JP2885346B2

JP2885346B2 - コンバインドプラントの制御方法及び同装置

Info

Publication number: JP2885346B2
Application number: JP1038408A
Authority: JP
Inventors: 成久杉田; 芳樹野口; 和貞星野; 真一保泉; 正治高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 1999-04-19
Anticipated expiration: 2014-04-19
Also published as: JPH0230904A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ガスタービン装置と、上記ガスタービンの
排熱を回収して蒸気を発生させるボイラと、上記ボイラ
の発生蒸気によって駆動される蒸気タービンとを備えた
コンバインドプラントの負荷変動に対応するための制御
方法、及び、同制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第９図は上記コンバインドプラントの一般的な系統図
である。

ガスタービン装置は、圧縮機１と、上記圧縮機に連結
されたガスタービン３と、燃焼器２とを主な構成要素と
している。

ガスタービン３の排気は、排熱回収ボイラ４に導入さ
れ、排気ダクト14に放出される。排熱回収ボイラ４へは
復水器７からの給水管が、給水ポンプ８を経由して導か
れている。一方、排熱回収ボイラ４からは蒸気導管15が
蒸気タービン５へとつながっており、当該蒸気導管15に
蒸気制御弁11が設けられている。

蒸気タービン５は前記ガスタービン装置と連結され、
いわゆる１軸型のコンバインド配置を形成しており、負
荷機器である発電機６も連結されている。

前記燃焼器２へは燃料配管９が接続され、該燃料配管
９には燃料制御弁10が設けられている。

圧縮機１の入口から導入された空気16は、該圧縮機１
により昇圧され燃焼器２へ導入される。

該燃焼器２では、外部から燃料配管９を通って送られ
た燃料が燃焼し、高温，高圧の燃料ガスはガスタービン
３を駆動した後、排熱回収ボイラ４へ導入される。排熱
回収ボイラ４へは復水器７からの給水が給水ポンプ８に
より昇圧されて供給される。前記排熱回収ボイラ４へ供
給された給水はガスタービン排ガスの排熱により、加
熱、蒸発、過熱された蒸気導管15により蒸気制御弁11を
経由して蒸気タービン５へ導入される。蒸気タービン５
を駆動した蒸気は復水器７へ導入される。

ガスタービン３および蒸気タービン５で発生した動力
により、圧縮機１および発電機６が駆動される。

通常の負荷変化は、燃料配管９に設けられた燃料制御
弁10により燃焼器２へ燃料供給量を制御し燃焼器出口温
度，圧力（タービン入口温度，圧力）を変化させること
により対応される。

すなわち、前記燃焼器２への燃料供給量を燃料制御弁
10により減少せしめることにより、燃焼器２出口温度，
圧力は低下し、ガスタービン３の出力は減少する。これ
と同時に排熱回収ボイラ４の入口温度であるガスタービ
ン排ガス温度も低下するので、該排熱回収ボイラ４にお
ける蒸気発生量は低下し、それに伴い蒸気タービンの出
力も減少する。

コンバインドプラントの負荷が急激に減少する場合の
制御技術については、従来一般に、排熱回収ボイラ系の
温度条件を一定に保ちつつ、流量変化により負荷変化に
対応するよう、空気圧縮機の入口に設けた案内翼（図示
せず）の調節が為される。この種の技術については、エ
ー・エス・エム・イー，ペーパー.82−GT−83（ASME Pa
Per 82−GT−83）等にその運用方法が論じられている。
また、特開昭56−92327には、ガスタービンにおいて急
激な負荷変化要求に対応するように圧縮機出口部に放風
弁を設けて対応することが記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕上記従来技術は、ガスタービン装置単独における急激
な負荷変化に対応するもので、コンバインドプラントに
おける急激な負荷変化の障害となる排熱回収ボイラおよ
び蒸気タービン系についての配慮がなされていない。

コンバインドプラントにおける急激な負荷変化に際し
ては、排熱回収ボイラの熱応力の制限および熱容量によ
り、負荷変化能力を抑えてガスタービン排ガス温度の変
化率を少なくしなければならない点に問題がある。すな
わち、コンバインドプラントでは、ガスタービンの負荷
を減少させると同時に、ガスタービン排ガス温度の低下
率を一定範囲に保ち、かつ蒸気ターボンの負荷を減少さ
せることが必要となる。

本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、大幅か
つ急激な負荷減少に際して排熱回収ボイラの温度変化を
抑制し、熱応力，熱歪の発生を軽減して安全に対応し得
る制御方法、および上記制御方法の実施に好適で、しか
も既設のガスタービンにも容易に適用し得る制御装置、
並びに、ガスタービンの空気圧縮機の能力を越えて負荷
を増加せしめる必要を生じたとき、これに対応してコン
バインドプラントの負荷を増加せしめ得る制御方法、お
よび、この制御方法の実施に好適な制御装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明方法では、電力負荷減少時、前記空気圧縮機か
ら燃焼器に供給される空気の一部を空気圧縮機の最終段
から抽気する工程と、空気圧縮機の最終段から抽気する
時点で、発電機の実負荷と負荷要求信号との差に基づ
き、該抽気量を制御する工程と、ガスタービンから排出
された排ガスの温度と前記抽気量の制御信号とに基づ
き、ガスタービンからの排ガスの温度を制御すべく、燃
焼器に供給する燃料量を調整する工程と、排熱回収ボイ
ラから蒸気タービンに供給される蒸気圧を一定に制御す
る工程とを有している。

