JP2017187039A - Power generating system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve heat efficiency in a power generating system that drives a steam turbine by steam generated by a boiler to generate power.SOLUTION: The power generating system includes: a boiler 1 for heating water to generate steam; the steam turbine 2 driven by steam supplied from the boiler 1; a power generator 3 driven by the steam turbine 2 to generate power; and a steam compressor 4 for raising temperature of the steam supplied from the steam turbine 2 by adiabatic compression.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ボイラーで生成した蒸気によって蒸気タービンを駆動して発電する発電システムに関する。   The present invention relates to a power generation system that generates electricity by driving a steam turbine with steam generated by a boiler.

コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンの排気ガスに残存する熱を排熱回収ボイラーで回収して蒸気を発生させるものである。この発生蒸気は配管を通じて蒸気タービンへ供給されて発電に利用される。近年の大型コンバインドサイクル発電設備では、高圧タービン、再熱タービン、及び低圧タービンという3重圧方式の蒸気タービンで各タービンの膨張過程で動力を回収した後、復水器の内部で海水や河川水を利用した冷却塔と熱交換することにより低圧蒸気が凝縮されて復水に戻り、ふたたび高圧、中圧、低圧のボイラー給水として排熱回収ボイラーへ供給される。   The combined cycle power plant generates steam by recovering heat remaining in the exhaust gas of a gas turbine with an exhaust heat recovery boiler. The generated steam is supplied to a steam turbine through a pipe and used for power generation. In large-scale combined cycle power generation facilities in recent years, power is recovered in the expansion process of each turbine using a triple-pressure steam turbine, which is a high-pressure turbine, a reheat turbine, and a low-pressure turbine, and then seawater and river water are collected inside the condenser. By exchanging heat with the used cooling tower, the low-pressure steam is condensed and returned to the condensate, and again supplied to the exhaust heat recovery boiler as high-pressure, medium-pressure, and low-pressure boiler feed water.

従来の石炭を燃料としたコンベンショナル火力では、蒸気タービンで膨張過程にある低圧タービンから排気された蒸気の一部を抽気したり復水器で凝縮した水(給水)を、高圧、中圧、及び低圧の給水加熱器で予熱してボイラーに供給する方法を実用化し、発電効率の向上を図ってきた。   In conventional thermal power using coal as fuel, water (feed water) extracted from a low-pressure turbine that is expanding in a steam turbine or condensed in a condenser is fed into high pressure, medium pressure, and A method of preheating with a low-pressure feed water heater and supplying it to the boiler has been put into practical use, and power generation efficiency has been improved.

一般的に中圧や低圧の蒸気ドラムの出口側の配管から一部を抽気して、これを燃料ガス加温器に供給し、ガスタービンの燃料ガスを予熱する方法も用いられている。ガスタービンに投入される燃料ガスは高温であるほうが再生サイクルの効果による熱効率の向上が達成できるため、昇圧昇温された蒸気を熱媒体として燃料ガス加温器においてガスと熱交換し、燃料ガス供給温度を向上させればガスタービンの熱効率を向上することができる。   In general, a method is also used in which a part of the gas is extracted from a pipe on the outlet side of a medium-pressure or low-pressure steam drum and supplied to a fuel gas heater to preheat the fuel gas of the gas turbine. The higher the temperature of the fuel gas input to the gas turbine, the higher the thermal efficiency due to the effect of the regeneration cycle. Therefore, heat exchange with the gas is performed in the fuel gas heater using the steam whose temperature has been increased as a heat medium, and the fuel gas If the supply temperature is improved, the thermal efficiency of the gas turbine can be improved.

さらに、近年提案されている方法として、大型の原子力発電所において低圧タービンから排気された蒸気を、蒸気圧縮装置(ヒートポンプ)によって圧縮して圧力と温度を上昇させて、通常の高圧抽気蒸気を用いた湿分分離器の熱源よりも高効率に低温の蒸気を活用する方法が提案されている(特許文献1)。   Furthermore, as a recently proposed method, steam discharged from a low-pressure turbine in a large nuclear power plant is compressed by a steam compressor (heat pump) to increase the pressure and temperature, and normal high-pressure extraction steam is used. A method of utilizing low-temperature steam with higher efficiency than a heat source of a conventional moisture separator has been proposed (Patent Document 1).

なおガスタービンと蒸気タービンを利用したコンバインドサイクル発電所においては、原子力発電所や大型石炭火力発電所のような大規模の蒸気サイクルを有していないため、低圧タービンからの抽気蒸気や低圧ボイラー節炭器からの低温給水を再利用することは費用対効果が小さいと考えられている。   A combined cycle power plant that uses gas turbines and steam turbines does not have a large-scale steam cycle like a nuclear power plant or a large coal-fired power plant. Reusing low temperature water from charcoal is considered less cost effective.

国際公開第2010/087126号International Publication No. 2010/087126

原子力発電所や大型石炭火力発電所だけでなく、小規模な発電システム(たとえば、コンバインドサイクル発電システム)においても、更なる効率向上が求められている。本発明の目的は、ボイラーで生成した蒸気によって蒸気タービンを駆動して発電する発電システムにおいて、熱効率を向上することを目的とする。   In addition to nuclear power plants and large coal-fired power plants, there is a need for further efficiency improvements not only in small-scale power generation systems (for example, combined cycle power generation systems). An object of the present invention is to improve thermal efficiency in a power generation system that generates power by driving a steam turbine with steam generated by a boiler.

<構成1>
上記目的を達成するための発電システムの特徴構成は、水を加熱して蒸気を生成するボイラーと、前記ボイラーから供給された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンによって駆動されて発電する発電機と、前記蒸気タービンから供給された蒸気を断熱圧縮して昇温する蒸気圧縮機とを有する点にある。
<Configuration 1>
A characteristic configuration of a power generation system for achieving the above-described object is that a boiler that generates steam by heating water, a steam turbine that is driven by steam supplied from the boiler, and that is driven by the steam turbine to generate power It has a generator and a steam compressor that adiabatically compresses the steam supplied from the steam turbine and raises the temperature.

上記の特徴構成によれば、蒸気圧縮機が、蒸気タービンから供給された蒸気を断熱圧縮して昇温するから、蒸気タービンからの蒸気の温度と圧力とが高められて、有効活用することが可能となる。すなわちこの蒸気は、例えばガスタービンの燃料ガスの加温に活用したり、膨張タービンの作動流体として使用することができるから、発電システムの熱効率を向上することができる。また蒸気圧縮機での蒸気の昇温は断熱圧縮、すなわち自己熱再生により行われるから、少ないエネルギーで蒸気タービンからの蒸気を昇温・昇圧できる。よって発電システムの熱効率を向上することができる。   According to the above characteristic configuration, the steam compressor adiabatically compresses the steam supplied from the steam turbine and raises the temperature, so that the temperature and pressure of the steam from the steam turbine can be increased and effectively utilized. It becomes possible. In other words, this steam can be used for, for example, heating the fuel gas of a gas turbine or used as a working fluid for an expansion turbine, so that the thermal efficiency of the power generation system can be improved. Moreover, since the temperature of the steam in the steam compressor is increased by adiabatic compression, that is, self-heat regeneration, the temperature of the steam from the steam turbine can be increased and increased with less energy. Therefore, the thermal efficiency of the power generation system can be improved.

<構成2>
前記蒸気圧縮機が、前記蒸気タービンから抽気された蒸気を断熱圧縮して昇温するよう構成すると、温度および圧力が比較的高い蒸気が蒸気圧縮機で圧縮されることになるから、熱効率をより向上でき好適である。
<Configuration 2>
If the steam compressor is configured so as to raise the temperature by adiabatically compressing the steam extracted from the steam turbine, steam having a relatively high temperature and pressure is compressed by the steam compressor. It is possible to improve.

