JPH08218896A - パワープラント - Google Patents

パワープラント

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JPH08218896A
JPH08218896A JP7331852A JP33185295A JPH08218896A JP H08218896 A JPH08218896 A JP H08218896A JP 7331852 A JP7331852 A JP 7331852A JP 33185295 A JP33185295 A JP 33185295A JP H08218896 A JPH08218896 A JP H08218896A
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JP
Japan
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compressor
injector
power plant
injector mechanism
steam
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Application number
JP7331852A
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English (en)
Inventor
Hans Dr Wettstein
ヴェットシュタイン ハンス
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ABB Management AG
Original Assignee
ABB Management AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/32—Inducing air flow by fluid jet, e.g. ejector action
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 主として少なくとも１つの圧縮機と、少
なくとも１つのバーナにより運転される少なくとも１つ
の燃焼室と、この燃焼室の下流で作動する少なくとも１
つのタービンとから成るパワープラントにおいて、燃焼
室の上流に少なくとも１つのインゼクタ機構が設けられ
ている。このインゼクタ機構は出口ディフューザ３の内
周に冠状に配置された複数の個々のインゼクタ３１から
成っている。これらのディフューザ３１の駆動ノズルが
廃熱蒸気発生器９からの蒸気により負荷される。出口デ
ィフューザ３の流れ横断面はインゼクタ３１のコンバイ
ニングノズルをも形成している。 【効果】 駆動ノズルを介した蒸気量の増大に伴ってタ
ービンの手前の圧力が上昇するにもかかわらず、圧縮機
内の背圧が許容されない値を越えない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は主として少なくとも
１つの圧縮機と、少なくとも１つのバーナにより運転さ
れる少なくとも１つの燃焼室と、この燃焼室の下流で作
動する少なくとも１つのタービンとから成るパワープラ
ントであって、燃焼室の上流に少なくとも１つのインゼ
クタ機構が設けられており、その駆動ノズルが蒸気によ
り運転可能である形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】パワープラント内での改善措置では、結
局最終的には燃焼による有害物質エミッションを最小に
すること、並びにパワープラントの効率を最大にするこ
とに行き着く。これに関連して、３５％を越える効率を
もたらす能力を有する現代のガスターボ装置団が取り上
げられる。パワープラントにおいては、一段と向上した
技術により、いわゆるコンビプラントなるものが開発さ
れている。これに関連して、１つのガスターボ装置団
と、下流に接続された少なくとも１つの蒸気回路との運
転上の協働が行われており、その場合、ガスターボプロ
セスから、依然として大きなエネルギポテンシャルを有
する排ガスが廃熱蒸気発生器内に誘導され、この廃熱蒸
気発生器内で、蒸気タービンを負荷するために必要な蒸
気が発生させられる。この種の廃熱蒸気発生器はシング
ルプレッシャ又はミックスドプレッシャアプライアンス
として形成される。さらに、廃熱蒸気発生器に付加的な
燃焼装置を備えることも可能である。この種のプラント
は現代の技術では５５％をはるかに越えた効率をもたら
している。このような技術開発努力により、第１に、化
石燃料貯蔵量の有効な利用を得ることに関連し、第２
に、与えられたプラットフォームから、それぞれの技術
的な進歩が相乗効果として飛躍的に発展することに関連
して、化石燃料燃焼方式のパワープラントがさらに一層
発展させられることが公知である。ガスターボ装置団に
おいては、パワープラントの効率増大のために圧縮機内
で作動空気を比較的高く圧縮してガスタービン内での圧
力勾配を増大させる措置が講じられるが、しかし、この
措置によればタービン出力の少なからぬ部分を圧縮機の
