コンバインド発電設備の運転方法及びコンバインド発電設備
【課題】調速段ノズルの構造を変更することなく、最小限の改造により高い熱効率を有する既設蒸気タービンを流用したコンバインド発電設備の運転方法及びコンバインド発電設備を提供する。
【解決手段】コンバインド発電設備の運転方法は、ガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸気を発生させる排熱回収ボイラから排気される蒸気流量に応じて、４つの主蒸気加減弁のうち、第３の主蒸気加減弁及び第４の主蒸気加減弁の弁を開けず、かつ、第１の主蒸気加減弁及び第２の主蒸気加減弁の弁開度を制御する工程と、を有する。さらに、当該主蒸気加減弁の当該第１の蒸気加減弁及び当該第２の蒸気加減弁の弁開度の制御によって調速段ノズルへ流入する主蒸気の流量を制御する工程と、を有する。また、当該調速段ノズルの主蒸気の流量に応じて当該蒸気タービンを仕事させる工程と、を有する。さらに、当該蒸気タービンが行う仕事によって当該発電機を駆動する工程と、を有する。
【解決手段】コンバインド発電設備の運転方法は、ガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸気を発生させる排熱回収ボイラから排気される蒸気流量に応じて、４つの主蒸気加減弁のうち、第３の主蒸気加減弁及び第４の主蒸気加減弁の弁を開けず、かつ、第１の主蒸気加減弁及び第２の主蒸気加減弁の弁開度を制御する工程と、を有する。さらに、当該主蒸気加減弁の当該第１の蒸気加減弁及び当該第２の蒸気加減弁の弁開度の制御によって調速段ノズルへ流入する主蒸気の流量を制御する工程と、を有する。また、当該調速段ノズルの主蒸気の流量に応じて当該蒸気タービンを仕事させる工程と、を有する。さらに、当該蒸気タービンが行う仕事によって当該発電機を駆動する工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、コンバインド発電設備の運転方法及びコンバインド発電設備に関
する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化が世界的に叫ばれる中、大量の化石燃料を使用し、地球温暖化の原因の一つ
である二酸化炭素を多く排出する火力発電設備において、二酸化炭素の排出量を低減する
ことは急務である。この対策の一つとして、既設の蒸気タービン発電設備を、より熱効率
の高いガスタービンと組合せたコンバインド発電設備（以下、コンバインド発電設備とい
う。）に改修することが考えられる。
【０００３】
しかし、これには莫大な費用を必要とし、このことが従来の蒸気タービン発電設備をコ
ンバインド発電設備にする際の大きな問題のひとつであった。この対策として、可能限り
、既設の蒸気タービン設備を流用して、その工期や建設費を低減させるという方法がある
。
【０００４】
一方、コンバインド発電設備で必要とされる蒸気タービンの定格出力は、ガスタービン
の定格出力に依存して決まり、既存の蒸気タービン設備をコンバインド発電設備に改修す
る場合、既設蒸気タービンが最適な定格出力より大きくなる場合が多い。そのため、既設
の蒸気タービンをそのまま使用すると、蒸気タービンへの主蒸気流量が最適な流量より少
ないことから、蒸気タービン入口圧力が低下し、著しく性能が低下してしまう。
【０００５】
ここで、蒸気タービン入口圧力を上昇させる方法として、一部の段落、もしくは全部の
段落のノズルの蒸気通路部の一部を物理的に閉止（以下、部分挿入という。）する方法が
ある。しかし、当該方法では、蒸気タービンに流入する蒸気流量が変化した場合は、最適
な蒸気タービン入口圧力とするためのノズル部分挿入率は変化し、これを最適に変更する
場合は、ノズルの構造的な変更が必要となるが、特に調速段ノズルの構造的変更は、他の
段落のノズルと比較してコストが高価である。
【０００６】
また、蒸気タービンの最適主蒸気流量を発生させる為に複数台のガスタービン、及び排
熱回収ボイラを設置する解決策もあるが、敷地の制約がある場合が多く、設置可能な場合
でも、工期や建設費用の増加が避けられないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−１１５７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、調速段ノズルの構造を変更することなく、最小限の
改造により高い熱効率を有する既設蒸気タービンを流用したコンバインド発電設備の運転
方法及びコンバインド発電設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態のコンバインド発電設備の運転方法は、ガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸
気を発生させる排熱回収ボイラから排気される蒸気流量に応じて、４つの主蒸気加減弁の
うち、第３の主蒸気加減弁及び第４の主蒸気加減弁の弁を開けず、かつ、第１の主蒸気加
減弁及び第２の主蒸気加減弁の弁開度を制御する工程と、を有する。さらに、当該主蒸気
加減弁の当該第１の蒸気加減弁及び当該第２の蒸気加減弁の弁開度の制御によって調速段
ノズルへ流入する主蒸気の流量を制御する工程と、を有する。また、当該調速段ノズルの
主蒸気の流量に応じて当該蒸気タービンを仕事させる工程と、を有する。さらに、当該蒸
気タービンが行う仕事によって当該発電機を駆動する工程と、を有する。
【００１０】
また、実施形態のコンバインド設備は、ガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸気を発生
させる排熱回収ボイラから排気される蒸気流量に応じて、４つの蒸気加減弁のうち、第３
の蒸気加減弁及び第４の蒸気加減弁の弁を開けず、かつ、第１の蒸気加減弁及び第２の蒸
気加減弁の弁開度を制御する手段と、を有する。さらに、当該主蒸気加減弁の当該第１の
蒸気加減弁及び当該第２の蒸気加減弁の弁開度の制御によって調速段ノズルへ流入する主
蒸気の流量を制御する手段と、を有する制御部と、を有する。また、当該調速段ノズルの
主蒸気の流量に応じて蒸気タービンを仕事させる手段と、を有する。さらに、当該蒸気タ
ービンが行う仕事によって発電機を駆動する手段と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態のコンバインド発電設備の概略図。
【図２】第１の実施形態のコンバインド発電設備の高圧蒸気タービンのノズルガバニング調速方式を示す概略図。
【図３】第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の主蒸気加減弁の弁開度を示すグラフ。
【図４】第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の主蒸気加減弁の制御を示すフローチャート図。
【図５】第２の実施形態のコンバインド発電設備の概略図。
【図６】第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の主蒸気加減弁の弁開度を示すグラフ。
【図７】第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の主蒸気加減弁の制御を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
(第１の実施形態)
以下、第１の実施形態の既設蒸気タービンを流用したコンバインド発電設備の運転方法に
ついて、図面を用いて説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部
分には同一または類似の符号が付してある。
【００１４】
まず、第１の実施形態の既設蒸気タービンを流用したコンバインド発電設備の概略につ
いて説明する。図１は、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の概略図であ
る。
【００１５】
図１は、既設蒸気タービンへの主蒸気流量が最適な流量より少ない例として、１台のガ
スタービンとその排熱を利用して蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させる１台の
排熱回収ボイラと、既設蒸気タービンから構成されるコンバインド発電設備を示している
。
【００１６】
図１に示すように、第１の実施形態のコンバインド発電設備は、ガスタービン１０の燃
焼排ガスから蒸気タービン駆動用の蒸気を発生させる再加熱器を有する排熱回収ボイラ９
