(57)【要約】【課題】ガスタービン及びガスタービンの起動方法並びに複合発電システムにおいて、起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制可能とする。【解決手段】高圧の燃料と高圧の空気をガスタービン１１にて燃焼し、発生した燃焼ガスにより発電すると共に、ガスタービン１１から排出された高温の排気ガスを排熱回収ボイラ２０に送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービン２２に送って発電するように構成し、ガスタービン１１の起動時にタービン１４から排出された排気ガスの少なくとも一部を圧縮機１２に再循環する排気ガス再循環ライン３１を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、起動時に前記タービンから排出された排気ガスの少なくとも一部を前記圧縮機に再循環する排気ガス再循環ラインが設けられたことを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、起動時に前記タービンから排出された排気ガスの少なくとも一部を大気に開放する排気ガス排出ラインが設けられたことを特徴とするガスタービン。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガスタービンにおいて、前記排気ガス再循環ラインまたは前記排気ガス排出ラインに開閉弁が設けられ、タービン軸が予め設定された第１所定回転数以上になったときに、前記燃焼器を作動すると共に前記開閉弁を開放することを特徴とするガスタービン。
【請求項４】
請求項１または２に記載のガスタービンにおいて、前記排気ガス再循環ラインまたは前記排気ガス排出ラインに開閉弁が設けられ、タービン軸の駆動回転開始時に前記開閉弁を開放することを特徴とするガスタービン。
【請求項５】
請求項３または４に記載のガスタービンにおいて、前記タービン軸が予め設定された第２所定回転数以上になったときに、前記開閉弁を閉止することを特徴とするガスタービン。
【請求項６】
高圧の燃料と高圧の空気をガスタービンにて燃焼し、発生した燃焼ガスにより発電すると共に、前記ガスタービンから排出された高温の排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電し、冷却された給水をボイラに戻して過熱する複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの起動時に排出された排気ガスの少なくとも一部を圧縮機に再循環する排気ガス再循環ラインが設けられたことを特徴とする複合発電システム。
【請求項７】
高圧の燃料と高圧の空気をガスタービンにて燃焼し、発生した燃焼ガスにより発電すると共に、前記ガスタービンから排出された高温の排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電し、冷却された給水をボイラに戻して過熱する複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの起動時に排出された排気ガスの少なくとも一部を大気に開放する排気ガス排出ラインが設けられたことを特徴とする複合発電システム。
【請求項８】
圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、起動時に前記圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部を前記タービンの後方段に供給するバイパスラインが設けられたことを特徴とするガスタービン。
【請求項９】
請求項８に記載のガスタービンにおいて、前記バイパスラインに開閉弁が設けられ、タービン軸が予め設定された第１所定回転数以上になったときに、前記燃焼器を作動すると共に前記開閉弁を開放することを特徴とするガスタービン。
【請求項１０】
請求項８に記載のガスタービンにおいて、前記バイパスラインに開閉弁が設けられ、タービン軸の駆動回転開始時に前記開閉弁を開放することを特徴とするガスタービン。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載のガスタービンにおいて、前記タービン軸が予め設定された第２所定回転数以上になったときに、前記開閉弁を閉止することを特徴とするガスタービン。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれか一つに記載のガスタービンにおいて、前記バイパスラインは、前記タービンの後方段における静翼内に連結され、該静翼に圧縮空気を旋回成分の空気流として動翼に向けて排出するスリットが設けられたことを特徴とするガスタービン。
【請求項１３】
圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、起動時に前記タービンから排出された排気ガスの少なくとも一部を大気に開放することを特徴とするガスタービンの起動方法。
【請求項１４】
圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、起動時に前記圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部を前記タービンの後方段に供給することを特徴とするガスタービンの起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮した圧縮空気に燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービン及びガスタービンの起動方法、並びに、高圧の燃料と高圧の空気をガスタービンにて燃焼し、発生した燃焼ガスにより発電すると共に、ガスタービンから排出された高温の排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電し、冷却された給水をボイラに戻して過熱する複合発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。そして、このようなガスタービンを適用した複合発電プラントでは、このガスタービンで発生した高温の排気ガスを排熱回収ボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電機を駆動し、蒸気タービンで冷却された復水を排熱回収ボイラに戻して過熱し、再び蒸気を生成して蒸気タービンに送っている。
【０００３】
このような複合発電プラントとしては、下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１２１１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した複合発電プラントにて、ガスタービンは、毎日、起動と停止を繰り返すような運転形態が多く、この場合、このガスタービンの起動時間を短くすることが重要となる。一般に、ガスタービンの運転は、タービン軸に連結された起動モータにより駆動回転を開始し、燃焼器を作動（着火）してガスタービンが自立できる回転数（例えば、定格回転の７０％の回転数）まで昇速を補助する。そして、ガスタービンの自立後は、タービン軸から起動モータを切り離し、燃焼器への燃料の投入量を増やして定格回転数まで昇速して起動し、その後、定常運転するようにしている。
【０００６】
