JPH09144558A - 水素燃焼ガスタービンプラントおよびその起動方法 - Google Patents
水素燃焼ガスタービンプラントおよびその起動方法Info
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- JPH09144558A JPH09144558A JP7306128A JP30612895A JPH09144558A JP H09144558 A JPH09144558 A JP H09144558A JP 7306128 A JP7306128 A JP 7306128A JP 30612895 A JP30612895 A JP 30612895A JP H09144558 A JPH09144558 A JP H09144558A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】水素燃焼ガスタービンプラントの起動時にサー
ジングを発生させることなく、プラントを確実に起動さ
せる。 【解決手段】燃焼器２１、ガスタービン２２、復水器２
３および圧縮機２４をガス配管２５によって順次に接続
して、不活性ガスからなる作動流体を循環させるクロー
ズドサイクルを構成する。ガスタービン２２に発電機２
７および圧縮機２４を同軸的に連結し、燃焼器２１で燃
焼させた水素ガスを含む燃料の燃焼ガスを作動流体とと
もに配管２５を介してガスタービン２２、復水器２３お
よび圧縮機２４に順次循環させて発電機２７による出力
発生および復水器２３による蒸気冷却を行なわせる。ガ
ス配管２５に作動流体としての不活性ガスを加圧補給す
るガスチャンバー３２を設けた。
ジングを発生させることなく、プラントを確実に起動さ
せる。 【解決手段】燃焼器２１、ガスタービン２２、復水器２
３および圧縮機２４をガス配管２５によって順次に接続
して、不活性ガスからなる作動流体を循環させるクロー
ズドサイクルを構成する。ガスタービン２２に発電機２
７および圧縮機２４を同軸的に連結し、燃焼器２１で燃
焼させた水素ガスを含む燃料の燃焼ガスを作動流体とと
もに配管２５を介してガスタービン２２、復水器２３お
よび圧縮機２４に順次循環させて発電機２７による出力
発生および復水器２３による蒸気冷却を行なわせる。ガ
ス配管２５に作動流体としての不活性ガスを加圧補給す
るガスチャンバー３２を設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素燃焼ガスター
ビンプラント、即ち、水素を燃料とするガスタービンを
用いた発電プラント、およびその起動方法に関するもの
である。
ビンプラント、即ち、水素を燃料とするガスタービンを
用いた発電プラント、およびその起動方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】水素を燃料とするガスタービンプラント
は、従来の化石燃料を用いたプラントとは異なり、地球
温暖化の原因とされている炭酸ガス（ＣＯ2 ）を排出し
ないため、新しい世代のクリーンエネルギー源として注
目されている。また、水素は燃焼した後に不活性な水蒸
気となるために、水蒸気または他の不活性ガスを作動流
体としたクローズドサイクルで利用すると、高温酸化に
よる問題を回避することができる。現在の化石燃料を用
いるオープンサイクルガスタービンプラントは、作動流
体中に燃料より生じた酸化ガスや、作動流体中に相当量
残存する酸素が原因となり、高温酸化による高温部品の
劣化が問題となっている。
は、従来の化石燃料を用いたプラントとは異なり、地球
温暖化の原因とされている炭酸ガス（ＣＯ2 ）を排出し
ないため、新しい世代のクリーンエネルギー源として注
目されている。また、水素は燃焼した後に不活性な水蒸
気となるために、水蒸気または他の不活性ガスを作動流
体としたクローズドサイクルで利用すると、高温酸化に
よる問題を回避することができる。現在の化石燃料を用
いるオープンサイクルガスタービンプラントは、作動流
体中に燃料より生じた酸化ガスや、作動流体中に相当量
残存する酸素が原因となり、高温酸化による高温部品の
劣化が問題となっている。
【０００３】高温酸化は、タービンを構成する部品、特
に作動流体に接する部品の温度が高くなるほど進行し易
くなる。このため、当該部品に対して冷却を行う必要が
生じるが、この冷却に使用する冷却媒体が増加するほど
ガスタービンプラントの熱効率は低下することが知られ
ており、現に作動流体の高温化に伴い、少ない冷却媒体
量で冷却を行うための技術開発が盛んに行われてきた。
に作動流体に接する部品の温度が高くなるほど進行し易
くなる。このため、当該部品に対して冷却を行う必要が
生じるが、この冷却に使用する冷却媒体が増加するほど
ガスタービンプラントの熱効率は低下することが知られ
ており、現に作動流体の高温化に伴い、少ない冷却媒体
量で冷却を行うための技術開発が盛んに行われてきた。
【０００４】一方、ガスタービンプラントでは、最高温
度を高めるほど熱効率が上昇することが知られており、
前述の冷却技術開発の成果と併せて、この最高温度は近
年加速度的に上昇してきた。しかしながら、冷却に対す
る技術開発にも最近では限界が見られ、最高温度を上昇
させることで得られる熱効率の上昇分が、冷却媒体量の
増加に伴う熱効率の低下に見合わなくなってきており、
最高温度の上昇は頭打ちになろうとしている。
度を高めるほど熱効率が上昇することが知られており、
前述の冷却技術開発の成果と併せて、この最高温度は近
年加速度的に上昇してきた。しかしながら、冷却に対す
る技術開発にも最近では限界が見られ、最高温度を上昇
させることで得られる熱効率の上昇分が、冷却媒体量の
増加に伴う熱効率の低下に見合わなくなってきており、
最高温度の上昇は頭打ちになろうとしている。
【０００５】水素を燃料とする発電プラントは、別の意
味でも注目されている。水素は電力があれば、化石燃料
とは異なり、どのような場所でも生産が可能であるとい
う点である。このことは、水力等の潜在的な電力資源が
