JP3500020B2 - 蒸気冷却ガスタービンシステム - Google Patents
蒸気冷却ガスタービンシステムInfo
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- 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
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンの燃焼
器尾筒及びガスタービン翼を蒸気冷却するようにしたガ
スタービンシステムに関する。 【０００２】 【従来の技術】図４に基づいて従来のものについて説明
する。 【０００３】図４に示すように、ガスタービン４の翼冷
却に蒸気を用いるものにおいては、冷却蒸気は高圧ター
ビン７の出口より抽気され、ガスタービン４の翼を冷却
の後中圧タービン８の入口へ回収していた。また燃焼器
６の尾筒に対しては、蒸気冷却は行われておらず、圧縮
空気による空気冷却だった。 【０００４】その他の系統は、一般に用いられているガ
スタービンコンバインドサイクルプラントと同じ系統図
であり、０１はガスタービンシステム、０２は排熱回収
ボイラ、７は高圧タービン、８は中圧タービン、９は低
圧タービンであり、圧縮機５により、大気を吸い込み、
所定の圧力まで圧縮後燃焼器６において、タービン４の
入口で所定の温度になるように調整された燃料と圧縮機
５により加圧された空気を混合して燃焼させている。 【０００５】この燃焼器６の尾筒部分は圧縮機５の吐出
空気により冷却を行うタイプのものである。即ち、ター
ビン４の入口では、燃焼器６で発生した高温高圧の燃焼
ガスを膨張させ、出力を発生し、発電機１８により発電
を行う。仕事を終えた排ガスは、排ガスダクト１０から
排熱回収ボイラ０２へ供給される。 【０００６】タービン４のタービン静翼および動翼は、
高圧タービン７の出口から翼冷却蒸気供給配管１１を介
して供給される蒸気で冷却され、冷却後の加温された蒸
気は、翼冷却蒸気回収配管１２を介して中圧タービン８
の入口へ回収される。 【０００７】一方、排熱回収ボイラ０２では、低圧ドラ
ム１、中圧ドラム２、高圧ドラム３で過熱蒸気を発生さ
せ、高圧ドラム３で発生した蒸気は高圧蒸気配管１３に
より高圧タービン７に導かれ、高圧タービン７で膨張し
て出力を発生する。 【０００８】高圧タービン７の出口蒸気は、翼冷却蒸気
供給配管１１によってガスタービン０１のタービン静翼
および動翼の冷却部に導かれるものと、排熱回収ボイラ
０２の再熱器に導かれるものとに分岐される。 【０００９】中圧ドラム２で発生した蒸気は、中圧蒸気
配管１４を介して再熱器の入口で高圧タービン７の出口
蒸気と混合した後再熱器に導入され、その後同再熱器で
加温され、翼冷却蒸気回収配管１２によって導かれた翼
冷却蒸気と混合して中圧タービン８の入口へ供給され
る。 【００１０】その後この蒸気は中圧タービン８で膨張さ
れ、出力を発生した後低圧ドラム１で発生して低圧蒸気
配管１５を介して供給された過熱蒸気と混合し、低圧タ
ービン９の入口へ供給される。 【００１１】低圧タービン９の入口へ供給された蒸気は
低圧タービン９により膨張し、発電機１９への出力を発
生する。その後復水器２０により蒸気を復水させ、加圧
ポンプ２１により所定の圧力まで加圧した後、給水配管
２２を経て排熱回収ボイラ０２に復水した水を供給す
る。 【００１２】 【発明を解決しようとする課題】前記したように従来の
蒸気冷却ガスタービンシステムでは、高圧タービン７の
出口蒸気は翼冷却に使用するのみであった。また、回収
先は中圧タービン８の入口であった。そして燃焼器６の
尾筒冷却は蒸気ではなく、圧縮機５の出口空気によって
行われていた。 【００１３】このようなガスタービンシステムでは、更
なる熱効率の向上のためにはタービン４の入口温度を上
昇させることが一般的な手法である。しかし、タービン
