JP4373420B2 - Combined power plant and closed air cooled gas turbine system - Google Patents
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Description
本発明はクローズド空気冷却ガスタービンシステムおよびそのリーク検出方法に関するものである。 The present invention relates to Closed air cooling the gas turbine system and a leak detection method.
圧縮機から吐出された空気をブースト圧縮機で昇圧し、この昇圧された空気でガスタービン高温部を冷却し、冷却後の空気をタービンガスパス中に放出することなく燃焼用空気として回収する空気冷却ガスタービンの構成については、例えば特開昭54−82518号公報に記載されている。 The air discharged from the compressor is pressurized by the boost compressor, the high-temperature portion of the gas turbine is cooled by the pressurized air, and the cooled air is recovered as combustion air without being released into the turbine gas path. The configuration of the cooling gas turbine is described in, for example, JP-A-54-82518.
また、圧縮機吐出空気をプリクーラで冷却し、冷却した空気をブースト圧縮機で昇圧し、昇圧した空気でガスタービン高温部を冷却し、冷却後の空気をタービンガスパス中に放出することなく燃焼用空気として回収するガスタービン構成については、例えば文献(the ASME Joint International Power Generation Conf
erence 94-JPGC-GT-8)に記載されている。
Also, the compressor discharge air is cooled by a precooler, the cooled air is boosted by a boost compressor, the gas turbine high temperature part is cooled by the boosted air, and the cooled air is burned without being released into the turbine gas path. For example, the ASME Joint International Power Generation Conf
erence 94-JPGC-GT-8).
このように形成されているクローズド空気冷却ガスタービンシステムであると、ガスタービン高温部を冷却した後の空気がタービンガスパス中に放出されないため、冷却空気のガスパス混合によるガス温度の低下およびその混合損失がなく、さらに遠心力によるポンピング動力を回収することができるのでプラント効率の大幅な向上が予想される。 In the closed-air cooled gas turbine system formed in this way, the air after cooling the high-temperature part of the gas turbine is not released into the turbine gas path. There is no loss, and pumping power due to centrifugal force can be recovered, so a significant improvement in plant efficiency is expected.
しかし、冷却後の空気を燃焼用空気として回収するクローズド空気冷却ガスタービンでは、高温部冷却による冷却空気の圧力損失分だけ予め冷却空気の圧力を昇圧するブースト圧縮機が必要である。よって、ブースト圧縮機動力分はプラント効率の低下要因になるきらいがある。 However, in a closed air cooling gas turbine that collects cooled air as combustion air, a boost compressor that increases the pressure of the cooling air in advance by an amount corresponding to the pressure loss of the cooling air due to high-temperature cooling is necessary. Therefore, the boost compressor power may cause a decrease in plant efficiency.
また、次期高温ガスタービンでは燃焼器出口温度1500℃、圧縮機圧力比25程度になるため、圧縮機吐出空気温度も500℃程度まで上昇する。500℃の圧縮機吐出空気をブースト圧縮機で昇圧するとさらに冷却空気温度が上昇するため高温部を冷却することは不可能となる恐れがある。ゆえに圧縮機吐出からの冷却空気をプリクーラで減温し、高温部の冷却を可能とすることが不可欠である。 In the next high-temperature gas turbine, the combustor outlet temperature is 1500 ° C. and the compressor pressure ratio is about 25, so the compressor discharge air temperature also rises to about 500 ° C. When the pressure of the compressor discharge air at 500 ° C. is increased by the boost compressor, the temperature of the cooling air further increases, so that it may be impossible to cool the high temperature portion. Therefore, it is essential to reduce the temperature of the cooling air from the compressor discharge by the precooler so that the high temperature portion can be cooled.
このようにクローズド空気冷却ガスタービンでは、補機としてプリクーラとブースト圧縮機が必要でプリクーラの排熱とブースト圧縮機の動力分はプラント効率の低下要因となる。 As described above, in the closed air cooling gas turbine, the precooler and the boost compressor are required as auxiliary machines, and the exhaust heat of the precooler and the power of the boost compressor cause the plant efficiency to decrease.
