特許 6578136 コンバインドサイクルプラント、その制御装置及び起動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6578136

(24)【登録日】2019年8月30日

(45)【発行日】2019年9月18日

(54)【発明の名称】コンバインドサイクルプラント、その制御装置及び起動方法

(51)【国際特許分類】

   F01K 23/10 20060101AFI20190909BHJP

   F02C 7/26 20060101ALI20190909BHJP

   F01D 19/00 20060101ALI20190909BHJP

【ＦＩ】

   F01K23/10 C

   F01K23/10 E

   F01K23/10 H

   F02C7/26 D

   F01D19/00 E

   F01D19/00 L

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-110628(P2015-110628)

(22)【出願日】2015年5月29日

(65)【公開番号】特開2016-223361(P2016-223361A)

(43)【公開日】2016年12月28日

【審査請求日】2018年3月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】栢原 正行

(72)【発明者】

【氏名】エルビオ ルビオ

(72)【発明者】

【氏名】パブロ ラティア

(72)【発明者】

【氏名】カルロス モラ ダニエル

【審査官】 高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１０６３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１９７４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２７２３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０７０８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２１５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１９６７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２６０９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３３９２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０７９１０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ １９／００

Ｆ０１Ｋ １３／０２

Ｆ０１Ｋ ２３／１０

Ｆ０２Ｃ ７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンと、
前記ガスタービンからの排気ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記ガスタービンの起動時において、前記ガスタービンの負荷が保持される待機負荷が連続して変化するように設定する制御装置と、
を備え、
前記待機負荷は、前記メタル温度の関数であり、前記メタル温度の上昇に伴って増加するものであり、
前記待機負荷は、前記メタル温度に対する低温領域と高温領域とを含む関数であり、前記低温領域及び前記高温領域における前記メタル温度に対する前記待機負荷の変化率を異ならせるものであり、
前記高温領域における前記待機負荷の変化率は、前記低温領域における前記待機負荷の変化率より大きく設定される、
ことを特徴とするコンバインドサイクルプラント。

【請求項2】

前記待機負荷は、前記メタル温度が予め設定された下限温度以下の領域で、一定値に設定されることを特徴とする請求項１に記載のコンバインドサイクルプラント。

【請求項3】

前記待機負荷は、前記メタル温度が予め設定された上限温度以上の領域で、一定値に設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンバインドサイクルプラント。

【請求項4】

ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、
前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記ガスタービンの起動時において、前記ガスタービンの負荷が保持される待機負荷が連続して変化するように設定し、
前記待機負荷は、前記メタル温度の関数であり、前記メタル温度の上昇に伴って増加するものであり、
前記待機負荷は、前記メタル温度に対する低温領域と高温領域とを含む関数であり、前記低温領域及び前記高温領域における前記メタル温度に対する前記待機負荷の変化率を異ならせるものであり、
前記高温領域における前記待機負荷の変化率は、前記低温領域における前記待機負荷の変化率より大きく設定される、
ことを特徴とするコンバインドサイクルプラントの制御装置。

【請求項5】

ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、
起動時、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記ガスタービンの負荷が保持される待機負荷が連続して変化するように設定し、
前記待機負荷は、前記メタル温度の関数であり、前記メタル温度の上昇に伴って増加するものであり、
前記待機負荷は、前記メタル温度に対する低温領域と高温領域とを含む関数であり、前記低温領域及び前記高温領域における前記メタル温度に対する前記待機負荷の変化率を異ならせるものであり、
前記高温領域における前記待機負荷の変化率は、前記低温領域における前記待機負荷の変化率より大きく設定される、
ことを特徴とするコンバインドサイクルプラントの起動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンを備えるコンバインドサイクルプラント、コンバインドサイクルプラントの制御装置、このコンバインドサイクルプラントの起動方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

コンバインドサイクル発電は、まず、天然ガスなどを燃料としてガスタービンを駆動して１回目の発電を行い、次に、排熱回収ボイラがガスタービンの排気ガスを回収して蒸気を生成し、この蒸気により蒸気タービンを駆動して２回目の発電を行うものであり、コンバインドサイクルプラントは、このコンバインドサイクル発電を実行するための発電プラントである。