ところが、このような従来のガスタービンの起動方法では、起動時間が長くなってしまい、排気浄化効率が低下してしまうという問題がある。即ち、ガスタービンの起動時は、燃焼器自体が低温であるため、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）や未燃カーボン（ＵＨＣ）が増加してしまう。また、ガスタービンの起動時間が長いと、この起動時に消費する燃料量が多くなり、燃料コストが増加してしまうことや一酸化炭素（ＣＯ）や未燃カーボン（ＵＨＣ）の総排出量が増えてしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、ガスタービンの起動時間を短縮するために、起動モータにより駆動回転を開始した後、燃焼器を作動して昇速するときの燃料投入量を多くすることが考えられる。しかし、タービン回転数が低いときに燃料投入量を増加すると、タービン圧力比が高くなりすぎることで、圧縮機の作動条件がサージラインに近づいて回転が不安定となってしまう。また、タービン圧力比が低い場合、ここで燃料投入量を増加すると、排気ガス温度が制限以上になったり、タービン発生トルクが不足したりする状態となってしまうことがある。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制可能としたガスタービン及びガスタービンの起動方法並びに複合発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための請求項１の発明のガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、起動時に前記タービンから排出された排気ガスの少なくとも一部を前記圧縮機に再循環する排気ガス再循環ラインが設けられたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明のガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、起動時に前記タービンから排出された排気ガスの少なくとも一部を大気に開放する排気ガス排出ラインが設けられたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の発明のガスタービンでは、前記排気ガス再循環ラインまたは前記排気ガス排出ラインに開閉弁が設けられ、タービン軸が予め設定された第１所定回転数以上になったときに、前記燃焼器を作動すると共に前記開閉弁を開放することを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明のガスタービンでは、前記排気ガス再循環ラインまたは前記排気ガス排出ラインに開閉弁が設けられ、タービン軸の駆動回転開始時に前記開閉弁を開放することを特徴としている。
【００１３】
請求項５の発明のガスタービンでは、前記タービン軸が予め設定された第２所定回転数以上になったときに、前記開閉弁を閉止することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項６の発明の複合発電システムは、高圧の燃料と高圧の空気をガスタービンにて燃焼し、発生した燃焼ガスにより発電すると共に、前記ガスタービンから排出された高温の排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電し、冷却された給水をボイラに戻して過熱する複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの起動時に排出された排気ガスの少なくとも一部を圧縮機に再循環する排気ガス再循環ラインが設けられたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７の発明の複合発電システムは、高圧の燃料と高圧の空気をガスタービンにて燃焼し、発生した燃焼ガスにより発電すると共に、前記ガスタービンから排出された高温の排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電し、冷却された給水をボイラに戻して過熱する複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの起動時に排出された排気ガスの少なくとも一部を大気に開放する排気ガス排出ラインが設けられたことを特徴とするものである。
【００１６】
更に、請求項８の発明のガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、起動時に前記圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部を前記タービンの後方段に供給するバイパスラインが設けられたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項９の発明のガスタービンでは、前記バイパスラインに開閉弁が設けられ、タービン軸が予め設定された第１所定回転数以上になったときに、前記燃焼器を作動すると共に前記開閉弁を開放することを特徴としている。
【００１８】
請求項１０の発明のガスタービンでは、前記バイパスラインに開閉弁が設けられ、タービン軸の駆動回転開始時に前記開閉弁を開放することを特徴としている。
【００１９】
請求項１１の発明のガスタービンでは、前記タービン軸が予め設定された第２所定回転数以上になったときに、前記開閉弁を閉止することを特徴としている。
【００２０】
請求項１２の発明のガスタービンでは、前記バイパスラインは、前記タービンの後方段における静翼内に連結され、該静翼に圧縮空気を旋回成分の空気流として動翼に向けて排出するスリットが設けられたことを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１３の発明のガスタービンの起動方法は、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、起動時に前記タービンから排出された排気ガスの少なくとも一部を大気に開放することを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項１４の発明のガスタービンの起動方法は、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、起動時に前記圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部を前記タービンの後方段に供給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明のガスタービンによれば、起動時にタービンから排出された排気ガスの少なくとも一部を圧縮機に再循環する排気ガス再循環ラインを設けたので、ガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るが、ガスタービンの起動時に、タービンから排出された排気ガスの一部を排気ガス再循環ラインにより圧縮機に再循環するため、排圧を低下することができ、タービン膨張比を高めて排気ガス温度を低下させることができる一方、タービンの駆動トルクを高めて昇速率を高くすることができると共に、圧縮機の吸気流量を低減して必要駆動トルクを減少することができ、その結果、起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制することができる。
【００２４】