<構成3>
また前記蒸気圧縮機が、前記蒸気タービンから排出された蒸気を断熱圧縮して昇温するよう構成すると、蒸気タービンで熱と圧力の活用を終えた蒸気を蒸気圧縮機で再生して活用することになるから、熱効率をより向上でき好適である。
<Configuration 3>
Further, when the steam compressor is configured to adiabatically compress and raise the temperature of the steam discharged from the steam turbine, the steam that has finished using heat and pressure in the steam turbine is regenerated and used in the steam compressor. Therefore, the thermal efficiency can be further improved, which is preferable.

<構成4>
本発明に係る発電システムの別の特徴構成は、前記蒸気圧縮機からの蒸気で燃料ガスを加温する燃料加温器と、前記燃料加温器で加温された燃料ガスを燃焼して発電するガスタービン発電機とを有する点にある。
<Configuration 4>
Another characteristic configuration of the power generation system according to the present invention includes a fuel heater that heats the fuel gas with steam from the steam compressor, and power generation by burning the fuel gas heated by the fuel heater. A gas turbine generator.

上記の特徴構成によれば、蒸気圧縮機で断熱圧縮された蒸気によってガスタービン発電機の燃料ガスが加温されるから、ガスタービン発電機の効率が大きく向上する。したがって発電システムの熱効率をより向上することができる。ある一定負荷で運転している場合、ガスタービンへ外部から与える熱量の合計は一定であり、燃料ガス温度を上げると、その分だけ燃料流量を減らすことができ、結果としてガスタービン単体の熱効率の改善につながる。   According to the above characteristic configuration, the fuel gas of the gas turbine generator is heated by the steam adiabatically compressed by the steam compressor, so that the efficiency of the gas turbine generator is greatly improved. Therefore, the thermal efficiency of the power generation system can be further improved. When operating at a certain load, the total amount of heat given to the gas turbine from the outside is constant, and if the fuel gas temperature is raised, the fuel flow rate can be reduced by that amount, resulting in the thermal efficiency of the gas turbine alone. It leads to improvement.

<構成5>
本発明に係る発電システムの別の特徴構成は、前記ボイラーの節炭器からの抽水で燃料ガスを加温して前記燃料加温器に供給する前段燃料加温器を有する点にある。
<Configuration 5>
Another characteristic configuration of the power generation system according to the present invention is that it has a pre-stage fuel heater that heats the fuel gas with water extracted from the boiler economizer and supplies the fuel gas to the fuel heater.

節炭器からの抽水は、もともと復水加熱器で加温された復水を用いているから、前段燃料加温器で燃料ガスを加温する分だけ燃料流量を減らすことができ、結果としてガスタービン単体の熱効率の改善につながる。すなわち上記の特徴構成によれば、蒸気圧縮機からの蒸気に加えて、ボイラーの節炭器からの抽水によってもガスタービン発電機の燃料ガスが加温されるから、ガスタービン発電機の効率がさらに向上する。したがって発電システムの熱効率を更に向上することができる。   Extraction from the economizer uses the condensate that was originally heated by the condensate heater, so the fuel flow rate can be reduced by the amount of fuel gas that is heated by the preceding stage fuel heater. This leads to improvement of the thermal efficiency of the gas turbine alone. That is, according to the above-described characteristic configuration, the fuel gas of the gas turbine generator is heated not only by the steam from the steam compressor but also by the water drawn from the boiler economizer, so that the efficiency of the gas turbine generator is improved. Further improve. Therefore, the thermal efficiency of the power generation system can be further improved.

<構成6>
本発明に係る発電システムの別の特徴構成は、前記燃料加温器へ供給される燃料の量の指示値である燃料流量指示値に基づいて、前記蒸気タービンから前記蒸気圧縮器へ供給される蒸気の量を制御する蒸気供給弁を有する点にある。
<Configuration 6>
Another characteristic configuration of the power generation system according to the present invention is supplied from the steam turbine to the steam compressor based on a fuel flow rate instruction value that is an instruction value of the amount of fuel supplied to the fuel warmer. It has a steam supply valve for controlling the amount of steam.

上記の特徴構成によれば、蒸気供給弁によって、燃料流量指示値に基づいて蒸気圧縮機へ供給される蒸気の量、すなわち燃料加温器に供給される蒸気の量が制御される。このようなフィードフォワード制御を用いることで、早期に燃料加温器の出口温度を目標値に追従させ、比較的に時間遅れを抑制することが可能となる。   According to the above characteristic configuration, the amount of steam supplied to the steam compressor, that is, the amount of steam supplied to the fuel warmer is controlled by the steam supply valve based on the fuel flow rate instruction value. By using such feedforward control, it is possible to cause the outlet temperature of the fuel warmer to follow the target value at an early stage and to suppress a time delay relatively.

<構成7>
本発明に係る発電システムの別の特徴構成は、前記燃料加温器から供給された蒸気によって駆動される補助蒸気タービンと、前記補助蒸気タービンによって駆動されて発電する補助発電機とを有する点にある。
<Configuration 7>
Another characteristic configuration of the power generation system according to the present invention is that it includes an auxiliary steam turbine driven by steam supplied from the fuel heater, and an auxiliary generator driven by the auxiliary steam turbine to generate electric power. is there.

燃料加温器から供給された蒸気は、温度は低下しているものの、高い圧力は維持されている。上記の特徴構成によれば、この蒸気を補助蒸気タービンの作動流体として活用して発電電力が得られるから、発電システムの熱効率を更に向上することができる。   The steam supplied from the fuel heater is maintained at a high pressure although the temperature is lowered. According to the above characteristic configuration, since the generated electric power can be obtained by utilizing this steam as the working fluid of the auxiliary steam turbine, the thermal efficiency of the power generation system can be further improved.

<構成8>
本発明に係る発電システムの別の特徴構成は、前記発電システムが生成する電力を制御する電力制御部を有し、前記電力制御部は、前記発電システムが生成する電力が一定となるように、前記補助発電機が生成する電力を制御する点にある。
<Configuration 8>
Another characteristic configuration of the power generation system according to the present invention includes a power control unit that controls power generated by the power generation system, and the power control unit is configured so that the power generated by the power generation system is constant. The power is generated by the auxiliary generator.

上記の特徴構成によれば、補助発電機が制御されて発電システムが生成する電力が一定となり好適である。   According to said characteristic structure, the electric power which an auxiliary generator is controlled and a power generation system produces | generates becomes constant, and is suitable.

<構成9>
本発明に係る発電システムを、電力制御部が、補助蒸気タービンに供給される蒸気の量を制御して、補助発電機が生成する電力を制御するよう構成することも可能である。
<Configuration 9>
The power generation system according to the present invention may be configured such that the power control unit controls the amount of steam supplied to the auxiliary steam turbine to control the electric power generated by the auxiliary generator.

発電システムの概要を示すブロック図Block diagram showing the outline of the power generation system

以下図面を参照しながら発電システムについて説明する。本実施形態に係る発電システムは、水を加熱して蒸気を生成するボイラー1と、ボイラー1から供給された蒸気によって駆動される蒸気タービン2と、蒸気タービン2によって駆動されて発電する発電機3と、蒸気タービン2から供給された蒸気を断熱圧縮して昇温する蒸気圧縮機4とを有する。   The power generation system will be described below with reference to the drawings. The power generation system according to the present embodiment includes a boiler 1 that generates steam by heating water, a steam turbine 2 that is driven by steam supplied from the boiler 1, and a generator 3 that is driven by the steam turbine 2 to generate power. And a steam compressor 4 for adiabatically compressing the steam supplied from the steam turbine 2 and raising the temperature.

