タービンプラントおよびその運転方法
【課題】タービン蒸気供給配管口径およびタービンバイパス弁等をよりコンパクトにする。
【解決手段】タービンプラントは、複数のボイラ装置1、2と、各ボイラ装置1、2に接続されて、各ボイラ装置1、2から排出される蒸気が内部に流通可能で、この蒸気が合流するタービン蒸気供給配管である主蒸気配管20と、弁開度を調整することで主蒸気配管20内を流れる蒸気の流量を調整可能な主蒸気加減弁50と、主蒸気配管20内を流れる蒸気が供給される蒸気タービン装置15と、蒸気タービン装置15の蒸気タービン運転状態および各ボイラ装置1,2の各ボイラ状態量のいずれかに基づく圧力設定値を予め定めた圧力制御関数を各ボイラ装置1,2のボイラ運転状態に応じて変化させ、この圧力制御関数に基づいて前記加減弁へ開度の指令値を送信する制御装置40と、を有する。
【解決手段】タービンプラントは、複数のボイラ装置1、2と、各ボイラ装置1、2に接続されて、各ボイラ装置1、2から排出される蒸気が内部に流通可能で、この蒸気が合流するタービン蒸気供給配管である主蒸気配管20と、弁開度を調整することで主蒸気配管20内を流れる蒸気の流量を調整可能な主蒸気加減弁50と、主蒸気配管20内を流れる蒸気が供給される蒸気タービン装置15と、蒸気タービン装置15の蒸気タービン運転状態および各ボイラ装置1,2の各ボイラ状態量のいずれかに基づく圧力設定値を予め定めた圧力制御関数を各ボイラ装置1,2のボイラ運転状態に応じて変化させ、この圧力制御関数に基づいて前記加減弁へ開度の指令値を送信する制御装置40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、複数のボイラ装置を有するタービンプラントおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
複数のボイラ装置を有するタービンプラントには、例えば多軸型コンバインドサイクル発電プラントで、2台のガスタービンと1台の蒸気タービンとを有し、これらのタービンを用いて発電するものがある。このような複数のボイラ装置を有するタービンプラント、特に多軸型コンバインドサイクル発電プラントでは、ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を発生させる排熱回収用のボイラ装置をガスタービン毎に有している。これらの複数のボイラ装置で発生した蒸気が合流し、1台の蒸気タービンの駆動に用いられる。
【0003】
このようなタービンプラントの主蒸気圧力の制御は、ボイラ装置の稼動(運転)台数によらず、蒸気タービンの出力に対して主蒸気圧力設定値および主蒸気加減弁の弁開度が、一意的に決められている。
【0004】
ボイラ装置の運転台数が少ない場合には、ボイラ装置の運転負荷が同じであっても、主蒸気ラインに作用する圧力がより低い状態で運転されその分配管内の蒸気の流速が増加することとなる。このため、当該低圧力に合わせて主蒸気配管の口径やタービンバイパス弁のサイズを、大きいものとする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2004−324513号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述の通り、蒸気タービン入口の主蒸気圧力制御は、従来、蒸気タービン出力や主蒸気圧力設定値等をパラメータとした制御関数に基づいて、主蒸気加減弁の弁開度を一意に決定することにより行われている。
【0007】
2台以上の排熱回収用のボイラ装置を有する多軸型コンバインドサイクル発電プラントにおいてこのような制御方法を用いるときにも、ボイラ運転台数や各ボイラの負荷によらず、蒸気タービン出力に基づいて主蒸気圧力の設定値を決めているのが通常である。このため、いずれかのボイラ装置を停止する場合や、他のボイラ装置よりも低い負荷で運転するボイラ装置がある場合には、全てのボイラ装置が所定(定格)負荷で運転している場合に比較して、より低圧力で運転されることになる。
【0008】
このような運転状態では、主蒸気配管内の流速や体積流量が制限値を超過する状態(過渡状態)になることがある。このような状態では、タービンバイパス弁が全開となり、圧力制御が困難になる可能性がある。このため、主蒸気配管の口径(直径)およびタービンバイパス弁のサイズアップが必要になる。
【0009】
本発明の実施形態は上記課題を解決するためのものであり、その目的は、主蒸気配管などのタービン蒸気供給配管の口径およびタービンバイパス弁等のプラント設備をよりコンパクトにできるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するための本発明に係るタービンプラントは、複数のボイラ装置と、前記各ボイラ装置で生成された蒸気をそれぞれ流通させる複数のボイラ接続配管と前記各ボイラ接続配管を合流させる合流配管とを具備するタービン蒸気供給配管と、前記タービン蒸気供給配管の前記合流配管からの蒸気が供給されて駆動される蒸気タービン装置と、前記タービン蒸気供給配管の前記合流配管における蒸気の圧力を開度により調整する加減弁と、前記蒸気タービン装置の蒸気タービン運転状態および前記各ボイラ装置の各ボイラ状態量のいずれかに基づく圧力設定値を予め定めた圧力制御関数を前記各ボイラ装置のボイラ運転状態に応じて変化させ、当該圧力制御関数に基づいて前記加減弁へ開度の指令値を送信する制御装置と、を有することを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係るタービンプラント運転方法は、複数のボイラ装置で発生させた蒸気を合流し、合流させた蒸気の圧力を加減弁の開度により調整して1台の蒸気タービン装置に供給するタービンプラントの運転方法において、前記加減弁の前記開度の指令値は、前記蒸気タービン装置の蒸気タービン運転状態および前記ボイラ装置のボイラ状態量のいずれかに基づく圧力設定値を予め定めた圧力制御関数に基づいて求められ、かつ、前記圧力制御関数を、複数の前記ボイラ装置のボイラ運転状態に応じて変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
この発明によれば、タービン蒸気供給配管口径およびタービンバイパス弁等のプラント設備をよりコンパクトにすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明に係る第1の実施形態のタービンプラントの一部を示す概略部分系統図である。
【図2】図1のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図3】本発明に係る第2の実施形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図4】本発明に係る第3の実施形態のタービンプラントの一部を示す概略部分系統図である。
【図5】図4のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図6】本発明に係る第4の実施形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図7】本発明に係る第5の実施形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図8】本発明に係る第6の実施形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図9】本発明に係る第7の実施形態のタービンプラントの一部を示す概略部分系統図である。
【図10】図9のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図11】図9のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【0015】
[第1の実施形態]
第1の実施形態について、図1および図2を用いて説明する。図1は、本実施形態のタービンプラントの一部を示す部分系統図である。図2は、図1のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフで、蒸気タービンの出力と主蒸気圧力設定値との関係を示している。
【0016】
先ず、本実施形態のタービンプラントの構成について説明する。
【0017】
このタービンプラントは、図1に示すように、2台の排熱回収ボイラ(Heat Recovery Steam Generatorを略して、以下、HRSGと称す。)装置、すなわち、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2を有する。また、このタービンプラントは、1台の蒸気タービン装置15と、2台のガスタービン、すなわち第1ガスタービン装置11および第2ガスタービン装置12と、を有する多軸型コンバインドサイクル発電プラントである。
【0018】
また、タービンプラントは、タービン蒸気供給配管である主蒸気配管20と、主蒸気加減弁50と、第1タービンバイパス弁51と、第2タービンバイパス弁52と、第1出口圧力計31と、第2出口圧力計32と、復水器9と、制御装置40と、を有する。
【0019】
蒸気タービン装置15は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれから排出される蒸気によって、タービンを回して回転運動エネルギを得る装置である。
【0020】
第1および第2ガスタービン装置11、12それぞれは、例えば液化天然ガス等の燃料の燃焼等により生成された高温のガスによって、タービンを回して回転運動エネルギを得る装置である。
【0021】
第1のHRSG装置1は、第1ガスタービン装置11から排出される高温の排気ガスの排熱を熱源として蒸気を発生する装置である。第2のHRSG装置2は、第1のHRSG装置1と同様に構成されて、第2ガスタービン装置12から排出される高温の排気ガスの排熱を熱源として蒸気を発生する装置である。
【0022】
タービン蒸気供給配管である主蒸気配管20は、第1ボイラ接続配管21と、第2ボイラ接続配管22と、合流配管23と、を有する。第1ボイラ接続配管21は、上流側の端部(図1における左側端部)が第1のHRSG装置1に連結された配管で、内部には、第1のHRSG装置1で生成された蒸気が一方向(図1の左側から右側)に流通可能である。また、第1ボイラ接続配管21の下流側の端部(図1における右側端部)は、合流配管23に接続される。
【0023】
第2ボイラ接続配管22は、上流側の端部が第2のHRSG装置2に連結された配管で、内部には、第2のHRSG装置2で生成された蒸気が一方向に流通可能である。下流側の端部は、合流配管23に接続される。
【0024】
合流配管23の上流側端部には、第1および第2ボイラ接続配管21、22の下流側の端部がそれぞれ接続され、合流配管23の下流側端部は1本の管状の部材となっている。すなわち、合流配管23は第1および第2ボイラ接続配管21、22を合流させるように構成される。この合流配管23には、合流した蒸気の圧力を計測可能な主蒸気配管用圧力計30が取り付けられている。
【0025】
主蒸気加減弁50は、主蒸気配管用圧力計30よりも下流側の合流配管23に取り付けられている。この主蒸気加減弁50の弁開度を調整することによって、主蒸気配管20の合流配管23内を流れる蒸気の流量および合流配管23内で合流した蒸気の圧力を調整できる。各ボイラ接続配管21,22から合流し、主蒸気加減弁50により圧力あるいは流量が調整された蒸気は、主蒸気配管20の合流配管23の下流側端部から1台の蒸気タービン装置15へと供給されてこの蒸気タービン装置15を駆動する。
【0026】
第1ボイラ接続配管21から第1タービンバイパス配管28が分岐していて復水器9に連絡している。第1タービンバイパス配管28には、第1タービンバイパス弁51が取り付けられている。第1タービンバイパス弁51は、第1ボイラ接続配管21内を流れる蒸気が余剰のときや起動時などに、余剰蒸気を復水器9へバイパスさせる。第2タービンバイパス弁52は、第1タービンバイパス弁51と同様の構成で、第2タービンバイパス配管29に取り付けられている。第2タービンバイパス弁52は、第2ボイラ接続配管22内を流れる蒸気が余剰のときや起動時などに、余剰蒸気を復水器9へバイパスさせる。
【0027】
復水器9は、蒸気タービン装置15から排出された蒸気、または第1タービンバイパス配管28若しくは第2タービンバイパス配管29から排出された蒸気を冷却し、水に戻す機能を有する。
【0028】
第1出口圧力計31は、第1タービンバイパス弁51の上流側に取り付けられて、第1ボイラ接続配管21内の圧力を計測可能である。第2出口圧力計32は、第2タービンバイパス弁52の上流側に取り付けられて、第2ボイラ接続配管22内の圧力を計測可能である。
【0029】
