JP2001073800A - 熱サイクルシステム - Google Patents

熱サイクルシステム

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JP2001073800A
JP2001073800A JP25306099A JP25306099A JP2001073800A JP 2001073800 A JP2001073800 A JP 2001073800A JP 25306099 A JP25306099 A JP 25306099A JP 25306099 A JP25306099 A JP 25306099A JP 2001073800 A JP2001073800 A JP 2001073800A
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combustor
gas turbine
steam
air
cooling
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JP25306099A
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English (en)
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Yasuyoshi Aoki
康芳 青木
Noboru Yamada
昇 山田
Yoshiaki Tsukuda
嘉章 佃
Kazuo Uematsu
一雄 上松
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.)
Tohoku Electric Power Co Inc
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Tohoku Electric Power Co Inc
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンバインドサイクルプラント等において、
ガスタービンの燃焼器又は動翼等の高温部を冷却して高
温に加熱された冷却蒸気の熱を利用する様にした熱サイ
クルシステムにおいて、冷却蒸気から効果的に熱回収し
てガスタービンの熱効率をより高めるようにした配列・
構造を備えたものを提供することを課題とする。 【解決手段】 燃焼器又は動翼等の高温部を冷却した冷
却蒸気は加熱されて高温となることを利用して、燃焼器
を内設し同燃焼器に供給される燃焼空気が通過する圧縮
機兼燃焼器の車室に配設された燃焼器入口空気予熱器に
前記加熱された冷却蒸気を通すことにより、前記車室内
の空気温度を上昇させ、この空気を燃焼に供することに
よりガスタービンの熱効率の向上を図る様にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はコンバインドサイク
ルプラント又はコジェネレーションシステム等におい
て、ガスタービンの燃焼器又は動翼等の高温部を冷却し
て高温に加熱された冷却蒸気の熱を利用する様にした熱
サイクルシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来実用に供されて来たガスタービンで
は、燃焼器及び動翼等の高温部を冷却空気によって冷却
するのが一般的であり、この様な従来の空気冷却式ガス
タービンの概要を図４、図５に基づいて説明する。
【０００３】ガスタービンの燃焼器及び動翼等の高温部
を冷却する冷却空気系統は、空気圧縮機１０の最終段か
ら吐出する圧縮空気を用いて冷却を行う圧縮機吐出空気
系と、同空気圧縮機１０の中間段から抽気した圧縮空気
を用いて冷却を行う圧縮機中間段抽気系と、燃焼器６と
空気圧縮機１０を収納した車室７に前記空気圧縮機１０
から吐出された圧縮空気を用いて冷却を行う燃焼器及び
圧縮機車室冷却・抽気系とに大きく３区分できる。
【０００４】即ち、ここで第１に区分した圧縮機吐出空
気系は、空気圧縮機１０の最終段を経て吐出された吐出
空気をタービン２２の第１段静翼２３内に導入し、中空
構造の同第１段静翼２３を冷却した後、主ガス流に合流
する構成となっている。
【０００５】また、第２に区分した圧縮機中間段抽気系
は、空気圧縮機１０の中間段複数箇所から抽気し、空気
圧縮機１０の下流側の抽気から上流側の抽気に至る順
に、タービン２２の上流側から下流側の打段落に順次対
応させて、前記中間段複数箇所の抽気を、各抽気の圧力
がバランスする第２段静翼２４、第３段静翼２５、そし
て第４段静翼２６へ供給し、同第２段以降の各中空静翼
２４、２５、２６のそれぞれを冷却した後、主ガス流に
合流する構成となっている。
【０００６】更に第３に区分した燃焼器及び圧縮機車室
冷却・抽気系は、空気圧縮機１０のディフューザ１１、
及び燃焼器６、更には同燃焼器６に付随するバイパス弁