請求項２の発明のガスタービンによれば、起動時にタービンから排出された排気ガスの少なくとも一部を大気に開放する排気ガス排出ラインを設けたので、ガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るが、ガスタービンの起動時に、タービンから排出された排気ガスの一部を排気ガス排出ラインにより大気に開放するため、排圧を低下することができ、タービン膨張比を高めて排気ガス温度を低下させることができる一方、タービンの駆動トルクを高めて昇速率を高くすることができ、その結果、起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制することができる。
【００２５】
請求項３の発明のガスタービンによれば、排気ガス再循環ラインまたは排気ガス排出ラインに開閉弁を設け、タービン軸が予め設定された第１所定回転数以上になったときに燃焼器を作動すると共に開閉弁を開放するので、燃焼器での着火後に開閉弁を開放してタービンから排出された排気ガスの一部を圧縮機に再循環または大気に開放することとなり、燃焼後の排圧を低下することで、タービン膨張比を高めることができる。
【００２６】
請求項４の発明のガスタービンによれば、排気ガス再循環ラインまたは排気ガス排出ラインに開閉弁を設け、タービン軸の駆動回転開始時に開閉弁を開放するので、タービン軸の駆動回転開始直後から開閉弁を開放してタービンから排出された排気ガスの一部を圧縮機に再循環または大気に開放することとなり、起動時からの排圧を低下することで、タービン膨張比を高めることができる。
【００２７】
請求項５の発明のガスタービンによれば、タービン軸が予め設定された第２所定回転数以上になったときに開閉弁を閉止するので、ガスタービンが自立できる第２所定回転数以上になってから、開閉弁を閉止してタービンから排出された排気ガスの再循環または大気開放を停止することとなり、ガスタービンを早期に起動して発電を開始することかできる。
【００２８】
また、請求項６の発明の複合発電システムによれば、ガスタービンの起動時に排出された排気ガスの少なくとも一部を圧縮機に再循環する排気ガス再循環ラインを設けたので、複合発電システムは、高圧の燃料と高圧の空気をガスタービンにて燃焼し、発生した燃焼ガスにより発電すると共に、ガスタービンから排出された高温の排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電するが、ガスタービンの起動時に、タービンから排出された排気ガスの一部を排気ガス再循環ラインにより圧縮機に再循環するため、ガスタービンからボイラに続く排気ガスラインの排圧を低下することができ、タービン膨張比を高めて排気ガス温度を低下させることができる一方、タービンの駆動トルクを高めて昇速率を高くすることができると共に、圧縮機の吸気流量を低減して必要駆動トルクを減少することができ、その結果、起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制することができる。
【００２９】
請求項７の発明の複合発電システムによれば、起動時にタービンから排出された排気ガスの少なくとも一部を大気に開放する排気ガス排出ラインを設けたので、複合発電システムは、高圧の燃料と高圧の空気をガスタービンにて燃焼し、発生した燃焼ガスにより発電すると共に、ガスタービンから排出された高温の排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電するが、ガスタービンの起動時に、タービンから排出された排気ガスの一部を排気ガス再循環ラインにより圧縮機に再循環するため、ガスタービンからボイラに続く排気ガスラインの排圧を低下することができ、タービン膨張比を高めて排気ガス温度を低下させることができる一方、タービンの駆動トルクを高めて昇速率を高くすることができ、その結果、起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制することができる。
【００３０】
更に、請求項８の発明のガスタービンによれば、起動時に圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部をタービンの後方段に供給するバイパスラインを設けたので、ガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るが、ガスタービンの起動時に、圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部をバイパスラインによりタービンの後方段に供給するため、タービンの後方段における空気量が増加され、低トルク作動形態から高トルク作動形態に移行させることができ、タービン発生トルクを高めて昇速率を高くすることができ、その結果、起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制することができる。
【００３１】
請求項９の発明のガスタービンによれば、バイパスラインに開閉弁を設け、タービン軸が予め設定された第１所定回転数以上になったときに燃焼器を作動すると共に開閉弁を開放するので、燃焼器での着火後に開閉弁を開放して圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部をタービンの後方段に供給することとなり、燃焼後のタービン発生トルクを高めて昇速率を高くすることができる。
【００３２】
請求項１０の発明のガスタービンによれば、バイパスラインに開閉弁を設け、タービン軸の駆動回転開始時に開閉弁を開放するので、タービン軸の駆動回転開始直後から開閉弁を開放して圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部をタービンの後方段に供給することとなり、起動時からのタービン発生トルクを高めて昇速率を高くすることができる。
【００３３】
請求項１１の発明のガスタービンによれば、タービン軸が予め設定された第２所定回転数以上になったときに開閉弁を閉止するので、ガスタービンが自立できる第２所定回転数以上になってから、開閉弁を閉止してタービンの後方段への圧縮空気の供給を停止することとなり、ガスタービンを早期に起動して発電を開始することかできる。
【００３４】
請求項１２の発明のガスタービンによれば、バイパスラインはタービンの後方段における静翼内に連結され、この静翼に圧縮空気を旋回成分の空気流として動翼に向けて排出するスリットを設けたので、タービンの後方段に供給された圧縮空気を静翼のスリットから旋回成分の空気流として動翼に向けて排出することで、圧縮空気の排出時における圧力損失を最小限に抑制してタービンの駆動力を補助することができる。
【００３５】
請求項１３の発明のガスタービンの起動方法によれば、起動時にタービンから排出された排気ガスの少なくとも一部を大気に開放するようにしたので、ガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るが、ガスタービンの起動時に、タービンから排出された排気ガスの一部を大気に開放するため、排圧を低下することができ、タービン膨張比を高めて排気ガス温度を低下させることができる一方、タービンの駆動トルクを高めて昇速率を高くすることができ、その結果、起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制することができる。
【００３６】
