JPH08218891A - ガス化発電プラント - Google Patents
ガス化発電プラントInfo
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- JPH08218891A JPH08218891A JP2148695A JP2148695A JPH08218891A JP H08218891 A JPH08218891 A JP H08218891A JP 2148695 A JP2148695 A JP 2148695A JP 2148695 A JP2148695 A JP 2148695A JP H08218891 A JPH08218891 A JP H08218891A
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- flow rate
- nitrogen gas
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/067—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion heat coming from a gasification or pyrolysis process, e.g. coal gasification
- F01K23/068—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion heat coming from a gasification or pyrolysis process, e.g. coal gasification in combination with an oxygen producing plant, e.g. an air separation plant
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
- Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】石炭または重質油ガス化炉を備えたガス化発電
プラントの高性能化と信頼性向上を目的とする。 【構成】空気分離装置３で発生する余剰窒素ガスをガス
タービンの第１段静翼３１のチップ断面から供給し、翼
冷却後高温となった窒素ガスを同静翼３１のハブ断面か
ら燃焼器チャンバー３２内へ直接回収する。
プラントの高性能化と信頼性向上を目的とする。 【構成】空気分離装置３で発生する余剰窒素ガスをガス
タービンの第１段静翼３１のチップ断面から供給し、翼
冷却後高温となった窒素ガスを同静翼３１のハブ断面か
ら燃焼器チャンバー３２内へ直接回収する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素酸化方式の石炭又
は重質油ガス化発電プラントに関する。
は重質油ガス化発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の酸素酸化方式の石炭ガス化炉を用
いた石炭ガス化複合発電プラントにおいて、石炭ガス化
炉に酸素を供給する酸素製造装置から発生する窒素をガ
スタービン高温部の冷却に用いることは、特開昭57−83
636 号に記載されている。
いた石炭ガス化複合発電プラントにおいて、石炭ガス化
炉に酸素を供給する酸素製造装置から発生する窒素をガ
スタービン高温部の冷却に用いることは、特開昭57−83
636 号に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ガスタービンの高効率
化を達成するために、最も効果的なのはタービン入口温
度を高温化することであるが、高温化に伴いタービンの
冷却に必要とされる冷却空気の量が増加するため、ター
ビン翼冷却構造やタービン翼材料の改良なしには高温化
による高効率化の効果が得られなくなる。
化を達成するために、最も効果的なのはタービン入口温
度を高温化することであるが、高温化に伴いタービンの
冷却に必要とされる冷却空気の量が増加するため、ター
ビン翼冷却構造やタービン翼材料の改良なしには高温化
による高効率化の効果が得られなくなる。
【０００４】このため冷却空気の量を減少する手段とし
て、酸素酸化方式の石炭ガス化炉を用いた石炭ガス化複
合発電プラントで、石炭ガス化炉に酸素を供給する空気
分離装置より得られる比較的低温の窒素をガスタービン
の冷却に用いることが特開昭57−83636 号公報に記載さ
れている。余剰で従来系外に放出されていた低温の窒素
をガスタービンの冷却に用いることによって発電プラン
トの効率は増加する。しかしガスタービンの高温部を全
て余剰窒素で冷却するためには、窒素ガスの流量が不足
し、またガスタービンの高温部に窒素ガスを供給し、か
つ、回収する配管を備えることは系統が複雑となり、プ
ラントコストが高くなると同時に分解・組立が容易でな
いという問題を生ずるが、この従来例では開示されてい
ない。また、ガスタービンの冷却に余剰窒素を用いる
と、ガスタービンを通過するガス流量が結果的に増加す
るため、ガスタービンの作動圧力が増加し、ガスタービ
ン圧縮機の不安定現象であるサージングや旋回失速に対
する余裕が減少することになるが、この点についても開
示されていない。
て、酸素酸化方式の石炭ガス化炉を用いた石炭ガス化複
合発電プラントで、石炭ガス化炉に酸素を供給する空気
分離装置より得られる比較的低温の窒素をガスタービン
の冷却に用いることが特開昭57−83636 号公報に記載さ
れている。余剰で従来系外に放出されていた低温の窒素
をガスタービンの冷却に用いることによって発電プラン
トの効率は増加する。しかしガスタービンの高温部を全
て余剰窒素で冷却するためには、窒素ガスの流量が不足
し、またガスタービンの高温部に窒素ガスを供給し、か
