JP4402467B2 - 複合発電プラントおよびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃熱ボイラなど蒸気発生装置から発生した蒸気をガスタービンの排ガスで過熱しこの過熱蒸気を用いて蒸気タービンを駆動する複合発電プラントおよびその制御方法に関する。

一般的にごみ焼却炉などに適用される複合発電プラントは、ガスタービン式発電装置と、ごみ焼却炉からの廃熱を回収して蒸気を発生させる廃熱ボイラと、ガスタービンの廃熱を利用して廃熱ボイラで発生した蒸気を過熱する過熱器と、過熱器において過熱された過熱蒸気により駆動される蒸気タービン式発電装置とを備える。この構成により、発電量の増大を図ると共に総合熱効率の増大を図っている。

しかし、この複合発電プラントにおいては、ガスタービン式発電装置がトリップして蒸気タービンに供給される蒸気の過熱温度（蒸気タービンの入口蒸気温度）が急激に変化すると、蒸気タービンの羽根に熱応力が生じて羽根の寿命に影響を与える場合がある。そのため、ガスタービン式発電装置がトリップしたときには蒸気タービン式発電装置もトリップさせている。

これに対処するために、例えば特許文献１に開示される複合発電プラントでは、ガスタービン式発電装置のトリップを検知したときに、廃熱ボイラの出口蒸気温度を高めることにより、蒸気タービンの入口蒸気温度の変化を許容可能な温度差の範囲内に抑えるように制御している。

しかしこの制御方法では、廃熱ボイラの出口蒸気温度を高めているので、廃熱ボイラの管壁温度が高温腐食領域に達する可能性がある。また廃熱ボイラの出口蒸気温度を高めるときの温度上昇速度、および、ガスタービン式発電装置のトリップによる蒸気タービンの出口蒸気温度の低下速度の差が大きい場合に、蒸気タービンの入口蒸気温度が急激に変化して温度差が許容可能な範囲を超える可能性がある。
特開平７−１１９４１５号公報 （第１図）

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、蒸気タービンの入口蒸気温度の急変を防ぎ、蒸気タービン式発電装置の運転を継続することができる複合発電プラントおよびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る複合発電プラントは、複数のガスタービン式発電装置と、蒸気を発生させる蒸気発生装置と、各ガスタービンの排気側にそれぞれ設けられた、各ガスタービンから排出される排ガスによって蒸気発生装置において発生する蒸気を過熱する過熱器と、各過熱器において過熱された過熱蒸気によって駆動される蒸気タービン式発電装置と、各過熱器にそれぞれ流入する蒸気を遮断する遮断手段と、各ガスタービン式発電装置にそれぞれ設けられた、各ガスタービン式発電装置のトリップをそれぞれ検出するトリップ検出手段と、複合発電プラントの運転を制御する制御装置とを備えており、該制御装置は、トリップ検出手段から複数のガスタービン式発電装置のうちの一部のガスタービン式発電装置のトリップに関する情報を得たときに、この情報に基づいてトリップしたガスタービン式発電装置側の過熱器に対応する遮断手段を遮断するように構成されている。

この構成によれば、トリップしたガスタービン式発電装置側の過熱器に流入する蒸気を遮断手段によって遮断することにより、過熱されない蒸気が蒸気タービンに供給されることを回避することができる。これにより、蒸気タービンの入口温度の急激な変化を回避することが可能となる。その結果、蒸気タービン式発電装置の運転を継続することができる。

また複数のガスタービン式発電装置を備えているので、ガスタービン式発電装置の一部がトリップした場合に、遮断した蒸気を、運転継続しているガスタービン式発電装置側の過熱器に分配して所定温度まで過熱し、蒸気タービンに供給することが可能である。これにより、蒸気タービンの入口蒸気流量を、ガスタービン式発電装置がトリップする前の蒸気流量に近づけることが可能となる。その結果、複合発電プラントの発電量の大幅な低下を抑えることができる。

また本発明に係る複合発電プラントは、蒸気発生装置の出口側通路と蒸気タービンの出口側通路とを連通することによってガスタービン式発電装置と蒸気タービン式発電装置とをバイパスするタービンバイパス通路と、該タービンバイパス通路の途中に介在して該タービンバイパス通路内の蒸気流量を調整する第１流量調整手段とをさらに備えており、制御装置が、遮断手段を遮断するとともに第１流量調整手段の開度を制御することにより、遮断手段によって遮断した蒸気の一部または全部をタービンバイパス通路を通して蒸気タービンの出口側通路に排出するように構成されることが好ましい。

この構成によれば、第１流量調整手段の開度を制御して、遮断した蒸気の一部または全部をタービンバイパス通路を通して蒸気タービンの出口側通路に排出することにより、運転継続しているガスタービン式発電装置側の過熱器に過剰な蒸気が流入することを抑制することができる。これにより、過熱器の出口蒸気温度、すなわち蒸気タービンの入口蒸気温度が急激に変化することを抑制することができ、蒸気タービン式発電装置の運転を継続することができる。

また本発明に係る複合発電プラントは、各過熱器に流入する蒸気流量を計測する流量計測手段をさらに備えており、制御装置が、該流量計測手段から得た蒸気流量に関する流量情報に基づいてタービンバイパス通路を通して蒸気タービンの出口側通路に排出すべき蒸気の流量を算出し、この算出流量に基づいて第１流量調整手段の開度を制御するように構成されることが好ましい。

