JP4346220B2 - コンバインドサイクル発電プラント - Google Patents
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Description
【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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