TWI758839B - 廠房控制裝置及廠房控制方法 - Google Patents

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当房昌幸
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Abstract

根據一個實施方式，廠房控制裝置控制廠房，該廠房具備：經由來自使燃料燃燒的燃燒器的氣體而被驅動之燃氣渦輪機；使用來自燃氣渦輪機的排放氣體的熱來產生蒸汽之排熱回收鍋爐；經由蒸汽而被驅動之蒸汽渦輪機；以及在與燃氣渦輪機連結之第1軸的轉速追上與蒸汽渦輪機連結之第2軸的轉速時，使第1軸與第2軸結合之離合器。前述裝置，係在使廠房停機之際，使蒸汽渦輪機停機而使第2軸的轉速開始下降，之後持續燃燒並使第1軸的轉速開始下降，在第1軸的轉速下降到第1轉速的情況下，遮斷燃料使燃氣渦輪機停機，此時，為了讓第1軸的轉速以第1轉速以下的第2轉速追上第2軸的轉速而離合器嵌合，使燃氣渦輪機停機。

Description

廠房控制裝置及廠房控制方法
本揭示的實施方式有關廠房控制裝置及廠房控制方法。
組合燃燒器、燃氣渦輪機、排熱回收鍋爐、蒸汽渦輪機所構成的複合循環(C/C)發電廠是廣為人知。燃燒器係使燃料燃燒而排出燃燒氣體，燃氣渦輪機係經由來自燃燒器的燃燒氣體而被驅動。排熱回收鍋爐係從燃氣渦輪機的排放氣體做熱回收而產生蒸汽，蒸汽渦輪機係經由排熱回收鍋爐所產生的蒸汽而被驅動。
在剛性結合型的C/C發電廠中，燃氣渦輪機與蒸汽渦輪機連結到同一旋轉軸。另一方面，在離合器結合型的C/C發電廠中，燃氣渦輪機連結到第1旋轉軸，蒸汽渦輪機連結到第2旋轉軸，第1旋轉軸利用離合器來與第2旋轉軸 結合或是切離。具體方面，經由離合器的嵌合第1旋轉軸與第2旋轉軸結合，經由離合器的脫離第1旋轉軸與第2旋轉軸切離。尚且，一般，發電機與燃氣渦輪機一起連結到第1旋轉軸。
離合器結合型的C/C發電廠的停機方法，係與剛性結合型的C/C發電廠的停機方法相異。一般，在使離合器結合型的C/C發電廠停機之際，在離合器脫離後開始蒸汽渦輪機的旋轉下降，之後，開始燃氣渦輪機的旋轉下降。該情況下，燃氣渦輪機的旋轉下降比蒸汽渦輪機的旋轉下降還快的緣故，一下子燃氣渦輪機的轉速追上蒸汽渦輪機的轉速，離合器再次嵌合。
離合器嵌合的話，燃氣渦輪機與蒸汽渦輪機係在已被結合的狀態下旋轉下降的緣故，燃氣渦輪機係快速旋轉下降被妨礙，變成和緩旋轉下降。為此，燃氣渦輪機的轉速下降到遮斷燃燒器的燃料之轉速的期間變長，延遲遮斷燃燒器的燃料的時序。其結果，燃燒器係在燃料被遮斷為止之長的期間，持續保持火炎，消耗無謂的燃料。
根據一個實施方式，廠房控制裝置控制發電廠，該發電廠具備：使燃料燃燒之燃燒器；經由來自前述燃燒器的燃燒氣體而被驅動之燃氣渦輪機；使用來自前述燃氣渦輪機的排放氣體的熱來產生蒸汽之排熱回收鍋爐；經由來自前述排熱回收鍋爐的前述蒸汽而被驅動之蒸汽渦輪機；與前述燃氣渦輪機連結之第1軸；與前述蒸汽渦輪機連結之 第2軸；以及在前述第1軸的轉速追上前述第2軸的轉速時，經由嵌合使前述第1軸與前述第2軸結合之離合器。前述裝置具備：第1停機控制部，其係在使前述發電廠停機之際，使前述蒸汽渦輪機停機而使前述第2軸的轉速從額定轉速開始下降，在前述蒸汽渦輪機的停機後一邊持續前述燃燒器的燃燒一邊使前述第1軸的轉速開始從前述額定轉速下降。前述裝置更具備：第2停機控制部，乃是在前述第1軸的轉速下降到第1轉速的情況下，遮斷前述燃燒器的燃料而使前述燃氣渦輪機停機之第2停機控制部，其係為了前述第1軸的轉速以前述第1轉速以下的第2轉速追上前述第2軸的轉速而讓前述離合器嵌合，使前述燃氣渦輪機停機。
100:發電廠
101:廠房控制裝置
102:燃氣渦輪機(GT)
103:蒸汽渦輪機(ST)
104:排熱回收鍋爐
105:MCV閥(增減閥)
106:燃料調節閥
107:壓縮機
108:燃燒器
109:蒸發器
110:爐筒
111:過熱器
112:渦輪機旁通調節閥
113:凝結器
114:循環水泵
115:海水
116:燃料
117:發電機
118:第1旋轉軸
119:第2旋轉軸
120:離合器
121:第1檢測用齒輪
122:第2檢測用齒輪
123:蒸汽配管
124:主配管
125:旁通配管
126:渦輪機排氣管
127:發電機斷路器
128:輸電線
129:系統網格
100a:發電廠
101a:廠房控制裝置
SP1:GT轉速檢測器
SP2:ST轉速檢測器
[圖1]為表示第1實施方式的發電廠的構成之示意圖。
[圖2]為表示第1實施方式的廠房停機方法之流程圖。
[圖3]為用於說明第1實施方式的廠房停機方法之趨勢圖。
[圖4]為用於說明第2實施方式的廠房停機方法之趨勢圖。
[圖5]為用於說明第3實施方式的廠房停機方法之趨勢圖。
[圖6]為表示比較例的發電廠的構成之示意圖。
[圖7]為表示比較例的廠房停機方法之流程圖。
[圖8]為用於說明比較例的廠房停機方法之趨勢圖。
現在參考附圖，說明實施例。在圖1至圖8中，於相同或是類似的構成賦予相同的元件符號，省略重複的說明。
(比較例)
以下，說明有關比較例的廠房構成或廠房停機方法。本比較例的廠房構成係相當於離合器結合型，本比較例的廠房停機方法係相當於把剛性結合型的廠房停機方法適用在離合器結合型。在剛性結合型中，燃氣渦輪機與蒸汽渦輪機不靠離合器連結到同一旋轉軸。
(1)比較例的廠房構成
圖6為表示比較例的發電廠100的構成之示意圖。
圖6的發電廠100具備控制發電廠100的動作之廠房控制裝置101，更進一步具備：燃氣渦輪機(GT)102、蒸汽渦輪機(ST)103、排熱回收鍋爐104、MCV閥(增減閥)105、燃料調節閥106、壓縮機107、燃燒器108、蒸發器109、爐筒110、過熱器111、渦輪機旁通調節閥112、凝結器113、循環水泵114、海水115的取入部及排出部、燃料116的供給部、發電機117、第1旋轉軸118、第2旋轉軸119、離合器120、第1檢測用齒輪121、第2檢測用齒輪122、蒸汽配管123、主配管124、旁通配管125、渦輪機排氣管126、以 及發電機斷路器127。發電機斷路器127係透過輸電線128，與系統網格129連接。圖6的發電廠100係更進一步，具備：火炎檢測器FD1、GT轉速檢測器SP1、ST轉速檢測器SP2、以及百萬瓦傳感器(MW transducer)MW-Tr。該發電廠100乃是燃氣渦輪機102與蒸汽渦輪機103經由離合器120的嵌合而被結合之「離合器結合型的一軸型複合循環發電廠」。
