WO2020031714A1 - コンバインドサイクル発電プラント - Google Patents

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WO2020031714A1
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purge
exhaust
heat recovery
recovery boiler
gas
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肇 青木
星野　辰也
善幸 長谷川
哲也 原田
光 佐野
正憲 笠
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川崎重工業株式会社
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    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
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    • F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the present invention relates to a combined cycle power plant.
  • the combined cycle power plant includes a gas turbine, a steam turbine, an exhaust heat recovery boiler, and the like, and employs a power generation system combining a gas turbine and a steam turbine.
  • exhaust gas after work in a gas turbine is guided to an exhaust heat recovery boiler, steam is generated using heat of the exhaust gas, and the steam drives the steam turbine to generate power. Things.
  • an extraction pipe for extracting compressed air from a compressor to an exhaust heat recovery boiler is provided.
  • the extraction pipe is provided with a valve for extracting compressed air to the exhaust heat recovery boiler in an open state and for shutting off extraction of compressed air to the exhaust heat recovery boiler in a closed state.
  • the compressed air extracted to the exhaust heat recovery boiler via the extraction pipe is a part of the compressed air generated by the compressor.
  • the exhaust port of the turbine of the gas turbine is connected to an exhaust heat recovery boiler via a duct (referred to as a bypass in Patent Document 1).
  • the duct has a first position where exhaust gas exhausted from the turbine flows into the flue pipe and shuts off the flow of exhaust gas into the exhaust heat recovery boiler, or the exhaust gas flows into the exhaust heat recovery boiler and the exhaust
  • An exhaust bypass damper is provided at a second position to block the inflow.
  • the exhaust bypass damper When purging the gas in the exhaust heat recovery boiler, the exhaust bypass damper is arranged at the first position and the valve is opened while the gas turbine is driven (combustion state).
  • the exhaust bypass damper and the valve are controlled by the control device. Thereby, a part of the compressed air is bled into the exhaust heat recovery boiler through the extraction pipe, and the gas in the exhaust heat recovery boiler is purged.
  • the exhaust heat recovery boiler is scavenged by air passing through the gas turbine without performing combustion in the combustor (prepurge). May be called). In this case, it is necessary to purge not only the exhaust heat recovery boiler but also the gas remaining in the gas turbine, so that the pre-purge requires time.
  • an object of the present invention is to provide a combined cycle power plant that can purge the exhaust heat recovery boiler by natural ventilation.
  • the combined cycle power plant of the present invention has a compressor that generates compressed air, an exhaust port, and is driven by a combustion gas generated by combustion of fuel and the compressed air generated by the compressor;
  • a gas turbine having a turbine that discharges exhaust gas from an exhaust port, a vertical exhaust heat recovery boiler that recovers heat from the exhaust gas to generate steam, and connects the exhaust port and a lower portion of the exhaust heat recovery boiler.
  • a first purge pipe one end of which is connected to the duct and the other end of which is open to the atmosphere and into which air flows, a first purge valve provided in the first purge pipe, and a first purge pipe.
  • the first purge valve when restarting the gas turbine after the gas turbine is stopped, the first purge valve is opened and the first purge pipe is opened.
  • the specific gravity of the air at the outside air temperature is smaller. This allows the outside air to flow into the exhaust heat recovery boiler from the lower part of the exhaust heat recovery boiler through the first purge pipe, so that a purge effect is provided by natural ventilation. Therefore, purging the exhaust heat recovery boiler using the flow of air generated by rotating the gas turbine by the motor before starting the gas turbine, that is, it is not always necessary to perform pre-purge by rotating the gas turbine. .
  • the inside of the exhaust heat recovery boiler can be purged by natural ventilation while the gas turbine is stopped, so that the startup time of the gas turbine and the plant can be reduced.
  • the inside of the exhaust heat recovery boiler is Can be purged. This eliminates the need to use compressed air for bleeding from the compressor, and does not cause a decrease in efficiency of the gas turbine.
  • a check valve is provided in the first purge pipe on an upstream side of the first purge valve.
  • the check valve when the pressure in the exhaust heat recovery boiler becomes positive during operation of the gas turbine, the check valve can prevent the backflow of air. Further, by disposing the check valve upstream of the first purge valve, if a malfunction such as a stick occurs in the check valve, if the first purge valve is closed, the exhaust heat recovery boiler can be used. The check valve can be repaired or replaced even during operation.
  • the combined cycle power plant includes a first temperature sensor that detects a temperature in the exhaust heat recovery boiler, and a first temperature sensor disposed in the first purge pipe upstream of the check valve.
  • a second temperature sensor that detects the temperature of the air, wherein the control device is configured to perform a control based on a difference between the temperature detected by the first temperature sensor and the temperature detected by the second temperature sensor.
  • the first purge valve may be controlled so that the first purge pipe is closed.
  • the turbine has a rotor that is switched between a state rotated by a motor and a state disconnected from the motor, and the control device is configured to switch the rotor after the end of combustion in the gas turbine. It is desirable that the first purge valve be controlled so that the first purge pipe is opened when rotated by a motor.
  • the purging time can be reduced as compared with the case where the purging is performed after the turning. Can be.
  • the combined cycle power plant is connected to the duct, and a smoke pipe that discharges the exhaust gas into the atmosphere, and is provided in the duct, and allows the exhaust gas to flow into the smoke pipe and to the exhaust heat recovery boiler.
  • An exhaust bypass damper disposed at a first position for blocking the inflow of exhaust gas or a second position for allowing the exhaust gas to flow into the exhaust heat recovery boiler and to block the flow of the exhaust gas into the smoke tube;
  • the apparatus is configured to control the exhaust bypass damper and the first purge valve such that the exhaust bypass damper is disposed at the first position and the first purge pipe is opened during operation of the gas turbine. It may be.
  • the exhaust bypass damper is arranged at the first position, the first purge valve is opened, and the first purge valve is opened.
