸気の発生が充分にある場合は、熱交換器に供給される主蒸気が排ガスの熱を奪うので熱交換器が最高使用温度にならないため、ガスタービンの排ガスが最高使用温度を超えても問題ない。しかし、主蒸気の発生が極端に少ない段階では、ガスタービンの排ガスの熱を奪う主蒸気が少ないために、熱交換器が主蒸気により冷却されずに最高使用温度を超える、いわゆる熱交換器のから焚きの問題が生じる場合がある。
この問題を回避するため、蒸気タービンの通気前の暖気を行うガスタービンの出力を、ガスタービンの排ガス温度が排熱回収ボイラに内蔵される熱交換器の最高使用温度を超えない範囲で最も大きいガスタービン出力を選定するようにすることが考えられる。この場合、コンバインドサイクル発電プラントの起動時間は、このガスタービン出力に拘束されてそれ以上の起動短縮を行うことができない。
そこで本発明の実施形態は、コンバインドサイクル発電プラントの起動時間を短縮することを可能とするプラント制御装置、及びプラント起動方法を提供することを課題とする。
一の実施形態によれば、プラント制御装置は、ガスタービンと、前記ガスタービンから排出された排ガスから熱回収して蒸気を発生させる蒸発器と前記ガスタービンの排ガスと熱交換して前記蒸気を加熱して主蒸気を発生する熱交換器とを有する排熱回収ボイラと、前記熱交換器により発生された主蒸気により駆動される蒸気タービンと、を備えるコンバインドサイクル発電プラントを制御する。プラント制御装置は、前記ガスタービンに発電機を並列した後に、目標出力になるまで前記ガスタービンの出力を上昇させる制御部を備える。前記ガスタービンの排ガス温度が前記熱交換器の最高使用温度を超え、且つ前記主蒸気がもたらす冷却効果により前記熱交換器の温度が前記熱交換器の最高使用温度以下となるように、前記目標出力は設定される。
図１は、第１の実施形態におけるコンバインドサイクル発電プラント５００の構成を示す概略構成図である。 図２は、第１の実施形態におけるプラント制御装置５０１の構成を示す概略構成図である。 図３は、第１の実施形態に係るプラント起動方法を示すフローチャートである。 図４は、規定の発生流量Ｆ１のときのＧＴ排ガス温度と熱交換器温度の関係を示すグラフである。 図５は、第１の実施形態に係るプラント起動方法の起動チャートである。 図６は、比較例におけるコンバインドサイクル発電プラント６００の構成を示す概略構成図である。 図７は、ガスタービン出力とＧＴ排ガス温度の関係の一例を示すグラフである。 図８は、比較例に係るプラント起動方法を示すフローチャートである。 図９は、比較例に係るプラント起動方法の起動チャートである。
（比較例）
第１の実施形態について説明するために、まず比較例に係るコンバインドサイクル発電プラントについて説明する。
図６は、比較例におけるコンバインドサイクル発電プラント６００の構成を示す概略構成図である。なお、以下の説明中に使用される数値は、より容易な理解のために記載する一例である。
コンバインドサイクル発電プラント６００は、ガスタービン５０２と蒸気タービン５０３が別軸で構成される。
プラント制御装置６０１は、コンバインドサイクル発電プラント６００の運転及び制御を統括する。
（コンバインドサイクル発電プラント６００の構成について）
コンバインドサイクル発電プラント６００は、圧縮機５０７、圧縮機５０７と接続されたガスタービン（ＧＴ）５０２、及び回転軸がガスタービン５０２と接続された発電機５１７を備える。
また、コンバインドサイクル発電プラント６００には、圧縮機５０７からの空気とともに燃料５１６を燃焼させる燃焼器５０８が設けられている。燃料５１６の燃焼により生成された高温且つ高圧のガスが燃焼器５０８からガスタービン５０２へ供給され、ガスタービン５０２が駆動する。
燃焼器５０８に燃料５１６を供給する配管には、プラント制御装置６０１からの制御信号に基づいて開閉する燃料調節弁５０６が設けられている。燃料調節弁５０６の開度を調節することで、燃焼器５０８への燃料５１６の供給量を調節することができる。
更に、コンバインドサイクル発電プラント６００は、発電機５１７の出力を規定の時間間隔で検出し、発電機５１７の出力を示すＧＴ出力信号をプラント制御装置６０１へ供給するＧＴ出力センサＯＳを備える。
更に、コンバインドサイクル発電プラント６００は、ガスタービン（ＧＴ）５０２から排出されたＧＴ排ガスａの温度を規定の時間間隔で検出し、検出したＧＴ排ガスａの温度を示す排ガス温度信号をプラント制御装置６０１へ供給する排ガス温度センサＴＳ１を備える。
更に、コンバインドサイクル発電プラント６００は、ガスタービン５０２のＧＴ排ガスａから熱回収して蒸気を生成する排熱回収ボイラ５０４を備える。
更に、コンバインドサイクル発電プラント６００は、ＧＴ排ガスａから熱回収する蒸発器５０９、蒸発器５０９と接続されたドラム５１０、及び蒸気流入口がドラム５１０の蒸気排出口と配管で接続された熱交換器５１１を備える。ここで、熱交換器５１１は、例えば、過熱器である。
更に、コンバインドサイクル発電プラント６００は、蒸気流入口が熱交換器５１１の蒸気排出口と配管で接続された加減弁５０５を備える。加減弁５０５は、プラント制御装置６０１の制御に従って、熱交換器５１１から蒸気タービンへの主蒸気の流量を調節する。
更に、コンバインドサイクル発電プラント６００は、蒸気流入口が加減弁５０５の蒸気排出口と配管で接続された蒸気タービン５０３、及び回転軸が蒸気タービン５０３の回転軸と接続された発電機５２１を備える。
更に、コンバインドサイクル発電プラント６００は、蒸気流入口が熱交換器５１１の蒸気排出口と配管で接続されたタービンバイパス調節弁５１２を備える。タービンバイパス調節弁５１２は、プラント制御装置６０１の制御に従って、熱交換器５１１から復水器５１３への蒸気流量を調節する。
更に、コンバインドサイクル発電プラント６００は、蒸気流入口がタービンバイパス調節弁５１２の蒸気排出口と配管で接続され、もう１つの入力口が蒸気タービン５０３の排気口と配管で接続され、更に出口から出る水と海水の熱交換を行う復水器５１３を備える。蒸気タービン５０３から排出された排気蒸気ｄは復水器５１３に流入する。この復水器５１３は、蒸気タービンから排出された排気蒸気ｄを海水または空気により冷却する。 例えば、復水器５１３は、循環水ポンプ５１４により供給された海水を用いて、排気蒸気ｄを冷却する。
環境保全の側面から、コンバインドサイクル発電プラント６００は、脱硝装置を有する。
脱硝装置は、ガスタービンから排出された排ガスにアンモニアガスを混合し脱硝触媒によって排ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を分解除去する。ここで、脱硝装置は、アンモニア供給設備５１８と、アンモニア供給弁５１９と、脱硝触媒５２０と、触媒温度センサＴＳ４とを有する。
アンモニア供給設備５１８は、アンモニアガスｃを排出し、排出されたアンモニアガスｃは、アンモニア供給弁５１９を通って排熱回収ボイラ５０４へ供給される。排熱回収ボイラ５０４へ供給されたアンモニアガスｃはＧＴ排出ガスａと混合され、脱硝触媒５２０において排ガス中のＮＯｘと反応し、ＮＯｘが分解除去される。これにより、排熱回収ボイラ５０４から大気中に排出されるＮＯｘ流量が低減される。
触媒温度センサＴＳ４は、脱硝触媒５２０の温度を規定の時間間隔で検出し、検出した脱硝触媒５２０の温度を示す触媒温度信号をプラント制御装置６０１へ供給する。
（コンバインドサイクル発電プラント６００の運転について）
続いて、以上の構成を有するコンバインドサイクル発電プラント６００の運転について説明する。図６はガスタービン５０２が着火運転された後、加減弁５０５が全閉した状態のコンバインドサイクル発電プラント６００の運転状態を示している。ここで、一例として、燃料調節弁５０６は中間開度であり、タービンバイパス調節弁５１２は中間開度である。
ガスタービン５０２の燃料５１６は、燃料調節弁５０６より流入し、圧縮機５０７からの空気と共に燃焼器５０８で燃焼する。高温のＧＴ排ガスａは、排熱回収ボイラ５０４に流入して蒸発器５０９で熱回収され、ドラム５１０に蒸気が発生する。この発生蒸気は熱交換器５１１でＧＴ排ガスａと熱交換して更に過熱されて主蒸気ｂとなる。
