JP3800384B2 - コンバインド発電設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの高温部の一部もしくは全部を蒸気によって冷却するガスタービンを用いたコンバインド発電設備、特に、ガスタービン冷却蒸気の供給に対するコンバインド発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスタービンの高温部を蒸気によって冷却する蒸気冷却型のガスタービンを用いた排熱回収コンバインド発電設備（以下、「プラント」という。）として、高温部を冷却するガスタービンが必要とするガスタービン冷却蒸気の条件（流量、圧力、温度）の観点から、ガスタービン冷却蒸気は、高圧蒸気タービンから送り出される低温再熱蒸気の一部もしくは全部と排熱回収ボイラで発生する中圧蒸気を用いて供給され、冷却により過熱されたガスタービン冷却蒸気は高温再熱蒸気管へ回収させるようにしたものが知られている。この種のプラントに関連する公知例は、例えば米国特許第５５７７３７７号明細書が挙げられる。
この米国特許第５５７７３７７号では、ガスタービン冷却蒸気の供給源として、低温再熱蒸気と中圧蒸気の他に、プラント起動時において蒸気タービンへ蒸気を導入する以前、すなわち、高圧蒸気タービンから低温再熱蒸気が排出されていない時には、排熱回収ボイラから発生する高温の高圧蒸気と高圧一次過熱器出口蒸気も用いることが記載されている。
この種のプラントにおいては、通常、ガスタービンの高温部を冷却するガスタービン冷却蒸気の前述の必要とされる条件（流量・圧力・温度）は、ガスタービン高温部の状態によりガスタービン各負荷においてもそれぞれ指定される。
プラント起動及び停止、負荷上昇及び負荷降下運用を行う場合、ガスタービン冷却蒸気の流量及び圧力については、調整弁制御によりガスタービン負荷に応じたガスタービン冷却蒸気条件に調整することは比較的行い易いが、しかし、ガスタービン冷却蒸気の温度については、蒸気配管と蒸気との間で行われる熱の授受が要因となり、通常運用時のガスタービン冷却蒸気供給源が低温再熱蒸気と中圧蒸気のみではガスタービン負荷変化に対するガスタービン冷却蒸気温度の追従に時間遅れが発生し、ガスタービン冷却蒸気必要温度条件を満たせなくなる、という問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、蒸気冷却型ガスタービンを安全に運用するために設定されたガスタービン各負荷において要求されるガスタービン冷却蒸気の温度許容幅に対して、プラント起動及び停止、負荷上昇及び降下においてもその温度許容幅内となるガスタービン冷却蒸気を供給することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、ガスタービン各負荷に対してガスタービン冷却蒸気の温度許容幅の下限値から所定の幅を持たせた下限域を設定する温度下限域設定手段と、該温度下限域とガスタービン冷却蒸気温度を比較する手段とを設け、ガスタービン冷却蒸気温度が下限域になった時には、高温の高圧蒸気の一部をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン冷却蒸気温度を下限域以上に上昇させ、温度許容幅内となるガスタービン冷却蒸気を供給する。
また、ガスタービン各負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気の必要温度の下限値に対して、所定値を加算した冷却蒸気温度を設定する冷却蒸気温度設定手段と、冷却蒸気温度設定手段で設定された冷却蒸気設定温度と測定されたガスタービン冷却蒸気気温とを比較する温度判定手段を備える冷却蒸気温度上昇制御手段を設け、ガスタービン負荷上昇に伴い、冷却蒸気の必要温度が上昇するために、ガスタービン負荷上昇時にガスタービン冷却蒸気温度が冷却蒸気設定温度を下まわる時には、ガスタービン負荷上昇に先行して高温の高圧蒸気の一部をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン負荷上昇時にガスタービン冷却蒸気温度が冷却蒸気設定温度となるまでガスタービン冷却蒸気を昇温した後、ガスタービン負荷上昇を行う。
また、ガスタービン各負荷に対してガスタービン冷却蒸気の温度許容幅の上限値から所定の幅を持たせた上限域を設定する温度上限域設定手段を設け、ガスタービン冷却蒸気温度が上限域になった時には、ガスタービン冷却蒸気に較べて低温の高圧一次過熱器出口蒸気の一部をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン冷却蒸気温度を上限域より降下させ、温度許容幅内となるガスタービン冷却蒸気を供給する。
また、ガスタービン各負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気の必要温度の上限値に対して、所定値を減算した冷却蒸気温度を設定する冷却蒸気温度設定手段と、冷却蒸気温度設定手段で設定された冷却蒸気設定温度と測定されたガスタービン冷却蒸気気温とを比較する温度判定手段を備える冷却蒸気温度降下制御手段を設け、ガスタービン負荷降下に伴い、冷却蒸気の必要温度が降下するために、ガスタービン負荷降下時にガスタービン冷却蒸気温度が冷却蒸気設定温度を上まわる時には、ガスタービン負荷降下に先行してガスタービン冷却蒸気に較べて低温の高圧一次過熱器出口蒸気の一部をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン負荷降下時にガスタービン冷却蒸気温度が冷却蒸気設定温度となるまでガスタービン冷却蒸気温度を降下させた後、ガスタービン負荷降下を行う。
また、ガスタービン各負荷に対してガスタービン冷却蒸気の温度許容幅の上限値から所定の幅を持たせた上限域を設定する温度上限域設定手段を設け、ガスタービン冷却蒸気温度が上限域になった時には、高圧一次過熱器出口蒸気の一部もしくは全部を高圧二次過熱器をバイパスさせて高圧蒸気温度を降下させ、温度の降下した低温再熱蒸気をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン冷却蒸気温度を上限域より降下させ、温度許容幅内となるガスタービン冷却蒸気を供給する。
また、ガスタービン各負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気の必要温度の上限値に対して、所定値を減算した冷却蒸気温度を設定する冷却蒸気温度設定手段と、冷却蒸気温度設定手段で設定された冷却蒸気設定温度と測定されたガスタービン冷却蒸気気温とを比較する温度判定手段を備える冷却蒸気温度降下制御手段を設け、ガスタービン負荷降下に伴い、冷却蒸気の必要温度が降下するために、ガスタービン負荷降下時にガスタービン冷却蒸気温度が冷却気蒸設定温度を上まわる時には、ガスタービン負荷降下に先行して高圧一次過熱器出口蒸気の一部もしくは全部を高圧二次過熱器をバイパスさせて高圧蒸気温度を降下させ、温度の降下した低温再熱蒸気をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン負荷降下時にガスタービン冷却蒸気温度が冷却気蒸設定温度となるまでガスタービン冷却蒸気温度を降下させた後、ガスタービン負荷降下を行う。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態による蒸気冷却型ガスタービンを用いたコンバインド発電設備（プラント）の全体構成を示す。図１において、蒸気冷却型ガスタービンを用いたプラントは、ガスタービン本体１、空気圧縮機２、燃焼器３、ガスタービン４、高圧蒸気タービン５、中圧蒸気タービン６、低圧蒸気タービン７、発電機８、復水器９、排熱回収ボイラ１０を有する。
ガスタービン本体１では、ガスタービン圧縮機入口吸気１１が空気圧縮機２によって圧縮され、圧縮された吐出空気を燃焼器３へ導入する。一方、燃料供給系統１２から燃焼器３に例えば天然ガス等の燃料を供給し、吐出空気によって燃焼することにより高温の燃焼ガスを得る。この高温の燃焼ガスはガスタービン４において仕事をする。ガスタービン４から排出される高温の排ガス１３は排熱回収ボイラ１０で給水３１、３２、３３との熱交換を行った後、低温の排ガス１４となって煙突などから大気に放出される。
一方、排熱回収ボイラ１０は、高温の排ガス１３の熱を利用して蒸気を発生する。排熱回収ボイラ１０では、効率良く高温の排ガス１３からの熱回収が行えるように、高圧三次過熱器１５、再熱器１６、中圧ドラム２３に接続された中圧過熱器２０、低圧ドラム２４に接続された低圧過熱器２１などの熱交換器が配置されている。高圧三次過熱器１５において発生した高圧蒸気は、高圧蒸気管２５を経て高圧タービン５に送られて仕事をする。その仕事をし終えた高圧蒸気は、低温再熱蒸気となって低温再熱蒸気管２８を経て減温器１７を介して排熱回収ボイラ１０の再熱器１６へ導かれる。再熱器１６において再熱された高温再熱蒸気は、高温再熱蒸気管２６を経て中圧蒸気タービン６で仕事をし、その仕事をし終えた蒸気は、低圧過熱器２１において発生した低圧蒸気管２７を経て導かれる低圧蒸気と混合され、低圧蒸気タービン７で仕事をする。
発電機８は、ガスタービン４と高圧蒸気タービン５、中圧蒸気タービン６及び低圧蒸気タービン７と同軸上に設けられ、これらタービンにより駆動され、電力を発生する。
高圧蒸気タービン５、中圧蒸気タービン６、低圧蒸気タービン７で順次仕事をし終えた蒸気は、復水器９により復水にされ、復水ポンプ２９、給水ポンプ３０でそれぞれ昇圧されて給水３１、３２、３３として排熱回収ボイラ１０へ戻される。
【０００６】
本実施形態において、低温再熱蒸気管２８から分岐して逆止弁３４、流量調整弁３５を有し、ガスタービン高温部３６へガスタービン冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給管３７を設置する。ガスタービン高温部３６には、例えば、ガスタービン動翼、静翼及びシュラウドがある。また、中圧過熱器２０から中圧蒸気を導く圧力調整弁３８及び逆止弁３９を有する中圧蒸気管４０を冷却蒸気供給管３７の逆止弁３４後流に接続する。また、高圧蒸気管２５から分岐して温度調整弁４６及び逆止弁４７を有する冷却蒸気バックアップ管４８及び４９を設置する。
また、高圧過熱器は、高圧一次過熱器１９、高圧二次過熱器１８、高圧三次過熱器１５に分割されて、高圧ドラム２２を出た蒸気はこれら高圧過熱器をシリーズに導かれる。さらに、高圧一次過熱器１９から高圧二次過熱器１８へ蒸気を導く配管から分岐して、冷却蒸気供給管３７へ接続される温度調整弁５０を有する冷却蒸気バックアップ管５１を設置する。さらに、高圧一次過熱器１９から温度調整弁５４を有する高圧二次過熱器１８へ蒸気を導く配管から分岐して、高圧三次過熱器１５へ接続される温度調整弁５２を有する高圧二次過熱器バイパス管５３を設置する。
【０００７】
ガスタービン高温部３６を冷却して過熱されたガスタービン冷却蒸気は圧力調整弁４１を有し、高温再熱蒸気管２６に接続される冷却蒸気戻し管４２を経て高温再熱蒸気と混合され、中圧蒸気タービン６へ導かれる。なお、ガスタービン高温部３６を冷却して過熱されたガスタービン冷却蒸気は、ガスタービン高温部３６から低温再熱蒸気管２８の流量調整弁４５の後流へ接続される系統を設置して低温再熱蒸気へ混合させても良い。また、ガスタービン冷却蒸気がガスタービン高温部３６をバイパスできるように、冷却蒸気供給管３７から分岐して冷却蒸気戻り管４２へ接続される流量調整弁４３を有する冷却蒸気バイパス管４４を設置しても良い。
この種のプラントにおいては、通常、ガスタービン各負荷においてガスタービン高温部３６を冷却するガスタービン冷却蒸気の必要とされる条件（流量・圧力・温度）がガスタービン高温部の状態から指定される。例えば、ガスタービン全負荷においては、ガスタービン冷却蒸気の流量は２００〜２５０ｔｏｎ／ｈ、圧力は３０〜４０ａｔａ、温度は３３０〜４００℃で供給されることが要求される。
【０００８】
図２に、ガスタービン各負荷に対して要求されるガスタービン冷却蒸気温度の温度許容幅の一例を示す。横軸のガスタービン負荷（％）に対して示す縦軸のガスタービン冷却蒸気温度（℃）の上限と下限の領域がガスタービンの安全運転の温度許容幅となる。