  • the purge pipe is opened.
  • the compressor has a bleed port through which the compressed air flows out, and the combined cycle power plant is provided in a second purge pipe and a second purge pipe that connect the bleed port and the duct. And a controller configured to control the second purge valve such that the second purge pipe is opened during operation of the gas turbine.
  • the compressed air flowing through the second purge pipe can be used, so that the efficiency of the gas turbine may slightly decrease, The time required for purging can be reduced depending on the amount of compressed air used.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram which shows the gas turbine of FIG. 1, and its peripheral structure
  • FIG. 2 is a schematic block diagram which shows another example of a gas turbine and its peripheral structure.
  • 4 is a flowchart illustrating a flow of a process performed by the control device according to the first embodiment.
  • It is a schematic structure figure of a combined cycle power plant concerning a 2nd embodiment of the present invention. It is a flowchart which shows the flow of a process of the control apparatus of 2nd Embodiment.
  • a combined cycle power plant 1 includes a gas turbine 2 connected to a generator 34 (see FIGS. 2A and 2B) and exhaust gas from the gas turbine 2.
  • Heat recovery boiler 3 having a vertical structure for recovering heat from steam to generate steam, a duct 4, a first purge pipe 5, a first purge valve 6, a check valve 7, a first temperature sensor 10 , A second temperature sensor 11 and a control device 12.
  • the control device 12 is a computer having a memory such as a ROM and a RAM and a CPU, for example, and a program stored in the ROM is executed by the CPU.
  • the steam generated by the heat recovery steam generator 3 is used for power generation by a steam turbine (not shown).
  • the gas turbine 2 includes a compressor 21, a combustor 25 (see FIGS. 2A and 2B), and a turbine 22 provided with an exhaust port 23.
  • the compressed air generated by compression in the compressor 21 and the fuel are mixed and burned in the combustor 25, and the generated combustion gas is supplied to the turbine 22 to rotate the blades of the turbine 22. It converts the thermal energy of the combustion gas into rotational kinetic energy.
  • Exhaust gas (combustion gas) from the turbine 22 is discharged from an exhaust port 23.
  • the fuel for the gas turbine 2 includes LNG (natural gas), hydrogen gas, by-product gas, and liquid fuel.
  • the gas turbine includes a single-shaft gas turbine 2 as shown in FIG. 2A and a two-shaft gas turbine 2a as shown in FIG. 2B. 2B, the same components as those in FIG. 2A are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2A.
  • the output shaft 32 of the gas turbine 2 is connected to a reduction gear 33 via a shaft coupling 35.
  • a motor 36 serving both as a starter motor and a turning motor is connected to the speed reducer 33, and a generator 34 is connected via a shaft coupling 37.
  • the rotor 31 of the turbine 22 is switched by the speed reducer 33 between a state of being rotated by the motor 36 and a state of being separated from the motor 36.
  • the rotor 31 is rotated by the motor 36.
  • a starter motor and a turning motor may be separately provided.
  • a motor 39 as a starter motor and a motor 36 as a turning motor are separately provided.
  • a motor 39 is connected to the compressor 21 via a speed reducer 38.
  • a gas generator turbine 26 and a power turbine 27 are provided in the gas turbine 2a.
  • An output shaft (rotor) 32 of the power turbine 27 is connected to a speed reducer 33 via a shaft coupling 35.
  • the reduction gear 33 is connected to a motor 36 and a generator 34 via a shaft coupling 37.
  • the output shaft 32 of the power turbine 27 is switched by the speed reducer 33 between a state where the output shaft 32 is rotated by the motor 36 and a state where the output shaft 32 is separated from the motor 36.
  • the output shaft 32 is rotated by a motor 36.
  • a motor that serves as both a starter motor and a turning motor may be provided in the gas turbine 2a of FIG. 2B.
  • one end of the duct 4 is connected to the exhaust port 23, and the other end of the duct 4 is connected to the lower part of the exhaust heat recovery boiler 3.
  • the exhaust gas discharged from the exhaust port 23 flows into the exhaust heat recovery boiler 3 through the duct 4.
  • One end of the first purge pipe 5 is connected to the duct 4.
  • the other end of the first purge pipe 5 is open to the atmosphere, and outside air flows in from the other end.
  • the first purge pipe 5 is provided with a check valve 7 and a first purge valve 6 in order from the upstream side.
  • a flow control valve (damper) for controlling the amount of air in the first purge pipe 5 can be adopted as the first purge valve 6, but the present invention is not limited to this.
  • An on-off valve that can open and close the purge pipe 5 may be employed. The same applies to a second purge valve 9 described later.
  • the first temperature sensor 10 detects the temperature near the outlet of the exhaust heat recovery boiler 3 and outputs a signal of the detection result to the control device 12.
  • the second temperature sensor 11 is disposed upstream of the check valve 7 in the first purge pipe 5, detects the temperature of air in the first purge pipe 5, and outputs a signal of the detection result to the control device 12. .
  • the purge in the exhaust heat recovery boiler 3 is performed when the gas turbine 2 is started again after the gas turbine 2 is stopped (that is, the rotor 31 is rotated by the motor 36 after the combustion in the gas turbine 2 is completed). This is done when (turning).
  • the controller 12 controls the first purge valve 6 so that the first purge pipe 5 is opened when purging.
  • the specific gravity of the air at the outside air temperature is smaller.
  • outside air flows into the exhaust heat recovery boiler 3 from the lower part of the exhaust heat recovery boiler 3 through the first purge pipe 5, and a purging effect is achieved.
  • the control device 12 determines the end of the purge as follows.
  • the controller 12 calculates the buoyancy in the exhaust heat recovery boiler 3 from the difference between the temperature detected by the first temperature sensor 10 and the temperature detected by the second temperature sensor 11, and flows into the exhaust heat recovery boiler 3. Calculate the integrated flow rate of the air.
