WO2016194742A1 - コンバインドサイクルプラント、その制御装置及び起動方法 - Google Patents

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正行 栢原
エルビオ ルビオ
パブロ ラティア
ダニエル カルロス モラ
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三菱日立パワーシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a combined cycle plant including a gas turbine, an exhaust heat recovery boiler, and a steam turbine, a control device for a combined cycle plant, and a method of starting the combined cycle plant.
  • the gas turbine is driven using natural gas as fuel to perform the first power generation, and then the waste heat recovery boiler recovers the exhaust gas of the gas turbine to generate steam, and this steam is generated
  • the steam turbine is driven to perform the second power generation, and the combined cycle plant is a power plant for performing this combined cycle power generation.
  • the standby load of the gas turbine is set according to the metal temperature of the steam turbine. For example, if the metal temperature of the steam turbine is 200 ° C. or lower, a cold start is performed, and the standby load of the gas turbine is set to 10% to start. On the other hand, if the metal temperature of the steam turbine is 400 ° C. or higher, it is a hot start, and the standby load of the gas turbine is set to 30% to start. Further, if the metal temperature of the steam turbine is in the range of 200 ° C. to 400 ° C., the standby load of the gas turbine is set to 20% and started up.
  • the gas turbine is started and held at the set standby load, and when the steam generated by the exhaust gas reaches a predetermined temperature and pressure, the steam is supplied to the steam turbine and the load on the gas turbine is increased.
  • the mismatch between the steam temperature at the steam turbine inlet that can be derived from the temperature and pressure of the steam at the outlet side of the waste heat recovery boiler and the metal temperature of the steam turbine is reduced, and the degree of superheat is sufficiently ensured.
  • the gas turbine alone can increase the load at a relatively high load increase rate
  • the steam turbine needs to increase the load at a lower load increase rate as compared to the gas turbine due to the limitation of thermal stress. is there. That is, in the combined cycle plant, the load can be increased relatively quickly until the standby load of the gas turbine, but both the gas turbine and the steam turbine are slow after the supply of steam to the steam turbine is started.
  • the load needs to be increased by speed, and the load increase takes time compared to the case of the gas turbine alone. Therefore, as the standby load of the gas turbine decreases, the load zone for simultaneously raising the load of the gas turbine and the steam turbine increases, and the load rise time of the entire combined plant becomes longer.
  • the standby load of the gas turbine with respect to the metal temperature range of the steam turbine is fixed in each start mode at the time of start-up. Therefore, the standby load of the gas turbine changes at the boundary of the metal temperature range of the steam turbine. For example, when the metal temperature of the steam turbine is 195 ° C., cold start is performed, the standby load of the gas turbine is set to 10%, and when the metal temperature of the steam turbine is 205 ° C., worm start is performed, and the gas turbine standby The load is set to 20%. At this time, the standby load of the gas turbine is set to 10% if the metal temperature of the steam turbine is 195 ° C.
  • the increase load rate at the start of the steam turbine is fixed. Therefore, the rising load rate of the steam turbine changes at the boundary of the metal temperature range of the steam turbine. For example, when the metal temperature of the steam turbine is 195 ° C., cold start is performed, the boost rate is set relatively low, and when the metal temperature of the steam turbine is 205 ° C., warm start is generated, and the boost rate is relative Set high. At this time, even if the difference in metal temperature of the steam turbine is as small as 10 ° C., if the metal temperature of the steam turbine is 195 ° C., the rising load rate of the steam turbine is set to the lower side. Therefore, a slight difference in metal temperature of the steam turbine causes a large change in the load increase rate of the steam turbine, resulting in a problem that the start-up time of the combined cycle plant becomes long and time is required.
  • the present invention solves the problems described above, and it is an object of the present invention to provide a combined cycle plant capable of shortening the start time of the combined cycle plant, a controller of the combined cycle plant, and a start method of the combined cycle plant. Do.
  • the standby load at the time of startup of the gas turbine is set to an optimum value with respect to the metal temperature of the steam turbine, and the gas turbine is operated with the appropriate load, thereby simultaneously increasing the load of the gas turbine and the steam turbine. Can be reduced as much as possible, and the start-up time of the entire combined cycle plant can be shortened.
  • the standby load is a function of the metal temperature, and increases with the increase of the metal temperature.
  • the standby load is a function that increases as the temperature of the metal increases, the higher the temperature of the steam turbine, the higher the standby load of the gas turbine, and the gas turbine starts with the appropriate load.
  • the load zone can be reduced at the same time.
  • the standby load is a function including a low temperature region and a high temperature region with respect to the metal temperature, and the change ratio of the standby load with respect to the metal temperature in the low temperature region and the high temperature region is made different. It is characterized by
  • the change rate of the standby load in the low temperature region is different from the change rate of the standby load in the high temperature region, and the design according to the plant performance can be enabled.
  • the combined cycle plant according to the present invention is characterized in that the change rate of the standby load in the high temperature region is set larger than the change rate of the standby load in the low temperature region.
  • the standby load in the high temperature region is larger than the change rate of the standby load in the low temperature region, the standby load is largely changed with respect to the change of the metal temperature of the steam turbine in the high temperature region. It is possible to further reduce the load band which increases the load simultaneously with the turbine.
  • the standby load is set to a constant value in a region where the metal temperature is equal to or lower than a preset lower limit temperature.
  • the start control of the gas turbine can be simplified by setting the standby load to a constant value in a region where the metal temperature is equal to or lower than the lower limit temperature.
  • the standby load is set to a constant value in a region where the metal temperature is equal to or higher than a preset upper limit temperature.
  • a gas turbine having a compressor, a combustor, and a turbine, an exhaust heat recovery boiler for generating steam by exhaust heat of exhaust gas from the gas turbine, and the exhaust heat recovery boiler Providing a steam turbine driven by the generated steam, and a control device configured to set a rising load rate at start-up of the steam turbine to continuously change according to a change in metal temperature of the steam turbine. It is a feature.
  • the rising load rate at the start of the steam turbine is set to an optimum value with respect to the metal temperature of the steam turbine, and after the steam turbine starts power generation, this steam turbine increases the power generation amount at an early stage Can reduce the start-up time of the combined cycle plant.
  • the boost load rate is a function of the metal temperature, and is characterized by increasing as the metal temperature rises.
  • the rising load rate is a function that increases as the temperature of the metal increases, so the higher the temperature of the steam turbine, the higher the rising load rate of the steam turbine, and the amount of power generation by the steam turbine can be increased earlier. .
  • the boost rate is a function including a low temperature region and a high temperature region with respect to the metal temperature, and a rate of change of the boost load rate with respect to the metal temperature in the low temperature region and the high temperature region is It is characterized by being different.
  • the rate of change of the rising load rate in the low temperature region is different from the rate of change of the rising load rate in the high temperature region, and design according to the plant performance can be enabled.
  • the combined cycle plant according to the present invention is characterized in that the rate of change of the rising load rate in the high temperature region is set larger than the rate of change of the rising load rate in the low temperature region.
  • the rising load rate in the high temperature region is larger than the rate of change of the rising load rate in the low temperature region, the rising load rate is largely changed with respect to the change in metal temperature of the steam turbine
  • the turbine can increase the amount of power generation early.
  • the boost load rate is set to a constant value in a region where the metal temperature is equal to or lower than a preset lower limit temperature.
  • operation control of the combined cycle plant can be simplified by setting the boost load rate to a constant value in the region where the metal temperature is equal to or lower than the lower limit temperature.
  • the boost load rate is set to a constant value in a region where the metal temperature is equal to or higher than a preset upper limit temperature.
  • the raising load rate is set to a constant value in the region where the metal temperature is equal to or higher than the upper limit temperature, it is possible to suppress the generation of thermal stress in the steam turbine due to the temperature difference between the steam temperature and the metal temperature.
  • the standby load at the start of the gas turbine is set to an optimal value with respect to the metal temperature of the steam turbine, and the start time of the combined cycle plant can be shortened.
  • a control device for a combined cycle plant according to the present invention is a combined cycle plant including a gas turbine, an exhaust heat recovery boiler, and a steam turbine, wherein a load increase rate at startup of the steam turbine according to a change in metal temperature of the steam turbine. Are set so as to change continuously.
