JP2003286859A - 二流体ガスタービンの起動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガスタービンの起動時に、蒸気供給管内のドレ
ンを十分に排出し得る二流体ガスタービンの起動方法を
提供する。 【解決手段】二流体ガスタービン２と、このガスタービ
ン２に連結された空気圧縮機４と、この空気圧縮機４に
より得られた圧縮空気および燃料を導き燃焼を行うとと
もにこの燃焼ガスをガスタービン２に供給する燃焼器６
と、この燃焼器６に過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給管
１０とを有する二流体ガスタービンの起動方法であっ
て、ガスタービン２の運転開始時に、空気圧縮機４から
燃焼器６に供給される圧縮空気の一部を過熱蒸気供給管
１０に導いてこの過熱蒸気供給管１０内を昇温させ、次
にこの過熱蒸気供給管１０に設けられたドレン弁２２を
所定時間開いてドレンを排出した後、ドレン弁２２を閉
じて過熱蒸気を燃焼器６に供給する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料に蒸気を混合
させる二流体ガスタービンの起動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンにより発電するとともにガ
スタービンから排出される燃焼排ガスを排熱回収ボイラ
に導き、この排熱回収ボイラにて発生した水蒸気を、蒸
気供給管よりガスタービンの燃焼器へ噴射してタービン
出力および熱効率を高めた二流体ガスタービンが知られ
ている。例えば、特公昭５４−３４８６５号に開示され
ている。

【０００３】この二流体ガスタービンにおいては、停止
時に蒸気供給管内にドレン（水）が溜まるため、起動時
にドレンを十分に排除しておかないと、ドレンが燃焼器
やタービンに送られて、燃焼器やタービンに損傷を与え
ることになる。

【０００４】これを防止するために、従来、起動時に、
蒸気が所定圧力および温度に達するように、まず排熱回
収ボイラを立ち上げて蒸気供給管を暖気させた後、ドレ
ン弁を開きドレンを排除していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した二流
体ガスタービンの構成によると、蒸気供給管内のドレン
は、ガスタービンからの燃焼排ガスにより排熱回収ボイ
ラにて発生された蒸気を用いて排除されているが、この
蒸気では、蒸気供給管内のドレンを十分に排除し得ない
場合があった。

【０００６】そこで、本発明は、ガスタービンの起動時
に、蒸気供給管内のドレンを確実に排除し得る二流体ガ
スタービンの起動方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の二流体ガスタービンの起動方法は、
ガスタービンと、このガスタービンに連結された空気圧
縮機と、この空気圧縮機により得られた圧縮空気および
燃料を導き燃焼を行うとともにこの燃焼ガスを上記ガス
タービンに供給する燃焼器と、この燃焼器に過熱蒸気若
しくは飽和蒸気またはこれらの混合蒸気を供給する蒸気
供給管とを有する二流体ガスタービンの起動方法であっ
て、ガスタービンの運転開始時に、空気圧縮機から燃焼
器に供給される圧縮空気の一部を上記蒸気供給管に導く
方法である。

【０００８】上記の起動方法によると、ガスタービンの
起動時に、空気圧縮機から燃焼器に供給される圧縮空気
の一部を蒸気供給管内に導くことにより、蒸気供給管か
ら例えばボイラドラムにかけての蒸気ラインの昇温・昇
圧を行って管内のドレンを早く蒸発させることができ、
したがって例えばガスタービンからの燃焼排ガスにより
駆動されるボイラからの蒸気だけで、蒸気供給管内を昇
温させて暖気を行う場合に比べて、蒸気供給管内のドレ
ンを十分に排出することができる。

