JP2019027339A - コンバインドサイクル発電プラントとその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラント起動時に発電効率の低下を回避するためのコンバインドサイクル発電プラントを提供する。【解決手段】ガスタービンと、ガスタービンの排ガスを熱源として高圧主蒸気と低圧主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、高圧主蒸気と低圧主蒸気で駆動する蒸気タービンと、ガスタービンと蒸気タービンの回転動力を電力に変換する発電機と、高圧主蒸気を熱源として冷水を生成する冷凍機と、蒸気タービンに供給される高圧主蒸気の流量を調節する高圧主蒸気加減弁と、冷凍機に供給される高圧主蒸気の流量を調節する高圧主蒸気流量調節弁と、起動時に、蒸気タービンの代表温度と高圧主蒸気の温度差が小さくなるように、高圧主蒸気加減弁を制御し、高圧主蒸気のうち、蒸気タービンに供給されない余剰蒸気を冷凍機に供給されるように高圧主蒸気流量調節弁を制御する高圧主蒸気流量制御装置とを備えたコンバインドサイクル発電プラント。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービンの排ガスを用いて排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、その蒸気で蒸気タービンを駆動するようにしたコンバインドサイクル発電プラントに関する。

コンバインドサイクル発電プラントは、天然ガスや石油等の化石資源を燃料とするガスタービンと、ガスタービンの排ガスを熱源として蒸気を生成する排熱回収ボイラと、生成蒸気により駆動する蒸気タービンから構成され、効率や起動性能の優位性から火力発電プラントの主流となっている。

最近のコンバインドサイクル発電プラントに対しては、太陽光、風力等の再生エネルギー導入に伴う電力系統の変動を抑制するため、一層高速に起動することが求められている。具体的に述べると、太陽光発電は、太陽高度の高い日中に比べ、高度の低い早朝や夕刻に発電量が低下する。このときの電力不足を補うため、コンバインド発電プラントには朝晩２回の急速起動・負荷変化といった過酷な運用（ピーク運用）が求められることとなる。この点に関し、太陽光発電普及以前のコンバインド発電プラントの運用はデイリースタート・ストップ（朝起動、夕方停止）であったことから、朝晩２回の起動停止には今まで以上に高い変化率での起動停止が要求される。

コンバインドサイクル発電プラント起動時には、最初にガスタービンを起動し、次にガスタービンの排ガスを熱源として排熱回収ボイラにて蒸気が生成され、生成蒸気が蒸気タービンに流入し、蒸気タービンを起動する。蒸気タービン起動時には、蒸気タービンに流入する蒸気から蒸気タービンへ伝熱する熱量により蒸気タービンが加熱され、温度が上昇する。ここで、前述した高速での起動停止が実現されることに伴い、蒸気伝熱量が適切でなく急激に増大する場合、蒸気タービンの昇温過程において、ローター部分に過大な熱応力が発生し寿命消費が大きくなる、あるいは熱伸びにより振動が発生するといった不都合が生じる可能性がある。

特に、コンバインドサイクル発電プラントを高速に起動するために、ガスタービン出力を急速に増大させると、蒸気タービンに流入する蒸気温度、蒸気流量が急激に上昇、増大し、蒸気タービンの起動に適した蒸気伝熱量条件から大きく逸脱する可能性がある。

そこで、これに対応するため、特許文献１では、プラント起動時に排熱回収ボイラで生成される蒸気に冷却水を注入するとともに、ガスタービンの出力を部分負荷に保持することで、蒸気タービンの起動に適した蒸気伝熱量条件を満たす蒸気を供給するためのプラント制御装置が開示されている。

特許文献１では、「ガスにより駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスの熱を利用して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された前記蒸気を冷却媒体により冷却する減温装置と、前記減温装置により冷却された前記蒸気により駆動される蒸気タービンと、を備える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出力制御部と、前記出力制御部が前記ガスタービンの出力を制御している間に、前記減温装置による前記蒸気の冷却動作を制御する減温制御部と、を備えるプラント制御装置。」のようにしている。

特開２０１７−１１５６７８号公報

特許文献１で開示されているプラント制御装置により、蒸気タービンの起動に適した蒸気伝熱量条件を満たす蒸気を供給しながらコンバインドサイクル発電プラントを起動することが可能である。

