タービン冷却系統制御装置、タービン冷却系統、及びタービン冷却系統制御方法
【課題】適切な量の冷媒を供給することのできる、タービン冷却系統制御装置、タービン冷却系統、及びタービン冷却系統制御方法を提供する。
【解決手段】給水ポンプから第１給水ラインを介して水が供給される第１ドラムの圧力を、データとして取得するドラム圧力取得部と、前記第１給水ラインに設けられたＩ弁の開度を制御する、Ｉ弁制御部とを具備し、前記第１給水ラインは、第２給水ラインが分岐する第１部分と、前記第１部分よりも下流側に位置し前記第２給水ラインが合流する第２部分とを有し、前記第２給水ラインには、ガスタービンを冷却する熱交換器が熱的に接続され、前記Ｉ弁は、前記第１部分と前記第２部分との間に設けられ、前記Ｉ弁制御部は、前記第１ドラムの圧力に基づいて、前記Ｉ弁の開度を制御する。
【解決手段】給水ポンプから第１給水ラインを介して水が供給される第１ドラムの圧力を、データとして取得するドラム圧力取得部と、前記第１給水ラインに設けられたＩ弁の開度を制御する、Ｉ弁制御部とを具備し、前記第１給水ラインは、第２給水ラインが分岐する第１部分と、前記第１部分よりも下流側に位置し前記第２給水ラインが合流する第２部分とを有し、前記第２給水ラインには、ガスタービンを冷却する熱交換器が熱的に接続され、前記Ｉ弁は、前記第１部分と前記第２部分との間に設けられ、前記Ｉ弁制御部は、前記第１ドラムの圧力に基づいて、前記Ｉ弁の開度を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン冷却系統制御装置、タービン冷却系統、及びタービン冷却系統制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンでは、燃焼器で燃焼されて生成される燃焼ガスにより、タービンが回転する。ガスタービンの温度は、燃焼ガスに曝されることにより、上昇する。温度上昇によるガスタービンの損傷を防ぐために、熱交換器による冷却が行われる。熱交換器には冷媒が供給される。ガスタービンと冷媒との間で熱交換が行われ、この熱交換によりガスタービンが冷却される。
【０００３】
特許文献１（特許第３９７５７４８）及び特許文献２（特開平７−１８９７４０）には、圧縮機からの気体をタービンに供給することにより、タービンを冷却することが記載されている。
【０００４】
一方、特許文献３（特開２００１−３２９８０６）には、冷却媒体として、ガスタービン車室の空気と蒸気とが切り替えられて使用される、ガスタービンが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３９７５７４８号公報
【特許文献２】特開平７−１８９７４０号公報
【特許文献３】特開２００１−３２９８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガスタービンを冷却するために要求される冷媒の量は、ガスタービンで発生する熱量に依存する。ガスタービンの負荷に応じて、適切な量の冷媒が供給されることが望まれる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、適切な量の冷媒を供給することのできる、タービン冷却系統制御装置、タービン冷却系統、及びタービン冷却系統制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
本発明に係るタービン冷却系統制御装置は、給水ポンプ（１４）から第１給水ライン（３１）を介して水が供給される第１ドラム（１３）の圧力を、データとして取得するドラム圧力取得部（２５−１）と、第１給水ライン（３１）に設けられたＩ弁（２６）の開度を制御する、Ｉ弁制御部（２５−２）とを具備する。第１給水ライン（３１）は、第２給水ライン（３２）が分岐する第１部分（３３）と、第１部分（３３）よりも下流側に位置し第２給水ライン（３２）が合流する第２部分（３４）とを有する。第２給水ライン（３２）には、ガスタービン（１）を冷却する熱交換器（１９）が熱的に接続されている。Ｉ弁（２６）は、第１部分（３３）と第２部分（３４）との間に設けられている。Ｉ弁制御部（２５−２）は、第１ドラム（１３）の圧力に基づいて、Ｉ弁（２６）の開度を制御する。
【００１０】
上述のタービン冷却系統制御装置は、更に、ガスタービン（１）の負荷に基づいて、第２給水ライン（３２）に設けられたＤ弁（２７）の開度を制御する、Ｄ弁制御部（２５−３）を具備し、Ｉ弁制御部（２５−３）は、第１部分（３３）と第２部分（３４）との間の差圧が一定になるように、Ｉ弁（２７）の開度を制御することが好ましい。
【００１１】
第１ドラム（１３）は、排熱回収ボイラ（５）と熱的に接続され、ガスタービン（１）は、排ガスが廃熱回収ボイラ（５）に導かれるように、廃熱回収ボイラ（５）と連結されていることが好ましい。
【００１２】
第１ドラム（１３）は、蒸気タービン（２）と連結され、蒸気タービン（２）に蒸気を供給することが好ましい。
【００１３】
蒸気タービン（２）には、低圧蒸気を供給する低圧ドラムと、高圧蒸気を供給する高圧ドラムとが連結されており、第１ドラム（１３）は、その高圧ドラムであることが好ましい。
【００１４】
本発明にかかるタービン冷却系統は、上記タービン冷却系統制御装置と、第１部分（３３）で第１給水ライン（３２）から分岐し、第２部分（３４）で第１給水ライン（３１）に合流する第２給水ライン（３２）と、第２給水ライン（３２）に熱的に接続され、ガスタービン（１）を冷却する熱交換器（１９）とを具備する。
【００１５】
本発明に係るタービンシステムは、上記タービン冷却系統と、このタービン冷却系統により冷却されるガスタービン（１）とを具備する。
【００１６】
上記のタービンシステムは、更に、第１ドラム（１３）により生成された蒸気が供給される蒸気タービン（２）を具備することが好ましい。
タービンシステム。
【００１７】
本発明に係るタービン冷却系統制御方法は、給水ポンプ（１４）から第１給水ライン（３１）を介して水が供給されるドラム（１３）の圧力を、データとして取得するステップと、第１給水ライン（３１）に設けられたＩ弁（２６）の開度を制御するステップとを具備する。第１給水ライン（３１）は、第２給水ライン（３２）が分岐する第１部分（３３）と、第１部分（３１）よりも下流側に位置し第２給水ライン（３２）が合流する第２部分（３４）とを有している。第２給水ライン（３２）は、ガスタービン（１）を冷却する熱交換器（１９）と熱的に接続される。Ｉ弁（２６）は、第１部分（３３）と第２部分（３４）との間に設けられている。Ｉ弁（２６）の開度を制御するステップは、ドラム（１３）の圧力に基づいて、Ｉ弁（２６）の開度を制御するステップを含んでいる。
【００１８】
Ｉ弁の開度を制御するステップは、第１部分（３３）と第２部分（３４）との間の差圧が一定になるように、Ｉ弁（２６）の開度を制御するステップを含んでいることが好ましい。
【００１９】
上述のタービン冷却系統制御方法は、更に、ガスタービン（１）の負荷をデータとして取得するステップと、ガスタービン（１）の負荷に基づいて、第２給水ライン（３２）に設けられたＤ弁（２７）の開度を制御するステップとを具備することが好ましい。
【００２０】
上述のタービン冷却系統制御方法において、ドラム（１３）は、蒸気タービン（２）と連結され、蒸気タービン（２）に蒸気を供給することが好ましい。
【００２１】
上述のタービン冷却系統制御方法において、ドラム（１３）は、排熱回収ボイラ（５４）と熱的に接続され、ガスタービン（１）は、排ガスが廃熱回収ボイラ（５）に導かれるように、廃熱回収ボイラ（５）と連結されていることが好ましい。
【００２２】
本発明に係るタービン冷却系統制御プログラムは、上述のタービン冷却系統制御方法を、コンピュータにより実行するためのプログラムである。
【００２３】
本発明に係る他のタービンシステムは、蒸気を生成するドラム（１３）と、ドラム（１３）に給水ライン（３１、３２）を介して給水する給水ポンプ（１４）と、給水ライン（に介装された熱交換器（１９）と、熱交換器（１９）によって冷却されるガスタービン（１）とを具備する。
【００２４】
