JP3660732B2 - 一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置にかかり、とりわけ起動運転中、蒸気タービン低圧部の最終段落部に生起する過加熱状態を効果的に冷却する一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一軸型複合サイクル発電プラントは、単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を串形配置したものであって、その配置が軸状になっているので比較的設置面積が少なくて済み、またガスタービンに備わった急速起動を活用でき、さらにまた、ガスタービンから出る排熱が蒸気発生の熱源として有効活用ができるため、ガスタービン単体あるいは蒸気タービン単体の熱効率に比べて高い点も手伝って最近、好まれて数多く採用されている。
【0003】
この種の発電プラントの起動運転は、真空ポンプによって復水器を通じて蒸気タービン低圧部内を真空引きにしておき、規定真空度になったときスターティングモータの駆動力により単一軸(回転軸)を回転させ、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービンの各圧力部を昇速させてからガスタービン燃焼器に燃料を投入して燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスの生成によってガスタービンを起動させている。
【0004】
起動後のガスタービンは、燃焼ガスによって膨張仕事をし、膨張仕事後の排熱を、熱源とする蒸気発生用として排熱回収ボイラに送っている。この間、蒸気タービンの各圧力部は、排熱回収ボイラから蒸気が得られていないので、いわゆる無通気・無負荷の運転にあり、各圧力部のタービンケーシング内の空気を撹拌しているだけの状態になっている。
【0005】
このような空気撹拌状態下の蒸気タービン各圧力部のうち、とりわけ蒸気タービン低圧部は、最終段落部の動翼が1m以上にも及ぶ長翼化しているため、風損(蒸気タービンケーシング内の空気撹拌による動力損失)が生起し、その摩擦熱によって最終段落部の構成部品が過加熱状態に落ち入り、材力強度の低下という問題が出ている。
【0006】
このような問題点に対する回避策として、例えば特公平6−78724号公報に見られるように、最終段落部の風損が生起する回転数が経験的にわかっているところ、この風損に対する回転数と、排熱回収ボイラの低圧ドラム内圧が所与値に達したことを条件に、排熱回収ボイラの低圧ドラムから蒸気タービン低圧部に低圧蒸気を供給し、蒸気タービン低圧部の最終段落部を冷却し、その構成部品の過加熱状態から保護することがすでに知られていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述公報のような従来技術では、排熱回収ボイラの低圧ドラムの器内圧が所与圧に達するまでに時間を要し、この間、回転軸は風損が生起しないよう回転数を、従来よりも低くしておかなければならず、起動運転の短縮化に支障をきたしている。特に、ホットスタートと異なってコールドスタートの場合、起動時間に2時間以上も要しており、この種の発電プラントの売りものの一つである起動短縮という利点を損っている。
【0008】
また、最近の発電プラントは、その出力が増加しており、出力増加に伴って起動時間も長くなる傾向にあり、風損が生起しない回転数にホールドしていたのでは起動時間短縮を図ることができないことと相まって、排熱回収ボイラの低圧ドラムから蒸気タービン低圧部に供給される低圧蒸気量だけでは上述最終段落部の構成部品を過加熱状態から保護できなくなってきた。さらにまた、負荷しゃ断時、蒸気タービンの各圧力部に供給されていた蒸気は必然的にカットされるものの、それでも回転軸だけは定速回転以上の回転数に維持する運転を求められる場合があり、この場合も風損に伴う過加熱状態回避のため、上記低圧ドラムからの蒸気を必要とし、その蒸気量が多量化しているため、従来の蒸気量だけでは賄いきれず、何らかの対策が必要になってきた。
【0009】