しかしながら、特許文献１で開示されている技術は、蒸気タービンの起動完了までガスタービン出力を部分負荷に保持する必要があるため、電力系統に供給可能な電力量に制限が生じ、再生エネルギー導入に伴う電力系統の変動を抑制することが困難という課題があった。また、コンバインドサイクル発電プラント起動時には、蒸気タービンに流入する流量以上の蒸気が排熱回収ボイラで生成されるが、特許文献１で開示されている技術は、蒸気タービンに流入しない余剰分の蒸気を復水器にて回収していた。余剰分の蒸気が保有する熱量は、蒸気タービンによる発電に利用されることなく復水器に回収されるため、コンバインドサイクル発電プラント起動時の発電効率が低下するという課題もあった。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、プラント起動時に、蒸気タービンの起動に適した蒸気伝熱量条件を満たす蒸気を供給しつつ、ガスタービン出力を速やかに定格負荷まで上昇させることで電力系統の変動を抑制可能とし、蒸気タービンに流入しない余剰分の蒸気熱量を有効活用することで発電効率の低下を回避するためのコンバインドサイクル発電プラントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、「燃料ガスを用いて生成された高温ガスで駆動するガスタービンと、ガスタービンの排ガスを熱源として利用して、高圧主蒸気と低圧主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで得られた高圧主蒸気と低圧主蒸気で駆動する蒸気タービンと、ガスタービンと蒸気タービンの回転動力を電力に変換する発電機を備えるコンバインドサイクル発電プラントであって、
排熱回収ボイラで得られた高圧主蒸気を熱源として利用して、冷水を生成する冷凍機と、蒸気タービンに供給される高圧主蒸気の流量を調節する高圧主蒸気加減弁と、冷凍機に供給される高圧主蒸気の流量を調節する高圧主蒸気流量調節弁と、ガスタービンの起動時に、蒸気タービンの代表温度と高圧主蒸気の温度差が小さくなるように、高圧主蒸気加減弁を制御し、排熱回収ボイラで得られた高圧主蒸気のうち、蒸気タービンに供給されない余剰蒸気を冷凍機に供給されるように高圧主蒸気流量調節弁を制御する高圧主蒸気流量制御装置を備えたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント」としたものである。

また本発明は、「燃料ガスを用いて生成された高温ガスで駆動するガスタービンと、ガスタービンの排ガスを熱源として利用して、高圧主蒸気と低圧主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで得られた高圧主蒸気と低圧主蒸気で駆動する蒸気タービンと、ガスタービンと蒸気タービンの回転動力を電力に変換する発電機を備えるコンバインドサイクル発電プラントであって、
ガスタービン、蒸気タービン及び発電機を接続する駆動軸を、ガスタービン及び発電機を接続する駆動軸と、蒸気タービンの駆動軸に分断し、かつ蒸気タービンに供給していた排熱回収ボイラからの高圧主蒸気と低圧主蒸気を阻止するように改造するとともに、
排熱回収ボイラで得られた高圧主蒸気と低圧主蒸気を熱源として利用して冷水を生成する冷凍機と、冷凍機に供給される高圧主蒸気の圧力を減少させる高圧主蒸気減圧弁を備えたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
」としたものである。

また本発明は「燃料ガスを用いて生成された高温ガスで駆動するガスタービンと、ガスタービンの排ガスを熱源として利用して、高圧主蒸気と低圧主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで得られた高圧主蒸気と低圧主蒸気で駆動する蒸気タービンと、ガスタービンと蒸気タービンの回転動力を電力に変換する発電機を備えるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法であって、
排熱回収ボイラで得られた高圧主蒸気を熱源として利用して、冷水を生成する冷凍機を備え、
ガスタービンの起動時に、蒸気タービンの代表温度と高圧主蒸気の温度差が小さくなるように蒸気タービンに与える高圧主蒸気の流量を制御し、蒸気タービンに供給されない余剰蒸気を冷凍機に供給する蒸気タービンコンバインドサイクル発電プラントの運転方法。
」としたものである。

また本発明は「燃料ガスを用いて生成された高温ガスで駆動するガスタービンと、ガスタービンの排ガスを熱源として利用して、高圧主蒸気と低圧主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで得られた高圧主蒸気と低圧主蒸気で駆動する蒸気タービンと、ガスタービンと蒸気タービンの回転動力を電力に変換する発電機を備えるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法であって、
ガスタービン、蒸気タービン及び発電機を接続する駆動軸を、ガスタービン及び発電機を接続する駆動軸と、蒸気タービンの駆動軸に分断し、かつ蒸気タービンに供給していた排熱回収ボイラからの高圧主蒸気と低圧主蒸気を阻止するように改造し、
排熱回収ボイラで得られた高圧主蒸気を熱源として利用して、冷水を生成する冷凍機を備え、高圧主蒸気の圧力を減少させて前記冷凍機に供給するコンバインドサイクル発電プラントの運転方法。」としたものである。

本発明によれば、プラント起動時に、蒸気タービンの起動に適した蒸気伝熱量条件を満たす蒸気を供給しつつ、ガスタービン出力を速やかに定格負荷まで上昇させることで電力系統の変動を抑制可能とし、蒸気タービンに流入しない余剰分の蒸気熱量を有効活用することで発電効率の低下を回避できる。