つ、回収する配管を備えることは系統が複雑となり、プ
ラントコストが高くなると同時に分解・組立が容易でな
いという問題を生ずるが、この従来例では開示されてい
ない。また、ガスタービンの冷却に余剰窒素を用いる
と、ガスタービンを通過するガス流量が結果的に増加す
るため、ガスタービンの作動圧力が増加し、ガスタービ
ン圧縮機の不安定現象であるサージングや旋回失速に対
する余裕が減少することになるが、この点についても開
示されていない。
【０００５】また大気温度が定格温度より高くなれば、
ガスタービン圧縮機の吸込空気流量が減少するため、ガ
ス化発電プラントの出力が低下することになるが、この
課題についても開示されていない。
ガスタービン圧縮機の吸込空気流量が減少するため、ガ
ス化発電プラントの出力が低下することになるが、この
課題についても開示されていない。
【０００６】更に、この従来例では重質油をガス化して
燃料とするガス化発電プラントに対して、言及していな
い。
燃料とするガス化発電プラントに対して、言及していな
い。
【０００７】本発明の目的は、酸素酸化方式の石炭又は
重質油ガス化炉を備え、空気分離装置より得られる窒素
をガスタービンの冷却に用いるガス化発電プラントにお
いて、高効率で冷却系統が簡単なガスタービンの冷却方
法を提供することにある。
重質油ガス化炉を備え、空気分離装置より得られる窒素
をガスタービンの冷却に用いるガス化発電プラントにお
いて、高効率で冷却系統が簡単なガスタービンの冷却方
法を提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、酸素酸化方式の石炭
又は重質油ガス化炉を備え、空気分離装置より得られる
窒素をガスタービンの冷却に用いるガス化発電プラント
において、高効率で信頼性の高いガスタービン運転方法
を提供することにある。
又は重質油ガス化炉を備え、空気分離装置より得られる
窒素をガスタービンの冷却に用いるガス化発電プラント
において、高効率で信頼性の高いガスタービン運転方法
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、石炭又は重
質油ガス化炉に酸素を供給する空気分離装置より得られ
る窒素を昇圧して、ガスタービン第１段静翼にチップ断
面から供給し、第１段静翼を冷却後の窒素ガスの大部分
を第１段静翼のハブ断面から回収し、ガスタービンの燃
焼器チャンバー内で圧縮機吐出空気と混合させることに
よって達成される。
質油ガス化炉に酸素を供給する空気分離装置より得られ
る窒素を昇圧して、ガスタービン第１段静翼にチップ断
面から供給し、第１段静翼を冷却後の窒素ガスの大部分
を第１段静翼のハブ断面から回収し、ガスタービンの燃
焼器チャンバー内で圧縮機吐出空気と混合させることに
よって達成される。
【００１０】また上記目的は、定格大気温度条件で前記
ガスタービン圧縮機の入口案内翼の開度を絞り、大気温
度が高い場合に該入口案内翼の開度を広げまた／かつ逆
に大気温度が低い場合に該入口案内翼の開度を更に絞る
ことによって達成される。
ガスタービン圧縮機の入口案内翼の開度を絞り、大気温
度が高い場合に該入口案内翼の開度を広げまた／かつ逆
に大気温度が低い場合に該入口案内翼の開度を更に絞る
ことによって達成される。
【００１１】また上記目的は、大気温度が定格大気温度
より高い場合に前記ガスタービン第１段静翼冷却用窒素
ガスの流量比（圧縮機入口空気流量に対する割合）を増
加させ、また／かつ、逆に大気温度が低い場合には窒素
ガスの流量比を減少させることによって達成される。
より高い場合に前記ガスタービン第１段静翼冷却用窒素
ガスの流量比（圧縮機入口空気流量に対する割合）を増
加させ、また／かつ、逆に大気温度が低い場合には窒素
ガスの流量比を減少させることによって達成される。
【００１２】
【作用】酸素酸化ガス化炉を用いたガス化複合発電プラ
ントでは、ガス化炉で酸素をガス化するために酸素を必
要とし、該酸素を製造する設備として空気分離装置をプ
ラント内に設置している。空気分離装置では、外部より
空気を装置内に取入れ、低温化し空気の成分である窒素
と酸素の液化温度差によって窒素と酸素を分離する。し
たがって、空気分離装置出口における窒素及び酸素はプ
ロセスの違いによって異なるが、本質的には低温（常
温）となって出てくる。
ントでは、ガス化炉で酸素をガス化するために酸素を必
要とし、該酸素を製造する設備として空気分離装置をプ
ラント内に設置している。空気分離装置では、外部より
空気を装置内に取入れ、低温化し空気の成分である窒素
と酸素の液化温度差によって窒素と酸素を分離する。し
たがって、空気分離装置出口における窒素及び酸素はプ
ロセスの違いによって異なるが、本質的には低温（常
温）となって出てくる。
【００１３】また、空気分離装置内の精留塔では圧力に
よる液化温度の差を利用するため、高圧な下塔と低圧な
上塔で構成される精留塔を備えており、通常空気を約６
気圧（ata)まで加圧し空気分離装置へ供給し、熱交換器
で液体空気を発生させ該精留塔下塔に供給し、酸素濃度
の高い液体空気と酸素を含む不純窒素に粗分離を行い、
両者を低圧な上塔に供給し、さらに精留を行い常圧(１a
ta) の酸素及び窒素を得ている。
よる液化温度の差を利用するため、高圧な下塔と低圧な
上塔で構成される精留塔を備えており、通常空気を約６
気圧（ata)まで加圧し空気分離装置へ供給し、熱交換器
で液体空気を発生させ該精留塔下塔に供給し、酸素濃度
の高い液体空気と酸素を含む不純窒素に粗分離を行い、
両者を低圧な上塔に供給し、さらに精留を行い常圧(１a
ta) の酸素及び窒素を得ている。
【００１４】石炭又は重質油のガス化には約９５％以上
の純度の酸素で十分であり、高純度の酸素は、不必要で
あること、また、窒素の純度も高濃度である必要がない
ため、下搭から不純窒素（９９.８％ 程度）を空気分離