本発明は、このような事情にもとずいてなされたものであり、単一軸(回転軸)の回転数を、従来の回転数よりも低くホールドすることなく風損に伴う過加熱を回避して起動時間の短縮化を図るとともに、風損に伴う過加熱の回避に必要な冷却蒸気を確実に確保できるようにした一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置は、上記目的を達成するために、請求項1に記載したように単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系とを備える一方、上記低圧蒸気系の流量計の出力信号と上記冷却蒸気系の流量計の出力信号との合計流量和のうち、上記冷却蒸気系からの冷却蒸気量の占める割合が所与値を越えないように、上記冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたものである。
【0011】
また、請求項2記載の本発明は、請求項1記載の冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系を、低圧蒸気系の流量計の出力信号と上記冷却蒸気系の流量計の出力信号とを加算する加算部と、この加算部からの出力信号に設定器からの所与値を突合わせる比較部と、この比較部からの偏差に基づいて上記冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える調節部とを有する構成にしたものである。
【0012】
さらに、請求項3記載の本発明は、請求項2記載の冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系の設定器の所与値を、復水器から求めた真空度に見合う冷却蒸気量を算出する関数発生器の出力信号により定められたものである。
【0013】
さらに、請求項4記載の本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置は、単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系と、上記排熱回収ボイラの再熱器からの再熱蒸気を、上記蒸気タービン中圧部を介して上記蒸気タービン低圧部に案内する再熱蒸気系とを備える一方、この再熱蒸気系に流量計を設け、この流量計が再熱蒸気のみで上記蒸気タービン低圧部の冷却を賄えることを検出したとき、上記冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたものである。
【0014】
また、請求項7記載の本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置は、単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系と、上記排熱回収ボイラの過熱器からの主蒸気を、上記蒸気タービン高圧部、上記排熱回収ボイラの再熱器、上記蒸気タービン中圧部を介して上記蒸気タービン低圧部に案内する主蒸気系とを備える一方、この主蒸気系の高圧加減弁の弁開度を検出する弁リフト検出器を設け、この弁リフト検出器が主蒸気のみで上記蒸気タービン低圧部の冷却を賄えることを検出したとき、上記冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置を容易に理解するために、第1実施の形態、第2実施の形態および第3実施の形態とに分けて説明する。
【0016】
(第1実施の形態)
図1は、本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置を示す概略系統図である。
【0017】
一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置は、図1に示されるように、原動機部GTと、排熱回収ボイラHRSGと、低圧蒸気系LSと、冷却蒸気系CSと、冷却蒸気制御系CSCとを有する構成になっている。
【0018】
原動機部GTは、単一軸(回転軸)に、ガスタービン1、圧縮機3、蒸気タービン高圧部4、蒸気タービン中圧部5、蒸気タービン低圧部6を串形配置にして軸状に長く延びる構成になっている。
【0019】
排熱回収ボイラHRSGの入口端Aは、上記原動機部GTと距離を置いて離れ、ガスタービン1の出口端Aに接続している。この排熱回収ボイラHRSGは、ガスタービン1の燃焼ガスの排熱を受け、その流れに沿って過熱器8、再熱器9、高圧ドラム10に連通する高圧蒸発器11、中圧ドラム12に連通する中圧蒸発器13、低圧ドラム14に連通する低圧蒸発器15、節炭器16を備え、ここから発生した蒸気を上記原動機部GTの蒸気タービン高圧部4、蒸気タービン中圧部5、蒸気タービン低圧部6のそれぞれに送給する構成になっている。すなわち、蒸気タービン高圧部4は、主蒸気系MSの高圧加減弁17を介装して過熱器8に、その出口端Bは、再熱器9の入口端Bのそれぞれに接続している。この再熱器9は、蒸気タービン高圧部4により膨張仕事をした蒸気の蒸気条件(圧力・温度)を、原蒸気条件に回復する、いわゆる再熱蒸気を発生させるものであって、その出口端Cと蒸気タービン中圧部5の入口端Cを、中間阻止弁18を介装して接続する再熱系RHSを備えたものである。また、蒸気タービン低圧部6の入口端は、低圧加減弁21を介装して低圧蒸気系LSに、その出口端は復水器19、復水ポンプ20、を介装して排熱回収ボイラHRSGの節炭器16にそれぞれ接続している。
