JP3553314B2 - コンバインドサイクル発電プラントにおける冷却蒸気供給方法 - Google Patents

コンバインドサイクル発電プラントにおける冷却蒸気供給方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービンプラントと蒸気タービンプラントとを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、プラントの起動から定常運転に至る過程でのガスタービン冷却部へ冷却蒸気を供給する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組み合わせた発電システムであり、熱エネルギーの高温域をガスタービンで、また、低温域を蒸気タービンでそれぞれ分担して受持ち、熱エネルギーを有効に回収し、利用するようにしたものであり、近年特に脚光を浴びている発電システムである。
【0003】
このようなコンバインドサイクル発電プラントにおいては、ガスタービンの冷却手法が技術開発の一つの大きなテーマであり、特に点検工事等の後のプラント立ち上げ時、毎週運転を停止するWSS,毎日運転を停止するDSS等におけるプラント停止後の再起動については、より効果的なものを求めて試行錯誤が重ねられている状況にある。
【0004】
冷却方式が圧縮空気を使用した空気冷却方式であった旧来の運転の場合では、ガスタービンを起動すると圧縮機の主流または抽気が自動的に冷却空気として供給されるために、格別の手当をしなくても燃焼器または翼部の冷却が開始され、格別問題なく安全な稼働状態に入ることができた。
【0005】
しかし、プラントの熱効率の向上が求められ、冷却媒体として前記圧縮空気の使用から冷却蒸気を用いることが検討されるようになった昨今では、プラント再起動に際してのガスタービンの冷却技術は、未だ確立したものがなく、試行錯誤が更に深まった状況にある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記したような燃焼器または翼部を冷却する従来の蒸気冷却式ガスタービンでは、ガスタービンが起動しても排熱回収ボイラからの自缶蒸気の発生は遅れざるを得ないため、これが定常状態に到達するまでの間、冷却蒸気通路の暖気等を含めて種々の問題を残している。
【0007】
本発明はこの様な従来のものにおける問題点を解消し、プラント停止後の再起動をより早く、そして的確かつ安全におこなうようにしたコンバインドサイクル発電プラントにおける冷却蒸気供給方法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を解決するべくなされたもので、ガスタービン冷却部をその上流と下流で閉塞してガスタービンを起動し、同ガスタービン冷却部が冷却を不要とするレベルの低負荷で一定時間ホールド運転し、排熱回収ボイラから一定の自缶蒸気が発生するレベルに達したら前記閉塞を開放して排熱回収ボイラの高圧過熱器から高圧タービンをバイパスした蒸気を前記ガスタービン冷却部に供給し、排熱回収ボイラの出力が定格に達したら前記バイパスを閉じて高圧タービン排気を供給して定常運転に切り換えるようにしたコンバインドサイクル発電プラントにおける冷却蒸気供給方法を提供するものである。
【0009】
即ち、WSS,またはDSS等の操業手順に従ってプラントを立ち上げるに際しては、まずガスタービン冷却部をその上流と下流位置で、例えば締切弁等により閉塞してガスタービンを起動し、このガスタービン冷却部が冷却を必要としないレベルの例えば無負荷から20%負荷程度の低負荷にホールドして排熱回収ボイラからの自缶蒸気の発生まで維持し、この自缶蒸気状態が例えば20 ata程度の所定状態になったら前記締切弁等をひらいてこの経路の閉塞を開放すると共にガスタービン冷却部に高圧タービンをバイパスした高圧過熱蒸気を供給して同ガスタービン冷却部の蒸気冷却を開始し、更にガスタービンが昇速し、かつ排熱回収ボイラも高温化して所謂定格状態の例えば40 ataに達したら前記バイパスの通路を閉じて前記ガスタービン冷却部に高圧タービンから高圧排気を供給して冷却を行う定常運転に入るようにしたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図1に基づいて説明する。図はコンバインドサイクル発電プラントを構成するガスタービン、蒸気タービン及び排熱回収ボイラの3者の相対的な配列関係を概略的に示すものである。