また本発明装置では、空気圧縮機から燃焼器に供給さ
れる空気の一部を空気圧縮機の最終段から抽気し、かつ
抽気量を調整する抽気制御弁を設けた抽気配管と、ガス
タービンの排ガス温度が許容値を越えないように排ガス
温度を調節する自動制御機構とを有している。そして、
該自動制御機構は、空気圧縮機の最終段から抽気する時
点で、発電機の実負荷と負荷要求信号との差に基づき、
抽気制御弁の開度を調整する抽気弁制御手段と、ガスタ
ービンからの排ガス温度を検出する温度検出手段と、該
温度検出手段からの検出信号と前記抽気制御装置の信号
とに基づき、ガスタービンからの排ガスの温度を制御す
べく、燃焼器に燃料を供給し得る燃料制御弁の開度を調
整するタービン温度設定手段と、排熱回収ボイラから蒸
気タービンに供給される蒸気圧を検出する圧力検出器
と、該圧力検出器に基づき、蒸気タービンに蒸気を供給
し得る蒸気制御弁の開度を調整する蒸気制御弁制御手段
とをしている。

〔作用〕

ガスタービン装置の空気圧縮機の回転部材は大きい慣
性を有しているので、負荷の急減要求を受けても吐出空
気流量を急速に減少させ難い。このため、ガスタービン
燃焼器に供給される燃焼用空気流量が急激には減少せ
ず、負荷の急減に対応することが困難であった。しか
し、前記のようにして空気圧縮機の最終段から抽気する
と、回転部材の慣性に関係なく燃焼用空気供給量が減少
して、急激な負荷の減少に対応することが出来る。

この作用について、第２図（Ａ），（Ｂ）を参照しつ
つ更に詳しく述べる。

ガスタービン圧縮機最終段または途中段から圧縮空気
の一部を抽気することにより、燃焼器へ流入する空気量
は減少し、それに伴いガスタービン通過流量も減少する
ことになる。それによって排熱回収ボイラへの供給熱量
を低減することができ、蒸気タービン系の出力低下がは
かられる。

ガスタービンでは抽気空気量の増加に伴い圧縮機出口
圧力が低下し、ガスタービンに対しては入口圧力の低下
とガス流量の減少が生じる。したがって、同一の負荷で
は抽気量の増加に伴い燃焼器出口温度は上昇し、圧縮機
圧力比は低下することになる。これらの計算例を第２図
（Ａ），（Ｂ）に示る。第２図（Ａ）は抽気量に伴う燃
焼器出口温度とガスタービン負荷との関係を示したもの
で、同一の負荷に対して、抽気量の増加に伴い燃焼器出
口温度が増加することを示している。また、第２図
（Ｂ）は抽気量の変化に伴う燃焼器出口温度と圧縮機圧
力比との関係を示したもので抽気量増大に伴い圧縮機圧
力比が減少することがわかる。

コンバインドプラントの負荷減少に際して、本発明を
適用して空気圧縮機から抽気すると、燃焼器に供給され
る燃焼用空気流量が減少する。

したがって、燃焼ガス流量も減少する。

而して第２図（Ａ）に示したように、同一負荷であれ
ば抽気量を増すにつれて燃焼器出口温度が上昇する。

このようにして、燃焼ガス流量の減少と燃焼ガス温度
の上昇とがおこり、燃焼ガス流の有する顕熱の変化を抑
制するように作用する。

しかも、ガスタービンから排出された排ガスの温度と
前記抽気量の制御信号とに基づき、ガスタービンからの
排ガスの温度を制御すべく、燃焼器に供給する燃料量を
調整する工程と、排熱回収ボイラから蒸気タービンに供
給される蒸気圧を一定に制御する工程とを有しているの
で、急速な負荷変化に対しガスタービンの許容温度を越
えることなく良好な負荷制限を行うことができる。

また、本発明装置では、上述の如く、空気圧縮機から
燃焼器に供給される空気の一部を空気圧縮機の最終段か
ら抽気し、かつ抽気量を調整する抽気制御弁を設けた抽
気配管と、ガスタービンの排ガス温度が許容値を越えな
いように排ガス温度を調節する自動制御機構とを有し、
該自動制御機構が、空気圧縮機の最終段から抽気する時
点で、発電機の実負荷と負荷要求信号との差に基づき、
抽気制御弁の開度を調整する抽気弁制御手段と、ガスタ
ービンからの排ガス温度を検出する温度検出手段と、該
温度検出手段からの検出信号と前記抽気制御装置の信号
とに基づき、ガスタービンからの排ガスの温度を制御す
べく、燃焼器に燃料を供給し得る燃料制御弁の開度を調
整するタービン温度設定手段と、排熱回収ボイラから蒸
気タービンに供給される蒸気圧を検出する圧力検出器
と、該圧力検出器に基づき、蒸気タービンに蒸気を供給
し得る上記制御弁の開度を調整する蒸気制御弁制御手段
とを有しているので、上記方法を的確に実施し得ると共
に、既存のガスタービンにも容易に適用し得る。

