JP2007285166A - コンバインドサイクルプラント - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、蒸気タービンの低圧最終段長翼に低強度の材料を適用可能にしたコンバインドサイクルプラントを提供することにある。
【解決手段】ガスタービンは全速回転数の発電機、低圧タービンは半速回転数の発電機に連結し、高圧及び中圧タービンはそのどちらかに連結する。排気流量が増大する低圧タービンを半速回転数とすることで、全速回転数機と比較して遠心力を低減することが出来、低コストでの最終段長翼化による車室数の低減が可能である。また、ロータを多軸化することで、起動停止時の車室とロータの伸び及び伸び差も小さく出来、運用面でもメリットとなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガスタービン及び蒸気タービンを備えた多軸コンバインドサイクルプラントに関するものである。

従来の技術として、特開２００２−３８９０７号公報には、複数台のガスタービンと複数台の廃熱回収ボイラと１台の蒸気タービンを組み合わせた多軸形のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、１台のガスタービンと複数台の蒸気タービンとを一つの軸で連結し、その軸に発電機を連結することで、発電機の数を減らすことができ、ガスタービンの起動装置をなくすことができて、建屋スペースの低減を実現し得るコンバインド発電プラントが記載されている。

また、特開平８−１７７４０９号公報には、電力需要に対応して部分負荷又は低負荷の運転時の効率を向上し得るようにするため、複数の低圧タービンを有する蒸気タービンプラントにおいて、低圧タービンの入口部に速度制御用の蒸気加減弁を設けるとともに、その低圧タービンと他のタービンによって駆動される発電機とを切り離し機構を介して連結した構造が記載されている。

特開２００２−３８９０７号公報 特開平８−１７７４０９号公報

蒸気タービン復水器の真空度が高いコンバインドサイクルプラントでは、蒸気流量に対して性能上最適な低圧最終段環帯面積を選定した場合、従来型よりも蒸気タービン低圧最終段の長翼化が必要となる。低圧最終段の長翼化には、高遠心力に耐える高強度鋼材を用いるか、軽量なチタン材の使用が必要となるが、これらは共に高級材であるため製造コストの上昇をまねいてしまう。

本発明の目的は、蒸気タービンの低圧最終段長翼に低強度の材料を適用可能にしたコンバインドサイクルプラントを提供することにある。

ガスタービンは全速回転数の発電機、低圧タービンは半速回転数の発電機に連結し、高圧及び中圧タービンはそのどちらかに連結する。

複数の発電機軸を有するコンバインドサイクルプラントにおいて、蒸気タービンの低圧タービンを備えた発電機軸の回転数を１５００rpm 又は１８００rpm としたことを特徴とする。

本発明の目的は、蒸気タービンの低圧最終段長翼に低強度の材料を適用可能にしたコンバインドサイクルプラントを提供することにある。

図１，図２は一般的なコンバインドサイクルプラントの構成図である。一般に、コンバインドサイクル発電プラントのシステムは、大きく分けて一軸システムと多軸システムとがある。図１は、ガスタービンと蒸気タービンが一軸で接続される一軸システムの例、図２は、２つのガスタービン軸と１つの蒸気タービン軸より構成される多軸システムの例を示している。

以下、図３を用いて本発明の実施の形態について説明する。本実施例は、２軸によりコンバインドサイクルプラントを構成した多軸システムである。第１軸は、ガスタービン
（ＧＴ），高圧タービン（ＨＰ）及び中圧タービン（ＩＰ）より構成される蒸気タービン、並びに発電機（ＧＥＮ）を備えている。また、第２軸は２つの低圧タービン（ＬＰ）で構成される蒸気タービンと、発電機（ＧＥＮ）を備えている。ここで、本実施例では、第１軸を３０００rpm 又は３６００rpm 、第２軸を第１軸の半速回転数（１５００rpm 又は１８００rpm ）で回転させるように構成したことを特徴としている。すなわち、定格のハーフスピードで回転させる第２軸に低圧タービンを配置したことにより、蒸気タービンを流れる蒸気流速が通常プラントよりも大きくなる場合でも、通常よりも大きな流量に対応したシステムとすることができる。なお、半速回転の軸から全速回転と同じ周波数を発電する技術は、公知の技術を用いることで実現できる。

