JP2544453B2 - Turbin plant - Google Patents
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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、二流体タービンプラント、水素燃焼タービ
ンプラント、再生式ガスタービンプラント、圧縮酸素貯
蔵タービンプラント等のタービンプラントに関し、より
詳細にはそのタービン高温部を冷却する技術に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a turbine plant such as a two-fluid turbine plant, a hydrogen combustion turbine plant, a regenerative gas turbine plant, and a compressed oxygen storage turbine plant, and more particularly, to a turbine high temperature thereof. A technique for cooling a part.
従来の技術 従来のタービンプラントとして、例えば第２図及び第
３図に示すようなものがある。2. Description of the Related Art Conventional turbine plants include those shown in FIGS. 2 and 3, for example.
第２図に示すものはガスタービン−蒸気タービン複合
方式と呼ばれるもので、１がガスタービン（二流体ター
ビン）、２が蒸気タービンである。The one shown in FIG. 2 is called a gas turbine-steam turbine composite system, and 1 is a gas turbine (two-fluid turbine) and 2 is a steam turbine.
ガスタービン１は、空気圧縮機３にて圧縮された空気
と燃料供給管４及び燃料制御弁５を通して送られてきた
燃料とを燃焼器６で燃焼させて得た燃焼ガスにより駆動
される。そして、蒸気タービン２は、このガスタービン
１から排気ダクト７を通して送られてくる排ガスの熱を
回収して蒸気を発生する貫流形の排熱回収蒸気発生器
（ボイラ）８からの蒸気により駆動される。The gas turbine 1 is driven by the combustion gas obtained by burning the air compressed by the air compressor 3 and the fuel sent through the fuel supply pipe 4 and the fuel control valve 5 in the combustor 6. The steam turbine 2 is driven by steam from a once-through type exhaust heat recovery steam generator (boiler) 8 that recovers heat of exhaust gas sent from the gas turbine 1 through the exhaust duct 7 to generate steam. It
なお、第２図において、９は吸込空気制御ダンパ、1
0,11は発電機、12は復水器、13は給水管、14は給水ポン
プ、15は排ガスダクト、16は煙突である。In FIG. 2, 9 is a suction air control damper, 1
0 and 11 are generators, 12 is a condenser, 13 is a water supply pipe, 14 is a water supply pump, 15 is an exhaust gas duct, and 16 is a chimney.
これに対し、第３図に示すものは、蒸気投入ガスター
ビン方式と呼ばれるもので、排熱回収蒸気発生器８にて
発生した蒸気が主蒸気管21、蒸気制御弁22及び投入蒸気
管23を通して燃焼器６へ投入されるようになっている。
そして、この発生蒸気の一部又は全部が、必要に応じて
補助蒸気管24及び蒸気制御弁25を通して系外へ補助蒸気
として供給できるようにもされている。On the other hand, the one shown in FIG. 3 is called a steam input gas turbine system, in which steam generated in the exhaust heat recovery steam generator 8 passes through the main steam pipe 21, the steam control valve 22 and the input steam pipe 23. It is designed to be put into the combustor 6.
A part or all of the generated steam can be supplied to the outside of the system as auxiliary steam through the auxiliary steam pipe 24 and the steam control valve 25, if necessary.
なお、第３図において、26は給水タンクであり、また
第２図に示したものと同一の部分には同一の符号を付し
てある。In FIG. 3, reference numeral 26 is a water supply tank, and the same parts as those shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals.
しかして、第２図及び第３図に示した従来のタービン
プラントにおいて、ガスタービン１の冷却及びシールは
空気圧縮機３にて圧縮した空気の一部を利用して行わ
れ、空気圧縮機３の中間段より抽気したタービン冷却及
びシール用の圧縮空気が管17を通して燃焼器６をバイパ
スしてガスタービン１へ導入され、タービン作動流体に
混入されるようになっている。Therefore, in the conventional turbine plant shown in FIGS. 2 and 3, the gas turbine 1 is cooled and sealed by using a part of the air compressed by the air compressor 3, and the air compressor 3 Compressed air for cooling and sealing the turbine extracted from the intermediate stage is introduced into the gas turbine 1 by bypassing the combustor 6 through the pipe 17 and mixed into the turbine working fluid.
