JP4395254B2 - コンバインドサイクルガスタービン - 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ガスタービンにおいて、冷却蒸気の温度及び流量コントロールを行うこと、また燃料の加熱及びガスタービン動翼冷却空気の冷却を排熱回収ボイラで発生した蒸気により行うことに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の蒸気冷却ガスタービンである。図に示すように、従来の蒸気冷却ガスタービンは、ガスタービン８、排熱回収ボイラ９、蒸気タービン２９で構成される。ガスタービン８は、圧縮機２で空気を吸い込み、所定の圧力まで加圧した後、その空気の一部は、タービンの翼冷却用として用いる。また大半は燃焼器３へ導かれ、燃料と混合し燃焼により高温ガスができる。高温ガスはタービン６にて膨張し、タービン出力から圧縮機出力を差し引いた出力が発電機１にて電気へ変換される。一方、高圧タービン２１の出口蒸気の一部を抽気した冷却蒸気供給配管１０１により、タービン翼冷却用の蒸気が供給され、蒸気冷却翼５１での昇温後の蒸気は、冷却蒸気回収配管１０２により、中圧タービン２２の入口へ回収されていた。上記のとおり、ガスタービン翼冷却には圧縮機２の抽気空気と高圧タービン２１の出口蒸気の一部を冷却に使用していた。
【０００３】
圧縮機２出口の空気の一部はタービン翼冷却用に使用されるが、この温度が高いために、所定の温度まで翼冷却空気冷却器４にて、冷却ファンを用いることにより冷却され、タービンの翼冷却に使用される。翼冷却空気冷却器４は、冷却ファン５により冷却されタービン６へ供給されていた。
【０００４】
排熱回収ボイラ９では、低圧タービン２３出口蒸気は、復水器２５にて蒸気から水へ変換される。その後、水は給水ポンプ２６にて加圧され、給水加熱器１０にて加熱され、飽和水となる。その後、この飽和水は３系統に分岐される。一つは、低圧エバポレータ１１にて飽和蒸気となり、低圧スーパーヒータ１５にて過熱蒸気となった後、低圧タービン２３入口に供給される。もう一つは、中圧加圧ポンプ２８にて所定の圧力まで加圧された後、中圧エコノマイザ１２で飽和水となり、中圧エバポレータ１４にて飽和蒸気となった後、中圧スーパーヒータ１６にて過熱蒸気となった後、リヒータ２０の入口へ供給される。更にもう一つは、高圧加圧ポンプ２７にて所定の圧力まで加圧された後、高圧第１エコノマイザ１３及び高圧第２エコノマイザ１７にて飽和水となった後、高圧エバポレータ１８にて飽和蒸気となり、その後、高圧スーパーヒータ１９にて過熱蒸気となり高圧タービン２１へ導かれる。出力は、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３にて上記の蒸気を膨張させることにより発生する。その出力は発電機２４にて電気に変換される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の蒸気冷却に関して、高圧タービン２１出口の蒸気流量よりも多い流量を冷却に使用することは不可能であるため、冷却蒸気量の余裕を確保するため、より冷却蒸気流量は少なくするほうが望ましい。また、冷却蒸気を少なくする方が、冷却後の蒸気温度を少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となる。特に、冷却後に昇温した冷却蒸気温度を所定値に保つことは、冷却翼、ロータ、配管の信頼性や寿命を高めるばかりでなく、コンバインド効率を損なうことのない運用に有効となる。この冷却蒸気量をより少なくするためには、冷却蒸気温度をより低下させる必要がある。
【０００６】
以上より、冷却蒸気温度はより低く保つことが冷却翼等の信頼性向上に必要であるが、図８に示すシステムでは冷却蒸気供給温度は、高圧タービン２１の出口条件で決定されているため、本システムでは冷却蒸気温度を低下することはできない。
【０００７】
また、上記の圧縮機２出口の一部からタービン翼冷却用に使用される冷却空気に関して、上述のとおり、翼冷却空気冷却器４は、冷却ファン５により冷却され、冷却された空気はタービン６へ供給されていた。この冷却ファン５による冷却により、翼冷却空気冷却器４にて外部へ熱が放出され、ガスタービン及びコンバインドサイクルとしての熱効率（ガスタービン効率、コンバインド効率）を低下させる原因となっていた。また、燃料は加熱（予熱）なしに、ガスタービンの燃焼器３へと供給されていた。
【０００８】
そこで本発明はタービン翼の冷却を高圧タービン出口の一部から抽気した蒸気で行う方式とし、抽気した蒸気は排熱回収ボイラからの冷却水又は復水器からの水で温度を調整すると共に、動翼、静翼、燃焼器尾筒にはそれぞれ別系統の蒸気供給系統として静翼及び尾筒には動翼よりも温度の高い蒸気を供給することも可能とし、それぞれ効果的な蒸気冷却を行うと共に、燃料も予熱することにより、コンバインド効率を向上させることができる蒸気冷却ガスタービンを提供することを課題としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の（１）〜（８）の手段を提供する。
【００１０】
（１）高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンからなる蒸気タービンと；同蒸気タービンの低圧タービンからの排気を復水する復水器と；同復水器と接続するグランド蒸気復水器と；空気を圧縮する圧縮機、同圧縮機からの空気と共に燃料を燃焼させる燃焼器及び同燃焼器からの高温燃焼ガスを膨張させ発電機を駆動するタービンを有するガスタービンと；前記燃焼器とタービンの翼とを冷却する蒸気冷却系統と；前記ガスタービンの排気を導き前記復水器からの復水を給水加熱器、中圧スーパーヒータ、リヒータ、等を介して加熱し蒸気を発生させて前記高圧、中圧、及び低圧タービンにそれぞれ蒸気を供給する排熱回収ボイラとを備え；前記蒸気冷却系統は、前記給水加熱器からの高圧水を導く水スプレー量制御バルブ、同制御バルブに接続される脱塩装置及び同脱塩装置に接続され前記高圧タービン出口から動翼へ冷却蒸気を導く系路へ水をスプレーする水スプレー装置からなる動翼冷却系統と；前記高圧タービン出口からの蒸気の一部を静翼に導く静翼冷却系統と；前記中圧スーパーヒータから蒸気を導き前記燃焼器の尾筒を冷却する燃焼器冷却系統とから構成され；前記動翼冷却系統からの蒸気は前記リヒータへ、前記静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統からの蒸気は前記中圧タービン入口へ、それぞれ流入させることを特徴とするコンバインドサイクルガスタービン。
【００１１】
（２）前記燃焼器冷却系統には前記脱塩装置出口からの水を一部分岐し水スプレー装置により水がスプレーされることを特徴とする（１）記載のコンバインドサイクルガスタービン。
【００１２】
（３）高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンからなる蒸気タービンと；同蒸気タービンの低圧タービンからの排気を復水する復水器と；同復水器と接続するグランド蒸気復水器と；空気を圧縮する圧縮機、同圧縮機からの空気と共に燃料を燃焼させる燃焼器及び同燃焼器からの高温燃焼ガスを膨張させ発電機を駆動するタービンを有するガスタービンと；前記燃焼器とタービンの翼とを冷却する蒸気冷却系統と；前記ガスタービンの排気を導き前記復水器からの復水を給水加熱器、中圧スーパーヒータ、リヒータ、等を介して加熱し蒸気を発生させて前記高圧、中圧、及び低圧タービンにそれぞれ蒸気を供給する排熱回収ボイラとを備え；前記蒸気冷却系統は、前記復水器からの系統に分岐して接続される脱塩装置及び同脱塩装置に接続され前記高圧タービン出口から動翼へ冷却蒸気を導く系路へ水をスプレーする水スプレー装置からなる動翼冷却系統と；前記高圧タービン出口からの蒸気の一部を静翼に導く静翼冷却系統と；前記中圧スーパーヒータから蒸気を導き前記燃焼器の尾筒を冷却する燃焼器冷却系統とから構成され；前記動翼冷却系統からの蒸気は前記リヒータへ、前記静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統からの蒸気は前記中圧タービン入口へ、それぞれ流入させることを特徴とするコンバインドサイクルガスタービン。
【００１３】
（４）前記脱塩装置出口の水は前記排熱回収ボイラ内に設けられたエコノマイザで温度を上昇させ前記水スプレー装置へ供給されることを特徴とする（３）記載のコンバインドサイクルガスタービン。
【００１４】
（５）前記燃焼器冷却系統には、前記脱塩装置からの水を一部分岐し水スプレー装置で水がスプレーされることを特徴とする（４）記載のコンバインドサイクルガスタービン。
【００１５】
（６）前記静翼冷却系統には、前記脱塩装置からの水を一部分岐して水スプレー装置で水がスプレーされることを特徴とする（５）記載のコンバインドサイクルガスタービン。
【００１６】
（７）前記動翼冷却系統、静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統の水スプレー後にドレンセパレータを設けたことを特徴とする（３）から（６）のいずれかに記載のコンバインドサイクルガスタービン。
【００１７】
（８）前記動翼冷却系統、静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統に設けられた各々のドレンセパレータの後流側にはフィルタがそれぞれ設けられていることを特徴とする（６）記載のコンバインドサイクルガスタービン。
【００１８】
本発明の（１）においては、蒸気冷却系統は動翼冷却系統、静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統の３系統からなり、静翼冷却系統は高圧タービン出口からの蒸気の一部を、尾筒冷却系統は中圧スーパーヒータからの動翼の冷却蒸気よりも比較的高い温度の蒸気を導き、それぞれ冷却する。又、動翼冷却系統は加熱器からの高圧加圧ポンプ出口の一部を抽気した水をスプレーするための水スプレー量制御バルブ、脱塩装置、水スプレー装置を用いる構成としている。このような構成により、水スプレー量制御バルブにて水スプレー量を制御し、迅速な動翼供給蒸気温度のコントロールが可能となる。又、通常超臨界圧プラントや原子力プラントの復水器内の溶融金属の除去に設置する脱塩装置を使用し、不純物の除去を行うことができる。又、グランド蒸気復水器を設けたので、グランド蒸気の復水も可能となりより効率的なシステムが構築される。これにより、迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする特徴がある。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。