制御装置40は、例えば蒸気タービン出力などの蒸気タービン運転状態の信号が入力され、この蒸気タービン運転状態の信号に基づいて求めた主蒸気加減弁50の開度指令値を、例えば電気的に主蒸気加減弁50に送信する。このようにして制御装置40は、入力された蒸気タービン装置15の蒸気タービン出力などの蒸気タービン運転状態に基づいて、主蒸気加減弁50の弁開度を調整させることが可能である。ここで、蒸気タービンの運転状態として蒸気タービン出力を採用する場合、当該蒸気タービン出力は、例えば蒸気タービンの排気蒸気の圧力に基づいて演算して求めるか、あるいは蒸気タービンに機械的に接続される発電機(図示せず)の電気出力とすることができる。
【0030】
より具体的には、制御装置40には主蒸気加減弁50の上流側における蒸気圧力の目標値である圧力設定値を蒸気タービン運転状態の関数として予め定めた圧力制御関数が格納されている。制御装置40は、この圧力制御関数を参照し、蒸気タービン装置15の蒸気タービン出力などの蒸気タービン運転状態に対応する圧力設定値を設定する。さらに制御装置40には、主蒸気配管用圧力計30から圧力の信号が入力されており、この主蒸気配管用圧力計30の圧力が前述の圧力設定値となるように主蒸気加減弁50の開度指令値を設定し、この開度指令値を主蒸気加減弁50に送信する。
【0031】
そして、制御装置40は第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2のボイラ運転状態により、上述の圧力制御関数のパラメータを変化させる。具体的には本実施の形態では、制御装置40にはパラメータの異なる上述の圧力制御関数が複数パターン備えられており、制御装置40は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2のボイラ運転状態によりこのパラメータの異なる複数の圧力制御関数のうちいずれかを切り替えて用いる。
【0032】
本実施形態のタービンプラントの制御方法と上述の圧力制御関数について、従来の制御方法と比較しながら説明する。図2は、本実施の形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示したグラフである。
【0033】
制御装置40は、図2のグラフに示すように例えば2つの圧力制御関数X,Yを切り替え、切り替えた圧力制御関数X,Yに基づいて主蒸気加減弁50の弁開度を調整する開度指令値を求める。ここで、図2のグラフは、横軸に蒸気タービン運転状態として蒸気タービン出力を取り、縦軸を図1における主蒸気配管用圧力計30の位置における蒸気圧力の目標値(主蒸気圧力設定値)としている。
【0034】
圧力制御関数Xは、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が、起動(運転開始)から定格負荷までの間、共に略同じ負荷で運転しているときの制御関数を示している。ここで、定格負荷は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2における所定の負荷範囲内の例えば最大負荷等である。
【0035】
圧力制御関数Yは、第1のHRSG装置1が運転開始から定格負荷までの間で運転し、第2のHRSG装置2が停止状態にあるときの制御関数を示している。
【0036】
圧力制御関数Xは、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2がいずれも問題なく運転できている場合に用いられる制御関数であり、蒸気タービン出力が所定出力B(点X1)になるまで増加する間は、ほぼ一定の圧力P0の定圧運転を行なわせるように圧力設定値を設定する。そして、蒸気タービン出力が、点X1のとき(すなわち蒸気タービン出力B)よりも大きくなったとき、蒸気タービン出力の増加に伴って主蒸気の圧力設定値を大きくする変圧運転を行なわせる。圧力制御関数Xは、蒸気タービン出力が所定の範囲内で最大になったとき、すなわちDのときに、主蒸気圧力設定値も所定の範囲内で最大(P1)となる(点X2)。このときの第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれの負荷は定格負荷となる。
【0037】
第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2は一般的には同じ定格負荷のものが用いられることから、タービンプラントが通常の運転状態であれば、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2は定格負荷まで共に同じ負荷となるように運転される。このため、制御装置40は、圧力制御関数Xを選択して主蒸気加減弁50の弁開度を調整することがタービンプラントにとっても最適な制御状態となる。なお、従来のタービンプラントにおいては、制御装置40は圧力制御関数Xのみを備え、ボイラの運転状態に関わらず圧力制御関数Xにより圧力設定値を設定するのが一般的である。
【0038】
さらに、本実施の形態の制御装置40はさらに、圧力制御関数Xとは別の圧力制御関数Yを備えている。圧力制御関数Yも圧力制御関数Xと同様に、蒸気タービン出力が増加するときに所定出力A(点Y1)まではほぼ一定の圧力P0の定圧運転を行なうように設定され、蒸気タービン出力がこの所定出力A(点Y1)よりも大きいときは、蒸気タービン出力の増加に伴って主蒸気設定圧力が大きくなり、点Y2のときに主蒸気圧力設定値が最大値(P1)となるように設定されている。圧力制御関数Yは、第1のHRSG装置1が所定負荷で運転し第2のHRSG装置2が停止状態にあるときなど、第1のHRSG装置1と第2のHRSG装置2のいずれかのみが運転状態にある場合に用いられる制御関数であり、圧力制御関数Xとはパラメータの異なる関数である。圧力制御関数Yの点Y1における蒸気タービン出力Aは、圧力制御関数Xの点X1における蒸気タービン出力Bの半分であり、また圧力制御関数Yの点Y2における蒸気タービン出力Cは、圧力制御関数Xの点X2における蒸気タービン出力Dの半分となっている。また、圧力制御関数Yの主蒸気圧力設定値の最大値(すなわち、点Y2における主蒸気圧力設定値)は、圧力制御関数Xの主蒸気圧力設定値の最大値と同じ圧力P1に設定される。
【0039】
第1のHRSG装置1と第2のHRSG装置2のいずれかのみが運転状態にある場合、生成される蒸気量は第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2がいずれも問題なく運転できている場合の半分となる。したがって、例えば第1のHRSG装置1のみが運転状態にある場合、第1のHRSG装置1が最大の蒸気量を発生させたとしても、蒸気タービン装置15の最大の蒸気タービン出力は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2がいずれも問題なく運転できている場合の蒸気タービン装置15の最大の蒸気タービン出力の半分となる。このような第1のHRSG装置1と第2のHRSG装置2のいずれかのみの運転状態で制御装置40が圧力制御関数Xを用いる場合、図2の圧力制御関数Xの点X3が参照されて圧力P0を圧力設定値とすることとなる。この場合、ボイラ装置1台の発生させる最大の蒸気流量に対して低い圧力P0を保つ必要が生じるため、予め第1および第2ボイラ接続配管21、22の口径や第1および第2タービンバイパス弁51,52のサイズを大きくしておく必要がある。
【0040】
しかしながら本実施の形態によれば、制御装置40は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2のボイラ運転状態の変化、の両者が運転している状態から1台が停止した状態に移行したことを検出し、使用する制御関数を圧力制御関数Xから圧力制御関数Yへ切り替えて変化させる。制御装置40がこの圧力制御関数Yを用いる場合、図2におけるY2のときの蒸気タービン出力C(すなわちすなわち第1のHRSG装置1と第2のHRSG装置2のいずれか1台が発生させる最大の蒸気流量に対応するタービン出力)に対する主蒸気圧力設定値は、圧力制御関数Xの圧力設定値よりも高く設定されているため、制御装置40は、主蒸気加減弁50を絞った状態に調整するような開度指令値を送信する。
【0041】
その結果、主蒸気配管20の圧力は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2のいずれか1台が停止しているときにおいても、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が共に運転している状態と同等の主蒸気圧力設定値P1を維持することができる。
【0042】
すなわち、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2のいずれか1台のみが定格負荷で運転されているときでも、第1ボイラ接続配管21内の状態は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が共に運転している状態とほぼ同じにすることができる。このため、第1および第2ボイラ接続配管21,22の口径や第1および第2タービンバイパス弁51,52のサイズを大きくする必要がない。
【0043】
また、本実施形態のタービンプラントは、第2のHRSG装置2が定格運転されて、第1のHRSG装置1が停止している場合にも、同様に制御可能である。
【0044】
すなわち、本実施の形態における制御装置40は、各HRSG装置のボイラ運転状態、すなわち複数のHRSG装置1,2のうちの運転台数に応じて、パラメータの異なる圧力制御関数XおよびYのいずれかを選択して変化させ、選択した方の圧力制御関数XまたはYに基づいて、主蒸気加減弁50の弁開度を制御する。なお、本実施の形態においては、第1および第2のHRSG装置1、2の2台を備える例を示したが、3台以上のHRSG装置を有する場合でも運転台数に応じた圧力制御関数X,Y,…を予め制御装置40に記憶させておくことで本実施の形態を同様に適用できる。また、制御装置40が圧力制御関数X,Yを切り替えるトリガーとなるボイラ運転状態として、本実施の形態では複数のHRSG装置1,2のうちの運転台数を例にとって説明したが、これ以外に、第1および第2のHRSG装置1,2それぞれの蒸気発生量(負荷)のバランスを採用することも可能である。すなわち、第1および第2のHRSG装置1,2の負荷として、第1のHSRG装置1の蒸気発生量および第2のHRSG装置2の蒸気発生量を、例えば第1および第2接続配管21,22にそれぞれ設けた蒸気流量計でそれぞれ計測し、両者の偏差が予め定めた割合を超えた場合などに圧力制御関数X,Yを切り替えるように構成することも可能である。
【0045】
さらに、制御装置40が、圧力制御関数の予め設定したパラメータを、ボイラ運転状態(すなわち、ボイラ運転台数あるいは各ボイラの負荷バランス)の変化に応じてリアルタイムで変化させる構成とすることも可能である。このようにすると、ボイラの様々な運転状態に対してより柔軟な圧力設定値の制御が可能となる。
【0046】
以上の説明からわかるように本実施形態によれば、主蒸気配管20の口径やタービンバイパス弁のサイズを、よりコンパクトに設計することが可能である。
【0047】
[第2の実施形態]
第2の実施形態について、図3を用いて説明する。図3は、本実施の形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。なお、本実施形態は、第1の実施形態(図1および図2)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。また、本実施形態のタービンプラントは、第1の実施形態で説明したタービンプラント(図1)と同様の構成である。
【0048】
図2に示した第1の実施の形態においては、圧力制御関数X,Yの入力値である蒸気タービン運転状態としては蒸気タービン出力を採用したが、本実施形態の制御装置40に格納される圧力制御関数X,Yは、図3に示すように横軸を第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれの蒸気発生量を合計したもの、すなわちボイラ合計発生蒸気量としている。すなわち、本実施の形態においては、蒸気タービン運転状態として蒸気タービン出力に代えてボイラ合計発生蒸気量を採用し、圧力制御関数X,Yを、ボイラ合計発生蒸気量の入力に対して圧力設定値を出力するものとして設定している。このようにしても、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、このほか、圧力制御関数X,Yの入力となる蒸気タービン運転状態として、第1ガスタービン装置11および第2ガスタービン装置12の合計出力や、第1ガスタービン装置11および第2ガスタービン装置12への合計の燃料流量などを採用してもよい。
