(57)【要約】【課題】起動時にも低ＮＯｘ化が可能となり、ドレン水処理設備を小型化できる蒸気注入ガスタービンを提供する。【解決手段】空気を圧縮して高圧の燃焼用空気を生成する圧縮機と、前記燃焼用空気と燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器で生成された燃焼ガスで駆動するタービンとを備え、前記燃焼器に蒸気を注入する蒸気注入ガスタービンであって、前記燃焼器は、前記燃焼用空気の流れにおいて火炎帯よりも上流側の位置に蒸気を噴射する複数の蒸気ノズルと、前記複数の蒸気ノズルのそれぞれと連通する蒸気ヘッダと、前記蒸気ヘッダの最下部と連通する水噴霧ノズルとを備え、前記水噴霧ノズルの出口は、前記燃焼用空気の流れにおいて火炎帯よりも上流側の位置に開口していることを特徴とする。【選択図】  図１
2017138023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮して高圧の燃焼用空気を生成する圧縮機と、
前記燃焼用空気と燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼器で生成された燃焼ガスで駆動するタービンとを備え、前記燃焼器に蒸気を注入する蒸気注入ガスタービンであって、
前記燃焼器は、前記燃焼用空気の流れにおいて火炎帯よりも上流側の位置に蒸気を噴射する複数の蒸気ノズルと、
前記複数の蒸気ノズルのそれぞれと連通する蒸気ヘッダと、
前記蒸気ヘッダの最下部と連通する水噴霧ノズルとを備え、
前記水噴霧ノズルの出口は、前記燃焼用空気の流れにおいて火炎帯よりも上流側の位置に開口している
ことを特徴とする蒸気注入ガスタービン。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気注入ガスタービンにおいて、
前記燃焼器は、略円筒構造に形成された燃焼器外筒と、前記燃焼器外筒の端部に設けた燃焼器カバーと、前記燃焼器外筒の内側であって未燃の空気と既燃の燃焼ガスを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナと、前記燃焼器ライナの外周側に配置され、その内周面と前記燃焼器ライナの外周面とで環状の空間を形成するフロースリーブとを備え、
前記蒸気ヘッダを前記燃焼器カバーの内部に環状に形成した
ことを特徴とする蒸気注入ガスタービン。
【請求項３】
請求項２に記載の蒸気注入ガスタービンにおいて、
前記水噴霧ノズルの出口は、前記燃焼器ライナと前記フロースリーブの間の環状空間に向けて開口している
ことを特徴とする蒸気注入ガスタービン。
【請求項４】
請求項３に記載の蒸気注入ガスタービンにおいて、
前記水噴霧ノズルを前記フロースリーブの外周の周方向に複数個設けた
ことを特徴とする蒸気注入ガスタービン。
【請求項５】
請求項３に記載の蒸気注入ガスタービンにおいて、
前記蒸気ヘッダの最下部と前記水噴霧ノズルとを連通する連通配管を備え、
前記連通配管に、前記蒸気ヘッダからのドレン水の通過を許可し、前記水噴霧ノズルからのドレン水の通過を阻止するチェック弁を設けた
ことを特徴とする蒸気注入ガスタービン。
【請求項６】
請求項３に記載の蒸気注入ガスタービンにおいて、
前記蒸気ヘッダの最下部と前記水噴霧ノズルとを連通する連通配管を備え、
前記連通配管の内部に異物の通過を阻止するフィルタを設けた
ことを特徴とする蒸気注入ガスタービン。
【請求項７】
請求項６に記載の蒸気注入ガスタービンにおいて、
前記連通配管の一部及び前記フィルタを前記燃焼器の外部に配置した
ことを特徴とする蒸気注入ガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気注入ガスタービンに係り、更に詳しくは、ガスタービンの排熱から生成した蒸気の一部をガスタービンに注入する蒸気注入ガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンから排出されるＮＯｘの低減方法として、ガスタービンの排ガスの熱エネルギで蒸気を生成し、生成した蒸気を燃焼器に注入することで火炎温度を低下させ、サーマルＮＯｘの生成を抑制する方法がある。また、ガスタービンの出力を増加させることを目的として、生成した蒸気を燃焼器に注入するシステムがある。
