複合発電プラント及びその制御方法
【課題】目標燃料温度が高い場合でも、中圧蒸気を再熱蒸気に投入できる複合発電プラントの制御方法を提供すること。
【解決手段】中圧排熱回収部４０で加熱された燃料加熱水を利用して、燃焼器１４に供給される燃料を加熱する燃料加熱器１５を備える複合発電プラントの制御方法であって、プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程において、再熱蒸気の圧力より高く設定した設定圧力に中圧蒸気の圧力を保持し、中圧蒸気の圧力を前記設定圧力に保持した状態において、前記燃料加熱器で燃料が目標燃料温度まで加熱されるタイミングをガスタービン負荷で示した設定負荷に前記ガスタービンの負荷が到達したタイミング以後において、中圧蒸気の圧力の低減を開始し、中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したときに、前記再熱蒸気系統への中圧蒸気の供給を開始する。
【解決手段】中圧排熱回収部４０で加熱された燃料加熱水を利用して、燃焼器１４に供給される燃料を加熱する燃料加熱器１５を備える複合発電プラントの制御方法であって、プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程において、再熱蒸気の圧力より高く設定した設定圧力に中圧蒸気の圧力を保持し、中圧蒸気の圧力を前記設定圧力に保持した状態において、前記燃料加熱器で燃料が目標燃料温度まで加熱されるタイミングをガスタービン負荷で示した設定負荷に前記ガスタービンの負荷が到達したタイミング以後において、中圧蒸気の圧力の低減を開始し、中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したときに、前記再熱蒸気系統への中圧蒸気の供給を開始する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに排熱回収ボイラを併設したガスタービン排熱利用による複合発電プラントの制御法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、ガスタービン排熱によって蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラからの蒸気によって駆動される蒸気タービンを備える複合発電プラントには、排熱回収ボイラで加熱した水（以下、燃料加熱水と称することがある）を利用してガスタービンの燃料（燃料ガス）を加熱する燃料加熱器を有するものがある。このようにガスタービン排熱を利用して加熱した燃料を燃焼器に供給すると、プラントの熱効率を向上させることができる。
【０００３】
この種の複合発電プラントには、それぞれ圧力の異なった蒸気を発生する３つの排熱回収部（低圧排熱回収部、中圧排熱回収部及び高圧排熱回収部）を有するいわゆる再熱三重圧式の排熱回収ボイラを備えたものがあり、その中圧排熱回収部の節炭器（中圧節炭器）で加熱した水の一部を燃料加熱水として利用しているものがある（特許文献１等参照）。このプラントの中圧節炭器で加熱された水は、中圧蒸発器に接続された中圧ドラムと燃料加熱器とにそれぞれ供給されている。中圧ドラムに供給された水は、中圧蒸発器で蒸発した後に中圧過熱器でさらに加熱され、高圧蒸気タービンから排出された蒸気（低温再熱蒸気）と合流して中圧蒸気タービンの作動流体として利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２００８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料加熱器の出口における燃料の温度には目標温度（目標燃料温度）がある。目標燃料温度はガスタービンの安定燃焼の条件となっているため、複合発電プラントを正常に運用するには、燃料を目標燃料温度まで上昇させる必要がある。
【０００６】
しかし、目標燃料温度は、燃料の成分によって変化するため、燃料の採掘地等の変更に伴って変化することがある。そのため、燃料の成分が変化して目標燃料温度が相対的に高くなると、燃料成分の変化前と同じ制御では燃料加熱水の温度を充分に上昇させることができず、燃料を目標燃料温度まで加熱することが難しくなる場合がある。例えば、プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程では、排ガス温度が低いために燃料加熱水をすみやかに加熱することができず、早い段階で燃料を目標燃料温度まで加熱することが特に難しくなる。
【０００７】
特許文献１のように燃料加熱水を中圧節炭器で加熱している場合、プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程における燃料加熱水の温度を上昇させる方法としては、中圧ドラム内の圧力を上昇させるものがある。このように中圧ドラム内の圧力を上昇させると、中圧ドラム内の飽和温度が上昇して中圧蒸発器で発生する蒸気量が低減するので、中圧蒸発器における熱交換量が低減する。これにより中圧蒸発器の下流に設置された中圧節炭器に高温の排ガスを流通させることができるので、中圧節炭器における熱交換量を増大させることができ、燃料加熱水の温度を上昇させることができる。
【０００８】
しかし、このように中圧ドラム内の圧力を上昇させると、中圧蒸気の圧力が再熱蒸気圧力よりも上昇してしまう。中圧蒸気は、再熱蒸気の圧力が中圧蒸気の圧力に到達したときに再熱蒸気に混入され、中圧蒸気タービンへ供給され始めるのであるが、上記のように中圧蒸気の圧力が上昇すると、中圧蒸気を再熱蒸気に投入できない。
【０００９】
本発明の目的は、目標燃料温度が高い場合でも、中圧蒸気を再熱蒸気に投入できる複合発電プラントの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンの排熱を利用して圧力の異なる蒸気を発生する高圧排熱回収部及び中圧排熱回収部を有する排熱回収ボイラと、前記高圧排熱回収部で発生した高圧蒸気によって駆動される高圧蒸気タービンと、前記高圧蒸気タービンから排出された再熱蒸気及び前記中圧排熱回収部で発生した中圧蒸気が流通する再熱蒸気系統と、前記再熱蒸気系統から供給される蒸気によって駆動される中圧蒸気タービンと、前記中圧排熱回収部で加熱された燃料加熱水を利用して、前記燃焼器に供給される燃料を加熱する燃料加熱器とを備える複合発電プラントに用いられる複合発電プラントの制御方法であって、プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程において、再熱蒸気の圧力より高く設定した設定圧力に中圧蒸気の圧力を保持し、中圧蒸気の圧力を前記設定圧力に保持した状態において、前記燃料加熱器で燃料が目標燃料温度まで加熱されるタイミングをガスタービン負荷で示した設定負荷に前記ガスタービンの負荷が到達したタイミング以後において、中圧蒸気の圧力の低減を開始し、中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したときに、前記再熱蒸気系統への中圧蒸気の供給を開始するものとする。
【００１１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記ガスタービンの負荷が前記設定負荷に到達したタイミングを知得するために、前記燃焼器における燃焼形態の切換タイミング、前記燃焼器への燃料供給量が設定値に達したタイミング、前記ガスタービンへ供給される燃焼ガスの温度が設定値に達したタイミング又は圧縮機の入口案内翼の開度が設定値に達したタイミングのうちいずれかを利用するものとする。
【００１２】