この構成によれば、タービンバイパス通路を通して蒸気タービンの出口側通路に排出すべき蒸気の流量を精度良く算出することができる。より具体的には、タービンバイパス通路を通して蒸気タービンの出口側通路に排出すべき蒸気の流量は、ガスタービン式発電装置がトリップする直前の各過熱器に流れる蒸気流量の総和と、運転継続しているガスタービン式発電装置側の各過熱器に流すことができる蒸気流量の総和との差から算出される。そしてこの流量に基づいて第１流量調整手段の開度が制御される。これにより、運転継続しているガスタービン式発電装置側の過熱器に過剰な蒸気が流入することが抑制される。その結果、蒸気タービンの入口蒸気温度が急激に変化することを抑制することができ、蒸気タービン式発電装置の運転を継続することができる。

また本発明に係る複合発電プラントは、蒸気発生装置の出口側通路と過熱器の出口側通路とを連通することによって該過熱器をバイパスする過熱器バイパス通路と、過熱器バイパス通路の途中に介在して該過熱器バイパス通路内の蒸気流量を調整する第２流量調整手段とをさらに備えており、制御装置が、タービンバイパス通路へ蒸気を移行したときから所定時間経過後に、第１流量調整手段の開度を徐々に減少させるとともに第２流量調整手段の開度を徐々に増加させることにより、タービンバイパス通路の蒸気を過熱器バイパス通路に移行して蒸気タービンに供給するように構成されることが好ましい。

この構成によれば、タービンバイパス通路を通して蒸気タービンの出口側通路に排出している蒸気を、過熱器バイパス通路を通して蒸気タービンに供給するので、蒸気タービンの入口蒸気流量を、ガスタービン式発電装置がトリップする前の蒸気流量に復帰させることができる。これにより、タービンバイパス通路を通して蒸気タービンの出口側通路に排出していた蒸気の熱エネルギを、蒸気タービンを用いて電気エネルギとして回収することができる。その結果、複合発電プラントの発電量の大幅な低下を抑えることができる。

このとき、運転継続しているガスタービン式発電装置側の過熱器から蒸気タービンに供給されている過熱蒸気に過熱されない蒸気を混ぜることになるので、蒸気タービンの入口蒸気温度は低下する。しかし、上記の通り、タービンバイパス通路へ蒸気を移行したときから所定時間経過後に、すなわち複合発電プラントの運転状態（圧力、温度、流量など）が安定した後に、過熱されない蒸気を急激に増やすのではなく徐々に増やしているので、蒸気タービンの入口蒸気温度が急激に変化することはない。その結果、蒸気タービンの運転を継続することができる。

またこの発明に係る複合発電プラントは、第１流量調整手段の上流側の蒸気の圧力を計測する圧力計測手段をさらに備えており、制御装置は、タービンバイパス通路の蒸気を過熱器バイパス通路に移行させるときに、第１流量調整手段の開度を徐々に減少させるととともに圧力計測手段から得た蒸気の圧力に関する情報に基づいてこの圧力が予め設定された目標値になるように第２流量調整手段の開度を制御すべく構成されることが好ましい。

この構成によれば、第１流量調整手段の開度を減少させるだけで、タービンバイパス通路を通して蒸気タービンの出口側通路に排出している蒸気を、過熱器バイパス通路を移行して蒸気タービンに供給することができる。すなわち、第１流量調整手段の開度を徐々に減少させる、すなわちタービンバイパス通路の蒸気流量を徐々に減少させると、第１流量調整手段の上流側の蒸気の圧力が上昇する。この圧力が予め設定された目標値を超えたときに、この圧力を目標値に一致させるように第２流量調整手段の開度が増加する。これにより、タービンバイパス通路の蒸気を過熱器バイパス通路に移行することができる。

またこの構成では、タービンバイパス通路の蒸気流量を減少させる速度を適宜設定することにより、過熱器バイパス通路を通して蒸気タービンに供給される蒸気流量を調整することができる。これにより、蒸気タービンの入口蒸気温度が急激に変化することを回避することが可能となる。

本発明に係る複合発電プラントの制御方法は、複数のガスタービン式発電装置と、蒸気を発生させる蒸気発生装置と、各ガスタービンの排気側にそれぞれ設けられた、各ガスタービンから排出される排ガスによって蒸気発生装置において発生する蒸気を過熱する過熱器と、各過熱器で過熱された過熱蒸気によって駆動される蒸気タービン式発電装置と、各過熱器にそれぞれ流入する蒸気を遮断する遮断手段と、各ガスタービン式発電装置のトリップをそれぞれ検出するトリップ検出手段とを備える複合発電プラントに適用される制御方法であって、トリップ検出手段が複数のガスタービン式発電装置のうちの一部のガスタービン式発電装置がトリップしたことを検出したときに、遮断手段がトリップしたガスタービン式発電装置側の過熱器に流入する蒸気を遮断する遮断工程を有する。

この制御方法によれば、トリップしたガスタービン式発電装置側の過熱器に流入する蒸気を遮断手段によって遮断することにより、過熱されない蒸気が蒸気タービンに供給されることを回避することができる。これにより、蒸気タービンの入口蒸気温度の急激な変化を回避することが可能となる。その結果、蒸気タービン式発電装置の運転を継続することができる。

本発明に係る別の複合発電プラントの制御方法は、複数のガスタービン式発電装置と、蒸気を発生させる蒸気発生装置と、各ガスタービンの排気側にそれぞれ設けられた、各ガスタービンから排出される排ガスによって蒸気発生装置において発生する蒸気を過熱する過熱器と、各過熱器で過熱された過熱蒸気によって駆動される蒸気タービン式発電装置と、各過熱器にそれぞれ流入する蒸気を遮断する遮断手段と、各ガスタービン式発電装置のトリップをそれぞれ検出するトリップ検出手段と、蒸気発生装置の出口側通路と蒸気タービンの出口側通路とを連通するタービンバイパス通路とを備える複合発電プラントに適用される制御方法であって、トリップ検出手段が複数のガスタービン式発電装置のうちの一部のガスタービン式発電装置がトリップしたことを検出したときに、遮断手段がトリップしたガスタービン式発電装置側の過熱器に流入する蒸気を遮断する遮断工程と、遮断手段によって遮断した蒸気を、タービンバイパス通路および運転継続しているガスタービン式発電装置側の過熱器へ移行する第１移行工程とを有する。

