(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主として１つの圧縮機ユニットと、この圧縮機ユニットの下流に接続された第１の燃焼室と、第１の燃焼室の熱ガスにより負荷される第１のタービンと、第１のタービンの下流に接続された第２の燃焼室と、第２の燃焼室の熱ガスにより負荷される第２のタービンと、少なくとも１つの発電機とから成るガスターボ装置団の運転法において、部分負荷運転を行う際に両方のタービン（６，１０）内への入口温度を定格負荷の５％減まで低下せしめ、次いで、負荷が５０％を下回るまで圧縮機の案内羽根を調整し、圧縮機の案内羽根のこの調整を行う間、第１のタービン（６）内への入口温度を一定に保つと共に第２のタービン（１０）の出口温度が設計された定格値を越えて上昇しないように第２のタービン（１０）内への入口温度を低下せしめ、かつ、圧縮機の案内羽根の調整後に両方のタービン（６，１０）内への入口温度をまず第２のタービンにおいて、その後に第１のタービンにおいてさらに低下せしめることを特徴とするガスターボ装置団の運転法。
【請求項２】
第２のタービン（１０）の出口温度が６２０℃を越えて上昇しないように、圧縮機の案内羽根の調整中の第２のタービン（１０）の手前の温度の低下を行う、請求項１記載のガスターボ装置団の運転法。
【請求項３】
第２の燃焼室（８）を自己着火式に作動せしめる、請求項１記載のガスターボ装置団の運転法。
【請求項４】
第２の燃焼室（８）内での自己着火のための基準となる温度を第１のタービン（６）の出口における温度測定により監視し、かつ修正する、請求項１又は３記載のガスターボ装置団の運転法。
【請求項５】
ガスターボ装置団をその下流に接続された蒸気回路と作用的に結合せしめ、圧縮機の案内羽根の調整終了後に蒸気回路からの蒸気量により圧縮機の手前の吸込空気（２）を予熱することにより負荷をさらに低下せしめる、請求項１記載のガスターボ装置団の運転法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として１つの圧縮機ユニットと、この圧縮機ユニットの下流に接続された第１の燃焼室と、第１の燃焼室の熱ガスにより負荷される第１のタービンと、第１のタービンの下流に接続された第２の燃焼室と、第２の燃焼室の熱ガスにより負荷される第２のタービンと、少なくとも１つの発電機とから成るガスターボ装置団の運転法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスターボ装置団の運転時の部分負荷を燃料供給の減少により生ぜしめることはすでに公知である。その場合、燃料供給量を減少させ、他面において燃焼空気を一定に保つことにより、タービン内への入口温度が低下する。部分負荷運転をこのように簡単に行うことは効率に関連して不都合である。それというのは、効率が出力低下にほぼ比例して低下するからである。比較的高いこの効率損失を狭い限度内に保つために、例えば付加的に圧縮機の案内羽根の調整により負荷の低下を補助することがすでに提案されている。
【０００３】
逐次燃焼方式のガスターボ装置団では第１の燃焼室内で準備された熱ガスが第１のタービンを負荷し、第１のタービンから流出した排ガスが第２の燃焼室内でもう一度熱ガスとして準備され、次いでこの熱ガスが第２のタービンを負荷するが、しかしながら、公知運転法によっては最大の効率で部分負荷運転を行うことへの要求はもはや達成されない。このことは、第２の燃焼室が自己着火式に設計されている場合、換言すれば、第２の燃焼室内に噴入される燃料との関連において第１のタービンからの排ガスの温度が自己着火を可能ならしめる場合には、特に不都合である。
【０００４】
