JP3586539B2 - コンバインドサイクル発電プラント - Google Patents

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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、ガスタービン冷却部へ冷却蒸気を供給する装置に関する。
【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際して、より効果的に作動する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、更に一層の試行錯誤が重ねられている状況にある。
【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に際して、これをより早くかつ的確に、そして熱衝撃等の発生を抑えて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を提供することを課題とするものである。
【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べくなされたもので、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組合せるとともに、ガスタービンの排熱を利用して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えて構成したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、高圧過熱器から高圧タービンへ過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給経路と、高圧タービン排気を冷却蒸気としてガスタービンの高温冷却部へ供給する冷却蒸気供給経路との間を連絡し前記高圧タービンをバイパスして過熱蒸気を前記ガスタービンの高温冷却部へ供給する高圧タービンバイパス経路を設けたコンバインドサイクル発電プラント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、あらかじめ例えば補助ボイラを利用するかまたは自身の圧縮空気を利用する等の方法で暖機しておいたガスタービンの蒸気冷却通路に、自缶から発生初期蒸気を高圧タービンバイパス経路により供給して前記暖機を補助促進する。
【0010】
そして、自缶蒸気が安定して発生し始めたら前記バイパス経路を閉じて高圧過熱蒸気を高圧タービンに導入し、その高圧排気を以てガスタービンの冷却を行うようにして、このガスタービン冷却を熱衝撃等発生させることなく安定して行わせるようにしたものである。
また、本発明は前記高圧タービンバイパス経路に、同高圧タービンバイパス経路を開閉制御するバルブを介装したコンバインドサイクル発電プラントを提供するものである。
すなわち、高圧タービンをバイパスして過熱蒸気を前記ガスタービンの高温冷却部へ供給する高圧タービンバイパス経路には、同高圧タービンバイパス経路を開閉制御するバルブを介装しているので、このバルブの開閉により前記高圧タービンバイパス経路の開閉を的確に制御して、所望の運転制御を行い得るようにしたものである。
【0011】
【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主要配管系列を含めて概略的に示すものである。
【0012】
10はガスタービンプラントを示し、ガスタービンと、同ガスタービンへ作動ガスを供給する燃焼器及び圧縮空気を供給する空気圧縮機等が対になって構成しており、かつ更に詳細に言えば動翼を中心とした高温冷却部と、静翼を中心とした高温冷却部と、そして燃焼器の壁面を対象として形成された高温冷却部がそれぞれ設けられている。
【0013】
20は高圧タービンで、中圧タービン27または図示省略の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している。
【0014】
21は高圧タービンバイパス経路で、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へ供給する過熱蒸気供給経路24と、同高圧タービン20の高圧排気をガスタービンプラント10の高温冷却部または後述する排熱回収ボイラ30中の第1再熱器32aへ供給する冷却蒸気供給経路22との間を連絡している。
【0015】
23は回収経路で、前記ガスタービンプラント10の高温冷却部を冷却した冷却蒸気を直接的に、または後述する排熱回収ボイラ30中の第2再熱器32bを経由して送気され、前記中圧タービン27へ供給する経路を構成している。
【0016】
24は過熱蒸気供給経路、25は復水器で、過熱蒸気供給経路24は排熱回収ボイラ30中の第2過熱器31bの過熱蒸気を前記高圧タービン20へ供給し、また、復水器25は図示省略の経路で各蒸気タービン部分に連絡すると共に、中圧タービンバイパス経路35を経て前記回収経路23と連絡可能となるように配置されている。
【0017】
また、26は温水スプレーで、排熱回収ボイラ30中の図示省略の高圧蒸発器または節炭器に連絡しており、必要に応じて温水の供給を受け、前記バイパス経路21中に噴射するように構成されている。
【0018】
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第1過熱器31aと高圧第2過熱器31b、及び第1再熱器32aと第2再熱器32bを代表として示し、他の詳細は省略している。
【0019】
33は高圧蒸気経路、34は再熱蒸気経路で、高圧蒸気経路33は図示省略の高圧蒸発器からの高圧蒸気を高圧第1過熱器31a、更に高圧第2過熱器31bへ供給し、また再熱蒸気経路34は第2再熱器32bからの再熱蒸気を前記中圧タービン27へ供給する経路を構成している。
【0020】
なお、前記各蒸気経路には、特に必要とする位置には図中バルブを表示したが、この経路の各所に適宜バルブが設けられており、プラントの立ち上げから定常作動に亘って必要な蒸気経路が適宜構成されるようになっている。
