JPH1037714A - コンバインドサイクル発電プラント - Google Patents

コンバインドサイクル発電プラント

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JPH1037714A JP8194603A JP19460396A JPH1037714A JP H1037714 A JPH1037714 A JP H1037714A JP 8194603 A JP8194603 A JP 8194603A JP 19460396 A JP19460396 A JP 19460396A JP H1037714 A JPH1037714 A JP H1037714A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 コンバインドサイクル発電プラントのガスタ
ービンの冷却系統として、圧縮空気を用いる段階から冷
却蒸気を用いる段階へと変わりつつあるが、未だ解明し
解決すべき課題が山積している。本発明は、ガスタービ
ンの高温冷却部を冷却して高温化した蒸気等の他の蒸気
との混合に際して好ましい混合を行い、交流の装置の安
全を確保し、長期にわたって安定して作動する装置を提
供する。 【解決手段】 ガスタービン101の高温被冷却部を蒸
気で冷却する蒸気冷却システム400の出口蒸気とバイ
パス蒸気等とを混合する混合管700を設け、ガスター
ビンの高温被冷却部を冷却して加熱された出口蒸気と、
高温被冷却部に導入されることなく迂回したバイパス蒸
気等を、混合管に導入してこれを混合して、圧力、温度
等が均一な混合過熱蒸気を形成し、後流の機器に悪影響
を与えないものとした。

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プラン
トと蒸気タービンプラントとを組み合わせたコンバイン
ドサイクル発電プラントに関するものである。
【0002】
【従来の技術】コンバインドサイクル発電プラントは、
ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組み合
わせた発電システムであり、熱エネルギーの高温域をガ
スタービンで、また、低温域を蒸気タービンでそれぞれ
分担して受持ち、熱エネルギーを有効に回収し、利用す
るようにしたものであり、近年特に脚光を浴びている発
電システムである。
【0003】このコンバインドサイクル発電プラントで
は、効率向上のための一つのポイントを、ガスタービン
の高温域を何処まで高め得るか、と言う点に置いて研究
開発が進められてきた。
【0004】一方、高温域の形成には、タービン構造体
の耐熱性の面から冷却システムを設けねばならず、この
冷却システムにおける冷却媒体としては従来から空気が
用いられて来た。
【0005】しかし、冷却媒体として空気を用いる限
り、例え高温域を達成し得たとしても、冷却に要した空
気を自らの空気圧縮機で必要圧力迄昇圧するのに要した
動力損失と、また、高温ガスの通過するタービン流路内
に部品の冷却に使用した空気を最終的に混合させる事に
より平均ガス温度を低下させてガスの持つエネルギーを
低下せしめる結果になることとの両方を考慮すると、熱
効率のこれ以上の向上は期待できないところまで来てい
る。
【0006】この問題点を解決し更に効率向上を図るべ
く、ガスタービンの冷却媒体として前記した空気に替え
て、蒸気を採用するものが提案されるに至った。
【0007】一例として挙げれば、特開平05−163
960号公報のものがある。しかしこの特開平05−1
63960号公報に開示されたものは、ガスタービンの
冷却媒体として蒸気を採用するという概念の開示はとも
かくとして、その細部においては工夫し解決しなければ
ならない課題が多数残されている。
【0008】例えば、ガスタービンの高温冷却部を冷却
して高温化した蒸気は、再熱器から供給される蒸気と合
流されて中圧タービンへ導入されることになるが、この
へんの技術開示としては、作動蒸気の供給系統として示
されるに止まり、具体的にどのような位置において、ど
のようにして合流していくのか、と言うような点につい
ての配慮、検討は何らなされていないのが現状である。
【0009】即ち、ガスタービンの高温冷却部を蒸気で
冷却するという試みは、未だ試行錯誤の段階という状況