４の入口温度を上昇させると燃焼器６の尾筒冷却用空気
が多量に必要となり、そのために供給源を同一とする燃
焼用空気が減少することとなってこの燃焼用空気に対す
る燃料の当量比が低下し、不安定燃焼に連なるという問
題が生じる可能性がある。 【００１４】また、前記した燃焼器６の冷却用空気量の
増加により、燃焼温度を更に高める必要からＮＯｘの発
生量の増加に連なるという問題や、タービン４の入口で
の半径方向の温度分布が大きくなることから同タービン
４の効率を低下させるという問題がある。 【００１５】本発明は従来のものの種々の問題点を解消
し、より効果的な蒸気冷却を行う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。 【００１６】 【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、圧縮機、燃焼器、ガスタ
ービンを含むガスタービンプラントと、高圧タービン、
中圧タービン、低圧タービンを含む蒸気タービンプラン
トを組み合わせ、ガスタービン排熱を利用して前記各蒸
気タービンを駆動する高圧蒸気、中圧蒸気、低圧蒸気を
発生させる排熱回収ボイラを備えたコンバインド発電プ
ラントにおいて、排熱回収ボイラの中圧発生蒸気であっ
て中圧ドラムの飽和温度より高い温度の蒸気を燃焼器尾
筒の冷却蒸気として用い、冷却後昇温した冷却蒸気を中
圧タービンへ回収すると共に、高圧タービン出口より抽
気した蒸気を用いてガスタービン翼を冷却し、冷却後昇
温した冷却蒸気を排熱回収ボイラの再熱器の中間部へ回
収する蒸気冷却ガスタービンシステムを提供し、中圧ド
ラムの飽和温度より高い温度の中圧発生蒸気を燃焼器尾
筒の冷却に使用して適切な性状と分量の蒸気で適切な尾
筒冷却をすることにより、この位置では燃焼器尾筒の冷
却のために燃焼器冷却用空気は不要となってその分を燃
焼用空気として用いることができ、燃焼域における空気
の当量比を十分に大きくできるので、これにより燃焼器
の安定燃焼を確保することができるものである。 【００１７】そしてこのような燃焼器尾筒位置で冷却用
空気をなくすると、燃焼ガスがタービン入口に達するま
でに燃焼温度の低下が少なくなるので、一定のタービン
入口温度を基準として空気冷却の場合と比較すると、蒸
気冷却の方が燃焼温度が低くても前記一定のタービン入
口温度を維持することができることとなり、ＮＯｘの発
生量を低下させることができるものである。 【００１８】 【００１９】 【００２０】更にまた本発明は前記した燃焼器尾筒の冷
却に加えて、高圧タービン出口より抽気した蒸気を用い
てガスタービン翼を冷却し、冷却後昇温した冷却蒸気を
排熱回収ボイラの再熱器の中間部へ回収する行程を含め
ているので、冷却対象部分は燃焼器の尾筒だけでなく、
ガスタービンの翼を含めて冷却し、このガスタービン翼
を冷却する蒸気も量的に十分な高圧タービン出口よりの
抽気を用い、かつ、冷却後の蒸気は再熱器の中間部へ回
収することにより後流の例えば中圧タービンでの必要温
度を冷却部と無関係に調整し得るものである。 【００２１】 【発明の実施の形態】図１に基づいて本発明の実施の第
１形態について説明する。なお、前記した従来のものと
同一の部分については図中同一の符号を付して示し、重
複する説明は省略する。 【００２２】本実施の形態は図１に示すように、燃焼器
６の尾筒の冷却を従来の空気冷却方式ではなく、中圧ド
ラム２で発生した蒸気を用いた蒸気冷却方式を採用した
ものである。即ち燃焼器６の尾筒冷却蒸気は、尾筒冷却
蒸気配管１６により中圧ドラム２で発生した蒸気を導
き、燃焼器６の尾筒へ供給する。 【００２３】この冷却蒸気供給温度はこの中圧ドラム２
の圧力の飽和温度より少し高い温度の蒸気を用いること
とする。これにより、燃焼器６の尾筒冷却配管１６内の
ドレンの発生量を極力小さくすることができる。 【００２４】また、燃焼器６の尾筒で加温された蒸気
