JPH0988518A - 複合発電プラント - Google Patents

複合発電プラント

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JPH0988518A
JPH0988518A JP24475195A JP24475195A JPH0988518A JP H0988518 A JPH0988518 A JP H0988518A JP 24475195 A JP24475195 A JP 24475195A JP 24475195 A JP24475195 A JP 24475195A JP H0988518 A JPH0988518 A JP H0988518A
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佳孝 福山
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麻子 猪亦
Yukio Shibuya
幸生 渋谷
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昭紀 古閑
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    • 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
    • F01K23/10—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 with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • 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
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Abstract

(57)【要約】 【課題】蒸気冷却方式の特徴を損なうことなく、総合熱
効率の向上が図れる複合発電プラントを提供する。 【解決手段】ガスタービン系統４１と、このガスタービ
ン系統４１の排熱を回収する排熱回収ボイラ１２３およ
びこの排熱回収ボイラ１２３で得た蒸気によって駆動さ
れる蒸気タービン１１８を有する蒸気サイクル系統４２
とを備える。蒸気サイクル系統４２で得られる流体の一
部または全量を冷却媒体としてガスタービン系統４１の
ガスタービン１１１内に供給して蒸気サイクル系統４２
へ戻すガスタービン冷却系統４３を設ける。ガスタービ
ン冷却系統４３は、２以上の被冷却要素に冷却通路を介
して冷却媒体を供給するとともに、その冷却媒体の一部
または全量を蒸気サイクル系統４２へ戻す構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン系統
と、蒸気タービンを有する蒸気サイクル系統とを組み合
わせた複合発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、火力発電プラントの高効率化が強
く望まれており、この要望に沿うために、新設の火力発
電所は勿論のこと、既設の火力発電所においても、リパ
ワリングによる複合サイクル化が進められている。
【０００３】図１３は、従来の代表的な複合発電プラン
トを示す系統図である。この複合発電プラントは、ガス
タービン系統１と、このガスタービン系統１の排熱エネ
ルギで駆動される蒸気タービンを有する蒸気サイクル系
統２とを備えた構成とされている。
【０００４】ガスタービン系統１は、ガスタービン１１
と、このガスタービン１１に軸１２を介して連結された
圧縮機１３と、この圧縮機１３から送り出された高圧空
気と燃料とを導入して燃焼させ、この燃焼によって得ら
れた高温高圧ガスでガスタービン１１を駆動する燃焼器
１４とで構成されている。
【０００５】圧縮機１３では、空気通路１５を介して導
かれた常温空気が圧縮され、圧縮機１３から送り出され
た高圧空気は、一部がガスタービン１１内の翼の冷却や
回転部のシール用として使用され、残りが燃焼器１４へ
導かれる。
【０００６】燃焼器１４では、高圧空気を支燃ガスとし
て図示しない燃料供給系統から供給された燃料が燃焼さ
れる。燃焼によって得られた高温ガスは、燃焼ガス通路
１６を介してガスタービン１１に供給され、膨張してガ
スタービン１１に駆動力を与えた後、排ガス通路１７へ
と流れる。
【０００７】一方、蒸気サイクル系統２は、蒸気タービ
ン１８と、軸１９を介して蒸気タービン１８に連結され
た発電機２０とを有し、前述したガスタービン系統１の
排熱で蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービン１８を
駆動する蒸気サイクルを形成している。なお、図１３で
は、蒸気タービン１８のロータとガスタービン１１のロ
ータとを軸２２で連結した構成を例示している。
【０００８】蒸気サイクル系統２は、排ガス通路１７を
介して導かれたガスタービン１１の排ガスから熱を回収
して蒸気タービン１８の駆動に必要な高温高圧蒸気を発
生させる排熱回収ボイラ２３を備えている。排熱回収ボ
イラ２３を通った排ガスは、煙道２７を介して大気中に
排出される。
【０００９】排熱回収ボイラ２３内には、上流側から下
流側に向って順に高圧過熱器２４、高圧蒸発器２５およ
び高圧予熱器２６が設けられ、これらと蒸気タービン１
８とが次のような関係で接続されて蒸気サイクル２が形
成されている。
【００１０】すなわち、蒸気タービン１８から排出され
た蒸気は、排出蒸気通路２８を介して復水器２９に導か
れ、この復水器２９で常温水に戻される。この戻された
常温水は、循環ポンプ３０および循環通路３１を介して
高圧予熱器２６に導かれて予熱された後、ドラム用通路
３２を介して高圧ドラム３３に導入される。
【００１１】そして、高圧ドラム３３内の高圧水は、高
圧水循環ポンプ３４および高圧水循環通路３５を介して
