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技術 コンバインドサイクル発電プラント及びその制御方法

出願人 三菱日立パワーシステムズ株式会社
発明者 畑田耕史
出願日 2012年1月13日 (8年5ヶ月経過) 出願番号 2012-005679
公開日 2013年7月25日 (6年11ヶ月経過) 公開番号 2013-144948
状態 特許登録済
技術分野 タービンの制御 特殊なサイクルを用いた機関設備 タービンの細部・装置 ガスタービン、高圧・高速燃焼室
主要キーワード 冷却水流量調整弁 高圧蒸気流 混合流量 高温部位 配管設計 バイパス流量調整弁 放散熱量 ドレン排出
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (3)

課題

配管ウォーミングする場合に、プラント効率を高く維持しながら、配管温度を適正な保温温度に保つことができるコンバインドサイクル発電プラント及びその制御方法を提供する。

解決手段

コンバインドサイクル発電プラント1であって、高圧ドラム23からの高圧蒸気冷却蒸気としてガスタービン2の燃焼器5側に導く冷却蒸気ライン31と、冷却蒸気ラインに設けられた制御弁32と、制御弁をバイパスするバイパスライン35と、バイパスラインに設けられ、冷却蒸気ライン31の配管放散熱量に相当する流量の高圧蒸気を通過させるオリフィス36と、バイパスラインよりも下流側の冷却蒸気ラインに設けられ、高圧蒸気に冷却水噴霧する冷却水噴霧手段33と、中圧ドラム22からの中圧蒸気を冷却蒸気として用い、高圧蒸気によって冷却蒸気ラインのウォーミングを行う場合、制御弁32を閉じるとともに、冷却水噴霧手段33からの冷却水の噴霧を停止する制御手段45とを備える。

概要

背景

コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービン及び蒸気タービンを組み合わせたプラントであり、高いプラント効率を達成する発電方式として知られている。この発電プラントは、ガスタービンから排出される高温排ガス排熱を利用して、排熱回収ボイラ蒸気を生成し、この蒸気によって蒸気タービンを駆動するようになっている。

このような発電プラントでは、ガスタービンが極めて高温となるので、動静燃焼器等の高温部位を冷却する必要があった。その冷却方式としては、例えば蒸気を利用した蒸気冷却方式がある。

蒸気冷却方式を採用した発電プラントは、通常、ガスタービンと、高圧タービン中圧タービン及び低圧タービンからなる蒸気タービンとを備え、主に中圧タービンの中圧蒸気冷却媒体として用い、ガスタービンを冷却するようになっている。
例えば、特許文献1には、ガスタービンを蒸気で冷却するようにしたコンバインドサイクル発電プラントが開示されている。この発電プラントは、ガスタービンの高温被冷却部を蒸気で冷却する蒸気冷却システムを設け、このシステムからの過熱蒸気を蒸気タービンに回収させる構成となっている。

こういった蒸気冷却方式では、プラントの起動時に、常温配管に流れる蒸気が冷却されて凝縮し、ドレンが発生する。これを防ぐために、高圧タービンの高圧蒸気を配管に流してウォーミングを行っている。この高圧蒸気は高温高圧なので、ウォーミングを行う際には、制御弁にて高圧蒸気を減圧するとともに、スプレーで水を噴霧して、高圧蒸気を減温制御していた。また、起動後は、冷却蒸気として用いられる中圧蒸気のバックアップとして常時ウォーミングを行い、必要時に供給できるように待機させていた。これによって、中圧蒸気が不足する場合においても、中圧蒸気に高圧蒸気を混合させて冷却媒体として十分な量を確保していた。

概要

配管をウォーミングする場合に、プラント効率を高く維持しながら、配管温度を適正な保温温度に保つことができるコンバインドサイクル発電プラント及びその制御方法を提供する。コンバインドサイクル発電プラント1であって、高圧ドラム23からの高圧蒸気を冷却蒸気としてガスタービン2の燃焼器5側に導く冷却蒸気ライン31と、冷却蒸気ラインに設けられた制御弁32と、制御弁をバイパスするバイパスライン35と、バイパスラインに設けられ、冷却蒸気ライン31の配管放散熱量に相当する流量の高圧蒸気を通過させるオリフィス36と、バイパスラインよりも下流側の冷却蒸気ラインに設けられ、高圧蒸気に冷却水を噴霧する冷却水噴霧手段33と、中圧ドラム22からの中圧蒸気を冷却蒸気として用い、高圧蒸気によって冷却蒸気ラインのウォーミングを行う場合、制御弁32を閉じるとともに、冷却水噴霧手段33からの冷却水の噴霧を停止する制御手段45とを備える。

