JP6105153B2 - 発電所を柔軟に稼働させるための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の、発電所を柔軟に稼働させるための方法に関する。

今日では、最新式の発電所には、高い効率だけではなく、可能な限り柔軟な稼働も必要とされている。これには、短い始動時間及び高い負荷変動速度の他に、例えばネットワーク内の周波数障害を均一にする可能性も含まれる。それゆえ、ネットワーク及び関連する報酬モデルに対するその国特有の要求の特性に応じて、ガス発電所及び蒸気発電所の場合は、最大負荷領域において、付加的燃焼部によって、付加的な出力をネットワークに、水‐蒸気回路を通じて可能な限り迅速に供給することが有意義であり、ガスタービンがすでに全負荷で稼働されている場合も同様である。

一般的に、過熱器又は中間過熱器（Zwischenueberhitzer）として用いられる熱交換器段の領域において、廃熱蒸気発生器の煙道ガスダクト内に配置されている補助燃焼部の使用によって、水‐蒸気回路に伝えられる熱出力が増大し、それによって、生成される蒸気の量が増大し、最終的な結果として、蒸気タービンによって解放される機械的出力も増大する。そこでは、補助燃焼部をオンにした場合、生蒸気及び中間過熱器蒸気の温度が上昇する。逆に、補助燃焼部をオフにした場合、両方の温度は再び低下する。しかしながら、生蒸気温度又は中間過熱器蒸気温度の変動速度には、厚肉の部材である蒸気タービンに関して、疲労上の理由によって制限が設けられている。補助燃焼部をオンにする場合、許容不可能である蒸気温度の速く大きな上昇には、関連する噴射冷却装置の使用によって、まだ効果的に対処することが可能であるが、逆の場合、噴射量の必要な減少は、無制限に可能ではない。遅くとも噴射冷却装置が最終的に閉鎖された時点では、生蒸気又は中間過熱器蒸気の所望の温度は、補助燃焼部の出力のさらなる減少によって、もはや維持され得ない。両方の蒸気温度は、低下し始める。その際、両方の蒸気温度の変動速度は、補助燃焼部の出力の変動速度と直接連結しており、不利な場合には、蒸気タービンの最大許容変動速度を超過し得る。

したがって、本発明の課題は、負荷が低下した場合、又は、補助燃焼部を完全にオフにした場合でも、生蒸気温度及び中間過熱器蒸気温度の変動速度を許容範囲内に維持することを可能にする方法を提供することにある。

本課題は、蒸気タービンのためにガスタービンの排ガス流を使用して生蒸気及び／又は中間過熱器蒸気を生成するための熱交換器段を有する廃熱蒸気発生器を含む発電所を柔軟に稼働させるための方法によって解決される。熱交換器段の領域において、廃熱蒸気発生器の煙道ガスダクト内には、補助燃焼部が配置されており、生蒸気及び／又は中間過熱器蒸気を調節するために、少なくとも１つの噴射冷却装置が、補助燃焼部を使用するとすぐに作動する。従って、生蒸気又は中間過熱器蒸気の実際の温度とは関係なく、補助燃焼部の使用と共に直接（すなわち特筆すべき時間の遅れが無く、従ってほぼ同時に）、噴射冷却装置を作動することが可能である。それによって、生蒸気温度と同様、中間過熱器蒸気温度も、オンにされた補助燃焼部の負荷領域全体にわたって、可能な限り一定に維持され得る。

好ましくは、そのような状況を考慮して、補助燃焼部を用いる際、生蒸気又は高温の中間過熱器蒸気の設定温度が、補助燃焼部をオンにする前に実際に測定された生蒸気又は中間過熱器蒸気温度の値に正確に合わせられるべきである。安全性のために、例えばプラス１Ｋというわずかな温度差を設定することも可能である。この状況では、噴射冷却装置は、補助燃焼部をオンにすると始動するので、補助燃焼部の出力が増大するにつれて、噴射量も連続的に増大する。２つの設定温度は、補助燃焼部をオンにすると噴射冷却装置が始動するように選択されるので、負荷の低下に関して逆の場合には、補助燃焼部をオフにする時点まで、蒸気の温度が調節可能なままであり、したがって一定に維持され得ることを保証することが可能である。

さらに任意で、蒸気の最終温度の制御を、最終噴射冷却装置のみを用いて実現することも可能である。これには、生蒸気の温度も、高温の中間過熱器蒸気の温度も、より高い性能の制御で一定に維持され得るという利点がある。なぜなら、１つ又は複数の最終噴射冷却装置のみを用いた調節によって、生じ得る蒸気温度変動にはるかに速く反応することができるからである。

