特許 7003000 プラント制御装置、プラント制御方法、および発電プラント

(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】

(24)【登録日】2022-01-05

(45)【発行日】2022-01-20

(54)【発明の名称】プラント制御装置、プラント制御方法、および発電プラント

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/057 20060101AFI20220113BHJP

   F01K 23/10 20060101ALI20220113BHJP

【ＦＩ】

F02C7/057

F01K23/10 C

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2018107784

(22)【出願日】2018-06-05

(65)【公開番号】P2019023463

(43)【公開日】2019-02-14

【審査請求日】2021-02-08

(31)【優先権主張番号】P 2017142218

(32)【優先日】2017-07-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(72)【発明者】

【氏名】梶原 美珠

(72)【発明者】

【氏名】当房 昌幸

(72)【発明者】

【氏名】森 高裕

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１９４０８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｃ ７／０５７

Ｆ０１Ｋ ２３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入口案内翼から導入された酸素と共に燃料を燃焼させてガスを発生させる燃焼器と、
前記燃焼器からの前記ガスにより駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンからの排ガスの熱を利用して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラからの前記蒸気により駆動される蒸気タービンと、
を備える発電プラントを制御するプラント制御装置であって、
前記ガスタービンの出力値を制御する第１出力制御部と、
前記蒸気タービンの出力値を制御する第２出力制御部であって、前記蒸気タービンの出力値を所定期間だけ所定値に保持する第２出力制御部と、
前記蒸気タービンの起動前における前記入口案内翼の開度を第１開度に制御し、前記蒸気タービンの起動後における前記入口案内翼の開度を前記第１開度よりも大きい第２開度に制御し、前記所定期間中に前記入口案内翼の開度を前記第２開度から前記第１開度に低下させるか、または前記第１開度よりも大きく前記第２開度よりも小さい第３開度に低下させる開度制御部と、
を備えるプラント制御装置。

【請求項2】

前記第２出力制御部は、前記所定期間の開始時に前記入口案内翼の開度が前記第２開度になり、前記所定期間の終了時に前記入口案内翼の開度が前記第１開度または前記第３開度になるように、前記所定期間中に前記入口案内翼の開度を前記第２開度から前記第１開度または前記第３開度に連続的に低下させる、請求項１に記載のプラント制御装置。

【請求項3】

前記開度制御部は、前記所定期間中における前記排ガスの温度の昇温速度の設定値を算出し、前記昇温速度の設定値に基づいて前記入口案内翼の開度を制御する、請求項１または２に記載のプラント制御装置。

【請求項4】

前記開度制御部は、前記所定期間の開始時の前記排ガスの温度の設定値と、前記所定期間の終了時の前記排ガスの温度の設定値との差を、前記所定期間で割ることで、前記昇温速度の設定値を算出する、請求項３に記載のプラント制御装置。

【請求項5】

前記所定期間の開始時の前記排ガスの温度の設定値は、前記入口案内翼の開度が前記第２開度のときの前記排ガスの温度の設定値であり、
前記所定期間の終了時の前記排ガスの温度の設定値は、前記入口案内翼の開度が前記第１開度または前記第３開度のときの前記排ガスの温度の設定値である、
請求項４に記載のプラント制御装置。

【請求項6】

前記第１出力制御部は、前記所定期間中において前記ガスタービンの出力値を所定値に保持する、請求項１から５のいずれか１項に記載のプラント制御装置。

【請求項7】

前記所定期間は、前記蒸気タービンのヒートソークを実行する期間である、請求項１から６のいずれか１項に記載のプラント制御装置。

【請求項8】

前記排熱回収ボイラは、前記排ガスの熱を利用して一次蒸気を生成する一次過熱器と、前記一次蒸気に冷却水を注入する減温装置と、前記排ガスの熱を利用して前記一次蒸気から二次蒸気を生成する二次過熱器とを備え、
前記蒸気タービンは、前記排熱回収ボイラからの前記二次蒸気により駆動され、
前記減温装置は、前記二次蒸気の温度と第１温度との比較結果に基づいて、前記一次蒸気に前記冷却水を注入し、
前記開度制御部は、前記所定期間の終了時の前記排ガスの温度が、前記第１温度に基づいて定まる第２温度になるように、前記所定期間中に前記入口案内翼の開度を前記第２開度から前記第３開度に低下させる、請求項１から７のいずれか１項に記載のプラント制御装置。

【請求項9】

前記減温装置は、前記二次蒸気の温度が前記第１温度よりも高い場合に、前記一次蒸気に前記冷却水を注入し、
前記開度制御部は、前記所定期間の終了時の前記排ガスの温度が前記第１温度になるように、前記所定期間中に前記入口案内翼の開度を前記第２開度から前記第３開度に低下させる、請求項８に記載のプラント制御装置。

【請求項10】

前記開度制御部は、前記所定期間の終了時の前記蒸気タービンのメタル温度が第３温度になり、前記所定期間の終了時の前記排ガスの温度が、前記第３温度に基づいて定まる第４温度になるように、前記所定期間中に前記入口案内翼の開度を前記第２開度から前記第３開度に低下させる、請求項１から７のいずれか１項に記載のプラント制御装置。

【請求項11】

前記第３温度は、前記蒸気タービンの起動がミスマッチチャートにおいてホット起動と定義される場合の前記メタル温度である、請求項１０に記載のプラント制御装置。

【請求項12】

前記第４温度は、前記第３温度よりも高い、請求項１０または１１に記載のプラント制御装置。

【請求項13】

入口案内翼から導入された酸素と共に燃料を燃焼させてガスを発生させる燃焼器と、
前記燃焼器からの前記ガスにより駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンからの排ガスの熱を利用して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラからの前記蒸気により駆動される蒸気タービンと、
を備える発電プラントを制御するプラント制御方法であって、
前記ガスタービンの出力値を第１出力制御部により制御し、
前記蒸気タービンの出力値を所定期間だけ所定値に保持するように、前記蒸気タービンの出力値を第２出力制御部により制御し、
前記蒸気タービンの起動前における前記入口案内翼の開度を第１開度に制御し、前記蒸気タービンの起動後における前記入口案内翼の開度を前記第１開度よりも大きい第２開度に制御し、前記所定期間中に前記入口案内翼の開度を前記第２開度から前記第１開度に低下させるか、または前記第１開度よりも大きく前記第２開度よりも小さい第３開度に低下させる、
ことを備えるプラント制御方法。

【請求項14】

入口案内翼から導入された酸素と共に燃料を燃焼させてガスを発生させる燃焼器と、
前記燃焼器からの前記ガスにより駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンからの排ガスの熱を利用して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラからの前記蒸気により駆動される蒸気タービンと、
前記ガスタービンの出力値を制御する第１出力制御部と、
前記蒸気タービンの出力値を制御する第２出力制御部であって、前記蒸気タービンの出力値を所定期間だけ所定値に保持する第２出力制御部と、
前記蒸気タービンの起動前における前記入口案内翼の開度を第１開度に制御し、前記蒸気タービンの起動後における前記入口案内翼の開度を前記第１開度よりも大きい第２開度に制御し、前記所定期間中に前記入口案内翼の開度を前記第２開度から前記第１開度に低下させるか、または前記第１開度よりも大きく前記第２開度よりも小さい第３開度に低下させる開度制御部と、
を備える発電プラント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、プラント制御装置、プラント制御方法、および発電プラントに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、コンバインドサイクル発電プラント（Ｃ／Ｃ発電プラント）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、燃料の燃焼により発生したエネルギーを利用して火力発電を行う。具体的には、ガスタービンは、燃料を燃焼させる燃焼器から供給されたガスにより駆動される。排熱回収ボイラは、ガスタービンから排出された排ガスの熱を利用して蒸気を生成する。蒸気タービンは、排熱回収ボイラから供給された蒸気により駆動される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭６２－１５３５０５号公報

【非特許文献】

【0004】

【文献】社団法人 火力原子力発電技術協会 発刊「火原協会講座『計測と制御』平成２１年度改定版」第III章1.3.3、第７４ページ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来のＣ／Ｃ発電プラントには、小容量のガスタービンが採用されていたため、これと組み合わされる蒸気タービンも小容量となり、蒸気タービンに発生する熱応力が大きな問題になることはなかった。

【0006】

しかしながら、昨今のＣ／Ｃ発電プラントに採用されている最新ガスタービンは、タービン入口温度（燃焼温度）の高温化と大容量化が著しい。よって、これと組み合わされる蒸気タービンも大容量となってきており、起動時に蒸気タービンに発生する熱応力が大きな問題になってきている。そのため、蒸気タービンの出力を定格値まで上昇させる前に、蒸気タービンの蒸気温度をゆるやかに上昇させて熱応力を緩和させるヒートソークが必要となる。この際、汽力発電プラントでヒートソークを実施する場合と同様に、Ｃ／Ｃ発電プラントの制約や特徴を考慮したヒートソークを導入することが求められる。

【0007】

そこで、本発明の実施形態は、ガスタービンと蒸気タービンとを備える発電プラントに適したヒートソークを実行可能なプラント制御装置、プラント制御方法、および発電プラントを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一の実施形態によれば、プラント制御装置は、入口案内翼から導入された酸素と共に燃料を燃焼させてガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼器からの前記ガスにより駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスの熱を利用して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの前記蒸気により駆動される蒸気タービンと、を備える発電プラントを制御する。前記装置は、前記ガスタービンの出力値を制御する第１出力制御部と、前記蒸気タービンの出力値を制御する第２出力制御部であって、前記蒸気タービンの出力値を所定期間だけ所定値に保持する第２出力制御部とを備える。前記装置はさらに、前記蒸気タービンの起動前における前記入口案内翼の開度を第１開度に制御し、前記蒸気タービンの起動後における前記入口案内翼の開度を前記第１開度よりも大きい第２開度に制御し、前記所定期間中に前記入口案内翼の開度を前記第２開度から前記第１開度に低下させるか、または前記第１開度よりも大きく前記第２開度よりも小さい第３開度に低下させる開度制御部を備える。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態の発電プラントの構成を示す模式図である。

【図2】第１実施形態の発電プラントの動作を説明するためのグラフである。

【図3】第１比較例の発電プラントの構成を示す模式図である。

【図4】第１比較例の蒸気タービンの構造を示す断面図である。

【図5】第１比較例の発電プラントの動作を説明するためのグラフである。

【図6】第２実施形態の発電プラントの構成を示す模式図である。

【図7】第２実施形態の発電プラントの動作を説明するためのグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１から図７では、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0011】

（第１比較例）
図３は、第１比較例の発電プラント１の構成を示す模式図である。本比較例の発電プラント１は、発電プラント１を制御するプラント制御装置２を備えている。本比較例の発電プラント１は、一軸直結型のＣ／Ｃ発電プラントである。

【0012】

発電プラント１は、燃料調節弁１１と、燃焼器１２と、圧縮機１３と、ガスタービン１４と、回転軸１５と、発電機１６と、サーボ弁１７と、圧縮空気温度センサ１８と、出力センサ１９と、排熱回収ボイラ２１と、ドラム２２と、過熱器２３と、蒸気タービン３１と、復水器３２と、加減弁３３と、バイパス調節弁３４と、メタル温度センサ３５と、主蒸気温度センサ３６とを備えている。また、圧縮器１３は、入口１３ａと、複数の入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet Guide Vane）１３ｂとを備えており、ガスタービン１４は、複数の排ガス温度センサ１４ａを備えている。

【0013】

一方、プラント制御装置２は、関数発生器４１と、設定器４２と、加算器４３と、上限制限器４４と、下限制限器４５と、切替器５１と、平均値演算器５２と、減算器５３と、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）コントローラ５４と、下限制限器５５と、設定器６１と、減算器６２と、比較器６３と、ミスマッチチャート演算部６４と、ＮＯＴゲート６５と、ＡＮＤゲート６６とを備えている。これらのブロックは、サーボ弁１７の動作を制御することで、ＩＧＶ１３ｂの開度を制御する開度制御部として機能する。

【0014】

プラント制御装置２はさらに、燃料調節弁１１の動作を制御することで、ガスタービン１４の出力を制御するＧＴ（ガスタービン）出力制御部５６と、加減弁３３の動作（またはバイパス調節弁３４の動作）を制御することで、蒸気タービン３１の出力を制御するＳＴ（蒸気タービン）出力制御部５７とを備えている。ＧＴ出力制御部５６は、第１出力制御部の一例である。ＳＴ出力制御部５７は、第２出力制御部の一例である。

【0015】

燃料調節弁１１は、燃料配管に設けられている。燃料調節弁１１を開くと、燃料配管から燃焼器１２に燃料Ａ１が供給される。一方、圧縮器１３は、入口１３ａに設けられたＩＧＶ１３ｂを備えている。圧縮機１３は、入口１３ａからＩＧＶ１３ｂを介して空気Ａ２を導入し、燃焼器１２に圧縮空気Ａ３を供給する。燃焼器１２は、燃料Ａ１を圧縮空気Ａ３中の酸素と共に燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスＡ４を発生させる。

【0016】

ガスタービン１４は、燃焼ガスＡ４により回転駆動されることで、回転軸１５を回転させる。発電機１６は、回転軸１５に接続されており、回転軸１５の回転を利用して発電を行う。ガスタービン１４から排出された排ガスＡ５は、排熱回収ボイラ２１に送られる。排ガス温度センサ１４ａの各々は、ガスタービン１４の出口付近で排ガスＡ５の温度を検出し、温度の検出結果をプラント制御装置２に出力する。排熱回収ボイラ２１は、後述するように、排ガスＡ５の熱を利用して蒸気を生成する。