一開始，說明有關離合器120。離合器120的實際的構造為複雜，圖6係將此予以模式化來圖示。該離合器120係一般被稱為SSS離合器(Synchro-Self-Shifting)之型式，是可以將與燃氣渦輪機102及發電機117連結之第1旋轉軸118、以及與蒸汽渦輪機103連結之第2旋轉軸119予以結合，或是，將第1旋轉軸118與第2旋轉軸119予以切離。前者的情況下，離合器120處於嵌合的狀態，後者的情況下，離合器120處於脫離的狀態。這些嵌合或脫離並非廠房控制裝置101參與而產生。如SSS離合器的稱呼，第2旋轉軸119的轉速達到第1旋轉軸118的轉速(同步，Synchro)的話，因為離心力的作用，離合器120自動地嵌合，第2旋轉軸119的轉速下降到比第1旋轉軸118慢的話，離合器120自動地脫離。
在發電廠100的廠房啟動時與廠房停機時，離合器120脫離，產生第1旋轉軸118的轉速與第2旋轉軸119的轉速相異的運轉狀況。在此，在第1旋轉軸118設有第1檢測用齒輪121，接近第1檢測用齒輪121設置GT轉速檢測器SP1。 GT轉速檢測器SP1係檢測第1旋轉軸118的轉速(燃氣渦輪機102及發電機117的轉速)，把轉速的檢測結果輸出到廠房控制裝置101。而且，在第2旋轉軸119設有第2檢測用齒輪122，接近第2檢測用齒輪122設置ST轉速檢測器SP2。 ST轉速檢測器SP2係檢測第2旋轉軸119的轉速(蒸汽渦輪機103的轉速)，把轉速的檢測結果輸出到廠房控制裝置101。
發電廠100在廠房啟動結束成為通常的運轉狀態後，離合器120嵌合，GT轉速檢測器SP1與ST轉速檢測器SP2檢測的轉速相同。該情況下，燃氣渦輪機102與蒸汽渦輪機103係實質上處於結合到1根旋轉軸的狀態的緣故，發電機117係經由燃氣渦輪機102與蒸汽渦輪機103之兩方被驅動進行發電。
燃料調節閥106設在燃料配管上。打開燃料調節閥106的話，從燃料配管供給燃料116到燃燒器108。壓縮機107係從其入口導入空氣，把壓縮空氣供給到燃燒器108。燃燒器108係使燃料116與壓縮空氣中的氧一起燃燒，產生高溫、高壓的燃燒氣體。火炎檢測器FD1係檢測燃燒器108內的火炎，把火炎的檢測結果輸出到廠房控制裝置101。
燃氣渦輪機102係經由來自燃燒器108的燃燒氣體而被驅動，藉此，使第1旋轉軸118旋轉。發電機117係被連接到第1旋轉軸118，使用第1旋轉軸118的旋轉進行發電。發電機117發電出的電力，係送到設有發電機斷路器127或百萬瓦傳感器MW-Tr之輸電線128，透過輸電線128被輸送到 系統網格129。此時，百萬瓦傳感器MW-Tr係測定發電機117的電力(輸出)，把該測定出的電力量發送到廠房控制裝置101。
從燃氣渦輪機102排出的燃氣渦輪機排放氣體A1，被送到排熱回收鍋爐104。排熱回收鍋爐104係使用燃氣渦輪機排放氣體A1的熱，來產生主蒸汽A2。蒸發器109、爐筒110、及過熱器111係設置在排熱回收鍋爐104內，構成排熱回收鍋爐104的一部分。爐筒110內的水被送到蒸發器109，在蒸發器109內利用燃氣渦輪機排放氣體A1而被加熱，而成為飽和蒸汽。飽和蒸汽被送到過熱器111，在過熱器111內利用燃氣渦輪機排放氣體A1而被過熱，而成為過熱蒸汽。經由排熱回收鍋爐104產生出的過熱蒸汽，係作為主蒸汽A2被排出到蒸汽配管123。
蒸汽配管123係分歧在主配管124與旁通配管125。主配管124係連接到蒸汽渦輪機103，旁通配管125係連接到凝結器113。MCV閥105係設在主配管124。渦輪機旁通調節閥112係設在旁通配管125。
打開MCV閥105的話，來自主配管124的主蒸汽A2被供給到蒸汽渦輪機103。蒸汽渦輪機103係經由主蒸汽A2而被驅動，藉此，使第2旋轉軸119旋轉。在離合器120嵌合的狀態下，蒸汽渦輪機103係與燃氣渦輪機102一起使1根旋轉軸旋轉的緣故，發電機117係經由燃氣渦輪機102與蒸汽渦輪機103之兩方而被驅動。驅動蒸汽渦輪機103的主蒸汽A2係從蒸汽渦輪機103排出成為排氣蒸汽，通過渦輪機 排氣管126被送到凝結器113。
另一方面，打開渦輪機旁通調節閥112的話，來自旁通配管125的主蒸汽A2旁通過蒸汽渦輪機103而被送到凝結器113。送到凝結器113的主蒸汽A2或前述的排氣蒸汽係經由循環水泵114所供給的海水115而被冷卻凝結。
廠房控制裝置101係控制發電廠100的啟動或停機等，發電廠100之各式各樣的運轉。例如，廠房控制裝置101係控制燃料調節閥106、MCV閥105及渦輪機旁通調節閥112，進行燃氣渦輪機102或蒸汽渦輪機103或排熱回收鍋爐104的運轉操作。以下，說明有關本比較例的發電廠100的停機方法。
(2)比較例的廠房停機方法
圖7為表示比較例的廠房停機方法之流程圖。
實現該流程的是，被收納在廠房控制裝置101的內部之軟體。尚且，以下的說明中使用之具體的數值，乃是為了說明上的方便與容易理解所記載之其中一例。而且，也一併參閱後述的圖8的趨勢圖，有助於更容易理解。
在開始發電廠100的停機(廠房停機)之前，發電廠100為通常運轉中，離合器120為嵌合中。在通常運轉中，燃氣渦輪機102係以額定輸出的200MW進行發電運轉，蒸汽渦輪機103也以額定輸出的100MW進行發電運轉，兩渦輪機係以300MW的總計輸出(以下，稱為聯合輸出)運轉中。
開始廠房停機的話(步驟S100)，使燃料調節閥106的 開啟度以恆定率減低來進行燃氣渦輪機(GT)輸出下降(步驟S101)，聯合輸出從300MW逐漸減低。在廠房停機重視的是，儘可能對燃氣渦輪機102與蒸汽渦輪機103減少負擔，來進行停機操作。如步驟S101般，使燃料調節閥106的開啟度以恆定率減低的話，燃料116的量係徐徐地減少。經此，例如，燃氣渦輪機排放氣體A1的溫度也徐徐地下降，之後，在停機燃氣渦輪機102之際產生的熱應力也減輕。燃氣渦輪機排放氣體A1保有的熱能下降主蒸汽A2的熱量(溫度，壓力，流量)也下降的緣故，所以進行蒸汽渦輪機(ST)輸出下降(步驟S102)，其發電量從100MW逐漸減低。
一直到百萬瓦傳感器MW-Tr檢測到的聯合輸出下降到60MW時(步驟S104“是”)，就中斷燃氣渦輪機輸出下降(步驟S105)。還有，燃料調節閥106的開啟度的減低操作也中斷，燃氣渦輪機102維持在恆定的輸出狀態。此時，60MW的聯合輸出的明細係如以下。亦即，燃氣渦輪機102維持在25MW，蒸汽渦輪機103維持在35MW，進行總計60MW的發電。
尚且，乃是複合循環發電廠所具有之一般的特徵，但是，顯示出在低輸出狀態下比起燃氣渦輪機輸出，蒸汽渦輪機輸出的這一方為大之熱均衡(熱平衡)。該理由乃是，燃氣渦輪機102也在低輸出中，除了發電的作功還對用於驅動壓縮機107的作功供給相當量的燃料116的緣故。為此，燃氣渦輪機排放氣體A1係使高的熱量的主蒸汽A2產 生的緣故，蒸汽渦輪機103的輸出這一方變大。