目的

特に、スプレーによって減温制御を行う場合、高いエネルギーを保有する高圧蒸気を冷却することになるので、エネルギー損失は大きく、可能な限りウォーミング蒸気を少なくすることが望まれていた

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

ガスタービンと、少なくとも高圧ドラム及び中圧ドラムを有し、前記ガスタービンの排熱を用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記蒸気により駆動される蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクル発電プラントであって、前記高圧ドラムからの高圧蒸気の少なくとも一部を冷却蒸気として前記ガスタービンの燃焼器側に導く冷却蒸気ラインと、前記冷却蒸気ラインに設けられた制御弁と、前記制御弁をバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインに設けられ、前記冷却蒸気ラインの配管放散熱量に相当する流量の前記高圧蒸気を通過させるオリフィスと、前記バイパスラインよりも下流側の前記冷却蒸気ラインに設けられ、前記高圧蒸気に冷却水噴霧する冷却水噴霧手段と、前記中圧ドラムからの中圧蒸気の少なくとも一部を前記冷却蒸気として用い、前記高圧蒸気によって前記冷却蒸気ラインのウォーミングを行う場合、前記制御弁を閉じるとともに、前記冷却水噴霧手段からの前記冷却水の噴霧を停止する制御手段とを備えることを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。

請求項2

ガスタービンと、少なくとも高圧ドラムを有し、前記ガスタービンの排熱を用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記蒸気により駆動される蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクル発電プラントであって、前記高圧ドラムからの高圧蒸気の少なくとも一部を冷却蒸気として前記ガスタービンの燃焼器側に導く冷却蒸気ラインと、前記冷却蒸気ラインに設けられた制御弁と、前記制御弁をバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインに設けられたオリフィスと、前記バイパスラインよりも下流側の前記冷却蒸気ラインに設けられ、前記高圧蒸気に冷却水を噴霧する冷却水噴霧手段と、前記バイパスラインの前記オリフィスよりも下流側に設けられたバイパス流量調整弁と、前記冷却蒸気ラインの配管温度計測する温度センサとを備え、前記制御手段は、前記温度センサの計測結果に基づいて、前記バイパス流量調整弁を制御することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。

請求項3

前記制御手段は、前記冷却蒸気ラインの配管温度が前記高圧蒸気の飽和温度以上かつ配管設計温度以下となるように前記バイパス流量調整弁を制御す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発電プラント。

請求項4

前記冷却蒸気ラインの前記冷却水噴霧手段よりも下流側に設けられ、前記冷却蒸気ラインに溜まったドレンを排出するドレン排出手段をさらに備え、前記冷却蒸気ラインは、前記ドレン排出手段よりも下流側において、前記高圧蒸気を一旦上方に抜き出して、前記高圧蒸気に含まれるドレンの下流側への持ち越しを防止することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のコンバインドサイクル発電プラント。

請求項5

高圧ドラムからの高圧蒸気の少なくとも一部を冷却蒸気としてガスタービンの燃焼器側に導く冷却蒸気ラインと、前記冷却蒸気ラインに設けられた制御弁と、前記制御弁をバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインに設けられ、前記冷却蒸気ラインの配管放散熱量に相当する流量の前記高圧蒸気を通過させるオリフィスとを有するコンバインドサイクル発電プラントの制御方法であって、前記高圧蒸気を中圧ドラムからの中圧蒸気のバックアップとして用いる場合、前記制御弁を開けるとともに、前記バイパスラインよりも下流側の前記冷却蒸気ラインで前記高圧蒸気に前記冷却水を噴霧し、前記中圧ドラムからの中圧蒸気を前記冷却蒸気として用い、前記高圧蒸気によって前記冷却蒸気ラインのウォーミングを行う場合、前記制御弁を閉じるとともに、前記冷却水の噴霧を停止することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントの制御方法。