このタービンシステム（１）は、更に、ドラム（１３）により生成された蒸気が供給される蒸気タービン（２）を具備することが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、適切な量の冷媒を供給することのできる、タービン冷却系統制御装置、タービン冷却系統、及びタービン冷却系統制御方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るタービンシステム５０を示す概略図である。このタービンシステム５０は、蒸気タービン２と、ガスタービン１と、廃熱回収ボイラ５と、冷却系統３６と、冷却系統制御装置２５を備えている。
【００２７】
ガスタービン１と蒸気タービン２とは、回転軸（ロータ）が同一となるように接続されている。その回転軸には、発電機２４が連結されている。その回転軸が、ガスタービン１及び蒸気タービン２により回転することで、発電機２４が発電する。
【００２８】
ガスタービン１は、空気圧縮機１５と、タービン１７と、燃焼器１６とを備えている。空気圧縮機１５は、空気を吸い込んで圧縮し、燃焼器１６に供給する。燃焼器１６には、燃料ガスが供給される。燃焼器１６は、燃料ガスと圧縮空気とを燃焼させ、燃焼ガスを生成する。その燃焼ガスは、タービン１７に供給され、タービン１７を回転させる。タービン１７に供給された燃焼ガスは、排ガスとして、タービン１７から廃熱回収ボイラ５に導かれる。排ガスは、廃熱回収ボイラ５で熱交換された後、排気される。
【００２９】
廃熱回収ボイラ５内には、低圧節炭器７、中圧節炭器９、高圧節炭器８、低圧蒸発器１８、中圧蒸発器１０、及び高圧蒸発器１１が配置されている。低圧蒸発器１８には低圧ドラム６が接続されている。中圧蒸発器１０には中圧ドラム１２が接続されている。高圧蒸発器１１には高圧ドラム１３が接続されている。
【００３０】
蒸気タービン２は、高圧タービン２１、中圧タービン２２、及び低圧タービン２３を備えている。高圧タービン２１には、高圧ドラム１３で生成された高圧蒸気が供給される。中圧タービン２２には、中圧ドラム１２で生成された中圧蒸気が供給される。低圧タービン２３には、低圧ドラム６で生成された低圧蒸気が供給される。高圧タービン２１に供給された蒸気は、高圧タービン２１を回転させた後、中圧タービン２２に供給される。中圧タービン２２に供給された蒸気は、中圧タービン２２を回転させた後、低圧タービン２３に供給される。低圧タービン２３に供給された低圧蒸気は、低圧タービン２３を回転させた後、排出される。低圧タービン２３から排出された蒸気は、復水器３に導かれ、復水される。復水器３で生成された水は、低圧給水ポンプ４により、低圧節炭器７に導入される。低圧節炭器７を通過した水は、一部が低圧ドラム６に給水され、残りは高中圧給水ポンプに導かれる。図１には示されていないが、高中圧給水ポンプは、高圧給水ポンプ１４と中圧給水ポンプとを有している。高圧給水ポンプ１４は、高圧水を、高圧節炭器８を介して、高圧ドラム１３に供給する。また、中圧給水ポンプは、中圧水を、中圧節炭器９を介して、中圧ドラム１２に給水する。高圧ドラム１３、中圧ドラム１２、及び低圧ドラム６へ供給された水は、それぞれ、高圧蒸発器１１、低圧蒸発器１８、及び中圧蒸発器１０により蒸気に変えられ、再び蒸気タービン２に供給される。
【００３１】
冷却系統３６は、ＴＣＡクーラ１９（熱交換器）と、第２給水ライン３２とを備えている。
【００３２】
ＴＣＡクーラ１９は、ガスタービン１を冷却するために設けられている。ＴＣＡクーラ１９は、圧縮機１５から吐出された空気の一部を吸込む。吸い込まれた空気は、ＴＣＡクーラ１９において熱交換により冷却される。冷却された空気は、ＴＣＡクーラ１９からタービン１７のロータに送られる。これにより、タービン１７のロータが冷却される。
【００３３】
第２給水ライン３２は、ＴＣＡクーラ１９に対して冷媒（水）を供する為のラインである。第２給水ライン３２により供給された冷媒は、ＴＣＡクーラ１９が吸い込んだ空気との間で熱交換され、ＴＣＡクーラ１９が吸い込んだ空気を冷却する。第２給水ライン３２には、高圧給水ポンプ１４から水が供給される。高圧給水ポンプ１４から高圧節炭器８を介して高圧ドラム１３へ接続されるラインが、第１給水ライン３１と記載される。第２給水ライン３２は、高圧給水ポンプ１４と高圧節炭器８との間で、第１給水ライン３１から分岐している。また、第２給水ライン３２は、高圧節炭器８と高圧ドラム１３との間で、第１給水ライン３１に合流している。このような構成により、高圧給水ポンプ１４から吐出された高圧水は、一部がＴＣＡクーラ１９に導かれ、熱交換によりＴＣＡクーラ１９が吸い込んだ空気を冷却する。ＴＣＡクーラ１９にて空気を冷却した水は、高圧ドラム１３に給水される。
【００３４】
冷却系統制御装置２５は、冷却系統３６に供給される冷媒（水）の流量を制御する装置である。冷却系統制御装置２５は、コンピュータにより実現される。すなわち、冷却系統制御装置２５は、コンピュータのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等に格納された冷却系統制御プログラムがＣＰＵにより実行されることにより、実現される。
【００３５】
上述のタービンシステム５０では、第２給水ライン３２を介して高圧ドラム１３に供給される水は、ＴＣＡクーラ１９において熱を受け取った水である。高圧ドラム１３において、水を蒸気に変えるためには、熱が必要である。本実施形態では、ＴＣＡクーラ１９において熱を受け取った水が高圧ドラム１３に供給されるため、高圧ドラム１３で水を蒸気に変えるための熱量が節約される。すなわち、熱効率を高めることができ、有利である。
【００３６】
一方で、タービンシステム５０では、ガスタービン１の負荷により、発生する熱量が変化する。従って、ＴＣＡクーラ１９に供給される冷媒の流量（すなわち第２給水ライン３２の流量）は、ガスタービン１の負荷に応じて適切に制御される必要がある。そのため、本実施形態のタービンシステム５０には、以下に述べるような工夫が施されている。
【００３７】
図２は、冷却系統を示す概略図である。図２に示されるように、高圧給水ポンプ１４と高圧ドラム１３とは、第１給水ライン３１により連結されている。第１給水ライン３１には、第１部分３３と第２部分３４とが設けられている。第２給水ライン３２は、第１部分３３で第１給水ライン３１から分岐し、ＴＣＡクーラ１９を介して、第２部分３４に接続されている。第２給水ライン３２は、給水時の圧力損失が第１給水ライン３１よりも大きくなるように、第１給水ライン３１から分岐している。
【００３８】
第２給水ライン３２には、ＴＣＡクーラ１９と第２部分３４との間に、Ｄ弁２７が設けられている。Ｄ弁２７は、第２給水ライン３２の流量を制御するために設けられている。また、第２給水ライン３２は、Ｄ弁２７の上流部分で分岐しており、Ｅ弁３０を介して復水器に接続されている。
【００３９】
一方、第１給水ライン３１には、第１部分３３と第２部分３４との間に、Ｉ弁２６が設けられている。Ｉ弁２６は、第１部分３３と第２部分３４との間に差圧を発生させるために設けられている。第２給水ライン３２は第１給水ライン３１よりも圧力損失が大きいため、第１部分３３と第２部分３４との間に差圧が発生しなければ、第２給水ライン３２には水が流れにくい。すなわち、Ｄ弁２７だけで第２給水ライン３２の流量を適切に制御することは困難である。ここで、Ｉ弁２６を設けることにより、第１部分３３と第２部分３４との間に、差圧を発生させることができる。この差圧により、第２給水ライン３２の流量をある程度の量に保つことができ、Ｄ弁２７によって第２給水ラインの流量を適切に制御することが可能となる。尚、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧がＤ弁２７の開閉により受ける影響は、無視できるほど小さいものとする。
【００４０】
尚、第１給水ライン３１には、Ｉ弁２６の他にも、第１部分３３と第２部分３４との間に、流量計３５と、高圧節炭器８とが設けられている。
【００４１】
冷却系統制御装置２５は、Ｉ弁２６及びＤ弁２７の開度を制御することによって、第２給水ライン３２の流量を調整する。
【００４２】
