JP3694530B2

JP3694530B2 - 一軸型コンバインドサイクルプラント及びその運転方法

Info

Publication number: JP3694530B2
Application number: JP50265398A
Authority: JP
Inventors: 憲久和田; 春雄漆谷; 継男橋本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2016-06-26
Also published as: EP0908603B1; DE69633794T2; EP0908603A1; EP0908603A4; WO1997049903A1; DE69633794D1; US6223518B1

Description

技術分野
本発明は、ガスタービンと蒸気タービンが一軸として結合され蒸気タービンが再熱型であるコンバインドサイクルプラントに関する。
背景技術
従来の一軸コンバインドサイクルプラントのうち再熱型プラントでは、例えば、特開昭62−101809号公報には、高圧タービンへ供給する蒸気を高圧タービンをバイパスして再熱タービンに蒸気を供給し、高圧タービンを復水器と連通させて、蒸気タービンの起動時に高圧タービン及び再熱タービンの風損に伴う加熱を防止することが記載されている。
発明の開示
起動条件等の影響によっては、高圧タービンに供給された蒸気が排熱回収ボイラの再熱器で過熱されて再熱タービンに供給される場合がある。
一軸コンバインドサイクルプラントにおいて単機容量の増大化した場合、ガスタービンの出力増加に伴い蒸気タービンも出力上昇を図ることになり、これに伴い蒸気タービンの動翼の翼長が長くなり風損に伴う発熱の影響が大きくなる。
そこで、本発明の目的は再熱型の一軸コンバインドサイクルプラントにおいて、起動時に排熱回収ボイラによる蒸気の過熱による影響を抑制しつつ安定して高圧タービン及び再熱タービンの風損による影響を抑制できるコンバインドサイクルプラント及びコンバインドサイクルプラントの起動方法を供給することにある。
本発明の第１の特徴は、ガスタービンと、該ガスタービンから排出される排熱により蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラから発生した蒸気により駆動される蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンのロータと前記蒸気タービンのロータとが連結されており、前記蒸気タービンは該排熱回収ボイラの過熱器で発生した高圧蒸気を供給して駆動される高圧タービンと、該高圧タービンを経た蒸気を前記排熱回収ボイラの再熱器で再熱し、該再熱蒸気を供給して駆動される再熱タービンとを備えた一軸型コンバインドサイクルプラントにおいて、
前記高圧タービンを出た蒸気が前記再熱器に至る経路と前記再熱器から再熱タービンに至る経路とを連絡するバイパス経路を設けるものである。
これにより、プラント起動時は、以下の行程を有する。
ガスタービンを起動させてその回転数を上げる第１の行程、ガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに供給し、その排熱回収ボイラで蒸気を発生させる第２の行程、前記排熱回収ボイラで発生させた蒸気をガスタービンと共に回転する前記高圧タービンに供給し、この高圧タービンを経た蒸気を、前記高圧タービンを出た蒸気が前記再熱器に至る経路と前記再熱器から再熱タービンに至る経路とを連絡するバイパス経路を通して、前記再熱タービンに供給する第３の行程、前記排熱回収ボイラから発生した蒸気が所望の条件になった後、前記過熱器より生じた蒸気を再熱器を経て再熱タービンに供給する第４の行程、前記蒸気タービンから出力を得る第５の行程を有する。
本発明により排熱回収ボイラから発生した蒸気が再熱タービンへ供給される前に再加熱されることを抑制できるので、再熱タービンの風損による過熱を冷却できる程度の蒸気を供給することができる。
また、再熱タービンの風損に伴う過熱により、タービントリップに至ることも抑制できる。
本発明の第２の特徴は、
前記再熱タービンに蒸気を供給する別設の蒸気供給手段を備え、前記第３の蒸気経路と第１の蒸気経路とを連絡する蒸気連絡経路を備え、前記蒸気供給手段から供給された蒸気が再熱タービンを経て前記第２の蒸気経路に流下した蒸気を、前記第２の蒸気経路外に排出する排出手段を設けるものである。
また、起動時には以下の行程を有するものである。
ガスタービンを起動させてその回転数を上げる第１の行程、ガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに供給し、その排熱回収ボイラで蒸気を発生させる第２の行程、別設の前記蒸気供給手段から蒸気を再熱タービンに供給し、前記第３の蒸気経路と前記第１の蒸気経路とを連絡するように設けられた蒸気連絡経路を通して、前記再熱タービンを経た蒸気を前記高圧タービンに供給し、前記高圧タービンを経て前記第２の蒸気経路に流下した蒸気を前記第２の経路に設けた排出手段を介して、前記第２の蒸気経路外に排出する第３の行程、前記排熱回収ボイラから発生した蒸気が所望の条件になった後、前記過熱器より生じた蒸気を再熱器を経て再熱タービンに供給する第４の行程、前記蒸気タービンから出力を得る第５の行程を有する。
これにより、再熱タービンを経た後のクーリング蒸気が排熱回収ボイラで再熱され、従来低温にて設計されている高圧タービン下流の低温再熱管に高温蒸気が流入することを防ぐことができる。
本発明の第３の特徴は、
