JP3660732B2 - 一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置にかかり、とりわけ起動運転中、蒸気タービン低圧部の最終段落部に生起する過加熱状態を効果的に冷却する一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一軸型複合サイクル発電プラントは、単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を串形配置したものであって、その配置が軸状になっているので比較的設置面積が少なくて済み、またガスタービンに備わった急速起動を活用でき、さらにまた、ガスタービンから出る排熱が蒸気発生の熱源として有効活用ができるため、ガスタービン単体あるいは蒸気タービン単体の熱効率に比べて高い点も手伝って最近、好まれて数多く採用されている。
【０００３】
この種の発電プラントの起動運転は、真空ポンプによって復水器を通じて蒸気タービン低圧部内を真空引きにしておき、規定真空度になったときスターティングモータの駆動力により単一軸（回転軸）を回転させ、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービンの各圧力部を昇速させてからガスタービン燃焼器に燃料を投入して燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスの生成によってガスタービンを起動させている。
【０００４】
起動後のガスタービンは、燃焼ガスによって膨張仕事をし、膨張仕事後の排熱を、熱源とする蒸気発生用として排熱回収ボイラに送っている。この間、蒸気タービンの各圧力部は、排熱回収ボイラから蒸気が得られていないので、いわゆる無通気・無負荷の運転にあり、各圧力部のタービンケーシング内の空気を撹拌しているだけの状態になっている。
【０００５】
このような空気撹拌状態下の蒸気タービン各圧力部のうち、とりわけ蒸気タービン低圧部は、最終段落部の動翼が１ｍ以上にも及ぶ長翼化しているため、風損（蒸気タービンケーシング内の空気撹拌による動力損失）が生起し、その摩擦熱によって最終段落部の構成部品が過加熱状態に落ち入り、材力強度の低下という問題が出ている。
【０００６】
このような問題点に対する回避策として、例えば特公平６−７８７２４号公報に見られるように、最終段落部の風損が生起する回転数が経験的にわかっているところ、この風損に対する回転数と、排熱回収ボイラの低圧ドラム内圧が所与値に達したことを条件に、排熱回収ボイラの低圧ドラムから蒸気タービン低圧部に低圧蒸気を供給し、蒸気タービン低圧部の最終段落部を冷却し、その構成部品の過加熱状態から保護することがすでに知られていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述公報のような従来技術では、排熱回収ボイラの低圧ドラムの器内圧が所与圧に達するまでに時間を要し、この間、回転軸は風損が生起しないよう回転数を、従来よりも低くしておかなければならず、起動運転の短縮化に支障をきたしている。特に、ホットスタートと異なってコールドスタートの場合、起動時間に２時間以上も要しており、この種の発電プラントの売りものの一つである起動短縮という利点を損っている。
【０００８】
また、最近の発電プラントは、その出力が増加しており、出力増加に伴って起動時間も長くなる傾向にあり、風損が生起しない回転数にホールドしていたのでは起動時間短縮を図ることができないことと相まって、排熱回収ボイラの低圧ドラムから蒸気タービン低圧部に供給される低圧蒸気量だけでは上述最終段落部の構成部品を過加熱状態から保護できなくなってきた。さらにまた、負荷しゃ断時、蒸気タービンの各圧力部に供給されていた蒸気は必然的にカットされるものの、それでも回転軸だけは定速回転以上の回転数に維持する運転を求められる場合があり、この場合も風損に伴う過加熱状態回避のため、上記低圧ドラムからの蒸気を必要とし、その蒸気量が多量化しているため、従来の蒸気量だけでは賄いきれず、何らかの対策が必要になってきた。
【０００９】
本発明は、このような事情にもとずいてなされたものであり、単一軸（回転軸）の回転数を、従来の回転数よりも低くホールドすることなく風損に伴う過加熱を回避して起動時間の短縮化を図るとともに、風損に伴う過加熱の回避に必要な冷却蒸気を確実に確保できるようにした一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系とを備える一方、上記低圧蒸気系の流量計の出力信号と上記冷却蒸気系の流量計の出力信号との合計流量和のうち、上記冷却蒸気系からの冷却蒸気量の占める割合が所与値を越えないように、上記冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたものである。
【００１１】
また、請求項２記載の本発明は、請求項１記載の冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系を、低圧蒸気系の流量計の出力信号と上記冷却蒸気系の流量計の出力信号とを加算する加算部と、この加算部からの出力信号に設定器からの所与値を突合わせる比較部と、この比較部からの偏差に基づいて上記冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える調節部とを有する構成にしたものである。
【００１２】
さらに、請求項３記載の本発明は、請求項２記載の冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系の設定器の所与値を、復水器から求めた真空度に見合う冷却蒸気量を算出する関数発生器の出力信号により定められたものである。
【００１３】
さらに、請求項４記載の本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置は、単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系と、上記排熱回収ボイラの再熱器からの再熱蒸気を、上記蒸気タービン中圧部を介して上記蒸気タービン低圧部に案内する再熱蒸気系とを備える一方、この再熱蒸気系に流量計を設け、この流量計が再熱蒸気のみで上記蒸気タービン低圧部の冷却を賄えることを検出したとき、上記冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたものである。
【００１４】
また、請求項７記載の本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置は、単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系と、上記排熱回収ボイラの過熱器からの主蒸気を、上記蒸気タービン高圧部、上記排熱回収ボイラの再熱器、上記蒸気タービン中圧部を介して上記蒸気タービン低圧部に案内する主蒸気系とを備える一方、この主蒸気系の高圧加減弁の弁開度を検出する弁リフト検出器を設け、この弁リフト検出器が主蒸気のみで上記蒸気タービン低圧部の冷却を賄えることを検出したとき、上記冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置を容易に理解するために、第１実施の形態、第２実施の形態および第３実施の形態とに分けて説明する。
【００１６】
（第１実施の形態）