以下に、冷却系統制御装置２５の構成及び動作を詳述する。
【００４３】
図３は、冷却系統制御装置２５を示す機能ブロック図である。冷却系統制御装置２５は、ドラム圧力取得部２５−１と、Ｉ弁制御部２５−２と、Ｄ弁制御部２５−３と、ＧＴ負荷指令取得部２５−４とを備えている。
【００４４】
ドラム圧力取得部２５−１は、高圧ドラム１３に設けられた圧力センサ２８から高圧ドラム１３のドラム内圧力をデータとして取得し、Ｉ弁制御部２５−２に通知する。
【００４５】
ＧＴ負荷指令取得部２５−４は、図示しないガスタービン１の制御装置から、ガスタービン１の負荷指令をデータとして取得し、Ｄ弁制御部２５−３に通知する。
【００４６】
Ｉ弁制御部２５−２は、Ｉ弁２６の開度を制御する為に設けられている。Ｉ弁制御部２５−２は、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧が所定の一定値となるように、Ｉ弁２６の開度を制御する。
【００４７】
Ｄ弁制御部２５−３は、Ｄ弁２７の開度を制御する為に設けられている。Ｄ弁制御部２５−３は、関数発生器ＦＸ２と、関数発生器ＦＸ４とを備えている。
【００４８】
関数発生器ＦＸ２は、第２給水ライン３２の要求流量Ｑ２を求めるために設けられている。既述のように、第２給水ライン３２の要求流量Ｑ２は、ガスタービンの負荷に応じて決まる。そこで、関数発生器ＦＸ２は、ガスタービン負荷指令と第２給水ライン要求流量Ｑ２との関係を示す関数を発生させるように構成されている。Ｄ弁制御部２５−３では、関数発生器ＦＸ２により、ガスタービン負荷指令に基づいて、第２給水ライン要求流量Ｑ２（ＴＣＡクーラ１９に要求される流量）が算出される。
【００４９】
関数発生器ＦＸ４は、Ｄ弁２７の開度を決定するために設けられている。第１部分３３と第２部分３４との差圧が一定であれば、第２給水ラインの流量とＩ弁２７の開度との間に、１対１の関係が成り立つ。従って、関数発生器ＦＸ４は、第１部分３３と第２部分３４との差圧が所定の一定値であるという前提の下で、第２給水ラインの流量とＩ弁２７の開度との関係を示す関数を発生させる。Ｄ弁制御部２５−３では、関数発生器ＦＸ４により、第２給水ライン要求流量Ｑ２に基づいて、Ｄ弁開度指令が算出される。Ｄ弁制御部２５−３は、算出したＤ弁開度指令に基づいて、Ｄ弁２７の開度を制御する。
【００５０】
ここで、第１部分３４と第２部分３４との間の差圧が小さすぎると、第２給水ライン３２の流量が十分に確保されず、Ｄ弁２７によって第２給水ライン３２の流量を制御することが難しくなる。その一方、その差圧が大きすぎると、高圧ドラム１３への給水に支障が生じる。従って、第２給水ライン３２の流量が適切に制御されるためには、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧が正確に一定に保たれている必要がある。
【００５１】
本実施形態では、第１部分３４と第２部分３４との間の差圧が正確に制御されるように、Ｉ弁制御部２５−２の構成、動作が工夫されている。以下に、Ｉ弁制御部２５−２について詳述する。
【００５２】
Ｉ弁制御部２５−２は、関数発生器ＦＸ１と、減算器Δと、関数発生器ＦＸ３とを備えている。関数発生器ＦＸ１は、高圧ドラム１３の圧力と高圧ドラム１３に流入する水の流量Ｑｔｏｔａｌとの関係を示す関数を発生させる。関数発生器ＦＸ３は、Ｉ弁２６の通過流量Ｑ１とＩ弁の開度との関係を示す関数を発生させる。なお、関数発生器ＦＸ３が発生させる関数は、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧が所定値であるという前提下における関数である。
【００５３】
図４は、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧が一定である場合における、Ｉ弁通過流量とＩ弁２６の開度との関係を示すグラフである。差圧が一定であれば、Ｉ弁通過流量とＩ弁２６の開度とは１対１で対応する。従って、Ｉ弁通過流量（以下、Ｑ１とする）を求めることができれば、差圧が一定となるようにＩ弁２６の開度を調整できると考えられる。ここで、本発明者らの知見によれば、高圧ドラム１３に流れ込む水の流量（以下、Ｑｔｏｔａｌとする）が、高圧ドラム１３の内部圧力によって決まる。図５は、高圧ドラム１３の圧力と、流量Ｑｔｏｔａｌとの関係を示すグラフである。図５に示されるように、流量Ｑｔｏｔａｌは、高圧ドラム１３の圧力によって一意に決まることが分かる。しかも、流量Ｑｔｏｔａｌは、高圧ドラム１３の圧力を正確に反映している。この関係を利用することにより、高圧ドラム１３の内部圧力から流量Ｑｔｏｔａｌを求めることができる。流量Ｑｔｏｔａｌは、Ｉ弁通過流量Ｑ１と、第２給水ライン３２の流量との和で表される。第２給水ライン３２の流量が正確にコントロールされているとすれば、第２給水ライン３２の実流量は、要求流量Ｑ２に一致するはずである。従って、Ｉ弁通過流量Ｑ１は、「Ｑｔｏｔａｌ−Ｑ２」として求めることができる。
【００５４】
すなわち、Ｉ弁制御部２５−２は、まず、関数発生器ＦＸ１を利用して、高圧ドラム１３の内部圧力から、流量Ｑｔｏｔａｌを算出する。次に、Ｉ弁制御部２５−２は、減算器Δにより、流量ＱｔｏｔａｌからＦＸ２で求められた要求流量Ｑ２を減算する。これにより、Ｉ弁２６の通過流量Ｑ１が求められる。次に、Ｉ弁制御部２５−２は、関数発生器ＦＸ３を利用して、Ｉ弁通過流量Ｑ１から、Ｉ弁開度指令値を算出する。Ｉ弁制御部２５−２は、算出したＩ弁開度指令値に基づいて、Ｉ弁２６の開度を調整する。これにより、Ｉ弁２６の開度は、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧が一定（所定値）となるように、制御される。
【００５５】
Ｉ弁制御部２５−２が上述のような動作を行うことで、Ｉ弁２６の開度が精度良く制御される。これは、高圧ドラム１３の圧力に基づいて、Ｉ弁２６の通過流量Ｑ１が求められているからである。この点について、以下に詳述する。
【００５６】
単にＩ弁２６の通過流量Ｑ１を求めるのであれば、第１給水ライン３１において第１部分３３と第２部分３４との間に設けられた流量計３５（図２参照）を用いればよいと考えられる。しかし、流量計３５は、その測定結果がノイズ的な挙動を示すことが多く、制御に用いるのは困難である。そのため、Ｉ弁２６の通過流量Ｑ１を正確に求めることは困難である。従って、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧を一定に保つことも困難となり、第２給水ライン３２の流量Ｑ２を正確に制御することも困難となってしまう。
【００５７】
一方で、ガスタービン１の負荷だけに基づいて、Ｉ弁２６の開度を調整することも考えられる。すなわち、ガスタービン１の負荷が静的な状態であれば、廃熱回収ボイラ５の状態も一定となり、流量Ｑｔｏｔａｌ及びＩ弁２６の通過流量Ｑ１も一定となる。そのため、ガスタービン１の負荷に基づいて、Ｉ弁２６の開度を決定することができると考えられる。しかしながら、ガスタービン１の負荷が動的な場合には、廃熱回収ボイラ５の状態も変動し、Ｉ弁２６の通過流量Ｑ１も変動する。ガスタービン１の負荷変動は、すぐに廃熱回収ボイラ５の状態に反映されるわけではない。廃熱回収ボイラ５の状態に負荷の変動が反映されるまでには、時間を要する。従って、ガスタービン１の負荷が変動してから、その変動がＩ弁通過流量Ｑ１に反映されるまでにも、時間を要する。その結果、ガスタービン１の負荷だけを利用してＩ弁２６を制御した場合には、差圧を正確に一定に保つことが困難となり、第２給水ライン３２流量Ｑ２を正確に制御することも困難になってしまう。
【００５８】
これに対して、高圧ドラム１３の圧力は、高圧ドラム１３に流れ込む水の流量Ｑｔｏｔａｌを正確に反映している。
【００５９】
また、蒸気タービン２に蒸気を供給するためのドラムは、十分に大容量であり、その内部圧力は突発的な変動が少ない。また、その内部圧力は、タービンシステムの状態変化（たとえば、負荷変動による廃熱回収ボイラ５の温度変動）等に対して、比較的緩やかに反応する。すなわち、ドラム内圧力の測定結果には、ノイズの影響が少ない。これにより、差圧を正確に一定に保つことが可能となる。