この制御方法によれば、遮断した蒸気の一部または全部をタービンバイパス通路を通して蒸気タービンの出口側通路に排出することにより、運転継続しているガスタービン式発電装置側の過熱器に過剰な蒸気が流入することを抑制することができる。これにより、過熱器の出口蒸気温度、すなわち蒸気タービンの入口蒸気温度が急激に変化することを抑制することができ、蒸気タービン式発電装置の運転を継続することができる。

本発明に係る別の複合発電プラントの制御方法は、複数のガスタービン式発電装置と、蒸気を発生させる蒸気発生装置と、各ガスタービンの排気側にそれぞれ設けられた、各ガスタービンから排出される排ガスによって蒸気発生装置において発生する蒸気を過熱する過熱器と、各過熱器で過熱された過熱蒸気によって駆動される蒸気タービン式発電装置と、各過熱器にそれぞれ流入する蒸気を遮断する遮断手段と、各ガスタービン式発電装置のトリップをそれぞれ検出するトリップ検出手段と、蒸気発生装置の出口側通路と蒸気タービンの出口側通路とを連通するタービンバイパス通路と、蒸気発生装置の出口側通路と過熱器の出口側通路とを連通する過熱器バイパス通路とを備える複合発電プラントに適用される制御方法であって、トリップ検出手段が複数のガスタービン式発電装置のうちの一部のガスタービン式発電装置がトリップしたことを検出したときに、遮断手段がトリップしたガスタービン式発電装置側の過熱器に流入する蒸気を遮断する遮断工程と、遮断手段によって遮断した蒸気を、タービンバイパス通路および運転継続しているガスタービン式発電装置側の過熱器へ移行する第１移行工程と、タービンバイパス通路へ蒸気を移行したときから所定時間経過後に、タービンバイパス通路に移行された蒸気を徐々に過熱器バイパス通路へ移行する第２移行工程とを有する。

この制御方法によれば、タービンバイパス通路に移行された蒸気を過熱器バイパス通路に徐々に移行することにより蒸気タービンの入口蒸気温度の変化が許容可能な範囲内に抑制されるので、蒸気タービン式発電装置の運転を継続することができる。さらにタービンバイパス通路に移行された蒸気を徐々に過熱器バイパス通路へ移行することにより、蒸気タービンの入口蒸気流量をガスタービン式発電装置のトリップ前の蒸気流量に復帰させることもできる。その結果、複合発電プラントの発電量の大幅な低下を抑えることができる。

本発明によれば、蒸気タービンの入口蒸気温度の急変を防ぎ、蒸気タービン式発電装置の運転を継続することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る複合発電プラントの構成を示すフローチャートである。なお、ここでは、複合発電プラントを公知のごみ焼却炉に適用した場合を一例として説明する。

図１に示すように、複合発電プラントは都市ごみを焼却する公知のごみ焼却炉１００と、ごみ焼却炉１００の廃熱を利用する蒸気タービン式発電装置２００と、ガスタービン式発電装置３００と、これらの装置を制御する制御装置４００とを備える。

ごみ燃焼炉１００は、図示されていないが、ごみ焼却炉出口ガス管路が煙道を介して煙突に連通している。この煙道の途中にはごみ焼却炉１００から排出される排ガス中の熱エネルギを回収して蒸気を発生させる廃熱ボイラ１０１が設置されている。

廃熱ボイラ１０１は廃熱ボイラ１０１において発生した蒸気を蒸気タービン式発電装置２００に供給するために蒸気供給管路１０２を通して蒸気タービン式発電装置２００に連通している。蒸気供給通路１０２には廃熱ボイラ１０１側から順に蒸気を溜める蒸気だめタンク１０３と、後述の１号過熱器１０４ａおよび２号過熱器１０４ｂとが設置されている。

蒸気タービン式発電装置２００は蒸気タービン２０１と発電機２０２とを直列に連結したものである。蒸気タービン２０１の給気口に蒸気供給管路１０２が連通しており、蒸気タービン２０１の排気口に復水管路２０３を通して蒸気復水器２０４が連通している。この蒸気供給管路１０２の蒸気タービン２０１の給気口の上流側に第１調整弁２０５が設置されている。また蒸気タービン式発電装置２００を迂回して蒸気供給管路１０２の第１調整弁２０５の上流側と復水管路２０３とを連通する蒸気タービンバイパス管路２０６が設けられている。蒸気タービンバイパス管路２０６にはバイパス弁２０７が設置されている。これにより、蒸気タービン式発電装置２００が故障したときなどに、蒸気タービン２０１に供給する蒸気を遮断するとともにこの遮断した蒸気を蒸気復水器２０４に戻すことができる。

ガスタービン式発電装置３００は１号ガスタービン式発電装置３００ａおよび２号ガスタービン式発電装置３００ｂから構成される。１号ガスタービン式発電装置３００ａは１号ガスタービン３０１ａと１号圧縮機３０２ａと１号発電機３０３ａとを直列に連結したものである。１号ガスタービン３０１ａの排気口は１号排ガス管路３０４ａを通して煙突（図示せず）に連通している。１号排ガス管路３０４ａには、１号ガスタービン３０１ａから排出される排ガス中の熱エネルギを回収して廃熱ボイラ１０１から供給される蒸気を所定温度まで過熱する１号過熱器１０４ａが設置されている。なお、２号ガスタービン式発電装置３００ｂも同様の構成を有する。