図１は、本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置を示す概略系統図である。
【００１７】
一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置は、図１に示されるように、原動機部ＧＴと、排熱回収ボイラＨＲＳＧと、低圧蒸気系ＬＳと、冷却蒸気系ＣＳと、冷却蒸気制御系ＣＳＣとを有する構成になっている。
【００１８】
原動機部ＧＴは、単一軸（回転軸）に、ガスタービン１、圧縮機３、蒸気タービン高圧部４、蒸気タービン中圧部５、蒸気タービン低圧部６を串形配置にして軸状に長く延びる構成になっている。
【００１９】
排熱回収ボイラＨＲＳＧの入口端Ａは、上記原動機部ＧＴと距離を置いて離れ、ガスタービン１の出口端Ａに接続している。この排熱回収ボイラＨＲＳＧは、ガスタービン１の燃焼ガスの排熱を受け、その流れに沿って過熱器８、再熱器９、高圧ドラム１０に連通する高圧蒸発器１１、中圧ドラム１２に連通する中圧蒸発器１３、低圧ドラム１４に連通する低圧蒸発器１５、節炭器１６を備え、ここから発生した蒸気を上記原動機部ＧＴの蒸気タービン高圧部４、蒸気タービン中圧部５、蒸気タービン低圧部６のそれぞれに送給する構成になっている。すなわち、蒸気タービン高圧部４は、主蒸気系ＭＳの高圧加減弁１７を介装して過熱器８に、その出口端Ｂは、再熱器９の入口端Ｂのそれぞれに接続している。この再熱器９は、蒸気タービン高圧部４により膨張仕事をした蒸気の蒸気条件（圧力・温度）を、原蒸気条件に回復する、いわゆる再熱蒸気を発生させるものであって、その出口端Ｃと蒸気タービン中圧部５の入口端Ｃを、中間阻止弁１８を介装して接続する再熱系ＲＨＳを備えたものである。また、蒸気タービン低圧部６の入口端は、低圧加減弁２１を介装して低圧蒸気系ＬＳに、その出口端は復水器１９、復水ポンプ２０、を介装して排熱回収ボイラＨＲＳＧの節炭器１６にそれぞれ接続している。
【００２０】
低圧蒸気系ＬＳは、蒸気タービン低圧部６の入口端と排熱回収ボイラＨＲＳＧの低圧ドラム１４とを結び、低圧加減弁２１、逆止弁２４、流量計２３を備えた管路構成になっており、この低圧蒸気系ＬＳには、冷却蒸気系ＣＳが付設追加されている。
【００２１】
冷却蒸気系ＣＳは、蒸気源２２を備えるとともに、ここから送給される冷却蒸気の流れに沿って流量計２６、流量調節弁２７、冷却蒸気供給弁２５を備えた管路構成になっており、上記低圧蒸気系ＬＳの低圧加減弁２１の入口側に接続している。上記蒸気源２２は、蒸気タービン低圧部６の風損に伴う過加熱を回避する関係上、多量の冷却蒸気を消費するといえども、経済性を考慮すると最低必要限度にとどめておくことが得策であり、このため、利便性を考慮して、例えば既存の複合サイクル発電プラントの他の低圧蒸気系または発電所内専用のハウスボイラを使用することが望ましい。
【００２２】
上記低圧蒸気系ＬＳと冷却蒸気系ＣＳには、ともに共通の冷却蒸気制御系ＣＳＣが設けられている。この冷却蒸気制御系ＣＳＣは、上記蒸気源２２から蒸気タービン低圧部６に送給される冷却蒸気量を、最低必要限度にコントロールするものであって、低圧蒸気系ＬＳの流量計２３の出力信号に、冷却蒸気系ＣＳの流量計２６の出力信号を加算する加算部２８と、この加算部２８の出力信号に、設定器３０から予じめ定められた所与値としての出力信号を突合わせる比較部２９と、比較部２９からの偏差に比例・積分演算して上記流量調節弁２７の弁開閉信号を作り出す調節部３１とを有する構成になっている。
【００２３】
次に、上記構成に基ずく作用を説明する。
【００２４】
起動前、復水器１９は、図示しない真空ポンプにより真空引にされており、規定真空度に達すると、スターティングモータ（図示せず）により原動機部ＧＴは回転し、燃焼器２の着火によりガスタービン１および圧縮機３は、併入運転に入る。
【００２５】
圧縮機３は、大気を吸込んで高圧化し、その高圧空気を燃焼ガス生成用として燃焼器２に送給している。燃焼器２には、高圧空気とともに燃料、例えばＬＮＧまたは灯油が加えられ、高温の燃焼ガスを生成している。ガスタービン１は、燃焼ガスに膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスを排熱回収ボイラＨＲＳＧに蒸気発生用の熱源として送給している。この間、原動機部ＧＴの蒸気タービン高圧部４、蒸気タービン中圧部５、蒸気タービン低圧部６は排熱回収ボイラＨＲＳＧからの蒸気を得ていない、いわゆる無通気・無負荷の状態にあり、このため各圧力部４，５，６のケーシング内は動翼回転による空気の撹拌が継続している。特に、蒸気タービン低圧部６の最終段落部の動翼は、他の各圧力部４，５のそれと較べ長翼であるため、空気の撹拌中、回転摩擦熱が多く出、この回転摩擦熱により最終段落部の構成部品は過加熱状態に落ち入る。このときには、排熱回収ボイラＨＲＳＧの低圧ドラム４は、開口しており、所与圧力になっているので、ここから低圧蒸気を低圧蒸気系ＬＳの低圧加減弁２１を経て蒸気タービン低圧部６に送り、蒸気タービン低圧部６の過加熱状態の回避を図っている。
【００２６】
ところが、高出力化に伴って起動時間も従来よりも長くなってくると、低圧蒸気系ＬＳから蒸気タービン低圧部６に送給していた低圧蒸気量だけでは蒸気タービン低圧部６の過加熱状態回避に対し、賄うことができなくなっている。このため、低圧蒸気系ＬＳには、低圧蒸気の不足分として蒸気源２２からの冷却蒸気をもってバックアップする冷却蒸気系ＣＳが設けられている。この冷却蒸気系ＣＳは、あくまでも低圧蒸気系ＬＳのバックアップ用であるから、上記低圧蒸気の不足分に対し、過不足のない最低必要限度の冷却蒸気量にしておく必要がある。
【００２７】
冷却蒸気系ＣＳの蒸気源２２から低圧蒸気系ＬＳに送給される冷却蒸気量は冷却蒸気制御系ＣＳＣによってコントロールされている。すなわち、低圧蒸気系ＬＳの低圧蒸気は流量計２３により検出され、また冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気は流量計２６により検出されている。流量計２３，２６により検出された出力信号は、それぞれ加算部２８に送られ、ここで加算信号として比較部２９に送っている。比較部２９は、上記加算信号とともに、設定器３０からの予じめ定められた所与値としての出力信号を突合わせ、偏差が生じた場合、その偏差信号を演算部３１に送り、ここで比例・積分動作による弁開閉信号を作り出し、その弁開閉信号を冷却蒸気系ＣＳの流量調節弁２７に与え、蒸気源２２からの冷却蒸気量をコントロールしている。
【００２８】
したがって、本発明にかかる一軸型複合発電プラントの蒸気冷却装置では、起動中、蒸気タービン低圧部６が風損に伴う過加熱状態に落ち入ろうとも冷却蒸気系ＣＳの流量調節弁２７の流量コントロールにより、過加熱状態を回避するに必要な蒸気量を確実に確保でき、これにより起動時間も短縮することができる。
【００２９】
なお、ガスタービン１、蒸気タービン高圧部４、蒸気タービン中圧部５および蒸気タービン低圧部６がともに定格回転数に達し、ガスタービン１のみが併入運転に入ると、燃焼ガス温度の高まりも増し、排熱回収ボイラＨＲＳＧの高圧ドラム１０の蒸気圧力が所与圧に近づいてくるので、主蒸気系ＭＳの高圧蒸気加減弁１７、再熱蒸気系ＲＨＳの中間阻止弁１８を開口して高圧ドラム１０からの高圧蒸気による蒸気タービン各圧力部４，５，６への通気を行い、通気運転後、ガスタービン１の負荷上昇とともに蒸気タービン各圧力部４，５，６も負荷運転に入り、このようにして発電機７からの電気出力を得るようにしている。
【００３０】
