JP3660727B2 - 一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は火力発電プラントなどに適用され、軸または発電所単独運転へ移行時の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一軸型コンバインドサイクル発電設備において、発電所外の電力系統事故などに起因して負荷遮断などの発生によって軸または発電所単独運転へ移行時には、蒸気タービンの最終段翼部での発熱や温度上昇を防止したり、蒸気タービンのグランドシールなどのために蒸気を必要とする。この蒸気は、起動中や通常の運転中に、系列補助蒸気母管から軸補助蒸気母管へ補助蒸気を供給するのが一般的であり、運転中の他の軸から補助蒸気を供給するようにしている。
【０００３】
ここで、一軸型コンバインドサイクル発電設備では、ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機の回転軸を複数設置することにより１つの系列が構成され、この系列を複数設置することにより発電所が構成されている。
【０００４】
軸または発電所単独運転に移行したプラントの運転状態では、上記補助蒸気を供給可能な出力を維持できるような運転状態にはない。つまり、軸または発電所単独運転状態であることから、軸または発電所全体（運転全軸）の必要出力は、所内動力のみとなるのが一般的であり、発電所出力の１〜１．５％程度である。この運転状態では、高圧タービンから蒸気タービンに通気した通常の運転状態を維持することができない。このため、他軸への補助蒸気の供給は不可能である。したがって、蒸気タービンの最終段翼部での発熱・温度上昇を防止するための冷却蒸気と、蒸気タービンのグランドシール蒸気は、自軸の排熱回収ボイラの発生蒸気を使用しなければならない。
【０００５】
ところで、最近のガスタービンは、入口ガス温度の高温化を含む大容量化の傾向にあり、これに伴い排熱回収ボイラおよび蒸気タービンも大容量化し、この結果、一軸型コンバインドサイクル発電設備の軸出力も大容量化している。そして、蒸気タービンの大容量化に伴って軸径が増大するとともに、最終段翼長が長大化するため、冷却蒸気量やグランドシール蒸気量も増加する傾向にある。
【０００６】
しかし、軸または発電所の単独運転状態では、前述した通り無負荷定格回転数（ＦＳＮＬ）または初負荷を出力とする程度である。この運転状態における各ドラムでの蒸発量は、軸または発電所の単独運転に移行する直前の運転状態における各ドラム圧力の設定値（各圧力のバイパス弁の制御設定圧力）に応じて定まる値になるのが一般的である。
【０００７】
この運転状態では、高圧蒸気タービンに蒸気が通気されておらず、発生蒸気が高圧バイパス弁を介して復水器に排出されている。中圧ドラムの発生蒸気についても、蒸気タービンのグランドシール蒸気として使用するだけの運転状態を考慮すると、高圧蒸気と同様に中圧バイパス弁を介して復水器に排出する運転状態が継続される。この運転状態では、低圧ドラムの蒸気発生量のみであり、蒸気タービン冷却蒸気量が確保できなくなる可能性がある。特に、最終段翼が長大化して冷却蒸気量が増加した場合、冷却蒸気の不足を招く可能性が生じる。
【０００８】
一般的な排熱回収ボイラの特性からすると、高圧バイパス弁の設定圧力が低い場合には、高圧蒸発器の出口ガス温度が低くなり、中圧・低圧ドラムの発生蒸気量が少なくなる傾向にあり、逆に高圧バイパス弁の設定圧力を高くすると、中圧・低圧ドラムの発生蒸気量が多くなる傾向にある。
【０００９】
つまり、高負荷で運転中に軸または発電所の単独運転に移行した場合と、負荷の低い状態から同様の運転状態に移行した場合とでは、自軸からの補助蒸気量を確保する方法、または蒸気タービンの運転を維持するために確保すべき冷却蒸気の確保方法が互いに異なる。
【００１０】
図８は従来の一軸型コンバインドサイクル発電設備を示す系統図である。図８に示すように、一軸型コンバインドサイクル発電設備は、ガスタービン１、蒸気タービン２および発電機３の軸が一軸に結合されている。なお、この軸に起動装置（図示せず）が結合されている場合もある。
【００１１】
大気を図示しない吸気フィルターを介し、ガスタービン１を構成する空気圧縮機の入口に設置された入口案内翼で空気吸込流量を調節して吸入し圧縮した後、ガスタービン１を構成する燃焼器で燃料と混合燃焼して高温・高圧ガスとし、同様にガスタービン１を構成するタービンで動力を発生させた後、ガスタービン１の排気ガスが排熱回収ボイラ４に導入されて熱回収を行った後、図示しない煙突を経て大気に放出される。
【００１２】
一方、排熱回収ボイラ４内において、高圧節炭器（図示せず）で予熱された後、高圧ドラム５に供給され、高圧蒸発器（図示せず）でガスタービン１の排気ガスと熱交換し、高圧ドラム５で気水分離された蒸気は、高圧過熱器６で過熱されて過熱蒸気となって高圧主蒸気管７および高圧蒸気加減弁８を経て蒸気タービン２の高圧部に導入されて動力を発生させる。
【００１３】
蒸気タービン２の高圧部排気は、低温再熱蒸気管９を介して排熱回収ボイラ４の再熱器１０でガスタービン排気と熱交換して再熱され、高温再熱蒸気管１１および中圧蒸気加減弁１２を経て蒸気タービン２の中圧部に導入して動力を発生させる。
【００１４】
そして、中圧節炭器（図示せず）で予熱された後、中圧ドラム１３に供給され、中圧蒸発器（図示せず）で高圧蒸発器（図示せず）で熱交換したガスタービン１の排気ガスとさらに熱交換され、中圧ドラム１３で気水分離された発生蒸気は、中圧過熱器１４で過熱され、過熱蒸気となって中圧主蒸気管１５および中圧蒸気流量調節弁１６を経て高圧タービン排気と混合して再熱器１０に導入する場合もある。
【００１５】
蒸気タービン２の中圧部の排気は、蒸気タービン２の低圧部に導入されて動力を発生させるものの、さらに低圧節炭器（図示せず）で予熱され、低圧ドラム１６に供給され、低圧蒸発器（図示せず）で高圧過熱器６，中圧過熱器１４，再熱器１０，蒸発器および節炭器で熱交換したガスタービン１の排気ガスと熱交換し、蒸気タービン２の中圧部出口出力より高い圧力の蒸気を低圧ドラム１７で発生させる。
【００１６】
この低圧ドラム１７で気水分離された蒸気は、低圧過熱器１８で過熱され過熱蒸気となり、低圧主蒸気管１９および低圧蒸気加減弁２０を経て蒸気タービン２の低圧部に導入され、蒸気タービン２の中圧部排気と混合して低圧部で動力を発生させる。そして、ガスタービン１および蒸気タービン２で発生した動力は、発電機３で電気エネルギーに変換される。
【００１７】
現状のコンバインドサイクルにおいては、高圧主蒸気および再熱蒸気が一定の温度以上に蒸気温度が上昇しないように、高圧過熱器６と再熱器１０とを分割し、蒸気減温器（図示せず）を設置し、水をスプレーすることによって蒸気温度制御を行うように構成されている。
【００１８】
また、現状のコンバインドサイクルにおいては、起動時に必要な蒸気タービン２の冷却蒸気やグランドシール蒸気の供給源として、軸補助蒸気母管２１およびこの軸補助蒸気母管２１に圧力調整弁を介して補助蒸気を供給するには、系列補助蒸気母管２２および各軸の蒸気タービン２の高圧排気管から分岐して系列補助蒸気母管２２に補助蒸気を供給する補助蒸気供給管からなる補助蒸気系統を設けているのが一般的である。
【００１９】
起動時に蒸気タービン２へ冷却蒸気を供給するには、軸補助蒸気母管２１に接続した起動時クーリング蒸気供給管２３および起動時クーリング蒸気流量調節弁２４を経て蒸気タービン２の中圧排気部に供給するように構成されている。
【００２０】
図８に示す設備では、発電所外の電力系統事故などに起因して負荷遮断などの発生によって軸または発電所単独運転に移行した場合、蒸気タービン２の高圧部への蒸気供給が停止するため、系列補助蒸気母管２２への補助蒸気の供給が不可能となる。当然、多軸からの系列補助蒸気母管２２への補助蒸気の供給も停止される。
【００２１】
したがって、軸補助蒸気母管２１への補助蒸気供給も不可能であるとともに、起動時クーリング蒸気供給管２３を通しての冷却蒸気の確保は不可能であり、低圧主蒸気による冷却蒸気の供給以外に蒸気タービン２を保護した運転は不可能である。そのため、軸または発電所単独運転移行時の運転状態によっては、冷却蒸気の確保が困難になる状態も発生する。
【００２２】
なお、軸または発電所が系統との接続を遮断され、単独運転に移行すると、通常運転中に発生し蒸気タービン２に流入していた高圧，中圧，低圧の各蒸気は、蒸気タービン２の各圧力の蒸気入口に設けられた蒸気加減弁８，１２により、高圧，中圧は遮断される一方、低圧は圧力制御などの手段により制限される。
【００２３】
そのため、発生した各圧力の蒸気は、それぞれのドラムまたは主蒸気管路の蒸気圧力の制御設定圧力に応じて高圧バイパス弁２５、中圧バイパス弁２６および低圧バイパス弁２７を経て余剰蒸気として復水器へ排出される。この各バイパス弁２５，２６，２７の制御設定圧力は、通常運転時の各系統の圧力に応じて設定されている。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した一軸型コンバインドサイクル発電設備では、軸の回転数や出力制御の基本がガスタービン１の燃料流量制御が主体であり、蒸気タービン２に通気できない運転状態であっても、軸の回転数は定格回転数を維持している場合がある。これは、例えば第１に起動時の排熱回収ボイラ４の暖気運転中、第２に併入・初負荷運転で蒸気タービン２の通気条件成立までの運転中、および第３に負荷遮断などによる軸または発電所単独運転移行後、再併入負荷上昇までの運転中である。
【００２５】
また、一軸型コンバインドサイクル発電設備は、蒸気タービン２と発電機３を単に結合した従来の発電設備と異なり、ガスタービン１の排熱が得られない限り、自軸の排熱回収ボイラ４からの発生蒸気が得られないので、起動時には運転中の他軸または補助ボイラからの補助蒸気が必要である。
【００２６】
しかし、軸または発電所単独運転時には、他軸も同様の運転状態にあり、補助蒸気の供給能力はない。補助ボイラを備えた発電所では、補助ボイラを常時運転して蒸気のバックアップに備えたり、軸または発電所単独運転移行信号を送出することにより補助ボイラの起動を行うなどの方法が考えられるが、発生時期の予測が不可能な軸または発電所単独運転に対応して補助ボイラを常時運転していたのでは不経済であり、また単独運転移行信号の発生と同時に補助ボイラを起動したのでは、蒸気タービンの保護および安定した運転を維持ができない問題点がある。
【００２７】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、負荷遮断などによる軸または発電所単独運転移行後、再併入負荷上昇までの運転中において、蒸気タービンの冷却蒸気およびグランドシール蒸気を確保し、蒸気タービンの保護および安定運転を維持した一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１は、ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機の回転軸を一体に結合し、ガスタービンの排気エネルギーを排熱回収ボイラで蒸気に変換し、この蒸気を蒸気タービンに導入して電力として回収する一軸型コンバインドサイクルプラントが、発電所外の電力系統事故などに起因する負荷遮断により軸単独または発電所単独運転に移行する一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法であって、前記排熱回収ボイラは、高圧ドラムおよび高圧過熱器，中圧ドラムおよび中圧過熱器，低圧ドラムおよび低圧過熱器を備えた３圧式排熱回収ボイラに構成し、前記中圧過熱器の出口を分岐し、この分岐した部分に軸補助蒸気母管へ補助蒸気を供給する補助蒸気供給管を接続してグランドシール蒸気および蒸気タービン冷却蒸気の一部を確保する系統を構成し、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて前記蒸気タービンの冷却蒸気を確保することを特徴とする。
【００２９】
請求項２は、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、前記補助蒸気供給管に補助蒸気圧力調節弁を介し、軸または発電所単独運転への移行信号に基づいて前記補助蒸気圧力調節弁の圧力設定値を切り替えたり、前記補助蒸気供給管に設けた止め弁を開操作して軸補助蒸気母管へ蒸気を供給することを特徴とする。
【００３０】
請求項３は、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、独立した２系統を使用して蒸気タービン冷却蒸気を供給する場合、低圧主蒸気系統からの冷却蒸気の供給は、通常運転中と同様に主蒸気圧力制御を用い、予め設定された冷却蒸気量との不足分を軸補助蒸気系から供給するように補助蒸気系からの供給蒸気流量を制御することを特徴とする。
【００３１】
請求項４は、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、蒸気タービン冷却蒸気を低圧主蒸気管と起動時クーリング蒸気供給管を介して供給する場合、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて低圧ドラムの発生蒸気量を増加させるように蒸気圧力を制御することを特徴とする。
【００３２】
請求項５は、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、蒸気タービン冷却蒸気を低圧主蒸気管と起動時クーリング蒸気供給管を介して供給する場合、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、低圧主蒸気流量と軸補助蒸気系からの供給蒸気流量の和に基づいて前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を上昇させ、低圧ドラム発生蒸気量を増加させることを特徴とする。