請求項１４の発明のガスタービンの起動方法によれば、起動時に圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部をタービンの後方段に供給するようにしたので、ガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るが、ガスタービンの起動時に、圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部をタービンの後方段に供給するため、タービンの後方段における空気量が増加され、低トルク作動形態から高トルク作動形態に移行させることができ、タービン発生トルクを高めて昇速率を高くすることができ、その結果、起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービン及びガスタービンの起動方法並びに複合発電システムの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３８】
図１は、本発明の実施例１に係るガスタービンが適用された複合発電システムを表す概略構成図、図２は、実施例１のガスタービンの起動時におけるタービン回転数及び膨張比の変化を表すグラフである。
【００３９】
実施例１の複合発電システムにおいて、図１に示すように、ガスタービン１１は、圧縮機１２と燃焼器１３とタービン１４とを有しており、タービン軸１５を介して発電機１６が連結されている。この発電機１６はサイリスタモータであって、ガスタービン起動用モータとして機能すると共に、ガスタービン起動後の発電機として機能する。そして、ガスタービン１１における圧縮機１２に入口側には、フィルタ１７を有する吸気管１８が連結される一方、タービン１４の出口側には排気管１９が連結されている。
【００４０】
ガスタービン１１の排気管１９は、排熱回収ボイラ２０を介して煙突２１に連結されている。この排熱回収ボイラ２０は、例えば、高圧ボイラと中圧ボイラと低圧ボイラを有しており、ガスタービン１１からの排気ガスにより各ボイラでそれぞれ蒸気を発生させることができる。蒸気タービン２２は、排熱回収ボイラ２０で発生した蒸気が配管２３により供給されることで駆動し、連結された発電機２４を運転することができる。そして、この蒸気タービン２２に供給された蒸気は配管２５により復水器２６に送られて凝縮された後、復水ポンプ２７により排熱回収ボイラ２０に送られるようになっている。
【００４１】
ここで、上述した複合発電プラントの作動について説明すると、ガスタービン１１では、吸気管１８を通して圧縮機１２に取り込まれた空気が圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、この圧縮空気が燃焼器１３に送られ、ここで、この圧縮空気に対して所定量の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器１３で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１４に送られて複数の静翼及び動翼を通過することでタービン軸１５を駆動回転し、発電機１６を回転駆動して発電を行う。一方、タービン１４から排出された排気ガスは、排気管１６を通って排熱回収ボイラ２０に送られ、ここで、高温・高圧の排気ガスにより蒸気を生成する。ここで生成された蒸気は配管２３を通って蒸気タービン２２に送られ、この蒸気タービン２２を駆動することで発電機２４を回転駆動して発電を行う。そして、この蒸気タービン２２に供給された蒸気は配管２５により復水器２６に送られて凝縮された後、復水ポンプ２７により排熱回収ボイラ２０に戻される。
【００４２】
このように構成された複合発電プラントにて、ガスタービン１１は、毎日、起動と停止を繰り返すような運転形態が多いため、排気浄化効率や燃料コストの面で、起動時間を短くすることが重要である。そこで、本実施例では、ガスタービン１１の起動時に、タービン１４から排出された排気ガスの少なくとも一部を圧縮機１２に再循環することで、排圧を低下して膨張比を高めて起動時間を短縮するようにしている。
【００４３】
即ち、タービン１４の排気管１９から圧縮機１２の吸気管１８に至る排気ガス再循環ライン３１を設け、この排気ガス再循環ライン３１に開閉弁３２を設けている。この場合、排気ガス再循環ライン３１の下流端部を、圧縮機１２における図示しないＩＧＶ（Inlet Guide Vane）よりも下流側に連結することが望ましい。
【００４４】
従って、ガスタービン１１を起動するとき、発電機１６を起動モータとして機能させることで、タービン軸１５の駆動回転を開始し、このタービン軸１５の回転数が予め設定された第１所定回転数以上になったときに、燃焼器１３を作動して着火すると同時に開閉弁３２を開放することで、タービン１４から排出された排気ガスを排気ガス再循環ライン３１を通して圧縮機１２に再循環させる。この場合、排気管１９の下流側に排熱回収ボイラ２０が連結されることで正圧（圧力損失）が作用し、また、圧縮機１２が作動することで吸気管１８側に負圧が作用しているため、開閉弁３２を開放するだけで、排気ガスを圧縮機１２に再循環することができる。
【００４５】
その後、タービン軸１５の回転数が予め設定された第２所定回転数以上になったときに、開閉弁３２を閉止することで、排気ガス再循環ライン３１による排気ガスの圧縮機１２への再循環を停止させる。そして、起動モータとして機能させていた発電機１６を発電機として機能させ、燃焼器１３への燃料の投入量を増やして定格回転数まで昇速して起動し、その後、定常運転とする。
【００４６】
この場合、第２所定回転数は、ガスタービン１１が自立できる回転数（例えば、定格回転の７０％の回転数）であり、第１所定回転数は、第２所定回転数より低く、圧縮機１２により圧縮された圧縮空気に燃料を投入して着火可能な回転数である。
【００４７】
ここで、実施例１の複合発電システムにおいて、ガスタービン１１の起動時におけるタービン回転数及び膨張比について詳細に説明する。図２のグラフに示すように、まず、時間ｔ0にて、発電機（起動モータ）１６によりタービン軸１５を駆動回転すると、タービン回転数Ｎが上昇すると共に膨張比Ｒが上昇する。ここで、膨張比Ｒは、燃焼器１３からタービン１４に送られる燃焼ガスの圧力をＰ1、タービン１４から排出される排気ガスの圧力をＰ2としたとき、Ｒ＝Ｐ1／Ｐ2により求められるものである。
【００４８】
次に、従来の制御にあっては、図２に点線で表すように、時間ｔ1にて、タービン軸１５の回転数Ｎが第１所定回転数Ｎ1になると、燃焼器１３を作動して着火する。すると、燃焼器１３で生成された燃焼ガスがタービン１４に送られることで、タービン１４が駆動してタービン回転数Ｎが更に上昇すると共に膨張比Ｒも上昇する。続いて、時間ｔ2にて、タービン軸１５の回転数Ｎが第２所定回転数Ｎ2になると、発電機（起動モータ）１６によるタービン軸１５の駆動を停止する。そして、タービン軸１５の回転数Ｎが第２所定回転数Ｎ2になって自立すると、燃焼器１３への燃料の投入量を増やして定格回転数まで昇速して定常運転としている。
【００４９】
一方、本実施例の制御にあっては、図２に実線で表すように、時間ｔ1にて、タービン軸１５の回転数Ｎが第１所定回転数Ｎ1になると、燃焼器１３を作動して着火すると同時に開閉弁３２を開放する。すると、燃焼器１３で生成された燃焼ガスがタービン１４に送られることで、タービン１４が駆動してタービン回転数Ｎが更に上昇すると共に膨張比Ｒも上昇する。また、開閉弁３２を開放してタービン１４から排出された排気ガスが排気ガス再循環ライン３１を通して圧縮機１２に再循環されるため、タービン１４の排圧（タービン１４から排出される排気ガスの圧力Ｐ2）を低下することができ、膨張比を高めて排気ガス温度を低下させることができる。更に、タービン１４の排圧が低下するため、タービン１４の駆動トルクを高めて昇速率を高くすることができる。一方、排気ガスが圧縮機１２に導入されると共に、吸気管１８から導入される吸気流量を低減し、必要駆動トルクを減少することができる。