在把燃氣渦輪機102維持在25MW恆定的輸出狀態之期間，進行蒸汽渦輪機103的停機操作(步驟S106)，其結果，蒸汽渦輪機103的發電量從35MW開始減低。在該停機操作下，使MCV閥105的開啟度以恆定率減低而徐徐地使蒸汽渦輪機103的輸出下降，最終MCV閥105全閉。MCV閥105全閉時蒸汽渦輪機103停機完畢，其發電量為零的緣故，聯合輸出為僅燃氣渦輪機輸出的25MW。此時，因為MCV閥105被關閉，操作成剩餘的主蒸汽A2通過渦輪機旁通閥112流入到凝結器113而逃逸，爐筒110也把壓力維持在恆定。
在步驟S106之前的步驟S105把燃氣渦輪機輸出維持在25MW，但是，其維持輸出25MW係以以下的視點來選擇是為必需。亦即，i)若使燃氣渦輪機輸出下降到25MW以下的話，燃氣渦輪機排放氣體A1的溫度過於低溫，其結果，冷的主蒸汽A2流入到蒸汽渦輪機103而產生熱應力等，對蒸汽渦輪機103的運轉產生障礙。ii)相反地，維持25MW以上的燃氣渦輪機輸出並讓蒸汽渦輪機103停機的話，主蒸汽A2還保有高的熱量，通過渦輪機旁通閥112流入到凝結器113的主蒸汽A2對凝結器113造成負擔。具體方面因為該高的熱量，出現凝結器113的出入口的海水溫度差為在環保上容許的溫度(一般為7℃)以上之問題。維持輸出25MW係在該i)與ii)做取捨選定是為必需。
蒸汽渦輪機103為60HZ對應的渦輪機，其額定轉速為 3600RPM(Revolutions Per Minute)。蒸汽渦輪機103停機完畢(MCV閥105全閉)的話，驅動蒸汽渦輪機103的力矩遂消失，蒸汽渦輪機103的轉速(以下，也稱為ST轉速)係從3600RPM開始下降(步驟S107)。接著，正是在蒸汽渦輪機103的轉速下降到稍低於燃氣渦輪機102的轉速(以下，也稱為GT轉速)的瞬間，離合器120自動地脫離(步驟S108)。 之後，ST轉速更進一步下降，但是，因為蒸汽渦輪機103所具有之大的慣性，ST轉速遂以和緩、緩慢的速率下降。
蒸汽渦輪機103停機完畢後，使燃料調節閥106的開啟度以恆定率減低而讓燃氣渦輪機輸出下降再開始(步驟S109)，其發電量從25MW逐漸減低。一直到百萬瓦傳感器MW-Tr檢測到的燃氣渦輪機輸出下降到5MW時(步驟S110“是”)，斷開發電機斷路器127而進行解列(步驟S111)。在已解列時，發電量MW為零，聯合輸出也為零。尚且，本比較例的廠房停機方法係根據剛性結合型的發電廠的停機方法之方法的緣故，在蒸汽渦輪機103停機完畢後不久，讓燃氣渦輪機輸出下降再開始。此乃是，作為與後述的第1實施方式相異的步驟而被指謫的點。解列前的燃氣渦輪機102的轉速為額定3600RPM，但是，解列後開始下降到3600RPM以下。但是，此時在燃氣渦輪機102方面為了驅動壓縮機107還供給有相當量的燃料116，讓供給了多量的燃料116之狀態下的燃氣渦輪機102在此突然停機是不可能的。在此，更進一步使燃料調節閥106的開啟度減低(步驟S112)，使燃氣渦輪機102的轉速下降(步驟S113)。GT旋轉 下降中的燃氣渦輪機102也驅動壓縮機107的緣故，該壓縮機可以說具有制動的作用，GT轉速以高速的速率迅速下降。
一下子，以高速的速率迅速下降的GT轉速，係追上以緩慢的速率下降的ST轉速。具體方面，GT轉速下降到3000RPM時(步驟S114“是”)，兩渦輪機的轉速一致(步驟S115“是”)，此時離合器120再次嵌合(步驟S116)。接著，結合狀態的燃氣渦輪機102與蒸汽渦輪機103，係從3000PM一起旋轉下降(步驟S117)。把該結合狀態下的轉速，以下稱為「GT‧ST轉速」。GT‧ST轉速為到那時的兩渦輪機的轉速的下降率的中間的值，亦即為筆GT轉速還慢的下降率，而且以比ST轉速還快的下降率進行下降。
一直到GT轉速檢測器SP1檢測到的GT‧ST轉速下降到1200RPM時(步驟S118“是”)，燃料調節閥106充分成為低開啟度，燃料116也變得少量的緣故，在此停機燃氣渦輪機102(步驟S119)，燃料調節閥106關閉。經此，燃料116被遮斷而為零。GT‧ST轉速更進一步下降，最終以極低旋轉進入到旋轉運轉(步驟S120)，廠房停機的操作完畢(步驟S121)。
圖8為用於說明比較例的廠房停機方法的趨勢圖，是為了更直接可視化本比較例的廠房停機方法而準備的。
與上述重複的在此簡單說明，在開始廠房停機之前，聯合輸出以300MW運轉中。開始廠房停機的話，使燃料116以規定率減低，聯合輸出從300MW開始逐漸減低。
聯合輸出下降到60MW(燃氣渦輪機輸出為25MW)時，暫時中斷燃料116的減低。接著，開始蒸汽渦輪機(ST)103的停機。蒸汽渦輪機103的停機完畢的話，離合器120脫離，ST轉速從3600RPM開始下降。與此同時，讓燃氣渦輪機輸出下降再開始，燃氣渦輪機輸出從25MW開始徐徐地下降，在下降到5MW時進行解列。元件符號T3表示聯合輸出從25MW下降到5MW為止的時間。
解列後的GT轉速從3600RPM以高速的速率下降，下降到3000RPM時追上ST轉速，兩渦輪機的轉速一致，此時離合器120再次嵌合。
該離合器120的嵌合以後的GT轉速(GT‧ST轉速)，成為比在那時的GT轉速還慢的下降率。其結果，GT轉速從3600RPM下降到1200RPM為止，需要長的時間(T1)。GT轉速下降到1200RPM時把燃料116遮斷，讓燃氣渦輪機102停機。之後，在離合器120已嵌合的狀態下，兩渦輪機和緩地旋轉下降，進入到旋轉運轉。
(3)比較例的問題1
如圖8明顯表示，比較例的廠房停機方法為在解列後GT轉速還有3000RPM之高的轉速時離合器再嵌合的方法，在燃料還在供給的當下離合器再嵌合的方法。其結果，該離合器嵌合以後的GT轉速受到蒸汽渦輪機所具有之大的慣性的影響，只能以緩慢的速率下降，到達1200RPM為止需要T1之長時間。此乃是，產生了燃料對發 電沒有貢獻而無謂消耗的時間(T1)長且持續之問題。
(4)比較例的問題2
進行離合器嵌合時，第1旋轉軸118與第2旋轉軸119係物理上相互「搖晃」而結合的緣故，對燃氣渦輪機或發電機的衝擊(shock)無法避免。具體方面，觀測到燃氣渦輪機或發電機的軸承振動增大，特別是靠近離合器的發電機軸承的振動產生顯著。該振動產生不僅是發電廠的停機過程，也在發電廠的啟動過程中引起的事態現象。但是，相對於離合器嵌合一定以額定轉速(3600RPM)進行廠房啟動，在廠房停機是有以如下所述之危險速度進行的可能性，當情況下問題深刻化。以下，說明有關危險速度與離合器嵌合的關係。
