JP3159641B2 - コンバインドサイクル発電プラント及びそのプラント内高温部材の冷却方法 - Google Patents
コンバインドサイクル発電プラント及びそのプラント内高温部材の冷却方法Info
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- JP3159641B2 JP3159641B2 JP34049595A JP34049595A JP3159641B2 JP 3159641 B2 JP3159641 B2 JP 3159641B2 JP 34049595 A JP34049595 A JP 34049595A JP 34049595 A JP34049595 A JP 34049595A JP 3159641 B2 JP3159641 B2 JP 3159641B2
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- air
- cooling
- heat recovery
- recovery boiler
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/106—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle with water evaporated or preheated at different pressures in exhaust boiler
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンおよ
び蒸気タービンプラントを組み合わせたコンバインドサ
イクル発電プラントに係り、空気と蒸気を冷却媒体とし
て、これを切り換えてガスタービンのタービン静翼およ
び動翼等を冷却するコンバインドサイクル発電プラント
及びそのプラント内高温部材の冷却方法に関する。
び蒸気タービンプラントを組み合わせたコンバインドサ
イクル発電プラントに係り、空気と蒸気を冷却媒体とし
て、これを切り換えてガスタービンのタービン静翼およ
び動翼等を冷却するコンバインドサイクル発電プラント
及びそのプラント内高温部材の冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンの高効率化に対しては、要
素性能の向上とともに作動ガスの高温化が有効である。
作動ガスの高温化は、耐熱材料の開発と高温要素部材、
特にタービン静・動翼の冷却技術の上に成り立っている
が、現状では作動ガス温度が翼の耐熱温度を越えている
にも拘らず材料開発には長期の期間を要すことから、タ
ービン静・動翼の冷却強化が重要なポイントを占めてい
る。
素性能の向上とともに作動ガスの高温化が有効である。
作動ガスの高温化は、耐熱材料の開発と高温要素部材、
特にタービン静・動翼の冷却技術の上に成り立っている
が、現状では作動ガス温度が翼の耐熱温度を越えている
にも拘らず材料開発には長期の期間を要すことから、タ
ービン静・動翼の冷却強化が重要なポイントを占めてい
る。
【０００３】従来、ガスタービンでは圧縮機から抽気し
た空気を冷却媒体として用い、タービン翼の内部を冷却
した後は、大部分の空気を翼外表面のフイルム冷却用と
して、あるいはそのまま翼から作動ガス中へ排出してい
るのが普通であった。このため、圧縮機で圧縮した空気
の全量がタービンの初段から最終段にわたって有効に仕
事をなさず圧縮動力を消費すること、また比較的低温の
冷却空気の希釈による作動ガスの温度低下や混入時の作
動ガスとの間の混合損失など、タービンの出力が低下し
効果が充分に発揮できない嫌いがあった。
た空気を冷却媒体として用い、タービン翼の内部を冷却
した後は、大部分の空気を翼外表面のフイルム冷却用と
して、あるいはそのまま翼から作動ガス中へ排出してい
るのが普通であった。このため、圧縮機で圧縮した空気
の全量がタービンの初段から最終段にわたって有効に仕
事をなさず圧縮動力を消費すること、また比較的低温の
冷却空気の希釈による作動ガスの温度低下や混入時の作
動ガスとの間の混合損失など、タービンの出力が低下し
効果が充分に発揮できない嫌いがあった。
【０００４】さらに、現在進められているレベルの高温
になると、冷却空気の消費量が増大し過ぎて高温化によ
るサイクル上のメリットを損ない、逆にプラント効率を
低下させてしまう恐れがある所まできている。
になると、冷却空気の消費量が増大し過ぎて高温化によ
るサイクル上のメリットを損ない、逆にプラント効率を
低下させてしまう恐れがある所まできている。
【０００５】そこで、少量の冷却媒体で効果的にタービ
ン翼を冷却する方法として、粘性係数やプラントル数等
の物理量の違いから空気よりも熱伝達率が大きく、さら
に比熱が大きい水蒸気を冷却媒体に用いることで冷却性
能を向上させるとともに、タービン翼を冷却した後の蒸
気を作動ガス中に排出せずに、たとえば蒸気タービンに
回収して仕事をさせる等が提案されている。
ン翼を冷却する方法として、粘性係数やプラントル数等
の物理量の違いから空気よりも熱伝達率が大きく、さら
に比熱が大きい水蒸気を冷却媒体に用いることで冷却性
能を向上させるとともに、タービン翼を冷却した後の蒸
気を作動ガス中に排出せずに、たとえば蒸気タービンに
回収して仕事をさせる等が提案されている。
【０００６】この種の装置に関連するものとしては、例
えば特開平５−１６３９６０号公報が挙げられる。この
ものは、ガスタービンからの排熱を利用したコンバイン
ドサイクル発電プラントにおいて、高温被冷却部を過熱
蒸気で冷却後、その過熱蒸気を蒸気タービンに回収する
ものである。またさらに、ガスタービンの起動時および
停止時に限っては、排熱温度が低く排熱回収ボイラでの
供給蒸気条件が整わないこと等を含めて、暖機による蒸
