JPH08121117A - 多軸型複合発電プラントの起動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】他系統の運転状態の影響を受けることなく、安
価にしてプラントの立上りの速い，すなわち起動時間を
短縮することが可能な多軸型複合発電プラントの起動方
法を提供する。 【構成】それぞれ排熱回収ボイラ４を備えた複数のガス
タービン３および少なくとも１台の蒸気タービンを備
え、ガスタービンから排出される排熱を利用してそれぞ
れの排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、その発生蒸気を
主蒸気ヘッダ１７で合流させ、その合流させた蒸気によ
り前記蒸気タービンを駆動して発電を行うように形成さ
れている多軸型複合発電プラントの起動方法において、
このプラントを起動するに際し、前記排熱回収ボイラ４
から前記主蒸気ヘッダ１７までの主蒸気管の熱容量が最
も小さいガスタービンおよびその排熱回収ボイラを起動
し、次いで他のガスタービンおよびその排熱回収ボイラ
を起動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多軸型複合発電プラント
の起動方法に係り、特にそれぞれ排熱回収ボイラを備え
た複数のガスタービンおよび少なくとも１台の蒸気ター
ビンを備え、ガスタービンから排出される排熱を利用し
てそれぞれの排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、その発
生蒸気を主蒸気ヘッダで合流させ、その合流させた蒸気
により蒸気タービンを駆動して発電を行うように形成さ
れている多軸型複合発電プラントの起動方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガスタービンの排ガス熱により
排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、その発生蒸気で蒸気
タービンを駆動するようになした複合発電プラントで
は、複数の排熱回収ボイラと蒸気タービンとを結合して
いる主蒸気管は、大気中に配置されているのが普通であ
る。

【０００３】このため、長時間停止した後の再起動時に
おいては、主蒸気管は冷えた状態にあり、排熱回収ボイ
ラにて発生した蒸気は、主蒸気管内を流通する際に、こ
の冷えている主蒸気管で冷却されることになり、蒸気タ
ービン入口の蒸気温度の上昇が遅れ、結果的にはプラン
ト出力が定格値になるまでに長時間を要する，すなわち
プラントの立上りが遅れることになる。

【０００４】この課題を解決する策として、これまでに
例えば特開昭６０−１９０６０７号公報にも記載されて
いるように、排熱回収ボイラと主蒸気管との間に暖気連
絡管を設け、主蒸気管をウォーミングする方法や、ま
た、特開平４−２７２４０８号公報に記載されているよ
うに、ガスタービンおよび蒸気タービンからなるブロッ
クが複数並置されている多軸型複合発電プラントの場合
に、運転しているブロック（他系統）の発生蒸気を用い
て、蒸気タービンの起動を行うとともに、これに並行し
てガスタービンおよび排熱回収ボイラの起動を行う方法
が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらいずれの起動方
法においても、プラントの立上り遅れは解消され、有効
な方法の一つではあるが、しかしながらこの起動方法で
は、主蒸気管のウォーミングのために、他系統から蒸気
を導く配管やその配管支え，また弁等を追加する必要が
あり、コスト高となるきらいがあり、さらに他系統の運
転状態の影響を受け、また場合によっては他系統の運転
状態に影響をおよぼす恐れがあった。

【０００６】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、他系統の運転状態に影響なく、か
つ低いコストにしてプラントの立上りの速い，すなわち
起動時間を短縮することが可能なこの種多軸型複合発電
プラントの起動方法を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、それ
ぞれ排熱回収ボイラを備えた複数のガスタービンおよび
少なくとも１台の蒸気タービンを備え、ガスタービンか
ら排出される排熱を利用してそれぞれの排熱回収ボイラ
で蒸気を発生させ、その発生蒸気を主蒸気ヘッダで合流
させ、その合流させた蒸気により前記蒸気タービンを駆
動して発電を行うように形成されている多軸型複合発電
プラントの起動方法において、このプラントを起動する
に際し、前記排熱回収ボイラから前記主蒸気ヘッダまで
の主蒸気管の熱容量が最も小さいガスタービンおよびそ
の排熱回収ボイラを起動し、次いで他のガスタービンお
よびその排熱回収ボイラを起動するようになし所期の目
的を達成するようにしたものである。