また、このようなタービン空気冷却方式の他に、従来
技術として、タービン翼を蒸気で冷却する方式もあり、
その冷却用の蒸気はタービン翼を冷却後タービン作動流
体に混入されるか、又は冷却凝縮されて回収されるよう
になっている。In addition to such a turbine air cooling system, there is a system in which turbine blades are cooled by steam as a conventional technique.
The cooling steam is mixed with the turbine working fluid after cooling the turbine blade, or is cooled and condensed to be recovered.
発明が解決しようとする課題 以上述べた従来技術は、しかし、次のような問題点が
あった。Problems to be Solved by the Invention However, the conventional techniques described above have the following problems.
まず、第２図及び第３図に示したタービン空気冷却方
式においては、空気は熱輸送能力、それ故冷却能力が小
さい（比熱が小さい、熱伝達性能が劣る）ので、メタル
温度の低下が難しく、したがってタービン入口温度を低
く抑えなければならず、よってタービンプラント効率が
低くなる。First, in the turbine air cooling system shown in FIG. 2 and FIG. 3, air has a small heat transport capacity and hence a cooling capacity (small specific heat, poor heat transfer performance), so that it is difficult to lower the metal temperature. Therefore, the turbine inlet temperature must be kept low, thus reducing turbine plant efficiency.
第４図に理解しやすいように、タービン圧力比を調整
して同一排気温度条件で比較したタービン入口温度とエ
ントロピとの関係の一例を示すが、タービン入口温度の
高い方が同一熱損失に対し仕事量が大きいことがわかる
であろう。For easier understanding, Fig. 4 shows an example of the relationship between turbine inlet temperature and entropy when the turbine pressure ratio is adjusted and compared under the same exhaust temperature conditions. You can see that the workload is large.
タービン空気冷却方式は、また、その冷却空気量が一
般に空気圧縮機出口空気量のおおよそ30％にも及ぶた
め、空気圧縮機の動力が大きくなり、したがってタービ
ンプラント出力が低くなり。Turbine air cooling systems also have large amounts of cooling air, which typically amount to approximately 30% of the air compressor outlet air volume, resulting in higher air compressor power and thus lower turbine plant output.
一方、従来のタービン蒸気冷却方式は、タービンを蒸
気で冷却するので、タービン入口温度を上昇することが
できるとともに、空気圧縮機の動力を低減することがで
き、したがってタービンプラント効率を向上することが
できる。On the other hand, the conventional turbine steam cooling system cools the turbine with steam, so that the turbine inlet temperature can be increased and the power of the air compressor can be reduced, thus improving the turbine plant efficiency. it can.
しかし、この冷却用の蒸気をタービン冷却後作動流体
に混入したり、又は凝縮回収する場合、タービン排気損
失が増大したり、又は凝縮熱損失となり、したがってタ
ービン入口温度の上昇及び空気圧縮機の動力低減による
タービンプラント効率の向上のメリットが相殺されるこ
とになる。However, when this cooling steam is mixed in the working fluid after cooling the turbine or is condensed and recovered, turbine exhaust loss increases or condensation heat loss occurs. Therefore, the turbine inlet temperature rises and the power of the air compressor increases. The benefits of improved turbine plant efficiency due to reductions will be offset.
課題を解決するための手段 本発明によるタービンプラントは、このような従来技
術の課題を解決するために、空気圧縮機と、この空気圧
縮機にて圧縮された空気と燃料とが導入されて燃焼する
燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスで駆動するタービ
ンと、このタービンからの排ガスの熱を利用する排熱回
収蒸気発生器と、この排熱回収蒸気発生器にて発生した
蒸気を前記燃焼器と前記タービンの蒸気冷却部とへ送給
する第１の蒸気流路と、前記タービンの蒸気冷却部下流
と前記第１の蒸気流路における燃焼器への蒸気送給流路
とを接続する第２の蒸気流路と、タービン冷却蒸気量を
冷却前後の温度差が所定温度となるように制御する手段
とを具備してなる。Means for Solving the Problems In order to solve the problems of the prior art, the turbine plant according to the present invention introduces an air compressor, and air and fuel compressed by the air compressor are introduced and burned. The combustor, the turbine driven by the combustion gas from the combustor, the exhaust heat recovery steam generator that uses the heat of the exhaust gas from the turbine, and the steam generated by the exhaust heat recovery steam generator A first steam flow path that feeds a combustor and a steam cooling section of the turbine is connected to a steam cooling section downstream of the turbine and a steam feed path to a combustor in the first steam flow path. And a means for controlling the amount of turbine cooling steam so that the temperature difference between before and after cooling becomes a predetermined temperature.