しかし、蒸気タービン５０３の加減弁５０５は閉弁したままで蒸気タービン５０３の起動は未だ開始されない。これは、着火からの時間が経過していない時点では、主蒸気ｂの温度が不充分であり、加減弁５０５を開弁して主蒸気ｂを蒸気タービン５０３に入れることが許容されないからである。以下、主蒸気ｂを蒸気タービン５０３に入れることを通気と呼ぶ。
タービンバイパス調節弁５１２は、通気が許容されるまでの間、熱交換器５１１からの主蒸気ｂを圧力制御しながら開弁して復水器５１３に導く。復水器５１３には循環水ポンプ５１４より汲み上げられた海水５１５が供給されており、タービンバイパス調節弁５１２を経由してきた主蒸気ｂは復水器５１３内で海水５１５により冷却される。その結果、主蒸気ｂは凝結して復水となる一方、海水５１５は熱交換により温度上昇を伴って海に戻る。
本比較例及び後述の本実施形態では、図７に示すガスタービンの定格出力に対する出力の割合〔％〕とＧＴ排ガス温度の関係を有するケースを想定する。すなわち、ガスタービン５０２の排ガス温度の最高温度が６２０℃の特性を有し、それに対する熱交換器５１１の最高使用温度ＭａｘＴを５５０℃に設定するケースを想定する。
プラント制御装置６０１は、図８に示すプラント起動方法を実現するプログラムを予め記憶しており、このプログラムを読み出して実行する。
続いて、図８を用いて、比較例にかかるコンバインドサイクル発電プラント６００のプラント起動方法を説明する。図８は、比較例に係るプラント起動方法を示すフローチャートである。
最初にガスタービン５０２を起動すると（ステップＳ２０１）、まずパージ運転が行われ（ステップＳ２０２）、その着火及び昇速の過程（ステップＳ２０３）を経て無負荷定格回転数（Full Speed No Load：ＦＳＮＬ、以下、ガスタービンの回転数が無負荷定格回転数である状態をＦＳＮＬ状態と称する）に到達する（ステップＳ２０４）。この時点でガスタービン５０２から排出されるＧＴ排ガスａ中には燃焼に伴うＮＯｘを含む。しかし、この起動初期工程では未だに脱硝触媒の温度が低く、アンモニアガスｃを注入してもＮＯｘと反応するアンモニア量は極めて少量のため脱硝触媒効率が低い。このため、この時点からアンモニアガスｃの注入を行うことはできない。
そこで、特許文献１と同様に、ＦＳＮＬ状態における燃料５１６は比較的少量であり、従って排出されるＮＯｘ流量も少ないことに着目する。具体的には、ＦＳＮＬ状態に移行した後は、すぐに次のガスタービン発電機を並列する起動工程に入るのではなく、排熱回収ボイラ５０４及び脱硝触媒５２０の暖気運転のためにＦＳＮＬ状態を保持する。
この暖気のプロセスに言及すれば、ＧＴ排ガスａが排熱回収ボイラ５０４に流入すると、ＧＴ排ガスａが有する熱は、最初、脱硝触媒５２０より前方（図６では脱硝触媒５２０より左の方）に配置された蒸発器５０９や熱交換器５１１が熱回収して奪ってしまう。このため、脱硝触媒５２０にはなかなか熱が伝わらない。
ＦＳＮＬ状態を継続する間に、脱硝触媒５２０にまで熱が伝わるようになって、触媒温度センサＴＳ４の値は上昇を示し、本比較例では１時間程度のＦＳＮＬ状態を保持すると脱硝触媒効率が安定する温度である２５０℃まで脱硝触媒５２０は暖められる。
そこで、触媒温度センサＴＳ４が触媒温度を計測し（ステップＳ２０５）、触媒温度センサＴＳ４の計測値が２５０℃以上、すなわち脱硝触媒５２０の温度が２５０℃以上となった場合（Ｓ２０６ ＹＥＳ）、プラント制御装置６０１は、発電機５１７を並列する（ステップＳ２１０）。
なお、本プラント起動方法ではなく、脱硝触媒効率が低い状態で発電機５１７を並列させてガスタービン５０２の出力上昇を行った場合、アンモニアガスｃの注入がないまま多量の燃料５１６を燃焼することにより多量のＮＯｘが発生する。これは、環境保全上、許容し難い。
発電機５１７を並列した後、アンモニア供給弁５１９を開弁（ステップＳ２１１）する。それとともに、プラント制御装置６０１は、逆電力が発生するのを避けるため、初負荷にガスタービン出力を上昇させる（ステップＳ２１２）。この起動工程により、アンモニアガスｃはＧＴ排出ガスａ中に排出される。そして、アンモニアガスｃは脱硝触媒５２０において排ガス中のＮＯｘと反応し、ＮＯｘが分解除去される。
初負荷に到達したのち、加減弁５０５を開弁して蒸気タービン５０３に主蒸気を流入させる起動工程（既述の通気）に備えて、プラント制御装置６０１は、計測された第一段シェル内面メタル温度を取得し、それを記憶する（ステップＳ２１４）。この初負荷の時点では、主蒸気ｂの温度が不充分であり、蒸気タービン５０３の通気は許容されない。
そこで、主蒸気ｂの温度を、通気できる温度まで早く上げる主蒸気を暖める（以下、暖気という）目的で、プラント制御装置６０１は、ガスタービンの出力を、熱交換器５１１の最高使用温度を超えないＧＴ排ガス温度を与える出力まで上昇させる（ステップＳ２１５）。この段階では熱交換器５１１内には主蒸気の発生量が少ないため、ＧＴ排ガスの熱が主蒸気により奪われる熱量が少ないため熱交換器５１１のから焚きが起こりうるため、本比較例は熱交換器５１１のから焚きを回避する。すなわち、ＧＴ排ガス温度自体を熱交換器５１１の最高使用温度以上にならないように制御する。具体的には熱交換器５１１の最高使用温度５５０℃に５℃の余裕を見込んでＧＴ排ガス温度が５４５℃となるガスタービン出力が選ばれる。具体的には、図７の関係に照らし、熱交換器５１１の最高使用温度を超えないＧＴ排ガス温度を与える出力は、１０％である。
ガスタービン出力１０％を保持しながら急速に暖気を行い、主蒸気温度が第一段シェル内面メタル温度−２０℃まで上昇したとき、次の起動工程である主蒸気温度マッチング制御が開始される（ステップＳ２１８）。主蒸気温度マッチング制御において、ＧＴ排ガス温度目標値は第一段シェル内面メタル温度＋ΔＴで与えられる。ここで、ΔＴは予め決められた温度偏差である。
本比較例では、ＧＴ排ガス温度目標値が５３０℃となる一例を取り扱う。図８の関係に照らし、ＧＴ排ガス温度目標値はガスタービン出力５％である。すなわち、ガスタービン出力は１０％を保持しつつ主蒸気温度を急速に上昇させ、主蒸気温度が第一段シェル内面メタル温度−２０℃まで上昇したら、主蒸気温度マッチング制御（ステップＳ２１８）が開始し、この主蒸気温度マッチング制御によりガスタービン出力は５％に低減され、ＧＴ排ガス温度を目標値５３０℃に近づける制御を行う。
燃料供給を継続すると、時間経過に伴い主蒸気温度も次第に上昇し、次第に第一段シェル内面メタル温度に漸近する。プラント制御装置６０１は、第一段シェル内面メタル温度と主蒸気温度の偏差が±ε℃以内か否か判定する（ステップＳ２１９）。ここで、εは充分に小さい許容偏差である。そして第一段シェル内面メタル温度と主蒸気温度の偏差が±ε℃以内となった場合（ステップＳ２１９ ＹＥＳ）、プラント制御装置６０１は、加減弁５０５を開弁して蒸気タービン５０３の通気を開始する（ステップＳ２２０）。
以上、本比較例において、主蒸気ｂの温度を通気できる温度まで早く上げるように暖気を行う目的で、プラント制御装置６０１は、ガスタービンの出力を、熱交換器５１１の最高使用温度を超えないＧＴ排ガス温度を与える出力まで上昇させた。しかし、この場合、コンバインドサイクル発電プラントの起動時間は、この出力に拘束されてそれ以上の起動短縮を行うことができない。
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、比較例と比べて、更にコンバインドサイクル発電プラントの起動時間を短縮することを可能とするプラントプラント制御装置、及びプラント起動方法について説明する。以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
まず、本実施形態の概要について説明する。本実施形態は、次の二つの技術ポイントに着目し、これら二つの技術ポイントを融合した上に創出されたものである。
第１の技術ポイントは、特許文献１のプラント起動方法から抽出されたものである。特許文献１に提供されたプラント起動方法は、環境保全の観点で排熱回収ボイラから大気中に排出されるＮＯｘ流量を低減する運転方法を提供するものである。特許文献１のプラント起動方法において、コンバインドサイクル発電プラントの起動過程においてガスタービン発電機を並列してガスタービン負荷運転を行う前に、ガスタービンから排出されるＮＯｘ流量が少ないＦＳＮＬ状態を保持するような起動工程を設ける。