【0049】
[第3の実施形態]
第3の実施形態について、図4および図5を用いて説明する。図4は、本実施形態のタービンプラントの一部を示す概略部分系統図である。図5は、図4のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【0050】
本実施形態は、第1の実施形態(図1および図2)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【0051】
本実施形態の第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれは、内部にダクトバーナ部5を有する(図4)。このダクトバーナ部5は、液化天然ガス等の燃料が流入可能で、この燃料を燃焼させる。この燃料により、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2は、蒸気を発生させることができる。ダクトバーナ部5は、ガスタービンからの排ガス量が少ないときに、補助的に蒸気を発生させるためのものである。
【0052】
本実施形態の制御装置40は、ガスタービン排ガス出力と、各HRSG装置への燃料投入量が入力可能である。この制御装置40は、入力されたガスタービン排ガス出力と、HRSG装置への燃料投入量に基づいて、主蒸気加減弁50の弁開度を調整可能である。また、当該制御装置40は、第1の実施形態と同様に、第1のHRSG装置1のみが定格負荷で運転して第2のHRSG装置2が停止しているときの当該圧力が、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が共に定格負荷で運転しているときの主蒸気配管20内に作用する圧力P1に等しくなるように、弁開度を調整できる。
【0053】
制御装置40は、図5に示す圧力制御関数X,Yに基づいて制御する。図5に示すように、本実施の形態の制御装置40が備える圧力制御関数X,Yは、蒸気タービン運転状態としてガスタービン出力と、ボイラへの燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計を採用し、ガスタービン出力と、ボイラへの燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計の入力に対して主蒸気圧力設定値を出力するものとしている。ここで、係数αは、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2から得られる合計の蒸気のうち、各ガスタービンの排ガス熱による燃焼で得られる蒸気と、ダクトバーナ部5に流入された燃料が燃焼したときに得られる蒸気と、の負荷分担率に応じて決定される。
【0054】
このようにしても、第1あるいは第2の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0055】
[第4の実施形態]
第4の実施形態について、図6を用いて説明する。図6は、本実施形態のタービンプラントの制御装置40が備える圧力制御関数を示すグラフである。なお、本実施形態は、第1の実施形態(図1および図2)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。また、本実施形態のタービンプラントは、第1の実施形態で説明したタービンプラント(図1)と同様の構成である。
【0056】
図6におけるグラフの横軸は、蒸気タービン運転状態あるいは各ボイラ状態量を示している。ここで、蒸気タービン運転状態とは、第1ないし第3の実施の形態で説明した、蒸気タービン出力、ボイラ合計発生蒸気量、あるいはガスタービン出力とボイラへの燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計などの蒸気タービン運転状態を示す状態量である。また、各ボイラ状態量とは、第1のHRSG装置1または第2のHRSG装置2の負荷、すなわち発生蒸気量や給水流量などの状態量である。
【0057】
図6における圧力制御関数Xは、第1ないし第3の実施の形態で説明したものと同様であり、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が、起動(運転開始)から定格負荷までの間、共に略同じ負荷で運転しているときの制御関数であり、第1のHRSG装置1と第2のHRSG装置2の負荷の偏差が予め定められた範囲内で運転できている場合に用いられる。本実施の形態の制御装置40は、圧力制御関数Xを用いるときは蒸気タービン出力などの蒸気タービン運転状態に基づき圧力設定値を設定する。
【0058】
本実施形態の制御装置40は、特に第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が互いに異なる負荷で運転し、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2の負荷、すなわち第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2の各ボイラ状態量のバランスが崩れたときに、主蒸気加減弁50を制御する機能を有している。この例では、第1のHRSG装置1は定格負荷、第2のHRSG装置2は定格負荷よりも低負荷で運転され、第1のHRSG装置1の負荷と第2のHRSG装置2の負荷の偏差の、第1のHRSG装置1の負荷に対する割合が、予め定めた割合を超えた場合を示している。このように第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2の各ボイラ状態量のバランスが崩れたとき、制御装置40は、圧力制御関数を圧力制御関数Xから圧力制御関数Yに切り替える。このとき、圧力制御関数Yは各ボイラ状態量(すなわち第1のHRSG装置1あるいは第2のHRSG装置2の発生蒸気量など)に対する圧力設定値を定めているため、圧力制御関数への入力値を蒸気タービン運転状態から各ボイラ状態量に切り替える。制御装置40が圧力制御関数Yを用いて圧力設定値を定める場合、それぞれ異なる各ボイラ状態量に対応した複数の値が求まることとなるが、制御装置40はこのうち最も高いものを主蒸気圧力設定値として選定する。すなわち、図6に示した例では、図中のQ1は、第1のHRSG装置1が定格負荷で運転している状態のときに相当するときの蒸気発生量で、Q2は、第2のHRSG装置2が定格負荷よりも低い負荷で運転している状態のときに相当するときの蒸気発生量であるが、制御装置40は、より高い負荷で運転している第1のHRSG装置1が定格負荷で運転している状態のときに相当するときの蒸気発生量Q1に対応する圧力P1を主蒸気圧力設定値に設定する。
【0059】
制御装置40が、負荷の高い方(発生蒸気量の多い方)のHRSG装置(この例では、第1のHRSG装置1)に合わせて主蒸気加減弁50を絞った状態に調整する。これにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、複数のボイラ装置の負荷が異なる場合に、負荷などの各ボイラ状態量に対応する圧力制御関数の複数の値のうち最も高いものを圧力設定値に選定することで、各接続配管の圧力を高く維持することができるので、各接続配管やこれらの接続配管に接続されるバイパス弁などの口径を小さいものとすることができる。
【0060】
[第5の実施形態]
第5の実施形態について、図7を用いて説明する。図7は、本実施形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフで、蒸気タービン出力等と主蒸気圧力設定値との関係を示している。なお、本実施形態は、第1の実施形態(図1および図2)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。また、本実施形態のタービンプラントは、第1の実施形態で説明したタービンプラント(図1)と同様の構成である。
【0061】
本実施形態の制御装置40は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2のいずれか一方が、ガスタービン負荷遮断、ボイラトリップおよびダクトバーナトリップ等の過渡状態となり、蒸気を供給しなくなるときに、主蒸気加減弁50を制御する機能を有している。この例では、第1のHRSG装置1は定格負荷で運転され、第2のHRSG装置2はボイラトリップしている。
【0062】
制御装置40は、一方のHRSG装置がボイラトリップ等の事象が発生する前、すなわち、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が共に定格負荷で運転しているときの、主蒸気圧力設定値(図7中のP1)を記憶する機能を有する。
【0063】
制御装置40は、第2のHRSG装置2がボイラトリップ等により停止し、蒸気タービン装置15の蒸気タービン出力等が低下したときでも、上述の主蒸気圧力設定値P1を保持する状態になるように、主蒸気加減弁50を絞った状態に調整する。この間に、制御装置40は、制御関数を圧力制御関数Xから、圧力制御関数Yに移行するように切り替える。
【0064】
そして、一定時間経過後、蒸気タービン運転状態および各ボイラ装置の各ボイラ状態量のいずれかに基づく圧力制御関数Yによる主蒸気圧力設定値を用いて主蒸気加減弁50の弁開度を調整する。
【0065】
ここで、制御関数の横軸は、蒸気タービン出力(第1の実施形態)、ボイラ合計発生蒸気量(第2の実施形態)、およびガスタービン排ガス出力とHRSG装置への燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計(第3の実施形態)といった蒸気タービン運転状態のいずれでもよく、圧力制御関数Yについては各ボイラ装置の各ボイラ状態量を用いることも可能である(図7)。
【0066】
以上の説明からわかるように本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ると共に、第1のHRSG装置1の圧力およびドラムレベルの変動を抑制でき、第1のHRSG装置1が連鎖的にトリップすることを抑制できる。
【0067】
また、本実施形態のタービンプラントは、第2のHRSG装置2が定格運転されて、第1のHRSG装置1がボイラトリップ等の過渡状態となる事象が発生している場合にも、第1の実施形態と同様に、制御可能である。
【0068】
[第6の実施形態]
第6の実施形態について、図8を用いて説明する。図8は、本実施形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。なお、本実施形態は、第1の実施形態(図1および図2)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。また、本実施形態のタービンプラントは、第1の実施形態で説明したタービンプラント(図1)と同様の構成である。
【0069】
本実施形態の制御装置40は、一方のHRSG装置のみが定格負荷で運転して、他方のHRSG装置を後から起動するような場合に、主蒸気加減弁50を制御する機能を有している。この例では、第1のHRSG装置1のみが定格負荷で運転して、後から第2のHRSG装置2を起動して定格負荷で運転する。
【0070】
このとき制御装置40は、一方のHRSG装置のみが運転しているため圧力制御関数Yを用いて主蒸気加減弁50の主蒸気圧力設定値を決定している。この状態で第2のHRSG装置2を起動するときには、まず第2タービンバイパス弁52の弁開度を調整する。第2HRSG装置2の起動直後は、第2出口圧力計32の計測値が、フロア圧力(図中のP0)を維持するように設定する。次に、第2のHRSG装置2の出口から主蒸気加減弁50のヘッダ入口までの配管内に蒸気を流通させる。すなわち、当該配管内をウォーミングする。
【0071】
その後、第2出口圧力計32の計測値が、第1のHRSG装置1の負荷に応じた主蒸気圧力設定値(図8中のP1)になるように、第2タービンバイパス弁52を徐々に閉操作する。そして、第2出口圧力計32の計測値が第1のHRSG装置1の負荷に応じた主蒸気圧力設定値(図8中のP1)、あるいはこの値に近い予め定めた範囲内に入った段階で、第2ボイラ接続配管22に設けられた接続弁を開いて第2HRSG装置からの蒸気を第1HRSG装置1からの蒸気に合流させる。このとき、制御装置40は、圧力制御関数Yから、圧力制御関数Xによる制御への切り替えを行なう。
【0072】
ここで、制御関数の横軸は、蒸気タービン出力(第1の実施形態)、ボイラ合計発生蒸気量(第2の実施形態)、およびガスタービン排ガス出力とHRSG装置への燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計(第3の実施形態)といった蒸気タービン運転状態、あるいは各ボイラ状態量のいずれでもよい(図8)。