ボイラー1は、石油・石炭の燃焼や原子核反応による熱を利用して、供給された水を加熱し、蒸気を生成する。本実施形態ではボイラー1は、高圧ボイラー1a、再熱ボイラー1bおよび低圧ボイラー1cを有して構成される。   The boiler 1 generates steam by heating the supplied water using heat generated by burning oil or coal or nuclear reaction. In the present embodiment, the boiler 1 includes a high-pressure boiler 1a, a reheat boiler 1b, and a low-pressure boiler 1c.

蒸気タービン2は、ボイラー1から供給された蒸気の膨張によって回転駆動される。蒸気タービン2は、高圧蒸気タービン2a、中圧蒸気タービン2bおよび低圧蒸気タービン2cを有して構成される。これら3つのタービンは共通の回転軸に設けられており、その回転軸が発電機3に接続されている。すなわち発電機3は、蒸気タービン2によって駆動されて発電する。   The steam turbine 2 is rotationally driven by the expansion of the steam supplied from the boiler 1. The steam turbine 2 includes a high pressure steam turbine 2a, an intermediate pressure steam turbine 2b, and a low pressure steam turbine 2c. These three turbines are provided on a common rotating shaft, and the rotating shaft is connected to the generator 3. That is, the generator 3 is driven by the steam turbine 2 to generate power.

高圧ボイラー1aで生成された蒸気は、高圧蒸気路L1を通って高圧蒸気タービン2aに供給され、高圧蒸気タービン2aを駆動する。高圧蒸気タービン2aを駆動して排出された蒸気は、再熱戻り蒸気路L2を通って再熱ボイラー1bに戻される。   The steam generated by the high-pressure boiler 1a is supplied to the high-pressure steam turbine 2a through the high-pressure steam path L1, and drives the high-pressure steam turbine 2a. The steam discharged by driving the high-pressure steam turbine 2a is returned to the reheat boiler 1b through the reheat return steam path L2.

再熱ボイラー1bで加熱された蒸気は、再熱供給蒸気路L3を通って中圧蒸気タービン2bに供給され、中圧蒸気タービン2bを駆動する。中圧蒸気タービン2bを駆動して排出された蒸気は、接続蒸気路L4を通って低圧蒸気タービン2cに供給され、低圧蒸気タービン2cを駆動する。   The steam heated by the reheat boiler 1b is supplied to the intermediate pressure steam turbine 2b through the reheat supply steam path L3, and drives the intermediate pressure steam turbine 2b. The steam discharged by driving the intermediate pressure steam turbine 2b is supplied to the low pressure steam turbine 2c through the connection steam path L4, and drives the low pressure steam turbine 2c.

低圧ボイラー1cで生成された蒸気は、低圧蒸気路L5を通って、低圧蒸気タービン2cに供給され、低圧蒸気タービン2cを駆動する。低圧蒸気タービン2cを駆動して排出された蒸気は、排出蒸気路L6を通って復水器40へ送られる。   The steam generated in the low pressure boiler 1c is supplied to the low pressure steam turbine 2c through the low pressure steam path L5, and drives the low pressure steam turbine 2c. The steam discharged by driving the low-pressure steam turbine 2c is sent to the condenser 40 through the discharge steam path L6.

復水器40は、供給された蒸気を海水等と熱交換させて水に戻す。この水は、復水加熱器50で加熱され、復水供給路L10を通り、第1復水ポンプP1により低圧ボイラー1cに送られ、第2復水ポンプP2により高圧ボイラー1aに送られる。以上の様にして水・蒸気が循環し、発電機3での発電が行われる。   The condenser 40 exchanges the supplied steam with seawater or the like to return it to water. This water is heated by the condensate heater 50, passes through the condensate supply path L10, is sent to the low pressure boiler 1c by the first condensate pump P1, and is sent to the high pressure boiler 1a by the second condensate pump P2. Water and steam circulate as described above, and power generation by the generator 3 is performed.

低圧蒸気タービン2cの途中から蒸気が抽気され、蒸気供給路L7を通って蒸気圧縮機4に供給される。また、低圧蒸気タービン2cから排出された蒸気の一部が、排出蒸気路L6から三方弁30を経由して蒸気供給路L7に合流し、蒸気圧縮機4に供給される。蒸気圧縮機4へ供給される蒸気のうちの、低圧蒸気タービン2cからの抽気蒸気と、低圧蒸気タービン2cからの排出蒸気との割合は、三方弁30の開度調整により、発電システムの運転条件等に応じて調節される。低圧蒸気タービン2cからの抽気蒸気のみ、あるいは低圧蒸気タービン2cからの排出蒸気のみが蒸気圧縮機4に供給される場合もあり得る。   Steam is extracted from the middle of the low-pressure steam turbine 2c and supplied to the steam compressor 4 through the steam supply path L7. Further, a part of the steam discharged from the low-pressure steam turbine 2 c joins the steam supply path L 7 via the three-way valve 30 from the discharge steam path L 6 and is supplied to the steam compressor 4. The ratio of the extracted steam from the low-pressure steam turbine 2c to the exhaust steam from the low-pressure steam turbine 2c in the steam supplied to the steam compressor 4 is determined by adjusting the opening degree of the three-way valve 30. It is adjusted according to etc. There may be a case where only the extracted steam from the low-pressure steam turbine 2 c or only the exhaust steam from the low-pressure steam turbine 2 c is supplied to the steam compressor 4.

蒸気圧縮機4は、蒸気供給路L7から供給された蒸気を断熱圧縮して昇温する。蒸気圧縮機4では、蒸気に対する加熱は行わずに、蒸気に対して外部から圧縮仕事を加えてエクセルギー回復(自己熱再生)を行うことで、比較的少ないエネルギーで高温・高圧の蒸気を得ることができる。これにより、燃料の燃焼による加熱と比べて80〜90%の省エネルギーとなる。   The steam compressor 4 adiabatically compresses the steam supplied from the steam supply path L7 and raises the temperature. In the steam compressor 4, high-temperature and high-pressure steam is obtained with relatively little energy by applying compression work from the outside and performing exergy recovery (self-heat regeneration) without heating the steam. be able to. Thereby, it becomes 80 to 90% energy saving compared with the heating by combustion of a fuel.

蒸気圧縮機4は具体的には、モータ4aによって駆動されるコンプレッサである。蒸気圧縮機4により圧縮・昇温された蒸気は、圧縮蒸気路L8を通って燃料加温器5に供給される。   Specifically, the steam compressor 4 is a compressor driven by a motor 4a. The steam compressed and heated by the steam compressor 4 is supplied to the fuel warmer 5 through the compression steam path L8.

燃料加温器5は、燃料ガス供給路L9を通流する燃料ガスを加温する。詳しくは燃料加温器5は、燃料ガス供給路L9を通流する燃料ガスと、圧縮蒸気路L8を通流する蒸気とを熱交換させて、燃料ガスを250℃程度まで加温する。加温された燃料ガスは、燃料ガス供給路L9を通ってガスタービン発電機7へ供給される。   The fuel heater 5 warms the fuel gas flowing through the fuel gas supply path L9. Specifically, the fuel heater 5 heats the fuel gas up to about 250 ° C. by exchanging heat between the fuel gas flowing through the fuel gas supply path L9 and the steam flowing through the compressed steam path L8. The heated fuel gas is supplied to the gas turbine generator 7 through the fuel gas supply path L9.

