JP5457779B2 - プラントシステムとその給水温度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、節炭器を備えたプラントシステムとその給水温度制御方法に関する。

蒸気タービンとガスタービンを備えてコンバインドサイクルを構成するプラントシステムには排熱回収ボイラが備わっている。
排熱回収ボイラは、ガスタービンから排気される排気ガス（以下、ガスタービン排ガスと称する）の熱で蒸気を発生し、発生した蒸気で蒸気タービンを回転駆動する。

また、排熱回収ボイラには、ガスタービン排ガスの熱を回収するための節炭器が備わっている。
蒸気タービンを回転駆動した蒸気は復水器で凝縮され、給水として節炭器に送り込まれる。
節炭器には、給水が流れる給水管が設置され、周囲を流れるガスタービン排ガスの熱を回収する。

しかしながら、節炭器の給水管の表面温度がガスタービン排ガスの露点温度未満に低下すると、ガスタービン排ガスに含まれる水分が給水管の外表面で結露して水分が付着し、さらに、これに、ガスタービン排ガスに含まれる酸性成分が溶けると、給水管が腐食するという問題が発生する。

そこで、節炭器の給水管の腐食を防止するため、例えば特許文献１には、節炭器（低圧節炭器）で加熱された高温の給水の一部を低圧節炭器の入口に戻す循環路を設け、高温の給水を給水管に流すことで、低圧節炭器の給水管の表面温度をガスタービン排ガスの露点温度より高く維持する排熱回収ボイラが開示されている。

特開平１１−８２９１３号公報

しかしながら、特許文献１に開示される排熱回収ボイラは、低圧節炭器で加熱された給水を低圧節炭器に戻すための再循環系統の配管およびポンプ等の設備が必要になり、系統が複雑化するとともに、製造コストが高くなるという問題がある。
また、低圧節炭器内の給水管の表面温度をガスタービン排ガスの露点温度より高く維持するために、多量の給水を低圧節炭器に戻す場合もあり、口径の大きな配管やポンプ等で構成される再循環系統が必要になるという問題もある。

そこで、本発明は、節炭器の給水管の腐食を好適に防止できるプラントシステムとその給水温度制御方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、復水器内の圧力を調節することで節炭器の給水管を流れる給水の温度を調節し、給水管の表面温度を、給水管の周囲を流れるガスの露点温度より高く維持するプラントシステムとその給水温度制御方法とする。

本発明によると、節炭器の給水管の腐食を好適に防止できるプラントシステムとその給水温度制御方法を提供することができる。

本実施形態に係るプラントシステムの一構成例を示す図である。 復水器排気圧力と給水入口温度の関係を示すグラフである。 制御装置が給水入口温度を調節する手順を示すフローチャートである。 制御装置が復水器排気圧力の目標圧力を設定する手順を示すフローチャートであり、図３のステップＳ３の詳細を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るプラントシステムの一構成例を示す図である。 第２の実施形態で、制御装置が給水入口温度を調節する手順を示すフローチャートである。

《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、第１の実施形態に係るプラントシステム１００は、主に蒸気タービン２、復水器３、ガスタービン１２、排熱回収ボイラ１３、及び煙突１４を含む構成となっている。
蒸気タービン２とガスタービン１２は同軸に接続され、発電機１は蒸気タービン２とガスタービン１２によって駆動される。なお、蒸気タービン２とガスタービン１２が同軸で接続されていない多軸プラントであってもよい。

そして、プラントシステム１００は制御装置２７で制御される。
制御装置２７は、例えば、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えるマイクロコンピュータや周辺回路などから構成され、例えばＲＯＭに格納されているプログラムをＣＰＵが実行してプラントシステム１００を制御する。

排熱回収ボイラ１３の内部は、ガスタービン１２から排気される排気ガス（ガスタービン排ガス）が、煙突１４に向って流れるように構成され、排熱回収ボイラ１３の内部には、ガスタービン排ガスの流れの上流から下流に向かって、過熱器１１、高圧蒸発器９、高圧節炭器８、低圧蒸発器６、及び低圧節炭器５（以下、過熱器１１〜低圧節炭器５をまとめて熱交換器と称する場合がある）が設置される。排熱回収ボイラ１３には、中圧蒸発器、中圧節炭器が配置されている場合もある。
このように、排熱回収ボイラ１３には、低圧節炭器５と高圧節炭器８（中圧節炭器がある場合もある）が設置される。
また、図１、図５に示す排熱回収ボイラ１３は横型の例であり、その他、縦型の排熱回収ボイラが配置される構成であってもよい。

復水器３は、蒸気タービン２から排出される蒸気を凝縮する装置で、内部の真空度が所定の範囲に維持されることが好適である。つまり、復水器３内の圧力（復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄ）は、予め設定される範囲内で大気圧より低い負圧に維持されることが好適である。この制御方法によって、蒸気タービン２のタービン効率を向上できる。
そこで、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを好適な負圧に維持するため、復水器３には、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを調節する圧力調節弁（以下、圧調弁と称する）２０、及び復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを計測する復水器圧力計２１が備わっている。
復水器圧力計２１は、復水器３内の圧力（復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄ）を計測して計測信号に変換し、制御装置２７に入力する。
制御装置２７は、復水器圧力計２１から入力される計測信号に基づいて復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを算出し、復水器圧力計２１が計測する復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを取得する。