豊富にもかかわらず、それを必要とする産業・民需が不
足している発展途上国が、水素というエネルギー源を生
産し輸出することにより産業の活性化を図ることが可能
であるということである。
味でも注目されている。水素は電力があれば、化石燃料
とは異なり、どのような場所でも生産が可能であるとい
う点である。このことは、水力等の潜在的な電力資源が
豊富にもかかわらず、それを必要とする産業・民需が不
足している発展途上国が、水素というエネルギー源を生
産し輸出することにより産業の活性化を図ることが可能
であるということである。
【０００６】以上の点より、水素を燃料とした発電シス
テムは注目されており、我が国でも国家プロジェクトと
して、水素の生産から輸送・貯蔵、そして利用の技術の
研究開発がスタートしている。
テムは注目されており、我が国でも国家プロジェクトと
して、水素の生産から輸送・貯蔵、そして利用の技術の
研究開発がスタートしている。
【０００７】図６は、このように非常に注目されている
水素燃焼ガスタービンプラントの従来技術の一例を示し
ている。この水素燃焼ガスタービンプラントは図６に示
すように、燃焼器１、背圧タービン２、復水器３および
圧縮機４をガス配管５によって順次に接続して、不活性
ガスを作動流体とするクローズドサイクルを構成してい
る。背圧タービン２と圧縮機４とは同軸上で連結され、
また背圧タービン２には出力軸６を介して発電機７が接
続されている。燃焼器１には燃料配管８を介して燃料９
として水素（Ｈ2 ）と酸素（Ｏ2 ）が供給されるように
なっている。復水器３の後流側の配管５には、復水とな
った不活性ガス中のドレンを排出するためのドレン管１
０およびドレン弁１１が設けられている。
水素燃焼ガスタービンプラントの従来技術の一例を示し
ている。この水素燃焼ガスタービンプラントは図６に示
すように、燃焼器１、背圧タービン２、復水器３および
圧縮機４をガス配管５によって順次に接続して、不活性
ガスを作動流体とするクローズドサイクルを構成してい
る。背圧タービン２と圧縮機４とは同軸上で連結され、
また背圧タービン２には出力軸６を介して発電機７が接
続されている。燃焼器１には燃料配管８を介して燃料９
として水素（Ｈ2 ）と酸素（Ｏ2 ）が供給されるように
なっている。復水器３の後流側の配管５には、復水とな
った不活性ガス中のドレンを排出するためのドレン管１
０およびドレン弁１１が設けられている。
【０００８】図６に示されるプラントシステムでは、ク
ローズドサイクル内に作動流体としての不活性ガスが充
填されており、燃料として投入される酸素と水素とが反
応して水蒸気または水が生じ、この水蒸気または水と不
活性ガスとが混合してサイクル内を流動する。
ローズドサイクル内に作動流体としての不活性ガスが充
填されており、燃料として投入される酸素と水素とが反
応して水蒸気または水が生じ、この水蒸気または水と不
活性ガスとが混合してサイクル内を流動する。
【０００９】まず、圧縮機４で圧縮された不活性ガスは
矢印ａで示すように、燃焼器１に導かれる。そして、水
素と酸素とからなる燃料９を投入すると、燃料９が燃焼
して非常に高温で高圧の不活性ガスおよび水蒸気の混合
ガスとなる。この非常に高温で高圧の混合ガスは矢印ｂ
で示すように、背圧タービン２に導かれて膨張し、高温
かつ低圧の混合ガスとなる一方、出力軸６を介して圧縮
機４を駆動するとともに、発電機７を駆動して電力を発
生させる。
矢印ａで示すように、燃焼器１に導かれる。そして、水
素と酸素とからなる燃料９を投入すると、燃料９が燃焼
して非常に高温で高圧の不活性ガスおよび水蒸気の混合
ガスとなる。この非常に高温で高圧の混合ガスは矢印ｂ
で示すように、背圧タービン２に導かれて膨張し、高温
かつ低圧の混合ガスとなる一方、出力軸６を介して圧縮
機４を駆動するとともに、発電機７を駆動して電力を発
生させる。
【００１０】背圧タービン２からの高温で低圧の混合ガ
スは矢印ｃで示すように、復水器３に導かれて冷却さ
れ、含有する水蒸気の露点以下の温度になる。そして水
蒸気はドレンとなり、排水１２として系外に排出され
る。ドレンが分離された後の不活性ガスは矢印ｄで示す
ように、再び圧縮機４に導かれる。
スは矢印ｃで示すように、復水器３に導かれて冷却さ
れ、含有する水蒸気の露点以下の温度になる。そして水
蒸気はドレンとなり、排水１２として系外に排出され
る。ドレンが分離された後の不活性ガスは矢印ｄで示す
ように、再び圧縮機４に導かれる。
【００１１】図７は、このシステムを起動するための従
来技術の一例を示しており、圧縮機４に起動モータ１４
が接続されている。
来技術の一例を示しており、圧縮機４に起動モータ１４
が接続されている。
【００１２】そして、起動時には、起動モータ１４を回
転させるが、システムがクローズドサイクルであるた
め、起動前の停止状態においてもシステム内の作動流体
圧力が高くなっている。この状態から起動モータ１４に
よって圧縮機４を回してプラントを起動しようとして
も、圧縮機４の中を作動流体が円滑に流れず、運転状態
が不安定になり、サージングが発生して起動できない可
能性がある。
転させるが、システムがクローズドサイクルであるた
め、起動前の停止状態においてもシステム内の作動流体
圧力が高くなっている。この状態から起動モータ１４に
よって圧縮機４を回してプラントを起動しようとして
も、圧縮機４の中を作動流体が円滑に流れず、運転状態
が不安定になり、サージングが発生して起動できない可
能性がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、クロー
ズドサイクルである水素燃焼ガスタービンプラントの起
動時において単に起動モータを用いるだけでは、圧縮機
にサージング現象が発生して起動できないという問題が
ある。
ズドサイクルである水素燃焼ガスタービンプラントの起
動時において単に起動モータを用いるだけでは、圧縮機
にサージング現象が発生して起動できないという問題が
ある。
【００１４】そこで本発明の課題は、水素燃焼ガスター
