JPH05163960A

JPH05163960A - コンバインドサイクル発電プラント

Info

Publication number: JPH05163960A
Application number: JP3332237A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kadowaki; 真門脇; Masanori Kobayashi; 政徳小林; Masafumi Fukuda; 雅文福田; Hajime Shiomi; 肇塩見; Naotake Mochida; 尚毅持田; Toshimi Matsuura; 敏美松浦; Kazue Nagata; 一衛永田; Hitoshi Tanabe; 仁志田邊; Akinori Koga; 昭紀古閑; Takayuki Nagashima; 孝幸長嶋
Original assignee: Toshiba Corp; Tohoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Toshiba Corp; Tohoku Electric Power Co Inc
Priority date: 1991-12-16
Filing date: 1991-12-16
Publication date: 1993-06-29
Anticipated expiration: 2015-07-24
Also published as: JP3068925B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ガスタービンを蒸気で冷却し、タービン入口温
度が高温でもより高いプラント熱効率が得られるように
したコンバインドサイクル発電プラントを提供すること
を目的とする。【構成】ガスタービンプラント１１と蒸気タービンプラ
ント１２とを組み合せ、ガスタービンからの排熱を利用
して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイ
ラ１４を備えたコンバインドサイクル発電プラント１０
において、前記ガスタービン１３の高温被冷却部を蒸気
で冷却する蒸気冷却システム５０を設け、この蒸気冷却
システムからの過熱蒸気を蒸気タービンに回収させたこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタービンプラントと
蒸気タービンプラントとを組み合せたコンバインドサイ
クル発電プラントに係り、特にガスタービンの高温被冷
却部の冷却媒体として蒸気を用いたコンバインドサイク
ル発電プラントに関する。

【０００２】

【従来の技術】コンバインドサイクル発電プラントは、
ガスタービンプラントに蒸気タービン（汽力）プラント
を組み合せた発電システムであり、このコンバインドサ
イクルは、燃料の燃焼により得られる熱エネルギの高温
域をガスタービンで、低温域を排熱回収ボイラおよび蒸
気タービンでそれぞれ分担させて熱エネルギの有効利用
を図った発電方式である。コンバインドサイクル発電プ
ラントの熱効率の向上は、ガスタービンの高温化で達成
される。現状のガスタービンでは、タービン入口温度は
１１００℃〜１３００℃程度である。

【０００３】従来この種のコンバインドサイクル発電プ
ラントには、図１２に示すように空気をガスタービンの
冷却媒体としている。このコンバインドサイクル発電プ
ラントは、ガスタービン１と排熱回収ボイラ２、蒸気タ
ービン３および発電機４を組み合せて構成される。この
発電プラントの中には、ガスタービン１と蒸気タービン
３と発電機４とを同軸上に直結した一軸型発電プラント
と、別軸とした多軸型発電プラントとがある。また、排
熱回収ボイラ２は高圧、中圧、低圧の３圧力式であり、
各圧力に対応して高圧ドラム５ａ、中圧ドラム５ｂおよ
び低圧ドラム５ｃがそれぞれ設置されている。

【０００４】このコンバインドサイクル発電プラントに
おいて、吸入された空気は空気圧縮機６で圧縮されて燃
焼器７で燃料とともに燃焼せしめられ、高温の燃焼ガス
となる。この燃焼ガスはその膨脹力でガスタービン１を
回転駆動させ、仕事をした後、高温のまま排熱ガスとな
って排熱回収ボイラ２に案内され、ここで水を加熱して
蒸気にし、図示しない煙突から例えば１００℃程度とな
って排出される。

【０００５】一方、排熱回収ボイラ２での熱回収により
発生した蒸気は蒸気タービン３に案内され、この蒸気タ
ービン３を駆動した後、復水器８で冷却されて復水とな
り、ポンプ９で再び排熱回収ボイラ２に送られ、次のサ
イクルに備えられるようになっている。

【０００６】ところで、最近ガスタービン１の高温、高
効率化が進み、排気ガス温度が高まったため、排熱回収
ボイラ２は燃焼を行なわない排熱回収型が主流になって
いる。このコンバインドサイクル発電プラントに使用さ
れるガスタービン１は第１段動翼入口温度が１２６０℃
程度のいわゆる１３００℃級ガスタービンであり、ガス
タービン１のタービン動静翼の冷却にはコンプレッサ抽
気あるいはコンプレッサ吐出空気による空気冷却が採用
されている。この場合、冷却用空気をタービン動静翼の
内部に流して冷却することにより、タービン動静翼の強
度を高温燃料ガス中で保っている。

【０００７】また、高圧、中圧、低圧の圧力ドラム５
ａ，５ｂ，５ｃを用いた３圧力再熱式コンバインドサイ
クル発電プラントは、ガスタービン１の高温化に伴なう
排ガス温度の高温化に適応した発電プラントであり、プ
ラント熱効率を向上させ得ることから注目されている。

【０００８】一方、いわゆる１２００℃級のガスタービ
ンを採用した公知のコンバインドサイクル発電プラント
では２圧力式排熱回収ボイラが用いられている。この排
熱回収ボイラは低圧部での発生蒸気の全てをガスタービ
ンのタービン動静翼の冷却蒸気として用いているが、こ
の場合には部分負荷運転時に冷却用蒸気の過不足が考え
られ、好ましくない。また、１２００℃程度の温度レベ
ルでは、ガスタービンの冷却媒体として蒸気を用いて
も、１３００℃級空気冷却式ガスタービンを用いたコン
バインドサイクル発電プラント程度のプラント熱効率
（発電効率）しか得られない。蒸気冷却方式は冷却構造
が空冷の場合より複雑である点を考慮すると、この２圧
力式排熱回収ボイラを備えたプラントでは蒸気冷却方式
を採用するメリットが少ない。

【０００９】また、蒸気冷却を使用した場合、冷却用蒸
気系統の起動時、停止時等に発生したドレン等が蒸気系
統内に残留する可能性がある。残留したドレンは、ハン
マリングやエロージョン等の原因となるので、ドレン発
生を防止したり、あるいは発生したドレンの除去が可能
な蒸気系統としておく必要がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】１３００℃級のガスタ
ービンを用いたコンバインドサイクル発電プラントで
は、ガスタービンのタービン動静翼をコンプレッサ抽気
等による空気冷却でもプラント熱効率は、４７．２％と
高く、向上させることが可能である。

【００１１】ところで、コンバインドサイクル発電プラ
ントにおいて、プラント効率をより一層向上させるため
に、ガスタービンのタービン入口温度をより高温にしよ
うとすると、タービン動静翼の冷却を一層強化しなくて
はならない。そのためには、多量の冷却空気が必要とな
る。

【００１２】しかし、ガスタービンの冷却空気はタービ
ン動静翼の冷却を終えた後、タービン主流ガスに合流し
て排出されるため、タービン途中段での主流ガス（燃焼
ガス）温度を下げてしまい、この主流ガス温度の低下が
プラント熱効率を下げる役割をする。すなわち、ガスタ
ービンの燃焼ガス温度の高温化を行なうと、タービン入
口温度の上昇によりプラント熱効率が向上するが、一方
では、冷却空気量の増大による主流ガスの温度低下によ
り熱効率が低下する現象が共存するため、タービン入口
温度を徐々に上げていくと、１３００℃近傍あるいはそ
れ以上で図１３に示すように、前者による影響よりも後
者による影響が大きくなる。したがって、プラント熱効
率を向上させようとしてガスタービンのタービン入口温
度を上昇させても、１３００℃以上の高温では空気冷却
方式では、プラント熱効率を逆に低下させてしまうとい
う不都合があった。ある試算によると、空気冷却方式で
は、ガスタービンのタービン入口温度が１３００℃から
１４００℃付近においてコンバインドサイクル発電プラ
ント熱効率は４７．２％から４７．０％に低下する。

【００１３】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、ガスタービンを蒸気で冷却し、タービン入口温
度が高温でもより高いプラント熱効率が得られるように
したコンバインドサイクル発電プラントを提供すること
を目的とする。

【００１４】本発明の他の目的は、１３００℃級を超え
るガスタービンに３圧力式排熱回収ボイラからの中圧蒸
気等で冷却し、冷却後の蒸気を蒸気タービンに回収して
プラント熱効率を向上させたコンバインドサイクル発電
プラントを提供するにある。

