JPH07109905A - 複合発電プラントの蒸気温度制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スプレー水の注入によらず、部分負荷運転時
に蒸気温度を定格点と同一の一定値に制御し得る複合発
電プラントの蒸気温度制御技術を提供すること。 【構成】 蒸気使用設備３０，３２の要求負荷に対応す
る蒸気側受熱エネルギーの設定値８９と、排熱回収ボイ
ラ１１の蒸気温度Ｔｓの検出値から演算された実蒸気受
熱量の偏差を演算し、この偏差を解消しかつ定格点から
部分負荷まで燃焼温度Ｔｅｘｈおよび蒸気温度Ｔｓを一
定とするという制限条件を満足する燃料流量と圧縮機通
過空気流量の少なくとも一つを演算し、その演算値に従
ってガスタービン１の燃料流量調節弁６の開度と圧縮機
入口案内翼４の開度の少なくとも一つを制御するように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複合発電プラントの蒸
気温度制御方法およびその装置に係り、特に部分負荷時
のプラント効率の向上を図るために好適な複合発電プラ
ントの蒸気温度制御方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来の複合発電プラントの概要を
示す系統図である。

【０００３】この図２に示す従来の複合発電プラント
は、ガスタービン１と、発電機９と、排熱回収ボイラ１
１と、過熱蒸気使用設備３０と、再熱蒸気使用設備３２
とを配備している。

【０００４】前記ガスタービン１は、空気圧縮機３と、
燃焼器７と、膨張タービン８とを備えている。前記空気
圧縮機３は、圧縮機入口部空気連絡管２を介して空気供
給源（図示せず）に連絡されており、またガスタービン
圧縮機入口案内翼（ＩＧＶ）４を有している。前記燃焼
器７は、燃料流量調節弁６を有する燃料供給管５を介し
て燃料供給源（図示せず）に連絡されている。

【０００５】前記発電機９は、ガスタービン１の膨張タ
ービン８に、空気圧縮機３と同一軸上に連結されてい
る。

【０００６】前記排熱回収ボイラ１１は、排気ダクト１
０を介してガスタービン１の膨張タービン８の排気側に
連結されている。また、排熱回収ボイラ１１は過熱器１
２と、再熱器１３と、蒸発器１４と、ドラム１５と、節
炭器１６と、給水連絡管２０を介して節炭器１６に接続
された給水設備１９と、蒸気管２２を介して再熱器１３
に接続された低温蒸気供給設備２１と、過熱器１２に設
けられかつスプレー水連絡管２４を介して過熱蒸気温度
制御用スプレー水供給設備２３に連絡された過熱蒸気温
度減温器２５と、再熱器１３に設けられかつスプレー水
連絡管２７を介して再熱蒸気温度制御用スプレー水供給
設備２６に連絡された再熱蒸気温度減温器２８とを備え
ている。さらに、排熱回収ボイラ１１は排熱回収ボイラ
出口煙道１７を介して煙突１８に連通している。

【０００７】前記過熱蒸気使用設備３０は、蒸気管２９
を介して排熱回収ボイラ１１の過熱器１２に接続されて
いる。前記蒸気管２９には、過熱蒸気温度検出器３３が
設けられており、この過熱蒸気温度検出器３３は前記過
熱蒸気温度制御用スプレー水供給設備２３に接続されて
いる。

【０００８】前記再熱蒸気使用設備３２は、蒸気管３１
を介して排熱回収ボイラ１１の再熱器１３に接続されて
いる。前記蒸気管３１には、再熱蒸気温度検出器３４が
設けられており、この再熱蒸気温度検出器３４は前記再
熱蒸気制御用スプレー水供給設備２６に接続されてい
る。

【０００９】そして、この図２に示す従来の複合発電プ
ラントでは、前記過熱蒸気温度検出器３３により過熱蒸
気温度を検出し、その温度検出値を過熱蒸気温度制御用
スプレー水供給設備２３に送り込み、この温度検出値に
基づいて過熱蒸気温度制御用スプレー水供給設備２３か
らスプレー水連絡管２４を介して過熱蒸気温度減温器２
５にスプレー水を供給し、そのスプレー水を過熱蒸気に
対して注入し、過熱蒸気温度を一定に制御するようにし
ている。一方、前記再熱蒸気温度検出器３４により再熱
蒸気温度を検出し、その温度検出値を再熱蒸気温度制御
用スプレー水供給設備２６に送り込み、この温度検出値
に基づいて再熱蒸気温度制御用スプレー水供給設備２６
からスプレー水連絡管２７を介して再熱蒸気温度減温器
２８にスプレー水を供給し、そのスプレー水を再熱蒸気
に対して注入し、再熱蒸気温度を一定に制御するように
している。

【００１０】次に、図４は従来の一軸型複合発電プラン
トの概要を示す系統図である。

【００１１】この図４に示す従来の一軸型複合発電プラ
ントは、ガスタービン１と、蒸気タービン３５と、発電
機４２と、排熱回収ボイラ４４とを配備している。

【００１２】前記ガスタービン１は、前述の図２に示す
複合発電プラントのガスタービン１と同様である。

【００１３】前記蒸気タービン３５は、高圧蒸気タービ
ン３６と、中圧蒸気タービン３７と、低圧蒸気タービン
３８と、復水器３９と、低圧供給ポンプ４０と、グラン
ド蒸気復水器４１とを備えている。

