JP2004510096A - 燃焼タービン移行部に用いる圧縮空気蒸気発生器 - Google Patents

Abstract

燃焼タービンの移行部（３０）用の冷却装置。燃焼タービン（１）は、圧縮空気抽出ライン（１１、１２）を有する圧縮機組立体（１０）、燃焼器組立体（２０）、一体的な冷却チャンネル（３２）を有する移行部（３０）及び一体的な冷却チャンネル（４２）を有するタービン組立体（４０）とより成る。圧縮機組立体（１０）は燃焼器組立体（２０）に結合され、燃焼器組立体（２０）はさらに移行部（３０）に結合され、移行部（３０）はさらにタービン組立体（４０）に結合されている。圧縮機組立体（１０）、燃焼器組立体（２０）、移行部（３０）及びタービン組立体（４０）は流路（９）を形成する。冷却装置（４９）は、圧縮空気蒸気発生器（５０）、圧縮空気蒸気発生器（５０）に結合されて該発生器に水を供給する給水源（５４）及び移行部冷却チャンネル（３２）と圧縮空気蒸気発生器（５０）とに結合された蒸気パイプ（５８）とより成る。圧縮空気抽出ライン（１１、１２）は圧縮空気蒸気発生器（５０）を貫通する。動作については、圧縮機は周囲空気を圧縮して温度を上昇させる。圧縮空気の大部分は燃焼器組立体（２０）へ流入し、燃料と混合されて点火される。高温の圧縮空気の一部は、圧縮空気蒸気発生器（５０）へ送られて、水を蒸気に変換する。蒸気は蒸気パイプ（５８）を通って移行部冷却チャンネル（３２）へ流入し、移行部（３０）を冷却する。

Description

【０００１】
【発明の背景】
【０００２】
【発明の分野】
本発明は、燃焼タービン発電所に関し、さらに詳細には、燃焼器組立体とタービン組立体との間の移行部に圧縮空気蒸気発生器を結合した燃焼タービン発電所に関する。
【０００３】
【背景情報】
燃焼タービン発電所は、一般的に、３つの主要組立体、即ち、圧縮機組立体、燃焼器組立体及びタービン組立体を有する。燃焼器組立体とタービン組立体との間には移行部がある。動作については、圧縮機組立体が周囲空気を圧縮し、圧縮空気が燃焼器組立体へ送られて燃料と混合される。燃焼器組立体内で燃料が点火されると、加熱状態の作動ガスが発生する。加熱状態の作動ガスは、移行部を通ってタービン組立体へ流入する。移行部内の作動ガスの温度は通常、２５００乃至２９００°Ｆ（１３７１乃至１５９３℃）である。このため、移行部は作動ガスによりその構造的限界に近い温度に加熱される。このような極めて高温にさらされるコンポーネントは熱応力により劣化する。従って、移行部から熱を除去する冷却システムを設けると有利である。
【０００４】
典型的な冷却装置は、タービンの出口通路に位置する熱回収蒸気発生器より成る。熱回収蒸気発生器は、給水源に結合され、燃焼タービンの運転時に、タービン組立体からの加熱状態の排気ガスにより水を蒸気に変換する。熱回収蒸気発生器からの蒸気は、移行部ケーシング内の冷却チャンネルを通過する。蒸気が移行部を通過する際熱が吸収されるため、移行部が冷却される。加熱された蒸気は、燃焼タービンの流路に戻してエネルギーを増加させるかまたは別個の蒸気タービンへ送り込む。
【０００５】
熱回収蒸気発生器は、燃焼タービンの排気流路に位置するため、運転開始サイクル時には燃焼タービンの移行部を冷却するに十分な量の蒸気を発生できない。さらに、熱回収蒸気発生器を利用する燃焼タービンは、熱回収蒸気発生器の保守作業を行うために運転停止を余儀なくされる。
【０００６】
従って、燃焼タービンの運転開始サイクル時に燃焼タービンに蒸気を与える蒸気発生器が求められている。
【０００７】
また、熱回収蒸気発生器と共用して熱回収蒸気発生器が保守作業中でも蒸気を供給する別の蒸気発生源をとなる蒸気発生器が求められている。
【０００８】
さらに、移行部及びタービン部分をそれぞれ冷却するための蒸気及び冷却空気を出力する蒸気発生器が求められている。
【０００９】
