JP5185763B2 - Gas turbine and its operation method when stopped - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービン及びその停止時運転方法に係り、特に、ガスタービン停止時におけるキャットバック防止に関する。 The present invention relates to a gas turbine and an operation method when the gas turbine is stopped, and more particularly to prevention of catback when the gas turbine is stopped.
一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機により圧縮されて高温・高圧の圧縮空気となる。この圧縮空気は燃焼器に供給され、燃焼器内では、圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスは、圧縮機に接続されたタービンを駆動するので、たとえばガスタービンの出力軸側に発電機を連結すれば、ガスタービンにより発電機を駆動して発電を行うことができる。 A general gas turbine includes a compressor, a combustor, and a turbine, and air taken in from an air intake port is compressed by the compressor into high-temperature and high-pressure compressed air. This compressed air is supplied to a combustor, and in the combustor, fuel is supplied to the compressed air and burned to generate high-temperature and high-pressure combustion gas. Since this combustion gas drives the turbine connected to the compressor, for example, if a generator is connected to the output shaft side of the gas turbine, the generator can be driven by the gas turbine to generate electricity.
このようなガスタービンにおいては、アクティブクリアランスコントロール(以下、ACCと称する)システムにより、運転状態に応じて変化する温度や遠心力の影響を受けて変動するチップクリアランスを最小に制御し、回転部/静止部間の干渉防止及び運転の高効率化を図っている。
一般に、チップクリアランスを制御しないガスタービンにおいては、チップクリアランスが最小となる位置は定格運転時ではなく起動時となる。そこで、ACCシステムでは、ガスタービンを起動する前の段階でチップクリアランスに影響を及ぼす静止系部品を暖めることによって、チップクリアランスが最小となる運転状態を定格運転時に設定する。すなわち、ACCシステムは、図7に示すように、ガスタービンを起動する前にタービン静止部を暖めてクリアランスを予め広げておき、定格運転時にはタービン静止部の温度を調整することによって、定格運転時に最小のクリアランスを実現して運転効率を確保する手法である。
In such a gas turbine, an active clearance control (hereinafter referred to as ACC) system controls the tip clearance that fluctuates under the influence of temperature and centrifugal force that change according to the operating state to the minimum. It is intended to prevent interference between stationary parts and increase the efficiency of operation.
In general, in a gas turbine that does not control the tip clearance, the position where the tip clearance is minimized is not at the rated operation but at the start-up. Therefore, in the ACC system, the operating state that minimizes the tip clearance is set during rated operation by warming the stationary components that affect the tip clearance before starting the gas turbine. That is, as shown in FIG. 7, the ACC system warms the turbine stationary part before starting the gas turbine, widens the clearance in advance, and adjusts the temperature of the turbine stationary part during rated operation, thereby This is a technique to ensure the driving efficiency by realizing the minimum clearance.
ところで、上述したACCシステムによるガスタービンの運転は、下記の5つの状態に大別することができる。
(1)起動直前
ACCシステムを行うため、タービン静翼側の静止系部品に温度調整媒体を流して暖め、伸びを大きくして翼環等の静止部と回転部である動翼との間にあるクリアランスを広げる。
(2)起動中(負荷を上げている途中)
起動中にクリアランスがなくならないよう(静止部と回転部とが接触しないよう)に、起動直前と同様に静止系部品を暖め続ける。
(3)定格運転時
静止系部品を流れる温度調整媒体の状態(温度等)を変えることにより、静止部と回転部との間のクリアランスを最小とする。
(4)停止中(負荷を下げている途中)
停止時にクリアランスがなくならないよう(静止部と回転部とが接触しないよう)に、起動直前と同様に静止系部品を暖め続ける。
(5)停止時
キャットバックを防止するために、ガスタービン内部に残った高温のガスをガスタービン外部に排出する。また、キャットバックを防止するため、静止系部品に温度調整媒体を流してガスタービン内部に残ったガスの分布をなくす。
By the way, the operation of the gas turbine by the ACC system described above can be roughly divided into the following five states.
(1) Immediately before start-up In order to perform the ACC system, the temperature adjustment medium is flowed to the stationary components on the turbine stationary blade side to warm it up, and the elongation is increased between the stationary portion such as the blade ring and the moving blade that is the rotating portion. Increase clearance.
(2) During startup (while increasing the load)
In order not to lose the clearance during startup (so that the stationary part and the rotating part do not come into contact with each other), the stationary system parts are kept warm in the same manner as immediately before the startup.
(3) During rated operation The clearance between the stationary part and the rotating part is minimized by changing the state (temperature, etc.) of the temperature adjustment medium flowing through the stationary system parts.
(4) Stopping (while lowering the load)
In order to prevent the clearance from being lost at the time of stopping (so that the stationary part and the rotating part do not come into contact with each other), the stationary parts are kept warm as before the start.
(5) When stopped In order to prevent catback, the high-temperature gas remaining inside the gas turbine is discharged outside the gas turbine. Further, in order to prevent catback, a temperature adjusting medium is passed through the stationary system parts to eliminate the distribution of gas remaining in the gas turbine.
このように、ACCシステムによりガスタービンを停止する場合、キャットバックの問題が指摘されている。このキャットバックは、ガスタービン停止時において、温度差によりガスタービンが反り返る現象のことである。すなわち、運転時はガスタービン内部が高温になっているため、停止後もガスタービン内部に温度成層が生じるので、ガスタービン上部(高温)とガスタービン下部(低温)との間には温度差が形成される。この結果、ガスタービンの上部と下部との間では伸び量に差を生じるため、ガスタービン全体が猫背のように反り返ることとなる。 Thus, when stopping a gas turbine by an ACC system, the problem of a catback is pointed out. This catback is a phenomenon in which the gas turbine warps due to a temperature difference when the gas turbine is stopped. In other words, since the temperature inside the gas turbine is high during operation, temperature stratification occurs inside the gas turbine even after stopping, so there is a temperature difference between the gas turbine upper part (high temperature) and the gas turbine lower part (low temperature). It is formed. As a result, there is a difference in elongation between the upper part and the lower part of the gas turbine, so that the entire gas turbine is warped like a spine.