前段燃料加温器6が、燃料ガス供給路L9における燃料加温器5の上流側に配置されている。前段燃料加温器6は、ボイラー1(低圧ボイラー1c)の節炭器からの抽水で燃料ガスを加温して燃料加温器5に供給する。   The pre-stage fuel warmer 6 is disposed on the upstream side of the fuel warmer 5 in the fuel gas supply path L9. The pre-stage fuel warmer 6 warms the fuel gas with water extracted from the economizer of the boiler 1 (low pressure boiler 1c) and supplies the fuel gas to the fuel warmer 5.

ガスタービン発電機7は、燃料加温器5および前段燃料加温器6で加温された燃料ガスを燃焼して、発電を行う。ガスタービン発電機7は詳しくは、燃焼器7aと、コンプレッサ7bと、タービン7cと、発電機7dとを有する。燃焼器7aは、燃料ガス供給路L9から供給される加温された燃料ガスと、コンプレッサ7bから供給される圧縮された空気とを混合して燃焼させ、燃焼排ガスをタービン7cへ送る。コンプレッサ7bは、タービン7cにより駆動され、空気を圧縮して燃焼器7aへ送る。タービン7cは、燃焼器7aからの燃焼排ガスにより駆動され、コンプレッサ7bと発電機7dとを駆動する。発電機7dは、タービン7cにより駆動されて発電する。   The gas turbine generator 7 generates power by burning the fuel gas heated by the fuel warmer 5 and the preceding stage fuel warmer 6. Specifically, the gas turbine generator 7 includes a combustor 7a, a compressor 7b, a turbine 7c, and a generator 7d. The combustor 7a mixes and heats the heated fuel gas supplied from the fuel gas supply path L9 and the compressed air supplied from the compressor 7b, and sends the combustion exhaust gas to the turbine 7c. The compressor 7b is driven by the turbine 7c, compresses air, and sends it to the combustor 7a. The turbine 7c is driven by the combustion exhaust gas from the combustor 7a, and drives the compressor 7b and the generator 7d. The generator 7d is driven by the turbine 7c to generate power.

第1補助蒸気タービン8a(補助蒸気タービン8の一例)が、圧縮蒸気路L8における燃料加温器5の下流側に配置されている。第1補助蒸気タービン8aは、燃料加温器5から供給された蒸気によって駆動される。第1補助発電機9aが、第1補助蒸気タービン8aと接続されて配置されている。第1補助発電機9aは、第1補助蒸気タービン8aによって駆動されて発電する。第1補助蒸気タービン8aから排出された蒸気は、圧縮蒸気路L8を通って、復水加熱器50へ送られる。   The first auxiliary steam turbine 8a (an example of the auxiliary steam turbine 8) is disposed on the downstream side of the fuel warmer 5 in the compressed steam path L8. The first auxiliary steam turbine 8 a is driven by the steam supplied from the fuel warmer 5. The first auxiliary generator 9a is connected to the first auxiliary steam turbine 8a. The first auxiliary generator 9a is driven by the first auxiliary steam turbine 8a to generate electric power. The steam discharged from the first auxiliary steam turbine 8a is sent to the condensate heater 50 through the compression steam path L8.

復水加熱器50は、圧縮蒸気路L8における第1補助蒸気タービン8aの下流側、かつ復水供給路L10における復水加熱器50の下流側に配置されている。復水加熱器50は、圧縮蒸気路L8を通流する蒸気と、復水供給路L10を通流する水とを熱交換させて、ボイラー1へ送られる水を加熱する。復水加熱器50から排出された蒸気は、圧縮蒸気路L8を通って、第2補助蒸気タービン8bへ送られる。   The condensate heater 50 is disposed downstream of the first auxiliary steam turbine 8a in the compressed steam path L8 and downstream of the condensate heater 50 in the condensate supply path L10. The condensate heater 50 heats the water sent to the boiler 1 by exchanging heat between the steam flowing through the compressed steam path L8 and the water flowing through the condensate supply path L10. The steam discharged from the condensate heater 50 is sent to the second auxiliary steam turbine 8b through the compression steam path L8.

第2補助蒸気タービン8b(補助蒸気タービン8の一例)が、圧縮蒸気路L8における復水加熱器50の下流側に配置されている。第2補助蒸気タービン8bは、燃料加温器5から供給され、第1補助蒸気タービン8aから排出された蒸気によって駆動される。第2補助発電機9bが、第2補助蒸気タービン8bと接続されて配置されている。第2補助発電機9bは、第2補助蒸気タービン8bによって駆動されて発電する。第2補助蒸気タービン8bから排出された蒸気は、圧縮蒸気路L8を通って、復水器40へ送られて、復水器40にて水に戻され、ボイラー1へ供給される。   The second auxiliary steam turbine 8b (an example of the auxiliary steam turbine 8) is disposed on the downstream side of the condensate heater 50 in the compressed steam path L8. The second auxiliary steam turbine 8b is driven by the steam supplied from the fuel heater 5 and discharged from the first auxiliary steam turbine 8a. A second auxiliary generator 9b is connected to the second auxiliary steam turbine 8b. The second auxiliary generator 9b is driven by the second auxiliary steam turbine 8b to generate electric power. The steam discharged from the second auxiliary steam turbine 8b passes through the compression steam path L8, is sent to the condenser 40, is returned to water by the condenser 40, and is supplied to the boiler 1.

以上の様に構成された発電システムにより、蒸気圧縮機4、燃料加温器5、補助蒸気タービン8、補助発電機9および復水加熱器50を用いない場合に比べて、効率が0.07%向上する。   The power generation system configured as described above has an efficiency of 0.07 compared to the case where the steam compressor 4, the fuel heater 5, the auxiliary steam turbine 8, the auxiliary generator 9, and the condensate heater 50 are not used. %improves.

発電システムのガスタービン発電機7にて燃料ガスを55t/h消費している場合について計算する。低圧蒸気タービン2cから20t/h、2780kJ/kgの蒸気を抽気すると、低圧蒸気タービン2cの出力低下量W2cは次の様に計算される。係数0.9はタービン効率である。
W2c=20t/h×(2780−2400)kJ/kg×0.9
=1900kW
Calculation is made for the case where 55 t / h of fuel gas is consumed in the gas turbine generator 7 of the power generation system. When steam of 20 t / h and 2780 kJ / kg is extracted from the low-pressure steam turbine 2c, the output reduction amount W2c of the low-pressure steam turbine 2c is calculated as follows. A factor of 0.9 is turbine efficiency.
W2c = 20 t / h × (2780-2400) kJ / kg × 0.9
= 1900kW

蒸気圧縮機4では、抽気蒸気が0.2MPa、160℃から1.5Mpa、320℃へ断熱圧縮される。これに必要な動力W4は次の様に計算される。係数1.1は圧縮効率の逆数である。
W4=20t/h×(3100−2780)kJ/kg×1.1
=1960kW
In the steam compressor 4, the extracted steam is adiabatically compressed from 0.2 MPa, 160 ° C. to 1.5 Mpa, 320 ° C. The power W4 required for this is calculated as follows. The coefficient 1.1 is the reciprocal of the compression efficiency.
W4 = 20 t / h × (3100-2780) kJ / kg × 1.1
= 1960 kW

燃料加温器5では、蒸気が燃料ガスに熱を与えて、蒸気の温度が320℃から200℃に低下する。燃料加温器5での燃料ガスの加温による利得は、燃料加温器5にて蒸気から燃料ガスへ与えられる熱W5として次の様に計算される。
W5=20t/h×(3100−2800)kJ/kg
=1670kW
このΔWは、燃料消費に換算すると122kg/hの削減に相当する。
In the fuel warmer 5, the steam gives heat to the fuel gas, and the temperature of the steam decreases from 320 ° C to 200 ° C. The gain due to the heating of the fuel gas in the fuel heater 5 is calculated as the heat W5 given from the steam to the fuel gas in the fuel heater 5 as follows.
W5 = 20 t / h × (3100-2800) kJ / kg
= 1670 kW
This ΔW corresponds to a reduction of 122 kg / h in terms of fuel consumption.

