JPH06185310A - 再熱式蒸気‐ガス複合サイクル発電プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蒸気タービン側或はガスタービン側のいずれ
から起動しても安全に起動でき、起動トルクを低減し得
るようにした。 【構成】 ガスタービン４、空気圧縮機１、及びガスタ
ービン４の排ガスによって発生された蒸気によって作動
する蒸気タービン２０，２１、並びに発電機５を一軸に
連結した再熱式蒸気‐ガス複合サイクル発電プラントに
おいて、高圧タービン２０と復水器１６とを復水器連絡
弁３２を有する復水器連絡管３３によって接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンと蒸気タ
ービン並びに発電機を一軸に連結した再熱式蒸気‐ガス
複合サイクル発電プラントに係わり、特にプラント起動
時における安全性及び経済性を具備したプラントに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図６は代表的な蒸気‐ガス複合サイクル
発電プラントの系統を示す図であって、空気圧縮機１で
加圧された多量の空気が燃焼器２に供給され、そこで燃
料調整弁３を介して供給された燃料の燃焼が行なわれ
る。この燃焼器２で発生した高温ガスはガスタービン４
に導入されて動力を発生し発電機５を駆動するととも
に、仕事を行なったガスはガスタービン排ガスとして排
熱回収ボイラ６に導入され蒸気を発生させる。

【０００３】上記排熱回収ボイラ６は、給水を加熱して
主蒸気を発生させる装置であり、給水ポンプ７によって
昇圧された給水は上記排熱回収ボイラ６のエコノマイザ
８で予熱された後、ドラム９、管寄１０及び伝熱管１１
からなる加熱器１２で加熱され、そこで発生した蒸気が
加熱器１３を経て主蒸気として蒸気タービン１４に供給
され、そこで仕事を行ない発電機１５を駆動し、蒸気タ
ービン１４で仕事を行なった蒸気は復水器１６で復水さ
れる。なお、図中符号１７は循環水ポンプ、１８は復水
器で分離する不具合ガスを抽出する真空ポンプ、１９は
蒸気加減弁である。

【０００４】このような従来の代表的な蒸気‐ガス複合
サイクル発電プラントにおいては、ガスタービンの入口
ガス温度から排熱ボイラ６は非再熱式としてあり、ガス
タービン起動前または蒸気タービン起動前に先行して復
水器の真空上昇をしておけば、蒸気ービンは排気口で復
水器に連結しているため、その内部は自ずと真空状態と
なり、特にタービン動翼による攪拌で内部が極度に加熱
することは考慮する必要はなかった。また、ガスタービ
ンと蒸気タービンを別の発電設備とすることにより特に
蒸気タービンの加熱を考慮する必要もなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年ガスタ
ービンの高温材料の開発と設計技術の高度化によりガス
タービンの進歩は著しく、これがガスタービン入口ガス
温度を高めて高効率化を図るとともに大容量化を促進し
ている。

【０００６】このガスタービンの入口温度の高温化は熱
サイクルの特性として必然的に排ガス温度も上昇するた
め、排熱回収ボイラを従来の非再熱式から再熱式に変更
することにより、蒸気‐ガス複合サイクル発電プラント
のより高効率化を図ることができる。

【０００７】また、発電機の共通化による経済性の追
及、機器配置面でのコンパクト化、運用性の追及等によ
り、近年では蒸気タービンとガスタービン及び発電機を
一軸に連結したパワートレイン系の蒸気‐ガス複合サイ
クル発電プラントが注目されている。

【０００８】このように排熱ボイラを再熱式とした場合
においては、蒸気タービンも非再熱部である高圧タービ
ンと再熱部である低圧タービンに分けられ、その間にイ
ンターセプト弁を配置して負荷制御と発電機の負荷しゃ
断における加速を防止することとなる。

【０００９】ところで、上述のようにインターセプト弁
を有する高圧タービンと低圧タービンにより構成された
蒸気タービンをガスタービン及び発電機と一軸に連結し
たパワートレイン系の蒸気ガス複合サイクル発電プラン
トの起動方法としては、次の２つと考えられる。