このようなキャットバックを防止する従来技術としては、上下の温度差を小さくするため、車室ケーシングの上部にノズルを設け、車室内壁面の上部に向けて冷却用の空気を流すものがある。(たとえば、特許文献1参照)
また、車室下部部と車室上部に開口部を設け、ポンプを用いて車室内を空気循環させるものがある。(たとえば、特許文献2参照)
In addition, there is a type in which openings are provided in the lower part of the passenger compartment and the upper part of the passenger compartment, and air is circulated in the passenger compartment using a pump. (For example, see Patent Document 2)
ところで、たとえば発電機を駆動するガスタービンは、日中及び夜間の電力需要変動に対応するため、DSS(Daily Start and Stop)運転が行われている。すなわち、このようなDSS運転では、ガスタービンの運転・停止が頻繁に行われるので、キャットバック防止に必要な運転操作を速やかに完了することが望まれる。また、DSS運転を行うガスタービンの場合、起動に要する時間も短時間であることが望ましい。さらに、キャットバック防止に必要となる付帯設備についても、最小限に抑えることが望ましい。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガスタービン停止時において、キャットバック防止に必要な運転操作を速やかに実施することができるガスタービン及びその停止時運転方法を提供することにある。
By the way, for example, a gas turbine that drives a generator performs DSS (Daily Start and Stop) operation in order to cope with fluctuations in power demand during daytime and nighttime. That is, in such DSS operation, since the operation and stop of the gas turbine are frequently performed, it is desirable to quickly complete the operation necessary for preventing the catback. Further, in the case of a gas turbine that performs DSS operation, it is desirable that the time required for startup is also short. Furthermore, it is desirable to minimize the incidental facilities necessary for preventing the catback.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to provide a gas turbine capable of promptly performing an operation necessary for preventing a catback when the gas turbine is stopped, and to stop the gas turbine. It is to provide a driving method when.
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るガスタービンは、圧縮機で圧縮された圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼させ、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るように構成されているガスタービンにおいて、前記圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、温度調整媒体を導入して昇圧する前記圧縮機から独立した運転が可能な昇圧手段と、該昇圧手段で昇圧された昇圧温度調整媒体を前記タービンの静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路へ導く温度調整媒体供給流路と、前記タービン冷却媒体流路を通過した前記昇圧温度調整媒体を前記吐出側流路へ導いて合流させる温度調整媒体戻し流路とを備え、ガスタービン停止時に前記昇圧手段を運転し、前記タービン内に残留する高温ガスを排出する換気冷却系統が設けられていることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
A gas turbine according to the present invention is configured to obtain rotational power by supplying fuel to a compressed air compressed by a compressor and burning the fuel by a combustor and supplying the generated combustion gas to the turbine. In the turbine, connected to a branch flow path branched from the discharge side flow path of the compressor, a pressure increasing means capable of operating independently from the compressor for increasing the pressure by introducing a temperature adjusting medium, and the pressure increased by the pressure increasing means A temperature adjusting medium supply channel for guiding the increased temperature adjusting medium to a turbine cooling medium channel provided in a stationary system component of the turbine, and discharging the increased temperature adjusting medium that has passed through the turbine cooling medium channel. And a temperature adjustment medium return flow path that leads to the side flow path and joins, and is provided with a ventilation cooling system that operates the pressurizing means when the gas turbine is stopped and discharges the high-temperature gas remaining in the turbine. And it is characterized in that it is.
このようなガスタービンによれば、圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、温度調整媒体を導入して昇圧する圧縮機から独立した運転が可能な昇圧手段と、該昇圧手段で昇圧された昇圧温度調整媒体をタービンの静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路へ導く温度調整媒体供給流路と、タービン冷却媒体流路を通過した昇圧温度調整媒体を吐出側流路へ導いて合流させる温度調整媒体戻し流路とを備え、ガスタービン停止時に昇圧手段を運転し、タービン内に残留する高温排ガスを排出する換気冷却系統が設けられているので、ガスタービン停止時には、タービン内に残留している高温ガスが強制的に大気へ放出されて速やかに換気冷却される。 According to such a gas turbine, the pressure increasing means connected to the branch flow path branched from the discharge side flow path of the compressor and capable of operating independently from the compressor for increasing the pressure by introducing the temperature adjustment medium, and the pressure increase The temperature adjustment medium supply flow path for guiding the pressure increase temperature adjustment medium boosted by the means to the turbine cooling medium flow path provided in the stationary system component of the turbine, and the pressure increase temperature adjustment medium passing through the turbine cooling medium flow path are discharged. A temperature adjustment medium return flow path that is led to the side flow path and merges, and is provided with a ventilation cooling system that operates the pressure increasing means when the gas turbine is stopped and discharges the high-temperature exhaust gas remaining in the turbine. When the engine is stopped, the hot gas remaining in the turbine is forcibly released into the atmosphere and quickly cooled by ventilation.
上記の発明において、前記換気冷却系統は、前記温度調整媒体供給流路から分岐するとともに流路開閉手段が設けられた排気流路と、該排気流路の分岐位置より下流側となる前記温度調整媒体供給流路に設けられた流路開閉手段とを備えていることが好ましい。
また、上記の発明において、前記換気冷却系統は、前記分岐流路から分岐するとともに流路開閉手段が設けられた排気流路排気流路を備えていることが好ましい。
In the above invention, the ventilation / cooling system is branched from the temperature adjustment medium supply flow path and is provided with an exhaust flow path provided with flow path opening / closing means, and the temperature adjustment is downstream of the branch position of the exhaust flow path. It is preferable to include a channel opening / closing means provided in the medium supply channel.
In the above invention, the ventilation / cooling system preferably includes an exhaust passage exhaust passage that branches off from the branch passage and is provided with a passage opening / closing means.