  • the control device 12 is configured to determine that the purge has been completed when the integrated flow rate reaches the predetermined amount, and to control the first purge valve 6 so that the first purge pipe 5 is closed.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the flow of the process of the control device 12.
  • the control device 12 drives the motor 36 to perform turning (step S1). Then, the control device 12 opens the first purge valve 6 at the time of turning (step S2). Then, outside air flows into the exhaust heat recovery boiler 3 from the lower part of the exhaust heat recovery boiler 3 through the first purge pipe 5, and a purging effect is achieved.
  • step S3 determines whether or not the integrated purge flow rate has reached a predetermined amount.
  • the determination method is as described above. If the integrated purge flow rate has reached the predetermined amount (YES in step S3), the process proceeds to step S4, and if the integrated purge flow rate has not reached the predetermined amount (NO in step S3), the process of step S3 is performed again. Do.
  • step S4 the control device 12 closes the first purge valve 6. As a result, outside air does not flow into the exhaust heat recovery boiler 3 through the first purge pipe 5. Then, the control device 12 stops the motor 36 to end the turning (step S5).
  • the outside air is flown into the exhaust heat recovery boiler 3 through the first purge pipe 5 after the combustion is completed and at the time of turning. Is played. Therefore, it is not always necessary to purge the exhaust heat recovery boiler 3 using the flow of air generated by rotating the gas turbine 2 by the motor 36 before starting the gas turbine 2.
  • the inside of the exhaust heat recovery boiler 3 can be purged by natural ventilation while the gas turbine 2 is stopped, so that the startup time of the gas turbine 2 and the plant 1 can be reduced. Note that a purge for scavenging the gas turbine 2 by rotating the gas turbine 2 is necessary.
  • a combined cycle power plant 1 a includes a smoke pipe 13 connected to a duct 4 and discharging exhaust gas from the gas turbine 2 into the atmosphere, and an exhaust bypass provided in the duct 4. It further includes a damper 41, a second purge pipe 8 connecting the bleed port 24 of the compressor 21 and the duct 4, and a second purge valve 9 provided in the second purge pipe 8.
  • a damper 41 since the downstream end of the second purge pipe 8 is connected to an intermediate portion of the first purge pipe 5, the bleed port 24 and the duct 4 are indirectly connected by the second purge pipe 8.
  • the exhaust bypass damper 41 allows the exhaust gas to flow into the first position P1 or the exhaust heat recovery boiler 3 where the exhaust gas flows into the smoke pipe 13 and shuts off the exhaust gas into the exhaust heat recovery boiler 3 under the control of the controller 12. It is located at the second position P2 where the flow of exhaust gas into the smoke tube 13 is blocked.
  • the case where the exhaust bypass damper 41 is located at the first position P1 is a case where the exhaust heat recovery boiler 3 does not generate steam because the exhaust gas does not flow into the exhaust heat recovery boiler 3. That is, this is a case where power generation by a steam turbine (not shown) is not performed.
  • the control device 12 when performing the purge, sets the exhaust bypass damper 41 to the first state during the operation of the gas turbine 2 (when preparing to shift to combined power generation while the gas turbine 2 is operating alone).
  • the exhaust bypass damper 41 and the first purge valve 6 are arranged at the position P1 and the first purge pipe 5 is opened.
  • the air around the high-temperature tube group in the exhaust heat recovery boiler 3 into which the high-temperature exhaust gas has flowed immediately before is heated, so that the air at the outside air temperature is heated. Less than specific gravity.
  • the outside air flows into the exhaust heat recovery boiler 3 from the lower portion of the exhaust heat recovery boiler 3 through the first purge pipe 5, so that a purge effect is provided by natural ventilation.
  • the control device 12 controls the second purge valve 9 so that the second purge pipe 8 is opened. It may be controlled. In this case, the compressed air generated by the compressor 21 flows into the exhaust heat recovery boiler 3 from the extraction port 24 through the second purge pipe 8. Thus, although the efficiency of the gas turbine 2 may slightly decrease, the time required for purging can be reduced depending on the amount of compressed air used. In addition, even if the first purge valve 6 and the second purge valve 8 are opened in parallel, the flow of air from the first purge pipe 5 to the exhaust heat recovery boiler 3 is not formed. Note that the method of determining when the purging is completed by the control device 12 is the same as in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the process of the control device 12.
  • the control device 12 moves the exhaust bypass damper 41 to the first position P1 during the operation of the gas turbine 2 (when preparing to shift to combined power generation while operating the gas turbine 2 alone). It is determined whether or not it has been performed (step S11). When the exhaust bypass damper 41 is located at the first position P1 (YES in step S11), the process proceeds to step S13, and when the exhaust bypass damper 41 is not located at the first position P1 (at step S11). NO), the control device 12 positions the exhaust bypass damper 41 at the first position P1 (Step S12).
  • step S13 the control device 12 opens the first purge valve 6, and then opens the second purge valve 9. Thereby, the outside air flows into the exhaust heat recovery boiler 3 through the first purge pipe 5, and then the compressed air from the compressor 21 flows into the exhaust heat recovery boiler 3 through the second purge pipe 8.
  • step S14 determines whether or not the integrated purge flow rate has reached a predetermined amount. If the integrated purge flow rate has reached the predetermined amount (YES in step S14), the process proceeds to step S15, and if the integrated purge flow rate has not reached the predetermined amount (NO in step S14), the process of step S14 is performed again. Do.
  • step S15 the controller 12 closes the first purge valve 6 and the first purge valve 9. Thereby, the outside air and the compressed air do not flow into the exhaust heat recovery boiler 3.
  • the outside air flowing through the first purge pipe 5 and the compressed air flowing through the second purge pipe 8 can be used for purging. Therefore, although the efficiency of the gas turbine 2 may slightly decrease, the time required for purging can be reduced depending on the amount of compressed air used.
