JPH07166814A

JPH07166814A - 一軸コンバインドサイクル発電プラントの起動方法

Info

Publication number: JPH07166814A
Application number: JP31322793A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Mitsutake; 武雄一光; Takeshi Kono; 野武史河
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1995-06-27

Abstract

(57)【要約】【目的】主蒸気温度制御に、蒸気温度と蒸気タービン
ロータ温度に応じた主蒸気の圧力制御を組み合わせるこ
とにより、主蒸気の減温効果を適切に発揮させ、ロータ
の熱応力を十分に低減することにある。【構成】ノズル出口蒸気温度とタービンロータ温度と
の温度差を演算し、所定の許容温度差をタービンロータ
温度に加算してノズル出口蒸気温度設定値を演算し、主
蒸気が膨脹した時のノズル出口での温度がノズル出口蒸
気温度設定値になるような主蒸気温度設定値を演算し、
主蒸気温度が主蒸気温度設定値になるように主蒸気温度
を調節すると共に、主蒸気が膨脹した時のノズル出口で
の温度がノズル出口蒸気温度設定値になるような主蒸気
圧力設定値を演算し、主蒸気圧力が主蒸気圧力設定値に
なるように主蒸気圧力を調節することを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主蒸気温度制御に、蒸
気温度と蒸気タービンロータ温度に応じた主蒸気の圧力
制御を組み合わせることにより、主蒸気の減温効果を適
切に発揮させ、ロータの熱応力を十分に低減できる一軸
コンバインドサイクル発電プラントの起動方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】火力発電等における、蒸気タービンの暖
機による一軸コンバインドサイクル発電プラントは、図
３に示すように構成されている。大気が吸入され圧縮さ
れて、ガスタービン１により動力が発生され、このガス
タービン１の排気ガスは、排熱回収ボイラにより熱回収
されて、煙突（図示略）から放出される。一方、節炭器
（図示略）により予熱された給水は、蒸気ドラム４に供
給され、蒸発器５により熱吸収され、蒸気ドラム４によ
り気水分離される。分離された蒸気は、第１過熱器６及
び第２過熱器７に供給されて過熱される。この蒸気は、
第２過熱器の手前で主蒸気温度調節用減温器１１によっ
て温度調節され、その後、蒸気タービン２に導入され、
蒸気タービン２から動力が発生される。これらガスター
ビン１及び蒸気タービン２により発生された動力は、発
電機３により電気エネルギに変換される。

【０００３】従来の一軸コンバインドサイクル発電プラ
ントの起動に際しては、軸系の回転数が定格回転数以下
の回転数に保持されて運転され、この運転状態で得られ
るガスタービン１の排気が利用されて排熱回収ボイラの
暖機が行われ、所定の発生蒸気が確保される。その上
で、この発生蒸気が冷却蒸気として蒸気タービン２に通
気された後、軸系の回転数が定格回転数にまで上昇され
る方式が採用されている。これにより、蒸気タービン２
の最終段翼部での発熱温度上昇が避けられている。

【０００４】一方、最近のガスタービン１は、入口ガス
温度の高温化を含む大容量化の傾向にあり、これに伴っ
て、排熱回収ボイラ及び蒸気タービン２の大容量化の影
響もあり、一軸型コンバインドサイクル発電設備も大容
量化されている。この傾向に伴って、排熱回収ボイラ及
び蒸気タービン２の耐圧肉厚部は、厚肉化されている一
方、ガスタービン１の排気温度の増加と運転方法との関
係より、主蒸気の温度の上昇率の増加が招来されてい
る。

【０００５】このような点から、最新のガスタービン入
口温度が１３００度級ガスタービンを採用した一軸型コ
ンバインドサイクルプラントの一般的な起動方法は、次
のようになっている。

【０００６】（１）軸ターニング→（２）蒸気タービン
のグランドシール→（３）復水器真空上昇→（４）軸起
動→（５）回転上昇・バージ運転→（６）回転下降・点
火→（７）回転上昇・無負荷定格回転数→（８）排熱回
収ボイラ暖機運転→（９）併入→（１０）負荷上昇→
（１１）定格負荷運転。