【0073】
主蒸気圧力設定値P1を保ちながら、第2のHRSG装置2を主蒸気配管20に接続することにより、主蒸気配管20の内部の流速等の増加を抑制可能となる。これにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることが可能になる。
【0074】
[第7の実施形態]
第7の実施形態について、図9〜図11を用いて説明する。図9は、本実施形態のタービンプラントの一部を模式的に示す概略部分系統図である。図10及び図11はそれぞれ、図9のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。 本実施形態は、第1の実施形態(図1および図2)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【0075】
本実施形態のタービンプラントは、再熱サイクルの多軸型コンバインドサイクル発電プラントで、第1および第2ガスタービン装置11、12と、高圧蒸気タービン装置16と、中圧蒸気タービン装置17と、低圧蒸気タービン装置18と、を有する。
【0076】
また、このタービンプラントは、第1の実施形態と同様に、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2を有し、それぞれのHRSG装置に、第1および第2ガスタービン装置11、12が接続される。また、当該タービンプラントは、主蒸気配管20と、低圧蒸気配管25と、低温側再熱配管26と、高温側再熱配管27と、低圧蒸気加減弁55と、再熱蒸気加減弁56と、3個の制御装置、すなわち、主蒸気加減弁用制御装置41、低圧蒸気加減弁用制御装置42、再熱気加減弁用制御装置43、を有する。このうち主蒸気配管20、低圧蒸気配管25、および高温側再熱配管27がそれぞれ、接続配管と合流配管を備えるタービン蒸気供給配管を構成している。
【0077】
主蒸気配管20は、第1の実施形態と同様に、第1ボイラ接続配管21、第2ボイラ接続配管22、および合流配管23、を有する。合流配管23には、主蒸気加減弁50および圧力計が取り付けられている。
【0078】
低圧蒸気配管25は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2と低圧蒸気タービン装置18を接続し、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2で生成された蒸気を合流させて、低圧蒸気タービン装置18に供給可能である。
【0079】
低圧蒸気加減弁55は、低圧蒸気配管25に取り付けられている。低圧蒸気加減弁55の上流側には、低圧用圧力計33が取り付けられている。
【0080】
低温側再熱配管26は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれと、高圧蒸気タービンと、を互いに接続し、高圧蒸気タービン装置16から排出された蒸気(タービン排出蒸気)を、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれに供給可能である。
【0081】
高温側再熱配管27は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2と、中圧蒸気タービンと、を互いに接続し、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれで再加熱されたタービン排出蒸気を合流させて、中圧蒸気タービン装置17に供給可能である。
【0082】
再熱蒸気加減弁56は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれから排出された蒸気が合流している部分の高温側再熱配管27に取り付けられている。再熱蒸気加減弁56よりも下流側に、再熱用圧力計34が取り付けられている。
【0083】
主蒸気加減弁用制御装置41は、第1の実施形態で説明した制御装置40と同様に主蒸気加減弁50を制御することができる。
【0084】
低圧蒸気加減弁用制御装置42は、蒸気タービン出力が入力可能で、低圧蒸気加減弁55に接続されている。この低圧蒸気加減弁用制御装置42は、図10に示す曲線XLおよび曲線YLに示される制御関数に基づいて、低圧蒸気加減弁55の弁開度を、第1の実施形態と同様に、調整可能である。また、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が共に運転しているときの低圧蒸気配管25内に作用する圧力と、第1のHRSG装置1のみが運転して第2のHRSG装置2が停止しているときの当該圧力と、が同じになるように、弁開度を調整できる。
【0085】
再熱気加減弁用制御装置43は、蒸気タービン出力等が入力可能で、再熱蒸気加減弁56に接続されている。この再熱気加減弁用制御装置43は、図11に示す曲線XRおよび曲線YRに示される制御関数に基づいて、再熱蒸気加減弁56の弁開度を、第1の実施形態と同様に、調整可能である。また、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が共に運転しているときの高温側再熱配管27内に作用する圧力と、第1のHRSG装置1のみが運転して第2のHRSG装置2が停止しているときの当該圧力と、が同じになるように、弁開度を調整できる。
【0086】
ここで、低圧蒸気加減弁用制御装置42および再熱気加減弁用制御装置43それぞれに示される制御関数(XL、YL、XR、YR)の横軸は、蒸気タービン出力(第1の実施形態)、ボイラ合計発生蒸気量(第2の実施形態)、およびガスタービン排ガス出力とHRSG装置への燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計(第3の実施形態)のいずれでもよい(図10、図11)。
【0087】
これにより、再熱サイクルの多軸型コンバインドサイクル発電プラントにおいても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0088】
[その他の実施形態]
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【0089】
上記実施形態では、HRSG装置が2台の場合について説明したが、これに限らない。HRSG装置の台数が3台以上の場合には、圧力制御関数をHRSG装置台数に応じて追加して、それぞれの運転状態に応じて主蒸気圧力設定値が決められるようにすればよい。
【0090】
また、第1〜第3の実施形態の特徴を互いに組み合わせてもよい。この場合、制御関数の横軸は、蒸気タービン出力(第1の実施形態)、ボイラ合計発生蒸気量(第2の実施形態)、およびガスタービン排ガス出力とHRSG装置への燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計(第3の実施形態)のいずれかを選択できるようにすればよい。制御装置40に入力可能なパラメータを増やすことにより、信頼性が向上する。
【符号の説明】
【0091】
1…第1のHRSG装置、2…第2のHRSG装置、5…ダクトバーナ部、9…復水器、11…第1ガスタービン装置、12…第2ガスタービン装置、15…蒸気タービン装置、16…高圧蒸気タービン装置、17…中圧蒸気タービン装置、18…低圧蒸気タービン装置、20…主蒸気配管、21…第1ボイラ接続配管、22…第2ボイラ接続配管、23…合流配管、25…低圧蒸気配管、26…低温側再熱配管、27…高温側再熱配管、28…第1タービンバイパス配管、29…第2タービンバイパス配管、30…主蒸気配管用圧力計、31…第1出口圧力計、32…第2出口圧力計、33…低圧用圧力計、34…再熱用圧力計、40…制御装置、41…主蒸気加減弁用制御装置、42…低圧蒸気加減弁用制御装置、43…再熱気加減弁用制御装置、50…主蒸気加減弁、51…第1タービンバイパス弁、52…第2タービンバイパス弁、55…低圧蒸気加減弁、56…再熱蒸気加減弁
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、複数のボイラ装置を有するタービンプラントおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
複数のボイラ装置を有するタービンプラントには、例えば多軸型コンバインドサイクル発電プラントで、2台のガスタービンと1台の蒸気タービンとを有し、これらのタービンを用いて発電するものがある。このような複数のボイラ装置を有するタービンプラント、特に多軸型コンバインドサイクル発電プラントでは、ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を発生させる排熱回収用のボイラ装置をガスタービン毎に有している。これらの複数のボイラ装置で発生した蒸気が合流し、1台の蒸気タービンの駆動に用いられる。
【0003】
このようなタービンプラントの主蒸気圧力の制御は、ボイラ装置の稼動(運転)台数によらず、蒸気タービンの出力に対して主蒸気圧力設定値および主蒸気加減弁の弁開度が、一意的に決められている。
【0004】
ボイラ装置の運転台数が少ない場合には、ボイラ装置の運転負荷が同じであっても、主蒸気ラインに作用する圧力がより低い状態で運転されその分配管内の蒸気の流速が増加することとなる。このため、当該低圧力に合わせて主蒸気配管の口径やタービンバイパス弁のサイズを、大きいものとする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2004−324513号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述の通り、蒸気タービン入口の主蒸気圧力制御は、従来、蒸気タービン出力や主蒸気圧力設定値等をパラメータとした制御関数に基づいて、主蒸気加減弁の弁開度を一意に決定することにより行われている。
【0007】
2台以上の排熱回収用のボイラ装置を有する多軸型コンバインドサイクル発電プラントにおいてこのような制御方法を用いるときにも、ボイラ運転台数や各ボイラの負荷によらず、蒸気タービン出力に基づいて主蒸気圧力の設定値を決めているのが通常である。このため、いずれかのボイラ装置を停止する場合や、他のボイラ装置よりも低い負荷で運転するボイラ装置がある場合には、全てのボイラ装置が所定(定格)負荷で運転している場合に比較して、より低圧力で運転されることになる。
【0008】
このような運転状態では、主蒸気配管内の流速や体積流量が制限値を超過する状態(過渡状態)になることがある。このような状態では、タービンバイパス弁が全開となり、圧力制御が困難になる可能性がある。このため、主蒸気配管の口径(直径)およびタービンバイパス弁のサイズアップが必要になる。
【0009】
本発明の実施形態は上記課題を解決するためのものであり、その目的は、主蒸気配管などのタービン蒸気供給配管の口径およびタービンバイパス弁等のプラント設備をよりコンパクトにできるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するための本発明に係るタービンプラントは、複数のボイラ装置と、前記各ボイラ装置で生成された蒸気をそれぞれ流通させる複数のボイラ接続配管と前記各ボイラ接続配管を合流させる合流配管とを具備するタービン蒸気供給配管と、前記タービン蒸気供給配管の前記合流配管からの蒸気が供給されて駆動される蒸気タービン装置と、前記タービン蒸気供給配管の前記合流配管における蒸気の圧力を開度により調整する加減弁と、前記蒸気タービン装置の蒸気タービン運転状態および前記各ボイラ装置の各ボイラ状態量のいずれかに基づく圧力設定値を予め定めた圧力制御関数を前記各ボイラ装置のボイラ運転状態に応じて変化させ、当該圧力制御関数に基づいて前記加減弁へ開度の指令値を送信する制御装置と、を有することを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係るタービンプラント運転方法は、複数のボイラ装置で発生させた蒸気を合流し、合流させた蒸気の圧力を加減弁の開度により調整して1台の蒸気タービン装置に供給するタービンプラントの運転方法において、前記加減弁の前記開度の指令値は、前記蒸気タービン装置の蒸気タービン運転状態および前記ボイラ装置のボイラ状態量のいずれかに基づく圧力設定値を予め定めた圧力制御関数に基づいて求められ、かつ、前記圧力制御関数を、複数の前記ボイラ装置のボイラ運転状態に応じて変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