装置外部に取り出すことが可能である。
の純度の酸素で十分であり、高純度の酸素は、不必要で
あること、また、窒素の純度も高濃度である必要がない
ため、下搭から不純窒素（９９.８％ 程度）を空気分離
装置外部に取り出すことが可能である。
【００１５】したがって、空気分離装置からは、常温度
で約６気圧(ata）の窒素が得られ、これをガスタービン
の冷却用として用いることができる。
で約６気圧(ata）の窒素が得られ、これをガスタービン
の冷却用として用いることができる。
【００１６】ガスタービンの冷却媒体としては、温度が
低ければ冷却媒体としての供給量を少なくすることがで
きるし、圧力が高ければ複雑な冷却構造を採用し、冷却
媒体としての供給量を少なくすることができる。また、
冷却媒体に不純物を含むとタービン冷却翼の内部に不純
物が蓄積し冷却性能を悪化させるし、冷却媒体に腐食性
の成分を含むと管路等で腐食生成物を発生させることと
なる。
低ければ冷却媒体としての供給量を少なくすることがで
きるし、圧力が高ければ複雑な冷却構造を採用し、冷却
媒体としての供給量を少なくすることができる。また、
冷却媒体に不純物を含むとタービン冷却翼の内部に不純
物が蓄積し冷却性能を悪化させるし、冷却媒体に腐食性
の成分を含むと管路等で腐食生成物を発生させることと
なる。
【００１７】該空気分離装置から得られた窒素は、温度
が低く圧力も約６気圧あるので、ガスタービンに供給可
能な圧力約１５〜２０気圧程度に窒素圧縮機で昇圧して
も約１００℃〜１５０℃程度しかならなく、窒素圧縮機
の圧力調整によって供給に必要な圧力を得ることもで
き、空気分離装置における処理の過程で不純物も除去さ
れ、不活性であり、腐食性成分も含まないためガスター
ビンの冷却媒体としては最適である。
が低く圧力も約６気圧あるので、ガスタービンに供給可
能な圧力約１５〜２０気圧程度に窒素圧縮機で昇圧して
も約１００℃〜１５０℃程度しかならなく、窒素圧縮機
の圧力調整によって供給に必要な圧力を得ることもで
き、空気分離装置における処理の過程で不純物も除去さ
れ、不活性であり、腐食性成分も含まないためガスター
ビンの冷却媒体としては最適である。
【００１８】この窒素ガスをガスタービンの第１段静翼
チップ断面から供給し、翼冷却後の窒素ガスの大部分を
第１段静翼のハブ断面から回収しガスタービン燃焼器チ
ャンバー内で圧縮機吐出空気と混合させる。
チップ断面から供給し、翼冷却後の窒素ガスの大部分を
第１段静翼のハブ断面から回収しガスタービン燃焼器チ
ャンバー内で圧縮機吐出空気と混合させる。
【００１９】この過程で窒素ガスはタービン第１段静翼
を冷却し、温度が上昇し、主流ガスとは混合しないで、
燃焼器チャンバー内で圧縮機吐出空気と混合する。従っ
て燃焼器を通過するガス流量が少なくとも窒素ガスの流
量だけ増加することになり出力と効率が増加する。また
第１段静翼を冷却後の窒素ガスは高温（３００〜500
℃）となっているが、特別の配管を介して燃焼器に供給
するのではなく、第１段静翼ハブ断面から直接燃焼器チ
ャンバー内へ回収する。
を冷却し、温度が上昇し、主流ガスとは混合しないで、
燃焼器チャンバー内で圧縮機吐出空気と混合する。従っ
て燃焼器を通過するガス流量が少なくとも窒素ガスの流
量だけ増加することになり出力と効率が増加する。また
第１段静翼を冷却後の窒素ガスは高温（３００〜500
℃）となっているが、特別の配管を介して燃焼器に供給
するのではなく、第１段静翼ハブ断面から直接燃焼器チ
ャンバー内へ回収する。
【００２０】また、酸素酸化方式の石炭又は重質油ガス
化炉を備え、空気分離装置より得られる窒素をガスター
ビンの冷却に用いるガス化発電プラントにおいて、定格
大気温度条件でガスタービン圧縮機の入口案内翼の開度
を絞ることにより、圧縮機入口空気流量を減少させる。
化炉を備え、空気分離装置より得られる窒素をガスター
ビンの冷却に用いるガス化発電プラントにおいて、定格
大気温度条件でガスタービン圧縮機の入口案内翼の開度
を絞ることにより、圧縮機入口空気流量を減少させる。
【００２１】大気温度が高い場合には、空気の密度が減
少し、そのままでは圧縮機入口空気流量が減少するので
圧縮機の入口案内翼の開度を広げ圧縮機入口空気流量を
増加させる。また／かつ、逆に大気温度が低い場合に
は、空気の密度が大きくなるので圧縮機の入口案内翼の
開度を更に絞り圧縮機入口空気流量を減少させる。こう
することによって、大気温度が変化した場合の圧縮機入
口空気流量（質量流量）の変化幅は小さくなり、タービ
ン入口圧力の変化幅も小さくできる。タービン入口圧力
の変化幅が小さいということは、ガスタービン圧縮機の
圧力比の変化幅が小さいことを意味する。
少し、そのままでは圧縮機入口空気流量が減少するので
圧縮機の入口案内翼の開度を広げ圧縮機入口空気流量を
増加させる。また／かつ、逆に大気温度が低い場合に
は、空気の密度が大きくなるので圧縮機の入口案内翼の
開度を更に絞り圧縮機入口空気流量を減少させる。こう
することによって、大気温度が変化した場合の圧縮機入
口空気流量（質量流量）の変化幅は小さくなり、タービ
ン入口圧力の変化幅も小さくできる。タービン入口圧力
の変化幅が小さいということは、ガスタービン圧縮機の
圧力比の変化幅が小さいことを意味する。
【００２２】また、酸素酸化方式の石炭又は重質油ガス
化炉を備え、空気分離装置より得られる窒素をガスター
ビンの冷却に用いるガス化発電プラントにおいて、大気
温度が定格大気温度より高い場合に前記ガスタービン第
１段静翼冷却用窒素ガスの流量比（圧縮機入口空気流量
に対する割合）を増加させ、また／かつ、逆に大気温度
が低い場合には窒素ガスの流量比を減少させるようにす
る。こうすることによって、大気温度が高く、空気の密
度が減少して圧縮機入口空気流量（質量流量）が減少し
た場合には、第１段静翼を冷却して燃焼器チャンバーへ
回収する空素ガスの流量が増加することになる。逆に大