請求項6

高圧ドラムからの高圧蒸気の少なくとも一部を冷却蒸気としてガスタービンの燃焼器側に導く冷却蒸気ラインと、前記冷却蒸気ラインに設けられた制御弁と、前記制御弁をバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインに設けられ、前記冷却蒸気ラインの配管放散熱量に相当する流量の前記高圧蒸気を通過させるオリフィスと、前記バイパスラインの前記オリフィスよりも下流側に設けられたバイパス流量調整弁とを有するコンバインドサイクル発電プラントの制御方法であって、前記高圧蒸気を中圧ドラムからの中圧蒸気のバックアップとして用いる場合、前記制御弁を開けるとともに、前記バイパスラインよりも下流側の前記冷却蒸気ラインで前記高圧蒸気に前記冷却水を噴霧し、前記中圧ドラムからの中圧蒸気の少なくとも一部を前記冷却蒸気として用い、前記高圧蒸気によって前記冷却蒸気ラインのウォーミングを行う場合、前記冷却蒸気ラインの配管温度を計測する温度センサの計測結果に基づいて、前記バイパス流量調整弁を制御することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントの制御方法。

技術分野

0001

本発明は、ガスタービン及び蒸気タービンによって発電機を駆動するコンバインドサイクル発電プラント及びその制御方法に関する。

背景技術

0002

コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービン及び蒸気タービンを組み合わせたプラントであり、高いプラント効率を達成する発電方式として知られている。この発電プラントは、ガスタービンから排出される高温排ガス排熱を利用して、排熱回収ボイラ蒸気を生成し、この蒸気によって蒸気タービンを駆動するようになっている。

0003

このような発電プラントでは、ガスタービンが極めて高温となるので、動静燃焼器等の高温部位を冷却する必要があった。その冷却方式としては、例えば蒸気を利用した蒸気冷却方式がある。

0004

蒸気冷却方式を採用した発電プラントは、通常、ガスタービンと、高圧タービン中圧タービン及び低圧タービンからなる蒸気タービンとを備え、主に中圧タービンの中圧蒸気冷却媒体として用い、ガスタービンを冷却するようになっている。
例えば、特許文献1には、ガスタービンを蒸気で冷却するようにしたコンバインドサイクル発電プラントが開示されている。この発電プラントは、ガスタービンの高温被冷却部を蒸気で冷却する蒸気冷却システムを設け、このシステムからの過熱蒸気を蒸気タービンに回収させる構成となっている。

0005

こういった蒸気冷却方式では、プラントの起動時に、常温配管に流れる蒸気が冷却されて凝縮し、ドレンが発生する。これを防ぐために、高圧タービンの高圧蒸気を配管に流してウォーミングを行っている。この高圧蒸気は高温高圧なので、ウォーミングを行う際には、制御弁にて高圧蒸気を減圧するとともに、スプレーで水を噴霧して、高圧蒸気を減温制御していた。また、起動後は、冷却蒸気として用いられる中圧蒸気のバックアップとして常時ウォーミングを行い、必要時に供給できるように待機させていた。これによって、中圧蒸気が不足する場合においても、中圧蒸気に高圧蒸気を混合させて冷却媒体として十分な量を確保していた。

先行技術

0006

特開平5−163960号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、高圧蒸気によって配管のウォーミングを行う場合、配管に流す蒸気は少量でよいため、スプレーの使用流量範囲を逸脱してしまうことがある。そうすると、スプレーの霧化不足からドレンが発生してしまう。また、スプレーによる減温制御は温度制御性が低いことからハンチング蒸気温度の低下を引き起こすことがある。
一方、ウォーミングに使用された蒸気は高圧蒸気のリークとしてシステムの損失となるので、プラント効率が低下してしまうという問題もあった。特に、スプレーによって減温制御を行う場合、高いエネルギーを保有する高圧蒸気を冷却することになるので、エネルギー損失は大きく、可能な限りウォーミング蒸気を少なくすることが望まれていた。