【発明の概要】
本発明の上記及び他の要望は、燃焼タービンの圧縮機及び給水源に結合された圧縮空気蒸気発生器を提供する本発明により充足される。
【００１０】
運転開始サイクル時に蒸気を発生させるために、圧縮空気抽出ラインが圧縮機組立体に結合されている。この抽出ラインは給水源にも結合された蒸気発生器を貫通する。抽出ラインは、蒸気発生器を貫通した後、冷却空気ラインによりタービン組立体に結合される。蒸気発生器はまた、給水源及び蒸気パイプに結合されたプレナムを有し、この蒸気パイプは移行部内の一連のチャンネルに結合されている。移行部は蒸気出口パイプを有する。蒸気出口パイプは、別個の蒸気タービンに接続するかまたは燃焼タービンの流路に結合することができる。
【００１１】
蒸気発生器は、本質的に熱交換器である。圧縮空気抽出ラインは、ある量の水中を延びる。プレナム中において、水は圧縮空気抽出ラインの周りにある。水は圧縮空気抽出ラインから熱を吸収して蒸気に変換される。プレナムは、蒸気パイプによりタービン部分内のチャンネルに結合されている。圧縮空気回路及び水／蒸気回路は別個であり、圧縮空気と水とは混合しない。
【００１２】
動作については、圧縮機組立体は、周囲空気を圧縮して圧縮空気の温度を６００°Ｆ（３１５℃）またはそれ以上の値に上昇させる。圧縮空気の大部分は燃焼器組立体へ送られる。しかしながら、圧縮空気の一部は抽出ラインを通って蒸気発生器内部のプレナムへ送られる。給水源からの給水は内部プレナムへ送られ、圧縮空気抽出ライン上を流れる。熱が圧縮空気から抽出ラインを介して給水に伝達されるため、給水が蒸気に変換され、圧縮機からの抽出空気が冷却される。蒸気は、蒸気発生器から、移行部壁部内のチャンネルに結合された蒸気パイプへ流入する。蒸気が移行部を通過する際、この移行部が熱を蒸気に伝達するため、移行部壁部の温度が低下し、蒸気温度が上昇する。加熱された蒸気はさらに移行部から出口パイプへ流入し、燃焼タービンの作動ガス流路へ送られるか、または別個の蒸気タービンへ送られる。
【００１３】
蒸気発生器を出る抽出ライン中の圧縮空気は、冷却された圧縮空気を含んでいる。この冷却された圧縮空気は、冷却空気ラインを通ってタービン組立体ケーシング内のチャンネルへ送られる。冷却された空気は、タービン組立体から熱を吸収して、このタービン組立体を冷却する。再び加熱された空気は排気ポートを介してこのシステムから出るか／またはタービン組立体内で作動ガスと混合される。
【００１４】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図１に示すように、燃焼タービン発電所１は、圧縮機組立体１０、燃焼器組立体２０、移行部３０及びタービン組立体４０を貫通する流路９を有する。当該技術分野においてよく知られているように、圧縮機組立体１０は複数の静翼及び回転動翼（図示せず）を有する。圧縮機組立体１０は、周囲空気を圧縮して燃焼器組立体２０へ送り込む。圧縮機組立体１０の下流端部における圧縮空気の圧力は約２００乃至３５０ｐ．ｓ．ｉ．ａ（１３．８乃至２４．１バール）であり、温度は約７５０乃至８５０°Ｆ（３９９乃至４５４℃）である。
【００１５】
当該技術分野においてよく知られているように、燃焼器組立体２０は燃料噴射／点火装置（図示せず）を備えており、この装置により可燃性ガスまたは燃料油のような燃料が圧縮空気と混合される。燃料と圧縮空気の混合物が点火されると、加熱された作動ガスが発生する。加熱された作動ガスは、移行部３０を通ってタービン組立体４０へ流入する。移行部３０及びタービン組立体４０は共に、冷却流体を通過させる一体的なチャンネル３２、４２を備えている。移行部３０とタービン組立体４０との間の境界領域における作動ガスの圧力は、約１７０乃至３２５ｐ．ｓ．ｉ．ａ（１１．７乃至２２．４バール）、温度は約２５００乃至２９００°Ｆ（１３７１乃至１５９３℃）である。