【０００７】これに対して、従来のガスタービン入口温
度が１１００度級ガスタービンを採用した一軸型コンバ
インドサイクル発電プラントの場合との相違点は、
（７）回転上昇・無負荷定格回転数および（８）排熱回
収ボイラ暖機運転の部分である。１１００度級コンバイ
ンドサイクル発電プラントの場合には、排熱回収ボイラ
の暖機と蒸気タービンの最終段翼の冷却蒸気の確保とを
目的として、蒸気タービンの最終段翼での発熱除去を不
要とする軸回転数が、定格回転数の５０％程度で保持さ
れて運転され、排熱回収ボイラでの蒸気発生が待たれ、
定格回転数への回転上昇・併入・負荷上昇が一般的運転
手順とされている。

【０００８】このように、１１００度級ガスタービンで
は、定格回転数の５０％程度で保持されて排熱回収ボイ
ラが暖機されているのに対し、最新の１３００度級コン
バインドサイクルでは、無負荷定格回転数に保持されて
排熱回収ボイラが暖機されている。その結果、ガスター
ビンの排気ガス流量が最も少ない状態のときに、排ガス
温度は４００〜４４０度に達しており、この温度の排ガ
スにより発生される主蒸気温度は、高圧主蒸気で３８０
〜４２０度程になっている。このように、最新の１３０
０度級コンバインドサイクルでは、主蒸気の温度の上昇
率の増加が招来されている。

【０００９】ところで、起動時に発生する蒸気温度は、
大略的には一定であるのに対して、排熱回収ボイラや蒸
気タービン２の金属部の温度及び保有水の温度は、プラ
ント停止からの経過時間により、又は大気温度から受け
る影響により、千差万別である。この金属部と、第１段
ノズル出口蒸気温度との差は、熱伝達に及ぼす大きい因
子であり、この温度差が大きくなればなる程、金属部に
発生する熱応力も大きくなる。従って、発電プラントの
起動に際しては、金属部の肉厚・熱伝導率で決まる各金
属部の温度と第１段ノズル出口蒸気温度との差、並び
に、蒸気側の温度変化率に許容限界が生じることから、
起動又は停止の繰り返しにより発生する熱応力のサイク
ルによる金属疲労の限界を考慮した起動方法が必要であ
る。

【００１０】従って、蒸気タービン２の起動に際して
は、第１段ノズル出口蒸気温度とタービンロータ温度と
の温度差が所定の許容値の範囲内に収めまった後に、蒸
気タービンの通気許可指令が出力されるようになされて
いる。これにより、通気開始以降のタービン熱応力を許
容値以下に維持され、ロータに発生する熱応力が抑制さ
れている。

【００１１】具体的には、図３に示すように、第１及び
第２過熱器６，７の中間部分に、主蒸気温度調節用の減
温器１１が設けられている。この減温器１１により、第
１過熱器６から第２過熱器７に流れる主蒸気に、水がス
プレーされて、主蒸気温度が調節されている。これによ
り、主蒸気が第１段ノズルで膨脹した時の第１段ノズル
出口での温度と、タービンロータ温度との温度差が所定
の許容値の範囲内に収められるようになされている。図
４に、主蒸気温度調節用の減温器１１のスプレー水量の
制御方法の一例が示されている。この制御方法では、主
蒸気温度設定値に対して、主蒸気温度計１４から主蒸気
温度（ｄ１）が入力され、主蒸気温度調節器ａ３及び低
値優先回路ａ４により演算され、スプレー水流量調節弁
開度指令（ｄ４）が出力される。これにより、スプレー
水流量調節弁１２が調節されて、減温器１１からスプレ
ー水が噴出されて、第１過熱器６から第２過熱器７に流
れる主蒸気の温度が調整される。これにより、上述した
ように、第１段ノズル出口主蒸気温度と、タービンロー
タ温度との温度差が所定の許容値の範囲内に収められ、
ロータの温度とノズル出口主蒸気温度との温度差に起因
して発生する蒸気タービンロータの熱応力の発生が抑制
されている。なお、主蒸気圧力については、通気開始前
までは、ガスタービンの負荷、即ち排気ガスからの熱収
容量に応じた圧力変化をするように、図３に示すよう
に、復水器１０へ流れる主蒸気の蒸気流量がタービンバ
イパス弁９により制御されており、上述した熱応力抑制
のための温度制御とは独立して制御されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の起動方法では、主蒸気温度は減温器１１のみによって
制御されて、熱応力の発生が抑制するようになされてい
る。そのため、例えば、コールド状態からの起動時に
は、冷えた状態にあるタービンロータに対して主蒸気温
度が高くなるが、減温器１１による温度降下は、高々主
蒸気圧力に対する飽和温度程度であり、加えて、減温器
１１は第１及び第２過熱器６，７の中間部分に設けられ
ている。そのため、起動時のように、主蒸気流量が少い
ときには、減温器１１の下流側の第２過熱器７の温度の
再上昇が大きく、その結果、第１段ノズル出口蒸気温度
とタービンロータ温度との温度差が所定の許容値の範囲
内に収められず、十分な減温効果が得られないことが多
い。そのため、過大な熱応力が発生され、ロータの寿命
が短くなるといった問題がある。

