JPH0240844B2 - Konbaindopuranto - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ガスタービン、及び該ガスタービン
の排熱を回収する為の蒸気発生装置、並びに蒸気
タービンを設けたコンバインドプラントに関する
ものである。

〔発明の背景〕

ガスタービン、発電機及び蒸気タービンが１軸
に結合されたコンバインドプラントにおいては、
蒸気タービンとガスタービンが同時に起動・昇速
できるために、多軸形コンバインドプラントすな
わち蒸気タービンとガスタービンが別軸となつて
いるコンバインドプラントに比較して、蒸気ター
ビンとガスタービンが同時に昇速出来る分だけ起
動時間を短縮出来る長所があり運用面で優れてい
る。

しかし、その反面蒸気タービンへの通気は、ガ
スタービンをまず昇速してガスタービン排ガスを
発生させ、その排ガスを排熱回収ボイラへ導きこ
のガスを熱源として蒸気を発生させるまでは出来
ない。その結果、蒸気タービンに通気するまでの
間は、蒸気タービンはガスタービンにより駆動さ
れ高速で空転し風損により加熱される。特に低圧
最終段付近が著しく加熱される。低圧最終段及び
その付近の段落は、タービン翼長が大きいためそ
の翼付根の応力が大きく、加熱により温度が著し
く上昇することは材料強度の低下を招くため好ま
しくない。

さらに、このコンバインドプラントを構成して
いる蒸気タービンが、その排気の圧力、熱エネル
ギーを利用するため、該排気を復水器に放出せず
に他に機器へ供給する形式の蒸気タービン（以
下、排圧タービンという）である場合には蒸気タ
ービン出口に復水器が設置されていないため、蒸
気タービン出口圧力は真空にはならず例えば10
Kg／cm²・Ｇ程度の圧力となる。この様な蒸気ター
ビンが空転した場合、蒸気タービンが圧縮機の様
な働きをするため、蒸気タービンの入口側高圧段
付近は低圧、出口側低圧段付近は高圧となる。こ
の時、高圧となつた蒸気タービン出口側低圧段は
風損による過熱が顕著に現われる。

１軸コンバインドプラントにおける蒸気タービ
ンの風損による過熱防止方法として、例えば特開
昭58−117306号公報に示される様に、蒸気発生器
より蒸気が発生するまでは、補助蒸気を蒸気ター
ビンに入れ冷却する方法が知られている。

しかし、この発明は、冷却用の補助蒸気が復水
器に回収されるシステムであり、蒸気タービンが
排圧タービンの場合には、冷却用の補助蒸気を回
収する装置がないため、この方法を使用する事は
不可能である。

排圧タービン出口に大気放出弁を設置し、排圧
タービンを通過した冷却用蒸気を大気放出弁から
大気に放出する方法によれば冷却可能である。し
かし、多量のを通常運転時に大気へ放出する事
は、安全上も経済上も好ましくない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ガスタービン、発電機及び蒸
気タービンが１軸に結合されたコンバインドプラ
ントにおいて、ガスタービン起動時の昇速の際、
及び蒸気発生器を暖機するための無負荷運転の際
に発生する蒸気タービンの風損による過熱を防止
することを可能にしたコンバインドプラントを提
供することにある。

〔発明の概要〕 上記の目的を達成するために創作した本発明の
コンバインドプラントについて、先ず、その基本
的原理を略述する。

前述の如く、蒸気タービンが起動、暖機無負荷
時に風損で発熱するのは、該蒸気タービンがガス
タービンで駆動される事により、蒸気タービン内
部の気体（空気及び蒸気）がタービン入口から出
口側へ移動し最終段付近は徐々に高圧高温になる
からであつて、この気体を全て抽出して冷却した
後蒸気タービン入口に戻せば、蒸気タービンの最
終段付近が高圧高温になる事はない。

上述の原理に基づいて前記の目的（過熱防止）
を達成するため、本発明のコンバインドプラント
は、ガスタービンの排ガスを熱源とする蒸気発生
器と、該蒸気発生器を蒸気源とする蒸気タービン
とを備え、かつ、前記ガスタービンと蒸気タービ
ンとを１軸に連結したコンバインド原動機プラン
トにおいて、前記の蒸気タービンに蒸気を供給す
る管路と、同蒸気タービンの排気口とを連通する
管路を設けて、当該蒸気原動機プラントの起動運
転時及び無負荷運転時に蒸気タービンが空転する
際、前記の連通管路を介して蒸気タービン排気を
蒸気タービン給気側に還流循環せめて該蒸気ター
ビンの過熱を防止し得るように構成したことを特
徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の一実施例を第１図について説明
する。本第１図は本発明のコンバインドプラント
の一実施例における蒸気、制御系統図である。

