JP4346220B2 - コンバインド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、コンバインドサイクル発電プラントに係り、特に多軸型システムにおいて一部もしくは全部のガスタービンと蒸気タービンを連結し、発電機を共有するようにしたコンバインドサイクル発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コンバインドサイクル発電プラントのシステムは、大きく分けて多軸システムと一軸システムとがある。
【０００３】
図８は、２つのガスタービン軸と１つの蒸気タービン軸からなる多軸システムの例を示す図であって、第１の圧縮機１ａ、第１のガスタービン２ａ，及び第１の発電機３ａが一つの軸により連結されており、さらに第２の圧縮機１ｂ、第２のガスタービン２ｂ、及び第２の発電機３ｂが他の軸によって連結されている。しかして、第１の圧縮機１ａで圧縮された空気が第１の燃焼器４ａで燃焼され高温ガスとなり、その高温ガスが第１のガスタービン２ａに供給され、そこで仕事を行い第１の発電機３ａを駆動する。同様に、第２の圧縮機１ｂによって圧縮された空気が第２の燃焼器４ｂで燃焼され、その高温ガスによって第２のガスタービン２ｂが駆動され、第２の発電機３ｂが駆動される。
【０００４】
第１のガスタービン２ａからの排ガスは第１の排熱回収ボイラ５ａで蒸気を発生させ、第２のガスタービン２ｂからの排ガスは第２の排熱回収ボイラ５ｂで蒸気を発生させる。第１の排熱回収ボイラ５ａ及び第２の排熱回収ボイラ５ｂで発生した蒸気は、合流後に高圧タービン６で仕事をした後、第１の排熱回収ボイラ５ａ及び第２の排熱回収ボイラ５ｂで再熱された後再び合流され、中圧タービン７に供給される。中圧タービン７で仕事を行った蒸気はさらに低圧タービン８で仕事を行い蒸気タービン発電機９を駆動し、その後復水器１０で復水され、給水ポンプ１１によって昇圧され、第１及び第２の排熱回収ボイラ５ａ，５ｂに給水される。
【０００５】
また図９は、３つのガスタービン軸と１つの蒸気タービン軸よりなる多軸システムの例を示す図であって、ガスタービン２ａ，２ｂ，２ｃからの排ガスは、それぞれ第１乃至第３の排熱回収ボイラ５ａ，５ｂ，５ｃに供給され、そこで蒸気を発生し、その蒸気によって図８に示すものと同様に蒸気タービン６，７，８が駆動される。
【０００６】
さらに、図１０は第１の圧縮機１ａ、第１のガスタービン２ａ、第１の高圧タービン６ａ、第１の中低圧タービン７ａ及び第１の発電機３ａが一軸上に連結され、また、第２の圧縮機１ｂ、第２のガスタービン２ｂ、第２の高圧タービン６ｂ、第２の中低圧タービン７ｂ、及び第２の発電機３ｂが他の一軸上に連結されている。そして、各中低圧タービン７ａ，７ｂからの排気がそれぞれ復水器１０ａ，１０ｂを通り、給水ポンプ１１ａ，１１ｂを介して排熱回収ボイラ５ａ，５ｂに還流される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、多軸システムにおいては蒸気タービンシステムが一つに統合されているので、蒸気タービンに係わる機器の数が少なくまたその分だけ建屋の必要スペースが低減されるメリットがある。しかしながら、発電機の数が多いこと、またこれに伴う関連機器が増加すること、及び、ガスタービンを起動するための起動モータもしくはサイリスタ変換装置等の起動装置が必要となる等の不都合がある。そしてこのことが建屋スペースの増大と機器の数の増大の要因ともなっている。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑み、発電機の数を減らすことができ、ガスタービンの起動装置をなくすことができて、建屋スペースの低減を実現し得るコンバインド発電プラントを得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、複数台のガスタービンと複数台の排熱回収ボイラと１台の蒸気タービンを組み合わせた多軸形のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、蒸気タービンの高中圧部を２つに分割し、その一方の高中圧部を第１のガスタービンに一つの軸で連結するとともに、他方の高中圧部と低圧部を第２のガスタービンに他の一つの軸で連結し、各軸にそれぞれ発電機を連結したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、複数台のガスタービンと複数台の排熱回収ボイラと１台の蒸気タービンを組み合わせた多軸形のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、蒸気タービンの高中圧部を２つに分割し、その一方の高中圧部を第１のガスタービンに一つの軸で連結し、他方の高中圧部を第２のガスタービンに他の一つの軸で連結し、さらに低圧部を第３のガスタービンに他の軸で連結すると共に、各軸にそれぞれ発電機を連結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。
【００１１】
請求項３に係る発明は、複数台のガスタービンと複数台の排熱回収ボイラと１台の蒸気タービンを組み合わせた多軸形のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、２台のガスタービンの間に蒸気タービンと発電機とを配設し、これらを一つの軸で連結したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、少なくとも一方のガスタービンと蒸気タービン及び発電機との間にクラッチを設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明は、１台のガスタービンと１台の蒸気タービンとを一つの軸により連結した複数のタービン軸を有するコンバインドサイクル発電プラントにおいて、二つのタービン軸の間に一つの発電機を設置し、それらを一つの軸で連結したことを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明において、少なくとも一方のタービン軸と発電機との間にクラッチを設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７に係る発明は、請求項５又は６に係る発明において、複数のタービン軸の各復水器を共通の給水ポンプに接続し、その給水ポンプを共有化したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図１乃至図６を参照して本発明の第１〜第５実施形態および第１〜第２参考例について説明する。なお、図中図８等と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００１７】