この種のガスターボ装置団においては、圧縮機の入口案内羽根列の閉鎖によっても出力の低下は得られる。しかし、このことはガスターボ装置団の両方の燃焼室内へ噴入される燃料量の減少を否めない。第２の燃焼室が自己着火式に設計されている場合、両方の燃焼室で同時に燃料量を減少させることはできない。それというのは、もしそのようなことをすれば、第１のタービンからの排ガスの温度を、第２の燃焼室内で行われる自己着火のための着火温度に維持することができないからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ガスターボ装置団が逐次燃焼方式で運転されることを考慮して、簡単な調整手段に基づき、最大効率での確実な負荷の低下が生じると共に、有害物質エミッション、特にＮＯＸエミッション及びＣＯエミッションが最小となるような調整法を冒頭に述べた形式の運転法において提案することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明運転法では、主として１つの圧縮機ユニットと、この圧縮機ユニットの下流に接続された第１の燃焼室と、第１の燃焼室の熱ガスにより負荷される第１のタービンと、第１のタービンの下流に接続された第２の燃焼室と、第２の燃焼室の熱ガスにより負荷される第２のタービンと、少なくとも１つの発電機とから成るガスターボ装置団の運転法において、部分負荷運転を行う際に両方のタービン内への入口温度を定格負荷の５％減まで低下せしめ、次いで、負荷が５０％を下回るまで圧縮機の案内羽根を調整し、圧縮機の案内羽根のこの調整を行う間、第１のタービン内への入口温度を一定に保つと共に第２のタービンの出口温度が設計された定格値を越えないように第２のタービン内への入口温度を低下せしめ、かつ、圧縮機の案内羽根の調整後に両方のタービン内への入口温度をまず第２のタービンにおいて、次いで位相をずらして第１のタービンにおいてさらに低下せしめるようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例を図面について詳しく説明する。本発明の直接的な理解に重要でないすべてのエレメントは省かれている。種々の図面においても同じエレメントは同じ符号で示されている。媒体の流れ方向は矢印で示されている。
【０００８】
図１は逐次燃焼方式のガスターボ装置団を示す。このガスターボ装置団は圧縮機１又は中間冷却機構を備えた圧縮機ユニットを備えており、この圧縮機又は圧縮機ユニット内では吸込空気２の圧縮が行われる。圧縮された空気３は第１の燃焼室４、この場合には高圧燃焼室（以下でＨＰ燃焼室とも呼ぶ）内へ流入する。このＨＰ燃焼室４内では、燃料の噴入により熱ガス５が形成される。この場合、このＨＰ燃焼室４は有利にはＥＰ−０３２１８０９に開示されているようなバーナにより運転される。このＨＰ燃焼室４の下流では第１のタービン６、この場合には高圧タービン（以下でＨＰタービンと呼ぶ）が作動している。このＨＰタービン内では熱ガス５が部分膨張させられる。この部分膨張はＨＰタービン６からの排ガス７が９５０℃以上の比較的高い温度を有していることにより特徴付けられており、これに応じて、ＨＰタービン６の羽根車はわずかな回転羽根列、有利には１ないし３段の回転羽根列しか有していない。ＨＰタービンの下流では第２の燃焼室８、この場合には低圧燃焼室（以下でＬＰ燃焼室と呼ぶ）が自己着火原理で作動している。このＬＰ燃焼室８は有利には規定温度で自己着火の前提を形成する燃料を噴入すべき貫流形環状通路の形状を有している。ＨＰタービン６からの排ガス７の温度が上述のレベルにあれば、ガス燃料の供給時に自己着火が強制的に生じる。このＬＰ燃焼室８は図示しないスワール発生器を備えており、このスワール発生器は有利には燃料の噴入箇所の上流に配置されている。さらにこのスワール発生器は火炎フロントの領域内に、確実な運転を保証するための逆流区域を形成している。それゆえ、排ガス７はＬＰ燃焼室８内で再び熱ガス９として形成される。この熱ガス９の温度はＨＰ燃焼室４の温度にほぼ相当している。基本的には、熱ガス５，９の温度は燃焼室に依存した直接的な限界を有していない。むしろこの限界はそれぞれ負荷されるべきタービンと、これに対応する機械エレメントとにより規定される。熱ガス９は次いで第２のタービン、この場合には低圧タービン（以下でＬＰタービンと呼ぶ）を負荷する。このＬＰタービン内では最終的な膨張が行われる。煙道ガス１１の熱量的な残留ポテンシャルは例えば下流に接続された図示されていない蒸気回路での蒸気発生のために使用される。図示のガスターボ装置団の著しい特徴とするところは、すべての流体機械、要するに圧縮機１及びＨＰタービン６，ＬＰタービン１０が、有利には２つの軸受（図示せず）に支承されていて発電機１３の軸に連結されている１つの共通の軸１２に支承されていることにある。両方の燃焼室４，８は流体機械１，６，１０の間の中間スペースに配置されている。ＨＰ燃焼室は有利には環状燃焼室として形成されており、その場合、ＨＰ燃焼室４は圧縮機１と軸方向で著しくオーバラップしており、その結果、ガスターボ装置団が一層コンパクトに形成されている。この可能性は流体技術的な理由から等値ではＬＰ燃焼室８に適用できない。しかし、ＬＰ燃焼室８は極めて短く形成されるため、流体技術的な見地からは優位を占めている。