【０００８】

【作用】すなわちこのような多軸型複合発電プラントの
起動方法であると、複数系のガスタービンの内、排熱回
収ボイラから主蒸気ヘッダまでの主蒸気管の熱容量が最
も小さいガスタービンおよびその排熱回収ボイラが、ま
ず起動されるので、その主蒸気管は熱容量が小さく温ま
り易い、すなわち熱容量が小さいほど配管が所定温度に
加熱され易いので、その主蒸気管内を流通する間に失な
われる蒸気の損失熱量は少く、蒸気ヘッダに流入する蒸
気温度は早く上昇する。

【０００９】このことより蒸気タービンの起動が早めら
れ、多軸型複合発電プラントの起動時間の短縮を図るこ
とができるのである。そしてこのように起動時間の短縮
化が図られるものであっても、従来のように主蒸気管の
ウォーミングなどは不用であり、したがって他系統から
蒸気を導くための配管や弁などを追加する必要はなく、
低コストであり、さらに他系統の運転状態の影響を受け
たり、また他系統の運転状態に影響をおよぼす恐れもな
いのである。

【００１０】

【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図１が、その多軸型複合発電プラントの起
動方法を説明するためのプラント系統図であるが、その
前に図４に基づき本発明の起動方法が適用される多軸型
複合発電プラントの系統構成について説明する。

【００１１】本例のプラントでは、ガスタービンと排熱
回収ボイラの組み合わせが２組と１台の蒸気タービンか
ら構成されているが、組み合わせの数が２以上または蒸
気タービンの数が２台以上あってもよい。

【００１２】まず、ガスタービン３ａ，３ｂを駆動する
ことにより発電機１ａ，１ｂで発電を行い、ガスタービ
ンの排ガスを利用して排熱回収ボイラ４ａ，４ｂで熱回
収を行う。排熱回収ボイラ４ａ，４ｂで蒸気を発生さ
せ、その蒸気により高圧蒸気タービン２７、中圧蒸気タ
ービン２８、低圧蒸気タービン２９を駆動し、発電機３
０で発電を行う。

【００１３】排熱回収ボイラ４ａ，４ｂには、高圧蒸気
ドラム５ａ，５ｂ、中圧蒸気ドラム６ａ，６ｂ、低圧蒸
気ドラム７ａ，７ｂが設けられている。高圧蒸気ドラム
で発生した蒸気は加熱された後、高圧主蒸気管８ａ，８
ｂを通り高圧主蒸気ヘッダで合流し、高圧主蒸気管２１
を通り高圧蒸気タービン２７へ供給される。

【００１４】高圧蒸気タービン２７からの排気は、低温
再熱蒸気ヘッダ２０で分岐され、低温再熱蒸気管１４
ａ，１４ｂを通り、中圧蒸気ドラム６ａ，６ｂで発生す
る蒸気と合流し、更に過熱され、高温再熱蒸気管９ａ，
９ｂを通り、中圧蒸気ヘッダ１８で合流し、中圧主蒸気
管２２を通り、中圧蒸気タービン２８に供給される。

【００１５】また、低圧蒸気ドラム７ａで発生した蒸気
は、低圧主蒸気管１０ａ，１０ｂを通り、低圧蒸気ヘッ
ダ１９で合流し、低圧主蒸気管２３を通り、低圧蒸気タ
ービン２９に供給され、その排気は復水器３１で復水に
なり、復水ポンプ３２で昇圧され給水管１６ａ，１６ｂ
を通って排熱回収ボイラ４ａ，４ｂに至る。

【００１６】図１には本発明の一つの実施例が示されて
いる。これは高圧蒸気タービンを用いた起動方法に係る
もので、弁の開閉状態を示すものである。なお、この場
合蒸気タービンの起動に最も寄与する高圧系の主蒸気管
８ａ，８ｂのうち、配管のメタル熱容量が主蒸気管８ａ
の方が主蒸気管８ｂに比べて小さいとする。またこの
時、蒸気タービンを起動する際に、高圧主蒸気止弁１１
ａが開、高圧主蒸気止弁１１ｂが閉とする。

【００１７】１軸の蒸気のみで起動を行う場合において
は、まずガスタービン３ａを最初に起動し、高圧主蒸気
管８ａを流れる蒸気を使用して蒸気タービンを起動す
る。タービン排気は中圧主蒸気管２２から分岐するター
ビンバイパス系を経由して復水器３１に至り凝縮する。
その後、ガスタービン３ｂを起動する。