【００１０】第一の方法としては、起動用ボイラを別個
に設ける等して系統外部より補助蒸気の供給を受けて蒸
気タービン側を先行して起動し、一軸に連結されている
ガスタービンの空気圧縮機を或回転数まで昇速してガス
タービン内部の気体を置換し、次いでガスタービンの燃
焼器を点火してパワートレイン系の起動を行なう方法で
ある。

【００１１】この場合、系統外部の起動用ボイラ又は他
ユニットから蒸気の供給を受けるとき等には、一般に蒸
気圧力及び温度が低いこと、さらにガスタービンの起動
前及び起動直後においては排熱回収ボイラに高温の排ガ
スが導入されていないために蒸気が発生しておらず、し
たがって蒸気タービンは低圧タービンにより起動するこ
とが有利となる。

【００１２】一方、第二の方法としては、起動モータの
設置により、まずガスタービン側を先行して起動し、高
温のガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに導入して蒸
気を発生させ、その蒸気が蒸気タービンが許容する蒸気
条件となったら通気してパワートレイン系を起動する方
法である。

【００１３】ところが上記２つの起動法においては、起
動当初はいずれも蒸気タービンがリセット前で加熱弁及
びインターセプト弁は閉鎖しているため、高圧タービン
内部に蒸気が流れておらず、このような状態で回転上昇
を行なうと、高圧タービンは内部に滞留している蒸気を
動翼やロータ等の回転体が攪拌するため加熱してしま
い、特にタービンが大容量化して動翼が長くなる程加熱
し易くなる。その結果高圧タービンの回転部の強度不足
を引起すか、または回転部と静止部とが接触して損傷す
る等の不具合を引き起す可能性が高くなる。さらに攪拌
による風損の発生が増加し起動トルクが増大する等の問
題がある。

【００１４】本発明はこのような点に鑑み、インターセ
プト弁を有する再熱式蒸気タービンとガスタービンとが
一軸に連結されたパワートレイン系の蒸気‐ガス複合サ
イクル発電プラントの起動において、蒸気タービン側或
はガスタービン側のいずれから起動しても、安全に起動
でき、起動トルクを低減してガスタービン用の起動モー
タの設置の省略または容量を小さくでき、さらに蒸気タ
ービン起動における系統外からの補助蒸気の供給量を節
減することができるプラントを得ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ガスター
ビン、空気圧縮機、及びそのガスタービンの排ガスによ
って発生された蒸気によって作動する蒸気タービン、並
びに発電機を一軸に連結した再熱式蒸気‐ガス複合サイ
クル発電プラントにおいて、高圧タービンと復水器とを
復水器連絡弁を有する復水器連絡管によって接続したこ
とを特徴とする。

【００１６】また、第２の発明は、高圧タービンに主蒸
気を供給する主蒸気管と復水器とを、起動バイパス弁を
有する起動バイパス管によって接続したことを特徴とす
る。

【００１７】

【作用】系統外部からの蒸気の供給により再熱式蒸気タ
ービンのインターセプト弁下流側の低圧タービンによっ
て先行的に起動し、ガスタービン内部の気体を空気圧縮
機からの空気により充分置換した後ガスタービン燃焼器
の点火を行なう場合、或はガスタービン側を先行して起
動する場合には、復水器連絡弁を開いて高圧タービンを
復水器に連通させ、高圧タービンを予め真空状態とす
る。しかして、起動時にタービンが風損により加熱する
ことが抑制され、パワートレイン系の起動トルクが低減
され、系統外部からの蒸気の供給の節減、或はガスター
ビン用の起動モータの容量の低減化を図ることができ
る。

【００１８】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。

【００１９】図１は、本発明のガスタービンと蒸気ター
ビン及び発電機を一軸に連結してパワートレイン系を構
成した蒸気‐ガス複合サイクル発電プラントの概略系統
を示す図であり、蒸気タービンが高圧タービン２０と低
圧タービン２１によって構成され、その高圧タービン２
０及び低圧タービン２１は空気圧縮機１、ガスタービン
４及び発電機５とともに同一軸に連結されている。