作用 このようなタービンプラントにおいては、したがっ
て、排熱回収蒸気発生器にて発生した蒸気の一部が、タ
ービンの蒸気冷却部へ送給されてタービンを冷却し、そ
の後排熱回収蒸気発生器にて発生した残りの蒸気と一緒
に燃焼器へ投入され、これによりタービンプラント効率
を上昇することができる。Action In such a turbine plant, therefore, part of the steam generated in the exhaust heat recovery steam generator is sent to the steam cooling unit of the turbine to cool the turbine, and then to the exhaust heat recovery steam generator. The resulting steam is injected into the combustor together with the remaining steam, which can increase turbine plant efficiency.
また、タービン冷却蒸気量を冷却前後の温度差が所定温
度となるように制御することにより、最適量のタービン
冷却蒸気量を確保することができる。Further, by controlling the amount of turbine cooling steam so that the temperature difference before and after cooling becomes a predetermined temperature, it is possible to secure an optimum amount of turbine cooling steam.
実施例 以下第１図を参照して本発明の一実施例について詳述
する。なお、第１図において、第２図及び第３図に示し
たものと同一の部分には同一の符号を付して、その詳細
な説明は省略する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIG. In FIG. 1, the same parts as those shown in FIGS. 2 and 3 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
しかして、本実施例によれば、排熱回収蒸気発生器８
にて発生した蒸気を燃焼器６側へ送給する主蒸気管21に
おける燃焼器投入蒸気制御弁22上流側部分からタービン
冷却蒸気供給管31が分岐されて、ガスタービン１の高温
部タービン翼等の蒸気冷却部32へ接続され、この蒸気供
給管31の途中にはタービン冷却蒸気制御弁33が設けられ
ている。Thus, according to the present embodiment, the exhaust heat recovery steam generator 8
The turbine cooling steam supply pipe 31 is branched from the upstream side portion of the combustor injection steam control valve 22 in the main steam pipe 21 that supplies the steam generated in step 1 to the combustor 6 side. Is connected to the steam cooling unit 32, and a turbine cooling steam control valve 33 is provided in the middle of the steam supply pipe 31.
また、ガスタービン１の蒸気冷却部32下流と燃焼器投
入蒸気管23とを接続するタービン冷却蒸気戻り管34が設
けられている。そして、タービン冷却蒸気供給管31を流
れる蒸気とタービン冷却蒸気戻り管34を流れる蒸気との
温度差を検出して、燃焼器投入蒸気制御弁22を制御し、
これによりかかる温度差が所定の値となるようにする温
度差制御器35が設けられている。Further, a turbine cooling steam return pipe 34 that connects the downstream of the steam cooling unit 32 of the gas turbine 1 and the combustor input steam pipe 23 is provided. Then, the temperature difference between the steam flowing through the turbine cooling steam supply pipe 31 and the steam flowing through the turbine cooling steam return pipe 34 is detected, and the combustor charging steam control valve 22 is controlled.
A temperature difference controller 35 is provided so that this temperature difference becomes a predetermined value.
更に、前述したタービン冷却蒸気供給管31におけるタ
ービン冷却蒸気制御弁33下流側部分には、タービン冷却
・シール空気管17から分岐されたタービン冷却空気管36
が接続され、その途中にはタービン冷却空気制御弁37が
設けられている。Further, a turbine cooling air pipe 36 branched from the turbine cooling / sealing air pipe 17 is provided at a downstream side portion of the turbine cooling steam control valve 33 in the turbine cooling steam supply pipe 31 described above.
Are connected, and a turbine cooling air control valve 37 is provided on the way.
一方、排熱回収蒸気発生器８と主蒸気管21との間には
気水分離器41が設けられ、その分離水管42は燃焼器６へ
接続され、その途中には燃焼器投入分離水制御弁43が設
けられている。また、この燃焼器投入分離水管42から分
岐された分離水管44が給水タンク26へ接続され、その途
中には給水タンク回収分離水制御弁45が設けられてい
る。On the other hand, a steam / water separator 41 is provided between the exhaust heat recovery steam generator 8 and the main steam pipe 21, and the separation water pipe 42 is connected to the combustor 6, and a combustor-input separated water control is provided in the middle thereof. A valve 43 is provided. A separation water pipe 44 branched from the combustor-introduced separation water pipe 42 is connected to the water supply tank 26, and a water supply tank recovery separation water control valve 45 is provided in the middle thereof.