と、排熱回収ボイラ９の蒸気により駆動する高圧蒸気タービン１と、再熱器により再加熱
された高圧蒸気タービン１の排気蒸気により駆動する中圧蒸気タービン２と、中圧蒸気タ
ービン２の排気蒸気と排熱回収ボイラ９の低圧混入蒸気により駆動する低圧蒸気タービン
３と、を備える。
【００１７】
ここで、ガスタービン１０は、外部から供給される燃料と空気圧縮機１１から供給され
る空気を取り込んで燃焼させて、ガスタービン１０の軸と同一の軸である発電機１２を駆
動して発電する。また、ガスタービン１０は、燃焼した後に発生する排熱を排熱回収ボイ
ラ９に排気する。
【００１８】
排熱回収ボイラ９は、ガスタービン１０からの排熱と高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タ
ービン２、低圧蒸気タービン３への給水または蒸気とを熱交換し、高圧蒸気タービン１、
中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３を駆動するための蒸気を発生させる。
【００１９】
また、高圧蒸気タービン１は、排熱回収ボイラ９より供給される主蒸気によって、最初
に仕事をして発電機５を駆動する。
【００２０】
また、中圧蒸気タービン２は、蒸気の流れにおいて、高圧蒸気タービン１と低圧蒸気タ
ービン２の間に位置しており、高圧蒸気タービン１の抽気蒸気を排熱ボイラ９にて再加熱
した再熱蒸気によって仕事をして発電機５を駆動する。
【００２１】
さらに、低圧蒸気タービン３は、蒸気の流れにおいて最後に仕事をし、発電機５を駆動
して発電する。また、その排気は排気を凝縮する復水器４に導入される。また、復水器４
において凝縮された低圧タービン３の排気は、復水器４と復水ポンプ６、グランド蒸気コ
ンデンサ７および給水ポンプ８を介して、排熱回収ボイラ９に供給される。
【００２２】
なお、第１の実施形態では、既設蒸気タービンとは、既に蒸気タービン発電設備として
建設され、運用もしくは休止・廃止されている蒸気タービンをいう。
【００２３】
ここで、制御部２２は、図１の点線矢印に示すように、高圧蒸気タービン１、中圧蒸気
タービン２、低圧蒸気タービン３の主蒸気量を常に計測している。さらに、制御部２２は
、図１の点線矢印に示すように、高圧蒸気タービン１の後述する主蒸気加減弁２０の第１
弁乃至第４弁の弁開度を計測するとともに、当該主蒸気加減弁２０の第１弁乃至第４弁の
制御する制御信号を高圧蒸気タービン１に送信している。
【００２４】
ここで、第１の実施形態のように、既設蒸気タービン発電設備を用いてコンバインド発
電設備にする場合には、排熱回収ボイラ９から蒸気タービンを駆動するために、高圧蒸気
タービン１に供給される主蒸気流量が最適な流量より少なくなっている。第１の実施形態
では、例えば、最適流量の１／２であったとする。このような高圧蒸気タービン１への主
蒸気流量では、高圧蒸気タービン１の、後述する調速ノズル２１の入口圧力が大きく低下
してしまい、蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タ
ービン３の仕事量が低下してしまう。
【００２５】
次に、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法について、説明する。図２は
、第１の実施形態のコンバインド発電設備の高圧蒸気タービンのノズルガバニング調速方
式を示す概略図であり、図３は、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の主
蒸気加減弁の弁開度を示すグラフである。
【００２６】
まず、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法は、コンバインド発電設備に
改造を行うノズルガバニング調速方式を有する既設蒸気タービン発電設備を対象とする。
【００２７】
ここで、図２に示すように、ノズルガバニング調速方式とは、高圧蒸気タービン１の主
蒸気加減弁２０と、蒸気タービンの主蒸気流れの最も上流であって主蒸気が最初に流入す
る調速段ノズル２１を用いて、主蒸気流量を主蒸気加減弁２０の開弁数と各弁の弁開度に
よって調整する方式である。
【００２８】
具体的には、図２に示すように、高圧蒸気タービン１の主蒸気加減弁２０は、それぞれ
２つの弁を持っている。例えば、主蒸気加減弁２０は、図面右から左方向に、第１弁、第
２弁、第３弁、第４弁を備えている。主蒸気加減弁２０を介して流れてくる主蒸気は、高
圧蒸気タービン１の調速段ノズル２１に流れ込む。
【００２９】
ここで、高圧蒸気タービン１の調速段ノズル２１の入り口は、主蒸気加減弁２０の弁数
に対応するように、４つの入り口に区切られている。高圧蒸気タービン１の調速段ノズル
２１の入り口の番号は、高圧蒸気タービン１の主蒸気加減弁２０の第１弁から第４弁まで
の番号に対応しており、反時計回りに、主蒸気加減弁２０の第１弁から第４弁へ流れ込む
主蒸気の流れを受け入れる。
【００３０】
さらに、主蒸気の流れの方向によって、高圧蒸気タービン１の調速段ノズル２１には、
高圧蒸気タービン１の主蒸気加減弁２０の第１弁に対応する入り口ＧＶ＃１では、図面左
下の矢印方向に蒸気による力が発生し、高圧蒸気タービン１の主蒸気加減弁２０の第２弁
に対する入り口ＧＶ＃２では、図面右下の矢印方向に蒸気による力が発生することとなる
。同様に、高圧蒸気タービン１の主蒸気加減弁２０の第３弁に対応する入り口ＧＶ＃３で
は、図面右上の矢印方向に蒸気による力が発生し、高圧蒸気タービン１の主蒸気加減弁２
０の第４弁に対する入り口ＧＶ＃４では、図面左上の矢印方向に蒸気による力が発生する
こととなる。
【００３１】
ここで、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法は、高圧蒸気タービン１の
入口の圧力を上昇させる方法として、調速段ノズル２１を部分挿入とすることとした。こ
こで、部分挿入とは、高圧蒸気タービン１の蒸気通路部を構成する調速段ノズル２１の蒸
気が流れる部分の一部を閉止することである。
【００３２】
また、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法は、調速段ノズル２１を部分
挿入する方法として、全４弁から構成される主蒸気加減弁２０及び第２主蒸気加減弁２１
のアドミッションにより、部分挿入することとした。ここで、アドミッションとは、主蒸
気加減弁２０の開弁パターンを意味する。
【００３３】
ここで、図３、図４を参照して、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の
主蒸気加減弁の弁開度の制御を示す。図３は、第１の実施形態のコンバインド発電設備の
運転方法の主蒸気加減弁の弁開度を示すグラフ、図４は、第１の実施形態のコンバインド
発電設備の運転方法の主蒸気加減弁の制御を示すフローチャート図である。
【００３４】
図３に示すように、図３の縦軸は、主蒸気加減弁２０である主蒸気加減弁の弁開度を表
し、横軸は、コンバインド化改修後の既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧
蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３の負荷を表している。
【００３５】
ここで、図３では、主蒸気加減弁２０の弁開度は、ガスタービン１０とその燃焼排ガス
を用いて蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラ９からの蒸気流量に併せて
、制御部２２によって、最適な弁開度パターンを選定・固定して、蒸気タービンである高
圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３の効率の良い運転を行うよ
うに制御される。ここで、図３では、例えば、最適な弁開度数が２弁であることから、全
４弁中４つの弁の弁開度を制御する制御方式から、全４弁中２つの弁の弁開度を同時に制
御する制御方式に改修して運転する場合について、以下説明する。
【００３６】
図３、図４に示すように、主蒸気加減弁２０のうち、主蒸気加減弁２０の第１弁及び第
２弁の弁開度について、制御部２２は、コンバインド化改修後の既設蒸気タービンである
高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３への主蒸気流量が大きく
なるにつれて(図４のステップ１のＹｅｓ)、徐々に弁開度を大きくしていき、既設蒸気タ
ービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３への主蒸気
流量が最大のときに(図４のステップ２のＹｅｓ)、主蒸気加減弁２０の第３弁及び第４弁
の弁は開けず、かつ、主蒸気加減弁２０の第１弁及び第２弁の弁開度が１００％となるよ
うに制御する(図４のステップＳ３)。つまり、図２に示す蒸気加減弁２０の第１弁、第２
弁に対応する入り口ＧＶ＃１、ＧＶ＃２に主蒸気が流れ込むことになり、蒸気加減弁２０
の第３弁、第４弁に対応する入り口ＧＶ＃３、ＧＶ＃４には主蒸気が流れ込まないことと
なる。
【００３７】
ここで、主蒸気加減弁２０の第１弁及び第２弁を同時に制御するのは、主蒸気の流れに
よって発生する力によって、高圧蒸気タービン１が振動を起こさないようにするためであ
る。
【００３８】
なお、主蒸気加減弁２０の第３弁及び第４弁の弁を開けない制御を行うことにより、こ
れまで、主蒸気流量に合わせて、全４弁の弁開度を制御する制御方式であったものが、主
蒸気加減弁２０の第３弁及び第４弁の弁は開かないように制御され、主蒸気加減弁２０の
第１弁及び第２弁のみの弁開度を制御する制御方式となる。
【００３９】
また、蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービ
ン３の回転数が変動した場合の制御としては、制御部２１は、調速段ノズル２１の部分挿
入においては、主蒸気加減弁２０の第１弁から第４弁の弁開度を適正に制御する。
【００４０】
以上から、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法では、従来、主蒸気加減
弁２０の全４弁の弁開度を制御する制御方式であったものが、主蒸気加減弁２０の第３弁
及び第４弁の弁は開かないように制御して、図２に示す蒸気加減弁２０の第３弁、第４弁
に対応する入り口ＧＶ＃３、ＧＶ＃４には主蒸気が流れ込まないようにするとともに、主
蒸気加減弁２０の第１弁及び第２弁のみの弁開度を制御して、図２に示す蒸気加減弁２０
の第１弁、第２弁に対応する入り口ＧＶ＃１、ＧＶ＃２には主蒸気が流れ込む制御方式に
して運転することで、高圧蒸気タービン１の入口圧力を高圧にすることが可能となる。よ
って、既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気ター
ビン３の性能を向上させることができる。
【００４１】
なお、第１の実施形態に挙げたガスタービン１０、排熱回収ボイラ９の台数は、あくま
でも、既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気ター
ビン３への流入主蒸気流量が最適流量よりも少ない場合の例であり、各機器の数はこの限
りではない。
【００４２】
(第２の実施形態)
以下、第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法について、図面を用いて説明す
る。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号
が付してある。
【００４３】
第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ガスタービン１５、空気圧縮機１６、
発電機１７、排熱回収ボイラ１４、給水ポンプ１３をさらに有している点であり、ガスタ
ービン１５、空気圧縮機１６、発電機１７、排熱回収ボイラ１４、給水ポンプ１３の表記
以外は第１の実施形態と同じであるので、同一部分には、同一符号を付して詳細な説明は
省略する。
【００４４】
図５は、第２の実施形態のコンバインド発電設備の概略図である。図５は、既設蒸気タ
ービンへの流入主蒸気流量が最適である例として、２台のガスタービン１０、１５とその
排熱を利用して蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させる２台の排熱回収ボイラ９
、１４と、既設蒸気タービンから構成されるコンバインド発電設備である。
【００４５】
ここで、図５に示すように、第２の実施形態のコンバインド発電設備は、ガスタービン
１０、１５の燃焼排ガスから蒸気タービン駆動用の蒸気を発生させる再加熱器を有する排
熱回収ボイラ９、１４と、排熱回収ボイラ９、１４の主蒸気により駆動する高圧蒸気ター
ビン１と、再熱器により再加熱された高圧蒸気タービン１の排気により駆動する中圧蒸気
タービン２と、中圧蒸気タービン２の排気蒸気と排熱回収ボイラ９、１４の低圧混入蒸気
により駆動する低圧蒸気タービン３と、を備える。
【００４６】
ここで、ガスタービン１０、１５は、外部から供給される燃料と空気圧縮機１１、１６
から供給される空気を取り込んで燃焼させて、ガスタービン１０、１５の軸とはそれぞれ
同一の軸である発電機１２、１７を駆動して発電する。また、ガスタービン１０、１５は
、燃焼した後に発生する排熱を排熱回収ボイラ９、１４に排気する。
【００４７】
排熱回収ボイラ９、１４は、ガスタービン１０、１５からの排熱と高圧蒸気タービン１
、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３への給水または蒸気とを熱交換し、高圧蒸気
タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３を駆動するための蒸気を発生させ
る。
【００４８】
また、高圧蒸気タービン１は、排熱回収ボイラ９、１４より供給される主蒸気によって
最初に仕事をして発電機５を駆動する。
【００４９】
また、中圧蒸気タービン２は、蒸気の流れにおいて、高圧蒸気タービン１と低圧蒸気タ
ービン２の間に位置しており、高圧蒸気タービン１の抽気蒸気を排熱ボイラ９にて再加熱
した再熱蒸気によって仕事をして発電機５を駆動する。
【００５０】
さらに、低圧蒸気タービン３は、蒸気の流れにおいて最後に仕事をし、発電機５を駆動
して発電する。また、その排気は排気を凝縮する復水器４に導入される。また、復水器４
において凝縮された低圧蒸気タービン３の排気は、復水器４と復水ポンプ６、グランド蒸
気コンデンサ７および給水ポンプ８、給水ポンプ１３を介して、排熱回収ボイラ９、１４
に供給される。
【００５１】
また、制御部２２は、図５の点線矢印に示すように、高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タ
ービン２、低圧蒸気タービン３の主蒸気量を常に計測している。さらに、制御部２２は、
図５の点線矢印に示すように、高圧蒸気タービン１の後述する主蒸気加減弁２０の第１弁
乃至第４弁の弁開度を計測するとともに、当該主蒸気加減弁２０の第１弁乃至第４弁の弁
開度を制御する制御信号を高圧蒸気タービン１に送信している。また、制御部２２は、図
５の点線矢印に示すように、排熱回収ボイラ９、１４からの蒸気流量を常に計測している
。
【００５２】
ここで、第２の実施形態の既設蒸気タービン発電設備を用いたコンバインド発電設備で
は、高圧蒸気タービン１への主蒸気流量が最適な流量とする。このような主蒸気条件では
、第１の実施形態の既設蒸気タービンを流用したコンバインド発電設備の運転方法では、
特に、高圧蒸気タービン１の入口圧力が過剰に高くなり、許容圧力を超えて、機器の損傷
を招く可能性がある。
【００５３】
次に、第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法について、説明する。図６は
、第２の実施形態の既設蒸気タービンを流用したコンバインド発電設備の運転方法の主蒸
気加減弁の弁開度を示すグラフ、図７は、第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転
方法の主蒸気加減弁の制御を示すフローチャート図である。
【００５４】
図６、図７を参照して、第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の主蒸気加
減弁の弁開度の制御を示す。図６の縦軸は、主蒸気加減弁２０である主蒸気加減弁の弁開
度を表し、横軸は、コンバインド化改修後の既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１
、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３の負荷を表している。
【００５５】
ここで、図６では、主蒸気加減弁２０の弁開度は、ガスタービン１０、１５とその燃焼
