(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントとを組合せ、ガスタービンからの排熱を利用して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えるとともに、前記ガスタービンの高温被冷却部を蒸気で冷却する蒸気冷却システムを設け、この蒸気冷却システムからの過熱蒸気を蒸気タービンに回収させるように構成したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記蒸気冷却システムの出口蒸気とバイパス蒸気とを混合する混合管を設け、同混合管は、管端部からの蒸気導入口と、複数の管側部からの蒸気導入口とを備え、管側部からの導入口は管長手方向に間隔をおいて配置されるとともに、隣り合う導入口同士を円周方向に角度をもたせて配置したことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービンプラントと蒸気タービンプラントとを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組み合わせた発電システムであり、熱エネルギーの高温域をガスタービンで、また、低温域を蒸気タービンでそれぞれ分担して受持ち、熱エネルギーを有効に回収し、利用するようにしたものであり、近年特に脚光を浴びている発電システムである。
【０００３】
このコンバインドサイクル発電プラントでは、効率向上のための一つのポイントを、ガスタービンの高温域を何処まで高め得るか、と言う点に置いて研究開発が進められてきた。
【０００４】
一方、高温域の形成には、タービン構造体の耐熱性の面から冷却システムを設けねばならず、この冷却システムにおける冷却媒体としては従来から空気が用いられて来た。
【０００５】
しかし、冷却媒体として空気を用いる限り、例え高温域を達成し得たとしても、冷却に要した空気を自らの空気圧縮機で必要圧力迄昇圧するのに要した動力損失と、また、高温ガスの通過するタービン流路内に部品の冷却に使用した空気を最終的に混合させる事により平均ガス温度を低下させてガスの持つエネルギーを低下せしめる結果になることとの両方を考慮すると、熱効率のこれ以上の向上は期待できないところまで来ている。
【０００６】
この問題点を解決し更に効率向上を図るべく、ガスタービンの冷却媒体として前記した空気に替えて、蒸気を採用するものが提案されるに至った。
【０００７】
一例として挙げれば、特開平０５−１６３９６０号公報のものがある。しかしこの特開平０５−１６３９６０号公報に開示されたものは、ガスタービンの冷却媒体として蒸気を採用するという概念の開示はともかくとして、その細部においては工夫し解決しなければならない課題が多数残されている。
【０００８】
例えば、ガスタービンの高温冷却部を冷却して高温化した蒸気は、再熱器から供給される蒸気と合流されて中圧タービンへ導入されることになるが、このへんの技術開示としては、作動蒸気の供給系統として示されるに止まり、具体的にどのような位置において、どのようにして合流していくのか、と言うような点についての配慮、検討は何らなされていないのが現状である。
【０００９】
即ち、ガスタービンの高温冷却部を蒸気で冷却するという試みは、未だ試行錯誤の段階という状況であり、解明し解決しなければならない課題が山積されているのが実情である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように特開平０５−１６３９６０号公報に開示されたものをはじとして従来の技術としては、中圧タービンへ導入する複数の蒸気の混合について格別掘り下げた検討がなされておらず、また問題意識も見当たらない。
【００１１】
しかし、前記したようなガスタービンの高温冷却部を冷却して高温化した蒸気と再熱器から供給される蒸気とは、圧力、温度等の条件が異なるため、このような蒸気同志が不十分な混合のまま中圧タービンへ導入される様な場合には、設定温度に対して高い温度の蒸気、もしくは低い温度の蒸気がそのままの状態でタービンに投入されることとなり、タービン本体の損傷を招くおそれがある。
【００１２】
また、この混合する複数の蒸気を配管のまま中圧タービンの付近まで持って行く構造にすると、配管物量が多くかかり直ちにコストアップにつながることになる。さらにまた、配管中に温度差がつき、熱応力による配管の割れ、という懸念もでてる。
【００１３】