そして、給水タンク26には給水管46が接続され、その
途中には水位制御器47により制御される水位制御弁48が
設けられている。また、給水タンク26と排熱回収蒸気発
生器８の伝熱管49とを接続する給水管13の途中には、蒸
気温度制御器51により制御される給水制御弁52が設けら
れている。A water supply pipe 46 is connected to the water supply tank 26, and a water level control valve 48 controlled by a water level controller 47 is provided in the middle thereof. A water supply control valve 52 controlled by a steam temperature controller 51 is provided in the middle of the water supply pipe 13 that connects the water supply tank 26 and the heat transfer pipe 49 of the exhaust heat recovery steam generator 8.
次に、作用について説明する。 Next, the operation will be described.
吸込空気制御ダンパ９により制御されて空気圧縮機３
に導入された燃焼用空気はこの空気圧縮機３にて圧縮さ
れ、その大部分は燃焼器６に供給されるが、その一部分
は中間段から抽気され、タービン冷却・シール空気管17
とタービン冷却空気管36、タービン冷却空気制御弁37及
びタービン冷却蒸気供給管31の一部とを通してガスター
ビン１へ供給される。The air compressor 3 is controlled by the intake air control damper 9.
The combustion air introduced into the compressor is compressed by the air compressor 3 and most of it is supplied to the combustor 6, but a part of it is extracted from the intermediate stage and the turbine cooling / sealing air pipe 17
And a portion of the turbine cooling air pipe 36, the turbine cooling air control valve 37, and the turbine cooling steam supply pipe 31 to supply the gas to the gas turbine 1.
この後者の流路を通してのタービン冷却空気のガスタ
ービン１への供給は起動時及び低負荷時において、排熱
回収蒸気発生器８にて蒸気を発生させタービン冷却蒸気
供給管31を通してガスタービン１の蒸気冷却部32へ供給
するタービン冷却蒸気量が必要量確保されるまで行われ
る。そして、この必要量のタービン冷却蒸気が確保され
ると、タービン冷却空気制御弁37が閉じられ、タービン
冷却蒸気供給管31を通しての蒸気冷却方式に切替えられ
る。そして、その後は、タービン冷却・シール空気管17
を通してはタービンの高温部以外の部分（低温部）の冷
却及びタービンシールのための空気のみがガスタービン
１へ供給される。Supply of turbine cooling air to the gas turbine 1 through the latter flow path causes steam to be generated in the exhaust heat recovery steam generator 8 at the time of start-up and low load, and the turbine cooling steam supply pipe 31 is used to supply steam to the gas turbine 1. This is performed until the required amount of turbine cooling steam to be supplied to the steam cooling unit 32 is secured. Then, when the required amount of turbine cooling steam is secured, the turbine cooling air control valve 37 is closed and the mode is switched to the steam cooling system through the turbine cooling steam supply pipe 31. Then, after that, the turbine cooling / sealing air pipe 17
Only the air for cooling the portion other than the high temperature portion (low temperature portion) of the turbine and for sealing the turbine is supplied to the gas turbine 1.
一方、燃料は、燃料供給管４及び燃料制御弁５を通し
て燃焼器６に供給され、前述した圧縮空気とともに燃焼
する。この燃焼器６には、排熱回収蒸気発生器８にて発
生した蒸気の大部分が気水分離器41、主蒸気管21、燃焼
器投入蒸気制御弁22及び燃焼器投入蒸気管23を通して供
給される。On the other hand, fuel is supplied to the combustor 6 through the fuel supply pipe 4 and the fuel control valve 5, and burns together with the compressed air described above. Most of the steam generated in the exhaust heat recovery steam generator 8 is supplied to the combustor 6 through the steam separator 41, the main steam pipe 21, the combustor input steam control valve 22 and the combustor input steam pipe 23. To be done.
定常運転時は、後述するように、排熱回収蒸気発生器
８は最高温度で最大蒸気量が得られるように運転されて
おり、その発生蒸気中の一部がタービン冷却用に使用さ
れるが、起動時及び低負荷時にはこれを含めて全量が燃
焼器６に投入される。そしてガスタービン１は、この運
転状態で、タービン入口温度を定格温度で運転した時定
格出力となるように設計される。During steady operation, as will be described later, the exhaust heat recovery steam generator 8 is operated so as to obtain the maximum steam amount at the maximum temperature, and a part of the generated steam is used for cooling the turbine. At startup and at low load, the entire amount including this is put into the combustor 6. In this operating state, the gas turbine 1 is designed to have a rated output when the turbine inlet temperature is operated at the rated temperature.