ビンプラントの起動時にサージングを発生させることな
く、プラントを確実に起動させることにある。
ビンプラントの起動時にサージングを発生させることな
く、プラントを確実に起動させることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１の発明は、燃焼器、ガスタービン、復水
器および圧縮機をガス配管によって順次接続して、不活
性ガスからなる作動流体を循環させるクローズドサイク
ルを構成するとともに、前記ガスタービンに発電機およ
び前記圧縮機を同軸的に連結し、前記燃焼器で燃焼させ
た水素ガスを含む燃料の燃焼ガスを前記作動流体ととも
に前記配管を介して前記ガスタービン、復水器および圧
縮機に順次循環させて前記発電機による出力発生および
復水器による蒸気冷却を行なわせるようにした水素燃焼
ガスタービンプラントにおいて、前記ガス配管に作動流
体としての不活性ガスを加圧補給するガスチャンバーを
設けたことを特徴とする水素燃焼ガスタービンプラント
にある。
めに、請求項１の発明は、燃焼器、ガスタービン、復水
器および圧縮機をガス配管によって順次接続して、不活
性ガスからなる作動流体を循環させるクローズドサイク
ルを構成するとともに、前記ガスタービンに発電機およ
び前記圧縮機を同軸的に連結し、前記燃焼器で燃焼させ
た水素ガスを含む燃料の燃焼ガスを前記作動流体ととも
に前記配管を介して前記ガスタービン、復水器および圧
縮機に順次循環させて前記発電機による出力発生および
復水器による蒸気冷却を行なわせるようにした水素燃焼
ガスタービンプラントにおいて、前記ガス配管に作動流
体としての不活性ガスを加圧補給するガスチャンバーを
設けたことを特徴とする水素燃焼ガスタービンプラント
にある。
【００１６】請求項２の発明は、ガスチャンバーの作動
流体加圧供給部が、圧縮機から燃焼器に作動流体を送る
ガス配管と、その圧縮機に復水器から作動流体を送るガ
ス配管とに対し、それぞれ作動流体を加圧補給するべく
接続されている請求項１記載の水素燃焼ガスタービンプ
ラントにある。
流体加圧供給部が、圧縮機から燃焼器に作動流体を送る
ガス配管と、その圧縮機に復水器から作動流体を送るガ
ス配管とに対し、それぞれ作動流体を加圧補給するべく
接続されている請求項１記載の水素燃焼ガスタービンプ
ラントにある。
【００１７】請求項３の発明は、ガスチャンバーが、作
動流体加圧供給部として、圧縮機の羽根に作動流体を供
給して吹付ける管路を有している請求項１記載の水素燃
焼ガスタービンプラントにある。
動流体加圧供給部として、圧縮機の羽根に作動流体を供
給して吹付ける管路を有している請求項１記載の水素燃
焼ガスタービンプラントにある。
【００１８】請求項４の発明は、ガスチャンバーが、作
動流体加圧供給部として、ガスタービンの羽根に作動流
体を吹付ける管路を有している請求項１記載の水素燃焼
ガスタービンプラントにある。
動流体加圧供給部として、ガスタービンの羽根に作動流
体を吹付ける管路を有している請求項１記載の水素燃焼
ガスタービンプラントにある。
【００１９】請求項５の発明は、ガスチャンバーが圧縮
機から吐出する作動流体を受入れて貯蔵するための作動
流体受入れ部を有し、この作動流体受入れ部に作動流体
を強制導入するためのブーストポンプを設けてなる請求
項１から３までのいずれかに記載の水素燃焼ガスタービ
ンプラントにある。
機から吐出する作動流体を受入れて貯蔵するための作動
流体受入れ部を有し、この作動流体受入れ部に作動流体
を強制導入するためのブーストポンプを設けてなる請求
項１から３までのいずれかに記載の水素燃焼ガスタービ
ンプラントにある。
【００２０】請求項６の発明は、ブーストポンプの作動
流体受入れ部の少なくとも前後いずれかの部位に、導入
する作動流体とガスチャンバー内との差圧を計測する差
圧計を設けた請求項４記載の水素燃焼ガスタービンプラ
ントにある。
流体受入れ部の少なくとも前後いずれかの部位に、導入
する作動流体とガスチャンバー内との差圧を計測する差
圧計を設けた請求項４記載の水素燃焼ガスタービンプラ
ントにある。
【００２１】請求項７の発明は、請求項１記載の水素燃
焼ガスタービンプラントの停止状態から、ガスチャンバ
ーに貯蔵した高圧の作動流体を燃焼器に送り込むととも
に、その作動流体を燃焼器内での燃料の燃焼によって高
温ガス化し、この高温作動流体をガスタービンに供給
し、そのガスタービンのロータ軸を回転起動させること
を特徴とする水素燃焼ガスタービンプラントの起動方法
にある。
焼ガスタービンプラントの停止状態から、ガスチャンバ
ーに貯蔵した高圧の作動流体を燃焼器に送り込むととも
に、その作動流体を燃焼器内での燃料の燃焼によって高
温ガス化し、この高温作動流体をガスタービンに供給
し、そのガスタービンのロータ軸を回転起動させること
を特徴とする水素燃焼ガスタービンプラントの起動方法
にある。
【００２２】請求項８の発明は、請求項３記載の水素燃
焼ガスタービンプラントの停止状態から、ガスチャンバ
ーに貯蔵した高圧の作動流体を圧縮機内の後段の羽根に
吹付け、これにより圧縮機に回転力を与えて同軸上にあ
るガスタービンを回転起動することを特徴とする水素燃
焼ガスタービンプラントの起動方法にある。
焼ガスタービンプラントの停止状態から、ガスチャンバ
ーに貯蔵した高圧の作動流体を圧縮機内の後段の羽根に
吹付け、これにより圧縮機に回転力を与えて同軸上にあ
るガスタービンを回転起動することを特徴とする水素燃
焼ガスタービンプラントの起動方法にある。
【００２３】請求項９の発明は、請求項４記載の水素燃
焼ガスタービンプラントの停止状態から、ガスチャンバ
ーに貯蔵した高圧の作動流体をガスタービン内の後段の
羽根に吹付け、これによりガスタービンを回転起動する
ことを特徴とする水素燃焼ガスタービンプラントの起動
方法にある。
焼ガスタービンプラントの停止状態から、ガスチャンバ
ーに貯蔵した高圧の作動流体をガスタービン内の後段の
羽根に吹付け、これによりガスタービンを回転起動する