【0003】

コンバインドサイクルプラントでは、起動時、蒸気タービンのメタル温度に応じてガスタービンの待機負荷が設定されている。例えば、蒸気タービンのメタル温度が２００℃以下であれば、コールド起動となり、ガスタービンの待機負荷を１０％に設定して起動する。一方、蒸気タービンのメタル温度が４００℃以上であれば、ホット起動となり、ガスタービンの待機負荷を３０％に設定して起動する。また、蒸気タービンのメタル温度が２００℃〜４００℃の範囲であれば、ガスタービンの待機負荷を２０％に設定して起動する。そして、ガスタービンを起動し、設定された待機負荷で保持した後、排気ガスにより生成された蒸気が所定の温度及び圧力に到達したら、蒸気タービンに蒸気を供給すると共に、ガスタービンの負荷を上昇させる。より具体的には、排熱回収ボイラの出口側の蒸気の温度及び圧力から導き出せる蒸気タービン入口の蒸気温度と蒸気タービンのメタル温度とのミスマッチが小さくなり、かつ、過熱度が十分確保されている条件に到達したら蒸気タービンへの蒸気の供給を開始する。

【0004】

なお、このようなコンバインドサイクルプラントとしては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平０８−２６０９１１号公報

【特許文献2】特開２００５−１０６７３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、停止しているコンバインドサイクルプラントを早期に起動し、電力を供給したいという要望がある。ここで、ガスタービン単独では、比較的高い負荷上昇率で負荷を上昇させることができるが、蒸気タービンは、熱応力の制限から、ガスタービンに比べて低い負荷上昇率で負荷を上昇させる必要がある。つまり、コンバインドサイクルプラントにおいて、ガスタービンの待機負荷までは比較的素早く負荷を上昇させることができるが、蒸気タービンへの蒸気の供給を開始してからは、ガスタービンと蒸気タービンは共にゆっくりとした速度で負荷を上昇させる必要があり、ガスタービン単独の時と比べて、負荷上昇に時間がかかる。よって、ガスタービンの待機負荷が小さい程、ガスタービンと蒸気タービンとを同時に負荷上昇させる負荷帯が増加し、コンバインドプラント全体の負荷上昇時間がより長くなることになる。

【0007】

一方、上述した従来のコンバインドサイクルプラントでは、起動時、各起動モードにおいて、蒸気タービンのメタル温度範囲に対するガスタービンの待機負荷が固定されている。そのため、蒸気タービンのメタル温度範囲を境とし、ガスタービンの待機負荷が変化する。例えば、蒸気タービンのメタル温度が１９５℃であるときはコールド起動となり、ガスタービンの待機負荷が１０％に設定され、蒸気タービンのメタル温度が２０５℃であるときはウォーム起動となり、ガスタービンの待機負荷が２０％に設定される。このとき、蒸気タービンのメタル温度の差が１０℃と微小であるにも拘らず、蒸気タービンのメタル温度が１９５℃であると、ガスタービンの待機負荷が１０％に設定される。よって、僅かな蒸気タービンのメタル温度の差で、ガスタービンの待機負荷が大きく変化し、コンバインドサイクルプラントの起動時間が長くなってしてしまうという問題がある。

【0008】

また、上述した従来のコンバインドサイクルプランでは、起動時、各起動モードにおいて、蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが固定されている。 そのため、蒸気タービンのメタル温度範囲を境とし、蒸気タービンの昇負荷レートが変化する。例えば、蒸気タービンのメタル温度が１９５℃であるときはコールド起動となり、昇負荷レートは相対的に低く設定され、蒸気タービンのメタル温度が２０５℃であるときはウォーム起動となり、昇負荷レートは相対的に高く設定される。このとき、蒸気タービンのメタル温度の差が１０℃と微小であるにも拘らず、蒸気タービンのメタル温度が１９５℃であると、蒸気タービンの昇負荷レートが低い側に設定される。よって、僅かな蒸気タービンのメタル温度の差で、蒸気タービンの昇負荷レートが大きく変化し、コンバインドサイクルプラントの起動時間が長くなって時間を要してしまうという問題がある。

【0009】

本発明は、上述した課題を解決するものであり、コンバインドサイクルプラントの起動時間の短縮を可能とするコンバインドサイクルプラント、コンバインドサイクルプラントの制御装置、コンバインドサイクルプラントの起動方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するための本発明のコンバインドサイクルプラントは、圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンと、前記ガスタービンからの排気ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記ガスタービンの起動時における待機負荷が連続して変化するように設定する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。

【0011】

従って、ガスタービンの起動時における待機負荷が蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、ガスタービンが適正負荷により運転されることで、ガスタービンと蒸気タービンとを同時に負荷上昇させる負荷帯を可能な限り減少させることができ、コンバインドサイクルプラント全体の起動時間を短縮することができる。

【0012】

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記待機負荷は、前記メタル温度の関数であり、前記メタル温度の上昇に伴って増加することを特徴としている。

【0013】

従って、待機負荷がメタル温度の上昇に伴って増加する関数であるため、蒸気タービンの温度が高いほどガスタービンの待機負荷が高くなり、ガスタービンを適正負荷で起動してガスタービンと蒸気タービンとを同時に負荷上昇させる負荷帯を減少させることができる。