【0020】
低圧蒸気系LSは、蒸気タービン低圧部6の入口端と排熱回収ボイラHRSGの低圧ドラム14とを結び、低圧加減弁21、逆止弁24、流量計23を備えた管路構成になっており、この低圧蒸気系LSには、冷却蒸気系CSが付設追加されている。
【0021】
冷却蒸気系CSは、蒸気源22を備えるとともに、ここから送給される冷却蒸気の流れに沿って流量計26、流量調節弁27、冷却蒸気供給弁25を備えた管路構成になっており、上記低圧蒸気系LSの低圧加減弁21の入口側に接続している。上記蒸気源22は、蒸気タービン低圧部6の風損に伴う過加熱を回避する関係上、多量の冷却蒸気を消費するといえども、経済性を考慮すると最低必要限度にとどめておくことが得策であり、このため、利便性を考慮して、例えば既存の複合サイクル発電プラントの他の低圧蒸気系または発電所内専用のハウスボイラを使用することが望ましい。
【0022】
上記低圧蒸気系LSと冷却蒸気系CSには、ともに共通の冷却蒸気制御系CSCが設けられている。この冷却蒸気制御系CSCは、上記蒸気源22から蒸気タービン低圧部6に送給される冷却蒸気量を、最低必要限度にコントロールするものであって、低圧蒸気系LSの流量計23の出力信号に、冷却蒸気系CSの流量計26の出力信号を加算する加算部28と、この加算部28の出力信号に、設定器30から予じめ定められた所与値としての出力信号を突合わせる比較部29と、比較部29からの偏差に比例・積分演算して上記流量調節弁27の弁開閉信号を作り出す調節部31とを有する構成になっている。
【0023】
次に、上記構成に基ずく作用を説明する。
【0024】
起動前、復水器19は、図示しない真空ポンプにより真空引にされており、規定真空度に達すると、スターティングモータ(図示せず)により原動機部GTは回転し、燃焼器2の着火によりガスタービン1および圧縮機3は、併入運転に入る。
【0025】
圧縮機3は、大気を吸込んで高圧化し、その高圧空気を燃焼ガス生成用として燃焼器2に送給している。燃焼器2には、高圧空気とともに燃料、例えばLNGまたは灯油が加えられ、高温の燃焼ガスを生成している。ガスタービン1は、燃焼ガスに膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスを排熱回収ボイラHRSGに蒸気発生用の熱源として送給している。この間、原動機部GTの蒸気タービン高圧部4、蒸気タービン中圧部5、蒸気タービン低圧部6は排熱回収ボイラHRSGからの蒸気を得ていない、いわゆる無通気・無負荷の状態にあり、このため各圧力部4,5,6のケーシング内は動翼回転による空気の撹拌が継続している。特に、蒸気タービン低圧部6の最終段落部の動翼は、他の各圧力部4,5のそれと較べ長翼であるため、空気の撹拌中、回転摩擦熱が多く出、この回転摩擦熱により最終段落部の構成部品は過加熱状態に落ち入る。このときには、排熱回収ボイラHRSGの低圧ドラム4は、開口しており、所与圧力になっているので、ここから低圧蒸気を低圧蒸気系LSの低圧加減弁21を経て蒸気タービン低圧部6に送り、蒸気タービン低圧部6の過加熱状態の回避を図っている。
【0026】
ところが、高出力化に伴って起動時間も従来よりも長くなってくると、低圧蒸気系LSから蒸気タービン低圧部6に送給していた低圧蒸気量だけでは蒸気タービン低圧部6の過加熱状態回避に対し、賄うことができなくなっている。このため、低圧蒸気系LSには、低圧蒸気の不足分として蒸気源22からの冷却蒸気をもってバックアップする冷却蒸気系CSが設けられている。この冷却蒸気系CSは、あくまでも低圧蒸気系LSのバックアップ用であるから、上記低圧蒸気の不足分に対し、過不足のない最低必要限度の冷却蒸気量にしておく必要がある。
【0027】
