JP6389613B2 - ガスタービン発電設備およびガスタービン冷却空気系統乾燥方法 - Google Patents

ガスタービン発電設備およびガスタービン冷却空気系統乾燥方法 Download PDF

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Description

本発明は、ガスタービン発電設備、ガスタービン冷却空気系統乾燥装置および乾燥方法に関する。
ガスタービン発電設備は、ガスタービンに発電機が接続され、ガスタービンの駆動力を発電機に伝達して発電する。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いる。圧縮機は、空気取入口から取り込まれた空気を圧縮させることで高温・高圧の圧縮空気とする。燃焼器は、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・高圧の燃焼ガスとする。タービンは、ケーシング内の通路に複数のタービン静翼およびタービン動翼が交互に配設されて構成されており、前記通路に供給された燃焼ガスによりタービン動翼が駆動されることで、発電機に連結されたタービン軸を回転駆動する。タービンを駆動した燃焼ガスは、排気ガスとして大気に放出される。
従来、例えば、特許文献１に記載のガスタービンは、圧縮器で圧縮された圧縮空気を取り出して熱交換器（ＴＣＡクーラ）により冷却した後、タービン側のタービン動翼に供給して当該タービン動翼を冷却する冷却空気系統（冷却空気供給手段）が示されている。
なお、例えば、特許文献２に記載の蒸気タービン発電プラントは、発電プラントにおける既設の制御用圧縮空気供給設備を用い、この制御用圧縮空気供給設備からの乾燥空気を用いて蒸気タービンと復水器とを乾燥保管することが示されている。
特開２００７−１４６７８７号公報 特開２０１３−７６３５６号公報
特許文献１に示される冷却空気系統では、その配管に炭素鋼を使用しているため、ガスタービンの停止が長期に亘る場合、大気中の湿分が結露し配管内面に粉状の錆が発生するおそれがある。錆の発生は、配管内面の表面積およびガスタービンの停止時間に比例して増加し、湿度に対しては指数的に増加する。そして、長期停止後、ガスタービンの起動時に、配管内に発生した粉状の錆が冷却空気の流れによって運ばれてタービン側に持ち込まれることは好ましくない。
本発明は上述した課題を解決するものであり、ガスタービンの冷却空気系統における配管内面の錆の発生を抑制することのできるガスタービン発電設備、ガスタービン冷却空気系統乾燥装置および乾燥方法を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明のガスタービン発電設備は、発電機に接続されるタービン、前記タービンに燃焼ガスを供給する燃焼器、および前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機を備えるガスタービンと、前記圧縮機の中間段または出口に一端側が接続され前記タービンに他端側が接続されて前記圧縮機から抽気した圧縮空気を前記タービンに供給する冷却空気系統と、前記冷却空気系統に接続され前記ガスタービンの停止時に前記冷却空気系統内に乾燥空気を供給する乾燥空気系統と、を有することを特徴とする。
このガスタービン発電設備によれば、ガスタービンの停止時、乾燥空気が冷却空気系統に供給されることで、当該冷却空気系統内が乾燥される。この結果、冷却空気系統における配管内面の錆の発生を抑制することができる。しかも、ガスタービンの停止時、乾燥空気を冷却空気系統に供給することで、当該冷却空気系統内が乾燥されるため、ブロー運転を行わなくてもよくなり、燃料使用量を低減することができる。
また、本発明のガスタービン発電設備では、前記冷却空気系統は、その途中に前記圧縮空気を冷却する熱交換器を備え、前記乾燥空気系統は、前記熱交換器よりも前記タービン側で前記冷却空気系統に接続されていることを特徴とする。
一般に、ガスタービンの冷却空気系統において、冷却空気系統の一端側が接続される圧縮機側では、抽気された圧縮空気を圧力損失なくタービン側に供給する必要がある。一方、冷却空気系統の他端側が接続されるタービン側は、冷却された空気を不要に消費してガスタービン性能を低下させてしまうことがないよう、シール部分などから漏れる空気量を低減する必要がある。このため、冷却空気系統の一端側である圧縮機側と、冷却空気系統の他端側であるタービン側とのＣｄＡ値（流路の流量係数Ｃｄと面積Ａとの積）を比較すると、圧縮機側が大きく、タービン側が小さい関係にある。このため、ガスタービンの停止時に冷却空気系統に供給された乾燥空気は、冷却空気系統の一端側である圧縮機側に向けて多く流れることになる。
従って、本発明のガスタービン発電設備のように、乾燥空気系統を熱交換器よりもタービン側で冷却空気系統に対して接続することで、熱交換器に対してより多くの乾燥空気を流すことができ、熱交換器内部の湿度を速やかに低下させることができるから、熱交換器における錆の発生を抑制することができる。
