(57)【要約】【課題】  プロセス発電プラント用ガスタービンの高温部品を冷却するためにガスタービンに対して外部流体を使用する装置を提供する。【解決手段】  ガスタービンの高温ガス経路部品を冷却するために閉ループ内に外部流体を使用する。タービン部品の冷却後、加熱された外部流体は、圧縮機吐出ケーシング内に、又はタービンの各段の１つに放出される。タービンの圧縮機吐出ケーシングに放出される外部流体が窒素である場合、窒素は、希釈窒素圧縮機を用いて圧縮される。もしくは、タービンの各段の１つに放出される外部流体が窒素である場合、窒素は圧縮されない。窒素が通る各タービン段のタービンブレード熱交換器は、各タービン段の高温ガス経路部品を冷却するために並列に又は直列に接続することができる。窒素は、任意には空気又は蒸気と混合してもよく、又は混合しなくてもよい。【選択図】      図１
2013151937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温経路に配置されるガスタービンの部品を冷却するための装置であって、タービンは、タービン、該タービンに高温ガスを供給する燃焼器、及び圧縮機吐出ケーシングを介して燃焼器に加圧空気を供給する圧縮機を含むタービンシステムの一部であり、本冷却装置は、
タービンシステムの外部の流体供給源と、
タービン内に配置される少なくとも１つのタービン部品冷却熱交換器と、
外部流体が、外部供給源からタービンのタービン部品冷却熱交換器に移送され、次に熱交換器から移送されて圧縮機吐出ケーシング内又はタービンの段内で放出される、閉ループと
を備え、
熱交換器から移送された外部流体は、高温経路内のタービン部品から熱を除去する装置。
【請求項２】
外部流体は、加熱された流体の圧力が圧縮機吐出圧と等しいか又はそれよりも高い場合、流体が圧縮機吐出ケーシングに到達できるので、圧縮機吐出ケーシングに放出される、請求項１記載の装置。
【請求項３】
外部流体は、加熱された流体が圧縮機吐出圧未満の場合、流体が圧縮機吐出ケーシングに到達できないので、タービン段に放出される、請求項１記載の装置。
【請求項４】
外部流体の全ては、圧縮機吐出ケーシング又はタービン段のいずれかに放出される、請求項１記載の装置。
【請求項５】
外部流体の第１の部分は圧縮機吐出ケーシングに放出され、外部流体の第２の部分はタービン段に放出される、請求項１記載の装置。
【請求項６】
タービンは、多段タービンであり、外部流体の全ては、タービンの各段の中の１つに放出され、外部流体が放出される段は、外部流体の圧力レベルで決まる、請求項３記載の装置。
【請求項７】
閉ループ冷却装置は、内部を外部流体が流れて高温経路のガスタービン部品を冷却する熱交換器で構成される、請求項１記載の装置。
【請求項８】
熱交換器は、直列又は並列に接続される、請求項７記載の装置。
【請求項９】
熱交換器の第１の部分は直列に接続され、熱交換器の第２の部分は並列に接続される、請求項７記載の装置。
【請求項１０】
外部流体は、燃焼器からのガスがタービン段を通って移動する経路のノズルの前でタービン段に放出される、請求項３記載の装置。
【請求項１１】
外部流体は、窒素ガス、二酸化炭素、蒸気、又は空気である、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
外部流体を閉ループに入る前に圧縮して、閉ループに入る際の外部流体の圧力レベルでの期待される圧力降下を補償する外部圧縮機をさらに備える、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
加圧空気を燃焼器に供給する圧縮機から抽出した空気がその中を通り、外部流体がその上を通る熱交換器をさらに備え、これにより、熱を外部流体に加えて、冷たすぎる外部流体で冷却されるタービン部品に対する熱損傷を防止するか、又は外部流体の温度が高すぎる場合、熱を外部流体がタービン部品を冷却できるように外部流体から取り除く、請求項１記載の装置。
【請求項１４】