【００１３】さらに、ホット状態からの起動時には、ロ
ータの温度が蒸気温度よりも高い場合には、通気が開始
されと、通気された主蒸気によってロータが急激に冷却
される。そのため、蒸気温度条件が整うまで、通気を待
機しなければならないといった問題がある。

【００１４】本発明の目的は、上述したような事情に鑑
みてなされたものであって、主蒸気温度制御に、蒸気温
度と蒸気タービンロータ温度に応じた主蒸気の圧力制御
を組み合わせることにより、主蒸気の減温効果を適切に
発揮させ、ロータの熱応力を十分に低減できる一軸コン
バインドサイクル発電プラントの起動方法を提供するこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明に係る一軸コンバインドサイクル発電プラン
トの起動方法は、ガスタービン、蒸気タービン、及び発
電機の回転軸を一本に結合し、このガスタービンの排気
ガスを利用して排熱回収ボイラによって蒸気を発生さ
せ、この蒸気によって蒸気タービンを駆動し、ガスター
ビン及び蒸気タービンにより発生した動力を発電機によ
り電気エネルギに変換する一軸コンバインドサイクル発
電プラントを起動する方法であって、測定した主蒸気の
温度及び圧力からノズル出口蒸気温度を演算し、このノ
ズル出口蒸気温度と測定したタービンロータ温度との温
度差を演算し、この温度差に対応する所定の許容温度差
をタービンロータ温度に加算してノズル出口蒸気温度設
定値を演算し、主蒸気が膨脹した時のノズル出口での温
度がノズル出口蒸気温度設定値になるような主蒸気温度
設定値を演算し、主蒸気温度が主蒸気温度設定値になる
ように主蒸気温度を調節すると共に、主蒸気が膨脹した
時のノズル出口での温度がノズル出口蒸気温度設定値に
なるような主蒸気圧力設定値を演算し、主蒸気圧力が主
蒸気圧力設定値になるように主蒸気圧力を調節し、その
結果、ノズル出口蒸気温度とタービンロータ温度との温
度差を所定の許容値の範囲内に収めて、蒸気タービンの
通気許可指令を出力することを特徴としている。

【００１６】

【作用】このように、従来に係る起動方法においては、
ロータでの熱応力抑制のためには、減温器のみによる温
度制御であるのに対し、本発明では、減温器による温度
制御に加えて、主蒸気圧力が主蒸気圧力設定値になるよ
うに調節されて、ノズル出口蒸気温度とタービンロータ
温度との温度差が所定の許容値の範囲内に収められてい
る。例えば、主蒸気流量が非常に少なく、温度制御のみ
では主蒸気温度が比較的高温となるような場合であって
も、蒸気圧力を上昇させて主蒸気圧力設定値に調整した
ときには、蒸気の熱力的性質により、ノズル出口での蒸
気温度が低下し、ノズル出口蒸気温度とタービンロータ
温度との温度差が所定の許容値の範囲内に収められる。
この温度差が小さくされた状態での起動が可能となり、
主蒸気の減温効果が適切に発揮され、ロータの熱応力が
十分に低減される。

【００１７】また、主蒸気圧力の調節によりノズル出口
蒸気温度が制御されているため、タービンロータ熱応力
の制限から定められる主蒸気温度の制限の上限が引上げ
られる結果、プラントの熱効率を低下させるスプレー水
の噴出流量を低減でき、熱効率が上昇される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例に係る一軸コンバイ
ンドサイクル発電プラントの起動方法について図面を参
照しつつ説明する。