【００１９】
本発明の（２）では、上記（１）の発明の構成に加え、燃焼器冷却系統に水スプレー装置により脱塩装置の水がスプレーされるので、上記（１）の発明の効果に加え、更に燃焼器冷却系統の蒸気温度を低く設定でき、冷却効率が一層向上する。
【００２０】
本発明の（３）では、静翼冷却系統と燃焼器冷却系統の構成、作用は上記（１）の発明と同じであるが、動翼冷却系統への水スプレーは、復水器からの水を一部分岐し、脱塩装置を通して水スプレー装置によりなされるので、スプレーする水は排熱回収ボイラから独立した系統となる。これにより、供給される水は排熱回収ボイラの上流側より供給され、冷却蒸気に混入する不純物の量を少なくし冷却蒸気の純度を向上させ、配管類の酸化防止の能力が向上する。上記の効果に加え、上記（１）の発明と同様に、通常超臨界圧プラントや原子力プラントの復水器内の溶融金属の除去に設置する脱塩装置を使用し、不純物の除去を行うことができる。又、グランド蒸気復水器を設けたので、グランド蒸気の復水も可能となり効率的なシステムが構築される。
このような構成により迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする特徴がある。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。
【００２１】
本発明の（４）では、上記（３）の発明の水スプレー装置への水の供給系路は、水スプレー装置に供給する前に排熱回収ボイラに入り、エコノマイザで温度が上昇し、その後、動翼冷却系統へスプレーされるので、上記（３）の発明の効果に加えて、水混入時の蒸気との温度差を小さくして配管の熱応力による影響を少なくすることができる。
【００２２】
本発明の（５）では、上記（４）の発明の構成に燃焼器冷却系統にも水スプレー装置により脱塩装置からの水を一部分岐してスプレーする系路を追加するので、上記（４）の発明の効果に加えて、燃焼器冷却系統へ供給される蒸気の温度をより低く設定でき、燃焼器の冷却がより効果的になされる。
【００２３】
本発明の（６）では、上記（５）の発明の構成に、更に静翼冷却系統にも水スプレー装置により脱塩装置からの水を一部分岐してスプレーする系路を追加するので、上記（６）の発明の効果に加えて、静翼冷却系統へ供給される蒸気の温度をより低く設定でき、静翼の冷却もより効果的になされる。
【００２４】
本発明の（７）では、動翼、静翼、燃焼器の各冷却系統の水スプレー後にドレンセパレータを設けるので、水分が除去され、上記（３）〜（６）の発明の冷却効果がより効果的になされる。
【００２５】
本発明の（８）では、上記（６）の発明の構成において、動翼、静翼、燃焼器の各冷却系統のドレンセパレータの後流側には、それぞれフィルタを設け、水スプレー装置からスプレーされる水分中に含まれる不純物を蒸気中から除去するので、上記（６）の発明の効果に加えて、各冷却系統に供給する冷却蒸気中のスケール、等の不純物により系路が詰まる、等の不具合を防止する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の第１形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。図１においてコンバインドサイクルガスタービンは、ガスタービン８、排熱回収ボイラ９、蒸気タービン２９で構成される。ガスタービン８は、圧縮機２で空気を吸い込み、所定の圧力まで加圧した後、その空気の一部は、タービンの翼冷却用として用いる。また大半は燃焼器３へ導かれ、燃料と混合し燃焼により高温ガスができる。高温ガスはタービン６にて膨張し、タービン出力から圧縮機出力を差し引いた出力が発電機１にて電気へ変換される。
【００２７】
排熱回収ボイラ９では、低圧タービン２３出口蒸気は、復水器２５にて蒸気から水へ変換される。その後、水は給水ポンプ２６にて加圧され、グランド蒸気復水器２５０へ導かれ、グランド部のシール用に用いた蒸気を復水させて低温の水となり、給水加熱器１０へ送られる。この復水は給水加熱器１０にて加熱され、飽和水となる。その後、この飽和水は３系統に分岐される。一つは、低圧エバポレータ１１にて飽和蒸気となり、低圧スーパーヒータ１５にて過熱蒸気となった後、低圧タービン２３入口に供給される。もう一つは、中圧加圧ポンプ２８にて所定の圧力まで加圧された後、中圧エコノマイザ１２で飽和水となり、中圧エバポレータ１４にて飽和蒸気となった後、中圧スーパーヒータ１６にて過熱蒸気となった後、後述するように尾筒３の冷却用として供給される。更にもう一つは、高圧加圧ポンプ２７にて所定の圧力まで加圧された後、高圧第１エコノマイザ１３及び高圧第２エコノマイザ１７にて飽和水となった後、高圧エバポレータ１８にて飽和蒸気となり、その後、高圧スーパーヒータ１９にて過熱蒸気となり高圧タービン２１へ導かれる。出力は、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３にて上記の蒸気を膨張させることにより発生する。その出力は発電機２４にて電気に変換される。
【００２８】
従来図１０における冷却翼５１は、本発明では蒸気冷却動翼５２、蒸気冷却静翼５３、蒸気冷却燃焼器尾筒５４に分類した。本発明では、この中で冷却後の蒸気温度が低い蒸気冷却動翼５２は、高圧タービン出口２１の出口の一部を蒸気冷却動翼冷却用として配管１０９より抽気し、後述するように水スプレー装置１１６で水がスプレーされ、更にドレンセパレータ１１４でドレンが除去されて減温した後、動翼冷却蒸気供給配管１０３から蒸気冷却動翼へ供給される。その後昇温した蒸気は流量調整弁１５４を介して動翼冷却蒸気回収配管１０４からリヒータ２０の中間部へ回収される。
【００２９】
また、燃料加熱器２０２を設け、中圧エコノマイザ１２出口より配管２０１で一部を抽気した飽和蒸気により燃料加熱器２０２で燃料７の加熱を行い、その後蒸気は配管２０３により給水加熱器１０の入口に供給するシステムとした。これにより燃料７は加熱されるため、燃料流量が少なくなりガスタービン効率、コンバインド効率が向上する。
【００３０】
また、高圧加圧ポンプ２７の出口水の一部を抽気し配管２０４により翼冷却空気冷却器４で熱交換し、冷却空気を冷却することにより、水は加熱され、配管２０５により高圧エバポレータ１８入口へ回収される。これによりこれまで冷却ファンにより外部へ放出されていた熱が、排熱回収ボイラ９へ回収されるためコンバインド効率が向上する。
【００３１】
また、高圧加圧ポンプ２７出口の一部を抽気して流量調整弁１１５及び脱塩装置１１８、水スプレー装置１１６を追加した。
【００３２】
上記構成により、流量調整弁１１５にて水スプレー量を制御することにより、従来よりも迅速な動翼供給蒸気温度のコントロールが可能となる。又、通常超臨界圧プラントや原子力プラントの復水器内の溶融金属の除去に設置する脱塩装置１１８を使用し、不純物の除去を行うことができる。
【００３３】
これにより、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となる。従って冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。
【００３４】
また、中圧スーパーヒータ１６の出口蒸気を燃焼器３の蒸気冷却燃焼器尾筒５４に流して冷却し、流量調整弁１５６を介して中圧タービン２２入口に回収するシステムとした。
【００３５】
これにより、高圧タービン２１出口から配管１０９により抽気する流量が少なくなるため、高圧タービン２１出口流量に対する配管１０９の抽気流量が少なくなり、冷却蒸気量の余裕を確保することが可能となる。
【００３６】
また、蒸気冷却静翼５３は、動翼よりも多少高めの温度でよいので、高圧タービン２１の出口蒸気を減温することなく配管１０５で抽気し、そのまま供給し、これを冷却し、昇温した蒸気は流量調整弁１５５を介し、配管１０６から中圧タービン２２入口へ回収される。
【００３７】
これにより静翼の冷却蒸気温度を動翼よりも高くなるが、コンバインド効率を低下させることなく、静翼、動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となる。また冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。
【００３８】
また、流量調整弁１５３，１５４，１５５，１５６を追加したので、これらの流量調整弁を開閉することにより動翼、静翼、尾筒の冷却蒸気量の調整が可能となる。これにより定格のみならず部分負荷においても、各回収冷却蒸気温度をコントロールすることが可能となり、冷却翼、尾筒、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化に有効である。各流量調整弁を開側とすると供給蒸気流量が増加するため各冷却蒸気回収温度が低下する。また各流量調整弁を閉側とすると供給蒸気流量が減少するため各冷却蒸気回収温度が高くなる。
【００３９】
以上説明の実施の第１形態に係るコンバインドサイクルガスタービンによれば、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。
【００４０】
図２は本発明の実施の第２形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。本実施の第２形態においては、図１に示す実施の第１形態の構成に燃焼器尾筒冷却ラインの水スプレー系統を追加したものである。その他の構成、作用は図１に示す実施の第１形態と同じであるので、共通部分の詳しい説明は省略し、特徴部分を中心に説明する。
【００４１】
図２において、脱塩装置１１８からは水スプレー装置１１６へ水を供給し、高圧タービン２１出口の抽気用の配管１０９へ水をスプレーしているが、脱塩装置１１６出口から分岐した配管２６０により水スプレー装置２５１へ水を供給し、水スプレー装置２５１から燃焼器尾筒冷却蒸気供給配管１０７へ水をスプレーして冷却用の蒸気の温度を調整する。
【００４２】
従って、高圧加圧ポンプ２７から抽気した水は、流量調整弁１１５を制御することにより水スプレー装置１１６，２５１の水量が同時に調整することができ、蒸気冷却動翼５２と蒸気冷却燃焼器尾筒５４の冷却用の蒸気温度を適正に制御することができる。
【００４３】
本実施の第２形態においても、実施の第１形態と同様に、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。更に、水スプレー装置２６０を設けることにより、上記のように蒸気冷却燃焼器尾筒５４の制御がよりきめ細かく制御することができる。
【００４４】
