KR20170103991A - 콤바인드사이클플랜트, 그 제어방법 및 그 제어장치 - Google Patents

콤바인드사이클플랜트, 그 제어방법 및 그 제어장치 Download PDF

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KR20170103991A
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마사유키 무라카미
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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

콤바인드사이클플랜트의 제1 증기터빈(31)과 제2 증기터빈(32)은 배열회수보일러(20)의 재열부(26)를 개재하여 재열증기라인(42)으로 접속되고 있다. 재열증기라인(42)과 복수기(36)는 제2 바이패스라인(52)으로 접속되고 있다. 제어장치(100)는 제1 증기터빈(31)에 유입되는 제1 증기의 유량이 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단하는 판단부(111)와, 제1 증기터빈에 유입되는 제1 증기의 유량이 규정 유량으로 되었다고 판단되면 제2 바이패스라인(52)에 설치되어있는 열림상태의 벤치레타밸브(71)에 대하여 닫힘상태에로의 이행을 나타내는 닫힘지령을 출력하는 지령출력부(112)와, 판단부가 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단하는 역치를 제1 증기의 온도에 대하여 양의 상관성을 갖게 하여 변경시키는 역치변경부(114)를 가진다.

Description

콤바인드사이클플랜트, 그 제어방법 및 그 제어장치{COMBINED CYCLE PLANT, METHOD FOR CONTROLLING SAME, AND DEVICE FOR CONTROLLING SAME}
본 발명은 가스터빈과 여러 개의 증기터빈을 구비하고 있는 콤바인드사이클플랜트, 그 제어방법 및 그 제어장치에 관한 것이다. 본 출원은 2014년 3월 20일에 일본에 출원된 일본특허출원 제2014-058967호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
여러 개의 증기터빈을 구비하고 있는 플랜트로서는 예를 들면 이하의 특허문헌 1에 기재된 것이 있다. 이 플랜트는 증기를 발생시키는 보일러와, 보일러로부터의 증기에 의해 구동되는 여러 개의 증기터빈과, 증기터빈으로부터 배기된 증기를 물로 되돌리는 복수기를 구비하고 있다. 이 플랜트는 여러 개의 증기터빈으로서 고압증기터빈과, 중압증기터빈과, 저압증기터빈을 구비하고 있다. 또한 보일러는 증기를 발생시키는 증기발생기와, 이 증기발생기에서 발생한 증기를 과열하는 과열기와, 증기를 다시 가열하는 재열기를 구비하고 있다.
보일러 과열기와 고압증기터빈의 증기입구는 주증기라인으로 접속되어 있다. 이 주증기라인에는 주증기정지밸브 및 주증기가감밸브가 설치되어 있다. 고압증기터빈의 증기출구와 중압증기터빈의 증기입구는 고압증기터빈으로부터 배기된 증기를 보일러의 재열기를 경과하여 중압증기터빈의 증기입구에 인도하는 재열증기라인으로 접속되어 있다. 이 재열증기라인에서 재열기보다도 하류측의 부분에는 재열증기정지밸브 및 인터셉트밸브가 설치되어 있다. 중압증기터빈의 증기출구와 저압증기터빈의 증기입구는 저압증기라인으로 접속되어 있다. 저압증기터빈에는 이 저압증기터빈으로부터 배기된 증기를 복수로 되돌리는 복수기가 설치되어 있다. 복수기와 보일러는 급수라인으로 접속되어 있다.
주증기라인과 재열증기라인의 재열기보다 상류측의 부분은 고압터빈 바이패스라인으로 접속되어 있다. 이 고압터빈 바이패스라인에는 고압바이패스밸브가 설치되어 있다. 재열증기라인의 재열기보다 상류측의 부분과 복수기는 벤치레타라인으로 접속되어 있다. 이 벤치레타라인에는 벤치레타밸브가 설치되어 있다.
이 플랜트에서는 기동시 고압터빈 바이패스밸브 및 벤치레타밸브가 열림상태에서 고압 주증기정지밸브가 열리는 동시에 고압증기가감밸브가 서서히 열린다. 고압증기터빈의 통기 개시 과정에서는 고압증기터빈의 풍손(風損)에 의한 배기 증기의 온도가 상승한다. 이 때문에 벤치레타밸브를 열어서 고압증기터빈의 증기출구를 복수기에 접속하여 고압증기터빈의 입구측과 출구측의 압력차이를 크게 하여 배기 증기의 온도상승을 억제하고 있다. 이 벤치레타밸브는 고압증기터빈에 유입되는 고압증기의 유량 즉 고압증기터빈의 부하가 미리 설정된 부하로 되면 닫혀진다.
일본특허공개 제2005-163628호 공보(도 4)
상기 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 기동 과정에서 열림상태의 벤치레타밸브가 닫혀지면 재열증기라인에 흐르는 증기의 유량이 급격하게 늘어나게 된다. 이 때문에 재열증기라인에 관한 제어계가 일시적으로 불안정해지는 우려가 있다.
때문에 본 발명은 기동 과정에서 제어계가 불안정해지는 것을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 관한 일양태로서의 제어장치는 연소가스에 의해 구동하는 가스터빈과, 상기 가스터빈으로부터 배기된 연소가스의 열에 의해 증기를 발생시키는 배열회수보일러와, 상기 증기로 구동하는 제1 및 제2 증기터빈과, 상기 제2 증기터빈으로부터 배기된 증기를 물로 되돌리는 복수기를 구비하고, 상기 배열회수보일러는 상기 연소가스의 열에 의해 상기 제1 증기터빈에 공급하는 제1 증기를 발생시키는 제1 증기발생부와, 상기 제1 증기터빈으로부터 배기된 증기를 가열하는 재열부를 가지고 있고, 상기 배열회수보일러의 상기 제1 증기발생부와 상기 제1 증기터빈은 상기 제1 증기를 상기 제1 증기터빈에 인도하는 제1 증기라인으로 접속되고, 상기 제1 증기터빈과 상기 제2 증기터빈은 상기 제1 증기터빈으로부터 배기된 증기를 상기 배열회수보일러의 상기 재열부를 경과하여 상기 제2 증기터빈에 인도하는 재열증기라인으로 접속되고, 상기 제1 증기라인과 상기 재열증기라인은 제1 바이패스라인으로 접속되고, 상기 재열증기라인과 상기 복수기는 제2 바이패스라인으로 접속되고, 상기 제2 바이패스라인에는 상기 제2 바이패스라인을 통하는 증기의 유량을 조절하는 벤치레타밸브가 설치되어 있는 콤바인드사이클플랜트의 제어장치에 있어서,
상기 제1 증기터빈 및 상기 제2 증기터빈의 기동 과정에서 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 유량이 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단하는 판단부와, 상기 판단부에 의해 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 유량이 규정 유량으로 되었다고 판단되면 열림상태의 상기 벤치레타밸브에 대하여 닫힘상태에로의 이행을 나타내는 닫힘지령을 출력하는 지령출력부와, 상기 판단부가 상기 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단하는 역치를 상기 제1 증기의 온도에 대하여 양의 상관성(positive correlation)을 갖게 하여 변경시키는 역치변경부를 가지고 있다.
제어장치에서 제1 증기의 발생량이 많은 경우에도 적은 경우에도 판단부에서 규정 유량이 되었는지 아닌지를 판단하는 역치가 가정해서 같다로 한다. 즉 제어장치는 제1 증기의 발생량이 적은 경우에도 제1 증기의 발생량이 많은 경우와 동일한 역치로 제1 증기터빈에 유입되는 제1 증기의 유량이 규정 유량으로 되었다고 판단한다고 가정한다. 이 가정하에서는 제1 증기의 발생량이 적은 경우에도 제1 증기터빈에 유입되는 제1 증기의 유량이 제1 증기의 발생량이 많은 경우에의 규정 유량으로 되었을 때에 벤치레타밸브가 닫히게 된다. 때문에, 이 가정하에서는 제1 증기의 발생량이 적은 경우에도 벤치레타밸브가 닫히기 직전에 벤치레타밸브를 통하여 복수기에 유입되는 제1 증기의 유량이 제1 증기의 발생량이 많은 경우의 규정 유량과 실질적으로 같은 유량으로 된다. 또한 이 가정하에서는 제1 바이패스라인을 통하여 재열증기라인에 유입되는 제1 증기의 유량이 제1 증기의 발생량이 많은 경우에 제1 바이패스라인을 통하여 재열증기라인에 유입되는 제1 증기의 유량보다도 적게 된다. 따라서 이 가정하에서는 벤치레타밸브가 닫히기 전후에 따른 재열증기라인에서 흐르는 증기의 유량 변화율이 제1 증기의 발생량이 많은 경우보다도 제1 증기의 발생량이 적은 경우에 크게 된다. 이 때문에 제1 증기의 발생량이 적은 경우 재열증기라인에 관한 제어계가 불안정해지는 가능성이 높아진다.