また、一般にガスタービンの冷却空気系統に熱交換器を設ける場合、熱交換器は冷却空気系統の配管の全長のうち半分程度の位置に設けられることが多い。この場合、本発明のガスタービン発電設備によれば、乾燥空気系統は冷却空気系統の配管の全長のうちタービン側寄りの位置に接続されるから、冷却空気系統の配管の全長のうち大きな割合を占める接続点から圧縮機側の配管に効果的に乾燥空気を送ることができる。そのため、冷却空気系統における配管内面の錆の発生を効果的に抑制することができる。
また、本発明のガスタービン発電設備では、前記乾燥空気系統は、設備内に制御空気を供給する制御空気供給系統から乾燥空気を取得することを特徴とする。
制御空気供給系統は、設備に配置された空気作動弁の駆動源であり、除湿された乾燥空気を発生する。この制御空気供給系統は、ガスタービンの停止時に乾燥空気の需要が少ないことから、この乾燥空気を乾燥空気系統で用いることで、新たな乾燥空気供給源を用意することなく、設備内で用いられている乾燥空気を有効的に利用することができる。
上述の目的を達成するために、本発明のガスタービン冷却空気系統乾燥装置は、ガスタービンにおける圧縮機の中間段または出口とタービンとを接続して前記圧縮機から抽気した圧縮空気を前記タービンに供給する冷却空気系統を乾燥させるガスタービン冷却空気系統乾燥装置であって、前記冷却空気系統に接続されて前記冷却空気系統内に乾燥空気を供給する乾燥空気系統を有することを特徴とする。
このガスタービン冷却空気系統乾燥装置によれば、ガスタービンの停止中に、冷却空気系統に対して乾燥空気を供給することで、当該冷却空気系統内を乾燥することができる。この結果、冷却空気系統における配管内面の錆の発生を抑制することができる。しかも、ガスタービンの停止時、乾燥空気を冷却空気系統に供給することで、当該冷却空気系統内が乾燥されるため、ブロー運転を行わなくてもよくなり、燃料使用量を低減することができる。
また、本発明のガスタービン冷却空気系統乾燥装置では、前記冷却空気系統の途中に熱交換器が設けられ、前記乾燥空気系統は、前記熱交換器よりもタービン側に接続されていることを特徴とする。
一般に、ガスタービンの冷却空気系統において、冷却空気系統の一端側が接続される圧縮機側では、抽気された圧縮空気を圧力損失なくタービン側に供給する必要がある。一方、冷却空気系統の他端側が接続されるタービン側は、冷却された空気を不要に消費してガスタービン性能を低下させてしまうことがないよう、シール部分などから漏れる空気量を低減する必要がある。このため、冷却空気系統の一端側である圧縮機側と、冷却空気系統の他端側であるタービン側とのＣｄＡ値（流路の流量係数Ｃｄと面積Ａとの積）を比較すると、圧縮機側が大きく、タービン側が小さい関係にある。このため、ガスタービンの停止時に冷却空気系統に供給された乾燥空気は、冷却空気系統の一端側である圧縮機側に向けて多く流れることになる。
従って、本発明のガスタービン冷却空気系統乾燥装置のように、乾燥空気系統を熱交換器よりもタービン側で冷却空気系統に対して接続することで、熱交換器に対してより多くの乾燥空気を流すことができ、熱交換器内部の湿度を速やかに低下させることができるから、熱交換器における錆の発生を抑制することができる。
また、一般にガスタービンの冷却空気系統に熱交換器を設ける場合、熱交換器は冷却空気系統の配管の全長のうち半分程度の位置に設けられることが多い。この場合、本発明のガスタービン発電設備によれば、乾燥空気系統は冷却空気系統の配管の全長のうちタービン側寄りの位置に接続されるから、冷却空気系統の配管の全長のうち大きな割合を占める接続点から圧縮機側の配管に効果的に乾燥空気を送ることができる。そのため、冷却空気系統における配管内面の錆の発生を効果的に抑制することができる。
上述の目的を達成するために、本発明のガスタービン冷却空気系統乾燥方法は、ガスタービンにおける圧縮機の中間段または出口とタービンとを接続して前記圧縮機から抽気した圧縮空気を前記タービンに供給する冷却空気系統を乾燥させるガスタービン冷却空気系統乾燥方法であって、前記ガスタービンの停止時に、前記冷却空気系統内に乾燥空気を供給することを特徴とする。
このガスタービン冷却空気系統乾燥方法によれば、ガスタービンの停止中に、冷却空気系統に対して乾燥空気を供給することで、当該冷却空気系統内を乾燥することができる。この結果、冷却空気系統における配管内面の錆の発生を抑制することができる。しかも、ガスタービンの停止時、乾燥空気を冷却空気系統に供給することで、当該冷却空気系統内が乾燥されるため、ブロー運転を行わなくてもよくなり、燃料使用量を低減することができる。
また、本発明のガスタービン冷却空気系統乾燥方法では、前記冷却空気系統の途中に熱交換器が設けられており、前記熱交換器よりもタービン側に乾燥空気を供給することを特徴とする。
