JP2019124127A - ガスタービンコジェネレーションシステム及びその運転切換方法 - Google Patents
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Abstract
Description
−ガスタービンコジェネレーションシステム−
図1は本発明の第1実施形態に係るガスタービンコジェネレーションシステムの要部を抜き出して表した模式図である。以降、ガスタービンコジェネレーションシステムをGTCSと適宜略称する。同図に示したGTCSは、GT(ガスタービン)10、ガスタービン発電機20、バイパススタック30、バイパスダンパ40、HRSG(排熱回収ボイラ)50及び制御装置60を備えている。
助燃バーナ燃料系統53は、燃料管P1、通気管P2、ベント管P3、主遮断弁V1、燃料遮断弁V2、通気遮断弁V3、ベント遮断弁V4、燃料流量調整弁V5、通気流量調整弁V6等を備えている。
図3は制御装置の概念図である。図3に制御装置60は例えばGTCSのコントロールルームに設置されたコンピュータであり、GT10、HRSG50及びバイパスダンパ40を制御する機能を備えている。この制御装置60は、CPU61、HDD62、RAM63、ROM(例えばEPROM)64、I/Oポート65を備えている。
図4は運転プログラムに従って制御装置により実行されるGTCSの運転切換手順の要部を表すフローチャートである。運転プログラムには、プラントの起動手順(S11)、運転モードの判定手順(S12)、バイパススタック運転の実行手順(S13)、HRSG運転の実行手順(S15)、運転停止の判定手順(S14,S16)、運転停止手順(S17)が含まれる。制御装置60は同図の手順を例えば所定時間(例えば1s)のサイクルで繰り返し実行する。
入力装置66からGTCSの起動の指示が入力されると、制御装置60は運転プログラムをRAM63にロードして図4の手順を開始する。制御装置60はまず、GTCSを起動させるに当たり、GT10の点火前にバイパスダンパ40を切り換えて順次パージをし、HRSG50のボイラ本体51の排気系統及びバイパススタック30のパージを実施する(S11)。パージの完了後、入力装置66から入力された信号により、指示された運転モードを判定する(S12)。ここでは、バイパススタック運転(GT単独運転)とHRSG運転(コンバインド運転)の2種類の運転モードが用意され、制御装置60は指示された運転モードかこれらのうちいずれであるのかを判定するものとする。
手順S12−S14はバイパススタック運転の実行手順である。運転モードがバイパススタック運転であれば、運転停止か運転モードの切り換えが指示されるまでの間、制御装置60はS12−S14の手順を繰り返し実行する。この間、制御装置60は、バイパスダンパ40に指令してHRSG50の入口を塞ぐと同時にバイパススタック30を開放した上、主遮断弁V1及び燃料遮断弁V2を閉止し、通気遮断弁V3及びベント遮断弁V4を開放する。各遮断弁の開閉のタイミングは、燃料遮断弁V2の閉弁、通気遮断弁V3の開弁、主遮断弁V1の閉弁、ベント遮断弁V4の開弁の順とすることが好ましい。ベント管P3の分岐位置から助燃バーナ52までの燃料管P1に燃料ガスFが滞留していたとしても、これを効果的に排出できるからである。また燃料流量調整弁V5の開度は任意で良いが、例えば最小開度を指令することとする。通気流量調整弁V6の開度は、例えば最大開度を指令することとする。また起動時であれば、制御装置60はGT10の起動プログラムに従ってGT10を起動し、燃焼器12に点火する。バイパススタック運転中、各遮断弁の開閉状態は上記の通り維持され、燃料管P1の主遮断弁V1と燃料遮断弁V2の間の領域には常時通気管P2からガスAが供給され、これがベント管P3を介して大気に放出される。なお、図1はバイパススタック運転中の遮断弁の開閉状態を表している。白抜きの遮断弁は開放状態であり、黒く塗り潰した遮断弁は閉止状態である。