３５、尾筒３６等を収納した燃焼器及び圧縮機の車室７
内に、前記ディフューザ１１を出た空気圧縮機１０の吐
出空気を放出・拡散させて冷却を行う構成、また、前記
車室７から抽気した燃焼器車室抽気を空気冷却器２８、
エアフィルター２９及び遮断弁３０を経てタービンロー
タ内へ流入し、タービンディスク３１及び動翼３２を冷
却した後、主ガス流に合流する構成となっている。
【０００７】以上のように、従来のガスタービンにおけ
る燃焼器及び翼の高温部の冷却は、空気圧縮機の吐出空
気又は抽気を冷媒とした空気冷却方式が主流を占めてい
るが、昨今では、ガスタービンの効率向上手法の一つと
して、空気に代わって蒸気を冷媒に使用してガスタービ
ンの高温部の冷却を行う蒸気冷却方式が提案されるに至
っている。
【０００８】そしてこの蒸気冷却方式に供する冷却蒸気
は、ガスタービンと組み合わせてコンバインドサイクル
プラント又はコジェネレーションシステムを構成する排
ガスボイラで発生した蒸気、若しくはその蒸気で作動さ
れる蒸気タービンの抽気又は排気が使用されることにな
っているものが多い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記したように、ガス
タービンの高温部の冷却に冷却媒体として従来の空気に
替えて蒸気を採用するものにあっては、冷却媒体として
の蒸気を供給及び回収する冷却蒸気通路の設置を要する
ことに加え、蒸気側サイクルの都合上同冷却蒸気通路か
らの洩れは極力少なくする構造とすることが必須の条件
となる。
【００１０】この様に洩れを少なくすることは、冷却媒
体である蒸気によって冷却されるものが被冷却流体であ
る場合においては、冷却媒体と被冷却流体との間にあっ
ては媒体と流体の性状を別として理論的には損失の無い
熱交換が行われ、熱交換上有利な状態にあると言える。
【００１１】本発明はこの様な熱交換上の有利な状態も
利用し、ガスタービンの高温部の冷却を行った冷却蒸気
から効果的に熱回収してガスタービンの熱効率をより高
めるようにした配列・構造を備えた熱システムを提供す
ることを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決すべくなされたもので、その第１の手段は、ガスタ
ービンの排ガスで加熱される排ガスボイラで発生した蒸
気を用いてガスタービンの燃焼器又は動翼等の高温部を
冷却する蒸気冷却式ガスタービンを備えたコンバインド
サイクルプラント又はコジェネレーションシステム等の
熱サイクルシステムにおいて、燃焼器を内設し同燃焼器
に供給される燃焼空気が通過する圧縮機兼燃焼器の車室
に燃焼器入口空気予熱器を配設し、前記ガスタービンの
高温部を冷却した蒸気を前記燃焼器入口空気予熱器に供
給するようにした構成した熱サイクルシステムを提供す
るものである。
【００１３】すなわち同第１の手段によれば、燃焼器又
は動翼等の高温部を冷却した冷却蒸気は加熱されて高温
となることを利用して、燃焼器を内設し同燃焼器に供給
される燃焼空気が通過する圧縮機兼燃焼器の車室に配設
された燃焼器入口空気予熱器に前記加熱された冷却蒸気
を通すことにより、前記車室内の空気温度を上昇させ、
この空気を燃焼に供することによりガスタービンの熱効
率の向上を図る様にするものである。
【００１４】また本発明の第２の手段は、前記第１の手
段において、前記燃焼器入口空気予熱器は、前記ガスタ
ービンの高温部を冷却した蒸気が供給されるものに代え
て、同高温部である燃焼器へ冷却蒸気を分配する空気予
熱管で構成した熱サイクルシステムを提供するものであ
る。
【００１５】すなわち同第２の手段によれば、燃焼器を
内設し同燃焼器に供給される燃焼空気が通過する圧縮機
兼燃焼器の車室に配設された燃焼器入口空気予熱器は、
前記第１の手段のようにガスタービンの高温部を冷却し
た蒸気が供給されるものではなく、その代わりに高温部
である燃焼器へ冷却蒸気を分配する空気予熱管で構成
し、同高温部に対しては冷却蒸気となるものの燃焼器に
供給される燃焼空気よりは十分に高温の前記冷却蒸気で
前記車室内の空気温度を上昇させて同燃焼空気を燃焼に
供すると共に、前記高温部に分配される冷却蒸気として
はより温度を下げて同高温部における冷却効果を高め得
るようにし、これらを併せてガスタービンの熱効率の一
層の向上を図る様にするものである。
【００１６】また本発明の第３の手段は、前記第１の手
段において、前記燃焼器入口空気予熱器は、前記高温部
を冷却した冷却蒸気を案内する空気予熱管で構成し、圧
縮空気が車室に入る圧縮機出口ディフューザの出口に設
置した熱サイクルシステムを提供するものである。
【００１７】すなわち同第３の手段によれば、燃焼器を
内設し同燃焼器に供給される燃焼空気が通過する圧縮機
兼燃焼器の車室に配設された燃焼器入口空気予熱器は、
ガスタービンの高温部を冷却して高温となった冷却蒸気
を案内する空気予熱管とすることにより、同高温部を冷
