JPH0235842B2 - Nenshokifunshajokiseigyosochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、コンバインドサイクルを採用した発
電プラントにおける、燃焼器噴射蒸気制御装置に
関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕

石油危機に端を発し、省エネルギが叫ばれてい
ることは衆知のところである。この省エネルギに
関し発電プラントにおいても、その有効な手段を
得ることは、大いに公益性のあるものである。こ
のような現状下において、発電プラントの省エネ
ルギとしては、例えば蒸気タービン等の熱効率の
向上も有効な手段であるが、ガスタービンと蒸気
タービンを組合わせ、ガスタービンの排気ガスで
蒸気を発生させ、その蒸気にて蒸気タービンを駆
動する、いわゆるコンバインドサイクルの採用が
注目されている。すなわち、ガスタービンの高温
排気ガスを再利用するため、発電プラント全体の
効率を向上することができる。

第１図は従来の代表的なコンバインドサイクル
発電プラントの概略系統を示し、空気圧縮機１、
ガスタービン２、発電機３および蒸気タービン４
が串型に一本の軸に構成された例である。第１図
において空気圧縮機１によつて圧縮された空気
は、燃焼器５に供給され、そこで主燃料の燃焼に
よつて加熱され、高温ガスとなつてガスタービン
２に供給される。上記ガスタービン２に供給され
た高温ガスは、そのガスタービン２で仕事を行な
い、ガスタービン２の排気部においては、その排
ガスは十分高温であることから、排熱回収蒸気発
生器（以下ボイラという）６に供給され、そのボ
イラ６内で熱交換した後、大気側に放出される。
ボイラ６で熱交換によつて発生せしめられた蒸気
は、蒸気タービン４に供給され、その蒸気タービ
ン４にて膨張仕事を行ない、排出された蒸気は復
水器７に導かれ、そこで復水せしめられ、給水ポ
ンプ８によつて再びボイラ６へと環流される。こ
のため蒸気タービン４側の系統は閉回路を形成し
ている。同一軸に連結されたガスタービン２と蒸
気タービン４の各出力の合計値が、発電機３を駆
動し電力となつて送電される。

ところで、ガスタービン２の高温排気ガスを利
用して、ボイラ６で熱交換し、そこで発生せしめ
られた蒸気を用いて蒸気タービン４を駆動する、
第１図のコンバインドサイクル発電プラントで
は、より熱効率を向上させる手段として、蒸気タ
ービン４に供給される、ボイラ６で発生せしめら
れた蒸気の蒸気圧力と蒸気温度を、極力高い値に
設定することが望ましい。すなわち、ボイラ６の
熱吸収効率が一定であれば、よりガスタービン２
の排気ガス温度が高くなるような条件で、ガスタ
ービン２を運転すれば良いことになるが、、やが
て大気に放出されるこの排気ガスは、高温になれ
ばなるほど含有NO_Xが増加し、公害問題に発展
する虞れがあり、おのずと最適なバランス状態が
決定される。

コンバインドサイクル発電プラントにおける、
上記NO_X対策としては、従来、蒸気タービン４
の途中段落から抽気し、減温器９にて減温後、常
時全開作動の蒸気噴射止め弁１０と、以下に説明
する作動の蒸気噴射加減弁１１を介して、燃焼器
５内に蒸気噴射が行なわれている。第２図は上記
燃焼器噴射蒸気制御系統を示し、まず、ガスター
ビンの燃料流量信号１２を受けると、噴射蒸気流
量と燃料流量の関数発生器１３を経て、加算器１
４に噴射蒸気量の＋（プラス）信号として印加さ
れる。上記＋信号は、蒸気噴射加減弁１１の弁開
度を決定するステツピングモータ１５の信号とな
り、蒸気噴射加減弁１１の弁開度１６、すなわ
ち、関数発生器１３の特性に見合つた、噴射蒸気
量に調整される。一方加算器１４には−（マイナ
ス）信号として、蒸気タービン４の流入蒸気量の
変化を検出して、蒸気タービン４側の出力補正を
行なうための、蒸気流量フイードバツク信号１７
が入力されており、これらの組合わせにて制御さ
れる。