  • the rising load rate at the start of the steam turbine is set to the optimum value with respect to the metal temperature of the steam turbine, and the start time of the combined cycle plant can be shortened.
  • the start-up method of the combined cycle plant of the present invention in the combined cycle plant including the gas turbine, the exhaust heat recovery boiler, and the steam turbine, the start of the standby of the gas turbine according to the change of the metal temperature of the steam turbine. It is characterized in that the load is set to change continuously.
  • the standby load at the time of startup of the gas turbine is set to an optimum value with respect to the metal temperature of the steam turbine, and the gas turbine is operated with the appropriate load, thereby simultaneously increasing the load of the gas turbine and the steam turbine. Load zones can be reduced as much as possible, and start-up time of the combined cycle plant can be shortened.
  • a start-up method of a combined cycle plant according to the present invention is a combined cycle plant including a gas turbine, an exhaust heat recovery boiler, and a steam turbine, wherein the start-up load rate of the steam turbine according to a change in metal temperature of the steam turbine. Are set so as to change continuously.
  • the rising load rate at the start of the steam turbine is set to an optimum value with respect to the metal temperature of the steam turbine, and after the steam turbine starts power generation, this steam turbine increases the power generation amount at an early stage Can reduce the start-up time of the combined cycle plant.
  • the start time of the combined cycle plant can be shortened.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a combined cycle plant of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a control device of the combined cycle plant of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a graph showing gas turbine standby load versus steam turbine metal temperature.
  • FIG. 4 is a graph depicting steam turbine boost load rate versus steam turbine metal temperature.
  • FIG. 5 is a graph showing the start state of the combined cycle plant.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a combined cycle plant of the present embodiment.
  • the combined cycle plant 10 includes a gas turbine 11, an exhaust heat recovery boiler (HRSG) 12, and a steam turbine 13.
  • HRSG exhaust heat recovery boiler
  • the gas turbine 11 includes a compressor 21, a combustor 22, and a turbine 23.
  • the compressor 21 and the turbine 23 are integrally rotatably connected by a rotating shaft (rotor) 24.
  • the compressor 21 compresses the air taken in from the air intake line 25.
  • the combustor 22 mixes and burns the compressed air supplied from the compressor 21 through the compressed air supply line 26 and the fuel gas supplied from the fuel gas supply line 27.
  • the turbine 23 is rotationally driven by the combustion gas supplied from the combustor 22 through the combustion gas supply line 28.
  • the generator 29 is provided coaxially with the compressor 21 and the turbine 23, and can generate power by the rotation of the turbine 23.
  • the exhaust heat recovery boiler 12 generates steam by exhaust heat of the exhaust gas discharged from the gas turbine 11 (turbine 23) via the exhaust gas discharge line 31.
  • the exhaust heat recovery boiler 12 has a superheater 32, an evaporator 33, and a economizer 34.
  • the exhaust heat recovery boiler 12 recovers heat in order of the superheater 32, the evaporator 33, and the economizer 34 by the exhaust gas from the gas turbine 11 introduced from the lower part of the furnace 35 rising inside. Generate steam.
  • the feed water heated by the economizer 34 is sent to the steam drum 37 by the feed line 36, and the feed water in the steam drum 37 is between the evaporator 33 and the drum precipitation line 38 and the drum lift line 39. It is heated by circulating it to generate steam.
  • the steam generated by the steam drum 37 is sent to the superheater 32 via the saturated steam line 40 and is superheated there.
  • the flow control valve 41 is provided in the water supply line 36.
  • the steam turbine 13 is driven by steam generated by the exhaust heat recovery boiler 12 and includes a turbine 42.
  • a generator 43 is coaxially connected to the turbine 42.
  • the steam generated by the superheater 32 is supplied to the turbine 42 via the steam supply line 44, and the generator 43 can generate electric power as the turbine 42 rotates.
  • a flow control valve 45 is provided in the steam supply line 44.
  • the steam discharged from the turbine 42 is supplied to the condenser 47 via the steam discharge line 46.
  • the condenser 47 cools the recovered steam with cooling water (seawater) to be condensed water.
  • the condenser 47 sends generated condensate to the economizer 34 via the condensate feed line 48.
  • the condensate pump 49 is provided in the condensate supply line 48.
  • the compressor 21 compresses air in the gas turbine 11, and the combustor 22 mixes and burns the supplied compressed air and the fuel gas. Then, the turbine 23 is rotationally driven by the combustion gas supplied from the combustor 22, and the generator 29 generates power. Further, the exhaust gas discharged from the gas turbine 11 (turbine 23) is sent to the exhaust heat recovery boiler 12.
  • the feed water heated by the economizer 34 is sent to the steam drum 37 and circulated between the steam drum 37 and the evaporator 33 to be heated to generate steam.
  • the steam generated by the steam drum 37 is sent to the superheater 32 to be superheated, and the superheated steam is sent to the steam turbine 13.
  • the turbine 42 is rotationally driven by the superheated steam, and the generator 43 generates power.
  • the steam used by the turbine 42 is cooled by the cooling water to be condensed, and returned to the economizer 34 by the condensing pump 49.
  • the standby load at startup of the gas turbine 11 is set in accordance with the metal temperature of the steam turbine 13.
  • the gas turbine 11 starts up and the exhaust heat recovery boiler 12 generates steam from exhaust gas from the gas turbine 11 and supplies this steam to the steam turbine 13 to rotationally drive it, the temperature of the steam and the metal of the steam turbine 13 If there is a large temperature difference in temperature, a thermal expansion difference is generated in each component of the steam turbine 13 and a thermal stress acts. Therefore, when the metal temperature of the steam turbine 13 is low, the standby load of the gas turbine 11 is set low when the combined cycle plant 10 is started, and when the metal temperature of the steam turbine 13 is high, the standby load of the gas turbine 11 is set high. doing.
  • the standby load of the gas turbine 11 is set according to the metal temperature of the steam turbine 13 when the combined cycle plant 10 starts up, when the gas turbine 11 starts up, the standby load is held.
  • the exhaust heat recovery boiler 12 generates steam by exhaust heat of the exhaust gas from the gas turbine 11.
  • the degree of superheat of the steam generated by the waste heat recovery boiler 12 becomes higher than the preset degree of superheat degree reference value, and the temperature difference between the temperature of the steam and the metal temperature of the steam turbine 13 is smaller than the temperature difference reference value
  • the flow control valve 45 is opened to supply the steam generated by the exhaust heat recovery boiler 12 to the steam turbine 13 to start the operation. Thereafter, by controlling the opening degree of the flow control valve 45 and raising the load of the gas turbine 11, the load of the steam turbine 13 is increased, and the amount of power generation by the generator 43 is increased.
  • the control device 50 controls the operation of the gas turbine control unit 51 that controls the operation of the gas turbine 11, the boiler control unit 52 that controls the operation of the exhaust heat recovery boiler 12, and the steam turbine 13.
  • the steam turbine control unit 53 is connected to control the control units 51, 52, 53.
  • the control device 50 controls the opening degree of the flow rate adjustment valve 45 that adjusts the amount of supply of steam supplied from the exhaust heat recovery boiler 12 to the steam turbine 13.
  • a temperature detector 54 for detecting the metal temperature of the steam turbine 13 and a temperature detector 55 and a pressure detector 56 for detecting the temperature and pressure of the steam generated by the exhaust heat recovery boiler 12 are provided.
  • the controller 50 receives the metal temperature detected by the temperature detector 54, the vapor temperature detected by the temperature detector 55, and the vapor pressure detected by the pressure detector 56.
  • the temperature detector 54 detects the temperature of the rotor in the steam turbine 13.
  • the temperature of the stationary blade in the steam turbine 13 is measured by a thermocouple and is used as the metal temperature of the steam turbine 13.
  • the correlation between the temperature of the rotor of the steam turbine 13 and the temperature of the stationary blades may be measured beforehand by experiments or the like, and the measurement result of the temperature detector 54 may be corrected by this correlation value.