【0017】

サーボ弁１７は、ＩＧＶ１３ｂの開度を調節するために使用される。圧縮空気温度センサ１８は、圧縮器１３の出口付近で圧縮空気Ａ３の温度を検出し、温度の検出結果をプラント制御装置２に出力する。出力センサ１９は、発電機１６に設けられており、発電機１６の電気出力を検出し、出力の検出結果をプラント制御装置２に出力する。発電機１６の電気出力は、ガスタービン１４の出力（ガスタービン１４が外部に与えた仕事）と、蒸気タービン３１の出力（蒸気タービン３１が外部に与えた仕事）との合計に相当する。

【0018】

ドラム２２と過熱器２３は、排熱回収ボイラ２１内に設けられており、排熱回収ボイラ２１の一部を構成している。ドラム２２内の水は、不図示の蒸発器に送られ、蒸発器内で排ガスＡ５により加熱されることで飽和蒸気となる。飽和蒸気は、過熱器２３に送られ、過熱器２３内で排ガスＡ５により過熱されることで過熱蒸気Ａ６となる。排熱回収ボイラ２１により生成された過熱蒸気Ａ６は、蒸気配管に排出される。以下、この過熱蒸気Ａ６を主蒸気と呼称する。

【0019】

蒸気配管は、主配管とバイパス配管とに分岐している。主配管は、蒸気タービン３１に接続されており、バイパス配管は、復水器３２に接続されている。加減弁３３は、主配管に設けられている。バイパス調節弁３４は、バイパス配管に設けられている。

【0020】

加減弁３３を開くと、主配管からの主蒸気Ａ６が蒸気タービン３１に供給される。蒸気タービン３１は、主蒸気Ａ６により回転駆動されることで、ガスタービン１４と共に回転軸１５を回転させる。蒸気タービン３１から排出された主蒸気Ａ７は、復水器３２に送られる。

【0021】

一方、バイパス調節弁３４を開くと、バイパス配管からの主蒸気Ａ６が蒸気タービン３１をバイパスして復水器３２に送られる。復水器３２は、主蒸気Ａ６、Ａ７を循環水Ａ８により冷却し、主蒸気Ａ６、Ａ７を水に戻す。循環水Ａ８が海水である場合には、復水器３２から排出された循環水Ａ８は海に戻される。

【0022】

メタル温度センサ３５は、蒸気タービン３１の第１段内面のメタル温度を検出し、温度の検出結果をプラント制御装置２に出力する。主蒸気温度センサ３６は、排熱回収ボイラ２１の主蒸気出口付近で主蒸気Ａ６の温度を検出し、温度の検出結果をプラント制御装置２に出力する。

【0023】

排ガスＡ５の温度は、燃料Ａ１の供給量や空気Ａ２の流量を調節することで制御可能である。以下、燃料Ａ１の供給量や空気Ａ２の流量の詳細について説明する。

【0024】

燃料Ａ１の供給量は、燃料調節弁１１の開度を制御することで調節される。プラント制御装置２のＧＴ出力制御部５６は、燃料調節弁１１の開度を制御するための弁制御指令信号を出力することで、燃料Ａ１の供給量を調節する。例えば、燃料Ａ１の供給量が増加すると、燃焼ガスＡ４の温度が低下し、ガスタービン１４の出力値が低下し、排ガスＡ５の温度が低下する。一方、燃料Ａ１の供給量が減少すると、燃焼ガスＡ４の温度が上昇し、ガスタービン１４の出力値が上昇し、排ガスＡ５の温度が上昇する。このように、ＧＴ出力制御部５６は、燃料調節弁１１の開度を制御することでガスタービン１４の出力値を制御することができ、これにより排ガスＡ５の温度を制御することができる。

【0025】

空気Ａ２の流量は、ＩＧＶ１３ｂの開度を制御することで調節される。ＩＧＶ１３ｂの開度は、燃料調節弁１１の開度と同様に、プラント制御装置２により制御される。圧縮機１３は、空気Ａ２をＩＧＶ１３ｂを介して吸い込み、空気Ａ２を圧縮して圧縮空気Ａ３を生成する。例えば、ＩＧＶ１３ｂの開度が増加すると、空気Ａ２の流量が増加し、圧縮空気Ａ３の流量が増加する。この際、圧縮空気Ａ３の温度は、圧縮工程により元の空気Ａ２の温度（ほぼ大気温度）よりも高くなるが、燃焼ガスＡ４の温度に比べれば非常に低温である。その結果、ＩＧＶ１３ｂが開度が増加すると、圧縮空気Ａ３の影響が増加して燃焼ガスＡ４の温度が低下し、排ガスＡ５の温度が低下する。一方、ＩＧＶ１３ｂの開度が減少すると、圧縮空気Ａ３の影響が減少して燃焼ガスＡ４の温度が上昇し、排ガスＡ５の温度が上昇する。このように、プラント制御装置２は、ＩＧＶ１３ｂの開度を制御することで、排ガスＡ５の温度を制御することができる。なお、燃料Ａ１の供給量を一定に保ちつつＩＧＶ１３ｂの開度を変化させる場合には、ガスタービン１４の出力値はほとんど変化しない。

【0026】

図４は、第１比較例の蒸気タービン３１の構造を示す断面図である。

【0027】

蒸気タービン３１は、複数の動翼を有する回転子３１ａと、複数の静翼を有する固定子３１ｂと、蒸気流入口３１ｃと、蒸気流出口３１ｄとを備えている。主蒸気Ａ６は、蒸気流入口３１ｃから導入され、蒸気タービン３１内を通過し、蒸気流出口３１ｄから主蒸気Ａ７として排出される。

【0028】

図４は、メタル温度センサ３５の設置位置を示している。メタル温度センサ３５は、蒸気タービン３１の第１段静翼の内面付近に設置されている。よって、メタル温度センサ３５は、第１段静翼の内面のメタル温度を検出することができる。

【0029】

以下、図３を再び参照し、プラント制御装置２の詳細を説明する。

【0030】

関数発生器４１は、ガスタービン１４の出力値（以下「ＧＴ出力値」と呼ぶ）と、通常時における排ガスＡ５の温度（以下「排ガス温度」と呼ぶ）との対応関係を示す関数を発生させる。関数発生器４１は、ＧＴ出力値の測定値Ｂ１を出力センサ１９から取得し、関数発生器４１に設定されたファンクションカーブに従って、測定値Ｂ１に対応する排ガス温度の設定値Ｂ２を出力する。

【0031】

なお、関数発生器４１は、圧縮空気Ａ３の圧力（以下「圧縮空気圧力」と呼ぶ）と、通常時における排ガス温度との対応関係を示す関数を発生させてもよい。この場合、関数発生器４１は、圧縮空気圧力の測定値を取得し、この測定値に対応する排ガス温度の設定値Ｂ２を出力する。

【0032】

設定器４２は、起動時における排ガス温度と、蒸気タービン３１の第１段内面のメタル温度（以下「メタル温度」と呼ぶ）との間の温度差の設定値ΔＴを保持している。加算器４３は、メタル温度の測定値Ｂ３をメタル温度センサ３５から取得し、設定値ΔＴを設定器４２から取得する。そして、加算器４３は、メタル温度の測定値Ｂ３に設定値ΔＴを加算して、排ガス温度の設定値「Ｂ３＋ΔＴ」を出力する。

【0033】

上限制限器４４は、排ガス温度の上限値ＵＬを保持しており、設定値Ｂ３＋ΔＴと上限値ＵＬの小さい方を出力する。下限制限器４５は、排ガス温度の下限値ＬＬを保持しており、上限制限器４４の出力と下限値ＬＬの大きい方を出力する。よって、下限制限器４５は、排ガス温度の設定値Ｂ４として、設定値Ｂ３＋ΔＴ、上限値ＵＬ、および下限値ＬＬのうちの中間値を出力する。これは、排ガス温度の設定値「Ｂ３＋ΔＴ」を、上限値ＵＬと下限値ＬＬとの間の値に制限したことを意味する。

【0034】

なお、本比較例の発電プラント１はコールド起動により起動されるため、メタル温度の測定値Ｂ３は低温である。そのため、Ｂ３＋ΔＴも低温となることから、設定値Ｂ４は下限値ＬＬとなることが多い。この場合、蒸気タービン３１に熱応力が発生しやすいため、プラント制御装置２は以下のようにヒートソーク用のブロックを備えている。

【0035】

設定器６１は、主蒸気Ａ６の温度（以下「主蒸気温度」と呼ぶ）とメタル温度との間の温度差の設定値（３０℃）を保持している。減算器６２は、メタル温度の測定値Ｂ３をメタル温度センサ３５から取得し、温度差の設定値を設定器６１から取得する。そして、減算器６２は、メタル温度の測定値Ｂ３から温度差の設定値を減算して、主蒸気温度の設定値Ｄ２である「Ｂ３－３０℃」を出力する。

【0036】

比較器６３は、主蒸気温度の測定値Ｄ１を主蒸気温度センサ３６から取得し、主蒸気温度の設定値Ｄ２を減算器６２から取得する。そして、比較器６３は、主蒸気温度の測定値Ｄ１と設定値Ｄ２とを比較し、比較結果に対応する切替信号Ｄ３を出力する。

【0037】

ミスマッチチャート演算部６４は、メタル温度の測定値Ｂ３をメタル温度センサ３５から取得し、メタル温度の測定値Ｂ３に基づいて、蒸気タービン３１の初負荷ヒートソーク時間Ｄ４を演算して出力する。本比較例では、初負荷ヒートソーク時間が９０分となる例について後述する。蒸気タービン３１の初負荷ヒートソーク運転が初負荷ヒートソーク時間Ｄ４だけ継続すると、ミスマッチチャート演算部６４は、初負荷ヒートソーク終了信号Ｄ５を出力する。

【0038】

ＮＯＴゲート６５は、初負荷ヒートソーク終了信号Ｄ５をミスマッチチャート演算部６４から取得し、初負荷ヒートソーク終了信号Ｄ５のＮＯＴ演算結果Ｄ６を出力する。具体的には、初負荷ヒートソーク終了信号Ｄ５がオン（１）のときにはＮＯＴ演算結果Ｄ６が０になり、初負荷ヒートソーク終了信号Ｄ５がオフ（０）のときにはＮＯＴ演算結果Ｄ６が１になる。

【0039】

ＡＮＤゲート６６は、切替信号Ｄ３を比較器６３から取得し、ＮＯＴ演算結果Ｄ６をＮＯＴゲート６５から取得する。そして、ＡＮＤゲート６６は、切替信号Ｄ３とＮＯＴ演算結果Ｄ６とのＡＮＤ演算結果を示す切替信号Ｄ７を出力する。

【0040】

切替器５１は、通常時における排ガス温度の設定値Ｂ２を関数発生器４１から取得し、起動時における排ガス温度の設定値Ｂ４を下限制限器４５から取得し、ＡＮＤゲート６６からの切替信号Ｄ７に応じて排ガス温度の設定値Ｃ１を出力する。以下、切替信号Ｄ３と切替信号Ｄ７の性質を踏まえて、切替器５１の動作について説明する。

【0041】

切替信号Ｄ３の指示は、主蒸気温度の測定値Ｄ１（Ｘ）が設定値Ｄ２（Ｙ）まで上昇して、設定値Ｄ２（Ｙ）に到達したか否かにより変化する（Ｘ≧Ｙ）。よって、切替信号Ｄ７の指示は、主蒸気温度の測定値Ｄ１が設定値Ｄ２に到達したか否かと、蒸気タービン３１の初負荷ヒートソーク運転が終了したか否かとにより変化する。図５を参照して後述するように、初負荷ヒートソーク運転が終了するのは、主蒸気温度の測定値Ｄ１が設定値Ｄ２に到達するよりずっと後であるから、図３の説明は、初負荷ヒートソーク運転が終了する前の状況に限定して行うことにする。よって、図３の説明では、初負荷ヒートソーク終了信号Ｄ５は常にオフ（０）であり、切替信号Ｄ７の指示は常に切替信号Ｄ３の指示に一致する。

【0042】

よって、測定値Ｄ１が設定値Ｄ２に到達する前は、切替器５１は、設定値Ｃ１を通常時における排ガス温度の設定値Ｂ２に維持する。一方、測定値Ｄ１が設定値Ｄ２に到達すると、切替器５１は、設定値Ｃ１を起動時における排ガス温度の設定値Ｂ４に切り替える。設定値Ｃ１は、ＰＩＤ制御の設定値（ＳＶ値）として使用される。以下、設定値Ｃ１をＳＶ値とも表記する。

【0043】

平均値演算器５２は、ガスタービン１４内の個々の排ガス温度センサ１４ａから排ガス温度の測定値Ｃ２を取得する。これらの排ガス温度センサ１４ａは、ガスタービン１４の排気部の円周に沿って設置されている。平均値演算器５２は、これらの測定値Ｃ２の平均値Ｃ３を算出して出力する。平均値Ｃ３は、ＰＩＤ制御のプロセス値（ＰＶ値）として使用される。以下、平均値Ｃ３をＰＶ値とも表記する。