第１の技術ポイントは、このＦＳＮＬ状態の期間に脱硝触媒の温度を上昇させて充分な脱硝触媒効率を確保した後に、ガスタービン発電機を並列することである。
続いて、第２の技術ポイントについて説明する。排熱回収ボイラによる主蒸気の発生がある場合、主蒸気がこれら熱交換器５１１のチューブ内部から熱交換器５１１を冷却する効果を発揮する。よって、第２の技術ポイントは、ガスタービンの排ガス温度（以下、ＧＴ排ガス温度という）が熱交換器５１１の最高使用温度を超え、且つ主蒸気がもたらす冷却効果で熱交換器５１１が熱交換器５１１の最高使用温度以下になるように、ガスタービン出力を制御することである。
以下、排熱回収ボイラ５０４の熱交換器５１１と最高使用温度について詳述する。まず、排熱回収ボイラ５０４の熱交換器５１１は、代表的には過熱器や再熱器等のチューブ（伝熱管）である。これ以外にも、熱交換器５１１は、管寄せ、連絡配管等の諸構成部品から成るものの総称である。
さて、ＧＴ排ガス温度が最も高くなる出力は、図７に示すように、定格１００％出力ではなく、中間出力域にある。この出力域ではコンバインドサイクル発電プラントの起動工程は相当進行している。その結果、既に蒸気タービンの通気はなされており、かつ排熱回収ボイラの熱交換器５１１からは多量の主蒸気が発生している運転状況であるので、主蒸気は熱交換器５１１を内部から冷却する効果を発揮する。
これら熱交換器５１１の設計に際しては、ＧＴ排ガス温度や内部流体（例えば、主蒸気）の温度、物理的強度、発生応力、そして商用機として求められる経済性等の観点からサイズ、材質、厚さ等が選ばれる。その結果、これら熱交換器５１１の温度は、内部を通過する主蒸気の温度の近傍で整定する。なお、熱交換器５１１の温度が最も高温になるのは一般にガスタービンの排ガス（以下、ＧＴ排ガスという）に直接触れる外側表面部位である。
そして熱交換器５１１の最高使用温度は、このような運転におけるＧＴ排ガス温度や内部流体流量を勘案の上、必要にして充分なマージンを付与して選定される。例えば、ＧＴ排ガス温度の最高温度が６００℃から６５０℃の特性を有するガスタービンと組み合わせる排熱回収ボイラにおいては、熱交換器５１１の最高使用温度は５５０℃から６００℃程度である。上記主蒸気の冷却効果により熱交換器５１１の最高使用温度を超えるＧＴ排ガス温度による運転が許容される。
この主蒸気の通過による冷却効果は程度の差こそあれ、ガスタービンが既述の中間出力での運転状態のときに限らず、ガスタービンが燃料供給を受けて燃焼を行っている初期の起動過程においては多量ではなくとも主蒸気の発生が期待できるので、同様の冷却効果は発揮される。ここで、初期の起動過程は、蒸気タービンの通気が行われる前、且つガスタービンがＦＳＮＬ状態で運転中または低出力運転中である工程である。
但し、その場合、熱交換器５１１の内部を通過する蒸気は少量なので、熱交換器５１１の温度は、上記のような主蒸気温度の近傍ではなく、よりＧＴ排ガス温度に近い温度になる。
このことから、初期の起動過程で、熱交換器５１１の最高使用温度以上のＧＴ排ガス温度で且つ熱交換器５１１が既に発生している主蒸気の影響で冷やされることにより熱交換器５１１の最高使用温度以下になるようにガスタービンの目標出力を制御することで、主蒸気温度をもっと早く目標温度に到達させられるため、その分起動時間を短縮することができる。
しかし、排熱回収ボイラは大きな熱容量を有する。よって、ガスタービンへの燃料供給を継続させても、主蒸気の流量が充分に発生するまでに場合によっては、約３０分から１時間というオーダの長い時間を要する。
そこで、本実施形態のプラント起動方法では、脱硝触媒を暖気するためのＦＳＮＬ状態での保持期間に、併せて主蒸気の発生待ちを行い、主蒸気の発生流量の計測値が規定の発生流量以上となった場合に、ガスタービン発電機を並列する。ここで、規定の発生流量は、規定の時間、前記ガスタービンを無負荷定格回転数状態に保持した後の主蒸気の発生流量である。主蒸気の発生流量がこの規定の発生流量のときに、所定の冷却効果が発揮される。
次の起動工程であるガスタービンの出力上昇を行う際に、ＧＴ排ガス温度を熱交換器５１１の最高使用温度を超えるような高温にして起動時間の短縮を図りつつ、主蒸気がもたらす冷却効果で熱交換器５１１が熱交換器５１１の最高使用温度以下になるように、ガスタービンの出力を制御する。
（コンバインドサイクル発電プラント５００の構成）
続いて、図１を用いて第１の実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラント５００の構成について説明する。図１は、第１の実施形態におけるコンバインドサイクル発電プラント５００の構成を示す概略構成図である。
図１のコンバインドサイクル発電プラント５００の構成は、図６の比較例のコンバインドサイクル発電プラント６００の構成に対して、主蒸気流量センサＴＳ５が追加されたものになっている。主蒸気流量センサＴＳ５は、熱交換器５１１と加減弁５０５とを繋ぐ配管を通過する主蒸気ｂの流量を規定の時間間隔で検出する。
図２は、第１の実施形態におけるプラント制御装置５０１の構成を示す概略構成図である。プラント制御装置５０１は、入力部５１、記憶部５２、ＲＡＭ（Random Access Memory）５３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５４、及び出力部５５を備える。
入力部５１は、コンバインドサイクル発電プラント５００が備える各センサで計測されたセンサ計測信号を受信し、受信したセンサ計測信号をＣＰＵ５４へ出力する。
具体的には例えば、入力部５１は、ＧＴ排ガス温度を計測する排ガス温度センサＴＳ１から、ＧＴ排ガス温度を示す排ガス温度信号を受信し、受信した排ガス温度信号をＣＰＵ５４へ出力する。
また入力部５１は例えば、第一段シェル内面メタル温度を計測する内面メタル温度センサＴＳ３から、第一段シェル内面メタル温度を示す内面メタル温度信号を受信し、受信した内面メタル温度信号をＣＰＵ５４へ出力する。
また、入力部ＩＮは例えば、脱硝触媒５２０の温度を計測する触媒温度センサＴＳ４から、脱硝触媒５２０の温度を示す触媒温度信号を受信し、受信した触媒温度信号をＣＰＵ５４へ出力する。
また、入力部ＩＮは例えば、主蒸気流量を計測する主蒸気流量センサＴＳ５から、主蒸気流量を示す主蒸気流量信号を受信し、受信した主蒸気流量信号をＣＰＵ５４へ出力する。
また、入力部ＩＮは例えば、ガスタービンの出力を計測するＧＴ出力センサＯＳから、ガスタービンの出力を示すＧＴ出力信号を受信し、受信したＧＴ出力信号をＣＰＵ５４へ出力する。
記憶部５２は、コンバインドサイクル発電プラント５００を制御するためのプログラムが記憶されている。
ＲＡＭ５３は、一次的に情報を記憶する。
ＣＰＵ５４は、記憶部５２からプログラムをＲＡＭに読み出して実行することで、制御部５４１として機能する。制御部５４１は、コンバインドサイクル発電プラント５００を制御する。
その一例として、制御部５４１は、ガスタービン５０２の出力を制御する。その際、制御部ＣＯＮは、出力部５５を介して燃料調節弁５０６を制御して、ガスタービン５０２への燃料５１６の供給量を調節する。ここで燃料調節弁５０６の開閉とガスタービン５０２の出力は比例関係にあるので、制御部５４１は、燃料調節弁５０６を制御することで、ガスタービン５０２の出力を制御することができる。
また他の例として、制御部５４１は、出力部５５を介して、加減弁５０５及びタービンバイパス調節弁５１２を制御する。
出力部５５は、制御部５４１から入力された制御信号を、ガスタービン５０２、加減弁５０５及びタービンバイパス調節弁５１２へ出力する。
（本実施形態に係るプラント起動方法）
図３を用いて、第１の実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラント５００のプラント起動方法を説明する。図３は、第１の実施形態に係るプラント起動方法を示すフローチャートである。
なお、本実施形態では、比較例と同様に、ガスタービン５０２は排ガス温度の最高温度が６２０℃の特性を有し、熱交換器５１１の最高使用温度は５５０℃であり、図７に示すガスタービン出力（％）とＧＴ排ガス温度の関係を有する。更に、脱硝触媒５２０がＦＳＮＬ状態での運転で暖気されて２５０℃まで上昇するのに１時間を要する。