駆動のために使用する必要がある。それいえ、従来では
ガスタービン内での圧力勾配の増大分が、圧縮機を駆動
するためのエネルギ増大の形態で失われてしまうため
に、ほとんどパワープラントの効率を増大することがで
きなかった。
【０００３】回路がガスターボ装置団と下流の廃熱蒸気
発生器とから成っているようなパワープラントのガスタ
ービンの圧力勾配を圧縮機に依存して増大させるための
方法が公知である。燃焼室のすぐ上流ではインゼクタが
作動しており、そのコンバイニングノズルを通って、圧
縮機内で圧縮された空気が流される。このインゼクタの
駆動ノズルは、廃熱蒸気発生器内で生じた蒸気の少なく
とも一部により負荷され、これにより、ガスタービンか
らその出力の一部を抽出する必要なしに圧縮機空気がさ
らに圧縮される。この方式によれば効率が改善される
が、しかし、この種の技術には問題が伴うことも事実で
ある。それというのは、圧縮機から下流のインゼクタ機
構を介して空気を案内することは流体技術的にコストが
高く、その上、常に最良の結果が得られるとは限らない
からである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記問題点を解決すべ
く、本発明の課題とするところは、冒頭にで述べた形式
のパワープラントにおいて、ガスターボ装置団の効率が
最大となり、装置技術的な拡大が最小となるようなイン
ゼクタ機構を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、インゼクタ機構が、圧縮機の下流
に接続された出口ディフューザの領域内に配置されてお
り、インゼクタ機構の駆動ノズルがこの出口ディフュー
ザに対して同軸的又はほぼ同軸的に位置しており、か
つ、出口ディフューザがインゼクタ機構のコンバイニン
グノズルを形成しているようにした。
【０００６】
【発明の実施の形態】次に図面について本発明の実施例
を詳しく説明する。本発明の直接的な理解に不必要なエ
レメントは省略されている。種々の媒体の流れ方向は矢
印で示されている。同じエレメントは異なる図面におい
ても同じ符号で示されている。
【０００７】図１は、主として発電機１と、圧縮機２
と、燃焼室４と、タービン７とから成るガスタービン装
置団において、圧縮機２の直接下流で、換言すれば出口
ディフューザ３の領域内で作動するインゼクタ機構２０
の作用形式を示す。図面に示したように、圧縮機２並び
にタービン７は共通の１つの軸１２上に支承されてい
る。圧縮機２の直接下流では、その箇所に接続される出
口ディフューザ３の範囲内で、予圧縮された空気１３が
インゼクタ機構２０の作用を介してさらに圧縮される。
例えば廃熱蒸気発生器９内で発生した高圧蒸気１０がイ
ンゼクタ機構２０の駆動ノズルを負荷し、これにより、
圧縮機２にて予圧縮された空気１３をさらに圧縮せしめ
る。その場合、出口ディフューザ３はインゼクタ機構２
０のコンバイニングノズルとして作用する。これによ
り、次いで行われる燃焼が比較的高い圧力段で実施され
る。最終圧縮された空気６は少なくとも１つのバーナ５
を介して燃焼室４内へ流入する。この燃焼室４は有利に
は環状燃焼室の形状を有しており、かつこの燃焼室内で
熱ガス１１が準備される。燃焼室４が環状燃焼室として
形成されている場合には、ヘッド側が燃焼室の周方向に
位置するように複数の個々のバーナが配置される。その
場合、これらのバーナは有利にはヨーロッパ特許第０３
２１８０９号明細書に開示されているような予混合バー
ナから成る。この種の環状燃焼室ではインゼクタ機構２
０は冠状に閉じて配置された多数の個々のインゼクタ２
１から成っており、これらのインゼクタは出口ディフュ
ーザ３の外側に、かつこれに対して同軸的に配置されて
いる。燃焼室４内で準備された熱ガス１１は下流に配置
されたタービン７を負荷する。タービン７からの排ガス
８は廃熱蒸気発生器９に供給され、この場所でエネルギ
的にさらに利用される。熱ガス８から解放された熱的エ
ネルギにより、廃熱蒸気発生器９の高圧部内で高圧蒸気
１０が発生する。この高圧蒸気１０は例えば図示されて
いない環状導管を介して個々のインゼクタ２１へ案内さ
れ、この場所でそれぞれ対応する駆動ノズルを負荷す
る。インゼクタ機構２０のために使用される蒸気は必ず
しも廃熱蒸気発生器から供給される必要はない。蒸気が
充分な質で存在すれば直ちに、この蒸気をインゼクタ機
構２０の駆動のために問題なく使用することができる。
運転上の観点から、このインゼクタ機構２０の作用によ
り生じる利点は、高圧蒸気１０の増加に伴いタービン７
の手前の圧力が上昇し、それにもかかわらず、圧縮機２
内の背圧が許容されないほど増大しないことにある。図
示のインゼクタ機構２０は極めて容易に既存の１軸又は
多軸のガスターボ装置団に組み込むことができる。
【０００８】蒸気量をインゼクタを介してその他の目的
のために、例えばガスターボ装置団の熱的に負荷される
装置のための冷却手段、又は質量流れの増量手段、又は
燃料の混合媒体としても使用することができるのは勿論
である。ロータ冷却空気案内部の環状隙間内へ蒸気を噴
入する場合に、この噴入は有利には軸方向または軸方向
に対して傾斜して行われる。このことにより、主流の比
