JP6800917B2

JP6800917B2 - 複合発電設備及びその運用方法

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Publication number: JP6800917B2
Application number: JP2018124380A
Authority: JP
Inventors: 孝志麻尾; 佐藤　和彦; 和彦佐藤; 吉田　正平; 正平吉田; 小金沢　知己; 知己小金沢
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2038-06-29
Also published as: CN112334636A; JP2020002895A; CN112334636B; WO2020003708A1; KR20210011017A; KR102400461B1

Description

本発明は複合発電設備（コンバインドサイクル発電設備：Ｃ／Ｃ）及びその運用方法に係り、特に、燃焼用空気に湿分を添加して加湿する高湿分空気を利用したガスタービンを適用したものに好適な複合発電設備及びその運用方法に関する。

複合発電設備は、ガスタービンに蒸気タービンと排熱回収ボイラを組合せ、ガスタービンから出た排熱を利用して排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、その蒸気を蒸気タービンに供給して発電させるものである（特許文献１を参照）。

この複合発電設備の一構成例を、図１を用いて説明する。

図１に示す如く、複合発電設備は、ガスタービン３と、蒸気タービン９と、排熱回収ボイラ５とから概略構成されている。

ガスタービン３は、燃焼器２と圧縮機１を備え、圧縮機１で吸い込んだ空気を高圧化し、その高圧空気にガスタービン燃料ガスを加えて燃焼器２で燃焼ガスを生成し、この生成した燃焼ガスを駆動ガスとしてガスタービン３を駆動させている。

この時、圧縮機１で圧縮した圧縮空気に水分を添加して、燃焼器２に供給する作動流体の流量を増加させることにより、ガスタービン３の出力を増加させるようにした技術が、高湿分利用ガスタービンシステムである。

一方、排熱回収ボイラ５は、ガスタービン３からの排ガスと低圧給水ポンプ１２からの給水との熱交換を行い、蒸気タービン９の駆動蒸気を発生させている。更に、排熱回収ボイラ５は、各々圧力レベルの異なる蒸気を発生する高圧節炭器、高圧蒸発器、過熱器から構成される高圧系と、低圧節炭器、低圧蒸発器から構成される低圧系から成り立っている。

また、高圧ドラム７、低圧ドラム６に供給された給水は、高圧蒸発器、低圧蒸発器で飽和蒸気となる。高圧飽和蒸気は、過熱器で加熱されて高圧蒸気となる。高圧蒸気及び低圧蒸気は、駆動用蒸気として蒸気タービン９に供給される。

次に、蒸気タービン９に、蒸気を供給する系統を説明する。

先ず、排熱回収ボイラ５の高圧節炭器へと供給された給水は、高圧節炭器にてガスタービン３からの排ガスと熱交換を行い、高圧ドラム７及び高圧蒸発器で飽和蒸気となる。その飽和蒸気は、過熱器で加熱され過熱蒸気となり、高圧蒸気として蒸気タービン９に供給される。

また、排熱回収ボイラ５の低圧節炭器へと供給された給水は、低圧節炭器にてガスタービン３からの排ガスと熱交換を行い、低圧ドラム６及び低圧蒸発器で飽和蒸気となる。その飽和蒸気は、低圧蒸気として蒸気タービン９に供給される。蒸気タービン９の排気は、復水器１１へと排出される。

なお、図１において、４はガスタービン用発電機、８は高圧給水ポンプ、１０は蒸気タービン用発電機、１３はグランド蒸気復水器、１４は排ガスを排気する排気塔である。

特開平１０−３０６７０８号公報

しかしながら、従来の複合発電設備は、ガスタービン３の起動後、ボトミング設備である蒸気タービン９のメタルマッチング（蒸気タービン９のメタル温度と通気蒸気温度差の熱応力制限による温度変化幅及び温度変化率の制限）の観点より、ガスタービン３の昇速率、負荷変化率の制限があり、ホット起動でも複合発電設備としての定格負荷到達までは、ガスタービン３の点火後５０分程度かかり、かなりの時間を要していた。