一般，旋轉軸具有共振所致之大的振動所產生的危險速度(危險轉速)，發電廠的渦輪機或發電機的旋轉軸也沒有例外。危險速度為該旋轉軸的固有振動所致之共振所產生的速度(轉速)，與該旋轉軸的自然頻率(共振振動數)相依。因此，危險速度的數值係與發電廠的各旋轉軸相異，但是，大致在額定轉速的70%至80%的轉速域者為多。理由是因為在設計旋轉軸之際，多把額定轉速定在危險速度的1.2倍至1.3倍左右。
以下，說明有關比較例的旋轉軸(第1旋轉軸118與第2旋轉軸119的結合體)到額定轉速的80%具有危險速度之事例。該80%的轉速為2880RPM(3600×0.8)，離合器120嵌合 的轉速也就是3000RPM係充分落在2880RPM的附近。亦即，比較例的離合器120嵌合的轉速，處於危險速度域內。換言之，在比較例的廠房停機方法下，伴隨大的振動產生之危險速度所生的時序與離合器嵌合的時序重疊，助長軸承振動的緣故，最壞的情況下是有使設備損壞之虞。為了防止該設備損壞，考慮到檢測到軸承振動超過規定的閾值的話就切入到緊急燃氣渦輪機停機所致之保護措施。但是，這樣並不是安定的廠房停機方法。
[第1實施方式] (1)第1實施方式的廠房構成
圖1為表示第1實施方式的發電廠100a的構成之示意圖。
圖1的發電廠100a具備控制發電廠100a的動作之廠房控制裝置101a。圖1的發電廠100a更進一步具備：具有與圖6的發電廠100同樣的功能之燃氣渦輪機(GT)102、蒸汽渦輪機(ST)103、排熱回收鍋爐104、MCV閥(增減閥)105、燃料調節閥106、壓縮機107、燃燒器108、蒸發器109、爐筒110、過熱器111、渦輪機旁通調節閥112、凝結器113、循環水泵114、海水115的取入部及排出部、燃料116的供給部、發電機117、第1旋轉軸118、第2旋轉軸119、離合器120、第1檢測用齒輪121、第2檢測用齒輪122、蒸汽配管123、主配管124、旁通配管125、渦輪機排氣管126、以及發電機斷路器127。圖1的發電機斷路器127 係與圖6的發電機斷路器127同樣，透過輸電線128來與系統網格129連接。圖1的發電廠100a更進一步具備：具有與圖6的發電廠100同樣的功能之火炎檢測器FD1、GT轉速檢測器SP1、ST轉速檢測器SP2、以及百萬瓦傳感器MW-Tr。該發電廠100a乃是燃氣渦輪機102與蒸汽渦輪機103經由離合器120的嵌合而被結合之「離合器結合型的一軸型複合循環發電廠」。
本實施方式的廠房控制裝置101a具有與比較例的廠房控制裝置101同樣的功能，但是，也具有與比較例的廠房控制裝置101相異的功能。另一方面，圖1表示的發電廠100a之其他的構成要件的功能，是與圖6表示的發電廠100之對應的構成要件的功能同樣。
(2)第1實施方式的廠房停機方法
圖2為表示第1實施方式的廠房停機方法之流程圖。
實現該流程的是，被收納在廠房控制裝置101a的內部之軟體。尚且，以下的說明中使用之具體的數值，乃是為了說明上的方便與容易理解所記載之其中一例。而且，也一併參閱後述的圖3的趨勢圖，有助於更容易理解。
在開始發電廠100a的停機(廠房停機)之前，發電廠100a為通常運轉中，離合器120為嵌合中。在通常運轉中，燃氣渦輪機102係以額定輸出的200MW進行發電運轉，蒸汽渦輪機103也以額定輸出的100MW進行發電運轉，兩渦輪機係以300MW的總計輸出(聯合輸出)運轉中。
開始廠房停機的話(步驟S200)，使燃料調節閥106的開啟度以恆定率減低來進行燃氣渦輪機(GT)輸出下降(步驟S201)，聯合輸出從300MW逐漸減低。在廠房停機重視的是，儘可能對燃氣渦輪機102與蒸汽渦輪機103減少負擔，來進行停機操作。如步驟S201般，使燃料調節閥106的開啟度以恆定率減低的話，燃料116的量係徐徐地減少。經此，例如，燃氣渦輪機排放氣體A1的溫度也徐徐地下降，之後，在停機燃氣渦輪機102之際產生的熱應力也減輕。燃氣渦輪機排放氣體A1保有的熱能下降主蒸汽A2的熱量(溫度，壓力，流量)也下降的緣故，所以進行蒸汽渦輪機(ST)輸出下降(步驟S202)，其發電量從100MW逐漸減低。
一直到百萬瓦傳感器MW-Tr檢測到的聯合輸出下降到60MW時(步驟S204“是”)，就中斷燃氣渦輪機輸出下降(步驟S205)。還有，燃料調節閥106的開啟度的減低操作也中斷，燃氣渦輪機102維持在恆定的輸出狀態。此時，60MW的聯合輸出的明細係如以下。亦即，燃氣渦輪機102維持在25MW，蒸汽渦輪機103維持在35MW，進行總計60MW的發電。
在把燃氣渦輪機102維持在25MW恆定的輸出狀態之期間，進行蒸汽渦輪機103的停機操作(步驟S206)，其結果，蒸汽渦輪機103的發電量從35MW開始減低。在該停機操作下，使MCV閥105的開啟度以恆定率減低而徐徐地使蒸汽渦輪機103的輸出下降，最終MCV閥105全閉。MCV 閥105全閉時蒸汽渦輪機103停機完畢，其發電量為零的緣故，聯合輸出為僅燃氣渦輪機輸出的25MW。此時，因為MCV閥105被關閉，操作成剩餘的主蒸汽A2通過渦輪機旁通閥112流入到凝結器113而逃逸，爐筒110也把壓力維持在恆定。
尚且，在步驟S206前的步驟S205讓燃氣渦輪機輸出維持在25MW的理由係與比較例的步驟S105的情況相同，省略說明。
蒸汽渦輪機103為60HZ對應的渦輪機，其額定轉速為3600RPM。蒸汽渦輪機103停機完畢(MCV閥105全閉)的話，驅動蒸汽渦輪機103的力矩遂消失，蒸汽渦輪機103的轉速(ST轉速)係從3600RPM開始下降(步驟S207)。接著，正是在蒸汽渦輪機103的轉速下降到稍低於燃氣渦輪機102的轉速(GT轉速)的瞬間，離合器120自動地脫離(步驟S208)。之後，ST轉速更進一步下降，但是，因為蒸汽渦輪機103所具有之大的慣性，ST轉速遂以和緩、緩慢的速率下降。
以上的廠房停機步驟係與比較例相同。本實施方式的廠房停機步驟在以下的點與比較例相異。
也在ST轉速開始從3600RPM下降的期間，燃氣渦輪機102的輸出維持在25MW。接著，一直到ST轉速檢測器SP2檢測到的ST轉速下降到1200RPM時(步驟S209“是”)，讓燃氣渦輪機輸出下降再開始(步驟S210)。讓燃氣渦輪機輸出下降再開始的話，燃氣渦輪機的發電量從25MW開始逐漸 減低。一直到百萬瓦傳感器MW-Tr檢測到的燃氣渦輪機輸出下降到5MW時(步驟S211“是”)，斷開發電機斷路器127而進行解列(步驟S212)。在已解列時，發電量MW為零，聯合輸出也為零。