タービン部品冷却熱交換器の少なくとも１つは、ブレードに穴を備えるタービンブレードであり、ブレードの穴は、外部流体がブレードに流入して冷却し、その後流出して結果的にブレードから熱を取り除くことができる、請求項１記載の装置。
【請求項１５】
タービンは、タービンの各段に配置される複数のタービン部品冷却熱交換器を備える多段タービンであり、タービン段内に配置されるタービン部品冷却熱交換器は、閉ループ内で直列に接続される、請求項１記載の装置。
【請求項１６】
タービンは、タービンの各段に配置される複数のタービン部品冷却熱交換器を備える多段タービンであり、タービン段内に配置されるタービン部品冷却熱交換器は、閉ループ内で並列に接続される、請求項１記載の装置。
【請求項１７】
外部流体は、圧縮機吐出圧プラス２５ｐｓｉａに等しい圧力レベルで圧縮機吐出ケーシングに移送される、請求項２記載の装置。
【請求項１８】
外部流体は窒素ガスであり、窒素ガス供給源は空気分離ユニットであり、空気分離ユニットからの窒素ガスの約０％から４０％が閉ループに流入する前に窒素圧縮機に送られる、請求項１記載の装置。
【請求項１９】
窒素圧縮機からの圧縮窒素は、任意には圧縮機から抽出した蒸気又は空気と混合される、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
窒素は、圧縮機吐出圧プラス１８０ｐｓｉａ及び１８０ｐｐｓに等しい圧力レベルで窒素圧縮機から移送され、熱交換器が直列に接続されたことに起因する閉ループ内での圧力損失を補償する、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
外部流体は、閉ループに入る前に圧縮されていない希釈窒素である、窒素ガスである、請求項１記載の装置。
【請求項２２】
希釈窒素は、約５９°Ｆ及び約８０ｐｓｉａで閉ループに流入する、請求項１２記載の装置。
【請求項２３】
非圧縮希釈窒素は、閉ループに流入する前に、任意には蒸気又は空気と混合される、請求項１２記載の装置。
【請求項２４】
高温経路に配置されるガスタービンの部品を冷却するための装置であって、タービンは、多段タービンであり、タービン、該タービンに高温ガスを供給する燃焼器、及び圧縮機吐出ケーシングを介して燃焼器に加圧空気を供給する圧縮機を含むタービンシステムの一部であり、本冷却装置は、
タービンシステムの外部の流体供給源と、
タービンの各段の複数のタービンブレード熱交換器であって、タービンブレードは穴を有し、各穴は並列又は直列に接続され、内部を外部流体が流れてブレードから熱を取り除く、タービンブレード熱交換器と、
外部流体が、外部供給源からタービンのタービンブレード熱交換器に移送され、タービンブレード熱交換器から移送されて、外部流体の圧力が圧縮機吐出圧よりも高い場合に圧縮機吐出ケーシング内に、又は外部流体の圧力が圧縮機吐出圧よりも低い場合にタービンの段内で放出される、閉ループと
を備え、
熱交換器から移送された外部流体は、高温経路内のタービン部品から熱を除去する装置。
【請求項２５】
高温経路に配置されるガスタービンの部品を冷却するための装置であって、タービンは、多段タービンであり、タービン、該タービンに高温ガスを供給する燃焼器、及び圧縮機吐出ケーシングを介して燃焼器に加圧空気を供給する圧縮機を含むタービンシステムの一部であり、本冷却装置は、
窒素ガス供給源と、
タービンの各段に配置され、並列又は直列に接続される複数のタービンブレード熱交換器と、
窒素ガスが、窒素ガス供給源からタービンの熱交換器に移送され、熱交換器から移送されて圧縮機吐出ケーシング内又は多段タービンの段内で放出される、閉ループと
窒素ガスを閉ループに流入する前に圧縮して、閉ループに入る際に窒素ガスの圧力レベルでの期待される圧力降下を補償する外部圧縮機と、
圧縮機から抽出した空気がその中を通り、外部流体がその上を通り、窒素ガスが閉ループに入る前に窒素ガスに熱を加えるか又はそこから熱を取り除く、熱交換器と
を備え、