【００６０】
また、高圧ドラム１３の圧力は、低圧ドラム６及び中圧ドラム１２と比較して、高圧である。従って、センサ２８によって測定されるドラム内圧力の数値は、大きい。数値が大きいため、ノイズの大きさは小さくなる。この観点からも、ノイズの影響を少なくすることができ、大局的にＩ弁２６の開度を制御することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態によれば、高圧ドラム１３に対して、ＴＣＡクーラ１９において熱を受け取った水が供給されるため、熱効率を高めることができる。
【００６２】
また、高圧ドラム１３の圧力に基づいてＩ弁２６の開度が制御されるため、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧を正確に一定に保つことができる。その結果、ＴＣＡクーラ１９へ供給される冷媒の量を、ガスタービン１の負荷に応じて正確にコントロールすることができる。
【００６３】
尚、本実施形態では、蒸気タービン２に対して、低圧ドラム６、中圧ドラム１２、及び高圧ドラム１３から蒸気が供給される場合について説明した。また、第２給水ライン３２が、高圧給水ポンプ１４から高圧ドラム１３に接続されるライン（第１給水ライン）から分岐している場合について説明した。しかし、蒸気タービン２に対して、必ずしも圧力が異なる３つのドラムから蒸気が供給される必要はない。例えば、一つのドラムから蒸気が供給されるように構成されていてもよい。そして、ＴＣＡクーラ１９が介装される第２給水ライン３２は、その一つのドラムへ水を供給するラインから分岐し、そのラインに合流していてもよい。このような構成にすれば、ドラム内圧力の数値を大きくすることはできないが、熱効率の向上などの他の作用については享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】タービンシステムを示す概略図である。
【図２】冷却系統を示す概略図である。
【図３】冷却系統制御装置を示す機能ブロック図である。
【図４】Ｉ弁通過流量とＩ弁の開度との関係を示すグラフである。
【図５】高圧ドラムの圧力と流量Ｑｔｏｔａｌとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
１ ガスタービン
２ 蒸気タービン
３ 復水器
４ 低圧給水ポンプ
５ 排熱回収ボイラ
６ 低圧ドラム
７ 低圧節炭器
８ 高圧節炭器
９ 中圧節炭器
１０ 中圧蒸発器
１１ 高圧蒸発器
１２ 中圧ドラム
１３ 高圧ドラム
１４ 高圧給水ポンプ
１５ 空気圧縮機
１６ 燃焼器
１７ タービン
１８ 低圧蒸発器
１９ ＴＣＡクーラ
２１ 高圧タービン
２２ 中圧タービン
２３ 低圧タービン
２４ 発電機
２５ 冷却系統制御装置
２６ Ｉ弁
２７ Ｄ弁
２８ 圧力測定センサ
２９ 弁
３０ Ｅ弁
３１ 第１給水ライン
３２ 第２給水ライン
３３ 第１部分
３４ 第２部分
３５ 流量計
３６ 冷却系統
５０ タービンシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン冷却系統制御装置、タービン冷却系統、及びタービン冷却系統制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンでは、燃焼器で燃焼されて生成される燃焼ガスにより、タービンが回転する。ガスタービンの温度は、燃焼ガスに曝されることにより、上昇する。温度上昇によるガスタービンの損傷を防ぐために、熱交換器による冷却が行われる。熱交換器には冷媒が供給される。ガスタービンと冷媒との間で熱交換が行われ、この熱交換によりガスタービンが冷却される。
【０００３】
特許文献１（特許第３９７５７４８）及び特許文献２（特開平７−１８９７４０）には、圧縮機からの気体をタービンに供給することにより、タービンを冷却することが記載されている。
【０００４】
一方、特許文献３（特開２００１−３２９８０６）には、冷却媒体として、ガスタービン車室の空気と蒸気とが切り替えられて使用される、ガスタービンが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３９７５７４８号公報
【特許文献２】特開平７−１８９７４０号公報
【特許文献３】特開２００１−３２９８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガスタービンを冷却するために要求される冷媒の量は、ガスタービンで発生する熱量に依存する。ガスタービンの負荷に応じて、適切な量の冷媒が供給されることが望まれる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、適切な量の冷媒を供給することのできる、タービン冷却系統制御装置、タービン冷却系統、及びタービン冷却系統制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
本発明に係るタービン冷却系統制御装置は、給水ポンプ（１４）から第１給水ライン（３１）を介して水が供給される第１ドラム（１３）の圧力を、データとして取得するドラム圧力取得部（２５−１）と、第１給水ライン（３１）に設けられたＩ弁（２６）の開度を制御する、Ｉ弁制御部（２５−２）とを具備する。第１給水ライン（３１）は、第２給水ライン（３２）が分岐する第１部分（３３）と、第１部分（３３）よりも下流側に位置し第２給水ライン（３２）が合流する第２部分（３４）とを有する。第２給水ライン（３２）には、ガスタービン（１）を冷却する熱交換器（１９）が熱的に接続されている。Ｉ弁（２６）は、第１部分（３３）と第２部分（３４）との間に設けられている。Ｉ弁制御部（２５−２）は、第１ドラム（１３）の圧力に基づいて、Ｉ弁（２６）の開度を制御する。
【００１０】
上述のタービン冷却系統制御装置は、更に、ガスタービン（１）の負荷に基づいて、第２給水ライン（３２）に設けられたＤ弁（２７）の開度を制御する、Ｄ弁制御部（２５−３）を具備し、Ｉ弁制御部（２５−３）は、第１部分（３３）と第２部分（３４）との間の差圧が一定になるように、Ｉ弁（２７）の開度を制御することが好ましい。
【００１１】
第１ドラム（１３）は、排熱回収ボイラ（５）と熱的に接続され、ガスタービン（１）は、排ガスが廃熱回収ボイラ（５）に導かれるように、廃熱回収ボイラ（５）と連結されていることが好ましい。
【００１２】
第１ドラム（１３）は、蒸気タービン（２）と連結され、蒸気タービン（２）に蒸気を供給することが好ましい。
【００１３】
蒸気タービン（２）には、低圧蒸気を供給する低圧ドラムと、高圧蒸気を供給する高圧ドラムとが連結されており、第１ドラム（１３）は、その高圧ドラムであることが好ましい。
【００１４】
本発明にかかるタービン冷却系統は、上記タービン冷却系統制御装置と、第１部分（３３）で第１給水ライン（３２）から分岐し、第２部分（３４）で第１給水ライン（３１）に合流する第２給水ライン（３２）と、第２給水ライン（３２）に熱的に接続され、ガスタービン（１）を冷却する熱交換器（１９）とを具備する。
【００１５】
本発明に係るタービンシステムは、上記タービン冷却系統と、このタービン冷却系統により冷却されるガスタービン（１）とを具備する。
【００１６】
上記のタービンシステムは、更に、第１ドラム（１３）により生成された蒸気が供給される蒸気タービン（２）を具備することが好ましい。
タービンシステム。
【００１７】
本発明に係るタービン冷却系統制御方法は、給水ポンプ（１４）から第１給水ライン（３１）を介して水が供給されるドラム（１３）の圧力を、データとして取得するステップと、第１給水ライン（３１）に設けられたＩ弁（２６）の開度を制御するステップとを具備する。第１給水ライン（３１）は、第２給水ライン（３２）が分岐する第１部分（３３）と、第１部分（３１）よりも下流側に位置し第２給水ライン（３２）が合流する第２部分（３４）とを有している。第２給水ライン（３２）は、ガスタービン（１）を冷却する熱交換器（１９）と熱的に接続される。Ｉ弁（２６）は、第１部分（３３）と第２部分（３４）との間に設けられている。Ｉ弁（２６）の開度を制御するステップは、ドラム（１３）の圧力に基づいて、Ｉ弁（２６）の開度を制御するステップを含んでいる。