【００３３】
請求項６は、ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機の回転軸を一体に結合し、ガスタービンの排気エネルギーを排熱回収ボイラで蒸気に変換し、この蒸気を蒸気タービンに導入して電力として回収する一軸型コンバインドサイクルプラントが、発電所外の電力系統事故などに起因する負荷遮断により軸単独または発電所単独運転に移行する一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法であって、前記排熱回収ボイラは、高圧ドラムおよび高圧過熱器，中圧ドラムおよび中圧過熱器，低圧ドラムおよび低圧過熱器を備えた３圧式排熱回収ボイラに構成し、前記中圧過熱器出口で分岐してグランド蒸気供給管に蒸気タービンのグランド蒸気として蒸気を供給する蒸気管を設け、この蒸気管を軸補助蒸気母管からのグランド蒸気供給管と独立して設け、両者をグランド蒸気の二重バックアップラインとし、蒸気タービンの冷却蒸気を低圧主蒸気管のみから供給することを特徴とする。
【００３４】
請求項７は、請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて前記蒸気タービンの冷却蒸気を確保することを特徴とする。
【００３５】
請求項８は、請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を予め定めた設定値に所定の上昇率で上昇させ、低圧ドラムの発生蒸気量を増加させることを特徴とする。
【００３６】
請求項９は、請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を低圧蒸気流量と蒸気タービン冷却蒸気流量の設定値との偏差に応じて高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を上昇させ、低圧ドラム発生蒸気量を増加させることを特徴とする。
【００３７】
請求項１０は、ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機の回転軸を一体に結合し、ガスタービンの排気エネルギーを排熱回収ボイラで蒸気に変換し、この蒸気を蒸気タービンに導入して電力として回収する一軸型コンバインドサイクルプラントが、発電所外の電力系統事故などに起因する負荷遮断により軸単独または発電所単独運転に移行する一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法であって、前記排熱回収ボイラは、高圧ドラムおよび高圧過熱器，低圧ドラムおよび低圧過熱器を備えた２圧式排熱回収ボイラに構成し、前記低圧過熱器出口で分岐し、蒸気タービンのグランド蒸気としてグランド蒸気供給管に蒸気を供給する蒸気管を、軸補助蒸気母管からのグランド蒸気供給管と独立して設け、両者をグランド蒸気の二重バックアップラインとするとともに、蒸気タービンの冷却蒸気を低圧主蒸気管のみから供給すること特徴とする。
【００３８】
請求項１１は、請求項１０記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、前記高圧ドラム圧力、前記高圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて前記蒸気タービンの冷却蒸気を確保することを特徴とする。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４０】
図１は本発明の第１実施形態を適用したコンバインドサイクル発電設備を示す系統図である。なお、従来の構成と同一または対応する部分には図８と同一の符号を用いて説明する。また、この第１実施形態では全体構成が図８と同様であるのでその説明を省略する。
【００４１】
図１に示すコンバインドサイクル発電設備は、ガスタービン１，蒸気タービン２および発電機３の回転軸が一体に結合され、ガスタービン１の排気エネルギーを３圧式の排熱回収ボイラ４で蒸気に変換し、この蒸気を蒸気タービン２に導入して電力として回収している。そして、３圧式の排熱回収ボイラ４には、それぞれ高圧ドラム５，中圧ドラム１３および低圧ドラム１７の発生蒸気を過熱蒸気にする高圧過熱器６，中圧過熱器１４および低圧過熱器１８が設置されている。
【００４２】
また、本実施形態では、発電所外の電力事故などに起因して軸または発電所単独運転に移行する場合を考慮して中圧過熱器１４の出口に接続された中圧主蒸気管１５を中圧蒸気流量調節弁１６の上流側で分岐し、この分岐した部分と軸補助蒸気母管２１を自軸の中圧蒸気を供給するための中圧補助蒸気供給管３１で接続するとともに、この中圧補助蒸気供給管３１には中圧補助蒸気圧力調節弁３２が介装されている。
【００４３】
これにより、蒸気タービン２のグランドシール蒸気、起動時クーリング蒸気供給管２３および起動時クーリング蒸気流量調節弁２４を使用して蒸気タービン２の冷却蒸気必要量と、低圧ドラム１７からの低圧主蒸気から供給される冷却蒸気量との差、すなわち冷却蒸気量の不足分を供給できるようにしている。ここで、低圧ドラム１７からの低圧主蒸気から供給される冷却蒸気量は、低圧蒸気流量計３５により計測されるとともに、その圧力が図３に示す低圧主蒸気圧力計３０により計測される。
【００４４】
したがって、本実施形態において軸または発電所単独運転時には、自軸の蒸気を中圧補助蒸気供給管３１および中圧補助蒸気圧力調節弁３２を経て軸補助蒸気母管２１に供給し、起動時に使用するために設けられた起動時クーリング蒸気供給管２３と起動時クーリング蒸気圧力調節弁２４を通して冷却蒸気を蒸気タービン２に供給している。
【００４５】
これと同時に、本実施形態では、高圧ドラム５の圧力および中圧ドラム１３の圧力、高圧過熱器６および中圧過熱器１８出口蒸気圧力の制御設定圧力をそれぞれ所定の圧力に上昇させ、蒸気タービン２の冷却蒸気を確保している。
【００４６】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４７】
一軸型コンバインドサイクルプラントの起動時には、蒸気タービン２の排気圧力を低くしておく必要がある。すなわち、この排気圧力を大気圧力以下の値として蒸気タービン２のグランドを蒸気でシールすることにより、蒸気タービン２内への空気の漏入を防ぐようにしている。
【００４８】
また、グランドシール用蒸気は、従来のプラントと全く同様に、負荷上昇し自軸からの漏洩蒸気で各グランドを確実にシールできる状態に到達するまで、補助蒸気を供給することにより得ている。
【００４９】
一方、一軸型コンバインドサイクルプラントは、軸回転数を定格回転数まで上昇させた後、排熱回収ボイラ４の暖機運転を行う場合が多いため、蒸気タービン２の最終段翼を冷却する必要がある。この冷却蒸気についても補助蒸気を使用することになる。このように補助蒸気を使用することは、従来から用いられている技術である。
【００５０】
ここで、一軸型コンバインドサイクルの軸または発電所単独運転時には、自軸の発生蒸気を活用しなければ通気ができないので、定格回転数で連続運転を維持することができない。これは、蒸気タービン２の最終段翼のウィンデージ損失による温度上昇があるためである。このウィンデージ損失は最終段翼長が長くなるほど大きくなる。したがって、長翼を使用すればするほど冷却蒸気量の必要量は多くなる。現在では一軸型コンバインドサイクルプラントの大容量化および軸の全長を短くする傾向にあるため、蒸気タービン２の最終段翼は長翼化の傾向にある。
【００５１】
上記のような起動時と同様の処置は、軸または発電所単独運転に移行して再併入・負荷上昇を開始するまでの間は必要であるが、この場合は蒸気タービン２への蒸気の供給が遮断されているため、系列補助蒸気母管２２への補助蒸気の供給は不可能である。この運転状態では他軸も同様の状態にあるため、他軸への補助蒸気の供給も不可能である。そのため、蒸気タービン２の安全運転および保護に必要な蒸気は、自軸で賄わなければならないことになる。
【００５２】
軸または発電所単独運転に移行して再併入・負荷上昇を開始するまでの間は、軸の回転数が定格回転数で無負荷または定格出力の１〜１．５％程度であり、ガスタービン１の排気ガスの有するエネルギー量も少ない。
【００５３】
しかし、本実施形態では、図１に示すように中圧過熱器１４出口であって中圧蒸気流量調節弁１６の上流側の中圧主蒸気管１５を分岐して、この分岐した部分に中圧補助蒸気供給管３１を接続し、この中圧補助蒸気供給管３１を中圧補助蒸気圧力調節弁３２を介して軸補助蒸気母管２１と接続し、中圧ドラム１３の発生蒸気を自軸補助蒸気として軸補助蒸気母管２１に供給するため、軸補助蒸気母管２１への補助蒸気の供給が可能になる。
【００５４】
これにより、グランドシール蒸気が確保されるとともに、クーリング（冷却）蒸気を起動時クーリング蒸気供給管２３および起動時クーリング蒸気圧力調節弁２４を通して蒸気タービン２へ供給することが可能になる。また、低圧主蒸気を使用したクーリング（冷却）蒸気のみでは必要量が賄えないような運転状態になった場合でも、上記の補助蒸気を併用することにより、蒸気タービン２を保護した安全運転を維持することができる。
【００５５】
なお、図１に示す実施形態では、中圧補助蒸気供給管３１を新たに設け、これに中圧補助蒸気圧力調節弁３２を介装したが、この他に止め弁や逆止弁を配置している場合もある。
【００５６】
一般的には、中圧補助蒸気圧力調節弁３２の制御圧力設定値を、系列補助蒸気母管２２から軸補助蒸気母管２１への補助蒸気供給管に設置された補助蒸気圧力調節弁３４の制御圧力設定値より低い圧力に設定し、軸補助蒸気母管２１の蒸気圧力が中圧補助蒸気圧力調節弁３２の制御圧力設定値を下回ることにより、自軸の中圧主蒸気を軸補助蒸気母管２１へ蒸気を供給する。
【００５７】
さらに、この蒸気を蒸気タービン２のグランドシール蒸気や、起動時クーリング蒸気供給管２３、起動時クーリング蒸気流量調節弁２４を経て蒸気タービン２の冷却蒸気を補助的に供給することができる。通常は、低圧主蒸気で冷却蒸気を供給する方式を採用しており、不足蒸気を自軸の他の蒸気源を活用して冷却蒸気などの保護・運転に必要な蒸気を確保するようしている。
【００５８】
すなわち、図１に示す系統で中圧補助蒸気供給管３１をグランドシール蒸気と冷却蒸気の低圧主蒸気管１９からの冷却蒸気供給量の不足分の蒸気供給を目的とした容量とすることにより、軸補助蒸気母管２１を経てグランドシール蒸気を供給するとともに、起動時クーリング蒸気供給管２３および起動時クーリング蒸気流量調節弁２４を経て冷却蒸気を蒸気タービン２の低圧部に供給できる。
【００５９】
一方、軸または発電所単独運転時、ガスタービン１は無負荷定格速度または初負荷程度での運転であり、排熱回収ボイラ４ヘ流入するガスタービン１の排気ガスエネルギーは、定格出力運転時に比較すると非常に少なくなっている。このエネルギーを有効に利用するため、比較的低圧の蒸気の発生量を増加させるための方策も必要である。
【００６０】
この方法として、軸または発電所単独運転時、高圧バイパス弁２５の制御設定圧力を予め定めた設定圧力または冷却蒸気流量を確保するように高圧蒸気圧力の制御設定値を定めて高圧蒸気圧力を制御することにより、ガスタービン１の排気ガスエネルギーを消費量の多い低圧蒸気に変換し、エネルギーの有効活用ができる。
【００６１】
ガスタービン１の排ガスエネルギーは、排熱回収ボイラ４の特性で定まるが、一般的に高圧側でのエネルギー回収が多く、低圧側での回収は比較的少ない。排気ガスエネルギーの流入が同じ場合、高圧側の蒸気圧力を高くすると、蒸発器内の圧力も上昇し、蒸発器内の循環水の飽和温度が上昇する。
【００６２】
このため、蒸発器出口の排気ガス温度が上昇し、高圧部での熱回収比率が低下して低圧部の熱回収比率が上昇する。高圧のみではなく中圧蒸気圧力も上昇させると、より低圧蒸気の発生量を増加させることが可能である。
【００６３】
蒸気タービン２の最終段翼長が長く冷却蒸気量が多い場合などは、この蒸気圧力の制御方法を系統構成と組み合わせた運転方法を採用することによって、蒸気タービン２の保護・安全運転が確実に実現できる。
【００６４】
このように本実施形態によれば、軸または発電所単独運転時の蒸気タービン２の保護・安全運転の確保が確実に簡単な方法で実現できる。また、系統構成についても軸または発電所単独運転に移行した後に止め弁を開操作するか調節弁を自動に切り替えたり、止め弁を常時開とし、調節弁も圧力制御を常時自動として運用するなど種々の運転方法が簡単に選択できるなど、運転方法を限定することもなく活用できる。
【００６５】
図２は本発明の第２実施形態を適用したコンバインドサイクル発電設備を示す系統図である。なお、前記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付して説明する。
【００６６】
本実施形態では、図２に示すように中圧過熱器１４出口の中圧主蒸気管１５を分岐して、この分岐した部分に中圧側グランド蒸気供給管３７を接続し、この中圧側グランド蒸気供給管３７を中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８を介してグランド蒸気供給管３９と接続している。すなわち、本実施形態では、軸補助蒸気母管２１への自軸蒸気の供給を行うのではなく、中圧側グランド蒸気供給管３７および中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８を経て自軸グランド蒸気系としてグランド蒸気供給管３９に自軸蒸気を供給するようにしている。
【００６７】
したがって、本実施形態では、蒸気タービン２のグランド蒸気としてグランド蒸気供給管３９に供給する中圧側グランド蒸気供給管３７を軸補助蒸気母管２１からのグランド蒸気供給管と独立して設け、両者をグランド蒸気の二重バックアップラインとしている。
