特許 7075306 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】2022-05-17

(45)【発行日】2022-05-25

(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】

   F01K 23/10 20060101AFI20220518BHJP

   F01D 19/02 20060101ALI20220518BHJP

   F01D 19/00 20060101ALI20220518BHJP

   F02C 7/36 20060101ALI20220518BHJP

【ＦＩ】

F01K23/10 M

F01D19/02

F01D19/00 R

F02C7/36

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2018145385

(22)【出願日】2018-08-01

(65)【公開番号】P2020020304

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-02-22

(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

【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】永山 香奈子

(72)【発明者】

【氏名】当房 昌幸

(72)【発明者】

【氏名】岩田 雄太

(72)【発明者】

【氏名】金子 昇司

(72)【発明者】

【氏名】森 高裕

【審査官】中村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－０１３７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３３１６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００９４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５５７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０６３０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－３０８９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００４－５１４８１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｋ ２３／００－２７／０２

Ｆ０１Ｄ １７／００－２１／２０

Ｆ０２Ｃ １／００－ ９／５８

Ｆ２３Ｒ ３／００－ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービンと、
前記ガスタービンにより駆動される発電機と、
前記ガスタービンからの排ガスの熱を用いて第１蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記第１蒸気により駆動される蒸気タービンと、
前記ガスタービンおよび前記発電機と接続された第１軸と、前記蒸気タービンと接続された第２軸とを結合するクラッチと、
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、
前記クラッチが離脱しているときに、前記蒸気タービンを停止させたまま前記ガスタービンおよび前記発電機を起動する起動部と、
前記クラッチが離脱しているときに、前記ガスタービンの回転に伴う潤滑油の前記クラッチへの流入により回転する前記蒸気タービンの回転数が所定の回転数よりも小さいうちは、前記ガスタービンおよび前記発電機の起動と並行して、前記排熱回収ボイラと異なる設備からの第２蒸気を前記蒸気タービンに供給して前記蒸気タービンをウォーミングするウォーミング部と、
を備えるプラント制御装置。

【請求項2】

前記ウォーミング部は、前記蒸気タービンのメタル温度に基づいて、前記蒸気タービンのウォーミングを終了し、
前記起動部は、前記メタル温度に基づいて、前記ガスタービンの起動を開始する、
請求項１に記載のプラント制御装置。

【請求項3】

前記ウォーミング部は、前記メタル温度が所定温度に到達した場合、または前記所定温度に到達してから所定時間が経過した場合に、前記蒸気タービンのウォーミングを終了し、
前記起動部は、前記メタル温度が所定温度に到達した場合、または前記所定温度に到達してから前記所定時間が経過した場合に、前記ガスタービンの起動を開始する、
請求項２に記載のプラント制御装置。

【請求項4】

前記メタル温度は、前記蒸気タービンの第一段シェル内面メタルの温度である、請求項２または３に記載のプラント制御装置。

【請求項5】

前記排熱回収ボイラは、ドラムから供給された水から蒸気を発生させる蒸発器と、前記ドラムに前記水を供給するポンプとを備え、
前記起動部は、前記蒸気タービンを前記第２蒸気によりウォーミングしている間に、前記ポンプを起動して、前記ドラムの水位を所定値に到達させる、請求項１から４のいずれか１項に記載のプラント制御装置。

【請求項6】

前記起動部は、前記蒸気タービンのウォーミングが終了する時点と、前記蒸気タービンへの通気が可能な状態に前記第１蒸気が到達する時点とが一致するように、前記ガスタービンを起動する、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】

前記蒸気タービンへの通気が可能な状態に前記第１蒸気が到達する時点とは、前記第１蒸気の温度、圧力、および流量の全部または一部が、前記蒸気タービンを駆動可能な状態に到達する時点である、請求項６に記載のプラント制御装置。

【請求項8】

前記ウォーミング部は、前記ガスタービンおよび前記発電機が起動され、停止中の前記蒸気タービンが空回りで回転しているときに、前記蒸気タービンを前記第２蒸気によりウォーミングする、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】

前記ウォーミング部は、前記蒸気タービンの回転数が所定の回転数以上のとき、前記第２蒸気による前記蒸気タービンのウォーミングを中断する、請求項１から８のいずれか１項に記載のプラント制御装置。

【請求項10】

前記所定の回転数は、前記蒸気タービンに前記第２蒸気が流入したときに前記蒸気タービンに生じる摩擦熱に基づいて設定された回転数である、請求項９に記載のプラント制御装置。

【請求項11】

前記発電プラントはさらに、
前記排熱回収ボイラに設けられ、前記蒸気タービンからの排気蒸気を前記排ガスにより加熱して再熱蒸気を生成する再熱器と、
前記再熱蒸気により駆動される再熱タービンとを備え、
前記ウォーミング部は、前記蒸気タービンを前記第２蒸気によりウォーミングする第１ウォーミングと、前記再熱器を前記第２蒸気によりウォーミングする第２ウォーミングとを実行し、前記第１ウォーミングの実行中に前記ガスタービンの起動を開始し、前記ガスタービンが着火した場合に前記第２ウォーミングを開始する、請求項１から１０のいずれか１項に記載のプラント制御装置。

【請求項12】

前記ウォーミング部は、前記蒸気タービンのメタル温度に基づいて、前記第１ウォーミングを終了し、
前記起動部は、前記メタル温度に基づいて、前記ガスタービンの起動を開始する、
請求項１１に記載のプラント制御装置。

【請求項13】

ガスタービンと、
前記ガスタービンにより駆動される発電機と、
前記ガスタービンからの排ガスの熱を用いて第１蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記第１蒸気により駆動される蒸気タービンと、
前記ガスタービンおよび前記発電機と接続された第１軸と、前記蒸気タービンと接続された第２軸とを結合するクラッチと、
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、
前記クラッチが離脱しているときに、前記蒸気タービンを停止させたまま前記ガスタービンおよび前記発電機を起動し、
前記クラッチが離脱しているときに、前記ガスタービンの回転に伴う潤滑油の前記クラッチへの流入により回転する前記蒸気タービンの回転数が所定の回転数よりも小さいうちは、前記ガスタービンおよび前記発電機の起動と並行して、前記排熱回収ボイラと異なる設備からの第２蒸気を前記蒸気タービンに供給して前記蒸気タービンをウォーミングする、
ことを含むプラント制御方法。

【請求項14】

ガスタービンと、
前記ガスタービンにより駆動される発電機と、
前記ガスタービンからの排ガスの熱を用いて第１蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記第１蒸気により駆動される蒸気タービンと、
前記ガスタービンおよび前記発電機と接続された第１軸と、前記蒸気タービンと接続された第２軸とを結合するクラッチと、
前記クラッチが離脱しているときに、前記蒸気タービンを停止させたまま前記ガスタービンおよび前記発電機を起動する起動部と、
前記クラッチが離脱しているときに、前記ガスタービンの回転に伴う潤滑油の前記クラッチへの流入により回転する前記蒸気タービンの回転数が所定の回転数よりも小さいうちは、前記ガスタービンおよび前記発電機の起動と並行して、前記排熱回収ボイラと異なる設備からの第２蒸気を前記蒸気タービンに供給して前記蒸気タービンをウォーミングするウォーミング部と、
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】

ガスタービンと、排熱回収ボイラと、蒸気タービンとを組み合わせて構成するコンバインドサイクル発電プラントが知られている。排熱回収ボイラは、ガスタービンの排ガスから熱回収して蒸気を生成する。蒸気タービンは、排熱回収ボイラが生成する蒸気により駆動される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平４－１４８００２号公報

【文献】特開平２－３０８９０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般に、蒸気タービンのコールド起動を行うと、蒸気タービンのロータは極低温であるのに対し、これを駆動する蒸気は高温であるので大きな温度差を生じ、これに起因して起動中に大きな熱応力が発生する。この熱応力を軽減する手法として、プレウォーミングが知られている。伝統的なプレウォーミングは、蒸気タービンを起動する前のターニング運転中に、高圧タービン排気部より補助蒸気を送入して高圧ロータをウォーミングするものである。起動時の熱応力は、大容量で構成部材が肉厚となる大型蒸気タービンにとってより厳しいので、プレウォーミングは主に汽力発電プラントや多軸型コンバインド発電プラントなどに用いられる大容量蒸気タービンに適用されてきた。しかし昨今のガスタービンの大型化・高性能化に伴い、一軸型コンバインド発電プラントの蒸気タービンも大容量化されて、プレウォーミングが適用されるようになってきた。

【0005】

元来プレウォーミングは３時間から５時間ほどの長時間を要するものであり、プラント起動の早期化の観点から、長時間のプレウォーミングは問題であった。起動時間の遅さに比較的寛容な汽力発電プラントに対し、コンバインドサイクル発電プラントは、高効率と共に起動時間の早さを利点とするため、プレウォーミングにより起動時間が遅くなるのは好ましくない。プレウォーミング時間を短縮する試みもいろいろとなされているが、その短縮には限界がある。

【0006】

一方、クラッチ結合タイプの一軸型コンバインド発電プラントが昨今導入されるようになってきた。クラッチ結合タイプのプラントでは、ガスタービンと蒸気タービンが駆動されるときに、一方のタービンが他方のタービンから受けるスラスト力（軸方向に働く力）をクラッチが緩和することから、設計面で負担軽減がもたらされる等の様々なメリットが指摘されている。そのため、クラッチ結合タイプのプラントは、今後の一軸型コンバインド発電プラントの主流になるとも目されており、クラッチ結合タイプのプラントにも好適に適用可能なプレウォーミングのニーズが高まると考えられる。

【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のウォーミングと早期起動とを両立することが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、ガスタービンと、前記ガスタービンにより駆動される発電機と、前記ガスタービンからの排ガスの熱を用いて第１蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記第１蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービンおよび前記発電機と接続された第１軸と、前記蒸気タービンと接続された第２軸とを結合するクラッチと、を備える発電プラントを制御する。前記装置は、前記クラッチが離脱しているときに、前記蒸気タービンを停止させたまま前記ガスタービンおよび前記発電機を起動する起動部を備える。前記装置はさらに、前記クラッチが離脱しているときに、前記ガスタービンおよび前記発電機の起動と並行して、前記排熱回収ボイラと異なる設備からの第２蒸気を前記蒸気タービンに供給して前記蒸気タービンをウォーミングするウォーミング部を備える。

【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2a】第１実施形態の発電プラントの動作を示すフローチャート(1/2)である。

【図2b】第１実施形態の発電プラントの動作を示すフローチャート(2/2)である。

【図3a】第２実施形態の発電プラントの動作を示すフローチャート(1/2)である。

【図3b】第２実施形態の発電プラントの動作を示すフローチャート(2/2)である。

【図4】第３実施形態の発電プラントの構成を示す模式図である。

【図5】第１実施形態と第１比較例とを比較するためのチャートである。

【図6】第２実施形態と第４比較例とを比較するためのチャートである。

【図7】第３実施形態と第５比較例とを比較するためのチャートである。

【図8】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9a】第１比較例の発電プラントの動作を示すフローチャート(1/2)である。

【図9b】第１比較例の発電プラントの動作を示すフローチャート(2/2)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～図９ｂ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実施形態）
以下、第１実施形態について説明する。本実施形態の説明の中で、第１から第３比較例についても説明する。

【0012】

（１）第１比較例のプラント構成
図８は、第１比較例の発電プラント１００の構成を示す模式図である。図８の発電プラント１００は、一軸型コンバインドサイクル（Ｃ／Ｃ）発電プラントである。

【0013】

図８の発電プラント１００は、発電プラント１００の動作を制御するプラント制御装置１０１を備え、さらには、ガスタービン（ＧＴ）１０２と、蒸気タービン（ＳＴ）１０３と、排熱回収ボイラ１０４と、ＭＣＶ弁（高圧加減弁）１０５と、燃料調節弁１０６と、圧縮機１０７と、燃焼器１０８と、蒸発器１０９と、ドラム１１０と、過熱器１１１と、再熱器１１２と、復水器１１３と、循環水ポンプ１１４と、海水１１５の取込部および排出部と、燃料１１６の供給部と、発電機１１７と、ＩＣＶ弁（インターセプト弁）１１８と、高圧タービンバイパス調節弁１１９と、ＬＰＣＶ弁（低圧加減弁）１２０と、低温再熱管１２１と、高温再熱管１２２と、送気配管１２３と、補助ボイラ１２４と、ウォーミング弁１２５と、高圧タービン排気管１２６と、検出用歯車１２７と、再熱ドレン弁１２８および１２９と、ケーシングドレン弁１３０とを備えている。

【0014】

蒸気タービン１０３は、高圧タービン１０３ａと、中圧／低圧タービン１０３ｂと、高圧ロータ１０３ｃとを備えている。発電プラント１００はさらに、第１段内面メタル温度センサＴＳ１と、ＳＴ回転数検出器ＳＰ１と、火炎検出器ＦＤ１とを備えている。