【０００３】
特許文献１には、燃焼器への蒸気注入系統を２系統備え、燃焼器における燃焼ガスの流れに対して火炎帯の上流側に蒸気を注入する第１蒸気系統と、火炎帯の下流側に蒸気を注入する第２蒸気系統とを備え、燃料の流量及び組成に応じて第１蒸気系統の蒸気流量を制御し、蒸気消費設備で必要な蒸気要求流量に応じて第２蒸気系統の蒸気流量を制御する蒸気注入ガスタービンの発明が開示されている。
【０００４】
この蒸気注入ガスタービンにおいては、第１蒸気系統の蒸気注入が上述したＮＯｘ低減効果を奏し、第２蒸気系統の蒸気注入が出力増加の効果を奏する。しかし、このような蒸気注入ガスタービンの起動時には、蒸気注入が開始された直後に低温の蒸気配管系統で、蒸気が凝縮されてドレン水になる場合がある。このドレン水が蒸気噴射ノズルから火炎中に噴出すると、燃焼の安定性を損ねる可能性が生じる。
【０００５】
特許文献２には、発電プラントの起動時において、蒸気噴射配管系統内に発生するドレンを積極的に排除し、安定した燃焼運転特性が得られるようにした複合サイクル発電プラントにおける蒸気噴射系統の制御方法及びその装置を提供することを目的として、ガスタービン装置の起動に先立って、別置の補助ボイラの蒸気を供給することで蒸気配管系統を暖機しつつ、ドレン水を補助蒸気の圧力で系外へ排出する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１７３５７２号公報
【特許文献２】特公平７−３０６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、従来の蒸気注入ガスタービンにおいて、起動時の発生ドレン水を系外へ排出する方法を採用すると、蒸気注入系統の暖機が完了するまでの間は、注入した蒸気がドレン水となって排出される。このことにより、火炎帯に蒸気が供給されないので、低ＮＯｘ効果が小さくなる。また、排出されたドレン水を処理するための設備が別途必要となることも、課題として挙げられる。
【０００８】
本発明は、上述した事柄に基づいてなされたものであって、その目的は、起動時にも低ＮＯｘ化が可能となり、ドレン水処理設備を小型化できる蒸気注入ガスタービンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、空気を圧縮して高圧の燃焼用空気を生成する圧縮機と、前記燃焼用空気と燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器で生成された燃焼ガスで駆動するタービンとを備え、前記燃焼器に蒸気を注入する蒸気注入ガスタービンであって、前記燃焼器は、前記燃焼用空気の流れにおいて火炎帯よりも上流側の位置に蒸気を噴射する複数の蒸気ノズルと、前記複数の蒸気ノズルのそれぞれと連通する蒸気ヘッダと、前記蒸気ヘッダの最下部と連通する水噴霧ノズルとを備え、前記水噴霧ノズルの出口は、前記燃焼用空気の流れにおいて火炎帯よりも上流側の位置に開口していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蒸気注入ガスタービンの起動時に、高温のドレン水の霧化を促進するので、燃焼の安定性を維持しつつ低ＮＯｘ化を図ることができる。また、ドレン水処理設備を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態を用いた熱電可変型コジェネレーションシステムの全体構成の一例を示すシステムフロー図である。
【図２】本発明の蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態における水噴霧ノズルを複数設けた他の例の構成を示すシステムフロー図である。
【図３】本発明の蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態における水噴霧ノズルの噴出位置が異なる更に他の例の構成を示すシステムフロー図である。
【図４】本発明の蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の構成の一例を示すシステムフロー図である。