ことを特徴とする水素燃焼ガスタービンプラントの起動
方法にある。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る水素燃焼ガス
タービンプラントおよびその起動方法の実施形態につい
て図１〜図５を参照して説明する。
タービンプラントおよびその起動方法の実施形態につい
て図１〜図５を参照して説明する。
【００２５】第１の実施形態（図１〜図３） 本実施形態では図１に示すように、燃焼器２１、背圧タ
ービン２２、復水器２３および圧縮機２４をガス配管２
５によって順次に接続して、不活性ガスを作動流体とす
るクローズドサイクルを構成している。背圧タービン２
２と圧縮機２４とは同軸上で連結され、また背圧タービ
ン２２には出力軸２６を介して発電機２７が接続されて
いる。燃焼器２１には燃料配管２８を介して燃料２９と
して水素（Ｈ2 ）と酸素（Ｏ2 ）が供給されるようにな
っている。復水器２３の後流側の配管２５には、復水と
なった不活性ガス中のドレンを排出するためのドレン管
３０およびドレン弁３１が設けられている。
ービン２２、復水器２３および圧縮機２４をガス配管２
５によって順次に接続して、不活性ガスを作動流体とす
るクローズドサイクルを構成している。背圧タービン２
２と圧縮機２４とは同軸上で連結され、また背圧タービ
ン２２には出力軸２６を介して発電機２７が接続されて
いる。燃焼器２１には燃料配管２８を介して燃料２９と
して水素（Ｈ2 ）と酸素（Ｏ2 ）が供給されるようにな
っている。復水器２３の後流側の配管２５には、復水と
なった不活性ガス中のドレンを排出するためのドレン管
３０およびドレン弁３１が設けられている。
【００２６】このものにおいて、作動流体を貯蔵する圧
縮容器からなるガスチャンバー３２が設けられている。
このガスチャンバー３２は、圧縮機２４から燃焼器２１
に作動流体を送るガス配管２５ａに、作動流体加圧供給
部としての第１供給管３３を介して接続されている。こ
の第１供給管３３には流量調節弁３４が設けられてい
る。また、ガスチャンバー３２は、圧縮機２４に復水器
２３から作動流体を送るガス配管２５ｂに、作動流体加
圧供給部としての第２供給管３５を介して接続されてい
る。この第２供給管３５には流量調節弁３６が設けられ
ている。さらに、ガスチャンバー３２は、圧縮機２４か
ら吐出する作動流体を受入れて貯蔵するための作動流体
受入れ部としての受入れ管３７を有し、この受入れ管３
７はガス配管２５ａに接続されている。また、受入れ管
３７には流量調節弁３８と、作動流体を強制導入するた
めのブーストポンプ３９とが直列に設けられ、さらにブ
ーストポンプ３９の前後流の差圧を検出するための差圧
計４１が設けられている。
縮容器からなるガスチャンバー３２が設けられている。
このガスチャンバー３２は、圧縮機２４から燃焼器２１
に作動流体を送るガス配管２５ａに、作動流体加圧供給
部としての第１供給管３３を介して接続されている。こ
の第１供給管３３には流量調節弁３４が設けられてい
る。また、ガスチャンバー３２は、圧縮機２４に復水器
２３から作動流体を送るガス配管２５ｂに、作動流体加
圧供給部としての第２供給管３５を介して接続されてい
る。この第２供給管３５には流量調節弁３６が設けられ
ている。さらに、ガスチャンバー３２は、圧縮機２４か
ら吐出する作動流体を受入れて貯蔵するための作動流体
受入れ部としての受入れ管３７を有し、この受入れ管３
７はガス配管２５ａに接続されている。また、受入れ管
３７には流量調節弁３８と、作動流体を強制導入するた
めのブーストポンプ３９とが直列に設けられ、さらにブ
ーストポンプ３９の前後流の差圧を検出するための差圧
計４１が設けられている。
【００２７】なお、ガス配管２５ａには、受入れ管３７
よりも圧縮機２４側に位置して逆止弁４０が設けられ、
この逆止弁４０により、圧縮機２４から燃焼器２１への
作動流体の流れのみが許容され、その逆の流れは阻止さ
れるようになっている。
よりも圧縮機２４側に位置して逆止弁４０が設けられ、
この逆止弁４０により、圧縮機２４から燃焼器２１への
作動流体の流れのみが許容され、その逆の流れは阻止さ
れるようになっている。
【００２８】次に図１を用いて本実施形態による水素燃
焼ガスタービンプラントの起動時の動作を説明する。ま
ず、背圧タービン２２と発電機２７とを解列した状態
で、ガスチャンバー３２の第１供給管３３の流量調節弁
３４を開く。これにより、ガスチャンバー３２に貯蔵さ
れていた高圧の作動流体を燃焼器２１に送り込む。
焼ガスタービンプラントの起動時の動作を説明する。ま
ず、背圧タービン２２と発電機２７とを解列した状態
で、ガスチャンバー３２の第１供給管３３の流量調節弁
３４を開く。これにより、ガスチャンバー３２に貯蔵さ
れていた高圧の作動流体を燃焼器２１に送り込む。
【００２９】そして、燃焼器２１内で燃料２９を燃焼さ
せ、これによって高温ガスとなった作動流体を背圧ター
ビン２２の羽根に吹き付け、背圧タービン２２とこれに
出力軸２６を介して接続されている圧縮機２４とを回転
させる。背圧タービン２２を出た低圧高温のガスは復水
器２３によってガス中の水蒸気を凝縮分離され、ガス温
度も低下して圧縮機２４の入口へと向かう。
せ、これによって高温ガスとなった作動流体を背圧ター
ビン２２の羽根に吹き付け、背圧タービン２２とこれに
出力軸２６を介して接続されている圧縮機２４とを回転
させる。背圧タービン２２を出た低圧高温のガスは復水
器２３によってガス中の水蒸気を凝縮分離され、ガス温
度も低下して圧縮機２４の入口へと向かう。
【００３０】回転する圧縮機２４によって再び高圧の作
動流体となり、これにガスチャンバー３２からの作動流
体も加わって、ガス配管２５ａ内では徐々に流量が増加
してゆき、プラントが動き始める。この時、ガス配管２
５ａには逆止弁４０が設けてあるため、ガスチャンバー
３２から供給される高圧の作動流体は圧縮機２４側に逆
流することはない。また、受入れ管３７の流量調節弁３
８は閉となっており、作動流体がガスチャンバー３２に
戻ることもない。
