JPH01117903A

JPH01117903A - 組合されたガス‐蒸気タービン‐発電装置の出力調整装置

Info

Publication number: JPH01117903A
Application number: JP20848788A
Authority: JP
Inventors: Hansulrich Frutschi; ハンスウルリツヒ・フルーチ
Original assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1987-08-24
Filing date: 1988-08-24
Publication date: 1989-05-10
Also published as: EP0304827A1; CH674547A5; EP0304827B1; DE3871036D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】卒業上の利用分野ビンと、発電機と、復水器とから成る、組合されたガス
−蒸気タービン−発電装置に関する。

従来の技術組合されたガス−蒸気タービン−発電装置（以下に組合
せ装置と言う）は、常にガスターボグループと少なくと
も１つの蒸気タービン出口温度との協働を意味しており
、この場合ガスタービン廃ガスは加熱蒸気発生器（廃熱
ボイラ）を通って案内され、この加熱蒸気発生器内で、
蒸気タービンの負荷のために必要な蒸気を発生するため
に前記ガスタービン廃ガスの復旧！ポテンシャルが引出
される。この付加的な蒸気出力は、装置の高い熱効率を
導く。

必要な出力を減少する場合には、燃料流の減少によって
、しかし空気流はほぼ一定に維持される際にタービン入
口温度が低下されるので、このような部分負荷運転は燃
料調整を介して行なわれる。

このような装置における部分負荷運転の、それ自体は簡
単な調整は、効率損失に関してはほとんど考慮してない
ことが判る。しかし、効率は出力減少に対して実にほと
んど比例的に減少する。つまり、装置を全負荷運転時に
ほぼ５０係の熱効率で作動すると、装置は６０係で部分
負荷する際には、単にほぼ４２チの熱効率になってし°
まう。途中でこのような比較的高い効率損失を抑制しよ
うとする際には、近代的な組合せ装置において出力低下
を付加的に圧縮機案内羽根の調節を介して行なうように
する。このような調整により、熱効率はほぼ２パーセン
トまでの大きさの比較的小さな損失になるが、しかしな
がら質量装入量ひいては出力は単にほぼ８０チまでにし
か低下されない。このように行なわれた、丁度１００〜
８０チの限界は、タービン出口温度の強い上昇によって
制限されている。つまり、−タービン出°口温度は、タ
ービン入口温度ができるだけ一定の高さにある場合に低
下する圧力状態の結果である。

このことによって、出力調整のこのような形式にも限界
がある。８０％の部分負荷時には、圧縮機案内羽根の調
節によってタービン廃ブスの温度が許容される最大値ま
で上昇する。圧縮機案内羽根の調節によって部分負荷を
さらに減少することは、装置技術的に、かつこのことに
よって得られる効率の良さにおいて適当ではない。

従って比較的低い部分負荷値で試めそうとすると、運転
は８０チの部分負荷以降で再び純粋な燃料調整を介して
行なわれなければならず、このことによってもちろんす
でに述べた欠点が生じる。

発明が解決しようとする課題本発明の課題は、効率損失を最小限にしつつ、負荷を７
０係以下に低下させることができるように、組合された
ガス−蒸気タービン−発電装置において出力を調整する
ことである。

課題を解決するための手段前述の課題を解決するために講じた本発明の手段は、出
力の低下が、蒸気タービンから取出された蒸気によって
、ガスクーボブループの圧縮機への吸込み空気を予熱す
ることによって調整されるようになっていることにある
。

発明の効果圧縮機によって吸込まれる空気の予熱は、ガスタービン
を通る質量装入量を減少するのに適しており、このこと
によってタービンの入口における許容のガス温度を低下
することなしに燃料量の相応する減少が可能になる。こ
のことにより、圧縮機空気の予熱のために、蒸気もしく
は流れ形成のために使用されたであろう熱が使用されな
い限りでは、組合せ装置のためにも極めて良好な部分負
荷効率が得られる。

本発明の利点は、圧縮機空気の予熱のために、蒸気ター
ビンからの蒸気が取出されることにあり、しかも、そこ
で取出された蒸気の解釈上′のポテンシャルがほんのわ
ずかになるまで使用される個所で取出されることにあり
、従って装置の特別な電気的な出力は全く減少されない
。部分的には、蒸気タービンの特別な出力を、前記の蒸
気取出しによって、予熱に使用される取出されたエネル
ギの１／、ｏだけ単に低下することが期待できる。

