KR20150138051A - 플랜트 제어 장치, 및 플랜트 기동 방법 - Google Patents

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Abstract

실시형태의 플랜트 제어 장치는, 가스 터빈과, 상기 가스 터빈에서 배출된 배출 가스로부터 열회수하여 증기를 발생시키는 증발기와, 상기 가스 터빈의 배출 가스와 열교환해서 상기 증기를 가열하여 주증기를 발생시키는 열교환기를 갖는 배열 회수 보일러와, 상기 열교환기에 의해 발생된 주증기에 의해 구동되는 증기 터빈을 구비하는 컴바인드 사이클 발전 플랜트를 제어하는 플랜트 제어 장치로서, 상기 가스 터빈에 발전기를 병렬시킨 후에, 목표 출력으로 될 때까지 상기 가스 터빈의 출력을 상승시키는 제어부를 갖는다. 상기 목표 출력은, 상기 가스 터빈의 배출 가스 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 상기 증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 상기 열교환기의 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도 이하로 되도록 설정된다. 이에 따라 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 기동 시간을 단축한다.

Description

플랜트 제어 장치, 및 플랜트 기동 방법{PLANT CONTROLLER, AND PLANT STARTING METHOD}
본 발명의 실시형태는 플랜트 제어 장치, 및 플랜트 기동 방법에 관한 것이다.
가스 터빈(gas turbine)과, 배열(排熱) 회수 보일러(boiler)와, 증기 터빈을 조합해서 구성하는 컴바인드 사이클 발전 플랜트(Combined Cycle Power Generation Plant)가 예를 들면 일본국 특허 JP3281130B 등에 의해 알려져 있다. 일본국 특허 JP3281130B는 환경 보전의 관점에서 배열 회수 보일러로부터 대기 중으로 배출되는 NOx 유량을 저감하는 운전 방법을 제공하고 있다. 여기에서, 배열 회수 보일러는 가스 터빈의 배출 가스로부터 열회수해서 증기를 생성한다. 증기 터빈은 배열 회수 보일러가 생성하는 증기에 의해 구동된다.
증기 터빈의 통기 개시 시기를 빠르게 하기 위해서는, 가스 터빈의 출력을 종래보다 빠른 단계에서 상승시켜서, 주(主)증기 온도를 빠르게 소정의 온도로 하여 통기를 개시함으로써, 증기 터빈을 조기에 기동하는 것을 생각할 수 있다. 단, 배열 회수 보일러에 내장되는 과열기로 대표되는 열교환기는 최고 사용 온도가 정해져 있으므로, 열교환기가 이 최고 사용 온도를 초과하지 않도록 할 필요가 있다.
구체적으로는, 배열 회수 보일러에 의한 주증기의 발생이 충분히 있는 경우는, 열교환기에 공급되는 주증기가 배출 가스의 열을 빼앗음으로써 열교환기가 최고 사용 온도로 되지 않기 때문에, 가스 터빈의 배출 가스가 최고 사용 온도를 초과해도 문제없다. 그러나, 주증기의 발생이 극단적으로 적은 단계에서는, 가스 터빈의 배출 가스의 열을 빼앗는 주증기가 적기 때문에, 열교환기가 주증기에 의해 냉각되지 않아 최고 사용 온도를 초과하는, 소위 열교환기의 공연소의 문제가 발생하는 경우가 있다.
이 문제를 회피하기 위해, 증기 터빈의 통기 전의 워밍업을 행하는 가스 터빈의 출력을, 가스 터빈의 배출 가스 온도가 배열 회수 보일러에 내장되는 열교환기의 최고 사용 온도를 초과하지 않는 범위에서 가장 큰 가스 터빈 출력을 선정하도록 하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 기동 시간은, 이 가스 터빈 출력에 구속되어 그 이상의 기동 단축을 행할 수 없다.
그래서 본 발명의 실시형태는, 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 기동 시간을 단축하는 것을 가능케 하는 플랜트 제어 장치, 및 플랜트 기동 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
일 실시형태의 플랜트 제어 장치는, 가스 터빈과, 상기 가스 터빈에서 배출된 배출 가스로부터 열회수하여 증기를 발생시키는 증발기와, 상기 가스 터빈의 상기 배출 가스와 열교환해서 상기 증기를 가열하여 주증기를 발생시키는 열교환기를 갖는 배열 회수 보일러와, 상기 열교환기에 의해 발생된 상기 주증기에 의해 구동되는 증기 터빈을 구비하는 컴바인드 사이클 발전 플랜트를 제어하는 플랜트 제어 장치로서, 상기 가스 터빈에 발전기를 병렬시킨 후에, 목표 출력으로 될 때까지 상기 가스 터빈의 출력을 상승시키는 제어부를 구비하고, 상기 목표 출력은, 상기 가스 터빈의 배출 가스 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 상기 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 상기 열교환기의 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도 이하로 되도록 설정된다.
실시형태의 플랜트 제어 장치에 따르면, 주증기의 발생 유량을 계측하고, 그 발생 유량이 열교환기에 대한 냉각 효과가 발휘되는 유량에 도달할 때까지 기다리고 나서, 가스 터빈의 출력을 상승시킬 수 있기 때문에, 열교환기는 최고 사용 온도를 초과하는 가스 터빈의 배출 가스 온도를 받아들이는 것이 가능해져, 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 기동 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 있어서의 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)의 구성을 나타내는 개략 구성도.
도 2는 제1 실시형태에 있어서의 플랜트 제어 장치(501)의 구성을 나타내는 개략 구성도.
도 3은 제1 실시형태에 따른 플랜트 기동 방법을 나타내는 플로차트.
도 4는 규정된 발생 유량(F1)일 때의 GT 배출 가스 온도와 열교환기 온도의 관계를 나타내는 그래프.
도 5는 제1 실시형태에 따른 플랜트 기동 방법의 기동 차트.
도 6은 비교예에 있어서의 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)의 구성을 나타내는 개략 구성도.
도 7은 가스 터빈 출력과 GT 배출 가스 온도의 관계의 일례를 나타내는 그래프.
도 8은 비교예에 따른 플랜트 기동 방법을 나타내는 플로차트.
도 9는 비교예에 따른 플랜트 기동 방법의 기동 차트.
(비교예)
제1 실시형태에 대해서 설명하기 위하여, 우선 비교예에 따른 컴바인드 사이클 발전 플랜트에 대하여 설명한다.
도 6은 비교예에 있어서의 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)의 구성을 나타내는 개략 구성도이다. 또, 이하의 설명 중에 사용되는 수치는 보다 용이한 이해를 위하여 기재하는 일례이다.
컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)는 가스 터빈(502)과 증기 터빈(503)이 별축(別軸)으로 구성된다.
플랜트 제어 장치(601)는 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)의 운전 및 제어를 통괄한다.
(컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)의 구성에 대하여)
컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)는 압축기(507), 압축기(507)와 접속된 가스 터빈(GT)(502), 및 회전축이 가스 터빈(502)과 접속된 발전기(517)를 구비한다.
또한, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)에는 압축기(507)로부터의 공기와 함께 연료(516)를 연소시키는 연소기(508)가 설치되어 있다. 연료(516)의 연소에 의해 생성된 고온이며 고압인 가스가 연소기(508)로부터 가스 터빈(502)에 공급되어 가스 터빈(502)이 구동된다.
연소기(508)에 연료(516)를 공급하는 배관에는 플랜트 제어 장치(601)로부터의 제어 신호에 의거해서 개폐되는 연료 조절 밸브(506)가 설치되어 있다. 연료 조절 밸브(506)의 개방도를 조절함으로써 연소기(508)에의 연료(516)의 공급량을 조절할 수 있다.
또한, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)는, 발전기(517)의 출력을 규정된 시간 간격으로 검출하고, 발전기(517)의 출력을 나타내는 GT 출력 신호를 플랜트 제어 장치(601)에 공급하는 GT 출력 센서(OS)를 구비한다.
또한, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)는, 가스 터빈(GT)(502)으로부터 배출된 GT 배출 가스(a)의 온도를 규정된 시간 간격으로 검출하고, 검출한 GT 배출 가스(a)의 온도를 나타내는 배출 가스 온도 신호를 플랜트 제어 장치(601)에 공급하는 배출 가스 온도 센서(TS1)를 구비한다.
또한, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)는 가스 터빈(502)의 GT 배출 가스(a)로부터 열회수해서 증기를 생성하는 배열 회수 보일러(504)를 구비한다.
또한, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)는 GT 배출 가스(a)로부터 열회수하는 증발기(509), 증발기(509)와 접속된 드럼(510), 및 드럼(510)과 접속된 열교환기(511)를 구비한다. 열교환기(511)의 증기 유입구는 드럼(510)의 증기 배출구와 배관에 의해 접속되어 있다. 여기에서, 열교환기(511)는 예를 들면 과열기이다.
또한, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)는 열교환기(511)와 접속된 가감 밸브(505)를 구비한다. 가감 밸브(505)의 증기 유입구는 열교환기(511)의 증기 배출구와 배관에 의해 접속되어 있다. 가감 밸브(505)는 플랜트 제어 장치(601)의 제어에 따라서 열교환기(511)로부터 증기 터빈에의 주증기의 유량을 조절한다.
또한, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)는 가감 밸브(505)와 접속된 증기 터빈(503), 및 증기 터빈(503)과 접속된 발전기(521)를 구비한다. 증기 터빈(503)의 증기 유입구는 가감 밸브(505)의 증기 배출구와 배관에 의해 접속되어 있다. 또한, 발전기(521)의 회전축이 증기 터빈(503)의 회전축과 접속되어 있다.
또한, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)는 열교환기(511)와 접속된 터빈 바이패스 조절 밸브(512)를 구비한다. 터빈 바이패스 조절 밸브(512)의 증기 유입구는 열교환기(511)의 증기 배출구와 배관에 의해 접속되어 있다. 터빈 바이패스 조절 밸브(512)는 플랜트 제어 장치(601)의 제어에 따라서 열교환기(511)로부터 복수기(復水器)(513)에의 증기 유량을 조절한다.
또한, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)는 터빈 바이패스 조절 밸브(512) 및 증기 터빈(503)과 접속된 복수기(513)를 구비한다. 복수기(513)의 증기 유입구는 터빈 바이패스 조절 밸브(512)의 증기 배출구와 배관에 의해 접속되어 있다. 또한, 복수기(513)의 다른 하나의 입력구는 증기 터빈(503)의 배기구와 배관에 의해 접속되며, 또한 출구로부터 나오는 물과 해수의 열교환을 행한다. 증기 터빈(503)으로부터 배출된 배기 증기(d)는 복수기(513)에 유입된다. 이 복수기(513)는 증기 터빈(503)으로부터 배출된 배기 증기(d)를 해수(515) 또는 공기에 의해 냉각한다. 예를 들면, 복수기(513)는 순환수 펌프(514)에 의해 공급된 해수(515)를 이용해서 배기 증기(d)를 냉각한다.