しかるに、前記噴射蒸気制御装置において、ガ
スタービン２と蒸気タービン４が併列運転時に、
噴射蒸気量が一定状態に保持されていても、他の
機器の何等かの原因で、ガスタービン２を排気ガ
ス温度が下がり過ぎた場合に、ボイラ６は熱容量
が大きいため、排気ガス温度低下に伴なう、蒸気
タービン４の入口蒸気流量減少による、フイード
バツク信号１７の信号発信までに、時間的な遅れ
が生じることは明確である。この遅れ時間の間
に、排気ガス温度は噴射蒸気量が一定量噴射され
るため、下がる傾向にあり、まして熱回収の不可
能な蒸気タービン４からの噴射蒸気源である抽気
蒸気は、抽出が続けられる結果となり、総じて蒸
気タービン４の熱効率低下および、燃焼器５内で
の噴射された蒸気の過熱のため、ガスタービン２
の熱効率低下をも惹起して、プラント全体の熱効
率を低下するという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は、このような点に鑑み、蒸気タービン
およびガスタービン、ひいてはプラント全体の熱
効率低下を阻止し、燃焼器に対してより安定した
噴射蒸気を供給し得る噴射蒸気制御装置を提供す
ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、コンバインドサイクル発電プラント
の燃焼器への噴射蒸気量を制御する燃焼器噴射蒸
気制御装置において、噴射蒸気量制御弁の制御回
路中に、ガスタービンの排気ガス温度スイツチに
よつて作動され、上記噴射蒸気量制御弁の弁開度
を設定する設定器を連接し、上記ガスタービンの
排気ガス温度が所定値以下に減少したとき、上記
噴射蒸気量制御弁の弁開度を上記設定器の設定信
号によつて制御するようにしたことを特徴とす
る。

〔発明の実施例〕

以下第３図および第４図を参照して、本発明の
一実施例について説明する。なお、第２図と同一
部分については同一符号を付しその説明を省略す
る。

第３図において、加算器１４とステツピングモ
ータ１５との間には、ガスタービン２の排気ガス
温度スイツチ２０によつて開閉制御される接点２
１が設けられており、その接点２１とステツピン
グモータ１５との間には、上記接点２１と同一条
件によつて作動せしめられる第２の接点２２を介
して、ステツピングモータ１５に設定出力信号を
加えるための設定器２３が連接されている。

第４図はガスタービン排気ガス温度とプラント
全体の熱効率の関係を示す。なお、効率および温
度の絶体数値は、直接本発明には関係なく、その
傾向をみるために付けたものである。第４図にお
いて、ガスタービン２と蒸気タービン４が、定格
出力で併列運転されている状態（設計点）が、プ
ラント熱効率±０％、ガスタービン排気ガス温度
Ａ℃の点とする。このように熱効率と排ガス温度
の関係をプロツトしたものを、プラント熱効率特
性曲線２４として示し、排気ガス温度が低下すれ
ばプラント熱効率も低下する特性となつている。
排気ガス温度Ａ℃の運転状態から、例えば燃焼器
５に流入する燃料濃度低下等の何等かの理由によ
つて、ガスタービン２の排気ガス温度が異常低下
した場合、第４図を用いて、ガスタービン排気ガ
ス温度が30℃低下すると、特性曲線２４からプラ
ント熱効率変化は−２％強と読むことができる。
一方第３図における関数発生器１３の噴射蒸気流
量特性から、定格プラント出力時における噴射蒸
気量は、蒸気タービン４からの抽気蒸気であるか
ら、その抽気量の減少分は、プラント全体の熱効
率に対して、どれ位の割合いであるかが計算にて
求められ、その値が前記ガスタービン２の排気ガ
ス温度低下によるプラント熱効率低下−２％加算
される。すなわち、ガスタービン排気ガス温度が
下がり過ぎてしまつた場合には、すでに燃焼器５
内に噴射する蒸気は、プラント効率低下を助勢す
る役目をすることになる。

しかして、本発明の一実施例では、この状態に
着目し、蒸気タービン４からの抽気蒸気量の、前
記計算で求めた、プラント効率に対する割合いに
相当するガスタービン排気ガス温度まで、ガスタ
ービン２の排気ガス温度が低下したときに作動す
る、温度スイツチ２０をガスタービン２の排気室
内に設け、第３図における接点２１を、この温度
スイツチ２０の作動信号を入力として作動させ
て、加算器１４とステツピングモータ１５との接
続をしや断する。また接点２１の作動と同時に、
温度スイツチ２０の作動信号を入力として接点２
２を閉じる。接点２２が閉じると、ステツピング
モータ１５には、設定器２３の信号が到達する。
設定器２３の発生信号は、ガスタービン２の排気
温度が下がり過ぎた場合には、噴射蒸気は不要で
あるから、蒸気噴射加減弁１１が全閉となる数値
にすればよい。以上の説明を第４図に示す、プラ
ント熱効率特性曲線２４を用いて説明すると、噴
射蒸気となる蒸気タービン４からの抽気量のプラ
ント熱効率に占める割合いは、計算により求めて
1.5％であるから、第４図中破線で示すように、
熱効率特性曲線２４との交点より、ガスタービン
２排気ガス温度を読むと−20℃となる。すなわ
ち、定格設計点温度Ａ℃より20℃低い温度に、温
度スイツチ２０を設定しておけば、これ以下に排
気ガス温度が低下したときに、温度スイツチ２０
は作動するから、蒸気噴射加減弁１１は全閉とな
つて、燃焼器５に供給される噴射蒸気は断たれ
る。このことにより、最少でもプラント熱効率に
おける蒸気タービン４からの抽気量の占める熱効
率割合いだけは、排気ガス温度を上昇することが
可能となり、かつ、燃焼器５内に噴射される蒸気
が無くなれば、蒸気タービン内においても有効に
仕事がなされるため、プラント全体とした場合、
極度な熱効率の低下を防止することができるとい
う大きな効果が得られる。

