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JP2000045791A - ガスタービン吸気制御装置 - Google Patents

ガスタービン吸気制御装置

Info

Publication number
JP2000045791A
JP2000045791A JP10219947A JP21994798A JP2000045791A JP 2000045791 A JP2000045791 A JP 2000045791A JP 10219947 A JP10219947 A JP 10219947A JP 21994798 A JP21994798 A JP 21994798A JP 2000045791 A JP2000045791 A JP 2000045791A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust gas
set value
gas temperature
gas turbine
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10219947A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshihiko Tanaka
俊彦 田中
Fusaji Kakizaki
房司 柿崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP10219947A priority Critical patent/JP2000045791A/ja
Publication of JP2000045791A publication Critical patent/JP2000045791A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンの停止時に排ガス温度が上昇す
るのを抑制して排気系統の各機器が過度の熱履歴を受け
るのを回避すること。 【解決手段】 吸気制御装置はガスタービンの起動時お
よび通常運転のための設定値を算出する第1の排ガス温
度設定値演算器22と共に停止時のための設定値を算出
する第2の排ガス温度設定値演算器28を備える。双方
の設定値演算器22、28には圧縮機吐出圧力信号aが
入力され、内蔵の関数からそれぞれ排ガス温度設定値が
求められる。排ガス温度設定値信号b、gは切り換え器
29に入力される。切り換え器29はガスタービン停止
信号hが入力されないとき、排ガス温度設定値信号bを
出力し、ガスタービン停止信号hが与えられたとき、停
止用の排ガス温度設定値信号gを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン停止時
にガスタービンの排ガス温度が機器寿命を維持するうえ
で好ましくない温度に上昇するのを抑制するのに好適な
ガスタービン吸気制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一軸型コンバインドサイクル発電プラン
トは図5に示すように、ガスタービンユニット1、排熱
回収ボイラ2、蒸気タービン3および発電機4を主要な
要素として構成され、発電機4はガスタービンユニット
1および蒸気タービン3の双方によって駆動される。よ
り詳しく説明すると、大気から吸い込まれた空気は圧縮
機5において圧縮され、燃焼器6において燃料調節弁7
から流れる燃料と混合され、高温の燃焼ガスが生成す
る。この燃焼ガスはガスタービン8で膨張し、動力が発
生する。この動力の一部によって発電機4が駆動され、
電気出力が発生する。ガスタービン8の残りの動力は圧
縮機5を駆動するために用いられる。
【0003】ガスタービン8の排ガスは排熱回収ボイラ
2に導かれ、後記の給水の加熱、蒸気の生成等のために
利用される。排熱回収ボイラ2で温度降下した排ガスは
煙突9を通って大気中に放出される。
【0004】一方、復水器10から給水ポンプ11で昇
圧された給水が排熱回収ボイラ2の節炭器12に導か
れ、排ガスによって加熱される。温度上昇した給水は蒸
気ドラム13に流入し、さらに蒸発器14にかけて循環
しつつ、排ガスによって加熱され、蒸気が発生する。発
生した蒸気は過熱器15を通って過熱蒸気となって蒸気
タービン3に流入し、膨張を遂げる。この膨張で動力が
発生し、発電機4が駆動されて電気出力が発生する。蒸
気タービン3の排気は復水器10に導かれ、図示しない
循環水系統を通して送られる冷却水によって冷却されて
凝縮し、復水となる。
【0005】ところで、上述したガスタービン8の排ガ
スの温度は排熱回収ボイラ2での蒸気の生成のために高