第１参考例
図１は、本発明におけるコンバインドサイクル発電プラントの第１参考例を示す図であって、第１の圧縮機１ａと第１のガスタービン２ａが連結された第１のガスタービン軸と、第２の圧縮機１ｂと第２のガスタービン２ｂが連結された第２のガスタービン軸とを有し、上記第１のガスタービン２ａには、高圧タービン６，中圧タービン７及び低圧タービン８からなる蒸気タービンと第１の発電機３ａが一つの軸で連結され、第１軸Ａが構成されており、第２のガスタービン２ｂには第２の発電機３ｂが他の軸により連結され、第２軸Ｂが構成されている。
【００１８】
第１のガスタービン２ａと蒸気タービンの連結方法は、ガスタービン側は圧縮機１ａの吸い込み方向を連結側とし、また、蒸気タービン側は高圧タービン６の排気方向を連結側とし、お互いの軸がトルクチューブ１２により連結されている。また、蒸気タービンと発電機の連結方法は、低圧タービン８と発電機３ａがカップリングで連結されている。一方、第２のガスタービン２ｂと第２の発電機３ｂとはトルクチューブ１３によって連結されている。
【００１９】
しかして、第１の圧縮機１ａで圧縮された空気が第１の燃焼機４ａで燃焼し高温ガスとなり、第１のガスタービン２ａで仕事を行い第１軸Ａに回転トルクを与える。第１のガスタービン２ａからの排ガスは第１の排熱回収ボイラ５ａで熱交換した後煙突から大気中に放出される。また、第２のガスタービン２ｂは第２軸Ｂに回転トルクを与え、第２の発電機３ｂを駆動する。そして、その第２のガスタービン２ｂからの排ガスは第２の排熱回収ボイラ５ｂで熱交換した後煙突から大気中に放出される。
【００２０】
一方、第１の排熱回収ボイラ５ａ及び第２の排熱回収ボイラ５ｂで発生した主蒸気は互いに合流し、その後高圧タービン６で膨張し回転トルクを発生する。高圧タービン６から排気された低温再熱蒸気は２つに分岐し、第１排熱回収ボイラ５ａ及び第２の排熱回収ボイラ５ｂで再熱され高温再熱蒸気となり、再び合流した後、中圧タービン７及び低圧タービン８で膨張して回転トルクを発生し、その回転トルクを第１軸Ａに与えて第１の発電機３ａを回転駆動する。低圧タービン８から排出された蒸気は復水器１０で復水された後、給水ポンプ１１で昇圧された後２つに分岐し、各々第１の排熱回収ボイラ５ａ及び第２の排熱回収ボイラ５ｂに給水される。このようにして、第１のガスタービン２ａと蒸気タービンで同時に発生した回転トルクで第１の発電機３ａが駆動される。
【００２１】
そこで、通常運転に於いては、約６０％負荷までは第２軸Ｂを止め、第１軸Ａのみで運転し、約６０％負荷以上では両方の軸で運転を行う。また、第１軸Ａの起動時には、補助ボイラなどから高圧タービン６もしくは中圧タービン７或いは低圧タービン８に蒸気を挿入し、タービンの回転トルクで軸全体を起動する。第２軸Ｂの起動は、サイリスタ変換装置を用いて発電機３ｂに電力を与えてモータとしての機能を発揮させ、これから発生する回転トルクで軸全体を起動するか、又は第２軸Ｂに起動用モータを設置してこれを駆動することにより軸全体を起動するかのいずれかの方法とする。さらに、第２のガスタービン２ｂの点検中のときは第１軸Ａだけで単独運転を行う。
【００２２】
このように、本発明の第１参考例では、一方のガスタービンと蒸気タービンを一つの軸で連結し、一つの共通の発電機を同じ軸に連結させたので、従来の３つの独立した軸の代わりに２つの軸でシステムを構成でき、建屋スペースを大幅に削減することができると共に、発電機及び付属機器の数を低減することができる。
【００２３】
また従来の多軸システムでは行うことができなかったガスタービン軸の蒸気タービンでの起動を行うことができるので、ガスタービン軸のサイリスタ変換装置や起動用モータが不要となる。なお、上記第１参考例においては２台のガスタービンに１台の蒸気タービンを組み合わせたものを示したが、３台のガスタービンに１台の蒸気タービンを組み合わせ、いずれか１台のガスタービンに蒸気タービンを一つの軸で連結しても同様な効果を奏する。
【００２４】
第２参考例
図２は本発明の第２参考例を示す図であって、蒸気タービンの高中圧部６，７と低圧部８が分離され、その低圧部８が第２のガスタービン２ｂに一つの軸で連結されている。
【００２５】
すなわち、第１のガスタービン２ａ、第１の圧縮機１ａ、高圧タービン６、中圧タービン７及び第１の発電機３ａが一つの軸に連結されており、第１の軸Ａが構成され、第２のガスタービン２ｂ、第２の圧縮機１ｂ、低圧タービン８及び第２の発電機３ｂが他の一つの軸に連結されて、第２の軸Ｂが構成されている。この場合、第１の圧縮機１ａの吸い込み側と高圧タービン６の排気側がトルクチューブ１２によって連結されており、第２の圧縮機１ｂの吸い込み側と低圧タービン８の排気側がトルクチュ−ブ１３によって連結されている。
【００２６】
しかして、第１の軸Ａの中圧タービン７から排出された蒸気は、クロスオーバー管１４を経て第２の軸Ｂの低圧タービン８に導入され、そこで仕事を行った蒸気は復水器１０で復水される。その他の点は第１参考例と同一である。
【００２７】
そこで、通常運転は、低負荷から部分負荷までは第１の軸Ａと第２の軸Ｂの両方で行う。また、第１の軸Ａの起動時には、補助ボイラなどから高圧タービン６もしくは中圧タービン７に蒸気を挿入し、タービンの回転トルクで軸全体を起動する。第２の軸Ｂの起動は、補助ボイラなどから低圧タービン８に蒸気を挿入し、そのタービンの回転トルクにより軸全体を起動する。
