JP5751982B2

JP5751982B2 - 発電プラント及びその改造方法

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Publication number: JP5751982B2
Application number: JP2011176260A
Authority: JP
Inventors: 俊一石井; 小林　淳一; 淳一小林; 野村　真澄; 真澄野村; 園田　隆; 隆園田; 一也東; 敏昭大内; 昭彦齋藤
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2011-08-11
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-08-11
Also published as: JP2013040567A

Description

本発明は、ガスタービン及びガスタービンの排熱で駆動される蒸気タービンを備えたコンバインド発電プラント及びその改造方法に関する。

ガスタービン及び蒸気タービンを備えた複合サイクル型発電プラントでは、排熱回収ボイラを用いてガスタービンの排気熱を利用し、蒸気タービンを駆動している。かかる方式の発電プラントでは、始動運転時には、排熱回収ボイラ及び蒸気タービンを構成する部材がガスタービンの排気によって急速に温度上昇する。例えば、排熱回収ボイラ内では、常温付近の温度（４０℃付近）から、ガスタービンの始動によって６００℃付近まで急激に上昇する。そのため、これらの構成部材が急激に熱歪を生じ、熱損傷を受けるおそれがある。これを防止するため、ガスタービンの急激な出力上昇を抑えている。

特許文献１には、排熱回収ボイラ内の急激な温度上昇を抑制して、複合サイクル型発電プラントの始動運転を促進する手段が開示されている。以下、この手段を図９より説明する。図９おいて、排熱回収ボイラ２００の内部にガスタービンの排気通路が形成されている。該排気通路にヒートパイプ２０４が配置され、該ヒートパイプ２０４は、排熱回収ボイラ２００の隔壁及び該隔壁に設けられた内側フランジ２０２を貫通して外部に延設されている。排熱回収ボイラ１００の外部にファン２０６が設けられ、ファン２０６でヒートパイプ２０２に冷風を送るように構成されている。

ヒートパイプ２０４の端部に設けられた外側フランジ２０８に、ヒンジ２１０を介してゲート２１２が回動可能に設けられ、該ゲート２１２によって冷風の流路面積を変更可能にしている。排熱回収ボイラ２００の内側及び外側に、ガスタービン排気及びヒートパイプ２０４の温度を検出する熱伝対２１４が配設されている。熱伝対２１４の温度検出値はコントローラ２１６に送られる。ヒートパイプ２０４には、内部に作動流体又は冷却液が密封されている。

該作動流体又は冷却液は、排熱回収ボイラ２００の内部でガスタービン排気の熱を吸収し蒸発すると共に、排熱回収ボイラ２００の外部で冷却され、凝縮する。コントローラ２１６は、ガスタービン排気及びヒートパイプ２０４の温度に応じて、ファン２０６の回転速度及びゲート１１２の角度θを制御し、ヒートパイプ２０４の冷却効果を調節している。

ガスタービンの燃焼器は、拡散燃焼方式のものと予混合燃焼方式のものとがある。予混合燃焼方式のものは、拡散燃焼方式のものと比べてＮＯ_Ｘ排出量を低減できる。ガスタービンの負荷が定格負荷より減少する場合、燃焼温度も同時に低下する。予混合燃焼方式の燃焼器を用いると、ＮＯ_Ｘ排出量は低下するが、ある燃焼温度以下ではＣＯが許容レベルを超えるおそれがある。そのため、低負荷運転時は、拡散燃焼方式のものを用いることになるが、予混合燃焼方式と比べて、ＮＯ_Ｘ排出量が多くなる。従って、予混合燃焼方式を使用できる低負荷運転領域を拡大できることが望ましい。

ガスタービンのターンダウン運転（部分負荷運転又は低負荷運転）は、排気の排出要件や排気温度、圧力脈動による振動騒音の発生、その他幾つかの作動限界があるため、下限負荷制限がある。電力需要の観点から、ガスタービンは大きな負荷変動を受けることが多く、そのため、広い負荷変動を許容できる柔軟な運転を可能にすることが望まれている。そうでないと、頻繁な運転停止と再始動を必要とし、その結果、ガスタービンのハードウェアの寿命を短くする。

特許文献２には、予混合燃焼方式を用いたガスタービンの低負荷運転範囲を拡大できる手段が開示されている。この手段は、ガスタービンの排気通路に排気流量を制限する仕切板を設け、コントローラによって、この仕切板を動作させて排気通路の断面積を減少させ、排気温度が低負荷運転時の所望温度を維持し、かつ排気圧力を閾値以下に低下しつつ、目標とする低負荷運転に移行するようにしている。