タービンの熱交換器から移送された窒素ガスは、高温経路内のタービン部品から熱を除去する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンに関し、詳細には、プロセス発電プラント用ガスタービンの高温部品を冷却するためにガスタービンに対して外部流体を使用する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機から抽出した空気を利用する統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントのガスタービンの静止又は回転部品のオープンループ空気冷却は、タービンのＢｒａｙｔｏｎサイクル、つまりガスタービンの作動を説明する熱力学サイクルの効率を低下させる。効率低下は、（ａ）燃焼器の出口温度を低下させる非充填流に起因する燃焼温度の低下、（ｂ）タービンの上流段での加圧空気のバイパスによる仕事の低下、及び（ｃ）主ガス経路に混入する冷却流の希釈効果による仕事可能性（可用性損失）の低下及び空気力学的効率の関連する損失の低下により生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６６７２０７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プロセス発電プラント用ガスタービンの高温部品を冷却するためにガスタービンに対して外部流体を使用する装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的な実施形態では、高温経路に配置されるガスタービンの部品を冷却するための装置であって、タービンは、タービン、該タービンに高温ガスを供給する燃焼器、及び圧縮機吐出ケーシングを介して燃焼器に加圧空気を供給する圧縮機を含むタービンシステムの一部であり、本冷却装置は、窒素ガス供給源と、タービン内に配置される少なくとも１つの熱交換器と、窒素ガスが、窒素ガス供給源からタービン内の熱交換器に移送され、次に熱交換器から移送されて、圧縮機吐出ケーシング内で又は燃焼器からのガスがタービンを通って移動する経路内のノズルの前で放出される閉ループとを備え、熱交換器から移送された窒素ガスは、高温経路内のタービン部品から熱を除去する。
【０００６】
本発明の別の例示的な実施形態では、高温経路に配置されるガスタービンの部品を冷却するための装置であって、タービンは、多段タービンであり、タービン、該タービンに高温ガスを供給する燃焼器、及び圧縮機吐出ケーシングを介して燃焼器に加圧空気を供給する圧縮機を含むタービンシステムの一部であり、本冷却装置は、窒素ガス供給源と、タービンの各段内に配置される少なくとも１つの熱交換器と、窒素ガスが、窒素ガス供給源からタービン内の熱交換器に移送され、次に熱交換器から移送されて、圧縮機吐出ケーシング内で放出される閉ループとを備え、熱交換器から移送された窒素ガスは、高温経路内のタービン部品から熱を除去する。
【０００７】
本発明の別の例示的な実施形態では、高温経路に配置されるガスタービンの部品を冷却するための装置であって、タービンは、多段タービンであり、タービン、該タービンに高温ガスを供給する燃焼器、及び圧縮機吐出ケーシングを介して燃焼器に加圧空気を供給する圧縮機を含むタービンシステムの一部であり、本冷却装置は、窒素ガス供給源と、タービンの各段内に配置され、並列又は直列に配置される少なくとも１つの熱交換器と、窒素ガスが、窒素ガス供給源からタービン内の熱交換器に移送され、次に熱交換器から移送されて、タービンの最終段のノズルの前で放出される閉ループとを備え、熱交換器から移送された窒素ガスは、高温経路内のタービン部品から熱を除去する。
【０００８】
本発明は、前述の問題を解決するシステムデザインを利用するので、ＩＧＣＣシステムの正味出力及び効率が高くなる。ガスタービン（ＧＴ）高温ガス経路冷却に関して閉ループ冷却装置の蒸気、開ループ冷却装置の窒素ガス（Ｎ２）等の冷却剤の利用は現在知られている。
【０００９】
対照的に、本発明は、閉ループ冷却装置において、窒素ガス、二酸化炭素、蒸気、又は空気等の外部流体を使用して、ガスタービンの静止及び／又は回転する高温ガス経路部品の冷却を行う。流体が窒素の場合、窒素は、石炭ガス化プロセスのために酸素を調達する空気分離プロセスの副産物として入手できる。一般に、現在、窒素は、希釈窒素圧縮機を用いて圧縮した後のガスタービン内の希釈剤として使用されている。外部流体を用いて高温ガス経路部品を冷却できる程度は、十分な量の流体の利用可能性によって制限される。その後、加熱された流体は、圧縮機からの加圧空気と一緒に、加熱された流体の圧力に基づいて圧縮機吐出部又は各タービン段の１つに放出できる。
