JP4598943B2 - ガスタービンの蒸気冷却装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの燃焼器等の高温部品を排熱回収ボイラまたは補助蒸気からの蒸気により冷却するガスタービンの蒸気冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エネルギー資源の有効利用と経済性の観点から、発電設備（発電プラント）では様々な高効率化が図られている。ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたタービン発電プラント（複合発電プラント）もその一つである。複合発電プラントでは、ガスタービンからの高温の排気ガスが排熱回収ボイラに送られ、排熱回収ボイラ内で過熱ユニットを介して蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンに送って蒸気タービンで仕事をするようになっている。
【０００３】
ガスタービンの燃焼器等の高温部品は空気により冷却されていたが、近年の燃焼温度の高温化にともない蒸気により冷却されるようになってきている。複合発電プラントにおいても、燃焼器等の高温部品を蒸気によって冷却するガスタービンを適用し、蒸気タービンと組み合わせて高効率な発電プラントが計画されている。
【０００４】
ガスタービンの燃焼器の冷却媒体として蒸気が採用されている従来のガスタービンの蒸気冷却装置を図４に基づいて説明する。図４には従来のガスタービンの蒸気冷却装置を備えた複合発電プラントの冷却系統を表す概略構成を示してある。
【０００５】
図に示すように、ガスタービン１からの排気ガスが排熱回収ボイラ２に送られるようになっており、排熱回収ボイラ２には、高圧ドラム３、高圧過熱器４及び中圧ドラム５、中圧過熱器６、再熱器７が備えられている。高圧ドラム３で発生した蒸気は高圧蒸気導入路８により高圧過熱器４を経て高圧蒸気タービン９に送られる。中圧ドラム５の蒸気は中圧蒸気導入路１０により中圧過熱器６及び再熱器７を順次経て中圧蒸気タービン１１へ送られる。
【０００６】
高圧蒸気タービン９の出口蒸気は再熱器７の入口側の中圧蒸気導入路１０に合流し、再熱器７を通過した蒸気は中圧蒸気タービン１１へ送られる。中圧過熱器６と再熱器７の間における中圧蒸気導入路１０には中圧ドラム圧力制御弁１２が設けられ、中圧ドラム圧力制御弁１２の開閉制御により中圧ドラム５の蒸気圧力が所定状態に調整される。尚、図中の符号で２０は復水器である。
【０００７】
中圧過熱器６と中圧ドラム圧力制御弁１２の間における中圧蒸気導入路１０からは蒸気冷却路１４が分岐して設けられ、蒸気冷却路１４はガスタービン１の高温部品である燃焼器１３を経て再熱器７の下流側の中圧蒸気導入路１０に合流している。つまり、燃焼器１３には、蒸気冷却路１４から中圧ドラム５の出口蒸気（例えば300 ℃) が冷却蒸気となって供給され、冷却に使用された蒸気（例えば560 ℃〜600 ℃) は再熱器７の出口蒸気と合流して中圧蒸気タービン１１に導かれる。燃焼器１３の入口側の蒸気冷却路１４には制御弁１５が設けられ、制御弁１５により燃焼器１３に導かれる蒸気量が調節される。尚、制御弁１５は燃焼器１３の出口側の蒸気冷却路１４に設けられることもある。
【０００８】
上述したガスタービンの蒸気冷却装置では、蒸気冷却路１４から中圧ドラム５の出口蒸気（例えば300 ℃) が冷却蒸気となって燃焼器１３に供給され、燃焼器１３の冷却が行われる。燃焼器１３に導かれる蒸気量は制御弁１５により調節され、所望量の蒸気が燃焼器１３に供給される。燃焼器１３を冷却した後の蒸気は中圧蒸気タービン１１にに回収されるようになっている。このため、効率の良い冷却システムが構築された複合発電プラントとなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガスタービンの蒸気冷却装置は、燃焼器１３に供給される冷却用の蒸気の量を調節するために蒸気冷却路１４に制御弁１５が設けられている。蒸気冷却路１４は高温の蒸気の通路となるため、耐熱性に優れた高価な制御弁１５が必要になって部品コストが高くなり、複合発電プラントの建設コストアップにつながっていた。燃焼器１３の出口側に制御弁１５を設けた場合に特に高価な制御弁１５が必要になる。
【００１０】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、排熱回収ボイラ側からの冷却蒸気の導入系に蒸気量を直接調節する弁装置を備えることなく所望量の冷却蒸気をガスタービンの高温部品に供給することができるガスタービンの蒸気冷却装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の構成は、ガスタービンの排気ガスによって蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、排熱回収ボイラからの蒸気を蒸気タービンに導入する蒸気導入路と、蒸気導入路に備えられ排熱回収ボイラからの蒸気をガスタービンの高温部品の冷却のためにバイパスする蒸気冷却路と、排熱回収ボイラで発生する蒸気圧力を検出する発生蒸気圧力検出手段と、排熱回収ボイラで発生する蒸気圧力を調整するために発生蒸気圧力検出手段の検出情報に基づいて蒸気導入路の蒸気の流量を制御する発生蒸気圧力制御弁と、高温部品の後流側における蒸気冷却路に備えられ高温部品を冷却した後の蒸気温度を検出する冷却後蒸気温度検出手段と、ガスタービンの状態に基づいて蒸気冷却路に流入する蒸気流量を調整するために発生蒸気圧力検出手段の検出値が設定値になるように発生蒸気圧力制御弁の開閉制御を行うと共に冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気冷却路に流入する蒸気流量を調整するために発生蒸気圧力制御弁の開閉制御を行う制御手段とを備えたガスタービンの蒸気冷却装置において、
中圧ドラムから中圧蒸気タービンへの蒸気導入路から分岐されて前記蒸気冷却路が設けられ、蒸気冷却路の分岐部の後流側の蒸気導入路に第１流量制御弁を設けて前記発生蒸気圧力制御弁とすると共に、
高圧ドラムからの蒸気が導入される補助蒸気導入路が前記蒸気冷却路につなげられ、前記補助蒸気導入路に第２流量制御弁を設けて前記発生蒸気圧力制御弁とし、
かつ前記補助蒸気導入路には補助流体流路がつなげられ、補助蒸気導入路の合流部の後流側における補助蒸気導入路に補助蒸気の温度を検出する補助蒸気温度検出手段が設けられ、前記補助流体流路に第３流量制御弁を設けて前記発生蒸気圧力制御弁とし、
前記制御手段は、前記蒸気導入路、補助蒸気導入路及び補助流体流路の流量を規制して前記蒸気冷却路の流量を常に適切に確保するように、前記冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて前記第１流量制御弁及び第２流量制御弁を開閉制御すると共に、前記冷却後蒸気温度検出手段及び補助蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて前記第３流量制御弁を開閉制御することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の実施形態例を説明する。
【００１７】