  • the buoyancy in the exhaust heat recovery boiler 3 is calculated from the difference between the temperature detected by the first temperature sensor 10 and the temperature detected by the second temperature sensor 11, and the exhaust heat recovery is performed.
  • An integrated flow rate of the air flowing into the boiler 3 is calculated, and when the integrated flow rate reaches a predetermined amount, it is determined that the purge is completed and the first purge valve 6 is closed.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first purge valve 6 may be closed.
  • the first purge valve 6 may be closed after a lapse of a predetermined time from the start of the purge.
  • the purge is performed at the time of turning after the combustion in the gas turbine 2 is completed.
  • Purge may be performed before or after turning.
  • the present invention is not limited to this.
  • the combined cycle power plant 1a according to the second embodiment as in the first embodiment. It is possible to perform a purge by natural ventilation at the time of turning.
  • the purge is performed using the air flowing through the first purge pipe 5 and the compressed air flowing through the second purge pipe 8 has been described.
  • the purge may be performed using only the outside air flowing through the first purge pipe 5.
  • first purge valve 6 and the second purge valve 9 are configured to be controlled by the control device 12, but the control device that controls the first purge valve 6 and the second purge valve A control device for controlling the valve 9 may be provided separately.

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Abstract

ガスタービンの効率の低下を回避しつつ排熱回収ボイラ内のパージを行うことができるコンバインドサイクル発電プラントを提供する。コンバインドサイクル発電プラントは、圧縮空気を生成する圧縮機と、排気口を有し、燃料と圧縮機により生成された圧縮空気との燃焼によって生成された燃焼ガスにより駆動され、排気口から排ガスを排出するタービンとを有するガスタービンと、排ガスから熱を回収して蒸気を発生させる竪型の排熱回収ボイラと、排気口と排熱回収ボイラの下部とを接続するダクトと、ダクトに一端が接続され、他端が大気中に開放されて空気が流入する第１パージ配管と、第１パージ配管に設けられた第１パージ弁と、第１パージ配管が開放されるように第１パージ弁を制御する制御装置とを備えている。

Description

コンバインドサイクル発電プラント
　本発明は、コンバインドサイクル発電プラントに関する。
　近年、エネルギーをより効率的に利用するために、コンバインドサイクル発電プラントが使用されている。コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービン、蒸気タービン、排熱回収ボイラ等を備えており、ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせた発電方式を採用するものである。このようなコンバインドサイクル発電プラントでは、ガスタービンにて仕事をした後の排ガスを排熱回収ボイラに導き、排ガスの熱を利用して蒸気を発生させ、その蒸気により蒸気タービンを駆動して発電するものである。
　コンバインドサイクル発電プラントにおいては、その起動時に、排熱回収ボイラ内に残留しているガス（可燃性ガス等）をパージする必要がある。
　例えば特許文献１のコンバインドサイクル発電プラントにおいては、圧縮機からの圧縮空気を排熱回収ボイラへ抽気させるための抽気管が設けられている。この抽気管には、開状態で圧縮空気を排熱回収ボイラに抽気させ、閉状態で圧縮空気の排熱回収ボイラへの抽気を遮断するバルブが設けられている。なお、抽気管を介して排熱回収ボイラに抽気される圧縮空気は、圧縮機で生成された圧縮空気の一部である。
　ガスタービンのタービンの排気口はダクト（特許文献１ではバイパスと称呼）を介して排熱回収ボイラに接続されている。上記ダクトには、タービンから排気された排ガスを煙管に流入させると共に排熱回収ボイラへの排ガスの流入を遮断する第１位置、又は上記排ガスを排熱回収ボイラへ流入させると共に煙管への排ガスの流入を遮断する第２位置に配置される排気バイパスダンパが設けられている。
　排熱回収ボイラ内のガスをパージする際には、ガスタービンが駆動している状態（燃焼中の状態）で、排気バイパスダンパが第１位置に配置されかつバルブが開状態となるように、排気バイパスダンパおよびバルブが制御装置により制御される。これにより、圧縮空気の一部が抽気管を通じて排熱回収ボイラに抽気され、排熱回収ボイラ内のガスがパージされる。
特許第５５５０４６１号公報