【0044】

減算器５３は、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１を切替器５１から取得し、排ガス温度のＰＶ値Ｃ３を平均値演算器５２から取得する。そして、減算器５３は、ＰＶ値Ｃ３からＳＶ値Ｃ１を減算して、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１とＰＶ値Ｃ３との偏差Ｃ４を出力する（偏差Ｃ４＝ＰＶ値Ｃ３－ＳＶ値Ｃ１）。

【0045】

ＰＩＤコントローラ５４は、減算器５３から偏差Ｃ４を取得し、偏差Ｃ４をゼロに近づけるためのＰＩＤ制御を行う。ＰＩＤコントローラ５４から出力される操作量（ＭＶ値）Ｃ５は、ＩＧＶ１３ｂの開度（以下「ＩＧＶ開度」と呼ぶ）である。ＰＩＤコントローラ５４がＭＶ値Ｃ５を変化させると、ＩＧＶ開度が変化し、排ガス温度が変化する。その結果、排ガス温度のＰＶ値Ｃ３がＳＶ値Ｃ１に近づくように変化する。

【0046】

このように、ＰＩＤコントローラ５４は、排ガス温度をフィードバック制御により制御する。具体的には、ＰＩＤコントローラ５４は、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１とＰＶ値Ｃ３との偏差Ｃ４に基づいてＭＶ値Ｃ５を算出し、ＭＶ値Ｃ５の制御を通じて排ガス温度を制御する。

【0047】

ただし、ＩＧＶ開度が過度に小さくなると、燃焼器１２内での燃焼に支障がでる可能性がある。そのため、ＭＶ値Ｃ５は、ＩＧＶ開度の下限値ＬＬ（最小開度）を保持する下限制限器５５に入力される。下限制限器５５は、修正されたＭＶ値Ｃ６として、ＭＶ値Ｃ５と下限値ＬＬの大きい方を出力する。

【0048】

プラント制御装置２は、ＭＶ値Ｃ６を出力してサーボ弁１７を駆動し、サーボ弁１７の油圧作用によりＩＧＶ開度を制御する。その結果、ＩＧＶ開度がＭＶ値Ｃ６に従って変化し、排ガス温度のＰＶ値Ｃ３がＳＶ値Ｃ１に近づくように変化する。

【0049】

以下、通常時の排ガス温度の設定値Ｂ２と、起動時の排ガス温度の設定値Ｂ４との違いについて説明する。

【0050】

通常時の排ガス温度の設定値Ｂ２は例えば、発電プラント１の起動時において、主蒸気温度が所定の条件に到達するまで使用される。一方、起動時の排ガス温度の設定値Ｂ４は例えば、発電プラント１の起動時において、主蒸気温度が所定の条件に到達した後に使用される。

【0051】

［通常時の排ガス温度の設定値Ｂ２］
コンバインドサイクル型の発電プラント１の起動時には、排ガス温度を高くして主蒸気Ａ６の生成を積極的に促すことが望ましい。そのため、関数発生器４１のファンクションカーブは、排ガス温度が比較的高温になるように設定されるのが一般的である。

【0052】

よって、排ガス温度の設定値Ｃ１が通常時の設定値Ｂ２に設定されている場合には、偏差Ｃ４はマイナス値に維持され、ＩＧＶ開度のＭＶ値Ｃ６は最小開度に維持される。すなわち、発電プラント１の起動直後には、ＩＧＶ開度は、ＧＴ出力値に関わらず最小開度に維持される。最小開度の値は例えば、３０％開度から５０％開度の間に設定される。

【0053】

［起動時の排ガス温度の設定値Ｂ４］
一方、起動時の排ガス温度の設定値Ｂ４は、主蒸気温度を蒸気タービン３１の起動に適した温度に設定するために使用される。具体的には、ＧＴ出力値の測定値Ｂ１が初負荷に到達した場合に、主蒸気温度をメタル温度に近づけるために、排ガス温度の設定値Ｃ１が、通常時の設定値Ｂ２から起動時の設定値Ｂ４に切り替えられる。設定値Ｂ４は通常、メタル温度の測定値Ｂ３と温度差の設定値ΔＴとの和で与えられる（すなわち、排ガス温度＝メタル温度＋ΔＴ）。

【0054】

これにより、主蒸気温度とメタル温度とのミスマッチが低減される。この状態で蒸気タービン３１の通気を行うと、蒸気タービン３１に発生する熱応力の少ない好適な主蒸気Ａ６が得られる。設定値ΔＴは、例えば３０℃である。

【0055】

ただし、排ガス温度の設定値Ｂ４が極端に大きな値や小さな値になると、ガスタービン１４や排熱回収ボイラ２１の運転に不都合が生じる。そのため、設定値Ｂ４は、「メタル温度＋ΔＴ」の値を上限値ＵＬと下限値ＬＬとの間の値に制限することで設定される。

【0056】

なお、上述の説明では、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１を設定値Ｂ２から設定値Ｂ４に切り替える例について説明したが、蒸気タービン３１の初負荷ヒートソークの終了時には、逆に排ガス温度のＳＶ値Ｃ１が設定値Ｂ４から設定値Ｂ２に切り替えられる。具体的には、初負荷ヒートソークが終了すると、初負荷ヒートソーク終了信号Ｄ５が１になり、ＮＯＴ演算結果Ｄ６が０になるため、切替信号Ｄ４の指示が設定値Ｂ４でも、切替信号Ｄ７の指示は設定値Ｂ２になる。よって、初負荷ヒートソークが終了すると、切替器５１は、ＳＶ値Ｃ１を設定値Ｂ４から設定値Ｂ２に切り替える。このような切替処理の詳細については、図５を参照して説明する。

【0057】

図５は、第１比較例の発電プラント１の動作を説明するためのグラフである。

【0058】

［時刻ｔ０］
時刻ｔ０に発電機１６が並列されると、ＧＴ出力値は、ゼロから初負荷に向かって上昇し始める（波形Ｗ１）。これにより、排ガス温度や主蒸気温度も上昇し始める（波形Ｗ３、Ｗ５）。このとき、主蒸気温度の測定値Ｄ１は設定値Ｄ２より低いため、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１は通常時の設定値Ｂ２に設定される。また、設定値Ｂ２は一般に高温であるため、偏差Ｃ４はマイナス値に維持され、ＩＧＶ開度は最小開度であるＰ１％に維持される（波形Ｗ２）。一方、本比較例ではコールド起動が行われるため、メタル温度は低温である（波形Ｗ４）。

【0059】

［時刻ｔ１］
ＧＴ出力制御部５６は、時刻ｔ１にＧＴ出力値の設定値を切り替える。よって、ＧＴ出力値は、時刻ｔ１に初負荷から第２出力値に向かって上昇し始める（波形Ｗ１）。これにより、排ガス温度は、設定値Ｂ２まで上昇する（波形Ｗ３）。一方、主蒸気温度は上昇し続ける（波形Ｗ５）。

【0060】

［時刻ｔ２］
主蒸気温度が時刻ｔ２にメタル温度－３０℃に到達すると（波形Ｗ５）、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１が起動時の設定値Ｂ４に切り替えられる。このとき、メタル温度の測定値Ｂ３が低温であるため（波形Ｗ４）、設定値Ｂ４は一般に低温になる。そのため、偏差Ｃ４はプラス値になり、ＩＧＶ開度はＰ１％からＰ２％に向かって上昇し始める（波形Ｗ２）。これにより、排ガス温度は、設定値Ｂ４まで低下する（波形Ｗ３）。一方、主蒸気温度は上昇し続ける（波形Ｗ５）。開度Ｐ１％は第１開度の一例であり、開度Ｐ２％は第２開度の一例である。開度Ｐ１％、Ｐ２％はそれぞれ、ＧＴ出力値が第１出力値、第２出力値のときに排ガス温度を設定値Ｂ４に維持可能な開度であり、Ｐ１％＜Ｐ２％の関係が成り立つ。なお、ＧＴ出力値は、時刻ｔ２以降も第２出力値に維持される（波形Ｗ１）。

【0061】

［時刻ｔ３］
時刻ｔ３に、ＩＧＶ開度はＰ２％に到達し、排ガス温度は設定値Ｂ４に到達する（波形Ｗ２、Ｗ３）。また、主蒸気温度は、時刻ｔ３ごろにメタル温度に到達する（波形Ｗ５）。そこで、ＳＴ出力制御部５７は、時刻ｔ３に加減弁３３を開いて蒸気タービン３１の通気を開始し、加減弁３３の開度を徐々に増加させる。こうして、蒸気タービン３１が起動され、蒸気タービン３１の出力値（以下「ＳＴ出力値」と呼ぶ）がゼロからＳ１（５％）に向かって上昇し始める（波形Ｗ７）。

【0062】

本比較例では、排ガス温度の設定値Ｂ４は下限値ＬＬであるため（波形Ｗ３）、時刻ｔ３の主蒸気温度は一時的にメタル温度の近傍の値になる（波形Ｗ５）。その後、主蒸気温度は排ガス温度を追って上昇していき、主蒸気温度がメタル温度よりも高温となる。ここで、高温の主蒸気に接触する回転軸１５（タービンロータ）の表面は高温になる一方で、高温の主蒸気に接触しない回転軸１５の内部は低温に維持される。その結果、回転軸１５の熱膨張による歪が発生して、蒸気タービン３１にはタービンロータボア熱応力（以下「ボア熱応力」と呼ぶ）が発生する。タービンロータボアとは、回転軸１５（タービンロータ）に設けられた円筒状の内腔部（ボア）である。時刻ｔ３以降、ボア熱応力は主蒸気温度の上昇に伴って増加していく（波形Ｗ６）。

【0063】

本比較例のガスタービン１４と蒸気タービン３１は同じ回転軸１５に直結されているため、蒸気タービン３１の回転数は、ガスタービン１４により駆動されて上昇する。具体的には、蒸気タービン３１は、時刻ｔ０からガスタービン１４により駆動されて定格回転数で運転されており、時刻ｔ３でもこの運転を継続している。時刻ｔ３より前には、加減弁３３は全閉しており、主蒸気Ａ６は蒸気タービン３１に流入しないため、蒸気タービン３１のボア熱応力は発生せずゼロである（波形Ｗ６）。

【0064】

ここで、排ガス温度の設定値Ｂ４の下限値ＬＬについて説明する。一般に蒸気タービン３１の通気時には、主蒸気温度は、熱応力を低く抑えるためにメタル温度に近いことが望ましい。そのため、本比較例の加算器４３は、排ガス温度の理想的な設定値として「Ｂ３＋ΔＴ」を出力する。ただし、典型的なコールド起動ではメタル温度は８０℃～１６０℃という低温であり、排ガス温度の理想的な設定値は、定常的に８０℃～１６０℃の近傍になるが、この排ガス温度は、正常な燃焼運転が不可能な低温である。そこで、本比較例の下限値ＬＬは、ガスタービン１４の正常な燃焼運転が可能な最も低温の排ガス温度に設定されている。一方、蒸気タービン３１の通気は主蒸気温度が一時的にメタル温度の近傍の値になったときに開始されるが、その後、主蒸気温度は排ガス温度を追って上昇していくことを余儀なくされる。その過程で、蒸気タービン３１に大きなボア熱応力が発生する。

【0065】

なお、蒸気タービン３１に発生する熱応力には、タービンロータのボアに発生する熱応力や、タービンロータの表面に発生する熱応力がある。主蒸気温度がメタル温度より高温のときには、前者の熱応力の極性はプラス値であり、後者の熱応力の極性はマイナス値である。本比較例では両者の熱応力が問題となるが、図５は代表として前者の熱応力（ボア熱応力）を示している。

【0066】

［時刻ｔ４］
時刻ｔ４にＳＴ出力値は５％負荷（Ｓ１）に到達する（波形Ｗ７）。そして、蒸気タービン３１の初負荷ヒートソーク（以下適宜「初負荷ＨＳ」とも略記する）が開始され、ＳＴ出力値が時刻ｔ４から９０分間だけ５％負荷に保持される。５％というＳＴ出力値は、蒸気タービン３１の出力値の所定値の一例であり、９０分という期間は、蒸気タービン３１の出力値を所定値に保持する所定期間の一例である。なお、ここに記載した９０分と５％という数値は、説明の便宜上の一例である。

【0067】

主蒸気温度は、排ガス温度の近傍に到達するまで上昇し続ける（波形Ｗ５）。初負荷ヒートソーク中の排ガス温度は一定温度（下限値ＬＬ）に維持されるため（波形Ｗ３）、主蒸気温度も初負荷ヒートソーク中においてやがて一定温度になる。主蒸気の流入に対するボア熱応力の応答は時間的に少し遅れるので、ボア熱応力は、時刻ｔ４を少し過ぎた時点で第１のピークＱ１に到達する（波形Ｗ６）。しかし、その後はロータ部材内部にも徐々に熱が浸透していくので、ボア熱応力は、徐々に減少しながらも、残留熱応力としてＱ０程度の値に維持される。本比較例の初負荷ヒートソーク中において、ＧＴ出力値は第２出力値に保持され（波形Ｗ１）、ＩＧＶ開度はＰ２％に保持される（波形Ｗ２）。第２出力値というＧＴ出力値は、ガスタービン１４の出力値の所定値の一例である。

