JP2870759B2 - 複合発電装置 - Google Patents

複合発電装置

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JP2870759B2 JP63141833A JP14183388A JP2870759B2 JP 2870759 B2 JP2870759 B2 JP 2870759B2 JP 63141833 A JP63141833 A JP 63141833A JP 14183388 A JP14183388 A JP 14183388A JP 2870759 B2 JP2870759 B2 JP 2870759B2
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    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガスタービン、排ガスボイラ及び蒸気ター
ビンを含み、かつ再熱サイクルを備えている複合発電装
置に関するものである。
〔従来の技術〕
第4図は、従来の一例として、まず再熱サイクルを備
えていなう複合発電装置を示す。
第4図において、1はガスタービン、2はこのガスタ
ービン1からの排ガスを利用して蒸気を発生する排ガス
ボイラであって、排ガスの上流側から過熱器3、高圧蒸
発器4、高圧エコノマイザ5、低圧蒸発器6及び低圧エ
コノマイザ7の順で配置されており、8は低圧蒸気ドラ
ム、9は高圧蒸気ドラム、10は高圧蒸気管、11は過熱器
入口管寄せ、12は過熱器出口管寄せ、13は主蒸気管であ
る。
また、14及び15は蒸気タービンを構成する高圧タービ
ン及び低圧タービンであり、高圧タービン14には排ガス
ボイラ2の過熱器3からの主蒸気が前述した主蒸気管1
3、主蒸気止め弁16、主蒸気管17及び主塞止弁18を経て
流入師、これにより高圧タービン14が駆動される。
そして、この高圧タービン14の排気は、配管19を通し
て流れ、排ガスボイラ2の低圧蒸気ドラム8からの低圧
蒸気管20及び低圧蒸気止め弁21を経て送られてくる低圧
蒸気と混合した後、配管22を通して低圧タービン15に流
入して、低圧タービン15を駆動し、これにより低圧ター
ビン15が発電機23を駆動する。
しかして、以上述べたような複合発電装置において、
ガスタービン1は、一般に、点火後は比較的短時間(20
〜30分)で定格回転数に達し、無負荷運転時において
も、排ガス温度は比較的高い(300〜400℃)特性を有し
ている。このため、排ガスボイラ2から発生する蒸気
は、比較的短時間でガスタービンの特性に対応したもの
が得られる。
ところが、蒸気タービンは、起動時においては、ウォ
ーミング等が必要であり、ガスタービンとは異なった起
動操作が要求される。
そこで、従来は、蒸気タービンの起動を効果的に行う
ための手段として、第4図に示すように、主蒸気管13
(17)から分岐された高圧タービン14をバイパスして復
水器24へ導かれる高圧タービンバイパス管路25、及び低
圧蒸気管20から分岐され低圧タービン15をバイパスして
復水器24へ導かれる低圧タービンバイパス管路26を設
け、これにより圧力・温度が適当な値になるまで、蒸気
をこれらの蒸気タービン14、15をバイパスさせて復水器
24へ送るようにしている。
なお、これらの各タービンバイパス管路25、26の途中
にはそれぞれ弁27、28が設けられている。また、復水器
24内の復水は復水ポンプ29により配管30を通して高圧エ
コノマイザ5及び低圧エコノマイザ7に送られるように
なっている。
以上第4図に示した従来例は、高圧蒸気及び低圧蒸気
系から構成されたいわゆる2段圧力式(若しくは複圧
式)であるとともに、排ガスボイラには再熱器が組み込
まれていない複合発電装置である。
そこで、熱効率を向上させるなどのために、再熱サイ
クルを有するいわゆる3段圧力式の複合発電装置も従来
から知られており、第5図はその一例を示す。
第5図において、排ガスボイラ2には再熱器31が組み
込まれ、また高圧タービン14と低圧タービン15との間に
