JPS635103A

JPS635103A - 複合サイクル発電プラントの補助蒸気供給方法

Info

Publication number: JPS635103A
Application number: JP14605286A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Toufusa; 昌幸当房
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-06-24
Filing date: 1986-06-24
Publication date: 1988-01-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、ガスタービンと、その排ガスに含まれる熱に
より駆動される蒸気タービンとを嘉えるユニットが複数
台設置された複合サイクルプラント発電所における補助
蒸気の供給方法に関する。

（従来の技術）゛　　　蒸気タービンを有するプラント設備においては
、蒸気タービンを駆動する主蒸気以外に、補助蒸気と称
する蒸気を供給する必要がある。

この補助蒸気の使用先は多岐に及ぶが、その代表的なも
のは、グランド蒸気と脱気蒸気である。

蒸気タービンではタービン車軸が単室を貫く部分におい
て、高圧側では蒸気が漏出し、逆に排気室側では空気が
車室内に混入するため、ラビリンス・パツキンと呼ばれ
る漏洩防止機構が設置されてあり、この漏洩部分の通路
に蒸気を通過させることにより、タービン車室内外での
大きな圧力差にも拘らず、蒸気漏洩量を僅小に押え、ま
た空気の漏入をも防止する。以下この機能をシーリング
と称し、シーリングに使用される蒸気をグランド蒸気と
称する。

タービンが蒸気によって駆動されており、かつ、その蒸
気圧が高い場合にはグランド蒸気として車室内の蒸気が
利用されるが、タービンの起動・停止時や車室内の蒸気
圧が低い場合にはグランド蒸気をタービン外部より供給
する必要がある。

−方、復水器内が真空状態となる以前には、器内の復水
は空気との接触により多量の溶存酸素を含んでおり、脱
気処理を行う必要がある。ここで、脱気処理とは、復水
を復水器内（脱気器がある場合は脱気器内）で蒸気と接
触させることより脱酸素化を図ることである。この脱気
処理後の蒸気は脱気蒸気と呼ばれ、上記グランド蒸気に
比較して大きな蒸気量が必要である。特に起動時におい
ては脱気蒸気用として多量の補助蒸気を復水器または脱
気器に供給する必要がある。これは復水をボイラへ給水
する条件として、溶存酸素量を規定髄内にする必要があ
り、起動時間の短縮のために多量の脱気蒸気が要求され
るからである。

ところで、いわゆる排熱回収方式の複合サイクル発電プ
ラントには大別して一軸型と多軸型がおる。

一軸型はガスタービン、蒸気タービンおよび発電機が共
通軸で結合されている方式のものであり、多軸型は、ガ
スタービンと蒸気タービンが別々の軸に分離され、各軸
に発電機が結合されている方式のものである。

一軸型の複合サイクル発電プラントは、第２図に例示す
るように構成される。同図において、コンプレッサ１、
ガスタービン２、発電機３および蒸気タービン４は共通
の軸５を介して互いに連結されている。

燃料調整弁６の開度調節により流量制御された燃料がコ
ンプレッサ１からの圧縮空気と共に燃焼器７に供給され
、ここで混合して等圧燃焼し、高温・高圧の燃焼ガスを
生成する。この燃焼ガスによってガスタービン２が駆動
される。

ガスタービン２の排ガスは排熱回収ボイラ８に導かれて
蒸気を発生させる。排熱回収ボイラ８で熱を回収され、
低温となったガスは排ガスとして大気中に排出される。

また、排熱回収ボイラ８で発生した蒸気は蒸気加減弁９
を介して蒸気タービン４に導かれ、これを駆動する。蒸
気タービン４で仕事を終えた蒸気は復水器１０に導かれ
、ここで復水化される。復水は再び排熱回収ボイラ８に
給水される。

このように、複合サイクル発電プラントは、入力として
燃焼器７に燃料を供給し、最終出力として発電機３から
電気出力を得るものである。

ところで、上述した複合サイクル発電プラントは一般的
に従来の汽力発電と以下の２点で異なる。

（１）複合サイクル発電プラントの単機容量は小さく、
通常複数ユニットを設置して１つの複合サイクル発電所
を構成する。

（２）蒸気タービンを有する関係上、補助蒸気はユニッ
トの起動以前に必要であるが、複合サイクル発電プラン
トではガスタービンの排ガスを回収して蒸気を発生させ
るため、他設備からの補助蒸気供給が必要である。

