(57)【要約】  本発明は、ガスタービン（６）の駆動方法に関する。本発明によれば、低酸素ガスと新鮮空気（２）とを半径方向に段階づけられた方式で圧縮器へ供給する際に、新鮮空気（２）を、流入交差領域のうち圧縮器（１）の回転軸に関して外側のセクタ（３’）を介して供給し、低酸素ガスを、流入交差領域のうち圧縮器（１）の回転軸に関して内側のセクタ（３”）を介して供給する。本発明はさらに、圧縮器流入口（３）を含むガスタービン（６）を備えたガスタービンパワープラントに関する。本発明によれば、圧縮器流入口（３）に圧縮器（１）のフローダクトが続いており、圧縮器流入口（３）は、内側のセクタ（３”）と外側のセクタ（３’）とに分割されており、低酸素ガスのためのフィーダが圧縮器流入口（３）の内側のセクタ（３”）に接続されており、新鮮空気のためのフィーダが圧縮器流入口（３）の外側のセクタ（３’）に接続されている。
2015509564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入交差領域を有する圧縮器（１）と燃焼室（４，１４，１５）とタービン（７，１６，１７）とを備えたガスタービン（６）の駆動方法であって、
圧縮器吸気流の平均酸素濃度より低い酸素濃度を有する低酸素ガスと新鮮空気（２）とを半径方向に段階づけられた方式で前記圧縮器へ供給する際に、
前記新鮮空気（２）を、前記流入交差領域のうち前記圧縮器（１）の回転軸に関して外側のセクタ（３’）を介して供給し、
前記低酸素ガスを、前記流入交差領域のうち前記圧縮器（１）の回転軸に関して内側のセクタ（３”）を介して供給する
ことを特徴とするガスタービンの駆動方法。
【請求項２】
前記ガスタービン（６）の排気ガスを、前記ガスタービン（６）の吸気流へ再循環される第１の排気ガス流（２１）と、周囲へ放出される第２の排気ガス流（２０）とに分流し、
前記第１の排気ガス流（２１）を前記低酸素ガスとして前記流入交差領域の前記内側のセクタ（３”）を介して前記圧縮器（１）へ供給する、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記低酸素ガス（２１）の少なくとも９５％を前記ガスタービン（６）の前記燃焼室（４）へ導く、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記新鮮空気（２）を前記低酸素ガス（２１）に混合せずに圧縮器流入口（３）へ導入し、
前記圧縮器（１）内で圧縮された新鮮空気の少なくとも一部を冷却ガス（２８，３３，３４）として高温ガス部の冷却のために分岐させる、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記低酸素ガス（２１）を圧縮器流入口の上流に配置された複数のフィーダ（３９）を介して導入し、
前記複数のフィーダは、周方向に分散されて、前記圧縮器（１）の回転軸に関して同軸的に、吸気ダクトの径に沿って配置されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記圧縮器（１）で圧縮されて前記燃焼室へ導入されるガスの酸素量は、前記圧縮器（１）から分岐される前記冷却ガス（２８，３３，３４）の平均酸素量を少なくとも３％下回る、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記圧縮器（１）の前記流入交差領域の前記内側のセクタ（３”）を介して希薄ガスを供給する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記第１の排気ガス流（２１）と希薄ガスとを前記内側のセクタ（３”）を介して供給する、請求項２から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記ガスタービンが部分負荷で動作する場合及び／又は前記ガスタービンの始動時に、制御要素（４２）を介して圧縮器流入口（３）の前記内側のセクタ（３”）へ新鮮空気を導く、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
圧縮器流入口（３）と圧縮器（１）と該圧縮器（１）後方の燃焼室（４）と該燃焼室（４）後方のタービン（７）とを含むガスタービン（６）を備えたガスタービンパワープラントであって、