この発明によれば、タービン蒸気供給配管口径およびタービンバイパス弁等のプラント設備をよりコンパクトにすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明に係る第1の実施形態のタービンプラントの一部を示す概略部分系統図である。
【図2】図1のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図3】本発明に係る第2の実施形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図4】本発明に係る第3の実施形態のタービンプラントの一部を示す概略部分系統図である。
【図5】図4のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図6】本発明に係る第4の実施形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図7】本発明に係る第5の実施形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図8】本発明に係る第6の実施形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図9】本発明に係る第7の実施形態のタービンプラントの一部を示す概略部分系統図である。
【図10】図9のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【図11】図9のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【0015】
[第1の実施形態]
第1の実施形態について、図1および図2を用いて説明する。図1は、本実施形態のタービンプラントの一部を示す部分系統図である。図2は、図1のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフで、蒸気タービンの出力と主蒸気圧力設定値との関係を示している。
【0016】
先ず、本実施形態のタービンプラントの構成について説明する。
【0017】
このタービンプラントは、図1に示すように、2台の排熱回収ボイラ(Heat Recovery Steam Generatorを略して、以下、HRSGと称す。)装置、すなわち、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2を有する。また、このタービンプラントは、1台の蒸気タービン装置15と、2台のガスタービン、すなわち第1ガスタービン装置11および第2ガスタービン装置12と、を有する多軸型コンバインドサイクル発電プラントである。
【0018】
また、タービンプラントは、タービン蒸気供給配管である主蒸気配管20と、主蒸気加減弁50と、第1タービンバイパス弁51と、第2タービンバイパス弁52と、第1出口圧力計31と、第2出口圧力計32と、復水器9と、制御装置40と、を有する。
【0019】
蒸気タービン装置15は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれから排出される蒸気によって、タービンを回して回転運動エネルギを得る装置である。
【0020】
第1および第2ガスタービン装置11、12それぞれは、例えば液化天然ガス等の燃料の燃焼等により生成された高温のガスによって、タービンを回して回転運動エネルギを得る装置である。
【0021】
第1のHRSG装置1は、第1ガスタービン装置11から排出される高温の排気ガスの排熱を熱源として蒸気を発生する装置である。第2のHRSG装置2は、第1のHRSG装置1と同様に構成されて、第2ガスタービン装置12から排出される高温の排気ガスの排熱を熱源として蒸気を発生する装置である。
【0022】
タービン蒸気供給配管である主蒸気配管20は、第1ボイラ接続配管21と、第2ボイラ接続配管22と、合流配管23と、を有する。第1ボイラ接続配管21は、上流側の端部(図1における左側端部)が第1のHRSG装置1に連結された配管で、内部には、第1のHRSG装置1で生成された蒸気が一方向(図1の左側から右側)に流通可能である。また、第1ボイラ接続配管21の下流側の端部(図1における右側端部)は、合流配管23に接続される。
【0023】
第2ボイラ接続配管22は、上流側の端部が第2のHRSG装置2に連結された配管で、内部には、第2のHRSG装置2で生成された蒸気が一方向に流通可能である。下流側の端部は、合流配管23に接続される。
【0024】
合流配管23の上流側端部には、第1および第2ボイラ接続配管21、22の下流側の端部がそれぞれ接続され、合流配管23の下流側端部は1本の管状の部材となっている。すなわち、合流配管23は第1および第2ボイラ接続配管21、22を合流させるように構成される。この合流配管23には、合流した蒸気の圧力を計測可能な主蒸気配管用圧力計30が取り付けられている。
【0025】
主蒸気加減弁50は、主蒸気配管用圧力計30よりも下流側の合流配管23に取り付けられている。この主蒸気加減弁50の弁開度を調整することによって、主蒸気配管20の合流配管23内を流れる蒸気の流量および合流配管23内で合流した蒸気の圧力を調整できる。各ボイラ接続配管21,22から合流し、主蒸気加減弁50により圧力あるいは流量が調整された蒸気は、主蒸気配管20の合流配管23の下流側端部から1台の蒸気タービン装置15へと供給されてこの蒸気タービン装置15を駆動する。
【0026】
第1ボイラ接続配管21から第1タービンバイパス配管28が分岐していて復水器9に連絡している。第1タービンバイパス配管28には、第1タービンバイパス弁51が取り付けられている。第1タービンバイパス弁51は、第1ボイラ接続配管21内を流れる蒸気が余剰のときや起動時などに、余剰蒸気を復水器9へバイパスさせる。第2タービンバイパス弁52は、第1タービンバイパス弁51と同様の構成で、第2タービンバイパス配管29に取り付けられている。第2タービンバイパス弁52は、第2ボイラ接続配管22内を流れる蒸気が余剰のときや起動時などに、余剰蒸気を復水器9へバイパスさせる。
【0027】
復水器9は、蒸気タービン装置15から排出された蒸気、または第1タービンバイパス配管28若しくは第2タービンバイパス配管29から排出された蒸気を冷却し、水に戻す機能を有する。
【0028】
第1出口圧力計31は、第1タービンバイパス弁51の上流側に取り付けられて、第1ボイラ接続配管21内の圧力を計測可能である。第2出口圧力計32は、第2タービンバイパス弁52の上流側に取り付けられて、第2ボイラ接続配管22内の圧力を計測可能である。
【0029】
制御装置40は、例えば蒸気タービン出力などの蒸気タービン運転状態の信号が入力され、この蒸気タービン運転状態の信号に基づいて求めた主蒸気加減弁50の開度指令値を、例えば電気的に主蒸気加減弁50に送信する。このようにして制御装置40は、入力された蒸気タービン装置15の蒸気タービン出力などの蒸気タービン運転状態に基づいて、主蒸気加減弁50の弁開度を調整させることが可能である。ここで、蒸気タービンの運転状態として蒸気タービン出力を採用する場合、当該蒸気タービン出力は、例えば蒸気タービンの排気蒸気の圧力に基づいて演算して求めるか、あるいは蒸気タービンに機械的に接続される発電機(図示せず)の電気出力とすることができる。
【0030】
より具体的には、制御装置40には主蒸気加減弁50の上流側における蒸気圧力の目標値である圧力設定値を蒸気タービン運転状態の関数として予め定めた圧力制御関数が格納されている。制御装置40は、この圧力制御関数を参照し、蒸気タービン装置15の蒸気タービン出力などの蒸気タービン運転状態に対応する圧力設定値を設定する。さらに制御装置40には、主蒸気配管用圧力計30から圧力の信号が入力されており、この主蒸気配管用圧力計30の圧力が前述の圧力設定値となるように主蒸気加減弁50の開度指令値を設定し、この開度指令値を主蒸気加減弁50に送信する。
【0031】
そして、制御装置40は第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2のボイラ運転状態により、上述の圧力制御関数のパラメータを変化させる。具体的には本実施の形態では、制御装置40にはパラメータの異なる上述の圧力制御関数が複数パターン備えられており、制御装置40は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2のボイラ運転状態によりこのパラメータの異なる複数の圧力制御関数のうちいずれかを切り替えて用いる。
【0032】
本実施形態のタービンプラントの制御方法と上述の圧力制御関数について、従来の制御方法と比較しながら説明する。図2は、本実施の形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示したグラフである。
【0033】
制御装置40は、図2のグラフに示すように例えば2つの圧力制御関数X,Yを切り替え、切り替えた圧力制御関数X,Yに基づいて主蒸気加減弁50の弁開度を調整する開度指令値を求める。ここで、図2のグラフは、横軸に蒸気タービン運転状態として蒸気タービン出力を取り、縦軸を図1における主蒸気配管用圧力計30の位置における蒸気圧力の目標値(主蒸気圧力設定値)としている。
【0034】
圧力制御関数Xは、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が、起動(運転開始)から定格負荷までの間、共に略同じ負荷で運転しているときの制御関数を示している。ここで、定格負荷は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2における所定の負荷範囲内の例えば最大負荷等である。
【0035】
圧力制御関数Yは、第1のHRSG装置1が運転開始から定格負荷までの間で運転し、第2のHRSG装置2が停止状態にあるときの制御関数を示している。
【0036】
圧力制御関数Xは、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2がいずれも問題なく運転できている場合に用いられる制御関数であり、蒸気タービン出力が所定出力B(点X1)になるまで増加する間は、ほぼ一定の圧力P0の定圧運転を行なわせるように圧力設定値を設定する。そして、蒸気タービン出力が、点X1のとき(すなわち蒸気タービン出力B)よりも大きくなったとき、蒸気タービン出力の増加に伴って主蒸気の圧力設定値を大きくする変圧運転を行なわせる。圧力制御関数Xは、蒸気タービン出力が所定の範囲内で最大になったとき、すなわちDのときに、主蒸気圧力設定値も所定の範囲内で最大(P1)となる(点X2)。このときの第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれの負荷は定格負荷となる。
【0037】
第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2は一般的には同じ定格負荷のものが用いられることから、タービンプラントが通常の運転状態であれば、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2は定格負荷まで共に同じ負荷となるように運転される。このため、制御装置40は、圧力制御関数Xを選択して主蒸気加減弁50の弁開度を調整することがタービンプラントにとっても最適な制御状態となる。なお、従来のタービンプラントにおいては、制御装置40は圧力制御関数Xのみを備え、ボイラの運転状態に関わらず圧力制御関数Xにより圧力設定値を設定するのが一般的である。
【0038】
さらに、本実施の形態の制御装置40はさらに、圧力制御関数Xとは別の圧力制御関数Yを備えている。圧力制御関数Yも圧力制御関数Xと同様に、蒸気タービン出力が増加するときに所定出力A(点Y1)まではほぼ一定の圧力P0の定圧運転を行なうように設定され、蒸気タービン出力がこの所定出力A(点Y1)よりも大きいときは、蒸気タービン出力の増加に伴って主蒸気設定圧力が大きくなり、点Y2のときに主蒸気圧力設定値が最大値(P1)となるように設定されている。圧力制御関数Yは、第1のHRSG装置1が所定負荷で運転し第2のHRSG装置2が停止状態にあるときなど、第1のHRSG装置1と第2のHRSG装置2のいずれかのみが運転状態にある場合に用いられる制御関数であり、圧力制御関数Xとはパラメータの異なる関数である。圧力制御関数Yの点Y1における蒸気タービン出力Aは、圧力制御関数Xの点X1における蒸気タービン出力Bの半分であり、また圧力制御関数Yの点Y2における蒸気タービン出力Cは、圧力制御関数Xの点X2における蒸気タービン出力Dの半分となっている。また、圧力制御関数Yの主蒸気圧力設定値の最大値(すなわち、点Y2における主蒸気圧力設定値)は、圧力制御関数Xの主蒸気圧力設定値の最大値と同じ圧力P1に設定される。