また、ガスタービン３の起動時の複合発電設備の部分負荷時性能（発電端効率）は、ガスタービン３の負荷に依存する蒸気流量特性に依存（排ガス温度特性に依存）し、急激な負荷上昇ができないため、効率上昇率も制限されていた。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、高湿分空気を利用したガスタービンを適用することによって、複合発電設備の起動時間短縮（定格負荷到達までの時間を短縮）、及び起動時に高効率運用を可能とする複合発電設備及びその運用方法を提供することにある。

本発明の複合発電設備は、上記目的を達成するために、ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスを熱源として蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで発生した蒸気によって駆動される蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンとして、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を燃焼器に注入するように構成された高湿分燃焼ガスタービンを適用した複合発電設備であって、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の前記燃焼器を介して前記高湿分燃焼ガスタービンに注入する量を制御する制御装置を備え、前記燃焼器の上流側にガスタービン蒸気噴射弁が設置されており、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の過熱器出口蒸気圧力及び過熱器出口蒸気温度が前記制御装置に入力され、前記制御装置で過熱器の出口蒸気条件を確立したと判断した後は蒸気噴射系統の暖機運転を開始し、前記蒸気噴射系統の暖機運転が終了した後に、前記制御装置からの指令に基づいて前記ガスタービン蒸気噴射弁を開放し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の全量を前記燃焼器を介して前記高湿分燃焼ガスタービンに注入し起動することを特徴とする。

また、本発明の複合発電設備の運用方法は、上記目的を達成するために、ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスを熱源として蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで発生した蒸気によって駆動される蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンとして、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を燃焼器に注入するように構成された高湿分燃焼ガスタービンを適用した複合発電設備の運用方法であって、前記高湿分燃焼ガスタービンの起動時に、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の過熱器出口蒸気圧力及び過熱器出口蒸気温度が、過熱器の出口蒸気条件を確立した後は蒸気噴射系統の暖機運転を開始し、前記蒸気噴射系統の暖機運転が終了した後に、前記燃焼器の上流側に設置されたガスタービン蒸気噴射弁を開放し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の全量を、前記燃焼器を介して前記高湿分燃焼ガスタービンに注入し起動することを特徴とする。

本発明によれば、高湿分空気を利用したガスタービンを適用することによって、複合発電設備の起動時間短縮（定格負荷到達までの時間を短縮）、及び起動時に高効率運用を可能とすることができる。

従来の複合発電設備を示す概略構成図である。本発明の複合発電設備の実施例１を示す概略構成図である。本発明の複合発電設備の実施例１における高湿分燃焼ガスタービンを適用した際の複合発電設備の起動運転手順を示す図である。本発明の複合発電設備の実施例１における高湿分燃焼ガスタービンを適用した際の起動特性と従来の複合発電設備の起動特性を比較して示す特性図である。本発明の複合発電設備の実施例１における高湿分燃焼ガスタービンを適用した際の負荷運用特性（高速負荷変化対応運用）と従来の複合発電設備の負荷運用特性（高速負荷変化対応運用）を比較して示す特性図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の複合発電設備及びその運用方法を説明する。なお、各図において、同一構成部品には同符号を使用する。

図２に、本発明の複合発電設備の実施例１の概略構成を示す。

図２に示す本実施例の複合発電設備は、従来の複合発電設備と同様に、ガスタービンと、排ガスを熱源として蒸気を発生させる排熱回収ボイラ５と、この排熱回収ボイラ５で発生した蒸気によって駆動される蒸気タービン９とを備えているが、本実施例では、ガスタービンとして、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気を燃焼器に注入するように構成された高湿分燃焼ガスタービン３ａを適用した複合発電設備である。これに伴い圧縮機は、高湿分圧縮機１ａ、燃焼器は高湿分燃焼器２ａを適用している。