冷却蒸気系CSの蒸気源22から低圧蒸気系LSに送給される冷却蒸気量は冷却蒸気制御系CSCによってコントロールされている。すなわち、低圧蒸気系LSの低圧蒸気は流量計23により検出され、また冷却蒸気系CSの冷却蒸気は流量計26により検出されている。流量計23,26により検出された出力信号は、それぞれ加算部28に送られ、ここで加算信号として比較部29に送っている。比較部29は、上記加算信号とともに、設定器30からの予じめ定められた所与値としての出力信号を突合わせ、偏差が生じた場合、その偏差信号を演算部31に送り、ここで比例・積分動作による弁開閉信号を作り出し、その弁開閉信号を冷却蒸気系CSの流量調節弁27に与え、蒸気源22からの冷却蒸気量をコントロールしている。
【0028】
したがって、本発明にかかる一軸型複合発電プラントの蒸気冷却装置では、起動中、蒸気タービン低圧部6が風損に伴う過加熱状態に落ち入ろうとも冷却蒸気系CSの流量調節弁27の流量コントロールにより、過加熱状態を回避するに必要な蒸気量を確実に確保でき、これにより起動時間も短縮することができる。
【0029】
なお、ガスタービン1、蒸気タービン高圧部4、蒸気タービン中圧部5および蒸気タービン低圧部6がともに定格回転数に達し、ガスタービン1のみが併入運転に入ると、燃焼ガス温度の高まりも増し、排熱回収ボイラHRSGの高圧ドラム10の蒸気圧力が所与圧に近づいてくるので、主蒸気系MSの高圧蒸気加減弁17、再熱蒸気系RHSの中間阻止弁18を開口して高圧ドラム10からの高圧蒸気による蒸気タービン各圧力部4,5,6への通気を行い、通気運転後、ガスタービン1の負荷上昇とともに蒸気タービン各圧力部4,5,6も負荷運転に入り、このようにして発電機7からの電気出力を得るようにしている。
【0030】
図2は、本発明にかかる第1実施の形態の変形例、とりわけ冷却蒸気制御系を示す概略系統図である。なお、第1実施の形態における構成部品と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0031】
本変形例では、冷却蒸気系CSの流量調節弁27に弁開閉制御信号を与える制御系CSSの設定器30の所与値を復水器19の真空度に求めたものである。
【0032】
一般に、復水器19の真空度が高くなると、蒸気タービン低圧部6の風損に伴う過加熱の影響が少なくなることが知られており、真空度の高低変化により蒸気タービン低圧部6に案内される蒸気量の増減変化に直接影響を与えている。この場合、真空度の高低変化は、復水器19に蒸気タービン低圧部6から案内される排気蒸気量、復水器19に冷却水源、例えば海洋から案内される海水量および海水温度の影響を受けるが、海水量は設計値を維持していると考えられるから、結局、海水温度に左右されている。つまり、海水温度が高いと、真空度は低下する関係にある。海水温度は、温度調整ができないので、結局、真空度変化に対応させて蒸気タービン低圧部6に案内される蒸気量を定める必要がある。
【0033】
本発明にかかる第1実施の形態の第1実施例では、このような点に着目したものであって、図2に示されるように、復水器19に真空度計32を設け、この真空度計32の出力信号を、図3に示される蒸気タービン低圧部6に案内される蒸気量と真空度との関係の特性線図を入力化しておいた関数発生器33から求め、ここで定められた出力信号を設定器30を介して比較部29に入力し、上述加算部28からの出力信号との偏差演算信号により冷却蒸気系CSの流量調節弁27に開閉信号を与え、蒸気源22からの冷却蒸気をコントロールするものである。
【0034】
したがって、冷却蒸気系CSの蒸気源22からの冷却蒸気は、復水器19の真空度の変化に見合うように低圧蒸気系LSの低圧蒸気に過不足なく、バックアップして加えることができるので、蒸気タービン低圧部6は風損に伴う過加熱状態から回避させることができる。
【0035】
(第2実施の形態)
図4は、本発明にかかる第2実施の形態を示す概略系統図である。なお第1実施の形態と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0036】
通気運転中、高圧ドラム10の主蒸気は過熱器8、主蒸気系MS、高圧加減弁17、蒸気タービン高圧部4を介して流れ、再熱器9を通過したとき再熱蒸気として再熱蒸気系RHS、中間阻止弁18を介して蒸気タービン中圧部5、蒸気タービン低圧部6に順に流れるようになっているが、本実施の形態では、蒸気タービン低圧部6に流れる再熱蒸気(この時点では未だ所与力になっていない)を、風損に伴う過加熱を回避するために活用するものである。すなわち、通気運転前においては、低圧蒸気系LSの低圧蒸気が、冷却蒸気系CSの冷却蒸気とともに、蒸気タービン低圧部6に案内されているが、この冷却蒸気には使用限界があることから、上記再熱蒸気が冷却蒸気系CSの冷却蒸気量よりも上回ったとき、冷却蒸気の蒸気タービン低圧部6への供給を、停止させることにしたものである。