【０００９】また、本発明の第２の二流体ガスタービン
の起動方法は、ガスタービンと、このガスタービンに連
結された空気圧縮機と、この空気圧縮機により得られた
圧縮空気および燃料を導き燃焼を行うとともにこの燃焼
ガスを上記ガスタービンに供給する燃焼器と、この燃焼
器に過熱蒸気若しくは飽和蒸気またはこれらの混合蒸気
（以下、過熱蒸気等という）を供給する上記蒸気供給管
とを有する二流体ガスタービンの起動方法であって、ガ
スタービンの運転開始時に、空気圧縮機から燃焼器に供
給される圧縮空気の一部を上記蒸気供給管に導いてこの
蒸気供給管内を昇温させ、次にこの蒸気供給管に設けら
れたドレン弁を所定時間開いてドレンを排出した後、ド
レン弁を閉じて過熱蒸気等を上記燃焼器に供給する方法
である。

【００１０】上記の起動方法によると、ガスタービンの
起動時に、空気圧縮機から燃焼器に供給される圧縮空気
の一部を蒸気供給管内に導いて管内を昇温させるととも
にドレン弁から管内のドレンを排出するようにしたの
で、したがって例えばガスタービンからの燃焼排ガスに
より駆動されるボイラからの蒸気だけで、蒸気供給管内
を昇温させて暖気を行う場合に比べて、蒸気供給管内の
ドレンを十分に排出することができる。

【００１１】さらに、本発明の第３の二流体ガスタービ
ンの起動方法は、ガスタービンと、このガスタービンに
連結された空気圧縮機と、この空気圧縮機により得られ
た圧縮空気および燃料を導き燃焼を行うとともにこの燃
焼ガスを上記ガスタービンに供給する燃焼器と、この燃
焼器に過熱蒸気若しくは飽和蒸気またはこれらの混合蒸
気（以下、過熱蒸気等という）を供給する蒸気供給管と
を有する二流体ガスタービンの起動方法であって、ガス
タービンの運転開始時に、空気圧縮機から燃焼器に供給
される圧縮空気の一部を上記蒸気供給管に導いてこの蒸
気供給管内を昇温させるとともに蒸気供給管に設けられ
たドレン弁を開いてドレンを排出し、次に蒸気供給管の
燃焼器寄り位置に設けられた蒸気遮断弁を閉じるととも
にこの蒸気供給管に過熱蒸気等を供給して管内を昇温
し、次に蒸気供給管内が所定圧力まで上昇されると、上
記ドレン弁を閉じるとともに上記蒸気遮断弁を開けて過
熱蒸気等を燃焼器に供給する方法である。

【００１２】上記の起動方法によると、ガスタービンの
起動時に、空気圧縮機から燃焼器に供給される圧縮空気
の一部を、蒸気供給管内に導いた後、燃焼器寄りに設け
られた蒸気遮断弁を一旦閉じ、そしてドレン弁から管内
のドレンを排出するとともに、過熱蒸気等を蒸気供給管
内に導いて暖気を行わせるようにしたので、したがって
例えばガスタービンからの燃焼排ガスにより駆動される
ボイラからの蒸気だけで、蒸気供給管内の暖気を行う場
合に比べて、蒸気供給管内のドレンを十分に排出するこ
とができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
に係る二流体ガスタービンの起動方法を、図１〜図６に
基づき説明する。

【００１４】まず、図１〜図３に基づき、二流体ガスタ
ービンにより電力を発生させるとともにこの二流体ガス
タービンから排出される燃焼排ガスの排熱を回収するよ
うにしたコジェネレーション設備について説明する。

【００１５】このコジェネレーション設備には、図１お
よび図２に示すように、発電機１を回転させて発電を行
う二流体ガスタービン（以下、ガスタービンという）２
と、このガスタービン２に連結部３を介して連結される
とともに燃焼空気をガスタービン２に供給するための空
気圧縮機４と、この空気圧縮機４により得られた圧縮空
気および燃料供給管５より燃料を導き燃焼を行うととも
にこの燃焼ガスをガスタービン２に供給する燃焼器６
と、上記ガスタービン２からの燃焼排ガスを導き蒸気を
発生させて排熱の回収を行う排熱回収ボイラ７と、この
排熱回収ボイラ７により発生した蒸気をそのまま燃焼器
６に導く飽和蒸気供給管（飽和蒸気噴射管ともいう）８
と、同じく排熱回収ボイラ７により発生した蒸気を過熱
器９により過熱して燃焼器６に導く過熱蒸気供給管（過
熱蒸気噴射管ともいう）１０とが具備されている。