ガスタービン（二流体タービン）１に流入した燃焼ガ
スと蒸気との混合二流体ガスは、このガスタービン１で
略大気圧まで膨張し、仕事をした後、排気ダクト７を通
して排熱回収蒸気発生器８に導入される。The mixed two-fluid gas of combustion gas and steam that has flowed into the gas turbine (two-fluid turbine) 1 expands to approximately atmospheric pressure in the gas turbine 1 and, after doing work, passes through the exhaust duct 7 to generate an exhaust heat recovery steam generator. Introduced in 8.
この排熱回収蒸気発生器８の伝熱管49の面積（伝熱面
積）は、定格負荷時最高温度TSO、すなわちTSO＝TTE−
α（TTE：ガスタービン排気温度、α：最少終端温度
差）の蒸気を最大量発生するように設計されている。The area of the heat transfer tube 49 (heat transfer area) of the exhaust heat recovery steam generator 8 is the maximum temperature T SO at the rated load, that is, T SO = T TE −
It is designed to generate the maximum amount of steam of α (T TE : gas turbine exhaust temperature, α: minimum terminal temperature difference).
排熱回収蒸気発生器８で熱回収された二流体ガスは、
それから、排ガスダクト15を経て煙突16から大気中へ放
出される。The two-fluid gas whose heat is recovered by the exhaust heat recovery steam generator 8 is
Then, it is discharged from the chimney 16 into the atmosphere through the exhaust gas duct 15.
この場合、図示していないが、排ガスダクト15の途中
に排ガス凝縮器を設けて、燃焼器投入蒸気を凝縮回収
し、この回収水を水処理して排熱回収蒸気発生器８の給
水として使用することもできる。In this case, although not shown, an exhaust gas condenser is provided in the exhaust gas duct 15 to condense and recover the combustor input steam, and the recovered water is treated as water to be used as the feed water for the exhaust heat recovery steam generator 8. You can also do it.
一方、給水タンク26には系外から給水管46を通して水
が供給され、そのタンク内水位は水位制御器47及び水位
制御弁48の手段により一定に保たれるように制御され
る。On the other hand, water is supplied to the water supply tank 26 from outside the system through a water supply pipe 46, and the water level in the tank is controlled by means of a water level controller 47 and a water level control valve 48 so as to be kept constant.
この給水タンク26内の給水は、給水ポンプ14により給
水管13を通して排熱回収蒸気発生器８の伝熱管49に供給
される。その給水量は、蒸気温度制御器51及び給水制御
弁52の手段により、蒸気発生器出口蒸気の温度が前述し
た最高温度となるように制御される。The water supply in the water supply tank 26 is supplied by the water supply pump 14 through the water supply pipe 13 to the heat transfer pipe 49 of the exhaust heat recovery steam generator 8. The amount of water supplied is controlled by means of the steam temperature controller 51 and the water supply control valve 52 so that the temperature of the steam at the outlet of the steam generator becomes the above-mentioned maximum temperature.
低負荷時等においては、給水量は最低給水量に維持さ
れて、蒸気発生器出口蒸気が二相流となる場合がある
が、この二相流は気水分離器41にて蒸気と水とに分離さ
れ、蒸気は主蒸気管21に供給される。When the load is low, the amount of water supply is maintained at the minimum amount of water supply, and the steam at the outlet of the steam generator may become a two-phase flow. The steam is supplied to the main steam pipe 21.
これに対し、分離水は、ガスタービン出力の増加を要
する場合には、制御弁43にて流量を制御されながら、分
離水管42を通して燃焼器６に投入される。しかし、通常
運転時には、分離水は管44を通して給水タンク26へ回収
される。On the other hand, when the output of the gas turbine needs to be increased, the separated water is introduced into the combustor 6 through the separated water pipe 42 while the flow rate is controlled by the control valve 43. However, during normal operation, the separated water is collected in the water supply tank 26 through the pipe 44.