【００１６】
加熱された作動ガスの温度は作動ガスが移行部３０を通過する際はその最高温度より僅かに低いため、移行部３０は、ガスからの熱を吸収すると熱応力を受ける。熱応力による悪影響を軽減するために、移行部３０を冷却しなければならない。移行部３０の冷却は、移行部３０の構造に一体的に設けた冷却チャンネル３２により行う。冷却チャンネル３２は、冷却蒸気を供給する蒸気発生器５０（以下に述べる）と流体連通関係にある。移行部はさらに、一体的なチャンネル３２に結合された出口ポート３４を有する。出口ポート３４は蒸気出口パイプ３６に接続されている。蒸気出口パイプ３６は、流路９または別個の蒸気タービン１００と流体連通関係にある。出口パイプ３６内の蒸気の圧力は、約５００乃至６００ｐ．ｓ．ｉ．ａ（３４．８乃至４１．２バール）、温度は約７５０乃至１１００°Ｆ（３９９乃至１５９３℃）である。
【００１７】
本発明による移行部冷却装置４９は、圧縮空気蒸気発生器５０を備えている。圧縮空気蒸気発生器５０は、外側ケーシング５１と内部プレナム５２とを有する。内部プレナム５２は給水源５４に結合され、給水が部分的に充填される。給水源５４からの水の圧力は、約６００乃至７００ｐ．ｓ．ｉ．ａ（４１．４乃至４８．２バール）、温度は約４０乃至６０°Ｆ（４．４乃至１５．５℃）である。蒸気発生器はさらに、蒸気パイプ５８に接続された出口ポート５６を有する。蒸気パイプ５８は移行部の冷却チャンネル３２に接続されている。
【００１８】
少なくとも１つの圧縮空気抽出ライン、好ましくは２つの抽出空気ライン１１、１２は、圧縮機組立体１０から延びて圧縮空気蒸気発生器の内部プレナム５２を貫通し、タービン組立体４２の一体的なチャンネルに結合されている。圧縮機からの空気抽出ライン１１は、圧縮機組立体１０の中間部分の流路に結合してもよい。中間部分からの圧縮機空気抽出ラインにより送られる圧縮空気の圧力は、１５０乃至２２５ｐ．ｓ．ｉ．ａ（１０．３乃至１５．５バール）、温度は約６００乃至７００°Ｆ（３１５乃至３７１℃）である。あるいは、圧縮機からの空気抽出ライン１２を圧縮機組立体１０の流路の下流端部に結合することができる。圧縮機端部からの抽出ラインの空気の圧力は、約２００乃至３５０ｐ．ｓ．ｉ．ａ（１３．８乃至２４．１バール）、温度は約７５０乃至８５０°Ｆ（３９９乃至４５４℃）である。圧縮機からの空気抽出ライン１１、１２は圧縮空気蒸気発生器５０を貫通するが、それと流体連通関係にない。抽出ライン１１、１２は内部プレナム５２内で水と接触する。内部プレナム５２内において、圧縮機からの空気抽出ラインは、熱伝達を助けるためにフィンまたは他のよく知られた機構（図示せず）を備えている。抽出ライン１１、１２はさらに、第１及び第２の冷却空気ライン１３、１４によりタービン組立体４０内の冷却チャンネルに結合されている。第１の冷却空気ライン１３は圧縮空気蒸気発生器５０から延びるため、圧縮空気の圧力は１３５乃至２１５ｐ．ｓ．ｉ．ａ（９３．１乃至１４．８バール）、温度は約５００乃至６００°Ｆ（２６０乃至３１５℃）である。第２の冷却空気ライン１５は圧縮空気蒸気発生器５０から出るため、圧縮空気の圧力は約１８０乃至３４０ｐ．ｓ．ｉ．ａ（１２．４乃至２３．４バール）、温度は３００乃至５００°Ｆ（１４８乃至２６０℃）である。
【００１９】
動作について説明すると、圧縮機組立体１０は周囲空気を圧縮し、圧縮空気の一部は圧縮機組立体１０から流路に沿って燃焼器２０へ流入する。燃焼器組立体２０内において、圧縮空気は燃料と混合する。混合した圧縮空気と燃料は燃焼器組立体２０内で点火され、作動ガスを発生させる。作動ガスは、移行部３０を通ってタービン組立体４０へ流入する。圧縮機組立体１０からの圧縮空気の一部は、圧縮空気抽出ライン１１、１２を介して圧縮空気蒸気発生器５０へ流入する。圧縮空気は蒸気発生器の内部プレナム５２内の抽出ライン１１、１２を流れるため、水が抽出空気ライン１１、１２と接触して加熱される。同時に、抽出ライン１１、１２内の圧縮空気が冷却される。圧縮機からの抽出空気は、圧縮空気蒸気発生器５０を通過して冷却され、冷却された圧縮空気は、冷却空気ライン１３、１４を通ってタービン組立体の一体的なチャンネル４２へ流入してタービン組立体４０から熱を吸収するため、タービン組立体４０を冷却する。
