(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの高温部品を排熱回収ボイラの蒸気で冷却するようにしたガスタービン蒸気冷却システムにおいて、前記高温部品からの冷却蒸気出口に温度制御弁を設け、同温度制御弁は前記高温部品から出る冷却蒸気温度が設定値になるよう冷却蒸気温度制御をおこなうとともに、前記高温部品から出る冷却蒸気圧力をガスタービン車室圧力より低下させないよう前記蒸気温度制御に優先した冷却蒸気圧力制御をおこなうよう構成したことを特徴とするガスタービン蒸気冷却システム。
【請求項２】
ガスタービンの高温部品を排熱回収ボイラの蒸気で冷却するようにしたガスタービン蒸気冷却システムにおいて、前記高温部品からの冷却蒸気出口に設けられた温度制御弁と、前記冷却蒸気出口の冷却蒸気温度が設定値になるように前記温度制御弁を制御する冷却蒸気温度制御系と、前記冷却蒸気出口の冷却蒸気圧力がガスタービンの車室圧力以下にならないように前記温度制御弁を制御する冷却蒸気圧力制御系とを有し、前記温度制御系と圧力制御系の制御信号のうち低値によって前記温度制御弁を作動させるように構成したことを特徴とするガスタービン蒸気冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドプラントにおけるガスタービンの燃焼器等高温部品を排熱回収ボイラの蒸気によって冷却するように構成したガスタービンの高温部品冷却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、ガスタービンの燃焼器等高温部品の冷却には空気が用いられていたが、燃焼温度の高温化にともない蒸気によって冷却する方法が開発されている。また、燃焼器等高温部品を蒸気によって冷却するガスタービンをコンバインドプラントに適用し、蒸気タービンと組合せて高効率な発電プラントとする事が計画されている。
【０００３】
図２に従来のコンバインドプラントのガスタービン蒸気系統を示す。
図２において、１はガスタービン、２はその排熱回収ボイラ、３は高圧蒸気タービン、４は中圧蒸気タービンである。
排熱回収ボイラ２は、高圧ドラム５、高圧過熱器６、再熱器７、中圧ドラム９、中圧過熱器１０等を有している。
【０００４】
８はガスタービンの燃焼器等高温部品（用熱交換器）を示し、これは蒸気によって冷却される。
１２は温度制御弁で、温度制御器１１によって制御される。１３は再熱器出口蒸気温度検出器、１５は燃焼器等高温部品出口蒸気温度検出器をそれぞれ示している。
【０００５】
図２のガスタービン蒸気系統において、ガスタービン１の排ガスは排熱回収ボイラ２に送られる。排熱回収ボイラ２の高圧ドラム５の蒸気は高圧過熱器６を経て高圧蒸気タービン３へ送られる。また、中圧ドラム９の蒸気は中圧過熱器１０、再熱器７を順次経て中圧蒸気タービン４へ送られる。高圧蒸気タービン３の出口蒸気は再熱器７の入口に合流する。
【０００６】
一方、中圧過熱器１０の出口蒸気は再熱器７へ行くものから分岐して温度制御弁１２、ガスタービンの燃焼器等高温部品（用熱交換器）８を順次経て再熱器７の出口蒸気に合流し中圧蒸気タービン４へ送られる。
高温部品（用熱交換器）８の出口に設けられた高温部品出口蒸気温度検出器１５の出力は温度制御器１１を経て高温部品入口側の蒸気ラインに設置された温度制御弁１２へ送られる。
【０００７】
以上の構成をもつ図２のガスタービン蒸気系統において、ガスタービン１の排ガスは、排熱回収ボイラ２に導かれ、高圧蒸気、中圧蒸気、低圧蒸気を発生する。高圧ドラム５で発生した蒸気は高圧過熱器６で過熱蒸気となり、高圧蒸気タービン３で仕事をし、高圧排気ラインで中圧蒸気と合流した後、再熱器７で再過熱され中圧蒸気タービン４に導かれる。
【０００８】
中圧ドラム９で発生した蒸気は中圧過熱器１０で過熱された後、ガスタービン１の燃焼器等高温部品（用熱交換器）８（高温部品部を直接通る場合もある）の冷却に必要な量が導かれ、高温部品８を冷却し、そのあと再熱器７の出口で合流する。余分な蒸気は高圧蒸気タービン３からの蒸気と高圧排気ラインで合流し、再熱器７に導かれる。
【０００９】