発電所内で最初に複合サイクル発電ユニットを起動する
場合、別置のボイラーから蒸気を供給して起動するが、
次ぎのユニット起動からは先に起動して充分な蒸気を発
生しているユニットから補助蒸気の供給を受けるのが合
理的である。何故ならば、複合サイクル発電プラントの
運用は電力需要に合せて各ユニットを逐次起動・停止さ
せるものであり、それに合せてボイラを起動・停止させ
ることは頻雑にすぎ１．また常時蒸気発生のために運転
することは燃料費その他コスト面での不利を負わなけれ
ばならないからである。

これらの理由により、各ユニット間で互いに補助蒸気を
融通するため第３図のような方法が採られている。

第３図は３ユニツト構成の複合サイクル発電プランドを
例示するもので、各ユニット１１，１２゜１３は補助蒸
気母管１４により互いに連絡されると共に、ボイラ１５
に接続されている。補助蒸気母管１４に補助蒸気流入弁
１６と逆止弁１７を介して接続された補助蒸気ヘッダ１
８には蒸気タービン４のシール部が接続されると共に脱
気蒸気弁２０を通して復水器１０が接続されている。図
中符号２１は真空ポンプを示す。

蒸気加減弁９の上流側から分岐して補助蒸気ヘッダ１８
に至る配管の途中には補助蒸気圧力調節弁２２が介挿さ
れており、補助蒸気ヘッダ１８に取付けた圧力検出器２
３の出力は補助蒸気制御装置２４に導かれ、補助蒸気圧
力調節弁２２の開度を制御する。

なお、ユニット１２．１３もユニット１１と同一構成で
おる。

このような構成の複合サイクル発電プラントにおいて、
ユニット１１を起動させる場合には、ユニット１１の起
動前にボイラ１５を起動して補助蒸気母管１４に蒸気を
供給する。この蒸気条件（温度、圧力）が許容値になっ
た時点で補助蒸気流入弁１６が開し、逆止弁１７を通じ
てユニット１１に補助蒸気ａが流入し、補助蒸気ヘッダ
１８、蒸気シールレギュレータ１９を通してグランド蒸
気すが蒸気タービン４に供給される。これにより蒸気タ
ービン４のシーリングがなされ、真空ポンプ２１により
蒸気タービンと復水器１０の空気は排出されて蒸気ター
ビン４の背圧が真空となる。

この時点で脱気蒸気弁２０が開し、復水器１０内の復水
が脱気蒸気Ｃと接触して脱気処理がなされ、排熱回収ボ
イラ８への給水が可能となる。

以下、第２図の説明で述べた複合サイクルプラントの運
転要領に従い、ユニット１１は運転される。

さてミガスタービン２の出力の増大に従い、排ガス量も
増え、排熱回収ボイラ８より発生する主蒸気ｄの流但、
圧力、温度が大きくなっていき、蒸気加減弁９を通じて
蒸気タービン４を駆動するが、主蒸気ｄが所定の圧力に
なった時点で補助蒸気圧力調節弁２２により減圧されて
補助蒸気ｅとなって流入補助蒸気ａと補助蒸気ヘッダ１
８において合流する。

この間の機能を説明すると、圧力検出器２３は補助蒸気
ヘッダ１８の圧力信号を検知し、補助蒸気圧力制御装置
２４はこの信号と所定の圧力設定値の偏差を算出し、補
助蒸気ヘッダ１８の圧力が所定の設定値と等しくなるよ
うに補助蒸気圧力調節弁２２に開度信号を与える。ガス
タービン２の出力が十分に大きく、主蒸気ｄの圧力が確
立した時点では、補助蒸気ヘッダ１８が所定の圧力にな
るように上記機能が作用し、流入補助蒸気ａによらずど
もグランド蒸気すと脱気蒸気Ｃを供給できるようになり
、これ以後はボイラ１２からの蒸気供給は必要でなくな
るので、ボイラ１２を停止する。また、脱気蒸気Ｃは蒸
気タービン４自身の排気蒸気を脱気用として利用できる
時点で脱気蒸気弁２０を閉して流入を停止する。　− ユニット１１の起動が更に進み、定格出力付近に至ると
、排熱回収ボイラ８から発生する蒸気は充分な量となり
、他ユニット１２．１３への補助蒸気の供給が可能とな
る。この場合、定格出力付近になった時点で送気弁２５
が開し、逆止弁２６を通じて補助蒸気ｆが補助蒸気母管
１４に供給される。補助蒸気流入弁１６はこの時点でも
開いているが、逆止弁１７があるため、このラインを通
じて補助蒸気ｄの流出はなく、補助蒸気の送気は必ず送
気弁２５のラインを通じてなされる。

