JP3434178B2 - 回収式蒸気冷却ガスタービン - Google Patents

回収式蒸気冷却ガスタービン

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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants 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
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は回収式蒸気冷却ガス
タービンに関し、冷却用の蒸気の温度調節に水スプレー
を用い、水スプレー系統を専用化してコストダウンを図
ったものである。 【0002】 【従来の技術】近年ガスタービンの高効率化の要請によ
り燃焼ガスが高温化し、そのために冷却性能の優れた蒸
気を用いてガスタービンの高温部品を冷却する方式が提
案されている。ガスタービンの高温化により、圧縮機、
燃焼器及びガスタービンを連結した系統と、ガスタービ
ンからの排ガスを導入する排熱回収ボイラ、このボイラ
で発生する蒸気で回転される蒸気タービン及び復水器を
連結した蒸気タービン系統とを組み合わせた複合発電プ
ラントが開発されており、この複合発電プラントにおけ
るガスタービンの高温部品、即ち、静翼と動翼等の冷却
には排熱回収ボイラで発生する蒸気の一部を抽気して用
い、これら高温部品を冷却した後、冷却後の蒸気を回収
し、蒸気タービン系統に戻して有効利用している。 【0003】回収式蒸気冷却ガスタービンの燃焼器壁
面、ガスタービン静翼、動翼を冷却する蒸気は、適切な
ボトミングサイクル位置から取り出さないと適切な温
度、圧力の冷却用蒸気が得られない。この一つの解決策
として給水を蒸気中にスプレーして蒸気温度を適温にす
ることが提案されているが、この場合、蒸気であれば給
水が加熱されて蒸発する過程で不純物が除去されるが、
給水が直接入る場合には不純物が除去されない。このよ
うな不純物が入ると静翼、動翼の蒸気冷却通路は精巧に
加工されており、不純物が付着、堆積することにより通
路を閉塞する恐れがある。 【0004】図2は本出願人が提案し、開発を進めてい
る先行技術に係る複合発電プラントの一例を示す系統図
であり、ガスタービンの高温部品を蒸気冷却している例
である。図において、その概要を説明すると、ガスター
ビン11と燃焼器12、圧縮機13とでガスタービン系
統を構成し、ガスタービン11の排気を排熱回収ボイラ
16に導き、これを加熱している。排熱回収ボイラ16
の高圧スパーヒータ(HPSH2)16−4からの蒸気
で蒸気タービン14の高圧タービン14−1を、低圧側
ヒータ(LP)16−1からの蒸気で低圧タービン14
−3を駆動し、その排気はコンデンサ15に導き、凝縮
して再び排熱回収ボイラ16に戻している。 【0005】一方、中圧スパーヒータ(IPSH)16
−2と高圧スパーヒータ(HPSH1)16−3からの
蒸気を混合して蒸気温度を調整し、燃焼器12に導いて
燃焼器壁面を冷却し、冷却後の蒸気は中圧タービン14
−2に送り、これを駆動する蒸気の一部としている。
又、燃焼器12の冷却には起動時等のために補助ボイラ
18が設けられている。又、燃焼器12に導かれる蒸気
の一部は燃焼器12に入らずにそのまま中圧タービン1
4−2に供給するラインも設けられている。 【0006】又、高圧スパーヒータ(HPSH1)16
−3からの蒸気と、高圧タービン14−1からの排気と
が混合され、ガスタービン11の静翼と動翼の蒸気冷却
通路21,22に導かれ、これらを冷却し、冷却後の蒸
気は中圧タービン14−2へ供給され、これを駆動する
蒸気となる。又、この蒸気冷却系統にも起動時等のため
に補助ボイラ17が設けられている。 【0007】この蒸気冷却系統において、静翼の冷却用
蒸気の温度は、ほぼ冷却に適した温度、例えば、375
℃程度であり、そのまま静翼の蒸気冷却通路21に供給
して冷却に用いられるが、動翼の冷却蒸気温度は静翼よ
り低く、例えば318℃程度であり、そのまま使用でき
ないので復水等より水を導き、水スプレー30で給水ス