【0015】

燃料調節弁１０６は、燃料配管に設けられている。燃料調節弁１０６を開弁すると、燃料配管から燃焼器１０８に燃料１１６が供給される。圧縮機１０７は、その入口から空気を導入し、燃焼器１０８に圧縮空気を供給する。燃焼器１０８は、燃料１１６を圧縮空気中の酸素と共に燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。火炎検出器ＦＤ１は、燃焼器１０８内の火炎を検出し、火炎の検出結果をプラント制御装置１０１に出力する。

【0016】

本比較例では、ガスタービン１０２、蒸気タービン１０３、および発電機１１７が同じ回転軸（ロータ）に固定されている。ガスタービン１０２は、燃焼ガスにより回転駆動されることで、回転軸を回転させる。発電機１１７は、回転軸に接続されており、回転軸の回転を利用して発電を行う。このように、発電機１１７は、ガスタービン１０２により駆動される。ガスタービン１０２から排出されたガスタービン排ガスＡ１は、排熱回収ボイラ１０４に送られる。排熱回収ボイラ１０４は、後述するように、ガスタービン排ガスＡ１の熱を用いて主蒸気Ａ２を生成する。

【0017】

蒸発器１０９、ドラム１１０、過熱器１１１、および再熱器１１２は、排熱回収ボイラ１０４内に設けられており、排熱回収ボイラ１０４の一部を構成している。ドラム１１０内の水は、蒸発器１０９に送られ、蒸発器１０９内でガスタービン排ガスＡ１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１１１に送られ、過熱器１１１内でガスタービン排ガスＡ１により過熱されることで過熱蒸気となる。排熱回収ボイラ１０４により生成された過熱蒸気は、主蒸気Ａ２として蒸気配管に排出される。

【0018】

蒸気配管は、主配管とバイパス配管とに分岐している。主配管は高圧タービン１０３ａに接続されており、バイパス配管は復水器１１３に接続されている。ＭＣＶ弁１０５は、主配管に設けられている。高圧タービンバイパス調節弁１１９は、バイパス配管に設けられている。

【0019】

ＭＣＶ弁１０５を開弁すると、主配管からの主蒸気Ａ２が高圧タービン１０３ａに供給される。高圧タービン１０３ａは、主蒸気Ａ２により回転駆動されることで、ガスタービン１０２と共に回転軸を回転させる。その結果、発電機１１７は、ガスタービン１０２と高圧タービン１０３ａにより駆動される。高圧ロータ１０３ｃは、回転軸における高圧タービン１０３ａ内の部分である。高圧タービン１０３ａの排気口（高圧タービン排気部）から排出された主蒸気Ａ２（排気蒸気）は、高圧タービン排気管１２６と低温再熱管１２１とを介して再熱器１１２に供給される。第１段内面メタル温度センサＴＳ１は、高圧タービン１０３ａの第１段内面のメタル温度を検出し、メタル温度の検出結果をプラント制御装置１０１に出力する。ケーシングドレン弁１３０は、高圧タービン１０３ａに接続された配管に設けられており、高圧タービン１０３ａ内で発生したドレン水を排出するために使用される。

【0020】

一方、高圧タービンバイパス調節弁１１９を開弁すると、バイパス配管からの主蒸気Ａ２が、高圧タービン１０３ａや中圧／低圧タービン１０３ｂをバイパスして復水器１１３に送られる。

【0021】

再熱器１１２の一端（以下「第１端」と呼ぶ）は低温再熱管１２１に接続され、再熱器１１２の他端（以下「第２端」と呼ぶ）は高温再熱管１２２に接続されている。本比較例の再熱器１１２は、高圧タービン１０３ａからの主蒸気Ａ２（排気蒸気）を第１端から取り込み、この主蒸気Ａ２を第２端から排出する。

【0022】

例えば、再熱器１１２は、高圧タービン１０３ａからの主蒸気Ａ２を第１端から取り込み、主蒸気Ａ２をガスタービン排ガスＡ１により加熱して再熱蒸気Ａ４を生成する。すなわち、主蒸気Ａ２が加熱されて再熱蒸気Ａ４となる。再熱器１１２は、この再熱蒸気Ａ４を第２端から高温再熱管１２２へと排出する。再熱ドレン弁１２８は、第１端付近で低温再熱管１２１から分岐した管に設けられており、再熱器１１２で発生したドレン水を排出するために使用される。一方、再熱ドレン弁１２９は、第２端付近で高温再熱管１２２から分岐した管に設けられており、再熱器１１２で発生したドレン水を排出するために使用される。

【0023】

高温再熱管１２２はＩＣＶ弁１１８に接続されている。ＩＣＶ弁１１８を開弁すると、高温再熱管１２２からの再熱蒸気Ａ４が中圧／低圧タービン１０３ｂに供給される。中圧／低圧タービン１０３ｂは、中圧タービンと低圧タービンとを含み、再熱蒸気Ａ４により回転駆動されることで、ガスタービン１０２や高圧タービン１０３ａと共に回転軸を回転させる。その結果、発電機１１７は、ガスタービン１０２、高圧タービン１０３ａ、および中圧／低圧タービン１０３ｂにより駆動される。中圧／低圧タービン１０３ｂから排出された再熱蒸気Ａ４（排気蒸気）は、復水器１１３に送られる。

【0024】

復水器１１３は、再熱蒸気Ａ４を海水１１５により冷却し、再熱蒸気Ａ４を海水１１５へと戻す。循環水ポンプ１１４は、海水１１５を海から取り込み、復水器１１３へと供給する。

【0025】

検出用歯車１２７は、高圧タービン１０３ａと中圧／低圧タービン１０３ｂとの間において回転軸に設けられている。ＳＴ回転数検出器ＳＰ１は、検出用歯車１２７を利用することで回転軸の回転数（回転速度）を検出し、回転数の検出結果をプラント制御装置１０１に出力する。

【0026】

補助ボイラ１２４は、排熱回収ボイラ１０４を用いずに蒸気（補助蒸気Ａ３）を生成するために発電プラント１００内に設置されている。補助ボイラ１２４により生成された補助蒸気Ａ３は、ウォーミング弁１２５を開弁することで、高圧タービン排気管１２６を介して高圧タービン１０３ａに供給することができる。これにより、高圧タービン１０３ａを補助蒸気Ａ３によりウォーミングすることができる。このウォーミングは、高圧タービン１０３ａのプレウォーミングとして実施される。

【0027】

送気配管１２３は、中圧／低圧タービン１０３ｂと補助ボイラ１２４との間に設けられている。ＬＰＣＶ弁１２０は、送気配管１２３に設けられている。本実施形態の補助蒸気Ａ３は、ＬＰＣＶ弁１２０を開弁することで、中圧／低圧タービン１０３ｂに供給することができる。

【0028】

プラント制御装置１０１は、発電プラント１００の種々の動作を制御する。例えば、プラント制御装置１０１は、ＭＣＶ弁１０５、燃料調節弁１０６、ＩＣＶ弁１１８、高圧タービンバイパス調節弁１１９、ＬＰＣＶ弁１２０、ウォーミング弁１２５、再熱ドレン弁１２８および１２９、ケーシングドレン弁１３０の開閉や、排熱回収ボイラ１０４、圧縮機１０７、燃焼器１０８、復水器１１３、循環水ポンプ１１４、補助ボイラ１２４の動作などを制御する。

【0029】

本比較例の発電プラント１００では、ガスタービン１０２と蒸気タービン１０３が同じ軸に固定されている。このタイプの発電プラントを「リジッド結合の一軸型コンバインドサイクル発電プラント」または簡略化して「リジッド結合Ｃ／Ｃ」と呼ぶことにする。以下、本比較例の発電プラント１００（リジッド結合Ｃ／Ｃ）のプラント起動について説明する。

【0030】

（２）第１比較例のプレウォーミング
図８は、リジッド結合Ｃ／Ｃの発電プラント１００のプレウォーミングを実施している状態を示している。本図中に示す各弁の開閉状態は全体黒で塗りつぶしてあるものは「全閉」、全体白で抜けているものは「全開」、半分黒で塗りつぶし半分白で抜けているものは「中間開度」にある。

【0031】

リジッド結合Ｃ／Ｃの発電プラント１００のプレウォーミングは、ガスタービン１０２も蒸気タービン１０３も停止中であるときに、補助蒸気Ａ３を高圧タービン１０３ａに送気して高圧ロータ１０３ｃを所定の温度にウォーミングする操作である。このとき補助蒸気Ａ３は、高圧タービン１０３ａに加えて再熱器１１２にも送気されて再熱器１１２のウォーミングも実施する。換言すれば、高圧タービン１０３ａのプレウォーミングと再熱器１１２のプレウォーミングは同時進行する。以下、このことを高圧タービンバイパス調節弁１１９の系統に関連して記載する。

【0032】

発電プラント１００におけるタービンバイパス系統と再熱器の配置は、カスケードバイパス系統ではない。発電プラント１００では、高圧タービンバイパス調節弁１１９は復水器１１３に接続されており、ドラム１１０より発生する主蒸気Ａ２は、高圧タービンバイパス調節弁１１９を経由して再熱器１１２に流入することなく復水器１１３に直接排出される。以後、この構成のタービンバイパス系統を「パラレルバイパス系統」と呼ぶ。この呼称の由来は、高圧タービンバイパス調節弁１１９と図示されない中圧タービンバイパス調節弁（ドラム１１０とは別の図示されない中圧ドラムに接続）が、復水器１１３からみてパラレルに接続されていることによる。パラレルバイパス系統は、コンバインドサイクル発電プラントのみならず、ドラム型汽力発電プラントなどに用いられている。

【0033】

プレウォーミングの観点から見た両バイパス系統の違いを以下にまとめる。

【0034】

カスケードバイパス系統は、後述する第３実施形態でも採用されるもので、低温再熱管１２１上に主蒸気Ａ２の逆流を防止する逆止弁１３３が存在する。そして、逆止弁１３３を強制的に閉弁（強制閉止）することで、高圧タービン１０３ａと再熱器１１２のプレウォーミングを分離することが可能となる。また、最初は高圧タービン１０３ａ単独のウォーミングを進行させて、その後に高圧タービン１０３ａと再熱器１１２のウォーミングを同時進行（並行ウォーミング）するように切替えることが可能となる。

【0035】

一方、パラレルバイパス系統では、そのような逆止弁は設置されない。よって、上述の如く、高圧タービン１０３ａと再熱器１１２のプレウォーミングは常に同時進行（並行ウォーミング）となる。第１実施形態では、このようなパラレルバイパス系統について説明する。

【0036】

発電プラント１００はリジッド結合Ｃ／Ｃなので、蒸気タービン１０３はガスタービン１０２の起動と同時に回転上昇し、このとき低圧タービン１０３ｂの動翼には風損が発生する。このため低圧タービン１０３ｂを冷却する必要があることから、補助ボイラ１２４の出口より送気配管１２３を分岐し、送気配管１２３を低圧タービン１０３ｂに接続している。そして、送気配管１２３にはＬＰＣＶ弁１２０が設置されており、このＬＰＣＶ弁１２０を開弁することで補助蒸気Ａ３を低圧タービン１０３ｂに送気し、低圧タービン１０３ｂをクーリングする。以下、このクーリング操作を「低圧クーリング」と呼称する。

【0037】

（３）第１比較例の起動フローチャート
図９ａと図９ｂは、第１比較例の発電プラント１００の動作を示すフローチャートである。このフローチャートを実現するのは、プラント制御装置１０１の内部に収納されるソフトウェアである。なお、以下の説明中に使用される具体的な数値は、容易な理解のために記載する一例である。

【0038】

発電プラント１００の起動準備は、最初に蒸気タービン１０３のターニング運転より開始される（ステップＳ１０１）。蒸気タービン１０３は、ターニング運転により約４ＲＰＭから１０ＲＰＭ程度の極低回転に維持され、この運転状態で次の復水器真空上昇が可能となる。

【0039】

復水器１１３の真空上昇が行われると（ステップＳ１０２）、復水器１１３内はほぼ真空状態となる。これに加えて、パラレルバイパス系統の再熱器１１２は、再熱ドレン弁１２８および１２９を介して復水器１１３に接続されている。再熱器１１２内に残留する不凝縮性ガス（代表的には空気や窒素封入された場合は窒素ガス）は、復水器１１３内が真空になるにつれて復水器１１３に排出されて、再熱器１１２の内部もほぼ真空となる。この真空状態を保持することで、後ほど補助蒸気Ａ３がプレウォーミングのため送気されたときに、高圧タービン１０３ａ内や再熱器１１２内で発生するドレン水がそれぞれのドレン弁から復水器１１３に適切に排水される。

【0040】

次にプレウォーミングを実施する。プレウォーミングでは先ず、ウォーミング弁１２５を開弁して（ステップＳ１０３）、補助ボイラ１２４が供給する補助蒸気Ａ３を高圧タービン１０３ａと再熱器１１２に送気する（ステップＳ１０４）。これにより、高圧タービン１０３ａのウォーミング（暖気）が開始され、次第にロータ１０３ｃはウォーミングされていく。