【００１５】本発明のさらに他の目的は、ガスタービン
を冷却する冷却蒸気系統中のドレン発生を防止したり、
ドレン除去を容易にし、ハンマリングやエロージョン等
の発生を有効的に防止したコンバインドサイクル発電プ
ラントを提供するにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るコンバイン
ドサイクル発電プラントは、上述した課題を解決するた
めに、請求項１に記載したようにガスタービンプラント
と蒸気タービンプラントとを組み合せ、ガスタービンか
らの排熱を利用して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させ
る排熱回収ボイラを備えたコンバインドサイクル発電プ
ラントにおいて、前記ガスタービンの高温被冷却部を蒸
気で冷却する蒸気冷却システムを設け、この蒸気冷却シ
ステムからの過熱蒸気を蒸気タービンに回収させたもの
である。

【００１７】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係るコンバインドサイクル発電プラントにおいて
は、請求項２に記載したように、排熱回収ボイラは高圧
・中圧・低圧の３つのドラムを備えた３圧力式であり、
蒸気冷却システムは、排熱回収ボイラで発生した蒸気を
冷却蒸気として供給する冷却蒸気供給系統と、この冷却
蒸気供給系統に接続され、ガスタービンの高温被冷却部
を冷却する蒸気冷却系統と、この蒸気冷却系統で冷却す
ることにより加熱された過熱蒸気を蒸気タービンに回収
する蒸気回収系統とを有するものである。

【００１８】さらに、本発明は蒸気冷却システムの蒸気
冷却供給系統には請求項３に記載したように、蒸気冷却
システムの蒸気冷却系統には補助蒸気系統が接続され、
この補助蒸気系統によりガスタービン起動時に蒸気冷却
系統の残留蒸気をパージし、ウォーミング可能な構成と
したり、また、請求項４に記載したように、蒸気冷却シ
ステムの冷却蒸気供給系統は、排熱回収ボイラの中圧蒸
気を冷却蒸気として用いる中圧蒸気供給ラインと、排熱
回収ボイラの高圧蒸気をガスタービン起動時の中圧蒸気
のバックアップとして用いる高圧蒸気供給ラインとを有
したり、さらに請求項５に記載したように、蒸気冷却シ
ステムの蒸気冷却供給系統には空気圧縮機の吐出側から
延出されたパージ系統を接続し、このパージ系統により
ガスタービン停止時に蒸気冷却系統を吐出空気によりパ
ージしたり、さらにまた請求項６に記載したように、蒸
気冷却システムの蒸気冷却供給系統には乾燥空気供給ラ
インが接続されるとともに、蒸気回収系統から排出ライ
ンが分岐されたコンバインドサイクル発電プラントを提
供するものである。

【００１９】さらに、本発明に係るコンバインドサイク
ル発電プラントは、上述した課題を解決するために請求
項７に記載したように、蒸気冷却システムは、排熱回収
ボイラからの中圧蒸気あるいは高圧蒸気、補助ボイラか
らの発生蒸気、または系外蒸気発生源からの蒸気等の補
助蒸気が供給される蒸気ヘッダと、この蒸気ヘッダから
冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給系統と、この冷却蒸気
供給系統に接続され、ガスタービンの高温被冷却部を冷
却する蒸気冷却系統と、蒸気冷却系統で冷却した過熱蒸
気を蒸気タービンに回収する蒸気回収系統とを備えたも
のである。

【００２０】

【作用】このコンバインドサイクル発電プラントは、ガ
スタービンの高温被冷却部を蒸気で冷却する蒸気冷却シ
ステムを設け、この蒸気冷却システムからの過熱蒸気を
蒸気タービンに回収させ、蒸気タービンで熱エネルギを
回収するようにしたから、ガスタービンのタービン入口
温度が高温でも、この高温被冷却部を比熱量の大きな蒸
気で積極的に冷却し、高いプラント熱効率が得られる。

【００２１】その際、特にガスタービンが１３００℃級
を超える場合、排熱回収ボイラを高圧、中圧、低圧ドラ
ムを備えた３圧力式とし、排熱回収ボイラからの中圧蒸
気あるいは補助蒸気ヘッダからの補助蒸気でガスタービ
ンの高温被冷却部を冷却した場合、その高温被冷却部に
発生する熱応力を緩和させることができ、ガスタービン
の信頼性を向上させ、タービン寿命を延ばすことができ
る一方、ガスタービンの高温被冷却部を冷却することに
より加熱された過熱蒸気は、蒸気タービンに回収されて
膨脹仕事に寄与するのでプラント熱効率（運転効率）を
向上させることができる。

【００２２】また、蒸気冷却システムの冷却蒸気供給系
統には乾燥蒸気供給ラインが接続され、蒸気回収系統か
ら排出ラインを分岐させたので、蒸気冷却システムの系
統内に供給ラインからの乾燥空気を切換使用することに
より、ドレンの発生を防止でき、また、ドレンが発生し
ても発生したドレンを系外に排出することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明に係るコンバインドサイクル発
電プラントの実施例について添付図面を参照して説明す
る。

【００２４】図１は本発明のコンバインドサイクル発電
プラント１０の第１実施例を示す系統図である。この発
電プラントはガスタービンプラント１１と蒸気タービン
プラント１２とを組み合せた一軸型コンバインドサイク
ル発電プラントの例を示すもので、主に蒸気を冷却媒体
としたガスタービン１３と３圧力式排熱回収ボイラ(Hea
t Recovery Steam Generator）１４と蒸気タービン１５
と発電機１６とから構成される。

【００２５】ガスタービンプラント１１はガスタービン
１３と空気圧縮機１８とが同軸上に設けられ、空気圧縮
機１８で圧縮された吐出空気は、燃焼器１９に送られ、
ここで燃料と混合して燃焼せしめられる。燃焼器１９で
燃焼した高温、例えば１３００℃を超える燃焼ガスはガ
スタービン１３に案内され、その膨脹により仕事をして
ガスタービン１３を回転駆動した後、排熱回収ボイラ１
４に案内され、ここで蒸気タービンプラント１２からの
給水と熱交換して加熱し、蒸気にした後、図示しない煙
突から１００℃程度の温度になって外部に排出される。

【００２６】排熱回収ボイラ１４は高圧、中圧、低圧の
３圧力式であり、各圧力部に対応して高圧ドラム２０、
中圧ドラム２１および低圧ドラム２２が設置されてい
る。この３圧力式排熱回収ボイラ１４のケーシング２３
内には排熱ガスの上流側から下流側に向って高圧第２過
熱器２４、再熱器２５、高圧第１過熱器２６、高圧蒸発
器２７、中圧過熱器２８、低圧過熱器２９、高圧節炭器
（エコノマイザ）３０、中圧蒸発器３１、中圧節炭器３
２、中圧節炭器３３、低圧蒸発器３４および低圧節炭器
３５の順に配設され、これらで蒸気あるいは給水と熱交
換が行なわれる。

【００２７】一方、排熱回収ボイラ１４の低圧節炭器３
５で熱交換された給水は、低圧ドラム２２に供給される
一方、ポンプ３４，３５を介して中圧および高圧ドラム
２４に供給されるとともに、ポンプ３８により中圧節炭
器３３および高圧節炭器３０を介して高圧ドラム２１に
それぞれ供給されるようになっている。また、低圧ドラ
ム２２や中圧ドラム２１から低圧過熱器２９や高圧過熱
器２８を経て低圧蒸気ライン４０および中圧蒸気ライン
４１が延びる一方、高圧ドラム２０からも高圧第１過熱
器２６および高圧第２過熱器２４を順次経て高圧蒸気ラ
イン４２が延びており、これらの蒸気ライン４０，４
１，４２は蒸気タービン１５に接続されている。蒸気タ
ービン１５は例えば高圧タービン１５ａと中圧タービン
１５ｂと低圧タービン１５ｃとを配列したものであり、
高圧蒸気ライン４２は高圧タービン１５ａに、中圧蒸気
ライン４１は再熱蒸気ライン４３に、また低圧蒸気ライ
ン４０は低圧タービン１５ｃにそれぞれ接続される。

【００２８】しかして、排熱回収ボイラ１４からの高圧
主蒸気、再熱蒸気、中圧蒸気および低圧蒸気はそれぞれ
の蒸気系統ライン４０，４１（４３），４２を経て蒸気
タービン１５に送られ、この蒸気タービン１５で膨脹し
て仕事をし、ガスタービン１３とともに発電機１６を駆
動させて発電を行なうようになっている。