従って、本発明の適用によって、排熱回収ボイラへの
排ガスによる加熱量の変化が軽減され、熱歪，熱応力の
発生が抑制されて安全に負荷急激に対応できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の制御装置の一実施例を備えたコンバ
インドプラントの系統図を示す。

この実施例は、第９図に示した従来例のコンバインド
プラントに本発明を適用して改良した例であって、第９
図と同一の図面参照番号を付したものは前記従来例と同
様乃至は類似の構成部分である。

第１図に示した構成が第９図に比して異なる点は、抽
気配管12、及び、抽気制御弁13を設けたことである。

本実施例においては、急激な負荷減少要求が生じた場
合、先ず通常通り圧縮機入口案内翼（図示せず）が働き
流量を減少させる。この範囲以上に負荷減少範囲が大き
い場合には、開指示Ａを与えて抽気制御弁13を開かせ、
圧縮機１出口の圧縮空気の一部を、抽気配管12を通して
排熱回収ボイラ出口の排気ダクト14へと排出（抽気）す
る。

上記の抽気により、ガスタービンの燃焼器に供給され
る空気流量が減少して、ガスタービン３の出力は減少
し、排熱回収ボイラ４への排ガス流量を減少させること
ができ、蒸気タービン５の出力も減少する。

そして、第２図について説明したように、排熱回収ボ
イラ４への排ガス流量の減少に伴って、その温度が上昇
するので、排熱回収ボイラ４に与えられる熱量の変化が
軽減され、排熱回収ボイラの熱歪，熱応力が緩和され
る。このため、負荷の急減に際して安全に、かつ迅速に
対応できる。

また、本実施例はガスタービン装置と蒸気タービン発
電機とを連結してあるので、蒸気タービン５によって空
気圧縮機１を駆動することが可能である。これを利用し
て、抽気制御弁13および燃料制御弁10の操作によって蒸
気タービン５の出力と圧縮機１の動力消費とをバランス
させると、急激な負荷減少に対応し得る範囲を無負荷ま
で広げることができる。

第３図（Ａ）は前記と異なる実施例の系統図を示す。
この実施例は、前記の実施例（第１図）における抽気制
御弁13に、抽気弁制御装置17よりなる自動制御機構を設
けたものである。

負荷要求W₀と発電機６の実負荷Ｗとの偏差信号（W₀−
Ｗ）は、抽気弁制御装置17に入力される。

一方、ガスタンービン３出口ガス温度検出装置19が、
ガスタービン３出口と排熱回収ボイラ４との間に設置さ
れる。当該温度検出装置19からの信号は、ガスタービン
温度設定装置18に入力される。該温度設定装置18へは、
抽気弁制御装置17からの信号も入力される。蒸気制御弁
11に対応せしめて蒸気制御弁制御装置20が設置され、該
制御装置20へは蒸気タービン入口圧力の信号が入力され
る。

つぎに、本実施例（第３図）の動作を説明する。第３
図（Ｂ）は、抽気制御装置17を動作させるためのフロー
である。

負荷変化の要求が与えられた場合、本第３図（Ｂ）に
付記したフローチャートに示すように、予め次の負荷要
求に対しては急速に対応すべきか否かを入力するか、与
えられた負荷変動範囲が通常の範囲をこえる場合等に抽
気を行なうようにする。第３図では予め通常の制御をす
るか、抽気を利用する負荷変化を行なうかを、運転員が
選択して入力する。これは、負荷変動範囲が通常値を超
える時間帯等は予め予想することができるためである。
もちろん、前記のように自動的に負荷変動範囲と連動
し、抽気を用いる制御に切り換えることも可能である。
前記第３図（Ｂ）のフロー機能は抽気弁制御装置17自体
で持ってもよい。

抽気制御を行なうことが入力されると、負荷要求W₀と
発電機６による実負荷Ｗとの偏差（W₀−Ｗ）は抽気弁制
御装置17に入力され、予め抽気弁制御装置17に設定され
たスケジュールに基づき抽気制御弁13を開けて抽気を開
始する。抽気が開始されると、燃焼器２への空気流量は
減少するため、ガスタービン入口温度が上昇する。ガス
タービン入口温度の異常上昇を防止するため、ガスター
ビン出口の出口ガス温度検出装置19により検出されたガ
ス温度はガスタービン入口温度設定装置18に入力され
る。このガスタービン入口温度設定装置18へは、上記ガ
ス温度の他に、抽気制御装置17からの抽気制御弁開度の
信号が入力され、その他に大気温度、圧縮機出口圧力等
の信号も必要に応じて入力され、ガスタービン排ガス温
度の設定を行なう。

蒸気制御弁制御装置20は、弁吐出側の圧力検出器Ｐの
検出値を受けて蒸気タービン５の入口圧力を一定にする
ように蒸気制御弁11を制御する。

抽気を行なうことによって、燃焼器２への空気流量の
減少が生じると同時にガスタービン３の入口圧力も減少
するので、通常はガスタービン排気温度を一定に保つた
めに燃焼器出口温度を許容値よりも高くする必要はな
い。