高圧蒸発器２５に導かれて蒸発し、この蒸発によって生
成された高温高圧の蒸気が戻し通路３６を介して高圧ド
ラム３３の上部空間に戻される。この戻された蒸気が蒸
気通路３７を介して高圧過熱器２４に導かれ、ここで再
加熱された後、蒸気供給通路３８を介して蒸気タービン
１８に供給される。
【００１２】ところで、このような複合発電プラントで
は、熱効率を一層向上させるためにガスタービン１１の
入口ガス温度を高めることが望まれる。このガスタービ
ン１１の入口ガス温度の上昇に伴い、燃焼器１４や、ガ
スタービン１１の静翼、動翼を高温に耐え得る材料で形
成する必要がある。
【００１３】しかし、タービン用部材として使用できる
耐熱性超合金材料の限界温度は、現在のところ８００〜
９００℃である。一方、最近のガスタービンにおけるタ
ービン入口温度は約１３００℃にも達しており、耐熱性
超合金材料の限界温度を遥かに越えている。したがっ
て、何等かの手段でタービン１１の翼を耐熱性超合金材
料の限界温度まで冷却する必要があり、タービン入口温
度が１３００℃級のガスタービンでは、通常、圧縮機１
３から吐出された空気の一部で翼を冷却する空冷方式を
採用している。
【００１４】しかしながら、冷却媒体として空気を使用
する空冷方式では本質的に冷却特性が低い。このため、
ガスタービン入口温度が１３００℃を越えるものでは翼
の冷却に必要な冷却空気流量が著しく増大する。しかも
翼内部での対流冷却だけでは十分な冷却効果が得られ
ず、翼有効部の翼表面に形成した小孔から翼外に向けて
冷却用空気を吹出すフィルム冷却方式を併用せざるを得
ない。
【００１５】このフィルム冷却方式を採用すると、吹出
された冷却空気と主流ガスとが混合するため、主流ガス
の温度が低下する。このため、燃焼器１４の出口温度を
より高い温度にするための設計を余儀なくされるだけで
なく、高温度場でも低ＮＯｘ型の新たな燃焼器１４の開
発が要求され、しかも燃焼器１４で消費される空気およ
び燃料の増加を免れない。
【００１６】このように、タービンの翼を空気冷却する
方式では、ガスタービンの熱効率の低下を招き、これが
原因となって複合発電プラント全体の熱効率の低下を招
く問題があった。また、不純物が混在するような粗悪燃
料に対しては、翼表面に形成した小孔に目詰まりが生じ
る恐れがあるため適用できない問題もあった。
【００１７】そこで、このような不具合を解消するため
に、最近、特公昭６３−４０２４４号公報や、特開平４
−１２４４１４号公報に示されているように、空気に較
べて比熱が約２倍と大きい蒸気を冷却媒体として使用す
ることが考えられている。すなわち、蒸気タービンで用
いる蒸気の一部をガスタービンの翼に設けられている冷
却通路に流通させて翼を冷却し、冷却に供した蒸気を残
りの蒸気と一緒に蒸気タービンに供給するようにしてい
る。
【００１８】このような複合発電プラントでは、空気よ
り少ない量の蒸気を使用し、しかも、この蒸気を翼外に
吹出さずに翼を良好に冷却でき、そのうえ翼の冷却に用
いた蒸気を回収して蒸気タービンに送り込むことができ
る。したがって、この方式を採用すると、主流ガスの温
度を低下させることがなく、燃焼器での燃料および空気
の増加を抑制できるので熱効率を向上でき、しかも粗悪
燃料にも対応できる。
【００１９】しかし、ガスタービンの翼を蒸気で冷却す
る従来の複合発電プラントにあっては、蒸気タービンで
用いる蒸気の一部を、ガスタービンの翼に設けられた冷
却通路に通流させ、この冷却通路に通流させた後の蒸気
と残りの蒸気とを蒸気タービンの入口で合流させ、この
合流した蒸気を蒸気タービンに供給するようにしている
ので、蒸気タービンの入口における蒸気流量、蒸気圧お
よび蒸気温度を目標値に合せることが困難で、制御性に
劣り、これが原因となって最大の熱効率で運転すること
が困難であった。
【００２０】また、このような不具合を解消するため
に、最近では特開平６−９３８１０号公報に示されてい
るように、前記冷却通路を通った蒸気のほぼ全量を前記
蒸気サイクルの加熱過程領域へ戻すことが提案されてい
る。
【００２１】このような複合発電プラントでは、蒸気タ
ービンの入口における蒸気流量、蒸気圧および蒸気温度
を目標値に合せることが可能であるが、この場合、翼の
冷却を終了して回収された蒸気の温度上昇が、せいぜい
５０〜２００℃程度であり、依然として冷却能力を有し
ており、熱の有効利用が最大限生かされていないことが
分かった。
【００２２】また、蒸気による冷却を必要とするのは前
記ガスタービン翼だけでなく、例えば燃焼器や燃焼器尾
筒等のガスタービンコンポーネントキットも同様であ
り、これらの部分に蒸気を供することにより、更なる熱
効率向上が期待できることも分かった。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の複
合発電プラントで、特にガスタービンコンポーネントキ
ットを蒸気で冷却する方式を採用したものにあっては、
蒸気タービンを最大の熱効率で運転することが困難で、
これが原因となって総合熱効率を目標通りに上げること
が困難であった。
【００２４】本発明が解決しようとする課題は、蒸気冷
却方式の特徴を損なうことなく、総合熱効率の向上が図
れる複合発電プラントを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、ガスタービン系統と、このガス
タービン系統の排熱を回収する排熱回収ボイラおよびこ
の排熱回収ボイラで得た蒸気によって駆動される蒸気タ
ービンを有する蒸気サイクル系統とを備えた複合発電プ
ラントであって、前記蒸気サイクル系統で得られる流体
の一部または全量を冷却媒体として前記ガスタービン系
統のガスタービン内に供給して前記蒸気サイクル系統へ
戻すガスタービン冷却系統を設けたものにおいて、前記
ガスタービン冷却系統は、２以上の被冷却要素に冷却通
路を介して冷却媒体を供給するとともに、その冷却媒体
の一部または全量を前記蒸気サイクル系統へ戻す構成と
したことを特徴とする。
【００２６】請求項２の発明は、ガスタービン系統と、