最初にガスタービン５０２を起動すると（ステップＳ１０１）、まずパージ運転が行われ（ステップＳ１０２）、その着火＆昇速の過程（ステップＳ１０３）を経てＦＳＮＬ状態に到達する（ステップＳ１０４）。この時点でガスタービン５０２から出るＧＴ排ガスａ中には燃焼に伴うＮＯｘを含むが、この起動初期工程では未だに脱硝触媒の温度が低く、アンモニアガスｃを注入してもＮＯｘと反応するアンモニア量は極めて少量のため、脱硝触媒効率が低い。このため、この時点からアンモニアガスｃの注入を行うことはできない。
そこで、特許文献１と同様に、ＦＳＮＬ状態における燃料５１６は比較的少量であり、従って排出されるＮＯｘ流量も少ないことに着目する。ＦＳＮＬ状態に移行した後は、すぐに次のガスタービン発電機を並列する起動工程に入るのではなく、排熱回収ボイラ５０４及び脱硝触媒５２０の暖気運転のためにＦＳＮＬ状態を保持する。
すなわち、触媒温度センサＴＳ４により触媒温度を計測して（ステップＳ１０５）、プラント制御装置５０１は、触媒温度信号を用いて触媒温度が２５０℃以上となったか否か判定する（ステップＳ１０６）。この暖気のプロセスに言及すれば、ＧＴ排ガスａが排熱回収ボイラ５０４に流入すると、それが保有する熱は、最初、脱硝触媒５２０より前方（図１上では左方）に配置された蒸発器５０９や熱交換器５１１が熱回収して奪ってしまうので、脱硝触媒５２０にはなかなか伝わらない。ＦＳＮＬ状態を継続する間に、脱硝触媒５２０にまで熱が伝わるようになって、脱硝触媒５２０の温度が上昇する。１時間のＦＳＮＬ状態を保持すると、脱硝触媒効率が安定する温度である２５０℃まで脱硝触媒５２０は暖められる。
なお、脱硝触媒効率が安定したことの指標として、触媒温度センサＴＳ４の温度ではなく、脱硝触媒５２０の入口に設けられた温度センサにより計測されたＧＴ排ガスａの温度を用いてもよい。この場合、プラント制御装置５０１は、計測されたＧＴ排ガスａの温度が規定の閾値以上になった場合に、脱硝触媒効率が安定したとみなしてもよい。
この１時間、ＦＳＮＬ状態を保持する間に、排熱回収ボイラ５０４の蒸発器５０９では蒸発量が徐所に増加し、それらはドラム５１０から主蒸気ｂとして発生し、タービンバイパス調整弁５１２を経由して復水器５１３に送気される。主蒸気流量センサＴＳ５はこの主蒸気ｂの流量を計測し（ステップＳ１０７）、制御部５４１は、主蒸気流量が規定の発生流量Ｆ１以上に到達したか否か判定する（ステップＳ１０８）。ここで、規定の発生流量Ｆ１は、規定の時間（例えば、１時間）、ガスタービン５０２をＦＳＮＬ状態に保持した場合の主蒸気の発生流量の経験値である。
１時間のＦＳＮＬ状態を保持すると、脱硝触媒５２０の温度が２５０℃以上という条件と、主蒸気流量が規定の発生流量Ｆ１以上という条件とが、ほぼ同時に成立する。ステップＳ１０９では、制御部５４１は、この両条件が成立している場合、ガスタービン５０２に発電機５１７を並列する（ステップＳ１１０）。
このように、制御部５４１は、発電機５１７を並列する前に、主蒸気の発生流量の計測値が規定の発生流量Ｆ１以上となるのに加えて脱硝触媒５２０の温度が規定の温度（例えば、２５０℃）以上となるまで、ガスタービン５０２を無負荷定格回転数状態に保持するようガスタービン５０２を制御する。一方、制御部５４１は、主蒸気の発生流量の計測値が規定の発生流量Ｆ１以上となるのに加えて脱硝触媒５２０の温度が規定の温度以上となった場合、ガスタービン５０２に発電機５１７を並列する。
なお、本実施形態では、制御部５４１は、主蒸気の発生流量の計測値と脱硝触媒の温度に基づいて、ガスタービンに発電機５１７を並列するか否か判定したが、これに限ったものではない。制御部５４１は、主蒸気の発生流量の計測値のみに基づいて、ガスタービンに発電機５１７を並列するか否か判定してもよい。
具体的には、制御部５４１は、発電機５１７を並列する前に、主蒸気の発生流量の計測値が規定の発生流量Ｆ１以上となるまで、ガスタービン５０２を無負荷定格回転数状態に保持するようガスタービン５０２を制御してもよい。一方、制御部５４１は、主蒸気の発生流量の計測値が規定の発生流量以上となった場合、ガスタービンに発電機５１７を並列してもよい。
発電機５１７を並列した後、制御部５４１は、アンモニア供給弁５１９を開弁させるとともに（ステップＳ１１１）、逆電力が発生するのを避けるために、ガスタービンの出力を初負荷に上昇させる（ステップＳ１１２）。この起動工程によりアンモニアガスｃはＧＴ排出ガスａ中に注入される。その結果、アンモニアガスｃは、脱硝触媒５２０において排ガス中のＮＯｘと反応し、ＮＯｘは分解除去される。
初負荷に到達したのち、加減弁５０５を開弁して蒸気を蒸気タービン５０３に流入させる起動工程に備えて、制御部５４１は、第一段シェル内面メタル温度を取得し、それを記憶部５２に記憶させる（ステップＳ１１４）。この初負荷の時点では、主蒸気ｂの温度が不充分であり、蒸気タービン５０３の通気は許容されない。
そこで本実施形態でも、比較例と同様に、主蒸気ｂが通気が可能となる温度になるようにガスタービン出力を上昇して暖気を行う。比較例では、熱交換器５１１の最高使用温度を超えないＧＴ排ガス温度５４５℃を与えるガスタービン出力１０％で暖気を行った。それに対し、本実施形態では、熱交換器５１１の最高使用温度を超えるＧＴ排ガス温度５９０℃を与える２５％にガスタービン出力を上昇させて（ステップＳ１１５）、暖気を行う。
このように、制御部５４１は、ガスタービン５０２に発電機５１７を並列した後に、目標出力（ここでは一例として２５％）になるまでガスタービン５０２の出力を上昇させる。ここで、ガスタービンの出力が目標出力のときに、ガスタービン５０２の排ガス温度が熱交換器５１１の最高使用温度を超えるが、主蒸気がもたらす冷却効果により熱交換器５１１の温度が熱交換器５１１の最高使用温度以下となるので、熱交換器が最高使用温度以上になってしまう問題は起きない。従って、ガスタービンの出力は上記目標出力のままとされる。より好ましくは、目標出力は、主蒸気がもたらす冷却効果により、熱交換器５１１の温度が熱交換器５１１の最高使用温度を超えないガスタービン出力のうち最大のガスタービン出力に設定される。
その後、ガスタービン出力が２５％になった場合（ステップＳ１１６ ＹＥＳ）、制御部５４１は、ガスタービン出力２５％を保持しながら主蒸気温度が第一段シェル内面メタル温度−２０℃以上になったか否か判定する（ステップＳ１１７）。主蒸気温度が第一段シェル内面メタル温度−２０℃以上になった場合（ステップＳ１１７ ＹＥＳ）、制御部５４１は、次の起動工程である主蒸気温度マッチング制御（ステップＳ１１８）を開始する。本実施形態は、比較例と同様に、ＧＴ排ガス温度目標値５３０℃で、図７の関係よりガスタービン出力が５％となる場合を想定する。すなわちガスタービン出力は２５％を保持しつつ、主蒸気温度マッチング制御（ステップＳ１１８）が開始されると、本マッチング制御によりガスタービン出力は５％に低減される。その後のステップＳ１１９とＳ１２０の処理は、図８の比較例におけるステップＳ２１９とＳ２２０の処理と同様であるので、その説明を省略する。
このように、本実施形態では、一例として、ガスタービン出力２５％で暖気を行うので、主蒸気温度が第一段シェル内面メタル温度−２０℃まで上昇するのに要する時間を、比較例より短縮することができる。その結果、起動時間を短縮することができる。
以下、主蒸気の規定の発生流量Ｆ１とガスタービン出力２５％の選定根拠と算出方法を説明する。図４は、主蒸気の発生流量がＦ１のときのＧＴ排ガス温度と熱交換器５１１の温度の関係を示すグラフである。ここで、主蒸気の規定の発生流量Ｆ１のとき、熱交換器５１１の最高使用温度ＭａｘＴ（ここでは一例として５５０℃）に５℃の余裕を見込んで熱交換器５１１の温度を５４５℃にすることを想定する。その場合、熱交換器５１１の温度を５４５℃にするには、図４に示す熱交換器５１１の温度とＧＴ排ガス温度との関係を示す曲線Ｌ１から、ＧＴ排ガス温度を５９０℃にする必要がある。そして、ＧＴ排ガス温度を５９０℃にするには、図７に示すＧＴ排ガス温度とガスタービン出力との関係を示す曲線Ｌ２から、ガスタービン出力を２５％にする必要がある。よって、規定の主蒸気の発生流量Ｆ１のときに、ガスタービン出力として２５％が選択される。