この効率低下を最小限にとどめるには、プラント効率向上の点で、前記プリクーラ排熱をコンバインドサイクルとしていかに有効利用するかが課題となる。プリクーラの排熱回収効果を大きくするには高温の冷媒をプリクーラに供給し、その排熱をできるだけ温度の高い箇所に回収することが望ましい。しかし、高温の冷媒では冷却空気温度を必要なだけ下げることができず高温部を十分に冷却できない可能性がある。前記従来の技術ではこれらの課題を解決するプリクーラの熱交換器の構成およびプリクーラ排熱の回収サイクルについては言及していない。 In order to minimize this reduction in efficiency, the issue is how to effectively use the precooler exhaust heat as a combined cycle in terms of improving plant efficiency. In order to increase the exhaust heat recovery effect of the precooler, it is desirable to supply a high-temperature refrigerant to the precooler and recover the exhaust heat at a location where the temperature is as high as possible. However, there is a possibility that the temperature of the cooling air cannot be lowered as much as necessary with a high-temperature refrigerant, and the high-temperature portion cannot be sufficiently cooled. The prior art does not mention the configuration of the precooler heat exchanger and the precooler exhaust heat recovery cycle that solve these problems.
また、クローズド空気冷却ガスタービンの起動から定格運転、停止と様々な運転状態で、ガスタービン高温部の冷却に必要な冷却空気量は変動するので、それに合わせて冷却空気流量を制御する必要がある。さらに、様々な運転状態でプリクーラ出口冷却空気温度を設定値に維持するために、プリクーラに供給される冷媒量を制御する必要がある。プリクーラで使用され温度上昇した冷媒を回収するとき、冷媒の温度と回収先の温度との差が大きいと熱応力の発生原因となるので温度差が許容値内におさまるように制御する必要もある。 In addition, the amount of cooling air required for cooling the high-temperature part of the gas turbine fluctuates in various operating conditions, from starting the closed air cooling gas turbine to rated operation and stopping, so it is necessary to control the cooling air flow rate accordingly. . Furthermore, in order to maintain the precooler outlet cooling air temperature at a set value in various operating states, it is necessary to control the amount of refrigerant supplied to the precooler. When recovering a refrigerant that has been used in a precooler and the temperature has risen, if the difference between the refrigerant temperature and the recovery destination temperature is large, it can cause thermal stress, so it is necessary to control the temperature difference to be within an allowable value. .
また、このクローズド冷却方式ではガスタービン高温部の寿命によりクラックが発生し、そこから冷却空気がリークする可能性がある。このリークが大量になるとリーク箇所以降の高温部を十分に冷却できなくなり回収空気の温度も高温になる。リークにより燃焼器への回収空気量が減少するとタービン第1段静翼を通過する作動ガス量が減少して第1段静翼入口圧力が低下する。第1段静翼入口圧力が低下するとガスタービン出力が低下する。このとき負荷一定制御状態で運転されていると出力低下を防ぐために燃料が増量されることになる。しかし、リークにより燃焼器流入空気量が減少しているので燃焼温度が上昇することになる。燃焼温度の上昇は従来排ガス温度の上昇で検知しているが、クローズド冷却方式でリークが生じた場合は排ガス温度が上昇せず、排ガス温度では検知できない可
能性がある。
Moreover, in this closed cooling system, cracks may occur due to the life of the gas turbine high temperature part, and cooling air may leak from there. When this leak becomes large, the high temperature part after the leak cannot be sufficiently cooled, and the temperature of the recovered air also becomes high. When the amount of air recovered into the combustor decreases due to leakage, the amount of working gas passing through the turbine first stage stationary blades decreases, and the first stage stationary blade inlet pressure decreases. When the first stage stationary blade inlet pressure decreases, the gas turbine output decreases. At this time, if the vehicle is operated in a constant load control state, the amount of fuel is increased to prevent a decrease in output. However, since the amount of air entering the combustor is reduced due to leakage, the combustion temperature rises. Conventionally, an increase in combustion temperature is detected by an increase in exhaust gas temperature. However, when a leak occurs in the closed cooling method, the exhaust gas temperature does not increase and may not be detected at the exhaust gas temperature.
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とするところは、クローズド冷却空気がリークしたとしてもガスタービン高温部を損傷すること無く安全にガスタービンを停止することである。 The present invention has been made in view of this, and an object of the present invention is to stop the gas turbine safely without damaging the high temperature portion of the gas turbine even if the closed cooling air leaks.
すなわち本発明は、ガスタービンの高温部を冷却する冷却媒体として、圧縮機吐出空気をプリクーラーで冷却しブースト圧縮機にて昇圧した空気を用いるとともに、冷却後の空気を燃焼空気として燃焼器に回収するクローズド空気冷却ガスタービンシステムにおいて、前記冷却媒体の流通系に、冷却空気のリーク状態を検出する検出手段を設けるとともに、そのリーク状態の検出に燃料流量の変動量または回収空気圧力の変動量を用いるようにしている。冷却空気のリークを検知することについては、燃料流量の変動または回収空気圧力を監視することによって達成できる。 That is, the present invention uses air that has been cooled by a precooler and boosted by a boost compressor as a cooling medium that cools the high temperature portion of the gas turbine, and the cooled air is used as combustion air in the combustor. In the closed air cooling gas turbine system to be recovered, a detecting means for detecting a leakage state of the cooling air is provided in the cooling medium flow system, and a fluctuation amount of the fuel flow rate or a fluctuation amount of the recovered air pressure is detected for detecting the leakage state. Is used. Detection of cooling air leaks can be accomplished by monitoring fuel flow fluctuations or recovered air pressure.