第２の蒸気経路の逆止弁の上流側に配置され前記高圧タービン内の蒸気を前記高圧タービン外に排出する第１の排出手段と、前記再熱タービンに蒸気を供給する別設の蒸気供給手段を備え、前記蒸気供給手段から供給された蒸気が再熱タービンを経て前記第３の蒸気経路に流下した蒸気を前記第３の蒸気経路外に排出する第２の排出手段とを有し、
該第２の排出手段は前記第３の経路に設けられ前記再熱タービンへの蒸気量を調整する再熱蒸気弁より下流側に位置されるものである。
これにより、起動時には以下の行程を有するものである。
ガスタービンを起動させてその回転数を上げる第１の行程，ガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに供給し、その排熱回収ボイラで蒸気を発生させる第２の行程、第２の蒸気経路の逆止弁の上流側に配置され、前記高圧タービン内の蒸気を前記高圧タービン外に排出する第１の排出手段より前記高圧タービン内の残存蒸気を排出し、別設の蒸気供給手段より前記再熱タービン及び前記低圧タービンへ蒸気を供給し、前記第３の蒸気経路に配置され、蒸気を前記第３の蒸気経路外に排出する第２の排出手段により、前記再熱タービンを経て前記第３の蒸気経路に流下した蒸気を排出する第３の行程、前記排熱回収ボイラから発生した蒸気が所望の条件になった後、前記過熱器より生じた蒸気を再熱器を経て再熱タービンに供給する第４の行程、前記蒸気タービンから出力を得る第５の行程、である。
これにより、高圧タービン及び再熱タービンの風損による過熱を抑制できると共に、再熱器で再熱された蒸気が再熱タービンや高圧タービン下流の低温再熱管に高温蒸気が流入することがない。
以上述べた本発明は、特に、一旦運転を停止し、その後あまり期間を置かずに再度起動するような場合や、起動時に何らかの条件によりガスタービン立ちあげから蒸気タービンに通気し出力を得始めるまでに長い時間要するような場合、にも有効に運転できる。
以上のように、本発明は、起動条件等によっては、高圧蒸気タービンから出た蒸気が排熱回収ボイラにより過熱され、再熱タービンに供給された時に風損に伴うタービンの過熱を冷却できなくなってしまうことに着目し、これを防ぐことにより高圧タービン及び再熱タービン共に、風損による過熱の抑制ができる。
再熱型の一軸コンバインドサイクルプラントにおいて、起動条件等の影響により排熱回収ボイラによる蒸気の過熱による影響を抑制しつつ安定して高圧タービン及び再熱タービンの風損による影響を抑制できるコンバインドサイクルプラントを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一軸コンバインドサイクルプラントの概略構成図である。
第２図は本発明を適応する状態の一例の概略図である。
第３図は本発明の一実施例の概略説明図である。
第４図は本発明の一実施例の概略説明図である。
第５図は本発明の一実施例の概略説明図である。
第６図は本発明の一実施例の概略説明図である。
発明を実施するための最良の形態
ガスタービンと蒸気タービンが一軸として結合されたコンバインドサイクルプラント発電設備においては、ガスタービンを単独で運転することが可能な場合、該ガスタービンの運転により蒸気タービンが高速で回転させられることになる。本発明では、この時、蒸気タービンの動翼はグランドシール蒸気の流入によりタービン内部に滞留する蒸気との摩擦熱、いわゆる風損により加熱され、この風損による加熱量が蓄積された場合、ついにはタービンが高温に過熱されることを抑制できる。
この温度上昇を防止するため、従来の一軸コンバインドサイクルプラントにおいては、動翼の翼長が長く風損による温度上昇が懸念される中低圧タービンのみにクーリング蒸気を供給し、風損による発熱量を後段に流し去ることにより熱の蓄積を回避し蒸気タービン内部の温度上昇を防止している。以下に説明する。
尚、本発明は、以下に示す実施の形態のみに限られるものではない。
第１図は本発明の再熱型の一軸コンバインドサイクル発電設備の概略構成図である。
本発明の共通部分の概略を以下に述べる。
１０はガスタービン、２０は蒸気タービン、尚、２１は高圧タービン、２２は再熱タービン、２３は低圧タービン、２５は復水器、６２は発電機を示す。また、ガスタービン１０の排ガス９１を熱源とする排熱回収ボイラ３０、３１は低圧ドラム、３２は中圧ドラム、３３は高圧ドラム、３４は再熱器、を示す。ロータ６４はガスタービン１０と蒸気タービン２０とを連絡している。
７１は高圧ドラム３３と高圧タービン２１とを連絡する高圧蒸気配管であり、４１は３３で発生した蒸気の高圧タービン２１への供給量を制御する高圧蒸気弁である。７２は高圧タービン２１と再熱器３４とを連絡する低温再熱蒸気配管である。７３は再熱器３４と再熱タービン２２とを連絡する高温再熱蒸気配管であり、４２は再熱器３４で加熱した再熱蒸気の再熱タービン２２に供給する量を制御する再熱蒸気弁である。７４は再熱タービン２２出口と低圧タービン２３入口とを連絡するクロスオーバー管である。８３は高圧タービンバイパス管であり、４７は高圧タービンバイパス弁である。８４は再熱タービンバイパス管であり、５２は再熱タービンバイパス弁である。８５は高圧タービン配管系であり、５３は高圧調整弁であり、８６は低圧蒸気管であり、４３は低圧ドラム３１で生じた低圧蒸気の低圧タービン２３への供給量を制御する低圧蒸気弁である。４６は中圧ドラム３２で生じた中圧蒸気の再熱タービン２２への供給量を制御する中圧蒸気弁である。９２は復水器で復水した後の給水配管を示し、６３は低圧給水ポンプ、６４は中圧給水ポンプ、６５は高圧給水ポンプを示す。給水低圧ポンプ６３で昇圧された給水を中圧ドラム３２，高圧ドラム３３に対応するようさらに高圧に昇圧する。