特開２０１０−３１８６８号公報特開２００９−２５０２３６号公報

特許文献１に開示された排気温度上昇抑制手段は、ヒートパイプ及びファンの設置を必要とするため、設備費が高価となる。また、排熱回収ボイラの外側に配置されるヒートパイプやファン用のスペースを確保する必要があり、排熱回収ボイラの設置スペースを大きく取る必要がある。さらに、ファンやゲートを設けるため、設備が大掛かりになると共に、ファンを常時駆動する必要があるため、ファン動力が増加し、運転費が高コストとなる問題がある。

低負荷運転に移行するため、ガスタービンの排気流量を制御すると、排気温度は上昇する。そのため、ガスタービンの高温部位の温度が上昇し、熱歪により熱損傷を受けるおそれがある。特許文献２に開示された低負荷運転領域拡大手段は、ガスタービンを構成する部位及び機器が蒙る熱損傷に対する対策を講じていない。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、設備が大掛かりとならず、既存の設備に設ける場合でも、改造が容易な排気温度上昇抑制手段を実現することを第１の目的とする。第２の目的は、部分負荷運転又は低負荷運転時に、ガスタービン高温部位の熱損傷のおそれをなくすことにある。

かかる目的を達成するため、本発明の発電プラントは、ガスタービンと、該ガスタービンの排気と熱交換して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気で駆動される蒸気タービンと、ガスタービン及び蒸気タービンによって駆動される発電機とを備えた発電プラントにおいて、排熱回収ボイラ内の入口側排気通路に設けられた流入熱量低減装置、流入熱量低減装置の下流側排気通路に設けられた温度センサ、及び温度センサで検出された排気温度の上昇速度が閾値を超えないように、流入熱量低減装置を作動させる第１のコントローラからなる温度上昇抑制機構と、ガスタービンの排気通路に設けられ、排気通路の開度を可変とする開度可変装置、ガスタービン出力、ガスタービン排気の圧力及び温度の検出値、及びガスタービンの高温部位の温度検出値を入力し、これら入力値のうち最も閾値に近い入力値を選択するミニマムセレクタ、及びミニマムセレクタで選択された入力値が閾値を超えないように開度可変装置を動作させる第２のコントローラからなる負荷制御機構とを備えているものである。

本発明プラントの温度上昇抑制機構は、排熱回収ボイラ内の入口側排気通路に流入熱量低減装置を設けることで、排熱回収ボイラに流入する排気保有熱量を制限する。これによって、排熱回収ボイラの急激な温度上昇を抑え、排熱回収ボイラや蒸気タービンの構成部位の熱損傷を防止できる。また、排熱回収ボイラの外側に機器類を配置する必要がないので、排熱回収ボイラの設置スペースを拡大することなく、既存設備に付設するときでも、既存設備の大幅な改造を要しない。また、流入熱量低減装置の下流側排気温度の上昇速度に閾値を設定し、該上昇速度に応じて流入熱量低減装置を作動させるようにしているので、排熱回収ボイラ及びその下流側に設けられた蒸気タービンの構成機器の温度上昇を安定制御できる。

本発明プラントの負荷制御機構は、ガスタービン出力、ガスタービン排気の圧力及び温度以外に、ガスタービンの高温部位の温度を制御パラメータに加え、該高温部位の温度が閾値を超えないように負荷制御を行なう。そのため、排気通路の開度を可変とする開度可変装置を設けて、運転可能な低負荷領域を拡大可能にしたことに加えて、低負荷運転時に、該高温部位の温度上昇を回避でき、該構成部位の熱損傷を防止できる。

バイパススタック（バイパス煙突）は、主として、排熱回収ボイラ又は蒸気タービンの保守点検時等において、ガスタービンを単独運転させるときに用いられる。かかる構成では、排気の一部をバイパススタックから外部へ放出することで、排熱回収ボイラに導入される排気の熱量を低減できる。本発明プラントにおいて、ガスタービンの排気通路に接続されたバイパススタックと、バイパススタックの手前で、排気通路から分岐して排熱回収ボイラに排気を送る排気分岐通路と、排気通路と排気分岐通路との分岐部に設けられ、バイパススタック又は排熱回収ボイラに送る排気の流量を調節するダンパー装置とを備え、流入熱量低減装置は、排熱回収ボイラ内の入口側排気通路の開度を調節し、排熱回収ボイラ内に導入される排気熱量を調節可能にするものであるとよい。