0008

ここで、特許文献1には、冷却媒体として蒸気を採用し、さらに、補助蒸気系統等から蒸気を供給してウォームアップする構成は開示されているものの、ウォームアップ時に、配管を適切な温度条件に制御するための具体的な構成は何ら開示されていない。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、配管をウォーミングする場合に、プラント効率を高く維持しながら、配管温度を適正な保温温度に保つことができるコンバインドサイクル発電プラント及びその制御方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンと、少なくとも高圧ドラム及び中圧ドラムを有し、前記ガスタービンの排熱を用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記蒸気により駆動される蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクル発電プラントであって、前記高圧ドラムからの高圧蒸気の少なくとも一部を冷却蒸気として前記ガスタービンの燃焼器側に導く冷却蒸気ラインと、前記冷却蒸気ラインに設けられた制御弁と、前記制御弁をバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインに設けられ、前記冷却蒸気ラインの配管放散熱量に相当する流量の前記高圧蒸気を通過させるオリフィスと、前記バイパスラインよりも下流側の前記冷却蒸気ラインに設けられ、前記高圧蒸気に冷却水を噴霧する冷却水噴霧手段と、前記中圧ドラムからの中圧蒸気の少なくとも一部を前記冷却蒸気として用い、前記高圧蒸気によって前記冷却蒸気ラインのウォーミングを行う場合、前記制御弁を閉じるとともに、前記冷却水噴霧手段からの前記冷却水の噴霧を停止する制御手段とを備えることを特徴とする。

0010

本発明によれば、オリフィスを、冷却蒸気ラインの配管放散熱量に相当する流量の高圧蒸気が通過するように構成し、冷却蒸気ラインのウォーミングを行う場合に、制御手段によって制御弁を閉じ、冷却水噴霧手段からの冷却水の噴霧を停止するようにしたので、冷却水による減温制御をしなくても配管の保温温度を確保できる。また、これによって、ウォーミングに用いる高圧蒸気量を最小限に抑えることが可能で、且つ、冷却水の減温制御により熱量が奪われないことから、プラント効率を高く維持することができる。

0011

また、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンと、少なくとも高圧ドラムを有し、前記ガスタービンの排熱を用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記蒸気により駆動される蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクル発電プラントであって、前記高圧ドラムからの高圧蒸気の少なくとも一部を冷却蒸気として前記ガスタービンの燃焼器側に導く冷却蒸気ラインと、前記冷却蒸気ラインに設けられた制御弁と、前記制御弁をバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインに設けられたオリフィスと、前記バイパスラインよりも下流側の前記冷却蒸気ラインに設けられ、前記高圧蒸気に冷却水を噴霧する冷却水噴霧手段と、前記バイパスラインの前記オリフィスよりも下流側に設けられたバイパス流量調整弁と、前記冷却蒸気ラインの配管温度を計測する温度センサとを備え、前記制御手段は、前記温度センサの計測結果に基づいて、前記バイパス流量調整弁を制御することを特徴とする。

0012

本発明によれば、バイパスラインのオリフィスよりも下流側にバイパス流量調整弁を設け、制御手段によって、冷却蒸気ラインの配管温度に基づいてバイパス流量調整弁を制御するようにしたので、配管のウォーミング時における保温温度を一定に保つことが可能となる。さらに、バイパス流量調整弁を設けたことで、高圧蒸気の微小流量調整が可能となり、ウォーミングに用いる高圧蒸気量を最小限に抑えることが可能である。したがって、プラント効率を高く維持することができる。なお、冷却蒸気ラインのウォーミングを行う場合は、高圧蒸気に冷却水を噴霧しても噴霧しなくてもよいが、好ましくは冷却水の噴霧を停止する。これによって、より一層プラント効率を高く維持できる。

0013

この場合、前記制御手段は、前記冷却蒸気ラインの配管温度が前記高圧蒸気の飽和温度以上かつ配管設計温度以下となるように前記バイパス流量調整弁を制御することが好ましい。
このように、バイパス流量調整弁を、冷却蒸気ラインの配管温度が高圧蒸気の飽和温度以上となるように制御することで、高圧蒸気が配管内で凝縮することを抑制し、ドレンの発生を防止できる。一方、配管温度が配管設計温度以下となるように制御することで、配管が高温腐食したり損傷したりすることを防止できる。