既述のように、既に主蒸気ｂが発生してそれが熱交換器５１１内を通過しているときは、冷却効果が発揮されて、熱交換器５１１の温度は主蒸気温度とＧＴ排ガス温度の中間の温度となる。その熱交換器５１１の温度は、ＧＴ排ガス温度とＧＴ排ガス流量と主蒸気流量の３つのパラメータに依存する。なお、主蒸気温度は、ＧＴ排ガス温度とＧＴ排ガス流量と主蒸気流量とで決まるので独立したパラメータとしてはこの３つである。
本実施形態では、次の４つの切り口に着目した。
第１に、本実施形態で取り扱うガスタービン出力が比較的小さい運転領域（概略出力３０％以下）では、ガスタービン圧縮機の吸込み空気量を調節する入口案内翼（ＩＧＶ）は一定開度を保つため、その運転領域内で出力変動してもＧＴ排ガス流量は、ほぼ一定である。従って、ＧＴ排ガス流量を固定すれば、熱交換器５１１の温度は、ＧＴ排ガス温度と主蒸気流量の２つのパラメータに依存する。
第２に、本実施形態が企図するものは起動時間の短縮であり、本実施形態は、起動時間短縮される機序が比較的理解されやすい起動方式とすることを意図する。発電機５１７の並列前において、本実施形態と比較例のＦＳＮＬ状態の保持時間は同じ１時間とした。このようにすることで、発電機５１７を並列した後の本実施形態のガスタービン出力である２５％と、比較例のガスタービン出力である１０％の差異が、そのまま起動時間の短縮に貢献することが容易に理解される。
従って、本実施形態の計画に際しては、まずコンバインドサイクル発電プラント５００の熱平衡計画（ヒートバランスということもある）を基に、必要に応じてダイナミックシュミレーション等の手法も活用してＦＳＮＬ状態を１時間継続したときの規定の主蒸気発生流量Ｆ１を算出し選定した。ここで、ヒートバランスは、コンバインドサイクル発電プラント５００に含まれる各機器の入口出口の状態量（例えば、温度、圧力、エンタルピ、流量）である。
これにより、起動工程は脱硝触媒５２０の温度が２５０℃以上と主蒸気流量が規定の発生流量Ｆ１以上とが同時に成立するようにした。
このことが意図することは、脱硝触媒を暖気するためのＦＳＮＬ状態での保持期間を利用して併せて主蒸気の発生待ちを行うことで、主蒸気流量の発生だけの待ち時間を無くすことである。これにより、本実施形態と比較例の間でＦＳＮＬ状態の起動工程に要する時間を同じにして、後の起動工程においてガスタービン出力２５％による起動時間短縮の効果を、目減りすることなく享受できるようした。
第３に、ＦＳＮＬ状態を１時間継続したときの主蒸気流量が規定の発生流量Ｆ１なので、その後の起動工程で、発電機５１７を並列してガスタービン出力を上昇する起動工程では、主蒸気流量は必ず規定の発生流量Ｆ１以上の量が発生することは担保される。しかし、熱回収ボイラ５０４の大きな熱容量に起因して、規定の発生流量Ｆ１から流量が増加するのには時間を要する。
よって、本実施形態は、ガスタービン出力を上昇したときの主蒸気流量は、最低限保証された規定の発生流量Ｆ１と評価し、これを固定することで熱交換器５１１の温度はＧＴ排ガス温度という１つのパラメータのみに依存する関係が得られる。その関係は、図４のグラフに示すように、ＧＴ排ガス温度をＸ軸、主蒸気流量が規定の発生流量Ｆ１のときの熱交換器５１１の温度をＹ軸として、図４の曲線Ｌ１のように表わすことができる。
第４に、比較例においても、本実施形態と同様に、ＦＳＮＬ状態を１時間継続したときの主蒸気流量は、規定の発生流量Ｆ１である。しかし、本実施形態は、主蒸気流量センサＴＳ５を設置して実際の主蒸気ｂの流量を計測し、主蒸気流量が規定の発生流量Ｆ１以上に到達したことを実際に判断する。これにより、主蒸気がもたらす冷却効果が担保されたことで、熱交換器５１１の最高使用温度５５０℃を超える５９０℃まで、ＧＴ排ガス温度を上げるように、制御部５４１がガスタービンの出力を上昇させることを可能にする。
比較例において、主蒸気流量を計測することなく、主蒸気流量として規定の発生流量Ｆ１が発生していることを前提に、ＧＴ排ガス温度を５９０℃まで上げるようにガスタービンの出力を上昇させることは、避けた方がよい。というのは、コンバインドサイクル発電プラント５００に偶発的に発生する設備故障や経年的な劣化に伴い、実際には規定の発生流量Ｆ１に未達の場合があるからである。
（本実施形態の効果）
続いて、図５と図９を比較しながら、本実施形態の効果について説明する。図５は、第１の実施形態に係るプラント起動方法の起動チャートであり、図９は比較例に係るプラント起動方法の起動チャートである。図５に示すように、本実施形態では並列後、上記の条件を満たしたときの主蒸気発生による冷却効果を考慮してガスタービン出力を２５％にまで上昇させて暖気を行うので、図９の１０％出力で暖気を行う場合に比べて、より急峻な変化率で主蒸気温度が上昇する。よって、図５と図９を比較すると、本実施形態では、比較例に比べて、発電機５１７の並列時から主蒸気温度マッチング制御開始時までの時間が短い。その結果、図５のＧＴ起動開始から主蒸気温度マッチング制御に投入されるまでの時間Ｔ１は、図９の同時間Ｔ２に比べて短時間であり、本実施形態では、比較例に比べて起動時間が短縮される。
以上のように、第１の実施形態に係るプラント制御装置５０１は、ガスタービン５０２に発電機５１７を並列した後に、目標出力になるまでガスタービン５０２の出力を上昇させる制御部５４１を備える。ガスタービン５０２の排ガス温度が熱交換器５１１の最高使用温度を超え、且つ主蒸気がもたらす冷却効果により熱交換器５１１の温度が熱交換器５１１の最高使用温度以下となるように、上記目標出力は設定される。
これにより、ガスタービン５０２に発電機５１７を並列した後に、比較例ではガスタービンの排ガス温度が熱交換器の最高使用温度を超えないようにしたのに対し、本実施形態では、ガスタービンの出力を、ガスタービンの排ガス温度が最高使用温度を越える目標出力とする。このため、ガスタービンの出力を比較例よりも高くすることができるので、発電機５１７の並列時から主蒸気温度マッチング制御開始時までの時間を短縮することができる。その結果、コンバインドサイクル発電プラント５００の起動時間を比較例よりも短縮することができる。
また、本実施形態の制御部５４１は、発電機５１７を並列する前に、主蒸気の発生流量の計測値が規定の発生流量以上となるまで、ガスタービン５０２を無負荷定格回転数状態に保持するようガスタービン５０２を制御し、一方、主蒸気の発生流量の計測値が規定の発生流量以上となった場合、ガスタービン５０２に発電機５１７を並列する。ここで、規定の発生流量は、規定の時間、ガスタービン５０２を無負荷定格回転数状態に保持した後の主蒸気の発生流量である。
このように、主蒸気の発生流量を計測し、その発生流量が熱交換器５１１に対する冷却効果が発揮される流量に到達するまで待ってから、ガスタービンの出力を上昇させることができる。このため、熱交換器５１１は最高使用温度を超えるＧＴ排ガス温度を受け入れることが可能となり、コンバインドサイクル発電プラント５００の起動時間を短縮することができる。
（第１の変形例）
続いて、第１の変形例について説明する。既述の本実施形態では、脱硝触媒５２０の温度が２５０℃以上に到達するときの主蒸気流量として規定の発生流量Ｆ１を選定し、その冷却効果に応じて許容される２５％出力を選定して暖気を行った。それに対し、この第１の変形例では、更に大きな冷却効果が発揮される主蒸気流量Ｆ１’を選定し、その冷却効果に応じて許容されるガスタービン出力を選定して暖気を行う。
既述の本実施形態では、起動時間が短縮される機序が比較的理解されやすい起動方式とするため、１時間のＦＳＮＬ状態保持の後に脱硝触媒５２０の温度が２５０℃以上という条件と、主蒸気流量が規定の発生流量Ｆ１以上という条件とが同時に成立する方法を例示した。
その一方で、コンバインドサイクル発電プラント５００の構成要素の組み合わせは多様であり、その熱平衡計画もまた様々である。この第１の変形例の熱平衡計画では、１時間のＦＳＮＬ保持の後に、脱硝触媒５２０の温度が２５０℃以上に到達し、且つ主蒸気流量が規定の発生流量Ｆ１以上に到達した時から更に規定の時間（ここでは一例として、１５分間）、ＦＳＮＬを延長する。これにより、合計１時間１５分のＦＳＮＬ保持を行うことで、主蒸気流量が、規定の発生流量Ｆ１より大きな発生流量Ｆ１’に到達する。