図２は、本発明にかかる第１実施の形態の変形例、とりわけ冷却蒸気制御系を示す概略系統図である。なお、第１実施の形態における構成部品と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３１】
本変形例では、冷却蒸気系ＣＳの流量調節弁２７に弁開閉制御信号を与える制御系ＣＳＳの設定器３０の所与値を復水器１９の真空度に求めたものである。
【００３２】
一般に、復水器１９の真空度が高くなると、蒸気タービン低圧部６の風損に伴う過加熱の影響が少なくなることが知られており、真空度の高低変化により蒸気タービン低圧部６に案内される蒸気量の増減変化に直接影響を与えている。この場合、真空度の高低変化は、復水器１９に蒸気タービン低圧部６から案内される排気蒸気量、復水器１９に冷却水源、例えば海洋から案内される海水量および海水温度の影響を受けるが、海水量は設計値を維持していると考えられるから、結局、海水温度に左右されている。つまり、海水温度が高いと、真空度は低下する関係にある。海水温度は、温度調整ができないので、結局、真空度変化に対応させて蒸気タービン低圧部６に案内される蒸気量を定める必要がある。
【００３３】
本発明にかかる第１実施の形態の第１実施例では、このような点に着目したものであって、図２に示されるように、復水器１９に真空度計３２を設け、この真空度計３２の出力信号を、図３に示される蒸気タービン低圧部６に案内される蒸気量と真空度との関係の特性線図を入力化しておいた関数発生器３３から求め、ここで定められた出力信号を設定器３０を介して比較部２９に入力し、上述加算部２８からの出力信号との偏差演算信号により冷却蒸気系ＣＳの流量調節弁２７に開閉信号を与え、蒸気源２２からの冷却蒸気をコントロールするものである。
【００３４】
したがって、冷却蒸気系ＣＳの蒸気源２２からの冷却蒸気は、復水器１９の真空度の変化に見合うように低圧蒸気系ＬＳの低圧蒸気に過不足なく、バックアップして加えることができるので、蒸気タービン低圧部６は風損に伴う過加熱状態から回避させることができる。
【００３５】
（第２実施の形態）
図４は、本発明にかかる第２実施の形態を示す概略系統図である。なお第１実施の形態と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
通気運転中、高圧ドラム１０の主蒸気は過熱器８、主蒸気系ＭＳ、高圧加減弁１７、蒸気タービン高圧部４を介して流れ、再熱器９を通過したとき再熱蒸気として再熱蒸気系ＲＨＳ、中間阻止弁１８を介して蒸気タービン中圧部５、蒸気タービン低圧部６に順に流れるようになっているが、本実施の形態では、蒸気タービン低圧部６に流れる再熱蒸気（この時点では未だ所与力になっていない）を、風損に伴う過加熱を回避するために活用するものである。すなわち、通気運転前においては、低圧蒸気系ＬＳの低圧蒸気が、冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気とともに、蒸気タービン低圧部６に案内されているが、この冷却蒸気には使用限界があることから、上記再熱蒸気が冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気量よりも上回ったとき、冷却蒸気の蒸気タービン低圧部６への供給を、停止させることにしたものである。
【００３７】
以下に図４を参照して説明する。
【００３８】
排熱回収ボイラＨＲＳＧの再熱器９の出口端Ｃと、蒸気タービン中圧部５の入口端Ｃとは、中間阻止弁１８を介装する再熱蒸気系ＲＨＳにより接続されており、この再熱蒸気系ＲＨＳには流量計３４が設けられている。流量計３４の出力信号は、冷却蒸気制御系ＣＳＣに送られている。冷却蒸気制御系ＣＳＣは、設定器３５と比較演算部３６とを有し、冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気供給弁２５に弁閉信号を与えて冷却蒸気タービン低圧部６への供給を停止させるものである。すなわち、再熱器９から蒸気タービン中圧部５に案内される再熱蒸気は、流量計３４により検出されており、この検出信号は冷却蒸気制御系ＣＳＣの比較演算部３６に送られている。ここで、設定器３５からの所与値としての出力信号と突合わされ、偏差（再熱蒸気量が冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気を上回ったとき）が出ると、その偏差を演算して弁閉信号を作り出し、その弁閉信号を冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気供給弁２５に与えて冷却蒸気の供給をカットする。
【００３９】
このように、本実施の形態では、蒸気タービン低圧部６に案内される再熱蒸気系ＲＨＳの再熱蒸気が、冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気量を上回ったとき、その冷却蒸気の供給を自動的にカットできるようにしたので、冷却蒸気系ＣＳの蒸気源２２はその冷却蒸気を過分に消費することがなく、安定した蒸気量および蒸気圧を維持することができる。
【００４０】
図５は、本発明にかかる第２実施の形態の変形例を示す概略系統図である。なお、上述した第２実施の形態と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
本変形例では、図４に示されている第２実施の形態中、再熱蒸気系ＲＨＳの流量計３４に代えて圧力計３７を設けたものである。蒸気流量と蒸気圧力とは比例関係にあることに着目したからである。この場合、蒸気タービン低圧部６の風損に伴う過加熱状態は、蒸気圧力が所与値になれば回避することが経験的に分っているので、再熱蒸気系ＲＨＳの圧力計３７の検出圧力が冷却蒸気制御系ＣＳＣの設定器３５からの出力信号を上回っていれば、冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気供給弁２５に弁閉信号を与えることができ、冷却蒸気の蒸気タービン低圧部６への供給をカットすることができる。したがって、冷却蒸気系ＣＳの蒸気源２２は、安定した蒸気量および蒸気圧を維持することができる。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明にかかる第３実施の形態を示す概略系統図である。なお、第２実施の形態と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
通気運転中、排熱回収ボイラの蒸気は、上述第２実施の形態で説明したように、高圧ドラム１０から蒸気タービン高圧部４、再熱器９、蒸気タービン中圧部５、蒸気タービン低圧部６の順に流れるようになっているが、本実施の形態では、通気の蒸気源となる高圧ドラム１０からの主蒸気に着目したものであり、この主蒸気が冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気量よりも上回ったとき、冷却蒸気の蒸気タービン低圧部６への供給を停止させることにしたものである。すなわち、主蒸気が主蒸気系ＭＳの高圧加減弁１７を介して蒸気タービン高圧部４に流れる蒸気量と、蒸気タービン低圧部６に流れる蒸気量とはほぼ等量の関係にあることに着目したからである。
【００４４】
以下に図６を参照して説明する。
【００４５】