であり、解明し解決しなければならない課題が山積され
ているのが実情である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】前記したように特開平
05−163960号公報に開示されたものをはじとし
て従来の技術としては、中圧タービンへ導入する複数の
蒸気の混合について格別掘り下げた検討がなされておら
ず、また問題意識も見当たらない。
【0011】しかし、前記したようなガスタービンの高
温冷却部を冷却して高温化した蒸気と再熱器から供給さ
れる蒸気とは、圧力、温度等の条件が異なるため、この
ような蒸気同志が不十分な混合のまま中圧タービンへ導
入される様な場合には、設定温度に対して高い温度の蒸
気、もしくは低い温度の蒸気がそのままの状態でタービ
ンに投入されることとなり、タービン本体の損傷を招く
おそれがある。
【0012】また、この混合する複数の蒸気を配管のま
ま中圧タービンの付近まで持って行く構造にすると、配
管物量が多くかかり直ちにコストアップにつながること
になる。さらにまた、配管中に温度差がつき、熱応力に
よる配管の割れ、という懸念もでてる。
【0013】本発明は、複数の蒸気を混合するに際して
このような不具合の発生を防止し、装置の安全を確保
し、長期にわたって安定して作動する装置を提供するこ
とを課題とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するべくなされたもので、ガスタービンプラントと蒸
気タービンプラントとを組合せ、ガスタービンからの排
熱を利用して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱
回収ボイラを備えるとともに、前記ガスタービンの高温
被冷却部を蒸気で冷却する蒸気冷却システムを設け、こ
の蒸気冷却システムからの過熱蒸気を蒸気タービンに回
収させるように構成したコンバインドサイクル発電プラ
ントにおいて、前記蒸気冷却システムの出口蒸気とバイ
パス蒸気とを混合する混合管を設けたコンバインドサイ
クル発電プラントを提供し、前記ガスタービンの高温被
冷却部を冷却することにより加熱され、蒸気冷却システ
ムから出てきた出口蒸気と、高温被冷却部の導入蒸気の
流量・温度を制御するために同高温被冷却部に導入され
ることなく迂回してきたバイパス蒸気とを、混合管に導
入してこれを混合することにより、圧力、温度等が均一
な混合過熱蒸気を形成し、この混合した過熱蒸気を後流
の蒸気タービン、例えば中圧タービンに回収させるよう
にしたものである。
【0015】また本発明は、前記混合管は、管端部から
の蒸気導入口と、複数の管側部からの蒸気導入口とを備
え、管側部からの導入口は管長手方向に間隔をおいて配
置されるとともに、隣り合う導入口同士を円周方向に角
度をもたせて配置したコンバインドサイクル発電プラン
トを提供し、このように蒸気導入口の設置位置を、管端
部からと管側部からとに分け、しかも管側部からのもの
については、管長手方向に間隔を置くとともに隣り合う
もの同士を円周方向に角度をもたせるようにしているの
で、それぞれの蒸気導入口から入ってくる条件のそれぞ
れ異なる複数の蒸気を、均一条件のものとなるように良
く混合することが出来るものである。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図1及び
図2に基づいて説明する。
【0017】100はガスタービンプラントで、ガスタ
ービン101、同ガスタービン101で駆動される空気
圧縮機102、同空気圧縮機102から供給される圧縮
空気を燃料と共に燃焼させる燃焼器103を主要機器と
して構成されている。
【0018】200は排熱回収ボイラで、前記ガスター
ビン101の排気ガスを加熱源とし、高圧蒸気発生部2
01、中圧蒸気発生部202及び低圧蒸気発生部203
を主要部として構成されている。
【0019】300は蒸気タービンプラントで、前記排
熱回収ボイラ200から高圧蒸気を供給される高圧ター
ビン301、後述する蒸気回収系統405等からの蒸気
を供給される中圧タービン302および前記排熱回収ボ
イラ200から低圧蒸気を供給され低圧タービン303
を主要機器として構成されている。
【0020】400は蒸気冷却システムで、前記高圧タ