前記圧縮器流入口（３）に前記圧縮器（１）のフローダクトが続いており、
前記圧縮器流入口（３）は、前記圧縮器（１）の回転軸に関して内側のセクタ（３”）と外側のセクタ（３’）とに分割されており、
前記ガスタービンの動作中に圧縮器吸気流の平均酸素濃度よりも低い酸素濃度を有する低酸素ガスのためのフィーダが前記圧縮器流入口（３）の前記内側のセクタ（３”）に接続されており、
新鮮空気のためのフィーダが前記圧縮器流入口（３）の前記外側のセクタ（３’）に接続されている
ことを特徴とするガスタービンパワープラント。
【請求項１１】
前記ガスタービンパワープラントは排気ガス分流器（２９）を備えており、該排気ガス部分流器（２９）は、低酸素ガスとしての第１の排気ガス流（２１）を再循環するために、再循環路を介して前記内側のセクタ（３”）に接続されており、さらに、第２の排気ガス流（２０）を周囲へ放出するために、排気ガス路に接続されている、
請求項１０記載のガスタービンパワープラント。
【請求項１２】
前記圧縮器流入口の前記内側のセクタ（３”）と前記外側のセクタ（３’）とは、流入ガイドプレート（４５）によって分離されており、前記圧縮器流入口の前記内側のセクタ（３”）及び前記外側のセクタ（３’）は、前記圧縮器（１）のフローダクトへの接続箇所で同心の円形リングとして構成されている、請求項１０又は１１記載のガスタービンパワープラント。
【請求項１３】
前記圧縮器（１）のフローダクトへの前記内側のセクタ（３”）の接続部の面積に対する、前記圧縮器（１）のフローダクトへの前記外側のセクタ（３’）の接続部の面積の面積比は、前記ガスタービン（６）の所定の設計条件のもとで、前記第１の排気ガス流（２１）の体積流量に対する、供給される前記新鮮空気の体積流量の比に等しくなるように選定されている、請求項１０から１２までのいずれか１項記載のガスタービンパワープラント。
【請求項１４】
前記圧縮器（１）のフローダクトへの前記内側のセクタ（３”）の接続部の面積に対する、前記圧縮器（１）のフローダクトへの前記外側のセクタ（３’）の接続部の面積の面積比を、供給される前記新鮮空気（２）と再循環される前記第１の排気ガス流（２１）との比の変化に適合するように変化させる制御要素が設けられている、請求項１０から１２までのいずれか１項記載のガスタービンパワープラント。
【請求項１５】
前記低酸素ガスを前記圧縮器流入口（３）の前記内側のセクタ（３”）へ導入するための複数の送気ダクト（３９）が、前記圧縮器流入口において、周方向に円形状に分散されて、前記ガスタービンの軸に関して同軸的に配置されている、請求項１０記載のガスタービンパワープラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ異なるガス成分を有する２種の入力流によるガスタービンの駆動方法、及び、分割された圧縮器流入口を有するガスタービンに関する。
【０００２】
従来技術
通常、圧縮のためにできるだけ均質のガスをガスタービンの圧縮器へ供給することが所望される。種々の成分を有するガスが利用される適用分野では、ガスはまず混合され、ついで圧縮器へ供給される。例えば、排気ガス再循環系では、新鮮空気とは異なるガス成分を有する排気ガスが利用されている。
【０００３】
再循環系は、基本的にきわめて多様な目的に対してガスタービンで利用される技術である。例えば、放出量を制御するため、また、二酸化炭素を分離して排気ガスのボリュームを低減するためなどに用いられる。ガスタービンにおける排気ガスの再循環系では、排気ガス流の全体から排気ガスの所定量が分岐され、通常、冷却及び浄化の後に、タービンもしくはタービン圧縮器の入力マスフローへ再供給される。排気ガス成分は周囲空気の新鮮空気成分とは大きく異なる。このため、通常は、再循環排気ガス流は周囲からの新鮮空気と混合され、この混合気がさらに圧縮器へ供給されている。
【０００４】
有利には、排気ガス再循環系によって、二酸化炭素分離系を備えたパワープラントの出力損失及び効率低下を回避するために、排気ガス中の二酸化炭素分圧を増大させることができる。また、排気ガス再循環系は、ガスタービンの吸気ガス中の酸素量を低減し、ひいてはＮＯｘ放出量を低減するためにも提案されてきた。
【０００５】