환경 보전의 측면에서 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)는 탈질소 장치를 갖는다.
탈질소 장치는, 가스 터빈(502)으로부터 배출된 배출 가스에 암모니아 가스를 혼합하고 탈질소 촉매에 의하여 배출 가스 중의 질소산화물(이하, NOx라 함)을 분해 제거한다. 여기에서, 탈질소 장치는 암모니아 공급 설비(518)와, 암모니아 공급 밸브(519)와, 탈질소 촉매(520)와, 촉매 온도 센서(TS4)를 갖는다.
암모니아 공급 설비(518)는 암모니아 가스(c)를 배출하고, 배출된 암모니아 가스(c)는 암모니아 공급 밸브(519)를 지나 배열 회수 보일러(504)에 공급된다. 배열 회수 보일러(504)에 공급된 암모니아 가스(c)는 GT 배출 가스(a)와 혼합되고, 탈질소 촉매(520)에 있어서 배출 가스 중의 NOx와 반응하여 NOx가 분해 제거된다. 이에 따라, 배열 회수 보일러(504)로부터 대기 중으로 배출되는 NOx 유량이 저감된다.
촉매 온도 센서(TS4)는, 탈질소 촉매(520)의 온도를 규정된 시간 간격으로 검출하고, 검출한 탈질소 촉매(520)의 온도를 나타내는 촉매 온도 신호를 플랜트 제어 장치(601)에 공급한다.
(컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)의 운전에 대하여)
계속해서, 이상의 구성을 갖는 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)의 운전에 대하여 설명한다. 도 6은, 가스 터빈(502)이 착화 운전된 후, 가감 밸브(505)가 완전 폐쇄된 상태의 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)의 운전 상태를 나타내고 있다. 여기에서, 일례로서 연료 조절 밸브(506)는 중간 개방도이고, 터빈 바이패스 조절 밸브(512)는 중간 개방도이다.
가스 터빈(502)의 연료(516)는, 연료 조절 밸브(506)로부터 유입되고, 압축기(507)로부터의 공기와 함께 연소기(508)에서 연소된다. 가스 터빈(502)으로부터 배출되는 고온의 GT 배출 가스(a)는, 배열 회수 보일러(504)에 유입되어 증발기(509)에서 열회수되고, 드럼(510) 내의 물이 가열되어 증기가 발생한다. 이 발생한 증기는, 열교환기(511)에서 GT 배출 가스(a)와 열교환해서 더 과열되어 주증기(b)로 되고, 가감 밸브(505) 및 터빈 바이패스 조절 밸브(512)에 공급된다.
그러나, 증기 터빈(503)의 가감 밸브(505)는 폐쇄된 채이기 때문에, 증기 터빈(503)의 기동은 아직 개시되지 않는다. 이것은, 착화로부터의 시간이 경과해 있지 않은 시점에서는, 주증기(b)의 온도가 불충분하여 가감 밸브(505)를 개방해서 주증기(b)를 증기 터빈(503)에 들이는 것이 허용되지 않기 때문이다. 이하, 주증기(b)를 증기 터빈(503)에 들이는 것을 통기라 한다.
터빈 바이패스 조절 밸브(512)는, 통기가 허용되기까지의 동안, 열교환기(511)로부터의 주증기(b)를 압력 제어하면서 개방해서 복수기(513)에 유도한다. 복수기(513)에는 순환수 펌프(514)로부터 퍼올려진 해수(515)가 공급되어 있고, 터빈 바이패스 조절 밸브(512)를 경유한 주증기(b)는 복수기(513) 내에서 해수(515)에 의해 냉각된다. 그 결과, 주증기(b)는 응결되어 복수로 되는 한편, 해수(515)는 열교환에 의해 온도 상승을 수반해서 바다로 되돌아간다.
이 비교예 및 후술하는 실시형태에서는, 도 7에 나타내는 가스 터빈의 정격 출력에 대한 출력의 비율〔%〕과 GT 배출 가스 온도의 관계를 갖는 케이스를 상정한다. 즉, 가스 터빈(502)의 배출 가스 온도의 최고 온도가 620℃인 특성을 가지며, 그에 대한 열교환기(511)의 최고 사용 온도(MaxT)를 550℃로 설정하는 케이스를 상정한다.
플랜트 제어 장치(601)는, 도 8에 나타내는 플랜트 기동 방법을 실현하는 프로그램을 미리 기억시켜 두고, 이 프로그램을 읽어내서 플랜트 전체의 기동 제어를 실행한다.
계속해서, 도 8을 이용하여 비교예의 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)의 플랜트 기동 방법을 설명한다. 도 8은 비교예에 따른 플랜트 기동 방법을 나타내는 플로차트이다.
최초에 가스 터빈(502)을 기동하면(스텝 S201), 우선 퍼지 운전이 행해지고(스텝 S202), 그 착화 및 승속(昇速)의 과정(스텝 S203)을 거쳐 무부하 정격 회전수(Full Speed No Load : FSNL, 이하, 가스 터빈의 회전수가 무부하 정격 회전수인 상태를 FSNL 상태라 칭함)에 도달한다(스텝 S204). 이 시점에서 가스 터빈(502)으로부터 배출되는 GT 배출 가스(a) 중에는 연소에 수반하는 NOx가 함유된다. 그러나, 이 기동 초기 공정에서는 아직 탈질소 촉매의 온도가 낮아 암모니아 가스(c)를 주입해도 NOx와 반응하는 암모니아량은 극히 소량이기 때문에 탈질소 촉매 효율이 낮다. 이 때문에, 이 시점에서 암모니아 가스(c)의 주입을 행할 수는 없다.
그래서, 일본국 특허 JP3281130B와 마찬가지로, FSNL 상태에 있어서의 연료(516)는 비교적 소량이며, 따라서 배출되는 NOx 유량도 적은 것에 주목한다. 구체적으로는, FSNL 상태로 이행한 후에는, 곧바로 발전기(517)를 병렬시키는 기동 공정에 들어가지 않고, 배열 회수 보일러(504) 및 탈질소 촉매(520)의 워밍업 운전을 위하여 FSNL 상태를 유지한다.
이 워밍업의 프로세스에 대하여 언급하면, GT 배출 가스(a)가 배열 회수 보일러(504)에 유입되면, GT 배출 가스(a)가 갖는 열은, 최초, 탈질소 촉매(520)보다 전방(도 6에서는 탈질소 촉매(520)보다 왼쪽)에 배치된 증발기(509)나 열교환기(511)가 열을 회수해서 빼앗아 버린다. 이 때문에, 증발기(509)나 열교환기(511)의 후방에 설치된 탈질소 촉매(520)에는 열이 잘 전해지지 않는다.
FSNL 상태를 계속하는 동안에 탈질소 촉매(520)에까지 열이 전해지게 되어, 촉매 온도 센서(TS4)의 값은 상승을 나타내며, 비교예에서는 1시간 정도의 FSNL 상태를 유지한다. 이에 따라, 탈질소 촉매 효율이 안정되는 온도인 250℃까지 탈질소 촉매(520)는 데워진다.
그래서, 촉매 온도 센서(TS4)가 촉매 온도를 계측하고(스텝 S205), 촉매 온도 센서(TS4)의 계측값이 250℃ 이상, 즉 탈질소 촉매(520)의 온도가 250℃ 이상으로 되었을 경우(S206의 YES), 플랜트 제어 장치(601)는 발전기(517)를 병렬시킨다(스텝 S210).
또, 전술한 플랜트 기동 방법이 아닌, 탈질소 촉매 효율이 낮은 상태에서 발전기(517)를 병렬시켜서 가스 터빈(502)의 출력 상승을 행했을 경우, 암모니아 가스(c)의 주입이 없는 채로 다량의 연료(516)를 연소시킴으로써 다량의 NOx가 발생한다. 이것은 환경 보전상 허용하기 어렵다.
발전기(517)를 병렬시킨 후, 암모니아 공급 밸브(519)를 개방(스텝 S211)한다. 그와 함께, 플랜트 제어 장치(601)는 역전력이 발생하는 것을 피하기 위해 초기 부하로 가스 터빈 출력을 상승시킨다(스텝 S212). 이 기동 공정에 의해 암모니아 가스(c)는 배열 회수 보일러(504)의 GT 배출 가스(a) 중에 혼입된다. 그리고, 암모니아 가스(c)는 탈질소 촉매(520)에 있어서 배출 가스 중의 NOx와 반응하여 NOx가 분해 제거된다.
초기 부하에 도달한 후, 가감 밸브(505)를 개방해서 증기 터빈(503)에 주증기를 유입시키는 기동 공정(기술한 통기)에 대비해서, 플랜트 제어 장치(601)는 계측된 제1단 쉘 내면 메탈 온도를 취득하고 그것을 기억시킨다(스텝 S214). 이 초기 부하의 시점에서는 주증기(b)의 온도가 불충분하여 증기 터빈(503)의 통기는 허용되지 않는다.
그래서, 주증기(b)의 온도를 통기할 수 있는 온도까지 빠르게 올리도록 주증기를 데울(이하, 워밍업이라 함) 목적으로, 플랜트 제어 장치(601)는, 가스 터빈(502)의 출력을, 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하지 않는 GT 배출 가스 온도를 부여하는 출력까지 상승시킨다(스텝 S215). 이 단계에서는, 열교환기(511) 내에는 주증기의 발생량이 적기 때문에, GT 배출 가스의 열이 주증기에 의해 빼앗기는 열량이 적기 때문에 열교환기(511)의 「공연소」가 일어날 수 있으므로, 비교예는 열교환기(511)의 「공연소」를 회피한다. 즉, GT 배출 가스 온도 자체를 열교환기(511)의 최고 사용 온도 이상으로 되지 않도록 제어한다. 구체적으로는 열교환기(511)의 최고 사용 온도 550℃에 5℃의 여유를 고려하여 GT 배출 가스 온도가 545℃로 되는 가스 터빈 출력이 선택된다. 구체적으로는, 도 7의 관계에 비추어, 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하지 않는 GT 배출 가스 온도를 부여하는 출력은 10%이다.
가스 터빈 출력 10%를 유지하면서 급속히 워밍업을 행하여, 주증기 온도가 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃까지 상승했을 때, 다음의 기동 공정인 주증기 온도 매칭 제어가 개시된다(스텝 S218). 주증기 온도 매칭 제어에 있어서, GT 배출 가스 온도 목표값은 제1단 쉘 내면 메탈 온도 + ΔT로 부여된다. 여기에서 ΔT는 미리 정해진 온도 편차이다.
비교예에서는 GT 배출 가스 온도의 목표값이 530℃로 되는 일례를 취급한다. 도 7의 관계에 비추어 GT 배출 가스 온도의 목표값은 가스 터빈 출력 5%이다. 즉, 가스 터빈 출력은 10%를 유지하면서 주증기 온도를 급속히 상승시키고, 주증기 온도가 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃까지 상승하면, 주증기 온도 매칭 제어(스텝 S218)를 개시한다. 그리고, 이 주증기 온도 매칭 제어에 의해 가스 터빈 출력은 5%로 저감되고, GT 배출 가스 온도를 목표값 530℃에 근접시키는 제어를 행한다.
