JPH11315704A - コンバインドサイクルプラント - Google Patents

コンバインドサイクルプラント

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JPH11315704A
JPH11315704A JP4334999A JP4334999A JPH11315704A JP H11315704 A JPH11315704 A JP H11315704A JP 4334999 A JP4334999 A JP 4334999A JP 4334999 A JP4334999 A JP 4334999A JP H11315704 A JPH11315704 A JP H11315704A
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pressure
cooling
turbine
temperature
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Masaru Murata
勝 村田
Naomichi Watanabe
尚道 渡辺
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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    • F01K23/02Plants 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
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンの排ガスを熱源とする排ガスボ
イラで発生した蒸気により蒸気タービンを駆動するプラ
ントにおいて、ガスタービン燃焼器を始めとしてガスタ
ービン構成機器のうち冷却を必要とする高温冷却部分を
効果的に冷却すること。 【解決手段】 排ガスボイラ4の中圧ドラム12の出口
蒸気の一部を分岐してガスタービン燃焼器2等のガスタ
ービン構成機器のうち冷却を必要とする高温冷却部分を
冷却し、この冷却により自らは昇温した蒸気を中圧蒸気
タービン17に導入してエネルギ回収を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン蒸気
タービンコンバインドプラントのガスタービン構成機器
のうち冷却を必要とする高温冷却部分の冷却に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は従来のガスタービン燃焼器の空気
冷却システムの一例を示す系統図である。ガスタービン
は、千数百度の燃焼ガスを作動流体として使用する内燃
機関であり、使用される材料の信頼性を増すために空気
による冷却が行なわれている。コンプレッサ(1)で大
気圧より加圧された空気の大部分は、燃焼器(2)の中
に導かれ燃料の燃焼用空気として使用される。
【0003】そして、燃料の発熱反応により千数百度の
燃焼ガスが生成される。したがって燃焼器(2)を形成
する材料はそのままではガス温度と同一の温度まで加熱
されて溶融する可能性がある。そこでコンプレッサ
(1)で加圧された空気の1部によって燃焼器(2)の
外表面を冷却し、燃焼器の温度を下げて溶融を防止する
とともに、信頼性の確保に努めている。なお図3中
(3)はガスタービン、(19)は発電機である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ガスタービンの燃焼温
度の高温化に伴い、燃焼に供されるコンプレッサ圧縮空
気の割合が増大する一方、ガスタービン構成機器のうち
燃焼器、動・静翼、タービンディスク等、冷却を必要と
する高温冷却部分が増加しているので、コンプレッサか
ら抽気するのみでは冷却用空気を賄いきれず、外部から
冷却媒体(例えば水、蒸気、空気等)を供給することが
不可欠となってきている。
【0005】ところで最近のガスタービンは、蒸気サイ
クルを結合したコンバインドプラントの構成機器の一部
として使用される機会が多く、そのような場合には蒸気
サイクルから蒸気を冷却媒体として供給することができ
る。
【0006】すなわち蒸気サイクルから蒸気を取り、ガ
スタービン構成機器のうち燃焼器等冷却を必要とする高
温冷却部分を冷却する蒸気として使用することになる
が、燃焼器の器内等の圧力や前記高温冷却部分を冷却し
て自らは加熱された蒸気の高い温度等を考えると、その
蒸気を蒸気サイクル中のどこから得てどこへ戻すかが重
要な問題になる。
【0007】図4は、冷却媒体として蒸気を使用する場
合容易に考えられる冷却システムの一例を示す系統図で
ある。図中(1)は空気圧縮機、(2)は燃焼器、
(3)はガスタービン、(4)は排熱回収ボイラ、
(5)は高圧過熱器、(6)は再熱器、(7)は高圧蒸
発器、(8)は高圧節炭器、(9)は中圧過熱器、(1
0)は低圧過熱器、(11)は中圧蒸発器、(12)は
中圧ドラム、(13)は高・中圧節炭器、(14)は低
圧蒸発器、(15)は低圧節炭器、(16)は高圧蒸気
タービン、(17)は中圧蒸気タービン、(18)は低