本発明に係るガスタービンは、圧縮機で圧縮された圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼させ、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るように構成されているガスタービンにおいて、前記圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、温度調整媒体を導入して昇圧する前記圧縮機から独立した運転が可能な昇圧手段と、該昇圧手段で昇圧された昇圧温度調整媒体を前記タービンの静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路へ導く温度調整媒体供給流路と、前記タービン冷却媒体流路を通過した前記昇圧温度調整媒体を前記吐出側流路へ導いて合流させる温度調整媒体戻し流路とを備え、ガスタービン停止時に前記昇圧手段を運転し、前記タービン冷却媒体流路内に前記昇圧温度調整媒体を流すことを特徴としている。 A gas turbine according to the present invention is configured to obtain rotational power by supplying fuel to a compressed air compressed by a compressor and burning the fuel by a combustor and supplying the generated combustion gas to the turbine. In the turbine, connected to a branch flow path branched from the discharge side flow path of the compressor, a pressure increasing means capable of operating independently from the compressor for increasing the pressure by introducing a temperature adjusting medium, and the pressure increased by the pressure increasing means A temperature adjusting medium supply channel for guiding the increased temperature adjusting medium to a turbine cooling medium channel provided in a stationary system component of the turbine, and discharging the increased temperature adjusting medium that has passed through the turbine cooling medium channel. A temperature adjustment medium return flow path that is led to the side flow path to be joined, operates the pressure increasing means when the gas turbine is stopped, and causes the pressure increase temperature adjustment medium to flow in the turbine cooling medium flow path It is characterized.
このようなガスタービンによれば、圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、温度調整媒体を導入して昇圧する圧縮機から独立した運転が可能な昇圧手段と、該昇圧手段で昇圧された昇圧温度調整媒体をタービンの静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路へ導く温度調整媒体供給流路と、タービン冷却媒体流路を通過した昇圧温度調整媒体を吐出側流路へ導いて合流させる温度調整媒体戻し流路とを備え、ガスタービン停止時に昇圧手段を運転し、タービン冷却媒体流路内に昇圧温度調整媒体を流すので、ガスタービン停止時には、タービン冷却媒体流路内を昇圧温度調整媒体が循環するように流れ、ガスタービン内部の温度分布を略均一化することができる。 According to such a gas turbine, the pressure increasing means connected to the branch flow path branched from the discharge side flow path of the compressor and capable of operating independently from the compressor for increasing the pressure by introducing the temperature adjustment medium, and the pressure increase The temperature adjustment medium supply flow path for guiding the pressure increase temperature adjustment medium boosted by the means to the turbine cooling medium flow path provided in the stationary system component of the turbine, and the pressure increase temperature adjustment medium passing through the turbine cooling medium flow path are discharged. A temperature adjusting medium return flow path that is led to the side flow path to be joined, and operates the pressure increasing means when the gas turbine is stopped and causes the pressure increasing temperature adjusting medium to flow in the turbine cooling medium flow path. The boosted temperature adjusting medium flows in the medium flow path so as to circulate, and the temperature distribution inside the gas turbine can be made substantially uniform.
本発明に係るガスタービンの停止時運転方法は、圧縮機で圧縮された圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼させ、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るように構成されているガスタービンの停止時運転方法であって、ガスタービンの停止時に、前記圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、前記圧縮機から独立して運転可能な昇圧手段が温度調整媒体を導入して昇圧する過程と、前記昇圧手段で昇圧された昇圧温度調整媒体が、温度調整媒体供給流路、タービン冷却媒体流路及び温度調整媒体戻し流路を経て前記吐出側流路へ戻る過程と、前記吐出側流路から前記燃焼器及び前記タービンを通過して大気へ排気される過程とを備えていることを特徴とするものである。 According to the gas turbine stop operation method of the present invention, fuel is supplied to the compressed air compressed by the compressor and burned, and the generated combustion gas is supplied to the turbine to obtain rotational power. A gas turbine stop operation method that is configured, wherein the gas turbine is connected to a branch flow path that branches from a discharge-side flow path of the compressor when the gas turbine is stopped, and can be operated independently from the compressor. A process in which the means introduces a temperature adjustment medium to increase the pressure, and the pressure increase temperature adjustment medium boosted by the pressure increase means is discharged through the temperature adjustment medium supply flow path, the turbine cooling medium flow path, and the temperature adjustment medium return flow path. And a process of returning to the side flow path and a process of passing through the combustor and the turbine from the discharge side flow path and exhausting to the atmosphere.
このようなガスタービンの停止時運転方法によれば、ガスタービンの停止時に、圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、圧縮機から独立して運転可能な昇圧手段が温度調整媒体を導入して昇圧する過程と、昇圧手段で昇圧された昇圧温度調整媒体が、温度調整媒体供給流路、タービン冷却媒体流路及び温度調整媒体戻し流路を経て吐出側流路へ戻る過程と、吐出側流路から燃焼器及びタービンを通過して大気へ排気される過程とを備えているので、ガスタービン停止時には、タービン内に残留している高温ガスを強制的に大気へ放出し、速やかに換気冷却することができる。 According to such a gas turbine stop-time operation method, when the gas turbine is stopped, the pressure boosting means connected to the branch flow path branching from the discharge side flow path of the compressor and operable independently from the compressor has a temperature. The process of increasing the pressure by introducing the adjustment medium, and the pressure increase temperature adjustment medium boosted by the pressure increase means returns to the discharge side flow path via the temperature adjustment medium supply flow path, the turbine cooling medium flow path, and the temperature adjustment medium return flow path. And a process of exhausting air from the discharge side passage through the combustor and turbine to the atmosphere, so that when the gas turbine is stopped, the high-temperature gas remaining in the turbine is forcibly released to the atmosphere. And can be quickly ventilated and cooled.