却して加熱された冷却蒸気の高温を有効利用し、しかも
車室に入る圧縮空気の主要な通路となる圧縮機出口ディ
フューザの出口にこの空気予熱管を設置して加熱を行う
ことにより、同圧縮空気、即ち燃焼空気の温度上昇をよ
り好適なものとし、ガスタービンの熱効率の向上を図る
様にするものである。
【００１８】また本発明の第４の手段は、前記第２、第
３の手段において、前記空気予熱管はその外周に冷却フ
ィンを設けて構成した熱サイクルシステムを提供するも
のである。
【００１９】すなわち同第４の手段によれば、前記第
２、第３の手段において燃焼器入口空気予熱器を構成し
た各空気予熱管にはその外周に冷却フィンを設けて伝熱
面積を大きくすることにより、車室内における圧縮空
気、即ち燃焼空気の加熱効率を高めガスタービンの熱効
率の向上を図る様にするものである。
【００２０】また本発明の第５の手段は、ガスタービン
の排ガスで加熱される排ガスボイラで発生した蒸気を用
いてガスタービンの燃焼器又は動翼等の高温部を冷却す
る蒸気冷却式ガスタービンを備えたコンバインドサイク
ルプラント又はコジェネレーションシステム等の熱サイ
クルシステムにおいて、ガスタービンの燃料供給経路に
燃料加熱器を設け、前記ガスタービンの高温部を冷却し
た蒸気を前記燃料加熱器に供給するように構成した熱サ
イクルシステムを提供するものである。
【００２１】すなわち同第５の手段によれば、燃焼器又
は動翼等の高温部を冷却した冷却蒸気は加熱されて高温
となることを利用して、同高温部を冷却して高温になっ
た蒸気をガスタービンの燃料供給経路に設けた燃料加熱
器に供給し、燃料を加熱して燃料温度を高め、燃料をよ
り燃え易い状態にすることによりガスタービンの熱効率
の向上を図る様にするものである。
【００２２】また本発明の第６の手段は、ガスタービン
の排ガスで加熱される排ガスボイラで発生した蒸気を用
いてガスタービンの燃焼器又は動翼等の高温部を冷却す
る蒸気冷却式ガスタービンを備えたコンバインドサイク
ルプラント又はコジェネレーションシステム等の熱サイ
クルシステムにおいて、燃焼器を内設し同燃焼器に供給
される燃焼空気が通過する圧縮機兼燃焼器の車室に燃焼
器入口空気予熱器を配設すると共にガスタービンの燃料
供給経路に燃料加熱器を設け、前記ガスタービンの高温
部を冷却した蒸気を前記燃焼器入口空気予熱器に供給し
て前記燃焼空気を加熱した後、同蒸気を前記燃料加熱器
に供給するように構成した熱サイクルシステムを提供す
るものである。
【００２３】すなわち同第６の手段によれば、圧縮機兼
燃焼器の車室に燃焼器入口空気予熱器を配設すると共に
ガスタービンの燃料供給経路に燃料加熱器を設けている
ので、燃焼器又は動翼等の高温部を冷却することにより
加熱されて高温となった冷却蒸気は、先ず燃焼器入口空
気予熱器で燃焼器への燃焼空気を予熱して温度が低めら
れ、次いでこの低められた温度のものが燃料加熱器へ供
給されることにより燃料に対する安全性が高められ、そ
の状態で燃料を加熱して燃料温度を高めるようにし、前
記燃焼空気の予熱とこの燃料加熱とが相俟って、ガスタ
ービンの熱効率の一層の向上を図る様にするものであ
る。
【００２４】また本発明の第７の手段は、ガスタービン
の排ガスで加熱される排ガスボイラで発生した蒸気を用
いてガスタービンの燃焼器又は動翼等の高温部を冷却す
る蒸気冷却式ガスタービンを備えたコンバインドサイク
ルプラント又はコジェネレーションシステム等の熱サイ
クルシステムにおいて、空気圧縮機の吸込側に空気圧縮
機入口空気予熱器を配設すると共に同空気圧縮機入口空
気予熱器へ連通する加熱経路とこれをバイパスする経路
を設け、前記ガスタービンの高温部を冷却した蒸気を前
記空気圧縮機入口空気予熱器に選択的に供給可能に構成
した熱サイクルシステムを提供するものである。
【００２５】すなわち同第７の手段によれば、空気圧縮
機の吸込側に空気圧縮機入口空気予熱器を配設し、かつ
同空気圧縮機入口空気予熱器へ連通する加熱経路とこれ
をバイパスする経路を設け、燃焼器又は動翼等の高温部
を冷却した冷却蒸気は加熱されて高温となることを利用
して、同高温部を冷却して高温になった蒸気を、前記加
熱経路を経て前記空気圧縮機入口空気予熱器に供給する
かまたはバイパス経路に案内するかして前記空気圧縮機
入口空気予熱器への供給を選択可能とすることにより、
季節変化等による外気温度の変動に対応して前記バイパ
ス経路等の選択を行い、空気圧縮機入口空気予熱器の使
用を選択することにより、外気温度の変動等が有っても
空気圧縮機に供給する空気温度を設計温度に保持し得る
様にして、空気圧縮機の入口可変翼（ＩＧＶ：Inlet Gu
ide Vane）の開度を設計開度に保ってガスの流れを適正
に保持し、ガスタービン入口温度を高め、熱効率の向上
を図るようにするものである。
【００２６】更にまた本発明の第８の手段は、ガスター
ビンの排ガスで加熱される排ガスボイラで発生した蒸気