연료의 공급을 계속하면, 시간 경과에 수반해서 주증기 온도도 상승하여 점차 제1단 쉘 내면 메탈 온도에 점근(漸近)한다. 플랜트 제어 장치(601)는 제1단 쉘 내면 메탈 온도와 주증기 온도의 편차가 ±ε℃ 이내인지의 여부를 판정한다(스텝 S219). 여기에서 ε는 충분히 작은 허용 편차이다. 그리고, 제1단 쉘 내면 메탈 온도와 주증기 온도의 편차가 ±ε℃ 이내로 되었을 경우(스텝 S219의 YES), 플랜트 제어 장치(601)는 가감 밸브(505)를 개방해서 증기 터빈(503)의 통기를 개시한다(스텝 S220).
이상, 비교예에 있어서, 주증기(b)의 온도를 통기할 수 있는 온도까지 빠르게 올리도록 워밍업을 행할 목적으로, 플랜트 제어 장치(601)는, 가스 터빈(502)의 출력을, 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하지 않는 GT 배출 가스 온도를 부여하는 출력까지 상승시켰다. 그러나, 이 경우, 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 기동 시간은, 이 출력에 구속되어 그 이상의 기동 단축을 행할 수 없다.
(제1 실시형태)
제1 실시형태에서는, 비교예에 비해서, 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 기동 시간을 더 단축하는 것을 가능케 하는 플랜트 제어 장치, 및 플랜트 기동 방법에 대하여 설명한다. 이하, 도 1 내지 도 5를 참조하면서 본 발명의 제1 실시형태에 대하여 설명한다.
우선, 본 실시형태의 개요에 대하여 설명한다. 본 실시형태는, 다음의 두가지 기술 포인트에 주목하고, 이들 두가지 기술 포인트를 융합하여 창출된 것이다.
선행문헌 일본국 특허 JP3281130B의 플랜트 기동 방법에서는, 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 기동 과정에 있어서, 가스 터빈 발전기를 병렬시켜 가스 터빈 부하 운전을 행하기 전에, 가스 터빈으로부터 배출되는 NOx 유량이 적은 FSNL 상태를 유지하는 바와 같은 기동 공정을 마련하고 있다.
제1 기술 포인트는, 이 FSNL 상태의 기간에 탈질소 촉매의 온도를 상승시켜서 충분한 탈질소 촉매 효율을 확보한 후에 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시키는 것이다.
계속해서, 제2 기술 포인트에 대하여 설명한다. 배열 회수 보일러(504)에 의한 주증기의 발생이 있을 경우, 주증기가 이들 열교환기(511)의 튜브 내부로부터 열교환기(511)를 냉각하는 효과를 발휘한다. 따라서, 제2 기술 포인트는, 가스 터빈(502)의 배출 가스 온도(이하, GT 배출 가스 온도라 함)가 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 열교환기(511)가 열교환기(511)의 최고 사용 온도 이하로 되도록 가스 터빈 출력을 제어하는 것이다.
이하, 배열 회수 보일러(504)의 열교환기(511)와 최고 사용 온도에 대하여 상세히 기술한다. 우선, 배열 회수 보일러(504)의 열교환기(511)는 대표적으로는 과열기나 재열기 등의 튜브(전열관)이다. 이 이외에도, 열교환기(511)는 헤더(header), 연락 배관 등의 제반 구성 부품을 포함하는 것의 총칭이다.
그리고, GT 배출 가스 온도가 가장 높아지는 출력은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 정격 100% 출력이 아닌 중간 출력 영역에 있다. 이 중간 출력 영역에서는 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 기동 공정은 상당히 진행해 있다. 그 결과, 이미 증기 터빈의 통기는 이루어져 있으며, 또한 배열 회수 보일러(504)의 열교환기(511)로부터는 다량의 주증기가 발생해 있는 운전 상황이므로, 주증기는 열교환기(511)를 내부로부터 냉각하는 효과를 발휘한다.
이들 열교환기(511)의 설계에 있어서는, GT 배출 가스 온도나 내부 유체(예를 들면, 주증기)의 온도, 물리적 강도, 발생 응력, 그리고 상용기(商用器)로서 요구되는 경제성 등의 관점에서 사이즈, 재질, 두께 등이 선택된다. 그 결과, 이들 열교환기(511)의 온도는 내부를 통과하는 주증기의 온도의 근방으로 세팅한다. 또, 열교환기(511)의 온도가 가장 고온이 되는 부분은 일반적으로 가스 터빈(502)의 배출 가스(이하, GT 배출 가스라 함)에 직접 닿는 외측 표면 부위이다.
그리고, 열교환기(511)의 최고 사용 온도는, 이러한 운전에 있어서의 GT 배출 가스 온도나 내부 유체 유량을 감안한 후, 필요 충분한 마진을 부여해서 선정된다. 예를 들면, GT 배출 가스 온도의 최고 온도가 600℃∼650℃인 특성을 갖는 가스 터빈(502)과 조합하는 배열 회수 보일러(504)에 있어서는, 열교환기(511)의 최고 사용 온도는 550℃∼600℃ 정도이다. 상기 주증기의 냉각 효과에 의해 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하는 GT 배출 가스 온도에 의한 운전이 허용된다.
이 주증기의 통과에 의한 냉각 효과는 가스 터빈(502)이 기술(旣述)한 중간 출력으로의 운전 상태일 때에 한하지 않는다. 예를 들면, 가스 터빈(502)이 연료 공급을 받아서 연소를 행하고 있는 초기의 기동 과정에 있어서는, 다량이 아니어도 주증기의 발생을 기대할 수 있으므로 마찬가지의 냉각 효과가 발휘된다. 여기에서, 초기의 기동 과정은, 증기 터빈(503)의 통기가 행해지기 전, 또한 가스 터빈(502)이 FSNL 상태에서 운전 중 또는 저출력 운전 중인 공정이다.
단, 그 경우, 열교환기(511)의 내부를 통과하는 증기는 소량이므로, 열교환기(511)의 온도는 상기와 같은 주증기 온도의 근방이 아닌, 보다 GT 배출 가스 온도에 가까운 온도로 된다.
이 점에서, 초기의 기동 과정에서, 열교환기(511)의 최고 사용 온도 이상의 GT 배출 가스 온도이며, 또한 열교환기(511)가 이미 발생해 있는 주증기의 영향으로 냉각됨으로써 열교환기(511)의 최고 사용 온도 이하로 되도록 가스 터빈(502)의 목표 출력을 제어하는 것이 중요하다. 이러한 제어에 의해 주증기 온도를 좀더 빠르게 목표 온도에 도달시킬 수 있기 때문에, 그만큼 기동 시간을 단축할 수 있다.
그러나, 배열 회수 보일러(504)는 큰 열용량을 갖는다. 따라서, 가스 터빈(502)에의 연료 공급을 계속시켜도, 주증기의 유량이 충분히 발생할 때까지 경우에 따라서는 약 30분 내지 1시간이라는 오더가 긴 시간을 요한다.
그래서, 본 실시형태의 플랜트 기동 방법에서는, 탈질소 촉매를 워밍업하기 위한 FSNL 상태에서의 유지 기간에, 아울러서 주증기의 발생 대기를 행하고, 주증기의 발생 유량의 계측값이 규정된 발생 유량 이상으로 되었을 경우에, 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시킨다. 여기에서, 규정된 발생 유량은, 규정된 시간 가스 터빈(502)을 무부하 정격 회전수 상태로 유지한 후의 주증기의 발생 유량이다. 주증기의 발생 유량이 이 규정된 발생 유량일 때에 소정의 냉각 효과가 발휘된다.
다음의 기동 공정인 가스 터빈(502)의 출력 상승을 행할 때에, GT 배출 가스 온도를 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하는 바와 같은 고온으로 해서 기동 시간의 단축을 도모하면서, 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 열교환기(511)의 최고 사용 온도 이하로 되도록, 가스 터빈(502)의 출력을 제어한다.
(컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)의 구성)
계속해서, 도 1을 이용해서 제1 실시형태에 따른 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 있어서의 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)의 구성을 나타내는 개략 구성도이다. 또, 도 1에 있어서, 도 6과 같은 것은 같은 부호를 부여하고 그 설명은 생략한다.
도 1의 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)의 구성은, 도 6의 비교예의 컴바인드 사이클 발전 플랜트(600)에 주증기 유량 센서(TS5)가 추가된 구성으로 되어 있다. 주증기 유량 센서(TS5)는 열교환기(511)와 가감 밸브(505)를 잇는 배관을 통과하는 주증기(b)의 유량을 규정된 시간 간격으로 검출한다.
도 2는 제1 실시형태에 있어서의 플랜트 제어 장치(501)의 구성을 나타내는 블록도이다. 플랜트 제어 장치(501)는 입력부(51), 기억부(52), RAM(Random Access Memory)(53), CPU(Central Processing Unit)(54), 및 출력부(55)를 구비한다.
입력부(51)는, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)가 구비하는 각 센서(TS1, TS3, TS4, TS5, OS)에서 계측된 센서 계측 신호를 수신하고, 수신한 센서 계측 신호를 CPU(54)에 출력한다.
구체적으로는 예를 들면, 입력부(51)는, GT 배출 가스 온도를 계측하는 배출 가스 온도 센서(TS1)로부터, GT 배출 가스 온도를 나타내는 배출 가스 온도 신호를 수신하고, 수신한 배출 가스 온도 신호를 CPU(54)에 출력한다.
또한 입력부(51)는 예를 들면, 제1단 쉘 내면 메탈 온도를 계측하는 내면 메탈 온도 센서(TS3)로부터, 제1단 쉘 내면 메탈 온도를 나타내는 내면 메탈 온도 신호를 수신하고, 수신한 내면 메탈 온도 신호를 CPU(54)에 출력한다.
또한, 입력부(51)는 예를 들면, 탈질소 촉매(520)의 온도를 계측하는 촉매 온도 센서(TS4)로부터, 탈질소 촉매(520)의 온도를 나타내는 촉매 온도 신호를 수신하고, 수신한 촉매 온도 신호를 CPU(54)에 출력한다.
또한, 입력부(51)는 예를 들면, 주증기 유량을 계측하는 주증기 유량 센서(TS5)로부터, 주증기 유량을 나타내는 주증기 유량 신호를 수신하고, 수신한 주증기 유량 신호를 CPU(54)에 출력한다.
또한, 입력부(51)는 예를 들면, 가스 터빈(502)의 출력을 계측하는 GT 출력 센서(OS)로부터, 가스 터빈(502)의 출력을 나타내는 GT 출력 신호를 수신하고, 수신한 GT 출력 신호를 CPU(54)에 출력한다.