本発明に係るガスタービンの停止時運転方法は、圧縮機で圧縮された圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼させ、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るように構成されているガスタービンの停止時運転方法であって、ガスタービンの停止時に、前記圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、前記圧縮機から独立して運転可能な昇圧手段が温度調整媒体を導入して昇圧する過程と、前記昇圧手段で昇圧された昇圧温度調整媒体が、温度調整媒体供給流路、タービン冷却媒体流路及び温度調整媒体戻し流路を経て前記吐出側流路へ戻る過程と、前記吐出側流路から前記分岐流路を通って前記昇圧手段に吸い込まれる過程とを備えていることを特徴とするものである。 According to the gas turbine stop operation method of the present invention, fuel is supplied to the compressed air compressed by the compressor and burned, and the generated combustion gas is supplied to the turbine to obtain rotational power. A gas turbine stop operation method that is configured, wherein the gas turbine is connected to a branch flow path that branches from a discharge-side flow path of the compressor when the gas turbine is stopped, and can be operated independently from the compressor. A process in which the means introduces a temperature adjustment medium to increase the pressure, and the pressure increase temperature adjustment medium boosted by the pressure increase means is discharged through the temperature adjustment medium supply flow path, the turbine cooling medium flow path, and the temperature adjustment medium return flow path. A process of returning to the side flow path, and a process of sucking into the pressure increasing means from the discharge side flow path through the branch flow path.
このようなガスタービンの停止時運転方法によれば、ガスタービンの停止時に、圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、圧縮機から独立して運転可能な昇圧手段が温度調整媒体を導入して昇圧する過程と、昇圧手段で昇圧された昇圧温度調整媒体が、温度調整媒体供給流路、タービン冷却媒体流路及び温度調整媒体戻し流路を経て吐出側流路へ戻る過程と、吐出側流路から分岐流路を通って昇圧手段に吸い込まれる過程とを備えているので、ガスタービン停止時には、タービン冷却媒体流路内を昇圧温度調整媒体が循環するように流れ、ガスタービン内部の温度分布を略均一化することができる。 According to such a gas turbine stop-time operation method, when the gas turbine is stopped, the pressure boosting means connected to the branch flow path branching from the discharge side flow path of the compressor and operable independently from the compressor has a temperature. The process of increasing the pressure by introducing the adjustment medium, and the pressure increase temperature adjustment medium boosted by the pressure increase means returns to the discharge side flow path via the temperature adjustment medium supply flow path, the turbine cooling medium flow path, and the temperature adjustment medium return flow path. Process and a process of being sucked into the pressure boosting means from the discharge side flow path through the branch flow path, so that when the gas turbine is stopped, the flow of the pressure increase temperature adjusting medium circulates in the turbine cooling medium flow path, The temperature distribution inside the gas turbine can be made substantially uniform.
本発明に係るガスタービンの停止時運転方法は、圧縮機で圧縮された圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼させ、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るように構成されているガスタービンの停止時運転方法であって、ガスタービンの停止時に、ガスタービン停止期間が長い場合に請求項5記載の停止時運転方法を選択し、ガスタービン停止期間が短い場合に請求項6記載の停止時運転方法を選択することを特徴とするものである。
According to the gas turbine stop operation method of the present invention, fuel is supplied to the compressed air compressed by the compressor and burned, and the generated combustion gas is supplied to the turbine to obtain rotational power. When the gas turbine is stopped and the gas turbine stop period is long when the gas turbine is stopped, the stop operation method according to
このようなガスタービンの停止時運転方法によれば、ガスタービンの停止時に、ガスタービン停止期間が長い場合に請求項5記載の停止時運転方法を選択し、ガスタービン停止期間が短い場合に請求項6記載の停止時運転方法を選択するので、たとえばDSS運転のようにガスタービン停止期間が短い場合には、請求項6記載の停止時運転方法を選択することでタービン内部を比較的高い温度で略均一に維持し、起動時の暖機運転時間を短縮することができる。
According to such a gas turbine stop operation method, when the gas turbine is stopped, the stop operation method according to
上述した本発明によれば、ガスタービン停止時において、タービン内部の高温ガスを大気に放出したり、あるいは、タービン内部の温度分布を略均一に保つことにより、キャットバック防止に必要な運転操作を確実かつ速やかに実施することができる。
特に、タービン冷却媒体流路内を昇圧温度調整媒体が循環するように流し、タービン内部の温度分布を略均一に保つと、DSS運転のようにガスタービンの運転・停止が頻繁に行われる場合であっても、キャットバック防止に必要な運転操作を速やかに完了するとともに、起動時の暖機運転時間を短縮することができる。
According to the present invention described above, when the gas turbine is stopped, high temperature gas inside the turbine is released to the atmosphere, or the temperature distribution inside the turbine is kept substantially uniform, so that the operation operation necessary for preventing the catback is performed. It can be implemented reliably and promptly.
In particular, when the pressurized temperature adjustment medium is circulated in the turbine cooling medium flow path and the temperature distribution inside the turbine is kept substantially uniform, the gas turbine is frequently operated and stopped as in the DSS operation. Even in such a case, it is possible to quickly complete the operation necessary for preventing the catback, and to shorten the warm-up operation time at the start-up.
また、キャットバック防止に必要となる付帯設備についても、昇圧手段等をクローズド冷却に用いたブーストアップ用の昇圧手段と共用して有効利用すれば、付帯設備の付加を最小限に抑えて、すなわち、新たに設備を付加することなくキャットバックの防止が可能なACCシステムのコントロールを実施して、安定したガスタービンの運転停止を行うことができる。 Also, for the incidental equipment required for preventing the catback, if the boosting means is shared with the boosting boosting means used for closed cooling and effectively used, the addition of the incidental equipment is minimized, that is, Control of the ACC system capable of preventing catback without adding new equipment can be performed to stably shut down the gas turbine.