なお１号ガスタービン式装置３００ａおよび２号ガスタービン式発電装置３００ｂは略同一の能力を有するように設定されることが望ましい。これにより１号過熱器１０４ａおよび２号過熱器１０４ｂなどの付帯設備をほぼ同じ能力および形状にすることができ、設備全体が簡素化されるとともにコスト低減にもつながる。もちろん１号ガスタービン式発電装置３００ａおよび２号ガスタービン式発電装置３００ｂが互いに異なる能力を有しても構わない。その場合には１号過熱器１０４ａおよび２号過熱器１０４ｂなどの付帯設備は、１号ガスタービン式発電装置３００ａおよび２号ガスタービン式発電装置３００ｂの各能力に応じてそれぞれ設定される。また、ここでは、２つのガスタービン式発電装置が設けられているが、２つ以上であれば何台設置しても構わない。

また各過熱器１０４ａ、１０４ｂの過熱能力は、これらの過熱器１０４ａ、１０４ｂの運転条件の変動を考慮し、通常運転時の過熱能力に対して余裕（例えば、２０％）をもって設定されている。従って各過熱器１０４ａ、１０４ｂには、この余裕分に相当する蒸気流量まで蒸気を流すことができる。この蒸気流量が後述する各過熱器１０４ａ、１０４ｂに流入させることができる蒸気流量の最大値Ｇ４に対応する。これにより、後述するように２つのガスタービン式発電装置３００ａ、３００ｂのうち１つがトリップしてこれに対応する後述の１号過熱器用遮断弁１０６ａまたは２号過熱器用遮断弁１０６ｂを遮断したときに、遮断した蒸気の一部を、運転継続しているガスタービン式発電装置に対応する過熱器に流すことが可能となる。

上記蒸気供給管路１０２は上述の蒸気だめタンク１０３の下流側において２つの分岐管路１０５ａ、１０５ｂに分岐され、これらの分岐管路１０５ａ、１０５ｂは１号過熱器１０４ａおよび２号過熱器１０４ｂにそれぞれ連通している。蒸気供給管路１０２の１号過熱器１０４ａ側の分岐管路１０５ａには、１号過熱器１０４ａに流入する蒸気を遮断する１号過熱器用遮断弁１０６ａが設置されている。同様に蒸気供給管路１０２の２号過熱器１０４ｂ側の分岐管路１０５ｂには、２号過熱器１０４ｂに流入する蒸気を遮断する２号過熱器用遮断弁１０６ｂが設置されている。１号過熱器１０４ａおよび２号過熱器１０４ｂのそれぞれの排気側には、蒸気出口管路１０５ｃ、１０５ｄがそれぞれ連通されている。これらの蒸気出口管路１０５ｃ、１０５ｄは蒸気タービン２０１側で合流して第１調整弁２０５の入口に連通するようになっている。これらの排気管路１０５ｃ、１０５ｄは蒸気供給管路１０２の一部を構成する。

また蒸気供給管路１０２には、１号過熱器１０４ａおよび２号過熱器１０４ｂ並びに蒸気タービン２０１を迂回するタービンバイパス管路１０７が設けられている。このタービンバイパス管路１０７は蒸気供給管路１０２の蒸気だめタンク１０３から分岐管路１０５ａ、１０５ｂまでの間の部分から分岐され、復水管路２０３に連通している。なお、ここでは、タービンバイパス管路１０７が蒸気供給管路１０２の蒸気だめタンク１０３から分岐管路１０５ａ、１０５ｂまでの間の部分から分岐されているが、これに限定するものではない。例えば、タービンバイパス管路１０７を、分岐管路１０５ａ、１０５ｂの１号過熱器用遮断弁１０６ａおよび２号過熱器用遮断弁１０６ｂの上流側の部分から分岐しても構わない。

このタービンバイパス管路１０７には、蒸気だめタンク１０３側から順にタービンバイパス遮断弁１０８とタービンバイパス管路１０７内を流れる蒸気流量を調整する第２調整弁１０９とが設置されている。このタービンバイパス遮断弁１０８および第２調整弁１０９が第１流量調整手段を構成する。またこのタービンバイパス管路１０７の第２調整弁１０９から復水管路２０３までの間の部分に、上述した蒸気タービンバイパス管路２０６の排気側が連通している。これにより、タービンバイパス管路１０７が蒸気タービンバイパス管路２０６の一部を構成する。もちろん、蒸気タービンバイパス管路２０６をタービンバイパス管路１０７と別個独立に設けて直接復水管路２０３に連通しても構わない。

また蒸気供給管路１０２には、１号過熱器１０４ａと２号過熱器１０４ｂとを迂回する過熱器バイパス管路１１０が設けられている。この過熱器バイパス管路１１０は、タービンバイパス管路１０７のタービンバイパス遮断弁１０８の上流側の部分から分岐され、蒸気出口管路１０５ｃ、１０５ｄの合流点から蒸気タービンバイパス管路２０６の入口までの間の部分に連通している。この過熱器バイパス管路１１０にはこの中を流れる蒸気流量を調整する第３調整弁（第２流量調整手段）１１１が設置されている。これにより、タービンバイパス管路１０７が過熱器バイパス管路１１０の一部を構成する。もちろん、過熱器バイパス管路１１０をタービンバイパス管路１０７と別個独立に設けても構わない。すなわち、過熱器バイパス管路１１０を、蒸気供給管路１０２から直接分岐してもよい。