排ガスを用いて蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラ９、１４からの蒸気
流量に併せて、制御部２２によって、最適な弁開度パターンに選定・固定して、蒸気ター
ビンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３の効率の良い
運転を行うように制御される。ここで、図６では、例えば、全４弁中４つの弁の弁開度を
制御する制御方式に改修する場合について、以下説明する。
【００５６】
図６、図７に示すように、制御部２２は、主蒸気加減弁２０のうち、主蒸気加減弁２０
の第１弁及び第２弁の弁開度について、コンバインド化改修後の既設蒸気タービンである
高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３への主蒸気流量が大きく
なるにつれて(図７のステップＳ１１のＹｅｓ)、徐々に弁開度を大きくしていき、排熱回
収ボイラ９、１４のうち１台からの供給蒸気量が定格流量になったときに(図７のステッ
プＳ１２のＹｅｓ)、主蒸気加減弁２０の第１弁及び第２弁の弁開度が１００％となるよ
うに制御する(図７のステップＳ１３)。つまり、図２に示す蒸気加減弁２０の第１弁、第
２弁に対応する入り口ＧＶ＃１、ＧＶ＃２に主蒸気が流れ込むことになる。ここで、主蒸
気加減弁２０の第１弁及び第２弁を同時に制御するのは、主蒸気の流れによって発生する
力によって、高圧蒸気タービン１が振動を起こさないようにするためである。
【００５７】
さらに、制御部２２は、主蒸気加減弁２０の第３弁及び第４弁の弁開度については、主
蒸気加減弁２０の第１弁及び第２弁の弁開度が全開近くになった後、徐々に弁開度を大き
くしていき、排熱回収ボイラ９、１４の２台からの供給蒸気量が定格流量になったときに
(図７のステップＳ１４のＹｅｓ)、主蒸気加減弁２０の第３弁及び第４弁の弁開度が、各
々１００％近傍となるように制御する(図７のステップＳ１５)。つまり、図２に示す蒸気
加減弁２０の第３弁、第４弁に対応する入り口ＧＶ＃３、ＧＶ＃４に主蒸気が流れ込むこ
とになる。
【００５８】
以上から、第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法では、第１の実施形態と
比較して、ガスタービン１５、排熱回収ボイラ１４をさらに備えることで、主蒸気加減弁
２０の全４弁の弁開度を制御する制御方式にして定格出力での運用を行うことで、高圧蒸
気タービン１の入口圧力を高圧にすることが可能であるとともに、高圧蒸気タービン１の
入口圧力が過剰に高くなり、許容圧力を超えて、機器の損傷を招くことを防止することが
できる。このような弁開度の制御方式によって、高圧蒸気タービン１の調速ノズル２１へ
の主蒸気量が最適な流量となり、既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気
タービン２、低圧蒸気タービン３の性能を向上させることができる。
【００５９】
なお、第２の実施形態に挙げたガスタービン１０、１５、排熱回収ボイラ９、１４の台
数は、あくまでも、既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、
低圧蒸気タービン３への流入主蒸気流量が最適流量よりも少ない場合の例であり、各機器
の数はこの限りではない。
【００６０】
以上説明した少なくとも一つの実施形態のコンバインド発電設備の運転方法及びコンバ
インド発電設備によれば、主蒸気加減弁２０の弁開度の改良により、調速段ノズル２１の
部分挿入を行なうことにより、調速段ノズル２１の構造的な改造を必要とせず、既設蒸気
タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３へ流入す
る蒸気流量が最適な流量より少ない条件、最適な条件において、高圧蒸気タービン１の調
速段ノズル２２における主蒸気量を最適とすることが可能となる。
【００６１】
さらに、以上説明した少なくとも一つの実施形態のコンバインド発電設備の運転方法及
びコンバインド発電設備によれば、改修コストを抑えた最小限の改造により、高い熱効率
を有する既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タ
ービン３を流用したコンバインド発電設備を提供することができる。
【００６２】
なお、本発明は、上記した各実施の形態には限定されず、種々変形して実施できること
は言うまでもない。
【００６３】
要するに、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では
その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に
開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の形態を形成できる。例えば
、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。さらに、異な
る実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…高圧蒸気タービン
２…中圧蒸気タービン
３…低圧蒸気タービン
４…復水器
５…発電機
６…復水ポンプ
７…グランド蒸気コンデンサ
８…給水ポンプ
９…排熱回収ボイラ
１０…ガスタービン
１１…空気圧縮機
１２…発電機
１３…給水ポンプ
１４…排熱回収ボイラ
１５…ガスタービン
１６…空気圧縮機
１７…発電機
２０…主蒸気加減弁
２１…調速段ノズル
２２…制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、コンバインド発電設備の運転方法及びコンバインド発電設備に関
する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化が世界的に叫ばれる中、大量の化石燃料を使用し、地球温暖化の原因の一つ
である二酸化炭素を多く排出する火力発電設備において、二酸化炭素の排出量を低減する
ことは急務である。この対策の一つとして、既設の蒸気タービン発電設備を、より熱効率
の高いガスタービンと組合せたコンバインド発電設備（以下、コンバインド発電設備とい
う。）に改修することが考えられる。
【０００３】
しかし、これには莫大な費用を必要とし、このことが従来の蒸気タービン発電設備をコ
ンバインド発電設備にする際の大きな問題のひとつであった。この対策として、可能限り
、既設の蒸気タービン設備を流用して、その工期や建設費を低減させるという方法がある
。
【０００４】
一方、コンバインド発電設備で必要とされる蒸気タービンの定格出力は、ガスタービン
の定格出力に依存して決まり、既存の蒸気タービン設備をコンバインド発電設備に改修す
る場合、既設蒸気タービンが最適な定格出力より大きくなる場合が多い。そのため、既設
の蒸気タービンをそのまま使用すると、蒸気タービンへの主蒸気流量が最適な流量より少
ないことから、蒸気タービン入口圧力が低下し、著しく性能が低下してしまう。
【０００５】
ここで、蒸気タービン入口圧力を上昇させる方法として、一部の段落、もしくは全部の
段落のノズルの蒸気通路部の一部を物理的に閉止（以下、部分挿入という。）する方法が
ある。しかし、当該方法では、蒸気タービンに流入する蒸気流量が変化した場合は、最適
な蒸気タービン入口圧力とするためのノズル部分挿入率は変化し、これを最適に変更する
場合は、ノズルの構造的な変更が必要となるが、特に調速段ノズルの構造的変更は、他の
段落のノズルと比較してコストが高価である。
【０００６】
また、蒸気タービンの最適主蒸気流量を発生させる為に複数台のガスタービン、及び排
熱回収ボイラを設置する解決策もあるが、敷地の制約がある場合が多く、設置可能な場合
でも、工期や建設費用の増加が避けられないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−１１５７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、調速段ノズルの構造を変更することなく、最小限の
改造により高い熱効率を有する既設蒸気タービンを流用したコンバインド発電設備の運転
方法及びコンバインド発電設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態のコンバインド発電設備の運転方法は、ガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸
気を発生させる排熱回収ボイラから排気される蒸気流量に応じて、４つの主蒸気加減弁の
うち、第３の主蒸気加減弁及び第４の主蒸気加減弁の弁を開けず、かつ、第１の主蒸気加
減弁及び第２の主蒸気加減弁の弁開度を制御する工程と、を有する。さらに、当該主蒸気
加減弁の当該第１の蒸気加減弁及び当該第２の蒸気加減弁の弁開度の制御によって調速段
ノズルへ流入する主蒸気の流量を制御する工程と、を有する。また、当該調速段ノズルの
主蒸気の流量に応じて当該蒸気タービンを仕事させる工程と、を有する。さらに、当該蒸
気タービンが行う仕事によって当該発電機を駆動する工程と、を有する。
【００１０】
また、実施形態のコンバインド設備は、ガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸気を発生
させる排熱回収ボイラから排気される蒸気流量に応じて、４つの蒸気加減弁のうち、第３
の蒸気加減弁及び第４の蒸気加減弁の弁を開けず、かつ、第１の蒸気加減弁及び第２の蒸
気加減弁の弁開度を制御する手段と、を有する。さらに、当該主蒸気加減弁の当該第１の
蒸気加減弁及び当該第２の蒸気加減弁の弁開度の制御によって調速段ノズルへ流入する主
蒸気の流量を制御する手段と、を有する制御部と、を有する。また、当該調速段ノズルの
主蒸気の流量に応じて蒸気タービンを仕事させる手段と、を有する。さらに、当該蒸気タ
ービンが行う仕事によって発電機を駆動する手段と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態のコンバインド発電設備の概略図。
【図２】第１の実施形態のコンバインド発電設備の高圧蒸気タービンのノズルガバニング調速方式を示す概略図。
【図３】第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の主蒸気加減弁の弁開度を示すグラフ。
【図４】第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の主蒸気加減弁の制御を示すフローチャート図。
【図５】第２の実施形態のコンバインド発電設備の概略図。
【図６】第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の主蒸気加減弁の弁開度を示すグラフ。
【図７】第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の主蒸気加減弁の制御を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
(第１の実施形態)
以下、第１の実施形態の既設蒸気タービンを流用したコンバインド発電設備の運転方法に
ついて、図面を用いて説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部
分には同一または類似の符号が付してある。
【００１４】
まず、第１の実施形態の既設蒸気タービンを流用したコンバインド発電設備の概略につ
いて説明する。図１は、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の概略図であ
る。
【００１５】
図１は、既設蒸気タービンへの主蒸気流量が最適な流量より少ない例として、１台のガ
スタービンとその排熱を利用して蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させる１台の
排熱回収ボイラと、既設蒸気タービンから構成されるコンバインド発電設備を示している
。
【００１６】
図１に示すように、第１の実施形態のコンバインド発電設備は、ガスタービン１０の燃
焼排ガスから蒸気タービン駆動用の蒸気を発生させる再加熱器を有する排熱回収ボイラ９
と、排熱回収ボイラ９の蒸気により駆動する高圧蒸気タービン１と、再熱器により再加熱
された高圧蒸気タービン１の排気蒸気により駆動する中圧蒸気タービン２と、中圧蒸気タ
ービン２の排気蒸気と排熱回収ボイラ９の低圧混入蒸気により駆動する低圧蒸気タービン
３と、を備える。
【００１７】
ここで、ガスタービン１０は、外部から供給される燃料と空気圧縮機１１から供給され
る空気を取り込んで燃焼させて、ガスタービン１０の軸と同一の軸である発電機１２を駆
動して発電する。また、ガスタービン１０は、燃焼した後に発生する排熱を排熱回収ボイ
ラ９に排気する。
【００１８】
排熱回収ボイラ９は、ガスタービン１０からの排熱と高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タ
ービン２、低圧蒸気タービン３への給水または蒸気とを熱交換し、高圧蒸気タービン１、
中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３を駆動するための蒸気を発生させる。
【００１９】
また、高圧蒸気タービン１は、排熱回収ボイラ９より供給される主蒸気によって、最初
に仕事をして発電機５を駆動する。
【００２０】
また、中圧蒸気タービン２は、蒸気の流れにおいて、高圧蒸気タービン１と低圧蒸気タ
ービン２の間に位置しており、高圧蒸気タービン１の抽気蒸気を排熱ボイラ９にて再加熱
した再熱蒸気によって仕事をして発電機５を駆動する。
【００２１】
さらに、低圧蒸気タービン３は、蒸気の流れにおいて最後に仕事をし、発電機５を駆動
して発電する。また、その排気は排気を凝縮する復水器４に導入される。また、復水器４
において凝縮された低圧タービン３の排気は、復水器４と復水ポンプ６、グランド蒸気コ
ンデンサ７および給水ポンプ８を介して、排熱回収ボイラ９に供給される。
【００２２】
なお、第１の実施形態では、既設蒸気タービンとは、既に蒸気タービン発電設備として
建設され、運用もしくは休止・廃止されている蒸気タービンをいう。
【００２３】
ここで、制御部２２は、図１の点線矢印に示すように、高圧蒸気タービン１、中圧蒸気
タービン２、低圧蒸気タービン３の主蒸気量を常に計測している。さらに、制御部２２は
、図１の点線矢印に示すように、高圧蒸気タービン１の後述する主蒸気加減弁２０の第１
弁乃至第４弁の弁開度を計測するとともに、当該主蒸気加減弁２０の第１弁乃至第４弁の
制御する制御信号を高圧蒸気タービン１に送信している。
【００２４】
ここで、第１の実施形態のように、既設蒸気タービン発電設備を用いてコンバインド発
電設備にする場合には、排熱回収ボイラ９から蒸気タービンを駆動するために、高圧蒸気
タービン１に供給される主蒸気流量が最適な流量より少なくなっている。第１の実施形態
では、例えば、最適流量の１／２であったとする。このような高圧蒸気タービン１への主
蒸気流量では、高圧蒸気タービン１の、後述する調速ノズル２１の入口圧力が大きく低下
してしまい、蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タ
ービン３の仕事量が低下してしまう。
【００２５】
次に、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法について、説明する。図２は
、第１の実施形態のコンバインド発電設備の高圧蒸気タービンのノズルガバニング調速方
式を示す概略図であり、図３は、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の主
蒸気加減弁の弁開度を示すグラフである。
【００２６】
まず、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法は、コンバインド発電設備に
改造を行うノズルガバニング調速方式を有する既設蒸気タービン発電設備を対象とする。
【００２７】
ここで、図２に示すように、ノズルガバニング調速方式とは、高圧蒸気タービン１の主
蒸気加減弁２０と、蒸気タービンの主蒸気流れの最も上流であって主蒸気が最初に流入す
る調速段ノズル２１を用いて、主蒸気流量を主蒸気加減弁２０の開弁数と各弁の弁開度に
よって調整する方式である。
【００２８】
具体的には、図２に示すように、高圧蒸気タービン１の主蒸気加減弁２０は、それぞれ
２つの弁を持っている。例えば、主蒸気加減弁２０は、図面右から左方向に、第１弁、第
２弁、第３弁、第４弁を備えている。主蒸気加減弁２０を介して流れてくる主蒸気は、高
圧蒸気タービン１の調速段ノズル２１に流れ込む。
【００２９】
ここで、高圧蒸気タービン１の調速段ノズル２１の入り口は、主蒸気加減弁２０の弁数
に対応するように、４つの入り口に区切られている。高圧蒸気タービン１の調速段ノズル
