JPH08500655A - 付加的な圧縮機を備えたガスタービンプラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は付加的な圧縮機内で空気を圧縮し、そして燃焼器を加圧しかつ燃焼器内の燃焼を維持するために燃焼器に空気を送出する正規の圧縮機を越えて圧縮空気を完全にまたは部分的にバイパスすることにより燃焼器に空気を供給することを必然的に伴う付加的な空気用の付加的な圧縮機の助けによりガスタービンプラントの燃焼器に付加的な空気を供給する方法および装置に関する。

Description

【発明の詳細な説明】付加的な圧縮機を備えたガスタービンプラント 技術的な分野 本発明は圧縮機、ガスタービンおよび加圧燃焼器を備えたガスタービンプラン トに関する。 背景技術 燃焼器内で加圧燃焼が行われるガスタービンプラントにおいては、燃焼ガスが 発生して、ガスタービンを駆動する。このガスタービンは、また、燃焼器を加圧 するための空気を圧縮する圧縮機を駆動する。この圧縮空気は燃焼の間に同時に 燃焼用空気として利用される。ガスタービンは、通常、高圧タービンと低圧ター ビンとに区分されている。ガスタービンのこのような区分により、低圧タービン は別個の第１軸により第１段の空気の圧縮を行うための低圧圧縮機を駆動するこ とができる。高圧タービンは別個の第２軸により高圧圧縮機を駆動する。高圧圧 縮機内では、空気が燃焼器に供給される前に空気の第２段の圧縮がなされる。低 圧圧縮機と高圧圧縮機との間には第ｌ段の圧縮後の空気を冷却するための冷却器 を設けることができる。 燃焼器に供給される燃料は、プラントの性質により、気体状燃料、液体燃料ま たは固体燃料、例えば、天然ガス、油または石炭からなる。ＰＦＢＣパワープラ ントは固体燃料、通常、微粉炭を燃焼器の流動床内で燃焼させる上記の構成によ るガスタービンサイクルを備えたプラントの一例である。 ガスタービンプラントにおいては、有用なエネルギを発生するための発電機が 通常高圧タービンと歯車を介して連結されている。プラントの始動時には、この 発電機を圧縮機を運転して、それにより燃焼器を加圧するために電動機として利 用することが可能である。 ガスタービンプラントを設計するときに、ガスタービンおよび圧縮機のサイズ が商業用として利用できる電力のレベルに基づいて選択される。このためにプラ ント設計者が解決しなければならないいくつかの異なる問題が発生する。発生す る問題のいくつかを以下に説明する。 ガスタービンプラント内のその他の構成部分に適合させるために意図された風 量を達成するように圧縮機のサイズを最適に選択することは困難である。 ガスタービンプラントを設計するときに、プラントの現場に知られている低い 外気温度において最適の風量が得られる圧縮機のサイズが通常選択される。他方 、その現場で気温が上昇したときに、空気の密度が低くなり、それにより圧縮機 を通しての風量が減少する。 圧縮機の選択された容量が小さすぎると、後程簡単な手段で補正することがで きない。 正規の圧縮機が老化するにつれて、その容量が減少し、これは当初に計算した 流量はもはや実際には得られず、補正することができないことを意味する。 発明の要約 本発明は付加的な空気用の付加的な圧縮機の助けによりガスタービンプラント の燃焼器に付加的な空気を供給する方法および装置に関し、これは空気が付加的 な圧縮機内で圧縮され、そして燃焼器を加圧しかつ燃焼器内の燃焼を維持するた めに圧縮機に空気を送出する正規の圧縮機を越えて圧縮空気を完全にまたは部分 的にバイパスすることにより圧縮空気が燃焼器に供給されることを意味する。 付加的な圧縮機はガスタービンにより駆動される。もしもガスタービンが高圧 タービンと低圧タービンとに区分されていれば、付加的な圧縮機が高圧タービン により駆動されると好適である。付加的な圧縮機の運転は歯車を介して行い、ま たはガスタービンと同じ軸上に該圧縮機を取り付けることにより行うことができ る。別の一つの代替運転モードは付加的な圧縮機をクラッチを介して発電機と同 じ軸上に取り付けることである。付加的な圧縮機を運転するためのさらに別の一 つの変型は該圧縮機にそれ自体の電動機を設けることである。 