【０００９】
本実施形態では、ガスタービン冷却蒸気（供給管３７）は、ガスタービン高温部冷却に要求される冷却蒸気の条件を満たすために、通常運用時（プラント負荷整定時）では、低温再熱蒸気（供給管２８）の一部もしくは全部と中圧蒸気（供給管４０）の全部を混合して用いられる。
ここで、例えばガスタービン全負荷において、ガスタービン冷却蒸気に用いられる低温再熱蒸気は流量１９０ｔｏｎ／ｈ、圧力３８ａｔａ、３７０℃、中圧蒸気は流量４０ｔｏｎ／ｈ、圧力３８ａｔａ、３４０℃であり、混合されたガスタービン冷却蒸気は流量２３０ｔｏｎ／ｈ、圧力３８ａｔａ、３６５℃となる。
プラント起動及び停止、プラント負荷上昇及び負荷降下運用を行う場合、ガスタービン負荷の変動に伴い、ガスタービン冷却蒸気の必要条件も変動する。この場合、ガスタービン冷却蒸気の供給流量及び圧力については、調整弁制御によりガスタービン冷却蒸気必要条件に応じた調整は比較的行い易い。例えば、ガスタービン高温部３６へ供給される冷却蒸気の流量調整は、流量調整弁３５または４３または４５またはそれら流量調整弁いずれかの組合せまたはそれら流量調整弁全てを用いても良い。また、例えば、ガスタービン高温部３６へ供給される冷却蒸気の圧力調整は圧力調整弁４１を用いても良い。
【００１０】
しかし、ガスタービン高温部３６へ供給される冷却蒸気の温度については、ガスタービン負荷変化時に、蒸気配管と蒸気との間で行われる熱の授受が要因となり、ガスタービン冷却蒸気温度の追従に時間遅れが発生し、図２に示されるようなガスタービン冷却蒸気必要温度条件を満たせなくなる問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の第１の運用形態は、ガスタービンを安全に運用するために、ガスタービン各負荷に対して設定されたガスタービン冷却蒸気の温度許容幅に対して、ガスタービン冷却蒸気温度が温度許容幅の下限域を下回ることが予想される場合には、ガスタービン冷却蒸気よりも高温の蒸気を冷却蒸気バックアップとして供給してガスタービン冷却蒸気の温度を上昇させる運用を行う。バックアップとして用いる高温蒸気の選定基準には、その高温の蒸気圧力がガスタービン冷却蒸気よりも高圧である必要がある。本実施形態のプラントの場合、条件に該当するバックアップ蒸気には高圧蒸気が該当する。
【００１２】
図３に、ガスタービン冷却蒸気に対して設定される温度許容幅の下限域を示す。図３は、ガスタービン各負荷に対するガスタービン冷却蒸気の温度許容幅に対し、必要温度下限値からα℃の幅を持たせた下限域を設定することを示す。
図４に、第１の運用形態で行われる高圧蒸気バックアップの運用フローを示す。ガスタービン冷却蒸気温度が下限域のとき、温度調節弁４６を開き、下限域以上になったとき、温度調節弁４６を閉じる。
【００１３】
図５に、第１の運用形態で行われるガスタービン冷却蒸気温度の制御図を示す。燃料流量計５５で検出されるガスタービン燃料流量はほぼガスタービン負荷を表わす。ガスタービン負荷を表わすデータとしては、その他、ガスタービンの吸気または排気流量、圧縮空気吐出圧力、ガスタービンのみに発電機を設置する場合の発電機出力などがある。
ガスタービン燃料流量から計算されるガスタービン負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気必要温度の下限域を温度下限域設定器５７により設定する。この温度下限域と温度計５６によって測定されるガスタービン冷却蒸気供給温度との差から弁開度制御器５８において温度調節弁４６を調整する。弁開度制御器５８では、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度下限値であるときには温度調整弁４６を全開にする信号を発信し、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度下限値よりも上回るにつれ、温度調整弁４６の開度を小さくし、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度下限値よりもα℃すなわち下限域を上回るとき、温度調整弁４６を閉とする信号を発信する。
この制御により、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度下限域にあるときには高温の高圧蒸気を冷却蒸気バックアップ管４８、４９を経てガスタービン冷却蒸気供給管３７へ導き、ガスタービン冷却蒸気温度を上昇させ、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
【００１４】
本発明の第２の運用形態は、ガスタービン負荷上昇において、ガスタービンを安全に運用するために設定されたガスタービン冷却蒸気の温度許容幅がガスタービン負荷上昇に伴って上昇することに対し、蒸気配管と蒸気との間で行われる熱の授受が要因となり、ガスタービン冷却蒸気温度の温度上昇がガスタービン負荷上昇に対して時間遅れを有するために、温度許容幅の下限を下回ることが予想される場合には、ガスタービン負荷上昇に先行してガスタービン冷却蒸気よりも高温の高圧蒸気を冷却蒸気バックアップとして供給し、ガスタービン負荷上昇時でもガスタービン冷却蒸気温度が該温度許容幅内となるような設定値までガスタービン冷却蒸気を昇温した後、ガスタービン負荷を上昇させる運用を行う。
【００１５】
図６に、ガスタービン負荷を上昇させる時のガスタービン冷却蒸気に対して設定される冷却蒸気温度設定値を示す。図６は、例えばガスタービン負荷を５％／分で上昇させる場合のガスタービン各負荷に対するガスタービン冷却蒸気温度に対し、冷却蒸気必要温度下限値からβ℃加算した冷却蒸気温度を設定することを示す。
図７に、第２の運用形態で行われる高圧蒸気バックアップの運用フローを示す。ガスタービン負荷を５％／分で上昇させる場合、温度調整弁４６を開き、ガスタービン冷却蒸気温度が下限値＋β℃になったとき、温度調整弁４６を閉じる。
【００１６】
図８に、第２の運用形態で行われるガスタービン冷却蒸気温度の制御図を示す。燃料流量計５５で検出されるガスタービン燃料流量はほぼガスタービン負荷を表わす。ガスタービン負荷を表わすデータとしては、その他、ガスタービンの吸気または排気流量、圧縮空気吐出圧力、ガスタービンのみに発電機を設置する場合の発電機出力などがある。
プラント負荷上昇のためにガスタービン負荷を例えば５％／分で上昇させる指令が発信された場合、その時点におけるガスタービン燃料流量から計算されるガスタービン負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気必要温度の下限値に対して、β℃加算した冷却蒸気温度を冷却蒸気温度設定器５９により設定する。この温度設定値と温度計５６によって測定されるガスタービン冷却蒸気供給温度との差から弁開度制御器６０において温度調節弁４６を調整する。弁開度制御器６０では、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値に対して低いときには温度調整弁４６を開にする信号を発信し、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値に近づくにつれ、温度調整弁４６の開度を小さくし、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるとき、温度調整弁４６を閉とする信号を発信する。一方、ガスタービン冷却蒸気温度と温度設定値の偏差値が０℃以上になったとき、温度判定器がＯＮ指令を出力し、負荷上昇指令器の指令との論理積によりガスタービン負荷上昇制御器が作動し、ガスタービン負荷上昇を開始する。
この制御により、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるまで高温の高圧蒸気を冷却蒸気バックアップ管４８、４９を経てガスタービン冷却蒸気供給管３７へ導き、ガスタービン冷却蒸気温度を上昇させ、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となり、ガスタービン負荷を上昇させてガスタービン冷却蒸気の必要温度が上昇してもガスタービン冷却蒸気が冷却蒸気温度許容幅を下回る危険がなくなったとき、ガスタービン負荷を上昇させることで、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
なお、ガスタービン負荷上昇中においても、高圧蒸気を用いて本設定値に沿った冷却蒸気温度制御を行っても良い。
【００１７】
本発明の第３の運用形態は、ガスタービンを安全に運用するために、ガスタービン各負荷に対して設定されたガスタービン冷却蒸気の温度許容幅に対して、ガスタービン冷却蒸気温度が温度許容幅の上限域を上回ることが予想される場合には、ガスタービン冷却蒸気よりも低温の蒸気を冷却蒸気バックアップとして供給してガスタービン冷却蒸気の温度を下げる運用を行う。
バックアップとして用いる低温蒸気の選定基準には、その低温の蒸気をガスタービン高温部へ供給するために低温蒸気圧力がガスタービン冷却蒸気よりも高圧である必要がある。本実施形態のプラントの場合、その圧力条件に該当する蒸気には高圧蒸気が該当する。しかし、高圧蒸気は高温であるため、バックアップ蒸気として用いるためには、減温する必要がある。本実施形態のプラントでは、ガスタービン冷却蒸気バックアップとして高圧一次過熱器出口蒸気を選定している。
なお、ガスタービン冷却蒸気としてミストの混入した蒸気が許容される場合には、ガスタービン冷却蒸気供給管３７において減温スプレを用いても良い。
図９に、ガスタービン冷却蒸気に対して設定される温度許容幅の上限域を示す。図９は、ガスタービン各負荷に対するガスタービン冷却蒸気の温度許容幅に対し、必要温度上限値からγ℃の幅を持たせた上限域を設定することを示す。
図１０に、第３の運用形態で行われる高圧一次過熱器出口蒸気バックアップの運用フローを示す。ガスタービン冷却蒸気温度が上限域に達したとき、温度調節弁５０を開き、上限域以下になったとき、温度調節弁５０を閉じる。
【００１８】
図１１に、第３の運用形態で行われるガスタービン冷却蒸気温度の制御図を示す。燃料流量計５５で検出されるガスタービン燃料流量はほぼガスタービン負荷を表わす。ガスタービン負荷を表わすデータとしては、その他、ガスタービンの吸気または排気流量、圧縮空気吐出圧力、ガスタービンのみに発電機を設置する場合の発電機出力などがある。
ガスタービン燃料流量から計算されるガスタービン負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気必要温度の上限域を温度上限域設定器６１により設定する。この温度上限域と温度計５６によって測定されるガスタービン冷却蒸気供給温度との差から弁開度制御器６２において温度調節弁５０を調整する。弁開度制御器６２では、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限値であるときには温度調整弁５０を全開にする信号を発信し、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限値よりも下回るにつれ、温度調整弁５０の開度を小さくし、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限値よりもγ℃すなわち上限域を下回るとき、温度調整弁５０を閉とする信号を発信する。
この制御により、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限域にあるときには低温の高圧一次過熱器出口蒸気を冷却蒸気バックアップ管５１、４９を経てガスタービン冷却蒸気供給管３７へ導き、ガスタービン冷却蒸気温度を下げてガスタービンを安全に運用することが可能となる。
【００１９】