プレーを行って温度を調整している。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】前述のように現在提案
されている回収式蒸気冷却ガスタービンにおいては、ガ
スタービンの高温部品、即ち、動翼の冷却には蒸気温度
を冷却に適した温度に調整するために給水を蒸気中に直
接スプレーするようにしている。給水中には不純物が含
まれており、そのまま蒸気中にスプレーしても不純物も
一緒に蒸気中に混入し、この不純物を取り除かないと蒸
気冷却通路に付着、堆積し、閉塞等の不具合が発生する
恐れがある。このような不純物を除去するためには、蒸
気であれば蒸発の過程で除去されるが、水であるので不
純物除去装置が必要であり、この除去装置も復水して排
熱回収ボイラに戻る水の全量を処理すると大形の設備と
なり、コストがアップしてしまう。 【0009】そこで本発明は、回収式蒸気冷却ガスター
ビンにおいて、ガスタービンの高温部品を蒸気冷却する
場合に、冷却温度に適した蒸気温度を得るために冷却用
蒸気にスプレーする給水を専用の装置で加熱し、なるた
け高温水として冷却温度に近づけると共に、スプレーす
る給水量に見合う容量の専用の不純物除去装置を備えて
大形の不純物除去装置を設けずに装置のコストダウンを
可能とすることを課題としてなされたものである。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために、次の手段を提供する。 【0011】ガスタービンの排熱で発生した蒸気により
蒸気タービンを駆動すると共に、同蒸気タービンの系統
から蒸気を一部抽気して前記ガスタービンの高温部を冷
却し、冷却後の蒸気を前記蒸気タービン系統に戻して回
収する回収式蒸気冷却ガスタービンにおいて、温度調整
用の水を導き、同水を処理する専用の不純物除去装置
と、同不純物除去装置からの水を加熱する専用のエコノ
マイザと、同エコノマイザで加熱された水を前記高温部
を流れる冷却用蒸気に噴出するスプレーノズルを備え、
同冷却用蒸気の温度調整をすることを特徴とする回収式
蒸気冷却ガスタービン。 【0012】本発明の回収式蒸気冷却ガスタービンは、
ガスタービンの高温部に蒸気タービン系統から蒸気を一
部抽気して導き、冷却してこの蒸気を蒸気タービン系統
に戻して回収しているが、抽気した蒸気はかならずしも
高温部を冷却するのに適した温度ではない。高温部の例
としては、例えば、静翼と動翼があり、静翼の冷却に適
した蒸気温度は動翼よりも高くなっている。抽気した蒸
気温度がそのまま静翼に供給する蒸気に適している場合
には、動翼の蒸気温度を下げて調整する必要があり、こ
の場合に蒸気中に水をスプレーして温度を調整する。こ
のように水をスプレーする場合には、水中には不純物が
含まれており、これを除去する必要があり、復水した水
の全量を処理すると設備が大きくなり、コストもアップ
してしまう。 【0013】そこで本発明では、蒸気の温度を調整する
ための水を導き、この水量を処理できる能力のみで良い
専用の不純物処理装置を用いて処理し、処理した水を、
この水のみ加熱する専用のエコノマイザを通して加熱す
る。この加熱は蒸気温度が250〜600℃の範囲の高
温であり、この範囲での調整となるので水をできるだけ
蒸気温度に近づけるためである。加熱された高温水はス
プレーノズルにより蒸気中にスプレーして蒸気温度を調
整する。 【0014】このように本発明によれば、蒸気温度調整
用の水量に見合うだけの容量の専用の不純物処理装置
と、この水を加熱する専用のエコノマイザとを備えれば
良いので蒸気温度調整系統が小形となり大きな設備を不
要とし、かつ給水は加熱されて高温水となり、冷却蒸気
温度に近づくので効率よく蒸気温度の調整が可能とな
る。 【0015】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の実
施の一形態に係る回収式蒸気冷却ガスタービンの系統図
である。図において本発明の特徴部分は符号40乃至4
3で示す部分であり、その他の構成は図2に示す先行技
術に係るものと同じであるので詳しい説明は省略し、そ
のまま引用して説明する。 【0016】図1において、40は不純物除去装置であ
り、給水中から固形物等の微粒子を除去するものであ
り、給水スプレー量に見合った容量のものである。41