動流体となり、これにガスチャンバー３２からの作動流
体も加わって、ガス配管２５ａ内では徐々に流量が増加
してゆき、プラントが動き始める。この時、ガス配管２
５ａには逆止弁４０が設けてあるため、ガスチャンバー
３２から供給される高圧の作動流体は圧縮機２４側に逆
流することはない。また、受入れ管３７の流量調節弁３
８は閉となっており、作動流体がガスチャンバー３２に
戻ることもない。
【００３１】圧縮機２４の出口側の圧力が上昇してガス
チャンバー３２内からの作動流体の流れが悪くなってき
たら、第１供給管３３の流量調節弁３４を閉じ、代って
第２供給管３５の流量調節弁３６を開ける。この結果、
第２供給管３５が接続されているガス配管２５ｂは低圧
であるためガスチャンバー３２内の作動流体はプラント
内へ再び流れ易くなる。
チャンバー３２内からの作動流体の流れが悪くなってき
たら、第１供給管３３の流量調節弁３４を閉じ、代って
第２供給管３５の流量調節弁３６を開ける。この結果、
第２供給管３５が接続されているガス配管２５ｂは低圧
であるためガスチャンバー３２内の作動流体はプラント
内へ再び流れ易くなる。
【００３２】次に、図２を用いて起動後の発電運転時の
動作を説明する。作動流体の流れが発電運転に対して十
分な流量になったら、流量調節弁３６も閉じ、出力軸２
６を介して背圧タービン２２と発電機２７とを繋げて発
電機２７を回転させ、発電を開始する。即ち、圧縮機２
４で圧縮された不活性ガスは矢印ａで示すように、燃焼
器２１に導かれる。そして、水素と酸素とからなる燃料
２９を投入すると、燃料２９が燃焼して非常に高温で高
圧の不活性ガスおよび水蒸気の混合ガスとなる。この非
常に高温で高圧の混合ガスは矢印ｂで示すように、背圧
タービン２２に導かれて膨張し、高温かつ低圧の混合ガ
スとなる一方、出力軸２６を介して圧縮機２４を駆動す
るとともに、発電機２７を駆動して電力を発生させる。
動作を説明する。作動流体の流れが発電運転に対して十
分な流量になったら、流量調節弁３６も閉じ、出力軸２
６を介して背圧タービン２２と発電機２７とを繋げて発
電機２７を回転させ、発電を開始する。即ち、圧縮機２
４で圧縮された不活性ガスは矢印ａで示すように、燃焼
器２１に導かれる。そして、水素と酸素とからなる燃料
２９を投入すると、燃料２９が燃焼して非常に高温で高
圧の不活性ガスおよび水蒸気の混合ガスとなる。この非
常に高温で高圧の混合ガスは矢印ｂで示すように、背圧
タービン２２に導かれて膨張し、高温かつ低圧の混合ガ
スとなる一方、出力軸２６を介して圧縮機２４を駆動す
るとともに、発電機２７を駆動して電力を発生させる。
【００３３】背圧タービン２２からの高温で低圧の混合
ガスは矢印ｃで示すように、復水器２３に導かれて冷却
され、含有する水蒸気の露点以下の温度になる。そして
水蒸気はドレンとなり、排水１２ａとして系外に排出さ
れる。ドレンが分離された後の不活性ガスは矢印ｄで示
すように、再び圧縮機２４に導かれる。
ガスは矢印ｃで示すように、復水器２３に導かれて冷却
され、含有する水蒸気の露点以下の温度になる。そして
水蒸気はドレンとなり、排水１２ａとして系外に排出さ
れる。ドレンが分離された後の不活性ガスは矢印ｄで示
すように、再び圧縮機２４に導かれる。
【００３４】次に、図３を用いてプラント運転終了後の
ガスチャンバー３２への作動流体の貯蔵動作を説明す
る。まず、受入れ管３７の流量調節弁３８を開く。これ
によって、ガスチャンバー３２内の圧力よりガス配管２
５ａ内の圧力が高い時点まで、ブーストポンプ３９を動
かす必要なく作動流体をガスチャンバー３２内に導入し
て溜めることができる。即ち、プラント内の圧力は運転
によって高まっているので図３に矢印ｅ〜ｊで示すよう
に、停止後は作動流体がガス配管２５内を逆流する。ガ
スチャンバー３２内の圧力とプラント内の圧力が等しく
なったら、ブーストポンプ３９を起動することによっ
て、作動流体をガスチャンバー３２に強制的に導入して
溜める。これらの制御は、ブーストポンプ３９の前後に
取り付けた差圧計４１からの検出圧力の値を用いて行
う。
ガスチャンバー３２への作動流体の貯蔵動作を説明す
る。まず、受入れ管３７の流量調節弁３８を開く。これ
によって、ガスチャンバー３２内の圧力よりガス配管２
５ａ内の圧力が高い時点まで、ブーストポンプ３９を動
かす必要なく作動流体をガスチャンバー３２内に導入し
て溜めることができる。即ち、プラント内の圧力は運転
によって高まっているので図３に矢印ｅ〜ｊで示すよう
に、停止後は作動流体がガス配管２５内を逆流する。ガ
スチャンバー３２内の圧力とプラント内の圧力が等しく
なったら、ブーストポンプ３９を起動することによっ
て、作動流体をガスチャンバー３２に強制的に導入して
溜める。これらの制御は、ブーストポンプ３９の前後に
取り付けた差圧計４１からの検出圧力の値を用いて行
う。
【００３５】以上の第１の実施形態で示した水素燃焼ガ
スタービンプラントおよびその起動方法によれば、ガス
チャンバー３２に貯蔵した高圧の作動流体をプラント内
に流して起動することで、圧縮機２４に作動流体の流れ
を作りながら徐々に流量と回転数とが増加していくた
め、圧縮機２４のサージング現象を防止し、円滑かつ確
実なプラント起動を行うことができる。
スタービンプラントおよびその起動方法によれば、ガス
チャンバー３２に貯蔵した高圧の作動流体をプラント内
に流して起動することで、圧縮機２４に作動流体の流れ
を作りながら徐々に流量と回転数とが増加していくた
め、圧縮機２４のサージング現象を防止し、円滑かつ確
実なプラント起動を行うことができる。
【００３６】第２の実施形態（図４） 本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ガスチャン
バー３２から出る作動流体を圧縮機２４に送り込むよう
に流路構成を変えた点にある。即ち、図４に示すよう
に、ガスチャンバー３２から、作動流体加圧供給部とし
て、圧縮機２４の羽根に作動流体を供給して吹付ける管
路、つまり第３供給管５１が引出されている。この第３
