JP2540539B2 - ガスタ−ビンユニツト作動方法 - Google Patents

ガスタ−ビンユニツト作動方法

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JP2540539B2 JP62104840A JP10484087A JP2540539B2 JP 2540539 B2 JP2540539 B2 JP 2540539B2 JP 62104840 A JP62104840 A JP 62104840A JP 10484087 A JP10484087 A JP 10484087A JP 2540539 B2 JP2540539 B2 JP 2540539B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃焼室と、該燃焼室からのガスにより駆動
される高圧タービン及び該高圧タービンからの排気ガス
によって駆動される低圧タービンと、高圧タービンから
低圧タービンへのガス供給を制御する手段と、低圧ター
ビンにより駆動される低圧コンプレッサと、該低圧コン
プレッサに直列に接続されると共に、燃焼室に与圧空気
を供給する高圧タービンにより駆動される高圧コンプレ
ッサとを有するガスタービンユニットを作動する方法で
あって、ガスタービンユニットの有効出力を上記手段に
より低圧タービンの上流側ガス状態を制御することで調
整可能にする方法に関する 〔従来の技術と問題点〕 スイス国特許CH-A-210,657号では上述したタイプのガ
スタービンユニットが開示されている。この従来ユニッ
トではさらに、高圧タービンと低圧タービンとの間に中
圧タービンを有しており、燃焼室から送られた全出力は
タービンユニットに供給されて、中圧タービンのシャフ
トから有効出力を再生させるものであって、高圧タービ
ンの目的は高圧コンプレッサの作動させるだけにある。
このスイス特許明細書にはガスタービンユニットの作
動温度に関し特徴となる点は無く、即ち唯一温度に関す
ることは、回転可能なベーンを有し低圧タービンへのガ
ス供給を制御する手段に関し、該手段が例えば200℃な
る低温域で作動することが述べられているだけである。
その上、ユニットの効率は特許明細書に記述されていな
い。しかしながらその効率は低いことが想定れる。何故
なら1930年代の終わりに従来のガスタービンが発明され
た時、又中間クーラ及び復熱器が使用された時でも、そ
の効率は30％以下であったためである。
しかしさらに近来のガスタービンユニットの効率は、
（仮りに中間クーラ、復熱器を使用することにより得ら
れる効率増加を無視しても）30〜35％のオーダになるこ
とが知られている。この効率がそれ程高くならない理由
としては、ユニットからの排気ガスが比較的高温（500
℃のオーダ）において、煙突或いは同等のものを介して
外界に逃げることが許容されることにある。
この排気ガスは他に、コンプレッサによって供給され
る多量の空気も含んでおり、それらは燃焼に役立ってい
ない。
タービンと、該タービンにより駆動されるコンプレッ
サとを有するガスタービンユニットの有効出力を増加さ
せるため、以前に燃焼室に供給される燃料の燃焼のため
コンプレッサからの空気全部を利用し、かつ燃焼室内チ
ューブに蒸気を生成することで燃焼室からのガスを約45
0℃の温度まで冷却することが提案されている。その蒸
気は蒸気タービンを駆動する。所謂、ベロックス（Velo
x）システムと呼ばれるこの従来システムに於いては、
全有効出力は蒸気−駆動タービンから取り出されるが、
一方ガスはかなり低い温度で燃焼室からガスタービンへ
と供給され、コンプレッサの作動に必要とされる出力以
上の出力を生みださない。このことにより約38％まで効
率増加があるが、かなり大きな燃焼室を必要とし、設備
資金が増大する。
本発明の目的は高い効率を得ると共に圧縮空気全てを
燃焼に利用する一方、ベロックスシステムのように蒸気
タービンと共にガスタービンを有するタービン装置とな
るコンパクトに組み合わされた装置の利用を実現するこ
とにあり、本目的のため上記引用したような種類の方法
が、以下の特徴を有して提案される。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によるガスタービンユニット作動方法は、燃焼
室と、高圧タービンと、前記高圧タービンにより駆動さ
れる高圧コンプレッサと、低圧タービンと、前記低圧タ
ービンにより駆動される低圧コンプレッサ、とを具備
し、汚染排出物を最小限にし、予め定められた限度内に
正確に回転速度を制御し、最大効率で送電網に出力を発
生するためのガスタービンユニットの作動方法であっ
て、前記低圧及び高圧タービンが調節可能な流量制御ベ
ーンを介して流体連通状態にあり、前記高圧及び低圧コ
ンプレッサが直列に接続されているガスタービンユニッ
ト作動方法において、前記コンプレッサから前記燃焼室
へ与圧空気を供給する段階と、前記低圧タービンの上流