尚、信号線及び制御手段等は省略している。
本発明は、高圧タービンと再熱タービンとを接続する蒸気配管系統途中を弁で仕切られた再熱型一軸コンバインドサイクルプラントの高圧タービン再熱タービンの過熱防止を行うことができる。
前記のプラントの通常運転時は、ガスタービン１０からの燃焼排ガス９１が排熱回収ボイラ３０に供給される。該排熱回収ボイラ３０は燃焼排ガス９１を熱源として複数の熱交換部で熱交換され、高圧蒸気，中圧蒸気，低圧蒸気が発生する。
高圧ドラム３３から発生した高圧蒸気は高圧蒸気配管７１を通り、高圧蒸気弁４１を介して高圧タービン２１に供給される。例えば、蒸気温度５３８℃程度で流量１８０ｔ／ｈ程度で圧力１００ata程度の蒸気が供給できる。高圧タービン２１で仕事をした後の低温再熱蒸気管７２を流れる低温再熱蒸気は、再熱器３４で再熱され高温再熱蒸気となる。高温再熱蒸気は高温再熱蒸気管７３を流れて再熱蒸気弁４２を介して再熱タービン２２に供給される。例えば、前記高圧タービンに供給された蒸気温度とほぼ同程度で圧力２５ata程度の蒸気が供給できる。
再熱タービン２２を経た蒸気は、クロスオーバー管７４を通り、低圧タービン２３に供給される。例えば、再熱タービンに供給される温度より低く圧力４ata程度の蒸気が供給できる。低圧タービン２３を経た蒸気は復水器２５で復水され、給水配管９２では給水ポンプ６３により再び排熱回収ボイラ３０へ供給され、再び蒸気源として利用できる。一例として、復水器は真空ポンプにより、圧力０.０５ata程度にされる。
また、ガスタービン１０と蒸気タービン２０とを連絡するロータ６４の回転により、該ロータ６４で連結する発電機６２により発電される。
尚、前記中圧ドラム３２から発生した中圧蒸気を、図のように中圧蒸気弁４６を介して低温再熱蒸気配管７２にまたは別の中圧蒸気弁４８を介して高温再熱蒸気配管７３に混合されるようにしてもよい。さらに、低圧ドラム３１の低圧蒸気を低圧蒸気弁４３を介してクロスオーバー管７４に供給し、低圧タービン２３への蒸気量を増大させることができる。プラント規模によって異なるが、例えば、２５ｔ／ｈ程度を流すことができる。中圧蒸気及び低圧蒸気は各々、中圧蒸気調整弁６６（または６７）及び低圧蒸気調整弁６８により所望の蒸気条件に調整出来る。
次に起動時の概要を第１図及び第２図の記載を参照して以下に示す。
本発明の一軸型コンバインドサイクルプラントは、まずガスタービン１０に点火し順次回転数を上昇させる。定格回転数付近になったらガスタービン１０から出力を得始める。
ガスタービンの排ガス９１により排熱回収ボイラ３０が所定の蒸気条件になったら、蒸気タービン２０へ本格的な通気がされ、蒸気タービン２０の起動がされる。
ガスタービン１０の起動から蒸気タービン２０への通気開始までは、例えば、高圧蒸気弁４１，中圧蒸気弁４６（または４８）及び低圧蒸気弁４３及び再熱蒸気弁４２を閉じる。
例えば、高圧ドラム３３で発生した蒸気は、高圧調整弁５３を開して高圧タービン配管系統８５を経て復水器に供給することで蒸気条件を高めるまで待機することができる。
また、高圧タービンバイパス系統を設置した場合には、高圧タービンバイパス弁４７を開して高圧タービンバイパス管８３を経て低温再熱配管７２へ流れ、高温再熱蒸気配管７３から再熱タービンバイパス弁５２を開して、再熱タービンバイパス管８４を通り復水器に供給することで蒸気条件を高めるまで待機することもできる。
蒸気タービン２０から出力を得る行程においては、高圧調整弁５３を閉すると共に高圧蒸気弁４１を開けて、排熱回収ボイラ３０から発生した蒸気が高圧タービン２１へ供給されるようにする。
或いは、例えば、通気から定格出力の数％〜２０％程度までは再熱蒸気弁４２を開けて高圧調整弁５３を閉して排熱回収ボイラ３０から発生した蒸気が高圧タービンバイパス弁４７を介して再熱タービン２２および低圧タービン２３に供給されるようにする。通気開始から徐々に蒸気タービン２０への供給量を増加する。
前記定格出力の数％〜２０％程度以上とする際は、高圧蒸気弁４１を開けて高圧タービンバイパス弁４７を閉じ、排熱回収ボイラ３０から発生した蒸気が高圧タービン２１へ供給されるようにすることもできる。
本発明の第１の実施例を第１図の概要構成図及び、第３図の実施例の概要説明図を用いて説明する。
前記共通の構成に加えて、排熱回収ボイラと並列の配置の低温再熱配管７２と高温再熱配管７３とを連絡するバイパス経路７５を備え、高圧タービン２１を経た蒸気が排熱回収ボイラ３０の再熱器３４又は前記バイパス経路７５のいずれを流れるかを制御するためバイパス弁４４と低温再熱蒸気弁１０１を設ける。
前記ガスタービン起動から蒸気タービンへの通気がされるまでの間に、高圧タービン２１と再熱タービン２２にクーリング蒸気を供給してこれらのタービンの風損による加熱を防止できる。
高圧蒸気弁４１，再熱蒸気弁４２，バイパス制御弁４４を開け、高圧タービンバイパス弁４７及び再熱タービンバイパス弁５２を有する場合にはこれらを、また低温再熱蒸気弁１０１を閉じる。バイパス制御弁４４及び低温再熱蒸気弁１０１との切替等は図示していない制御装置により行われる。
排熱回収ボイラ３０の高圧ドラム３３で発生した高圧蒸気の一部を高圧タービン２１に供給してクーリングを行う。供給温度は蒸気タービンのメタル温度等の条件により決まるが、例えば、２５０℃以上で２ｔ／ｈ程度のクーリング蒸気を供給できる。
高圧蒸気弁４１はクーリング蒸気として必要な量を流すことができる程度の所定量に開する。尚、必要によっては、高圧ドラム３３で発生した蒸気のうち、クーリング蒸気として供給しない蒸気は例えば、高圧蒸気配管７１から所定の開度にした高圧調整弁５３を備えた高圧タービン配管系８５を経て復水器に供給してもよい。