以下、本発明に係るガスタービン及びその起動時制御方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
<第1の実施形態>
図1は本実施形態に係るガスタービンを示す概略図、図2はガスタービンの概略構成を示す断面図、図3はガスタービンのタービン部を示す概略構成図である。なお、図示の実施形態では、発電機を駆動して発電するガスタービンについて説明するが、これに限定されるものではない。
Hereinafter, an embodiment of a gas turbine and a startup control method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a gas turbine according to the present embodiment, FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of the gas turbine, and FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a turbine portion of the gas turbine. In the illustrated embodiment, a gas turbine that generates electric power by driving a generator will be described. However, the present invention is not limited to this.
図示のガスタービン10は、圧縮機11と、燃焼器12と、タービン13とにより構成され、このタービン13には発電機14が連結されている。この圧縮機11は、空気を取り込む空気取入口15を有し、圧縮機車室16内に複数の静翼17と動翼18とが交互に配設されてなり、その外側に抽気マニホールド19が設けられている。
燃焼器12は、圧縮機11で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。
タービン13は、タービン車室20内に複数の静翼21と動翼22とが交互に配設されている。
The illustrated
The
In the
タービン13のタービン車室20には、排気室23が連続して設けられており、この排気室23は、タービン13に連続する排気ディフューザ24を有している。また、圧縮機11、燃焼器12、タービン13、排気室23の中心部を貫通するようにロータ(タービン軸)25が位置しており、圧縮機11側の端部が軸受部26により回転自在に支持される一方、排気室23側の端部が軸受部27により回転自在に支持されている。そして、このロータ25に複数のディスクプレートが固定され、各動翼18,22が連結されるとともに、排気室23側の端部に発電機14の駆動軸が連結されている。
An
従って、圧縮機11の空気取入口15から取り込まれた空気は、複数の静翼17と動翼18を通過して圧縮することで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器12において、この圧縮空気に対して供給された所定量の燃料が燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された高温・高圧の燃焼ガスは、タービン13を構成する複数の静翼21と動翼22とを通過することでロータ25を駆動回転し、このロータ25に連結された発電機14に回転動力を付与することで発電を行う一方、排気ガスは排気室23の排気ディフューザ24で静圧に変換されてから大気に放出される。
Therefore, the air taken in from the
このように、圧縮機11により圧縮された圧縮空気に燃焼器12で燃料を供給して燃焼させ、発生した燃焼ガスをタービン13に供給することで回転駆動力を得るように構成されているガスタービン10には、たとえば図1に示すように、停止中の圧縮機11を介して、あるいは、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を車室から抽気して昇圧する昇圧装置40が設けられている。
図1において、負荷を定格運転まで上げていく起動中、定格運転時及び停止するまで負荷を下げていく停止中には圧縮機11により圧縮された圧縮空気が圧縮空気供給流路28を通って燃焼器12へ供給され、燃焼器12で発生した燃焼ガスは、ケーシング内の排出流路29を通ってタービン13へ供給される。なお、図中の符号30は燃料供給流路である。
As described above, the fuel is supplied to the compressed air compressed by the
In FIG. 1, during startup for increasing the load to the rated operation, during rated operation and during the stop for decreasing the load until it stops, the compressed air compressed by the
この昇圧装置40は、後述する温度調整媒体(加熱媒体または冷却媒体)として用いられる空気を昇圧するための昇圧手段であり、たとえば圧縮機やブロア等が用いられる。また、この昇圧装置40は、専用の電動機41を備えており、空気を導入して昇圧する圧縮機11から独立した運転が可能である。なお、この昇圧装置40については、たとえば定格運転時等に燃焼器冷却用の空気を圧縮して供給するもの(クローズド冷却に用いるブーストアップ用昇圧装置)と共用することが望ましい。
昇圧装置40の吸込側は、車室内に形成される圧縮空気供給流路28から分岐した分岐流路42に接続され、吐出側は温度調整媒体供給流路43に接続されている。この温度調整媒体供給流路43は、タービン13の静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路50へ圧縮空気(昇圧温度調整媒体)を導く流路である。
The
The suction side of the
タービン冷却媒体流路50は、たとえば図3に示すように、タービン車室20と、静翼21と、翼環31とを連通する流路であり、特に、動翼22の先端部と対向する位置にあり、チップクリアランスに影響を及ぼす静止側部品の翼環31に圧縮空気を流すことで、冷却や加熱による温度調整に使用される。翼環31は、動翼22の外周側を取り囲むようにしてタービン車室20に取り付けられている部材である。
For example, as shown in FIG. 3, the turbine cooling
すなわち、このタービン冷却媒体流路50は、ガスタービン10の定格運転時等において、相対的に温度の低い圧縮空気を流すことにより、静翼21を冷却した上で翼環31を冷却する構造となる。また、このタービン冷却媒体流路50は、ガスタービン10の起動直前準備、起動中及び停止中において、相対的に温度の高い圧縮空気を流すことにより、静翼21及び翼環31を加熱して暖める構造となる。従って、このタービン冷却媒体流路50は、ACCシステムにおいて静止系部品の冷却及び加熱に利用することができる。なお、図中の符号31aは、翼環31の全周にわたって設けられた翼環内流路である。
タービン冷却媒体流路50を通過した圧縮空気は、温度調整媒体戻し流路44を通って圧縮空気供給流路28へ合流した後、この圧縮空気供給流路28を通って燃焼器12へ流入する。
That is, the turbine cooling
The compressed air that has passed through the turbine cooling
従って、昇圧装置40は、ガスタービン10の停止時に運転されることにより、タービン13の内部に残留する高温ガスを排出して換気冷却を行うことができる。以下、ガスタービン10の停止時におけるタービン13内部の高温ガスを換気して冷却するための換気冷却系統について説明する。