そして、本実施例では、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気の高湿分燃焼器２ａを介して高湿分燃焼ガスタービン３ａに注入する量を制御する制御装置３２を備え、高湿分燃焼ガスタービン３ａの起動時に、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気の高湿分燃焼ガスタービン３ａに注入する量を制御装置３２で制御し、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気（高圧蒸気）の全量を高湿分燃焼器２ａを介して高湿分燃焼ガスタービン３ａに注入し、高湿分燃焼ガスタービン３ａを起動するようにしている。

また、本実施例では、高湿分燃焼ガスタービン３ａの安定運転後、排熱回収ボイラで発生する低圧蒸気により蒸気タービン９を暖機運転し、蒸気タービン９のメタル温度を通気蒸気温度差の熱応力制限による温度変化幅及び温度変化率の規定温度まで上げた後、高湿分燃焼ガスタービン３ａへ通気していた蒸気（高圧蒸気）を蒸気タービン９への通気に切り替えて複合発電運用とし、高湿分燃焼ガスタービン３ａの高速負荷変化運用時は、蒸気タービン９へ通気していた蒸気（高圧蒸気）の全量を高湿分燃焼ガスタービン３ａへの通気に切り替えて運用するようにしている。

本実施例の制御装置３２には、排熱回収ボイラ５の低圧ドラム出口蒸気圧力Ｐ１、低圧ドラム出口蒸気温度Ｔ１、低圧ドラム出口蒸気流量Ｆ１、蒸気タービン入口低圧蒸気圧力Ｐ２、蒸気タービン入口低圧蒸気温度Ｔ２、低圧蒸気バイパス流量Ｆ２、過熱器出口蒸気圧力Ｐ３、過熱器出口蒸気温度Ｔ３、過熱器出口蒸気流量Ｆ３、蒸気タービン入口高圧蒸気圧力Ｐ４、蒸気タービン入口高圧蒸気温度Ｔ４、高圧蒸気バイパス流量Ｆ４、ガスタービン蒸気噴射圧力Ｐ５、ガスタービン蒸気噴射温度Ｔ５、ガスタービン蒸気噴射流量Ｆ５、後述する水回収装置１５での回収水流量Ｆ６、圧縮機入口空気圧力Ｐ７、圧縮機入口空気流量Ｆ７、圧縮機出口空気圧力Ｐ８、燃料流量Ｆ９、ガスタービン排気圧力Ｐ１０、ガスタービン排気温度Ｔ１０、ガスタービン発電機出力Ｅ１、蒸気タービン発電機出力Ｅ２、ガスタービン発電機回転数Ｒ１及び蒸気タービン発電機回転数Ｒ２が計測信号として入力され、低圧蒸気バイパス弁２５、高圧蒸気バイパス弁２６、ガスタービン蒸気噴射弁２７、高圧蒸気加減弁２８、低圧蒸気加減弁２９、圧縮機入口案内翼３０及び燃料流量調節弁３１の開閉を制御するようにしている。

排熱回収ボイラ５の低圧ドラム出口蒸気圧力Ｐ１、低圧ドラム出口蒸気温度Ｔ１、低圧ドラム出口蒸気流量Ｆ１、蒸気タービン入口低圧蒸気圧力Ｐ２、蒸気タービン入口低圧蒸気温度Ｔ２、低圧蒸気バイパス流量Ｆ２、過熱器出口蒸気圧力Ｐ３、過熱器出口蒸気温度Ｔ３、過熱器出口蒸気流量Ｆ３、蒸気タービン入口高圧蒸気圧力Ｐ４、及び蒸気タービン入口高圧蒸気温度Ｔ４は、起動から負荷運転まで排熱回収ボイラ５と蒸気タービン９の安定運転を踏まえた協調制御信号として制御装置３２に取り込まれ、高圧蒸気バイパス流量Ｆ４は、復水器１１への流入蒸気量の過大時保護動作として信号を制御装置３２に取り込んでいる。