次に、ユニット１２．１３はユニット１１からの補助蒸
気ｆを用いて同様な起動を行い、各ユニットの出力が増
加するに従って補助蒸気圧力調節弁２７．２８が減圧制
御を開始し、さらに定格出力付近では他ユニットへ補助
蒸気Ω、ｈを供給できるようになる。なお、各ユニット
の起動・停止は自由に選択されるが、発電所内の少なく
とも１ユニツトは補助蒸気供給源として定格域付近で運
転している必要がある。

このように、各ユニット間で相互に補助蒸気の融通がな
され、起動中もしくは停止中のユニットには、定格出力
で運転中のユニットより補助蒸気が供給されることが複
合サイクルユニット発電プラントの補助蒸気供給方法の
特徴である。

（発明が解決しようとする問題点）ボイラ１５からの補助蒸気供給がなくなった後、ユニッ
ト間での補助蒸気の融通を考えれば、補助蒸気圧力調節
弁２２．２７．２８が満たすべき条件としては、他の全
てのユニツが必要とする脱気蒸気とグランド蒸気という
大きな流量を供給できることが要求される一方、１ユニ
ット分のグランド蒸気という小さな流量を供給すること
も要求される。

通常、圧力調整弁は弁の絞り部分での圧損が大きくなる
と弁体に損傷を与えるので、上記のような大容量弁が小
さな流量を供給することは弁体にとって苛酷なものとな
る。また、補助蒸気圧力調節弁２２の一次圧力である主
蒸気ｄの圧力はユニット１１の出力状態により大きく変
動するものであり、当該弁が満たすべき仕様はさらに厳
しいものになる。

これらの要求に対処するために、補助蒸気圧力調節弁２
２は大片と小弁をペアとして備え、大流Ｑ時と小流量時
に各々適した方を用いる親子弁方式（スプリットタイプ
とも呼ばれる）を採用すればよいが、これは通常の一弁
方式に比較して高価であり、ユニット数が多い発電所は
ど設備費が高くなる欠点がある。

以上は各々の弁単体としての問題であるが、ユニットの
補助蒸気供給方法としての見地からは、下記の問題が提
起される。

すなわち、ユニット１１が最初に起動され補助蒸気ｒを
供給している時、ユニット１２が同様な手順で起動され
、補助蒸気圧力調節弁２７を開して補助蒸気制御に入ろ
うとする時点では、ユニット１２の補助蒸気ヘッダ２９
にはすでに補助蒸気ｆの圧力が補助蒸気母管１４を通じ
て確立しており、補助蒸気圧力調節弁２７は閉じたまま
であり、ユニット１２からは補助蒸気の供給がなされな
い。

また、ユニット１３が補助蒸気を消費している場合、隣
接のユニット１２のみが補助蒸気Ｑを供給し、離れたユ
ニット１１からは補助蒸気が供給されない可能性もある
。

複合サイクルプラントは本来高い熱効率を有することが
特徴であるが、更に一層それを助長する運用として同じ
発電譬を確保するためには、各ユニットが等しい状態で
運転されるのが望ましい。