このガスタービン系統の排熱を回収する排熱回収ボイラ
およびこの排熱回収ボイラで得た蒸気によって駆動され
る蒸気タービンを有する蒸気サイクル系統とを備えた複
合発電プラントであって、前記蒸気サイクル系統で得ら
れる蒸気の一部または全量を冷却媒体として前記ガスタ
ービン系統のガスタービン内に供給して前記蒸気サイク
ル系統へ戻すガスタービン冷却系統を設けたものにおい
て、前記ガスタービン冷却系統は、冷却通路を介して直
列に接続された２以上の被冷却要素に冷却媒体としての
蒸気を供給するとともに、その蒸気の一部または全量を
前記蒸気サイクル系統へ戻す構成としたことを特徴とす
る。
【００２７】請求項３の発明は、ガスタービン系統と、
このガスタービン系統の排熱を回収する排熱回収ボイラ
およびこの排熱回収ボイラで得た蒸気によって駆動され
る蒸気タービンを有する蒸気サイクル系統とを備えた複
合発電プラントであって、前記蒸気サイクル系統で得ら
れる蒸気の一部または全量を冷却媒体として前記ガスタ
ービン系統のガスタービン内に供給して前記蒸気サイク
ル系統へ戻すガスタービン冷却系統を設けたものにおい
て、前記ガスタービン冷却系統は、冷却通路を介して並
列に接続された２以上の被冷却要素に冷却媒体としての
蒸気を供給するとともに、その蒸気の一部または全量を
前記蒸気サイクル系統へ戻す構成としたことを特徴とす
る。
【００２８】請求項４の発明は、請求項２記載のガスタ
ービン冷却系統と、請求項３記載のガスタービン冷却系
統とを組合せて構成したことを特徴とする。
【００２９】請求項５の発明は、請求項１から４までの
いずれかに記載の複合発電プラントにおいて、ガスター
ビン冷却系統は、蒸気サイクル系統から冷却通路を切り
離し可能で、かつガスタービン系統で発生した高圧空気
の一部を前記冷却通路に通流可能とする切替手段、およ
び他の高圧空気供給装置により前記冷却通路に高圧空気
を通流可能とする切替手段のいずれか一方または両方を
備えていることを特徴とする。
【００３０】請求項６の発明は、請求項１から５までの
いずれかに記載の複合発電プラントにおいて、冷却通路
を通過した冷却媒体の一部または全量を蒸気サイクル系
統へ戻す通路の途中に、前記蒸気サイクル系統の排熱回
収ボイラまたは復水器に連通するバイパス通路を設けた
ことを特徴とする。
【００３１】請求項７の発明は、請求項１から６までの
いずれかに記載の複合発電プラントにおいて、冷却通路
を通過した冷却媒体の一部または全量を他の蒸気機関の
蒸気サイクルまたは熱供給源へ供給する構成としたこと
を特徴とする。
【００３２】請求項８の発明は、請求項１から７までの
いずれかに記載の複合発電プラントにおいて、ガスター
ビンへの冷却媒体供給を他の蒸気機関により行う構成と
したことを特徴とする。
【００３３】請求項９の発明は、請求項１から８までの
いずれかに記載の複合発電プラントにおいて、冷却通路
を通過した冷却媒体の一部または全量を蒸気加熱過程を
終えた蒸気サイクル系統へ戻す構成としたことを特徴と
する。
【００３４】請求項１０の発明は、請求項１から９まで
のいずれかに記載の複合発電プラントにおいて、冷却媒
体供給を蒸気サイクル系統の膨張過程より行う構成とし
たことを特徴とする。
【００３５】請求項１１の発明は、請求項１から１０ま
でのいずれかに記載の複合発電プラントにおいて、冷却
通路を通過した冷却媒体の一部または全量を蒸気サイク
ル系統の膨張過程へ戻す構成としたことを特徴とする。
【００３６】請求項１２の発明は、請求項１記載の複合
発電プラントにおいて、冷却媒体を水蒸気、水またはそ
の両方の組み合わせとしたことを特徴とする。
【００３７】請求項１３の発明は、請求項２記載の複合
発電プラントにおいて、被冷却要素がガスタービン系統
の燃焼器およびガスタービン冷却翼であり、冷却媒体は
前記ガスタービン冷却翼を冷却してから前記ガスタービ
ン燃焼器を冷却する構成とされていることを特徴とす
る。
【００３８】請求項１４の発明は、請求項１から１３ま
でのいずれかに記載の複合発電プラントにおいて、冷却
通路を通過した冷却媒体の一部または全量を蒸気サイク
ル系統の蒸気ドラムへ戻す構成としたことを特徴とす
る。
【００３９】請求項１５の発明は、請求項１記載の複合
発電プラントにおいて、蒸気サイクル系統の高圧ドラ
ム、復水器またはその両方から得られる水の一部または
全量をガスタービン系統の被冷却要素を冷却する冷却媒
体とし、冷却を終えた前記冷却媒体としての水の一部ま
たは全量を前記蒸気サイクル系統の排熱回収ボイラ、蒸
気タービン、蒸気ドラム、復水器その他の蒸気サイクル
系統部品へ戻す構成としたことを特徴とする。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る複合発電プラ
ントの実施形態について、図１〜図１２を参照して説明
する。
【００４１】実施形態１（図１、図２） 図１は本発明の実施形態１に係る複合発電プラントの系
統図である。
【００４２】この複合発電プラントは概述して、ガスタ
ービン系統４１と、このガスタービン系統４１の排熱エ
ネルギで駆動される蒸気タービンを有する蒸気サイクル
系統４２と、この蒸気サイクル系統４２の蒸気の一部を
使用してガスタービンの翼および燃焼器周りを冷却する
ガスタービン冷却系統４３とからなっている。
【００４３】ガスタービン系統４１は、ガスタービン１
１１と、このガスタービン１１１に軸１１２を介して連
結された圧縮機１１３と、この圧縮機１１３から送り出
された高圧空気と燃料とを導入して燃焼させ、この燃焼
によって得られた高温高圧ガスでガスタービン１１１を
駆動する燃焼器１１４とを有する構成とされている。
【００４４】圧縮機１１３では、空気通路１１５を介し
て導かれた常温空気が圧縮され、圧縮機１１３から送り
出された高圧空気は、燃焼器１１４へ導かれる。燃焼器
１１４では、高圧空気を支燃ガスとして図示しない燃料
供給系統から供給された燃料が燃焼される。燃焼によっ
て得られた高温ガスは、燃焼ガス通路１１６を介してガ