解列前的GT轉速為額定3600RPM，但是，解列後的GT轉速係在3600RPM以下才開始下降。但是，此時，於燃氣渦輪機102，為了驅動壓縮機107或燃燒器108還供給有相當量的燃料116，更進一步使燃料調節閥106的開啟度減低(步驟S213)，使GT轉速更進一步下降(步驟S214)。GT旋轉下降中的燃氣渦輪機102也驅動壓縮機107的緣故，該壓縮機107可以說具有制動的作用，GT轉速以比較高速的速率往1200RPM迅速下降。此時，離合器120為脫離中的緣故，不會受到蒸汽渦輪機103所具有之大的慣性的影響，燃氣渦輪機102單獨快速地旋轉下降到1200RPM。此與比較例相異。廠房控制裝置101a進行步驟S206~S214的處理之功能，為第1停機控制部的其中一例。而且，步驟S209的轉速「1200RPM」，為第3轉速的其中一例。
一直到GT轉速檢測器SP1檢測到的GT轉速下降到1200RPM時(步驟S215“是”)，燃料調節閥106充分成為低開啟度，燃料116也變得少量的緣故，在此停機燃氣渦輪機102(步驟S216)。此時燃料調節閥106關閉，燃料116被遮斷成為零。如此GT轉速下降到1200RPM才開始停機燃氣渦輪機102的理由，係如前述，讓燃料116的量充分減少而燃氣渦輪機102的排放氣體溫度為低溫，在熱應力等方 面對燃氣渦輪機102不會有大的負擔。在本實施方式，一直到步驟S216之前持續燃燒器108的燃燒，在步驟S216遮斷燃燒器108的燃料116。步驟S215的轉速「1200RPM」，為第1轉速的其中一例。
也在讓燃氣渦輪機102停機後，GT轉速以高速的速率下降。接著，一直到GT轉速下降到900RPM時(步驟S217“是”)，GT轉速以緩慢的速率追上下降的ST轉速，兩渦輪機的轉速一致(步驟S218“是”)。此時，離合器120再次嵌合(步驟S219)。廠房控制裝置101a進行步驟S215~S219的處理之功能，為第2停機控制部的其中一例。而且，步驟S217的轉速「900RPM」，為第2轉速的其中一例。
接著，結合狀態的燃氣渦輪機102與蒸汽渦輪機103，係從900RPM一起旋轉下降(步驟S220)。把該結合狀態下的轉速，如上述般稱為「GT‧ST轉速」。GT‧ST轉速的下降率成為在那時的GT轉速的下降率與ST轉速的下降率的中間的速率。GT‧ST轉速更進一步下降，最終以極低旋轉進入到旋轉運轉(步驟S221)，廠房停機的操作完畢(步驟S222)。GT‧ST轉速從900RPM以緩慢的速率下降，但是，既然燃氣渦輪機102處於停機狀態，在該運轉域下，即便旋轉下降延遲也不會產生大的問題。
圖3為用於說明第1實施方式的廠房停機方法之趨勢圖，是為了更直接可視化本實施方式的廠房停機方法而準備的。
與上述重複的在此簡單說明，在開始廠房停機之前， 聯合輸出以300MW運轉中。開始廠房停機的話，使燃料116以規定率減低，聯合輸出從300MW開始逐漸減低。
聯合輸出下降到60MW(燃氣渦輪機輸出為25MW)時，暫時中斷燃料116的減低。接著，開始蒸汽渦輪機(ST)103的停機。蒸汽渦輪機103的停機完畢的話，離合器120脫離，ST轉速從3600RPM開始下降。此時，ST轉速以和緩且緩慢的速率下降，ST轉速從3600RPM下降到1200RPM為止，需要時間(T4)。
一直到ST轉速下降到1200RPM(第3轉速)時，再開始燃氣渦輪機輸出下降。再開始燃氣渦輪機輸出下降的話，燃氣渦輪機輸出從25MW徐徐地下降，下降到5MW時進行解列。燃氣渦輪機輸出(聯合輸出)從25MW下降到5MW為止，需要時間(T3)。
解列後的GT轉速從3600RPM以高速的速率下降，GT轉速下降到1200RPM時，把燃料116遮斷，讓燃氣渦輪機102停機。此時，GT轉速從3600RPM下降到1200RPM(第1轉速)為止係用比較的短的時間(T2)完成。這與比較例相異。
也在讓燃氣渦輪機102停機後，GT轉速持續下降。接著，GT轉速下降到900RPM(第2轉速)時，GT轉速追上ST轉速，兩渦輪機的轉速一致，此時離合器120再次嵌合。之後，在離合器120已嵌合的狀態下，兩渦輪機和緩地旋轉下降，進入到旋轉運轉。
(3)第1實施方式的效果1
比較圖3與圖8，了解到本實施方式中從3600RPM下降到1200RPM所需要的時間(T2)，係與比較例的(T1)相比是極為短的時間。其結果，比較例的廠房停機方法所伴隨之「燃料長時間無謂供給的問題」，在本實施方式中被消解或是大幅緩和。為了實現該功效，在本實施方式中，等待ST轉速下降到1200RPM，再開始燃氣渦輪機輸出之從25MW的再下降。因此，在本實施方式的GT轉速下降到1200RPM時，ST轉速一定下降到1200RPM以下。亦即，在本實施方式中，兩渦輪機的轉速一致且離合器嵌合，係一定是1200RPM(遮斷燃料的轉速)以下的轉速。
更進一步，在本實施方式，是在遮斷了燃料的狀態下嵌合離合器。離合器嵌合時，兩旋轉軸為彼此「搖晃」舉動，其結果，燃氣渦輪機或發電機的軸承振動增大這一點已經敘明。該搖晃係在比較例下是在燃氣渦輪機的燃燒中進行，相對於此，本實施方式下是在燃料被遮斷後(燃氣渦輪機已經停機)進行。因此，根據本實施方式，與比較例相比，可以實現安全且風險較少的廠房停機方法。
更進一步，在本實施方式，GT轉速從3600RPM下降到1200RPM的期間，離合器一定是脫離中，燃氣渦輪機(與發電機)係單獨旋轉下降。經此，不會受到蒸汽渦輪機所具有之大的慣性的影響，燃氣渦輪機的轉速可以單獨且快速從3600RPM下降到1200RPM，可以迅速遮斷燃料。可以達成這樣的廠房停機方法的話，一直到ST轉速下降到遮 斷燃氣渦輪機的燃料之轉速也就是1200RPM後，才開始燃氣渦輪機的旋轉下降。
(4)第1實施方式的效果2
在第1實施方式，以大幅遠離2880RPM的附近之危險速度域之900RPM來嵌合離合器120的緣故，可以消解比較例般之助長離合器嵌合而燃氣渦輪機或發電機的軸承振動增大之問題。亦即，根據本實施方式，實現了離合器嵌合避開危險速度域而進行的廠房停機方法。
如上述般，危險速度為旋轉軸的固有振動所致之共振所產生的速度(轉速)，與旋轉軸的自然頻率(共振振動數)相依。因此，危險速度的數值係與發電廠的各旋轉軸相異，但是，大致在額定轉速的70%至80%的轉速域者為多。還有，也在比較例(第1旋轉軸118與第2旋轉軸119的結合體的危險速度)與第1實施方式(第1旋轉軸118的單獨的危險速度)之間，危險速度有變化。但是，也斟酌該危險速度之數值上的變異，第1實施方式的廠房停機方法是具有避開危險速度域而進行離合器嵌合之效果。這是因為，相對於危險速度，遮斷燃料的轉速顯著較低。換個說法，即便在比較例與第1實施方式之間危險速度有變化，第1實施方式的危險速度也是接近2880RPM的值(例如2800RPM)，該值係大幅遠離900RPM。尚且，在以下的說明，為了容易了解說明，第1實施方式或其他的實施方式的危險速度都作為2880RPM進行說明。