【図５】本発明の蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態の構成の一例を示すシステムフロー図である。
【図６】本発明の蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態におけるドレン水連通管の一部とフィルタを燃焼器外筒の外部に設けた他の例の構成を示すシステムフロー図である。
【図７】本発明の蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態におけるドレン水連通管の一部とフィルタを燃焼器外筒の外部に設け、水噴霧ノズルの噴出位置が異なる更に他の例の構成を示すシステムフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の蒸気注入ガスタービンの実施の形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態を用いた熱電可変型コジェネレーションシステムの全体構成の一例を示すシステムフロー図である。図１に示すように、熱電可変型コジェネレーションシステムは、主として、蒸気注入ガスタービン４と排熱回収ボイラ５と蒸気系統３００とから構成されている。
【００１４】
蒸気注入ガスタービン４は、主として、空気１００を圧縮して高圧の燃焼用空気１０１を生成する圧縮機１と、この圧縮機１から導入される圧縮空気１０１と燃料系統２００からの燃料２０１とを燃焼させて燃焼ガス１０６を生成する複数の燃焼器２と、この燃焼器２で生成された燃焼ガス１０６が導入されるタービン３とを備えている。
【００１５】
タービン３は、ガスジェネレータタービン３ａとパワータービン３ｂとに分かれていて、ガスジェネレータタービン３ａは軸２１ａによって圧縮機１と連結し、圧縮機１を駆動する。一方、パワータービン３ｂは軸２１ｂによって発電機２０と連結し、発電機２０を駆動する。
【００１６】
燃焼器２は、燃焼器外筒７と燃焼器外筒７の端部に設けた燃焼器カバー８とによって構成される内部空間に格納されている。燃焼器外筒７はタービンケーシング２３に取付けられている。燃焼器２の上流端の中央には、燃料ノズル９が配置され、その下流には未燃の空気と既燃の燃焼ガスを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ１０が配置されている。また、燃焼器ライナ１０の外周側にはライナフロースリーブ１１が設けられている。ライナフロースリーブ１１は概略円筒状で、燃焼器ライナ１０と概略同軸となるように燃焼器外筒７に締結されている。
【００１７】
燃焼器ライナ１０の下流には、燃焼ガスをタービン３へと導く尾筒１２が設けられている。燃焼器ライナ１０の下流端の外周側は、尾筒１２の上流端の内周側に差し込む形で連結されている。尾筒１２の外周側には尾筒フロースリーブ１３が設けられている。ライナフロースリーブ１１の下流端の外周側は、尾筒フロースリーブ１３の上流端の内周側に差し込む形で連結されている。
【００１８】
圧縮機１から出た高圧の圧縮空気１０１は、タービンケーシング２３内の空間から、尾筒１２と尾筒フロースリーブ１３の間の空間に、下流側であるタービン側の開口部から流入する。そして、圧縮空気１０１は、上流側である燃焼器ライナ１０側へ流れる際に尾筒１２を外側から冷却する。その後、圧縮空気１０１は、燃焼器ライナ１０とライナフロースリーブ１１の間の概略円環状の空間を通って、燃焼器２の上流側へ向かって流れる。その際、燃焼器ライナ１０を外側から冷却する。
【００１９】
また、圧縮空気１０１のうちの一部の空気はライナ冷却空気１０２として、燃焼器ライナ１０に設けられた冷却孔から燃焼器ライナ１０内へ流入し、フィルム冷却に使用される。また、別の一部の空気は希釈空気１０３として、燃焼器ライナ１０に設けられた複数の希釈孔１４から燃焼器ライナ１０内へ流入し、燃焼ガス１０５と混合して尾筒１２内へと流入する。
【００２０】
また、別の一部の空気は２次燃焼空気１１０として、燃焼器ライナ１０に設けられた複数の燃焼孔３０から燃焼器ライナ１０内へ流入し、燃焼空気１０４で燃焼しきれなかった燃料と共に２次燃焼に使用される。