抽気制御弁13を開いて抽気を開始すると、燃焼器２に
供給される燃焼用空気流量が減少するので、ガスタービ
ン３への燃焼ガス流量が減少し、ガスタービン出力が減
少する。

ガスタービン入口温度設定装置18は、抽気制御弁の開
度信号Ｃとガスタービン出口温度信号Ｂとを取り込み排
熱回収ボイラ４の入口温度が負荷に応じた設定値となる
ように燃料制御弁10の開度を定める。

これにより、蒸気タービン５に供給する蒸気の条件を
適正に保つことができる。

このとき、抽気によって燃焼ガスの流量が減少してい
るので、蒸気タービン５に供給する蒸気流量も減少し、
蒸気タービン５の出力は減少する。

このような操作により、蒸気タービンおよびガスター
ビンの出力が圧縮機駆動力とバランスした点で発電機６
の出力を無出力とすることも可能である。

本実施例（第３図）によれば、第１図の実施例におけ
ると同様な効果に加えて、急速な負荷変化に対してガス
タービンの許容温度を超えることなく良好な負荷制限を
行えるという本例特有の効果がある。

第４図は本発明の他の実施例を示す。本例は、排熱回
収ボイラ４内、及び蒸気タービン５内の熱応力発生個所
に温度検出器19′，及び同19″を設け、これらの検出器
による出力信号に基づいて抽気弁制御装置17′が抽気制
御弁13を制御する。

本実施例を適用する場合、上記温度検出器19′及び同
19″のうちの何れか一方を省略することも出来る。この
場合、設計条件を勘案して熱応力に関する危険個所を選
定して該温度検出器を配置すればよい。

熱応力発生場所の温度信号は抽気弁制御装置17′によ
り予め設定された温度変化率設定値と比較されながら、
抽気制御弁13およびガスタービン燃料制御弁10の制御に
利用される。

本実施例によれば、第１図の実施例におけると同様の
効果を奏し、更に排熱回収ボイラおよび蒸気タービンの
一方または両方の熱応力，熱歪をいっそう軽減して、そ
の寿命を長くすることができるという効果がある。

本発明の更に異なる実施例を第５図に示す。

第１図に示した実施例と異なる構成機器は次の如くで
ある。ガスタービン装置の圧縮機１出口へは抽気配管12
にかわり空気供給管25が接続されている。該空気供給管
へは補助空気圧縮機26が空気供給制御弁29を介して接続
されている。該空気圧縮機26には電動機28が接続され
る。

通常の負荷変動範囲では、前記補助空気圧縮機26,及
び、その駆動用電動機28、並びに空気供給制御弁29は使
用されないが、急速に発電能力以上の負荷が必要とされ
る場合（たとえば、夏期で外気温度が高くガスタービン
装置は空気圧縮機１の空気流量が少なくなり、出力が制
限されている時に負荷要求を受けた場合）、電動機28に
より補助空気圧縮機26を駆動し、空気27を圧縮して供給
制御弁29を通して燃焼器２へ供給してやる。補助空気圧
縮機26を駆動するためには電力を必要とするが、昇圧さ
れた空気を燃焼させて生じた高圧，高温燃焼ガスはガス
タービン３において、該空気圧縮機26駆動用電力以上の
出力を発生すると同時に排熱回収ボイラ４入口のガス流
量も増加し、蒸気タービン５の出力も増加する。

本実施例によれば、空気圧縮機の能力によってコンバ
インドプラントの出力が制限されている状態において出
力増加要求に対応し得るという効果がある。

本発明の更に異なる実施例を第６図に示す。本実施例
が第１図の実施例と異なる点を以下に述べる。

抽気制御弁13と圧縮機１との間には蓄熱熱交換器40が
接続される。圧縮機１から抽出されて蓄熱熱交換器40及
び抽気制御弁13を流通した抽気はブースト圧縮機30へと
導かれる。該圧縮機30は電動機31と連結され、圧縮機30
の一方の配管は制御弁36を介して蓄熱熱交換器37を通
り、貯気タンク38へ接続される。他の配管は、上記圧縮
機30出口から制御弁32を介して補助燃焼器33へ接続され
る。燃焼器33へは、この他に貯気タンク38から蓄熱熱交
換器37を通り制御弁43を介しての配管、燃料制御弁42を
介する燃料供給管および、貯気タンク38から制御弁39を
介して蓄熱熱交換器40を通る配管が接続される。燃焼器
33はガスタービン34と結ばれ、該ガスタービンは発電機
35と結ばれている。

電力負荷要求が少なくなり抽気が行なわれると、抽気
弁13が開くと共に抽気空気は蓄熱熱交換器40を通り顕熱
を蓄熱材に与えて温度が低下し、抽気弁13を通り、電動
機31により駆動されるブースト圧縮機30に入ってさらに
昇圧され、制御弁36および蓄熱熱交換器37で顕熱を与
え、貯気タンク38へ蓄えられる。

ブースト圧縮機30で昇圧された抽気空気の一部は制御
弁32を通り、燃焼器33へ導かれる。この空気は、燃料制
御弁42を通って供給される燃料を用い燃焼を行ないガス
タービン34を予熱昇温しておくことも可能である。