在本說明書中，說明了把遮斷燃料的轉速決定為1200RPM(額定轉速的33%)之事例，但是，該遮斷轉速也在各發電廠(燃氣渦輪機的各機種)為相異的數值。但是，在額定轉速之70%到80%之比較高的轉速下遮斷燃料的燃氣渦輪機，是非常罕見的模型機種。作為合理的商用燃氣渦輪機的設計，在額定轉速之30%到40%之低的轉速下遮斷燃料才是一般。這是因為，旋轉下降到1200RPM(額定轉速的33%)才開始遮斷燃料的理由，係充分減少了燃料的量且燃氣渦輪機的排放氣體溫度也為低溫，在熱應力等的面向下可以讓燃氣渦輪機避免大幅的負擔。若在70%至80%之高旋轉域下遮斷了燃料的情況下，是意味著突然遮斷還有多量的燃料，因為燃氣渦輪機而成為嚴苛的廠房停機方法。亦即，相對於存在危險速度域之70%至80%的高轉速，遮斷燃料的轉速為充分低的轉速是為一般。因此，採用在遮斷了燃料以後進行離合器嵌合之本實施方式的廠房停機方法的話，可以迴避危險速度域與離合器嵌合轉速重疊。
尚且，在上述的說明中，說明了在第1實施方式下以大幅遠離2880RPM的附近之危險速度域之900RPM來嵌合離合器120。在本實施方式，離合器120嵌合的轉速，係期望離危險速度有200RPM以上，更期望離危險速度300RPM以上。因此，在危險速度為2880RPM的情況下，離合器120嵌合的轉速，係期望為2680RPM以下，更期望為2580RPM以下。經此，可以抑制上述般的共振的產生。
(5)第1實施方式的變形例
但是，根據發電廠，是有在此所述的第1實施方式的變形例所致之廠房停機方法為必要之案例。其理由乃是，本變形例的發電廠(第1旋轉軸118)係除了約80%的高轉速域(2880RPM附近)下的危險速度，在低旋轉域還有其他的危險速度域的緣故。亦即，本變形例的第1旋轉軸118係在額定轉速的30%具有危險速度，該30%的轉速為1080RPM(3600×0.3)。
在第1實施方式的停機方法下，進行離合器嵌合之900RPM係充分在該附近，符合危險速度域，因為共振而軸承振動增大。在此，本變形例係採用以大幅遠離1080RPM之700RPM來進行離合器嵌合之廠房停機方法。為此，第1實施方式中的ST轉速下降到1200RPM時(步驟S209“是”)，再開始燃氣渦輪機輸出下降(步驟S210)；相對於此，本變形例係ST轉速下降到1000RPM時，再開始燃氣渦輪機輸出下降。與該ST轉速下降了200RPM相對應，離合器嵌合的轉速也下降200RPM，以700RPM進行嵌合。經此，迴避了危險速度域與離合器嵌合轉速重疊的問題。本變形例中，1000RPM為第3轉速的其中一例，1200RPM為第1轉速的其中一例，700RPM為第2轉速的其中一例。
尚且，危險速度的1080RPM、與離合器120嵌合的轉速的700RPM之差，為380RPM這一點是要留意。因此，該情況下的離合器120嵌合的轉速，係離危險速度有200RPM 以上，更進一步離危險速度有300RPM以上。
(6)第1實施方式的研究
在第1實施方式中，從3600RPM下降到1200RPM所需要的時間(T2)變短；但是，相對於此，以25MW維持燃氣渦輪機輸出的等待時間(T4)變長。但是，T4的等待時間中進行25MW的發電的緣故，在T4的期間所供給的燃料(如比較例中在T1的燃料)不會無謂被消耗。但是，在另一方面是有儘可能以短時間轉移到進入旋轉運轉(步驟S221)，希望提早廠房停機時間之需求也是事實。典型上，具備希望盡早開始廠房設備的檢修、修理、維修作業等之情況的緣故。從該觀點來看，25MW下的等待時間(T4)，係具有讓廠房停機所需要的時間延長之一面。接著敘述的第2實施方式，為用於圖求改善該點之廠房停機方法。
[第2實施方式]
以下，說明有關第2實施方式。第2實施方式的發電廠的構成，係除了搭載在廠房控制裝置101a之軟體，其他與第1實施方式的發電廠100a的構成相同。第1實施方式與第2實施方式之軟體的相異，係處於從25MW開始讓燃氣渦輪機輸出下降之時序。亦即，在第1實施方式下ST轉速下降到1200RPM時再開始燃氣渦輪機輸出下降(步驟S210)，相對於此，在第2實施方式下ST轉速下降到R1[RPM]時再開始燃氣渦輪機輸出下降。該情況下，在R1[RPM]與 1200RPM之間，是有R1>1200的關係。在第2實施方式下，提早再開始燃氣渦輪機輸出下降的時序的部分，可以讓廠房停機所需要的時間縮短。有關R1的值的算出方法等，在以下詳述。
尚且，有關本實施方式的廠房構成，請參閱圖1。而且，有關本實施方式的廠房停機方法的流程，請參閱圖2。此時，例如步驟S209的「1200RPM」改稱為前述的「R1[RPM]」。
圖4為用於說明第2實施方式的廠房停機方法之趨勢圖。
根據該說明，在開始廠房停機之前，聯合輸出以300MW運轉中。開始廠房停機的話，使燃料116以規定率減低，聯合輸出從300MW開始逐漸減低。
聯合輸出下降到60MW(燃氣渦輪機輸出為25MW)時，暫時中斷燃料116的減低。接著，開始蒸汽渦輪機(ST)103的停機。蒸汽渦輪機103的停機完畢的話，離合器120脫離，ST轉速從3600RPM開始下降。以上的廠房停機步驟與第1實施方式相同。
第2實施方式的廠房停機步驟，係以下的事項與第1實施方式相異。ST轉速以和緩且緩慢的速率下降，ST轉速下降到R1[RPM]時，再開始燃氣渦輪機輸出下降。有關R1的值後述之。本實施方式的R1[RPM]，為第3轉速的其中一例。
再開始燃氣渦輪機輸出下降的話，燃氣渦輪機輸出從 25MW徐徐地下降，下降到5MW時進行解列。燃氣渦輪機輸出(聯合輸出)從25MW下降到5MW為止需要的時間(T3)，係與第1實施方式相同。
解列後的GT轉速從3600RPM以高速的速率下降，GT轉速下降到1200RPM時，GT轉速追上ST轉速，兩渦輪機的轉速一致，此時離合器120再次嵌合。與此同時，遮斷燃料116，讓燃氣渦輪機102停機。此時，GT轉速從3600RPM下降到1200RPM為止需要的時間(T2)，係與第1實施方式相同。而且，ST轉速從3600RPM下降到1200RPM為止需要的時間(T4)，也與第1實施方式相同。之後，在離合器120已嵌合的狀態下，兩渦輪機和緩地旋轉下降，進入到旋轉運轉。本實施方式的1200RPM為第1轉速的其中一例，且為第2轉速的其中一例。
如此，在第2實施方式，GT轉速與ST轉速下降到1200RPM時，同時進行燃料116的遮斷與離合器120的嵌合。實現其之R1[RPM]，係可以如下述般算出。
圖4中，ST轉速從3600RPM下降到1200RPM需要T4的緣故，ST轉速的下降率係以以下的(1)式表示。
ST轉速的下降率=(3600-1200)/T4=2400/T4…(1)
在此，T4(及T2與T3)的時間係全部具有「分」的單位。
從而，ST轉速從R1[RPM]下降到1200RPM所需要的時間，係使用式子(1)，以以下的(2)式來表示。