  • the temperature of the casing of the steam turbine 13, the temperature of the steam supply pipe, or the like may be measured by a temperature detector.
  • a standby load setting unit 57 that sets a standby load at the time of startup of the gas turbine 11 according to the metal temperature of the steam turbine 13 and an increase load rate at the time of startup of the steam turbine 13 according to the metal temperature of the steam turbine 13
  • a boost load rate setting unit 58 to be set is provided. In the control device 50, the standby load setting unit 57 and the boost load setting unit 58 are connected.
  • control device 50 sets up so that standby load at the time of starting of gas turbine 11 may change continuously. That is, the standby load setting unit 57 has a map (correlation graph) set such that the standby load of the gas turbine 11 changes continuously in accordance with the change of the metal temperature of the steam turbine 13.
  • FIG. 3 is a graph showing gas turbine standby load versus steam turbine metal temperature.
  • the standby load of the gas turbine 11 refers to how much load the exhaust heat recovery boiler 12 generates steam with the exhaust gas of the gas turbine 11 before supplying steam to the steam turbine 13.
  • the gas turbine standby load P is a ratio (%) when the full load is 100 (%).
  • the gas turbine standby load P at the start of the gas turbine 11 is a function of the metal temperature T of the steam turbine 13 and increases with the increase of the metal temperature T.
  • the gas turbine standby load P is set to a constant value P1 (for example, 10%) in a region A where the metal temperature T is lower than or equal to a preset lower limit temperature T1 (for example, 0 ° C.). Further, in the low temperature region B in which the metal temperature T1 increases to the metal temperature T2, the gas turbine standby load (constant value) P1 is set to continuously increase from the gas turbine standby load P2 (for example, 15%). Further, in the high temperature region C where the temperature increases from the metal temperature T2 to the metal temperature T3, the gas turbine standby load P2 is set to continuously increase to the gas turbine standby load (constant value) P3. And in area D more than metal temperature T3 as upper limit temperature, gas turbine waiting load P is set as fixed value P3 (for example, 30%).
  • points Q1, Q2 and Q3 are set among the respective areas A, B, C and D, and the gas turbine standby load P is a linear function of the metal temperature T in the areas B and C.
  • the gas turbine standby load P is a linear function of the metal temperature T in the areas B and C.
  • the rate of change of the gas turbine standby load P in the high temperature region C is set larger than the rate of change of the gas turbine standby load P in the low temperature region B.
  • control device 50 sets the rising load rate at the time of startup of the steam turbine 13 to continuously change in accordance with the change in the metal temperature of the steam turbine 13. That is, the increase load rate setting unit 58 has a map (correlation graph) set so that the increase load rate of the steam turbine 13 continuously changes according to the change of the metal temperature of the steam turbine 13.
  • FIG. 4 is a graph depicting steam turbine boost load rate versus steam turbine metal temperature.
  • the rising load rate of the steam turbine 13 represents how fast the load of the steam turbine 13 is to be raised when steam is supplied from the exhaust heat recovery boiler 12 to the steam turbine 13, and the unit The load increase width of the steam turbine 13 per hour is correlated with the combined cycle power generation load (amount of power generation per unit time).
  • the rising load rate R at the start of the steam turbine 13 is a function of the metal temperature T of the steam turbine 13 and increases as the metal temperature T rises.
  • the boost load rate R is set to a constant value R1 in the region A where the metal temperature T is lower than or equal to a lower limit temperature T1 (eg, 0 ° C.) set in advance. Further, in the low temperature region B where the temperature increases from the metal temperature T1 to the metal temperature T2, the boost load rate (constant value) R1 is set to continuously increase from the boost load rate R2. Further, in the high temperature region C where the temperature increases from the metal temperature T2 to the metal temperature T3, the rising load rate R2 is set to continuously increase to the rising load rate (constant value) R3. And in area D more than metal temperature T3 as upper limit temperature, rising load rate R is set as fixed value R3.
  • a lower limit temperature T1 eg, 0 ° C.
  • points Q11, Q12 and Q13 are set among the respective areas A, B, C and D, and the rising load rate R is a linear function of the metal temperature T in the areas B and C.
  • a point Q12 is provided between the low temperature region B of the metal temperatures T1 to T2 and the high temperature region C of the metal temperatures T2 to T3. Then, the rate of change of the increase load rate R in the high temperature region C is set larger than the rate of change of the increase load rate R in the low temperature region B.
  • the start-up method of the combined cycle plant 10 of this embodiment is set such that the standby load of the gas turbine 11 changes continuously according to the change of the metal temperature of the steam turbine 13 at the time of start-up. Moreover, the starting method of the combined cycle plant 10 of this embodiment is set so that the rising load rate of the steam turbine 13 changes continuously according to the change of the metal temperature of the steam turbine 13.
  • FIG. 5 is a graph showing the start state of the combined cycle plant.
  • the standby load of the gas turbine 11 is set according to the metal temperature of the steam turbine 13. That is, when the metal temperature of the steam turbine 13 is input from the temperature detector 54, the control device 50 sets the gas turbine standby load according to the metal temperature by the standby load setting unit 57, and the gas turbine control unit 51 The turbine 11 is started. Then, the load G of the gas turbine 11 rises with the passage of time, and at time t1, the load G reaches the gas turbine standby load P and the load G is held by the gas turbine standby load P. Drive 11.
  • the load control of the gas turbine 11 by the gas turbine control unit 51 is, for example, a supply amount of fuel gas.
  • the control device 50 calculates the degree of superheat of the steam from the pressure of the temperature of the steam generated by the exhaust heat recovery boiler 12 input from the temperature detector 55 and the pressure detector 56, and the degree of superheat calculated here Determines whether the temperature is higher than the superheat reference value. Further, the control device 50 estimates the steam temperature at the steam turbine inlet from the temperature and pressure of the steam generated by the exhaust heat recovery boiler 12 input from the temperature detector 55 and the pressure detector 56, and the steam estimated here It is determined whether the temperature difference between the temperature and the metal temperature of the steam turbine 13 has become smaller than the temperature difference reference value.
  • the degree of superheat of the steam generated in the exhaust heat recovery boiler 12 becomes higher than the superheat degree reference value, and the temperature difference between the temperature of the steam at the steam turbine inlet and the metal temperature of the steam turbine 13
  • the flow control valve 45 is opened to supply the steam generated by the exhaust heat recovery boiler 12 to the steam turbine 13.
  • the steam turbine 13 starts operation by the steam from the exhaust heat recovery boiler 12.
  • the control device 50 sets the rising load rate of the steam turbine 13 according to the metal temperature by the rising load rate setting unit 58, and operates the steam turbine 13 by the steam turbine control unit 53.
  • the load S of the steam turbine 13 rises with the passage of time, and the amount of power generation by the generator 43 increases.
  • the load control of the steam turbine 13 by the steam turbine control unit 53 is, for example, the opening control of the flow control valve 45 and the supply amount of the fuel gas in the gas turbine 11.
  • the exhaust heat recovery system generates steam by exhaust heat of the exhaust gas from the gas turbine 11 and the gas turbine 11 having the compressor 21, the combustor 22, and the turbine 23.
  • the standby load at the time of startup of the gas turbine 11 changes continuously according to the change of the metal temperature of the steam turbine 13 driven by the boiler 12, the steam generated by the waste heat recovery boiler 12, and the steam turbine 13.
  • a control device 50 to set is provided.
  • the standby load at the time of startup of the gas turbine 11 is set to an optimal value with respect to the metal temperature of the steam turbine 13, and the gas turbine 11 and the steam turbine 13 are operated by the appropriate load. At the same time, it is possible to reduce as much as possible the load zone for increasing the load, and to reduce the start-up time of the combined cycle plant 10.
  • the gas turbine standby load is a function of the metal temperature, and is set to increase as the metal temperature rises. Therefore, as the temperature of the steam turbine 13 is higher, the standby load of the gas turbine 11 is higher, and the load zone to start the gas turbine 11 with a proper load and simultaneously increase the load of the gas turbine 11 and the steam turbine 13 is reduced. it can.
