(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、前記蒸気タービンプラントを少なくとも高圧タービンと低圧タービンとから構成するとともに、前記高圧タービンの排気を前記蒸気冷却システムに導く管路、前記排熱回収ボイラの再熱器入口に導く管路、前記蒸気冷却システムの出口蒸気を前記再熱器の中間に導く管路、および前記排熱回収ボイラの中圧蒸気発生部からの中圧蒸気を前記ガスタービンプラントの燃焼器へ導入する管路、同燃焼器の出口蒸気を前記再熱器の出口に導く管路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。
【請求項２】
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、前記蒸気タービンプラントを少なくとも高圧タービンと低圧タービンとから構成するとともに、前記高圧タービンの排気を前記蒸気冷却システムに導く管路、前記排熱回収ボイラの再熱器入口に導く管路、後流のタービン入口に導く管路、および前記蒸気冷却システムの出口蒸気を前記再熱器の中間に導く管路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。
【請求項３】
前記ガスタービンの高温被冷却部が複数の並列する蒸気通路を有することを特徴とする請求項１または２に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【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、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現れ、例えば、特開平７−４２１０号公報に示されるものが提案されるに至った。
【０００７】
この特開平７−４２１０号公報のものを、その主要部を抜き出して、図３に示して説明すれば、次の様な構成となっている。
【０００８】
ガスタービン１、空気圧縮機２、および燃焼器３を主要構成とするガスタービンプラント５、同ガスタービンプラント５の排気ガスを加熱源として、高圧蒸気発生部１１、中圧蒸気発生部１２、低圧蒸気発生部１３および再熱器１４を主要構成とする排熱回収ボイラ１０、及び同排熱回収ボイラ１０から蒸気を供給される高圧タービン２１、中圧タービン２２、および低圧タービン２３を主要構成とする蒸気タービンプラント２０によりコンバインドサイクル発電プラントが構成されている。
【０００９】
そして、ここに組入れられた冷却システムは、蒸気冷却システムであり、前記高圧タービン２１の段落の途中から抜き出した抽気蒸気を冷却蒸気として用い、これを蒸気供給経路２４を経てガスタービン１の高温被冷却部に設けた蒸気冷却系統３０に導き、この高温被冷却部を冷却している。
【００１０】
このようにしてガスタービン１の高温被冷却部を冷却する冷却蒸気は、この冷却によってそれ自身としては加熱され、即ちガスタービン１の高温被冷却部から熱エネルギーを与えられ、その後再熱器１４を経て更に加熱され、蒸気タービンプラント２０の中圧タービン２２へ供給されて蓄積した熱エネルギーを回収されるものである。
【００１１】
なお、２５は復水器で、ここで得られる凝縮水は、加圧ポンプ２６により給水管２７を経て排熱回収ボイラ１０へ送られるが、その一部は分岐して、給水ポンプ２８により水スプレー管２９から前記した冷却蒸気である高圧タービンの抽気中に混入され、冷却蒸気を低温化している。
【００１２】
６は発電機で、前記ガスタービンプラント５と蒸気タービンプラント２０により駆動される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように構成された従来のものにあっては、ガスタービン１の高温被冷却部に設けた蒸気冷却系統３０に導かれてこの高温被冷却部を冷却する冷却蒸気として、高圧タービン２１の段落の途中から抜き出した抽気蒸気を用いているので、冷却蒸気として用いるにはその分量が必ずしも十分ではない。
【００１４】
従って、蒸気冷却系統３０を始めとして、高温被冷却部における冷却蒸気の圧力損失を十分に小さいものにしないと、冷却システムとして成立し難いものとなる。
【００１５】
また、冷却蒸気の流量が十分でないと、高温被冷却部での蒸気の温度が大きくなるので、後流の、例えば中圧タービン入口温度にあわせるためにスプレー等が必要となり、これはそのままプラントの効率低下に結びつくこととなる。