그런데 플랜트의 기동 과정에서는 제1 증기발생부로부터의 제1 증기의 온도와 이 제1 증기의 발생량에는 양의 상관성이 있다. 즉 플랜트의 기동 과정에서는 제1 증기발생부의 제1 증기의 온도가 높아지면 이 제1 증기의 발생량이 많아지고, 제1 증기발생부의 제1 증기의 온도가 낮아지면 이 제1 증기의 발생량이 적어진다. 이것은 제1 증기의 온도를 높게 하기 위하여 제1 증기발생부에 높은 에너지를 가지고 있는 배기 가스를 공급할 필요가 있고 필연적으로 제1 증기의 발생량이 많아지기 때문이다. 또한 플랜트의 기동 과정에서는 제1 증기의 온도가 높아지면 제1 증기터빈에 공급하는 제1 증기의 유량이 많아진다. 이 때문에 플랜트의 기동 과정에서는 제1 증기의 온도와 제1 증기터빈에 공급하는 제1 증기의 유량에는 양의 상관성이 있다. 이것은 제1 증기의 온도가 높아지면 고압증기터빈 출구의 배기 온도 상승을 억제하기 위한 필요한 증기량이 많아지기 때문이다.
때문에 해당 제어장치에서는 판단부가 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단하는 역치를 제1 증기의 온도에 대하여 이들의 양의 상관성을 갖게 하여 변경시키고 있다. 이 때문에 해당 제어장치에서는 제1 증기발생부로부터의 제1 증기의 발생량이 적을 때에는 규정 유량이 작아지고 벤치레타밸브가 닫히기 전후에서의 재열증기라인에 흐르는 증기의 유량변화율을 작게 할 수 있다.
여기에서 상기 일양태로서의 상기 제어장치에서 상기 배열회수보일러의 기동모드가 적어도 콜드모드인지 핫모드인지를 인식하는 기동모드인식부를 가지고 있고 상기 역치변경부는 상기 기동모드인식부가 인식한 상기 기동모드로 상정되는 상기 제1 증기의 온도에 따라 상기 역치를 변경시켜도 된다.
또한 상기 기동모드인식부를 가지고 있는 상기 제어장치에서 상기 기동모드인식부는 온도계에 의해 검지된 상기 제1 증기터빈에 따른 증기접촉부의 온도에 따라 상기 기동모드를 인식해도 된다.
또한 상기 일양태로서의 상기 제어장치에서 상기 역치변경부는 온도계에 의해 검지된 상기 제1 증기의 온도에 따라 상기 역치를 변경시켜도 된다.
또한 이상의 어느 한 상기 제어장치에서 상기 역치는 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 압력에 관한 값이고, 상기 판단부는 압력계에 의해 검지된 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 압력이 상기 역치로 되었는지 아닌지에 의해 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 유량이 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단해도 된다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일양태로서의 콤바인드사이클플랜트는,
이상의 어느 한 상기 제어장치와, 상기 가스터빈과, 상기 배열회수보일러와, 상기 제1 증기터빈과, 상기 제2 증기터빈과, 상기 복수기를 구비하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일양태로서의 제어방법은,
연소가스에 의해 구동하는 가스터빈과, 상기 가스터빈으로부터 배기된 연소가스의 열에 의해 증기를 발생시키는 배열회수보일러와, 상기 증기로 구동하는 제1 및 제2 증기터빈과, 상기 제2 증기터빈으로부터 배기된 증기를 물로 되돌리는 복수기를 구비하고, 상기 배열회수보일러는 상기 연소가스의 열에 의해 상기 제1 증기터빈에 공급하는 제1 증기를 발생시키는 제1 증기발생부와, 상기 제1 증기터빈으로부터 배기된 증기를 가열하는 재열부를 가지고 있고, 상기 배열회수보일러의 상기 제1 증기발생부와 상기 제1 증기터빈은 상기 제1 증기를 상기 제1 증기터빈에 인도하는 제1 증기라인으로 접속되고, 상기 제1 증기터빈과 상기 제2 증기터빈은 상기 제1 증기터빈으로부터 배기된 증기를 상기 배열회수보일러의 상기 재열부를 경과하여 상기 제2 증기터빈에 인도하는 재열증기라인으로 접속되고, 상기 제1 증기라인과 상기 재열증기라인은 제1 바이패스라인으로 접속되고, 상기 재열증기라인과 상기 복수기는 제2 바이패스라인으로 접속되고, 상기 제2 바이패스라인에는 상기 제2 바이패스라인을 통하는 증기의 유량을 조절하는 벤치레타밸브가 설치되어 있는 콤바인드사이클플랜트의 제어방법에 있어서,
상기 제1 증기터빈 및 상기 제2 증기터빈의 기동 과정에서 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 유량이 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단하는 판단공정과, 상기 판단공정에서 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 유량이 규정 유량으로 되었다고 판단되면 열림상태의 상기 벤치레타밸브에 대하여 닫힘상태에로의 이행을 나타내는 닫힘지령을 출력하는 지령출력공정과, 상기 판단공정에서 상기 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단하는 역치를 상기 제1 증기의 온도에 대하여 양의 상관성을 갖게 하여 변경시키는 역치변경공정을 실행한다.
해당 제어방법에서도 전술한 제어장치와 같이 벤치레타밸브가 닫히기 전후에서의 재열증기라인에 흐르는 증기의 유량변화율을 작게 할 수 있다.
여기에서 상기 일양태로서의 상기 제어방법에 있어서 상기 배열회수보일러의 기동모드가 적어도 콜드모드인지 핫모드인지를 인식하는 기동모드인식공정을 실행하고 상기 역치변경공정에서는 상기 기동모드인식공정에서 인식된 상기 기동모드로 상정되는 상기 제1 증기의 온도에 따라 상기 역치를 변경시켜도 된다.
또한 상기 기동모드인식공정을 실행하는 상기 제어방법에 있어서 상기 기동모드인식공정에서는 온도계에 의해 검지된 상기 제1 증기터빈에 따른 증기 접촉부의 온도에 따라 상기 기동모드를 인식해도 된다.
또한 상기 일양태로서의 상기 제어방법에 있어서 상기 역치변경공정에서는 온도계에 의해 검지된 상기 제1 증기의 온도에 따라 상기 역치를 변경시켜도 된다.
또한 이상의 어느 한 상기 제어방법에 있어서 상기 역치는 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 압력에 관한 값이고, 상기 판단공정에서는 압력계에 의해 검지된 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 압력이 상기 역치로 되었는지 아닌지에 의해 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 유량이 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단해도 된다.
본 발명의 일양태에서는 증기터빈의 기동 과정에서 벤치레타밸브가 닫히기 전후에서의 재열증기라인에 흐르는 증기의 유량변화율을 작게 할 수 있다. 따라서 본 발명의 일양태에 의하면 재열증기라인에 관한 제어계가 일시적으로 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 일실시형태에 따른 콤바인드사이클플랜트의 계통도이다.
도 2는 본 발명에 관한 일실시형태에 따른 제어장치의 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명에 관한 일실시형태에 따른 콤바인드사이클플랜트로서 기동모드가 핫모드인 경우의 시간 경과에 따르는 각 출력, 각 밸브의 동작 변화를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 4는 본 발명에 관한 일실시형태에 따른 콤바인드사이클플랜트로서 기동모드가 콜드모드인 경우의 시간 경과에 따르는 각 출력, 각 밸브의 동작 변화를 나타내는 타이밍 차트이다.