第1補助蒸気タービン8aおよび第1補助発電機9aでの発電電力W8aは、蒸気が1.5Mpa、200℃から0.1Mpa、100℃へ膨張するとして、次の様に計算される。
W8a=20t/h×(2800−2400)kJ/kg×0.9
=2000kW
The electric power W8a generated by the first auxiliary steam turbine 8a and the first auxiliary generator 9a is calculated as follows, assuming that the steam expands from 1.5 Mpa, 200 ° C. to 0.1 Mpa, 100 ° C.
W8a = 20 t / h × (2800-2400) kJ / kg × 0.9
= 2000kW

復水加熱器50では、蒸気が復水に熱を与えて、蒸気の温度が100℃から90℃へ低下することにより、熱W50が回収される。
W50=20t/h×(2400−2300)kJ/kg
=560kW
このΔWは、燃料消費に換算すると41kg/hの削減に相当する。
よって、燃焼消費量は、55000kg/hから、W5とW50に該当する消費量が削減されて、54837kg/hとなる。
In the condensate heater 50, the steam gives heat to the condensate, and the temperature of the steam decreases from 100 ° C to 90 ° C, whereby the heat W50 is recovered.
W50 = 20t / h × (2400-2300) kJ / kg
= 560kW
This ΔW corresponds to a reduction of 41 kg / h in terms of fuel consumption.
Therefore, the consumption amount corresponding to W5 and W50 is reduced from 55000 kg / h to 54837 kg / h.

第2補助蒸気タービン8bおよび第2補助発電機9bでの発電電力W8bは、蒸気が0.09Mpa、90℃から0.01Mpa、55℃へ膨張するとして、次の様に計算される。
W8b=20t/h×(2300−2100)kJ/kg×0.9
=1000kW
The electric power W8b generated by the second auxiliary steam turbine 8b and the second auxiliary generator 9b is calculated as follows assuming that the steam expands from 0.09 Mpa, 90 ° C. to 0.01 Mpa, 55 ° C.
W8b = 20 t / h × (2300-2100) kJ / kg × 0.9
= 1000kW

第2復水ポンプP2でのエネルギー消費WP2は、80kWと計算される。
WP2=80kW
The energy consumption WP2 at the second condensate pump P2 is calculated as 80 kW.
WP2 = 80kW

以上を合算すると、上記構成による利得(仕事率の向上)ΔWは次の様になる。
ΔW=−W2c−W4+W8a+W8b+WP2
=−780kW
Summing up the above, the gain (improvement of power) ΔW by the above configuration is as follows.
ΔW = −W2c−W4 + W8a + W8b + WP2
= -780kW

このΔWは、−780kWに相当するから、発電プラントの総合出力は低下する。
また、燃料消費に換算すると163kg/hの削減に相当するから、55t/hの燃料消費に対して、0.07%の効率向上であるといえる。
Since this ΔW corresponds to −780 kW, the total output of the power plant decreases.
Moreover, since it corresponds to a reduction of 163 kg / h in terms of fuel consumption, it can be said that the efficiency is improved by 0.07% with respect to the fuel consumption of 55 t / h.

<第2実施形態>
本実施形態に係る発電システムでは、三方弁30(蒸気供給弁)が、燃料加温器5へ供給される燃料の量の指示値である燃料流量指示値(以下「FSR」と記す場合がある。)に基づいて、蒸気タービン2から蒸気圧縮機4へ供給される蒸気の量を制御する。なお以降の実施形態では、第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
Second Embodiment
In the power generation system according to the present embodiment, the three-way valve 30 (steam supply valve) may be referred to as a fuel flow rate indication value (hereinafter referred to as “FSR”) that is an indication value of the amount of fuel supplied to the fuel warmer 5. )), The amount of steam supplied from the steam turbine 2 to the steam compressor 4 is controlled. In the following embodiments, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

例えば三方弁30は、ガスタービンへ投入される燃料ガスの組成や熱量が大幅に低下した場合に、圧縮蒸気路L8を通流する蒸気の流量を低減させる。そうすると、燃料加温器5から流出する燃料ガスは250℃から200℃程度まで減温される。減温された燃料ガスは、燃料ガス供給路L9を通ってガスタービン発電機7へ供給され、燃焼温度を調整することで、結果的に失火や逆火を抑える効果が得られる。   For example, the three-way valve 30 reduces the flow rate of the steam flowing through the compressed steam path L8 when the composition and heat amount of the fuel gas input to the gas turbine are significantly reduced. Then, the temperature of the fuel gas flowing out from the fuel heater 5 is reduced from about 250 ° C. to about 200 ° C. The temperature-reduced fuel gas is supplied to the gas turbine generator 7 through the fuel gas supply path L9, and by adjusting the combustion temperature, an effect of suppressing misfire and flashback can be obtained.

燃焼調整は、燃料配分・燃焼モードの切替えポイントを各燃焼モード別に調整し、空燃比と各燃焼モードの燃焼温度調整をおこなうもので、ガスタービン制御においては、仮想燃焼温度は、排気温度、圧縮機出口温度、圧縮機出口圧力、大気圧、大気温度から、あらかじめ決められたテーブルにて演算され、制御に使用されている。   Combustion adjustment adjusts the fuel distribution / combustion mode switching point for each combustion mode and adjusts the air-fuel ratio and combustion temperature for each combustion mode. In gas turbine control, the virtual combustion temperature is the exhaust temperature, compression It is calculated from a machine outlet temperature, compressor outlet pressure, atmospheric pressure, and atmospheric temperature using a predetermined table and used for control.

以下更に詳細に、三方弁30(蒸気供給弁)による蒸気の量の制御について説明する。まずこの制御の技術的背景から説明する。   Hereinafter, the control of the amount of steam by the three-way valve 30 (steam supply valve) will be described in more detail. First, the technical background of this control will be described.

将来的に、天然ガス火力発電所の燃料が多様化し、各国の産地からメタンリッチな軽質ガスとエタン/プロパンリッチな重質ガスが購入されて、天然ガスパイプラインの産出地域やLNG基地を固定化せずに運用され、ガスタービンなどに随時流動的に混焼されることになる。これまでにもガスタービンメーカーが設計面での対応を図ってきたが、自由に幅広い燃料ガス性状に対応できるよう燃料ガスの利用や運転中のガス性状の急変にも対応できる設備にしておくことは、今後ますます重要な課題となっていく。   In the future, natural gas-fired power plant fuels will diversify, and methane-rich light gas and ethane / propane-rich heavy gas will be purchased from each country's production areas to fix natural gas pipeline production areas and LNG bases Without being operated, and it is fluidly mixed into a gas turbine or the like at any time. Until now, gas turbine manufacturers have tried to cope with the design aspects, but the facilities should be able to respond to sudden changes in fuel properties and the use of fuel gas so that it can be used in a wide range of fuel gas properties. Will become an increasingly important issue in the future.