２１の入り口の番号は、高圧蒸気タービン１の主蒸気加減弁２０の第１弁から第４弁まで
の番号に対応しており、反時計回りに、主蒸気加減弁２０の第１弁から第４弁へ流れ込む
主蒸気の流れを受け入れる。
【００３０】
さらに、主蒸気の流れの方向によって、高圧蒸気タービン１の調速段ノズル２１には、
高圧蒸気タービン１の主蒸気加減弁２０の第１弁に対応する入り口ＧＶ＃１では、図面左
下の矢印方向に蒸気による力が発生し、高圧蒸気タービン１の主蒸気加減弁２０の第２弁
に対する入り口ＧＶ＃２では、図面右下の矢印方向に蒸気による力が発生することとなる
。同様に、高圧蒸気タービン１の主蒸気加減弁２０の第３弁に対応する入り口ＧＶ＃３で
は、図面右上の矢印方向に蒸気による力が発生し、高圧蒸気タービン１の主蒸気加減弁２
０の第４弁に対する入り口ＧＶ＃４では、図面左上の矢印方向に蒸気による力が発生する
こととなる。
【００３１】
ここで、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法は、高圧蒸気タービン１の
入口の圧力を上昇させる方法として、調速段ノズル２１を部分挿入とすることとした。こ
こで、部分挿入とは、高圧蒸気タービン１の蒸気通路部を構成する調速段ノズル２１の蒸
気が流れる部分の一部を閉止することである。
【００３２】
また、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法は、調速段ノズル２１を部分
挿入する方法として、全４弁から構成される主蒸気加減弁２０及び第２主蒸気加減弁２１
のアドミッションにより、部分挿入することとした。ここで、アドミッションとは、主蒸
気加減弁２０の開弁パターンを意味する。
【００３３】
ここで、図３、図４を参照して、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の
主蒸気加減弁の弁開度の制御を示す。図３は、第１の実施形態のコンバインド発電設備の
運転方法の主蒸気加減弁の弁開度を示すグラフ、図４は、第１の実施形態のコンバインド
発電設備の運転方法の主蒸気加減弁の制御を示すフローチャート図である。
【００３４】
図３に示すように、図３の縦軸は、主蒸気加減弁２０である主蒸気加減弁の弁開度を表
し、横軸は、コンバインド化改修後の既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧
蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３の負荷を表している。
【００３５】
ここで、図３では、主蒸気加減弁２０の弁開度は、ガスタービン１０とその燃焼排ガス
を用いて蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラ９からの蒸気流量に併せて
、制御部２２によって、最適な弁開度パターンを選定・固定して、蒸気タービンである高
圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３の効率の良い運転を行うよ
うに制御される。ここで、図３では、例えば、最適な弁開度数が２弁であることから、全
４弁中４つの弁の弁開度を制御する制御方式から、全４弁中２つの弁の弁開度を同時に制
御する制御方式に改修して運転する場合について、以下説明する。
【００３６】
図３、図４に示すように、主蒸気加減弁２０のうち、主蒸気加減弁２０の第１弁及び第
２弁の弁開度について、制御部２２は、コンバインド化改修後の既設蒸気タービンである
高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３への主蒸気流量が大きく
なるにつれて(図４のステップ１のＹｅｓ)、徐々に弁開度を大きくしていき、既設蒸気タ
ービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３への主蒸気
流量が最大のときに(図４のステップ２のＹｅｓ)、主蒸気加減弁２０の第３弁及び第４弁
の弁は開けず、かつ、主蒸気加減弁２０の第１弁及び第２弁の弁開度が１００％となるよ
うに制御する(図４のステップＳ３)。つまり、図２に示す蒸気加減弁２０の第１弁、第２
弁に対応する入り口ＧＶ＃１、ＧＶ＃２に主蒸気が流れ込むことになり、蒸気加減弁２０
の第３弁、第４弁に対応する入り口ＧＶ＃３、ＧＶ＃４には主蒸気が流れ込まないことと
なる。
【００３７】
ここで、主蒸気加減弁２０の第１弁及び第２弁を同時に制御するのは、主蒸気の流れに
よって発生する力によって、高圧蒸気タービン１が振動を起こさないようにするためであ
る。
【００３８】
なお、主蒸気加減弁２０の第３弁及び第４弁の弁を開けない制御を行うことにより、こ
れまで、主蒸気流量に合わせて、全４弁の弁開度を制御する制御方式であったものが、主
蒸気加減弁２０の第３弁及び第４弁の弁は開かないように制御され、主蒸気加減弁２０の
第１弁及び第２弁のみの弁開度を制御する制御方式となる。
【００３９】
また、蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービ
ン３の回転数が変動した場合の制御としては、制御部２１は、調速段ノズル２１の部分挿
入においては、主蒸気加減弁２０の第１弁から第４弁の弁開度を適正に制御する。
【００４０】
以上から、第１の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法では、従来、主蒸気加減
弁２０の全４弁の弁開度を制御する制御方式であったものが、主蒸気加減弁２０の第３弁
及び第４弁の弁は開かないように制御して、図２に示す蒸気加減弁２０の第３弁、第４弁
に対応する入り口ＧＶ＃３、ＧＶ＃４には主蒸気が流れ込まないようにするとともに、主
蒸気加減弁２０の第１弁及び第２弁のみの弁開度を制御して、図２に示す蒸気加減弁２０
の第１弁、第２弁に対応する入り口ＧＶ＃１、ＧＶ＃２には主蒸気が流れ込む制御方式に
して運転することで、高圧蒸気タービン１の入口圧力を高圧にすることが可能となる。よ
って、既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気ター
ビン３の性能を向上させることができる。
【００４１】
なお、第１の実施形態に挙げたガスタービン１０、排熱回収ボイラ９の台数は、あくま
でも、既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気ター
ビン３への流入主蒸気流量が最適流量よりも少ない場合の例であり、各機器の数はこの限
りではない。
【００４２】
(第２の実施形態)
以下、第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法について、図面を用いて説明す
る。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号
が付してある。
【００４３】
第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ガスタービン１５、空気圧縮機１６、
発電機１７、排熱回収ボイラ１４、給水ポンプ１３をさらに有している点であり、ガスタ
ービン１５、空気圧縮機１６、発電機１７、排熱回収ボイラ１４、給水ポンプ１３の表記
以外は第１の実施形態と同じであるので、同一部分には、同一符号を付して詳細な説明は
省略する。
【００４４】
図５は、第２の実施形態のコンバインド発電設備の概略図である。図５は、既設蒸気タ
ービンへの流入主蒸気流量が最適である例として、２台のガスタービン１０、１５とその
排熱を利用して蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させる２台の排熱回収ボイラ９
、１４と、既設蒸気タービンから構成されるコンバインド発電設備である。
【００４５】
ここで、図５に示すように、第２の実施形態のコンバインド発電設備は、ガスタービン
１０、１５の燃焼排ガスから蒸気タービン駆動用の蒸気を発生させる再加熱器を有する排
熱回収ボイラ９、１４と、排熱回収ボイラ９、１４の主蒸気により駆動する高圧蒸気ター
ビン１と、再熱器により再加熱された高圧蒸気タービン１の排気により駆動する中圧蒸気
タービン２と、中圧蒸気タービン２の排気蒸気と排熱回収ボイラ９、１４の低圧混入蒸気
により駆動する低圧蒸気タービン３と、を備える。
【００４６】
ここで、ガスタービン１０、１５は、外部から供給される燃料と空気圧縮機１１、１６
から供給される空気を取り込んで燃焼させて、ガスタービン１０、１５の軸とはそれぞれ