そして、発生流量Ｆ１’の冷却効果は、規定の発生流量Ｆ１の冷却効果に比べて、著しく大きい。第１の変形例では、本実施形態と同様に、発生流量Ｆ１’がもたらす冷却効果により熱交換器５１１の温度が最高使用温度を超えない最大のガスタービン出力が、目標出力に予め設定されている。制御部５４１は、ガスタービン５０２に発電機５１７を並列した後に、この目標出力になるまでガスタービン５０２の出力を上昇させる。この目標出力は、本実施形態の目標出力２５％以上である。このため、並列後の暖気において、ガスタービン出力を２５％以上に上昇させることができる。
よって、並列前のＦＳＮＬ状態に更に１５分を費やしたとしても、並列後の暖気において主蒸気温度が第一段シェル内面メタル温度−２０℃に到達する時間を１５分以上短縮することで、トータルの起動時間を短縮することができる。
以上のように、第１の変形例における制御部５４１は、発電機５０２を並列する前に、主蒸気の発生流量の計測値が規定の発生流量以上且つ脱硝触媒５２０の温度が規定の温度以上となった時から規定の時間経過するまでガスタービン５０２を無負荷定格回転数状態に保持するようガスタービン５０２を制御する。一方、制御部５４１は、主蒸気の発生流量の計測値が規定の発生流量以上且つ脱硝触媒５２０の温度が規定の温度以上となった時から規定の時間経過した場合、ガスタービン５０２に発電機５１７を並列する。
これにより、本実施形態と比べて、並列前のＦＳＮＬ状態に余分に規定の時間を費やしたとしても、並列後の暖気において主蒸気温度が第一段シェル内面メタル温度−２０℃に到達する時間を規定の時間以上短縮することで、トータルの起動時間を短縮することができる。
なお、本変形例で実際に起動短縮が実現されるか否かは、対象となるコンバインドサイクル発電プラント５００の熱平衡計画によるので、全てのプラントに適用できるものではない。
（第２の変形例）
続いて、第２の変形例について説明する。既述の実施形態では、脱硝触媒５２０の温度が２５０℃以上に到達するときの主蒸気流量の冷却効果で許容される目標出力（例えば、２５％）まで、ガスタービン出力を上昇させ、暖気を行った。既述の実施形態で説明したように、ＦＳＮＬ状態を１時間継続したときの主蒸気流量が規定の発生流量Ｆ１であれば、その後にガスタービン５０２に発電機５１７を並列させ、ガスタービン出力を２５％に上昇させて暖気のために２５％出力を保持する起動工程では、保持時間の経過とともに必ず規定の発生流量Ｆ１以上の主蒸気流量が発生する。
そこで、第２の変形例では、記憶部５２には、例えば、発生流量と目標出力との複数の組が格納されたテーブルが予め記憶されている。第２の変形例のプラント起動方法は、目標出力（例えば、２５％）を保持して暖気を行っている起動工程において、未だ主蒸気温度が第一段シェル内面メタル温度−２０℃に到達しない任意の時間帯で、制御部５４１は、主蒸気流量の計測値を取得する。
そして、計測値が規定の発生流量Ｆ１より大きい場合、すなわち主蒸気流量センサＴＳ５で規定の発生流量Ｆ１より多い第２の発生流量Ｆ２が検出された場合、制御部５４１は、第２の発生流量Ｆ２に応じた第２の目標出力を記憶部５２から読み出す。そして、制御部５４１は、第２の目標出力にガスタービン出力を上昇させる。これにより、目標出力（例えば、２５％）より大きな第２の目標出力にガスタービン出力を上昇させることができる。これは、第２の発生流量Ｆ２の冷却効果は、規定の発生流量Ｆ１の冷却効果より大きいことを利用したものである。そして、ガスタービン５０２は、第２の目標出力で出力を維持し暖気を行う。
ガスタービン５０２の出力が第２の目標出力で且つ主蒸気の発生流量が第２の発生流量Ｆ２のときに、ガスタービン５０２の排ガス温度が熱交換器５１１の最高使用温度を超え、且つ第２の発生流量Ｆ２の主蒸気がもたらす冷却効果により熱交換器５１１の温度が熱交換器５１１の最高使用温度以下となるように、第２の目標出力は設定される。
より好ましくは、第２の目標出力は、第２の発生流量Ｆ２の主蒸気がもたらす冷却効果により、熱交換器５１１の温度が熱交換器５１１の最高使用温度を超えないガスタービン出力のうち最大のガスタービン出力に設定される。
以上のように、第２の変形例における制御部５４１は、ガスタービン５０２の出力を目標出力まで上昇させたのち、目標出力を保持している状態で、主蒸気の発生流量の計測値を取得し、ガスタービン５０２の出力を目標出力から、計測値に応じた第２の目標出力まで上昇させる。
これにより、第２の目標出力は目標出力より大きいので、既述の実施形態より早く主蒸気温度が第一段シェル内面メタル温度−２０℃に到達させることができるので、既述の実施形態より起動時間を短縮することができる。
この第２の変形例を、更に発展させると、第２の目標出力に上昇した後に、未だ主蒸気温度が第一段シェル内面メタル温度−２０℃に到達しない任意の時間帯で、制御部５４１は、主蒸気の発生流量の計測値を取得してもよい。そして、この取得した計測値が第２の発生流量Ｆ２より大きい場合、すなわち主蒸気流量センサＴＳ５で第２の発生流量Ｆ２より多い発生流量の蒸気が検出された場合、制御部５４１は、第２の目標出力より更に大きな出力にガスタービン出力を上昇させてもよい。
（第３の変形例）
続いて、第３の変形例について説明する。第３の変形例では、コンバインドサイクル発電プラント５００を停止した後、短い休止期間後に、再起動を行うホット起動のプラント運用ケースを想定する。ホット起動では、脱硝触媒５２０、蒸発器５０９及び熱交換器５１１は前回運転時の残熱を有している。そのため、コンバインドサイクル発電プラント５００の起動を開始した時点で、既に脱硝触媒５２０の温度が２５０℃以上という条件は成立しているので、脱硝触媒を暖気するための１時間のＦＳＮＬ状態の保持の待ち時間は生じない。
以下、比較例で説明した図８に則して、第３の変形例のプラント起動方法を説明する。最初にガスタービン５０２を起動すると（ステップＳ２０１）、まずパージ運転が行われ（ステップＳ２０２）、その着火及び昇速の過程（ステップＳ２０３）を経てＦＳＮＬ状態（ステップＳ２０４）に到達する。
そのとき、触媒温度センサＴＳ４により触媒温度を計測すると（ステップＳ２０５）、計測を開始した直後に触媒温度センサＴＳ４は２５０℃以上の温度を計測する。このため、ＦＳＮＬ状態の保持は省略されて直ぐに、制御部５４１は、発電機５１７をガスタービン５０２に並列する（ステップＳ２１０）。
発電機５１７をガスタービン５０２に並列した後、ガスタービン５０２は逆電力が発生するのを避けるために、制御部５４１は、アンモニア供給弁５１９を開弁（ステップＳ２２１）するとともに、ガスタービン５０２の出力を初負荷に上昇させる（ステップＳ２１２）。脱硝触媒５２０の温度は既に２５０℃以上なので、並列前のＦＳＮＬ状態の保持を省略しても脱硝制御は支障無く行われる。
ガスタービン出力は並列後、初負荷を経て第３の目標出力（ここでは一例として、１０％）に上昇し、ガスタービン出力が第３の目標出力を保持しながら暖気を行う。そして、主蒸気温度が第一段シェル内面メタル温度−２０℃まで上昇したとき、次の起動工程である主蒸気温度マッチング制御（ステップＳ１１８）が開始される。
ここにホット起動での第３の目標出力（例えば、１０％）に関する補足をすれば、ホット起動では蒸発器５０９や熱交換器５１１の残熱を利用できるので、主蒸気ｂの発生が早まる傾向がある。しかし、ガスタービン５０２が第３の目標出力に上昇した時点（時間経過でいえば発電機５１７の並列から数分以内）では、未だその量は不充分で熱交換器５１１の冷却効果としても不足する。
従って、第３の目標出力は、熱交換器５１１の最高使用温度（例えば、５５０℃）を超えない最も大きいＧＴ排ガス温度を与えるガスタービン出力（例えば、１０％）に設定される。
以上のように、比較例と第３の変形例の両者は、主蒸気温度を第一段シェル内面メタル温度−２０℃まで上昇すべく、ガスタービン出力を１０％に保持しながら暖気を開始するまでの起動工程は同じである。しかしながら、以下に説明するように、第３の変形例は、暖気工程が開始された後のプラント起動方法の点で、比較例とは異なっている。
以下、第３の変形例の暖気工程が開始された後のプラント起動方法を説明する。第３の変形例は、第３の目標出力（例えば、１０％）を保持して暖気を行っている起動工程において、未だ主蒸気温度が第一段シェル内面メタル温度−２０℃に到達しない任意の時間帯で、制御部５４１は、主蒸気の発生流量の計測値を第４の発生流量として取得する。
そして、制御部５４１は、ガスタービン５０２の出力を第３の目標出力から、第４の発生流量に応じた第４の目標出力まで上昇させる。ガスタービン５０２は第４の目標出力で出力を維持し暖気を行う。