【0041】

高圧タービン１０３ａ内では、補助蒸気Ａ３の一部が凝縮してドレン水となる。このドレン水は、ケーシングドレン弁１３０により復水器１１３に排水される。この工程と並行して再熱器１１２のウォーミングが開始され、同様に再熱器１１２の内部では補助蒸気Ａ３の一部が凝縮してドレン水となり、このドレン水は再熱ドレン弁１２８および１２９により復水器１１３に排水される。なお、図８は、ドレン弁として、高圧タービン１０３ａ内のケーシングドレン弁１３０と、再熱器１１２周りの再熱ドレン弁１２８および１２９のみを代表的に示しているが、実際は図示されない多数のドレン弁が設置される。

【0042】

温度センサＴＳ１は、ロータ１０３ｃの構成要素である第一段シェル内面メタルの温度を計測する（ステップＳ１０５）。この第一段シェル内面メタル温度は、ロータ１０３ｃの温度を代表する指標であり、ロータ１０３ｃが冷機状態なのかウォーミング状態なのかを判断する指標となる。送気された補助蒸気Ａ３は、最初のうちは凝縮してドレン水となることに加えて、ロータ１０３ｃは非常に大きな熱容量を有するので、第一段シェル内面メタル温度は緩慢に上昇する。

【0043】

そしてプラント制御装置１０１は、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上となったか否か判定して（ステップＳ１０６）、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になったときウォーミング弁１２５を閉弁して（ステップＳ１０７）、プレウォーミングを終了する。なお説明の便宜上、第１実施形態と第１比較例は、ウォーミング弁１２５を開弁してから第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になるまでに３時間を要するプレウォーミングの起動例とする。このようにして、一旦１５０℃までウォーミングされた第一段シェル内面メタルはその後も冷えることなく、蒸気タービン１０３の通気開始（ステップＳ１２５）まで１５０℃またはその近傍の温度は保持される。

【0044】

プレウォーミングが終了した後、排熱回収ボイラ１０４のサービスイン（ステップＳ１０８）を行う。この排熱回収ボイラ１０４のサービスインでは、排熱回収ボイラ１０４に付属する給水ポンプ（図示されない）を起動することで、給水ポンプからドラム１１０に給水し、ドラム１１０の水位を所定の値に確立させる。このようにして、排熱回収ボイラ１０４がガスタービン排ガスＡ１を受け入れる準備が行われる。

【0045】

この給水ポンプは高圧のドラム１１０に多量の給水を供給するポンプなので、この給水ポンプを駆動するための補機動力は大きな電力を要する。よって、商用発電を行わない排熱回収ボイラ１０４のサービスインは、なるべく短時間で終了するように配慮される。例えばメンテナンスや清掃のために排熱回収ボイラ１０４の全缶ブローを行った場合は、発電プラント１００の起動準備に入る前に、缶水水張り操作を終えておく等の処置がとられる。第１比較例や第１実施形態などは、排熱回収ボイラ１０４のサービスインに１０分を要する起動例とする。

【0046】

排熱回収ボイラのサービスインが終了すると、ガスタービン１０２を起動する（ステップＳ１０９）。ガスタービン１０２を起動すると、まずパージ運転が１０分間行われ（ステップＳ１１１）、その後、燃料調節弁１０６を開弁して着火および昇速の過程（ステップＳ１１２）を経て定格速度の３０００ＲＰＭに到達し、ＦＳＮＬ（無負荷定格回転）に到達する（ステップＳ１１３）。

【0047】

蒸気タービン１０３は、ガスタービン１０２の起動（ステップＳ１０９）と同時に回転上昇を開始する（ステップＳ１２１）。プラント制御装置１０１は、ＳＴ回転数検出器ＳＰ１からの信号を計測して（ステップＳ１２２）、蒸気タービン１０３の回転数が１５００ＲＰＭ以上になったことを判断する（ステップＳ１２３ ＹＥＳ）と、ＬＰＣＶ弁１２０を開弁して低圧クーリングを開始する（ステップＳ１２４）。これにより、補助蒸気Ａ３は低圧タービン１０３ｂに送気され、低圧タービン１０３ｂのクーリングが行われる。この低圧クーリングはその後、蒸気タービン１０３の通気開始（ステップＳ１２５）が行われるまで継続し、通気された後にＬＰＣＶ弁１２０を閉弁する（ステップＳ１２７）。

【0048】

発電機１１７の並列許可条件が成立すると（ステップＳ１１４ ＹＥＳ）、発電機１１７が並列される（ステップＳ１１５）。並列許可条件の一例として、ガスタービン排ガスＡ１に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）をアンモニア注入で還元するための触媒の温度条件等がある。

【0049】

発電機１１７を並列した後、ガスタービン１０２の出力を２０％負荷に上昇させる（ステップＳ１１６）。ガスタービン１０２の出力が２０％負荷に到達すると（ステップＳ１１７ ＹＥＳ）、そこでガスタービン１０２は負荷保持運転に入る。なお、ガスタービン１０２の２０％負荷は、蒸気タービン１０３の通気が開始される前に許容される最大出力の一例である。例えば、この最大出力は、復水器１１３の冷却水である海水の出入口温度差が７℃を超えない運転が可能な最大出力として与えられるものである。

【0050】

ステップＳ１１２でガスタービン１０２の着火が行われた以後は、排熱回収ボイラ１０４にガスタービン排ガスＡ１が流入して、蒸発器１０９では蒸発が開始されて主蒸気Ａ２が生成される。ガスタービン１０２の出力が２０％負荷に上昇するにつれて、ガスタービン排ガスＡ１の熱量（温度、流量）も増加し、蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立する（ステップＳ１１８ ＹＥＳ）。この通気条件の主要な構成要素は、主蒸気Ａ２の圧力条件、流量条件、および温度条件であり、これら全てが所定の値に到達したときに通気条件は成立する。所定の値の例は、主蒸気Ａ２が高圧タービン１０３ａを駆動可能な値である。なお説明の便宜上、第１比較例と第１実施形態は、ガスタービン１０２の起動開始から蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立するまで４０分を要する起動例とする。

【0051】

プラント制御装置１０１は、蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立したこと（ステップＳ１１８ ＹＥＳ）を判断して、蒸気タービン１０３の通気を開始し（ステップＳ１２５）、ＭＣＶ弁１０５とＩＣＶ弁１１８は開弁を開始する。主蒸気Ａ２は、ＭＣＶ弁１０５を経由して高圧タービン１０３ａに流入し、高圧タービン１０３ａを駆動する。主蒸気Ａ２はその後、高圧タービン１０３ａから排気されて高圧タービン排気管１２６から低温再熱管１２１を経て再熱器１１２に流入し、再び加熱されて再熱蒸気Ａ４となり、ＩＣＶ弁１１８を経由して中圧タービン１０３ｂに流入し、中圧タービン１０３ｂを駆動する。なお、パラレルバイパス系統においては通気以後に再熱器１１２に蒸気が流入するが、既に再熱器１１２は高圧タービン１０３ａと供にプレウォーミングを終了させているので、再熱器１１２に多量のドレン水が発生する問題はない。

【0052】

蒸気タービン１０３は、通気開始の時点で定格速度の３０００ＲＰＭで回転中であり、昇速は必要としない。そこで、プラント制御装置１０１は、通気開始後にＭＣＶ弁１０５とＩＣＶ弁１１８の開度を増して、初負荷ヒートソーク運転を開始する（ステップＳ１２６）。初負荷ヒートソーク運転中には、例えば圧縮器１０７の入口案内翼を制御する。その後、初負荷ヒートソーク終了後の起動工程が行われる。

【0053】

（４）第１実施形態のプラント構成
図１は、第１実施形態の発電プラント１００ａの構成を示す模式図である。図１の発電プラント１００ａは、一軸型Ｃ／Ｃ発電プラントである。

【0054】

図１の発電プラント１００ａは、発電プラント１００ａの動作を制御するプラント制御装置１０１ｂを備え、さらには、図８に示す構成要素に加えて、クラッチ１３１と、ギャップセンサ（クラッチ勘合検出器）ＧＳ１とを備えている。

【0055】

プラント制御装置１０１ａは、上述のプラント制御装置１０１と同様の機能を有しているが、プラント制御装置１０１とは異なる機能も有している。例えば、プラント制御装置１０１ａは、クラッチ１３１の動作を制御することや、クラッチ１３１の勘合の検出結果をギャップセンサＧＳ１から受信することが可能である。プラント制御装置１０１ａのその他の機能については、後述する。

【0056】

本実施形態の発電プラント１００ａでは、ガスタービン１０２と蒸気タービン１０３がクラッチ１３１により結合されている。このタイプの発電プラントを「クラッチ結合の一軸型コンバインドサイクル発電プラント」または簡略化して「クラッチ結合Ｃ／Ｃ」と呼ぶことにする。クラッチ１３１は、ガスタービン１０２および発電機１１７と接続された第１回転軸と、高圧蒸気タービン１０３ａおよび中圧／低圧タービン１０３ｂと接続された第２回転軸とを結合することや、第１回転軸と第２回転軸とを切り離すことが可能である。検出用歯車１２７は、高圧タービン１０３ａと中圧／低圧タービン１０３ｂとの間において第２回転軸に設けられており、ＳＴ回転数検出器ＳＰ１は、検出用歯車１２７を利用することで第２回転軸の回転数を検出する。

【0057】

図１の発電プラント１００ａと図８の発電プラント１００は、このクラッチ１３１の有無の点で相違している。クラッチ１３１の実際の構造は複雑であり、図１はこれを模式化して図示している。発電プラント１００ａが起動を開始した時点では、クラッチ１３１は離脱状態であり、ガスタービン１０２と発電機１１７は先行起動が行われる。このとき、蒸気タービン１０３は停止状態にある。そして、蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立したとき、蒸気タービン１０３は自力で昇速起動を行い、定格回転数の近傍にまで昇速したときクラッチ１３１は遠心力の作用で自動的に嵌合する。このようにクラッチ１３１が嵌合した後、すなわち、プラント起動工程の残り後半と通常運転中は、ガスタービン１０２と蒸気タービン１０３で発電機１１７を駆動して発電が行われる。これは、リジッド結合Ｃ／Ｃとである図８の発電プラント１００の場合と同じ発電様式である。

【0058】

クラッチ結合Ｃ／Ｃのメリットは以下のように考えられる。クラッチ結合Ｃ／Ｃでは、クラッチ１３１が離脱しているときにガスタービン１０２と発電機１１７が先行起動し、そのとき蒸気タービン１０３は停止または極低回転の状態なので、ガスタービン１０２の起動中のプレウォーミングが可能となる。この点を活用すれば、効率的で好適なプレウォーミングが実現できる。また蒸気タービン１０３は自力昇速なので、リジッド結合Ｃ／Ｃのように低圧タービンの風損発生はなく低圧クーリングも不要である。よって、プレウォーミングの際に、補助蒸気Ａ３の使用の面で拘束を受けるという不便さを抑制することができる。

【0059】

このように、クラッチ結合Ｃ／Ｃではガスタービン１０２の起動後もプレウォーミングが可能である。そこで、第１実施形態では、長時間を要するプレウォーミングの途中で、プレウォーミングの終了を待たずにガスタービン１０２の起動を開始し、発電プラント１００ａの起動の早期化を図る。具体的には、第一段シェル内面メタル温度に応じてガスタービン１０２の起動を開始する。その際に、プレウォーミングの終了のタイミングと、蒸気タービン１０３の通気条件成立のタイミングとを一致させるように第一段シェル内面メタル温度を選定して、ガスタービン１０２を起動する。プラント制御装置１０１ａがプレウォーミングを制御する機能は、ウォーミング部の一例である。また、プラント制御装置１０１ａがガスタービン１０２等の起動を制御する機能は、起動部の一例である。

【0060】

元来プレウォーミングは、高圧タービン１０３ａが停止または極低回転状態のときだけに許容される操作である。しかし、クラッチ結合Ｃ／Ｃでは、ガスタービン１０２の起動後であってもプレウォーミングが可能である。これは、ガスタービン１０２の先行起動時に蒸気タービン１０３は停止状態という起動工程によりもたらされるものである。

【0061】

そして、蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立したとき、蒸気タービン１０３は自力で昇速起動を行い、定格回転数の近傍にまで昇速したときクラッチ１３１は遠心力の作用で自動的に嵌合する。このように、蒸気タービン１０３は通気して自力昇速するので、リジッド結合Ｃ／Ｃのような低圧タービン１０３ｂの風損問題はなく、低圧クーリングも不要である。従って、低圧クーリングのために図８の発電プラント１００に設けられた送気配管１２３は、図１の発電プラント１００ａでは存在しない。また、ＬＰＣＶ弁１２０は、本実施形態とは直接関連しないので図１からは省略されている。それ以外の構成は、パラレルバイパスである系統上の特徴を含めて、図１の発電プラント１００ａは図８の発電プラント１００と同じである。

【0062】

（５）第１実施形態の起動時間
第１実施形態と第１比較例は、プレウォーミングに３時間を要する起動例である。そして第１実施形態は、プレウォーミングの終了を待たずに、ガスタービン１０３の起動を前倒しで開始し、プレウォーミングとガスタービン１０３の起動とを並行的に進行させる。そしてその並行進行では、プレウォーミングの終了と蒸気タービン１０３の通気許可条件の成立の両タイミングを一致させるように、ガスタービン１０３の起動開始の時点を選定する。

