JP2019027387A - Combined cycle power generation plant, and its operation method and modification method - Google Patents

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幸徳 片桐
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啓信 小林
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隆正 清野
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鑑三 佐藤
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Abstract

To solve a thermal problem in a gas turbine exhaust gas utilization-side system in quick start/stop of a combined cycle power generation plant.SOLUTION: In a combined cycle power generation plant composed of a gas turbine, an exhaust heat recovery boiler generating at least high-pressure and low-pressure steam from an exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by the high-pressure and low-pressure stream from the exhaust heat recovery boiler, and a power generator driven by at least the gas turbine of the gas turbine and the steam turbine, and generating power, a low pressure steam drum generating low-pressure steam of the exhaust heat recovery boiler is provided with a low-pressure steam header to which the steam generated in the low-pressure steam drum is introduced, and the steam stored in the low-pressure steam header is used as auxiliary steam in the combined cycle power generation plant before establishment of generation of high-pressure steam.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ガスタービンの駆動力およびガスタービンの高温排ガスで発生した蒸気で駆動される蒸気タービンの駆動力から電力を得るコンバインドサイクル発電プラント、その運転方法並びに改造方法に関する。   The present invention relates to a combined cycle power plant that obtains electric power from a driving force of a gas turbine and a driving force of a steam turbine driven by steam generated from high-temperature exhaust gas of the gas turbine, an operation method thereof, and a remodeling method.

地球温暖化の原因物質の一つとされる二酸化炭素の大気への放出量削減に向けた国際的な取り組みから、各国において太陽光・風力など二酸化炭素を排出しない再生可能エネルギー発電の導入が推進されている。   International efforts to reduce the amount of carbon dioxide, one of the causes of global warming, to the atmosphere have led to the introduction of renewable energy power generation that does not emit carbon dioxide, such as solar and wind power, in each country. ing.

かかる状況にあって、化石燃料である天然ガスを燃料とするコンバインドサイクル発電プラントを保有する電力会社にあっては、自国における二酸化炭素排出量削減目標値に応じた施策として、効率の低い中小容量のプラントを休止し、高効率かつ大容量のプラントの稼働を優先するなどの運用が必要となっている。   Under such circumstances, electric power companies that have combined cycle power plants that use fossil fuels as natural gas as a measure to meet their carbon dioxide emission reduction targets in their own It is necessary to perform operations such as shutting down these plants and giving priority to the operation of high-efficiency and large-capacity plants.

その一方で、コンバインドサイクル発電プラントには、ガスタービンの負荷追従性能の高さから、系統電力の需給を調整する負荷調整機能も必要となる。たとえば太陽光発電は、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。   On the other hand, the combined cycle power plant also requires a load adjustment function for adjusting the supply and demand of the system power because of the high load following performance of the gas turbine. For example, in the case of solar power generation, the amount of power generation decreases in the early morning and evening when the altitude is low compared to the daytime when the solar altitude is high. In order to make up for the power shortage at this time, the combined power plant is required to be subjected to severe operation (peak operation) such as rapid start-up and load change twice in the morning and evening. In this regard, the operation of the combined power plant before the spread of solar power generation was a daily start / stop (morning start, evening stop), so the start and stop twice in the morning and evening has a higher rate of change than ever before. Start / stop is requested.

コンバインドサイクル発電プラントの起動制御技術に関しては特許文献1ならびに特許文献2に見られる先行技術がある。   As for the start-up control technology of the combined cycle power plant, there are prior arts shown in Patent Document 1 and Patent Document 2.

特許文献1では、ガスタービンの排ガスを用いて排熱回収ボイラから蒸気を得る一軸型複合(コンバインドサイクル)発電プラントにおいて、起動時の低圧蒸気タービンの冷却に必要となる補助蒸気として、排熱回収ボイラの低圧ドラムから発生した蒸気を用いる。   In Patent Document 1, in a single-shaft combined (combined cycle) power plant that obtains steam from an exhaust heat recovery boiler using exhaust gas from a gas turbine, exhaust heat recovery is used as auxiliary steam necessary for cooling the low-pressure steam turbine at startup. Steam generated from the low pressure drum of the boiler is used.

また特許文献2では、ガスタービンの排ガスを用いて排熱回収ボイラから蒸気を得るコンバインドサイクル発電プラントにおいて、起動時における蒸気タービンの冷却ならびに待機時の保温にごみ焼却炉で発生した蒸気を用いる。   Further, in Patent Document 2, in a combined cycle power plant that obtains steam from an exhaust heat recovery boiler using exhaust gas from a gas turbine, steam generated in a waste incinerator is used for cooling of the steam turbine at startup and for heat retention during standby.

先行技術である特許文献1、2に示すとおり、コンバインドサイクル発電プラントの起動に際しては大型構造体である蒸気タービンに対して補助蒸気を供給する方法が一般的である。補助蒸気は、蒸気タービンの回転部(ロータ動翼)の熱応力緩和、あるいは回転部(駆動軸)と静止部(ケーシング)の熱伸び差緩和に使用する。補助蒸気は、コンバインドサイクル発電プラント本体から発生した蒸気、あるいはコンバインドサイクル発電プラント外部から発生した蒸気のどちらもが用いられる。   As shown in Patent Documents 1 and 2, which are prior arts, a method of supplying auxiliary steam to a steam turbine, which is a large structure, is generally used when starting a combined cycle power plant. The auxiliary steam is used to relieve the thermal stress of the rotating part (rotor blade) of the steam turbine or to reduce the difference in thermal elongation between the rotating part (drive shaft) and the stationary part (casing). As the auxiliary steam, either steam generated from the combined cycle power plant main body or steam generated from the outside of the combined cycle power plant is used.

特開2002−129909号公報JP 2002-129909 A 特開平08−246814号公報JP 08-246814 A

しかるに、先にも述べた早朝や夕刻または太陽光発電の発電量低下時の負荷調整運用に際しては、コンバインドサイクル発電プラントにはさらなる起動時間の短縮が必要となる。この事は、例えばコンバインドサイクル発電プラントの新規設置時には、所定の速度変化率あるいは負荷変化率での起動、運用を想定していたものを、近年の負荷追従性重視の観点からはより高い速度変化率あるいは負荷変化率での起動、運用を要求されていることを意味している。   However, when the load adjustment operation is performed in the early morning or evening or when the power generation amount of solar power generation is reduced as described above, it is necessary to further shorten the startup time of the combined cycle power plant. This means that, for example, when a combined cycle power plant is newly installed, startup and operation at a predetermined speed change rate or load change rate are assumed. This means that startup or operation at a rate or load change rate is required.

これに伴い、ガスタービンとしてはより高い変化率での運用が可能であっても、ガスタービン排ガスを利用する排ガス利用側機器(排熱回収ボイラ及び蒸気タービン)においては、ガスタービン排ガス温度が一層高温化し、あるいは温度変化率が大きいことに伴う新たな課題が生じてくる。   As a result, even if the gas turbine can be operated at a higher rate of change, in the exhaust gas utilization side equipment (exhaust heat recovery boiler and steam turbine) that uses the gas turbine exhaust gas, the gas turbine exhaust gas temperature further increases. A new problem arises as the temperature increases or the rate of temperature change is large.

例えば、排ガス利用側機器として排熱回収ボイラについてみると、急激に温度上昇するタービン排ガスにより排熱回収ボイラで空焚きが発生し、熱交換器を損傷する可能性もある。特に蒸気タービン排気を再加熱する再生熱交換器について、再熱蒸気の通気前の時点で加熱されることによる空焚きが懸念される。   For example, when considering an exhaust heat recovery boiler as an exhaust gas utilization side device, there is a possibility that the exhaust gas from the exhaust heat recovery boiler is generated by the turbine exhaust gas whose temperature rises rapidly, and the heat exchanger is damaged. In particular, regenerative heat exchangers that reheat the steam turbine exhaust are concerned about air heating due to heating before the reheat steam is ventilated.