【００１０】
好ましくは、本発明は、閉ループ内の空気分離ユニット（ＡＳＵ）等の外部供給源からの外部流体、窒素を利用して、ガスタービンのブレード等の高温ガス経路部品を冷却する。タービン部品の冷却後、窒素流で取り除かれた熱は加熱窒素流体の一部として、圧縮機吐出ケーシング内に又はタービンの各段の中の１つのノズルの前に放出される。好ましくは、加熱された窒素流体は、タービンの最終段のノズルの前に放出される。このことはタービン冷却で失った熱回収の再生方式を形成する。外部流体流が圧縮機吐出ケーシングに放出される場合、加熱された流体流の追加によって圧縮機吐出空気の温度が上昇するであろう。
【００１１】
本発明の冷却装置において、流体が圧縮機吐出ケーシング内に放出される場合、外部流体は、適切な圧縮機を用いて所要の大きさに圧縮される。外部流体が窒素である場合、希釈窒素圧縮機を用いて圧縮される。もしくは、流体がタービンの最終段ノズルに移送される場合、外部流体は圧縮する必要はない。次に、圧縮された又は圧縮されない外部流体は、並列及び／又は直列配列を用いてタービン部品を冷却するためにタービン段に導入される。外部流体が窒素の場合、空気又はＨ２Ｏ気化ガス（蒸気）と混合してもよく、又は全く混合しなくてもよい。
【００１２】
窒素流体冷却装置を利用して少なくともガスタービンノズル（Ｓ１Ｎ）の第１段を冷却し、次に窒素を圧縮機吐出ケーシングに放出する場合、窒素冷却装置は、５％だけ増大したＩＧＣＣ正味出力及び従来技術で実施される基礎シナリオを超える０．４８絶対ｐｔｓ  ＩＧＣＣ正味効率改善をもたらすことが分かっている。このことは燃焼温度が高くなり閉ループの熱がガスタービンサイクルに統合されるので実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ガスタービンの静止及び／又は回転する高温ガス経路部品の冷却を行うために、閉ループ冷却装置でガスタービンの外部にある流体の使用を示す概略図。
【図２】並列冷却装置を用いてタービンの冷却を行い、冷却に使用される窒素が圧縮機吐出ケーシング内で放出される実施形態を示す図。
【図３】並列冷却装置を用いてタービンの冷却を行い、冷却に使用される窒素が最終タービン段に送られる別の実施形態を示す図。
【図４】直列冷却装置を用いてタービンの冷却を行い、次に、冷却に使用される窒素が圧縮機吐出ケーシング内で放出される実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、ガスタービンの外部の流体を使用して、閉ループ冷却装置でガスタービンの静止及び／又は回転する高温ガス経路部品を冷却する。外部流体は、窒素ガス、二酸化炭素、蒸気、又は空気とすることができる。好ましくは、外部流体は窒素であり、窒素は、空気分離ユニット（ＡＳＵ）段から入手し、次に閉ループに導入してガスタービンの高温ガス経路部品を冷却する。
【００１５】
タービン部品を冷却した後に、外部流体流を用いて除去した熱は、圧縮機吐出ケーシング（ＣＤＣ）内に放出するか、又は多段タービンの１つの段に放出する。好ましくは、加熱された外部流体は、燃焼器／ＣＤＣに放出され、熱はタービンのＢｒａｙｔｏｎサイクルの最適点で利用できる。もしくは、加熱された流体の圧力が燃焼器又はＣＤＣセクションに到達するのに十分でない場合、加熱された外部流体は、適切な下流タービン段で放出できる。加熱された流体が放出されるタービン段は、放出される冷却流体の圧力によって決まる。この冷却装置は、タービン部品からの熱を除去して冷却を行う再生手段をもたらす。
【００１６】
閉回路冷却方法により、タービンブレード金属温度を維持することが容易になる。外部冷却流体は、タービンブレードの穿孔経路を通って流入した後にブレードから流出して、ブレードを冷却する。冷却時、外部流体はブレード内で起こる熱交換と同様に高温になる。