これによって、ダンパー装置と流入熱量低減装置の２段階で排熱回収ボイラに流入する排気の流量を制御でき、流入する排気の保有熱量を制御できる。ダンパー装置には、排気流量の制御ができない角度領域があり、この領域の流量制御を流入熱量低減装置で補うことで、導入排気熱量を正確に制御できる。また、ガスタービンのバイパススタックを備えた既存設備からの改造が容易にでき、改造費を節減できる。また、常時ファンを作動させる特許文献１と比べて、流入熱量低減装置の作動動力を低減できる。

本発明プラントにおいて、流入熱量低減装置は、多数の帯状板が長手軸を中心に回動可能に並設されてなり、該帯状板を回動させ、各帯状板間の隙間を調節することで、排熱回収ボイラの入口側排気通路の開度を調節するものであるとよい。これによって、排熱回収ボイラに流入する排気流量及びその保有熱量を、簡素かつ低コストな手段で制御できる。また、帯状板の角度によって、排気の流れ方向を排熱回収ボイラの内壁側へ向けることができる。これによって、排気流路を曲折させ、排気通路の下流側に設けられた熱交換器に到達するまでの時間を長くできるので、排気の冷却効果を増すことができる。

本発明プラントにおいて、流入熱量低減装置を、排熱回収ボイラの入口側排気通路に冷却水を噴射するノズルで構成し、第１のコントローラによって、温度センサで検出された排気温度の上昇速度に応じて冷却水噴射量が調節されるように構成されているとよい。これによって、駆動部及び駆動部に要する動力を低減した簡素かつ低コストな構成とすることができる。また、冷却水の蒸気潜熱を利用して排気を冷却するので、冷却効果を増大できる。

本発明プラントにおいて、温度監視部位とするガスタービンの高温部位として、燃焼ガスが流入するガスタービンの入口部位及び静翼、動翼等のタービン翼を選択し、タービン翼の温度は、タービン翼に穿設された冷却孔に導入された冷却空気の温度を検出することで、タービン翼の温度の目安とするとよい。これによって、構成部位を含めたガスタービン全般の構成部位の熱損傷を防止できる。

本発明の発電プラントの改造方法は、ガスタービンと、ガスタービンの排気通路に接続されたバイパススタックと、排気通路から分岐した排気分岐通路を介して送られた排気と熱交換して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気で駆動される蒸気タービンと、ガスタービン及び蒸気タービンで駆動される発電機と、排気通路と分岐排気通路との分岐部に設けられ、バイパススタック又は排熱回収ボイラに送る排気の流量を調節するダンパー装置とを備えた発電プラントの改造方法において、排熱回収ボイラ内の入口側排気通路に流入熱量低減装置を設けるステップ、流入熱量低減装置の下流側排気通路に温度センサを設けるステップ、及び温度センサで検出された排気温度の上昇速度が閾値を超えないように、流入熱量低減装置を作動させる第１のコントローラを設けるステップからなる温度上昇抑制機構設置工程と、ガスタービンの排気通路に排気通路の開度を可変とする開度可変装置を設けるステップ、ガスタービン出力、ガスタービン排気の圧力及び温度の検出値、及びガスタービンの高温部位の温度検出値を入力し、これら入力値のうち最も閾値に近い入力値を選択するミニマムセレクタを設けるステップ、及びミニマムセレクタで選択された入力値が閾値を超えないように開度可変装置を動作させる第２のコントローラを設けるステップからなる負荷制御機構設置工程とからなるものである。

これによって、バイパススタック及びガスタービン排気をバイパススタック又は排熱回収ボイラに送るダンパー装置を備えた既設の発電プラントに対して、流入熱量低減装置及び開度可変装置、及びこれらの制御機器を付設するだけで、大幅な改造を要することなく、本発明の発電プラントに改造できる。そのため、改造に要するコスト及び手間を節減できる。

本発明の発電プラントによれば、ガスタービンと、該ガスタービンの排気と熱交換して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気で駆動される蒸気タービンと、ガスタービン及び蒸気タービンによって駆動される発電機とを備えた発電プラントにおいて、排熱回収ボイラ内の入口側排気通路に設けられた流入熱量低減装置、流入熱量低減装置の下流側排気通路に設けられた温度センサ、及び温度センサで検出された排気温度の上昇速度が閾値を超えないように、流入熱量低減装置を作動させる第１のコントローラからなる温度上昇抑制機構と、ガスタービンの排気通路に設けられ、排気通路の開度を可変とする開度可変装置、ガスタービン出力、ガスタービン排気の圧力及び温度の検出値、及びガスタービンの高温部位の温度検出値を入力し、これら入力値のうち最も閾値に近い入力値を選択するミニマムセレクタ、及びミニマムセレクタで選択された入力値が閾値を超えないように開度可変装置を動作させる第２のコントローラからなる負荷制御機構とを備えているので、排熱回収ボイラや蒸気タービンを構成する部位の熱損傷を回避しながら、複合サイクル型発電プラントにおけるガスタービンの出力制限を緩和できると共に、ガスタービン構成部位の熱損傷を蒙ることなく、低負荷運転領域を拡大できる。そして、かかる機能を低コストな手段で実現でき、かつ既存設備に対して大幅な改造を要することなく実現できる。