【００２８】
このように、本第２参考例においても一方のガスタービンと高中圧タービンを一つの軸でつなげ発電機を共有化したので、第１参考例と同様な作用効果を奏する。
【００２９】
第１実施形態
また、上記第２参考例においては第２のガスタービン２ｂに低圧タービン８を連結したものを示したが、図３に示す第１実施形態のように、高中圧タービンを二つに分割し、第１の高中圧タービン６ａ、７ａを第１のガスタービン２ａの軸に連結し、第２の高中圧タービン６ｂ、７ｂと低圧タービン８を第２のガスタービン２ｂの軸に連結することもできる。この場合、通常運転時においては、約６０％負荷までは第１の軸Ａを止め、第２の軸Ｂだけで運転し、約６０％負荷以上では両方の軸で運転する。
【００３０】
そこで、第１の軸Ａの起動時には、補助ボイラなどから第１の高圧タービン６ａもしくは第１の中圧タービン７ａに蒸気を挿入し、そのタービンの回転トルクで軸全体を起動する。また、第２の軸Ｂの起動は、補助ボイラなどから第２の高圧タービン６ｂもしくは第２の中圧タービン７ｂに蒸気を挿入し、そのタービンの回転トルクによって軸全体を起動する。さらに、第１のガスタービン２ａの点検中には、第２の軸Ｂだけで単独運転を行うことができる。しかして、この第１実施形態においても第２参考例と同様な効果を奏する。
【００３１】
第２実施形態
図４は本発明の第２実施形態を示す図であり、ガスタービンが３台設けられており、プラントが３軸によって構成されている。すなわち、高中圧タービンが二つに分離されており、第１のガスタービン２ａの軸に第１の高中圧タービン６ａ，７ａが連結され、第２のガスタービン２ｂの軸に第２の高中圧タービン６ｂ、７ｂが連結され、さらに、第３のガスタービン２ｃの軸に低圧ガスタービン８が連結されている。この場合、第１の圧縮機１ａと高圧タービン６ａがトルクチューブ１２で連結され、第２の圧縮機１ｂと第２の高圧タービン６ｂがトルクチューブ１３により連結されている。また、第３の圧縮機１ｃと低圧タービン８がトルクチューブ１５により連結されている。
【００３２】
そこで、各ガスタービン２ａ、２ｂ、２ｃで仕事を行い各軸に回転トルクを与えた排ガスはそれぞれ第１，第２，第３の排熱回収ボイラ５ａ、５ｂ、５ｃに供給されそこで蒸気が発生される。発生した蒸気は互いに合流した後二つに分岐し、それぞれ第１及び第２の高圧タービン６ａ、６ｂに供給され、そこで膨張して第１及び第２の軸に回転トルクを与える。第１及び第２の高圧タービン６ａ、６ｂから排出された低温再熱蒸気は合流後、３つに分岐し第１，第２，第３の排熱回収ボイラ５ａ、５ｂ、５ｃで再熱され高温再熱蒸気となり、再び合流した後２つに分岐し、それぞれ第１及び第２の中圧タービン７ａ、７ｂで膨張して第１及び第２の軸に回転トルクを与える。その後、各中圧タービン７ａ、７ｂの排気はクロスオーバー管１４を経て低圧タービン８に導入され、そこで仕事をした後復水器１０で復水される。そして、復水器１０で凝縮された復水は給水ポンプ１１で昇圧されて第１，第２，第３の各排熱回収ボイラ５ａ、５ｂ、５ｃに給水として供給される。
【００３３】
このように、第１の軸では第１のガスタービン２ａと高中圧タービン６ａ，７ａで同時に発生した回転トルクで発電機３ａが回転され、第２の軸では第２のガスタービン２ｂと第２の高中圧タービン６ｂ、７ｂで同時に発生した回転トルクで発電機３ｂが回転される。そして、第３の軸では第３のガスタービン２ｃと低圧タービン８で同時に発生した回転トルクで発電機３ｃが回転される。
【００３４】
しかして、通常運転時においては、約７０％負荷までは、第１の軸Ａ又は第２の軸Ｂのどちらか一方を止め、第２の軸Ｂと第３の軸Ｃもしくは第１の軸Ａと第３の軸Ｃのどちらかの組み合わせで運転を行う。また、７０％以上の負荷においては全軸で運転を行う。また、第１の軸Ａの起動時には、補助ボイラなどから第１の高圧タービン６ａもしくは第１の中圧タービン７ａに蒸気を挿入し、そのタービンの回転トルクで軸全体を起動する。第２の軸Ｂの起動は、補助ボイラなどから第２の高圧タービン６ｂもしくは第２の中圧タービン７ｂに蒸気を挿入し、そのタービンの回転トルクによって軸全体を起動する。さらに、第３の軸Ｃの起動時には、補助ボイラなどから低圧タービン８に蒸気を挿入し、タービンの回転トルクで軸全体を起動する。また、第１のガスタービン２ａの点検中には、第２の軸Ｂと第３の軸Ｃで運転を行い、第２のガスタービン２ｂが点検中のときは第１の軸Ａと第３の軸Ｃで運転を行うことができる。
【００３５】
このようにして、この第２実施形態においても第１参考例と同様な効果を奏する。
【００３６】
第３実施形態
また、図５は本発明の第３実施形態を示す図であり、二つのガスタービンすなわち第１のガスタービン２ａと第２のガスタービン２ｂとの間に、高圧タービン６，中低圧タービン１６，及び発電機３が一つの軸で連結されている。
【００３７】
第１のガスタービンと蒸気タービンとの連結は、第１の圧縮機１ａの吸い込み側と高圧タービン６の排気側を連結側とし、互いの軸のカップリングの間にトルクチューブ１７及びクラッチ１８が設けられている。また蒸気タービンと発電機３の連結は、中低圧タービン１６と発電機３をカップリングで接続し、発電機３と第２のガスタービンとの連結は、第２の圧縮機１ｂの吸い込み側がトルクチューブ１９及びクラッチ２０を介して発電機３に連結されている。
【００３８】
しかして、第１及び第２のガスタービン２ａ，２ｂで仕事を行い軸に回転トルクを与えた排ガスは、それぞれ第１，第２の排熱回収ボイラ５ａ，５ｂに供給され、そこで蒸気が発生される。発生した蒸気は互いに合流し高圧タービン６に供給され、そこで膨張して軸に回転トルクを与える。高圧タービン６から排出された低温再熱蒸気は２つに分岐し第１，第２の排熱回収ボイラ５ａ，５ｂで再熱され高温再熱蒸気となり、再び合流した後中低圧タービン１６に導入され、そこで仕事をした後復水器１０で復水される。そして、復水器１０で凝縮された復水は給水ポンプ１１で昇圧されて、それぞれ第１及び第２の排熱回収ボイラ５ａ，５ｂに供給される。このようにして、２つのガスタービンと１つの蒸気タービンで同時に発生した回転トルクで発電機３が駆動される。