【0068】

ここで、初負荷ヒートソーク運転の詳細を説明する。

【0069】

従来のＣ／Ｃ発電プラントに使用される蒸気タービンは、１０ＭＰａ近傍の圧力の主蒸気で駆動されていたが、昨今のＣ／Ｃ発電プラントの蒸気タービンは、ガスタービンの高出力化・高性能化に合わせて大容量化が進み、１５ＭＰａ近傍の高圧の主蒸気で駆動されるようになっている。その結果、蒸気タービンの構成部材（例えばタービンロータやタービンケーシング）は、高圧に耐え得る物理的強度を要求されるので、肉厚の部材で構成される。

【0070】

熱応力発生のメカニズムは、前述の通り、高温の主蒸気に接触する部材表面が高温になり、高温の主蒸気に接触しない部材内部が低温に維持される結果、熱膨張による歪に起因して熱応力が生じるというものである。よって、蒸気タービンの部材が肉厚になるほど、熱応力は深刻な問題になる。

【0071】

そこで、昨今のＣ／Ｃ発電プラントの蒸気タービンを起動する際には、小容量の蒸気タービンを起動する際には必要なかった初負荷ヒートソーク運転が行われるようになってきた。具体的には、蒸気タービンが初負荷（一般に定格１００％負荷の３～５％が初負荷）に到達したときに、所定の初負荷ヒートソーク時間（一般的には６０～１２０分の保持時間）だけ初負荷を保持する運転を行うものである。初負荷ヒートソーク運転は、比較的少量の主蒸気が蒸気タービンに継続的に流入する運転なので、熱応力の問題を緩和させることが可能となる。

【0072】

仮に、初負荷ヒートソーク運転を行わずに、多量の主蒸気を短時間に一気に蒸気タービンに流入させる運転（具体的には、蒸気タービンが初負荷に到達した後一気に負荷上昇を行う運転）を行うと、タービン部材表面が急激に高温になる一方で、タービン部材内部は低温のまま維持されるため、大きな熱応力が生じてしまう。より正確には、タービン部材内部にも徐々にタービン部材表面からの熱が伝わり徐々に高温にはなっていくが、タービン部材表面はタービン部材内部に比べて著しく速く高温になっていく。その結果、蒸気タービンの熱応力は瞬発的な態様で発生し、蒸気タービンの耐用年数（寿命）を大きく損耗させるおそれがある。

【0073】

このような起動と対照的なのが初負荷ヒートソーク運転である。初負荷ヒートソーク運転では、比較的少量の主蒸気流量を蒸気タービンに流入させて、長時間を掛けて徐々に部材に熱を伝えるようにする。これにより、熱応力の発生を緩和することができ、小さい熱応力で蒸気タービンの寿命消費の進行を遅らせその耐用年数を伸ばすことができる。

【0074】

よって、初負荷ヒートソーク時間をどれくらいの長さに設定するかは、蒸気タービンの起動における大きなテーマである。ヒートソーク時間を長時間に設定すれば、部材に熱がゆっくり伝達し熱応力は緩和されるが、プラント起動時間が遅れる。逆にヒートソーク時間を短時間に設定すれば、熱応力は大きくなるが、プラント起動時間は短縮される。このような背景の下、蒸気タービンのヒートソーク時間（ヒートソークの実行時間）は、経済性に基づく耐用年数と、商用機として期待される高速起動性とのトレードオフとして決定される。前述のヒートソーク時間の具体例が６０～１２０分という設定幅を有するのは、蒸気タービンの機種モデルの相違や、発電プラントごとに異なる上記の要素を考慮した結果である。

【0075】

また、熱応力を小さくする観点では、主蒸気流量を減らすことが効果的であるが、プラント起動時間が遅延することになる。また、初負荷を維持するために主蒸気流量を減らした運転を継続した場合、加減弁の開度が極端に微開状態となり、弁体に大きな圧力損失などの必要以上の負担がかかる。よって、熱応力を小さくするためには、主蒸気流量を減らす代わりに初負荷ヒートソーク運転を行うことが一般的である。

【0076】

なお、Ｃ／Ｃ発電プラントよりも大容量の蒸気タービンが使用される汽力発電プラントでは一般に、初負荷ヒートソークに加えて、低速ヒートソークと高速ヒートソークが実行される。本比較例の記載は、初負荷ヒートソークを行うＣ／Ｃ発電プラントの一例を説明するものである。

【0077】

［時刻ｔ５～ｔ７］
時刻ｔ５に９０分間の初負荷ヒートソークが終了する。プラント制御装置２では、時刻ｔ５に初負荷ヒートソーク終了信号Ｄ５がオンになり、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１が設定値Ｂ４から設定値Ｂ２に切り替わる。

【0078】

時刻ｔ５～ｔ７の期間中には、時刻ｔ７からＧＴ出力値を定格１００％負荷に向けて上昇させるための２つの起動工程が開始される。

【0079】

第１の起動工程では、ＩＧＶ開度がＰ２％からＰ１％（最小開度）に向けて絞られ（波形Ｗ２）、これに伴い、時刻ｔ５に排ガス温度が下限値ＬＬから急激に上昇し始める（波形Ｗ３）。第１の起動工程の前には、ＩＧＶ開度は、下限値ＬＬという低温の排ガス温度を生成するために、比較的低いＧＴ出力値（第２出力値）に許容される変則的な「特殊運転モード」でＰ２％という大開度に設定される。一方、第１の起動工程では、ＧＴ出力値を第２出力値よりも大きな出力域に上昇させるために、ＩＧＶ開度は、「通常運転モード」でＰ１％開度という小開度に戻される。

【0080】

第１の起動工程において、ＩＧＶ開度は、時刻ｔ５にＰ２％からＰ１％に向けて減少し始め、時刻ｔ５と時刻ｔ７との間の時刻ｔ６にＰ１％に到達する（波形Ｗ２）。一般的に、時刻ｔ５～ｔ６の期間は３分程度となる。この約３分という時間は、ＩＧＶ１３ｂの機構上、ＩＧＶ開度がＰ２％からＰ１％に低下するのに要する時間である。ＩＧＶ開度の減少に伴い、排ガス温度は下限値ＬＬ から急速に上昇し、時刻ｔ６に設定値Ｂ２という高温に到達する（波形Ｗ３）。なお、主蒸気温度も排ガス温度に追従して急激な上昇するため（波形Ｗ５）、主蒸気に接触するロータ部材表面は高温になり、主蒸気に接触しないロータ内部部材は低温に維持され、ボア熱応力が再び増加する傾向を示す（波形Ｗ６）。主蒸気の流入に対するボア熱応力の応答は時間的に少し遅れるので、ボア熱応力は、時刻ｔ７を少し過ぎた時点で第２のピークＱ２に到達する（波形Ｗ６）。

【0081】

第２の起動工程では、ＳＴ出力値が、初負荷であるＳ１（５％）から上昇し始めて（波形Ｗ７）、バイパス調節弁３４が全閉される。バイパス調節弁３４が全閉されるメカニズムは、ＳＴ出力値の上昇と共に加減弁３３の開度が増加することによるものである。すなわち、バイパス調節弁３４を経由していた主蒸気Ａ６が、加減弁３３の開度の増加により加減弁３３に流入することで、圧力制御によりバイパス調節弁３４が全閉する。バイパス調節弁３４が全閉された時点でのＳＴ出力値は、図５に示すＳ２である。

【0082】

もし時刻ｔ７からのＧＴ出力値の上昇がバイパス調節弁３４の開弁中に起こると、ＧＴ出力値の上昇は主蒸気Ａ６の増加をもたらすことから、バイパス調節弁３４の開度は増加することになる。この場合、主蒸気Ａ６の一部が発電に寄与せずにバイパス調節弁３４を経由して復水器３２に棄てられてしまうという不経済性が問題となる。さらには、バイパス調節弁３４の開度が極端に増加すると、バイパス調節弁３４が全開してしまうおそれがある。そのため、第２の起動工程を実行することで、時刻ｔ７からのＧＴ出力値の上昇前にバイパス調節弁３４を全閉させる必要がある。

【0083】

［時刻ｔ７～ｔ８］
時刻ｔ７にＧＴ出力値は第２出力値から定格の１００％出力に向けて上昇し始める（波形Ｗ１）。ＧＴ出力値の上昇は、ＧＴ制御部５６により制御される。

【0084】

ＧＴ出力値の上昇に伴い、排ガス温度は設定値Ｂ２よりも高温になるが、この場合の排ガス温度の温度変化率はゆるやかである（波形Ｗ３）。理由は、時刻ｔ７からの排ガス温度の上昇は、燃料調節弁１１の開度をゆるやかに増加させてＧＴ出力値を増加させていくことで起こるものなので、ＩＧＶ開度をＰ２％開度からＰ１％開度に減少させる場合のような、排ガス温度を急激に上昇させる作用は及ばないからである。

【0085】

よって、時刻ｔ７からの主蒸気温度の上昇も、排ガス温度と同様にゆるやかになり（波形Ｗ５）、ボア熱応力が大きく増加することはない（波形Ｗ６）。ボア熱応力は、時刻ｔ７を少し過ぎた時点で第２のピークＱ２に到達した後は、次第に減少していく。また、ＳＴ出力値も、ＧＴ出力値の上昇に伴う主蒸気Ａ６の熱量の増加（流量や温度の上昇）の影響により上昇する（波形Ｗ７）。

【0086】

［時刻ｔ８～ｔ１０］
時刻ｔ８にＩＧＶ開度はＰ１％から最大開度に向けて増加し始める（波形Ｗ２）。一方、排ガス温度は時刻ｔ８に最高温度（アイソサーマル温度）に到達し、時刻ｔ９まで最高温度を維持した後、わずかに低下する（波形Ｗ３）。

【0087】

時刻ｔ１０に、ＧＴ出力値は定格の１００％出力に到達し（波形Ｗ１）、ＩＧＶ開度は最大開度に到達する（波形Ｗ２）。主蒸気の流入に対するＳＴ出力値の応答は時間的に少し遅れるので、時刻ｔ１０を少し過ぎた時点で定格の１００％出力に到達する（波形Ｗ６）。

【0088】

（第１実施形態）
第１実施形態では、第１比較例で発生したボア熱応力の第２のピークＱ２を解消または緩和するためのプラント制御を採用する。ここで、蒸気タービン３１のタービンロータのボアに熱応力（ボア熱応力）が発生するときには、蒸気タービン３１のタービンロータの表面にも熱応力が発生する。第１実施形態で採用するプラント制御は、前者の熱応力（ボア熱応力）だけでなく後者の熱応力も解消または緩和するものである。

【0089】

第１比較例において初負荷ヒートソークの説明で触れたように、大きな熱応力は蒸気タービン３１の耐用年数（寿命）を大きく損耗させるという問題がある。この熱応力を緩和する手段としては例えば、熱応力が問題となり得る期間の主蒸気の温度変化率をゆるやかにすることが挙げられる。具体的には、時刻ｔ５～ｔ６の期間をより長く設定することで主蒸気の温度変化率をゆるやかにすることが可能である。しかし、ゆるやかな温度変化率を採用すると、発電プラント１が定格１００％出力になるまでに長時間を要することが問題となる。すなわち、熱応力の緩和（耐用年数の延長）とプラント起動時間の短縮は一般にトレードオフの関係にあるが、第１実施形態では、これらの事項の両立を図ることが可能なプラント制御を採用する。

【0090】

図１は、第１実施形態の発電プラント１の構成を示す模式図である。

【0091】

図１のプラント制御装置２は、ミスマッチチャート演算部６４、ＮＯＴゲート６５、およびＡＮＤゲート６６の代わりに、ミスマッチチャート演算部７１と、ＮＯＴゲート７２と、ＡＮＤゲート７３と、減算器７４と、除算器７５と、設定器７６と、切替器７７と、設定器７８と、変化率制限器７９とを備えている。

【0092】

ミスマッチチャート演算部７１は、メタル温度の測定値Ｂ３をメタル温度センサ３５から取得し、メタル温度の測定値Ｂ３に基づいて、蒸気タービン３１の初負荷ヒートソーク時間Ｅ１を演算して出力する。本実施形態の初負荷ヒートソーク時間は、例えば９０分である。ミスマッチチャート演算部７１はさらに、蒸気タービン３１の初負荷ヒートソーク運転を開始する際に初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２を出力する。

【0093】

ＮＯＴゲート７２は、初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２をミスマッチチャート演算部７１から取得し、初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２のＮＯＴ演算結果Ｅ３を出力する。具体的には、初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ１がオン（１）のときにはＮＯＴ演算結果Ｅ３が０になり、初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ１がオフ（０）のときにはＮＯＴ演算結果Ｅ３が１になる。

【0094】

ＡＮＤゲート７３は、切替信号Ｄ３を比較器６３から取得し、ＮＯＴ演算結果Ｅ３をＮＯＴゲート７３から取得する。そして、ＡＮＤゲート７３は、切替信号Ｄ３とＮＯＴ演算結果Ｅ３とのＡＮＤ演算結果を示す切替信号Ｅ４を出力する。

【0095】

切替器５１は、通常時における排ガス温度の設定値Ｂ２を関数発生器４１から取得し、起動時における排ガス温度の設定値Ｂ４を下限制限器４５から取得し、ＡＮＤゲート７３からの切替信号Ｅ３に応じて排ガス温度の設定値Ｃ１を出力する。以下、切替信号Ｄ３と切替信号Ｅ３の性質を踏まえて、切替器５１の動作について説明する。