排熱回収ボイラＨＲＳＧの高圧ドラム１０から主蒸気が発生し（通気中の主蒸気は今だ所与圧力になっていない）、この主蒸気は過熱器８、主蒸気系ＭＳの高圧加減弁１７を介して蒸気タービン高圧部４に流れ、ここで各構成部品を加温した後、再熱器９に流れて原蒸気条件（圧力・温度）に回復させ、再熱蒸気として再熱蒸気系ＲＨＳの中間阻止弁１８から蒸気タービン中圧部５、蒸気タービン低圧部６の順に流れているので蒸気タービン高圧部４を通過する蒸気量と、蒸気タービン低圧部６に流れる蒸気量とはほぼ等量である。
【００４６】
そこで、本発明にかかる第３実施の形態では、主蒸気系ＭＳの高圧加減弁１７に弁リフト検出器３８を設けたものである。この弁リフト検出器３８の出力信号は、制御系ＣＳＣに送られている。制御系ＣＳＣは、設定器３９と比較演算部４０とを有し、冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気供給弁２５に弁閉信号を与えて冷却蒸気の蒸気タービン低圧部６へ供給を停止させるものである。すなわち、高圧ドラム１０から蒸気タービン高圧部４に案内される主蒸気の蒸気量は、高圧加減弁１７の開度により定まり、弁リフト検出器３８はこの開度を検出している。弁リフト検出器３８の出力信号は、冷却蒸気制御系ＣＳＣの比較演算部４０に送られ、ここで設定器３９からの出力信号と突合わされ、偏差（主蒸気量が冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気を上回ったとき）が出ると、その偏差を演算して弁閉信号を作り出し、その弁閉信号を冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気供給弁２５に与えて冷却蒸気の供給をカットする。
【００４７】
このように、本実施の形態では、蒸気タービン低圧部６に案内される主蒸気が、冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気量を上回ったとき、その冷却蒸気の供給を自動的にカットできるようにしたので、上述第２実施の形態と同様に、冷却蒸気系ＣＳの蒸気源２２は蒸気量および蒸気圧を安定状態に置くことができる。
【００４８】
図７は、本発明にかかる第３実施の形態の変形例を示す概略系統図である。なお、第３実施の形態と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４９】
本変形例では、図６に示されている第３実施の形態中、高圧加減弁１７の弁リフト検出器３８に代えて流量計４１を主蒸気系ＭＳに設けたものである。弁リフト、つまり弁開度によって求められる蒸気量と、流量計の蒸気量とは一致するからである。
【００５０】
したがって、本実施の形態では上述第３実施の形態と同様に、主蒸気が冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気を上回ったとき、冷却蒸気制御系ＣＳＣにより冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気をカットでき、冷却蒸気系ＣＳの蒸気源２２を、蒸気安定状態の下に保持することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置では、排熱回収ボイラの低圧ドラムと蒸気タービン低圧部とを接続する低蒸気系に、冷却蒸気系を付設追加し、この冷却蒸気系により低圧蒸気系が蒸気タービン低圧部の風損に伴う過加熱状態を回避するに必要な蒸気量の不足分をバックアップし、しかもこのバックアップ蒸気量を最低必要限度にとどめるよう制御系を設けたので、従来のように単一軸（回転軸）の回転数を低くホールドすることなく風損に伴う過加熱を回避して起動時間の短縮化を図ることができ、風損に伴う過加熱に必要な冷却蒸気を確実に確保することができ、冷却蒸気系の蒸気源からの冷却蒸気を蒸気タービン低圧部に安定供給をすることができる。
【００５２】
また、本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置では、蒸気タービン低圧部に供給する冷却蒸気系の冷却蒸気を、最低必要限度にとどめるために、再熱蒸気系の再熱蒸気あるいは主蒸気系の主蒸気を風損に伴う過加熱回避として活用するので、冷却蒸気系の蒸気源からの冷却蒸気の消費を軽減することができ、蒸気源は安定した蒸気量および蒸気圧を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置の実施の形態を示す概略系統図。
【図２】本発明にかかる第１実施の形態の変形例を示す概略系統図。
【図３】復水器の真空度と冷却蒸気量との関係を示すグラフ。
【図４】本発明にかかる第２実施の形態を示す概略系統図。
【図５】本発明にかかる第２実施の形態の変形例を示す概略系統図。
【図６】本発明にかかる第３実施の形態を示す概略系統図。
【図７】本発明にかかる第３実施の形態の変形例を示す概略系統図。
【符号の説明】
１ ガスタービン
２ 燃焼器
３ 圧縮機
４ 蒸気タービン高圧部
５ 蒸気タービン中圧部
６ 蒸気タービン低圧部
７ 発電機
８ 過熱器
９ 再熱器
１０ 高圧ドラム
１１ 高圧蒸発器
１２ 中圧ドラム
１３ 中圧蒸発器
１４ 低圧ドラム
１５ 低圧蒸発器
１６ 節炭器
１７ 高圧加減弁
１８ 中間阻止弁
１９ 復水器
２０ 復水ポンプ
２１ 低圧加減弁
２２ 蒸気源
２３，２６，３４，４１ 流量計
２４ 逆止弁
２５ 冷却蒸気供給弁
２７ 流量調節弁
２８ 加算部
２９ 比較部
３０，３５，３９ 設定器
３１ 調節部
３２ 真空度計
３３ 関数発生器
３６，４０ 比較演算部
３７ 圧力計
３８ 弁リフト検出器
ＧＴ 原動機部
ＨＲＳＧ 排熱回収ボイラ
ＭＳ 主蒸気系
ＲＨＳ 再熱蒸気系
ＬＳ 低圧蒸気系
ＣＳ 冷却蒸気系
ＣＳＣ 冷却蒸気制御系
【発明の属する技術分野】
本発明は、一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置にかかり、とりわけ起動運転中、蒸気タービン低圧部の最終段落部に生起する過加熱状態を効果的に冷却する一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一軸型複合サイクル発電プラントは、単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を串形配置したものであって、その配置が軸状になっているので比較的設置面積が少なくて済み、またガスタービンに備わった急速起動を活用でき、さらにまた、ガスタービンから出る排熱が蒸気発生の熱源として有効活用ができるため、ガスタービン単体あるいは蒸気タービン単体の熱効率に比べて高い点も手伝って最近、好まれて数多く採用されている。
【０００３】
この種の発電プラントの起動運転は、真空ポンプによって復水器を通じて蒸気タービン低圧部内を真空引きにしておき、規定真空度になったときスターティングモータの駆動力により単一軸（回転軸）を回転させ、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービンの各圧力部を昇速させてからガスタービン燃焼器に燃料を投入して燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスの生成によってガスタービンを起動させている。
【０００４】
起動後のガスタービンは、燃焼ガスによって膨張仕事をし、膨張仕事後の排熱を、熱源とする蒸気発生用として排熱回収ボイラに送っている。この間、蒸気タービンの各圧力部は、排熱回収ボイラから蒸気が得られていないので、いわゆる無通気・無負荷の運転にあり、各圧力部のタービンケーシング内の空気を撹拌しているだけの状態になっている。