【００３９】
軸の起動時には、補助ボイラなどから中低圧タービン１６に蒸気を挿入し、中低圧タービンの回転トルクで軸全体を起動するか、もしくはサイリスタ変換装置を用いて、発電機３に電力を与えて発電機にモータとしての機能を発揮させ、これから発生する回転トルクで軸全体を起動するかのいずれかの方法を採ることができる。
【００４０】
このように、本第３実施形態においては２つのガスタービンと１つの蒸気タービンを１つの軸でつなげ、１つの共通の発電機を同じ軸に連結させたので、システムが１つの軸で構成でき建屋スペースの大幅な削減等を行うことができ、第１参考例等と同様な効果を奏せしめることができる。また、第１及び第２のガスタービンをクラッチ１８，２０を介して高圧タービン６或いは発電機３に連結することによって一方のガスタービンが点検中であっても他方のガスタービン及び蒸気タービンによって運転を行うことができる。 なお、上記第３実施形態においては、第１及び第２のガスタービンをクラッチ１８，２０を介して高圧タービン６或いは発電機３に連結したものを示したが、クラッチはいずれか一方でもよく、またクラッチを省略してもよい。
【００４１】
第４実施形態
図６は本発明の第４実施形態を示す図であって、第２のガスタービンにも蒸気タービンが連結されている。すなわち、第１のガスタービン２ａ、第１の圧縮機１ａ、第１の高圧タービン６ａ及び第１の中低圧タービン１６ａを連結した軸がクラッチ２１を介して発電機３に連結されており、さらに、第２のガスタービン２ｂ、第２の圧縮機１ｂ、第２の高圧タービン６ｂ，及び第２の中低圧タービン１６ｂがクラッチ２２を介して上記発電機３に連結されている。しかして、第１の中低圧タービン１６ａから排出された蒸気は第１の復水器１０ａで復水された後第１の給水ポンプ１１ａで第１の排熱回収ボイラ５ａに還流される。また、第２の中低圧タービン１６ｂから排出された蒸気は第２の復水器１０ｂで復水された後第２の給水ポンプ１１ｂで第２の排熱回収ボイラ５ｂに還流される。その他は図５に示すものと同一である。
【００４２】
しかして、この第４実施形態においても２つのガスタービンと２つの蒸気タービンを１つの軸でつなげ、１つの共通の発電機を同じ軸に連結させたので、システムを１つの軸で構成することができ、第３実施形態等と同様な効果を奏せしめることができる。
【００４３】
第５実施形態
また、図７は上記図６の変形である第５実施形態を示す図であり、第１の復水器１０ａ及び第２の復水器１０ｂで復水された復水が合流されて共通の給水ポンプ１１により各排熱回収ポンプ５ａ，及び５ｂに還流されるように構成されている。その他は図６に示すものと同一である。しかして、この第５実施形態においては給水ポンプを１つに統合することにより、建屋スペースを削減することができる等の効果を奏する。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したので、従来の発電プラントに比し軸の数を少なくすることができると共に、ガスタービンの起動を蒸気タービンによって行うことができ、ガスタービン軸のサイリスタ変換装置や起動用モータが不要となり、これにより建屋スペースの大幅な削減と発電機及び付属機器の減少を図ることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１参考例の概略軸構成を示す図。
【図２】 本発明の第２参考例の概略軸構成を示す図。
【図３】 本発明の第１実施形態の概略軸構成を示す図。
【図４】 本発明の第２実施形態の概略軸構成を示す図。
【図５】 本発明の第３実施形態の概略軸構成を示す図。
【図６】 本発明の第４実施形態の概略軸構成を示す図。
【図７】 本発明の第５実施形態の概略軸構成を示す図。
【図８】 従来のコンバインドサイクル発電プラントの多軸システムにおける概略軸構成を示す図。
【図９】 従来のコンバインドサイクル発電プラントの多軸システムにおける他の軸構成を示す図。
【図１０】 従来のコンバインドサイクル発電プラントの多軸システムにおけるさらに他の軸構成を示す図。
【符号の説明】
１ａ 第１の圧縮機
１ｂ 第２の圧縮機
１ｃ 第３の圧縮機
２ａ 第１のガスタービン
２ｂ 第２のガスタービン
２ｃ 第３のガスタービン
３ａ 第１の発電機
３ｂ 第２の発電機
３ｃ 第３の発電機
５ａ 第１の排熱回収ボイラ
５ｂ 第２の排熱回収ボイラ
６，６ａ、６ｂ 高圧タービン
７，７ａ、７ｂ 中圧タービン
８ 低圧タービン
１０、１０ａ、１０ｂ 復水器
１１、１１ａ、１１ｂ 給水ポンプ
１２，１３，１５、１７，１９ トルクチューブ
１６ 高中圧タービン
１８，２０、２１，２２ クラッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクル発電プラントに係り、特に多軸型システムにおいて一部もしくは全部のガスタービンと蒸気タービンを連結し、発電機を共有するようにしたコンバインドサイクル発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コンバインドサイクル発電プラントのシステムは、大きく分けて多軸システムと一軸システムとがある。
【０００３】
図８は、２つのガスタービン軸と１つの蒸気タービン軸からなる多軸システムの例を示す図であって、第１の圧縮機１ａ、第１のガスタービン２ａ，及び第１の発電機３ａが一つの軸により連結されており、さらに第２の圧縮機１ｂ、第２のガスタービン２ｂ、及び第２の発電機３ｂが他の軸によって連結されている。しかして、第１の圧縮機１ａで圧縮された空気が第１の燃焼器４ａで燃焼され高温ガスとなり、その高温ガスが第１のガスタービン２ａに供給され、そこで仕事を行い第１の発電機３ａを駆動する。同様に、第２の圧縮機１ｂによって圧縮された空気が第２の燃焼器４ｂで燃焼され、その高温ガスによって第２のガスタービン２ｂが駆動され、第２の発電機３ｂが駆動される。
【０００４】