【００２０】また、排熱回収ボイラ６にはエコノマイザ
８、加熱器１２、過熱器１３のほかに再熱器２２が設け
られており、高圧タービン２０で仕事を行なった蒸気が
逆止弁２３及び低温再熱蒸気管２４を経て上記再熱器２
２に供給され、そこで再熱された後高温再熱蒸気管２５
及びインターセプト弁２６を通って低圧タービン２１に
供給されるよう構成されている。

【００２１】一方、過熱器１３で加熱された蒸気を高圧
タービン２０に導入する主蒸気管２７は高圧タービンバ
イパス弁２８を介して蒸気低温再熱蒸気管２４に接続さ
れており、また高温再熱蒸気管２５は低圧タービンバイ
パス弁２９を介して復水器１６に接続され、排熱回収ボ
イラの起動に際し、蒸気タービン側が要求する通気の蒸
気条件となるまで蒸気タービンをバイパスして復水器に
回収するようにしてある。

【００２２】上記高温再熱蒸気管２５には、起動用ボイ
ラ３０が補助蒸気供給弁３１を介して接続されており、
また高圧タービン２０と前記逆止弁２３との間の低温再
熱蒸気管２４には、復水器連絡弁３２を有する復水器連
絡管３３の一端が接続され、その復水器連絡管３３の他
端が復水器１６に接続されている。

【００２３】ところで、ガスタービン４の軸端には回転
数・負荷検出器３４が装着されており、その回転数・負
荷検出器３４で検出された回転数・負荷信号がタービン
加熱防止装置３５に入力されている。このタービン加熱
防止装置３５には、高圧タービン２０に設けられた温度
検出器３６からの温度信号、蒸気加減弁１９、インター
セプト弁２７、高圧タービンバイパス弁２８、低圧ター
ビンバイパス弁２９の弁開度信号も入力されており、そ
れらの信号に対応して復水器連絡弁３２の開度制御が行
なわれる。

【００２４】しかして、上述の如きプラントの起動に際
しては、蒸気加減弁１９、高圧タービンバイパス弁２８
及び低圧タービンバイパス２９を全閉した状態におい
て、起動用ボイラ３０から起動用の補助蒸気を高温再熱
蒸気管２５に供給すると、この補助蒸気がインターセプ
ト弁２６を介して低圧タービン２１に導入され、低圧タ
ービン２１が起動される。

【００２５】この場合、高圧タービン２０の内部には駆
動蒸気は流れていないが、グランドシール蒸気等が滞留
しているため、ロータ及び動翼等の攪拌によって内部が
加熱してしまう可能性がある。一方ガスタービンは蒸気
タービンと同一軸で連結されているため同一の回転数と
なるが、空気圧縮機からの空気の供給により加熱するこ
とはない。

【００２６】ところで、高圧タービンの加熱を防止する
ためには、冷却蒸気を供給することも有効であるが、高
圧蒸気の供給源が必要であるとともに起動前で冷えてい
る排熱回収ボイラの再熱器及び再熱管等のメタルによっ
て熱が吸収されて、蒸気の殆どがドレン化してしまうた
め、多量の蒸気の供給が必要となる。

【００２７】そこで、本実施例においては、上記低圧タ
ービン２１の起動時に復水器連絡弁３２が開操作され
る。したがって、高圧タービン２０が復水器１６に連通
され、高圧タービン２０内が真空状態に保持され、高圧
タービン２０のロータ及び動翼等の攪拌による加熱の発
生が抑制される。

【００２８】このようにして低圧タービン２１の起動に
よってガスタービン側も起動されて排熱回収ボイラ６か
ら蒸気が発生するようになると、高圧タービンバイパス
弁２８及び低圧タービンバイパス弁２９が開かれ、蒸気
タービン側が要求する通気の蒸気条件となるまでは発生
した蒸気は蒸気タービンをバイパスして復水器１６に回
収される。