温(たとえば、550℃〜650℃)に保たれている。
この排ガス温度を適正に保持するために次のようなター
ビン吸気制御装置が用いられる。これは図6に示すよう
に圧縮機吐出圧力センサ21から与えられる圧縮機吐出
圧力信号aを排ガス温度設定値演算器22に入力して得
られる排ガス温度設定値信号bに基づいて圧縮機5内に
備えられる圧縮機入口案内翼23の開度を変化させて空
気量を調節することにより行われる。
【0006】この排ガス温度設定値演算器22の出力は
ガスタービン入口ガス温度が材料強度を損ねないために
許容される温度域に保つように決める必要があり、圧縮
機吐出圧力信号a、ガスタービン排ガス温度信号cに基
づいて、これにガスタービン入口ガス温度を加味して決
定する。
【0007】排ガス温度設定値信号bとガスタービン排
ガス温度センサ24から与えられるガスタービン排ガス
温度信号cとが減算器25において比較され、偏差が求
められる。得られた偏差信号dはPIコントローラ26
に入力され、比例演算および積分演算が行われ、さらに
増幅されて流量要求がつくられる。
【0008】この流量要求信号eはバルブコントローラ
27に入力され、ここから開度指令fが出力されてこれ
に応じて圧縮機入口案内翼23の開度が変化する。たと
えば、圧縮機入口案内翼23の開度がより大きくなる
と、吸気量は増加し、このとき排ガス温度は低下する。
一方、圧縮機入口案内翼23の開度がより小さくなる
と、吸気量が減少し、このとき排ガス温度は上昇する。
【0009】また、ガスタービン吸気制御におけるがス
タービン排ガス温度およびガスタービン入口ガス温度の
推移を図7に示している。(a)に示す排ガス温度設定
値カーブC41は排ガス温度設定値演算器22に内蔵の
関数から得られる、圧縮機吐出圧力信号aに対応した排
ガス温度設定値信号bを与えるためのカーブである。ガ
スタービン8の起動時、ガスタービン出力および燃料が
増加すると、圧縮機吐出圧力は上昇し、排ガス温度が
(b)に示すように次第に上昇していく。排ガス温度が
破線で示す排ガス温度設定値カーブC41によって与え
られる値に達すると、圧縮機入口案内翼23の開度が
(c)に示すように開き、最後に全開(図の例では84
度)に達する。
【0010】(a)に示す排ガス温度設定値カーブC4
1は圧縮機吐出圧力が一定の値になると、右肩下がりの
カーブとなっている。これはガスタービン入口ガス温度
を一定値に保つためには排ガス温度は圧縮機吐出圧力の
逆数のn乗に比例する値であることによる。すなわち、
ガスタービン8の出力が上昇し、排ガス温度設定値カー
ブC41の右肩下がりの部分に達した時点でガスタービ
ン入口ガス温度は許容される最高値に達し、さらにガス
タービン8の出力が上昇すると、圧縮機入口案内翼23
が開き、このとき排ガス温度は低下し始め、同時にガス
タービン入口ガス温度は(d)に示すように許容最高温
度のまま、一定値に保たれる。
【0011】なお、当初圧縮機入口案内翼23の開度を
最小開度に保って起動するのは可能な限り早い段階から
ガスタービン8の排ガス温度を上昇させ、排熱回収ボイ
ラ2での蒸気の発生を早めることを意図しており、これ
により蒸気タービン3への通気条件を早期に確立するこ
とが可能になる。
【0012】一方、ガスタービン8の停止時には起動時
と逆の動作となる。すなわち、ガスタービン8の出力お
よび燃料が減少し、圧縮機吐出圧力が低くなるに従い、
圧縮機入口案内翼23は閉まり始め、ガスタービン入口
ガス温度が一定値に保たれたまま、排ガス温度だけは
(b)に示すように上昇していく。その後、圧縮機入口
案内翼23が最小開度(図の例では57度)に達した後
はガスタービン入口ガス温度および排ガス温度は燃料流
量の低下に伴って漸減する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上述したガスタービン
吸気制御は起動時および通常運転中はきめ細かい配慮の
もとで殆ど不満のない方法であるが、停止時にはその必
要がないにもかかわらず、排ガス温度が上昇、下降する
ことが避けられず、逆効果を生じることになる。たとえ
ば、コンバインドサイクル発電プラントではガスタービ
ン8の頻繁な起動、停止が行われ、必然的に排気系統の
各機器が排ガス温度の上昇、下降の繰り返しによる過度
の熱履歴を受けることになり、そのときの熱応力によっ
て各機器が寿命を消費する可能性がある。
【0014】また、排熱回収ボイラ2の過熱器15に減
温器を設けたものでは排ガス温度の上昇時に蒸気温度が
高くなり過ぎ、減温のために蒸気に対して減温器から多
量のスプレー水を吹き出す必要があり、スプレー水消費
量が大きく増して運転コストに影響を与える。
【0015】さらに、過熱器15に減温器を持たないプ
