(57)【要約】【課題】本発明は、ガスタービンに用いられる燃料ガスの改質率の向上を図ったガスタービンを提供することを課題とする。【解決手段】この発明のガスタービンは、高圧燃料ガス９に水蒸気７を添加した改質前混合ガス１０を改質器に供給する改質前混合ガス供給通路６０２と、改質前混合ガス供給通路６０２に設けられていてタービン３００から排出される前の燃焼ガス３の熱によって改質前混合ガス１０を加熱する改質前混合ガス加熱手段６０３とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼に供される空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、
燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と、
前記燃料ガスに水蒸気を添加した改質前混合ガスを改質して改質ガスを生成する改質器と、
前記圧縮空気に前記改質ガスを混合して燃焼ガスを生成する燃焼器と、
回転軸を備え前記回転軸の周方向に沿って設けられた静翼及び動翼を有する前記燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
前記燃料ガス供給源と前記改質器とを接続し前記改質前混合ガスを供給する改質前混合ガス供給通路と、
改質前混合ガス供給通路に設けられていて前記タービンから排出される前の前記燃焼ガスの熱によって前記改質前混合ガスを加熱する改質前混合ガス加熱手段と
を有することを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
前記改質前混合ガス加熱手段は、前記タービン内の燃焼ガスの熱によって前記改質前混合ガスを加熱する
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
【請求項３】
前記改質前混合ガス加熱手段は、前記静翼と前記動翼とのうち少なくとも一方の内部に設けられていて前記改質前混合ガスが流れる翼内改質前混合ガス供給通路を有し、前記静翼又は前記動翼に吹き付ける燃焼ガスの熱によって前記翼内改質前混合ガス供給通路中の前記改質前混合ガスを加熱する
ことを特徴とする請求項２に記載のガスタービン。
【請求項４】
前記改質前混合ガス加熱手段は、前記燃焼器の壁に設けられていて前記改質前混合ガスが流れる壁内改質前混合ガス供給通路を有し、前記燃焼器内で生成される前記燃焼ガスの熱によって前記壁内改質前混合ガス供給通路中の前記改質前混合ガスを加熱する
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに関する。さらに詳しくは、燃料ガスを改質する改質器を備えたガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、翼構造を内蔵するケーシング内で高温作動流体を膨張させることにより、回転軸を回転させて動力を発生するガスタービンは様々な分野において幅広く利用されている。ここで、近年では、前記ガスタービンに用いられる燃料ガスの燃費効率の観点から、前記燃料ガスを、別の発熱量の大きなガスに改質する研究がなされている。例えば特許文献１に示すように、前記燃料ガスを化学的に改質する改質器を設け、前記燃料ガスを改質した改質ガスとすることで、発熱量が約１.２５倍程度上昇し、燃費効率の向上が図れる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８２８９３号公報（段落番号００１１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記燃料ガスとして広く用いられているものの一つに、メタンを主成分とする天然ガスがある。ここで、前記メタンを改質して、水素及び一酸化炭素を主成分とする前記改質ガスにするためには、前記メタンに水蒸気を添加し、さらにニッケル等の金属触媒の存在下で７００℃〜１０００℃の高温を保つ必要がある。しかしながら、特許文献１に示す改質器では、高温環境を保つためにガスタービンから排出される排出燃焼ガスの熱を利用しているが、前記排出燃焼ガスは高々６００℃程度しかないので、前記メタンすなわち前記燃料ガスを十分に改質することができず、改質率が悪い。ここで、改質率とは、与えられた温度及び圧力条件に対する平衡組成から、燃料として供給された前記燃料ガス中のメタン１ｍｏｌのうち何ｍｏｌが水素および一酸化炭素に改質されるか、によって定義したものである。すなわち、改質率が高いほど、メタンから水素および一酸化炭素への転換が進んでいることを示す。