本発明の発電プラントの改造方法は、ガスタービンと、ガスタービンの排気通路に接続されたバイパススタックと、排気通路から分岐した排気分岐通路を介して送られた排気と熱交換して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気で駆動される蒸気タービンと、ガスタービン及び蒸気タービンで駆動される発電機と、前記排気通路と分岐排気通路との分岐部に設けられ、バイパススタック又は排熱回収ボイラに送る排気の流量を調節するダンパー装置とを備えた発電プラントの改造方法において、排熱回収ボイラ内の入口側排気通路に流入熱量低減装置を設けるステップ、流入熱量低減装置の下流側排気通路に温度センサを設けるステップ、及び温度センサで検出された排気温度の上昇速度が閾値を超えないように、流入熱量低減装置を作動させる第１のコントローラを設けるステップからなる温度上昇抑制機構設置工程と、ガスタービンの排気通路に排気通路の開度を可変とする開度可変装置を設けるステップ、ガスタービン出力、ガスタービン排気の圧力及び温度の検出値、及びガスタービンの高温部位の温度検出値を入力し、これら入力値のうち最も閾値に近い入力値を選択するミニマムセレクタを設けるステップ、及びミニマムセレクタで選択された入力値が閾値を超えないように開度可変装置を動作させる第２のコントローラを設けるステップからなる負荷制御機構設置工程とからなるので、バイパススタック及びダンパー装置を備えた既設の発電プラントに対し、簡単かつ低コストな改造で、本発明プラントを実現できる。

本発明装置の第１実施形態に係る複合サイクル型発電プラントの全体構成図である。第１実施形態で、ダンパー装置の開度制御方法の一例を示す線図である。第１実施形態の負荷制御機構の制御回路を示すブロック線図である。前記制御回路のフィードバック回路を示すブロック線図である。本発明装置の第３実施形態の流入熱量低減装置を示す平面図である。図５中のＡ―Ａ線に沿う正面視断面図である。本発明装置の第４実施形態の流入熱量低減装置を示す平面視断面図である。第４実施形態で、冷却水噴霧量の制御方法を示す線図である。従来の流入熱量低減装置を示す概略図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明を複合サイクル型発電プラントに適用した第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１において、本実施形態に係る複合サイクル型発電プラント１０は、単一の回転軸１２を共有するガスタービン１４、コンプレッサ１６及び発電機１６を備えている。また、発電機１６には発電出力を検出する出力検出器２０が取り付けられている。給気ａはコンプレッサ１６に取り込まれ、圧縮されて燃焼器２２に送られる。燃焼器２２に燃料ガス供給管２４が接続され、燃料ガス供給管２４から燃料ガスｆが供給される。燃焼器２２で、給気ａと燃料ガスｆとを混合し、この混合ガスを着火して高温の燃焼ガスを生成し、ガスタービン１４に導入する。

燃焼ガスが導入されるガスタービン１４の入口部位１４ａには、温度センサ２６が装着されている。燃焼ガスはガスタービン１４を駆動し、回転軸１２を高速回転させ、発電機１８で電力を発生させる。なお、コンプレッサ１６に吸入された給気ａの一部は、分岐路２８に分岐されて空気冷却器３０に導入され、ここで冷却水ｗと熱交換して冷却される。冷却された給気ａは、枝管２８ａからガスタービン１４のロータ（図示省略）に導入されて、該ロータを冷却する。他の冷却空気は、枝管２８ｂから静翼や動翼等のタービン翼３２に穿設された冷却用孔（図示省略）に導入され、タービン翼３２を冷却する。

タービン翼３２から冷却空気を回収する回収管３４に温度センサ３６が装着されている。
温度センサ３６で回収冷却空気の温度を検出することで、タービン翼３２の温度を検出することができる。このように、ガスタービンのうち、特に高温となるガスタービン入口部位１４ａ及びタービン翼３２に温度センサ２６及び３６を設け、これら高温部位の温度を検出している。

ガスタービン１４の排気通路３８には、途中に排気分岐通路４０が分岐している。排気通路３８はバイパススタック４２に接続され、排気分岐通路４０は排熱回収ボイラ４４の内部に形成された排気通路４４ａの入口側に接続されている。排気通路３８と排気分岐通路４０との分岐部には、回動可能なダンパからなり、排気ｅをバイパススタック４２又は排熱回収ボイラ４４に分配するダンパ装置４６が設けられている。ダンパ装置４６の傾斜角θ１は、駆動装置４８で変更され、これによって、バイパススタック４２又は排熱回収ボイラ４４への分配量が調節される。駆動装置４８はコントローラ５０によって制御される。