例えば、復水器３内の真空度が所定の範囲を超えて上昇する（復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが予め設定される下限圧力Ｐｌｏｗより低下する）と、蒸気タービン２に振動が発生する場合がある。
蒸気タービン２の振動は、蒸気タービン２のタービン効率の低下や蒸気タービン２の破損などの原因になり、プラントシステム１００に悪影響を及ぼすことから、蒸気タービン２に振動が発生することを回避する必要がある。
そこで、プラントシステム１００は圧調弁２０を備え、復水器３内の真空度が所定の範囲を超えて上昇することを防止する。

圧調弁２０は、弁を開閉することによって復水器３内の真空度を所定の範囲に維持する。
復水器３内の真空度が所定の範囲を超えて上昇した場合、圧調弁２０は、例えば制御装置２７からの制御信号によって開度が小さくなる。
圧調弁２０の開度が小さくなると、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが上昇し、復水器３内の真空度が低下する。
また、圧調弁２０が全閉すると、復水器３内の真空度は速やかに低下する。

つまり、制御装置２７は、復水器圧力計２１が計測する復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが、予め設定される下限圧力Ｐｌｏｗより低いとき、圧調弁２０に制御信号を送信して開度を小さくすることにより復水器３の復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを上昇させ、復水器３の真空度を低下させる。
なお、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄに設定される下限圧力Ｐｌｏｗは、例えば、蒸気タービン２に振動が発生しない復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの最低値とすればよい。

このように、制御装置２７は、圧調弁２０の開度を調節することによって、復水器３内の真空度が所定の範囲を超えて上昇することを防止する。

低圧節炭器５には、給水入口部５ｅから給水出口部５ｆまで給水管５ａが配置され、低圧節炭器５では、ガスタービン排ガスと給水管５ａを流れる給水とで熱交換することによって、給水を加熱している。

また、図１に示すように、プラントシステム１００には、ガスタービン排ガスの成分を検出する排ガス成分検出器１８、大気の湿度（例えば、相対湿度）を計測する大気湿度計２３、排熱回収ボイラ１３の内部を流れるガスタービン排ガスの圧力（排ガス圧力）を、排熱回収ボイラ１３の出口で計測する排ガス圧力計２５、及び、ガスタービン排ガスの流量（排ガス流量）を排熱回収ボイラ１３の出口で計測する排ガス流量計２８が備わっている。

排ガス成分検出器１８は、ガスタービン排ガスの成分を検出して検出信号に変換し、制御装置２７に入力する。制御装置２７は排ガス成分検出器１８から入力される検出信号に基づいてガスタービン排ガスの成分を算出し、排ガス成分検出器１８が検出するガスタービン排ガスの成分を取得する。
大気湿度計２３は大気の湿度を計測して計測信号に変換し、制御装置２７に入力する。制御装置２７は大気湿度計２３から入力される計測信号に基づいて大気の湿度を算出し、大気湿度計２３が計測する大気の湿度を取得する。
排ガス圧力計２５は排熱回収ボイラ１３の内部を流れるガスタービン排ガスの圧力（排ガス圧力）を排熱回収ボイラ１３の出口で計測して計測信号に変換し、制御装置２７に入力する。制御装置２７は排ガス圧力計２５から入力される計測信号に基づいて排ガス圧力を算出し、排ガス圧力計２５が計測する排ガス圧力を取得する。
排ガス流量計２８は排熱回収ボイラ１３の内部を流れるガスタービン排ガスの流量（排ガス流量）を排熱回収ボイラ１３の出口で計測して計測信号に変換し、制御装置２７に入力する。制御装置２７は排ガス流量計２８から入力される計測信号に基づいて排ガス流量を算出し、排ガス流量計２８が計測する排ガス流量を取得する。

また、プラントシステム１００の低圧節炭器５には、給水入口部５ｅにおける給水の温度（以下、給水入口温度θｅｃｏｉｎ）を計測する給水温度計１６が備わっている。給水温度計１６は、給水入口温度θｅｃｏｉｎを計測して計測信号に変換し、制御装置２７に入力する。制御装置２７は給水温度計１６から入力される計測信号に基づいて給水入口温度θｅｃｏｉｎを算出し、給水温度計１６が計測する給水入口温度θｅｃｏｉｎを取得する。

さらに、燃料タンク１２ａからガスタービン１２に供給される燃料の成分を検出する燃料成分検出器１９、ガスタービン１２に供給される燃料の流量を計測する燃料流量計２４、及びガスタービン１２に吸い込まれる空気の流量を計測する吸い込み空気流量計２６が備わって、プラントシステム１００が構成される。

燃料成分検出器１９は、燃料タンク１２ａからガスタービン１２に供給される燃料の成分（燃料成分）を検出する装置で、検出した燃料成分を示す検出信号を制御装置２７に入力する。
制御装置２７は、燃料成分検出器１９から入力される検出信号に基づいて燃料成分を算出し、燃料成分検出器１９が検出する燃料成分を取得する。
吸い込み空気流量計２６は、ガスタービン１２に吸い込まれる空気の流量（吸い込み空気量）を計測して計測信号に変換し、制御装置２７に入力する。
制御装置２７は、吸い込み空気流量計２６から入力される計測信号に基づいてガスタービン１２に吸い込まれる空気の流量を算出し、吸い込み空気流量計２６が計測する吸い込み空気量を取得する。

また、燃料流量計２４は、燃料タンク１２ａからガスタービン１２に供給される燃料の流量（燃料流量）を計測して計測信号に変換し、制御装置２７に入力する。
制御装置２７は、燃料流量計２４から入力される計測信号に基づいて燃料流量を算出し、燃料流量計２４が計測する燃料流量を取得する。