ガスタービン10の停止時には、タービン13に接続された圧縮機11も停止した状態にあるので、圧縮機11から独立した運転が可能な昇圧装置40を起動すると、分岐流路42から吸い込んだ空気が昇圧されて圧縮空気となり、温度調整媒体流路43へ流出する。
Therefore, the
When the
この圧縮空気は、温度調整媒体流路43、タービン冷却媒体流路50及び温度調整媒体戻し流路44を通って圧縮空気供給流路28に流入する。圧縮空気供給流路28に流入した圧縮空気は、燃焼器12側に流れる。
燃焼器12側へ流れた圧縮空気は、燃焼器12及びタービン13を通過して大気へ放出される。このとき、燃焼器12及びタービン13内へ残留している高温のガスは、圧縮空気に押し出されるようにして大気へ流出する。
The compressed air flows into the compressed air
The compressed air flowing to the
従って、ガスタービン10の停止時に昇圧装置40を運転することにより、昇圧装置40で昇圧された圧縮空気がタービン内に残留している高温ガスを強制的に大気へ放出し、速やかな換気冷却を行うための換気冷却系統が形成される。すなわち、換気冷却系統を流れる圧縮空気は、昇圧装置40から流出して温度調整媒体流路43、タービン冷却媒体流路50及び温度調整媒体戻し流路44を通り、さらに、圧縮空気供給流路28から燃焼器12及びタービン13を通過して大気へ放出されることにより、燃焼器12及びタービン13内に残留している高温のガスを換気して冷却する。
Therefore, by operating the
本実施形態のガスタービン10においては、ガスタービン10の停止時に、下記のような運転方法によりガスタービン内部を換気冷却してキャットバックを防止している。
すなわち、ガスタービン10の停止時にタービン13内に残留している高温ガスを強制的に大気へ放出し、速やかに換気冷却するため、圧縮機10の圧縮空気供給流路28から分岐する分岐流路42に接続され、圧縮機10から独立して運転可能な昇圧装置40が空気を導入して昇圧する過程と、昇圧装置で昇圧された圧縮空気が、温度調整媒体供給流路43、タービン冷却媒体流路50及び温度調整媒体戻し流路44を経て圧縮空気供給流路28へ戻る過程と、圧縮空気供給流路28から燃焼器12及びタービン13を通過して大気へ排気される過程を備えている。
In the
That is, the branch flow path that branches from the compressed air
また、上述した換気冷却系統については、たとえば図4や図5に示すような変形例を採用してもよい。
図4に示す第1変形例の換気冷却系統は、温度調整媒体供給流路43から分岐するとともに、流路開閉手段の第1開閉弁60が設けられている排気流路61と、この排気流路61が分岐する位置より下流側となる位置の温度調整媒体供給流路43に流路開閉手段として設けられている第2開閉弁62とを備えている。
Moreover, about the ventilation cooling system mentioned above, you may employ | adopt the modification as shown, for example in FIG.4 and FIG.5.
The ventilation cooling system of the first modification shown in FIG. 4 branches from the temperature adjustment medium
このように構成された換気冷却系統では、ガスタービン10の停止時に昇圧装置40を起動する際、第1開閉弁60を開とし、第2開閉弁62を閉とする。なお、ガスタービン10の停止時以外においては、第1開閉弁60を閉とし、第2開閉弁62を開とする。
上述した状態でガスタービン10の停止時に昇圧装置40を運転すると、昇圧装置40で昇圧された圧縮空気が排気流路61から大気へ放出される。このとき、昇圧機40の吸入側が負圧となり、タービン13内に残留している高温ガスを強制的に吸引して大気へ放出するので、速やかな換気冷却を行うことができる。すなわち、この場合の換気冷却系統は、高温のガスがタービン13内から排出流路29、燃焼器12及び圧縮空気供給流路28を通って分岐流路42へ逆流し、昇圧装置40で昇圧された後、温度調整媒体流路43から第1開閉弁60を開とした排気流路61を通って大気へ放出されるものとなる。
In the ventilation / cooling system configured as described above, when the
When the
図5に示す第2変形例の換気冷却系統は、分岐流路42から分岐するとともに、流路開閉手段の第3開閉弁63が設けられた排気流路64を備えている。
このように構成された換気冷却系統では、ガスタービン10の停止時に昇圧装置40を起動する際、第3開閉弁63を開とする。なお、ガスタービン10の停止時以外においては、第3開閉弁63を閉とする。
The ventilation cooling system of the second modified example shown in FIG. 5 includes an
In the ventilation cooling system configured as described above, the third on-off
上述した状態でガスタービン10の停止時に昇圧装置40を運転すると、昇圧装置40で昇圧された圧縮空気がタービン13の内部を通るとともに、温度の高いガスが昇圧装置40の吸入側に吸い込まれる。このため、タービン13内に存在する温度の高いガスは、圧縮空気によって強制的に押し出されるとともに吸引されて排気流路64から大気へ放出されるので、速やかな換気冷却を行うことができる。このとき、昇圧機40の吸入側を負圧とし、タービン13内に残留している高温ガスを強制的に押し出すとともに吸引するようにしてもよいし、あるいは、昇圧装置40が直接大気から空気を吸い込む吸入系統45を設けることで、タービン13内に残留している高温ガスを強制的に押し出すようにしてもよい。
When the
このようにして、ガスタービン10を停止した後、タービン13内の高温ガスを大気に放出して速やかな換気冷却が行われると、タービン内部に生じる温度差が緩和または解消されるので、キャットバックの防止が可能となる。
また、上述したキャットバック防止に必要な付帯設備についても、昇圧装置40等をクローズド冷却に用いるブーストアップ用の昇圧手段と共用して有効利用することにより、新たに設備を付加することなくキャットバックの防止が可能になる。
In this way, after the
In addition, for the incidental facilities necessary for preventing the above-described catback, by using the
<第2の実施形態>
続いて、本実施形態に係るガスタービンを図6に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態のガスタービン10では、ガスタービン10の停止時に昇圧装置40を運転し、タービン冷却媒体流路50内に圧縮空気(昇圧温度調整媒体)を流すものである。すなわち、タービン13の内部を積極的に換気冷却する第1の実施形態とは異なり、たとえば圧縮機11の空気取入口15やタービン13の排気側を必要に応じて閉じるなどして、圧縮空気(高温のガスを含む)がタービン冷却流路50を循環するように流して温度分布の均一化を図るものである。
<Second Embodiment>
Then, the gas turbine which concerns on this embodiment is demonstrated based on FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In the