一般に、ガスタービンの冷却空気系統において、冷却空気系統の一端側が接続される圧縮機側では、抽気された圧縮空気を圧力損失なくタービン側に供給する必要がある。一方、冷却空気系統の他端側が接続されるタービン側は、冷却された空気を不要に消費してガスタービン性能を低下させてしまうことがないよう、シール部分などから漏れる空気量を低減する必要がある。このため、冷却空気系統の一端側である圧縮機側と、冷却空気系統の他端側であるタービン側とのＣｄＡ値（流路の流量係数Ｃｄと面積Ａとの積）を比較すると、圧縮機側が大きく、タービン側が小さい関係にある。このため、ガスタービンの停止時に冷却空気系統に供給された乾燥空気は、冷却空気系統の一端側である圧縮機側に向けて多く流れることになる。
従って、本発明のガスタービン冷却空気系統乾燥方法のように、熱交換器よりもタービン側に乾燥空気を供給することで、熱交換器に対してより多くの乾燥空気を流すことができ、熱交換器内部の湿度を速やかに低下させることができるから、熱交換器における錆の発生を抑制することができる。
また、一般にガスタービンの冷却空気系統に熱交換器を設ける場合、熱交換器は冷却空気系統の配管の全長のうち半分程度の位置に設けられることが多い。この場合、本発明のガスタービン発電設備によれば、乾燥空気系統は冷却空気系統の配管の全長のうちタービン側寄りの位置に接続されるから、冷却空気系統の配管の全長のうち大きな割合を占める接続点から圧縮機側の配管に効果的に乾燥空気を送ることができる。そのため、冷却空気系統における配管内面の錆の発生を効果的に抑制することができる。
本発明によれば、ガスタービンの冷却空気系統における配管内面の錆の発生を抑制することができる。
図１は、本発明の実施形態に係るガスタービン発電設備の概略構成図である。 図２は、本発明の実施形態に係るガスタービン発電設備におけるガスタービンの構成図である。 図３は、本発明の実施形態に係るガスタービン発電設備における冷却空気系統の構成図である。 図４は、本発明の実施形態に係るガスタービン発電設備における冷却空気系統の他の例の構成図である。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
図１は、本実施形態に係るガスタービン発電設備の概略構成図であり、図２は、本実施形態に係るガスタービン発電設備におけるガスタービンの構成図であり、図３は、本実施形態に係るガスタービン発電設備における冷却空気系統の構成図である。また、図４は、本実施形態に係るガスタービン発電設備における冷却空気系統の他の例の構成図である。
図１に示すように、ガスタービン発電設備１は、発電機１００と、ガスタービン２００と、冷却空気系統３００と、乾燥空気系統４００と、を有する。
発電機１００は、駆動軸１０１が、後述するガスタービン２００のタービン軸２０４に接続され、タービン軸２０４の回転動力が付与されることで発電を行う。なお、発電機１００は、ガスタービン２００の起動時に、タービン軸２０４に回転動力を付与する起動用電動機としても用いられる。
ガスタービン２００は、圧縮機２０１と燃焼器２０２とタービン２０３とを備えている。このガスタービン２００は、圧縮機２０１、燃焼器２０２およびタービン２０３の中心部に、タービン軸２０４が貫通して配置されている。圧縮機２０１、燃焼器２０２およびタービン２０３は、タービン軸２０４の軸心Ｒに沿い、空気の流れの前側から後側に向かって順に並設されている。なお、以下の説明において、タービン軸方向とは軸心Ｒに平行な方向をいい、タービン周方向とは軸心Ｒを中心とした周り方向をいう。
圧縮機２０１は、空気を圧縮して圧縮空気とするものである。図２に示すように、圧縮機２０１は、空気を取り込む空気取入口２１１を有した圧縮機ケーシング２１２内に圧縮機静翼２１３および圧縮機動翼２１４が設けられている。圧縮機静翼２１３は、圧縮機ケーシング２１２側に取り付けられてタービン周方向に複数並設されている。また、圧縮機動翼２１４は、タービン軸２０４側に取り付けられてタービン周方向に複数並設されている。これら圧縮機静翼２１３と圧縮機動翼２１４とは、タービン軸方向に沿って交互に設けられている。
燃焼器２０２は、図２に示すように、圧縮機２０１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給することで、高温・高圧の燃焼ガスを生成するものである。燃焼器２０２は、燃焼筒として、圧縮空気と燃料を混合して燃焼させる内筒２２１と、内筒２２１から燃焼ガスをタービン２０３に導く尾筒２２２と、内筒２２１の外周を覆い、圧縮機２０１からの圧縮空気を内筒２２１に導く空気通路２２５をなす外筒２２３とを有している。この燃焼器２０２は、タービン車室をなす燃焼器ケーシング２２４に対しタービン周方向に複数（例えば１６個）並設されている。
タービン２０３は、図２に示すように、燃焼器２０２で燃焼された燃焼ガスにより回転動力を生じるものである。タービン２０３は、タービンケーシング２３１内にタービン静翼２３２およびタービン動翼２３３が設けられている。タービン静翼２３２は、タービンケーシング２３１側に取り付けられてタービン周方向に複数並設されている。また、タービン動翼２３３は、タービン軸２０４側に取り付けられてタービン周方向に複数並設されている。これらタービン静翼２３２とタービン動翼２３３とは、タービン軸方向に沿って交互に設けられている。また、タービンケーシング２３１の後側には、タービン２０３に連続する排気ディフューザ２３４ａを有した排気室２３４が設けられている。