本発明は、複数の蒸気を混合するに際してこのような不具合の発生を防止し、装置の安全を確保し、長期にわたって安定して作動する装置を提供することを課題とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決すべくなされたもので、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントとを組合せ、ガスタービンからの排熱を利用して蒸気タービン駆動用蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えるとともに、前記ガスタービンの高温被冷却部を蒸気で冷却する蒸気冷却システムを設け、この蒸気冷却システムからの過熱蒸気を蒸気タービンに回収させるように構成したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記蒸気冷却システムの出口蒸気とバイパス蒸気とを混合する混合管を設け、同混合管は、管端部からの蒸気導入口と、複数の管側部からの蒸気導入口とを備え、管側部からの導入口は管長手方向に間隔をおいて配置されるとともに、隣り合う導入口同士を円周方向に角度をもたせて配置したコンバインドサイクル発電プラントを提供し、前記ガスタービンの高温被冷却部を冷却することにより加熱され、蒸気冷却システムから出てきた出口蒸気と、高温被冷却部の導入蒸気の流量・温度を制御するために同高温被冷却部に導入されることなく迂回してきたバイパス蒸気とを、混合管に導入してこれを混合することにより、圧力、温度等が均一な混合過熱蒸気を形成し、この混合した過熱蒸気を後流の蒸気タービン、例えば中圧タービンに回収させるようにしたものである。
【００１５】
そして本発明においては、前記したように蒸気導入口の設置位置を、管端部からと管側部からとに分け、しかも管側部からのものについては、管長手方向に間隔を置くとともに隣り合うもの同士を円周方向に角度をもたせるようにしているので、それぞれの蒸気導入口から入ってくる条件のそれぞれ異なる複数の蒸気を、均一条件のものとなるように良く混合することが出来るものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図１及び図２に基づいて説明する。
【００１７】
１００はガスタービンプラントで、ガスタービン１０１、同ガスタービン１０１で駆動される空気圧縮機１０２、同空気圧縮機１０２から供給される圧縮空気を燃料と共に燃焼させる燃焼器１０３を主要機器として構成されている。
【００１８】
２００は排熱回収ボイラで、前記ガスタービン１０１の排気ガスを加熱源とし、高圧蒸気発生部２０１、中圧蒸気発生部２０２及び低圧蒸気発生部２０３を主要部として構成されている。
【００１９】
３００は蒸気タービンプラントで、前記排熱回収ボイラ２００から高圧蒸気を供給される高圧タービン３０１、後述する蒸気回収系統４０５等からの蒸気を供給される中圧タービン３０２および前記排熱回収ボイラ２００から低圧蒸気を供給され低圧タービン３０３を主要機器として構成されている。
【００２０】
４００は蒸気冷却システムで、前記高圧タービン３０１の排気部３０４に連結した冷却蒸気供給系統４０１、同冷却蒸気供給系統４０１から分岐して前記燃焼器１０３を冷却する第１の蒸気冷却系統４０２、同第１の蒸気冷却系統４０２と同様にそれぞれ前記冷却蒸気供給系統４０１から分岐して前記ガスタービン１０１の高温被冷却部を冷却する第２、第３の蒸気冷却系統４０３、４０４を主要機器として構成されている。
【００２１】
５００はバイパス系統で、前記第１ないし第３の蒸気冷却系統４０２、４０３、４０４へ導入する蒸気の流量および温度を制御するために各冷却系統に並行して配置した第１、第２、第３のバイパス系統５０１、５０２、５０３で構成されている。
【００２２】
７００は混合管で、管端部に蒸気導入口７０１を、管側部には複数の蒸気導入口７０２、７０３、７０４、７０５を有し、管端部の蒸気導入口７０１は前記ガスタービン１０１の高温被冷却部を冷却する第２、第３の蒸気冷却系統４０３、４０４の系統に連通し、管側部の蒸気導入口７０２は前記燃焼器１０３を冷却する第１の蒸気冷却系統４０２の系統に連通し、また管側部の他の蒸気導入口７０３、７０４、７０５は、第１ないし第３の蒸気冷却系統４０２、４０３、４０４をバイパスし、第１ないし第３のバイパス系統５０１、５０２、５０３を流れるバイパス蒸気の供給を受けるようになっている。
【００２３】
７０６は他方の管端部に設けた蒸気出口で、蒸気回収系統４０５を経て中圧タービン３０２へ連通している。
【００２４】
そして前記管側部の蒸気導入口７０２、７０３、７０４、および７０５は管長手方向に間隔をおくとともに、円周方向で９０度の角度をもたせて配置されている。
【００２５】
７０６は蒸気出口で、前記蒸気導入口７０１と反対側の管端部にあり、中圧タービン３０２の入口に連通している。
【００２６】
なおここでは前記管側部の蒸気導入口は７０２ないし７０５の４個とし、上流と下流に離れ、かつ周方向で９０度の角度ずらして配置したものを示したが、この個数と離れる間隔および方向等は、これに限定されるものではなく、混合する蒸気源の数、性状等に応じて、９０度またはその中間の角度というように、適宜変更しうることは言うまでもいない。