【００６８】
この場合は、グランド蒸気の供給であるため、図１に示す系統構成と比較すると、追加した系統設備の容量が小さくて済み、また蒸気タービン２の冷却蒸気は低圧ドラム１７の発生蒸気を低圧主蒸気管１９，低圧主蒸気流量計３５および低圧蒸気加減弁２０を経て供給しており、冷却蒸気の必要量は高圧、中圧蒸気の圧力を上昇させて確保している。
【００６９】
図２に示した系統を採用する場合も図１に示した場合と同様の運転方法を採用する。ただし、中圧蒸気は蒸気タービン２のグランドに直接供給する方法を採用しており、中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８は、蒸気タービン２のグランドシールヘッダーの圧力を一定に調節する方法を採用している。この場合、冷却蒸気量は低圧主蒸気系からの単独供給であり、低圧蒸気加減弁２０の開度設定により制御している。
【００７０】
軸または発電所単独運転状態での高圧・中圧蒸気の圧力の制御設定値を上昇させることは、各ドラムの圧力が上昇し、ひいては蒸発器出口のガス温度が上昇することで、中圧ドラム１３、低圧ドラム１７での蒸発量の増加が可能である。
【００７１】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００７２】
図２に示す系統を採用する場合も作用は、図１に示した系統を採用する場合と類似しているが、冷却蒸気は低圧主蒸気管１９，低圧主蒸気流量計３５および低圧蒸気加減弁２０を経て全必要量が供給されることになる。
【００７３】
一方、グランドシール蒸気の供給方法については、中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８のグランドシール蒸気圧力制御設定値を軸補助蒸気母管２１からのグランドシール蒸気圧力の制御設定値より低い圧力に設定し、グランドシール蒸気圧力が低下した場合に自動的に不足蒸気を中圧主蒸気から供給するようにしている。
【００７４】
また、本実施形態では、通常運転中に中圧蒸気が蒸気タービン２のグランドシール蒸気として供給されるのを防止するため、中圧側グランド蒸気供給管３７に中圧側グランド蒸気止め弁４１を設け、この止め弁４１を全閉して運転し、軸または発電所単独運転移行信号を入力することで止め弁を開操作するような運転方法も採用できる。
【００７５】
一軸型コンバインドサイクルの軸出力がある程度の範囲内であったり、排気数との関係で最終段翼長がさほど長くない場合には、図８に示す系統にグランドシール蒸気の供給を可能にする図２に示す系統を採用し、冷却蒸気は低圧ドラム１７で発生した蒸気を低圧主蒸気管１９を経て蒸気タービン２の低圧部に供給するようにしても同様の効果が得られる。これは低圧ドラム１７での発生蒸気量を増加させるために高圧蒸気圧力の制御設定値を上昇させるなどの対応を必要としない領域である。
【００７６】
ここでは、図２の系統で説明したが、図１に示す系統で中圧補助蒸気供給管３１をグランドシール蒸気のみを供給できる容量に修正することにより所期の目的を達成できる。
【００７７】
このように本実施形態によれば、蒸気タービン２の冷却蒸気は低圧主蒸気管１９を経て供給されることから、冷却蒸気の流量制御装置を別に設ける必要がなく、また、新たに設けた中圧側グランド蒸気供給管３７のサイズをグランド蒸気の必要量に応じて定めれば、図１に示す実施形態に比較し経済的な蒸気タービン２の保護・安全運転を確保できる系統と運転方法が得られる。
【００７８】
図１と図２に示す系統での効果の差は図２では、蒸気タービン２の冷却蒸気の必要量全てを低圧主蒸気で確保することにより、中圧蒸気で確保すべき蒸気タービン２の必要蒸気がグランドシール蒸気であり、中圧側グランド蒸気供給管３７と中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８を設け、グランド蒸気ヘッダーに直接供給する方式を用いている。ただし、この蒸気供給管３７は軸補助蒸気母管２１に接続し、軸補助蒸気母管２１からグランド蒸気ヘッダーに供給する方法を採用しても効果は同じである。
【００７９】
ここで、図２に示すように中圧側グランド蒸気供給管３７と中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８を設け、グランド蒸気ヘッダーに直接供給する方式を採用する場合は、蒸気の取り出し元を低圧過熱器１８の出口の低圧主蒸気管１９とすることも可能である。中圧ドラム１３を含む中圧系を設けない二圧式（混圧式）の場合には図２に示した系統を、上記のようにグランド蒸気取出口を低圧過熱器１８出口の低圧主蒸気管１９に変更して利用する。この場合もー般的には、高圧・中圧蒸気圧力の制御設定値を上昇させる運転方法と組み合わせて使用すると、同様の効果が得られる。
【００８０】
図３は、図１に示す第１実施形態および図２に示す第２実施形態の排熱回収ボイラ廻りと蒸気タービン廻りの主要蒸気系統を示す詳細図である。
【００８１】
図３に示すように、蒸気流量の確保は、低圧主蒸気管１９からの供給蒸気量（低圧主蒸気流量計３５の測定値）と冷却蒸気必要量の偏差を制御設定値として起動時クーリング蒸気流量計３６の測定値との偏差に応じて起動時クーリング蒸気流量調節弁２４の開度を制御して起動時クーリング蒸気供給管２３を経て行う。
【００８２】
すなわち、冷却蒸気流量は、低圧主蒸気の低圧主蒸気流量計３５の測定値と必要量の偏差を設定値として起動時クーリング蒸気流量計３６の起動時クーリング蒸気供給管２３の蒸気流量との偏差に応じて起動時クーリング蒸気流量調節弁２４の開度を制御して冷却蒸気の必要量を確保した運転が可能であり、蒸気タービン２の保護と安定運転を確保できる。
【００８３】
さらに、軸または発電所単独運転に移行して再併入・負荷上昇を開始するまでの間、高圧ドラム５で発生した高圧主蒸気は、高圧過熱器６で過熱された後、高圧バイパス弁２５を経て復水器に排出されている。したがって、この排出エネルギーを最小限にするとともに、低圧側のドラムで蒸気発生量を増加させる手段を設ければ、一段と安定した運転状態を確保することが可能となる。
【００８４】
これを実現する方法として、軸または発電所単独運転への移行信号に基づいて高圧蒸気圧力の制御設定値を予め定めた値に所定の上昇率で上昇させて排出エネルギーを低減させるとともに、高圧ドラム５の圧力を上昇させて高圧蒸発器出口ガスの温度を上昇させ、下流側の蒸発器への流入ガスエネルギーを増加させる運転方法がある。
【００８５】
ここでは、予め定めた圧力に設定値を上昇させる方法を説明したが、蒸気タービン２の冷却蒸気流量と必要値との偏差に応じて高圧蒸気の設定圧力を上昇させるような方法を採用することも可能である。これらの方法や軸補助蒸気の供給については、図４，図５および図６に示す。
【００８６】
図４は、図１および図２に示す中圧補助蒸気供給管３１または中圧側グランド蒸気供給管３７を設け、軸または発電所単独運転に移行して再併入・負荷上昇を開始するまでの間、蒸気タービン２の保護運転に必要な蒸気を供給するケースで、通常運転中は蒸気の供給を完全に遮断すべく管路に設けた止め弁を全閉として運転し、軸または発電所単独運転への移行信号により前記止め弁を開方向へ操作するための止め弁または中圧補助蒸気調節弁３２または中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８の信号空気ライン（図示せず）に設けた電磁弁の切替信号として使用するものであり、このような弁操作を行う必要がない場合もある。
【００８７】
すなわち、図４は、図１において中圧補助蒸気圧力調節弁３２に隣接して設けた中圧補助蒸気止め弁４０と、図２において中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８に隣接して設けた中圧側グランド蒸気止め弁４１の開閉操作を行うブロック図である。図４に示すように、発電機の遮断器解列信号もしくは系統遮断器（８６Ｇ）の解列信号などの負荷遮断もしくは発電所単独運転信号と、パワー・ロードアンバランスリレー信号の論理積をＡＮＤ回路５０でとり、中圧補助蒸気止め弁４０または中圧側グランド蒸気止め弁４１に開指令を出力し、全開に達すると開信号を消滅させ、弁の開操作を終了する。
【００８８】
一方、軸出力がグランド蒸気などの補助蒸気を必要としないα％以上に到達すると、中圧補助蒸気止め弁４０または中圧側グランド蒸気止め弁４１に閉指令を出力し、全閉に達すると閉信号を消滅させ、弁の閉動作を終了するように動作する。
【００８９】
上記パワー・ロードアンバランスリレー信号は、軸の発電機出力とガスタービン１または蒸気タービン２の圧力などの状態値から出力と負荷の不平衡を検出する装置の不平衡発生の信号である。なお、図４において、符号４８，４９はＮＯＴ回路、５１，５２はＡＮＤ回路、５３，５４はＯＲ回路である。
【００９０】
また、軸または発電所単独運転に移行する直前のプラント運転状態または大気温度の相違により、蒸気タービン２の冷却蒸気に不足が生じる懸念がある場合は、図５および図６に示す高圧蒸気または高圧・中圧蒸気圧力の設定値を上昇させて中圧ドラム１３、低圧ドラム１７または低圧ドラム１７の蒸気発生量を増加させる運転方法を組み合わせることにより、一段と確実に蒸気タービンを保護した安全運転が確保できる。この各蒸気圧力の設定値は予め設定しておくか、図７に示すような方法で決定した値を使用してもよい。
【００９１】
図５および図６は、高圧・中圧蒸気圧力の設定値を軸または発電所単独運転条件により変更して運転する運転方法であり、図１および図２に示す系統構成を採用した場合で、蒸気タービン２の冷却蒸気量を確保し、蒸気タービン２を保護し安全運転を維持するために中圧ドラム１３および低圧ドラム１７での蒸発量を増加させる目的で、予め決められた高圧および中圧蒸気圧力の設定値に軸または発電所単独運転への移行信号により切り替える方法の一例を示したものである。
【００９２】
すなわち、図５は高圧ドラム５の圧力を上昇させるために高圧バイパス弁２５の制御圧力の設定値を上昇させるための運転方法である。図５において、通常運転中は、切替器５５に切替信号が入力されていないため、切替器５５の出力はｂが選択される。
【００９３】
これは、発電機の遮断器解列信号もしくは系統遮断器（８６Ｇ）の解列信号などの負荷遮断もしくは発電所単独運転信号と、パワー・ロードアンバランスリレー信号とをＡＮＤ回路５６にて論理積をとり、それが出力されるか、通気開始（高圧蒸気加減弁開）の信号と切替信号とをＡＮＤ回路５７にて論理積をとってそれが出力される場合である。この出力ｃを変化率制限器５８により所定の変化率で高圧バイパス圧力制御装置５９の設定圧力を変更し、高圧主蒸気圧力と比較し高圧バイパス弁２５の開度を制御する。
【００９４】
一方、上記切替信号が切替器５５に入力されると、切替器５５の出力がａに切り替えられ、上記と同様の動作により負荷遮断時のバイパス弁制御圧力設定値が高圧バイパス圧力制御装置５９に設定される。
【００９５】
通気開始（高圧蒸気加減弁開）の信号と、切替信号とをＡＮＤ回路５７にて論理積で得られる出力は、発電機の遮断器解列信号もしくは系統遮断器（８６Ｇ）の解列信号などの負荷遮断もしくは発電所単独運転信号と、パワー・ロードアンバランスリレー信号とが消滅しても、負荷遮断が発生したことを保持している。なお、図５において、６０はＮＯＴ回路、６１はＯＲ回路である。
【００９６】
図６に示す圧力制御の方法は、図２に示す系統を採用した場合で、中圧の発生蒸気量は蒸気タービン２のグランドシール蒸気の補給にのみ使用しているため、高圧と同様に中圧バイパス弁２６から復水器へのエネルギー排出量を低減し、低圧ドラム１７での発生蒸気量を増加させるための方法を示した一例である。
【００９７】
この場合も図５と同様に、予め定めた各々の蒸気圧力の設定値に定められた上昇率または設定値と、軸または発電所単独運転への移行直前の各蒸気圧力との偏差などに基づいて算出した上昇率で上昇させる方法である。そして、中圧ドラム１３の圧力を上昇させるための回路が付加されている。なお、図６において、６２は中圧バイパス圧力制御装置である。
【００９８】
図７（Ａ），（Ｂ）は、蒸気タービン２の冷却蒸気量と必要量の偏差に応じて高圧および高圧・中圧蒸気圧力の設定値を設定するための設定値の制御回路の一例である。この方法を採用すれば、大気温度などの運転条件の変化による冷却蒸気不足を回避することも可能である。
【００９９】
軸または発電所単独運転時の高圧・中圧蒸気圧力の設定値は、設計時に予め一定値としても十分所期の目的を達成できるが、図７に示すように冷却蒸気必要量と冷却蒸気供給量の偏差に応じて蒸気圧力の設定値を定める方法を採用することも可能である。
【０１００】
図７（Ａ）は、負荷遮断時の高圧バイパス圧力制御装置の圧力設定値を算出する単独運転時蒸気圧力設定値制御器６３の演算回路を示しており、低圧主蒸気流量（低圧主蒸気流量計３５の測定値）および起動時クーリング蒸気流量調節弁２４の通過流量の和と、必要クーリング蒸気量との差に基づいて、冷却蒸気制御器６４で圧力設定値を演算した後、最高設定圧力との低値を低値優先回路６５で選択し、圧力設定値として出力するようにしている。
【０１０１】
図７（Ｂ）は、負荷遮断時の高圧・中圧バイパス圧力制御装置の圧力設定値を算出する高圧・中圧の単独運転時蒸気圧力設定値制御器６６の演算回路を示しており、クーリング蒸気の不足分を中圧蒸気と低圧蒸気の双方で確保するために、高圧側信号分配器６７および中圧側信号分配器６８により、高圧ドラム５および中圧ドラム１３の圧力上昇に配分分担し、それぞれ高圧側流量制御器６９および中圧側流量制御器７０と、高圧側低値優先回路７１および中圧側低値優先回路７２を通して高圧圧力設定値および中圧圧力設定値を算出している。
【０１０２】