図３は本発明の実施の第３形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。本実施の第３形態においては、図１に示す実施の第１形態の構成において水スプレー装置１１６の水供給系統を排熱回収ボイラ９から独立させた構成であり、その他の構成、作用は図１に示す実施の第１形態と同じであるので、共通部分の詳しい説明は省略し、特徴部分を中心に説明する。
【００４５】
図３において、図１の構成では高圧加圧ポンプ２７から水を抽気し流量調整弁１１５を介して脱塩装置１１８を介して水スプレー装置１１６に供給していたが、本発明の実施の第３形態では、その代わりに復水器２５で復水した水の一部を給水ポンプ２５２で脱塩装置１１８へ導き、脱塩装置１１８から配管２６１により同じ位置の水スプレー装置１１６へ水を供給するようにしたもので、給水系を排熱回収ボイラ９からではなくタービンの復水器２５から導く独立経路としたものである。
【００４６】
本実施の第３形態においても、実施の第１形態と同様に、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。更に、水を復水器２５から導くので配管途中で混入する不純物を少なくし、冷却蒸気の純度を向上させ、配管類の酸化防止がなされる。
【００４７】
図４は本発明の実施の第４形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。本実施の第４形態においては、図３に示す実施の第３形態の構成において、水スプレー装置１１６の水供給系統を排熱回収ボイラ９から独立させる構成は同じであるが、更にエコノマイザ２５３を通して温度調整を行った後、供給するようにしたものである。その他の構成、作用は図３に示す実施の第３形態と同じであるので、共通部分の詳しい説明は省略し、特徴部分を中心に説明する。
【００４８】
図４において、図１の構成では高圧加圧ポンプ２７から水を抽気し、流量調整弁１１５を介して脱塩装置１１８を介して水スプレー装置１１６に供給していたが、本発明の実施の第４形態では、図３の例と同じく、その代わりに復水器２５で復水した水の一部を給水ポンプ２５２で脱塩装置１１８へ導く。
本実施の第４形態では、更に脱塩装置１１８から配管２６２により排熱回収ボイラ９に水を導き、エコノマイザ２５３を通して温度を調整して上昇させ、同じ位置の水スプレー装置１１６へ水を供給するようにしたもので、給水系を排熱回収ボイラ９からではなくタービンの復水器２５から導く独立経路としたものである。
【００４９】
本実施の第４形態においても、実施の第３形態と同様に、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。又、水を復水器２５から導くので配管途中で混入する不純物を少なくし、冷却蒸気の純度を向上させ、配管類の酸化防止がなされる。更に、水スプレー装置１１６の水供給系統を独立させると共に、エコノマイザ２５３で水温を上昇させたので、水スプレー時に蒸気と冷水との混合時の温度差を小さくして混合時の熱応力を抑制する。
【００５０】
図５は本発明の実施の第５形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。本実施の第５形態においては、図４に示す実施の第４形態の構成に燃焼器尾筒冷却ラインの水スプレー系統及びドレンセパレータを追加したものである。その他の構成、作用は図４に示す実施の第４形態と同じであるので、共通部分の詳しい説明は省略し、特徴部分を中心に説明する。
【００５１】
図５において、復水器２５で復水した水の一部を給水ポンプ２５２で脱塩装置１１８へ導き、脱塩装置１１８から配管２６２により排熱回収ボイラ９に水を導き、エコノマイザ２５３を通して温度を調整して上昇させ、同じ位置の水スプレー装置１１６へ水を供給するようにし、給水系を排熱回収ボイラ９からではなくタービンの復水器２５から導く独立経路としたものである。この構成は図４の実施の第４形態と同じである。
【００５２】
本実施の第５形態においては、更に、水スプレー装置１１６の入口から水を配管２６３で分岐させ、水スプレー装置２５４により水を燃焼器尾筒冷却蒸気供給配管１０７にスプレーし、その後流側にドレンセパレータ１１４を設けて水分を完全に除去し、蒸気冷却燃焼器尾筒５４へ供給するようにしたものである。
【００５３】
本実施の第５形態においても、実施の第４形態と同様に、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。又、水を復水器２５から導くので不純物を少なくし、配管類の酸化を防止し、又、水スプレー装置１１６の水供給系統を独立させると共に、エコノマイザ２５３で水温を上昇させたので、水スプレー時に蒸気と冷水との混合時の温度差を小さくして混合時の熱応力を抑制する。更に、尾筒の冷却も水スプレー装置２５４により温度が調整されて蒸気温度を低下させることができ、又、その蒸気のドレンセパレータ１１４で水分が除去されるので、尾筒の冷却効果が一層向上する。
【００５４】
図６は本発明の実施の第６形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。本実施の第６形態においては、図５に示す実施の第５形態の構成に蒸気冷却静翼冷却系統にも水スプレー装置とドレンセパレータとを追加した構成であり、その他の構成、作用は図５に示す実施の第５形態と同じであるので、共通部分の詳しい説明は省略し、特徴部分を中心に説明する。
【００５５】
図６において、復水器２５で復水した水の一部を給水ポンプ２５２で脱塩装置１１８へ導き、脱塩装置１１８から配管２６２により排熱回収ボイラ９に導かれ、エコノマイザ２５３を通して温度を調整して上昇させ、同じ位置の水スプレー装置１１６へ水を供給するようにし、給水系を排熱回収ボイラ９からではなくタービンの復水器２５から導く独立系路を構成する。更に、水スプレー装置１１６の入口から水を配管２６３で分岐させ、水スプレー装置２５４により水を燃焼器尾筒冷却蒸気供給配管１０７にスプレーし、その後流側にドレンセパレータ１１４を設けて水分を完全に除去し、蒸気冷却燃焼器尾筒へ供給するように構成する。
【００５６】
上記の構成は、図５に示す実施の第５形態と同じであり、本実施の第６形態では、更に静翼冷却蒸気供給配管１０５に配管２６４で配管２６３からの水を分岐して水スプレー装置２５５でスプレーし、ドレンセパレータ１１４を更に追加してドレンセパレータ１１４で水分を除去して静翼に供給し、冷却するようにしたものである。
【００５７】
本実施の第６形態においても、実施の第５形態と同様に、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。又、復水器２５から水を導くので不純物を少なくし、配管類の酸化を防止し、又、水スプレー装置１１６の水供給系統を独立させると共に、エコノマイザ２５３で水温を上昇させたので、水スプレー時に蒸気と冷水との混合時の温度差を小さくして混合時の熱応力を抑制する。
【００５８】
更に、尾筒の冷却も水スプレー装置２５４により温度が調整されて蒸気温度を低下させることができ、又、その蒸気のドレンセパレータ１１４で水分が除去されるので、尾筒の冷却効果が一層向上する。更に、この効果に加えて、静翼の冷却用蒸気の配管２６４から水を水スプレー装置２５５でスプレーすると共に、ドレンセパレータ１１４で水分を除去するので、冷却用蒸気の温度を低下させ、静翼の冷却効果が高まるものである。
【００５９】
図７は本発明の実施の第７形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。本実施の第７形態においては、図６に示す実施の第６形態の構成において、３ヶ所の各ドレンセパレータ１１４の後流側へフィルタを設けたもので、その他の構成、作用は図６に示す実施の第６形態と同じであるので、共通部分の詳しい説明は省略し、特徴部分を中心に説明する。
【００６０】
図７において、復水器２５で復水した水の一部を給水ポンプ２５２で脱塩装置１１８へ導き、脱塩装置１１８から配管２６２により排熱回収ボイラ９に水を導き、エコノマイザ２５３を通して温度を調整して上昇させ、同じ位置の水スプレー装置１１６へ水を供給するようにし、給水系を排熱回収ボイラ９からではなくタービンの復水器２５から導く独立系路を構成する。水スプレー装置１１６で水がスプレーされた蒸気はドレンセパレータ１１４で水分が除去され、後述するようにフィルタ２５６を通って蒸気冷却動翼５２へ供給される。
【００６１】
また、水スプレー装置１１６の入口から水を配管２６３で分岐させ、水スプレー装置２５４により水を燃焼器尾筒冷却蒸気供給配管１０７にスプレーし、その後流側にドレンセパレータ１１４を設けて水分を完全に除去し、更に、後述するようにフィルタ２５７を設け、蒸気冷却燃焼器尾筒へ供給するように構成する。
【００６２】
また、静翼冷却蒸気供給配管１０５に配管２６４で配管２６３からの水を分岐して水スプレー装置２５５でスプレーし、ドレンセパレータ１１４を更に追加してドレンセパレータ１１４で水分を除去し、その後流側には後述するようにフィルタ２５８を設け、フィルタ２５８からの水を静翼に供給し、冷却するようにしたものである。
【００６３】
上記に述べた構成、作用は、フィルタ２５６，２５８を除いて図６に示す実施の第６形態と同じである。本実施の第７形態においては、水がスプレーされた蒸気は３ヶ所のドレンセパレータ１１４でドレンが除去され、冷却蒸気の流れる配管が詰まるような大きさの不純物の侵入を防止するもので、そのフィルタのメッシュは５０μ〜１０００μ程度のフィルタとする。
【００６４】
本実施の第７形態においても、実施の第６形態と同様に、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。又、復水器２５から水を導くので不純物も少なくなり、又、水スプレー装置１１６の水供給系統を独立させると共に、エコノマイザ２５３で水温を上昇させたので、水スプレー時に蒸気と冷水との混合時の温度差を小さくして混合時の熱応力を抑制する。
【００６５】
また、尾筒の冷却も水スプレー装置２５４により温度が調整されて蒸気温度を低下させることができ、又、その蒸気のドレンセパレータ１１４で水分が除去されるので、尾筒の冷却効果が一層向上する。更に、この効果に加えて、静翼の冷却用蒸気に配管２６４から水を水スプレー装置２５５でスプレーすると共に、ドレンセパレータ１１４で水分を除去するので、冷却用蒸気の温度を低下させ、静翼の冷却効果が高まるものである。
【００６６】
更に、フィルタ２５６，２５７，２５８をドレンセパレータ１１４の後流側へ設けたことにより、蒸気中の不純物が除去されるので、配管が詰まるような不具合がなくなり、冷却の信頼性が著しく向上するものである。