【0014】

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記待機負荷は、前記メタル温度に対する低温領域と高温領域とを含む関数であり、前記低温領域及び前記高温領域における前記メタル温度に対する前記待機負荷の変化率を異ならせていることを特徴としている。

【0015】

従って、低温領域における待機負荷の変化率と高温領域における待機負荷の変化率とが相違することとなり、プラント性能に応じた設計を可能とすることができる。

【0016】

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記高温領域における前記待機負荷の変化率は、前記低温領域における前記待機負荷の変化率より大きく設定されることを特徴としている。

【0017】

従って、高温領域における待機負荷の変化率が低温領域における待機負荷の変化率より大きいため、高温領域では、蒸気タービンのメタル温度の変化に対して待機負荷を大きく変更することとなり、ガスタービンと蒸気タービンとを同時に負荷上昇させる負荷帯をより減少させることができる。

【0018】

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記待機負荷は、前記メタル温度が予め設定された下限温度以下の領域で、一定値に設定されることを特徴としている。

【0019】

従って、メタル温度が下限温度以下の領域で待機負荷を一定値に設定することで、ガスタービンの起動制御を簡素化することができる。

【0020】

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記待機負荷は、前記メタル温度が予め設定された上限温度以上の領域で、一定値に設定されることを特徴としている。

【0021】

従って、メタル温度が上限温度以上の領域で待機負荷を一定値に設定することで、ガスタービンにおける熱応力の発生を抑制することができる。

【0022】

また、本発明のコンバインドサイクルプラントは、圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンと、前記ガスタービンからの排気ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが連続して変化するように設定する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。

【0023】

従って、蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが、蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、蒸気タービンによる発電を開始してから、この蒸気タービンが早期に発電量を増加することができ、コンバインドサイクルプラントの起動時間を短縮することができる。

【0024】

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記昇負荷レートは、前記メタル温度の関数であり、前記メタル温度の上昇に伴って増加することを特徴としている。

【0025】

従って、昇負荷レートがメタル温度の上昇に伴って増加する関数であるため、蒸気タービンの温度が高いほど蒸気タービンの昇負荷レートが高くなり、蒸気タービンによる発電量を早期に増加することができる。

【0026】

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記昇負荷レートは、前記メタル温度に対する低温領域と高温領域とを含む関数であり、前記低温領域及び前記高温領域における前記メタル温度に対する前記昇負荷レートの変化率を異ならせていることを特徴としている。

【0027】

従って、低温領域における昇負荷レートの変化率と高温領域における昇負荷レートの変化率とが相違することとなり、プラント性能に応じた設計を可能とすることができる。

【0028】

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記高温領域における前記昇負荷レートの変化率は、前記低温領域における前記昇負荷レートの変化率より大きく設定されることを特徴としている。

【0029】

従って、高温領域における昇負荷レートの変化率が低温領域における昇負荷レートの変化率より大きいため、高温領域では、蒸気タービンのメタル温度の変化に対して昇負荷レートを大きく変更することとなり、蒸気タービンにより早期に発電量を増加することができる。

【0030】

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記昇負荷レートは、前記メタル温度が予め設定された下限温度以下の領域で、一定値に設定されることを特徴としている。

【0031】

従って、メタル温度が下限温度以下の領域で昇負荷レートを一定値に設定することで、コンバインドサイクルプラントの運転制御を簡素化することができる。

【0032】

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記昇負荷レートは、前記メタル温度が予め設定された上限温度以上の領域で、一定値に設定されることを特徴としている。

【0033】

従って、メタル温度が上限温度以上の領域で昇負荷レートを一定値に設定することで、蒸気温度とメタル温度との温度差による蒸気タービンにおける熱応力の発生を抑制することができる。

【0034】

また、本発明のコンバインドサイクルプラントの制御装置は、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記ガスタービンの起動時における待機負荷が連続して変化するように設定する、ことを特徴とするものである。

【0035】

従って、ガスタービンの起動時における待機負荷が蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、コンバインドサイクルプラントの起動時間を短縮することができる。

【0036】

本発明のコンバインドサイクルプラントの制御装置は、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが連続して変化するように設定する、ことを特徴とするものである。

【0037】

従って、蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが、蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、コンバインドサイクルプラントの起動時間を短縮することができる。

【0038】

また、本発明のコンバインドサイクルプラントの起動方法は、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、起動時、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記ガスタービンの待機負荷が連続して変化するように設定する、ことを特徴とするものである。