スタービン１１１に供給され、膨張してガスタービン１
１１に駆動力を与えた後、排ガス通路１１７へと流れ
る。
【００４５】蒸気サイクル系統４２は、蒸気タービン１
１８と、軸１１９を介して蒸気タービン１１８に連結さ
れた発電機１２０とを備え、前述したガスタービン系統
４１の排熱で蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービン
１１８を駆動する蒸気サイクルを形成している。なお、
図１では蒸気タービン１１８のロータとガスタービン１
１１のロータとが軸１２２で連結されている例が示され
ている。
【００４６】蒸気サイクル系統４２は、排ガス通路１１
７を介して導かれたガスタービン１１１の排ガスから熱
を回収して蒸気タービン１１８の駆動に必要な高温高圧
蒸気を発生させる排熱回収ボイラ１２３を備えている。
排熱回収ボイラ１２３を通った排ガスは、煙道１２４を
介して大気中へ排出される。排熱回収ボイラ１２３内に
は上流側から下流側にかけて順に高圧過熱器１２５、第
２の高圧蒸発器１２６、第１の高圧蒸発器１２７および
高圧予熱器１２８が設けてあり、これらと蒸気タービン
１１８とが次のような関係で接続されて蒸気サイクル系
統４２が構成されている。
【００４７】すなわち、蒸気タービン１１８から排出さ
れた蒸気は、排出蒸気通路１２９を介して復水器１３０
へ供給され、この復水器１３０で常温水に戻される。こ
の戻された常温水が循環ポンプ１３１および循環通路１
３２を介して高圧予熱器１２８に導かれて予熱された
後、ドラム用通路１３３を介して高圧ドラム１３４に導
入される。そして、高圧ドラム１３４内の高圧水が、循
環ポンプ１３５を介して第１の高圧蒸発器１２７に導か
れて蒸発され、この蒸発によって生成された高温高圧の
蒸気が戻し通路１３６を介して高圧ドラム１３４の上部
空間に戻される。この戻された蒸気が蒸気通路１３７、
合流点１３８および蒸気通路１３９を介して高圧加熱器
１２５に導かれ、ここで再加熱された後、蒸気供給通路
１４０を介して蒸気タービン１１８に供給される。
【００４８】一方、ガスタービン冷却系統４３は、次の
ように構成されている。
【００４９】すなわち、高圧ドラム１３４内に存在する
高圧水の一部が高圧水供給ポンプ１４１、および高圧水
供給通路１４２，１４５を介して第２の高圧蒸発器１２
６に導かれて蒸発し、この蒸発によって生成された高温
高圧の蒸気が蒸気通路１４６を介して、直列に連結され
ている２つの被冷却要素、つまりガスタービンの翼１４
９に形成されている冷却通路１５０と、燃焼器１１４周
りの冷却部１６０とに供給される。そして、この２つの
被冷却要素を通った蒸気が、蒸気通路１５１を介して合
流点１３８で高圧ドラム１３４側から案内された蒸気と
合流するようになっている。なお、図示していないが、
これら蒸気配管途中に流量調整弁やバイパス弁、蒸気止
め弁等を設けることも可能である。
【００５０】このような構成によると、通路１４６を介
して案内された蒸気は、直列に連結されている２つの冷
却要素であるガスタービンの翼１４９の冷却通路１５０
と、燃焼器１１４周りの冷却部１６０とに流れ、蒸気冷
却に供される。冷却に用いられた蒸気の全て、またはそ
の一部は、通路１５１で回収されるため、この回収され
た分だけ蒸気は主流ガスに混在することがなく、主流ガ
スの温度を低下させることがないので、燃焼器１１４で
の燃料および空気の増加を抑制でき、熱効率の向上を図
ることができる。
【００５１】また、２種類の冷却要素を直列で冷却する
ため、蒸気の冷却能力を最大限に利用でき、また燃焼器
ライナーや燃焼器尾筒も蒸気冷却するため、冷却用空気
の増加も抑制できる。しかも、対流冷却主体の冷却翼内
部構造にすることで、粗悪燃料にも対応できる。
【００５２】さらに、比出力を大きくしたり、燃焼器部
で発生するＮＯｘ低減化対策を目的として冷却用蒸気の
一部を燃焼器内に噴射して使用したり、ガスタービン翼
面から吹き出すいわゆるフィルム冷却として使用するこ
ともできる。
【００５３】そして、この実施形態１においては、ガス
タービン冷却系統４３を通過した蒸気を蒸気通路１５１
を介して合流点１３８、つまり蒸気サイクル系統４２の
加熱過程領域において高圧ドラム１３４側から案内され
た蒸気と合流させ、この合流蒸気を高圧過熱器１２５で
再加熱した後に蒸気タービン１１８に供給するようにし
ているので、ガスタービン冷却系統４３の影響を受けず
に蒸気タービン１１８の入口における蒸気流量、蒸気圧
力および蒸気温度を目標値に容易に合わせることがで
き、最大の熱効率で運転することが可能となる。
【００５４】また、従来のプラントでは、冷却用蒸気を
ガスタービンから蒸気タービンに流通させていたので、
蒸気タービンの負荷や蒸気温度が変化した場合に蒸気タ
ービンの運転が不安定となったが、本発明ではそのよう
なことが防止できる。しかも、蒸気をドラム側に戻すの
で、ドラムへの圧力を設定することで部分負荷でも運転
が可能となる。
【００５５】図２は本発明に係る複合発電プラントの総
合効率と、従来のプラントとを対比して示している。こ
の図２に示したように、本発明に係る複合発電プラント
では蒸気タービン側の効率を向上させることができるの
で、特にガスタービン入口温度の高い領域において総合
効率を大幅に向上させることができる。
【００５６】実施形態２（図３） 図３は本発明の実施形態２に係る複合発電プラントの系
統図である。
【００５７】この実施形態２に係るプラントが図１に示
すものと異なる点は、ガスタービン冷却系統４３ａの被
冷却要素を複数とした点にある。すなわち、このガスタ
ービン冷却系統４３ａでは、ガスタービン翼１４９の複
数段の冷却通路１５０，１５８が蒸気によって冷却され
るようになっている。なお、他の構成については、図１
のものと略同様であるから、同一構成部分に同一符号を
付し、重複する部分の説明は省略する。
【００５８】このような構成によると、図１に示した実
施形態１と同様の効果が得られるのは勿論であるが、次
