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JP2667699B2 - 一軸型コンバインドプラント及びその起動方法 - Google Patents

一軸型コンバインドプラント及びその起動方法

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Publication number
JP2667699B2
JP2667699B2 JP1013145A JP1314589A JP2667699B2 JP 2667699 B2 JP2667699 B2 JP 2667699B2 JP 1013145 A JP1013145 A JP 1013145A JP 1314589 A JP1314589 A JP 1314589A JP 2667699 B2 JP2667699 B2 JP 2667699B2
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turbine
pressure turbine
auxiliary
pressure
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JP1013145A
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真一 保泉
芳樹 野口
和貞 星野
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/12Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled
    • F01K23/16Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled all the engines being turbines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、補助蒸気を蒸気タービンに供給して起動す
る一軸型コンバインドプラントに係り、特に、起動時の
蒸気タービンの温度上昇による事故を回避するに好適な
一軸型コンバインドプラント及びその起動方法に関す
る。
[従来の技術] ガスタービンと蒸気タービンと発電機とを同軸に連結
した一軸型コンバインドプラントを起動する場合、従来
は、電動機またはディーゼルエンジン等でガスタービン
をある程度回転させガスタービンに付属する空気圧縮機
から該ガスタービンに所要の空気量が供給されるように
なってからガスタービンに点火するようにしている。し
かし、この起動方法を採用する場合は、起動用の電動機
等が必要となる。
そこで、特開昭58−160502号公報記載の従来技術で
は、起動時に補助蒸気を蒸気タービンに導入することで
蒸気タービンを回転させてガスタービンを回転させ、プ
ラントの起動を行っている。
[発明が解決しようとする課題] 上記特開昭58−160502号公報記載の従来技術では、補
助蒸気でプラントの初期起動を行い、ガスタービン点火
後に軸回転数が下がらなくなったとき、補助蒸気の蒸気
タービンへの供給を停止している。この様に補助蒸気を
使用してプラントの初期起動を行う場合、ガスタービン
の排熱による排熱回収装置からの蒸気が蒸気タービンを
駆動するに充分となって蒸気タービンに供給されるまで
は、蒸気タービンはガスタービンにより空転させられる
ことになる。しかし、蒸気タービンがこの様に空転する
と、特に蒸気タービンの最終段の動翼長が長い為、撹拌
効果によって蒸気タービン内部の温度が上昇し、危険な
運転状態に陥る虞がある。
更にまた、蒸気タービンに補助蒸気を導入してプラン
トの初期起動を行う場合、単に補助蒸気を蒸気タービン
を構成する高圧タービンや中低圧タービンに導入する構
成にしても、プラント設備の蒸気系配管が複雑になり、
またその強度設計が困難になるという不都合がある。
本発明の目的は、補助蒸気を使用してプラントを起動