【００２１】
さらに残りの空気は、燃焼空気１０４として、燃料ノズル９の外周に設けた空気旋回器１７から燃焼器ライナ１０内に流入し、燃料ノズル９から噴出される燃料とともに燃焼に使用される。ここで、燃料流量が多い場合、噴出された燃料の全ては、供給された燃焼空気１０４の量では燃焼しきれない。未燃焼の燃料が下流側に移り、下流側で上述の２次燃焼空気１１０と共に燃焼する。
【００２２】
この燃焼により高温の燃焼ガス１０５が生成され、更に冷却空気１０２及び希釈空気１０３と混合して、燃焼ガス１０６となってタービン３へと送られる。燃焼ガス１０６はタービン３のガスジェネレータタービン３ａを駆動した後に、ガスジェネレータ排気ガス１０７として、パワータービン３ｂへと送られる。パワータービン３ｂを出たガスタービン排ガス１０８は、排熱回収ボイラ５で熱回収された後、排気ガス１０９として排気される。
【００２３】
ガスタービンの燃料系統２００には、燃料流量調整弁２０２と、燃料２０１の流量を検出する燃料流量計２０３が設けられていて、燃料流量を調整することで蒸気注入ガスタービン４の発電出力を調整できる。
【００２４】
次に、蒸気系統３００について説明する。  
排熱回収ボイラ５は、給水加熱器２４、ボイラ２５、蒸気過熱器２６から構成され、発生した蒸気は、蒸気供給系統３００Ａを介して主に蒸気消費設備６で消費される。蒸気消費設備６としては、工場などの熱源を必要とする設備が考えられる。蒸気消費設備６へ蒸気を供給するための蒸気送気系統３０３の配管には、送気用蒸気流量調節弁３１３が設けられていて、送気蒸気量を制御している。排熱回収ボイラ５から発生した蒸気の圧力を検出する蒸気圧力計３０５が、排熱回収ボイラ５からの主配管に設けられている。
【００２５】
また、排熱回収ボイラ５で発生させた蒸気を必要に応じて大気に放出するために、蒸気放出系統３０４が設けられている。蒸気放出系統３０４の配管には、蒸気放出弁３１４が設けられていて、放出蒸気量を制御している。
【００２６】
一方、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気量が蒸気消費設備６で必要な蒸気量を上回った場合、余剰の蒸気は蒸気注入ガスタービン４に注入することができる。本実施の形態においては、燃焼器２へ蒸気を注入している。このように余剰の蒸気を蒸気注入ガスタービン４に注入して、発電機２０の出力を増加させることで、熱電比を可変とするのが、熱電可変コジェネレーションシステムである。
【００２７】
本発明の蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態においては、この注入蒸気系統を、第１の蒸気系統３０１と第２の蒸気系統３０２の２系統に分けている。また、それぞれの系統には、第１蒸気流量調節弁３１１と第２蒸気流量調節弁３１２が設けられ、各流量が調節可能となっている。
【００２８】
第１の蒸気系統３０１は、一端側を蒸気供給系統３００Ａに接続し、他端側を燃焼器カバー８に設けられた蒸気フランジ３５１に接続した蒸気配管３２１を備え、蒸気配管３２１に第１蒸気流量調節弁３１１が設けられている。第１の蒸気系統３０１の内部を通過する第１の蒸気３３１は、燃焼器カバー８に設けられた蒸気ノズル３５２から燃焼器２の内部へ噴射される。
【００２９】
燃焼器カバー８の内部には、概略環状の蒸気ヘッダ３５０が設けられていて、蒸気フランジ３５１を介して蒸気配管３２１と連通している。蒸気ヘッダ３５０の燃焼器ライナ１０側には、蒸気ノズル３５２が複数取付けられている。また、蒸気ヘッダ３５０の最下部には、蒸気ヘッダ３５０と連通するドレン水連通管３５３の一端側が接続されていて、他端側である先端部には水噴霧ノズル３５４が取付けられている。水噴霧ノズル３５４は、燃焼器ライナ１０とライナフロースリーブ１１の間の環状空間に向けて開口している。なお、本実施の形態の説明における最下部とは、各燃焼器２における重力方向で一番下側の部位であり、環状の蒸気ヘッダ３５０の最下部も重力方向で一番下側の部位を示している。
【００３０】