圧縮機３、ガスタービン５、発電機６及び蒸気
タービン７は１軸に結合されており、空気取入口
１より流入した空気はサイレンサ２を通り圧縮機
３で圧縮され、燃焼器４で燃料と混合して燃焼し
て高温高圧ガスとなりガスタービン５に流入す
る。そして、ガスタービン５で仕事をした燃焼ガ
スは、排気サイレンサー８、排気ダクト９を通り
蒸気発生器１０へ高温の状態で流入し、蒸気発生
器１０において熱交換を行ない蒸気Ｓを発生させ
る。

蒸気発生器１０で発生した蒸気Ｓは、主蒸気配
管２０を通じて蒸気止め弁１５及び蒸気加減弁１
４を通り蒸気タービン７に流入する。蒸気タービ
ン７は排圧タービンであつて、該タービンの排気
口から流出した蒸気が持つている圧力及び熱エネ
ルギーを利用する為、該流出蒸気はプラント蒸気
供給管路１８により下流側プラントへ供給され
る。

上記のプラント蒸気供給管路１８の途中に逆止
弁１６を設け、該逆止弁１６の上流側から蒸気戻
り管１９に分岐させる。

上記の蒸気戻り管１９は、熱交換器１１を経
て、逆止弁１７を直列に介して主蒸気管路２０に
接続する。

上記の熱交換器１１には冷却水供給管路２１お
よび冷却水戻り配管２２が接続されていて、戻り
管路１９を通過した蒸気に対して冷却器として作
用する。

前記の冷却水供給管２１には温度調節弁１３が
設けられていて、この弁の開閉によつて熱交換器
１１の冷却機能が加減される。

蒸気タービン７の排気口近傍にサーモカツプル
１２が設けられていて、このサーモカツプル１２
による温度検出信号によつて前記の温度調節弁１
３が自動的に開閉制御される。

コンバインドプラント起動・昇速時は、まず、
クランキングモータ２３により１軸に結合された
圧縮機３、ガスタービン５、発電機６及び蒸気タ
ービン７が駆動され、燃焼器４において燃料が着
火した後ガスタービン５が昇速し、同時に圧縮機
３、発電機６及び蒸気タービン７も昇速する。そ
して、ガスタービン５の回転数は蒸気発生器１０
の暖機のため中間回転数で保守された後定格回転
数まで昇速される。さらに、ガスタービン５の負
荷を取り始めると、該ガスタービン５からの燃焼
ガスはさらに高温となつて蒸気発生器１０へ送ら
れる。このため蒸気発生器１０からは高温高圧蒸
気が発生し、蒸気タービン７へ送られる。

このコンバインドプラントが起動してから主蒸
気が発生するまでのかなり長い間、蒸気タービン
７はガスタービン５により駆動され空転する。こ
の時、蒸気タービン７は圧縮機の様な働きをする
ため、主蒸気管路２０及び蒸気タービン７内の気
体（蒸気又は空気）を下流へ送風し、蒸気タービ
ン７出口は同入口に比して多少高圧となる。

蒸気タービン７により送風される気体は、プラ
ント蒸気供給管路１８、戻り管路１９を通り、熱
交換器１１に送られて適度に冷却され、主蒸気配
管２０を通つて蒸気タービン７に戻される。この
時、蒸気タービン７の排気側に設けたサーモカツ
プル１２で蒸気タービン７の最終段付近の蒸気温
度を計測し、その温度信号を冷却水供給配管２１
上に設置した温度調節弁１３に入力し、同弁の開
度を操作する事により適当な蒸気温度に制御され
る。

第２図、第３図、及び第４図は、共通目盛の時
間軸をＸ軸とする１組の図表である。

第２図は本例のコンバインドプラントの起動時
におけるガスタービン回転数カーブａ、ガスター
ビン負荷カーブｂ、及び蒸気タービン負荷カーブ
ｃを示している。

第３図は本例の起動時における蒸気タービンの
蒸気流量カーブｄを示している。

第４図は本例の起動時における蒸気タービン入
口温度カーブｅと、同じく蒸気タービン出口温度
カーブｆとを示し、かつ、比較対照のために従来
技術における蒸気タービン出口温度カーブｇを併
記してある。