世代機と見られている多段ガスタービンに有効なものと
なる。
【００５９】実施形態３（図４） 図４は本発明の実施形態３に係る複合発電プラントの系
統図である。
【００６０】この実施形態３に係るプラントは図３に示
すプラントから変化させたものであり、その異なる点
は、ガスタービン冷却系統４３ｂの被冷却要素を複数種
類とした点にある。すなわち、このガスタービン冷却系
統４３ｂでは、流量調整弁１４８と冷却通路１５０との
間に位置する通路を、流量調整弁１５３を介して圧縮機
１１３の出口に接続可能にするとともに、バイパス弁１
５２と合流点１３８との間に位置する通路に弁１５４を
介在させ、さらにバイパス弁１５２と弁１５４との間に
位置する通路を弁１５５を介して排ガス通路１１７に接
続可能とし、またバイパス弁１５２と弁１５４との間に
位置する通路を弁１５６および排出通路１５７を介して
復水器１３０に接続可能としている。なお、他の構成に
ついては、図３のものと略同様であるから、同一構成部
分に同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
【００６１】このような構成によると、図３に示した実
施形態２と同様の効果が奏されることは勿論であるが、
さらにタービンの起動および停止時や、部分負荷運転時
のように、第２の高圧蒸気発生器１２６から冷却用の蒸
気を供給することが著しく困難な場合に、蒸気に代えて
圧縮機１１３から吐出された空気の一部を冷却通路１５
０，１５２に通流させて翼１４９を空気冷却することが
可能となり、また起動，停止時の蒸気通路に滞留する水
分の空気によるパージ等も可能となる。
【００６２】すなわち、流量調節弁１４８、バイパス弁
１５２および弁１５４を“閉”に制御するとともに、流
量調節弁１５３、弁１５５，１５６を“開”に制御する
と、圧縮機１１３から吐出された高圧空気の一部を流量
調節弁１５３、冷却通路１５０，１５８、排ガス通路１
１７および排気通路１５７の経路で通流させることがで
き、蒸気経路を切り離して本来の蒸気冷却部の空気冷
却、または蒸気通路に滞留する水分のパージを行うこと
ができ、前述の蒸気経路のバルブ開度を必要に応じて操
作することによって、蒸気から空気または空気から蒸気
に置換することが可能となる。
【００６３】したがって、本実施形態３によると、ター
ビンの起動および停止時、部分負荷運転時、定常運転時
のいかなる運転状況においても、ガスタービン１１１の
蒸気冷却を良好に行うことができる。また、本実施形態
３では特に図示しないが、ガスタービン冷却系統は、蒸
気サイクルから冷却通路を切り離し、この状態で他の高
圧空気供給装置により冷却通路に流通可能とする切替手
段を備えるようにしてもよく、また、蒸気冷却部を有す
るガスタービンへの蒸気供給を他の蒸気機関により行っ
て構成してもよい。このような構成によっても、前記同
様の効果が奏されることは勿論である。
【００６４】実施形態４（図５） 図５は本発明の実施形態４に係る複合発電プラントの系
統図である。
【００６５】この実施形態４に係るプラントが図１に示
すものと異なる点は、蒸気サイクル系統１２１ｃの構成
にある。すなわち、この蒸気タービン系統４２ｃでは、
ガスタービン冷却系統４３を通過してきた回収蒸気が高
圧過熱器１２５から蒸気供給通路１４０を介して蒸気タ
ービン１１８へ供給される途中の新たな合流点１３８
ｃ、すなわち蒸気加熱過程を終了した部分へ導かれるよ
うになっている。なお、他の構成については、図１のも
のと略同様であるから、同一部分に同一符号を付し、重
複する部分の説明は省略する。
【００６６】このような構成においても、ガスタービン
１１３の複数の冷却要素を冷却した蒸気は十分な熱交換
が行われるため、排熱回収ボイラ１２３内の高圧過熱器
１２５を通過させなくてもよく、付帯設備のコンパクト
化とともに、より一層の総合熱効率向上に寄与するもの
となる。
【００６７】実施形態５（図６） 図６は本発明の実施形態５に係る複合発電プラントの系
統図である。
【００６８】本実施形態では、高圧ドラム３３で発生し
た蒸気の全てを、通路３７を介してガスタービン冷却翼
１４９の冷却通路１５０、燃焼器周りの蒸気冷却部１６
０およびガスタービン冷却翼１４９の冷却通路１５８に
順次流通させ、それぞれ複数の冷却要素を蒸気冷却した
後、蒸気通路１５１を介して蒸気タービン１１８に供給
するようになっている。なお、他の構成については、図
１３に示したものと略同様であるから、同一部分に同一
符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
【００６９】また、この実施形態のプラントでは比出力
を大きくしたり、燃焼器１４部で発生するＮＯｘ低減化
対策を目的として、冷却用蒸気の一部を燃焼器１４内に
噴射する蒸気噴射装置１７０が設置されている。
【００７０】このような構成によっても、ガスタービン
１１１の複数の被冷却要素を冷却した蒸気は十分な熱交
換が行われるため、排熱回収ボイラ２３内の高圧過熱器
２５を通過させなくてもよく、また蒸気通路の合流点も
なくなって、さらなる付帯設備のコンパクト化とより一
層の総合熱効率向上が可能となる。
【００７１】また、本実施形態５では図示しないが、冷
却用蒸気の供給法については複数の被冷却要素に対して
並列に、または直列および並列の組み合わせとして適用
してもよい。
【００７２】実施形態６（図７） 図７は本発明の実施形態６に係る複合発電プラントの系
統図である。
【００７３】この図７では、図１３に示した従来のプラ
ントと本発明のプラントとを結合適用した実施形態を示
している。
【００７４】すなわち、本実施形態６では、高圧ドラム
３３内の高圧水を循環ポンプ３４’および高圧水通路１
４２を介し、直列に連結されている２つの被冷却要素の
うち、まずガスタービンの翼１４９に形成されている冷
却通路１５０を冷却し、その後燃焼器１４周りの冷却部
１６０を冷却するようになっている。
【００７５】そして、この２つの冷却要素を通った高圧