（３）また、本発明は、上記目的を達成するために、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンの排熱を利用して圧力の異なる蒸気を発生する高圧排熱回収部、中圧排熱回収部及び低圧排熱回収部を有する排熱回収ボイラと、前記高圧排熱回収部で発生した高圧蒸気によって駆動される高圧蒸気タービンと、前記高圧蒸気タービンから排出された再熱蒸気が流通する再熱蒸気系統と、前記中圧排熱回収部で発生した中圧蒸気が流通する系統であって、前記再熱蒸気系統と接続された中圧蒸気系統と、前記中圧蒸気系統に設けられ、中圧蒸気の圧力を調節する圧力調節弁と、前記中圧蒸気系統に設けられ、前記中圧排熱回収部から前記再熱蒸気系統への蒸気の供給を制御する開閉弁と、前記再熱蒸気系統から供給される蒸気によって駆動される中圧蒸気タービンと、前記低圧排熱回収部で発生した低圧蒸気によって駆動される低圧蒸気タービンと、前記中圧排熱回収部で加熱された燃料加熱水を利用して、前記燃焼器に供給される燃料を加熱する燃料加熱器と、前記圧力調節弁と前記開閉弁を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程において、前記圧力調節弁を制御することで、再熱蒸気の圧力より高く設定した設定圧力に中圧蒸気の圧力を保持し、中圧蒸気の圧力を前記設定圧力に保持した状態において、前記燃料加熱器で燃料が目標燃料温度まで加熱されるタイミングをガスタービン負荷で示した設定負荷に前記ガスタービンの負荷が到達したタイミング以後において、前記圧力調節弁を制御することで中圧蒸気の圧力を前記設定圧力から徐々に低減し、中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したときに、前記開閉弁を開くとともに前記圧力調節弁を閉じるものとする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、目標燃料温度が高い場合でも、中圧蒸気タービンに中圧蒸気を投入させることが可能になり、正常なプラント運用を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る複合発電プラントの概略図。
【図２】本発明の実施の形態に係る複合発電プラントの制御フロー図。
【図３】図２の制御を行った際の中圧蒸気の圧力変化図。
【図４】中圧蒸気の圧力を設定圧力Ａに保持した際に中圧排熱回収部４０を流通する作動媒体とガスタービン排ガスの温度変化図。
【図５】本発明の実施の形態に係る燃焼器１４におけるＮＯｘ濃度とガスタービン負荷の関係の概略図。
【図６】本発明の実施の形態に係る燃焼器１４への燃料供給量とガスタービン負荷の関係の概略図。
【図７】本発明の実施の形態に係る燃焼ガス温度とガスタービン負荷の関係の概略図。
【図８】本発明の実施の形態に係る圧縮機３５の入口案内翼開度とガスタービン負荷の関係の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態に係る複合発電プラントの概略図である。この図に示す複合発電プラントは、ガスタービン設備１００と、排熱回収ボイラ１１と、蒸気タービン設備１２０と、発電機３９と、復水器２２と、制御装置９０を主に備えている。
【００１７】
ガスタービン設備１００は、空気を圧縮（高圧化）する圧縮機３５と、燃料を加熱する燃料加熱器１５と、圧縮機３５からの圧縮空気と燃料加熱器１５で加熱された燃料とを燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器１４と、燃焼器１４からの燃焼ガスによって駆動されるガスタービン１２を備えている。
【００１８】
燃料加熱器１５には、排熱回収ボイラ１１における中圧排熱回収部４０で加熱された水（燃料加熱水）が流通する燃料加熱水管２３が接続されている。燃料加熱器１５は、この燃料加熱水管２３から供給される燃料加熱水と燃料とを熱交換することで燃料を加熱している。燃料加熱器１５の出口における燃料の温度には、燃料の成分に応じて目標温度（目標燃料温度）が設定されている。この目標燃料温度は、プラント起動時のガスタービン１２の安定燃焼の条件となっている。なお、目標燃料温度としては、所定の範囲にわたる値を採用しても良い。
【００１９】
燃料加熱水管２３上には、燃料加熱器１５の下流側の位置に調節弁２６が設置されている。調節弁２６は燃料加熱器１５に供給される燃料加熱水の量を調節するもので、調節弁２６の開度を調節すると燃料加熱器における交換熱量を調整できるため燃料温度を調節することができる。また、燃料加熱器１５と燃焼器１４を接続する管路には、燃焼器１４への燃料供給量を調節する調節弁２９が取り付けられている。燃料加熱管２３における下流側の端部は復水器２２と接続されており、燃料加熱器１５で燃料の加熱に利用された水は復水器２２に戻されている。
【００２０】
排熱回収ボイラ１１は、ガスタービン１２からの排ガスを利用して、それぞれ圧力の異なる蒸気を発生する高圧排熱回収部３０と、中圧排熱回収部４０と、低圧排熱回収部５０を有している。すなわち、排熱回収ボイラ１１は、いわゆる再熱三重圧式のものである。
【００２１】
高圧排熱回収部３０は、高圧節炭器３１（第１高圧節炭器３１ａ、第２高圧節炭器３１ｂ及び第３高圧節炭器３１ｃ）と、高圧ドラム３２と、高圧蒸発器３３と、高圧過熱器３４を備えている。第１高圧節炭器３１ａは、復水器２２からの給水を排ガスを利用して加熱している。第２高圧節炭器３１ｂは、第１高圧節炭器３１ａに対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、第１高圧節炭器３１ａで加熱された水を加熱している。第３高圧節炭器３１ｃは、第２高圧節炭器３１ｂに対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、第２高圧節炭器３１ｂで加熱された水を加熱している。高圧ドラム３２には、第３高圧節炭器３１ｃで加熱された水が供給されている。高圧蒸発器３３は、第３高圧節炭器３１ｃに対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、高圧ドラム３２から供給される水を蒸発させている。高圧加熱器３４は、高圧蒸発器３３に対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、高圧蒸発器３３からの蒸気（高圧蒸気）を加熱している。高圧過熱器３４は高圧蒸気管３５と接続されている。高圧過熱器３４で加熱された高圧蒸気は、高圧蒸気管３５を介して高圧蒸気タービン１３に供給され、高圧蒸気タービン１３を駆動している。高圧蒸気管３５には、高圧蒸気タービン１３に供給される蒸気量を調節する調節弁２４が設置されている。
【００２２】
中圧排熱回収部４０は、中圧節炭器４１（第１中圧節炭器４１ａ及び第２中圧節炭器４１ｂ）と、中圧ドラム４２と、中圧蒸発器４３と、中圧過熱器４４を備えている。第１中圧節炭器４１ａは、復水器２２からの給水を排ガスを利用して加熱している。第２中圧節炭器４１ｂは、第１中圧節炭器４１ａに対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、第１中圧節炭器４１ａで加熱された水を加熱している。第２中圧節炭器４１ｂは、さらに燃料加熱水管２３及び中圧ドラム４２に接続されており、燃料加熱水管２３及び中圧ドラム４２に加熱した水を供給している。中圧蒸発器４３は、第４中圧節炭器４１ｂに対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、中圧ドラム４２から供給される水を蒸発させている。中圧過熱器４４は、中圧蒸発器４３に対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、中圧蒸発器４３からの蒸気（中圧蒸気）を加熱している。中圧蒸発器４３は中圧蒸気系統７０における第１中圧蒸気管４５と接続されている。
【００２３】
中圧蒸気系統７０は、第１中圧蒸気管４５と、第２中圧蒸気管４６と、第３中圧蒸気管４７を備えている。
【００２４】
第１中圧蒸気管４５は、第２中圧蒸気管４６及び第３中圧蒸気管４７と接続されている。
【００２５】
第２中圧蒸気管４６は、再熱蒸気系統６０（後述）に中圧蒸気を供給するもので、再熱蒸気系統６０における低温再熱蒸気管６１と接続されている。第２中圧蒸気管４６には、開閉弁（電動弁または空気作動弁などの自動弁）１８と、圧力センサ４９が設置されている。開閉弁１８は、制御装置９０と接続されており、制御装置９０からの制御信号に基づいて開閉する。中圧蒸気系統７０と再熱蒸気系統６０は、開閉弁１８が開くと接続され、開閉弁１８が閉まると遮断される。圧力センサ４９は、中圧蒸気の圧力を検出するもので、第２中圧蒸気管４６上において、第１中圧蒸気管４５の接続位置と開閉弁１８の設置位置との間に設置されている。圧力センサ４９は、制御装置９０と接続されており、検出した中圧蒸気の圧力を制御装置９０に送信している。
【００２６】
第３中圧蒸気管４７は、復水器２２と接続されており、中圧蒸気を復水器２２に排出する。第３中圧蒸気管４７には、圧力調節弁１９が取り付けられている。圧力調節弁１９は、中圧蒸気の圧力及び中圧ドラム４２内の圧力を調節するためのものである。開閉弁１８を閉じた状態（すなわち、中圧蒸気系統７０と再熱蒸気系統６０を遮断した状態）で圧力調節弁１９の開度を変更すると、中圧蒸気の圧力及び中圧ドラム４２内の圧力を変更することができる。中圧ドラム４２内の圧力を変更すると、中圧ドラム４２内の飽和温度を変化させることができる。
【００２７】
低圧排熱回収部５０は、低圧節炭器５１と、低圧ドラム５２と、低圧蒸発器５３と、低圧過熱器５４を備えている。
