JP3614948B2 - 複合サイクル発電プラント - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン系統と、蒸気タービン系統とを組み合わせた複合サイクル発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、火力発電プラントの高効率化が強く望まれており、この要望に沿うために、新設の火力発電所は勿論のこと、既設の火力発電所においても、リパワリングによる複合サイクル化が進められている。
【０００３】
図７は、従来の代表的な複合サイクル発電プラントを示す系統図である。この複合サイクル発電プラントは、ガスタービン系統１と、このガスタービン系統１の排熱エネルギで駆動される蒸気タービンを有する蒸気サイクル系統２とを備えた構成とされている。
【０００４】
ガスタービン系統１は、ガスタービン１１と、このガスタービン１１に軸１２を介して連結された圧縮機１３と、この圧縮機１３から送り出された高圧空気と燃料とを導入して燃焼させ、この燃焼によって得られた高温高圧ガスでガスタービン１１を駆動する燃焼器１４とで構成されている。
【０００５】
圧縮機１３では、空気通路１５を介して導かれた常温空気が圧縮され、圧縮機１３から送り出された高圧空気は、一部がガスタービン１１内の翼の冷却や回転部のシール用として使用され、残りが燃焼器１４へ導かれる。
【０００６】
燃焼器１４では、高圧空気を支燃ガスとして図示しない燃料供給系統から供給された燃料が燃焼される。燃焼によって得られた高温ガスは、燃焼ガス通路１６を介してガスタービン１１に供給され、膨張してガスタービン１１に駆動力を与えた後、排ガス通路１７へと流れる。
【０００７】
一方、蒸気タービン系統２は、蒸気タービン１８と、軸１９を介して蒸気タービン１８に連結された発電機２０とを有し、前述したガスタービン系統１の排熱で蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービン１８を駆動する蒸気サイクルを形成している。なお、図７では、蒸気タービン１８のロータとガスタービン１１のロータとを軸２２で連結した構成を例示している。
【０００８】
蒸気タービン系統２は、排ガス通路１７を介して導かれたガスタービン１１の排ガスから熱を回収して蒸気タービン１８の駆動に必要な高温高圧蒸気を発生させる排熱回収ボイラ２３を備えている。排熱回収ボイラ２３を通った排ガスは、煙道２７を介して大気中に排出される。
【０００９】
排熱回収ボイラ２３内には、上流側から下流側に向って順に高圧過熱器２４、高圧蒸発器２５および高圧予熱器２６が設けられ、これらと蒸気タービン１８とが次のような関係で接続されて蒸気サイクル系統２１が形成されている。
【００１０】
すなわち、蒸気タービン１８から排出された蒸気は、排出蒸気通路２８を介して復水器２９に導かれ、この復水器２９で常温水に戻される。この戻された常温水は、循環ポンプ３０および循環通路３１を介して高圧予熱器２６に導かれて予熱された後、ドラム用通路３２を介して高圧ドラム３３に導入される。
【００１１】
そして、高圧ドラム３３内の高圧水は、高圧水循環ポンプ３４および高圧水循環通路３５を介して高圧蒸発器２５に導かれて蒸発し、この蒸発によって生成された高温高圧の蒸気が戻し通路３６を介して高圧ドラム３３の上部空間に戻される。この戻された蒸気が蒸気通路３７を介して高圧過熱器２４に導かれ、ここで再加熱された後、蒸気供給通路３８を介して蒸気タービン１８に供給される。
【００１２】
ところで、このような複合発電プラントでは、熱効率を一層向上させるためにガスタービン１１の入口ガス温度を高めることが望まれる。このガスタービン１１の入口ガス温度の上昇に伴い、燃焼器１４や、ガスタービン１１の静翼、動翼を高温に耐え得る材料で形成する必要がある。
【００１３】
しかし、タービン用部材として使用できる耐熱性超合金材料の限界温度は、現在のところ８００〜９００℃である。一方、最近のガスタービンにおけるタービン入口温度は約１３００℃にも達しており、耐熱性超合金材料の限界温度を遥かに越えている。したがって、何等かの手段でタービン１１の翼を耐熱性超合金材料の限界温度まで冷却する必要があり、タービン入口温度が１３００℃級のガスタービンでは、通常、圧縮機１３から吐出された空気の一部で翼を冷却する空冷方式を採用している。
【００１４】
しかしながら、冷却媒体として空気を使用する空冷方式では本質的に冷却特性が低い。このため、ガスタービン入口温度が１３００℃を越えるものでは翼の冷却に必要な冷却空気流量が著しく増大する。しかも翼内部での対流冷却だけでは十分な冷却効果が得られず、翼有効部の翼表面に形成した小孔から翼外に向けて冷却用空気を吹出すフィルム冷却方式を併用せざるを得ない。
【００１５】
このフィルム冷却方式を採用すると、吹出された冷却空気と主流ガスとが混合するため、主流ガスの温度が低下する。このため、燃焼器１４の出口温度をより高い温度にするための設計を余儀なくされるだけでなく、高温度場でも低ＮＯｘ型の新たな燃焼器１４の開発が要求され、しかも燃焼器１４で消費される空気および燃料の増加を免れない。
【００１６】
このように、タービンの翼を空気冷却する方式では、ガスタービンの熱効率の低下を招き、これが原因となって複合発電プラント全体の熱効率の低下を招く問題があった。また、不純物が混在するような粗悪燃料に対しては、翼表面に形成した小孔に目詰まりが生じる恐れがあるため適用できない問題もあった。
【００１７】
そこで、このような不具合を解消するために、最近、特公昭６３−４０２４４号公報や、特開平４−１２４４１４号公報に示されているように、空気に較べて比熱が約２倍と大きい蒸気を冷却媒体として使用することが考えられている。すなわち、蒸気タービンで用いる蒸気の一部をガスタービンの翼に設けられている冷却通路に流通させて翼を冷却し、冷却に供した蒸気を残りの蒸気と一緒に蒸気タービンに供給するようにしている。
【００１８】
このような複合発電プラントでは、空気より少ない量の蒸気を使用し、しかも、この蒸気を翼外に吹出さずに翼を良好に冷却でき、そのうえ翼の冷却に用いた蒸気を回収して蒸気タービンに送り込むことができる。したがって、この方式を採用すると、主流ガスの温度を低下させることがなく、燃焼器での燃料および空気の増加を抑制できるので、図６に示すように熱効率を向上でき、しかも粗悪燃料にも対応できる。
【００１９】
しかし、ガスタービンの翼を蒸気で冷却するようにした従来の複合サイクル発電プラントにあっては、新たにガスタービン冷却用蒸気中に介在する塵埃が冷却通路に堆積し、またはスケール付着することで、冷却に必要とする蒸気流量確保が経時的に困難になるだけでなく、例えば冷却翼内部の対流熱伝達特性が悪化すること等の問題が新たに発生していた。
【００２０】
従来このような問題が生じた場合は、蒸気冷却部分の分解および交換を余儀なくされ、多大の時間と費用が費されていた。
【００２１】
また、従来の蒸気タービンの主流蒸気通路断面積は、ガスタービン冷却通路断面積と比較した場合に遥かに大きく、蒸気中に含まれるスケール等は特に問題とはならず、給水の軟水化処理、イオン交換法による純水化処理、ボイラに設置される蒸気ドラム、主蒸気管の途中に設置されるストレーナ等により充分な脱塵効果が得られていた。しかし、数ミリ程度の蒸気通路を有するガスタービン冷却通路部では、前述の脱塵対策では不充分であることが分った。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来の複合サイクル発電プラントで、特にガスタービンコンポーネントキットを蒸気で冷却する方式を採用したものにあっては、蒸気冷却通路に塵埃の堆積およびスケール付着が原因となって、経時的には目標どおりの冷却効果が得られなくなる等の課題が新たに発生した。