高温部品８を通過した蒸気の温度は、出口蒸気温度検出器１５および温度制御器１１の制御信号により、高温部品出口側の蒸気ラインに設置された温度制御弁１２を制御することにより蒸気の流量を調節して温度制御される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の蒸気冷却システムでは、ガスタービンの燃焼器等高温部品８の冷却に用いる蒸気の量を、燃焼器等高温部品８の出口温度をあらかじめ定められた値になるように燃焼器等高温部品８の入口に設置された温度制御弁１２で制御するシステムである。
【００１１】
この場合、ガスタービン１の車室圧力（ガスタービン空気圧縮器の吐出圧力）より冷却用蒸気の圧力が低下すると、燃焼ガスが蒸気系統に流入し、蒸気系統が焼損する等の問題が発生する恐れがある。
【００１２】
すなわち、温度制御弁１２が、燃焼器等高温部品８の入口に設置される従来の方式では、燃焼器等高温部品８の出口温度の上昇を抑制する制御を行なうことはできるが、冷却用蒸気の圧力が車室圧力（ガスタービン空気圧縮器の吐出圧力）より低下することに対しては、制御することはできないという問題点があった。
【００１３】
本発明はガスタービンの高温部品を排熱回収ボイラの蒸気で冷却するようにした従来のガスタービン蒸気冷却システムにおけるこの問題点を解決し、冷却用蒸気の圧力をガスタービンの車室圧力より低下させることなく、高温部品出口蒸気温度の上昇を極力抑えるように構成したガスタービン蒸気冷却システムを提供することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため、ガスタービンの高温部品からの冷却蒸気出口に温度制御弁を設け、同温度制御弁は前記高温部品から出る冷却蒸気温度が設定値になるよう冷却蒸気温度制御をおこなうとともに、前記高温部品から出る冷却蒸気圧力をガスタービン車室圧力より低下させないよう前記蒸気温度制御に優先した冷却蒸気圧力制御をおこなうよう構成したガスタービン蒸気冷却システムを提供する。
【００１５】
本発明のこのガスタービン蒸気冷却システムにおいては、冷却蒸気圧力がガスタービンの車室圧力（ガスタービン空気圧縮機の吐出圧力）より低下する場合には、高温部品出口蒸気温度が設定値を上回る場合でも、冷却蒸気圧力制御が優先されていて高温部品出口に設置された温度制御弁はその時の開度以上に開くことはないので、冷却蒸気圧力は、それ以下に低下することはなくガスタービンの車室圧力（ガスタービン空気圧縮機の吐出圧力）以上に維持される。
【００１６】
前記した本発明のガスタービン蒸気冷却システムは、ガスタービンの高温部からの冷却蒸気出口の冷却蒸気温度が設定値になるように前記温度制御弁を制御する冷却蒸気温度制御系と、前記冷却蒸気出口の冷却蒸気圧力がガスタービンの車室圧力以下にならないように前記温度制御弁を制御する冷却蒸気圧力制御系とを設け、これら温度制御系と圧力制御系の制御信号のうち低値によって前記温度制御弁を作動させるようにした構成とすることができる。
【００１７】
このように構成したガスタービン蒸気冷却システムにおいては、冷却蒸気圧力がガスタービンの車室圧力（ガスタービン空気圧縮機の吐出圧力）より低下する場合、高温部品からの冷却蒸気出口に設置された制御弁は、２つの制御信号のうち低値によって制御されるので高温部品出口蒸気温度が設定値を上回る場合でも、温度制御弁はその時の開度以上に開くことはなく、冷却蒸気圧力がそれ以下に低下することはない。
【００１８】
こうして冷却蒸気圧力は、ガスタービンの車室圧力（ガスタービン空気圧縮機の吐出圧力）以上に維持され、ガスタービンの車室圧力より低下させない範囲で高温部品を所定温度に冷却することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるガスタービン蒸気冷却システムについて図１に示した実施の形態に基づいて具体的に説明する。なお、以下の実施の形態において、図２に示した従来の装置と同じ構成の部分には説明を簡単にするため同じ符号を付してある。
【００２０】
図１において、温度制御弁１２は、燃焼器等高温部品８からの冷却蒸気の出口側に設けられている。１６は燃焼器等高温部品出口蒸気圧力検出器であり、１７はガスタービン車室圧力検出器である。これらの圧力検出器１６，１７からの信号は減算器２０へ与えられるように構成されている。