はエコノマイザであり、給水スプレー用の水のみを専用
に加熱し、この給水量に見合う容量を有している。42
は給水配管であり、43は給水スプレーノズルである。 【0017】上記の構成において、先行技術の欄でも述
べたように、ガスタービンの静翼に導かれる冷却用蒸気
の温度は、ほぼ、静翼を冷却する適切な温度に近いので
そのまま蒸気冷却通路21に供給されて冷却に供される
が、動翼の冷却蒸気温度は静翼の蒸気よりも低いので調
整する必要がある。そのために給水スプレーノズル43
からの給水は、動翼の冷却に適した蒸気温度、例えば3
18℃にできるだけ近づけるために加熱して高温水とし
てスプレーし、温度調節を行う。 【0018】給水はまず給水量に見合った水量の処理能
力を有する専用の不純物除去装置40を通し、排熱回収
ボイラ16に導かれ、ここで給水を加熱する専用のエコ
ノマイザ41を通し、加熱され、高温水となり、給水配
管42に導かれる。給水配管42からの高温水は給水ス
プレーノズル43から動翼の蒸気冷却用配管にスプレー
され、蒸気冷却通路22を流れる蒸気を動翼の冷却に適
した温度になるように調節する。 【0019】上記の専用のエコノマイザ41は従来の既
設のエコノマイザを分離して動翼冷却用の給水のみを加
熱するだけのものとし、又、不純物除去装置も動翼冷却
用の蒸気にスプレーする給水専用のものとして小形化す
る。そのために排熱回収ボイラ16に戻る全量の水の不
純物を除去する大形の装置を設けずにコストの低減が図
れる。 【0020】 【発明の効果】本発明の回収式蒸気冷却ガスタービン
は、ガスタービンの排熱で発生した蒸気により蒸気ター
ビンを駆動すると共に、同蒸気タービンの系統から蒸気
を一部抽気して前記ガスタービンの高温部を冷却し、冷
却後の蒸気を前記蒸気タービン系統に戻して回収する回
収式蒸気冷却ガスタービンにおいて、温度調整用の水を
導き、同水を処理する専用の不純物除去装置と、同不純
物除去装置からの水を加熱する専用のエコノマイザと、
同エコノマイザで加熱された水を前記高温部を流れる冷
却用蒸気に噴出するスプレーノズルを備え、同冷却用蒸
気の温度調整をすることを特徴としている。このような
構成により、蒸気の温度を調整する水量に見合う容量の
専用の不純物処理装置と、この水量のみを加熱する専用
のエコノマイザを設ければ良く、復水する全量を処理す
る不純物除去装置、等の大形の設備が必要なく、設備の
コストダウンが図れる。 【0021】又、スプレーする水は加熱されて高温水と
なっているので、冷却用の蒸気温度に近づいており、温
度調整が容易となり、効率良く温度調整ができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の一形態に係る回収式蒸気冷却ガ
スタービンの系統図である。 【図2】本発明の先行技術に係る回収式蒸気冷却ガスタ
ービンの系統図である。 【符号の説明】 11 ガスタービン 12 燃焼器 13 圧縮機 14 蒸気タービン 15 コンデンサ 16 排熱回収ボイラ 21,22 蒸気冷却通路 40 不純物除去装置 41 エコノマイザ 42 給水配管 43 給水スプレーノズル
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02C 1/00 - 9/58 F01D 25/12 F01K 23/10

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ガスタービンの排熱で発生した蒸気によ
    り蒸気タービンを駆動すると共に、同蒸気タービンの系
    統から蒸気を一部抽気して前記ガスタービンの高温部を
    冷却し、冷却後の蒸気を前記蒸気タービン系統に戻して
    回収する回収式蒸気冷却ガスタービンにおいて、温度調
    整用の水を導き、同水を処理する専用の不純物除去装置
    と、同不純物除去装置からの水を加熱する専用のエコノ
    マイザと、同エコノマイザで加熱された水を前記高温部
    を流れる冷却用蒸気に噴出するスプレーノズルを備え、
    同冷却用蒸気の温度調整をすることを特徴とする回収式
    蒸気冷却ガスタービン。
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