排気ガス再循環系として、例えば、ＵＳ７５３６２５２Ｂ１には、排気ガス再循環系を介してターボ機械の流入口へ戻される排気ガス再循環流の制御方法が示されている。この方法では、所望の排気ガス再循環成分のうちターボ機械の入力流へ加えられる排気ガス流成分が求められ、その実際値が所望の値となるように制御される。
【０００６】
ＥＰ２２４８９９９には、排気ガス再循環系を含むパワープラント、及び、こうしたパワープラントの駆動方法が示されている。ここでは、再循環率と再循環排気ガスの再冷温度とが負荷の関数として制御されている。
【０００７】
典型的には、できるだけ高い再循環率を達成できると有利である。しかし、再循環率は、典型的には、燃焼室の要求によって制限される。なぜなら、燃料ガスの酸素含量がきわめて低く、ＣＯ及び未燃焼炭化水素ＵＨＣのない完全な燃焼を保証できないからである。
【０００８】
従来技術では、燃料ガスの酸素含量が低い場合に良好な燃焼を保証するために、燃焼室流入口で均質なガス混合気が得られるよう、新鮮空気と再循環排気ガスとができるだけ完全に混合される。新鮮空気と再循環排気ガスとを低い圧力損失で混合するのに適した混合器は、例えばＷＯ２０１０／１４２５７３Ａ２から公知である。
【０００９】
排気ガス再循環系のプラント部分、例えば混合器、再循環路、再循環排気ガスに対する冷却器等は、大規模で費用も高く、パワープラントに付加的なスペースを必要とする。さらに、これらの部分は圧力損失をまねき、パワープラントの出力及び効率に悪影響を及ぼす。
【００１０】
発明の開示
本発明の課題は、それぞれガス成分の異なる２種の入力流を有するガスタービンの駆動方法の信頼性を高め、燃焼後の低酸素入力流の動作性を最大化することである。また、本発明は、上記方法を実行するのに適したガスタービンを提供することも課題とする。
【００１１】
本発明のガスタービンは、低酸素ガスの大部分がガスタービンの燃焼室に達し、新鮮空気のできるだけ大きな部分が燃焼室の後方へ輸送されるよう、低酸素ガスと新鮮空気とが別個に供給されることを特徴とする。ガスタービンは、流入交差領域を有する圧縮器と、圧縮器に後置されて、圧縮されたガスを燃料によって燃焼させる燃焼室と、高温燃焼ガスを膨張させるタービンとを備える。
【００１２】
低酸素ガスとは、圧縮器吸気流の平均酸素濃度よりも低い酸素濃度を有するガスを意味する。低酸素ガスの酸素濃度は、典型的には、圧縮器吸気流の平均酸素濃度よりも少なくとも１％、有利には少なくとも２％低いガスである。
【００１３】
ここで、本発明によれば、低酸素ガスと新鮮空気とが半径方向に段階づけられた方式で圧縮器へ供給される際に、新鮮空気が、流入交差領域のうち圧縮器の回転軸に関して外側のセクタを介して供給され、低酸素ガスが、流入交差領域のうち圧縮器の回転軸に関して内側のセクタを介して供給される。
【００１４】
本発明の方法の有利な実施形態では、ガスタービンの排気ガスが、ガスタービンの吸気流へ再循環される第１の排気ガス流と、周囲へ放出される第２の排気ガス流とに分流され、第１の排気ガス流が低酸素ガスとして流入交差領域の内側セクタを介して圧縮器へ供給される。
【００１５】
本発明の別の有利な実施形態では、再循環排気ガス流の少なくとも９５％がガスタービンの燃焼室へ導かれ、この割合によって燃焼を制御できる。
【００１６】
また、新鮮空気を、第１の排気ガス流とは混合せずに、圧縮器へ導入することができる。この場合、高温ガス部の冷却のために、圧縮器内で圧縮された新鮮空気の少なくとも一部が冷却ガスとして分岐される。
【００１７】
この手法により、冷却空気への低酸素ガスの混合を回避できるか又は少なくとも低減できる。よって、新鮮空気がまず低酸素ガスに混合され、その後に圧縮器へ供給される従来の手法に比べて、燃焼室へ達するガスの酸素濃度が低減される。これにより、従来技術よりも質量流量が小さく、酸素成分の低減されたガスを利用でき、燃焼の比効率が高まる。
【００１８】
低酸素ガスの質量流量が小さいことにより、プラントサイズ、ひいては、プラント及び運転のコストを低減することができる。
【００１９】
本発明の方法の修正形態によれば、新鮮空気が外側の円形リングを介して圧縮器へ供給され、低酸素ガスが内側の円形リングを介して圧縮器へ供給される。
【００２０】