【００１８】このようにすると、メタル熱容量が小さい
高圧主蒸気管８ａを流れる蒸気温度の上昇が早まるの
で、ガスタービン３ｂを先行起動する場合に比べて、高
圧蒸気タービン２７前の蒸気温度の上昇が早まるため、
蒸気タービンの通気時刻が早まりプラント起動時間を短
縮することができる。

【００１９】すなわち、ガスタービンの起動初期、主蒸
気管のメタル温度は低いので、排熱回収ボイラで発生し
た蒸気の一部は主蒸気管を流れる過程で、配管に熱を奪
われ減温または凝縮する。なお、この場合蒸気からの伝
熱により配管の温度を１℃上昇させる熱量をメタル熱容
量と定義する。排熱回収ボイラから主蒸気ヘッダまでの
主蒸気管のメタル熱容量が軸間で異なっているとき、メ
タル熱容量が小さいほど配管が所定温度に加熱される間
に失なわれる蒸気の損失熱量は少ないため、蒸気ヘッダ
に流入する蒸気温度が早く上昇する。複合発電プラント
においては蒸気タービンの通気時刻が早まればプラント
の起動時間が早くなる。

【００２０】すなわち、蒸気タービンの通気を早めるた
めにはタービンに流入する蒸気温度の上昇を早める必要
がある。このため、排熱回収ボイラから主蒸気ヘッダま
でのメタル熱容量が最も小さい軸のガスタービンから起
動を行い、その排熱回収ボイラから発生する蒸気を用い
て蒸気タービンを起動すれば、プラントの起動時間を短
縮することができると云うことである。

【００２１】配管の熱容量を考慮した時の主蒸気管出口
温度の応答は概略、次式で与えられる。

【００２２】

【数１】

【００２３】また、時定数τは、

【００２４】

【数２】 τ ＝ＣｐＭ／ Ｋ …（２） ここで、 Ｃｐ： 鋼管の比熱、Ｍ： 配管の重量、Ｋ： 配管への
熱伝達率 これより配管の熱容量ＣｐＭが大きいと時定数τが大き
くなる関係がある。

【００２５】図２，図３は３軸型複合発電プラントにお
ける起動曲線と、式(１)に基づいた熱容量の異なる蒸気
配管系からなる多軸型複合発電プラントにおける起動時
の主蒸気ヘッダ入口蒸気温度の過渡変化を示している。
これより配管の熱容量ＣｐＭが大の軸ほどヘッダ入口の
蒸気温度の立ち上りが遅くなる関係にあることがわか
る。

【００２６】なお、ガスタービンは一定の時間々隔をお
いてシーケンシャルに起動、点火し、無負荷定格回転数
到達後に併入し、低負荷運転状態を継続する。ドラム圧
力が所定値に到達すると蒸気タービンに通気し、回転数
が定格値に到達後に併入する。その後ガスタービンの負
荷を上昇させ、ガスタービンと蒸気タービンの負荷がと
もに１００％近傍に到達する時点をもってプラント起動
が完了する。

【００２７】プラント起動時間とはガスタービンの起動
からプラントが定格負荷に至るまでの時間を指すものと
する。本発明では前述した起動手順の中で、蒸気タービ
ンの通気のタイミングを前倒しすることによりプラント
の起動時間の短縮を図るものである。

【００２８】図２より、排熱回収ボイラから主蒸気ヘッ
ダまでのメタル熱容量が最も小さい軸のガスタービンか
ら起動を開始し、その排熱回収ボイラから発生する蒸気
を用いて蒸気タービンを起動することにより、蒸気ター
ビン入口の蒸気温度の上昇を早めることで蒸気タービン
の起動を早め、起動時間の短縮を図ることができること
が理解されよう。

【００２９】図５に示す第二の実施例は、高圧および中
圧蒸気タービンを同時に用いて起動する場合である。な
お、前述した実施例と同一符号は同一物を示しており、
ここではその詳細説明は省略する。この実施例では高圧
主蒸気管８ａ、８ｂから低温再熱蒸気管１４ａ、１４ｂ
が連結されて高圧タービンバイパス系が構成されてい
る。