本実施例では、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気の過熱器出口蒸気圧力Ｐ３、過熱器出口蒸気温度Ｔ３及び過熱器出口蒸気流量Ｆ３が制御装置３２に入力され、制御装置３２で過熱器２４の出口蒸気条件を確立したと判断した後は蒸気噴射系統の暖機運転を開始し、蒸気噴射系統の暖機運転が終了した後に、制御装置３２からの指令に基づいてガスタービン蒸気噴射弁２７を開放し、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気（高圧蒸気）の全量を高湿分燃焼器２ａを介して高湿分燃焼ガスタービン３ａに注入している。

即ち、図３に示す如く、過熱器２４の出口蒸気条件確立は、過熱器出口蒸気圧力Ｐ３、過熱器出口蒸気温度Ｔ３及び過熱器出口蒸気流量Ｆ３の条件確立を意味し、この条件が確立した後、蒸気噴射系統の暖機（暖管）運転開始となり、ガスタービン蒸気噴射弁２７の開動作は、蒸気噴射系統の暖機運転が終了した後となる。

ガスタービン蒸気噴射弁２７を開放した後は、排熱回収ボイラ５の出口蒸気圧力が下がらないように、制御装置３２で復水器１１の上流側に設置されている高圧蒸気バイパス弁２６を制御しながらガスタービン蒸気噴射弁２７を開制御し、最終的には、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気（高圧蒸気）の全量を高湿分燃焼器２ａを介して高湿分燃焼ガスタービン３ａに注入している。

また、ガスタービン蒸気噴射弁２７の開放は、ガスタービン蒸気噴射圧力Ｐ５及びガスタービン蒸気噴射温度Ｔ５が、高湿分燃焼ガスタービン３ａの通気条件に達していることを制御装置３２で確認して行われる。

即ち、排熱回収ボイラ５の出口から高湿分燃焼ガスタービン３ａの入口、タービンバイパス系統の暖機運転完了（暖機運転完了条件は、蒸気タービン入口高圧蒸気温度Ｔ４とガスタービン蒸気噴射温度Ｔ５が規定温度以上で完了）後は、高湿分燃焼ガスタービン３ａの入口のガスタービン蒸気噴射圧力Ｐ５及びガスタービン蒸気噴射温度Ｔ５が、ガスタービン通気条件に達していることを制御装置３２で確認し、ガスタービン蒸気噴射弁２７を開放する。

但し、排熱回収ボイラ５の出口蒸気圧力が下がらないよう、高圧蒸気バイパス弁２６を制御装置３２で制御しながらガスタービン蒸気噴射弁２７を開放する。

また、負荷上昇時には、燃料流量Ｆ９と圧縮機入口空気圧力流量Ｆ７の比率で設定される燃空比と規定湿分量より低ＮＯＸ上必要とされる蒸気量と増出力用蒸気量を演算し、ガスタービン蒸気噴射弁２７を開放する。その際、ガスタービン蒸気噴射弁２７の開制御のフィードバック信号として、ガスタービン蒸気噴射流量Ｆ５を使用する。

また、図３に示すように、低圧蒸気バイパス弁２５及び高圧蒸気バイパス弁２６は、ガスタービン点火後は開動作し、高圧蒸気バイパス弁２６は、ガスタービン蒸気噴射弁２７で排熱回収ボイラ５で発生した高圧蒸気を全量通気状態で全閉となる。

高圧蒸気加減弁２８は、過熱器２４の出口蒸気条件（過熱器出口蒸気圧力Ｐ３及び過熱器出口蒸気温度Ｔ３）確立後、蒸気タービン入口高圧蒸気圧力Ｐ４及び蒸気タービン入口高圧蒸気温度Ｔ４が、蒸気タービン９の通気条件に達していることを確認して開制御する。

低圧蒸気バイパス弁２５は、蒸気タービン９の暖機運転開始以降に低圧蒸気加減弁２９を制御し全閉となる。

また、高湿分燃焼ガスタービン３ａの起動初期時には、排熱回収ボイラ５の発生蒸気が高湿分燃焼ガスタービン３ａ及び蒸気タービン９の通気条件確立までは、排熱回収ボイラ５の発生蒸気を低圧蒸気バイパス弁２５、高圧蒸気バイパス弁２６を介して復水器１１に排出するバイパス系統設備を備えている。