【００１６】上記過熱蒸気供給管１０は飽和蒸気供給管
８の途中に接続されるとともに、この接続箇所より下流
側の飽和蒸気供給管８の途中には、蒸気制御弁１１、ド
レン弁１２を有するドレン管１３および蒸気遮断弁１４
が設けられている。

【００１７】また、過熱器９が設けられた過熱蒸気供給
管１０の途中には、蒸気制御弁２１、ドレン弁２２を有
するドレン管２３および蒸気遮断弁２４が順次設けられ
ている。なお、上記ドレン管２３は、正確には、過熱器
９の入口部および出口部と、過熱器９より下流側の過熱
蒸気供給管１０の途中の計３箇所に設けられており、こ
れらドレン弁２２の開閉操作は同時期に行われるため、
以後の説明においては、１個のドレン弁２２として説明
する。また、飽和蒸気供給管８においても、蒸気遮断弁
１４の上流側に１個のドレン弁１２（１２Ａ）が設けら
れるとともに、下流側には、燃焼筒（後述する）の数に
応じて複数個（図１では、１個だけ示している）のドレ
ン弁１２（１２Ｂ）が設けられている。なお、このドレ
ン弁の配置箇所および個数については、上述した以外
に、適宜、変更し得るものである。

【００１８】ところで、上記燃焼器６は、空気圧縮機４
とガスタービン２との間の連結部３の周囲に配置されて
いる。すなわち、図２および図３に示すように、この燃
焼器６は、外周に過熱蒸気の供給口（噴射口ともいう）
（図面上、１個しか図示していないが、複数個設けられ
ている）３１ａが設けられるとともに内部に環状空間室
３２が形成された筒状体３１と、この筒状体３１の環状
空間室３２内に所定角度おきに複数個（例えば６個）配
置されるとともにそれぞれ内部に燃焼室３３が形成され
た燃焼筒３４と、上記筒状体３１の空気圧縮機４寄り位
置でかつ筒状体３１に挿通して設けられて燃焼筒３４に
燃料を噴射するための燃料噴射管３５とから構成されて
おり、また上記燃料噴射管３５の端部には燃料供給管５
が接続されるとともに、この燃料噴射管３５の途中には
飽和蒸気を燃料に供給する（噴射する）ための上記飽和
蒸気供給管８が接続されている。勿論、過熱蒸気供給管
１０は上記筒状体３１の供給口３１ａに接続されてい
る。なお、上記各燃焼筒３４の周囲には、過熱蒸気を燃
焼室３３内に導くための小径の穴３４ａが多数形成され
ている。また、上記過熱蒸気の供給口３１ａは１箇所だ
け図示したが、複数箇所に設けることもできる。

【００１９】次に、上記コジェネレーション設備の立ち
上げ方法について説明する。まず、最初に、飽和蒸気供
給管８および過熱蒸気供給管１０の各蒸気遮断弁１４，
２４を閉じた状態にて、燃焼器６に燃料を供給して各燃
焼筒３４にて燃焼を行わせてその燃焼ガスをガスタービ
ン２に送り始動させる。なお、飽和蒸気供給管８の途中
に設けられた蒸気制御弁１１およびドレン弁１２は開か
れている。

【００２０】ガスタービン２が始動すると、図４に示す
ように、蒸気遮断弁２４を開けて、空気圧縮機４により
圧縮されて温度および圧力が高くされた圧縮空気を燃焼
器６に供給するが、この燃焼器６に供給された圧縮空気
の一部は、環状空間室３２の外周部から供給口３１ａを
介して過熱蒸気供給管１０内に導かれるとともに排熱回
収ボイラ７側に、正確には、そのボイラドラム内にも導
かれる。