【００２８】
低圧節炭器５１は、復水器２２からの給水を排ガスを利用して加熱している。低圧ドラム５２には、低圧節炭器５１で加熱された水が供給されている。低圧蒸発器５３は、低圧節炭器５１に対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、低圧ドラム５２から供給される水を蒸発させている。低圧過熱器５４は、低圧蒸発器５３に対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、低圧蒸発器５３からの蒸気（低圧蒸気）を加熱している。低圧蒸発器５３は低圧蒸気管５５と接続されている。
【００２９】
蒸気タービン設備１２０は、高圧蒸気タービン１３と、中低圧蒸気タービン２８を備えている。
【００３０】
高圧蒸気タービン１３は、高圧蒸気管３５を介して供給される高圧蒸気によって駆動される。高圧蒸気タービン１３から排出された蒸気（再熱蒸気）は再熱蒸気系統６０に導入されている。
【００３１】
再熱蒸気系統６０は、低温再熱蒸気管６１と、再熱器６２と、高温再熱蒸気管６３を備えている。低温再熱蒸気管６１は、高圧蒸気タービン１３から排出された蒸気（低温再熱蒸気）が流通するもので、高圧蒸気タービン１３と再熱器６２を接続している。また、低温再熱蒸気管６１には、圧力センサ６９が設置されている。圧力センサ６９は、低温再熱蒸気の圧力を検出するもので、制御装置９０と接続されている。圧力センサ６９で検出された低温再熱蒸気の圧力は制御装置９０に送信されている。また、既述のように低温再熱蒸気管６１には第２中圧蒸気管４６が接続されており、再熱蒸気系統６０内に中圧蒸気を混入可能になっている。再熱器６２は、排熱回収ボイラ１１内に設置されており、低温再熱蒸気管６１を流通してきた低温再熱蒸気を排ガスを利用して加熱している。高温再熱蒸気管６３は、再熱器６２で加熱された高温再熱蒸気が流通するもので、再熱器６２と低中圧蒸気タービン２８における中圧蒸気タービンを接続している。
【００３２】
中低圧蒸気タービン２８における中圧蒸気タービンは、高温再熱蒸気管６３と接続されており、再熱蒸気系統６０から供給される蒸気（高温再熱蒸気）によって駆動される。一方、中低圧蒸気タービン２８における低圧蒸気タービンは、低圧蒸気管５５と接続されており、低圧排熱回収部５０で発生した低圧蒸気によって駆動される。
【００３３】
発電機３９は、ガスタービン１２、高圧蒸気タービン１３及び中低圧蒸気タービン２８と連結されており、これらから与えられる駆動力（回転力）を電力に変換している。なお、本実施の形態では、ガスタービン１２、高圧蒸気タービン１３及び中低圧蒸気タービン２８はすべて同軸上に配置されているが、ガスタービン１２と蒸気タービン１３，２８をそれぞれ異なる軸上に配置し、それぞれに発電機を取り付けても良い。
【００３４】
制御装置９０は、図１に示した複合発電プラントを制御するためのもので、本実施の形態では、中圧蒸気及び低温再熱蒸気の圧力並びにガスタービン負荷に基づいて、開閉弁１８の開閉及び圧力調節弁１９の開度の制御を主に行っている。
【００３５】
次に上記のように構成される複合発電プラントの制御について説明する。図２は本発明の実施の形態に係る複合発電プラントの制御フロー図を示しており、図３は図２の制御を行った際の中圧蒸気の圧力変化図である。なお、図３中の点線は、中圧ドラム４２内の圧力を上昇させなかった場合（従来技術）の圧力変化を示している。
【００３６】
プラント起動時にガスタービン負荷の上昇過程が開始されると、制御装置９０は、図２に示す制御を開始し、開閉弁１８を閉じた状態で圧力調節弁１９を制御して、中圧蒸気系統７０を流通する中圧蒸気の圧力を設定圧力Ａに保持する（Ｓ２１０）。ここで、設定圧力Ａとは、再熱蒸気の圧力よりも高く設定された圧力の値であり、ガスタービン負荷上昇過程における中圧蒸気の圧力（圧力センサ４９の検出値）が再熱蒸気の圧力（圧力センサ６９の検出値）よりも高く保持されるように設定されている。このように中圧蒸気の圧力を設定圧力Ａに設定すると、図３に示すように中圧ドラム４２内の圧力が上昇するので、中圧ドラム４２の飽和温度が上昇する。中圧ドラム４２の飽和温度が上昇すると、中圧蒸発器４３での蒸気発生量が減少し、中圧節炭器４１に高温の排ガスが流れるようになるので、中圧節炭器４１における熱交換量を増加させることができる。このように中圧節炭器４１における熱交換量を増加させると、中圧節炭器４１の出口における給水温度が上昇するので、燃料加熱水の温度を上昇させることができる。
【００３７】
図４は中圧蒸気の圧力を設定圧力Ａに保持した際に中圧排熱回収部４０を流通する作動媒体（水又は蒸気）とガスタービン排ガスの温度変化図である。なお、図４中の点線は中圧蒸気の圧力（すなわち中圧ドラム４２内の圧力）を上昇させなかった場合の温度変化を示している。この図に示すように、中圧蒸気の圧力上昇後の温度変化グラフは、圧力上昇前のものを左上にずらしたものに相当していることが分かる。
【００３８】
Ｓ２１０において中圧蒸気の圧力を設定圧力Ａに保持したら、制御装置９０は、ガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１以上に達したか否かを判定する（Ｓ２２０）。ここで、設定負荷Ｌ１とは、中圧蒸気の圧力を設定圧力Ａに保持した状態において、燃料加熱器１５で燃料が目標燃料温度まで加熱されるタイミングをガスタービン負荷で示したものである。すなわち、ガスタービ負荷の上昇過程において、中圧蒸気の圧力が設定圧力Ａに保持されかつガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１以上に保持されている場合には、燃料加熱器１５で燃料を目標燃料温度まで加熱することができるので、ガスタービン１２の安定燃焼の条件を満たすことができる。
【００３９】
ところで、Ｓ２２０におけるガスタービン負荷の判定に関し、ガスタービンと蒸気タービンが異なる軸上に配置されているときには、ガスタービン負荷を直接測定することができるのでその測定値を用いれば良い。しかし、本実施の形態にようにガスタービン１２、高圧蒸気タービン１３及び中低圧蒸気タービン２８が同軸上に配置されているときには、ガスタービン負荷を直接測定することが難しい。そこで、本実施の形態では、ガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１に達したことを判定する際には、他の指標を利用して間接的にガスタービン負荷を知得している。
【００４０】
ガスタービン負荷を間接的に知得するための指標としては、燃焼器１４における燃焼形態の切換タイミングがある。これは、ガスタービン負荷の上昇過程では、窒素酸化物濃度（ＮＯｘ濃度）を抑制するために、ガスタービン負荷に応じて燃焼器１４における燃焼形態を切換えていくが、この燃焼形態の切換タイミングをガスタービン負荷の知得に用いる方法である。図５は本発明の実施の形態に係る燃焼器１４におけるＮＯｘ濃度とガスタービン負荷（ＧＴ負荷）の関係の概略図である。この図に示した例では、無負荷から定格負荷に至るまでに３つの燃焼形態（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）に切り換えており、ＮＯｘ濃度が最低となるＭ３がその最終形態となっている。したがって、例えば、図５に示すように、Ｍ２からＭ３への切換タイミングから所定時間ｔが経過した時にガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１に到達することが判明していれば、当該切換タイミングからｔ時間後にＳ２２０からＳ２３０に移行するように制御すれば良い。
【００４１】
Ｓ２２０においてガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１に達したことが判定されたら、そのタイミング以後において、制御装置９０は、圧力調節弁１９を制御して、中圧蒸気の圧力を設定圧力から徐々に低減することを開始する（Ｓ２３０）。このように圧力調節弁１９を制御すると、図３に示すように中圧蒸気の圧力が徐々に低下する。
【００４２】
Ｓ２３０において中圧蒸気の圧力の低減を開始したら、制御装置９０は、中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したか否かを判定する（Ｓ２４０）。この判定には、制御装置９０に入力される圧力センサ４９及び圧力センサ６９の検出値を用いて比較すれば良い。なお、ここでは、中圧蒸気と再熱蒸気の圧力差が所定の設定値以内に収まったときに、両者の圧力が等しくなったとみなしてＳ２５０に移るように構成しても良い。