本発明の実施例１に係るコンバインドサイクル発電プラントの概略構成図。 実施例１のコンバインドサイクル発電プラント起動時の動作を示す図。 本発明の実施例２に係るコンバインドサイクル発電プラントの概略構成図。 実施例２のコンバインドサイクル発電プラント起動時の動作を示す図。 本発明の実施例３に係るコンバインドサイクル発電プラントの概略構成図。 本発明の実施例４に係るコンバインドサイクル発電プラントの概略構成図。

以下、図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１に係るコンバインドサイクル発電プラントの概略構成図である。図１に示すコンバインドサイクル発電プラント１００は、ガスタービン１、蒸気タービン３、発電機９、排熱回収ボイラ２を主要な構成機器として構成されている。

さらにそのほかに図１に示したコンバインドサイクル発電プラント１００は、高圧主蒸気配管４、低圧主蒸気配管５、高圧主蒸気連絡管６、復水器７、給水ポンプ８、冷凍機１１、冷水貯蔵タンク１３、高圧主蒸気加減弁１６、高圧主蒸気流量調節弁１７を備えている。

また高圧主蒸気流量制御装置１５は、高圧主蒸気圧力計１８、高圧主蒸気温度計１９、蒸気タービンメタル温度計２０からの計測信号を得て、高圧主蒸気加減弁１６、高圧主蒸気流量調節弁１７の開度を調整している。

図１のコンバインドサイクル発電プラントによれば、ガスタービン１は、大気条件の空気を吸気、加圧した燃焼用空気とガスタービン燃料を混合、燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガス２１を生成する。生成した燃焼ガス２１によりガスタービン１が駆動され、このガスタービン１と軸１０により結合された発電機９が駆動される。ガスタービン１で仕事した燃焼ガスは排ガス２０として排出され、排熱回収ボイラ２に送られる。

排熱回収ボイラ２は、ガスタービン１からの排ガス２０を熱源として蒸気タービン３を駆動するための蒸気を生成するものであり、複数の熱交換器（３０から３４）を備えている。排熱回収ボイラ２に送られた排ガス２０は熱交換器で熱回収されることにより温度が降下し、図示しない煙突から大気中に放出される。一方、給水ポンプ８により排熱回収ボイラ２に供給される給水は、熱交換器で加熱され蒸気に変換される。排熱回収ボイラ２で生成された蒸気は高圧主蒸気配管４、低圧主蒸気配管５を介して蒸気タービン３に供給される。

なお排熱回収ボイラ２における複数の熱交換器は、例えば以下のように構成されて高圧主蒸気と低圧主蒸気を生成する。この例ではまず給水ポンプ８からの給水が低圧節炭器３０に与えられて給水を予熱し、予熱後の給水の一部は低圧蒸発器３２に与えられ蒸発して低圧蒸気となり、低圧主蒸気配管５を介して蒸気タービン３の低圧段に供給される。また低圧節炭器３０で予熱後の給水の一部は給水ポンプ３５によりさらに加圧されて高圧節炭器３１に与えられ、以降高圧蒸発器３３、高圧過熱器３４に与えられ蒸発、過熱され主蒸気となり、高圧主蒸気配管４を介して蒸気タービン３の高圧段に供給される。

蒸気タービン３は、排熱回収ボイラ２から供給される蒸気によって駆動され、この蒸気タービン３と軸１０により結合された発電機９が駆動される。蒸気タービン３の駆動に用いられ排出された蒸気は復水器７で凝縮されて水となり、給水ポンプ８を介して排熱回収ボイラ２に給水として戻される。

概略上記のように構成されている通常のコンバインドサイクル発電プラント１００において、本発明においては高圧主蒸気配管４から分岐して高圧主蒸気連絡管６を設置しており、高圧主蒸気の一部を起動時に冷凍機１１に導く。

冷凍機１１には、排熱回収ボイラ２にて生成される高圧主蒸気のうち、プラント起動時に蒸気タービン３に流入しない余剰分の蒸気が高圧主蒸気連絡管６を介して供給され、蒸気を熱源として循環水１４から冷水１２を生成する。冷凍機１１に供給された高圧主蒸気は、熱回収されることにより熱量が減少して凝縮し、給水ポンプ８の上流側で給水と合流される。冷水１２は冷水貯蔵タンク１３に貯蔵された後、冷水貯蔵タンク１３から他系統に供給され、冷房用の冷熱として用いられた後、循環水１４として冷凍機１１に送られる。

高圧主蒸気流量制御装置１５は、高圧主蒸気加減弁１６と高圧主蒸気流量調節弁１７の開度を制御するものである。高圧主蒸気配管４には、蒸気タービン３に供給される高圧主蒸気の圧力を検出する高圧主蒸気圧力計１８と、高圧主蒸気の温度を検出する高圧主蒸気温度計１９が設けられている。また、蒸気タービン３には、高圧主蒸気が流入する部位での蒸気タービン内面メタル温度を検出する蒸気タービンメタル温度計２０が設けられている。