　ガスタービンを停止した後再び起動する際に、排熱回収ボイラに残留しているガスをパージする必要がある。この場合、ガスタービンを起動する前にガスタービンのロータをモータにより回転させることによって、燃焼器における燃焼が行われることなしに、ガスタービンを通過した空気により排熱回収ボイラが掃気される（プレパージと呼ばれることがある）。この場合、排熱回収ボイラだけでなくガスタービン内に残留しているガスもパージする必要があるため、プレパージには時間を要する。
　また、ガスタービンを単体で運転中に複合発電への移行準備の際に、ガスタービンを単体で運転させつつ排熱回収ボイラ内をパージする必要がある。この場合、圧縮機からの抽気用の圧縮空気がパージ用空気として使用される。しかし、抽気用の圧縮空気を使用すると、ガスタービンの効率の低下に繋がる。
　そこで、本発明は、自然通風により排熱回収ボイラ内のパージを行うことができるコンバインドサイクル発電プラントを提供することを目的とする。
　本発明のコンバインドサイクル発電プラントは、圧縮空気を生成する圧縮機と、排気口を有し、燃料と前記圧縮機により生成された前記圧縮空気との燃焼によって生成された燃焼ガスにより駆動され、前記排気口から排ガスを排出するタービンとを有するガスタービンと、前記排ガスから熱を回収して蒸気を発生させる竪型の排熱回収ボイラと、前記排気口と前記排熱回収ボイラの下部とを接続するダクトと、前記ダクトに一端が接続され、他端が大気中に開放されて空気が流入する第１パージ配管と、前記第１パージ配管に設けられた第１パージ弁と、前記第１パージ配管が開放されるように前記第１パージ弁を制御する制御装置とを備えているものである。
　本発明に従えば、ガスタービンの停止後に再びガスタービンを起動させる場合には、第１パージ弁が開状態にされて第１パージ配管が開放される。この場合、排熱回収ボイラ内において高温状態にある管群の周囲の空気は加熱されているため、外気温度の空気の比重よりも小さい。このことによって、外気が第１パージ配管を通じて排熱回収ボイラの下部から当該排熱回収ボイラ内に流入するので、自然通風によりパージ効果が奏される。したがって、ガスタービンを起動させる前にガスタービンをモータにより回転させることで発生する空気の流れを利用して排熱回収ボイラ内をパージすること、つまりガスタービンを回転させることによるプレパージを必ずしも要しない。このような構成により、ガスタービンの停止中に自然通風により排熱回収ボイラ内をパージすることができるので、ガスタービンおよびプラントの起動時間を短縮することが可能となる。また、ガスタービンの運転時（ガスタービンを単体で運転中に複合発電（ガスタービン運転と排熱回収ボイラ運転）への移行準備の際）には、同様の自然通風により排熱回収ボイラ内をパージすることができる。これにより、圧縮機からの抽気用の圧縮空気を使用しないで済むため、ガスタービンの効率の低下を招来させない。
　上記発明において、前記第１パージ配管において前記第１パージ弁の上流側に逆止弁が設けられていることが望ましい。
　上記構成に従えば、ガスタービンの運転時において排熱回収ボイラ内の圧力が正圧になった場合に、逆止弁により空気の逆流を防ぐことができる。また、逆止弁を第１パージ弁の上流側に配置することによって、当該逆止弁にスティック等の不具合が生じた場合に、第１パージ弁を閉状態にしておけば、排熱回収ボイラが運転中であっても逆止弁を修理又は交換することができる。
　上記発明において、コンバインドサイクル発電プラントは、前記排熱回収ボイラ内の温度を検出する第１温度センサと、前記第１パージ配管において前記逆止弁の上流側に配置され、前記第１パージ配管内の前記空気の温度を検出する第２温度センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記第１温度センサにより検出された温度と前記第２温度センサにより検出された温度との差に基づいて、前記第１パージ配管が閉鎖されるように前記第１パージ弁を制御するように構成されていてもよい。
　上記構成に従えば、第１温度センサにより検出された温度と第２温度センサにより検出された温度との差に基づきパージを完了すべき時期が分かる。これにより、必要以上にパージを行うことが防がれる。
　上記発明において、前記タービンはモータにより回転される状態と前記モータと切り離される状態との間で切り換えられるロータを有し、前記制御装置は、前記ガスタービンにおける燃焼終了後であって前記ロータが前記モータにより回転されるときに、前記第１パージ配管が開放されるように前記第１パージ弁を制御するように構成されていることが望ましい。
　圧縮空気の燃焼終了後にガスタービンが停止された後、このガスタービンおよび被駆動機ロータのひずみの発生を避けるためや起動前に軸心の曲がりを少なくしておくために、ターニングが行われている。上記構成に従えば、ターニングの実施中に第１パージ弁が制御されて排熱回収ボイラ内のガスがパージされるので、ターニングの実施後にパージを行う場合よりも、パージの時間を短縮することができる。
　上記発明において、コンバインドサイクル発電プラントは、前記ダクトに接続され、前記排ガスを大気中に放出する煙管と、前記ダクトに設けられ、前記排ガスを前記煙管に流入させると共に前記排熱回収ボイラへの前記排ガスの流入を遮断する第１位置又は前記排熱回収ボイラへ前記排ガスを流入させると共に前記煙管への前記排ガスの流入を遮断する第２位置に配置される排気バイパスダンパとをさらに備え、前記制御装置は、前記ガスタービンの運転時に、前記排気バイパスダンパが前記第１位置に配置され且つ前記第１パージ配管が開放されるように前記排気バイパスダンパおよび前記第１パージ弁を制御するように構成されていてもよい。
　上記構成に従えば、ガスタービンの運転時（ガスタービンの単独運転から複合運転に移行する際）において、排気バイパスダンパが第１位置に配置され且つ第１パージ弁が開状態にされて第１パージ配管が開放される。この場合、排熱回収ボイラ内において高温状態にある管群の周囲の空気は加熱されているため、外気温度の空気の比重よりも小さい。このことによって、外気が第１パージ配管を通じて排熱回収ボイラの下部から当該排熱回収ボイラ内に流入し、パージ効果が奏される。したがって、圧縮機が運転中にその圧縮空気を用いてパージを行わなくて済む。これにより、ガスタービンの効率の低下を招来させない。
　上記発明において、前記圧縮機は、前記圧縮空気を流出させる抽気口を有し、コンバインドサイクル発電プラントは、前記抽気口と前記ダクトとを接続する第２パージ配管および前記第２パージ配管に設けられた第２パージ弁をさらに備え、前記制御装置は、前記ガスタービンの運転時に、前記第２パージ配管が開放されるように前記第２パージ弁を制御するように構成されていてもよい。