【０００５】
そこで本発明は、ガスタービンに用いられる燃料ガスの改質率の向上を図ったガスタービンの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガスタービンは、燃焼に供される空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と、前記燃料ガスに水蒸気を添加した改質前混合ガスを改質して改質ガスを生成する改質器と、前記圧縮空気に前記改質ガスを混合して燃焼ガスを生成する燃焼器と、回転軸を備え前記回転軸の周方向に沿って設けられた静翼及び動翼を有する前記燃焼ガスによって駆動されるタービンと、前記燃料ガス供給源と前記改質器とを接続し前記改質前混合ガスを供給する改質前混合ガス供給通路と、改質前混合ガス供給通路に設けられていて前記タービンから排出される前の前記燃焼ガスの熱によって前記改質前混合ガスを加熱する改質前混合ガス加熱手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
これによって、前記改質器に供給する改質前混合ガスの温度を、改質反応促進を図るのに十分な温度にまで昇温させるという作用が得られ、その結果として、改質率が向上される。
【０００８】
本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記改質前混合ガス加熱手段は、前記タービン内の燃焼ガスの熱によって前記改質前混合ガスを加熱することが望ましい。
【０００９】
これによって、前記改質器に供給する改質前混合ガスの温度を、改質反応促進を図るのに十分な温度にまで昇温させるという作用が得られ、その結果として、改質率が向上される。
【００１０】
本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記改質前混合ガス加熱手段は、前記静翼及び前記動翼の少なくとも一方又は両方の内部に設けられていて前記改質前混合ガスが流れる翼内改質前混合ガス供給通路を有し、前記静翼又は前記動翼に吹き付ける燃焼ガスの熱によって前記翼内改質前混合ガス供給通路中の前記改質前混合ガスを加熱することが望ましい。
【００１１】
これによって、前記改質器に供給する改質前混合ガスの温度を、改質反応促進を図るのに十分な温度にまで昇温させるという作用が得られ、その結果として、改質率が向上される。また、前記燃焼ガスの熱によって高温となっている前記静翼の翼冷却に寄与することもできる。さらに、既存の翼冷却に供される構造を、前記改質前混合ガス加熱手段として使用することができるので、前記改質前混合ガス加熱手段を配設するに際して、大幅な設計変更及びコストを要さないという利点をも有する。
【００１２】
本発明の好ましい態様としては、前記本発明において、前記改質前混合ガス加熱手段は、前記燃焼器の壁に設けられていて前記改質前混合ガスが流れる壁内改質前混合ガス供給通路を有し、前記燃焼器内で生成される前記燃焼ガスの熱によって前記壁内改質前混合ガス供給通路中の前記改質前混合ガスを加熱することが望ましい。
【００１３】