0014

上記コンバインドサイクル発電プラントは、前記冷却蒸気ラインの前記冷却水噴霧手段よりも下流側に設けられ、前記冷却蒸気ラインに溜まったドレンを排出するドレン排出手段をさらに備え、前記冷却蒸気ラインは、前記ドレン排出手段よりも下流側において、前記高圧蒸気を一旦上方に抜き出して、前記高圧蒸気に含まれるドレンの下流側への持ち越しを防止することが好ましい。
このように、ドレン排出手段よりも下流側において、高圧蒸気を一旦上方に抜き出すことで、高圧蒸気に含まれるドレンの下流側への持ち越しを防止できる。

0015

本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御方法は、高圧ドラムからの高圧蒸気の少なくとも一部を冷却蒸気としてガスタービンの燃焼器側に導く冷却蒸気ラインと、前記冷却蒸気ラインに設けられた制御弁と、前記制御弁をバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインに設けられ、前記冷却蒸気ラインの配管放散熱量に相当する流量の前記高圧蒸気を通過させるオリフィスとを有するコンバインドサイクル発電プラントの制御方法であって、前記高圧蒸気を中圧ドラムからの中圧蒸気のバックアップとして用いる場合、前記制御弁を開けるとともに、前記バイパスラインよりも下流側の前記冷却蒸気ラインで前記高圧蒸気に前記冷却水を噴霧し、前記中圧ドラムからの中圧蒸気を前記冷却蒸気として用い、前記高圧蒸気によって前記冷却蒸気ラインのウォーミングを行う場合、前記制御弁を閉じるとともに、前記冷却水の噴霧を停止することを特徴とする。

0016

本発明によれば、オリフィスを、冷却蒸気ラインの配管放散熱量に相当する流量の高圧蒸気が通過するように構成し、冷却蒸気ラインのウォーミングを行う場合に、制御手段によって制御弁を閉じるとともに、冷却水噴霧手段からの冷却水の噴霧を停止するようにしたので、冷却水による減温制御をしなくても配管の保温温度を確保できる。また、これによって、ウォーミングに用いる高圧蒸気量を最小限に抑えることが可能で、且つ、冷却水の減温制御により熱量が奪われないことから、プラント効率を高く維持することができる。さらに、高圧蒸気を中圧蒸気のバックアップとして用いる場合には、制御弁を開けるとともに高圧蒸気に冷却水を噴霧して減温制御するようにしたので、高圧蒸気が中圧蒸気と混合されて形成される冷媒蒸気を冷却に適切な温度にすることができる。

0017

また、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの制御方法は、高圧ドラムからの高圧蒸気の少なくとも一部を冷却蒸気としてガスタービンの燃焼器側に導く冷却蒸気ラインと、前記冷却蒸気ラインに設けられた制御弁と、前記制御弁をバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインに設けられ、前記冷却蒸気ラインの配管放散熱量に相当する流量の前記高圧蒸気を通過させるオリフィスと、前記バイパスラインの前記オリフィスよりも下流側に設けられたバイパス流量調整弁とを有するコンバインドサイクル発電プラントの制御方法であって、前記高圧蒸気を中圧ドラムからの中圧蒸気のバックアップとして用いる場合、前記制御弁を開けるとともに、前記バイパスラインよりも下流側の前記冷却蒸気ラインで前記高圧蒸気に前記冷却水を噴霧し、前記中圧ドラムからの中圧蒸気の少なくとも一部を前記冷却蒸気として用い、前記高圧蒸気によって前記冷却蒸気ラインのウォーミングを行う場合、前記冷却蒸気ラインの配管温度を計測する温度センサの計測結果に基づいて、前記バイパス流量調整弁を制御することを特徴とする。

0018

本発明によれば、バイパスラインのオリフィスよりも下流側にバイパス流量調整弁を設け、制御手段によって、冷却蒸気ラインの配管温度に基づいてバイパス流量調整弁を制御するようにしたので、配管のウォーミング時における保温温度を一定に保つことが可能となる。さらに、バイパス流量調整弁を設けたことで、高圧蒸気の微小な流量調整が可能となり、ウォーミングに用いる高圧蒸気量を最小限に抑えることが可能である。したがって、プラント効率を高く維持することができる。