本発明の別の修正形態によれば、第１の排気ガス流は複数のフィーダを介して導入される。当該複数のフィーダは、圧縮器流入口の上流で、周方向で分散されて、圧縮器の回転軸に関して同軸的に、吸気ダクトの径に沿って配置されている。これにより、流入交差領域を分割する剛性のジオメトリによって圧縮器流入口の流れ領域を大規模に制御しなくても、再循環排気ガス量を制御することができる。
【００２１】
また、本発明の別の形態によれば、圧縮器によって圧縮されて燃焼室へ導入されるガスの酸素量が、圧縮器から分岐される冷却ガスの平均酸素量より少なくとも３％低い値に保持される。
【００２２】
本発明の別の修正形態によれば、圧縮器のフローダクトへ通じる内側のセクタの接続部の面積に対する、圧縮器のフローダクトへ通じる外側のセクタの接続部の面積の面積比が制御要素によって変化される。この場合、面積比は、供給される新鮮空気と再循環される第１の排気ガス流との比の変化に適合するように変化される。
【００２３】
本発明の別の修正形態によれば、希薄ガスが、低酸素ガスとして、圧縮器の流入交差領域の内側のセクタを介して圧縮器へ供給される。
【００２４】
希薄ガスとして定義されるのは、体積で見たメタン濃度（体積％でのメタン濃度）が３％より低いガス混合気である。メタン濃度は典型的には体積で見て２％以上より低い値に保持される。希薄ガスは、例えば、換気される炭坑からガスが吸引される場合に生じる。メタン成分に加え、典型的には、希薄ガスは、主成分として、換気目的で炭鉱へ供給される空気を含む。
【００２５】
希薄ガスは、通常、直接に周囲へ放出されることが多く、メタンが強い温室効果を有するガスであるため、かなりの環境汚染を生じさせる。また、メタンのエネルギ量は利用されずに失われる。本発明のガスタービンへの供給部では、メタンが有効に燃焼される。
【００２６】
本発明の別の有利な実施形態によれば、再循環される第１の排気ガス流と希薄ガスとが内側のセクタを介して圧縮器へ供給され、新鮮空気が外側のセクタを介して圧縮器へ供給される。
【００２７】
動作コンセプト及びガスタービンの構成に応じて、ガスタービンの始動時、又は、ガスタービンが部分負荷で動作する場合に、排気ガス再循環が遮断されるか又は再循環量が低減される。この手段は、例えば、安定した低ＣＯ燃焼（低一酸化炭素燃焼）を保証するため、又は、点火過程中に未燃焼の燃料がガスタービンの吸気流へ再循環されることを回避するために必要である。流入交差領域が内側のセクタと外側のセクタとに分離されることにより、再循環排気ガス流の低減に関して不整合な圧縮器入力流が発生することがある。こうした不整合な流れを回避するために、本発明の方法の有利な実施形態によれば、ガスタービンの始動時、及び／又は、ガスタービンが部分負荷で動作する場合、第１の排気ガス流が圧縮器へ導入される前に、新鮮空気が第１の排気ガス流に混合される。当該新鮮空気の混合は、制御要素、例えばバルブまたはフラップにより制御できる。排気ガス再循環が遮断されると、当該制御要素を介して純粋な新鮮空気が流入交差領域の内側のセクタへ供給されるので、圧縮器への均質な入力流が得られることが保証される。
【００２８】
さらに、本発明は、上述した方法に加え、この方法を実行するガスタービンパワープラントに関する。この種のガスタービンパワープラントは、圧縮器流入口と、圧縮器と、当該圧縮器に後置された燃焼室と、当該燃焼室に後置されたタービンとを含むガスタービンを備えている。本発明によれば、圧縮器のフローダクトの前方の圧縮器流入口が内側のセクタと外側のセクタとに分割されている。さらに、低酸素ガスのためのフィーダが圧縮器流入口の内側のセクタへ接続されており、新鮮空気に対するフィーダが圧縮器流入口の外側のセクタに接続されている。この場合、ガスタービンの動作中、低酸素ガスの酸素濃度は圧縮器吸気流の平均酸素濃度よりも低い。
【００２９】
ガスタービンパワープラントの実施形態によれば、ガスタービンパワープラントは排気ガス分流器を備えており、この排気ガス分流器は、第１の排気ガス流を再循環するために、再循環路を介して圧縮器流入口の内側のセクタに接続されており、さらに、第２の排気ガス流を周囲へ放出するために、排気ガス路に接続されている。なお、再循環排気ガスは低酸素ガスとして圧縮器へ導入される。
【００３０】