【００６７】
図８は本発明の実施の第８形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。図１に示す実施の第１形態では、蒸気冷却静翼５３と燃焼器尾筒５４を冷却して蒸気を中圧タービン２２へ戻していたものを、本実施の第８形態ではリヒータ２０へ供給するようにしたものである。従って、蒸気冷却動翼５２、静翼５３及び尾筒５４の冷却後の蒸気は３者が混合してリヒータ２０へ供給する構成である。その他の構成は図１に示す実施の第１形態と同じであるので、説明は省略する。
【００６８】
リヒータ２０へ供給される蒸気も最終的には中圧タービン２２に導かれ、従って、中圧タービン２２に入る前に必ず混合される。リヒータ２０の圧損低減を考えると、低圧蒸気のみをリヒータ２０を通すのが良いが、本実施の第８形態のように、動翼、静翼、燃焼器をリヒータ２０、中圧タービン２２の配置を考慮して、先に混合して温度を均一化し、リヒータ２０から中圧タービン２２に導入すると、高温配管部を減少したり、配管中での温度不均一、等のトラブルを防止することができる。
【００６９】
図９は本発明の実施の第９形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。図１に示す実施の第１形態では蒸気冷却動翼５２を冷却した蒸気は流量調整弁１５４を介してリヒータ２０へ供給していたが、本発明の実施の第９形態では動翼冷却ごの蒸気は三方弁２６０を介して中圧タービン２２か、又はリヒータ２０のいずれかに供給できる構成としたものである。その他の構成は図１に示す実施の第１形態と同じである。本実施の第９形態においても、三方弁２６０を制御することにより蒸気冷却動翼５２、静翼５３、燃焼器５４の冷却後の３者を混合して中圧タービン２２へ供給することができ、上記実施の第８形態とどうようの効果が得られる。
【００７０】
なお、図２〜図７に示す系統においても、図８及び図９に示した動翼、静翼、燃焼器尾筒の冷却後の３者の蒸気をリヒータ２０へ供給する構成が同様に適用されることはもちろんである。
【００７１】
【発明の効果】
本発明のコンバインドサイクルガスタービンは、（１）蒸気タービン、復水器、グランド蒸気復水器、ガスタービン、蒸気冷却系統、排熱回収ボイラからなり、蒸気冷却系統は動翼冷却系統、静翼冷却系統、燃焼器冷却系統から構成される。
【００７２】
このような構成により、水スプレー量制御バルブにて水スプレー量を制御し、迅速な動翼供給冷却蒸気温度のコントロールが可能とし、蒸気温度の低下、蒸気流量の低減が可能となる。又、通常超臨界圧プラントや原子力プラントの復水器内の溶融金属の除去に設置する脱塩装置を使用し、不純物の除去を行うことができる。又、グランド蒸気復水器を設けたので、グランド蒸気の復水も可能となり効率的なシステムが構築される。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。
【００７３】
本発明の（２）では、上記（１）の発明の構成に加え、燃焼器冷却系統に水スプレー装置により脱塩装置の水がスプレーされるので、上記（１）の発明の効果に加え、更に燃焼器冷却系統の蒸気温度を低く設定でき、冷却効率が一層向上する。
【００７４】
本発明の（３）では、静翼冷却系統と燃焼器冷却系統の構成、作用効果は上記（１）の発明と同じであるが、動翼冷却系統への水スプレーは、復水器からの水を一部分岐し、脱塩装置を通して水スプレー装置によりなされるので、スプレーする水は排熱回収ボイラから独立した系統となる。これにより、供給される水は排熱回収ボイラの上流側より供給され、冷却蒸気に混入する不純物の量を少なくし冷却蒸気の純度を向上させ、配管類の酸化防止の能力が向上する。上記の効果に加え、上記（１）の発明と同様に、通常超臨界圧プラントや原子力プラントの復水器内の溶融金属の除去に設置する脱塩装置を使用し、不純物の除去を行うことができる。又、グランド蒸気復水器を設けたので、グランド蒸気の復水も可能となり効率的なシステムが構築される。
【００７５】
本発明の（４）では、上記（３）の発明の水スプレー装置への水の供給系路は、水スプレー装置に供給する前に排熱回収ボイラに入り、エコノマイザで温度が上昇し、その後、動翼冷却系統へスプレーされるので、上記（３）の発明の効果に加えて、水混入時の蒸気との温度差を小さくして配管の熱応力による影響を少なくすることができる。
【００７６】
本発明の（５）では、上記（４）の発明の構成に燃焼器冷却系統にも水スプレー装置により脱塩装置からの水を一部分岐してスプレーする系路を追加したので、上記（４）の発明の効果に加えて、燃焼器冷却系統へ供給される蒸気の温度をより低く設定でき、燃焼器の冷却がより効果的になされる。
【００７７】
本発明の（６）では、上記（５）の発明の構成に、更に静翼冷却系統にも水スプレー装置により脱塩装置からの水を一部分岐してスプレーする系路を追加したので、上記（６）の発明の効果に加えて、静翼冷却系統へ供給される蒸気の温度をより低く設定でき、静翼の冷却もより効果的になされる。
【００７８】
本発明の（７）では、動翼、静翼、燃焼器の各冷却系統の水スプレー後にドレンセパレータを設けるので、水分が除去され、上記（３）〜（６）の発明の冷却効果がより効果的になされる。
【００７９】
本発明の（８）では、上記（６）の発明の構成において、動翼、静翼、燃焼器の各冷却系統のドレンセパレータの後流側には、それぞれフィルタを設け、水スプレー装置からスプレーされる水分中に含まれる不純物を蒸気中から除去するので、上記（６）の発明の効果に加えて、各冷却系統に供給する冷却蒸気中のスケール、等の不純物により系路が詰まる、等の不具合を防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図２】本発明の実施の第２形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図３】本発明の実施の第３形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図４】本発明の実施の第４形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図５】本発明の実施の第５形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図６】本発明の実施の第６形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図７】本発明の実施の第７形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図８】本発明の実施の第８形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図９】本発明の実施の第９形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図１０】従来のコンバインドサイクルの系統図である。
【符号の説明】
１ 発電機
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ 翼冷却空気冷却器
６ タービン
８ ガスタービン
９ 排熱回収ボイラ
１０ 給水加熱器
１１ 低圧エバポレータ
１２ 中圧エコノマイザ
１３ 高圧第１エコノマイザ
１４ 中圧エバポレータ
１５ 低圧スーパーヒータ
１６ 中圧スーパーヒータ
１７ 高圧第２エコノマイザ
１８ 高圧エバポレータ
１９ 高圧スーパーヒータ
２０ リヒータ
２１ 高圧タービン
２２ 中圧タービン
２３ 低圧タービン
２４ 発電機
２５ 復水器
２６，２５２ 給水ポンプ
２７ 高圧加圧ポンプ
２８ 中圧加圧ポンプ
２９ 蒸気タービン
５２ 蒸気冷却動翼
５３ 蒸気冷却静翼
５４ 蒸気冷却燃焼器尾筒
１０３ 動翼冷却蒸気供給配管
１０４ 動翼冷却蒸気回収配管
１０５ 静翼冷却蒸気供給配管
１０６ 静翼冷却蒸気回収配管
１０７ 燃焼器尾筒冷却蒸気供給配管
１０８ 燃焼器尾筒冷却蒸気回収配管
１１４ ドレンセパレータ
１１５ 流量調整弁
１１６ 水スプレー装置
１１８ 脱塩装置
１５３〜１５６ 流量調整弁
２５０ グランド蒸気復水器
２５１，２５４，２５５ 水スプレー装置
２５３ エコノマイザ
２５６，２５７，２５８ フィルタ
２６０ 三方弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクルガスタービンにおいて、冷却蒸気の温度及び流量コントロールを行うこと、また燃料の加熱及びガスタービン動翼冷却空気の冷却を排熱回収ボイラで発生した蒸気により行うことに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の蒸気冷却ガスタービンである。図に示すように、従来の蒸気冷却ガスタービンは、ガスタービン８、排熱回収ボイラ９、蒸気タービン２９で構成される。ガスタービン８は、圧縮機２で空気を吸い込み、所定の圧力まで加圧した後、その空気の一部は、タービンの翼冷却用として用いる。また大半は燃焼器３へ導かれ、燃料と混合し燃焼により高温ガスができる。高温ガスはタービン６にて膨張し、タービン出力から圧縮機出力を差し引いた出力が発電機１にて電気へ変換される。一方、高圧タービン２１の出口蒸気の一部を抽気した冷却蒸気供給配管１０１により、タービン翼冷却用の蒸気が供給され、蒸気冷却翼５１での昇温後の蒸気は、冷却蒸気回収配管１０２により、中圧タービン２２の入口へ回収されていた。上記のとおり、ガスタービン翼冷却には圧縮機２の抽気空気と高圧タービン２１の出口蒸気の一部を冷却に使用していた。
【０００３】
圧縮機２出口の空気の一部はタービン翼冷却用に使用されるが、この温度が高いために、所定の温度まで翼冷却空気冷却器４にて、冷却ファンを用いることにより冷却され、タービンの翼冷却に使用される。翼冷却空気冷却器４は、冷却ファン５により冷却されタービン６へ供給されていた。
【０００４】