以上説明してきたように本発明によれば、クローズド冷却空気がリークしたとしてもガスタービン高温部を損傷すること無く安全にガスタービンを停止することができる。 As described above, according to the present invention, even if the closed cooling air leaks, the gas turbine can be safely stopped without damaging the gas turbine high temperature portion.
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図1にはそのクローズド空気冷却ガスタービンシステムが系統図で示されている。ガスタービン装置は、主として圧縮機1、燃焼器2、タービン3から構成され、蒸気タービン装置は高圧蒸気タービン4、再熱蒸気タービン5、低圧蒸気タービン6で構成されている。この場合、ガスタービン装置と蒸気タービン装置および発電機7は同軸上に設置されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiments. FIG. 1 shows a system diagram of the closed air cooled gas turbine system. The gas turbine apparatus mainly includes a
タービン3からの排出ガスは、経路8を介して排熱回収ボイラ9に供給される。排熱回収ボイラ9には、低圧節炭器10、低圧ドラム11、低圧蒸発器12、中圧節炭器13、中圧ドラム14、中圧蒸発器15、低圧過熱器16、高圧節炭器17、中圧過熱器18、高圧ドラム19、高圧蒸発器20、高圧1次過熱器21、1次再熱器22、2次再熱器23、高圧2次過熱器24、給水ポンプ25、中圧ポンプ26、高圧ポンプ27、再循環ポンプ28、プリクーラ給水ポンプ29が設置されている。
Exhaust gas from the
蒸気タービン系は、高圧蒸気タービン4、再熱蒸気タービン5、低圧タービン6、復水器30で構成され、クローズド空気冷却系統はプリクーラ31、ブースト圧縮機32、ガスタービン高温部33で構成されている。
The steam turbine system is composed of a high
圧縮機入口空気41は圧縮機1で昇圧され燃焼器2に供給される。また圧縮機吐出空気の一部はプリクーラ31で減温される。プリクーラ31で減温された空気はブースト圧縮機32で昇圧されガスタービン高温部33の冷却に用いられる。ガスタービン高温部33を冷却した空気はタービンガスパス中に放出されることなく燃焼器2に回収される。
The
燃焼器2では圧縮機吐出空気と回収した冷却空気で燃料42を燃焼し、高温高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービン3で仕事をし、排気ガスが経路8を通って、排熱回収ボイラ9に供給される。排熱回収ボイラ9で熱回収された排気ガスは大気45に放出される。
In the
復水器30からの給水は、給水ポンプ25を通り排熱回収ボイラ9内の低圧節炭器10に流入する。低圧節炭器10の出口給水は低圧ドラム11に供給されると同時に、中圧ポンプ26および再循環ポンプ28へ供給される。再循環ポンプ28出口の給水は低圧節炭器10入口に合流し、低圧節炭器入口給水温度を上げて露結による低圧節炭器10の低温腐食を防止している。
The feed water from the
中圧ポンプ26出口の給水は中圧節炭器13に導かれ中圧ドラム14と高圧ポンプ27に供給される。高圧ポンプ27出口の給水は、高圧節炭器17を通って高圧ドラム19へ供給される。高圧ドラム19の給水は高圧蒸発器20で飽和蒸気となり高圧1次過熱器21に供給される。
The feed water at the outlet of the
高圧1次過熱器21を出た蒸気は高圧ポンプ27出口給水の一部と温度調節器34で合流し高圧2次過熱器24に供給される。高圧2次過熱器24出口の温度が適正温度となるように温度調節器34への高圧ポンプ出口給水量を調節する。高圧2次過熱器24出口蒸気は主蒸気配管35と通って高圧蒸気タービン4に供給される。高圧蒸気タービン4で仕事をした蒸気は配管36を通って1次再熱器22に供給される。
The steam that has exited the high-pressure
1次再熱器22を出た蒸気は中圧ポンプ26出口給水の一部と温度調節器37で合流し2次再熱器23に供給される。2次再熱器23を出た蒸気は配管38を通って再熱蒸気タービン5に供給される。2次再熱器23出口の温度が適正温度となるように温度調節器37への中圧ポンプ出口給水量を調節する。再熱蒸気タービン5で仕事をした蒸気は配管39を通って低圧蒸気タービン6入口に供給される。
The steam that has exited the
一方、低圧ドラム11に供給された給水は低圧蒸発器12で蒸発し低圧過熱器16に導かれる。低圧過熱器16を出た蒸気は配管40を通って低圧蒸気タービン6入口で再熱蒸気タービン出口からの蒸気と合流し低圧蒸気タービン6に供給される。低圧タービン6をでた蒸気は復水器30で水となり、給水ポンプ25により排熱回収ボイラ9へ供給される。
On the other hand, the feed water supplied to the low-pressure drum 11 is evaporated by the low-pressure evaporator 12 and led to the low-