【００１４】前記発電機４２は、ガスタービン１および
蒸気タービン３５と同一軸上に連結されている。

【００１５】前記排熱回収ボイラ４４は、排気ダクト４
３を介してガスタービン１の膨張タービン８の排気側に
連結されている。また、排熱回収ボイラ４４は給水管４
５を介して蒸気タービン３５のグランド蒸気復水器４１
に接続された低圧節炭器４６と、低圧ドラム４７と、低
圧ドラム降水管４８および低圧蒸気上昇管５０を介して
低圧ドラム４７に連結された低圧蒸発器４９と、蒸気管
５１を介して低圧ドラム４７に接続された低圧過熱器５
２と、節炭器循環ポンプ５３と、中圧給水ポンプ５４
と、給水管５５を介して中圧給水ポンプ５４に接続され
た中圧節炭器５６と、中圧ドラム５７と、中圧ドラム降
水管５８および中圧蒸気上昇管６０を介して中圧ドラム
５７に連結された中圧蒸発器５９と、蒸気管６１を介し
て中圧ドラム５７に接続された中圧過熱器６２と、再熱
器６３と、高圧給水ポンプ６４と、給水管６５を介して
高圧給水ポンプ６４に接続された高圧節炭器６６と、高
圧ドラム６７と、高圧ドラム降水管６８および高圧蒸気
上昇管７０を介して高圧ドラム６７に連結された高圧蒸
発器６９と、蒸気管７１を介して高圧ドラム６７に接続
された高圧過熱器７２と、再熱器６３に設けられかつス
プレー水管７３を介して中圧給水ポンプ５４に接続され
た再熱蒸気温度制御用減温器７４と、高圧過熱器７２に
設けられかつスプレー水管７５を介して高圧給水ポンプ
６４に接続された過熱蒸気温度制御用減温器７６と、排
煙脱硝装置７７とを備えている。さらに、排熱回収ボイ
ラ４４は排熱回収ボイラ出口煙道７８を介して煙突７９
に連通している。

【００１６】そして、前記蒸気タービン３５の高圧蒸気
タービン３６の入口部には、蒸気管８０を通じて排熱回
収ボイラ４４の高圧過熱器７２から高圧過熱蒸気が供給
され、その蒸気により高圧蒸気タービン３６が駆動され
る。また、蒸気タービン３５の中圧蒸気タービン３７の
入口部には、蒸気管８１を通じて排熱回収ボイラ４４の
再熱器６３から再熱蒸気が供給され、この蒸気により中
圧蒸気タービン３７が駆動される。さらに、蒸気タービ
ン３５の低圧蒸気タービン３８の入口部には、中圧蒸気
タービン３７で仕事をした蒸気と、蒸気管８２を通じて
排熱回収ボイラ４４の低圧過熱器５２からの過熱蒸気と
の混合蒸気が供給され、この蒸気により低圧蒸気タービ
ン３８が駆動される。また、前記高圧蒸気タービン３６
で仕事をした蒸気は、蒸気管８３を通じて排熱回収ボイ
ラ４４の中圧過熱器６２を出た蒸気と一緒に再熱器６３
に供給される。

【００１７】しかして、この図４に示す従来の一軸型複
合発電プラントでは、再熱蒸気温度制御用減温器７４に
中圧給水ポンプ５４およびスプレー水管７３を通じてス
プレー水を供給し、このスプレー水を再熱蒸気に対して
注入し、再熱蒸気温度を一定に制御する。一方、過熱蒸
気温度制御用減温器７６に高圧給水ポンプ６４およびス
プレー水管７５を通じてスプレー水を供給し、このスプ
レー水を過熱蒸気に対して注入し、過熱蒸気温度を一定
に制御するようにしている。

【００１８】ついで、図１２は近年のコンバインドサイ
クル用ガスタービンの排ガス温度および蒸気温度の部分
負荷時制御特性を示す図、図１３は従来のシンプルサイ
クル用ガスタービンとコンバインドサイクル用ガスター
ビンの燃焼温度，ガスタービン排ガス温度，圧縮機通過
空気流量および圧縮機入口案内翼開度の部分負荷時制御
特性を示す図、図１４は従来のコンバインドサイクル用
ガスタービンと近年のコンバインドサイクル用ガスター
ビンの燃焼温度，ガスタービン排ガス温度，圧縮機通過
空気流量および圧縮機入口案内翼開度の部分負荷時制御
特性を示す図、図１５は近年のコンバインドサイクル用
ガスタービンの燃焼温度，ガスタービン排ガス温度と圧
縮機吐出圧力の関係を示す図である。

【００１９】近年の複合発電プラントのガスタービン排
ガス温度部分負荷特性は、部分負荷時のプラント効率を
向上させるため、当該部分負荷まで燃焼温度Ｔｆを定格
（１００％負荷、以下同じ）点と同一にする。このた
め、当該部分負荷範囲内では燃焼用空気流量を絞り込ん
だ運転をしている。その燃焼用空気流量の絞り制御は、
空気圧縮機３の入口部に設置されている圧縮機入口案内
翼４によって行われている。