また排ガス利用側機器として蒸気タービンについてみると、負荷追従性を優先した場合、蒸気タービンへの補助蒸気発生を待たずにガスタービンを先行的に急速起動することが発生しうる。このとき、蒸気タービンの回転部(ロータ)や静止部(ケーシング)に十分な蒸気が供給されないまま起動した結果、タービン動翼の熱疲労あるいは熱伸び差による回転部と静止部との接触で本体が損傷する可能性がある。   Further, regarding the steam turbine as the exhaust gas utilization side device, when priority is given to load followability, it may occur that the gas turbine is rapidly started in advance without waiting for the generation of auxiliary steam to the steam turbine. At this time, as a result of starting without supplying sufficient steam to the rotating part (rotor) or stationary part (casing) of the steam turbine, the main part is brought into contact with the rotating part and the stationary part due to thermal fatigue or differential thermal expansion of the turbine rotor blades. May be damaged.

以上のことから本発明が解決しようとする課題は、コンバインドサイクル発電プラント急速起動・停止時におけるガスタービン排ガス利用側システムにおける熱的問題を解消するものであり、具体的には蒸気タービンの熱応力・熱伸び差の軽減あるいは、排熱回収ボイラ内熱交換器の空焚き防止を図ることにある。   From the above, the problem to be solved by the present invention is to solve the thermal problem in the gas turbine exhaust gas utilization side system at the time of rapid start / stop of the combined cycle power plant, specifically the thermal stress of the steam turbine.・ To reduce the difference in thermal expansion or to prevent the heat exchanger in the exhaust heat recovery boiler from being blown.

前述の課題に鑑み、本発明においては、「ガスタービンと、ガスタービンの排ガスから少なくとも高圧、低圧の蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラからの高圧、低圧の蒸気により駆動される蒸気タービンと、ガスタービン及び蒸気タービンの少なくともガスタービンにより駆動されて発電する発電機から構成されるコンバインドサイクル発電プラントであって、排熱回収ボイラの低圧蒸気を発生する低圧蒸気ドラムに、低圧蒸気ドラムで発生した蒸気を導入する低圧蒸気ヘッダを備え、低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を高圧の蒸気の発生確立前のコンバインドサイクル発電プラントにおける補助蒸気として使用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。」としたものである。   In view of the above-mentioned problems, the present invention is driven by a gas turbine, an exhaust heat recovery boiler that generates at least high-pressure and low-pressure steam from the exhaust gas of the gas turbine, and high-pressure and low-pressure steam from the exhaust heat recovery boiler. A combined cycle power generation plant configured to generate power by being driven by the gas turbine and at least the gas turbine of the gas turbine and the steam turbine, wherein the low pressure steam drum generating the low pressure steam of the exhaust heat recovery boiler has a low pressure A combined cycle power plant comprising a low pressure steam header for introducing steam generated in a steam drum, wherein the steam stored in the low pressure steam header is used as auxiliary steam in the combined cycle power plant before the generation of high pressure steam is established . "

また本発明においては、「ガスタービンと、ガスタービンの排ガスから少なくとも高圧、低圧の蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラからの高圧、低圧の蒸気により駆動される蒸気タービンと、ガスタービン及び蒸気タービンに同一軸に接続されて駆動されて発電する発電機から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの改造方法であって、同一軸を、ガスタービンと発電機を接続する駆動軸と、蒸気タービンの駆動軸の二つの軸に分割し、排熱回収ボイラの低圧蒸気を発生する低圧蒸気ドラムに、低圧蒸気ドラムで発生した蒸気を導入する低圧蒸気ヘッダを備え、低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を排熱回収ボイラの高圧蒸気確立前のコンバインドサイクル発電プラントにおける補助蒸気として使用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改造方法。」としたものである。   Further, in the present invention, “a gas turbine, an exhaust heat recovery boiler that generates at least high-pressure and low-pressure steam from the exhaust gas of the gas turbine, and a steam turbine driven by high-pressure and low-pressure steam from the exhaust heat recovery boiler; A modified method of a combined cycle power plant composed of a generator that is connected to the same shaft and driven to generate power by being connected to the gas turbine and the steam turbine, the same shaft, a drive shaft that connects the gas turbine and the generator, Divided into two shafts of the drive shaft of the steam turbine, the low-pressure steam drum that generates the low-pressure steam of the exhaust heat recovery boiler is equipped with a low-pressure steam header that introduces the steam generated in the low-pressure steam drum, and stored in the low-pressure steam header The steam is used as auxiliary steam in a combined cycle power plant before the establishment of high-pressure steam in an exhaust heat recovery boiler Remodeling method of emission bind cycle power plant. Is obtained by a ".

また本発明においては、「ガスタービンと、ガスタービンの排ガスから少なくとも高圧、低圧の蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラからの高圧、低圧の蒸気により駆動される蒸気タービンと、ガスタービン及び前記蒸気タービンの少なくともガスタービンにより駆動されて発電する発電機から構成され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、排熱回収ボイラの低圧蒸気を発生する低圧蒸気ドラムで発生した蒸気を低圧蒸気ヘッダに貯留し、貯留した蒸気を高圧の蒸気の発生確立前のコンバインドサイクル発電プラントにおける補助蒸気として使用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。」としたものである。   Further, in the present invention, “a gas turbine, an exhaust heat recovery boiler that generates at least high-pressure and low-pressure steam from the exhaust gas of the gas turbine, and a steam turbine driven by high-pressure and low-pressure steam from the exhaust heat recovery boiler; A combined cycle power plant operating method comprising a gas turbine and a generator that generates power by being driven by at least the gas turbine of the steam turbine, the steam generated by a low-pressure steam drum that generates low-pressure steam of an exhaust heat recovery boiler Is stored in a low-pressure steam header, and the stored steam is used as auxiliary steam in the combined cycle power plant before the generation of high-pressure steam is established.

本発明になるコンバインドサイクル発電プラントによれば、プラント急速起動・停止時におけるガスタービン排ガス利用側システムにおける熱的問題を解消することができる。   According to the combined cycle power plant according to the present invention, thermal problems in the gas turbine exhaust gas utilization side system at the time of rapid start / stop of the plant can be solved.

実施例1におけるコンバインドサイクル発電プラントの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the combined cycle power plant in Example 1. FIG. 本実施例によるコンバインドサイクル発電プラント制御装置の概略構成例を示す図。The figure which shows the schematic structural example of the combined cycle power plant control apparatus by a present Example. ガスタービン1を急速起動した場合のガスタービン負荷特性b1の一例を示す図。The figure which shows an example of the gas turbine load characteristic b1 at the time of starting the gas turbine 1 rapidly. ガスタービン1を急速起動した場合の低圧蒸気ドラムの蒸気圧力特性を示す図。The figure which shows the steam pressure characteristic of the low pressure steam drum at the time of starting the gas turbine 1 rapidly. 本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧過熱器への蒸気流量を示す図。The figure which shows the steam flow rate to the low voltage | pressure superheater of the combined cycle power plant by a present Example. 本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧蒸気ヘッダから再熱器への蒸気流量を示す図。The figure which shows the steam flow rate from the low pressure steam header of the combined cycle power plant by a present Example to a reheater. 本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧蒸気ヘッダから蒸気タービン駆動軸への蒸気流量を示す図。The figure which shows the steam flow from the low pressure steam header of the combined cycle power plant by a present Example to a steam turbine drive shaft. 本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧蒸気ヘッダから高圧蒸気タービンへの蒸気流量を示す図。The figure which shows the steam flow rate from the low pressure steam header of the combined cycle power plant by a present Example to a high pressure steam turbine. 実施例2におけるコンバインドサイクル発電プラントの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the combined cycle power plant in Example 2. FIG. 実施例3におけるコンバインドサイクル発電プラントの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the combined cycle power plant in Example 3. FIG.

本発明におけるコンバインドサイクル発電プラントの概略構成について、図面を参照して詳細に説明する。   A schematic configuration of a combined cycle power plant according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、実施例1におけるコンバインドサイクル発電プラントの構成例を示している。   FIG. 1 shows a configuration example of a combined cycle power plant in the first embodiment.