タービン軸２０４は、圧縮機２０１側の端部が軸受部２４１により支持され、排気室２３４側の端部が軸受部２４２により支持されて、軸心Ｒを中心として回転自在に設けられている。そして、タービン軸２０４は、圧縮機２０１側の端部に発電機１００の駆動軸１０１が連結されている。
このようなガスタービン２００は、圧縮機２０１の空気取入口２１１から取り込まれた空気が、複数の圧縮機静翼２１３と圧縮機動翼２１４とを通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。この圧縮空気に対し、燃焼器２０２において燃料が混合されて燃焼されることで高温・高圧の燃焼ガスが生成される。そして、この燃焼ガスがタービン２０３のタービン静翼２３２とタービン動翼２３３とを通過することでタービン軸２０４が回転駆動され、このタービン軸２０４に連結された発電機１００に回転動力を付与することで発電を行う。そして、タービン軸２０４を回転駆動した後の排気ガスは、排気室２３４の排気ディフューザ２３４ａを経て排気ガスとして大気に放出される。
冷却空気系統３００は、上述したガスタービン２００に設けられ、圧縮機２０１から抽気した圧縮空気をタービン２０３に供給する。
冷却空気系統３００に係る構成について説明する。図３に示すように、上述したガスタービン２００において、タービン軸２０４は、中間軸２５０に複数のタービンディスク２５１などが連結ボルト２５２により一体に連結されてなり、各軸受部２４１，２４２により回転自在に支持されている。タービンディスク２５１は、その外周部にタービン動翼２３３が取り付けられている。タービン動翼２３３は、タービンディスク２５１の外周端部にタービン周方向に沿って固定される複数の翼根部２３３ａと、各翼根部２３３ａを連結するプラットホーム２３３ｂと、プラットホーム２３３ｂの外周面に周方向に均等間隔で固定される複数の動翼部２３３ｃとから構成されている。
そして、タービン軸２０４の外周辺に、タービン周方向に沿ってリング形状をなす中間軸カバー２５３が装着されており、この中間軸カバー２５３の外周において、燃焼器ケーシング２２４内であって複数の燃焼器２０２の外側にタービン車室２５４が区画されている。一方、燃焼器２０２は、尾筒２２２が、タービン２０３においてタービン周方向に沿って環形状に形成された燃焼ガス通路２５５に連通している。燃焼ガス通路２５５は、複数のタービン静翼２３２および複数のタービン動翼２３３（動翼部２３３ｃ）がタービン軸方向に沿って交互に配設されている。
タービン軸２０４は、タービンディスク２５１に、タービン軸方向に沿って設けられて圧縮機２０１側が入口部として開口された冷却空気供給孔２５６が形成されている。冷却空気供給孔２５６は、タービン軸方向に沿って形成されていると共に、各タービンディスク２５１を介して各タービン動翼２３３の内部に設けられた冷却孔（図示せず）に通じている。そして、冷却空気供給孔２５６の入口部の周辺であって中間軸カバー２５３内に、タービン周方向に沿ってリング形状をなすシールリング保持環２５７が設けられている。シールリング保持環２５７は、その外周面側において、タービン軸方向の各端部を中間軸カバー２５３の内周部に密着して装着され、タービン軸方向の中央において中間軸カバー２５３との間にタービン周方向に沿って空間部２６２が区画されている。また、シールリング保持環２５７は、その内周面側において、シールリング保持環２５７の内周面とタービン軸２０４の外周面との間の隙間をシールする複数のシール２５８，２５９，２６０，２６１が設けられている。そして、中間軸カバー２５３とシールリング保持環２５７との間に区画された空間部２６２は、シールリング保持環２５７に形成された貫通孔２６３を介して冷却空気供給孔２５６の入口部に通じている。
燃焼器ケーシング２２４には、タービン車室２５４に対して外部に通じるように冷却空気系統３００をなす冷却空気配管３０１の一端側が接続されている。具体的に、冷却空気配管３０１の一端側は、図１に示すように１本とされ、図３に示すように燃焼器ケーシング２２４に形成された１つの接続部３０２に対して接続される。また、冷却空気配管３０１は、図１に示すように、その他端側が複数（図１では４本）に分岐して形成され、それぞれが燃焼器ケーシング２２４を貫通して中間軸カバー２５３に取り付けられ、空間部２６２を介して冷却空気供給孔２５６に対して通じている。また、冷却空気配管３０１は、その途中に熱交換器であるＴＣＡクーラ３０３が設けられている。ＴＣＡクーラ３０３は、冷却空気配管３０１の一端側に接続される入口ヘッダ３０３ａと、冷却空気配管３０１の他端側に接続される出口ヘッダ３０３ｂとが熱交換部３０３ｃに設けられ、入口ヘッダ３０３ａから供給される圧縮空気を熱交換部３０３ｃにて冷媒と熱交換させ、熱交換後の圧縮空気を出口ヘッダ３０３ｂから排出する。一般に、このＴＣＡクーラ３０３は、図１に示すように、ガスタービン２００などが収容されているガスタービン発電設備１の建屋１ａの外に配置されているため、冷却空気配管３０１は、建屋１ａの外に引き出されてＴＣＡクーラ３０３に接続されるとともに、ＴＣＡクーラ３０３から再び建屋１ａに戻る構成をとる。さらに、図１に示すように、冷却空気配管３０１は、その途中であってＴＣＡクーラ３０３よりも他端側にフィルタ３０４が設けられている。