【００２０】また、前記燃焼温度Ｔｆは次の数１の関係
式により求めることができ、従来技術ではこの関係式に
より間接的に制御している。

【００２１】

【数１】Ｔｆ＝Ａ・ＰＣＤ＋Ｂ・Ｔｅｘｈ ただし、ＰＣＤ：圧縮機吐出圧力 Ｔｅｘｈ：ガスタービン排ガス温度 Ａ：圧縮機吐出圧力に係る制御係数 Ｂ：ガスタービン排ガス温度に係る制御係数 である。

【００２２】ここで、ガスタービン排ガス温度Ｔｅｘｈ
に着目すると、当該部分負荷まで燃焼温度Ｔｆを定格点
と同一に制御することにより、ガスタービン排ガス温度
Ｔｅｘｈは図１２に示すような部分負荷特性を呈する。

【００２３】ところで、ガスタービン１の下流側の制限
条件、つまり排気ダクト１０または４３や、排熱回収ボ
イラ１１または４４等の材料耐久力を考慮しないで、ガ
スタービン１の燃焼温度Ｔｆを定格点から当該部分負荷
まで一定に保持した場合を、図１２に破線で示す。一
方、ガスタービン１の下流側の制限条件を考慮した場
合、図１２に実線で示すような部分負荷特性となる。こ
れは、ガスタービン１の下流側の材料許容温度の制限に
よる。ちなみに、ガスタービン１の下流側の制限条件を
考慮した場合には、ガスタービン排ガス温度Ｔｅｘｈは
当該部分負荷範囲内で一定に制御される。

【００２４】前記ガスタービン１の下流側の制限条件を
考慮した部分負荷時排ガス温度特性に対して、蒸気温度
Ｔｓは排ガスエネルギーと、排熱回収ボイラ１１または
４４の伝熱特性によって決まる蒸気側受熱エネルギーと
の偏差により、規定温度を超える特性となる。そこで、
従来技術では図２および図４に示すごとく、排熱回収ボ
イラ１１または４４で発生する蒸気にスプレー水を注入
して減温し、蒸気温度Ｔｓを一定に制御するようにして
いた。

【００２５】なお、燃焼温度Ｔｆに着目すると、従来の
シンプルサイクル用ガスタービンおよび従来のコンバイ
ンドサイクル用ガスタービンの部分負荷特性は、図１３
に示すようになる。また、シンプルサイクル用ガスター
ビンの燃焼温度Ｔｆは、定格点から部分負荷になるに従
い低下していたのに対し、コンバインドサイクル用ガス
タービンの燃焼温度Ｔｆは、定格点から当該部分負荷ま
で、定格点の燃焼温度を保持しているのは、コンバイン
ドサイクル用として蒸気サイクルが、ガスタービンのボ
トミングサイクルとし有機的に複合化したため、膨張タ
ービン８の出口排ガス温度を上昇させ、蒸気サイクルで
有効に回収するためである。

【００２６】さらに、近年のコンバインドサイクル用ガ
スタービンは、図１４から分かるように、従来のコンバ
インドサイクル用ガスタービンと比較して、出力増大の
ために処理風量が増大し、かつ高効率化のために燃焼温
度Ｔｆも上昇している。

【００２７】一方、燃焼温度Ｔｆの上昇およびコンバイ
ンドサイクル化のためのガスタービン排ガス温度Ｔｅｘ
ｈの上昇が相乗し、部分負荷時は一層高いガスタービン
排ガス温度となっている。ガスタービン１の下流側に設
置されている排気ダクト１０または４３や、排熱回収ボ
イラ１１または４４の耐熱強度等の制限より、近年のコ
ンバインドサイクル用ガスタービンのガスタービン排ガ
ス温度Ｔｅｘｈは図１４に示すように、当該部分負荷範
囲内で一定に制御されている。

【００２８】蒸気サイクル系に着目すると、従来のコン
バインドサイクル用ガスタービンの部分負荷時、ガスタ
ービン排ガス温度特性は、図１２に示すようになり、排
ガスエネルギーの増大により蒸気サイクル系の蒸気温度
Ｔｓが上昇する傾向にある。したがって、従来技術では
前述のごとく、蒸気温度Ｔｓを一定に制御するために、
スプレー水を注入し、減温制御していた。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】前述のごとく、従来技
術では部分負荷運転時に蒸気温度Ｔｓを一定に制御する
ため、排熱回収ボイラで発生した蒸気にスプレー水を注
入し、蒸気を減温するようにしている。

【００３０】このため、スプレー水の蒸発潜熱分、蒸気
サイクルの熱効率が低下し、総じて部分負荷運転時のプ
ラント効率の低下を招く問題があり、蒸気温度Ｔｓを一
定に制御するためのスプレー水注入設備を装備すること
により制御が複雑化し、制御の信頼性が低下する問題も
あった。

【００３１】本発明の目的は、スプレー水の注入によら
ず、部分負荷運転時に蒸気温度を定格点と同一の一定値
に制御し得る複合発電プラントの蒸気温度制御方法を提
供することにある。