発明の効果

0019

本発明では、オリフィスを、冷却蒸気ラインの配管放散熱量に相当する流量の高圧蒸気が通過するように構成し、冷却蒸気ラインのウォーミングを行う場合に、制御手段によって制御弁を閉じるとともに、冷却水噴霧手段からの冷却水の噴霧を停止するようにしたので、冷却水による減温制御をしなくても配管の保温温度を確保できる。また、これによって、ウォーミングに用いる高圧蒸気量を最小限に抑えることが可能で、且つ、冷却水の減温制御により熱量が奪われないことから、プラント効率を高く維持することができる。

図面の簡単な説明

0020

本発明の第1実施形態に係る発電プラントの全体構成を示す図である。
本発明の第2実施形態に係る発電プラントの冷却系統及びその制御装置を示す図である。

実施例

0021

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

0022

[第1実施形態]
図1を参照して、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(以下、発電プラントと称する)1の構成を説明する。
図1に示すように、発電プラント1は、主に、ガスタービン2と、蒸気タービン10と、排熱回収ボイラ20と、冷却系統30とを備えている。

0023

ガスタービン2は、空気圧縮機3と、タービン4と、燃焼器5とを有している。空気圧縮機3は、空気を吸入して圧縮し、燃焼器5に供給する。燃焼器5には、燃料ガスが供給される。燃焼器5は、燃料ガスと圧縮空気とを燃焼させ、燃焼ガスを生成する。その燃焼ガスは、タービン4に供給され、タービン4を回転させる。タービン4に供給された燃焼ガスは、排ガスとして、タービン4から排熱回収ボイラ20に導かれる。排ガスは、排熱回収ボイラ20で熱交換された後、排気される。

0024

排熱回収ボイラ20内には、低圧蒸発器24、中圧蒸発器25、及び高圧蒸発器26が配置されている。さらにまた、排熱回収ボイラ20内には、不図示の低圧節炭器、中圧節炭器高圧節炭器も配置されている。低圧蒸発器24には低圧ドラム21が接続されている。中圧蒸発器25には中圧ドラム22が接続されている。高圧蒸発器26には高圧ドラム23が接続されている。

0025

蒸気タービン10は、高圧タービン11、中圧タービン12、及び低圧タービン13を備えている。高圧タービン11には、高圧ドラム23で生成された高圧蒸気が供給される。中圧タービン12には、中圧ドラム22で生成された中圧蒸気が供給される。低圧タービン13には、低圧ドラム21で生成された低圧蒸気が供給される。高圧タービン11に供給された蒸気は、高圧タービン11を回転させた後、再熱器27を通って中圧タービン12に供給される。中圧タービン12に供給された蒸気は、中圧タービン12を回転させた後、低圧タービン13に供給される。低圧タービン13に供給された低圧蒸気は、低圧タービン13を回転させた後、排出される。

0026

低圧タービン13から排出された蒸気は、復水器15に導かれ、復水される。復水器15で生成された水は、給水ポンプ16により、低圧節炭器に導入される。低圧節炭器を通過した水は、一部が低圧ドラム21に給水され、残りは、高圧給水ポンプによって、高圧節炭器を介して高圧ドラム23に給水される。また、中圧給水ポンプによって、中圧水が中圧節炭器を介して中圧ドラム22に給水される。高圧ドラム23、中圧ドラム22、及び低圧ドラム21へ供給された水は、それぞれ、高圧蒸発器26、低圧蒸発器24、及び中圧蒸発器25により蒸気に変えられ、再び蒸気タービン10に供給される。

0027

さらに本実施形態に係る発電プラント1は、冷却蒸気を供給する冷却系統30を備えている。冷却系統30は、ガスタービン2を冷却蒸気によって冷却する。
冷却系統30は、主に、冷却蒸気ライン31と、制御弁32と、スプレー33と、バイパスライン35と、オリフィス36と、ドレントラップ37と、主冷却蒸気ライン42と、制御装置45とを備える。