プリクーラの熱回収系統について説明する。プリクーラ31は高温側熱交換器43と低温側熱交換器44の二つに分割されている。高温側熱交換器43には中圧蒸発器15、中圧過熱器を通過した蒸気と高圧蒸気タービン4出口蒸気を混合した蒸気が供給される。高温側熱交換器43で高温部33の冷却用空気と熱交換し温度上昇した蒸気は1次再熱器出口に合流する。低温側熱交換器44には中圧節炭器13出口から分岐し、供給ポンプ29で昇圧された給水が導かれる。低温側熱交換器44で温度上昇した給水は高圧節炭器17出口に合流する。
The heat recovery system of the precooler will be described. The
本実施例では高圧蒸気タービン4出口蒸気は1次再熱器22と高温側熱交換器43に分配され温度調節器37手前で合流している。すなわち高温側熱交換器43に蒸気を分岐させた分だけ1次再熱器22に供給される蒸気流量が減少するため、1次再熱器22での熱回収量が減少する事により1次再熱器22を通過した排ガス温度が上昇し高圧蒸発器20での蒸発量が増加する。すなわち蒸気タービンの出力が増加してプラント効率が上昇する。
In this embodiment, the high-
高温側熱交換器43を通過した冷却空気は高温側熱交換器43に供給された蒸気温度以下には下がらず、十分に冷却空気温度の低減がなされていないことが有り得る。本実施例では低温側熱交換器44を設けて温度の低い冷媒を供給しさらに冷却空気温度を下げている。これによりブースト圧縮機32の動力が低減され、ガスタービン高温部33冷却の面からも有利となる。
The cooling air that has passed through the high temperature
本実施例では中圧節炭器13出口給水は高圧節炭器17と低温側熱交換器44に分配され高圧節炭器17出口で合流している。すなわち低温側熱交換器44に給水を分岐させた分だけ高圧節炭器17に供給される給水量が減少するため、高圧節炭器17を通過した排ガス温度が上昇し中圧蒸発器15での蒸発量が増加する。すなわち蒸気タービンの出力が増加してプラント効率が上昇する。
In this embodiment, the water supply at the outlet of the
また、圧縮機吐出空気温度は圧力比25程度で500℃レベル、一方、2次再熱器出口蒸気温度は538℃から593℃レベル、1次再熱器出口蒸気温度レベルは400℃から500℃レベルなので、高温側熱交換器43出口蒸気は温度のマッチングのとれる1次再熱器出口に回収している。
The compressor discharge air temperature is about 500 ° C. at a pressure ratio of about 25, while the secondary reheater outlet steam temperature is 538 ° C. to 593 ° C., and the primary reheater outlet steam temperature level is 400 ° C. to 500 ° C. Therefore, the steam at the outlet of the high temperature
本発明のもう一つの例が図2に示されている。この実施例が図1の実施例と異なるのは高温側熱交換器43へ高圧蒸発器20からの蒸気を供給し、熱回収した蒸気を高圧1次過熱器21出口に回収している点である。本実施例においても図1の実施例と同様に高圧蒸気発生量が増加し、プラント効率が上昇する。本実施例においても、高温側熱交換器43出口蒸気を温度のマッチングのとれる高圧1次過熱器出口に回収している。
Another example of the present invention is shown in FIG. This embodiment is different from the embodiment of FIG. 1 in that the steam from the
本発明の他の実施例を図3に示す。本実施例が図1の実施例と異なるのは低温側熱交換器44へ中圧ポンプ26出口の給水を供給し、熱回収した給水を中圧節炭器13出口に回収している点である。本実施例においてはプリクーラ31に供給される冷媒は排熱回収ボイラ9の中圧系統であり、プリクーラ31を通過する冷却空気の圧力よりも低く設定することができる。すなわち高温側熱交換器43若しくは低温側熱交換器44にクラックが生じた場合、冷却空気が蒸気若しくは給水にリークするので、後流に位置するブースト圧縮機32への水混入による損傷を防止でき、運転の信頼性が向上する。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. This embodiment is different from the embodiment of FIG. 1 in that the feed water at the outlet of the
本発明の他の実施例を図4に示す。本実施例が図1の実施例と異なるのは低温側熱交換器44で温度上昇した給水を燃料加熱器45に供給し、燃料42に熱回収している点である。本実施例によれば、燃料加熱による温度上昇分だけ燃焼器2に供給する燃料量を少なくする事ができるため、プラント効率は上昇する。燃料の温度は給水や蒸気の温度に比べても十分に温度が低いため、低温熱回収に効果的でかつ回収熱量が燃料量の低減に直接的に作用するので最もプラント効率向上効果が大きい。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. This embodiment differs from the embodiment of FIG. 1 in that the feed water whose temperature has been raised by the low temperature