付加的な空気を燃焼器に分配することにより、ガスタービンプラントのその他 の構成部分への適合、これらの構成部分により生ずる必要な風量への適合および 燃焼器内の燃焼プロセスへの適合の可能性が改良される。また、より高い外気温 度における燃焼器への風量の減少により生じたプラントの動力の低下を補正する 可能性もまた得られる。それ以外の利点は、例えば、正規の圧縮機の寸法の選択 が不適当であり、または例えば圧縮機の老化により生じた正規の圧縮機の変化の ために風量が減少したときに圧縮機の風量能力を再調節する可能性が得られるこ とである。 図面の簡単な説明 第１ａ図から第１ｃ図は付加的な空気が付加的な圧縮機から燃焼器に供給され るガスタービンプラントのいくつかの一般的な変型を略図で例示している。 第２図はガスタービンおよび圧縮機が高圧装置および低圧装置に区分されてい るガスタービンプラントにおける付加的な圧縮機から燃焼器への付加的な空気の 供給を示している。 好ましい実施例の説明 本発明のいくつかの実施例を添付図面について説明する。 ガスタービンプラントの異なる変型を略図で例示した図において、ＢＫは燃料 が高い圧力下で燃焼する燃焼器を示す。この高い圧力はインターセプトおよびバ イパス弁Ｖを介して燃焼器ＢＫに供給される空気を圧縮する圧縮機Ｃにより発生 せしめられる。圧縮機Ｃへの空気は空気導管８を経て導入される。燃焼器ＢＫ内 で発生した燃焼ガスはインターセプトおよびバイパス弁Ｖを経てガスタービンＧ Ｔに送られ、ガスタービンＧＴ内で燃焼ガスのエネルギが利用され、その後消費 された廃ガスが廃ガス導管１０を経て除去される。このガスタービンＧＴは圧縮 機とＣ同じ軸Ａ上に取り付けられており、従って圧縮機Ｃを駆動する。圧縮機Ｃ およびガスタービンＧＴが取り付けられた同じ軸Ａ上に歯車１２が配置されてい る。ガスタービンＧＴはこの歯車１２を介してガスタービンプラント内で利用さ れるエネルギを電気エネルギに変換する発電機Ｇをも駆動する。インターセプト およびバイパス弁Ｖは、燃焼器ＢＫに供給する圧縮機空気用締切弁およびガスタ ービンＧＴに燃焼ガスを供給するための締切弁に加えて、圧縮機Ｃおよびガスタ ービンＧＴを短絡することを可能にするための締切弁を含むバイパス導管をも備 えている。 本発明は付加的な圧縮機ＡＣにより付加的な空気を燃焼器ＢＫに供給する方法 および装置に関する。付加的な圧縮機ＡＣへの空気は第２空気取入口１４を経て 吸い込まれ、そして燃焼器ＢＫに供給される。燃焼器ＢＫへの付加的な空気の供 給はいくつかの異なる方法で実施することができる。この付加的な空気は、第１ 図および第２図に示すように、正規の圧縮機Ｃからの空気と同様に、導管１６を 経てインターセプト弁Ｖに送ることができ、その後付加的な空気が燃焼器ＢＫに 送られる。第１ａ図は、また、導管１８からの付加的な空気が空気導管８の下流 側の圧縮機Ｃの注入穴２０において正規の圧縮機Ｃの中に注入され、それにより 付加的な空気が圧縮機Ｃ内でさらに圧縮される変型を示す。 付加的な圧縮機ＡＣはガスタービンＧＴにより歯車１２を介して駆動される。 代替案として、付加的な圧縮機ＡＣをガスタービンＧＴにより発電機軸を介して 駆動することができ、それにより第１ｂ図により付加的な圧縮機ＡＣがクラッチ または歯車２２を介して発電機軸に取り付けられる。さらに別の代替運転モード においては、付加的な圧縮機ＡＣを第１ｃ図に示すように付加的な圧縮機ＡＣと 連結された別個の電動機Ｍを介して駆動することができる。 好ましい一実施例においては、ガスタービンＧＴおよび圧縮機Ｃの両方が第２ 図により数段に区分されている。この実施例はその他の点については第１ａ図か ら第１ｃ図によるさらに一般的な連結と合致している。第２図による実施例にお いては、燃焼器ＢＫからの燃焼ガスが高圧圧縮機ＨＰＣと一緒に第１軸Ａ１上に 取り付けられた高圧タービンＨＰＴを駆動する。高圧タービンＨＰＴ内で膨脹し たガスは低圧タービンＬＰＴに送られ、低圧タービンＬＰＴからガスタービンプ ラントからの廃ガスが廃ガス導管１０を経て除去される。