基準時点t₀において、第２図に示すカーブａの
如くガスタービンが回転し始める。

そして、時点t₁で第２図に示すカーブｂの如く
ガスタービン負荷が掛かり始める。即ち該ガスタ
ービンによつて、発電機６（第１図）を作動させ
始める。

これとともに、該ガスタービンの排熱を回収し
て蒸気が作られ、時点t₂で第２図に示すカーブｃ
の如く蒸気タービンの負荷が立ち上げられる。

第３図に示すごとく、蒸気流量カーブｄの立ち
上がりは前記の時点t₁，t₂の中間である。

第１図に示した本発明のコンバインドプラント
において、比較実験のため開閉弁２５（仮想線で
示す）を閉じ、蒸気タービン７の排気の還流循環
を停止して起動操作を行つたところ、蒸気タービ
ン７の出口温度はカーブｇ（第４図）の如く急激
に上昇し、時点t₃で蒸気流量カーブｄが立ち上が
ると出口温度カーブｇの上昇が緩やかになり、蒸
気流量カーブｄが増加するにつれて出口温度カー
ブｇが下降し、安定する。

従来技術における起動操作の際は、前記の蒸気
タービン出口温度カーブｇが示しているように、
一時的ながらオーバーヒート現象を呈し、高温に
よる材料強度の低下によつて危険を招く、また、
通気に伴つて急激に温度降下することも熱歪、熱
応力を発生させて危険を招く。

前記の開閉弁２５を開いて、蒸気タービン７の
排気を熱交換器１１で冷却しつつ還流循環させて
起動操作を行うと、カーブｆ（第４図）の如く蒸
気タービン出口温度がほぼ一定の低い値を示し、
過熱する虞れが無いことを表わしている。

また、蒸気タービン入口温度ｅ及び蒸気タービ
ン出口温度カーブｆは、第４図に示す如く徐々に
上昇して高温となるため蒸気タービン７及び蒸気
加減弁１４の暖機が可能である。

以上は本実施例における起動、昇速時の風損に
よるオーバーヒート防止について説明したが、蒸
気発生器を暖機するための無負荷運転に際しても
同様の風損発熱防止の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明を適用するとコン
バインドプラントの起動時の昇速の際、および蒸
気発生器を暖機するための無負荷運転の際、蒸気
タービンの風損によつて該蒸気タービンが過熱す
る虞れが無いという優れた実用的効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のコンバインドプラントの一実
施例における蒸気、制御系統図である。第２図乃
至第４図は、互いに共通の時間軸をＸ軸上に取つ
た１組の図表で、上記実施例の起動操作における
本発明の効果を説明するために示したものであ
る。 １……空気取入口、２……サイレンサ、３……
圧縮機、４……燃焼器、５……ガスタービン、６
……発電機、７……蒸気タービン、８……排気サ
イレンサ、９……排気ダクト、１０……蒸気発生
器、１１……熱交換器、１２……サーモカツプ
ル、１３……温度調節弁、１４……蒸気加減弁、
１５……蒸気止め弁、１６……逆止弁、１７……
逆止弁、１８……プラント蒸気供給配管、１９…
…戻り配管、２０……主蒸気配管、２１……冷却
水供給配管、２２……冷却水戻り配管、２３……
クランキングモータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンの排ガスを熱源とする蒸気発生
   器と、該蒸気発生器を蒸気源とする蒸気タービン
   とを備え、かつ、前記ガスタービンと蒸気タービ
   ンとを１軸に連結したコンバインド原動機プラン
   トにおいて、前記の蒸気タービンに蒸気を供給す
   る管路と、同蒸気タービンの排気口とを連通する
   管路を設けて、当該蒸気原動機プラントの起動運
   転時及び無負荷運転時に蒸気タービンが空転する
   際、前記の連通管路を介して蒸気タービン排気を
   蒸気タービン給気側に還流循環せしめて該蒸気タ
   ービンの過熱を防止し得るように構成したことを
   特徴とするコンバインドプラント。 ２ 前記の連通管路は、冷却水との熱交換による
   温度調節器を設けたものとしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のコンバインドプラ
   ント。 ３ 前記の連通管路は逆止弁を設けたものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   コンバインドプラント。