이하, 본 발명에 관한 콤바인드사이클플랜트의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시형태의 콤바인드사이클플랜트는 도 1에 나타내는 바와 같이 가스터빈(10)과, 가스터빈(10)으로부터 배기되는 연소가스의 배열로 증기를 발생시키는 배열회수보일러(20)와, 배열회수보일러(20)로부터의 증기로 구동되는 고압증기터빈(제1 증기터빈)(31), 중압증기터빈(제2 증기터빈)(32) 및 저압증기터빈(33)과, 각 터빈(10, 31, 32, 33)의 구동으로 발전하는 발전기(34)와, 저압증기터빈(33)으로부터 배기된 증기를 물로 되돌리는 복수기(36)와, 복수기(36)로부터 물을 배열회수보일러(20)에 보내는 급수펌프(37)와, 이들을 제어하는 제어장치(100)를 구비하고 있다. 또한 이하 설명의 편의상 고압증기터빈(31)의 정격 압력은 12MPa이고, 중압증기터빈(32)의 정격 압력은 4MPa이고, 저압증기터빈(33)의 정격 압력은 1MPa라고 한다.
가스터빈(10)은 외기를 압축하여 압축공기를 생성하는 압축기(11)와, 연료가스에 압축공기를 혼합하여 연소시켜서 고온의 연소가스를 생성하는 연소기(12)와, 연소가스에 의해 구동되는 터빈(13)과, 연소기(12)에 공급하는 연료유량을 조절하는 연료유량 조절밸브(76)를 구비하고 있다.
가스터빈(10)의 연소기(12)에는 연료공급원으로부터의 연료를 연소기(12)에 공급하는 연료라인이 접속되어 있다. 이 연료라인에는 전술한 연료유량 조절밸브(76)가 설치되어 있다. 가스터빈(10)의 터빈(13)은 그 배기구가 배열회수보일러(20)와 접속되어 있다.
압축기(11)의 압축기로터와 터빈(13)의 터빈로터는 동일 축선상에 위치하고 서로 연결되어서 가스터빈로터로서 일체로 회전한다. 또한 본 실시형태에서는 이 가스터빈로터와, 고압증기터빈(31)의 터빈로터와, 중압증기터빈(32)의 터빈로터와, 저압증기터빈(33)의 터빈로터와, 발전기(34)의 발전기로터가, 동일 축선상에 위치하고 서로 연결되어서 일체로 회전한다. 따라서 본 실시형태의 콤바인드사이클플랜트는 일축식의 콤바인드사이클플랜트이다.
배열회수보일러(20)는 고압증기터빈(31)에 공급하는 고압증기(제1 증기)를 발생시키는 고압증기발생부(제1 증기발생부)(21)와, 중압증기터빈(32)에 공급하는 중압증기를 발생시키는 중압증기발생부(23)와, 저압증기터빈(33)에 공급하는 저압증기발생부(27)와, 고압증기터빈(31)으로부터 배기된 증기를 가열하는 재열부(26)를 구비하고 있다. 고압증기발생부(21)는 증기를 발생시키는 고압드럼(22a)과, 고압드럼(22a)에서 발생시킨 증기를 과열하는 고압과열기(22b)를 가지고 있다. 중압증기발생부(23)는 중압증기를 발생시키는 중압드럼(24a)과, 중압드럼(24a)에서 발생한 중압증기를 과열하는 중압과열기(24b)를 가지고 있다. 중압드럼(24a)에는 중압드럼(24a) 내의 압력(P5)을 검지하는 중압드럼 압력계(87)가 설치되어 있다. 저압증기발생부(27)는 증기를 발생시키는 저압드럼(28a)과, 저압드럼(28a)에서 발생한 증기를 과열하는 저압과열기(28b)를 가지고 있다.
배열회수보일러(20)의 고압과열기(22b)와 고압증기터빈(31)의 증기입구는 고압과열기(22b)로부터의 고압증기를 고압증기터빈(31)에 인도하는 주증기라인(제1 증기라인)(41)으로 접속되어 있다. 고압증기터빈(31)의 증기출구와 중압증기터빈(32)의 증기입구는 고압증기터빈(31)으로부터 배기된 증기를 배열회수보일러(20)의 재열부(26)를 경과하여 중압증기터빈(32)의 증기입구에 인도하는 재열증기라인(42)으로 접속되어 있다. 여기에서 재열증기라인(42)에서 고압증기터빈(31)의 증기출구와 재열부(26)의 사이를 재열전증기라인(42a)으로 하고, 재열부(26)와 중압증기터빈(32)의 증기입구 사이를 재열후증기라인(42b)으로 한다. 배열회수보일러(20)의 저압과열기(28b)와 저압증기터빈(33)의 증기입구는 저압증기를 저압증기터빈(33)에 인도하는 저압증기라인(43)으로 접속되어 있다.
중압증기터빈(32)의 증기출구와 저압증기터빈(33)의 증기입구는 중압터빈 배기라인(56)으로 접속되어 있다. 저압증기터빈(33)의 증기출구에는 복수기(36)가 접속되어 있다. 이 복수기(36)에는 복수를 배열회수보일러(20)에 인도하는 급수라인(44)이 접속되어 있다. 이 급수 라인(44)에는 상기 서술한 급수 펌프(37)가 마련되어 있다.
배열회수보일러(20)의 중압과열기(24b)와 재열전증기라인(42a)은 중압증기라인(55)으로 접속되어 있다. 주증기라인(41)과 재열전증기라인(42a)은 고압터빈 바이패스라인(제1 바이패스라인)(51)으로 접속되어 있다. 재열전증기라인(42a)과 복수기(36)는 벤치레타라인(제2 바이패스라인)(52)으로 접속되어 있다. 또한 재열전증기라인(42a)중에 따른 고압터빈 바이패스라인(51)의 접속 위치는 벤치레타라인(52)의 접속 위치보다도 하류측(재열부(26)측)이다. 또한 재열전증기라인(42a) 중에 따른 중압증기라인(55)의 접속 위치는 고압터빈 바이패스라인(51)의 접속 위치보다도 하류측(재열부(26)측)이다. 재열후증기라인(42b)과 복수기(36)는 중압터빈 바이패스라인(53)으로 접속되고, 저압증기라인(43)과 복수기(36)는 저압터빈 바이패스라인(54)으로 접속되어 있다.
주증기라인(41)에서 고압터빈 바이패스라인(51)과의 접속 위치보다도 하류측(고압증기터빈(31)측)에는 고압과열기(22b)로부터의 고압증기의 압력(P2)을 검지하는 고압증기압력계(81)와, 주증기정지밸브(61)와, 주증기가감밸브(62)와, 유입증기압력계(82)가 하류측을 향하여 이 순서로 설치되어 있다. 고압증기압력계(81)는 고압과열기(22b)로부터 고압증기의 압력인 주증기정지밸브(61)보다도 상류측(고압증기발생부(21)측)의 압력(P2)을 검지한다. 유입증기압력계(82)는 고압증기의 압력인 주증기가감밸브(62)보다도 하류측의 압력(P1)을 검지한다. 즉, 유입증기압력계(82)는 고압증기터빈(31)에 유입되기 직전의 고압증기의 압력(P1)을 검지한다.
고압증기터빈(31)의 제1단 고정날개환에는 이 제1단 고정날개환(증기접촉부)의 온도를 검지하는 온도계(83)가 설치되어 있다.
고압터빈 바이패스라인(51)에는 고압터빈 바이패스밸브(68)와　감온기(69)가 설치되어 있다. 중압증기라인(55)에는 중압드럼(24a) 내의 압력을 조절하는 중압드럼 압력조절밸브(74)와, 재열전증기라인(42a)으로부터의 증기가 중압드럼(24a)에 유입되는 것을 방지하는 체크밸브(75)가 설치되어 있다.
재열전증기라인(42a)에서 벤치레타라인(52)과의 접속 위치보다도 하류측(재열부(26)측)에는 체크밸브(63)가 설치되어 있다. 이 체크밸브(63)는 고압터빈 바이패스라인(51)이나 중압증기라인(55)을 경과하여 재열전증기라인(42a)에 유입된 증기가 고압증기터빈(31)에 유입되는 것을 방지한다. 벤치레타라인(52)에는 벤치레타밸브(71)가 설치되어 있다.
재열후증기라인(42b)에서 중압터빈 바이패스라인(53)과의 접속 위치보다도 하류측(중압증기터빈(32)측)에는 재열증기압력계(84), 재열증기정지밸브(64), 및 재열증기가감밸브(65)가, 하류측을 향하여 이 순서로 설치되어 있다. 중압터빈 바이패스라인(53)에는 중압터빈 바이패스밸브(72)가 설치되어 있다.