【００１９】図１は、本発明の一実施例に係る起動方法
に用いられる主蒸気温度制御装置とドラム圧力制御装置
とのブロック線図である。

【００２０】本実施例では、大略的には、主蒸気圧力制
御装置１８において、測定した主蒸気の温度（ｄ１）及
び圧力（ｄ２）からノズル出口蒸気温度が演算され、こ
のノズル出口蒸気温度と測定したタービンロータ温度
（ｄ３）との温度差が演算され、この温度差に対応する
所定の許容温度差がタービンロータ温度に加算されてノ
ズル出口蒸気温度設定値（ｄ１０）が演算され、主蒸気
が膨脹した時のノズル出口での温度がノズル出口蒸気温
度設定値になるような主蒸気温度設定値（ｄ１１）が演
算され、スプレー水流量調節弁開度指令（ｄ４）がスプ
レー水流量調節弁１２に出力されて、主蒸気の温度がス
プレーの噴射により調節される。一方、主蒸気が膨脹し
た時のノズル出口での温度がノズル出口蒸気温度設定値
（ｄ１０）になるような主蒸気圧力設定値即ちドラム圧
力設定値（ｄ８）が演算され、ドラム圧力設定値（ｄ
８）がドラム圧力制御装置１９に出力され、このドラム
圧力制御装置１９によってバイパス弁開度指令（ｄ６）
が出力されて、タービンバイパス弁９が調整されて、主
蒸気の圧力が調整されて主蒸気の温度が調整される。こ
れにより、第１段ノズル出口蒸気温度とタービンロータ
温度との温度差が所定の許容値の範囲内に収められる
と、蒸気タービンの通気許可指令が出力される。この温
度差が小さくされた状態での起動が可能となり、主蒸気
の減温効果が適切に発揮され、ロータの熱応力が十分に
低減される。

【００２１】先ず、主蒸気温度制御装置１８おいて、主
蒸気温度計１４で測定された主蒸気温度（ｄ１）と主蒸
気圧力計１５で測定された主蒸気圧力（ｄ２）とに基づ
いて、蒸気タービン２の第１段ノズル出口蒸気温度が算
出される。

【００２２】従来技術と同様に、第１段ノズル出口の蒸
気温度は、以下のような手順により第１段ノズルにおけ
る蒸気の等エントロピ膨張変化の熱力学的関係式、ノズ
ル効率、及び蒸気の状態方程式を用いて、推定される。

【００２３】ａ）第１段ノズルで蒸気が等エントロピ変
化するときの理想的熱落差：Δｈ’を求める。主蒸気エントロピ：ｓ₁ ＝ｓ（Ｐ₁，Ｔ
₁）第１段ノズル出口エンタルピ：ｈ₂’＝ｈ（Ｐ₂，ｓ
₁） Δｈ’ ＝ｈ₁−ｈ₂’ ｂ）第１段ノズル出口での実際の熱落差：Δｈを求め
る。 Δｈ＝ η_xΔｈ’ ｃ）第１段ノズル出口蒸気エルタルピ：ｈ₂を求める。ｈ₂ ＝ｈ₁−Δｈｄ）第１段ノズル出口蒸気温度：Ｔ₂を求める。Ｔ₂ ＝Ｔ（Ｐ₂、ｈ₂）ただし、 η_xは、第１段ノズルの断熱効率ｓは、圧力とエンタルピより蒸気のエントロピを求める
状態方程式ｈは、圧力とエントロピより蒸気のエンタルピを求める
状態方程式Ｔは、圧力とエンタルピより蒸気の温度を求める状態方
程式である。

【００２４】実用的には、ａ）〜ｄ）による手順を経ず
に主蒸気温度と主蒸気圧力により直接第１断ノズル出口
蒸気温度が分かるようなテーブルを予め作製しておいて
使用してもよい。

【００２５】次に、主蒸気圧力制御装置１８の構成につ
いて説明する。

【００２６】タービンロータ許容値温度差関数発生器２
０では、タービンロータ温度計１６により測定されたタ
ービンロータ温度（ｄ３）と、上記のようにして推定さ
れた第１段ノズル出口蒸気温度（Ｔ₂）との温度差が演
算される。さらに、これに基づいて、タービンロータに
発生する熱応力が許容値以下となるように、第１段ノズ
ル出口蒸気温度とタービンロータ温度（ｄ３）とのター
ビンロータ許容温度差（ｄ９）が求められて出力され
る。タービンロータ温度（ｄ３）とタービンロータ許容
温度差（ｄ９）とは加算されて、第１段ノズル出口蒸気
温度設定値（ｄ１０）が演算される。