【００２９】一方、蒸気タービン１５で仕事をした蒸気
は復水器４５に導かれ、ここで海水や河川水等により冷
却され復水となる。この復水は給水ポンプ４６によりポ
ンプ作動され、途中の給水加熱器４７等を経て排熱回収
ボイラ１４の低圧節炭器３５に供給される。

【００３０】給水は排熱回収ボイラ１４の低圧節炭器３
５を通過する間に熱授受を受けて予熱され、低圧ドラム
２２へ、他の一部は中圧節炭器３０を経て中圧ドラム２
１へ供給される。低圧ドラム２２からの給水は一部が中
圧節炭器３２を経て中圧ドラム２１に、残りが中圧節炭
器３３、高圧節炭器３０を経て高圧ドラム２０にそれぞ
れ供給される。各ドラム２２，２１，２０に供給された
給水は、各蒸発器３４，３１，２７にて排ガスから熱授
受を受けて飽和蒸気となり、各ドラム２２，２１，２０
内に回収される。

【００３１】このうち、高圧ドラム２０で発生した蒸気
は、さらに高圧第１過熱器２６および高圧第２過熱器２
４により過熱された過熱蒸気となり、前述したように蒸
気タービン１５の高圧タービン１５ａに送られ、高圧タ
ービン（高圧部）１５ａを駆動させる。高圧タービン１
５で仕事をした蒸気は、一旦排熱回収ボイラ１４内の再
熱器２５に送られて再度過熱された後、蒸気タービン１
５の中圧タービン（中圧部）１５ｂに流入し、仕事をす
る。このとき、中圧ドラム２１からの中圧蒸気は、高圧
タービン１５ａからの排気と合流し、再熱器２５を経て
中圧タービン１５ｂへ、また低圧ドラム２２で発生した
蒸気は、低圧タービン（低圧部）１５ｃへそれぞれ流入
して仕事をするようになっている。

【００３２】ところで、排熱回収ボイラ１４の中圧ドラ
ム２１から延設された中圧蒸気ライン４１の途中から蒸
気冷却システム５０を構成する中圧蒸気の冷却蒸気供給
系統４５が分岐されており、この冷却蒸気供給系統５１
にはガスタービン１３の高温被冷却部（タービン高温部
材）であるタービン動静翼を冷却する閉ループの蒸気冷
却系統５２が接続される。この蒸気冷却系統５２を通っ
てタービン動静翼を冷却した蒸気は過熱蒸気となって蒸
気回収系統５３から蒸気タービン１５の中圧タービン１
５ｂに案内される。また、中圧蒸気ライン４１の分岐部
下流側には、冷却蒸気流量を調節する流量調節装置とし
ての調整弁５４が設けられている。

【００３３】蒸気冷却システム５０の冷却蒸気系統５１
は中圧蒸気供給元弁５５、冷却蒸気供給元弁５６および
中圧冷却蒸気流量調節弁５７を順次備えてミストセパレ
ータ５８に接続され、このミストセパレート５８から蒸
気冷却系統５１の冷却蒸気ガスタービン入口弁５９に接
続される。ミストセパレート５８はガスタービン１３の
入口直前に設置され、ミストがガスタービン１３に入る
のを防止している。冷却蒸気系統５１が充分にウォーミ
ングされても、万一ミストがガスタービン１３内に入る
と、急激な温度差でガスタービン動静翼に損傷を与える
危険があり、この危険を取り除くためにミストセパレー
タ５８が設置される。

【００３４】また、排熱回収ボイラ１４が３圧力式を採
用するとき、ガスタービン１３の冷却蒸気条件として中
圧蒸気が最適であるが、ガスタービン１３の起動直後
は、中圧蒸気条件が冷却蒸気としての条件を満足してい
ない。このため、ガスタービン１３の起動直後にバック
アップ蒸気としての高圧蒸気が必要となる。このため、
蒸気冷却システム５０は、中圧蒸気の冷却蒸気系統５１
と並列に高圧蒸気の冷却蒸気系統６０が設けられる。

【００３５】高圧蒸気の蒸気冷却系統６０は高圧蒸気ラ
イン４２から分岐され、高圧蒸気供給元弁６１および高
圧冷却蒸気供給元弁６２を順次備えて前記ミストセパレ
ータ５８に接続される。

【００３６】また、蒸気冷却システム５０は、ガスター
ビン１３の起動前に空気で満たされており、ガスタービ
ン１３の蒸気冷却を開始すると、蒸気回収系統５３を経
て主蒸気系統（中圧蒸気ライン４３）に空気が混入して
しまうので、蒸気冷却システム５０内に貯溜された空気
のパージが必要となる。この空気をパージするために、
蒸気冷却システム５０の中圧蒸気の冷却蒸気系統５１に
は、プラント系外からの補助蒸気系統６４が接続され
る。補助蒸気系統６４には補助蒸気供給元弁６５が備え
られ、この補助蒸気供給元弁６５を開放することによ
り、補助空気を蒸気冷却システム５０に案内し、ガスタ
ービン起動前に、蒸気冷却システム５０に滞留していた
空気をパージするようになっている。滞留空気を補助蒸
気によりパージさせるために、中圧蒸気の蒸気冷却系統
５１、高圧蒸気の蒸気冷却系統６０および蒸気回収系統
５３に蒸気空気パージ弁６６，６７，６８がそれぞれ備
えられる。

【００３７】補助蒸気系統６４からの補助蒸気により蒸
気冷却システム５０内に滞留していた空気をパージした
後、蒸気冷却システム５０内に補助蒸気でウォーミング
させる。このウォーミングの際に、ドレンがガスタービ
ン１３内に滞留するのを避けるために、ウォーミング初
期はガスタービン１３の蒸気冷却系統５２をバイパスす
るように冷却蒸気がガスタービンバイパス弁７０を開放
させ、冷却蒸気系統５１，６０と蒸気回収系統５３のウ
ォーミングを、蒸気空気パージ弁６６，６７，６８によ
り行なう。その後、バイパス弁７０を閉じてガスタービ
ン１３内の蒸気冷却系統５２を含めたウォーミングを行
なう。

【００３８】ガスタービン１３のウォーミングを行なっ
た後、ガスタービン１３を起動させて、運転を開始す
る。ガスタービン１３の通常運転中は、ガスタービン１
３の冷却蒸気条件として、排熱回収ボイラ１４の各蒸気
の中で最適な中圧蒸気が用いられる。このため、ガスタ
ービン１３の蒸気冷却系統５２に中圧蒸気ライン４１か
らの中圧蒸気を冷却蒸気として案内している。

【００３９】しかし、排熱回収ボイラ１４の中圧蒸気を
ガスタービン１３の冷却蒸気として使用する蒸気冷却シ
ステム５０において、ガスタービン１３の起動時の立上
りを考慮すると、中圧蒸気条件が整うまでに時間を要す
る。このため、中圧蒸気条件が整うまでの間、高圧蒸気
を、中圧蒸気のバックアップ用としてガスタービン１３
の冷却蒸気として用いる。高圧蒸気を中圧蒸気のバック
アップとして用いることにより、ガスタービン１３の起
動直後からプラント系外の補助蒸気を消費しない運転が
可能となる。

【００４０】また、ガスタービン１３の停止時に、蒸気
冷却システム５０内に蒸気を残しておくと、残留蒸気が
ドレン化し、腐食の問題等を生じさせるそおかれあるの
で、ガスタービン停止時には、蒸気冷却システム５０内
の冷却蒸気をガスタービンプラント１１の空気圧縮機１
８から吐出される吐出空気によりパージし、蒸気冷却シ
ステム５０内のドレン化を防止している。このため、エ
アパージライン７０が設けられ、このパージライン７０
に冷却蒸気パージ弁７１が設けられる。

【００４１】また、蒸気冷却システム５０の蒸気回収系
統５３には、冷却蒸気圧力調節弁７３が設けられ、この
圧力調節弁７３で蒸気冷却システム５０内の蒸気圧力を
調節し、この蒸気圧力がガスタービン１３のガス通路部
内のガス圧力より若干高く保ち、ガスタービン１３の蒸
気冷却系統５２にガスが侵入するのを防止している。符
号７４は冷却蒸気戻り止め弁である。

【００４２】次に、コンバインドサイクル発電プラント
の作用を説明する。

【００４３】ガスタービンプラント１１の燃焼器１９に
送られた燃料は、空気圧縮機１８で昇圧された空気と混
合燃焼し、その排気によってガスタービン１３を駆動
し、仕事をしている。