【０００５】
このような空気撹拌状態下の蒸気タービン各圧力部のうち、とりわけ蒸気タービン低圧部は、最終段落部の動翼が１ｍ以上にも及ぶ長翼化しているため、風損（蒸気タービンケーシング内の空気撹拌による動力損失）が生起し、その摩擦熱によって最終段落部の構成部品が過加熱状態に落ち入り、材力強度の低下という問題が出ている。
【０００６】
このような問題点に対する回避策として、例えば特公平６−７８７２４号公報に見られるように、最終段落部の風損が生起する回転数が経験的にわかっているところ、この風損に対する回転数と、排熱回収ボイラの低圧ドラム内圧が所与値に達したことを条件に、排熱回収ボイラの低圧ドラムから蒸気タービン低圧部に低圧蒸気を供給し、蒸気タービン低圧部の最終段落部を冷却し、その構成部品の過加熱状態から保護することがすでに知られていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述公報のような従来技術では、排熱回収ボイラの低圧ドラムの器内圧が所与圧に達するまでに時間を要し、この間、回転軸は風損が生起しないよう回転数を、従来よりも低くしておかなければならず、起動運転の短縮化に支障をきたしている。特に、ホットスタートと異なってコールドスタートの場合、起動時間に２時間以上も要しており、この種の発電プラントの売りものの一つである起動短縮という利点を損っている。
【０００８】
また、最近の発電プラントは、その出力が増加しており、出力増加に伴って起動時間も長くなる傾向にあり、風損が生起しない回転数にホールドしていたのでは起動時間短縮を図ることができないことと相まって、排熱回収ボイラの低圧ドラムから蒸気タービン低圧部に供給される低圧蒸気量だけでは上述最終段落部の構成部品を過加熱状態から保護できなくなってきた。さらにまた、負荷しゃ断時、蒸気タービンの各圧力部に供給されていた蒸気は必然的にカットされるものの、それでも回転軸だけは定速回転以上の回転数に維持する運転を求められる場合があり、この場合も風損に伴う過加熱状態回避のため、上記低圧ドラムからの蒸気を必要とし、その蒸気量が多量化しているため、従来の蒸気量だけでは賄いきれず、何らかの対策が必要になってきた。
【０００９】
本発明は、このような事情にもとずいてなされたものであり、単一軸（回転軸）の回転数を、従来の回転数よりも低くホールドすることなく風損に伴う過加熱を回避して起動時間の短縮化を図るとともに、風損に伴う過加熱の回避に必要な冷却蒸気を確実に確保できるようにした一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系とを備える一方、上記低圧蒸気系の流量計の出力信号と上記冷却蒸気系の流量計の出力信号との合計流量和のうち、上記冷却蒸気系からの冷却蒸気量の占める割合が所与値を越えないように、上記冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたものである。
【００１１】
また、請求項２記載の本発明は、請求項１記載の冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系を、低圧蒸気系の流量計の出力信号と上記冷却蒸気系の流量計の出力信号とを加算する加算部と、この加算部からの出力信号に設定器からの所与値を突合わせる比較部と、この比較部からの偏差に基づいて上記冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える調節部とを有する構成にしたものである。
【００１２】
さらに、請求項３記載の本発明は、請求項２記載の冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系の設定器の所与値を、復水器から求めた真空度に見合う冷却蒸気量を算出する関数発生器の出力信号により定められたものである。
【００１３】
さらに、請求項４記載の本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置は、単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系と、上記排熱回収ボイラの再熱器からの再熱蒸気を、上記蒸気タービン中圧部を介して上記蒸気タービン低圧部に案内する再熱蒸気系とを備える一方、この再熱蒸気系に流量計を設け、この流量計が再熱蒸気のみで上記蒸気タービン低圧部の冷却を賄えることを検出したとき、上記冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたものである。
【００１４】
また、請求項７記載の本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置は、単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系と、上記排熱回収ボイラの過熱器からの主蒸気を、上記蒸気タービン高圧部、上記排熱回収ボイラの再熱器、上記蒸気タービン中圧部を介して上記蒸気タービン低圧部に案内する主蒸気系とを備える一方、この主蒸気系の高圧加減弁の弁開度を検出する弁リフト検出器を設け、この弁リフト検出器が主蒸気のみで上記蒸気タービン低圧部の冷却を賄えることを検出したとき、上記冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置を容易に理解するために、第１実施の形態、第２実施の形態および第３実施の形態とに分けて説明する。
【００１６】
（第１実施の形態）
図１は、本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置を示す概略系統図である。
【００１７】
一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置は、図１に示されるように、原動機部ＧＴと、排熱回収ボイラＨＲＳＧと、低圧蒸気系ＬＳと、冷却蒸気系ＣＳと、冷却蒸気制御系ＣＳＣとを有する構成になっている。
【００１８】
原動機部ＧＴは、単一軸（回転軸）に、ガスタービン１、圧縮機３、蒸気タービン高圧部４、蒸気タービン中圧部５、蒸気タービン低圧部６を串形配置にして軸状に長く延びる構成になっている。
【００１９】
排熱回収ボイラＨＲＳＧの入口端Ａは、上記原動機部ＧＴと距離を置いて離れ、ガスタービン１の出口端Ａに接続している。この排熱回収ボイラＨＲＳＧは、ガスタービン１の燃焼ガスの排熱を受け、その流れに沿って過熱器８、再熱器９、高圧ドラム１０に連通する高圧蒸発器１１、中圧ドラム１２に連通する中圧蒸発器１３、低圧ドラム１４に連通する低圧蒸発器１５、節炭器１６を備え、ここから発生した蒸気を上記原動機部ＧＴの蒸気タービン高圧部４、蒸気タービン中圧部５、蒸気タービン低圧部６のそれぞれに送給する構成になっている。すなわち、蒸気タービン高圧部４は、主蒸気系ＭＳの高圧加減弁１７を介装して過熱器８に、その出口端Ｂは、再熱器９の入口端Ｂのそれぞれに接続している。この再熱器９は、蒸気タービン高圧部４により膨張仕事をした蒸気の蒸気条件（圧力・温度）を、原蒸気条件に回復する、いわゆる再熱蒸気を発生させるものであって、その出口端Ｃと蒸気タービン中圧部５の入口端Ｃを、中間阻止弁１８を介装して接続する再熱系ＲＨＳを備えたものである。また、蒸気タービン低圧部６の入口端は、低圧加減弁２１を介装して低圧蒸気系ＬＳに、その出口端は復水器１９、復水ポンプ２０、を介装して排熱回収ボイラＨＲＳＧの節炭器１６にそれぞれ接続している。
【００２０】