저압증기라인(43)의 저압터빈 바이패스라인(54)과의 접속 위치보다도 하류측(저압증기터빈(33)측)에는 저압증기압력계(85), 저압증기정지밸브(66), 및 저압증기가감밸브(67)가 하류측을 향하여 이 순서로 설치되어 있다. 저압터빈 바이패스라인(54)에는 저압터빈 바이패스밸브(73)가 설치되어 있다.
제어장치(100)는 도 2에 나타내는 바와 같이 연료유량 조절밸브(76)의 동작을 제어하는 연료유량제어기(101)와, 주증기정지밸브(61)의 동작을 제어하는 주증기정지밸브제어기(102)와, 주증기가감밸브(62)의 동작을 제어하는 주증기가감밸브제어기(103)와, 고압터빈 바이패스밸브(68)의 동작을 제어하는 고압터빈 바이패스밸브제어기(104)와, 벤치레타밸브(71)의 동작을 제어하는 벤치레타밸브제어기(110)를 가지고 있다. 제어장치(100)는 이상의 것 외에 재열증기정지밸브(64), 재열증기가감밸브(65), 저압증기정지밸브(66), 저압증기가감밸브(67), 중압터빈 바이패스밸브(72), 저압터빈 바이패스밸브(73), 중압드럼 압력조절밸브(74)의 동작을 제어하는 제어기 등도 가지고 있다.
벤치레타밸브 제어기(110)는 유입증기압력계(82)에 의해 검지된 고압증기의 압력(P1)이 역치로 되었는지 아닌지를 판단하는 판단부(111)와, 판단부(111)에 의해 고압증기의 압력(P1)이 역치로 되었다고 판단되면 벤치레타밸브(71)에 대하여 닫힘지령을 출력하는 지령출력부(112)와, 온도계(83)에 의해 검지된 고압증기터빈(31)의 온도로 배열회수보일러(20)의 기동모드를 인식하는 기동모드인식부(113)와, 기동모드인식부(113)가 인식한 기동모드에 따라서 판단부(111)에 따른 역치를 변경시키는 역치변경부(114)를 가지고 있다.
배열회수보일러(20)의 기동모드로서는 예를 들면 고압증기터빈(31)의 온도가 높은 상태로부터의 기동인 핫모드와, 고압증기터빈(31)의 온도가 낮은 상태로부터의 기동인 콜드모드가 있다. 기동모드인식부(113)는 고압증기터빈(31)에 증기를 통기시키기 직전에 온도계(83)에 의해 검지된 고압증기터빈(31)의 온도가 예를 들면 400℃이상일 경우에 핫모드라고 인식한다. 또한 기동모드인식부(113)는 고압증기터빈(31)에 증기를 통기시키기 직전에 온도계(83)에 의해 검지된 고압증기터빈(31)의 온도가 예를 들면 400℃미만일 경우에 콜드모드라고 인식한다.
또한 본 실시형태의 제어장치(100)는 컴퓨터로 구성되어 있고, 제어장치(100)의 각 부의 처리는 어느 것이나 모두 하드디스크 드라이브 장치 등의 외부기억장치나 메모리 등의 기억장치와, 이 기억장치에 기억되어 있는 프로그램을 실행하는 CPU를 소유하여 구성되어 있다.
다음에, 본 실시형태의 콤바인드사이클플랜트의 기동 과정에 따른 동작에 대하여 설명한다.
제어장치(100)가 외부로부터 기동지령을 접수하면 도시하지 않은 기동장치에 대하여 기동지령을 출력하고 이 기동장치를 기동시킨다. 이 기동장치의 기동에 의해 가스터빈(10)의 압축기로터 및 터빈로터가 회전하기 시작한다. 압축기로터가 회전하면 압축기(11)로부터의 압축공기가 연소기(12)에 공급되기 시작한다. 압축기로터 및 터빈로터가 예를 들면 미리 설정된 회전수로 되면 연료유량제어기(101)는 연료유량 조절밸브(76)에 대하여 열림지령을 출력한다. 결과 연료라인으로부터의 연료가 연료유량 조절밸브(76)를 통하여 연소기(12)에 공급되기 시작한다. 이 연료는 압축기(11)로부터 연소기(12)에 공급된 압축공기중에서 연소된다. 연소기(12)에서 발생한 연소가스는 터빈(13)에 흘러들고 터빈로터를 회전시킨다.
연료유량제어기(101)는 가스터빈(10)의 기동 과정에서는 연료유량 조절밸브(76)가 시간경과에 따라 점차적으로 열리는 미리 설정된 패턴에 따른 개도를 나타내는 열림지령을 출력한다. 이 때문에 연소기(12)에 공급되는 연료의 유량도 점차적으로 증가하고 도 3에 나타내는 바와 같이 터빈로터의 회전수도 점차적으로 증가한다. 터빈로터가 미리 설정된 회전수로 되면 기동장치에 의한 터빈로터의 회전 보조가 정지된다. 그 후 터빈로터의 회전수가 정격 회전수 예를 들면 3600rpm으로 되면 발전기(34)가 계통전력선에 접속되고 터빈로터 및 발전기(34)로터의 회전수는 이 정격 회전수로 유지된다.
터빈(13)을 통과한 연소가스는 배기가스로서 배열회수보일러(20)에 보내진다. 배열회수보일러(20)의 각 증기발생부(21, 23, 27)에서는 배열회수보일러(20)에서 흐르는 배기가스와 물을 열교환시켜서 물을 가열하여 증기로 만든다. 고압증기발생부(21)에서 발생한 고압증기는 주증기라인(41)에 유입된다. 중압증기발생부(23)에서 발생한 중압증기는 중압증기라인(55)에 유입된다. 저압증기발생부(27)에서 발생한 저압증기는 저압증기라인(43)에 유입된다.
배열회수보일러(20)로부터 증기가 발생하기 시작하기 전에 주증기정지밸브(61), 주증기가감밸브(62), 재열증기정지밸브(64), 재열증기가감밸브(65), 저압증기정지밸브(66), 저압증기가감밸브(67), 고압터빈 바이패스밸브(68), 중압터빈 바이패스밸브(72), 저압터빈 바이패스밸브(73), 중압드럼 압력조절밸브(74)는 어느 것이나 모두 닫힘 상태이다. 한편 벤치레타밸브(71)는 배열회수보일러(20)로부터 증기가 발생하기 시작하기 전에 열림상태이다.
저압터빈 바이패스밸브(73)는 플랜트의 기동 과정에서 저압증기라인(43)의 압력(P4)이 예를 들면 저압증기터빈(33)의 정격 압력 1MPa보다도 낮은 0.5MPa로 유지되도록 제어장치(100)에 의해 제어된다. 이 때문에 저압증기압력계(85)에 의해 검지되는 저압증기의 압력(P4)이 0.5MPa로 될 때까지 저압터빈 바이패스밸브(73)는 닫혀 있다. 저압증기발생부(27)에서의 저압증기의 발생량이 증가하고 저압증기라인(43)의 압력(P4)이 0.5MPa이상으로 되면 저압터빈 바이패스밸브(73)가 열리고 저압증기발생부(27)로부터의 저압증기가 저압터빈 바이패스라인(54)을 통하여 복수기(36)에 유입하게 된다.
제어장치(100)는 중압드럼(24a)이 미리 설정된 압력 예를 들면 중압증기터빈(32)의 정격 압력 4MPa보다도 다소 높은 압력으로 유지되도록 중압드럼 압력조절밸브(74)를 제어한다. 따라서 중압드럼(24a) 내의 압력이 유지해야 하는 압력이상으로 되면 중압드럼 압력조절밸브(74)가 열리고, 중압드럼(24a)에서 발생한 중압증기가 중압증기라인(55)을 통하여 재열전증기라인(42a)에 흘러 들어가게 된다.