本発明の第４の運用形態は、ガスタービン負荷降下において、ガスタービンを安全に運用するために設定されたガスタービン冷却蒸気の温度許容幅がガスタービン負荷降下に伴って降下することに対し、蒸気配管と蒸気との間で行われる熱の授受が要因となり、ガスタービン冷却蒸気温度の温度降下がガスタービン負荷降下に対して時間遅れを有するために、温度許容幅の上限を上回ることが予想される場合には、ガスタービン負荷降下に先行してガスタービン冷却蒸気よりも低温の高圧一次過熱器出口蒸気を冷却蒸気バックアップとして供給し、ガスタービン負荷降下時でもガスタービン冷却蒸気温度が該温度許容幅内となるような設定値までガスタービン冷却蒸気温度を降下させた後、ガスタービン負荷を降下させる運用を行う。
なお、ガスタービン冷却蒸気としてミストの混入した蒸気が許容される場合には、ガスタービン負荷降下に先行して、ガスタービン冷却蒸気供給管３７において減温スプレを用いても良い。
【００２０】
図１２に、ガスタービン負荷を降下させる時のガスタービン冷却蒸気に対して設定される冷却蒸気温度設定値を示す。図１２は、例えばガスタービン負荷を５％／分で降下させる場合のガスタービン各負荷に対するガスタービン冷却蒸気温度に対し、冷却蒸気必要温度上限値からδ℃減算した冷却蒸気温度を設定することを示す。
図１３に、第４の運用形態で行われる高圧一次過熱器出口蒸気バックアップの運用フローを示す。ガスタービン負荷を５％／分で下降させる場合、温度調整弁５０を開き、ガスタービン冷却蒸気温度が上限値−δ℃になったとき、温度調整弁５０を閉じる。
【００２１】
図１４に、第４の運用形態で行われるガスタービン冷却蒸気温度の制御図を示す。燃料流量計５５で検出されるガスタービン燃料流量はほぼガスタービン負荷を表わす。ガスタービン負荷を表わすデータとしては、その他、ガスタービンの吸気または排気流量、圧縮空気吐出圧力、ガスタービンのみに発電機を設置する場合の発電機出力などがある。
プラント負荷降下のために、ガスタービン負荷を例えば５％／分で降下させる指令が発信された場合、その時点におけるガスタービン燃料流量から計算されるガスタービン負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気必要温度の上限値に対してδ℃減算した冷却蒸気温度を冷却蒸気温度設定器６３により設定する。この温度設定値と温度計５６によって測定されるガスタービン冷却蒸気供給温度との差から弁制御器６４において温度調節弁５０を調整する。弁開度制御器６４ではガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値に対して高いときには温度調整弁を開にする信号を発信し、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値に近づくにつれ、温度調整弁５０の開度を小さくし、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるとき、温度調整弁５０を閉とする信号を発信する。一方、ガスタービン冷却蒸気温度と温度設定値の偏差値が０℃以下になったとき、温度判定器がＯＮ指令を出力し、負荷降下指令器の指令との論理積によりガスタービン負荷降下制御器が作動し、ガスタービン負荷降下を開始する。
この制御により、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるまで高圧一次過熱器出口蒸気を冷却蒸気バックアップ管５１、４９を経てガスタービン冷却蒸気供給管３７へ導き、ガスタービン冷却蒸気温度を降下させ、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となり、ガスタービン負荷を降下させてガスタービン冷却蒸気の必要温度が降下してもガスタービン冷却蒸気が冷却蒸気温度許容幅を上回る危険がなくなったとき、ガスタービン負荷を降下させることで、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
なお、ガスタービン負荷降下中においても、高圧一次過熱器出口蒸気を用いて本設定値に沿った冷却蒸気温度制御を行っても良い。
【００２２】
本発明の第５の運用形態は、ガスタービンを安全に運用するために、ガスタービン各負荷に対して設定されたガスタービン冷却蒸気の温度許容幅に対して、ガスタービン冷却蒸気温度が温度許容幅の上限域を上回ることが予想される場合には、ガスタービン冷却蒸気として供給される低温再熱蒸気について、高圧蒸気温度を下げることにより低温再熱蒸気温度を下げ、ガスタービン高温部へ供給することにより、ガスタービン冷却蒸気の温度を下げる運用を行う。本実施形態のプラントでは、高圧蒸気温度を下げるために高圧一次過熱器１９から発生する蒸気の一部もしくは全部を高圧二次過熱器１８をバイパスして高圧三次過熱器１５へ導く運用を選定した。
なお、ガスタービン冷却蒸気としてミストの混入した蒸気が許容される場合には、減温のために高圧蒸気に対して減温スプレを用いても良い。または、ガスタービン冷却蒸気供給管３７において減温スプレを用いても良い。また、高圧蒸気温度が下がることにより、蒸気タービンへ導入される高圧蒸気と高温再熱蒸気との温度差により発生する熱応力が例えば蒸気タービンのロータまたはケーシングにとって障害となる場合には、高圧蒸気の減温にあわせて高温再熱蒸気を例えば減温スプレを用いて減温しても良い。
【００２３】
図９に、ガスタービン冷却蒸気に対して設定される温度許容幅の上限域を示す。図９は、ガスタービン各負荷に対するガスタービン冷却蒸気の温度許容温度幅に対し、必要温度上限値からγ℃の幅を持たせた上限域を設定することを示す。図１５に、第５の運用形態で行われる高圧蒸気温度降下の運用フローを示す。ガスタービン冷却蒸気温度が上限域に達したとき、温度調節弁５２を開き、上限域以下になったとき、温度調節弁５２を閉じる。
【００２４】
図１６に、第５の運用形態で行われるガスタービン冷却蒸気温度の制御図を示す。燃料流量計５５で検出されるガスタービン燃料流量はほぼガスタービン負荷を表わす。ガスタービン負荷を表わすデータとしては、その他、ガスタービンの吸気または排気流量、圧縮空気吐出圧力、ガスタービンのみに発電機を設置する場合の発電機出力などがある。
ガスタービン燃料流量から計算されるガスタービン負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気必要温度の上限域を温度上限域設定器６５により設定する。この温度上限域と温度計５６によって測定されるガスタービン冷却蒸気供給温度との差から弁開度制御器６６において温度調節弁５２を調整する。弁開度制御器６６ではガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限値であるときには温度調整弁５２を全開にする信号を発信し、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限値よりも下回るにつれ、温度調整弁５２の開度を小さくし、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限値よりもγ℃すなわち上限域を下回るとき、温度調整弁５２を閉とする信号を発信する。
この制御により、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限域にあるときには、低温の高圧一次過熱器出口蒸気を高圧二次過熱器バイパス管５３を経て高圧三次過熱器１５へ導き、高圧蒸気の温度を降下させ、低温再熱蒸気の温度を降下させ、ガスタービン冷却蒸気温度を下げることにより、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
【００２５】
本発明の第６の運用形態は、ガスタービン負荷降下において、ガスタービンを安全に運用するために設定されたガスタービン冷却蒸気の温度許容幅がガスタービン負荷降下に伴って下降することに対し、蒸気配管と蒸気との間で行われる熱の授受が要因となり、ガスタービン冷却蒸気温度の温度降下がガスタービン負荷降下に対して時間遅れを有するために、温度許容幅の上限を上回ることが予想される場合には、ガスタービン冷却蒸気として供給される低温再熱蒸気について、ガスタービン負荷降下に先行して高圧蒸気温度を下げることにより低温再熱蒸気温度を下げてガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン負荷降下時でもガスタービン冷却蒸気温度が該温度許容幅内となるような設定値までガスタービン冷却蒸気温度を降下させた後、ガスタービン負荷を降下させる運用を行う。本実施形態のプラントでは、高圧蒸気温度を下げるために、高圧一次過熱器１９から発生する蒸気の一部もしくは全部を高圧二次過熱器１８をバイパスして高圧三次過熱器１５へ導く運用を選定した。
なお、ガスタービン冷却蒸気としてミストの混入した蒸気が許容される場合には、ガスタービン負荷降下に先行して高圧蒸気に対して減温スプレを用いても良い。または、ガスタービン冷却蒸気供給管３７において減温スプレを用いても良い。また、高圧蒸気温度が下がることにより、蒸気タービンへ導入される高圧蒸気と高温再熱蒸気との温度差により発生する熱応力が例えば蒸気タービンのロータまたはケーシングにとって障害となる場合には、高圧蒸気の減温にあわせて高温再熱蒸気を例えば減温スプレを用いて減温しても良い。
【００２６】
図１２に、ガスタービン負荷を降下させる時のガスタービン冷却蒸気に対して設定される冷却蒸気温度設定値を示す。図１２は、例えばガスタービン負荷を５％／分で降下させる場合のガスタービン各負荷に対するガスタービン冷却蒸気温度に対し、冷却蒸気必要温度上限値からδ℃減算した冷却蒸気温度を設定することを示す。
図１７に、第６の運用形態で行われる高圧一次過熱器出口蒸気の高圧二次過熱器バイパス運用フローを示す。ガスタービン負荷を５％／分で下降させる場合、温度調整弁５２を開き、ガスタービン冷却蒸気温度が上限値−δ℃になったとき、温度調整弁５２を閉じる。
【００２７】
図１８に、第６の運用形態で行われるガスタービン冷却蒸気温度の制御図を示す。燃料流量計５５で検出されるガスタービン燃料流量はほぼガスタービン負荷を表わす。ガスタービン負荷を表わすデータとしては、その他、ガスタービンの吸気または排気流量、圧縮空気吐出圧力、ガスタービンのみに発電機を設置する場合の発電機出力などがある。
プラント負荷降下のために、ガスタービン負荷を例えば５％／分で降下させる指令が発信された場合、その時点におけるガスタービン燃料流量から計算されるガスタービン負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気必要温度の上限値に対してδ℃減算した冷却蒸気温度を冷却蒸気温度設定器６７により設定する。この温度設定値と温度計５６によって測定されるガスタービン冷却蒸気供給温度との差から弁開度制御器６８において温度調節弁５２を調整する。弁開度制御器６８ではガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値に対して高いときには温度調整弁５２を開にする信号を発信し、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値に近づくにつれ、温度調整弁５２の開度を小さくし、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるとき、温度調整弁５２を閉とする信号を発信する。
この制御により、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるまで高圧一次過熱器出口蒸気を高圧二次過熱器バイパス管５３を経て高圧三次過熱器１５へ導き、高圧蒸気温度を下げることにより低温再熱蒸気温度ひいてはガスタービン冷却蒸気温度を降下させ、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となり、ガスタービン負荷を降下させてガスタービン冷却蒸気の必要温度が降下しても、ガスタービン冷却蒸気が冷却蒸気温度許容幅を上回る危険がなくなったとき、ガスタービン負荷を降下させることで、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