気温度が低く空気の密度が大きくなり圧縮機入口空気流
量が増加する場合には、第１段静翼を冷却して燃焼器チ
ャンバーへ回収する窒素ガスの流量が減少することにな
る。すなわち、大気温度が変化した場合の、燃焼器出口
のガス流量の変化幅が小さくなる。これはガスタービン
圧縮機の圧力比の変化幅が小さいことを意味する。
化炉を備え、空気分離装置より得られる窒素をガスター
ビンの冷却に用いるガス化発電プラントにおいて、大気
温度が定格大気温度より高い場合に前記ガスタービン第
１段静翼冷却用窒素ガスの流量比（圧縮機入口空気流量
に対する割合）を増加させ、また／かつ、逆に大気温度
が低い場合には窒素ガスの流量比を減少させるようにす
る。こうすることによって、大気温度が高く、空気の密
度が減少して圧縮機入口空気流量（質量流量）が減少し
た場合には、第１段静翼を冷却して燃焼器チャンバーへ
回収する空素ガスの流量が増加することになる。逆に大
気温度が低く空気の密度が大きくなり圧縮機入口空気流
量が増加する場合には、第１段静翼を冷却して燃焼器チ
ャンバーへ回収する窒素ガスの流量が減少することにな
る。すなわち、大気温度が変化した場合の、燃焼器出口
のガス流量の変化幅が小さくなる。これはガスタービン
圧縮機の圧力比の変化幅が小さいことを意味する。
【００２３】
【実施例】本発明の一実施例を、図１及び図２を用いて
説明する。図１は本実施例を石炭ガス化発電プラントに
適用した場合の構成図である。
説明する。図１は本実施例を石炭ガス化発電プラントに
適用した場合の構成図である。
【００２４】発電用ガスタービン装置１０は、ガスター
ビン用圧縮機１１，ガスタービン用燃焼器１２及びガス
タービン１３で構成され、ガスタービン１３から排出さ
れる排気ガスは、脱硝装置１５が組込まれている排熱回
収ボイラ１４に導かれている。
ビン用圧縮機１１，ガスタービン用燃焼器１２及びガス
タービン１３で構成され、ガスタービン１３から排出さ
れる排気ガスは、脱硝装置１５が組込まれている排熱回
収ボイラ１４に導かれている。
【００２５】また、排熱回収ボイラ１４で発生した蒸気
は、蒸気タービン１６に導かれる。一方、空気分離装置
３には、空気が圧縮機１により供給される。
は、蒸気タービン１６に導かれる。一方、空気分離装置
３には、空気が圧縮機１により供給される。
【００２６】空気分離装置３で発生した窒素ガス及び酸
素ガスは、それぞれ窒素ガス専用圧縮機４及び酸素ガス
専用圧縮機６で昇圧され、石炭ガス化炉８に供給されて
いる。石炭ガス化炉８では、酸素ガス専用圧縮機６で昇
圧された酸素ガスを用いて石炭をガス化して、可燃性ガ
スを作り、ガス精製装置９に供給している。ガス精製装
置９で精製された可燃性ガスは、ガスタービン用燃焼器
１２に供給している。また、空気分離装置３で発生した
窒素ガスの一部２１は専用圧縮機２１で昇圧され、流量
制御弁２３を介して図２に示したようにガスタービン１
３の第１段静翼３１のチップ断面Ａに供給される。第１
段静翼３１を冷却して温度の高くなった窒素ガス２４
は、特別の配管を経由しないで、第１段静翼３１のハブ
断面Ｂから連接、燃焼器チャンバー３２に回収され、圧
縮機吐出空気３３と混合される。なお、図２は本実施例
を適用したガスタービンの部分断面図であり、本図を用
いて更に詳しく説明する。
素ガスは、それぞれ窒素ガス専用圧縮機４及び酸素ガス
専用圧縮機６で昇圧され、石炭ガス化炉８に供給されて
いる。石炭ガス化炉８では、酸素ガス専用圧縮機６で昇
圧された酸素ガスを用いて石炭をガス化して、可燃性ガ
スを作り、ガス精製装置９に供給している。ガス精製装
置９で精製された可燃性ガスは、ガスタービン用燃焼器
１２に供給している。また、空気分離装置３で発生した
窒素ガスの一部２１は専用圧縮機２１で昇圧され、流量
制御弁２３を介して図２に示したようにガスタービン１
３の第１段静翼３１のチップ断面Ａに供給される。第１
段静翼３１を冷却して温度の高くなった窒素ガス２４
は、特別の配管を経由しないで、第１段静翼３１のハブ
断面Ｂから連接、燃焼器チャンバー３２に回収され、圧
縮機吐出空気３３と混合される。なお、図２は本実施例
を適用したガスタービンの部分断面図であり、本図を用
いて更に詳しく説明する。
【００２７】図２において４５はタービンケーシングで
あり、低温の窒素ガス２１を内部に導くための孔４９が
設けられている。窒素ガス２１は内径側のリテーナリン
グ４３に設けられた導入孔５０を経由して第１段静翼３
１の外周側室５１に供給される。窒素ガス２１は、第１
段静翼３１のチップ側Ａに設けられたインピンジメント
カバー４２を通過し、第１段静翼３１のチップ側エンド
ウォールを冷却した後、２つのコアプラグ４７，４８内
に導かれる。コアプラグ４７，４８を通過した窒素ガス
２１は、第１段静翼３１の内面をインピンジメント冷却
する。翼を冷却した後、温度の上った窒素ガス２４は、
コアプラグ４７，４８とタービン静翼３１の内面との間
隙を通って、第１段静翼３１のハブ側Ｂに設けた回収孔
５２から、燃焼器チャンバー３３内に直接回収される。
回収された窒素ガス２４は、燃焼器チャンバー３３内
で、圧縮機吐出空気と混合した後、ガスタービン用燃焼
器１２に供給される。図２において第１段静翼３１は、
リテーナリング４３及びリポートリング４４によって支
持されている。
あり、低温の窒素ガス２１を内部に導くための孔４９が
設けられている。窒素ガス２１は内径側のリテーナリン
グ４３に設けられた導入孔５０を経由して第１段静翼３
１の外周側室５１に供給される。窒素ガス２１は、第１
段静翼３１のチップ側Ａに設けられたインピンジメント
カバー４２を通過し、第１段静翼３１のチップ側エンド
ウォールを冷却した後、２つのコアプラグ４７，４８内
に導かれる。コアプラグ４７，４８を通過した窒素ガス
２１は、第１段静翼３１の内面をインピンジメント冷却
する。翼を冷却した後、温度の上った窒素ガス２４は、