〔本発明の他の実施例〕

次いで第５図を参照して、本発明の他の実施例
について説明する。なお第３図と同一部分につい
ては、同一符号を付しその説明を省略する。

第１図に示す蒸気噴射加減弁１１の上流に設置
されている蒸気噴射止め弁１０は、上記蒸気噴射
加減弁１１に先立つて開くON−OFF弁である。
第５図において、蒸気噴射止め弁１０の開度指令
信号３０は、従来はそのまま上記蒸気噴射止め弁
１０の弁開度３１となつているが、その回路の途
中に加算器３２が追設されており、加算器３２の
もう一方には、蒸気噴射止め弁１０を全閉とする
設定信号を発生する設定器３３が、ガスタービン
２の排気ガス温度を検出する温度スイツチ２０に
て作動する接点３４を介して接続されている。し
かして、ガスタービン２の排気ガス温度が所定温
度以下になると、温度スイツチ２０にてガスター
ビン２排気ガス温度が検出され、接点３４が閉じ
設定器３３が作動して蒸気噴射止め弁１０を全閉
するものである。なお蒸気噴射止め弁１０を用い
て噴射蒸気を制御する場合は、蒸気噴射加減弁１
１は関係がなくなるので、第２図に示す従来の制
御装置に従つて運転を行なう。なお実施例におい
ては、噴射蒸気源を蒸気タービンの抽気と限定し
て説明したきたが、例えば補助ボイラ等の補助蒸
気源、もしくは、噴射する流体が異なつても、燃
焼器５に導入する以前に、流量調整弁が必らず設
置されるため、それらについても本発明は有効な
手段である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、蒸気ター
ビンおよびガスタービンの熱効率低下を阻止し、
総じてプラント全体の熱効率低下を阻止すること
ができ、噴射蒸気制御装置の安定性を向上せしめ
ることができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は一軸型コンバインドサイクル発電プラ
ントの概略系統図、第２図は従来の燃焼器噴射蒸
気の制御装置概略系統図、第３図は本発明の一実
施例による燃焼器噴射蒸気の制御装置概略系統
図、第４図はコンバインドサイクルプラントのプ
ラント熱効率特性曲線図、第５図は本発明の他の
実施例による燃焼器噴射蒸気の制御装置概略系統
図である。 ２……ガスタービン、４……蒸気タービン、５
……燃焼器、１０……蒸気噴射止め弁、１１……
蒸気噴射加減弁、１３……関数発生器、１４，３
２……加算器、１５……ステツピングモータ、２
１，２２，３４……接点、２０……排気ガス温度
スイツチ、２３，３３……設定器、２４……プラ
ント熱効率特性曲線、３０……蒸気噴射止め弁の
開度指令信号、３１……蒸気噴射止め弁の弁開
度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コンバインドサイクル発電プラントの燃焼器
   への噴射蒸気量を制御する燃焼器噴射蒸気制御装
   置において、噴射蒸気量制御弁の制御回路中に、
   ガスタービンの排気ガス温度スイツチによつて作
   動され、上記噴射蒸気量制御弁の弁開度を設定す
   る設定器を連接し、上記ガスタービンの排気ガス
   温度が所定値以下に減少したとき、上記噴射蒸気
   量制御弁の弁開度を上記設定器の設定信号によつ
   て制御するようにしたことを特徴とする、燃焼器
   噴射蒸気制御装置。 ２ 噴射蒸気流量と燃料流量の関数発生器からの
   信号と蒸気タービンの入口蒸気流量信号との加算
   器、および噴射蒸気量制御弁の開度を制御するス
   テツピングモータとの間に、ガスタービンの排気
   ガス温度スイツチによつて接続或はしや断される
   接点を介して設定器が連接されていることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項記載の燃焼器噴射
   蒸気制御装置。 ３ 加算器とステツピングモータとの間には、ガ
   スタービンの排気ガス温度が所定値以下になつた
   とき開らかれる接点が設けられていることを特徴
   とする、特許請求の範囲第２項記載の燃焼器噴射
   蒸気制御装置。 ４ 噴射蒸気量制御弁は蒸気噴射加減弁であるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項乃至第３
   項のいずれかに記載の燃焼器噴射蒸気制御装置。 ５ 噴射蒸気止め弁を全閉とする設定信号を、排
   気ガス温度スイツチにて作動する接点を介して、
   噴射蒸気止め弁開度信号に加える加算器を設けた
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の
   燃焼器噴射蒸気制御装置。