他方、前述した主蒸気管21を通して供給される蒸気の
一部は蒸気管23を通して燃焼器６に投入され、また残り
の蒸気はタービン冷却蒸気供給管31を通してガスタービ
ン１の蒸気冷却部32へ供給され、冷却後タービン冷却蒸
気戻り管34を経て燃焼器投入蒸気管23へ導入される。On the other hand, a part of the steam supplied through the main steam pipe 21 is introduced into the combustor 6 through the steam pipe 23, and the remaining steam is supplied through the turbine cooling steam supply pipe 31 to the steam cooling unit 32 of the gas turbine 1. After being cooled, it is introduced into the combustor input steam pipe 23 through the turbine cooling steam return pipe 34.
この場合、ガスタービン１の蒸気冷却部32へ供給され
る蒸気量が必要量確保されるように、タービン冷却蒸気
戻り管34を流れる蒸気の温度とタービン冷却蒸気供給管
31を流れる蒸気の温度との差が所定の温度差となるよう
に、温度差制御器35により燃焼器投入蒸気制御弁22が制
御される。そして、この制御弁22と連動して、制御弁33
がタービン冷却蒸気量を制御する。In this case, the temperature of the steam flowing through the turbine cooling steam return pipe 34 and the turbine cooling steam supply pipe are secured so that the required amount of steam is supplied to the steam cooling unit 32 of the gas turbine 1.
The combustor injection steam control valve 22 is controlled by the temperature difference controller 35 so that the difference with the temperature of the steam flowing through 31 becomes a predetermined temperature difference. Then, in conjunction with the control valve 22, the control valve 33
Controls the amount of turbine cooling steam.
蒸気管23を通しての燃焼器６への蒸気投入は空気流路
部、燃料ノズル周囲及び内筒を通して３段階で行われ、
これにより内筒の冷却、NOXの低減及び安定燃焼が確保
される。そして、燃焼器６に投入された蒸気は燃焼ガス
と一様に混合して、燃焼ガスと水蒸気との混合二流体と
なって、ガスタービン１に導入される。The injection of steam into the combustor 6 through the steam pipe 23 is performed in three stages through the air flow path portion, the periphery of the fuel nozzle and the inner cylinder,
This ensures cooling of the inner cylinder, reduction of NO X , and stable combustion. Then, the steam introduced into the combustor 6 is uniformly mixed with the combustion gas to become a mixed two-fluid of the combustion gas and the steam, and is introduced into the gas turbine 1.
なお、変形例として、タービン冷却蒸気戻り管34を、
燃焼器投入蒸気管23の途中部分に接続しないで、燃焼器
６に直接接続することもできる。As a modified example, the turbine cooling steam return pipe 34,
It is also possible to directly connect to the combustor 6 without connecting to the middle part of the combustor input steam pipe 23.
発明の効果 以上述べた如く、本発明によれば、排熱回収蒸気発生
器にて発生した蒸気の一部を利用して、ガスタービンの
高温部例えば１段翼を冷却するようにしているが、蒸気
は空気よりも熱容量が大きくて伝熱性能が優れ、それ故
冷却能力に優れているので、メタル温度を効果的に低減
することができ、よってタービン入口温度を上昇させ
て、タービン排気温度が適度になるような圧力比の設計
とすることにより、タービンプラント効率を大巾に向上
させることができる。Effect of the Invention As described above, according to the present invention, a part of the steam generated in the exhaust heat recovery steam generator is used to cool the high temperature part of the gas turbine, for example, the first-stage blade. Since steam has a larger heat capacity and better heat transfer performance than air, and therefore has a good cooling capacity, it is possible to effectively reduce the metal temperature, thus increasing the turbine inlet temperature and increasing the turbine exhaust temperature. The turbine plant efficiency can be greatly improved by designing the pressure ratio such that
そして、本発明によれば、このガスタービンの高温部
を冷却した後の蒸気を燃焼器に投入して、高温のタービ
ン作動流体とし、排熱回収蒸気発生器から燃焼器に直接
投入した蒸気と同じ仕事をさせるので、タービンプラン
ト効率を一層上昇させることができる。Then, according to the present invention, the steam after cooling the high temperature part of the gas turbine is introduced into the combustor to obtain a high-temperature turbine working fluid, and the steam introduced directly from the exhaust heat recovery steam generator into the combustor is used. By doing the same job, turbine plant efficiency can be further increased.