圧蒸気タービン、(19)はガスタービン発電機、(2
0)は蒸気タービン発電機をそれぞれ示す。
【0008】図4では、コンバインドプラントの再熱蒸
気システムの高圧タービン(16)の高圧排気蒸気の一
部を、冷却蒸気としてガスタービンの燃焼器(2)に導
き、冷却媒体とし使用する。そして加熱されて高温にな
った蒸気は、圧力・温度の両条件とも適した中圧タービ
ン(17)の中間段に導入され、中圧および低圧タービ
ン(18)の駆動エネルギーの一部として使用される。
【0009】しかしながら、図4に示されるような冷却
システムの場合、中圧タービン(17)の中間段におい
ては、再熱蒸気が既に仕事をして温度的にも下がった状
態にあり、高圧排気温度との温度差も大きくないので、
冷却媒体の効果としては十分でない。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は前記従来の課題
を解決するために、;ガスタービンの排ガスを熱源と
する排ガスボイラで発生した蒸気により蒸気タービンを
駆動するものにおいて、前記排ガスボイラの中圧ドラム
から中圧過熱器に至る蒸気の一部を分岐して前記ガスタ
ービン構成機器のうち冷却を必要とする高温冷却部分の
冷却に使用し、冷却後の前記蒸気を再熱蒸気系統に回収
することを特徴とするコンバインドサイクルプラントを
提案するものである。
【0011】また、本発明は、;前記において、前
記再熱蒸気系統からの蒸気を中圧蒸気タービンに導入す
ることを特徴とするコンバインドサイクルプラントを提
案するものである。
【0012】また、本発明は、;前記において、前
記中圧過熱器からの蒸気は再熱器の上流に連接されるこ
とを特徴とするコンバインドサイクルプラントを提案す
るものである。
【0013】更にまた、本発明は、;前記におい
て、前記再熱器の上流で高圧蒸気タービンからの蒸気を
前記中圧過熱器からの蒸気と混合することを特徴とする
コンバインドサイクルプラントを提案するものである。
【0014】本発明の前記においては、ガスタービン
構成機器のうち冷却を必要とする高温冷却部分の冷却を
蒸気で行い、かつ、このための冷却媒体として中圧ドラ
ムの蒸気を使用するので、前記高温冷却部分の器内圧力
以上という圧力条件を満足する他の抽気源よりも低温の
蒸気を冷却蒸気として供給でき、高い冷却効果が得られ
る。
【0015】そして、冷却媒体として使用して加熱され
た蒸気を再熱蒸気系統に導入するので、熱エネルギーが
回収され、プラント効率が向上する。また、中圧ドラム
の圧力を必要に応じて冷却系統の圧力損失に見合うよう
設定すれば、圧力損失によるエネルギー損失を最低限に
抑えて、蒸気タービンの出力ゲインを大きく確保するこ
とができる。
【0016】本発明の前記においては、前記におけ
るガスタービン燃焼器を冷却した冷却蒸気は、再熱蒸気
系統を経て中圧蒸気タービンに導入されて前記熱エネル
ギを効果的に回収される。
【0017】本発明の前記においては、前記におけ
るガスタービン燃焼器の冷却用として分岐された中圧ド
ラムからの蒸気の残部は、中圧過熱器を経て再熱器の上
流に連接され、前記中圧過熱器、そして再熱器で好まし
い性状に調整されて後流に供給される。
【0018】更にまた本発明の前記においては、前記
における再熱器の上流に連接される中圧過熱器からの
蒸気は、前記再熱器の上流で高圧蒸気タービンからの蒸
気と混合され好ましい性状に調整されて後流に供給され
る。
【0019】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の第1形態を
示す系統図である。この図において、前記図4により説
明したシステムと同様の部分については、冗長になるの
を避けるため、同一の符号を付け詳しい説明を省く。
【0020】本実施の形態においては、一例として、ガ
スタービン燃焼器(2)を冷却の対象とし、その冷却用
蒸気として、コンバインドプラントの再熱蒸気サイクル
を構成する中圧ドラム(12)で発生した蒸気を使用し
たものを示して説明する。
【0021】すなわち、燃焼器(2)の内圧は16〜1
7ata であるから、それと適度な差圧を有する圧力レベ
ルが必要で、圧力は高圧排気よりも幾分高く、温度は逆
にかなり低い中圧ドラム(12)の飽和蒸気(45ata
)を、燃焼器(2)の冷却用として抽気するのであ
る。
【0022】そして、その蒸気が蒸気サイクルの再熱蒸
気温度とほぼ等しくなるまで加熱されるように、燃焼器
(2)を冷却した後、再熱蒸気系統に戻し、排ガスボイ
ラ(4)の再熱器(6)から来た再熱蒸気と混合して中
圧蒸気タービン(17)の入口に導入し、中圧蒸気ター
ビン(17)、更には低圧蒸気タービン(18)を駆動
するエネルギーの一部として使用する。
【0023】これは、蒸気タービンに蒸気を回収するこ
とにより出力を増強するのが目的なので、中圧タービン
(17)の入口に蒸気を投入する方が中間段に投入する
よりも大出力が得られるからである。
【0024】前記のように本実施の形態では、燃焼器
(2)の冷却用媒体として、排ガスボイラで生成した蒸
気中から、中圧ドラム(12)の蒸気を使用するので、