手順S12,S15,S16はHRSG運転の実行手順である。運転モードがHRSG運転であれば、運転停止か運転モードの切り換えが指示されるまでの間、制御装置60はS12,S15,S16の手順を繰り返し実行する。この間、制御装置60は、バイパスダンパ40に指令してバイパススタック30を塞ぐと同時にHRSG50の入口を開放した上、主遮断弁V1及び燃料遮断弁V2を開放し、通気遮断弁V3及びベント遮断弁V4を閉止する。通気流量調整弁V6の開度は任意で良いが、例えば最小開度を指令することとする。燃料流量調整弁V5の開度は、GTCSの制御プログラムに従って適宜制御する。また起動時であれば、制御装置60はGT10の起動プログラムに従ってGT10を起動し、燃焼器12に点火する。HRSG運転中の遮断弁の開閉状態を図2に表す。図1と同様、白抜きの遮断弁は開放状態であり、黒く塗り潰した遮断弁は閉止状態である。
運転中、制御装置60は入力装置66からの運転停止の指示の有無を判定する(S14,S16)。制御装置60は、運転停止の指示がなければ手順S12に戻り、運転停止の指示があれば手順S17に移行する。手順S17に移行したら、制御装置60はGT50の燃料供給を停止し、HRSG50の主遮断弁V1、燃料遮断弁V2、通気遮断弁V3を閉止する。
図8は比較例1に係るGTCSの要部を抜き出して表した模式図である。同図ではバイパススタック運転時の状態を表している。バルブの開閉状態の表現は既出図面と同様である。同図に示したGTCSのHRSGの助燃バーナの燃料系統には、通気管やベント管は設けられていない。このようなGTCSでバイパススタック運転からHRSG運転に運転モードを切り換える際、通常はGTを消火した上でHRSGの排気系統のパージを行う(コールドパージ)。しかしGTの消火を伴うコールドパージは、GTCSの運用効率を低下させる。そこで、GTを消火させることなく行うHRSGの排気系統のパージ(ホットパージ)が提唱されている。ホットパージは、HRSGの燃料ガスの最低発火温度T0よりも100°F(56℃)だけ低い温度T(=T0−100°F=T0−56℃)以下までGTの排ガス温度を下げることを条件として実行される。この方法によれば、バイパススタック運転中に、図8にハッチングで表したようにHRSGの排気系統に若干の燃料ガスの滞留が生じたとしても、HRSG運転への移行時に低温の排ガスでHRSGの排気系統に滞留した燃料ガスをパージできるとされる。GTを点火状態のままバイパススタック運転からHRSG運転に移行するため、GTCSの運用効率の向上が期待できる。
それに対し、本実施形態によれば、遮断弁の数が少なく系統構成がシンプルである。また、パイパススタック運転中は通気管P2及びベント管P3を介して燃料管P1に常時通気されている。このことから、仮に燃料遮断弁V2に燃料ガスFのリークが発生しても、リークした燃料ガスFは通気管P2から供給されたガスAと共に直ちにベント管P3を通って大気中に排出され、「本質安全」が担保される。これによりバイパススタック運転からHRSG運転に移行する際に、HRSG50の排気系統をパージする必要がない。従って、GT10の運転状態を変えることなく、単にバイパスダンパ40を操作してバイパススタック30を閉めてHRSG50の入口を開放し、必要に応じて助燃バーナ52の燃料供給を開始すれば良く、GTCSの運用効率の飛躍的向上の効果が期待できる。GT10の燃料の組成変化や排気温度制御の不調による排ガス温度の突発的な変動の影響を受けることもない。よって、バイパススタック運転からHRSG運転に切り換える際のGTCSの運用効率の低下を抑制できる。
図5は本発明の第2実施形態に係るガスタービンコジェネレーションシステムの要部を抜き出して表した模式図である。図5にはバイパススタック運転時の状態を表している。同図において第1実施形態と同一又は対応する要素には第1実施形態の図面と同符号が付してある。バルブの開閉状態の表現も既出図面と同様である。本実施形態が第1実施形態と相違する点は、HRSG50の燃料ガスFのモニタ機能を付加した点である。