【0063】

この詳細説明に入る前に、（i）蒸気タービンの通気条件成立に要する時間と、（ii）第一段シェル内面メタル温度の昇温レートを次のように整理する。

【0064】

先ず（i）に関し、比較例１と同じく、ガスタービン１０２の起動から蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立するまで４０分を要する起動例とする。ここで、本実施形態の通気許可条件とは、主蒸気Ａ２の圧力、流量、および温度の全てが所定の値に到達する条件である。

【0065】

次に（ii）に関し、ロータ１０３ｃは非常に大きな熱容量を有する。よって、補助蒸気Ａ３はロータ１０３ｃの表面をウォーミングするが、その熱はロータ１０３ｃの内部に熱伝達されてしまう。そのため、プレウォーミング中の第一段シェル内面メタル温度の昇温レートは緩慢である。説明の便宜上、第１実施形態は、この昇温レートが０．２℃／分であり、第一段シェル内面メタル温度はこの昇温レートで温度上昇するという起動例とする。因みにこの０．２℃／分は、同メタル温度が１３０℃から１５０℃近傍の帯域での昇温レートである。例えば、これより低い温度帯域では、補助蒸気Ａ３の温度と同メタル温度との間の温度差（ΔＴ）が大きいので、この昇温レートは速くなる。また、プレウォーミングの開始直後等のさらに冷たい冷機状態では、補助蒸気Ａ３は多量のドレン水に凝縮するので、この昇温レートは極端に遅くなる。

【0066】

このように、（ii）の昇温レートを想定することで、第一段シェル内面メタル温度の上昇をあたかも時間の経過と同じように取扱うことが可能となる。例えば、ガスタービン１０２の起動から蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立するまでの４０分を、第一段シェル内面メタル温度に換算することが可能となる。

【0067】

これを利用して、次のようにガスタービン１０２の起動開始の時点を選定する。すなわち、本実施形態では、第一段シェル内面メタル温度が１４２℃に上昇したときに、ガスタービン１０２を起動する（１４２℃＝１５０℃－４０分×０．２℃／分）。このようにすれば、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃に昇温してプレウォーミング終了となる時点と、蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立する時点とを一致させることができる。そしてガスタービン１０２が同メタル温度１４２℃で起動するためには、排熱回収ボイラ１０４のサービスインも前倒しで、第一段シェル内面メタル温度が１４０℃に上昇したときに開始する。

【0068】

（６）第１実施形態の起動フローチャート
図２ａと図２ｂは、第１実施形態の発電プラント１００ａの動作を示すフローチャートである。このフローチャートを実現するのは、プラント制御装置１０１ａの内部に収納されるソフトウェアである。以下の説明中に使用される具体的な数値は、容易な理解のために記載する一例である。

【0069】

発電プラント１００ａの起動準備は、最初に蒸気タービン１０３のターニング運転より開始される（ステップＳ１０１）。蒸気タービン１０３は、ターニング運転により約４ＲＰＭから１０ＲＰＭ程度の極低回転に維持され、この運転状態で復水器１１３の真空上昇が可能となる。

【0070】

復水器１１３の真空上昇が行われると（ステップＳ１０２）、復水器１１３内はほぼ真空状態となる。これに加えて、パラレルバイパス系統の再熱器１１２は、再熱ドレン弁１２８および１２９を介して復水器１１３に接続されている。再熱器１１２内に残留する不凝縮性ガスは、復水器１１３内が真空になるにつれて復水器１１３に排出されて、再熱器１１２も真空となる。この真空状態を保持することで、後ほど補助蒸気Ａ３がプレウォーミングのため送気されたときに、高圧タービン１０３ａ内や再熱器１１２内で発生するドレン水がそれぞれのドレン弁から復水器１１３に適切に排水される。即ち、これが終了しないとプレウォーミングができないので、後述する排熱回収ボイラ１０４のサービスインとは異なり、復水器１１３の真空上昇はプレウォーミングとの並行操作・進行が可能ではない。ここまでの起動工程は、第１比較例と同じである。

【0071】

次にプレウォーミングを実施する。プレウォーミングでは、先ずウォーミング弁１２５を開弁して（ステップＳ１０３）、補助ボイラ１２４が供給する補助蒸気Ａ３を、高圧タービン１０３ａと再熱器１１２の両方に送気する（ステップＳ１０４）。これにより、高圧タービン１０３ａのウォーミング（暖気）が開始され、次第にロータ１０３ｃはウォーミングされていく。高圧タービン１０３ａは蒸気タービンの一例であり、中圧／低圧タービン１０３ｂは再熱タービンの一例であり、補助ボイラ１２４は、排熱回収ボイラ１０４と異なる設備の一例である。また、主蒸気Ａ２と補助蒸気Ａ３はそれぞれ、第１蒸気と第２蒸気の例である。

【0072】

高圧タービン１０３ａ内では、補助蒸気Ａ３の一部が凝縮してドレン水となる。このドレン水は、ケーシングドレン弁１３０により復水器１１３に排水される。この工程と並行して再熱器１１２のウォーミングが開始され、再熱器１１２内では補助蒸気Ａ３の一部が凝縮してドレン水となり、このドレン水は再熱ドレン弁１２８および１２９により復水器１１３に排水される。なお、本実施形態は補助蒸気源として補助ボイラ１２４を使用する例としたが、発電プラント１００ａ以外に他の発電プラントが隣接設置される場合では、当該他発電プラントが生成した蒸気の一部を発電プラント１００ａが受けてこれを補助蒸気源とする場合もある。

【0073】

温度センサＴＳ１は、ロータ１０３ｃの構成要素である第一段シェル内面メタルの温度を計測する（ステップＳ１０５）。プラント制御装置１０１ａは、計測された第一段シェル内面メタル温度が１４０℃以上となったか否か判定して、第一段シェル内面メタル温度が１４０℃以上になったとき（ステップＳ２０１ ＹＥＳ）に排熱回収ボイラ１０４のサービスイン（ステップＳ１０８）を行う。このサービスインでは、排熱回収ボイラ１０４に付属する給水ポンプを起動することで、給水ポンプからドラム１１０に給水し、ドラム１１０の水位を所定の値に確立させる。このようにして、排熱回収ボイラ１０４がガスタービン排ガスＡ１を受け入れる準備が行われる。排熱回収ボイラ１０４のサービスインは、１０分を要する起動工程である。

【0074】

第１実施形態では、プレウォーミング終了を待たずに前倒しでガスタービン１０２の起動を開始することは既に述べた。これに加えて、排熱回収ボイラ１０４のサービスインもプレウォーミング終了を待たずに開始する。なぜなら、ガスタービン１０２の起動は、排熱回収ボイラ１０４のサービスインが終了しないと許容されないので、この前倒しがないとガスタービン１０２の起動の前倒しも叶わないからである。また、これが可能となるのは、排熱回収ボイラ１０４のサービスインの起動工程自体は補助蒸気Ａ３を消費しないので、補助蒸気Ａ３の使用の面での拘束がなくプレウォーミングとの並行操作が可能となるためである。

【0075】

ガスタービン１０２の起動は、第一段シェル内面メタル温度が１４２℃まで上昇したときに開始する予定となっている。これに排熱回収ボイラ１０４のサービスインに要する時間である１０分を勘案すれば、第一段シェル内面メタル温度が１４０℃になったときに、排熱回収ボイラ１０４のサービスインを開始すればよい（１４０℃＝１４２℃－１０分×０．２℃／分）。これにより、第１比較例では第一段シェル内面メタル温度が１５０℃になったとき（プレウォーミングが終了したとき）にサービスインを開始するのに対し、本実施形態のサービスインは５０分早く開始される。後述する図５は、本実施形態と第１比較例の排熱回収ボイラ１０４のサービスインに５０分の起動時刻の差があることを図示している。

【0076】

その後、１０分が経過すると排熱回収ボイラ１０４のサービスインは終了する。これと同時に、第一段シェル内面メタル温度は１４２℃に到達する。プラント制御装置１０１ａは、第一段シェル内面メタル温度が１４２℃以上になったことを確認して（ステップＳ２０２ ＹＥＳ）、念のためＡＮＤゲート処理（ステップＳ２０３）により排熱回収ボイラ１０４のサービスインも終了していることを確認して、ガスタービン１０２を起動する（ステップＳ１０９）。この１４２℃という温度は、所定温度の一例である。

【0077】

ガスタービン１０２を起動すると、まずパージ運転が１０分間行われる（ステップＳ１１１）。その後、燃料調節弁１０６を開弁して着火および昇速の過程（ステップＳ１１２）を経て定格速度の３０００ＲＰＭに到達し、ＦＳＮＬ（無負荷定格回転）に到達する（ステップＳ１１３）。この一連の起動工程においてクラッチ１３１は離脱状態なので、ガスタービン１０２および発電機１１７の起動後にも蒸気タービン１０３は停止状態にある。

【0078】

第１比較例では、ガスタービン１０２の起動と同時に、蒸気タービン１０３は回転上昇を開始するので、プレウォーミングを終了させてウォーミング弁１２５を全閉させた後にガスタービン１０２の起動を行う。一方、本実施形態では、上記のようにプレウォーミングを継続させながらガスタービン１０２の起動を行うことが可能である。図５は、このガスタービン起動とプレウォーミングの並行進行により、第１比較例のガスタービン１０２の起動に対し、本実施形態のガスタービン１０２の起動が５０分の早期化を実現していることを示している。また、第１比較例では蒸気タービン１０３の回転上昇に伴い必要となる低圧クーリング（補助蒸気Ａ３を多量に消費する）も、本実施形態では不要である。このことも、本実施形態にて補助ボイラ１２４の負担面からガスタービン起動とプレウォーミングの並行進行を容易ならしめる要因である。

【0079】

その替わり、蒸気タービン１０３は、「つれ回り」 による１００ＲＰＭから３００ＲＰＭ程度での空回り現象を起こすことが留意される。以下、この「つれ回り」について説明する。

【0080】

ガスタービン１０２の起動時にはクラッチ１３１は離脱状態であり、このとき蒸気タービン１０３は停止状態にあると既に説明した。しかし、厳密に蒸気タービン１０３の挙動を描写すると、停止状態（通気されていない状態）にありながらガスタービン１０２側で駆動された潤滑油がクラッチ１３１に流入することで、蒸気タービン１０３側へトルクが伝達される。よって、ガスタービン１０２が昇速起動すると、それにつられて蒸気タービン１０３も１００ＲＰＭから３００ＲＰＭの回転数で空回りする。この現象をつれ回りと呼ぶ。プレウォーミングは、高圧タービン１０３ａが停止または低回転状態のときだけに許容される操作であるが、この観点からは、１００ＲＰＭから３００ＲＰＭの回転中に補助蒸気Ａ３が送気されても、問題となるほどの深刻な摩擦熱は生じない。換言すれば３００ＲＰＭ程度の回転数はプレウォーミングを許容する充分に低回転の範疇であるので、つれ回りの状態でプレウォーミングを行っても問題は生じない。

【0081】

しかし何らかの原因により、蒸気タービン１０３の回転数が想定される３００ＲＰＭを超える回転数になったときに備えて、プラント制御装置１０１ａは、ＳＴ回転数検出器ＳＰ１からの信号を計測する（ステップＳ１２２）。そして、プラント制御装置１０１ａは、計測された蒸気タービン１０３の回転数が３５０ＲＰＭ以上であることを判断した場合には（ステップＳ２０４ ＹＥＳ）、ウォーミング弁１２５を閉弁し（ステップＳ２０５）、プレウォーミングを中断する。この３５０ＲＰＭという回転数は、上述の３００ＲＰＭに対して５０ＲＰＭのマージンを付与したものであり、所定の回転数の一例である。

【0082】

そして発電機１１７の並列許可条件が成立すると（ステップＳ１１４ ＹＥＳ）、発電機１１７が並列される（ステップＳ１１５）。並列許可条件の例として、ガスタービン排ガスＡ１に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）をアンモニア注入で還元するための触媒の温度条件等がある。

【0083】

発電機１１７を並列した後、ガスタービン１０２の出力を２０％負荷に上昇させる（ステップＳ１１６）。ガスタービン１０２の出力が２０％負荷に到達すると（ステップＳ１１７ ＹＥＳ）、ガスタービン１０２は負荷保持運転に入る。ガスタービン１０２の２０％負荷は、蒸気タービン１０３の通気が開始される前に許容される最大出力の一例であり、例えば、復水器１１３の冷却水である海水の出入口温度差が７℃を超えない運転が可能な最大出力として与えられるものである。なお、クラッチ結合Ｃ／Ｃのガスタービン１０２を先行起動させて、ガスタービン１０２を定格出力（１００％負荷）にした状態で蒸気タービン１０３を後発起動させることも考えられるが、環境保護の面から復水器１１３の出入口海水温度差に規制が設けられる発電プラント１００ａでは一般にこの起動法は採用しにくい。