第１の蒸気３３１の噴射位置は、燃焼ガス１０５の流れに対して火炎帯の上流側であって、噴射した蒸気の大部分が燃焼空気１０４または燃料２０１と混合する位置になっている。より具体的には、燃焼器ライナ１０の外側であって、燃焼器外筒７と燃焼器カバー８と燃焼器ライナ１０で囲まれた空間に噴射されている。
【００３１】
この位置における燃焼空気１０４は、高圧の圧縮空気１０１がライナ冷却空気１０２や希釈空気１０３と分岐した後の空気であり、大部分が燃料との燃焼に消費されるため、この位置で燃焼空気１０４に混合された第１の蒸気３３１は火炎帯の温度を下げる効果が大きく、低ＮＯｘ化に寄与する度合いが大きい。
【００３２】
第２の蒸気系統３０２は、一端側を蒸気供給系統３００Ａに接続し、他端側を燃焼器外筒７に設けられた蒸気注入ポート１５に接続した蒸気配管３２２を備え、蒸気配管３２２に第２蒸気流量調節弁３１２が設けられている。第２の蒸気系統３０２の内部を通過する第２の蒸気３３２は、まず、燃焼器外筒７とライナフロースルーブ１１の間の概略円環状の空間を流れる。この空間とタービンケーシング２３内の空間は、隔壁１８によって隔てられている。このことにより、燃焼器２に流入した第２の蒸気３３２とタービンケーシング２３内の圧縮空気の混合が抑制されている。
【００３３】
また、第２の蒸気３３２は、ライナフロースリーブ１１の外周側で周方向の全域に流れる。このため、燃焼器外筒７の１つに対して、蒸気ポート１５が１箇所しかない場合であっても、燃焼器２の周方向における湿分の均一化を図ることができる。
【００３４】
ライナフロースリーブ１１には、蒸気注入孔１６が周方向に複数個設けられている。これらの蒸気注入孔１６の全部または一部は、燃焼器ライナ１０に設けられた希釈孔１４の全部または一部と対向している。
【００３５】
希釈孔１４と対向した位置に設けられた蒸気注入孔１６を通過した第２の蒸気３３２は、その大部分が希釈孔１４を通って燃焼器ライナ１０の内部に流入する。したがって、第２の蒸気３３２の大部分は燃焼ガス１０５の流れに対して火炎帯の下流側において、燃焼後の燃焼ガス１０５と混合する。
【００３６】
噴射された蒸気は燃焼後の燃焼ガス１０５や希釈空気１０３と混合するため、火炎帯へは直接の影響を及ぼさない。したがって、燃焼の安定性に影響することなく、燃焼器２へ余剰蒸気を噴射して出力を増加させることができる。また、この噴射位置は、タービン３よりも上流側であるため、蒸気の持つエネルギをタービン３にて有効に動力に変換できる。
【００３７】
また、燃焼ガス１０５は、タービン３へ流入する際には蒸気と混合して温度が低下しているため、同じ出力であれば尾筒１２やタービン３のメタル温度を下げることができるので、信頼性の向上や寿命の延命化が図れる。また、蒸気混合分の燃料流量を増加させることができる。このため、同じタービン流入温度であれば、蒸気が混合した分、出力や効率を向上させることができる。
【００３８】
次に、蒸気注入ガスタービンの起動時の蒸気の流れについて説明する。蒸気注入ガスタービン４が起動して、ガスタービン排ガス１０８が排熱回収ボイラ５に送られると、排熱回収ボイラ５から蒸気が発生し始める。そして、蒸気圧力計３０５が検出する蒸気供給系統３００Ａの圧力が予め定めた圧力よりも大きくなると、第１の蒸気系統３０１の第１蒸気流量調節弁３１１を開動作させて、燃焼器２への蒸気注入を開始する。第１の蒸気３３１は蒸気配管３２１の中を流れる。第１の蒸気３３１は、蒸気配管３２１から蒸気フランジ３５１を介して燃焼器カバー８内の蒸気ヘッダ３５０へ供給され、蒸気ヘッダ３５０内に充満する。そして、蒸気ノズル３５２から燃焼器２の内部へ噴出し、燃焼空気１０４と混合して燃焼に用いられる。燃焼空気１０４に蒸気が混合することで火炎帯の局所的な温度が低下し、発生するＮＯｘを低減することができる。
【００３９】
一方、蒸気注入ガスタービンの起動時には、燃焼器カバー８の温度が低いため、第１の蒸気３３１が流入する蒸気ヘッダ３５０にて蒸気の熱が奪われて、一部の蒸気が内部でドレン水になる。発生したドレン水は蒸気ヘッダの最下部に溜まり、蒸気の圧力によりドレン水連通管３５３内を流れ、水噴霧ノズル３５４から微細な水滴となって燃焼器ライナ１０とライナフロースリーブ１１の間の環状空間に噴出する。ドレン水は、この環状空間を流れる燃焼空気１０４と混合する過程で蒸発し、燃焼器ライナ１０の内部で燃焼に用いられる際に、火炎温度を低下させる。このことによりＮＯｘ抑制の効果を発揮する。
