JP4466914B2

JP4466914B2 - 複合発電プラントとその起動方法

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Publication number: JP4466914B2
Application number: JP2004039152A
Authority: JP
Inventors: 利則重中; 和弘武永; 充中本
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: JP2005232966A

Description

本発明は、複合発電プラントに関し、特にその急速起動を可能とする複合発電プラントの起動方法に関するものである。

従来の複合発電プラントの機器構成図を図９に示す。
図９に示す複合発電プラントにおいて、ガスタービン１からの排気ガスは排熱回収ボイラ２に導かれる。排熱回収ボイラ２には節炭器５ａ、蒸発器５ｂ、再熱器（図示せず）、過熱器５ｄなどの熱交換器が配置され、これらの熱交換器で排ガスから熱回収し、蒸気を発生させる。得られた蒸気は過熱器５ｄで過熱され、主蒸気管７を通って蒸気タービン３へ供給され、発電に利用される。発電に利用された後の蒸気は復水器４で水に戻された後、再び排熱回収ボイラ２に供給されて蒸気化される。

なお、この複合発電プラントの起動時には、排熱回収ボイラ２において蒸気が蒸気タービン３に供給できる状態になるまで発生した蒸気を復水器４に逃がすために、蒸気タービン３を迂回させるタービンバイパス管１０を設け、該バイパス管１０に弁９が設置される。

複合発電プラントの起動過程において、過熱器５ｄの出口の蒸気は、途中の主蒸気配管７（例えば、外径３５０ｍｍ×肉厚３０ｍｍ×長さ１５０ｍ）を暖機しながら蒸気タービン３の方へ流れていく。この主蒸気配管７の熱容量が大きいため、蒸気タービン３の入口の蒸気温度は主蒸気配管７の温度に左右される。

複合発電プラントの起動当初には蒸気タービン３の入口での蒸気温度は、排熱回収ボイラ２の出口での蒸気温度より約５０〜１５０℃低下し、主蒸気配管７の温度上昇に伴って上昇するような成り行きであった。そのため、蒸気タービン３に蒸気が流せる状態になるまでは蒸気タービン３の入口弁８は閉の状態で、タービンバイパス弁９を開にして蒸気を復水器４に流しながら、蒸気タービン３に通気できる蒸気条件が整うまで待っていた。

従って、ガスタービン１の負荷を急速に増加させ、蒸気温度を早期に上昇させて蒸気タービン３に通気させると、温度上昇率が大き過ぎ、蒸気タービン３の熱応力が過大となる問題があった。

図９に示す従来の複合発電プラントの機器構成における起動特性を図８に示す。
図８（ａ）は、ガスタービン１の回転数／負荷と蒸気タービン３の負荷の時間とともに変化する割合を示し、図８（ｂ）には排熱回収ボイラ２の出口及び蒸気タービン３の入口の蒸気温度の時間変化を示し、図８（ｃ）には蒸気タービン３で発生する熱応力の時間変化を示す。

ガスタービン１の負荷を部分負荷で保持すること無く、０から１００％まで一気にとった場合（線Ｂ）、排熱回収ボイラ２の出口（線Ｄ）とそれに伴う蒸気タービン３の入口（線Ｆ）の蒸気温度が１００％負荷における温度（ｔ２）へと急激に上昇するので、蒸気タービン３に通気した場合に、蒸気タービン３の熱応力が大きくなり（線Ｈ）、許容応力値を超えてしまう。

そこで従来は、ガスタービン１により発電を開始した後、部分負荷、例えば約５０％程度の負荷で保持する（線Ａ）。即ち、ガスタービン１の負荷を部分負荷に保持することによって、排熱回収ボイラ出口（線Ｃ）、蒸気タービン入口（線Ｅ）の蒸気温度を適正な温度（ｔ１）及び温度（ｔ１’）に抑え、蒸気タービン３の発生応力(線Ｇ)を許容値以下に抑制する。このような場合、当然のことながらプラント全体（ガスタービン＋蒸気タービン）の負荷が定格に到達するまでの時間は長くかかるものである（時間Ｔ２）。