図１に示すように構成されるプラントシステム１００は、ガスタービン１２に吸い込まれた空気が、図示しない圧縮機で圧縮された後、図示しない燃焼器に酸化剤として供給され、燃料タンク１２ａから供給される燃料とともに燃焼されて燃焼ガスになってガスタービン１２を回転駆動する。
ガスタービン１２を回転駆動した後にガスタービン排ガスとして排気される燃焼ガスは、排熱回収ボイラ１３に導入され、排熱回収ボイラ１３内を煙突１４に向って流れる。
ガスタービン１２から排気されて排熱回収ボイラ１３内を流れるガスタービン排ガスは、排熱回収ボイラ１３の内部に配設される熱交換器内を流れる水、蒸気、又は水と蒸気の混合物と熱交換した後、煙突１４から大気に放出される。

また、復水器３では、蒸気タービン２を回転駆動した蒸気が凝縮され、復水ポンプ４によって、給水として給水入口部５ｅから低圧節炭器５の給水管５ａに送り込まれる。
そして、給水は給水管５ａを給水入口部５ｅから給水出口部５ｆまで流れるときに、低圧節炭器５に取り込まれるガスタービン排ガスによって加熱され、給水ポンプ１７によって高圧節炭器８に送り込まれる。
そして、高圧節炭器８に送り込まれた給水は、排熱回収ボイラ１３内を流れるガスタービン排ガスによってさらに加熱されて高圧蒸気ドラム１０に流入した後、高圧蒸発器９に流入する。

高圧蒸発器９に流入した高温の給水は、排熱回収ボイラ１３内を流れるガスタービン排ガスによって加熱されて蒸気に気化し、再び高圧蒸気ドラム１０を経由して過熱器１１に流入し、ガスタービン排ガスでさらに加熱された後に蒸気タービン２に導入されて、蒸気タービン２を回転駆動する。
蒸気タービン２を回転駆動した蒸気、すなわち、蒸気タービン２で利用された蒸気は復水器３で凝縮され、復水ポンプ４によって、給水として低圧節炭器５の給水管５ａに送り込まれる。

また、低圧節炭器５の給水出口部５ｆは、流量調節弁７ａを介して低圧蒸気ドラム７とも接続される。制御装置２７は、低圧蒸気ドラム７内の水位レベルが予め設定されている規定値になるように流量調節弁７ａの弁開度を調節する。
低圧節炭器５で加熱された給水の一部は低圧蒸気ドラム７に流入し、さらに、低圧蒸発器６に流入する。
低圧蒸発器６に流入した給水は、排熱回収ボイラ１３内を流れるガスタービン排ガスによって加熱されて気化して再び低圧蒸気ドラム７を経由して蒸気タービン２に導入され、蒸気タービン２を回転駆動した後、復水器３で凝縮される。

このように、プラントシステム１００は、水が液体（給水）と気体（蒸気）とに相変化しながら循環して蒸気タービン２を回転駆動する。
そして、プラントシステム１００が火力発電プラントに備わる場合、ガスタービン１２及び蒸気タービン２が発電機１を駆動して発電する。

以上、図１に示すように構成されるプラントシステム１００において、低圧節炭器５の内部に設置される給水管５ａを流れる給水の温度が低く、給水管５ａの表面温度が低下して、低圧節炭器５の内部を流れるガスタービン排ガスの露点温度未満になると、ガスタービン排ガスに含まれる水分が給水管５ａの外表面で結露し、給水管５ａの外表面に水滴が付着する。
そして、ガスタービン排ガスに含まれる酸性成分が給水管５ａの外表面に付着した水滴に溶けると、給水管５ａが腐食するという問題が発生する。

低圧節炭器５の給水管５ａ内を流れる給水の温度が高い場合、給水管５ａの表面温度も高くなる。したがって、給水管５ａを流れる給水の温度がガスタービン排ガスの露点温度より高い場合は、給水管５ａの表面温度もガスタービン排ガスの露点温度より高くなって給水管５ａの外表面に水滴が付着することを防止できる。
しかしながら、低圧節炭器５の給水管５ａに送り込まれる給水の温度が低い場合、給水管５ａの表面温度がガスタービン排ガスの露点温度以下になることがあり、このときにはガスタービン排ガスに含まれる水分が給水管５ａの外表面で結露する。

そこで、第１の実施形態に係るプラントシステム１００は、給水管５ａの表面温度を、低圧節炭器５の内部を流れるガスタービン排ガスの露点温度より高く維持し、ガスタービン排ガスに含まれる水分が給水管５ａの外表面で結露することを防止する。

前記したように、給水管５ａの表面温度は、給水管５ａを流れる給水の温度変化にともなって変化し、給水の温度が上昇すると、給水管５ａの表面温度も上昇する。
そこで、第１の実施形態に係るプラントシステム１００の制御装置２７は、低圧節炭器５の給水管５ａに送り込まれる給水の温度を好適に制御し、給水管５ａの表面温度を、低圧節炭器５の内部を流れるガスタービン排ガスの露点温度より高く維持する。

例えば、図２に示すように、低圧節炭器５の給水入口部５ｅ（図１参照）における給水の温度（以下、給水入口温度θｅｃｏｉｎと称する）と、復水器３（図１参照）の復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄとには相関関係がある。
なお、図２の横軸は復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを示し、縦軸は給水入口温度θｅｃｏｉｎを示す。