コアプラグ４７，４８とタービン静翼３１の内面との間
隙を通って、第１段静翼３１のハブ側Ｂに設けた回収孔
５２から、燃焼器チャンバー３３内に直接回収される。
回収された窒素ガス２４は、燃焼器チャンバー３３内
で、圧縮機吐出空気と混合した後、ガスタービン用燃焼
器１２に供給される。図２において第１段静翼３１は、
リテーナリング４３及びリポートリング４４によって支
持されている。
【００２８】次に本実施例の動作について説明する。
【００２９】上述したようにガスタービン第１段静翼３
１のみが低温（１００〜１５０℃）の窒素ガス２１で冷
却され、しかも第１段静翼３１を冷却した後、高温（３
００〜５００℃）となった窒素ガス２４を第１段静翼３
１のハブ断面Ｂから直接燃焼器チャンバー３２に回収す
るので、従来のようにガスタービン用燃焼器１２に戻す
ための高温・高圧の回収窒素ガス２４専用の配管が不用
となり、コストを低減できるとともに、構造をシンプル
にできる。
１のみが低温（１００〜１５０℃）の窒素ガス２１で冷
却され、しかも第１段静翼３１を冷却した後、高温（３
００〜５００℃）となった窒素ガス２４を第１段静翼３
１のハブ断面Ｂから直接燃焼器チャンバー３２に回収す
るので、従来のようにガスタービン用燃焼器１２に戻す
ための高温・高圧の回収窒素ガス２４専用の配管が不用
となり、コストを低減できるとともに、構造をシンプル
にできる。
【００３０】また第１段静翼３１を冷却するためには、
窒素ガスの流量は、ガスタービン用圧縮機１１の入口空
気流量の４〜８％で十分であり、この窒素ガス流量は、
ガスタービン用燃焼器１２で消費する可燃性ガスを発生
させるために必要な空気分離装置３の余剰窒素ガス流量
とほぼ等しい。すなわち石炭ガス化炉８で石炭をガス化
するのに必要な酸素ガスを生成するのに必要な空気分離
装置３から発生する余剰窒素ガスの流量が丁度、ガスタ
ービン第１段静翼３１を冷却するのに必要かつ十分な値
となる。第１段静翼３１以外にタービン動翼やガスター
ビン用燃焼器１２などをも窒素ガスで冷却しようとすれ
ば、空気分離装置３を必要以上に大型化する必要があ
り、不経済となる。
窒素ガスの流量は、ガスタービン用圧縮機１１の入口空
気流量の４〜８％で十分であり、この窒素ガス流量は、
ガスタービン用燃焼器１２で消費する可燃性ガスを発生
させるために必要な空気分離装置３の余剰窒素ガス流量
とほぼ等しい。すなわち石炭ガス化炉８で石炭をガス化
するのに必要な酸素ガスを生成するのに必要な空気分離
装置３から発生する余剰窒素ガスの流量が丁度、ガスタ
ービン第１段静翼３１を冷却するのに必要かつ十分な値
となる。第１段静翼３１以外にタービン動翼やガスター
ビン用燃焼器１２などをも窒素ガスで冷却しようとすれ
ば、空気分離装置３を必要以上に大型化する必要があ
り、不経済となる。
【００３１】また、逆にタービン動翼のみを窒素ガスで
冷却することも考えられるが、その場合、回転体である
動翼へ窒素ガスを供給，回収する配管系が必要となると
ともに、シール構造が複雑となりコスト高となる。
冷却することも考えられるが、その場合、回転体である
動翼へ窒素ガスを供給，回収する配管系が必要となると
ともに、シール構造が複雑となりコスト高となる。
【００３２】更にタービン第２段静翼を窒素ガスで冷却
する場合も、冷却後高温となった窒素ガスをガスタービ
ン用燃焼器１２に戻す専用配管が必要となるとともに、
比較的ガス温度の低い第２段静翼を低温の窒素ガスで冷
却しても性能向上量は少ない。
する場合も、冷却後高温となった窒素ガスをガスタービ
ン用燃焼器１２に戻す専用配管が必要となるとともに、
比較的ガス温度の低い第２段静翼を低温の窒素ガスで冷
却しても性能向上量は少ない。
【００３３】ガスタービン用燃焼器１２のみを窒素ガス
で冷却する場合には、タービン翼を冷却する空気を減少
させることができないので、効率向上とはならない。従
って本発明のように第１段静翼３１のみを冷却するの
が、コスト及び性能から判断して最もよい選択と言え
る。
で冷却する場合には、タービン翼を冷却する空気を減少
させることができないので、効率向上とはならない。従
って本発明のように第１段静翼３１のみを冷却するの
が、コスト及び性能から判断して最もよい選択と言え
る。
【００３４】本発明を圧縮機圧力比１５，圧縮機入口空
気流量６００kg／Ｓ，石炭ガス化ガスの発熱量約２９０
０ｋcal／kg 及び回転数３,０００rpmのガスタービンに
適用した場合、ガスタービン本体の出力267,000ｋＷ，
熱効率３７.０％となり、従来の窒素ガスを冷却に使わ
ない場合にくらべ、出力で１０.２％，熱効率で４.３％
の性能向上となる。
気流量６００kg／Ｓ，石炭ガス化ガスの発熱量約２９０
０ｋcal／kg 及び回転数３,０００rpmのガスタービンに
適用した場合、ガスタービン本体の出力267,000ｋＷ，
熱効率３７.０％となり、従来の窒素ガスを冷却に使わ
ない場合にくらべ、出力で１０.２％，熱効率で４.３％
の性能向上となる。
【００３５】次にタービン第１段静翼３１の冷却用窒素
ガス２１の流量制御弁２３の動作について説明する。
ガス２１の流量制御弁２３の動作について説明する。
【００３６】信号線は図示していないが、大気温度が定
格大気温度の場合は、流量制御弁２３の開度を調整し、
タービン第１段静翼３１の冷却に必要な最少窒素ガス流
量より、たとえば空気分離装置３より発生する窒素ガス
流量の余裕の範囲で２〜４％（圧縮機入口空気流量に対
する割合）多めに窒素ガスを供給する。大気温度が定格
大気温度より例えば１５℃低下した場合、大気の密度が
増加し、圧縮機入口空気流量が増加するので燃焼器出口
ガス温度を一定に保って運転すれば、ガスタービン用圧
縮機１１の圧力比は１５から１５.８ まで上昇し、ガス
タービン用圧縮機１１のいわゆるサージマージンが減少
する。本発明では、この場合、窒素ガスの流量制御弁を