は中圧タービン32が設置されている。
そして、高圧タービン14の排気が、配管32、逆止弁3
4、配管35を経て再熱器入口管寄せ36に入り、再熱器31
で加熱された後、再熱器出口管寄せ37、高温再熱蒸気管
38、再熱蒸気止め弁39、再熱蒸気導入管路40及び再熱塞
止弁41を経て中圧タービン32に流入し、中圧タービン32
を駆動する。
それから、この中圧タービン32の排気が、配管42を通
して流れ、排ガスボイラ2の低圧蒸気ドラム8から低圧
蒸気管20及び低圧蒸気止め弁21を経て送られてくる低圧
蒸気と混合した後、配管22を通して低圧タービン15に流
入して、低圧タービン15を駆動する。
なお、第5図において、その他の構成は第4図に示し
たものと同一であるので、同一の部分には同一の符号を
付して、その詳細な説明は省略する。
〔発明が解決しようとする課題〕
第5図に示したように、排ガスボイラに再熱器が組み
込まれた形式の複合発電装置においては、ガスタービン
起動から蒸気タービン起動完了に至るまでの起動期間中
における再熱器の冷却保護が重要であり、また再熱蒸気
を中圧タービンに導入するタイミングも重要である。
しかるに、従来技術においては、上記再熱サイクルに
係る蒸気系の起動装置について効果的な手段が特別に考
慮されておらず、従って、排ガスボイラの再熱器の冷却
保護が適切に行えないとともに、蒸気タービンの起動条
件の調整が容易でない問題があった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、このような従来技術の課題を解決するため
になされたもので、本発明による複合発電装置は、ガス
タービンと、該ガスタービンからの排ガスを利用して蒸
気を発生する排ガスボイラと、該排ガスボイラからの蒸
気を利用して動力を発生する蒸気タービンとを含み、前
記排ガスボイラは過熱器、再熱器及び蒸発器アセンブリ
を備え、前記蒸気タービンは高圧タービン、中圧タービ
ン及び低圧タービンにより構成されているとともに、そ
れぞれ復水器に至る高圧タービンバイパス管路及び低圧
タービンバイパス管路を備えており、前記蒸発器アセン
ブリは、低圧蒸気ドラム及び低圧エコノマイザ、中圧蒸
気ドラム及び中圧エコノマイザ、並びに高圧蒸気ドラム
及び高圧エコノマイザをそれぞれ介して前記復水器に接
続される低圧蒸発器、中圧蒸発器及び高圧蒸発器により
構成されており、前記低圧蒸気ドラムの出口部分は、前
記低圧タービンバイパス管路に接続されており、前記中
圧蒸気ドラムの出口部分は、前記再熱器の入口部分に接
続されており、前記高圧蒸気ドラムの出口部分は、前記
過熱器の入口部分に接続されるとともに、前記排ガスボ
イラの過熱器部分から分岐した管路が前記再熱器の入口
部分に接続されており、更に、前記再熱器の出口部分は
前記復水器へ至る管路と前記中圧タービンへ至る管路と
に接続されている。
〔作用〕
このように構成された複合発電装置によれば、プラン
ト全体の効率の観点から、排ガスボイラの中圧蒸気ドラ
ムからの中圧蒸気を再熱器の入口部分に導入せしめると
ともに、再熱器の出口部分より蒸気を分岐抽出して、中
圧タービンをバイパスさせ、復水器へ導入せしめて、蒸
気タービンの起動条件を容易に調整することができる。
この場合、中圧蒸気ドラムからの蒸気供給量では十分な
冷却保護を期待できないようなら、高圧蒸気ドラムから
一部の蒸気を分岐抽出して再熱器の入口部分に供給す
る。このようにして、プラントの起動時における、再熱
器の適切な冷却保護を行う。
〔実施例〕
以下、第1図及び第2図の本発明の参考例並びに第3
図の本発明による実施例について詳述する。なお、これ
らの図において、第4図及び第5図に示したものと同一
の部分には同一の符号を付して、その詳細は説明は省略
する。
第1図は、本発明の第1参考例を示す。この第1参考
例において、排ガスボイラ2における高圧蒸気ドラム9
と過熱器入口管寄せ11との間を接続する高圧蒸気管10の
途中部分から分岐した管路(高圧蒸気抽出管路)50を再
熱器入口管寄せ36へ至る配管35の途中部分に接続し、こ
の管路50の途中には弁51を設けている。