ガスタービンパワープラントのさらに有利な実施形態では、圧縮器流入口の内側のセクタと外側のセクタとは流入ガイドプレートによって分離されている。さらなる修正形態では、圧縮器流入口の内側のセクタ及び外側のセクタは、圧縮器のフローダクトへの接続箇所で同心の円形リングとして構成されている。
【００３１】
ガスタービンパワープラントの所定の設計条件のもとで圧縮器への最適な入力流を保証するために、本発明の実施形態によれば、圧縮器のフローダクトへの内側のセクタの接続部の面積に対する、圧縮器のフローダクトへの外側のセクタの接続部の面積の面積比は、ガスタービンの所定の設計条件のもとで、再循環される第１の排気ガス流の体積流量に対する、供給される新鮮空気の体積流量の比に等しくなるように選定される。
【００３２】
ガスタービンパワープラントの別の有利な実施形態によれば、接続部の面積比を変化させる制御要素が設けられ、当該面積比は、供給される新鮮空気流と第１の排気ガス流との比の変化に適合するように変化される。このために、新鮮空気のフィーダと再循環される第１の排気ガス流のフィーダとの間の少なくとも一部は、フレキシブルもしくは変位可能に構成される。
【００３３】
さらに別の実施形態では、圧縮器流入口は３つ以上のセクタに分割され、これらのセクタを介して、新鮮空気又は再循環排気ガスが選択的に圧縮器へ供給される。この場合、各セクタは有利には、圧縮器の回転軸近傍の内側から外側へ向かって同軸的に配置される。例えば、再循環される第１の排気ガス流が増大すると、最も内側のセクタから順に再循環排気ガス流が供給され、新鮮空気の供給はより外側のセクタへ制限される。
【００３４】
ガスタービンパワープラントの別の実施形態では、複数の送気ダクトが、周方向に円形状に分散されて、ガスタービンの軸に対して同軸的に、圧縮器流入口に配置される。これらの送気ダクトは、低酸素ガスを圧縮器流入口の内側のセクタへ導入するために、圧縮器の回転軸近傍に配置される。
【００３５】
ガスタービンパワープラントの別の実施形態によれば、再循環される第１の排気ガス流への新鮮空気の混合を制御する制御要素が設けられる。管路もしくはエアダクトを介して周囲空気が供給されるこうした制御要素は例えばフラップ又はバルブである。制御要素乃至送気部及び混合部での圧力損失を補償するために、フィーダ管路にブロワを設けることができる。
【００３６】
圧縮器において、再循環される排気ガスから吸気流を良好に分離するために、有利には、第１の排気ガス流は、新鮮空気よりも高い温度で圧縮器流入口の半径方向内側へ導入され、新鮮空気は圧縮器流入口の半径方向外側へ導入される。再循環排気ガスの濃度は高温のために新鮮空気の濃度よりも低く維持することができるので、圧縮器内で濃度差が生じる。なぜなら、流速の半径方向成分にともなって新鮮空気の比体積遠心力が高まり、圧縮器内に層流が発生するか、又は、圧縮器内での排気ガス流と新鮮空気流との混合度が低下するからである。
【００３７】
ガスタービンの冷却空気の大部分は、典型的には、複数の圧縮器抽出点を介して圧縮器ハウジングの外壁から分岐される。この種のタービンにおいて、新鮮空気が圧縮器流入口の外側を供給され、混合が回避される場合、新鮮空気は圧縮器内で抽出され、冷却ガスとして燃焼室を通過する。対して、低酸素ガス流は圧縮器内にとどまり、圧縮器流出口から燃焼室へ供給される。
【００３８】
圧縮器における第１の排気ガス流と新鮮空気との混合を低減するために、排気ガス再循環系を備えたガスタービンに、さらに、分離壁セグメントを含む圧縮器ブレードが設けられる。当該圧縮器ブレードは、ブレード根部とエアフォイル部と分離壁セグメントとを含み、分離壁セグメントはブレード根部とその反対側のエアフォイル部の自由端との間に配置される。分離壁セグメントは典型的にはブレードの長手軸線に対して直角をなす。通常の組み込み位置では、圧縮器段の全てのブレードの各分離壁セグメントが、ガスタービン軸に対して垂直な、実施的に閉じた１つの円形リングを形成する。これにより、圧縮器における第１の排気ガス流と新鮮空気との混合が阻止される。
【００３９】
分離壁セグメントはガイドベーン上及び可動ブレード上に設けられる。遠心力が増大するため、有利な実施形態では、分離壁セグメントをガイドベーン上にのみ設けてもよい。
【００４０】