このように、補助蒸気の供給は各ユニットが均等である
ことが要求されているが、従来のシステムではこの要求
に応えられないという不都合がある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の複合サイクル発電プラント補助蒸気供給方法は
、各ユニットからの送気蒸気をユニットの外部へ送る送
気配管と、これらの送気配管の途中に設置された逆止弁
と、各ユニットからの送気配管を１つに集める受入れ母
管と、圧力検出器が設置された補助蒸気母管と、この母
管から分岐して各ユニットへ補助蒸気を供給する分配配
管と、前記受入れ母管の蒸気を減圧して補助蒸気母管へ
送る補助蒸気圧力調節弁と、前記検出器からの圧力信号
を入力し、所定の圧力設定値と比較して補助蒸気母管の
蒸気圧力が設定値と等しくなるように補助蒸気圧力調節
弁に開度信号を与える補助蒸気圧力制御装置を設け、各
ユニットからの送気蒸気を一括して減圧した後、各ユニ
ツ１へ補助蒸気として供給することを特徴とするもので
ある。

（作　用）上述のように、本発明においては補助蒸気母管を受入れ
側と供給側に分離することにより、複数ユニットに対し
て補助蒸気圧力調節弁、補助蒸気圧力制御装置、圧力検
出器が各１個のみでユニット間の補助蒸気を融通する従
来と同等の機能を実現する。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。なお、
第２図および第３図におけると同一部分には同一の符号
を付し、詳細な説明は省略する。

第１図の複合サイクル発電プラントにおいてユニット１
１．１２．１３より流出する送気蒸気ｉ。

ｊ、ｋを集める送気受入れ母管３１と、ユニット１１．
１２．１３へ補助蒸気ぶ、ｍ、ｎを供給する補助蒸気母
管３２が設けられており、これらの母管３１．３２の間
には補助蒸気圧力調節弁３３．３４が並列的に設置され
ている。

補助蒸気圧力調節弁３３．３４は補助蒸気母管３２の補
助蒸気圧力を所定の値にするよう送気受入れ母管３１の
蒸気を一括して減圧し、補助蒸気母管３２へ流入させる
るもので、各々、大流量と小流量の補助蒸気を供給する
圧力調節弁から成る。

上述のように構成した複合サイクル発電プラントにおい
て、ユニット１１の内部では、補助蒸気流入弁１６およ
び逆止弁１７を経由して、補助蒸気りを受入れる配管と
、送気弁２５および逆止弁３５を経由して送気蒸気ｊを
送気する配管が分離されている。各ユニット１１．１２
．１３からの送気蒸気ｉ、ｊ、ｋを集める送気受入れ母
管３１は親子弁方式の補助蒸気圧力調節弁３３．３４を
介して補助蒸気母管３２と連結している。補助蒸気母管
３２には圧力検出器３８が設置され、その出ツノは補助
蒸気圧力制御装置装置３つに入力されて補助蒸気圧力調
節弁３３．３４の開度を調節する。

次ぎに、ユニット１１を起動する手順を説明する。

ボイラ１５を起動して補助蒸気母管３２に蒸気を供給し
、補助蒸気流入弁１６を開してグランド蒸気すおよび脱
気蒸気Ｃを確保し、従来例と同様にユニット１１を起動
する。

主蒸気ｄが確立した時点で送気弁２５を開とし、送気蒸
気１を送気受入れ母管３１に送る。補助蒸気圧力制御装
置３９は補助蒸気母管３２の圧力を圧力検出器３８によ
り検出し、所定の圧力となるように補助蒸気圧力調節弁
３３．３４に開度信号を与える。送気蒸気ｉは補助蒸気
圧力調節弁３３．３４で減圧された後、補助蒸気母管３
２に流入し、補助蒸気βとしてユニット１１に供給され
る。この時点でボイラ１５を停止し、ユニット１２．１
３の起動はユニット１１の送気蒸気ｉを利用して同様に
なされる。

各ユニットの出力が定格域付近になった時点で各々送気
蒸気ｊ、ｋが送気受入れ母管３１に集められ、補助蒸気
圧力調節弁３３．３４により一括減圧されて補助蒸気と
して利用される。なお、逆止弁３５．３６．３７は各送
気蒸気ｉ、ｊ、ｋに圧力差がある場合、送気受入れ母管
３１を通じての蒸気逆流を防止する。

上述のように、本発明においては補助蒸気母管を受入れ
側と供給側に分離することにより、複数ユニットに対し
て補助蒸気圧力調節弁、補助蒸気圧力制御装置、圧力検
出器が各１個のみでユニット間の補助蒸気を融通する従
来と同等の機能を実現する。これは同じ費用内で、補助
蒸気圧力調節弁を高価な親子弁方式とすることを容易に
する。