【００３２】本発明の他の目的は、前記制御方法を的確
に実施し得る複合発電プラントの蒸気温度制御装置を提
供することにある。

【００３３】

【課題を解決するための手段】前記目的は、蒸気使用設
備側の要求負荷に対応する蒸気側受熱エネルギーと、排
熱回収ボイラの過熱蒸気温度および再熱蒸気温度の検出
値から演算された実蒸気受熱量の偏差を演算し、この偏
差を解消しかつ定格点から部分負荷まで燃焼温度および
蒸気温度を一定とするという制限条件を満足する燃料流
量と圧縮機通過空気流量の少なくとも一つを演算し、そ
の演算値に従ってガスタービンの燃料流量調節弁の開度
と圧縮機入口案内翼の開度の少なくとも一つを制御する
ことにより、達成される。

【００３４】また、前記他の目的はガスタービン制御装
置と、ガスタービンの圧縮機吐出圧力を検出し、その検
出値をガスタービン制御装置に送り込む圧力検出器と、
ガスタービンから排熱回収ボイラに供給されるガスター
ビン排ガスの温度を検出し、その検出値をガスタービン
制御装置に送り込む温度検出器と、排熱回収ボイラで発
生した過熱蒸気の温度を検出し、その検出値をガスター
ビン制御装置に送り込む温度検出器と、同じく再熱蒸気
の温度を検出し、ガスタービン制御装置に送り込む温度
検出器とを設置するとともに、前記ガスタービン制御装
置に、蒸気使用設備側の要求負荷に対応する蒸気側受熱
エネルギーと、前記排熱回収ボイラの過熱蒸気および再
熱蒸気の温度検出器から送り込まれた蒸気温度により演
算された実蒸気受熱量の偏差を演算する機能と、前記演
算された偏差を解消し、かつ定格点から部分負荷まで燃
焼温度および蒸気温度を一定とするという制限条件を満
足する燃料流量と圧縮機通過空気流量の少なくとも一つ
を演算する機能と、前記演算された燃料流量と圧縮機通
過空気流量と、前記圧力検出器から送り込まれた圧縮機
吐出圧力の検出値と、前記温度検出器から送り込まれた
ガスタービン排ガス温度の検出値とにより、燃料流量と
圧縮機通過空気流量の少なくとも一つの制御量を演算す
る機能と、前記演算された制御量に従ってガスタービン
の燃料流量調節弁の制御部と圧縮機入口案内翼の制御部
の少なくとも一つに制御信号を送り込む機能とを付与し
たことにより、達成される。

【００３５】

【作用】本発明では、ガスタービン制御装置に蒸気使用
設備側の要求負荷に対応する蒸気側受熱エネルギーの設
定値を送り込む。

【００３６】一方、排熱回収ボイラに設置された温度検
出器により、排熱回収ボイラの過熱蒸気温度および再熱
蒸気温度を検出し、その検出値をガスタービン制御装置
に送り込む。前記ガスタービン制御装置では、前記蒸気
温度から実蒸気受熱量を演算する。

【００３７】ついで、ガスタービン制御装置により前記
蒸気側受熱エネルギーの設定値と実蒸気受熱量の偏差を
演算する。さらに、ガスタービン制御装置により、前記
偏差を解消しかつ定格点から部分負荷まで燃焼温度およ
び蒸気温度を一定とするという制限条件を満足する燃料
流量と圧縮機通過空気流量の少なくとも一つを演算す
る。

【００３８】また、ガスタービンに設置された圧力検出
器によりガスタービンの圧縮機吐出圧力を検出し、その
検出値をガスタービン制御装置に送り込み、ガスタービ
ンに設置された温度検出器によりガスタービン排ガス温
度を検出し、その検出値もガスタービン制御装置に送り
込む。ここで、ガスタービン制御装置ではこれら圧縮機
吐出圧力の検出値とガスタービン排ガス温度の検出値
と、前記燃料流量と圧縮機通過空気流量の演算値とによ
り、燃料流量と圧縮機通過空気流量の少なくとも一つの
制御量を演算する。そして、ガスタービン制御装置より
前記演算された制御量に従ってガスタービンの燃料流量
調節弁の制御部と圧縮機入口案内翼の制御部の少なくと
も一つに制御信号を送り込み、制御する。

【００３９】これにより、本発明によれば排熱回収ボイ
ラで発生した蒸気にスプレー水を注入して蒸気温度を減
温する必要がないので、スプレー水の蒸気潜熱分、プラ
ント効率を高めることができる。また、燃料温度を定格
点と同一に保持するという制限条件で、部分負荷時排ガ
ス温度特性となるよう、燃料流量と圧縮機通過空気流量
を制御することにより、燃料温度が定格点と同一の温度
領域を拡大することができるので、この点でもプラント
効率を向上させることができる。

【００４０】さらに、本発明によればスプレー水注入設
備を装備することによる制御の複雑化を解消することが
できる。

【００４１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。

【００４２】図１は複合発電プラントに適用した本発明
の一実施例を示す系統図、図５は同じく制御系統図、図
６，図７，図８および図９は関数Ｆ（ｘ）１，Ｆ（ｘ）
２，Ｆ（ｘ）３およびＦ（ｘ）４の説明図、図１０は排
熱回収ボイラの熱交換特性を示す図、図１１はこの実施
例を適用したプラントの蒸気温度，ガスタービン排ガス
温度の部分負荷時制御特性を示す図である。