ここで、ガスタービン５０２の出力が第４の目標出力で且つ主蒸気の発生流量が第４の発生流量のときに、ガスタービン５０２の排ガス温度が熱交換器５１１の最高使用温度を超え、且つ第４の発生流量の主蒸気がもたらす冷却効果により熱交換器５１１の温度が熱交換器５１１の最高使用温度以下となるように、第４の目標出力は設定される。
より好ましくは、第４の目標出力は、第４の発生流量の主蒸気がもたらす冷却効果により、第３の目標出力（例えば、１０％）より大きく且つ熱交換器５１１の温度が熱交換器５１１の最高使用温度を超えないガスタービン出力のうち最大のガスタービン出力に設定される。
以下では、説明の便宜を図るため、第４の発生流量として、既述の実施形態で説明した規定の発生流量Ｆ１を選定する。既述の実施形態で説明したとおり、規定の発生流量Ｆ１の主蒸気がもたらす冷却効果により、熱交換器５１１の温度がこの熱交換器５１１の最高使用温度を超えない最大のガスタービン出力は２５％であるから、この場合の第４の目標出力は２５％となる。
よって、第３の変形例の暖気において、ガスタービン出力を１０％に保持して暖気を行っているときに、規定の発生流量Ｆ１を検出したら、制御部５４１は、ガスタービン出力を２５％に上昇させる。
（第３の変形例の効果）
以上のように、第３の変形例における制御部５４１は、ガスタービン５０２に発電機５１７を並列した後、ガスタービン５０２の出力を、ガスタービン５０２の排ガス温度が熱交換器５１１の最高使用温度を超えない第３の目標出力まで上昇させる。
そして、制御部５４１は、ガスタービン５０２の出力が第３の目標出力に維持されている状態で、主蒸気の発生流量の計測値を第４の発生流量として取得し、ガスタービン５０２の出力を第３の目標出力から、第４の発生流量に応じた第４の目標出力まで上昇させる。
ここで、ガスタービンの出力が第４の目標出力で且つ主蒸気の発生流量が第４の発生流量のときに、ガスタービンの排ガス温度が熱交換器５１１の最高使用温度を超え、且つ第４の発生流量の主蒸気がもたらす冷却効果により熱交換器５１１の温度が熱交換器５１１の最高使用温度以下となるように、第４の目標出力は設定される。
比較例では、第３の目標出力（例えば、１０％）を一定のまま保持したまま暖気を行った。それに対し、第３の変形例では、暖気の途中で第４の目標出力（例えば、２５％）に出力を上昇させて暖気を行う。これにより、主蒸気温度が第３の変形例では、比較例より早く第一段シェル内面メタル温度−２０℃に到達するので、発電機５１７の並列時から主蒸気温度マッチング制御開始時までの時間を比較例より短縮することができる。その結果、起動時間を比較例より短縮することができる。
また、参考までに、第３の変形例と既述の実施形態とを以下に比較する。この比較は、ホット起動とコールド起動の間の比較に相当する。既述の実施形態では、ＧＴ排ガス温度が低いＦＳＮＬ状態の保持中に主蒸気流量が規定の発生流量Ｆ１に到達するまで待った。それに対し、第３の変形例ではＧＴ排ガス温度が高い１０％出力の保持中に主蒸気流量が規定の発生流量Ｆ１に到達するまで待つことになるので、既述の実施形態より起動時間を短縮することができる。
上述のように第４の発生流量として規定の発生流量Ｆ１を選定したのは、あくまで一例であり、起動時間短縮の観点でより有利なプラント起動方法は、規定の発生流量Ｆ１より小さい値を第４の発生流量に選定することである。
これにより、１０％出力保持の起動過程で、主蒸気流量はより短い時間で第４の発生流量に到達して、より早いタイミングで第３の目標出力（例えば、１０％）から第４の目標出力に出力上昇することができる。
（第４の変形例）
なお、制御部５４１は、上述した変形例３の処理に加えて、下記の処理を実行してもよい。ここで、記憶部５２には、例えば、発生流量と目標出力との複数の組が格納されたテーブルが予め記憶されていることを前提とする。
ガスタービンの出力を第４の目標出力まで上昇させた後、第４の目標出力を保持している状態で、未だ主蒸気温度が第一段シェル内面メタル温度−２０℃に到達しない任意の時間帯で、制御部５４１は、主蒸気の発生流量の計測値を取得する。そして、制御部５４１は、計測値が第４の発生流量より大きい場合、すなわち蒸気流量センサＴＳ５で第４の発生流量より多い第５の発生流量の蒸気が検出された場合、制御部５４１は、第５の発生流量に応じた第５の目標出力を記憶部５２から読み出す。そして、制御部５４１は、読み出した第５の目標出力にガスタービン出力を上昇させる。そして、ガスタービン５０２は、第５の目標出力で出力を維持し暖気を行う。
このように、制御部５４１は、ガスタービン５０２の出力を第４の目標出力まで上昇させた後、ガスタービン５０２の出力が第４の目標出力に維持されている状態で、主蒸気の発生流量の計測値を第５の発生流量として取得する。そして、制御部５４１は、第５の発生流量が第４の発生流量より多い場合、ガスタービンの出力を第４の目標出力から、第５の発生流量に応じた第５の目標出力まで上昇させる。
ここで、ガスタービン５０２の出力が第５の目標出力で且つ主蒸気の発生流量が第５の発生流量のときに、ガスタービン５０２の排ガス温度が熱交換器５１１の最高使用温度を超え、且つ第５の発生流量の主蒸気がもたらす冷却効果により熱交換器５１１の温度が熱交換器５１１の最高使用温度以下となるように、第５の目標出力は設定される。
第３の変形例では、暖気の途中で第４の目標出力（例えば、２５％）に出力を上昇させて暖気を行った。それに対し、第４の変形例では、ガスタービン５０２は、暖気の途中で第４の目標出力（例えば、２５％）に出力を上昇させた後、更に第５の目標出力に出力を上昇させて暖気を行う。これにより、主蒸気温度が第３の変形例より早く第一段シェル内面メタル温度−２０℃に到達するので、発電機５１７の並列時から主蒸気温度マッチング制御開始時までの時間を第３の変形例より短縮することができる。その結果、起動時間を第３の変形例より短縮することができる。
より好ましくは、第５の目標出力は、第５の発生流量の主蒸気がもたらす冷却効果により、第４の目標出力より大きく且つ熱交換器５１１の温度が熱交換器５１１の最高使用温度を超えないガスタービン出力のうち最大のガスタービン出力に設定される。
これにより、ガスタービン５０２は、第５の発生流量の主蒸気がもたらす冷却効果により、熱交換器５１１の温度が最高使用温度を超えないガスタービン出力のうち最大のガスタービン出力で運転される。これにより、発電機５１７の並列時から主蒸気温度マッチング制御開始時までの時間を更に短縮することができるので、起動時間を更に短縮することができる。
なお、制御部５４１は、第４の変形例における制御部５４１の処理を、例えば、規定の時間間隔で繰り返してもよい。その際、次の目標出力は、蒸気流量センサＴＳ５で計測された発生流量の主蒸気がもたらす冷却効果により、現在の目標出力より大きく且つ熱交換器５１１の温度が最高使用温度を超えないガスタービン出力のうち最大のガスタービン出力に設定されてもよい。これにより、ガスタービン５０２は、その時の主蒸気流量の主蒸気がもたらす冷却効果により、熱交換器５１１の温度が最高使用温度を超えないガスタービン出力のうち最大のガスタービン出力で運転される。これにより、発電機５１７の並列時から主蒸気温度マッチング制御開始時までの時間を更に短縮することができるので、起動時間を更に短縮することができる。
なお、本実施形態のプラント制御装置５０１の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、プロセッサが実行することにより、本実施形態のプラント制御装置５０１に係る上述した種々の処理を行ってもよい。
以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
５１・・・入力部
５２・・・記憶部
５３・・・ＲＡＭ
５４・・・ＣＰＵ
５５・・・出力部
５００、６００・・・コンバインドサイクル発電プラント
５０１、６０１・・・プラント制御装置
５０２・・・ガスタービン
５０３・・・蒸気タービン
５０４・・・排熱回収ボイラ
５０５・・・加減弁
５０６・・・燃料調節弁
５０７・・・圧縮機
５０８・・・燃焼器
５０９・・・蒸発器
５１０・・・ドラム
５１１・・・熱交換器
５１２・・・タービンバイパス調節弁