は、排熱回収ボイラ２の再熱器ＲＨで発生する蒸気とほ
ぼ同じ温度まで加温され、尾筒冷却蒸気回収配管１７を
通じて混合する。混合後の蒸気は、中圧タービン８に供
給され同中圧タービン８で動力を回収する。 【００２５】このように本実施の形態では、燃焼器６の
尾筒を冷却するのに蒸気冷却方式を採用したことによ
り、従来の空気冷却方式において尾筒部分に供給してい
た空気が不要となり、これを燃焼器６の燃焼空気に振り
向けて用いることができるので、安定燃焼に必要な燃焼
空気の当量比を大きくして安定燃焼を達成することがで
きる。 【００２６】また、前記したように尾筒部分に冷却用の
空気がなくなることは燃焼ガスがタービンの入り口に到
達するまでに燃焼ガスの温度低下が少なくなるので、従
来の空気冷却方式に比べて燃焼温度を低く設定できるこ
ととなり、ＮＯｘの発生量を低下させることができる。 【００２７】次に図２に基づいて本発明の参考例につい
て説明する。なお前記した従来のもの及び実施の第１形
態と同一の部分については図中同一の符号を付して示
し、重複する説明は省略する。 【００２８】本参考例は燃焼器６の尾筒冷却蒸気に中圧
ドラム２の発生蒸気を使用するのではなく、高圧タービ
ン７の出口蒸気を抽気して使用するシステムとしたもの
であり、その他の系統は、図１に示した実施の第１形態
のものと同じである。 【００２９】これにより中圧ドラム２での中圧発生蒸気
流量の制約はなくなるので、燃焼器６の尾筒冷却用蒸気
量を確保するために高圧ドラム３のピンチポイント温度
差を大きくする必要がなくなり、ピンチポイント温度差
の設定の自由度が大きくなる。 【００３０】この関係を更に詳細に説明すると、本参考
例のように燃焼器６の尾筒冷却に中圧発生蒸気を使用す
るものでは、熱効率を高く設定するためには、尾筒蒸気
冷却後の蒸気温度は中圧タービン８の入り口温度と同じ
温度になることが望ましい。 【００３１】これはもし尾筒冷却後の蒸気温度が所定の
中圧タービン８入り口温度より低い温度となった場合に
は、中圧タービン８の入り口温度を低めてしまうためで
ある。また、尾筒での蒸気冷却により、この冷却蒸気に
与えられた熱量を中圧発生蒸気で吸収する場合に冷却蒸
気の冷却後の温度は上記により決められているので、必
要冷却蒸気量が決まる。 【００３２】以上より高圧および中圧のピンチポイント
温度差を例えば１５℃と一定に決めた場合には、尾筒冷
却蒸気は任意に設定することはできず、むしろ中圧発生
蒸気流量ではまかないきれないので、高圧のピンチポイ
ント温度差を大きく設定して中圧発生蒸気量を必要な分
確保することが必要となる。 【００３３】一方、熱効率を高くするためには、高圧の
ピンチポイント温度差を小さく設定することが必要十分
条件となるので、前記したような中圧発生蒸気に依存す
るのは好ましくなく、むしろ中圧発生蒸気が十分確保で
きない場合にあっては、中圧発生蒸気を尾筒冷却に使用
することはこの熱効率向上の観点からさけるべきであ
る。 【００３４】そこで本参考例では、尾筒冷却用の蒸気と
して高圧タービン７の出口抽気を使用することによっ
て、尾筒用冷却蒸気を十分確保することができたもので
ある。 【００３５】なお、前記したピンチポイント温度差、即
ち高圧、中圧、低圧それぞれのドラムでの排ガス温度と
飽和水温度との差は、これが各ドラムでの発生蒸気流量
を決める値となる。 【００３６】この値が小さければ小さいほどドラムでの
熱吸収量が多くなるので、発生蒸気量が多くなり、これ
は熱効率を向上させることになる。一方、そのインパク
トとして、排熱回収ボイラの伝熱面積が大きくなること
によりコスト高となるので、その設計製作に際してはコ
ストと性能の兼ね合いでピンチポイント温度差を約１０
〜１５℃程度としているのが一般的である。 【００３７】従って本参考例では、中圧発生蒸気流量の
制約がなくなり、同中圧発生蒸気流量が確保されれば高