【００４３】
Ｓ２４０で中圧蒸気と再熱蒸気の圧力が等しくなったと判定されたら、制御装置９０は、開閉弁１８を開き（Ｓ２５０）、圧力調節弁１９を閉じる（開度をゼロにする）（Ｓ２６０）。このように開閉弁１８及び圧力調節１９を操作すると、中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したときに、はじめて再熱蒸気系統６０への中圧蒸気の供給を開始することができる。これにより、圧力が再熱蒸気と同程度になった中圧蒸気を再熱蒸気系統６０に供給することができるので、中圧蒸気を利用して中圧蒸気タービンを駆動することができる。なお、Ｓ２５０とＳ２６０の処理は、上記と逆の順番に行っても良いし、同時に行っても良い。
【００４４】
以上の説明から明らかなように、本実施の形態によれば、目標燃料温度の上昇に伴って中圧蒸気の圧力を上昇させた場合であっても、当該目標燃料温度まで燃料を加熱するのに必要な熱量を確保した後遅滞なく、中圧蒸気の圧力を再熱蒸気の圧力まで低減することができる。これにより燃料の目標燃料温度が高い場合でも、中圧蒸気タービンに中圧蒸気を供給することが可能になる。また、本実施の形態によれば、従来よりも目標燃料温度が高い燃料を利用することができるので、プラントの運用幅を広げることができる。さらに、本実施の形態によれば、実際の目標燃料温度と計画値との間に誤差が生じた場合にもその誤差分を吸収することもできる。
【００４５】
なお、Ｓ２２０においてガスタービン負荷を間接的に知得するための指標としては、上記で説明した燃焼切換タイミングの他にも、（１）燃焼器１４への燃料供給量（図６参照）、（２）ガスタービン１２へ供給される燃焼ガス温度（図７参照）、（３）圧縮機３５の入口案内翼開度（図８参照）が利用可能である。
【００４６】
図６は本発明の実施の形態に係る燃焼器１４への燃料供給量とガスタービン負荷の関係の概略図である。この図に示すように、燃焼器１４への燃料供給量は、ガスタービン負荷の上昇に伴って概ね単調に増加している。したがって、ガスタービン負荷と燃料供給量を対応させることができるので、燃料供給量からガスタービン負荷を間接的に知得することができる。図６に示した例では、燃料供給量が設定値Ｑ１に達したタイミングでガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１に到達するので、燃料供給量が設定値Ｑ１に達したタイミング以後にＳ２３０に移行すれば良い。なお、燃料供給量を知得するには、例えば、調節弁２９の開度を利用すれば良い。
【００４７】
図７は本発明の実施の形態に係る燃焼ガス温度とガスタービン負荷の関係の概略図である。この図に示すように、燃焼ガス温度もガスタービン負荷の上昇に伴って概ね単調に増加している。したがって、ガスタービン負荷と燃焼ガス温度を対応させることができるので、燃焼ガス温度からガスタービン負荷を間接的に知得することができる。図７に示した例では、燃焼ガス温度が設定値Ｔ１に達したタイミングでガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１に到達するので、燃焼ガス温度が設定値Ｔ１に達したタイミング以後にＳ２３０に移行すれば良い。なお、燃焼ガス温度は、直接測定することができないので、演算により間接的に導出することとなる。ガスタービンを部分負荷運転しているときの燃焼ガス温度は、例えば、ガスタービン入口の空気量、大気圧、大気温度、燃料供給量及び燃料発熱量等から算出することができるし、ガスタービンを定格負荷運転しているときの燃焼ガス温度は、例えば、排気温度、圧縮機出口圧力及び大気圧等から算出することができる。
【００４８】
図８は本発明の実施の形態に係る圧縮機３５の入口案内翼開度とガスタービン負荷の関係の概略図である。この図に示すように、所定のガスタービン負荷を超えた領域では、圧縮機３５の入口案内翼開度も、ガスタービン負荷の上昇に伴って概ね単調に増加している。したがって、ガスタービン負荷と入口案内翼開度を対応させることができるので、入口案内翼開度からガスタービン負荷を間接的に知得することができる。図８に示した例では、入口案内翼開度が設定値Ｐ１に達したタイミングでガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１に到達するので、入口案内翼開度が設定値Ｐ１に達したタイミング以後にＳ２３０に移行すれば良い。
【符号の説明】
【００４９】
１１ 排熱回収ボイラ
１２ ガスタービン
１３ 高圧蒸気タービン
１５ 燃料加熱器
１８ 開閉弁
１９ 圧力調節弁
２２ 復水器
２３ 燃料加熱水管
２８ 低中圧蒸気タービン
３０ 高圧排熱回収部
３５ 圧縮機
４０ 中圧排熱回収部
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 中圧節炭器
４２ 中圧ドラム
４３ 中圧蒸発器
４４ 中圧過熱器
４９ 圧力センサ（中圧蒸気用）
５０ 低圧排熱回収部
６０ 再熱蒸気系統
６９ 圧力センサ（再熱蒸気用）
７０ 中圧蒸気系統
９０ 制御装置
１００ ガスタービン設備
１２０ 蒸気タービン設備
Ｌ１ 設定負荷（ガスタービン負荷）
Ｑ１ 設定値（燃料供給量）
Ｔ１ 設定値（燃焼ガス温度）
Ｐ１ 設定値（入口案内翼開度）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに排熱回収ボイラを併設したガスタービン排熱利用による複合発電プラントの制御法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、ガスタービン排熱によって蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラからの蒸気によって駆動される蒸気タービンを備える複合発電プラントには、排熱回収ボイラで加熱した水（以下、燃料加熱水と称することがある）を利用してガスタービンの燃料（燃料ガス）を加熱する燃料加熱器を有するものがある。このようにガスタービン排熱を利用して加熱した燃料を燃焼器に供給すると、プラントの熱効率を向上させることができる。
【０００３】
この種の複合発電プラントには、それぞれ圧力の異なった蒸気を発生する３つの排熱回収部（低圧排熱回収部、中圧排熱回収部及び高圧排熱回収部）を有するいわゆる再熱三重圧式の排熱回収ボイラを備えたものがあり、その中圧排熱回収部の節炭器（中圧節炭器）で加熱した水の一部を燃料加熱水として利用しているものがある（特許文献１等参照）。このプラントの中圧節炭器で加熱された水は、中圧蒸発器に接続された中圧ドラムと燃料加熱器とにそれぞれ供給されている。中圧ドラムに供給された水は、中圧蒸発器で蒸発した後に中圧過熱器でさらに加熱され、高圧蒸気タービンから排出された蒸気（低温再熱蒸気）と合流して中圧蒸気タービンの作動流体として利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２００８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料加熱器の出口における燃料の温度には目標温度（目標燃料温度）がある。目標燃料温度はガスタービンの安定燃焼の条件となっているため、複合発電プラントを正常に運用するには、燃料を目標燃料温度まで上昇させる必要がある。
【０００６】
しかし、目標燃料温度は、燃料の成分によって変化するため、燃料の採掘地等の変更に伴って変化することがある。そのため、燃料の成分が変化して目標燃料温度が相対的に高くなると、燃料成分の変化前と同じ制御では燃料加熱水の温度を充分に上昇させることができず、燃料を目標燃料温度まで加熱することが難しくなる場合がある。例えば、プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程では、排ガス温度が低いために燃料加熱水をすみやかに加熱することができず、早い段階で燃料を目標燃料温度まで加熱することが特に難しくなる。
【０００７】
特許文献１のように燃料加熱水を中圧節炭器で加熱している場合、プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程における燃料加熱水の温度を上昇させる方法としては、中圧ドラム内の圧力を上昇させるものがある。このように中圧ドラム内の圧力を上昇させると、中圧ドラム内の飽和温度が上昇して中圧蒸発器で発生する蒸気量が低減するので、中圧蒸発器における熱交換量が低減する。これにより中圧蒸発器の下流に設置された中圧節炭器に高温の排ガスを流通させることができるので、中圧節炭器における熱交換量を増大させることができ、燃料加熱水の温度を上昇させることができる。
【０００８】