本発明の他の実施例を図5に示す。本実施例が図1の実施例と異なるのは高温側熱交換器43を蒸発器としている点である。低温側熱交換器44へは供給ポンプ29で昇圧された給水が導かれる。低温側熱交換器44で温度上昇した給水はドラム46に供給され高温側熱交換器43で蒸発して高圧1次過熱器21入口に供給される。本実施例においても図1の実施例と同様に高圧蒸気発生量が増加し、プラント効率が上昇する。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. This embodiment is different from the embodiment of FIG. 1 in that the high temperature
本発明の他の実施例を図6に示す。排熱回収ボイラ9から高温側熱交換器43への冷媒供給配管上に流量調節弁48を設置して、高温側熱交換器43から排熱回収ボイラ9へ回収される冷媒の温度T1と排熱回収ボイラ側の合流前温度T2を検出し、T1とT2の温度差が熱応力が問題とならない許容温度差以内に納まる様に流量調節弁48で高温側熱交換器43への冷媒流入量を調整する。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. A flow
図7に起動から定格運転に至るまでの排熱回収ボイラ入口排ガスとプリクーラ入口空気の温度、およびGT回転数、プラント出力変化を示す。この図からA点からB点の間ではプリクーラ入口空気温度が排ガス温度よりも高く、定格運転時とは温度関係が逆転している。 FIG. 7 shows the exhaust heat recovery boiler inlet exhaust gas and precooler inlet air temperature, GT rotation speed, and plant output change from startup to rated operation. From this figure, between the points A and B, the precooler inlet air temperature is higher than the exhaust gas temperature, and the temperature relationship is reversed from that during rated operation.
もし仮に流量調節弁48により分岐点47での分配量を制御しなかったとすれば、定格運転時に合流点49の温度差が許容値以内であったとしても、A点からB点付近ではプリクーラの回収熱量が排ガスからの回収熱量よりも相対的に増加するため高温側熱交換器43出口温度T1が排熱回収ボイラの合流前温度T2よりも高温となりその温度差が許容値を超えてしまう可能性がある。ゆえに、このような場合は流量調節弁48の開度を大きくし高温側熱交換器43への分配割合を増加させることにより高温側熱交換器43出口温度の上昇を抑制しT1とT2の温度差を許容値内におさえることができる。
If the distribution amount at the
本発明の他の実施例を図8に示す。本実施例が図6の実施例と異なるのは合流点49の過大な温度差を抑制するために高温側熱交換器43から合流点49に向かう配管上に温度調節器51を設置した点である。高温側熱交換器43から排熱回収ボイラ9へ回収される冷媒の温度T1と排熱回収ボイラ側の合流前温度T2を検出し、T1とT2の温度差が熱応力が問題とならない許容温度差以内に納まる様に水若しくは蒸気を供給流量調整弁50を通して温度調節器51に供給する。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. This embodiment is different from the embodiment of FIG. 6 in that a
また、本実施例ではブースト圧縮機32の入口およびガスタービン高温部33に供給する冷却空気温度を設定温度に保つようにプリクーラ31の出口空気温度T3を検出し、流量調整弁52により低温側熱交換器44への冷媒供給量を調節する。
In this embodiment, the outlet air temperature T 3 of the
さらに、本実施例では低温側熱交換器44出口に再循環ポンプ53を設置している。低温側熱交換器44出口の温度上昇した冷媒を低温側熱交換器44入口に合流することにより低温側熱交換器44入口冷媒温度を上げてプリクーラ出口空気の露結を防止することができる。すなわち、ブースト圧縮機32への水滴の流入によるブースト圧縮機32の損傷を防止することができるので信頼性が向上する。
Furthermore, in this embodiment, a
本発明の他の実施例を図9に示す。本実施例ではガスタービン排ガス温度Tを検出し、排ガス温度Tに応じてブースト圧縮機32の駆動モータ54の回転数を制御している。正常な運転状態では排ガス温度Tはガスタービン高温部33の温度にリンクしているので、排ガス温度が上昇するとガスタービン高温部33も温度上昇するので駆動モータ54の回転数を上げて冷却空気量を増加して必要な流量を確保する。本運転法によりガスタービン高温部33に適正な冷却空気量を供給することができる。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, the gas turbine exhaust gas temperature T is detected, and the rotational speed of the