圧のピンチポイント温度差を大きく設定する必要がなく
なり、同高圧のピンチポイント温度差を１５℃一定に設
定することができるので、全体の熱効率の低下をまねく
可能性もなくなるものである。 【００３８】次に本発明の他の参考例を図３に基づいて
説明する。なお、前記同様、前記した従来の技術、実施
の第１形態及び参考例のものと同一の部分については図
中同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。 【００３９】本他の参考例では、燃焼器６の尾筒冷却蒸
気の温度上昇を小さく設定し、排熱回収ボイラ０２のリ
ヒータ入口に冷却蒸気を回収するのではなく、リヒータ
途中に冷却蒸気を回収するシステムとする。その他の系
統は図２に示す参考例と同一のものである。 【００４０】尾筒冷却において、中圧タービン８の入り
口に冷却蒸気を回収するものにあっては、同冷却蒸気の
温度を所定の中圧タービン８の入り口温度と同じ温度に
することが熱効率を高く設定するために必要であるが、
本他の参考例では尾筒冷却蒸気を再熱器ＲＨの途中に回
収することにより、尾筒での冷却蒸気の温度上昇はいか
ほどであっても中圧タービン８の入り口温度には影響し
なくなるので全体効率へ与える影響はなくなり、これに
より、燃焼器６の尾筒冷却時の温度上昇を小さく設定で
きるため、尾筒冷却に用いる冷却構造を簡素化し、冷却
蒸気の圧力損失を小さくすることができ、中圧タービン
８の入口圧力をその分高く設定できることにより、コン
バインド効率の向上に効果がある。 【００４１】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。 【００４２】 【発明の効果】以上本発明によれば、中圧発生蒸気であ
って中圧ドラムの飽和温度より高い温度の蒸気を用いて
燃焼器尾筒冷却を行い、その冷却蒸気を中圧タービンへ
回収することにより、（１） 燃焼器冷却用空気を減らすことができ、安定燃焼
のための当量比を十分に大きくできる，（２） 燃焼温度を低下させることができるのでＮＯｘの
発生量を低下させることができる，（３） タービン入口での半径方向の温度分布も平均化で
きる，という効果を奏するものである。 【００４３】 【００４４】 【００４５】更にまた本発明によれば、排熱回収ボイラ
の中圧発生蒸気を用いた燃焼器尾筒の冷却に加えて、高
圧タービン出口からの抽気を用いてガスタービン翼を併
せ冷却し、その冷却蒸気を前記燃焼器尾筒冷却蒸気と共
に再熱器の中間部へ回収することにより， 蒸気ター
ビンの高熱部分から全て熱回収し、しかも後流の中圧タ
ービン等での必要温度に前記各冷却部の熱回収とは無関
係に調整し得る，という効果を奏するものである。
器尾筒及びガスタービン翼を蒸気冷却するようにしたガ
スタービンシステムに関する。 【０００２】 【従来の技術】図４に基づいて従来のものについて説明
する。 【０００３】図４に示すように、ガスタービン４の翼冷
却に蒸気を用いるものにおいては、冷却蒸気は高圧ター
ビン７の出口より抽気され、ガスタービン４の翼を冷却
の後中圧タービン８の入口へ回収していた。また燃焼器
６の尾筒に対しては、蒸気冷却は行われておらず、圧縮
空気による空気冷却だった。 【０００４】その他の系統は、一般に用いられているガ
スタービンコンバインドサイクルプラントと同じ系統図
であり、０１はガスタービンシステム、０２は排熱回収
ボイラ、７は高圧タービン、８は中圧タービン、９は低
圧タービンであり、圧縮機５により、大気を吸い込み、
所定の圧力まで圧縮後燃焼器６において、タービン４の
入口で所定の温度になるように調整された燃料と圧縮機
５により加圧された空気を混合して燃焼させている。 【０００５】この燃焼器６の尾筒部分は圧縮機５の吐出
空気により冷却を行うタイプのものである。即ち、ター
ビン４の入口では、燃焼器６で発生した高温高圧の燃焼
ガスを膨張させ、出力を発生し、発電機１８により発電