【００１８】
Ｉ弁の開度を制御するステップは、第１部分（３３）と第２部分（３４）との間の差圧が一定になるように、Ｉ弁（２６）の開度を制御するステップを含んでいることが好ましい。
【００１９】
上述のタービン冷却系統制御方法は、更に、ガスタービン（１）の負荷をデータとして取得するステップと、ガスタービン（１）の負荷に基づいて、第２給水ライン（３２）に設けられたＤ弁（２７）の開度を制御するステップとを具備することが好ましい。
【００２０】
上述のタービン冷却系統制御方法において、ドラム（１３）は、蒸気タービン（２）と連結され、蒸気タービン（２）に蒸気を供給することが好ましい。
【００２１】
上述のタービン冷却系統制御方法において、ドラム（１３）は、排熱回収ボイラ（５４）と熱的に接続され、ガスタービン（１）は、排ガスが廃熱回収ボイラ（５）に導かれるように、廃熱回収ボイラ（５）と連結されていることが好ましい。
【００２２】
本発明に係るタービン冷却系統制御プログラムは、上述のタービン冷却系統制御方法を、コンピュータにより実行するためのプログラムである。
【００２３】
本発明に係る他のタービンシステムは、蒸気を生成するドラム（１３）と、ドラム（１３）に給水ライン（３１、３２）を介して給水する給水ポンプ（１４）と、給水ライン（に介装された熱交換器（１９）と、熱交換器（１９）によって冷却されるガスタービン（１）とを具備する。
【００２４】
このタービンシステム（１）は、更に、ドラム（１３）により生成された蒸気が供給される蒸気タービン（２）を具備することが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、適切な量の冷媒を供給することのできる、タービン冷却系統制御装置、タービン冷却系統、及びタービン冷却系統制御方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るタービンシステム５０を示す概略図である。このタービンシステム５０は、蒸気タービン２と、ガスタービン１と、廃熱回収ボイラ５と、冷却系統３６と、冷却系統制御装置２５を備えている。
【００２７】
ガスタービン１と蒸気タービン２とは、回転軸（ロータ）が同一となるように接続されている。その回転軸には、発電機２４が連結されている。その回転軸が、ガスタービン１及び蒸気タービン２により回転することで、発電機２４が発電する。
【００２８】
ガスタービン１は、空気圧縮機１５と、タービン１７と、燃焼器１６とを備えている。空気圧縮機１５は、空気を吸い込んで圧縮し、燃焼器１６に供給する。燃焼器１６には、燃料ガスが供給される。燃焼器１６は、燃料ガスと圧縮空気とを燃焼させ、燃焼ガスを生成する。その燃焼ガスは、タービン１７に供給され、タービン１７を回転させる。タービン１７に供給された燃焼ガスは、排ガスとして、タービン１７から廃熱回収ボイラ５に導かれる。排ガスは、廃熱回収ボイラ５で熱交換された後、排気される。
【００２９】
廃熱回収ボイラ５内には、低圧節炭器７、中圧節炭器９、高圧節炭器８、低圧蒸発器１８、中圧蒸発器１０、及び高圧蒸発器１１が配置されている。低圧蒸発器１８には低圧ドラム６が接続されている。中圧蒸発器１０には中圧ドラム１２が接続されている。高圧蒸発器１１には高圧ドラム１３が接続されている。
【００３０】
蒸気タービン２は、高圧タービン２１、中圧タービン２２、及び低圧タービン２３を備えている。高圧タービン２１には、高圧ドラム１３で生成された高圧蒸気が供給される。中圧タービン２２には、中圧ドラム１２で生成された中圧蒸気が供給される。低圧タービン２３には、低圧ドラム６で生成された低圧蒸気が供給される。高圧タービン２１に供給された蒸気は、高圧タービン２１を回転させた後、中圧タービン２２に供給される。中圧タービン２２に供給された蒸気は、中圧タービン２２を回転させた後、低圧タービン２３に供給される。低圧タービン２３に供給された低圧蒸気は、低圧タービン２３を回転させた後、排出される。低圧タービン２３から排出された蒸気は、復水器３に導かれ、復水される。復水器３で生成された水は、低圧給水ポンプ４により、低圧節炭器７に導入される。低圧節炭器７を通過した水は、一部が低圧ドラム６に給水され、残りは高中圧給水ポンプに導かれる。図１には示されていないが、高中圧給水ポンプは、高圧給水ポンプ１４と中圧給水ポンプとを有している。高圧給水ポンプ１４は、高圧水を、高圧節炭器８を介して、高圧ドラム１３に供給する。また、中圧給水ポンプは、中圧水を、中圧節炭器９を介して、中圧ドラム１２に給水する。高圧ドラム１３、中圧ドラム１２、及び低圧ドラム６へ供給された水は、それぞれ、高圧蒸発器１１、低圧蒸発器１８、及び中圧蒸発器１０により蒸気に変えられ、再び蒸気タービン２に供給される。
【００３１】
冷却系統３６は、ＴＣＡクーラ１９（熱交換器）と、第２給水ライン３２とを備えている。
【００３２】
ＴＣＡクーラ１９は、ガスタービン１を冷却するために設けられている。ＴＣＡクーラ１９は、圧縮機１５から吐出された空気の一部を吸込む。吸い込まれた空気は、ＴＣＡクーラ１９において熱交換により冷却される。冷却された空気は、ＴＣＡクーラ１９からタービン１７のロータに送られる。これにより、タービン１７のロータが冷却される。
【００３３】
第２給水ライン３２は、ＴＣＡクーラ１９に対して冷媒（水）を供する為のラインである。第２給水ライン３２により供給された冷媒は、ＴＣＡクーラ１９が吸い込んだ空気との間で熱交換され、ＴＣＡクーラ１９が吸い込んだ空気を冷却する。第２給水ライン３２には、高圧給水ポンプ１４から水が供給される。高圧給水ポンプ１４から高圧節炭器８を介して高圧ドラム１３へ接続されるラインが、第１給水ライン３１と記載される。第２給水ライン３２は、高圧給水ポンプ１４と高圧節炭器８との間で、第１給水ライン３１から分岐している。また、第２給水ライン３２は、高圧節炭器８と高圧ドラム１３との間で、第１給水ライン３１に合流している。このような構成により、高圧給水ポンプ１４から吐出された高圧水は、一部がＴＣＡクーラ１９に導かれ、熱交換によりＴＣＡクーラ１９が吸い込んだ空気を冷却する。ＴＣＡクーラ１９にて空気を冷却した水は、高圧ドラム１３に給水される。
【００３４】
冷却系統制御装置２５は、冷却系統３６に供給される冷媒（水）の流量を制御する装置である。冷却系統制御装置２５は、コンピュータにより実現される。すなわち、冷却系統制御装置２５は、コンピュータのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等に格納された冷却系統制御プログラムがＣＰＵにより実行されることにより、実現される。
【００３５】
上述のタービンシステム５０では、第２給水ライン３２を介して高圧ドラム１３に供給される水は、ＴＣＡクーラ１９において熱を受け取った水である。高圧ドラム１３において、水を蒸気に変えるためには、熱が必要である。本実施形態では、ＴＣＡクーラ１９において熱を受け取った水が高圧ドラム１３に供給されるため、高圧ドラム１３で水を蒸気に変えるための熱量が節約される。すなわち、熱効率を高めることができ、有利である。
【００３６】
一方で、タービンシステム５０では、ガスタービン１の負荷により、発生する熱量が変化する。従って、ＴＣＡクーラ１９に供給される冷媒の流量（すなわち第２給水ライン３２の流量）は、ガスタービン１の負荷に応じて適切に制御される必要がある。そのため、本実施形態のタービンシステム５０には、以下に述べるような工夫が施されている。
【００３７】
図２は、冷却系統を示す概略図である。図２に示されるように、高圧給水ポンプ１４と高圧ドラム１３とは、第１給水ライン３１により連結されている。第１給水ライン３１には、第１部分３３と第２部分３４とが設けられている。第２給水ライン３２は、第１部分３３で第１給水ライン３１から分岐し、ＴＣＡクーラ１９を介して、第２部分３４に接続されている。第２給水ライン３２は、給水時の圧力損失が第１給水ライン３１よりも大きくなるように、第１給水ライン３１から分岐している。
【００３８】