【0096】

切替信号Ｄ３の指示は、主蒸気温度の測定値Ｄ１（Ｘ）が設定値Ｄ２（Ｙ）まで上昇して、設定値Ｄ２（Ｙ）に到達したか否かにより変化する（Ｘ≧Ｙ）。よって、切替信号Ｅ３の指示は、主蒸気温度の測定値Ｄ１が設定値Ｄ２に到達したか否かと、蒸気タービン３１の初負荷ヒートソーク運転が開始したか否かとにより変化する。図２を参照して後述するように、初負荷ヒートソーク運転が開始するのは、主蒸気温度の測定値Ｄ１が設定値Ｄ２に到達するよりも後である。そこで、図１の説明は、まず初負荷ヒートソーク運転が開始する前の状況に限定して行い、次に初負荷ヒートソーク運転が開始した後の状況も考慮して行うことにする。よって、ここでの図１の説明では、初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２は常にオフ（０）であり、切替信号Ｅ３の指示は常に切替信号Ｄ３の指示に一致すると想定する。

【0097】

よって、測定値Ｄ１が設定値Ｄ２に到達する前は、切替器５１は、設定値Ｃ１を通常時における排ガス温度の設定値Ｂ２に維持する。一方、測定値Ｄ１が設定値Ｄ２に到達すると、切替器５１は、設定値Ｃ１を起動時における排ガス温度の設定値Ｂ４に切り替える。設定値Ｃ１は、ＰＩＤ制御の設定値（ＳＶ値）として使用されるため、以下ＳＶ値とも表記する。

【0098】

平均値演算器５２は、ガスタービン１４内の個々の排ガス温度センサ１４ａから排ガス温度の測定値Ｃ２を取得する。平均値演算器５２は、これらの測定値Ｃ２の平均値Ｃ３を算出して出力する。平均値Ｃ３は、ＰＩＤ制御のプロセス値（ＰＶ値）として使用されるため、以下ＰＶ値とも表記する。

【0099】

減算器５３は、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１を切替器５１から取得し、排ガス温度のＰＶ値Ｃ３を平均値演算器５２から取得する。そして、減算器５３は、ＰＶ値Ｃ３からＳＶ値Ｃ１を減算して、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１とＰＶ値Ｃ３との偏差Ｃ４を出力する。

【0100】

なお、減算器５３は、正確には、ＳＶ値Ｃ１ではなく、ＳＶ値Ｃ１を修正して得られた修正ＳＶ値Ｅ８を取得し、修正ＳＶ値Ｅ８とＰＶ値Ｃ３との偏差Ｃ４を出力する。しかしながら、後述するように、初負荷ヒートソーク運転の開始前には修正ＳＶ値Ｅ８はＳＶ値Ｃ１に一致するため、減算値５３は、ＳＶ値Ｃ１とＰＶ値Ｃ３との偏差Ｃ４を出力するように動作する。

【0101】

ＰＩＤコントローラ５４は、減算器５３から偏差Ｃ４を取得し、偏差Ｃ４をゼロに近づけるためのＰＩＤ制御を行う。ＰＩＤコントローラ５４から出力される操作量（ＭＶ値）Ｃ５は、ＩＧＶ１３ｂの開度（ＩＧＶ開度）である。ＰＩＤコントローラ５４がＭＶ値Ｃ５を変化させると、ＩＧＶ開度が変化し、排ガス温度が変化する。その結果、排ガス温度のＰＶ値Ｃ３がＳＶ値Ｃ１に近づくように変化する。

【0102】

ただし、ＩＧＶ開度が過度に小さくなると、燃焼器１２内での燃焼に支障がでる可能性がある。そのため、ＭＶ値Ｃ５は、ＩＧＶ開度の下限値ＬＬ（最小開度）を保持する下限制限器５５に入力される。下限制限器５５は、修正されたＭＶ値Ｃ６として、ＭＶ値Ｃ５と下限値ＬＬの大きい方を出力する。

【0103】

以上、初負荷ヒートソーク運転が開始する前の状況に限定してプラント制御装置２の動作を説明したが、次に、初負荷ヒートソーク運転が開始した後の状況も考慮してプラント制御装置２の動作を説明する。

【0104】

減算器７４は、通常時における排ガス温度の設定値Ｂ２を関数発生器４１から取得し、起動時における排ガス温度の設定値Ｂ４を下限制限器４５から取得する。そして、減算器５３は、設定値Ｂ２から設定値Ｂ４を減算して、設定値Ｂ２と設定値Ｂ４との偏差Ｅ５を出力する（偏差Ｅ５＝設定値Ｂ２－設定値Ｂ４）。

【0105】

除算器７５は、減算器７４から偏差Ｅ５を取得し、ミスマッチチャート演算部７１から蒸気タービン３１の初負荷ヒートソーク時間Ｅ１を取得する。そして、除算器７５は、偏差Ｅ５を初負荷ヒートソーク時間Ｅ１で割算して、割算計算結果Ｅ６を出力する（割算計算結果Ｅ６＝偏差Ｅ５÷初負荷ヒートソーク時間Ｅ１）。

【0106】

後述するように、本実施形態のプラント制御装置２は、初負荷ヒートソーク中に排ガス温度を設定値Ｂ４から設定値Ｂ２に上昇させる。よって、割算計算結果Ｅ６は、初負荷ヒートソーク中の排ガス温度の平均昇温速度（平均変化率）に相当する。本実施形態のプラント制御装置２は、ヒートソーク中の排ガス温度の昇温速度が、この平均昇温速度に近付くように動作する。以下、割算計算結果Ｅ６を、排ガス温度の昇温速度（変化率）の設定値とも表記する。

【0107】

設定器７６は、排ガス温度の変化率の別の設定値（１０００℃／分）を保持している。切替器７７は、変化率の設定値Ｅ６を除算器７５から取得し、変化率の別の設定値（１０００℃／分）を設定器７６から取得し、ミスマッチチャート演算部７１からの初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２に応じて変化率の制限値Ｅ７を出力する。具体的には、切替器７７は、初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２がオフのときには制限値Ｅ７として１０００℃／分を出力し、初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２がオンのときには制限値Ｅ７として設定値Ｅ６を出力する。

【0108】

設定器７８は、変化率の別の制限値（－１０００℃／分）を保持している。変化率制限器７９は、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１を切替器５１から取得し、排ガス温度の変化率の制限値Ｅ７を切替器７７から取得し、排ガス温度の変化率の別の制限値（－１０００℃／分）を設定器７８から取得する。

【0109】

変化率制限器７９は、ＳＶ値Ｃ１の変化率を上限値と下限値との間に制限するように動作する。具体的には、ＳＶ値Ｃ１の変化率が上限値と下限値との間にある場合には、変化率制限器７９は、ＳＶ値Ｃ１をそのまま修正ＳＶ値Ｅ８として出力する。また、ＳＶ値Ｃ１の変化率が上限値よりも大きい場合には、変化率が上限値になるようＳＶ値Ｃ１を減少させ、減少されたＳＶ値Ｃ１を修正ＳＶ値Ｅ８として出力する。また、ＳＶ値Ｃ１の変化率が上限値よりも小さい場合には、変化率が下限値になるようＳＶ値Ｃ１を増加させ、増加されたＳＶ値Ｃ１を修正ＳＶ値Ｅ８として出力する。

【0110】

変化率制限器７９は、変化率の上限値として制限値Ｅ７を使用し、変化率の下限値として－１０００℃／分を使用する。よって、初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２がオフのときには、上限値は１０００℃／分となり、下限値は－１０００℃／分となる。一方、初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２がオンのときには、上限値は設定値Ｅ６となり、下限値は－１０００℃／分となる。

【0111】

ここで、１０００℃／分という値は、現実的には起こり得ない大きな値となっており、－１０００℃／分という値は、現実的には起こり得ない小さな値となっている。よって、本実施形態の修正ＳＶ値Ｅ８は、初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２がオンのときにのみ、上限値（設定値Ｅ６）に基づいてＳＶ値Ｃ１から変化する。

【0112】

なお、上述の説明では、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１を設定値Ｂ２から設定値Ｂ４に切り替える例について説明したが、蒸気タービン３１の初負荷ヒートソークの開始時には、逆に排ガス温度のＳＶ値Ｃ１が設定値Ｂ４から設定値Ｂ２に切り替えられる。具体的には、初負荷ヒートソークが開始すると、初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２が１になり、ＮＯＴ演算結果Ｅ２が０になるため、切替信号Ｅ３の指示が設定値Ｂ４でも、切替信号Ｅ４の指示は設定値Ｂ２になる。よって、初負荷ヒートソークが開始すると、切替器５１は、ＳＶ値Ｃ１を設定値Ｂ４から設定値Ｂ２に切り替える。

【0113】

その結果、ＩＧＶ開度がＰ２％からＰ１％に向かって低下し始め、排ガス温度が設定値Ｂ４から設定値Ｂ２に向かって上昇し始める。しかしながら、変化率制限器７９が、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１の変化率を設定値Ｅ６以下に制限するように動作するため、排ガス温度はゆるやかに上昇し、ＩＧＶ開度はゆるやかに低下することとなる。これにより、主蒸気温度が急激に上昇して蒸気タービン３１に大きな熱応力が発生することを抑制することが可能となる。

【0114】

ここで、設定値Ｅ６は、設定値Ｂ２と設定値Ｂ４との差を９０分（初負荷ヒートソーク時間Ｅ１）で割ったものである。よって、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１の変化率が設定値Ｅ６以下に制限されると、ヒートソーク中の排ガス温度は、９０分かけて設定値Ｂ４から設定値Ｂ２にゆるやかに連続的に上昇することになる。このような温度上昇を実現するため、ヒートソーク中のＩＧＶ開度は、９０分かけてＰ２％からＰ１％にゆるやかに連続的に低下することになる。このような制限処理の詳細については、図２を参照して説明する。

【0115】

図２は、第１実施形態の発電プラント１の動作を説明するためのグラフである。

【0116】

［時刻ｔ３］
まず、時刻ｔ０から時刻ｔ３まで第１比較例と同様の処理を行うことで、時刻ｔ３に、ＩＧＶ開度はＰ２％に到達し、排ガス温度は設定値Ｂ４に到達する（波形Ｗ２、Ｗ３）。また、主蒸気温度は、時刻ｔ３ごろにメタル温度に到達する（波形Ｗ５）。そこで、ＳＴ出力制御部５７は、時刻ｔ３に加減弁３３を開いて蒸気タービン３１の通気を開始し、加減弁３３の開度を徐々に増加させる。こうして、蒸気タービン３１が起動され、ＳＴ出力値がゼロからＳ１（５％）に向かって上昇し始める（波形Ｗ７）。

【0117】

本実施形態の排ガス温度の設定値Ｂ４は下限値ＬＬであるため（波形Ｗ３）、時刻ｔ３の主蒸気温度は一時的にメタル温度の近傍の値になる（波形Ｗ５）。その後、主蒸気温度は排ガス温度を追って上昇していき、主蒸気温度がメタル温度よりも高温となる。ここで、高温の主蒸気に接触する回転軸１５（タービンロータ）の表面は高温になる一方で、高温の主蒸気に接触しない回転軸１５の内部は低温に維持される。その結果、回転軸１５の熱膨張による歪が発生して、蒸気タービン３１にはボア熱応力が発生する。時刻ｔ３以降、ボア熱応力は主蒸気温度の上昇に伴って増加していく（波形Ｗ６）。

【0118】

［時刻ｔ４］
時刻ｔ４にＳＴ出力値は５％負荷（Ｓ１）に到達する（波形Ｗ７）。そして、蒸気タービン３１の初負荷ヒートソークが開始され、ＳＴ出力値が時刻ｔ４から９０分間５％負荷に保持される。プラント制御装置２では、時刻ｔ４に初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２がオンになり、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１が設定値Ｂ４から設定値Ｂ２に切り替わる。

【0119】

一方、ＩＧＶ開度は、初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２に応じて、時刻ｔ４にＰ２％からＰ１％に向かって低下し始める（波形Ｗ２）。よって、排ガス温度は、設定値Ｂ４（下限値ＬＬ）から設定値Ｂ２に向かって上昇し始め（波形Ｗ３）、主蒸気温度は、排ガス温度の近傍に到達するよう上昇し続ける（波形Ｗ５）。

【0120】

初負荷ヒートソークが開始されると、初負荷ヒートソーク開始信号Ｅ２に応じて、排ガス温度のＳＶ値Ｃ１の変化率の上限値が設定値Ｅ６に制限される。設定値Ｅ６は、排ガス温度の設定値Ｂ２と設定値Ｂ４との差を９０分（初負荷ヒートソーク時間Ｅ１）で割ったものである。よって、初負荷ヒートソーク中のＳＶ値Ｃ１の変化率は、上限値を超えることができないため、初負荷ヒートソーク中のＳＶ値Ｃ１は、９０分かけて設定値Ｂ４から設定値Ｂ２にゆるやかに上昇する（波形Ｗ３）。

【0121】

そのため、第１比較例のＩＧＶ開度が、時刻ｔ５～ｔ６の約５～１０分間でＰ２％からＰ１％に急激に低下するのに対し、本実施形態のＩＧＶ開度は、時刻ｔ４～ｔ５の９０分間でＰ２％からＰ１％にゆるやかに低下する（波形Ｗ２）。その結果、主蒸気温度も９０分間でゆるやかに上昇し（波形Ｗ５）、ボア熱応力は、時刻ｔ４を少し過ぎた時点で第１のピークＱ１’に到達する（波形Ｗ６）。