【0039】

従って、ガスタービンの起動時における待機負荷が蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、ガスタービンが適正負荷により運転されることで、ガスタービンと蒸気タービンとを同時に負荷上昇させる負荷帯を可能な限り減少させることができ、コンバインドサイクルプラントの起動時間を短縮することができる。

【0040】

本発明のコンバインドサイクルプラントの起動方法は、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、起動時、前記蒸気タービンのメタル温度の変化に応じて前記蒸気タービンの昇負荷レートが連続して変化するように設定する、ことを特徴とするものである。

【0041】

従って、蒸気タービンの起動時における昇負荷レートが、蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、蒸気タービンによる発電を開始してから、この蒸気タービンが早期に発電量を増加することができ、コンバインドサイクルプラントの起動時間を短縮することができる。

【発明の効果】

【0042】

本発明のコンバインドサイクルプラント、コンバインドサイクルプラントの制御装置、コンバインドサイクルプラントの起動方法によれば、コンバインドサイクルプラントの起動時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】図１は、本実施形態のコンバインドサイクルプラントを表す概略構成図である。

【図2】図２は、本実施形態のコンバインドサイクルプラントの制御装置を表す概略構成図である。

【図3】図３は、蒸気タービンメタル温度に対するガスタービン待機負荷を表すグラフである。

【図4】図４は、蒸気タービンメタル温度に対する蒸気タービン昇負荷レートを表すグラフである。

【図5】図５は、コンバインドサイクルプラントの起動状態を表すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0044】

以下、添付図面を参照して、本発明に係るコンバインドサイクルプラント、コンバインドサイクルプラントの制御装置、コンバインドサイクルプラントの起動方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

【0045】

図１は、本実施形態のコンバインドサイクルプラントを表す概略構成図である。本実施形態において、図１に示すように、コンバインドサイクルプラント１０は、ガスタービン１１と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１２と、蒸気タービン１３とを備えている。

【0046】

ガスタービン１１は、圧縮機２１と、燃焼器２２と、タービン２３とを有しており、圧縮機２１とタービン２３は、回転軸（ロータ）２４により一体回転可能に連結されている。圧縮機２１は、空気取り込みライン２５から取り込んだ空気を圧縮する。燃焼器２２は、圧縮機２１から圧縮空気供給ライン２６を通して供給された圧縮空気と、燃料ガス供給ライン２７から供給された燃料ガスとを混合して燃焼する。タービン２３は、燃焼器２２から燃焼ガス供給ライン２８を通して供給された燃焼ガスにより回転駆動する。発電機２９は、圧縮機２１及びタービン２３と同軸上に設けられており、タービン２３が回転することで発電することができる。

【0047】

排熱回収ボイラ１２は、ガスタービン１１（タービン２３）から排気ガス排出ライン３１を介して排出された排気ガスの排熱によって蒸気を発生させるものである。排熱回収ボイラ１２は、過熱器３２と、蒸発器３３と、節炭器３４とを有している。排熱回収ボイラ１２は、火炉３５の下部から導入されたガスタービン１１からの排気ガスが内部を上昇することで、過熱器３２、蒸発器３３、節炭器３４の順に熱回収を行うことで蒸気を生成する。

【0048】

そのため、節炭器３４で加熱された給水は、給水ライン３６により蒸気ドラム３７に送られ、蒸気ドラム３７内の給水は、ドラム降水ライン３８及びドラム上昇ライン３９を介して蒸発器３３との間で循環することで加熱されて蒸気を生成する。蒸気ドラム３７で生成された蒸気は、飽和蒸気ライン４０を介して過熱器３２に送られ、ここで過熱される。そして、給水ライン３６に流量調節弁４１が設けられている。

【0049】

蒸気タービン１３は、排熱回収ボイラ１２により生成された蒸気により駆動するものであり、タービン４２を有し、このタービン４２と同軸上に発電機４３が連結されている。過熱器３２で生成された蒸気は、蒸気供給ライン４４を介してタービン４２に供給され、発電機４３は、このタービン４２が回転することで発電することができる。そして、蒸気供給ライン４４に流量調節弁４５が設けられている。

【0050】

タービン４２から排出された蒸気は、蒸気排出ライン４６を介して復水器４７に供給される。復水器４７は、回収された蒸気を冷却水（海水）により冷却して復水とするものである。この復水器４７は、生成した復水を復水供給ライン４８を介して節炭器３４に送る。そして、復水供給ライン４８に復水ポンプ４９が設けられている。