これによって、前記改質器に供給する改質前混合ガスの温度を、改質反応促進を図るのに十分な温度にまで昇温させるという作用が得られ、その結果として、改質率が向上される。また、前記燃焼ガスの熱によって高温となっている前記燃焼器の壁の冷却に寄与することもできる。さらに、既存の前記燃焼器の壁の冷却に供される構造を、前記改質前混合ガス加熱手段として使用することができるので、前記改質前混合ガス加熱手段を配設するに際して、大幅な設計変更及びコストを要さないという利点をも有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ガスタービンに用いられる燃料ガスの改質率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に説明する構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係るガスタービンの概略図である。まず、ガスタービン１０００の構成について、図１を用いて説明する。
【００１７】
ガスタービン１０００は、図１に示すように、圧縮機１００と、燃焼器２００と、タービン３００と、燃料ガス圧縮機４００と、ボイラー５００と、改質装置６００と、燃料ガスタンク７００とを主要部として構成されている。
【００１８】
圧縮機１００は、軸流圧縮機であり、大気圧の空気１をその内部に取り入れて、圧縮して加圧し、圧縮空気２を生成するものである。
【００１９】
燃焼器２００は、圧縮空気２及び後述する改質器６０１からの改質ガス１１をその内部に取り入れ、圧縮空気２と改質ガス１１とを混合することによって燃焼ガス３を生成するものである。
【００２０】
燃料ガス圧縮機４００は、圧縮機１００と同様に軸流圧縮機であり、燃料ガスタンク７００から供給される低圧燃料ガス８を圧縮して加圧し、高圧燃料ガス９を生成するものである。
【００２１】
ボイラー５００は、ポンプＰから供給される水６を取り入れ、後述するタービン後段３０２の第２燃焼ガス排出口３０２Ｂから排出される排出燃焼ガス４の熱を利用して、取り入れた水６を加熱し、水蒸気７を生成するものである。
【００２２】
タービン３００は、タービン前段３０１と、タービン後段３０２と、タービン前段３０１及びタービン後段３０２を接続して燃焼ガス３を供給する燃焼ガス連絡通路３０３とを備える。
【００２３】
タービン前段３０１は、回転軸３０４と、タービン前段ケーシング３０６と、回転軸３０４に取り付けられた１段の動翼３０５と、タービン前段ケーシング３０６の内壁に取り付けられた１段の静翼３０７とを有する。また、タービン前段ケーシング３０６は、燃焼ガス３をタービン前段３０１内に供給するための第１燃焼ガス供給口３０１Ａと、燃焼ガス３をタービン前段３０１外に排出するための第１燃焼ガス排出口３０１Ｂとを有する。タービン前段３０１は、第１燃焼ガス供給口３０１Ａから供給される燃焼ガス３を、機械的な回転エネルギに変換して動力を発生させるものである。
【００２４】
タービン後段３０２は、回転軸３０４と、タービン後段ケーシング３０８と、回転軸３０４に取り付けられた３段の動翼３０５の列と、タービン後段ケーシング３０８の内壁に取り付けられた３段の静翼３０７の列とを有する。また、タービン後段ケーシング３０８は、燃焼ガス３をタービン後段３０２内に供給するための第２燃焼ガス供給口３０２Ａと、燃焼ガス３をタービン後段３０２外に排出するための第２燃焼ガス排出口３０２Ｂとを有する。タービン後段３０２は、第２燃焼ガス供給口３０２Ａから供給される燃焼ガス３を、機械的な回転エネルギに変換して動力を発生させるものである。
【００２５】
燃焼ガス連絡通路３０３は、第１燃焼ガス排出口３０１Ｂと第２燃焼ガス供給口３０２Ａとを接続して燃焼ガス３を供給する通路である。また、燃焼ガス連絡通路３０３の途中には、後述する改質前混合ガス／燃焼ガス熱交換器６０３が設置されている。
【００２６】
改質装置６００は、改質器６０１と、改質前混合ガス供給通路６０２と、改質前混合ガス加熱手段６０３とを備える。
【００２７】
改質器６０１は、その内部にニッケル等の金属触媒を備えており、触媒反応により、改質前混合ガス供給通路４０２からのメタン及び水を主成分とする改質前混合ガス１０を、水素及び一酸化炭素を主成分とする改質ガス１１へと転換させるものである。
【００２８】
改質前混合ガス供給通路６０２は、燃料ガス圧縮機４００と改質器６０１とを接続して改質前混合ガス１０を改質器６０１に供給する通路である。改質前混合ガス供給通路６０２は、途中、ボイラー５００から水蒸気７が供給される水蒸気供給口６０２Ａを有する。水蒸気供給口６０２Ａでは、燃料ガス圧縮機４００からの高圧燃料ガス９とボイラー５００からの水蒸気７とが混合して改質前混合ガス１０が生成される。