【００４３】この図１に示す実施例において、前記図２
に示す従来の複合発電プラントと同じ部材には同じ符号
を付けて示し、これ以上の説明を省略する。

【００４４】ところで、これらの図に示す実施例では、
ガスタービン制御装置８４と、圧縮機吐出圧力を検出す
る圧力検出器８５と、ガスタービン排ガス温度を検出す
る温度検出器８６と、過熱蒸気の温度検出器８７と、再
熱蒸気の温度検出器８８と、要求ガスタービン負荷と実
ガスタービン負荷の比較器９３および比例，積分回路９
４とが設置されている。

【００４５】前記圧力検出器８５は、ガスタービン１の
圧縮機吐出圧力を検出し、その検出値をガスタービン制
御装置８４に送り込む。前記温度検出器８６は、ガスタ
ービン１の排ガス温度を検出し、その検出値をガスター
ビン制御装置８４に送り込む。

【００４６】前記温度検出器８７は、排熱回収ボイラ１
１で発生した過熱蒸気の温度を検出し、その検出値をガ
スタービン制御装置８４に送り込む。前記温度検出器８
８は、排熱回収ボイラ１１で発生した再熱蒸気の温度を
検出し、その検出値をガスタービン制御装置８４に送り
込むようになっている。

【００４７】前記比較器９３には、負荷設定器９１およ
び負荷制限回路９４を介して、蒸気使用設備側の要求負
荷９０が送り込まれるようになっている。この要求負荷
９０は、比例，積分回路９４を通じてガスタービン制御
装置８４に送り込まれる。なお、前記比較器９３には蒸
気使用設備側の実負荷がフィードバック信号として送り
込まれる。

【００４８】ところで、前記ガスタービン制御装置８４
に蒸気使用設備側の要求負荷９０が送り込まれて来る
と、ガスタービン制御装置８４ではこの要求負荷９０に
対応する蒸気側受熱エネルギーの設定値８９を取り込
む。

【００４９】一方、排熱回収ボイラ１１に設置された温
度検出器８７により過熱蒸気温度を検出し、他の温度検
出器８８により再熱蒸気温度を検出し、その検出値をそ
れぞれガスタービン制御装置８４に送り込む。そこで、
ガスタービン制御装置８４では図５に示すように、検出
された過熱蒸気温度から実過熱蒸気受熱量Ｑｓ１を演算
し、同じく再熱蒸気温度から実再熱蒸気受熱量Ｑｓ２を
演算し、両演算値を加算し、排熱回収ボイラ１１の実蒸
気受熱量を求める。なお、排熱回収ボイラ１１の熱交換
特性を図１０に示す。

【００５０】ついで、ガスタービン制御装置８４により
前記蒸気側受熱エネルギーの設定値８９と実蒸気受熱量
の偏差（蒸気系受熱量偏差ΔＱｓ）を演算する。

【００５１】他方、ガスタービン制御装置８４ではガス
タービン１に設置された圧力検出器８５により検出され
た圧縮機吐出圧力と、温度検出器８６により検出された
ガスタービン排ガス温度Ｔｅｘｈとを用いて実ガスター
ビン排ガス熱量を演算し、この演算値と前記蒸気側受熱
エネルギー８９との偏差を演算する。

【００５２】ついで、ガスタービン制御装置８４では蒸
気側受熱エネルギー８９と実蒸気受熱量の偏差と、蒸気
側受熱エネルギー８９と実ガスタービン排ガス熱量の偏
差との平均値を演算する。

【００５３】さらに、ガスタービン制御装置８４により
前記偏差の平均値としての偏差を解消し、かつ定格点か
ら部分負荷まで燃焼温度Ｔｆおよび蒸気温度Ｔｓを一定
とするという制限条件を満足する燃焼流量と圧縮機通過
空気流量を演算する。前記制限条件は、ガスタービン１
の排気ダクト１０や排熱回収ボイラ１１等、ガスタービ
ン１の下流側の部材の材料耐久力により決定される。

【００５４】なお、図５に示すＦ（ｘ）１，Ｆ（ｘ）
２，Ｆ（ｘ）３およびＦ（ｘ）４の具体的内容は、図
６，図７，図８および図９に示す。

【００５５】また、ガスタービン制御装置８４ではガス
タービン１に設置された圧力検出器８５より送り込まれ
た圧縮機吐出圧力と、温度検出器８６より送り込まれた
ガスタービン排ガス温度Ｔｅｘｈと、前述のごとく演算
された燃料流量と圧縮機通過空気流量とにより、燃料流
量と圧縮機通過空気流量の制御量を演算する。ついで、
ガスタービン制御装置８４より、前記演算された制御量
に従って燃料流量調節弁６の制御部９８に制御信号９６
を送り、燃料流量調節弁６の開度を調節して燃料流量を
制御し、さらに圧縮機入口案内翼４の制御部を構成して
いる制御回路９９に制御信号９７を送り、ＩＧＶ作動装
置１００を通じて圧縮機入口案内翼４の開度を調節し、
圧縮機通過空気流量を制御する。