ここで、従来技術の課題として、蒸気タービン復水器の真空度が高いコンバインドサイクルプラントで、蒸気流量に対して性能上最適な低圧最終段環帯面積を選定した場合、従来型よりも低圧最終段の長翼化か車室数の増加が必要となる。

先ず、長翼化における課題に対して、本実施例ではガスタービンは全速回転数の発電機、低圧タービンは半速回転数の発電機に連結し、排気流量が増大する低圧タービンを半速回転数とすることで、全速回転数機と比較して遠心力を低減することができる。これにより、最終段に高強度鋼材やチタン材よりも安価な材質のものを使用することができるようになるため、低コストでの最終段翼の長翼化を図ることができる。

また、従来型よりも車室数を増加させた場合、プラント敷地面積と製造コストの増加につながる。同時に起動停止時の車室とロータの熱伸び及び熱伸び差の増大をまねき、プラント起動から定格出力に到達するまでの時間が伸びる等、運用面でもデメリットとなる。しかし、本実施例によれば、上述のように最終段翼を低コストで長翼化できるため、車室数の低減が可能となる。また、ロータを多軸化することで、起動停止時の車室とロータの伸び及び伸び差も小さくでき、運用面でもメリットとなる。

図４〜図６は、本発明の別の実施形態を示したものである。図４は、第１軸にガスタービン，発電機，高圧タービン、第２軸に中圧タービン，低圧タービン，発電機を配置したものである。本実施例も、第２軸を第１軸の半速回転数（１５００rpm又は１８００rpm）で回転させるように構成している。図３では、高圧及び中圧タービンは第１軸に配置していたが、本実施例のように第２軸に連結することも可能である。

なお、図５，図６の実施例は、ガスタービンを台数に応じた多軸構成とし、低圧タービンを半速回転数の別の一軸とした多軸システムを示したものである。すなわち、図５，図６の実施例では、第１軸および第２軸を３０００rpm 又は３６００rpm 、第３軸を第１軸の半速回転数で回転させるものであり、この第３軸に低圧タービンを配置している。なお、図５では、第１軸にガスタービンと発電機、第２軸にガスタービン，高圧及び低圧タービン、発電機、第３軸に低圧タービンを配置している。また、図６では、第１軸と第２軸にガスタービンと発電機、第３軸に高圧タービン，中圧タービン，低圧タービン，発電機を配置している。このように、低圧タービンを半速回転数の別の一軸とした多軸システムとすることで、通常よりも大きな流量に対応し、且つ部分負荷効率を向上させたシステムとすることが出来る。

ガスタービンと蒸気タービン各一つからなる一軸システムの例を示す。 ２つのガスタービン軸と１つの蒸気タービン軸よりなる多軸システムの例を示す。 本発明の第１の実施形態である、全速回転数のガスタービン軸と半速回転数の低圧タービン軸よりなる多軸システムの概略軸構成を示す。 本発明の第２の実施形態の概略軸構成を示す。 本発明の第３の実施形態の概略軸構成を示す。 本発明の第４の実施形態の概略軸構成を示す。

Claims (4)

1. 複数の発電機軸を有するコンバインドサイクルプラントにおいて、
   蒸気タービンの低圧タービンを備えた発電機軸の回転数を１５００rpm又は１８００rpmとしたことを特徴とするコンバインドサイクルプラント。
2. 複数の発電機軸を有するコンバインドサイクルプラントにおいて、
   ガスタービンを備えた発電機軸の回転数を３０００rpm 又は３６００rpm とし、
   蒸気タービンの低圧タービンを備えた発電機軸の回転数を１５００rpm又は１８００rpmとしたことを特徴とするコンバインドサイクルプラント。
3. 複数の発電機軸を有するコンバインドサイクルプラントにおいて、
   蒸気タービンの低圧タービンを備えた軸の定格回転数と、ガスタービンを備えた軸の定格回転数とを異なる回転数にしたことを特徴とするコンバインドサイクルプラント。
4. 請求項３のコンバインドサイクルプラントにおいて
   蒸気タービンの低圧タービンを備えた軸の定格回転数を、ガスタービンを備えた軸の定格回転数よりも低回転数としたことを特徴とするコンバインドサイクルプラント。
   

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