また蒸気だめタンク１０３にはその中の蒸気圧力を計測する圧力計測器１１２が設けられている。１号ガスタービン式発電装置３００ａには１号ガスタービン式発電装置３００ａがトリップしたことを検出するための１号ガスタービン用トリップ検出器１１３ａが設けられている。同様に２号ガスタービン式発電装置３００ｂにも２号ガスタービン式発電装置３００ｂがトリップしたことを検出するための２号ガスタービン用トリップ検出器１１３ｂが設けられている。１号過熱器１０４ａ側の分岐管路１０５ａの、１号過熱器１０４ａと１号過熱器用遮断弁１０６ａとの間の部分には、１号過熱器１０４ａに流入する蒸気流量を計測する１号過熱器用流量計測器１１４ａが設けられている。同様に２号過熱器１０４ｂ側の分岐管路１０５ｂの、２号過熱器１０４ｂと２号過熱器用遮断弁１０６ｂとの間の部分には、２号過熱器１０４ｂに流入する蒸気流量を計測する２号過熱器用流量計測器１１４ｂが設けられている。

制御装置４００は、図示していないが、制御演算部、記憶部および入出力部を備えており、本実施形態に係る複合発電プラントの監視および制御を行う。この制御装置４００は、上記圧力計測器１１２と通信可能に接続されている。また制御装置４００は１号ガスタービン用トリップ検出器１１３ａおよび２号ガスタービン用トリップ検出器１１３ｂとそれぞれ通信可能に接続されている。また制御装置４００は１号過熱器用流量計測器１１４ａおよび２号過熱器用流量計測器１１４ｂとそれぞれ通信可能に接続されている。また制御装置４００は第２調整弁１０９および第３調整弁１１１の各開度を計測する開度計測器１０９ａ、１１１ａとそれぞれ通信可能に接続されている。そしてこの制御装置４００は、圧力計測器１１２から蒸気圧力の情報を受け取り、各トリップ検出器１１３ａ、１１３ｂから各ガスタービン式発電装置３００ａ、３００ｂのトリップに関する情報を受け取り、各流量計測器１１４ａ、１１４ｂから各過熱器１０４ａ、１０４ｂに流入する蒸気流量の情報を受け取り、各開度計測器１０９ａ、１１１ａから第２調整弁１０９および第３調整弁１１１の各開度の情報を受け取る。

また制御装置４００は、１号過熱器用遮断弁１０６ａ、２号過熱器用遮断弁１０６ｂ、タービンバイパス遮断弁１０８、第２調整弁１０９、および第３調整弁１１１とそれぞれ通信可能に接続されている。制御装置４００が、各遮断弁１０６ａ、１０６ｂ、１０８へ開閉操作信号をそれぞれ出力し、各調整弁１０９、１１１へ開度操作信号をそれぞれ出力する。

次に、ほぼ同じ能力を有する２つのガスタービン式発電装置３００ａ、３００ｂのうちの１つがトリップした場合における蒸気タービン式発電装置２００の運転を継続するための制御方法について説明する。

まず、通常運転時、すなわち１号ガスタービン式発電装置３００ａおよび２号ガスタービン式発電装置３００ｂがそれぞれ運転されているとき、１号過熱器用遮断弁１０６ａおよび２号過熱器用遮断弁１０６ｂは、１号過熱器１０４ａおよび２号過熱器１０４ｂに蒸気をそれぞれ流入させるため開状態にされている。このとき、タービンバイパス遮断弁１０８は、タービンバイパス管路１０７に蒸気を流出させないため閉状態にされている。第３調整弁１１１は過熱されない蒸気が過熱器バイパス管路１１０を通って蒸気タービン２０１に供給されないように閉状態にされている。第２調整弁１０９は、２つのガスタービン式発電装置３００ａ、３００ｂのうち１つがトリップしてタービンバイパス遮断弁１０８を開けたときに、タービンバイパス管路１０７に蒸気が後述の所定流量Ｇ１流入するように所定開度に調整されている。

より具体的に説明すると、この場合、１号過熱器１０４ａおよび２号過熱器１０４ｂにそれぞれ流すことができる蒸気流量の最大値がほぼ同一であるので、制御装置４００は、式（１）を用いてタービンバイパス管路１０７に流すべき蒸気流量Ｇ１を算出する。

Ｇ１＝（Ｇ２＋Ｇ３）−Ｇ４ （１）
ここで、Ｇ２はガスタービン式発電装置がトリップする直前の、１号過熱器１０４ａに流入している蒸気流量の計測値、Ｇ３はガスタービン式発電装置がトリップする直前の、２号過熱器１０４ｂに流入している蒸気流量の計測値、Ｇ４は各過熱器１０４ａ、１０４ｂに流入させることができる蒸気流量の最大値である。

その後、制御装置４００は蒸気流量Ｇ１に基づいて第２調整弁１０９の開度を算出し、この開度になるように第２調整弁１０９の開度を調整する。この調整は１号過熱器１０４ａおよび２号過熱器１０４ｂにそれぞれ流入する蒸気流量の変化に対応してリアルタイムに行われている。もちろん、後述するようにガスタービン式発電装置がトリップしたと同時に蒸気流量Ｇ１を算出して、この蒸気流量に基づいて第２調整弁１０９の開度を算出し、この開度になるように第２調整弁１０９の開度を調整しても構わない。

なお、ここでは２つのガスタービン式発電装置の能力が略同一であるが、これに限定するものではない。例えば、２つのガスタービン式発電装置の能力が同一でない場合、または、３つ以上のガスタービン式発電装置を設置する場合には、どのガスタービン式発電装置が何台トリップするかわからないので、式（２）を用いてタービンバイパス管路１０７に流すべき蒸気流量Ｇ５を算出することができる。