供給管５１には流量調節弁５２が設けられている。な
お、第１の実施形態で示した第１供給管は省略されてい
る。また、復水器２３から圧縮機２４に作動流体を供給
するためのガス配管２５ｂには、作動流体の逆流を防止
するために逆止弁５３が圧縮機入口側に設置されてい
る。
バー３２から出る作動流体を圧縮機２４に送り込むよう
に流路構成を変えた点にある。即ち、図４に示すよう
に、ガスチャンバー３２から、作動流体加圧供給部とし
て、圧縮機２４の羽根に作動流体を供給して吹付ける管
路、つまり第３供給管５１が引出されている。この第３
供給管５１には流量調節弁５２が設けられている。な
お、第１の実施形態で示した第１供給管は省略されてい
る。また、復水器２３から圧縮機２４に作動流体を供給
するためのガス配管２５ｂには、作動流体の逆流を防止
するために逆止弁５３が圧縮機入口側に設置されてい
る。
【００３７】本実施形態の水素燃焼ガスタービンプラン
トを起動するときは、まず流量調節弁５２を開け、高圧
の作動流体をガスチャンバー３２から圧縮機２４に送り
込み、これにより圧縮機２４および背圧タービン２２を
回す。さらに、圧縮機２４を出た作動流体は燃焼器２１
に導かれて高温ガスとなり、背圧タービン２２を回す。
そして、低圧高温のガスは復水器２３によってガス中の
水蒸気を分離し、ガス温度を低下させて圧縮機２４の入
口へと向かう。回転している圧縮機２４によって再び高
圧の作動流体となり、ガスチャンバー３２からの作動流
体も加わって徐々に流量が増加してゆき、プラントが動
き始める。
トを起動するときは、まず流量調節弁５２を開け、高圧
の作動流体をガスチャンバー３２から圧縮機２４に送り
込み、これにより圧縮機２４および背圧タービン２２を
回す。さらに、圧縮機２４を出た作動流体は燃焼器２１
に導かれて高温ガスとなり、背圧タービン２２を回す。
そして、低圧高温のガスは復水器２３によってガス中の
水蒸気を分離し、ガス温度を低下させて圧縮機２４の入
口へと向かう。回転している圧縮機２４によって再び高
圧の作動流体となり、ガスチャンバー３２からの作動流
体も加わって徐々に流量が増加してゆき、プラントが動
き始める。
【００３８】この時、圧縮機２４の入口側に逆止弁５３
を設置しているので作動流体が逆流することはない。そ
して、圧縮機２４の出口側の圧力が上昇してガスチャン
バー３２内からプラントへの作動流体の流れが悪くなっ
てきたら、流量調節弁５２を閉じて第２供給管３５の流
量調節弁３６を開ける。この結果、ガスチャンバー３２
内の作動流体はプラント内へ再び流れ易くなる。
を設置しているので作動流体が逆流することはない。そ
して、圧縮機２４の出口側の圧力が上昇してガスチャン
バー３２内からプラントへの作動流体の流れが悪くなっ
てきたら、流量調節弁５２を閉じて第２供給管３５の流
量調節弁３６を開ける。この結果、ガスチャンバー３２
内の作動流体はプラント内へ再び流れ易くなる。
【００３９】なお、上述した以外の構成およびプラント
運転作用等については、第１の実施形態と略同様である
から、図４の対応個所に、図１と同一の符号を付して説
明を省略する。
運転作用等については、第１の実施形態と略同様である
から、図４の対応個所に、図１と同一の符号を付して説
明を省略する。
【００４０】以上の第２の実施形態によれば、ガスチャ
ンバー３２からの作動流体を圧縮機２４に供給して吹付
けて回転起動させることにより、圧縮機２４に作動流体
の流れを作りながら、徐々に流量と回転数が増加してい
くため、圧縮機２４のサージタンク現象を防止し、スム
ーズなプラント起動を行うことができる。
ンバー３２からの作動流体を圧縮機２４に供給して吹付
けて回転起動させることにより、圧縮機２４に作動流体
の流れを作りながら、徐々に流量と回転数が増加してい
くため、圧縮機２４のサージタンク現象を防止し、スム
ーズなプラント起動を行うことができる。
【００４１】第３の実施形態（図５） 本実施形態が前記各実施形態と異なる点は、ガスチャン
バー３２から出る作動流体を背圧タービン２２に直接送
り込むように流路構成を変えた点にある。即ち、ガスチ
ャンバー３２から、作動流体供給部として、背圧タービ
ン２２の羽根に供給して吹付ける管路、つまり第４供給
管６１が引出されている。この第４供給管６１には流量
調節弁６２が設けられている。また、圧縮機２４から燃
焼器２１に作動流体を供給するためのガス配管２５ａに
は、作動流体の逆流を防止するために逆止弁６３が燃焼
器２１の入口側に設置されている。
バー３２から出る作動流体を背圧タービン２２に直接送
り込むように流路構成を変えた点にある。即ち、ガスチ
ャンバー３２から、作動流体供給部として、背圧タービ
ン２２の羽根に供給して吹付ける管路、つまり第４供給
管６１が引出されている。この第４供給管６１には流量
調節弁６２が設けられている。また、圧縮機２４から燃
焼器２１に作動流体を供給するためのガス配管２５ａに
は、作動流体の逆流を防止するために逆止弁６３が燃焼
器２１の入口側に設置されている。
【００４２】本実施形態の水素燃焼ガスタービンプラン
トを起動するときは、まず流量調節弁６２を開け、高圧
の作動流体をガスチャンバー３２から背圧タービン２２
に直接送り込み、これにより背圧タービン２２および圧
縮機２４を回す（この時、燃焼器２１の入口側に逆止弁
６３を設置しているので、作動流体が逆流することはな
い）。そして、低圧の作動流体は復水器２３を通って圧
縮機２４の入口へと向かう。回転している圧縮機２４に
よって低圧の作動流体は再び高圧の作動流体となる。
トを起動するときは、まず流量調節弁６２を開け、高圧
の作動流体をガスチャンバー３２から背圧タービン２２
に直接送り込み、これにより背圧タービン２２および圧
縮機２４を回す（この時、燃焼器２１の入口側に逆止弁
６３を設置しているので、作動流体が逆流することはな
い）。そして、低圧の作動流体は復水器２３を通って圧
縮機２４の入口へと向かう。回転している圧縮機２４に
よって低圧の作動流体は再び高圧の作動流体となる。