0028

冷却蒸気ライン31は、高圧ドラム23からの高圧蒸気を燃焼器5側に導く。冷却亜蒸気ライン31は、主冷却蒸気ライン42に並列に設けられている。主冷却蒸気ライン42は、中圧ドラム22からの中圧蒸気を燃焼器5側に導く。具体的には、冷却蒸気ライン31は、主冷却蒸気ライン42に合流する。主冷却蒸気ライン42と冷却蒸気ライン31との合流点より上流側の冷却蒸気ライン31には、逆止弁41が設けられている。逆止弁41は、主冷却蒸気ライン42を流れる中圧蒸気が冷却蒸気ライン31に流入することを防ぐ。主冷却蒸気ライン42及び冷却蒸気ライン31を流れる蒸気は、冷却蒸気としてガスタービン2の冷却に用いられる。

0029

冷却蒸気ライン31には、制御弁32が設けられている。制御弁32は、制御装置45によって開度制御され、冷却蒸気ライン31を流れる高圧蒸気の流量を調整する。冷却蒸気ライン31の制御弁32の下流側には、スプレー33が設けられている。スプレー33は、高圧蒸気に冷却水を噴霧する。制御装置45が、冷却水流量調整弁34を開度制御することによって、冷却水の噴霧量が制御される。冷却蒸気ライン31のスプレー33の下流側には、ドレントラップ37が設けられている。ドレントラップ37は、冷却蒸気ライン31の配管からドレンのみを抜き出す。冷却蒸気ライン31のドレントラップ37の下流側には、上向き配管部38が設けられている。上向き配管部38は、高圧蒸気を上方に抜き出して、高圧蒸気に含まれるドレンの下流側への持ち越しを防止する。

0030

上向き配管部38の下流側には、冷却蒸気ライン31から分岐したウォーミングライン39が設けられている。ウォーミングライン39には、開閉弁40が設けられている。冷却蒸気ライン31の配管のウォーミングの際には、開閉弁40を開いて、ウォーミングライン39に高圧蒸気を逃がす。

0031

また、冷却蒸気ライン31には、制御弁32をバイパスするバイパスライン35が接続されている。バイパスライン35には、オリフィス36が設けられている。オリフィス36は、冷却蒸気ライン31の配管放散熱量に相当する流量の高圧蒸気を通過させるように構成されている。

0032

ここで、制御装置45の構成について具体的に説明する。制御装置45は、冷却蒸気ライン31を流れる高圧蒸気の流量または温度を制御する装置である。制御装置45は、コンピュータにより実現される。すなわち、制御装置45は、コンピュータのROM(Read Only Memory)等に格納された制御プログラムがCPUにより実行されることにより、実現される。

0033

発電プラント1の通常運転時は、主冷却蒸気ライン42からガスタービン2に中圧蒸気が供給される。中圧蒸気の供給量がガスタービン2の冷却に不足する場合には、冷却蒸気ライン31を用いて、高圧蒸気を主冷却蒸気ライン42に合流させる。このとき、制御装置45は、制御弁32を開いて、高圧蒸気の中圧蒸気への混合流量を制御するとともに、冷却水流量調整弁34を開いて、スプレー33から高圧蒸気に冷却水を霧状で噴霧し、減温制御する。なお、冷却水を霧状とするのは、ドレンを発生させにくくするためである。

0034

一方、起動時には、冷却蒸気ライン31が常温またはこれに近い温度であるので、配管をウォーミングする必要がある。また、中圧蒸気の供給量がガスタービン2の冷却に足りている場合にも、待機状態の配管をウォーミングする。ウォーミングする場合、制御装置45は、制御弁32を閉じるとともに、冷却水流量調整弁34を閉じて、スプレー33からの冷却水噴霧を停止する。この制御によって、高圧蒸気は、バイパスライン35のオリフィス36を通って、冷却水噴霧されずに、冷却蒸気ライン31を流れる。ここで、冷却蒸気ライン31を流れる高圧蒸気は、弁による流量制御や冷却水噴霧による減温制御がされていない。しかし、オリフィス36が、冷却蒸気ライン31の配管放散熱量に相当する流量の高圧蒸気を通過させるように構成されているので、目標とする配管の保温温度を維持することができる。これは、オリフィス36による流量設定によって、高圧蒸気から配管への入熱量と、配管から外気への放熱量(配管放散熱量)とが平衡した状態となっているからである。ここで、オリフィス36は、初期状態で、高圧蒸気からの入熱量が、配管からの放熱量を上回っていてもよい。放熱量は、配管温度と外気温度との差によって決定するので、時間の経過とともに平衡状態となるためである。なお、上記の保温温度は、高圧蒸気の露点以上であることが好ましく、例えば、220℃〜230℃程度とする。