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2、発電機3、排熱回収ボイラ5を主要な構成機器として構成されている。このときガスタービン1、蒸気タービン2、および発電機3は駆動軸4で連結されている。   A combined cycle power plant 100 shown in FIG. 1 includes a gas turbine 1, a steam turbine 2, a generator 3, and an exhaust heat recovery boiler 5 as main components. At this time, the gas turbine 1, the steam turbine 2, and the generator 3 are connected by the drive shaft 4.

ガスタービン1からのタービン排ガス35は、排熱回収ボイラ5の排気ダクト21へと流れ込み、給水ポンプ16で圧送される給水を、熱交換器群によって加熱する。熱交換器群での加熱により発生した蒸気は、蒸気タービン2へと供給される。   Turbine exhaust gas 35 from the gas turbine 1 flows into the exhaust duct 21 of the exhaust heat recovery boiler 5 and heats the feed water pumped by the feed water pump 16 by a heat exchanger group. Steam generated by heating in the heat exchanger group is supplied to the steam turbine 2.

図1の実施例において、排熱回収ボイラ5内の熱交換器群は、低圧系、中圧系、高圧系を構成しており、かつ各圧力系の熱交換器群は所謂ドラムボイラ構成とされることにより、それぞれ低圧蒸気、中圧蒸気、および高圧蒸気を発生する。   In the embodiment of FIG. 1, the heat exchanger group in the exhaust heat recovery boiler 5 constitutes a low pressure system, an intermediate pressure system, and a high pressure system, and the heat exchanger group of each pressure system has a so-called drum boiler configuration. As a result, low-pressure steam, medium-pressure steam, and high-pressure steam are generated.

図1において低圧系では、給水ポンプ16aからの給水を低圧給水加熱器22で加熱したのち、低圧ドラム32に供給する。低圧ドラム32では、加熱した給水を低圧ボイラ23にて蒸発・沸騰したのち低圧過熱器24にて過熱して低圧蒸気となし、低圧蒸気管20を経て中低圧タービン15を駆動する。   In FIG. 1, in the low pressure system, the feed water from the feed water pump 16 a is heated by the low pressure feed water heater 22 and then supplied to the low pressure drum 32. In the low-pressure drum 32, the heated feed water is evaporated and boiled by the low-pressure boiler 23, then superheated by the low-pressure superheater 24 to form low-pressure steam, and the medium-low pressure turbine 15 is driven via the low-pressure steam pipe 20.

また、中圧系では、同じく給水ポンプ16bからの給水を中圧給水加熱器25で加熱したのち、中圧ドラム33に供給する。さらに、中圧ドラム323は、加熱した給水を中圧ボイラ26にて蒸発・沸騰したのち中圧過熱器27にて過熱して中圧蒸気とする。   Further, in the intermediate pressure system, water supplied from the water supply pump 16 b is heated by the intermediate pressure water heater 25 and then supplied to the intermediate pressure drum 33. Further, the intermediate pressure drum 323 evaporates and boiles the heated feed water in the intermediate pressure boiler 26 and then superheats it in the intermediate pressure superheater 27 to produce intermediate pressure steam.

図1では、高圧蒸気タービン14からの排気を、再熱蒸気管18を経て中圧過熱器27出口にて合流、再熱器30で再加熱したのち、中圧蒸気管19を経て中低圧タービン15を駆動する。高圧蒸気タービン14からの排気を再加熱する方式の排熱回収ボイラを再熱型と呼ぶ。   In FIG. 1, the exhaust from the high-pressure steam turbine 14 is merged at the outlet of the medium-pressure superheater 27 through the reheat steam pipe 18, reheated by the reheater 30, and then passed through the medium-pressure steam pipe 19 to the medium-low pressure turbine. 15 is driven. An exhaust heat recovery boiler that reheats the exhaust from the high-pressure steam turbine 14 is called a reheat type.

さらに、高圧系では、給水ポンプ16cからの給水を高圧給水加熱器28で加熱したのち、高圧ドラム34に供給する。高圧ドラム34では、加熱した給水を高圧ボイラ29にて蒸発・沸騰したのち高圧過熱器31にて過熱して高圧蒸気となし、主蒸気管17を経て高圧タービン14を駆動する。   Further, in the high pressure system, the feed water from the feed pump 16 c is heated by the high pressure feed water heater 28 and then supplied to the high pressure drum 34. In the high-pressure drum 34, the heated feed water is evaporated and boiled by the high-pressure boiler 29, then superheated by the high-pressure superheater 31 to form high-pressure steam, and the high-pressure turbine 14 is driven via the main steam pipe 17.

図1のコンバインドサイクル発電プラントでは、ガスタービン1、高圧タービン14、および中低圧タービン15は駆動軸4で連結されていることから、それぞれのタービンにおける発電出力の合計値がプラントの発電出力となる。   In the combined cycle power plant of FIG. 1, the gas turbine 1, the high pressure turbine 14, and the medium / low pressure turbine 15 are connected by the drive shaft 4, and therefore the total value of the power generation output in each turbine becomes the power generation output of the plant. .

図1のコンバインドサイクル発電プラントにおける上記構成に対し、本発明においては、さらに低圧ボイラ32の出口に低圧蒸気ヘッダ6を備え、低圧ボイラ32にて発生した蒸気を低圧蒸気ヘッダ6および低圧過熱器24に分岐する。   1, the present invention further includes a low-pressure steam header 6 at the outlet of the low-pressure boiler 32, and the steam generated in the low-pressure boiler 32 is supplied to the low-pressure steam header 6 and the low-pressure superheater 24. Branch to

ここで本発明において、低圧ボイラ32にて発生した蒸気を低圧蒸気ヘッダ6に貯留した理由は、ガスタービン起動時に、排熱回収ボイラ内の低圧系、中圧系、高圧系の熱交換器群のうち、最も早い時点で蒸気発生するのが低圧系であり、最短で確立された蒸気を用いて排ガス利用側機器(排熱回収ボイラ及び蒸気タービン)の保護、機能維持に必要な補助蒸気として利用可能であることによる。   Here, in the present invention, the reason why the steam generated in the low-pressure boiler 32 is stored in the low-pressure steam header 6 is that the low-pressure, medium-pressure, and high-pressure heat exchanger groups in the exhaust heat recovery boiler when the gas turbine is started. Among them, steam is generated at the earliest time in the low pressure system, and it is used as auxiliary steam necessary for protection and function maintenance of exhaust gas utilization side equipment (exhaust heat recovery boiler and steam turbine) using the steam established in the shortest time By being available.

低圧蒸気ヘッダ6に確保された補助蒸気は、排ガス利用側機器(排熱回収ボイラ及び蒸気タービン)の保護、機能維持に必要な補助蒸気として、以下の各所において利用される。   The auxiliary steam secured in the low-pressure steam header 6 is used in the following places as auxiliary steam necessary for protection and function maintenance of the exhaust gas utilization side equipment (exhaust heat recovery boiler and steam turbine).

低圧蒸気ヘッダ6に確保された補助蒸気利用の第1点は、再熱器30の保護目的に充てられる。このため、低圧蒸気ヘッダ6に貯留した蒸気を、再熱蒸気管18へと供給する再熱器蒸気供給配管7を備える。さらに、再熱器蒸気供給配管7を流れる蒸気流量を増減する手段として蒸気流量調節弁8を備える。蒸気流量調節弁8を開いた場合、低圧ボイラ32から低圧蒸気ヘッダ6を経て再熱器30へと蒸気が流入する。これによりガスタービン1が急速に起動した場合の再熱器30の空焚きを防止することが可能となる。   The first point of use of auxiliary steam secured in the low-pressure steam header 6 is used for the purpose of protecting the reheater 30. For this reason, a reheater steam supply pipe 7 for supplying the steam stored in the low pressure steam header 6 to the reheat steam pipe 18 is provided. Furthermore, a steam flow rate adjusting valve 8 is provided as means for increasing or decreasing the flow rate of the steam flowing through the reheater steam supply pipe 7. When the steam flow control valve 8 is opened, steam flows from the low pressure boiler 32 to the reheater 30 through the low pressure steam header 6. This makes it possible to prevent the reheater 30 from being blown when the gas turbine 1 starts up rapidly.