排熱回収ボイラ９では、低圧タービン２３出口蒸気は、復水器２５にて蒸気から水へ変換される。その後、水は給水ポンプ２６にて加圧され、給水加熱器１０にて加熱され、飽和水となる。その後、この飽和水は３系統に分岐される。一つは、低圧エバポレータ１１にて飽和蒸気となり、低圧スーパーヒータ１５にて過熱蒸気となった後、低圧タービン２３入口に供給される。もう一つは、中圧加圧ポンプ２８にて所定の圧力まで加圧された後、中圧エコノマイザ１２で飽和水となり、中圧エバポレータ１４にて飽和蒸気となった後、中圧スーパーヒータ１６にて過熱蒸気となった後、リヒータ２０の入口へ供給される。更にもう一つは、高圧加圧ポンプ２７にて所定の圧力まで加圧された後、高圧第１エコノマイザ１３及び高圧第２エコノマイザ１７にて飽和水となった後、高圧エバポレータ１８にて飽和蒸気となり、その後、高圧スーパーヒータ１９にて過熱蒸気となり高圧タービン２１へ導かれる。出力は、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３にて上記の蒸気を膨張させることにより発生する。その出力は発電機２４にて電気に変換される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の蒸気冷却に関して、高圧タービン２１出口の蒸気流量よりも多い流量を冷却に使用することは不可能であるため、冷却蒸気量の余裕を確保するため、より冷却蒸気流量は少なくするほうが望ましい。また、冷却蒸気を少なくする方が、冷却後の蒸気温度を少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となる。特に、冷却後に昇温した冷却蒸気温度を所定値に保つことは、冷却翼、ロータ、配管の信頼性や寿命を高めるばかりでなく、コンバインド効率を損なうことのない運用に有効となる。この冷却蒸気量をより少なくするためには、冷却蒸気温度をより低下させる必要がある。
【０００６】
以上より、冷却蒸気温度はより低く保つことが冷却翼等の信頼性向上に必要であるが、図８に示すシステムでは冷却蒸気供給温度は、高圧タービン２１の出口条件で決定されているため、本システムでは冷却蒸気温度を低下することはできない。
【０００７】
また、上記の圧縮機２出口の一部からタービン翼冷却用に使用される冷却空気に関して、上述のとおり、翼冷却空気冷却器４は、冷却ファン５により冷却され、冷却された空気はタービン６へ供給されていた。この冷却ファン５による冷却により、翼冷却空気冷却器４にて外部へ熱が放出され、ガスタービン及びコンバインドサイクルとしての熱効率（ガスタービン効率、コンバインド効率）を低下させる原因となっていた。また、燃料は加熱（予熱）なしに、ガスタービンの燃焼器３へと供給されていた。
【０００８】
そこで本発明はタービン翼の冷却を高圧タービン出口の一部から抽気した蒸気で行う方式とし、抽気した蒸気は排熱回収ボイラからの冷却水又は復水器からの水で温度を調整すると共に、動翼、静翼、燃焼器尾筒にはそれぞれ別系統の蒸気供給系統として静翼及び尾筒には動翼よりも温度の高い蒸気を供給することも可能とし、それぞれ効果的な蒸気冷却を行うと共に、燃料も予熱することにより、コンバインド効率を向上させることができる蒸気冷却ガスタービンを提供することを課題としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の（１）〜（８）の手段を提供する。
【００１０】
（１）高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンからなる蒸気タービンと；同蒸気タービンの低圧タービンからの排気を復水する復水器と；同復水器と接続するグランド蒸気復水器と；空気を圧縮する圧縮機、同圧縮機からの空気と共に燃料を燃焼させる燃焼器及び同燃焼器からの高温燃焼ガスを膨張させ発電機を駆動するタービンを有するガスタービンと；前記燃焼器とタービンの翼とを冷却する蒸気冷却系統と；前記ガスタービンの排気を導き前記復水器からの復水を給水加熱器、中圧スーパーヒータ、リヒータ、等を介して加熱し蒸気を発生させて前記高圧、中圧、及び低圧タービンにそれぞれ蒸気を供給する排熱回収ボイラとを備え；前記蒸気冷却系統は、前記給水加熱器からの高圧水を導く水スプレー量制御バルブ、同制御バルブに接続される脱塩装置及び同脱塩装置に接続され前記高圧タービン出口から動翼へ冷却蒸気を導く系路へ水をスプレーする水スプレー装置からなる動翼冷却系統と；前記高圧タービン出口からの蒸気の一部を静翼に導く静翼冷却系統と；前記中圧スーパーヒータから蒸気を導き前記燃焼器の尾筒を冷却する燃焼器冷却系統とから構成され；前記動翼冷却系統からの蒸気は前記リヒータへ、前記静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統からの蒸気は前記中圧タービン入口へ、それぞれ流入させることを特徴とするコンバインドサイクルガスタービン。
【００１１】
（２）前記燃焼器冷却系統には前記脱塩装置出口からの水を一部分岐し水スプレー装置により水がスプレーされることを特徴とする（１）記載のコンバインドサイクルガスタービン。
【００１２】
（３）高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンからなる蒸気タービンと；同蒸気タービンの低圧タービンからの排気を復水する復水器と；同復水器と接続するグランド蒸気復水器と；空気を圧縮する圧縮機、同圧縮機からの空気と共に燃料を燃焼させる燃焼器及び同燃焼器からの高温燃焼ガスを膨張させ発電機を駆動するタービンを有するガスタービンと；前記燃焼器とタービンの翼とを冷却する蒸気冷却系統と；前記ガスタービンの排気を導き前記復水器からの復水を給水加熱器、中圧スーパーヒータ、リヒータ、等を介して加熱し蒸気を発生させて前記高圧、中圧、及び低圧タービンにそれぞれ蒸気を供給する排熱回収ボイラとを備え；前記蒸気冷却系統は、前記復水器からの系統に分岐して接続される脱塩装置及び同脱塩装置に接続され前記高圧タービン出口から動翼へ冷却蒸気を導く系路へ水をスプレーする水スプレー装置からなる動翼冷却系統と；前記高圧タービン出口からの蒸気の一部を静翼に導く静翼冷却系統と；前記中圧スーパーヒータから蒸気を導き前記燃焼器の尾筒を冷却する燃焼器冷却系統とから構成され；前記動翼冷却系統からの蒸気は前記リヒータへ、前記静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統からの蒸気は前記中圧タービン入口へ、それぞれ流入させることを特徴とするコンバインドサイクルガスタービン。
【００１３】
（４）前記脱塩装置出口の水は前記排熱回収ボイラ内に設けられたエコノマイザで温度を上昇させ前記水スプレー装置へ供給されることを特徴とする（３）記載のコンバインドサイクルガスタービン。
【００１４】
（５）前記燃焼器冷却系統には、前記脱塩装置からの水を一部分岐し水スプレー装置で水がスプレーされることを特徴とする（４）記載のコンバインドサイクルガスタービン。
【００１５】
（６）前記静翼冷却系統には、前記脱塩装置からの水を一部分岐して水スプレー装置で水がスプレーされることを特徴とする（５）記載のコンバインドサイクルガスタービン。
【００１６】
（７）前記動翼冷却系統、静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統の水スプレー後にドレンセパレータを設けたことを特徴とする（３）から（６）のいずれかに記載のコンバインドサイクルガスタービン。
【００１７】
（８）前記動翼冷却系統、静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統に設けられた各々のドレンセパレータの後流側にはフィルタがそれぞれ設けられていることを特徴とする（６）記載のコンバインドサイクルガスタービン。
【００１８】
本発明の（１）においては、蒸気冷却系統は動翼冷却系統、静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統の３系統からなり、静翼冷却系統は高圧タービン出口からの蒸気の一部を、尾筒冷却系統は中圧スーパーヒータからの動翼の冷却蒸気よりも比較的高い温度の蒸気を導き、それぞれ冷却する。又、動翼冷却系統は加熱器からの高圧加圧ポンプ出口の一部を抽気した水をスプレーするための水スプレー量制御バルブ、脱塩装置、水スプレー装置を用いる構成としている。このような構成により、水スプレー量制御バルブにて水スプレー量を制御し、迅速な動翼供給蒸気温度のコントロールが可能となる。又、通常超臨界圧プラントや原子力プラントの復水器内の溶融金属の除去に設置する脱塩装置を使用し、不純物の除去を行うことができる。又、グランド蒸気復水器を設けたので、グランド蒸気の復水も可能となりより効率的なシステムが構築される。これにより、迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする特徴がある。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。
【００１９】
本発明の（２）では、上記（１）の発明の構成に加え、燃焼器冷却系統に水スプレー装置により脱塩装置の水がスプレーされるので、上記（１）の発明の効果に加え、更に燃焼器冷却系統の蒸気温度を低く設定でき、冷却効率が一層向上する。
【００２０】
本発明の（３）では、静翼冷却系統と燃焼器冷却系統の構成、作用は上記（１）の発明と同じであるが、動翼冷却系統への水スプレーは、復水器からの水を一部分岐し、脱塩装置を通して水スプレー装置によりなされるので、スプレーする水は排熱回収ボイラから独立した系統となる。これにより、供給される水は排熱回収ボイラの上流側より供給され、冷却蒸気に混入する不純物の量を少なくし冷却蒸気の純度を向上させ、配管類の酸化防止の能力が向上する。上記の効果に加え、上記（１）の発明と同様に、通常超臨界圧プラントや原子力プラントの復水器内の溶融金属の除去に設置する脱塩装置を使用し、不純物の除去を行うことができる。又、グランド蒸気復水器を設けたので、グランド蒸気の復水も可能となり効率的なシステムが構築される。
このような構成により迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする特徴がある。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。
【００２１】
本発明の（４）では、上記（３）の発明の水スプレー装置への水の供給系路は、水スプレー装置に供給する前に排熱回収ボイラに入り、エコノマイザで温度が上昇し、その後、動翼冷却系統へスプレーされるので、上記（３）の発明の効果に加えて、水混入時の蒸気との温度差を小さくして配管の熱応力による影響を少なくすることができる。
【００２２】
本発明の（５）では、上記（４）の発明の構成に燃焼器冷却系統にも水スプレー装置により脱塩装置からの水を一部分岐してスプレーする系路を追加するので、上記（４）の発明の効果に加えて、燃焼器冷却系統へ供給される蒸気の温度をより低く設定でき、燃焼器の冷却がより効果的になされる。
【００２３】
本発明の（６）では、上記（５）の発明の構成に、更に静翼冷却系統にも水スプレー装置により脱塩装置からの水を一部分岐してスプレーする系路を追加するので、上記（６）の発明の効果に加えて、静翼冷却系統へ供給される蒸気の温度をより低く設定でき、静翼の冷却もより効果的になされる。