기억부(52)는 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)를 제어하기 위한 프로그램이 기억되어 있다.
RAM(53)은 CPU(54)가 일차적으로 정보를 기억할 때에 이용된다.
CPU(54)는 기억부(52)로부터 프로그램을 RAM(53)으로 읽어내서 실행함으로써 제어부(541)로서 기능한다. 제어부(541)는 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)를 제어한다.
그 일례로서, 제어부(541)는 가스 터빈(502)의 출력을 제어한다. 그때, 제어부(541)는 출력부(55)를 통하여 연료 조절 밸브(506)를 제어해서 가스 터빈(502)에의 연료(516)의 공급량을 조절한다. 여기에서 연료 조절 밸브(506)의 개폐와 가스 터빈(502)의 출력은 비례 관계에 있으므로, 제어부(541)는 연료 조절 밸브(506)를 제어함으로써 가스 터빈(502)의 출력을 제어할 수 있다.
또한 다른 예로서, 제어부(541)는 출력부(55)를 통하여 가감 밸브(505) 및 터빈 바이패스 조절 밸브(512)를 제어한다.
출력부(55)는 제어부(541)로부터 입력된 제어 신호를 가스 터빈(502), 가감 밸브(505) 및 터빈 바이패스 조절 밸브(512)에 출력한다.
(제1 실시형태에 따른 플랜트 기동 방법)
도 3을 이용해서 제1 실시형태에 따른 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)의 플랜트 기동 방법을 설명한다. 도 3은 제1 실시형태에 따른 플랜트 기동 방법을 나타내는 플로차트이다. 제어부(541)는, 도 3에 나타내는 플랜트 기동 방법을 실현하는 프로그램을 미리 기억부(52)에 기억시켜 두고, 이 프로그램을 RAM(53)으로 읽어내서 플랜트 전체의 기동 제어를 실행한다.
또, 본 실시형태에 있어서도 비교예와 마찬가지로, 예를 들면 가스 터빈(502)은 배출 가스 온도의 최고 온도가 620℃인 특성을 가지며, 열교환기(511)의 최고 사용 온도는 550℃이고, 도 7에 나타내는 가스 터빈 출력(%)과 GT 배출 가스 온도의 관계를 갖는다. 또한, 탈질소 촉매(520)가 FSNL 상태에서의 운전에 의해 워밍업되어 250℃까지 상승하는데에 1시간을 요하는 것으로 하고 있다.
최초에, 가스 터빈(502)을 기동시키면(스텝 S101), 우선 퍼지 운전이 행해지고(스텝 S102), 그 착화 & 승속의 과정(스텝 S103)을 거쳐 FSNL 상태에 도달한다(스텝 S104). 이 시점에서 가스 터빈(502)으로부터 나오는 GT 배출 가스(a) 중에는 연소에 수반하는 NOx가 함유된다. 이 기동 초기 공정에서는, 아직 탈질소 촉매의 온도가 낮아 암모니아 가스(c)를 주입해도 NOx와 반응하는 암모니아량은 극히 소량이기 때문에 탈질소 촉매 효율이 낮다. 이 때문에, 이 시점에서 암모니아 가스(c)의 주입을 행할 수는 없다.
그래서, 선행문헌 일본국 특허 JP3281130B와 마찬가지로, FSNL 상태에 있어서의 연료(516)는 비교적 소량이며, 따라서 배출되는 NOx 유량도 적은 것에 주목한다. FSNL 상태로 이행한 후에는, 곧바로 발전기(517)를 병렬시키는 기동 공정에 들어가는 것은 아니며, 배열 회수 보일러(504) 및 탈질소 촉매(520)의 워밍업 운전을 위하여 FSNL 상태를 유지한다.
즉, 촉매 온도 센서(TS4)에 의해 탈질소 촉매(520)의 촉매 온도를 계측한다(스텝 S105). 플랜트 제어 장치(501)는 촉매 온도 신호를 이용해서 촉매 온도가 250℃ 이상으로 되었는지의 여부를 판정한다(스텝 S106). 이 워밍업의 프로세스에 대하여 언급하면, GT 배출 가스(a)가 배열 회수 보일러(504)에 유입되면, 그것이 보유하는 열은, 최초, 탈질소 촉매(520)보다 전방(도 1 상에서는 왼쪽)에 배치된 증발기(509)나 열교환기(511)가 열회수해서 빼앗아버리므로, 탈질소 촉매(520)에는 잘 전해지지 않는다. FSNL 상태를 계속하는 동안에 탈질소 촉매(520)에까지 열이 전해지게 되어 탈질소 촉매(520)의 온도가 상승한다. 1시간의 FSNL 상태를 유지하면, 탈질소 촉매 효율이 안정되는 온도인 250℃까지 탈질소 촉매(520)는 데워진다.
또, 탈질소 촉매 효율이 안정된 것의 지표로서, 촉매 온도 센서(TS4)의 온도가 아닌, 탈질소 촉매(520)의 입구에 설치된 온도 센서(도시하지 않음)에 의해 계측된 GT 배출 가스(a)의 온도를 이용해도 된다. 이 경우, 플랜트 제어 장치(501)는, 계측된 GT 배출 가스(a)의 온도가 규정된 문턱값 이상으로 되었을 경우에, 탈질소 촉매 효율이 안정된 것으로 간주해도 된다.
이 FSNL 상태를 유지하는 1시간 동안에 배열 회수 보일러(504)의 증발기(509)에서는 증발량이 서서히 증가하여 드럼(510) 내의 물을 가열한다. 그들은 드럼(510)으로부터 주증기(b)로서 발생하여 터빈 바이패스 조정 밸브(512)를 경유해서 복수기(513)에 송기(送氣)된다. 주증기 유량 센서(TS5)는 이 주증기(b)의 유량을 계측한다(스텝 S107). 그 계측값은 입력부(51)를 경유해서 제어부(541)에 통지된다. 제어부(541)는 주증기 유량이 규정된 발생 유량(F1) 이상에 도달했는지의 여부를 판정한다(스텝 S108). 여기에서, 규정된 발생 유량(F1)은 규정된 시간(예를 들면, 1시간)에서 가스 터빈(502)을 FSNL 상태로 유지했을 경우에 있어서의 주증기의 발생 유량의 경험값이다.
1시간의 FSNL 상태를 유지하면, 촉매 온도 센서(TS4)에 의해 계측한 탈질소 촉매(520)의 온도가 250℃ 이상이라는 조건과, 주증기 유량 센서(TS5)에 의해 계측한 주증기 유량이 규정된 발생 유량(F1) 이상이라는 조건이, 거의 동시에 성립한다. 스텝 S109에서는, 제어부(541)는 이 양 조건이 성립해 있을 경우 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시킨다(스텝 S110).
이렇게, 제어부(541)는, 발전기(517)를 병렬시키기 전에, 상기 주증기의 발생 유량의 계측값이 규정된 발생 유량(F1) 이상으로 되는 것에 부가해서, 상기 탈질소 촉매(520)의 온도가 규정된 온도(예를 들면, 250℃) 이상으로 될 때까지, 가스 터빈(502)을 무부하 정격 회전수 상태로 유지하도록 가스 터빈(502)을 제어한다. 한편, 제어부(541)는, 상기 주증기의 발생 유량의 계측값이 규정된 발생 유량(F1) 이상으로 되는 것에 부가해서, 상기 탈질소 촉매(520)의 온도가 규정된 온도 이상으로 되었을 경우, 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시킨다.
또, 본 실시형태에서는, 제어부(541)는, 상기 주증기의 발생 유량의 계측값과 상기 탈질소 촉매(520)의 온도에 의거해서, 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시킬지의 여부를 판정했지만 이에 한하는 것은 아니다. 제어부(541)는 주증기의 발생 유량의 계측값에만 의거해서 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시킬지의 여부를 판정해도 된다.
구체적으로는, 제어부(541)는, 발전기(517)를 병렬시키기 전에, 주증기 유량 센서(TS5)에 의해 계측한 주증기의 발생 유량의 계측값이 규정된 발생 유량(F1) 이상으로 될 때까지, 가스 터빈(502)을 무부하 정격 회전수 상태로 유지하도록 가스 터빈(502)을 제어해도 된다. 한편, 제어부(541)는 상기 주증기의 발생 유량의 계측값이 규정된 발생 유량(F1) 이상으로 되었을 경우 가스 터빈에 발전기(517)를 병렬시켜도 된다.
발전기(517)를 병렬시킨 후, 제어부(541)는, 암모니아 공급 밸브(519)를 개방시킴과 함께(스텝 S111), 역전력이 발생하는 것을 피하기 위하여, 가스 터빈(502)의 출력을 초기 부하로 상승시킨다(스텝 S112). 이 기동 공정에 의해 암모니아 가스(c)는 배열 회수 보일러(504)의 GT 배출 가스(a) 중에 주입된다. 그 결과, 암모니아 가스(c)는 탈질소 촉매(520)에 있어서 배출 가스 중의 NOx와 반응하여 NOx는 분해 제거된다.
초기 부하에 도달한 후, 가감 밸브(505)를 개방해서 증기를 증기 터빈(503)에 유입시키는 기동 공정에 대비해서, 제어부(541)는 내면 메탈 온도 센서(TS3)에 의해 계측된 제1단 쉘 내면 메탈 온도를 취득하고 그것을 기억부(52)에 기억시킨다(스텝 S114). 이 초기 부하의 시점에서는 주증기(b)의 온도가 불충분하여 증기 터빈(503)의 통기는 허용되지 않는다.
그래서, 제1 실시형태에서도, 비교예와 마찬가지로 주증기(b)에 의한 통기가 가능해지는 온도로 되도록 가스 터빈 출력을 상승시켜 워밍업을 행한다. 비교예에서는, 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하지 않는 GT 배출 가스 온도 545℃를 부여하는 가스 터빈 출력 10%로 워밍업을 행했다. 그에 반하여, 본 실시형태에서는, 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하는 GT 배출 가스 온도 590℃를 부여하는 25%로 가스 터빈 출력을 상승시켜서(스텝 S115) 워밍업을 행한다. 가스 터빈(502)의 GT 배출 가스 온도는 배출 가스 온도 센서(TS1)에 의해 계측하고, 그 계측값은 입력부(51)를 경유해서 제어부(541)에 통지되어 온도 관리되고 있다. 또한, 가스 터빈 출력은 GT 출력 센서(OS)에 의해 계측하고, 그 계측값은 입력부(51)를 경유해서 제어부(541)에 통지되어 출력 관리되고 있다.
이렇게, 제어부(541)는, 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시킨 후에, 목표 출력(여기에서는 일례로서 25%)으로 될 때까지 가스 터빈(502)의 출력을 상승시킨다. 여기에서, 가스 터빈(502)의 출력이 목표 출력일 때에, 가스 터빈(502)의 배출 가스 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하지만, 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 열교환기(511)의 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도 이하로 되므로, 열교환기(511)가 최고 사용 온도 이상으로 되어버리는 문제는 일어나지 않는다. 따라서, 가스 터빈(502)의 출력은 상기 목표 출력인 채로 된다. 보다 바람직하게는, 목표 출력은, 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해, 열교환기(511)의 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하지 않는 가스 터빈 출력 중 최대의 가스 터빈 출력으로 설정된다.