【００４３】この作動流体は燃焼器２１に入って高圧ガ
スとなり、ガスチャンバー３２からの高圧作動流体も加
わって背圧タービン２２を回す。背圧タービン２２を出
た高温低圧のガスは復水器２３によってガス中の水蒸気
を分離し、ガス温度を低下させて圧縮機２４の入口へと
向かう。
スとなり、ガスチャンバー３２からの高圧作動流体も加
わって背圧タービン２２を回す。背圧タービン２２を出
た高温低圧のガスは復水器２３によってガス中の水蒸気
を分離し、ガス温度を低下させて圧縮機２４の入口へと
向かう。
【００４４】このように徐々に作動流体の流量が増加し
てゆき、プラントが動き始める。その後、圧縮機２４の
出口側の圧力が上昇して、ガスチャンバー３２内からプ
ラントへの作動流体の流れが悪くなってきたら、流量調
節弁５２を閉じて第２供給管３５の流量調節弁３６を開
ける。この結果、ガスチャンバー３２内の作動流体はプ
ラント内へ再び流れ易くなる。
てゆき、プラントが動き始める。その後、圧縮機２４の
出口側の圧力が上昇して、ガスチャンバー３２内からプ
ラントへの作動流体の流れが悪くなってきたら、流量調
節弁５２を閉じて第２供給管３５の流量調節弁３６を開
ける。この結果、ガスチャンバー３２内の作動流体はプ
ラント内へ再び流れ易くなる。
【００４５】なお、上述した以外の構成およびプラント
運転作用等については、前記各実施形態と略同様である
から、図５の対応個所に、図１と同一の符号を付して説
明を省略する。
運転作用等については、前記各実施形態と略同様である
から、図５の対応個所に、図１と同一の符号を付して説
明を省略する。
【００４６】以上の第３の実施形態によれば、ガスチャ
ンバー３２からの作動流体を背圧タービン２２に供給し
て吹付けて回転起動させることにより、圧縮機２４に作
動流体の流れを作りながら、徐々に流量と回転数が増加
していくため、圧縮機２４のサージング現象を防止し、
スムーズなプラント起動を行うことができる。
ンバー３２からの作動流体を背圧タービン２２に供給し
て吹付けて回転起動させることにより、圧縮機２４に作
動流体の流れを作りながら、徐々に流量と回転数が増加
していくため、圧縮機２４のサージング現象を防止し、
スムーズなプラント起動を行うことができる。
【００４７】
【発明の効果】以上で詳述したように、本発明によれ
ば、圧縮機にサージング現象を起こさせることなく水素
燃焼ガスタービンプラントを円滑に起動することができ
る。また、カスチャンバーに高圧の作動流体を溜めるこ
とによってガスチャンバーの容量を小さくすることがで
き、かつ流量調節弁を開けるだけで容易にプラントの起
動が行える。さらに、起動用機器として大容量の起動モ
ータを必要とせず、小容量のブーストポンプだけで済む
等の利点も得られる。
ば、圧縮機にサージング現象を起こさせることなく水素
燃焼ガスタービンプラントを円滑に起動することができ
る。また、カスチャンバーに高圧の作動流体を溜めるこ
とによってガスチャンバーの容量を小さくすることがで
き、かつ流量調節弁を開けるだけで容易にプラントの起
動が行える。さらに、起動用機器として大容量の起動モ
ータを必要とせず、小容量のブーストポンプだけで済む
等の利点も得られる。
【図１】本発明の第１の実施形態による起動時の状態を
示す系統図。
示す系統図。
【図２】本発明の第１の実施形態による起動後の運転状
態を示す系統図。
態を示す系統図。
【図３】本発明の第１の実施形態による運転後の状態を
示す系統図。
示す系統図。
【図４】本発明の第２の実施形態を説明するための系統
図。
図。
【図５】本発明の第３の実施形態を説明するための系統
図。
図。
【図６】従来の水素燃焼ガスタービンプラントを示す系
統図。
統図。
【図７】水素燃焼ガスタービンプラントの起動について
の従来技術の一例を示す系統図。
の従来技術の一例を示す系統図。
２１ 燃焼器 ２２ 背圧タービン ２３ 復水器 ２４ 圧縮機 ２５ ガス配管 ２５ａ，２５ｂ ガス配管 ２６ 出力軸 ２７ 発電機 ２８ 燃料配管 ２９ 燃料 ３０ ドレン管 ３１ ドレン弁 ３２ ガスチャンバー ３３ 第１供給管 ３４ 流量調節弁 ３５ 第２供給管 ３６ 流量調節弁 ３７ 受入れ管 ３８ 流量調節弁 ３９ ブーストポンプ ４０ 逆止弁 ４１ 差圧計 ５１ 第３供給管 ５２ 流量調節弁 ５３ 逆止弁 ６１ 第４供給管 ６２ 流量調節弁 ６３ 逆止弁
Claims (9)
- 【請求項１】 燃焼器、ガスタービン、復水器および圧
縮機をガス配管によって順次接続して、不活性ガスから
なる作動流体を循環させるクローズドサイクルを構成す
るとともに、前記ガスタービンに発電機および前記圧縮
機を同軸的に連結し、前記燃焼器で燃焼させた水素ガス
を含む燃料の燃焼ガスを前記作動流体とともに前記配管
を介して前記ガスタービン、復水器および圧縮機に順次
循環させて前記発電機による出力発生および復水器によ
る蒸気冷却を行なわせるようにした水素燃焼ガスタービ
ンプラントにおいて、前記ガス配管に作動流体としての
不活性ガスを加圧補給するガスチャンバーを設けたこと
を特徴とする水素燃焼ガスタービンプラント。 - 【請求項２】 ガスチャンバーの作動流体加圧供給部
は、圧縮機から燃焼器に作動流体を送るガス配管と、そ
の圧縮機に復水器から作動流体を送るガス配管とに対
し、それぞれ作動流体を加圧補給するべく接続されてい
る請求項１記載の水素燃焼ガスタービンプラント。 - 【請求項３】 ガスチャンバーは、作動流体加圧供給部
として、圧縮機の羽根に作動流体を供給して吹付ける管
路を有している請求項１記載の水素燃焼ガスタービンプ
ラント。 - 【請求項４】 ガスチャンバーは、作動流体加圧供給部
として、ガスタービンの羽根に作動流体を吹付ける管路
を有している請求項１記載の水素燃焼ガスタービンプラ
ント。 - 【請求項５】 ガスチャンバーは圧縮機から吐出する作
動流体を受入れて貯蔵するための作動流体受入れ部を有
し、この作動流体受入れ部に作動流体を強制導入するた
めのブーストポンプを設けてなる請求項１から３までの