させる時に蒸気タービンの内部温度の上昇を抑制するこ
とができ、しかも、配管設計が容易な一軸型コンバイン
ドプラントを提供することにある。
[課題を解決するための手段] 上記目的は、連結軸にて同軸に結合されたガスタービ
ン及び蒸気タービン及び発電機と、前記ガスタービンの
排熱を回収して蒸気を発生する排熱回収装置とを備え、
前記蒸気タービンは高圧タービンと該高圧タービンから
排出された蒸気を前記排熱回収装置で昇温した蒸気が供
給される再熱型の中圧タービンと該中圧タービンの排気
蒸気が供給される低圧タービンとを備えて成る一軸型コ
ンバインドプラントにおいて、該一軸型コンバインドプ
ラント起動時に、前記排熱回収装置からの蒸気とは別の
補助蒸気を前記中圧タービンに供給して前記一軸型コン
バインドプラントの前記連結軸を昇速し、その後に前記
ガスタービンに点火し、該ガスタービンの排熱による前
記排熱回収装置からの蒸気が前記高圧タービンに供給さ
れるまで前記中圧タービンへの前記補助蒸気の供給を継
続することで、達成される。
[作用] プラント起動時において、タービン駆動用蒸気が排熱
回収装置から供給されるまで、低圧タービンは補助蒸気
により冷却され、危険な運転状態になることはない。
また、プラント起動時に導入する蒸気タービンを再熱
型中圧タービンとしたので、配管や弁類の設計を高圧蒸
気用にする必要がなくなり、更に、配管システムの構成
が容易になる。
[実施例] 以下、本発明の好適な実施例を図面を参照して説明す
る。
第1図は、本発明の第1実施例に係る一軸型コンバイ
ンドプラントのシステム構成図である。ガスタービン設
備10、再熱型蒸気タービン20及び発電機25が機械的に連
結軸9で一軸に直結され、前記ガスタービン10からの排
ガス熱を回収する排熱回収ボイラ30での発生蒸気は、高
圧蒸気管51,再熱蒸気管55及び低圧蒸気管57により、前
記再熱型蒸気タービン20を構成する高圧タービン21,再
熱型中圧タービン(以下、再熱タービンという)22及び
低圧タービン23に供給される様になっている。またこの
タービン駆動用蒸気供給系とは別に、補助蒸気ヘッダ70
からの補助蒸気は、蒸気遮断弁72を具備する補助蒸気配
管71にて、前記再熱タービン22へ排熱回収ボイラ30から
の蒸気を導入する再熱蒸気配管55へ連結する構成となっ
ている。
ここで、プラントの起動時には、前記補助蒸気ヘッダ
70からの蒸気を補助蒸気配管71を介して再熱タービン22
に導入し、エネルギーを与えることによって該再熱ター
ビン22を駆動する。再熱タービン22の回転によってこれ
と同軸に結合されているガスタービン10及び発電機25も
同時に回転を開始し、ガスタービン10を構成する圧縮機
12は大気を吸引し、燃焼器15へ燃焼用の圧縮空気を送り
込むことになる。こうして蒸気タービン20にて回転して
いる連結軸9の回転数があらかじめ定められた回転数に
到達し、前記燃焼器15での着火条件が成立した後燃料流
量調整弁14を微開し、該燃焼器15へ燃料を送り込み、こ
れに点火する。その後は、連結軸9の回転数を、前記燃
料流量調整弁14を調整することによって制御し、定格回
転数に到達後、ガスタービンの負荷上昇を行う。
ガスタービン点火後は、高温の排ガスがガスタービン
11から排出され、この排熱を前記排熱回収ボイラ30で熱
回収し、高圧蒸気並びに低圧蒸気を発生することになる
が、発生初期の蒸気は温度が低く前記蒸気タービン20へ
の通気条件が整うまではタービンバイパス運用を行うこ
とになる。すなわち、高圧ドラム31で発生した高圧蒸気
は過熱器32を通り、高圧主蒸気管51,高圧タービンバイ
パス弁62を具備した高圧バイパス管61,さらに低温再熱
蒸気管54を介して排熱回収ボイラ30内に備えられる再熱
器33にて再熱され、再熱蒸気配管55及び中圧タービンバ
イパス管63を介して復水器40に排出される。また、低圧
ドラム34で発生した低圧蒸気も低圧過熱器35で加熱さ
れ、低圧蒸気管57,低圧タービンバイパス管65を介して
復水器40へ排出される。