0035

以上説明したように、本実施形態では、オリフィス36を、冷却蒸気ライン31の配管放散熱量に相当する流量の高圧蒸気が通過するように構成し、冷却蒸気ライン31のウォーミングを行う場合に、制御装置45によって制御弁32を閉じるとともに、冷却水流量調整弁34を閉じて、スプレー33からの冷却水の噴霧を停止するようにしたので、冷却水による減温制御をしなくても配管の保温温度を確保できる。また、これによって、ウォーミングに用いる高圧蒸気量を最小限に抑えることが可能で、且つ、冷却水の減温制御により熱量が奪われないことから、プラント効率を高く維持することができる。

0036

例えば、本実施形態より径が大きいオリフィスを用い、スプレー減温制御を行う従来構成の場合、ウォーミング時の高圧蒸気流量は概算で1.6t/hとなる。このとき、スプレーから噴霧する冷却水流量は0.4t/hとしている。これに対して、本実施形態の構成を採用した場合、ウォーミング時の高圧蒸気流量は概算で0.1t/hとなり、従来構成の1/16とすることができる。このように、高圧蒸気流量を大幅に低減することができるので、プラント効率を高く維持することができる。

0037

[第2実施形態]
次に第2実施形態に係る発電プラントについて説明する。なお、本第2実施形態では、第1実施形態と共通する部材には同一の符号を付してその説明を省略し、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。

0038

図2は、本発明の第2実施形態に係る発電プラントの冷却系統及びその制御装置を示す図である。同図において、バイパスライン35にはオリフィス51と、その下流側に、バイパス流量調整弁52とが設けられている。オリフィス51は、第1実施形態とは異なり、従来と同一の構成であってもよい。バイパス流量調整弁52は、制御装置55によって開度制御され、バイパスライン35を流れる高圧蒸気の流量を調整する。また、冷却蒸気ライン31には、高圧蒸気の温度を計測する温度センサ53が設けられている。

0039

制御装置55は、冷却蒸気ライン31を流れる高圧蒸気の流量または温度を制御する装置である。具体的には、制御装置55は、温度センサ53の計測結果に基づいて、バイパス流量調整弁52を制御する。このとき、制御装置55は、冷却蒸気ライン31の配管温度が高圧蒸気の飽和温度以上かつ配管設計温度以下となるように、バイパス流量調整弁52を制御することが好ましい。これにより、高圧蒸気が配管内で凝縮することを抑制し、ドレンの発生を防止できる。一方、配管温度が配管設計温度以下となるように制御することで、配管が高温腐食したり損傷したりすることを防止できる。

0040

以上説明したように、本実施形態では、バイパスライン31のオリフィス51よりも下流側にバイパス流量調整弁52を設け、制御装置55によって、冷却蒸気ライン31の配管温度に基づいてバイパス流量調整弁52を制御するようにしたので、配管のウォーミング時における保温温度を一定に保つことが可能となる。さらに、バイパス流量調整弁52を設けたことで、高圧蒸気の微小な流量調整が可能となり、ウォーミングに用いる高圧蒸気量を最小限に抑えることが可能である。したがって、プラント効率を高く維持することができる。なお、本実施形態においては、冷却蒸気ライン31のウォーミングを行う場合は、高圧蒸気に冷却水を噴霧しても噴霧しなくてもよいが、好ましくは冷却水の噴霧を停止する。これによって、より一層プラント効率を高く維持できる。

0041

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、上述の第1実施形態及び第2実施形態を適宜組み合わせてもよいし、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

0042

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空気圧縮機
4タービン
5燃焼器
8発電機
10蒸気タービン
11高圧タービン
12中圧タービン
13低圧タービン
20排熱回収ボイラ
21低圧ドラム
22中圧ドラム
23高圧ドラム
24低圧蒸発器
25 中圧蒸発器
26高圧蒸発器
27再熱器
31冷却蒸気ライン
32制御弁
33スプレー
35バイパスライン
36、51オリフィス
37ドレントラップ
41逆止弁
42 主冷却蒸気ライン
45、55制御装置
52バイパス流量調整弁
53 温度センサ

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