【0084】

ステップＳ１０９でガスタービン１０２が起動した後、４０分を経過した時点で蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立する（ステップＳ１１８ ＹＥＳ）。本実施形態の通気条件の主要な構成要素は、主蒸気Ａ２の圧力条件、流量条件、および温度条件であり、これら全てが所定の値に到達したときに通気条件は成立する。所定の値の例は、主蒸気Ａ２が高圧タービン１０３ａを駆動可能な値である。なお、本実施形態の通気条件は、主蒸気Ａ２の圧力、流量、および温度の一部が所定の値に到達したときに成立するように設定することも考えられる。

【0085】

これと同時にガスタービン１０２が起動したときに１４２℃であった第一段シェル内面メタル温度は４０分を経過した時点で１５０℃に到達する。プラント制御装置１０１ａは、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になったことを確認して（ステップＳ１０６ ＹＥＳ）、ウォーミング弁１２５を閉弁して（ステップＳ１０７）、プレウォーミングを終了する。この１５０℃という温度は、所定温度の一例である。

【0086】

すなわち、本実施形態では、プレウォーミング終了のタイミングと、蒸気タービン１０３の通気条件が成立して蒸気タービン１０３への通気が可能となるタイミングとが一致する。よって、蒸気タービン１０３の通気（ステップＳ１２５）が、このタイミングで迅速に開始されることとなる。

【0087】

なお、発電プラント１００ａによっては、より確実なウォーミングを担保する目的で、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になった後、所定時間が経過した時点でプレウォーミングを終了する場合もある。後述する第２実施形態はこのケースを取り扱う起動法である。

【0088】

プラント制御装置１０１ａは、ＡＮＤゲート処理（ステップＳ２０７）により、蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立したこと（ステップＳ１１８ ＹＥＳ）と、ウォーミング弁１２５が全閉したこと（ステップＳ２０６ ＹＥＳ）の両方が成立したことを判断する。そして、プラント制御装置１０１ａは、これらの両方が成立した場合に、蒸気タービン１０３の通気を開始し（ステップＳ１２５）、ＭＣＶ弁１０５とＩＣＶ弁１１８を開弁する。このようにして、蒸気タービン１０３が起動される。図５に照らせば、第１比較例の蒸気タービン通気開始に対し、本実施形態の通気開始は５０分の早期化を実現しているのが判る。

【0089】

通気が開始されると、主蒸気Ａ２は、ＭＣＶ弁１０５を経由して高圧タービン１０３ａに流入し、高圧タービン１０３ａを駆動する。主蒸気Ａ２はその後、高圧タービン１０３ａから排気されて、高圧タービン排気管１２６から低温再熱管１２１を経て再熱器１１２に流入し、再び加熱されて再熱蒸気Ａ４となり、ＩＣＶ弁１１８を経由して中圧タービン１０３ｂに流入し、中圧タービン１０３ｂを駆動する。プラント制御装置１０１ａは、通気開始後にＭＣＶ弁１０５とＩＣＶ弁１１８の開度を制御して蒸気タービン１０３を昇速し（ステップＳ２１１）、蒸気タービン１０３の回転数は定格速度（３０００ＲＰＭ）に向けて上昇する。

【0090】

蒸気タービン１０３の回転数がこの定格速度の近傍まで上昇したとき（ステップＳ２１２ ＹＥＳ）、クラッチ１３１は遠心力の作用で自動的に嵌合する（ステップＳ２１３）。この嵌合はあくまでもクラッチ１３１自体が有するメカニカルな機序により行われるもので、プラント制御装置１０１ａによる制御の作用ではない。クラッチ１３１が嵌合した後は、ガスタービン１０２と蒸気タービン１０３で発電機１１７を駆動して発電が行われ、これ以後はリジッド結合Ｃ／Ｃと同じ発電様式となる。

【0091】

ギャップセンサＧＳ１は、クラッチ１３１が勘合しているかどうかを検知する勘合検出器である。プラント制御装置１０１ａは、ギャップセンサＧＳ１からの信号を入力してクラッチ１３１が勘合したことを判断すると（ステップＳ２１４ ＹＥＳ）、ＭＣＶ弁１０５とＩＣＶ弁１１８の開度を増して、蒸気タービン１０３の初負荷ヒートソーク運転を開始する（ステップＳ１２６）。初負荷ヒートソーク運転中には、例えば圧縮器１０７の入口案内翼を制御する。その後、初負荷ヒートソーク終了後の起動工程が行われる。

【0092】

（７）第１実施形態の効果その１
第１実施形態では、排熱回収ボイラ１０４のサービスイン（ステップＳ１０８）、ガスタービン１０２の起動（ステップＳ１０９）、蒸気タービン１０３の通気開始（ステップＳ１２５）をそれぞれ、第一段シェル内面メタル温度の測定値が１４０℃、１４２℃、１５０℃に到達した時点で開始する。これにより、第１実施形態では、第１比較例に対していずれも５０分の早期化を実現している。そしてこれら３つの早期化のうち、排熱回収ボイラ１０４のサービスインとガスタービン１０２の起動の早期化は、蒸気タービン１０３の通気開始を早期化するために必要となる要件であるとも言える。そのため、プラント起動早期化の観点からは、本実施形態の効果は蒸気タービン１０３の通気開始の早期化ということに集約できる。

【0093】

図５は、第１実施形態と第１比較例とを比較するためのチャートであり、以上に記載した蒸気タービン１０３の通気開始の早期化をより直截に可視化するために用意された図である。

【0094】

図５では、プレウォーミング（ＰＷ）が基準となって時間が整理されていることを念頭に置くのが理解の一助となる（符号Ｓ１を参照）。具体的には、第１比較例と第１実施形態においてプレウォーミングの開始時刻および終了時刻は同じ時刻であり、それ故に、蒸気タービン１０３の通気開始がプレウォーミング終了に対してどれだけ遅れるかという視点での比較が可能となる（符号Ｓ４を参照）。

【0095】

図５によれば、第１比較例ではプレウォーミング終了の５０分後に蒸気タービン１０３の通気が開始されるのに対し、第１実施形態ではプレウォーミング終了と同時に蒸気タービン１０３の通気が開始される。すなわち、第１実施形態は、第１比較例に対して５０分のプラント起動早期化を達成している。これが可能になるのは、本実施形態ではクラッチ結合Ｃ／Ｃのメリットを生かして、プレウォーミングと並行的にガスタービン１０２の起動と排熱回収ボイラ１０４のサービスインの工程を進行させるからである（符号Ｓ２、Ｓ３を参照）。

【0096】

さらに注目すべきことは、第１比較例に対する５０分のプラント起動早期化とは、第１比較例において１８０分（３時間）を要していたプレウォーミングを、１３０分に短縮した場合の効果に等しい。前述したとおり、プレウォーミング時間を短縮する試みはいろいろと検討されているが、現実的には難しい。実際、図５でも第１比較例と第１実施形態のプレウォーミング工程は同じ３時間を要し、プレウォーミング自体は両者で同様に実行されている。しかし本実施形態によれば、プレウォーミングと並行的にガスタービン１０２の起動と排熱回収ボイラ１０４のサービスインの工程を進行させることで、事実上プレウォーミングに関連する時間を７２％に短縮することができる（７２〔％〕＝１３０分÷１８０分）。

【0097】

（８）第１実施形態の効果その２
さらに第１実施形態では、プレウォーミングとガスタービン１０２の起動とを並行的に進行させる際に、プレウォーミング終了のタイミングと、蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立するタイミングとを一致させるように、ガスタービン１０２の起動開始の時点を選定する。以下、これにより得られる効果を考察する。

【0098】

その考察アプローチとして、本実施形態と同じ並行進行を行うが、上記の両タイミングが一致しない２つの起動法（第２および第３比較例）を本実施形態と比較する。なお、図５でプレウォーミングの開始時刻と終了時刻が本実施形態と第１比較例との間で一致しているのと同様に、第２および第３比較例のプレウォーミングの開始時刻と終了時刻も本実施形態と同じであるとする。それ故に、蒸気タービン１０３の通気開始がプレウォーミング終了に対してどれだけ早いか遅いかという視点で、第１実施形態と第２および第３比較例とを比較することが可能となる。例えば、第１実施形態はプレウォーミング終了と同時に蒸気タービン１０３の通気開始が行われると記述できる。

【0099】

（９）第２比較例
第２比較例は、プレウォーミング終了よりも、蒸気タービン１０３の通気許可条件の成立（通気許可成立）が遅くなるようにした起動法である。説明上の便宜のため、第２比較例は、ステップＳ２０２において第一段シェル内面メタル温度の閾値を、第１実施形態の１４２℃から、より高い温度（例えば１４５℃）に替えた起動例とする。よって、第２比較例では、同メタル温度が１４５℃になったときに、ガスタービン１０２の起動（ステップＳ１０９）が開始される。

【0100】

これにより、第２比較例では、第１実施形態に対しガスタービン１０２の起動が１５分遅れて開始されるので、通気許可成立も１５分遅れる（１５分＝〔１４５℃－１４２℃〕÷０．２℃／分）。従って、第２比較例では、プレウォーミング終了の１５分後に蒸気タービン１０３の通気開始が行われる。これは、第１実施形態に対しプラント起動が１５分遅延することであり、第２比較例では、プラント起動早期化の利得が１５分目減りしていることを意味する。

【0101】

（１０）第３比較例
第３比較例は、プレウォーミング終了よりも、蒸気タービン１０３の通気許可条件の成立（通気許可成立）が早くなるようにした起動法である。説明上の便宜のため、第３比較例は、ステップＳ２０２において第一段シェル内面メタル温度の閾値を、第１実施形態の１４２℃から、より低い温度（例えば１３９℃）に替えた起動例とする。よって、第３比較例では、同メタル温度が１３９℃になったときに、ガスタービン１０２の起動（ステップＳ１０９）が開始される。

【0102】

これにより、第３比較例では、第１実施形態に対しガスタービン１０２の起動が１５分早く開始されるので、通気許可成立も１５分早くなる（１５分＝〔１４２℃－１３９℃〕÷０．２℃／分）。しかし、プレウォーミングが終了しないと蒸気タービン１０３の通気開始は可能とならないので、結局、第３比較例では、プレウォーミング終了と同時に蒸気タービン１０３の通気開始が行われる。これは、第１実施形態と同じプラント起動であり、プラント起動早期化の利得としては第１実施形態と同じである。

【0103】

しかし商用発電プラントとしての経済性の観点からは、第３比較例は推奨される起動法ではない。なぜなら、通気許可成立の後もガスタービン１０２の出力を２０％負荷に保持しながらプレウォーミングが終了するのを１５分間待つことになるからである。これは、プラント熱効率の悪いパーシャルロード（ガスタービン部分負荷運転）を、余計に１５分長く強いられることを意味する。

【0104】

以上により、蒸気タービン１０３の通気許可条件の成立とプレウォーミング終了は、いずれが早くても遅くても最適な起動法とはならない。第１実施形態は、プラント起動早期化や商用機に求められる経済性の観点からみて、これらのタイミングを一致させることでクラッチ結合Ｃ／Ｃによる並行進行がもたらすメリットを最大限に享受する起動法であるといえる。

【0105】

（１１）第１実施形態が適用可能なプラント
第１実施形態の発電プラント１００ａは、パラレルバイパスを有するクラッチ結合Ｃ／Ｃの一軸型コンバインド発電プラントであるが、本実施形態はその他方式のコンバインドサイクル発電プラントにも適用可能である。前述のとおり、プレウォーミングは、高圧タービン１０３ａが停止しているときか、補助蒸気Ａ３による摩擦熱が問題とならない低回転状態にあるときだけに許容される操作である。

【0106】

一方、多軸型コンバインドサイクル発電プラントは、互いに別の回転軸に設けられた複数台のガスタービンと、これらの回転軸と別の回転軸に設けられた１台の蒸気タービンとを備えている。このような構成から、これらのガスタービン起動後にも、蒸気タービンを停止中とすることができる。よって、本実施形態の起動処理は、多軸型コンバインドサイクル発電プラントにも適用することができる。

【0107】

また、互いに別の回転軸に設けられた１台のガスタービンと１台の蒸気タービンとを備える発電プラントも知られている。この発電プラントでも、ガスタービン起動後に蒸気タービンを停止中とすることができる。よって、本実施形態の起動処理は、この発電プラントにも適用することができる。

【0108】

また、本実施形態の起動処理は、リジッド結合Ｃ／Ｃに適用することも考えられる。例えば、プレウォーミングと並行的に排熱回収ボイラのサービスインのみを進行させる起動法が考えられる。そして、プレウォーミング終了とガスタービン起動開始のタイミングを一致させるように、排熱回収ボイラのサービスインを開始する時点を選定する。しかし、排熱回収ボイラのサービスインに要する時間は１０分程度なので、この起動法を通じて得られるプラント起動早期化の利得は１０分程度である。よって、１０分程度であってもプラント起動早期化が望まれる場合には、本実施形態の起動処理をリジッド結合Ｃ／Ｃに適用することが望ましい。

【0109】

（１２）第１実施形態とＢＯＰ設備
第１実施形態では、排熱回収ボイラ１０４のサービスインと、ガスタービン１０２の起動をそれぞれ、第一段シェル内面メタル温度が１４０℃および１４２℃に到達の時点で開始し、プレウォーミングとこれらの２工程とを並行的に進行させる。本実施形態ではさらに、その他の場合にこのような並行進行を適用してもよい。以下、このような並行進行の例を説明する。