電力負荷要求増大の要求があった時には、抽気制御弁
13は閉じ、ブースト圧縮機30も停止し、制御弁32および
制御弁36は閉じて、貯気タンク38内の高圧空気は外部に
流出しないようにされる。さらに電力負荷増大の要求が
生じた場合には、制御39および制御弁43が開き、貯気タ
ンク38内の空気は蓄熱熱交換器40、蓄熱熱交換器37を通
り、蓄熱により昇温されて燃焼器33へ導入される。燃焼
器33内では制御弁42からの燃料を用いた燃焼が行われ、
高温高圧の燃焼ガスはタービン34を駆動し、該タービン
34は発電機35を駆動する。

本実施例（第６図）によれば、第１図の実施例におけ
ると同様の効果が得られ、しかも電力負荷増加要求を受
けたとき、既に抽気して貯えてあった圧縮空気を利用し
た発電ができるので、コンバインドプラントとしての負
荷対応範囲をより拡大できるという本例特有の効果があ
る。

図示を省略するが、更に異なる一実施例では、第１図
の実施例の構成に加えて、ガスタービン装置，蒸気ター
ビン，発電機の連結された軸と連結して、空気膨張ター
ビンを設置する。該空気膨張タービンへは抽気配管が結
ばれる。抽気制御が開始され抽気制御弁が開き始める
と、該抽気配管から抽気空気の一部もしくは全部が前記
膨張タービンへ流入する。該膨張タービンでは抽気空気
の圧縮に利用された仕事の一部を回収することができ
る。また、この膨張タービンをガスタービン装置の空気
圧縮機１と同一軸に連結しておくことにより、抽気によ
り変化する圧縮機１とガスタービン３との間のスラスト
力の変化をバランスさせるという効果がある。

図示を省略するが、本発明の更に異なる実施例におい
ては、第１図に示した構成における抽気制御弁13に代え
て、オン・オフ弁とノズルとの組み合わせを複数セット
抽気管に並列されて設ける。ノズルの開孔面積を各々変
化させておけば、オン・オフ弁の操作によって流量の制
御を階段的に行なうことが可能であり、弁前後に掛かる
差圧に対する制御弁の機械的強度を考慮することなく、
第１図の実施例と同様の効果を単純なオン・オフ弁によ
り実現できるという効果がある。本発明において制御弁
とは、オリフイスを併設したオン・オフ弁を含むもので
ある。

本発明の更に異なる実施例では、抽気することによっ
て圧縮機とガスタービンとの流量の差が増大し、圧縮
機、ガスタービン、蒸気タービン、発電機系のスラスト
が変化することを防止するために、抽気空気を利用し、
抽気空気圧によるスラストバランス装置を取り付ける。
上記スラストバランス装置への抽気空気量はスラストセ
ンサの信号により制御する。

さらに他の実施例では前記の抽気に伴うスラスト力の
変化をバランスさせるために排熱回収ボイラにより発生
した蒸気、または蒸気タービン抽気蒸気の一部を利用し
たスラストバランス装置を取り付け、上記スラストバラ
ンス装置への蒸気供給量はスラストセンサの信号により
制御する。

本発明の更に異なる実施例では、抽気により騒音を防
止するために抽気配管に内蔵する消音装置を設置する。
該消音装置はダクト内を複数の室に区切り各々の室の間
を細孔で結ぶ一般的なもので良く、本実施例によれば、
第１図の実施例におけると同様の効果に加えて、静粛な
コンバインドプラント配置を実現できるという効果があ
る。

第７図は更に異なる実施例の系統図である。本第７図
の実施例が第１図の実施例と異なる点を以下に述べる。
圧縮機１出口から、抽気配管に代えて空気配管50が制御
弁51を介して貯気タンク52に接続されている。貯気タン
ク52からは放出管54が放出弁53につながれている。

負荷低下の要求を受けた場合、第１図に示す実施例と
同様に制御弁51が開き、圧縮機１の出口から抽気空気が
空気配管50、制御弁51を通じて貯気タンク52に流入し、
該タンク内に貯められる。放出弁53は貯気タンク52内の
圧力が設定値以上にならないよう放出管54を通して貯気
タンク内の空気が放出されるよう制御する。この実施例
（第７図）では抽気空気を蓄熱熱交換器に通したり、ブ
ースト圧縮機によりさらに昇温したりすることなしに当
該貯気タンク52に貯めているが、第６図に示した実施例
における蓄熱熱交換器37,40に相当する蓄熱熱交換器
や、同じくブースト圧縮機30に相当する圧縮機（いずれ
も第７図においては図示せず）を利用すれば、本実施例
の効果を更に拡大して熱効率を向上せしめ得る。

本例（第７図）において負荷低減の必要が無くなった
場合、制御弁51は閉じられ抽気は停止される。

抽気操作中に貯気タンク52内に貯められた高圧の抽気
空気は、その後ガスタービン装置を起動する時、制御弁
51を開いて燃焼器２に供給し、ガスタービンの起動操作
に利用する。本実施例によればガスタービン装置に従来
のようなディーゼル、蒸気タービン等を用いた起動装置
を設置することなしにガスタービン装置を駆動できると
いう効果がある。