排熱回収ボイラ４４の内部には、入口側排気通路４４ａの下流側に熱交換管群４４ｂが配置されている。熱交換管群４４ｂには、復水器５２で凝縮した復水が管路５１から流れ込み、排気と熱交換して蒸発する。蒸発した蒸気は、管路５４を通って蒸気タービン５６に供給され、蒸気タービン５６を駆動する。蒸気タービン５６と発電機５８とは、回転軸６０を共有しており、蒸気タービン５６が駆動することで、発電機５８で電力を発生させる。蒸気タービン５６を駆動した後の蒸気は、復水器５２で凝縮した後、再び熱交換管４４ｂに導入される。

排熱回収ボイラ４４内の排気通路４４ａの入口側には、排気導入量制御装置６２が設けられている。排気導入量制御装置６２は、排熱回収ボイラ４４の隔壁４４ｃを貫通して矢印方向に往復動可能に配置され、排気通路４４ａの入口側流路面積を可変とする仕切板６４と、仕切板６４を往復動させる駆動装置６６とで構成されている。駆動装置６６はコントローラ５０によって制御される。

ダンパ装置４６より上流側の排気通路３８には、仕切板６８が設けられている。仕切板６８は、排気通路３８の隔壁を貫通して配置され、その駆動装置７０によって移動し、排気通路３８の断面積を変えることができる。仕切板６８及び駆動装置７０で負荷制御機構７１を構成している。駆動装置７０は、コントローラ５０によって制御される。また、仕切板６８の上流側排気通路３８に、排気ｅの圧力を検出する圧力センサ７２、及び排気ｅの温度を検出する温度センサ７４が設けられている。また、排熱回収ボイラ４４内で、仕切板６４より下流側の排気通路４４ａの排気温度を検出する温度センサ７６が設けられている。出力センサ２０、温度センサ２６，３６、７４，７６及び圧力センサ７２の検出値は、コントローラ５０に入力される。

かかる構成において、排気通路３８から排熱回収ボイラ４４に流入する排気量は、ダンパ装置４６の角度θ１と、仕切板６４によって二重に調節される。ダンパ装置４６の角度θ１が１０°以下又は９０°以上のとき、ダンパ装置４６の流量調節能力は低下する。この流量調節能力の低下を仕切板６４の作動で補うことができる。温度センサ７６で排気温度を検出し、コントローラ５０によって、この検出値から演算した排気温度上昇速度（排気温度に時間に対する微分値）に応じて、仕切板６４による排気通路４４ａの開度を調節する。そして、温度センサ７６で検出する排気温度の上昇速度が設定された閾値を超えないように仕切板６４を通過する排気流入量、即ち、流入排気の保有熱量を制御する。

図２は、温度センサ７４で検出された排気温度の排気温度変化量（ｄＴ／ｄｔ）に対するダンパ装置４６による排気通路３８の開度制御の一例を示す。図において、領域Ａでは、ダンパ装置４６のシール機構の損傷を防ぐため、微小開度制御をしない。領域Ｂでは、排気温度変化量（ｄＴ／ｄｔ）よりダンパ開度の減少速度を大とすることで、排気通路４４ａへ導入される排気熱量を低減させる。ダンパ開度が５０％以下となった領域Ｃでは、バイパススタック４２へ流入する排気流量が急激に減少する。そのため、ダンパ開度のオーバシュートを防ぐため、ダンパ開度の減少速度を排気温度変化量（ｄＴ／ｄｔ）より小さくする。領域Ｄでは、ダンパ装置４６のシール機構の損傷を防ぐため、微小開度制御をしない。

このようなダンパ装置４６の開度制御を行ないながら、仕切板６４を駆動させて排気通路４４ａの開度を制御し、温度センサ７６で検出する排気温度の排気温度変化量（ｄＴ／ｄｔ）を閾値以下に保持することで、排熱回収ボイラ４４及び排熱回収ボイラ４４の下流側に配置された蒸気タービン５６の構成部位の温度上昇を抑制し、熱損傷を防止する。