本発明の他の実施例を図10に示す。本実施例ではガスタービン回転数Nおよびプラント出力Wを検出し、スタービン回転数Nおよびプラント出力Wに応じてブースト圧縮機32の駆動モータ54の回転数を制御している。大気の状態によっては若干の変動はあるものの、正常な運転状態では図7に示しているように、ガスタービン回転数とプラント出力を知ることができれば排ガス温度を知ることができる。すなわち、ガスタービン回転数Nおよびプラント出力Wから排ガス温度を介してガスタービン高温部33の温度を予測し、駆動モータ54の回転数を制御する。本運転法により適正な冷却空気量を供給することができる。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, the gas turbine rotational speed N and the plant output W are detected, and the rotational speed of the
本発明の他の実施例を図11に示す。本実施例ではガスタービン排ガス温度Tを検出し、排ガス温度Tに応じて冷却空気供給量調節弁55を制御している。正常な運転状態では、排ガス温度Tはガスタービン高温部33の温度にリンクしているので、排ガス温度が上昇するとガスタービン高温部33も温度上昇するので、冷却空気供給量調節弁55の弁開度を大きくして冷却空気量を増加する。本運転法によってもガスタービン高温部33に適正な冷却空気量を供給することができる。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, the gas turbine exhaust gas temperature T is detected, and the cooling air supply
本発明の他の実施例を図12に示す。本実施例が図11の実施例と異なる点はブースト圧縮機32の駆動源をガスタービン回転軸56としている点である。ガスタービン軸駆動とすることによってガスタービンが回転している間は常にブースト圧縮機を稼働することができるので停電によるブースト圧縮機の停止の恐れも無く信頼性が向上する。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. This embodiment is different from the embodiment of FIG. 11 in that the drive source of the
本発明の他の実施例を図13に示す。ガスタービン高温部33から何らかの原因で許容値以上のリークが発生した場合、燃焼器2に回収される冷却空気量は減少する。回収される冷却空気量の減少によりタービン第1段静翼入口燃焼ガス量も減少し第1段静翼入口圧力が低下する。第1段静翼入口圧力の低下に応じて回
収冷却空気圧力Pも低下する。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. When a leak exceeding the allowable value occurs for some reason from the gas turbine
第1段静翼入口圧力の低下によるプラント出力が低下を防止するために、燃料量が増加する。回収される冷却空気量が減少し供給空気量が少なくなったにもかかわらず燃料量が増加すると、燃焼温度が上昇しガスタービン高温部33を損傷することになる。クローズド空気冷却ガスタービンでは冷却空気のリークにより燃焼温度が上昇しても、リーク空気がガス温度を低下させるので排ガス温度T1の上昇により燃焼温度の上昇を検出できない可能性がある。
In order to prevent a decrease in the plant output due to a decrease in the first stage stationary blade inlet pressure, the amount of fuel increases. If the amount of cooling air recovered decreases and the amount of fuel supplied decreases, but the amount of fuel increases, the combustion temperature rises and the gas turbine
図14に示すようにクローズド冷却空気がリークすると前記の理由で燃料流量Gの増加、回収空気圧力すなわち燃焼器圧力Pの低下という状態になるので、燃料流量Gと燃焼器圧力Pを監視することによりクローズド冷却空気のリークを検出することができる。 As shown in FIG. 14, when the closed cooling air leaks, the fuel flow rate G increases and the recovered air pressure, that is, the combustor pressure P decreases for the above-described reason. Therefore, the fuel flow rate G and the combustor pressure P are monitored. Thus, leakage of closed cooling air can be detected.