を用いてガスタービンの燃焼器又は動翼等の高温部を冷
却する蒸気冷却式ガスタービンを備えたコンバインドサ
イクルプラント又はコジェネレーションシステム等の熱
サイクルシステムにおいて、燃焼器を内設し同燃焼器に
供給される燃焼空気が通過する圧縮機兼燃焼器車室に燃
焼器入口空気予熱器を配設し、ガスタービンの燃料供給
経路に燃料加熱器を設けると共に空気圧縮機の吸込側に
は加熱経路とバイパス経路を併設して同加熱経路と選択
的に連通する空気圧縮機入口空気予熱器を設け、前記ガ
スタービンの高温部を冷却した蒸気を前記燃焼器入口空
気予熱器に供給して前記燃焼空気を加熱した後、同蒸気
を前記燃料加熱器に供給して燃料を加熱し、次いで前記
空気圧縮機入口空気予熱器に供給可能にして空気圧縮機
の吸込空気を選択的に加熱するように構成した熱サイク
ルシステムを提供するものである。
【００２７】すなわち同第８の手段によれば、燃焼空気
が通過する圧縮機兼燃焼器車室に配設した燃焼器入口空
気予熱器、ガスタービンの燃料供給経路に設けた燃料加
熱器、そして空気圧縮機の吸込側でバイパス経路とこれ
に併設する加熱経路に選択的に連通可能にして設けた空
気圧縮機入口空気予熱器とを有し、燃焼器又は動翼等の
高温部を冷却した冷却蒸気は加熱されて高温となること
を利用して、同高温部を冷却して高温になった蒸気を、
前記燃焼器入口空気予熱器、燃料加熱器、そして必要に
応じて選択的に空気圧縮機入口空気予熱器へと供給し
て、燃焼空気、燃料、そしてまた必要に応じて空気圧縮
機の吸込空気を加熱し、ガスタービンにおける効果的な
燃焼に至らしめ、ガスタービンの熱効率の向上を図る様
にするものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１乃至図３に基づいて説明する。図１は本実施の形態に
おける熱サイクルシステムの系統を模式的に示す説明
図、図２は燃焼空気が通過する圧縮機兼燃焼器車室とそ
こに配置される燃焼器入口空気予熱器に相当する空気予
熱管の配置を示す説明図、また図３はガスタービンの断
面位置において前記空気予熱管の配置を示す説明図とな
っている。
【００２９】すなわち本実施の形態においては、コンバ
インドサイクルプラント又はコジェネレーションシステ
ム等においてボトミングサイクルを構成する図示省略の
排ガスボイラで発生した蒸気を、図示省略の蒸気タービ
ンに供給してその抽気又は排気、若しくは前記排ガスボ
イラからの蒸気を直接導き、ガスタービンの高温部であ
る燃焼器を冷却して高温に加熱された燃焼器冷却出口蒸
気４、及び同高温部である動翼等を冷却して高温に加熱
された動翼冷却出口蒸気５を燃焼器入口空気予熱器１に
供給する。
【００３０】この燃焼器入口空気予熱器１は外周面にフ
ィン９ａを有する空気予熱管９で構成され、燃焼器６と
空気圧縮機１０の要部を内設して空気圧縮機１０から燃
焼器６に供給される燃焼空気が通過する圧縮機兼燃焼器
の車室７内で、かつ空気圧縮機１０のディフューザ１１
出口に配置されており、空気圧縮機１０、そのディフュ
ーザ１１から車室７に至る圧縮空気（燃焼空気）と好適
な位置で交差してこれを加熱するようになっている。
【００３１】なお、車室７内には前記ボトミングサイク
ル等から高温部である燃焼器６へ冷却蒸気を分配する管
路が配置されており、同管路の冷却蒸気は燃焼器６より
は低温で冷却蒸気となるなるものの、車室７から燃焼器
６に供給される燃焼空気よりは十分に高温であるので、
前記配管をフィンを設けた空気予熱管８として、この空
気予熱管８を燃焼器入口空気予熱器１とすることもでき
る。
【００３２】図中Ａ又はＣ等の経路から車室７内に供給
され、前記燃焼器入口空気予熱器１で燃焼空気を予熱し
た冷却蒸気は、次いでＢ又はＤ等の経路を経てガスター
ビンの燃料供給経路に設けられた燃料加熱器２に導入さ
れ、同燃料加熱器２を経由する燃料を加熱する。
【００３３】すなわち、この燃料加熱器２における冷却
蒸気は、まず前記燃焼器入口空気予熱器１で燃焼器６へ
の燃焼空気を予熱して温度が低下され、次いでこの低下
された温度のものが燃料加熱器２へ供給されることによ
り燃料に対する安全性が一層確実とされた状態で燃料が
加熱されるものである。
【００３４】なお、ここではガスタービン高温部を冷却
した冷却蒸気は、燃焼器入口空気予熱器１、そして燃料
加熱器２と順次供給されることにより、燃料加熱器２に
おける安全性を確実にした例を示しているが、前記高温
部を冷却した冷却蒸気の温度を適宜調節することによ
り、燃焼器入口空気予熱器１を経由することなく直接的
に燃料加熱器２に供給して燃料の加熱を行ってもよいこ
とは勿論である。
【００３５】この様にして燃料加熱器２で燃料を加熱し
た冷却蒸気は、次いで空気圧縮機１０の吸込側に配設し
た空気圧縮機入口空気予熱器３に導入され、同空気圧縮
機１０に供給される入口空気を加熱する。
【００３６】なお、同空気圧縮機入口空気予熱器３はそ