【0051】

そのため、コンバインドサイクルプラント１０を運転するとき、ガスタービン１１にて、圧縮機２１は、空気を圧縮し、燃焼器２２は、供給された圧縮空気と燃料ガスとを混合して燃焼する。すると、タービン２３は、燃焼器２２から供給された燃焼ガスにより回転駆動し、発電機２９が発電を行う。また、ガスタービン１１（タービン２３）から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ１２に送られる。節炭器３４で加熱された給水は、蒸気ドラム３７に送られ、蒸発器３３との間で循環することで加熱されて蒸気を生成する。蒸気ドラム３７で生成された蒸気は、過熱器３２に送られて過熱され、過熱蒸気が蒸気タービン１３に送られる。タービン４２は、この過熱蒸気により回転駆動し、発電機４３が発電を行う。タービン４２で使用された蒸気は、冷却水により冷却されて復水となり、復水ポンプ４９により節炭器３４に戻される。

【0052】

ところで、このように構成されたコンバインドサイクルプラント１０では、蒸気タービン１３のメタル温度に応じてガスタービン１１における起動時の待機負荷が設定されている。ガスタービン１１が起動し、排熱回収ボイラ１２がガスタービン１１からの排気ガスにより蒸気を生成し、この蒸気を蒸気タービン１３に供給して回転駆動するとき、蒸気の温度と蒸気タービン１３のメタル温度に大きな温度差があると、蒸気タービン１３の各構成部材に熱膨張差が発生し、熱応力が作用してしまう。そのため、コンバインドサイクルプラント１０の起動時、蒸気タービン１３のメタル温度が低いときには、ガスタービン１１の待機負荷を低く設定し、蒸気タービン１３のメタル温度が高いときには、ガスタービン１１の待機負荷を高く設定している。

【0053】

即ち、コンバインドサイクルプラント１０の起動時、蒸気タービン１３のメタル温度に応じてガスタービン１１の待機負荷が設定されていることから、ガスタービン１１が起動すると、この待機負荷に保持される。そして、排熱回収ボイラ１２は、ガスタービン１１からの排気ガスの排熱により蒸気を生成する。そして、排熱回収ボイラ１２で生成される蒸気の過熱度が予め設定された過熱度基準値より高くなると共に、蒸気の温度と蒸気タービン１３のメタル温度との温度差が温度差基準値より小さくなると、流量調整弁４５を開いて排熱回収ボイラ１２で生成した蒸気を蒸気タービン１３に供給して運転を開始する。その後、流量調整弁４５の開度を制御すると共に、ガスタービン１１の負荷を上昇させることで、蒸気タービン１３の負荷を上昇させ、発電機４３による発電量を増加させている。

【0054】

図２に示すように、制御装置５０は、ガスタービン１１の運転を制御するガスタービン制御部５１と、排熱回収ボイラ１２の運転を制御するボイラ制御部５２と、蒸気タービン１３の運転を制御する蒸気タービン制御部５３が接続されており、各制御部５１，５２，５３を制御する。また、制御装置５０は、排熱回収ボイラ１２から蒸気タービン１３へ供給する蒸気の供給量を調整する流量調整弁４５の開度を制御する。更に、蒸気タービン１３のメタル温度を検出する温度検出器５４と、排熱回収ボイラ１２が生成した蒸気の温度及び圧力を検出する温度検出器５５及び圧力検出器５６とが設けられている。制御装置５０は、温度検出器５４が検出したメタル温度と、温度検出器５５が検出した蒸気温度と、圧力検出器５６が検出した蒸気圧力が入力される。

【0055】

なお、温度検出器５４は、蒸気タービン１３におけるロータの温度を検出するものであるが、例えば、熱電対により蒸気タービン１３における静翼の温度を計測して蒸気タービン１３のメタル温度としている。この場合、予め、蒸気タービン１３のロータの温度と静翼の温度との相関関係を実験等により計測しておき、温度検出器５４の計測結果をこの相関値により補正してもよい。また、温度検出器により蒸気タービン１３のケーシングの温度や蒸気供給配管の温度などを計測してもよい。

【0056】

また、蒸気タービン１３のメタル温度に応じてガスタービン１１の起動時における待機負荷を設定する待機負荷設定部５７と、蒸気タービン１３のメタル温度に応じて蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートを設定する昇負荷レート設定部５８が設けられている。制御装置５０は、この待機負荷設定部５７と昇負荷レート設定部５８が接続されている。

【0057】

そして、本実施形態にて、制御装置５０は、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じてガスタービン１１の起動時における待機負荷が連続して変化するように設定する。即ち、待機負荷設定部５７は、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じてガスタービン１１の待機負荷が連続して変化するように設定されたマップ（相関グラフ）を有している。