　上記構成に従えば、排熱回収ボイラ内のガスをパージする際に、第２パージ配管を通じて流入される圧縮空気を用いることができるので、ガスタービンの効率が若干低下する可能性があるものの、用いる圧縮空気量によりパージに要する時間を短縮することができる。
　本発明によれば、ガスタービンの効率の低下を回避しつつ排熱回収ボイラ内のパージを行うことができる。
本発明の第１実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントの概略構成図である。 （ａ）は図１のガスタービンとその周辺構成を示す概略構成図であり、（ｂ）はガスタービンとその周辺構成の他の例を示す概略構成図である。 第１実施形態の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントの概略構成図である。 第２実施形態の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。
　（第１実施形態）
　以下、本発明に係る実施形態のコンバインドサイクル発電プラント（ＣＣＰＰ：Combined Cycle Power Plant）について図面を参照して説明する。以下に説明するコンバインドサイクル発電プラントは、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除および変更が可能である。
　図１に示すように、第１実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラント１は、発電機３４（図２（ａ），（ｂ）参照）に接続されたガスタービン２と、ガスタービン２からの排ガスから熱を回収して蒸気を発生させる竪型構造の排熱回収ボイラ３と、ダクト４と、第１パージ配管５と、第１パージ弁６と、逆止弁７と、第１温度センサ１０と、第２温度センサ１１と、制御装置１２とを備えている。制御装置１２は、例えばＲＯＭやＲＡＭなどのメモリおよびＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。なお、排熱回収ボイラ３により発生された蒸気は、図示しない蒸気タービンによる発電に利用される。
　ガスタービン２は、圧縮機２１、燃焼器２５（図２（ａ），（ｂ）参照）、および排気口２３が設けられたタービン２２を備えている。ガスタービン２では、圧縮機２１で圧縮されて生成された圧縮空気と燃料とを燃焼器２５で混合燃焼させ、発生した燃焼ガスをタービン２２へ供給してタービン２２の羽根を回転させることによって、燃焼ガスの熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換する。タービン２２からの排ガス（燃焼ガス）は排気口２３から排出される。なお、ガスタービン２の燃料として、ＬＮＧ（天然ガス）、水素ガス、副生ガス、および液体燃料等が挙げられる。
　ここで、ガスタービンには、図２（ａ）に示すような一軸型のガスタービン２と、図２（ｂ）に示すような二軸型のガスタービン２ａとがある。なお、図２（ｂ）の構成要素のうち図２（ａ）の構成要素と同一のものについては、図２（ａ）の符号と同一の符号を付している。
　図２（ａ）のガスタービン２においては、ガスタービン２の出力軸３２は軸継手３５を介して減速機３３に接続されている。減速機３３には、スタータモータとターニングモータとを兼ねるモータ３６が接続され、また軸継手３７を介して発電機３４が接続されている。タービン２２のロータ３１は、減速機３３によって、モータ３６により回転される状態とモータ３６と切り離される状態との間で切り換えられる。上述のターニングを行う際には、ロータ３１はモータ３６により回転されるようになっている。なお、図２（ａ）のガスタービン２において、スタータモータとターニングモータとを別々に装備してもよい。
　また、図２（ｂ）のガスタービン２ａにおいては、スタータモータであるモータ３９とターニングモータであるモータ３６とが別個に設けられている。圧縮機２１には減速機３８を介してモータ３９が接続されている。また、ガスタービン２ａでは、ガスジェネレータタービン２６とパワータービン２７とが設けられる。パワータービン２７の出力軸（ロータ）３２は軸継手３５を介して減速機３３に接続されている。減速機３３には、モータ３６が接続されていると共に軸継手３７を介して発電機３４が接続されている。パワータービン２７の出力軸３２は、減速機３３によって、モータ３６により回転される状態とモータ３６と切り離される状態との間で切り換えられる。ターニングを行う際には、出力軸３２はモータ３６により回転されるようになっている。なお、図２（ｂ）のガスタービン２ａにおいて、スタータモータとターニングモータとを兼ねるモータを設けてもよい。
　図１に戻り、ダクト４の一端は排気口２３に接続されており、ダクト４の他端は排熱回収ボイラ３の下部に接続されている。排気口２３から排出された排ガスはダクト４を通じて排熱回収ボイラ３内に流入する。
　第１パージ配管５の一端はダクト４に接続されている。第１パージ配管５の他端は大気中に開放されており、当該他端から外気が流入するようになっている。第１パージ配管５には、上流側から順に逆止弁７および第１パージ弁６が設けられている。本実施形態では、第１パージ弁６として、第１パージ配管５内の空気の量を制御する流量制御弁（ダンパ）を採用することができるが、これに限定されるものではなく、第１パージ配管５を開放および閉鎖し得る開閉弁を採用してもよい。後述の第２パージ弁９についても同様である。
　第１温度センサ１０は、排熱回収ボイラ３の出口付近の温度を検出し、その検出結果の信号を制御装置１２に出力する。第２温度センサ１１は、第１パージ配管５において逆止弁７の上流側に配置され、第１パージ配管５内の空気の温度を検出し、その検出結果の信号を制御装置１２に出力する。
　コンバインドサイクル発電プラント１において、排熱回収ボイラ３内のパージは、ガスタービン２の停止後に再びガスタービン２を起動させる場合（つまりガスタービン２における燃焼終了後であってロータ３１がモータ３６により回転されるとき（ターニング時）に行われる。
　制御装置１２は、パージを行う際には、第１パージ配管５が開放されるように第１パージ弁６を制御する。この場合、燃焼終了後の排熱回収ボイラ３内において高温状態にある管群の周囲の空気は加熱されているため、外気温度の空気の比重よりも小さい。これによって、外気が第１パージ配管５を通じて排熱回収ボイラ３の下部から当該排熱回収ボイラ３内に流入し、パージ効果が奏される。
　また、制御装置１２は、パージの終了時を次のように判定する。制御装置１２は、第１温度センサ１０により検出された温度と第２温度センサ１１により検出された温度との差から排熱回収ボイラ３内の浮力を算出し、排熱回収ボイラ３内に流入した空気の積算流量を算出する。制御装置１２は、積算流量が所定量に達すれば、パージ終了と判定し、第１パージ配管５が閉鎖されるように第１パージ弁６を制御するように構成されている。