較的高い圧力に相応して、圧力及び温度に関したロータ
への冷却媒体の準備が可能となる。ロータとステータと
により制限された隙間領域内では、インゼクタを介して
噴入された蒸気の接線方向成分が、回転方向でのスワー
ルの維持又は増大のために役立てられて、この領域内の
摩擦損失が軽減されるか、又は有効駆動出力へ変換され
る。ロータの回転羽根を介して蒸気を導入することも可
能であるのは勿論である。
【０００９】図２は図１の実施例に対する変化実施例を
示し、この場合には、インゼクタ機構３０が、出口ディ
フューザ３の内側に、かつこれに対して同軸的に配置さ
れた多数のインゼクタ３１の閉じた冠状の配列から成っ
ている。この作動形式は基本的に図１の実施例と同様で
ある。
【００１０】図１及び図２に示す両方の実施例は容易に
組合わせ可能である。この種の組合せでは、出口ディフ
ューザ３内への蒸気入口が壁に近い境界層の加速を生じ
るように個々のインゼクタが配置され、これによりブロ
ッケージ係数の減少、出口ディフューザ自体内での速度
分布の改善及び著しい圧力回収が得られる。
【００１１】図１及び図２はさらに、出口ディフューザ
内への蒸気噴入箇所のところに横断面拡大が意図されて
いることを示す。この措置は蒸気が音速と残留超過圧で
流入した際に、超過速度を回避し、かつ蒸気の２次膨張
を可能ならしめる。この横断面拡大部の下流には、コン
スタントな又は軽度に増大する横断面を有する混合区域
が続いて設けられている。これにより、圧力上昇に必要
な運動量交換が行われる。
【００１２】図３は出口ディフューザ３の流れ横断面内
に配置されたインゼクタ機構４０を示す。このインゼク
タ機構４０は同様にそれぞれ多噴流式の複数の個々のイ
ンゼクタ４１の冠状に閉じた配列から成っている。この
実施例では、出口ディフューザ３の範囲内の壁に近い境
界層を所期の通り加速することができる。
【００１３】図４はさらに別の実施例を示し、この実施
例では、同様に複数の個々のインゼクタ５１の閉じた冠
状の配列から成るインゼクタ機構５０が圧縮機２の出口
案内羽根列の領域内に配置されている。この構成によれ
ば、高圧蒸気１０が高速で出口案内羽根列の後縁を介し
て極めて良好に噴入される。その場合、半径方向又はほ
ぼ半径方向の蒸気量分布は、圧力回収に好都合な速度プ
ロフィールを生じるように形成される。この場合も、蒸
気入口箇所のところの横断面拡大が有利である。出口案
内羽根列は一般的に環状横断面内で高圧蒸気１０の良好
な分布を可能ならしめ、これにより、運動量交換の改善
ひいては圧力回収の改善が得られる。出口案内羽根列を
介した高速での蒸気の流出はいかなる場合にも別体の出
口挿入体を組み込むことにより改善される。しかしその
場合、予圧縮された空気１３の流れを考慮する必要があ
る。
【００１４】一般的にいえば、インゼクタ圧力は圧縮機
圧力の２倍の範囲内に選択される。これにより、廃熱蒸
気発生器が大きな温度差で運転されることができ、この
ことは、交換面の縮小をもたらす。さらに、インゼクタ
を介した上述の蒸気導入により、部分負荷効率が高い場
合に負荷調整を実施することができる。要するに、定格
負荷から出発して、有利にはまず空気質量流れ、次いで
蒸気量、最後にタービン入口温度を低下させることによ
り、負荷調整を実施することができる。これに対して、
最初に蒸気量を調整すると、減少した蒸気量が比較的高
い温度を有することになる。これにより、後で減少させ
られる空気質量流れが燃焼温度の維持を許容することが
許容される。
【００１５】
【発明の効果】本発明の主たる利点とするところは、イ
ンゼクタ機構が、いずれにしろ設けられる圧縮機及び出
口ディフューザの狭いかつ広い領域内に取り付けられ、
これにより、インゼクタのコンバイニングノズルが圧縮
機内の空気流と作用的に直に結合されるか又は圧縮機の
下流に位置し、従ってこの種のインゼクタ機構の配備が
付加的な構造手段なしに行われることにある。
【００１６】運転上の観点からこの種の構成の利点とす
るところは、駆動ノズルを介した蒸気量の増大に伴って
タービンの手前の圧力が上昇するにもかかわらず、圧縮
機内の背圧が許容されない値を越えないこと、換言すれ
ば、圧縮機内に充分大きなポンピングマージンが確実に
残されることにある。
【００１７】本発明の別の利点は、圧縮機内又はその出
口ディフューザ内へのインゼクタ機構の組込みが、既存
の１軸又は多軸のガスターボ装置団内で実施できること
にあり、その場合、この種の拡大は出口ディフューザ内
の速度分布、ひいては圧力回収を改善する。
【００１８】インゼクタの駆動のための蒸気を供給する
領域内で出口ディフューザが拡大されると、これによ
り、過大速度の発生が回避され、ひいては音速と残留超
過圧で蒸気が流出する際に蒸気の２次膨張が許容され
る。
【００１９】本発明のさらに別の主たる利点とするとこ
ろは、インゼクタを圧縮機の端部のところ又は出口案内
羽根列の領域又は出口案内羽根列の範囲内に配置するこ
とができることにある。出口案内羽根列は、噴入された
蒸気の流出速度が高い場合に環状横断面内で良好な分布
を可能ならしめる。これにより、運動量交換及び圧力ゲ
インが改善される。
【００２０】注意しなくてはならないことは、提案され