気系統のドレン発生防止や残留したドレン除去を観点に
いれた空気冷却系統への切り換えを行う提案もなされて
いる。
えば特開平５−１６３９６０号公報が挙げられる。この
ものは、ガスタービンからの排熱を利用したコンバイン
ドサイクル発電プラントにおいて、高温被冷却部を過熱
蒸気で冷却後、その過熱蒸気を蒸気タービンに回収する
ものである。またさらに、ガスタービンの起動時および
停止時に限っては、排熱温度が低く排熱回収ボイラでの
供給蒸気条件が整わないこと等を含めて、暖機による蒸
気系統のドレン発生防止や残留したドレン除去を観点に
いれた空気冷却系統への切り換えを行う提案もなされて
いる。
【０００７】例えば起動、停止時のみ圧縮機からの抽気
空気をタービン翼の冷却媒体として使用するもので、排
熱回収ボイラから高温被冷却部に到る蒸気系に圧縮機か
らの抽気空気を導入し、高温被冷却部を冷却した後は、
高温被冷却部から蒸気タービンに到る蒸気系内に空気の
系外放出部を設けたものである。
空気をタービン翼の冷却媒体として使用するもので、排
熱回収ボイラから高温被冷却部に到る蒸気系に圧縮機か
らの抽気空気を導入し、高温被冷却部を冷却した後は、
高温被冷却部から蒸気タービンに到る蒸気系内に空気の
系外放出部を設けたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このようにタービン翼
等を冷却する冷却媒体として水蒸気を用いる場合、従来
技術に示したように蒸気のドレン対策が一つの課題とし
て挙げられる。このためには、別置の空気を含むガス供
給源を設置した系を蒸気系に導入する等が提案される
が、コスト、立地面等従来技術による圧縮機からの抽気
空気の利用が得策である。
等を冷却する冷却媒体として水蒸気を用いる場合、従来
技術に示したように蒸気のドレン対策が一つの課題とし
て挙げられる。このためには、別置の空気を含むガス供
給源を設置した系を蒸気系に導入する等が提案される
が、コスト、立地面等従来技術による圧縮機からの抽気
空気の利用が得策である。
【０００９】ところで、圧縮機から抽気した空気を蒸気
系の導入部に供給し、高温被冷却部を冷却後に放出する
系の構成では、圧縮機から排熱回収ボイラ近傍までの空
気導入のための空気配管と排熱回収ボイラからタービン
部までの蒸気配管の二重化、これらの配管を通過する時
の圧力損失による高温被冷却部入口での冷却空気の圧力
低下、さらには放出点が高温被冷却部の下流側であり、
上流側配管内で発生または残存していたドレンがタービ
ン翼等に侵入する恐れがある。
系の導入部に供給し、高温被冷却部を冷却後に放出する
系の構成では、圧縮機から排熱回収ボイラ近傍までの空
気導入のための空気配管と排熱回収ボイラからタービン
部までの蒸気配管の二重化、これらの配管を通過する時
の圧力損失による高温被冷却部入口での冷却空気の圧力
低下、さらには放出点が高温被冷却部の下流側であり、
上流側配管内で発生または残存していたドレンがタービ
ン翼等に侵入する恐れがある。
【００１０】したがって、空気と蒸気を切り換えて冷却
媒体とするガスタービンをドレン対策を踏まえ目的に沿
って効果的に実現するためには、パージあるいは暖気用
空気の抽出点や蒸気系への導入、放出位置等、冷却系統
の最適化を図ることが不可欠である。
媒体とするガスタービンをドレン対策を踏まえ目的に沿
って効果的に実現するためには、パージあるいは暖気用
空気の抽出点や蒸気系への導入、放出位置等、冷却系統
の最適化を図ることが不可欠である。
【００１１】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、特に特殊な装置や特殊な配管を用
いることなく、ガスタービンの起動、停止時に起こる蒸
気ドレンの発生を抑え、配管内の腐食の発生を防止し、
信頼性の高いこの種のコンバインドサイクル発電プラン
トおよびそのプラント内高温部材の冷却方法を提供する
にある。
目的とするところは、特に特殊な装置や特殊な配管を用
いることなく、ガスタービンの起動、停止時に起こる蒸
気ドレンの発生を抑え、配管内の腐食の発生を防止し、
信頼性の高いこの種のコンバインドサイクル発電プラン
トおよびそのプラント内高温部材の冷却方法を提供する
にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、少な
くともタービンの静翼を冷却する媒体として、ガスター
ビンの圧縮機で発生する空気と排熱回収ボイラで発生す
る蒸気とを切り換えてタービンの冷却に使用する系統
と、静翼を冷却した後の空気を、排熱回収ボイラから供
給される蒸気系の空気との切り換え点付近に導入し、排
熱回収ボイラの蒸気の出口付近から放出する系統で構成
させたものであり、蒸気系の切り換え点から空気を供給
し排熱回収ボイラに向かって空気を流すようにし所期の
目的を達成するようにしたものである。
くともタービンの静翼を冷却する媒体として、ガスター
ビンの圧縮機で発生する空気と排熱回収ボイラで発生す
る蒸気とを切り換えてタービンの冷却に使用する系統
と、静翼を冷却した後の空気を、排熱回収ボイラから供
給される蒸気系の空気との切り換え点付近に導入し、排
熱回収ボイラの蒸気の出口付近から放出する系統で構成
させたものであり、蒸気系の切り換え点から空気を供給
し排熱回収ボイラに向かって空気を流すようにし所期の
目的を達成するようにしたものである。
【００１３】また、少なくともタービンの静翼を冷却す
る媒体として、ガスタービンの圧縮機で発生する空気と
排熱回収ボイラで発生する蒸気とを切り換えてタービン
の冷却に使用する系統を有し、静翼を冷却した後の空気
を、排熱回収ボイラから供給される蒸気系の入口付近の
系統に導入し、蒸気と空気との切り換え点より上流から
放出する系統で構成するようにしたものである。