Ｇ５＝（Ｇ６＋Ｇ７＋Ｇ８…）−（Ｇ９＋Ｇ１０＋…） （２）
ここで、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８…はガスタービン式発電装置がトリップする直前の、各過熱器に流入している蒸気流量の計測値、Ｇ９、Ｇ１０…は運転継続しているガスタービン式発電装置側の各過熱器に流入させることができる蒸気流量の最大値である。

その後、上記と同様に、制御装置４００は蒸気流量Ｇ５に基づいて第２調整弁１０９の開度を算出し、この開度になるように第２調整弁１０９の開度を調整する。ところで、この場合、ガスタービン式発電装置がトリップする前に第２調整弁１０９の開度を制御することはないので、タービンバイパス遮断弁１０８を省略することができる。これにより設備が簡素化される。

このような状態から１号ガスタービン式発電装置３００ａまたは２号ガスタービン式発電装置３００ｂのいずれかがトリップしたとき、例えば１号ガスタービン式発電装置３００ａがトリップしたとき、１号ガスタービン用トリップ検出器１１３ａがこのトリップを検知する。制御装置４００は１号ガスタービン用トリップ検出器１１３ａからトリップ情報を受け取る。このトリップ情報に基づいて制御装置４００は１号過熱器用遮断弁１０６ａを閉じる。同時にタービンバイパス遮断弁１０８を開ける。このとき第２調整弁１０９は１号ガスタービン式発電装置３００ａトリップ時の開度を保持している。この開度は上記式（１）で算出された蒸気流量Ｇ１に対応する開度である。

この操作により、トリップした１号ガスタービン式発電装置３００ａ側の１号過熱器１０４ａに流入していた蒸気は遮断される（遮断工程）。同時に遮断した蒸気はタービンバイパス管路１０７および運転継続している２号ガスタービン式発電装置３００ｂ側の２号過熱器１０４ｂにそれぞれ移行される（第１移行工程）。このとき、タービンバイパス管路１０７に流量Ｇ１の蒸気が流入する。その結果、２号過熱器１０４ｂに過熱可能な流量の蒸気が流れるので、２号加熱器１０４ｂの出口蒸気温度、すなわち蒸気タービン２０１の入口蒸気温度が急激に低下することはない。これにより、蒸気タービン２０１の入口蒸気温度の変化を許容可能な範囲内に抑えることができ、蒸気タービン式発電装置２００の運転を継続することができる。

上記操作を行ったあと所定時間経過後に、第２調整弁１０９を徐々に閉じて全閉とする。同時に第３調整弁１１１を徐々に開けることにより、タービンバイパス管路１０７の蒸気を徐々に過熱器バイパス管路１１０に移行する（第２移行工程）。

このとき第３調整弁１１１を徐々に開ける方法として、例えば蒸気だめタンク１０３の蒸気圧力を予め設定された目標値に略一致するように第３調整弁１１１を操作するフィードバック制御を採用しても良い。より具体的には、第２調整弁１０９を徐々に閉じると、蒸気だめタンク１０３から流出する蒸気流量が減少するため蒸気だめタンク１０３内の蒸気圧力が上昇する。そして、この蒸気圧力が目標値を超えた場合、この蒸気圧力を目標値に略一致させるため、第３調整弁１１１を開けて蒸気だめタンク１０３から流出する蒸気の流量を増加させる操作を行う。

また、第２調整弁１０９を徐々に閉じる速度は、蒸気タービン２０１の入口蒸気温度の変化が許容可能な範囲になるように設定される。より具体的には、例えば蒸気供給管路１０２に蒸気タービン２０１の入口蒸気温度を計測する温度計測器（図示せず）を設けて制御装置４００と通信可能に接続する。そしてこの温度計測器から得た温度情報に基づいて蒸気タービン２０１の入口蒸気温度の変化を演算し、この変化が許容可能な範囲内になるように第２調整弁１０９を閉じる。

以上のようにタービンバイパス管路１０７を通して蒸気復水器２０４に排出していた蒸気を、過熱器バイパス管路１１０に移行することにより、蒸気タービン２０１の入口蒸気流量を１号ガスタービン式発電装置３００ａがトリップする前の蒸気流量に復帰させることができる。ところで、過熱器バイパス管路１１０を通過する蒸気は過熱器で過熱されないので過熱器で過熱された蒸気より低温であるが、過熱器バイパス管路１１０を通過する蒸気流量を徐々に増加しているため、蒸気タービン２０１の入口蒸気温度の変化を許容可能な範囲内に制御することができる。その結果、蒸気タービン式発電装置２００の運転を継続することができる。

以下、実施例に基づいて詳述する。
〔実施例〕
図１に示すように、実施例に係る複合発電プラントは、ごみ焼却炉１００と、蒸気タービン式発電装置２００と、１号ガスタービン式発電装置３００ａと、２号ガスタービン式発電装置３００ｂと、これらの装置を制御する制御装置４００とを備える。１号ガスタービン式発電装置３００ａと２号ガスタービン式発電装置３００ｂとは略同一の能力を有し、また各ガスタービン式発電装置３００ａ、３００ｂにそれぞれ対応する過熱器１０４ａ、１０４ｂなど付帯設備もほぼ同一の能力を有する。
〔運転結果および評価〕
図２は、１号ガスタービン式発電装置が時間３００秒でトリップした場合の複合発電プラントの運転状態を示すグラフであり、（ａ）は１号過熱器の蒸気流量の経時変化を示し、（ｂ）は２号過熱器の蒸気流量の経時変化を示し、（ｃ）はタービンバイパス管路内の蒸気流量の経時変化を示し、（ｄ）は過熱器バイパス管路内の蒸気流量の経時変化を示し、（ｅ）は蒸気タービンの入口蒸気温度の経時変化を示し、（ｆ）は蒸気タービンの入口蒸気流量の経時変化を示している。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、時間３００秒前は、１号過熱器１０４ａに約３０ｔｈの蒸気が流れ、２号過熱器１０４ｂにも約３０ｔ／ｈの蒸気が流れている。これらが前記式（１）のＧ２およびＧ３にそれぞれ対応する。