た本発明によれば、一般的に高いインゼクタ圧力で運転
が行われることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】出口ディフューザの外周に駆動ノズルを備えた
本発明の１実施例に基づくインゼクタを有するガスター
ボ装置団の部分を示す図である。
【図２】出口ディフューザの内周に駆動ノズルを備えた
本発明の別の実施例に基づくインゼクタを有するガスタ
ーボ装置団の部分を示す図である。
【図３】出口ディフューザの流れ横断面内に駆動ノズル
を備えた本発明のさらに別の実施例に基づくインゼクタ
を有するガスターボ装置団の部分を示す図である。
【図４】圧縮機の出口案内羽根列の領域に駆動ノズルを
備えた本発明のさらに別の実施例に基づくインゼクタを
有するガスターボ装置団の部分を示す図である。
【符号の説明】
１ 発電機、 ２ 圧縮機、 ３ 出口ディフューザ、
４ 燃焼室、 ５バーナ、 ６ 最終圧縮された空
気、 ７ タービン、 ９ 廃熱蒸気発生器、１０ 高
圧蒸気、 １１ 熱ガス、 １２ 軸、 １３ 予圧縮
された空気、２０ インゼクタ機構、 ２１ インゼク
タ、 ３０ インゼクタ機構、 ３１ インゼクタ、
４０ インゼクタ機構、 ４１ インゼクタ、 ５０
インゼクタ機構、 ５１ インゼクタ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主として少なくとも１つの圧縮機と、少
    なくとも１つのバーナにより運転される少なくとも１つ
    の燃焼室と、この燃焼室の下流で作動する少なくとも１
    つのタービンとから成るパワープラントであって、燃焼
    室の上流に少なくとも１つのインゼクタ機構が設けられ
    ており、その駆動ノズルが蒸気により運転可能である形
    式のものにおいて、インゼクタ機構（２０，３０，４
    ０，５０）が、圧縮機（２）の下流に接続された出口デ
    ィフューザ（３）の領域内に配置されており、インゼク
    タ機構の駆動ノズルがこの出口ディフューザ（３）に対
    して同軸的又はほぼ同軸的に位置しており、かつ、出口
    ディフューザ（３）がインゼクタ機構のコンバイニング
    ノズルを形成していることを特徴とするパワープラン
    ト。
  2. 【請求項２】 インゼクタ機構（２０）が、出口ディフ
    ューザ（３）の外周に冠状に配置された複数の個々のイ
    ンゼクタ（２１）から成っている、請求項１記載のパワ
    ープラント。
  3. 【請求項３】 インゼクタ機構（３０）が、出口ディフ
    ューザ（３）の内周に冠状に配置された複数の個々のイ
    ンゼクタ（３１）から成っている、請求項１記載のパワ
    ープラント。
  4. 【請求項４】 インゼクタ機構（４０）が、出口ディフ
    ューザ（３）の流れ横断面の範囲内に冠状に配置された
    複数の個々のインゼクタ（４１）から成っている、請求
    項１記載のパワープラント。
  5. 【請求項５】 インゼクタ（４１）の作用が出口ディフ
    ューザ（３）の境界層へ向けられている、請求項４記載
    のパワープラント。
  6. 【請求項６】 インゼクタ機構（５０）が、圧縮機
    （２）の出口案内羽根列と作用的に結合されている複数
    のインゼクタ（５１）から成っている、請求項１記載の
    パワープラント。
  7. 【請求項７】 圧縮機（２）の出口案内羽根列の個々の
    羽根がインゼクタ（５１）の駆動ノズルを形成してい
    る、請求項６記載のパワープラント。
JP7331852A 1994-12-24 1995-12-20 パワープラント Pending JPH08218896A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4446543.2 1994-12-24
DE4446543A DE4446543A1 (de) 1994-12-24 1994-12-24 Kraftwerksanlage

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JPH08218896A true JPH08218896A (ja) 1996-08-27

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ID=6537079

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JP7331852A Pending JPH08218896A (ja) 1994-12-24 1995-12-20 パワープラント

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US (1) US5697209A (ja)
EP (1) EP0718483B1 (ja)
JP (1) JPH08218896A (ja)
DE (2) DE4446543A1 (ja)

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