補助蒸気圧力調節弁３３．３４はそれぞれ大容量弁、小
容量弁であり、これらの親子弁による補助蒸気供給方式
においては、すべてのユニットへ脱気蒸気を供給する場
合は大容量弁を使用し、１ユニツトにグランド蒸気だけ
を供給する場合は小容量弁を使用することで幅広い流量
域をカバーする。

送気受入れ母管３１の圧力はユニット１１．１２．１３
の出力定格域付近での主蒸気圧力であり、常に一定値も
しくはそれに近い状態である。これは補助蒸気圧力調節
弁３３．３４の一次側が変動しないということであり、
圧力調節弁の負担を低減し、補助蒸気の安定に寄与する
。

各ユニットからの送気蒸気ｉ、ｊ、には逆止弁３５．３
６．３７を介して送気受入れ母管３１に直接連結してい
ることにより、複合サイクル発電プラントの通常的運用
でおる各ユニットが均等な出力で運転され送気蒸気ｉ、
ｊ、ｋがほぼ等しい圧力である場合には、その流量はほ
ぼ等しい流量となり、起動の早いユニットや、補助蒸気
を消費するユニットに隣接するユニット等が独占的に補
助蒸気を供給することはない。これは各ユニットの均等
出力を容易にし、発電プラントの高効率運転を可能とす
る。

［発電の効果］上述の如く、本発明は複数ユニットにより複合サイクル
発電プラントにおいて、各ユニットから送気される蒸気
を一括して１つの圧力調節弁で減圧するようにしたので
、安定した補助蒸気の供給と各ユニットからの補助蒸気
供給の均一化を可能とし、発電プラントの高高率運転に
寄与する等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す補助蒸気供給方法の系統
図、第２図は複合サイクル発電プラントの系統を示す説
明図、第３図は従来の補助蒸気供給方法の系統図である
。１・・・・・・・・・コンプレッサ２・・・・・・・・・ガスタービン３・・・・・・・・・発電機４・・・・・・・・・蒸気タービン６・・・・・・・・・燃料調整弁７・・・・・・・・・燃焼機８・・・・・・・・・排熱回収ボイラ９・・・・・・・・・蒸気加減弁１０・・・・・・・・・復水器１２．１３・・・ユニット１４．３２・・・補助蒸気母管１５・・・・・・・・・ボイラ１６・・・・・・・・・補助蒸気流入弁１７．２６．３
５．３６．３７・・・逆止弁１８．２９．３０・・・補
助蒸気ヘッダ１９・・・・・・・・・蒸気シールレギュ
レータ２０・・・・−・・・・脱気蒸気弁２１・・・・・・・・・真空ポンプ２２．２７．２８．３３．３４・・・補助蒸気圧力調節弁２３．３８・・・圧力検出器２４．３９・・・補助蒸気圧力制御装置２５・・・・・
・・・・ユニット弁３１・・・・・・・・・送気受入れ母管代理人　弁理士
　　則　近　憲　缶周　　三俣弘文

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数台のユニットからなる複合サイクル発電プラ
ントにおいて、各ユニットからの送気蒸気をユニットの
外部へ送る送気配管と、これらの送気配管の途中に設置
された逆止弁と、各ユニットからの送気配管を１つに集
める受入れ母管と、圧力検出器が設置された補助蒸気母
管と、この母管から分岐して各ユニットへ補助蒸気を供
給する分配配管と、前記受入れ母管の蒸気を減圧して補
助蒸気母管へ送る補助蒸気圧力調節弁と、前記検出器か
らの圧力信号を入力し、所定の圧力設定値と比較して補
助蒸気母管の蒸気圧力が設定値と等しくなるように補助
蒸気圧力調節弁に開度信号を与える補助蒸気圧力制御装
置を設け、各ユニットからの送気蒸気を一括して減圧し
た後、各ユニットへ補助蒸気として供給することを特徴
とする複合サクル発電プラントの補助蒸気供給方法。
（２）圧力調節弁が、親子弁方式であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の複合サイクル発電プラン
トの補助蒸気供給方法。