【００２３】
本発明が解決しようとする課題は、蒸気冷却方式の特徴を損うことなく、長時間冷却効率の劣化等が発生しない複合サイクル発電プラントを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、ガスタービン系統と、このガスタービン系統の排熱を排熱回収ボイラで回収して得た蒸気タービンを駆動する蒸気サイクルを備えた蒸気タービン系統と、前記蒸気サイクルで得られた蒸気の一部または全量を前記ガスタービン内に設けられた冷却通路を経由させて前記蒸気サイクルへ戻すガスタービン冷却系統とを備えた複合サイクル発電プラントにおいて、前記蒸気によって冷却されるガスタービンの被冷却部より上流側の冷却通路の途中を２以上に分岐した後統合される分岐通路部を設けるとともに、この各分岐通路部に再生可能な脱塵装置をそれぞれ設け、ガスタービン稼働中は少なくともいずれか一方の分岐通路部を介して前記冷却用蒸気を通過させて脱塵装置で蒸気の浄化を行わせ、かつ他方の分岐通路部は蒸気遮断状態として脱塵装置から塵埃を取り除く再生作業を行わせることを可能としたことを特徴とする。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１記載の複合サイクル発電プラントにおいて、ガスタービン稼働中であっても脱塵装置の脱塵作業と再生作業の切り替えが可能であることを特徴とする。
【００２７】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の複合サイクル発電プラントにおいて、冷却用蒸気通路方向と逆方向に再生媒体を流す再生通路を設けるとともに、脱塵装置は前記再生媒体の逆流によって再生可能な構成とし、かつ前記脱塵装置を通過した再生媒体はガスタービン系統の排ガス通路を介して系外に排出可能としたことを特徴とする。
【００３０】
請求項４の発明は、請求項１から３までのいずれかに記載の複合サイクル発電プラントにおいて、脱塵装置前後の冷却通路の圧力差を監視する差圧監視手段と、前記圧力差が規定値以上になった場合に冷却通路の切り替えを行う弁機構とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
請求項５の発明は、請求項１から４までのいずれかに記載の複合サイクル発電プラントにおいて、脱塵装置の再生媒体を、ガスタービン系統の空気圧縮機から吐出される圧縮空気としたことを特徴とする。
【００３３】
請求項６の発明は、請求項１から５までのいずれかに記載の複合サイクル発電プラントにおいて、蒸気によって冷却すべきガスタービンの複数の被冷却要素を有し、前記各被冷却要素のそれぞれ上流部側の冷却通路に脱塵装置を取り付けたことを特徴とする。
【００３４】
以上の本発明によると、ガスタービンの翼やその他のガスタービンコンポーネントキットを蒸気によって冷却する場合、冷却要素より上流側に蒸気中の塵埃を捕集する脱塵装置を設ける一方、脱塵装置の再生手段も設けることにより蒸気冷却方式の特徴を損うことなく経時的に目標通りの冷却効果を得ることができ、ひいては長時間冷却性能低下の発生を防止することができる。
【００３５】
また、複数の脱塵装置を設けた場合、いすれか一方を塵埃捕集作業に、他の再生作業にすることにより、プラント運転を停止することなく連続運転が可能となる。また、この切り替え作業を自動的に行うことも可能である。
【００３８】
また、脱塵装置前後の圧力差を常時監視し、規定値以上になったときに自動または手動にて切り替え作業を行うようにすることにより、プラントの安定稼働が可能となる。
【００３９】
さらに、脱塵装置への再生媒体としてガスタービン圧縮機の吐出空気を使用することで、システム構成をより簡素化することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る複合サイクル発電プラントの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４２】
図１は一実施形態による複合サイクル発電プラントの系統図である。
【００４３】
この複合サイクル発電プラントは、ガスタービン系統４１と、このガスタービン系統４１の排熱エネルギで駆動される蒸気タービン系統４２と、この蒸気タービン系統４２の蒸気の一部を使用してガスタービンの翼１４９および燃焼器１１４の周りを冷却するガスタービン冷却系統４３とで構成されている。
【００４４】
ガスタービン系統４１は、ガスタービン１１１と、このガスタービン１１１に軸１１２を介して連結された圧縮機１１３と、この圧縮機１１３から送り出された高圧空気と燃料とを導入して燃焼させ、この燃焼によって得られた高温高圧ガスでガスタービン１１１を駆動する燃焼器１１４とにより構成されている。
【００４５】
圧縮機１１３は、空気導入通路１１５を介して導かれた常温空気を圧縮するもので、圧縮機１１３から送り出された高圧空気は、燃焼器１１４へ導かれるようになっている。燃焼器１１４は高圧空気を支燃ガスとして、図示しない燃料供給系統から供給された燃料を燃焼させる。燃焼によって得られた高温ガスは、ガス通路１１６を介してガスタービン１１１に供給され、膨脹してガスタービン１１１に駆動力を与えた後に排ガス通路１１７へと流れる。
【００４６】
蒸気タービン系統４２は、蒸気タービン１１８と、この蒸気タービン１１８に軸１１９を介して連結された発電機１２０と、ガスタービン系統４１の排熱で蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービン１１８を駆動する蒸気サイクル１１２とによって構成されている。
【００４７】
なお、図１では蒸気タービン１１８のロータとガスタービン１１１のロータとが軸１２２で連結されている例を示している。
【００４８】
蒸気サイクル１２１は、排ガス通路１１７を介して導かれたガスタービン１１１の排ガスから熱を回収し、蒸気タービン１１８の駆動に必要な高温高圧蒸気を発生させる排熱回収ボイラ１２３を備えている。
【００４９】
排熱回収ボイラ１２３を通った排ガスは、煙道１２４を介して大気中へ排出される。排熱回収ボイラ１２３内には上流側から下流側にかけて順に高圧過熱器１２５、第２の高圧蒸発器１２６、第１の高圧蒸発器１２７および高圧予熱器１２８が設けてあり、これらと蒸気タービン１１８とが次の関係で接続されて蒸気サイクル１２１が形成されている。
【００５０】
すなわち、蒸気タービン１１８から排出された蒸気は、蒸気通路１２９を介して復水器１３０へ供給され、この復水器１３０で常温水に戻される。この戻された常温水は循環ポンプ１３１および循環通路１３２を介して高圧予熱器１２８に導かれて予熱された後、通路１３３を介して高圧ドラム１３４に導入される。
【００５１】
そして、高圧ドラム１３４内の高圧水は、循環ポンプ１３５を介して第１の高圧蒸発器１２７に導かれて蒸発し、この蒸発によって生成された高圧高温の蒸気が戻し通路１３６を介して高圧ドラム１３４の上部空間に戻される。この戻された蒸気が蒸気通路１３７，１３９を介して高圧過熱器１２５に導かれ、ここで再加熱された後に、合流点１３８を有する蒸気供給通路１４０を介して蒸気タービン１１８に供給される。