次に、本実施形態の負荷制御機構７１の制御回路を図３及び図４により説明する。図３に、駆動装置７０を制御する制御回路８０を示す。制御回路８０はコントローラ５０に内蔵されている。ガスタービン１４の負荷が減少し、ガスタービン出力をそれに追従させる必要が生じたとき、フィードバック回路８２から、駆動装置７０に制御信号が発信される。該制御信号は、仕切板６８を排気通路３８に深く挿入し、排気通路３８の断面積を減少させるものであり、この制御信号が、ミニマムセレクタ９２を経由して駆動装置７０に発信される。

仕切板６８の挿入により、排気圧力は上昇する。排気圧力が上昇し、排気圧力の制御に適した圧力に近づくと、フィードバック回路８４から排気圧力の制御信号が駆動装置７０に発信され、排気圧力を目標とする負荷に適した圧力とする。排気通路３８の断面積が減少すると、排気圧力の上昇と共に、排気温度も上昇する。そのため、ガスタービンの高温部位の温度が上昇するため、高温部位を保護しなければならない。

そこで、本実施形態では、高温部位として、ガスタービン入口部位１４ａ及びタービン翼３２を選択し、これら高温部位の温度を監視し、設定値に近づくと、設定値を超えないように制御している。図３中、ガスタービン出力は出力センサ２０で検出され、排気圧力は圧力センサ７２で検出され、ガスタービン入口温度は温度センサ２６で検出され、ディスクキャビティ温度（タービン翼温度）は温度センサ３６で検出され、排気温度は温度センサ７４で検出されるものである。

以下、フィードバック回路８２の構成を図４により説明する。図４において、出力センサ２０で検出されたガスタービン出力と、ガスタービン出力の目標値とが、比較器９４に入力される。比較器９４はこれらの差分をＰＩ演算器９６に送り、ＰＩ演算器９６では、該差分をＰＩ（比例＋積分）演算し、得られた制御信号をミニマムセレクタ９２を介し駆動装置７０に発信する。

図３に示すパラメータ毎に、フィードバック回路８２と同様の構成をもつフィードバック回路８４〜９０を備えている。ミニマムセレクタ９２では、各フィードバック回路から発信される制御信号を選択し、駆動装置７０に選択された制御信号を発信する。ミニマムセレクタ９２は、各フィードバック回路が算出する制御信号のうち、最小のものを選択する。即ち、検出値が設定値に最も近づき、最も設定値に到達するおそれのあるパラメータの制御信号を選択し、駆動装置７０に発信する。

本実施形態によれば、排熱回収ボイラ４４に排気導入量制御装置６２を設け、ダンパ装置４６及び排気導入量制御装置６２で排熱回収ボイラ４４に流入する排気流量を制御し、温度センサ７６で検出する仕切板６４より下流側排気温度の上昇速度を閾値以下に抑えることができるので、排熱回収ボイラ４４及び排熱回収ボイラ４４の下流側にある蒸気タービン５６の構成部位の急激な温度上昇を抑えることができる。そのため、排熱回収ボイラ４４及び蒸気タービン５６の構成部位の熱損傷を防止できると共に、ガスタービンの出力上昇制限を緩和させることができる。

また、排気導入量制御装置６２の取付けに際して、排熱回収ボイラ４４の設置スペースを拡大する必要がなく、排気導入量制御装置自体もコンパクトであるので、設備費を節減できる。また、仕切板６４を動作させるのに大きな動力を必要としない。

また、負荷制御機構７１を備えたことで、低負荷運転領域を拡大でき、そのため、頻繁な運転停止を要しないため、安定運転が可能になり、ガスタービン１４の寿命を延ばすことができる。さらに、ガスタービン１４の構成部位である入口部位１４ａ及びタービン翼３２の温度を常に設定値以下に保持できるので、ガスタービン構成部位の熱損傷を防止できる。

（実施形態２）
次に、本発明方法の一実施形態を図１を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態に係る複合サイクル型発電プラント１０を既設の複合サイクル型発電プラントから改造する例である。既設の複合サイクル型発電プラントは、ガスタービン１４、排熱回収ボイラ４４、蒸気タービン５６及び発電機１６、５８等、主要設備以外に、バイパススタック４２と排気通路３８、排気分岐通路４０及びダンパ装置４６を予め備えている。

本実施形態の改造工程は、排熱回収ボイラ４４の入口側排気通路４４ａに、仕切板６４及び駆動装置６６からなる排気流量制御装置６２を設ける。次に、仕切板６８及び駆動装置７０からなる負荷制御機構７１を設ける。次に、排気流量制御装置６２及び負荷制御機構７１に付随したセンサ類や、排気流量制御装置６２及び負荷制御機構７１を制御するための制御回路８０を含む制御機能をコントローラ５０に付加する。

本実施形態によれば、既設の複合サイクル型発電プラントに対して、大幅な改造を要せず、本発明の発電プラントを製造できる。そのため、改造に要するコスト及び手間を節減できる。