この場合、圧縮機入口の予熱を１５℃（ＩＳＯ）の温度
から出発して最高６０℃まで制限することによって、組
合せ装置の出力は、さほどの効率損失なしにほぼ７５チ
以下に調整されることができる。このことによってター
ビン出口における許容される温度上昇のほぼ半分しか利
用されないので、組合せ装置自体の出力は、採算のとれ
る効率損失によって圧縮機羽根の調節によってさらにほ
ぼ６７チ以下に調整されることができる。

しかし、高い部分負荷時に圧縮機案内羽根を調節するこ
とは、同じ部分負荷範囲で圧縮機空気を予熱することよ
り良い効率が得られるので、まずたとえば１００優から
ほぼ９０係（はとんど可能な調整範囲）までは圧縮機案
内羽根調節による出力調整によって作業し、次いで、９
０係からほぼ６７係までは圧縮機への吸込み空気の予熱
によってさらに調整すると有利である。

調整カステートとも言われるこのような組合された調整
形式によって、全負荷時にほぼ５０チである組合せ装置
の熱効率から出発して、６７％の部分負荷時になお４７
．５〜４８係の効率が調節される。本発明の装置のこの
ように高い部分負荷効率は、純粋な電流発生においてだ
けでなく、熱−動力−クラッチにおいても達成される。

実施例第１図は、主に、ガスターボグループ１と蒸気タービン
サイクルから成る組合せ装置の協働を示す。燃焼室４及
びほとんどの場合は廃熱ボイラ７の運転のために必要な
燃料の準備位置（説明せず）は、たとえば組合せ装置に
組込まれた石炭ガス化装置によって実現される。ガスタ
ーボグループ１は、圧縮機２、該圧縮機と連結されたが
スタービン３、燃焼室４から成るユニットとして構成さ
れており、かつ発電機５に接続されている。吸込まれた
空気１８は圧縮機２内で圧縮され、かつ導管金倉して圧
縮空気２０として燃焼室４内に流入する。燃焼室４内で
高温ガス２１に調製された空気は次いでガスタービン３
を負荷する。処で、ガスタービン廃がス２２は、論理的
にはもはや排気されずに、廃熱ボイラ７ｔ−通って流れ
、この廃熱ボイラ内で熱交換によって後続の蒸気タービ
ン６を負荷するための蒸気発生を準備される。実施例の
廃熱ボイラは２圧式−廃熱ボイラとして構成されている
。もちろん、単圧式−廃熱ボイラを取付けることもでき
る。しかし、前者は後者に対して、煙道ガス２９の温度
を低くすることができるという利点を有しており、この
ことによって組合せ装置の効率が上昇される。選択的に
は、廃熱ボイラ７に付加燃焼装置（図示せず）を配設す
ることができ、この付加燃焼装置はがスタービン廃がス
２２を比較的高い温度レベルに調製する。このような準
備は、負荷−一り時に組合せ装置の電流容量が上昇され
る場合に有利であることが判明している。さらに、６圧
式−廃熱ボイラを使用するとともできる。要するに、ガ
スタービン廃ガス２２の熱エネルギから主として高圧及
び低圧蒸気２４が生せしめられ、該蒸気が蒸気タービン
６を負荷する。この蒸気タービンは有利にはターボグル
ープ１の同じ発電機５に連結される。２つの蒸気圧を発
生することによって、ガスタービン廃がス２２のポテン
シャルは十分に利用され、このことによって、がスター
ビンプロセスの最終においてまだほぼ５００℃の温度を
有する廃ガスをほぼ１００°Ｃの温度まで下げることが
できる。緩和された蒸気は、蒸気タービン６を離れた後
に復水器９内に流れ、しかもここにおいて冷却媒体とし
て水又は空気を使用することで十分である。ポンプ１０
によって送出されて、復水２３は一般的には予熱器（図
示せず）に流れ、かつここから給水タンク及びがス抜き
器（図示せず）に流れる。

この段を通過することにより復水は、新もたな蒸発のた
めに廃熱ボイラ７内へ再び戻されることができるまで調
製されている。熱交換器８を通って送られる蒸気２５は
蒸気タービン６から取出され、前記熱交換器において熱
交換法を用いて、ガスターボグループ１の圧縮機２への
吸込み空気１８は予熱される。熱交換器８を通過するこ
とにより、今や復水に変えられた蒸気はポンプ１０を介
して調製プロセスに戻し案内される。調整器１３は組合
せ装置の出力調整のために必要な作用を引受ける。情報
担体として、予めプログラミングされた調整器１３に、
目標−出力３０及び実際−出力３１の他にたとえばガス
タービン３の入口温度１４及び出口温度１５が供給され
る。もちろん、別のパラメータ、たとえばガスタービン
３の入口温度１４の代わりに流量及び出口温度からのガ
スタービンの計算全利用することもできる。このことに
よって調整器１３は、それぞれの装置に適合された出力
調整に予めプログラミングされ、しかしこの場合にはも
ちろん、最低の効率損失を保証する、すなわち許容され
るタービン入口温度全低下させることなしに、燃料量の
最大限の絞り全シグナル３２及び弁３３を介して許すよ
うな調整のみが問題である。出力の代わりに回転数を調
整することもできる。