【0039】
第1のHRSG装置1と第2のHRSG装置2のいずれかのみが運転状態にある場合、生成される蒸気量は第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2がいずれも問題なく運転できている場合の半分となる。したがって、例えば第1のHRSG装置1のみが運転状態にある場合、第1のHRSG装置1が最大の蒸気量を発生させたとしても、蒸気タービン装置15の最大の蒸気タービン出力は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2がいずれも問題なく運転できている場合の蒸気タービン装置15の最大の蒸気タービン出力の半分となる。このような第1のHRSG装置1と第2のHRSG装置2のいずれかのみの運転状態で制御装置40が圧力制御関数Xを用いる場合、図2の圧力制御関数Xの点X3が参照されて圧力P0を圧力設定値とすることとなる。この場合、ボイラ装置1台の発生させる最大の蒸気流量に対して低い圧力P0を保つ必要が生じるため、予め第1および第2ボイラ接続配管21、22の口径や第1および第2タービンバイパス弁51,52のサイズを大きくしておく必要がある。
【0040】
しかしながら本実施の形態によれば、制御装置40は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2のボイラ運転状態の変化、の両者が運転している状態から1台が停止した状態に移行したことを検出し、使用する制御関数を圧力制御関数Xから圧力制御関数Yへ切り替えて変化させる。制御装置40がこの圧力制御関数Yを用いる場合、図2におけるY2のときの蒸気タービン出力C(すなわちすなわち第1のHRSG装置1と第2のHRSG装置2のいずれか1台が発生させる最大の蒸気流量に対応するタービン出力)に対する主蒸気圧力設定値は、圧力制御関数Xの圧力設定値よりも高く設定されているため、制御装置40は、主蒸気加減弁50を絞った状態に調整するような開度指令値を送信する。
【0041】
その結果、主蒸気配管20の圧力は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2のいずれか1台が停止しているときにおいても、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が共に運転している状態と同等の主蒸気圧力設定値P1を維持することができる。
【0042】
すなわち、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2のいずれか1台のみが定格負荷で運転されているときでも、第1ボイラ接続配管21内の状態は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が共に運転している状態とほぼ同じにすることができる。このため、第1および第2ボイラ接続配管21,22の口径や第1および第2タービンバイパス弁51,52のサイズを大きくする必要がない。
【0043】
また、本実施形態のタービンプラントは、第2のHRSG装置2が定格運転されて、第1のHRSG装置1が停止している場合にも、同様に制御可能である。
【0044】
すなわち、本実施の形態における制御装置40は、各HRSG装置のボイラ運転状態、すなわち複数のHRSG装置1,2のうちの運転台数に応じて、パラメータの異なる圧力制御関数XおよびYのいずれかを選択して変化させ、選択した方の圧力制御関数XまたはYに基づいて、主蒸気加減弁50の弁開度を制御する。なお、本実施の形態においては、第1および第2のHRSG装置1、2の2台を備える例を示したが、3台以上のHRSG装置を有する場合でも運転台数に応じた圧力制御関数X,Y,…を予め制御装置40に記憶させておくことで本実施の形態を同様に適用できる。また、制御装置40が圧力制御関数X,Yを切り替えるトリガーとなるボイラ運転状態として、本実施の形態では複数のHRSG装置1,2のうちの運転台数を例にとって説明したが、これ以外に、第1および第2のHRSG装置1,2それぞれの蒸気発生量(負荷)のバランスを採用することも可能である。すなわち、第1および第2のHRSG装置1,2の負荷として、第1のHSRG装置1の蒸気発生量および第2のHRSG装置2の蒸気発生量を、例えば第1および第2接続配管21,22にそれぞれ設けた蒸気流量計でそれぞれ計測し、両者の偏差が予め定めた割合を超えた場合などに圧力制御関数X,Yを切り替えるように構成することも可能である。
【0045】
さらに、制御装置40が、圧力制御関数の予め設定したパラメータを、ボイラ運転状態(すなわち、ボイラ運転台数あるいは各ボイラの負荷バランス)の変化に応じてリアルタイムで変化させる構成とすることも可能である。このようにすると、ボイラの様々な運転状態に対してより柔軟な圧力設定値の制御が可能となる。
【0046】
以上の説明からわかるように本実施形態によれば、主蒸気配管20の口径やタービンバイパス弁のサイズを、よりコンパクトに設計することが可能である。
【0047】
[第2の実施形態]
第2の実施形態について、図3を用いて説明する。図3は、本実施の形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。なお、本実施形態は、第1の実施形態(図1および図2)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。また、本実施形態のタービンプラントは、第1の実施形態で説明したタービンプラント(図1)と同様の構成である。
【0048】
図2に示した第1の実施の形態においては、圧力制御関数X,Yの入力値である蒸気タービン運転状態としては蒸気タービン出力を採用したが、本実施形態の制御装置40に格納される圧力制御関数X,Yは、図3に示すように横軸を第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれの蒸気発生量を合計したもの、すなわちボイラ合計発生蒸気量としている。すなわち、本実施の形態においては、蒸気タービン運転状態として蒸気タービン出力に代えてボイラ合計発生蒸気量を採用し、圧力制御関数X,Yを、ボイラ合計発生蒸気量の入力に対して圧力設定値を出力するものとして設定している。このようにしても、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、このほか、圧力制御関数X,Yの入力となる蒸気タービン運転状態として、第1ガスタービン装置11および第2ガスタービン装置12の合計出力や、第1ガスタービン装置11および第2ガスタービン装置12への合計の燃料流量などを採用してもよい。
【0049】
[第3の実施形態]
第3の実施形態について、図4および図5を用いて説明する。図4は、本実施形態のタービンプラントの一部を示す概略部分系統図である。図5は、図4のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。
【0050】
本実施形態は、第1の実施形態(図1および図2)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【0051】
本実施形態の第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれは、内部にダクトバーナ部5を有する(図4)。このダクトバーナ部5は、液化天然ガス等の燃料が流入可能で、この燃料を燃焼させる。この燃料により、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2は、蒸気を発生させることができる。ダクトバーナ部5は、ガスタービンからの排ガス量が少ないときに、補助的に蒸気を発生させるためのものである。
【0052】
本実施形態の制御装置40は、ガスタービン排ガス出力と、各HRSG装置への燃料投入量が入力可能である。この制御装置40は、入力されたガスタービン排ガス出力と、HRSG装置への燃料投入量に基づいて、主蒸気加減弁50の弁開度を調整可能である。また、当該制御装置40は、第1の実施形態と同様に、第1のHRSG装置1のみが定格負荷で運転して第2のHRSG装置2が停止しているときの当該圧力が、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が共に定格負荷で運転しているときの主蒸気配管20内に作用する圧力P1に等しくなるように、弁開度を調整できる。
【0053】
制御装置40は、図5に示す圧力制御関数X,Yに基づいて制御する。図5に示すように、本実施の形態の制御装置40が備える圧力制御関数X,Yは、蒸気タービン運転状態としてガスタービン出力と、ボイラへの燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計を採用し、ガスタービン出力と、ボイラへの燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計の入力に対して主蒸気圧力設定値を出力するものとしている。ここで、係数αは、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2から得られる合計の蒸気のうち、各ガスタービンの排ガス熱による燃焼で得られる蒸気と、ダクトバーナ部5に流入された燃料が燃焼したときに得られる蒸気と、の負荷分担率に応じて決定される。
【0054】
このようにしても、第1あるいは第2の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0055】
[第4の実施形態]
第4の実施形態について、図6を用いて説明する。図6は、本実施形態のタービンプラントの制御装置40が備える圧力制御関数を示すグラフである。なお、本実施形態は、第1の実施形態(図1および図2)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。また、本実施形態のタービンプラントは、第1の実施形態で説明したタービンプラント(図1)と同様の構成である。
【0056】
図6におけるグラフの横軸は、蒸気タービン運転状態あるいは各ボイラ状態量を示している。ここで、蒸気タービン運転状態とは、第1ないし第3の実施の形態で説明した、蒸気タービン出力、ボイラ合計発生蒸気量、あるいはガスタービン出力とボイラへの燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計などの蒸気タービン運転状態を示す状態量である。また、各ボイラ状態量とは、第1のHRSG装置1または第2のHRSG装置2の負荷、すなわち発生蒸気量や給水流量などの状態量である。
【0057】
図6における圧力制御関数Xは、第1ないし第3の実施の形態で説明したものと同様であり、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が、起動(運転開始)から定格負荷までの間、共に略同じ負荷で運転しているときの制御関数であり、第1のHRSG装置1と第2のHRSG装置2の負荷の偏差が予め定められた範囲内で運転できている場合に用いられる。本実施の形態の制御装置40は、圧力制御関数Xを用いるときは蒸気タービン出力などの蒸気タービン運転状態に基づき圧力設定値を設定する。
【0058】
本実施形態の制御装置40は、特に第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が互いに異なる負荷で運転し、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2の負荷、すなわち第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2の各ボイラ状態量のバランスが崩れたときに、主蒸気加減弁50を制御する機能を有している。この例では、第1のHRSG装置1は定格負荷、第2のHRSG装置2は定格負荷よりも低負荷で運転され、第1のHRSG装置1の負荷と第2のHRSG装置2の負荷の偏差の、第1のHRSG装置1の負荷に対する割合が、予め定めた割合を超えた場合を示している。このように第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2の各ボイラ状態量のバランスが崩れたとき、制御装置40は、圧力制御関数を圧力制御関数Xから圧力制御関数Yに切り替える。このとき、圧力制御関数Yは各ボイラ状態量(すなわち第1のHRSG装置1あるいは第2のHRSG装置2の発生蒸気量など)に対する圧力設定値を定めているため、圧力制御関数への入力値を蒸気タービン運転状態から各ボイラ状態量に切り替える。制御装置40が圧力制御関数Yを用いて圧力設定値を定める場合、それぞれ異なる各ボイラ状態量に対応した複数の値が求まることとなるが、制御装置40はこのうち最も高いものを主蒸気圧力設定値として選定する。すなわち、図6に示した例では、図中のQ1は、第1のHRSG装置1が定格負荷で運転している状態のときに相当するときの蒸気発生量で、Q2は、第2のHRSG装置2が定格負荷よりも低い負荷で運転している状態のときに相当するときの蒸気発生量であるが、制御装置40は、より高い負荷で運転している第1のHRSG装置1が定格負荷で運転している状態のときに相当するときの蒸気発生量Q1に対応する圧力P1を主蒸気圧力設定値に設定する。