特開平３−１９９６０１号公報には、プラント全体を起動させた後、又はプラント負荷が変動してプラント負荷を上昇させる場合に、蒸気温度を制御し、定格負荷以上に蒸気温度が上がることで蒸気タービンが多大の熱応力を受けることがないようにするために、排熱回収ボイラの過熱器と再熱器の各出口の蒸気温度を制御する減温器をそれぞれ設けた構成が記載されている。
特開平３−１９９６０１号公報

前記特開平３−１９９６０１号公報記載の発明では、排熱回収ボイラの過熱器と再熱器の各出口の蒸気温度をそれぞれ減温器で制御することで排熱回収ボイラ出口から蒸気タービンの入口までを接続する主蒸気配管内の蒸気温度を設定値以下にすることができる。

しかし、蒸気温度の急上昇があると、その温度調節のために一時的に過大な水量が過熱蒸気又は再熱蒸気中にスプレーされ、スプレー水が完全に蒸発しないままに蒸気中に混ざり、水滴が蒸気タービン側に飛散し、蒸気タービンを損傷させるという問題がある。

本発明の課題は、簡易で、確実にガスタービンを急速起動させても蒸気タービンの熱応力を許容値以内に抑えながら起動できる複合発電プラントとその起動方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために次のような解決手段を採用する。
請求項１記載の発明は、ガスタービンと、ガスタービンの燃焼排ガスの保有熱により蒸気を発生させるそれぞれ１以上の節炭器と蒸発器と過熱器と再熱器の内、少なくともそれぞれ１以上の節炭器と蒸発器と過熱器を有する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで発生させた蒸気により駆動される１以上の蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンと蒸気タービンで発電を行う複合発電プラントにおいて、前記排熱回収ボイラと前記蒸気タービンとを接続した蒸気配管の蒸気タービン入口部に蒸気温度を調整する装置を設置し、該蒸気温度を調整する装置は、水または蒸気を蒸気配管内にスプレーするスプレー部と該スプレー部よりも後流側の蒸気配管に水滴の飛散防止手段を備え、前記蒸気流れ後流側の蒸気配管を行き止まりの直管とし、該直管とスプレー部の間から上方向に枝管を分岐させ、該枝管を蒸気タービンへ接続した構成である複合発電プラントである。

本発明で蒸気タービン入口部とは、排熱回収ボイラと前記第１の蒸気タービンとを接続した第１の蒸気配管（実施例の主蒸気配管７）の蒸気タービンに近い領域をいう。例えば、前記第１の蒸気配管を長さ方向に前後２分割した後流側である。また、前記第１の蒸気配管を熱容量で長さ方向に前後２分割した後流側である。また、前記第１の蒸気配管（実施例の主蒸気配管７）から実施例で説明するタービンバイパス管１０への分岐部付近である。

請求項２記載の発明は、前記１以上の蒸気タービンのうちの第１の蒸気タービンから排気された蒸気を前記排熱回収ボイラの再熱器に供給し、該再熱器で蒸気を再加熱して得た再熱蒸気を前記１以上の蒸気タービンのうちの第２の蒸気タービンに供給する第２の蒸気配管を備え、該第２の蒸気配管の第２の蒸気タービン入口部に前記蒸気温度を調整する装置を設置した請求項１記載の複合発電プラントである。

請求項３記載の発明は、前記排熱回収ボイラ内の１以上の過熱器のうちの第１の過熱器と第２の過熱器との間に設けた曲がり部を有する蒸気配管および／または前記排熱回収ボイラ内の１以上の再熱器のうちの第１の再熱器と第２の再熱器との間に設けた曲がり部を有する蒸気配管に、前記蒸気温度を調整する装置とは別の蒸気配管内の蒸気温度を調整する装置を設置した請求項１ないし２のいずれかに記載の複合発電プラントである。

請求項４記載の発明は、前記排熱回収ボイラと前記第１の蒸気タービンとを接続した蒸気配管の排熱回収ボイラ出口部および／または前記再熱器と前記第２の蒸気タービンとを接続した蒸気配管の前記再熱器出口部に前記蒸気温度を調整する装置を設置した請求項２に記載の複合発電プラントである。

請求項５記載の発明は、前記蒸気温度を調整する装置は、前記第１の蒸気タービンおよび／または前記第２の蒸気タービンの熱応力を監視するとともに、その熱応力が許容値以下となるように蒸気温度を調整する装置である請求項２又は４に記載の複合発電プラントである。