【００３０】このような構成では高圧タービン通気前に
高圧タービンバイパスの運用で、低温再熱蒸気管１４
ａ、１４ｂの加熱ならびに再熱器の空炊き防止が行われ
るので高温再熱蒸気管９ａの加熱は高圧主蒸気管８ａの
加熱と同時進行する。高圧タービン通気後は、高圧ター
ビンバイパス弁は閉止する。

【００３１】このような理由から、この場合も蒸気温度
の早期立上げに効果があるのは、高圧系のメタル熱容量
の小さい方、すなわち実例１の８ａを経由した蒸気供給
が有利であるのでガスタービン３ａを最初に起動する。

【００３２】本実施例におけるタービン通気後の蒸気の
流れは以下のようになる。ガスタービン３ａの起動によ
り高圧蒸気ドラム５ａで発生した蒸気は高圧主蒸気管８
ａ高圧主蒸気ヘッダ、高圧主蒸気管２１を経由して高圧
タービンに流入する。その排気は中圧蒸気ドラム６ａで
発生した蒸気と合流して高温再熱蒸気管９ａ、中圧蒸気
ヘッダ１８、中圧主蒸気管２２を通り中圧蒸気タービン
２８に供給される。中圧蒸気タービン２８の排気はクロ
スオーバー管を経由して低圧蒸気タービンに流入後復水
器３１に至る。

【００３３】図６に示す第三の実施例は、蒸気タービン
の起動を中圧蒸気タービンで行う方法を示す。中圧蒸気
ドラム６ｃで発生した蒸気は、高温再熱蒸気管９ａ、中
圧主蒸気管２２を経由して中圧蒸気タービンに流入し、
低圧蒸気タービンを経由して復水器に至る。

【００３４】この場合は蒸気タービンの通気時間短縮に
効果があるのは中圧系であるため、中圧主蒸気管９ａ，
９ｂのうち、配管のメタル熱容量が小さい方（図示の例
では９ａ）の軸のガスタービンを最初に起動することに
より、上記と同様の効果が得られる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、プラントを起動するに際し、排熱回収ボイラから主
蒸気ヘッダまでの主蒸気管の熱容量が最も小さいガスタ
ービンおよびその排熱回収ボイラを起動し、次いで他の
ガスタービンおよびその排熱回収ボイラを起動するよう
になしたから、蒸気タービン入口の蒸気温度の上昇を早
めることができ、蒸気タービンの通気時刻を早め、他系
統の運転状態の影響を受けることなく、安価にしてプラ
ントの立上りの速い，すなわち起動時間を短縮すること
が可能なこの種多軸型複合発電プラントの起動方法を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の起動方法の一実施例を説明するための
多軸型複合発電プラントの系統図である。