（実施形態３）
本発明装置の第２実施形態を図５及び図６により説明する。本実施形態の排気導入量制御装置１００は、多数の帯状板１０２が上下方向に並列に配置されているものである。帯状板１０２の中心に円形断面の軸１０４が形成されている。軸１０４は、排熱回収ボイラ４４のハウジングの上面及び底面に設けられた基部１０６及び１０８に回動可能に支持されている。基部１０８の内部に、一対の駆動バー１１０ａ及び１１０ｂが水平方向に配置されている。駆動バー１１０ａ、１１０ｂは互いに平行に配置され、各帯状板１０２の軸１０４に接続されている。

駆動バー１１０ａ、１１０ｂの一端は、排熱回収ボイラ４４のハウジングより外部に延設されている。排熱回収ボイラ４４のハウジング外にはモータ１１２が取り付けられている。駆動バー１１０ａ、１１０ｂの端部は、夫々モータ１１２の回動軸１１２ａの両側に接続されている。これによって、回動軸１１２ａが回転すると、駆動バー１１０ａ、１１０ｂが、矢印で示すように、互いに逆方向に動き、軸１０４を回動させる。これによって、帯状板１０２間の隙間を調節でき、排熱回収ボイラ４４の排気通路４４ａに導入する排気量を調節できる。排気導入量制御装置１００以外の構成は、第１実施形態と同一である。モータ１１２の駆動は、コントローラ５０によって制御される。

本実施形態によれば、簡素で低コストな排気流量低減装置を実現できる。また、帯状板１０２を排気流入方向に対して傾斜させることで、排気を排熱回収ボイラ４４のハウジングの壁側に曲折させ、熱交換管群４４ｂに至る排気流路を長くできる。そのため、排気が交換管群４４ｂに達するまでに、排気の放散熱量を増加させ、排気ｅの冷却効果を増すことができる。

（実施形態４）
次に、本発明装置の第３実施形態を図７及び図８により説明する。本実施形態の流入熱量低減装置１２０は、排熱回収ボイラ４４のハウジング内に、冷却水導入管１２２を配設したものである。冷却水導入管１２２には、多数のノズル１２４が装着されている。ノズル１２４の開口は排気ｅの流れ方向下流側に向けられている。冷却水導入管１２２には冷却水供給ポンプ１２６が介設されている。流入熱量低減装置１２０以外の構成は、第１実施形態と同一である。コントローラ５０によって、冷却水供給ポンプ１２６の駆動装置１２８を制御し、コントローラ５０によって、ノズル１２４から噴霧される冷却水量を制御する。

かかる構成において、冷却水導入管１２２に冷却水ｗを供給し、ノズル１２４から噴霧することで、排気ｅを冷却できる。これによって、駆動部及び駆動部に要する動力を低減した簡素かつ低コストな流入熱量低減装置を実現できる。また、冷却水の蒸気潜熱を利用して排気を冷却するので、冷却効果を増大できる。さらに、ノズル１２４の開口を排気ｅの流れ方向下流側に向けたことで、ノズル開口の詰まりを防止できる。

図８は、温度センサ７６で検出した排気ｅの温度変化量（ｄＴ／ｄｔ）に対する冷却水噴霧量の制御方法を示す。温度変化量（ｄＴ／ｄｔ）が微小の領域Ｅでは、アンダーシュートを避けるため、冷却水の噴霧をしない。領域Ｆでは、温度変化量（ｄＴ／ｄｔ）に対して、正の相関を持たせる。温度変化量（ｄＴ／ｄｔ）が大きい領域Ｇでは、蒸気の凝縮などによる排熱回収ボイラ４４の構成部位の損傷防止の観点から、噴霧量に上限を設けている。

かかる噴霧量制御を行ないながら、排気温度変化量（ｄＴ／ｄｔ）を閾値以下に保持することで、排熱回収ボイラ４４及び排熱回収ボイラ４４の下流側に配置された蒸気タービン５６の構成部位の温度上昇を抑制し、熱損傷を防止する。

本発明によれば、複合サイクル型発電プラントにおいて、簡素かつ低コストな手段で、ガスタービンの始動時に出力制限を緩和でき、低負荷運転領域を拡大できる。また、ガスタービンの構成部位の熱損傷を防止できる。