請求項６記載の発明は、ガスタービンと、ガスタービンの燃焼排ガスの保有熱により蒸気を発生させる１以上の蒸発器、過熱器及び再熱器の内、少なくともそれぞれ１以上の蒸発器と過熱器を有する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで発生させた蒸気により駆動される１以上の蒸気タービンとを備え、前記両方のタービンで発電を行うと共に、前記排熱回収ボイラと前記蒸気タービンとを接続した蒸気配管の蒸気タービン入口部に、水または蒸気を蒸気配管内にスプレーするスプレー部と該スプレー部よりも後流側の蒸気配管に水滴の飛散防止手段を備え、前記蒸気流れ後流側の蒸気配管を行き止まりの直管とし、該直管とスプレー部の間から上方向に枝管を分岐させ、該枝管を蒸気タービンへ接続した構成である蒸気温度を調整する装置を設置した複合発電プラントの起動方法であって、ガスタービンを起動時からフル稼働させて排熱回収ボイラで得られる蒸気温度が蒸気タービンで発生する応力を許容値以下に抑制するように、前記蒸気温度を調整する装置によって蒸気タービン入口部での蒸気温度を調整する複合発電プラントの起動方法である。

請求項１又は６記載の発明によれば、排熱回収ボイラと蒸気タービンの間の第１の蒸気配管（実施例の主蒸気配管７）の熱容量の影響を受けずに蒸気タービンに入る蒸気温度を応答性良くまた精度良く調節できる。蒸気タービン側へのミスト飛散を防止する効果があるので、構成部品数を低減でき好適である。
また、蒸気タービン側へのミスト飛散を防止する効果があるので、構成部品数を低減でき好適である。

こうして、複合発電プラントの起動からプラント負荷が定格に達するまでの時間を、従来の半分以下に短縮することが可能であり、電力が早急に必要な急速起動に対応できるだけではなく、起動時間短縮に伴い起動時の燃料消費量やブロー水等ユーテリティ使用量も半分以下に大幅低減できる効果がある。

請求項２記載の発明の発明によれば、再熱器を用いる場合は、再熱器と第２の蒸気タービンを接続する第２の蒸気配管の第２の蒸気タービン入口部に蒸気温度を調整することで請求項１記載の発明の効果に加えて、第２の蒸気タービンに入る蒸気温度を応答性良くまた精度良く調節できる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、第１の過熱器と第２の過熱器との間の蒸気配管および／または第１の再熱器と第２の再熱器との間の蒸気配管で、例えば水または蒸気を蒸気配管内へスプレーしても、前記いずれの蒸気配管も曲がり部を有するので、該曲がり部を利用することで、スプレー後の蒸気の流れが曲がりの方向へ流れるようにすれば、ミストの後流側への飛散を低減できる。

請求項４記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加えて、蒸気タービン入口部だけでなく排熱回収ボイラ出口側の蒸気温度も調整するので、排熱回収ボイラ出口側で、ある程度蒸気温度を調節した後、蒸気タービン入口部で、さらに調節することにより蒸気タービンに入る蒸気温度を応答性良く、また精度良く調節できる。

ここで、蒸気温度を調節する装置として、水などを蒸気配管内へスプレーするものを用いる場合、排熱回収ボイラ出口側でスプレーした分は、昇温した蒸気配管の熱容量により蒸発することと、蒸気タービン入口部での調整しろを残しているため、一時的に過大な水量をスプレーする必要がないことから、ミストが蒸気配管内に残留しにくくなる。

また、排熱回収ボイラ出口側でスプレーした分だけ、蒸気タービン入口部では、必要な蒸気温度調整量が少なくなる結果、水などのスプレー量を低減できるため、ミストの後流側（蒸気タービンなど）への飛散を低減できる。

請求項５記載の発明によれば、請求項２又は４に記載の発明の効果に加えて、ガスタービンの負荷を一気に定格まで上昇させ、蒸気タービンへ早期に蒸気を流しても、蒸気タービンの発生応力を許容値以内に収まるように蒸気タービンの入口の蒸気温度および／または排熱回収ボイラの出口の蒸気温度を制御することで、負荷の定格値に至る途中でのガスタービンの負荷保持が不要となり、大幅にプラント全体の起動時間が従来より短縮できる。