【００２７】一方、主蒸気温度演算器２１では、主蒸気
圧力計１５により測定された主蒸気圧力（ｄ２）と、先
に演算された第１段ノズル出口蒸気温度設定値（ｄ１
０）とに基づいて、主蒸気が膨脹した時のノズル出口で
の温度がノズル出口蒸気温度設定値（ｄ１０）となるよ
うな主蒸気温度設定値（ｄ１１）が演算される。

【００２８】スプレー水流量調節弁制御装置２２では、
主蒸気温度計１４からの主蒸気温度（ｄ１）と主蒸気温
度設定値（ｄ１１）とに基づいて、主蒸気温度（ｄ１）
が主蒸気温度設定値（ｄ１１）になるようなスプレー水
流量調節弁開度指令（ｄ４）が出力される。

【００２９】ドラム圧力設定値演算器２３では、主蒸気
温度（ｄ１）と第１段ノズル出口蒸気温度設定値（ｄ１
０）とに基づいて、現在の主蒸気温度に対して、主蒸気
が膨脹した時のノズル出口での温度がノズル出口蒸気温
度設定値（ｄ１０）となるような主蒸気圧力設定値即ち
ドラム圧力設定値（ｄ８）が演算されて、ドラム圧力制
御装置１９に向けて出力される。なお、ドラム圧力と主
蒸気圧力は、主蒸気配管１３での圧力損失分の差がある
が主蒸気圧力をドラム圧力としても、大きな誤差はな
い。

【００３０】次に、ドラム圧力制御装置１９の構成につ
いて説明する。

【００３１】ドラム圧力調節器２４では、ガスタービン
負荷とドラム圧力計１７からのドラム圧力（ｄ５）とに
基づいて、ドラム圧力設定値上限値（ｄ１２）とドラム
圧力下限値（ｄ１３）が、各々、低値優先回路２５と高
値優先回路２６に対して出力される。

【００３２】低値優先回路２５及び高値優先回路２６で
は、主蒸気温度制御装置１８から出力されるドラム圧力
設定値（ｄ８）と、ドラム圧力調節器２４から出力され
るドラム圧力上限値（ｄ１２）及び下限値（ｄ１３）と
が比較され、ドラム圧力設定値（ｄ８）の範囲内で、第
１段ノズル出口蒸気温度とタービンロータ温度との差を
小さくするようなドラム圧力設定値が選択されて、ター
ビンバイパス弁開度調節器２７に対してドラム圧力設定
値が出力される。

【００３３】タービンバイパス弁調節器２７では、ドラ
ム圧力（ｄ５）がドラム圧力設定値になるようにタービ
ンバイパス弁（９）に対して、タービンバイパス弁開度
指令（ｄ６）が出力される。

【００３４】次に、このように構成された制御装置の作
用、即ち上記タービンの起動方法の工程について説明す
る。

【００３５】ガスタービン１の起動後、排熱回収ボイラ
の暖機が完了し蒸発器５での蒸気発生が起こり始める
と、ドラム圧力制御装置１９は蒸気ドラム４の圧力上昇
を制御するためにタービンバイパス弁９の開度を調節
し、一方蒸気加減弁８は全閉のままである。この間、主
蒸気は、全量復水器１０側へ捨てられているが、先ず、
主蒸気温度制御装置１８によって、タービンロータと第
１段ノズル出口蒸気との温度差が許容値以下となるよう
に、主蒸気温度調節用減温器１１のスプレー水流量調節
弁１２の開度調節が行われる。

【００３６】コールド起動時であっても、蒸気タービン
のロータは、グランドシール蒸気による加熱により通気
開始前には１５０〜１６０度位まで上昇している。

【００３７】タービンロータ許容温度差関数発生器２０
において、第１段ノズル出口蒸気温度（Ｔ₂）とタービ
ンロータ温度（ｄ３）との温度差によって発生すると予
想される熱応力が許容値以下となるような、タービンロ
ータ許容温度差（ｄ９）が求められる。この許容温度差
は、別途蒸気タービンロータ表面と通過蒸気との間の熱
伝達を考慮した詳細な熱応力解析により、規定の１起動
サイクル当たりの寿命消費量を越えないようにロータ温
度の関数として分かっている値である。例えば、通常で
の蒸気タービンへの通気開始時における主蒸気圧力が４
０ａｔａとすると、１５０度程度まで上昇しているロー
タに対する許容温度差は、１００度程度である。