本発明の一実施形態例を図１乃至図３に基づいて説明する。図１には本発明の一実施形態例に係るガスタービンの蒸気冷却装置を備えた複合発電プラントの概略構成、図２、図３には発生蒸気圧力制御弁の制御ブロックを示してある。
【００１８】
図１に示すように、ガスタービン１０１からの排気ガスが排熱回収ボイラ１０２に送られるようになっており、排熱回収ボイラ１０２には、高圧ドラム１０３及び第１高圧過熱器１０４、第２高圧過熱器１０５が備えられていると共に、中圧ドラム１０６、中圧過熱器１０７及び再熱器１０８が備えられている。高圧ドラム１０３で発生した蒸気は第１高圧過熱器１０４、第２高圧過熱器１０５を経て高圧側蒸気導入路１０９から高圧蒸気タービン１１０に送られる。高圧蒸気タービン１１０の排気蒸気は再熱器１０８を経て蒸気導入路１１１から中圧蒸気タービン１１２に送られる。そして、中圧蒸気タービン１１２の排気蒸気は低圧蒸気タービン１１３に送られ、復水器１１４で復水されて排熱回収ボイラ１０２側に回収される。一方、中圧ドラム１０６の蒸気は蒸気導入路としての中圧側蒸気導入路１１５から中圧過熱器１０７及び再熱器１０８を順次経て中圧蒸気タービン１１２に送られる。
【００１９】
中圧側蒸気導入路１１５から分岐して蒸気冷却路としての蒸気流路１１６が設けられ、蒸気流路１１６はガスタービン１０１の高温部品である燃焼器１１７を経てバイパスし、中圧蒸気タービン１１２の入口側における蒸気導入路１１１に合流している。また、第２高圧過熱器１０５の後流側の高圧側蒸気導入路１０９から分岐して高圧蒸気流路１１８が設けられ、高圧蒸気流路１１８はガスタービン１０１の前側における蒸気流路１１６に合流している。高圧蒸気流路１１８には中圧給水ポンプからの給水が導入される補助流体流路１１９が合流している。
【００２０】
蒸気流路１１６の分岐部の後流側における中圧側蒸気導入路１１５には発生蒸気圧力制御弁としての第１流量制御弁１２０（中圧ドラム圧力制御弁）が設けられ、第１流量制御弁１２０の開閉により中圧側蒸気導入路１１５を流通する蒸気量（中圧ドラム１０６の蒸気圧力）が調整される。また、補助流体流路１１９の合流部の前流側における高圧蒸気流路１１８には発生蒸気圧力制御弁としての第２流量制御弁１２１（補助蒸気圧力制御弁）が設けられ、第２流量制御弁１２１の開閉により高圧蒸気流路１１８から蒸気流路１１６に導入される高圧蒸気の流量が調整される。即ち、蒸気流路１１６の蒸気の温度が調整される。更に、補助流体流路１１９には発生蒸気圧力制御弁としての第３流量制御弁１２２（補助流体圧力制御弁）が設けられ、第３流量制御弁１２２の開閉により高圧蒸気流路１１８に適宜量の中圧給水が導入されて高圧蒸気流路１１８内の蒸気が減温され、蒸気流路１１６に導入される高圧蒸気の温度が所定温度に制御される。
【００２１】
高圧蒸気流路１１８の合流部とガスタービン１０１との間における蒸気流路１１６には温度検出手段T1が設けられ、温度検出手段T1によりガスタービン１０１に導入される蒸気の温度が検出される。蒸気流路１１６の燃焼器１１７の入口側と出口側の蒸気圧力差を検出する差圧検出手段P1が設けられ、差圧検出手段P1により燃焼器１１７を流通する蒸気の差圧、即ち、流量が検出される。また、補助流体流路１１９の合流部の後流側における高圧蒸気流路１１８には補助蒸気温度検出手段としての第２温度検出手段T3が設けられ、第２温度検出手段T3により高圧蒸気流路１１８の蒸気温度が検出される。尚、図中の符号で、P2は蒸気流路１１６の燃焼器１１７の入口側の蒸気圧力を検出する入口圧力検出手段、P3は蒸気流路１１６の燃焼器１１７の出口側の蒸気圧力を検出する出口圧力検出手段、T2は蒸気流路１１６の燃焼器１１７の出口側の蒸気温度を検出する冷却後蒸気温度検出手段としての出口温度検出手段である。
【００２２】
温度検出手段T1、差圧検出手段P1及び第２温度検出手段T3の検出情報、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報は制御手段１２５に入力される。また、制御手段１２５にはガスタービン１の出力MWが入力される。制御手段１２５からは、第１流量制御弁１２０、第２流量制御弁１２１及び第３流量制御弁１２２に開閉指令が出力される。
【００２３】
差圧検出手段P1の検出情報に応じて（差圧に応じて）第１流量制御弁１２０を開閉させることにより、中圧蒸気タービン１１２側への蒸気の流通が規制されて燃焼器１１７を流通する蒸気流量が適正に制御される。また、差圧検出手段P1及び温度検出手段T1の検出情報に応じて第２流量制御弁１２１を開閉させると共に、第２温度検出手段T3の検出情報に応じて第３流量制御弁１２２を開閉させることにより、燃焼器１１７を流通する蒸気量が適正流量を保った状態で適正に制御される。この時、燃焼器１１７を流通する蒸気量が適正を保っているにも拘らず何らかの異常により蒸気温度が上昇した場合（燃焼器１１７が計画通り冷却されない場合）、出口温度検出手段T2の検出情報に応じて、第１流量制御弁１２０、第２流量制御弁１２１及び第３流量制御弁１２２が開閉され、蒸気流路１１６の蒸気量が増やされて燃焼器１１７を流通する蒸気温度の過上昇が防止される。
【００２４】
つまり、制御手段１２５では、燃焼器１１７の必要冷却蒸気量が演算されると共に必要冷却蒸気量に見合った差圧が演算され、差圧検出手段P1の検出値が演算された差圧となるように第１流量制御弁１２０に開閉指令を出力する。これにより、燃焼器１１７には必要冷却蒸気量が供給される。また、制御手段１２５では、ガスタービン１０１の必要蒸気温度が演算されると共に温度検出手段T1の検出値が演算された温度となるように第２流量制御弁１２１に開閉指令を出力する。このとき、制御手段１２５では、蒸気流路１１６に導入される蒸気温度（第２温度検出手段T3の検出情報及び温度検出手段T1の検出情報）に基づいて第３流量制御弁１２２に開閉指令が出力され、中圧給水の量が適宜制御されて高圧蒸気流路１１８の蒸気温度が所定温度に減温される。
【００２５】
温度制御により燃焼器１１７を流通する蒸気流量が増減すると、差圧検出手段P1の検出情報により第１流量制御弁１２０が開閉制御され、規定の蒸気流量が確保されているが、負荷変動等により中圧蒸気の発生遅れ等が生じ、蒸気流路１１６を流通する蒸気の絶対流量が不足した場合は、温度制御に優先して、差圧検出手段P1の検出値が演算された差圧となるように第２流量制御弁１２１が開閉制御され、高圧蒸気を導入することで蒸気流量を確保する（バックアップ制御）。即ち、第２流量制御弁１２１には差圧制御においても開閉指令が出力され、温度制御による開度指令と、差圧制御による開度指令の高い値を選択して第２流量制御弁１２１の開度として制御されるようになっている。
【００２６】
上述した蒸気制御装置では、温度の低い中圧ドラム１０６側の発生蒸気と、温度の高い高圧ドラム１０３の発生蒸気とを混合し、混合した蒸気流量及び蒸気温度を適切に制御して燃焼器１１７に導入している。また、混合を最適に行うため、中圧側蒸気導入路１１５に設けられた第１流量制御弁１２０の開閉により蒸気流量が制御され、高圧蒸気流路１１８に設けられた第２流量制御弁１２１の開閉により高圧蒸気流量を調整して蒸気温度が制御されている。また、中圧蒸気が不足した場合には、バックアップ制御により第２流量制御弁１２１を開閉して高圧蒸気を流量確保のために導入するようにしている。このため、蒸気流路１１６に高価な弁装置を設けることなく、燃焼器１１７に導かれる蒸気流量を更に適切に制御することが可能になる。