　続いて、制御装置１２によるパージ時の制御方法について説明する。図３は制御装置１２の処理の流れを示すフローチャートである。
　図３に示すように、制御装置１２は、ガスタービン２における燃焼終了後に、モータ３６を駆動してターニングを実施する（ステップＳ１）。そして、制御装置１２は、ターニング時に第１パージ弁６を開状態にする（ステップＳ２）。すると、外気が第１パージ配管５を通じて排熱回収ボイラ３の下部から当該排熱回収ボイラ３内に流入し、パージ効果が奏される。
　続いて、制御装置１２は、パージ積算流量が所定量に達したか否かを判別する（ステップＳ３）。判別方法は上述の通りである。パージ積算流量が所定量に達した場合には（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステップＳ４に進み、パージ積算流量が所定量に達していない場合には（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ３の処理を再び行う。
　ステップＳ４では、制御装置１２は第１パージ弁６を閉状態にする。これにより、外気が第１パージ配管５を通じて排熱回収ボイラ３内に流入しなくなる。そして、制御装置１２は、モータ３６を停止させてターニングを終了させる（ステップＳ５）。
　以上説明したように、本実施形態のコンバインドサイクル発電プラント１では、燃焼終了後であってターニング時に、外気を第１パージ配管５を通じて排熱回収ボイラ３内に流入させるので、自然通風によりパージ効果が奏される。したがって、ガスタービン２を起動させる前にガスタービン２をモータ３６により回転させることで発生する空気の流れを利用した排熱回収ボイラ３内のパージを必ずしも要しない。このような構成により、ガスタービン２の停止中に自然通風により排熱回収ボイラ３内をパージすることができるので、ガスタービン２およびプラント１の起動時間を短縮することが可能となる。なお、ガスタービン２を回転させることによる当該ガスタービン２の掃気のためのパージは必要である。
　（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラント１ａについて図面を参照して説明する。なお、本実施形態においては、上述の第１実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付与し、その説明を省略する。
　図４に示すように、第２実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラント１ａは、ダクト４に接続され、ガスタービン２からの排ガスを大気中に放出する煙管１３と、ダクト４に設けられた排気バイパスダンパ４１と、圧縮機２１の抽気口２４とダクト４とを接続する第２パージ配管８と、第２パージ配管８に設けられた第２パージ弁９とをさらに備えている。なお、図４では、第２パージ配管８の下流端が第１パージ配管５の途中部分に接続されていることで、抽気口２４とダクト４とが第２パージ配管８により間接的に接続された構成となっている。
　排気バイパスダンパ４１は、制御装置１２の制御によって、排ガスを煙管１３に流入させると共に排熱回収ボイラ３への排ガスの流入を遮断する第１位置Ｐ１又は排熱回収ボイラ３へ排ガスを流入させると共に煙管１３への排ガスの流入を遮断する第２位置Ｐ２に位置される。排気バイパスダンパ４１が第１位置Ｐ１に位置される場合とは、排ガスが排熱回収ボイラ３内に流入しないため、排熱回収ボイラ３による蒸気の発生が行われない場合である。即ち、図示しない蒸気タービンによる発電が行われない場合である。これに対して、排気バイパスダンパ４１が第２位置Ｐ２に位置される場合とは、排ガスが排熱回収ボイラ３内に流入するため、ガスタービン２による発電と上記蒸気タービンによる発電とが複合されて行われる場合（複合発電）である。なお、図４では、排気バイパスダンパ４１が第１位置Ｐ１に位置された状態が実線により図示され、排気バイパスダンパ４１が第２位置Ｐ２に位置された状態が二点鎖線により図示されている。
　上記構成において、制御装置１２は、パージを行う際には、ガスタービン２の運転時（ガスタービン２を単体で運転中に複合発電への移行準備の際）に、排気バイパスダンパ４１が第１位置Ｐ１に配置され且つ第１パージ配管５が開放されるように排気バイパスダンパ４１および第１パージ弁６を制御するように構成されている。この場合、第１実施形態と同様に、直前まで高温の排ガスが流入していた排熱回収ボイラ３内において高温状態にある管群の周囲の空気は加熱されているため、外気温度の空気の比重よりも小さい。これによって、外気が第１パージ配管５を通じて排熱回収ボイラ３の下部から当該排熱回収ボイラ３内に流入するため、自然通風によりパージ効果が奏される。
　ここで、ガスタービン２が運転されていること、即ち圧縮機２１が運転されていることを利用して、制御装置１２は、第２パージ配管８が開放されるように第２パージ弁９を制御してもよい。この場合、圧縮機２１で生成された圧縮空気が抽気口２４から第２パージ配管８を通じて排熱回収ボイラ３内に流入する。これによって、ガスタービン２の効率が若干低下する可能性があるものの、用いる圧縮空気量によりパージに要する時間を短縮することができる。なお、第１パージ弁６および第２パージ弁８を並行して開状態にしても、第１パージ配管５から排熱回収ボイラ３への空気の流れは形成されない。なお、制御装置１２によるパージの終了時の判定方法は第１実施形態と同様である。
　続いて、制御装置１２によるパージ時の制御方法について説明する。図５は制御装置１２の処理の流れを示すフローチャートである。
　図５に示すように、制御装置１２は、ガスタービン２の運転時（ガスタービン２を単体で運転中に複合発電への移行準備の際）に、排気バイパスダンパ４１が第１位置Ｐ１に位置されているか否かを判別する（ステップＳ１１）。排気バイパスダンパ４１が第１位置Ｐ１に位置されている場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１３に進み、排気バイパスダンパ４１が第１位置Ｐ１に位置されていない場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、制御装置１２は排気バイパスダンパ４１を第１位置Ｐ１に位置させる（ステップＳ１２）。
　ステップＳ１３では、制御装置１２は、第１パージ弁６を開状態にした後、第２パージ弁９を開状態にする。これにより、外気が第１パージ配管５を通じて排熱回収ボイラ３内に流入し、その後圧縮機２１からの圧縮空気が第２パージ配管８を通じて排熱回収ボイラ３内に流入する。