【００４４】一方、ガスタービン１３で仕事をし、膨脹
したタービン排気ガスは、排熱回収ボイラ１４に案内さ
れ、この排熱回収ボイラ１４で蒸気タービンプラント１
２から供給される給水と熱交換し、高圧蒸気、中圧蒸
気、低圧蒸気を発生させた後、大気に排出される。

【００４５】排熱回収ボイラ１４で発生した蒸気は、各
過熱器２４，２５；２８，２９で過熱された後、高圧蒸
気タービン１５ａ、中圧蒸気タービン１５ｂおよび低圧
蒸気１５ｃに流入して各タービン１５ａ，１５ｂ，１５
ｃを駆動させて仕事をする。低圧蒸気タービン１５ｃか
らの排気は復水器４５に案内され、ここで凝縮して復水
となり、この復水は復水・給水系４８を経て排熱回収ボ
イラ１４に送られる。

【００４６】このコンバインドサイクル発電プラントの
ガスタービン１３は、ガスタービン１３の運転中、蒸気
冷却システム５０により蒸気冷却され、タービン動静翼
の健全性が維持される。

【００４７】（１）この蒸気冷却システム５０によるガ
スタービン１３の蒸気冷却に先立ち、ガスタービン１３
の起動前には、補助蒸気系統６４からの補助蒸気によ
り、蒸気冷却システム５０内に残留する空気のパージが
行なわれる。このパージの際には、蒸気冷却システム５
０に設けた、補助蒸気供給元弁６５は開中圧蒸気供給元弁５５は閉中圧補助蒸気の蒸気・空気パージ弁６６は開冷却蒸気供給元弁５６は開冷却蒸気パージ弁７１は閉高圧冷却蒸気流量調節弁６２は開中圧冷却蒸気流量調節弁５７は開冷却蒸気ガスタービン入口弁５９は閉冷却蒸気ガスタービンバイパス弁７０は開高圧蒸気供給元弁６１は閉高圧蒸気の蒸気・空気パージ弁６７は開冷却蒸気圧力調節弁７３は開冷却蒸気戻り止め弁７４は閉蒸気・空気パージ弁６８は閉として実施する。補助蒸気としては、何台かのコンバイ
ンドサイクル発電プラントを組み合せて、運転中の他の
発電プラントの中圧蒸気を利用することも可能である。

【００４８】（２）蒸気冷却システム５０内に残留した
空気のパージが行なわれた後、蒸気冷却システム５０は
補助蒸気によってウォーミングが行なわれる。このため
に、空気パージと同様に蒸気冷却システム５０の各系統
（ライン）に設けられた弁を操作して、ガスタービン１
３の蒸気冷却系統５２を除く冷却蒸気配管を充分にウォ
ーミングさせる。その後、冷却蒸気タービン入口弁５９
を開き、冷却蒸気タービンバイパス弁７０を閉じてガス
タービン１３の蒸気冷却系統５２内のウォーミングを行
なう。

【００４９】（３）蒸気冷却システム５０のウォーミン
グが終了したら、ガスタービン１３を起動させて、コン
バインドサイクル発電プラントは運転状態に入る。しか
し、ガスタービン起動時には、排熱回収ボイラ１４でガ
スタービン冷却蒸気に適した中圧蒸気が充分に発生して
いないので、中圧蒸気条件が整うまでの間、中圧蒸気の
補助として高圧蒸気をガスタービン１３の冷却蒸気とし
て用いる。この場合には、蒸気冷却システム５０の各系
統（ライン）に設けた、中圧蒸気供給元弁５５は閉補助蒸気供給元弁６５は閉冷却蒸気供給元弁５６は閉冷却蒸気パージ弁７１は閉冷却蒸気ガスタービン入口弁５９は開冷却蒸気ガスタービンバイパス弁７０は閉冷却蒸気戻り止め弁７４は開高圧蒸気供給元弁６１は開中圧蒸気の蒸気・空気パージ弁６６は閉高圧蒸気の蒸気・空気パージ弁６７は閉蒸気・空気パージ弁６８は閉として高圧蒸気によるガスタービン冷却運転を行なう。

【００５０】（４）ガスタービン１３が起動状態から徐
々に立ち上がって通常運転状態に入ると、ガスタービン
１３の冷却蒸気条件として最適な中圧蒸気が排熱回収ボ
イラ１４により得られる。このため、蒸気冷却システム
５０はガスタービン１３の冷却蒸気を高圧蒸気から中圧
蒸気に切り換え、この中圧蒸気によりガスタービン１３
の冷却が行なわれる。このとき、蒸気冷却システム５０
の各系統（ライン）に設けた、中圧蒸気供給元弁５５は開補助蒸気供給元弁６５は閉冷却蒸気供給元弁５６は開冷却蒸気パージ弁７１は閉冷却蒸気ガスタービン入口弁５９は開冷却蒸気ガスタービンバイパス弁７０は閉冷却蒸気戻り止め弁７４は開中圧蒸気の蒸気・空気パージ弁６６は閉高圧蒸気の蒸気・空気パージ弁６７は閉蒸気・空気パージ弁６８は閉として中圧蒸気によるガスタービン１３の冷却運転が行
われる。

【００５１】（５）ガスタービン１３の運転が停止され
ると、蒸気冷却システム５０内に残留した蒸気がドレン
化し、配管腐食等の問題を起こすおそれがある。このた
め、ガスタービン１３の運転停止時には、空気調和機の
吐出空気により蒸気冷却システム５０内の冷却蒸気をパ
ージする。このために、各ラインに設けた、中圧蒸気供給元弁５５は閉補助蒸気供給元弁６５は閉冷却蒸気供給元弁５６は閉冷却蒸気パージ弁７１は閉冷却蒸気ガスタービン入口弁５９は開冷却蒸気ガスタービンバイパス弁７０は閉冷却蒸気戻り止め弁７４は閉高圧蒸気供給元弁６１は閉中圧蒸気の蒸気・空気パージ弁６６は開高圧蒸気の蒸気・空気パージ弁６７は開蒸気・空気パージ弁６８は開として、パージを行なう。停止時の空気によるパージ
は、さらに腐食の必要のある場合は、空気の代りに窒素
等を使うことが考えられる。

【００５２】（６）また、ガスタービン１３の通常運転
中には、ガスタービン１３内での蒸気冷却系統５２の圧
力を、ガスタービン通路部のガス圧力よりも僅かに高く
保つために、蒸気回収系統５３上に冷却蒸気圧力調節弁
７３を設置する。

【００５３】（７）蒸気冷却システム５０はガスタービ
ン起動前に充分ウォーミングを行なうが、それでも万が
一、ミストがガスタービン内に侵入しないように、ガス
タービン１３の入口直前にミストセパレータ５８を設置
する。

【００５４】このコンバインドサイクル発電プラントに
おいては、ガスタービンの起動から停止に至るまでの
間、蒸気冷却システムの空気パージからウォーミング、
停止時の蒸気パージを含めた一連の運転が高い効率と高
い信頼性の下に行なえる。

【００５５】また、ガスタービンの起動時から停止時に
至るまでの間の一連のガスタービン蒸気冷却を確実に行
なうことが可能なコンバインドサイクル発電プラントと
なる。

【００５６】図２は本発明のコンバインドサイクル発電
プラント１０Ａの第２実施例を示す系統図である。この
発電プラントは一軸型コンバインドサイクル発電プラン
トの例を示すもので、図１に示す発電プラント１０と同
一部分には同じ符号を付して説明を省略する。この発電
プラント１０Ａは主に蒸気を冷却媒体としたガスタービ
ン１３と３圧力式排熱回収ボイラ(Heat RecoverySteamG
enerator ）１４と蒸気タービン１５と発電機１６とか
ら構成される。

【００５７】ガスタービンプラント１１はガスタービン
１３と空気圧縮機１８とが同軸上に設けられ、空気圧縮
機１８で圧縮された吐出空気は、燃焼器１９に送られ、
ここで燃料と混合して燃焼せしめられる。燃焼器１９で
燃焼した高温、例えば１３００℃を超える燃焼ガスはガ
スタービン１３に案内され、その膨脹により仕事をして
ガスタービン１３を回転駆動した後、排熱回収ボイラ１
４に案内され、ここで蒸気タービンプラント１２からの
給水と熱交換して加熱し、蒸気にした後、図示しない煙
突から１００℃程度の温度になって外部に排出される。