【００５０】
従って、従来の制御による時間ｔ2よりも早い時間ｔ3にて、タービン軸１５の回転数Ｎが第２所定回転数Ｎ2になり、ここで、発電機（起動モータ）１６によるタービン軸１５の駆動を停止すると同時に開閉弁３２を閉止し、排気ガス再循環ライン３１による排気ガスの圧縮機１２への再循環を停止する。そして、タービン軸１５の回転数Ｎが第２所定回転数Ｎ2になって自立すると、燃焼器１３への燃料の投入量を増やして定格回転数まで昇速して定常運転とする。
【００５１】
上述した説明から、従来のガスタービンでは、時間ｔ0から時間ｔ1までの領域ａで発電機１６によりタービン軸１５を駆動回転し、時間ｔ2までの領域ｂで発電機１６及び燃焼器１３の作動によりタービン軸１５を駆動回転し、時間ｔ2以降の領域ｃで燃焼器１３の作動のみによりタービン軸１５を駆動回転して定常運転としている。一方、本実施例のガスタービンでは、時間ｔ1までの領域Ａ（Ａ＝ａ）で発電機１６によりタービン軸１５を駆動回転し、時間ｔ3までの領域Ｂ（Ｂ＜ｂ）で発電機１６及び燃焼器１３の作動によりタービン軸１５を駆動回転し、時間ｔ3以降の領域Ｃ（Ｃ＞ｃ）で燃焼器１３の作動のみによりタービン軸１５を駆動回転して定常運転としている。従って、本実施例では、従来よりも短い時間で第２所定回転数Ｎ2まで昇速し、早期に定常運転に移行することができ、ガスタービン１１の起動時間を短縮することができる。
【００５２】
このように実施例１のガスタービン及び複合発電システムにあっては、高圧の燃料と高圧の空気をガスタービン１１にて燃焼し、発生した燃焼ガスにより発電すると共に、ガスタービン１１から排出された高温の排気ガスを排熱回収ボイラ２０に送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービン２２に送って発電するように構成し、ガスタービン１１の起動時にタービン１４から排出された排気ガスの少なくとも一部を圧縮機１２に再循環する排気ガス再循環ライン３１を設けている。
【００５３】
従って、ガスタービン１１は、圧縮機１２で圧縮した圧縮空気に燃焼器１３で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン１４に供給することで回転動力を得るが、このガスタービン１１の起動時には、タービン１４から排出された排気ガスの一部を排気ガス再循環ライン３１により圧縮機１２に再循環するため、タービン１４の排圧を低下することができ、膨張比を高めて排気ガス温度を低下させることができる一方、タービン１４の駆動トルクを高めて昇速率を高くすることができると共に、圧縮機１２の吸気流量を低減して必要駆動トルクを減少することができ、その結果、ガスタービン１１及び複合発電システムの起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制することができる。
【００５４】
また、本実施例のガスタービンでは、排気ガス再循環ライン３１に開閉弁３２を設け、タービン軸１５が第１所定回転数以上になったときに燃焼器１３を作動すると共に開閉弁３２を開放するようにしている。従って、燃焼器１３での着火後に開閉弁３２を開放してタービン１４から排出された排気ガスの一部を圧縮機１２に再循環することとなり、燃焼後の排圧を低下することで、膨張比を確実に高めることができる。
【００５５】
更に、本実施例のガスタービンでは、タービン軸１５が第２所定回転数以上になったときに開閉弁３２を閉止するようにしている。従って、ガスタービン１１が自立できる第２所定回転数以上になってから、開閉弁３２を閉止してタービン１４から排出された排気ガスの再循環を停止することとなり、ガスタービン１１を早期に起動して発電を開始することかできる。
【００５６】
また、排気ガス再循環ライン３１の下流端部を圧縮機１２におけるＩＧＶよりも下流側に連結するようにしている。ガスタービン１１の起動時に、圧縮機１２への吸気流量を制限することで、発電機（起動モータ）１６によるタービン軸１５の高い加速率を確保するため、ＩＧＶの開度が閉止側に位置しており、このとき、排気ガスを圧縮機１２におけるＩＧＶよりも下流側に導入することで、排気ガスを圧縮機１２に効率良く導入することができる。
【実施例２】
【００５７】
図３は、本発明の実施例２に係るガスタービンが適用された複合発電システムにおけるガスタービンの起動時におけるタービン回転数及び膨張比の変化を表すグラフである。なお、本実施例の複合発電システムにおける全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５８】
実施例２の複合発電システムの全体構成は、前述した実施例１と同様であり、起動時における開閉弁の開閉制御だけが相違している。ここで、実施例２の複合発電システムにおいて、ガスタービン１１の起動時におけるタービン回転数及び膨張比について詳細に説明する。まず、従来の制御では、図３に点線で表すように、時間ｔ0にて、発電機（起動モータ）１６によりタービン軸１５を駆動回転すると、タービン回転数Ｎが上昇すると共に膨張比Ｒが上昇する。次に、時間ｔ1にて、タービン軸１５の回転数Ｎが第１所定回転数Ｎ1になると、燃焼器１３を作動して着火する。すると、燃焼器１３で生成された燃焼ガスがタービン１４に送られることで、タービン１４が駆動してタービン回転数Ｎが更に上昇すると共に膨張比Ｒも上昇する。続いて、時間ｔ2にて、タービン軸１５の回転数Ｎが第２所定回転数Ｎ2になると、発電機（起動モータ）１６によるタービン軸１５の駆動を停止し、ガスタービン１１が自立するため、燃焼器１３への燃料の投入量を増やして定格回転数まで昇速して定常運転とする。
【００５９】
一方、本実施例の制御にあっては、図３に実線で表すように、時間ｔ0にて、発電機（起動モータ）１６によりタービン軸１５を駆動回転すると同時に開閉弁３２を開放すると、タービン回転数Ｎが上昇すると共に膨張比Ｒが上昇する。次に、時間ｔ11にて、タービン軸１５の回転数Ｎが第１所定回転数Ｎ1になると、燃焼器１３を作動して着火する。すると、燃焼器１３で生成された燃焼ガスがタービン１４に送られることで、タービン１４が駆動してタービン回転数Ｎが更に上昇すると共に膨張比Ｒも上昇する。この場合、始動時から開閉弁３２が開放されているため、タービン１４から排出された排気ガスが排気ガス再循環ライン３１を通して圧縮機１２に再循環され、タービン１４の排圧（タービン１４から排出される排気ガスの圧力Ｐ2）を低下することができ、膨張比を高めて排気ガス温度を低下させることができる。更に、タービン１４の排圧が低下するため、タービン１４の駆動トルクを高めて昇速率を高くすることができる。一方、排気ガスが圧縮機１２に導入される太炉に吸気管１８から導入される吸気流量を低減し、必要駆動トルクを減少することができる。
【００６０】
従って、従来の制御による時間ｔ1よりも早い時間ｔ11にて、タービン軸１５の回転数Ｎが第１所定回転数Ｎ2になり、また、時間ｔ2よりも早い時間ｔ12にて、タービン軸１５の回転数Ｎが第２所定回転数Ｎ2になり、ここで、発電機（起動モータ）１６によるタービン軸１５の駆動を停止すると同時に開閉弁３２を閉止し、排気ガス再循環ライン３１による排気ガスの圧縮機１２への再循環を停止する。そして、タービン軸１５の回転数Ｎが第２所定回転数Ｎ2になって自立すると、燃焼器１３への燃料の投入量を増やして定格回転数まで昇速して定常運転とする。
【００６１】