さらに別の実施形態では、少なくとも１つの圧縮器段において、複数の分離壁セグメントが可動ブレード上のみに設けられ、ガイドベーン上には設けられない。この手段は、例えば可変ガイドベーンが利用される場合、ガイドベーン位置の調整時に、ガイドベーンの各分離壁セグメントを相互に動かすことにより、又は、所定の分離壁セグメントを短縮もしくは丸めて調整を行うことにより、圧縮器段の空力特性を制御できるので有利である。
【００４１】
さらに別の実施形態では、第１の圧縮器抽出点又は第２の圧縮器抽出点までの間にのみ、分離壁セグメントが設けられる。なぜなら、圧縮された酸素濃厚新鮮空気を圧縮器から当該点までの間に有効に抽出できるからである。
【００４２】
本発明の利点は、上述した実施形態だけでなく、本発明の個々の特徴を発明の範囲から離れることなく単独で又は任意に組み合わせた実施形態から得られる。例えば排気ガスブロワに代えてブースタを設けることができる。
【００４３】
本発明は、燃焼室を有するガスタービンにも、シーケンシャル燃焼部を有するガスタービンにも適用可能である。シーケンシャル燃焼部を有するガスタービンは、例えば、ＥＰ０７１８４７０から公知である。
【００４４】
本発明の有利な実施例を図に即して以下に説明する。ただし、図は説明のためのものであって、本発明を限定しない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来技術による排気ガス循環系を含むガスタービンパワープラントを示す概略図である。
【図２】排気ガスと新鮮空気とを同軸的に圧縮器へ導入する排気ガス循環系を備えたガスタービンパワープラントを示す概略図である。
【図３】ガスタービンパワープラントの分割された圧縮器流入口及び圧縮器を示す概略図である。
【図４】圧縮器ガイドベーン及び圧縮器可動ブレード上に複数の分離壁セグメントを備えたガスタービンパワープラントの圧縮器流入口及び圧縮器の詳細を示す図である。
【図５】ガスタービン軸を中心として円形状に圧縮器流入口内に配置された複数の送気ダクトを介して排気ガスを再循環する圧縮器流入口及び圧縮器を示す概略図である。
【００４６】
図１には、ガスタービンパワープラントの主要な要素の概略図が示されている。ガスタービン６は圧縮器１を含み、圧縮器１で圧縮された燃焼用空気が燃焼室４へ供給され、燃料５によって燃焼される。続いて、高温燃焼ガス８がタービン７で膨張される。ついで、タービン７で形成された有効エネルギが、例えば同じシャフト３７に配置された第１の発電機２５によって、電気エネルギへ変換される。
【００４７】
タービン７から出た高温排気ガス８は、残っているエネルギを最適に利用できるよう、廃熱回収ボイラＨＲＳＧ９において用いられ、蒸気タービン１３又は他のプラントのための新鮮蒸気３０が形成される。ついで、蒸気タービン１３で形成された有効エネルギが、例えば同じシャフト３７に配置された第２の発電機２６によって、電気エネルギへ変換される。蒸気回路は説明のための簡略化した形態で示されている。種々の圧力段、送水ポンプ等は本発明の主題にとってはさほど重要ではないので、図示していない。
【００４８】
こうしたプラントでは、廃熱回収ボイラ９からの排気ガス１９は、廃熱回収ボイラ９の下流で、制御可能な排気ガス分流器２９により、第１の排気ガス分流２１と第２の排気ガス分流２０とへ分流される。第１の排気ガス分流２１はガスタービン６の吸気路へ戻され、そこで新鮮空気２と混合される。戻されなかった第２の排気ガス分流２０は、周囲へ放出されるか、又は、この実施例でのように、排気ガス再冷器２３を介して再冷却され、ＣＯ２分離装置１８へ供給される。ＣＯ２分離装置１８からの低ＣＯ２排気ガス２２は煙突３２を介して周囲へ放出される。ＣＯ２分離装置１８及び排気ガス路での圧力損失を克服するために、排気ガスブロワ１０を設けることもできる。ＣＯ２分離装置１８で分離されたＣＯ２３１は典型的には圧縮され、蓄積又は他の処理のために転流される。ＣＯ２分離装置１８には、蒸気タービン１３から分岐している蒸気抽出路を介して、蒸気が供給される。
【００４９】
また、第２の排気ガス分流２０は、バイパスフラップ１２を備えた排気ガスバイパス２４を介して直接に煙突３２へ導かれてもよい。
【００５０】