【００３８】このタービン温度許容温度差（ｄ９）とタ
ービンロータ温度（ｄ３）との和である第１段ノズル出
口蒸気温度設定値（ｄ１０）は、主蒸気が最初にタービ
ンロータと接触するところの蒸気温度で、最もタービン
ロータ温度との温度差が大きくなるところである。その
ため、上で述べた例に従えば、４０ａｔａの主蒸気に対
する第１段ノズル出口蒸気設定温度（ｄ１０）は、２５
０度程度となる。

【００３９】主蒸気温度設定値演算器２１では、主蒸気
圧力（ｄ２）と第１段ノズル出口蒸気温度設定値（ｄ１
０）を基にして、第１段ノズルにおいて主蒸気が膨張す
る時の出口蒸気温度が第１段ノズル出口蒸気温度設定値
（ｄ１０）となるような上流の主蒸気温度が、上述した
熱力学関係式の逆算により、主蒸気温度設定値（ｄ１
１）として演算されて出力される。例えば、主蒸気圧力
４０ａｔａ、第一段ノズル出口蒸気温度設定値が２５０
度に対する主蒸気温度設定値（ｄ１１）は、３００〜３
２０度程度となる。

【００４０】スプレー水流量調節弁制御装置２２では、
主蒸気温度（ｄ１）が主蒸気温度設定値（ｄ１１）にな
るように、スプレー水流量調節弁開度指令（ｄ４）が出
力され、スプレー水流量調節弁１２の開度が調節され、
主蒸気温度調節用減温器１１にスプレーされる水の流量
が制御される。例えば、コールド起動時には、蒸気の方
がロータ温度に対して高温となっているため、スプレー
水流量調節弁１２に対する開指令のスプレー水流量調節
弁開度指令（ｄ４）が出力され、スプレー水流量が増加
されて第２過熱器７の入口蒸気温度を下げるような調節
が行なわれる。一方、ホット起動時においては、蒸気側
の温度が低い場合には、スプレー水流量調節弁１２に対
して閉指令のスプレー水流量調節弁開度指令（ｄ４）が
出力され、主蒸気温度を下げないような調節が行なわれ
る。

【００４１】しかし、主蒸気温度調節用減温器１１によ
る主蒸気温度調節のみでは、コールド起動時に主蒸気流
量が非常に少ないときは、減温器１１により第２加熱器
７の入口温度を下げられても、第２過熱器７でのガスタ
ービン排気流量が主蒸気流量に対して過多であるため
に、主蒸気温度は殆どガスタービン排気温度程度まで上
昇する。そのため、主蒸気温度設定値（ｄ１１）が３０
０〜３２０度に対して、主蒸気温度は４８０度程度まで
上がりすぎてしまう。その結果、通気直後の低主蒸気流
量域では、第１段ノズル出口温度の設定値以上の蒸気温
度となるため、短時間であるが、タービンロータに過度
の熱応力が発生される。

【００４２】このような点から、ドラム圧力設定値演算
器２３では、第１段ノズル入口の主蒸気温度（ｄ１）が
ノズルで膨張したとき、第１段ノズル出口における蒸気
温度が第１段ノズル出口蒸気温度設定値（ｄ１０）とな
るような、主蒸気圧力設定値（ｄ８）が演算される。こ
の主蒸気圧力設定値（ｄ８）は、主蒸気温度設定値演算
器２１において、ノズル出口の状態とノズル入口圧力よ
り、ノズル入口温度が計算されたのに対して、ここで
は、ノズル出口の状態とノズル入口温度より、ノズル入
口圧力即ち主蒸気圧力設定値（ｄ８）が求められる。主
蒸気圧力設定値（ｄ８）は、そのままドラム圧力設定値
（ｄ８）として、ドラム圧力制御装置１９に出力され
る。