このことに関連して、装置の出力調整は原則的には、圧
縮機案内羽根の単独の調節によづて、あるいは圧縮機２
への吸込み空気１８の単独の予熱によって、あるいは組
合せ並びに調整カスケードによって行なわれる。調整カ
スケードは、たとえば圧縮機案内羽根の最初の調節に、
吸込み空気１８の予熱を追従することによって特徴づけ
られている。装置が調整カスケードによって部分負荷で
運転されなければならないと、圧縮機案内羽根の調節の
ために使用されるサーボモータ１２は調整器１３によっ
て、案内羽根に作用する命令１６を受ける。しかも、こ
のような調節が圧縮機２の前案内列に限定される場合に
完全に十分である。このような動作は、ガスタービン３
の入口温度１４とがスタービンの出口温度１５とが連続
的に呼出されるので、調整器１３によって監視される。

調整器１３内で予めプログラミングされた第１の段階を
通過す・るとすぐに、出力低下を今や圧縮機２への吸込
み空気１８の予熱によって継続する第２の調整段階が関
係する。このことは、蒸気取出導管内で熱交換器８の下
流に配置された調整弁１１が命令１７によって開放する
時に生じ、従って熱交換器８の蒸気流過がはかどる。熱
交換器８内の一様の温度を維持するために、調整弁１１
の開放度が水流通のみを可能にする。この場合、この目
的のために必要な蒸気２５は蒸気タービン６の、蒸気の
解釈上のポテンシャルがほとんどわずかになるま′で使
用される個所１９で取出される。たとえば圧縮前に６０
℃の吸込み空気温度を得ようとすると、４０〜８０パー
ルの入口圧を有する蒸気タービン６から、凝集点がほぼ
７０°Ｃの所にある０、４バールの蒸気を取出すことで
十分である。従ってこのことによって組合せ装置の特別
な出力はほんのわずかしか減少されない。なぜならば、
所望の出力減少（部分負荷）は主に作業媒体流の減少に
よって生ぜしめられるからである。案内羽根調節及び圧
縮空気予熱によって運転される部分負荷運転範囲にわた
って、燃料調整は自動的に相対的に全負荷を維持しよう
とする、すなわちタービン入口温度を保持しようとする
。このような調整範囲を使い尽した後に初めて、加熱ガ
ス温度の低下が始まる。

第２図は種々の調整法の典型的な効率状態を示す。横座
標には組合せ装置の上方の出力範囲が、縦座標には熱効
率が示されている。この衣から判るように、組合せ装置
は全負荷時（Ｐ＝１００％）にほぼ５０チの熱効率によ
って作動する。

カーブ２６は純粋な燃料調整によって負荷調整する際の
熱効率の経過を示す。二のようなカーブから、部分負荷
運転時の熱効率が急速に減少することが明らかである。

組合せ装置が７０俤で部分負荷する場合に、熱効率はす
でにもはやほぼ４４係になる。部分負荷での運転は組合
せ装置においては稀な状態ではなく、このような運転は
比較的長い時間にわたって及ぶこともある。それ故に、
提出される効率はしばしば７５係及びそれ以下の部分負
荷運転時に基礎を置いている。

別のカーブ２７は圧縮機への吸込み空気の予熱による出
力調整による熱効率の経過を示す。

ここにおいては、効率が、前述の出力調整形式より良い
結果になることが明白である。出口温度が１５°Ｃ（Ｉ
ＳＯ）である場合に、圧縮機入口において予熱を最大６
０℃に制限することによって、組合せ装置の出力は、熱
効率損失を最小にする場合にほぼ７５チ以下にまで調整
される。

この場合、このような予熱によってガスタービン出口に
おける廃ガス温度の許容される上昇はまだ完全には利用
されず、むしろ見積りによりほぼ半分であることが判る
。圧縮機の前でほぼ６０°Ｃ以上にさらに予熱すること
は一般的には許されない。