第１のガスタービン２ａからの排ガスは第１の排熱回収ボイラ５ａで蒸気を発生させ、第２のガスタービン２ｂからの排ガスは第２の排熱回収ボイラ５ｂで蒸気を発生させる。第１の排熱回収ボイラ５ａ及び第２の排熱回収ボイラ５ｂで発生した蒸気は、合流後に高圧タービン６で仕事をした後、第１の排熱回収ボイラ５ａ及び第２の排熱回収ボイラ５ｂで再熱された後再び合流され、中圧タービン７に供給される。中圧タービン７で仕事を行った蒸気はさらに低圧タービン８で仕事を行い蒸気タービン発電機９を駆動し、その後復水器１０で復水され、給水ポンプ１１によって昇圧され、第１及び第２の排熱回収ボイラ５ａ，５ｂに給水される。
【０００５】
また図９は、３つのガスタービン軸と１つの蒸気タービン軸よりなる多軸システムの例を示す図であって、ガスタービン２ａ，２ｂ，２ｃからの排ガスは、それぞれ第１乃至第３の排熱回収ボイラ５ａ，５ｂ，５ｃに供給され、そこで蒸気を発生し、その蒸気によって図８に示すものと同様に蒸気タービン６，７，８が駆動される。
【０００６】
さらに、図１０は第１の圧縮機１ａ、第１のガスタービン２ａ、第１の高圧タービン６ａ、第１の中低圧タービン７ａ及び第１の発電機３ａが一軸上に連結され、また、第２の圧縮機１ｂ、第２のガスタービン２ｂ、第２の高圧タービン６ｂ、第２の中低圧タービン７ｂ、及び第２の発電機３ｂが他の一軸上に連結されている。そして、各中低圧タービン７ａ，７ｂからの排気がそれぞれ復水器１０ａ，１０ｂを通り、給水ポンプ１１ａ，１１ｂを介して排熱回収ボイラ５ａ，５ｂに還流される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、多軸システムにおいては蒸気タービンシステムが一つに統合されているので、蒸気タービンに係わる機器の数が少なくまたその分だけ建屋の必要スペースが低減されるメリットがある。しかしながら、発電機の数が多いこと、またこれに伴う関連機器が増加すること、及び、ガスタービンを起動するための起動モータもしくはサイリスタ変換装置等の起動装置が必要となる等の不都合がある。そしてこのことが建屋スペースの増大と機器の数の増大の要因ともなっている。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑み、発電機の数を減らすことができ、ガスタービンの起動装置をなくすことができて、建屋スペースの低減を実現し得るコンバインド発電プラントを得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、複数台のガスタービンと複数台の排熱回収ボイラと１台の蒸気タービンを組み合わせた多軸形のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、蒸気タービンの高中圧部を２つに分割し、その一方の高中圧部を第１のガスタービンに一つの軸で連結するとともに、他方の高中圧部と低圧部を第２のガスタービンに他の一つの軸で連結し、各軸にそれぞれ発電機を連結したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、複数台のガスタービンと複数台の排熱回収ボイラと１台の蒸気タービンを組み合わせた多軸形のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、蒸気タービンの高中圧部を２つに分割し、その一方の高中圧部を第１のガスタービンに一つの軸で連結し、他方の高中圧部を第２のガスタービンに他の一つの軸で連結し、さらに低圧部を第３のガスタービンに他の軸で連結すると共に、各軸にそれぞれ発電機を連結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。
【００１１】
請求項３に係る発明は、複数台のガスタービンと複数台の排熱回収ボイラと１台の蒸気タービンを組み合わせた多軸形のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、２台のガスタービンの間に蒸気タービンと発電機とを配設し、これらを一つの軸で連結したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、少なくとも一方のガスタービンと蒸気タービン及び発電機との間にクラッチを設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明は、１台のガスタービンと１台の蒸気タービンとを一つの軸により連結した複数のタービン軸を有するコンバインドサイクル発電プラントにおいて、二つのタービン軸の間に一つの発電機を設置し、それらを一つの軸で連結したことを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明において、少なくとも一方のタービン軸と発電機との間にクラッチを設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７に係る発明は、請求項５又は６に係る発明において、複数のタービン軸の各復水器を共通の給水ポンプに接続し、その給水ポンプを共有化したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図１乃至図６を参照して本発明の第１〜第５実施形態および第１〜第２参考例について説明する。なお、図中図８等と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００１７】
第１参考例
図１は、本発明におけるコンバインドサイクル発電プラントの第１参考例を示す図であって、第１の圧縮機１ａと第１のガスタービン２ａが連結された第１のガスタービン軸と、第２の圧縮機１ｂと第２のガスタービン２ｂが連結された第２のガスタービン軸とを有し、上記第１のガスタービン２ａには、高圧タービン６，中圧タービン７及び低圧タービン８からなる蒸気タービンと第１の発電機３ａが一つの軸で連結され、第１軸Ａが構成されており、第２のガスタービン２ｂには第２の発電機３ｂが他の軸により連結され、第２軸Ｂが構成されている。