ネットワークにかかる高い要求ゆえに、補助燃焼部の大きな負荷変動速度が必要となる場合、当該負荷変動速度は、本発明に係る方法を用いるとともに、蒸気タービンの安全な稼働により達成される。設定蒸気温度を、補助燃焼部をオンにした場合に実際に測定された蒸気温度と連結することによって、噴射冷却装置は、補助燃焼部の負荷領域全体にわたってアクティブである。すなわち、両方の蒸気温度は、補助燃焼部の負荷領域全体にわたって、負荷の増大のためにも、負荷の減少のためにも、一定に維持され得る。したがって、補助燃焼部の稼働によって、蒸気タービンの寿命がさらに短縮されることはない。これは、補助燃焼部によって、生蒸気温度又は中間過熱器蒸気温度が低下する場合には保証されない。この場合、補助燃焼部の最大負荷変動速度は、蒸気タービンによって制限される可能性があるので、それによって、状況に応じては、ネットワークの要求を満たすことが不可能になり、その結果、設備使用の柔軟性が著しく阻害される可能性がある。つまり、原則的に、補助燃焼部の稼働中における噴射量の増大による設備側の効率損失は許容される。なぜなら、動作している補助燃焼部を有する設備においては、効率は、むしろ従属的な役割を果たしているからである。

本発明に係る方法の好ましい一態様では、さらに、効率の観点からも、最適が得られる。その際、設定蒸気温度を予め規定するステップは、適切な設備パラメータと連結されるので、一方では可能な限り最高の蒸気温度が得られるが（最小の噴射要件）、同時に、噴射が、補助燃焼部の負荷領域全体にわたって動作を続けることも保証される。つまり、負荷が低下した場合にも、常に十分な噴射の予備が存在している。

原則的に、本発明に係る方法は、高い設備の柔軟性と同時に材料を保護する蒸気タービンの使用を保証する。

本発明を例示的に示した概略図である。

本発明を、例示的に、概略図を用いて説明する。図示されているのは、煙道ガスダクトＲであり、煙道ガスダクトＲ内では、高温の排ガス流Ｓが、詳細には図示されていないガスタービンに送られる。煙道ガスダクトＲ内には、複数の熱交換器段１０〜１５が配置されており、当該熱交換器段によって、熱エネルギーが、通過する高温の排ガスＳから、水‐蒸気混合物に、下流の（詳細には図示されていない）蒸気タービンのための作動媒体として伝えられる。ここに図示された例では、複数の熱交換器段１０〜１３が、実際の水‐蒸気回路のために連続して接続されているので、第１の熱交換器段１０に導入された給水Ｗは、予熱器である第１の熱交換器段と、後続の蒸発器及び過熱器と、を通じて、次第に加熱され、蒸気Ｄに変換される。当該実施例では、さらに、中間的な過熱のための２つの連続的に接続された熱交換器段１４及び１５から成る、付加的な中間過熱器回路が設けられている。それによって、蒸気タービンの高圧部分からの低温の中間過熱器蒸気ＫＺＵは、再度加熱され、高温の中間過熱器蒸気ＨＺＵとして蒸気タービンに再び供給される。熱交換器段１０〜１５の領域には、さらに補助燃焼部Ｆが配置されている。本発明では、生蒸気Ｄ及び／又は中間過熱器蒸気ＨＺＵの調節のために、熱交換器段１０〜１５の間、及び／又は、熱交換器段１０〜１５の下流に配置された噴射冷却装置２０〜２３の内少なくとも１つが、補助燃焼部Ｆを使用するとすぐに作動することが規定されている。当該図面では、生蒸気又は中間過熱器蒸気の調節のために必要な、補助燃焼部Ｆ及び噴射冷却装置２０〜２３のための制御装置は、概略的に、各供給ライン内の、対応する制御可能な弁によって示されている。これらの弁によって、補助燃焼部Ｆはオンにされ、燃料は調節された方法で供給されて点火され、各噴射冷却装置２０〜２３が作動し、噴射冷却装置に噴射水が調節された方法で供給される。

１０、１１、１２、１３、１４、１５ 熱交換器段
２０、２１、２２、２３ 噴射冷却装置
Ｄ 生蒸気
Ｆ 補助燃焼部
ＨＺＵ 高温の中間過熱器蒸気
ＫＺＵ 低温の中間過熱器蒸気
Ｒ 煙道ガスダクト
Ｓ 排ガス流
Ｗ 給水

Claims (2)

1. 蒸気タービンのためにガスタービンの排ガス流（Ｓ）を使用して生蒸気（Ｄ）及び／又は中間過熱器蒸気（ＨＺＵ）を生成するための熱交換器段（１０〜１５）を有する廃熱蒸気発生器を含む発電所を柔軟に稼働させるための方法であって、前記熱交換器段（１０〜１５）の領域において、前記廃熱蒸気発生器の煙道ガスダクト（Ｒ）内には、補助燃焼部（Ｆ）が配置されている、方法において、
   前記生蒸気（Ｄ）及び／又は前記中間過熱器蒸気（ＨＺＵ）を調節するために、少なくとも１つの噴射冷却装置（２０〜２３）が、前記補助燃焼部（Ｆ）を使用するとすぐに作動し、
   前記補助燃焼部（Ｆ）を用いる際、前記生蒸気（Ｄ）又は前記中間過熱器蒸気（ＨＺＵ）の設定温度が、前記補助燃焼部（Ｆ）をオンにする前に実際に測定された前記生蒸気（Ｄ）又は前記中間過熱器蒸気（ＨＺＵ）の温度の値に正確に合わせられることを特徴とする方法。
2. 前記生蒸気（Ｄ）及び／又は前記中間過熱器蒸気（ＨＺＵ）の調節が、それぞれ最後の前記熱交換器段（１３、１５）の下流に配置された最終噴射冷却装置（２２、２３）のみを用いて行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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