【００２４】
本発明の（７）では、動翼、静翼、燃焼器の各冷却系統の水スプレー後にドレンセパレータを設けるので、水分が除去され、上記（３）〜（６）の発明の冷却効果がより効果的になされる。
【００２５】
本発明の（８）では、上記（６）の発明の構成において、動翼、静翼、燃焼器の各冷却系統のドレンセパレータの後流側には、それぞれフィルタを設け、水スプレー装置からスプレーされる水分中に含まれる不純物を蒸気中から除去するので、上記（６）の発明の効果に加えて、各冷却系統に供給する冷却蒸気中のスケール、等の不純物により系路が詰まる、等の不具合を防止する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の第１形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。図１においてコンバインドサイクルガスタービンは、ガスタービン８、排熱回収ボイラ９、蒸気タービン２９で構成される。ガスタービン８は、圧縮機２で空気を吸い込み、所定の圧力まで加圧した後、その空気の一部は、タービンの翼冷却用として用いる。また大半は燃焼器３へ導かれ、燃料と混合し燃焼により高温ガスができる。高温ガスはタービン６にて膨張し、タービン出力から圧縮機出力を差し引いた出力が発電機１にて電気へ変換される。
【００２７】
排熱回収ボイラ９では、低圧タービン２３出口蒸気は、復水器２５にて蒸気から水へ変換される。その後、水は給水ポンプ２６にて加圧され、グランド蒸気復水器２５０へ導かれ、グランド部のシール用に用いた蒸気を復水させて低温の水となり、給水加熱器１０へ送られる。この復水は給水加熱器１０にて加熱され、飽和水となる。その後、この飽和水は３系統に分岐される。一つは、低圧エバポレータ１１にて飽和蒸気となり、低圧スーパーヒータ１５にて過熱蒸気となった後、低圧タービン２３入口に供給される。もう一つは、中圧加圧ポンプ２８にて所定の圧力まで加圧された後、中圧エコノマイザ１２で飽和水となり、中圧エバポレータ１４にて飽和蒸気となった後、中圧スーパーヒータ１６にて過熱蒸気となった後、後述するように尾筒３の冷却用として供給される。更にもう一つは、高圧加圧ポンプ２７にて所定の圧力まで加圧された後、高圧第１エコノマイザ１３及び高圧第２エコノマイザ１７にて飽和水となった後、高圧エバポレータ１８にて飽和蒸気となり、その後、高圧スーパーヒータ１９にて過熱蒸気となり高圧タービン２１へ導かれる。出力は、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３にて上記の蒸気を膨張させることにより発生する。その出力は発電機２４にて電気に変換される。
【００２８】
従来図１０における冷却翼５１は、本発明では蒸気冷却動翼５２、蒸気冷却静翼５３、蒸気冷却燃焼器尾筒５４に分類した。本発明では、この中で冷却後の蒸気温度が低い蒸気冷却動翼５２は、高圧タービン出口２１の出口の一部を蒸気冷却動翼冷却用として配管１０９より抽気し、後述するように水スプレー装置１１６で水がスプレーされ、更にドレンセパレータ１１４でドレンが除去されて減温した後、動翼冷却蒸気供給配管１０３から蒸気冷却動翼へ供給される。その後昇温した蒸気は流量調整弁１５４を介して動翼冷却蒸気回収配管１０４からリヒータ２０の中間部へ回収される。
【００２９】
また、燃料加熱器２０２を設け、中圧エコノマイザ１２出口より配管２０１で一部を抽気した飽和蒸気により燃料加熱器２０２で燃料７の加熱を行い、その後蒸気は配管２０３により給水加熱器１０の入口に供給するシステムとした。これにより燃料７は加熱されるため、燃料流量が少なくなりガスタービン効率、コンバインド効率が向上する。
【００３０】
また、高圧加圧ポンプ２７の出口水の一部を抽気し配管２０４により翼冷却空気冷却器４で熱交換し、冷却空気を冷却することにより、水は加熱され、配管２０５により高圧エバポレータ１８入口へ回収される。これによりこれまで冷却ファンにより外部へ放出されていた熱が、排熱回収ボイラ９へ回収されるためコンバインド効率が向上する。
【００３１】
また、高圧加圧ポンプ２７出口の一部を抽気して流量調整弁１１５及び脱塩装置１１８、水スプレー装置１１６を追加した。
【００３２】
上記構成により、流量調整弁１１５にて水スプレー量を制御することにより、従来よりも迅速な動翼供給蒸気温度のコントロールが可能となる。又、通常超臨界圧プラントや原子力プラントの復水器内の溶融金属の除去に設置する脱塩装置１１８を使用し、不純物の除去を行うことができる。
【００３３】
これにより、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となる。従って冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。
【００３４】
また、中圧スーパーヒータ１６の出口蒸気を燃焼器３の蒸気冷却燃焼器尾筒５４に流して冷却し、流量調整弁１５６を介して中圧タービン２２入口に回収するシステムとした。
【００３５】
これにより、高圧タービン２１出口から配管１０９により抽気する流量が少なくなるため、高圧タービン２１出口流量に対する配管１０９の抽気流量が少なくなり、冷却蒸気量の余裕を確保することが可能となる。
【００３６】
また、蒸気冷却静翼５３は、動翼よりも多少高めの温度でよいので、高圧タービン２１の出口蒸気を減温することなく配管１０５で抽気し、そのまま供給し、これを冷却し、昇温した蒸気は流量調整弁１５５を介し、配管１０６から中圧タービン２２入口へ回収される。
【００３７】
これにより静翼の冷却蒸気温度を動翼よりも高くなるが、コンバインド効率を低下させることなく、静翼、動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となる。また冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。
【００３８】
また、流量調整弁１５３，１５４，１５５，１５６を追加したので、これらの流量調整弁を開閉することにより動翼、静翼、尾筒の冷却蒸気量の調整が可能となる。これにより定格のみならず部分負荷においても、各回収冷却蒸気温度をコントロールすることが可能となり、冷却翼、尾筒、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化に有効である。各流量調整弁を開側とすると供給蒸気流量が増加するため各冷却蒸気回収温度が低下する。また各流量調整弁を閉側とすると供給蒸気流量が減少するため各冷却蒸気回収温度が高くなる。
【００３９】
以上説明の実施の第１形態に係るコンバインドサイクルガスタービンによれば、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。
【００４０】
図２は本発明の実施の第２形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。本実施の第２形態においては、図１に示す実施の第１形態の構成に燃焼器尾筒冷却ラインの水スプレー系統を追加したものである。その他の構成、作用は図１に示す実施の第１形態と同じであるので、共通部分の詳しい説明は省略し、特徴部分を中心に説明する。
【００４１】
図２において、脱塩装置１１８からは水スプレー装置１１６へ水を供給し、高圧タービン２１出口の抽気用の配管１０９へ水をスプレーしているが、脱塩装置１１６出口から分岐した配管２６０により水スプレー装置２５１へ水を供給し、水スプレー装置２５１から燃焼器尾筒冷却蒸気供給配管１０７へ水をスプレーして冷却用の蒸気の温度を調整する。
【００４２】
従って、高圧加圧ポンプ２７から抽気した水は、流量調整弁１１５を制御することにより水スプレー装置１１６，２５１の水量が同時に調整することができ、蒸気冷却動翼５２と蒸気冷却燃焼器尾筒５４の冷却用の蒸気温度を適正に制御することができる。
【００４３】
本実施の第２形態においても、実施の第１形態と同様に、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。更に、水スプレー装置２６０を設けることにより、上記のように蒸気冷却燃焼器尾筒５４の制御がよりきめ細かく制御することができる。
【００４４】
図３は本発明の実施の第３形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。本実施の第３形態においては、図１に示す実施の第１形態の構成において水スプレー装置１１６の水供給系統を排熱回収ボイラ９から独立させた構成であり、その他の構成、作用は図１に示す実施の第１形態と同じであるので、共通部分の詳しい説明は省略し、特徴部分を中心に説明する。
【００４５】
図３において、図１の構成では高圧加圧ポンプ２７から水を抽気し流量調整弁１１５を介して脱塩装置１１８を介して水スプレー装置１１６に供給していたが、本発明の実施の第３形態では、その代わりに復水器２５で復水した水の一部を給水ポンプ２５２で脱塩装置１１８へ導き、脱塩装置１１８から配管２６１により同じ位置の水スプレー装置１１６へ水を供給するようにしたもので、給水系を排熱回収ボイラ９からではなくタービンの復水器２５から導く独立経路としたものである。
【００４６】
本実施の第３形態においても、実施の第１形態と同様に、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。更に、水を復水器２５から導くので配管途中で混入する不純物を少なくし、冷却蒸気の純度を向上させ、配管類の酸化防止がなされる。
【００４７】
図４は本発明の実施の第４形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。本実施の第４形態においては、図３に示す実施の第３形態の構成において、水スプレー装置１１６の水供給系統を排熱回収ボイラ９から独立させる構成は同じであるが、更にエコノマイザ２５３を通して温度調整を行った後、供給するようにしたものである。その他の構成、作用は図３に示す実施の第３形態と同じであるので、共通部分の詳しい説明は省略し、特徴部分を中心に説明する。
【００４８】
図４において、図１の構成では高圧加圧ポンプ２７から水を抽気し、流量調整弁１１５を介して脱塩装置１１８を介して水スプレー装置１１６に供給していたが、本発明の実施の第４形態では、図３の例と同じく、その代わりに復水器２５で復水した水の一部を給水ポンプ２５２で脱塩装置１１８へ導く。
本実施の第４形態では、更に脱塩装置１１８から配管２６２により排熱回収ボイラ９に水を導き、エコノマイザ２５３を通して温度を調整して上昇させ、同じ位置の水スプレー装置１１６へ水を供給するようにしたもので、給水系を排熱回収ボイラ９からではなくタービンの復水器２５から導く独立経路としたものである。