同一の軸である発電機１２、１７を駆動して発電する。また、ガスタービン１０、１５は
、燃焼した後に発生する排熱を排熱回収ボイラ９、１４に排気する。
【００４７】
排熱回収ボイラ９、１４は、ガスタービン１０、１５からの排熱と高圧蒸気タービン１
、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３への給水または蒸気とを熱交換し、高圧蒸気
タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３を駆動するための蒸気を発生させ
る。
【００４８】
また、高圧蒸気タービン１は、排熱回収ボイラ９、１４より供給される主蒸気によって
最初に仕事をして発電機５を駆動する。
【００４９】
また、中圧蒸気タービン２は、蒸気の流れにおいて、高圧蒸気タービン１と低圧蒸気タ
ービン２の間に位置しており、高圧蒸気タービン１の抽気蒸気を排熱ボイラ９にて再加熱
した再熱蒸気によって仕事をして発電機５を駆動する。
【００５０】
さらに、低圧蒸気タービン３は、蒸気の流れにおいて最後に仕事をし、発電機５を駆動
して発電する。また、その排気は排気を凝縮する復水器４に導入される。また、復水器４
において凝縮された低圧蒸気タービン３の排気は、復水器４と復水ポンプ６、グランド蒸
気コンデンサ７および給水ポンプ８、給水ポンプ１３を介して、排熱回収ボイラ９、１４
に供給される。
【００５１】
また、制御部２２は、図５の点線矢印に示すように、高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タ
ービン２、低圧蒸気タービン３の主蒸気量を常に計測している。さらに、制御部２２は、
図５の点線矢印に示すように、高圧蒸気タービン１の後述する主蒸気加減弁２０の第１弁
乃至第４弁の弁開度を計測するとともに、当該主蒸気加減弁２０の第１弁乃至第４弁の弁
開度を制御する制御信号を高圧蒸気タービン１に送信している。また、制御部２２は、図
５の点線矢印に示すように、排熱回収ボイラ９、１４からの蒸気流量を常に計測している
。
【００５２】
ここで、第２の実施形態の既設蒸気タービン発電設備を用いたコンバインド発電設備で
は、高圧蒸気タービン１への主蒸気流量が最適な流量とする。このような主蒸気条件では
、第１の実施形態の既設蒸気タービンを流用したコンバインド発電設備の運転方法では、
特に、高圧蒸気タービン１の入口圧力が過剰に高くなり、許容圧力を超えて、機器の損傷
を招く可能性がある。
【００５３】
次に、第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法について、説明する。図６は
、第２の実施形態の既設蒸気タービンを流用したコンバインド発電設備の運転方法の主蒸
気加減弁の弁開度を示すグラフ、図７は、第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転
方法の主蒸気加減弁の制御を示すフローチャート図である。
【００５４】
図６、図７を参照して、第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法の主蒸気加
減弁の弁開度の制御を示す。図６の縦軸は、主蒸気加減弁２０である主蒸気加減弁の弁開
度を表し、横軸は、コンバインド化改修後の既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１
、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３の負荷を表している。
【００５５】
ここで、図６では、主蒸気加減弁２０の弁開度は、ガスタービン１０、１５とその燃焼
排ガスを用いて蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラ９、１４からの蒸気
流量に併せて、制御部２２によって、最適な弁開度パターンに選定・固定して、蒸気ター
ビンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３の効率の良い
運転を行うように制御される。ここで、図６では、例えば、全４弁中４つの弁の弁開度を
制御する制御方式に改修する場合について、以下説明する。
【００５６】
図６、図７に示すように、制御部２２は、主蒸気加減弁２０のうち、主蒸気加減弁２０
の第１弁及び第２弁の弁開度について、コンバインド化改修後の既設蒸気タービンである
高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３への主蒸気流量が大きく
なるにつれて(図７のステップＳ１１のＹｅｓ)、徐々に弁開度を大きくしていき、排熱回
収ボイラ９、１４のうち１台からの供給蒸気量が定格流量になったときに(図７のステッ
プＳ１２のＹｅｓ)、主蒸気加減弁２０の第１弁及び第２弁の弁開度が１００％となるよ
うに制御する(図７のステップＳ１３)。つまり、図２に示す蒸気加減弁２０の第１弁、第
２弁に対応する入り口ＧＶ＃１、ＧＶ＃２に主蒸気が流れ込むことになる。ここで、主蒸
気加減弁２０の第１弁及び第２弁を同時に制御するのは、主蒸気の流れによって発生する
力によって、高圧蒸気タービン１が振動を起こさないようにするためである。
【００５７】
さらに、制御部２２は、主蒸気加減弁２０の第３弁及び第４弁の弁開度については、主
蒸気加減弁２０の第１弁及び第２弁の弁開度が全開近くになった後、徐々に弁開度を大き
くしていき、排熱回収ボイラ９、１４の２台からの供給蒸気量が定格流量になったときに
(図７のステップＳ１４のＹｅｓ)、主蒸気加減弁２０の第３弁及び第４弁の弁開度が、各
々１００％近傍となるように制御する(図７のステップＳ１５)。つまり、図２に示す蒸気
加減弁２０の第３弁、第４弁に対応する入り口ＧＶ＃３、ＧＶ＃４に主蒸気が流れ込むこ
とになる。
【００５８】
以上から、第２の実施形態のコンバインド発電設備の運転方法では、第１の実施形態と
比較して、ガスタービン１５、排熱回収ボイラ１４をさらに備えることで、主蒸気加減弁
２０の全４弁の弁開度を制御する制御方式にして定格出力での運用を行うことで、高圧蒸
気タービン１の入口圧力を高圧にすることが可能であるとともに、高圧蒸気タービン１の
入口圧力が過剰に高くなり、許容圧力を超えて、機器の損傷を招くことを防止することが
できる。このような弁開度の制御方式によって、高圧蒸気タービン１の調速ノズル２１へ
の主蒸気量が最適な流量となり、既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気
タービン２、低圧蒸気タービン３の性能を向上させることができる。
【００５９】
なお、第２の実施形態に挙げたガスタービン１０、１５、排熱回収ボイラ９、１４の台
数は、あくまでも、既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、
低圧蒸気タービン３への流入主蒸気流量が最適流量よりも少ない場合の例であり、各機器
の数はこの限りではない。
【００６０】
以上説明した少なくとも一つの実施形態のコンバインド発電設備の運転方法及びコンバ
インド発電設備によれば、主蒸気加減弁２０の弁開度の改良により、調速段ノズル２１の
部分挿入を行なうことにより、調速段ノズル２１の構造的な改造を必要とせず、既設蒸気
タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３へ流入す
る蒸気流量が最適な流量より少ない条件、最適な条件において、高圧蒸気タービン１の調
速段ノズル２２における主蒸気量を最適とすることが可能となる。
【００６１】
さらに、以上説明した少なくとも一つの実施形態のコンバインド発電設備の運転方法及
びコンバインド発電設備によれば、改修コストを抑えた最小限の改造により、高い熱効率
を有する既設蒸気タービンである高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タ
ービン３を流用したコンバインド発電設備を提供することができる。
【００６２】
なお、本発明は、上記した各実施の形態には限定されず、種々変形して実施できること
は言うまでもない。
【００６３】
要するに、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では
その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に
開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の形態を形成できる。例えば