ガスタービン２００の運転時には、ガスタービン２００の圧縮機２０１で圧縮された圧縮空気がタービン車室２５４に供給される。この圧縮空気がタービン車室２５４から燃焼器２０２に導かれ、燃焼器２０２において高温・高圧の燃焼ガスが生成され、尾筒２２２を経て燃焼ガス通路２５５に流れ込んでタービン２０３に送られる。冷却空気系統３００は、圧縮機２０１の出口に通じるタービン車室２５４に供給された圧縮空気の一部が、冷却空気配管３０１の一端側から抽気され、冷却空気配管３０１の他端側から空間部２６２を経て貫通孔２６３を通してタービン２０３側である冷却空気供給孔２５６に供給され、各タービン動翼２３３の冷却孔を通過する。冷却空気配管３０１を通過する圧縮空気は、ＴＣＡクーラ３０３により冷却され、かつフィルタ３０４により異物が除去されて各タービン動翼２３３に至り、各タービン動翼２３３を冷却する。
このような冷却空気系統３００では、冷却空気配管３０１は、不要な圧力損失を生じないよう、十分な配管断面積をもって形成されている。また、一般に、ガスタービンの２００の冷却空気系統３００において、冷却空気配管３０１の一端側が接続される圧縮機２０１側のタービン車室２５４では、抽気された圧縮空気を圧力損失なくタービン側に供給する必要がある。一方、冷却空気配管３０１の他端側が接続されるタービン２０３側の冷却空気供給孔２５６やタービン動翼２３３の冷却孔は、冷却された空気を不要に消費してガスタービン性能を低下させてしまうことがないよう、シール部分などから漏れる空気量を低減する必要がある。このため、冷却空気配管３０１の一端側であるタービン車室２５４と、冷却空気配管３０１の他端側である冷却空気供給孔２５６やタービン動翼２３３の冷却孔とのＣｄＡ値（流路の流量係数Ｃｄと面積Ａとの積）を比較すると、タービン車室２５４側が大きく、冷却空気供給孔２５６やタービン動翼２３３の冷却孔側が小さい関係にある。
ところで、上述した冷却空気系統３００は、圧縮機２０１の出口から圧縮空気を抽気しタービン２０３側に供給するものであるが、その他の冷却空気系統についても本発明を適用しうる。図４は、本実施形態に係るガスタービン発電設備の他の例の概略構成図であり、冷却空気系統の他の例を示している。図４に示すように、冷却空気系統５００は、圧縮機２０１の中間段から圧縮空気を抽気しタービン２０３側に供給する。
上述したガスタービン２００において、図２に示すように、圧縮機２０１は、圧縮機ケーシング２１２における圧縮機静翼２１３の位置の外側に、圧縮機ケーシング２１２の内部に連通すると共に、タービン周方向に沿って環形状に形成された圧縮機抽気室２１５が設けられている。また、タービン２０３は、燃焼器ケーシング２２４におけるタービン静翼２３２の位置の外側に、タービン周方向に沿って環形状に形成されたタービン翼環キャビティ２３５が設けられている。タービン翼環キャビティ２３５は、各タービン静翼２３２の内部に設けられた冷却孔（図示せず）に通じている。
圧縮機抽気室２１５には、図４に示すように、冷却空気系統５００をなす冷却空気配管５０１の一端側が接続されている。また、冷却空気配管５０１は、その他端側がタービン翼環キャビティ２３５に接続されている。また、冷却空気配管５０１は、その途中に熱交換器であるＴＣＡクーラ５０３が設けられている。ＴＣＡクーラ５０３は、冷却空気配管５０１の一端側に接続される入口ヘッダ５０３ａと、冷却空気配管５０１の他端側に接続される出口ヘッダ５０３ｂとが熱交換部５０３ｃに設けられ、入口ヘッダ５０３ａから供給される冷却対象と熱交換部５０３ｃにて熱交換を行い、熱交換後の冷却対象を出口ヘッダ５０３ｂから排出する。このＴＣＡクーラ５０３は、熱交換効率の向上を図るため、図４に示すように、ガスタービン２００などが収容されているガスタービン発電設備１の建屋１ａの外に配置されており、冷却空気配管５０１が、建屋１ａの外に引き出されてＴＣＡクーラ５０３に接続されている。さらに、図４に示すように、冷却空気配管５０１は、その途中であってＴＣＡクーラ５０３よりも他端側にフィルタ５０４が設けられている。このフィルタ５０４もガスタービン発電設備１の建屋１ａの外に配置されている。
従って、冷却空気系統５００は、ガスタービン２００の圧縮機２０１で圧縮された圧縮空気が圧縮機抽気室２１５から冷却空気配管５０１の一端側から抽気され、冷却空気配管５０１の他端側からタービン翼環キャビティ２３５を経て各タービン静翼２３２の冷却孔を通過する。冷却空気配管５０１を通過する圧縮空気は、ＴＣＡクーラ５０３により冷却され、かつフィルタ５０４により圧縮機抽気室２１５から持ち込まれる異物が除去されて各タービン静翼２３２に至り、各タービン静翼２３２を冷却する。