なお、蒸気流量調節弁8を閉じた場合には、低圧蒸気ヘッダ6からの蒸気供給が停止することから、通常のコンバインドサイクル発電プラントと同等の蒸気流れとなる。   When the steam flow rate control valve 8 is closed, the steam supply from the low-pressure steam header 6 is stopped, so that the steam flow is equivalent to that of a normal combined cycle power plant.

低圧蒸気ヘッダ6に確保された補助蒸気利用の第2点は、蒸気タービンの機能維持のための駆動軸のシール蒸気に充てられる。このため、低圧蒸気ヘッダ6に貯留した蒸気を、蒸気タービン側駆動軸へと供給する駆動軸補助蒸気配管9を備える。さらに、駆動軸補助蒸気配管9を流れる蒸気流量を増減する手段として蒸気流量調節弁10を備える。蒸気流量調節弁10を開いた場合、低圧ボイラ32から低圧蒸気ヘッダ6を経て蒸気タービン2の駆動軸4軸受部に蒸気が流入する。これによりガスタービン1が急速に起動した場合に蒸気タービン2が予熱され、蒸気タービンの熱伸び差を軽減することが可能となる。   The second point of auxiliary steam utilization secured in the low-pressure steam header 6 is used for the drive shaft seal steam for maintaining the function of the steam turbine. For this reason, a drive shaft auxiliary steam pipe 9 for supplying the steam stored in the low pressure steam header 6 to the steam turbine side drive shaft is provided. Furthermore, a steam flow rate adjusting valve 10 is provided as means for increasing or decreasing the flow rate of the steam flowing through the drive shaft auxiliary steam pipe 9. When the steam flow control valve 10 is opened, steam flows from the low pressure boiler 32 through the low pressure steam header 6 to the drive shaft 4 bearing portion of the steam turbine 2. Thereby, when the gas turbine 1 starts up rapidly, the steam turbine 2 is preheated, and it becomes possible to reduce the thermal expansion difference of the steam turbine.

蒸気流量調節弁10を閉じた場合には、低圧蒸気ヘッダ6からの蒸気供給が停止することから、通常のコンバインドサイクル発電プラントと同等の蒸気流れとなる。なお、図示していないが、本実施例におけるコンバインドサイクル発電プラントには、蒸気タービンを予熱するための補助蒸気が供給されており、蒸気流量調節弁10を閉じた場合に蒸気タービンには従来コンバインドサイクル発電プラントと同様に蒸気タービンが予熱されることとなる。   When the steam flow control valve 10 is closed, the steam supply from the low-pressure steam header 6 is stopped, so that the steam flow is equivalent to that of a normal combined cycle power plant. Although not shown, auxiliary steam for preheating the steam turbine is supplied to the combined cycle power plant in this embodiment, and when the steam flow control valve 10 is closed, the combined steam power plant is conventionally combined with the steam turbine. As with the cycle power plant, the steam turbine is preheated.

低圧蒸気ヘッダ6に確保された補助蒸気利用の第3点は、蒸気タービンの機能維持のための蒸気タービン予熱蒸気に充てられる。このため、低圧蒸気ヘッダ6に貯留した蒸気を、高圧タービン14へと供給する蒸気タービン予熱蒸気配管36を備える。さらに、蒸気タービン予熱蒸気配管36を流れる蒸気流量を増減する手段として蒸気流量調節弁37を備える。蒸気流量調節弁10を開いた場合、低圧ボイラ32から低圧蒸気ヘッダ6を経て蒸気タービン14へと蒸気が流入する。これによりガスタービン1が急速に起動した場合に蒸気タービン2とくに蒸気タービン14のロータ動翼が予熱され、蒸気タービンの熱応力を軽減することが可能となる。   The third point of auxiliary steam utilization secured in the low-pressure steam header 6 is used for steam turbine preheating steam for maintaining the function of the steam turbine. For this reason, the steam turbine preheating steam piping 36 which supplies the steam stored in the low pressure steam header 6 to the high pressure turbine 14 is provided. Furthermore, a steam flow rate adjusting valve 37 is provided as means for increasing or decreasing the flow rate of the steam flowing through the steam turbine preheating steam pipe 36. When the steam flow control valve 10 is opened, steam flows from the low pressure boiler 32 through the low pressure steam header 6 to the steam turbine 14. As a result, when the gas turbine 1 starts up rapidly, the rotor blades of the steam turbine 2, particularly the steam turbine 14, are preheated, and the thermal stress of the steam turbine can be reduced.

蒸気流量調節弁37を閉じた場合には、低圧蒸気ヘッダ6からの蒸気供給が停止することから、通常のコンバインドサイクル発電プラントと同等の蒸気流れとなる。なお、図示していないが、本実施例におけるコンバインドサイクル発電プラントには、蒸気タービンを予熱するための補助蒸気が供給されており、蒸気流量調節弁37を閉じた場合に蒸気タービンには従来コンバインドサイクル発電プラントと同様に蒸気タービンが予熱されることとなる。   When the steam flow control valve 37 is closed, the steam supply from the low-pressure steam header 6 is stopped, so that the steam flow is equivalent to that of a normal combined cycle power plant. Although not shown, auxiliary steam for preheating the steam turbine is supplied to the combined cycle power plant in the present embodiment, and when the steam flow rate control valve 37 is closed, the conventional combined power is supplied to the steam turbine. As with the cycle power plant, the steam turbine is preheated.

本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの制御装置の構成例を、図2を用いて説明する。   The structural example of the control apparatus of the combined cycle power plant by a present Example is demonstrated using FIG.

本発明のコンバインドサイクル発電プラント100の制御装置は、既存のコンバインドサイクル発電プラント制御装置101と、低圧蒸気ヘッダ蒸気流量制御装置102から構成される。   The control apparatus for the combined cycle power plant 100 according to the present invention includes an existing combined cycle power plant control apparatus 101 and a low pressure steam header steam flow control apparatus 102.

コンバインドサイクル発電プラント制御装置101は、中央給電指令所(中給)からの発電指令LDを入力し、プラント計測値Y(たとえば発電出力、タービン排ガス温度、高圧・中圧・低圧ドラム水位、タービン回転数等)に基づき、操作量X(たとえば燃料流量調整弁、タービン加減弁開度等)を計算、プラント発電出力が発電指令LDに追従するよう運転制御する。   The combined cycle power plant control apparatus 101 receives a power generation command LD from a central power supply command station (medium supply), and receives a plant measurement value Y (for example, power generation output, turbine exhaust gas temperature, high / mid / low pressure drum water level, turbine rotation) The operation amount X (for example, a fuel flow rate adjusting valve, a turbine adjusting valve opening degree, etc.) is calculated based on the numerical value, and operation control is performed so that the plant power generation output follows the power generation command LD.

一方、本発明の低圧蒸気ヘッダ蒸気流量制御装置102は、低圧蒸気ヘッダ蒸気統括制御手段103、再熱器側蒸気流量調整弁制御手段104および駆動軸側蒸気流量調整弁制御手段105、蒸気タービン蒸気流量調整弁調整手段106から構成される。   On the other hand, the low-pressure steam header steam flow control device 102 of the present invention includes a low-pressure steam header steam overall control means 103, a reheater side steam flow rate adjustment valve control means 104, a drive shaft side steam flow rate adjustment valve control means 105, a steam turbine steam. The flow control valve adjusting means 106 is configured.

低圧蒸気ヘッダ蒸気統括制御手段103は、コンバインドサイクル発電プラント制御装置101からガスタービン負荷LDGを入力し、起動時のガスタービン負荷LDGに応じて再熱器蒸気温度設定値TsD、蒸気タービンの予熱状態の指標である蒸気タービンケーシング内外壁温度差設定値ΔTmD、ならびに蒸気タービン起動状態を表す蒸気タービン負荷設定値LDSをそれぞれ計算する。   The low-pressure steam header steam supervising control means 103 receives the gas turbine load LDG from the combined cycle power plant control apparatus 101, the reheater steam temperature set value TsD, the preheating state of the steam turbine according to the gas turbine load LDG at the time of startup. The steam turbine casing inner / outer wall temperature difference set value ΔTmD and the steam turbine load set value LDS representing the start state of the steam turbine are calculated.