【００５８】排熱回収ボイラ１４は高圧、中圧、低圧の
３圧力式であり、各圧力部に対応して高圧ドラム２０、
中圧ドラム２１および低圧ドラム２２が設置されてい
る。この３圧力式排熱回収ボイラ１４のケーシング２３
内には排熱ガスの上流側から下流側に向って高圧第２過
熱器２４、再熱器２５、高圧第１過熱器２６、高圧蒸発
器２７、高圧節炭器（エコノマイザ）３０、中圧蒸発器
３１、中圧節炭器３２、低圧蒸発器３４および低圧節炭
器３５の順に配設され、これらで蒸気あるいは給水と熱
交換が行なわれる。

【００５９】一方、排熱回収ボイラ１４の低圧節炭器３
５で熱交換された給水は、低圧ドラム２２に供給される
一方、ポンプ３７，３８を介して中圧および高圧ドラム
２１，２２に供給されるようになっている。また、低圧
ドラム２０や中圧ドラム２１から低圧蒸気ライン４０お
よび中圧蒸気ライン４１が延びる一方、高圧ドラム２０
からも高圧第１過熱器２６および高圧第２過熱器２４を
順次経て高圧蒸気ライン４２が延びており、これらの蒸
気ライン（配管）４０，４１，４２は蒸気タービン１５
に接続されている。蒸気タービン１５は例えば高圧ター
ビン１５ａと中圧タービン１５ｂと低圧タービン１５ｃ
とを配列したものであり、高圧蒸気ライン４２は高圧タ
ービン１５ａに、中圧蒸気ライン４１は再熱蒸気ライン
３９に、また低圧蒸気ライン４０は低圧タービン１５ｃ
にそれぞれ接続される。

【００６０】しかして、排熱回収ボイラ１４からの高圧
主蒸気、再熱蒸気、中圧蒸気および低圧蒸気はそれぞれ
の蒸気系統ラインを経て蒸気タービン１５に送られ、こ
の蒸気タービン１５で膨脹して仕事をし、ガスタービン
１３とともに発電機１６を駆動させて発電を行なうよう
になっている。

【００６１】一方、蒸気タービン１５で仕事をした蒸気
は復水器４５に導かれ、ここで海水や河川水等により冷
却され復水となる。この復水は給水ポンプ４６によりポ
ンプ作動され、途中の給水加熱器（図示せず）等を経て
排熱回収ボイラ１４の節炭器３５に供給される。

【００６２】給水は排熱回収ボイラ１４の節炭器３５を
通過する間に熱授受を受けて予熱され、一部は低圧ドラ
ム２２へ、他の一部は中圧節炭器３２を経て中圧ドラム
２１へ、残りは高圧節炭器３０を経て高圧ドラム２０に
それぞれ供給される。各ドラム２２，２１，２０に供給
された給水は、各蒸発器３４，３１，２７にて排ガスか
ら熱授受を受けて飽和蒸気となり、各ドラム２２，２
１，２０内に回収される。

【００６３】このうち、高圧ドラム２０で発生した蒸気
は、更に高圧第１過熱器２６および高圧第２過熱器２４
により過熱された過熱蒸気となり、前述したように蒸気
タービン１５の高圧タービン１５ａに送られ、高圧ター
ビン（高圧部）１５ａを駆動させる。高圧タービン１５
で仕事をした蒸気は、一旦排熱回収ボイラ１４内の再熱
器２５に送られて再度過熱された後、蒸気タービン１５
の中圧タービン（中圧部）１５ｂに流入し、仕事をす
る。このとき、中圧ドラム２１からの中圧蒸気は、高圧
タービン１５ａからの排気と合流し、再熱器２５を経て
中圧タービン１５ｂへ、また低圧ドラム２２で発生した
蒸気は、低圧タービン（低圧部）１５ｃへそれぞれ流入
して仕事をするようになっている。

【００６４】ところで、排熱回収ボイラ１４の中圧ドラ
ム２１から延設された中圧蒸気ライン４１の途中から蒸
気冷却システム５０Ａを構成する冷却蒸気供給系統５１
が分岐されており、この冷却蒸気供給系統５１にはガス
タービン１３の高温被冷却部（タービン高温部材）であ
るタービン動静翼を冷却する閉ループの蒸気冷却系統５
２が接続される。この蒸気冷却系統５２を通ってタービ
ン動静翼を冷却した蒸気は過熱蒸気となって蒸気回収系
統５３から蒸気タービン１５の中圧タービン１５ｂに案
内される。また、中圧蒸気ライン４１の分岐部下流側に
は、冷却蒸気流量を調節する流量調節装置としての調整
弁５４が設けられている。

【００６５】図３は蒸気冷却ガスタービン１３の蒸気冷
却システム５０Ａを具体的に示す図である。使用される
ガスタービン１３は１３００℃を超える１４００℃級以
上のガスタービンである。しかして、蒸気冷却システム
５０Ａは中圧蒸気ライン４１から分岐された冷却蒸気供
給系統５１に供給蒸気止め弁５５および逆止弁８０が備
えられる一方、この逆止弁８０の下流側にコンプレッサ
抽気等の冷却パージを供給する乾燥空気供給ライン８１
が接続され、この空気供給ライン８１にも逆止弁８２が
備えられている。

【００６６】冷却蒸気供給系統５１はガスタービン１３
の蒸気冷却系統５２に接続され、この蒸気冷却系統５２
で高温被冷却部１３ａであるタービン高温部材を冷却
し、回収蒸気止め弁７４および逆止弁８３を備えた蒸気
回収系統５３を経て蒸気タービン１５に回収されるよう
になっている。この蒸気回収系統５３の回収蒸気止め弁
７４の上流側からドレン排出系統８５が分岐される。ド
レン排出系統８５は排出止め弁８６を介して発生したド
レンを系外へ排出するようになっている。

【００６７】次に、蒸気冷却システム５０Ａによるガス
タービンの蒸気冷却作用を説明する。

【００６８】ガスタービン１３の冷却蒸気として使用す
る中圧蒸気は、冷却蒸気供給系統５１を通って例えば、
２０ａｔａ、２２０℃程度で閉ループのガスタービン１
３の蒸気冷却系統５２に供給され、ガスタービン１３の
タービン動静翼（被冷却部）１３ａを冷却している。

【００６９】一方、ガスタービン１３に供給される燃焼
ガスのガス温度はタービン入口部で例えば１４５０℃〜
１５５０℃程度の高温に晒される。高温の燃焼ガスに晒
されるタービン動静翼は、動静翼材の材料特性から７０
０℃〜８００℃程度に維持する必要があり、この温度に
空気より比熱の大きな冷却蒸気で冷却している。このタ
ービン動静翼の蒸気冷却により冷却蒸気は４００℃〜４
５０℃程度に過熱され、過熱蒸気となって蒸気回収系統
５３を通り、蒸気タービン１５の中圧タービン１５ｂの
入口（あるいは途中段）に案内される。

【００７０】ところで、ガスタービン１３に流入される
燃焼ガス（主流ガス）圧力はタービン入口部で１７〜１
９ａｔａであり、ガスタービン１３の蒸気冷却系統５２
に案内される冷却蒸気は中圧ドラム２１から２０ａｔａ
程度の中圧蒸気であるため、タービン動静翼の内側に供
給される冷却蒸気圧力との圧力差が小さく、発生する熱
応力を小さく抑えることができ、タービン動静翼の損傷
を有効的に抑制することができる。

【００７１】また、ガスタービンプラント１１が部分負
荷になった場合、ガスタービン１３の排ガス温度が変化
し、このガス温度変化に伴って排熱回収ボイラ１４内で
の蒸気条件も変化する。この蒸気条件の変化により必要
とする冷却蒸気量も変化するのでこの部分負荷運転時に
は、調整弁５４の弁操作を行なって流量調整を行なう。

【００７２】一方、ガスタービン１３の起動時には、タ
ービン部材であるタービン動静翼の温度は定格運転時に
較べて低いので供給蒸気止め弁５５を閉じておき、コン
プレッサ抽気により空気冷却する。このとき、蒸気回収
系統５３は回収蒸気止め弁７４を閉じ、排出止め弁８６
を開いて、冷却空気を系外に排出する。このため、冷却
空気は蒸気サイクル系に流入することはない。