高圧蒸気タービンを経た蒸気は低温再熱蒸気配管７２を流れ、排熱回収ボイラ３０の高圧ドラム３３をバイパスするようにバイパス経路７５を通り高温再熱蒸気配管７３に入る。そして所定の開度となっている再熱蒸気弁４２を経て再熱タービン２２に供給される。その後、クロスオーバー管７４を通り低圧タービン２３を経て、復水器２５へ供給される。
これにより、高圧タービン２１および再熱タービン２２の各段落の動翼の風損により発生した熱量を後段に流し去り、熱の蓄積を回避して各々のタービンの冷却を行うことができる。高圧タービンを経た蒸気が排熱回収ボイラ３０をバイパスして再加熱されないようにすることができ、再熱タービン２２に供給するため再熱タービンの風損を防ぐ作用を十分発揮できる。再熱器３４による加熱量がクーリング効果を損なわなければバイパス制御弁４４を閉じ、低温再熱蒸気弁１０１を開しておき、バイパス管７５を持たない構成と同様としてもクーリング効果を得ることができる。また起動時の排熱回収ボイラ３０があまり昇温されていない状態のときに、再熱器３４で熱を奪うことがないため、排熱回収ボイラ３０をより早く昇温できる。
クーリング蒸気供給に際し、排熱回収ボイラ３０の発生蒸気量が少なくクーリング効果を満足できない場合には、さらに、補助蒸気供給装置６１ａ，調整弁５５ａ，逆止弁５６ａを高圧蒸気配管７１の高圧蒸気弁４１の前または後に連絡させるよう配設する。これにより、高圧タービン２１への供給蒸気の一部又は全部を補助蒸気供給装置６１ａからの蒸気で担い、補助蒸気をクーリング蒸気として十分なクーリング蒸気量を確保し供給する。
また高圧タービン２１と再熱タービン２２とを比較すると、再熱タービン２２の方が翼車径や動翼の翼長が長いため、これに伴い風損による発熱量が高圧タービン２１より再熱タービン２２が大きくなる。従ってクーリングを実施する際の必要クーリング蒸気量も再熱タービン２２の方が多くなり、クーリング蒸気供給による蒸気の損失を最小限に抑える最適なクーリング蒸気量を供給するためには、高圧蒸気弁４１からは高圧タービン２１及び再熱タービン２２のクーリングを満足させることの可能なクーリング蒸気量を供給することが必要である。
尚、必要に応じてさらに、補助蒸気供給装置６１ｂを調整弁５５ｂ及び逆止弁５６ｂを低圧蒸気管に連絡させるように配置できる。
再熱タービン２２を経てクロスオーバー管７４を流れる蒸気に補助蒸気供給装置６１ｂからのクーリング蒸気を供給して低圧タービン２３に供給する蒸気量を増加することができ、高圧タービン２１や再熱タービン２２と比べて大型化する低圧タービン２３に必要な量のクーリング蒸気を供給できる。これにより、高圧タービン２１，再熱タービン２２，低圧タービン２３の各々の風損による過熱を抑制できる。プラントと大きさ等により異なるが、例えば、クロスオーバー管７４を流れる蒸気に１６／ｈ程度の蒸気を加えることができる。
その後、排熱回収ボイラからの蒸気が所望の条件になり、蒸気タービンから出力を得るのに十分な条件になった後、前記のように低温再熱蒸気弁１０１が閉じ、バイパス制御弁４４が開いていた場合には、低温再熱蒸気弁１０１を開し、バイパス制御弁４４を閉じ、高圧蒸気調整弁５３を閉じるとともに（或いは再熱タービンバイパス弁５２を開していた場合は、これを閉じ）、高圧蒸気弁４１を開して排熱回収ボイラ３０で発生した蒸気を高圧タービン，再熱タービン及び低圧タービンに供給して起動する。又、高圧蒸気弁４１を開けた後に中圧蒸気弁４６（又は４８）を開けて、蒸気を供給するようにできる。通気を開始したら、蒸気供給量を徐々に増加し、蒸気タービンから出力を得ることができる。或いは、前記のように低温再熱蒸気弁１０１を開し、バイパス制御弁４４を閉じ、高圧タービンバイパス弁４７を開し、高圧蒸気弁４１を閉じ、排熱回収ボイラ３０で発生した蒸気を再熱タービンに供給し、再熱タービン及び低圧タービンを起動し、順次高圧タービンを起動することもできる。（このような起動をしない場合は、高圧タービンバイパス弁４７，再熱タービンバイパス弁５２を設けなくてもよい。）
前記の蒸気タービンから出力を得るのに十分な条件は、一例として、高圧蒸気配管を流れる蒸気の温度，圧力，過熱度、等をみて判断することができる。例えば、温度及び圧力の検知器１０２を高圧蒸気配管７１に設置して、高圧蒸気タービンに入る蒸気条件を検知するようにできる。尚、蒸気タービンに近い位置に配置することにより蒸気タービンに導入される状態に近い状態を把握できる。また、タービンの保護のためには、前記蒸気温度とタービンメタル温度との差を判断要素としてもよい。或いはさらに、ガスタービン出力を考慮することもできる。
これらの値は、プラントの規模や仕様等により好ましい条件を調整することが好ましい。
一例として、温度は、タービン温度が高い場合は約４５０℃以上、タービン温度が低い場合は約３００℃以上、圧力は３０ata以上（蒸気タービンの通常運転までの時間を短くするためには更に高い条件の方が好ましい）、過熱度は約３０℃以上、であれば蒸気タービンから出力を得始めるよう判断してもよい。また、蒸気温度とタービンメタル温度との差が約３０℃程度に収まったとき、ガスタービン出力が２５％以上になったとき、等を判断要素に加えてもよい。
尚、高圧タービン２１を出た蒸気がバイパス経路７５を流れるようにした際、高圧タービン２１を出た蒸気の全量がバイパス経路７５へ流れる状況でなくとも、高圧タービンを出た蒸気の一部が再熱器３４へも流れるようにしてもよい。
本実施例では、高圧タービン２１を出た蒸気が再熱器３４へ流れるかバイパス経路７５へ流れるかを弁により切り替えているが、弁の一方を省略してバイパス経路７５に蒸気を流す際に一部が再熱器３４へも流れるようにしてもよい。