【0122】

本実施形態の第１のピークＱ１’は、第１比較例の第１のピークＱ１とほぼ同等か、第１比較例の第１のピークＱ１よりもやや大きくなる。理由は、本実施形態の主蒸気温度の変化率が、第１比較例に比べてやや急峻だからである。ただし、この差異は蒸気タービン３１の耐用年数（寿命）に大きな影響を及ぼすものではない。本実施形態では、第１のピークＱ１’の後にロータ部材内部にも徐々に熱が浸透していくので、ボア熱応力は、徐々に減少しながらも、残留熱応力としてＱ０’程度の値に維持される。本実施形態の初負荷ヒートソーク中において、ＧＴ出力値は第２出力値に保持される（波形Ｗ１）。

【0123】

なお、本実施形態の初負荷ヒートソーク中のＩＧＶ開度は、排ガス温度のような直線状ではなく、曲線状に変化している。理由は、ＩＧＶ開度と排ガス温度との関係は直線関係ではないため、排ガス温度の変化率を一定にすると、ＩＧＶ開度の変化率は一定とはならないからである。

【0124】

［時刻ｔ５～ｔ７］
時刻ｔ５に９０分間の初負荷ヒートソークが終了する。第１比較例と異なり、時刻ｔ５のＩＧＶ開度はＰ１％であり、時刻ｔ５の排ガス温度は設定値Ｂ２である。

【0125】

時刻ｔ５～ｔ７の期間中には、時刻ｔ７からＧＴ出力値を定格１００％負荷に向けて上昇させるための２つの起動工程が開始される。第１比較例では、ＩＧＶ開度をＰ２％からＰ１％に低下させる第１の起動工程と、ＳＴ出力値を初負荷であるＳ１（５％）から上昇させる第２の起動工程が行われるのに対し、本実施形態では、第２の起動工程のみが行われる。理由は、本実施形態では、第１の起動工程に相当する工程を初負荷ヒートソーク中に実行済みであるからである。

【0126】

よって、本実施形態の時刻ｔ５～ｔ７の期間中には、排ガス温度と主蒸気温度は一定に保持される（波形Ｗ３、Ｗ５）。その結果、時刻ｔ７を少し過ぎた時点で現れるボア熱応力の第２のピークＱ２’は、第１比較例の第２のピークＱ２に比べて大いに低下する（波形Ｗ６）。

【0127】

［時刻ｔ７～ｔ８］
時刻ｔ７にＧＴ出力値は第２出力値から定格の１００％出力に向けて上昇し始める（波形Ｗ１）。ＧＴ出力値の上昇は、ＧＴ制御部５６により制御される。

【0128】

ＧＴ出力値の上昇に伴い、排ガス温度は設定値Ｂ２よりも高温になるが、この場合の排ガス温度の温度変化率はゆるやかである（波形Ｗ３）。理由は、時刻ｔ７からの排ガス温度の上昇は、燃料調節弁１１の開度をゆるやかに増加させてＧＴ出力値を増加させていくことで起こるものなので、第１比較例でＩＧＶ開度をＰ２％開度からＰ１％開度に減少させる場合のような、排ガス温度を急激に上昇させる作用は及ばないからである。

【0129】

よって、時刻ｔ７からの主蒸気温度の上昇も、排ガス温度と同様にゆるやかになり（波形Ｗ５）、ボア熱応力が大きく増加することはない（波形Ｗ６）。ボア熱応力は、時刻ｔ７を少し過ぎた時点で第２のピークＱ２’に到達した後は、次第に減少していく。また、ＳＴ出力値も、ＧＴ出力値の上昇に伴う主蒸気Ａ６の熱量の増加（流量や温度の上昇）の影響により上昇する（波形Ｗ７）。

【0130】

［時刻ｔ８～ｔ１０］
時刻ｔ８にＩＧＶ開度はＰ１％から最大開度に向けて増加し始める（波形Ｗ２）。一方、排ガス温度は時刻ｔ８に最高温度（アイソサーマル温度）に到達し、時刻ｔ９まで最高温度を維持した後、わずかに低下する（波形Ｗ３）。

【0131】

時刻ｔ１０に、ＧＴ出力値は定格の１００％出力に到達し（波形Ｗ１）、ＩＧＶ開度は最大開度に到達する（波形Ｗ２）。主蒸気の流入に対するＳＴ出力値の応答は時間的に少し遅れるので、時刻ｔ１０を少し過ぎた時点で定格の１００％出力に到達する（波形Ｗ６）。

【0132】

以上のように、本実施形態では、蒸気タービン３１の初負荷ヒートソーク中に、ＩＧＶ開度をＰ２％からＰ１％にゆるやかに低下させる。よって、本実施形態によれば、ボア熱応力の第２のピークＱ２’を低下させることが可能となり、蒸気タービン３１の耐用年数を伸ばすことが可能となる。Ｃ／Ｃ発電プラントでは一般に、コールド起動を行う頻度が高く、ボア熱応力が問題となりやすいため、本実施形態によれば、Ｃ／Ｃ発電プラントの蒸気タービン３１の耐用年数を効果的に伸ばすことが可能となる。このように、本実施形態によれば、Ｃ／Ｃ発電プラントに適したヒートソークを実行することが可能となる。

【0133】

［第１実施形態の詳細］
次に、図１および図２を参照し、第１実施形態の発電プラント１の詳細を説明する。

【0134】

第１比較例の起動方法では、初負荷ヒートソーク後の起動工程で「急激な変化率」で主蒸気温度を上昇させる必要が生じ、このときに大きな蒸気タービンの熱応力（第２のピークＱ２）が発生することが問題となる。単純にこの熱応力のみを緩和することは、例えば初負荷ヒートソーク後の主蒸気の温度変化率をゆるやかにすることで実現可能である。しかし、この場合には発電プラント１が定格１００％出力になるまでに長時間を要することが問題となる。すなわち、一般に熱応力（耐用年数）とプラント起動時間はトレードオフの関係にある。

【0135】

一方、本実施形態の第１の特徴は、発電プラント１の高速起動性を妨げずに蒸気タービン３１の熱応力を解消または緩和するために、比較的長時間（例えば９０分）の初負荷ヒートソーク中に主蒸気温度を徐々に上昇させながら熱応力を抑制することである。すなわち、第１比較例のように大きな熱応力を短期間に集中発生させるのではなく、熱応力の発生を長期間に分散させるのである。この結果、本実施形態の熱応力の第２のピークＱ２’は、第１比較例の第２のピークＱ２より顕著に小さくなる。これにより、蒸気タービン３１の負担は減り、その耐用年数（寿命）は延伸される。また、本実施形態では、このように熱応力の発生を抑えながらも、プラントの起動時間は第１比較例と同じである。

【0136】

本実施形態の第２の特徴は、排ガス温度の変化率（昇温速度）をヒートソーク時間Ｅ１に基づき決定することにある。本実施形態では、排ガス温度の変化率を、排ガス温度の設定値Ｂ２と設定値Ｂ４との差をヒートソーク時間Ｅ１で割った値に制限することで、排ガス温度を直線状に上昇させる。これにより、主蒸気温度もほぼ直線状に上昇することとなり、熱応力の発生を９０分間で平滑化することができる。その結果、蒸気タービン３１の負担をより低減することが可能となる。

【0137】

本実施形態の第３の特徴は、ＩＧＶ開度を低下させることで主蒸気温度を上昇させていることである。より詳細には、初負荷ヒートソーク中に、ＧＴ出力値を第２出力値に保持しつつＩＧＶ開度を低下させることで、主蒸気温度を上昇させている。以下、この第３の特徴について詳細に説明する。

【0138】

主蒸気温度の上昇は、排ガス温度の上昇により実現することができるが、排ガス温度の上昇は、１）ＧＴ出力値を増加させる（すなわち燃料Ａ１を増加させる）か、２）ＩＧＶ開度を減少させることで実現することができる。以下、前者を方法１と呼び、後者を方法２と呼ぶことにする。

【0139】

方法１を採用する場合には、初負荷ヒートソーク中にＧＴ出力値を第２出力値から増加させることが考えられる。この場合には例えば、第２出力値を、すべての主蒸気Ａ６がバイパス調節弁３４を経由して復水器３２に流入したときに、復水器３２の出入口の循環水Ａ８の温度差が所定値を越えない最大のＧＴ出力値と設定する場合に問題が生じる。

【0140】

具体的には、蒸気タービン３１の通気前の起動工程では、すべての主蒸気Ａ６がバイパス調節弁３４を経由して復水器３２に流入するため、復水器３２の負担が大きく、復水器３１の出入口の循環水Ａ８の温度差が大きくなる。そこで、第２出力値を上記のように循環水Ａ８の温度差を考慮して設定すると、循環水Ａ８の温度差が環境保全の観点で許容される温度差（例えば７℃）に収まるように、ＧＴ出力値を制御することが可能となる。このような制御を実現可能なＧＴ出力値の最大値が、この場合の第２出力値である。

【0141】

この場合、方法１を採用して、初負荷ヒートソーク中にＧＴ出力値を第２出力値から増加させると、ドラム２２から発生する主蒸気Ａ６の流量が増加する。これは、循環水Ａ８の温度差が７℃という制限を逸脱して、環境保全上の問題が生じ得ることを意味する。

【0142】

ただし、このメカニズムを理解するためには、初負荷ヒートソーク中の状況と、蒸気タービン３１の通気前の状況は、復水器３２の負担という観点では類似した状況にあるということを考慮する必要がある。具体的には、初負荷は３～５％負荷という小さな負荷であるため、初負荷ヒートソーク中に蒸気タービン３１に流入する主蒸気Ａ６は少量である。よって、初負荷ヒートソーク中は、大部分の主蒸気Ａ６がタービンバイパス調節弁３４を経由して復水器３２に流入するので、復水器３２の負担が大きいという観点では、初負荷ヒートソーク中の状況と、蒸気タービン３１の通気前の状況は、類似しているのである。

【0143】

一方、本実施形態のように方法２を採用する場合には、ＩＧＶ開度の減少により排ガス温度を上昇させる。よって、初負荷ヒートソーク中にＧＴ出力値を第２出力値を保持したまま排ガス温度を上昇させることができる。よって、方法１を採用する場合のような、循環水Ａ８の温度差を７℃に収めるという問題を回避できる。正確には、燃料Ａ１の流量を一定にしつつＩＧＶ開度を減少させると、ＧＴ出力値がわずかに上昇し得ることで、主蒸気Ａ６の流量もわずかに上昇し得るが、循環水Ａ８の温度差が問題となるような大きな変化は起こらない。

【0144】

なお、本実施形態では、ＩＧＶ開度を増大させると、圧縮空気Ａ３の流量が増加して、排ガス温度が低下する。一方、ＩＧＶ開度を減少させると、圧縮空気Ａ３の流量が減少して、排ガス温度が上昇する。

【0145】

しかしながら、ガスタービン１４の機種モデルによっては、ＩＧＶ開度の定義が本実施形態の定義と逆の場合がある。すなわち、ガスタービン１４の機種モデルによっては、ＩＧＶ１３ｂの翼が「寝る」状態になり、圧縮空気Ａ３の流量が増加することを、ＩＧＶ開度が減少すると表現し、ＩＧＶ１３ｂの翼が「立つ」状態になり、圧縮空気Ａ３の流量が減少することを、ＩＧＶ開度が増加すると表現する。本実施形態のプラント制御は、このような機種モデルも適用対象とするものであり、本実施形態のプラント制御をこのような機種モデルに適用する場合には、翼が寝ることをＩＧＶ開度の増加と解釈し、翼が立つことをＩＧＶ開度の減少と解釈する。

【0146】

以上のように、本実施形態の起動方法では、蒸気タービン３１のヒートソーク運転中にＩＧＶ開度を低下させて、主蒸気温度をゆるやかに上昇させる。よって、本実施形態によれば、蒸気タービン３１の熱応力を緩和することが可能となり、プラント起動時間を無駄に延長することなく蒸気タービン３１にとって負担が少ない起動を実現することが可能となる。

【0147】

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態の発電プラント１の構成を示す模式図である。

【0148】

図６の発電プラント１は、図１に示す構成要素に加え、減温装置２４と過熱器２５とを備えている。以下、過熱器２３を「一次過熱器２３」とも呼び、過熱器２５を「二次過熱器２５」とも呼ぶ。一次過熱器２３、減温装置２４、および二次過熱器２５は、排熱回収ボイラ２１の構成要素である。

【0149】

一次過熱器２３は、ドラム２２から飽和蒸気を受け取り、排ガスＡ５の熱を利用して飽和蒸気を過熱することで飽和蒸気から一次蒸気を生成する。減温装置２４は、一次過熱器２３から一次蒸気を受け取り、一次蒸気に冷却水Ａ９を注入することで一次蒸気を冷却する。二次過熱器２５は、減温装置２４から一次蒸気を受け取り、排ガスＡ５の熱を利用して一次蒸気を過熱することで一次蒸気から二次蒸気を生成する。排熱回収ボイラ２１は、この二次蒸気を主蒸気Ａ６として排出する。