加熱水は通路１５１を介して高圧蒸発器２５に供給され
るようになっている。
【００７６】このような構成においては、ガスタービン
の複数の被冷却要素を圧力水によって冷却する場合に有
効な冷却効果が得られる。
【００７７】実施形態７（図８） 図８は、本発明の実施形態７に係る複合発電プラントの
系統図である。
【００７８】本実施形態では冷却通路１５０，１５２お
よび回収用の通路１５１を高圧ドラム１３４に導くよう
にして、通路１５１の通過中に高圧水の一部が蒸発する
ようにしたものであり、気液の２相になる場合に有効な
手段である。回収用の通路１５１は、高圧ドラム１３４
の上部に連絡するように構成すると効果的である。
【００７９】このような構成においては、気液２相流体
は高圧ドラム１３４によって気液分離される。
【００８０】なお、回収用の通路１５１内の流体につい
ては高圧水または蒸気の単相流れとなるようにして使用
しても差し支えない。
【００８１】実施形態８（図９） 図９は本発明の実施形態８に係る複合発電プラントを示
すもので、複数台のガスタービン、ガスタービンシステ
ムで構成する複合発電プラントの系統図である。
【００８２】この複合発電プラントは、従来のガスター
ビンプラント２０１と、このガスタービンプラント２０
１の排熱を利用した排熱回収ボイラ２２１とで発生した
蒸気を、別置きの蒸気冷却系統を有するガスタービン系
統３０１，４０１，５０１に並列に供給し、蒸気冷却を
行うようにしたものである。冷却を終えた蒸気は回収通
路３０６，４０６，５０６を介してそれぞれ蒸気集合通
路２２９に導かれ、上述の蒸気タービン２１８に蒸気源
として供給されるようになっている。
【００８３】なお、蒸気タービン２１８を通過した蒸気
は復水器２２４により常温水に戻され、循環ポンプ２２
５により排熱回収ボイラ２２１の蒸気発生部２２２に導
かれて第１の閉ループを構成している。
【００８４】一方、蒸気冷却部を有するガスタービンプ
ラント３０１，４０１，５０１には、このガスタービン
プラント３０１，４０１，５０１の排熱を利用した排熱
回収ボイラ３０９，４０９，５０９が設置されており、
この排熱回収ボイラ３０９，４０９，５０９の蒸気発生
部３０８，４０８，５０８で発生した蒸気が蒸気回収通
路３１１，４１１，５１１を介して蒸気集合通路２３０
に導かれ、別置きの大型蒸気タービン２３１に蒸気源と
して供給される。
【００８５】この大型蒸気タービン２３１を通過した蒸
気は、通路２３２を介して復水器２３３に導かれ、この
復水器２３３によって常温水に戻されて通路２３４、循
環ポンプ２３５により排熱回収ボイラ３０９，４０９，
５０９の蒸気発生部３０８，４０８，５０８に導かれ、
第２の閉ループを構成している。
【００８６】なお圧縮機２１３，３０２，４０２，５０
２、燃焼器２１４，３０３，４０３，５０３、燃焼ガス
通路２１５、ガスタービン２１１，３０４，４０４，５
０４、回転軸２１２，２１９、発電機２２０，３０５，
４０５，５０５，６０５等については、図１３の従来例
および図１の本発明の実施形態１で述べたとおりであ
り、重複する説明は省略する。
【００８７】このような構成によると、既設の複合発電
プラントで発生した蒸気を、新設したガスタービン３０
４，４０４，５０４の蒸気冷却部に供給すすることが可
能となり、また冷却に使用した蒸気は、上述の複合発電
システムの蒸気サイクルで熱エネルギを回収できる。
【００８８】一方、蒸気冷却部を有する複数のガスター
ビン３０４，４０４，５０４の排熱を利用した排熱回収
ボイラ３０９，４０９，５０９で発生した蒸気を集合し
て、別置きの大型蒸気タービン２３に導くことにより、
一層有効な発電が可能となり、最大の熱効率で運転する
ことが可能となる。
【００８９】したがって、上記のように構成することに
よって、単体の複合サイクル発電で構成した場合でも、
複数の複合サイクル発電を組み合わせて適用してもいず
れも良好な総合熱効率を得ることが可能となる。
【００９０】ガスタービンの翼やその他のガスタービン
コーポーネントキットを、直列または並列、さらには直
列と並列とを組み合わせた複数の被冷却要素に通過して
冷却した蒸気を蒸気サイクルへ戻すことにより、冷却用
蒸気の冷却能力を最大限有効利用することが可能とな
る。
【００９１】実施形態９（図１０） 図１０は本発明の実施形態９に係る複合発電プラントの
系統図である。
【００９２】この実施形態に係る複合発電プラントで
は、ガスタービン冷却系統４３ａの被冷却要素がガスタ
ービン翼１４９と燃焼器１１４周りの冷却部１６０とさ
れており、これらガスタービン翼１４９と燃焼器１１４
周りの冷却部１６０とが、冷却蒸気供給通路１４６から
２系統に並列分岐して構成されている。その他の構成に
ついては、図１のものと略同様であるから、図１と同一
部分に同一符号を付して重複する部分の説明は省略す
る。
【００９３】このような構成においても、図１に示した
実施形態１と同様の効果が得られることは勿論、さらに
燃焼器１１４周りの冷却部１６０およびタービン冷却翼
１４９への冷却用蒸気流量をそれぞれ調節することが可
能となり、ガスタービンコンポーネント各部をより効率
よく冷却することが可能となる。
【００９４】実施形態１０（図１１） 図１１は本発明の実施形態１０に係る複合発電プラント
の系統図である。
【００９５】この実施形態に係る複合発電プラントは、
前述した図５に示す実施形態を変形したものであり、そ
の異なる点は、蒸気タービン系統４２および排熱回収ボ
イラ１２３の構成にある。
【００９６】すなわち、この実施形態では、蒸気タービ
ン１１８が、高圧蒸気タービン１１８ａと低圧蒸気ター
ビン１１８ｂとで構成されており、排熱回収ボイラ１２
３の高圧加熱器１２５から蒸気供給通路１４０を介して
高圧蒸気タービン１１８ａに蒸気が供給されるようにな
っている。この高圧蒸気タービン１１８ａで膨張仕事を
終えた蒸気が蒸気通路Ａで回収され、再び上記排熱回収
ボイラ１２３に戻され再熱された後、蒸気通路Ｂから低
圧蒸気タービン１１８ｂに供給されるようになってい