【００１６】
また、冷却蒸気の経路は直列の流路となっているので、万一冷却蒸気の漏れが上流側で起きた場合には、下流側の翼には冷却蒸気が供給されないこととなり、下流側の翼は損傷する危険性をはらんだものである。
【００１７】
本発明は、従来のものにおけるこれらの問題点を解消し、高圧タービンの排気を有効に活用して全体の効率を大幅に向上するようにしたものを提供することを課題とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決す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、前記蒸気タービンプラントを少なくとも高圧タービンと低圧タービンとから構成するとともに、前記高圧タービンの排気を前記蒸気冷却システムに導く管路、前記排熱回収ボイラの再熱器入口に導く管路、前記蒸気冷却システムの出口蒸気を前記再熱器の中間に導く管路、および前記排熱回収ボイラの中圧蒸気発生部からの中圧蒸気を前記ガスタービンプラントの燃焼器へ導入する管路、同燃焼器の出口蒸気を前記再熱器の出口に導く管路を設けたコンバインドサイクル発電プラントを提供し、高圧タービンの排気を分岐してその一部を前記蒸気冷却システム中のガスタービンへ、また他の一部を排熱回収ボイラの再熱器入口にそれぞれ供給し、蒸気冷却システム中のガスタービンへ供給したものは所定の冷却を行って自身は加熱された後その出口から再熱器の中間部へ導かれ、前記再熱器入口に供給されたものと合流して同再熱器で温度調整され、他方、前記ガスタービンプラントの燃焼器へ導入された前記排熱回収ボイラの中圧蒸気発生部からの中圧蒸気は、燃焼器の所定の冷却を行って自身は加熱された後前記再熱器の出口に導かれ、前記再熱器で温度調整された他の蒸気と併せて後流の蒸気タービンに供給されて熱回収するようにしたものである。
【００１９】
また、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、前記蒸気タービンプラントを少なくとも高圧タービンと低圧タービンとから構成するとともに、前記高圧タービンの排気を前記蒸気冷却システムに導く管路、前記排熱回収ボイラの再熱器入口に導く管路、後流のタービン入口に導く管路、および前記蒸気冷却システムの出口蒸気を前記再熱器の中間に導く管路を設けたコンバインドサイクル発電プラントを提供し、高圧タービンの排気を分岐して蒸気冷却システム、排熱回収ボイラの再熱器入口、および後流のタービン入口にその一部づつをそれぞれ供給し、蒸気冷却システムへ供給したものは所定の冷却を行って自身は加熱された後その出口から再熱器の中間部へと導き、前記再熱器入口に供給されたものと合流させて温度調整し、更にこれを後流のタービン入口に直接向けたものに合流させ、これら全部を併せて後流のタービンに供給して熱回収するようにしたものである。
【００２０】
更にまた、本発明は、前記ガスタービンの高温被冷却部が複数の並列する蒸気通路を有するコンバインドサイクル発電プラントを提供し、前記高圧タービンの排気のうち分岐されて蒸気冷却システムへ供給したものは、高温被冷却部において並列する蒸気通路に供給されることにより、直列通路の場合のように、連続する複数の被冷却部において、先行する被冷却部での温度上昇の影響を受けて後続の被冷却部の入口で冷却蒸気供給温度を調整しなければならないという必要は無くなり、また、同直列通路の場合のように上流側で蒸気漏れ等が発生すると下流側に冷却蒸気が供給されなくなるという心配も無く、プラントの効率を損なうことなく、かつ、安全度の高いものにすることが出来るようにしたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、図１および図２に基づいて説明する。
【００２２】
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。
【００２３】
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２０１、中圧蒸気発生部２０２及び低圧蒸気発生部２０３および再熱器２０４を主要部として構成されている。
【００２４】