【0058】

図３は、蒸気タービンメタル温度に対するガスタービン待機負荷を表すグラフである。ここで、ガスタービン１１の待機負荷とは、蒸気タービン１３に蒸気を供給する前に、ガスタービン１１の排気ガスにより排熱回収ボイラ１２が蒸気を生成するとき、どのくらいの負荷にガスタービン１１を保持して運転するかを表すものであり、ガスタービン待機負荷Ｐは、全負荷を１００（％）としたときの割合（％）である。図３に示すように、ガスタービン１１の起動時におけるガスタービン待機負荷Ｐは、蒸気タービン１３のメタル温度Ｔの関数であり、メタル温度Ｔの上昇に伴って増加する。

【0059】

この場合、メタル温度Ｔが予め設定された下限温度Ｔ１（例えば０℃）以下の領域Ａでは、ガスタービン待機負荷Ｐが一定値Ｐ１（例えば、１０％）に設定される。また、メタル温度Ｔ１からメタル温度Ｔ２まで増加する低温領域Ｂでは、ガスタービン待機負荷（一定値）Ｐ１からガスタービン待機負荷Ｐ２（例えば、１５％）に連続して増加するように設定される。更に、メタル温度Ｔ２からメタル温度Ｔ３まで増加する高温領域Ｃでは、ガスタービン待機負荷Ｐ２からガスタービン待機負荷（一定値）Ｐ３に連続して増加するように設定される。そして、上限温度としてのメタル温度Ｔ３以上の領域Ｄでは、ガスタービン待機負荷Ｐが一定値Ｐ３（例えば、３０％）に設定される。

【0060】

そして、各領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの間で、点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３が設定されており、領域Ｂ，Ｃにて、ガスタービン待機負荷Ｐは、メタル温度Ｔの直線的な関数であり、メタル温度Ｔ１〜Ｔ２の低温領域Ｂとメタル温度Ｔ２〜Ｔ３の高温領域Ｃの間に点Ｑ２が設けられる。そして、高温領域Ｃにおけるガスタービン待機負荷Ｐの変化率は、低温領域Ｂにおけるガスタービン待機負荷Ｐの変化率より大きく設定されている。

【0061】

また、制御装置５０は、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じて蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートが連続して変化するように設定する。即ち、昇負荷レート設定部５８は、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じて蒸気タービン１３の昇負荷レートが連続して変化するように設定されたマップ（相関グラフ）を有している。

【0062】

図４は、蒸気タービンメタル温度に対する蒸気タービン昇負荷レートを表すグラフである。ここで、蒸気タービン１３の昇負荷レートとは、排熱回収ボイラ１２から蒸気タービン１３に蒸気が供給されるとき、どのくらいの速度で蒸気タービン１３の負荷を上昇させるかを表すものであり、単位時間当たりの蒸気タービン１３の負荷上昇幅であり、コンバインドサイクル発電昇負荷（単位時間当たりの発電量）と相関関係にある。図４に示すように、蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートＲは、蒸気タービン１３のメタル温度Ｔの関数であり、メタル温度Ｔの上昇に伴って増加する。

【0063】

この場合、メタル温度Ｔが予め設定された下限温度Ｔ１（例えば０℃）以下の領域Ａでは、昇負荷レートＲが一定値Ｒ１に設定される。また、メタル温度Ｔ１からメタル温度Ｔ２まで増加する低温領域Ｂでは、昇負荷レート（一定値）Ｒ１から昇負荷レートＲ２に連続して増加するように設定される。更に、メタル温度Ｔ２からメタル温度Ｔ３まで増加する高温領域Ｃでは、昇負荷レートＲ２から昇負荷レート（一定値）Ｒ３に連続して増加するように設定される。そして、上限温度としてのメタル温度Ｔ３以上の領域Ｄでは、昇負荷レートＲが一定値Ｒ３に設定される。

【0064】

そして、各領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの間で、点Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３が設定されており、領域Ｂ，Ｃにて、昇負荷レートＲは、メタル温度Ｔの直線的な関数であり、メタル温度Ｔ１〜Ｔ２の低温領域Ｂとメタル温度Ｔ２〜Ｔ３の高温領域Ｃの間に点Ｑ１２が設けられる。そして、高温領域Ｃにおける昇負荷レートＲの変化率は、低温領域Ｂにおける昇負荷レートＲの変化率より大きく設定されている。

【0065】

以下、本実施形態のコンバインドサイクルプラント１０の起動方法について説明する。本実施形態のコンバインドサイクルプラント１０の起動方法は、起動時、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じてガスタービン１１の待機負荷が連続して変化するように設定する。また、本実施形態のコンバインドサイクルプラント１０の起動方法は、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じて蒸気タービン１３の昇負荷レートが連続して変化するように設定する。