圧力条件(燃焼器(2)の器内圧力以上)を満足する他
の抽気源よりも低温の蒸気を冷却蒸気として供給でき、
高い冷却効果が得られる。
【0025】他方、もし高圧蒸気タービン(16)の出
口排気から冷却蒸気をとった場合には、冷却蒸気系の圧
損次第では、中圧タービン(17)の入口ではなく中間
段に戻す必要が生じるが、その場合は、主流との温度差
の関係で、燃焼器冷却後の加熱蒸気の温度が低く制約さ
れる。しかし本実施の形態では中圧ドラム(12)から
蒸気の一部を抽気してこれを冷却蒸気として用いるの
で、高い冷却効果が得られるのである。
【0026】次に図2は本発明の実施の第2形態を示す
系統図である。この図においても、前記と同様の部分に
ついては、同一の符号を付け詳しい説明を省略する。
【0027】本実施の形態においては、中圧ドラム(1
2)出口の中圧過熱器(9)に至る蒸気ラインに圧力調
整弁(21)が設けられている。したがって、ガスター
ビン構成機器のうち冷却を必要とする高温冷却部分の一
例としてここに示したガスタービン燃焼器(2)を冷却
する冷却蒸気系統の圧力損失が大きくて圧力差が十分に
得難い場合でも、この圧力調整弁(21)を調節するこ
とによって、中圧ドラム(12)の器内圧力を高め、必
要な差圧を確保することができる。
【0028】このようにして、冷却媒体として高圧ター
ビン(16)の排気よりも望ましい低い温度で、かつ再
熱蒸気系統に戻すに十分な差圧を有し、更に絶対圧力と
しても燃焼器器内圧力より十分高い蒸気を、抽気するこ
とができる。そしてエネルギー的にも損失を最少限に抑
えた冷却システムとすることができる。
【0029】
【発明の効果】本願の発明においては、低い温度の蒸気
をガスタービン構成機器のうち冷却を必要とする高温冷
却部分の冷却蒸気として供給することにより、その高温
冷却部分の冷却効果を高め、また、ガスタービンの燃焼
器については、その冷却に空気を消費しなくてもよいの
で、ガスタービンの燃焼温度の高温化に必要な燃焼用空
気を十分確保でき、コンバインドサイクルプラントの高
効率化に必要なガスタービンの高温化が容易に達成され
る。
【0030】また、少ない冷却蒸気で効率の良い冷却効
果が得られ、更に系統圧損に見合った圧力に調整して絞
り損失を減少させることにより、エネルギー損失を低減
させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施の第1形態を示す系統図で
ある。
【図2】図2は本発明の実施の第2形態を示す系統図で
ある。
【図3】図3は従来のガスタービン燃焼器の空気冷却シ
ステムの一例を示す系統図である。
【図4】図4は冷却媒体として蒸気を使用する場合容易
に考えられる冷却システムの一例を示す系統図である。
【符号の説明】
(1) 空気圧縮機 (2) 燃焼器 (3) ガスタービン (4) 排熱回収ボイラ (5) 高圧過熱器 (6) 再熱器 (7) 高圧蒸発器 (8) 高圧節炭器 (9) 中圧過熱器 (10) 低圧過熱器 (11) 中圧蒸発器 (12) 中圧ドラム (13) 高・中圧節炭器 (14) 低圧蒸発器 (15) 低圧節炭器 (16) 高圧蒸気タービン (17) 中圧蒸気タービン (18) 低圧蒸気タービン (19) ガスタービン発電機 (20) 蒸気タービン発電機 (21) 中圧ドラム圧力調整弁

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスタービンの排ガスを熱源とする排ガ
    スボイラで発生した蒸気により蒸気タービンを駆動する
    ものにおいて、前記排ガスボイラの中圧ドラムから中圧
    過熱器に至る蒸気の一部を分岐して前記ガスタービン構
    成機器のうち冷却を必要とする高温冷却部分の冷却に使
    用し、冷却後の前記蒸気を再熱蒸気系統に回収すること
    を特徴とするコンバインドサイクルプラント。
  2. 【請求項2】 前記再熱蒸気系統からの蒸気を中圧蒸気
    タービンに導入する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プラント。
  3. 【請求項3】 前記中圧過熱器からの蒸気は再熱器の上
    流に連接されることを特徴とする請求項1に記載のコン
    バインドサイクルプラント。
  4. 【請求項4】 前記再熱器の上流で高圧蒸気タービンか
    らの蒸気を前記中圧過熱器からの蒸気と混合することを
    特徴とする請求項3に記載のコンバインドサイクルプラ
    ント。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014084847A (ja) * 2012-10-26 2014-05-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd コンバインドサイクルプラント、及びその停止方法、及びその制御装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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