また、再熱器出口管寄せ(出口部分)37から中圧ター
ビン32側へ延びる再熱蒸気管38の途中部分から分岐した
管路(中圧タービンバイパス管路)52を復水器24に接続
し、この管路52の途中部分には弁53を設けている。
しかして、プラントの起動時には、次に述べるような
要領で操作する。
最初にガスタービン1の点火・起動が行われるが、弁
51を開としておき、高圧蒸発器4で発生した蒸気の一部
を管路50により抽出して、再熱器31内に流す。また、再
熱蒸気止め弁39を閉とするとともに、弁53を開とし、こ
れにより当該蒸気は、管路52を通して中圧タービン32を
バイパスし、復水器24に戻る。
一方、高圧蒸発器4で発生した蒸気の残りの部分は、
過熱器3内を流れ、そこから主蒸気管13、高圧タービン
バイパス管路25、弁27を経て復水器24に流入する。この
時には、主蒸気止め弁16を開としておく。また、低圧蒸
気止め弁21も閉とし、低圧蒸発器6からの蒸気も、低圧
タービンバイパス管路26、弁28を経て復水器24へ戻す。
なお、一部の蒸気は、必要に応じて、高圧タービン1
4、中圧タービン32及び低圧タービン15に導き、ウォー
ミングを行うことができる。
そして、ガスタービン1の負担が上昇するに伴い、排
ガスボイラ2に流入する排ガスの温度も次第に高くな
り、過熱器3及び再熱器31の各出口の蒸気温度も上昇し
てくる。
このようにして高圧タービン14若しくは中圧タービン
32の起動条件(蒸気の圧力・温度)が満たされたとき
に、まず、弁27を閉じて、復水器24は管路25を通してバ
イパスさせていた蒸気を止め、主蒸気止め弁16を開け、
さらに主塞止弁18を開け、高圧タービン14を起動する。
それから、弁53を閉じて、復水器24へ管路52を通してバ
イパスさせていた蒸気を止め、再熱蒸気止め弁39と再熱
塞止弁41を開け、再熱蒸気導入管路40を通して中圧ター
ビン32に送気する。その後、弁51を閉とし、通常の運転
状態に移行する。
この場合、本操作では、高圧タービン14を先に起動
し、中圧タービン32を後から起動する手順を示したが、
蒸気の条件及びタービン側の条件(車室内部の温度な
ど)如何によっては、中圧タービン32から先に起動する
ことも可能である。
なお、低圧蒸発器6から供給される低圧蒸気は、低圧
タービン15への流入条件が満たされるまでは、低圧ター
ビンバイパス管路26及び弁28を通して、復水器24に送ら
れる。
第2図は、本発明の第2参考例を示す。この第2参考
例によれば、第1図に示した第1参考例における高圧蒸
気抽出管路50を高圧蒸気管10ではなくて主蒸気管13の途
中部分から分岐して、再熱器入口管寄せ36へ至る配管35
の途中部分に接続している。そして、第1参考例と同様
に、この管路50の途中部分には弁51が設けられ、また中
圧タービンバイパス管路52及び弁53が設けられている。
このような構成によれば、再熱器31の出口蒸気温度を
過熱器3の出口蒸気温度より先行して高くし得るので、
中圧タービン32を先に起動させるときには好都合とな
る。
なお、再熱器31へ送る蒸気の抽出点は、前述した過熱
器3の入口部若しくは出口部に限定されるものではな
く、過熱器3が多段に配置されているような場合には、
その過熱器の中間から抽出することもできる。
第3図は、本発明の実施例を示すもので、この実施例
においては、排ガスボイラ2が、中圧蒸発器54及び中圧
エコノマイザ55を有して、3段圧力方式で構成されてい
る。そして、その中圧蒸発器54の中圧蒸気ドラム56の出
口部分から延ばした管路(低圧蒸気抽出管路)57が、再
熱器入口管寄せ(入口部分)36へ至る配管35の途中部分
に接続されている。図示のように、中圧エコノマイザ55
は、復水器ポンプ29を介して復水器24に接続されてい
る。
この配管35の途中部分には、第1図に示した第1参考
例と同様に、高圧蒸気管10(高圧蒸気ドラムの出口部
分)の途中部分から分岐した高圧蒸気抽出管路50も接続
され、また、弁51、中圧タービンバイパス管路52及び弁
53も同様に設けられている。
このような構成によれば、排ガスボイラ2の中圧蒸発