前述の第６図の実施例は貯気タンク38を備えており、
また第７図の実施例は貯気タンク52を備えていて、負荷
低減の場合に圧縮空気を抽気して貯えておき、その後の
再起動や負荷増加に際して貯蔵圧縮空気を利用するもの
であるが、この考え方を複数組のコンバインドプラント
相互の間で同時に適用することも可能である。

第８図は上記の考え方に基づいて本発明を適用した１
例であって、３組のコンバインドプラント（１号機、２
号機、３号機と名付ける）を設けたものである。

１号機〜３号機のそれぞれは、第１図に示した実施例
のコンバインド発電プラントと類似の構成であるが、抽
気配管12′の接続が異なっている。

説明の便宜上、空気圧縮機１を備えたガスタービン装
置と、排熱回収ボイラ４と、蒸気タービン５とよりなる
１組の原動機をコンバインドプラントのユニットと呼
ぶ。

各ユニットの圧縮機１の最終段は、それぞれ抽気制御
弁13を介して抽気配管12′により相互に接続されてい
る。

上記１号機〜３号機のコンバインドプラントユニット
は、それぞれ発電機６を駆動する。そして、１号機のみ
に駆動装置100が設けられている。

この実施例（第８図）は、昼休み前後の電力需要変化
に対応するように構成したものである。

昼休み前後の電力需要の変化状態は必ずしも一定のパ
ターンを有していないが、例えば工場用電力需要は正午
から約１時間、需要が激減し、午後１時ごろから需要が
急増して１日のピークに達する例が少なくない。

このような場合、午前中は１号機を稼働させ、２号
機,3号機は休止させておく。

正午ごろ、１号機の負荷要求が急減するので、１号機
の抽気制御弁13を開いて該１号機の圧縮機１の最終段か
ら抽気して負荷低減対応の操作を行う。この場合の１号
機の操作および作動は第１図に示した実施例におけると
同様である。

この、正午における電力需要急減時においては、約１
時間後に電力需要急増・ピーク到達が予想されるので、
上に述べた１号機からの抽気を利用して、次に述べるよ
うに２号機,3号機を起動して待機させておく。

即ち、２号機の抽気制御弁13を開いて、１号機から抽
気された圧縮空気を２号機の圧縮機１の最終段に供給す
る。

供給された圧縮空気は２号機のガスタービン３に導か
れて該ガスタービン３を駆動する。このため、２号機は
独立した駆動装置100を備えていないが起動のための回
転を与えられる。そして燃焼器２に燃料を供給すると自
立起動し、昇温，昇速操作ができる。

３号機も同様にして自立起動する。そして、2,3号機
は、昼休み後の電力需要のピークに備えて無負荷乃至軽
負荷で待機する。

本実施例（第８図）によれば、１号機の負荷要求急減
に安全に対応することができ、該１号機から抽気した圧
縮空気を有効に利用でき、しかも２号機,3号機は独立し
た専用の駆動装置を設けなくても起動させることができ
る。

図示を省略するが、更に異なる実施例においては、第
１図に示した抽気制御弁13に、コンバインドプラント停
止信号を与えるように構成すると共に、該抽気制御弁が
上記停止信号によって開弁するように構成する。この実
施例においては、コンバインドプラント停止の際、その
停止指令により、従来例と同様に燃焼器２への燃料供給
が停止される。一方、該抽気弁の開度を、予め設定され
たところに従って、軸回転数低下率にそって低下させる
ように制御し、排熱回収ボイラの余熱により発生する蒸
気で駆動される蒸気タービンの負荷として圧縮機駆動力
を調整する。

本実施例によれば第１図に示した実施例におけると同
様の効果を奏する上に、コンバインドプラント停止時に
も良好な無負荷および回転数低下特性を得られるという
本例特有の効果がある。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明方法である第１項によれ
ば、急激な負荷変化に対してガスタービンの許容温度を
越えることなく良好な負荷制限を行える効果がある。第
２項によれば、排熱回収ボイラへの排ガスによる過熱量
の変化を軽減し、熱歪，熱応力の発生を抑制することに
より、負荷急減に安全に対応できると共に、排熱回収ボ
イラと蒸気タービンとの少なくとも何れか一方の熱応
力，熱歪をいっそう軽減して、その寿命を長くすること
ができる効果がある。第３項によれば、負荷急減に安全
に対応できる他、電力負荷増加要求を受けたとき、既に
抽気して貯えてあった圧縮空気を利用した発電を行うこ
とにより、コンバインドプラントとしての負荷対応範囲
をより拡大できる効果がある。第４項によれば、駆動装
置を有するコンバインドプラントユニットの負荷要求急
減に対し、安全に対応することができ、また該ユニット
から抽気した圧縮空気を他のユニットに有効に利用で
き、しかも他のユニットに独立した専用の駆動装置を設
けなくとも起動させることができる効果がある。