また、排熱回収ボイラ５の低圧蒸発器２２及び高圧蒸発器２３からの発生蒸気が蒸気タービン９の通気条件を確立した後は、蒸気タービン９の上流側に設けられた高圧蒸気加減弁２８及び低圧蒸気加減弁２９を介して排熱回収ボイラ５の発生蒸気を蒸気タービン９に導入し、蒸気エネルギーを蒸気タービン用発電機１０を介して電気出力として回収する蒸気タービン設備を備えている。

更に、本実施例では、排熱回収ボイラ５の下流側に設置され、高湿分燃焼ガスタービン３ａへ通気した蒸気と燃焼生成で発生した水蒸気を回収する水回収装置１５を備え、この水回収装置１５で回収された水蒸気を、排熱回収ボイラ５の給水として再利用している。

即ち、水回収装置１５は、内部に充填物１６が充填され、排気ガスを排気する排気塔１４を備えており、水回収装置１５内の水蒸気は、水回収循環ポンプ１７で回収され水回収循環水冷却器１８で冷却された後、循環水として水回収装置１５に戻る。

水回収循環水冷却器１８で冷却された後の循環水の一部（回収水）は、補給水タンク１９に貯留され、この補給水タンク１９内の回収水を、回収水送水ポンプ２０を介して、低圧給水ポンプ１２で供給されるボイラ給水を排熱回収ボイラ５へ供給する系統に導入し、排熱回収ボイラ５の給水として再利用するものである。

このような本実施例による効果を、図４及び図５を用いて説明する。

図４は、本実施例における高湿分燃焼ガスタービンを適用した際の起動特性と従来の複合発電設備の起動特性を比較して示し、図５は、本実施例における高湿分燃焼ガスタービンを適用した際の負荷運用特性（高速負荷変化対応運用）と従来の複合発電設備の負荷運用特性（高速負荷変化対応運用）を比較して示すものである。

図４及び図５の（ａ）は横軸に時間、縦軸に負荷運転の割合を、図４及び図５の（ｂ）は横軸に時間、縦軸に発電端効率、図４及び図５の（ｃ）は横軸に時間、縦軸に蒸気流量を示す。

図４の高湿分燃焼ガスタービンを適用した際の起動特性及び図５の高湿分燃焼ガスタービンを適用した際の負荷運用特性（高速負荷変化対応運用）のいずれの場合も、本実施例（Ａ）の方が従来の複合発電設備（Ｂ）より、高湿分燃焼ガスタービン３ａの起動時間が短縮されていることがわかる。

特に、本実施例（Ａ）では、高湿分燃焼ガスタービン３ａの起動初期段階に、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気（高圧蒸気）の全量を高湿分燃焼ガスタービン３ａに注入し、複合発電設備の負荷として約９０％負荷相当まで高湿分燃焼ガスタービン３ａを単独運転することで、高湿分燃焼ガスタービン３ａの点火から９０％負荷（複合発電設備の１００％負荷時発電端出力を基準にした相対値）までの起動時間を１／５（約１０分）に短縮することが可能となる。

また、高湿分燃焼ガスタービン３ａの安定運転後、蒸気タービン９を暖機運転し、蒸気タービン９のメタル温度を通気蒸気温度差の熱応力制限による温度変化幅及び温度変化率の規定温度まで上げた後、高湿分燃焼ガスタービン３ａへ通気していた蒸気のうち、ガスタービンから排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するための注入分を除いた残りの蒸気を蒸気タービン９に通気して複合発電運用とすることで、複合発電設備の高効率運転が可能となる。

また、高湿分燃焼ガスタービン３ａの起動時に、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気（高圧蒸気）の全量を高湿分燃焼ガスタービン３ａに注入することで、高湿分燃焼ガスタービン３ａの起動時間及び起動時の部分負荷時性能（発電端効率）を向上することが可能となる。