【００２０】
圧縮空気蒸気発生器５０内で発生する蒸気は、出口ポート５６から蒸気パイプ５８を介して移行部３０の壁部の冷却チャンネル３２へ流入する。移行部３０において、蒸気は移行部３０から熱を吸収することにより移行部３０を冷却し、過熱蒸気を発生させる。過熱蒸気は、移行部３０の出口ポート３４から出る。移行部の出口ポート３４を通過した過熱蒸気は、燃焼タービン流路の圧縮空気抽出ライン１１、１２の好ましくは下流に供給されるか、または別個の蒸気タービン１００へ送られる。
【００２１】
燃焼タービン組立体１の排気流路には、熱回収蒸気発生器６０がある。熱回収蒸気発生器６０は、給水源５４にも結合されている。熱回収蒸気発生器６０は、当該技術分野で知られているように、熱交換器である。熱回収蒸気発生器６０は、燃焼タービン組立体１からの熱を給水に伝達して蒸気を発生させる。熱回収蒸気発生器６０は、二次的パイプ６２により移行部４０の冷却チャンネル３２に接続されている。蒸気パイプ５８及び二次的蒸気パイプ６２はそれぞれ弁７０及び７２を有し、これらにより蒸気パイプ５８及び二次的蒸気パイプ６２を閉じることができる。
【００２２】
動作については、燃焼タービン組立体１が運転温度になり、熱回収蒸気発生器６０が十分な量の蒸気を供給するようになると、蒸気は、熱回収蒸気発生器６０から、移行部３０に結合されたパイプ６２へ送られる。従って、移行部３０は圧縮空気蒸気発生器５０及び熱回収蒸気発生器６０の両方から冷却蒸気を受ける。２つの蒸気発生器５０、６０を使用するため、燃焼タービン組立体１を運転状態に維持しながら何れかの蒸気発生器の運転を停止して保守作業を行うことができる。蒸気発生器５０、６０の運転を停止するときは、それぞれの蒸気パイプ５８、６２を弁７０または７２の何れかにより閉じる。
【００２３】
本発明の特定の実施例を詳細に説明したが、当業者にとっては、それらの詳細事項に対する種々の変形例及び設計変更を記載全体に鑑みて想到できることがわかるであろう。従って、図示説明した特定の構成は例示的であって本発明の範囲を限定するものでなく、この範囲は頭書の特許請求の範囲及び任意且つ全ての均等物の全幅を与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明による燃焼タービンの概略図である。

Claims (12)

1. 圧縮空気抽出ライン（１１、１２）を有する圧縮機組立体（１０）と、
   燃焼器組立体（２０）と、
   一体的な冷却チャンネル（３２）を有する移行部（３０）と、
   一体的な冷却チャンネル（４２）を有するタービン組立体（４０）とより成り、
   圧縮機組立体（１０）は燃焼器組立体（２０）に結合され、
   燃焼器組立体（２０）はさらに移行部（３０）に結合され、
   移行部（３０）はさらにタービン組立体（４０）に結合され、
   圧縮機組立体（１０）、燃焼器組立体（２０）、移行部（３０）及びタービン組立体（４０）は流路（９）を形成し、
   さらに、移行部冷却装置（４９）を備え、この移行部冷却装置は、
   圧縮空気蒸気発生器（５０）と、
   圧縮空気蒸気発生器（５０）に結合されて該発生器に水を供給する給水源（５４）と、
   移行部冷却チャンネル（３２）と圧縮空気蒸気発生器（５０）とに結合された蒸気パイプ（５８）とより成り、
   圧縮空気抽出ライン（１１、１２）は圧縮空気蒸気発生器（５０）を貫通し、