戻された第１の排気ガス分流２１は、コンデンサを含む排気ガス再冷器２７において、周期温度を僅かに上回る程度まで冷却される。再循環流２１のために、ブースタ又は排気ガスブロワ１１を排気ガス再冷器２７の下流に配置することができる。戻された第１の排気ガス分流２１は新鮮空気２と混合され、その後、当該混合気が吸気流としてガスタービン６の圧縮器流入口３を介して供給される。
【００５１】
図２には、図１と異なる、シーケンシャル燃焼部を有するガスタービンが示されている。本発明の方法は、燃焼室を有するガスタービンにもシーケンシャル燃焼部を有するガスタービンにも適用できる。相応に、ガスタービンの種々の実施形態も、燃焼室を有するガスタービン及びシーケンシャル燃焼部を有するガスタービンの双方に適用可能である。
【００５２】
図２には、２つのセクタに分割された圧縮器流入口３を備えたガスタービンパワープラントの実施例が概略的に示されている。圧縮器流入口３の外側のセクタ３’には新鮮空気２のためのフィーダが設けられており、内側のセクタ３”には第１の排気ガス分流２１のためのフィーダが設けられている。
【００５３】
２つの流入口セクタ３’，３”は、圧縮器流入口３の圧縮器１に近い側で、圧縮器１のフローダクトに直接に続いている。この場合、新鮮空気のための外側のセクタ３’はフローダクトの外側リング領域へ通じており、再循環排気ガスのための内側のセクタ３”はフローダクトの内側リング領域へ通じている。
【００５４】
低圧冷却ガス３３及び中間圧冷却ガス３４は圧縮器１の半径方向外側の壁から分岐されて、冷却のためにガスタービンの高温ガス部へ供給される。また、高圧冷却ガス２８も、圧縮器の端部で、圧縮器の半径方向外側の壁又は接続ディフューザから分岐されて、冷却のためにガスタービンの高温ガス部へ供給される。図２では、わかりやすくするために、高圧タービン１６及び低圧タービン１７への冷却ガスの供給のみが示されており、燃焼室１４，１５への冷却ガスの供給は示されていない。ただし、典型的には、高圧燃焼室１４は高圧冷却ガス２８によって冷却され、低圧燃焼室１５は中間圧冷却ガス３４によって冷却される。
【００５５】
酸素濃厚新鮮空気が圧縮器の外側領域へ導かれるので、当該新鮮空気の大部分が冷却空気３３，３４，２８として燃焼室１４，１５の周辺へ輸送される。一方、低酸素ガスである再循環排気ガスは、圧縮器１の中心領域で圧縮されて圧縮器の端部へ供給され、高圧燃焼室１４へ入力される。圧縮器流入口３内のガス供給が分離されるため、低酸素ガスである再循環排気ガスの大部分を高圧燃焼室１４へ導入することができる。したがって、低圧燃焼室１５へ入力されるガスの酸素成分は、再循環排気ガス２１と新鮮空気２とが先に混合されるプラントに比べて、著しく低減される。
【００５６】
ガスタービンの動作状態が変化し、これに応じて再循環排気ガス２１の成分と圧縮器吸気量とが変化する場合、圧縮器へ向かう流れの均等な速度特性を実現するために、図２の実施例では、圧縮器流入口３の外側のセクタ３’を介して新鮮空気２を圧縮器１へ導入する前に、新鮮空気２と第１の排気ガス分流２１とを混合する制御要素４２が設けられている。
【００５７】
図３には、排気ガス再循環系を備えたガスタービンパワープラントの分割された圧縮器流入口３及び圧縮器１の実施例の概略図が示されている。この実施例では、圧縮器流入口３は、流入ガイドプレート４５によって、新鮮空気２のための外側のセクタ３’と再循環排気ガス２１のための内側のセクタ３”とへ分割されている。圧縮器流入口３をこのように分割することにより、再循環排気ガス２１と新鮮空気２とがほぼ同軸状の入力流となって圧縮器１へ導入される。図示されているように、再循環排気ガス２１はシャフト３７に接する内側リング状領域を通って圧縮器１で圧縮され、新鮮空気２は圧縮器ハウジング４０に接する外側リング状領域を通って圧縮器１で圧縮される。またこの実施例では、ガスタービン６の２次ガス系統のためのガスが圧縮器１の２つの圧縮器抽出点４１を介して分岐されることが示されている。２次ガスは典型的には高温ガス部の冷却に用いられるが、設計によってはさらに、クリーニング又はシーリングのためのガスとして軸受領域でも用いられる。低圧冷却ガス３３は第１の抽出点４１から分岐され、中間圧冷却ガス３４は第２の抽出点４１から分岐される。高圧冷却ガス２８は圧縮器プレナム３６から分岐される。
【００５８】