  • the gas turbine standby load is a function including the low temperature region and the high temperature region with respect to the metal temperature, and the change rate of the standby load with respect to the metal temperature in the low temperature region and the high temperature region is made different. Therefore, the rate of change of the gas turbine standby load in the low temperature region is different from the rate of change of the gas turbine standby load in the high temperature region, and design according to the plant performance can be enabled.
  • the rate of change of the gas turbine standby load in the high temperature region is set larger than the rate of change of the gas turbine standby load in the low temperature region. Therefore, in the high temperature region, the gas turbine standby load is largely changed with respect to the change of the metal temperature of the steam turbine 13, and the load zone for simultaneously raising the load of the gas turbine 11 and the steam turbine 13 can be further reduced. .
  • the gas turbine standby load is set to a constant value in a region where the metal temperature is equal to or lower than the preset lower limit temperature. Therefore, start control of the gas turbine 11 can be simplified.
  • the standby load of the gas turbine 11 is set to a constant value in the region where the metal temperature is equal to or higher than the preset upper limit temperature. The generation of thermal stress in the gas turbine 11 can be suppressed.
  • the control device 50 sets the rising load rate at the start of the steam turbine 13 to continuously change according to the change of the metal temperature of the steam turbine 13. ing. Therefore, the rising load rate at the start of the steam turbine 13 is set to an optimal value with respect to the metal temperature of the steam turbine 13, and after the power generation by the steam turbine 13 is started, this steam turbine 13 is early The amount of power generation can be increased, and the start-up time of the combined cycle plant 10 can be shortened.
  • the rising load rate of the steam turbine 13 is made a function of the metal temperature, and is made to increase as the metal temperature rises. Therefore, as the temperature of the steam turbine 13 is higher, the load on the steam turbine 13 is increased, and the amount of power generation by the steam turbine 13 can be increased at an early stage.
  • the rising load rate is a function including the low temperature region and the high temperature region with respect to the metal temperature, and the change rate of the rising load rate with respect to the metal temperature in the low temperature region and the high temperature region is made different. Therefore, the rate of change of the rising load rate in the low temperature region is different from the rate of change of the rising load rate in the high temperature region, and design according to the plant performance can be enabled.
  • the rate of change of the rising load rate in the high temperature region is set larger than the rate of change of the rising load rate in the low temperature region. Therefore, in the high temperature region, the step-up load rate is largely changed with respect to the change of the metal temperature of the steam turbine 13, and the power generation amount can be increased early by the steam turbine 13.
  • the rising load rate is set to a constant value in the region where the metal temperature is lower than or equal to the preset lower limit temperature. Therefore, operation control of combined cycle plant 10 can be simplified.
  • the boost load rate is set to a constant value in the region where the metal temperature is equal to or higher than the preset upper limit temperature. Therefore, the generation of thermal stress in the steam turbine 13 due to the temperature difference between the steam temperature and the metal temperature can be suppressed.
  • the standby load at the time of startup of the gas turbine 11 is set to continuously change according to the change of the metal temperature of the steam turbine 13. Therefore, the standby load at the start of the gas turbine 11 is set to an optimal value with respect to the metal temperature of the steam turbine, and the start time of the combined cycle plant 10 can be shortened.
  • the rising load rate at the start of the steam turbine 13 is set to continuously change according to the change of the metal temperature of the steam turbine 13. . Therefore, the rising load rate at the start of the steam turbine 13 is set to the optimum value with respect to the metal temperature of the steam turbine 13, and the start time of the combined cycle plant 10 can be shortened.
  • the standby load of the gas turbine is continuously changed according to the change of the metal temperature of the steam turbine at the time of start.
  • the rising load rate of the steam turbine 13 is set to continuously change according to the change of the metal temperature of the steam turbine 13. Therefore, the start-up time of the combined cycle plant 10 can be shortened.