ラントにおいては蒸気タービン3の構成部品に蒸気温度
の上昇、下降の繰り返しによる過度の熱履歴をもたら
し、そのときの熱応力によって蒸気タービン3の構成部
品が寿命を消費する可能性がある。
【0016】そこで、本発明の目的はガスタービンの停
止時に排ガス温度が上昇するのを抑制して排気系統の各
機器が過度の熱履歴を受けるのを回避するようにしたガ
スタービン吸気制御装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1に係る発明は圧縮機吐出圧力の関数としてガ
スタービン起動および通常運転中の排ガス温度を規定す
る設定値を算出する第1の排ガス温度設定値演算器と、
この第1の排ガス温度設定値演算器からの設定値信号
と、検出されたガスタービン排ガス温度信号との偏差を
演算する減算器と、得られた偏差信号に基づいて圧縮機
に流入する空気量を調節する圧縮機入口案内翼の開度を
変化させる開度指令をつくる調節手段とを備えてなるガ
スタービン吸気制御装置において、ガスタービン停止時
の排ガス温度を規定する設定値を起動時および通常運転
中と異なる設定値とする設定値変更手段を備え、ガスタ
ービン停止時の排ガス温度を通常運転中よりも低く保持
するようにしたことを特徴とするものである。
【0018】上記構成からなるガスタービン吸気制御装
置においてはガスタービン停止時に排ガス温度を規定す
る設定値を通常運転中と異なる、より低い値の設定値に
変更して出力するので、ガスタービンの排ガス温度が通
常運転中よりも低く保持され、本来的に必要でない温度
域に上昇するのを確実に抑制することが可能になる。こ
れにより排気系統の各機器が排ガス温度の上昇、下降の
繰り返しによる過度の熱履歴を受けるのを回避すること
ができ、熱応力によって寿命を消費してしまうのを防ぐ
ことが可能になる。
【0019】さらに、請求項2に係る発明は設定値変更
手段が圧縮機吐出圧力の関数としてガスタービン停止時
の排ガス温度を規定する設定値を算出する第2の排ガス
温度設定値演算器と、第1および第2の排ガス温度設定
値演算器からの出力信号を切り換えて出力する切り換え
器とを備え、ガスタービン停止時、第1の排ガス温度設
定値演算器からの設定値を第2の排ガス温度設定値演算
器からの設定値に切り換えて出力するようにしたことを
特徴とするものである。
【0020】上記構成からなるガスタービン吸気制御装
置においてはガスタービン停止時に排ガス温度を規定す
る設定値を第2の排ガス温度設定値演算器から与えられ
る通常運転中と異なる関数から得る、設定値に切り換え
て出力するので、ガスタービンの排ガス温度が予め決め
た関数に従う温度を超えて上昇するのを確実に抑えるこ
とが可能になる。これにより排気系統の各機器が排ガス
温度の上昇、下降の繰り返しによる過度の熱履歴を受け
るのを回避することができ、熱応力によって寿命を消費
してしまうのを防ぐことが可能になる。
【0021】また、請求項3に係る発明は設定値変更手
段がガスタービン停止操作開始時の排ガス温度よりも低
い値の排ガス温度を記憶する記憶回路と、排ガス温度設
定値演算器からの設定値および記憶回路からの排ガス温
度信号のいずれかの低値を選択する低値選択回路とを備
え、ガスタービン停止時、記憶回路からの排ガス温度信
号を排ガス温度設定値演算器からの設定値に優先して設
定値として出力するようにしたことを特徴とするもので
ある。
【0022】上記構成からなるガスタービン吸気制御装
置においてはガスタービン停止時に記憶回路から与えれ
れる、停止操作開始時点の排ガス温度を上回らない設定
値を出力するので、ガスタービンの排ガス温度が停止操
作開始時点の温度よりも高くなるのを確実に抑えること
ができる。これにより排気系統の各機器が排ガス温度の
上昇、下降の繰り返しによる過度の熱履歴を受けるのを
避けることができ、熱応力によって寿命を消費してしま
うのを防ぐことが可能になる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1において、ガスタービン吸気
制御装置はガスタービン8の起動時および通常運転のた
めの設定値を算出する第1の排ガス温度設定値演算器2
2と共に停止時のための設定値を算出する第2の排ガス
温度設定値演算器28を備えている。この第1および第
2の排ガス温度設定値演算器22、28には各々圧縮機
吐出圧力信号aが入力され、内蔵の関数からそれぞれ排
ガス温度設定値が求められる。この排ガス温度設定値信
号b、gはそれぞれ切り換え器29に入力されるように
なっている。
【0024】この切り換え器29には接点信号である、
ガスタービン停止信号hが与えられる。切り換え器29
はガスタービン停止信号hが入力されないとき、排ガス