【００５６】前記ガスタービン１の燃料流量および圧縮
機通過空気流量を制御した後、蒸気使用設備側の実負荷
９５を比較器９３にフィードバック信号として挿入す
る。

【００５７】これにより、図１１から分かるように、こ
の実施例によれば、蒸気にスプレー水を注入し減温する
ことなく、蒸気温度Ｔｓを定格点から部分負荷の範囲ま
で、一定温度に制御することができるし、ガスタービン
排ガス温度Ｔｅｘｈを定格点から部分負荷の範囲にわた
って緩い傾斜温度特性に制御することができる。

【００５８】その結果、スプレー水の蒸発潜熱分、プラ
ント効率を高めることができるし、また定格点の燃焼温
度一定部分負荷範囲を拡大することができることによ
り、部分負荷時のプラント効率を高めることができる。
さらには、スプレー水注入設備の省略により、制御の簡
素化を図ることも可能となる。

【００５９】次に、図３は一軸型複合発電プラントに適
用した本発明の他の実施例を示す系統図、図１６は本発
明のこの実施例によるプラントと、近年のコンバインド
サイクル用ガスタービンの燃焼温度，ガスタービン排ガ
ス温度，圧縮機通過空気流量および圧縮機入口案内翼開
度を比較して示した制御特性図、図１７は本発明のこの
実施例のプラントと、近年のコンバインドサイクル用ガ
スータビンの燃焼温度，ガスタービン排ガス温度および
プラント効率を比較して示した特性図である。

【００６０】この図３に示す実施例において、前記図４
に示す従来の一軸型複合発電プラントと同じ部材には同
じ符号を付けて示し、これ以上の説明を省略する。

【００６１】しかして、この図３に示す実施例ではガス
タービン制御装置８４に比例，積分回路９４を介して接
続された比較器９３に、蒸気使用設備側の要求負荷であ
る給電指令１０１を、負荷設定器１０２および負荷制限
回路１０３を介して送り込む一方、発電機４２の実負荷
１０４をフィードバック信号として送り込むようになっ
ている。

【００６２】また、前記ガスタービン制御装置８４は給
電指令１０１が送られて来ると、その給電指令１０１に
対応する蒸気側受熱エネルギーの設定値８９を取り込む
ようになっている。

【００６３】一方、前記図１に示す実施例と同様、ガス
タービン１に設置された圧力検出器８５により圧縮機吐
出圧力を検出し、温度検出器８６によりガスタービン排
ガス温度Ｔｅｘｈを検出し、その検出値をそれぞれガス
タービン制御装置８４に送り込む。さらに、排熱回収ボ
イラ４４に設置された温度検出器８７により過熱蒸気温
度を検出し、他の温度検出器８８により再熱蒸気温度を
検出し、その検出値もそれぞれガスタービン制御装置８
４に送り込む。

【００６４】そして、ガスタービン制御装置８４では前
記過熱蒸気温度および再熱蒸気温度の検出値より実過熱
蒸気受熱量および実再熱蒸気受熱量を演算し、両実蒸気
受熱量を加算する。

【００６５】ついで、ガスタービン制御装置８４では前
記蒸気側受熱エネルギーの設定値８９と実蒸気受熱量と
の偏差を演算する。

【００６６】他方、この実施例では検出された圧縮機吐
出圧力およびガスタービン排ガス温度から実ガスタービ
ン排ガス熱量を演算し、前記蒸気側受熱エネルギーの設
定値８９と実ガスタービン排ガス熱量との偏差を演算す
る（図５参照）。ついで、前記蒸気側受熱エネルギーの
設定値８９と実蒸気受熱量との偏差と、蒸気側受熱エネ
ルギーの設定値８９と実ガスタービン排ガス熱量との偏
差との平均値を求める。

【００６７】続いて、ガスタービン制御装置８４では前
記両偏差の平均値としての偏差を解消し、かつ定格点か
ら当該負荷までの範囲内で燃焼温度Ｔｆおよび蒸気温度
Ｔｓを一定とするという制限条件を満足する燃料流量お
よび圧縮機通過空気流量を演算する。

【００６８】ついで、ガスタービン制御装置８４では前
記圧縮機吐出圧力およびガスタービン排ガス温度の検出
値と、燃料流量および圧縮機通過空気流量の演算値とに
より、燃料流量と圧縮機通過空気流量の制御量を演算す
る。そして、ガスタービン制御装置８４により前記演算
された制御量に従ってガスタービンの燃料流量調節弁６
の制御部９８に制御信号９６を送り、燃料流量調節弁６
の開度を制御し、また圧縮機入口案内翼の制御回路９９
に制御信号９７を送り、ＩＧＶ作動装置１００を介して
圧縮機入口案内翼９７の開度を制御する。

【００６９】これにより、排熱回収ボイラ４４で発生し
た蒸気にスプレー水を注入して減温することなく、蒸気
温度Ｔｓをガスタービン１の下流側の制限条件を考慮し
た一定値に的確に制御することができる。