低圧蒸気系ＬＳは、蒸気タービン低圧部６の入口端と排熱回収ボイラＨＲＳＧの低圧ドラム１４とを結び、低圧加減弁２１、逆止弁２４、流量計２３を備えた管路構成になっており、この低圧蒸気系ＬＳには、冷却蒸気系ＣＳが付設追加されている。
【００２１】
冷却蒸気系ＣＳは、蒸気源２２を備えるとともに、ここから送給される冷却蒸気の流れに沿って流量計２６、流量調節弁２７、冷却蒸気供給弁２５を備えた管路構成になっており、上記低圧蒸気系ＬＳの低圧加減弁２１の入口側に接続している。上記蒸気源２２は、蒸気タービン低圧部６の風損に伴う過加熱を回避する関係上、多量の冷却蒸気を消費するといえども、経済性を考慮すると最低必要限度にとどめておくことが得策であり、このため、利便性を考慮して、例えば既存の複合サイクル発電プラントの他の低圧蒸気系または発電所内専用のハウスボイラを使用することが望ましい。
【００２２】
上記低圧蒸気系ＬＳと冷却蒸気系ＣＳには、ともに共通の冷却蒸気制御系ＣＳＣが設けられている。この冷却蒸気制御系ＣＳＣは、上記蒸気源２２から蒸気タービン低圧部６に送給される冷却蒸気量を、最低必要限度にコントロールするものであって、低圧蒸気系ＬＳの流量計２３の出力信号に、冷却蒸気系ＣＳの流量計２６の出力信号を加算する加算部２８と、この加算部２８の出力信号に、設定器３０から予じめ定められた所与値としての出力信号を突合わせる比較部２９と、比較部２９からの偏差に比例・積分演算して上記流量調節弁２７の弁開閉信号を作り出す調節部３１とを有する構成になっている。
【００２３】
次に、上記構成に基ずく作用を説明する。
【００２４】
起動前、復水器１９は、図示しない真空ポンプにより真空引にされており、規定真空度に達すると、スターティングモータ（図示せず）により原動機部ＧＴは回転し、燃焼器２の着火によりガスタービン１および圧縮機３は、併入運転に入る。
【００２５】
圧縮機３は、大気を吸込んで高圧化し、その高圧空気を燃焼ガス生成用として燃焼器２に送給している。燃焼器２には、高圧空気とともに燃料、例えばＬＮＧまたは灯油が加えられ、高温の燃焼ガスを生成している。ガスタービン１は、燃焼ガスに膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスを排熱回収ボイラＨＲＳＧに蒸気発生用の熱源として送給している。この間、原動機部ＧＴの蒸気タービン高圧部４、蒸気タービン中圧部５、蒸気タービン低圧部６は排熱回収ボイラＨＲＳＧからの蒸気を得ていない、いわゆる無通気・無負荷の状態にあり、このため各圧力部４，５，６のケーシング内は動翼回転による空気の撹拌が継続している。特に、蒸気タービン低圧部６の最終段落部の動翼は、他の各圧力部４，５のそれと較べ長翼であるため、空気の撹拌中、回転摩擦熱が多く出、この回転摩擦熱により最終段落部の構成部品は過加熱状態に落ち入る。このときには、排熱回収ボイラＨＲＳＧの低圧ドラム４は、開口しており、所与圧力になっているので、ここから低圧蒸気を低圧蒸気系ＬＳの低圧加減弁２１を経て蒸気タービン低圧部６に送り、蒸気タービン低圧部６の過加熱状態の回避を図っている。
【００２６】
ところが、高出力化に伴って起動時間も従来よりも長くなってくると、低圧蒸気系ＬＳから蒸気タービン低圧部６に送給していた低圧蒸気量だけでは蒸気タービン低圧部６の過加熱状態回避に対し、賄うことができなくなっている。このため、低圧蒸気系ＬＳには、低圧蒸気の不足分として蒸気源２２からの冷却蒸気をもってバックアップする冷却蒸気系ＣＳが設けられている。この冷却蒸気系ＣＳは、あくまでも低圧蒸気系ＬＳのバックアップ用であるから、上記低圧蒸気の不足分に対し、過不足のない最低必要限度の冷却蒸気量にしておく必要がある。
【００２７】
冷却蒸気系ＣＳの蒸気源２２から低圧蒸気系ＬＳに送給される冷却蒸気量は冷却蒸気制御系ＣＳＣによってコントロールされている。すなわち、低圧蒸気系ＬＳの低圧蒸気は流量計２３により検出され、また冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気は流量計２６により検出されている。流量計２３，２６により検出された出力信号は、それぞれ加算部２８に送られ、ここで加算信号として比較部２９に送っている。比較部２９は、上記加算信号とともに、設定器３０からの予じめ定められた所与値としての出力信号を突合わせ、偏差が生じた場合、その偏差信号を演算部３１に送り、ここで比例・積分動作による弁開閉信号を作り出し、その弁開閉信号を冷却蒸気系ＣＳの流量調節弁２７に与え、蒸気源２２からの冷却蒸気量をコントロールしている。
【００２８】
したがって、本発明にかかる一軸型複合発電プラントの蒸気冷却装置では、起動中、蒸気タービン低圧部６が風損に伴う過加熱状態に落ち入ろうとも冷却蒸気系ＣＳの流量調節弁２７の流量コントロールにより、過加熱状態を回避するに必要な蒸気量を確実に確保でき、これにより起動時間も短縮することができる。
【００２９】
なお、ガスタービン１、蒸気タービン高圧部４、蒸気タービン中圧部５および蒸気タービン低圧部６がともに定格回転数に達し、ガスタービン１のみが併入運転に入ると、燃焼ガス温度の高まりも増し、排熱回収ボイラＨＲＳＧの高圧ドラム１０の蒸気圧力が所与圧に近づいてくるので、主蒸気系ＭＳの高圧蒸気加減弁１７、再熱蒸気系ＲＨＳの中間阻止弁１８を開口して高圧ドラム１０からの高圧蒸気による蒸気タービン各圧力部４，５，６への通気を行い、通気運転後、ガスタービン１の負荷上昇とともに蒸気タービン各圧力部４，５，６も負荷運転に入り、このようにして発電機７からの電気出力を得るようにしている。
【００３０】
図２は、本発明にかかる第１実施の形態の変形例、とりわけ冷却蒸気制御系を示す概略系統図である。なお、第１実施の形態における構成部品と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３１】
本変形例では、冷却蒸気系ＣＳの流量調節弁２７に弁開閉制御信号を与える制御系ＣＳＳの設定器３０の所与値を復水器１９の真空度に求めたものである。
【００３２】
一般に、復水器１９の真空度が高くなると、蒸気タービン低圧部６の風損に伴う過加熱の影響が少なくなることが知られており、真空度の高低変化により蒸気タービン低圧部６に案内される蒸気量の増減変化に直接影響を与えている。この場合、真空度の高低変化は、復水器１９に蒸気タービン低圧部６から案内される排気蒸気量、復水器１９に冷却水源、例えば海洋から案内される海水量および海水温度の影響を受けるが、海水量は設計値を維持していると考えられるから、結局、海水温度に左右されている。つまり、海水温度が高いと、真空度は低下する関係にある。海水温度は、温度調整ができないので、結局、真空度変化に対応させて蒸気タービン低圧部６に案内される蒸気量を定める必要がある。
【００３３】
本発明にかかる第１実施の形態の第１実施例では、このような点に着目したものであって、図２に示されるように、復水器１９に真空度計３２を設け、この真空度計３２の出力信号を、図３に示される蒸気タービン低圧部６に案内される蒸気量と真空度との関係の特性線図を入力化しておいた関数発生器３３から求め、ここで定められた出力信号を設定器３０を介して比較部２９に入力し、上述加算部２８からの出力信号との偏差演算信号により冷却蒸気系ＣＳの流量調節弁２７に開閉信号を与え、蒸気源２２からの冷却蒸気をコントロールするものである。
【００３４】
したがって、冷却蒸気系ＣＳの蒸気源２２からの冷却蒸気は、復水器１９の真空度の変化に見合うように低圧蒸気系ＬＳの低圧蒸気に過不足なく、バックアップして加えることができるので、蒸気タービン低圧部６は風損に伴う過加熱状態から回避させることができる。