【００２９】そして、その後蒸気が蒸気タービン側が要
求する通気の蒸気条件となった時点で、蒸気加減弁１９
が開かれるとともに両タービンバイパス弁２８，２９及
び復水器連絡弁３２が閉塞され、高圧タービン２０に主
蒸気が供給されるようになる。

【００３０】高圧タービンと復水器と連絡する系統は、
蒸気タービンの冷機起動に伴って発生する凝縮ドレン抜
きと兼用することも可能であるし、さらに高圧タービン
側の取出しは高圧タービン自身または抽気管からとして
も、また低温再熱蒸気管に設置されている逆止弁２３の
上流側や高圧タービン排気管とすることも可能である。
さらに主蒸気リード管等から取出してもよい。

【００３１】また、起動用ボイラに変えて他プラントか
らの補助蒸気の供給を受けてもよい。また、この起動補
助蒸気の接続先はインターセプト弁下流側であっても、
低圧タービン抽気管または低圧タービン抽気孔であって
もよい。なお、ここでいう低圧タービンとはインターセ
プト弁下流側のタービン全体を指し、中圧部及び低圧部
から構成される場合も含まれる。

【００３２】一方、ガスタービン側を起動し、次いで排
熱回収ボイラから蒸気が発生したら蒸気タービン側を起
動するようにしたプラントにおいては、ガスタービン側
に普通専用の起動モータが設けられることが多い。

【００３３】図２は、上述のように先ずガスタービン側
から起動するようにしたプラントの概略系統図であっ
て、第１実施例における起動用ボイラ３０及び補助蒸気
供給弁３１等の系統外の起動用の補助蒸気供給設備を省
略して、ガスタービン４等の軸にガスタービン起動用の
起動モータ４０が設けられている。

【００３４】しかして、ガスタービン側を最初に起動す
る場合には、上記起動モータ４０により或回転数まで昇
速してガスタービン内部の不安全な気体を空気で置換す
る。充分置換されたらガスタービンの燃焼器に燃料を供
給してバーナの点火を行ない、徐々に回転数を上げ定格
出力までもって行く。これらガスタービン起動の一連の
操作において、蒸気タービン並びに発電機は一軸に連結
されたパワートレイン系を構成しているため回転数は同
一で追従することになる。そこでガスタービンが点火さ
れて以後、回転上昇並びに負荷上昇とともに徐々に排ガ
スが増加し、さらに高温化して排熱回収ボイラ６で蒸気
を発生することになる。勿論ガスタービン起動前の操作
として蒸気タービン側はグランド部を蒸気シールすると
ともに復水器の真空上昇を完了し、さらに排熱回収ボイ
ラにも給水を送って水張操作を完了しておくことは必要
となる。

【００３５】このようなガスタービン４の起動前操作完
了状態からガスタービンを起動して徐々に昇速していく
過程において、高圧タービン２０及び低圧タービン２１
は起動していないためリセットされておらず、蒸気加減
弁１９及びインターセプト弁２６は全閉している。した
がって、高圧タービンには蒸気の供給がなく内部はグラ
ンドシール蒸気等が充満しており、ガスタービン４に同
調して回転数が上昇すると風損により加熱してしまう。

【００３６】そこで、本実施例においても、復水器真空
上昇中に、復水器連絡弁３２を開けておく。しかして、
高圧タービン２０内も復水器１６に連通することにより
真空状態になり、第１実施例と同様に加熱の発生が抑制
されるとともに起動トルクが抑制される。

【００３７】図３は本発明の他の実施例を示す出であ
り、図１に示す実施例に対して排熱回収ボイラ６起動用
の高圧及び低圧の２系統のタービンバイパス弁２８，２
９が省略され、主蒸気管２７に復水器１６に直接接続さ
れる起動バイパス管４１が接続され、その起動バイパス
管４１に起動バイパス弁４２が設けられている。