る媒体として、ガスタービンの圧縮機で発生する空気と
排熱回収ボイラで発生する蒸気とを切り換えてタービン
の冷却に使用する系統を有し、静翼を冷却した後の空気
を、排熱回収ボイラから供給される蒸気系の入口付近の
系統に導入し、蒸気と空気との切り換え点より上流から
放出する系統で構成するようにしたものである。
【００１４】また、このコンバインドサイクル発電プラ
ントのプラント内高温部材を冷却するに際し、冷却媒体
として前記圧縮機で発生する空気と前記排熱回収ボイラ
で発生する蒸気とを使用するとともに、この圧縮機の空
気と排熱回収ボイラの蒸気とを切り換えて使用し、かつ
前記高温部材を冷却した後の空気が、前記排熱回収ボイ
ラから供給される蒸気系の空気との切り換え点付近に導
入され、かつ前記排熱回収ボイラの蒸気の出口付近から
放出されるようにしたものである。
ントのプラント内高温部材を冷却するに際し、冷却媒体
として前記圧縮機で発生する空気と前記排熱回収ボイラ
で発生する蒸気とを使用するとともに、この圧縮機の空
気と排熱回収ボイラの蒸気とを切り換えて使用し、かつ
前記高温部材を冷却した後の空気が、前記排熱回収ボイ
ラから供給される蒸気系の空気との切り換え点付近に導
入され、かつ前記排熱回収ボイラの蒸気の出口付近から
放出されるようにしたものである。
【００１５】すなわちこのように形成されたコンバイン
ドサイクル発電プラントであると、ガスタービンの起
動、停止時では、圧縮機から抽気された空気がタービン
部に供給され高温部材の一つである静翼を冷却後、空気
と蒸気の切り換え点付近の蒸気系に回収され排熱回収ボ
イラに向かって流れるとともに、排熱回収ボイラの蒸気
の出口付近の蒸気系から放出されるように構成されてい
るので、蒸気の通過経路に対してタービン部を含む一部
の蒸気冷却系については必ず静翼冷却用の空気が流れ、
残りの蒸気冷却系については静翼冷却後の高温となった
空気が導入され、タービン部を通過することなく系外に
放出され、したがって特に特殊な形状をなした配管を用
いることなく、ガスタービンの起動、停止時に起こる蒸
気ドレンの発生を抑え、配管内の腐食の発生を防止し、
プラントの信頼性の向上を図ることができるのである。
ドサイクル発電プラントであると、ガスタービンの起
動、停止時では、圧縮機から抽気された空気がタービン
部に供給され高温部材の一つである静翼を冷却後、空気
と蒸気の切り換え点付近の蒸気系に回収され排熱回収ボ
イラに向かって流れるとともに、排熱回収ボイラの蒸気
の出口付近の蒸気系から放出されるように構成されてい
るので、蒸気の通過経路に対してタービン部を含む一部
の蒸気冷却系については必ず静翼冷却用の空気が流れ、
残りの蒸気冷却系については静翼冷却後の高温となった
空気が導入され、タービン部を通過することなく系外に
放出され、したがって特に特殊な形状をなした配管を用
いることなく、ガスタービンの起動、停止時に起こる蒸
気ドレンの発生を抑え、配管内の腐食の発生を防止し、
プラントの信頼性の向上を図ることができるのである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図１にはそのコンバインドサイ
クル発電プラントの系統が示されている。ガスタービン
５は、主として、タービン１と、このタービン１に連結
され燃焼用の圧縮空気を得る圧縮機３と、高温高圧ガス
を発生する燃焼器２より構成されている。このタービン
１は、蒸気タービンプラント６および発電機４に結合さ
れている。
発明を詳細に説明する。図１にはそのコンバインドサイ
クル発電プラントの系統が示されている。ガスタービン
５は、主として、タービン１と、このタービン１に連結
され燃焼用の圧縮空気を得る圧縮機３と、高温高圧ガス
を発生する燃焼器２より構成されている。このタービン
１は、蒸気タービンプラント６および発電機４に結合さ
れている。
【００１７】蒸気タービンプラント６は、ガスタービン
５からの排熱を利用して蒸気を発生させる排熱回収ボイ
ラ７の発生蒸気により駆動される。また、この排熱回収
ボイラ７の発生蒸気は、前記タービンの高温部材の一つ
であるタービン翼を冷却する冷却媒体としても用いられ
る。
５からの排熱を利用して蒸気を発生させる排熱回収ボイ
ラ７の発生蒸気により駆動される。また、この排熱回収
ボイラ７の発生蒸気は、前記タービンの高温部材の一つ
であるタービン翼を冷却する冷却媒体としても用いられ
る。
【００１８】先ず、タービン１の静翼用の冷却蒸気の流
れから説明すると、ガスタービン５から排気される燃焼
ガスは、排ガスダクトによって排熱回収ボイラ７に導か
れ、ここで蒸気タービンプラント６からの給水と熱交換
して外部に排気される。排熱回収ボイラ７は、３圧力式
であり高圧ドラム８ａ、中圧ドラム８ｂ、低圧ドラム８
ｃが設置されており、それぞれ高圧蒸気ライン９ａ、中
圧蒸気ライン９ｂ、低圧蒸気ライン９ｃが接続されてい
る。この３圧力式の高圧、中圧および低圧の定義は、そ
れぞれ高圧蒸気タービン６ａ、中圧蒸気タービン６ｂお
よび低圧蒸気タービン６ｃを作動させる蒸気圧力で決ま
り、低圧、中圧、高圧の順で蒸気圧力が高い。
れから説明すると、ガスタービン５から排気される燃焼
ガスは、排ガスダクトによって排熱回収ボイラ７に導か
れ、ここで蒸気タービンプラント６からの給水と熱交換
して外部に排気される。排熱回収ボイラ７は、３圧力式
であり高圧ドラム８ａ、中圧ドラム８ｂ、低圧ドラム８
ｃが設置されており、それぞれ高圧蒸気ライン９ａ、中
圧蒸気ライン９ｂ、低圧蒸気ライン９ｃが接続されてい
る。この３圧力式の高圧、中圧および低圧の定義は、そ
れぞれ高圧蒸気タービン６ａ、中圧蒸気タービン６ｂお
よび低圧蒸気タービン６ｃを作動させる蒸気圧力で決ま
り、低圧、中圧、高圧の順で蒸気圧力が高い。
【００１９】低圧蒸気ライン９ｃは、低圧過熱器７ｄを