新鮮空気２と再循環排気ガス２１とが同軸的に供給される場合にも、圧縮器１の２次流については、新鮮空気２と再循環排気ガス２１との混合が生じる。これにより、圧縮器流入口３において新鮮空気２と再循環排気ガス２１とを別個に供給することの有効性が低下してしまうことがある。圧縮器１での混合を最小化するために、複数の分離壁セグメントを有するブレードを圧縮器１に設けることができる。
【００５９】
図４には、全ての圧縮器ガイドベーン４３と全ての圧縮器可動ブレード４４とに複数の分離壁セグメント３８を設けた実施例が示されている。複数の分離壁セグメント３８は、各段が組み立てられた状態で、一貫した分離壁を形成する。
【００６０】
第１の圧縮器段の例に即した分離壁の別の実施形態が、セクションＢ−Ｂに示されている。この実施形態では、各可動ブレード４４において、分離壁セグメント３８がエアフォイル部の高さの約５０％の箇所に配置されており、半径方向で見てエアフォイル部に対してほぼ垂直に延在している。
【００６１】
図５には、再循環排気ガス２１を別様に供給する代替実施例が示されている。内側のセクタを介した別個の供給、すなわち、圧縮器流入口の流入ガイドプレートによって再循環排気ガス２１が分離供給される形態に代えて、ここでは、分割されていない圧縮器流入口３が使用され、圧縮器流入口３の内壁に軸方向でリング状に配置された複数の送気ダクト３９を介して、再循環排気ガス２１が導入される。適切な送気ダクト３９は、例えばパイプ及びパイプ接続部品から成り、その出口端部は圧縮器の入力側へ向かう主流に対して平行に配向されている。図示の実施例では、パイプ接続部品は圧縮器１の流入ノズル（ベルマウス）へ達しており、これにより新鮮空気２の混合が最小化される。
【００６２】
パイプ接続部品は、実際の圧縮器流入口３又はその壁に端部を有する。これらの端部は有利にはガスタービンのシャフト３７を中心としてリング状に設けられる。
【００６３】
複数の送気ダクト３９を有する実施形態は、圧縮器流入口３の分離要素である流入ガイドプレート４５が必要なくなるという利点を有する。これにより、動作中に再循環排気ガス流２１に対する新鮮空気２の比を流入口の各セクタの面積比から独立に変更できるので有利である。
【符号の説明】
【００６４】
１  圧縮器、  ２  新鮮空気、  ３  圧縮器流入口、  ３’  外側のセクタ：新鮮空気のための流入領域、  ３”  内側のセクタ：低酸素ガスのための流入領域、  ４  燃焼室、  ５  燃料、  ６  ガスタービン、  ７  タービン、  ８  ガスタービンからの高温排気ガス、  ９  廃熱回収ボイラＨＲＳＧ、  １０  ＣＯ２分離装置への第２の排気ガス分流に対する排気ガスブロワ、  １１  排気ガス再循環路への第１の排気ガス分流に対する排気ガスブロワ、  １２  バイパスフラップ又はバルブ、  １３  蒸気タービン、  １４  高圧燃焼室、  １５  低圧燃焼室、  １６  高圧タービン、  １７  低圧タービン、  １８  ＣＯ２分離装置、  １９  廃熱回収ボイラからの排気ガス、  ２０  第２の排気ガス分流（ＣＯ２分離装置への排気ガス路）、  ２１  第１の排気ガス分流（排気ガス再循環路）、  ２２  低ＣＯ２排気ガス、  ２３  第２の排気ガス分流に対する排気ガス再冷器、  ２４  煙突へバイパスされる排気ガス、  ２５  第１の発電機、  ２６  第２の発電機、  ２７  第１の排気ガス分流に対する排気ガス再冷器、  ２８  高圧冷却ガス、  ２９  排気ガス分流器、  ３０  新鮮蒸気、  ３１  分離されたＣＯ２、  ３２  煙突、  ３３  低圧冷却ガス、  ３４  中間圧冷却ガス、  ３５  ロータ冷却ガス、  ３６  圧縮器プレナム、  ３７  シャフト（回転軸）、  ３８  分離壁セグメント、  ３９  送気ダクト、  ４０  圧縮器ハウジング、  ４１  圧縮器抽出点、  ４２  新鮮空気制御要素、  ４３  圧縮器ガイドベーン、  ４４  圧縮器可動ブレード、  ４５  流入ガイドプレート、  ４６  シャフトカバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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