【００４０】
水噴霧ノズル３５４は、蒸気ノズル３５２と異なり、水を微細な水滴にして噴霧することができる。このため、ドレン水が蒸気ノズル３５２から噴出した場合と比較して、蒸発が早くなるので、ドレン水が液体のまま火炎に到達して燃焼安定性を損なう可能性を小さくすることができる。
【００４１】
また、起動時の低ＮＯｘ化のために、例えば、ボイラ給水などを別途噴霧する場合と比較すると、ドレン水は高温であるため霧化し易く、燃焼の安定性を確保しつつ低ＮＯｘ化を図るのに適している。
【００４２】
また、高温のドレン水を系外へ排出した後に処理することと比較すると、高温水を処理するための設備を小さくできることに加え、ドレン水の持つ燃エネルギを内部で利用できるため、エネルギの節約にもなる。
【００４３】
図２は本発明の蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態における水噴霧ノズルを複数設けた他の例の構成を示すシステムフロー図である。本実施の形態においては、図１に示すように水噴霧ノズル３５４を１箇所設けた場合を例に説明したが、これに限るものではない。図２に示すように、概略環状のドレン水ヘッダ３５５をライナフロースリーブ１１の外周に配置し、ドレン水ヘッダ３５５に水噴霧ノズル３５４を複数個取付けて、燃焼器ライナ１０の外周に液滴を噴霧しても良い。
【００４４】
図１のように１箇所から水滴を噴霧する場合に比べて、より均一に燃焼器２の周方向に水滴を噴霧することができるので、低ＮＯｘ効果をより向上できる。さらに、燃焼空気中の湿分が周方向に偏ることが無くなるので、火炎の局所的な消炎の発生など、燃焼が不安定になることを防止できる。
【００４５】
図３は本発明の蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態における水噴霧ノズルの噴出位置が異なる更に他の例の構成を示すシステムフロー図である。図３に示すように、水噴霧ノズル３５４を尾筒フロースリーブ１３の外周側に配置して、尾筒１２と尾筒フロースリーブ１３の間の環状空気流路に水滴を噴霧するように構成しても良い。
【００４６】
図１の場合と比べて、水噴霧ノズルの噴出位置から火炎までの距離が長くなるため、水滴が蒸発しやすくなり火炎の安定性が向上する。また、噴霧したドレン水の一部は希釈孔１４を通って希釈空気１０３と共に燃焼器ライナ１０内に流入し、火炎帯を通過しなくなるため、大量のドレン水が発生した場合であっても、火炎の消炎を防止できる。
【００４７】
上述した本発明の蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態によれば、蒸気注入ガスタービン４の起動時に、高温のドレン水の霧化を促進するので、燃焼の安定性を維持しつつ低ＮＯｘ化を図ることができる。また、ドレン水処理設備を小型化できる。
【実施例２】
【００４８】
以下、本発明の蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図４は本発明の蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の構成の一例を示すシステムフロー図である。図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
図４に示す本発明の蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、ドレン水連通管３５３に蒸気ヘッダ３５０側からのドレン水の通過は許可するが、水噴霧ノズル３５４側からのドレン水の通過を阻止するチェック弁３５６を設けた点が異なる。
【００５０】
蒸気注入ガスタービン４の起動時に、第１の蒸気系統３０１の第１蒸気流量調節弁３１１を開動作させて、燃焼器２への蒸気注入を開始すると、第１の蒸気３３１は、蒸気ヘッダ３５０内に充満する。そして、一部の蒸気が内部でドレン水になる。発生したドレン水は蒸気ヘッダの最下部に溜まる。蒸気ヘッダ３５０内にさらに蒸気が流入し上記の圧力が高くなると、チェック弁３５６が開いて溜まったドレン水を押し出し、水噴霧ノズル３５４から微細な水滴となって噴出する。あるいは、ドレン水が多量になると水頭圧差でチェック弁３５６が開いて、ドレン水を押し出し、水噴霧ノズル３５４から微細な水滴となって噴出する。