【００２７】
図２及び図３に基づいて第１流量制御弁１２０及び第２流量制御弁１２１の制御状況を詳細に説明する。図２には第１流量制御弁１２０の制御ブロック構成、図３には第２流量制御弁１２１の制御ブロック構成を示してある。
【００２８】
図２に示すように、制御手段１２５の演算手段１４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、変換演算手段１４２にはガスタービン１０１の出力MWが入力され、変換演算手段１４２では出力MWが、要求されるバックアップ用蒸気流量として変換されて加算手段１５１に入力される。一方、出口温度検出手段T2の検出情報に基づいて温度に応じたバイアスが関数手段１５０で演算されて加味され、温度に応じて加味されたバイアス値が加算手段１５１でガスタービン１０１の出力MWに加算される。ガスタービン１０１の出力MWとバイアス値とが加算された情報が変換演算手段１４２に入力され、変換演算手段１４２でバイアス値が加算された出力MWが、要求される冷却蒸気流量として変換されて演算手段１４１に入力される。
【００２９】
具体的に要求される冷却蒸気流量は、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって多くなるようにバイアス値が設定されている。即ち、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって第１流量制御弁１２０が閉側に作動されて蒸気流路１１６に送られる蒸気量が多くなるように制御される。演算手段１４１では入力情報を差圧相当値に変換して加算手段１４３に出力し、加算手段１４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段１４３では、演算手段１４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段１４４では求められた差分を０側情報の開度指令として、０側情報を選択手段１５２に送る。選択手段１５２には全閉指令（最小開度、例えば３％乃至５％の開度）が指令手段１５３から１側情報として送られている。
【００３０】
選択手段１５２は通常はオフにされ、比較手段１５４からの指令があった際にオンになる。即ち、選択手段１５２は、オンになることで０側情報から１側情報に出力指令が切り換えられるようになっており、オフの場合、０側情報の開度指令（ガスタービン１０１の出力MW及び蒸気流路１１６の状況に応じた開度指令）が第１流量制御弁１２０に出力され、オンの場合、１側情報の開度指令（全閉指令）が第１流量制御弁１２０に出力される。比較手段１５４には出口温度検出手段T2の検出情報が入力され、比較手段１５４の結果が選択手段１５２に送られる。比較手段１５４で出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えているとされた場合、比較手段１５４から選択手段１５２にオン信号が出され、選択手段１５２が１側情報の開度指令に切り換えられる。
【００３１】
従って、第１流量制御弁１２０は、ガスタービン１０１の出力MW及び蒸気流路１１６の状況の検出情報に基づいて蒸気流路１１６の蒸気量が所定流量となるように開閉が制御されると共に、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度に応じて、燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際には温度上昇分蒸気流路１１６の蒸気量が増加するように閉側に制御される。更に、第１流量制御弁１２０は、出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えた場合には全閉指令（最小開度指令）により全閉状態とされ、中圧ドラム１０６からの蒸気が蒸気流路１１６に全量送られる。
【００３２】
図３に示すように、制御装置１２５の演算手段１４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、第２変換演算手段１４５にはガスタービン１０１の出力MWが入力され、第２変換演算手段１４５では出力MWが、要求されるバックアップ用蒸気流量として変換されて加算手段１６２に入力される。一方、出口温度検出手段T2の検出情報に基づいて温度に応じたバイアスが関数手段１６１で演算されて加味され、温度に応じて加味されたバイアス値が加算手段１６２でガスタービン１０１の出力MWに加算される。ガスタービン１０１の出力MWとバイアス値とが加算された情報が演算手段１４１に入力され、第２変換演算手段１４５でバイアス値が加算された出力MWが、要求される冷却蒸気流量として変換されて演算手段１４１に入力される。
【００３３】
そして、演算手段１４１では入力情報が差圧相当値に変換され加算手段１４３に出力され、加算手段１４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段１４３では、演算手段１４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段１４４では求められた差分を開度指令として演算する。
【００３４】
具体的に要求される冷却蒸気流量は、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって多くなるようにバイアス値が設定されている。即ち、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって第２流量制御弁１２１が開側に作動されて高圧蒸気流路１１８から蒸気流路１１６に送られる蒸気量が多くなるように制御される。
【００３５】
従って、第２流量制御弁１２１は、ガスタービン１０１の出力MW及び蒸気流路１１６の状況の検出情報に基づいて蒸気流路１１６の蒸気量が所定流量となるように開閉が制御されると共に、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度に応じて、燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際には温度上昇分蒸気流路１１６の蒸気量が増加するように開側に制御される。
【００３６】
このため、燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際には、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって冷却用蒸気が増量されると共に、出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えた場合には、中圧ドラム１０６からの蒸気が蒸気流路１１６に全量送られて冷却用蒸気が増量される。これにより、所定量に冷却蒸気量が制御されているにも拘らず冷却蒸気温度が上昇しても、燃焼器１１７が保護されるようになっている。
【００３７】
燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際における第１流量制御弁１２０及び第２流量制御弁１２１の開閉制御は、例えば、第１流量制御弁１２０の閉動作により中圧ドラム１０６からの蒸気を蒸気流路１１６に送り、第１流量制御弁１２０を全閉状態にしても燃焼器１１７の出口側の温度が高い場合に第２流量制御弁１２１を開動作させて高圧蒸気流路１１８側からの蒸気量を増量するようになっている。尚、第１流量制御弁１２０及び第２流量制御弁１２１の開閉制御の状況は、設備の能力等により適宜設定され、所定流量の確保と所定温度の確保が両立できるように他の制御弁との開閉と組み合わせて実施される。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のガスタービンの蒸気冷却装置は、ガスタービンの排気ガスによって蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、排熱回収ボイラからの蒸気を蒸気タービンに導入する蒸気導入路と、蒸気導入路に備えられ排熱回収ボイラからの蒸気をガスタービンの高温部品の冷却のためにバイパスする蒸気冷却路と、排熱回収ボイラで発生する蒸気圧力を検出する発生蒸気圧力検出手段と、排熱回収ボイラで発生する蒸気圧力を調整するために発生蒸気圧力検出手段の検出情報に基づいて蒸気導入路の蒸気の流量を制御する発生蒸気圧力制御弁と、高温部品の後流側における蒸気冷却路に備えられ高温部品を冷却した後の蒸気温度を検出する冷却後蒸気温度検出手段と、ガスタービンの状態に基づいて蒸気冷却路に流入する蒸気流量を調整するために発生蒸気圧力検出手段の検出値が設定値になるように発生蒸気圧力制御弁の開閉制御を行うと共に冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気冷却路に流入する蒸気流量を調整するために発生蒸気圧力制御弁の開閉制御を行う制御手段とを備えたので、蒸気冷却路に高価な弁装置を設けることなく、排熱回収ボイラで発生する蒸気の圧力を所定状態に保つための発生蒸気圧力制御弁の制御により、高温部品に導かれる蒸気流量を適切に制御することが可能になると共に、冷却後蒸気温度が高くなった際には高温部品に導かれる蒸気流量を増量するように制御して高温部品の保護が可能になる。この結果、複合発電プラントの建設コストの上昇を抑制すると共に高温部品の破損等を防止することができる。
【００３９】
また、中圧ドラムから中圧蒸気タービンへの蒸気導入路から分岐されて蒸気冷却路が設けられ、蒸気冷却路の分岐部の後流側の蒸気導入路に中圧ドラム圧力制御弁を設けて発生蒸気圧力制御弁とし、制御手段には、冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気導入路の流量を規制して蒸気冷却路の流量を確保するように中圧ドラム圧力制御弁の開閉制御を行なう機能が備えられているので、中圧ドラムからの蒸気を蒸気冷却路に送ることができる。
【００４０】
また、高圧ドラムからの蒸気が導入される補助蒸気導入路が蒸気冷却路につなげられ、補助蒸気導入路に補助蒸気圧力制御弁を設けて発生蒸気圧力制御弁とし、制御手段には、冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて補助蒸気導入路の流量を制御して蒸気冷却路の流量を確保するように補助蒸気圧力制御弁の開閉制御を行なう機能が備えられているので、高圧ドラムからの蒸気を蒸気冷却路に送ることができる。
【００４１】
また、蒸気冷却路には高圧ドラムからの蒸気が導入される補助蒸気導入路がつなげられ、補助蒸気導入路には補助流体流路がつなげられ、補助蒸気導入路の合流部の後流側における補助蒸気導入路に補助蒸気の温度を検出する補助蒸気温度検出手段が設けられ、補助流体流路に補助流体圧力制御弁を設けて発生蒸気圧力制御弁とし、制御手段には、冷却後蒸気温度検出手段の検出情報及び補助蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて補助流体流路の流量を制御して蒸気冷却路の流量を確保するように補助蒸気圧力制御弁の開閉制御を行なう機能が備えられているので、高圧ドラムからの蒸気及び補助蒸気を蒸気冷却路に送ることができる。
【００４２】
また、中圧ドラムから中圧蒸気タービンへの蒸気導入路から分岐されて蒸気冷却路が設けられ、高圧ドラムからの蒸気が導入される補助蒸気導入路が蒸気冷却路につなげられ、蒸気冷却路の分岐部の後流側の蒸気導入路に中圧ドラム圧力制御弁を設けて発生蒸気圧力制御弁とすると共に、補助蒸気導入路に補助蒸気圧力制御弁を設けて発生蒸気圧力制御弁とし、制御手段には、冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気導入路の流量を規制して蒸気冷却路の流量を確保するように中圧ドラム圧力制御弁の開閉制御を行なうと共に冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて補助蒸気導入路の流量を制御して蒸気冷却路の流量を確保するように補助蒸気圧力制御弁の開閉制御を行なう機能が備えられているので、中圧ドラムからの蒸気及び高圧ドラムからの蒸気及び補助蒸気を蒸気冷却路に送ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係るガスタービンの蒸気冷却装置を備えた複合発電プラントの冷却系統を表す概略構成図。
【図２】発生蒸気圧力制御弁の制御ブロック図。
【図３】発生蒸気圧力制御弁の制御ブロック図。
【図４】従来のガスタービンの蒸気冷却装置を備えた複合発電プラントの冷却系統を表す概略構成図。
【符号の説明】
１０１ ガスタービン
１０２ 排熱回収ボイラ
１０３ 高圧ドラム
１０４ 第１高圧過熱器
１０５ 第２高圧過熱器
１０６ 中圧ドラム
１０７ 中圧過熱器
１０８ 再熱器
１０９ 高圧蒸気導入路
１１０ 高圧蒸気タービン
１１２ 中圧蒸気タービン
１１３ 低圧蒸気タービン
１１４ 復水器
１１５ 中圧蒸気導入路
１１６ 蒸気流路
１１７ 燃焼器
１１８ 高圧蒸気流路
１１９ 補助流体流路
１２０ 第１流量制御弁
１２１ 第２流量制御弁
１２２ 第３流量制御弁
１２５ 制御手段
１４１ 演算手段
１４２ 変換演算手段
１４３，１５１、１６２ 加算手段
１４４ PI演算手段
１４５ 第２変換演算手段
１５０，１６１ 関数手段
１５２ 選択手段
１５３ 指令手段
１５４ 比較手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの燃焼器等の高温部品を排熱回収ボイラまたは補助蒸気からの蒸気により冷却するガスタービンの蒸気冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エネルギー資源の有効利用と経済性の観点から、発電設備（発電プラント）では様々な高効率化が図られている。ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたタービン発電プラント（複合発電プラント）もその一つである。複合発電プラントでは、ガスタービンからの高温の排気ガスが排熱回収ボイラに送られ、排熱回収ボイラ内で過熱ユニットを介して蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンに送って蒸気タービンで仕事をするようになっている。
【０００３】
ガスタービンの燃焼器等の高温部品は空気により冷却されていたが、近年の燃焼温度の高温化にともない蒸気により冷却されるようになってきている。複合発電プラントにおいても、燃焼器等の高温部品を蒸気によって冷却するガスタービンを適用し、蒸気タービンと組み合わせて高効率な発電プラントが計画されている。