即ち、一般的な複合発電設備における起動運転では、ボトミング設備（蒸気タービン）の熱応力制限によって、蒸気タービンの負荷運転の開始時点でのガスタービンの運転状態は部分負荷運転となっており、そこから定格に向けて負荷を上昇させる運用となっていた。

これに対して、本実施例では、蒸気タービンの負荷運転開始前（ガスタービンと蒸気タービンの複合運用前）に高湿分燃焼ガスタービンを単独で定格負荷まで到達させ、その状態から複合運用に移行させている。従って、複合発電設備が定格負荷まで到達する期間における、ガスタービンの定格負荷運転期間の比率が高まり、起動時の熱効率を向上させた運転が可能となる。

更に、高湿分燃焼ガスタービン３ａの高速負荷変化運用時は、蒸気タービン９へ通気していた蒸気（高圧蒸気）の全量を高湿分燃焼ガスタービン３ａへの通気に切り替えて運用することで、高速負荷応答が可能となる。

また、本実施例における複合発電設備の制御装置は、複合発電設備の通常起動モードと通常負荷運転モードに加えて、起動時間短縮運用モードと高速負荷変化運用モードを具備している。

起動時間短縮運用モードは、複合発電設備の起動時、排熱回収ボイラで発生した高圧蒸気の全量を高湿分燃焼ガスタービンの燃焼器に注入して高湿分燃焼ガスタービンを定格負荷まで上昇させると共に、排熱回収ボイラで発生した低圧蒸気による蒸気タービンの暖機が完了した後、高圧蒸気を蒸気タービンに通気させる。起動時間短縮運用モードを稼働させることにより、上述のように高湿分燃焼ガスタービンを定格負荷まで急速起動させることが可能となり、起動時間を大幅に短縮することができる。更に、起動時におけるガスタービンの熱効率を向上させることが可能となる。

また、高速負荷変化運用モードは、複合発電設備の起動完了後の負荷運転時、蒸気タービンに通気させる高圧蒸気の供給先を燃焼器に切り替えて、高湿分燃焼ガスタービンを単独運転させる。高速負荷変化運用モードでは、蒸気タービンとガスタービンの複合運転（熱性能重視運転）から高湿分燃焼ガスタービンの単独運転（負荷応答性重視運転）に移行する。高湿分燃焼ガスタービンによる単独運転であるため、ボトミング設備（蒸気タービン）の熱応力制限に拘束されることがなくなり、高速な負荷変化運転が可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…圧縮機、１ａ…高湿分圧縮機、２…燃焼器、２ａ…高湿分燃焼器、３…ガスタービン、３ａ…高湿分燃焼ガスタービン、４…ガスタービン用発電機、５…排熱回収ボイラ、６…低圧ドラム、７…高圧ドラム、８…高圧給水ポンプ、９…蒸気タービン、１０…蒸気タービン用発電機、１１…復水器、１２…低圧給水ポンプ、１３…グランド蒸気復水器、１４…排気塔、１５…水回収装置、１６…充填物、１７…水回収循環ポンプ、１８…水回収循環水冷却器、１９…補給水タンク、２０…回収水送水ポンプ、２１…節炭器、２２…低圧蒸発器、２３…高圧蒸発器、２４…過熱器、２５…低圧蒸気バイパス弁、２６…高圧蒸気バイパス弁、２７…ガスタービン蒸気噴射弁、２８…高圧蒸気加減弁、２９…低圧蒸気加減弁、３０…圧縮機入口案内翼、３１…燃料流量調節弁、３２…制御装置、Ｐ１…低圧ドラム出口蒸気圧力、Ｔ１…低圧ドラム出口蒸気温度、Ｆ１…低圧ドラム出口蒸気流量、Ｐ２…蒸気タービン入口低圧蒸気圧力、Ｔ２…蒸気タービン入口低圧蒸気温度、Ｆ２…低圧蒸気バイパス流量、Ｐ３…過熱器出口蒸気圧力、Ｔ３…過熱器出口蒸気温度、Ｆ３…過熱器出口蒸気流量、Ｐ４…蒸気タービン入口高圧蒸気圧力、Ｔ４…蒸気タービン入口高圧蒸気温度、Ｆ４…高圧蒸気バイパス流量、Ｐ５…ガスタービン蒸気噴射圧力、Ｔ５…ガスタービン蒸気噴射温度、Ｆ５…ガスタービン蒸気噴射流量、Ｆ６…水回収装置での回収水流量、Ｐ７…圧縮機入口空気圧力、Ｆ７…圧縮機入口空気流量、Ｐ８…圧縮機出口空気圧力、Ｆ９…燃料流量、Ｐ１０…ガスタービン排気圧力、Ｔ１０…ガスタービン排気温度、Ｅ１…ガスタービン発電機出力、Ｅ２…蒸気タービン発電機出力、Ｒ１…ガスタービン発電機回転数、Ｒ２…蒸気タービン発電機回転数。