從R1到成為1200RPM的時間=(R1-1200)÷ST轉速的下降率=(R1-1200)T4/2400…(2)
另一方面，讓燃氣渦輪機輸出下降再開始而從25MW經過解列而GT轉速下降到1200RPM所需要的時間，係以以下的(3)式來表示。
從25MW到成為1200RPM的時間=T3+T2…(3)
於第2實施方式的廠房停機方法中，使ST轉速成為1200RPM之時序、與GT轉速成為1200RPM之時序一致。為此，應滿足(2)式=(3)式之關係。亦即，求出滿足以下的(4)式之R1。
(R1-1200)T4/2400=T3+T2…(4)
解出(4)式，R1作為(5)式並求出。
R1=2400(T3+T2)/T4+1200…(5)
首先，記載了R1>1200的大小關係，但是，R1為僅比在下述(6)式表示轉速差高1200RPM之轉速。
轉速差=2400(T3+T2)/T4…(6)
第2實施方式係比起第1實施方式僅以(6)式的轉速差份提早開始燃氣渦輪機輸出下降的再開始的緣故，廠房停機時間被縮短。
在算出該縮短時間方面，可以式子(6)除以ST轉速的下降率((1)式)。
縮短時間=2400(T3+T2)/T4÷(2400/T4)=T3+T2…(7)
(1)第2實施方式的效果與研究
在第2實施方式，於1200RPM燃氣渦輪機停機與離合器再嵌合同時進行的緣故，一方面排除比較例中的問題，另一方面比起第1實施方式更縮短廠房停機時間。該縮短的時間，乃是在式子(7)式所給的T3+T2。簡單說一下該理由，第1實施方式(圖3)係以25MW維持燃氣渦輪機輸出的等待時間為T4；相對於此，在第2實施方式(圖4)以25MW維持的等待時間短少成T4-(T3+T2)。這個可以從圖3與圖4的比較容易地讀取到。
有關上述，在比較第2實施方式(圖4)與第1實施方式(圖3)之情況下，把以ST轉速為基準來整理時間這一點放在心上是有助於理解。具體方面，於圖4與圖3，「ST轉速從3600RPM開始下降的時間」及「ST轉速到達1200RPM的時間」為相同(該情況下的時間，乃是以廠房停機開始時作為起點的0而起算的時間(時間))。因此，相對於ST轉速1200RPM的到達時間，是可以進行燃料的遮斷是提早多少或是延遲多久之視點下的比較。也根據該看法，判斷出圖4比圖3提早(T3+T2)進行燃料的遮斷。
尚且，在比較例(圖8)，ST轉速從3600RPM開始下降的時間與這些相同，但是，ST轉速到達1200RPM的時間與這些相異(在離合器嵌合下，下降率與(1)式相異的緣故)，無法適用該ST轉速基準。
以下，簡單提及更提早燃料的遮斷(比T3+T2更早)情 況下的廠房停機方法。當情況下，配合加速化的程度，以比用(5)式求出的R1還高的轉速讓燃氣渦輪機輸出下降再開始的話，燃料的遮斷可以加速化。但是，當情況下，ST轉速與GT轉速是1200RPM以上的轉速為一致，亦即在燃料被遮斷前離合器嵌合的緣故，成為類似於比較例的廠房停機方法。此乃是，T3+T2為加速化的界限之意思。
(2)第2實施方式的變形例
於第2實施方式中的R1的算出中，實際上廠房停機時的實機資料(ST轉速的下降率(1)式)是有必要。從而，在把第2實施方式實際導入之際，最初暫定的是嘗試第1實施方式所致之廠房停機方法，在取得了實機資料後轉移到第2實施方式之逐次的方法是為必要。當情況下，圖4(與圖3)中的ST轉速的下降圖表係以右下的直線來表現，但是，實際上，ST轉速下降成稍稍彎成凹形狀之曲線狀的緣故，暫定成「直線」所算出的R1多少是有誤差。考慮到這一點，對實際適用的R1賦予適切的裕度，作為比以上述(5)式求出的R1還低若干程度的轉速，以比1200RPM稍低的轉速進行離合器嵌合是實際的。根據該變形例所致之停機方法，以1200RPM進行了燃料遮斷(燃氣渦輪機停機)後，經過數秒左右的等待，進行離合器嵌合。因此，也可以期待對渦輪機設備的機械性的衝擊(燃氣渦輪機停機與離合器嵌合)因為時間差而分離而緩和的效果的緣故，可以達成更加期望的停機。廠房停機時間的縮短效果，係比(7)式減少了 若干程度，是可以充分正當化。
[第3實施方式]
圖5為用於說明第3實施方式的廠房停機方法之趨勢圖。
第3實施方式類似於第2實施方式，是以燃料的節省為目的之廠房停機方法。為此，在等待ST轉速的下降的期間，相對於在第2實施方式把燃氣渦輪機輸出維持在25MW，在第3實施方式把燃氣渦輪機輸出維持在5MW來圖求燃料的節省。
尚且，有關本實施方式的廠房構成，請參閱圖1。而且，有關本實施方式的廠房停機方法的流程，請參閱圖2。此時，例如步驟S209的「1200RPM」改稱為後述的「R2[RPM]」。
以下，說明圖5。在廠房停機開始之前，聯合輸出以300MW運轉中。開始廠房停機的話，使燃料116以規定率減低，聯合輸出從300MW開始逐漸減低。
聯合輸出下降到60MW(燃氣渦輪機輸出為25MW)時，暫時中斷燃料116的減低。接著，開始蒸汽渦輪機(ST)103的停機。蒸汽渦輪機103的停機完畢的話，離合器120脫離，ST轉速從3600RPM開始下降。以上的廠房停機步驟與第2實施方式相同。
第3實施方式的廠房停機步驟，係以下的事項與第2實施方式相異。蒸汽渦輪機103的停機完畢的話，馬上讓燃 氣渦輪機輸出下降再開始。讓燃氣渦輪機輸出下降再開始的話，燃氣渦輪機輸出從25MW徐徐地下降，在下降到5MW時燃氣渦輪機輸出維持在5MW。此時，從25MW下降到5MW為止所需要的時間(T3)與第2實施方式相同。也在該期間，ST轉速以和緩且緩慢的速率下降，ST轉速下降到R2[RPM]時進行解列。有關R2的值後述之。本實施方式的R2[RPM]，為第3轉速的其中一例。
解列後的GT轉速從3600RPM以高速的速率下降，GT轉速下降到1200RPM時，GT轉速追上ST轉速，兩渦輪機的轉速一致，此時離合器120再次嵌合。與此同時，遮斷燃料116，讓燃氣渦輪機102停機。此時，GT轉速從3600RPM下降到1200RPM為止需要的時間(T2)，係與第2實施方式相同。而且，ST轉速從3600RPM下降到1200RPM為止需要的時間(T4)，也與第2實施方式相同。之後，在離合器120已嵌合的狀態下，兩渦輪機和緩地旋轉下降，進入到旋轉運轉。本實施方式的1200RPM為第1轉速的其中一例，且為第2轉速的其中一例。
如此，在第3實施方式，與第2實施方式同樣，在GT轉速下降到1200RPM時，同時進行燃氣渦輪機停機與離合器嵌合。實現這個的R2[RPM]，係與算出R1時同樣，如以下般求出(算出過程省略)。
R2=2400(T2/T4)+1200…(8)
(1)第3實施方式的效果與研究