時間３００秒の時に１号ガスタービン式発電装置３００ａがトリップすると、１号過熱器用遮断弁１０６ａを閉じることにより、図２（ａ）に示すように、１号過熱器１０４ａの蒸気流量が３０ｔ／ｈから０ｔ／ｈになる。同時にタービンバイパス遮断弁１０８を開けることにより、図２（ｃ）に示すように、タービンバイパス管路１０７に遮断した蒸気（３０ｔ／ｈ）のうち約２０ｔ／ｈの蒸気が流れる。この流量が前記式（１）から算出した蒸気流量Ｇ１に対応する。そしてこの流量になるように第２調整弁１０９の開度が制御されている。一方、遮断した蒸気（３０ｔ／ｈ）のうち残り蒸気（約１０ｔ／ｈ）は２号過熱器１０４ｂに流れている蒸気(３０ｔ／ｈ）に加算される。その結果、図２（ｂ）に示すように、２号過熱器１０４ｂには約４０ｔ／ｈの蒸気が流れる。この蒸気流量が前記式（１）のＧ４に対応する。

その後、時間５５０秒から第３調整弁１１１を徐々に開けることにより、図２（ｄ）に示すように、過熱器バイパス管路１１０を通過する蒸気流量は徐々に増加して時間７００秒付近で遮断した蒸気流量と同じ約３０ｔ／ｈになる。同時に第２調整弁１０９を徐々に閉じることにより、図２（ｃ）に示すように、タービンバイパス管路１０７内を通過する蒸気流量は徐々に減少して時間７００秒付近でほぼ０ｔ／ｈになる。

以上の操作により、図２（ｅ）に示すように、蒸気タービン２０１の入口蒸気温度は、時間３００〜５５０秒の間ほとんど変化せず、時間５５０〜７００秒の間に４３０℃から３８０℃まで徐々に降下している。このように蒸気タービン２０１の入口蒸気温度の変化は許容可能な範囲内に抑えられている。また図２（ｆ）に示すように、蒸気タービン２０１の入口蒸気流量は、１号ガスタービン式発電装置３００ａがトリップした直後は減少するが、時間５５０〜７００秒の間で、１号ガスタービン式発電装置３００ａがトリップする前の蒸気流量（約３０ｔ／ｈ）に徐々に復帰している。

以上より、本実施例によれば、蒸気タービンの入口蒸気温度の急変を防ぎ、蒸気タービン式発電装置２００の運転を継続することができる。同時に、蒸気タービン２０１の入口蒸気流量をガスタービン式発電装置がトリップする前の流量に復帰させることができ、発電量の大幅な低下を抑制することができる。

なお、上述した実施形態は一例であり、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係る複合発電プラントの構成を示すフローチャートである。 １号ガスタービン式発電装置が時間３００秒でトリップした場合の複合発電プラントの運転状態を示すグラフであり、（ａ）は１号過熱器の蒸気流量の経時変化を示し、（ｂ）は２号過熱器の蒸気流量の経時変化を示し、（ｃ）はタービンバイパス管路内の蒸気流量の経時変化を示し、（ｄ）は過熱器バイパス管路内の蒸気流量の経時変化を示し、（ｅ）は蒸気タービンの入口蒸気温度の経時変化を示し、（ｆ）は蒸気タービンの入口蒸気流量の経時変化を示している。

符号の説明

１００…ごみ焼却炉
１０１…廃熱ボイラ
１０２…蒸気供給管路
１０３…蒸気だめタンク
１０４ａ、１０４ｂ…１号過熱器、２号過熱器
１０５ａ、１０５ｂ…１号過熱器用分岐管路、２号過熱器用分岐管路
１０６ａ、１０６ｂ…１号過熱器用遮断弁、２号過熱器用遮断弁
１０７…タービンバイパス管路
１０８…タービンバイパス遮断弁
１０９…第２調整弁
１１０…過熱器バイパス管路
１１１…第３調整弁
１１３ａ…１号ガスタービン用トリップ検出器（トリップ検出手段）
１１３ｂ…２号ガスタービン用トリップ検出器（トリップ検出手段）
２００…蒸気タービン式発電装置
２０１…蒸気タービン
３００…ガスタービン式発電装置
３０１ａ、３０１ｂ…１号ガスタービン、２号ガスタービン
４００…制御装置

Claims (8)