経て低圧蒸気タービン６ｃに接続される。低圧蒸気ター
ビン６ｃに供給された蒸気は、膨張してタービンを駆動
した後、復水器４０で復水となり、給水ライン９ｆを経
て排熱回収ボイラ７に供給される。
経て低圧蒸気タービン６ｃに接続される。低圧蒸気ター
ビン６ｃに供給された蒸気は、膨張してタービンを駆動
した後、復水器４０で復水となり、給水ライン９ｆを経
て排熱回収ボイラ７に供給される。
【００２０】中圧蒸気ライン９ｂの蒸気は、中圧過熱器
７ｃを通過後、接続された排熱回収ボイラ７の近傍に設
置した冷却蒸気止め弁１９、冷却蒸気供給弁１４を有す
る蒸気供給配管１１と、空気との切り換え点３０をもつ
供給冷却配管２１を経て、タービン１の静翼に導かれ
る。この過熱蒸気は静翼の冷却蒸気として使用した後、
蒸気戻り弁１６を含む回収冷却配管２２を経て、再熱器
７ｂを経て中圧蒸気タービン６ｂに供給される。そし
て、中圧蒸気タービン６ｂから排出される蒸気は、回収
蒸気ライン９ｅを通り接続された低圧蒸気ライン９ｃに
合流する。
７ｃを通過後、接続された排熱回収ボイラ７の近傍に設
置した冷却蒸気止め弁１９、冷却蒸気供給弁１４を有す
る蒸気供給配管１１と、空気との切り換え点３０をもつ
供給冷却配管２１を経て、タービン１の静翼に導かれ
る。この過熱蒸気は静翼の冷却蒸気として使用した後、
蒸気戻り弁１６を含む回収冷却配管２２を経て、再熱器
７ｂを経て中圧蒸気タービン６ｂに供給される。そし
て、中圧蒸気タービン６ｂから排出される蒸気は、回収
蒸気ライン９ｅを通り接続された低圧蒸気ライン９ｃに
合流する。
【００２１】高圧蒸気ライン９ａは、高圧過熱器７ａを
経て高圧蒸気タービン６ａに過熱蒸気を供給する。高圧
蒸気タービン６ａから排出される蒸気は、再熱蒸気ライ
ン９ｄを通り接続された再熱器７ｂに合流する。
経て高圧蒸気タービン６ａに過熱蒸気を供給する。高圧
蒸気タービン６ａから排出される蒸気は、再熱蒸気ライ
ン９ｄを通り接続された再熱器７ｂに合流する。
【００２２】一方、タービン１の静翼用の冷却空気の流
れを説明すると、圧縮機３から抽気した空気は、減圧弁
２０、冷却空気供給弁１３を有する空気供給配管１０を
通り、空気との切り換え点３０をもつ供給冷却配管２１
を経てタービン１の静翼に導かれる。この時、空気と蒸
気の切り換えは冷却空気供給弁１３と冷却蒸気供給弁１
４の開閉で行われる。また、回収冷却配管２２内の蒸気
戻り弁１６の上流側には、冷媒放出用の冷媒放出弁１５
が備えられている。
れを説明すると、圧縮機３から抽気した空気は、減圧弁
２０、冷却空気供給弁１３を有する空気供給配管１０を
通り、空気との切り換え点３０をもつ供給冷却配管２１
を経てタービン１の静翼に導かれる。この時、空気と蒸
気の切り換えは冷却空気供給弁１３と冷却蒸気供給弁１
４の開閉で行われる。また、回収冷却配管２２内の蒸気
戻り弁１６の上流側には、冷媒放出用の冷媒放出弁１５
が備えられている。
【００２３】さらに、タービン１と冷媒放出弁１５の間
の回収冷却配管２２には、暖機用空気供給弁１７を有す
るパージ空気配管１２が分岐され、蒸気供給配管１１の
冷却蒸気供給弁１４の蒸気流からみて上流側近傍に接続
されており、蒸気供給配管１１の冷却蒸気止め弁１９の
蒸気流からみて下流側近傍には、暖機用空気放出弁１８
が設けられている。
の回収冷却配管２２には、暖機用空気供給弁１７を有す
るパージ空気配管１２が分岐され、蒸気供給配管１１の
冷却蒸気供給弁１４の蒸気流からみて上流側近傍に接続
されており、蒸気供給配管１１の冷却蒸気止め弁１９の
蒸気流からみて下流側近傍には、暖機用空気放出弁１８
が設けられている。
【００２４】このように構成された本実施例において、
先ずガスタービン５の起動とともに、圧縮機３より抽気
した空気を用いてタービン１の静翼を冷却するが、空気
は表１に示した［空気冷却時］の弁開度に沿った配管系
内を流れる。
先ずガスタービン５の起動とともに、圧縮機３より抽気
した空気を用いてタービン１の静翼を冷却するが、空気
は表１に示した［空気冷却時］の弁開度に沿った配管系
内を流れる。
【００２５】
【表１】
【００２６】すなわち、冷却空気は圧縮機３から空気供
給配管１０および供給冷却配管２１を経てタービン１に
供給される。そして静翼で主流ガスと熱交換して温度上
昇した後、回収冷却配管２２から分岐したパージ空気配
管１２を経て、蒸気供給配管１１に導入され、配管内を
排熱回収ボイラ７に向かって流れ、やがて暖機用空気放
出弁１８から系外に放出される。
給配管１０および供給冷却配管２１を経てタービン１に
供給される。そして静翼で主流ガスと熱交換して温度上
昇した後、回収冷却配管２２から分岐したパージ空気配
管１２を経て、蒸気供給配管１１に導入され、配管内を
排熱回収ボイラ７に向かって流れ、やがて暖機用空気放
出弁１８から系外に放出される。
【００２７】ガスタービン５が無負荷定格回転数に達す
る頃、冷却空気は圧縮機３の抽気点で３８０℃程度とな
り、静翼出口では翼の冷却効率に依存することになるが
４３０℃程度となって、蒸気供給配管１１を流れること
になる。また、運転過程におけるこの時点付近で排熱回
収ボイラ７は、ガスタービン５からの排気燃焼ガスと熱
交換して、静翼を冷却するための供給蒸気条件を満たす
過熱蒸気（約２０ａｔａ、２５０℃程度）を中圧ドラム
８ｂで生成する。
る頃、冷却空気は圧縮機３の抽気点で３８０℃程度とな
り、静翼出口では翼の冷却効率に依存することになるが
４３０℃程度となって、蒸気供給配管１１を流れること
になる。また、運転過程におけるこの時点付近で排熱回
収ボイラ７は、ガスタービン５からの排気燃焼ガスと熱
交換して、静翼を冷却するための供給蒸気条件を満たす
過熱蒸気（約２０ａｔａ、２５０℃程度）を中圧ドラム
８ｂで生成する。
【００２８】冷却用の空気と蒸気の切り換えで、過熱蒸
気は表１に示した［空気／蒸気切り換え時］の弁開度に
