JP3389019B2 - 蒸気冷却ガスタービン - Google Patents

蒸気冷却ガスタービン

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃焼器壁面及び動
翼、静翼を蒸気冷却するガスタービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】図２に基づいて従来のものについて説明
する。図２は従来のコンバインドサイクルプラントに於
けるガスタービン及びボトミングサイクルの概略系統図
である。
【０００３】ガスタービン１の高温動翼及び静翼は、圧
縮機２の抽気空気３により冷却されており、ボトミング
サイクル１１の蒸気は、ガスタービン１とは無縁の存在
である。
【０００４】即ち、ボトミングサイクル１１の高圧ター
ビン４の排気は、全量が排ガスボイラ１０中のリヒータ
５に入り、適切な温度に昇温された後中圧タービン６に
送気される系統システムで高効率化が図られている。
【０００５】なお一点破線で囲ったボトミングサイクル
１１内には前記した機器の他、低圧タービン７、復水器
８、給水ポンプ９等が含まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来、実用に供されて
いるコンバインドサイクルプラントの概要は上記した通
りであるが、昨今、効率、出力等の向上を狙いとして、
ボトミングサイクル側から供給される蒸気によって動翼
及び静翼を冷却し、この蒸気を回収して再びボトミング
側に戻す蒸気冷却ガスタービンが提案されるに至ってい
る。
【０００７】しかし、そのような蒸気冷却ガスタービン
においては、本来ボトミング内を流れていた蒸気のかな
りの量がガスタービンへ流れることになるため、同ガス
タービンとボトミングサイクルとの間は、互に大きく影
響し合うこととなる。
【０００８】本発明はこのような相互影響のうち、悪い
ものの発生を抑え、互いのシステムを最適条件によって
起動し、運転し、停止しうるようにしたものを提供する
ことを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記した課題
を解決すべくなされたもので、高圧タービンの排気ライ
ンを分岐して動翼を蒸気冷却する径路と静翼を蒸気冷却
する径路を設けると共に、同動翼を蒸気冷却する径路か
ら分岐して燃焼器壁面を蒸気冷却する径路を設け、前記
動翼を蒸気冷却する径路と前記燃焼器壁面を蒸気冷却す
る径路に於ける冷却部の上流には、同径路に供給される
冷却蒸気から熱回収する熱交換器を設けた蒸気冷却ガス
タービンを提供し、翼冷却系統の冷却蒸気流量が充分多
いことを利用し、この冷却蒸気を動翼または静翼の冷却
に供するだけではなく、同動翼への冷却蒸気の供給ライ
ンから分岐させて燃焼器の壁面冷却にも供するように
し、また、燃焼器壁面の冷却は、通常温度上昇が大きい
こと、及びタービン動翼冷却はロータ系の温度低減の必
要を伴う場合があること等を考慮して、動翼及び燃焼器
壁面冷却については冷却部に至る前の冷却蒸気から熱回
収する熱交換器を経由させることにより、同冷却蒸気の
温度低減を図るようにしたものである。
【００１０】また、本発明は、前記熱交換器は、前記動
翼と燃焼器壁面を冷却する冷却蒸気の熱を奪って燃料を
加熱する燃料加熱器とした蒸気冷却ガスタービンを提供
し、動翼及び燃焼器壁面の冷却部に至る前の冷却蒸気か
ら、動翼と燃焼器壁面を冷却する冷却蒸気の熱を奪って
燃料を加熱することにより、同冷却蒸気の温度低減を図
るようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１に基
づいて説明する。図１は、燃焼器、および動翼、静翼の
蒸気冷却の系統図である。
【００１２】２１は高圧タービン、２２は中圧タービ
ン、２３は低圧タービンで、図示省略しているが互に機
械的に連結され、発電機を駆動する。３１は排ガスボイ
ラで、図示省略の複数の蒸発器、過熱器等と共に再熱器
３２を内蔵している。
【００１３】４１はガスタービン、４２は燃焼器、４３
は圧縮機で、併せてガスタービン装置を構成している。
５１は前記高圧タービン２１から出た一方の排気ライン
で、前記再熱器３２へ連通している。５２は同高圧ター
ビン２１から出て分岐した他方の排気ラインで、前記ガ
スタービン４１等へ連通している。
【００１４】即ち、同他方の排気ライン５２は、途中で
分岐してガスタービン４１の静翼部へ通じる冷却蒸気ラ
イン５３と他の冷却蒸気ライン５４となり、同他の冷却
蒸気ライン５４は更に分岐してガスタービン４１の動翼
部へ通じる冷却蒸気ライン５５と燃焼器壁面へ通じる冷
却蒸気ライン５６となる。
【００１５】各冷却蒸気ライン５３，５５，５６は夫々
冷却部を通過して熱を与えられ、回収ライン５７にまと
められて再熱器３２の途中に連通している。
【００１６】５８は燃料加熱装置で、動翼へ至る冷却蒸
気ライン５５と燃焼器壁面へ至る冷却蒸気ライン５６の
上流側に配置され、ここを通る冷却蒸気の熱を奮って燃
料を加熱し、同冷却蒸気を冷却する熱交換器である。
【００１７】５９は補助ボイラから排気ライン５２へ連
通した補助蒸気の供給ライン、６０は外部空気源から排
気ライン５２へ連通したパージエアの供給ライン、６１
は回収ライン５７から排ガスボイラ３１の排気ライン６
２へ通じるパージラインである。
【００１８】本実施の形態は前記のように構成されてい
るので、高圧タービン２１の排気主流を再熱器３２へ行
く排気ライン５１から分岐してガスタービン４１の動
翼、静翼等の冷却蒸気として他方の排気ライン５２へ供
給する。
【００１９】排気ライン５２は途中で分岐し、静翼の冷
却蒸気ライン５３は高圧タービン２１の排気をそのまま
静翼の冷却に充当するようになっているが、分岐した他