高圧主蒸気流量制御装置１５は、蒸気タービンメタル温度計２０と高圧主蒸気温度計１９の検出結果に基づいて、高圧主蒸気加減弁１６の開度を制御し、蒸気タービン３に流入する高圧主蒸気流量を調節することにより、蒸気タービン供給蒸気熱量が、起動時の蒸気タービンの熱量条件を満足するよう制御する。また、高圧主蒸気流量制御装置１５は、高圧主蒸気圧力計１８の検出結果に基づいて高圧主蒸気流量調節弁１７の開度を制御し、プラント起動時に蒸気タービン３に流入しない余剰分の高圧主蒸気を冷凍機１１に供給するよう制御する。

以上が、本発明が適用されるコンバインドサイクル発電プラントと、高圧主蒸気流量制御装置の概略構成である。

次に、図１のように構成したコンバインドサイクル発電プラントにおける起動時の動作について、図２を参照して説明する。図２は実施例１に係るコンバインドサイクル発電プラントの起動時におけるガスタービン１、排熱回収ボイラ２、蒸気タービン３、および冷凍機１１の各部プロセス量の起動時特性を示す図である。

図２において、（ａ）の線５０はガスタービン１の回転数、線５１はガスタービン１の出力、（ｂ）の線５２は高圧主蒸気温度、線５３は蒸気タービン３の内面メタル温度、（ｃ）の線５４は高圧主蒸気圧力、（ｄ）の線５５は蒸気タービン３に供給される高圧主蒸気流量、線５６は冷凍機１１に供給される高圧主蒸気流量、（ｅ）の線５７は高圧主蒸気加減弁１６の開度、線５８は高圧主蒸気流量調節弁１７の開度であり、これら各プロセス量をそれぞれ時間経過とともに示している。

図２において、時刻ｔ１でガスタービン１が起動されると、一定の割合でガスタービン回転数５０が上昇し、時刻ｔ２で定格の回転数に到達する。定格回転数到達直後に一定の割合でガスタービン出力５１が上昇し、時刻ｔ３で定格の出力に到達する。

ガスタービン１の出力上昇とともに、ガスタービン１から排熱回収ボイラ２に送られる排ガスの熱量が増加し、排熱回収ボイラ２にて蒸気が生成され始める。時刻ｔ４までは、高圧主蒸気流量制御装置１５が高圧主蒸気加減弁１６と高圧主蒸気流量調節弁１７を閉止しているため、生成された蒸気は蒸気タービン３、冷凍機１１いずれにも供給されず、高圧主蒸気配管４内に停留するため、高圧主蒸気圧力５４が上昇する。また、排ガス熱量の増加とともに、高圧主蒸気温度５２も上昇する。

高圧主蒸気圧力計１８の検出結果に基づいて、高圧主蒸気圧力５４が規定の圧力に到達すると、高圧主蒸気流量制御装置１５は、高圧主蒸気流量調節弁１７の開度を制御し、高圧主蒸気圧力計１８が規定圧力を保つように、冷凍機１１に高圧主蒸気を供給する。図２では、時刻ｔ４で高圧主蒸気圧力５４が規定の圧力に到達するため、高圧主蒸気流量調節弁開度５８が開状態となり、冷凍機１１に高圧主蒸気が供給され始め、時間経過とともに冷凍機１１に供給される高圧主蒸気流量５６が増加する。

蒸気タービンメタル温度計２０と高圧主蒸気温度計１９の検出結果に基づいて、高圧主蒸気温度５２と蒸気タービン内面メタル温度５３が（１）式の条件を満足すると（以降、（１）式の条件を満足する時刻を蒸気タービン通気開始時刻と呼ぶ）、高圧主蒸気流量制御装置１５は、高圧主蒸気加減弁１７を開き、一定の割合で高圧主蒸気加減弁開度５７を増加させる。
［数１］
Ｔ＿ＨＰ（ｔ）＞Ｔ＿Ｍ（ｔ）−ΔＴ１ （１）
なお、（１）式において、Ｔ＿ＨＰ（ｔ）は高圧主蒸気温度５２、Ｔ＿Ｍ（ｔ）は蒸気タービン内面メタル温度５３、ΔＴ１は許容温度差である。

高圧主蒸気加減弁開度５７の増加割合は、蒸気タービン通気開始時刻での蒸気タービン内面メタル温度５３の関数として演算され、蒸気タービン通気開始時刻での蒸気タービン内面メタル温度５３が高い程、高圧主蒸気加減弁開度５７の増加割合を大きく設定する。図２では、時刻ｔ５で高圧主蒸気温度５２と蒸気タービン内面メタル温度５３が（１）式の条件を満足するため、高圧主蒸気加減開度５７が開状態となり、蒸気タービン３に高圧主蒸気が供給され始める。