【００１７】
前述のように、図１は、ガスタービン１６の静止及び／又は回転する高温ガス経路部品を冷却するためにガスタービンシステム１０の外部の流体２７を閉ループ冷却装置で使用することを示す概略図である。ガスタービンシステム１０は、吸気１１を高圧に加圧する圧縮機１２、燃料１３を燃焼させて高圧、高速高温ガス１７を生成する燃焼器１４、及び高温ガス１７が通過すると回転するタービンブレード（図示せず）を利用して、燃焼器１４からタービン１６に流入する高圧、高速の高温ガス１７からエネルギを抽出するタービン１６を含む。図１に示すタービン１６は、多段タービンとすることができ、高温ガス１７はタービン１６の複数の段の通路を流れると膨張するので、高温ガス１７が流れるとタービン１６の複数の段で仕事を生じる。最終的には、排気ガス３１はタービン１６の最終段から流出する。
【００１８】
図１は、ガスタービン１６の静止及び／又は回転する高温ガス経路部品を冷却するために使用する、外部流体の閉ループ冷却装置の概略図を示す。閉ループ冷却装置は、タービン１６内で直列に及び／又は並列に接続され、外部流体２７が流れる熱交換器２２を含む。外部流体が熱交換器２２を通過すると、タービン部品を冷却して加熱された０％から１００％の範囲までの外部流体２７は、圧縮機１４の吐出ケーシングに放出される、及び／又は加熱された外部流体２７の圧力に応じて選択されるタービン１６の１つの段に送られる。
【００１９】
図１に示すガスタービンシステム１０において、外部流体２７は、タービン１６の熱交換器２２に導入される前に最初に任意部品としての圧縮機２９を通って流れることができる。任意部品としての圧縮機２９は、外部流体２７を圧縮するために利用して、外部流体が閉ループ冷却装置に入る場合に圧力レベルの見込まれる圧力降下を補償する。例えば、この圧力降下は、直列に接続される熱交換器に起因する閉ループの圧力損失によって見込まれる。
【００２０】
また、流体２７は、任意部品としての外部熱交換器（ＨＸ）１８を通って流れることができる。この場合、流体２７が圧縮機２９等の圧縮機を通って流れると、流体２７は、一般に図１に示すように、最初に熱交換器１８を通過する前に圧縮機を通過する。熱交換器１８は、外部流体２７を加熱することができ外部流体が冷たすぎることによるタービン部品の熱衝撃を避ける。もしくは、熱交換器１８は、外部流体２７から熱を除去するために使用でき、外部流体が高温の場合でも外部流体でタービン部品を冷却できる。
【００２１】
図１に示す熱交換器２２は、ブレードに形成されたドリル穴等の穴又は経路を備えるタービンブレードに存在することができ、この経路により外部流体２７はブレードに流入して冷却を行い、その後、ブレードから流出して、燃焼器１４からタービン１６に導入される高温ガスの経路に入る。外部冷却流体２７は、タービンブレード穴又は経路を通って流れ、その後、ブレードから流出するので、流体はブレードを冷却できる。ブレードの冷却時、外部流体はブレードから熱を吸収するのでブレード内で熱交換が起こる。
【００２２】
図２〜図４の各々は、ガスタービンシステム１０の部品の該概略図であるが、各々はガスタービン１６の静止及び／又は回転する高温ガス経路部品を冷却するための、外部流体の閉ループ冷却装置の異なる実施形態を使用している。図２〜図４に示すガスタービンシステム１０の各々は、閉ループ冷却装置に使用する外部流体として窒素ガスを使用するように示されるが、他の流体も使用できることに留意されたい。
【００２３】
図１と同様に、図２〜図４に示すガスタービンシステム１０の各々は、吸気１１を高圧に加圧する圧縮機１２、燃料１３を燃焼させて高圧高速の高温ガス１７を生成する燃焼器１４、及び高温ガス１７が通過すると回転するタービンブレードを利用して、燃焼器１４からタービン１６に流入する高圧高速の高温ガス１７からエネルギを抽出するタービン１６を含む。図２〜図４に示す実施形態では、タービン１６は、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、及び１６Ｄの４段を備える多段タービンとして示されている。タービン効率を最大にするために、高温ガス１７は、タービン１６の第１段１６Ａから中間段１６Ｂ及び１６Ｃを通り最終段１６Ｄまで通路１７Ａ、１７Ｂ、及び１７Ｃを通って流れる間に膨張され（従って圧力が低下し）、高温ガス１７が通過するとタービン１６の複数の段で仕事が生じる。