このような冷却空気系統５００では、冷却空気配管５０１は、不要な圧力損失を生じないよう、十分な配管断面積をもって形成されている。また、一般に、ガスタービンの２００冷却空気系統において、冷却空気配管５０１の一端側が接続される圧縮機２０１側の圧縮機抽気室２１５では、抽気された圧縮空気を圧力損失なくタービン側に供給する必要がある。一方、冷却空気配管５０１の他端側が接続されるタービン２０３側のタービン静翼２３２の冷却孔は、冷却された空気を不要に消費してガスタービン性能を低下させてしまうことがないよう、シール部分などから漏れる空気量を低減する必要がある。このため、冷却空気配管５０１の一端側である圧縮機抽気室２１５と、冷却空気配管５０１の他端側であるタービン静翼２３２の冷却孔とのＣｄＡ値（流路の流量係数Ｃｄと面積Ａとの積）を比較すると、圧縮機抽気室２１５側が大きく、タービン静翼２３２の冷却孔側が小さい関係にある。
乾燥空気系統４００は、ガスタービン冷却空気系統乾燥装置であって、冷却空気系統３００，５００内に乾燥空気を供給するものである。乾燥空気系統４００は、図１や図４に示すように、乾燥空気供給源４０１に接続された乾燥空気配管４０２が、冷却空気配管３０１，５０１に接続されている。乾燥空気供給源４０１は、乾燥した空気を発生させるものであればよく、本実施形態では、設備内に制御空気を供給する制御空気供給系統から乾燥空気を取得している。制御空気供給系統は、発電設備に配置された空気作動弁の駆動源であり、図には明示しないが、空気を圧縮機で圧縮し、除湿機で除湿して乾燥空気を発生させる。制御空気供給系統において、乾燥空気は、空気槽に蓄えられ、そこから発電設備内の各所（例えば、建屋１ａやボイラ設備や水処理設備）へ供給され、各種空気作動弁の駆動に用いられる。
また、乾燥空気系統４００は、図１や図４に示すように、乾燥空気配管４０２が、冷却空気系統３００，５００の冷却空気配管３０１，５０１に対し、その他端側寄りであって、熱交換器であるＴＣＡクーラ３０３，５０３よりもタービン２０３側に接続されていることが好ましい。さらに、乾燥空気系統４００は、乾燥空気配管４０２が、冷却空気系統３００，５００の冷却空気配管３０１，５０１に対し、その他端側寄りであって、フィルタ３０４，５０４よりもタービン２０３側に接続されていることがより好ましい。
乾燥空気系統４００は、乾燥空気配管４０２が冷却空気配管３０１，５０１に接続され、必要に応じて乾燥空気供給源４０１から乾燥空気を冷却空気系統３００，５００に供給可能に構成されている。このため、乾燥空気配管４０２は、開閉弁が設けられている。開閉弁は、１つでもよいが、安全のため乾燥空気供給源４０１側から冷却空気系統３００，５００に向かって第一開閉弁４０３および第二開閉弁４０４を有することが好ましい。各開閉弁４０３，４０４の間となる乾燥空気配管４０２には、外気に開放されたブロー配管４０２ａが接続されている。このブロー配管４０２ａは、ブロー開閉弁４０５により開閉される。
そして、乾燥空気系統４００は、ガスタービン２００の停止時（主にタービン静止またはターニング状態）に用いられる。即ち、ガスタービン２００の停止時、開閉弁である第一開閉弁４０３および第二開閉弁４０４を開状態とし、ブロー開閉弁４０５を閉状態とする。すると、乾燥空気供給源４０１から乾燥空気が乾燥空気配管４０２を介して冷却空気配管３０１，５０１に供給される。このため、冷却空気系統３００，５００内に乾燥空気が送られ、当該冷却空気系統３００，５００内が乾燥される。この結果、冷却空気系統３００，５００における冷却空気配管３０１，５０１の内面の錆の発生が抑制されることになる。なお、冷却空気系統３００，５００に乾燥空気を供給するタイミングとしては、ガスタービン２００の停止時から３日経過したときに行ってもよい。ガスタービン２００が停止して３日以上経過すると、冷却空気配管３０１，５０１内の空気温度が露点以下に下がり、大気中の湿分が結露する可能性が高いためである。
なお、乾燥空気系統４００は、ガスタービン２００の停止時または停止から３日経過したときに、自動的に作動するように構成してもよい。この場合、乾燥空気系統４００は、ガスタービン２００の停止や運転を検出し、第一開閉弁４０３、第二開閉弁４０４およびブロー開閉弁４０５を制御する制御装置４０６を有する。制御装置４０６は、ガスタービン２００の停止を検出するため、例えば、ガスタービン２００の制御装置（図示せず）に接続される。また、制御装置４０６は、第一開閉弁４０３、第二開閉弁４０４およびブロー開閉弁４０５を制御するため、第一開閉弁４０３、第二開閉弁４０４およびブロー開閉弁４０５に接続される。そして、制御装置４０６は、ガスタービン２００の運転中、第一開閉弁４０３、第二開閉弁４０４およびブロー開閉弁４０５を閉鎖制御する。また、制御装置４０６は、ガスタービン２００の停止において、ブロー開閉弁４０５を閉鎖制御したまま、第一開閉弁４０３、第二開閉弁４０４の順に開放制御する。また、制御装置４０６は、ガスタービン２００の運転中、第一開閉弁４０３および第二開閉弁４０４が閉状態にならない場合、ブロー開閉弁４０５を開放制御する。