器54にて発生した蒸気を高圧タービン14の排気に混合す
ることができる。本系統はプラント全体の効率向上の観
点から採用されるものであるが、プラントの起動時にお
ける中圧蒸気発生量は極く少量なので、当該蒸気のみに
よる再熱器31の冷却保護が十分に行えない場合、高圧蒸
気側から一部の蒸気を管路50、弁51を通して供給するよ
うにする。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、再熱サイクルを
有する複合発電装置において、ガスタービン起動に対応
して排ガスボイラの再熱器の冷却保護を適切に行えると
ともに、蒸気タービン通気のための蒸気条件の調整を極
めて容易に行えるので、プラント全体の信頼性の向上及
び運転操作の向上に大きく寄与することができ、しか
も、中圧蒸発器にて発生した蒸気を高圧タービンの排気
に混合することができるので、プラント全体の効率向上
にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、本発明を説明するための参考例に
係る異なる複合発電装置をそれぞれ示す全体系統図、第
3図は、本発明の実施例に係る複合発電装置を示す全体
系統図、第4図及び第5図は、それぞれ従来例による複
合発電装置の異なる2つの例を示す全体系統図である。 1…ガスタービン、2…排ガスボイラ、3…過熱器、4
…高圧蒸発器(蒸発器アセンブリ)、5…高圧エコノマ
イザ、6…低圧蒸発器(蒸発器アセンブリ)、7…低圧
エコノマイザ、8…低圧蒸気ドラム、9…高圧蒸気ドラ
ム、10…高圧蒸気管(高圧蒸気ドラムの出口部分)、11
…過熱器入口管寄せ(過熱器の入口部分)、13…主蒸気
管、14…高圧タービン、15…低圧タービン、23…発電
機、24…復水器、25…高圧タービンバイパス管路、26…
低圧タービンバイパス管路、31…再熱器、32…中圧ター
ビン、36…再熱器入口管寄せ(再熱器の入口部分)、37
…再熱器出口管寄せ(再熱器の出口部分)、40…再熱蒸
気導入管路、50…高圧蒸気抽出管路、52…中圧タービン
バイパス管路、54…中圧蒸発器(蒸発器アセンブリ)、
55…中圧エコノマイザ、56…中圧蒸気ドラム、57…低圧
蒸気抽出管路(中圧蒸気ドラムの出口部分)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01K 23/10 F01K 7/22

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガスタービンと、該ガスタービンからの排
    ガスを利用して蒸気を発生する排ガスボイラと、該排ガ
    スボイラからの蒸気を利用して動力を発生する蒸気ター
    ビンとを含み、前方排ガスボイラは加熱器、再熱器及び
    蒸発器アセンブリを備え、前記蒸気タービンは高圧ター
    ビン、中圧タービン及び低圧タービンにより構成されて
    いるとともに、それぞれ復水器に至る高圧タービンバイ
    パス管路及び低圧タービンバイパス管路を備えており、
    前記蒸発器アセンブリは、低圧蒸気ドラム及び低圧エコ
    ノマイザ、中圧蒸気ドラム及び中圧エコノマイザ、並び
    に高圧蒸気ドラム及び高圧エコノマイザをそれぞれ介し
    て前記復水器に接続される低圧蒸発器、中圧蒸発器及び
    高圧蒸発器により構成されており、前記低圧蒸気ドラム
    の出口部分は、前記低圧タービンバイパス管路に接続さ
    れており、前記中圧蒸気ドラムの出口部分は、前記再熱
    器の入口部分に接続されており、前記高圧蒸気ドラムの
    出口部分は、前記過熱器の入口部分に接続されるととも
    に、前記排ガスボイラの過熱器部分から分岐した管路が
    前記再熱器の入口部分に接続されており、更に、前記再
    熱器の出口部分は前記復水器へ至る管路と前記中圧ター
    ビンへ至る管路とに接続されている複合発電装置。
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