【０００４】
ガスタービンの燃焼器の冷却媒体として蒸気が採用されている従来のガスタービンの蒸気冷却装置を図４に基づいて説明する。図４には従来のガスタービンの蒸気冷却装置を備えた複合発電プラントの冷却系統を表す概略構成を示してある。
【０００５】
図に示すように、ガスタービン１からの排気ガスが排熱回収ボイラ２に送られるようになっており、排熱回収ボイラ２には、高圧ドラム３、高圧過熱器４及び中圧ドラム５、中圧過熱器６、再熱器７が備えられている。高圧ドラム３で発生した蒸気は高圧蒸気導入路８により高圧過熱器４を経て高圧蒸気タービン９に送られる。中圧ドラム５の蒸気は中圧蒸気導入路１０により中圧過熱器６及び再熱器７を順次経て中圧蒸気タービン１１へ送られる。
【０００６】
高圧蒸気タービン９の出口蒸気は再熱器７の入口側の中圧蒸気導入路１０に合流し、再熱器７を通過した蒸気は中圧蒸気タービン１１へ送られる。中圧過熱器６と再熱器７の間における中圧蒸気導入路１０には中圧ドラム圧力制御弁１２が設けられ、中圧ドラム圧力制御弁１２の開閉制御により中圧ドラム５の蒸気圧力が所定状態に調整される。尚、図中の符号で２０は復水器である。
【０００７】
中圧過熱器６と中圧ドラム圧力制御弁１２の間における中圧蒸気導入路１０からは蒸気冷却路１４が分岐して設けられ、蒸気冷却路１４はガスタービン１の高温部品である燃焼器１３を経て再熱器７の下流側の中圧蒸気導入路１０に合流している。つまり、燃焼器１３には、蒸気冷却路１４から中圧ドラム５の出口蒸気（例えば300 ℃) が冷却蒸気となって供給され、冷却に使用された蒸気（例えば560 ℃〜600 ℃) は再熱器７の出口蒸気と合流して中圧蒸気タービン１１に導かれる。燃焼器１３の入口側の蒸気冷却路１４には制御弁１５が設けられ、制御弁１５により燃焼器１３に導かれる蒸気量が調節される。尚、制御弁１５は燃焼器１３の出口側の蒸気冷却路１４に設けられることもある。
【０００８】
上述したガスタービンの蒸気冷却装置では、蒸気冷却路１４から中圧ドラム５の出口蒸気（例えば300 ℃) が冷却蒸気となって燃焼器１３に供給され、燃焼器１３の冷却が行われる。燃焼器１３に導かれる蒸気量は制御弁１５により調節され、所望量の蒸気が燃焼器１３に供給される。燃焼器１３を冷却した後の蒸気は中圧蒸気タービン１１にに回収されるようになっている。このため、効率の良い冷却システムが構築された複合発電プラントとなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガスタービンの蒸気冷却装置は、燃焼器１３に供給される冷却用の蒸気の量を調節するために蒸気冷却路１４に制御弁１５が設けられている。蒸気冷却路１４は高温の蒸気の通路となるため、耐熱性に優れた高価な制御弁１５が必要になって部品コストが高くなり、複合発電プラントの建設コストアップにつながっていた。燃焼器１３の出口側に制御弁１５を設けた場合に特に高価な制御弁１５が必要になる。
【００１０】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、排熱回収ボイラ側からの冷却蒸気の導入系に蒸気量を直接調節する弁装置を備えることなく所望量の冷却蒸気をガスタービンの高温部品に供給することができるガスタービンの蒸気冷却装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の構成は、ガスタービンの排気ガスによって蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、排熱回収ボイラからの蒸気を蒸気タービンに導入する蒸気導入路と、蒸気導入路に備えられ排熱回収ボイラからの蒸気をガスタービンの高温部品の冷却のためにバイパスする蒸気冷却路と、排熱回収ボイラで発生する蒸気圧力を検出する発生蒸気圧力検出手段と、排熱回収ボイラで発生する蒸気圧力を調整するために発生蒸気圧力検出手段の検出情報に基づいて蒸気導入路の蒸気の流量を制御する発生蒸気圧力制御弁と、高温部品の後流側における蒸気冷却路に備えられ高温部品を冷却した後の蒸気温度を検出する冷却後蒸気温度検出手段と、ガスタービンの状態に基づいて蒸気冷却路に流入する蒸気流量を調整するために発生蒸気圧力検出手段の検出値が設定値になるように発生蒸気圧力制御弁の開閉制御を行うと共に冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気冷却路に流入する蒸気流量を調整するために発生蒸気圧力制御弁の開閉制御を行う制御手段とを備えたガスタービンの蒸気冷却装置において、
中圧ドラムから中圧蒸気タービンへの蒸気導入路から分岐されて前記蒸気冷却路が設けられ、蒸気冷却路の分岐部の後流側の蒸気導入路に第１流量制御弁を設けて前記発生蒸気圧力制御弁とすると共に、
高圧ドラムからの蒸気が導入される補助蒸気導入路が前記蒸気冷却路につなげられ、前記補助蒸気導入路に第２流量制御弁を設けて前記発生蒸気圧力制御弁とし、
かつ前記補助蒸気導入路には補助流体流路がつなげられ、補助蒸気導入路の合流部の後流側における補助蒸気導入路に補助蒸気の温度を検出する補助蒸気温度検出手段が設けられ、前記補助流体流路に第３流量制御弁を設けて前記発生蒸気圧力制御弁とし、
前記制御手段は、前記蒸気導入路、補助蒸気導入路及び補助流体流路の流量を規制して前記蒸気冷却路の流量を常に適切に確保するように、前記冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて前記第１流量制御弁及び第２流量制御弁を開閉制御すると共に、前記冷却後蒸気温度検出手段及び補助蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて前記第３流量制御弁を開閉制御することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の実施形態例を説明する。
【００１７】
本発明の一実施形態例を図１乃至図３に基づいて説明する。図１には本発明の一実施形態例に係るガスタービンの蒸気冷却装置を備えた複合発電プラントの概略構成、図２、図３には発生蒸気圧力制御弁の制御ブロックを示してある。
【００１８】
図１に示すように、ガスタービン１０１からの排気ガスが排熱回収ボイラ１０２に送られるようになっており、排熱回収ボイラ１０２には、高圧ドラム１０３及び第１高圧過熱器１０４、第２高圧過熱器１０５が備えられていると共に、中圧ドラム１０６、中圧過熱器１０７及び再熱器１０８が備えられている。高圧ドラム１０３で発生した蒸気は第１高圧過熱器１０４、第２高圧過熱器１０５を経て高圧側蒸気導入路１０９から高圧蒸気タービン１１０に送られる。高圧蒸気タービン１１０の排気蒸気は再熱器１０８を経て蒸気導入路１１１から中圧蒸気タービン１１２に送られる。そして、中圧蒸気タービン１１２の排気蒸気は低圧蒸気タービン１１３に送られ、復水器１１４で復水されて排熱回収ボイラ１０２側に回収される。一方、中圧ドラム１０６の蒸気は蒸気導入路としての中圧側蒸気導入路１１５から中圧過熱器１０７及び再熱器１０８を順次経て中圧蒸気タービン１１２に送られる。
【００１９】