Claims

ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスを熱源として蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで発生した蒸気によって駆動される蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンとして、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を燃焼器に注入するように構成された高湿分燃焼ガスタービンを適用した複合発電設備の運用方法であって、
前記高湿分燃焼ガスタービンの起動時に、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の過熱器出口蒸気圧力及び過熱器出口蒸気温度が、過熱器の出口蒸気条件を確立した後は蒸気噴射系統の暖機運転を開始し、前記蒸気噴射系統の暖機運転が終了した後に、前記燃焼器の上流側に設置されたガスタービン蒸気噴射弁を開放し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の全量を、前記燃焼器を介して前記高湿分燃焼ガスタービンに注入し起動することを特徴とする複合発電設備の運用方法。
請求項１に記載の複合発電設備の運用方法であって、
前記ガスタービン蒸気噴射弁を開放し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の全量を前記燃焼器を介して前記高湿分燃焼ガスタービンに注入し起動した後は、前記排熱回収ボイラの出口蒸気圧力が下がらないように、復水器の上流側に設置されている高圧蒸気バイパス弁を制御しながら前記ガスタービン蒸気噴射弁を開制御することを特徴とする複合発電設備の運用方法。
請求項２に記載の複合発電設備の運用方法であって、
前記ガスタービン蒸気噴射弁の開放は、ガスタービン蒸気噴射圧力及びガスタービン蒸気噴射温度が、前記高湿分燃焼ガスタービンの通気条件に達していることを確認して行われることを特徴とする複合発電設備の運用方法。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複合発電設備の運用方法であって、
前記高湿分燃焼ガスタービンへ通気した蒸気と燃焼生成で発生した水蒸気は、前記排熱回収ボイラの下流側に設置された水回収装置で回収され、前記排熱回収ボイラの給水として再利用することを特徴とする複合発電設備の運用方法。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合発電設備の運用方法であって、
前記高湿分燃焼ガスタービンの安定運転後、前記蒸気タービンを暖機運転し、前記蒸気タービンのメタル温度を通気蒸気温度差の熱応力制限による温度変化幅及び温度変化率の規定温度まで上げた後、前記高湿分燃焼ガスタービンへ通気していた蒸気を前記蒸気タービンへの通気に切り替えて複合発電運用とすることを特徴とする複合発電設備の運用方法。
請求項５に記載の複合発電設備の運用方法であって、
前記高湿分燃焼ガスタービンの高速負荷変化運用時は、前記蒸気タービンへ通気していた蒸気の全量を前記高湿分燃焼ガスタービンへの通気に切り替えて運用することを特徴とする複合発電設備の運用方法。
請求項１に記載の複合発電設備の運用方法であって、
前記排熱回収ボイラは高圧蒸気と低圧蒸気を発生させるものであって、前記複合発電設備の起動時、前記高圧蒸気の全量を前記燃焼器を介して前記高湿分燃焼ガスタービンに注入し、前記高湿分燃焼ガスタービンの安定運転後、前記低圧蒸気を暖機蒸気として前記蒸気タービンに供給することを特徴とする複合発電設備の運用方法。
ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスを熱源として蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで発生した蒸気によって駆動される蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンとして、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を燃焼器に注入するように構成された高湿分燃焼ガスタービンを適用した複合発電設備であって、