【００１８】
第１のガスタービン２ａと蒸気タービンの連結方法は、ガスタービン側は圧縮機１ａの吸い込み方向を連結側とし、また、蒸気タービン側は高圧タービン６の排気方向を連結側とし、お互いの軸がトルクチューブ１２により連結されている。また、蒸気タービンと発電機の連結方法は、低圧タービン８と発電機３ａがカップリングで連結されている。一方、第２のガスタービン２ｂと第２の発電機３ｂとはトルクチューブ１３によって連結されている。
【００１９】
しかして、第１の圧縮機１ａで圧縮された空気が第１の燃焼機４ａで燃焼し高温ガスとなり、第１のガスタービン２ａで仕事を行い第１軸Ａに回転トルクを与える。第１のガスタービン２ａからの排ガスは第１の排熱回収ボイラ５ａで熱交換した後煙突から大気中に放出される。また、第２のガスタービン２ｂは第２軸Ｂに回転トルクを与え、第２の発電機３ｂを駆動する。そして、その第２のガスタービン２ｂからの排ガスは第２の排熱回収ボイラ５ｂで熱交換した後煙突から大気中に放出される。
【００２０】
一方、第１の排熱回収ボイラ５ａ及び第２の排熱回収ボイラ５ｂで発生した主蒸気は互いに合流し、その後高圧タービン６で膨張し回転トルクを発生する。高圧タービン６から排気された低温再熱蒸気は２つに分岐し、第１排熱回収ボイラ５ａ及び第２の排熱回収ボイラ５ｂで再熱され高温再熱蒸気となり、再び合流した後、中圧タービン７及び低圧タービン８で膨張して回転トルクを発生し、その回転トルクを第１軸Ａに与えて第１の発電機３ａを回転駆動する。低圧タービン８から排出された蒸気は復水器１０で復水された後、給水ポンプ１１で昇圧された後２つに分岐し、各々第１の排熱回収ボイラ５ａ及び第２の排熱回収ボイラ５ｂに給水される。このようにして、第１のガスタービン２ａと蒸気タービンで同時に発生した回転トルクで第１の発電機３ａが駆動される。
【００２１】
そこで、通常運転に於いては、約６０％負荷までは第２軸Ｂを止め、第１軸Ａのみで運転し、約６０％負荷以上では両方の軸で運転を行う。また、第１軸Ａの起動時には、補助ボイラなどから高圧タービン６もしくは中圧タービン７或いは低圧タービン８に蒸気を挿入し、タービンの回転トルクで軸全体を起動する。第２軸Ｂの起動は、サイリスタ変換装置を用いて発電機３ｂに電力を与えてモータとしての機能を発揮させ、これから発生する回転トルクで軸全体を起動するか、又は第２軸Ｂに起動用モータを設置してこれを駆動することにより軸全体を起動するかのいずれかの方法とする。さらに、第２のガスタービン２ｂの点検中のときは第１軸Ａだけで単独運転を行う。
【００２２】
このように、本発明の第１参考例では、一方のガスタービンと蒸気タービンを一つの軸で連結し、一つの共通の発電機を同じ軸に連結させたので、従来の３つの独立した軸の代わりに２つの軸でシステムを構成でき、建屋スペースを大幅に削減することができると共に、発電機及び付属機器の数を低減することができる。
【００２３】
また従来の多軸システムでは行うことができなかったガスタービン軸の蒸気タービンでの起動を行うことができるので、ガスタービン軸のサイリスタ変換装置や起動用モータが不要となる。なお、上記第１参考例においては２台のガスタービンに１台の蒸気タービンを組み合わせたものを示したが、３台のガスタービンに１台の蒸気タービンを組み合わせ、いずれか１台のガスタービンに蒸気タービンを一つの軸で連結しても同様な効果を奏する。
【００２４】
第２参考例
図２は本発明の第２参考例を示す図であって、蒸気タービンの高中圧部６，７と低圧部８が分離され、その低圧部８が第２のガスタービン２ｂに一つの軸で連結されている。
【００２５】
すなわち、第１のガスタービン２ａ、第１の圧縮機１ａ、高圧タービン６、中圧タービン７及び第１の発電機３ａが一つの軸に連結されており、第１の軸Ａが構成され、第２のガスタービン２ｂ、第２の圧縮機１ｂ、低圧タービン８及び第２の発電機３ｂが他の一つの軸に連結されて、第２の軸Ｂが構成されている。この場合、第１の圧縮機１ａの吸い込み側と高圧タービン６の排気側がトルクチューブ１２によって連結されており、第２の圧縮機１ｂの吸い込み側と低圧タービン８の排気側がトルクチュ−ブ１３によって連結されている。
【００２６】
しかして、第１の軸Ａの中圧タービン７から排出された蒸気は、クロスオーバー管１４を経て第２の軸Ｂの低圧タービン８に導入され、そこで仕事を行った蒸気は復水器１０で復水される。その他の点は第１参考例と同一である。
【００２７】
そこで、通常運転は、低負荷から部分負荷までは第１の軸Ａと第２の軸Ｂの両方で行う。また、第１の軸Ａの起動時には、補助ボイラなどから高圧タービン６もしくは中圧タービン７に蒸気を挿入し、タービンの回転トルクで軸全体を起動する。第２の軸Ｂの起動は、補助ボイラなどから低圧タービン８に蒸気を挿入し、そのタービンの回転トルクにより軸全体を起動する。
【００２８】
このように、本第２参考例においても一方のガスタービンと高中圧タービンを一つの軸でつなげ発電機を共有化したので、第１参考例と同様な作用効果を奏する。
【００２９】
第１実施形態
また、上記第２参考例においては第２のガスタービン２ｂに低圧タービン８を連結したものを示したが、図３に示す第１実施形態のように、高中圧タービンを二つに分割し、第１の高中圧タービン６ａ、７ａを第１のガスタービン２ａの軸に連結し、第２の高中圧タービン６ｂ、７ｂと低圧タービン８を第２のガスタービン２ｂの軸に連結することもできる。この場合、通常運転時においては、約６０％負荷までは第１の軸Ａを止め、第２の軸Ｂだけで運転し、約６０％負荷以上では両方の軸で運転する。
【００３０】
そこで、第１の軸Ａの起動時には、補助ボイラなどから第１の高圧タービン６ａもしくは第１の中圧タービン７ａに蒸気を挿入し、そのタービンの回転トルクで軸全体を起動する。また、第２の軸Ｂの起動は、補助ボイラなどから第２の高圧タービン６ｂもしくは第２の中圧タービン７ｂに蒸気を挿入し、そのタービンの回転トルクによって軸全体を起動する。さらに、第１のガスタービン２ａの点検中には、第２の軸Ｂだけで単独運転を行うことができる。しかして、この第１実施形態においても第２参考例と同様な効果を奏する。