温度設定値信号bを出力し、ガスタービン停止信号hが
与えられたとき、停止用の排ガス温度設定値信号gを出
力する。
【0025】本実施の形態は上記構成からなり、通常運
転中、第1の排ガス温度設定値演算器22からの排ガス
温度設定値信号bとガスタービン排ガス温度センサ24
から与えられるガスタービン排ガス温度信号cとが減算
器25において比較され、偏差が求められる。得られた
偏差信号dはPIコントローラ26に入力され、比例演
算および積分演算が行われ、さらに増幅されて流量要求
がつくられる。この流量要求信号eはバルブコントロー
ラ27に入力され、ここから開度指令fが出力されてこ
れに応じて圧縮機入口案内翼23の開度が変化する。す
なわち、起動時および通常運転中の制御は従来のものと
同様である。
【0026】一方、停止時には図2(a)に実線で示す
排ガス温度設定値カーブC51に従い、排ガス温度が予
め決めた関数に従う温度を超えないように制御される。
図示の例では排ガス温度520℃において停止操作が始
まる。ガスタービン停止信号hが与えられると、破線で
示す通常運転中の排ガス温度設定値カーブC41から排
ガス温度設定値カーブC51に切り換わる。ガスタービ
ン8の出力によって圧縮機吐出圧力が低下するに従い、
(c)に示すように圧縮機入口案内翼23が閉まり始
め、排ガス温度は(b)の実線で示すように緩やかに低
下する。このとき、ガスタービン入口ガス温度も(d)
に示すように停止操作の開始と同時に下がり始め、次第
に低下していく。
【0027】かくして、排ガス温度設定値カーブを通常
運転中に用いる排ガス温度設定値カーブC41から停止
用の排ガス温度設定値カーブC51に切り換えること
で、排ガス温度が予め決めた関数に従う温度を超えて上
昇するのを確実に抑えることが可能になる。
【0028】このように本実施の形態によれば、排ガス
温度が予め決めた関数に従う温度を超えて上昇するのを
抑えることが可能であって、排気系統の各機器が排ガス
温度の上昇、下降の繰り返しによる過度の熱履歴を受け
るのを回避することができ、熱応力によって各機器が寿
命を消費してしまうのを防ぐことが可能になる。
【0029】さらに、本発明の他の実施の形態を説明す
る。図3において、ガスタービン吸気制御装置はガスタ
ービン8の停止操作開始時点の排ガス温度よりも低い値
の排ガス温度を記憶する記憶回路30を備えている。ま
た、排ガス温度設定値演算器22の出力端と接続する低
値選択回路31を有する。この低値選択回路31は圧縮
機吐出圧力信号aを排ガス温度設定値演算器22に入力
して得られる排ガス温度設定値信号bおよび記憶回路3
0からのガスタービン排ガス温度信号cのいずれか低値
を選択し、停止用の排ガス温度設定値信号iを出力す
る。
【0030】本実施の形態は上記構成からなり、通常運
転中、排ガス温度設定値演算器22からの排ガス温度設
定値信号bとガスタービン排ガス温度センサ24から与
えられるガスタービン排ガス温度信号cとが減算器25
において比較され、偏差が求められる。得られた偏差信
号dはPIコントローラ26に入力され、比例演算およ
び積分演算が行われ、さらに増幅されて流量要求がつく
られる。この流量要求信号eはバルブコントローラ27
に入力され、ここから開度指令fが出力されてこれに応
じて圧縮機入口案内翼23の開度が変化する。すなわ
ち、起動時および通常運転中の制御は従来のものと同様
である。
【0031】一方、停止時には図4(a)に実線で示す
排ガス温度カーブC61に基づいて排ガス温度が制御さ
れる。図示の例では停止操作開始時点の排ガス温度より
も低い排ガス温度520℃において停止操作が始まる。
ガスタービン停止信号hが与えられると、低値選択回路
31において記憶回路30から与えられるガスタービン
排ガス温度信号cによる排ガス温度カーブC61が排ガ
ス温度カーブC41に優先して選択される。
【0032】このため、ガスタービン8の出力の降下に
よって圧縮機吐出圧力が低くなるに従い、(c)に示す
ように圧縮機入口案内翼23は排ガス温度を一定した値
(520℃)に保持しようとして閉まり始め、やがて最
小開度(図示の例では57度)に達する。ここから排ガ
ス温度は(b)の実線で示すように緩やかに低下する。
ガスタービン入口ガス温度も(d)に示すように停止操
作の開始と同時に下がり始め、次第に低下していく。
【0033】かくして、本実施の形態においては排ガス
温度が停止操作開始時点の温度よりも高くなるのを確実
に抑えることができる。
【0034】このように本実施の形態によれば、排ガス
温度が停止操作開始時点の温度を超えて上昇するのを抑
制することが可能であって、排気系統の各機器が排ガス
温度の上昇、下降の繰り返しによる過度の熱履歴を受け