中圧側蒸気導入路１１５から分岐して蒸気冷却路としての蒸気流路１１６が設けられ、蒸気流路１１６はガスタービン１０１の高温部品である燃焼器１１７を経てバイパスし、中圧蒸気タービン１１２の入口側における蒸気導入路１１１に合流している。また、第２高圧過熱器１０５の後流側の高圧側蒸気導入路１０９から分岐して高圧蒸気流路１１８が設けられ、高圧蒸気流路１１８はガスタービン１０１の前側における蒸気流路１１６に合流している。高圧蒸気流路１１８には中圧給水ポンプからの給水が導入される補助流体流路１１９が合流している。
【００２０】
蒸気流路１１６の分岐部の後流側における中圧側蒸気導入路１１５には発生蒸気圧力制御弁としての第１流量制御弁１２０（中圧ドラム圧力制御弁）が設けられ、第１流量制御弁１２０の開閉により中圧側蒸気導入路１１５を流通する蒸気量（中圧ドラム１０６の蒸気圧力）が調整される。また、補助流体流路１１９の合流部の前流側における高圧蒸気流路１１８には発生蒸気圧力制御弁としての第２流量制御弁１２１（補助蒸気圧力制御弁）が設けられ、第２流量制御弁１２１の開閉により高圧蒸気流路１１８から蒸気流路１１６に導入される高圧蒸気の流量が調整される。即ち、蒸気流路１１６の蒸気の温度が調整される。更に、補助流体流路１１９には発生蒸気圧力制御弁としての第３流量制御弁１２２（補助流体圧力制御弁）が設けられ、第３流量制御弁１２２の開閉により高圧蒸気流路１１８に適宜量の中圧給水が導入されて高圧蒸気流路１１８内の蒸気が減温され、蒸気流路１１６に導入される高圧蒸気の温度が所定温度に制御される。
【００２１】
高圧蒸気流路１１８の合流部とガスタービン１０１との間における蒸気流路１１６には温度検出手段T1が設けられ、温度検出手段T1によりガスタービン１０１に導入される蒸気の温度が検出される。蒸気流路１１６の燃焼器１１７の入口側と出口側の蒸気圧力差を検出する差圧検出手段P1が設けられ、差圧検出手段P1により燃焼器１１７を流通する蒸気の差圧、即ち、流量が検出される。また、補助流体流路１１９の合流部の後流側における高圧蒸気流路１１８には補助蒸気温度検出手段としての第２温度検出手段T3が設けられ、第２温度検出手段T3により高圧蒸気流路１１８の蒸気温度が検出される。尚、図中の符号で、P2は蒸気流路１１６の燃焼器１１７の入口側の蒸気圧力を検出する入口圧力検出手段、P3は蒸気流路１１６の燃焼器１１７の出口側の蒸気圧力を検出する出口圧力検出手段、T2は蒸気流路１１６の燃焼器１１７の出口側の蒸気温度を検出する冷却後蒸気温度検出手段としての出口温度検出手段である。
【００２２】
温度検出手段T1、差圧検出手段P1及び第２温度検出手段T3の検出情報、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報は制御手段１２５に入力される。また、制御手段１２５にはガスタービン１の出力MWが入力される。制御手段１２５からは、第１流量制御弁１２０、第２流量制御弁１２１及び第３流量制御弁１２２に開閉指令が出力される。
【００２３】
差圧検出手段P1の検出情報に応じて（差圧に応じて）第１流量制御弁１２０を開閉させることにより、中圧蒸気タービン１１２側への蒸気の流通が規制されて燃焼器１１７を流通する蒸気流量が適正に制御される。また、差圧検出手段P1及び温度検出手段T1の検出情報に応じて第２流量制御弁１２１を開閉させると共に、第２温度検出手段T3の検出情報に応じて第３流量制御弁１２２を開閉させることにより、燃焼器１１７を流通する蒸気量が適正流量を保った状態で適正に制御される。この時、燃焼器１１７を流通する蒸気量が適正を保っているにも拘らず何らかの異常により蒸気温度が上昇した場合（燃焼器１１７が計画通り冷却されない場合）、出口温度検出手段T2の検出情報に応じて、第１流量制御弁１２０、第２流量制御弁１２１及び第３流量制御弁１２２が開閉され、蒸気流路１１６の蒸気量が増やされて燃焼器１１７を流通する蒸気温度の過上昇が防止される。
【００２４】
つまり、制御手段１２５では、燃焼器１１７の必要冷却蒸気量が演算されると共に必要冷却蒸気量に見合った差圧が演算され、差圧検出手段P1の検出値が演算された差圧となるように第１流量制御弁１２０に開閉指令を出力する。これにより、燃焼器１１７には必要冷却蒸気量が供給される。また、制御手段１２５では、ガスタービン１０１の必要蒸気温度が演算されると共に温度検出手段T1の検出値が演算された温度となるように第２流量制御弁１２１に開閉指令を出力する。このとき、制御手段１２５では、蒸気流路１１６に導入される蒸気温度（第２温度検出手段T3の検出情報及び温度検出手段T1の検出情報）に基づいて第３流量制御弁１２２に開閉指令が出力され、中圧給水の量が適宜制御されて高圧蒸気流路１１８の蒸気温度が所定温度に減温される。
【００２５】
温度制御により燃焼器１１７を流通する蒸気流量が増減すると、差圧検出手段P1の検出情報により第１流量制御弁１２０が開閉制御され、規定の蒸気流量が確保されているが、負荷変動等により中圧蒸気の発生遅れ等が生じ、蒸気流路１１６を流通する蒸気の絶対流量が不足した場合は、温度制御に優先して、差圧検出手段P1の検出値が演算された差圧となるように第２流量制御弁１２１が開閉制御され、高圧蒸気を導入することで蒸気流量を確保する（バックアップ制御）。即ち、第２流量制御弁１２１には差圧制御においても開閉指令が出力され、温度制御による開度指令と、差圧制御による開度指令の高い値を選択して第２流量制御弁１２１の開度として制御されるようになっている。
【００２６】
上述した蒸気制御装置では、温度の低い中圧ドラム１０６側の発生蒸気と、温度の高い高圧ドラム１０３の発生蒸気とを混合し、混合した蒸気流量及び蒸気温度を適切に制御して燃焼器１１７に導入している。また、混合を最適に行うため、中圧側蒸気導入路１１５に設けられた第１流量制御弁１２０の開閉により蒸気流量が制御され、高圧蒸気流路１１８に設けられた第２流量制御弁１２１の開閉により高圧蒸気流量を調整して蒸気温度が制御されている。また、中圧蒸気が不足した場合には、バックアップ制御により第２流量制御弁１２１を開閉して高圧蒸気を流量確保のために導入するようにしている。このため、蒸気流路１１６に高価な弁装置を設けることなく、燃焼器１１７に導かれる蒸気流量を更に適切に制御することが可能になる。
【００２７】
図２及び図３に基づいて第１流量制御弁１２０及び第２流量制御弁１２１の制御状況を詳細に説明する。図２には第１流量制御弁１２０の制御ブロック構成、図３には第２流量制御弁１２１の制御ブロック構成を示してある。
【００２８】
図２に示すように、制御手段１２５の演算手段１４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、変換演算手段１４２にはガスタービン１０１の出力MWが入力され、変換演算手段１４２では出力MWが、要求されるバックアップ用蒸気流量として変換されて加算手段１５１に入力される。一方、出口温度検出手段T2の検出情報に基づいて温度に応じたバイアスが関数手段１５０で演算されて加味され、温度に応じて加味されたバイアス値が加算手段１５１でガスタービン１０１の出力MWに加算される。ガスタービン１０１の出力MWとバイアス値とが加算された情報が変換演算手段１４２に入力され、変換演算手段１４２でバイアス値が加算された出力MWが、要求される冷却蒸気流量として変換されて演算手段１４１に入力される。
【００２９】