【００２１】
１８は圧力制御器で、減算器２０からの出力信号を受ける。１９は低値選択器を示し、温度制御器１１と圧力制御器１８からの信号を受け、その低値を選択する。
その他の構成は図２に示したガスタービン蒸気冷却システムと実質同一でありその説明を省略する。
【００２２】
以上のように構成された図１のガスタービン蒸気冷却システムにおいて、高温部品出口蒸気温度検出器１５で検出された冷却蒸気の温度を示す信号は温度制御器１１に送られ、高温部品出口蒸気温度が予じめ設定された設定値になるように温度制御弁１２を調節する。
【００２３】
すなわち、温度制御器１１は、高温部品８の出口における冷却蒸気温度が設定値以上の時は温度制御弁１２を開く方向に動作させて冷却蒸気の流量を増加させ、逆に高温部品８の出口における冷却蒸気温度が設定値以下の時は温度制御弁１２を閉め冷却蒸気の流量を減少させる方向に動作させる信号を出す。
【００２４】
一方、高温部品８の出口における冷却蒸気圧力は圧力検出器１６、ガスタービンの車室圧力（ガスタービン空気圧縮機の吐出圧力）は圧力検出器１７によってそれぞれ計測され、計測された圧力を示すそれぞれの信号は、減算器２０に入力され、この減算器２０で引き算され、冷却蒸気圧力が車室圧力よりも低下する傾向が認められた場合、圧力制御器１８が温度制御弁１２を閉める方向に動作させる信号を出す。
【００２５】
温度制御器１１と圧力制御器１８からそれぞれ出力された信号は低値選択器１９に入力され、ここでその大きさが比較され、低値が選択されて温度制御弁１２を動かす信号として出力される。低値選択器１９で温度制御器１１と圧力制御器１８の信号を選択することで、燃焼器等高温部品８の出口蒸気圧力がガスタービン車室圧力を下回らない範囲で、温度制御器１１は高温部品８の出口における冷却蒸気温度の上昇を極力抑える制御を行なうことができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガスタービン蒸気冷却システムでは、ガスタービンの高温部品からの冷却蒸気出口に温度制御弁を設け、この温度制御弁によって高温部品から出る冷却蒸気温度が設定値になるよう冷却蒸気温度制御を行うとともに、高温部品から出る冷却蒸気圧力をガスタービン車室圧力よりも低下させないよう前記した蒸気温度に優先して冷却蒸気圧力を制御するように構成している。
【００２７】
このガスタービン蒸気冷却システムによれば、ガスタービンの車室圧力よりも冷却蒸気圧力を低下させない範囲でガスタービンの高温部品より流出する冷却蒸気の温度を所定温度以上にならないように蒸気冷却をおこなうことができる。
【００２８】
また、本発明により、ガスタービンの高温部品冷却蒸気出口の冷却蒸気温度が設定値になるように温度制御弁を制御する冷却蒸気温度制御系と、冷却蒸気出口の冷却蒸気圧力がガスタービンの車室圧力以下にならないように温度制御弁を制御する冷却蒸気圧力制御系とを設け、この２つの制御系の制御信号の低値によって温度制御弁を作動するように構成したシステムとしたものでは、簡単な構成によりガスタービンの高温部品出口の蒸気温度制御に優先して冷却蒸気圧力をガスタービン車室圧力以上に確実に維持する装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態によるガスタービン蒸気冷却システムの構成を示す系統図。
【図２】従来のガスタービン蒸気冷却システムの構成を示す系統図。
【符号の説明】
１    ガスタービン
２    排熱回収ボイラ
３    高圧蒸気タービン
４    中圧蒸気タービン
５    高圧ドラム
６    高圧過熱器
７    再熱器
８    燃焼器等高温部品
９    中圧ドラム
１０  中圧過熱器
１１  温度制御器
１２  温度制御弁
１５  燃焼器等高温部品出口蒸気温度検出器
１６  燃焼器等高温部品出口蒸気圧力検出器
１７  ガスタービン車室圧力検出器
１８  圧力制御器
１９  低値選択器
２０  減算器
【図１】
0003881762.tif 000002
【図２】
0003881762.tif 000003