図7は本発明の第3実施形態に係るGTCSの制御装置による運転切換手順の要部を表すフローチャートである。本実施形態のハード構成は第2実施形態と同様である。但し、ガス検知器54は燃料ガスFの各成分の濃度を計測できるものを用いる。メモリには、助燃バーナ燃料系統53の燃料ガスFの各成分について予め設定された閾値が記憶されている。燃料ガスFの成分は最低発火温度が各々異なり、発火する最低濃度も成分により異なる。各成分について設定された閾値とは、燃料ガスFの対応する成分が発火し得る最低濃度の値よりも設定マージンだけ低く定めた設定値である。各々の成分の濃度FAについて閾値FA0が設定してある。
Claims (5)
- ガスタービンと、排熱回収ボイラと、ガスタービン排ガス経路の前記排熱回収ボイラの上流側に設けたバイパススタックと、前記バイパススタックを開閉するバイパスダンパと、前記ガスタービン、前記排熱回収ボイラ及び前記バイパスダンパを制御する制御装置とを備え、
前記排熱回収ボイラが、
助燃バーナと、
前記助燃バーナの燃料管に設けた主遮断弁と、
前記助燃バーナの燃料管の前記主遮断弁よりも上流側に設けた燃料遮断弁と、
前記主遮断弁よりも上流側で前記燃料遮断弁よりも下流側の位置で前記燃料管に合流する通気管と、
前記通気管に設けた通気遮断弁と、
前記主遮断弁よりも上流側で前記燃料遮断弁よりも下流側の位置で前記燃料管から分岐するベント管と、
前記ベント管に設けたベント遮断弁とを備えており、
前記制御装置が、
バイパススタック運転時、前記排熱回収ボイラの入口を閉じて前記バイパススタックを開放し、前記主遮断弁及び前記燃料遮断弁を閉じると共に、前記通気遮断弁及び前記ベント遮断弁を常時開放しておき、
排熱回収ボイラ運転への切り換え時、前記ガスタービンを消火することなく前記排熱回収ボイラの入口を開けて前記バイパススタックを閉じ、前記主遮断弁及び前記燃料遮断弁を開けると共に、前記通気遮断弁及び前記ベント遮断弁を閉じるように構成されているガスタービンコジェネレーションシステム。 - 前記ベント管及び前記通気管が各1本のみ備わっている請求項1のガスタービンコジェネレーションシステム。
- 前記排熱回収ボイラに設けられて前記制御装置に検出信号を出力するガス検知器と、
前記制御装置からの出力信号を基に前記ガス検知器の検知結果を出力する出力装置とを備えた請求項1のガスタービンコジェネレーションシステム。 - 前記排熱回収ボイラに設けられて前記制御装置に検出信号を出力するガス検知器と、
前記通気管に設けた通気流量調整弁とを備え、
前記制御装置が、前記バイパススタック運転時、前記ガス検知器の検出信号を基に、濃度が設定値以上の燃料ガスの成分があれば前記通気流量調整弁の開度を上げ、なければ前記通気流量調整弁の開度を下げるように構成されている請求項1のガスタービンコジェネレーションシステム。 - ガスタービンと、排熱回収ボイラと、ガスタービン排ガス経路の前記排熱回収ボイラの上流側に設けたバイパススタックと、前記バイパススタックを開閉するバイパスダンパとを備え、前記排熱回収ボイラが、助燃バーナと、前記助燃バーナの燃料管に設けた主遮断弁と、前記助燃バーナの燃料管の前記主遮断弁よりも上流側に設けた燃料遮断弁とを備えたガスタービンコジェネレーションシステムの運転切換方法において、
バイパススタック運転時、前記主遮断弁及び前記燃料遮断弁を閉じると共に、前記主遮断弁及び前記燃料遮断弁の間を空気又は不活性ガスにより常時パージしておき、
排熱回収ボイラ運転への切り換え時、前記ガスタービンを消火することなく前記排熱回収ボイラの入口を開けて前記バイパススタックを閉じ、前記主遮断弁及び前記燃料遮断弁を開放するガスタービンコジェネレーションシステムの運転切換方法。
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