【0011】
10はガスタービンで、同ガスタービン10へ作動ガスを供給する燃焼器11、及び圧縮空気を供給する空気圧縮機12等と対になって設けられており、同ガスタービン10内には動翼を中心とした高温冷却部10aと、静翼を中心とした高温冷却部10bが、そして燃焼器11内にはその壁面を対象として形成された高温冷却部11aがそれぞれ設けられている。
【0012】
20は高圧タービンで、図示省略の中圧タービンまたは低圧タービン等と対になってコンバインドサイクルのボトミングサイクルとしての蒸気タービン部分を構成するが、ここでは同高圧タービン20のみを代表として示している。
【0013】
21はバイパス経路で、後述する排熱回収ボイラ30からの蒸気を前記高圧タービン20をバイパスして、前記ガスタービン10および燃焼器11の高温冷却部10a、10b及び11aへ供給する経路を形成している。
【0014】
22は高圧排気経路、23は回収経路で、高圧排気経路22は前記高圧タービン20の高圧排気を前記ガスタービン10および燃焼器11の高温冷却部10a、10b及び11aへ供給する経路へ連通し、また、前記回収経路23は各高温冷却部10a、10b及び11aで高温化した冷却蒸気の熱エネルギを後述の排熱回収ボイラ30へ回収する経路を形成している。
【0015】
30は排熱回収ボイラで、一般的には、低圧、中圧および高圧の3圧形式であるが、ここでは説明の都合上高圧過熱器31と再熱器32を代表として示し、他の詳細は省略している。33は高圧蒸気経路で、図示省略の高圧蒸発器(HPEV)から高圧蒸気を前記高圧過熱器31へ供給する。また34は再熱蒸気経路で、前記再熱器32で調整した蒸気を図示省略の中圧タービンへ供給する経路を形成するものである。
【0016】
なお、ここに示した図面は、基本概念を示しているので、例えば排気経路15と回収経路23の様に、図面上では一本線で記載されているが、これは途中に適宜締切り弁が配設されており、同一線上の表示であっても流れ方向はそれぞれ所期の作動方向に向いており、排気経路15は左側に向いて復水器25へ通じ、回収経路23は右側に向いて排熱回収ボイラ30に連通するようになっているものである。
【0017】
更に図中にAで区画したガスタービン10、燃焼器11を包含する部位では、高温冷却部10a、10b及び11aそれぞれの上流と下流に締切弁を配設しており、各流路を開閉可能にしているが図中では省略している。
【0018】
本実施の形態は前記のように形成されており、その作動状況を説明すると次のようになる。即ち発電プラントは週に一度運転を停止してまた再起動するWSSまた毎日運転を停止して翌日再起動するDSS、そして定期点検作業の完了後というようにいわゆるプラントの立ち上げにを行うことがしばしばある。
【0019】
このプラントの立ち上げに際しては、前記A部においてガスタービン10および燃焼器11の高温冷却部10a、10b及び11aの上流と下流の締切弁を閉止し、この流路を閉塞してガスタービンを起動する。
【0020】
この状態でガスタービンを昇速し、前記高温冷却部10a、10b及び11aが冷却を必要としないレベルの負荷である無負荷から20%負荷程度の低負荷にホールドして運転を継続し、排熱回収ボイラ30からの自缶蒸気の発生まで維持する。
【0021】
排熱回収ボイラ30の自缶蒸気状態が20 ata程度になったら前記締切弁をひらいてこの経路の閉塞を開放すると共に高圧過熱器31からバイパス経路21を経て同高圧過熱器31の蒸気をガスタービン10および燃焼器11の高温冷却部10a、10b及び11aへ供給する。これによりでガスタービン10および燃焼器11の冷却が開始され、ガスタービン10および燃焼器11の各高温冷却部10a、10b、11aを通過した冷却蒸気は回収経路23を経て再熱器32へ流れる。
【0022】