【００２１】すなわち、過熱蒸気供給管１０内およびボ
イラドラム内は、この圧縮空気により昇温・昇圧されて
暖気が行われる。次に、所定時間（例えば、１分程度）
だけドレン弁２２が開かれて、過熱蒸気供給管１０内に
溜まっているドレンがドレン管２３から排出される。な
お、この時、飽和蒸気は飽和蒸気供給管８に流れてお
り、蒸気遮断弁１４の上流側に設けられたドレン弁１２
（１２Ａ）からドレンとともに排出される。

【００２２】次に、図５に示すように、各ドレン弁２
２，１２（１２Ａ）が閉じられた後、引き続き圧縮空気
が過熱蒸気供給管１０内に導かれて管内が暖気される。
そして、図６に示すように、排熱回収ボイラ７内の蒸気
圧力が過熱蒸気供給管１０内の圧力、すなわち燃焼器６
の供給口３１ａ出口における圧力（圧縮機出口での空気
圧力）よりも高くなった時点で、残りのドレン弁１２
（１２Ｂ）も閉じるとともに蒸気遮断弁１４を開き、過
熱蒸気および飽和蒸気を燃焼器６に供給噴射させてガス
タービン２の通常の運転を行わせる。すなわち、コジェ
ネレーション設備の運転が立ち上がる。

【００２３】このように、ガスタービンの起動時に、空
気圧縮機４から燃焼器６に供給される圧縮空気の一部を
過熱蒸気供給管１０内に導いてドレン弁２２から管内の
ドレンを排出するようにしたので、ガスタービン２から
の燃焼排ガスにより運転（駆動）される排熱回収ボイラ
７にて発生される蒸気だけで、過熱蒸気供給管１０内を
昇温させて暖気を行う場合に比べて、過熱蒸気供給管内
のドレンを十分に（確実に）排出することができる。ま
た、単に、ガスタービンの起動時に、空気圧縮機４から
燃焼器６に供給される温度が高い圧縮空気の一部を過熱
蒸気供給管１０内に導いてドレンを蒸発させることもで
きる。

【００２４】次に、本発明の第２の実施の形態に係る二
流体ガスタービンの起動方法を、図７〜図９に基づき説
明する。本第２の実施の形態に係るガスタービンの起動
方法は、第１の実施の形態で説明したものと同じコジェ
ネレーション設備に適用した場合について説明し、した
がって、コジェネレーション設備については、同じ部品
番号を付してその説明を省略する。

【００２５】まず、飽和蒸気供給管８および過熱蒸気供
給管１０の各蒸気遮断弁１４，２４を閉じた状態にて、
燃焼器６に燃料を供給して各燃焼筒３４にて燃焼を行わ
せてその燃焼ガスをガスタービン２に送り始動させる。
なお、飽和蒸気供給管８の途中に設けられた蒸気制御弁
１１およびドレン弁１２は開かれている。

【００２６】ガスタービン２が始動すると、図７に示す
ように、蒸気遮断弁２４を開けて、空気圧縮機４により
圧縮されて温度および圧力が高くされた圧縮空気が燃焼
器６に供給されるが、この燃焼器６に供給された圧縮空
気の一部は、環状空間室３２の外周部から供給口３１ａ
を介して過熱蒸気供給管１０内に導かれるとともに排熱
回収ボイラ７側のボイラドラム内にも導かれる。

【００２７】すなわち、過熱蒸気供給管１０内およびボ
イラドラム内は、この圧縮空気により昇温・昇圧されて
暖気が行われる。この後、ドレン弁２２が開かれて、過
熱蒸気供給管１０内に溜まっているドレンがドレン管２
３から排出される。なお、この時、飽和蒸気は飽和蒸気
供給管８に流れており、蒸気遮断弁１４の上流側に設け
られたドレン弁１２（１２Ａ）からドレンとともに排出
されている。