중압터빈 바이패스밸브(72)는 플랜트의 기동 과정에서 재열후증기라인(42b)의 압력(P3)이 예를 들면 중압증기터빈(32)의 정격압력 4MPa보다도 낮은 2MPa로 유지되도록 제어장치(100)에 의해 제어된다. 이 때문에 재열증기압력계(84)에 의해 검지되는 재열(중압)증기의 압력(P3)이 2MPa로 될 때까지 중압터빈 바이패스밸브(72)는 닫혀 있다. 중압증기발생부(23)에서의 중압증기의 발생량이나 고압터빈 바이패스라인(51)을 경과해 온 증기 등의 유량이 증가하고 재열후증기라인(42b)의 압력(P3)이 2.0MPa이상으로 되면 중압터빈 바이패스밸브(72)가 열리고 재열후증기라인(42b)에서 흐르는 증기가 중압터빈 바이패스라인(53)을 통하여 복수기(36)에 유입하게 된다.
고압터빈 바이패스밸브(68)는 플랜트의 기동 과정에서 주증기라인(41)의 압력(P2)이 예를 들면 고압증기터빈(31)의 정격 압력12MPa보다도 낮은 5MPa로 유지되도록 제어장치(100)의 고압터빈 바이패스밸브 제어기(104)에 의해 제어된다. 이 때문에 고압증기압력계(81)에 의해 검지되는 고압증기의 압력(P2)이 5MPa로 될 때까지 도 3에 나타내는 바와 같이 고압터빈 바이패스밸브(68)는 닫혀 있다. 고압증기발생부(21)에서의 고압증기의 발생량이 증가하고 주증기라인(41)의 압력(P2)이 5MPa이상으로 되면 고압터빈 바이패스밸브(68)가 열리고 고압증기발생부(21)로부터의 고압증기가 고압터빈 바이패스라인(51)을 통하여 재열증기라인(42)에 유입하게 된다.
제어장치(100)는 플랜트의 기동 과정에서 각 증기터빈(31, 32, 33)에 공급하는 증기의 공급개시조건이 성립된 것을 인식하면 각 증기터빈(31, 32, 33)의 증기정지밸브(61, 64, 66) 및 증기가감밸브(62, 65, 67)를 연다. 증기의 공급개시조건으로서는 예를 들면 고압증기터빈(31)에 설치되어 있는 온도계(83)에 의해 검지된 온도가 미리 설정된 온도로 되는 것이다. 이 때 각 증기가감밸브(62, 65, 67)는 미리 설정된 개도 패턴에 따라 서서히 열린다. 이 결과 도 3에 나타내는 바와 같이 각 증기터빈(31, 32, 33)에 증기가 공급되기 시작하고 증기터빈 출력(고압증기터빈(31), 중압증기터빈(32), 저압증기터빈(33)의 합계 출력)이 서서히 증가한다.
또한 여기에서는 증기의 공급개시조건을 고압증기터빈(31)에 설치되어 있는 온도계(83)에 의해 검지된 온도가 미리 설정된 온도로 되게 하고 있다. 그렇지만 증기의 공급개시조건을 고압증기터빈(31)에 설치되어 있는 온도계(83)에 의해 검지된 온도가 미리 설정된 온도로 되고 또한 중압증기터빈(32)에 설치되어 있는 온도계에 의해 검지된 온도가 미리 설정된 온도로 되게 해도 된다.
저압증기정지밸브(66) 및 저압증기가감밸브(67)가 열리고 저압증기터빈(33)에 저압증기가 공급되기 시작하면 저압증기라인(43)의 압력(P4)이 저하된다. 때문에 제어장치(100)는 저압증기라인(43)의 압력(P4)을 유지하기 위하여 저압터빈 바이패스밸브(73)를 서서히 닫는다.
재열증기정지밸브(64) 및 재열증기가감밸브(65)가 열리고 중압증기터빈(32)에 증기가 공급되기 시작하면 재열후증기라인(42b)의 압력(P3)이 저하된다. 때문에 제어장치(100)는 재열후증기라인(42b)의 압력(P3)을 유지하기 위하여 중압터빈 바이패스밸브(72)를 서서히 닫는다.
주증기정지밸브(61) 및 주증기가감밸브(62)가 열리고 고압증기터빈(31)에 고압증기가 공급되기 시작하면 주증기라인(41)의 압력(P2)이 저하된다. 때문에 고압터빈 바이패스밸브 제어기(104)는 주증기라인(41)의 압력(P2)을 유지하기 위하여 도 3에 나타내는 바와 같이 고압터빈 바이패스밸브(68)를 서서히 닫는다.
제어장치(100)는 그 후 각 증기터빈(31, 32, 33)에 공급하는 증기에 대하여 변경조건이 성립된 것을 인식하면 각 증기터빈(31, 32, 33)에 증기를 공급하는 증기라인의 유지 압력을 변경한다. 구체적으로 제어장치(100)는 저압증기라인(43)의 압력(P4)이 예를 들면 저압증기터빈(33)의 정격 압력 1MPa보다도 약간 높은 1.1MPa로 유지되도록 저압터빈 바이패스밸브(73)를 제어한다. 이 때문에, 상기 변경조건이 일단 만족되면 저압증기라인(43)의 압력(P4)이 1.1MPa이상으로 되지 않는 한 저압터빈 바이패스밸브(73)는 열리지 않는다. 또한 제어장치(100)는 상기 변경조건이 성립됐다고 인식하면 재열후증기라인(42b)의 압력(P3)이 예를 들면 중압증기터빈(32)의 정격 압력 4MPa보다도 약간 높은 4.1MPa로 유지되도록 중압터빈 바이패스밸브(72)를 제어한다. 이 때문에 상기 변경조건이 일단 만족되면 재열후증기라인(42b)의 압력(P3)이 4.1MPa이상으로 되지 않는 한 중압터빈 바이패스밸브(72)는 열리지 않는다. 또한 제어장치(100)의 고압터빈 바이패스밸브 제어기(104)는 상기 변경조건이 성립됐다고 인식하면 주증기라인(41)의 압력(P2)이 예를 들면 고압증기터빈(31)의 정격 압력 12MPa보다도 약간 높은 12.1MPa로 유지되도록 고압터빈 바이패스밸브(68)를 제어한다. 이 때문에 상기 변경조건이 일단 만족되면 주증기라인(41)의 압력(P2)이 12.1MPa이상으로 되지 않는 한 고압터빈 바이패스밸브(68)는 열리지 않는다.
전술한 바와 같이 주증기가감밸브(62)가 서서히 열리고 고압증기터빈(31)에 고압증기가 서서히 공급되어 있는 과정에서는 고압증기터빈(31)으로부터 배기되는 증기의 온도가 풍손에 의해 상승한다. 때문에 본 실시형태에서는 고압증기터빈(31)의 기동 과정에서는 도 3에 나타내는 바와 같이 벤치레타밸브(71)를 열어 놓고 고압증기터빈(31)으로부터 배기된 증기를 벤치레타라인(52)을 통하여 복수기(36)에 보내도록 하고 있다. 이 때문에 본 실시형태에서는 고압증기터빈(31)의 증기입구에서의 압력과 증기출구의 압력의 압력차이가 커지고 고압증기터빈(31) 내에서의 증기의 공작량이 많아져서 고압증기터빈(31)으로부터 배기되는 증기의 온도 상승을 억제할 수 있다.
벤치레타밸브(71)는 벤치레타밸브 제어기(110)의 판단부(111)에 의해 고압증기터빈(31)에 공급되는 고압증기의 유량이 규정 유량으로 되었다고 판단됐을 때에 닫힌다. 구체적으로 벤치레타밸브 제어기(110)의 판단부(111)는 고압증기터빈(31)에 공급되는 고압증기의 유량이 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 유입증기압력계(82)에 의해 검지된 압력(P1)에 의해 판단한다(판단공정). 고압증기터빈(31)에 공급되는 고압증기의 유량과 유입증기압력계(82)에 의해 검지되는 압력(P1)은 양의 상관성을 가진다. 이 때문에, 유입증기압력계(82)에 의해 검지되는 압력(P1)으로 고압증기의 유량에 관한 규정 유량에 대응하는 압력을 역치로서 정해 두는 것에 의해 판단부(111)는 유입증기압력계(82)에 의해 검지된 압력(P1)이 역치로 되었는지 아닌지에 의해 고압증기의 유량이 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단할 수 있다.