  • the standby load of the gas turbine 11 and the rising load rate of the steam turbine 13 are linear functions in each region of the metal temperature of the steam turbine 13, but the relationship is limited to this is not. That is, the standby load of the gas turbine 11 or the rising load rate of the steam turbine 13 may be a high order function of a quadratic function or more of the metal temperature of the steam turbine 13.
  • the standby load of the gas turbine 11 and the rising load rate of the steam turbine 13 are set to a constant value in the region where the metal temperature T is lower than or equal to the preset lower limit temperature. It may be set to increase as T rises.
  • the rotary shaft may be coaxial or may be a separate shaft. Also, a plurality of gas turbines 11 and one steam turbine 13 may be combined.

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Abstract

コンバインドサイクルプラント、コンバインドサイクルプラントの制御装置、コンバインドサイクルプラントの起動方法において、圧縮機（２１）と燃焼器（２２）とタービン（２３）を有するガスタービン（１１）と、ガスタービン（１１）からの排気ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラ（１２）と、排熱回収ボイラ（１２）により生成された蒸気により駆動する蒸気タービン（１３）と、蒸気タービン（１３）のメタル温度の変化に応じてガスタービン（１１）の起動時における待機負荷が連続して変化するように設定する制御装置（５０）とを設けることで、コンバインドサイクルプラントの起動時間の短縮を可能とする。

Description

コンバインドサイクルプラント、その制御装置及び起動方法
　本発明は、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンを備えるコンバインドサイクルプラント、コンバインドサイクルプラントの制御装置、このコンバインドサイクルプラントの起動方法に関するものである。
　コンバインドサイクル発電は、まず、天然ガスなどを燃料としてガスタービンを駆動して１回目の発電を行い、次に、排熱回収ボイラがガスタービンの排気ガスを回収して蒸気を生成し、この蒸気により蒸気タービンを駆動して２回目の発電を行うものであり、コンバインドサイクルプラントは、このコンバインドサイクル発電を実行するための発電プラントである。
　コンバインドサイクルプラントでは、起動時、蒸気タービンのメタル温度に応じてガスタービンの待機負荷が設定されている。例えば、蒸気タービンのメタル温度が２００℃以下であれば、コールド起動となり、ガスタービンの待機負荷を１０％に設定して起動する。一方、蒸気タービンのメタル温度が４００℃以上であれば、ホット起動となり、ガスタービンの待機負荷を３０％に設定して起動する。また、蒸気タービンのメタル温度が２００℃～４００℃の範囲であれば、ガスタービンの待機負荷を２０％に設定して起動する。そして、ガスタービンを起動し、設定された待機負荷で保持した後、排気ガスにより生成された蒸気が所定の温度及び圧力に到達したら、蒸気タービンに蒸気を供給すると共に、ガスタービンの負荷を上昇させる。より具体的には、排熱回収ボイラの出口側の蒸気の温度及び圧力から導き出せる蒸気タービン入口の蒸気温度と蒸気タービンのメタル温度とのミスマッチが小さくなり、かつ、過熱度が十分確保されている条件に到達したら蒸気タービンへの蒸気の供給を開始する。
　なお、このようなコンバインドサイクルプラントとしては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。
特開平０８－２６０９１１号公報 特開２００５－１０６７３８号公報
　ところで、停止しているコンバインドサイクルプラントを早期に起動し、電力を供給したいという要望がある。ここで、ガスタービン単独では、比較的高い負荷上昇率で負荷を上昇させることができるが、蒸気タービンは、熱応力の制限から、ガスタービンに比べて低い負荷上昇率で負荷を上昇させる必要がある。つまり、コンバインドサイクルプラントにおいて、ガスタービンの待機負荷までは比較的素早く負荷を上昇させることができるが、蒸気タービンへの蒸気の供給を開始してからは、ガスタービンと蒸気タービンは共にゆっくりとした速度で負荷を上昇させる必要があり、ガスタービン単独の時と比べて、負荷上昇に時間がかかる。よって、ガスタービンの待機負荷が小さい程、ガスタービンと蒸気タービンとを同時に負荷上昇させる負荷帯が増加し、コンバインドプラント全体の負荷上昇時間がより長くなることになる。
　一方、上述した従来のコンバインドサイクルプラントでは、起動時、各起動モードにおいて、蒸気タービンのメタル温度範囲に対するガスタービンの待機負荷が固定されている。そのため、蒸気タービンのメタル温度範囲を境とし、ガスタービンの待機負荷が変化する。例えば、蒸気タービンのメタル温度が１９５℃であるときはコールド起動となり、ガスタービンの待機負荷が１０％に設定され、蒸気タービンのメタル温度が２０５℃であるときはウォーム起動となり、ガスタービンの待機負荷が２０％に設定される。このとき、蒸気タービンのメタル温度の差が１０℃と微小であるにも拘らず、蒸気タービンのメタル温度が１９５℃であると、ガスタービンの待機負荷が１０％に設定される。よって、僅かな蒸気タービンのメタル温度の差で、ガスタービンの待機負荷が大きく変化し、コンバインドサイクルプラントの起動時間が長くなってしてしまうという問題がある。
　また、上述した従来のコンバインドサイクルプランでは、起動時、各起動モードにおいて、蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが固定されている。　そのため、蒸気タービンのメタル温度範囲を境とし、蒸気タービンの昇負荷レートが変化する。例えば、蒸気タービンのメタル温度が１９５℃であるときはコールド起動となり、昇負荷レートは相対的に低く設定され、蒸気タービンのメタル温度が２０５℃であるときはウォーム起動となり、昇負荷レートは相対的に高く設定される。このとき、蒸気タービンのメタル温度の差が１０℃と微小であるにも拘らず、蒸気タービンのメタル温度が１９５℃であると、蒸気タービンの昇負荷レートが低い側に設定される。よって、僅かな蒸気タービンのメタル温度の差で、蒸気タービンの昇負荷レートが大きく変化し、コンバインドサイクルプラントの起動時間が長くなって時間を要してしまうという問題がある。
　本発明は、上述した課題を解決するものであり、コンバインドサイクルプラントの起動時間の短縮を可能とするコンバインドサイクルプラント、コンバインドサイクルプラントの制御装置、コンバインドサイクルプラントの起動方法を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するための本発明のコンバインドサイクルプラントは、圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンと、前記ガスタービンからの排気ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記ガスタービンの起動時における待機負荷が連続して変化するように設定する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。
　従って、ガスタービンの起動時における待機負荷が蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、ガスタービンが適正負荷により運転されることで、ガスタービンと蒸気タービンとを同時に負荷上昇させる負荷帯を可能な限り減少させることができ、コンバインドサイクルプラント全体の起動時間を短縮することができる。
　本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記待機負荷は、前記メタル温度の関数であり、前記メタル温度の上昇に伴って増加することを特徴としている。
　従って、待機負荷がメタル温度の上昇に伴って増加する関数であるため、蒸気タービンの温度が高いほどガスタービンの待機負荷が高くなり、ガスタービンを適正負荷で起動してガスタービンと蒸気タービンとを同時に負荷上昇させる負荷帯を減少させることができる。
　本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記待機負荷は、前記メタル温度に対する低温領域と高温領域とを含む関数であり、前記低温領域及び前記高温領域における前記メタル温度に対する前記待機負荷の変化率を異ならせていることを特徴としている。
　従って、低温領域における待機負荷の変化率と高温領域における待機負荷の変化率とが相違することとなり、プラント性能に応じた設計を可能とすることができる。
　本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記高温領域における前記待機負荷の変化率は、前記低温領域における前記待機負荷の変化率より大きく設定されることを特徴としている。
　従って、高温領域における待機負荷の変化率が低温領域における待機負荷の変化率より大きいため、高温領域では、蒸気タービンのメタル温度の変化に対して待機負荷を大きく変更することとなり、ガスタービンと蒸気タービンとを同時に負荷上昇させる負荷帯をより減少させることができる。
　本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記待機負荷は、前記メタル温度が予め設定された下限温度以下の領域で、一定値に設定されることを特徴としている。
　従って、メタル温度が下限温度以下の領域で待機負荷を一定値に設定することで、ガスタービンの起動制御を簡素化することができる。
　本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記待機負荷は、前記メタル温度が予め設定された上限温度以上の領域で、一定値に設定されることを特徴としている。
　従って、メタル温度が上限温度以上の領域で待機負荷を一定値に設定することで、ガスタービンにおける熱応力の発生を抑制することができる。
　また、本発明のコンバインドサイクルプラントは、圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンと、前記ガスタービンからの排気ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが連続して変化するように設定する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。
　従って、蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが、蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、蒸気タービンによる発電を開始してから、この蒸気タービンが早期に発電量を増加することができ、コンバインドサイクルプラントの起動時間を短縮することができる。
　本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記昇負荷レートは、前記メタル温度の関数であり、前記メタル温度の上昇に伴って増加することを特徴としている。