るのを避けることができ、熱応力によって各機器が寿命
を消費してしまうのを防ぐことが可能になる。
【0035】いうまでもなく、上述した各実施の形態に
よるガスタービン吸気制御装置は一軸型および多軸型コ
ンバインドサイクル発電プラントに適用することができ
る。この場合、排熱回収ボイラ2の過熱器15に減温器
を備えたものではガスタービン8の排ガス温度の上昇が
抑制されることで、減温器から吹き出すスプレー水量を
大きく減少させることができる。
【0036】また、過熱器15に減温器を持たないプラ
ントにおいては排ガス温度の上昇が抑制されるので、蒸
気タービン3の構成部品に蒸気温度の上昇、下降の繰り
返しによる過度の熱履歴がもたらされず、これにより各
構成部品における寿命の消費を抑えることが可能にな
る。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように本発明においてはガ
スタービン停止時に排ガス温度を規定する設定値を通常
運転中と異なる、より低い値の設定値に変更して出力す
るので、排ガス温度が通常運転中の温度よりも低く保持
され、本来的に必要でない温度域に上昇するのを確実に
抑制することができる。したがって、本発明によれば、
排気系統の各機器が過度の熱履歴を受けるのを回避する
ことができ、熱応力によって寿命を消費するのを防ぐこ
とが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるガスタービン吸気制御装置の実施
の形態を示すブロック図。
【図2】本発明の制御におけるガスタービン排ガス温
度、圧縮機入口案内翼の開度、ガスタービン入口ガス温
度の推移を示すグラフ。
【図3】本発明の他の実施の形態を示すブロック図。
【図4】他の実施の形態に係るガスタービン排ガス温
度、圧縮機入口案内翼の開度、ガスタービン入口ガス温
度の推移を示すグラフ。
【図5】従来のコンバインドサイクル発電プラントの一
例を示す系統図。
【図6】従来のガスタービン吸気制御装置を示すブロッ
ク図。
【図7】従来の制御におけるガスタービン排ガス温度、
圧縮機入口案内翼の開度、ガスタービン入口ガス温度の
推移を示すグラフ。
【符号の説明】
5 圧縮機 22 第1の排ガス温度設定値演算器 23 圧縮機入口案内翼 25 減算器 26 PIコントローラ 28 第2の排ガス温度設定値演算器 29 切り換え器 30 記憶回路 31 低値選択回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機吐出圧力の関数としてガスタービ
    ン起動および通常運転中の排ガス温度を規定する設定値
    を算出する第1の排ガス温度設定値演算器と、この第1
    の排ガス温度設定値演算器からの設定値信号と、検出さ
    れたガスタービン排ガス温度信号との偏差を演算する減
    算器と、得られた偏差信号に基づいて圧縮機に流入する
    空気量を調節する圧縮機入口案内翼の開度を変化させる
    開度指令をつくる調節手段とを備えてなるガスタービン
    吸気制御装置において、ガスタービン停止時の排ガス温
    度を規定する設定値を起動時および通常運転中と異なる
    設定値とする設定値変更手段を備え、ガスタービン停止
    時の排ガス温度を通常運転中よりも低く保持するように
    したことを特徴とするガスタービン吸気制御装置。
  2. 【請求項2】 前記設定値変更手段が圧縮機吐出圧力の
    関数としてガスタービン停止時の排ガス温度を規定する
    設定値を算出する第2の排ガス温度設定値演算器と、前
    記第1および第2の排ガス温度設定値演算器からの出力
    信号を切り換えて出力する切り換え器とを備え、ガスタ
    ービン停止時、前記第1の排ガス温度設定値演算器から
    の設定値を前記第2の排ガス温度設定値演算器からの設
    定値に切り換えて出力するようにしたことを特徴とする
    請求項1記載のガスタービン吸気制御装置。
  3. 【請求項3】 前記設定値変更手段がガスタービン停止
    操作開始時の排ガス温度よりも低い値の排ガス温度を記
    憶する記憶回路と、前記排ガス温度設定値演算器からの
    設定値および前記記憶回路からの排ガス温度信号のいず
    れかの低値を選択する低値選択回路とを備え、ガスター
    ビン停止時、前記記憶回路からの排ガス温度信号を前記
    排ガス温度設定値演算器からの設定値に優先して設定値
    として出力するようにしたことを特徴とする請求項1記
    載のガスタービン吸気制御装置。
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