なお、ガスタービン負荷降下中においても、高圧一次過熱器出口蒸気の高圧二次過熱器バイパス操作を行い、本設定値に沿った冷却蒸気温度制御を行っても良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度下限域にあるときには高温の高圧蒸気を冷却蒸気バックアップ管を経てガスタービン冷却蒸気供給管へ導くことにより、ガスタービン冷却蒸気温度を上昇させ、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
また、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるまで高温の高圧蒸気を冷却蒸気バックアップ管を経てガスタービン冷却蒸気供給管へ導き、ガスタービン冷却蒸気温度を上昇させ、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となり、ガスタービン負荷を上昇させてガスタービン冷却蒸気の必要温度が上昇してもガスタービン冷却蒸気が冷却蒸気温度許容幅を下回る危険がなくなったとき、ガスタービン負荷を上昇させることにより、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
また、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限域にあるときには低温の高圧一次過熱器出口蒸気を冷却蒸気バックアップ管を経てガスタービン冷却蒸気供給管へ導くことにより、ガスタービン冷却蒸気温度を下げてガスタービンを安全に運用することが可能となる。
また、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるまで高圧一次過熱器出口蒸気を冷却蒸気バックアップ管を経てガスタービン冷却蒸気供給管へ導き、ガスタービン冷却蒸気温度を降下させ、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となり、ガスタービン負荷を降下させてガスタービン冷却蒸気の必要温度が降下してもガスタービン冷却蒸気が冷却蒸気温度許容幅を上回る危険がなくなったとき、ガスタービン負荷を降下させることにより、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
また、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限域にあるときには、低温の高圧一次過熱器出口蒸気を高圧二次過熱器バイパス管を経て高圧三次過熱器へ導き、高圧蒸気の温度を降下させ、低温再熱蒸気の温度を降下させ、ガスタービン冷却蒸気温度を下げることにより、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
また、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるまで高圧一次過熱器出口蒸気を高圧二次過熱器バイパス管を経て高圧三次過熱器へ導き、高圧蒸気温度を下げることにより低温再熱蒸気温度ひいてはガスタービン冷却蒸気温度を降下させ、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となり、ガスタービン負荷を降下させてガスタービン冷却蒸気の必要温度が降下しても、ガスタービン冷却蒸気が冷却蒸気温度許容幅を上回る危険がなくなったとき、ガスタービン負荷を降下させることにより、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を示した蒸気冷却型ガスタービンを用いたコンバインド発電設備（プラント）の全体構成図
【図２】 ガスタービン冷却蒸気の温度許容幅を説明する図
【図３】 本発明の第１の運用形態によるガスタービン冷却蒸気の温度下限域を説明する図
【図４】 本発明の第１の運用形態を示す制御フロー図
【図５】 本発明の第１の運用形態による制御図
【図６】 本発明の第２の運用形態による負荷上昇時のガスタービン冷却蒸気の温度設定値を説明する図
【図７】 本発明の第２の運用形態を示す制御フロー図
【図８】 本発明の第２の運用形態による制御図
【図９】 本発明の第３及び第５の運用形態によるガスタービン冷却蒸気の温度上限域を説明する図
【図１０】 本発明の第３の運用形態を示す制御フロー図
【図１１】 本発明の第３の運用形態による制御図
【図１２】 本発明の第４及び第６の運用形態による負荷降下時のガスタービン冷却蒸気の温度設定値を説明する図
【図１３】 本発明の第４の運用形態を示す制御フロー図
【図１４】 本発明の第４の運用形態による制御図
【図１５】 本発明の第５の運用形態を示す制御フロー図
【図１６】 本発明の第５の運用形態による制御図
【図１７】 本発明の第６の運用形態を示す制御フロー図
【図１８】 本発明の第６の運用形態による制御図
【符号の説明】
１…ガスタービン、２…空気圧縮機、３…燃焼器、４…ガスタービン、５…高圧蒸気タービン、６…中圧蒸気タービン、７…低圧蒸気タービン、８…発電機、９…復水器、１０…排熱回収ボイラ、１１…ガスタービン吸気、１２…燃料、１３…高温排ガス、１４…低温排ガス、１５…高圧三次過熱器、１６…再熱器、１７…減温器、１８…高圧二次過熱器、１９…高圧一次過熱器、２０…中圧過熱器、２１…低圧過熱器、２２…高圧ドラム、２３…中圧ドラム、２４…低圧ドラム、２５…高圧蒸気管、２６…高温再熱蒸気管、２７…低圧蒸気管、２８…低温再熱蒸気管、２９…復水ポンプ、３０…給水ポンプ、３１…高圧給水、３２…中圧給水、３３…低圧給水、３４…逆止弁、３５…流量調整弁、３６…ガスタービン高温部、３７…冷却蒸気供給管、３８…圧力調整弁、３９…逆止弁、４０…中圧蒸気管、４１…圧力調整弁、４２…冷却蒸気戻し管、４３…流量調整弁、４４…冷却蒸気バイパス管、４５…流量調整弁、４６…温度調整弁、４７…逆止弁、４８…冷却蒸気バックアップ管、４９…冷却蒸気バックアップ管、５０…温度調整弁、５１…冷却蒸気バックアップ管、５２…温度調整弁、５３…高圧二次過熱器バイパス管、５４…温度調整弁、５５…流量計、５６…温度計、５７…温度下限域設定器、５８…弁開度制御器、５９…温度設定器、６０…弁開度設定器、６１…温度上限域設定器、６２…弁開度制御器、６３…温度設定器、６４…弁開度制御器、６５…温度上限域設定器、６６…弁開度制御器、６７…温度設定器、６８…弁開度制御器
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの高温部の一部もしくは全部を蒸気によって冷却するガスタービンを用いたコンバインド発電設備、特に、ガスタービン冷却蒸気の供給に対するコンバインド発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスタービンの高温部を蒸気によって冷却する蒸気冷却型のガスタービンを用いた排熱回収コンバインド発電設備（以下、「プラント」という。）として、高温部を冷却するガスタービンが必要とするガスタービン冷却蒸気の条件（流量、圧力、温度）の観点から、ガスタービン冷却蒸気は、高圧蒸気タービンから送り出される低温再熱蒸気の一部もしくは全部と排熱回収ボイラで発生する中圧蒸気を用いて供給され、冷却により過熱されたガスタービン冷却蒸気は高温再熱蒸気管へ回収させるようにしたものが知られている。この種のプラントに関連する公知例は、例えば米国特許第５５７７３７７号明細書が挙げられる。
この米国特許第５５７７３７７号では、ガスタービン冷却蒸気の供給源として、低温再熱蒸気と中圧蒸気の他に、プラント起動時において蒸気タービンへ蒸気を導入する以前、すなわち、高圧蒸気タービンから低温再熱蒸気が排出されていない時には、排熱回収ボイラから発生する高温の高圧蒸気と高圧一次過熱器出口蒸気も用いることが記載されている。
この種のプラントにおいては、通常、ガスタービンの高温部を冷却するガスタービン冷却蒸気の前述の必要とされる条件（流量・圧力・温度）は、ガスタービン高温部の状態によりガスタービン各負荷においてもそれぞれ指定される。
プラント起動及び停止、負荷上昇及び負荷降下運用を行う場合、ガスタービン冷却蒸気の流量及び圧力については、調整弁制御によりガスタービン負荷に応じたガスタービン冷却蒸気条件に調整することは比較的行い易いが、しかし、ガスタービン冷却蒸気の温度については、蒸気配管と蒸気との間で行われる熱の授受が要因となり、通常運用時のガスタービン冷却蒸気供給源が低温再熱蒸気と中圧蒸気のみではガスタービン負荷変化に対するガスタービン冷却蒸気温度の追従に時間遅れが発生し、ガスタービン冷却蒸気必要温度条件を満たせなくなる、という問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、蒸気冷却型ガスタービンを安全に運用するために設定されたガスタービン各負荷において要求されるガスタービン冷却蒸気の温度許容幅に対して、プラント起動及び停止、負荷上昇及び降下においてもその温度許容幅内となるガスタービン冷却蒸気を供給することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、ガスタービン各負荷に対してガスタービン冷却蒸気の温度許容幅の下限値から所定の幅を持たせた下限域を設定する温度下限域設定手段と、該温度下限域とガスタービン冷却蒸気温度を比較する手段とを設け、ガスタービン冷却蒸気温度が下限域になった時には、高温の高圧蒸気の一部をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン冷却蒸気温度を下限域以上に上昇させ、温度許容幅内となるガスタービン冷却蒸気を供給する。
また、ガスタービン各負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気の必要温度の下限値に対して、所定値を加算した冷却蒸気温度を設定する冷却蒸気温度設定手段と、冷却蒸気温度設定手段で設定された冷却蒸気設定温度と測定されたガスタービン冷却蒸気気温とを比較する温度判定手段を備える冷却蒸気温度上昇制御手段を設け、ガスタービン負荷上昇に伴い、冷却蒸気の必要温度が上昇するために、ガスタービン負荷上昇時にガスタービン冷却蒸気温度が冷却蒸気設定温度を下まわる時には、ガスタービン負荷上昇に先行して高温の高圧蒸気の一部をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン負荷上昇時にガスタービン冷却蒸気温度が冷却蒸気設定温度となるまでガスタービン冷却蒸気を昇温した後、ガスタービン負荷上昇を行う。
また、ガスタービン各負荷に対してガスタービン冷却蒸気の温度許容幅の上限値から所定の幅を持たせた上限域を設定する温度上限域設定手段を設け、ガスタービン冷却蒸気温度が上限域になった時には、ガスタービン冷却蒸気に較べて低温の高圧一次過熱器出口蒸気の一部をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン冷却蒸気温度を上限域より降下させ、温度許容幅内となるガスタービン冷却蒸気を供給する。
また、ガスタービン各負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気の必要温度の上限値に対して、所定値を減算した冷却蒸気温度を設定する冷却蒸気温度設定手段と、冷却蒸気温度設定手段で設定された冷却蒸気設定温度と測定されたガスタービン冷却蒸気気温とを比較する温度判定手段を備える冷却蒸気温度降下制御手段を設け、ガスタービン負荷降下に伴い、冷却蒸気の必要温度が降下するために、ガスタービン負荷降下時にガスタービン冷却蒸気温度が冷却蒸気設定温度を上まわる時には、ガスタービン負荷降下に先行してガスタービン冷却蒸気に較べて低温の高圧一次過熱器出口蒸気の一部をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン負荷降下時にガスタービン冷却蒸気温度が冷却蒸気設定温度となるまでガスタービン冷却蒸気温度を降下させた後、ガスタービン負荷降下を行う。