上述した説明から、本実施例のガスタービンでは、時間ｔ0から時間ｔ11までの領域Ａ（Ａ＝ａ）で発電機１６によりタービン軸１５を駆動回転し、時間ｔ12までの領域Ｂ（Ｂ＜ｂ）で発電機１６及び燃焼器１３の作動によりタービン軸１５を駆動回転し、時間ｔ12以降の領域Ｃ（Ｃ＞ｃ）で燃焼器１３の作動のみによりタービン軸１５を駆動回転して定常運転としている。従って、本実施例では、従来よりも、また、実施例１よりも短い時間で第２所定回転数Ｎ2まで昇速し、早期に定常運転に移行することができ、ガスタービン１１の起動時間を短縮することができる。
【００６２】
このように実施例２のガスタービン及び複合発電システムにあっては、タービン１４から排出された排気ガスの一部を圧縮機１２に再循環する排気ガス再循環ライン３１を設けると共に、この排気ガス再循環ライン３１に開閉弁３２を設け、ガスタービン１１の起動時からが第２所定回転数Ｎ2に昇速されるまで開閉弁３２を開放し、タービン１４から排出された排気ガスを圧縮機１２に再循環している。
【００６３】
従って、ガスタービン１１は、圧縮機１２で圧縮した圧縮空気に燃焼器１３で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン１４に供給することで回転動力を得るが、このガスタービン１１の起動直後から、タービン１４から排出された排気ガスの一部を排気ガス再循環ライン３１により圧縮機１２に再循環するため、タービン１４の排圧を低下することができ、膨張比を高めて排気ガス温度を低下させることができる一方、タービン１４の駆動トルクを高めて昇速率を高くすることができると共に、圧縮機１２の吸気流量を低減して必要駆動トルクを減少することができ、その結果、ガスタービン１１及び複合発電システムの起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制することができる。
【実施例３】
【００６４】
図４は、本発明の実施例３に係るガスタービンが適用された複合発電システムを表す概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６５】
実施例３の複合発電システムにおいて、図４に示すように、ガスタービン１１は、圧縮機１２と燃焼器１３とタービン１４とを有し、タービン軸１５を介して発電機１６が連結されており、圧縮機１２に入口側にフィルタ１７を有する吸気管１８が連結される一方、タービン１４の出口側に排気管１９が連結されている。そして、ガスタービン１１の排気管１９は、排熱回収ボイラ２０を介して煙突２１に連結されている。蒸気タービン２２は、排熱回収ボイラ２０で発生した蒸気が配管２３により供給されることで駆動し、発電機２４を運転する。そして、この蒸気タービン２２に供給された蒸気は配管２５により復水器２６に送られて凝縮された後、復水ポンプ２７により排熱回収ボイラ２０に送られる。
【００６６】
このように構成された複合発電プラントにて、本実施例では、ガスタービン１１の起動時に、タービン１４から排出された排気ガスの少なくとも一部を大気に開放することで、排圧を低下して膨張比を高めて起動時間を短縮するようにしている。即ち、タービン１４の排気管１９から排熱回収ボイラ２０をバイパスして煙突２１に至る排気ガス排出ライン４１を設け、この排気ガス排出ライン４１に開閉弁４２を設けている。
【００６７】
従って、ガスタービン１１を起動するとき、発電機１６を起動モータとして機能させることで、タービン軸１５の駆動回転を開始し、このタービン軸１５の回転数が予め設定された第１所定回転数以上になったときに、燃焼器１３を作動して着火すると同時に開閉弁４２を開放することで、タービン１４から排出された排気ガスを排気ガス排出ライン４１を通して煙突２１から大気に排出させる。その後、タービン軸１５の回転数が予め設定された第２所定回転数以上になったときに、開閉弁４２を閉止することで、排気ガス排出ライン４１による排気ガスの大気への排出を停止させる。そして、起動モータとして機能させていた発電機１６を発電機として機能させ、燃焼器１３への燃料の投入量を増やして定格回転数まで昇速して起動し、その後、定常運転とする。
【００６８】
この場合、上述した実施例２のように、発電機１６によりタービン軸１５の駆動回転を開始すると同時に開閉弁４２を開放することで、タービン１４から排出された排気ガスを排気ガス排出ライン４１を通して煙突２１から大気に排出させてもよい。
【００６９】
このように実施例３のガスタービン及び複合発電システムにあっては、高圧の燃料と高圧の空気をガスタービン１１にて燃焼し、発生した燃焼ガスにより発電すると共に、ガスタービン１１から排出された高温の排気ガスを排熱回収ボイラ２０に送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービン２２に送って発電するように構成し、ガスタービン１１の起動時にタービン１４から排出された排気ガスの少なくとも一部を大気に排出する排気ガス排出ライン４１を設けている。
【００７０】
従って、ガスタービン１１は、圧縮機１２で圧縮した圧縮空気に燃焼器１３で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン１４に供給することで回転動力を得るが、このガスタービン１１の起動時には、タービン１４から排出された排気ガスの一部を排気ガス排出ライン４１により大気に排出するため、タービン１４の排圧を低下することができ、膨張比を高めて排気ガス温度を低下させることができる一方、タービン１４の駆動トルクを高めて昇速率を高くすることができると共に、圧縮機１２の吸気流量を低減して必要駆動トルクを減少することができ、その結果、ガスタービン１１及び複合発電システムの起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制することができる。
【００７１】
また、本実施例のガスタービンでは、排気ガス排出ライン４１に開閉弁４２を設け、タービン軸１５の起動時または第１所定回転数以上になったときに開閉弁４２を開放するようにしている。従って、起動時に圧縮機で圧縮された圧縮空気、または、燃焼器１３で燃焼した燃焼ガスの一部を圧縮機１２に再循環することとなり、起動後または燃焼後からその排圧を低下させることで、膨張比を確実に高めることができる。
【００７２】
更に、本実施例のガスタービンでは、タービン軸１５が第２所定回転数以上になったときに開閉弁４２を閉止するようにしている。従って、ガスタービン１１が自立できる第２所定回転数以上になってから、開閉弁４２を閉止してタービン１４から排出された排気ガスの大気排出を停止することとなり、ガスタービン１１を早期に起動して発電を開始することかできる。
【実施例４】
【００７３】
図５は、本発明の実施例４に係るガスタービンを表す概略構成図、図６は、実施例４のガスタービンにおける抽気ラインを説明する静翼及び動翼を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７４】
実施例４の複合発電システムにおいて、図５に示すように、ガスタービン１１は、圧縮機１２と燃焼器１３とタービン１４とを有しており、圧縮機１２に入口側に吸気管１８が連結され、タービン１４の出口側に排気管１９が連結されている。そして、圧縮機１２には、各段ごとに４つの車室１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが設けられる一方、タービンにも、各段ごとに４つの車室１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが設けられている。そして、圧縮機１２における第１、第２、第３段車室１２ａ，１２ｂ，１２ｃから排気管１９に至る３つの抽気ライン５１ａ，５１ｂ，５１ｃが設けられると共に、第４段車室１２ｄから燃焼器１３に圧縮空気を供給する供給ラインに、排気管１９に至る抽気ライン５１ｄが設けられている。そして、各抽気ライン５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄに開閉弁５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄが装着されている。