この場合、起動時にクーリング蒸気を供給する行程が終わった後は、前記高圧ドラム３３で生じた蒸気の実質全量を再熱器３４に供給する行程に移行し、蒸気タービンより出力を得ることができる。
他の実施例を以下に説明する。
第２の実施例を第１図の概要構成図及び、第４図の実施例の概要説明図を用いて説明する。
共通構成に加えて、補助蒸気供給装置６１ｂ，調整弁５５ｂ及び逆止弁５６ｂを低圧蒸気管に連絡させるように配置する。高圧蒸気配管７１と高温再熱蒸気配管７３とを連絡する連絡経路７６を設け連絡制御弁４５を備える。各々の連絡部は、高圧蒸気弁４１及び再熱蒸気弁４２の下流側である。
低温再熱蒸気配管７２に復水器２５と連絡する高圧タービン配管系統８２を連絡し、排出弁５７を設ける。低温再熱蒸気配管７２のうち高圧タービン配管系統８２との連結部の下流側に逆止弁５８を設ける。蒸気を供給する高圧蒸気弁出口圧力と圧力勾配を持たせて蒸気を流す。
前記ガスタービン起動から蒸気タービンへの通気がされるまでの間に、高圧タービン２１と再熱タービン２２にクーリング蒸気を供給してこれらのタービンの風損による加熱を防止できる。
低圧蒸気弁４３，連絡制御弁４５を開けて補助蒸気供給装置６１からの蒸気を、再熱タービン２２，高圧タービン２１、及び低圧タービン２３に流す。蒸気量等はプラントの大きさ等により決まるが、例えば、補助蒸気供給装置６１から１８ｔ／ｈ程度供給し、低圧タービン側に１６ｔ／ｈ程度流し、再熱タービン側に２ｔ／ｈ程度流す。
補助蒸気供給装置６１ｂで生じた蒸気は調整弁５５ｂ及び逆止弁56ｂを経て低圧蒸気管８６を流れ、所定開度に制御した低圧蒸気弁４３を経て再熱タービン２２に蒸気が供給される。再熱タービン２２を経た蒸気は再熱タービン２２の入口側から蒸気連絡経路７６に流入し、連絡制御弁４５を経て高圧蒸気配管７１にはいり、高圧タービン２１に供給される。
その後、高圧タービン２１を経た蒸気は低温再熱蒸気配管７２に設けられた高圧タービン配管系統８２に流れ込み所定の開度にした排出弁５７を介して低温再熱蒸気配管７２の系外に排出される。その後復水器に入る。
尚、低圧ドラム３１からの、低圧蒸気を併せて供給し蒸気量を調整してもよい。
これにより、高圧タービン２１及び再熱タービン２２の各段落の風損による発熱量を、再熱タービンの前段や高圧タービンの後段に流し、熱の蓄熱を回避してクーリング効果を得ることができる。
例えば、再熱蒸気弁４２を開して高圧タービン２１に排気側から供給すると、クーリング蒸気が再熱器３４により加熱され、従来低温にて設計されている低温再熱配管７２に高温蒸気が流入することから、再熱器３４をバイパスする再熱タービン入口部と高圧タービン排気部とを接続する蒸気連絡経路７６を設置し、これを介してクーリング蒸気を高圧タービン２１に供給することによりこれを防ぐことができる。また再熱蒸気弁４２及び高圧蒸気弁４１は全閉とし、更に低温再熱蒸気配管７２の高圧タービン排気部近傍にある逆止弁５８により、クーリング蒸気の流れの阻害を防止することができる。
低圧蒸気弁４３から供給するクーリング蒸気は、低圧タービン２３側と再熱タービン２２を介して高圧タービン２１に供給する側に別れて供給されるが、これらの流路の圧力損失が異なるため、クーリング蒸気の供給量はこの圧力バランスにより決定される。また風損による発熱量は高圧タービン２１，再熱タービン２２及び低圧タービン２３各々で異なる。これに伴い必要クーリング蒸気量も各々異なるため、低圧蒸気弁４３から供給するクーリング蒸気量は、この圧力バランスと必要クーリング蒸気量を考慮し決定する。
これらから高圧，再熱及び低圧タービン各々のクーリングができる。
尚、本実施例のように、補助蒸気供給装置６１ｂを一つ設けることが実用的である。
尚、本実施例では、蒸気連絡経路７６は高圧タービンの出口側の近傍の低温再熱蒸気配管７２に連絡されているが、低温再熱蒸気配管７２に連絡されている高圧タービン配管系統８２に代えてこの蒸気連絡経路７６を連絡し、更に高圧タービン２１の入口側の近傍の高圧蒸気配管７１の高圧蒸気弁４１の下流側に、復水器２５につながっている高圧タービン配管系統８２が連絡されるようにしても同様の効果を得ることができる。この場合、高圧タービン２１中を出口側から入口側に流れる。
その後、排熱回収ボイラからの蒸気が所望の条件となり、蒸気タービンから出力を得るのに十分な条件になったら、再熱蒸気弁４２を開し、連絡制御弁４５を閉じ、高圧調整弁５３を閉じ（或いは再熱タービンバイパス弁５２を閉じ、高圧タービンバイパス弁４７を閉じて）、高圧蒸気弁４１を開け、排熱回収ボイラ３０で発生した蒸気を高圧タービン，再熱タービン及び低圧タービンに供給して起動する。或いは高圧調整弁５３を閉じ（或いは再熱タービンバイパス弁５２を閉じ）ると共に再熱蒸気弁４２を開し、連絡制御弁４５を閉じ、排熱回収ボイラ３０で発生した蒸気を再熱タービンに供給し、再熱タービン及び低圧タービンを起動し、順次高圧タービンを起動する。
この場合、起動時にクーリング蒸気を供給する行程が終わった後は、前記高圧ドラム３３で生じた蒸気の実質全量を再熱器３４に供給するようにできる。
通気を開始したら、蒸気供給量を徐々に増加し、蒸気タービンから出力を得ることができる。前記の排熱回収ボイラから出た蒸気の条件等は前述の判断要素及び条件を使用できる。
他の実施例を以下に説明する。
第３の実施例を第１図の概要構成図及び、第５図の実施例の概要説明図を用いて説明する。