このように、本実施形態のガスタービン発電設備１は、発電機１００に接続されるタービン２０３、タービン２０３に燃焼ガスを供給する燃焼器２０２、および燃焼器２０２に圧縮空気を供給する圧縮機２０１を備えるガスタービン２００と、圧縮機２０１の中間段または出口に一端側が接続されタービン２０３に他端側が接続されて圧縮機２０１から抽気した圧縮空気をタービン２０３に供給する冷却空気系統３００，５００と、冷却空気系統３００，５００に接続されガスタービン２００の停止時に冷却空気系統３００，５００内に乾燥空気を供給する乾燥空気系統４００と、を有する。
このガスタービン発電設備１によれば、ガスタービン２００の停止時、乾燥空気が冷却空気系統３００，５００に供給されることで、当該冷却空気系統３００，５００内が乾燥される。この結果、冷却空気系統３００，５００における冷却空気配管３０１，５０１の内面の錆の発生を抑制することができる。
ところで、ガスタービン２００を長期（例えば、３０日以上）停止した場合では、冷却空気系統３００，５００における冷却空気配管３０１，５０１の内面の錆を排出する目的で、ガスタービン２００を無負荷として冷却空気系統３００，５００のブロー運転を行うことが考えられるが、このブロー運転は、発電に供さない燃料を費やすことになる。本実施形態のガスタービン発電設備１によれば、ガスタービン２００の停止時、乾燥空気が冷却空気系統３００，５００に供給されることで、当該冷却空気系統３００，５００内が乾燥されて錆の発生が抑制されるため、ブロー運転を行わなくてもよくなり、燃料使用量を低減することができる。
また、本実施形態のガスタービン発電設備１では、乾燥空気系統４００は、冷却空気系統３００，５００に対して他端側寄りに接続されている。
冷却空気系統３００において、冷却空気配管３０１の一端側である冷却空気配管３０１と燃焼器ケーシング２２４の接続部の開口はＣｄＡ値が大きく、冷却空気配管３０１の他端側に接続されるタービン動翼２３３の冷却孔側のＣｄＡ値が小さいことから、乾燥空気は、冷却空気配管３０１の一端側である燃焼器ケーシング２２４側に向けて多く流れることになる。また、冷却空気系統５００において、冷却空気配管５０１の一端側である圧縮機抽気室２１５側のＣｄＡ値が大きく、冷却空気配管５０１の他端側に接続されるタービン静翼２３２の冷却孔側のＣｄＡ値が小さいことから、乾燥空気は、冷却空気配管５０１の一端側である圧縮機抽気室２１５側に向けて多く流れることになる。従って、本実施形態のガスタービン発電設備１のように、乾燥空気系統４００を冷却空気系統３００，５００に対して他端側寄り（好ましくは冷却空気配管３０１，５０１の他端部）に接続することで、冷却空気系統３００，５００全体の雰囲気を効率よく乾燥空気に置換することができ、冷却空気系統３００，５００における冷却空気配管３０１，５０１の内面の錆の発生を抑制する効果を顕著に得ることができる。
また、本実施形態のガスタービン発電設備１では、冷却空気系統３００，５００は、その途中に圧縮空気を冷却するＴＣＡクーラ（熱交換器）３０３，５０３を備え、乾燥空気系統４００は、ＴＣＡクーラ３０３，５０３よりもタービン２０３側で冷却空気系統３００，５００に接続されている。
冷却空気系統３００において、冷却空気配管３０１の一端側である冷却空気配管３０１と燃焼器ケーシング２２４の接続部の開口はＣｄＡ値が大きく、冷却空気配管３０１の他端側に接続されるタービン動翼２３３の冷却孔側のＣｄＡ値が小さいことから、乾燥空気は、冷却空気配管３０１の一端側である燃焼器ケーシング２２４側に向けて多く流れることになる。また、冷却空気系統５００において、冷却空気配管５０１の一端側である圧縮機抽気室２１５側のＣｄＡ値が大きく、冷却空気配管５０１の他端側に接続されるタービン静翼２３２の冷却孔側のＣｄＡ値が小さいことから、乾燥空気は、冷却空気配管５０１の一端側である圧縮機抽気室２１５側に向けて多く流れることになる。従って、本実施形態のガスタービン発電設備１のように、乾燥空気系統４００をＴＣＡクーラ３０３，５０３よりもタービン２０３側で冷却空気系統３００，５００に対して接続することで、冷却空気系統３００，５００全体の雰囲気を効率よく乾燥空気に置換することができ、冷却空気系統３００，５００における冷却空気配管３０１，５０１の内面の錆の発生を抑制する効果を顕著に得ることができる。しかも、このガスタービン発電設備１によれば、乾燥空気系統４００をＴＣＡクーラ３０３，５０３よりもタービン２０３側で冷却空気系統３００，５００に対して接続することで、ＴＣＡクーラ３０３，５０３に対してより多くの乾燥空気を流すことができ、ＴＣＡクーラ３０３，５０３内部の湿度を速やかに低下させることができるから、ＴＣＡクーラ３０３，５０３における錆の発生を抑制することができる。