前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の前記燃焼器を介して前記高湿分燃焼ガスタービンに注入する量を制御する制御装置を備え、
前記燃焼器の上流側にガスタービン蒸気噴射弁が設置されており、
前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の過熱器出口蒸気圧力及び過熱器出口蒸気温度が前記制御装置に入力され、前記制御装置で過熱器の出口蒸気条件を確立したと判断した後は蒸気噴射系統の暖機運転を開始し、前記蒸気噴射系統の暖機運転が終了した後に、前記制御装置からの指令に基づいて前記ガスタービン蒸気噴射弁を開放し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の全量を前記燃焼器を介して前記高湿分燃焼ガスタービンに注入し起動することを特徴とする複合発電設備。
請求項８に記載の複合発電設備であって、
前記ガスタービン蒸気噴射弁を開放し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の全量を前記燃焼器を介して前記高湿分燃焼ガスタービンに注入し起動した後は、前記排熱回収ボイラの出口蒸気圧力が下がらないように、前記制御装置で復水器の上流側に設置されている高圧蒸気バイパス弁を制御しながら前記ガスタービン蒸気噴射弁を開制御することを特徴とする複合発電設備。
請求項９に記載の複合発電設備であって、
前記ガスタービン蒸気噴射弁の開放は、ガスタービン蒸気噴射圧力及びガスタービン蒸気噴射温度が、前記高湿分燃焼ガスタービンの通気条件に達していることを前記制御装置で確認して行われることを特徴とする複合発電設備。
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の複合発電設備であって、
前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の全量を前記燃焼器を介して前記高湿分燃焼ガスタービンに注入し起動する前の前記高湿分燃焼ガスタービンの起動初期時には、前記排熱回収ボイラの発生蒸気が前記高湿分燃焼ガスタービン及び前記蒸気タービンの通気条件確立までは、前記排熱回収ボイラの発生蒸気を低圧蒸気バイパス弁、高圧蒸気バイパス弁を介して復水器に排出するバイパス系統設備を備えていることを特徴とする複合発電設備。
請求項１１に記載の複合発電設備であって、
前記排熱回収ボイラの発生蒸気が前記蒸気タービンの通気条件を確立した後は、前記蒸気タービンの上流側に設けられた高圧蒸気加減弁及び低圧蒸気加減弁を介して前記排熱回収ボイラの発生蒸気を前記蒸気タービンに導入し、蒸気エネルギーを蒸気タービン用発電機を介して電気出力として回収する蒸気タービン設備を備えていることを特徴とする複合発電設備。
請求項１２に記載の複合発電設備であって、
前記排熱回収ボイラの下流側に設置され、前記高湿分燃焼ガスタービンへ通気した蒸気と燃焼生成で発生した水蒸気を回収する水回収装置を備え、前記水回収装置で回収された前記水蒸気を、前記排熱回収ボイラの給水として再利用することを特徴とする複合発電設備。
請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の複合発電設備であって、
前記制御装置は、前記複合発電設備の起動時、前記排熱回収ボイラで発生した高圧蒸気の全量を前記高湿分燃焼ガスタービンの前記燃焼器に注入して前記高湿分燃焼ガスタービンを定格負荷まで上昇させて前記高湿分燃焼ガスタービンを安定運転させた後に、前記排熱回収ボイラで発生した低圧蒸気による前記蒸気タービンの暖機を完了させ、その後、前記高圧蒸気を前記蒸気タービンに通気させる起動時間短縮運用モードと、
前記複合発電設備の起動完了後の負荷運転時、前記蒸気タービンに通気させる前記高圧蒸気の供給先を前記燃焼器に切り替えて、前記高湿分燃焼ガスタービンを単独運転させる高速負荷変化運用モードを備えたことを特徴とする複合発電設備。