【００２９】
改質前混合ガス加熱手段６０３は、改質前混合ガス供給通路６０２に設けられていて、水蒸気供給口６０２Ａと改質器６０１との間に設置されている。改質前混合ガス加熱手段６０３では、燃焼ガス連絡通路３０３中の燃焼ガス３が、改質前混合ガス供給通路６０２中の改質前混合ガス１０を加熱する。
【００３０】
次に、このような構成からなる本実施例の作用について、図１を用いて説明する。
【００３１】
まず、燃焼に供する大気圧の空気１は、圧縮機１００において加圧されて圧縮空気２となる。圧縮空気２は、燃焼器２００に送られて改質器６０１からの改質ガス１１と混合されて燃焼し、燃焼ガス３となる。燃焼ガス３は、第１燃焼ガス供給口３０１Ａからタービン前段３０１に供給されて動力を生じさせた後、第１燃焼ガス排出口３０１Ｂから燃焼ガス連絡通路３０３へと送られる。燃焼ガス連絡通路３０３中の燃焼ガス３は、途中、改質前混合ガス加熱手段６０３において改質前混合ガス１０を加熱した後、第２燃焼ガス供給口３０２Ａに至ってタービン後段３０２へと供給される。タービン後段３０２に供給された燃焼ガス３は、動力を生じさせた後、排出燃焼ガス４となって第２燃焼ガス排出口３０２Ｂからボイラー５００へ供給される。
【００３２】
排出燃焼ガス４は、ボイラー５００においてポンプＰからの水６を加熱して水蒸気７を生成した後、排ガス５となってガスタービン１０００の系外に排出される。生成された水蒸気７は、改質前混合ガス供給通路６０２の水蒸気供給口６０２Ａに至って、改質前混合ガス供給通路６０２中の高圧燃料ガス９と混合する。
【００３３】
一方、燃料ガスタンク７００から燃料ガス圧縮機４００に供給された低圧燃料ガス８は、燃料ガス圧縮機４００において加圧されて高圧燃料ガス９となり、改質前混合ガス供給通路６０２に供給される。なお、低圧燃料ガス８又は高圧燃料ガス９は例えば天然ガスであり、メタンを主成分とするものである。改質前混合ガス供給通路６０２中の高圧燃料ガス９は、途中の水蒸気供給口６０２Ａにおいて、ボイラー５００からの水蒸気７と混合し、メタンと水を主成分とする改質前混合ガス１０となる。改質前混合ガス供給通路６０２中の改質前混合ガス１０は、途中の改質前混合ガス加熱手段６０３において、燃焼ガス連絡通路３０３中の燃焼ガス３と熱交換することで昇温した後、改質器６０１に供給されて改質ガス１１となる。改質ガス１１は、水素と一酸化炭素を主成分とするもので、燃焼器２００に供給されて圧縮空気２と混合・燃焼して燃焼ガス３となる。
【００３４】
ここで、通常、第１燃焼ガス排出口３０１Ｂから燃焼ガス連絡通路３０３に供給される燃焼ガス３の温度は、１０００℃程度である。したがって、改質前混合ガス加熱手段６０３において、改質前混合ガス１０を、１０００℃程度の燃焼ガス３によって例えば８００〜９００℃程度まで昇温させることができる。すなわち、改質器６０１に供給される改質前混合ガス１０が、改質反応が促進される程度の温度にまで十分昇温されるので、改質率を向上することができる。
【００３５】
このように、ガスタービン１０００は、燃焼ガス連絡通路３０３と、改質前混合ガス供給通路６０２と、改質前混合ガス加熱手段６０３とを具備する。これによって、改質器６０１に供給する改質前混合ガス１０の温度を、改質反応促進を図るのに十分な温度にまで昇温させるという作用が得られ、その結果として、改質率向上という効果が奏される。
【００３６】
なお、燃焼ガス連絡通路３０３の配設位置は、本実施例のように、１段目の静翼３０７及び動翼３０５と２段目の静翼３０７及び動翼３０５との間に限られない。したがって、改質前混合ガス加熱手段６０３の配設位置も、１段目の静翼３０７及び動翼３０５と２段目の静翼３０７及び動翼３０５との間に限られない。すなわち、改質器６０１に供給する改質前混合ガス１０の温度を、改質反応促進を図るのに十分な温度にまで昇温させるという作用が得られれば、例えば、燃焼ガス連絡通路３０３を、２段目の静翼３０７及び動翼３０５と３段目の静翼３０７及び動翼３０５との間に設けても良い。