【００５２】
一方、ガスタービン冷却系統４３は、次のように構成されている。
【００５３】
すなわち、高圧ドラム１３４内に存在する高圧水の一部がポンプ１４１および高圧水通路１４２，１４５を介して第２の高圧蒸発器１２６に導かれて蒸発し、この蒸発によって生成された高温高圧の蒸気が蒸気通路１４６および蒸気弁１６５を介し、脱塵装置１７０、蒸気通路１６１、蒸気弁１６７および蒸気供給通路１６２を介して、被冷却要素であるガスタービンの翼１４９の冷却通路１５０に供給される。
【００５４】
そして、この被冷却要素を通った蒸気が蒸気回収通路１５１を介して合流点１３８で高圧ドラム１３４、高圧過熱器１２５および蒸気通路１４０から案内された蒸気と合流するようになっている。
【００５５】
また、冷却蒸気通路１６１には、ガスタービン系統４１の圧縮機１１３で発生する高圧空気が、脱塵装置１７０に再生用空気として空気通路１６３および空気弁１６８を介して供給できるようになっている。
【００５６】
さらに、脱塵装置１７０を通過した高圧空気は、排気通路１６４および空気弁１６６を介し、ガスタービン排気ダクトＡを経て排ガス通路１１７に導くことができる。
【００５７】
なお、図示しないが、これら蒸気配管途中に流量調整弁やバイパス弁、蒸気止め弁等を用いることも可能である。
【００５８】
このような構成によると、蒸気通路１４６を介して案内された蒸気は、蒸気冷却要素を通過する前に蒸気中に含む塵埃を捕集でき、また蒸気通路を蒸気弁１６５、１６７で遮断することが可能である。
【００５９】
また、圧縮機１１３からの高圧空気を空気弁１６６，１６８を介して脱塵装置１７０に蒸気の流れと逆向きに流すことにより、脱塵装置１７０に付着したスケールや塵埃等を取り除く再生作業が行える。
【００６０】
図２は、図１に示した脱塵装置１７０をさらに具体化した場合の構成を例示したものである。すなわち、蒸気通路１４６の下流側に弁機構からなる蒸気切り替え装置２７０が設けられ、その下流側が２系統の配管に分岐して、各配管に脱塵装置１７０ａ，１７０ｂが設けられている。また、両配管の間に脱塵装置１７０ａ，１７０ｂを有しないバイパス配管としての蒸気通路１４６ｃが設けられている。
【００６１】
さらに、各脱塵装置１７０ａ，１７０ｂ前後には蒸気弁１７３ａ，１７３ｂ，１６７ａ，１６７ｂが設けられており、蒸気通路１６１ａ，１６１ｂを介して合流点１７１に導かれ、そこから蒸気通路１６２を介して蒸気冷却部に蒸気が供給されるようになっている。
【００６２】
一方、脱塵装置再生のための回収系統２００が付加されている。この回収系統２００は、各脱塵装置１７０ａ，１７０ｂの下流側の蒸気通路１６１ａ，１６１ｂの弁１６７ａ，１６７ｂの上流側にそれぞれ接続され高圧空気源Ｂから空気供給を受け入れる弁１６８ａ，１６８ｂ付きの高圧空気導入通路１６３ａ，１６３ｂと、脱塵装置１７０ａ，１７０ｂの上流側の蒸気通路１４６ａ，１４６ｂの弁１７３ａ，１７３ｂ下流側にそれぞれ接続され脱塵装置１７０ａ，１７０ｂから空気を排気処理装置Ｃへ排出する弁１７２ａ，１７２ｂ付きの処理済空気排出通路１６４ａ，１６４ｂとを備えて構成されている。
【００６３】
そして、各蒸気通路１４６ａ，１４６ｂ，１６１ａ，１６１ｂ、各高圧空気導入通路１６３ａ，１６３ｂおよび各処理済空気排出通路１６４ａ，１６４ｂの弁１６７ａ，１６７ｂ，１６８ａ，１６８ｂ，１７２ａ，１７２ｂ，１７３ａ，１７３ｂが、例えば手動操作によって選択的に開閉できるようになっている。
【００６４】
このような回収系統２００の構成において、プラント運転時には、蒸気切り替え装置２７０によって、脱塵装置１７０ａ，１７０ｂのいずれか一方にガスタービン冷却系統４３の冷媒である蒸気を流通させるように設定する。例えば図２の右側に位置する脱塵装置１７０ｂを脱塵用として使用する場合には、この脱塵装置１７０ｂの蒸気通路１４６ｂ，１６３ｂの弁１７３ｂ，１６７ｂを開とし、対応する高圧空気導入通路１６３ｂおよび処理済空気排出通路１６４ｂの弁１６８ｂ，１７２ｂは閉とする。
【００６５】
これにより、右方の脱塵装置１７０ｂでは冷却用の蒸気を流動させてガスタービン冷却作用とともに蒸気中の脱塵処理を行わせることができる。
【００６６】
一方、不使用と設定された図２の左方の脱塵装置１７０ａにおいては逆に、各蒸気通路１４６ａ，１６１ａの弁１７３ａ，１６７ａを閉とし、また対応する高圧空気導入通路１６３ａおよび処理済空気排出通路１６４ａの弁１６８ａ，１７２ｂを開とする。
【００６７】
これにより、左方の脱塵装置１７０ａでは加圧空気を脱塵時と逆方向に流動させることによって、その脱塵装置１７０ａで捕集した塵埃を除去する再生処理を行うことができる。
【００６８】
そして、脱塵処理を行っている脱塵装置１７０ｂが洗浄の必要な状態になった場合には、切り替え装置２７０によって蒸気の流通方向を変更するとともに、弁開閉状態を前記と逆にして、蒸気中の脱塵作用と、脱塵装置再生作用とを左右の脱塵装置１７０ａ，１７０ｂで切り替えればよい。
【００６９】
このような構成によると、システムが稼働中であっても脱塵装置１７０ａ，１７０ｂのいずれか一方を塵埃捕集作業に、他を再生作業として交互に稼働させることができる。
【００７０】
また、各機器の点検や非常時対応として、脱塵装置を介さないバイパス配管としての蒸気通路１４６ｃおよび蒸気開閉弁１６９を設け，必要に応じてバイパス配管としての蒸気通路１４６ｃを介して蒸気を流動させることも可能である。
【００７１】
なお、本実施形態では、空気供給源をガスタービン系統４１の圧縮機１１３としたが、他の機関から供給してもよい。また、再生媒体は特に圧縮空気に限定されるものではなく、化学溶剤等を使用することも可能である。さらに、再生媒体の流れ方向についても特に制限する必要はなく、任意の方向から行える。
【００７２】
本実施形態によれば、ガスタービン１１１の翼や、その他のガスタービンコンポーネントキットを蒸気によって冷却する場合、被冷却要素よりも上流側に蒸気中の塵埃を捕集する脱塵装置１７０が設けてあるため、蒸気冷却方式の特徴を損うことなく、経時的に目標通りの冷却効果が得られ、ひいては長時間にわたり冷却効率の劣化が発生しない複合サイクル発電プラントが提供できる。
【００７３】
また、本実施形態では、蒸気冷却通路を閉ループとして構成したが、さらに比出力を大きくしたり、燃焼器部で発生するＮＯｘ低減化対策を目的として、冷却用蒸気の一部を燃焼器内に噴射して使用したり、ガスタービン翼面から吹き出すいわゆるフィルム冷却として使用することもできる。すなわち、本発明は蒸気冷却される全ての複合サイクル発電プラントに適用可能である。
【００７４】
図３は本発明の他の実施形態を示す系統図であり、図２に示した配管構成の回収系統２００の自動切り替えが行えるようにしたものであるる。この図３では図２と同一部分に同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
【００７５】
この実施形態に係るプラントでは、各蒸気通路の弁１７３ａ，１７３ｂ，１６７ａ，１６７ｂを制御する制御演算器１７５ａ，１７５ｂと、脱塵装置１７０ａ，１７０ｂ前後の圧力差を計測する差圧変換器１７４ａ，１７４ｂとが設置されている。
【００７６】