【００２４】
図２は、タービン冷却が並列の冷却装置を利用して行われ、冷却に使用される窒素が加圧空気１５を圧縮機１２から燃焼器１４に送る圧縮機吐出ケーシング２８に放出されるガスタービンシステムの実施形態を示す。図２に示すガスタービンシステム１０において、８０ｐｓｉａ（ポンド毎平方インチ絶対圧）でＡＳＵから入手した全窒素の約５７％がＤＧＡＮ窒素圧縮機１９に供給され、その後、圧縮機吐出圧プラス１２５ｐｓｉで燃焼器１４に導入される前に外部空気熱交換器（ＨＸ）２０に送られる。
【００２５】
図２に示すガスタービンシステム１０において、８０ｐｓｉａでＡＳＵから入手した全窒素の約４０％が第２のＤＧＡＮ窒素圧縮機２９に供給され、その後、５５０°Ｆで、タービン１６の熱交換器１８から延びる共通通路２１で接続される通路２１Ａ、２１Ｂ、及び２１Ｃを通って、第１段１６Ａ、第２段１６Ｂ、及び第３段１６Ｃに配置される熱交換器２２Ａ、２２Ｂ、及び２２Ｃに同時に導入される前に、任意部品としての外部空気熱交換器（ＨＸ）１８に送られる。通路２１、２１Ａ、２１Ｂ、及び２１Ｃは全てタービン部品を冷却する窒素が送られる閉ループの一部である。第２の窒素圧縮機１７から流出する窒素は、任意部品としての熱交換器１８に導入される前に湿気を与えるために、任意には抽出空気又は蒸気等の他の流体流と混合できることに留意されたい。
【００２６】
窒素が熱交換器２２Ａ、２２Ｂ、及び２２Ｃを通過すると、第１段１６Ａ、第２段１６Ｂ、及び第３段１６Ｃにそれぞれ配置されるタービン部品から熱を取り除いて冷却を行う。その後、加熱された窒素は、熱交換器２２Ａ、２２Ｂ、及び２２Ｃから共通通路２１Ｄに流れ、その後、圧縮機吐出ケーシング２８内に放出される。通路２１Ｄも同様に閉ループの一部であり、窒素はここを通って流れてタービン部品を冷却する。
【００２７】
ＡＳＵ列から入手した窒素は、約２０％の期待される閉ループ圧力降下、及び圧縮機吐出圧プラス２５ｐｓｉａで窒素を圧縮機吐出ケーシング２８内へ放出すること考慮して、必要に応じてＤＧＡＮ圧縮機２９で高い圧力に圧縮することが好ましい。窒素は、加湿又は空気の追加を行うことなく閉ループで使用して、ガスタービンの複数の段の部品を冷却して、圧縮機吐出ケーシング２８に放出されることが好ましい。窒素閉ループ冷却装置は、５％だけ増大したＩＧＣＣ正味出力及び従来技術で実施される基礎シナリオを超える０．４８絶対ｐｔｓ  ＩＧＣＣ正味効率改善をもたらす。このことは燃焼温度が高くなり閉ループの熱がガスタービンサイクルに統合されるので実現する。
【００２８】
図３は、並列冷却装置を利用してタービン冷却を再度行う他のガスタービンシステムの実施形態を示す。本実施形態では、空気分離ユニットからの低圧希釈窒素は、タービン部品冷却用の並列冷却装置で利用された後に、タービンの最終段に送られる。本実施形態では、窒素の圧縮は必要ない。ＡＳＵからの窒素は、一般に５９°Ｆ及び８０ｐｓｉａである。
【００２９】
図３に示すガスタービンシステム１０において、ＤＧＡＮ窒素圧縮機（図示せず）からの希釈窒素は、７５０°Ｆ及び燃料１３と同じになるように圧縮機吐出圧プラス１２５ｐｓｉａで燃焼器１４に導入される。従って、図３の実施形態の１つの問題は、希釈窒素ＤＧＡＮ圧縮システムがＡＳＵの全出力の３０％を消費することであり、ＩＧＣＣ発電プラントの大きな補機である。窒素は、燃料１３と一緒に加えられるので、ＤＧＡＮ圧縮システムで圧縮機吐出ケーシング圧力プラス１２５ｐｓｉａまで圧縮する必要がある。窒素を燃料と一緒に加えるとＮＯｘが低減する。
【００３０】
さらに、ＡＳＵから５９°Ｆ及び８０ｐｓｉａで入手した希釈窒素は、タービン１６の熱交換器２３から延びる共通通路２１で接続される通路２１Ａ、２１Ｂ、及び２１Ｃを通って、第１段１６Ａ、第２段１６Ｂ、及び第３段１６Ｃに配置される熱交換器２２Ａ、２２Ｂ、及び２２Ｃに同時に導入される前に、任意部品としての外部空気熱交換器（ＨＸ）２３に送られる。しかし、ＡＳＵから入手した窒素は、任意部品としての熱交換器２３に導入される前に湿気を与えるために、任意には他の流体流と混合できることに留意されたい。