第２給水ライン３２には、ＴＣＡクーラ１９と第２部分３４との間に、Ｄ弁２７が設けられている。Ｄ弁２７は、第２給水ライン３２の流量を制御するために設けられている。また、第２給水ライン３２は、Ｄ弁２７の上流部分で分岐しており、Ｅ弁３０を介して復水器に接続されている。
【００３９】
一方、第１給水ライン３１には、第１部分３３と第２部分３４との間に、Ｉ弁２６が設けられている。Ｉ弁２６は、第１部分３３と第２部分３４との間に差圧を発生させるために設けられている。第２給水ライン３２は第１給水ライン３１よりも圧力損失が大きいため、第１部分３３と第２部分３４との間に差圧が発生しなければ、第２給水ライン３２には水が流れにくい。すなわち、Ｄ弁２７だけで第２給水ライン３２の流量を適切に制御することは困難である。ここで、Ｉ弁２６を設けることにより、第１部分３３と第２部分３４との間に、差圧を発生させることができる。この差圧により、第２給水ライン３２の流量をある程度の量に保つことができ、Ｄ弁２７によって第２給水ラインの流量を適切に制御することが可能となる。尚、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧がＤ弁２７の開閉により受ける影響は、無視できるほど小さいものとする。
【００４０】
尚、第１給水ライン３１には、Ｉ弁２６の他にも、第１部分３３と第２部分３４との間に、流量計３５と、高圧節炭器８とが設けられている。
【００４１】
冷却系統制御装置２５は、Ｉ弁２６及びＤ弁２７の開度を制御することによって、第２給水ライン３２の流量を調整する。
【００４２】
以下に、冷却系統制御装置２５の構成及び動作を詳述する。
【００４３】
図３は、冷却系統制御装置２５を示す機能ブロック図である。冷却系統制御装置２５は、ドラム圧力取得部２５−１と、Ｉ弁制御部２５−２と、Ｄ弁制御部２５−３と、ＧＴ負荷指令取得部２５−４とを備えている。
【００４４】
ドラム圧力取得部２５−１は、高圧ドラム１３に設けられた圧力センサ２８から高圧ドラム１３のドラム内圧力をデータとして取得し、Ｉ弁制御部２５−２に通知する。
【００４５】
ＧＴ負荷指令取得部２５−４は、図示しないガスタービン１の制御装置から、ガスタービン１の負荷指令をデータとして取得し、Ｄ弁制御部２５−３に通知する。
【００４６】
Ｉ弁制御部２５−２は、Ｉ弁２６の開度を制御する為に設けられている。Ｉ弁制御部２５−２は、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧が所定の一定値となるように、Ｉ弁２６の開度を制御する。
【００４７】
Ｄ弁制御部２５−３は、Ｄ弁２７の開度を制御する為に設けられている。Ｄ弁制御部２５−３は、関数発生器ＦＸ２と、関数発生器ＦＸ４とを備えている。
【００４８】
関数発生器ＦＸ２は、第２給水ライン３２の要求流量Ｑ２を求めるために設けられている。既述のように、第２給水ライン３２の要求流量Ｑ２は、ガスタービンの負荷に応じて決まる。そこで、関数発生器ＦＸ２は、ガスタービン負荷指令と第２給水ライン要求流量Ｑ２との関係を示す関数を発生させるように構成されている。Ｄ弁制御部２５−３では、関数発生器ＦＸ２により、ガスタービン負荷指令に基づいて、第２給水ライン要求流量Ｑ２（ＴＣＡクーラ１９に要求される流量）が算出される。
【００４９】
関数発生器ＦＸ４は、Ｄ弁２７の開度を決定するために設けられている。第１部分３３と第２部分３４との差圧が一定であれば、第２給水ラインの流量とＩ弁２７の開度との間に、１対１の関係が成り立つ。従って、関数発生器ＦＸ４は、第１部分３３と第２部分３４との差圧が所定の一定値であるという前提の下で、第２給水ラインの流量とＩ弁２７の開度との関係を示す関数を発生させる。Ｄ弁制御部２５−３では、関数発生器ＦＸ４により、第２給水ライン要求流量Ｑ２に基づいて、Ｄ弁開度指令が算出される。Ｄ弁制御部２５−３は、算出したＤ弁開度指令に基づいて、Ｄ弁２７の開度を制御する。
【００５０】
ここで、第１部分３４と第２部分３４との間の差圧が小さすぎると、第２給水ライン３２の流量が十分に確保されず、Ｄ弁２７によって第２給水ライン３２の流量を制御することが難しくなる。その一方、その差圧が大きすぎると、高圧ドラム１３への給水に支障が生じる。従って、第２給水ライン３２の流量が適切に制御されるためには、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧が正確に一定に保たれている必要がある。
【００５１】
本実施形態では、第１部分３４と第２部分３４との間の差圧が正確に制御されるように、Ｉ弁制御部２５−２の構成、動作が工夫されている。以下に、Ｉ弁制御部２５−２について詳述する。
【００５２】
Ｉ弁制御部２５−２は、関数発生器ＦＸ１と、減算器Δと、関数発生器ＦＸ３とを備えている。関数発生器ＦＸ１は、高圧ドラム１３の圧力と高圧ドラム１３に流入する水の流量Ｑｔｏｔａｌとの関係を示す関数を発生させる。関数発生器ＦＸ３は、Ｉ弁２６の通過流量Ｑ１とＩ弁の開度との関係を示す関数を発生させる。なお、関数発生器ＦＸ３が発生させる関数は、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧が所定値であるという前提下における関数である。
【００５３】
図４は、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧が一定である場合における、Ｉ弁通過流量とＩ弁２６の開度との関係を示すグラフである。差圧が一定であれば、Ｉ弁通過流量とＩ弁２６の開度とは１対１で対応する。従って、Ｉ弁通過流量（以下、Ｑ１とする）を求めることができれば、差圧が一定となるようにＩ弁２６の開度を調整できると考えられる。ここで、本発明者らの知見によれば、高圧ドラム１３に流れ込む水の流量（以下、Ｑｔｏｔａｌとする）が、高圧ドラム１３の内部圧力によって決まる。図５は、高圧ドラム１３の圧力と、流量Ｑｔｏｔａｌとの関係を示すグラフである。図５に示されるように、流量Ｑｔｏｔａｌは、高圧ドラム１３の圧力によって一意に決まることが分かる。しかも、流量Ｑｔｏｔａｌは、高圧ドラム１３の圧力を正確に反映している。この関係を利用することにより、高圧ドラム１３の内部圧力から流量Ｑｔｏｔａｌを求めることができる。流量Ｑｔｏｔａｌは、Ｉ弁通過流量Ｑ１と、第２給水ライン３２の流量との和で表される。第２給水ライン３２の流量が正確にコントロールされているとすれば、第２給水ライン３２の実流量は、要求流量Ｑ２に一致するはずである。従って、Ｉ弁通過流量Ｑ１は、「Ｑｔｏｔａｌ−Ｑ２」として求めることができる。
【００５４】
すなわち、Ｉ弁制御部２５−２は、まず、関数発生器ＦＸ１を利用して、高圧ドラム１３の内部圧力から、流量Ｑｔｏｔａｌを算出する。次に、Ｉ弁制御部２５−２は、減算器Δにより、流量ＱｔｏｔａｌからＦＸ２で求められた要求流量Ｑ２を減算する。これにより、Ｉ弁２６の通過流量Ｑ１が求められる。次に、Ｉ弁制御部２５−２は、関数発生器ＦＸ３を利用して、Ｉ弁通過流量Ｑ１から、Ｉ弁開度指令値を算出する。Ｉ弁制御部２５−２は、算出したＩ弁開度指令値に基づいて、Ｉ弁２６の開度を調整する。これにより、Ｉ弁２６の開度は、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧が一定（所定値）となるように、制御される。
【００５５】
Ｉ弁制御部２５−２が上述のような動作を行うことで、Ｉ弁２６の開度が精度良く制御される。これは、高圧ドラム１３の圧力に基づいて、Ｉ弁２６の通過流量Ｑ１が求められているからである。この点について、以下に詳述する。
【００５６】
単にＩ弁２６の通過流量Ｑ１を求めるのであれば、第１給水ライン３１において第１部分３３と第２部分３４との間に設けられた流量計３５（図２参照）を用いればよいと考えられる。しかし、流量計３５は、その測定結果がノイズ的な挙動を示すことが多く、制御に用いるのは困難である。そのため、Ｉ弁２６の通過流量Ｑ１を正確に求めることは困難である。従って、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧を一定に保つことも困難となり、第２給水ライン３２の流量Ｑ２を正確に制御することも困難となってしまう。