【００７５】
また、各抽気ライン５１ａ，５１ｂ，５１ｃから分岐してタービン１４における第２、第３、第４段車室１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに至る冷却ライン５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが設けられている。更に、本実施例では、第１抽気ライン５１ａから分岐した第４冷却ライン５３ｄから分岐したバイパスライン５４が設けられ、このバイパスライン５４に開閉弁５５が装着されている。
【００７６】
一方、図５及び図６に示すように、タービン１４の第４段にて、図示しないケーシングに複数の静翼５６が装着される一方、タービン軸１５に各静翼５６の下流側に位置して複数の動翼５７が装着されている。この各静翼５６は中空形状をなすと共に、内部が仕切部材５８により第１、第２中空部５６ａ，５６ｂに区画されている。そして、第４冷却ライン５３ｄの先端が静翼５６の第１中空部５６ａに連結される一方、バイパスライン５４の先端が第２中空部５６ｂに連結されている。この第１中空部５６ａは、圧縮機１２の車室１２ａから抽気された冷却空気が供給されて静翼５６自体を冷却するためのものであると共に、この冷却空気をタービン軸１５の図示しない軸受部にシールエアとして供給し、この軸受部からの潤滑油の漏洩を阻止している。また、静翼５６には、第２中空部５６ｂに対応してその内腹側にスリット５９が形成されており、第２中空部５６ｂは、圧縮機１２の車室１２ａから抽気された冷却空気が供給されて静翼５６自体を冷却すると共に、この冷却空気を旋回成分の空気流としてスリット５９から動翼５７に向けて排出するようにしている。
【００７７】
従って、ガスタービン１１を起動するとき、タービン軸１５の駆動回転を開始し、このタービン軸１５の回転数が予め設定された第１所定回転数以上になったときに、燃焼器１３を作動して着火すると同時に開閉弁５５を開放することで、圧縮機１２の第１段車室１２ａから抽気された圧縮空気が抽気ライン５１ａ、冷却ライン５３ｄ、バイパスライン５４を通してタービン１４における第４段の各静翼５６の第２中空部５６ｂに供給され、それぞれのスリット５９から動翼５７に向けて旋回成分の空気流として排出される。その後、タービン軸１５の回転数が予め設定された第２所定回転数以上になったときに、開閉弁５５を閉止することで、バイパスライン５４による圧縮空気のタービン１４の後方段への排出を停止させる。そして、タービン軸１５の起動を停止して燃焼器１３への燃料の投入量を増やして定格回転数まで昇速し、その後、定常運転とする。
【００７８】
このように実施例４のガスタービン及び複合発電システムにあっては、ガスタービン１１の起動時に圧縮機１２から抽気した圧縮空気の一部をタービン１４の後方段に供給するバイパスライン５４を設け、このバイパスライン５４に開閉弁５５を設けている。
【００７９】
従って、ガスタービン１１は、圧縮機１２で圧縮した圧縮空気に燃焼器１３で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン１４に供給することで回転動力を得るが、このガスタービン１１の起動時には、圧縮機１２から抽気した圧縮空気を抽気ライン５１ａ、冷却ライン５３ｄ、バイパスライン５４を通してタービン１４の後方段（第４段）に供給するため、タービン１４の後方段における空気量が増加され、タービン１４を圧縮作動形態からタービン作動形態に移行させることができ、タービン発生トルクを高めて昇速率を高くすることができ、その結果、ガスタービン１１及び複合発電システムの起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制することができる。
【００８０】
また、本実施例では、ガスタービン１１の起動時に、開閉弁５５を開放し、圧縮機１２の第１段車室１２ａから抽気された圧縮空気を抽気ライン５１ａ、冷却ライン５３ｄ、バイパスライン５４を通してタービン１４における第４段の各静翼５６の第２中空部５６ｂに供給し、各スリット５９から動翼５７に向けて旋回成分の空気流として排出するようにしている。従って、静翼５６のスリット５９から圧縮空気に旋回成分を与えて旋回空気流として動翼５７に向けて排出するため、排出時の圧力損失を抑制してタービン軸１５を駆動するためのエネルギとして使用することで、タービン１４の駆動トルクを低減することができる。
【実施例５】
【００８１】
図７は、本発明の実施例５に係るガスタービンにおける抽気ラインを説明する静翼及び動翼を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００８２】
実施例５のガスタービンにおいて、図７に示すように、タービン１４の第４段にて、第４冷却ライン５３ｄの先端が静翼５６の第１中空部５６ａに連結される一方、バイパスライン５４の先端が第２中空部５６ｂに連結されている。そして、静翼５６には、第２中空部５６ｂに対応してその先端にスリット６０が形成されており、第２中空部５６ｂは、圧縮機１２の車室１２ａから抽気された冷却空気が供給されて静翼５６自体を冷却すると共に、この冷却空気を旋回成分の空気流としてスリット６０から動翼５７に向けて排出するようにしている。
【００８３】
従って、ガスタービンの起動時に、燃焼器を作動して着火すると同時に開閉弁５５を開放することで、圧縮機から抽気された圧縮空気が抽気ライン、冷却ライン、バイパスライン５４を通してタービン１４における第４段の各静翼５６の第２中空部５６ｂに供給され、それぞれのスリット６０から動翼５７に向けて旋回成分の空気流として排出される。そして、起動後に、開閉弁５５を閉止することで、バイパスライン５４による圧縮空気のタービン１４の後方段への排出を停止させる。そして、タービン軸の起動を停止して燃焼器への燃料の投入量を増やして定格回転数まで昇速し、その後、定常運転とする。
【００８４】
このように実施例５のガスタービン及び複合発電システムにあっては、圧縮機から抽気した圧縮空気の一部をタービン１４の後方段に供給するバイパスライン５４を設けると共に、このバイパスライン５４に開閉弁５５を設け、ガスタービンの起動時に、開閉弁５５を開放し、圧縮機から抽気された圧縮空気を抽気ライン、冷却ライン、バイパスライン５４を通してタービン１４における第４段の各静翼５６の第２中空部５６ｂに供給し、各スリット６０から動翼５７に向けて旋回成分の空気流として排出するようにしている。
【００８５】
従って、タービン１４の後方段における空気量が増加され、タービン１４を圧縮作動形態からタービン作動形態に移行させることができ、タービン発生トルクを高めて昇速率を高くすることができ、その結果、ガスタービン１１及び複合発電システムの起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制することができる。また、静翼５６のスリット５９から圧縮空気に旋回成分を与えて旋回空気流として動翼５７に向けて排出するため、排出時の圧力損失を抑制してタービン軸１５を駆動するためのエネルギとして使用することで、タービン１４の駆動トルクを低減することができる。