すなわち、昇圧装置40の運転により、燃焼器12やタービン13の内部に存在する高温のガス(温度調整媒体)が吸い込まれて昇圧され、昇圧温度調整媒体として機能する圧縮空気になる。この圧縮空気は、温度調整媒体流路43へ流出した後、タービン冷却媒体流路50、温度調整媒体戻し流路44、圧縮空気供給流路28及び分岐流路42を通り、昇圧装置40に吸入される。この結果、圧縮空気は閉回路の流路を循環することとなる。
このように循環する圧縮空気は、タービン冷却媒体流50を通過する際に、翼環31に形成された翼環内流路31aを流れるので、タービン車室20の周囲は全周にわたって略均一な温度分布となる。このため、タービン13の内部についても、対流による温度差が生じにくくなり、全体の温度分布が略均一化するので、キャットバックを防止することができる。
That is, by the operation of the
The compressed air that circulates in this way flows through the blade ring
また、昇圧装置40で昇圧された圧縮空気を循環させると、タービン車室20からの放熱等により温度低下はするものの、昇圧により温度上昇した圧縮空気が循環することで、タービン13の内部温度を比較的高温に保つことができる。この結果、たとえばDSS運転を行うガスタービン10においては、停止してから運転を再開するまでの間に生じる温度低下を最小限に抑えることができるので、再起動時に必要となる暖機運転の時間を短縮することができる。
In addition, when the compressed air boosted by the
本実施形態のガスタービン10においては、ガスタービン10の停止時に、下記のような運転方法によりガスタービン内部を換気冷却してキャットバックを防止している。
すなわち、本発明のガスタービン停止時運転方法は、圧縮機11の圧縮空気供給流路28から分岐する分岐流路42に接続され、圧縮機11から独立して運転可能な昇圧装置40が空気を導入して昇圧する過程と、昇圧装置40で昇圧された圧縮空気が、温度調整媒体供給流路43、タービン冷却媒体流路50及び温度調整媒体戻し流路44を経て圧縮空気供給流路28へ戻る過程と、圧縮空気供給流路28から分岐流路42を通って昇圧装置40に吸い込まれる過程とを備えている。
In the
That is, the gas turbine stop operation method of the present invention is connected to the
従って、ガスタービン10の停止時には、タービン冷却媒体流路50内を圧縮空気が循環するように流れ、この流れがタービン車室20の全周にわたるものであるから、ガスタービン10の内部は温度分布が略均一化される。
そして、上述した第1の実施形態で説明した換気冷却を行う停止時運転方法と、本実施形態で説明した圧縮空気循環による温度分布の均一化を行う停止時運転方法とについて、ガスタービン10の停止期間を考慮した使い分けが望ましい。
Accordingly, when the
And about the operation method at the time of stop which performs ventilation cooling demonstrated in 1st Embodiment mentioned above, and the operation method at the time of stop which performs equalization of temperature distribution by compressed air circulation demonstrated in this embodiment, of
具体的には、ガスタービン停止期間が長い場合には換気冷却を行う停止時運転方法を選択し、ガスタービン停止期間が短い場合には圧縮空気循環による停止時運転方法を選択すればよい。
このような選択をすることにより、たとえばDSS運転のようにガスタービン停止期間が短く、短時間の停止を経て再起動されるような場合には、停止してから運転を再開するまでの間に生じる温度低下を最小限に抑えることができるので、再起動時に必要となる暖機運転の時間を短縮することができる。すなわち、キャットバックの防止とともに、スムーズで効率のよいDSS運転を実施することができる。
Specifically, when the gas turbine stop period is long, a stop operation method for performing ventilation cooling is selected, and when the gas turbine stop period is short, a stop operation method using compressed air circulation may be selected.
By making such a selection, for example, when the gas turbine stop period is short, such as DSS operation, and restarted after a short stop, the period between the stop and the restart of the operation Since the temperature drop which arises can be suppressed to the minimum, the time of warm-up operation required at the time of restart can be shortened. That is, it is possible to perform a smooth and efficient DSS operation while preventing catback.
このように、上述した本発明によれば、ガスタービン10の停止時において、タービン13の内の高温ガスを大気に放出したり、あるいは、タービン13内の温度分布を略均一に保つことにより、キャットバック防止に必要な運転操作を確実かつ速やかに実施することができる。特に、タービン冷却媒体流路50内を圧縮空気が循環するように流し、タービン13内の温度分布を略均一に保つと、DSS運転のようにガスタービンの運転・停止が頻繁に行われる場合であっても、キャットバック防止に必要な運転操作を速やかに完了するとともに、起動時の暖機運転時間を短縮することができる。
As described above, according to the present invention described above, when the
また、キャットバック防止に必要となる付帯設備についても、昇圧装置40等をクローズド冷却に用いたブーストアップ用の昇圧手段と共用して有効利用すれば、付帯設備の付加を最小限に抑えて、すなわち、新たに設備を付加することなくキャットバックの防止が可能なACCシステムのコントロールを実施して、安定したガスタービン10の運転停止を行うことができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえば圧縮機とタービンとの接続形態等について、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
In addition, with regard to incidental equipment necessary for preventing the catback, if the
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, For example, it can change suitably in the range which does not deviate from the summary of this invention about the connection form etc. of a compressor and a turbine.