【００７０】その結果、従来技術に比較してスプレー水
の蒸発潜熱分、プラント効率を高めることができるし、
図１７からも分かるように、定格点の燃焼温度一定部分
負荷範囲を従来技術に比較して拡大できるので、部分負
荷時のプラント効率の向上を図ることもできる。

【００７１】さらに、スプレー水注入設備を省略できる
結果、制御の簡素化を図ることができる。

【００７２】なお、図１および図３に示す各実施例と
も、ガスタービン１の燃料流量と、圧縮機通過空気流量
とを演算し、この演算値に従ってガスタービン１の燃料
流量調節弁６の開度と圧縮機入口案内翼４の開度とを制
御するようにしているが、いずれか一方を制御すること
によって排熱回収ボイラの蒸気温度が規定値になるよう
に制御してもよい。

【００７３】

【発明の効果】以上説明した本発明の請求項１記載の発
明によれば、蒸気使用設備側の要求負荷に対応する蒸気
側受熱エネルギーと、排熱回収ボイラの過熱蒸気温度お
よび再熱蒸気温度の検出値から演算された実蒸気受熱量
の偏差を演算し、この偏差を解消しかつ定格点から部分
負荷まで燃焼温度および蒸気温度を一定とするという制
限条件を満足する燃料流量と圧縮機通過空気流量の少な
くとも一つを演算し、その演算値に従ってガスタービン
の燃料流量調節弁の開度と圧縮機入口案内翼の開度の少
なくとも一つを制御するようにしているので、蒸気温度
をガスタービンの下流側の制限条件を考慮した一定値に
制御でき、したがって排熱回収ボイラで発生した蒸気に
スプレー水を注入して蒸気温度を減温する必要がないの
で、スプレー水の蒸気潜熱分、プラント効率を高め得る
効果があり、定格点の燃焼温度一定部分負荷範囲を従来
技術に比べて拡大できるので、部分負荷時のプラント効
率を向上させ得る効果があり、スプレー水注入設備を省
略できるので、制御の簡素化を図り得る効果もある。

【００７４】また、本発明の請求項２記載の発明によれ
ば、ガスタービン制御装置と、ガスタービンの圧縮機吐
出圧力を検出し、その検出値をガスタービン制御装置に
送り込む圧力検出器と、ガスタービンから排熱回収ボイ
ラに供給されるガスタービン排ガスの温度を検出し、そ
の検出値をガスタービン制御装置に送り込む温度検出器
と、排熱回収ボイラで発生した過熱蒸気の温度を検出
し、その検出値をガスタービン制御装置に送り込む温度
検出器と、同じく再熱蒸気の温度を検出し、その検出値
をガスタービン制御装置に送り込む温度検出器とを設置
するとともに、前記ガスタービン制御装置に、蒸気使用
設備側の要求負荷に対応する蒸気側受熱エネルギーと、
前記排熱回収ボイラの過熱蒸気および再熱蒸気の温度検
出器から送り込まれた蒸気温度により演算された実蒸気
受熱量の偏差を演算する機能と、前記演算された偏差を
解消し、かつ定格点から部分負荷まで燃焼温度および蒸
気温度を一定とするという制限条件を満足する燃料流量
と圧縮機通過空気流量の少なくとも一つを演算する機能
と、前記演算された燃料流量と圧縮機通過空気流量と、
前記圧力検出器から送り込まれた圧縮機吐出圧力の検出
値と、前記温度検出器から送り込まれたガスタービン排
ガス温度の検出値とにより、燃料流量と圧縮機通過空気
流量の少なくとも一つの制御量を演算する機能と、前記
演算された制御量に従ってガスタービンの燃料流量調節
弁の制御部と圧縮機入口案内翼の制御部の少なくとも一
つに制御信号を送り込む機能とを付与しているので、前
記本発明方法を的確に実施し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】複合発電プラントに適用した本発明の一実施例
を示す系統図である。

【図２】複合発電プラントにおける従来技術を示す系統
図である。

【図３】一軸型複合発電プラントに適用した本発明の他
の実施例を示す系統図である。

【図４】一軸型複合発電プラントの従来技術を示す系統
図である。

【図５】図１に示す実施例の制御系統図である。

【図６】図５に示す制御系統図中のＦ（ｘ）１の説明図
である。

【図７】図５に示す制御系統図中のＦ（ｘ）２の説明図
である。

【図８】図５に示す制御系統図中のＦ（ｘ）３の説明図
である。

【図９】図５に示す制御系統図中のＦ（ｘ）４の説明図
である。

【図１０】図１に示す実施例の排熱回収ボイラの熱交換
特性を示す図である。

【図１１】本発明の図１に示す実施例におけるガスター
ビン排ガス温度および排熱回収ボイラの蒸気温度の部分
負荷制御特性を示す図である。

【図１２】近年のコンバインドサイクル用ガスタービン
の排ガス温度および蒸気温度の部分負荷時制御特性を示
す図である。

【図１３】従来のシンプルサイクル用ガスタービンとコ
ンバインドサイクル用ガスタービンの燃焼温度，排ガス
温度，圧縮機通過空気流量および圧縮機入口案内翼開度
の部分負荷時制御特性を示す図である。