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（供給系統は図示省略した）高圧タービン３０１、蒸気供給系統４０５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等から低圧蒸気を供給される低圧タービン３０３を主要機器として構成されている。
【００２５】
４００は蒸気冷却システムで、高圧排気管４０１により前記高圧タービン３０１の排気部３０４ａに連絡し、ガスタービン１０１の高温被冷却部を冷却する蒸気冷却系統４０３と、前記中圧蒸気発生部２０２から中圧蒸気供給系統４０４で連絡されて燃焼器１０３の高温被冷却部を冷却する蒸気冷却系統４０２を、主要機器として構成されている。
【００２６】
ここでガスタービン１０１の高温被冷却部を冷却する蒸気冷却系統４０３は、その出口蒸気を管路４０６により再熱器２０４の中間位置へ導くように連絡されており、また、燃焼器１０３の高温被冷却部を冷却する蒸気冷却系統４０２の出口蒸気は、管路４０７を経て蒸気供給系統４０５に合流し、中圧タービン３０２の入口に導かれるように連絡されている。
【００２７】
なお、前記高圧タービン３０１の高圧排気は、前記排気部３０４ａと対称に、またはこれから分岐して（ここでは対称のものを示している）、排気部３０４ｂを有し、同排気部３０４ｂから再熱器２０４の入口に連絡している。
【００２８】
また、前記高圧タービン３０１の高圧排気は、排気部３０４ｂで前記高圧排気管４０１と分岐した管路４０８を経て蒸気供給系統４０５に合流し、中圧タービン３０２の入口に連絡されている。
【００２９】
本実施の形態においては、前記したように、冷却蒸気として高圧タービン３０１の高圧排気を用い、かつガスタービン１０１の蒸気冷却系統４０３からその出口蒸気を管路４０６により再熱器２０４の中間位置へ導くようにしたことにより、蒸気冷却系統４０３においては、冷却後の蒸気温度を後流位置の中圧タービン３０２の入口温度まで上昇させる必要がないものである。
【００３０】
この様に冷却による蒸気の温度上昇が小さくてすまされるということは、蒸気冷却部における伝熱面積を小さくすることができると言うことであり、このことは、とりもなおさず圧損を小さく出来ると言う事である。
【００３１】
要するに、一般に蒸気冷却系統で冷却後の蒸気温度を所定の値にしようとするとき、冷却蒸気の流量が小さければ冷却蒸気流路の熱伝達率、及び冷却蒸気流路の伝熱面積を大にして冷却蒸気の温度上昇を大きくしなければならず、その結果として、圧損が大となるが、前記したように温度の上昇は再熱器に任せ、同蒸気冷却系統では無理に所定の温度にまで高めなくてもよいとなれば、前記冷却蒸気流路の熱伝達率、及び冷却蒸気流路の伝熱面積を大にしなくてもよいので、翼１枚当たりの圧力損失を低く抑えることができるものである。
【００３２】
その結果として、前記蒸気冷却系統４０３における冷却蒸気の流路を、後述するように並列形状に構成することが容易となり、蒸気のリーク発生時の安全性が向上することになる。
【００３３】
そしてこのように並列流路で冷却蒸気を流すようにした結果として、温度上昇は小さく設定でき、途中で水分のスプレー等を行う必要もないので、スプレーによる効率低下、損失というような不具合も無くなるものである。
【００３４】
なお、本実施の形態における前記ガスタービン１０１の高温被冷却部を冷却する蒸気冷却系統４０３は、図１では概略表示したに止まるが、詳細には冷却蒸気の流れを並列流路で構成しており、それを図２により説明する。
【００３５】
図２において、５０１は第１段静翼、５０２は第２段静翼、また５０３は第１段動翼、５０４は第２動静翼である。５０５は冷却蒸気の供給経路で、途中で分岐して第１段静翼の冷却蒸気通路５０５ａと第２段静翼の冷却蒸気通路５０５ｂとに通じている。
【００３６】
各冷却蒸気通路５０５ａ、５０５ｂは、それぞれ第１、第２段静翼５０１、５０２の被冷却部を経て第１段静翼の回収通路５０６ａ、および第２段静翼の回収通路５０６ｂへ通じ、その後流でこの回収通路５０６ａ、５０６ｂは蒸気回収通路５０６へ合流している。
【００３７】
即ち、前記冷却蒸気通路５０５ａ、５０５ｂおよびこれに通じる回収通路５０６ａ、５０６ｂは、第１、第２段静翼５０１、５０２の位置において、互いに独立した並列の通路を構成している。
【００３８】
一方、動翼側についてみると、前記静翼側と対称に、５０７は冷却蒸気の供給経路で、途中で分岐して第１段動翼の冷却蒸気通路５０７ａと第２段動翼の冷却蒸気通路５０７ｂとに通じている。
【００３９】