燃料ガス加温制御の追従性向上と安定性向上による失火・逆火の抑制と、ガスタービンの安定運用については、以下の3つの課題がある。   There are the following three issues regarding the suppression of misfire and flashback by improving the followability and stability of fuel gas warming control and the stable operation of the gas turbine.

定格運転(排気ガス温度制御)の状態で、燃料ガス性状が軽質ガスに急変してウォッベインデックス(WI値)が低下したときは、燃料ガス加温器への供給熱量を減らして修正ウォッベインデックス(MWI値:WIを温度の平方根で割った計算値)を増加させたいが、弁動作が遅れると間に合わずに、ガスタービンが失火する可能性がある。   If the fuel gas properties suddenly change to light gas and the Wobbe index (WI value) decreases during rated operation (exhaust gas temperature control), the amount of heat supplied to the fuel gas heater is reduced and the modified Wobbe index ( Although it is desired to increase the MWI value (calculated value obtained by dividing WI by the square root of temperature), there is a possibility that the gas turbine misfires in time when the valve operation is delayed.

発電プラントを起動している過程では、燃料ガス加温制御がボイラー給水量を急増させている途上である。この燃料流量指令FSRが増加しているときに、LNG基地やガスパイプラインの軽質ガスから重質ガスに切り替わる場合は、ウォッベWI値が急増するが、加温制御弁の開動作が追いつかずにガス加温器出口のMWI値がさらに上昇して燃焼振動や逆火をおこしやすい。   In the process of starting the power plant, the fuel gas heating control is in the process of rapidly increasing the boiler water supply amount. When the fuel flow rate command FSR is increasing, when switching from light gas to heavy gas at the LNG terminal or gas pipeline, the Wobbe WI value increases rapidly, but the opening operation of the heating control valve cannot catch up and the gas The MWI value at the heater outlet is further increased, and combustion vibration and flashback are likely to occur.

負荷上昇後に燃料ガスの設定上限温度に到達したらボイラー給水量を削減するが、ここで給水弁を絞り込みすぎて、ガス温度がアンダーシュートすると、MWI値が急激に上昇して燃焼振動や逆火をおこしやすい。   When the fuel gas reaches the set upper limit temperature after the load rises, the boiler water supply amount is reduced, but if the water supply valve is narrowed down too much and the gas temperature undershoots, the MWI value rises sharply, causing combustion vibration and flashback. Easy to do.

上流の燃料ガス組成の分析結果からWI値を算出し、供給される燃料ガスの組成変化により単位時間当たりのウォッベWI値の変化量が規定値より小さくなるときや、LNG基地からのガスにBOG(Boil of Gas)の混合量が急変した時に備えて制御関数を設定しておく。ガスタービンの機種によって許容速度の違いがあるため、この関数がどのようなガスタービンにも対応できるように、制御部の温度変化関数は自由に設定変更が可能なものとする。   The WI value is calculated from the analysis result of the upstream fuel gas composition, and when the change amount of the Wobbe WI value per unit time becomes smaller than the specified value due to the change in the composition of the supplied fuel gas, the BOG is added to the gas from the LNG base. A control function is set in preparation for when the amount of (Boil of Gas) changes suddenly. Since the allowable speed varies depending on the type of gas turbine, it is assumed that the temperature change function of the controller can be freely changed so that this function can be applied to any gas turbine.

そこで、燃料ガス加温制御の改善のため、加温熱源としてボイラー給水に代わり、低圧蒸気タービン抽気を圧縮してよりエンタルピの高い高温蒸気を加熱源に利用することで、負荷追従性を改善していく。さらに、起動停止の途中や定格運転中において、燃料ガス性状が大きく変化して熱量が変動した場合でも、安定的にMWI値を制御し、発電プラントの運転を継続する。   Therefore, in order to improve fuel gas heating control, instead of boiler feed water as a heating heat source, compressing low-pressure steam turbine bleed gas and using high-temperature steam with higher enthalpy as the heating source improves load followability. To go. Furthermore, even when the fuel gas properties change greatly during start / stop or during rated operation, the MWI value is stably controlled and the operation of the power plant is continued even if the heat quantity fluctuates.

具体的には発電システムを以下のように構成すると好適である。燃料ガス温度制御の追従速度を上げて、かつ目標温度での安定性を向上するために、燃料流量指令FSRの増減の信号からあらかじめ定めた関数により、ガス加温熱源の温水流量や蒸気流量との関係を予測して制御する。   Specifically, the power generation system is preferably configured as follows. In order to increase the follow-up speed of the fuel gas temperature control and improve the stability at the target temperature, the hot water flow rate and the steam flow rate of the gas heating heat source are determined according to a function determined in advance from the increase / decrease signal of the fuel flow rate command FSR. Predict and control the relationship.

この先行制御方式(フィードフォワード制御)を用いることで、早期に燃料ガス加温器出口温度を目標値に追従させ、比較的に時間遅れを抑制することが可能となる。通常時は、負荷上昇過程の燃料ガス流量指示値(FSR)が増加している過程で、約35%を超えると燃料ガス温度調節弁の開度を大きくして、ガス加温器入口加温水の流量を増加させる。   By using this advance control method (feed forward control), it is possible to cause the fuel gas warmer outlet temperature to follow the target value at an early stage and to suppress a time delay relatively. Normally, when the fuel gas flow rate indication value (FSR) in the process of increasing the load is increasing, if it exceeds about 35%, the opening degree of the fuel gas temperature control valve is increased and the heating water at the inlet of the gas heater is increased. Increase the flow rate.

また、ガス加温器出口温度を指標としたフィードバック制御のみでは、燃料ガス性状の変化による温度制御の時間遅れが発生すると制御偏差が大きくなってしまう欠点がある。例えば、燃料ガス熱量の低下に対する制御量は、燃料ガス加温器への給水温度の低減量であるから、反応が早く制定時間が短いPID制御を用いることで燃料ガス温度を制御でき、ガスタービンの安定運用に寄与することができる。
つまり、燃料ガス温度とSVとの偏差による「比例+積分演算制御」を行い、蒸気圧縮機出口から供給される蒸気流量を加減する。
Further, only the feedback control using the gas heater outlet temperature as an index has a drawback that a control deviation becomes large when a time delay of the temperature control due to a change in the fuel gas property occurs. For example, the control amount for the decrease in the heat amount of the fuel gas is a reduction amount of the feed water temperature to the fuel gas heater, so that the fuel gas temperature can be controlled by using PID control that has a quick reaction and a short establishment time. Can contribute to stable operation.
That is, “proportional + integral calculation control” based on the deviation between the fuel gas temperature and the SV is performed, and the flow rate of the steam supplied from the steam compressor outlet is adjusted.

例えば、燃料ガス熱量の変化により、ウォッベインデックスWI値が58から55へ(MWI値:43から41)に下がった場合は、燃料ガス加温器出口のガス温度を250℃から約220℃に下げる必要があるため、供給蒸気流量を減らすように加温器入口の三方弁30(蒸気供給弁)を絞る。   For example, when the wobbe index WI value is lowered from 58 to 55 (MWI value: 43 to 41) due to the change in the fuel gas calorific value, the gas temperature at the outlet of the fuel gas heater is lowered from 250 ° C. to about 220 ° C. Since it is necessary, the three-way valve 30 (steam supply valve) at the inlet of the heater is throttled so as to reduce the supply steam flow rate.

また発電システムを以下のように構成すると好適である。起動停止の途中や定格運転中において、燃料ガス性状が大きく変化して熱量が変動した場合でも、安定してMWI値を収束させる。これにより、発電プラントの運転を安定して継続できる。   The power generation system is preferably configured as follows. Even during start-stop and during rated operation, the MWI value is stably converged even when the fuel gas properties change greatly and the heat quantity fluctuates. Thereby, the operation of the power plant can be continued stably.