【0059】
制御装置40が、負荷の高い方(発生蒸気量の多い方)のHRSG装置(この例では、第1のHRSG装置1)に合わせて主蒸気加減弁50を絞った状態に調整する。これにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、複数のボイラ装置の負荷が異なる場合に、負荷などの各ボイラ状態量に対応する圧力制御関数の複数の値のうち最も高いものを圧力設定値に選定することで、各接続配管の圧力を高く維持することができるので、各接続配管やこれらの接続配管に接続されるバイパス弁などの口径を小さいものとすることができる。
【0060】
[第5の実施形態]
第5の実施形態について、図7を用いて説明する。図7は、本実施形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフで、蒸気タービン出力等と主蒸気圧力設定値との関係を示している。なお、本実施形態は、第1の実施形態(図1および図2)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。また、本実施形態のタービンプラントは、第1の実施形態で説明したタービンプラント(図1)と同様の構成である。
【0061】
本実施形態の制御装置40は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2のいずれか一方が、ガスタービン負荷遮断、ボイラトリップおよびダクトバーナトリップ等の過渡状態となり、蒸気を供給しなくなるときに、主蒸気加減弁50を制御する機能を有している。この例では、第1のHRSG装置1は定格負荷で運転され、第2のHRSG装置2はボイラトリップしている。
【0062】
制御装置40は、一方のHRSG装置がボイラトリップ等の事象が発生する前、すなわち、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が共に定格負荷で運転しているときの、主蒸気圧力設定値(図7中のP1)を記憶する機能を有する。
【0063】
制御装置40は、第2のHRSG装置2がボイラトリップ等により停止し、蒸気タービン装置15の蒸気タービン出力等が低下したときでも、上述の主蒸気圧力設定値P1を保持する状態になるように、主蒸気加減弁50を絞った状態に調整する。この間に、制御装置40は、制御関数を圧力制御関数Xから、圧力制御関数Yに移行するように切り替える。
【0064】
そして、一定時間経過後、蒸気タービン運転状態および各ボイラ装置の各ボイラ状態量のいずれかに基づく圧力制御関数Yによる主蒸気圧力設定値を用いて主蒸気加減弁50の弁開度を調整する。
【0065】
ここで、制御関数の横軸は、蒸気タービン出力(第1の実施形態)、ボイラ合計発生蒸気量(第2の実施形態)、およびガスタービン排ガス出力とHRSG装置への燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計(第3の実施形態)といった蒸気タービン運転状態のいずれでもよく、圧力制御関数Yについては各ボイラ装置の各ボイラ状態量を用いることも可能である(図7)。
【0066】
以上の説明からわかるように本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ると共に、第1のHRSG装置1の圧力およびドラムレベルの変動を抑制でき、第1のHRSG装置1が連鎖的にトリップすることを抑制できる。
【0067】
また、本実施形態のタービンプラントは、第2のHRSG装置2が定格運転されて、第1のHRSG装置1がボイラトリップ等の過渡状態となる事象が発生している場合にも、第1の実施形態と同様に、制御可能である。
【0068】
[第6の実施形態]
第6の実施形態について、図8を用いて説明する。図8は、本実施形態のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。なお、本実施形態は、第1の実施形態(図1および図2)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。また、本実施形態のタービンプラントは、第1の実施形態で説明したタービンプラント(図1)と同様の構成である。
【0069】
本実施形態の制御装置40は、一方のHRSG装置のみが定格負荷で運転して、他方のHRSG装置を後から起動するような場合に、主蒸気加減弁50を制御する機能を有している。この例では、第1のHRSG装置1のみが定格負荷で運転して、後から第2のHRSG装置2を起動して定格負荷で運転する。
【0070】
このとき制御装置40は、一方のHRSG装置のみが運転しているため圧力制御関数Yを用いて主蒸気加減弁50の主蒸気圧力設定値を決定している。この状態で第2のHRSG装置2を起動するときには、まず第2タービンバイパス弁52の弁開度を調整する。第2HRSG装置2の起動直後は、第2出口圧力計32の計測値が、フロア圧力(図中のP0)を維持するように設定する。次に、第2のHRSG装置2の出口から主蒸気加減弁50のヘッダ入口までの配管内に蒸気を流通させる。すなわち、当該配管内をウォーミングする。
【0071】
その後、第2出口圧力計32の計測値が、第1のHRSG装置1の負荷に応じた主蒸気圧力設定値(図8中のP1)になるように、第2タービンバイパス弁52を徐々に閉操作する。そして、第2出口圧力計32の計測値が第1のHRSG装置1の負荷に応じた主蒸気圧力設定値(図8中のP1)、あるいはこの値に近い予め定めた範囲内に入った段階で、第2ボイラ接続配管22に設けられた接続弁を開いて第2HRSG装置からの蒸気を第1HRSG装置1からの蒸気に合流させる。このとき、制御装置40は、圧力制御関数Yから、圧力制御関数Xによる制御への切り替えを行なう。
【0072】
ここで、制御関数の横軸は、蒸気タービン出力(第1の実施形態)、ボイラ合計発生蒸気量(第2の実施形態)、およびガスタービン排ガス出力とHRSG装置への燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計(第3の実施形態)といった蒸気タービン運転状態、あるいは各ボイラ状態量のいずれでもよい(図8)。
【0073】
主蒸気圧力設定値P1を保ちながら、第2のHRSG装置2を主蒸気配管20に接続することにより、主蒸気配管20の内部の流速等の増加を抑制可能となる。これにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることが可能になる。
【0074】
[第7の実施形態]
第7の実施形態について、図9〜図11を用いて説明する。図9は、本実施形態のタービンプラントの一部を模式的に示す概略部分系統図である。図10及び図11はそれぞれ、図9のタービンプラントの制御装置が備える圧力制御関数を示すグラフである。 本実施形態は、第1の実施形態(図1および図2)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【0075】
本実施形態のタービンプラントは、再熱サイクルの多軸型コンバインドサイクル発電プラントで、第1および第2ガスタービン装置11、12と、高圧蒸気タービン装置16と、中圧蒸気タービン装置17と、低圧蒸気タービン装置18と、を有する。
【0076】
また、このタービンプラントは、第1の実施形態と同様に、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2を有し、それぞれのHRSG装置に、第1および第2ガスタービン装置11、12が接続される。また、当該タービンプラントは、主蒸気配管20と、低圧蒸気配管25と、低温側再熱配管26と、高温側再熱配管27と、低圧蒸気加減弁55と、再熱蒸気加減弁56と、3個の制御装置、すなわち、主蒸気加減弁用制御装置41、低圧蒸気加減弁用制御装置42、再熱気加減弁用制御装置43、を有する。このうち主蒸気配管20、低圧蒸気配管25、および高温側再熱配管27がそれぞれ、接続配管と合流配管を備えるタービン蒸気供給配管を構成している。
【0077】
主蒸気配管20は、第1の実施形態と同様に、第1ボイラ接続配管21、第2ボイラ接続配管22、および合流配管23、を有する。合流配管23には、主蒸気加減弁50および圧力計が取り付けられている。
【0078】
低圧蒸気配管25は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2と低圧蒸気タービン装置18を接続し、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2で生成された蒸気を合流させて、低圧蒸気タービン装置18に供給可能である。
【0079】
低圧蒸気加減弁55は、低圧蒸気配管25に取り付けられている。低圧蒸気加減弁55の上流側には、低圧用圧力計33が取り付けられている。
【0080】
低温側再熱配管26は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれと、高圧蒸気タービンと、を互いに接続し、高圧蒸気タービン装置16から排出された蒸気(タービン排出蒸気)を、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれに供給可能である。
【0081】
高温側再熱配管27は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2と、中圧蒸気タービンと、を互いに接続し、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれで再加熱されたタービン排出蒸気を合流させて、中圧蒸気タービン装置17に供給可能である。
【0082】
再熱蒸気加減弁56は、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2それぞれから排出された蒸気が合流している部分の高温側再熱配管27に取り付けられている。再熱蒸気加減弁56よりも下流側に、再熱用圧力計34が取り付けられている。
【0083】
主蒸気加減弁用制御装置41は、第1の実施形態で説明した制御装置40と同様に主蒸気加減弁50を制御することができる。
【0084】
低圧蒸気加減弁用制御装置42は、蒸気タービン出力が入力可能で、低圧蒸気加減弁55に接続されている。この低圧蒸気加減弁用制御装置42は、図10に示す曲線XLおよび曲線YLに示される制御関数に基づいて、低圧蒸気加減弁55の弁開度を、第1の実施形態と同様に、調整可能である。また、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が共に運転しているときの低圧蒸気配管25内に作用する圧力と、第1のHRSG装置1のみが運転して第2のHRSG装置2が停止しているときの当該圧力と、が同じになるように、弁開度を調整できる。
【0085】
再熱気加減弁用制御装置43は、蒸気タービン出力等が入力可能で、再熱蒸気加減弁56に接続されている。この再熱気加減弁用制御装置43は、図11に示す曲線XRおよび曲線YRに示される制御関数に基づいて、再熱蒸気加減弁56の弁開度を、第1の実施形態と同様に、調整可能である。また、第1のHRSG装置1および第2のHRSG装置2が共に運転しているときの高温側再熱配管27内に作用する圧力と、第1のHRSG装置1のみが運転して第2のHRSG装置2が停止しているときの当該圧力と、が同じになるように、弁開度を調整できる。
【0086】
ここで、低圧蒸気加減弁用制御装置42および再熱気加減弁用制御装置43それぞれに示される制御関数(XL、YL、XR、YR)の横軸は、蒸気タービン出力(第1の実施形態)、ボイラ合計発生蒸気量(第2の実施形態)、およびガスタービン排ガス出力とHRSG装置への燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計(第3の実施形態)のいずれでもよい(図10、図11)。
【0087】
これにより、再熱サイクルの多軸型コンバインドサイクル発電プラントにおいても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0088】
[その他の実施形態]
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【0089】