を行う。仕事を終えた排ガスは、排ガスダクト１０から
排熱回収ボイラ０２へ供給される。 【０００６】タービン４のタービン静翼および動翼は、
高圧タービン７の出口から翼冷却蒸気供給配管１１を介
して供給される蒸気で冷却され、冷却後の加温された蒸
気は、翼冷却蒸気回収配管１２を介して中圧タービン８
の入口へ回収される。 【０００７】一方、排熱回収ボイラ０２では、低圧ドラ
ム１、中圧ドラム２、高圧ドラム３で過熱蒸気を発生さ
せ、高圧ドラム３で発生した蒸気は高圧蒸気配管１３に
より高圧タービン７に導かれ、高圧タービン７で膨張し
て出力を発生する。 【０００８】高圧タービン７の出口蒸気は、翼冷却蒸気
供給配管１１によってガスタービン０１のタービン静翼
および動翼の冷却部に導かれるものと、排熱回収ボイラ
０２の再熱器に導かれるものとに分岐される。 【０００９】中圧ドラム２で発生した蒸気は、中圧蒸気
配管１４を介して再熱器の入口で高圧タービン７の出口
蒸気と混合した後再熱器に導入され、その後同再熱器で
加温され、翼冷却蒸気回収配管１２によって導かれた翼
冷却蒸気と混合して中圧タービン８の入口へ供給され
る。 【００１０】その後この蒸気は中圧タービン８で膨張さ
れ、出力を発生した後低圧ドラム１で発生して低圧蒸気
配管１５を介して供給された過熱蒸気と混合し、低圧タ
ービン９の入口へ供給される。 【００１１】低圧タービン９の入口へ供給された蒸気は
低圧タービン９により膨張し、発電機１９への出力を発
生する。その後復水器２０により蒸気を復水させ、加圧
ポンプ２１により所定の圧力まで加圧した後、給水配管
２２を経て排熱回収ボイラ０２に復水した水を供給す
る。 【００１２】 【発明を解決しようとする課題】前記したように従来の
蒸気冷却ガスタービンシステムでは、高圧タービン７の
出口蒸気は翼冷却に使用するのみであった。また、回収
先は中圧タービン８の入口であった。そして燃焼器６の
尾筒冷却は蒸気ではなく、圧縮機５の出口空気によって
行われていた。 【００１３】このようなガスタービンシステムでは、更
なる熱効率の向上のためにはタービン４の入口温度を上
昇させることが一般的な手法である。しかし、タービン
４の入口温度を上昇させると燃焼器６の尾筒冷却用空気
が多量に必要となり、そのために供給源を同一とする燃
焼用空気が減少することとなってこの燃焼用空気に対す
る燃料の当量比が低下し、不安定燃焼に連なるという問
題が生じる可能性がある。 【００１４】また、前記した燃焼器６の冷却用空気量の
増加により、燃焼温度を更に高める必要からＮＯｘの発
生量の増加に連なるという問題や、タービン４の入口で
の半径方向の温度分布が大きくなることから同タービン
４の効率を低下させるという問題がある。 【００１５】本発明は従来のものの種々の問題点を解消
し、より効果的な蒸気冷却を行う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。 【００１６】 【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、圧縮機、燃焼器、ガスタ
ービンを含むガスタービンプラントと、高圧タービン、
中圧タービン、低圧タービンを含む蒸気タービンプラン
トを組み合わせ、ガスタービン排熱を利用して前記各蒸
気タービンを駆動する高圧蒸気、中圧蒸気、低圧蒸気を
発生させる排熱回収ボイラを備えたコンバインド発電プ
ラントにおいて、排熱回収ボイラの中圧発生蒸気であっ
て中圧ドラムの飽和温度より高い温度の蒸気を燃焼器尾
筒の冷却蒸気として用い、冷却後昇温した冷却蒸気を中
圧タービンへ回収すると共に、高圧タービン出口より抽
気した蒸気を用いてガスタービン翼を冷却し、冷却後昇
温した冷却蒸気を排熱回収ボイラの再熱器の中間部へ回
収する蒸気冷却ガスタービンシステムを提供し、中圧ド
ラムの飽和温度より高い温度の中圧発生蒸気を燃焼器尾
筒の冷却に使用して適切な性状と分量の蒸気で適切な尾