さらに、再熱器側蒸気流量調整弁制御手段104は、コンバインドサイクル発電プラント100から再熱器蒸気温度の計測値Tsを入力し、計測値Tsが設定値TsDに一致するよう、再熱器側蒸気流量調整弁の開度指令Cv1を計算する。   Further, the reheater side steam flow rate adjusting valve control means 104 inputs the reheater steam temperature measurement value Ts from the combined cycle power plant 100 and reheater side so that the measurement value Ts matches the set value TsD. The opening degree command Cv1 of the steam flow rate adjusting valve is calculated.

また、駆動軸側蒸気流量調整弁制御手段105は、コンバインドサイクル発電プラント100から蒸気タービンケーシング内外壁温度差ΔTmの計測値を入力し、計測値ΔTmが設定値ΔTmDに一致するよう、駆動軸側の蒸気流量調整弁の開度指令Cv2を計算する。   Further, the drive shaft side steam flow rate adjusting valve control means 105 inputs the measured value of the steam turbine casing inner / outer wall temperature difference ΔTm from the combined cycle power plant 100 and drives the drive shaft side so that the measured value ΔTm matches the set value ΔTmD. The opening degree command Cv2 of the steam flow rate adjusting valve is calculated.

さらにまた、蒸気タービン蒸気流量調整弁制御手段106は、設定値LDSに基づき蒸気流量調整弁37の開度指令Cv3を計算する。   Furthermore, the steam turbine steam flow rate adjustment valve control means 106 calculates the opening degree command Cv3 of the steam flow rate adjustment valve 37 based on the set value LDS.

なお、蒸気タービン蒸気流量調整弁制御手段106は、コンバインドサイクル発電プラント100から計測値を入力しないが、これは蒸気タービン動翼温度が直接計測できないためである。本発明では、蒸気タービン負荷に応じて蒸気タービンの動翼温度が定まると仮定し、蒸気タービン設定値LDSより蒸気タービンへの蒸気流量を加減する構成としたが、蒸気タービンの動翼温度を間接的に計測あるいは推定し、この値を用いて蒸気流量を定めてもよい。   The steam turbine steam flow rate adjusting valve control means 106 does not input a measured value from the combined cycle power plant 100 because the steam turbine blade temperature cannot be directly measured. In the present invention, it is assumed that the moving blade temperature of the steam turbine is determined according to the steam turbine load, and the steam flow rate to the steam turbine is adjusted from the steam turbine set value LDS. Alternatively, the steam flow rate may be determined using this value.

図2からもわかるとおり低圧蒸気ヘッダ流量制御装置102は低圧蒸気ヘッダ6から流出する蒸気量を制御するもので、コンバインドサイクル発電プラント制御装置101とは独立して動作する。そのため低圧蒸気ヘッダ蒸気流量制御装置102は既設コンバインドサイクル発電プラントに追加設置することが可能である。   As can be seen from FIG. 2, the low-pressure steam header flow control device 102 controls the amount of steam flowing out from the low-pressure steam header 6 and operates independently of the combined cycle power plant control device 101. Therefore, the low-pressure steam header steam flow control device 102 can be additionally installed in an existing combined cycle power plant.

本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの制御装置によるプラント起動時運転特性を図3から図8に説明する。   The plant starting operation characteristics of the combined cycle power plant control apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIGS.

図3は、コンバインドサイクル発電プラント100にてガスタービン1を急速起動した場合のガスタービン負荷特性b1(図2におけるLDGに相当)の一例を示したものである。ガスタービン起動後の昇速段階をも含む時間を横軸に、かつ各時刻でのガスタービン負荷を縦軸に示している。なお、本図には従来コンバインドサイクル発電プラントによるガスタービン負荷特性a1を合わせて示しているが、ガスタービンは、従来コンバインドサイクル発電プラントにおいて1時間半の起動時間(ガスタービン負荷特性a1)であったものを、急速起動時には約30分で起動を完了(ガスタービン負荷特性b1)することを意図している。   FIG. 3 shows an example of the gas turbine load characteristic b1 (corresponding to the LDG in FIG. 2) when the gas turbine 1 is rapidly started in the combined cycle power plant 100. The time including the speed-up stage after starting the gas turbine is shown on the horizontal axis, and the gas turbine load at each time is shown on the vertical axis. This figure also shows the gas turbine load characteristic a1 of the conventional combined cycle power plant, but the gas turbine has a startup time (gas turbine load characteristic a1) of 1.5 hours in the conventional combined cycle power plant. This is intended to complete the start-up (gas turbine load characteristic b1) in about 30 minutes during rapid start-up.

ガスタービン1を急速起動した場合の低圧蒸気ドラムの蒸気圧力特性を図4に示す。ガスタービン起動後の昇速段階をも含む時間を横軸に、かつ各時刻での低圧蒸気ドラムの蒸気圧力を縦軸に示している。低圧蒸気ドラムの蒸気圧力は、ガスタービン負荷の上昇(すなわちガスタービンの排気温度上昇)に応じて増加する。本発明にてガスタービン急速起動した場合の低圧ドラム圧力をb2に、従来低圧ドラム圧力をa2に示す。   FIG. 4 shows the steam pressure characteristics of the low-pressure steam drum when the gas turbine 1 is rapidly started. The horizontal axis indicates the time including the speed-up stage after the gas turbine is started, and the vertical axis indicates the steam pressure of the low-pressure steam drum at each time. The steam pressure of the low-pressure steam drum increases as the gas turbine load increases (that is, the gas turbine exhaust temperature increases). The low pressure drum pressure when the gas turbine is rapidly started in the present invention is shown as b2, and the conventional low pressure drum pressure is shown as a2.

ガスタービンの排気温度上昇により排熱回収ボイラには高温の排ガスが流入する。高圧・中圧・低圧の各熱交換器はそれぞれ高温排ガスによって一時的に空焚き状態となるが、高圧蒸気ドラム、中圧蒸気ドラム、低圧蒸気ドラムで発生した蒸気により高圧過熱器、中圧過熱器、低圧過熱器の内部には蒸気が流入する。しかしながら高圧タービンからの蒸気が通過する再熱器に関しては、流入する蒸気が中圧過熱器からの蒸気のみとなり蒸気が不足、空焚き状態となる。   High temperature exhaust gas flows into the exhaust heat recovery boiler due to the exhaust gas temperature rise of the gas turbine. The high-pressure, medium-pressure, and low-pressure heat exchangers are temporarily blown by high-temperature exhaust gas, but the high-pressure superheater and medium-pressure superheat are generated by the steam generated in the high-pressure steam drum, medium-pressure steam drum, and low-pressure steam drum. Steam flows into the inside of the heater and the low-pressure superheater. However, with regard to the reheater through which the steam from the high pressure turbine passes, the inflowing steam is only the steam from the intermediate pressure superheater, so that the steam is insufficient and is in an empty state.

図5は、本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧過熱器への蒸気流量を示す。ガスタービン起動後の昇速段階をも含む時間を横軸に、かつ各時刻での低圧過熱器への蒸気流量を縦軸に示している。b3は本発明にてガスタービン急速起動した場合の低圧過熱器への蒸気流量を示す。   FIG. 5 shows the steam flow rate to the low-pressure superheater of the combined cycle power plant according to this embodiment. The horizontal axis represents the time including the acceleration stage after the gas turbine was started, and the vertical axis represents the steam flow rate to the low-pressure superheater at each time. b3 shows the steam flow rate to the low-pressure superheater when the gas turbine is rapidly started in the present invention.