の中を通過する加熱経路と、同空気圧縮機入口空気予熱
器３をバイパスするバイパス管１２を併設しており、各
経路の開閉弁を操作して空気圧縮機入口空気予熱器３を
選択的に作動し得るようになっている。
【００３７】従って燃料加熱器２で仕事をした冷却蒸気
を同空気圧縮機入口空気予熱器３に供給する場合には、
空気圧縮機１０に供給される吸込空気は前記ガスタービ
ン高温部を冷却して高温に加熱された冷却蒸気の熱を利
用て加熱されることになるが、他方、夏場等のように外
気温度が高い時には、バイパス管１２を選択して空気圧
縮機入口空気予熱器３をバイパスすることもできる。
【００３８】すなわちこの様に、季節変化等による外気
温度の変動に対応して前記バイパス経路を選択して空気
圧縮機入口空気予熱器３の使用を選択することにより、
外気温度の変動等が有っても空気圧縮機１０に供給する
空気温度を設計温度に保持し得ることになる。
【００３９】これにより図示省略しているが空気圧縮機
１０に設けられる入口可変翼（ＩＧＶ：Inlet Guide Va
ne）の開度を設計開度に保ってガスの流れを適正に保持
し、ガスタービン入口温度を高めて熱効率の向上を図る
ようにした使用に供することができるものである。
【００４０】なお、ここでは空気圧縮機入口空気予熱器
３に至る冷却蒸気は、前記した燃焼器入口空気予熱器
１、そして燃料加熱器２と順次経由して供給されるもの
として例示しているが、この順番に限定されるものでは
なく、燃焼器入口空気予熱器１又は燃料加熱器２を適宜
飛び越して直接に空気圧縮機入口空気予熱器３へ供給す
るようにしてもよいことは勿論である。
【００４１】前記の様に構成された本実施の形態におけ
る熱利用の一例を図１に基づいて整理すると、図示省略
のボトミングサイクルから供給されてガスタービンの高
温部を冷却することにより、自身は加熱された燃焼器冷
却出口蒸気４又は動翼冷却出口蒸気５は、６００℃又は
それ以上の温度になっている。
【００４２】この冷却蒸気が燃焼器入口空気予熱器１に
供給されて、車室７内に供給される約４２０℃程度の空
気圧縮機出口空気１１ｃを加熱し、同車室７から燃焼器
６へ供給される燃焼器入口空気６ｃを約＋２℃程昇温す
る。
【００４３】その後燃焼器入口空気予熱器１を出た冷却
蒸気は、燃料加熱器２に入り、ほぼ大気温度の１５℃も
しくはそれ以上で燃料加熱器２に供給される燃料を２０
０℃もしくはそれ以上に昇温する。
【００４４】更に冷却蒸気は空気圧縮機入口空気予熱器
３へと供給され、冬場で大気温度が１５℃より低いとき
には同冷却蒸気を空気圧縮機入口空気予熱器３の加熱経
路に通して１５℃以下の空気圧縮機吸込側空気１１ａを
加熱して１５℃程度の空気圧縮機入口空気１１ｂとする
が、夏場等において大気温度がほぼ１５℃程度のときに
は冷却蒸気はバイパス管１２を通してバイパスさせるこ
とにより、季節、または大気温度の変動を問わず、空気
圧縮機１０の入口空気温度を安定させることができる。
【００４５】かくして本実施の形態によれば、コンバイ
ンドサイクルプラント又はコジェネレーションシステム
等の熱サイクルシステムにおいて、ガスタービンの排ガ
スを利用して蒸気を発生させるボトミングサイクルの蒸
気を利用し、ガスタービンの燃焼器又は動翼等の高温部
を冷却して高温に加熱された冷却蒸気を利用し、燃焼器
入口空気予熱器１、燃料加熱器２又は／及び空気圧縮機
入口空気予熱器３等により熱回収してガスタービンの熱
効率を大幅に向上することが出来たものである。
【００４６】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。
【００４７】
【発明の効果】以上本出願の第１の発明によれば、ガス
タービンの排ガスで加熱される排ガスボイラで発生した
蒸気を用いてガスタービンの燃焼器又は動翼等の高温部
を冷却する蒸気冷却式ガスタービンを備えたコンバイン
ドサイクルプラント又はコジェネレーションシステム等
の熱サイクルシステムにおいて、燃焼器を内設し同燃焼
器に供給される燃焼空気が通過する圧縮機兼燃焼器の車
室に燃焼器入口空気予熱器を配設し、前記ガスタービン
の高温部を冷却した蒸気を前記燃焼器入口空気予熱器に
供給するようにして熱サイクルシステムを構成したの
で、加熱されて高温となる燃焼器又は動翼等の高温部を
冷却した冷却蒸気を利用して、燃焼器を内設し同燃焼器
に供給される燃焼空気が通過する圧縮機兼燃焼器の車室
に配設された燃焼器入口空気予熱器に前記加熱された冷
却蒸気を通し、前記車室内の空気温度を上昇させ、この
空気を燃焼に供することによりガスタービンの熱効率を
向上させた熱サイクルシステムを得ることが出来たもの
である。
【００４８】また、本出願の第２の発明によれば、前記
第１の発明において、前記燃焼器入口空気予熱器は、前
記ガスタービンの高温部を冷却した蒸気が供給されるも
のに代えて、同高温部である燃焼器へ冷却蒸気を分配す
る空気予熱管を採用して熱サイクルシステムを構成して