【００３７】
このように、ガスタービン１０００は、改質器６０１に供給する改質前混合ガス１０に必要な温度の程度に応じて、燃焼ガス連絡通路３０３及び改質前混合ガス加熱手段６０３の設置箇所を適宜変更することも可能である。換言すれば、改質前混合ガス加熱手段６０３の配設位置を比較的容易に変更することができるので、改質器６０１に供給する改質前混合ガス１０の温度設定の自由度が上がるという効果をも奏する。
【実施例２】
【００３８】
図２は、本発明の実施例２に係るガスタービンの概略図である。ガスタービン１００１について、図２を参照して説明する。なお、実施例１に係るガスタービンと重複する構成については、同一符号を付してその説明は省略する。
【００３９】
ガスタービン１００１は、タービン３１０と、改質装置６１０とを有する。タービン３１０は、後述する改質前混合ガス加熱手段６１１を備えた静翼３１１を有する。また、改質装置６１０は、改質前混合ガス加熱手段６１１を備える。改質前混合ガス加熱手段６１１は、改質前混合ガス供給通路６０２の途中に設けられ、水蒸気供給口６０２Ａと改質器６０１との間に設置されている。
【００４０】
ここで、図３は、本発明の実施例２に係るタービンの１段目の静翼付近の詳細斜視断面図であり、本発明の実施例２に係る改質前混合ガス加熱手段を示す図である。図４は、図３の１段目の静翼の縦断面であり、図５は図４のＩ−Ｉ断面図である。次に、静翼３１１の構成について図３乃至図５を用いて説明する。
【００４１】
静翼３１１は、翼冷却部３１３と改質前混合ガス加熱手段６１１とを備える。翼冷却部３１３は、冷却媒体Ｆが供給される第１冷却媒体供給通路３１４及び第２冷却媒体供給通路３１５と、第１冷却媒体供給通路３１４と第２冷却媒体供給通路３１５との間の翼壁に設けられた複数の冷却媒体連絡孔３１６と、第１冷却媒体供給通路３１４の管壁に設けられた複数のフィルム冷却孔３１７とを備える。また、第２冷却媒体供給通路３１５は、その一端に冷却媒体Ｆを供給するための冷却媒体供給口３１５Ａを備え、他端に冷却媒体Ｆを排出するための冷却媒体排出口３１５Ｂを備える。ここで、冷却媒体Ｆは、例えば、圧縮機１００から供給される圧縮空気２などである。
【００４２】
また、改質前混合ガス加熱手段６１１は、翼内改質前混合ガス供給通路６１２を備える。そして、翼内改質前混合ガス供給通路６１２は、その一端に改質前混合ガス供給口６１２Ａを備え、また他端には改質前混合ガス排出口６１２Ｂを備え、いずれも改質前混合ガス供給通路６０２に接続する。ここで、翼内改質前混合ガス供給通路６１２は、コ字状に折り返す構造となっており、改質前混合ガス供給口６１２Ａと改質前混合ガス排出口６１２Ｂとが同一方向を向いている。したがって、改質前混合ガス供給口６１２Ａから翼内改質前混合ガス供給通路６１２に供給された改質前混合ガス１０は、まず、回転軸３０４に向かう方向に流れる。そして、翼内改質前混合ガス供給通路６１２の折り返し部分を通過した改質前混合ガス１０は、流れ方向を回転軸３０４に向かう方向とは逆方向に変えて、改質前混合ガス排出口６１２Ｂまで流れる。改質前混合ガス加熱手段６１１では、１段目の静翼３１１に吹き付けるタービン３１０内の燃焼ガス３の熱が静翼３１１の壁から入熱されて翼内改質前混合ガス供給通路６１２中の改質前混合ガス１０を加熱する。なお、改質前混合ガス加熱手段６１１は、既存の翼冷却部３１３の構造と殆ど同一であるので、改質前混合ガス加熱手段６１１を設ける際の既存の翼冷却部３１３の設計変更を必要最小限に抑えることができる。
【００４３】
次に、このような構成からなる本実施例の作用について、図２乃至図５を用いて説明する。なお、実施例１に係るガスタービンと同じ部分についてはその説明は省略する。
【００４４】
改質前混合ガス供給通路６０２中の改質前混合ガス１０は、改質前混合ガス供給口６１２Ａから翼内改質前混合ガス供給通路６１２に供給される。そして、翼内改質前混合ガス供給通路６１２中の改質前混合ガス１０は、改質前混合ガス加熱手段６１１において、静翼３１１の壁を介して翼内改質前混合ガス供給通路６１２中に入熱されるタービン３１０内の燃焼ガス３の熱によって昇温される。昇温された改質前混合ガス１０は、改質前混合ガス排出口６１２Ｂから再び改質前混合ガス供給通路６０２に戻され、改質器６０１に供給されて改質ガス１１となる。