【0037】
以下に図4を参照して説明する。
【0038】
排熱回収ボイラHRSGの再熱器9の出口端Cと、蒸気タービン中圧部5の入口端Cとは、中間阻止弁18を介装する再熱蒸気系RHSにより接続されており、この再熱蒸気系RHSには流量計34が設けられている。流量計34の出力信号は、冷却蒸気制御系CSCに送られている。冷却蒸気制御系CSCは、設定器35と比較演算部36とを有し、冷却蒸気系CSの冷却蒸気供給弁25に弁閉信号を与えて冷却蒸気タービン低圧部6への供給を停止させるものである。すなわち、再熱器9から蒸気タービン中圧部5に案内される再熱蒸気は、流量計34により検出されており、この検出信号は冷却蒸気制御系CSCの比較演算部36に送られている。ここで、設定器35からの所与値としての出力信号と突合わされ、偏差(再熱蒸気量が冷却蒸気系CSの冷却蒸気を上回ったとき)が出ると、その偏差を演算して弁閉信号を作り出し、その弁閉信号を冷却蒸気系CSの冷却蒸気供給弁25に与えて冷却蒸気の供給をカットする。
【0039】
このように、本実施の形態では、蒸気タービン低圧部6に案内される再熱蒸気系RHSの再熱蒸気が、冷却蒸気系CSの冷却蒸気量を上回ったとき、その冷却蒸気の供給を自動的にカットできるようにしたので、冷却蒸気系CSの蒸気源22はその冷却蒸気を過分に消費することがなく、安定した蒸気量および蒸気圧を維持することができる。
【0040】
図5は、本発明にかかる第2実施の形態の変形例を示す概略系統図である。なお、上述した第2実施の形態と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0041】
本変形例では、図4に示されている第2実施の形態中、再熱蒸気系RHSの流量計34に代えて圧力計37を設けたものである。蒸気流量と蒸気圧力とは比例関係にあることに着目したからである。この場合、蒸気タービン低圧部6の風損に伴う過加熱状態は、蒸気圧力が所与値になれば回避することが経験的に分っているので、再熱蒸気系RHSの圧力計37の検出圧力が冷却蒸気制御系CSCの設定器35からの出力信号を上回っていれば、冷却蒸気系CSの冷却蒸気供給弁25に弁閉信号を与えることができ、冷却蒸気の蒸気タービン低圧部6への供給をカットすることができる。したがって、冷却蒸気系CSの蒸気源22は、安定した蒸気量および蒸気圧を維持することができる。
【0042】
(第3の実施の形態)
図6は、本発明にかかる第3実施の形態を示す概略系統図である。なお、第2実施の形態と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0043】
通気運転中、排熱回収ボイラの蒸気は、上述第2実施の形態で説明したように、高圧ドラム10から蒸気タービン高圧部4、再熱器9、蒸気タービン中圧部5、蒸気タービン低圧部6の順に流れるようになっているが、本実施の形態では、通気の蒸気源となる高圧ドラム10からの主蒸気に着目したものであり、この主蒸気が冷却蒸気系CSの冷却蒸気量よりも上回ったとき、冷却蒸気の蒸気タービン低圧部6への供給を停止させることにしたものである。すなわち、主蒸気が主蒸気系MSの高圧加減弁17を介して蒸気タービン高圧部4に流れる蒸気量と、蒸気タービン低圧部6に流れる蒸気量とはほぼ等量の関係にあることに着目したからである。
【0044】
以下に図6を参照して説明する。
【0045】
排熱回収ボイラHRSGの高圧ドラム10から主蒸気が発生し(通気中の主蒸気は今だ所与圧力になっていない)、この主蒸気は過熱器8、主蒸気系MSの高圧加減弁17を介して蒸気タービン高圧部4に流れ、ここで各構成部品を加温した後、再熱器9に流れて原蒸気条件(圧力・温度)に回復させ、再熱蒸気として再熱蒸気系RHSの中間阻止弁18から蒸気タービン中圧部5、蒸気タービン低圧部6の順に流れているので蒸気タービン高圧部4を通過する蒸気量と、蒸気タービン低圧部6に流れる蒸気量とはほぼ等量である。
【0046】
そこで、本発明にかかる第3実施の形態では、主蒸気系MSの高圧加減弁17に弁リフト検出器38を設けたものである。この弁リフト検出器38の出力信号は、制御系CSCに送られている。制御系CSCは、設定器39と比較演算部40とを有し、冷却蒸気系CSの冷却蒸気供給弁25に弁閉信号を与えて冷却蒸気の蒸気タービン低圧部6へ供給を停止させるものである。すなわち、高圧ドラム10から蒸気タービン高圧部4に案内される主蒸気の蒸気量は、高圧加減弁17の開度により定まり、弁リフト検出器38はこの開度を検出している。弁リフト検出器38の出力信号は、冷却蒸気制御系CSCの比較演算部40に送られ、ここで設定器39からの出力信号と突合わされ、偏差(主蒸気量が冷却蒸気系CSの冷却蒸気を上回ったとき)が出ると、その偏差を演算して弁閉信号を作り出し、その弁閉信号を冷却蒸気系CSの冷却蒸気供給弁25に与えて冷却蒸気の供給をカットする。