時刻ｔ５で、蒸気タービン３に高圧主蒸気が供給され始めると、高圧主蒸気から蒸気タービン３へ伝熱する熱量により蒸気タービン３が加熱されるため、時刻ｔ５以降では、蒸気タービン内面メタル温度５３が上昇する。また、時刻ｔ５以降では、高圧主蒸気流量制御装置１５は高圧主蒸気加減開度５７を一定の割合で増加させるため、蒸気タービン３に供給される高圧主蒸気流量５５が増加する。一方、高圧主蒸気流量制御装置１５は、高圧主蒸気圧力計１８が規定圧力を保つように、高圧主蒸気流量調節弁１７の開度を制御するため、蒸気タービン３に供給されない余剰分の高圧主蒸気が冷凍機１１に供給される。

蒸気タービンメタル温度計２０と高圧主蒸気温度計１９の検出結果に基づいて、高圧主蒸気温度５２と蒸気タービン内面メタル温度５３が（２）式の条件を満足すると、高圧主蒸気流量制御装置１５は、高圧主蒸気圧力５４に対する圧力目標値を規定圧力より高い値に設定する。
［数２］
Ｔ＿Ｍ（ｔ）＞Ｔ＿ＨＰ（ｔ）−ΔＴ２ （２）
（２）式において、ΔＴ２は許容温度差である。また、圧力目標値としては、例えば現在時刻での高圧主蒸気圧力５４に一定のバイアス圧力を加算した圧力とする。このように圧力目標値を設定することにより、高圧主蒸気流量調節弁１７は全閉状態に向かうように操作され、冷凍機１１に供給される高圧主蒸気流量５６が減少する。図２では、時刻ｔ６で高圧主蒸気温度５２と蒸気タービン内面メタル温度５３が式２の条件を満足するため、高圧主蒸気流量調節弁１７が全閉状態に向かうように操作され、冷凍機１１に供給される高圧主蒸気流量５６が減少する。時刻ｔ７で高圧主蒸気流量調節弁開度５８はゼロとなり、高圧主蒸気は冷凍機１１に供給されなくなる。

時刻ｔ８で高圧主蒸気加減弁開度５７が全開状態となり、蒸気タービン３の起動操作が完了する。

以上のように構成した本発明の実施例１における効果を説明する。

蒸気タービン起動時には、蒸気タービンに流入する蒸気から蒸気タービンへ伝熱する熱量により蒸気タービンが加熱され、温度が上昇する。蒸気伝熱量が適切でなく急激に増大する場合、蒸気タービンの昇温過程において、ローター部分に過大な熱応力が発生し寿命消費が大きくなる、あるいは熱伸びにより振動が発生するといった不都合が生じる可能性がある。流入蒸気から蒸気タービンへの蒸気伝熱量は、蒸気と蒸気タービンとの温度差と流入蒸気流量の積に比例する。

本発明の実施例１においては、高圧主蒸気温度が上昇し、高圧主蒸気温度と蒸気タービンの代表温度である内面メタル温度との温度差が十分小さくなった状態で、蒸気タービンに高圧主蒸気の供給を開始する。蒸気供給開始時点で温度差が小さいため、流入蒸気から蒸気タービンへの蒸気伝熱量が急激に増大することはない。

また、一般的に、蒸気供給開始時点での蒸気タービン温度が低温であるほど、蒸気タービンに発生する熱応力や熱伸びが大きくなる。本発明の実施例１においては、蒸気供給開始時点での蒸気タービン内面メタル温度に基づき、内面メタル温度が高い場合は蒸気タービンに発生する熱応力や熱伸びは小さいので、高圧蒸気加減弁開度の増加割合を大きくする、すなわち流入蒸気流量の増加割合を大きくすることで、流入蒸気から蒸気タービンへの蒸気伝熱量を大きくする。一方、内面メタル温度が低い場合は蒸気タービンに発生する熱応力や熱伸びは大きいので、高圧蒸気加減弁開度の増加割合を小さくする、すなわち流入蒸気流量の増加割合を小さくすることで、流入蒸気から蒸気タービンへの蒸気伝熱量を小さくする。このように、蒸気供給開始時点での蒸気タービン内面メタル温度に基づいて、高圧蒸気加減弁開度の増加割合を決定することにより、蒸気タービンの起動に適した蒸気伝熱量条件を満たす蒸気を供給することが可能である。

また、本発明の実施例１においては、プラント起動操作の早い段階でガスタービン出力を定格負荷まで上昇させ、ガスタービンの定格電力量を電力系統に供給できるため、再生エネルギー導入に伴う電力系統の変動を抑制することが可能である。

さらに、本発明の実施例１においては、高圧主蒸気圧力が規定圧力を保つように、高圧主蒸気流量調節弁の開度を制御するため、蒸気タービンに供給されない余剰分の高圧主蒸気が冷凍機に供給され、冷凍機にて供給蒸気を熱回収して冷水を生成する。これにより、蒸気タービンに流入しない余剰分の蒸気熱量を有効活用することで発電効率の低下を回避できる。