沿った配管系内を流れることになるが、排熱回収ボイラ
７から蒸気供給配管１１、供給冷却配管２１を経て、タ
ービン１に供給され静翼を冷却しながら通過後、回収冷
却配管２２を通り、冷却系内に残留する空気を冷媒放出
弁１５から系外に放出する。
気は表１に示した［空気／蒸気切り換え時］の弁開度に
沿った配管系内を流れることになるが、排熱回収ボイラ
７から蒸気供給配管１１、供給冷却配管２１を経て、タ
ービン１に供給され静翼を冷却しながら通過後、回収冷
却配管２２を通り、冷却系内に残留する空気を冷媒放出
弁１５から系外に放出する。
【００２９】前記過熱蒸気は、例えば系内の酸素残存濃
度等を検出し制限値内の空気量であることを確認後、表
１に示した［蒸気冷却時］の弁開度によって、排熱回収
ボイラ７の再熱器７ｂに回収するとともに、部分負荷運
転を含め定格点に到るガスタービン５の蒸気冷却を行
う。
度等を検出し制限値内の空気量であることを確認後、表
１に示した［蒸気冷却時］の弁開度によって、排熱回収
ボイラ７の再熱器７ｂに回収するとともに、部分負荷運
転を含め定格点に到るガスタービン５の蒸気冷却を行
う。
【００３０】ガスタービン５の停止時は、前述の弁開度
を逆に操作して最終的には、起動時と同じ弁開度による
同様の冷却空気の流れとして、タービン１の静翼を空気
冷却した後の比較的高温となった空気を蒸気供給配管１
１に導入して、系内の蒸気を暖機用空気放出弁１８から
系外に放出する。
を逆に操作して最終的には、起動時と同じ弁開度による
同様の冷却空気の流れとして、タービン１の静翼を空気
冷却した後の比較的高温となった空気を蒸気供給配管１
１に導入して、系内の蒸気を暖機用空気放出弁１８から
系外に放出する。
【００３１】以上説明した空気と蒸気を切り換えて用い
るガスタービンの冷却系統において、蒸気の通過する蒸
気供給配管１１、供給冷却配管２１、および回収冷却配
管２２に対して、供給冷却配管２１と回収冷却配管２２
についてはタービン１の静翼の空気冷却を兼ねて、起動
時には配管暖機による供給蒸気の過熱の確保、停止時に
は蒸気のパージを行うため、これらの配管内でのドレン
の発生を防止できる。
るガスタービンの冷却系統において、蒸気の通過する蒸
気供給配管１１、供給冷却配管２１、および回収冷却配
管２２に対して、供給冷却配管２１と回収冷却配管２２
についてはタービン１の静翼の空気冷却を兼ねて、起動
時には配管暖機による供給蒸気の過熱の確保、停止時に
は蒸気のパージを行うため、これらの配管内でのドレン
の発生を防止できる。
【００３２】同様に、冷却媒体としては蒸気のみが流れ
る蒸気供給配管１１については、静翼冷却後の空気を用
いてパージと配管暖機を行っており、全体の蒸気系を通
じてドレン発生を未然に防ぐことが可能となり、系内の
腐食の発生を抑え信頼性の高いプラントが得られる。
る蒸気供給配管１１については、静翼冷却後の空気を用
いてパージと配管暖機を行っており、全体の蒸気系を通
じてドレン発生を未然に防ぐことが可能となり、系内の
腐食の発生を抑え信頼性の高いプラントが得られる。
【００３３】また、蒸気供給配管１１は、タービン１の
静翼冷却後の空気を使用して暖機するが、直接圧縮機か
ら抽気した空気を用いる場合に較べて翼部での熱交換分
の温度上昇がある。例えば、空気と蒸気の切り換えとな
る無負荷定格回転数付近での蒸気圧力が２０ａｔａとす
る時、この飽和温度は約２１０℃となり、圧縮機３の抽
気温度３８０℃程度で配管を暖機すれは十分に過熱蒸気
を保持することができるが、圧力変化による飽和温度の
上昇、また、蒸気供給配管１１は排熱回収ボイラ７から
タービン１近くの数１０ｍにわたり延びていることによ
る放熱等を考慮すると、静翼冷却後の空気にはさらに５
０℃程度の温度上昇があるため、蒸気のドレン化に対し
て余裕が有り、さらに信頼性が増すことになる。
静翼冷却後の空気を使用して暖機するが、直接圧縮機か
ら抽気した空気を用いる場合に較べて翼部での熱交換分
の温度上昇がある。例えば、空気と蒸気の切り換えとな
る無負荷定格回転数付近での蒸気圧力が２０ａｔａとす
る時、この飽和温度は約２１０℃となり、圧縮機３の抽
気温度３８０℃程度で配管を暖機すれは十分に過熱蒸気
を保持することができるが、圧力変化による飽和温度の
上昇、また、蒸気供給配管１１は排熱回収ボイラ７から
タービン１近くの数１０ｍにわたり延びていることによ
る放熱等を考慮すると、静翼冷却後の空気にはさらに５
０℃程度の温度上昇があるため、蒸気のドレン化に対し
て余裕が有り、さらに信頼性が増すことになる。
【００３４】また、蒸気供給配管１１の蒸気流からみて
逆方向に空気を流すことによって、ガスタービン５から
蒸気供給配管１１に導入するためのパージ空気配管１２
を最短の長さで構成でき、配管敷設のコスト低減、コン
パクト化が図られるという利点がある。
逆方向に空気を流すことによって、ガスタービン５から
蒸気供給配管１１に導入するためのパージ空気配管１２
を最短の長さで構成でき、配管敷設のコスト低減、コン
パクト化が図られるという利点がある。
【００３５】ここで、圧縮機３で抽気した冷却空気を蒸
気供給配管１１の順方向に流し、タービン１の静翼冷却
後に系外に放出する場合を考えると、同程度に長くなる
パージ空気配管１２と蒸気供給配管１１さらに供給冷却
配管２１を通過時に冷却空気は配管圧損により、圧縮機
３での抽出圧力より低い圧力でタービン１の静翼に供給
されることになる。
気供給配管１１の順方向に流し、タービン１の静翼冷却
後に系外に放出する場合を考えると、同程度に長くなる
パージ空気配管１２と蒸気供給配管１１さらに供給冷却
配管２１を通過時に冷却空気は配管圧損により、圧縮機
３での抽出圧力より低い圧力でタービン１の静翼に供給
されることになる。
【００３６】すなわち、空気温度が一定と仮定すれば状