【００７３】また、コンプレッサ抽気は、冷却用空気と
いっても空気圧縮機１８の圧縮作用を受け常温以上の温
度であり、ガスタービン１３の被冷却部１３ａの冷却後
は更に温度上昇するので、蒸気冷却システム５０Ａやガ
スタービン１３のウォームアップ（暖機）になる。その
後、供給蒸気止め弁５５のみを開にし、冷却蒸気供給系
統５１および蒸気冷却系統５２内の空気を系外に放出
し、系統５１，５２内を完全に蒸気のみとした時点で排
出止め弁８６を閉じ、回収蒸気止め弁７４を開にして通
常の蒸気冷却運転に入る。この場合、蒸気冷却システム
５０Ａの系統５１，５２内に供給される冷却用蒸気の蒸
気圧が高いので、コンプレッサ抽気は系統内に流入しな
い。

【００７４】他方、ガスタービン１３の停止時には、停
止直前に供給蒸気止め弁５５および回収蒸気止め弁７４
を閉じ、排出止め弁８６を開とすることにより、ガスタ
ービン１３の冷却は蒸気冷却から空気冷却に切り換わる
とともに、系統５１，５２内の残留蒸気分を系外に除去
し、停止中にドレンが発生することを防止する。また、
停止中に蒸気冷却システム５０Ａの系統５１，５２内に
ドレンが万一生じても、ガスタービン起動時に、発生し
たドレンを系外に排出することができる。

【００７５】しかして、このコンバインドサイクル発電
プラント１０は、３圧力式排熱回収ボイラ１４を備え、
１３００℃級を超える高温ガスタービン１３を採用した
発電プラントに特に適したものとなり、ガスタービン１
３の主流ガス圧力に見合った圧力の冷却蒸気をガスター
ビン１３の高温被冷却部（タービン動静翼の初段側）１
３ａに供給して効率的に蒸気冷却する。冷却を終えた蒸
気は過熱蒸気となって蒸気タービン１５の中圧タービン
（中圧部）１５ｂの入口蒸気として採用することによ
り、この過熱蒸気は中圧タービン１５ｂ以降で膨脹仕事
を行なってタービン駆動に寄与し、プラントの熱効率が
向上する。

【００７６】図４はコンバインドサイクル発電プラント
１０のガスタービン１３を蒸気冷却した場合と、空気冷
却した場合のサイクル熱効率曲線Ａ，Ｂをそれぞれ比較
して示している。この図４から、１４００℃級のガスタ
ービン１３を用いたコンバインドサイクル発電プラント
１０においては、蒸気冷却によるサイクル熱効率が約４
８．４％であり、空気冷却によるサイクル熱効率（４
７．０％）より、相対値で１．４％程度あるいはそれ以
上向上することがわかった。

【００７７】また、コンバインドサイクル発電プラント
１０のガスタービン１３に、図４に示す蒸気冷却システ
ム５０Ａを備えることにより、冷却蒸気系統５１，５２
内のドレン除去や、ウォームアップ停止直前の系統内ド
ライアップによるドレン発生防止が容易に可能であるこ
ともわかった。

【００７８】次に、コンバインドサイクル発電プラント
１０Ｂの第３実施例を図５を参照して説明する。

【００７９】図５に示されたコンバインドサイクル発電
プラント１０Ｂは、中圧ドラム２１で発生した中圧蒸気
を過熱する中圧過熱器２８を排熱回収ボイラ１４に追加
した点が、図２に示すコンバインドサイクル発電プラン
ト１０Ａと基本的に相違し、他の構成は実質的に異なら
ないので同一符号を付して説明を省略する。

【００８０】そして、中圧過熱器２８を出た中圧蒸気ラ
イン４１以降の構成および作用は、図２および図３に示
す中圧蒸気ライン４１以降の構成作用と同じである。

【００８１】このコンバインドサイクル発電プラント１
０Ｂは、排熱回収ボイラ１４内に中圧過熱器２８を設け
たことにより、過熱蒸気を蒸気冷却システム５０Ｂに送
ることが可能となり、冷却蒸気供給系統５１内を通ると
き、供給蒸気がドレン化し、系統５１，５２に悪影響が
及ぶのを有効に防止することができる。

【００８２】図６はコンバインドサイクル発電プラント
の第４実施例を示すものである。

【００８３】この実施例に示されたものは、蒸気冷却シ
ステム５０Ｃの蒸気回収系統５３Ａの接続構造を、図２
に示すコンバインドサイクル発電プラント１０Ａとは異
にしたものであり、他の構成は実質的に同一である。

【００８４】第４実施例に示されたコンバインドサイク
ル発電プラント１０Ｃは蒸気冷却システム５０Ｃの蒸気
回収系統５３Ａを蒸気タービン１５の中圧タービン（中
圧部）１５ｂの途中段に接続したものである。すなわ
ち、ガスタービン１３を冷却した過熱蒸気を中圧タービ
ン１５ｂの途中段落に流入させるようにしたものであ
る。

【００８５】これは、ガスタービン１３の高温被冷却部
を積極的に冷却させるために、例えば、冷却蒸気系統５
２のガスタービン内部蒸気冷却通路を複雑にすると、蒸
気冷却通路内の圧力損失が大きくなり、中圧タービン１
５ｂの入口蒸気への混合が圧力的に不可能になる恐れが
あり、この場合の使用に適している。図２の蒸気冷却シ
ステム５０Ａの蒸気回収系統５２を途中から分岐させて
中圧タービン１５ｂの途中段に接続し、中圧タービン１
５ｂへ供給する過熱蒸気を図示しない切換弁で選択的に
切換え得るようにしてもよい。

【００８６】図７はコンバインドサイクル発電プラント
の第５実施例を示すものである。

【００８７】この実施例に示されたコンバインドサイク
ル発電プラント１０Ｄは、図５に示された中圧過熱器２
８と、図６に示された蒸気回収系統５３Ａとを組み合せ
たものであり、中圧ドラム２１からの中圧蒸気を中圧蒸
気過熱器２８で過熱するとともに、蒸気冷却システム５
０Ｄの蒸気回収系統５３Ａを中圧タービン１５ｂの途中
段へ接続し、この途中段へ回収蒸気を混入させるように
したものである。

【００８８】図８および図９はコンバインドサイクル発
電プラントの第６実施例を示すものである。

【００８９】この実施例に示されたコンバインドサイク
ル発電プラント１０Ｅは排熱回収ボイラ１４の構成およ
び蒸気冷却システム５０Ｅの構成が図２に示されるコン
バインドサイクル発電プラント１０Ａと相違する。

【００９０】第６実施例に示されたコンバインドサイク
ル発電プラントの排熱回収ボイラ１４は、低圧ドラム２
２からの給水ラインを給水ポンプ３８下流側で分岐さ
せ、一方を中圧節炭器あるいは蒸発器３２を介して中圧
ドラム２１に、他方を中圧節炭器３３および高圧節炭器
３０を段状に案内して高圧ドラム２０に案内するように
した構成が、図２に示された排熱回収ボイラ１４と基本
的に相違する。

【００９１】また、蒸気冷却システム５０Ｅは図９に示
すように構成され、冷却蒸気供給系統５１は中圧ドラム
２１から中圧過熱器２８を経た中圧蒸気ライン４１から
分岐されており、この冷却蒸気供給系統５１の途中に流
量調整弁５７が設けられ、その調整弁５７の下流側に圧
力計９０、温度計９１および流量計９２が設けられる。
また、冷却蒸気供給系統５１の流量調整弁５７の下流側
に補助蒸気系統（ライン）６４および冷却パージ空気を
供給する乾燥用空気供給ライン７０がそれぞれ接続さ
れ、各ライン６４，７０に流量調整弁６５，７１がそれ
ぞれ設けられる。

【００９２】蒸気冷却システム５０Ｅの冷却蒸気供給系
統５１はガスタービン１３の高温被冷却部（タービン動
静翼）１３ａに設けられた蒸気冷却系統５２に接続され
る一方、この蒸気冷却系統５２の下流側は蒸気回収系統
５３に接続される。この蒸気回収系統５３は途中に温度
計９５および流量計９６を有し、蒸気止め弁７４を介し
て蒸気タービン１５の中圧タービン（中圧部）１５ｂの
入口側あるいは途中段に接続される。

【００９３】また、蒸気回収系統５３は蒸気弁７４の上
流側から大気パージライン９７および蒸気バイパスライ
ン９８がそれぞれ分岐されている。大気パージライン９
７は空気弁９９等を介して大気中に開放される一方、蒸
気バイパスライン９８はバイパス運転時に開く蒸気弁１
００を備えている。