また、一般にガスタービン２００の冷却空気配管３０１，５０１にＴＣＡクーラ３０３，５０３を設ける場合、ＴＣＡクーラ３０３，５０３は冷却空気配管３０１，５０１の配管の全長のうち半分程度の位置に設けられることが多い。この場合、本実施形態のガスタービン発電設備１によれば、乾燥空気系統４００は冷却空気配管３０１，５０１の配管の全長のうちタービン２０３側（他端側）寄りの位置に接続されるから、冷却空気配管３０１，５０１の配管の全長のうち大きな割合を占める接続点から圧縮機２０１側の配管に効果的に乾燥空気を送ることができる。そのため、冷却空気配管３０１，５０１における配管内面の錆の発生を効果的に抑制することができる。
また、本実施形態のガスタービン発電設備１では、冷却空気系統３００，５００は、その途中に圧縮空気から異物を除去するフィルタ３０４，５０４を備え、乾燥空気系統４００は、フィルタ３０４，５０４よりもタービン２０３側で冷却空気系統３００，５００に接続されている。
前述の通り、乾燥空気は、冷却空気配管５０１の一端側である圧縮機抽気室２１５側に向けて多く流れることになる。従って、本実施形態のガスタービン発電設備１のように、乾燥空気系統４００をフィルタ３０４，５０４よりもタービン２０３側で冷却空気系統３００，５００に対して接続することで、冷却空気系統３００，５００全体に対してより多くの乾燥空気を流すことができ、冷却空気系統３００，５００における冷却空気配管３０１，５０１の内面の錆の発生を抑制する効果を顕著に得ることができる。しかも、このガスタービン発電設備１によれば、フィルタ３０４，５０４に対してより多くの乾燥空気を流すことができ、フィルタ３０４，５０４における錆の発生を抑制することができる。
また、本実施形態のガスタービン発電設備１では、乾燥空気系統４００は、設備内に制御空気を供給する制御空気供給系統から乾燥空気を取得する。
制御空気供給系統は、設備に配置された空気作動弁の駆動源であり、除湿された乾燥空気を発生する。この制御空気供給系統は、ガスタービン２００の停止時に乾燥空気の需要が少ないことから、この乾燥空気を乾燥空気系統４００で用いることで、新たな乾燥空気供給源を用意することなく、設備内で用いられている乾燥空気を有効的に利用することができる。
１ ガスタービン発電設備
１００ 発電機
２００ ガスタービン
２０１ 圧縮機
２０３ タービン
３００，５００ 冷却空気系統
３０１，５０１ 冷却空気配管
３０３，５０３ ＴＣＡクーラ（熱交換器）
４００ 乾燥空気系統

Claims (5)

  1. 発電機に接続されるタービン、前記タービンに燃焼ガスを供給する燃焼器、および前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機を備えるガスタービンと、
    前記圧縮機の中間段または出口に一端側が接続され前記タービンに他端側が接続されて途中に前記圧縮空気を冷却する熱交換器を備え前記圧縮機から抽気した圧縮空気を前記タービンに供給しタービン動翼の冷却孔に通過させる冷却空気系統と、
    前記冷却空気系統に接続され前記ガスタービンの停止時に前記熱交換器を含む前記冷却空気系統内に乾燥空気を供給する乾燥空気系統と、
    前記冷却空気系統の前記熱交換器および前記タービンの間に配されたフィルタと、
    を有し、
    前記乾燥空気系統は、前記フィルタよりも前記タービン側で前記冷却空気系統に接続されることを特徴とするガスタービン発電設備。
  2. 発電機に接続されるタービン、前記タービンに燃焼ガスを供給する燃焼器、および前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機を備えるガスタービンと、
    前記圧縮機の中間段または出口に一端側が接続され前記タービンに他端側が接続されて途中に前記圧縮空気を冷却する熱交換器を備え前記圧縮機から抽気した圧縮空気を前記タービンに供給しタービン動翼の冷却孔に通過させる冷却空気系統と、
    前記冷却空気系統に接続され前記ガスタービンの停止時に前記熱交換器を含む前記冷却空気系統内に乾燥空気を供給する乾燥空気系統と、
    を有し、
    前記冷却空気系統は、前記冷却空気系統と前記乾燥空気系統との接続箇所より前記タービン側の冷却空気系統の流量係数Ｃｄと面積Ａの積が、前記接続箇所より前記圧縮機側の冷却空気系統の流量係数Ｃｄと面積Ａの積よりも小さくなるように構成され、
    前記乾燥空気系統は、前記熱交換器よりも前記タービン側で前記冷却空気系統に接続されていることを特徴とするガスタービン発電設備。
  3. 前記乾燥空気系統は、設備内に制御空気を供給する制御空気供給系統から乾燥空気を取得することを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン発電設備。
  4. 請求項１または２に記載のガスタービン発電設備のガスタービン冷却空気系統乾燥方法であって、
    前記ガスタービンの停止時に、前記熱交換器を含む前記冷却空気系統内に前記乾燥空気を供給することを特徴とするガスタービン冷却空気系統乾燥方法。
  5. 前記熱交換器よりも前記タービン側に前記乾燥空気を供給することを特徴とする請求項４に記載のガスタービン冷却空気系統乾燥方法。
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