本発明の複合発電プラントの実施例について図面と共に説明する。

図１に、本実施例の複合発電プラントの概略構成図を示すが、図９に示す従来の複合発電プラントの各装置と同一のものは、同一番号を付してその説明は省略する。

発電に利用されるガスタービン１からの排気ガスは排熱回収ボイラの節炭器５ａ、蒸発器５ｂ、再熱器５ｃ（図６参照）及び過熱器５ｄからなる熱交換器内を流れる水・蒸気と熱交換され、蒸気を発生させる。ここで節炭器５ａ、蒸発器５ｂ、再熱器５ｃ及び過熱器５ｄはそれぞれが単一だけ設けられる場合のみならず、複数個設けられる場合がある。また、再熱器５ｃを用いない排熱回収ボイラ２にも本実施例を適用できることもある。

排熱回収ボイラ２の外部に配置された汽水分離器６で分離された蒸気は過熱器５ｄで過熱された後、主蒸気管７を通って蒸気タービン３へ供給され、発電に利用される。発電に利用された後の蒸気は復水器４で水にされた後、再び排熱回収ボイラ２に供給されて蒸気化される。

なお、主蒸気管７から分岐したタービンバイパス管１０を設け、さらに該バイパス管１０に弁９を設置しているので、複合発電プラントの起動時には排熱回収ボイラ２において蒸気が蒸気タービン３に供給できる状態になるまで、発生した蒸気を蒸気タービン３を迂
回させて復水器４に逃がすことができる。

従来は、複合発電プラントの起動過程において、排熱回収ボイラ２の過熱器５ｄの出口の蒸気は、途中の主蒸気管７を暖機しながら蒸気タービン３の方へ流れていくため、蒸気タービン３へ導入される蒸気温度は主蒸気管７の温度に左右され、蒸気タービン３へは成り行き任せの温度の蒸気が供給されていた。そのため、蒸気タービン３に蒸気が流せる状態になるまでは蒸気タービン３の入口弁８は閉の状態で、タービンバイパス弁９を開にして蒸気を復水器４に流しながら、蒸気タービン３に通気できる蒸気条件が整うまで待っていた。従って、ガスタービン１の負荷を急速に増加させ、排熱回収ボイラ２で発生する蒸気温度を早期に上昇させて、蒸気タービン３に通気させると、温度上昇率が大きく蒸気タービン３の熱応力が過大となる問題があった。

それに対し、本実施例では排熱回収ボイラ２の出口と蒸気タービン３の入口の主蒸気管７に蒸気温度を制御する温度調節器１１、１２をそれぞれ設置したため、これによりガスタービン１を急速に起動しても、排熱回収ボイラ２の出口と蒸気タービン３の入口の両方で蒸気温度制御が可能となる。

本実施例によれば、ガスタービン１を急速起動させても温度調節器１１、１２を用いて蒸気タービン３の熱応力が許容値以内に収まるように監視しながら蒸気温度を制御することができるため図１に示す複合発電プラント全体の起動時間が大幅に短縮できる。

図２には、本実施例に基づくプラントの起動特性を示すが、ガスタービン１の負荷を一気に定格まで上昇させ、蒸気タービン３へ早期に蒸気を流しても、蒸気タービン３の発生応力を許容値以内に収まるように排熱回収ボイラ２の出口と蒸気タービン３の入口の蒸気温度を制御することができるので、途中のガスタービン１の負荷保持が不要となり、大幅にプラント全体の起動時間が従来の時間Ｔ２から時間Ｔ２’に短縮できる。

図１には排熱回収ボイラを簡略的に示したが、排熱回収ボイラは図７に示すように節炭器、蒸発器、再熱器、過熱器をそれぞれ複数備えた構成とすることができる。

図１は、過熱器５ｄからの蒸気で蒸気タービンを起動する例を紹介したが、図６に示すように過熱器５ｄから高圧蒸気タービン３ａに流れ、高圧蒸気タービン排気蒸気を排熱回収ボイラ２の再熱器５ｃに戻し、その蒸気を使って中圧蒸気タービン３ｂを起動するシステムにおいても、当然のことながら、再熱器５ｃの出口と中圧蒸気タービン３ｂの入口にそれぞれ蒸気温度調整器１１ｂ、１２ｂを設置することも可能である。なお図６には排熱回収ボイラ２の過熱器５ｄの出口と高圧蒸気タービン３ａの入口にそれぞれ蒸気温度調整器１１ａ、１２ａを設けている。