筒冷却をすることにより、この位置では燃焼器尾筒の冷
却のために燃焼器冷却用空気は不要となってその分を燃
焼用空気として用いることができ、燃焼域における空気
の当量比を十分に大きくできるので、これにより燃焼器
の安定燃焼を確保することができるものである。 【００１７】そしてこのような燃焼器尾筒位置で冷却用
空気をなくすると、燃焼ガスがタービン入口に達するま
でに燃焼温度の低下が少なくなるので、一定のタービン
入口温度を基準として空気冷却の場合と比較すると、蒸
気冷却の方が燃焼温度が低くても前記一定のタービン入
口温度を維持することができることとなり、ＮＯｘの発
生量を低下させることができるものである。 【００１８】 【００１９】 【００２０】更にまた本発明は前記した燃焼器尾筒の冷
却に加えて、高圧タービン出口より抽気した蒸気を用い
てガスタービン翼を冷却し、冷却後昇温した冷却蒸気を
排熱回収ボイラの再熱器の中間部へ回収する行程を含め
ているので、冷却対象部分は燃焼器の尾筒だけでなく、
ガスタービンの翼を含めて冷却し、このガスタービン翼
を冷却する蒸気も量的に十分な高圧タービン出口よりの
抽気を用い、かつ、冷却後の蒸気は再熱器の中間部へ回
収することにより後流の例えば中圧タービンでの必要温
度を冷却部と無関係に調整し得るものである。 【００２１】 【発明の実施の形態】図１に基づいて本発明の実施の第
１形態について説明する。なお、前記した従来のものと
同一の部分については図中同一の符号を付して示し、重
複する説明は省略する。 【００２２】本実施の形態は図１に示すように、燃焼器
６の尾筒の冷却を従来の空気冷却方式ではなく、中圧ド
ラム２で発生した蒸気を用いた蒸気冷却方式を採用した
ものである。即ち燃焼器６の尾筒冷却蒸気は、尾筒冷却
蒸気配管１６により中圧ドラム２で発生した蒸気を導
き、燃焼器６の尾筒へ供給する。 【００２３】この冷却蒸気供給温度はこの中圧ドラム２
の圧力の飽和温度より少し高い温度の蒸気を用いること
とする。これにより、燃焼器６の尾筒冷却配管１６内の
ドレンの発生量を極力小さくすることができる。 【００２４】また、燃焼器６の尾筒で加温された蒸気
は、排熱回収ボイラ２の再熱器ＲＨで発生する蒸気とほ
ぼ同じ温度まで加温され、尾筒冷却蒸気回収配管１７を
通じて混合する。混合後の蒸気は、中圧タービン８に供
給され同中圧タービン８で動力を回収する。 【００２５】このように本実施の形態では、燃焼器６の
尾筒を冷却するのに蒸気冷却方式を採用したことによ
り、従来の空気冷却方式において尾筒部分に供給してい
た空気が不要となり、これを燃焼器６の燃焼空気に振り
向けて用いることができるので、安定燃焼に必要な燃焼
空気の当量比を大きくして安定燃焼を達成することがで
きる。 【００２６】また、前記したように尾筒部分に冷却用の
空気がなくなることは燃焼ガスがタービンの入り口に到
達するまでに燃焼ガスの温度低下が少なくなるので、従
来の空気冷却方式に比べて燃焼温度を低く設定できるこ
ととなり、ＮＯｘの発生量を低下させることができる。 【００２７】次に図２に基づいて本発明の参考例につい
て説明する。なお前記した従来のもの及び実施の第１形
態と同一の部分については図中同一の符号を付して示
し、重複する説明は省略する。 【００２８】本参考例は燃焼器６の尾筒冷却蒸気に中圧
ドラム２の発生蒸気を使用するのではなく、高圧タービ
ン７の出口蒸気を抽気して使用するシステムとしたもの
であり、その他の系統は、図１に示した実施の第１形態
のものと同じである。 【００２９】これにより中圧ドラム２での中圧発生蒸気
流量の制約はなくなるので、燃焼器６の尾筒冷却用蒸気
量を確保するために高圧ドラム３のピンチポイント温度
差を大きくする必要がなくなり、ピンチポイント温度差
の設定の自由度が大きくなる。 【００３０】この関係を更に詳細に説明すると、本参考
例のように燃焼器６の尾筒冷却に中圧発生蒸気を使用す