　従って、昇負荷レートがメタル温度の上昇に伴って増加する関数であるため、蒸気タービンの温度が高いほど蒸気タービンの昇負荷レートが高くなり、蒸気タービンによる発電量を早期に増加することができる。
　本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記昇負荷レートは、前記メタル温度に対する低温領域と高温領域とを含む関数であり、前記低温領域及び前記高温領域における前記メタル温度に対する前記昇負荷レートの変化率を異ならせていることを特徴としている。
　従って、低温領域における昇負荷レートの変化率と高温領域における昇負荷レートの変化率とが相違することとなり、プラント性能に応じた設計を可能とすることができる。
　本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記高温領域における前記昇負荷レートの変化率は、前記低温領域における前記昇負荷レートの変化率より大きく設定されることを特徴としている。
　従って、高温領域における昇負荷レートの変化率が低温領域における昇負荷レートの変化率より大きいため、高温領域では、蒸気タービンのメタル温度の変化に対して昇負荷レートを大きく変更することとなり、蒸気タービンにより早期に発電量を増加することができる。
　本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記昇負荷レートは、前記メタル温度が予め設定された下限温度以下の領域で、一定値に設定されることを特徴としている。
　従って、メタル温度が下限温度以下の領域で昇負荷レートを一定値に設定することで、コンバインドサイクルプラントの運転制御を簡素化することができる。
　本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記昇負荷レートは、前記メタル温度が予め設定された上限温度以上の領域で、一定値に設定されることを特徴としている。
　従って、メタル温度が上限温度以上の領域で昇負荷レートを一定値に設定することで、蒸気温度とメタル温度との温度差による蒸気タービンにおける熱応力の発生を抑制することができる。
　また、本発明のコンバインドサイクルプラントの制御装置は、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記ガスタービンの起動時における待機負荷が連続して変化するように設定する、ことを特徴とするものである。
　従って、ガスタービンの起動時における待機負荷が蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、コンバインドサイクルプラントの起動時間を短縮することができる。
　本発明のコンバインドサイクルプラントの制御装置は、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが連続して変化するように設定する、ことを特徴とするものである。
　従って、蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが、蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、コンバインドサイクルプラントの起動時間を短縮することができる。
　また、本発明のコンバインドサイクルプラントの起動方法は、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、起動時、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記ガスタービンの待機負荷が連続して変化するように設定する、ことを特徴とするものである。
　従って、ガスタービンの起動時における待機負荷が蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、ガスタービンが適正負荷により運転されることで、ガスタービンと蒸気タービンとを同時に負荷上昇させる負荷帯を可能な限り減少させることができ、コンバインドサイクルプラントの起動時間を短縮することができる。
　本発明のコンバインドサイクルプラントの起動方法は、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、起動時、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記蒸気タービンの昇負荷レートが連続して変化するように設定する、ことを特徴とするものである。
　従って、蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが、蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、蒸気タービンによる発電を開始してから、この蒸気タービンが早期に発電量を増加することができ、コンバインドサイクルプラントの起動時間を短縮することができる。
　本発明のコンバインドサイクルプラント、コンバインドサイクルプラントの制御装置、コンバインドサイクルプラントの起動方法によれば、コンバインドサイクルプラントの起動時間を短縮することができる。
図１は、本実施形態のコンバインドサイクルプラントを表す概略構成図である。 図２は、本実施形態のコンバインドサイクルプラントの制御装置を表す概略構成図である。 図３は、蒸気タービンメタル温度に対するガスタービン待機負荷を表すグラフである。 図４は、蒸気タービンメタル温度に対する蒸気タービン昇負荷レートを表すグラフである。 図５は、コンバインドサイクルプラントの起動状態を表すグラフである。
　以下、添付図面を参照して、本発明に係るコンバインドサイクルプラント、コンバインドサイクルプラントの制御装置、コンバインドサイクルプラントの起動方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
　図１は、本実施形態のコンバインドサイクルプラントを表す概略構成図である。本実施形態において、図１に示すように、コンバインドサイクルプラント１０は、ガスタービン１１と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１２と、蒸気タービン１３とを備えている。
　ガスタービン１１は、圧縮機２１と、燃焼器２２と、タービン２３とを有しており、圧縮機２１とタービン２３は、回転軸（ロータ）２４により一体回転可能に連結されている。圧縮機２１は、空気取り込みライン２５から取り込んだ空気を圧縮する。燃焼器２２は、圧縮機２１から圧縮空気供給ライン２６を通して供給された圧縮空気と、燃料ガス供給ライン２７から供給された燃料ガスとを混合して燃焼する。タービン２３は、燃焼器２２から燃焼ガス供給ライン２８を通して供給された燃焼ガスにより回転駆動する。発電機２９は、圧縮機２１及びタービン２３と同軸上に設けられており、タービン２３が回転することで発電することができる。
　排熱回収ボイラ１２は、ガスタービン１１（タービン２３）から排気ガス排出ライン３１を介して排出された排気ガスの排熱によって蒸気を発生させるものである。排熱回収ボイラ１２は、過熱器３２と、蒸発器３３と、節炭器３４とを有している。排熱回収ボイラ１２は、火炉３５の下部から導入されたガスタービン１１からの排気ガスが内部を上昇することで、過熱器３２、蒸発器３３、節炭器３４の順に熱回収を行うことで蒸気を生成する。
　そのため、節炭器３４で加熱された給水は、給水ライン３６により蒸気ドラム３７に送られ、蒸気ドラム３７内の給水は、ドラム降水ライン３８及びドラム上昇ライン３９を介して蒸発器３３との間で循環することで加熱されて蒸気を生成する。蒸気ドラム３７で生成された蒸気は、飽和蒸気ライン４０を介して過熱器３２に送られ、ここで過熱される。そして、給水ライン３６に流量調節弁４１が設けられている。
　蒸気タービン１３は、排熱回収ボイラ１２により生成された蒸気により駆動するものであり、タービン４２を有し、このタービン４２と同軸上に発電機４３が連結されている。過熱器３２で生成された蒸気は、蒸気供給ライン４４を介してタービン４２に供給され、発電機４３は、このタービン４２が回転することで発電することができる。そして、蒸気供給ライン４４に流量調整弁４５が設けられている。
　タービン４２から排出された蒸気は、蒸気排出ライン４６を介して復水器４７に供給される。復水器４７は、回収された蒸気を冷却水（海水）により冷却して復水とするものである。この復水器４７は、生成した復水を復水供給ライン４８を介して節炭器３４に送る。そして、復水供給ライン４８に復水ポンプ４９が設けられている。
　そのため、コンバインドサイクルプラント１０を運転するとき、ガスタービン１１にて、圧縮機２１は、空気を圧縮し、燃焼器２２は、供給された圧縮空気と燃料ガスとを混合して燃焼する。すると、タービン２３は、燃焼器２２から供給された燃焼ガスにより回転駆動し、発電機２９が発電を行う。また、ガスタービン１１（タービン２３）から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ１２に送られる。節炭器３４で加熱された給水は、蒸気ドラム３７に送られ、蒸発器３３との間で循環することで加熱されて蒸気を生成する。蒸気ドラム３７で生成された蒸気は、過熱器３２に送られて過熱され、過熱蒸気が蒸気タービン１３に送られる。タービン４２は、この過熱蒸気により回転駆動し、発電機４３が発電を行う。タービン４２で使用された蒸気は、冷却水により冷却されて復水となり、復水ポンプ４９により節炭器３４に戻される。
　ところで、このように構成されたコンバインドサイクルプラント１０では、蒸気タービン１３のメタル温度に応じてガスタービン１１における起動時の待機負荷が設定されている。ガスタービン１１が起動し、排熱回収ボイラ１２がガスタービン１１からの排気ガスにより蒸気を生成し、この蒸気を蒸気タービン１３に供給して回転駆動するとき、蒸気の温度と蒸気タービン１３のメタル温度に大きな温度差があると、蒸気タービン１３の各構成部材に熱膨張差が発生し、熱応力が作用してしまう。そのため、コンバインドサイクルプラント１０の起動時、蒸気タービン１３のメタル温度が低いときには、ガスタービン１１の待機負荷を低く設定し、蒸気タービン１３のメタル温度が高いときには、ガスタービン１１の待機負荷を高く設定している。
　即ち、コンバインドサイクルプラント１０の起動時、蒸気タービン１３のメタル温度に応じてガスタービン１１の待機負荷が設定されていることから、ガスタービン１１が起動すると、この待機負荷に保持される。そして、排熱回収ボイラ１２は、ガスタービン１１からの排気ガスの排熱により蒸気を生成する。そして、排熱回収ボイラ１２で生成される蒸気の過熱度が予め設定された過熱度基準値より高くなると共に、蒸気の温度と蒸気タービン１３のメタル温度との温度差が温度差基準値より小さくなると、流量調整弁４５を開いて排熱回収ボイラ１２で生成した蒸気を蒸気タービン１３に供給して運転を開始する。その後、流量調整弁４５の開度を制御すると共に、ガスタービン１１の負荷を上昇させることで、蒸気タービン１３の負荷を上昇させ、発電機４３による発電量を増加させている。
　図２に示すように、制御装置５０は、ガスタービン１１の運転を制御するガスタービン制御部５１と、排熱回収ボイラ１２の運転を制御するボイラ制御部５２と、蒸気タービン１３の運転を制御する蒸気タービン制御部５３が接続されており、各制御部５１，５２，５３を制御する。また、制御装置５０は、排熱回収ボイラ１２から蒸気タービン１３へ供給する蒸気の供給量を調整する流量調整弁４５の開度を制御する。更に、蒸気タービン１３のメタル温度を検出する温度検出器５４と、排熱回収ボイラ１２が生成した蒸気の温度及び圧力を検出する温度検出器５５及び圧力検出器５６とが設けられている。制御装置５０は、温度検出器５４が検出したメタル温度と、温度検出器５５が検出した蒸気温度と、圧力検出器５６が検出した蒸気圧力が入力される。