【００３５】
（第２実施の形態）
図４は、本発明にかかる第２実施の形態を示す概略系統図である。なお第１実施の形態と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
通気運転中、高圧ドラム１０の主蒸気は過熱器８、主蒸気系ＭＳ、高圧加減弁１７、蒸気タービン高圧部４を介して流れ、再熱器９を通過したとき再熱蒸気として再熱蒸気系ＲＨＳ、中間阻止弁１８を介して蒸気タービン中圧部５、蒸気タービン低圧部６に順に流れるようになっているが、本実施の形態では、蒸気タービン低圧部６に流れる再熱蒸気（この時点では未だ所与力になっていない）を、風損に伴う過加熱を回避するために活用するものである。すなわち、通気運転前においては、低圧蒸気系ＬＳの低圧蒸気が、冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気とともに、蒸気タービン低圧部６に案内されているが、この冷却蒸気には使用限界があることから、上記再熱蒸気が冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気量よりも上回ったとき、冷却蒸気の蒸気タービン低圧部６への供給を、停止させることにしたものである。
【００３７】
以下に図４を参照して説明する。
【００３８】
排熱回収ボイラＨＲＳＧの再熱器９の出口端Ｃと、蒸気タービン中圧部５の入口端Ｃとは、中間阻止弁１８を介装する再熱蒸気系ＲＨＳにより接続されており、この再熱蒸気系ＲＨＳには流量計３４が設けられている。流量計３４の出力信号は、冷却蒸気制御系ＣＳＣに送られている。冷却蒸気制御系ＣＳＣは、設定器３５と比較演算部３６とを有し、冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気供給弁２５に弁閉信号を与えて冷却蒸気タービン低圧部６への供給を停止させるものである。すなわち、再熱器９から蒸気タービン中圧部５に案内される再熱蒸気は、流量計３４により検出されており、この検出信号は冷却蒸気制御系ＣＳＣの比較演算部３６に送られている。ここで、設定器３５からの所与値としての出力信号と突合わされ、偏差（再熱蒸気量が冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気を上回ったとき）が出ると、その偏差を演算して弁閉信号を作り出し、その弁閉信号を冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気供給弁２５に与えて冷却蒸気の供給をカットする。
【００３９】
このように、本実施の形態では、蒸気タービン低圧部６に案内される再熱蒸気系ＲＨＳの再熱蒸気が、冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気量を上回ったとき、その冷却蒸気の供給を自動的にカットできるようにしたので、冷却蒸気系ＣＳの蒸気源２２はその冷却蒸気を過分に消費することがなく、安定した蒸気量および蒸気圧を維持することができる。
【００４０】
図５は、本発明にかかる第２実施の形態の変形例を示す概略系統図である。なお、上述した第２実施の形態と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
本変形例では、図４に示されている第２実施の形態中、再熱蒸気系ＲＨＳの流量計３４に代えて圧力計３７を設けたものである。蒸気流量と蒸気圧力とは比例関係にあることに着目したからである。この場合、蒸気タービン低圧部６の風損に伴う過加熱状態は、蒸気圧力が所与値になれば回避することが経験的に分っているので、再熱蒸気系ＲＨＳの圧力計３７の検出圧力が冷却蒸気制御系ＣＳＣの設定器３５からの出力信号を上回っていれば、冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気供給弁２５に弁閉信号を与えることができ、冷却蒸気の蒸気タービン低圧部６への供給をカットすることができる。したがって、冷却蒸気系ＣＳの蒸気源２２は、安定した蒸気量および蒸気圧を維持することができる。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明にかかる第３実施の形態を示す概略系統図である。なお、第２実施の形態と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
通気運転中、排熱回収ボイラの蒸気は、上述第２実施の形態で説明したように、高圧ドラム１０から蒸気タービン高圧部４、再熱器９、蒸気タービン中圧部５、蒸気タービン低圧部６の順に流れるようになっているが、本実施の形態では、通気の蒸気源となる高圧ドラム１０からの主蒸気に着目したものであり、この主蒸気が冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気量よりも上回ったとき、冷却蒸気の蒸気タービン低圧部６への供給を停止させることにしたものである。すなわち、主蒸気が主蒸気系ＭＳの高圧加減弁１７を介して蒸気タービン高圧部４に流れる蒸気量と、蒸気タービン低圧部６に流れる蒸気量とはほぼ等量の関係にあることに着目したからである。
【００４４】
以下に図６を参照して説明する。
【００４５】
排熱回収ボイラＨＲＳＧの高圧ドラム１０から主蒸気が発生し（通気中の主蒸気は今だ所与圧力になっていない）、この主蒸気は過熱器８、主蒸気系ＭＳの高圧加減弁１７を介して蒸気タービン高圧部４に流れ、ここで各構成部品を加温した後、再熱器９に流れて原蒸気条件（圧力・温度）に回復させ、再熱蒸気として再熱蒸気系ＲＨＳの中間阻止弁１８から蒸気タービン中圧部５、蒸気タービン低圧部６の順に流れているので蒸気タービン高圧部４を通過する蒸気量と、蒸気タービン低圧部６に流れる蒸気量とはほぼ等量である。
【００４６】
そこで、本発明にかかる第３実施の形態では、主蒸気系ＭＳの高圧加減弁１７に弁リフト検出器３８を設けたものである。この弁リフト検出器３８の出力信号は、制御系ＣＳＣに送られている。制御系ＣＳＣは、設定器３９と比較演算部４０とを有し、冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気供給弁２５に弁閉信号を与えて冷却蒸気の蒸気タービン低圧部６へ供給を停止させるものである。すなわち、高圧ドラム１０から蒸気タービン高圧部４に案内される主蒸気の蒸気量は、高圧加減弁１７の開度により定まり、弁リフト検出器３８はこの開度を検出している。弁リフト検出器３８の出力信号は、冷却蒸気制御系ＣＳＣの比較演算部４０に送られ、ここで設定器３９からの出力信号と突合わされ、偏差（主蒸気量が冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気を上回ったとき）が出ると、その偏差を演算して弁閉信号を作り出し、その弁閉信号を冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気供給弁２５に与えて冷却蒸気の供給をカットする。
【００４７】
このように、本実施の形態では、蒸気タービン低圧部６に案内される主蒸気が、冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気量を上回ったとき、その冷却蒸気の供給を自動的にカットできるようにしたので、上述第２実施の形態と同様に、冷却蒸気系ＣＳの蒸気源２２は蒸気量および蒸気圧を安定状態に置くことができる。