しかし、このように中圧ドラム内の圧力を上昇させると、中圧蒸気の圧力が再熱蒸気圧力よりも上昇してしまう。中圧蒸気は、再熱蒸気の圧力が中圧蒸気の圧力に到達したときに再熱蒸気に混入され、中圧蒸気タービンへ供給され始めるのであるが、上記のように中圧蒸気の圧力が上昇すると、中圧蒸気を再熱蒸気に投入できない。
【０００９】
本発明の目的は、目標燃料温度が高い場合でも、中圧蒸気を再熱蒸気に投入できる複合発電プラントの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンの排熱を利用して圧力の異なる蒸気を発生する高圧排熱回収部及び中圧排熱回収部を有する排熱回収ボイラと、前記高圧排熱回収部で発生した高圧蒸気によって駆動される高圧蒸気タービンと、前記高圧蒸気タービンから排出された再熱蒸気及び前記中圧排熱回収部で発生した中圧蒸気が流通する再熱蒸気系統と、前記再熱蒸気系統から供給される蒸気によって駆動される中圧蒸気タービンと、前記中圧排熱回収部で加熱された燃料加熱水を利用して、前記燃焼器に供給される燃料を加熱する燃料加熱器とを備える複合発電プラントに用いられる複合発電プラントの制御方法であって、プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程において、再熱蒸気の圧力より高く設定した設定圧力に中圧蒸気の圧力を保持し、中圧蒸気の圧力を前記設定圧力に保持した状態において、前記燃料加熱器で燃料が目標燃料温度まで加熱されるタイミングをガスタービン負荷で示した設定負荷に前記ガスタービンの負荷が到達したタイミング以後において、中圧蒸気の圧力の低減を開始し、中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したときに、前記再熱蒸気系統への中圧蒸気の供給を開始するものとする。
【００１１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記ガスタービンの負荷が前記設定負荷に到達したタイミングを知得するために、前記燃焼器における燃焼形態の切換タイミング、前記燃焼器への燃料供給量が設定値に達したタイミング、前記ガスタービンへ供給される燃焼ガスの温度が設定値に達したタイミング又は圧縮機の入口案内翼の開度が設定値に達したタイミングのうちいずれかを利用するものとする。
【００１２】
（３）また、本発明は、上記目的を達成するために、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンの排熱を利用して圧力の異なる蒸気を発生する高圧排熱回収部、中圧排熱回収部及び低圧排熱回収部を有する排熱回収ボイラと、前記高圧排熱回収部で発生した高圧蒸気によって駆動される高圧蒸気タービンと、前記高圧蒸気タービンから排出された再熱蒸気が流通する再熱蒸気系統と、前記中圧排熱回収部で発生した中圧蒸気が流通する系統であって、前記再熱蒸気系統と接続された中圧蒸気系統と、前記中圧蒸気系統に設けられ、中圧蒸気の圧力を調節する圧力調節弁と、前記中圧蒸気系統に設けられ、前記中圧排熱回収部から前記再熱蒸気系統への蒸気の供給を制御する開閉弁と、前記再熱蒸気系統から供給される蒸気によって駆動される中圧蒸気タービンと、前記低圧排熱回収部で発生した低圧蒸気によって駆動される低圧蒸気タービンと、前記中圧排熱回収部で加熱された燃料加熱水を利用して、前記燃焼器に供給される燃料を加熱する燃料加熱器と、前記圧力調節弁と前記開閉弁を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程において、前記圧力調節弁を制御することで、再熱蒸気の圧力より高く設定した設定圧力に中圧蒸気の圧力を保持し、中圧蒸気の圧力を前記設定圧力に保持した状態において、前記燃料加熱器で燃料が目標燃料温度まで加熱されるタイミングをガスタービン負荷で示した設定負荷に前記ガスタービンの負荷が到達したタイミング以後において、前記圧力調節弁を制御することで中圧蒸気の圧力を前記設定圧力から徐々に低減し、中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したときに、前記開閉弁を開くとともに前記圧力調節弁を閉じるものとする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、目標燃料温度が高い場合でも、中圧蒸気タービンに中圧蒸気を投入させることが可能になり、正常なプラント運用を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る複合発電プラントの概略図。
【図２】本発明の実施の形態に係る複合発電プラントの制御フロー図。
【図３】図２の制御を行った際の中圧蒸気の圧力変化図。
【図４】中圧蒸気の圧力を設定圧力Ａに保持した際に中圧排熱回収部４０を流通する作動媒体とガスタービン排ガスの温度変化図。
【図５】本発明の実施の形態に係る燃焼器１４におけるＮＯｘ濃度とガスタービン負荷の関係の概略図。
【図６】本発明の実施の形態に係る燃焼器１４への燃料供給量とガスタービン負荷の関係の概略図。
【図７】本発明の実施の形態に係る燃焼ガス温度とガスタービン負荷の関係の概略図。
【図８】本発明の実施の形態に係る圧縮機３５の入口案内翼開度とガスタービン負荷の関係の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態に係る複合発電プラントの概略図である。この図に示す複合発電プラントは、ガスタービン設備１００と、排熱回収ボイラ１１と、蒸気タービン設備１２０と、発電機３９と、復水器２２と、制御装置９０を主に備えている。
【００１７】
ガスタービン設備１００は、空気を圧縮（高圧化）する圧縮機３５と、燃料を加熱する燃料加熱器１５と、圧縮機３５からの圧縮空気と燃料加熱器１５で加熱された燃料とを燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器１４と、燃焼器１４からの燃焼ガスによって駆動されるガスタービン１２を備えている。
【００１８】
燃料加熱器１５には、排熱回収ボイラ１１における中圧排熱回収部４０で加熱された水（燃料加熱水）が流通する燃料加熱水管２３が接続されている。燃料加熱器１５は、この燃料加熱水管２３から供給される燃料加熱水と燃料とを熱交換することで燃料を加熱している。燃料加熱器１５の出口における燃料の温度には、燃料の成分に応じて目標温度（目標燃料温度）が設定されている。この目標燃料温度は、プラント起動時のガスタービン１２の安定燃焼の条件となっている。なお、目標燃料温度としては、所定の範囲にわたる値を採用しても良い。
【００１９】
燃料加熱水管２３上には、燃料加熱器１５の下流側の位置に調節弁２６が設置されている。調節弁２６は燃料加熱器１５に供給される燃料加熱水の量を調節するもので、調節弁２６の開度を調節すると燃料加熱器における交換熱量を調整できるため燃料温度を調節することができる。また、燃料加熱器１５と燃焼器１４を接続する管路には、燃焼器１４への燃料供給量を調節する調節弁２９が取り付けられている。燃料加熱管２３における下流側の端部は復水器２２と接続されており、燃料加熱器１５で燃料の加熱に利用された水は復水器２２に戻されている。
【００２０】
排熱回収ボイラ１１は、ガスタービン１２からの排ガスを利用して、それぞれ圧力の異なる蒸気を発生する高圧排熱回収部３０と、中圧排熱回収部４０と、低圧排熱回収部５０を有している。すなわち、排熱回収ボイラ１１は、いわゆる再熱三重圧式のものである。
【００２１】
高圧排熱回収部３０は、高圧節炭器３１（第１高圧節炭器３１ａ、第２高圧節炭器３１ｂ及び第３高圧節炭器３１ｃ）と、高圧ドラム３２と、高圧蒸発器３３と、高圧過熱器３４を備えている。第１高圧節炭器３１ａは、復水器２２からの給水を排ガスを利用して加熱している。第２高圧節炭器３１ｂは、第１高圧節炭器３１ａに対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、第１高圧節炭器３１ａで加熱された水を加熱している。第３高圧節炭器３１ｃは、第２高圧節炭器３１ｂに対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、第２高圧節炭器３１ｂで加熱された水を加熱している。高圧ドラム３２には、第３高圧節炭器３１ｃで加熱された水が供給されている。高圧蒸発器３３は、第３高圧節炭器３１ｃに対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、高圧ドラム３２から供給される水を蒸発させている。高圧加熱器３４は、高圧蒸発器３３に対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、高圧蒸発器３３からの蒸気（高圧蒸気）を加熱している。高圧過熱器３４は高圧蒸気管３５と接続されている。高圧過熱器３４で加熱された高圧蒸気は、高圧蒸気管３５を介して高圧蒸気タービン１３に供給され、高圧蒸気タービン１３を駆動している。高圧蒸気管３５には、高圧蒸気タービン１３に供給される蒸気量を調節する調節弁２４が設置されている。