具体的には以下の制御を行う。軽質ガスへの切替時や燃料ガス温度の制御下限到達後の開動作の行き過ぎによりMWI値が低下するときは、迅速に加温蒸気を削減する。重質ガスへの切替時や燃料ガス温度の制御上限到達後の絞り込み動作の遅れによりMWI値が急上昇するときは、迅速に加温蒸気を増加する。   Specifically, the following control is performed. When the MWI value decreases due to switching to light gas or excessive opening operation after reaching the control lower limit of the fuel gas temperature, the heated steam is quickly reduced. When the MWI value rises rapidly due to a delay in the narrowing-down operation after switching to heavy gas or after reaching the control upper limit of the fuel gas temperature, the heated steam is rapidly increased.

<第3実施形態>
本実施形態では、発電システムが生成する電力を制御する電力制御部が設けられる。電力制御部は、発電システムが生成する電力が一定となるように、第1補助発電機9aおよび第2補助発電機9bが生成する電力を制御する。詳しくは電力制御部は、補助蒸気タービン8(第1補助蒸気タービン8aおよび第2補助蒸気タービン8b)に供給される蒸気の量を制御して、第1補助発電機9aおよび第2補助発電機9bが生成する電力を制御する。蒸気の量の制御は、例えば三方弁30の開度等を制御して行うことができる。
<Third Embodiment>
In the present embodiment, a power control unit that controls the power generated by the power generation system is provided. The power control unit controls the power generated by the first auxiliary generator 9a and the second auxiliary generator 9b so that the power generated by the power generation system is constant. Specifically, the power control unit controls the amount of steam supplied to the auxiliary steam turbine 8 (the first auxiliary steam turbine 8a and the second auxiliary steam turbine 8b), and thereby the first auxiliary generator 9a and the second auxiliary generator. The power generated by 9b is controlled. The amount of steam can be controlled by controlling the opening degree of the three-way valve 30, for example.

ガスタービン発電機7が優先制御されて送電出力をコントロールしている場合に、自己熱再生用の第1補助蒸気タービン8aの出力を回転数制御・出力制御することで、発電システム全体の出力を一定に制御することも可能とする。
燃料加温器5から供給された蒸気によって第1補助蒸気タービン8aが駆動されるが、
このタービンには速度制御を設け、解列中は速度制御として作動し、併入後は負荷制御として動作する。調速(負荷)制御は、第1補助蒸気タービン8aの回転速度を定格値に保つ機能と所定の負荷を得る機能を有する。
When the gas turbine generator 7 is preferentially controlled to control the power transmission output, the output of the first auxiliary steam turbine 8a for self-heat regeneration is controlled by the rotational speed and the output control, so that the output of the entire power generation system can be controlled. It can also be controlled to be constant.
The first auxiliary steam turbine 8a is driven by the steam supplied from the fuel heater 5,
This turbine is provided with speed control, and operates as speed control during disconnection and operates as load control after insertion. The speed control (load) control has a function of maintaining the rotational speed of the first auxiliary steam turbine 8a at a rated value and a function of obtaining a predetermined load.

発熱量の低いガスの場合、MWIは基準点からマイナス側に振れ、燃料ガスの体積が多くなり、ガスの流速が増大し、失火しやすくなる。このような燃焼状態では低周波の燃焼振動が発生する。
MWI制限値は、燃料ノズルの圧力比、ノズル内の流速を適正に保ち、逆火または失火に対する裕度を確保するために、基準点に対し例えば+/−5%以内と規定されている。この規定範囲を超える燃料ガスの場合、燃料ガス温度を可変制御することでMWIのマイナス側、つまり発熱量の低下については対応が可能である。発熱量の低い燃料ガス性状の場合、圧縮蒸気路L8を通ずる蒸気流量を絞り込むことで、燃料ガス温度を下げ、MWIを設計値に近く制御することができる。
In the case of a gas with a low calorific value, the MWI swings from the reference point to the minus side, the volume of the fuel gas increases, the gas flow rate increases, and misfires are likely. In such a combustion state, low-frequency combustion vibration occurs.
The MWI limit value is defined as, for example, within +/− 5% with respect to the reference point in order to keep the pressure ratio of the fuel nozzle and the flow velocity in the nozzle appropriately, and to ensure tolerance to backfire or misfire. In the case of fuel gas exceeding this specified range, it is possible to cope with the minus side of the MWI, that is, the decrease in the heat generation amount, by variably controlling the fuel gas temperature. In the case of the fuel gas property having a low calorific value, the fuel gas temperature can be lowered and the MWI can be controlled close to the design value by narrowing the flow rate of the steam passing through the compression steam path L8.

以下さらに詳しく説明する。第1補助蒸気タービン8aの負荷制御(調速制御)については、タービン8aの回転速度を定格値に保つ機能と所定の負荷を得る機能を有し、プラント総合出力の制御にも寄与するようにし、系統電圧の変化への対応を迅速に行う。また、蒸気流量がごくわずかの段階では、送電負荷をとることができないが、無負荷で定格速度を維持した状態とすることもできる。   This will be described in more detail below. The load control (regulator control) of the first auxiliary steam turbine 8a has a function of maintaining the rotational speed of the turbine 8a at a rated value and a function of obtaining a predetermined load, and contributes to the control of the overall plant output. Respond quickly to changes in system voltage. Further, when the steam flow rate is very small, it is not possible to take a power transmission load, but it is possible to maintain a rated speed with no load.

第1補助蒸気タービン8aの起動時は速度制御が作動し、併入後は負荷制御が動作する。調速(負荷)制御は、第1補助蒸気タービン8aの回転速度を定格値に保つ機能と所定の負荷を得る機能を有する。   The speed control is activated when the first auxiliary steam turbine 8a is started, and the load control is activated after the start-up. The speed control (load) control has a function of maintaining the rotational speed of the first auxiliary steam turbine 8a at a rated value and a function of obtaining a predetermined load.

タービン背圧設定値を初期値0.1MPa(1kg/cm2)として電気ガバナーを作動し、膨張タービンノズルで圧力制御をおこなうことでタービン出力を得る。電気ガバナーには回転数制御機能(PID)、背圧制御機能(PID)、ランプ出力機能があり、それぞれのうち一番低い値を選択してタービンノズルに出力する。   A turbine output is obtained by operating an electric governor with a turbine back pressure set value as an initial value of 0.1 MPa (1 kg / cm 2) and performing pressure control with an expansion turbine nozzle. The electric governor has a rotation speed control function (PID), a back pressure control function (PID), and a lamp output function. The lowest value is selected and output to the turbine nozzle.

回転数が規定値以上(3480rpmなど)に達すると回転数制御が働く。タービン出力が上昇し、同期検定装置が働きながら回転数を徐々に下げながら遮断器が投入されて同期する。   When the rotational speed reaches a specified value or more (such as 3480 rpm), the rotational speed control is activated. Turbine output rises and the circuit breaker is turned on and synchronized while the rotation speed is gradually lowered while the synchronous verification device is working.

遮断器が投入されたときのタービンノズルは、売電と同期をとるためのエネルギーに相当する蒸気量しか取り込んでおらず、発電量は0kWである。そこで負荷を乗せていくために、ランプ機能で約1rpm/5sのスピードで回転数設定値を上昇させることによりタービンノズルを開けていく。   When the circuit breaker is turned on, the turbine nozzle takes in only the amount of steam corresponding to the energy for synchronizing power sales, and the amount of power generation is 0 kW. Therefore, in order to load the load, the turbine nozzle is opened by increasing the rotation speed setting value at a speed of about 1 rpm / 5 s by the ramp function.