復水器３（図１参照）内は飽和状態にあり、復水器３内は飽和温度に維持されている。
そして、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが高いほど飽和温度が高くなることから、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが高いほど復水器３内の温度が高くなり、給水入口温度θｅｃｏｉｎが高くなる。
したがって、制御装置２７（図１参照）は、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを調節することで、復水器３内の温度を調節することができ、ひいては、低圧節炭器５の給水入口部５ｅにおける給水の温度である給水入口温度θｅｃｏｉｎを調節できる。

例えば、復水器３（図１参照）の復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが上昇すると、給水入口温度θｅｃｏｉｎが上昇する。そして、低圧節炭器５の給水管５ａ（図１参照）を流れる給水の温度が上昇して給水管５ａの表面温度が上昇し、給水管５ａの表面温度をガスタービン排ガスの露点温度より高く維持できる。
そして、前記したように、圧調弁２０の開度が小さくなると、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが上昇する。

そこで、図１に示す、第１の実施形態に係るプラントシステム１００の制御装置２７は、圧調弁２０の開度を小さくして復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを上昇させて給水入口温度θｅｃｏｉｎを上昇させる。そして、給水管５ａの表面温度を、ガスタービン排ガスの露点温度より高く維持する。

しかしながら、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが予め設定される上限圧力Ｐｈｉｇｈより上昇する（復水器３内の真空度が所定の範囲を超えて低下する）と風損が大きくなり蒸気タービン２が破損する原因にもなるため、風損を小さく抑える必要がある。
そこで、復水器３の復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄには、風損が許容できる大きさに抑えられるように、上限圧力Ｐｈｉｇｈが予め設定される。そして、制御装置２７は、上限圧力Ｐｈｉｇｈより高くならないように復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを調節する。
なお、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが上限圧力Ｐｈｉｇｈまで上昇したときの給水入口温度θｅｃｏｉｎを上限温度θｈｉｇｈとする。

また、前記したように、復水器３の復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄには、下限圧力Ｐｌｏｗが予め設定されている。
そして、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが下限圧力Ｐｌｏｗまで低下したときの給水入口温度θｅｃｏｉｎを下限温度θｌｏｗとする。

すなわち、第１の実施形態において、制御装置２７は、給水入口温度θｅｃｏｉｎが上限温度θｈｉｇｈと下限温度θｌｏｗの範囲となるように、給水入口温度θｅｃｏｉｎを復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄによって調節し、給水管５ａ（図１参照）の表面温度を、ガスタービン排ガスの露点温度より高く維持する。

図３、図４を参照して、制御装置２７が給水入口温度θｅｃｏｉｎを調節する手順を説明する（適宜図１〜図２参照）。
この手順は、例えば、制御装置２７が実行するプログラムにサブルーチンとして組み込まれ、所定の時間間隔で適宜実行する構成とすればよい。

給水入口温度θｅｃｏｉｎを調節する手順を開始すると、制御装置２７は、ガスタービン排ガスの露点温度を算出する（ステップＳ１）。

ガスタービン排ガスの露点温度は、例えば、排ガス圧力計２５が計測する排ガス圧力、ガスタービン排ガスに含まれる水分量、低圧節炭器５の給水管５ａを流れる給水の温度に対応するガスタービン排ガスの飽和水蒸気量から算出できる。
なお、制御装置２７は、給水温度計１６が計測する給水入口温度θｅｃｏｉｎを、低圧節炭器５の給水管５ａを流れる給水の温度とする。
また、制御装置２７は、排ガス流量計２８が計測する排ガス流量、燃料成分検出器１９が検出する燃料成分、吸い込み空気流量計２６が計測するガスタービン１２の吸い込み空気量、及び大気湿度計２３が計測する大気の湿度（相対湿度）から、ガスタービン排ガスに含まれる水分量を算出できる。
なお、制御装置２７がガスタービン排ガス等の気体に含まれる水分量を算出する技術、及び、ガスタービン排ガスの露点温度を算出する技術は公知の技術であり、詳細な説明は省略する。

制御装置２７は、ガスタービン排ガスの露点温度を算出したら（ステップＳ１）、算出したガスタービン排ガスの露点温度に基づいて、低圧節炭器５の給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔを設定する（ステップＳ２）。

制御装置２７が、ガスタービン排ガスの露点温度に基づいて、給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔを設定する方法は限定するものではないが、目標温度θｔは、ガスタービン排ガスの露点温度より高いことが好適である。
このことによって、低圧節炭器５の給水入口温度θｅｃｏｉｎをガスタービン排ガスの露点温度より高くすることができ、給水管５ａの表面温度をガスタービン排ガスの露点温度より高く維持できる。

給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔを設定したら（ステップＳ２）、制御装置２７は、給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔに基づいて、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの目標圧力Ｐｔを設定する（ステップＳ３）。
具体的に、制御装置２７は、図２に示すグラフを参照して、設定した給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔに対応する圧力を抽出し、抽出した圧力に基づいて復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの目標圧力Ｐｔを設定する。
なお、図２に示す復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄと給水入口温度θｅｃｏｉｎの相関関係を示すグラフは、予め実験等によって求めておくものである。そして、例えば、制御装置２７の図示しないＲＯＭに、当該グラフが予め記憶される構成とすればよい。
又は、制御装置２７が実行するプログラムに、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄと給水入口温度θｅｃｏｉｎの相関関係を示す関数が組み込まれ、制御装置２７は当該関数によって、設定した給水入口温度θｅｃｏｉｎに対応する復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを算出する構成であってもよい。