るものでは、熱効率を高く設定するためには、尾筒蒸気
冷却後の蒸気温度は中圧タービン８の入り口温度と同じ
温度になることが望ましい。 【００３１】これはもし尾筒冷却後の蒸気温度が所定の
中圧タービン８入り口温度より低い温度となった場合に
は、中圧タービン８の入り口温度を低めてしまうためで
ある。また、尾筒での蒸気冷却により、この冷却蒸気に
与えられた熱量を中圧発生蒸気で吸収する場合に冷却蒸
気の冷却後の温度は上記により決められているので、必
要冷却蒸気量が決まる。 【００３２】以上より高圧および中圧のピンチポイント
温度差を例えば１５℃と一定に決めた場合には、尾筒冷
却蒸気は任意に設定することはできず、むしろ中圧発生
蒸気流量ではまかないきれないので、高圧のピンチポイ
ント温度差を大きく設定して中圧発生蒸気量を必要な分
確保することが必要となる。 【００３３】一方、熱効率を高くするためには、高圧の
ピンチポイント温度差を小さく設定することが必要十分
条件となるので、前記したような中圧発生蒸気に依存す
るのは好ましくなく、むしろ中圧発生蒸気が十分確保で
きない場合にあっては、中圧発生蒸気を尾筒冷却に使用
することはこの熱効率向上の観点からさけるべきであ
る。 【００３４】そこで本参考例では、尾筒冷却用の蒸気と
して高圧タービン７の出口抽気を使用することによっ
て、尾筒用冷却蒸気を十分確保することができたもので
ある。 【００３５】なお、前記したピンチポイント温度差、即
ち高圧、中圧、低圧それぞれのドラムでの排ガス温度と
飽和水温度との差は、これが各ドラムでの発生蒸気流量
を決める値となる。 【００３６】この値が小さければ小さいほどドラムでの
熱吸収量が多くなるので、発生蒸気量が多くなり、これ
は熱効率を向上させることになる。一方、そのインパク
トとして、排熱回収ボイラの伝熱面積が大きくなること
によりコスト高となるので、その設計製作に際してはコ
ストと性能の兼ね合いでピンチポイント温度差を約１０
〜１５℃程度としているのが一般的である。 【００３７】従って本参考例では、中圧発生蒸気流量の
制約がなくなり、同中圧発生蒸気流量が確保されれば高
圧のピンチポイント温度差を大きく設定する必要がなく
なり、同高圧のピンチポイント温度差を１５℃一定に設
定することができるので、全体の熱効率の低下をまねく
可能性もなくなるものである。 【００３８】次に本発明の他の参考例を図３に基づいて
説明する。なお、前記同様、前記した従来の技術、実施
の第１形態及び参考例のものと同一の部分については図
中同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。 【００３９】本他の参考例では、燃焼器６の尾筒冷却蒸
気の温度上昇を小さく設定し、排熱回収ボイラ０２のリ
ヒータ入口に冷却蒸気を回収するのではなく、リヒータ
途中に冷却蒸気を回収するシステムとする。その他の系
統は図２に示す参考例と同一のものである。 【００４０】尾筒冷却において、中圧タービン８の入り
口に冷却蒸気を回収するものにあっては、同冷却蒸気の
温度を所定の中圧タービン８の入り口温度と同じ温度に
することが熱効率を高く設定するために必要であるが、
本他の参考例では尾筒冷却蒸気を再熱器ＲＨの途中に回
収することにより、尾筒での冷却蒸気の温度上昇はいか
ほどであっても中圧タービン８の入り口温度には影響し
なくなるので全体効率へ与える影響はなくなり、これに
より、燃焼器６の尾筒冷却時の温度上昇を小さく設定で
きるため、尾筒冷却に用いる冷却構造を簡素化し、冷却
蒸気の圧力損失を小さくすることができ、中圧タービン
８の入口圧力をその分高く設定できることにより、コン
バインド効率の向上に効果がある。 【００４１】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。 【００４２】 【発明の効果】以上本発明によれば、中圧発生蒸気であ