図6は、本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧蒸気ヘッダから再熱器への蒸気流量を示す。ガスタービン起動後の昇速段階をも含む時間を横軸に、かつ各時刻での再熱器出口における蒸気温度を縦軸に示している。図中b4は、再熱器出口における蒸気温度を計測し、計測値が設定値に一致するよう制御した場合の蒸気流量である。図示したとおり、蒸気流量は、再熱器空焚きを防止するためガスタービン起動時に増加し、そののち減少する。これは、中圧蒸気ドラムからの蒸気流量が増加するためである。   FIG. 6 shows the steam flow rate from the low-pressure steam header of the combined cycle power plant according to this embodiment to the reheater. The horizontal axis represents the time including the speed-up stage after starting the gas turbine, and the vertical axis represents the steam temperature at the reheater outlet at each time. In the figure, b4 is the steam flow rate when the steam temperature at the outlet of the reheater is measured and controlled so that the measured value matches the set value. As shown, the steam flow rate increases at the start of the gas turbine to prevent reheater airing and then decreases. This is because the steam flow rate from the intermediate pressure steam drum increases.

図7は、本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧蒸気ヘッダから蒸気タービン駆動軸への蒸気流量を示す。ガスタービン起動後の昇速段階をも含む時間を横軸に、かつ各時刻での蒸気タービン駆動軸への蒸気流量を縦軸に示している。図中b5は、蒸気タービンケーシング内外壁温度差を計測し、計測値が設定値に一致するよう制御した場合の蒸気流量である。図示した通り、蒸気流量は、タービンロータの熱応力およびロータとケーシングとの熱伸び差を緩和するためガスタービン起動時に増加し、そののち減少する。これは蒸気タービンへと流入する高圧・中圧・低圧蒸気からのモレ蒸気流量が増大し、蒸気タービン駆動軸の予熱に用いられたためである。   FIG. 7 shows the steam flow rate from the low-pressure steam header of the combined cycle power plant according to this embodiment to the steam turbine drive shaft. The time including the speed-up stage after starting the gas turbine is shown on the horizontal axis, and the steam flow rate to the steam turbine drive shaft at each time is shown on the vertical axis. In the figure, b5 represents the steam flow rate when the temperature difference between the inner and outer walls of the steam turbine casing is measured and controlled so that the measured value matches the set value. As shown, the steam flow rate increases at the start of the gas turbine and then decreases to mitigate the thermal stress of the turbine rotor and the differential thermal expansion between the rotor and casing. This is because the flow rate of the mole steam from the high-pressure, medium-pressure, and low-pressure steam flowing into the steam turbine is increased and used for preheating the steam turbine drive shaft.

図8は、本実施例によるコンバインドサイクル発電プラントの低圧蒸気ヘッダから高圧蒸気タービンへの蒸気流量を示す。ガスタービン起動後の昇速段階をも含む時間を横軸に、かつ各時刻での高圧蒸気タービンへの蒸気流量を縦軸に示している。図中b6は、蒸気タービン負荷設定に基づき高圧蒸気タービンへの蒸気流量を設定、制御した場合の蒸気流量である。本実施例において、蒸気流量は蒸気タービン負荷初期において最大とし、その後徐々に低下する運用とした。これは起動初期にタービン動翼に低温・低圧の蒸気を供給することで、タービン動翼の予熱・応力緩和を図ったものである。   FIG. 8 shows the steam flow rate from the low-pressure steam header of the combined cycle power plant according to this embodiment to the high-pressure steam turbine. The time including the speed-up stage after starting the gas turbine is shown on the horizontal axis, and the steam flow rate to the high-pressure steam turbine at each time is shown on the vertical axis. In the figure, b6 is the steam flow when the steam flow to the high-pressure steam turbine is set and controlled based on the steam turbine load setting. In this embodiment, the steam flow rate is maximized at the initial stage of the steam turbine load, and then gradually decreased. This is intended to preheat and relieve the stress on the turbine blades by supplying low-temperature and low-pressure steam to the turbine blades at the beginning of startup.

以上、図3から図8によりガスタービンを高速起動した場合における実時間軸上での各種量の時間変化を示したが、これによれば図3のようにガスタービンを30分で起動した場合に低圧蒸気は7、8分程度から発生しており、これを排ガス利用側機器(排熱回収ボイラ及び蒸気タービン)の保護、機能維持に必要な補助蒸気として利用可能である。   As described above, FIGS. 3 to 8 show the time change of various amounts on the real time axis when the gas turbine is started at high speed. According to this, when the gas turbine is started in 30 minutes as shown in FIG. In addition, low-pressure steam is generated from about 7 to 8 minutes, and this can be used as auxiliary steam necessary for protection and function maintenance of exhaust gas utilization side equipment (exhaust heat recovery boiler and steam turbine).

排ガス利用側機器(排熱回収ボイラ及び蒸気タービン)の保護、機能維持に必要な補助蒸気は、図6、7、8に示すように起動初期の短時間に確保できればよい。図6では、再熱蒸気が発生するまでの間、低圧蒸気を供給すればよく、図7では本来の軸受シール蒸気供給系統に蒸気が確立するまでの間供給できればよく、図8では本来の主蒸気が確立するまでの間供給できればよい。   As shown in FIGS. 6, 7, and 8, it is sufficient that auxiliary steam necessary for protecting and maintaining the functions of the exhaust gas utilization side devices (exhaust heat recovery boiler and steam turbine) can be ensured in a short time at the start of startup. In FIG. 6, low-pressure steam may be supplied until reheat steam is generated, in FIG. 7, it may be supplied until steam is established in the original bearing seal steam supply system, and in FIG. It only needs to be able to supply until steam is established.

低圧蒸気ヘッダ流量制御装置102は、夫々に対して適宜のタイミングで補助蒸気を供給開始し、また供給停止し、かつ各時刻で供給量を最適化すべく制御を行う。なお各補助蒸気利用先において、本来の蒸気が確立された場合には蒸気流量調節弁8、10、37を閉じて逆流が生じないようにする。   The low-pressure steam header flow rate control device 102 starts supplying auxiliary steam at an appropriate timing, stops supplying it, and performs control to optimize the supply amount at each time. In each auxiliary steam usage destination, when the original steam is established, the steam flow rate control valves 8, 10, 37 are closed to prevent backflow.

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について、図9を用いて説明する。   A combined cycle power plant according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.

本発明のコンバインドサイクル発電プラントの実施例1と実施例2の違いは、ガスタービン1が駆動軸4を経て発電機3を駆動するともに、蒸気タービン2がもう一つの駆動軸40にて駆動されるよう、プラントの軸を切断・改造した点にある。   The difference between the first embodiment and the second embodiment of the combined cycle power plant of the present invention is that the gas turbine 1 drives the generator 3 via the drive shaft 4 and the steam turbine 2 is driven by another drive shaft 40. The plant shaft is cut and remodeled.

実施例2においてガスタービン1を急速起動した場合、ガスタービン1が発電機3を駆動する。そのため、プラント全体の発電出力はガスタービン2の発電出力に等しい。プラント起動時においてガスタービン2が駆動すべき負荷は発電機3のみであることから、より急速にプラントを起動可能となる。   When the gas turbine 1 is rapidly activated in the second embodiment, the gas turbine 1 drives the generator 3. Therefore, the power generation output of the entire plant is equal to the power generation output of the gas turbine 2. Since the load to be driven by the gas turbine 2 is only the generator 3 at the time of starting the plant, the plant can be started more rapidly.

一方、急速起動による高温ガスが排熱回収ボイラ5に流入するため、低圧蒸気ヘッダ6に貯留した蒸気を、再熱蒸気管18へと供給し、再熱器30の空焚きを防止する。   On the other hand, since the high-temperature gas due to rapid activation flows into the exhaust heat recovery boiler 5, the steam stored in the low-pressure steam header 6 is supplied to the reheat steam pipe 18 to prevent the reheater 30 from being aired.

また、低圧蒸気ヘッダ6に貯留した蒸気を、蒸気タービン側駆動軸へと供給することで、蒸気タービンの熱応力および熱伸び差発生を軽減する。   Further, the steam stored in the low-pressure steam header 6 is supplied to the steam turbine side drive shaft, thereby reducing the thermal stress and the difference in thermal elongation of the steam turbine.