すなわち、燃料流量G、燃焼器圧力P、排ガス温度T1、プラント出力Wを検出し、正常運転時には排ガス温度T1が制限値を超えない範囲でプラント出力Wが設定値となるよに燃料流量調節弁58により燃料供給量を調節する。ただし、燃料量Gが単位時間内に許容値以上供給された場合、もしくは燃焼器圧力Pが単位時間内に許容値以上温度低下が生じた場合は、クローズド冷却空気が許容値以上にリークしている可能性があるとして燃料流量調節弁制御装置57からの信号により燃料流量調節弁58を閉としてプラントを停止する。
That is, the fuel flow rate control valve detects the fuel flow rate G, the combustor pressure P, the exhaust gas temperature T1, and the plant output W so that the plant output W becomes a set value within a range where the exhaust gas temperature T1 does not exceed the limit value during normal operation. The fuel supply amount is adjusted by 58. However, when the fuel amount G is supplied more than the allowable value within the unit time, or when the temperature of the combustor pressure P falls within the allowable value within the unit time, the closed cooling air leaks beyond the allowable value. The fuel
本運転方法により、クロース゛ド冷却空気がリークしたとしてもガスタービン高温部を損傷すること無く安全にプラントを停止することができる。 With this operation method, even if the closed cooling air leaks, the plant can be safely stopped without damaging the high temperature portion of the gas turbine.
以上説明してきたようにこのように形成されたクローズド空気冷却ガスタービンシステムであると、プリクーラの熱交換器を複数設け、プリクーラ上流側熱交換器には温度の高い冷媒を給し温度の高い箇所に回収することにより高効率化を図ると同時に、十分に冷却空気温度が下らない分は下流側の熱交換器に低温の冷媒を供給することによりガスタービン高温部の冷却効果を高めているので、コンハ゛インドサイクル高効率観点からのプリクーラ排熱回収系統の最適化と、ガスタービン高温部冷却上の観点からのプリクーラ出口空気温度低減化を満たすことができる。 As described above, in the closed air cooling gas turbine system formed in this way, a plurality of precooler heat exchangers are provided, and a high temperature refrigerant is supplied to the precooler upstream heat exchanger to supply a high temperature. Since the cooling air temperature is sufficiently reduced, the cooling effect of the gas turbine high-temperature part is enhanced by supplying a low-temperature refrigerant to the downstream heat exchanger as long as the cooling air temperature is not sufficiently lowered. It is possible to satisfy the optimization of the precooler exhaust heat recovery system from the viewpoint of high efficiency of the combined cycle and the reduction of the precooler outlet air temperature from the viewpoint of cooling the high temperature portion of the gas turbine.
本発明によれば、ブースト圧縮機の駆動装置を電気モータとし、前記ガスタービンの排気ガス温度またはガスタービン回転数に応じてブースト圧縮機の回転数を変化させているので、ガスタービン高温部の冷却に必要な冷却空気量を調節することができる。 According to the present invention, the boost compressor drive device is an electric motor, and the rotation speed of the boost compressor is changed in accordance with the exhaust gas temperature of the gas turbine or the rotation speed of the gas turbine. The amount of cooling air required for cooling can be adjusted.
本発明によれば、ガスタービンの排気ガス温度またはガスタービン回転数に応じて冷却空気供給配管上に設けた空気流量調節装置を設けているので、ガスタービン高温部の冷却に必要な冷却空気量を調節することができる。 According to the present invention, since the air flow rate adjusting device provided on the cooling air supply pipe according to the exhaust gas temperature of the gas turbine or the gas turbine rotation speed is provided, the amount of cooling air required for cooling the high temperature portion of the gas turbine Can be adjusted.
本発明によれば、排熱回収ボイラからプリクーラへの冷媒供給配管またはプリクーラから排熱回収ボイラへの冷媒回収配管上にプリクーラへの冷媒流量を調整する装置を設け、プリクーラ出口空気温度を計測しその温度が設定値となるようにプリクーラ冷媒流量調整装置によりプリクーラへの冷媒供給流量を調整しているので、様々な運転状態でプリクーラ出口冷却空気温度を設定値に維持することができる。 According to the present invention, the apparatus for adjusting the refrigerant flow rate to the precooler is provided on the refrigerant supply pipe from the exhaust heat recovery boiler to the precooler or the refrigerant recovery pipe from the precooler to the exhaust heat recovery boiler, and the precooler outlet air temperature is measured. Since the refrigerant supply flow rate to the precooler is adjusted by the precooler refrigerant flow rate adjusting device so that the temperature becomes the set value, the precooler outlet cooling air temperature can be maintained at the set value in various operating states.