그 후, 가스 터빈 출력이 25%로 되었을 경우(스텝 S116의 YES), 제어부(541)는, 가스 터빈 출력 25%를 유지하면서 주증기 온도가 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃ 이상으로 되었는지의 여부를 판정한다(스텝 S117). 주증기 온도가 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃ 이상으로 되었을 경우(스텝 S117의 YES), 제어부(541)는 다음의 기동 공정인 주증기 온도 매칭 제어(스텝 S118)를 개시한다. 본 실시형태는, 비교예와 마찬가지로 GT 배출 가스 온도의 목표값 530℃이며, 도 7의 관계로부터 가스 터빈 출력이 5%로 되는 경우를 상정한다. 즉, 가스 터빈 출력은 25%를 유지하면서, 주증기 온도 매칭 제어(스텝 S118)가 개시되면, 매칭 제어에 의해 가스 터빈 출력은 5%로 저감된다. 그 후의 스텝 S119와 S120의 처리는, 도 8의 비교예에 있어서의 스텝 S219와 S220의 처리와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
이렇게, 본 실시형태에서는, 일례로서 가스 터빈 출력 25%로 워밍업을 행하므로, 주증기 온도가 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃까지 상승하는데에 요하는 시간을 비교예보다 단축할 수 있다. 그 결과, 기동 시간을 단축할 수 있다.
이하, 주증기의 규정된 발생 유량(F1)과 가스 터빈 출력 25%의 선정 근거와 산출 방법을 설명한다. 도 4는 주증기의 발생 유량이 F1일 때의 GT 배출 가스 온도와 열교환기(511)의 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
여기에서, 주증기의 규정된 발생 유량이 F1일 때, 열교환기(511)의 최고 사용 온도(MaxT)(여기에서는, 일례로서 550℃)에 5℃의 여유를 고려하여, 열교환기(511)의 온도를 545℃로 하는 것을 상정한다. 그 경우, 열교환기(511)의 온도를 545℃로 하기 위해서는, 도 4에 나타내는 열교환기(511)의 온도와 GT 배출 가스 온도의 관계를 나타내는 곡선(L1)으로부터, GT 배출 가스 온도를 590℃로 할 필요가 있다. 그리고, GT 배출 가스 온도를 590℃로 하기 위해서는, 도 7에 나타내는 GT 배출 가스 온도와 가스 터빈 출력의 관계를 나타내는 곡선(L2)으로부터, 가스 터빈 출력을 25%로 할 필요가 있다. 따라서, 주증기의 규정된 발생 유량이 F1일 때에 가스 터빈 출력으로서 25%가 선택된다.
기술과 같이, 이미 주증기(b)가 발생해서 그것이 열교환기(511) 내를 통과하고 있을 때에는, 냉각 효과가 발휘되어 열교환기(511)의 온도는 주증기 온도와 GT 배출 가스 온도의 중간의 온도로 된다. 그 열교환기(511)의 온도는 GT 배출 가스 온도와 GT 배출 가스 유량과 주증기 유량의 3가지 파라미터에 의존한다. 또, 주증기 온도는 GT 배출 가스 온도와 GT 배출 가스 유량과 주증기 유량에 의해 정해지므로 독립된 파라미터로서는 이 3가지이다.
본 실시형태에서는 다음의 4가지 관점에 주목했다.
첫째로, 본 실시형태에서 취급하는 가스 터빈 출력이 비교적 작은 운전 영역(개략 출력 30% 이하)에서는, 가스 터빈 압축기(507)의 흡입 공기량을 조절하는 입구 안내 베인(IGV)은 일정 개방도를 유지한다. 이 때문에, 그 운전 영역 내에서 출력 변동해도 GT 배출 가스 유량은 거의 일정하다. 따라서, GT 배출 가스 유량을 고정하면, 열교환기(511)의 온도는 GT 배출 가스 온도와 주증기 유량의 2가지 파라미터에 의존한다.
둘째로, 본 실시형태가 기도하는 것은 기동 시간의 단축이며, 기동 시간 단축되는 메커니즘을 비교적 이해하기 쉬운 기동 방식으로 하는 것을 의도한다. 발전기(517)의 병렬 전에 있어서, 본 실시형태와 비교예의 FSNL 상태의 유지 시간은 같은 1시간으로 했다. 이렇게 함으로써, 발전기(517)를 병렬시킨 후의 본 실시형태의 가스 터빈 출력인 25%와, 비교예의 가스 터빈 출력인 10%의 차이가, 그대로 기동 시간의 단축에 공헌하는 것이 용이하게 이해된다.
따라서, 본 실시형태의 계획에 있어서는, 우선 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)의 열평형 계획(히트 밸런스라 하는 경우도 있음)을 기초로, 필요에 따라서 다이내믹 시뮬레이션 등의 방법도 활용해서 FSNL 상태를 1시간 계속했을 때의 규정된 주증기 발생 유량(F1)을 산출하여 선정했다. 여기에서, 히트 밸런스는 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)에 포함되는 각 기기의 입구 출구의 상태량(예를 들면, 온도, 압력, 엔탈피, 유량)이다.
이에 따라, 기동 공정은 탈질소 촉매(520)의 온도가 250℃ 이상인 것과 주증기 유량이 규정된 발생 유량(F1) 이상인 것이 동시에 성립하도록 했다.
이것이 의도하는 바는, 탈질소 촉매를 워밍업하기 위한 FSNL 상태에서의 유지 기간을 이용하고 아울러서 주증기의 발생 대기를 행함으로써, 주증기 유량의 발생만큼의 대기 시간을 없애는 것이다. 이에 따라, 본 실시형태와 비교예 사이에서 FSNL 상태의 기동 공정에 요하는 시간을 같게 해서, 추후의 기동 공정에 있어서 가스 터빈 출력 25%에 의한 기동 시간 단축의 효과를 감쇠시키지 않고 향수할 수 있도록 했다.
셋째로, FSNL 상태를 1시간 계속했을 때의 주증기 유량이 규정된 발생 유량(F1)이므로, 그 후의 기동 공정에서, 발전기(517)를 병렬시켜 가스 터빈 출력을 상승시키는 기동 공정에서는, 주증기 유량은 반드시 규정된 발생 유량(F1) 이상의 양이 발생하는 것은 담보된다. 그러나, 열회수 보일러(504)의 큰 열용량에 기인해서, 규정된 발생 유량(F1)으로부터 유량이 증가하는데에는 시간을 요한다.
따라서, 본 실시형태는, 가스 터빈 출력을 상승시켰을 때의 주증기 유량은, 최저한 보증된 규정된 발생 유량(F1)으로 평가하고, 이를 고정함으로써 열교환기(511)의 온도는 GT 배출 가스 온도라는 1가지 파라미터에만 의존하는 관계가 얻어진다. 그 관계는, 도 4의 그래프에 나타내는 바와 같이, GT 배출 가스 온도를 X축, 주증기 유량이 규정된 발생 유량(F1)일 때의 열교환기(511)의 온도를 Y축으로 해서, 도 4의 곡선(L1)과 같이 나타낼 수 있다.
넷째로, 비교예에 있어서도, 본 실시형태와 마찬가지로 FSNL 상태를 1시간 계속했을 때의 주증기 유량은 규정된 발생 유량(F1)이다. 그러나, 본 실시형태는, 주증기 유량 센서(TS5)를 설치해서 실제의 주증기(b)의 유량을 계측하고, 주증기 유량이 규정된 발생 유량(F1) 이상에 도달한 것을 실제로 판단한다. 이에 따라, 주증기가 유발하는 냉각 효과가 담보되었으므로, 열교환기(511)의 최고 사용 온도 550℃를 초과하는 590℃까지 GT 배출 가스 온도를 올리도록, 제어부(541)가 가스 터빈의 출력을 상승시키는 것을 가능케 한다.
비교예에 있어서, 주증기 유량을 계측하지 않아, 주증기 유량으로서 규정된 발생 유량(F1)이 발생해 있는 것을 전제로, GT 배출 가스 온도를 590℃까지 올리도록 가스 터빈의 출력을 상승시키는 것은 피하는 편이 좋다. 그 이유는, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)에 우발적으로 발생하는 설비 고장이나 경년적인 열화에 수반하여, 실제로는 규정된 발생 유량(F1)에 미달인 경우가 있기 때문이다.
(제1 실시형태의 효과)
계속해서, 도 5와 도 9를 비교하면서 제1 실시형태의 효과에 대하여 설명한다. 도 5는 제1 실시형태에 따른 플랜트 기동 방법의 타임 차트이고, 도 9는 비교예에 따른 플랜트 기동 방법의 타임 차트이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는 병렬 후, 상기한 조건을 만족시켰을 때의 주증기 발생에 의한 냉각 효과를 고려해서 가스 터빈 출력을 25%까지 상승시켜서 워밍업을 행하므로, 도 9의 10% 출력으로 워밍업을 행하는 경우에 비해서 보다 가파른 변화율로 주증기 온도가 상승한다. 따라서, 도 5와 도 9를 비교하면, 본 실시형태에서는, 비교예에 비해서 발전기(517)의 병렬 시로부터 주증기 온도 매칭 제어 개시 시까지의 시간이 짧다. 그 결과, 도 5의 GT 기동 개시로부터 주증기 온도 매칭 제어에 투입되기까지의 시간(T1)은, 도 9의 동 시간(T2)에 비해서 단시간이며, 본 실시형태에서는 비교예에 비해서 기동 시간이 단축된다.
이상과 같이, 제1 실시형태에 따른 플랜트 제어 장치(501)는, 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시킨 후에, 목표 출력으로 될 때까지 가스 터빈(502)의 출력을 상승시키는 제어부(541)를 구비한다. 상기 목표 출력은, 가스 터빈(502)의 배출 가스 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 열교환기(511)의 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도 이하로 되도록 설정된다.
이에 따라, 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시킨 후에, 비교예에서는 가스 터빈의 배출 가스 온도가 열교환기의 최고 사용 온도를 초과하지 않도록 한데 반하여, 본 실시형태에서는, 가스 터빈의 출력을 가스 터빈(502)의 배출 가스 온도가 최고 사용 온도를 넘어서는 목표 출력으로 한다. 이 때문에, 가스 터빈(502)의 출력을 비교예보다 높게 할 수 있으므로, 발전기(517)의 병렬 시로부터 주증기 온도 매칭 제어 개시 시까지의 시간을 단축할 수 있다. 그 결과, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)의 기동 시간을 비교예보다 단축할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 제어부(541)는, 발전기(517)를 병렬시키기 전에, 주증기 유량 센서(TS5)에 의한 주증기의 발생 유량의 계측값이 규정된 발생 유량(F1) 이상으로 될 때까지, 가스 터빈(502)을 무부하 정격 회전수 상태로 유지하도록 가스 터빈(502)을 제어하고, 한편, 상기 주증기의 발생 유량의 계측값이 규정된 발생 유량 이상으로 되었을 경우, 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시킨다. 여기에서, 규정된 발생 유량은 규정된 시간, 가스 터빈(502)을 무부하 정격 회전수 상태로 유지한 후의 주증기의 발생 유량이다.