ービン301の排気部304に連結した冷却蒸気供給系
統401、同冷却蒸気供給系統401から分岐して前記
燃焼器103を冷却する第1の蒸気冷却系統402、同
第1の蒸気冷却系統402と同様にそれぞれ前記冷却蒸
気供給系統401から分岐して前記ガスタービン101
の高温被冷却部を冷却する第2、第3の蒸気冷却系統4
03、404を主要機器として構成されている。
【0021】500はバイパス系統で、前記第1ないし
第3の蒸気冷却系統402、403、404へ導入する
蒸気の流量および温度を制御するために各冷却系統に並
行して配置した第1、第2、第3のバイパス系統50
1、502、503で構成されている。
【0022】700は混合管で、管端部に蒸気導入口7
01を、管側部には複数の蒸気導入口702、703、
704、705を有し、管端部の蒸気導入口701は前
記ガスタービン101の高温被冷却部を冷却する第2、
第3の蒸気冷却系統403、404の系統に連通し、管
側部の蒸気導入口702は前記燃焼器103を冷却する
第1の蒸気冷却系統402の系統に連通し、また管側部
の他の蒸気導入口703、704、705は、第1ない
し第3の蒸気冷却系統402、403、404をバイパ
スし、第1ないし第3のバイパス系統501、502、
503を流れるバイパス蒸気の供給を受けるようになっ
ている。
【0023】706は他方の管端部に設けた蒸気出口
で、蒸気回収系統405を経て中圧タービン302へ連
通している。
【0024】そして前記管側部の蒸気導入口702、7
03、704、および705は管長手方向に間隔をおく
とともに、円周方向で90度の角度をもたせて配置され
ている。
【0025】706は蒸気出口で、前記蒸気導入口70
1と反対側の管端部にあり、中圧タービン302の入口
に連通している。
【0026】なおここでは前記管側部の蒸気導入口は7
02ないし705の4個とし、上流と下流に離れ、かつ
周方向で90度の角度ずらして配置したものを示した
が、この個数と離れる間隔および方向等は、これに限定
されるものではなく、混合する蒸気源の数、性状等に応
じて、90度またはその中間の角度というように、適宜
変更しうることは言うまでもいない。
【0027】また、混合管700を配設する位置につい
ては、図1では単に模式的に表示しているにすぎない
が、実際はガスタービン101の高温被冷却部の出口に
限りなく近いところに配置し、その結果として蒸気出口
706から中圧タービン302までの距離を出来るだけ
長くするような配列とすることが好ましい。
【0028】本実施の形態は前記したように構成されて
いるので、ガスタービン101の高温被冷却部を冷却す
ることにより加熱された第2、第3の蒸気冷却系統40
3、404からの出口蒸気は、管端部の蒸気導入口70
1から混合管700に供給され、この蒸気と燃焼器10
3を冷却して第1の蒸気冷却系統402から管側部の蒸
気導入口702を経て混合管700に供給された出口蒸
気、及び第1ないし第3のバイパス系統501、50
2、503を経て管側部の他の蒸気導入口703、70
4、705から混合管700に供給されたバイパス蒸気
のそれぞれが同混合管700内で混合されて混合過熱蒸
気となる。
【0029】この時、管端部の蒸気導入口701から入
る出口蒸気は、混合管700の軸線方向に進み、この蒸
気の流れに対し管側部の蒸気導入口702および他の蒸
気導入口703ないし705から供給される蒸気は、同
蒸気導入口702、703、704、および705が混
合管700の管長手方向に間隔を置くとともに互いに円
周方向で90度の角度(またはその中間の場合も同様)
をもって配列されているので、流れ方向に沿って異なる
位置で順次混合が行われることとなり、それぞれの蒸気
導入口701、702、703、704、および705
から入ってくる条件のそれぞれ異なる蒸気が、良く混合
されて圧力、温度等が均一条件の混合過熱蒸気を形成す
ることが出来る。
【0030】そしてこの混合は、混合管700をガスタ
ービン高温被冷却部の出口に限りなく近いところに配置
し、各蒸気をガスタービン高温被冷却部の直後で集約し
て行うことにより、混合管700を出たあと中圧タービ
ン302までの経路の距離を余裕をもって形成すること
が出来るので、混合過熱蒸気の条件均一化は一層促進さ
れるとともに、配管物量を節減しコストダウンに大いに