２〜４％絞ってガスタービン第１段静翼３１を冷却して
ガスタービン用燃焼器１２に戻る窒素ガスの流量同一量
だけ減少させガスタービン用圧縮機１１の圧力比を１
５.２〜１５.４に抑制する。
格大気温度の場合は、流量制御弁２３の開度を調整し、
タービン第１段静翼３１の冷却に必要な最少窒素ガス流
量より、たとえば空気分離装置３より発生する窒素ガス
流量の余裕の範囲で２〜４％（圧縮機入口空気流量に対
する割合）多めに窒素ガスを供給する。大気温度が定格
大気温度より例えば１５℃低下した場合、大気の密度が
増加し、圧縮機入口空気流量が増加するので燃焼器出口
ガス温度を一定に保って運転すれば、ガスタービン用圧
縮機１１の圧力比は１５から１５.８ まで上昇し、ガス
タービン用圧縮機１１のいわゆるサージマージンが減少
する。本発明では、この場合、窒素ガスの流量制御弁を
２〜４％絞ってガスタービン第１段静翼３１を冷却して
ガスタービン用燃焼器１２に戻る窒素ガスの流量同一量
だけ減少させガスタービン用圧縮機１１の圧力比を１
５.２〜１５.４に抑制する。
【００３７】こうすることによって、圧縮機サージマー
ジンの減少を抑制することが可能となり、ガスタービン
用圧縮機１１の信頼性が向上する。このとき、ガスター
ビン第１段静翼３１が許容温度まで冷却されているの
は、いうまでもない。
ジンの減少を抑制することが可能となり、ガスタービン
用圧縮機１１の信頼性が向上する。このとき、ガスター
ビン第１段静翼３１が許容温度まで冷却されているの
は、いうまでもない。
【００３８】逆に大気温度が、例えば１５℃増加した場
合には、大気の密度が減少し、圧縮機入口空気流量が減
少するので、燃焼器出口ガス温度を一定に保って運転す
れば、ガスタービン用圧縮機１１の圧力比が１５から１
４.３ まで減少するとともに、ガスタービン出力が約９
％低下する。本発明では、この場合、窒素ガスの流量制
御弁を開き、空気分離装置で発生する余剰窒素ガス流量
に余裕のあるだけ多めに供給する。こうすることによっ
てガスタービン用燃焼器１２の出口ガス流量が増加する
とともにガスタービン用圧縮機１１の圧力比も増加し、
ガスタービン出力の低下を抑制することができる。
合には、大気の密度が減少し、圧縮機入口空気流量が減
少するので、燃焼器出口ガス温度を一定に保って運転す
れば、ガスタービン用圧縮機１１の圧力比が１５から１
４.３ まで減少するとともに、ガスタービン出力が約９
％低下する。本発明では、この場合、窒素ガスの流量制
御弁を開き、空気分離装置で発生する余剰窒素ガス流量
に余裕のあるだけ多めに供給する。こうすることによっ
てガスタービン用燃焼器１２の出口ガス流量が増加する
とともにガスタービン用圧縮機１１の圧力比も増加し、
ガスタービン出力の低下を抑制することができる。
【００３９】次に本発明の他の実施例について説明す
る。通常の空気冷却方式ガスタービンに対して、タービ
ン冷却用に外部から低温の窒素ガスを導入した場合、前
述したように、ガスタービンを通過するガス流量が増加
するため、ガスタービン圧縮機の圧力比が増加し、サー
ジングに対する余裕が減少することになる。
る。通常の空気冷却方式ガスタービンに対して、タービ
ン冷却用に外部から低温の窒素ガスを導入した場合、前
述したように、ガスタービンを通過するガス流量が増加
するため、ガスタービン圧縮機の圧力比が増加し、サー
ジングに対する余裕が減少することになる。
【００４０】そこで本発明では図示していないが定格大
気温度条件のとき、最大でタービン第１段静翼を冷却す
るのに必要な窒素ガス流量に相当する流量だけ、圧縮機
入口空気流量が減少するように、ガスタービン圧縮機の
入口案内翼の開度を絞る。こうすることによってガスタ
ービンを通過するガス流量を窒素ガスを冷却に用いない
場合に近づけることができる。
気温度条件のとき、最大でタービン第１段静翼を冷却す
るのに必要な窒素ガス流量に相当する流量だけ、圧縮機
入口空気流量が減少するように、ガスタービン圧縮機の
入口案内翼の開度を絞る。こうすることによってガスタ
ービンを通過するガス流量を窒素ガスを冷却に用いない
場合に近づけることができる。
【００４１】また大気温度が上昇した場合には、前述し
たように大気の密度が減少し、圧縮機入口空気流量が減
少するので、ガスタービンを通過するガス流量も減少す
ることになる。本発明では、大気温度が上昇した場合、
圧縮機入口案内翼の開度を拡げ、圧縮機入口空気流量を
増加させる。こうすることによって、従来、大気温度が
上がった場合、ガスタービン圧縮機の圧力比が低下し、
ガスタービン出力も減少していた現象を防止することが
可能となる。なお、従来は定格大気温度条件で、圧縮機
入口案内翼の開度を全開に近い値に設定しているので、
当然ではあるが大気温度が上がった場合、圧縮機入口空
気流量を増加させることは不可能である。
たように大気の密度が減少し、圧縮機入口空気流量が減
少するので、ガスタービンを通過するガス流量も減少す
ることになる。本発明では、大気温度が上昇した場合、
圧縮機入口案内翼の開度を拡げ、圧縮機入口空気流量を
増加させる。こうすることによって、従来、大気温度が
上がった場合、ガスタービン圧縮機の圧力比が低下し、
ガスタービン出力も減少していた現象を防止することが
可能となる。なお、従来は定格大気温度条件で、圧縮機
入口案内翼の開度を全開に近い値に設定しているので、
当然ではあるが大気温度が上がった場合、圧縮機入口空
気流量を増加させることは不可能である。
【００４２】また、逆に大気温度が下がった場合には、
前述したように圧縮機入口空気流量が増加するので、ガ
スタービン圧縮機の圧力比が増加する。本発明では、こ
の場合、圧縮機入口案内翼の開度を定格大気温度条件よ
り更に絞るようにするので、ガスタービン圧縮機の圧力
比の増加を抑制でき、信頼性が向上する。
前述したように圧縮機入口空気流量が増加するので、ガ