態方程式から密度は小さくなるが、物理的に連動して熱
伝達率の低下につながり、静翼での冷却性能を損なうこ
とになる。換言すれば、必要以上の空気流量を消費する
ことになり損失となるため、圧縮機３からの抽気空気を
用いた蒸気配管のパージあるいはドレン発生防止のため
の配管暖機に関しては、タービン１を冷却した後の空気
を使用する方が、起動、停止時のプラント効率の向上に
寄与できる。
態方程式から密度は小さくなるが、物理的に連動して熱
伝達率の低下につながり、静翼での冷却性能を損なうこ
とになる。換言すれば、必要以上の空気流量を消費する
ことになり損失となるため、圧縮機３からの抽気空気を
用いた蒸気配管のパージあるいはドレン発生防止のため
の配管暖機に関しては、タービン１を冷却した後の空気
を使用する方が、起動、停止時のプラント効率の向上に
寄与できる。
【００３７】なお、本実施例ではタービン１の静翼につ
いての冷却系として説明したが、動翼側にも適用できる
のは勿論であり、特にドレンが回転体である動翼部に侵
入するとアンバランスが生じ振動の原因となるので、こ
れを未然に防ぐことからも静止側以上に本発明の効果が
期待できる。
いての冷却系として説明したが、動翼側にも適用できる
のは勿論であり、特にドレンが回転体である動翼部に侵
入するとアンバランスが生じ振動の原因となるので、こ
れを未然に防ぐことからも静止側以上に本発明の効果が
期待できる。
【００３８】本発明の第２の実施例を、図２を用いて説
明する。この図において、図１と同一記号であれば、構
成、動作等は、第１の実施例に同じである。本実施例で
は、回収冷却配管２２から分岐された暖機用空気供給弁
１７を有するパージ空気配管１２が、排熱回収ボイラ７
近傍の蒸気供給配管１１に設けられた冷却蒸気止め弁１
９の下流近傍に接続されている。また、暖機用空気放出
弁１８は、冷却蒸気供給弁１４の蒸気流からみて上流側
近傍に設置して構成したものである。
明する。この図において、図１と同一記号であれば、構
成、動作等は、第１の実施例に同じである。本実施例で
は、回収冷却配管２２から分岐された暖機用空気供給弁
１７を有するパージ空気配管１２が、排熱回収ボイラ７
近傍の蒸気供給配管１１に設けられた冷却蒸気止め弁１
９の下流近傍に接続されている。また、暖機用空気放出
弁１８は、冷却蒸気供給弁１４の蒸気流からみて上流側
近傍に設置して構成したものである。
【００３９】このように構成された本実施例において起
動時に着目すると、冷却空気は圧縮機３から空気供給配
管１０、供給冷却配管２１を経て、タービン１に供給さ
れ静翼で主流ガスと熱交換して温度上昇した後、回収冷
却配管２２から分岐したパージ空気配管１２を経て、蒸
気供給配管１１に導入される。導入された冷却空気は蒸
気流からみて順方向に流れ、暖機用空気放出弁１８から
系外に放出される。同様のことは、ガスタービン５の停
止時にも言える。
動時に着目すると、冷却空気は圧縮機３から空気供給配
管１０、供給冷却配管２１を経て、タービン１に供給さ
れ静翼で主流ガスと熱交換して温度上昇した後、回収冷
却配管２２から分岐したパージ空気配管１２を経て、蒸
気供給配管１１に導入される。導入された冷却空気は蒸
気流からみて順方向に流れ、暖機用空気放出弁１８から
系外に放出される。同様のことは、ガスタービン５の停
止時にも言える。
【００４０】以上に説明した空気と蒸気を切り換えて用
いるガスタービンの冷却系統において、供給冷却配管２
１と回収冷却配管２２については、タービン１の静翼の
空気冷却を兼ねて、起動時には配管暖機による供給蒸気
の過熱度の確保、停止時には蒸気のパージを行うため、
この配管内でのドレンの発生を防止できる。
いるガスタービンの冷却系統において、供給冷却配管２
１と回収冷却配管２２については、タービン１の静翼の
空気冷却を兼ねて、起動時には配管暖機による供給蒸気
の過熱度の確保、停止時には蒸気のパージを行うため、
この配管内でのドレンの発生を防止できる。
【００４１】同様に、冷媒としては蒸気のみが流れる蒸
気供給配管１１については、静翼冷却後の空気を用いて
パージと配管暖機を行っており、全体として蒸気系での
ドレン発生を防止し、冷却系統の腐食の進行を抑制でき
る。また、蒸気供給配管１１はタービン１の静翼冷却後
の空気を使用して暖機するが、直接圧縮機から抽気した
空気を用いる場合に較べて翼部での熱交換分の温度上昇
があり、蒸気の圧力変化等による飽和温度の上昇に対し
て蒸気のドレン化までの余裕がある。
気供給配管１１については、静翼冷却後の空気を用いて
パージと配管暖機を行っており、全体として蒸気系での
ドレン発生を防止し、冷却系統の腐食の進行を抑制でき
る。また、蒸気供給配管１１はタービン１の静翼冷却後
の空気を使用して暖機するが、直接圧縮機から抽気した
空気を用いる場合に較べて翼部での熱交換分の温度上昇
があり、蒸気の圧力変化等による飽和温度の上昇に対し
て蒸気のドレン化までの余裕がある。
【００４２】また、蒸気供給配管１１内の残留蒸気ドレ
ンのパージに関して、空気の放出部である暖機用空気放
出弁１８がタービン１に供給される上流側に設けられて
いるので、ガスタービンの停止時にドレンが発生して
も、次の起動時の際に残留ドレンがタービン１に侵入す
ることは防止できる。
ンのパージに関して、空気の放出部である暖機用空気放
出弁１８がタービン１に供給される上流側に設けられて
いるので、ガスタービンの停止時にドレンが発生して
も、次の起動時の際に残留ドレンがタービン１に侵入す
ることは防止できる。
【００４３】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、ガスタービンの起動、停止時に、タービン翼を冷却
した後の冷却空気を用いて蒸気配管系の残留蒸気ドレン
のパージや蒸気配管の暖機が行なわれるので、特に特殊