そして、この差圧変換器１７４ａ，１７４ｂの信号が制御演算器１７５ａ，１７５ｂで読み取られ、脱塵装置１７０ａ，１７０ｂ前後の差圧が規定値以上になったときに、自動的に再生作業と脱塵作業工程とが切り替わるようになっている。
【００７７】
このような構成の実施形態によるプラントでは、脱塵装置１７０ａ，１７０ｂの自動切り替えにより連続運転が可能となり、プラントの安定稼働が可能となる。
【００７８】
さらに、タービンの起動および停止時、あるいは部分負荷運転時のように、冷却用の蒸気を供給することが著しく困難なときに、蒸気に替えて前記再生用空気の一部を冷却用として用いたり、また、起動および停止時の蒸気通路に滞留する水分の空気によるパージ等も可能となる。
【００７９】
また、前述の蒸気経路を必要に応じてバルブ開度を操作することによって、蒸気から空気または空気から蒸気に置換することも可能となる。
【００８０】
なお、図３では、２つの制御演算器１７５ａ，１７５ｂを用いて弁操作を行う構成としたが、これは説明を容易にするために例示したものであって、脱塵装置の個数や制御器の個数は特に限定する必要はない。
【００８１】
上記のように構成することによって、タービンの起動および停止時、部分負荷運転時、定常運転時のいかなる運転状況においても、ガスタービンの蒸気冷却部を良好に冷却するだけでなく、蒸気中に介在するスケール等の塵埃を良好に捕集することが可能となり、かつ脱塵装置の再生作業も良好に行うことが可能となる。
【００８２】
なお、図示しないが、前記ガスタービン冷却系統は、前記蒸気サイクルから前記冷却通路を切り離し、この状態で他の高圧空気供給装置により前記冷冷却通路に通流可能とする切替手段を備えるようにしたり、また、蒸気冷却部を有するガスタービンへの蒸気供給を他の蒸気機関により行って構成したりしても同様の効果が得られるものである。
【００８３】
図４は本発明のさらに多の実施形態を示す系統図である。この図４において、図１と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【００８４】
この実施形態に係るプラントが図１に示すものと異なる点は、脱塵装置１７０ｃ，１７０ｄの配置構成にある。すなわち、この脱塵装置１７０ｃ，１７０ｄは、燃焼器部冷却部１６０およびガスタービン冷却翼１４９を個別に冷却するようになついる。この場合、これらの脱塵装置１７０ｃ，１７０ｄは各被冷却部分に対応したメッシュを有する構成とすることで、脱塵効果をより大きくし、脱塵効果持続時間も長くすることが可能となる。
【００８５】
また、冷却に使用する蒸気の過熱度を１０℃以上にすることにより、各冷却要素に付着するスケールを極力抑えることが可能となる。これは図５のｉ−Ｓ線図に示すように、実際に使用される水蒸気では化合物等を含有しているため、飽和線は理想的な蒸気の飽和線よりも若干高温度側にシフトすることが知られており、特にこの飽和線を跨ぐような変化をした場合、湿り蒸気範囲においてスケール付着が多くなることから、蒸気冷却として使用する場合には、図５に一点鎖線で示す実際の飽和線以上の温度で使用することが望ましい。この場合、冷却蒸気の過熱度を１０℃以上にすることで、前述の効果が得られる。
【００８６】
なお、本発明の技術は、蒸気冷却とこの冷却蒸気中の塵埃等の介在物を捕集する脱塵装置を有する全ての機関に応用することができる。また、図示しないが、脱塵装置の上流側に通常の蒸気配管材を使用し、下流側にのみ耐食超合金を使用することにより、超合金の使用数を抑え、設置コストを大幅に低減することが可能となる。
【００８７】
また、単体の複合サイクル発電プラントで構成した場合でも、複数の複合サイクル発電プラントを組み合せて適用した場合でも、本発明の脱塵装置を適用することにより前述と同様の効果が奏される。
【００８８】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明によれば、ガスタービンの翼やその他のガスタービンコンポーネントキットを蒸気によって冷却する場合、冷却要素よりも上流側に蒸気中の塵埃を捕集する脱塵装置を複数台設けることにより、いずれか一方を塵埃捕集作業に使用し、他を再生作業に使用することができ、プラント運転を停止させずに連続運転が行える。また、この切り替え作業は、自動的に行うことができる。
【００８９】
また、複数の脱塵装置を設けた場合、いずれか一方を塵埃捕集作業に使用し、他を再生作業に使用することにより、プラント運転を停止することなく連続運転を行え、また、この切り替え作業は自動的に行える。
【００９１】
また、脱塵装置前後の圧力差を常時監視し、規定値以上になったときに自動または手動にて切り替え作業を行うようにすることにより、プラントの安定稼働が行え、さらに脱塵装置への再生媒体供給をガスタービン圧縮機の吐出空気を使用することで、システム構成をより簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る複合サイクル発電プラントを示す系統図。
【図２】図１に示す脱塵装置の詳細な構成例を示す図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る複合サイクル発電プラントを示す系統図。
【図４】本発明のさらに他の実施形態を示す図。
【図５】本発明の作用を示すための水蒸気のｉ−Ｓ線図。
【図６】本発明に係る複合サイクル発電プラントの総合発電効率を従来と比較して示す図。
【図７】従来の複合サイクル発電プラントを示す系統図。
【符号の説明】
４１ ガスタービン系統
４２ 蒸気タービン系統
４３，４３ａ，４３ｂ ガスタービン冷却部
１１１ ガスタービン
１１３ 圧縮機
１１４ 燃焼器
１１８ 蒸気タービン
１２０ 発電機
１２１ 蒸気サイクル
１２３ 排熱回収ボイラ
１２５ 高圧加熱器
１２６ 第２の高圧蒸発器
１２７ 第１の高圧蒸発器
１２８ 高圧予熱器
１３０ 復水器
１３４ 高圧ドラム
１３８ 合流点
１５０ ガスタービン翼冷却通路
１６５，１６７，１６７ａ，１６７ｂ，１７３ａ，１７３ｂ 蒸気弁
１６６，１６８，１６８ａ，１６８ｂ，１７２ａ，１７２ｂ 空気弁
１７０，１７０ａ，１７０ｂ 脱塵装置
１７４ａ，１７４ｂ 差圧変換器
１７５ａ，１７５ｂ 制御演算器
２００ 回収系統
２７０ 切り替え装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン系統と、蒸気タービン系統とを組み合わせた複合サイクル発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、火力発電プラントの高効率化が強く望まれており、この要望に沿うために、新設の火力発電所は勿論のこと、既設の火力発電所においても、リパワリングによる複合サイクル化が進められている。
【０００３】
図７は、従来の代表的な複合サイクル発電プラントを示す系統図である。この複合サイクル発電プラントは、ガスタービン系統１と、このガスタービン系統１の排熱エネルギで駆動される蒸気タービンを有する蒸気サイクル系統２とを備えた構成とされている。
【０００４】
ガスタービン系統１は、ガスタービン１１と、このガスタービン１１に軸１２を介して連結された圧縮機１３と、この圧縮機１３から送り出された高圧空気と燃料とを導入して燃焼させ、この燃焼によって得られた高温高圧ガスでガスタービン１１を駆動する燃焼器１４とで構成されている。
【０００５】