また、図３に示すように、ガスタービンを急速に起動した場合、排熱回収ボイラ２のガス高温部に設置されている過熱器５ｄの熱応力が問題になる場合が考えられるので、過熱器５ｄの内部での蒸気温度変化を抑制するために、二分割した過熱器５ｄの中間に図３の温度調整器１１ｃ（図７の温度調整器４７に相当）を設けておくことも可能である。また、再熱器５ｃの熱応力が問題となる場合には、二分割した再熱器５ｃの中間にも温度調整器（図示せず、図７の温度調整器１９に相当）をおくことも可能である。

二分割した過熱器５ｄや再熱器５ｃの中間に温度調整器１１をおくことによって、蒸気タービン３のみならず、排熱回収ボイラ２の過熱器５ｄや再熱器５ｃの熱応力が低減できるので、ガスタービン１をさらに急速起動でき、起動時間がさらに短縮できる。

また、過熱器５ｄと過熱器５ｄとの間の蒸気配管および／または再熱器５ｃと再熱器５ｃとの間に蒸気配管で、例えば水または蒸気を蒸気配管内へスプレーしても、前記いずれの蒸気配管も曲がり部を有するので、該曲がり部を利用することで、スプレー後の蒸気の流れが曲がりの方向へ流れるようにすれば、ミストの後流側への飛散を低減できる。

温度調節器１１ｃとして従来からよく使用されているのが、水を利用したスプレーであるが、この場合、蒸気タービン３に水滴が飛散し、損傷を招くおそれがある。

そこで、図４に示すように、スプレー後の主蒸気管７に例えば、Ｔ字管状の分岐を設け、一方を行き止りの直管７ｂとして、その先にドレンを排出するドレントラップ１３を設置し、もう一方の蒸気管７ａは、ほぼ直角に９０度上方に向きを変え、さらにその後流でエルボ管により、ほぼ９０度水平方向に向きを変えた後、蒸気タービン３へ接続することが考えられる。

これにより、スプレー後、蒸気に同伴される液滴は、慣性力によりミストトラップ１３にトラップされ、また、重力により後流への飛散が抑制されることになり、蒸気タービン３へ液滴のまま到達して、損傷を及ぼすことを防止できる。

なお、図４に示す主蒸気管７の直管７ｂのトラップ１３のある部分にタービンバイパス配管１０を接続すると、タービンバイパス配管１０の前流側の主蒸気管７のスプレー部でスプレーされた水はタービンバイパス配管１０から復水器４に向けて流れても、スプレー部のある主蒸気管７から９０度曲がった蒸気管７ａ側には流れないので、蒸気タービン３にはミストが流入せず、また、タービンバイパス配管１０の先にミストトラップ１３を設ける必要もない。

また、図５は、参考例として、温度調整器の熱交換媒体を水、空気、蒸気等を利用することが可能な熱交換器の場合を示す。

この場合、蒸気配管中に直接水をスプレーする訳ではないので、残存したスプレー水で蒸気タービンを損傷させるおそれがないという利点がある。

図７には複合発電プラントのより詳細な蒸気系統図を示す。
ガスタービン１の排気ガスの熱を利用する排熱回収ボイラで得られた蒸気を用いて高圧蒸気タービン３ａ、中圧蒸気タービン３ｂ、低圧蒸気タービン３ｃを駆動させて発電機３４の発電を行う。図７では各蒸気タービン３ａ、３ｂ、３ｃとガスタービン１の回転軸は発電機３４の回転軸と同軸になっている。

図７に示す複合発電プラントでは、ガスタービン排気ガス３９が導入される排ガス流路に排熱回収ボイラ２が設けられ、排熱回収ボイラ２で熱回収された後の排ガスは出口排ガス４０として排熱回収ボイラ２から排出される。また、図７の排熱回収ボイラ２では排ガス流路の最下流側から最上流に向けて順次、低圧節炭器５ａ₁、中圧一次節炭器５ａ₂、高圧一次節炭器５ａ₃、低圧蒸発器５ｂ₁、中圧二次節炭器５ａ₄、高圧二次節炭器５ａ₅、中圧蒸発器５ｂ₂、高圧三次節炭器５ａ₆、中圧過熱器５ｄ₂、低圧過熱器５ｄ₁、高圧蒸発器５ｂ₃、高圧一次過熱器５ｄ₃、高圧二次過熱器５ｄ₄、一次再熱器５ｃ₁、二次再熱器５ｃ₂、高圧三次過熱器５ｄ₅が配置されている。また排熱回収ボイラ２の排ガス流路の外には汽水分離ドラム６ａ、６ｂ、６ｃ、流量調節弁５０、再熱器過熱低減器１９等が配置されている。