いるので、燃焼器を内設し同燃焼器に供給される燃焼空
気が通過する圧縮機兼燃焼器の車室に配設された燃焼器
入口空気予熱器は、前記第１の発明のようにガスタービ
ンの高温部を冷却した蒸気が供給されるものではなく、
その代わりに高温部である燃焼器へ冷却蒸気を分配する
空気予熱管で構成し、同高温部に対しては冷却蒸気とな
るものの燃焼器に供給される燃焼空気よりは十分に高温
の前記冷却蒸気で前記車室内の空気温度を上昇させて同
燃焼空気を燃焼に供すると共に、前記高温部に分配され
る冷却蒸気としてはより温度を下げて同高温部における
冷却効果を高め得るようにし、これらを併せてガスター
ビンの熱効率を一層向上させ、好適な熱サイクルシステ
ムを得ることが出来たものである。
【００４９】また、本出願の第３の発明によれば、前記
第１の発明において、前記燃焼器入口空気予熱器は、前
記高温部を冷却した冷却蒸気を案内する空気予熱管で構
成し、圧縮空気が車室に入る圧縮機出口ディフューザの
出口に設置して熱サイクルシステムを構成しているの
で、燃焼器を内設し同燃焼器に供給される燃焼空気が通
過する圧縮機兼燃焼器の車室に配設された燃焼器入口空
気予熱器は、ガスタービンの高温部を冷却して高温とな
った冷却蒸気を案内する空気予熱管とすることにより、
同高温部を冷却して加熱された冷却蒸気の高温を有効利
用し、しかも車室に入る圧縮空気の主要な通路となる圧
縮機出口ディフューザの出口にこの空気予熱管を設置し
て加熱を行うことにより、同圧縮空気、即ち燃焼空気の
温度上昇をより好適なものとし、ガスタービンの熱効率
の向上を図った熱サイクルシステムを得ることが出来た
ものである。
【００５０】また、本出願の第４の発明によれば、前記
第２又は第３の発明において、前記空気予熱管はその外
周に冷却フィンを設けて熱サイクルシステムを構成てい
るので、前記第２、第３の手段において燃焼器入口空気
予熱器を構成した各空気予熱管にはその外周に設けた冷
却フィンにより伝熱面積を大きくして、車室内における
圧縮空気、即ち燃焼空気の加熱効率を高め、以てガスタ
ービンの熱効率を向上させ好適な熱サイクルシステムを
得ることが出来たものである。
【００５１】また、本出願の第５の発明によれば、ガス
タービンの排ガスで加熱される排ガスボイラで発生した
蒸気を用いてガスタービンの燃焼器又は動翼等の高温部
を冷却する蒸気冷却式ガスタービンを備えたコンバイン
ドサイクルプラント又はコジェネレーションシステム等
の熱サイクルシステムにおいて、ガスタービンの燃料供
給経路に燃料加熱器を設け、前記ガスタービンの高温部
を冷却した蒸気を前記燃料加熱器に供給するようにして
熱サイクルシステムを構成しているので、燃焼器又は動
翼等の高温部を冷却した冷却蒸気は加熱されて高温とな
ることを利用して、同高温部を冷却して高温になった蒸
気をガスタービンの燃料供給経路に設けた燃料加熱器に
供給し、燃料を加熱して燃料温度を高め、燃料をより燃
え易い状態にしてガスタービンの熱効率の向上を図り、
好適な熱サイクルシステムを得ることが出来たものであ
る。
【００５２】また、本出願の第６の発明によれば、ガス
タービンの排ガスで加熱される排ガスボイラで発生した
蒸気を用いてガスタービンの燃焼器又は動翼等の高温部
を冷却する蒸気冷却式ガスタービンを備えたコンバイン
ドサイクルプラント又はコジェネレーションシステム等
の熱サイクルシステムにおいて、燃焼器を内設し同燃焼
器に供給される燃焼空気が通過する圧縮機兼燃焼器の車
室に燃焼器入口空気予熱器を配設すると共にガスタービ
ンの燃料供給経路に燃料加熱器を設け、前記ガスタービ
ンの高温部を冷却した蒸気を前記燃焼器入口空気予熱器
に供給して前記燃焼空気を加熱した後、同蒸気を前記燃
料加熱器に供給するようにして熱サイクルシステムを構
成しているので、圧縮機兼燃焼器の車室に配設した燃焼
器入口空気予熱器、及びガスタービンの燃料供給経路に
設けた燃料加熱器に対して、燃焼器又は動翼等の高温部
を冷却することにより加熱されて高温となった冷却蒸気
は、先ず燃焼器入口空気予熱器で燃焼器への燃焼空気を
予熱して温度が低下され、次いでこの低下された温度の
ものが燃料加熱器へ供給されることにより燃料に対する
安全性が高められ、その状態で燃料を加熱して燃料温度
を高めるようにし、前記燃焼空気の予熱とこの燃料加熱
とが相俟って、ガスタービンの熱効率の一層の向上を図
り、以て好適な熱サイクルシステムを得ることが出来た
ものである。
【００５３】また、本出願の第７の発明によれば、ガス
タービンの排ガスで加熱される排ガスボイラで発生した
蒸気を用いてガスタービンの燃焼器又は動翼等の高温部
を冷却する蒸気冷却式ガスタービンを備えたコンバイン
ドサイクルプラント又はコジェネレーションシステム等
の熱サイクルシステムにおいて、空気圧縮機の吸込側に
空気圧縮機入口空気予熱器を配設すると共に同空気圧縮
機入口空気予熱器へ連通する加熱経路とこれをバイパス