【００２７】
また、混合管７００を配設する位置については、図１では単に模式的に表示しているにすぎないが、実際はガスタービン１０１の高温被冷却部の出口に限りなく近いところに配置し、その結果として蒸気出口７０６から中圧タービン３０２までの距離を出来るだけ長くするような配列とすることが好ましい。
【００２８】
本実施の形態は前記したように構成されているので、ガスタービン１０１の高温被冷却部を冷却することにより加熱された第２、第３の蒸気冷却系統４０３、４０４からの出口蒸気は、管端部の蒸気導入口７０１から混合管７００に供給され、この蒸気と燃焼器１０３を冷却して第１の蒸気冷却系統４０２から管側部の蒸気導入口７０２を経て混合管７００に供給された出口蒸気、及び第１ないし第３のバイパス系統５０１、５０２、５０３を経て管側部の他の蒸気導入口７０３、７０４、７０５から混合管７００に供給されたバイパス蒸気のそれぞれが同混合管７００内で混合されて混合過熱蒸気となる。
【００２９】
この時、管端部の蒸気導入口７０１から入る出口蒸気は、混合管７００の軸線方向に進み、この蒸気の流れに対し管側部の蒸気導入口７０２および他の蒸気導入口７０３ないし７０５から供給される蒸気は、同蒸気導入口７０２、７０３、７０４、および７０５が混合管７００の管長手方向に間隔を置くとともに互いに円周方向で９０度の角度（またはその中間の場合も同様）をもって配列されているので、流れ方向に沿って異なる位置で順次混合が行われることとなり、それぞれの蒸気導入口７０１、７０２、７０３、７０４、および７０５から入ってくる条件のそれぞれ異なる蒸気が、良く混合されて圧力、温度等が均一条件の混合過熱蒸気を形成することが出来る。
【００３０】
そしてこの混合は、混合管７００をガスタービン高温被冷却部の出口に限りなく近いところに配置し、各蒸気をガスタービン高温被冷却部の直後で集約して行うことにより、混合管７００を出たあと中圧タービン３０２までの経路の距離を余裕をもって形成することが出来るので、混合過熱蒸気の条件均一化は一層促進されるとともに、配管物量を節減しコストダウンに大いに貢献するものである。
【００３１】
このようにして、本実施の形態によれば、中圧タービンで回収させる混合過熱蒸気の条件均一化により、同中圧タービンの損傷防止を図り、しかも、配管物量を節減しコストダウンに大いに貢献するものである。
【００３２】
以上、本発明を図示の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上本発明によれば、管端部および管側部に設けた導入口から圧力、温度等の条件の異なる複数の蒸気を集約し、これらの条件が均一な混合過熱蒸気を形成してこれを後流の蒸気タービン、例えば中圧タービンに回収させるので、蒸気条件の不安定に起因する蒸気タービンの損傷発生とか、配管の割れ発生というような不要なトラブルを回避することが出来たものである。
【００３４】
しかも本発明によれば、前記混合過熱蒸気の形成に際し、管側部から混合管に入る複数の蒸気の位置関係を円周方向に角度をもたせて形成することにより、条件のそれぞれ異なる複数の蒸気の均一混合を確実に促進し、前記した蒸気タービンの安定化を確保して、システムの安定性、信頼性を得ることが出来たものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係わるコンバインドサイクル発電プラントの系統図。
【図２】図１の中、混合管を抜き出して示す混合管の説明図。
【符号の説明】
１００    ガスタービンプラント
１０１    ガスタービン
１０２    空気圧縮機
１０３    燃焼器
２００    排熱回収ボイラ
２０１    高圧蒸気発生部
２０２    中圧蒸気発生部
２０３    低圧蒸気発生部
３００    蒸気タービンプラント
３０１    高圧タービン
３０２    中圧タービン
３０３    低圧タービン
３０４    排気部
４００    蒸気冷却システム
４０１    冷却蒸気供給系統
４０２    第１の蒸気冷却系統
４０３    第２の蒸気冷却系統
４０４    第３の蒸気冷却系統
４０５    蒸気回収系統
５００    バイパス系統
５０１    第１のバイパス系統
５０２    第２のバイパス系統
５０３    第３のバイパス系統
７００    混合管
７０１    蒸気導入口
７０２    蒸気導入口
７０３    蒸気導入口
７０４    蒸気導入口
７０５    蒸気導入口
７０６    蒸気出口
【図１】
0003825091.tif 000002
【図２】
0003825091.tif 000003