って中圧ドラムの飽和温度より高い温度の蒸気を用いて
燃焼器尾筒冷却を行い、その冷却蒸気を中圧タービンへ
回収することにより、（１） 燃焼器冷却用空気を減らすことができ、安定燃焼
のための当量比を十分に大きくできる，（２） 燃焼温度を低下させることができるのでＮＯｘの
発生量を低下させることができる，（３） タービン入口での半径方向の温度分布も平均化で
きる，という効果を奏するものである。 【００４３】 【００４４】 【００４５】更にまた本発明によれば、排熱回収ボイラ
の中圧発生蒸気を用いた燃焼器尾筒の冷却に加えて、高
圧タービン出口からの抽気を用いてガスタービン翼を併
せ冷却し、その冷却蒸気を前記燃焼器尾筒冷却蒸気と共
に再熱器の中間部へ回収することにより， 蒸気ター
ビンの高熱部分から全て熱回収し、しかも後流の中圧タ
ービン等での必要温度に前記各冷却部の熱回収とは無関
係に調整し得る，という効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係る蒸気冷却ガスタ
ービンシステムの系統図。 【図２】本発明の参考例に係る蒸気冷却ガスタービンシ
ステムの系統図。 【図３】本発明の他の参考例に係る蒸気冷却ガスタービ
ンシステムの系統図。 【図４】従来の空気冷却及び蒸気冷却を併用したガスタ
ービンシステムの系統図。 【符号の説明】 ０１ ガスタービン ０２ 排熱回収ボイラ １ 低圧ドラム ２ 中圧ドラム ３ 高圧ドラム ４ タービン ５ 圧縮機 ６ 燃焼器 ７ 高圧タービン ８ 中圧タービン ９ 低圧タービン １０ 排ガスダクト １１ 翼冷却蒸気供給配管 １２ 翼冷却蒸気回収配管 １３ 高圧蒸気配管 １４ 中圧蒸気配管 １５ 低圧蒸気配管 １６ 尾筒冷却蒸気配管 １７ 尾筒冷却蒸気回収配管
ービンシステムの系統図。 【図２】本発明の参考例に係る蒸気冷却ガスタービンシ
ステムの系統図。 【図３】本発明の他の参考例に係る蒸気冷却ガスタービ
ンシステムの系統図。 【図４】従来の空気冷却及び蒸気冷却を併用したガスタ
ービンシステムの系統図。 【符号の説明】 ０１ ガスタービン ０２ 排熱回収ボイラ １ 低圧ドラム ２ 中圧ドラム ３ 高圧ドラム ４ タービン ５ 圧縮機 ６ 燃焼器 ７ 高圧タービン ８ 中圧タービン ９ 低圧タービン １０ 排ガスダクト １１ 翼冷却蒸気供給配管 １２ 翼冷却蒸気回収配管 １３ 高圧蒸気配管 １４ 中圧蒸気配管 １５ 低圧蒸気配管 １６ 尾筒冷却蒸気配管 １７ 尾筒冷却蒸気回収配管
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ０１Ｋ 23/10 Ｆ０１Ｋ 23/10 Ｘ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F01D 1/00 - 11/20
F01K 23/10
F02C 1/00 - 9/58
F23R 3/00 - 7/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 圧縮機、燃焼器、ガスタービンを含むガ
スタービンプラントと、高圧タービン、中圧タービン、
低圧タービンを含む蒸気タービンプラントを組み合わ
せ、ガスタービン排熱を利用して前記各蒸気タービンを
駆動する高圧蒸気、中圧蒸気、低圧蒸気を発生させる排
熱回収ボイラを備えたコンバインド発電プラントにおい
て、排熱回収ボイラの中圧発生蒸気であって中圧ドラム
の飽和温度より高い温度の蒸気を燃焼器尾筒の冷却蒸気
として用い、冷却後昇温した冷却蒸気を中圧タービンへ
回収すると共に、高圧タービン出口より抽気した蒸気を
用いてガスタービン翼を冷却し、冷却後昇温した冷却蒸
気を排熱回収ボイラの再熱器の中間部へ回収することを
特徴とする蒸気冷却ガスタービンシステム。
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