の冷却蒸気ライン５４は燃料加熱装置５８において冷却
蒸気の保有熱で燃料を加熱して自身は温度を下げた後、
動翼の冷却蒸気ライン５５及び燃焼器壁面の冷却蒸気ラ
イン５６へ連通し、夫々の冷却部を冷却する。
【００２０】このようにして動翼、静翼及び燃焼器壁面
を冷却した冷却蒸気は回収ライン５７に集められ、回収
蒸気として再熱器３２の中間位置に戻している。この回
収蒸気が再熱器３２に入る位置は、前記した排気ライン
５１から同再熱器３２に入る高圧タービン排気の圧力及
び温度等との関連によって決められるものであり、冷却
蒸気として動翼、静翼及び燃焼器壁面等の冷却部内で生
じた圧力損失の存在を考慮すると再熱器３２の中間位置
で合流するのが普通であるが、前記排気ライン５１等の
設計条件等によっては、再熱器３２の入口側で合流する
場合も当然あり得る。
【００２１】なお、前記各冷却蒸気ライン５３，５５，
５６には、起動の際にボトミング側の蒸気がその流量、
圧力、温度状態等で起動に十分な条件に達していない間
は、ガスタービン燃焼ガス等がガスタービンの高温部で
ある動翼、静翼またはロータ内の蒸気冷却通路に侵入す
るのを防止するように補助ボイラから適切な蒸気が供給
ライン５０を経て供給されている。
【００２２】又起動前には各蒸気冷却通路内には空気が
あり、補助ボイラの蒸気が注入されると蒸気に空気が混
入するので、この蒸気がボトミング側に流入するのを防
止するためパージライン６０が設けられていて、パージ
された空気はパージライン６１を通って排ガスボイラ３
１の排気ライン６２に排出される。
【００２３】なお、ここでは動翼部へ通じる冷却蒸気ラ
イン５５と燃焼器壁面へ通じる冷却蒸気ライン５６の冷
却蒸気を併せて燃料加熱装置５８で熱交換する例につい
て説明したが、この燃料加熱装置５８は前記各冷却蒸気
ライン５５，５６に夫々分かれて配置されてもよい。
【００２４】また、前記した燃焼器壁面を冷却する冷却
蒸気ライン５６は、ガスタービン動翼を冷却する冷却蒸
気ライン５５と分岐するものとして説明したが、これは
ガスタービン静翼を冷却する冷却蒸気ライン５３から分
岐することも可能であり、更に冷却蒸気の供給側に当る
各冷却蒸気ライン５３，５５ではなく、冷却部を冷却後
の冷却蒸気回収ラインから分岐させることもできるもの
である。
【００２５】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。
【００２６】
【発明の効果】以上本発明によれば、動翼、静翼、そし
て燃焼器壁面の蒸気冷却が起動時、ボトミング側稼動
時、そして停止時の全てに亘って共通化され、システム
がシンプルとなり、かつ、充分存在する冷却蒸気によ
り、操業の安定化を達成することができたものである。
【００２７】また、請求項２の発明によれば、燃料加熱
器において冷却蒸気から燃料に熱回収を行うと共に冷却
蒸気の熱を奪い、燃料の燃焼に有効に活用すると共に冷
却蒸気の冷却機能を高め、システム全体の熱効率を一段
と向上することができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る蒸気冷却の系統
図。
【図２】従来の空気冷却の系統図。
【符号の説明】
２１ 高圧タービン ２２ 中圧タービン ２３ 低圧タービン ３１ 排ガスボイラ ３２ 再熱器 ４１ ガスタービン ４２ 燃焼器 ４３ 圧縮機 ５１，５２ 排気ライン ５３，５４，５５，５６ 冷却蒸気ライン ５７ 回収ライン ５８ 燃料加熱器 ５９ 補助蒸気供給ライン ６０ パージエア供給ライン ６１ パージライン ６２ 排気ライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−141267（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−146924（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−323163（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−173616（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−283803（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−4210（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−6311（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01D 5/18 F01D 9/02 F02C 7/18 F01D 25/12 F23R 3/42

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高圧タービンの排気ラインを分岐して動
    翼を蒸気冷却する径路と静翼を蒸気冷却する径路を設け
    ると共に、同動翼を蒸気冷却する径路から分岐して燃焼
    器壁面を蒸気冷却する径路を設け、前記動翼を蒸気冷却
    する径路と前記燃焼器壁面を蒸気冷却する径路に於ける
    冷却部の上流には、同径路に供給される冷却蒸気から熱
    回収する熱交換器を設けたことを特徴とする蒸気冷却ガ
    スタービン。
  2. 【請求項２】 前記熱交換器は、前記動翼と燃焼器壁面
    を冷却する冷却蒸気の熱を奪って燃料を加熱する燃料加
    熱器であることを特徴とする請求項１に記載の蒸気冷却
    ガスタービン。
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