しかし、良好な効率経過を有する６７％までに出力をさ
らに低下させることは、圧縮機案内羽根全調節すること
によって可能である。すなわち、７５俤の部分負荷以降
は、圧縮機案内羽根を調節することによって出力をさら
に低下させることができる。しかし、高い部分負荷にお
いては、圧縮機案内羽根の調節は圧縮機吸込み空気の予
熱よりあまり良い効率は得られないので、最初に述べた
調整形式で開始し、次いで圧縮機吸込み空気の予熱によ
る調整形式を関係せることか論理的である。この場合、
圧縮機案内羽根の調節によって、ガスタービン出口温度
の最大に許容される上昇は急激に達成されることに注意
しなければならない。このことによって、インターバル
低下２８ａで示すように、８０係の部分負荷においては
、もちろん高い部分負荷−効率を有するこのような形式
で行なわれる出力調整が利用局される。

さらに、８０％以下の部分負荷の場合には、まずほぼ９
０チまでは（インターバル２８ｂ）、−タービン出口温
度の許容高さのほぼ半分である一圧縮機案内羽根の調節
によって調整され、続いてほぼ６７チまでは（インター
バル２８Ｃ）圧縮機吸込み空気の予熱を関係させる。カ
ーブ２８により明白に示すように、全負荷時にほぼ５０
チの効率から出発して、６７係の部分負荷時になおほぼ
４７．５〜４８チの効率が調整され、このことによりカ
ーブ２６による欠陥のある燃料調整による従来の出力調
整におけるより全体で６．５〜４％高くなる。なぜなら
ば、ここで示す部分負荷運転は、ガスタービン入口にお
ける最大許容加熱ガス温度で行なわれるからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による組合せ装置の概略的回路図、第２
図は種々の部分負荷調整形式の典型的な効率状態を示す
グラフである。１、・・ガスターボグループ、２・・・圧縮機、３・・
・ガスタービン、４・・・燃焼室、５・・・発電機、６
・・・蒸気タービン、７・・・廃熱ボイラ、８・・・熱
交換器、９・・・復水器、１０・・・ポンプ、１１・・
・調整弁、１２・・・サーボモータ、１３・・・調整器
、１４・・・入口温度、１５・・・出口温度、１６．１
７・・・命令、１８・・・吸込み空気、１９・・・蒸気
取出個所、２０・・・圧縮空気、２１・・・高温ガス、
２２・・・がスター♂ン廃がス、２３・・・復水、２４
・・・高圧−低圧蒸気、２５・・・蒸気、２６・・・カ
ーブ、２７・・・カーブ、２８ａ・・・インターバル低
下、２８１）、２８０・・・インターバル、２９・・・
煙道ガス、３０・・・目標−出力、３１・・・実際−出
力、３２・・・シグナル、３３・・・弁ＦＩＧ、２

Claims

【特許請求の範囲】１、主に、少なくとも１つのガスターボグループ（１）
と、加熱蒸気発生器（７）と、蒸気タービン（６）と、
発電機（５）と、復水器（９）とから成る、組合された
ガス−蒸気タービン−発電装置の出力調整装置において
、出力の低下が、蒸気タービン（６）から取出された蒸
気（２５）によつて、ガスターボグループ（１）の圧縮
機（２）への吸込み空気（１８）を予熱することによつ
て調整されるようになつていることを特徴とする、組合
されたガス−蒸気タービン−発電装置の出力調整装置。２、主に、少なくとも１つのガスターボグループ（１）
と、加熱蒸気発生器（７）と、蒸気タービン（６）と、
発電機（５）と、復水器（９）とから成る、組合された
ガス−蒸気タービン−発電装置の出力調整装置において
、出力の低下が、圧縮機（２）の案内羽根の調節と、蒸
気タービン（６）から取出された蒸気（２５）によつて
、ガスターボグループ（１）の圧縮機（２）への吸込み
空気（１８）を予熱することとの組合せによつて調整さ
れるようになつていることを特徴とする組合わされたガ
ス−蒸気タービン−発電装置の出力調整装置。３、圧縮機（２）への吸込み空気（１８）が、蒸気ター
ビン（６）から取出された蒸気（２５）によつて貫流される熱交換器（８）内で予熱さ
れるようになつている請求項２記載の出力調整装置。４、出力調整が予めプログラミングされた調整器（１３
）によつて制御されるようになつている請求項２記載の
出力調整装置。５、出力の１００％から９０％への低下が、圧縮機（２
）の案内羽根の調節によつて調整され、９０％以降の低
下が、蒸気タービン（６）から取出された蒸気（２５）
によつて、ガスターボグループ（１）の圧縮機（２）へ
の吸込み空気（１８）の予熱によつて調整されるように
なつている請求項２記載の出力調整装置。