する経路を設け、前記ガスタービンの高温部を冷却した
蒸気を前記空気圧縮機入口空気予熱器に選択的に供給可
能にして熱サイクルシステムを構成しているので、空気
圧縮機の吸込側に配設した空気圧縮機入口空気予熱器に
対して、同空気圧縮機入口空気予熱器へ連通する加熱経
路とこれをバイパスする経路を設け、燃焼器又は動翼等
の高温部を冷却した冷却蒸気は加熱されて高温となるこ
とを利用して、同高温部を冷却して高温になった蒸気
を、前記加熱経路を経て前記空気圧縮機入口空気予熱器
に供給するかまたはバイパス経路に案内するかして前記
空気圧縮機入口空気予熱器への供給を選択可能とするこ
とにより、季節変化等による外気温度の変動に対応して
前記バイパス経路等の選択を行い、空気圧縮機入口空気
予熱器の使用を選択することにより、外気温度の変動等
が有っても空気圧縮機に供給する空気温度を設計温度に
保持し得る様にして、空気圧縮機の入口可変翼の開度を
設計開度に保ってガスの流れを適正に保持し、ガスター
ビン入口温度を高め、熱効率の向上を図り、以て好適な
熱サイクルシステムを得ることが出来たものである。
【００５４】更にまた、本出願の第８の発明によれば、
ガスタービンの排ガスで加熱される排ガスボイラで発生
した蒸気を用いてガスタービンの燃焼器又は動翼等の高
温部を冷却する蒸気冷却式ガスタービンを備えたコンバ
インドサイクルプラント又はコジェネレーションシステ
ム等の熱サイクルシステムにおいて、燃焼器を内設し同
燃焼器に供給される燃焼空気が通過する圧縮機兼燃焼器
車室に燃焼器入口空気予熱器を配設し、ガスタービンの
燃料供給経路に燃料加熱器を設けると共に空気圧縮機の
吸込側には加熱経路とバイパス経路を併設して同加熱経
路と選択的に連通する空気圧縮機入口空気予熱器を設
け、前記ガスタービンの高温部を冷却した蒸気を前記燃
焼器入口空気予熱器に供給して前記燃焼空気を加熱した
後、同蒸気を前記燃料加熱器に供給して燃料を加熱し、
次いで前記空気圧縮機入口空気予熱器に供給可能にして
空気圧縮機の吸込空気を選択的に加熱するようにして熱
サイクルシステムを構成したので、燃焼空気が通過する
圧縮機兼燃焼器車室に配設した燃焼器入口空気予熱器、
ガスタービンの燃料供給経路に設けた燃料加熱器、そし
て空気圧縮機の吸込側でバイパス経路とこれに併設する
加熱経路に選択的に連通可能にして設けた空気圧縮機入
口空気予熱器に対して、燃焼器又は動翼等の高温部を冷
却して高温になった蒸気を、前記燃焼器入口空気予熱
器、燃料加熱器、そして必要に応じて選択的に空気圧縮
機入口空気予熱器へと供給して、燃焼空気、燃料、そし
てまた必要に応じて空気圧縮機の吸込空気を加熱し、ガ
スタービンにおける効果的な燃焼に至らしめ、ガスター
ビンの熱効率の向上を図り、以て好適な熱サイクルシス
テムを得ることが出来たものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る熱サイクルシステ
ムの系統を模式的に示す説明図である。
【図２】燃焼空気が通過する圧縮機兼燃焼器車室とそこ
に配置される燃焼器入口空気予熱器に当たる空気予熱管
の配置を示す説明図である。
【図３】ガスタービンの断面との関係において図２の空
気予熱管の配置を示す説明図である。
【図４】従来の空気冷却式ガスタービンの一例を概略的
に示す説明図である。
【図５】従来の空気冷却式ガスタービンの車室付近を概
略的に示す説明図である。
【符号の説明】
１ 燃焼器入口空気予熱器 ２ 燃料加熱器 ３ 空気圧縮機入口空気予熱器 ４ 燃焼器冷却出口蒸気 ５ 動翼冷却出口蒸気 ６ 燃焼器 ６ａ パイロットノズル ６ｂ 燃料ノズル ６ｃ 燃焼器入口空気 ７ 車室 ８ 空気予熱管 ９ 空気予熱管 ９ａ フィン １０ 空気圧縮機 １１ ディフューザ １２ バイパス ２０ 排気ディフューザ室 ２２ タービン ２３ 第１段静翼 ２４ 第２段静翼 ２５ 第３段静翼 ２６ 第４段静翼 ２８ 空気冷却器 ２９ エアフィルター ３０ 遮断弁 ３１ タービンディスク ３２ 動翼 ３５ バイパス弁 ３６ 尾筒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 昇 新潟県北蒲原郡聖籠町東港一丁目１番地 155号 東北電力株式会社東新潟火力発電 所内 (72)発明者 佃 嘉章 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 上松 一雄 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービンの排ガスで加熱される排ガ
    スボイラで発生した蒸気を用いてガスタービンの燃焼器
    又は動翼等の高温部を冷却する蒸気冷却式ガスタービン
    を備えたコンバインドサイクルプラント又はコジェネレ
    ーションシステム等の熱サイクルシステムにおいて、燃
    焼器を内設し同燃焼器に供給される燃焼空気が通過する