【００４３】ドラム圧力制御装置１９において、ドラム
圧力調節器２４では、ガスタービン負荷とドラム圧力と
に基づいてドラム圧力設定値の上限・下限が計算され
る。ドラム圧力設定値は、通常、ガスタービン負荷即ち
排気ガスからの熱収量の変化に応じた圧力設定値として
出力されるが、排熱回収ボイラ側のプロテクション上そ
の上下限値が存在し、その値がドラム圧力設定値上限値
（ｄ１２）とドラム圧力下限値（ｄ１３）として出力さ
れる。

【００４４】低値優先器２５と高値優先器２６では、蒸
気ドラム圧力設定値の上限下限値と、主蒸気温度制御装
置１８から出力されるドラム圧力設定値（ｄ８）とが比
較されることにより、ドラム圧力制御側からのドラム圧
力設定値の範囲内で、第１段ノズル出口蒸気温度とター
ビンロータ温度（ｄ３）との差を小さくするようなドラ
ム圧力設定が選択される。その結果、タービンバイパス
弁調節器２７において、ドラム圧力（ｄ５）がドラム圧
力目標値となるように、バイパス弁開度指令（ｄ６）が
タービンバイパス弁９に対して出力される。

【００４５】したがって、ドラム圧力制御装置１９で
は、現在の主蒸気温度（ｄ１）に対して、第１段ノズル
出口蒸気温度が第１段ノズル出口蒸気温度設定値（ｄ１
０）となるようにドラム圧力が調節されて、ロータと蒸
気との間の温度差が小さくされる。

【００４６】主蒸気温度制御装置１８では、タービンロ
ータ温度（ｄ３）と第１段ノズル出口蒸気温度との差が
許容値範囲内に入ったところで、蒸気ドラム圧力制御装
置１９に対して通気許可条件成立が出力される。

【００４７】蒸気ドラム圧力制御装置１９では、主蒸気
温度制御装置からの通気許可条件成立をもとに、これま
で全量タービンバイパス弁９を経て復水器（１０）へ流
されていた主蒸気は、蒸気加減弁８を開いて、通気が開
始される。ウォーミング・負荷上昇の一連の過程を経た
後、蒸気加減弁８は、全開状態となり、排熱回収ボイラ
で発生した蒸気は、全量蒸気タービン２へ流れされる。

【００４８】一方、通気開始後も常に主蒸気温度制御装
置１８では、主蒸気温度と主蒸気圧力に基づいた第１段
ノズル出口蒸気温度とタービンロータ温度との温度差が
許容値を越えないように、減温器スプレー水流量調節弁
開度の調節が行なわれる。

【００４９】次に、ドラム圧力の調節による第１段ノズ
ル出口蒸気温度操作の作用を図２を用いて説明する。図
２は、蒸気タービン第１段ノズルでの状態変化を蒸気の
エンタルピ−エントロピ線図（ｈｓ線図）上に示したも
のである。上述したように、主蒸気温度は、ガスタービ
ン排気温度によって決まってしまい、Ｔ₁で固定されて
いる。従来のドラム圧力制御による主蒸気圧力をＰ_1aと
し、ドラム圧力設定値（ｄ８）に基づく主蒸気圧力をＰ
_1bとする。蒸気タービン２における第１段出口圧力は、
主蒸気圧力に関わらずほぼ復水器圧力に等しくなるた
め、ノズル出口圧力は一定としこれをＰ₂とする。

【００５０】従来のドラム圧力制御における、第１段ノ
ズルでの蒸気の膨張は、膨張線（line８）に沿って出口
蒸気温度Ｔ_2aとなる。一方、主蒸気温度制御装置１８か
らのドラム圧力設定値（ｄ８）によりドラム圧力が高め
のＰ_2bに制御されたときは、膨張線（line９）に沿って
膨張し、出口温度はＴ_2bとなる。

【００５１】したがって、図２に記入されているタービ
ンロータ温度Ｔｍの等温線と第１段ノズル出口に於ける
蒸気温度Ｔ_2a及びＴ_2bとを比較すると、主蒸気圧力を上
げたときのＴ_2bとＴｍとの差が小さくなっていることが
分かる。

【００５２】例えば、主蒸気圧力が４０ａｔａ、主蒸気
温度が４８０度において、主蒸気圧力設定を５０ａｔａ
に変更したときは、ほぼ５０度程度の第１段ノズル出口
蒸気温度の差がでる。つまり、タービンロータ温度と蒸
気温度差を約５０度小さくする制御が可能となる。