制御装置２７は、例えば、図４に示す手順で目標圧力Ｐｔを設定する。
前記したように、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄには上限圧力Ｐｈｉｇｈが設定され、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが上限圧力Ｐｈｉｇｈまで上昇したとき給水入口温度θｅｃｏｉｎが上限温度θｈｉｇｈになる。
そこで、制御装置２７は、給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔと上限温度θｈｉｇｈを比較する（ステップＳ３０１）。
そして、目標温度θｔが上限温度θｈｉｇｈ以上のとき（ステップＳ３０１→Ｙｅｓ）、制御装置２７は、上限圧力Ｐｈｉｇｈを目標圧力Ｐｔに設定する（ステップＳ３０２）。

また、前記したように、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄには下限圧力Ｐｌｏｗが設定され、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが下限圧力Ｐｌｏｗまで低下したとき給水入口温度θｅｃｏｉｎが下限温度θｌｏｗになる。
そこで、制御装置２７は、目標温度θｔが上限温度θｈｉｇｈ未満のとき（ステップＳ３０１→Ｎｏ）、給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔと下限温度θｌｏｗを比較する（ステップＳ３０３）。
そして、給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔが下限温度θｌｏｗ未満のとき（ステップＳ３０３→Ｎｏ）、制御装置２７は、下限圧力Ｐｌｏｗを目標圧力Ｐｔに設定する（ステップＳ３０４）。
一方、給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔが下限温度θｌｏｗ以上のとき（ステップＳ３０３→Ｙｅｓ）、制御装置２７は、図２に示すグラフを参照して、目標温度θｔに対応する圧力を抽出し、抽出した圧力を目標圧力Ｐｔに設定する。
すなわち、制御装置２７は、給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔに対応した目標圧力Ｐｔを設定する（ステップＳ３０５）。

このように復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの目標圧力Ｐｔを設定することで、制御装置２７は、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの目標圧力Ｐｔを、上限圧力Ｐｈｉｇｈと下限圧力Ｐｌｏｗの間で設定できる。
したがって、蒸気タービン２に風損や振動が発生することを防止することができる。

図３に戻って、制御装置２７は、給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔに基づいて目標圧力Ｐｔを設定した後（ステップＳ３）、復水器圧力計２１から入力される計測信号に基づいて復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの実測値Ｐａｃｔを算出し（ステップＳ４）、設定した目標圧力Ｐｔと算出した復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの実測値Ｐａｃｔを比較する（ステップＳ５）。
復水器３の復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの実測値Ｐａｃｔが目標圧力Ｐｔ以上のとき（ステップＳ５→Ｎｏ）、制御装置２７は、圧調弁２０の開度を大きくして（ステップＳ７）、給水入口温度θｅｃｏｉｎを調節する手順を終了する。一方、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの実測値Ｐａｃｔが目標圧力Ｐｔ未満のとき（ステップＳ５→Ｙｅｓ）、制御装置２７は、圧調弁２０の開度を小さくして（ステップＳ６）、給水入口温度θｅｃｏｉｎを調節する手順を終了する。

つまり、制御装置２７は、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの実測値Ｐａｃｔが目標圧力Ｐｔ以上のときは圧調弁２０の開度を大きくして復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを低下させ、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの実測値Ｐａｃｔが目標圧力Ｐｔ未満のときは圧調弁２０の開度を小さくして復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを上昇させる。
このように、制御装置２７は、圧調弁２０の開度を調節して、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを目標圧力Ｐｔと一致させる。

制御装置２７が、ステップＳ６で圧調弁２０の開度を小さくする量、およびステップＳ７で圧調弁２０の開度を大きくする量は、例えば、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの実測値Ｐａｃｔと目標圧力Ｐｔの偏差に応じて算出すればよい。
例えば、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの実測値Ｐａｃｔと目標圧力Ｐｔの偏差と圧調弁２０の開度の関係を予め実験等で求め、マップとして制御装置２７の図示しないＲＯＭに記憶しておけばよい。
制御装置２７は、当該マップを参照して、圧調弁２０の開度を、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの実測値Ｐａｃｔと目標圧力Ｐｔの偏差に応じて算出できる。
もちろん、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの実測値Ｐａｃｔと目標圧力Ｐｔの偏差と圧調弁２０の開度の相関関係を示す関数を、制御装置２７が実行するプログラムに組み込み、制御装置２７は、当該関数によって、圧調弁２０の開度を算出する構成であってもよい。

前記したように、圧調弁２０の開度が小さくなると、復水器３内からの非凝縮性ガスの排気が抑制されて、復水器３の復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが上昇し、復水器３の真空度が低下する。
そして、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが上昇して目標圧力Ｐｔと一致すると、低圧節炭器５の給水入口温度θｅｃｏｉｎが目標温度θｔまで上昇し、ひいては、低圧節炭器５の給水管５ａの表面温度が目標温度θｔまで上昇する。
そこで、第１の実施形態に係る制御装置２７は、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが目標圧力Ｐｔ未満のときには、圧調弁２０の開度を小さくして復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを目標圧力Ｐｔまで上昇させて、低圧節炭器５の給水入口温度θｅｃｏｉｎを目標温度θｔまで上昇させる。

給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔは、低圧節炭器５の内部を流れるガスタービン排ガスの露点温度より高く設定されることから、給水入口温度θｅｃｏｉｎが目標温度θｔまで上昇すると、給水管５ａの表面温度は、ガスタービン排ガスの露点温度より高くなり、ガスタービン排ガスに含まれる水分は給水管５ａの外表面で結露しない。したがって、給水管５ａの腐食を防止できる。