【0150】

図６は、３箇所にプラント制御装置２を示しているが、これらは同じ１個のプラント制御装置２を表している。図６に示すプラント制御装置２は、図１に示すプラント制御装置２と同じ構成要素を備えている。加えて、図６に示すプラント制御装置２は、冷却水Ａ９用の弁（冷却水流量調節弁）の開閉や開度を制御する信号Ｅ９を出力する。信号Ｅ９に応じてこの弁が開放されると、この弁を通過した冷却水Ａ９が減温装置２４内で一次蒸気に注入される。

【0151】

第２実施形態のプラント制御方法は、第１実施形態のプラント制御方法で発生したボア熱応力の第１のピークＱ１’（図２参照）をさらに緩和することができる。以下、第２実施形態のプラント制御方法の詳細を説明する。

【0152】

第１実施形態においては、初負荷ヒートソークの９０分の間に排ガス温度を設定値Ｂ４から設定値Ｂ２に上昇させるようにＩＧＶ開度を制御する。この場合、Ｂ２は蒸気タービン３１を起動（通気）する前の温度であり、早期の主蒸気発生を促すために比較的高温である。

【0153】

しかしながら、必ずしも初負荷ヒートソーク中に排ガス温度を高温のＢ２にまで上昇させなくともよい。第２実施形態のプラント制御方法は、その一例に相当する。第２実施形態においては、初負荷ヒートソークの９０分の間に排ガス温度を設定値Ｂ４から設定値Ｂ５に上昇するようにＩＧＶ開度を制御する。ここで、第２実施形態のＢ５は、Ｂ２よりも低温である（Ｂ５＜Ｂ２）。

【0154】

プラント制御装置２は、主蒸気温度、すなわち、主蒸気（二次蒸気）Ａ６の温度の測定値Ｄ１を主蒸気温度センサ３６から取得し、測定値Ｄ１と閾値とを比較する。閾値は例えば５６０℃である。プラント制御装置２は、測定値Ｄ１が閾値未満の場合には冷却水Ａ９用の弁を閉鎖し、測定値Ｄ１が閾値以上の場合には冷却水Ａ９用の弁を開放するように、信号Ｅ９を出力する。その結果、減温装置２４は、測定値Ｄ１が閾値以上の場合に一次蒸気に冷却水Ａ９を注入する。この閾値は、第１温度の一例である。

【0155】

そして、第２実施形態の設定値Ｂ５は、この閾値に基づいて定められており、具体的には、この閾値と同じ値に定められている。よって、設定値Ｂ５は例えば５６０℃である。設定値Ｂ５は、第２温度の一例である。

【0156】

以下、減温装置２４の詳細を説明する。

【0157】

減温装置２４がない発電プラント１では、初負荷ヒートソークが終了して排ガス温度がＢ２になると、主蒸気Ａ６の温度もＢ２に漸近していく。そのため、排熱回収ボイラ２１は、Ｂ２という高温を有する主蒸気Ａ６に耐え得る高価な素材で製造する必要がある。

【0158】

これに対し、本実施形態の発電プラント１は、減温装置２４により冷却水Ａ９を注入して主蒸気Ａ６の温度をＢ５以下になるように冷却する。これが、冷却水Ａ９による主蒸気Ａ６の減温スプレー制御であり、その制御の温度設定値（ＳＶ値）がＢ５[℃]である。なお、Ｂ５は正確には、減温スプレー制御のための設定値ではなく、初負荷ヒートソークの終了時の排ガス温度の設定値であるが、本実施形態では両者は同じ値（５４０℃）であるため、Ｂ５を減温スプレー制御のための温度設定値とも呼ぶことにする。

【0159】

プラント制御装置２は、冷却水流量調節弁の開度を加減して、主蒸気Ａ６の温度がＢ５以下になるように冷却水Ａ９を注入する。これにより、プラント熱効率（性能）は若干犠牲になるものの、排熱回収ボイラ２１は、Ｂ２という高温への耐熱性を有する必要がなくなり、より低温のＢ５という温度への耐熱性を有すれば十分になるため、排熱回収ボイラ２１の製造コストを低減できる。

【0160】

昨今の発電プラントでは、経済性と環境保護が指向され、最新ガスタービンでは、タービン入口温度（燃焼温度）の高温化による性能向上が著しい。そのため、排ガス温度も従来型ガスタービンより各負荷帯で軒並み高温となる。このようなトレンドにおいては、本実施形態のような減温装置２４による冷却には、充分な経済的合理性が存在する。

【0161】

減温装置２４の利点は例えば、排ガス温度がＢ５以上の高温になっても、主蒸気Ａ６の温度はＢ５を上限として温度上昇が抑制されることにある。タービンロータの熱応力を直接的に発生させるのは主蒸気Ａ６の上昇であり、排ガス温度の上昇ではないことに注目すれば、第１実施形態のように排ガス温度をＢ２まで上昇させることは、第２実施形態のように減温装置２４が設置されているケースでは無駄となる。すなわち、本実施形態の排ガス温度はＢ５まで上昇させれば充分であり、そのような温度上昇によれば、排ガス温度の上昇レートを低減できる。以下、このような上昇レートについて説明する。

【0162】

図７は、第２実施形態の発電プラント１の動作を説明するためのグラフである。

【0163】

［時刻ｔ２］
まず、時刻ｔ０から時刻ｔ２まで、第１実施形態と同様の処理を行う。その結果、時刻ｔ１から時刻ｔ２のＩＧＶ排ガス温度制御の設定値Ｂ２は高温に維持され、ＩＧＶ開度は最小開度であるＰ１％に維持される。

【0164】

この起動初期の段階では、ドラム２２から蒸気ができるだけ早く生成されるように、排ガス温度は許容される範囲内で高温であることが望ましい。したがって、後工程の初負荷ヒートソーク終了［時刻ｔ５］時点では、排ガス温度は低温のＢ５にまでしか上昇させないが、時刻ｔ２の段階では、第１実施形態と同じく高温のＢ２でエネルギッシュに排熱回収ボイラ２１を焚き上げる。このような焚き上げが可能となるのは、時刻ｔ２の段階では主蒸気温度がまだ低温だからである。

【0165】

［時刻ｔ３］
次に、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで、第１実施形態と同様の処理を行う。時刻ｔ３に、ＩＧＶ開度はＰ２％に到達し、排ガス温度は設定値Ｂ４に低下する（波形Ｗ２、Ｗ３）。さらに、主蒸気温度は、時刻ｔ３ごろにメタル温度に到達する（波形Ｗ５）。そこで、時刻ｔ３に加減弁３３を開いて蒸気タービン３１の通気を開始し、加減弁３３の開度を徐々に増加させる。こうして、蒸気タービン３１が起動され、ＳＴ出力値がゼロからＳ１（５％）に向かって上昇し始める（波形Ｗ７）。

【0166】

なお、本実施形態ではコールド起動が行われるため、主蒸気温度（≒メタル温度）は、この段階では主蒸気減温スプレー制御の温度設定値Ｂ５よりも充分に低温であり、冷却水Ａ９の注入は未だ開始されない。

【0167】

第１実施形態と同様に、主蒸気温度は排ガス温度を追って上昇していき、これに伴い蒸気タービン３１にはボア熱応力が発生する。時刻ｔ３以降、ボア熱応力は主蒸気温度の上昇に伴って増加していく（波形Ｗ６）。

【0168】

［時刻ｔ４］
時刻ｔ４に、ＳＴ出力値は５％負荷（Ｓ１）に到達する（波形Ｗ７）。そして、蒸気タービン３１の初負荷ヒートソークが開始され、ＳＴ出力値が時刻ｔ４から９０分間５％負荷に保持される。そして、時刻ｔ４に初負荷ヒートソークが開始されると、排ガス温度制御の設定値は設定値Ｂ４から設定値Ｂ５に切り替わる。この動作が、第１実施形態と異なる制御である。第１実施形態では設定値Ｂ４から設定値Ｂ２に切り替わるのに対し、第２実施形態では設定値Ｂ４から設定値Ｂ５に切り替わる。このような切替は例えば、図１の切替器５１が、入力端子として、Ｂ２用の端子とＢ４用の端子とに加えて、Ｂ５用の端子を備えることで実現可能である。

【0169】

一方、ＩＧＶ開度は、初負荷ヒートソーク開始に応じて、時刻ｔ４にＰ２％からＰ３％に向かって低下し始める（波形Ｗ２）。よって、排ガス温度は、設定値Ｂ４から設定値Ｂ２に向かって上昇し始め（波形Ｗ３）、主蒸気温度は、排ガス温度に追従するようにして上昇する（波形Ｗ５）。

【0170】

ここで、本実施形態の初負荷ヒートソーク中の排ガス温度の上昇レートを、第１実施形態と比較する。第１実施形態の排ガス温度制御のＳＶ値Ｃ１は、初負荷ヒートソークの９０分をかけて設定値Ｂ４から設定値Ｂ２に上昇する。よって、第１実施形態の排ガス温度の上昇レートは、（Ｂ２－Ｂ４）÷９０[℃／分]となる。一方、第２実施形態の排ガス温度の上昇レートは、（Ｂ５－Ｂ４）÷９０[℃／分]となる。上述のように、Ｂ２とＢ５との間にはＢ５＜Ｂ２が成り立つため、第２実施形態の上昇レートは、第１実施形態の上昇レートよりも小さくなる。

【0171】

この排ガス温度の上昇に伴い、主蒸気温度も９０分間でゆるやかに上昇し（波形Ｗ５）、ボア熱応力は、時刻ｔ４を少し過ぎた時点で第１のピークＱ１’’に到達する（波形Ｗ６）。第２実施形態では、排ガス温度の上昇は第１実施形態に比べて緩やかなので、主蒸気温度の上昇も第１実施形態に比べて緩やかとなる。その結果、第２実施形態の第１のピークＱ１’’は、第１実施形態の第１のピークＱ１’に対して小さくなる。

【0172】

なお、第２実施形態では、主蒸気減温スプレー制御による冷却水Ａ９の注入が開始されると、主蒸気温度はＢ５の一定に保持され、蒸気タービン３１のボア熱応力はもう増加することはなくなる。これに関しては、後述の時刻ｔ５～ｔ６で再度言及する。もし減温装置２４を有する第２実施形態の発電プラント１に第１実施形態のプラント制御方法を適用すると、排ガス温度は初負荷ヒートソーク中にＢ４からＢ５ではなくＢ２に向かって上昇する（Ｂ４＜Ｂ５＜Ｂ２）。しかし、排ガス温度がＢ５からＢ２に上昇する期間では、既に主蒸気温度はＢ５に保持されているのだから、ボア熱応力に配慮してこの帯域で排ガス温度を緩やかに上昇させることは無意味である。むしろ、ボア熱応力に配慮して緩やかに排ガス温度を上昇させるべき期間は、排ガス温度がＢ４からＢ５に上昇する期間である。そのため、第２実施形態では上記のように排ガス温度を上昇させている。

【0173】

なお、第１実施形態と同様に、本実施形態の初負荷ヒートソーク中のＩＧＶ開度は、排ガス温度のような直線状ではなく、曲線状に変化している。理由は、ＩＧＶ開度と排ガス温度との関係は直線関係ではないため、排ガス温度の変化率を一定にすると、ＩＧＶ開度の変化率は一定とはならないからである。

【0174】

［時刻ｔ５～ｔ７］
時刻ｔ５に、９０分間の初負荷ヒートソークが終了する。第１実施形態と異なり、時刻ｔ５のＩＧＶ開度はＰ３％であり、時刻ｔ５の排ガス温度は設定値Ｂ５である。本実施形態のプラント制御装置２は、時刻ｔ５の排ガス温度が設定値Ｂ５になるように、初負荷ヒートソーク中にＩＧＶ開度をＰ２％からＰ３％に低下させる（Ｐ２％＞Ｐ３％）。設定値Ｂ５と設定値Ｂ２との大小関係はＢ５＜Ｂ２なので、ＩＧＶ開度の大小関係はＰ３％＞Ｐ１％となる。このＰ３％は、第３開度の一例である。

【0175】

時刻ｔ５～ｔ７の期間中には、時刻ｔ７からＧＴ出力値を定格１００％負荷に向けて上昇させるための２つの起動工程が開始される。第２実施形態では、第１比較例の場合と同じ理由に基づき、ＩＧＶ開度をＰ３％からＰ１％に低下させる第１の起動工程と、ＳＴ出力値を初負荷であるＳ１（５％）から上昇させる第２の起動工程が行われる。

【0176】

よって、本実施形態の時刻ｔ５～ｔ６の期間中に、第１比較例と同様に、排ガス温度が上昇する。具体的には、排ガス温度は、時刻ｔ５にＢ５から上昇し始め、時刻ｔ６にＢ２に到達する（波形Ｗ３）。一方、排ガス温度に追従してきた主蒸気温度は、時刻ｔ５を少し過ぎた時点でＢ５に到達する（波形Ｗ５）。

【0177】

そして、主蒸気温度がＢ５に到達すると、主蒸気減温スプレー制御により冷却水Ａ９の注入が開始され、それ以後の主蒸気温度は、排ガス温度が上昇しても一定値（Ｂ５）に保持される。この点が、本実施形態では第１比較例と相違している。

【0178】

蒸気タービン３１のボア熱応力は、主蒸気温度の上昇に起因する。そのため、主蒸気温度がＢ５に保持されて以後は、たとえ排ガス温度が急峻に上昇しても、蒸気タービン３１のボア熱応力は増加しない。よって、第１比較例では時刻ｔ５からボア熱応力が上昇を開始するのに対し、本実施形態のボア熱応力は残留熱応力であるＱ０’’程度に保持される。