【0021】
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。
【0022】
このプラントの立ち上げに際しては、あらかじめ補助ボイラを利用するかまたは自身の圧縮空気を利用する等の方法でガスタービンプラント10を暖機しておく。
【0023】
その後排熱回収ボイラ30から十分な蒸気が発生するまでには時間を要するので、同排熱回収ボイラ30からいわゆる自缶蒸気が発生し始めたら、前記高圧タービンバイパス経路21を開通し、初期蒸気を高圧第2過熱器31bから高圧タービンバイパス経路21、ガスタービンプラント10、更に第1再熱器32a、第2再熱器32bと経由した後、中圧タービンバイパス経路35を経て復水器25へ落とす経路を形成する。
【0024】
なおこの時、この蒸気は中圧タービンを通らない様に回収経路23のバルブを制御するので、復水器25に至る中圧タービンバイパス経路35では、その手前に設けられた制御弁によりガスタービンの冷却部雰囲気ガス圧力以上の圧力を保ち、ガスが蒸気通路内に逆流しないように制御されている。
【0025】
一方、前記高圧タービンバイパス経路21を流れる冷却蒸気が次第に高温化してくるので、この高温化を防ぐ必要があるときには、温水スプレー26により図示省略の高圧蒸発器または節炭器からの温水を高圧タービンバイパス経路21中に噴射して温度調節をするようにしている。
【0026】
そして、自缶蒸気が排熱回収ボイラ30から安定して発生し始めたら前記バイパス経路21を閉じ、過熱蒸気供給経路24を経て高圧過熱蒸気を高圧タービン20に導入し、その高圧排気を冷却蒸気供給経路22からガスタービンプラント10に供給して動翼、静翼または燃焼器等の高温冷却部の冷却を行い、その後回収経路23を経由して中圧タービン27で回収する。
【0027】
このようにして、本実施の形態によれば、タービンプラント10を確実に暖機した後徐々に加熱をしていくので、定常運転に至って通常の冷却蒸気が入ってきてもそこで熱衝撃が発生する恐れもなく、冷却系統を安全に維持して所期の冷却を的確に実行することができるものである。
【0028】
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。
【0029】
【発明の効果】
以上請求項1に記載の発明によれば、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組合せるとともに、ガスタービンの排熱を利用して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えて構成したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、高圧過熱器から高圧タービンへ過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給経路と、高圧タービン排気を冷却蒸気としてガスタービンの高温冷却部へ供給する冷却蒸気供給経路との間を連絡し前記高圧タービンをバイパスして過熱蒸気を前記ガスタービンの高温冷却部へ供給する高圧タービンバイパス経路を設け、プラントを立ち上げるに際し、あらかじめ例えば補助ボイラを利用するかまたは自身の圧縮空気を利用する等の方法で暖機しておいたガスタービンの蒸気冷却通路に、自缶から発生初期蒸気を高圧タービンバイパス経路により供給して前記暖機を補助促進し、自缶蒸気が安定して発生し始めたら前記高圧タービンバイパス経路を閉じて高圧過熱蒸気を高圧タービンに導入し、その高圧排気を以てガスタービンの冷却を行うようにして、このガスタービン冷却を熱衝撃等発生させることなく安定して行わせるようにしたことにより、操業の安定性を向上し、信頼性の高いプラントを得ることが出来たものである。
また、請求項2に記載の発明によれば、請求項1の発明における前記高圧タービンバイパス経路に、同高圧タービンバイパス経路を開閉制御するバルブを介装し、同バルブの開閉制御により前記高圧タービンバイパス経路の開閉を的確に制御して好適な運転制御を行い、前記請求項1の発明と同様に操業の安定性を向上し、信頼性の高いプラントを得ることが出来たものである。
【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 ガスタービンプラント
20 高圧タービン
21 高圧タービンバイパス経路
22 冷却蒸気供給経路
23 回収経路
24 過熱蒸気供給経路
25 復水器
26 温水スプレー
27 中圧タービン
30 排熱回収ボイラ
31a 高圧第1過熱器
31b 高圧第2過熱器
32a 第1再熱器
32b 第2再熱器
33 高圧蒸気経路
34 再熱蒸気経路
35 中圧タービンバイパス経路

Claims (2)

  1. ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組合せるとともに、ガスタービンの排熱を利用して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えて構成したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、高圧過熱器から高圧タービンへ過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給経路と、高圧タービン排気を冷却蒸気としてガスタービンの高温冷却部へ供給する冷却蒸気供給経路との間を連絡し前記高圧タービンをバイパスして過熱蒸気を前記ガスタービンの高温冷却部へ供給する高圧タービンバイパス経路を設け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. 前記高圧タービンバイパス経路には、同高圧タービンバイパス経路を開閉制御するバルブを介装したことを特徴とする請求項1に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
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