   圧縮空気蒸気発生器（５０）は水を蒸気に変換し、この蒸気は蒸気パイプ（５８）を介して移行部冷却チャンネル（３２）へ流入する燃焼タービン（１）。
2. 移行部（３０）は出口ポート（３４）が移行部冷却チャンネル（３２）に結合され、
   この出口ポート（３４）はさらに燃焼タービンの流路（９）に結合され、
   蒸気発生器（５０）からの蒸気は移行部冷却チャンネル（３２）を通って流路（９）へ送られる請求項１の燃焼タービン（１）。
3. 移行部（３０）は出口ポート（３４）が移行部冷却チャンネル（３２）に結合され、
   出口ポート（３４）はさらに別個の蒸気タービン（１００）に結合されている請求項１の燃焼タービン（１）。
4. 圧縮空気抽出ライン（１１、１２）はタービン組立体の冷却チャンネル（４２）に結合されている請求項１の燃焼タービン（１）。
5. タービン組立体（４０）は排気領域を有し、
   移行部冷却装置（４９）は排気領域に配設された熱回収蒸気発生器（６０）を有し、
   熱回収蒸気発生器（６０）は給水源（５４）と移行部冷却チャンネル（３２）に結合されている請求項４の燃焼タービン（１）。
6. 熱回収蒸気発生器（６０）は二次的蒸気パイプ（６２）により移行部冷却チャンネル（３２）に結合され、
   蒸気パイプ（５８）及び二次的蒸気パイプは（６２）はそれぞれ弁（７０、７２）を有し、これらの弁により蒸気パイプ（５８）または二次的蒸気パイプ（６２）の何れかが閉じられる請求項７の燃焼タービン（１）。
7. 圧縮空気抽出ライン（１１、１２）を有する圧縮機組立体（１０）と、燃焼器組立体（２０）と、一体的な冷却チャンネル（３２）を有する移行部（３０）と、一体的な冷却チャンネル（４２）を有するタービン組立体（４０）とより成り、圧縮機組立体（１０）は燃焼器組立体（２０）に結合され、燃焼器組立体（２０）はさらに移行部（３０）に結合され、移行部（３０）はさらにタービン組立体（４０）に結合され、圧縮機組立体（１０）、燃焼器組立体（２０）、移行部（３０）及びタービン組立体（４０）が流路（９）を形成する燃焼タービン（３０）の冷却装置（４９）であって、
   圧縮空気蒸気発生器（５０）と、
   圧縮空気蒸気発生器（５０）に結合されて該発生器に水を供給する給水源（５４）と、
   移行部冷却チャンネル（３２）と圧縮空気蒸気発生器（５０）とに結合された蒸気パイプ（５８）とより成り、
   圧縮空気抽出ライン（１１、１２）は圧縮空気蒸気発生器（５０）を貫通し、
   圧縮空気蒸気発生器（５０）は水を蒸気に変換し、この蒸気は蒸気パイプ（５８）を介して移行部冷却チャンネル（３２）へ流入する冷却装置（４９）。
8. 移行部（３０）は出口ポート（３４）が移行部冷却チャンネル（３２）に結合され、
   この出口ポート（３４）はさらに燃焼タービンの流路（９）に結合され、
   蒸気発生器（５０）からの蒸気は移行部冷却チャンネル（３２）を通って流路（９）へ送られる請求項７の冷却装置（４９）。
9. 移行部（３０）は出口ポート（３４）が移行部冷却チャンネル（３２）に結合され、
   出口ポート（３４）はさらに別個の蒸気タービン（１００）に結合されている請求項７の冷却装置（４９）。
10. 圧縮空気抽出ライン（１１、１２）はタービン組立体の冷却チャンネル（４２）に結合されている請求項７の冷却装置（４９）。
11. タービン組立体（４０）は排気領域と、排気領域に配設された熱回収蒸気発生器（６０）とを有し、
    熱回収蒸気発生器（６０）は給水源（５４）と移行部冷却チャンネル（３２）に結合されている請求項１０の冷却装置（４９）。
12. 熱回収蒸気発生器（６０）は二次的蒸気パイプ（６２）により移行部冷却チャンネル（３２）に結合され、
    蒸気パイプ（５８）及び二次的蒸気パイプは（６２）はそれぞれ弁（７０、７２）を有し、これらの弁により蒸気パイプ（５８）または二次的蒸気パイプ（６２）の何れかが閉じられる請求項１１の冷却装置（４９）。