【００４５】
ここで、通常、１段目の静翼３１１に吹き付ける燃焼ガス３の温度は、１２００℃程度である。したがって、改質前混合ガス加熱手段６１１において、翼内改質前混合ガス供給通路６１２中の改質前混合ガス１０を、１２００℃程度の燃焼ガス３によって例えば９００〜１０００℃程度まで昇温させることができる。すなわち、改質器６０１に供給される改質前混合ガス１０が、改質反応が促進される程度の温度にまで十分昇温されるので、改質率を向上することができる。また、相対的に低温の改質前混合ガス１０が、静翼３１１の内部を通ることで、燃焼ガス３の熱によって高温となっている１段目の静翼３１１を冷却する翼冷却作用をも併せ持つ。
【００４６】
一方、冷却媒体Ｆは、まず、第２冷却媒体供給通路３１５の冷却媒体供給口３１５Ａから供給される。そして、第２冷却媒体供給通路３１５中の冷却媒体Ｆは、冷却媒体連絡孔３１６を通って第１冷却媒体供給通路３１４にも供給される。さらに、第１冷却媒体供給通路３１４中の冷却媒体Ｆは、フィルム冷却孔３１７を通って、静翼３１１の内部から外部に放出されて、燃焼ガス３が吹き付けられる静翼３１１の外表面上を沿うようにして流れる。これによって、冷却媒体Ｆによる静翼３１１の翼冷却が実現される。なお、第２冷却媒体供給通路３１５から第１冷却媒体供給通路３１４に供給されなかった冷却媒体Ｆは、冷却媒体排出口３１５Ｂから、静翼３１１と回転軸３０４との間にシール空気ＳＡとして供給される。
【００４７】
このように、ガスタービン１００１は、タービン３１０内に配設された１段目の静翼３１１と、改質前混合ガス供給通路６０２と、改質前混合ガス加熱手段６１１とを具備する。これによって、改質器６０１に供給する改質前混合ガス１０の温度を、改質反応促進を図るのに十分な温度にまで昇温させるという作用が得られ、その結果として、改質率向上という効果が奏される。また、燃焼ガス３の熱によって高温となっている静翼３１１の翼冷却に寄与することもできる。さらに、既存の翼冷却部３１３の構造を、改質前混合ガス加熱手段６１１として使用することができるので、改質前混合ガス加熱手段６１１を配設するに際して、大幅な設計変更及びコストを要さないという利点をも有する。
【００４８】
なお、改質前混合ガス加熱手段６１１の配設位置は、１段目の静翼３１１に限られず、改質器６０１に供給する改質前混合ガス１０の温度を、改質反応促進を図るのに十分な温度にまで昇温させるという作用が得られれば、２段目以降の静翼３１１に配設されても良い。また、改質前混合ガス加熱手段６１１は、動翼３０５に配設されても良い。すなわち、１段目の動翼３０５の内部を、翼内改質前混合ガス供給通路６１２が通っており、これによって、翼内改質前混合ガス供給通路６１２中の改質前混合ガス１０と１段目の動翼３０５に吹き付ける燃焼ガス３とが熱交換をするようにしても良い。さらには、複数段の静翼３１１及び動翼３０５にまたがるようにして配設されても良い。
【００４９】
このように、ガスタービン１００１は、改質器６０１に供給する改質前混合ガス１０に必要な温度の程度に応じて、改質前混合ガス加熱手段６１１の設置箇所を適宜変更することも可能である。換言すれば、改質前混合ガス加熱手段６１１の配設位置を比較的容易に変更することができるので、改質器６０１に供給する改質前混合ガス１０の温度設定の自由度が上がるという効果をも奏する。
【実施例３】
【００５０】
図６は、本発明の実施例３に係るガスタービンの概略図である。また、図７及び図８は、本発明の実施例３に係る燃焼器尾筒部の壁を一部抜き出した斜視図である。ここで、図７は主として壁内改質前混合ガス供給通路６２２について、また、図８は主として壁面冷却部６２３について示した図である。まず、ガスタービン１００２について、図６乃至図８を参照して説明する。なお、実施例１に係るガスタービンの構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