【図２】メタル熱容量と蒸気温度との関係を示す特性図
である。

【図３】ガスタービンおよび蒸気タービンの立上り状態
を示す図である。

【図４】多軸型コンバインドプラントの構成図である。

【図５】本発明の起動方法の他の実施例を説明するため
の多軸型複合発電プラントの系統図である。

【図６】本発明の起動方法の他の実施例を説明するため
の多軸型複合発電プラントの系統図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，３０…発電機、２ａ，２ｂ…ガスタービン
圧縮機、３ａ，３ｂ…ガスタービン、４ａ，４ｂ…排熱
回収ボイラ、５ａ，５ｂ…高圧蒸気ドラム、６ａ，６ｂ
…中圧蒸気ドラム、７ａ，７ｂ…低圧蒸気ドラム、８
ａ，８ｂ…高圧主蒸気管（排熱回収ボイラ〜主蒸気ヘッ
ダ）、９ａ，９ｂ…中圧主蒸気管（排熱回収ボイラ〜主
蒸気ヘッダ）、１０ａ，１０ｂ…低圧主蒸気管（排熱回
収ボイラ〜主蒸気ヘッダ）、１１ａ，１１ｂ…高圧主蒸
気止弁、１２ａ，１２ｂ…高圧主蒸気止弁、１３ａ，１
３ｂ…高圧主蒸気止弁、１４ａ，１４ｂ…低温再熱蒸気
管、１５ａ，１５ｂ…低温再熱蒸気止弁、１６ａ，１６
ｂ…給水管、１７…高圧主蒸気ヘッダ、１８…中圧主蒸
気ヘッダ、１９…低圧主蒸気ヘッダ、２０…低温再熱蒸
気ヘッダ、２１…高圧主蒸気管（高圧主蒸気ヘッダ〜高
圧蒸気タービン入口）、２２…中圧主蒸気管（中圧主蒸
気ヘッダ〜高圧蒸気タービン入口）、２３…低圧主蒸気
管（低圧主蒸気ヘッダ〜高圧蒸気タービン入口）、２４
…高圧主蒸気加減弁、２５…中圧主蒸気加減弁、２６…
低圧主蒸気加減弁、２７…高圧蒸気タービン、２８…中
圧蒸気タービン、２９…低圧蒸気タービン、３１…復水
器、３２…復水ポンプ、３３…給水管（復水器〜給水ヘ
ッダ）、３４…給水ヘッダ、３５ａ，３５ｂ…高圧ター
ビンバイパス弁、３６ａ，３６ｂ…中圧タービンバイパ
ス弁、３７ａ，３７ｂ…低圧タービンバイパス弁。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ排熱回収ボイラを備えた複数の
   ガスタービンおよび少なくとも１台の蒸気タービンを備
   え、ガスタービンから排出される排熱を利用してそれぞ
   れの排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、その発生蒸気を
   主蒸気ヘッダで合流させ、その合流させた蒸気により前
   記蒸気タービンを駆動して発電を行うように形成されて
   いる多軸型複合発電プラントの起動方法において、 前記プラントを起動するに際し、前記排熱回収ボイラか
   ら前記主蒸気ヘッダまでの主蒸気管の熱容量が最も小さ
   いガスタービンおよびその排熱回収ボイラを起動し、次
   いで他のガスタービンおよびその排熱回収ボイラを起動
   するようにしたことを特徴とする多軸型複合発電プラン
   トの起動方法。
2. 【請求項２】 排熱回収ボイラを備えたガスタービン系
   を複数備え、ガスタービンから排出される排熱を利用し
   てそれぞれの排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、複数系
   の発生蒸気を主蒸気ヘッダで合流させ、その合流させた
   蒸気により蒸気タービンを駆動して発電を行うように形
   成されている多軸型複合発電プラントの起動方法におい
   て、 前記プラントを起動するに際し、前記排熱回収ボイラか
   ら前記主蒸気ヘッダまでの主蒸気管のメタル熱容量が最
   も小さい系のガスタービンを起動し、次いで他の系のガ
   スタービンを起動するようにしたことを特徴とする多軸
   型複合発電プラントの起動方法。
3. 【請求項３】 排熱回収ボイラを備えたガスタービン系
   を複数備え、ガスタービンから排出される排熱を利用し
   てそれぞれの排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、複数系
   の発生蒸気を主蒸気ヘッダで合流させ、その合流させた
   蒸気により蒸気タービンを駆動して発電を行うように形
   成されている多軸型複合発電プラントの起動方法におい
   て、 前記プラントを起動するに際し、前記排熱回収ボイラか
   ら前記主蒸気ヘッダまでの主蒸気管の長さが最も短い系
   のガスタービンを起動し、次いで他の系のガスタービン
   を起動するようにしたことを特徴とする多軸型複合発電
   プラントの起動方法。
4. 【請求項４】 それぞれ排熱回収ボイラを備えた複数の
   ガスタービンおよび少なくとも１台の蒸気タービンを備
   え、ガスタービンから排出される排熱を利用してそれぞ
   れの排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、その発生蒸気を
   主蒸気ヘッダで合流させ、その合流させた蒸気により前
   記蒸気タービンを駆動して発電を行うように形成されて
   いる多軸型複合発電プラントの起動方法において、 前記プラントを起動するに際し、前記排熱回収ボイラか
   ら前記主蒸気ヘッダまでの主蒸気管の熱容量が小さいガ
   スタービンおよびその排熱回収ボイラから順次起動する
   ようにしたことを特徴とする多軸型複合発電プラントの
   起動方法。
5. 【請求項５】 前記プラントが３軸型複合発電プラント
   である請求項１，２，３若しくは４記載の多軸型複合発
   電プラントの起動方法。