【００２２】
中圧排熱回収部４０は、中圧節炭器４１（第１中圧節炭器４１ａ及び第２中圧節炭器４１ｂ）と、中圧ドラム４２と、中圧蒸発器４３と、中圧過熱器４４を備えている。第１中圧節炭器４１ａは、復水器２２からの給水を排ガスを利用して加熱している。第２中圧節炭器４１ｂは、第１中圧節炭器４１ａに対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、第１中圧節炭器４１ａで加熱された水を加熱している。第２中圧節炭器４１ｂは、さらに燃料加熱水管２３及び中圧ドラム４２に接続されており、燃料加熱水管２３及び中圧ドラム４２に加熱した水を供給している。中圧蒸発器４３は、第４中圧節炭器４１ｂに対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、中圧ドラム４２から供給される水を蒸発させている。中圧過熱器４４は、中圧蒸発器４３に対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、中圧蒸発器４３からの蒸気（中圧蒸気）を加熱している。中圧蒸発器４３は中圧蒸気系統７０における第１中圧蒸気管４５と接続されている。
【００２３】
中圧蒸気系統７０は、第１中圧蒸気管４５と、第２中圧蒸気管４６と、第３中圧蒸気管４７を備えている。
【００２４】
第１中圧蒸気管４５は、第２中圧蒸気管４６及び第３中圧蒸気管４７と接続されている。
【００２５】
第２中圧蒸気管４６は、再熱蒸気系統６０（後述）に中圧蒸気を供給するもので、再熱蒸気系統６０における低温再熱蒸気管６１と接続されている。第２中圧蒸気管４６には、開閉弁（電動弁または空気作動弁などの自動弁）１８と、圧力センサ４９が設置されている。開閉弁１８は、制御装置９０と接続されており、制御装置９０からの制御信号に基づいて開閉する。中圧蒸気系統７０と再熱蒸気系統６０は、開閉弁１８が開くと接続され、開閉弁１８が閉まると遮断される。圧力センサ４９は、中圧蒸気の圧力を検出するもので、第２中圧蒸気管４６上において、第１中圧蒸気管４５の接続位置と開閉弁１８の設置位置との間に設置されている。圧力センサ４９は、制御装置９０と接続されており、検出した中圧蒸気の圧力を制御装置９０に送信している。
【００２６】
第３中圧蒸気管４７は、復水器２２と接続されており、中圧蒸気を復水器２２に排出する。第３中圧蒸気管４７には、圧力調節弁１９が取り付けられている。圧力調節弁１９は、中圧蒸気の圧力及び中圧ドラム４２内の圧力を調節するためのものである。開閉弁１８を閉じた状態（すなわち、中圧蒸気系統７０と再熱蒸気系統６０を遮断した状態）で圧力調節弁１９の開度を変更すると、中圧蒸気の圧力及び中圧ドラム４２内の圧力を変更することができる。中圧ドラム４２内の圧力を変更すると、中圧ドラム４２内の飽和温度を変化させることができる。
【００２７】
低圧排熱回収部５０は、低圧節炭器５１と、低圧ドラム５２と、低圧蒸発器５３と、低圧過熱器５４を備えている。
【００２８】
低圧節炭器５１は、復水器２２からの給水を排ガスを利用して加熱している。低圧ドラム５２には、低圧節炭器５１で加熱された水が供給されている。低圧蒸発器５３は、低圧節炭器５１に対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、低圧ドラム５２から供給される水を蒸発させている。低圧過熱器５４は、低圧蒸発器５３に対して排ガス流通方向の上流側に設置されており、低圧蒸発器５３からの蒸気（低圧蒸気）を加熱している。低圧蒸発器５３は低圧蒸気管５５と接続されている。
【００２９】
蒸気タービン設備１２０は、高圧蒸気タービン１３と、中低圧蒸気タービン２８を備えている。
【００３０】
高圧蒸気タービン１３は、高圧蒸気管３５を介して供給される高圧蒸気によって駆動される。高圧蒸気タービン１３から排出された蒸気（再熱蒸気）は再熱蒸気系統６０に導入されている。
【００３１】
再熱蒸気系統６０は、低温再熱蒸気管６１と、再熱器６２と、高温再熱蒸気管６３を備えている。低温再熱蒸気管６１は、高圧蒸気タービン１３から排出された蒸気（低温再熱蒸気）が流通するもので、高圧蒸気タービン１３と再熱器６２を接続している。また、低温再熱蒸気管６１には、圧力センサ６９が設置されている。圧力センサ６９は、低温再熱蒸気の圧力を検出するもので、制御装置９０と接続されている。圧力センサ６９で検出された低温再熱蒸気の圧力は制御装置９０に送信されている。また、既述のように低温再熱蒸気管６１には第２中圧蒸気管４６が接続されており、再熱蒸気系統６０内に中圧蒸気を混入可能になっている。再熱器６２は、排熱回収ボイラ１１内に設置されており、低温再熱蒸気管６１を流通してきた低温再熱蒸気を排ガスを利用して加熱している。高温再熱蒸気管６３は、再熱器６２で加熱された高温再熱蒸気が流通するもので、再熱器６２と低中圧蒸気タービン２８における中圧蒸気タービンを接続している。
【００３２】
中低圧蒸気タービン２８における中圧蒸気タービンは、高温再熱蒸気管６３と接続されており、再熱蒸気系統６０から供給される蒸気（高温再熱蒸気）によって駆動される。一方、中低圧蒸気タービン２８における低圧蒸気タービンは、低圧蒸気管５５と接続されており、低圧排熱回収部５０で発生した低圧蒸気によって駆動される。
【００３３】
発電機３９は、ガスタービン１２、高圧蒸気タービン１３及び中低圧蒸気タービン２８と連結されており、これらから与えられる駆動力（回転力）を電力に変換している。なお、本実施の形態では、ガスタービン１２、高圧蒸気タービン１３及び中低圧蒸気タービン２８はすべて同軸上に配置されているが、ガスタービン１２と蒸気タービン１３，２８をそれぞれ異なる軸上に配置し、それぞれに発電機を取り付けても良い。
【００３４】
制御装置９０は、図１に示した複合発電プラントを制御するためのもので、本実施の形態では、中圧蒸気及び低温再熱蒸気の圧力並びにガスタービン負荷に基づいて、開閉弁１８の開閉及び圧力調節弁１９の開度の制御を主に行っている。
【００３５】
次に上記のように構成される複合発電プラントの制御について説明する。図２は本発明の実施の形態に係る複合発電プラントの制御フロー図を示しており、図３は図２の制御を行った際の中圧蒸気の圧力変化図である。なお、図３中の点線は、中圧ドラム４２内の圧力を上昇させなかった場合（従来技術）の圧力変化を示している。
【００３６】
プラント起動時にガスタービン負荷の上昇過程が開始されると、制御装置９０は、図２に示す制御を開始し、開閉弁１８を閉じた状態で圧力調節弁１９を制御して、中圧蒸気系統７０を流通する中圧蒸気の圧力を設定圧力Ａに保持する（Ｓ２１０）。ここで、設定圧力Ａとは、再熱蒸気の圧力よりも高く設定された圧力の値であり、ガスタービン負荷上昇過程における中圧蒸気の圧力（圧力センサ４９の検出値）が再熱蒸気の圧力（圧力センサ６９の検出値）よりも高く保持されるように設定されている。このように中圧蒸気の圧力を設定圧力Ａに設定すると、図３に示すように中圧ドラム４２内の圧力が上昇するので、中圧ドラム４２の飽和温度が上昇する。中圧ドラム４２の飽和温度が上昇すると、中圧蒸発器４３での蒸気発生量が減少し、中圧節炭器４１に高温の排ガスが流れるようになるので、中圧節炭器４１における熱交換量を増加させることができる。このように中圧節炭器４１における熱交換量を増加させると、中圧節炭器４１の出口における給水温度が上昇するので、燃料加熱水の温度を上昇させることができる。
【００３７】
図４は中圧蒸気の圧力を設定圧力Ａに保持した際に中圧排熱回収部４０を流通する作動媒体（水又は蒸気）とガスタービン排ガスの温度変化図である。なお、図４中の点線は中圧蒸気の圧力（すなわち中圧ドラム４２内の圧力）を上昇させなかった場合の温度変化を示している。この図に示すように、中圧蒸気の圧力上昇後の温度変化グラフは、圧力上昇前のものを左上にずらしたものに相当していることが分かる。
【００３８】