　なお、温度検出器５４は、蒸気タービン１３におけるロータの温度を検出するものであるが、例えば、熱電対により蒸気タービン１３における静翼の温度を計測して蒸気タービン１３のメタル温度としている。この場合、予め、蒸気タービン１３のロータの温度と静翼の温度との相関関係を実験等により計測しておき、温度検出器５４の計測結果をこの相関値により補正してもよい。また、温度検出器により蒸気タービン１３のケーシングの温度や蒸気供給配管の温度などを計測してもよい。
　また、蒸気タービン１３のメタル温度に応じてガスタービン１１の起動時における待機負荷を設定する待機負荷設定部５７と、蒸気タービン１３のメタル温度に応じて蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートを設定する昇負荷レート設定部５８が設けられている。制御装置５０は、この待機負荷設定部５７と昇負荷レート設定部５８が接続されている。
　そして、本実施形態にて、制御装置５０は、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じてガスタービン１１の起動時における待機負荷が連続して変化するように設定する。即ち、待機負荷設定部５７は、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じてガスタービン１１の待機負荷が連続して変化するように設定されたマップ（相関グラフ）を有している。
　図３は、蒸気タービンメタル温度に対するガスタービン待機負荷を表すグラフである。ここで、ガスタービン１１の待機負荷とは、蒸気タービン１３に蒸気を供給する前に、ガスタービン１１の排気ガスにより排熱回収ボイラ１２が蒸気を生成するとき、どのくらいの負荷にガスタービン１１を保持して運転するかを表すものであり、ガスタービン待機負荷Ｐは、全負荷を１００（％）としたときの割合（％）である。図３に示すように、ガスタービン１１の起動時におけるガスタービン待機負荷Ｐは、蒸気タービン１３のメタル温度Ｔの関数であり、メタル温度Ｔの上昇に伴って増加する。
　この場合、メタル温度Ｔが予め設定された下限温度Ｔ１（例えば０℃）以下の領域Ａでは、ガスタービン待機負荷Ｐが一定値Ｐ１（例えば、１０％）に設定される。また、メタル温度Ｔ１からメタル温度Ｔ２まで増加する低温領域Ｂでは、ガスタービン待機負荷（一定値）Ｐ１からガスタービン待機負荷Ｐ２（例えば、１５％）に連続して増加するように設定される。更に、メタル温度Ｔ２からメタル温度Ｔ３まで増加する高温領域Ｃでは、ガスタービン待機負荷Ｐ２からガスタービン待機負荷（一定値）Ｐ３に連続して増加するように設定される。そして、上限温度としてのメタル温度Ｔ３以上の領域Ｄでは、ガスタービン待機負荷Ｐが一定値Ｐ３（例えば、３０％）に設定される。
　そして、各領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの間で、点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３が設定されており、領域Ｂ，Ｃにて、ガスタービン待機負荷Ｐは、メタル温度Ｔの直線的な関数であり、メタル温度Ｔ１～Ｔ２の低温領域Ｂとメタル温度Ｔ２～Ｔ３の高温領域Ｃの間に点Ｑ２が設けられる。そして、高温領域Ｃにおけるガスタービン待機負荷Ｐの変化率は、低温領域Ｂにおけるガスタービン待機負荷Ｐの変化率より大きく設定されている。
　また、制御装置５０は、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じて蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートが連続して変化するように設定する。即ち、昇負荷レート設定部５８は、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じて蒸気タービン１３の昇負荷レートが連続して変化するように設定されたマップ（相関グラフ）を有している。
　図４は、蒸気タービンメタル温度に対する蒸気タービン昇負荷レートを表すグラフである。ここで、蒸気タービン１３の昇負荷レートとは、排熱回収ボイラ１２から蒸気タービン１３に蒸気が供給されるとき、どのくらいの速度で蒸気タービン１３の負荷を上昇させるかを表すものであり、単位時間当たりの蒸気タービン１３の負荷上昇幅であり、コンバインドサイクル発電昇負荷（単位時間当たりの発電量）と相関関係にある。図４に示すように、蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートＲは、蒸気タービン１３のメタル温度Ｔの関数であり、メタル温度Ｔの上昇に伴って増加する。
　この場合、メタル温度Ｔが予め設定された下限温度Ｔ１（例えば０℃）以下の領域Ａでは、昇負荷レートＲが一定値Ｒ１に設定される。また、メタル温度Ｔ１からメタル温度Ｔ２まで増加する低温領域Ｂでは、昇負荷レート（一定値）Ｒ１から昇負荷レートＲ２に連続して増加するように設定される。更に、メタル温度Ｔ２からメタル温度Ｔ３まで増加する高温領域Ｃでは、昇負荷レートＲ２から昇負荷レート（一定値）Ｒ３に連続して増加するように設定される。そして、上限温度としてのメタル温度Ｔ３以上の領域Ｄでは、昇負荷レートＲが一定値Ｒ３に設定される。
　そして、各領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの間で、点Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３が設定されており、領域Ｂ，Ｃにて、昇負荷レートＲは、メタル温度Ｔの直線的な関数であり、メタル温度Ｔ１～Ｔ２の低温領域Ｂとメタル温度Ｔ２～Ｔ３の高温領域Ｃの間に点Ｑ１２が設けられる。そして、高温領域Ｃにおける昇負荷レートＲの変化率は、低温領域Ｂにおける昇負荷レートＲの変化率より大きく設定されている。
　以下、本実施形態のコンバインドサイクルプラント１０の起動方法について説明する。本実施形態のコンバインドサイクルプラント１０の起動方法は、起動時、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じてガスタービン１１の待機負荷が連続して変化するように設定する。また、本実施形態のコンバインドサイクルプラント１０の起動方法は、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じて蒸気タービン１３の昇負荷レートが連続して変化するように設定する。
　図５は、コンバインドサイクルプラントの起動状態を表すグラフである。図２及び図５に示すように、コンバインドサイクルプラント１０の起動時、蒸気タービン１３のメタル温度に応じてガスタービン１１の待機負荷が設定される。即ち、制御装置５０は、温度検出器５４から蒸気タービン１３のメタル温度が入力されると、待機負荷設定部５７によりメタル温度に応じたガスタービン待機負荷を設定し、ガスタービン制御部５１によりガスタービン１１を起動する。すると、時間の経過と共にガスタービン１１の負荷Ｇが上昇し、時間ｔ１にて、負荷Ｇがガスタービン待機負荷Ｐに到達し、負荷Ｇがこのガスタービン待機負荷Ｐに保持されるようにガスタービン１１を運転する。このガスタービン制御部５１によるガスタービン１１の負荷制御は、例えば、燃料ガスの供給量である。
　すると、排熱回収ボイラ１２は、ガスタービン１１からの排気ガスの排熱により蒸気を生成する。このとき、制御装置５０は、温度検出器５５及び圧力検出器５６から入力された排熱回収ボイラ１２が生成した蒸気の温度の圧力から蒸気の過熱度を算出し、ここで算出された過熱度が、過熱度基準値より高くなったかどうかを判定している。また、制御装置５０は、温度検出器５５及び圧力検出器５６から入力された排熱回収ボイラ１２が生成した蒸気の温度と圧力から蒸気タービン入口の蒸気温度を推定し、ここで推定された蒸気温度と蒸気タービン１３のメタル温度との温度差が温度差基準値より小さくなったかどうかを判定している。
　そして、時間ｔ２にて、排熱回収ボイラ１２で生成される蒸気の過熱度が過熱度基準値より高くなると共に、蒸気タービン入口の蒸気の温度と蒸気タービン１３のメタル温度との温度差が温度差基準値より小さくなると、流量調整弁４５を開いて排熱回収ボイラ１２で生成した蒸気を蒸気タービン１３に供給する。すると、蒸気タービン１３は、排熱回収ボイラ１２からの蒸気により運転を開始する。このとき、制御装置５０は、昇負荷レート設定部５８によりメタル温度に応じた蒸気タービン１３の昇負荷レートを設定し、蒸気タービン制御部５３により蒸気タービン１３を運転する。すると、時間の経過と共に蒸気タービン１３の負荷Ｓが上昇し、発電機４３による発電量が増加する。この蒸気タービン制御部５３による蒸気タービン１３の負荷制御は、例えば、流量調整弁４５の開度制御と、ガスタービン１１での燃料ガスの供給量である。
　このように本実施形態のコンバインドサイクルプラントにあっては、圧縮機２１と燃焼器２２とタービン２３を有するガスタービン１１と、ガスタービン１１からの排気ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラ１２と、排熱回収ボイラ１２により生成された蒸気により駆動する蒸気タービン１３と、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じてガスタービン１１の起動時における待機負荷が連続して変化するように設定する制御装置５０とを設けている。
　従って、ガスタービン１１の起動時における待機負荷が蒸気タービン１３のメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、ガスタービン１１が適正負荷により運転されることで、ガスタービン１１と蒸気タービン１３とを同時に負荷上昇させる負荷帯を可能な限り減少させることができ、コンバインドサイクルプラント１０の起動時間を短縮することができる。
　本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、ガスタービン待機負荷をメタル温度の関数とし、メタル温度の上昇に伴って増加するように設定している。従って、蒸気タービン１３の温度が高いほどガスタービン１１の待機負荷が高くなり、ガスタービン１１を適正負荷で起動してガスタービン１１と蒸気タービン１３とを同時に負荷上昇させる負荷帯を減少させることができる。
　本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、ガスタービン待機負荷をメタル温度に対する低温領域と高温領域とを含む関数とし、低温領域及び高温領域におけるメタル温度に対する待機負荷の変化率を異ならせている。従って、低温領域におけるガスタービン待機負荷の変化率と高温領域におけるガスタービン待機負荷の変化率とが相違することとなり、プラント性能に応じた設計を可能とすることができる。
　本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、高温領域におけるガスタービン待機負荷の変化率を低温領域におけるガスタービン待機負荷の変化率より大きく設定している。従って、高温領域では、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に対してガスタービン待機負荷を大きく変更することとなり、ガスタービン１１と蒸気タービン１３とを同時に負荷上昇させる負荷帯をより減少させることができる。
　本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、ガスタービン待機負荷をメタル温度が予め設定された下限温度以下の領域で一定値に設定している。従って、ガスタービン１１の起動制御を簡素化することができる。
　本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、ガスタービン１１の待機負荷をメタル温度が予め設定された上限温度以上の領域で一定値に設定している。ガスタービン１１における熱応力の発生を抑制することができる。