【００５７】
一方で、ガスタービン１の負荷だけに基づいて、Ｉ弁２６の開度を調整することも考えられる。すなわち、ガスタービン１の負荷が静的な状態であれば、廃熱回収ボイラ５の状態も一定となり、流量Ｑｔｏｔａｌ及びＩ弁２６の通過流量Ｑ１も一定となる。そのため、ガスタービン１の負荷に基づいて、Ｉ弁２６の開度を決定することができると考えられる。しかしながら、ガスタービン１の負荷が動的な場合には、廃熱回収ボイラ５の状態も変動し、Ｉ弁２６の通過流量Ｑ１も変動する。ガスタービン１の負荷変動は、すぐに廃熱回収ボイラ５の状態に反映されるわけではない。廃熱回収ボイラ５の状態に負荷の変動が反映されるまでには、時間を要する。従って、ガスタービン１の負荷が変動してから、その変動がＩ弁通過流量Ｑ１に反映されるまでにも、時間を要する。その結果、ガスタービン１の負荷だけを利用してＩ弁２６を制御した場合には、差圧を正確に一定に保つことが困難となり、第２給水ライン３２流量Ｑ２を正確に制御することも困難になってしまう。
【００５８】
これに対して、高圧ドラム１３の圧力は、高圧ドラム１３に流れ込む水の流量Ｑｔｏｔａｌを正確に反映している。
【００５９】
また、蒸気タービン２に蒸気を供給するためのドラムは、十分に大容量であり、その内部圧力は突発的な変動が少ない。また、その内部圧力は、タービンシステムの状態変化（たとえば、負荷変動による廃熱回収ボイラ５の温度変動）等に対して、比較的緩やかに反応する。すなわち、ドラム内圧力の測定結果には、ノイズの影響が少ない。これにより、差圧を正確に一定に保つことが可能となる。
【００６０】
また、高圧ドラム１３の圧力は、低圧ドラム６及び中圧ドラム１２と比較して、高圧である。従って、センサ２８によって測定されるドラム内圧力の数値は、大きい。数値が大きいため、ノイズの大きさは小さくなる。この観点からも、ノイズの影響を少なくすることができ、大局的にＩ弁２６の開度を制御することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態によれば、高圧ドラム１３に対して、ＴＣＡクーラ１９において熱を受け取った水が供給されるため、熱効率を高めることができる。
【００６２】
また、高圧ドラム１３の圧力に基づいてＩ弁２６の開度が制御されるため、第１部分３３と第２部分３４との間の差圧を正確に一定に保つことができる。その結果、ＴＣＡクーラ１９へ供給される冷媒の量を、ガスタービン１の負荷に応じて正確にコントロールすることができる。
【００６３】
尚、本実施形態では、蒸気タービン２に対して、低圧ドラム６、中圧ドラム１２、及び高圧ドラム１３から蒸気が供給される場合について説明した。また、第２給水ライン３２が、高圧給水ポンプ１４から高圧ドラム１３に接続されるライン（第１給水ライン）から分岐している場合について説明した。しかし、蒸気タービン２に対して、必ずしも圧力が異なる３つのドラムから蒸気が供給される必要はない。例えば、一つのドラムから蒸気が供給されるように構成されていてもよい。そして、ＴＣＡクーラ１９が介装される第２給水ライン３２は、その一つのドラムへ水を供給するラインから分岐し、そのラインに合流していてもよい。このような構成にすれば、ドラム内圧力の数値を大きくすることはできないが、熱効率の向上などの他の作用については享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】タービンシステムを示す概略図である。
【図２】冷却系統を示す概略図である。
【図３】冷却系統制御装置を示す機能ブロック図である。
【図４】Ｉ弁通過流量とＩ弁の開度との関係を示すグラフである。
【図５】高圧ドラムの圧力と流量Ｑｔｏｔａｌとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
１ ガスタービン
２ 蒸気タービン
３ 復水器
４ 低圧給水ポンプ
５ 排熱回収ボイラ
６ 低圧ドラム
７ 低圧節炭器
８ 高圧節炭器
９ 中圧節炭器
１０ 中圧蒸発器
１１ 高圧蒸発器
１２ 中圧ドラム
１３ 高圧ドラム
１４ 高圧給水ポンプ
１５ 空気圧縮機
１６ 燃焼器
１７ タービン
１８ 低圧蒸発器
１９ ＴＣＡクーラ
２１ 高圧タービン
２２ 中圧タービン
２３ 低圧タービン
２４ 発電機
２５ 冷却系統制御装置
２６ Ｉ弁
２７ Ｄ弁
２８ 圧力測定センサ
２９ 弁
３０ Ｅ弁
３１ 第１給水ライン
３２ 第２給水ライン
３３ 第１部分
３４ 第２部分
３５ 流量計
３６ 冷却系統
５０ タービンシステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水ポンプから第１給水ラインを介して水が供給される第１ドラムの圧力を、データとして取得するドラム圧力取得部と、
前記第１給水ラインに設けられたＩ弁の開度を制御する、Ｉ弁制御部と、
を具備し、
前記第１給水ラインは、第２給水ラインが分岐する第１部分と、前記第１部分よりも下流側に位置し前記第２給水ラインが合流する第２部分とを有し、
前記第２給水ラインには、ガスタービンを冷却する熱交換器が熱的に接続され、
前記Ｉ弁は、前記第１部分と前記第２部分との間に設けられ、
前記Ｉ弁制御部は、前記第１ドラムの圧力に基づいて、前記Ｉ弁の開度を制御する
タービン冷却系統制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたタービン冷却系統制御装置であって、
更に
前記ガスタービンの負荷に基づいて、前記第２給水ラインに設けられたＤ弁の開度を制御する、Ｄ弁制御部
を具備し、
前記Ｉ弁制御部は、前記第１部分と前記第２部分との間の差圧が一定になるように、前記Ｉ弁の開度を制御する
タービン冷却系統制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたタービン冷却系統制御装置であって、
前記第１ドラムは、排熱回収ボイラと熱的に接続され、
前記ガスタービンは、排ガスが前記廃熱回収ボイラに導かれるように、前記廃熱回収ボイラと連結されている
タービン冷却系統制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載されたタービン冷却系統制御装置であって、
前記第１ドラムは、蒸気タービンと連結され、前記蒸気タービンに蒸気を供給する
タービン冷却系統制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載されたタービン冷却系統制御装置であって、
前記蒸気タービンには、低圧蒸気を供給する低圧ドラムと、高圧蒸気を供給する高圧ドラムとが連結されており、
前記第１ドラムは、前記高圧ドラムである
タービン冷却系統制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載されたタービン冷却系統制御装置と、
前記第１部分で前記第１給水ラインから分岐し、前記第２部分で前記第１給水ラインに合流する第２給水ラインと、
前記第２給水ラインに熱的に接続され、前記ガスタービンを冷却する熱交換器と、
を具備する
タービン冷却系統。
【請求項７】
請求項６に記載されたタービン冷却系統と、
前記タービン冷却系統により冷却されるガスタービンと、
を具備する
タービンシステム。
【請求項８】
請求項７に記載されたタービンシステムであって、
更に、
前記ドラムにより生成された蒸気が供給される蒸気タービン
を具備する
タービンシステム。
【請求項９】
給水ポンプから第１給水ラインを介して水が供給されるドラムの圧力を、データとして取得するステップと、
前記第１給水ラインに設けられたＩ弁の開度を制御するステップと、
を具備し、
前記第１給水ラインは、第２給水ラインが分岐する第１部分と、前記第１部分よりも下流側に位置し前記第２給水ラインが合流する第２部分とを有し、
前記第２給水ラインは、ガスタービンを冷却する熱交換器と熱的に接続され、
前記Ｉ弁は、前記第１部分と前記第２部分との間に設けられ、
前記Ｉ弁の開度を制御するステップは、前記給水ドラムの圧力に基づいて、前記Ｉ弁の開度を制御するステップを含んでいる