る。また、この低圧蒸気タービン１１８ｂの入口には、
ガスタービン冷却系統４３ａを通過してきた冷却用回収
蒸気も供給されるようになっている。その他の構成につ
いては、図５に示したものと略同様であるから、図１１
では図５と同一部分に同一符号を付して、重複する部分
の説明は省略する。
【００９７】このような構成においても、図５に示した
実施形態と同様の効果が奏されることは勿論、さらに蒸
気サイクルを再熱サイクルにすることで、より一層の熱
効率の高いプラントを供給することが可能となる。
【００９８】実施形態１１（図１２） 図１２は本発明の実施形態１１に係る複合発電プラント
の系統図である。
【００９９】この実施形態１１に係る複合発電プラント
は図１１に示す実施形態１０の変形例であり、その異な
る点は、蒸気タービン１１８の高圧蒸気タービン１１８
ａで膨張仕事を終え、蒸気通路Ｃから回収された蒸気が
排熱回収ボイラ１２３を介さず直接ガスタービン冷却系
統４３に供給され、このガスタービン冷却系統４３を冷
却することにより、蒸気の再熱過程を形成している点で
ある。他の構成については、図１１に示したものと略同
様であるから、図１２では、図１１と同一部分に同一符
号を付して重複する部分の説明は省略する。
【０１００】このような構成においても、図１１に示し
た実施形態１０と略同様の効果が奏されることは勿論、
蒸気サイクルシステムを簡素化することが可能となり、
一層の熱効率向上とコスト低減化とが可能となる。
【０１０１】
【発明の効果】以上で詳述したように、本発明によれ
ば、蒸気サイクル系統の作動媒体の一部または全量をガ
スタービン冷却部の冷却媒体として使用し、さらに冷却
に用いた冷却媒体を回収して蒸気サイクル系統へ戻すこ
とにより、冷却用媒体の冷却能力を最大限有効利用する
ことができる。
【０１０２】また、冷却媒体が蒸気の場合、冷却蒸気の
冷却能力を最大限利用するため、回収される蒸気温度と
蒸気サイクル系統で必要とする蒸気温度との差が小さく
なり、また安定した蒸気を供給できるようになるため、
回収した蒸気を加熱過程の蒸気サイクルに戻さなくても
よくなり、総合熱効率を損なうことなくシステムの簡素
化が図れる。
【０１０３】また、蒸気冷却通路に空気供給経路を付設
することで、システム起動時に蒸気に代えて空気で冷却
したり、停止時の蒸気通路に滞留する水分のパージ等も
行える。
【０１０４】また、冷却通路を通過した冷却媒体の一部
または全量を他の蒸気機関の蒸気サイクルへ供給できる
ため、例えば、複数台のガスタービン、蒸気タービンと
で構成される複合発電システムではガスタービン翼やそ
の他のガスタービンコンポーネントキットの蒸気冷却の
ための蒸気発生器（排熱回収ボイラ）を専用で持つこと
ができ、複数台の蒸気冷却部を有するガスタービン、蒸
気タービンを適正配置することにより、より一層の総合
熱効率の向上が図れる。
【０１０５】しかも、冷却用蒸気の流量配分を可能とし
たり、また蒸気の再熱サイクルをも効率よく利用できる
ため、より一層の総合熱効率を向上させることができ
る。さらに構成の簡素化も可能であり、製造コストも大
幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る複合発電プラントの
系統図。
【図２】本発明に係る複合発電プラントの総合発電効率
と従来の複合発電プラントとを比較して示す図。
【図３】本発明の実施形態２に係る複合発電プラントの
系統図。
【図４】本発明の実施形態３に係る複合発電プラントの
系統図。
【図５】本発明の実施形態４に係る複合発電プラントの
系統図。
【図６】本発明の実施形態５に係る複合発電プラントの
系統図。
【図７】本発明の実施形態６に係る複合発電プラントの
系統図。
【図８】本発明の実施形態７に係る複合発電プラントの
系統図。
【図９】本発明の実施形態８に係る複合発電プラントの
系統図。
【図１０】本発明の実施形態９に係る複合発電プラント
の系統図。
【図１１】本発明の実施形態１０に係る複合発電プラン
トの系統図。
【図１２】本発明の実施形態１１に係る複合発電プラン
トの系統図。
【図１３】従来の複合発電プラントの系統図。
【符号の説明】
４１ ガスタービン系統 ４２ 蒸気サイクル系統 ４３，４３ａ，４３ｂ ガスタービン冷却系統 １１１，２１１，３０４，４０４，５０４ ガスタービ
ン １１３，２１３，３０２，４０２，５０２ 圧縮機 １１４，２１４，３０３，４０３，５０３ 燃焼器 １１８，２１８，２３１ 蒸気タービン １２０，２２０，３０５，４０５，５０５，６０５ 発
電機 １２５ 高圧加熱器 １２３，２２１，３０９，４０９，５０９ 排熱回収ボ
イラ １２６ 第２の高圧蒸発器 １２７ 第１の高圧蒸発器 １２８ 高圧予熱器 １３０，２２４，２３３ 復水器 １３４ 高圧ドラム １３８，１３８ｃ 合流点 １４８，１５３ 流量調整弁 １５２ バイパス弁 １５４，１５５ 弁 １６０ 燃焼器周り冷却部 １５０，１５８ ガスタービン翼冷却通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猪亦 麻子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 渋谷 幸生 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 石井 潤治 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 (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービン系統と、このガスタービン
    系統の排熱を回収する排熱回収ボイラおよびこの排熱回
    収ボイラで得た蒸気によって駆動される蒸気タービンを
    有する蒸気サイクル系統とを備えた複合発電プラントで
    あって、前記蒸気サイクル系統で得られる流体の一部ま
    たは全量を冷却媒体として前記ガスタービン系統のガス