低圧節炭器５ａ₁に導入される給水は加熱された後、低圧蒸気汽水分離ドラム６ａから低圧蒸発器５ｂ₁に供給される。また中圧一次節炭器５ａ₂と高圧一次節炭器５ａ₃に供給された給水は加熱の後、それぞれ中圧二次節炭器５ａ₄と高圧二次節炭器５ａ₅に供給される。中圧二次節炭器５ａ₄で加熱された給水は中圧蒸気汽水分離ドラム６ｂに送られた後、中圧蒸発器５ｂ₂で加熱され、再び中圧蒸気汽水分離ドラム６ｂに戻る。また高圧二次節炭器５ａ₅で加熱された給水は高圧三次節炭器５ａ₆に送られ、さらに加熱された後、高圧蒸気汽水分離ドラム６ｃに送られる。高圧蒸気汽水分離ドラム６ｃで分離された蒸気は高圧一次過熱器５ｄ₃に供給され、高圧蒸気汽水分離ドラム６ｃで分離された給水は高圧蒸発器５ｂ₃に送られ、加熱される。

中圧一次節炭器５ａ ₂で加熱された汽水混合物の一部は中圧二次節炭器５ａ₄に供給されるが、他の一部は再熱器過熱低減器１９を経由して二次再熱器５ｃ₂に送られて再熱蒸気を生成し、中圧蒸気タービン３ｂの駆動に利用される。

低圧蒸発器５ｂ₁で加熱された汽水混合物は低圧蒸気汽水分離ドラム６ａに送られた後、該ドラム６ａで分離された蒸気は低圧過熱器５ｄ₁に供給され、低圧過熱蒸気となり、得られた過熱蒸気は該過熱蒸気の温度と圧力に最も類似した過熱蒸気が利用される中圧タービン３ｂの中段に供給され、ここで仕事をした後、さらに低圧蒸気タービン３ｃの駆動に利用される。

また、中圧蒸発器５ｂ₂で加熱された汽水混合物は中圧蒸気汽水分離ドラム６ｂに送られた後、蒸気が分離され、蒸気は中圧過熱器５ｄ₂に供給され、中圧過熱蒸気となり、中圧過熱器出口翼冷却蒸気抽気管２４を経由してガスタービン１に送られ、ガスタービン排気翼の冷却に利用される。

また、高圧蒸発器５ｂ₃で加熱された汽水混合物は高圧蒸気汽水分離ドラム６ｃに送られた後、蒸気が分離され、蒸気は高圧一次過熱器５ｄ₃ に供給され、高圧過熱蒸気となり、一部は、さらに過熱されるために高圧二次過熱器５ｄ₄と高圧三次過熱器５ｄ₅に順次送られる。

高圧三次過熱器５ｄ₅で得られた高圧過熱蒸気は高圧一次過熱器出口翼冷却蒸気抽気管２６を経由してガスタービン１に送られ、ガスタービン排気翼の冷却に利用される。また、高圧三次過熱器５ｄ₅で得られた高圧過熱蒸気の他の一部は高圧蒸気タービン３ａで使用される。高圧蒸気タービン３ａで使用された蒸気は高圧蒸気タービン排気翼冷却蒸気抽気管２７を経由してガスタービン１に送られ、ガスタービン排気翼の冷却に利用される。また、高圧蒸気タービン３ａで使用された蒸気の一部は高圧蒸気タービン排気翼冷却蒸気抽気管２７に送られる前に管２８ｂと蒸気配管３２を経由して一次再熱器５ｃ ₁に送られる。

また、高圧一次過熱器５ｄ₃で得られた高圧過熱蒸気の他の一部は高圧一次過熱器出口翼冷却蒸気抽気管２５を経由してガスタービン１に送られ、ガスタービン排気翼の冷却に利用される。
ガスタービン１に送られてガスタービン排気翼の冷却に利用された蒸気は戻り管２８ａから配管３２を経由して一次再熱器５ｃ ₁に送られる。