【0179】

［時刻ｔ７～ｔ８］
時刻ｔ７にＧＴ出力値は第２出力値から定格の１００％出力に向けて上昇し始める（波形Ｗ１）。また、ＳＴ出力値も、ＧＴ出力値の上昇に伴う主蒸気Ａ６の熱量の増加（流量の上昇）の影響により上昇する（波形Ｗ７）。

【0180】

ＧＴ出力値の上昇に伴い、排ガス温度は設定値Ｂ２よりも高温になる。しかし上述した通り、主蒸気温度はＢ５に保持されので、蒸気タービン３１のボア熱応力は残留熱応力であるＱ０’’程度に保持される。第１実施形態では、時刻ｔ７を少し過ぎた時点でボア熱応力が第２のピークＱ２’を示したのに対し、第２実施形態では、これに相当するような第２のピークは発生しない。このように、第２実施形態によれば、ボア熱応力の第２のピークの発生を抑制することが可能となる。

【0181】

最後に、第２実施形態の詳細を補足する。

【0182】

第２実施形態では、燃料Ａ１のエネルギーにより生成した蒸気を冷却水Ａ９により冷却するのであるから、プラント熱効率（性能）を犠牲にしている。しかしながら、最新型ガスタービンでは、タービン入口温度（燃焼温度）の高温化が指向されていることが留意される。このような最新型ガスタービンは、排ガス温度が、低負荷運転時の排ガス温度である設定値Ｂ２であっても、最高排ガス温度（一般に定格１００％ベース負荷よりも中間負荷帯域で発揮される）に遜色のない高温特性を示す。このような最新型ガスタービンを有する発電プラント１では、Ｂ２より低温の設定値であるＢ５に基づき冷却水Ａ９を注入しても、プラント熱効率の劣化はわずかである。例えば、Ｂ２が６００℃近傍となる最新型ガスタービンと、Ｂ５が５６０℃となる主蒸気減温スプレー制御とを組み合わせた場合には、蒸気タービン３１の熱応力を緩和させながら、効率低下も容認できる範囲内に収めることができる。

【0183】

一方、ガスタービン１４の種類によっては、このような特性を有せず、低負荷運転時の設定値Ｂ２が低温となるケースがある。このようなガスタービン１４を備える発電プラント１に第２実施形態を適用して、設定値Ｂ２よりさらに低温のＢ５を採用することは、経済性を追求する商用発電プラントでは容認しがたい。このようなケースでは、より実用的なプラント制御方法として、主蒸気減温スプレー制御の温度設定値を二段階に切り替えることなどが考えられる。例えば、初負荷ヒートソーク中のみ低温の温度設定値Ｂ５を適用し、それ以外の期間では高温の温度設定値Ｂ５’を採用する。このような方法を採用する場合にも、蒸気タービン３１の熱応力を過大にしないことが望まれる。このことに着目して、例えば次の第３実施形態の方法を採用してもよい。

【0184】

（第３実施形態）
以下、第３実施形態の発電プラント１について、図６を参照して説明する。以下の説明中、プラント制御装置２の構成や当該構成に関する符号については図２を、発電プラント１の動作や当該動作に関する符号については図７を参照されたい。

【0185】

第２実施形態のプラント制御装置２は、時刻ｔ５の排ガス温度が設定値Ｂ５になるように、初負荷ヒートソーク中にＩＧＶ開度をＰ２％からＰ３％に低下させる（Ｐ２％＞Ｐ３％）。設定値Ｂ５は、例えば５６０℃である。設定値Ｂ５と設定値Ｂ２との大小関係はＢ５＜Ｂ２なので、ＩＧＶ開度の大小関係はＰ３％＞Ｐ１％となる。

【0186】

一方、第３実施形態のプラント制御装置２は、時刻ｔ５の排ガス温度が設定値Ｂ６になるように、初負荷ヒートソーク中にＩＧＶ開度をＰ２％からＰ４％に低下させる（Ｐ２％＞Ｐ４％）。設定値Ｂ６は、例えば５４０℃である。設定値Ｂ６と設定値Ｂ２との大小関係はＢ６＜Ｂ２なので、ＩＧＶ開度の大小関係はＰ４％＞Ｐ１％となる。このＰ４％は、Ｐ３％と同様に、第３開度の一例である。

【0187】

なお、第３実施形態の発電プラント１は、減温装置２４と過熱器２５とを備えていてもよいし、減温装置２４と過熱器２５とを備えていなくてもよい。

【0188】

以下、設定値Ｂ６の詳細を説明する。

【0189】

本実施形態のＢ６は、蒸気タービン３１の起動がミスマッチチャートにおいてホット起動と定義される場合の蒸気タービン３１のメタル温度に基づいて定められており、具体的には、このメタル温度に適切なマージンを加算して定められている。このメタル温度は、第３温度の一例であり、例えば５００℃である。Ｂ６は、第４温度の一例であり、例えば５４０℃である。本実施形態のＢ６は、５００℃に一定値のマージンである４０℃を加算して定められている。

【0190】

蒸気タービン３１の起動モードには、コールド起動、ウォーム起動、ホット起動などが存在する。これらは、蒸気タービン３１のメタル温度に応じて定義付けされる起動モードである。コールド起動は、一般にメタル温度が約３００℃以下の温度帯域に定義される起動モードである。一方、ウォーム起動は、一般に内面メタル温度がおおむね３００℃を超える帯域（ただし５００℃以上はホット起動）に定義される起動モードである。

【0191】

本実施形態のプラント制御方法は、第１および第２実施形態のプラント制御方法と同様に、起動工程上に長い初負荷ヒートソーク時間（９０分）を有するコールド起動に対して適用される。しかしながら、本実施形態では、ホット起動の熱応力挙動に着目し、ホット起動の内容をコールド起動時のプラント制御方法に取り入れている。

【0192】

ミスマッチチャート演算部７１は、ミスマッチチャートを備えている。ミスマッチチャートの具体例は一般的に知られており、例えば、初負荷保持時間（初負荷ヒートソーク時間）がミスマッチチャートにより規定されている。ミスマッチチャートの一例によれば、蒸気タービン３１のメタル温度が高くなるほど初負荷ヒートソーク時間が減少し、ホット起動においては初負荷ヒートソーク時間はゼロになる。この場合、ホット起動の起動工程上において初負荷ヒートソークを実施する必要性はない。

【0193】

ホット起動に定義および分類されるメタル温度は、蒸気タービン３１のモデル型式毎に相違する。昨今のプラント制御のミスマッチチャートは、上記のように、蒸気タービン３１の通気前に計測したメタル温度が５００℃近傍または５００℃以上の高温帯域をホット起動と定義するのが一般的である。よって、本実施形態では、通気直前のメタル温度が５００℃以上の場合をホット起動と定義するが、その他の定義を採用してもよい。

【0194】

一般に初負荷ヒートソーク運転は、少量の主蒸気Ａ６を蒸気タービン３１に流入させ、長時間を掛けて徐々に主蒸気Ａ６からそのタービンロータに熱を伝えるようにして熱応力の発生を緩和させる目的で行われる。一方、ホット起動では、メタル温度が５００℃以上の高温を保持しているため、メタル温度よりも高温の主蒸気Ａ６が蒸気タービン３１に流入しても、タービンロータに深刻な熱応力は発生しない。よって、ホット起動では、初負荷ヒートソーク運転が必要なくなる。

【0195】

第３実施形態では、この事実に着目している。具体的には、初負荷ヒートソーク終了時点（ｔ５）に蒸気タービン３１のメタル温度が５００℃にまで上昇するような起動工程を実施する。これは、蒸気タービン３１の状態が、通気開始時点にはコールド起動の状態にあったものが、初負荷ヒートソーク終了時点にはホット起動の状態に転換しているものであり、いわば擬似的なホット起動が実現されていると表現できる。そして、初負荷ヒートソーク終了以後の起動工程では、排ガス温度や主蒸気温度が上昇するが、ホット起動と同様に５００℃の高いメタル温度が保持されているため、蒸気タービン３１に高温の主蒸気温度が流入しても、タービンロータに過大な熱応力は発生しない。

【0196】

本実施形態では、初負荷ヒートソークの９０分間に排ガス温度を設定値Ｂ６に上昇させるようにＩＧＶ開度を制御して、擬似的なホット起動を実現する。本実施形態では、ホット起動のメタル温度である５００℃に、例えば４０℃のマージンを加算することで、設定値Ｂ６を５４０℃に設定する。

【0197】

この４０℃という温度は例えば、排ガス温度と主蒸気温度との間の温度偏差や、主蒸気温度とメタル温度との間の温度偏差を考慮して設定されたものである。すなわち、排ガス温度が上昇すると、主蒸気温度は排ガス温度に追従して上昇し、メタル温度は主蒸気温度に追従して上昇する。よって、これらの上昇中において、主蒸気温度は排ガス温度よりもやや低くなり、メタル温度は主蒸気温度よりもやや低くなる。別言すると、主蒸気温度は排ガス温度に遅れて上昇し、メタル温度は主蒸気温度に遅れて上昇する。なお、図２、図５、および図７は、蒸気タービン３１の通気前のメタル温度（Ｗ４）のみを図示していることに留意されたい。

【0198】

排ガス温度の上昇に対する主蒸気温度の上昇の遅れ分や、主蒸気温度の上昇に対するメタル温度の上昇の遅れ分は、発電プラント１ごとに固有の値となる。ただし、これらの遅れ分は、起動工程上の時間帯（例えば初負荷ヒートソークの初期段階か終了間際か）で異なる値となる。一般的に、これらの遅れ分は２０℃～６０℃と評価される。よって、本実施形態では、排ガス温度の上昇に対するメタル温度の上昇の遅れ分を４０℃と想定し、上記のマージンを４０℃に設定している。一方、蒸気タービン３１の実機試運転等に基づいてこの遅れ分を精度よく特定し、このようにして特定された遅れ分を５００℃に加算して設定値Ｂ６を決定してもよい。

【0199】

以下、第３実施形態と第２実施形態とを比較する。

【0200】

これらの実施形態では、設定値Ｂ５を５６０℃とした事例や、設定値Ｂ６を５４０℃とした事例を説明した。５６０℃、５４０℃という値は例示に過ぎないが、Ｂ５＞Ｂ６という関係は多くの場合に成り立つと考えられる。理由は以下の通りである。

【0201】

適切な商用コンバインドサイクル発電プラントの熱平衡計画（ヒートバランス）では、主蒸気減温スプレー制御の設定値Ｂ５は、ホット起動と定義される場合のメタル温度（例えば５００℃）より高温で計画される。なぜならば、一般に、主蒸気減温スプレー制御の設定値Ｂ５が上限値として事実上、主蒸気温度を決定するからである。もし設定値Ｂ５が５００℃より低温であれば、主蒸気温度もメタル温度も５００℃を超えることはなく、ホット起動の定義は意味をなさないと考えられる。よって、設定値Ｂ５は５００℃より高温に設定され、５００℃にマージン（例えば４０℃）を加算したとしても、設定値Ｂ６は設定値Ｂ５より低温となるのが一般的であると考えられる。

【0202】

以上のように、第１から第３実施形態のプラント制御方法では、蒸気タービン３１のヒートソーク運転中にＩＧＶ開度を減少させて、緩やかな温度変化率で主蒸気温度を上昇させる。よって、これらの実施形態によれば、蒸気タービン３１の熱応力を緩和することが可能となり、プラント起動時間を犠牲にすることなく蒸気タービン３１にとって負担が少ない起動方法を採用することが可能となる。

【0203】

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置、方法、およびプラントは、その他の様々な形態にて実施することができる。また、本明細書で説明した装置、方法、およびプラントの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

【符号の説明】

【0204】

１：発電プラント、２：プラント制御装置、
１１：燃料調節弁、１２：燃焼器、１３：圧縮機、
１３ａ：入口、１３ｂ：入口案内翼、１４：ガスタービン、
１４ａ：排ガス温度センサ、１５：回転軸、１６：発電機、
１７：サーボ弁、１８：圧縮空気温度センサ、１９：出力センサ、
２１：排熱回収ボイラ、２２：ドラム、
２３：過熱器（一次過熱器）、２４：減温装置、２５：過熱器（二次過熱器）、
３１：蒸気タービン、３１ａ：回転子、３１ｂ：固定子、
３１ｃ：蒸気流入口、３１ｄ：蒸気流出口、３２：復水器、３３：加減弁、
３４：バイパス調節弁、３５：メタル温度センサ、３６：主蒸気温度センサ、
４１：関数発生器、４２：設定器、４３：加算器、
４４：上限制限器、４５：下限制限器、
５１：切替器、５２：平均値演算器、５３：減算器、５４：ＰＩＤコントローラ、
５５：下限制限器、５６：ＧＴ出力制御部、５７：ＳＴ出力制御部、
６１：設定器、６２：減算器、６３：比較器、
６４：ミスマッチチャート演算部、６５：ＮＯＴゲート、６６：ＡＮＤゲート、
７１：ミスマッチチャート演算部、７２：ＮＯＴゲート、７３：ＡＮＤゲート、
７４：減算器、７５：除算器、７６：設定器、
７７：切替器、７８：設定器、７９：変化率制限器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】