10 ガスタービン
11 圧縮機
12 燃焼器
13 タービン
20 タービン車室
21 静翼
22 動翼
28 圧縮空気供給流路
29 排出流路
31 翼環
40 昇圧装置
42 分岐流路
43 温度調整媒体供給流路
44 温度調整媒体戻し流路
50 タービン冷却媒体流路
61,64 排気流路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、温度調整媒体を導入して昇圧する前記圧縮機から独立した運転が可能な昇圧手段と、該昇圧手段で昇圧された昇圧温度調整媒体を前記タービンの静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路へ導く温度調整媒体供給流路と、前記タービン冷却媒体流路を通過した前記昇圧温度調整媒体を前記吐出側流路へ導いて合流させる温度調整媒体戻し流路とを備え、
ガスタービン停止時に前記昇圧手段を運転し、前記タービン内に残留する高温ガスを排出する換気冷却系統が設けられていることを特徴とするガスタービン。 In a gas turbine configured to obtain rotational power by supplying fuel to a compressed air compressed by a compressor and burning it by a combustor and supplying the generated combustion gas to the turbine,
A booster connected to a branch channel branched from the discharge-side channel of the compressor and capable of operating independently from the compressor for boosting pressure by introducing a temperature adjusting medium, and a boosted temperature boosted by the booster A temperature adjustment medium supply flow path that guides the adjustment medium to a turbine cooling medium flow path provided in a stationary system component of the turbine, and a discharge side flow path that passes the boosted temperature adjustment medium that has passed through the turbine cooling medium flow path A temperature adjusting medium return flow path that is led to join and
A gas turbine characterized in that a ventilation cooling system is provided that operates the pressure-increasing means when the gas turbine is stopped and discharges the high-temperature gas remaining in the turbine.
前記圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、温度調整媒体を導入して昇圧する前記圧縮機から独立した運転が可能な昇圧手段と、該昇圧手段で昇圧された昇圧温度調整媒体を前記タービンの静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路へ導く温度調整媒体供給流路と、前記タービン冷却媒体流路を通過した前記昇圧温度調整媒体を前記吐出側流路へ導いて合流させる温度調整媒体戻し流路とを備え、
ガスタービン停止時に前記昇圧手段を運転し、前記タービン冷却媒体流路内に前記昇圧温度調整媒体を流すことを特徴とするガスタービン。 In a gas turbine configured to obtain rotational power by supplying fuel to a compressed air compressed by a compressor and burning it by a combustor and supplying the generated combustion gas to the turbine,
A booster connected to a branch channel branched from the discharge-side channel of the compressor and capable of operating independently from the compressor for boosting pressure by introducing a temperature adjusting medium, and a boosted temperature boosted by the booster A temperature adjustment medium supply flow path that guides the adjustment medium to a turbine cooling medium flow path provided in a stationary system component of the turbine, and a discharge side flow path that passes the boosted temperature adjustment medium that has passed through the turbine cooling medium flow path A temperature adjusting medium return flow path that is led to join and
A gas turbine characterized in that the pressure-increasing means is operated when the gas turbine is stopped, and the pressure-rising temperature adjusting medium is caused to flow in the turbine cooling medium flow path.
ガスタービンの停止時に、
前記圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、前記圧縮機から独立して運転可能な昇圧手段が温度調整媒体を導入して昇圧する過程と、
前記昇圧手段で昇圧された昇圧温度調整媒体が、温度調整媒体供給流路、タービン冷却媒体流路及び温度調整媒体戻し流路を経て前記吐出側流路へ戻る過程と、
前記吐出側流路から前記燃焼器及び前記タービンを通過して大気へ排気される過程とを備えていることを特徴とするガスタービンの停止時運転方法。 This is a gas turbine stop operation method configured to obtain rotational power by supplying fuel to compressed air compressed by a compressor and burning it with a combustor and supplying the generated combustion gas to the turbine. And
When the gas turbine stops
A process in which a pressure increasing means connected to a branch flow path branched from the discharge side flow path of the compressor and capable of operating independently from the compressor introduces a temperature adjusting medium to increase the pressure;
A process in which the boosted temperature adjusting medium boosted by the boosting means returns to the discharge-side flow path via a temperature adjusting medium supply flow path, a turbine cooling medium flow path, and a temperature adjustment medium return flow path;
And a process of exhausting the combustor and the turbine from the discharge side passage to the atmosphere.
ガスタービンの停止時に、
前記圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、前記圧縮機から独立して運転可能な昇圧手段が温度調整媒体を導入して昇圧する過程と、
前記昇圧手段で昇圧された昇圧温度調整媒体が、温度調整媒体供給流路、タービン冷却媒体流路及び温度調整媒体戻し流路を経て前記吐出側流路へ戻る過程と、
前記吐出側流路から前記分岐流路を通って前記昇圧手段に吸い込まれる過程とを備えていることを特徴とするガスタービンの停止時運転方法。 This is a gas turbine stop operation method configured to obtain rotational power by supplying fuel to compressed air compressed by a compressor and burning it with a combustor and supplying the generated combustion gas to the turbine. And
When the gas turbine stops
A process in which a pressure increasing means connected to a branch flow path branched from the discharge side flow path of the compressor and capable of operating independently from the compressor introduces a temperature adjusting medium to increase the pressure;
A process in which the boosted temperature adjusting medium boosted by the boosting means returns to the discharge-side flow path via a temperature adjusting medium supply flow path, a turbine cooling medium flow path, and a temperature adjustment medium return flow path;
And a step of sucking into the pressure-increasing means from the discharge side passage through the branch passage.
ガスタービンの停止時に、ガスタービン停止期間が長い場合に請求項5記載の停止時運転方法を選択し、ガスタービン停止期間が短い場合に請求項6記載の停止時運転方法を選択することを特徴とするガスタービンの停止時運転方法。 This is a gas turbine stop operation method configured to obtain rotational power by supplying fuel to compressed air compressed by a compressor and burning it with a combustor and supplying the generated combustion gas to the turbine. And
When the gas turbine is stopped, when the gas turbine stop period is long, the stop operation method according to claim 5 is selected, and when the gas turbine stop period is short, the stop operation method according to claim 6 is selected. The operation method when the gas turbine is stopped.
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