【０００９】
図２には図１に示したガスターボ装置団のための制御法が線図で示されている。図中の符号は次の通りである。
【００１０】
ｘ  負荷（％）を表す横軸
ｙ  温度（℃／１０００）を表す縦軸
Ａ  ＨＰタービンの入口温度の特性曲線
Ｂ  ＬＰタービンの入口温度の特性曲線
Ｃ  案内羽根調整の特性曲線
Ｄ  ＬＰタービンの出口温度の特性曲線
Ｅ  質量流れの特性曲線
横軸ｘに示すように、両方のタービン、要するにＨＰタービン（特性曲線Ａ）及びＬＰタービン（特性曲線Ｂ）への入口における定格温度約１２５０℃に相応する初期状態での負荷を１００％とすれば、熱ガスの温度がいずれも約２０℃減少すると、これにより負荷はほぼ定格負荷の９７％まで減少する。この措置によれば両方のタービンへの入口温度への制御による不利な影響を考慮した出発状態が形成される。不利な影響により生じる過剰温度はこの措置により排除される。前述の約２０℃の温度減少はＬＰタービンからの排ガスの最大基準温度である６４０℃から導出され、従って出発状態の温度は６２０℃である。この温度は高められてもならず、任意に低下されてもならない。それというのは、もしそのようなことが行われると、例えば蒸気回路を下流に接続することが問題となり、又はガスターボ装置団の技術的な設計が危ぶまれるからである。この温度が低下させられている限りにおいて、圧縮機の回転羽根の調整が導入され、このことが特性曲線Ｃで示されている。この調整中に、ＨＰタービンの入口における温度は一定に保たれる。このことが特性曲線Ａで示されている。特性曲線Ｃで示されているように圧縮機の案内羽根の順次の調整が４０％の負荷まで行われる。その際、ＬＰタービン内への入口温度は特性曲線Ｂで示したように負荷４０％での温度が約１１００℃となるように低下させられる。これに対してＬＰタービンの出口における温度は特性曲線Ｄで示されているように一定である。特性曲線Ｃで示されているような圧縮機の案内羽根の調整により、質量流れは特性曲線Ｅで示すように連続的に減少する。これまで述べた干渉から新しい制御状態が設定されるように、それぞれの燃焼室内への燃料供給量が両方のタービンのそれぞれ上流で質量流れの減少に相応して減少させられなければならない。負荷４０％以降では圧縮機の案内羽根の調整はもはや行われない。このことが特性曲線Ｃにより示されている。この負荷範囲では案内羽根はストッパに当接し、これに応じて、特性曲線Ｅで示された質量流れのそれ以上の減少は生じない。ＨＰタービン内への入口温度を表す特性曲線Ａは引き続き一定であり、かつこのことが約２５％の負荷範囲まで継続される。換言すればこの負荷範囲まではこの入口温度は負荷１００％における温度より２０℃低いだけの高いレベルを維持している。ＬＰタービンの上流の燃焼室のための燃料供給量の引き続く低下により、ＬＰタービンの入口温度はさらに減少する。第２の燃焼室への燃料供給量はゼロまで減少させられる。負荷２５％以降から第１の燃焼室が燃焼させられる。ガスタービンの停止状態から負荷約２５％までは、ガスタービンが第１の燃焼室のみにより、要するにＨＰタービンだけにより運転される。ガスターボ装置団の運転は上述の制御法の可逆的モードで実施される。
【００１１】
ＬＰタービンの上流で作用する燃焼室が自己着火式に設計されているので、運転確実性の理由で冗長的な温度測定機構が設けられており、この温度測定機構はＨＰタービンの出口で行われるように設計されている。直接上流で作用する燃焼室のための燃料供給量の適当な修正が必要に応じて導入される。
【００１２】
以上説明したガスターボ装置団が蒸気回路を備えることの重要性は、第１にＬＰタービンの出口の温度が最低の負荷範囲まで可能な限り６２０℃に保たれ、これにより蒸気タービンの駆動のための蒸気の形成が可能な限り長時間維持される。以上説明した制御法はこのことのために予定されており、ＬＰタービンからの６２０℃の出口温度は、特性曲線Ｄに示したように４０％の負荷まで維持される。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の主たる利点は、負荷低下全体が最大の部分負荷効率で推移することにあり、その場合、負荷低下の導入時に、予め両方のタービン内への入口温度に干渉し、これにより調整の影響により生じる温度過剰上昇を無害に吸収することがてきる。