すなわち、排熱回収蒸気発生器における発生蒸気量を
WST、この蒸気発生器から燃焼器に直接投入される蒸気
量をWSC、タービン冷却蒸気量をWSBとすると、WST＝WSC
＋WSBとなる。That is, the amount of steam generated in the exhaust heat recovery steam generator is
W ST, the steam generator W the amount of steam injected directly into the combustor from the SC, if the turbine cooling steam amount is W SB, W ST = W SC
+ WSB .
また、燃焼器出口水蒸気のエンタルピをist、蒸気発
生器出口蒸気のエンタルピを、iSB、タービン排気中の
水蒸気のエンタルピをiSEとすると、タービン冷却蒸気
を燃焼器に投入しない場合の蒸気の仕事効率は、次の
（１）式で表わされる。If the enthalpy of the steam at the combustor outlet is ist, the enthalpy of the steam at the steam generator outlet is iSB, and the enthalpy of the steam in the turbine exhaust is iSE, the work efficiency of the steam when the turbine cooling steam is not input to the combustor is , Expressed by the following equation (1).
一方、タービン冷却蒸気もタービン冷却後燃焼器に投
入する場合、タービン冷却蒸気はタービン冷却後タービ
ン入口温度まで加熱されてタービン作動流体となるの
で、燃焼器投入蒸気の仕事効率は、タービン冷却後の戻
り蒸気のエンタルピをｉ′SBとすると、次の（２）式で
表わされる。 On the other hand, when the turbine cooling steam is also injected into the combustor after cooling the turbine, the turbine cooling steam is heated to the turbine inlet temperature after cooling the turbine and becomes the turbine working fluid. When the enthalpy of the return steam is i′SB, it is expressed by the following equation (2).
そして、（１）式と（２）式とを比較すると、ist−
ｉ′SB＞０であることから、（１）式＜（２）式とな
る。すなわち、タービン冷却蒸気をタービン冷却後燃焼
器に投入することにより、タービンプラント効率を改善
することができる。 Then, comparing equation (1) with equation (2), ist-
Since i′SB> 0, the formula (1) <the formula (2) is satisfied. That is, the turbine plant efficiency can be improved by supplying the turbine cooling steam to the combustor after cooling the turbine.
しかも、このように排熱回収蒸気発生器にて発生した蒸
気を燃焼器に直接投入するに加えて、タービン冷却蒸気
をタービン冷却後燃焼器に投入して、燃焼器投入蒸気量
を増大することにより、空気量を減少して、空気圧縮機
の動力を減少し、したがってタービンプラント出力を増
加することができるとともに、NOXの発生量を低減する
ことができる。Moreover, in addition to directly inputting the steam generated by the exhaust heat recovery steam generator to the combustor, the turbine cooling steam is input to the combustor after cooling the turbine to increase the amount of steam input to the combustor. Thus, the amount of air can be reduced, the power of the air compressor can be reduced, and therefore the turbine plant output can be increased, and the amount of NO X generated can be reduced.
また、本発明によれば、次のような効果もある。 Further, according to the present invention, there are the following effects.
すなわち、タービン冷却蒸気をタービン冷却後燃焼器
に投入する場合において、タービン冷却蒸気量を確実に
供給する必要があるが、タービン冷却蒸気の冷却前後の
温度差を監視し、これに基づき該温度差が所定温度とな
るようにタービン冷却蒸気量を制御することにより、最
適量のタービン冷却蒸気量を確保でき、これによりター
ビンプラントの信頼性の向上と効率の向上とを図ること
ができる。That is, when the turbine cooling steam is fed to the combustor after cooling the turbine, it is necessary to reliably supply the turbine cooling steam amount, but the temperature difference between before and after cooling of the turbine cooling steam is monitored, and based on this, the temperature difference is measured. By controlling the amount of turbine cooling steam so that the temperature becomes a predetermined temperature, it is possible to secure an optimum amount of turbine cooling steam, thereby improving the reliability and efficiency of the turbine plant.