第3實施方式係把燃氣渦輪機輸出維持在5MW的緣故，比起把燃氣渦輪機輸出維持在25MW之第2實施方式是可以減少燃料，燃料可以節省，進而可以實現經濟的廠房停機方法。
但是另一方面，5MW為燃氣渦輪機額定輸出200MW的2.5%(一般稱為極低負載之運轉領域)的緣故，根據情況在第3實施方式是有對安定燃氣渦輪機的運轉招致障礙之虞。例如，在系統網格129有所謂的系統擾亂的情況下，系統頻率大幅變動，在燃氣渦輪機控制所具備的下降控制(droop control)係使燃料急遽減少，在最壞的案例下因為反向功率(逆電力)而導致解列。
相比較之下，在維持在25MW的第2實施方式，即便引起了同樣的下降控制(droop control)所致之燃料急遽減少，在更高的25MW下不會導致反向功率，燃氣渦輪機的發電運轉更安定。
在本說明書使用的5MW或25MW的數值(在等待ST轉速的下降的期間維持的燃氣渦輪機輸出)，到底是用於說明的方便的例子。但是，即便採用第1至第3之任一的實施方式，這些與5MW或25MW相當的燃氣渦輪機輸出的值，係從燃氣渦輪機運轉的安定與經濟性的取捨的觀點來看，慎重選定是有其必需。
以下，在第3實施方式(圖5)與第2實施方式(圖4)之間，比較廠房停機時間。先提到的ST轉速成為時間的基準，也適用到該案例，ST轉速到達1200RPM的時間，乃是 在圖5與圖4中相同的時間(從ST停機完畢經過了T4時)。亦即，兩實施方式中，燃料的遮斷為相同的時間，廠房停機時間為相同。乍看之下，先進行把燃氣渦輪機輸出從25MW減低到5MW的工序(與時間T3相當)的緣故，所以第3實施方式這一方可以更早達成廠房停機。但是，在(8)式給出的R2乃是比在(7)式給出的R1還低的轉速(延遲過的時間)的緣故，兩實施方式的廠房停機時間為相同。若設定比(8)式高的R2(較早的時間)來進行解列的情況下，ST轉速與GT轉速乃是1200RPM以上的轉速為一致，此乃是在燃料被遮斷之前離合器嵌合的廠房停機方法，並不是期望的停機方法。
(2)第3實施方式的變形例
在本實施方式算出的R2，係與第2實施方式的R1同樣具有些許的誤差。在此，第3實施方式的變形例，係對考慮到此而適用到實際的R2賦予適切的裕度，比起用上述(8)式求出的R2為若干程度低的轉速，以比1200RPM稍低的轉速進行離合器嵌合。本變形例這一方更為現實的緣故，成為更期望的停機方法是與第2實施方式的變形例同樣。
儘管已經描述了某些實施例，但是這些實施例僅是通過示例的方式給出的，並不旨在限制本發明的範圍。實際上，本發明描述之新穎的裝置、方法和設備是可以以多種其他形式來體現；此外，在不脫離本發明的精神的情況 下，可以對本發明所述的裝置、方法和設備的形式進行各種省略、替換和改變。所附的申請專利範圍及其等同物意在覆蓋這些形式或修改將落入本發明的範圍和精神之內。
100a:發電廠
101a:廠房控制裝置
102:燃氣渦輪機(GT)
103:蒸汽渦輪機(ST)
104:排熱回收鍋爐
105:MCV閥(增減閥)
106:燃料調節閥
107:壓縮機
108:燃燒器
109:蒸發器
110:爐筒
111:過熱器
112:渦輪機旁通調節閥
113:凝結器
114:循環水泵
115:海水
116:燃料
117:發電機
118:第1旋轉軸
119:第2旋轉軸
120:離合器
121:第1檢測用齒輪
122:第2檢測用齒輪
123:蒸汽配管
124:主配管
125:旁通配管
126:渦輪機排氣管
127:發電機斷路器
128:輸電線
129:系統網格
A1:燃氣渦輪機排放氣體
A2:主蒸汽
FD1:火炎檢測器
SP1:GT轉速檢測器
SP2:ST轉速檢測器

Claims (7)

  1. 一種控制發電廠之廠房控制裝置，該發電廠具備：使燃料燃燒之燃燒器；經由來自前述燃燒器的燃燒氣體而被驅動之燃氣渦輪機；使用來自前述燃氣渦輪機的排放氣體的熱來產生蒸汽之排熱回收鍋爐；經由來自前述排熱回收鍋爐的前述蒸汽而被驅動之蒸汽渦輪機；與前述燃氣渦輪機連結之第1軸；與前述蒸汽渦輪機連結之第2軸；以及在前述第1軸的轉速追上前述第2軸的轉速時，經由嵌合使前述第1軸與前述第2軸結合之離合器；其特徵為，該廠房控制裝置具備：第1停機控制部，其係在使前述發電廠停機之際，經由前述離合器切離前述第1軸與前述第2軸，使前述蒸汽渦輪機停機而使前述第2軸的轉速從額定轉速開始下降，在前述蒸汽渦輪機的停機後一邊持續前述燃燒器的燃燒一邊使前述第1軸的轉速開始從前述額定轉速下降，使前述第1軸的轉速從前述額定轉速下降到第1轉速；以及第2停機控制部，其係在前述第1軸的轉速下降到前述第1轉速的情況下，遮斷前述燃燒器的燃料而使前述燃氣渦輪機停機，在前述燃燒器的燃料被遮斷的期間，為了讓 前述第1軸的轉速以比前述第1轉速還低的第2轉速追上前述第2軸的轉速而使前述燃氣渦輪機停機，之後經由前述離合器使前述第1軸與前述第2軸結合。
  2. 如請求項1的廠房控制裝置，其中，前述第1停機控制部係前述第2軸的轉速下降到第3轉速時，使前述第1軸的轉速從前述額定轉速開始下降。
  3. 如請求項2的廠房控制裝置，其中，前述第3轉速為前述第1轉速以下。
  4. 如請求項2的廠房控制裝置，其中，前述第3轉速比前述第1轉速還高。
  5. 如請求項1的廠房控制裝置，其中，前述第1軸具有與前述第1軸的共振頻率相依的危險速度；前述第2轉速比前述危險速度還低。
  6. 如請求項5的廠房控制裝置，其中，前述危險速度與前述第2轉速的差為200RPM以上。
  7. 一種控制發電廠之廠房控制方法，該發電廠具備：使燃料燃燒之燃燒器；經由來自前述燃燒器的燃燒氣體而被驅動之燃氣渦輪機；使用來自前述燃氣渦輪機的排放氣體的熱來產生蒸汽之排熱回收鍋爐；經由來自前述排熱回收鍋爐的前述蒸汽而被驅動之蒸 汽渦輪機；與前述燃氣渦輪機連結之第1軸；與前述蒸汽渦輪機連結之第2軸；以及在前述第1軸的轉速追上前述第2軸的轉速時，經由嵌合使前述第1軸與前述第2軸結合之離合器；其特徵為，該廠房控制方法包含：在使前述發電廠停機之際，經由前述離合器切離前述第1軸與前述第2軸，使前述蒸汽渦輪機停機而使前述第2軸的轉速從額定轉速開始下降，在前述蒸汽渦輪機的停機後一邊持續前述燃燒器的燃燒一邊使前述第1軸的轉速開始從前述額定轉速下降，使前述第1軸的轉速從前述額定轉速下降到第1轉速之工序；以及在前述第1軸的轉速下降到前述第1轉速的情況下，遮斷前述燃燒器的燃料而使前述燃氣渦輪機停機，在前述燃燒器的燃料被遮斷的期間，為了讓前述第1軸的轉速以比前述第1轉速還低的第2轉速追上前述第2軸的轉速而使前述燃氣渦輪機停機，之後經由前述離合器使前述第1軸與前述第2軸結合之工序。
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