貢献するものである。
【0031】このようにして、本実施の形態によれば、
中圧タービンで回収させる混合過熱蒸気の条件均一化に
より、同中圧タービンの損傷防止を図り、しかも、配管
物量を節減しコストダウンに大いに貢献するものであ
る。
【0032】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。
【0033】
【発明の効果】以上本発明によれば、圧力、温度等の条
件の異なる複数の蒸気を集約し、これらの条件が均一な
混合過熱蒸気を形成してこれを後流の蒸気タービン、例
えば中圧タービンに回収させるので、蒸気条件の不安定
に起因する蒸気タービンの損傷発生とか、配管の割れ発
生というような不要なトラブルを回避することが出来た
ものである。
【0034】また、請求項2の発明によれば、前記混合
過熱蒸気の形成に際し、混合管に入る複数の蒸気の位置
関係を特定することにより、条件のそれぞれ異なる複数
の蒸気の均一混合を確実に促進し、前記した蒸気タービ
ンの安定化を確保して、システムの安定性、信頼性を得
ることが出来たものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係わるコンバインドサ
イクル発電プラントの系統図。
【図2】図1の中、混合管を抜き出して示す混合管の説
明図。
【符号の説明】
100 ガスタービンプラント 101 ガスタービン 102 空気圧縮機 103 燃焼器 200 排熱回収ボイラ 201 高圧蒸気発生部 202 中圧蒸気発生部 203 低圧蒸気発生部 300 蒸気タービンプラント 301 高圧タービン 302 中圧タービン 303 低圧タービン 304 排気部 400 蒸気冷却システム 401 冷却蒸気供給系統 402 第1の蒸気冷却系統 403 第2の蒸気冷却系統 404 第3の蒸気冷却系統 405 蒸気回収系統 500 バイパス系統 501 第1のバイパス系統 502 第2のバイパス系統 503 第3のバイパス系統 700 混合管 701 蒸気導入口 702 蒸気導入口 703 蒸気導入口 704 蒸気導入口 705 蒸気導入口 706 蒸気出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02C 7/18 F02C 7/18 Z F22B 1/18 F22B 1/18 E

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスタービンプラントと蒸気タービンプ
    ラントとを組合せ、ガスタービンからの排熱を利用して
    蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラを
    備えるとともに、前記ガスタービンの高温被冷却部を蒸
    気で冷却する蒸気冷却システムを設け、この蒸気冷却シ
    ステムからの過熱蒸気を蒸気タービンに回収させるよう
    に構成したコンバインドサイクル発電プラントにおい
    て、前記蒸気冷却システムの出口蒸気とバイパス蒸気と
    を混合する混合管を設けたことを特徴とするコンバイン
    ドサイクル発電プラント。
  2. 【請求項2】 前記混合管は、管端部からの蒸気導入口
    と、複数の管側部からの蒸気導入口とを備え、管側部か
    らの導入口は管長手方向に間隔をおいて配置されるとと
    もに、隣り合う導入口同士を円周方向に角度をもたせて
    配置したことを特徴とする請求項1に記載のコンバイン
    ドサイクル発電プラント。
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US5628179A (en) * 1993-11-04 1997-05-13 General Electric Co. Steam attemperation circuit for a combined cycle steam cooled gas turbine
JPH09112215A (ja) * 1995-10-16 1997-04-28 Toshiba Corp ガスタービンプラントおよびその運転方法

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