側におけるガス状態を制御することによってガスタービ
ンユニットの有効出力を調節する段階と、前記燃焼室内
の燃焼に、前記コンプレッサから前記燃焼室へ供給され
た実質的に全ての空気を利用する段階と、前記燃焼室で
発生するガスを、別の装置において前記ガスにより加熱
された水から蒸気を発生させることによって、汚染排出
物の生成を制限するために高圧タービンの最大作動温度
に対応する温度に冷却する段階と、発生するガスの前記
冷却により蒸気タービンで前記蒸気の出力を利用する段
階と、前記高圧タービンから前記ガスタービンユニット
の有効出力を回収する段階と、前記ガスタービンユニッ
トから回収された有効出力に応じて前記燃焼室で発生す
るガスへ供給する熱を制御することによって前記高圧タ
ービンへ供給するガス温度を維持する段階と、前記低圧
タービンのロータを失速させて前記高圧タービンの回転
速度を制限するために、前記流量制御ベーンの調節によ
って前記高圧及び低圧タービンの間のガス流量を制御す
る段階、とを具備することを特徴とする。
〔効果」 従って有効出力は、スイス国特許明細書による装置の
場合のように中圧タービンからでなく、実質上一定の回
転速度である高圧タービンと蒸気タービンとから部分的
に取り出される。高圧タービン及びそれに連結された高
圧コンプレッサは実質上一定の回転速度で駆動されると
いう事実により低圧コンプレッサにおけるポンピング危
険が減じられる。
本発明の方法により約41％までの全効率の増加が得ら
れ、さらにこの効率を、高圧タービンに供給されるガス
の温度が実質上一定に保持されるという事実によって大
部分の負荷域に渡り、実質上一定に保持することが可能
となる。
〔実施例〕
第１図に関し、図示されたタービン装置は、高圧コン
プレッサ11に連結された高圧タービン10を有するタービ
ンユニットと、該タービンユニットからの有効出力を伝
達する発電機12と、低圧コンプレッサ14に連結された低
圧タービン13とを有する。高圧タービン10と低圧タービ
ン13とは調整可能な連結がなされ、この場合連結は調整
可能（回転可能）なベーン15を有するベーンリングとし
て構成され、第２図に於いて各ベーン15はアーム16によ
りリング17に連結され、リング17をタービンユニットの
出力制御部材を構成する制御部材18により回転すること
ができる。
回転可能なベーン15によって高圧タービン10内での膨
張と、低圧タービン13内での膨張との関係が制御され
る。この制御は低流動損失を以って実行され、従って例
えば分路、或いはチョーク弁制御なる他のタイプの制御
より効率を改善することができる。
燃焼室19（炉）はそのガス出口で、タービン10にガス
を供給するための高圧タービン10と、該タービン10と連
続して接続される低圧タービン13とに接続される。低圧
タービン13は矢印20で示すように煙突に接続される。燃
焼室19の空気入口は燃焼空気の供給のため高圧コンプレ
ッサ11に接続される。高圧コンプレッサ11は、矢印21で
示すように外界から空気を取り込む低圧コンプレッサ14
と直列に接続される。
燃焼室19には螺線22で示されるチューブ及び／又はチ
ューブジャケットが設けられ、それは蒸気回路内に含ま
れ、回路は有効出力伝達のための発電機24に接続される
蒸気タービン23と、コンデンサ25を有する。
かくの如く記述した基本システムにおいては選択的に
その中に設けてもよい装置が設けられる。即ち、低圧コ
ンプレッサ14と高圧コンプレッサ11との接続間には外部
中間クーラ26が設けられ、コンプレッサ回路内の空気
と、コンデンサ25からの縮合物（給水）との間の熱交換
のため内部中間クーラ27が設けられる。高圧コンプレッ
サ11への空気の温度はこの中間冷却によって減じられ、
同時に炉への給水は内部中間クーラ27内で与備加熱され
る。
又給水と、煙突20への排気ガスとの間の熱交換器とし
て燃焼室への給水を与備加熱するためのエコノマイザ28
が設けられる。低圧タービン13の排気ガス導管と、高圧
コンプレッサ11からの燃焼室19の空気入口導管との間に
は、排気ガスとの熱交換により圧縮空気を加熱する復熱
器29が設けられ、それは高圧コンプレッサ11からの空気
の温度がかなり低く、タービンユニットが部分負荷で駆
動される時、有効となる。
蒸気タービン23と燃焼室19との間には蒸気プロセスの
効率を増加するため再加熱回路30が設けられる。
特別な改善として、蒸気は、燃焼室19中の圧力と同じ
圧力で蒸気タービン23より出て31で示されるように燃焼
室19中に注入され、燃焼室から排出されるガス中のNOx
含有物を低減せしめる。水は32で示すように外部源から
コンデンサ25に供給され、吐出される蒸気を補給する。
上述したタービン装置は基本的に以下のように作動す
る。燃焼室19で発生した燃焼ガスは蒸気回路によって、
例えば950℃なる高圧タービン10の最大作動温度まで冷
却され、高圧タービン10に供給され、高圧タービン10の
入口側に於いて所定のガス状態（圧力及び温度）を以っ