また、ガスタービン各負荷に対してガスタービン冷却蒸気の温度許容幅の上限値から所定の幅を持たせた上限域を設定する温度上限域設定手段を設け、ガスタービン冷却蒸気温度が上限域になった時には、高圧一次過熱器出口蒸気の一部もしくは全部を高圧二次過熱器をバイパスさせて高圧蒸気温度を降下させ、温度の降下した低温再熱蒸気をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン冷却蒸気温度を上限域より降下させ、温度許容幅内となるガスタービン冷却蒸気を供給する。
また、ガスタービン各負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気の必要温度の上限値に対して、所定値を減算した冷却蒸気温度を設定する冷却蒸気温度設定手段と、冷却蒸気温度設定手段で設定された冷却蒸気設定温度と測定されたガスタービン冷却蒸気気温とを比較する温度判定手段を備える冷却蒸気温度降下制御手段を設け、ガスタービン負荷降下に伴い、冷却蒸気の必要温度が降下するために、ガスタービン負荷降下時にガスタービン冷却蒸気温度が冷却気蒸設定温度を上まわる時には、ガスタービン負荷降下に先行して高圧一次過熱器出口蒸気の一部もしくは全部を高圧二次過熱器をバイパスさせて高圧蒸気温度を降下させ、温度の降下した低温再熱蒸気をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン負荷降下時にガスタービン冷却蒸気温度が冷却気蒸設定温度となるまでガスタービン冷却蒸気温度を降下させた後、ガスタービン負荷降下を行う。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態による蒸気冷却型ガスタービンを用いたコンバインド発電設備（プラント）の全体構成を示す。図１において、蒸気冷却型ガスタービンを用いたプラントは、ガスタービン本体１、空気圧縮機２、燃焼器３、ガスタービン４、高圧蒸気タービン５、中圧蒸気タービン６、低圧蒸気タービン７、発電機８、復水器９、排熱回収ボイラ１０を有する。
ガスタービン本体１では、ガスタービン圧縮機入口吸気１１が空気圧縮機２によって圧縮され、圧縮された吐出空気を燃焼器３へ導入する。一方、燃料供給系統１２から燃焼器３に例えば天然ガス等の燃料を供給し、吐出空気によって燃焼することにより高温の燃焼ガスを得る。この高温の燃焼ガスはガスタービン４において仕事をする。ガスタービン４から排出される高温の排ガス１３は排熱回収ボイラ１０で給水３１、３２、３３との熱交換を行った後、低温の排ガス１４となって煙突などから大気に放出される。
一方、排熱回収ボイラ１０は、高温の排ガス１３の熱を利用して蒸気を発生する。排熱回収ボイラ１０では、効率良く高温の排ガス１３からの熱回収が行えるように、高圧三次過熱器１５、再熱器１６、中圧ドラム２３に接続された中圧過熱器２０、低圧ドラム２４に接続された低圧過熱器２１などの熱交換器が配置されている。高圧三次過熱器１５において発生した高圧蒸気は、高圧蒸気管２５を経て高圧タービン５に送られて仕事をする。その仕事をし終えた高圧蒸気は、低温再熱蒸気となって低温再熱蒸気管２８を経て減温器１７を介して排熱回収ボイラ１０の再熱器１６へ導かれる。再熱器１６において再熱された高温再熱蒸気は、高温再熱蒸気管２６を経て中圧蒸気タービン６で仕事をし、その仕事をし終えた蒸気は、低圧過熱器２１において発生した低圧蒸気管２７を経て導かれる低圧蒸気と混合され、低圧蒸気タービン７で仕事をする。
発電機８は、ガスタービン４と高圧蒸気タービン５、中圧蒸気タービン６及び低圧蒸気タービン７と同軸上に設けられ、これらタービンにより駆動され、電力を発生する。
高圧蒸気タービン５、中圧蒸気タービン６、低圧蒸気タービン７で順次仕事をし終えた蒸気は、復水器９により復水にされ、復水ポンプ２９、給水ポンプ３０でそれぞれ昇圧されて給水３１、３２、３３として排熱回収ボイラ１０へ戻される。
【０００６】
本実施形態において、低温再熱蒸気管２８から分岐して逆止弁３４、流量調整弁３５を有し、ガスタービン高温部３６へガスタービン冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給管３７を設置する。ガスタービン高温部３６には、例えば、ガスタービン動翼、静翼及びシュラウドがある。また、中圧過熱器２０から中圧蒸気を導く圧力調整弁３８及び逆止弁３９を有する中圧蒸気管４０を冷却蒸気供給管３７の逆止弁３４後流に接続する。また、高圧蒸気管２５から分岐して温度調整弁４６及び逆止弁４７を有する冷却蒸気バックアップ管４８及び４９を設置する。
また、高圧過熱器は、高圧一次過熱器１９、高圧二次過熱器１８、高圧三次過熱器１５に分割されて、高圧ドラム２２を出た蒸気はこれら高圧過熱器をシリーズに導かれる。さらに、高圧一次過熱器１９から高圧二次過熱器１８へ蒸気を導く配管から分岐して、冷却蒸気供給管３７へ接続される温度調整弁５０を有する冷却蒸気バックアップ管５１を設置する。さらに、高圧一次過熱器１９から温度調整弁５４を有する高圧二次過熱器１８へ蒸気を導く配管から分岐して、高圧三次過熱器１５へ接続される温度調整弁５２を有する高圧二次過熱器バイパス管５３を設置する。
【０００７】
ガスタービン高温部３６を冷却して過熱されたガスタービン冷却蒸気は圧力調整弁４１を有し、高温再熱蒸気管２６に接続される冷却蒸気戻し管４２を経て高温再熱蒸気と混合され、中圧蒸気タービン６へ導かれる。なお、ガスタービン高温部３６を冷却して過熱されたガスタービン冷却蒸気は、ガスタービン高温部３６から低温再熱蒸気管２８の流量調整弁４５の後流へ接続される系統を設置して低温再熱蒸気へ混合させても良い。また、ガスタービン冷却蒸気がガスタービン高温部３６をバイパスできるように、冷却蒸気供給管３７から分岐して冷却蒸気戻り管４２へ接続される流量調整弁４３を有する冷却蒸気バイパス管４４を設置しても良い。
この種のプラントにおいては、通常、ガスタービン各負荷においてガスタービン高温部３６を冷却するガスタービン冷却蒸気の必要とされる条件（流量・圧力・温度）がガスタービン高温部の状態から指定される。例えば、ガスタービン全負荷においては、ガスタービン冷却蒸気の流量は２００〜２５０ｔｏｎ／ｈ、圧力は３０〜４０ａｔａ、温度は３３０〜４００℃で供給されることが要求される。
【０００８】
図２に、ガスタービン各負荷に対して要求されるガスタービン冷却蒸気温度の温度許容幅の一例を示す。横軸のガスタービン負荷（％）に対して示す縦軸のガスタービン冷却蒸気温度（℃）の上限と下限の領域がガスタービンの安全運転の温度許容幅となる。
【０００９】
本実施形態では、ガスタービン冷却蒸気（供給管３７）は、ガスタービン高温部冷却に要求される冷却蒸気の条件を満たすために、通常運用時（プラント負荷整定時）では、低温再熱蒸気（供給管２８）の一部もしくは全部と中圧蒸気（供給管４０）の全部を混合して用いられる。
ここで、例えばガスタービン全負荷において、ガスタービン冷却蒸気に用いられる低温再熱蒸気は流量１９０ｔｏｎ／ｈ、圧力３８ａｔａ、３７０℃、中圧蒸気は流量４０ｔｏｎ／ｈ、圧力３８ａｔａ、３４０℃であり、混合されたガスタービン冷却蒸気は流量２３０ｔｏｎ／ｈ、圧力３８ａｔａ、３６５℃となる。
プラント起動及び停止、プラント負荷上昇及び負荷降下運用を行う場合、ガスタービン負荷の変動に伴い、ガスタービン冷却蒸気の必要条件も変動する。この場合、ガスタービン冷却蒸気の供給流量及び圧力については、調整弁制御によりガスタービン冷却蒸気必要条件に応じた調整は比較的行い易い。例えば、ガスタービン高温部３６へ供給される冷却蒸気の流量調整は、流量調整弁３５または４３または４５またはそれら流量調整弁いずれかの組合せまたはそれら流量調整弁全てを用いても良い。また、例えば、ガスタービン高温部３６へ供給される冷却蒸気の圧力調整は圧力調整弁４１を用いても良い。
【００１０】
しかし、ガスタービン高温部３６へ供給される冷却蒸気の温度については、ガスタービン負荷変化時に、蒸気配管と蒸気との間で行われる熱の授受が要因となり、ガスタービン冷却蒸気温度の追従に時間遅れが発生し、図２に示されるようなガスタービン冷却蒸気必要温度条件を満たせなくなる問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の第１の運用形態は、ガスタービンを安全に運用するために、ガスタービン各負荷に対して設定されたガスタービン冷却蒸気の温度許容幅に対して、ガスタービン冷却蒸気温度が温度許容幅の下限域を下回ることが予想される場合には、ガスタービン冷却蒸気よりも高温の蒸気を冷却蒸気バックアップとして供給してガスタービン冷却蒸気の温度を上昇させる運用を行う。バックアップとして用いる高温蒸気の選定基準には、その高温の蒸気圧力がガスタービン冷却蒸気よりも高圧である必要がある。本実施形態のプラントの場合、条件に該当するバックアップ蒸気には高圧蒸気が該当する。
【００１２】
図３に、ガスタービン冷却蒸気に対して設定される温度許容幅の下限域を示す。図３は、ガスタービン各負荷に対するガスタービン冷却蒸気の温度許容幅に対し、必要温度下限値からα℃の幅を持たせた下限域を設定することを示す。
図４に、第１の運用形態で行われる高圧蒸気バックアップの運用フローを示す。ガスタービン冷却蒸気温度が下限域のとき、温度調節弁４６を開き、下限域以上になったとき、温度調節弁４６を閉じる。
【００１３】
図５に、第１の運用形態で行われるガスタービン冷却蒸気温度の制御図を示す。燃料流量計５５で検出されるガスタービン燃料流量はほぼガスタービン負荷を表わす。ガスタービン負荷を表わすデータとしては、その他、ガスタービンの吸気または排気流量、圧縮空気吐出圧力、ガスタービンのみに発電機を設置する場合の発電機出力などがある。
ガスタービン燃料流量から計算されるガスタービン負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気必要温度の下限域を温度下限域設定器５７により設定する。この温度下限域と温度計５６によって測定されるガスタービン冷却蒸気供給温度との差から弁開度制御器５８において温度調節弁４６を調整する。弁開度制御器５８では、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度下限値であるときには温度調整弁４６を全開にする信号を発信し、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度下限値よりも上回るにつれ、温度調整弁４６の開度を小さくし、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度下限値よりもα℃すなわち下限域を上回るとき、温度調整弁４６を閉とする信号を発信する。
この制御により、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度下限域にあるときには高温の高圧蒸気を冷却蒸気バックアップ管４８、４９を経てガスタービン冷却蒸気供給管３７へ導き、ガスタービン冷却蒸気温度を上昇させ、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
【００１４】
本発明の第２の運用形態は、ガスタービン負荷上昇において、ガスタービンを安全に運用するために設定されたガスタービン冷却蒸気の温度許容幅がガスタービン負荷上昇に伴って上昇することに対し、蒸気配管と蒸気との間で行われる熱の授受が要因となり、ガスタービン冷却蒸気温度の温度上昇がガスタービン負荷上昇に対して時間遅れを有するために、温度許容幅の下限を下回ることが予想される場合には、ガスタービン負荷上昇に先行してガスタービン冷却蒸気よりも高温の高圧蒸気を冷却蒸気バックアップとして供給し、ガスタービン負荷上昇時でもガスタービン冷却蒸気温度が該温度許容幅内となるような設定値までガスタービン冷却蒸気を昇温した後、ガスタービン負荷を上昇させる運用を行う。
【００１５】
図６に、ガスタービン負荷を上昇させる時のガスタービン冷却蒸気に対して設定される冷却蒸気温度設定値を示す。図６は、例えばガスタービン負荷を５％／分で上昇させる場合のガスタービン各負荷に対するガスタービン冷却蒸気温度に対し、冷却蒸気必要温度下限値からβ℃加算した冷却蒸気温度を設定することを示す。