【0110】

図１に示すガスタービン１０２や排熱回収ボイラ１０４は、発電プラント１００ａの代表的な構成要素である。しかしながら、実際のコンバインドサイクル発電プラントはさらに、ＢＯＰ（Balance of Plant）設備と呼ばれる雑多な機器や設備を備えることが多い。そして、プラント制御装置１０１ａは、ガスタービン１０２の起動前や起動後にＢＯＰ設備も起動（または操作）する必要がある。

【0111】

例えば、スタックダンパーは、煙突と排熱回収ボイラ１０４とを連通するために開操作される。また、発電機１１７の断路器は、発電機１１７が生成する電力を送電する送電ラインの準備のために閉路される。通常、これらのＢＯＰ設備は、ガスタービン１０２の起動や排熱回収ボイラ１０４のサービスインと連動させて起動される。例えば、親機に相当するガスタービン１０２が起動したことをプラント制御装置１０１ａが判断して、子機のＢＯＰ設備を親機と連鎖（インターロック）するようにして起動する。

【0112】

代わりに、本実施形態では、第一段シェル内面メタル温度に応じてこれらのＢＯＰ設備を起動してもよい。ここではその一例として、ＥＨＣ（Electric Hydraulic Control）制御油ポンプを取り挙げる。

【0113】

例えば、プラント制御装置１０１ａは、第一段シェル内面メタル温度が１３８℃に到達したことを判断して、ＥＨＣ制御油ポンプを起動する。この場合には、ガスタービン１０２の起動開始の２０分前にＥＨＣ制御油ポンプが起動される（２０分＝〔１４２℃－１３８℃〕÷０．２℃／分）。この２０分間に、ＥＨＣ制御油ポンプは、制御油をタンク内で撹拌することで制御油の温度を適切な温度にまで昇温し、好適な粘度を確保しながらガスタービン１０２の起動を迎えることができる。制御油の温度や粘度をトリートメントするためには２０分のポンプ運転で充分なので、２０分以上運転しても同油ポンプのモータ動力は無駄であり、また機器寿命を損耗させるだけである。そこで、本実施形態の起動処理をＥＨＣ制御油ポンプの起動に適用すれば、メタル温度を指標にして未来の起動工程（ここではガスタービン１０２の起動がいつ開始されるのか）を予測できるので、ＥＨＣ制御油の起動タイミングを最適化することが可能となる。

【0114】

（１３）第１実施形態の効果と課題
以上のように、本実施形態では、高圧タービン１０３ａ等をプレウォーミングによってウォーミングしている間に、ガスタービン１０２等の起動を開始する。よって、本実施形態によれば、ガスタービン１０２と高圧タービン１０３ａとを備える発電プラント１００ａのウォーミングと早期起動とを両立することが可能となる。

【0115】

また、本実施形態では、第一段シェル内面メタル温度の昇温レートを想定する（例えば０．２℃／分）ことで、第一段シェル内面メタル温度に応じて発電プラント１００ａの諸設備を最適なタイミングで起動することが可能となる。

【0116】

第１実施形態では、この昇温レートの精度を高めることが望ましい。例えば、実際の昇温レートが想定していた０．２℃／分より速い場合には、第２比較例の如くプレウォーミング終了より通気許可成立が遅くなる。一方、実際の昇温レートが想定していた０．２℃／分より遅い場合には、第３比較例の如くプレウォーミング終了より蒸気タービンの通気許可条件成立が早くなる。この課題への対処は、例えば後述する第２実施形態により可能となる。

【0117】

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について説明する。本実施形態の説明の中で、第４比較例についても説明する。

【0118】

（１）第２実施形態のプレウォーミング
第１実施形態と第１比較例のプレウォーミングは、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になったときに終了する。一方、第２実施形態のプレウォーミングは、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になり、且つ、同メタル温度が１５０℃以上の状態が所定時間だけ継続した時点で終了する。

【0119】

本実施形態で所定時間の待ち時間が経過した後にプレウォーミングを終了とするのは、次のような理由による。第一段シェル内面メタル温度は、温度センサＴＳ１が計測する温度であるが、温度センサＴＳ１が計測するのは、補助蒸気Ａ３に接触するロータ１０３ｃの表面の温度であり、プレウォーミング中は比較的速やかに昇温する。一方で、補助蒸気Ａ３に直接接触しないロータ１０３ｃの内部は表面からの熱伝達により緩慢に昇温するので、第一段シェル内面メタル温度（ロータ表面）が１５０℃に到達しても、いまだロータ内部は１５０℃未満の低温状態である。

【0120】

そして、上記の待ち時間は、ロータ内部までが１５０℃に到達するのを待つための時間である。この待ち時間は、プラント早期起動と背反の関係にあるが、ロータ内部まで充分にウォーミングして高圧タービン１０３ａの起動に万全を期すという考え方が重視される場合の方が多い。よって、第１実施形態のように待ち時間なしでプレウォーミングを終了よりも、第２実施形態のように待ち時間を有してプレウォーミングを終了する方が多い。

【0121】

この待ち時間は、高圧タービン１０３ａの大きさ（容量）や素材に応じて異なるが、一般的には１時間から３時間の間で選択されることが多い。説明の便宜上、第２実施形態では、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になり、且つ、同メタル温度が１５０℃以上の状態が１時間（６０分）だけ継続した時点で、プレウォーミングを終了するものとする。

【0122】

（２）第２実施形態の起動時間
第２実施形態は、図１の発電プラント１００ａに適用される。従って、プラント起動に要する時間は第１実施形態と同じであり、ガスタービン１０２の起動から蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立するまで４０分を要する起動例とする。

【0123】

ただし、第２実施形態はプレウォーミングに４時間を要する起動例である。その内訳はプレウォーミング開始から第一段シェル内面メタル温度が１５０℃に到達するまでに３時間を要し、そこから上述の待ち時間である１時間を待って、合計４時間となる。

【0124】

（３）第２実施形態の概要
第１実施形態から第２実施形態への変更点は、以下の通りである。

【0125】

第１実施形態のガスタービン１０２は、第一段シェル内面メタル温度が１４２℃以上になると起動される。一方、第２実施形態のガスタービン１０２は、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になり、且つ、同メタル温度が１５０℃以上の状態が所定時間（例えば２０分）継続した時点で起動される。

【0126】

第２実施形態のプレウォーミングは、この４０分後に終了する（６０分－２０分）。そのため、このタイミングでガスタービン１０２を起動すれば、プレウォーミング終了のタイミングと、蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立（ガスタービン１０２の起動から４０分後に成立）するタイミングは一致する。

【0127】

また、第１実施形態の排熱回収ボイラ１０４のサービスインは、第一段シェル内面メタル温度が１４０℃以上になると開始される。一方、第２実施形態の排熱回収ボイラ１０４のサービスインは、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になり、且つ、同メタル温度が１５０℃以上の状態が所定時間（例えば１０分）継続した時点で開始される。

【0128】

（４）第２実施形態の起動フローチャート
図３ａと図３ｂは、第２実施形態の発電プラント１００ａの動作を示すフローチャートである。このフローチャートを実現するのは、プラント制御装置１０１ａの内部に収納されるソフトウェアである。以下の説明中に使用される具体的な数値は、容易な理解のために記載する一例である。

【0129】

図２ａのステップＳ２０１、Ｓ２０２、およびＳ１０６はそれぞれ、図３ａのステップＳ３０１、Ｓ３０２、およびＳ３０３に変更されている。図３ａと図３ｂは、図２ａと図２ｂに対してこの３つステップが異なり、その他のステップは同じである。従って、以下ではステップＳ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３０３を中心に説明する。

【0130】

復水器１１３の真空上昇が行われた後（ステップＳ１０２）、プレウォーミングが開始される。プレウォーミングでは、ウォーミング弁１２５を開弁して（ステップＳ１０３）、補助ボイラ１２４が供給する補助蒸気Ａ３を、高圧タービン１０３ａと再熱器１１２に送気する（ステップＳ１０４）。温度センサＴＳ１は、ロータ１０３ｃの構成要素である第一段シェル内面メタルの温度を計測する（ステップＳ１０５）。

【0131】

プレウォーミング開始から３時間後に、第一段シェル内面メタル温度は１５０℃に到達する。本実施形態では、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃に到達した後も補助蒸気Ａ３が継続して高圧タービン１０３ａに送気されるので、同メタル温度は０．２℃／分程の昇温レートで昇温してゆき、１５０℃の到達から１時間を経過した時点では１６２℃近傍になる。また、補助蒸気Ａ３に直接接触しないロータ１０３ｃの内部も表面からの熱伝達により昇温して、次第にロータ１０３ｃは内部も含めてより均一な温度になっていく。

【0132】

本実施形態では、第１実施形態と同様に、プレウォーミング終了を待たずに排熱回収ボイラ１０４のサービスインを開始する。ただし、本実施形態のガスタービン１０２の起動は、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になってから２０分経過したときに開始する予定となっている。これに排熱回収ボイラ１０４のサービスインに要する時間である１０分を勘案すれば、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になってから１０分経過したときに排熱回収ボイラ１０４のサービスインを開始すればよい。

【0133】

プラント制御装置１０１ａは、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上となり、且つ、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になってから１０分経過したとき（ステップＳ３０１ ＹＥＳ）に、排熱回収ボイラ１０４のサービスイン（ステップＳ１０８）を行う。このサービスインでは、排熱回収ボイラ１０４に付属する給水ポンプを起動し、ドラム１１０の水位を所定の値に確立させる。このようにして、排熱回収ボイラ１０４がガスタービン排ガスＡ１を受け入れる準備が行われる。排熱回収ボイラ１０４のサービスインは、１０分を要する起動工程である。

【0134】

この１０分が経過すると、排熱回収ボイラ１０４のサービスインは終了する。プラント制御装置１０１ａは、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になってから２０分が経過したことを確認して（ステップＳ３０２ ＹＥＳ）、念のためＡＮＤゲート処理（ステップＳ２０３）により排熱回収ボイラ１０４のサービスインも終了していることも確認して、ガスタービン１０２を起動する（ステップＳ１０９）。

【0135】

ステップＳ１０９でガスタービン１０２が起動した後、４０分を経過した時点で蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立する（ステップＳ１１８ ＹＥＳ）。本実施形態の通気条件の主要な構成要素は、主蒸気Ａ２の圧力条件、流量条件、および温度条件であり、これら全てが所定の値に到達したときに通気条件は成立する。

【0136】

これと同時に、プラント制御装置１０１ａは、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になってから６０分経過したことを確認して（ステップＳ３０３ ＹＥＳ）、ウォーミング弁１２５を閉弁して（ステップＳ１０７）、プレウォーミングを終了する。よって、本実施形態でも、プレウォーミング終了のタイミングと蒸気タービン１０３の通気条件が成立するタイミングとが一致し、以下の蒸気タービン１０３の通気（ステップＳ１２５）がこの時点で迅速に開始される。

【0137】

プラント制御装置１０１ａは、ＡＮＤゲート処理（ステップＳ２０７）により、蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立したこと（ステップＳ１１８ ＹＥＳ）と、ウォーミング弁１２５が全閉したこと（ステップＳ２０６ ＹＥＳ）の両方が成立したことを判断して、蒸気タービン１０３の通気を開始する（ステップＳ１２５）。これ以後の起動工程は第１実施形態と同一であり、説明は省略する。

【0138】

（５）第２実施形態の効果
図６は、第２実施形態と第４比較例とを比較するためのチャートであり、第２実施形態の効果を直截に可視化するための図である。

【0139】

第４比較例は、第１比較例と同じリジッド結合Ｃ／Ｃの起動処理に関するが、第１比較例のプレウォーミング時間が３時間であるのに対し、第４比較例のプレウォーミング時間は上記の待ち時間の１時間を含めて４時間である。図５と同様に、第２実施形態と第４比較例のプレウォーミングの開始時刻および終了時刻は同じである。それ故に、蒸気タービン１０３の通気開始がプレウォーミング終了に対してどれだけ遅れるかという視点で、第２実施形態と第４比較例とを比較することが可能となる。

【0140】

図６によれば、第４比較例ではプレウォーミング終了の５０分後に蒸気タービン１０３の通気が開始されるのに対し、第２実施形態ではプレウォーミング終了と同時に蒸気タービン１０３の通気が開始される。すなわち、第２実施形態は、第４比較例に対して５０分のプラント起動早期化を達成している。

【0141】

また、第４比較例に対する５０分のプラント起動早期化とは、第４比較例において２４０分（４時間）を要していたプレウォーミングを、１９０分に短縮した場合の効果に等しい。すなわち、本実施形態によれば、事実上プレウォーミングに関連する時間を７９％に短縮することができる（７９〔％〕＝１９０分÷２４０分）。

【0142】

短縮時間としては、第１実施形態の７２％より目減りしている。しかし、その見返りとして、第１実施形態が有していた第一段シェル内面メタル温度の想定昇温レート（例えば０．２℃／分）の精度に依存する誤差を低減することができ、プレウォーミング終了のタイミングと蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立するタイミングとを一致させることがより容易になる。