【００９４】次に、蒸気冷却システム５０Ｅの作用を説
明する。

【００９５】ガスタービン１３の運転中、排熱回収ボイ
ラ１４の中圧ドラム２１を出た中圧蒸気は、中圧過熱器
２８を通って過熱された後、その一部が蒸気冷却システ
ム５０Ｅの冷却蒸気供給系統５１に案内されてガスター
ビン１３の蒸気冷却系統５２に導入される。この蒸気冷
却系統５２でガスタービン１３の高温被冷却部１３ａで
あるタービン動静翼を冷却し、過熱蒸気となって蒸気回
収系統５３に回収される。過熱蒸気はガスタービン１３
の主流ガスに混入することがない。蒸気回収系統５３に
回収された過熱蒸気は、蒸気タービン１５の中圧タービ
ン（中圧部）１５ｂに流入し、膨脹して熱エネルギーを
回収する。

【００９６】また、ガスタービン１３の起動時には、排
熱回収ボイラ１４から直ちに中圧蒸気を得ることができ
ないため、中圧蒸気に代わる必要な蒸気を補助蒸気ライ
ン６４から得る。この補助蒸気により蒸気冷却システム
５０Ｅの冷却蒸気供給系統５１や蒸気冷却系統５２に滞
留している空気のパージを行ない、パージされた空気は
大気パージライン９７から大気中に放出される。

【００９７】また、ガスタービン１３が冷えている場
合、この補助蒸気により蒸気冷却システム５０Ｅやガス
タービン１３のタービン動静翼のウォーミングが行なわ
れ、これらのウォーミングにより発生したドレンは、図
示しないドレンラインから系外に排出される。

【００９８】蒸気冷却システム５０Ｅから空気のパージ
が終了し、ウォーミングが完了した時点で、大気パージ
ライン９７の空気弁９９およびドレンラインのドレン弁
を閉じる。そして、ガスタービン１３のタービン動静翼
を出た回収蒸気が、蒸気タービン１５へ混入させるに必
要な所定の温度、圧力条件に達するまで、バイパスライ
ン９８によりバイパス運転を行なう。

【００９９】このバイパス運転の継続により、蒸気条件
が次第に整って、所定の蒸気条件に達すると、流量調整
弁５７および蒸気弁（止め弁）７４を開き、タービン動
静翼を冷却した過熱蒸気を蒸気タービン１５に連通する
蒸気回収系統５３に案内させ、定格運転へと入ってい
く。

【０１００】一方、コンバインドサイクル発電プラント
１０Ｅの停止の際には、蒸気冷却システム５０Ｅはガス
タービン動静翼出口の蒸気条件が所定の条件を満足しな
くなった時点で蒸気回収系統５３の蒸気止め弁７４を閉
じ、バイパスライン９８に蒸気を案内させる。また、中
圧ドラム２１からの冷却蒸気も、蒸気条件が満足しなく
なった時点で排熱回収ボイラ１４からの中圧蒸気に代え
て補助蒸気を採用する。

【０１０１】そして、ガスタービン１３のタービン動静
翼の冷却の必要がなくなるまで冷却された時点で、蒸気
冷却システム５０Ｅに案内される冷却用蒸気源を断ち、
補助蒸気等の供給を停止する。このとき、蒸気冷却シス
テム５０Ｅ内の蒸気が自然放熱によりドレン化し、滞留
するのを防止するため、乾燥用空気を流して水分を除去
する。この空気は大気パージライン９７より大気中に放
出される。

【０１０２】ところで、ガスタービン１３が負荷運転さ
れているときの蒸気冷却システム５０Ｅ内を流れる冷却
蒸気流量は、ガスタービン動静翼内での熱交換量Ｑを見
て制御される。

【０１０３】熱交換量Ｑは次の式で表わされる。

【０１０４】

【数１】

【０１０５】この熱交換量Ｑが図１０に示すようにガス
タービン負荷Ｌに対し、所定の関数ｇを満足するよう
に、蒸気流量制御弁である供給蒸気止め弁または補助蒸
気止め弁を制御する。

【０１０６】

【数２】Ｑ＝ｇ(L) ……（２）

【０１０７】しかして、ガスタービンプラントの空気圧
縮機からのコンプレッサ抽気をガスタービンの冷却媒体
とする空気冷却方式は、ガスタービン軸が動いている限
り冷却されているため、信頼性が高いが、蒸気冷却方式
は蒸気供給源にトラブルが生じた際、冷却媒体がなくな
り、ガタービン動静翼に大きな損傷を与える可能性が有
る。

【０１０８】この点から、次式(3) で示すように、熱交
換量Ｑと、ガスタービン負荷より算出される値ｇ(L) の
差の絶対値がある値ｋ（ｋ＞０）以上になったときガス
タービンをトリップさせる。

【０１０９】

【数３】｜Ｑ−ｇ(L) ｜ ……（３）

【０１１０】このガスタービンのトリップにより事故を
未然に防止することができる。

【０１１１】図１１はコンバインドサイクル発電プラン
トの第７実施例を示すものである。

【０１１２】この実施例に示されたコンバインドサイク
ル発電プラント１０Ｆは、蒸気冷却システム５０Ｆの構
成が、図８に示す発電プラント１０Ｅと異なり、他の全
体的な構成は図８に示すものと実質的に同一であるので
同一符号を付して説明を省略する。

【０１１３】この蒸気冷却システム５０Ｆは補助蒸気ヘ
ッダ１０１を備えており、この補助蒸気ヘッダ１０１に
図示しない補助ボイラからの発生蒸気、高圧ドラム２０
からの高圧蒸気、中圧ドラム２１からの中圧蒸気あるい
は系外の蒸気供給源からの蒸気等の補助蒸気が蒸気供給
ライン１０２を通り蒸気圧力制御弁１０３を経て供給さ
れるようになっている。

【０１１４】補助蒸気ヘッダ１０１から冷却蒸気供給系
統５１Ａが延出され、この冷却蒸気供給系統５１Ａはガ
スタービン１３の高温被冷却部１３ａに設けられた蒸気
冷却系統５２に接続される。蒸気冷却系統５２は閉ルー
プをなし、その下流側は蒸気回収系統５３Ｂに接続され
る。この蒸気回収系統５３Ｂは排熱回収ボイラ１４の低
圧ドラム２２からの低圧蒸気ライン４０に接続されるよ
うになっている。蒸気回収系統５３Ｂは蒸気タービン１
５の中圧タービン（中圧部）１５ｂに接続し、その中圧
タービン１５ｂの入口部あるいは途中段に過熱蒸気を供
給するようにしてもよい。

【０１１５】補助蒸気ヘッダ１０１に供給される補助蒸
気は、ガスタービン１３の起動前に、既に所定の圧力、
温度の冷却蒸気となっており、直ちに使用できるように
なっている。補助蒸気の一部は冷却蒸気供給系統５１Ａ
を通って蒸気冷却系統５２に案内され、ここでガスター
ビン１３の高温被冷却部１３ａを冷却する。被冷却部１
３ａを冷却した補助蒸気は過熱蒸気となり、この過熱蒸
気は低圧ドラム２２から供給される低圧蒸気に混入して
低圧蒸気を加熱し、蒸気タービン１５の低圧タービン１
５ｃに導かれる。高温被冷却部１３ａの冷却により得ら
れた熱量は蒸気タービン１５で回収される。

【０１１６】ガスタービン１３を起動させる場合、具体
的には、タービン起動前に補助蒸気ヘッダ１０１から補
助蒸気をガスタービン１３の被冷却部に案内して蒸気冷
却システム５０Ｆやガスタービン１３のウォーミングを
行なう。このウォーミングにより発生したドレンは蒸気
回収系統５３Ｂの必要箇所から分岐されたドレンライン
を通って系外に排出される。ガスタービン１３の起動は
短時間に行なわれ、被冷却部１３ａであるタービン動静
翼は急激に熱せられるが、補助蒸気により予めウォーミ
ングされるので起動時におけるガスタービン動静翼の熱
応力が低減される。これによりクラックの発生率が低下
し、タービン寿命を延ばすことができる。

【０１１７】またガスタービン起動後、図１１に示すよ
うな一軸型コンバインドサイクル発電プラントにおい
て、排熱回収ボイラにて蒸気が発生する以前に蒸気ター
ビンが空転状態となる。この時蒸気タービン１５のター
ビン動静翼が熱せられる為冷却が必要となる。従来は排
熱回収ボイラ１４で蒸気が発生するまで低回転数を保持
し蒸気タービンの動静翼が高温にならないようにしてい
た。このため、発電プラントの起動に長時間を要した
が、この実施例では、ガスタービン高温被冷却部冷却後
の蒸気を蒸気回収系統５３Ｂを経て低圧蒸気ライン４０
により蒸気タービン１５に供給できるため、蒸気タービ
ン１５の翼が冷却され、起動時での高回転保持が可能と
なり起動時間を短縮することが可能となる。