なお、給水温度計１６が計測する給水入口温度θｅｃｏｉｎの実測値θａｃｔと、設定した給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔの偏差が「０」になるように、制御装置２７が圧調弁２０の開度を調節する構成であってもよい。

以上のように、第１の実施形態に係るプラントシステム１００（図１参照）は、低圧節炭器５（図１参照）で加熱された給水を低圧節炭器５の給水入口部５ｅ（図１参照）に戻すための循環路を備えることなく、低圧節炭器５の給水管５ａ（図１参照）の表面温度をガスタービン排ガスの露点温度より高く維持することができ、ガスタービン排ガスに含まれる水分が給水管５ａの外表面で結露することを防止できる。
したがって、ガスタービン排ガスに含まれる酸性成分が給水管５ａの外表面に付着する水分に溶けることを防止でき、給水管５ａの腐食を防止できる。
また、低圧節炭器５で加熱された給水を低圧節炭器５の給水入口部５ｅに戻すための循環路を備える必要がなくなることから、循環路を備えることによる製造コストの上昇を抑えることができる。

《第２の実施形態》
前記した第１の実施形態に係るプラントシステム１００（図１参照）は、復水器３（図１参照）の復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄを、予め設定される上限圧力Ｐｈｉｇｈ以上に上げることができない。そのため、低圧節炭器５の給水入口温度θｅｃｏｉｎを上限温度θｈｉｇｈ以上に高くすることができない。

そこで、図５に示すように、第２の実施形態に係るプラントシステム１０１は、低圧節炭器５で加熱された給水の一部を低圧節炭器５の給水入口部５ｅに導水する循環路１５が備わる構成とする。
そして、低圧節炭器５で加熱された高温の給水の一部を給水入口部５ｅに供給することで、給水入口温度θｅｃｏｉｎを、上限温度θｈｉｇｈ以上に高くすることが可能なプラントシステム１０１とする。

この構成によって、低圧節炭器５の給水管５ａ（図５参照）の表面温度を、給水入口温度θｅｃｏｉｎの上限温度θｈｉｇｈ以上に高くすることができ、低圧節炭器５の内部を流れるガスタービン排ガスの露点温度が、給水入口温度θｅｃｏｉｎの上限温度θｈｉｇｈ以上の場合であっても、ガスタービン排ガスに含まれる水分が給水管５ａの外表面で結露することを防止できる。

図５を参照して、第２の実施形態に係るプラントシステム１０１を説明する。
なお、図５に示す、第２の実施形態に係るプラントシステム１０１は、循環路１５が備わる点を除くと、図１に示すプラントシステム１００と同じ構成である。
したがって、図１に示すプラントシステム１００と同じ構成部材には同じ符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

図５に示すように、第２の実施形態に係るプラントシステム１０１は、ガスタービン１２、蒸気タービン２、復水器３、排熱回収ボイラ１３、及び煙突１４等を含んで構成される。
さらに、復水器３には、圧調弁２０が備わっている。

循環路１５は、排熱回収ボイラ１３に備わる低圧節炭器５の給水出口部５ｆから高圧節炭器８（中圧節炭器が備わる場合は、中圧節炭器）まで給水を導水する配管から分岐して備わり、低圧節炭器５の給水出口部５ｆから高圧節炭器８（中圧節炭器が備わる場合は、中圧節炭器）に流れる給水の一部を低圧節炭器５の給水入口部５ｅに導水する。
また、循環路１５には、流量調節弁２２が備わる。流量調節弁２２は、制御装置２７が出力する制御信号によって弁開度が調節され、循環路１５を流れる給水の流量を調節する。

制御装置２７は、給水入口温度θｅｃｏｉｎを上昇させる場合、流量調節弁２２を開いて弁開度を大きくし、循環路１５を流れる給水の量を多くする。
流量調節弁２２が開くと、低圧節炭器５で加熱された高温の給水の一部が給水入口部５ｅに供給され、復水器３から送り込まれる給水と給水入口部５ｅで混合し、給水入口部５ｅにおける給水の温度が上昇する。したがって、給水入口温度θｅｃｏｉｎが上昇し、給水管５ａ（図５参照）の表面温度が上昇する。
そして、流量調節弁２２の弁開度が大きくなると、給水入口部５ｅに供給される高温の給水の量が多くなり、給水入口温度θｅｃｏｉｎはさらに上昇する。

図６を参照して、第２の実施形態に係る制御装置２７が給水入口温度θｅｃｏｉｎを調節する手順を説明する（適宜図２〜図５参照）。
この手順は、図３に示す、第１の実施形態に係る制御装置２７が給水入口温度θｅｃｏｉｎを調節する手順と、ステップＳ５（設定した目標圧力Ｐｔと算出した実測値Ｐａｃｔを比較する手順）以降が異なるものである。
したがって、以下の説明において、図３に示す手順と同じ手順には同じ符号を付して、詳細な説明は適宜省略する。

給水入口温度θｅｃｏｉｎを調節する手順を開始すると、制御装置２７は、低圧節炭器５の内部を流れるガスタービン排ガスの露点温度を算出し（ステップＳ１）、さらに、算出したガスタービン排ガスの露点温度に基づいて、低圧節炭器５の給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔを設定する（ステップＳ２）。
制御装置２７は、給水入口温度θｅｃｏｉｎの目標温度θｔに基づいて復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの目標圧力Ｐｔを設定し（ステップＳ３）、さらに、復水器圧力計２１から入力される計測信号に基づいて復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの実測値Ｐａｃｔを算出して（ステップＳ４）、設定した目標圧力Ｐｔと算出した実測値Ｐａｃｔを比較する（ステップＳ５）。