【００５３】このように、本実施例では、起動時の主蒸
気温度の制御に於いて、減温器１１による温度制御に加
えて、主蒸気圧力が主蒸気圧力設定値になるように調節
されて、ノズル出口蒸気温度とタービンロータ温度との
温度差が所定の許容値の範囲内に収められている。これ
により、タービンロータ表面を流れる蒸気温度が変化さ
れている。したがって、減温器１１を用いても十分な主
蒸気温度の制御の効果が得られない起動時において、タ
ービンロータと通過蒸気との間の温度差の制御性が向上
し、その結果としてタービンに発生する熱応力を緩和す
ることができる。

【００５４】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れないのは勿論であり、種々変形可能である。実施例
は、一軸型コンバインドサイクル発電プラントを対象と
したものであるが、多軸型コンバインドサイクル発電プ
ラントに対しても同様に適用可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、減温器
による温度制御に加えて、主蒸気圧力が主蒸気圧力設定
値になるように調節されて、ノズル出口蒸気温度とター
ビンロータ温度との温度差が所定の許容値の範囲内に収
められている。そのため、主蒸気流量が非常に少なく、
温度制御のみでは主蒸気温度が比較的高温となるような
場合であっても、ノズル出口蒸気温度とタービンロータ
温度との温度差が所定の許容値の範囲内に収められる。
この温度差が小さくされた状態での起動が可能となり、
主蒸気の減温効果が適切に発揮され、ロータの熱応力が
十分に低減される。また、主蒸気圧力の調節によりノズ
ル出口蒸気温度が制御されているため、タービンロータ
熱応力の制限から定められる主蒸気温度の制限の上限が
引上げられる結果、プラントの熱効率を低下させるスプ
レー水の噴出流量を低減でき、熱効率が上昇される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る起動方法に用いられる
主蒸気温度制御装置とドラム圧力制御装置とのブロック
線図。

【図２】蒸気タービン第１段ノズルに於ける蒸気の状態
変化を示すエンタルピ−エントロピ線図。

【図３】一軸コンバインドサイクル発電プラントの系統
と、主蒸気温度制御装置とドラム圧力制御装置の構成を
示したブロック線図。

【図４】従来に係る起動方法に用いられる主蒸気温度制
御装置とのブロック線図。

【符号の説明】

１ガスタービン２蒸気タービン３発電機９タービンバイパス弁１１主蒸気温度調節よう減温器１２スプレー水流量調節弁１４主蒸気温度計１５主蒸気圧力計１６タービンロータ温度計１７ドラム圧力計１８蒸気温度制御装置１９ドラム圧力制御装置ｄ１主蒸気温度ｄ２主蒸気圧力ｄ３タービンロータ温度ｄ４スプレー水調節弁開度指令ｄ６タービンバイパス弁開度指令ｄ８主蒸気圧力設定値（ドラム圧力設定値）ｄ１０第１段ノズル出口蒸気温度設定値ｄ１１主蒸気温度設定値

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービン、蒸気タービン、及び発電機
の回転軸を一本に結合し、このガスタービンの排気ガス
を利用して排熱回収ボイラによって蒸気を発生させ、こ
の蒸気によって蒸気タービンを駆動し、ガスタービン及
び蒸気タービンにより発生した動力を発電機により電気
エネルギに変換する一軸コンバインドサイクル発電プラ
ントを起動する方法であって、測定した主蒸気の温度及び圧力からノズル出口蒸気温度
を演算し、このノズル出口蒸気温度と測定したタービンロータ温度
との温度差を演算し、この温度差に対応する所定の許容
温度差をタービンロータ温度に加算してノズル出口蒸気
温度設定値を演算し、主蒸気が膨脹した時のノズル出口での温度がノズル出口
蒸気温度設定値になるような主蒸気温度設定値を演算
し、主蒸気温度が主蒸気温度設定値になるように主蒸気
温度を調節すると共に、主蒸気が膨脹した時のノズル出口での温度がノズル出口
蒸気温度設定値になるような主蒸気圧力設定値を演算
し、主蒸気圧力が主蒸気圧力設定値になるように主蒸気
圧力を調節し、その結果、ノズル出口蒸気温度とタービンロータ温度と
の温度差を所定の許容値の範囲内に収めて、蒸気タービ
ンの通気許可指令を出力することを特徴とする一軸コン
バインドサイクル発電プラントの起動方法。