そして各冷却蒸気通路５０７ａ、５０７ｂは、それぞれ第１、第２段動翼５０３、５０４の被冷却部を経て第１段動翼の回収通路５０８ａ、および第２段動翼の回収通路５０８ｂへ通じ、その後流でこの回収通路５０８ａ、５０８ｂは蒸気回収通路５０８へ合流している。
【００４０】
即ち前記静翼側と同様に、前記冷却蒸気通路５０８ａ、５０８ｂおよびこれに通じる回収通路５０８ａ、５０８ｂは、第１、第２段動翼５０１、５０２の位置において、互いに独立した並列の通路を構成している。
【００４１】
従って、この並列流路において、先ず静翼側についてみると、図示省略した外部の冷却蒸気源から供給される冷却蒸気は、供給経路５０５から導入されて冷却蒸気通路５０５ａ、５０５ｂに分岐し、第１段静翼５０１および第２段静翼５０２へそれぞれ直接導入され、同第１段静翼５０１および第２段静翼５０２の高温被冷却部を冷却することにより自身は加熱され、その後それぞれ独立の回収通路５０６ａ、５０６ｂを経て蒸気回収通路５０６へ合流し、図示省略の後流に設置した再熱器を経て蒸気タービン等で熱回収される。
【００４２】
この場合、冷却蒸気通路５０５ａを流れる冷却蒸気は、冷却蒸気通路５０５ｂとは無関係であり、また冷却蒸気通路５０５ｂを流れる冷却蒸気は、冷却蒸気通路５０５ａとは無関係であるので、一方に冷却蒸気の洩れが生じたとしても、それがそっくりそのまま他方に及ぶというものでもなく、翼損傷等の発生を回避することのできるものである。
【００４３】
一方、動翼側については、前記静翼側と全く同様に翼損傷等の不具合も回避し、蒸気回収通路５０８を経て図示省略の蒸気タービン等で熱回収されるものであることは、重ねて説明するまでもなく容易に理解されるであろう。
【００４４】
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。
【００４５】
【発明の効果】
以上本発明によれば、ガスタービンの高温被冷却部の冷却媒体として分量的にも十分な高圧タービン排気を採用し、その一部を前記ガスタービンの高温被冷却部に導いてこれを冷却し、冷却媒体が不足することなく安全確実な冷却を行い得ると共に、同ガスタービンの高温被冷却部を出た出口蒸気を再熱器の中間を通して温度調整をしたうえ、同再熱器の出口で中圧蒸気発生部から導入されて燃焼器の高温被冷却部を冷却した中圧蒸気と合流して後流の蒸気タービンで回収することにより、被冷却部での高温化を防いで温度上昇に伴う圧力損失を抑え、後流の蒸気タービンの出力を向上して発電端効率を向上することができたものである。
【００４６】
また、請求項２の発明によれば、高圧タービンの排気は、高温被冷却部への供給、排熱回収ボイラの再熱器への供給に加えて後流のタービン入口への直接の供給が行われ、かつ、前記排熱回収ボイラへ供給されたものは前記高温被冷却部を出たものと再熱器の途中で合流し、これらのものが合わさって後流のタービンで仕事をするものであるので、これらの供給を行う管路で調整を行うことにより、前記後流のタービンの作動を所望なものにすることが容易となり、同後流のタービンの効率向上を一段と高めることができたものである。
【００４７】
また、請求項３の発明によれば、ガスタービンの高温被冷却部の蒸気通路は複数の並列通路で形成しているので、各通路は互いに独立して機能し、一方の蒸気漏れが他方の蒸気供給に直接影響するものでもなく、安全度の高い、そして効率の高いものを得ることのできたものである。
【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のガスタービンにおける冷却部の要部を抜粋してその概要を示す概略図。
【図３】従来のコンバインドサイクル発電プラントの系統図。
【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
２０４      再熱器
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
３０４ａ    排気部
３０４ｂ    排気部
４００      蒸気冷却システム
４０１      高圧排気管
４０２      蒸気冷却系統
４０３      蒸気冷却系統
４０４      蒸気冷却系統
４０５      蒸気冷却系統
４０６      管路
４０７      管路
４０８      管路
【図１】
0003564241.tif 000002
【図２】
0003564241.tif 000003
【図３】
0003564241.tif 000004