系統との同期後の負荷上昇時はタービン背圧設定値を初期値0.1MPa(1kg/cm2)を0.09MPa−0.08MPaへ下げて、ランプによる回転数制御の出力が増加した場合に、低値選択により背圧制御が選択されるようにする。   When the load rises after synchronization with the grid, the turbine back pressure set value is lowered from the initial value of 0.1 MPa (1 kg / cm 2) to 0.09 MPa-0.08 MPa, and the output of the rotational speed control by the lamp increases. The back pressure control is selected by selecting a low value.

自己熱再生用の第1補助蒸気タービン8aの出力を回転数制御・出力制御することで、発電システム全体の出力を一定に制御する機能を担わせることも可能である。   By controlling the output of the first auxiliary steam turbine 8a for self-heat regeneration at the rotational speed and controlling the output, it is possible to have a function of controlling the output of the entire power generation system to be constant.

膨張タービンは、燃料ガス加温器からの蒸気温度が150℃以上の場合に作動させる。   The expansion turbine is operated when the steam temperature from the fuel gas warmer is 150 ° C. or higher.

共通制御部では、送電出力制御におけるコンバインドサイクル出力に対して、出力の過不足が発生した場合に、膨張タービンのノズル開度調節による出力調整を行う。   The common control unit performs output adjustment by adjusting the nozzle opening of the expansion turbine when an excess or deficiency of output occurs with respect to the combined cycle output in the power transmission output control.

膨張タービンの発電量が増えることで所内動力系統(6.6kVまたは440V)への送電量が多くなれば、コンバインド発電プラント全体としての系統送電量が増えて売電量が増加する。   If the amount of power transmitted to the in-house power system (6.6 kV or 440 V) increases due to an increase in the amount of power generated by the expansion turbine, the amount of power transmitted to the combined power plant as a whole increases and the amount of power sold increases.

共通制御部は、コンバインド発電プラントとしての出力が、プラント負荷率50%以上で、かつ出力変更割合が0.2%(約1MW)の場合に、膨張タービン出力調整用蒸気ノズル制御(ガバナー制御)を利用してプラント総合出力の制御をおこなうようにしておき、系統電圧のわずかな変化への対応を迅速に行う。   The common control unit controls the expansion nozzle output steam nozzle control (governor control) when the output of the combined power plant is a plant load factor of 50% or more and the output change rate is 0.2% (about 1 MW). Is used to control the total plant output so that the system can respond quickly to slight changes in system voltage.

(他の実施形態)
(1)上記の実施形態では、低圧蒸気タービン2cからの抽気蒸気または排気蒸気を蒸気圧縮機4に供給した。これを改変して、中圧蒸気タービン2bから排出された蒸気を蒸気圧縮機4に供給するよう構成してもよい。
(Other embodiments)
(1) In the above embodiment, the extracted steam or the exhaust steam from the low-pressure steam turbine 2 c is supplied to the steam compressor 4. This may be modified so that the steam discharged from the intermediate pressure steam turbine 2 b is supplied to the steam compressor 4.

(2)もう一つの蒸気圧縮機を設け、低圧蒸気タービン2cからの抽気蒸気を断熱圧縮して復水加熱器50へ供給するよう構成してもよい。 (2) Another steam compressor may be provided so that the extracted steam from the low-pressure steam turbine 2 c is adiabatically compressed and supplied to the condensate heater 50.

なお上述の実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。   Note that the structure disclosed in the above embodiment can be applied in combination with the structure disclosed in the other embodiment as long as no contradiction occurs, and the embodiment disclosed in this specification is It is an illustration and the embodiment of the present invention is not limited to this, and can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.

1 :ボイラー
2 :蒸気タービン
3 :発電機
4 :蒸気圧縮機
5 :燃料加温器
6 :前段燃料加温器
7 :ガスタービン発電機
7c :タービン
7d :発電機
8 :補助蒸気タービン
30 :三方弁(蒸気供給弁)
1: Boiler 2: Steam turbine 3: Generator 4: Steam compressor 5: Fuel heater 6: Pre-stage fuel heater 7: Gas turbine generator 7c: Turbine 7d: Generator 8: Auxiliary steam turbine 30: Three-way Valve (steam supply valve)

Claims (9)

水を加熱して蒸気を生成するボイラーと、
前記ボイラーから供給された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンによって駆動されて発電する発電機と、
前記蒸気タービンから供給された蒸気を断熱圧縮して昇温する蒸気圧縮機とを有する発電システム。
A boiler that generates steam by heating water;
A steam turbine driven by steam supplied from the boiler;
A generator driven by the steam turbine to generate electricity;
A power generation system comprising: a steam compressor that heats the steam supplied from the steam turbine by adiabatically compressing the steam.
前記蒸気圧縮機は、前記蒸気タービンから抽気された蒸気を断熱圧縮して昇温する請求項1に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 1, wherein the steam compressor adiabatically compresses the steam extracted from the steam turbine and raises the temperature. 前記蒸気圧縮機は、前記蒸気タービンから排出された蒸気を断熱圧縮して昇温する請求項1または2に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 1, wherein the steam compressor heats the steam discharged from the steam turbine by adiabatically compressing the steam. 前記蒸気圧縮機からの蒸気で燃料ガスを加温する燃料加温器と、
前記燃料加温器で加温された燃料ガスを燃焼して発電するガスタービン発電機とを有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の発電システム。
A fuel heater that heats the fuel gas with steam from the steam compressor;
The power generation system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a gas turbine generator that generates power by burning fuel gas heated by the fuel heater.
前記ボイラーの節炭器からの抽水で燃料ガスを加温して前記燃料加温器に供給する前段燃料加温器を有する請求項4に記載の発電システム。   5. The power generation system according to claim 4, further comprising a front-stage fuel warmer that heats the fuel gas with water extracted from the boiler economizer and supplies the fuel gas to the fuel warmer. 前記燃料加温器へ供給される燃料の量の指示値である燃料流量指示値に基づいて、前記蒸気タービンから前記蒸気圧縮器へ供給される蒸気の量を制御する蒸気供給弁を有する請求項4または5に記載の発電システム。   The steam supply valve that controls the amount of steam supplied from the steam turbine to the steam compressor based on a fuel flow rate instruction value that is an instruction value of the amount of fuel supplied to the fuel warmer. The power generation system according to 4 or 5. 前記燃料加温器から供給された蒸気によって駆動される補助蒸気タービンと、
前記補助蒸気タービンによって駆動されて発電する補助発電機とを有する請求項4から6のいずれか1項に記載の発電システム。
An auxiliary steam turbine driven by steam supplied from the fuel warmer;
The power generation system according to claim 4, further comprising an auxiliary generator that is driven by the auxiliary steam turbine to generate electric power.
前記発電システムが生成する電力を制御する電力制御部を有し、
前記電力制御部は、前記発電システムが生成する電力が一定となるように、前記補助発電機が生成する電力を制御する請求項7に記載の発電システム。
A power control unit for controlling the power generated by the power generation system;
The power generation system according to claim 7, wherein the power control unit controls the power generated by the auxiliary generator so that the power generated by the power generation system is constant.
前記電力制御部は、前記補助蒸気タービンに供給される蒸気の量を制御して、前記補助発電機が生成する電力を制御する請求項8に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 8, wherein the power control unit controls an amount of steam supplied to the auxiliary steam turbine to control electric power generated by the auxiliary generator.
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