【００３１】
第２実施形態
図４は本発明の第２実施形態を示す図であり、ガスタービンが３台設けられており、プラントが３軸によって構成されている。すなわち、高中圧タービンが二つに分離されており、第１のガスタービン２ａの軸に第１の高中圧タービン６ａ，７ａが連結され、第２のガスタービン２ｂの軸に第２の高中圧タービン６ｂ、７ｂが連結され、さらに、第３のガスタービン２ｃの軸に低圧ガスタービン８が連結されている。この場合、第１の圧縮機１ａと高圧タービン６ａがトルクチューブ１２で連結され、第２の圧縮機１ｂと第２の高圧タービン６ｂがトルクチューブ１３により連結されている。また、第３の圧縮機１ｃと低圧タービン８がトルクチューブ１５により連結されている。
【００３２】
そこで、各ガスタービン２ａ、２ｂ、２ｃで仕事を行い各軸に回転トルクを与えた排ガスはそれぞれ第１，第２，第３の排熱回収ボイラ５ａ、５ｂ、５ｃに供給されそこで蒸気が発生される。発生した蒸気は互いに合流した後二つに分岐し、それぞれ第１及び第２の高圧タービン６ａ、６ｂに供給され、そこで膨張して第１及び第２の軸に回転トルクを与える。第１及び第２の高圧タービン６ａ、６ｂから排出された低温再熱蒸気は合流後、３つに分岐し第１，第２，第３の排熱回収ボイラ５ａ、５ｂ、５ｃで再熱され高温再熱蒸気となり、再び合流した後２つに分岐し、それぞれ第１及び第２の中圧タービン７ａ、７ｂで膨張して第１及び第２の軸に回転トルクを与える。その後、各中圧タービン７ａ、７ｂの排気はクロスオーバー管１４を経て低圧タービン８に導入され、そこで仕事をした後復水器１０で復水される。そして、復水器１０で凝縮された復水は給水ポンプ１１で昇圧されて第１，第２，第３の各排熱回収ボイラ５ａ、５ｂ、５ｃに給水として供給される。
【００３３】
このように、第１の軸では第１のガスタービン２ａと高中圧タービン６ａ，７ａで同時に発生した回転トルクで発電機３ａが回転され、第２の軸では第２のガスタービン２ｂと第２の高中圧タービン６ｂ、７ｂで同時に発生した回転トルクで発電機３ｂが回転される。そして、第３の軸では第３のガスタービン２ｃと低圧タービン８で同時に発生した回転トルクで発電機３ｃが回転される。
【００３４】
しかして、通常運転時においては、約７０％負荷までは、第１の軸Ａ又は第２の軸Ｂのどちらか一方を止め、第２の軸Ｂと第３の軸Ｃもしくは第１の軸Ａと第３の軸Ｃのどちらかの組み合わせで運転を行う。また、７０％以上の負荷においては全軸で運転を行う。また、第１の軸Ａの起動時には、補助ボイラなどから第１の高圧タービン６ａもしくは第１の中圧タービン７ａに蒸気を挿入し、そのタービンの回転トルクで軸全体を起動する。第２の軸Ｂの起動は、補助ボイラなどから第２の高圧タービン６ｂもしくは第２の中圧タービン７ｂに蒸気を挿入し、そのタービンの回転トルクによって軸全体を起動する。さらに、第３の軸Ｃの起動時には、補助ボイラなどから低圧タービン８に蒸気を挿入し、タービンの回転トルクで軸全体を起動する。また、第１のガスタービン２ａの点検中には、第２の軸Ｂと第３の軸Ｃで運転を行い、第２のガスタービン２ｂが点検中のときは第１の軸Ａと第３の軸Ｃで運転を行うことができる。
【００３５】
このようにして、この第２実施形態においても第１参考例と同様な効果を奏する。
【００３６】
第３実施形態
また、図５は本発明の第３実施形態を示す図であり、二つのガスタービンすなわち第１のガスタービン２ａと第２のガスタービン２ｂとの間に、高圧タービン６，中低圧タービン１６，及び発電機３が一つの軸で連結されている。
【００３７】
第１のガスタービンと蒸気タービンとの連結は、第１の圧縮機１ａの吸い込み側と高圧タービン６の排気側を連結側とし、互いの軸のカップリングの間にトルクチューブ１７及びクラッチ１８が設けられている。また蒸気タービンと発電機３の連結は、中低圧タービン１６と発電機３をカップリングで接続し、発電機３と第２のガスタービンとの連結は、第２の圧縮機１ｂの吸い込み側がトルクチューブ１９及びクラッチ２０を介して発電機３に連結されている。
【００３８】
しかして、第１及び第２のガスタービン２ａ，２ｂで仕事を行い軸に回転トルクを与えた排ガスは、それぞれ第１，第２の排熱回収ボイラ５ａ，５ｂに供給され、そこで蒸気が発生される。発生した蒸気は互いに合流し高圧タービン６に供給され、そこで膨張して軸に回転トルクを与える。高圧タービン６から排出された低温再熱蒸気は２つに分岐し第１，第２の排熱回収ボイラ５ａ，５ｂで再熱され高温再熱蒸気となり、再び合流した後中低圧タービン１６に導入され、そこで仕事をした後復水器１０で復水される。そして、復水器１０で凝縮された復水は給水ポンプ１１で昇圧されて、それぞれ第１及び第２の排熱回収ボイラ５ａ，５ｂに供給される。このようにして、２つのガスタービンと１つの蒸気タービンで同時に発生した回転トルクで発電機３が駆動される。
【００３９】
軸の起動時には、補助ボイラなどから中低圧タービン１６に蒸気を挿入し、中低圧タービンの回転トルクで軸全体を起動するか、もしくはサイリスタ変換装置を用いて、発電機３に電力を与えて発電機にモータとしての機能を発揮させ、これから発生する回転トルクで軸全体を起動するかのいずれかの方法を採ることができる。
【００４０】
このように、本第３実施形態においては２つのガスタービンと１つの蒸気タービンを１つの軸でつなげ、１つの共通の発電機を同じ軸に連結させたので、システムが１つの軸で構成でき建屋スペースの大幅な削減等を行うことができ、第１参考例等と同様な効果を奏せしめることができる。また、第１及び第２のガスタービンをクラッチ１８，２０を介して高圧タービン６或いは発電機３に連結することによって一方のガスタービンが点検中であっても他方のガスタービン及び蒸気タービンによって運転を行うことができる。 なお、上記第３実施形態においては、第１及び第２のガスタービンをクラッチ１８，２０を介して高圧タービン６或いは発電機３に連結したものを示したが、クラッチはいずれか一方でもよく、またクラッチを省略してもよい。
【００４１】
第４実施形態