【００２８】次に、図８に示すように、ドレン弁２２，
１２（１２Ａ）をしばらく開いた状態にするとともに、
燃焼器６の供給口３１ａの直ぐ上流側（燃焼器寄り）に
設けられた蒸気遮断弁２４を閉じて、排熱回収ボイラ７
側から送られる過熱蒸気により、管内の温度が所定温度
となるまでこの状態を保持し、過熱蒸気供給管１０内の
暖気を行う。

【００２９】そして、過熱蒸気供給管１０内の温度が所
定温度になると、図９に示すように、全てのドレン弁２
２，１２を閉じるとともに蒸気遮断弁２４および１４を
開き、過熱蒸気および飽和蒸気を燃焼器６に供給噴射さ
せてガスタービン２の通常の運転を行わせ、コジェネレ
ーション設備の運転を立ち上げる。

【００３０】この場合も、ガスタービンの起動時に、空
気圧縮機４から燃焼器６に供給される圧縮空気の一部
を、まず過熱蒸気供給管１０内に導いた後、燃焼器６の
供給口３１ａの上流側に設けられた蒸気遮断弁２４を一
旦閉じ、そしてドレン弁２２から管内のドレンを排出す
るとともに、排熱回収ボイラからの蒸気を過熱蒸気供給
管１０内に導いて暖気を行わせるようにしたので、した
がってガスタービン２からの燃焼排ガスにより運転（駆
動）される排熱回収ボイラ７にて発生する蒸気だけで、
過熱蒸気供給管１０内の暖気を行う場合に比べて、過熱
蒸気供給管内のドレンを十分に（確実に）排出すること
ができる。

【００３１】なお、上記各実施の形態の説明において
は、温度、圧力に応じて蒸気遮断弁またはドレン弁など
の開閉動作をさせるようにしたが、勿論、温度および圧
力の検出を必要とする箇所には、温度検出器および圧力
検出器が設けられている。

【００３２】また、上記各実施の形態においては、熱効
率を高めるために過熱器９を設けて過熱蒸気を燃焼器６
に供給するようにしたが、システムによっては、過熱器
を設けずに、飽和蒸気をそのまま燃焼器に供給すること
もでき、さらには、過熱蒸気と飽和蒸気との混合蒸気を
燃焼器に供給することもできる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明の請求項１に記載の
二流体ガスタービンの起動方法によると、ガスタービン
の起動時に、空気圧縮機から燃焼器に供給される圧縮空
気の一部を蒸気供給管内に導くことにより、管内のドレ
ンを昇温させて蒸発させることができ、したがってガス
タービンからの燃焼排ガスにより駆動されるボイラから
の蒸気だけで、蒸気供給管内を昇温させて暖気を行う場
合に比べて、蒸気供給管内のドレンを十分に排出するこ
とができる。

【００３４】また、本発明の請求項２に記載の二流体ガ
スタービンの起動方法によると、ガスタービンの起動時
に、空気圧縮機から燃焼器に供給される圧縮空気の一部
を蒸気供給管内に導いて管内を昇温させるとともにドレ
ン弁から管内のドレンを排出するようにしたので、ガス
タービンからの燃焼排ガスにより駆動されるボイラから
の蒸気だけで、蒸気供給管内を昇温させて暖気を行う場
合に比べて、蒸気供給管内のドレンを十分に排出するこ
とができる。

【００３５】さらに、本発明の請求項３に記載の二流体
ガスタービンの起動方法によると、ガスタービンの起動
時に、空気圧縮機から燃焼器に供給される圧縮空気の一
部を、蒸気供給管内に供給した後、燃焼器の供給口の上
流側に設けられた蒸気遮断弁を一旦閉じ、そしてドレン
弁から管内のドレンを排出するとともに、ボイラからの
蒸気を蒸気供給管内に導いて暖気を行わせるようにした
ので、やはり、ガスタービンからの燃焼排ガスにより駆
動されるボイラからの蒸気だけで、蒸気供給管内の暖気
を行う場合に比べて、蒸気供給管内のドレンを十分に排
出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における二流体ガス
タービンの起動方法を適用するコジェネレーション設備
の概略構成を示す図である。