なお蒸気タービン2は発電機に接続されていないことから、蒸気タービン2は、蒸気のエネルギーをタービンの仕事によって消費する装置となる。   Since the steam turbine 2 is not connected to the generator, the steam turbine 2 is a device that consumes the energy of the steam by the work of the turbine.

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について、図10を用いて説明する。   A combined cycle power plant according to Example 3 of the present invention will be described with reference to FIG.

本発明のコンバインドサイクル発電プラントの実施例2と実施例3との違いは、ガスタービン1が駆動軸4を経て発電機3を駆動するともに、蒸気タービン2がもう一つの駆動軸40を経てもう一つの発電機41を駆動するよう、プラントの軸を切断・発電機を追加した点にある。   The difference between the second and third embodiments of the combined cycle power plant of the present invention is that the gas turbine 1 drives the generator 3 via the drive shaft 4 and the steam turbine 2 passes the other drive shaft 40. The plant shaft is cut and a generator is added to drive one generator 41.

実施例3においてガスタービン1を急速起動した場合、ガスタービン1が発電機3を駆動する。そのため、ガスタービンプラント全体の発電出力はガスタービン2の発電出力に等しい。プラント起動時においてガスタービン2が駆動すべき負荷は発電機3のみであることから、より急速にプラントを起動可能となる。   When the gas turbine 1 is rapidly activated in the third embodiment, the gas turbine 1 drives the generator 3. Therefore, the power generation output of the entire gas turbine plant is equal to the power generation output of the gas turbine 2. Since the load to be driven by the gas turbine 2 is only the generator 3 at the time of starting the plant, the plant can be started more rapidly.

一方、急速起動による高温ガスが排熱回収ボイラ5に流入するため、低圧蒸気ヘッダ6に貯留した蒸気を、再熱蒸気管18へと供給し、再熱器30の空焚きを防止する。   On the other hand, since the high-temperature gas due to rapid activation flows into the exhaust heat recovery boiler 5, the steam stored in the low-pressure steam header 6 is supplied to the reheat steam pipe 18 to prevent the reheater 30 from being aired.

また、低圧蒸気ヘッダ6に貯留した蒸気を、蒸気タービン側駆動軸へと供給することで、蒸気タービンの熱応力および熱伸び差発生を軽減する。   Further, the steam stored in the low-pressure steam header 6 is supplied to the steam turbine side drive shaft, thereby reducing the thermal stress and the difference in thermal elongation of the steam turbine.

なお蒸気タービン2にはもう一つの発電機41が接続されていることから、排熱回収ボイラ5からの蒸気量に応じた発電が可能となる。   Since another generator 41 is connected to the steam turbine 2, power generation according to the amount of steam from the exhaust heat recovery boiler 5 becomes possible.

本発明は上記した各実施例に限定されるものではない。各実施例では、主機の並びがガスタービン1、発電機3、蒸気タービン2の順に配置されている例を示したが、例えば発電機4、ガスタービン1、蒸気タービン2の順に回転軸が接続されている場合にはガスタービン1と蒸気タービン2の間で回転軸を切り離し、蒸気タービン2側の回転軸に新たな発電機41を設置してもよい。   The present invention is not limited to the embodiments described above. In each embodiment, the example in which the main engines are arranged in the order of the gas turbine 1, the generator 3, and the steam turbine 2 has been described. For example, the rotating shafts are connected in the order of the generator 4, the gas turbine 1, and the steam turbine 2. In such a case, the rotating shaft may be separated between the gas turbine 1 and the steam turbine 2 and a new generator 41 may be installed on the rotating shaft on the steam turbine 2 side.

また、本発明の排熱回収ボイラ5は、高圧・中圧・低圧の3種のボイラを有するとともに、高圧タービンの排気を再加熱する再熱三重圧ボイラの構成としたが、高圧タービンの排気を再加熱しない非再熱三重圧ボイラ、あるいは高圧と低圧の2種のボイラを有する非再熱二重圧ボイラにも適用できる。非再熱三重圧ボイラ、あるいは非再熱二重圧ボイラに本発明を適用した場合には、ガスタービンの急速起動に伴い高温の排ガスが流入する高圧過熱器に蒸気を供給することで、高温排ガスによる高圧過熱器の熱応力を軽減することが可能となる。   The exhaust heat recovery boiler 5 of the present invention has three types of boilers of high pressure, medium pressure, and low pressure, and is configured as a reheat triple pressure boiler that reheats the exhaust of the high pressure turbine. The present invention can also be applied to a non-reheated triple pressure boiler that does not reheat, or a non-reheated double pressure boiler that has two types of high and low pressure boilers. When the present invention is applied to a non-reheated triple pressure boiler or a non-reheated double pressure boiler, steam is supplied to a high-pressure superheater into which high-temperature exhaust gas flows in with rapid start-up of the gas turbine. It becomes possible to reduce the thermal stress of the high-pressure superheater due to.

本発明の実施例によれば、ガスタービンを急速起動した際に排熱回収ボイラに流入する高温ガスにより再熱器や過熱器内部が空焚きとなることを防止できる。   According to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent the reheater and the superheater from becoming empty due to the high-temperature gas flowing into the exhaust heat recovery boiler when the gas turbine is rapidly started.

さらに、本発明の実施例によれば、ガスタービンを急速起動した際に蒸気タービンに流入する高温の蒸気により発生する蒸気タービンの熱応力および熱伸び差を軽減できる。   Furthermore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the thermal stress and the thermal expansion difference of the steam turbine generated by the high-temperature steam flowing into the steam turbine when the gas turbine is rapidly started.

発電用のコンバインドサイクル発電プラントの他、産業用のコジェネレーションプラントやマイクロコンバインドサイクル発電プラントの装置構成および制御方法として利用可能である。   In addition to the combined cycle power plant for power generation, it can be used as an apparatus configuration and control method for industrial cogeneration plants and micro combined cycle power plants.

1:ガスタービン
2:蒸気タービン
3:発電機
4:駆動軸
5:排熱回収ボイラ
6:低圧蒸気ヘッダ
7:再熱器蒸気供給配管
8:蒸気流量調節弁
9:駆動軸補助蒸気配管
10:蒸気流量調節弁
11:圧縮機
12:燃焼器
13:タービン
14:高圧タービン
15:中低圧タービン
16:給水ポンプ
17:高圧蒸気管
18:再熱蒸気管
19:中圧蒸気管
20:低圧蒸気管
21:排気ダクト
22:低圧給水加熱器
23:低圧ボイラ
24:低圧過熱器
25:中圧給水加熱器
26:中圧ボイラ
27:中圧過熱器
28:高圧給水加熱器
29:高圧ボイラ
30:再熱器
31:高圧過熱器
32:低圧ドラム
33:中圧ドラム
34:高圧ドラム
35:タービン排ガス
36:蒸気タービン予熱蒸気配管
37:蒸気流量調整弁
40:もう一つの駆動軸
41:発電機
100:本発明のコンバインドサイクル発電プラント
101:コンバインドサイクル発電プラント制御装置
102:本発明の低圧蒸気ヘッダ蒸気流量制御装置
103:低圧蒸気ヘッダ蒸気統括制御手段
104:再熱器側蒸気流量調整弁制御手段
105:駆動軸側蒸気流量調整弁制御手段
106:蒸気タービン蒸気流量調整弁制御手段
1: Gas turbine 2: Steam turbine 3: Generator 4: Drive shaft 5: Waste heat recovery boiler 6: Low-pressure steam header 7: Reheater steam supply pipe 8: Steam flow control valve 9: Drive shaft auxiliary steam pipe 10: Steam flow control valve 11: Compressor 12: Combustor 13: Turbine 14: High pressure turbine 15: Medium / low pressure turbine 16: Feed water pump 17: High pressure steam pipe 18: Reheat steam pipe 19: Medium pressure steam pipe 20: Low pressure steam pipe 21: Exhaust duct 22: Low pressure feed water heater 23: Low pressure boiler 24: Low pressure superheater 25: Medium pressure feed water heater 26: Medium pressure boiler 27: Medium pressure superheater 28: High pressure feed water heater 29: High pressure boiler 30: Re Heater 31: High pressure superheater 32: Low pressure drum 33: Medium pressure drum 34: High pressure drum 35: Turbine exhaust gas 36: Steam turbine preheating steam piping 37: Steam flow rate adjustment valve 40: Another drive shaft 41: Generator 10 : Combined cycle power plant 101 of the present invention: Combined cycle power plant control device 102: Low pressure steam header steam flow control device 103 of the present invention: Low pressure steam header steam overall control means 104: Reheater side steam flow rate control valve control means 105 : Driving shaft side steam flow rate adjusting valve control means 106: Steam turbine steam flow rate adjusting valve control means