スタービン圧縮機の圧力比が増加する。本発明では、こ
の場合、圧縮機入口案内翼の開度を定格大気温度条件よ
り更に絞るようにするので、ガスタービン圧縮機の圧力
比の増加を抑制でき、信頼性が向上する。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、酸素酸化方式の石炭・
重質油ガス化炉を備えたガス化発電プラントにおいて、
ガスタービン出力及び効率の向上と信頼性の向上を図る
ことができる。
重質油ガス化炉を備えたガス化発電プラントにおいて、
ガスタービン出力及び効率の向上と信頼性の向上を図る
ことができる。
【図１】本発明の一実施例の石炭ガス化発電プラントの
構成図である。
構成図である。
【図２】本発明の一実施例のガスタービン部の部分断面
図である。
図である。
３…空気分離装置、８…石炭ガス化炉、９…ガス精製装
置、１０…発電用ガスタービン装置、１１…ガスタービ
ン用圧縮機、１２…ガスタービン用燃焼器、１３…ガス
タービン、１４…排熱回収ボイラ、１６…蒸気タービ
ン、２１，２４…窒素ガス、３１…第１段静翼、３２…
燃焼器チャンバー。
置、１０…発電用ガスタービン装置、１１…ガスタービ
ン用圧縮機、１２…ガスタービン用燃焼器、１３…ガス
タービン、１４…排熱回収ボイラ、１６…蒸気タービ
ン、２１，２４…窒素ガス、３１…第１段静翼、３２…
燃焼器チャンバー。
フロントページの続き (72)発明者 野田 雅美 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 竹原 勲 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (3)
- 【請求項１】空気を酸素と窒素に分離する空気分離装置
を有し、該装置によって製造された酸素によって石炭又
は重質油をガス化し、このガス化した石炭ガス又は重質
油ガスを燃料とするガスタービンで発電機を駆動するガ
ス化発電プラントにおいて、酸素製造過程で発生する窒
素を昇圧して前記ガスタービン第１段静翼にチップ断面
から供給し、第１段静翼を冷却後の窒素ガスの大部分を
第１段静翼のハブ断面から回収し、前記ガスタービンの
燃焼器チャンバー内で圧縮機吐出空気と混合させること
を特徴とするガス化発電プラント。 - 【請求項２】請求項１のガス化発電プラントにおいて、
定格大気温度条件で前記ガスタービン圧縮機の入口案内
翼の開度を絞り、大気温度が高い場合に該入口案内翼の
開度を広げ、また／かつ逆に大気温度が低い場合に該入
口案内翼の開度を更に絞るようにしたことを特徴とする
ガス化発電プラント。 - 【請求項３】請求項１のガス化発電プラントにおいて、
大気温度が定格大気温度より高い場合に前記ガスタービ
ン第１段静翼冷却用窒素ガスの流量比（圧縮機入口空気
流量に対する割合）を増加させ、また／かつ逆に大気温
度が低い場合には窒素ガスの流量比を減少させるように
したことを特徴とするガス化発電プラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2148695A JPH08218891A (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | ガス化発電プラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2148695A JPH08218891A (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | ガス化発電プラント |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08218891A true JPH08218891A (ja) | 1996-08-27 |
Family
ID=12056313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2148695A Pending JPH08218891A (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | ガス化発電プラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08218891A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007017486A1 (de) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Alstom Technology Ltd | Verfahren zum betrieb einer gasturbine sowie gasturbine zur durchführung des verfahrens |
| WO2007017387A2 (de) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur steigerung des wirkungsgrads eines kombinierten gas- und dampfkraftwerks mit integrierter brennstoffvergasung |
| US7513118B2 (en) | 2005-08-10 | 2009-04-07 | Alstom Technology Ltd. | Method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method |
| US7574855B2 (en) | 2005-08-10 | 2009-08-18 | Alstom Technology Ltd. | Method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method |