【0066】

図５は、コンバインドサイクルプラントの起動状態を表すグラフである。図２及び図５に示すように、コンバインドサイクルプラント１０の起動時、蒸気タービン１３のメタル温度に応じてガスタービン１１の待機負荷が設定される。即ち、制御装置５０は、温度検出器５４から蒸気タービン１３のメタル温度が入力されると、待機負荷設定部５７によりメタル温度に応じたガスタービン待機負荷を設定し、ガスタービン制御部５１によりガスタービン１１を起動する。すると、時間の経過と共にガスタービン１１の負荷Ｇが上昇し、時間ｔ１にて、負荷Ｇがガスタービン待機負荷Ｐに到達し、負荷Ｇがこのガスタービン待機負荷Ｐに保持されるようにガスタービン１１を運転する。このガスタービン制御部５１によるガスタービン１１の負荷制御は、例えば、燃料ガスの供給量である。

【0067】

すると、排熱回収ボイラ１２は、ガスタービン１１からの排気ガスの排熱により蒸気を生成する。このとき、制御装置５０は、温度検出器５５及び圧力検出器５６から入力された排熱回収ボイラ１２が生成した蒸気の温度の圧力から蒸気の過熱度を算出し、ここで算出された過熱度が、過熱度基準値より高くなったかどうかを判定している。また、制御装置５０は、温度検出器５５及び圧力検出器５６から入力された排熱回収ボイラ１２が生成した蒸気の温度と圧力から蒸気タービン入口の蒸気温度を推定し、ここで推定された蒸気温度と蒸気タービン１３のメタル温度との温度差が温度差基準値より小さくなったかどうかを判定している。

【0068】

そして、時間ｔ２にて、排熱回収ボイラ１２で生成される蒸気の過熱度が過熱度基準値より高くなると共に、蒸気タービン入口の蒸気の温度と蒸気タービン１３のメタル温度との温度差が温度差基準値より小さくなると、流量調整弁４５を開いて排熱回収ボイラ１２で生成した蒸気を蒸気タービン１３に供給する。すると、蒸気タービン１３は、排熱回収ボイラ１２からの蒸気により運転を開始する。このとき、制御装置５０は、昇負荷レート設定部５８によりメタル温度に応じた蒸気タービン１３の昇負荷レートを設定し、蒸気タービン制御部５３により蒸気タービン１３を運転する。すると、時間の経過と共に蒸気タービン１３の負荷Ｓが上昇し、発電機４３による発電量が増加する。この蒸気タービン制御部５３による蒸気タービン１３の負荷制御は、例えば、流量調整弁４５の開度制御と、ガスタービン１１での燃料ガスの供給量である。

【0069】

このように本実施形態のコンバインドサイクルプラントにあっては、圧縮機２１と燃焼器２２とタービン２３を有するガスタービン１１と、ガスタービン１１からの排気ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラ１２と、排熱回収ボイラ１２により生成された蒸気により駆動する蒸気タービン１３と、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じてガスタービン１１の起動時における待機負荷が連続して変化するように設定する制御装置５０とを設けている。

【0070】

従って、ガスタービン１１の起動時における待機負荷が蒸気タービン１３のメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、ガスタービン１１が適正負荷により運転されることで、ガスタービン１１と蒸気タービン１３とを同時に負荷上昇させる負荷帯を可能な限り減少させることができ、コンバインドサイクルプラント１０の起動時間を短縮することができる。

【0071】

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、ガスタービン待機負荷をメタル温度の関数とし、メタル温度の上昇に伴って増加するように設定している。従って、蒸気タービン１３の温度が高いほどガスタービン１１の待機負荷が高くなり、ガスタービン１１を適正負荷で起動してガスタービン１１と蒸気タービン１３とを同時に負荷上昇させる負荷帯を減少させることができる。

【0072】

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、ガスタービン待機負荷をメタル温度に対する低温領域と高温領域とを含む関数とし、低温領域及び高温領域におけるメタル温度に対する待機負荷の変化率を異ならせている。従って、低温領域におけるガスタービン待機負荷の変化率と高温領域におけるガスタービン待機負荷の変化率とが相違することとなり、プラント性能に応じた設計を可能とすることができる。

【0073】

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、高温領域におけるガスタービン待機負荷の変化率を低温領域におけるガスタービン待機負荷の変化率より大きく設定している。従って、高温領域では、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に対してガスタービン待機負荷を大きく変更することとなり、ガスタービン１１と蒸気タービン１３とを同時に負荷上昇させる負荷帯をより減少させることができる。

【0074】

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、ガスタービン待機負荷をメタル温度が予め設定された下限温度以下の領域で一定値に設定している。従って、ガスタービン１１の起動制御を簡素化することができる。