【００４９】
本実施の第４形態においても、実施の第３形態と同様に、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。又、水を復水器２５から導くので配管途中で混入する不純物を少なくし、冷却蒸気の純度を向上させ、配管類の酸化防止がなされる。更に、水スプレー装置１１６の水供給系統を独立させると共に、エコノマイザ２５３で水温を上昇させたので、水スプレー時に蒸気と冷水との混合時の温度差を小さくして混合時の熱応力を抑制する。
【００５０】
図５は本発明の実施の第５形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。本実施の第５形態においては、図４に示す実施の第４形態の構成に燃焼器尾筒冷却ラインの水スプレー系統及びドレンセパレータを追加したものである。その他の構成、作用は図４に示す実施の第４形態と同じであるので、共通部分の詳しい説明は省略し、特徴部分を中心に説明する。
【００５１】
図５において、復水器２５で復水した水の一部を給水ポンプ２５２で脱塩装置１１８へ導き、脱塩装置１１８から配管２６２により排熱回収ボイラ９に水を導き、エコノマイザ２５３を通して温度を調整して上昇させ、同じ位置の水スプレー装置１１６へ水を供給するようにし、給水系を排熱回収ボイラ９からではなくタービンの復水器２５から導く独立経路としたものである。この構成は図４の実施の第４形態と同じである。
【００５２】
本実施の第５形態においては、更に、水スプレー装置１１６の入口から水を配管２６３で分岐させ、水スプレー装置２５４により水を燃焼器尾筒冷却蒸気供給配管１０７にスプレーし、その後流側にドレンセパレータ１１４を設けて水分を完全に除去し、蒸気冷却燃焼器尾筒５４へ供給するようにしたものである。
【００５３】
本実施の第５形態においても、実施の第４形態と同様に、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。又、水を復水器２５から導くので不純物を少なくし、配管類の酸化を防止し、又、水スプレー装置１１６の水供給系統を独立させると共に、エコノマイザ２５３で水温を上昇させたので、水スプレー時に蒸気と冷水との混合時の温度差を小さくして混合時の熱応力を抑制する。更に、尾筒の冷却も水スプレー装置２５４により温度が調整されて蒸気温度を低下させることができ、又、その蒸気のドレンセパレータ１１４で水分が除去されるので、尾筒の冷却効果が一層向上する。
【００５４】
図６は本発明の実施の第６形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。本実施の第６形態においては、図５に示す実施の第５形態の構成に蒸気冷却静翼冷却系統にも水スプレー装置とドレンセパレータとを追加した構成であり、その他の構成、作用は図５に示す実施の第５形態と同じであるので、共通部分の詳しい説明は省略し、特徴部分を中心に説明する。
【００５５】
図６において、復水器２５で復水した水の一部を給水ポンプ２５２で脱塩装置１１８へ導き、脱塩装置１１８から配管２６２により排熱回収ボイラ９に導かれ、エコノマイザ２５３を通して温度を調整して上昇させ、同じ位置の水スプレー装置１１６へ水を供給するようにし、給水系を排熱回収ボイラ９からではなくタービンの復水器２５から導く独立系路を構成する。更に、水スプレー装置１１６の入口から水を配管２６３で分岐させ、水スプレー装置２５４により水を燃焼器尾筒冷却蒸気供給配管１０７にスプレーし、その後流側にドレンセパレータ１１４を設けて水分を完全に除去し、蒸気冷却燃焼器尾筒へ供給するように構成する。
【００５６】
上記の構成は、図５に示す実施の第５形態と同じであり、本実施の第６形態では、更に静翼冷却蒸気供給配管１０５に配管２６４で配管２６３からの水を分岐して水スプレー装置２５５でスプレーし、ドレンセパレータ１１４を更に追加してドレンセパレータ１１４で水分を除去して静翼に供給し、冷却するようにしたものである。
【００５７】
本実施の第６形態においても、実施の第５形態と同様に、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。又、復水器２５から水を導くので不純物を少なくし、配管類の酸化を防止し、又、水スプレー装置１１６の水供給系統を独立させると共に、エコノマイザ２５３で水温を上昇させたので、水スプレー時に蒸気と冷水との混合時の温度差を小さくして混合時の熱応力を抑制する。
【００５８】
更に、尾筒の冷却も水スプレー装置２５４により温度が調整されて蒸気温度を低下させることができ、又、その蒸気のドレンセパレータ１１４で水分が除去されるので、尾筒の冷却効果が一層向上する。更に、この効果に加えて、静翼の冷却用蒸気の配管２６４から水を水スプレー装置２５５でスプレーすると共に、ドレンセパレータ１１４で水分を除去するので、冷却用蒸気の温度を低下させ、静翼の冷却効果が高まるものである。
【００５９】
図７は本発明の実施の第７形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。本実施の第７形態においては、図６に示す実施の第６形態の構成において、３ヶ所の各ドレンセパレータ１１４の後流側へフィルタを設けたもので、その他の構成、作用は図６に示す実施の第６形態と同じであるので、共通部分の詳しい説明は省略し、特徴部分を中心に説明する。
【００６０】
図７において、復水器２５で復水した水の一部を給水ポンプ２５２で脱塩装置１１８へ導き、脱塩装置１１８から配管２６２により排熱回収ボイラ９に水を導き、エコノマイザ２５３を通して温度を調整して上昇させ、同じ位置の水スプレー装置１１６へ水を供給するようにし、給水系を排熱回収ボイラ９からではなくタービンの復水器２５から導く独立系路を構成する。水スプレー装置１１６で水がスプレーされた蒸気はドレンセパレータ１１４で水分が除去され、後述するようにフィルタ２５６を通って蒸気冷却動翼５２へ供給される。
【００６１】
また、水スプレー装置１１６の入口から水を配管２６３で分岐させ、水スプレー装置２５４により水を燃焼器尾筒冷却蒸気供給配管１０７にスプレーし、その後流側にドレンセパレータ１１４を設けて水分を完全に除去し、更に、後述するようにフィルタ２５７を設け、蒸気冷却燃焼器尾筒へ供給するように構成する。
【００６２】
また、静翼冷却蒸気供給配管１０５に配管２６４で配管２６３からの水を分岐して水スプレー装置２５５でスプレーし、ドレンセパレータ１１４を更に追加してドレンセパレータ１１４で水分を除去し、その後流側には後述するようにフィルタ２５８を設け、フィルタ２５８からの水を静翼に供給し、冷却するようにしたものである。
【００６３】
上記に述べた構成、作用は、フィルタ２５６，２５８を除いて図６に示す実施の第６形態と同じである。本実施の第７形態においては、水がスプレーされた蒸気は３ヶ所のドレンセパレータ１１４でドレンが除去され、冷却蒸気の流れる配管が詰まるような大きさの不純物の侵入を防止するもので、そのフィルタのメッシュは５０μ〜１０００μ程度のフィルタとする。
【００６４】
本実施の第７形態においても、実施の第６形態と同様に、より迅速な動翼供給冷却蒸気温度の低減及び動翼冷却蒸気量の低減を可能とする。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。又、復水器２５から水を導くので不純物も少なくなり、又、水スプレー装置１１６の水供給系統を独立させると共に、エコノマイザ２５３で水温を上昇させたので、水スプレー時に蒸気と冷水との混合時の温度差を小さくして混合時の熱応力を抑制する。
【００６５】
また、尾筒の冷却も水スプレー装置２５４により温度が調整されて蒸気温度を低下させることができ、又、その蒸気のドレンセパレータ１１４で水分が除去されるので、尾筒の冷却効果が一層向上する。更に、この効果に加えて、静翼の冷却用蒸気に配管２６４から水を水スプレー装置２５５でスプレーすると共に、ドレンセパレータ１１４で水分を除去するので、冷却用蒸気の温度を低下させ、静翼の冷却効果が高まるものである。
【００６６】
更に、フィルタ２５６，２５７，２５８をドレンセパレータ１１４の後流側へ設けたことにより、蒸気中の不純物が除去されるので、配管が詰まるような不具合がなくなり、冷却の信頼性が著しく向上するものである。
【００６７】
図８は本発明の実施の第８形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。図１に示す実施の第１形態では、蒸気冷却静翼５３と燃焼器尾筒５４を冷却して蒸気を中圧タービン２２へ戻していたものを、本実施の第８形態ではリヒータ２０へ供給するようにしたものである。従って、蒸気冷却動翼５２、静翼５３及び尾筒５４の冷却後の蒸気は３者が混合してリヒータ２０へ供給する構成である。その他の構成は図１に示す実施の第１形態と同じであるので、説明は省略する。
【００６８】
リヒータ２０へ供給される蒸気も最終的には中圧タービン２２に導かれ、従って、中圧タービン２２に入る前に必ず混合される。リヒータ２０の圧損低減を考えると、低圧蒸気のみをリヒータ２０を通すのが良いが、本実施の第８形態のように、動翼、静翼、燃焼器をリヒータ２０、中圧タービン２２の配置を考慮して、先に混合して温度を均一化し、リヒータ２０から中圧タービン２２に導入すると、高温配管部を減少したり、配管中での温度不均一、等のトラブルを防止することができる。
【００６９】
図９は本発明の実施の第９形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。図１に示す実施の第１形態では蒸気冷却動翼５２を冷却した蒸気は流量調整弁１５４を介してリヒータ２０へ供給していたが、本発明の実施の第９形態では動翼冷却ごの蒸気は三方弁２６０を介して中圧タービン２２か、又はリヒータ２０のいずれかに供給できる構成としたものである。その他の構成は図１に示す実施の第１形態と同じである。本実施の第９形態においても、三方弁２６０を制御することにより蒸気冷却動翼５２、静翼５３、燃焼器５４の冷却後の３者を混合して中圧タービン２２へ供給することができ、上記実施の第８形態とどうようの効果が得られる。
【００７０】
なお、図２〜図７に示す系統においても、図８及び図９に示した動翼、静翼、燃焼器尾筒の冷却後の３者の蒸気をリヒータ２０へ供給する構成が同様に適用されることはもちろんである。
【００７１】
【発明の効果】
本発明のコンバインドサイクルガスタービンは、（１）蒸気タービン、復水器、グランド蒸気復水器、ガスタービン、蒸気冷却系統、排熱回収ボイラからなり、蒸気冷却系統は動翼冷却系統、静翼冷却系統、燃焼器冷却系統から構成される。