    圧縮機兼燃焼器の車室に燃焼器入口空気予熱器を配設
    し、前記ガスタービンの高温部を冷却した蒸気を前記燃
    焼器入口空気予熱器に供給するようにした構成したこと
    を特徴とする熱サイクルシステム。
  2. 【請求項２】 前記燃焼器入口空気予熱器は、前記ガス
    タービンの高温部を冷却した蒸気が供給されるものに代
    えて、同高温部である燃焼器へ冷却蒸気を分配する空気
    予熱管で構成したことを特徴とする請求項１に記載の熱
    サイクルシステム。
  3. 【請求項３】 前記燃焼器入口空気予熱器は、前記高温
    部を冷却した冷却蒸気を案内する空気予熱管で構成し、
    圧縮空気が車室に入る圧縮機出口ディフューザの出口に
    設置したことを特徴とする請求項１に記載の熱サイクル
    システム。
  4. 【請求項４】 前記空気予熱管はその外周に冷却フィン
    を設けて構成したことを特徴とする請求項２又は３に記
    載の熱サイクルシステム。
  5. 【請求項５】 ガスタービンの排ガスで加熱される排ガ
    スボイラで発生した蒸気を用いてガスタービンの燃焼器
    又は動翼等の高温部を冷却する蒸気冷却式ガスタービン
    を備えたコンバインドサイクルプラント又はコジェネレ
    ーションシステム等の熱サイクルシステムにおいて、ガ
    スタービンの燃料供給経路に燃料加熱器を設け、前記ガ
    スタービンの高温部を冷却した蒸気を前記燃料加熱器に
    供給するように構成したことを特徴とする熱サイクルシ
    ステム。
  6. 【請求項６】 ガスタービンの排ガスで加熱される排ガ
    スボイラで発生した蒸気を用いてガスタービンの燃焼器
    又は動翼等の高温部を冷却する蒸気冷却式ガスタービン
    を備えたコンバインドサイクルプラント又はコジェネレ
    ーションシステム等の熱サイクルシステムにおいて、燃
    焼器を内設し同燃焼器に供給される燃焼空気が通過する
    圧縮機兼燃焼器の車室に燃焼器入口空気予熱器を配設す
    ると共にガスタービンの燃料供給経路に燃料加熱器を設
    け、前記ガスタービンの高温部を冷却した蒸気を前記燃
    焼器入口空気予熱器に供給して前記燃焼空気を加熱した
    後、同蒸気を前記燃料加熱器に供給するように構成した
    ことを特徴とする熱サイクルシステム。
  7. 【請求項７】 ガスタービンの排ガスで加熱される排ガ
    スボイラで発生した蒸気を用いてガスタービンの燃焼器
    又は動翼等の高温部を冷却する蒸気冷却式ガスタービン
    を備えたコンバインドサイクルプラント又はコジェネレ
    ーションシステム等の熱サイクルシステムにおいて、空
    気圧縮機の吸込側に空気圧縮機入口空気予熱器を配設す
    ると共に同空気圧縮機入口空気予熱器へ連通する加熱経
    路とこれをバイパスする経路を設け、前記ガスタービン
    の高温部を冷却した蒸気を前記空気圧縮機入口空気予熱
    器に選択的に供給可能に構成したことを特徴とする熱サ
    イクルシステム。
  8. 【請求項８】 ガスタービンの排ガスで加熱される排ガ
    スボイラで発生した蒸気を用いてガスタービンの燃焼器
    又は動翼等の高温部を冷却する蒸気冷却式ガスタービン
    を備えたコンバインドサイクルプラント又はコジェネレ
    ーションシステム等の熱サイクルシステムにおいて、燃
    焼器を内設し同燃焼器に供給される燃焼空気が通過する
    圧縮機兼燃焼器車室に燃焼器入口空気予熱器を配設し、
    ガスタービンの燃料供給経路に燃料加熱器を設けると共
    に空気圧縮機の吸込側には加熱経路とバイパス経路を併
    設して同加熱経路と選択的に連通する空気圧縮機入口空
    気予熱器を設け、前記ガスタービンの高温部を冷却した
    蒸気を前記燃焼器入口空気予熱器に供給して前記燃焼空
    気を加熱した後、同蒸気を前記燃料加熱器に供給して燃
    料を加熱し、次いで前記空気圧縮機入口空気予熱器に供
    給可能にして空気圧縮機の吸込空気を選択的に加熱する
    ように構成したことを特徴とする熱サイクルシステム。
JP25306099A 1999-09-07 1999-09-07 熱サイクルシステム Withdrawn JP2001073800A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114526612A (zh) * 2022-03-21 2022-05-24 江苏道和环保科技有限公司 一种csp加热炉烟气再循环余热回收系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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