이렇게, 주증기 유량 센서(TS5)를 설치해서 주증기의 발생 유량을 계측하고, 그 발생 유량이 열교환기(511)에 대한 냉각 효과가 발휘되는 유량에 도달할 때까지 기다리고 나서, 가스 터빈(502)의 출력을 상승시킬 수 있다. 이 때문에, 열교환기(511)는 최고 사용 온도를 초과하는 GT 배출 가스 온도를 받아들이는 것이 가능해져, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)의 기동 시간을 단축할 수 있다.
(제2 실시형태)
계속해서, 제2 실시형태에 대하여 설명한다. 기술한 제1 실시형태에서는, 탈질소 촉매(520)의 온도가 250℃ 이상에 도달할 때의 주증기 유량으로서 규정된 발생 유량(F1)을 선정하고, 그 냉각 효과에 따라서 허용되는 25% 출력을 선정해서 워밍업을 행했다. 그에 반하여, 이 제2 실시형태에서는, 더 큰 냉각 효과가 발휘되는 주증기 유량(F1')을 선정하고, 그 냉각 효과에 따라서 허용되는 가스 터빈 출력을 선정해서 워밍업을 행한다.
기술한 제1 실시형태에서는, 기동 시간이 단축되는 메커니즘을 비교적 이해하기 쉬운 기동 방식으로 하기 위해, 1시간의 FSNL 상태 유지 후에 탈질소 촉매(520)의 온도가 250℃ 이상이라는 조건과, 주증기 유량이 규정된 발생 유량(F1) 이상이라는 조건이 동시에 성립하는 방법을 예시했다.
그 한편으로, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)의 구성 요소의 조합은 다양하며, 그 열평형 계획도 또한 다양하다. 이 제2 실시형태에서는, 1시간의 FSNL 유지 후에, 탈질소 촉매(520)의 온도가 250℃ 이상에 도달하며, 또한 주증기 유량이 규정된 발생 유량(F1) 이상에 도달했을 때로부터 규정된 시간(여기에서는 일례로서, 15분간), FSNL 상태를 더 연장한다. 이에 따라, 합계 1시간 15분의 FSNL 상태를 유지할 수 있으므로, 주증기 유량이 규정된 발생 유량(F1)보다 큰 발생 유량(F1')에 도달한다.
그리고, 발생 유량(F1')의 냉각 효과는, 규정된 발생 유량(F1)의 냉각 효과에 비해서 현저하게 크다. 제2 실시형태에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로 발생 유량(F1')이 유발하는 냉각 효과에 의해 열교환기(511)의 온도가 최고 사용 온도를 초과하지 않는 최대의 가스 터빈 출력이 목표 출력으로 미리 설정되어 있다. 제어부(541)는 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시킨 후에 이 목표 출력으로 될 때까지 가스 터빈(502)의 출력을 상승시킨다. 이 목표 출력은 제1 실시형태의 목표 출력 25% 이상이다. 이 때문에, 병렬 후의 워밍업에 있어서 가스 터빈 출력을 25% 이상으로 상승시킬 수 있다.
따라서, 병렬 전의 FSNL 상태로 15분을 더 허비했다고 해도, 병렬 후의 워밍업에 있어서 주증기 온도가 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃에 도달하는 시간을 15분 이상 단축함으로써, 토털 기동 시간을 단축할 수 있다.
이상과 같이, 제2 실시형태에 있어서의 제어부(541)는, 발전기(517)를 병렬시키기 전에, 주증기의 발생 유량의 계측값이 규정된 발생 유량(F1') 이상이며, 또한 탈질소 촉매(520)의 온도가 규정된 온도 이상으로 되었을 때로부터 규정된 시간(예를 들면, 15분) 경과할 때까지 가스 터빈(502)을 무부하 정격 회전수 상태로 유지하도록 가스 터빈(502)을 제어한다. 한편, 제어부(541)는, 주증기의 발생 유량의 계측값이 규정된 발생 유량(F1') 이상이며, 또한 탈질소 촉매(520)의 온도가 규정된 온도 이상으로 되었을 때로부터 규정된 시간(예를 들면, 15분) 경과했을 경우, 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시킨다.
이에 따라, 제1 실시형태에 비해서, 병렬 전의 FSNL 상태로 여분으로 규정된 시간을 허비했다고 해도, 병렬 후의 워밍업에 있어서 주증기 온도가 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃에 도달하는 시간을 규정된 시간 이상 단축함으로써, 토털 기동 시간을 단축할 수 있다.
또, 제2 실시형태는, 실제로 기동 단축이 실현되는지의 여부는, 대상으로 되는 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)의 열평형 계획에 따르므로, 모든 발전 플랜트에 적용할 수 있는 것은 아니다.
(제3 실시형태)
계속해서, 제3 실시형태에 대하여 설명한다. 기술한 제1 실시형태에서는, 탈질소 촉매(520)의 온도가 250℃ 이상에 도달할 때의 주증기 유량의 냉각 효과에 의해 허용되는 목표 출력(예를 들면, 25%)까지, 가스 터빈 출력을 상승시켜 워밍업을 행했다. 기술한 제1 실시형태에서 설명한 바와 같이, FSNL 상태를 1시간 계속했을 때의 주증기 유량이 규정된 발생 유량(F1)이면, 그 후에 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시키고, 가스 터빈 출력을 25%로 상승시켜서 워밍업을 위하여 25% 출력을 유지하는 기동 공정에서는, 유지 시간의 경과와 함께 반드시 규정된 발생 유량(F1) 이상의 주증기 유량이 발생한다.
그래서, 제3 실시형태에서는, 기억부(52)에 예를 들면 발생 유량과 목표 출력의 복수의 세트가 저장된 테이블을 미리 기억시켜둔다. 제3 실시형태의 플랜트 기동 방법은, 목표 출력(예를 들면, 25%)을 유지해서 워밍업을 행하고 있는 기동 공정에 있어서, 아직 주증기 온도가 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃에 도달하지 않은 임의의 시간대에서, 제어부(541)는 주증기 유량 센서(TS5)에 의해 계측되는 주증기 유량의 계측값을 취득한다.
그리고, 계측값이 규정된 발생 유량(F1)보다 큰 경우, 즉 주증기 유량 센서(TS5)에서 규정된 발생 유량(F1)보다 많은 제2 발생 유량(F2)이 검출되었을 경우, 제어부(541)는 제2 발생 유량(F2)에 따른 제2 목표 출력을 기억부(52)의 상기 테이블로부터 읽어낸다. 그리고, 제어부(541)는 제2 목표 출력을 향해서 가스 터빈 출력을 상승시킨다. 이에 따라, 목표 출력(예를 들면, 25%)보다 큰 제2 목표 출력으로 가스 터빈 출력을 상승시킬 수 있다. 이것은, 제2 발생 유량(F2)의 냉각 효과는 규정된 발생 유량(F1)의 냉각 효과보다 큰 것을 이용한 것이다. 그리고, 가스 터빈(502)은 제2 목표 출력으로 출력을 유지하여 워밍업을 행한다.
여기에서 제2 목표 출력은, 가스 터빈(502)의 출력이 제2 목표 출력이며, 또한 주증기의 발생 유량이 제2 발생 유량(F2)일 때에, 가스 터빈(502)의 배출 가스 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 제2 발생 유량(F2)의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 열교환기(511)의 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도 이하로 되도록 설정된다.
보다 바람직하게는, 제2 목표 출력은, 제2 발생 유량(F2)의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해, 열교환기(511)의 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하지 않는 가스 터빈 출력 중 최대의 가스 터빈 출력으로 설정된다.
이상과 같이, 제3 실시형태에 있어서의 제어부(541)는, 가스 터빈(502)의 출력을 목표 출력까지 상승시킨 후, 목표 출력을 유지하고 있는 상태에서, 주증기의 발생 유량의 계측값을 취득하고, 가스 터빈(502)의 출력을 목표 출력으로부터 계측값에 따른 제2 목표 출력까지 상승시킨다.
이에 따라, 제2 목표 출력은 목표 출력보다 크므로, 기술한 실시형태보다 빠르게 주증기 온도를 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃에 도달시킬 수 있으므로, 기술한 실시형태보다 기동 시간을 단축할 수 있다.
이 제3 실시형태를 더 발전시키면, 제2 목표 출력으로 상승한 후에, 아직 주증기 온도가 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃에 도달하지 않은 임의의 시간대에서, 제어부(541)가 주증기의 발생 유량의 계측값을 취득해도 된다. 그리고, 이 취득한 계측값이 제2 발생 유량(F2)보다 큰 경우, 즉 주증기 유량 센서(TS5)에서 제2 발생 유량(F2)보다 많은 발생 유량의 증기가 검출되었을 경우, 제어부(541)는 제2 목표 출력보다 더 큰 출력으로 가스 터빈 출력을 상승시켜도 된다.
(제4 실시형태)
계속해서, 제4 실시형태에 대하여 설명한다. 제4 실시형태에서는, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)를 정지한 후, 짧은 휴지 기간 후에 재기동을 행하는 핫 스타트의 플랜트 운용 케이스를 상정한다. 핫 스타트에서는, 탈질소 촉매(520), 증발기(509) 및 열교환기(511)는 전회 운전 시의 잔열을 갖고 있다. 그 때문에, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(500)의 기동을 개시한 시점에서, 이미 탈질소 촉매(520)의 온도가 250℃ 이상이라는 조건은 성립해 있다. 따라서, 탈질소 촉매(520)를 워밍업하기 위하여 1시간의 FSNL 상태의 유지 시간은 발생하지 않는다.
이하, 비교예에서 설명한 도 8에 입각하여, 제4 실시형태의 플랜트 기동 방법을 설명한다. 최초에 가스 터빈(502)을 기동하면(스텝 S201), 우선 퍼지 운전이 행해지고(스텝 S202), 그 착화 및 승속의 과정(스텝 S203)을 거쳐 FSNL 상태(스텝 S204)에 도달한다.
그때, 촉매 온도 센서(TS4)에 의해 촉매 온도를 계측하면(스텝 S205), 계측을 개시한 직후에 촉매 온도 센서(TS4)는 250℃ 이상의 온도를 계측한다(스텝 S206의 YES). 이 때문에, FSNL 상태의 유지는 생략되고 곧바로 제어부(541)는 발전기(517)를 가스 터빈(502)에 병렬시킨다(스텝 S210).