이 역치는 벤치레타밸브제어기(110)의 역치변경부(114)에 의해 배열회수보일러(20)의 기동모드에 따라서 변경된다. 기동모드인식부(113)는 고압증기터빈(31)에 증기가 통기되기 직전에 고압증기터빈(31)에 설치되어 있는 온도계(83)에 의해 검지된 고압증기터빈(31)의 온도가 예를 들면 400℃이상의 경우에 핫모드라고 인식하고, 온도계(83)에 의해 검지된 고압증기터빈(31)의 온도가 예를 들면 400℃미만일 경우 콜드모드라고 인식한다(기동모드인식공정). 역치변경부(114)는 기동모드인식부(113)에 의해 인식된 기동모드가 핫모드일 경우에 역치를 예를 들면 4MPa로 설정한다. 또한 역치변경부(114)는 기동모드인식부(113)에 의해 인식된 기동모드가 콜드모드일 경우 역치를 예를 들면 2MPa로 설정한다(역치변경공정).
판단부(111)가 고압증기터빈(31)에 유입되는 고압증기의 유량이 규정 유량으로 되었다고, 즉 유입증기압력계(82)에 의해 검지된 압력(P1)이 역치로 되었다고 판단하면 벤치레타밸브 제어기(110)의 지령출력부(112)가 벤치레타밸브(71)에 대하여 닫힘지령을 출력한다(지령출력공정). 이 닫힘지령에는 벤치레타밸브(71)의 단위 시간당의 개도 변화량인 개도 변화율을 미리 설정된 개도 변화율로 하는 내용도 포함되어 있다. 벤치레타밸브(71)는 이 닫힘지령을 받으면 미리 설정된 개도 변화율로 서서히 닫혀진다.
여기에서 기동모드가 핫모드인 경우와 콜드모드인 경우에 따른 각 밸브의 동작 타이밍의 차이에 대하여 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다. 또한 도 3은 기동모드가 핫모드인 경우의 타이밍 차트를 나타내고 도 4는 기동모드가 콜드모드인 경우의 타이밍 차트를 나타낸다.
가스터빈(10)의 출력을 얻기 시작하는 타이밍(t1)은 기본적으로 핫모드인 경우와 콜드모드인 경우가 서로 동일하다. 단지 가스터빈(10)의 출력이 정격 출력에 이르기까지의 시간은 핫모드인 경우보다 콜드모드인 경우 쪽이 길어진다.
각 증기터빈(31, 32, 33)의 증기정지밸브(61, 64, 66) 및 증기가감밸브(62, 65, 67)를 여는 조건, 즉 각 증기터빈(31, 32, 33)에 공급하는 증기의 공급개시조건은 핫모드인 경우와 콜드모드인 경우에 서로 동일하다. 그런데 콜드모드인 경우 핫모드인 경우보다도 배열회수보일러(20)에 체류하고 있는 물의 온도나 각 증기터빈(31, 32, 33)의 메탈 온도가 낮기 때문에 각 증기터빈(31, 32, 33)에 공급하는 증기의 공급개시조건이 성립되는 타이밍이 핫모드인 경우의 타이밍보다도 늦어진다. 따라서 콜드모드인 경우에 각 증기터빈(31, 32, 33)의 증기정지밸브(61, 64, 66) 및 증기가감밸브(62, 65, 67)가 여는 타이밍, 더우기 증기터빈(31, 32, 33)의 출력을 얻기 시작하는 타이밍(t2(c))은 핫모드인 경우의 타이밍(t2(h))보다 늦어진다.
또한 각 증기터빈(31, 32, 33)의 증기가감밸브(62, 65, 67)의 단위 시간당의 개도 변화량인 개도 변화율이 핫모드인 경우보다도 콜드모드 경우 쪽이 작다. 다시 말하면 핫모드인 경우보다도 콜드모드인 경우에 각 증기터빈(31, 32, 33)의 증기가감밸브(62, 65, 67)는 천천히 열린다. 이 때문에 증기터빈(31, 32, 33)의 출력은 핫모드인 경우보다도 콜드모드인 경우 쪽이 천천히 증가한다.
플랜트의 기동 과정에서 각 증기라인에서 유지해야 할 압력은 핫모드인 경우와 콜드모드인 경우가 서로 동일하다. 즉 플랜트의 기동 과정에서는 핫모드인 경우에도 콜드모드인 경우에도 주증기라인(41)의 압력(P2)이 5MPa로 유지되도록 고압터빈 바이패스밸브(68)가 제어된다. 또한 재열후증기라인(42b)의 압력(P3)이 2MPa로 유지되도록 중압터빈 바이패스밸브(72)가 제어되고, 저압증기라인(43)의 압력(P4)이 0.5MPa로 유지되도록 저압터빈 바이패스밸브(73)가 제어된다.
핫모드에서의 기동 과정에서는 고압증기터빈(31)의 제1단 고정날개환의 온도가 400℃이상이다. 이 때문에 핫모드에서의 기동 과정에서는 벤치레타밸브 제어기(110)의 기동모드인식부(113)는 기동모드가 핫모드라고 인식한다. 역치변경부(114)는 전술한 바와 같이 기동모드인식부(113)에 의해 인식된 기동모드가 핫모드일 경우에 역치를 예를 들면 4MPa로 설정한다. 따라서 핫모드에서의 기동 과정에서는 유입증기압력계(82)에 의해 검지되는 압력(P1)이 4MPa가 되면 판단부(111)는 고압증기터빈(31)에 유입된 고압증기의 유량이 규정 유량으로 되었다고 판단한다. 판단부(111)가 규정 유량으로 되었다고 판단하면 벤치레타밸브 제어기(110)의 지령출력부(112)가 벤치레타밸브(71)에 대하여 닫힘지령을 출력한다. 벤치레타밸브(71)는 도 3에 나타내는 바와 같이 이 닫힘지령을 받으면 미리 설정된 개도 변화율로 닫혀진다(t3(h)).
또한 콜드모드에서의 기동 과정에서는 고압증기터빈(31)의 제1단 고정날개환의 온도가 400℃ 미만이다. 이 때문에 콜드모드에서의 기동 과정에서는 벤치레타밸브 제어기(110)의 기동모드인식부(113)는 기동모드가 콜드모드라고 인식한다. 역치변경부(114)는 전술한 바와 같이 기동모드인식부(113)에 의해 인식된 기동모드가 콜드모드일 경우에 역치를 예를 들면 2MPa로 설정한다. 따라서 콜드모드에서의 기동 과정에서는 유입증기압력계(82)에 의해 검지되는 압력(P1)이 2MPa로 되면 판단부(111)는 고압증기터빈(31)에 유입되는 고압증기의 유량이 규정 유량으로 되었다고 판단한다. 판단부(111)가 규정 유량으로 되었다고 판단하면 전술한 바와 같이 벤치레타밸브 제어기(110)의 지령출력부(112)가 벤치레타밸브(71)에 대하여 닫힘지령을 출력한다. 벤치레타밸브(71)는 도 4에 나타내는 바와 같이 이 닫힘지령을 받으면 미리 설정된 개도 변화율로 닫혀진다(t3(c)).
가정하여 본 실시형태에서 핫모드인 경우에 벤치레타밸브(71)가 닫히기 시작하기 직전의 고압증기발생부(21)에 따른 고압증기의 발생량이 200t/h라고 한다. 또한 이 고압증기 중에서 고압터빈 바이패스밸브(68) 및 배열회수보일러(20)의 재열부(26)를 경과하여 재열후증기라인(42b)에 유입되는 고압증기의 유량이 100t/h이고 벤치레타밸브(71)를 통하여 복수기(36)에 유입되는 고압증기의 유량이 100t/h라고 한다. 이 경우 재열후증기라인(42b)에 흐르는 증기의 유량은 중압증기발생부(23)에서 발생한 중압증기를 무시하면 벤치레타밸브(71)를 닫기 전후에 100t/h로부터 200t/h로 변화된다.
또한 가정하여 본 실시형태에서 콜드모드인 경우에 벤치레타밸브(71)가 닫히기 시작하기 직전의 고압증기발생부(21)에 따른 고압증기의 발생량이 150t/h라고 한다. 또한 이 고압증기 중에서 고압터빈 바이패스밸브(68) 및 배열회수보일러(20)의 재열부(26)를 경과하여 재열후증기라인(42b)에 유입되는 고압증기의 유량이 100t/h이고 벤치레타밸브(71)를 통하여 복수기(36)에 유입되는 고압증기의 유량이 50t/h라고 한다. 이 경우, 재열후증기라인(42b)에 흐르는 증기의 유량은 전술한 바와 같이 중압증기발생부(23)에서 발생한 중압증기를 무시하면 벤치레타밸브(71)를 닫기 전후에 100t/h로부터 150t/h로 변화된다.