て実質上一定の回転速度でそれを作動せしめる。高圧タ
ービン10からの排気ガスは、存在する負荷に対し排気ガ
ス流動を調和させるように調整される回転可能ベーンを
介して低圧タービン13に供給される。２つのコンデンサ
14,11は燃焼室19に圧縮された燃焼空気を送り出す。有
効出力は高圧タービン10によって直接駆動される発電機
12から部分的に取り出され又、部分的には発生したガス
の温度を下げるべくガスから回収された熱を取り扱う蒸
気回路により駆動される発電機24により取り出される。
高圧タービン10上流のガス状態を制御し、実質上一定
なる回転速度の高圧タービン10から直接、有効出力を再
生することにより、正確には即ち、約41％より高いター
ビン装置全効率が得られ、この数値は中間クーラ、復熱
器、エコノマイザ等を選択して配置することによりさら
に改善される。
例えば仮りに発電機12が正味出力の調和を乱すような
負荷降下の際には、高圧タービン10の回転速度は、ター
ビン軸の高過剰速度を避けるために制御されなければな
らない。
これはベーン15を調整することにより達成され、これ
は低圧タービン13のロータを失速させるために必要なこ
とであって、低圧タービン13の上流の圧力を増加させ、
高圧タービン10における圧力及び熱降下を減少させ、そ
こからの出力を減少する。同時に低圧タービン13におけ
る圧力及び熱降下は増加するが、ロータの失速の結果、
低圧タービン13の効率が減少するために、低圧タービン
13からの出力供与は実質上変化しない。このようにして
不当な過剰速度は回避され、発電器は数秒経過後、再度
正味出力と共に同期性をもつことができ、それはベーン
により所望の値まで高圧タービン10の回転速度を調整す
ることにより達成される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の方法を実行するタービン装置の図； 第２図はタービンユニットのタービン部分の部分的軸方
向断面図、 10……高圧タービン、11……高圧コンプレッサ、13……
低圧タービン、14……低圧コンプレッサ、15……ベー
ン、19……燃焼室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スバンテ ステンフォルス スウェーデン国，エス−612 00 フィ ンスポング，オルスタッド リシンゲ （番地なし) (56)参考文献 特開 昭57−159934（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−13014（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃焼室と、高圧タービンと、前記高圧ター
    ビンにより駆動される高圧コンプレッサと、低圧タービ
    ンと、前記低圧タービンにより駆動される低圧コンプレ
    ッサ、とを具備し、汚染排出物を最小限にし、予め定め
    られた限度内に正確に回転速度を制御し、最大効率で送
    電網に出力を発生するためのガスタービンユニットの作
    動方法であって、前記低圧及び高圧タービンが調節可能
    な流量制御ベーンを介して流体連通状態にあり、前記高
    圧及び低圧コンプレッサが直列に接続されているガスタ
    ービンユニットの作動方法において、 ａ）前記コンプレッサから前記燃焼室へ与圧空気を供給
    する段階と、 ｂ）前記低圧タービンの上流側におけるガス状態を制御
    することによってガスタービンユニットの有効出力を調
    節する段階と、 ｃ）前記燃焼室内の燃焼に、前記コンプレッサから前記
    燃焼室へ供給された実質的に全ての空気を利用する段階
    と、 ｄ）前記燃焼室で発生するガスを、別の装置において前
    記ガスにより加熱される水から蒸気を発生させることに
    よって、汚染排出物の生成を制限するために高圧タービ
    ンの最大作動温度に対応する温度に冷却する段階と、 ｅ）発生するガスの前記冷却により蒸気タービンで前記
    蒸気の出力を利用する段階と、 ｆ）前記高圧タービンから前記ガスタービンユニットの
    有効出力を回収する段階と、 ｇ）前記ガスタービンユニットから回収された有効出力
    に応じて前記燃焼室で発生するガスへ供給する熱を制御
    することによって前記高圧タービンへ供給するガス温度
    を維持する段階と、 ｈ）前記低圧タービンのロータを失速させて前記高圧タ
    ービンの回転速度を制限するために、前記流量制御ベー
    ンの調節によって前記高圧及び低圧タービンの間のガス
    流量を制御する段階、とを具備するガスタービンユニッ
    ト作動方法。
JP62104840A 1986-04-29 1987-04-30 ガスタ−ビンユニツト作動方法 Expired - Lifetime JP2540539B2 (ja)

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