　続いて、制御装置１２は、パージ積算流量が所定量に達したか否かを判別する（ステップＳ１４）。パージ積算流量が所定量に達した場合には（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ステップＳ１５に進み、パージ積算流量が所定量に達していない場合には（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ１４の処理を再び行う。
　ステップＳ１５では、制御装置１２は第１パージ弁６および第１パージ弁９を閉状態にする。これにより、外気および圧縮空気が排熱回収ボイラ３内に流入しなくなる。
　以上説明したように、第２実施形態のコンバインドサイクル発電プラント１ａでは、第１パージ配管５を通じて流入される外気と第２パージ配管８を通じて流入される圧縮空気とをパージの際に用いることができるので、ガスタービン２の効率が若干低下する可能性があるものの、用いる圧縮空気量によりパージに要する時間を短縮することができる。
　（他の実施形態）
　本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば以下の通りである。
　上記第１および第２実施形態では、第１温度センサ１０により検出された温度と第２温度センサ１１により検出された温度との差から排熱回収ボイラ３内の浮力を算出し、排熱回収ボイラ３内に流入した空気の積算流量を算出し、当該積算流量が所定量に達すれば、パージ終了と判定して第１パージ弁６を閉状態にするように構成した。しかし、これに限定されるものではなく、第１温度センサ１０により検出された温度と第２温度センサ１１により検出された温度との差が所定範囲内にあるときに、パージ終了と判定して第１パージ弁６を閉状態にしてもよい。或いは、パージを開始してから一定時間経過後に第１パージ弁６を閉状態にしてもよい。
　また、上記第１実施形態では、ガスタービン２における燃焼終了後であってターニング時にパージを行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ガスタービン２における燃焼終了後であれば、ターニングの前に又はターニングの後にパージを行ってもよい。
　また、上記第２実施形態では、ガスタービン２の運転時にパージを行う場合について説明したが、これに限らず、第１実施形態と同様に、第２実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラント１ａにおいても、ターニング時に自然通風によるパージを行うことは可能である。
　また、上記第２実施形態では、第１パージ配管５を通じて流入される空気と第２パージ配管８を通じて流入される圧縮空気とを用いてパージを行う場合について説明したが、上記第１実施形態と同様に、第１パージ配管５を通じて流入される外気のみを用いてパージを行ってもよい。
　さらに、上記第１および第２実施形態では、第１パージ弁６および第２パージ弁９を制御装置１２により制御するように構成したが、第１パージ弁６を制御する制御装置と第２パージ弁９を制御する制御装置とを分けて設けてもよい。
　１　コンバインドサイクル発電プラント
　２　ガスタービン
　３　排熱回収ボイラ
　４　ダクト
　５　第１パージ配管
　６　第１パージ弁
　７　逆止弁
　８　第２パージ配管
　９　第２パージ弁
　１０　第１温度センサ
　１１　第２温度センサ
　１２　制御装置
　１３　煙管
　２１　圧縮機
　２２　タービン
　２３　排気口
　２４　抽気口
　３１　ロータ
　３６　モータ
　４１　排気バイパスダンパ
　Ｐ１　第１位置
　Ｐ２　第２位置
 

Claims (6)

  1. 　圧縮空気を生成する圧縮機と、排気口を有し、燃料と前記圧縮機により生成された前記圧縮空気との燃焼によって生成された燃焼ガスにより駆動され、前記排気口から排ガスを排出するタービンとを有するガスタービンと、
    　前記排ガスから熱を回収して蒸気を発生させる竪型の排熱回収ボイラと、
    　前記排気口と前記排熱回収ボイラの下部とを接続するダクトと、
    　前記ダクトに一端が接続され、他端が大気中に開放されて空気が流入する第１パージ配管と、
    　前記第１パージ配管に設けられた第１パージ弁と、
    　前記第１パージ配管が開放されるように前記第１パージ弁を制御する制御装置とを備えている、コンバインドサイクル発電プラント。
  2. 　前記第１パージ配管において前記第１パージ弁の上流側に逆止弁が設けられている、請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
  3. 　前記排熱回収ボイラ内の温度を検出する第１温度センサと、
    　前記第１パージ配管において前記逆止弁の上流側に配置され、前記第１パージ配管内の前記空気の温度を検出する第２温度センサと、をさらに備え、
    　前記制御装置は、前記第１温度センサにより検出された温度と前記第２温度センサにより検出された温度との差に基づいて、前記第１パージ配管が閉鎖されるように前記第１パージ弁を制御するように構成されている、請求項２に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
  4. 　前記タービンはモータにより回転される状態と前記モータと切り離される状態との間で切り換えられるロータを有し、
    　前記制御装置は、前記ガスタービンにおける燃焼終了後であって前記ロータが前記モータにより回転されるときに、前記第１パージ配管が開放されるように前記第１パージ弁を制御するように構成されている、請求項１乃至３の何れか１つに記載のコンバインドサイクル発電プラント。
  5. 　前記ダクトに接続され、前記排ガスを大気中に放出する煙管と、
    　前記ダクトに設けられ、前記排ガスを前記煙管に流入させると共に前記排熱回収ボイラへの前記排ガスの流入を遮断する第１位置又は前記排熱回収ボイラへ前記排ガスを流入させると共に前記煙管への前記排ガスの流入を遮断する第２位置に配置される排気バイパスダンパとをさらに備え、
    　前記制御装置は、前記ガスタービンの運転時に、前記排気バイパスダンパが前記第１位置に配置され且つ前記第１パージ配管が開放されるように前記排気バイパスダンパおよび前記第１パージ弁を制御するように構成されている、請求項１乃至４の何れか１つに記載のコンバインドサイクル発電プラント。
  6. 　前記圧縮機は、前記圧縮空気を流出させる抽気口を有し、
    　前記抽気口と前記ダクトとを接続する第２パージ配管および前記第２パージ配管に設けられた第２パージ弁をさらに備え、
    　前記制御装置は、前記ガスタービンの運転時に、前記第２パージ配管が開放されるように前記第２パージ弁を制御するように構成されている、請求項５に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
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