【0143】

このことが成立する要件として、待ち時間（１時間）の長さとプラント起動時間の長さとの関係がある。本実施形態では、ガスタービンの起動から蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立するまでの時間が４０分であり、待ち時間の１時間よりも短いため、上記のことが成立可能となる。幸いなことに、実際のプレウォーミングの待ち時間は１時間から３時間の間で選択されることが一般的であるから、通常は待ち時間の方が余裕を持っての長時間になる。この点で、第２実施形態の実用性は担保されていると言ってよい。

【0144】

ただし、例外的にＢＯＰ設備等で、前述のＥＨＣ制御油ポンプ等より遥かな初期段階の時刻に起動を行う設備に対しては、待ち時間が不足して第２実施形態では対応できない事例もある。このようなＢＯＰ設備には第１実施形態を適用して例えば第一段シェル内面メタル温度が１３０℃に到達したら起動し、一方、その後のガスタービン１０２と排熱回収ボイラ１０３のサービスインには第２実施形態を適用してもよい。

【0145】

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について説明する。本実施形態の説明の中で、第５比較例についても説明する。

【0146】

（１）第３実施形態のプラント構成
図４は、第３実施形態の発電プラント１００ｂの構成を示す模式図である。図４の発電プラント１００ｂは、一軸型Ｃ／Ｃ発電プラントである。

【0147】

図４の発電プラント１００ｂは、発電プラント１００ｂの動作を制御するプラント制御装置１０１ｂを備え、さらには、図１に示す構成要素に加えて、中圧タービンバイパス調節弁１３２と、逆止弁１３３とを備えている。

【0148】

プラント制御装置１０１ｂは、上述のプラント制御装置１０１ａと同様の機能を有しているが、プラント制御装置１０１ａとは異なる機能も有している。例えば、プラント制御装置１０１ｂは、中圧タービンバイパス調節弁１３２や逆止弁１３３の開閉を制御することが可能である。プラント制御装置１０１ｂのその他の機能については、後述する。

【0149】

排熱回収ボイラ１０４により生成された過熱蒸気は、主蒸気Ａ２として蒸気配管に排出される。蒸気配管は、主配管とバイパス配管とに分岐している。主配管は高圧タービン１０３ａに接続されており、バイパス配管はここでは低温再熱管１２１に接続されている。ＭＣＶ弁１０５は、主配管に設けられている。高圧タービンバイパス調節弁１１９は、バイパス配管と低温再熱管１２１との接続部に設けられている。

【0150】

ＭＣＶ弁１０５を開弁すると、主配管からの主蒸気Ａ２が高圧タービン１０３ａに供給される。一方、高圧タービンバイパス調節弁１１９を開弁すると、バイパス配管からの主蒸気Ａ２が高圧タービン１０３ａをバイパスして低温再熱管１２１に送られる。バイパス配管からの主蒸気Ａ２は、低温再熱管１２１を介して再熱器１１２に供給される。

【0151】

逆止弁１３３は、図４に示すように低温再熱管１２１に設けられている。逆止弁１３３は、開弁状態において、高圧タービン１０３ａから再熱器１１２への主蒸気Ａ２（排気蒸気）の流れは許容するが、再熱器１１２や高圧タービンバイパス調節弁１１９から高圧タービン１０３ａへの主蒸気Ａ２の流れは遮断する。一方、逆止弁１３３は、閉弁状態においては、いずれの主蒸気Ａ２の流れも遮断する。

【0152】

上述のようにＭＣＶ弁１０５を開弁する場合には、逆止弁１３３も開弁される。これにより、高圧タービン１０３ａからの主蒸気Ａ２（排気蒸気）は、逆止弁１３３を通過して再熱器１１２に供給される。一方、上述のように高圧タービンバイパス調節弁１１９を開弁する場合には、逆止弁１３３が開弁していても閉弁していても、バイパス配管からの主蒸気Ａ２は、逆止弁１３３で遮断され高圧タービン１０３ａに供給されない。この場合、バイパス配管からの主蒸気Ａ２は、再熱器１１２に供給される。

【0153】

再熱器１１２の第１端は低温再熱管１２１に接続され、再熱器１１２の第２端は高温再熱管１２２に接続されている。本実施形態の再熱器１１２は、高圧タービン１０３ａまたは高圧タービンバイパス調節弁１１９からの主蒸気Ａ２を第１端から取り込み、この主蒸気Ａ２を第２端から排出する。

【0154】

例えば、再熱器１１２は、高圧タービン１０３ａからの主蒸気Ａ２（排気蒸気）を第１端から取り込み、主蒸気Ａ２をガスタービン排ガスＡ１により加熱して再熱蒸気Ａ４を生成する。すなわち、主蒸気Ａ２が加熱されて再熱蒸気Ａ４となる。再熱器１１２は、この再熱蒸気Ａ４を第２端から高温再熱管１２２へと排出する。

【0155】

高温再熱管１２２は、第１配管と第２配管とに分岐している。第１配管はＩＣＶ弁１１８に接続され、第２配管は中圧タービンバイパス調節弁１２０に接続されている。ＩＣＶ弁１１８を開弁すると、第１配管からの再熱蒸気Ａ４が中圧／低圧タービン１０３ｂに供給される。一方、中圧タービンバイパス調節弁１２０を開弁すると、第２配管からの再熱蒸気Ａ４が中圧／低圧タービン１０３ｂをバイパスして復水器１１３に送られる。

【0156】

第３実施形態は、図４に示すように、カスケードバイパス系統のコンバインドサイクル発電プラントを対象としている。図９では、高圧タービンバイパス調節弁１１９が、再熱器１１２の上流部に該当する低温再熱管１２１に接続されており、中圧タービンバイパス調節弁１３２が、再熱器１１２の下流部に該当する高温再熱管１２２に接続されている。このカスケードバイパス系統の発電プラント１００ｂでは、逆止弁１３３の設置が必要とされる。

【0157】

（２）第５比較例
図７は、第３実施形態と第５比較例とを比較するためのチャートであり、第３実施形態の効果を直截に可視化するための図である。

【0158】

第５比較例は、カスケードバイパス系統のクラッチ結合Ｃ／Ｃのプラント起動法に関する。図５や図６では、クラッチ結合Ｃ／Ｃ（第１および第２実施形態）と、リジッド結合Ｃ／Ｃ（第１および第４比較例）とを比較していたが、図７では、クラッチ結合Ｃ／Ｃ同士を比較している。第５比較例のプラント構成は、図４に示す通りであり、第３実施形態のプラント構成と同じである。

【0159】

以下、図７における第５比較例のプラント起動法を簡単に説明する。図７には、第１プレウォーミングと第２プレウォーミング（符号Ｓ１とＳ５を参照）に加えて、これらと密接に関連する逆止弁１３３の状態も図示されている。本比較例や第３および第４実施形態にて、第１プレウォーミングは、プラント起動処理において第１回目に開始されるプレウォーミングであり、一方、第２プレウォーミングは、プラント起動処理において第２回目に開始されるプレウォーミングであり、第１プレウォーミングよりも後に開始される。

【0160】

第１プレウォーミングでは、ウォーミング弁１２５を開弁して補助蒸気Ａ３を高圧タービン１０３ａのみに送気し、高圧タービン１０３ａをウォーミングする。このとき、逆止弁１３３は強制閉止（無励磁）するので、再熱器１１２には補助蒸気Ａ３が送気されない。第１プレウォーミング開始に伴い第一段シェル内面メタル温度は昇温し、第１プレウォーミングの開始から３時間後に第一段シェル内面メタル温度は１５０℃に到達する。この時点でウォーミング弁１２５を閉弁して、第１プレウォーミングは終了する。

【0161】

その後、排熱回収ボイラ１０４のサービスインに１０分を要し、これが終了するとガスタービン１０２の起動が開始される。ガスタービン１０２の起動から１０分後に、ガスタービン１０２は着火する。ガスタービン着火の時点で逆止弁１３３を励磁して強制閉止を解除し、且つ、ウォーミング弁１２５を再び開弁する。このようにして、ガスタービン１０２の起動工程と並行操作で第２プレウォーミングが開始される。クラッチ結合Ｃ／Ｃである故にこれが可能となる。

【0162】

第２プレウォーミングでは、高圧タービン１０３ａに加えて再熱器１１２にも補助蒸気Ａ３が送気されて、再熱器１１２のウォーミングと不凝縮性ガスのパージを開始する。このとき再熱器１１２は、ガスタービン排ガスＡ１の熱で外表面からもウォーミングされるので、効果的なウォーミングが可能となる。ガスタービン１０２の着火から３０分後に高圧タービンバイパス調節弁１１９は１０％に開弁し、この時点でウォーミング弁１２５を閉弁して、第２プレウォーミングは終了する。すなわち、第２プレウォーミングは３０分間行われる。

【0163】

そして、ガスタービン１０２の起動開始から５０分後に、蒸気タービン１０３の通気許可条件（具体的には、主蒸気Ａ２の圧力、流量、および温度の全てが所定の値に到達する条件）が成立し、蒸気タービン１０３は通気を開始する。

【0164】

（３）第３実施形態の概要
第５比較例では、クラッチ結合Ｃ／Ｃの特性を利用して、ガスタービン１０２の起動と第２プレウォーミングの並行操作が採用されている。これに対し、第３実施形態では、プラント起動の早期化を目的に、ガスタービン１０２の起動と第１プレウォーミングと第２プレウォーミングとの並行操作を行う。本実施形態の第１および第２プレウォーミングはそれぞれ、第１および第２ウォーミングの例である。

【0165】

しかしこの場合、第２プレウォーミングは、ガスタービン１０２の着火時（ガスタービン１０２の起動の１０分後）に開始され、高圧タービンバイパス調節弁１１９の１０％開弁時（ガスタービン１０２の起動の４０分後）に終了する。このことは、第２プレウォーミングは、ガスタービン１０２の起動工程に拘束されて、任意のタイミングで開始および終了できる自由度がないことを意味する。例えば、第一段シェル内面メタル温度に応じて第２プレウォーミングを開始する等のプラント起動法は許容されない。従って、本実施形態では、ガスタービン１０２の起動、第１プレウォーミング、および第２プレウォーミングが並行操作の対象であるが、実質的には第１実施形態と同様にガスタービン１０２の起動と第１プレウォーミングが並行操作が対象となる。

【0166】

そして、本実施形態では、第１プレウォーミング終了のタイミングと、蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立するタイミングとを一致させるようにすれば、最適なプラント起動を実現できる。ただし、第１プレウォーミングと第２プレウォーミングは３０分間並行的に進行するので、この３０分間の取扱いは慎重を要する。

【0167】

例えば、第１プレウォーミングと並行的に進行する起動工程は、排熱回収ボイラ１０４のサービスインや、低圧クーリングの無いガスタービン１０２の起動である。これらの起動工程は、それ自体で補助蒸気Ａ３を消費しないので、第１プレウォーミングとの並行操作が可能となる。しかし第２プレウォーミングは補助蒸気Ａ３を消費するので、この面で第１プレウォーミングとは競合関係にあり、以下の起動時間の整理が必要となる。

【0168】

（４）第３実施形態の起動時間
第３実施形態の詳細説明に入る前に、（i）蒸気タービン１０３の通気条件成立に要する時間と、（ii）第一段シェル内面メタル温度の昇温レートと、（iii）第１プレウォーミングに要する時間とを次のように整理する。

【0169】

先ず（i）に関し、第５比較例と同様に、ガスタービン１０２の起動から蒸気タービン１０３の通気許可条件（具体的には、主蒸気Ａ２の圧力、流量、および温度の全てが所定の値に到達する条件）が成立するまでに、５０分を要する起動例とする。

【0170】

次に（ii）に関し、第１プレウォーミングにおける第一段シェル内面メタル温度の昇温レートを、説明の便宜上、０．２５℃／分と想定する。ただし、第１プレウォーミングと第２プレウォーミングとが並行的に進行する３０分間の昇温レートは、以下の理由により０．２℃／分とする。第１プレウォーミングは高圧タービン１０３ａのみに補助蒸気Ａ３を送気してウォーミングするので、再熱器１１２に補助蒸気Ａ３の熱量が収奪されることなく第一段シェル内面メタル温度は第１実施形態よりも速く昇温する。しかし、第１および第２プレウォーミングが並行的に進行する３０分間は、補助蒸気Ａ３の熱量は高圧タービン１０３ａと再熱器１１２の双方のウォーミングに使用されるので、第一段シェル内面メタル温度の昇温レートは当該３０分間以外の期間よりも遅くなる。そのため、当該３０分間の昇温レートは、第１実施形態と同様に０．２℃／分と想定する。