| US7581401B2 (en) * | 2005-09-15 | 2009-09-01 | General Electric Company | Methods and apparatus for cooling gas turbine engine components |
| US7584599B2 (en) | 2005-08-10 | 2009-09-08 | Alstom Technology Ltd. | Method for operating a gas turbine as well as a gas turbine for implementing the method |
| US7584598B2 (en) | 2005-08-10 | 2009-09-08 | Alstom Technology Ltd. | Method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method |
| FR2966510A1 (fr) * | 2010-10-22 | 2012-04-27 | Gen Electric | Systeme a cycle combine a gazeification integree avec une turbine a gaz refroidie a l'azote |
| JP2014098374A (ja) * | 2012-11-16 | 2014-05-29 | Hitachi Ltd | ガスタービン及びガスタービンの運転方法 |
-
1995
- 1995-02-09 JP JP2148695A patent/JPH08218891A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007017387A2 (de) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur steigerung des wirkungsgrads eines kombinierten gas- und dampfkraftwerks mit integrierter brennstoffvergasung |
| WO2007017387A3 (de) * | 2005-08-05 | 2008-07-03 | Siemens Ag | Verfahren zur steigerung des wirkungsgrads eines kombinierten gas- und dampfkraftwerks mit integrierter brennstoffvergasung |
| WO2007017486A1 (de) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Alstom Technology Ltd | Verfahren zum betrieb einer gasturbine sowie gasturbine zur durchführung des verfahrens |
| US7513118B2 (en) | 2005-08-10 | 2009-04-07 | Alstom Technology Ltd. | Method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method |
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| US7584599B2 (en) | 2005-08-10 | 2009-09-08 | Alstom Technology Ltd. | Method for operating a gas turbine as well as a gas turbine for implementing the method |
| US7584598B2 (en) | 2005-08-10 | 2009-09-08 | Alstom Technology Ltd. | Method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method |
| US7581401B2 (en) * | 2005-09-15 | 2009-09-01 | General Electric Company | Methods and apparatus for cooling gas turbine engine components |
| FR2966510A1 (fr) * | 2010-10-22 | 2012-04-27 | Gen Electric | Systeme a cycle combine a gazeification integree avec une turbine a gaz refroidie a l'azote |
| JP2012092834A (ja) * | 2010-10-22 | 2012-05-17 | General Electric Co <Ge> | 窒素冷却型ガスタービンを持つ統合ガス化複合サイクル・システム |
| JP2014098374A (ja) * | 2012-11-16 | 2014-05-29 | Hitachi Ltd | ガスタービン及びガスタービンの運転方法 |
| US9863315B2 (en) | 2012-11-16 | 2018-01-09 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Gas turbine and operation method of gas turbine |
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