、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。さらに、異な
る実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…高圧蒸気タービン
２…中圧蒸気タービン
３…低圧蒸気タービン
４…復水器
５…発電機
６…復水ポンプ
７…グランド蒸気コンデンサ
８…給水ポンプ
９…排熱回収ボイラ
１０…ガスタービン
１１…空気圧縮機
１２…発電機
１３…給水ポンプ
１４…排熱回収ボイラ
１５…ガスタービン
１６…空気圧縮機
１７…発電機
２０…主蒸気加減弁
２１…調速段ノズル
２２…制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸気を発生させる排熱回収ボイラから排気される蒸
気流量に応じて、４つの蒸気加減弁のうち、第３の蒸気加減弁及び第４の蒸気加減弁の弁
を開けず、かつ、第１の蒸気加減弁及び第２の蒸気加減弁の弁開度を制御する工程と、
前記主蒸気加減弁の前記第１の蒸気加減弁及び前記第２の蒸気加減弁の弁開度の制御によ
って調速段ノズルへ流入する主蒸気の流量を制御する工程と、
前記調速段ノズルの主蒸気の流量に応じて蒸気タービンを仕事させる工程と、
前記蒸気タービンが行う仕事によって発電機を駆動する工程と、
を具備するコンバインド発電設備の運転方法。
【請求項２】
複数台のガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸気を発生させる複数台の排熱回収ボイラ
から排気される蒸気流量に応じて、４つの主蒸気加減弁のうち、第１の蒸気加減弁乃至第
４の蒸気加減弁の弁開度を制御する工程と、
前記主蒸気加減弁の前記第１の蒸気加減弁乃至前記第４の蒸気加減弁の弁開度の制御によ
って調速段ノズルへ流入する主蒸気の流量を制御する工程と、
前記調速段ノズルの主蒸気の流量に応じて蒸気タービンを仕事させる工程と、
前記蒸気タービンが行う仕事によって発電機を駆動する工程と、
を具備するコンバインド発電設備の運転方法。
【請求項３】
前記主蒸気加減弁は、前記蒸気タービンのうち、高圧蒸気タービンに設けられている請
求項１、２記載のコンバインド発電設備の運転方法。
【請求項４】
前記主蒸気加減弁の前記第１の蒸気加減弁及び前記第２の蒸気加減弁の弁開度を同時に
制御する請求項１、２記載のコンバインド発電設備の運転方法。
【請求項５】
前記ガスタービンと前記排熱回収ボイラより発生される蒸気流量が変化した場合、前記
主蒸気加減弁の弁開度を変更する請求項１乃至４のいずれか１項記載のコンバインド発電
設備の運転方法。
【請求項６】
前記調速段ノズルの前記主蒸気加減弁の弁に対応する入り口は、前記第１の蒸気加減弁
から前記第４の蒸気加減弁まで、反時計回りにて分けられている請求項１乃至５のいずれ
か１項に記載のコンバインド発電設備の運転方法。
【請求項７】
ガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸気を発生させる排熱回収ボイラから排気される蒸
気流量に応じて、４つの蒸気加減弁のうち、第３の蒸気加減弁及び第４の蒸気加減弁の弁
を開けず、かつ、第１の蒸気加減弁及び第２の蒸気加減弁の弁開度を制御する手段と、
前記主蒸気加減弁の前記第１の蒸気加減弁及び前記第２の蒸気加減弁の弁開度の制御によ
って調速段ノズルへ流入する主蒸気の流量を制御する手段と、を有する制御部と、
前記調速段ノズルの主蒸気の流量に応じて蒸気タービンを仕事させる手段と、
前記蒸気タービンが行う仕事によって発電機を駆動する手段と、
を具備するコンバインド発電設備。
【請求項８】
複数台のガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸気を発生させる複数台の排熱回収ボイラ
から排気される蒸気流量に応じて、４つの主蒸気加減弁のうち、第１の蒸気加減弁乃至第
４の蒸気加減弁の弁開度を制御する手段と、
前記主蒸気加減弁の前記第１の蒸気加減弁乃至前記第４の蒸気加減弁の弁開度の制御によ
って調速段ノズルへ流入する主蒸気の流量を制御する手段と、を有する制御部と、
前記調速段ノズルの主蒸気の流量に応じて蒸気タービンを仕事させる手段と、
前記蒸気タービンが行う仕事によって発電機を駆動する手段と、
を具備するコンバインド発電設備。
【請求項１】
ガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸気を発生させる排熱回収ボイラから排気される蒸
気流量に応じて、４つの蒸気加減弁のうち、第３の蒸気加減弁及び第４の蒸気加減弁の弁
を開けず、かつ、第１の蒸気加減弁及び第２の蒸気加減弁の弁開度を制御する工程と、
前記主蒸気加減弁の前記第１の蒸気加減弁及び前記第２の蒸気加減弁の弁開度の制御によ
って調速段ノズルへ流入する主蒸気の流量を制御する工程と、
前記調速段ノズルの主蒸気の流量に応じて蒸気タービンを仕事させる工程と、
前記蒸気タービンが行う仕事によって発電機を駆動する工程と、
を具備するコンバインド発電設備の運転方法。
【請求項２】
複数台のガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸気を発生させる複数台の排熱回収ボイラ
から排気される蒸気流量に応じて、４つの主蒸気加減弁のうち、第１の蒸気加減弁乃至第
４の蒸気加減弁の弁開度を制御する工程と、
前記主蒸気加減弁の前記第１の蒸気加減弁乃至前記第４の蒸気加減弁の弁開度の制御によ
って調速段ノズルへ流入する主蒸気の流量を制御する工程と、
前記調速段ノズルの主蒸気の流量に応じて蒸気タービンを仕事させる工程と、
前記蒸気タービンが行う仕事によって発電機を駆動する工程と、
を具備するコンバインド発電設備の運転方法。
【請求項３】
前記主蒸気加減弁は、前記蒸気タービンのうち、高圧蒸気タービンに設けられている請
求項１、２記載のコンバインド発電設備の運転方法。
【請求項４】
前記主蒸気加減弁の前記第１の蒸気加減弁及び前記第２の蒸気加減弁の弁開度を同時に
制御する請求項１、２記載のコンバインド発電設備の運転方法。
【請求項５】
前記ガスタービンと前記排熱回収ボイラより発生される蒸気流量が変化した場合、前記
主蒸気加減弁の弁開度を変更する請求項１乃至４のいずれか１項記載のコンバインド発電
設備の運転方法。
【請求項６】
前記調速段ノズルの前記主蒸気加減弁の弁に対応する入り口は、前記第１の蒸気加減弁
から前記第４の蒸気加減弁まで、反時計回りにて分けられている請求項１乃至５のいずれ
か１項に記載のコンバインド発電設備の運転方法。
【請求項７】
ガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸気を発生させる排熱回収ボイラから排気される蒸
気流量に応じて、４つの蒸気加減弁のうち、第３の蒸気加減弁及び第４の蒸気加減弁の弁
を開けず、かつ、第１の蒸気加減弁及び第２の蒸気加減弁の弁開度を制御する手段と、
前記主蒸気加減弁の前記第１の蒸気加減弁及び前記第２の蒸気加減弁の弁開度の制御によ
って調速段ノズルへ流入する主蒸気の流量を制御する手段と、を有する制御部と、
前記調速段ノズルの主蒸気の流量に応じて蒸気タービンを仕事させる手段と、
前記蒸気タービンが行う仕事によって発電機を駆動する手段と、
を具備するコンバインド発電設備。
【請求項８】
複数台のガスタービンの燃焼排ガスを用いて蒸気を発生させる複数台の排熱回収ボイラ
から排気される蒸気流量に応じて、４つの主蒸気加減弁のうち、第１の蒸気加減弁乃至第
４の蒸気加減弁の弁開度を制御する手段と、
前記主蒸気加減弁の前記第１の蒸気加減弁乃至前記第４の蒸気加減弁の弁開度の制御によ
って調速段ノズルへ流入する主蒸気の流量を制御する手段と、を有する制御部と、
前記調速段ノズルの主蒸気の流量に応じて蒸気タービンを仕事させる手段と、
前記蒸気タービンが行う仕事によって発電機を駆動する手段と、
を具備するコンバインド発電設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７９５８０（Ｐ２０１３−７９５８０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１８６８４（Ｐ２０１１−２１８６８４）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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