具体的に要求される冷却蒸気流量は、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって多くなるようにバイアス値が設定されている。即ち、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって第１流量制御弁１２０が閉側に作動されて蒸気流路１１６に送られる蒸気量が多くなるように制御される。演算手段１４１では入力情報を差圧相当値に変換して加算手段１４３に出力し、加算手段１４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段１４３では、演算手段１４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段１４４では求められた差分を０側情報の開度指令として、０側情報を選択手段１５２に送る。選択手段１５２には全閉指令（最小開度、例えば３％乃至５％の開度）が指令手段１５３から１側情報として送られている。
【００３０】
選択手段１５２は通常はオフにされ、比較手段１５４からの指令があった際にオンになる。即ち、選択手段１５２は、オンになることで０側情報から１側情報に出力指令が切り換えられるようになっており、オフの場合、０側情報の開度指令（ガスタービン１０１の出力MW及び蒸気流路１１６の状況に応じた開度指令）が第１流量制御弁１２０に出力され、オンの場合、１側情報の開度指令（全閉指令）が第１流量制御弁１２０に出力される。比較手段１５４には出口温度検出手段T2の検出情報が入力され、比較手段１５４の結果が選択手段１５２に送られる。比較手段１５４で出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えているとされた場合、比較手段１５４から選択手段１５２にオン信号が出され、選択手段１５２が１側情報の開度指令に切り換えられる。
【００３１】
従って、第１流量制御弁１２０は、ガスタービン１０１の出力MW及び蒸気流路１１６の状況の検出情報に基づいて蒸気流路１１６の蒸気量が所定流量となるように開閉が制御されると共に、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度に応じて、燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際には温度上昇分蒸気流路１１６の蒸気量が増加するように閉側に制御される。更に、第１流量制御弁１２０は、出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えた場合には全閉指令（最小開度指令）により全閉状態とされ、中圧ドラム１０６からの蒸気が蒸気流路１１６に全量送られる。
【００３２】
図３に示すように、制御装置１２５の演算手段１４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、第２変換演算手段１４５にはガスタービン１０１の出力MWが入力され、第２変換演算手段１４５では出力MWが、要求されるバックアップ用蒸気流量として変換されて加算手段１６２に入力される。一方、出口温度検出手段T2の検出情報に基づいて温度に応じたバイアスが関数手段１６１で演算されて加味され、温度に応じて加味されたバイアス値が加算手段１６２でガスタービン１０１の出力MWに加算される。ガスタービン１０１の出力MWとバイアス値とが加算された情報が演算手段１４１に入力され、第２変換演算手段１４５でバイアス値が加算された出力MWが、要求される冷却蒸気流量として変換されて演算手段１４１に入力される。
【００３３】
そして、演算手段１４１では入力情報が差圧相当値に変換され加算手段１４３に出力され、加算手段１４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段１４３では、演算手段１４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段１４４では求められた差分を開度指令として演算する。
【００３４】
具体的に要求される冷却蒸気流量は、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって多くなるようにバイアス値が設定されている。即ち、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって第２流量制御弁１２１が開側に作動されて高圧蒸気流路１１８から蒸気流路１１６に送られる蒸気量が多くなるように制御される。
【００３５】
従って、第２流量制御弁１２１は、ガスタービン１０１の出力MW及び蒸気流路１１６の状況の検出情報に基づいて蒸気流路１１６の蒸気量が所定流量となるように開閉が制御されると共に、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度に応じて、燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際には温度上昇分蒸気流路１１６の蒸気量が増加するように開側に制御される。
【００３６】
このため、燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際には、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって冷却用蒸気が増量されると共に、出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えた場合には、中圧ドラム１０６からの蒸気が蒸気流路１１６に全量送られて冷却用蒸気が増量される。これにより、所定量に冷却蒸気量が制御されているにも拘らず冷却蒸気温度が上昇しても、燃焼器１１７が保護されるようになっている。
【００３７】
燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際における第１流量制御弁１２０及び第２流量制御弁１２１の開閉制御は、例えば、第１流量制御弁１２０の閉動作により中圧ドラム１０６からの蒸気を蒸気流路１１６に送り、第１流量制御弁１２０を全閉状態にしても燃焼器１１７の出口側の温度が高い場合に第２流量制御弁１２１を開動作させて高圧蒸気流路１１８側からの蒸気量を増量するようになっている。尚、第１流量制御弁１２０及び第２流量制御弁１２１の開閉制御の状況は、設備の能力等により適宜設定され、所定流量の確保と所定温度の確保が両立できるように他の制御弁との開閉と組み合わせて実施される。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のガスタービンの蒸気冷却装置は、ガスタービンの排気ガスによって蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、排熱回収ボイラからの蒸気を蒸気タービンに導入する蒸気導入路と、蒸気導入路に備えられ排熱回収ボイラからの蒸気をガスタービンの高温部品の冷却のためにバイパスする蒸気冷却路と、排熱回収ボイラで発生する蒸気圧力を検出する発生蒸気圧力検出手段と、排熱回収ボイラで発生する蒸気圧力を調整するために発生蒸気圧力検出手段の検出情報に基づいて蒸気導入路の蒸気の流量を制御する発生蒸気圧力制御弁と、高温部品の後流側における蒸気冷却路に備えられ高温部品を冷却した後の蒸気温度を検出する冷却後蒸気温度検出手段と、ガスタービンの状態に基づいて蒸気冷却路に流入する蒸気流量を調整するために発生蒸気圧力検出手段の検出値が設定値になるように発生蒸気圧力制御弁の開閉制御を行うと共に冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気冷却路に流入する蒸気流量を調整するために発生蒸気圧力制御弁の開閉制御を行う制御手段とを備えたので、蒸気冷却路に高価な弁装置を設けることなく、排熱回収ボイラで発生する蒸気の圧力を所定状態に保つための発生蒸気圧力制御弁の制御により、高温部品に導かれる蒸気流量を適切に制御することが可能になると共に、冷却後蒸気温度が高くなった際には高温部品に導かれる蒸気流量を増量するように制御して高温部品の保護が可能になる。この結果、複合発電プラントの建設コストの上昇を抑制すると共に高温部品の破損等を防止することができる。