【0047】
このように、本実施の形態では、蒸気タービン低圧部6に案内される主蒸気が、冷却蒸気系CSの冷却蒸気量を上回ったとき、その冷却蒸気の供給を自動的にカットできるようにしたので、上述第2実施の形態と同様に、冷却蒸気系CSの蒸気源22は蒸気量および蒸気圧を安定状態に置くことができる。
【0048】
図7は、本発明にかかる第3実施の形態の変形例を示す概略系統図である。なお、第3実施の形態と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0049】
本変形例では、図6に示されている第3実施の形態中、高圧加減弁17の弁リフト検出器38に代えて流量計41を主蒸気系MSに設けたものである。弁リフト、つまり弁開度によって求められる蒸気量と、流量計の蒸気量とは一致するからである。
【0050】
したがって、本実施の形態では上述第3実施の形態と同様に、主蒸気が冷却蒸気系CSの冷却蒸気を上回ったとき、冷却蒸気制御系CSCにより冷却蒸気系CSの冷却蒸気をカットでき、冷却蒸気系CSの蒸気源22を、蒸気安定状態の下に保持することができる。
【0051】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置では、排熱回収ボイラの低圧ドラムと蒸気タービン低圧部とを接続する低蒸気系に、冷却蒸気系を付設追加し、この冷却蒸気系により低圧蒸気系が蒸気タービン低圧部の風損に伴う過加熱状態を回避するに必要な蒸気量の不足分をバックアップし、しかもこのバックアップ蒸気量を最低必要限度にとどめるよう制御系を設けたので、従来のように単一軸(回転軸)の回転数を低くホールドすることなく風損に伴う過加熱を回避して起動時間の短縮化を図ることができ、風損に伴う過加熱に必要な冷却蒸気を確実に確保することができ、冷却蒸気系の蒸気源からの冷却蒸気を蒸気タービン低圧部に安定供給をすることができる。
【0052】
また、本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置では、蒸気タービン低圧部に供給する冷却蒸気系の冷却蒸気を、最低必要限度にとどめるために、再熱蒸気系の再熱蒸気あるいは主蒸気系の主蒸気を風損に伴う過加熱回避として活用するので、冷却蒸気系の蒸気源からの冷却蒸気の消費を軽減することができ、蒸気源は安定した蒸気量および蒸気圧を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置の実施の形態を示す概略系統図。
【図2】本発明にかかる第1実施の形態の変形例を示す概略系統図。
【図3】復水器の真空度と冷却蒸気量との関係を示すグラフ。
【図4】本発明にかかる第2実施の形態を示す概略系統図。
【図5】本発明にかかる第2実施の形態の変形例を示す概略系統図。
【図6】本発明にかかる第3実施の形態を示す概略系統図。
【図7】本発明にかかる第3実施の形態の変形例を示す概略系統図。
【符号の説明】
1 ガスタービン
2 燃焼器
3 圧縮機
4 蒸気タービン高圧部
5 蒸気タービン中圧部
6 蒸気タービン低圧部
7 発電機
8 過熱器
9 再熱器
10 高圧ドラム
11 高圧蒸発器
12 中圧ドラム
13 中圧蒸発器
14 低圧ドラム
15 低圧蒸発器
16 節炭器
17 高圧加減弁
18 中間阻止弁
19 復水器
20 復水ポンプ
21 低圧加減弁
22 蒸気源
23,26,34,41 流量計
24 逆止弁
25 冷却蒸気供給弁
27 流量調節弁
28 加算部
29 比較部
30,35,39 設定器
31 調節部
32 真空度計
33 関数発生器
36,40 比較演算部
37 圧力計
38 弁リフト検出器
GT 原動機部
HRSG 排熱回収ボイラ
MS 主蒸気系
RHS 再熱蒸気系
LS 低圧蒸気系
CS 冷却蒸気系
CSC 冷却蒸気制御系
Claims (9)