【００７２】
このような構成により、水スプレー量制御バルブにて水スプレー量を制御し、迅速な動翼供給冷却蒸気温度のコントロールが可能とし、蒸気温度の低下、蒸気流量の低減が可能となる。又、通常超臨界圧プラントや原子力プラントの復水器内の溶融金属の除去に設置する脱塩装置を使用し、不純物の除去を行うことができる。又、グランド蒸気復水器を設けたので、グランド蒸気の復水も可能となり効率的なシステムが構築される。よって冷却後の蒸気温度をより少ない冷却蒸気量変化でコントロールすることが可能となり、冷却蒸気量の余裕を確保すること、冷却翼、ロータ、配管の信頼性確保と長寿命化が可能となる。
【００７３】
本発明の（２）では、上記（１）の発明の構成に加え、燃焼器冷却系統に水スプレー装置により脱塩装置の水がスプレーされるので、上記（１）の発明の効果に加え、更に燃焼器冷却系統の蒸気温度を低く設定でき、冷却効率が一層向上する。
【００７４】
本発明の（３）では、静翼冷却系統と燃焼器冷却系統の構成、作用効果は上記（１）の発明と同じであるが、動翼冷却系統への水スプレーは、復水器からの水を一部分岐し、脱塩装置を通して水スプレー装置によりなされるので、スプレーする水は排熱回収ボイラから独立した系統となる。これにより、供給される水は排熱回収ボイラの上流側より供給され、冷却蒸気に混入する不純物の量を少なくし冷却蒸気の純度を向上させ、配管類の酸化防止の能力が向上する。上記の効果に加え、上記（１）の発明と同様に、通常超臨界圧プラントや原子力プラントの復水器内の溶融金属の除去に設置する脱塩装置を使用し、不純物の除去を行うことができる。又、グランド蒸気復水器を設けたので、グランド蒸気の復水も可能となり効率的なシステムが構築される。
【００７５】
本発明の（４）では、上記（３）の発明の水スプレー装置への水の供給系路は、水スプレー装置に供給する前に排熱回収ボイラに入り、エコノマイザで温度が上昇し、その後、動翼冷却系統へスプレーされるので、上記（３）の発明の効果に加えて、水混入時の蒸気との温度差を小さくして配管の熱応力による影響を少なくすることができる。
【００７６】
本発明の（５）では、上記（４）の発明の構成に燃焼器冷却系統にも水スプレー装置により脱塩装置からの水を一部分岐してスプレーする系路を追加したので、上記（４）の発明の効果に加えて、燃焼器冷却系統へ供給される蒸気の温度をより低く設定でき、燃焼器の冷却がより効果的になされる。
【００７７】
本発明の（６）では、上記（５）の発明の構成に、更に静翼冷却系統にも水スプレー装置により脱塩装置からの水を一部分岐してスプレーする系路を追加したので、上記（６）の発明の効果に加えて、静翼冷却系統へ供給される蒸気の温度をより低く設定でき、静翼の冷却もより効果的になされる。
【００７８】
本発明の（７）では、動翼、静翼、燃焼器の各冷却系統の水スプレー後にドレンセパレータを設けるので、水分が除去され、上記（３）〜（６）の発明の冷却効果がより効果的になされる。
【００７９】
本発明の（８）では、上記（６）の発明の構成において、動翼、静翼、燃焼器の各冷却系統のドレンセパレータの後流側には、それぞれフィルタを設け、水スプレー装置からスプレーされる水分中に含まれる不純物を蒸気中から除去するので、上記（６）の発明の効果に加えて、各冷却系統に供給する冷却蒸気中のスケール、等の不純物により系路が詰まる、等の不具合を防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図２】本発明の実施の第２形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図３】本発明の実施の第３形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図４】本発明の実施の第４形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図５】本発明の実施の第５形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図６】本発明の実施の第６形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図７】本発明の実施の第７形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図８】本発明の実施の第８形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図９】本発明の実施の第９形態に係るコンバインドサイクルガスタービンの系統図である。
【図１０】従来のコンバインドサイクルの系統図である。
【符号の説明】
１ 発電機
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ 翼冷却空気冷却器
６ タービン
８ ガスタービン
９ 排熱回収ボイラ
１０ 給水加熱器
１１ 低圧エバポレータ
１２ 中圧エコノマイザ
１３ 高圧第１エコノマイザ
１４ 中圧エバポレータ
１５ 低圧スーパーヒータ
１６ 中圧スーパーヒータ
１７ 高圧第２エコノマイザ
１８ 高圧エバポレータ
１９ 高圧スーパーヒータ
２０ リヒータ
２１ 高圧タービン
２２ 中圧タービン
２３ 低圧タービン
２４ 発電機
２５ 復水器
２６，２５２ 給水ポンプ
２７ 高圧加圧ポンプ
２８ 中圧加圧ポンプ
２９ 蒸気タービン
５２ 蒸気冷却動翼
５３ 蒸気冷却静翼
５４ 蒸気冷却燃焼器尾筒
１０３ 動翼冷却蒸気供給配管
１０４ 動翼冷却蒸気回収配管
１０５ 静翼冷却蒸気供給配管
１０６ 静翼冷却蒸気回収配管
１０７ 燃焼器尾筒冷却蒸気供給配管
１０８ 燃焼器尾筒冷却蒸気回収配管
１１４ ドレンセパレータ
１１５ 流量調整弁
１１６ 水スプレー装置
１１８ 脱塩装置
１５３〜１５６ 流量調整弁
２５０ グランド蒸気復水器
２５１，２５４，２５５ 水スプレー装置
２５３ エコノマイザ
２５６，２５７，２５８ フィルタ
２６０ 三方弁
Claims (8)
- 高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンからなる蒸気タービンと；同蒸気タービンの低圧タービンからの排気を復水する復水器と；同復水器と接続するグランド蒸気復水器と；空気を圧縮する圧縮機、同圧縮機からの空気と共に燃料を燃焼させる燃焼器及び同燃焼器からの高温燃焼ガスを膨張させ発電機を駆動するタービンを有するガスタービンと；前記燃焼器とタービンの翼とを冷却する蒸気冷却系統と；前記ガスタービンの排気を導き前記復水器からの復水を給水加熱器、中圧スーパーヒータ、リヒータ、等を介して加熱し蒸気を発生させて前記高圧、中圧、及び低圧タービンにそれぞれ蒸気を供給する排熱回収ボイラとを備え；前記蒸気冷却系統は、前記給水加熱器からの高圧水を導く水スプレー量制御バルブ、同制御バルブに接続される脱塩装置及び同脱塩装置に接続され前記高圧タービン出口から動翼へ冷却蒸気を導く系路へ水をスプレーする水スプレー装置からなる動翼冷却系統と；前記高圧タービン出口からの蒸気の一部を静翼に導く静翼冷却系統と；前記中圧スーパーヒータから蒸気を導き前記燃焼器の尾筒を冷却する燃焼器冷却系統とから構成され；前記動翼冷却系統からの蒸気は前記リヒータへ、前記静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統からの蒸気は前記中圧タービン入口へ、それぞれ流入させることを特徴とするコンバインドサイクルガスタービン。
- 前記燃焼器冷却系統には前記脱塩装置出口からの水を一部分岐し水スプレー装置により水がスプレーされることを特徴とする請求項１記載のコンバインドサイクルガスタービン。
- 高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンからなる蒸気タービンと；同蒸気タービンの低圧タービンからの排気を復水する復水器と；同復水器と接続するグランド蒸気復水器と；空気を圧縮する圧縮機、同圧縮機からの空気と共に燃料を燃焼させる燃焼器及び同燃焼器からの高温燃焼ガスを膨張させ発電機を駆動するタービンを有するガスタービンと；前記燃焼器とタービンの翼とを冷却する蒸気冷却系統と；前記ガスタービンの排気を導き前記復水器からの復水を給水加熱器、中圧スーパーヒータ、リヒータ、等を介して加熱し蒸気を発生させて前記高圧、中圧、及び低圧タービンにそれぞれ蒸気を供給する排熱回収ボイラとを備え；前記蒸気冷却系統は、前記復水器からの系統に分岐して接続される脱塩装置及び同脱塩装置に接続され前記高圧タービン出口から動翼へ冷却蒸気を導く系路へ水をスプレーする水スプレー装置からなる動翼冷却系統と；前記高圧タービン出口からの蒸気の一部を静翼に導く静翼冷却系統と；前記中圧スーパーヒータから蒸気を導き前記燃焼器の尾筒を冷却する燃焼器冷却系統とから構成され；前記動翼冷却系統からの蒸気は前記リヒータへ、前記静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統からの蒸気は前記中圧タービン入口へ、それぞれ流入させることを特徴とするコンバインドサイクルガスタービン。
- 前記脱塩装置出口の水は前記排熱回収ボイラ内に設けられたエコノマイザで温度を上昇させ前記水スプレー装置へ供給される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ガスタービン。
- 前記燃焼器冷却系統には、前記脱塩装置からの水を一部分岐し水スプレー装置で水がスプレーされることを特徴とする請求項４記載のコンバインドサイクルガスタービン。
- 前記静翼冷却系統には、前記脱塩装置からの水を一部分岐して水スプレー装置で水がスプレーされる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ガスタービン。
- 前記動翼冷却系統、静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統の水スプレー後にドレンセパレータを設けたことを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載のコンバインドサイクルガスタービン。
- 前記動翼冷却系統、静翼冷却系統及び燃焼器冷却系統に設けられた各々のドレンセパレータの後流側にはフィルタがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項６記載のコンバインドサイクルガスタービン。
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