【００５１】
ガスタービン１００２は、燃焼器２１０と、改質装置６２０とを有する。燃焼器２１０は、改質器６０１からの改質ガス１１を噴出するための複数のノズルを備えるノズルブロック２１０Ｎと、後述する２重層構造の尾筒壁２１１からなる燃焼器尾筒部２１０Ｅとを有する。また、尾筒壁２１１は、改質前混合ガス加熱手段６２１と、図８に示す壁面冷却部６２３とを有する。
【００５２】
改質前混合ガス加熱手段６２１は、壁内改質前混合ガス供給通路６２２を備えており、壁内改質前混合ガス供給通路６２２は、改質前混合ガス供給通路６０２の途中に設けられ、水蒸気供給口６０２Ａと改質器６０１との間に設置されている。また、壁面冷却部６２３は、壁内冷却媒体供給通路６２４を備えている。
【００５３】
次に、改質前混合ガス加熱手段６２１及び壁面冷却部６２３の構成について、図６乃至図８を用いて説明する。
【００５４】
改質前混合ガス加熱手段６２１は、図６に示すように、燃焼器尾筒部２１０Ｅの尾筒壁２１１に配設されている。そして、図７に示すように、尾筒壁２１１は、２重層構造となっており、外側尾筒壁２１１Ｏと内側尾筒壁２１１Ｉとから構成されて、外側尾筒壁２１１Ｏと内側尾筒壁２１１Ｉとの間に複数の壁内改質前混合ガス供給通路６２２を備える。そして、図６に示すように、壁内改質前混合ガス供給通路６２２は、その一端に改質前混合ガス供給口６２２Ａを備え、他端には改質前混合ガス排出口６２２Ｂを備えており、いずれも改質前混合ガス供給通路６０２と接続する。改質前混合ガス加熱手段６２１では、燃焼器尾筒部２１０Ｅ内の燃焼ガス３の熱が内側尾筒壁２１１Ｉから入熱されて壁内改質前混合ガス供給通路６２２中の改質前混合ガス１０を加熱する。
【００５５】
図８に示すように、壁面冷却部６２３は、改質前混合ガス加熱手段６２１と同様に燃焼器尾筒部２１０Ｅの尾筒壁２１１に配設されている。そして、壁面冷却部６２３は、外側尾筒壁２１１Ｏと内側尾筒壁２１１Ｉとの間に備えられた複数の壁内冷却媒体供給通路６２４と、外側尾筒壁２１１Ｏに設けられた第１冷却媒体供給口６２５と、第２冷却媒体供給口６２６とを備える。ここで、冷却媒体Ｆは、例えば、圧縮機１００から供給される圧縮空気２などである。なお、改質前混合ガス加熱手段６２１は、既存の壁面冷却部６２３と殆ど同一であるので、改質前混合ガス加熱手段６２１を設ける際の既存の翼冷却部３１３の設計変更を必要最小限に抑えることができる。
【００５６】
次に、このような構成からなる本実施例の作用について、図６乃至図８を用いて説明する。なお、実施例１に係るガスタービンと同じ部分についてはその説明は省略する。
【００５７】
改質前混合ガス供給通路６０２中の改質前混合ガス１０は、改質前混合ガス供給口６２２Ａから壁内改質前混合ガス供給通路６２２に供給される。そして、壁内改質前混合ガス供給通路６２２中の改質前混合ガス１０は、改質前混合ガス加熱手段６２１において、内側尾筒壁２１１Ｉを介して壁内改質前混合ガス供給通路６２２中に入熱される燃焼器尾筒部２１０Ｅ内の燃焼ガス３の熱によって昇温される。昇温された改質前混合ガス１０は、改質前混合ガス排出口６１２Ｂから再び改質前混合ガス供給通路６０２に戻され、改質器６０１に供給されて改質ガス１１となる。
【００５８】
ここで、通常、燃焼器２１０で圧縮空気２と改質ガス１１とが混合して生成される燃焼ガス３の温度は、１２００℃程度である。したがって、改質前混合ガス加熱手段６２１において、改質前混合ガス１０を、１２００℃程度の燃焼ガス３によって例えば９００〜１０００℃程度まで昇温させることができる。すなわち、改質器６０１に供給される改質前混合ガス１０が、改質反応が促進される程度の温度にまで十分昇温されるので、改質率を向上することができる。また、相対的に低温の改質前混合ガス１０が、燃焼ガス３の熱によって高温となっている燃焼器尾筒部２１０Ｅを冷却する作用も併せ持つ。
【００５９】
一方、図８に示すように、冷却媒体Ｆは、まず、第１冷却媒体供給口６２５から壁内冷却媒体供給通路６２４に供給される。そして、壁内冷却媒体供給通路６２４中の冷却媒体Ｆは、第２冷却媒体供給口６２６を通って内側尾筒壁２１１Ｉの表面上を沿うようにして流れる。これによって、冷却媒体Ｆによる燃焼器２１０の尾筒壁２１１の冷却が実現される。