５１３・・・復水器
５１４・・・循環水ポンプ
５１５・・・海水
５１６・・・燃料
５１７・・・発電機
５１８・・・アンモニア供給設備
５１９・・・アンモニア供給弁
５２０・・・脱硝触媒
５２１・・・発電機
５４１・・・制御部
a・・・ガスタービン排ガス
b・・・主蒸気
c・・・アンモニアガス
ｄ・・・排気蒸気
ＴＳ１・・・排ガス温度センサ
ＴＳ３・・・内面メタル温度センサ
ＴＳ４・・・触媒温度センサ
ＴＳ５・・・主蒸気流量センサ
ＯＳ・・・ＧＴ出力センサ

Claims (9)

  1. ガスタービンと、
    前記ガスタービンから排出された排ガスから熱回収して蒸気を発生させる蒸発器と、前記ガスタービンの排ガスと熱交換して前記蒸気を加熱して主蒸気を発生する熱交換器とを有する排熱回収ボイラと、
    前記熱交換器により発生された主蒸気により駆動される蒸気タービンと、
    を備えるコンバインドサイクル発電プラントを制御するプラント制御装置であって、
    前記ガスタービンに発電機を並列した後に、目標出力になるまで前記ガスタービンの出力を上昇させる制御部を備え、
    前記ガスタービンの排ガス温度が前記熱交換器の最高使用温度を超え、且つ前記主蒸気がもたらす冷却効果により前記熱交換器の温度が前記熱交換器の最高使用温度以下となるように、前記目標出力は設定される
    プラント制御装置。
  2. 前記制御部は、前記ガスタービンに前記発電機を並列する前に、前記主蒸気の発生流量の計測値が規定の発生流量以上となるまで、前記ガスタービンを無負荷定格回転数状態に保持するよう前記ガスタービンを制御し、一方、前記主蒸気の発生流量の計測値が前記規定の発生流量以上となった場合、前記ガスタービンに前記発電機を並列する
    請求項１に記載のプラント制御装置。
  3. 前記プラントは、前記ガスタービンから排出された排ガスにアンモニアガスを混合し脱硝触媒によって前記排ガス中の窒素酸化物を分解除去する脱硝装置を有し、
    前記制御部は、前記発電機を並列する前に、前記計測値が規定の発生流量以上となるのに加えて前記脱硝触媒の温度が規定の温度以上となるまで、前記ガスタービンを無負荷定格回転数状態に保持するよう前記ガスタービンを制御し、一方、前記計測値が前記規定の発生流量以上となるのに加えて前記脱硝触媒の温度が規定の温度以上となった場合、前記ガスタービンに前記発電機を並列する
    請求項２に記載のプラント制御装置。
  4. 前記プラントは、前記ガスタービンから排出された排ガスにアンモニアガスを混合し脱硝触媒によって前記排ガス中の窒素酸化物を分解除去する脱硝装置を有し、
    前記制御部は、前記発電機を並列する前に、前記計測値が規定の発生流量以上且つ前記脱硝触媒の温度が規定の温度以上となった時から規定の時間経過するまで前記ガスタービンを無負荷定格回転数状態に保持するよう前記ガスタービンを制御し、一方、前記計測値が規定の発生流量以上且つ前記脱硝触媒の温度が規定の温度以上となった時から規定の時間経過した場合、前記ガスタービンに前記発電機を並列する
    請求項２に記載のプラント制御装置。
  5. 前記制御部は、前記ガスタービンの出力を前記目標出力まで上昇させたのち、前記目標出力を保持している状態で、前記主蒸気の発生流量の計測値を取得し、前記ガスタービンの出力を前記目標出力から、前記計測値に応じた第２の目標出力まで上昇させ、
    前記ガスタービンの出力が第２の目標出力で且つ前記主蒸気の発生流量が第２の発生流量のときに、前記ガスタービンの排ガス温度が前記熱交換器の最高使用温度を超え、且つ前記第２の発生流量の主蒸気がもたらす冷却効果により前記熱交換器の温度が前記熱交換器の最高使用温度以下となるように、前記第２の目標出力は設定される
    請求項１に記載のプラント制御装置。
  6. ガスタービンと、
    前記ガスタービンから排出された排ガスから熱回収して蒸気を発生させる蒸発器と、前記ガスタービンの排ガスと熱交換して前記蒸気を加熱して主蒸気を発生する熱交換器とを有する排熱回収ボイラと、
    前記熱交換器により発生された主蒸気により駆動される蒸気タービンと、
    を備えるコンバインドサイクル発電プラントを制御するプラント制御装置であって、
    前記ガスタービンの出力を制御する制御部を備え、
    前記制御部は、前記ガスタービンに発電機を並列した後、前記ガスタービンの出力を、前記ガスタービンの排ガス温度が前記熱交換器の最高使用温度を超えない第１の目標出力まで上昇させ、
    前記制御部は、前記ガスタービンの出力が前記第１の目標出力に維持されている状態で、前記主蒸気の発生流量の計測値を第２の発生流量として取得し、前記ガスタービンの出力を前記第１の目標出力から、前記第２の発生流量に応じた第２の目標出力まで上昇させ、
    前記ガスタービンの出力が前記第２の目標出力で且つ前記主蒸気の発生流量が前記第２の発生流量のときに、前記ガスタービンの排ガス温度が前記熱交換器の最高使用温度を超え、且つ前記第２の発生流量の主蒸気がもたらす冷却効果により前記熱交換器の温度が前記熱交換器の最高使用温度以下となるように、前記第２の目標出力は設定されるプラント制御装置。
  7. 前記制御部は、前記ガスタービンの出力を前記第２の目標出力まで上昇させた後、前記ガスタービンの出力が前記第２の目標出力に維持されている状態で、前記主蒸気の発生流量の計測値を第３の発生流量として取得し、前記第３の発生流量が前記第２の発生流量より多い場合、前記ガスタービンの出力を前記第２の目標出力から、前記第３の発生流量に応じた第３の目標出力まで上昇させ、
    前記ガスタービンの出力が第３の目標出力で且つ前記主蒸気の発生流量が第３の発生流量のときに、前記ガスタービンの排ガス温度が前記熱交換器の最高使用温度を超え、且つ前記第３の発生流量の主蒸気がもたらす冷却効果により、前記熱交換器の温度が前記熱交換器の最高使用温度以下となるように、前記第３の目標出力は設定される
    請求項６に記載のプラント制御装置。
  8. ガスタービンと、
    前記ガスタービンから排出された排ガスから熱回収して蒸気を発生させる蒸発器と、前記ガスタービンの排ガスと熱交換して前記蒸気を加熱して主蒸気を発生する熱交換器とを有する排熱回収ボイラと、
    前記熱交換器により発生された主蒸気により駆動される蒸気タービンと、
    を備えるコンバインドサイクル発電プラントのプラント起動方法であって、
    制御部が、前記ガスタービンに発電機を並列した後に、目標出力になるように前記ガスタービンの出力を制御する工程を有し、
    前記ガスタービンの出力が目標出力のときに、前記ガスタービンの排ガス温度が前記熱交換器の最高使用温度を超え、且つ前記主蒸気がもたらす冷却効果により前記熱交換器の温度が前記熱交換器の最高使用温度以下となるように、前記目標出力は設定されるプラント起動方法。
  9. ガスタービンと、
    前記ガスタービンから排出された排ガスから熱回収して蒸気を発生させる蒸発器と、前記ガスタービンの排ガスと熱交換して前記蒸気を加熱して主蒸気を発生する熱交換器とを有する排熱回収ボイラと、
    前記熱交換器により発生された主蒸気により駆動される蒸気タービンと、
    を備えるコンバインドサイクル発電プラントのプラント起動方法であって、
    制御部は、前記ガスタービン発電機を並列した後、前記ガスタービンの出力を、前記ガスタービンの排ガス温度が前記熱交換器の最高使用温度を超えない第１の目標出力まで上昇させる工程と、
    前記制御部が、前記ガスタービンの出力が前記第１の目標出力に維持されている状態で、前記主蒸気の発生流量の計測値を第２の発生流量として取得し、前記ガスタービンの出力を前記第１の目標出力から、前記第２の発生流量に応じた第２の目標出力まで上昇させる工程と、を有し、
    前記ガスタービンの出力が前記第２の目標出力で且つ前記主蒸気の発生流量が前記第２の発生流量のときに、前記ガスタービンの排ガス温度が前記熱交換器の最高使用温度を超え、且つ前記第２の発生流量の主蒸気がもたらす冷却効果により前記熱交換器の温度が前記熱交換器の最高使用温度以下となるように、前記第２の目標出力は設定されるプラント起動方法。
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