　また、本実施形態のコンバインドサイクルプラントにあっては、制御装置５０は、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じて蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートが連続して変化するように設定している。従って、蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートが、蒸気タービン１３のメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、蒸気タービン１３による発電を開始してから、この蒸気タービン１３が早期に発電量を増加することができ、コンバインドサイクルプラント１０の起動時間を短縮することができる。
　本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、蒸気タービン１３の昇負荷レートをメタル温度の関数とし、メタル温度の上昇に伴って増加するようにしている。従って、蒸気タービン１３の温度が高いほど蒸気タービン１３の昇負荷レートが高くなり、蒸気タービン１３による発電量を早期に増加することができる。
　本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、昇負荷レートをメタル温度に対する低温領域と高温領域とを含む関数とし、低温領域及び高温領域におけるメタル温度に対する昇負荷レートの変化率を異ならせている。従って、低温領域における昇負荷レートの変化率と高温領域における昇負荷レートの変化率とが相違することとなり、プラント性能に応じた設計を可能とすることができる。
　本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、高温領域における昇負荷レートの変化率を低温領域における昇負荷レートの変化率より大きく設定している。従って、高温領域では、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に対して昇負荷レートを大きく変更することとなり、蒸気タービン１３により早期に発電量を増加することができる。
　本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、昇負荷レートをメタル温度が予め設定された下限温度以下の領域で一定値に設定している。従って、コンバインドサイクルプラント１０の運転制御を簡素化することができる。
　本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、昇負荷レートをメタル温度が予め設定された上限温度以上の領域で一定値に設定している。従って、蒸気温度とメタル温度との温度差による蒸気タービン１３における熱応力の発生を抑制することができる。
　また、本実施形態のコンバインドサイクルプラントの制御装置にあっては、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じてガスタービン１１の起動時における待機負荷が連続して変化するように設定している。従って、ガスタービン１１の起動時における待機負荷が蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、コンバインドサイクルプラント１０の起動時間を短縮することができる。
　また、本実施形態のコンバインドサイクルプラントの制御装置にあっては、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じて蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートが連続して変化するように設定している。従って、蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートが、蒸気タービン１３のメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、コンバインドサイクルプラント１０の起動時間を短縮することができる。
　また、本実施形態のコンバインドサイクルプラントの起動方法にあっては、起動時、蒸気タービンのメタル温度の変化に応じてガスタービンの待機負荷が連続して変化するように設定している。また、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じて蒸気タービン１３の昇負荷レートが連続して変化するように設定している。従って、コンバインドサイクルプラント１０の起動時間を短縮することができる。
　なお、上述した実施形態にて、ガスタービン１１の待機負荷と蒸気タービン１３の昇負荷レートを、蒸気タービン１３のメタル温度の各領域において直線的な関数としたが、この関係に限定されるものではない。即ち、ガスタービン１１の待機負荷や蒸気タービン１３の昇負荷レートを、蒸気タービン１３のメタル温度の二次関数以上の高次の関数としてもよい。
　また、上述した実施形態にて、ガスタービン１１の待機負荷と蒸気タービン１３の昇負荷レートを、メタル温度Ｔが予め設定された下限温度以下の領域で一定値としたが、この領域もメタル温度Ｔの上昇に応じて増加するように設定してもよい。
　なお、上述した実施形態にて、コンバインドサイクルプラント１０にて、１台のガスタービン１１と１台の蒸気タービン１３を組み合わせたが、回転軸（ロータ）を同軸としても、別軸としてもよい。また、複数台のガスタービン１１と１台の蒸気タービン１３を組み合わせてもよい。
　１０　コンバインドサイクルプラント
　１１　ガスタービン
　１２　排熱回収ボイラ
　１３　蒸気タービン
　２１　圧縮機
　２２　燃焼器
　２３　タービン
　２９，４３　発電機
　３２　過熱器
　３３　蒸発器
　３４　節炭器
　３７　蒸気ドラム
　４２　タービン
　４５　流量調整弁
　４７　復水器
　４９　復水ポンプ
　５０　制御装置
　５１　ガスタービン制御部
　５２　ボイラ制御部
　５３　蒸気タービン制御部
　５４，５５　温度検出器
　５６　圧力検出器
　５７　待機負荷設定部
　５８　昇負荷レート設定部

Claims (16)

  1. 　圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンと、
    　前記ガスタービンからの排気ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    　前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、
    　前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記ガスタービンの起動時における待機負荷が連続して変化するように設定する制御装置と、
    　を備えることを特徴とするコンバインドサイクルプラント。
  2. 　前記待機負荷は、前記メタル温度の関数であり、前記メタル温度の上昇に伴って増加することを特徴とする請求項１に記載のコンバインドサイクルプラント。
  3. 　前記待機負荷は、前記メタル温度に対する低温領域と高温領域とを含む関数であり、前記低温領域及び前記高温領域における前記メタル温度に対する前記待機負荷の変化率を異ならせることを特徴とする請求項２に記載のコンバインドサイクルプラント。
  4. 　前記高温領域における前記待機負荷の変化率は、前記低温領域における前記待機負荷の変化率より大きく設定されることを特徴とする請求項３に記載のコンバインドサイクルプラント。
  5. 　前記待機負荷は、前記メタル温度が予め設定された下限温度以下の領域で、一定値に設定されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコンバインドサイクルプラント。
  6. 　前記待機負荷は、前記メタル温度が予め設定された上限温度以上の領域で、一定値に設定されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコンバインドサイクルプラント。
  7. 　圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンと、
    　前記ガスタービンからの排気ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    　前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、
    　前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが連続して変化するように設定する制御装置と、
    　を備えることを特徴とするコンバインドサイクルプラント。
  8. 　前記昇負荷レートは、前記メタル温度の関数であり、前記メタル温度の上昇に伴って増加することを特徴とする請求項７に記載のコンバインドサイクルプラント。
  9. 　前記昇負荷レートは、前記メタル温度に対する低温領域と高温領域とを含む関数であり、前記低温領域及び前記高温領域における前記メタル温度に対する前記昇負荷レートの変化率を異ならせていることを特徴とする請求項８に記載のコンバインドサイクルプラント。
  10. 　前記高温領域における前記昇負荷レートの変化率は、前記低温領域における前記昇負荷レートの変化率より大きく設定されることを特徴とする請求項９に記載のコンバインドサイクルプラント。
  11. 　前記昇負荷レートは、前記メタル温度が予め設定された下限温度以下の領域で、一定値に設定されることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載のコンバインドサイクルプラント。
  12. 　前記昇負荷レートは、前記メタル温度が予め設定された上限温度以上の領域で、一定値に設定されることを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載のコンバインドサイクルプラント。
  13. 　ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、
    　前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記ガスタービンの起動時における待機負荷が連続して変化するように設定する、
    　ことを特徴とするコンバインドサイクルプラントの制御装置。
  14. 　ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、
    　前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが連続して変化するように設定する、
    　ことを特徴とするコンバインドサイクルプラントの制御装置。
  15. 　ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、
    　起動時、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記ガスタービンの待機負荷が連続して変化するように設定する、
    　ことを特徴とするコンバインドサイクルプラントの起動方法。
  16. 　ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、
    　起動時、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記蒸気タービンの昇負荷レートが連続して変化するように設定する、
    　ことを特徴とするコンバインドサイクルプラントの起動方法。
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