【実施例６】
【００８６】
図８は、本発明の実施例６に係るガスタービンを表す概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００８７】
実施例６の複合発電システムにおいて、図８に示すように、ガスタービン１１は、圧縮機１２と燃焼器１３とタービン１４とを有しており、圧縮機１２に入口側に吸気管１８が連結され、タービン１４の出口側に排気管１９が連結されている。そして、圧縮機１２には、各段ごとに４つの車室１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが設けられる一方、タービンにも、各段ごとに４つの車室１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが設けられている。そして、圧縮機１２における第１、第２、第３段車室１２ａ，１２ｂ，１２ｃから排気管１９に至る３つの抽気ライン５１ａ，５１ｂ，５１ｃが設けられると共に、第４段車室１２ｄから燃焼器１３に圧縮空気を供給する供給ラインに、排気管１９に至る抽気ライン５１ｄが設けられている。そして、各抽気ライン５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄに開閉弁５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄが装着されている。
【００８８】
また、各抽気ライン５１ａ，５１ｂ，５１ｃから分岐してタービン１４における第２、第３、第４段車室１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに至る冷却ライン５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが設けられている。更に、本実施例では、第４抽気ライン５１ｄから分岐して第４段車室１４ｄに至るバイパスライン６１が設けられ、このバイパスライン６１に開閉弁６２が装着されている。
【００８９】
なお、上述した実施例４、５と同様に、バイパスライン６１の先端は静翼の第２中空部に連結され、冷却空気を旋回成分の空気流としてスリットから動翼に向けて排出することができる。
【００９０】
従って、ガスタービン１１を起動するとき、タービン軸１５の駆動回転を開始し、このタービン軸１５の回転数が予め設定された第１所定回転数以上になったときに、燃焼器１３を作動して着火すると同時に開閉弁６２を開放することで、圧縮機１２の第４段車室１２ｄから抽気された圧縮空気が抽気ライン５１ｄ、バイパスライン６１を通してタービン１４における第４段（各静翼）に供給され、静翼のスリットから動翼５７に向けて旋回成分の空気流として排出される。その後、タービン軸１５の回転数が予め設定された第２所定回転数以上になったときに、開閉弁６２を閉止することで、バイパスライン６１による圧縮空気のタービン１４の後方段への排出を停止させる。そして、タービン軸１５の起動を停止して燃焼器１３への燃料の投入量を増やして定格回転数まで昇速し、その後、定常運転とする。
【００９１】
このように実施例６のガスタービン及び複合発電システムにあっては、ガスタービン１１の起動時に圧縮機１２から抽気した圧縮空気の一部をタービン１４の後方段に供給するバイパスライン６１を設け、このバイパスライン６１に開閉弁６２を設けている。
【００９２】
従って、ガスタービン１１は、圧縮機１２で圧縮した圧縮空気に燃焼器１３で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン１４に供給することで回転動力を得るが、このガスタービン１１の起動時には、圧縮機１２から抽気した圧縮空気を抽気ライン５１ｄ、バイパスライン６１を通してタービン１４の後方段（第４段）に供給するため、タービン１４の後方段における空気量が増加され、タービン１４を圧縮作動形態からタービン作動形態に移行させることができ、タービン発生トルクを高めて昇速率を高くすることができ、その結果、ガスタービン１１及び複合発電システムの起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制することができる。
【００９３】
なお、上述した実施例４、５、６では、ガスタービン１１を起動し、タービン軸１５の回転数が第１所定回転数以上になったときに、燃焼器１３を作動して着火すると同時に開閉弁５５，６２を開放し、圧縮機１２から抽気した圧縮空気をバイパスライン５５，６１を通してタービン１４における後方段に供給するようにしたが、ガスタービン１１の起動時と同時に開閉弁５５，６２を開放し、圧縮機１２の圧縮空気をバイパスライン５５，６１を通してタービン１４における後方段に供給してもよい。この場合、圧縮機１２から抽気した圧縮空気をタービン１４における第４段だけでなく、第３段に供給してもよい。
【００９４】
また、上述した各実施例では、複合発電システムをガスタービン１１と排熱回収ボイラ２０と、蒸気タービン２２により構成したが、排熱回収ボイラ２０を排気再熱ボイラとしたり、過給ボイラ、給水加熱ボイラなどとしてもよく、再生器（熱交換器）としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明に係るガスタービン及びガスタービンの起動方法並びに複合発電システムは、起動時間を短縮することで排気浄化効率の低下や燃料コストの増加を抑制可能とするものであり、いずれの種類のガスタービン並びに複合発電システムにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施例１に係るガスタービンが適用された複合発電システムを表す概略構成図である。
【図２】実施例１のガスタービンの起動時におけるタービン回転数及び膨張比の変化を表すグラフである。
【図３】本発明の実施例２に係るガスタービンが適用された複合発電システムにおけるガスタービンの起動時におけるタービン回転数及び膨張比の変化を表すグラフである。
【図４】本発明の実施例３に係るガスタービンが適用された複合発電システムを表す概略構成図である。
【図５】本発明の実施例４に係るガスタービンを表す概略構成図である。
【図６】実施例４のガスタービンにおける抽気ラインを説明する静翼及び動翼を表す概略図である。
【図７】本発明の実施例５に係るガスタービンにおける抽気ラインを説明する静翼及び動翼を表す概略図である。
【図８】本発明の実施例６に係るガスタービンを表す概略構成図である。
【符号の説明】
【００９７】
１１  ガスタービン
１２  圧縮機
１３  燃焼器
１４  タービン
１５  タービン軸
１６  発電機（起動モータ）
２０  排熱回収ボイラ
２４  蒸気タービン
３１  排気ガス再循環ライン
３２  開閉弁
４１  排気ガス排出ライン
４２  開閉弁
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ  抽気ライン
５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ  冷却ライン
５４，６１  バイパスライン
５５，６２  開閉弁
５６  静翼
５９，６０  スリット
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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