圧縮機１３では、空気通路１５を介して導かれた常温空気が圧縮され、圧縮機１３から送り出された高圧空気は、一部がガスタービン１１内の翼の冷却や回転部のシール用として使用され、残りが燃焼器１４へ導かれる。
【０００６】
燃焼器１４では、高圧空気を支燃ガスとして図示しない燃料供給系統から供給された燃料が燃焼される。燃焼によって得られた高温ガスは、燃焼ガス通路１６を介してガスタービン１１に供給され、膨張してガスタービン１１に駆動力を与えた後、排ガス通路１７へと流れる。
【０００７】
一方、蒸気タービン系統２は、蒸気タービン１８と、軸１９を介して蒸気タービン１８に連結された発電機２０とを有し、前述したガスタービン系統１の排熱で蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービン１８を駆動する蒸気サイクルを形成している。なお、図７では、蒸気タービン１８のロータとガスタービン１１のロータとを軸２２で連結した構成を例示している。
【０００８】
蒸気タービン系統２は、排ガス通路１７を介して導かれたガスタービン１１の排ガスから熱を回収して蒸気タービン１８の駆動に必要な高温高圧蒸気を発生させる排熱回収ボイラ２３を備えている。排熱回収ボイラ２３を通った排ガスは、煙道２７を介して大気中に排出される。
【０００９】
排熱回収ボイラ２３内には、上流側から下流側に向って順に高圧過熱器２４、高圧蒸発器２５および高圧予熱器２６が設けられ、これらと蒸気タービン１８とが次のような関係で接続されて蒸気サイクル系統２１が形成されている。
【００１０】
すなわち、蒸気タービン１８から排出された蒸気は、排出蒸気通路２８を介して復水器２９に導かれ、この復水器２９で常温水に戻される。この戻された常温水は、循環ポンプ３０および循環通路３１を介して高圧予熱器２６に導かれて予熱された後、ドラム用通路３２を介して高圧ドラム３３に導入される。
【００１１】
そして、高圧ドラム３３内の高圧水は、高圧水循環ポンプ３４および高圧水循環通路３５を介して高圧蒸発器２５に導かれて蒸発し、この蒸発によって生成された高温高圧の蒸気が戻し通路３６を介して高圧ドラム３３の上部空間に戻される。この戻された蒸気が蒸気通路３７を介して高圧過熱器２４に導かれ、ここで再加熱された後、蒸気供給通路３８を介して蒸気タービン１８に供給される。
【００１２】
ところで、このような複合発電プラントでは、熱効率を一層向上させるためにガスタービン１１の入口ガス温度を高めることが望まれる。このガスタービン１１の入口ガス温度の上昇に伴い、燃焼器１４や、ガスタービン１１の静翼、動翼を高温に耐え得る材料で形成する必要がある。
【００１３】
しかし、タービン用部材として使用できる耐熱性超合金材料の限界温度は、現在のところ８００〜９００℃である。一方、最近のガスタービンにおけるタービン入口温度は約１３００℃にも達しており、耐熱性超合金材料の限界温度を遥かに越えている。したがって、何等かの手段でタービン１１の翼を耐熱性超合金材料の限界温度まで冷却する必要があり、タービン入口温度が１３００℃級のガスタービンでは、通常、圧縮機１３から吐出された空気の一部で翼を冷却する空冷方式を採用している。
【００１４】
しかしながら、冷却媒体として空気を使用する空冷方式では本質的に冷却特性が低い。このため、ガスタービン入口温度が１３００℃を越えるものでは翼の冷却に必要な冷却空気流量が著しく増大する。しかも翼内部での対流冷却だけでは十分な冷却効果が得られず、翼有効部の翼表面に形成した小孔から翼外に向けて冷却用空気を吹出すフィルム冷却方式を併用せざるを得ない。
【００１５】
このフィルム冷却方式を採用すると、吹出された冷却空気と主流ガスとが混合するため、主流ガスの温度が低下する。このため、燃焼器１４の出口温度をより高い温度にするための設計を余儀なくされるだけでなく、高温度場でも低ＮＯｘ型の新たな燃焼器１４の開発が要求され、しかも燃焼器１４で消費される空気および燃料の増加を免れない。
【００１６】
このように、タービンの翼を空気冷却する方式では、ガスタービンの熱効率の低下を招き、これが原因となって複合発電プラント全体の熱効率の低下を招く問題があった。また、不純物が混在するような粗悪燃料に対しては、翼表面に形成した小孔に目詰まりが生じる恐れがあるため適用できない問題もあった。
【００１７】
そこで、このような不具合を解消するために、最近、特公昭６３−４０２４４号公報や、特開平４−１２４４１４号公報に示されているように、空気に較べて比熱が約２倍と大きい蒸気を冷却媒体として使用することが考えられている。すなわち、蒸気タービンで用いる蒸気の一部をガスタービンの翼に設けられている冷却通路に流通させて翼を冷却し、冷却に供した蒸気を残りの蒸気と一緒に蒸気タービンに供給するようにしている。
【００１８】
このような複合発電プラントでは、空気より少ない量の蒸気を使用し、しかも、この蒸気を翼外に吹出さずに翼を良好に冷却でき、そのうえ翼の冷却に用いた蒸気を回収して蒸気タービンに送り込むことができる。したがって、この方式を採用すると、主流ガスの温度を低下させることがなく、燃焼器での燃料および空気の増加を抑制できるので、図６に示すように熱効率を向上でき、しかも粗悪燃料にも対応できる。
【００１９】
しかし、ガスタービンの翼を蒸気で冷却するようにした従来の複合サイクル発電プラントにあっては、新たにガスタービン冷却用蒸気中に介在する塵埃が冷却通路に堆積し、またはスケール付着することで、冷却に必要とする蒸気流量確保が経時的に困難になるだけでなく、例えば冷却翼内部の対流熱伝達特性が悪化すること等の問題が新たに発生していた。
【００２０】
従来このような問題が生じた場合は、蒸気冷却部分の分解および交換を余儀なくされ、多大の時間と費用が費されていた。
【００２１】
また、従来の蒸気タービンの主流蒸気通路断面積は、ガスタービン冷却通路断面積と比較した場合に遥かに大きく、蒸気中に含まれるスケール等は特に問題とはならず、給水の軟水化処理、イオン交換法による純水化処理、ボイラに設置される蒸気ドラム、主蒸気管の途中に設置されるストレーナ等により充分な脱塵効果が得られていた。しかし、数ミリ程度の蒸気通路を有するガスタービン冷却通路部では、前述の脱塵対策では不充分であることが分った。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来の複合サイクル発電プラントで、特にガスタービンコンポーネントキットを蒸気で冷却する方式を採用したものにあっては、蒸気冷却通路に塵埃の堆積およびスケール付着が原因となって、経時的には目標どおりの冷却効果が得られなくなる等の課題が新たに発生した。
【００２３】
本発明が解決しようとする課題は、蒸気冷却方式の特徴を損うことなく、長時間冷却効率の劣化等が発生しない複合サイクル発電プラントを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、ガスタービン系統と、このガスタービン系統の排熱を排熱回収ボイラで回収して得た蒸気タービンを駆動する蒸気サイクルを備えた蒸気タービン系統と、前記蒸気サイクルで得られた蒸気の一部または全量を前記ガスタービン内に設けられた冷却通路を経由させて前記蒸気サイクルへ戻すガスタービン冷却系統とを備えた複合サイクル発電プラントにおいて、前記蒸気によって冷却されるガスタービンの被冷却部より上流側の冷却通路の途中を２以上に分岐した後統合される分岐通路部を設けるとともに、この各分岐通路部に再生可能な脱塵装置をそれぞれ設け、ガスタービン稼働中は少なくともいずれか一方の分岐通路部を介して前記冷却用蒸気を通過させて脱塵装置で蒸気の浄化を行わせ、かつ他方の分岐通路部は蒸気遮断状態として脱塵装置から塵埃を取り除く再生作業を行わせることを可能としたことを特徴とする。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１記載の複合サイクル発電プラントにおいて、ガスタービン稼働中であっても脱塵装置の脱塵作業と再生作業の切り替えが可能であることを特徴とする。