なお、本発明では上記実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、三圧式の排熱回収ボイラ４を対象に説明したが、二圧式（混圧式）排熱回収ボイラを採用した場合については、図２に示す系統に準じ、蒸気タービン２のグランドシール蒸気の供給源を低圧主蒸気に変更し、排熱回収ボイラの中圧蒸気に関連する系統および制御装置を削除することにより、そのまま適用できる。
【０１０３】
また、図２に示す実施形態では、中圧側グランド蒸気供給管３７が第２のグランド蒸気供給管としてグランド蒸気圧力を制御しているが、この接続先を軸補助蒸気母管２１とし、グランドシール蒸気の供給を一系統にまとめるような系統構成としても、同様の効果が得られる。
【０１０４】
さらに、上記実施形態では、高圧または中圧蒸気圧力の制御圧力の設定値に関して図５および図６に示したが、軸または発電所単独運転移行時に通常運転中の圧力設定値にバイアスを加えて蒸気圧力の制御設定値を設定する方法を採用しても、上記と同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
そして、上記実施形態では、ガスタービン排ガスエネルギーの低圧蒸気での回収効果を上げるため、高圧・中圧蒸気圧力を上昇させるための制御設定値を予め設定しておくか、冷却蒸気の必要量と供給量との偏差に応じて算出する方法で説明したが、図２に示す系統を採用した場合などは、流量ではなく蒸気流量が低圧蒸気加減弁２０の開度および低圧主蒸気圧力から算出できることから、低圧加減弁の開度および低圧主蒸気圧力から設定することもできる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、排熱回収ボイラを３圧式排熱回収ボイラに構成し、中圧過熱器の出口を分岐し、この分岐した部分に軸補助蒸気母管へ補助蒸気を供給する補助蒸気供給管を接続してグランドシール蒸気および蒸気タービン冷却蒸気の一部を確保する系統を構成し、高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて蒸気タービンの冷却蒸気を確保することにより、軸または発電所単独運転時のように他軸からの補助蒸気の供給が期待できない状態で定格回転数で運転を継続しなければならないケースでも、自軸の発生蒸気を使用して運転を続行できるとともに、蒸気タービンの必要蒸気量を確保することができる。
【０１０７】
また、請求項１によれば、蒸気タービンの大容量化および軸長の短縮化など最終段翼長の長翼化が進んで、特殊な運転状態での必要蒸気量が増加する傾向に対しても、蒸気タービンを保護した安全運転を維持することができる。
【０１０８】
請求項２によれば、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、補助蒸気供給管に補助蒸気圧力調節弁を介し、軸または発電所単独運転への移行信号に基づいて補助蒸気圧力調節弁の圧力設定値を切り替えたり、補助蒸気供給管に設けた止め弁を開操作して軸補助蒸気母管へ蒸気を供給することにより、一段と安定した運転状態を確保することが可能となる。
【０１０９】
請求項３によれば、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、独立した２系統を使用して蒸気タービン冷却蒸気を供給する場合、低圧主蒸気系統からの冷却蒸気の供給は、通常運転中と同様に主蒸気圧力制御を用い、予め設定された冷却蒸気量との不足分を軸補助蒸気系から供給するように補助蒸気系からの供給蒸気流量を制御することにより、請求項２と同様に、一段と安定した運転状態を確保することが可能となる。
【０１１０】
請求項４によれば、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、蒸気タービン冷却蒸気を低圧主蒸気管と起動時クーリング蒸気供給管を介して供給する場合、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて低圧ドラムの発生蒸気量を増加させるように蒸気圧力を制御することにより、請求項２と同様に、一段と安定した運転状態を確保することが可能となる。
【０１１１】
請求項５によれば、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、蒸気タービン冷却蒸気を低圧主蒸気管と起動時クーリング蒸気供給管を介して供給する場合、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、低圧主蒸気流量と軸補助蒸気系からの供給蒸気流量の和に基づいて高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を上昇させ、低圧ドラム発生蒸気量を増加させることにより、請求項２と同様に、一段と安定した運転状態を確保することが可能となる。
【０１１２】
請求項６によれば、排熱回収ボイラを３圧式排熱回収ボイラに構成し、中圧過熱器出口で分岐してグランド蒸気供給管に蒸気タービンのグランド蒸気として蒸気を供給する蒸気管を設け、この蒸気管を軸補助蒸気母管からのグランド蒸気供給管と独立して設け、両者をグランド蒸気の二重バックアップラインとし、蒸気タービンの冷却蒸気を低圧主蒸気管のみから供給することにより、軸または発電所単独運転時のように他軸からの補助蒸気の供給が期待できない状態で定格回転数で運転を継続しなければならないケースでも、自軸の発生蒸気を使用して運転を続行できるとともに、蒸気タービンの必要蒸気量を確保することができる。そして、グランド蒸気の供給であるため、請求項１と比較して系統設備の容量が小さく済む。
【０１１３】
請求項７によれば、請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて蒸気タービンの冷却蒸気を確保することにより、蒸気発生量を増加させ、確実に蒸気タービンを保護した安全運転を維持することができる。
【０１１４】
請求項８によれば、請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を予め定めた設定値に所定の上昇率で上昇させ、低圧ドラムの発生蒸気量を増加させることにより、請求項７と同様に、確実に蒸気タービンを保護した安全運転を維持することができる。
【０１１５】
請求項９によれば、請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を低圧蒸気流量と蒸気タービン冷却蒸気流量の設定値との偏差に応じて高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を上昇させ、低圧ドラム発生蒸気量を増加させることにより、請求項７と同様に、確実に蒸気タービンを保護した安全運転を維持することができる。
【０１１６】
請求項１０によれば、排熱回収ボイラを２圧式排熱回収ボイラに構成し、低圧過熱器出口で分岐し、蒸気タービンのグランド蒸気としてグランド蒸気供給管に蒸気を供給する蒸気管を、軸補助蒸気母管からのグランド蒸気供給管と独立して設け、両者をグランド蒸気の二重バックアップラインとするとともに、蒸気タービンの冷却蒸気を低圧主蒸気管のみから供給することにより、２圧式排熱回収ボイラでも、請求項６と同様の効果が得られる。
【０１１７】
請求項１１によれば、請求項１０記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、高圧ドラム圧力、高圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて前記蒸気タービンの冷却蒸気を確保することにより、請求項１０の効果に加えて、確実に蒸気タービンを保護した安全運転を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を適用したコンバインドサイクル発電設備を示す系統図。
【図２】本発明の第２実施形態を適用したコンバインドサイクル発電設備を示す系統図。
【図３】図１および図２に示す排熱回収ボイラ廻りと蒸気タービン廻りの主要蒸気系統を示す詳細図。
【図４】図１の中圧補助蒸気止め弁と図２の中圧側グランド蒸気止め弁の開閉操作を行う制御系を示すブロック図。
【図５】図１および図２に示す高圧ドラムの圧力を上昇させるために高圧バイパス弁の制御圧力の設定値を上昇させる制御系を示すブロック図。
【図６】図５の制御系に中圧ドラムの圧力を上昇させるための回路を付加した制御系を示すブロック図。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は高圧および高圧・中圧蒸気圧力の設定値を設定するための設定値の制御回路の一例を示すブロック図。
【図８】従来のコンバインドサイクル発電設備を示す系統図。
【符号の説明】
１ ガスタービン
２ 蒸気タービン
３ 発電機
４ 排熱回収ボイラ
５ 高圧ドラム
６ 高圧過熱器
７ 高圧主蒸気管
８ 高圧蒸気加減弁
９ 低温再熱蒸気管
１０ 再熱器
１１ 高温再熱蒸気管
１２ 中圧蒸気加減弁
１３ 中圧ドラム
１４ 中圧過熱器
１５ 中圧主蒸気管
１６ 中圧蒸気流量調節弁
１７ 低圧ドラム
１８ 低圧過熱器
１９ 低圧主蒸気管
２０ 低圧蒸気加減弁
２１ 軸補助蒸気母管
２２ 系列補助蒸気母管
２３ 起動時クーリング蒸気供給管
２４ 起動時クーリング蒸気流量調節弁
２５ 高圧バイパス弁
２６ 中圧バイパス弁
２７ 低圧バイパス弁
３１ 中圧補助蒸気供給管
３２ 中圧補助蒸気圧力調節弁
３４ 補助蒸気圧力調節弁
３５ 低圧主蒸気流量計
３６ 起動時クーリング蒸気流量計
３７ 中圧側グランド蒸気供給管
３８ 中圧側グランド蒸気圧力調節弁
３９ グランド蒸気供給管
４０ 中圧補助蒸気止め弁
４１ 中圧側グランド蒸気止め弁
５５ 切替器
５８ 変化率制限器
５９ 高圧バイパス圧力制御装置
６２ 中圧バイパス圧力制御装置
６３ 単独運転時蒸気圧力設定値制御器
６４ 冷却蒸気制御器
６５ 低値優先回路
６６ 単独運転時蒸気圧力設定値制御器
６７ 高圧側信号分配器
６８ 中圧側信号分配器
６９ 高圧側流量制御器
７０ 中圧側流量制御器
７１ 高圧側低値優先回路
７２ 中圧側低値優先回路
【発明の属する技術分野】
本発明は火力発電プラントなどに適用され、軸または発電所単独運転へ移行時の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一軸型コンバインドサイクル発電設備において、発電所外の電力系統事故などに起因して負荷遮断などの発生によって軸または発電所単独運転へ移行時には、蒸気タービンの最終段翼部での発熱や温度上昇を防止したり、蒸気タービンのグランドシールなどのために蒸気を必要とする。この蒸気は、起動中や通常の運転中に、系列補助蒸気母管から軸補助蒸気母管へ補助蒸気を供給するのが一般的であり、運転中の他の軸から補助蒸気を供給するようにしている。
【０００３】
ここで、一軸型コンバインドサイクル発電設備では、ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機の回転軸を複数設置することにより１つの系列が構成され、この系列を複数設置することにより発電所が構成されている。
【０００４】
軸または発電所単独運転に移行したプラントの運転状態では、上記補助蒸気を供給可能な出力を維持できるような運転状態にはない。つまり、軸または発電所単独運転状態であることから、軸または発電所全体（運転全軸）の必要出力は、所内動力のみとなるのが一般的であり、発電所出力の１〜１．５％程度である。この運転状態では、高圧タービンから蒸気タービンに通気した通常の運転状態を維持することができない。このため、他軸への補助蒸気の供給は不可能である。したがって、蒸気タービンの最終段翼部での発熱・温度上昇を防止するための冷却蒸気と、蒸気タービンのグランドシール蒸気は、自軸の排熱回収ボイラの発生蒸気を使用しなければならない。
【０００５】
ところで、最近のガスタービンは、入口ガス温度の高温化を含む大容量化の傾向にあり、これに伴い排熱回収ボイラおよび蒸気タービンも大容量化し、この結果、一軸型コンバインドサイクル発電設備の軸出力も大容量化している。そして、蒸気タービンの大容量化に伴って軸径が増大するとともに、最終段翼長が長大化するため、冷却蒸気量やグランドシール蒸気量も増加する傾向にある。
【０００６】
しかし、軸または発電所の単独運転状態では、前述した通り無負荷定格回転数（ＦＳＮＬ）または初負荷を出力とする程度である。この運転状態における各ドラムでの蒸発量は、軸または発電所の単独運転に移行する直前の運転状態における各ドラム圧力の設定値（各圧力のバイパス弁の制御設定圧力）に応じて定まる値になるのが一般的である。
【０００７】
この運転状態では、高圧蒸気タービンに蒸気が通気されておらず、発生蒸気が高圧バイパス弁を介して復水器に排出されている。中圧ドラムの発生蒸気についても、蒸気タービンのグランドシール蒸気として使用するだけの運転状態を考慮すると、高圧蒸気と同様に中圧バイパス弁を介して復水器に排出する運転状態が継続される。この運転状態では、低圧ドラムの蒸気発生量のみであり、蒸気タービン冷却蒸気量が確保できなくなる可能性がある。特に、最終段翼が長大化して冷却蒸気量が増加した場合、冷却蒸気の不足を招く可能性が生じる。
【０００８】
一般的な排熱回収ボイラの特性からすると、高圧バイパス弁の設定圧力が低い場合には、高圧蒸発器の出口ガス温度が低くなり、中圧・低圧ドラムの発生蒸気量が少なくなる傾向にあり、逆に高圧バイパス弁の設定圧力を高くすると、中圧・低圧ドラムの発生蒸気量が多くなる傾向にある。
【０００９】
つまり、高負荷で運転中に軸または発電所の単独運転に移行した場合と、負荷の低い状態から同様の運転状態に移行した場合とでは、自軸からの補助蒸気量を確保する方法、または蒸気タービンの運転を維持するために確保すべき冷却蒸気の確保方法が互いに異なる。
【００１０】