タービン冷却系統制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載されたタービン冷却系統制御方法であって、
前記Ｉ弁の開度を制御するステップは、前記第１部分と前記第２部分との間の差圧が一定になるように、前記Ｉ弁の開度を制御するステップを含んでいる
タービン冷却系統制御方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載されたタービン冷却系統制御方法であって、
更に、
前記ガスタービンの負荷をデータとして取得するステップと、
前記ガスタービンの負荷に基づいて、前記第２給水ラインに設けられたＤ弁の開度を制御するステップと、
を具備する
タービン冷却系統制御方法。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれかに記載されたタービン冷却系統制御方法であって、
前記ドラムは、蒸気タービンと連結され、前記蒸気タービンに給水を行う
タービン冷却系統制御方法。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれかに記載されたタービン冷却系統制御方法であって、
前記ドラムは、排熱回収ボイラと熱的に接続され、
前記ガスタービンは、排ガスが前記廃熱回収ボイラに導かれるように、前記廃熱回収ボイラと連結されている
タービン冷却系統制御方法。
【請求項１４】
請求項９乃至１３のいずれかに記載されたタービン冷却系統制御方法を、コンピュータにより実行するための、タービン冷却系統制御プログラム。
【請求項１５】
蒸気を生成するドラムと、
前記ドラムに給水ラインを介して給水する給水ポンプと、
前記給水ラインに介装された熱交換器と、
前記熱交換器によって冷却されるガスタービンと、
を具備する
タービンシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載されたタービンシステムであって、
更に、
前記ドラムにより生成された蒸気が供給される蒸気タービン、
を具備する
タービンシステム。
【請求項１】
給水ポンプから第１給水ラインを介して水が供給される第１ドラムの圧力を、データとして取得するドラム圧力取得部と、
前記第１給水ラインに設けられたＩ弁の開度を制御する、Ｉ弁制御部と、
を具備し、
前記第１給水ラインは、第２給水ラインが分岐する第１部分と、前記第１部分よりも下流側に位置し前記第２給水ラインが合流する第２部分とを有し、
前記第２給水ラインには、ガスタービンを冷却する熱交換器が熱的に接続され、
前記Ｉ弁は、前記第１部分と前記第２部分との間に設けられ、
前記Ｉ弁制御部は、前記第１ドラムの圧力に基づいて、前記Ｉ弁の開度を制御する
タービン冷却系統制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたタービン冷却系統制御装置であって、
更に
前記ガスタービンの負荷に基づいて、前記第２給水ラインに設けられたＤ弁の開度を制御する、Ｄ弁制御部
を具備し、
前記Ｉ弁制御部は、前記第１部分と前記第２部分との間の差圧が一定になるように、前記Ｉ弁の開度を制御する
タービン冷却系統制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたタービン冷却系統制御装置であって、
前記第１ドラムは、排熱回収ボイラと熱的に接続され、
前記ガスタービンは、排ガスが前記廃熱回収ボイラに導かれるように、前記廃熱回収ボイラと連結されている
タービン冷却系統制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載されたタービン冷却系統制御装置であって、
前記第１ドラムは、蒸気タービンと連結され、前記蒸気タービンに蒸気を供給する
タービン冷却系統制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載されたタービン冷却系統制御装置であって、
前記蒸気タービンには、低圧蒸気を供給する低圧ドラムと、高圧蒸気を供給する高圧ドラムとが連結されており、
前記第１ドラムは、前記高圧ドラムである
タービン冷却系統制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載されたタービン冷却系統制御装置と、
前記第１部分で前記第１給水ラインから分岐し、前記第２部分で前記第１給水ラインに合流する第２給水ラインと、
前記第２給水ラインに熱的に接続され、前記ガスタービンを冷却する熱交換器と、
を具備する
タービン冷却系統。
【請求項７】
請求項６に記載されたタービン冷却系統と、
前記タービン冷却系統により冷却されるガスタービンと、
を具備する
タービンシステム。
【請求項８】
請求項７に記載されたタービンシステムであって、
更に、
前記ドラムにより生成された蒸気が供給される蒸気タービン
を具備する
タービンシステム。
【請求項９】
給水ポンプから第１給水ラインを介して水が供給されるドラムの圧力を、データとして取得するステップと、
前記第１給水ラインに設けられたＩ弁の開度を制御するステップと、
を具備し、
前記第１給水ラインは、第２給水ラインが分岐する第１部分と、前記第１部分よりも下流側に位置し前記第２給水ラインが合流する第２部分とを有し、
前記第２給水ラインは、ガスタービンを冷却する熱交換器と熱的に接続され、
前記Ｉ弁は、前記第１部分と前記第２部分との間に設けられ、
前記Ｉ弁の開度を制御するステップは、前記給水ドラムの圧力に基づいて、前記Ｉ弁の開度を制御するステップを含んでいる
タービン冷却系統制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載されたタービン冷却系統制御方法であって、
前記Ｉ弁の開度を制御するステップは、前記第１部分と前記第２部分との間の差圧が一定になるように、前記Ｉ弁の開度を制御するステップを含んでいる
タービン冷却系統制御方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載されたタービン冷却系統制御方法であって、
更に、
前記ガスタービンの負荷をデータとして取得するステップと、
前記ガスタービンの負荷に基づいて、前記第２給水ラインに設けられたＤ弁の開度を制御するステップと、
を具備する
タービン冷却系統制御方法。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれかに記載されたタービン冷却系統制御方法であって、
前記ドラムは、蒸気タービンと連結され、前記蒸気タービンに給水を行う
タービン冷却系統制御方法。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれかに記載されたタービン冷却系統制御方法であって、
前記ドラムは、排熱回収ボイラと熱的に接続され、
前記ガスタービンは、排ガスが前記廃熱回収ボイラに導かれるように、前記廃熱回収ボイラと連結されている
タービン冷却系統制御方法。
【請求項１４】
請求項９乃至１３のいずれかに記載されたタービン冷却系統制御方法を、コンピュータにより実行するための、タービン冷却系統制御プログラム。
【請求項１５】
蒸気を生成するドラムと、
前記ドラムに給水ラインを介して給水する給水ポンプと、
前記給水ラインに介装された熱交換器と、
前記熱交換器によって冷却されるガスタービンと、
を具備する
タービンシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載されたタービンシステムであって、
更に、
前記ドラムにより生成された蒸気が供給される蒸気タービン、
を具備する
タービンシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１１２２７４（Ｐ２０１０−１１２２７４Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８５９６３（Ｐ２００８−２８５９６３）
【出願日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]