발전기(517)를 가스 터빈(502)에 병렬시킨 후, 가스 터빈(502)은 역전력이 발생하는 것을 피하기 위하여, 제어부(541)는, 암모니아 공급 밸브(519)를 개방(스텝 S211)함과 함께, 가스 터빈(502)의 출력을 초기 부하로 상승시킨다(스텝 S212). 탈질소 촉매(520)의 온도는 이미 250℃ 이상이므로, 병렬 전의 FSNL 상태의 유지를 생략해도 탈질소 제어는 지장 없이 행해진다.
가스 터빈 출력은 병렬 후, 초기 부하를 거쳐 제3 목표 출력(여기에서는 일례로서, 10%)으로 상승하고, 가스 터빈 출력이 제3 목표 출력을 유지하면서 워밍업을 행한다. 그리고, 주증기 온도가 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃까지 상승했을 때(스텝 S217의 YES), 도 3의 기동 공정인 주증기 온도 매칭 제어(스텝 S118)가 개시된다.
여기에 핫 스타트에서의 제3 목표 출력(예를 들면, 10%)에 관한 보충을 하면, 핫 스타트에서는 증발기(509)나 열교환기(511)의 잔열을 이용할 수 있으므로, 주증기(b)의 발생이 빨라지는 경향이 있다. 그러나, 가스 터빈(502)이 제3 목표 출력으로 상승한 시점(시간 경과로 말하면 발전기(517)의 병렬로부터 수분 이내)에서는, 아직 그 양은 불충분하며 열교환기(511)의 냉각 효과로서도 부족하다.
따라서, 제3 목표 출력은, 열교환기(511)의 최고 사용 온도(예를 들면, 550℃)를 초과하지 않는 가장 큰 GT 배출 가스 온도를 부여하는 가스 터빈 출력(예를 들면, 10%)으로 설정된다.
이상과 같이, 비교예와 제4 실시형태의 양자는, 주증기 온도를 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃까지 상승시키기 위해, 가스 터빈 출력을 10%로 유지하면서 워밍업을 개시할 때까지의 기동 공정은 같다. 그러나, 이하에 설명하는 바와 같이, 제4 실시형태에서는, 워밍업 공정이 개시된 후의 플랜트 기동 방법의 점에서 비교예와는 서로 다르다.
이하, 제4 실시형태의 워밍업 공정이 개시된 후의 플랜트 기동 방법을 설명한다. 제4 실시형태는, 제3 목표 출력(예를 들면, 10%)을 유지해서 워밍업을 행하고 있는 기동 공정에 있어서, 아직 주증기 온도가 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃에 도달하지 않은 임의의 시간대에서, 제어부(541)는 주증기 유량 센서(TS5)에 의해 계측되는 주증기의 발생 유량의 계측값을 제4 발생 유량으로서 취득한다.
그리고, 제어부(541)는, 가스 터빈(502)의 출력을 제3 목표 출력으로부터 제4 발생 유량에 따른 제4 목표 출력까지 상승시킨다. 가스 터빈(502)은 제4 목표 출력으로 출력을 유지하여 워밍업을 행한다.
여기에서, 제4 목표 출력은, 가스 터빈(502)의 출력이 제4 목표 출력이며, 또한 주증기의 발생 유량이 제4 발생 유량일 때에, 가스 터빈(502)의 배출 가스 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 제4 발생 유량의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 열교환기(511)의 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도 이하로 되도록 설정된다.
보다 바람직하게는, 제4 목표 출력은, 제4 발생 유량의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해, 제3 목표 출력(예를 들면, 10%)보다 크며 또한 열교환기(511)의 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하지 않는 가스 터빈 출력 중 최대의 가스 터빈 출력으로 설정된다.
이하에서는, 설명의 편의를 도모하기 위해, 제4 발생 유량으로서, 기술한 제1 실시형태에서 설명한 규정된 발생 유량(F1)을 선정한다. 기술한 제1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 규정된 발생 유량(F1)의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해, 열교환기(511)의 온도가 이 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하지 않는 최대의 가스 터빈 출력은 25%이므로, 이 경우의 제4 목표 출력은 25%로 된다.
따라서, 제4 실시형태의 워밍업에 있어서, 가스 터빈 출력을 10%로 유지해서 워밍업을 행하고 있을 때에, 규정된 발생 유량(F1)을 검출하면, 제어부(541)는 가스 터빈 출력을 25%로 상승시킨다.
(제4 실시형태의 효과)
이상과 같이, 제4 실시형태에 있어서의 제어부(541)는, 가스 터빈(502)에 발전기(517)를 병렬시킨 후, 가스 터빈(502)의 출력을, 가스 터빈(502)의 배출 가스 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하지 않는 제3 목표 출력까지 상승시킨다.
그리고, 제어부(541)는, 가스 터빈(502)의 출력이 제3 목표 출력으로 유지되어 있는 상태에서, 주증기의 발생 유량의 계측값을 제4 발생 유량으로서 취득하고, 가스 터빈(502)의 출력을 제3 목표 출력으로부터 제4 발생 유량에 따른 제4 목표 출력까지 상승시킨다.
여기에서, 가스 터빈의 출력이 제4 목표 출력이며, 또한 주증기의 발생 유량이 제4 발생 유량일 때에, 가스 터빈의 배출 가스 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 제4 발생 유량의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 열교환기(511)의 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도 이하로 되도록 제4 목표 출력은 설정된다.
비교예에서는, 제3 목표 출력(예를 들면, 10%)을 일정한 채로 유지한 채로 워밍업을 행했다. 그에 반하여, 제4 실시형태에서는 워밍업의 도중에서 제4 목표 출력(예를 들면, 25%)으로 출력을 상승시켜서 워밍업을 행한다. 이에 따라, 주증기 온도가, 제4 실시형태에서는, 비교예보다 빠르게 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃에 도달하므로, 발전기(517)의 병렬 시로부터 주증기 온도 매칭 제어 개시 시까지의 시간을 비교예보다 단축할 수 있다. 그 결과, 기동 시간을 비교예보다 단축할 수 있다.
또한, 참고로, 제4 실시형태와 기술한 제1 실시형태를 이하에 비교한다. 이 비교는 핫 스타트와 콜드 스타트간의 비교에 상당한다. 기술한 실시형태에서는, GT 배출 가스 온도가 낮은 FSNL 상태의 유지 중에 주증기 유량이 규정된 발생 유량(F1)에 도달할 때까지 대기했다. 그에 반하여, 제4 실시형태에서는 GT 배출 가스 온도가 높은 10% 출력의 유지 중에 주증기 유량이 규정된 발생 유량(F1)에 도달할 때까지 대기하게 되므로, 기술한 제1 실시형태보다 기동 시간을 단축할 수 있다.
전술과 같이 제4 발생 유량으로서 규정된 발생 유량(F1)을 선정한 것은 어디까지나 일례이며, 기동 시간 단축의 관점에서 보다 유리한 플랜트 기동 방법은 규정된 발생 유량(F1)보다 작은 값을 제4 발생 유량으로 선정하는 것이다.
이에 따라, 10% 출력 유지의 기동 과정에서, 주증기 유량은 보다 짧은 시간에서 제4 발생 유량에 도달하여, 보다 빠른 타이밍에 제3 목표 출력(예를 들면, 10%)으로부터 제4 목표 출력으로 출력 상승시킬 수 있다.
(제5 실시형태)
또, 제어부(541)는, 전술한 제4 실시형태의 처리에 부가해서, 하기의 처리를 실행해도 된다. 여기에서, 기억부(52)에 예를 들면 발생 유량과 목표 출력의 복수의 세트가 저장된 테이블을 미리 기억시켜 두는 것을 전제로 한다.
가스 터빈의 출력을 제4 목표 출력까지 상승시킨 후, 제4 목표 출력을 유지하고 있는 상태에서, 아직 주증기 온도가 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃에 도달하지 않은 임의의 시간대에서, 제어부(541)는 주증기의 발생 유량의 계측값을 취득한다. 그리고, 제어부(541)는, 계측값이 제4 발생 유량보다 큰 경우, 즉 주증기 유량 센서(TS5)에서 제4 발생 유량보다 많은 제5 발생 유량의 증기가 검출되었을 경우, 제어부(541)는 제5 발생 유량에 따른 제5 목표 출력을 기억부(52)의 상기 테이블로부터 읽어낸다. 그리고, 제어부(541)는 읽어낸 제5 목표 출력을 향해서 가스 터빈 출력을 상승시킨다. 그리고, 가스 터빈(502)은 제5 목표 출력으로 출력을 유지하여 워밍업을 행한다.
이렇게, 제어부(541)는, 가스 터빈(502)의 출력을 제4 목표 출력까지 상승시킨 후, 가스 터빈(502)의 출력이 제4 목표 출력으로 유지되어 있는 상태에서, 주증기의 발생 유량의 계측값을 제5 발생 유량으로서 취득한다. 그리고, 제어부(541)는, 제5 발생 유량이 제4 발생 유량보다 많을 경우, 가스 터빈의 출력을 제4 목표 출력으로부터, 제5 발생 유량에 따른 제5 목표 출력까지 상승시킨다.
여기에서, 제5 목표 출력은, 가스 터빈(502)의 출력이 제5 목표 출력이며 또한 주증기의 발생 유량이 제5 발생 유량일 때에, 가스 터빈(502)의 배출 가스 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 제5 발생 유량의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 열교환기(511)의 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도 이하로 되도록 설정된다.
제4 실시형태에서는, 워밍업의 도중에서 제4 목표 출력(예를 들면, 25%)으로 출력을 상승시켜서 워밍업을 행했다. 그에 반하여, 제5 실시형태의 변형예에서는, 가스 터빈(502)은, 워밍업의 도중에서 제4 목표 출력(예를 들면, 25%)으로 출력을 상승시킨 후, 제5 목표 출력으로 출력을 더 상승시켜서 워밍업을 행한다. 이에 따라, 주증기 온도가 제4 실시형태보다 빠르게 제1단 쉘 내면 메탈 온도 - 20℃에 도달하므로, 발전기(517)의 병렬 시로부터 주증기 온도 매칭 제어 개시 시까지의 시간을 제4 실시형태보다 단축할 수 있다. 그 결과, 기동 시간을 제4 실시형태보다 단축할 수 있다.
보다 바람직하게는, 제5 목표 출력은, 제5 발생 유량의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해, 제4 목표 출력보다 크며 또한 열교환기(511)의 온도가 열교환기(511)의 최고 사용 온도를 초과하지 않는 가스 터빈 출력 중 최대의 가스 터빈 출력으로 설정된다.
이에 따라, 가스 터빈(502)은, 제5 발생 유량의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해, 열교환기(511)의 온도가 최고 사용 온도를 초과하지 않는 가스 터빈 출력 중 최대의 가스 터빈 출력으로 운전된다. 이에 따라, 발전기(517)의 병렬 시로부터 주증기 온도 매칭 제어 개시 시까지의 시간을 더 단축할 수 있으므로, 기동 시간을 더 단축할 수 있다.