図８は従来の一軸型コンバインドサイクル発電設備を示す系統図である。図８に示すように、一軸型コンバインドサイクル発電設備は、ガスタービン１、蒸気タービン２および発電機３の軸が一軸に結合されている。なお、この軸に起動装置（図示せず）が結合されている場合もある。
【００１１】
大気を図示しない吸気フィルターを介し、ガスタービン１を構成する空気圧縮機の入口に設置された入口案内翼で空気吸込流量を調節して吸入し圧縮した後、ガスタービン１を構成する燃焼器で燃料と混合燃焼して高温・高圧ガスとし、同様にガスタービン１を構成するタービンで動力を発生させた後、ガスタービン１の排気ガスが排熱回収ボイラ４に導入されて熱回収を行った後、図示しない煙突を経て大気に放出される。
【００１２】
一方、排熱回収ボイラ４内において、高圧節炭器（図示せず）で予熱された後、高圧ドラム５に供給され、高圧蒸発器（図示せず）でガスタービン１の排気ガスと熱交換し、高圧ドラム５で気水分離された蒸気は、高圧過熱器６で過熱されて過熱蒸気となって高圧主蒸気管７および高圧蒸気加減弁８を経て蒸気タービン２の高圧部に導入されて動力を発生させる。
【００１３】
蒸気タービン２の高圧部排気は、低温再熱蒸気管９を介して排熱回収ボイラ４の再熱器１０でガスタービン排気と熱交換して再熱され、高温再熱蒸気管１１および中圧蒸気加減弁１２を経て蒸気タービン２の中圧部に導入して動力を発生させる。
【００１４】
そして、中圧節炭器（図示せず）で予熱された後、中圧ドラム１３に供給され、中圧蒸発器（図示せず）で高圧蒸発器（図示せず）で熱交換したガスタービン１の排気ガスとさらに熱交換され、中圧ドラム１３で気水分離された発生蒸気は、中圧過熱器１４で過熱され、過熱蒸気となって中圧主蒸気管１５および中圧蒸気流量調節弁１６を経て高圧タービン排気と混合して再熱器１０に導入する場合もある。
【００１５】
蒸気タービン２の中圧部の排気は、蒸気タービン２の低圧部に導入されて動力を発生させるものの、さらに低圧節炭器（図示せず）で予熱され、低圧ドラム１６に供給され、低圧蒸発器（図示せず）で高圧過熱器６，中圧過熱器１４，再熱器１０，蒸発器および節炭器で熱交換したガスタービン１の排気ガスと熱交換し、蒸気タービン２の中圧部出口出力より高い圧力の蒸気を低圧ドラム１７で発生させる。
【００１６】
この低圧ドラム１７で気水分離された蒸気は、低圧過熱器１８で過熱され過熱蒸気となり、低圧主蒸気管１９および低圧蒸気加減弁２０を経て蒸気タービン２の低圧部に導入され、蒸気タービン２の中圧部排気と混合して低圧部で動力を発生させる。そして、ガスタービン１および蒸気タービン２で発生した動力は、発電機３で電気エネルギーに変換される。
【００１７】
現状のコンバインドサイクルにおいては、高圧主蒸気および再熱蒸気が一定の温度以上に蒸気温度が上昇しないように、高圧過熱器６と再熱器１０とを分割し、蒸気減温器（図示せず）を設置し、水をスプレーすることによって蒸気温度制御を行うように構成されている。
【００１８】
また、現状のコンバインドサイクルにおいては、起動時に必要な蒸気タービン２の冷却蒸気やグランドシール蒸気の供給源として、軸補助蒸気母管２１およびこの軸補助蒸気母管２１に圧力調整弁を介して補助蒸気を供給するには、系列補助蒸気母管２２および各軸の蒸気タービン２の高圧排気管から分岐して系列補助蒸気母管２２に補助蒸気を供給する補助蒸気供給管からなる補助蒸気系統を設けているのが一般的である。
【００１９】
起動時に蒸気タービン２へ冷却蒸気を供給するには、軸補助蒸気母管２１に接続した起動時クーリング蒸気供給管２３および起動時クーリング蒸気流量調節弁２４を経て蒸気タービン２の中圧排気部に供給するように構成されている。
【００２０】
図８に示す設備では、発電所外の電力系統事故などに起因して負荷遮断などの発生によって軸または発電所単独運転に移行した場合、蒸気タービン２の高圧部への蒸気供給が停止するため、系列補助蒸気母管２２への補助蒸気の供給が不可能となる。当然、多軸からの系列補助蒸気母管２２への補助蒸気の供給も停止される。
【００２１】
したがって、軸補助蒸気母管２１への補助蒸気供給も不可能であるとともに、起動時クーリング蒸気供給管２３を通しての冷却蒸気の確保は不可能であり、低圧主蒸気による冷却蒸気の供給以外に蒸気タービン２を保護した運転は不可能である。そのため、軸または発電所単独運転移行時の運転状態によっては、冷却蒸気の確保が困難になる状態も発生する。
【００２２】
なお、軸または発電所が系統との接続を遮断され、単独運転に移行すると、通常運転中に発生し蒸気タービン２に流入していた高圧，中圧，低圧の各蒸気は、蒸気タービン２の各圧力の蒸気入口に設けられた蒸気加減弁８，１２により、高圧，中圧は遮断される一方、低圧は圧力制御などの手段により制限される。
【００２３】
そのため、発生した各圧力の蒸気は、それぞれのドラムまたは主蒸気管路の蒸気圧力の制御設定圧力に応じて高圧バイパス弁２５、中圧バイパス弁２６および低圧バイパス弁２７を経て余剰蒸気として復水器へ排出される。この各バイパス弁２５，２６，２７の制御設定圧力は、通常運転時の各系統の圧力に応じて設定されている。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した一軸型コンバインドサイクル発電設備では、軸の回転数や出力制御の基本がガスタービン１の燃料流量制御が主体であり、蒸気タービン２に通気できない運転状態であっても、軸の回転数は定格回転数を維持している場合がある。これは、例えば第１に起動時の排熱回収ボイラ４の暖気運転中、第２に併入・初負荷運転で蒸気タービン２の通気条件成立までの運転中、および第３に負荷遮断などによる軸または発電所単独運転移行後、再併入負荷上昇までの運転中である。
【００２５】
また、一軸型コンバインドサイクル発電設備は、蒸気タービン２と発電機３を単に結合した従来の発電設備と異なり、ガスタービン１の排熱が得られない限り、自軸の排熱回収ボイラ４からの発生蒸気が得られないので、起動時には運転中の他軸または補助ボイラからの補助蒸気が必要である。
【００２６】
しかし、軸または発電所単独運転時には、他軸も同様の運転状態にあり、補助蒸気の供給能力はない。補助ボイラを備えた発電所では、補助ボイラを常時運転して蒸気のバックアップに備えたり、軸または発電所単独運転移行信号を送出することにより補助ボイラの起動を行うなどの方法が考えられるが、発生時期の予測が不可能な軸または発電所単独運転に対応して補助ボイラを常時運転していたのでは不経済であり、また単独運転移行信号の発生と同時に補助ボイラを起動したのでは、蒸気タービンの保護および安定した運転を維持ができない問題点がある。
【００２７】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、負荷遮断などによる軸または発電所単独運転移行後、再併入負荷上昇までの運転中において、蒸気タービンの冷却蒸気およびグランドシール蒸気を確保し、蒸気タービンの保護および安定運転を維持した一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１は、ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機の回転軸を一体に結合し、ガスタービンの排気エネルギーを排熱回収ボイラで蒸気に変換し、この蒸気を蒸気タービンに導入して電力として回収する一軸型コンバインドサイクルプラントが、発電所外の電力系統事故などに起因する負荷遮断により軸単独または発電所単独運転に移行する一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法であって、前記排熱回収ボイラは、高圧ドラムおよび高圧過熱器，中圧ドラムおよび中圧過熱器，低圧ドラムおよび低圧過熱器を備えた３圧式排熱回収ボイラに構成し、前記中圧過熱器の出口を分岐し、この分岐した部分に軸補助蒸気母管へ補助蒸気を供給する補助蒸気供給管を接続してグランドシール蒸気および蒸気タービン冷却蒸気の一部を確保する系統を構成し、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて前記蒸気タービンの冷却蒸気を確保することを特徴とする。
【００２９】
請求項２は、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、前記補助蒸気供給管に補助蒸気圧力調節弁を介し、軸または発電所単独運転への移行信号に基づいて前記補助蒸気圧力調節弁の圧力設定値を切り替えたり、前記補助蒸気供給管に設けた止め弁を開操作して軸補助蒸気母管へ蒸気を供給することを特徴とする。
【００３０】
請求項３は、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、独立した２系統を使用して蒸気タービン冷却蒸気を供給する場合、低圧主蒸気系統からの冷却蒸気の供給は、通常運転中と同様に主蒸気圧力制御を用い、予め設定された冷却蒸気量との不足分を軸補助蒸気系から供給するように補助蒸気系からの供給蒸気流量を制御することを特徴とする。
【００３１】
請求項４は、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、蒸気タービン冷却蒸気を低圧主蒸気管と起動時クーリング蒸気供給管を介して供給する場合、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて低圧ドラムの発生蒸気量を増加させるように蒸気圧力を制御することを特徴とする。
【００３２】
請求項５は、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、蒸気タービン冷却蒸気を低圧主蒸気管と起動時クーリング蒸気供給管を介して供給する場合、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、低圧主蒸気流量と軸補助蒸気系からの供給蒸気流量の和に基づいて前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を上昇させ、低圧ドラム発生蒸気量を増加させることを特徴とする。
【００３３】
請求項６は、ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機の回転軸を一体に結合し、ガスタービンの排気エネルギーを排熱回収ボイラで蒸気に変換し、この蒸気を蒸気タービンに導入して電力として回収する一軸型コンバインドサイクルプラントが、発電所外の電力系統事故などに起因する負荷遮断により軸単独または発電所単独運転に移行する一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法であって、前記排熱回収ボイラは、高圧ドラムおよび高圧過熱器，中圧ドラムおよび中圧過熱器，低圧ドラムおよび低圧過熱器を備えた３圧式排熱回収ボイラに構成し、前記中圧過熱器出口で分岐してグランド蒸気供給管に蒸気タービンのグランド蒸気として蒸気を供給する蒸気管を設け、この蒸気管を軸補助蒸気母管からのグランド蒸気供給管と独立して設け、両者をグランド蒸気の二重バックアップラインとし、蒸気タービンの冷却蒸気を低圧主蒸気管のみから供給することを特徴とする。
【００３４】
請求項７は、請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて前記蒸気タービンの冷却蒸気を確保することを特徴とする。
【００３５】
請求項８は、請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を予め定めた設定値に所定の上昇率で上昇させ、低圧ドラムの発生蒸気量を増加させることを特徴とする。
【００３６】
請求項９は、請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を低圧蒸気流量と蒸気タービン冷却蒸気流量の設定値との偏差に応じて高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を上昇させ、低圧ドラム発生蒸気量を増加させることを特徴とする。
【００３７】
請求項１０は、ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機の回転軸を一体に結合し、ガスタービンの排気エネルギーを排熱回収ボイラで蒸気に変換し、この蒸気を蒸気タービンに導入して電力として回収する一軸型コンバインドサイクルプラントが、発電所外の電力系統事故などに起因する負荷遮断により軸単独または発電所単独運転に移行する一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法であって、前記排熱回収ボイラは、高圧ドラムおよび高圧過熱器，低圧ドラムおよび低圧過熱器を備えた２圧式排熱回収ボイラに構成し、前記低圧過熱器出口で分岐し、蒸気タービンのグランド蒸気としてグランド蒸気供給管に蒸気を供給する蒸気管を、軸補助蒸気母管からのグランド蒸気供給管と独立して設け、両者をグランド蒸気の二重バックアップラインとするとともに、蒸気タービンの冷却蒸気を低圧主蒸気管のみから供給すること特徴とする。
【００３８】
請求項１１は、請求項１０記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、前記高圧ドラム圧力、前記高圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて前記蒸気タービンの冷却蒸気を確保することを特徴とする。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４０】
図１は本発明の第１実施形態を適用したコンバインドサイクル発電設備を示す系統図である。なお、従来の構成と同一または対応する部分には図８と同一の符号を用いて説明する。また、この第１実施形態では全体構成が図８と同様であるのでその説明を省略する。