【0075】

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、ガスタービン１１の待機負荷をメタル温度が予め設定された上限温度以上の領域で一定値に設定している。ガスタービン１１における熱応力の発生を抑制することができる。

【0076】

また、本実施形態のコンバインドサイクルプラントにあっては、制御装置５０は、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じて蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートが連続して変化するように設定している。従って、蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートが、蒸気タービン１３のメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、蒸気タービン１３による発電を開始してから、この蒸気タービン１３が早期に発電量を増加することができ、コンバインドサイクルプラント１０の起動時間を短縮することができる。

【0077】

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、蒸気タービン１３の昇負荷レートをメタル温度の関数とし、メタル温度の上昇に伴って増加するようにしている。従って、蒸気タービン１３の温度が高いほど蒸気タービン１３の昇負荷レートが高くなり、蒸気タービン１３による発電量を早期に増加することができる。

【0078】

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、昇負荷レートをメタル温度に対する低温領域と高温領域とを含む関数とし、低温領域及び高温領域におけるメタル温度に対する昇負荷レートの変化率を異ならせている。従って、低温領域における昇負荷レートの変化率と高温領域における昇負荷レートの変化率とが相違することとなり、プラント性能に応じた設計を可能とすることができる。

【0079】

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、高温領域における昇負荷レートの変化率を低温領域における昇負荷レートの変化率より大きく設定している。従って、高温領域では、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に対して昇負荷レートを大きく変更することとなり、蒸気タービン１３により早期に発電量を増加することができる。

【0080】

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、昇負荷レートをメタル温度が予め設定された下限温度以下の領域で一定値に設定している。従って、コンバインドサイクルプラント１０の運転制御を簡素化することができる。

【0081】

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、昇負荷レートをメタル温度が予め設定された上限温度以上の領域で一定値に設定している。従って、蒸気温度とメタル温度との温度差による蒸気タービン１３における熱応力の発生を抑制することができる。

【0082】

また、本実施形態のコンバインドサイクルプラントの制御装置にあっては、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じてガスタービン１１の起動時における待機負荷が連続して変化するように設定している。従って、ガスタービン１１の起動時における待機負荷が蒸気タービンのメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、コンバインドサイクルプラント１０の起動時間を短縮することができる。

【0083】

また、本実施形態のコンバインドサイクルプラントの制御装置にあっては、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じて蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートが連続して変化するように設定している。従って、蒸気タービン１３の起動時における昇負荷レートが、蒸気タービン１３のメタル温度に対して最適値に設定されることとなり、コンバインドサイクルプラント１０の起動時間を短縮することができる。

【0084】

また、本実施形態のコンバインドサイクルプラントの起動方法にあっては、起動時、蒸気タービンのメタル温度の変化に応じてガスタービンの待機負荷が連続して変化するように設定している。また、蒸気タービン１３のメタル温度の変化に応じて蒸気タービン１３の昇負荷レートが連続して変化するように設定している。従って、コンバインドサイクルプラント１０の起動時間を短縮することができる。

【0085】

なお、上述した実施形態にて、ガスタービン１１の待機負荷と蒸気タービン１３の昇負荷レートを、蒸気タービン１３のメタル温度の各領域において直線的な関数としたが、この関係に限定されるものではない。即ち、ガスタービン１１の待機負荷や蒸気タービン１３の昇負荷レートを、蒸気タービン１３のメタル温度の二次関数以上の高次の関数としてもよい。

【0086】

また、上述した実施形態にて、ガスタービン１１の待機負荷と蒸気タービン１３の昇負荷レートを、メタル温度Ｔがら予め設定された下限温度以下の領域で一定値としたが、この領域もメタル温度Ｔの上昇に応じて増加するように設定してもよい。

【0087】

なお、上述した実施形態にて、コンバインドサイクルシステム１０にて、１台のガスタービン１１と１台の蒸気タービン１３を組み合わせたが、回転軸（ロータ）を同軸としても、別軸としてもよい。また、複数台のガスタービン１１と１台の蒸気タービン１３を組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0088】

１０ コンバインドサイクルプラント
１１ ガスタービン
１２ 排熱回収ボイラ
１３ 蒸気タービン
２１ 圧縮機
２２ 燃焼器
２３ タービン
２９，４３ 発電機
３２ 過熱器
３３ 蒸発器
３４ 節炭器
３７ 蒸気ドラム
４２ タービン
４５ 流量調整弁
４７ 復水器
４９ 復水ポンプ
５０ 制御装置
５１ ガスタービン制御部
５２ ボイラ制御部
５３ 蒸気タービン制御部
５４，５５ 温度検出器
５６ 圧力検出器
５７ 待機負荷設定部
５８ 昇負荷レート設定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】