制御装置２７は、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの実測値Ｐａｃｔが目標圧力Ｐｔ未満の場合（ステップＳ５→Ｙｅｓ）は、圧調弁２０の開度を小さくして（ステップＳ６）、給水入口温度θｅｃｏｉｎを調節する手順を終了する。
一方、実測値Ｐａｃｔが目標圧力Ｐｔ以上の場合（ステップＳ５→Ｎｏ）、制御装置２７は、目標圧力Ｐｔが上限圧力Ｐｈｉｇｈに設定されていないときは（ステップＳ１０→Ｎｏ）、圧調弁２０の開度を大きくして（ステップＳ７）、給水入口温度θｅｃｏｉｎを調節する手順を終了するが、目標圧力Ｐｔが上限圧力Ｐｈｉｇｈに設定されているときは（ステップＳ１０→Ｙｅｓ）、給水温度計１６から入力される計測信号に基づいて給水入口温度θｅｃｏｉｎの実測値θａｃｔを算出する（ステップＳ１１）。

そして、給水入口温度θｅｃｏｉｎの実測値θａｃｔが目標温度θｔ以上の場合（ステップＳ１２→Ｎｏ）、制御装置２７は、流量調節弁２２を閉じて（ステップＳ１４）、給水入口温度θｅｃｏｉｎを調節する手順を終了する。
一方、給水入口温度θｅｃｏｉｎの実測値θａｃｔが目標温度θｔ未満の場合（ステップＳ１２→Ｙｅｓ）、制御装置２７は、流量調節弁２２を開いて（ステップＳ１３）、給水入口温度θｅｃｏｉｎを調節する手順を終了する。

目標圧力Ｐｔが上限圧力Ｐｈｉｇｈに設定されているときに、給水入口温度θｅｃｏｉｎの実測値θａｃｔが目標温度θｔ未満の場合は、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが上限圧力Ｐｈｉｇｈまで上昇していることになる。
したがって、制御装置２７は、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄが上限圧力Ｐｈｉｇｈまで上昇しているときに、給水入口温度θｅｃｏｉｎが目標温度θｔ未満の場合に流量調節弁２２を開くことになる。

制御装置２７が、ステップＳ１３で流量調節弁２２を開く量、及びステップＳ１４で流量調節弁２２を閉じる量は、例えば、給水入口温度θｅｃｏｉｎの実測値θａｃｔと目標温度θｔの偏差に応じて算出すればよい。
例えば、給水入口温度θｅｃｏｉｎの実測値θａｃｔと目標温度θｔの偏差と流量調節弁２２を開閉する量の関係を予め実験等で求め、マップとして制御装置２７の図示しないＲＯＭに記憶しておけばよい。
制御装置２７は、当該マップを参照して、流量調節弁２２を開閉する量を、給水入口温度θｅｃｏｉｎの実測値θａｃｔと目標温度θｔの偏差に応じて算出できる。

図１に示す、第１の実施形態に係るプラントシステム１００において、低圧節炭器５の内部を流れるガスタービン排ガスの露点温度が高く、制御装置２７が、復水器排気圧力Ｐｃｏｎｄの目標圧力Ｐｔを上限圧力Ｐｈｉｇｈに設定すると、給水入口温度θｅｃｏｉｎは、上限温度θｈｉｇｈより上昇しない。
換言すると、第１の実施形態に係るプラントシステム１００は、低圧節炭器５の給水入口温度θｅｃｏｉｎが上限温度θｈｉｇｈより高くならない。
したがって、低圧節炭器５の内部を流れるガスタービン排ガスの露点温度が、上限温度θｈｉｇｈより高い場合、ガスタービン排ガスに含まれる水分が低圧節炭器５の給水管５ａ（図５参照）の外表面で結露する。

図５に示すプラントシステム１０１は、循環路１５を備え、低圧節炭器５で加熱された高温の給水の一部を給水入口部５ｅに供給することで、給水入口温度θｅｃｏｉｎを、上限温度θｈｉｇｈより高くすることができる。
したがって、低圧節炭器５の内部を流れるガスタービン排ガスの露点温度が、給水入口温度θｅｃｏｉｎの上限温度θｈｉｇｈより高い場合であっても、低圧節炭器５内の給水管５ａの表面温度を、ガスタービン排ガスの露点温度以上に維持することができ、ガスタービン排ガスに含まれる水分が低圧節炭器５の給水管５ａの外表面で結露することを防止できる。

なお、図５に示すプラントシステム１０１において、循環路１５を流れて給水入口部５ｅに供給される給水は、給水入口部５ｅで上限温度θｈｉｇｈまで温度が上昇した高温の給水と混合することから温度はあまり低下しない。したがって、循環路１５は多量の給水を給水入口部５ｅに導水する必要がなく、口径の小さい配管で循環路１５を構成できる。さらに、小型の流量調節弁２２を使用でき、循環路１５及び流量調節弁２２を備えるプラントシステム１０１であっても、大型化を回避できる。