いずれかに記載の水素燃焼ガスタービンプラント。 - 【請求項６】 ブーストポンプの作動流体受入れ部の少
なくとも前後いずれかの部位に、導入する作動流体とガ
スチャンバー内との差圧を計測する差圧計を設けた請求
項４記載の水素燃焼ガスタービンプラント。 - 【請求項７】 請求項１記載の水素燃焼ガスタービンプ
ラントの停止状態から、ガスチャンバーに貯蔵した高圧
の作動流体を燃焼器に送り込むとともに、その作動流体
を燃焼器内での燃料の燃焼によって高温ガス化し、この
高温作動流体をガスタービンに供給し、そのガスタービ
ンのロータ軸を回転起動させることを特徴とする水素燃
焼ガスタービンプラントの起動方法。 - 【請求項８】 請求項３記載の水素燃焼ガスタービンプ
ラントの停止状態から、ガスチャンバーに貯蔵した高圧
の作動流体を圧縮機内の後段の羽根に吹付け、これによ
り圧縮機に回転力を与えて同軸上にあるガスタービンを
回転起動することを特徴とする水素燃焼ガスタービンプ
ラントの起動方法。 - 【請求項９】 請求項４記載の水素燃焼ガスタービンプ
ラントの停止状態から、ガスチャンバーに貯蔵した高圧
の作動流体をガスタービン内の後段の羽根に吹付け、こ
れによりガスタービンを回転起動することを特徴とする
水素燃焼ガスタービンプラントの起動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7306128A JP3020853B2 (ja) | 1995-11-24 | 1995-11-24 | 水素燃焼ガスタービンプラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7306128A JP3020853B2 (ja) | 1995-11-24 | 1995-11-24 | 水素燃焼ガスタービンプラント |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09144558A true JPH09144558A (ja) | 1997-06-03 |
| JP3020853B2 JP3020853B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=17953394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7306128A Expired - Fee Related JP3020853B2 (ja) | 1995-11-24 | 1995-11-24 | 水素燃焼ガスタービンプラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3020853B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150036899A (ko) * | 2013-09-30 | 2015-04-08 | 한국전력공사 | 초임계 이산화탄소를 이용한 전력 저장 및 생산 장치 |
| CN109026402A (zh) * | 2018-09-25 | 2018-12-18 | 杭州螺旋新能源科技有限公司 | 一种燃气轮机的启动方法及启动装置 |
| CN110030088A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-07-19 | 中国航发湖南动力机械研究所 | Mw功率级别超临界流体闭式循环发动机的起动方法 |
| JP2023500196A (ja) * | 2019-11-04 | 2023-01-05 | シーメンス エナジー グローバル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | クローズドジュールサイクルプロセスのための圧力制御 |
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| JP4981990B2 (ja) | 2008-03-28 | 2012-07-25 | 三菱重工業株式会社 | タービン設備の制御方法およびタービン設備 |
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| JPH0777062A (ja) * | 1993-09-09 | 1995-03-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービンのインベントリー制御装置 |
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-
1995
- 1995-11-24 JP JP7306128A patent/JP3020853B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN109026402A (zh) * | 2018-09-25 | 2018-12-18 | 杭州螺旋新能源科技有限公司 | 一种燃气轮机的启动方法及启动装置 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3020853B2 (ja) | 2000-03-15 |
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Legal Events
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| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
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| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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