中圧蒸気タービン３ｂで使用された蒸気は低圧蒸気タービン３ｃに送られて低圧蒸気タービン３ｃを駆動した後、復水器４で利用される。復水器４の下方にはホットウエル３６が設けられ、この復水は必要に応じて補給水４８を補給した後、復水ポンプ３７により低圧節炭器５ａ₁、中圧一次節炭器５ａ₂及び高圧一次節炭器５ａ₃に給水される。このとき給水の一部は高中圧給水ポンプ３８により昇圧されて中圧一次節炭器５ａ₂及び高圧一次節炭器５ａ₃に給水される。

ガスタービン１の翼の冷却蒸気としては起動時は必要圧力を確保するため、高圧一次過熱器５ｄ ₃出口から高圧一次過熱器出口翼冷却蒸気抽気管２５により、また、高圧三次過熱器５ｄ₅出口から高圧一次過熱器出口翼冷却蒸気抽気管２６により、さらに中圧過熱器５ｄ₂出口から中圧過熱器出口翼冷却蒸気抽気管２４により、それぞれ蒸気が抽気される。また、通常運転時は高圧蒸気タービン３ａ出口蒸気が高圧蒸気タービン排気翼冷却蒸気抽気管２７により、中圧過熱器５ｄ₂出口蒸気が中圧過熱器出口翼冷却蒸気抽気管２４によりそれぞれガスタービン１の翼の冷却蒸気が抽気される。

低圧汽水分離ドラム６ａから低圧過熱器５ｄ₁に供給する蒸気の一部を通す低圧飽和蒸気抽気管４１と該低圧飽和蒸気抽気管４１内の蒸気を用いてボイラへの給水を加熱する加熱器４２と該給水加熱器４２で冷却された飽和蒸気が凝縮して得られるドレンを溜めるドレンタンク４３と該ドレンタンク４３で得られたドレンを送り出す高圧過熱器スプレ水昇圧ポンプ４４とドレンを流す高圧過熱器過熱低減器スプレ管４５と高圧過熱器過熱低減器スプレ管４５に設けられた高圧過熱器出口蒸気温度制御用流量調節弁４６と高圧二次過熱器５ｄ₄と高圧三次過熱器５ｄ₅を接続する過熱蒸気配管４９に高圧過熱器過熱低減器４７を設けている。

前記ガスタービン翼の冷却に排熱回収ボイラで発生する蒸気の一部を使用するが、このとき、ガスタービン翼に蒸気中の不純物が付着してガスタービン翼の冷却効果が低下することを回避するためにガスタービン翼冷却用に用いる蒸気は高純度の性状が要求される。そこで、図７に示す排熱回収ボイラでは、低圧飽和蒸気抽気管４１で得られた飽和蒸気からドレンを生成させて、このドレンを高圧過熱器過熱低減器４７から過熱蒸気配管４９に供給することで、高圧三次過熱器５ｄ₅の出口蒸気温度を制御することができる。また、ガスタービン１に送られてガスタービン排気翼の冷却用の蒸気として純度の高い過熱蒸気を用いることができる。

ここで排熱回収ボイラ２の出口及び／又は高圧蒸気タービン３ａの温度調整器として主蒸気配管７に蒸気をスプレーする場合の蒸気供給源としては、排熱回収ボイラ２の自缶蒸気または他缶からの蒸気を用いる。

排熱回収ボイラ２の自缶からの蒸気スプレーの供給源としては、蒸気圧力が高い箇所、具体的には、高圧ドラム６ｃ、高圧一次過熱器５ｄ₃の出口、中圧ドラム６ｂ、中圧過熱器５ｄ₂の出口からの抽気が適する。

さらに、図示はしていないが、ドラムが無い貫流排熱回収ボイラにも、本発明は適用できる。

本発明は、複合発電プラントとその急速起動を可能とする複合発電プラントの起動方法に適用可能である。

本発明による複合発電プラントの機器構成図。図１の複合発電プラントの起動特性図。図１の複合発電プラントの部分構成図。図１の複合発電プラントの部分構成図。図１の複合発電プラントの部分構成図。本発明による複合発電プラントの機器構成図。本発明による複合発電プラントの機器構成詳細図。従来のプラント起動特性図。従来の複合発電プラントの機器構成図。