【００４１】
図１に示すコンバインドサイクル発電設備は、ガスタービン１，蒸気タービン２および発電機３の回転軸が一体に結合され、ガスタービン１の排気エネルギーを３圧式の排熱回収ボイラ４で蒸気に変換し、この蒸気を蒸気タービン２に導入して電力として回収している。そして、３圧式の排熱回収ボイラ４には、それぞれ高圧ドラム５，中圧ドラム１３および低圧ドラム１７の発生蒸気を過熱蒸気にする高圧過熱器６，中圧過熱器１４および低圧過熱器１８が設置されている。
【００４２】
また、本実施形態では、発電所外の電力事故などに起因して軸または発電所単独運転に移行する場合を考慮して中圧過熱器１４の出口に接続された中圧主蒸気管１５を中圧蒸気流量調節弁１６の上流側で分岐し、この分岐した部分と軸補助蒸気母管２１を自軸の中圧蒸気を供給するための中圧補助蒸気供給管３１で接続するとともに、この中圧補助蒸気供給管３１には中圧補助蒸気圧力調節弁３２が介装されている。
【００４３】
これにより、蒸気タービン２のグランドシール蒸気、起動時クーリング蒸気供給管２３および起動時クーリング蒸気流量調節弁２４を使用して蒸気タービン２の冷却蒸気必要量と、低圧ドラム１７からの低圧主蒸気から供給される冷却蒸気量との差、すなわち冷却蒸気量の不足分を供給できるようにしている。ここで、低圧ドラム１７からの低圧主蒸気から供給される冷却蒸気量は、低圧蒸気流量計３５により計測されるとともに、その圧力が図３に示す低圧主蒸気圧力計３０により計測される。
【００４４】
したがって、本実施形態において軸または発電所単独運転時には、自軸の蒸気を中圧補助蒸気供給管３１および中圧補助蒸気圧力調節弁３２を経て軸補助蒸気母管２１に供給し、起動時に使用するために設けられた起動時クーリング蒸気供給管２３と起動時クーリング蒸気圧力調節弁２４を通して冷却蒸気を蒸気タービン２に供給している。
【００４５】
これと同時に、本実施形態では、高圧ドラム５の圧力および中圧ドラム１３の圧力、高圧過熱器６および中圧過熱器１８出口蒸気圧力の制御設定圧力をそれぞれ所定の圧力に上昇させ、蒸気タービン２の冷却蒸気を確保している。
【００４６】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４７】
一軸型コンバインドサイクルプラントの起動時には、蒸気タービン２の排気圧力を低くしておく必要がある。すなわち、この排気圧力を大気圧力以下の値として蒸気タービン２のグランドを蒸気でシールすることにより、蒸気タービン２内への空気の漏入を防ぐようにしている。
【００４８】
また、グランドシール用蒸気は、従来のプラントと全く同様に、負荷上昇し自軸からの漏洩蒸気で各グランドを確実にシールできる状態に到達するまで、補助蒸気を供給することにより得ている。
【００４９】
一方、一軸型コンバインドサイクルプラントは、軸回転数を定格回転数まで上昇させた後、排熱回収ボイラ４の暖機運転を行う場合が多いため、蒸気タービン２の最終段翼を冷却する必要がある。この冷却蒸気についても補助蒸気を使用することになる。このように補助蒸気を使用することは、従来から用いられている技術である。
【００５０】
ここで、一軸型コンバインドサイクルの軸または発電所単独運転時には、自軸の発生蒸気を活用しなければ通気ができないので、定格回転数で連続運転を維持することができない。これは、蒸気タービン２の最終段翼のウィンデージ損失による温度上昇があるためである。このウィンデージ損失は最終段翼長が長くなるほど大きくなる。したがって、長翼を使用すればするほど冷却蒸気量の必要量は多くなる。現在では一軸型コンバインドサイクルプラントの大容量化および軸の全長を短くする傾向にあるため、蒸気タービン２の最終段翼は長翼化の傾向にある。
【００５１】
上記のような起動時と同様の処置は、軸または発電所単独運転に移行して再併入・負荷上昇を開始するまでの間は必要であるが、この場合は蒸気タービン２への蒸気の供給が遮断されているため、系列補助蒸気母管２２への補助蒸気の供給は不可能である。この運転状態では他軸も同様の状態にあるため、他軸への補助蒸気の供給も不可能である。そのため、蒸気タービン２の安全運転および保護に必要な蒸気は、自軸で賄わなければならないことになる。
【００５２】
軸または発電所単独運転に移行して再併入・負荷上昇を開始するまでの間は、軸の回転数が定格回転数で無負荷または定格出力の１〜１．５％程度であり、ガスタービン１の排気ガスの有するエネルギー量も少ない。
【００５３】
しかし、本実施形態では、図１に示すように中圧過熱器１４出口であって中圧蒸気流量調節弁１６の上流側の中圧主蒸気管１５を分岐して、この分岐した部分に中圧補助蒸気供給管３１を接続し、この中圧補助蒸気供給管３１を中圧補助蒸気圧力調節弁３２を介して軸補助蒸気母管２１と接続し、中圧ドラム１３の発生蒸気を自軸補助蒸気として軸補助蒸気母管２１に供給するため、軸補助蒸気母管２１への補助蒸気の供給が可能になる。
【００５４】
これにより、グランドシール蒸気が確保されるとともに、クーリング（冷却）蒸気を起動時クーリング蒸気供給管２３および起動時クーリング蒸気圧力調節弁２４を通して蒸気タービン２へ供給することが可能になる。また、低圧主蒸気を使用したクーリング（冷却）蒸気のみでは必要量が賄えないような運転状態になった場合でも、上記の補助蒸気を併用することにより、蒸気タービン２を保護した安全運転を維持することができる。
【００５５】
なお、図１に示す実施形態では、中圧補助蒸気供給管３１を新たに設け、これに中圧補助蒸気圧力調節弁３２を介装したが、この他に止め弁や逆止弁を配置している場合もある。
【００５６】
一般的には、中圧補助蒸気圧力調節弁３２の制御圧力設定値を、系列補助蒸気母管２２から軸補助蒸気母管２１への補助蒸気供給管に設置された補助蒸気圧力調節弁３４の制御圧力設定値より低い圧力に設定し、軸補助蒸気母管２１の蒸気圧力が中圧補助蒸気圧力調節弁３２の制御圧力設定値を下回ることにより、自軸の中圧主蒸気を軸補助蒸気母管２１へ蒸気を供給する。
【００５７】
さらに、この蒸気を蒸気タービン２のグランドシール蒸気や、起動時クーリング蒸気供給管２３、起動時クーリング蒸気流量調節弁２４を経て蒸気タービン２の冷却蒸気を補助的に供給することができる。通常は、低圧主蒸気で冷却蒸気を供給する方式を採用しており、不足蒸気を自軸の他の蒸気源を活用して冷却蒸気などの保護・運転に必要な蒸気を確保するようしている。
【００５８】
すなわち、図１に示す系統で中圧補助蒸気供給管３１をグランドシール蒸気と冷却蒸気の低圧主蒸気管１９からの冷却蒸気供給量の不足分の蒸気供給を目的とした容量とすることにより、軸補助蒸気母管２１を経てグランドシール蒸気を供給するとともに、起動時クーリング蒸気供給管２３および起動時クーリング蒸気流量調節弁２４を経て冷却蒸気を蒸気タービン２の低圧部に供給できる。
【００５９】
一方、軸または発電所単独運転時、ガスタービン１は無負荷定格速度または初負荷程度での運転であり、排熱回収ボイラ４ヘ流入するガスタービン１の排気ガスエネルギーは、定格出力運転時に比較すると非常に少なくなっている。このエネルギーを有効に利用するため、比較的低圧の蒸気の発生量を増加させるための方策も必要である。
【００６０】
この方法として、軸または発電所単独運転時、高圧バイパス弁２５の制御設定圧力を予め定めた設定圧力または冷却蒸気流量を確保するように高圧蒸気圧力の制御設定値を定めて高圧蒸気圧力を制御することにより、ガスタービン１の排気ガスエネルギーを消費量の多い低圧蒸気に変換し、エネルギーの有効活用ができる。
【００６１】
ガスタービン１の排ガスエネルギーは、排熱回収ボイラ４の特性で定まるが、一般的に高圧側でのエネルギー回収が多く、低圧側での回収は比較的少ない。排気ガスエネルギーの流入が同じ場合、高圧側の蒸気圧力を高くすると、蒸発器内の圧力も上昇し、蒸発器内の循環水の飽和温度が上昇する。
【００６２】
このため、蒸発器出口の排気ガス温度が上昇し、高圧部での熱回収比率が低下して低圧部の熱回収比率が上昇する。高圧のみではなく中圧蒸気圧力も上昇させると、より低圧蒸気の発生量を増加させることが可能である。
【００６３】
蒸気タービン２の最終段翼長が長く冷却蒸気量が多い場合などは、この蒸気圧力の制御方法を系統構成と組み合わせた運転方法を採用することによって、蒸気タービン２の保護・安全運転が確実に実現できる。
【００６４】
このように本実施形態によれば、軸または発電所単独運転時の蒸気タービン２の保護・安全運転の確保が確実に簡単な方法で実現できる。また、系統構成についても軸または発電所単独運転に移行した後に止め弁を開操作するか調節弁を自動に切り替えたり、止め弁を常時開とし、調節弁も圧力制御を常時自動として運用するなど種々の運転方法が簡単に選択できるなど、運転方法を限定することもなく活用できる。
【００６５】
図２は本発明の第２実施形態を適用したコンバインドサイクル発電設備を示す系統図である。なお、前記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付して説明する。
【００６６】
本実施形態では、図２に示すように中圧過熱器１４出口の中圧主蒸気管１５を分岐して、この分岐した部分に中圧側グランド蒸気供給管３７を接続し、この中圧側グランド蒸気供給管３７を中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８を介してグランド蒸気供給管３９と接続している。すなわち、本実施形態では、軸補助蒸気母管２１への自軸蒸気の供給を行うのではなく、中圧側グランド蒸気供給管３７および中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８を経て自軸グランド蒸気系としてグランド蒸気供給管３９に自軸蒸気を供給するようにしている。
【００６７】
したがって、本実施形態では、蒸気タービン２のグランド蒸気としてグランド蒸気供給管３９に供給する中圧側グランド蒸気供給管３７を軸補助蒸気母管２１からのグランド蒸気供給管と独立して設け、両者をグランド蒸気の二重バックアップラインとしている。
【００６８】
この場合は、グランド蒸気の供給であるため、図１に示す系統構成と比較すると、追加した系統設備の容量が小さくて済み、また蒸気タービン２の冷却蒸気は低圧ドラム１７の発生蒸気を低圧主蒸気管１９，低圧主蒸気流量計３５および低圧蒸気加減弁２０を経て供給しており、冷却蒸気の必要量は高圧、中圧蒸気の圧力を上昇させて確保している。
【００６９】
図２に示した系統を採用する場合も図１に示した場合と同様の運転方法を採用する。ただし、中圧蒸気は蒸気タービン２のグランドに直接供給する方法を採用しており、中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８は、蒸気タービン２のグランドシールヘッダーの圧力を一定に調節する方法を採用している。この場合、冷却蒸気量は低圧主蒸気系からの単独供給であり、低圧蒸気加減弁２０の開度設定により制御している。
【００７０】
軸または発電所単独運転状態での高圧・中圧蒸気の圧力の制御設定値を上昇させることは、各ドラムの圧力が上昇し、ひいては蒸発器出口のガス温度が上昇することで、中圧ドラム１３、低圧ドラム１７での蒸発量の増加が可能である。
【００７１】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００７２】
図２に示す系統を採用する場合も作用は、図１に示した系統を採用する場合と類似しているが、冷却蒸気は低圧主蒸気管１９，低圧主蒸気流量計３５および低圧蒸気加減弁２０を経て全必要量が供給されることになる。
【００７３】
一方、グランドシール蒸気の供給方法については、中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８のグランドシール蒸気圧力制御設定値を軸補助蒸気母管２１からのグランドシール蒸気圧力の制御設定値より低い圧力に設定し、グランドシール蒸気圧力が低下した場合に自動的に不足蒸気を中圧主蒸気から供給するようにしている。
【００７４】
また、本実施形態では、通常運転中に中圧蒸気が蒸気タービン２のグランドシール蒸気として供給されるのを防止するため、中圧側グランド蒸気供給管３７に中圧側グランド蒸気止め弁４１を設け、この止め弁４１を全閉して運転し、軸または発電所単独運転移行信号を入力することで止め弁を開操作するような運転方法も採用できる。
【００７５】
一軸型コンバインドサイクルの軸出力がある程度の範囲内であったり、排気数との関係で最終段翼長がさほど長くない場合には、図８に示す系統にグランドシール蒸気の供給を可能にする図２に示す系統を採用し、冷却蒸気は低圧ドラム１７で発生した蒸気を低圧主蒸気管１９を経て蒸気タービン２の低圧部に供給するようにしても同様の効果が得られる。これは低圧ドラム１７での発生蒸気量を増加させるために高圧蒸気圧力の制御設定値を上昇させるなどの対応を必要としない領域である。
【００７６】
ここでは、図２の系統で説明したが、図１に示す系統で中圧補助蒸気供給管３１をグランドシール蒸気のみを供給できる容量に修正することにより所期の目的を達成できる。
【００７７】
このように本実施形態によれば、蒸気タービン２の冷却蒸気は低圧主蒸気管１９を経て供給されることから、冷却蒸気の流量制御装置を別に設ける必要がなく、また、新たに設けた中圧側グランド蒸気供給管３７のサイズをグランド蒸気の必要量に応じて定めれば、図１に示す実施形態に比較し経済的な蒸気タービン２の保護・安全運転を確保できる系統と運転方法が得られる。
【００７８】
図１と図２に示す系統での効果の差は図２では、蒸気タービン２の冷却蒸気の必要量全てを低圧主蒸気で確保することにより、中圧蒸気で確保すべき蒸気タービン２の必要蒸気がグランドシール蒸気であり、中圧側グランド蒸気供給管３７と中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８を設け、グランド蒸気ヘッダーに直接供給する方式を用いている。ただし、この蒸気供給管３７は軸補助蒸気母管２１に接続し、軸補助蒸気母管２１からグランド蒸気ヘッダーに供給する方法を採用しても効果は同じである。