【００１４】
負荷低下導入時のこの温度干渉により、第２の燃焼室内で自己着火を生じるように設定された温度が運転に必要なレベルを下回ることがない。
【００１５】
負荷低下時の燃料制御に作用的に関連して圧縮機の案内羽根の調整が行われる。この場合も燃料制御は圧縮機の案内羽根の調整に基づく質量流れの減少に依存して行われる。
【００１６】
圧縮機の案内羽根の調整と燃料制御との作用的な関連はこの種のガスターボ装置団の制御時の有利な可能性を拓く。
【００１７】
両方のタービン内への入口における公称温度と圧縮機の案内羽根の公称開口とに相応する負荷１００％の出発状態においては、２０℃の温度低下は数パーセントの負荷減少を生じる。この最初の干渉の意味するところは、負荷１００％に対するセーフティマージンを生ぜしめ、これにより、続いて行われる燃料制御又はその他の干渉がいかなる場合でも温度過剰を招かないようにすることにある。このセッティングは、第２のタービンからの排ガスの最大基本温度に基づいて決定される。この最大基本温度は基準によれば６２０〜６４０℃である。その後、負荷が定格負荷の５０％を下回るまで圧縮機の案内羽根が次第に閉鎖される。その場合、この制御では第１のタービン内への入口温度が定格負荷時の温度に対して減少したレベルに保たれる。第２のタービン内への入口温度は、この第２のタービンの出口温度が上述の基準を越えないように連続的に低下させられる。これまで行われた干渉から新しい制御状態を設定することができるように、個々の燃焼室内への燃料供給量は適宜減少させられる。なぜならば、圧縮機の案内羽根の調整により質量流れが連続的に減少するからである。圧縮機の案内羽根の調整終了後に第１のタービン内への入口温度がしばらくの間、所定のレベルで一定に保たれ、他面において第２のタービン内への入口温度が連続的に低下させられる。案内羽根の調整終了後に残された第２のタービンの負荷がそのほぼ半分まで低下すると、直ちに第１のタービン内への入口温度が燃料量の相応する減少により同様に連続的に低下させられる。
【００１８】
自己着火式の燃焼室の運転を一層確実にするために、第１のタービンの出口における温度測定が行われ、この温度測定により第２の燃焼室のための燃料量へ作用させるべき情報が提供される。
【００１９】
ガスターボ装置団に、コンビプラントとも略称されるコンビネーションプラントの形態で下流に接続された蒸気回路が備えられていれば、圧縮機の案内羽根の調整終了後に、この蒸気回路から蒸気を抽出することによって圧縮機への吸込空気を予熱することにより、負荷を高い効率でさらに低下させることができる。
【００２０】
本発明に基づく解決手段の有利な構成及び効果的な構成がその他の請求項に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく逐次燃焼式のガスターボ装置団を示す略示図である。
【図２】本発明に基づき負荷を低下させる制御法を示す線図である。
【符号の説明】
１  圧縮機又は圧縮機ユニット、  ２  吸込空気、  ３  圧縮された空気、  ４  第１の燃焼室又は高圧燃焼室（ＨＰ燃焼室）、  ５  ＨＰ燃焼室からの熱ガス、  ６  第１のタービン又は高圧タービン（ＨＰタービン）、  ７  ＨＰタービンからの排ガス、  ８  第２の燃焼室又は低圧燃焼室（ＬＰ燃焼室）、  ９  ＬＰ燃焼室からの熱ガス、  １０  第２のタービン又は低圧タービン（ＬＰタービン）、  １１  煙道ガス、  １２  軸、  １３  発電機、  ｘ  負荷（％）を表す線図の横軸、  ｙ  温度（１０００℃）を表す線図の縦軸、  Ａ  ＨＰタービンの入口温度の特性曲線、  Ｂ  ＬＰタービンの入口温度の特性曲線、  Ｃ  圧縮機の案内羽根の調整を表す特性曲線、  Ｄ  ＬＰタービンの出口における温度、  Ｅ  質量流れ
【図１】
0003878684.tif 000002
【図２】
0003878684.tif 000003