な装置や特殊な配管を用いることなく、ガスタービンの
起動、停止時に起こる蒸気ドレンの発生を抑え、配管内
の腐食の発生を防止し、信頼性の高いこの種のコンバイ
ンドサイクル発電プラントを得ることができる。
ば、ガスタービンの起動、停止時に、タービン翼を冷却
した後の冷却空気を用いて蒸気配管系の残留蒸気ドレン
のパージや蒸気配管の暖機が行なわれるので、特に特殊
な装置や特殊な配管を用いることなく、ガスタービンの
起動、停止時に起こる蒸気ドレンの発生を抑え、配管内
の腐食の発生を防止し、信頼性の高いこの種のコンバイ
ンドサイクル発電プラントを得ることができる。
【図１】本発明のコンバインドサイクル発電プラントの
一実施例を示す冷却系統図である。
一実施例を示す冷却系統図である。
【図２】本発明のコンバインドサイクル発電プラントの
他の実施例を示す冷却系統図である。
他の実施例を示す冷却系統図である。
１…タービン、５…ガスタービン、６…蒸気タービンプ
ラント、７…排熱回収ボイラ、１０…空気供給配管、１
１…蒸気供給配管、１２…パージ空気配管、１３…冷却
空気供給弁、１４…冷却蒸気供給弁、１５…冷媒放出
弁、１６…蒸気戻り弁、１７…暖機用空気供給弁、１８
…暖機用空気放出弁、１９…冷却蒸気止め弁、２１…供
給冷却配管、２２…回収冷却配管。
ラント、７…排熱回収ボイラ、１０…空気供給配管、１
１…蒸気供給配管、１２…パージ空気配管、１３…冷却
空気供給弁、１４…冷却蒸気供給弁、１５…冷媒放出
弁、１６…蒸気戻り弁、１７…暖機用空気供給弁、１８
…暖機用空気放出弁、１９…冷却蒸気止め弁、２１…供
給冷却配管、２２…回収冷却配管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 眞一 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社日立製作所 電力・電機開発本 部内 (72)発明者 池口 隆 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社日立製作所 電力・電機開発本 部内 (56)参考文献 特開 平５−163960（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−148035（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−93879（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−163961（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02C 7/18 F01K 23/10 F02C 6/18
Claims (7)
- 【請求項１】 空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮空気
と燃料とを燃焼させて発生する燃焼ガスによって駆動
し、静翼と動翼とを有するタービンと、タービンを駆動
させた排気ガスによって蒸気を発生させる排熱回収ボイ
ラとを備えたコンバインドサイクル発電プラントにおい
て、 少なくとも前記静翼を冷却する媒体として前記圧縮機で
発生する空気と前記排熱回収ボイラで発生する蒸気とを
使用するとともに、この圧縮機の空気と排熱回収ボイラ
の蒸気とを切り換えて使用する系統を有し、かつ前記静
翼を冷却した後の空気が、前記排熱回収ボイラから供給
される蒸気系の空気との切り換え点付近に導入され、か
つ前記排熱回収ボイラの蒸気の出口付近から放出される
系統を有することを特徴とするコンバインドサイクル発
電プラント。 - 【請求項２】 前記切り換え点付近から蒸気系に空気を
供給するとともに、この供給された空気を前記排熱回収
ボイラに向かって流すように形成してなる請求項１記載
のコンバインドサイクル発電プラント。 - 【請求項３】 空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮空気
と燃料とを燃焼させて発生する燃焼ガスによって駆動
し、静翼と動翼とを有するタービンと、タービンを駆動
させた排気ガスによって蒸気を発生させる排熱回収ボイ
ラを有するコンバインドサイクル発電プラントにおい
て、 少なくとも前記静翼を冷却する媒体として、前記圧縮機
で発生する空気と前記排熱回収ボイラで発生する蒸気と
を切り換えて使用する系統を有し、前記静翼を冷却した
後の空気を、前記排熱回収ボイラから供給される蒸気系
の入口付近の系統に導入し、蒸気と空気との前記切り換
え点より上流から放出する系統を有することを特徴とす
るコンバインドサイクル発電プラント。 - 【請求項４】 空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機の
圧縮空気と燃料とを燃焼させて発生する燃焼ガスによっ
て駆動されるタービンと、このタービンを駆動させた排
気ガスによって蒸気を発生させる排熱回収ボイラとを備
えたコンバインドサイクル発電プラントのプラント内高
温部材の冷却方法において、 前記プラント内高温部材を冷却するに際し、冷却媒体と
して前記圧縮機で発生する空気と前記排熱回収ボイラで
発生する蒸気とを使用するとともに、この圧縮機の空気
と排熱回収ボイラの蒸気とを切り換えて使用し、かつ前
記高温部材を冷却した後の空気が、前記排熱回収ボイラ
から供給される蒸気系の空気との切り換え点付近に導入
され、かつ前記排熱回収ボイラの蒸気の出口付近から放
出されるようにしたことを特徴とするコンバインドサイ
クル発電プラントのプラント内高温部材の冷却方法。 - 【請求項５】 空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機の