【００４８】
図７は、本発明にかかる第３実施の形態の変形例を示す概略系統図である。なお、第３実施の形態と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４９】
本変形例では、図６に示されている第３実施の形態中、高圧加減弁１７の弁リフト検出器３８に代えて流量計４１を主蒸気系ＭＳに設けたものである。弁リフト、つまり弁開度によって求められる蒸気量と、流量計の蒸気量とは一致するからである。
【００５０】
したがって、本実施の形態では上述第３実施の形態と同様に、主蒸気が冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気を上回ったとき、冷却蒸気制御系ＣＳＣにより冷却蒸気系ＣＳの冷却蒸気をカットでき、冷却蒸気系ＣＳの蒸気源２２を、蒸気安定状態の下に保持することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置では、排熱回収ボイラの低圧ドラムと蒸気タービン低圧部とを接続する低蒸気系に、冷却蒸気系を付設追加し、この冷却蒸気系により低圧蒸気系が蒸気タービン低圧部の風損に伴う過加熱状態を回避するに必要な蒸気量の不足分をバックアップし、しかもこのバックアップ蒸気量を最低必要限度にとどめるよう制御系を設けたので、従来のように単一軸（回転軸）の回転数を低くホールドすることなく風損に伴う過加熱を回避して起動時間の短縮化を図ることができ、風損に伴う過加熱に必要な冷却蒸気を確実に確保することができ、冷却蒸気系の蒸気源からの冷却蒸気を蒸気タービン低圧部に安定供給をすることができる。
【００５２】
また、本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置では、蒸気タービン低圧部に供給する冷却蒸気系の冷却蒸気を、最低必要限度にとどめるために、再熱蒸気系の再熱蒸気あるいは主蒸気系の主蒸気を風損に伴う過加熱回避として活用するので、冷却蒸気系の蒸気源からの冷却蒸気の消費を軽減することができ、蒸気源は安定した蒸気量および蒸気圧を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置の実施の形態を示す概略系統図。
【図２】本発明にかかる第１実施の形態の変形例を示す概略系統図。
【図３】復水器の真空度と冷却蒸気量との関係を示すグラフ。
【図４】本発明にかかる第２実施の形態を示す概略系統図。
【図５】本発明にかかる第２実施の形態の変形例を示す概略系統図。
【図６】本発明にかかる第３実施の形態を示す概略系統図。
【図７】本発明にかかる第３実施の形態の変形例を示す概略系統図。
【符号の説明】
１ ガスタービン
２ 燃焼器
３ 圧縮機
４ 蒸気タービン高圧部
５ 蒸気タービン中圧部
６ 蒸気タービン低圧部
７ 発電機
８ 過熱器
９ 再熱器
１０ 高圧ドラム
１１ 高圧蒸発器
１２ 中圧ドラム
１３ 中圧蒸発器
１４ 低圧ドラム
１５ 低圧蒸発器
１６ 節炭器
１７ 高圧加減弁
１８ 中間阻止弁
１９ 復水器
２０ 復水ポンプ
２１ 低圧加減弁
２２ 蒸気源
２３，２６，３４，４１ 流量計
２４ 逆止弁
２５ 冷却蒸気供給弁
２７ 流量調節弁
２８ 加算部
２９ 比較部
３０，３５，３９ 設定器
３１ 調節部
３２ 真空度計
３３ 関数発生器
３６，４０ 比較演算部
３７ 圧力計
３８ 弁リフト検出器
ＧＴ 原動機部
ＨＲＳＧ 排熱回収ボイラ
ＭＳ 主蒸気系
ＲＨＳ 再熱蒸気系
ＬＳ 低圧蒸気系
ＣＳ 冷却蒸気系
ＣＳＣ 冷却蒸気制御系
Claims (9)
- 単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系とを備える一方、上記低圧蒸気系の流量計の出力信号と上記冷却蒸気系の流量計の出力信号との合計流量和のうち、上記冷却蒸気系からの冷却蒸気量の占める割合が所与値を越えないように、上記冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたことを特徴とする一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系は、低圧蒸気系の流量計の出力信号と上記冷却蒸気系の流量計の出力信号とを加算する加算部と、この加算部からの出力信号に設定器からの所与値を突合わせる比較部と、この比較部からの偏差に基づいて上記冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える調節部とを有する構成にしたことを特徴とする請求項１記載の一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系の設定器の所与値は、復水器から求めた真空度に見合う冷却蒸気量を算出する関数発生器の出力信号により定められたことを特徴とする請求項２記載の一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系と、上記排熱回収ボイラの再熱器からの再熱蒸気を、上記蒸気タービン中圧部を介して上記蒸気タービン低圧部に案内する再熱蒸気系とを備える一方、この再熱蒸気系に流量計を設け、この流量計が再熱蒸気のみで上記蒸気タービン低圧部の冷却を賄えることを検出したとき、上記冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたことを特徴とする一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系は、再熱蒸気系の流量計の出力信号と、設定器から予じめ定められた所与値の出力信号とを突合わせ、上記流量計の出力信号が上回ったとき、弁閉信号を作り出す比較演算部を備えたことを特徴とする請求項４記載の一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 再熱蒸気系に設けた流量計に代えて圧力計を設けたことを特徴とする請求項４記載の一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系と、上記排熱回収ボイラの過熱器からの主蒸気を、上記蒸気タービン高圧部、上記排熱回収ボイラの再熱器、上記蒸気タービン中圧部を介して上記蒸気タービン低圧部に案内する主蒸気系とを備える一方、この主蒸気系の高圧加減弁の弁開度を検出する弁リフト検出器を設け、この弁リフト検出器が主蒸気のみで上記蒸気タービン低圧部の冷却を賄えることを検出したとき、上記冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたことを特徴とする一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系は、主蒸気系の高圧加減弁の弁リフト検出器の出力信号と設定器から予じめ定められた所与値の出力信号とを突合わせ、上記弁リフト検出器の出力信号が上回ったとき、弁閉信号を作り出す比較演算部を備えたことを特徴とする請求項７記載の一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 主蒸気系の蒸気加減弁に設けた弁リフト検出器に代えて流量計を設けたことを特徴とする請求項７記載の一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
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