本発明によれば、排熱回収ボイラからプリクーラへの供給配管またはプリクーラから排熱回収ボイラへの回収配管上にプリクーラへの供給冷媒流量を調整する装置を設け、回収配管と排熱回収ボイラ配管との合流点で温度差が許容値以下となるようにプリクーラ供給流量調整装置によりプリクーラへの冷媒流量を調整しているので、プリクーラで使用され温度上昇した冷媒を回収するとき、冷媒の温度と回収先の温度との差を許容値内におさえて熱応力を低減することができる。 According to the present invention, the apparatus for adjusting the flow rate of refrigerant supplied to the precooler is provided on the supply pipe from the exhaust heat recovery boiler to the precooler or the recovery pipe from the precooler to the exhaust heat recovery boiler, and the recovery pipe and the exhaust heat recovery boiler pipe The refrigerant flow rate to the precooler is adjusted by the precooler supply flow rate adjustment device so that the temperature difference at the junction with the precooler is less than the allowable value. The thermal stress can be reduced by keeping the difference from the temperature at the collection destination within an allowable value.
本発明によれば、プリクーラから排熱回収ボイラへの回収配管上に蒸気若しくは水を混入して排熱回収ボイラへの回収温度を調整する装置を設け、回収配管と排熱回収ボイラ配管との合流点で温度差が許容値以下となるように回収温度調整装置により蒸気若しくは水の混入量を変化させているので、プリクーラで使用され温度上昇した冷媒を回収するとき、冷媒の温度と回収先の温度との差を許容値内におさえて熱応力を低減することができる。 According to the present invention, a device for adjusting the recovery temperature to the exhaust heat recovery boiler by mixing steam or water on the recovery pipe from the precooler to the exhaust heat recovery boiler is provided. Since the amount of steam or water mixed is changed by the recovery temperature adjustment device so that the temperature difference is less than the allowable value at the junction, when recovering the refrigerant that has been used in the precooler and the temperature has risen, the temperature of the refrigerant and the recovery destination The thermal stress can be reduced by keeping the difference from the temperature within the allowable value.
本発明によれば、燃料流量の変動または回収空気圧力を監視しているので、冷却空気のリークを検知することができる。 According to the present invention, since the fluctuation of the fuel flow rate or the recovered air pressure is monitored, the leakage of the cooling air can be detected.
4…高圧蒸気タービン、13…中圧節炭器、15…中圧蒸発器、17…高圧節炭器、20…高圧蒸発器、22…1次再熱器、32…ブースト圧縮機、33…ガスタービン高温部、37…温度調節器、43…高温側熱交換器、44…低温側熱交換器、21…高圧1次過熱器、9…排熱回収ボイラ、26…中圧ポンプ、31…プリクーラ、2…燃焼器、42…燃料、45…燃料加熱器、29…供給ポンプ、46…ドラム、47…分岐点、48…流量調節弁、49…合流点、50…供給流量調節弁、51…温度調節器、52…流量調整弁、53…再循環ポンプ、54…駆動モータ、55…冷却空気供給流量調節弁、56…ガスタービン回転軸、57…燃料流量調整弁制御装置、58…燃料流量調節弁。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記冷却媒体の流通系に、冷却空気のリーク状態を検出する検出手段を設けるとともに、そのリーク状態の検出に燃料流量の変動量または回収空気圧力の変動量を用いるようにしたことを特徴とするクローズド空気冷却ガスタービンシステム。 As a cooling medium for cooling the high temperature section of the gas turbine, the combustion compressor discharge air along with used air that is pressurized by the cooling boost compressor pre cooler, the air after cooling the high temperature section of the gas turbine as combustion air In a closed air cooled gas turbine system that collects in a vessel,
The cooling medium flow system is provided with detection means for detecting a leakage state of the cooling air, and a fluctuation amount of the fuel flow rate or a fluctuation amount of the recovered air pressure is used for the detection of the leakage state. Closed air cooled gas turbine system.
前記検出手段が検出する燃料流量の変動量または回収空気圧力の変動量が許容量より大きい場合にガスタービンを停止させる制御装置を備えたことを特徴とするクローズド空気冷却ガスタービンシステム。 The closed air cooled gas turbine system of claim 1,
A closed air cooling gas turbine system, comprising: a control device that stops the gas turbine when the fluctuation amount of the fuel flow rate or the fluctuation amount of the recovered air pressure detected by the detection unit is larger than an allowable amount.
前記燃焼器に供給される燃料流量の変動量または前記燃焼器に回収される空気圧力の変動量を監視することを特徴とするクローズド空気冷却ガスタービンシステムのリーク検出方法。 A portion of the air compressed by the compressor is cooled by the precooler, the air cooled by the precooler is boosted by the boost compressor, the high temperature portion of the gas turbine is cooled by the boosted air, and the high temperature portion of the gas turbine is cooled In the leak detection method of the closed air cooling gas turbine system that collects the discharged air as combustion air in the combustor,
A leak detection method for a closed air cooling gas turbine system, wherein the fluctuation amount of the flow rate of fuel supplied to the combustor or the fluctuation amount of air pressure recovered in the combustor is monitored.
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