1. 複数のガスタービン式発電装置と、
   蒸気を発生させる蒸気発生装置と、
   各ガスタービンの排気側にそれぞれ設けられた、各ガスタービンから排出される排ガスによって上記蒸気発生装置において発生する蒸気を過熱する過熱器と、
   各過熱器において過熱された過熱蒸気によって駆動される蒸気タービン式発電装置と、
   各過熱器にそれぞれ流入する蒸気を遮断する遮断手段と、
   各ガスタービン式発電装置にそれぞれ設けられた、各ガスタービン式発電装置のトリップをそれぞれ検出するトリップ検出手段と、
   複合発電プラントの運転を制御する制御装置とを備えており、
   該制御装置は、上記トリップ検出手段から上記複数のガスタービン式発電装置のうちの一部のガスタービン式発電装置のトリップに関する情報を得たときに、この情報に基づいてトリップしたガスタービン式発電装置側の過熱器に対応する遮断手段を遮断するように構成されている、複合発電プラント。
2. 上記蒸気発生装置の出口側通路と上記蒸気タービンの出口側通路とを連通することによって上記ガスタービン式発電装置と上記蒸気タービン式発電装置とをバイパスするタービンバイパス通路と、
   該タービンバイパス通路の途中に介在して該タービンバイパス通路内の蒸気流量を調整する第１流量調整手段とをさらに備えており、
   上記制御装置は、上記遮断手段を遮断するとともに上記第１流量調整手段の開度を制御することにより、遮断手段によって遮断した蒸気の一部または全部を上記タービンバイパス通路を通して蒸気タービンの出口側通路に排出するように構成されている、請求項１記載の複合発電プラント。
3. 各過熱器に流入する蒸気流量を計測する流量計測手段をさらに備えており、
   上記制御装置は、該流量計測手段から得た蒸気流量に関する流量情報に基づいて上記タービンバイパス通路を通して上記蒸気タービンの出口側通路に排出すべき蒸気の流量を算出し、この算出流量に基づいて上記第１流量調整手段の開度を制御するように構成されている、請求項２記載の複合発電プラント。
4. 上記蒸気発生装置の出口側通路と上記過熱器の出口側通路とを連通することによって該過熱器をバイパスする過熱器バイパス通路と、
   上記過熱器バイパス通路の途中に介在して該過熱器バイパス通路内の蒸気流量を調整する第２流量調整手段とをさらに備えており、
   上記制御装置は、上記タービンバイパス通路へ蒸気を移行したときから所定時間経過後に、上記第１流量調整手段の開度を徐々に減少させるとともに上記第２流量調整手段の開度を徐々に増加させることにより、タービンバイパス通路の蒸気を上記過熱器バイパス通路に移行して上記蒸気タービンに供給するように構成されている、請求項２または３記載の複合発電プラント。
5. 上記第１流量調整手段の上流側の蒸気の圧力を計測する圧力計測手段をさらに備えており、
   上記制御装置は、タービンバイパス通路の蒸気を上記過熱器バイパス通路に移行させるときに、上記第１流量調整手段の開度を徐々に減少させるととともに、上記圧力計測手段から得た蒸気の圧力に関する情報に基づいてこの圧力が予め設定された目標値になるように上記第２流量調整手段の開度を制御すべくなしてある、請求項４記載の複合発電プラント。
6. 複数のガスタービン式発電装置と、蒸気を発生させる蒸気発生装置と、各ガスタービンの排気側にそれぞれ設けられた、各ガスタービンから排出される排ガスによって上記蒸気発生装置において発生する蒸気を過熱する過熱器と、各過熱器で過熱された過熱蒸気によって駆動される蒸気タービン式発電装置と、各過熱器にそれぞれ流入する蒸気を遮断する遮断手段と、各ガスタービン式発電装置のトリップをそれぞれ検出するトリップ検出手段とを備える複合発電プラントに適用される制御方法であって、
   上記トリップ検出手段が上記複数のガスタービン式発電装置のうちの一部のガスタービン式発電装置がトリップしたことを検出したときに、上記遮断手段がトリップしたガスタービン式発電装置側の過熱器に流入する蒸気を遮断する遮断工程を有する、複合発電プラントの制御方法。
7. 複数のガスタービン式発電装置と、蒸気を発生させる蒸気発生装置と、各ガスタービンの排気側にそれぞれ設けられた、各ガスタービンから排出される排ガスによって蒸気発生装置において発生する蒸気を過熱する過熱器と、各過熱器で過熱された過熱蒸気によって駆動される蒸気タービン式発電装置と、各過熱器にそれぞれ流入する蒸気を遮断する遮断手段と、各ガスタービン式発電装置のトリップをそれぞれ検出するトリップ検出手段と、蒸気発生装置の出口側通路と蒸気タービンの出口側通路とを連通するタービンバイパス通路とを備える複合発電プラントに適用される制御方法であって、
   上記トリップ検出手段が上記複数のガスタービン式発電装置のうちの一部のガスタービン式発電装置がトリップしたことを検出したときに、上記遮断手段がトリップしたガスタービン式発電装置側の過熱器に流入する蒸気を遮断する遮断工程と、
   上記遮断手段によって遮断した蒸気を、上記タービンバイパス通路および運転継続しているガスタービン式発電装置側の過熱器へ移行する第１移行工程とを有する、複合発電プラントの制御方法。
8. 複数のガスタービン式発電装置と、蒸気を発生させる蒸気発生装置と、各ガスタービンの排気側にそれぞれ設けられた、各ガスタービンから排出される排ガスによって蒸気発生装置において発生する蒸気を過熱する過熱器と、各過熱器で過熱された過熱蒸気によって駆動される蒸気タービン式発電装置と、各過熱器にそれぞれ流入する蒸気を遮断する遮断手段と、各ガスタービン式発電装置のトリップをそれぞれ検出するトリップ検出手段と、蒸気発生装置の出口側通路と蒸気タービンの出口側通路とを連通するタービンバイパス通路と、蒸気発生装置の出口側通路と過熱器の出口側通路とを連通する過熱器バイパス通路とを備える複合発電プラントに適用される制御方法であって、
   上記トリップ検出手段が上記複数のガスタービン式発電装置のうちの一部のガスタービン式発電装置がトリップしたことを検出したときに、上記遮断手段がトリップしたガスタービン式発電装置側の過熱器に流入する蒸気を遮断する遮断工程と、
   上記遮断手段によって遮断した蒸気を、上記タービンバイパス通路および運転継続しているガスタービン式発電装置側の過熱器へ移行する第１移行工程と、
   上記タービンバイパス通路へ蒸気を移行したときから所定時間経過後に、タービンバイパス通路に移行された蒸気を徐々に過熱器バイパス通路へ移行する第２移行工程とを有する、複合発電プラントの制御方法。

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