【0171】

次に（iii）に関し、第５比較例では第１プレウォーミングに３時間を要する。一方、第３実施形態では第１プレウォーミングにこれより６分長い３時間６分を要する。この理由は、上述の（ii）で述べた第１および第２プレウォーミングが並行的に進行する３０分間に、第一段シェル内面メタル温度の昇温が遅れるためである。そして、この６分の遅れは次のように算出される。当該３０分間で生じる第一段シェル内面メタル温度の昇温の遅れは、１．５℃である（１．５℃＝３０分×〔０．２５℃／分－０．２℃／分〕）。そして、第２プレウォーミングが終了した後、昇温レートは再び０．２５℃／分に戻る。この遅れ分の１．５℃を０．２５℃／分の昇温レートで温度上昇させるためには、６分を要することとなる（６分＝１．５℃÷０．２５℃／分）。

【0172】

以上のように起動時間を整理した上で、第１プレウォーミングとガスタービン１０２の起動とを並行的に進行させて、第１プレウォーミング終了のタイミングと蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立するタイミングとを一致させるようにする。そのために、本実施形態では、第１プレウォーミング中において第一段シェル内面メタル温度が１３９℃に上昇したときにガスタービン１０２を起動する（１３９℃＝１５０℃－〔５０分－３０分〕×０．２５℃／分－３０分×０．２℃／分）。これにより、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃に昇温して第１プレウォーミングが終了する時点と、蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立する時点とを一致させることが可能となる。そして、これに間に合うように、第一段シェル内面メタル温度が１３６．５℃になったときに、排熱回収ボイラ１０４のサービスインを開始する（１３６．５℃＝１３９℃－１０分×０．２５℃／分）。

【0173】

以下、図７における第３実施形態を詳細に説明する。

【0174】

第１プレウォーミングでは、ウォーミング弁１２５を開弁して補助蒸気Ａ３を高圧タービン１０３ａのみに送気して、高圧タービン１０３ａをウォーミングする。このとき逆止弁１３３は強制閉止（無励磁）するので、再熱器１１２には補助蒸気Ａ３が送気されない。

【0175】

第１プレウォーミングが開始すると、第一段シェル内面メタル温度は昇温する（このとき昇温レートは０．２５℃／分）。同メタル温度が１３６．５℃に到達したときに、排熱回収ボイラ１０４のサービスインを開始する。その後、１０分が経過すると排熱回収ボイラ１０４のサービスインは終了する。これと同時に第一段シェル内面メタル温度は１３９℃に到達する。第一段シェル内面メタル温度が１３９℃になったことを確認して、ガスタービン１０２の起動を開始する。

【0176】

ガスタービン１０２の起動から１０分後にガスタービン１０２は着火する。ガスタービン１０２の着火の時点で、逆止弁１３３を励磁して強制閉止を解除する。このとき、ウォーミング弁１２５は既に開弁しているので、補助蒸気Ａ３はそれまでの高圧タービン１０３ａに加えて、再熱器１１２にも送気されて第２プレウォーミングが開始される。これにより、第１プレウォーミングと第２プレウォーミングが並行的に進行する（このとき昇温レートは０．２℃／分と遅くなる）。第２プレウォーミングにより、再熱器１１２のウォーミングと不凝縮性ガスのパージが開始される。

【0177】

そして、ガスタービン１０２の起動から４０分後（ガスタービン１０２の着火から３０分後）に、高圧タービンバイパス調節弁１１９は１０％に開弁し、この時点で第２プレウォーミングは終了する。このとき、本実施形態では逆止弁１３３を強制閉止（無励磁）にして、再熱器１１２への補助蒸気Ａ３の送気を遮断し、第２プレウォーミングを終了させる。上述のように、第５比較例では、ウォーミング弁１２５を閉弁することで第２プレウォーミングを終了させる。一方、本実施形態では、第２プレウォーミングの終了後も高圧タービン１０３ａのウォーミングを継続させるためにウォーミング弁１２５の開弁保持が必要となり、その替わり逆止弁１３３を強制閉止する。

【0178】

第２プレウォーミングを終了後も、第一段シェル内面メタル温度は昇温を継続する（このとき昇温レートは０．２５℃／分に戻る）。そして、ガスタービン１０２の起動から５０分後に、第一段シェル内面メタル温度は１５０℃に到達し、ウォーミング弁１２５を閉弁して第１プレウォーミングは終了する。これと同時に蒸気タービンの通気許可条件（具体的には、主蒸気Ａ２の圧力、流量、および温度の全てが所定の値に到達する条件）が成立し、蒸気タービン１０３は通気を開始する。なお、通気後に高圧タービン１０３ａから排出される排気蒸気を再熱器１１２に送気するために、逆止弁１３３は通気開始直前に再度励磁する。

【0179】

（５）第３実施形態の効果
図７の第３実施形態と第５比較例においては、第１プレウォーミングの開始は同一時刻である（ただしその終了時刻は異なる）。そこで、第３実施形態と第５比較例とを比較する際には、第１プレウォーミングの開始時刻を基準に比較を行う。

【0180】

第５比較例では、第１プレウォーミング開始から２４０分（４時間）後に蒸気タービン１０３の通気が開始される。これに対し、第３実施形態では、第１プレウォーミング開始から１８６分（３時間６分）後に蒸気タービン１０３の通気が開始される。すなわち、第３実施形態は、第５比較例に対して５４分のプラント起動早期化を達成している。

【0181】

また、第５比較例に対する５４分のプラント起動早期化とは、第５比較例において１８０分（３時間）を要していた第１プレウォーミングを、１２６分に短縮した場合の効果に等しい。すなわち、本実施形態によれば、事実上第１プレウォーミングに関連する時間を７０％に短縮することができる（７０〔％〕＝１２６分÷１８０分）。

【0182】

（６）第３実施形態と並行ウォーミング
第３実施形態では、第１プレウォーミングと第２プレウォーミングとの並行操作を行うが、このとき高圧タービン１０３ａと再熱器１１２の双方を並行的にウォーミングする並行ウォーミングが行われる。この並行ウォーミングについて補足する。

【0183】

従来のカスケードバイパスを用いたリジッド結合Ｃ／Ｃのプラント起動では、プレウォーミング前に逆止弁を無励磁にして強制閉止にして、再熱器への補助蒸気の流入を遮断することで並行ウォーミングは回避されていた。その目的は、高圧タービンのプレウォーミングを効率的かつ短時間に終了させるためである。しかし、第３実施形態は、このように敬遠されてきた並行ウォーミングを採用して、プラント起動の早期化を図る起動法である。

【0184】

第３実施形態の効果は、第５比較例に対して５４分のプラント起動早期化を実現できることであると既に述べた。この５４分の利得は、並行ウォーミングのために第１プレウォーミングに６分を余計に要するが故に、６０分の利得から目減りした利得である。よって、この並行ウォーミングが無ければ、期待される効果としては６０分のプラント起動早期化を望める。しかし、第３実施形態は、利得の目減り分が６分という短い時間で納まるという点で好適であるといえる。このことに関連し、本実施形態は、並行ウォーミングのデメリットを排除または緩和する次の特性を有する。

【0185】

第１に、第１プレウォーミングに要する３時間６分のうち、並行ウォーミング（第２プレウォーミング）が行われるのは３０分の短時間にすぎず、この短時間でも再熱器１１２の充分なウォーミングが可能である。そして、なぜこの短時間で再熱器１１２の充分なウォーミングが可能かという理由は、ガスタービン排ガスＡ１の熱源も利用して再熱器１１２を効率的にウォーミングするからである。さらに、この排ガス熱源によるウォーミングが可能となるのは、第３実施形態もクラッチ結合を採用しているからである。

【0186】

第２に、並行ウォーミング（第２プレウォーミング）は、第１プレウォーミングが１４０分間も進行した後に開始され、そのときの第一段シェル内面メタル温度は、既に１４０℃前後にまでウォーミングされている。もはやこの時点で高圧タービン１０３ａに多量のドレン水が発生する状況にはない。第２プレウォーミングを行うと、第一段シェル内面メタル温度の昇温レートが０．２５℃／分から０．２℃／分に遅くなるが、その減少量は０．０５℃／分と軽微である。この軽微な減少が３０分という短時間しか継続されないので、第３実施形態の第１プレウォーミングの終了にはわずか６分の遅延を生じるのみである。

【0187】

一方、並行ウォーミングを早めに開始し、第一段シェル内面メタル温度がいまだ低い状態でガスタービン排ガスＡ１の熱源も無い状態で並行ウォーミングを実施した場合を想定する。この場合、送気された補助蒸気Ａ３は低温のメタルに触れて凝縮し、多量のドレン水を発生させてしまう。その結果、第一段シェル内面メタル温度の昇温は大きく遅延して、第１プレウォーミング終了は例えば１時間も２時間もの遅延を生じてしまう。

【0188】

以上のように、本実施形態によれば、第１および第２プレウォーミングを好適に並行実施することが可能となる。

【0189】

（第４実施形態）
以下、第２実施形態について説明する。本実施形態の説明の中で、第４比較例についても説明する。

【0190】

第３実施形態の第１プレウォーミングは、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になったときに終了する。一方、第４実施形態の第１プレウォーミングは、第２実施形態のプレウォーミングと同様に、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になり、且つ同メタル温度が１５０℃以上の状態が所定時間だけ継続した時点で終了する。第４実施形態の起動法は、図４に示す発電プラント１００ｂにおいて実行可能である。

【0191】

第２実施形態では、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になり、且つ、同メタル温度が１５０℃以上の状態が１時間（６０分）だけ継続した時点で、プレウォーミングを終了するケースを想定した。一方、第４実施形態では、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になり、且つ、同メタル温度が１５０℃以上の状態が９０分だけ継続した時点で、第１プレウォーミングを終了するケースを想定する。

【0192】

第３実施形態から第４実施形態への変更点は、以下の通りである。

【0193】

第３実施形態のガスタービン１０２は、第一段シェル内面メタル温度が１３９℃以上になると起動される。一方、第４実施形態のガスタービン１０２は、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になり、且つ、同メタル温度が１５０℃以上の状態が所定時間（例えば４０分）継続した時点で起動される。

【0194】

第４実施形態の第１プレウォーミングは、この５０分後に終了する（９０分－４０分）。そのため、このタイミングでガスタービン１０２を起動すれば、第１プレウォーミング終了のタイミングと、蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立するタイミングは一致する。

【0195】

また、第３実施形態の排熱回収ボイラ１０４のサービスインは、第一段シェル内面メタル温度が１３６．５℃以上になると開始される。一方、第４実施形態の排熱回収ボイラ１０４のサービスインは、第一段シェル内面メタル温度が１５０℃以上になり、且つ、同メタル温度が１５０℃以上の状態が所定時間（例えば３０分）継続した時点で開始される。

【0196】

このようにすれば、第４実施形態にて、第１プレウォーミング終了のタイミングと、蒸気タービン１０３の通気許可条件が成立するタイミングとが一致するプラント起動処理を実現することができる。

【0197】

以上のように、第１から第４実施形態では、クラッチ１３１が離脱しているときに、ガスタービン１０２と発電機１１７の先行起動を許容する。そのとき、蒸気タービン１０３は停止または極低回転の状態なので、ガスタービン１０２の起動中のプレウォーミングや第１プレウォーミングが可能となる。第１から第４実施形態では、プレウォーミングや第１プレウォーミングの終了前に第一段シェル内面メタル温度に応じてガスタービン１０２の起動を開始するので、プレウォーミングや第１プレウォーミングの終了と同時に蒸気タービン１０３に通気できるようなプラント起動早期化が可能となる。第１から第４実施形態によれば例えば、既存のプレウォーミング方法を採用しつつ、プレウォーミング時間を短縮した場合と同等のプラント起動早期化を実現することが可能となる。

【0198】

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で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】

【0199】

１００、１００ａ、１００ｂ：コンバインドサイクル発電プラント、
１０１、１０１ａ、１０１ｂ：プラント制御装置、
１０２：ガスタービン、１０３：蒸気タービン、１０３ａ：高圧タービン、
１０３ｂ：中圧／低圧タービン、１０３ｃ：高圧ロータ、１０４：排熱回収ボイラ、
１０５：ＭＣＶ弁（高圧加減弁）、１０６：燃料調節弁、１０７：圧縮機、
１０８：燃焼器、１０９：蒸発器、１１０：ドラム、１１１：過熱器、
１１２：再熱器、１１３：復水器、１１４：循環水ポンプ、１１５：海水、
１１６：燃料、１１７：発電機、１１８：ＩＣＶ弁（インターセプト弁）、
１１９：高圧タービンバイパス調節弁、１２０：ＬＰＣＶ弁（低圧加減弁）、
１２１：低温再熱管、１２２：高温再熱管、１２３：送気配管、
１２４：補助ボイラ、１２５：ウォーミング弁、１２６：高圧タービン排気管、
１２７：検出用歯車、１２８：再熱ドレン弁、１２９：再熱ドレン弁、
１３０：ケーシングドレン弁、１３１：クラッチ、
１３２：中圧タービンバイパス調節弁、１３３：逆止弁、
Ａ１：ガスタービン排ガス、Ａ２：主蒸気、Ａ３：補助蒸気、Ａ４：再熱蒸気、
ＴＳ１：第１段内面メタル温度センサ、ＳＰ１：ＳＴ回転数検出器、
ＧＳ１：ギャップセンサ（クラッチ勘合検出器）、ＦＤ１：火炎検出器

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9a】

【図9b】