여기에서 비교예로서 콜드모드인 경우에 고압증기터빈(31)에 유입되는 고압증기의 유량이 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단하는 역치가 핫모드인 경우와 같은 예에 대하여 설명한다. 이 비교예에서도 본 실시형태의 콜드모드인 경우와 같이 콜드모드인 경우에 벤치레타밸브(71)가 닫히기 시작하기 직전의 고압증기발생부(21)에 따른 고압증기의 발생량이 150t/h라고 한다. 이 비교예에서는 고압증기터빈(31)에 유입되는 고압증기의 유량이 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단하는 역치(규정 유량이 100t/h 에 상당한 4MPa)가 콜드모드인 경우에도 핫모드인 경우와 동일하기 때문에 벤치레타밸브(71)가 닫히기 시작하기 직전에 벤치레타밸브(71)를 통하여 복수기(36)에 유입되는 고압증기의 유량이 100t/h로 된다. 다시 말하면 도 4에 나타내는 바와 같이 비교예에서 벤치레타밸브(71)를 닫는 타이밍(t3(cc))은 본 실시형태에서 벤치레타밸브(71)를 닫는 타이밍(t3(c))보다도 늦어진다. 이 결과 고압증기발생부(21)에 따른 고압증기의 발생량 중 고압터빈 바이패스밸브(68) 및 배열회수보일러(20)의 재열부(26)를 경과하여 재열후증기라인(42b)에 유입되는 고압증기의 유량이 50t/h(=150t/h-100t/h)로 된다. 따라서 이 비교예에서는 콜드모드인 경우에 재열후증기라인(42b)에 흐르는 증기의 유량은 중압증기발생부(23)에서 발생한 중압증기를 무시하면 벤치레타밸브(71)를 닫기 전후에 50t/h로부터 150t/h로 변화된다.
따라서 비교예에서의 콜드모드인 경우에는 본 실시형태의 콜드모드 및 핫모드인 경우보다도 벤치레타밸브(71)를 닫기 전후에서의 재열후증기라인(42b)에 흐르는 증기의 유량변화율이 커진다. 이 때문에 비교예에서의 콜드모드인 경우에 재열증기라인(42)에 관한 제어계 보다 구체적으로는 재열후증기라인(42b)을 통하는 증기의 상태량 등에 근거하여 제어하는 제어계가 불안정해질 가능성이 높아진다.
그러나 본 실시형태에서는 이상에 설명한 바와 같이 고압증기터빈(31)에 유입되는 고압증기의 유량이 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단하는 역치를 핫모드인 경우에 4MPa(규정 유량이 100t/h에 상당함)로 설정하고 콜드모드인 경우에 2MPa(규정 유량이 50t/h에 상당함)로 설정하고 있다. 이 때문에 본 실시형태에서는 콜드모드인 경우에도 벤치레타밸브(71)를 닫기 전후에서의 재열후증기라인(42b)에 흐르는 증기의 유량변화율을 핫모드인 경우와 동일하게 비교적 작게 할 수 있고 재열증기라인(42)에 관한 제어계가 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.
플랜트의 기동 과정에서는 고압증기발생부(21)로부터의 고압증기의 온도와 이 고압증기의 발생량에는 양의 상관성이 있다. 즉 플랜트의 기동 과정에서는 고압증기발생부(21)로부터의 고압증기의 온도가 높아지면 이 고압증기의 발생량이 많아지고 고압증기발생부(21)로부터의 고압증기의 온도가 낮아지면 이 고압증기의 발생량이 적어진다. 또한 플랜트의 기동 과정에서는 고압증기의 온도가 높아지면 고압증기터빈(31)에 공급하는 고압증기의 유량이 많아진다. 이 때문에 플랜트의 기동 과정에서는 고압증기의 온도와 고압증기터빈(31)에 공급하는 고압증기의 유량에는 양의 상관성이 있다. 발명자는 이점에 착안하여 본 실시형태에서 판단부(111)가 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단하는 역치를 고압증기의 온도에 대하여 양의 상관성을 갖게 하여 변경시키고 있다. 이 때문에 본 실시형태에서는 고압증기발생부(21)로부터의 고압증기의 발생량이 적을 때에는 규정 유량이 작아지고 벤치레타밸브(71)가 닫히기 전후에서의 재열후증기라인(42b)에 흐르는 증기의 유량변화율을 작게 할 수 있다.
또한 이상의 실시형태에서는 고압증기터빈(31)에 설치한 온도계(83)에 의해 검지된 온도에 따라 배열회수보일러(20)의 기동모드를 인식하고 있다. 그러나 이번 가스터빈(10)의 기동이 전회의 가스터빈(10)의 정지로부터 미리 설정된 시간 이내일 경우에 배열회수보일러(20)의 기동모드가 핫모드라고 인식하고 미리 설정된 시간을 초과할 경우에 배열회수보일러(20)의 기동모드가 콜드모드라고 인식하게 해도 된다.
또한 이상의 실시형태에서는 배열회수보일러(20)의 기동모드에 따라 역치를 변경시키고 있다. 그렇지만 도 1에서 상상선으로 나타내는 바와 같이 주증기라인(41)에 온도계(89)를 설치하고 이 온도계(89)에 의해 검지되는 고압증기의 온도에 따라 역치를 변경시켜도 된다. 이 경우 고압증기의 온도가 높을 때에는 역치를 크게 하고 고압증기의 온도가 낮을 때에는 역치를 작게 한다. 즉 이 경우 벤치레타밸브 제어기(110)는 배열회수보일러(20)의 기동모드를 인식하지 않는다.
또한 이상에서는 역치로서 두개의 값을 채용하고 있지만 세개 이상의 값을 채용해도 된다. 예를 들면 배열회수보일러(20)의 기동모드로서 고압증기터빈(31)이 450℃ 이상인 핫모드와, 고압증기터빈(31)의 온도가 450℃ 미만이고 350℃이상인 웜모드와, 고압증기터빈(31)의 온도가 350℃미만인 콜드모드가 있다고 가설한다. 이 경우 핫모드 때에 역치로서 4MPa, 웜모드 때에 역치로서 3MPa, 콜드모드 때에 역치로서 2MPa를 설정하게 해도 된다.
이상에서는 고압증기터빈(31)에 유입되는 고압증기의 특정 압력을 판단부(111)가 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단하는 역치로 하고 있다. 그러나 고압증기터빈(31)에 유입되는 고압증기의 유량을 검지하는 유량계를 설치하고 이 유량계에 의해 검지되는 특정 유량을 판단부(111)가 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 판단하는 역치로 하여도 된다.
또한 이상에서는 벤치레타밸브(71)에 대한 닫힘지령에 벤치레타밸브(71)의 단위 시간당의 개도 변화량인 개도 변화율을 미리 설정된 개도 변화율로 하는 내용이 포함되어 있다. 때문에 이 개도 변화율에 관해서도 고압증기의 온도에 대하여 양의 상관성을 갖게 하여 변경시켜도 된다. 즉 고압증기의 온도가 높을 경우에는 개도 변화율을 크게 하고, 고압증기의 온도가 낮을 경우에는 개도 변화율을 작게 하여도 된다.
또한 본 실시형태의 콤바인드사이클플랜트는 고압증기터빈(31)과, 중압증기터빈(32)과, 저압증기터빈(33) 3대의 증기터빈을 구비하고 있다. 그러나 본 실시형태의 고압증기터빈(31)에 상당하는 제1 증기터빈과 본 실시형태 중압증기터빈(32)에 상당하는 제2 증기터빈을 구비하고 본 실시형태의 저압증기터빈(33)에 상당하는 증기터빈을 구비하지 않는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
본 발명의 일양태에 따르면 재열증기라인에 관한 제어계가 일시적으로 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.