【００６０】
このように、ガスタービン１００１は、改質前混合ガス供給通路６０２と、燃焼器２１０と、改質前混合ガス加熱手段６２１とを具備する。これによって、改質器６０１に供給する改質前混合ガス１０の温度を、改質反応促進を図るのに十分な温度にまで昇温させるという作用が得られ、その結果として、改質率向上という効果が奏される。また、燃焼ガス３の熱によって高温となっている燃焼器尾筒部２１０Ｅの尾筒壁２１１の冷却に寄与することもできる。さらに、既存の壁面冷却部６２３の構造を、改質前混合ガス加熱手段６２１として利用することができるので、改質前混合ガス加熱手段６１１を配設するに際して、大幅な設計変更及びコストを要さないという利点をも有する。
【００６１】
なお、壁内改質前混合ガス供給通路６２２は、燃焼器尾筒部２１０Ｅの長手方向に向かって複数本設けられているが、これに限られるものではなく、改質器６０１に供給する改質前混合ガス１０の温度を、改質反応促進を図るのに十分な温度にまで昇温させるという作用が得られれば、例えば、燃焼器尾筒部２１０Ｅを螺旋状に巻くように設けられていても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明に係るガスタービンは、ガスタービンに用いられる燃料ガスの改質率を向上させる場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施例１に係るガスタービンの概略図である。
【図２】実施例２に係るガスタービンの概略図である。
【図３】実施例２に係るタービンの１段目の静翼付近の詳細斜視断面図である。
【図４】実施例２に係るタービンの１段目の静翼の縦断面図である。
【図５】図４のＩ−Ｉ断面図である。
【図６】実施例３に係るガスタービンの概略図である。
【図７】実施例３に係る改質前混合ガス加熱手段について示した図である。
【図８】実施例３に係る壁面冷却部について示した図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０００、１００１、１００２  ガスタービン
１００  圧縮機
２００、２１０  燃焼器
２１１  尾筒壁
２１１Ｏ  外側尾筒壁
２１１Ｉ  内側側尾筒壁
３００、３１０、３２０  タービン
３０１  タービン前段
３０１Ａ  第１燃焼ガス供給口
３０１Ｂ  第１燃焼ガス排出口
３０２  タービン後段
３０２Ａ  第２燃焼ガス供給口
３０２Ｂ  第２燃焼ガス排出口
３０３  燃焼ガス連絡通路
３０４  回転軸
３０５  動翼
３０６  タービン前段ケーシング
３０７、３１１  静翼
３０８  タービン後段ケーシング
３１２  タービンケーシング
３１３  翼冷却部
３１４  第１冷却媒体供給通路
３１５  第２冷却媒体供給通路
３１５Ａ  冷却媒体供給口
３１５Ｂ  冷却媒体排出口
３１６  冷却媒体連絡孔
３１７  フィルム冷却孔
４００  燃焼ガス圧縮機
５００  ボイラー
６００、６１０、６２０  改質装置
６０１  改質器
６０２  改質前混合ガス供給通路
６０２Ａ  水蒸気供給口
６０３、６１１、６２１  改質前混合ガス加熱手段
６１２  翼内改質前混合ガス供給通路
６１２Ａ、６２２Ａ  改質前混合ガス供給口
６１２Ｂ、６２２Ｂ  改質前混合ガス排出口
６２２  壁内改質前混合ガス供給通路
６２３  壁面冷却部
６２４  壁内冷却媒体供給通路
６２５  第１冷却媒体供給口
６２６  第２冷却媒体供給口
７００  燃料ガスタンク
１  空気
２  圧縮空気
３  燃焼ガス
４  排出燃焼ガス
５  排ガス
６  水
７  水蒸気
８  低圧燃料ガス
９  高圧燃料ガス
１０  改質前混合ガス
１１  改質ガス
Ｐ  ポンプ
【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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