【００７９】
ここで、図２に示すように中圧側グランド蒸気供給管３７と中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８を設け、グランド蒸気ヘッダーに直接供給する方式を採用する場合は、蒸気の取り出し元を低圧過熱器１８の出口の低圧主蒸気管１９とすることも可能である。中圧ドラム１３を含む中圧系を設けない二圧式（混圧式）の場合には図２に示した系統を、上記のようにグランド蒸気取出口を低圧過熱器１８出口の低圧主蒸気管１９に変更して利用する。この場合もー般的には、高圧・中圧蒸気圧力の制御設定値を上昇させる運転方法と組み合わせて使用すると、同様の効果が得られる。
【００８０】
図３は、図１に示す第１実施形態および図２に示す第２実施形態の排熱回収ボイラ廻りと蒸気タービン廻りの主要蒸気系統を示す詳細図である。
【００８１】
図３に示すように、蒸気流量の確保は、低圧主蒸気管１９からの供給蒸気量（低圧主蒸気流量計３５の測定値）と冷却蒸気必要量の偏差を制御設定値として起動時クーリング蒸気流量計３６の測定値との偏差に応じて起動時クーリング蒸気流量調節弁２４の開度を制御して起動時クーリング蒸気供給管２３を経て行う。
【００８２】
すなわち、冷却蒸気流量は、低圧主蒸気の低圧主蒸気流量計３５の測定値と必要量の偏差を設定値として起動時クーリング蒸気流量計３６の起動時クーリング蒸気供給管２３の蒸気流量との偏差に応じて起動時クーリング蒸気流量調節弁２４の開度を制御して冷却蒸気の必要量を確保した運転が可能であり、蒸気タービン２の保護と安定運転を確保できる。
【００８３】
さらに、軸または発電所単独運転に移行して再併入・負荷上昇を開始するまでの間、高圧ドラム５で発生した高圧主蒸気は、高圧過熱器６で過熱された後、高圧バイパス弁２５を経て復水器に排出されている。したがって、この排出エネルギーを最小限にするとともに、低圧側のドラムで蒸気発生量を増加させる手段を設ければ、一段と安定した運転状態を確保することが可能となる。
【００８４】
これを実現する方法として、軸または発電所単独運転への移行信号に基づいて高圧蒸気圧力の制御設定値を予め定めた値に所定の上昇率で上昇させて排出エネルギーを低減させるとともに、高圧ドラム５の圧力を上昇させて高圧蒸発器出口ガスの温度を上昇させ、下流側の蒸発器への流入ガスエネルギーを増加させる運転方法がある。
【００８５】
ここでは、予め定めた圧力に設定値を上昇させる方法を説明したが、蒸気タービン２の冷却蒸気流量と必要値との偏差に応じて高圧蒸気の設定圧力を上昇させるような方法を採用することも可能である。これらの方法や軸補助蒸気の供給については、図４，図５および図６に示す。
【００８６】
図４は、図１および図２に示す中圧補助蒸気供給管３１または中圧側グランド蒸気供給管３７を設け、軸または発電所単独運転に移行して再併入・負荷上昇を開始するまでの間、蒸気タービン２の保護運転に必要な蒸気を供給するケースで、通常運転中は蒸気の供給を完全に遮断すべく管路に設けた止め弁を全閉として運転し、軸または発電所単独運転への移行信号により前記止め弁を開方向へ操作するための止め弁または中圧補助蒸気調節弁３２または中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８の信号空気ライン（図示せず）に設けた電磁弁の切替信号として使用するものであり、このような弁操作を行う必要がない場合もある。
【００８７】
すなわち、図４は、図１において中圧補助蒸気圧力調節弁３２に隣接して設けた中圧補助蒸気止め弁４０と、図２において中圧側グランド蒸気圧力調節弁３８に隣接して設けた中圧側グランド蒸気止め弁４１の開閉操作を行うブロック図である。図４に示すように、発電機の遮断器解列信号もしくは系統遮断器（８６Ｇ）の解列信号などの負荷遮断もしくは発電所単独運転信号と、パワー・ロードアンバランスリレー信号の論理積をＡＮＤ回路５０でとり、中圧補助蒸気止め弁４０または中圧側グランド蒸気止め弁４１に開指令を出力し、全開に達すると開信号を消滅させ、弁の開操作を終了する。
【００８８】
一方、軸出力がグランド蒸気などの補助蒸気を必要としないα％以上に到達すると、中圧補助蒸気止め弁４０または中圧側グランド蒸気止め弁４１に閉指令を出力し、全閉に達すると閉信号を消滅させ、弁の閉動作を終了するように動作する。
【００８９】
上記パワー・ロードアンバランスリレー信号は、軸の発電機出力とガスタービン１または蒸気タービン２の圧力などの状態値から出力と負荷の不平衡を検出する装置の不平衡発生の信号である。なお、図４において、符号４８，４９はＮＯＴ回路、５１，５２はＡＮＤ回路、５３，５４はＯＲ回路である。
【００９０】
また、軸または発電所単独運転に移行する直前のプラント運転状態または大気温度の相違により、蒸気タービン２の冷却蒸気に不足が生じる懸念がある場合は、図５および図６に示す高圧蒸気または高圧・中圧蒸気圧力の設定値を上昇させて中圧ドラム１３、低圧ドラム１７または低圧ドラム１７の蒸気発生量を増加させる運転方法を組み合わせることにより、一段と確実に蒸気タービンを保護した安全運転が確保できる。この各蒸気圧力の設定値は予め設定しておくか、図７に示すような方法で決定した値を使用してもよい。
【００９１】
図５および図６は、高圧・中圧蒸気圧力の設定値を軸または発電所単独運転条件により変更して運転する運転方法であり、図１および図２に示す系統構成を採用した場合で、蒸気タービン２の冷却蒸気量を確保し、蒸気タービン２を保護し安全運転を維持するために中圧ドラム１３および低圧ドラム１７での蒸発量を増加させる目的で、予め決められた高圧および中圧蒸気圧力の設定値に軸または発電所単独運転への移行信号により切り替える方法の一例を示したものである。
【００９２】
すなわち、図５は高圧ドラム５の圧力を上昇させるために高圧バイパス弁２５の制御圧力の設定値を上昇させるための運転方法である。図５において、通常運転中は、切替器５５に切替信号が入力されていないため、切替器５５の出力はｂが選択される。
【００９３】
これは、発電機の遮断器解列信号もしくは系統遮断器（８６Ｇ）の解列信号などの負荷遮断もしくは発電所単独運転信号と、パワー・ロードアンバランスリレー信号とをＡＮＤ回路５６にて論理積をとり、それが出力されるか、通気開始（高圧蒸気加減弁開）の信号と切替信号とをＡＮＤ回路５７にて論理積をとってそれが出力される場合である。この出力ｃを変化率制限器５８により所定の変化率で高圧バイパス圧力制御装置５９の設定圧力を変更し、高圧主蒸気圧力と比較し高圧バイパス弁２５の開度を制御する。
【００９４】
一方、上記切替信号が切替器５５に入力されると、切替器５５の出力がａに切り替えられ、上記と同様の動作により負荷遮断時のバイパス弁制御圧力設定値が高圧バイパス圧力制御装置５９に設定される。
【００９５】
通気開始（高圧蒸気加減弁開）の信号と、切替信号とをＡＮＤ回路５７にて論理積で得られる出力は、発電機の遮断器解列信号もしくは系統遮断器（８６Ｇ）の解列信号などの負荷遮断もしくは発電所単独運転信号と、パワー・ロードアンバランスリレー信号とが消滅しても、負荷遮断が発生したことを保持している。なお、図５において、６０はＮＯＴ回路、６１はＯＲ回路である。
【００９６】
図６に示す圧力制御の方法は、図２に示す系統を採用した場合で、中圧の発生蒸気量は蒸気タービン２のグランドシール蒸気の補給にのみ使用しているため、高圧と同様に中圧バイパス弁２６から復水器へのエネルギー排出量を低減し、低圧ドラム１７での発生蒸気量を増加させるための方法を示した一例である。
【００９７】
この場合も図５と同様に、予め定めた各々の蒸気圧力の設定値に定められた上昇率または設定値と、軸または発電所単独運転への移行直前の各蒸気圧力との偏差などに基づいて算出した上昇率で上昇させる方法である。そして、中圧ドラム１３の圧力を上昇させるための回路が付加されている。なお、図６において、６２は中圧バイパス圧力制御装置である。
【００９８】
図７（Ａ），（Ｂ）は、蒸気タービン２の冷却蒸気量と必要量の偏差に応じて高圧および高圧・中圧蒸気圧力の設定値を設定するための設定値の制御回路の一例である。この方法を採用すれば、大気温度などの運転条件の変化による冷却蒸気不足を回避することも可能である。
【００９９】
軸または発電所単独運転時の高圧・中圧蒸気圧力の設定値は、設計時に予め一定値としても十分所期の目的を達成できるが、図７に示すように冷却蒸気必要量と冷却蒸気供給量の偏差に応じて蒸気圧力の設定値を定める方法を採用することも可能である。
【０１００】
図７（Ａ）は、負荷遮断時の高圧バイパス圧力制御装置の圧力設定値を算出する単独運転時蒸気圧力設定値制御器６３の演算回路を示しており、低圧主蒸気流量（低圧主蒸気流量計３５の測定値）および起動時クーリング蒸気流量調節弁２４の通過流量の和と、必要クーリング蒸気量との差に基づいて、冷却蒸気制御器６４で圧力設定値を演算した後、最高設定圧力との低値を低値優先回路６５で選択し、圧力設定値として出力するようにしている。
【０１０１】
図７（Ｂ）は、負荷遮断時の高圧・中圧バイパス圧力制御装置の圧力設定値を算出する高圧・中圧の単独運転時蒸気圧力設定値制御器６６の演算回路を示しており、クーリング蒸気の不足分を中圧蒸気と低圧蒸気の双方で確保するために、高圧側信号分配器６７および中圧側信号分配器６８により、高圧ドラム５および中圧ドラム１３の圧力上昇に配分分担し、それぞれ高圧側流量制御器６９および中圧側流量制御器７０と、高圧側低値優先回路７１および中圧側低値優先回路７２を通して高圧圧力設定値および中圧圧力設定値を算出している。
【０１０２】
なお、本発明では上記実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、三圧式の排熱回収ボイラ４を対象に説明したが、二圧式（混圧式）排熱回収ボイラを採用した場合については、図２に示す系統に準じ、蒸気タービン２のグランドシール蒸気の供給源を低圧主蒸気に変更し、排熱回収ボイラの中圧蒸気に関連する系統および制御装置を削除することにより、そのまま適用できる。
【０１０３】
また、図２に示す実施形態では、中圧側グランド蒸気供給管３７が第２のグランド蒸気供給管としてグランド蒸気圧力を制御しているが、この接続先を軸補助蒸気母管２１とし、グランドシール蒸気の供給を一系統にまとめるような系統構成としても、同様の効果が得られる。
【０１０４】
さらに、上記実施形態では、高圧または中圧蒸気圧力の制御圧力の設定値に関して図５および図６に示したが、軸または発電所単独運転移行時に通常運転中の圧力設定値にバイアスを加えて蒸気圧力の制御設定値を設定する方法を採用しても、上記と同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
そして、上記実施形態では、ガスタービン排ガスエネルギーの低圧蒸気での回収効果を上げるため、高圧・中圧蒸気圧力を上昇させるための制御設定値を予め設定しておくか、冷却蒸気の必要量と供給量との偏差に応じて算出する方法で説明したが、図２に示す系統を採用した場合などは、流量ではなく蒸気流量が低圧蒸気加減弁２０の開度および低圧主蒸気圧力から算出できることから、低圧加減弁の開度および低圧主蒸気圧力から設定することもできる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、排熱回収ボイラを３圧式排熱回収ボイラに構成し、中圧過熱器の出口を分岐し、この分岐した部分に軸補助蒸気母管へ補助蒸気を供給する補助蒸気供給管を接続してグランドシール蒸気および蒸気タービン冷却蒸気の一部を確保する系統を構成し、高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて蒸気タービンの冷却蒸気を確保することにより、軸または発電所単独運転時のように他軸からの補助蒸気の供給が期待できない状態で定格回転数で運転を継続しなければならないケースでも、自軸の発生蒸気を使用して運転を続行できるとともに、蒸気タービンの必要蒸気量を確保することができる。
【０１０７】
また、請求項１によれば、蒸気タービンの大容量化および軸長の短縮化など最終段翼長の長翼化が進んで、特殊な運転状態での必要蒸気量が増加する傾向に対しても、蒸気タービンを保護した安全運転を維持することができる。
【０１０８】
請求項２によれば、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、補助蒸気供給管に補助蒸気圧力調節弁を介し、軸または発電所単独運転への移行信号に基づいて補助蒸気圧力調節弁の圧力設定値を切り替えたり、補助蒸気供給管に設けた止め弁を開操作して軸補助蒸気母管へ蒸気を供給することにより、一段と安定した運転状態を確保することが可能となる。
【０１０９】
請求項３によれば、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、独立した２系統を使用して蒸気タービン冷却蒸気を供給する場合、低圧主蒸気系統からの冷却蒸気の供給は、通常運転中と同様に主蒸気圧力制御を用い、予め設定された冷却蒸気量との不足分を軸補助蒸気系から供給するように補助蒸気系からの供給蒸気流量を制御することにより、請求項２と同様に、一段と安定した運転状態を確保することが可能となる。
【０１１０】
請求項４によれば、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、蒸気タービン冷却蒸気を低圧主蒸気管と起動時クーリング蒸気供給管を介して供給する場合、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて低圧ドラムの発生蒸気量を増加させるように蒸気圧力を制御することにより、請求項２と同様に、一段と安定した運転状態を確保することが可能となる。