上述の通り、本発明の実施例１では、プラント起動時に、蒸気タービンの起動に適した蒸気伝熱量条件を満たす蒸気を供給しつつ、ガスタービン出力を速やかに定格負荷まで上昇させることで電力系統の変動を抑制可能とし、蒸気タービンに流入しない余剰分の蒸気熱量を有効活用することで発電効率の低下を回避できる。

図３は、本発明の実施例２に係るコンバインドサイクル発電プラントの概略構成図である。実施例１と同様の部分については同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。

実施例２が実施例１と相違する点は、排熱回収ボイラで生成される低圧主蒸気を冷凍機に供給し、冷水を生成する点である。実施例１の場合、コンバインドサイクル発電プラントの起動時に高圧主蒸気を用いて冷凍機１１の熱源としていたため、図２の高圧主蒸気流量５６に示すように起動完了と共に冷凍機の熱源を喪失するものであった。実施例２ではコンバインドサイクル発電プラントの起動完了後にも冷凍機１１を運用可能としたものである。その為の新たな熱源として低圧主蒸気を冷凍機１１に供給したものである。

具体的には、実施例２におけるコンバインドサイクル発電プラントでは、低圧主蒸気連絡管１０１、低圧主蒸気流量調節弁１０２、低圧主蒸気流量制御装置１０３を新たに備え、低圧主蒸気を冷凍機１１に供給する。

冷凍機１１には、排熱回収ボイラ２で生成される低圧主蒸気が低圧主蒸気連絡管１０１を介して供給され、蒸気を熱源として循環水１４から冷水１２を生成する。冷凍機１１に供給された低圧主蒸気は、熱回収されることにより熱量が減少して凝縮し、給水ポンプ８の上流側で給水と合流される。

また、コンバインドサイクル発電プラントの起動完了後における冷凍機１１への低圧主蒸気流量制御のために、新たに低圧主蒸気流量制御装置１０３を追加設置したものである。低圧主蒸気流量制御装置１０３は、低圧主蒸気流量調節弁１０２の開度を制御する。低圧主蒸気流量制御装置１０３は、冷水需要量１０４に応じて、低圧主蒸気流量調節弁１０２の開度を制御し、低圧主蒸気を冷凍機１１に供給し、冷水を生成する。

以上が、実施例２が実施例１と相違する点であり、その他の点は実施例１と同様である。

実施例１では、冷凍機１１はプラント起動時にのみ余剰高圧主蒸気から冷水を生成していたが、実施例２では、冷凍機１１は、プラント起動時に余剰高圧主蒸気から冷水を生成するのに加えて、プラント起動完了後は低圧主蒸気から冷水を生成することができ、他系統での冷水需要変動に応じて、より適切に冷水を供給することが可能である。

図４は、図２の特性にコンバインドサイクル発電プラントの起動完了後における低圧主蒸気流量調節弁１０２の開度５９と、それによる低圧主蒸気流量６０を追記したものである。

上述の通り、実施例２では実施例１で得られる各効果に加えて、プラント起動完了後も低圧主蒸気を熱源として冷凍機にて冷水を生成することができるので、他系統での冷水需要変動に応じて、より適切に冷水を供給することが可能である。

図５は、本発明の実施例３に係るコンバインドサイクル発電プラントの概略構成図である。実施例１と同様の部分については同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。

実施例３が実施例１と相違する点は、蒸気タービン３をガスタービン１、発電機９と切り離し、排熱回収ボイラ２で生成される高圧主蒸気、低圧主蒸気の全量を冷凍機１１に供給し、冷水を生成する点である。具体的には、実施例３におけるコンバインドサイクル発電プラントは、高圧主蒸気減圧弁３０３、低圧主蒸気連絡管３０２を新たに備え、高圧主蒸気連絡管６の代わりに高圧主蒸気連絡管３０１を備える。

軸１０は、蒸気タービン３をガスタービン１、発電機９と切り離し、発電機９は軸１０を介してガスタービン１によってのみ駆動される。

冷凍機１１には、排熱回収ボイラ２で生成される高圧主蒸気と低圧主蒸気の全量が高圧主蒸気連絡管３０１、低圧主蒸気連絡管３０２を介してそれぞれ供給され、蒸気を熱源として循環水１４から冷水１２を生成する。冷凍機１１に供給された高圧主蒸気と低圧主蒸気は、熱回収されることにより熱量が減少して凝縮し、給水ポンプ８の上流に給水として供給される。蒸気タービン３はガスタービン１、発電機９から切り離され、高圧主蒸気、低圧主蒸気は供給されず、停止状態となる。

高圧主蒸気減圧弁３０２は、高圧主蒸気連絡管３０１に設置され、高圧主蒸気連絡管３０１と低圧主蒸気連絡管３０２合流地点での高圧主蒸気と低圧主蒸気の圧力が一致するように、高圧主蒸気の圧力を減少させる。これにより、高圧主蒸気が低圧主蒸気連絡管３０２に逆流することを防ぐ。なお高圧主蒸気が低圧主蒸気連絡管３０２に逆流することを防ぐために、低圧主蒸気連絡管３０２に逆止弁を設けることも有用である。