前記の共通の構成に加えて、補助蒸気供給装置６１ｂを調整弁５５ｂ及び逆止弁５６ｂを低圧蒸気管に連絡させるように配置する。高温再熱蒸気配管７３に復水器２５とを連絡する配管系統８１を前記再熱蒸気弁４２の下流側に設け、再熱タービン排出弁５１を設ける。低温再熱蒸気配管７２に復水器２５と連絡する高圧タービン配管系統８２を連絡し、排出弁５７を設ける。低温再熱蒸気配管７２のうち高圧タービン配管系統８２との連結部の下流側に逆止弁５８を設ける。
前記ガスタービン起動から蒸気タービンへの通気がされるまでの間に、高圧タービン２１と再熱タービン２２および低圧タービン２３と復水器２５とを連絡し、再熱タービン２２および低圧タービン２３にクーリング蒸気を供給してこれらのタービンの風損による加熱を防止できる。
低圧蒸気弁４３，再熱タービン排出弁５１及び排出弁５７を開し、補助蒸気供給装置６１ｂからの蒸気を、低圧タービン２３、さらに再熱タービン２２に流す。流す蒸気量はプラントの大きさにより異なるが、例えば、低圧タービン側に１６ｔ／ｈ再熱タービン側に２ｔ／ｈ程度流すことができる。
補助蒸気供給装置６１ｂは、調整弁５５ｂと逆止弁５６ｂとを通り、低圧蒸気管８６に供給する。必要な蒸気量を流す程度の開度に制御した低圧蒸気弁４３を経て再熱タービン２２に蒸気が供給される。再熱タービン２２を経た蒸気は高温再熱蒸気配管７３に入り、配管系統８１に流れこみ、再熱タービン排出弁５１を介して高温再熱蒸気配管７３から排出される。この後復水器２５に供給される。
高圧蒸気弁４１は閉しているので高圧タービン２１の残存蒸気は、低温再熱蒸気配管７２に入り、高圧タービン配管系等８２を流れて排出弁５７を介して該低温再熱蒸気配管７２の系外に排出され、その後復水器２５に供給される。
風損による発熱量は翼車径や動翼の翼長の長さに比例する他、蒸気タービン内部の動翼のさらされる雰囲気中の蒸気比重量、すなわち蒸気圧力にも比例するため、この蒸気タービン２０内部圧力を極力低くすることにより、風損の発生熱量を低減することが可能となる。この手段を実現するため、高圧タービン２１及び再熱タービン２２に流入する蒸気を極力遮断すると共に、各蒸気タービン２０を真空状態にある復水器と接続し、蒸気タービン２０内部の圧力を低下させる方法を用いる。
高圧タービン２１の内部を低圧状態とするため、高圧蒸気弁４１を全閉し高圧ドラム３３からの発生蒸気を遮断し、また高圧タービン２１排気部側の低温再熱蒸気配管７２に逆止弁５８を設置し再熱器３４側と遮断すると共に、復水器２５と直接接続する高圧タービン配管系統８２を設置し、強制的に高圧タービン２１内のグランドシール蒸気の流入等により残存する蒸気を復水器２５に排出させる。また再熱タービン２２においても再熱蒸気弁４２を全閉として再熱蒸気を遮断すると共に、再熱タービン２２入口部にも同様に復水器２５と直接接続する配管系統８１を設置することにより、強制的に再熱タービン２２内の蒸気を復水器２５に排出させ、再熱タービン２２内部を低圧状態とする。ここで低圧タービン２３は翼長が長いため、風損による発熱量が小さい復水器による真空状態下においてもその発熱量が大きいため、強制的に冷却させるクーリング蒸気を供給することが好ましい。ここで前記真空とは復水器２５に接続する真空ポンプにより得られる程度の真空度或いは復水器に連絡することにより得られる程度の真空度をいう、以下同様である。
これにより、再熱蒸気が再熱蒸気タービン２２に供給されることを抑制し、風損により発熱し、熱の滞留を抑制できる。また、低圧蒸気弁４３から供給された蒸気の一部はクロスオーバー管７４で分岐されて低圧蒸気タービン２３に供給される。
再熱器３４により過熱された蒸気がタービンに供給されることを抑制でき、各タービンの温度上昇を防止することが可能となる。
本実施例の形態では再熱蒸気弁４２，逆止弁５８により排熱回収ボイラの影響を完全に遮断することができる。また、補助蒸気発生器の容量を小さくすることができる。
また、高圧蒸気弁４１を閉として、高圧タービン２１内の蒸気を高圧タービン配管系統８２を経て復水器２５に流し、高圧タービン２１内を低圧にしているが、高圧蒸気弁４１を規定開度に開け、高圧ドラム３３からの蒸気のうち一部をクーリング蒸気として高圧タービン２１に供給する。例えば、高圧タービン２１を経た蒸気を低温再熱蒸気配管７２から高圧タービン配管系統８２に流れ、復水器２５に流入される。このようにしても、再熱器３４による再熱の影響を受けずに、各タービンの風損を抑制できる。
その後、排熱回収ボイラからの蒸気が所望の条件となり、蒸気タービンから出力を得るのに十分な条件になったら、再熱蒸気弁４２を開し、低圧蒸気弁４３を閉じ、連絡制御弁４５を閉じ、高圧調整弁５３を閉じ（或いは再熱タービンバイパス弁５２を閉じて高圧タービンバイパス弁４７を閉じて）、高圧蒸気弁４１を開け、排熱回収ボイラ３０で発生した蒸気を高圧タービン，再熱タービン及び低圧タービンに供給して起動する。或いは高圧調整弁５３を閉じ（或いは再熱タービンバイパス弁５２を閉じ）ると共に再熱蒸気弁４２を開し、低圧蒸気弁４３を閉じ、連絡制御弁４５を閉じ、排熱回収ボイラ３０で発生した蒸気を再熱タービンに供給し、再熱タービン及び低圧タービンを起動し、順次高圧タービンを起動することもできる。通気を開始したら、蒸気供給量を徐々に増加し、蒸気タービンから出力を得ることができる。
起動時にクーリング蒸気を供給する行程が終わった後は、前記高圧ドラム３３で生じた蒸気の実質全量を再熱器３４に供給するようにできる。
前記の排熱回収ボイラから出た蒸気の条件等は前述の判断要素及び条件を使用できる。他の実施例を以下説明する。
第４の実施例を第１図の概要構成図及び、第６図の実施例の概要説明図を用いて説明する。