また、本発明装置である第５〜7,10項によれば、上記
第１項〜第４項の方法をそれぞれ的確に実施し得る効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御装置の一実施例を備えたコン
バインドプラントの系統図である。第２図（Ａ）および（Ｂ）は、ガスタービンの特性を説
明するための図表である。第３図乃至第８図は、それぞれ前記と異なる実施例の系
統図である。第９図は従来例のコンバインドプラントの系統図であ
る。１…圧縮機、２…燃焼器、３…ガスタービン、４…排熱
回収ボイラ、５…蒸気タービン、６…発電機、７…復水
器、８…給水ポンプ、９…燃料配管、10…燃料制御弁、
11…蒸気制御弁、12,12′…抽気配管、13…抽気制御
弁、17,17′…抽気弁制御装置、18…タービン温度設定
器、19…ガスタービン出口温度検出装置、50…空気配
管、５…制御弁、52…貯気タンク、100…駆動装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者保泉真一茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者高橋正治茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献実開昭63−183348（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01K 23/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】空気圧縮機，燃焼器，ガスタービンを有す
るガスタービン装置と、該ガスタービン装置の排熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収
ボイラの発生蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンの駆動によって発電する発電機とを備え
たコンバインドプラントにおいて、電力負荷減少時、前
記空気圧縮機から燃焼器に供給される空気の一部を空気
圧縮機の最終段から抽気する工程と、空気圧縮機の最終
段から抽気する時点で、発電機の実負荷と負荷要求信号
との差に基づき、該抽気量を制御する工程と、ガスター
ビンから排出された排ガスの温度と前記抽気量の制御信
号とに基づき、ガスタービンからの排ガスの温度を制御
すべく、燃焼器に供給する燃料量を調整する工程と、排
熱回収ボイラから蒸気タービンに供給される蒸気圧を一
定に制御する工程とを有することを特徴とするコンバイ
ンドプラントの制御方法。
【請求項２】空気圧縮機，燃焼器，ガスタービンを有す
るガスタービン装置と、該ガスタービン装置の排熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収
ボイラの発生蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンの駆動によって発電する発電機とを備え
たコンバインドプラントにおいて、電力負荷減少時、前
記空気圧縮機から燃焼器に供給される空気の一部を空気
圧縮機の最終段から抽気する工程と、排熱回収ボイラ
内，蒸気タービン内の少なくとも何れかを一方における
熱応力発生箇所の温度と予め設定された温度変化率設定
値とに基づき、空気圧縮機からの抽気量を調整する工程
とを有することを特徴とするコンバインドプラントの制
御方法。
【請求項３】空気圧縮機，燃焼器，ガスタービンを有す
るガスタービン装置と、該ガスタービン装置の排熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収
ボイラの発生蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンの駆動によって発電する発電機とを備え
たコンバインドプラントにおいて、電力負荷減少時、前
記空気圧縮機から燃焼器に供給される空気の一部を空気
圧縮機の最終段から抽気すると共に、該抽気を昇圧して
貯えておく工程と、該工程で貯えられた昇圧抽気空気
を、前記燃焼器と異なる燃焼器に供給し、ガスタービン
を予熱昇温させる工程と、電力負荷要求の増大時、燃焼
器に供給される空気の一部の抽気を停止すると共に、昇
圧抽気空気の燃焼器への供給を停止させる工程と、電力
負荷要求のさらなる増大時、前記貯えられた昇圧抽気空
気を昇温して燃焼器に供給し、前記ガスタービンと別個
のガスタービン及び発電機を駆動させる工程とを有する
ことを特徴とするガスタービンの制御方法。
【請求項４】複数組の各々が、空気圧縮機，燃焼器，ガ
スタービンを有するガスタービン装置と、該ガスタービ
ン装置の排熱を回収して蒸気を発生させる排熱回収ボイ
ラと、該排熱回収ボイラの発生蒸気によって駆動される
蒸気タービンと、該蒸気タービンの駆動によって発電す
る発電機とを備えてコンバインドプラントユニットを構
成するコンバインドプラントにおいて、該複数組のコンバインドプラントユニットの内の少なく
とも一組が起動用の駆動装置を有するものとし、この汽力原動機プラントに対する負荷要求が通常レベル
の状態では前記駆動装置を有するコンバインドプラント
ユニットを運転するとともに、駆動装置を有しないコン
バインドプラントユニットを休止させておき、一時的に負荷要求が減少した場合であって、その後には
通常レベル以上の負荷要求が予想されるとき、前記駆動
装置を有するコンバインドプラントユニットの空気圧縮
機の最終段から圧縮空気を抽出し、該抽出した圧縮空気を、前記駆動装置を有しないコンバ
インドプラントユニットの空気圧縮機最終段に供給し、
該駆動装置を有しないコンバインドプラントユニットを
自立起動させ、無負荷乃至低負荷運転状態で待機させて
おき、負荷要求の増加に際し、該待機中のコンバインドプラン
トユニットを負荷運転させることを特徴とするコンバイ
ンドプラントの制御方法。
【請求項５】空気圧縮機，燃焼器，ガスタービンを有す