【００３１】
窒素が熱交換器２２Ａ、２２Ｂ、及び２２Ｃを通過すると、第１段１６Ａ、第２段１６Ｂ、及び第３段１６Ｃにそれぞれ配置されるタービン部品から熱を取り除いて冷却を行う。その後、加熱された窒素は、熱交換器２２Ａ、２２Ｂ、及び２２Ｃから共通通路２１Ｄに流れ、その後、最終タービン段１６Ｄに送られる。
【００３２】
図４は、タービン冷却を図２及び図３に示す並列冷却装置ではなく直列冷却装置を利用して行い、加圧空気１５を圧縮機１２から燃焼器１４に送る圧縮機吐出ケーシング２８内に冷却用の窒素を放出する別のガスタービンシステムの実施形態を示す。図４に示す実施形態には、窒素を高い圧力に圧縮する必要があるタービン冷却回路での大きな圧力損失という欠点がある。
【００３３】
図４に示すガスタービンシステム１０において、ＤＧＡＮ窒素圧縮機（図示せず）からの約２５％の希釈窒素は、７５０°Ｆ及び燃料１３の流れと同じになるように圧縮機吐出圧プラス１２５ｐｓｉａで燃焼器１４に導入される。従って、同様に、図４の実施形態の１つの問題は、希釈窒素ＤＧＡＮ圧縮システムがＡＳＵの全出力の３０％を消費することであり、ＩＧＣＣ発電プラントの大きな補機である。しかし、同様に、窒素は、燃料１３と一緒に加えられるので、ＤＧＡＮ圧縮システムで圧縮機吐出ケーシング圧力プラス１２５ｐｓｉａまで圧縮する必要がある
図４に示すガスタービンシステム１０において、ＡＳＵから入手した窒素は、ＤＧＡＮ窒素圧縮機（図示せず）に送られ、その後、第１段１６Ａ、第２段１６Ｂ、及び第３段１６Ｃに配置される熱交換器２２Ａ、２２Ｂ、及び２２Ｃに順番に導入される前に、任意部品としての外部空気熱交換器（ＨＸ）２４に送られる。従って、任意部品としての外部空気熱交換器２４からの窒素は、熱交換器２４に接続された通路を経由して最初にタービン１６の第３段１６Ｃに配置される熱交換器２２Ｃを通る。その後、窒素は、通路２５Ｃを通りタービン１６の第２段１６Ｂに配置された熱交換器２２Ｂを通過する。次に、窒素は、通路２５Ｂを通りタービン１６の第１段１６Ａに配置された熱交換器２２Ａを通過する。最後に、窒素は、通路２５Ａに入った後に圧縮機吐出ケーシング２８内で放出される。しかし、ＤＧＡＮ窒素圧縮機から熱交換器２４に流出する窒素は、抽出空気と混合した後にＡＳＵに送られることに留意されたい。
【００３４】
現時点で最も実用的且つ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に添付の請求項の技術的思想及び範囲内に含まれる様々な修正形態及び均等な構成を保護するものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ガスタービンシステム
１１  流入空気
１２  圧縮機
１３  燃料
１４  燃焼器
１５  加圧空気
１６  ガスタービン
１６Ａ  ガスタービンの第１段
１６Ｂ  ガスタービンの第２段
１６Ｃ  ガスタービンの第３段
１６Ｄ  ガスタービンの第４段
１７  高温ガス
１７Ａ  通路
１７Ｂ  通路
１７Ｃ  通路
１８  任意部品としての外部空気熱交換器
１９  ＤＧＡＮ窒素圧縮機
２０  外部空気熱交換器
２１  通路
２１Ａ  通路
２１Ｂ  通路
２１Ｃ  通路
２２  熱交換器／タービンブレード
２２Ａ  第１段熱交換
２２Ｂ  第２段熱交換
２２Ｃ  第３段熱交換
２３  熱交換器
２４  熱交換器
２５Ａ  通路
２５Ｂ  通路
２５Ｃ  通路
２７  外部流体
２８  圧縮機吐出ケーシング
２９  任意部品としての圧縮機
３１  排出ガス
【図１】
2013151937.tif 000003
【図２】
2013151937.tif 000004
【図３】
2013151937.tif 000005
【図４】
2013151937.tif 000006
【外国語明細書】
2013151937000001.pdf