(57)【特許請求の範囲】
【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を組み合わせ、ガスタービン排熱を利用して蒸気タービンの駆動蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えたコンバインド発電プラントにおいて、高圧タービンの排気主流を再熱器へ行くラインから分岐してガスタービンの高温動翼及び高温静翼の冷却蒸気として供給し、同高温動翼及び高温静翼を冷却した後の蒸気を再熱器の入口部又は中間部へ導入するとともに、前記高圧タービンの排気主流を再熱器へ行くラインから更に分岐して中圧タービン排気へ直接連絡した中圧バイパスラインを設け、起動時に同中圧バイパスラインを連通可能にしたことを特徴とする蒸気冷却ガスタービンの冷却蒸気系統システム。
【請求項２】
前記ガスタービンの高温動翼及び高温静翼の冷却蒸気供給系統の入口側に補助ボイラーの蒸気供給系統を連絡し、起動時に前記補助ボイラーから蒸気を供給することを特徴とする請求項１に記載の蒸気冷却ガスタービンの冷却蒸気系統システム。
【請求項３】
前記ガスタービンの高温動翼及び高温静翼の冷却蒸気供給系統の入口側に制御空気またはガスタービン抽気系からの空気供給系統を連絡し、システムの停止に際して同空気供給系から空気を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気冷却ガスタービンの冷却蒸気系統システム。
【請求項４】
前記ガスタービンの高温動翼及び高温静翼の冷却蒸気供給系統の出口側を前記排熱回収ボイラの排気系へ連通するパージラインを設け、起動時または停止に際して前記冷却蒸気供給系統の残渣物をパージすることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の蒸気冷却ガスタービンの冷却蒸気系統システム。
【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の高温動翼及び高温静翼を蒸気冷却するようにしたガスタービンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に従来の一般的なガスタービン及びボトミングサイクルの概略系統図を示す。
【０００３】
ガスタービン５１の高温動翼及び高温静翼は、圧縮機５２の抽気空気５３により冷却されており、ボトミングサイクルからの蒸気をガスタービンの動翼及び／または静翼の冷却に供し、再びボトミングサイクル系に戻すシステムは未だ実用に供されていない。
【０００４】
ボトミングサイクルの高圧タービン５４の出口蒸気は、全量が再熱器５５に入り、ここで適切な温度に昇温されて中圧タービンに送気される系統システムとすることにより高効率化が図られている。
【０００５】
なお図中、一点鎖線枠内はボトミングサイクル系を示し、５６は中圧タービン、５７は低圧タービン、５８は復水器、５９は給水ポンプ、そして６０は排ガスボイラを示す。
【０００６】
このように現行の設備としては、ガスタービンの冷却は空気で行うのが通例であるが、昨今、ガスタービンの高温化等に伴って、この空気冷却に替えて前記ボトミングサイクルの蒸気をガスタービンの冷却に用いようとする考え方が紹介されるようになって来た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、ガスタービンの蒸気冷却方式が処々に紹介されるに至ったとはいうものの、これらはいずれも試行錯誤の段階であり、実機として登場するには未だ解決しなければならない事項が山積している。
【０００８】
例えば効率、出力の向上を狙いとしてボトミングサイクル側から供給される蒸気によってガスタービンの動翼又は静翼を冷却し、この蒸気を回収して再びボトミング側に戻す蒸気冷却ガスタービンにおいては、ガスタービンとボトミングサイクルの間に、従来ボトミング内を流れていた蒸気のかなりの量がガスタービンへも流れることとなるため互に大きな影響を受けるという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような問題点を解消して、互いのシステムを最適条件によって起動、運転、停止を可能とするものを提供することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