【図１４】従来のコンバインドサイクル用ガスタービン
と近年のコンバインドサイクル用ガスタービンの燃焼温
度，ガスタービン排ガス温度，圧縮機通過空気流量およ
び圧縮機入口案内翼開度の部分負荷時制御特性を示す図
である。

【図１５】近年のコンバインドサイクル用ガスタービン
の燃焼温度，ガスタービン排ガス温度および圧縮機吐出
圧力の関係を示す図である。

【図１６】近年のコンバインドサイクル用ガスタービン
と本発明を適用した一軸型複合発電プラントのガスター
ビン燃焼温度，ガスタービン排ガス温度，圧縮機通過空
気流量および圧縮機入口案内翼開度を比較して示した制
御特性図である。

【図１７】近年のコンバインドサイクル用ガスタービン
と本発明を適用した一軸型複合発電プラントのガスター
ビン燃焼温度，ガスタービン排ガス温度およびプラント
効率を比較して示した特性図である。

【符号の説明】

１…ガスタービン、３…空気圧縮機、４…圧縮機入口案
内翼、６…燃料流量調節弁、７…燃焼器、８…膨張ター
ビン、９…発電機、１０…排気ダクト、１１…排熱回収
ボイラ、３０…過熱蒸気使用設備、３２…再熱蒸気使用
設備、３５…蒸気タービン、４２…発電機、４３…排気
ダクト、４４…排熱回収ボイラ、８４…ガスタービン制
御装置、８５…圧縮機吐出圧力を検出する圧力検出器、
８６…ガスタービン排ガスの温度検出器、８７…過熱蒸
気の温度検出器、８８…再熱蒸気の温度検出器、８９…
蒸気側受熱エネルギーの設定値、９０…蒸気使用設備側
の要求負荷、９３…比較器、９５…蒸気使用設備側の実
負荷、９９…圧縮機入口案内翼の制御回路、１００…Ｉ
ＧＶ作動装置、１０１…蒸気使用設備側の要求負荷であ
る給電指令、１０４…発電機の実負荷。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松村 重兵衛 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立エ ンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 秋山 孝生 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンと、排熱回収ボイラと、発
   電機と、排熱回収ボイラの過熱器および再熱器から発生
   した蒸気を使用する蒸気使用設備とを備えた複合発電プ
   ラントの蒸気温度制御方法において、前記蒸気使用設備
   側の要求負荷に対応する蒸気側受熱エネルギーと、排熱
   回収ボイラの過熱蒸気温度および再熱蒸気温度の検出値
   から演算された実蒸気受熱量の偏差を演算し、この偏差
   を解消しかつ定格点から部分負荷まで燃焼温度および蒸
   気温度を一定とするという制限条件を満足する燃料流量
   と圧縮機通過空気流量の少なくとも一つを演算し、その
   演算値に従ってガスタービンの燃料流量調節弁の開度と
   圧縮機入口案内翼の開度の少なくとも一つを制御するこ
   とを特徴とする複合発電プラントの蒸気温度制御方法。
2. 【請求項２】 ガスタービンと、排熱回収ボイラと、発
   電機と、排熱回収ボイラの過熱器および再熱器から発生
   した蒸気を使用する蒸気使用設備とを備えた複合発電プ
   ラントの蒸気温度制御装置において、ガスタービン制御
   装置と、ガスタービンの圧縮機吐出圧力を検出し、その
   検出値をガスタービン制御装置に送り込む圧力検出器
   と、ガスタービンから排熱回収ボイラに供給されるガス
   タービン排ガスの温度を検出し、その検出値をガスター
   ビン制御装置に送り込む温度検出器と、排熱回収ボイラ
   で発生した過熱蒸気の温度を検出し、その検出値をガス
   タービン制御装置に送り込む温度検出器と、同じく再熱
   蒸気の温度を検出し、その検出値をガスタービン制御装
   置に送り込む温度検出器とを設置するとともに、前記ガ
   スタービン制御装置に、蒸気使用設備側の要求負荷に対
   応する蒸気側受熱エネルギーと、前記排熱回収ボイラの
   過熱蒸気および再熱蒸気の温度検出器から送り込まれた
   蒸気温度により演算された実蒸気受熱量の偏差を演算す
   る機能と、前記演算された偏差を解消し、かつ定格点か
   ら部分負荷まで燃焼温度および蒸気温度を一定とすると
   いう制限条件を満足する燃料流量と圧縮機通過空気流量
   の少なくとも一つを演算する機能と、前記演算された燃
   料流量と圧縮機通過空気流量と、前記圧力検出器から送
   り込まれた圧縮機吐出圧力の検出値と、前記温度検出器
   から送り込まれたガスタービン排ガス温度の検出値とに
   より、燃料流量と圧縮機通過空気流量の少なくとも一つ
   の制御量を演算する機能と、前記演算された制御量に従
   ってガスタービンの燃料流量調節弁の制御部と圧縮機入
   口案内翼の制御部の少なくとも一つに制御信号を送り込
   む機能とを付与したことを特徴とする複合発電プラント
   の蒸気温度制御装置。