図６は本発明の第４実施形態を示す図であって、第２のガスタービンにも蒸気タービンが連結されている。すなわち、第１のガスタービン２ａ、第１の圧縮機１ａ、第１の高圧タービン６ａ及び第１の中低圧タービン１６ａを連結した軸がクラッチ２１を介して発電機３に連結されており、さらに、第２のガスタービン２ｂ、第２の圧縮機１ｂ、第２の高圧タービン６ｂ，及び第２の中低圧タービン１６ｂがクラッチ２２を介して上記発電機３に連結されている。しかして、第１の中低圧タービン１６ａから排出された蒸気は第１の復水器１０ａで復水された後第１の給水ポンプ１１ａで第１の排熱回収ボイラ５ａに還流される。また、第２の中低圧タービン１６ｂから排出された蒸気は第２の復水器１０ｂで復水された後第２の給水ポンプ１１ｂで第２の排熱回収ボイラ５ｂに還流される。その他は図５に示すものと同一である。
【００４２】
しかして、この第４実施形態においても２つのガスタービンと２つの蒸気タービンを１つの軸でつなげ、１つの共通の発電機を同じ軸に連結させたので、システムを１つの軸で構成することができ、第３実施形態等と同様な効果を奏せしめることができる。
【００４３】
第５実施形態
また、図７は上記図６の変形である第５実施形態を示す図であり、第１の復水器１０ａ及び第２の復水器１０ｂで復水された復水が合流されて共通の給水ポンプ１１により各排熱回収ポンプ５ａ，及び５ｂに還流されるように構成されている。その他は図６に示すものと同一である。しかして、この第５実施形態においては給水ポンプを１つに統合することにより、建屋スペースを削減することができる等の効果を奏する。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したので、従来の発電プラントに比し軸の数を少なくすることができると共に、ガスタービンの起動を蒸気タービンによって行うことができ、ガスタービン軸のサイリスタ変換装置や起動用モータが不要となり、これにより建屋スペースの大幅な削減と発電機及び付属機器の減少を図ることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１参考例の概略軸構成を示す図。
【図２】 本発明の第２参考例の概略軸構成を示す図。
【図３】 本発明の第１実施形態の概略軸構成を示す図。
【図４】 本発明の第２実施形態の概略軸構成を示す図。
【図５】 本発明の第３実施形態の概略軸構成を示す図。
【図６】 本発明の第４実施形態の概略軸構成を示す図。
【図７】 本発明の第５実施形態の概略軸構成を示す図。
【図８】 従来のコンバインドサイクル発電プラントの多軸システムにおける概略軸構成を示す図。
【図９】 従来のコンバインドサイクル発電プラントの多軸システムにおける他の軸構成を示す図。
【図１０】 従来のコンバインドサイクル発電プラントの多軸システムにおけるさらに他の軸構成を示す図。
【符号の説明】
１ａ 第１の圧縮機
１ｂ 第２の圧縮機
１ｃ 第３の圧縮機
２ａ 第１のガスタービン
２ｂ 第２のガスタービン
２ｃ 第３のガスタービン
３ａ 第１の発電機
３ｂ 第２の発電機
３ｃ 第３の発電機
５ａ 第１の排熱回収ボイラ
５ｂ 第２の排熱回収ボイラ
６，６ａ、６ｂ 高圧タービン
７，７ａ、７ｂ 中圧タービン
８ 低圧タービン
１０、１０ａ、１０ｂ 復水器
１１、１１ａ、１１ｂ 給水ポンプ
１２，１３，１５、１７，１９ トルクチューブ
１６ 高中圧タービン
１８，２０、２１，２２ クラッチ
Claims (7)
- 複数台のガスタービンと複数台の排熱回収ボイラと１台の蒸気タービンを組み合わせた多軸形のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、
蒸気タービンの高中圧部を２つに分割し、その一方の高中圧部を第１のガスタービンに一つの軸で連結するとともに、他方の高中圧部と低圧部を第２のガスタービンに他の一つの軸で連結し、各軸にそれぞれ発電機を連結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。 - 複数台のガスタービンと複数台の排熱回収ボイラと１台の蒸気タービンを組み合わせた多軸形のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、
蒸気タービンの高中圧部を２つに分割し、その一方の高中圧部を第１のガスタービンに一つの軸で連結し、他方の高中圧部を第２のガスタービンに他の一つの軸で連結し、さらに低圧部を第３のガスタービンに他の軸で連結すると共に、各軸にそれぞれ発電機を連結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。 - 複数台のガスタービンと複数台の排熱回収ボイラと１台の蒸気タービンを組み合わせた多軸形のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、
２台のガスタービンの間に蒸気タービンと発電機とを配設し、これらを一つの軸で連結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。 - 少なくとも一方のガスタービンと蒸気タービン及び発電機との間にクラッチを設けたことを特徴とする、請求項３記載のコンバインドサイクル発電プラント。
- １台のガスタービンと１台の蒸気タービンとを一つの軸により連結した複数のタービン軸を有するコンバインドサイクル発電プラントにおいて、
二つのタービン軸の間に一つの発電機を設置し、それらを一つの軸で連結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。 - 少なくとも一方のタービン軸と発電機との間にクラッチを設けたことを特徴とする、請求項５記載のコンバインドサイクル発電プラント。
- 複数のタービン軸の各復水器を共通の給水ポンプに接続し、その給水ポンプを共有化したことを特徴とする、請求項５または６記載のコンバインドサイクル発電プラント。
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