図７に、第２の運用形態で行われる高圧蒸気バックアップの運用フローを示す。ガスタービン負荷を５％／分で上昇させる場合、温度調整弁４６を開き、ガスタービン冷却蒸気温度が下限値＋β℃になったとき、温度調整弁４６を閉じる。
【００１６】
図８に、第２の運用形態で行われるガスタービン冷却蒸気温度の制御図を示す。燃料流量計５５で検出されるガスタービン燃料流量はほぼガスタービン負荷を表わす。ガスタービン負荷を表わすデータとしては、その他、ガスタービンの吸気または排気流量、圧縮空気吐出圧力、ガスタービンのみに発電機を設置する場合の発電機出力などがある。
プラント負荷上昇のためにガスタービン負荷を例えば５％／分で上昇させる指令が発信された場合、その時点におけるガスタービン燃料流量から計算されるガスタービン負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気必要温度の下限値に対して、β℃加算した冷却蒸気温度を冷却蒸気温度設定器５９により設定する。この温度設定値と温度計５６によって測定されるガスタービン冷却蒸気供給温度との差から弁開度制御器６０において温度調節弁４６を調整する。弁開度制御器６０では、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値に対して低いときには温度調整弁４６を開にする信号を発信し、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値に近づくにつれ、温度調整弁４６の開度を小さくし、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるとき、温度調整弁４６を閉とする信号を発信する。一方、ガスタービン冷却蒸気温度と温度設定値の偏差値が０℃以上になったとき、温度判定器がＯＮ指令を出力し、負荷上昇指令器の指令との論理積によりガスタービン負荷上昇制御器が作動し、ガスタービン負荷上昇を開始する。
この制御により、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるまで高温の高圧蒸気を冷却蒸気バックアップ管４８、４９を経てガスタービン冷却蒸気供給管３７へ導き、ガスタービン冷却蒸気温度を上昇させ、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となり、ガスタービン負荷を上昇させてガスタービン冷却蒸気の必要温度が上昇してもガスタービン冷却蒸気が冷却蒸気温度許容幅を下回る危険がなくなったとき、ガスタービン負荷を上昇させることで、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
なお、ガスタービン負荷上昇中においても、高圧蒸気を用いて本設定値に沿った冷却蒸気温度制御を行っても良い。
【００１７】
本発明の第３の運用形態は、ガスタービンを安全に運用するために、ガスタービン各負荷に対して設定されたガスタービン冷却蒸気の温度許容幅に対して、ガスタービン冷却蒸気温度が温度許容幅の上限域を上回ることが予想される場合には、ガスタービン冷却蒸気よりも低温の蒸気を冷却蒸気バックアップとして供給してガスタービン冷却蒸気の温度を下げる運用を行う。
バックアップとして用いる低温蒸気の選定基準には、その低温の蒸気をガスタービン高温部へ供給するために低温蒸気圧力がガスタービン冷却蒸気よりも高圧である必要がある。本実施形態のプラントの場合、その圧力条件に該当する蒸気には高圧蒸気が該当する。しかし、高圧蒸気は高温であるため、バックアップ蒸気として用いるためには、減温する必要がある。本実施形態のプラントでは、ガスタービン冷却蒸気バックアップとして高圧一次過熱器出口蒸気を選定している。
なお、ガスタービン冷却蒸気としてミストの混入した蒸気が許容される場合には、ガスタービン冷却蒸気供給管３７において減温スプレを用いても良い。
図９に、ガスタービン冷却蒸気に対して設定される温度許容幅の上限域を示す。図９は、ガスタービン各負荷に対するガスタービン冷却蒸気の温度許容幅に対し、必要温度上限値からγ℃の幅を持たせた上限域を設定することを示す。
図１０に、第３の運用形態で行われる高圧一次過熱器出口蒸気バックアップの運用フローを示す。ガスタービン冷却蒸気温度が上限域に達したとき、温度調節弁５０を開き、上限域以下になったとき、温度調節弁５０を閉じる。
【００１８】
図１１に、第３の運用形態で行われるガスタービン冷却蒸気温度の制御図を示す。燃料流量計５５で検出されるガスタービン燃料流量はほぼガスタービン負荷を表わす。ガスタービン負荷を表わすデータとしては、その他、ガスタービンの吸気または排気流量、圧縮空気吐出圧力、ガスタービンのみに発電機を設置する場合の発電機出力などがある。
ガスタービン燃料流量から計算されるガスタービン負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気必要温度の上限域を温度上限域設定器６１により設定する。この温度上限域と温度計５６によって測定されるガスタービン冷却蒸気供給温度との差から弁開度制御器６２において温度調節弁５０を調整する。弁開度制御器６２では、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限値であるときには温度調整弁５０を全開にする信号を発信し、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限値よりも下回るにつれ、温度調整弁５０の開度を小さくし、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限値よりもγ℃すなわち上限域を下回るとき、温度調整弁５０を閉とする信号を発信する。
この制御により、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限域にあるときには低温の高圧一次過熱器出口蒸気を冷却蒸気バックアップ管５１、４９を経てガスタービン冷却蒸気供給管３７へ導き、ガスタービン冷却蒸気温度を下げてガスタービンを安全に運用することが可能となる。
【００１９】
本発明の第４の運用形態は、ガスタービン負荷降下において、ガスタービンを安全に運用するために設定されたガスタービン冷却蒸気の温度許容幅がガスタービン負荷降下に伴って降下することに対し、蒸気配管と蒸気との間で行われる熱の授受が要因となり、ガスタービン冷却蒸気温度の温度降下がガスタービン負荷降下に対して時間遅れを有するために、温度許容幅の上限を上回ることが予想される場合には、ガスタービン負荷降下に先行してガスタービン冷却蒸気よりも低温の高圧一次過熱器出口蒸気を冷却蒸気バックアップとして供給し、ガスタービン負荷降下時でもガスタービン冷却蒸気温度が該温度許容幅内となるような設定値までガスタービン冷却蒸気温度を降下させた後、ガスタービン負荷を降下させる運用を行う。
なお、ガスタービン冷却蒸気としてミストの混入した蒸気が許容される場合には、ガスタービン負荷降下に先行して、ガスタービン冷却蒸気供給管３７において減温スプレを用いても良い。
【００２０】
図１２に、ガスタービン負荷を降下させる時のガスタービン冷却蒸気に対して設定される冷却蒸気温度設定値を示す。図１２は、例えばガスタービン負荷を５％／分で降下させる場合のガスタービン各負荷に対するガスタービン冷却蒸気温度に対し、冷却蒸気必要温度上限値からδ℃減算した冷却蒸気温度を設定することを示す。
図１３に、第４の運用形態で行われる高圧一次過熱器出口蒸気バックアップの運用フローを示す。ガスタービン負荷を５％／分で下降させる場合、温度調整弁５０を開き、ガスタービン冷却蒸気温度が上限値−δ℃になったとき、温度調整弁５０を閉じる。
【００２１】
図１４に、第４の運用形態で行われるガスタービン冷却蒸気温度の制御図を示す。燃料流量計５５で検出されるガスタービン燃料流量はほぼガスタービン負荷を表わす。ガスタービン負荷を表わすデータとしては、その他、ガスタービンの吸気または排気流量、圧縮空気吐出圧力、ガスタービンのみに発電機を設置する場合の発電機出力などがある。
プラント負荷降下のために、ガスタービン負荷を例えば５％／分で降下させる指令が発信された場合、その時点におけるガスタービン燃料流量から計算されるガスタービン負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気必要温度の上限値に対してδ℃減算した冷却蒸気温度を冷却蒸気温度設定器６３により設定する。この温度設定値と温度計５６によって測定されるガスタービン冷却蒸気供給温度との差から弁制御器６４において温度調節弁５０を調整する。弁開度制御器６４ではガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値に対して高いときには温度調整弁を開にする信号を発信し、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値に近づくにつれ、温度調整弁５０の開度を小さくし、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるとき、温度調整弁５０を閉とする信号を発信する。一方、ガスタービン冷却蒸気温度と温度設定値の偏差値が０℃以下になったとき、温度判定器がＯＮ指令を出力し、負荷降下指令器の指令との論理積によりガスタービン負荷降下制御器が作動し、ガスタービン負荷降下を開始する。
この制御により、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるまで高圧一次過熱器出口蒸気を冷却蒸気バックアップ管５１、４９を経てガスタービン冷却蒸気供給管３７へ導き、ガスタービン冷却蒸気温度を降下させ、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となり、ガスタービン負荷を降下させてガスタービン冷却蒸気の必要温度が降下してもガスタービン冷却蒸気が冷却蒸気温度許容幅を上回る危険がなくなったとき、ガスタービン負荷を降下させることで、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
なお、ガスタービン負荷降下中においても、高圧一次過熱器出口蒸気を用いて本設定値に沿った冷却蒸気温度制御を行っても良い。
【００２２】
本発明の第５の運用形態は、ガスタービンを安全に運用するために、ガスタービン各負荷に対して設定されたガスタービン冷却蒸気の温度許容幅に対して、ガスタービン冷却蒸気温度が温度許容幅の上限域を上回ることが予想される場合には、ガスタービン冷却蒸気として供給される低温再熱蒸気について、高圧蒸気温度を下げることにより低温再熱蒸気温度を下げ、ガスタービン高温部へ供給することにより、ガスタービン冷却蒸気の温度を下げる運用を行う。本実施形態のプラントでは、高圧蒸気温度を下げるために高圧一次過熱器１９から発生する蒸気の一部もしくは全部を高圧二次過熱器１８をバイパスして高圧三次過熱器１５へ導く運用を選定した。
なお、ガスタービン冷却蒸気としてミストの混入した蒸気が許容される場合には、減温のために高圧蒸気に対して減温スプレを用いても良い。または、ガスタービン冷却蒸気供給管３７において減温スプレを用いても良い。また、高圧蒸気温度が下がることにより、蒸気タービンへ導入される高圧蒸気と高温再熱蒸気との温度差により発生する熱応力が例えば蒸気タービンのロータまたはケーシングにとって障害となる場合には、高圧蒸気の減温にあわせて高温再熱蒸気を例えば減温スプレを用いて減温しても良い。
【００２３】
図９に、ガスタービン冷却蒸気に対して設定される温度許容幅の上限域を示す。図９は、ガスタービン各負荷に対するガスタービン冷却蒸気の温度許容温度幅に対し、必要温度上限値からγ℃の幅を持たせた上限域を設定することを示す。図１５に、第５の運用形態で行われる高圧蒸気温度降下の運用フローを示す。ガスタービン冷却蒸気温度が上限域に達したとき、温度調節弁５２を開き、上限域以下になったとき、温度調節弁５２を閉じる。
【００２４】
図１６に、第５の運用形態で行われるガスタービン冷却蒸気温度の制御図を示す。燃料流量計５５で検出されるガスタービン燃料流量はほぼガスタービン負荷を表わす。ガスタービン負荷を表わすデータとしては、その他、ガスタービンの吸気または排気流量、圧縮空気吐出圧力、ガスタービンのみに発電機を設置する場合の発電機出力などがある。