この様にタービンバイパス運転を実施し、前記排熱回
収ボイラ30での発生蒸気が蒸気タービン20に導入されな
い間は、該蒸気タービン20は前記ガスタービン10への燃
料投入による回転数制御にて受動的に回転させられてお
り、この時、蒸気タービン20に何ら蒸気が供給されない
場合には、特に長翼で構成される低圧タービン23の内部
温度が撹拌効果によって上昇し、危険な運転状態になる
ことが予想される。そこで本実施例では、ガスタービン
点火前まで連結軸9の回転数上昇に利用した補助蒸気
を、引き続き、低圧タービン23の冷却に必要な量、再熱
タービン22を通して低圧タービン23に供給し、低圧ター
ビン23内部での温度上昇を抑制する。
補助蒸気の供給期間としては、前記排熱回収ボイラ30
での発生蒸気を前記蒸気タービン20へ通気するまでで良
く、これを第2図に示す。ここで第2図に示す補助蒸気
量の制御、すなわち起動当初の軸系の回転数上昇並びに
ガスタービン点火後の蒸気タービン冷却蒸気量の確保等
は、該再熱タービン22への蒸気量を調整する目的及び当
初より設置されている再熱蒸気量調整弁56にて行う。
また、上記の起動過程においては、再熱タービン22に
蒸気を導入するため、高圧タービン21が空転することに
なるが、これは高圧タービン排気側と復水器40とを弁60
を具備する配管59で連絡し、上記運転中は該弁40を開
し、高圧タービン内部圧力を復水器と同じ真空状態に保
つことで温度上昇を抑制する。これは、高圧タービン21
の翼長が短いため、斯かる対策で十分冷却が可能とな
る。
尚、プラント初期起動時に、補助蒸気を高圧タービン
21に導入しても、連結軸を回転させ、更に昇速させると
いう目的を達成することはできる。しかし、本実施例で
は、以下の理由により、高圧タービンではなく、再熱タ
ービン22に補助蒸気を導入し、プラントの初期起動を行
っている。
1) 高圧タービン21にプラント初期起動用の補助蒸気
を導入した場合、高圧タービン21を回転させた補助蒸気
は低温再熱蒸気管を通り排熱回収ボイラ内の再熱器に導
かれる構成となるが、この段階ではガスタービンからの
排ガスが排熱回収ボイラに導入されていないため、再熱
蒸気管を通る蒸気は、前記高圧タービンで仕事をして低
温の蒸気となっており、再熱タービンに通気することが
できない状態となっている。従って、この低温蒸気は中
圧タービンバイパス管を通して復水器へ排出することに
なる。このため、低圧タービンへの冷却蒸気は他の系統
から供給する必要があり、システムが複雑になると共
に、ガスタービン点火前にタービンバイパス系の制御も
必要であり、起動操作が非常に複雑になってしまう。
2) 一般に、補助蒸気圧力は10〜20kg/cm2程度である
が、高圧蒸気圧力は約100kg/cm2である。このため、補
助蒸気供給時は比容積の関係から、主蒸気系の配管,弁
類の高圧蒸気圧力での設計に対し5〜10倍の大きなもの
が必要となる。
この点、再熱タービン22への補助蒸気供給方式を採用
する本発明の場合には、再熱タービン22に導入された蒸
気がそのまま低圧タービン23に流入するため、特に別の
独立した冷却蒸気を導入する必要はなく、系統多び運転
制御共、シンプルで信頼性も高いものとなる。
一方、再熱蒸気圧力は約20kg/cm2近傍が選定されるこ
とになるため、補助蒸気の圧力とほぼ同じであり、再熱
蒸気系の配管,弁類も特に大きなものは必要とせず、経
済的なプラントを提供することができる。
以上の点から、再熱/一軸型コンバインドプラントの
蒸気タービンによる起動時に、補助蒸気を再熱タービン
に導入する方法がいかに効果的であるかが理解できよ
う。
第3図は、本発明の第2実施例に係る一軸型コンバイ
ンドプラントの構成図である。本実施例では、再熱ター
ビン22への補助蒸気導入に際して、排熱回収ボイラ30か
らの再熱蒸気管55とは独立に直接補助蒸気配管71を前記
再熱タービン22に連結している。そして、ガスタービン
点火前の蒸気タービンによる回転数上昇時、並びに低圧
タービン冷却用蒸気供給時の補助蒸気量制御は、該補助