10 가스 터빈
11 압축기
12 연소기
20 배열회수보일러
21 고압증기발생부(제1 증기발생부)
23 중압증기발생부
26 재열부
27 저압증기발생부
31 고압증기터빈(제1 증기터빈)
32 중압증기터빈(제2 증기터빈)
33 저압증기터빈
34 발전기
36 복수기
41 주증기라인(제1 증기라인)
42 재열증기라인
42a 재열전증기라인
42b 재열후증기라인
43 저압증기라인
44 급수라인
51 고압터빈 바이패스라인(제1 바이패스라인)
52 벤치레타라인(제2 바이패스라인)
53 중압터빈 바이패스라인
54 저압터빈 바이패스라인
61 주증기정지밸브
62 주증기가감밸브
64 재열증기정지밸브
65 재열증기가감밸브
66 저압증기정지밸브
67 저압증기가감밸브
68 고압터빈 바이패스밸브
71 벤치레타밸브
72 중압터빈 바이패스밸브
73 저압터빈 바이패스밸브
81 고압증기압력계
82 유입증기압력계
83, 89 온도계
84 재열증기압력계
85 저압증기압력계
86 출력계
100 제어장치
110 벤치레타밸브제어기
111 판단부
112 지령출력부
113 기동모드인식부
114 역치변경부

Claims (11)

  1. 연소가스에 의해 구동하는 가스터빈과, 상기 가스터빈으로부터 배기된 연소가스의 열에 의해 증기를 발생시키는 배열회수보일러와, 상기 증기로 구동하는 제1 및 제2 증기터빈과, 상기 제2 증기터빈으로부터 배기된 증기를 물로 되돌리는 복수기를 구비하고,
    상기 배열회수보일러는 상기 연소가스의 열에 의해 상기 제1 증기터빈에 공급하는 제1 증기를 발생시키는 제1 증기발생부와, 상기 제1 증기터빈으로부터 배기된 증기를 가열하는 재열부를 가지고 있고,
    상기 배열회수보일러의 상기 제1 증기발생부와 상기 제1 증기터빈은 상기 제1 증기를 상기 제1 증기터빈에 인도하는 제1 증기라인으로 접속되고,
    상기 제1 증기터빈과 상기 제2 증기터빈은 상기 제1 증기터빈으로부터 배기된 증기를 상기 배열회수보일러의 상기 재열부를 경과하여 상기 제2 증기터빈에 인도하는 재열증기라인으로 접속되고,
    상기 재열증기라인중에서 상기 제1 증기터빈으로부터 상기 재열부까지의 재열전증기라인과 상기 제1 증기라인은 제1 바이패스라인으로 접속되고,
    상기 재열전증기라인과 상기 복수기는 제2 바이패스라인으로 접속되고,
    상기 재열증기라인중에서 상기 재열기로부터 상기 제2 증기터빈까지의 재열후증기라인과 상기 복수기는 제3 바이패스라인으로 접속되고,
    상기 제2 바이패스라인에는 상기 제2 바이패스라인을 통하는 증기의 유량을 조절하는 벤치레타밸브가 설치되며, 상기 제3 바이패스라인에는, 상기 재열후증기라인중의 압력이 목표압력으로 되도록, 상기 제3 바이패스라인을 통하는 증기의 유량을 조절하는 바이패스밸브가 설치되어 있는, 콤바인드사이클플랜트의 제어장치에 있어서,
    상기 제1 증기터빈 및 상기 제2 증기터빈의 기동 과정에서 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 유량이 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 설정된 역치로부터 판단하는 판단부와,
    상기 판단부에 의해 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 유량이 규정 유량으로 되었다고 판단되면 열림상태의 상기 벤치레타밸브에 대하여 닫힘상태에로의 이행을 나타내는 닫힘지령을 출력하는 지령출력부와,
    상기 배열회수보일러의 기동모드에 따른 모드의 종류에 따라서 상기 역치를 변경시키는 역치변경부를 가지는, 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 역치는 상기 제1 증기터빈에 유입하는 상기 제1 증기의 압력에 관한 값인, 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 역치는 상기 제1 증기터빈에 유입하는 상기 제1 증기의 규정압력에 대응하는 상기 제1 증기터빈의 압력인, 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    추가로 상기 배열회수보일러의 상기 기동모드가 적어도 콜드모드인지 핫모드인지를 인식하는 기동모드인식부를 가지고 있고,
    상기 역치변경부는 상기 기동모드인식부가 인식한 모드의 종류에 따라서 상기 역치를 변경시키는, 제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기동모드인식부는 온도계에 의해 검지된 상기 제1 증기터빈에 따른 증기접촉부의 온도에 따라 상기 기동모드의 종류를 인식하는, 제어장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 제어장치와,
    상기 가스터빈과, 상기 배열회수보일러와, 상기 제1 증기터빈과, 상기 제2 증기터빈과, 상기 복수기를 구비하고 있는, 콤바인드사이클플랜트.
  7. 연소가스에 의해 구동하는 가스터빈과, 상기 가스터빈으로부터 배기된 연소가스의 열에 의해 증기를 발생시키는 배열회수보일러와, 상기 증기로 구동하는 제1 및 제2 증기터빈과, 상기 제2 증기터빈으로부터 배기된 증기를 물로 되돌리는 복수기를 구비하고,
    상기 배열회수보일러는 상기 연소가스의 열에 의해 상기 제1 증기터빈에 공급하는 제1 증기를 발생시키는 제1 증기발생부와, 상기 제1 증기터빈으로부터 배기된 증기를 가열하는 재열부를 가지고 있고,
    상기 배열회수보일러의 상기 제1 증기발생부와 상기 제1 증기터빈은 상기 제1 증기를 상기 제1 증기터빈에 인도하는 제1 증기라인으로 접속되고,
    상기 제1 증기터빈과 상기 제2 증기터빈은 상기 제1 증기터빈으로부터 배기된 증기를 상기 배열회수보일러의 상기 재열부를 경과하여 상기 제2 증기터빈에 인도하는 재열증기라인으로 접속되고,
    상기 재열증기라인중에서 상기 제1 증기터빈으로부터 상기 재열부까지의 재열전증기라인과 상기 제1 증기라인은 제1 바이패스라인으로 접속되고,
    상기 재열전증기라인과 상기 복수기는 제2 바이패스라인으로 접속되고,
    상기 재열증기라인중에서 상기 재열기로부터 상기 제2 증기터빈까지의 재열후증기라인과 상기 복수기는 제3 바이패스라인으로 접속되고,
    상기 제2 바이패스라인에는 상기 제2 바이패스라인을 통하는 증기의 유량을 조절하는 벤치레타밸브가 설치되며, 상기 제3 바이패스라인에는, 상기 재열후증기라인중의 압력이 목표압력으로 되도록, 상기 제3 바이패스라인을 통하는 증기의 유량을 조절하는 바이패스밸브가 설치되어 있는, 콤바인드사이클플랜트의 제어방법에 있어서,
    상기 제1 증기터빈 및 상기 제2 증기터빈의 기동 과정에서 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 유량이 규정 유량으로 되었는지 아닌지를 설정된 역치로부터 판단하는 판단공정과,
    상기 판단공정에서 상기 제1 증기터빈에 유입되는 상기 제1 증기의 유량이 규정 유량으로 되었다고 판단되면 열림상태의 상기 벤치레타밸브에 대하여 닫힘상태에로의 이행을 나타내는 닫힘지령을 출력하는 지령출력공정과,
    상기 배열회수보일러의 기동모드에 따른 모드의 종류에 따라서 상기 역치를 변경시키는 역치변경공정을 실행하는, 콤바인드사이클플랜트 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 역치는 상기 제1 증기터빈에 유입하는 상기 제1 증기의 압력에 관한 값인, 콤바인드사이클플랜트 제어방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 역치는 상기 제1 증기터빈에 유입하는 상기 제1 증기의 규정압력에 대응하는 상기 제1 증기터빈의 압력인, 콤바인드사이클플랜트 제어방법.
  10. 제7항에 있어서,
    추가로 상기 배열회수보일러의 상기 기동모드가 적어도 콜드모드인지 핫모드인지를 인식하는 기동모드인식공정을 실행하고,
    상기 역치변경공정에서는 상기 기동모드인식공정에서 인식한 모드의 종류에 따라서 상기 역치를 변경시키는, 콤바인드사이클플랜트 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기동모드인식공정에서는 온도계에 의해 검지된 상기 제1 증기터빈에 따른 증기접촉부의 온도에 따라 상기 기동모드의 종류를 인식하는, 콤바인드사이클플랜트 제어방법.
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