共通構成に加えて、中圧ドラム３２の蒸気から高温再熱蒸気配管７３への蒸気供給量を調整する中圧蒸気供給弁４８を設ける。低温再熱蒸気配管７２に復水器２５と連絡する高圧タービン配管系統８２を連絡し、排出弁５７を設ける。低温再熱蒸気配管７２のうち高圧タービン配管系統８２との連結部の下流側に逆止弁５８を設ける。
前記ガスタービン起動から蒸気タービンへの通気がされるまでの間に、再熱タービンバイパス弁５２が設置される場合はこれを閉じ、再熱蒸気弁４２を開し、高圧蒸気弁４１を開し、排出弁５７を開する。
高圧タービン２１と再熱タービン２２に高圧ドラム３３及び中圧ドラム３２の各々から蒸気を供給し、高圧タービン及び再熱タービン各々の風損による加熱を防止できる。
中圧ドラム３２から中圧蒸気が中圧蒸気供給弁４８を介して高温再熱蒸気配管７３に供給され、再熱蒸気弁４２から再熱タービン２２に供給される。再熱タービン２２を経た蒸気は低圧タービン２３へと流れ、復水器２５に供給される。
一方、高圧蒸気弁４１を規定量開することにより（全開の１０％以内程度、実用的には２〜３％程度）、高圧ドラム３３の高圧蒸気の一部を高圧タービン２１に供給し、高圧タービン２１を経た蒸気は、低温再熱蒸気配管７２に流れ、排出弁５７を介して高圧タービン配管系統８２を経て復水器２５に流れる。
これにより、排熱回収ボイラ３０で生じた蒸気が再熱されることなく、高圧タービン及び再熱タービンに供給することができる。各タービンの風損に伴う過熱を抑制することができる。
その後、排熱回収ボイラからの蒸気が所望の条件となり、蒸気タービンから出力を得るのに十分な条件になったら、前述のように蒸気タービンから出力を得て通常運転に移行する。前記の排熱回収ボイラから出た蒸気の条件等は前述の判断要素及び条件を使用できる。
第２図は本発明を適応する状態の一例の概略図を示す。Ａは通常起動時、Ｂはクーリング蒸気供給時間が長い場合を示す。
通常の起動Ａでは、ガスタービン１０が起動し、昇速する段階で無通気状態である蒸気タービンは風損による過熱を発生するため、クーリング蒸気の供給が行われる。ガスタービン１０出力上昇に伴い、排熱回収ボイラ３０の発生蒸気条件が所定範囲に成立すると、蒸気タービン２０への本格的な通気が行われ、蒸気タービン２０から出力を得、クーリング蒸気は不要となる。
しかし、Ｂに示すように、起動渋滞発生時や、運転停止後に時間をあまり開けずに再起動する場合や他の機器の診断が必要な場合等のように、蒸気タービンへ２０の本格的通気が始まる前にガスタービン１０単独の運転期間が長期におよぶと、排熱回収ボイラ３０が昇温され高温に成る可能性がある。
前記本格的な通気までの時間は、蒸気タービンのメタル温度条件等により左右されるが、数分からＢの場合のように数時間に及ぶこともある。
Ｂの場合では、クーリング蒸気を排熱回収ボイラ３０を通して再熱タービン２２に蒸気を供給する系統を有する場合には、排熱回収ボイラ３０の再熱器３４でクーリング蒸気が過熱され、過熱されたクーリング蒸気が再熱タービンに供給されるおそれもある。この場合には、排熱回収ボイラ３０から発生した蒸気が再熱して再熱タービン２２に供給されないようにする前述の各実施例で示した本発明が有効に作用する。

Claims

ガスタービンと、該ガスタービンから排出される排熱により蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラから発生した蒸気により駆動される蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンのロータと前記蒸気タービンのロータとが連結されており、前記蒸気タービンは該排熱回収ボイラの過熱器で発生した高圧蒸気が第１の蒸気経路を経て供給されて駆動する高圧タービンと、該高圧タービンを経た蒸気が第２の蒸気経路を経て前記排熱回収ボイラの再熱器で再熱され、該再熱蒸気が第３の蒸気経路を経て供給されて駆動する再熱タービンとを備えた一軸型コンバインドサイクルプラントにおいて、
前記再熱タービンに蒸気を供給する別設の蒸気供給手段を備え、
前記第３の蒸気経路と第１の蒸気経路とを連絡する蒸気連絡経路を備え、
前記蒸気供給手段から供給された蒸気が再熱タービンを経て前記第２の蒸気経路に流下した蒸気を、前記第２の蒸気経路外に排出する排出手段を設けることを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラント。
請求項１の一軸型コンバインドサイクルプラントにおいて、前記第２の蒸気経路外に排出された蒸気は復水器に供給されることを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラント。
ガスタービンと、該ガスタービンから排出される排熱により蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラから発生した蒸気により駆動される蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンのロータと前記蒸気タービンのロータとが連結されており、前記蒸気タービンは該排熱回収ボイラの過熱器で発生した高圧蒸気が第１の蒸気経路を経て供給されて駆動する高圧タービンと、該高圧タービンを経た蒸気が第２の蒸気経路を経て前記排熱回収ボイラの再熱器で再熱され、該再熱蒸気が第３の蒸気経路を経て供給されて駆動する再熱タービンとを備えた一軸型コンバインドサイクルプラントにおいて、
第２の蒸気経路に備えた逆止弁の上流側に配置され、前記高圧タービン内の蒸気を前記高圧タービン外に排出する第１の排出手段と、前記再熱タービンに蒸気を供給する別設の蒸気供給手段を備え、前記蒸気供給手段から供給された蒸気が再熱タービンを経て前記第３の蒸気経路に流下した蒸気を前記第３の蒸気経路外に排出する第２の排出手段とを有し、該第２の排出手段は前記第３の経路に設けられ前記再熱タービンへの蒸気量を調整する再熱蒸気弁より下流側に位置することを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラント。