蒸気配管71上に具備された調整弁73によって行ってい
る。本実施例によっても第1実施例と同様の効果を得る
ことができる。
第4図は、プラント起動時に、排熱回収ボイラ30の低
圧蒸気ドラム34から発生する蒸気が、低圧タービン23の
冷却用蒸気として使用できるようになったとき、補助蒸
気による冷却に代え、低圧蒸気ドラム34からの蒸気を、
低圧蒸気配管57及び弁58を介して低圧蒸気タービン23に
導入する実施例の制御説明図である。この様に、低圧蒸
気ドラム34からの蒸気が冷却用として使用できる様にな
った時点で、補助蒸気の供給をストップし、低圧蒸気ド
ラム34からの蒸気を使用するので、補助蒸気供給時間を
短縮でき、経済的な運転が可能となる。勿論、排熱回収
ボイラ30からの蒸気を再熱タービン22に供給して該蒸気
で再熱タービン22が駆動される様になったとき(このと
きは、再熱タービン22からの排気蒸気が低圧タービン23
に導入され、冷却用の補助蒸気は不要になる。)補助蒸
気の再熱タービン22への供給を停止しても良いことは、
言うまでもない。
第5図は、本発明の第3実施例に係る一軸型コンバイ
ンドプラントの構成図である。本実施例では、再熱ター
ビン22と補助蒸気ヘッダ70とを連結する補助蒸気配管71
の途中に、蒸気温度調整装置74を設けている。この様に
蒸気温度調整装置74を設けることで、補助蒸気導入によ
るプラント初期起動時において、起動前のプラント停止
時間(停止時間をプラントの冷却温度の関数として見る
ことができる。)あるいは起動時のタービンメタル温度
により区分されるプラント起動モードに応じた補助蒸気
温度を実現でき、更に効果的なタービン起動が可能とな
る。
[発明の効果] 本発明によれば、補助蒸気をプラント初期起動後にも
中圧タービンから低圧タービンに流して該低圧タービン
の冷却を行うので、低圧タービンの温度上昇による異常
運転状態を回避でき、補助蒸気による安全なプラント起
動が実現できる。しかも、再熱タービンに補助蒸気を供
給してプラント起動を行うので、配管システムが簡便と
なり、更に補助蒸気用の配管や弁類の強度を高める必要
がなくなるので、信頼性が高まりコストも低減される効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例に係る一軸型コンバインド
プラントの構成図、第2図(a),(b)は補助蒸気供
給制御の一実施例に係る説明図、第3図は本発明の第2
実施例に係る一軸型コンバインドプラントの構成図、第
4図(a),(b)は補助蒸気供給制御の別実施例の説
明図、第5図は本発明の第3実施例に係る一軸型コンバ
インドプラントの構成図である。 10……ガスタービン設備、11……ガスタービン、12……
圧縮機、13……燃料配管、14……燃料流量調整弁、15…
…燃焼器、20……再熱型蒸気タービン設備、21……高圧
タービン、22……再熱タービン、23……低圧タービン、
25……発電機、30……排熱回収ボイラ、31……高圧ドラ
ム、32……過熱器、33……再熱器、34……低圧ドラム、
35……低圧過熱器、40……復水器、51……高圧蒸気管、
52……高圧蒸気量調整弁、53……再熱蒸気逆止弁、54…
…低温再熱蒸気管、55……再熱蒸気管、56……再熱蒸気
量調整弁、57……低圧蒸気管、59……ベンチレータ蒸気
管、60……ベンチレータ弁、61……高圧タービンバイパ
ス管、62……高圧タービンバイパス弁、63……中圧ター
ビンバイパス管、64……中圧タービンバイパス弁、65…
…低圧タービンバイパス管、66……低圧タービンパイパ
ス弁、70……補助蒸気ヘッダ、71……補助蒸気配管、72
……補助蒸気遮断弁、73……補助蒸気量調整弁、74……
蒸気温度調整装置。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】連結軸にて同軸に結合されたガスタービン
    及び蒸気タービン及び発電機と、前記ガスタービンの排
    熱を回収して蒸気を発生する排熱回収装置とを備え、前
    記蒸気タービンは高圧タービンと該高圧タービンから排