低圧タービンＬＰＴが 取り付けられた軸と同じ軸Ａ２上には、また、低圧圧縮機ＬＰＣが配置されてい る。この低圧圧縮機ＬＰＣには空気導管８からの空気が送られ、その後、空気は 低圧圧縮機ＬＰＣ内で圧縮された後、高圧圧縮器ＨＰＣに送られ、該高圧圧縮機 ＨＰＣ内で空気はインターセプト弁Ｖを経て燃焼器ＢＫに供給される前にさらに 圧縮される。低圧圧縮機ＬＰＣ内での空気の圧縮後、空気は高圧圧縮機ＨＰＣに 供給される前に中間冷却器ＩＣ内で冷却することができる。第１軸Ａ１は電気エ ネルギを発生するための発電機Ｇを歯車１２を介して駆動する。 本発明によれば、空気が付加的な圧縮機ＡＣ内で圧縮され、そして高圧圧縮機 ＨＰＣ内で圧縮された空気と一緒に燃焼器ＢＫに送られる。付加的な圧縮機ＡＣ への空気は空気取入口１４を経て取り入れられ、インターセプト弁Ｖに送られ、 高圧圧縮機ＨＰＣからの圧縮空気が供給されるインターセプト弁Ｖの同じ入口に 送られる。第２図によるプラントの別の代替実施例においては、付加的な圧縮機 ＡＣからの圧縮空気は、高圧圧縮機の型式およびその性能を最適化するための適 応により、導管ａ１ｔ１を経て中間冷却器ＩＣの下流側の高圧圧縮機ＨＰＣの入 口に送られるか、または導管ａ１ｔ２を経て中間冷却器ＩＣの上流側に送られる 。第２図による好ましい実施例における発電機Ｇは上記の代替運転モードのうち のいずれかのモードにより駆動され、例えば、付加的な圧縮機は歯車１２と連結 された補助軸Ａ３上に配置され、それにより高圧タービンＨＰＴが付加的な圧縮 機ＡＣを歯車１２を介して駆動する。高圧タービンの軸と同じ軸、すなわち、第 １軸Ａ１上に付加的な圧縮機ＡＣを取り付けることによる付加的な圧縮機ＡＣの 直接の運転はさらに別の代替運転モードを構成する。 この付加的な圧縮機のサイズは前述した種類のガスタービンプラントに通常存 在する高圧圧縮機ＨＰＣと対比して小さい。一つの提案として、付加的な圧縮機 ＡＣの風量は高圧圧縮機ＨＰＣの風量の１０％に選択される。この数値は本発明 にとつて臨界的ではない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年８月１６日 【補正内容】 請求の範囲 １．加圧燃焼器（ＢＫ）内の燃料が燃焼する間に発生したガスにより駆動され るガスタービン（ＧＴ）により駆動される圧縮機（Ｃ）を燃焼器（ＢＫ）を加圧 するために備えているガスタービンプラントの燃焼器（ＢＫ）に付加的な空気を 供給する方法において、燃焼器が圧縮機（Ｃ）からの圧縮空気により燃焼器（Ｂ Ｋ）に供給される空気に加えて圧縮機（Ｃ）を完全にまたは部分的にバイパスす ることにより燃焼器（ＢＫ）に供給される付加的な圧縮機（ＡＣ）からの付加的 な圧縮空気の流れにより加圧されることを特徴とする方法。 ２．圧縮機（Ｃ）が高圧圧縮機（ＨＰＣ）と低圧圧縮機（ＬＰＣ）とに区分さ れかつガスタービン（ＧＴ）が高圧タービン（ＨＰＴ）と低圧タービン（ＬＰＴ ）とに区分されているガスタービンプラントにおける請求の範囲第１項に記載の 方法において、付加的な圧縮機（ＡＣ）内で圧縮された空気が高圧圧縮機（ＨＰ Ｃ）の下流側または上流側の燃焼器に供給されることを特徴とする方法。 ３．請求の範囲第２項に記載の方法において、付加的な圧縮機（ＡＣ）内で圧 縮された空気が高圧圧縮機（ＨＰＣ）の上流側の燃焼器に供給されるときに高圧 圧縮機（ＨＰＣ）と低圧圧縮機（ＬＰＣ）との間に配置された中間冷却器（ＩＣ ）の下流側または上流側と接続されることを特徴とする方法。 ４．請求の範囲第１項に記載の方法において、付加的な圧縮機（ＡＣ）が付加 的な圧縮機（ＡＣ）をガスタービン軸（Ａ，Ａ１）に直接にまたは歯車（１２） を介して連結し、または発電機（Ｇ）が歯車（１２）を介してガスタービン軸（ Ａ，Ａ１）と連結される同じ軸を介して連結することにより駆動され、または付 加的な圧縮機（ＡＣ）が別個の電動機（Ｍ）により駆動されることを特徴とする 方法。 ５．加圧燃焼器（ＢＫ）内の燃料が燃焼する間に発生したガスにより駆動され るガスタービン（ＧＴ）により駆動される圧縮機（Ｃ）を燃焼器（ＢＫ）を加圧 するために備えているガスタービンプラントの燃焼器（ＢＫ）に付加的な空気を 供給する方法を実施する装置において、付加的な圧縮機（ＡＣ）が圧縮機（Ｃ） から燃焼器（ＢＫ）に供給される圧縮空気を補足するために付加的な空気を燃焼 器（ＢＫ）に供給するようになっていることを特徴とする装置。 ６．請求の範囲第５項に記載の装置において、付加的な圧縮機（ＡＣ）がガス タービン（ＧＴ）または高圧タービン（ＨＰＴ）または別個の電動機（Ｍ）によ り駆動されるようになっていることを特徴とする装置。 ７．請求の範囲第５項に記載の装置において、付加的な圧縮空気を圧縮機（Ｃ ）の下流側または高圧圧縮機（ＨＰＣ）の下流側に供給し、または圧縮機（Ｃ） の中に注入することによりまたは高圧圧縮機（ＨＰＣ）の上流側に供給すること により付加的な空気が燃焼器（ＢＫ）に供給されることを特徴とする装置。 ８．請求の範囲第７項に記載の装置において、付加的な空気のための接続部が その上流側の高圧圧縮機（ＨＰＣ）に配置されるときに、付加的な空気が低圧圧 縮機と高圧圧縮機との間に配置された中間冷却器（ＩＣ）の下流側または上流側 に注入されることを特徴とする装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．加圧燃焼器（ＢＫ）内の燃料が燃焼する間に発生したガスにより駆動され るガスタービン（ＧＴ）により駆動される圧縮機（Ｃ）を燃焼器（ＢＫ）を加圧 するために備えているガスタービンプラントの燃焼器（ＢＫ）に付加的な空気を 供給する方法において、空気が付加的な圧縮機（ＡＣ）内で圧縮され、そして圧 縮機（Ｃ）を完全にまたは部分的にバイパスすることにより付加的な圧縮機（Ａ Ｃ）に供給されることを特徴とする方法。 ２．圧縮機（Ｃ）が高圧圧縮機（ＨＰＣ）と低圧圧縮機（ＬＰＣ）とに区分さ れかつガスタービン（ＧＴ）が高圧タービン（ＨＰＴ）と低圧タービン（ＬＰＴ ）とに区分されているガスタービンプラントにおける請求の範囲第１項に記載の 方法において、付加的な圧縮機（ＡＣ）内で圧縮された空気が高圧圧縮機（ＨＰ Ｃ）の下流側または上流側の燃焼器に供給されることを特徴とする方法。 ３．請求の範囲第２項に記載の方法において、付加的な圧縮機（ＡＣ）内で圧 縮された空気が高圧圧縮機（ＨＰＣ）の上流側の燃焼器に供給されるときに高圧 圧縮機（ＨＰＣ）と低圧圧縮機（ＬＰＣ）との間に配置された中間冷却器（ＩＣ ）の下流側または上流側と接続されることを特徴とする方法。 ４．請求の範囲第１項に記載の方法において、付加的な圧縮機（ＡＣ）が付加 的な圧縮機（ＡＣ）をガスタービン軸（Ａ，Ａ１）に直接にまたは歯車（１２） を介して連結し、または発電機（Ｇ）が歯車（１２）を介してガスタービン軸（ Ａ，Ａ１）と連結される同じ軸を介して連結することにより駆動され、または付 加的な圧縮機（ＡＣ）が別個の電動機（Ｍ）により駆動されることを特徴とする 方法。 ５．加圧燃焼器（ＢＫ）内の燃料が燃焼する間に発生したガスにより駆動され るガスタービン（ＧＴ）により駆動される圧縮機（Ｃ）を燃焼器（ＢＫ）を加圧 するために備えているガスタービンプラントの燃焼器（ＢＫ）に付加的な空気を 供給する方法を実施する装置において、付加的な圧縮機（ＡＣ）が圧縮機（Ｃ） から燃焼器（ＢＫ）に供給される圧縮空気を補足するために付加的な空気を燃焼 器（ＢＫ）に供給するようになっていることを特徴とする装置。 ６．請求の範囲第５項に記載の装置において、付加的な圧縮機（ＡＣ）がガス タービン（ＧＴ）または高圧タービン（ＨＰＴ）または別個の電動機（Ｍ）によ り駆動されるようになっていることを特徴とする装置。 ７．請求の範囲第５項に記載の装置において、付加的な圧縮空気を圧縮機（Ｃ ）の下流側または高圧圧縮機（ＨＰＣ）の下流側に供給し、または圧縮機（Ｃ） の中に注入することによりまたは高圧圧縮機（ＨＰＣ）の上流側に供給すること により付加的な空気が燃焼器（ＢＫ）に供給されることを特徴とする装置。 ８．請求の範囲第７項に記載の装置において、付加的な空気のための接続部が その上流側の高圧圧縮機（ＨＰＣ）に配置されるときに、付加的な空気が低圧圧 縮機と高圧圧縮機との間に配置された中間冷却器（ＩＣ）の下流側または上流側 に注入されることを特徴とする装置。