【００３９】
また、中圧ドラムから中圧蒸気タービンへの蒸気導入路から分岐されて蒸気冷却路が設けられ、蒸気冷却路の分岐部の後流側の蒸気導入路に中圧ドラム圧力制御弁を設けて発生蒸気圧力制御弁とし、制御手段には、冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気導入路の流量を規制して蒸気冷却路の流量を確保するように中圧ドラム圧力制御弁の開閉制御を行なう機能が備えられているので、中圧ドラムからの蒸気を蒸気冷却路に送ることができる。
【００４０】
また、高圧ドラムからの蒸気が導入される補助蒸気導入路が蒸気冷却路につなげられ、補助蒸気導入路に補助蒸気圧力制御弁を設けて発生蒸気圧力制御弁とし、制御手段には、冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて補助蒸気導入路の流量を制御して蒸気冷却路の流量を確保するように補助蒸気圧力制御弁の開閉制御を行なう機能が備えられているので、高圧ドラムからの蒸気を蒸気冷却路に送ることができる。
【００４１】
また、蒸気冷却路には高圧ドラムからの蒸気が導入される補助蒸気導入路がつなげられ、補助蒸気導入路には補助流体流路がつなげられ、補助蒸気導入路の合流部の後流側における補助蒸気導入路に補助蒸気の温度を検出する補助蒸気温度検出手段が設けられ、補助流体流路に補助流体圧力制御弁を設けて発生蒸気圧力制御弁とし、制御手段には、冷却後蒸気温度検出手段の検出情報及び補助蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて補助流体流路の流量を制御して蒸気冷却路の流量を確保するように補助蒸気圧力制御弁の開閉制御を行なう機能が備えられているので、高圧ドラムからの蒸気及び補助蒸気を蒸気冷却路に送ることができる。
【００４２】
また、中圧ドラムから中圧蒸気タービンへの蒸気導入路から分岐されて蒸気冷却路が設けられ、高圧ドラムからの蒸気が導入される補助蒸気導入路が蒸気冷却路につなげられ、蒸気冷却路の分岐部の後流側の蒸気導入路に中圧ドラム圧力制御弁を設けて発生蒸気圧力制御弁とすると共に、補助蒸気導入路に補助蒸気圧力制御弁を設けて発生蒸気圧力制御弁とし、制御手段には、冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気導入路の流量を規制して蒸気冷却路の流量を確保するように中圧ドラム圧力制御弁の開閉制御を行なうと共に冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて補助蒸気導入路の流量を制御して蒸気冷却路の流量を確保するように補助蒸気圧力制御弁の開閉制御を行なう機能が備えられているので、中圧ドラムからの蒸気及び高圧ドラムからの蒸気及び補助蒸気を蒸気冷却路に送ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係るガスタービンの蒸気冷却装置を備えた複合発電プラントの冷却系統を表す概略構成図。
【図２】発生蒸気圧力制御弁の制御ブロック図。
【図３】発生蒸気圧力制御弁の制御ブロック図。
【図４】従来のガスタービンの蒸気冷却装置を備えた複合発電プラントの冷却系統を表す概略構成図。
【符号の説明】
１０１ ガスタービン
１０２ 排熱回収ボイラ
１０３ 高圧ドラム
１０４ 第１高圧過熱器
１０５ 第２高圧過熱器
１０６ 中圧ドラム
１０７ 中圧過熱器
１０８ 再熱器
１０９ 高圧蒸気導入路
１１０ 高圧蒸気タービン
１１２ 中圧蒸気タービン
１１３ 低圧蒸気タービン
１１４ 復水器
１１５ 中圧蒸気導入路
１１６ 蒸気流路
１１７ 燃焼器
１１８ 高圧蒸気流路
１１９ 補助流体流路
１２０ 第１流量制御弁
１２１ 第２流量制御弁
１２２ 第３流量制御弁
１２５ 制御手段
１４１ 演算手段
１４２ 変換演算手段
１４３，１５１、１６２ 加算手段
１４４ PI演算手段
１４５ 第２変換演算手段
１５０，１６１ 関数手段
１５２ 選択手段
１５３ 指令手段
１５４ 比較手段
Claims (1)
- ガスタービンの排気ガスによって蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、排熱回収ボイラからの蒸気を蒸気タービンに導入する蒸気導入路と、蒸気導入路に備えられ排熱回収ボイラからの蒸気をガスタービンの高温部品の冷却のためにバイパスする蒸気冷却路と、排熱回収ボイラで発生する蒸気圧力を検出する発生蒸気圧力検出手段と、排熱回収ボイラで発生する蒸気圧力を調整するために発生蒸気圧力検出手段の検出情報に基づいて蒸気導入路の蒸気の流量を制御する発生蒸気圧力制御弁と、高温部品の後流側における蒸気冷却路に備えられ高温部品を冷却した後の蒸気温度を検出する冷却後蒸気温度検出手段と、ガスタービンの状態に基づいて蒸気冷却路に流入する蒸気流量を調整するために発生蒸気圧力検出手段の検出値が設定値になるように発生蒸気圧力制御弁の開閉制御を行うと共に冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気冷却路に流入する蒸気流量を調整するために発生蒸気圧力制御弁の開閉制御を行う制御手段とを備えたガスタービンの蒸気冷却装置において、
中圧ドラムから中圧蒸気タービンへの蒸気導入路から分岐されて前記蒸気冷却路が設けられ、蒸気冷却路の分岐部の後流側の蒸気導入路に第１流量制御弁を設けて前記発生蒸気圧力制御弁とすると共に、
高圧ドラムからの蒸気が導入される補助蒸気導入路が前記蒸気冷却路につなげられ、前記補助蒸気導入路に第２流量制御弁を設けて前記発生蒸気圧力制御弁とし、
かつ前記補助蒸気導入路には補助流体流路がつなげられ、補助蒸気導入路の合流部の後流側における補助蒸気導入路に補助蒸気の温度を検出する補助蒸気温度検出手段が設けられ、前記補助流体流路に第３流量制御弁を設けて前記発生蒸気圧力制御弁とし、
前記制御手段は、前記蒸気導入路、補助蒸気導入路及び補助流体流路の流量を規制して前記蒸気冷却路の流量を常に適切に確保するように、前記冷却後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて前記第１流量制御弁及び第２流量制御弁を開閉制御すると共に、前記冷却後蒸気温度検出手段及び補助蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて前記第３流量制御弁を開閉制御することを特徴とするガスタービンの蒸気冷却装置。
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