そしてガスタービン10を更に定格に向けて昇速し、高圧過熱器31の出口圧力が40 ataに達した時に定格到達を確認し、前記バイパス経路21を閉止し、排熱回収ボイラ30の高圧過熱器31から高圧の過熱蒸気を過熱蒸気経路24を経て高圧タービン20へ供給し定格運転に切り換える。従って、この段階からガスタービンの冷却部、即ち、ガスタービン10及び燃焼器11の各高温冷却部10a、10b、11aに対して前記高圧タービン20の高圧排気が高圧排気経路22から供給され、ガスタービン冷却部が冷却される一方、冷却蒸気はこの冷却部で加熱されて熱エネルギをもらい受け、回収経路23、再熱器32、更に再熱蒸気経路34から図示省略の中圧タービンと至り、熱エネルギを回収されることになる。
【0023】
この様に本実施の形態によれば、ガスタービンの起動に際して、ガスタービン10及び燃焼器11の各高温冷却部10a、10b、11aの冷却蒸気流路を閉塞してガスタービンを起動し、ドレン等の立ち入る余地を与えずガスタービン冷却部が冷却を必要としないレベルの低負荷にホールドして暖機運転し、排熱回収ボイラ30からの自缶蒸気が発生して且つ蒸気状態が所定状態になったらガスタービン冷却部の蒸気冷却を開始し、最終的に自缶蒸気の定格状態により定常運転に入っていくという手順を踏むことにより、ガスタービン冷却部は徐々に昇温と冷却が行われることになるので、定格運転に近づいて高圧過熱器31からいわゆる自缶蒸気が入ってきても、熱衝撃が発生することもなく、平静に対応でき安全性の高いプラントを構成することができるものである。
【0024】
以上、本発明を図示の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてもよいことはいうまでもない。
【0025】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、コンバインドサイクル発電プラントにおいて、ガスタービン冷却部をその上流と下流で閉塞してガスタービンを起動し、次いで同ガスタービン冷却部が冷却を不要とするレベルの低負荷で一定時間ホールド運転を継続し、排熱回収ボイラから一定の自缶蒸気が発生するレベルに達したら前記閉塞を開放して排熱回収ボイラの高圧過熱器から高圧タービンをバイパスした蒸気を前記ガスタービン冷却部に供給し、更に進んで排熱回収ボイラの出力が定格に達したら前記バイパスを閉じて高圧タービン排気を供給するように切り換えて定常運転に入るという手順を踏んでいるので、前記ガスタービン冷却部は昇温と冷却がバランスを保ちながら段階を踏んで徐々に進行することになり、冷却部に対して不具合な熱衝撃が発生するおそれもなく安全にして安定した起動が行われ、かつ安定した定常運転へと引き継がれるものであって、この種コンバインドサイクル発電プラントの信頼性を一段と向上することができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係わるコンバインドサイクル発電プラントの要部を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
10 ガスタービン
10a 高温冷却部
10b 高温冷却部
11 燃焼器
11a 高温冷却部
12 空気圧縮機
15 排気経路
20 高圧タービン
21 バイパス経路
22 高圧排気経路
23 回収経路
24 過熱蒸気経路
25 復水器
30 排熱回収ボイラ
31 高圧過熱器
32 再熱器
33 高圧蒸気経路
34 再熱蒸気経路

Claims (1)

  1. ガスタービン冷却部をその上流と下流で閉塞してガスタービンを起動し、同ガスタービン冷却部が冷却を不要とするレベルの低負荷で一定時間ホールド運転し、排熱回収ボイラから一定の自缶蒸気が発生するレベルに達したら前記閉塞を開放して排熱回収ボイラの高圧過熱器から高圧タービンをバイパスした蒸気を前記ガスタービン冷却部に供給し、排熱回収ボイラの出力が定格に達したら前記バイパスを閉じて高圧タービン排気を供給して定常運転に切り換えるようにし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における冷却蒸気供給方法。
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