    タービン内に供給して前記蒸気サイクル系統へ戻すガス
    タービン冷却系統を設けたものにおいて、前記ガスター
    ビン冷却系統は、２以上の被冷却要素に冷却通路を介し
    て冷却媒体を供給するとともに、その冷却媒体の一部ま
    たは全量を前記蒸気サイクル系統へ戻す構成としたこと
    を特徴とする複合発電プラント。
  2. 【請求項２】 ガスタービン系統と、このガスタービン
    系統の排熱を回収する排熱回収ボイラおよびこの排熱回
    収ボイラで得た蒸気によって駆動される蒸気タービンを
    有する蒸気サイクル系統とを備えた複合発電プラントで
    あって、前記蒸気サイクル系統で得られる蒸気の一部ま
    たは全量を冷却媒体として前記ガスタービン系統のガス
    タービン内に供給して前記蒸気サイクル系統へ戻すガス
    タービン冷却系統を設けたものにおいて、前記ガスター
    ビン冷却系統は、冷却通路を介して直列に接続された２
    以上の被冷却要素に冷却媒体としての蒸気を供給すると
    ともに、その蒸気の一部または全量を前記蒸気サイクル
    系統へ戻す構成としたことを特徴とする複合発電プラン
    ト。
  3. 【請求項３】 ガスタービン系統と、このガスタービン
    系統の排熱を回収する排熱回収ボイラおよびこの排熱回
    収ボイラで得た蒸気によって駆動される蒸気タービンを
    有する蒸気サイクル系統とを備えた複合発電プラントで
    あって、前記蒸気サイクル系統で得られる蒸気の一部ま
    たは全量を冷却媒体として前記ガスタービン系統のガス
    タービン内に供給して前記蒸気サイクル系統へ戻すガス
    タービン冷却系統を設けたものにおいて、前記ガスター
    ビン冷却系統は、冷却通路を介して並列に接続された２
    以上の被冷却要素に冷却媒体としての蒸気を供給すると
    ともに、その蒸気の一部または全量を前記蒸気サイクル
    系統へ戻す構成としたことを特徴とする複合発電プラン
    ト。
  4. 【請求項４】 請求項２記載のガスタービン冷却系統
    と、請求項３記載のガスタービン冷却系統とを組合せて
    構成したことを特徴とする複合発電プラント。
  5. 【請求項５】 請求項１から４までのいずれかに記載の
    複合発電プラントにおいて、ガスタービン冷却系統は、
    蒸気サイクル系統から冷却通路を切り離し可能で、かつ
    ガスタービン系統で発生した高圧空気の一部を前記冷却
    通路に通流可能とする切替手段、および他の高圧空気供
    給装置により前記冷却通路に高圧空気を通流可能とする
    切替手段のいずれか一方または両方を備えていることを
    特徴とする複合発電プラント。
  6. 【請求項６】 請求項１から５までのいずれかに記載の
    複合発電プラントにおいて、冷却通路を通過した冷却媒
    体の一部または全量を蒸気サイクル系統へ戻す通路の途
    中に、前記蒸気サイクル系統の排熱回収ボイラまたは復
    水器に連通するバイパス通路を設けたことを特徴とする
    複合発電プラント。
  7. 【請求項７】 請求項１から６までのいずれかに記載の
    複合発電プラントにおいて、冷却通路を通過した冷却媒
    体の一部または全量を他の蒸気機関の蒸気サイクルまた
    は熱供給源へ供給する構成としたことを特徴とする複合
    発電プラント。
  8. 【請求項８】 請求項１から７までのいずれかに記載の
    複合発電プラントにおいて、ガスタービンへの冷却媒体
    供給を他の蒸気機関により行う構成としたことを特徴と
    する複合発電プラント。
  9. 【請求項９】 請求項１から８までのいずれかに記載の
    複合発電プラントにおいて、冷却通路を通過した冷却媒
    体の一部または全量を蒸気加熱過程を終えた蒸気サイク
    ル系統へ戻す構成としたことを特徴とする複合発電プラ
    ント。
  10. 【請求項１０】 請求項１から９までのいずれかに記載
    の複合発電プラントにおいて、冷却媒体供給を蒸気サイ
    クル系統の膨張過程より行う構成としたことを特徴とす
    る複合発電プラント。
  11. 【請求項１１】 請求項１から１０までのいずれかに記
    載の複合発電プラントにおいて、冷却通路を通過した冷
    却媒体の一部または全量を蒸気サイクル系統の膨張過程
    へ戻す構成としたことを特徴とする複合発電プラント。
  12. 【請求項１２】 請求項１記載の複合発電プラントにお
    いて、冷却媒体を水蒸気、水またはその両方の組み合わ
    せとしたことを特徴とする複合発電プラント。
  13. 【請求項１３】 請求項２記載の複合発電プラントにお
    いて、被冷却要素がガスタービン系統の燃焼器およびガ
    スタービン冷却翼であり、冷却媒体は前記ガスタービン
    冷却翼を冷却してから前記ガスタービン燃焼器を冷却す
    る構成とされていることを特徴とする複合発電プラン
    ト。
  14. 【請求項１４】 請求項１から１３までのいずれかに記
    載の複合発電プラントにおいて、冷却通路を通過した冷
    却媒体の一部または全量を蒸気サイクル系統の蒸気ドラ
    ムへ戻す構成としたことを特徴とする複合発電プラン
    ト。
  15. 【請求項１５】 請求項１記載の複合発電プラントにお
    いて、蒸気サイクル系統の高圧ドラム、復水器またはそ
    の両方から得られる水の一部または全量をガスタービン
    系統の被冷却要素を冷却する冷却媒体とし、冷却を終え
    た前記冷却媒体としての水の一部または全量を前記蒸気
    サイクル系統の排熱回収ボイラ、蒸気タービン、蒸気ド
    ラム、復水器その他の蒸気サイクル系統部品へ戻す構成
    としたことを特徴とする複合発電プラント。
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