【０１１１】
請求項５によれば、請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、蒸気タービン冷却蒸気を低圧主蒸気管と起動時クーリング蒸気供給管を介して供給する場合、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、低圧主蒸気流量と軸補助蒸気系からの供給蒸気流量の和に基づいて高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を上昇させ、低圧ドラム発生蒸気量を増加させることにより、請求項２と同様に、一段と安定した運転状態を確保することが可能となる。
【０１１２】
請求項６によれば、排熱回収ボイラを３圧式排熱回収ボイラに構成し、中圧過熱器出口で分岐してグランド蒸気供給管に蒸気タービンのグランド蒸気として蒸気を供給する蒸気管を設け、この蒸気管を軸補助蒸気母管からのグランド蒸気供給管と独立して設け、両者をグランド蒸気の二重バックアップラインとし、蒸気タービンの冷却蒸気を低圧主蒸気管のみから供給することにより、軸または発電所単独運転時のように他軸からの補助蒸気の供給が期待できない状態で定格回転数で運転を継続しなければならないケースでも、自軸の発生蒸気を使用して運転を続行できるとともに、蒸気タービンの必要蒸気量を確保することができる。そして、グランド蒸気の供給であるため、請求項１と比較して系統設備の容量が小さく済む。
【０１１３】
請求項７によれば、請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて蒸気タービンの冷却蒸気を確保することにより、蒸気発生量を増加させ、確実に蒸気タービンを保護した安全運転を維持することができる。
【０１１４】
請求項８によれば、請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を予め定めた設定値に所定の上昇率で上昇させ、低圧ドラムの発生蒸気量を増加させることにより、請求項７と同様に、確実に蒸気タービンを保護した安全運転を維持することができる。
【０１１５】
請求項９によれば、請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を低圧蒸気流量と蒸気タービン冷却蒸気流量の設定値との偏差に応じて高圧・中圧ドラム圧力、高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を上昇させ、低圧ドラム発生蒸気量を増加させることにより、請求項７と同様に、確実に蒸気タービンを保護した安全運転を維持することができる。
【０１１６】
請求項１０によれば、排熱回収ボイラを２圧式排熱回収ボイラに構成し、低圧過熱器出口で分岐し、蒸気タービンのグランド蒸気としてグランド蒸気供給管に蒸気を供給する蒸気管を、軸補助蒸気母管からのグランド蒸気供給管と独立して設け、両者をグランド蒸気の二重バックアップラインとするとともに、蒸気タービンの冷却蒸気を低圧主蒸気管のみから供給することにより、２圧式排熱回収ボイラでも、請求項６と同様の効果が得られる。
【０１１７】
請求項１１によれば、請求項１０記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、高圧ドラム圧力、高圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて前記蒸気タービンの冷却蒸気を確保することにより、請求項１０の効果に加えて、確実に蒸気タービンを保護した安全運転を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を適用したコンバインドサイクル発電設備を示す系統図。
【図２】本発明の第２実施形態を適用したコンバインドサイクル発電設備を示す系統図。
【図３】図１および図２に示す排熱回収ボイラ廻りと蒸気タービン廻りの主要蒸気系統を示す詳細図。
【図４】図１の中圧補助蒸気止め弁と図２の中圧側グランド蒸気止め弁の開閉操作を行う制御系を示すブロック図。
【図５】図１および図２に示す高圧ドラムの圧力を上昇させるために高圧バイパス弁の制御圧力の設定値を上昇させる制御系を示すブロック図。
【図６】図５の制御系に中圧ドラムの圧力を上昇させるための回路を付加した制御系を示すブロック図。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は高圧および高圧・中圧蒸気圧力の設定値を設定するための設定値の制御回路の一例を示すブロック図。
【図８】従来のコンバインドサイクル発電設備を示す系統図。
【符号の説明】
１ ガスタービン
２ 蒸気タービン
３ 発電機
４ 排熱回収ボイラ
５ 高圧ドラム
６ 高圧過熱器
７ 高圧主蒸気管
８ 高圧蒸気加減弁
９ 低温再熱蒸気管
１０ 再熱器
１１ 高温再熱蒸気管
１２ 中圧蒸気加減弁
１３ 中圧ドラム
１４ 中圧過熱器
１５ 中圧主蒸気管
１６ 中圧蒸気流量調節弁
１７ 低圧ドラム
１８ 低圧過熱器
１９ 低圧主蒸気管
２０ 低圧蒸気加減弁
２１ 軸補助蒸気母管
２２ 系列補助蒸気母管
２３ 起動時クーリング蒸気供給管
２４ 起動時クーリング蒸気流量調節弁
２５ 高圧バイパス弁
２６ 中圧バイパス弁
２７ 低圧バイパス弁
３１ 中圧補助蒸気供給管
３２ 中圧補助蒸気圧力調節弁
３４ 補助蒸気圧力調節弁
３５ 低圧主蒸気流量計
３６ 起動時クーリング蒸気流量計
３７ 中圧側グランド蒸気供給管
３８ 中圧側グランド蒸気圧力調節弁
３９ グランド蒸気供給管
４０ 中圧補助蒸気止め弁
４１ 中圧側グランド蒸気止め弁
５５ 切替器
５８ 変化率制限器
５９ 高圧バイパス圧力制御装置
６２ 中圧バイパス圧力制御装置
６３ 単独運転時蒸気圧力設定値制御器
６４ 冷却蒸気制御器
６５ 低値優先回路
６６ 単独運転時蒸気圧力設定値制御器
６７ 高圧側信号分配器
６８ 中圧側信号分配器
６９ 高圧側流量制御器
７０ 中圧側流量制御器
７１ 高圧側低値優先回路
７２ 中圧側低値優先回路
Claims (11)
- ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機の回転軸を一体に結合し、ガスタービンの排気エネルギーを排熱回収ボイラで蒸気に変換し、この蒸気を蒸気タービンに導入して電力として回収する一軸型コンバインドサイクルプラントが、発電所外の電力系統事故などに起因する負荷遮断により軸単独または発電所単独運転に移行する一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法であって、前記排熱回収ボイラは、高圧ドラムおよび高圧過熱器，中圧ドラムおよび中圧過熱器，低圧ドラムおよび低圧過熱器を備えた３圧式排熱回収ボイラに構成し、前記中圧過熱器の出口を分岐し、この分岐した部分に軸補助蒸気母管へ補助蒸気を供給する補助蒸気供給管を接続してグランドシール蒸気および蒸気タービン冷却蒸気の一部を確保する系統を構成し、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて前記蒸気タービンの冷却蒸気を確保することを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法。
- 請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、前記補助蒸気供給管に補助蒸気圧力調節弁を介し、軸または発電所単独運転への移行信号に基づいて前記補助蒸気圧力調節弁の圧力設定値を切り替えたり、前記補助蒸気供給管に設けた止め弁を開操作して軸補助蒸気母管へ蒸気を供給することを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法。
- 請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、独立した２系統を使用して蒸気タービン冷却蒸気を供給する場合、低圧主蒸気系統からの冷却蒸気の供給は、通常運転中と同様に主蒸気圧力制御を用い、予め設定された冷却蒸気量との不足分を軸補助蒸気系から供給するように補助蒸気系からの供給蒸気流量を制御することを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法。
- 請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、蒸気タービン冷却蒸気を低圧主蒸気管と起動時クーリング蒸気供給管を介して供給する場合、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて低圧ドラムの発生蒸気量を増加させるように蒸気圧力を制御することを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法。
- 請求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、蒸気タービン冷却蒸気を低圧主蒸気管と起動時クーリング蒸気供給管を介して供給する場合、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、低圧主蒸気流量と軸補助蒸気系からの供給蒸気流量の和に基づいて前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を上昇させ、低圧ドラム発生蒸気量を増加させることを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法。
- ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機の回転軸を一体に結合し、ガスタービンの排気エネルギーを排熱回収ボイラで蒸気に変換し、この蒸気を蒸気タービンに導入して電力として回収する一軸型コンバインドサイクルプラントが、発電所外の電力系統事故などに起因する負荷遮断により軸単独または発電所単独運転に移行する一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法であって、前記排熱回収ボイラは、高圧ドラムおよび高圧過熱器，中圧ドラムおよび中圧過熱器，低圧ドラムおよび低圧過熱器を備えた３圧式排熱回収ボイラに構成し、前記中圧過熱器出口で分岐してグランド蒸気供給管に蒸気タービンのグランド蒸気として蒸気を供給する蒸気管を設け、この蒸気管を軸補助蒸気母管からのグランド蒸気供給管と独立して設け、両者をグランド蒸気の二重バックアップラインとし、蒸気タービンの冷却蒸気を低圧主蒸気管のみから供給することを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法。
- 請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて前記蒸気タービンの冷却蒸気を確保することを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法。
- 請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を予め定めた設定値に所定の上昇率で上昇させ、低圧ドラムの発生蒸気量を増加させることを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法。
- 請求項６記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、軸または発電所が単独運転に移行した条件により、前記高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を低圧蒸気流量と蒸気タービン冷却蒸気流量の設定値との偏差に応じて高圧・中圧ドラム圧力、前記高圧・中圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定値を上昇させ、低圧ドラム発生蒸気量を増加させることを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法。
- ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機の回転軸を一体に結合し、ガスタービンの排気エネルギーを排熱回収ボイラで蒸気に変換し、この蒸気を蒸気タービンに導入して電力として回収する一軸型コンバインドサイクルプラントが、発電所外の電力系統事故などに起因する負荷遮断により軸単独または発電所単独運転に移行する一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法であって、前記排熱回収ボイラは、高圧ドラムおよび高圧過熱器，低圧ドラムおよび低圧過熱器を備えた２圧式排熱回収ボイラに構成し、前記低圧過熱器出口で分岐し、蒸気タービンのグランド蒸気としてグランド蒸気供給管に蒸気を供給する蒸気管を、軸補助蒸気母管からのグランド蒸気供給管と独立して設け、両者をグランド蒸気の二重バックアップラインとするとともに、蒸気タービンの冷却蒸気を低圧主蒸気管のみから供給すること特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法。
- 請求項１０記載の一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法において、前記高圧ドラム圧力、前記高圧過熱器出口蒸気圧力の少なくとも一方の制御設定圧力を所定圧力に上昇させて前記蒸気タービンの冷却蒸気を確保することを特徴とする一軸型コンバインドサイクルプラントの運転方法。
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