更に、前述した実施例によれば、次のような効果もあ
る。すなわち、圧力比の高い設計では、タービン排気温
度が低くなるため、排熱回収蒸気発生器における発生蒸
気温度が低く、二相流となるが、この場合この発生蒸気
量だけではタービン作動流体が不足してタービン入口温
度の制御ができなくなる。このような場合、気水分離器
で蒸気から分離された飽和水を燃焼器に投入することに
より、空気量を過剰とする方式に比べて高効率で大出力
が得られる。Further, according to the above-mentioned embodiment, there are the following effects. That is, in a design with a high pressure ratio, the turbine exhaust temperature is low, so the temperature of the steam generated in the exhaust heat recovery steam generator is low, resulting in a two-phase flow. Then, the turbine inlet temperature cannot be controlled. In such a case, by introducing saturated water separated from steam by the steam separator into the combustor, a large output can be obtained with high efficiency as compared with a system in which the amount of air is excessive.
第１図は本発明によるタービンプラントの一例を示す系
統図、第２図及び第３図は従来のタービンプラントの異
なる二例を示す系統図、第４図はタービン入口温度とエ
ントロピとの関係を示す線図である。 １……ガスタービン、３……空気圧縮機、４……燃料供
給管、６……燃焼器、８……排熱回収蒸気発生器、17…
…タービン冷却・シール空気管、21……主蒸気管、23…
…燃焼器投入蒸気管、24……補助蒸気管、26……給水タ
ンク、31……タービン冷却蒸気供給管、32……タービン
の蒸気冷却部、34……タービン冷却蒸気戻し管、35……
温度差制御器、36……タービン冷却空気管、41……気水
分離器、42……燃焼器投入分離水管、44……給水タンク
回収分離水管。FIG. 1 is a system diagram showing an example of a turbine plant according to the present invention, FIGS. 2 and 3 are system diagrams showing two different examples of a conventional turbine plant, and FIG. 4 is a diagram showing the relationship between turbine inlet temperature and entropy. It is a diagram showing. 1 ... Gas turbine, 3 ... Air compressor, 4 ... Fuel supply pipe, 6 ... Combustor, 8 ... Exhaust heat recovery steam generator, 17 ...
… Turbine cooling / sealing air pipes, 21… Main steam pipes, 23…
… Combustor input steam pipe, 24 …… auxiliary steam pipe, 26 …… water supply tank, 31 …… turbine cooling steam supply pipe, 32 …… turbine steam cooling section, 34 …… turbine cooling steam return pipe, 35 ……
Temperature difference controller, 36 …… turbine cooling air pipe, 41 …… steam separator, 42 …… combustor input separation water pipe, 44 …… water tank recovery separation water pipe.
Claims (1)
れた空気と燃料とが導入されて燃焼する燃焼器と、この
燃焼器からの燃焼ガスで駆動するタービンと、このター
ビンからの排ガスの熱を利用する排熱回収蒸気発生器
と、この排熱回収蒸気発生器にて発生した蒸気を前記燃
焼器と前記タービンの蒸気冷却部とへ送給する第１の蒸
気流路と、前記タービンの蒸気冷却部下流と前記第１の
蒸気流路における燃焼器への蒸気送給流路とを接続する
第２の蒸気流路と、タービン冷却蒸気量を冷却前後の温
度差が所定温度となるように制御する手段とを具備して
なるタービンプラント。1. An air compressor, a combustor in which air and fuel compressed by the air compressor are introduced and burns, a turbine driven by combustion gas from the combustor, and a combustor from the turbine. An exhaust heat recovery steam generator that uses the heat of exhaust gas, and a first steam flow path that sends the steam generated by this exhaust heat recovery steam generator to the combustor and the steam cooling unit of the turbine, A second steam flow passage that connects a steam cooling portion downstream of the turbine and a steam feed flow passage to the combustor in the first steam flow passage, and a temperature difference between before and after cooling the turbine cooling steam amount is a predetermined temperature. And a means for controlling so that
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP63224698A JP2544453B2 (en) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | Turbin plant |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP63224698A JP2544453B2 (en) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | Turbin plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0275731A JPH0275731A (en) | 1990-03-15 |
| JP2544453B2 true JP2544453B2 (en) | 1996-10-16 |
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ID=16817839
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP63224698A Expired - Lifetime JP2544453B2 (en) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | Turbin plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2544453B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999031365A1 (en) * | 1997-12-15 | 1999-06-24 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine for power generation, and combined power generation system |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JPS506910A (en) * | 1973-05-24 | 1975-01-24 | ||
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-
1988
- 1988-09-09 JP JP63224698A patent/JP2544453B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999031365A1 (en) * | 1997-12-15 | 1999-06-24 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine for power generation, and combined power generation system |
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|---|---|
| JPH0275731A (en) | 1990-03-15 |
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