【００２７】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の複合サイクル発電プラントにおいて、冷却用蒸気通路方向と逆方向に再生媒体を流す再生通路を設けるとともに、脱塵装置は前記再生媒体の逆流によって再生可能な構成とし、かつ前記脱塵装置を通過した再生媒体はガスタービン系統の排ガス通路を介して系外に排出可能としたことを特徴とする。
【００３０】
請求項４の発明は、請求項１から３までのいずれかに記載の複合サイクル発電プラントにおいて、脱塵装置前後の冷却通路の圧力差を監視する差圧監視手段と、前記圧力差が規定値以上になった場合に冷却通路の切り替えを行う弁機構とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
請求項５の発明は、請求項１から４までのいずれかに記載の複合サイクル発電プラントにおいて、脱塵装置の再生媒体を、ガスタービン系統の空気圧縮機から吐出される圧縮空気としたことを特徴とする。
【００３３】
請求項６の発明は、請求項１から５までのいずれかに記載の複合サイクル発電プラントにおいて、蒸気によって冷却すべきガスタービンの複数の被冷却要素を有し、前記各被冷却要素のそれぞれ上流部側の冷却通路に脱塵装置を取り付けたことを特徴とする。
【００３４】
以上の本発明によると、ガスタービンの翼やその他のガスタービンコンポーネントキットを蒸気によって冷却する場合、冷却要素より上流側に蒸気中の塵埃を捕集する脱塵装置を設ける一方、脱塵装置の再生手段も設けることにより蒸気冷却方式の特徴を損うことなく経時的に目標通りの冷却効果を得ることができ、ひいては長時間冷却性能低下の発生を防止することができる。
【００３５】
また、複数の脱塵装置を設けた場合、いすれか一方を塵埃捕集作業に、他の再生作業にすることにより、プラント運転を停止することなく連続運転が可能となる。また、この切り替え作業を自動的に行うことも可能である。
【００３８】
また、脱塵装置前後の圧力差を常時監視し、規定値以上になったときに自動または手動にて切り替え作業を行うようにすることにより、プラントの安定稼働が可能となる。
【００３９】
さらに、脱塵装置への再生媒体としてガスタービン圧縮機の吐出空気を使用することで、システム構成をより簡素化することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る複合サイクル発電プラントの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４２】
図１は一実施形態による複合サイクル発電プラントの系統図である。
【００４３】
この複合サイクル発電プラントは、ガスタービン系統４１と、このガスタービン系統４１の排熱エネルギで駆動される蒸気タービン系統４２と、この蒸気タービン系統４２の蒸気の一部を使用してガスタービンの翼１４９および燃焼器１１４の周りを冷却するガスタービン冷却系統４３とで構成されている。
【００４４】
ガスタービン系統４１は、ガスタービン１１１と、このガスタービン１１１に軸１１２を介して連結された圧縮機１１３と、この圧縮機１１３から送り出された高圧空気と燃料とを導入して燃焼させ、この燃焼によって得られた高温高圧ガスでガスタービン１１１を駆動する燃焼器１１４とにより構成されている。
【００４５】
圧縮機１１３は、空気導入通路１１５を介して導かれた常温空気を圧縮するもので、圧縮機１１３から送り出された高圧空気は、燃焼器１１４へ導かれるようになっている。燃焼器１１４は高圧空気を支燃ガスとして、図示しない燃料供給系統から供給された燃料を燃焼させる。燃焼によって得られた高温ガスは、ガス通路１１６を介してガスタービン１１１に供給され、膨脹してガスタービン１１１に駆動力を与えた後に排ガス通路１１７へと流れる。
【００４６】
蒸気タービン系統４２は、蒸気タービン１１８と、この蒸気タービン１１８に軸１１９を介して連結された発電機１２０と、ガスタービン系統４１の排熱で蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービン１１８を駆動する蒸気サイクル１１２とによって構成されている。
【００４７】
なお、図１では蒸気タービン１１８のロータとガスタービン１１１のロータとが軸１２２で連結されている例を示している。
【００４８】
蒸気サイクル１２１は、排ガス通路１１７を介して導かれたガスタービン１１１の排ガスから熱を回収し、蒸気タービン１１８の駆動に必要な高温高圧蒸気を発生させる排熱回収ボイラ１２３を備えている。
【００４９】
排熱回収ボイラ１２３を通った排ガスは、煙道１２４を介して大気中へ排出される。排熱回収ボイラ１２３内には上流側から下流側にかけて順に高圧過熱器１２５、第２の高圧蒸発器１２６、第１の高圧蒸発器１２７および高圧予熱器１２８が設けてあり、これらと蒸気タービン１１８とが次の関係で接続されて蒸気サイクル１２１が形成されている。
【００５０】
すなわち、蒸気タービン１１８から排出された蒸気は、蒸気通路１２９を介して復水器１３０へ供給され、この復水器１３０で常温水に戻される。この戻された常温水は循環ポンプ１３１および循環通路１３２を介して高圧予熱器１２８に導かれて予熱された後、通路１３３を介して高圧ドラム１３４に導入される。
【００５１】
そして、高圧ドラム１３４内の高圧水は、循環ポンプ１３５を介して第１の高圧蒸発器１２７に導かれて蒸発し、この蒸発によって生成された高圧高温の蒸気が戻し通路１３６を介して高圧ドラム１３４の上部空間に戻される。この戻された蒸気が蒸気通路１３７，１３９を介して高圧過熱器１２５に導かれ、ここで再加熱された後に、合流点１３８を有する蒸気供給通路１４０を介して蒸気タービン１１８に供給される。
【００５２】
一方、ガスタービン冷却系統４３は、次のように構成されている。
【００５３】
すなわち、高圧ドラム１３４内に存在する高圧水の一部がポンプ１４１および高圧水通路１４２，１４５を介して第２の高圧蒸発器１２６に導かれて蒸発し、この蒸発によって生成された高温高圧の蒸気が蒸気通路１４６および蒸気弁１６５を介し、脱塵装置１７０、蒸気通路１６１、蒸気弁１６７および蒸気供給通路１６２を介して、被冷却要素であるガスタービンの翼１４９の冷却通路１５０に供給される。
【００５４】
そして、この被冷却要素を通った蒸気が蒸気回収通路１５１を介して合流点１３８で高圧ドラム１３４、高圧過熱器１２５および蒸気通路１４０から案内された蒸気と合流するようになっている。
【００５５】
また、冷却蒸気通路１６１には、ガスタービン系統４１の圧縮機１１３で発生する高圧空気が、脱塵装置１７０に再生用空気として空気通路１６３および空気弁１６８を介して供給できるようになっている。
【００５６】