符号の説明

１ガスタービン（ガスタービン）２排熱回収ボイラ（排熱回収ボイラ）
３蒸気タービン（蒸気タービン）４復水器
５ａ節炭器５ｂ蒸発器
５ｃ再熱器５ｄ過熱器
６ドラム７主蒸気管
８蒸気タービン入口弁９タービンバイパス弁
１０タービンバイパス管１１，１２蒸気温度調整器
１３ミストトラップ

Claims

ガスタービンと、ガスタービンの燃焼排ガスの保有熱により蒸気を発生させるそれぞれ１以上の節炭器と蒸発器と過熱器と再熱器の内、少なくともそれぞれ１以上の節炭器と蒸発器と過熱器を有する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで発生させた蒸気により駆動される１以上の蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンと蒸気タービンで発電を行う複合発電プラントにおいて、
前記排熱回収ボイラと前記蒸気タービンとを接続した蒸気配管の蒸気タービン入口部に蒸気温度を調整する装置を設置し、
該蒸気温度を調整する装置は、水または蒸気を蒸気配管内にスプレーするスプレー部と該スプレー部よりも後流側の蒸気配管に水滴の飛散防止手段を備え、前記蒸気流れ後流側の蒸気配管を行き止まりの直管とし、該直管とスプレー部の間から上方向に枝管を分岐させ、該枝管を蒸気タービンへ接続した構成であることを特徴とする複合発電プラント。
前記１以上の蒸気タービンのうちの第１の蒸気タービンから排気された蒸気を前記排熱回収ボイラの再熱器に供給し、該再熱器で蒸気を再加熱して得た再熱蒸気を前記１以上の蒸気タービンのうちの第２の蒸気タービンに供給する第２の蒸気配管を備え、該第２の蒸気配管の第２の蒸気タービン入口部に前記蒸気温度を調整する装置を設置したことを特徴とする請求項１記載の複合発電プラント。
前記排熱回収ボイラ内の１以上の過熱器のうちの第１の過熱器と第２の過熱器との間に設けた曲がり部を有する蒸気配管および／または前記排熱回収ボイラ内の１以上の再熱器のうちの第１の再熱器と第２の再熱器との間に設けた曲がり部を有する蒸気配管に、前記蒸気温度を調整する装置とは別の蒸気配管内の蒸気温度を調整する装置を設置したことを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の複合発電プラント。
前記排熱回収ボイラと前記第１の蒸気タービンとを接続した蒸気配管の排熱回収ボイラ出口部および／または前記再熱器と前記第２の蒸気タービンとを接続した蒸気配管の前記再熱器出口部に前記蒸気温度を調整する装置を設置したことを特徴とする請求項２に記載の複合発電プラント。
前記蒸気温度を調整する装置は、前記第１の蒸気タービンおよび／または前記第２の蒸気タービンの熱応力を監視するとともに、その熱応力が許容値以下となるように蒸気温度を調整する装置であることを特徴とする請求項２又は４に記載の複合発電プラント。
ガスタービンと、ガスタービンの燃焼排ガスの保有熱により蒸気を発生させる１以上の蒸発器、過熱器及び再熱器の内、少なくともそれぞれ１以上の蒸発器と過熱器を有する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで発生させた蒸気により駆動される１以上の蒸気タービンとを備え、前記両方のタービンで発電を行うと共に、前記排熱回収ボイラと前記蒸気タービンとを接続した蒸気配管の蒸気タービン入口部に、水または蒸気を蒸気配管内にスプレーするスプレー部と該スプレー部よりも後流側の蒸気配管に水滴の飛散防止手段を備え、前記蒸気流れ後流側の蒸気配管を行き止まりの直管とし、該直管とスプレー部の間から上方向に枝管を分岐させ、該枝管を蒸気タービンへ接続した構成である蒸気温度を調整する装置を設置した複合発電プラントの起動方法であって、
ガスタービンを起動時からフル稼働させて排熱回収ボイラで得られる蒸気温度が蒸気タービンで発生する応力を許容値以下に抑制するように、前記蒸気温度を調整する装置によって蒸気タービン入口部での蒸気温度を調整することを特徴とする複合発電プラントの起動方法。