Claims (13)

ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスから少なくとも高圧、低圧の蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラからの高圧、低圧の蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの少なくとも前記ガスタービンにより駆動されて発電する発電機から構成され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の低圧蒸気を発生する低圧蒸気ドラムに、低圧蒸気ドラムで発生した蒸気を導入する低圧蒸気ヘッダを備え、低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を前記高圧の蒸気の発生確立前の前記コンバインドサイクル発電プラントにおける補助蒸気として使用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。
A gas turbine, an exhaust heat recovery boiler that generates at least high-pressure and low-pressure steam from the exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by high-pressure and low-pressure steam from the exhaust heat recovery boiler, the gas turbine, A combined cycle power plant comprising a generator that generates power by being driven by at least the gas turbine of a steam turbine,
The low-pressure steam drum that generates low-pressure steam of the exhaust heat recovery boiler is provided with a low-pressure steam header that introduces steam generated in the low-pressure steam drum, and the steam stored in the low-pressure steam header before the generation of the high-pressure steam is established. A combined cycle power plant characterized by being used as auxiliary steam in a combined cycle power plant.
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、
前記低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を、前記排熱回収ボイラの再熱器に供給する再熱器蒸気供給配管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。
The combined cycle power plant according to claim 1,
A combined cycle power plant comprising a reheater steam supply pipe for supplying steam stored in the low pressure steam header to a reheater of the exhaust heat recovery boiler.
請求項1または請求項2に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を、前記蒸気タービンの軸受に供給する駆動軸補助蒸気配管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。
The combined cycle power plant according to claim 1 or 2,
A combined cycle power plant comprising a drive shaft auxiliary steam pipe for supplying steam stored in the low-pressure steam header to a bearing of the steam turbine.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を、前記蒸気タービンの高圧タービンに供給する高圧タービン予熱蒸気配管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。
The combined cycle power plant according to any one of claims 1 to 3,
A combined cycle power plant comprising a high-pressure turbine preheating steam pipe for supplying steam stored in the low-pressure steam header to a high-pressure turbine of the steam turbine.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記ガスタービンと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の二つの軸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。
The combined cycle power plant according to any one of claims 1 to 4,
A combined cycle power plant comprising two shafts, a drive shaft connecting the gas turbine and the generator, and a drive shaft of the steam turbine.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記ガスタービンと前記発電機と前記蒸気タービンが同一軸で接続されてい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。
The combined cycle power plant according to any one of claims 1 to 4,
The combined cycle power plant, wherein the gas turbine, the generator, and the steam turbine are connected on the same shaft.
請求項5に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記蒸気タービン側の駆動軸に発電機が接続されてい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。
The combined cycle power plant according to claim 5,
A combined cycle power plant, wherein a generator is connected to the drive shaft on the steam turbine side.
ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスから少なくとも高圧、低圧の蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラからの高圧、低圧の蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンに同一軸に接続されて駆動されて発電する発電機から構成されるコンバインドサイクル発電プラントの改造方法であって、
前記同一軸を、前記ガスタービンと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の二つの軸に分割し、
前記排熱回収ボイラの低圧蒸気を発生する低圧蒸気ドラムに、低圧蒸気ドラムで発生した蒸気を導入する低圧蒸気ヘッダを備え、低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を前記排熱回収ボイラの高圧蒸気確立前の前記コンバインドサイクル発電プラントにおける補助蒸気として使用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改造方法。
A gas turbine, an exhaust heat recovery boiler that generates at least high-pressure and low-pressure steam from the exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by high-pressure and low-pressure steam from the exhaust heat recovery boiler, the gas turbine, A method for remodeling a combined cycle power plant composed of a generator that is connected to the same shaft to a steam turbine to generate electric power,
The same shaft is divided into two shafts, a drive shaft connecting the gas turbine and the generator, and a drive shaft of the steam turbine,
The low-pressure steam drum that generates the low-pressure steam of the exhaust heat recovery boiler is equipped with a low-pressure steam header that introduces the steam generated in the low-pressure steam drum, and the steam stored in the low-pressure steam header before the high-pressure steam of the exhaust heat recovery boiler is established The combined cycle power plant is used as auxiliary steam in the combined cycle power plant.
請求項8に記載のコンバインドサイクル発電プラントの改造方法であって、
前記蒸気タービン側の駆動軸に発電機が追加接続されてい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改造方法。
A method for remodeling a combined cycle power plant according to claim 8,
A method for remodeling a combined cycle power plant, wherein a generator is additionally connected to the drive shaft on the steam turbine side.
ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスから少なくとも高圧、低圧の蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラからの高圧、低圧の蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの少なくとも前記ガスタービンにより駆動されて発電する発電機から構成され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の低圧蒸気を発生する低圧蒸気ドラムで発生した蒸気を低圧蒸気ヘッダに貯留し、貯留した蒸気を前記高圧の蒸気の発生確立前の前記コンバインドサイクル発電プラントにおける補助蒸気として使用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。
A gas turbine, an exhaust heat recovery boiler that generates at least high-pressure and low-pressure steam from the exhaust gas of the gas turbine, a steam turbine driven by high-pressure and low-pressure steam from the exhaust heat recovery boiler, the gas turbine, A method for operating a combined cycle power plant comprising a generator that generates power by being driven by at least the gas turbine of a steam turbine,
Steam generated by a low-pressure steam drum that generates low-pressure steam of the exhaust heat recovery boiler is stored in a low-pressure steam header, and the stored steam is used as auxiliary steam in the combined cycle power plant before the generation of the high-pressure steam is established. A method for operating a combined cycle power plant.
請求項10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、
前記低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を、前記排熱回収ボイラの再熱器に供給する再熱器蒸気供給配管を備え、前記再熱器の出口の蒸気温度計測値に基づき前記再熱器への蒸気流量を定め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の運転方法。
A method for operating a combined cycle power plant according to claim 10,
A reheater steam supply pipe for supplying the steam stored in the low pressure steam header to the reheater of the exhaust heat recovery boiler is provided. A method for operating a combined cycle power plant characterized by determining a steam flow rate.
請求項10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、
前記低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を、前記蒸気タービンの軸受に供給する駆動軸補助蒸気配管を備え、前記蒸気タービンの内外壁温度差の計測値に基づき前記軸受への蒸気流量を定め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の運転方法。
A method for operating a combined cycle power plant according to claim 10,
A drive shaft auxiliary steam pipe for supplying the steam stored in the low-pressure steam header to the bearing of the steam turbine is provided, and the steam flow rate to the bearing is determined based on the measured value of the temperature difference between the inner and outer walls of the steam turbine. A method for operating a combined cycle power plant.
請求項10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、
前記低圧蒸気ヘッダに貯留した蒸気を、前記蒸気タービンの高圧タービンに供給する高圧タービン予熱蒸気配管を備え、 前記蒸気タービンの起動特性に基づき高圧タービンに供給する蒸気流量を定め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の運転方法。
A method for operating a combined cycle power plant according to claim 10,
A high-pressure turbine preheating steam pipe for supplying the steam stored in the low-pressure steam header to the high-pressure turbine of the steam turbine is provided, and a steam flow rate to be supplied to the high-pressure turbine is determined based on a start characteristic of the steam turbine. Operation method of combined cycle power plant.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112361424A (en) * 2020-10-30 2021-02-12 广西电网有限责任公司电力科学研究院 Electrically-driven steam pressure-rising heat supply method suitable for electricity cogeneration unit

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