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、ガスタービン排熱を利用して蒸気タービンの駆動蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えたコンバインド発電プラントにおいて、高圧タービンの排気主流を再熱器へ行くラインから分岐してガスタービンの高温動翼及び高温静翼の冷却蒸気として供給し、同高温動翼及び高温静翼を冷却した後の蒸気を再熱器の入口部又は中間部へ導入するとともに、前記高圧タービンの排気主流を再熱器へ行くラインから更に分岐して中圧タービン排気へ直接連絡した中圧バイパスラインを設け、起動時に同中圧バイパスラインを連通可能にした蒸気冷却ガスタービンの冷却蒸気系統システムを提供する。
【００１１】
このように冷却の対象部をガスタービンの主要部である高温動翼と高温静翼に特定し、その冷却媒体は量的に十分である高圧タービン排気主流を採用しているので、ガスタービンの主要部を確実に冷却することができ、且つ、この高温部の熱分を冷却蒸気内に十分に取り込むことができる。
【００１２】
しかもこの冷却蒸気は前記高温部を冷却の後、再熱器の入口部又は中間部へ導入するようにして、前記冷却蒸気はこの再熱器で加熱調整しうるので、冷却蒸気の流量増、又は流速減として冷却蒸気の昇温を小さくすることができる。
【００１３】
温度上昇幅が小さいことは温度変化に比例する圧力変化も小さく、いわゆる圧損を小さくすることができる。また、冷却翼を冷却する際には、一定の熱量を奪う必要があることから、この一定の熱量を奪う設計を前提に冷却蒸気の温度を下げるべく流量増とすると、そのままでは流速が上がって熱伝達が増加するので流量面積を大きくとって流路数を減す必要があり、このため流路長さが短かくなって圧損が減少することとなる。
【００１５】
また、本発明は中圧タービンをバイパスする中圧バイパスラインを設けているので、上記に加え、システムの起動に際して排熱回収ボイラからの蒸気がまだ蒸発していない時点では、蒸気タービンへの蒸気供給は停止されており、高圧タービンから再熱器を経て後流の中圧タービンへ至る経路も蒸気供給はないことになるが、起動時のタービン回転によりタービン内部で空気かき混ぜによる風損が生じるので、前記中圧バイパスラインで各タービンの排気をつなぎ、開放空間として風損を防止する。
【００１６】
また、本発明は、前記ガスタービンの高温動翼及び高温静翼の冷却蒸気供給系統の入口側に補助ボイラーの蒸気供給系統を連絡し、起動時に前記補助ボイラーから蒸気を供給する蒸気冷却ガスタービンの冷却蒸気系統システムを提供する。
【００１７】
即ち、システムの起動に際してボトミング側の蒸気が充分な条件（流量、圧力、温度等の状態）に達していない期間、ガスタービン燃焼ガスがガスタービン高温動翼又は静翼やロータ内の蒸気冷却通路内に浸入するのを防止するために補助ボイラを設けて適切な蒸気を供給する。
【００１８】
また、本発明は、前記ガスタービンの高温動翼及び高温静翼の冷却蒸気供給系統の入口側に制御空気またはガスタービン抽気系からの空気供給系統を連絡し、システムの停止に際して同空気供給系から空気を供給する蒸気冷却ガスタービンの冷却蒸気系統システムを提供する。
【００１９】
即ち、システムの停止に際してガスタービン高温動翼又は高温静翼やロータ内の蒸気冷却通路内に蒸気が残留するのを防止するために、ここに制御空気或いはガスタービン抽気を供給する。
【００２０】
更にまた、本発明は、前記ガスタービンの高温動翼及び高温静翼の冷却蒸気供給系統の出口側を前記排熱回収ボイラの排気系へ連通するパージラインを設け、起動時または停止に際して前記冷却蒸気供給系統の残渣物をパージする蒸気冷却ガスタービンの冷却蒸気系統システムを提供する。
【００２１】
即ち、前記したような起動時に蒸気冷却通路内に残留する空気を追い出すべく注入された補助ボイラ蒸気、及び停止時に蒸気冷却通路内に残留する蒸気を除去するべく供給された制御空気又はガスタービン抽気を、パージラインを設けて排熱回収ボイラの排気系へ排出する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図１に基づいて説明する。
【００２３】
冷却蒸気系統は高圧タービン１の排気主流２を再熱器３に行くラインから分岐してガスタービン４の高温動翼及び高温静翼の冷却蒸気として使用している。
【００２４】