さらに、脱塵装置１７０を通過した高圧空気は、排気通路１６４および空気弁１６６を介し、ガスタービン排気ダクトＡを経て排ガス通路１１７に導くことができる。
【００５７】
なお、図示しないが、これら蒸気配管途中に流量調整弁やバイパス弁、蒸気止め弁等を用いることも可能である。
【００５８】
このような構成によると、蒸気通路１４６を介して案内された蒸気は、蒸気冷却要素を通過する前に蒸気中に含む塵埃を捕集でき、また蒸気通路を蒸気弁１６５、１６７で遮断することが可能である。
【００５９】
また、圧縮機１１３からの高圧空気を空気弁１６６，１６８を介して脱塵装置１７０に蒸気の流れと逆向きに流すことにより、脱塵装置１７０に付着したスケールや塵埃等を取り除く再生作業が行える。
【００６０】
図２は、図１に示した脱塵装置１７０をさらに具体化した場合の構成を例示したものである。すなわち、蒸気通路１４６の下流側に弁機構からなる蒸気切り替え装置２７０が設けられ、その下流側が２系統の配管に分岐して、各配管に脱塵装置１７０ａ，１７０ｂが設けられている。また、両配管の間に脱塵装置１７０ａ，１７０ｂを有しないバイパス配管としての蒸気通路１４６ｃが設けられている。
【００６１】
さらに、各脱塵装置１７０ａ，１７０ｂ前後には蒸気弁１７３ａ，１７３ｂ，１６７ａ，１６７ｂが設けられており、蒸気通路１６１ａ，１６１ｂを介して合流点１７１に導かれ、そこから蒸気通路１６２を介して蒸気冷却部に蒸気が供給されるようになっている。
【００６２】
一方、脱塵装置再生のための回収系統２００が付加されている。この回収系統２００は、各脱塵装置１７０ａ，１７０ｂの下流側の蒸気通路１６１ａ，１６１ｂの弁１６７ａ，１６７ｂの上流側にそれぞれ接続され高圧空気源Ｂから空気供給を受け入れる弁１６８ａ，１６８ｂ付きの高圧空気導入通路１６３ａ，１６３ｂと、脱塵装置１７０ａ，１７０ｂの上流側の蒸気通路１４６ａ，１４６ｂの弁１７３ａ，１７３ｂ下流側にそれぞれ接続され脱塵装置１７０ａ，１７０ｂから空気を排気処理装置Ｃへ排出する弁１７２ａ，１７２ｂ付きの処理済空気排出通路１６４ａ，１６４ｂとを備えて構成されている。
【００６３】
そして、各蒸気通路１４６ａ，１４６ｂ，１６１ａ，１６１ｂ、各高圧空気導入通路１６３ａ，１６３ｂおよび各処理済空気排出通路１６４ａ，１６４ｂの弁１６７ａ，１６７ｂ，１６８ａ，１６８ｂ，１７２ａ，１７２ｂ，１７３ａ，１７３ｂが、例えば手動操作によって選択的に開閉できるようになっている。
【００６４】
このような回収系統２００の構成において、プラント運転時には、蒸気切り替え装置２７０によって、脱塵装置１７０ａ，１７０ｂのいずれか一方にガスタービン冷却系統４３の冷媒である蒸気を流通させるように設定する。例えば図２の右側に位置する脱塵装置１７０ｂを脱塵用として使用する場合には、この脱塵装置１７０ｂの蒸気通路１４６ｂ，１６３ｂの弁１７３ｂ，１６７ｂを開とし、対応する高圧空気導入通路１６３ｂおよび処理済空気排出通路１６４ｂの弁１６８ｂ，１７２ｂは閉とする。
【００６５】
これにより、右方の脱塵装置１７０ｂでは冷却用の蒸気を流動させてガスタービン冷却作用とともに蒸気中の脱塵処理を行わせることができる。
【００６６】
一方、不使用と設定された図２の左方の脱塵装置１７０ａにおいては逆に、各蒸気通路１４６ａ，１６１ａの弁１７３ａ，１６７ａを閉とし、また対応する高圧空気導入通路１６３ａおよび処理済空気排出通路１６４ａの弁１６８ａ，１７２ｂを開とする。
【００６７】
これにより、左方の脱塵装置１７０ａでは加圧空気を脱塵時と逆方向に流動させることによって、その脱塵装置１７０ａで捕集した塵埃を除去する再生処理を行うことができる。
【００６８】
そして、脱塵処理を行っている脱塵装置１７０ｂが洗浄の必要な状態になった場合には、切り替え装置２７０によって蒸気の流通方向を変更するとともに、弁開閉状態を前記と逆にして、蒸気中の脱塵作用と、脱塵装置再生作用とを左右の脱塵装置１７０ａ，１７０ｂで切り替えればよい。
【００６９】
このような構成によると、システムが稼働中であっても脱塵装置１７０ａ，１７０ｂのいずれか一方を塵埃捕集作業に、他を再生作業として交互に稼働させることができる。
【００７０】
また、各機器の点検や非常時対応として、脱塵装置を介さないバイパス配管としての蒸気通路１４６ｃおよび蒸気開閉弁１６９を設け，必要に応じてバイパス配管としての蒸気通路１４６ｃを介して蒸気を流動させることも可能である。
【００７１】
なお、本実施形態では、空気供給源をガスタービン系統４１の圧縮機１１３としたが、他の機関から供給してもよい。また、再生媒体は特に圧縮空気に限定されるものではなく、化学溶剤等を使用することも可能である。さらに、再生媒体の流れ方向についても特に制限する必要はなく、任意の方向から行える。
【００７２】
本実施形態によれば、ガスタービン１１１の翼や、その他のガスタービンコンポーネントキットを蒸気によって冷却する場合、被冷却要素よりも上流側に蒸気中の塵埃を捕集する脱塵装置１７０が設けてあるため、蒸気冷却方式の特徴を損うことなく、経時的に目標通りの冷却効果が得られ、ひいては長時間にわたり冷却効率の劣化が発生しない複合サイクル発電プラントが提供できる。
【００７３】
また、本実施形態では、蒸気冷却通路を閉ループとして構成したが、さらに比出力を大きくしたり、燃焼器部で発生するＮＯｘ低減化対策を目的として、冷却用蒸気の一部を燃焼器内に噴射して使用したり、ガスタービン翼面から吹き出すいわゆるフィルム冷却として使用することもできる。すなわち、本発明は蒸気冷却される全ての複合サイクル発電プラントに適用可能である。
【００７４】
図３は本発明の他の実施形態を示す系統図であり、図２に示した配管構成の回収系統２００の自動切り替えが行えるようにしたものであるる。この図３では図２と同一部分に同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
【００７５】
この実施形態に係るプラントでは、各蒸気通路の弁１７３ａ，１７３ｂ，１６７ａ，１６７ｂを制御する制御演算器１７５ａ，１７５ｂと、脱塵装置１７０ａ，１７０ｂ前後の圧力差を計測する差圧変換器１７４ａ，１７４ｂとが設置されている。
【００７６】
そして、この差圧変換器１７４ａ，１７４ｂの信号が制御演算器１７５ａ，１７５ｂで読み取られ、脱塵装置１７０ａ，１７０ｂ前後の差圧が規定値以上になったときに、自動的に再生作業と脱塵作業工程とが切り替わるようになっている。
【００７７】
このような構成の実施形態によるプラントでは、脱塵装置１７０ａ，１７０ｂの自動切り替えにより連続運転が可能となり、プラントの安定稼働が可能となる。
【００７８】
さらに、タービンの起動および停止時、あるいは部分負荷運転時のように、冷却用の蒸気を供給することが著しく困難なときに、蒸気に替えて前記再生用空気の一部を冷却用として用いたり、また、起動および停止時の蒸気通路に滞留する水分の空気によるパージ等も可能となる。
【００７９】
また、前述の蒸気経路を必要に応じてバルブ開度を操作することによって、蒸気から空気または空気から蒸気に置換することも可能となる。
【００８０】
なお、図３では、２つの制御演算器１７５ａ，１７５ｂを用いて弁操作を行う構成としたが、これは説明を容易にするために例示したものであって、脱塵装置の個数や制御器の個数は特に限定する必要はない。
【００８１】