上記実施形態では、HRSG装置が2台の場合について説明したが、これに限らない。HRSG装置の台数が3台以上の場合には、圧力制御関数をHRSG装置台数に応じて追加して、それぞれの運転状態に応じて主蒸気圧力設定値が決められるようにすればよい。
【0090】
また、第1〜第3の実施形態の特徴を互いに組み合わせてもよい。この場合、制御関数の横軸は、蒸気タービン出力(第1の実施形態)、ボイラ合計発生蒸気量(第2の実施形態)、およびガスタービン排ガス出力とHRSG装置への燃料投入量に所定の係数αを乗じたものとの合計(第3の実施形態)のいずれかを選択できるようにすればよい。制御装置40に入力可能なパラメータを増やすことにより、信頼性が向上する。
【符号の説明】
【0091】
1…第1のHRSG装置、2…第2のHRSG装置、5…ダクトバーナ部、9…復水器、11…第1ガスタービン装置、12…第2ガスタービン装置、15…蒸気タービン装置、16…高圧蒸気タービン装置、17…中圧蒸気タービン装置、18…低圧蒸気タービン装置、20…主蒸気配管、21…第1ボイラ接続配管、22…第2ボイラ接続配管、23…合流配管、25…低圧蒸気配管、26…低温側再熱配管、27…高温側再熱配管、28…第1タービンバイパス配管、29…第2タービンバイパス配管、30…主蒸気配管用圧力計、31…第1出口圧力計、32…第2出口圧力計、33…低圧用圧力計、34…再熱用圧力計、40…制御装置、41…主蒸気加減弁用制御装置、42…低圧蒸気加減弁用制御装置、43…再熱気加減弁用制御装置、50…主蒸気加減弁、51…第1タービンバイパス弁、52…第2タービンバイパス弁、55…低圧蒸気加減弁、56…再熱蒸気加減弁
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のボイラ装置と、
前記各ボイラ装置で生成された蒸気をそれぞれ流通させる複数のボイラ接続配管と前記各ボイラ接続配管を合流させる合流配管とを具備するタービン蒸気供給配管と、
前記タービン蒸気供給配管の前記合流配管からの蒸気が供給されて駆動される蒸気タービン装置と、
前記タービン蒸気供給配管の前記合流配管における蒸気の圧力を開度により調整する加減弁と、
前記蒸気タービン装置の蒸気タービン運転状態および前記各ボイラ装置の各ボイラ状態量のいずれかに基づく圧力設定値を予め定めた圧力制御関数を前記各ボイラ装置のボイラ運転状態に応じて変化させ、当該圧力制御関数に基づいて前記加減弁へ開度の指令値を送信する制御装置と、
を有することを特徴とするタービンプラント。
【請求項2】
前記制御装置は、前記圧力制御関数を予め複数備え、前記ボイラ運転状態に応じて複数の前記圧力制御関数を切り替えることを特徴とする請求項1に記載のタービンプラント。
【請求項3】
前記ボイラ運転状態は、複数の前記ボイラ装置の運転台数であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のタービンプラント。
【請求項4】
前記ボイラの運転状態は、複数の前記ボイラ装置それぞれの負荷のバランスであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のタービンプラント。
【請求項5】
前記圧力制御関数は前記蒸気タービン運転状態による関数として定められ、当該蒸気タービン運転状態は、前記蒸気タービン装置の出力であること、を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項6】
前記圧力制御関数は前記蒸気タービン運転状態による関数として定められ、当該蒸気タービン運転状態は、前記各ボイラ装置から供給される蒸気の合計発生量であること、を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項7】
前記ボイラ装置にはそれぞれガスタービン装置が接続され、前記ボイラ装置はそれぞれ、当該ボイラ装置に接続された前記ガスタービン装置からの排熱で蒸気を生成可能に構成され、
前記圧力制御関数は前記蒸気タービン運転状態による関数として定められ、当該蒸気タービン運転状態を、前記ガスタービンのガスタービン出力の合計に基づいて求めること、
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項8】
前記ガスタービン出力は、前記ガスタービンに供給される燃料流量に基づき求められることを特徴とする請求項7に記載のタービンプラント
【請求項9】
前記各ボイラ装置は、ダクトバーナ部を備え、
前記圧力制御関数は前記蒸気タービン運転状態による関数として定められ、当該蒸気タービン運転状態は、前記バーナ燃料の供給量の合計に基づいて求められること、
を特徴とする請求項7または請求項8に記載のタービンプラント。
【請求項10】
前記圧力制御関数は前記ボイラ状態量の関数として定められ、当該ボイラ状態量は、複数の前記ボイラ装置のうち最も負荷の大きな前記ボイラ装置の蒸気発生量であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項11】
前記圧力制御関数は前記ボイラ状態量の関数として定められ、当該ボイラ状態量は、複数の前記ボイラ装置のうち最も負荷の大きな前記ボイラ装置への給水流量であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項12】
前記ボイラ運転状態が変化するときに、
前記制御装置は、
変化前のボイラ運転状態における前記圧力設定値を記憶可能で、
記憶した前記圧力設定値を予め定めた時間保持すること、
を特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項13】
前記蒸気タービン装置は、高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンを備え、
前記タービン蒸気供給配管は、前記高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンのいずれかに蒸気を供給する蒸気配管であること、
を特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項14】
複数のボイラ装置で発生させた蒸気を合流し、合流させた蒸気の圧力を加減弁の開度により調整して1台の蒸気タービン装置に供給するタービンプラントの運転方法において、
前記加減弁の前記開度の指令値は、前記蒸気タービン装置の蒸気タービン運転状態および前記ボイラ装置のボイラ状態量のいずれかに基づく圧力設定値を予め定めた圧力制御関数に基づいて求められ、かつ、
前記圧力制御関数を、複数の前記ボイラ装置のボイラ運転状態に応じて変化させることを特徴とするタービンプラント運転方法。
【請求項1】
複数のボイラ装置と、
前記各ボイラ装置で生成された蒸気をそれぞれ流通させる複数のボイラ接続配管と前記各ボイラ接続配管を合流させる合流配管とを具備するタービン蒸気供給配管と、
前記タービン蒸気供給配管の前記合流配管からの蒸気が供給されて駆動される蒸気タービン装置と、
前記タービン蒸気供給配管の前記合流配管における蒸気の圧力を開度により調整する加減弁と、
前記蒸気タービン装置の蒸気タービン運転状態および前記各ボイラ装置の各ボイラ状態量のいずれかに基づく圧力設定値を予め定めた圧力制御関数を前記各ボイラ装置のボイラ運転状態に応じて変化させ、当該圧力制御関数に基づいて前記加減弁へ開度の指令値を送信する制御装置と、
を有することを特徴とするタービンプラント。
【請求項2】
前記制御装置は、前記圧力制御関数を予め複数備え、前記ボイラ運転状態に応じて複数の前記圧力制御関数を切り替えることを特徴とする請求項1に記載のタービンプラント。
【請求項3】
前記ボイラ運転状態は、複数の前記ボイラ装置の運転台数であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のタービンプラント。
【請求項4】
前記ボイラの運転状態は、複数の前記ボイラ装置それぞれの負荷のバランスであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のタービンプラント。
【請求項5】
前記圧力制御関数は前記蒸気タービン運転状態による関数として定められ、当該蒸気タービン運転状態は、前記蒸気タービン装置の出力であること、を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項6】
前記圧力制御関数は前記蒸気タービン運転状態による関数として定められ、当該蒸気タービン運転状態は、前記各ボイラ装置から供給される蒸気の合計発生量であること、を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項7】
前記ボイラ装置にはそれぞれガスタービン装置が接続され、前記ボイラ装置はそれぞれ、当該ボイラ装置に接続された前記ガスタービン装置からの排熱で蒸気を生成可能に構成され、
前記圧力制御関数は前記蒸気タービン運転状態による関数として定められ、当該蒸気タービン運転状態を、前記ガスタービンのガスタービン出力の合計に基づいて求めること、
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項8】
前記ガスタービン出力は、前記ガスタービンに供給される燃料流量に基づき求められることを特徴とする請求項7に記載のタービンプラント
【請求項9】
前記各ボイラ装置は、ダクトバーナ部を備え、
前記圧力制御関数は前記蒸気タービン運転状態による関数として定められ、当該蒸気タービン運転状態は、前記バーナ燃料の供給量の合計に基づいて求められること、
を特徴とする請求項7または請求項8に記載のタービンプラント。
【請求項10】
前記圧力制御関数は前記ボイラ状態量の関数として定められ、当該ボイラ状態量は、複数の前記ボイラ装置のうち最も負荷の大きな前記ボイラ装置の蒸気発生量であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項11】
前記圧力制御関数は前記ボイラ状態量の関数として定められ、当該ボイラ状態量は、複数の前記ボイラ装置のうち最も負荷の大きな前記ボイラ装置への給水流量であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項12】
前記ボイラ運転状態が変化するときに、
前記制御装置は、
変化前のボイラ運転状態における前記圧力設定値を記憶可能で、
記憶した前記圧力設定値を予め定めた時間保持すること、
を特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項13】
前記蒸気タービン装置は、高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンを備え、
前記タービン蒸気供給配管は、前記高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンのいずれかに蒸気を供給する蒸気配管であること、
を特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか一項に記載のタービンプラント。
【請求項14】
複数のボイラ装置で発生させた蒸気を合流し、合流させた蒸気の圧力を加減弁の開度により調整して1台の蒸気タービン装置に供給するタービンプラントの運転方法において、
前記加減弁の前記開度の指令値は、前記蒸気タービン装置の蒸気タービン運転状態および前記ボイラ装置のボイラ状態量のいずれかに基づく圧力設定値を予め定めた圧力制御関数に基づいて求められ、かつ、
前記圧力制御関数を、複数の前記ボイラ装置のボイラ運転状態に応じて変化させることを特徴とするタービンプラント運転方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2012−127243(P2012−127243A)
【公開日】平成24年7月5日(2012.7.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−278711(P2010−278711)
【出願日】平成22年12月15日(2010.12.15)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年7月5日(2012.7.5)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年12月15日(2010.12.15)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
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