るガスタービン装置と、該ガスタービン装置の排熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収
ボイラの発生蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンの駆動によって発電する発電機とを備え
たコンバインドプラントにおいて、前記空気圧縮機から
燃焼器に供給される空気の一部を空気圧縮機の最終段か
ら抽気し、かつ抽気量を調整する抽気制御弁を設けた抽
気配管と、ガスタービンの排ガス温度が許容値を越えな
いように排ガス温度を調節する自動制御機構とを有し、
かつ該自動制御機構は、空気圧縮機の最終段から抽気す
る時点で、発電機の実負荷と負荷要求信号との差に基づ
き、抽気制御弁の開度を調整する抽気弁制御手段と、ガ
スタービンからの排ガス温度を検出する温度検出手段
と、該温度検出手段からの検出信号と前記抽気制御装置
の信号とに基づき、ガスタービンからの排ガスの温度を
制御すべく、燃焼器に燃料を供給し得る燃料制御弁の開
度を調整するタービン温度設定手段と、排熱回収ボイラ
から蒸気タービンに供給される蒸気圧を検出する圧力検
出器と、該圧力検出器に基づき、蒸気タービンに蒸気を
供給し得る蒸気制御弁の開度を調整する蒸気制御弁制御
手段とを有することを特徴とするコンバインドプラント
の制御装置。
【請求項６】空気圧縮機，燃焼器，ガスタービンを有す
るガスタービン装置と、該ガスタービン装置の排熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収
ボイラの発生蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンの駆動によって発電する発電機とを備え
たコンバインドプラントにおいて、前記空気圧縮機から
燃焼器に供給される空気の一部を空気圧縮機の最終段か
ら抽気し、かつ抽気量を調整する抽気制御弁を設けた抽
気配管と、排熱回収ボイラ内と蒸気タービン内との少な
くとも何れか一方における熱応力発生箇所に設けられ、
該一方の温度を検出する温度検出器と、該検出器の検出
信号と設定された温度変化率設定値とに基づき、空気圧
縮機最終段からの抽気量を調整する抽気弁制御手段とを
有することを特徴とするコンバインドプラントの制御装
置。
【請求項７】空気圧縮機，燃焼器，ガスタービンを有す
るガスタービン装置と、該ガスタービン装置の排熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収
ボイラの発生蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンの駆動によって発電する発電機とを備え
たコンバインドプラントにおいて、前記燃焼器，ガスタ
ービン，発電機と別個に設けられた第二燃焼器，第二ガ
スタービン，第二発電機と、電力負荷要求の減少時、前
記空気圧縮機から燃焼器に供給される空気の一部を空気
圧縮機の最終段から抽気すると共に、該抽気空気を昇圧
して貯えておく抽気貯気手段と、該抽気貯気手段で貯え
られた昇圧抽気を第二燃焼器に供給し、第二ガスタービ
ンを予熱昇温させる手段と、電力負荷要求の増大時、燃
焼器に供給される空気の一部の抽気を停止すると共に、
昇圧抽気の第二燃焼器への供給を停止させる一方、電力
負荷要求のさらなる増大時、前記貯えられた昇圧抽気空
気を昇温して第二燃焼器に供給し、第二ガスタービン及
び第二発電機を駆動させる手段とを有することを特徴と
するガスタービンの制御装置。
【請求項８】空気圧縮機，燃焼器，ガスタービンを有す
るガスタービン装置と、該ガスタービン装置の排熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収
ボイラの発生蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンの駆動によって発電する発電機とを備え
たコンバインドプラントにおいて、ガスタービン装置と
蒸気タービンとを連結する一軸上に連結された空気膨張
タービンと、前記空気圧縮機から燃焼器に供給される空
気の一部を空気圧縮機の最終段から抽気して空気膨張タ
ービンに導き、かつ抽気量を調整する抽気制御弁を設け
た抽気配管とを有することを特徴とするコンバインドプ
ラントの制御装置。
【請求項９】空気圧縮機，燃焼器，ガスタービンを有す
るガスタービン装置と、該ガスタービン装置の排熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収
ボイラの発生蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンの駆動によって発電する発電機とを備え
たコンバインドプラントにおいて、電力負荷減少時、前
記空気圧縮機から燃焼器に供給される空気の一部を、空
気圧縮機の最終段から抽気し、かつ抽気量を調整する抽
気制御弁を設けた抽気配管と、該抽気配管の途中位置に
接続され、抽気された空気を昇圧する一方、該昇圧した
空気を抽気気配管を介し、ガスタービン装置起動用とし
て供給し得る貯気タンクとを有することを特徴とするコ
ンバインドプラントの制御装置。
【請求項１０】複数組の各々が、空気圧縮機，燃焼器，
ガスタービンを有するガスタービン装置と、該ガスター
ビン装置の排熱を回収して蒸気を発生させる排熱回収ボ
イラと、該排熱回収ボイラの発生蒸気によって駆動され
る蒸気タービンと、該蒸気タービンの駆動によって発電
する発電機とを備えてコンバインドプラントユニットを
構成するコンバインドプラントにおいて、前記複数組の
コンバインドプラントユニットの内の少なくとも一組が
起動用の駆動装置を有し、かつ該駆動装置を有するコン
バインドプラントユニットの空気圧縮機の最終段と駆動
装置を有していないコンバインドプラントユニットの空
気圧縮機の最終段とを抽気配管で接続すると共に、該抽
気配管の途中位置に抽気制御弁を設けることを特徴とす
るコンバインドプラントの制御装置。
【請求項１１】前記抽気配管は、消音装置を有すること
を特徴とする請求項５〜10に記載のコンバインドプラン
トの制御装置。