上記のように構成することによって、タービンの起動および停止時、部分負荷運転時、定常運転時のいかなる運転状況においても、ガスタービンの蒸気冷却部を良好に冷却するだけでなく、蒸気中に介在するスケール等の塵埃を良好に捕集することが可能となり、かつ脱塵装置の再生作業も良好に行うことが可能となる。
【００８２】
なお、図示しないが、前記ガスタービン冷却系統は、前記蒸気サイクルから前記冷却通路を切り離し、この状態で他の高圧空気供給装置により前記冷冷却通路に通流可能とする切替手段を備えるようにしたり、また、蒸気冷却部を有するガスタービンへの蒸気供給を他の蒸気機関により行って構成したりしても同様の効果が得られるものである。
【００８３】
図４は本発明のさらに多の実施形態を示す系統図である。この図４において、図１と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【００８４】
この実施形態に係るプラントが図１に示すものと異なる点は、脱塵装置１７０ｃ，１７０ｄの配置構成にある。すなわち、この脱塵装置１７０ｃ，１７０ｄは、燃焼器部冷却部１６０およびガスタービン冷却翼１４９を個別に冷却するようになついる。この場合、これらの脱塵装置１７０ｃ，１７０ｄは各被冷却部分に対応したメッシュを有する構成とすることで、脱塵効果をより大きくし、脱塵効果持続時間も長くすることが可能となる。
【００８５】
また、冷却に使用する蒸気の過熱度を１０℃以上にすることにより、各冷却要素に付着するスケールを極力抑えることが可能となる。これは図５のｉ−Ｓ線図に示すように、実際に使用される水蒸気では化合物等を含有しているため、飽和線は理想的な蒸気の飽和線よりも若干高温度側にシフトすることが知られており、特にこの飽和線を跨ぐような変化をした場合、湿り蒸気範囲においてスケール付着が多くなることから、蒸気冷却として使用する場合には、図５に一点鎖線で示す実際の飽和線以上の温度で使用することが望ましい。この場合、冷却蒸気の過熱度を１０℃以上にすることで、前述の効果が得られる。
【００８６】
なお、本発明の技術は、蒸気冷却とこの冷却蒸気中の塵埃等の介在物を捕集する脱塵装置を有する全ての機関に応用することができる。また、図示しないが、脱塵装置の上流側に通常の蒸気配管材を使用し、下流側にのみ耐食超合金を使用することにより、超合金の使用数を抑え、設置コストを大幅に低減することが可能となる。
【００８７】
また、単体の複合サイクル発電プラントで構成した場合でも、複数の複合サイクル発電プラントを組み合せて適用した場合でも、本発明の脱塵装置を適用することにより前述と同様の効果が奏される。
【００８８】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明によれば、ガスタービンの翼やその他のガスタービンコンポーネントキットを蒸気によって冷却する場合、冷却要素よりも上流側に蒸気中の塵埃を捕集する脱塵装置を複数台設けることにより、いずれか一方を塵埃捕集作業に使用し、他を再生作業に使用することができ、プラント運転を停止させずに連続運転が行える。また、この切り替え作業は、自動的に行うことができる。
【００８９】
また、複数の脱塵装置を設けた場合、いずれか一方を塵埃捕集作業に使用し、他を再生作業に使用することにより、プラント運転を停止することなく連続運転を行え、また、この切り替え作業は自動的に行える。
【００９１】
また、脱塵装置前後の圧力差を常時監視し、規定値以上になったときに自動または手動にて切り替え作業を行うようにすることにより、プラントの安定稼働が行え、さらに脱塵装置への再生媒体供給をガスタービン圧縮機の吐出空気を使用することで、システム構成をより簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る複合サイクル発電プラントを示す系統図。
【図２】図１に示す脱塵装置の詳細な構成例を示す図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る複合サイクル発電プラントを示す系統図。
【図４】本発明のさらに他の実施形態を示す図。
【図５】本発明の作用を示すための水蒸気のｉ−Ｓ線図。
【図６】本発明に係る複合サイクル発電プラントの総合発電効率を従来と比較して示す図。
【図７】従来の複合サイクル発電プラントを示す系統図。
【符号の説明】
４１ ガスタービン系統
４２ 蒸気タービン系統
４３，４３ａ，４３ｂ ガスタービン冷却部
１１１ ガスタービン
１１３ 圧縮機
１１４ 燃焼器
１１８ 蒸気タービン
１２０ 発電機
１２１ 蒸気サイクル
１２３ 排熱回収ボイラ
１２５ 高圧加熱器
１２６ 第２の高圧蒸発器
１２７ 第１の高圧蒸発器
１２８ 高圧予熱器
１３０ 復水器
１３４ 高圧ドラム
１３８ 合流点
１５０ ガスタービン翼冷却通路
１６５，１６７，１６７ａ，１６７ｂ，１７３ａ，１７３ｂ 蒸気弁
１６６，１６８，１６８ａ，１６８ｂ，１７２ａ，１７２ｂ 空気弁
１７０，１７０ａ，１７０ｂ 脱塵装置
１７４ａ，１７４ｂ 差圧変換器
１７５ａ，１７５ｂ 制御演算器
２００ 回収系統
２７０ 切り替え装置
Claims (6)
- ガスタービン系統と、このガスタービン系統の排熱を排熱回収ボイラで回収して得た蒸気タービンを駆動する蒸気サイクルを備えた蒸気タービン系統と、前記蒸気サイクルで得られた蒸気の一部または全量を前記ガスタービン内に設けられた冷却通路を経由させて前記蒸気サイクルへ戻すガスタービン冷却系統とを備えた複合サイクル発電プラントにおいて、前記蒸気によって冷却されるガスタービンの被冷却部より上流側の冷却通路の途中を２以上に分岐した後統合される分岐通路部を設けるとともに、この各分岐通路部に再生可能な脱塵装置をそれぞれ設け、ガスタービン稼働中は少なくともいずれか一方の分岐通路部を介して前記冷却用蒸気を通過させて脱塵装置で蒸気の浄化を行わせ、かつ他方の分岐通路部は蒸気遮断状態として脱塵装置から塵埃を取り除く再生作業を行わせることを可能としたことを特徴とする複合サイクル発電プラント。
- 請求項１記載の複合サイクル発電プラントにおいて、ガスタービン稼働中であっても脱塵装置の脱塵作業と再生作業の切り替えが可能であることを特徴とする複合サイクル発電プラント。
- 請求項１または２に記載の複合サイクル発電プラントにおいて、冷却用蒸気通路方向と逆方向に再生媒体を流す再生通路を設けるとともに、脱塵装置は前記再生媒体の逆流によって再生可能な構成とし、かつ前記脱塵装置を通過した再生媒体はガスタービン系統の排ガス通路を介して系外に排出可能としたことを特徴とする複合サイクル発電プラント。
- 請求項１から３までのいずれかに記載の複合サイクル発電プラントにおいて、脱塵装置前後の冷却通路の圧力差を監視する差圧監視手段と、前記圧力差が規定値以上になった場合に冷却通路の切り替えを行う弁機構とを備えたことを特徴とする複合サイクル発電プラント。
- 請求項１から４までのいずれかに記載の複合サイクル発電プラントにおいて、脱塵装置の再生媒体を、ガスタービン系統の空気圧縮機から吐出される圧縮空気としたことを特徴とする複合サイクル発電プラント。
- 請求項１から５までのいずれかに記載の複合サイクル発電プラントにおいて、蒸気によって冷却すべきガスタービンの複数の被冷却要素を有し、前記各被冷却要素のそれぞれ上流部側の冷却通路に脱塵装置を取り付けたことを特徴とする複合サイクル発電プラント。
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