또, 제어부(541)는, 제5 실시형태에 있어서의 제어부(541)의 처리를 예를 들면 규정된 시간 간격으로 반복해도 된다. 그때, 다음의 목표 출력은, 주증기 유량 센서(TS5)에서 계측된 발생 유량의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해, 현재의 목표 출력보다 크며 또한 열교환기(511)의 온도가 최고 사용 온도를 초과하지 않는 가스 터빈 출력 중 최대의 가스 터빈 출력으로 설정되어도 된다. 이에 따라, 가스 터빈(502)은, 그때의 주증기 유량의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해, 열교환기(511)의 온도가 최고 사용 온도를 초과하지 않는 가스 터빈 출력 중 최대의 가스 터빈 출력으로 운전된다. 이에 따라, 발전기(517)의 병렬 시로부터 주증기 온도 매칭 제어 개시 시까지의 시간을 더 단축할 수 있으므로, 기동 시간을 더 단축할 수 있다.
또, 본 실시형태의 플랜트 제어 장치(501)의 각 처리를 실행하기 위한 프로그램을 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록하고, 당해 기록 매체에 기록된 프로그램을 컴퓨터 시스템에 읽어들여 프로세서가 실행함으로써, 본 실시형태의 플랜트 제어 장치(501)에 따른 전술한 각종 처리를 행해도 된다.
이상, 본 발명은 상기 실시형태 그대로 한정되는 것은 아니며, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적절한 조합에 의해, 각종 발명을 형성할 수 있다. 예를 들면, 실시형태에 나타나는 전 구성 요소로부터 몇 가지 구성 요소를 삭제해도 된다. 또한, 다른 실시형태에 걸친 구성 요소를 적절히 조합해도 된다.

Claims (9)

  1. 가스 터빈과,
    상기 가스 터빈에서 배출된 배출 가스로부터 열회수하여 증기를 발생시키는 증발기와, 상기 가스 터빈의 상기 배출 가스와 열교환해서 상기 증기를 가열하여 주(主)증기를 발생시키는 열교환기를 갖는 배열(排熱) 회수 보일러와,
    상기 열교환기에 의해 발생된 상기 주증기에 의해 구동되는 증기 터빈
    을 구비하는 컴바인드 사이클 발전 플랜트(Combined Cycle Power Generation Plant)를 제어하는 플랜트 제어 장치로서,
    상기 가스 터빈에 발전기를 병렬시킨 후에, 목표 출력으로 될 때까지 상기 가스 터빈의 출력을 상승시키는 제어부를 구비하고,
    상기 목표 출력은, 상기 가스 터빈의 배출 가스 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 상기 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 상기 열교환기의 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도 이하로 되도록 설정되는
    플랜트 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주증기의 발생 유량을 계측하는 주증기 유량 센서를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 가스 터빈에 상기 발전기를 병렬시키기 전에, 상기 주증기 유량 센서에 의해 계측되는 상기 주증기의 발생 유량의 계측값이 규정된 발생 유량 이상으로 될 때까지, 상기 가스 터빈을 무부하 정격 회전수 상태로 유지하도록 상기 가스 터빈을 제어하고, 한편, 상기 주증기의 발생 유량의 계측값이 상기 규정된 발생 유량 이상으로 되었을 경우, 상기 가스 터빈에 상기 발전기를 병렬시키는
    플랜트 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스 터빈으로부터 배출된 상기 배출 가스에 암모니아 가스를 혼합하고 탈질소 촉매에 의하여 상기 배출 가스 중의 질소산화물을 분해 제거하는 탈질소 장치를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 발전기를 병렬시키기 전에, 상기 계측값이 규정된 발생 유량 이상이며, 또한 상기 탈질소 촉매의 온도가 규정된 온도 이상으로 될 때까지, 상기 가스 터빈을 무부하 정격 회전수 상태로 유지하도록 상기 가스 터빈을 제어하고, 한편, 상기 계측값이 상기 규정된 발생 유량 이상이며, 또한 상기 탈질소 촉매의 온도가 규정된 온도 이상으로 되었을 경우에 상기 가스 터빈에 상기 발전기를 병렬시키는
    플랜트 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가스 터빈으로부터 배출된 상기 배출 가스에 암모니아 가스를 혼합하고 탈질소 촉매에 의하여 상기 배출 가스 중의 질소산화물을 분해 제거하는 탈질소 장치를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 발전기를 병렬시키기 전에, 상기 계측값이 규정된 발생 유량 이상이며, 또한 상기 탈질소 촉매의 온도가 규정된 온도 이상으로 되었을 때로부터 규정된 시간 경과할 때까지 상기 가스 터빈을 무부하 정격 회전수 상태로 유지하도록 상기 가스 터빈을 제어하고, 한편, 상기 계측값이 규정된 발생 유량 이상이며, 또한 상기 탈질소 촉매의 온도가 규정된 온도 이상으로 되었을 때로부터 규정된 시간 경과했을 경우에 상기 가스 터빈에 상기 발전기를 병렬시키는
    플랜트 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가스 터빈의 출력을 상기 목표 출력까지 상승시킨 후, 상기 목표 출력을 유지하고 있는 상태에서, 상기 주증기의 발생 유량을 계측하는 주증기 유량 센서로부터 상기 주증기의 발생 유량의 계측값을 취득하고, 상기 계측값에 따라서 상기 가스 터빈의 출력을 상기 목표 출력으로부터 제2 목표 출력까지 상승시키고,
    상기 제2 목표 출력은, 상기 가스 터빈의 출력이 상기 제2 목표 출력이며, 또한 상기 주증기의 발생 유량이 제2 발생 유량일 때에, 상기 가스 터빈의 배출 가스 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 상기 제2 발생 유량의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 상기 열교환기의 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도 이하로 되도록 설정되는
    플랜트 제어 장치.
  6. 가스 터빈과,
    상기 가스 터빈에서 배출된 배출 가스로부터 열회수하여 증기를 발생시키는 증발기와, 상기 가스 터빈의 상기 배출 가스와 열교환해서 상기 증기를 가열하여 주증기를 발생시키는 열교환기를 갖는 배열 회수 보일러와,
    상기 열교환기에 의해 발생된 상기 주증기에 의해 구동되는 증기 터빈
    을 구비하는 컴바인드 사이클 발전 플랜트를 제어하는 플랜트 제어 장치로서,
    상기 가스 터빈의 출력을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 가스 터빈에 발전기를 병렬시킨 후, 상기 가스 터빈의 출력을 상기 가스 터빈의 배출 가스 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도를 초과하지 않는 제1 목표 출력까지 상승시키고,
    상기 제어부는, 상기 가스 터빈의 출력이 상기 제1 목표 출력으로 유지되어 있는 상태에서, 상기 주증기의 발생 유량의 계측값을 제2 발생 유량으로서 취득하고, 상기 제2 발생 유량에 따라서 상기 가스 터빈의 출력을 상기 제1 목표 출력으로부터 제2 목표 출력까지 상승시키고,
    상기 제2 목표 출력은, 상기 가스 터빈의 출력이 상기 제2 목표 출력이며, 또한 상기 주증기의 발생 유량이 상기 제2 발생 유량일 때에, 상기 가스 터빈의 배출 가스 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 상기 제2 발생 유량의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 상기 열교환기의 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도 이하로 되도록 설정되는
    플랜트 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주증기의 발생 유량을 계측하는 주증기 유량 센서를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 가스 터빈의 출력을 상기 제2 목표 출력까지 상승시킨 후, 상기 가스 터빈의 출력이 상기 제2 목표 출력으로 유지되어 있는 상태에서, 상기 주증기 유량 센서에 의해 계측되는 상기 주증기의 발생 유량의 계측값을 제3 발생 유량으로서 취득하고, 상기 제3 발생 유량이 상기 제2 발생 유량보다 많을 경우, 상기 제3 발생 유량에 따라서 상기 가스 터빈의 출력을 상기 제2 목표 출력으로부터 제3 목표 출력까지 상승시키고,
    상기 제3 목표 출력은, 상기 가스 터빈의 출력이 제3 목표 출력이며, 또한 상기 주증기의 발생 유량이 상기 제3 발생 유량일 때에, 상기 가스 터빈의 배출 가스 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 상기 제3 발생 유량의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해, 상기 열교환기의 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도 이하로 되도록 설정되는
    플랜트 제어 장치.
  8. 가스 터빈과,
    상기 가스 터빈에서 배출된 상기 배출 가스로부터 열회수하여 증기를 발생시키는 증발기와, 상기 가스 터빈의 상기 배출 가스와 열교환해서 상기 증기를 가열하여 주증기를 발생시키는 열교환기를 갖는 배열 회수 보일러와,
    상기 열교환기에 의해 발생된 상기 주증기에 의해 구동되는 증기 터빈
    을 구비하는 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 플랜트 기동 방법으로서,
    제어부가, 상기 가스 터빈에 발전기를 병렬시킨 후에, 목표 출력으로 되도록 상기 가스 터빈의 출력을 제어하는 공정을 갖고,
    상기 가스 터빈의 목표 출력은, 상기 가스 터빈의 출력이 상기 목표 출력일 때에, 상기 가스 터빈의 배출 가스 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 상기 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 상기 열교환기의 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도 이하로 되도록 설정되는
    플랜트 기동 방법.
  9. 가스 터빈과,
    상기 가스 터빈에서 배출된 상기 배출 가스로부터 열회수하여 증기를 발생시키는 증발기와, 상기 가스 터빈의 상기 배출 가스와 열교환해서 상기 증기를 가열하여 주증기를 발생시키는 열교환기를 갖는 배열 회수 보일러와,
    상기 열교환기에 의해 발생된 상기 주증기에 의해 구동되는 증기 터빈
    을 구비하는 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 플랜트 기동 방법으로서,
    제어부는, 상기 가스 터빈 발전기를 병렬시킨 후, 상기 가스 터빈의 출력을 상기 가스 터빈의 배출 가스 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도를 초과하지 않는 제1 목표 출력까지 상승시키는 공정과,
    상기 제어부가, 상기 가스 터빈의 출력이 상기 제1 목표 출력으로 유지되어 있는 상태에서, 상기 주증기의 발생 유량의 계측값을 제2 발생 유량으로서 취득하고, 상기 제2 발생 유량에 따라서 상기 가스 터빈의 출력을 상기 제1 목표 출력으로부터 제2 목표 출력까지 상승시키는 공정
    을 갖고,
    상기 제2 목표 출력은, 상기 가스 터빈의 출력이 상기 제2 목표 출력이며, 또한 상기 주증기의 발생 유량이 상기 제2 발생 유량일 때에, 상기 가스 터빈의 배출 가스 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도를 초과하며, 또한 상기 제2 발생 유량의 주증기가 유발하는 냉각 효과에 의해 상기 열교환기의 온도가 상기 열교환기의 최고 사용 온도 이하로 되도록 설정되는
    플랜트 기동 방법.
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