圧縮空気と燃料とを燃焼させて発生する燃焼ガスによっ
て駆動されるタービンと、このタービンを駆動させた排
気ガスによって蒸気を発生させる排熱回収ボイラとを備
えたコンバインドサイクル発電プラントのプラント内高
温部材の冷却方法において、 前記プラント内高温部材を冷却するに際し、冷却媒体と
して、前記圧縮機で発生する空気と前記排熱回収ボイラ
で発生する蒸気とを使用するとともに、この圧縮機の空
気と排熱回収ボイラの蒸気とを切り換えて使用し、かつ
前記高温部材を冷却した後の空気を、前記排熱回収ボイ
ラから供給される蒸気系の入口付近の系統に導入すると
ともに、蒸気と空気との前記切り換え点より上流から放
出するようにしたことを特徴とするコンバインドサイク
ル発電プラントのプラント内高温部材の冷却方法。 - 【請求項６】 空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機の
圧縮空気と燃料とを燃焼させて発生する燃焼ガスによっ
て駆動されるタービンと、このタービンを駆動させた排
気ガスによって蒸気を発生させる排熱回収ボイラとを備
えたコンバインドサイクル発電プラントのプラント内高
温部材の冷却方法において、 前記プラント内高温部材を冷却するに際し、冷却媒体と
して前記圧縮機で発生する空気と前記排熱回収ボイラで
発生する蒸気とを使用し、かつこの圧縮機の空気はプラ
ントの起動および停止時にのみ使用するように前記蒸気
と切り換えて使用するとともに、前記高温部材を冷却し
た後の空気を、前記排熱回収ボイラから供給される蒸気
系の空気との切り換え点付近に導入し、かつ前記排熱回
収ボイラの蒸気の出口付近から放出するようにしたこと
を特徴とするコンバインドサイクル発電プラントのプラ
ント内高温部材の冷却方法。 - 【請求項７】 空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機の
圧縮空気と燃料とを燃焼させて発生する燃焼ガスによっ
て駆動されるタービンと、このタービンを駆動させた排
気ガスによって蒸気を発生させる排熱回収ボイラとを備
えたコンバインドサイクル発電プラントのプラント内高
温部材の冷却方法において、 前記プラント内高温部材を冷却するに際し、冷却媒体と
して前記圧縮機で発生する空気と前記排熱回収ボイラで
発生する蒸気とを使用し、かつこの圧縮機の空気はプラ
ントの起動および停止時にのみ使用するように前記蒸気
と切り換えて使用するとともに、前記高温部材を冷却し
た後の空気を、前記排熱回収ボイラから供給される蒸気
系の入口付近の系統に導入し、かつ前記蒸気と空気との
切り換え点より上流から放出するようにしたことを特徴
とするコンバインドサイクル発電プラントのプラント内
高温部材の冷却方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34049595A JP3159641B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | コンバインドサイクル発電プラント及びそのプラント内高温部材の冷却方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34049595A JP3159641B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | コンバインドサイクル発電プラント及びそのプラント内高温部材の冷却方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09177565A JPH09177565A (ja) | 1997-07-08 |
| JP3159641B2 true JP3159641B2 (ja) | 2001-04-23 |
Family
ID=18337521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34049595A Expired - Lifetime JP3159641B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | コンバインドサイクル発電プラント及びそのプラント内高温部材の冷却方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3159641B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3825090B2 (ja) * | 1996-07-24 | 2006-09-20 | 三菱重工業株式会社 | コンバインドサイクル発電プラント |
| US20130097993A1 (en) * | 2011-10-19 | 2013-04-25 | Himanshu Raja | Heat recovery steam generator and methods of coupling same to a combined cycle power plant |
| US9771864B2 (en) * | 2012-05-31 | 2017-09-26 | General Electric Company | Gas turbine compressor inlet pressurization and flow control system |
-
1995
- 1995-12-27 JP JP34049595A patent/JP3159641B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09177565A (ja) | 1997-07-08 |
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