ガスタービン４の高温動翼及び高温静翼の冷却に使用された回収蒸気は、冷却部で加熱される程度に応じて再熱器３の入口又は中間（図では中間の例を示す）に戻され、中圧タービン１０の最適な蒸気温度に調整されて使用されるようになっている。
【００２５】
また上記のシステムの起動の際にボトミング側（一点鎖線内）の蒸気が、流量、圧力、温度状態が充分な条件に達していない間は、タービンへの蒸気供給は止められており、このため高圧タービン１にも蒸気はなく、その排気系の蒸気冷却通路にも蒸気は存在しない。
【００２６】
従ってこの間に、ガスタービン燃焼ガス等が、ガスタービン４の高温動翼及び高温静翼やロータ内の蒸気冷却通路に侵入するのを防止するために、蒸気冷却通路の入口側に補助ボイラから適切な蒸気を供給するライン５が設けられている。
【００２７】
また起動前には蒸気冷却通路内には空気があり、補助ボイラ蒸気が注入されると蒸気に空気が混入するため、この蒸気がボトミング側に流入するのを防止するように蒸気冷却通路出口側にパージライン６が設けられていて、パージされた空気は排ガスボイラ７の排気ライン８に排出される。
【００２８】
一般に冷却蒸気系統を有するシステムにおいて、システムの起動に際して排熱回収ボイラ７からの蒸気がまだ蒸発していない時点では、蒸気タービンへの蒸気供給は停止されており、高圧タービン１から再熱器３を経て後流の中圧タービン１０へ至る経路も蒸気供給はないことになるが、起動時のタービン回転によりタービン内部で空気かき混ぜによる風損が生じることになる。
【００２９】
しかし本実施の形態では、中圧タービン１０以降の風損を防止するべく高圧タービン１の排気と中圧タービン１０の排気側を直接つなぐ中圧バイパスライン９が設けられ、各タービンの排気を開放して風損を防止するようにしている。
【００３０】
また上記のような冷却蒸気系統を有する本実施の形態の停止においては、ガスタービンの高温動翼及び高温静翼や、ロータ内の蒸気冷却通路内に蒸気が残留するのを防止するため、同蒸気冷却通路内に制御空気又はガスタービン抽気を供給するエアライン６ａ，６ｂが設けられている。
【００３１】
以上のような起動及び停止時に及んでの配慮がされた本実施の形態のものでは、それぞれ単独に実施しても効果はあるが、組合せシステムとした場合には、ガスタービンの高効率及び高出力により大きな効果を期待することができる。
【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】
以上請求項１の発明に係る蒸気冷却ガスタービンの冷却蒸気系統システムによれば、蒸気冷却ガスタービンへの冷却蒸気が適切で充分な量が確保される。また回収蒸気を再熱器に戻すので、中圧タービンに適温の蒸気を供給することができると共に圧損を小さくすることができたものである。
【００３４】
しかも本発明は中圧タービンをバイパスする中圧バイパスラインを設けているので、中圧バイパスラインで高圧、中圧タービンの排気をつなぎ、開放空間とすることにより起動時における風損の発生を防止することができるものである。
【００３５】
また、請求項２の発明によれば、起動時に補助ボイラから冷却蒸気供給系統に蒸気を供給し、冷却蒸気供給系統の安全を確保することができるものである。
【００３６】
また、請求項３の発明によれば、システムの停止に際して制御空気又はガスタービン抽気を利用して冷却蒸気供給系統に残存する空気を追い出し、これら残存蒸気による錆の発生等を防止するようにしたものである。
【００３７】
更にまた、請求項４の発明によれば、前記した冷却蒸気供給系統へ供給される補助ボイラからの供給蒸気もしくは制御空気又はガスタービン抽気等のその後の処理をパージラインを経て排熱回収ボイラの排気系へ送り込むことで行い、システムの安全と安定性を一段と向上するようにしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る蒸気冷却ガスタービンの冷却蒸気の系統図。
【図２】従来のガスタービンの冷却系統図。
【符号の説明】
１    高圧タービン
２    排気主流系
３    再熱器
４    ガスタービン
５    補助蒸気ライン
６    パージライン
７    排熱回収ガスボイラ
８    排気ライン
９    中圧バイパスライン
１０  中圧タービン
【図１】
0003564242.tif 000002
【図２】
0003564242.tif 000003