- 単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系とを備える一方、上記低圧蒸気系の流量計の出力信号と上記冷却蒸気系の流量計の出力信号との合計流量和のうち、上記冷却蒸気系からの冷却蒸気量の占める割合が所与値を越えないように、上記冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたことを特徴とする一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系は、低圧蒸気系の流量計の出力信号と上記冷却蒸気系の流量計の出力信号とを加算する加算部と、この加算部からの出力信号に設定器からの所与値を突合わせる比較部と、この比較部からの偏差に基づいて上記冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える調節部とを有する構成にしたことを特徴とする請求項1記載の一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 冷却蒸気系の流量調節弁に弁開閉信号を与える冷却蒸気制御系の設定器の所与値は、復水器から求めた真空度に見合う冷却蒸気量を算出する関数発生器の出力信号により定められたことを特徴とする請求項2記載の一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系と、上記排熱回収ボイラの再熱器からの再熱蒸気を、上記蒸気タービン中圧部を介して上記蒸気タービン低圧部に案内する再熱蒸気系とを備える一方、この再熱蒸気系に流量計を設け、この流量計が再熱蒸気のみで上記蒸気タービン低圧部の冷却を賄えることを検出したとき、上記冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたことを特徴とする一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系は、再熱蒸気系の流量計の出力信号と、設定器から予じめ定められた所与値の出力信号とを突合わせ、上記流量計の出力信号が上回ったとき、弁閉信号を作り出す比較演算部を備えたことを特徴とする請求項4記載の一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 再熱蒸気系に設けた流量計に代えて圧力計を設けたことを特徴とする請求項4記載の一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 単一軸に、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部を設け、上記圧縮機からの高圧空気を燃焼器に送り、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、生成燃焼ガスを上記ガスタービンに送って膨張仕事をさせ、膨張仕事後の燃焼ガスの排熱を熱源として別置き排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ、その発生蒸気により上記蒸気タービン高圧部、蒸気タービン中圧部、蒸気タービン低圧部で膨張仕事をさせる一軸型複合サイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの低圧ドラムからの蒸気を、上記蒸気タービン低圧部に案内する低圧蒸気系と、この低圧蒸気系に接続され、別置き蒸気源からの蒸気を冷却蒸気として上記蒸気タービン低圧部に案内する冷却蒸気系と、上記排熱回収ボイラの過熱器からの主蒸気を、上記蒸気タービン高圧部、上記排熱回収ボイラの再熱器、上記蒸気タービン中圧部を介して上記蒸気タービン低圧部に案内する主蒸気系とを備える一方、この主蒸気系の高圧加減弁の弁開度を検出する弁リフト検出器を設け、この弁リフト検出器が主蒸気のみで上記蒸気タービン低圧部の冷却を賄えることを検出したとき、上記冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系を設けたことを特徴とする一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 冷却蒸気系の冷却蒸気供給弁に弁閉信号を与える冷却蒸気制御系は、主蒸気系の高圧加減弁の弁リフト検出器の出力信号と設定器から予じめ定められた所与値の出力信号とを突合わせ、上記弁リフト検出器の出力信号が上回ったとき、弁閉信号を作り出す比較演算部を備えたことを特徴とする請求項7記載の一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
- 主蒸気系の蒸気加減弁に設けた弁リフト検出器に代えて流量計を設けたことを特徴とする請求項7記載の一軸型複合サイクル発電プラントの蒸気タービン冷却装置。
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