【００３８】しかして、蒸気タービン起動前で蒸気加減
弁１９及びインターセプト弁２６が全閉となっている場
合でも、プラント統括制御装置等の計算機側や蒸気ター
ビン制御装置側より、前記起動バイパス弁４２及びイン
ターセプト弁２６を開くことによって、高圧タービン２
０及び低圧タービン２１を復水器真空状態にしてガスタ
ービン４を起動し、蒸気タービンが起動した或段階で通
常の蒸気タービンの制御に戻すことができる。この場合
も、ガスタービンに起動モータを設置しても、また系統
外部より蒸気タービン起動用蒸気の供給を受けてもよ
い。

【００３９】図４の（ａ）は低圧タービンによる起動を
行なう場合の操作要領図で、（ｂ）はガスタービンによ
る起動を行なう場合の操作要領図である。また図５
（ａ）は起動トルクの変化図、同（ｂ）は高圧タービン
内部流体温度の変化図である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は高圧ター
ビンと復水器とを復水器連絡弁を有する復水器連絡管に
よって接続し、或は主蒸気管と復水器とを起動バイパス
弁を有する起動バイパス管によって接続したので、ガス
タービン側を先行して昇速してパワートレインを起動し
た場合においても、また蒸気タービン側を系統外部から
の起動用蒸気の供給で先行して昇速してパワートレイン
を起動した場合のいずれにおいても、系統が簡素で大幅
な設備の増加を伴わずに蒸気タービンの加熱を抑制で
き、安全で高い信頼性を有するプラント起動が可能とな
る。

【００４１】さらに、ガスタービン側を先行してパワー
トレインを起動する場合においては、蒸気タービンの高
圧及び低圧部内部が真空状態であるため、動翼による風
損が殆どなくパワートレイン全体の起動における駆動動
力が少なくてすむことから、ガスタービン起動モータの
容量を小さくすることができる。他方、低圧タービンに
より蒸気タービン側を先行してパワートレインを起動す
る場合においても同様で、パワートレイン全体の起動に
おける駆動動力が少なくガスタービン起動モータの容量
を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の再熱式蒸気‐ガス複合サイクル発電プ
ラントの一実施例を示す系統図。

【図２】本発明の発電プラントの他の実施例を示す系統
図。

【図３】本発明のさらに他の実施例を示す系統図。

【図４】（ａ），（ｂ）はそれぞれ蒸気‐ガス複合サイ
クル発電プラントの操作要領図。

【図５】（ａ）は起動トルクの変化図、（ｂ）は高圧タ
ービン内部流体温度の変化図。

【図６】従来の蒸気‐ガス複合サイクル発電プラントの
系統図。

【符号の説明】

１ 空気圧縮機 ２ 燃焼器 ３ 燃料調整弁 ４ ガスタービン ５ 発電機 ６ 排熱回収ボイラ １３ 過熱器 １６ 復水器 １９ 蒸気加減弁 ２０ 高圧タービン ２１ 低圧タービン ２２ 再熱器 ２４ 低温再熱蒸気管 ２５ 高温再熱蒸気管 ２６ インターセプト弁 ３０ 起動用ボイラ ３２ 復水器連絡弁 ４０ 起動モータ ４１ 起動バイパス管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービン、空気圧縮機、及びそのガス
   タービンの排ガスによって発生された蒸気によって作動
   する蒸気タービン、並びに発電機を一軸に連結した再熱
   式蒸気‐ガス複合サイクル発電プラントにおいて、高圧
   タービンと復水器とを復水器連絡弁を有する復水器連絡
   管によって接続したことを特徴とする再熱式蒸気‐ガス
   複合サイクル発電プラント。
2. 【請求項２】高圧タービンに主蒸気を供給する主蒸気管
   と復水器とを、起動バイパス弁を有する起動バイパス管
   によって接続したことを特徴とする、請求項１記載の再
   熱式蒸気‐ガス複合サイクル発電プラント。