１０複合サイクル型発電プラント
１２，６０、１１２ａ回動軸
１４ガスタービン
１４ａ入口部位
１６コンプレッサ
１８，５８発電機
２０出力センサ
２２燃焼器
２４燃料ガス供給管
２６，３６，７４，７６温度センサ
２８分岐路
２８ａ、２８ｂ枝路
３０空気冷却器
３２タービン翼
３４回収管
３８、４４ａ排気通路
４０排気分岐通路
４２バイパススタック
４４排熱回収ボイラ
４４ｂ熱交換管群
４６ダンパ装置
４８，６６，７０，１２８駆動装置
５０コントローラ
５２復水器
５６蒸気タービン
６２，１００排気導入量制御装置（排気熱量低減装置）
６４、６８仕切板
７１負荷制御機構
７２圧力センサ
８０制御回路
８２、８４，８６，８８，９０フィードバック回路
９２ミニマムセレクタ
１００排気導入量制御装置
１０２帯状板
１０４軸
１１０ａ、１１０ｂ駆動バー
１１２モータ
１２０流入熱量低減装置
１２２冷却水導入管
１２４ノズル
ａ給気
ｅ排気
ｆ燃料ガス
ｗ冷却水

Claims

ガスタービンと、該ガスタービンの排気と熱交換して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで発生した蒸気で駆動される蒸気タービンと、ガスタービン及び蒸気タービンによって駆動される発電機とを備えた発電プラントにおいて、
前記排熱回収ボイラ内の入口側排気通路に設けられた流入熱量低減装置、該流入熱量低減装置の下流側排気通路に設けられた温度センサ、及び前記温度センサで検出された排気温度の上昇速度が閾値を超えないように、前記流入熱量低減装置を作動させる第１のコントローラからなる温度上昇抑制機構と、
ガスタービンの排気通路に設けられ、該排気通路の開度を可変とする開度可変装置、ガスタービン出力、ガスタービン排気の圧力及び温度の検出値、及びガスタービンの高温部位の温度検出値を入力し、これら入力値のうち最も閾値に近い入力値を選択するミニマムセレクタ、及び該ミニマムセレクタで選択された入力値が閾値を超えないように前記開度可変装置を動作させる第２のコントローラからなる負荷制御機構と、を備えていることを特徴とする発電プラント。
前記ガスタービンの排気通路に接続されたバイパススタックと、該排気通路から分岐して前記排熱回収ボイラに排気を送る排気分岐通路と、前記排気通路と排気分岐通路との分岐部に設けられ、前記バイパススタック又は排熱回収ボイラに送る排気の流量を調節するダンパー装置とを備え、
前記流入熱量低減装置は、排熱回収ボイラ内の入口側排気通路の開度を調節し、排熱回収ボイラ内に導入される排気熱量を調節可能にするものであることを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。
前記流入熱量低減装置は、多数の帯状板が長手軸を中心に回動可能に並設されてなり、該帯状板を回動させて各帯状板間の隙間を調節し、前記入口側排気通路の開度を調節するものであることを特徴とする請求項２に記載の発電プラント。
前記流入熱量低減装置は、前記排熱回収ボイラの入口側排気通路に冷却水を噴射するノズルであり、前記第１のコントローラによって、前記温度センサで検出された排気温度の上昇速度に応じて冷却水噴射量が調節されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。
前記ガスタービンの高温部位が、燃焼ガスが流入するガスタービンの入口部位及びタービン翼であり、該タービン翼に穿設された冷却孔に導入された冷却空気の温度を検出することで、タービン翼の温度を検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。
ガスタービンと、該ガスタービンの排気通路に接続されたバイパススタックと、該排気通路から分岐した排気分岐通路を介して送られた排気と熱交換して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで発生した蒸気で駆動される蒸気タービンと、ガスタービン及び蒸気タービンで駆動される発電機と、前記排気通路と分岐排気通路との分岐部に設けられ、前記バイパススタック又は排熱回収ボイラに送る排気の流量を調節するダンパー装置とを備えた発電プラントの改造方法において、
前記排熱回収ボイラ内の入口側排気通路に流入熱量低減装置を設けるステップ、該流入熱量低減装置の下流側排気通路に温度センサを設けるステップ、及び前記温度センサで検出された排気温度の上昇速度が閾値を超えないように、前記流入熱量低減装置を作動させる第１のコントローラを設けるステップからなる温度上昇抑制機構設置工程と、
ガスタービンの排気通路に該排気通路の開度を可変とする開度可変装置を設けるステップ、ガスタービン出力、ガスタービン排気の圧力及び温度の検出値、及びガスタービンの高温部位の温度検出値を入力し、これら入力値のうち最も閾値に近い入力値を選択するミニマムセレクタを設けるステップ、及び該ミニマムセレクタで選択された入力値が閾値を超えないように前記開度可変装置を動作させる第２のコントローラを設けるステップからなる負荷制御機構設置工程と、からなることを特徴とする発電プラントの改造方法。