以上が、実施例３が実施例１と相違する点であり、その他の点は実施例１と同様である。

コンバインサイクル発電プラントに対するニーズとして、電力供給量を抑え、その代わりに冷水供給量を増やしたい場合がある。実施例３は、このような場合を想定したものであり、ガスタービン１のみで電力を供給し、排熱回収ボイラ２で生成される高圧主蒸気と低圧主蒸気の全量を熱源として冷凍機１１にて冷水を生成し、他系統に供給する。

上述の通り、実施例３では、ガスタービン１のみで電力を供給し、排熱回収ボイラ２で生成される高圧主蒸気と低圧主蒸気の全量を熱源として、冷凍機１１にて冷水を生成し、他系統に供給することで、電力供給量を抑え、その代わりに冷水供給量を増やすことが可能である。

図６は、本発明の実施例４に係るコンバインドサイクル発電プラントの概略構成図である。実施例１と同様の部分については同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。

実施例４が実施例１と相違する点は、冷凍機１１で生成される冷水によりガスタービン吸気を冷却する点である。具体的には、実施例４におけるコンバインドサイクル発電プラントは、吸気冷却器４０１、吸気冷却水配管４０２、吸気冷却水流量制御装置４０３、吸気冷却水流量調節弁４０４、吸気温度計４０５を新たに備える。

吸気冷却器４０１には、冷凍機１０５で生成される冷水が吸気冷却水配管４０２を介して供給され、ガスタービン１の吸気を冷却する。吸気冷却器４０１から排出される冷水は循環水１４と合流し、冷凍機１０５に送られる。

吸気冷却水流量制御装置４０３は、吸気冷却水流量調節弁４０４の開度を制御するものである。ガスタービン１の吸気部にはガスタービン１の吸気温度を検出する吸気温度計４０５が設けられている。 吸気冷却水流量制御装置４０３は、吸気温度計４０５の検出結果に基づいて、吸気冷却水流量調節弁４０４の開度を制御し、吸気冷却器４０１に流入する冷却水流量を調節することにより、ガスタービン１の吸気温度が、所定温度の以下となるよう制御する。

以上が、実施例４が実施例２と相違する点であり、その他の点は実施例２と同様である。

ガスタービンは、吸気温度が上昇すると、タービン効率および出力が低下する特性がある。夏季は気温上昇により吸気温度も上昇するため、タービン効率および出力が低下するという課題があった。実施例４において、吸気冷却水流量制御装置４０３が制御する吸気温度を、例えば冬季の平均気温に設定することにより、夏季でも吸気温度を冬季の平均気温とすることが可能であり、タービン効率および出力の低下を回避できる。

上述の通り、実施例４では実施例２で得られる各効果に加えて、冷凍機で生成される冷水によりガスタービン吸気を冷却することにより、夏季でも吸気温度を低くすることが可能であり、タービン効率および出力の低下を回避できる。

１：ガスタービン
２：排熱回収ボイラ
３：蒸気タービン
４、３０１：高圧主蒸気配管
５、３０２：低圧主蒸気配管
６：高圧主蒸気連絡管
７：復水器
８：給水ポンプ
９：発電機
１０：軸
１１、１０５：冷凍機
１２：冷水
１３：冷水貯蔵タンク
１４：循環水
１５：高圧主蒸気流量制御装置
１６：高圧主蒸気加減弁
１７：高圧主蒸気流量調節弁
１８：高圧主蒸気圧力計
１９：高圧主蒸気温度計
２０：蒸気タービンメタル温度計
１０２：低圧主蒸気流量調節弁
１０３：低圧主蒸気流量制御装置
１０４：冷水需要量
３０３：高圧主蒸気減圧弁
４０１：吸気冷却器
４０２：吸気冷却水配管
４０３：吸気冷却水流量制御装置
４０４：吸気冷却水流量調節弁
４０５：吸気温度計

Claims (8)