【図２】同コジェネレーション設備におけるガスタービ
ンおよび燃焼器の断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】同第１の実施の形態における二流体ガスタービ
ンの起動方法を説明する図である。

【図５】同第１の実施の形態における二流体ガスタービ
ンの起動方法を説明する図である。

【図６】同第１の実施の形態における二流体ガスタービ
ンの起動方法を説明する図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態における二流体ガス
タービンの起動方法を説明する図である。

【図８】同第２の実施の形態における二流体ガスタービ
ンの起動方法を説明する図である。

【図９】同第２の実施の形態における二流体ガスタービ
ンの起動方法を説明する図である。

【符号の説明】

２ 二流体ガスタービン ４ 空気圧縮機 ６ 燃焼器 ７ 排熱回収ボイラ ８ 飽和蒸気供給管 ９ 過熱器 １０ 過熱蒸気供給管 ２１ 蒸気制御弁 ２２ ドレン弁 ２３ ドレン管 ２４ 蒸気遮断弁 ３１ 筒状体 ３１ａ 供給口 ３２ 環状空間室 ３３ 燃焼室 ３５ 燃料噴射管

フロントページの続き (72)発明者 藤本 幸央 大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 大曽根 正範 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 諏訪原 公大 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンと、このガスタービンに連結
   された空気圧縮機と、この空気圧縮機により得られた圧
   縮空気および燃料を導き燃焼を行うとともにこの燃焼ガ
   スを上記ガスタービンに供給する燃焼器と、この燃焼器
   に過熱蒸気若しくは飽和蒸気またはこれらの混合蒸気を
   供給する蒸気供給管とを有する二流体ガスタービンの起
   動方法であって、 ガスタービンの運転開始時に、空気圧縮機から燃焼器に
   供給される圧縮空気の一部を上記蒸気供給管に導くこと
   を特徴とする二流体ガスタービンの起動方法。
2. 【請求項２】ガスタービンと、このガスタービンに連結
   された空気圧縮機と、この空気圧縮機により得られた圧
   縮空気および燃料を導き燃焼を行うとともにこの燃焼ガ
   スを上記ガスタービンに供給する燃焼器と、この燃焼器
   に過熱蒸気若しくは飽和蒸気またはこれらの混合蒸気
   （以下、過熱蒸気等という）を供給する上記蒸気供給管
   とを有する二流体ガスタービンの起動方法であって、 ガスタービンの運転開始時に、空気圧縮機から燃焼器に
   供給される圧縮空気の一部を上記蒸気供給管に導いてこ
   の蒸気供給管内を昇温させ、 次にこの蒸気供給管に設けられたドレン弁を所定時間開
   いてドレンを排出した後、ドレン弁を閉じて過熱蒸気等
   を上記燃焼器に供給することを特徴とする二流体ガスタ
   ービンの起動方法。
3. 【請求項３】ガスタービンと、このガスタービンに連結
   された空気圧縮機と、この空気圧縮機により得られた圧
   縮空気および燃料を導き燃焼を行うとともにこの燃焼ガ
   スを上記ガスタービンに供給する燃焼器と、この燃焼器
   に過熱蒸気若しくは飽和蒸気またはこれらの混合蒸気
   （以下、過熱蒸気等という）を供給する蒸気供給管とを
   有する二流体ガスタービンの起動方法であって、 ガスタービンの運転開始時に、空気圧縮機から燃焼器に
   供給される圧縮空気の一部を上記蒸気供給管に導いてこ
   の蒸気供給管内を昇温させるとともに蒸気供給管に設け
   られたドレン弁を開いてドレンを排出し、 次に蒸気供給管の燃焼器寄り位置に設けられた蒸気遮断
   弁を閉じるとともにこの蒸気供給管に過熱蒸気等を供給
   して管内を昇温し、 次に蒸気供給管内が所定圧力まで上昇されると、上記ド
   レン弁を閉じるとともに上記蒸気遮断弁を開けて過熱蒸
   気等を燃焼器に供給することを特徴とする二流体ガスタ
   ービンの起動方法。