【００５１】
チェック弁３５６の作動圧力差を適切に設定することで、ドレン水の噴出流速を一定値以上に保つことができる。このことにより、水滴微細化を損なうことなく、燃焼空気１０４の中にドレン水を混合することができる。この結果、火炎の安定性を維持できると共に、より効果的に低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００５２】
上述した本発明の蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、上述した本発明の蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態によれば、ドレン水連通管３５３にチェック弁３５６を設けたので、ドレン水の噴出流速を一定値以上に保つことができる。このことにより、水滴微細化を損なうことなく、燃焼空気１０４の中にドレン水を混合することができるので、火炎の安定性を維持できると共に、より効果的に低ＮＯｘ化を図ることができる。
【実施例３】
【００５４】
以下、本発明の蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態を図面を用いて説明する。図５は本発明の蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態の構成の一例を示すシステムフロー図である。図５において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
図５に示す本発明の蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、ドレン水連通管３５３の内部に異物の通過を阻止するフィルタ３５７を設けた点が異なる。
【００５６】
蒸気ヘッダ３５０の内部に溜まったドレン水には、例えば蒸気ヘッダ３５０内に発錆した錆粉等が含まれる場合がある。このような錆粉が水噴霧ノズル３５４に流入すると、水噴霧ノズル３５４の流路を一部閉塞し、ドレン水の霧化が良好に行われなくなる可能性が生じる。また、異物が水噴霧ノズル３５４の流路を磨耗し、流路形状を変化させた場合にも、同様に正常な霧化に悪影響を与える。
【００５７】
このような事象が発生すると、ドレン水の蒸発が遅れ、火炎に水滴が流入し、燃焼が不安定になる可能性が生じる。また、万が一、水噴霧ノズル３５４が完全に閉塞すると、ドレン水が蒸気ノズル３５２から噴出することも想定される。フィルタ３５７をドレン水連通管３５３に設置することによって、ドレン水中の異物を除去し、ドレン水の正常な霧化を維持することができる。このことにより、火炎の安定性を確保できると共に、より効果的に低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００５８】
図６は本発明の蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態におけるドレン水連通管の一部とフィルタを燃焼器外筒の外部に設けた他の例の構成を示すシステムフロー図である。図６に示すように、ドレン水連通管３５３の一部とフィルタ３５７を燃焼器外筒７の外部に配置しても良い。
【００５９】
図５の場合と比べて、フィルタ３５７の清掃、交換が容易となり、ドレン水中の異物除去とドレン水の正常な霧化を容易に可能とすることができる。このことにより、火炎の安定性を維持できると共に効果的に低ＮＯｘ化を、より簡便に図ることができる。
【００６０】
また、フィルタ３５７と共に第２の実施の形態のチェック弁３５６を併設するなど、ドレン水連通管３５３に取付ける機器の数、大きさ、向き等の自由度が増すという利点が生じる。
【００６１】