Ｓ２１０において中圧蒸気の圧力を設定圧力Ａに保持したら、制御装置９０は、ガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１以上に達したか否かを判定する（Ｓ２２０）。ここで、設定負荷Ｌ１とは、中圧蒸気の圧力を設定圧力Ａに保持した状態において、燃料加熱器１５で燃料が目標燃料温度まで加熱されるタイミングをガスタービン負荷で示したものである。すなわち、ガスタービ負荷の上昇過程において、中圧蒸気の圧力が設定圧力Ａに保持されかつガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１以上に保持されている場合には、燃料加熱器１５で燃料を目標燃料温度まで加熱することができるので、ガスタービン１２の安定燃焼の条件を満たすことができる。
【００３９】
ところで、Ｓ２２０におけるガスタービン負荷の判定に関し、ガスタービンと蒸気タービンが異なる軸上に配置されているときには、ガスタービン負荷を直接測定することができるのでその測定値を用いれば良い。しかし、本実施の形態にようにガスタービン１２、高圧蒸気タービン１３及び中低圧蒸気タービン２８が同軸上に配置されているときには、ガスタービン負荷を直接測定することが難しい。そこで、本実施の形態では、ガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１に達したことを判定する際には、他の指標を利用して間接的にガスタービン負荷を知得している。
【００４０】
ガスタービン負荷を間接的に知得するための指標としては、燃焼器１４における燃焼形態の切換タイミングがある。これは、ガスタービン負荷の上昇過程では、窒素酸化物濃度（ＮＯｘ濃度）を抑制するために、ガスタービン負荷に応じて燃焼器１４における燃焼形態を切換えていくが、この燃焼形態の切換タイミングをガスタービン負荷の知得に用いる方法である。図５は本発明の実施の形態に係る燃焼器１４におけるＮＯｘ濃度とガスタービン負荷（ＧＴ負荷）の関係の概略図である。この図に示した例では、無負荷から定格負荷に至るまでに３つの燃焼形態（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）に切り換えており、ＮＯｘ濃度が最低となるＭ３がその最終形態となっている。したがって、例えば、図５に示すように、Ｍ２からＭ３への切換タイミングから所定時間ｔが経過した時にガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１に到達することが判明していれば、当該切換タイミングからｔ時間後にＳ２２０からＳ２３０に移行するように制御すれば良い。
【００４１】
Ｓ２２０においてガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１に達したことが判定されたら、そのタイミング以後において、制御装置９０は、圧力調節弁１９を制御して、中圧蒸気の圧力を設定圧力から徐々に低減することを開始する（Ｓ２３０）。このように圧力調節弁１９を制御すると、図３に示すように中圧蒸気の圧力が徐々に低下する。
【００４２】
Ｓ２３０において中圧蒸気の圧力の低減を開始したら、制御装置９０は、中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したか否かを判定する（Ｓ２４０）。この判定には、制御装置９０に入力される圧力センサ４９及び圧力センサ６９の検出値を用いて比較すれば良い。なお、ここでは、中圧蒸気と再熱蒸気の圧力差が所定の設定値以内に収まったときに、両者の圧力が等しくなったとみなしてＳ２５０に移るように構成しても良い。
【００４３】
Ｓ２４０で中圧蒸気と再熱蒸気の圧力が等しくなったと判定されたら、制御装置９０は、開閉弁１８を開き（Ｓ２５０）、圧力調節弁１９を閉じる（開度をゼロにする）（Ｓ２６０）。このように開閉弁１８及び圧力調節１９を操作すると、中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したときに、はじめて再熱蒸気系統６０への中圧蒸気の供給を開始することができる。これにより、圧力が再熱蒸気と同程度になった中圧蒸気を再熱蒸気系統６０に供給することができるので、中圧蒸気を利用して中圧蒸気タービンを駆動することができる。なお、Ｓ２５０とＳ２６０の処理は、上記と逆の順番に行っても良いし、同時に行っても良い。
【００４４】
以上の説明から明らかなように、本実施の形態によれば、目標燃料温度の上昇に伴って中圧蒸気の圧力を上昇させた場合であっても、当該目標燃料温度まで燃料を加熱するのに必要な熱量を確保した後遅滞なく、中圧蒸気の圧力を再熱蒸気の圧力まで低減することができる。これにより燃料の目標燃料温度が高い場合でも、中圧蒸気タービンに中圧蒸気を供給することが可能になる。また、本実施の形態によれば、従来よりも目標燃料温度が高い燃料を利用することができるので、プラントの運用幅を広げることができる。さらに、本実施の形態によれば、実際の目標燃料温度と計画値との間に誤差が生じた場合にもその誤差分を吸収することもできる。
【００４５】
なお、Ｓ２２０においてガスタービン負荷を間接的に知得するための指標としては、上記で説明した燃焼切換タイミングの他にも、（１）燃焼器１４への燃料供給量（図６参照）、（２）ガスタービン１２へ供給される燃焼ガス温度（図７参照）、（３）圧縮機３５の入口案内翼開度（図８参照）が利用可能である。
【００４６】
図６は本発明の実施の形態に係る燃焼器１４への燃料供給量とガスタービン負荷の関係の概略図である。この図に示すように、燃焼器１４への燃料供給量は、ガスタービン負荷の上昇に伴って概ね単調に増加している。したがって、ガスタービン負荷と燃料供給量を対応させることができるので、燃料供給量からガスタービン負荷を間接的に知得することができる。図６に示した例では、燃料供給量が設定値Ｑ１に達したタイミングでガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１に到達するので、燃料供給量が設定値Ｑ１に達したタイミング以後にＳ２３０に移行すれば良い。なお、燃料供給量を知得するには、例えば、調節弁２９の開度を利用すれば良い。
【００４７】
図７は本発明の実施の形態に係る燃焼ガス温度とガスタービン負荷の関係の概略図である。この図に示すように、燃焼ガス温度もガスタービン負荷の上昇に伴って概ね単調に増加している。したがって、ガスタービン負荷と燃焼ガス温度を対応させることができるので、燃焼ガス温度からガスタービン負荷を間接的に知得することができる。図７に示した例では、燃焼ガス温度が設定値Ｔ１に達したタイミングでガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１に到達するので、燃焼ガス温度が設定値Ｔ１に達したタイミング以後にＳ２３０に移行すれば良い。なお、燃焼ガス温度は、直接測定することができないので、演算により間接的に導出することとなる。ガスタービンを部分負荷運転しているときの燃焼ガス温度は、例えば、ガスタービン入口の空気量、大気圧、大気温度、燃料供給量及び燃料発熱量等から算出することができるし、ガスタービンを定格負荷運転しているときの燃焼ガス温度は、例えば、排気温度、圧縮機出口圧力及び大気圧等から算出することができる。
【００４８】
図８は本発明の実施の形態に係る圧縮機３５の入口案内翼開度とガスタービン負荷の関係の概略図である。この図に示すように、所定のガスタービン負荷を超えた領域では、圧縮機３５の入口案内翼開度も、ガスタービン負荷の上昇に伴って概ね単調に増加している。したがって、ガスタービン負荷と入口案内翼開度を対応させることができるので、入口案内翼開度からガスタービン負荷を間接的に知得することができる。図８に示した例では、入口案内翼開度が設定値Ｐ１に達したタイミングでガスタービン負荷が設定負荷Ｌ１に到達するので、入口案内翼開度が設定値Ｐ１に達したタイミング以後にＳ２３０に移行すれば良い。
【符号の説明】
【００４９】
１１ 排熱回収ボイラ
１２ ガスタービン
１３ 高圧蒸気タービン
１５ 燃料加熱器
１８ 開閉弁
１９ 圧力調節弁
２２ 復水器
２３ 燃料加熱水管
２８ 低中圧蒸気タービン
３０ 高圧排熱回収部
３５ 圧縮機
４０ 中圧排熱回収部
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 中圧節炭器
４２ 中圧ドラム
４３ 中圧蒸発器
４４ 中圧過熱器
４９ 圧力センサ（中圧蒸気用）
５０ 低圧排熱回収部
６０ 再熱蒸気系統
６９ 圧力センサ（再熱蒸気用）
７０ 中圧蒸気系統
９０ 制御装置
１００ ガスタービン設備
１２０ 蒸気タービン設備
Ｌ１ 設定負荷（ガスタービン負荷）
Ｑ１ 設定値（燃料供給量）
Ｔ１ 設定値（燃焼ガス温度）
Ｐ１ 設定値（入口案内翼開度）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器と、