1. 燃料ガスを用いて生成された高温ガスで駆動するガスタービンと、該ガスタービンの排ガスを熱源として利用して、高圧主蒸気と低圧主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで得られた前記高圧主蒸気と前記低圧主蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記ガスタービンと前記蒸気タービンの回転動力を電力に変換する発電機を備えるコンバインドサイクル発電プラントであって、
   前記排熱回収ボイラで得られた前記高圧主蒸気を熱源として利用して、冷水を生成する冷凍機と、前記蒸気タービンに供給される前記高圧主蒸気の流量を調節する高圧主蒸気加減弁と、前記冷凍機に供給される前記高圧主蒸気の流量を調節する高圧主蒸気流量調節弁と、前記ガスタービンの起動時に、前記蒸気タービンの代表温度と前記高圧主蒸気の温度差が小さくなるように、前記高圧主蒸気加減弁を制御し、前記排熱回収ボイラで得られた前記高圧主蒸気のうち、前記蒸気タービンに供給されない余剰蒸気を前記冷凍機に供給されるように前記高圧主蒸気流量調節弁を制御する高圧主蒸気流量制御装置を備えたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
2. 請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
   前記冷凍機は、前記排熱回収ボイラで得られた前記高圧主蒸気と前記低圧主蒸気を熱源として利用して、冷水を生成するとともに、
   前記冷凍機に供給される前記低圧主蒸気の流量を調節する低圧主蒸気流量調節弁と、 冷水需要変動に応じて前記低圧主蒸気流量調節弁を制御する低圧主蒸気流量制御装置とを備えたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
3. 燃料ガスを用いて生成された高温ガスで駆動するガスタービンと、該ガスタービンの排ガスを熱源として利用して、高圧主蒸気と低圧主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで得られた前記高圧主蒸気と前記低圧主蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記ガスタービンと前記蒸気タービンの回転動力を電力に変換する発電機を備えるコンバインドサイクル発電プラントであって、
   前記ガスタービン、前記蒸気タービン及び前記発電機を接続する駆動軸を、前記ガスタービン及び前記発電機を接続する駆動軸と、前記蒸気タービンの駆動軸に分断し、かつ前記蒸気タービンに供給していた前記排熱回収ボイラからの前記高圧主蒸気と前記低圧主蒸気を阻止するように改造するとともに、
   前記排熱回収ボイラで得られた前記高圧主蒸気と前記低圧主蒸気を熱源として利用して冷水を生成する冷凍機と、該冷凍機に供給される前記高圧主蒸気の圧力を減少させる高圧主蒸気減圧弁を備えたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
4. 請求項２または請求項３に記載のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、
   前記冷凍機で得られた前記冷水を冷熱として利用して、前記ガスタービンの吸気を冷却する吸気冷却器と、該吸気冷却器に供給される前記冷水の流量を調節する吸気冷却水流量調節弁と、前記ガスタービンの吸気温度が所定の温度以下となるように、前記吸気冷却水流量調節弁を制御する吸気冷却水流量制御装置を備えたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
5. 燃料ガスを用いて生成された高温ガスで駆動するガスタービンと、該ガスタービンの排ガスを熱源として利用して、高圧主蒸気と低圧主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで得られた前記高圧主蒸気と前記低圧主蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記ガスタービンと前記蒸気タービンの回転動力を電力に変換する発電機を備えるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法であって、
   前記排熱回収ボイラで得られた前記高圧主蒸気を熱源として利用して、冷水を生成する冷凍機を備え、
   前記ガスタービンの起動時に、前記蒸気タービンの代表温度と前記高圧主蒸気の温度差が小さくなるように前記蒸気タービンに与える前記高圧主蒸気の流量を制御し、前記蒸気タービンに供給されない余剰蒸気を前記冷凍機に供給する蒸気タービンコンバインドサイクル発電プラントの運転方法。
6. 請求項５に記載のコンバインドサイクル発電プラントの運転方法であって、
   前記冷凍機は、前記排熱回収ボイラで得られた前記高圧主蒸気と前記低圧主蒸気を熱源として利用して、冷水を生成するとともに、
   前記冷凍機に供給される前記低圧主蒸気の流量を冷水需要変動に応じて制御することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントの運転方法。
7. 燃料ガスを用いて生成された高温ガスで駆動するガスタービンと、該ガスタービンの排ガスを熱源として利用して、高圧主蒸気と低圧主蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで得られた前記高圧主蒸気と前記低圧主蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記ガスタービンと前記蒸気タービンの回転動力を電力に変換する発電機を備えるコンバインドサイクル発電プラントの運転方法であって、
   前記ガスタービン、前記蒸気タービン及び前記発電機を接続する駆動軸を、前記ガスタービン及び前記発電機を接続する駆動軸と、前記蒸気タービンの駆動軸に分断し、かつ前記蒸気タービンに供給していた前記排熱回収ボイラからの前記高圧主蒸気と前記低圧主蒸気を阻止するように改造し、
   前記排熱回収ボイラで得られた前記高圧主蒸気を熱源として利用して、冷水を生成する冷凍機を備え、前記高圧主蒸気の圧力を減少させて前記冷凍機に供給するコンバインドサイクル発電プラントの運転方法。
8. 請求項６または請求項７に記載のコンバインドサイクル発電プラント運転方法であって、
   前記冷凍機で得られた前記冷水を冷熱として利用して、前記ガスタービンの吸気を冷却する吸気冷却器を備え、
   前記吸気冷却器に供給される前記冷水の流量を調節し、前記ガスタービンの吸気温度が所定の温度以下となるように制御することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント運転方法。

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