ガスタービン燃料流量から計算されるガスタービン負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気必要温度の上限域を温度上限域設定器６５により設定する。この温度上限域と温度計５６によって測定されるガスタービン冷却蒸気供給温度との差から弁開度制御器６６において温度調節弁５２を調整する。弁開度制御器６６ではガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限値であるときには温度調整弁５２を全開にする信号を発信し、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限値よりも下回るにつれ、温度調整弁５２の開度を小さくし、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限値よりもγ℃すなわち上限域を下回るとき、温度調整弁５２を閉とする信号を発信する。
この制御により、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限域にあるときには、低温の高圧一次過熱器出口蒸気を高圧二次過熱器バイパス管５３を経て高圧三次過熱器１５へ導き、高圧蒸気の温度を降下させ、低温再熱蒸気の温度を降下させ、ガスタービン冷却蒸気温度を下げることにより、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
【００２５】
本発明の第６の運用形態は、ガスタービン負荷降下において、ガスタービンを安全に運用するために設定されたガスタービン冷却蒸気の温度許容幅がガスタービン負荷降下に伴って下降することに対し、蒸気配管と蒸気との間で行われる熱の授受が要因となり、ガスタービン冷却蒸気温度の温度降下がガスタービン負荷降下に対して時間遅れを有するために、温度許容幅の上限を上回ることが予想される場合には、ガスタービン冷却蒸気として供給される低温再熱蒸気について、ガスタービン負荷降下に先行して高圧蒸気温度を下げることにより低温再熱蒸気温度を下げてガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン負荷降下時でもガスタービン冷却蒸気温度が該温度許容幅内となるような設定値までガスタービン冷却蒸気温度を降下させた後、ガスタービン負荷を降下させる運用を行う。本実施形態のプラントでは、高圧蒸気温度を下げるために、高圧一次過熱器１９から発生する蒸気の一部もしくは全部を高圧二次過熱器１８をバイパスして高圧三次過熱器１５へ導く運用を選定した。
なお、ガスタービン冷却蒸気としてミストの混入した蒸気が許容される場合には、ガスタービン負荷降下に先行して高圧蒸気に対して減温スプレを用いても良い。または、ガスタービン冷却蒸気供給管３７において減温スプレを用いても良い。また、高圧蒸気温度が下がることにより、蒸気タービンへ導入される高圧蒸気と高温再熱蒸気との温度差により発生する熱応力が例えば蒸気タービンのロータまたはケーシングにとって障害となる場合には、高圧蒸気の減温にあわせて高温再熱蒸気を例えば減温スプレを用いて減温しても良い。
【００２６】
図１２に、ガスタービン負荷を降下させる時のガスタービン冷却蒸気に対して設定される冷却蒸気温度設定値を示す。図１２は、例えばガスタービン負荷を５％／分で降下させる場合のガスタービン各負荷に対するガスタービン冷却蒸気温度に対し、冷却蒸気必要温度上限値からδ℃減算した冷却蒸気温度を設定することを示す。
図１７に、第６の運用形態で行われる高圧一次過熱器出口蒸気の高圧二次過熱器バイパス運用フローを示す。ガスタービン負荷を５％／分で下降させる場合、温度調整弁５２を開き、ガスタービン冷却蒸気温度が上限値−δ℃になったとき、温度調整弁５２を閉じる。
【００２７】
図１８に、第６の運用形態で行われるガスタービン冷却蒸気温度の制御図を示す。燃料流量計５５で検出されるガスタービン燃料流量はほぼガスタービン負荷を表わす。ガスタービン負荷を表わすデータとしては、その他、ガスタービンの吸気または排気流量、圧縮空気吐出圧力、ガスタービンのみに発電機を設置する場合の発電機出力などがある。
プラント負荷降下のために、ガスタービン負荷を例えば５％／分で降下させる指令が発信された場合、その時点におけるガスタービン燃料流量から計算されるガスタービン負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気必要温度の上限値に対してδ℃減算した冷却蒸気温度を冷却蒸気温度設定器６７により設定する。この温度設定値と温度計５６によって測定されるガスタービン冷却蒸気供給温度との差から弁開度制御器６８において温度調節弁５２を調整する。弁開度制御器６８ではガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値に対して高いときには温度調整弁５２を開にする信号を発信し、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値に近づくにつれ、温度調整弁５２の開度を小さくし、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるとき、温度調整弁５２を閉とする信号を発信する。
この制御により、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるまで高圧一次過熱器出口蒸気を高圧二次過熱器バイパス管５３を経て高圧三次過熱器１５へ導き、高圧蒸気温度を下げることにより低温再熱蒸気温度ひいてはガスタービン冷却蒸気温度を降下させ、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となり、ガスタービン負荷を降下させてガスタービン冷却蒸気の必要温度が降下しても、ガスタービン冷却蒸気が冷却蒸気温度許容幅を上回る危険がなくなったとき、ガスタービン負荷を降下させることで、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
なお、ガスタービン負荷降下中においても、高圧一次過熱器出口蒸気の高圧二次過熱器バイパス操作を行い、本設定値に沿った冷却蒸気温度制御を行っても良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度下限域にあるときには高温の高圧蒸気を冷却蒸気バックアップ管を経てガスタービン冷却蒸気供給管へ導くことにより、ガスタービン冷却蒸気温度を上昇させ、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
また、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるまで高温の高圧蒸気を冷却蒸気バックアップ管を経てガスタービン冷却蒸気供給管へ導き、ガスタービン冷却蒸気温度を上昇させ、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となり、ガスタービン負荷を上昇させてガスタービン冷却蒸気の必要温度が上昇してもガスタービン冷却蒸気が冷却蒸気温度許容幅を下回る危険がなくなったとき、ガスタービン負荷を上昇させることにより、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
また、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限域にあるときには低温の高圧一次過熱器出口蒸気を冷却蒸気バックアップ管を経てガスタービン冷却蒸気供給管へ導くことにより、ガスタービン冷却蒸気温度を下げてガスタービンを安全に運用することが可能となる。
また、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるまで高圧一次過熱器出口蒸気を冷却蒸気バックアップ管を経てガスタービン冷却蒸気供給管へ導き、ガスタービン冷却蒸気温度を降下させ、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となり、ガスタービン負荷を降下させてガスタービン冷却蒸気の必要温度が降下してもガスタービン冷却蒸気が冷却蒸気温度許容幅を上回る危険がなくなったとき、ガスタービン負荷を降下させることにより、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
また、ガスタービン冷却蒸気温度が必要温度上限域にあるときには、低温の高圧一次過熱器出口蒸気を高圧二次過熱器バイパス管を経て高圧三次過熱器へ導き、高圧蒸気の温度を降下させ、低温再熱蒸気の温度を降下させ、ガスタービン冷却蒸気温度を下げることにより、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
また、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となるまで高圧一次過熱器出口蒸気を高圧二次過熱器バイパス管を経て高圧三次過熱器へ導き、高圧蒸気温度を下げることにより低温再熱蒸気温度ひいてはガスタービン冷却蒸気温度を降下させ、ガスタービン冷却蒸気温度が温度設定値となり、ガスタービン負荷を降下させてガスタービン冷却蒸気の必要温度が降下しても、ガスタービン冷却蒸気が冷却蒸気温度許容幅を上回る危険がなくなったとき、ガスタービン負荷を降下させることにより、ガスタービンを安全に運用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を示した蒸気冷却型ガスタービンを用いたコンバインド発電設備（プラント）の全体構成図
【図２】 ガスタービン冷却蒸気の温度許容幅を説明する図
【図３】 本発明の第１の運用形態によるガスタービン冷却蒸気の温度下限域を説明する図
【図４】 本発明の第１の運用形態を示す制御フロー図
【図５】 本発明の第１の運用形態による制御図
【図６】 本発明の第２の運用形態による負荷上昇時のガスタービン冷却蒸気の温度設定値を説明する図
【図７】 本発明の第２の運用形態を示す制御フロー図
【図８】 本発明の第２の運用形態による制御図
【図９】 本発明の第３及び第５の運用形態によるガスタービン冷却蒸気の温度上限域を説明する図
【図１０】 本発明の第３の運用形態を示す制御フロー図
【図１１】 本発明の第３の運用形態による制御図
【図１２】 本発明の第４及び第６の運用形態による負荷降下時のガスタービン冷却蒸気の温度設定値を説明する図
【図１３】 本発明の第４の運用形態を示す制御フロー図
【図１４】 本発明の第４の運用形態による制御図
【図１５】 本発明の第５の運用形態を示す制御フロー図
【図１６】 本発明の第５の運用形態による制御図
【図１７】 本発明の第６の運用形態を示す制御フロー図
【図１８】 本発明の第６の運用形態による制御図
【符号の説明】
１…ガスタービン、２…空気圧縮機、３…燃焼器、４…ガスタービン、５…高圧蒸気タービン、６…中圧蒸気タービン、７…低圧蒸気タービン、８…発電機、９…復水器、１０…排熱回収ボイラ、１１…ガスタービン吸気、１２…燃料、１３…高温排ガス、１４…低温排ガス、１５…高圧三次過熱器、１６…再熱器、１７…減温器、１８…高圧二次過熱器、１９…高圧一次過熱器、２０…中圧過熱器、２１…低圧過熱器、２２…高圧ドラム、２３…中圧ドラム、２４…低圧ドラム、２５…高圧蒸気管、２６…高温再熱蒸気管、２７…低圧蒸気管、２８…低温再熱蒸気管、２９…復水ポンプ、３０…給水ポンプ、３１…高圧給水、３２…中圧給水、３３…低圧給水、３４…逆止弁、３５…流量調整弁、３６…ガスタービン高温部、３７…冷却蒸気供給管、３８…圧力調整弁、３９…逆止弁、４０…中圧蒸気管、４１…圧力調整弁、４２…冷却蒸気戻し管、４３…流量調整弁、４４…冷却蒸気バイパス管、４５…流量調整弁、４６…温度調整弁、４７…逆止弁、４８…冷却蒸気バックアップ管、４９…冷却蒸気バックアップ管、５０…温度調整弁、５１…冷却蒸気バックアップ管、５２…温度調整弁、５３…高圧二次過熱器バイパス管、５４…温度調整弁、５５…流量計、５６…温度計、５７…温度下限域設定器、５８…弁開度制御器、５９…温度設定器、６０…弁開度設定器、６１…温度上限域設定器、６２…弁開度制御器、６３…温度設定器、６４…弁開度制御器、６５…温度上限域設定器、６６…弁開度制御器、６７…温度設定器、６８…弁開度制御器