ガスタービンと、該ガスタービンから排出される排熱により蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラから発生した蒸気により駆動される蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンのロータと前記蒸気タービンのロータとが連結されており、前記蒸気タービンは該排熱回収ボイラの過熱器で発生した高圧蒸気を供給して駆動される高圧タービンと、該高圧タービンを経た蒸気を前記排熱回収ボイラの再熱器で再熱し、該再熱蒸気を供給して駆動される再熱タービンとを備えた一軸型コンバインドサイクルプラントの起動方法において、
ガスタービンを起動させてその回転数を上げる第１の行程、
ガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに供給し、その排熱回収ボイラで蒸気を発生させる第２の行程、
前記排熱回収ボイラで発生させた蒸気をガスタービンと共に回転する前記高圧タービンに供給し、この高圧タービンを経た蒸気を、前記高圧タービンを出た蒸気が前記再熱器に至る経路と前記再熱器から再熱タービンに至る経路とを連絡するバイパス経路を通して、前記再熱タービンに供給する第３の行程、
前記排熱回収ボイラから発生した蒸気が所望の条件になった後、前記過熱器より生じた蒸気を再熱器を経て再熱タービンに供給する第４の行程、
前記蒸気タービンから出力を得る第５の行程、
とを有することを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの起動方法。
ガスタービンと、該ガスタービンから排出される排熱により蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラから発生した蒸気により駆動される蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンのロータと前記蒸気タービンのロータとが連結されており、前記蒸気タービンは該排熱回収ボイラの過熱器で発生した高圧蒸気が第１の蒸気経路を経て供給されて駆動する高圧タービンと、該高圧タービンを経た蒸気が第２の蒸気経路を経て前記排熱回収ボイラの再熱器で再熱され、該再熱蒸気が第３の蒸気経路を経て供給されて駆動する再熱タービンとを備えた一軸型コンバインドサイクルプラントの起動方法において、
ガスタービンを起動させてその回転数を上げる第１の行程、
ガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに供給し、その排熱回収ボイラで蒸気を発生させる第２の行程、
別設の蒸気供給手段から蒸気を再熱タービンに供給し、
前記第３の蒸気経路と前記第１の蒸気経路とを連絡するように設けられた蒸気連絡経路を通して、前記再熱タービンを経た蒸気を前記高圧タービンに供給し、
前記高圧タービンを経て前記第２の蒸気経路に流下した蒸気を前記第２の経路に設けた排出手段を介して、前記第２の蒸気経路外に排出する第３の行程、
前記排熱回収ボイラから発生した蒸気が所望の条件になった後、前記過熱器より生じた蒸気を再熱器を経て再熱タービンに供給する第４の行程、
前記蒸気タービンから出力を得る第５の行程、
とを有することを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの起動方法。
ガスタービンと、該ガスタービンから排出される排熱により蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラから発生した蒸気により駆動される蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンのロータと前記蒸気タービンのロータとが連結されており、前記蒸気タービンは該排熱回収ボイラの過熱器で発生した高圧蒸気が第１の蒸気経路を経て供給されて駆動する高圧タービンと、該高圧タービンを経た蒸気が第２の蒸気経路を経て前記排熱回収ボイラの再熱器で再熱され、該再熱蒸気が第３の蒸気経路を経て供給されて駆動する再熱タービンと、前記再熱タービンを経た蒸気が供給される低圧タービンとを備えた一軸型コンバインドサイクルプラントの起動方法において、
ガスタービンを起動させてその回転数を上げる第１の行程、
ガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに供給し、その排熱回収ボイラで蒸気を発生させる第２の行程、
第２の蒸気経路に備えた逆止弁の上流側に配置され、前記高圧タービン内の蒸気を前記高圧タービン外に排出する第１の排出手段より前記高圧タービン内の残存蒸気を排出し、
別設の蒸気供給手段より前記再熱タービン及び前記低圧タービンへ蒸気を供給し、
前記第３の蒸気経路に配置され、蒸気を前記第３の蒸気経路外に排出する第２の排出手段により、前記再熱タービンを経て前記第３の蒸気経路に流下した蒸気を排出する第３の行程、
前記排熱回収ボイラから発生した蒸気が所望の条件になった後、前記過熱器より生じた蒸気を再熱器を経て再熱タービンに供給する第４の行程、
前記蒸気タービンから出力を得る第５の行程、
とを有することを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの起動方法。