以上のように、図５に示すプラントシステム１０１は、低圧節炭器５で加熱された給水の一部を低圧節炭器５の給水入口部５ｅに導水する循環路１５を備えることで、低圧節炭器５の内部を流れるガスタービン排ガスの露点温度が、給水入口温度θｅｃｏｉｎの上限温度θｈｉｇｈ以上であっても、低圧節炭器５の給水管５ａの表面温度をガスタービン排ガスの露点温度以上に維持することができ、ガスタービン排ガスに含まれる水分が給水管５ａの外表面で結露することを防止できる。
したがって、ガスタービン排ガスに含まれる酸性成分が給水管５ａの外表面に結露した水分に溶けることを防止でき、給水管５ａの腐食を防止できる。
また、循環路１５は口径の小さい配管で構成することができ、さらに、小型の流量調節弁２２を使用できることから、循環路１５及び流量調節弁２２を備える構成であってもプラントシステム１０１の大型化を回避できる。

このように、第２の実施形態に係るプラントシステム１０１（図５参照）は、大型化を回避しつつ、低圧節炭器５の給水管５ａ（図５参照）の表面温度をガスタービン排ガスの露点温度より高く維持することができ、ガスタービン排ガスに含まれる水分の結露による腐食を防止することができる。

なお、第１の実施形態に係るプラントシステム１００（図１参照）及び第２の実施形態に係るプラントシステム１０１（図５参照）は、蒸気タービン２（図１参照）とガスタービン１２（図１参照）が備わる発電設備であるが、例えば、ガスタービン１２が設置されず、図示しない蒸気タービンが備わる発電設備にも本発明を適用することもできる。

蒸気タービンを備えた発電設備の場合、蒸気を発生するボイラに節炭器が設置され、節炭器はボイラで発生する燃焼ガスの熱を回収するように構成される。
節炭器には、復水器から送り込まれる給水が流れる給水管が設置され、ボイラで発生する燃焼ガスが給水管の周囲を流れるように構成される。

したがって、給水管の表面温度が燃焼ガスの露点温度より低くなると、燃焼ガスに含まれる水分が給水管の外表面で結露し、給水管の外表面に水滴が付着する。
そして、給水管の外表面に付着した水滴に燃焼ガスに含まれる酸性成分が溶けると、給水管が腐食する。

そこで、蒸気タービンを備えたプラントシステムを制御する制御装置は、第１の実施形態に係るプラントシステム１００（図１参照）と同様に、復水器内の圧力を調節して給水の温度を調節し、節炭器の給水管の表面温度を燃焼ガスの露点温度より高く維持する。
この構成によって、蒸気タービンを備えたプラントシステムにおいても、節炭器の給水管が腐食することを防止できる。

２ 蒸気タービン
３ 復水器
５ 低圧節炭器（節炭器）
５ａ 給水管
５ｅ 給水入口部
５ｆ 給水出口部
１２ ガスタービン
１３ 排熱回収ボイラ
１５ 循環路（再循環系統）
２０ 圧調弁（圧力調節弁）
２２ 流量調節弁
２７ 制御装置
１００、１０１ プラントシステム

Claims (4)

1. ガスタービンと、蒸気タービンと、節炭器が備わる排熱回収ボイラと、復水器と、前記復水器内の圧力を調節する圧力調節弁と、制御装置とを含んで構成され、
   前記蒸気タービンで利用された蒸気が前記復水器で凝縮された後、前記節炭器の給水入口部から給水出口部までの給水管に給水として送り込まれ、前記給水管を流れるときに、前記ガスタービンから排気されて前記給水管の周囲を流れる排気ガスで加熱され、
   前記復水器内の圧力を調節することで前記給水入口部における前記給水の温度が調節されるプラントシステムにおいて、
   前記排気ガスの露点温度を算出するとともに、前記給水入口部における前記給水の目標温度を前記露点温度より高く設定し、
   前記目標温度に基づいて前記復水器内の目標圧力を設定し、
   前記目標圧力と一致するように前記復水器内の圧力を調節することを特徴とするプラントシステムの給水温度制御方法。
2. 前記プラントシステムは、
   前記節炭器で加熱された前記給水の一部を前記給水入口部に導水する循環路と、前記循環路を流れる前記給水の流量を調節する流量調節弁と、をさらに備え、
   前記復水器内の圧力が予め設定される上限圧力まで上昇した場合に、前記給水入口部における前記給水の温度が前記目標温度未満のときには、前記流量調節弁を開くことを特徴とする請求項１に記載のプラントシステムの給水温度制御方法。
3. ガスタービンと、蒸気タービンと、節炭器が備わる排熱回収ボイラと、復水器と、前記復水器内の圧力を調節する圧力調節弁と、制御装置とを含んで構成され、
   前記蒸気タービンで利用された蒸気が前記復水器で凝縮された後、前記節炭器の給水入口部から給水出口部までの給水管に給水として送り込まれ、前記給水管を流れるときに、前記ガスタービンから排気されて前記給水管の周囲を流れる排気ガスで加熱され、
   前記復水器内の圧力を調節することで前記給水入口部における前記給水の温度が調節されるプラントシステムであって、
   前記制御装置は、
   前記給水入口部における前記給水の温度が前記排気ガスの露点温度より高くなるように前記復水器内の圧力を調節して、前記給水管の表面温度を前記排気ガスの露点温度より高く維持することを特徴とするプラントシステム。
4. 前記節炭器で加熱された前記給水の一部を前記給水入口部に導水する循環路と、前記循環路を流れる前記給水の流量を調節する流量調節弁と、をさらに備え、
   前記復水器内の圧力が予め設定される上限圧力まで上昇した場合に、前記給水入口部における前記給水の温度が前記露点温度未満のとき、
   前記制御装置は、
   前記流量調節弁を開いて、前記節炭器で加熱された前記給水の一部を前記給水入口部に供給することを特徴とする請求項３に記載のプラントシステム。

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