更に、蒸気ヘッダ３５０に対して、ドレン水連通管３５３を連通させる方向の自由度が増すという利点が生じる。図１に示すようにドレン水連通管３５３が燃焼器外筒７の内部に配置された場合、ドレン水連通管３５３の蒸気ヘッダ３５０に対する連通方向は、内部方向（図１の右向き方向）に限られる。これに対して、図６に示す構成の場合は、下向きや左向き等選択肢が広がり、ドレン水連通管３５３の周囲にある部材（例えば、蒸気ノズル３５２、ライアンフロースリーブ１１、燃焼器外筒７、その他図示されていないボルト等）を避けて、蒸気ヘッダ３５０内でもドレン水が溜まりやすい位置、方向にドレン水連通管を設置することができる。
【００６２】
図７は本発明の蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態におけるドレン水連通管の一部とフィルタを燃焼器外筒の外部に設け、水噴霧ノズルの噴出位置が異なる更に他の例の構成を示すシステムフロー図である。図７に示すように、水噴霧ノズル３５４の噴霧位置を選択する自由度が大きくなり、タービンケーシング２３の内部であって、尾筒フロースリーブ１３の外部となる空間に、ドレン水を噴霧できる位置に水噴霧ノズル３５４を配置しても良い。
【００６３】
この位置の圧縮空気１０１にドレン水が蒸発した蒸気が混合することで、尾筒１２を外部から対流冷却する空気に湿分が加わることになり、流量及び熱容量が増加して尾筒１２の冷却が促進される。このことにより、尾筒１２内の燃焼ガス温度が同じ場合には、尾筒１２のメタル温度が低下し、尾筒１２の寿命を延ばすことができる。また、メタル温度が同じ場合には、燃焼ガス温度を上げることができるため、蒸気注入ガスタービン４の出力と効率を向上させることができる。
【００６４】
上述した本発明の蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
また、上述した本発明の蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態によれば、ドレン水連通管３５３にフィルタ３５７を設けたので、ドレン水中の異物を除去し、ドレン水の正常な霧化を維持することができる。このことにより、火炎の安定性を確保できると共に、より効果的に低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００６６】
なお、上述した本発明の各実施の形態においては、蒸気ヘッダ３５０を燃焼器カバー８の中に環状に形成したものを例に説明したが、これに限るものではない。燃焼器外筒７の外側、外周に配置しても良いし、燃焼器２の内部に室を形成しフランジの外から連通させても良い。また、形状は環状でなくても良い。
【００６７】
また、本発明は上述した第１乃至第３の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６８】
１：圧縮機、２：燃焼器、３：タービン、４：蒸気注入ガスタービン、５：排熱回収ボイラ、６：蒸気消費設備、７：燃焼器外筒、８：燃焼器カバー、９：燃料ノズル、１０：燃焼器ライナ、１１：ライナフロースリーブ、１２：尾筒、１３：尾筒フロースリーブ、１４：希釈孔、１５：蒸気注入ポート、１６：蒸気注入孔、１７：空気旋回器、１８：隔壁、２０：発電機、２３：タービンケーシング、１００：空気（大気圧）、１０１：圧縮空気、１０２：ライナ冷却空気、１０３：希釈空気、１０４：燃焼空気、１０５：燃焼ガス、１０６：燃焼ガス、１０７：ガスジェネレータ排気ガス、１０８：ガスタービン排ガス、１０９：排気ガス、１１０：２次燃焼空気、２００：燃料系統、２０１：燃料、２０２：燃料流量調節弁、２０３：燃料流量計、３００：蒸気系統、３０１：第１の蒸気系統、３０２：第２の蒸気系統、３０３：蒸気送気系統、３０４：蒸気放出系統、３１１：第１蒸気流量調節弁、３１２：第２蒸気流量調節弁、３１３：送気用蒸気流量調節弁、３１４：蒸気放出弁、３３１：第１の蒸気、３３２：第２の蒸気、３５０：蒸気ヘッダ、３５１：蒸気フランジ、３５２：蒸気ノズル、３５３：ドレン水連通管、３５４：水噴霧ノズル、３５５：ドレン水ヘッダ、３５６：チェック弁、３５７：フィルタ
【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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