【０１１８】また、ガスタービン１３停止時において
も、補助蒸気により確実にウォーミングされる為、ガス
タービン１３を予め熱することができ、空気冷却方式の
ガスタービンのような急激な熱応力の発生を妨げること
ができる。ガスタービン１３の定格運転時には、高温冷
却部であるタービン動静翼を冷却し、熱交換により得た
過熱蒸気をガスタービン１５に案内して熱回収する為、
高いサイクル熱効率を得ることが可能である。

【０１１９】またガスタービン起動前より停止後に至る
まで運転中に他の蒸気源と切り換えたりする複雑制御が
不要で、系統も単純であるため、信頼性が高い設備とな
り得る。

【０１２０】なお、本発明の各実施例では再熱型排熱回
収ボイラを備えた一軸型コンバインドサイクル発電プラ
ントについて説明したが、非再熱型排熱回収ボイラや単
圧式排熱回収ボイラを備えた一軸型コンバインドサイク
ル発電プラントや多軸型コンバインドサイクル発電プラ
ントにも適用でき、また、ガスタービンと排熱回収ボイ
ラを組み合せ、蒸気タービンを備えないプラントにも適
用できる。

【０１２１】

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係るコンバ
インドサイクル発電プラントにおいては、ガスタービン
の高温被冷却部を蒸気で冷却する蒸気冷却システムを備
え、この蒸気冷却システムで冷却した過熱蒸気を蒸気タ
ービンに案内して熱エネルギを回収するようにしたか
ら、ガスタービンの入口温度が高温でも、この高温被冷
却部を積極的に冷却し、ガスタービンの信頼性、タービ
ン寿命を向上させることができる。

【０１２２】このコンバインドサイクル発電プラントに
おいて、ガスタービンの起動から停止に至るまでの間、
蒸気冷却系統の空気パージからウォーミング、停止時の
蒸気パージを含めた一連の運転が高い効率と高い信頼性
の下に行なえる。

【０１２３】特に、１３００℃級を超えるガスタービン
を備えたコンバインドサイクル発電プラントに３圧力式
排熱回収ボイラを備え、この排熱回収ボイラからの中圧
蒸気あるいは補助蒸気ヘッダからの所定圧力、温度の補
助蒸気を冷却媒体として用いた場合、ガスタービンの高
温被冷却部に発生する熱応力を緩和させ、低減させるこ
とができるので信頼性が向上し、タービン寿命は著しく
延ばすことができ、また、ガスタービンを冷却した過熱
蒸気は蒸気タービンに回収されて膨脹仕事に寄与するの
で、プラント熱効率を大幅に向上させることができる。

【０１２４】さらに、蒸気冷却システムの冷却蒸気供給
系統には乾燥空気供給ラインが接続され、蒸気回収系統
から排出ラインを分岐させたので、蒸気冷却システム内
に供給ラインからの乾燥空気を所要時に切換使用するこ
とにより、ドレンの発生を防止でき、また万一ドレンが
発生しても発生したドレンを系外に排出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラン
トの第１実施例を示す系統図。

【図２】本発明のコンバインドサイクル発電プラントの
第２実施例を示す系統図。

【図３】コンバインドサイクル発電プラントに組み込ま
れる蒸気冷却システムを示す系統図。

【図４】ガスタービンのタービン入口温度とコンバイン
ドサイクル発電プラントのプラント熱効率の関係を示す
図、

【図５】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラン
トの第３実施例を示す系統図。

【図６】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラン
トの第４実施例を示す系統図。

【図７】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラン
トの第５実施例を示す系統図。

【図８】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラン
トの第６実施例を示す系統図。

【図９】図８に示されたコンバインドサイクル発電プラ
ントの蒸気冷却システムを示す系統図。

【図１０】ガスタービンのタービン負荷とタービン動静
翼での熱交換量を示す図。

【図１１】コンバインドサイクル発電プラントの第７実
施例を示す系統図。

【図１２】は従来のコンバインドサイクル発電プラント
を示す系統図。

【図１３】ガスタービンのタービン入口温度とコンバイ
ンドサイクル発電プラントのプラント熱効率の関係を示
す図

【符号の説明】１０，１０Ａ〜１０Ｆコンバインドサイクル発電プラ
ント１１ガスタービンプラント１２蒸気タービンプラント１３ガスタービン１３ａタービン高温被冷却部１４排熱回収ボイラ１５蒸気タービン１５ａ高圧タービン１５ｂ中圧タービン１５ｃ中圧タービン１６発電機１８空気圧縮機１９乾燥機２０高圧ドラム２１中圧ドラム２１低圧ドラム４０低圧蒸気ライン４１中圧蒸気ライン４２高圧蒸気ライン４３再熱蒸気ライン４５復水器５０，５０Ａ〜５０Ｆ蒸気冷却システム５１，５１Ａ冷却蒸気供給系統５２蒸気冷却系統５３，５３Ａ，５３Ｂ蒸気回収系統

フロントページの続き (72)発明者福田雅文神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者塩見肇東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者持田尚毅神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者松浦敏美神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者永田一衛東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者田邊仁志東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者古閑昭紀神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者長嶋孝幸神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者渋谷幸生神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者堀野昌義神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４株式会社東芝京浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービンプラントと蒸気タービンプ
ラントとを組み合せ、ガスタービンからの排熱を利用し
て蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラ
を備えたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、
前記ガスタービンの高温被冷却部を蒸気で冷却する蒸気
冷却システムを設け、この蒸気冷却システムからの過熱
蒸気を蒸気タービンに回収させたことを特徴とするコン
バインドサイクル発電プラント。
【請求項２】排熱回収ボイラは高圧・中圧・低圧の３
つのドラムを備えた３圧力式であり、蒸気冷却システム
は、排熱回収ボイラで発生した蒸気を冷却蒸気として供
給する冷却蒸気供給系統と、この冷却蒸気供給系統に接
続され、ガスタービンの高温被冷却部を冷却する蒸気冷
却系統と、この蒸気冷却系統で冷却することにより加熱
された過熱蒸気を蒸気タービンに回収する蒸気回収系統
とを有する請求項１記載のコンバインドサイクル発電プ
ラント。
【請求項３】蒸気冷却システムの蒸気冷却系統には補
助蒸気系統が接続され、この補助蒸気系統によりガスタ
ービン起動時に蒸気冷却系統の残留蒸気をパージし、ウ
ォーミング可能な構成とした請求項２記載のコンバイン
ドサイクル発電プラント。
【請求項４】蒸気冷却システムの冷却蒸気供給系統
は、排熱回収ボイラの中圧蒸気を冷却蒸気として用いる
中圧蒸気供給ラインと、排熱回収ボイラの高圧蒸気をガ
スタービン起動時の中圧蒸気のバックアップとして用い
る高圧蒸気供給ラインとを有する請求項２記載のコンバ
インドサイクル発電プラント。
【請求項５】蒸気冷却システムの蒸気冷却供給系統に
は空気圧縮機の吐出側から延出されたパージ系統を接続
し、このパージ系統によりガスタービン停止時に蒸気冷
却系統を吐出空気によりパージした請求項２記載のコン
バインドサイクル発電プラント。
【請求項６】蒸気冷却システムの蒸気冷却供給系統に
は乾燥空気供給ラインが接続されるとともに、蒸気回収
系統から排出ラインが分岐された請求項２に記載のコン
バインドサイクル発電プラント。
【請求項７】蒸気冷却システムは、排熱回収ボイラか
らの中圧蒸気あるいは高圧蒸気、補助ボイラからの発生
蒸気、または系外蒸気発生源からの蒸気等の補助蒸気が
供給される蒸気ヘッダと、この蒸気ヘッダから冷却蒸気
を供給する冷却蒸気供給系統と、この冷却蒸気供給系統
に接続され、ガスタービンの高温被冷却部を冷却する蒸
気冷却系統と、蒸気冷却系統で冷却した過熱蒸気を蒸気
タービンに回収する蒸気回収系統とを備えた請求項１に
記載のコンバインドサイクル発電プラント。