Claims (6)
- ガスタービン高温部の一部または全部を蒸気により冷却するガスタ−ビンと、該ガスタ−ビンからの排ガスを利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラにより発生した蒸気を動力源とする蒸気タ−ビンと、ガスタービン高温部を冷却するガスタービン冷却蒸気を供給する系統の一つとして、高圧蒸気タービンから排熱回収ボイラ再熱器へ低温再熱蒸気を導く蒸気配管から分岐して低温再熱蒸気の一部もしくは全部をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統と共に、排熱回収ボイラの中圧過熱器から中圧蒸気をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統と、排熱回収ボイラの高圧過熱器から高圧蒸気タービンへ高圧蒸気を導く蒸気配管から分岐して高圧蒸気の一部をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統を有するコンバインド発電設備であって、
ガスタービン各負荷に対してガスタービン冷却蒸気の温度許容幅の下限値から所定の幅を持たせた下限域を設定する温度下限域設定手段と、該温度下限域とガスタービン冷却蒸気温度を比較する手段とを設け、ガスタービン冷却蒸気温度が前記下限域になった時には、高温の高圧蒸気の一部をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン冷却蒸気温度を前記下限域以上に上昇させ、前記温度許容幅内となるガスタービン冷却蒸気を供給することを特徴とするコンバインド発電設備。 - ガスタービン高温部の一部または全部を蒸気により冷却するガスタ−ビンと、該ガスタ−ビンからの排ガスを利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラにより発生した蒸気を動力源とする蒸気タ−ビンと、ガスタービン高温部を冷却するガスタービン冷却蒸気を供給する系統の一つとして、高圧蒸気タービンから排熱回収ボイラ再熱器へ低温再熱蒸気を導く蒸気配管から分岐して低温再熱蒸気の一部もしくは全部をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統と共に、排熱回収ボイラの中圧過熱器から中圧蒸気をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統と、排熱回収ボイラの高圧過熱器から高圧蒸気タービンへ高圧蒸気を導く蒸気配管から分岐して高圧蒸気の一部をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統を有するコンバインド発電設備であって、
ガスタービン各負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気の必要温度の下限値に対して、所定値を加算した冷却蒸気温度を設定する冷却蒸気温度設定手段と、該冷却蒸気温度設定手段で設定された冷却蒸気設定温度と測定されたガスタービン冷却蒸気気温とを比較する温度判定手段を備える冷却蒸気温度上昇制御手段を設け、
ガスタービン負荷上昇に伴い、前記冷却蒸気の必要温度が上昇するために、ガスタービン負荷上昇時にガスタービン冷却蒸気温度が前記冷却蒸気設定温度を下まわる時には、ガスタービン負荷上昇に先行して高温の高圧蒸気の一部をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン負荷上昇時にガスタービン冷却蒸気温度が前記冷却蒸気設定温度となるまでガスタービン冷却蒸気を昇温した後、ガスタービン負荷上昇を行うことを特徴とするコンバインド発電設備。 - ガスタービン高温部の一部または全部を蒸気により冷却するガスタ−ビンと、該ガスタ−ビンからの排ガスを利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラにより発生した蒸気を動力源とする蒸気タ−ビンと、ガスタービン高温部を冷却するガスタービン冷却蒸気を供給する系統の一つとして、高圧蒸気タービンから排熱回収ボイラ再熱器へ低温再熱蒸気を導く蒸気配管から分岐して低温再熱蒸気の一部もしくは全部をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統と共に、排熱回収ボイラの中圧過熱器から中圧蒸気をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統と、排熱回収ボイラにおいて高圧過熱器が二つ以上に分割され、高圧ドラムを出た蒸気が高圧一次過熱器から高圧二次過熱器へシリーズに導かれる構成を有し、排熱回収ボイラの高圧一次過熱器から高圧二次過熱器へ蒸気を導く蒸気配管から分岐して高圧一次過熱器出口蒸気の一部をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統を有するコンバインド発電設備であって、
ガスタービン各負荷に対してガスタービン冷却蒸気の温度許容幅の上限値から所定の幅を持たせた上限域を設定する温度上限域設定手段を設け、ガスタービン冷却蒸気温度が前記上限域になった時には、ガスタービン冷却蒸気に較べて低温の高圧一次過熱器出口蒸気の一部をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン冷却蒸気温度を前記上限域より降下させ、前記温度許容幅内となるガスタービン冷却蒸気を供給することを特徴とするコンバインド発電設備。 - ガスタービン高温部の一部または全部を蒸気により冷却するガスタ−ビンと、該ガスタ−ビンからの排ガスを利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラにより発生した蒸気を動力源とする蒸気タ−ビンと、ガスタービン高温部を冷却するガスタービン冷却蒸気を供給する系統の一つとして、高圧蒸気タービンから排熱回収ボイラ再熱器へ低温再熱蒸気を導く蒸気配管から分岐して低温再熱蒸気の一部もしくは全部をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統と共に、排熱回収ボイラの中圧過熱器から中圧蒸気をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統と、排熱回収ボイラにおいて高圧過熱器が二つ以上に分割され、高圧ドラムを出た蒸気が高圧一次過熱器から高圧二次過熱器へシリーズに導かれる構成を有し、排熱回収ボイラの高圧一次過熱器から高圧二次過熱器へ蒸気を導く蒸気配管から分岐して高圧一次過熱器出口蒸気の一部をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統を有するコンバインド発電設備であって、
ガスタービン各負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気の必要温度の上限値に対して、所定値を減算した冷却蒸気温度を設定する冷却蒸気温度設定手段と、該冷却蒸気温度設定手段で設定された冷却蒸気設定温度と測定されたガスタービン冷却蒸気気温とを比較する温度判定手段を備える冷却蒸気温度降下制御手段を設け、
ガスタービン負荷降下に伴い、前記冷却蒸気の必要温度が降下するために、ガスタービン負荷降下時にガスタービン冷却蒸気温度が前記冷却蒸気設定温度を上まわる時には、ガスタービン負荷降下に先行してガスタービン冷却蒸気に較べて低温の高圧一次過熱器出口蒸気の一部をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン負荷降下時にガスタービン冷却蒸気温度が前記冷却蒸気設定温度となるまでガスタービン冷却蒸気温度を降下させた後、ガスタービン負荷降下を行うことを特徴とするコンバインド発電設備。 - ガスタービン高温部の一部または全部を蒸気により冷却するガスタ−ビンと、該ガスタ−ビンからの排ガスを利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラにより発生した蒸気を動力源とする蒸気タ−ビンと、ガスタービン高温部を冷却するガスタービン冷却蒸気を供給する系統の一つとして、高圧蒸気タービンから排熱回収ボイラ再熱器へ低温再熱蒸気を導く蒸気配管から分岐して低温再熱蒸気の一部もしくは全部をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統と共に、排熱回収ボイラの中圧過熱器から中圧蒸気をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統と、排熱回収ボイラにおいて高圧過熱器が少なくとも二つ以上に分割され、高圧ドラムを出た蒸気が高圧一次過熱器から高圧二次過熱器へシリーズに導かれる構成を有し、高圧一次過熱器から高圧二次過熱器へ蒸気を導く蒸気配管から分岐して、高圧一次過熱器出口蒸気を高圧二次過熱器をバイパスさせる系統を有するコンバインド発電設備であって、
ガスタービン各負荷に対してガスタービン冷却蒸気の温度許容幅の上限値から所定の幅を持たせた上限域を設定する温度上限域設定手段を設け、ガスタービン冷却蒸気温度が前記上限域になった時には、高圧一次過熱器出口蒸気の一部もしくは全部を高圧二次過熱器をバイパスさせて高圧蒸気温度を降下させ、温度の降下した低温再熱蒸気をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン冷却蒸気温度を前記上限域より降下させ、前記温度許容幅内となるガスタービン冷却蒸気を供給することを特徴とするコンバインド発電設備。 - ガスタービン高温部の一部または全部を蒸気により冷却するガスタ−ビンと、該ガスタ−ビンからの排ガスを利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラにより発生した蒸気を動力源とする蒸気タ−ビンと、ガスタービン高温部を冷却するガスタービン冷却蒸気を供給する系統の一つとして、高圧蒸気タービンから排熱回収ボイラ再熱器へ低温再熱蒸気を導く蒸気配管から分岐して低温再熱蒸気の一部もしくは全部をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統と共に、排熱回収ボイラの中圧過熱器から中圧蒸気をガスタービン冷却蒸気の供給配管へ導く系統と、排熱回収ボイラにおいて高圧過熱器が少なくとも二つ以上に分割され、高圧ドラムを出た蒸気が高圧一次過熱器から高圧二次過熱器へシリーズに導かれる構成を有し、高圧一次過熱器から高圧二次過熱器へ蒸気を導く蒸気配管から分岐して、高圧一次過熱器出口蒸気を高圧二次過熱器をバイパスさせる系統を有するコンバインド発電設備であって、
ガスタービン各負荷に応じて設定されるガスタービン冷却蒸気の必要温度の上限値に対して、所定値を減算した冷却蒸気温度を設定する冷却蒸気温度設定手段と、該冷却蒸気温度設定手段で設定された冷却蒸気設定温度と測定されたガスタービン冷却蒸気気温とを比較する温度判定手段を備える冷却蒸気温度降下制御手段を設け、
ガスタービン負荷降下に伴い、前記冷却蒸気の必要温度が降下するために、ガスタービン負荷降下時にガスタービン冷却蒸気温度が前記冷却気蒸設定温度を上まわる時には、ガスタービン負荷降下に先行して高圧一次過熱器出口蒸気の一部もしくは全部を高圧二次過熱器をバイパスさせて高圧蒸気温度を降下させ、温度の降下した低温再熱蒸気をガスタービン高温部へ供給し、ガスタービン負荷降下時にガスタービン冷却蒸気温度が前記冷却気蒸設定温度となるまでガスタービン冷却蒸気温度を降下させた後、ガスタービン負荷降下を行うことを特徴とするコンバインド発電設備。
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