前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンの排熱を利用して圧力の異なる蒸気を発生する高圧排熱回収部及び中圧排熱回収部を有する排熱回収ボイラと、
前記高圧排熱回収部で発生した高圧蒸気によって駆動される高圧蒸気タービンと、
前記高圧蒸気タービンから排出された再熱蒸気及び前記中圧排熱回収部で発生した中圧蒸気が流通する再熱蒸気系統と、
前記再熱蒸気系統から供給される蒸気によって駆動される中圧蒸気タービンと、
前記中圧排熱回収部で加熱された燃料加熱水を利用して、前記燃焼器に供給される燃料を加熱する燃料加熱器とを備える複合発電プラントに用いられる複合発電プラントの制御方法であって、
プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程において、再熱蒸気の圧力より高く設定した設定圧力に中圧蒸気の圧力を保持し、
中圧蒸気の圧力を前記設定圧力に保持した状態において、前記燃料加熱器で燃料が目標燃料温度まで加熱されるタイミングをガスタービン負荷で示した設定負荷に前記ガスタービンの負荷が到達したタイミング以後において、中圧蒸気の圧力の低減を開始し、
中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したときに、前記再熱蒸気系統への中圧蒸気の供給を開始することを特徴とする複合発電プラントの制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の複合発電プラントの制御方法において、
前記ガスタービンの負荷が前記設定負荷に到達したタイミングを知得するために、
前記燃焼器における燃焼形態の切換タイミング、前記燃焼器への燃料供給量が設定値に達したタイミング、前記ガスタービンへ供給される燃焼ガスの温度が設定値に達したタイミング又は圧縮機の入口案内翼の開度が設定値に達したタイミングのうちいずれかを利用することを特徴とする複合発電プラントの制御方法。
【請求項３】
空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器と、
前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンの排熱を利用して圧力の異なる蒸気を発生する高圧排熱回収部、中圧排熱回収部及び低圧排熱回収部を有する排熱回収ボイラと、
前記高圧排熱回収部で発生した高圧蒸気によって駆動される高圧蒸気タービンと、
前記高圧蒸気タービンから排出された再熱蒸気が流通する再熱蒸気系統と、
前記中圧排熱回収部で発生した中圧蒸気が流通する系統であって、前記再熱蒸気系統と接続された中圧蒸気系統と、
前記中圧蒸気系統に設けられ、中圧蒸気の圧力を調節する圧力調節弁と、
前記中圧蒸気系統に設けられ、前記中圧排熱回収部から前記再熱蒸気系統への蒸気の供給を制御する開閉弁と、
前記再熱蒸気系統から供給される蒸気によって駆動される中圧蒸気タービンと、
前記低圧排熱回収部で発生した低圧蒸気によって駆動される低圧蒸気タービンと、
前記中圧排熱回収部で加熱された燃料加熱水を利用して、前記燃焼器に供給される燃料を加熱する燃料加熱器と、
前記圧力調節弁と前記開閉弁を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程において、前記圧力調節弁を制御することで、再熱蒸気の圧力より高く設定した設定圧力に中圧蒸気の圧力を保持し、
中圧蒸気の圧力を前記設定圧力に保持した状態において、前記燃料加熱器で燃料が目標燃料温度まで加熱されるタイミングをガスタービン負荷で示した設定負荷に前記ガスタービンの負荷が到達したタイミング以後において、前記圧力調節弁を制御することで中圧蒸気の圧力を前記設定圧力から徐々に低減し、
中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したときに、前記開閉弁を開くとともに前記圧力調節弁を閉じることを特徴とする複合発電プラント。
【請求項１】
圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器と、
前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンの排熱を利用して圧力の異なる蒸気を発生する高圧排熱回収部及び中圧排熱回収部を有する排熱回収ボイラと、
前記高圧排熱回収部で発生した高圧蒸気によって駆動される高圧蒸気タービンと、
前記高圧蒸気タービンから排出された再熱蒸気及び前記中圧排熱回収部で発生した中圧蒸気が流通する再熱蒸気系統と、
前記再熱蒸気系統から供給される蒸気によって駆動される中圧蒸気タービンと、
前記中圧排熱回収部で加熱された燃料加熱水を利用して、前記燃焼器に供給される燃料を加熱する燃料加熱器とを備える複合発電プラントに用いられる複合発電プラントの制御方法であって、
プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程において、再熱蒸気の圧力より高く設定した設定圧力に中圧蒸気の圧力を保持し、
中圧蒸気の圧力を前記設定圧力に保持した状態において、前記燃料加熱器で燃料が目標燃料温度まで加熱されるタイミングをガスタービン負荷で示した設定負荷に前記ガスタービンの負荷が到達したタイミング以後において、中圧蒸気の圧力の低減を開始し、
中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したときに、前記再熱蒸気系統への中圧蒸気の供給を開始することを特徴とする複合発電プラントの制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の複合発電プラントの制御方法において、
前記ガスタービンの負荷が前記設定負荷に到達したタイミングを知得するために、
前記燃焼器における燃焼形態の切換タイミング、前記燃焼器への燃料供給量が設定値に達したタイミング、前記ガスタービンへ供給される燃焼ガスの温度が設定値に達したタイミング又は圧縮機の入口案内翼の開度が設定値に達したタイミングのうちいずれかを利用することを特徴とする複合発電プラントの制御方法。
【請求項３】
空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器と、
前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンの排熱を利用して圧力の異なる蒸気を発生する高圧排熱回収部、中圧排熱回収部及び低圧排熱回収部を有する排熱回収ボイラと、
前記高圧排熱回収部で発生した高圧蒸気によって駆動される高圧蒸気タービンと、
前記高圧蒸気タービンから排出された再熱蒸気が流通する再熱蒸気系統と、
前記中圧排熱回収部で発生した中圧蒸気が流通する系統であって、前記再熱蒸気系統と接続された中圧蒸気系統と、
前記中圧蒸気系統に設けられ、中圧蒸気の圧力を調節する圧力調節弁と、
前記中圧蒸気系統に設けられ、前記中圧排熱回収部から前記再熱蒸気系統への蒸気の供給を制御する開閉弁と、
前記再熱蒸気系統から供給される蒸気によって駆動される中圧蒸気タービンと、
前記低圧排熱回収部で発生した低圧蒸気によって駆動される低圧蒸気タービンと、
前記中圧排熱回収部で加熱された燃料加熱水を利用して、前記燃焼器に供給される燃料を加熱する燃料加熱器と、
前記圧力調節弁と前記開閉弁を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
プラント起動時のガスタービン負荷上昇過程において、前記圧力調節弁を制御することで、再熱蒸気の圧力より高く設定した設定圧力に中圧蒸気の圧力を保持し、
中圧蒸気の圧力を前記設定圧力に保持した状態において、前記燃料加熱器で燃料が目標燃料温度まで加熱されるタイミングをガスタービン負荷で示した設定負荷に前記ガスタービンの負荷が到達したタイミング以後において、前記圧力調節弁を制御することで中圧蒸気の圧力を前記設定圧力から徐々に低減し、
中圧蒸気の圧力が再熱蒸気の圧力まで低下したときに、前記開閉弁を開くとともに前記圧力調節弁を閉じることを特徴とする複合発電プラント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２７０３６（Ｐ２０１１−２７０３６Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７４１４１（Ｐ２００９−１７４１４１）
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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