    出された蒸気を前記排熱回収装置で昇温した蒸気が供給
    される再熱型の中圧タービンと該中圧タービンの排気蒸
    気が供給される低圧タービンとを備えて成る一軸型コン
    バインドプラントにおいて、該一軸型コンバインドプラ
    ント起動時に、前記排熱回収装置からの蒸気とは別の補
    助蒸気を前記中圧タービンに供給して前記一軸型コンバ
    インドプラントの前記連結軸を昇速し、その後に前記ガ
    スタービンに点火し、該ガスタービンの排熱による前記
    排熱回収装置からの蒸気が前記蒸気タービンに供給され
    るまで前記中圧タービンへの前記補助蒸気の供給を継続
    することを特徴とする一軸型コンバインドプラント起動
    方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、中圧タービンへタービ
    ン駆動用蒸気を供給する経路を利用して補助蒸気を中圧
    タービンに供給し、中圧タービンの蒸気調整弁にて補助
    蒸気量を調整することを特徴とする一軸型コンバインド
    プラント起動方法。
  3. 【請求項3】請求項1において、中圧タービンへタービ
    ン駆動用蒸気を供給する経路とは別の補助蒸気用経路に
    て該中圧タービンに補助蒸気を供給し、該補助蒸気用経
    路中に設けた調整弁にて補助蒸気量を調整することを特
    徴とする一軸型コンバインドプラント起動方法。
  4. 【請求項4】請求項1乃至請求項3のいずれかにおい
    て、プラント起動前のプラント停止時間あるいは蒸気タ
    ービンのメタル温度の少なくとも一方に応じて補助蒸気
    の温度を調整することを特徴とする一軸型コンバインド
    プラント起動方法。
  5. 【請求項5】連結軸にて同軸に結合されたガスタービン
    及び蒸気タービン及び発電機と、前記ガスタービンの排
    熱を回収して蒸気を発生する排熱回収装置とを備え、前
    記蒸気タービンは高圧タービンと該高圧タービンから排
    出された蒸気を前記排熱回収装置で昇温した蒸気が供給
    される再熱型の中圧タービンと該中圧タービンの排気蒸
    気が供給される低圧タービンとを備えて成る一軸型コン
    バインドプラントにおいて、前記排熱回収装置からの蒸
    気とは別の補助蒸気を前記中圧タービンに供給して停止
    中の前記連結軸を回転させ、前記ガスタービン点火後に
    前記排熱回収装置からの蒸気が前記高圧タービンに供給
    されるまで前記補助蒸気の前記中圧タービンへの供給を
    維持する補助蒸気供給装置を備えることを特徴とする一
    軸型コンバインドプラント。
  6. 【請求項6】高圧タービンと再熱型中圧タービンと該再
    熱型中圧タービンの排気蒸気が導入される低圧タービン
    とで構成された蒸気タービンと、該蒸気タービンと同軸
    の連結軸で結合されたガスタービン及び発電機と、前記
    ガスタービンの排熱を回収して蒸気を発生し該蒸気を前
    記高圧タービンと前記再熱型中圧タービンに戻す蒸気経
    路を備える排熱回収装置と、プラント起動時に前記再熱
    型中圧タービンに前記排熱回収装置からの蒸気とは別の
    補助蒸気を前記再熱タービンに供給する補助蒸気供給装
    置とを備えて成ることを特徴とする一軸型コンバインド
    プラント。
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JP2593578B2 (ja) * 1990-10-18 1997-03-26 株式会社東芝 コンバインドサイクル発電プラント
JP5221443B2 (ja) * 2009-05-08 2013-06-26 株式会社東芝 一軸型複合サイクル発電プラントの起動方法および一軸型複合サイクル発電プラント

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