(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、ガスタービン停止直後に機能し、前記蒸気冷却システムの蒸気出入口を閉止する手段と、残留蒸気を大気へ放出する手段と、湿分を除去する手段により乾燥された後に貯蔵された乾燥空気を供給する手段とを設け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。
【請求項２】
前記乾燥空気供給手段が、圧縮機吐出空気の一部を運転中に貯蔵する空気溜めと、貯蔵に先立って湿分を除去する手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の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号公報に記載されたものは、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、ガスタービンの停止時に蒸気冷却系統内に残留する蒸気をパージしなければならず、そのために前記特開平０５−１６３９６０号公報のものでは、図２に示すように構成されている。
【０００９】
即ち、ガスタービン１３の停止時には、停止直前に供給蒸気止め弁５５および回収蒸気止め弁７４を閉じて、冷却蒸気供給系統５１からの冷却蒸気の供給と、蒸気回収系統５３を経由しての冷却蒸気の回収を断つ。
【００１０】
他方、、排出止め弁８６を開として、ドレン排出系統８５を経てタービン高温被冷却部１３ａの蒸気供給系統５２を系外へ連通することにより、ガスタービン１３の冷却は蒸気冷却から、空気供給ライン８１経由のコンプレッサ抽気による空気冷却に切り換わるとともに、冷却蒸気供給系統５１、蒸気供給系統５２内の残留蒸気分を系外に除去し、停止中にドレンが発生することを防止するようになっている。
【００１１】
更にまた、停止中に蒸気冷却システム５０Ａの冷却蒸気供給系統５１及び蒸気供給系統５２内にドレンが万一生じても、ガスタービン起動時に、発生したドレンを系外に排出することができるものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、通常ガスタービンの停止時には、圧縮機吐出空気の圧力は、ごく短時間で落ちてしまうので、停止後の空気量では、残留蒸気を完全にパージできないという懸念がある。
【００１３】
このことを考慮してガスタービン停止の前から冷却蒸気を圧縮機吐出空気に切り換えてパージを実施するという運用手段もあるが、一般的にこの切換冷却空気系統には、遮断弁、配管等があることから、当然圧力損失が存在し、高温部品の適用箇所によっては、冷却通路内の空気圧力が作動通路内の燃焼ガス圧力より低くなる可能性がある。
【００１４】
ガスタービン運転中にガスタービン高温部品の冷却通路の内部圧力は、作動通路内の燃焼ガスの圧力より常に高く保つことが好ましい。これは実際の部品に、わずかでもピンホール状の穴が有った場合、燃焼ガスがこの穴を通して逆流し、冷却通路のみならず付属する配管の局部過熱、焼損を引き起こす可能性があるからである。
【００１５】
一例として図３により説明すれば、ガスタービンの燃焼器１の蒸気冷却構造は、一般的に燃焼器１の外郭を形成する円筒状の薄板構造物であり、その内部に多数の蒸気通路を配置しているが、円筒の外部は圧縮機２の吐出空気であり、内部はその吐出空気を若干減圧して（燃焼器空気取入口を空気が通過時に生じる圧力損失分だけ下がる）燃焼させた高温ガスである。
【００１６】
いま、ガスタービン３運転中には、この燃焼器冷却蒸気は燃焼ガスよりも高い圧力で保たれているが、ガスタービン３が停止する前にこの蒸気を圧縮機２の吐出空気に切換したとすると、圧縮機２の吐出空気を蒸気冷却系統へ導入する切換系統４に設置した遮断弁、配管を通る過程で当初の圧力Ｐ1 が次第に減圧し冷却通路の内部では、最終的にＰ2 に落ちる。一方燃焼器１の内部圧力はＰ3 であり、Ｐ1 とＰ3 の差がわずかであることから、Ｐ3 ＞Ｐ2 の状態が容易に発生しうることになる。
【００１７】
この時、燃焼器１の薄板構造物に若干のピンホールがあると、この穴を通して内部の高温燃焼ガスが冷却通路側へ漏洩し、燃焼器１の薄板構造物を損傷するだけでなく、最終的にはこの冷却系統につながっている配管等にこの燃焼ガスが達して損傷の度合いを一層広げることとなる。
【００１８】
従って、圧縮機２の吐出空気をガスタービン停止時の蒸気のパージに利用しようというこの考え方は、一見よさそうに見えるものの、上記のような危険性をはらんだ問題のあるものである。
【００１９】
本発明は、このような問題点を解消し、ガスタービンの停止に際し、その直前まで冷却用として十分加圧された蒸気を利用し、停止直後にはその大部分を自圧にて自己放出させ、残留分をより簡単に、より確実且つ完全にパージすることが出来るようにしたものを提供することを課題とするものである。
【００２０】
【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、ガスタービン停止直後に機能し、前記蒸気冷却システムの蒸気出入口を閉止する手段と、残留蒸気を大気へ放出する手段と、湿分を除去する手段により乾燥された後に貯蔵された乾燥空気を供給する手段とを設けたコンバインドサイクル発電プラントを提供し、ガスタービン停止直後に前記蒸気冷却システムの蒸気出入口を閉止する手段により残留蒸気のパージを要する蒸気冷却システムの要部を区画区分し、残留蒸気を大気へ放出する手段により前記残留蒸気のパージされる経路を確保し、前記区画区分した蒸気冷却システムの要部へ湿分を除去する手段により乾燥された後に貯蔵された乾燥空気を供給することにより狙いとする残留蒸気のパージを完了るものである。
【００２１】
また本発明は、前記乾燥空気供給手段が、圧縮機吐出空気の一部を運転中に貯蔵する空気溜めと、貯蔵に先立って湿分を除去する手段とからなるコンバインドサイクル発電プラントを提供し、湿分を除去した上で空気溜めの中に運転中から貯蔵しておいた圧縮機吐出空気の一部を、乾燥空気として蒸気冷却システムの要部へ供給することにより狙いとする残留蒸気のパージを完了するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図１に基づいて説明する。
【００２４】
１０１はガスタービン、１０２は同ガスタービン１０１で駆動される空気圧縮機、１０３は燃焼器で空気圧縮機１０２から供給される圧縮空気を燃料と共に燃焼させ、前記ガスタービン１０１を駆動する。１０４は発電機で前記空気圧縮機１０２と共に駆動される。このガスタービン１０１、空気圧縮機１０２燃焼器１０３及び発電機１０４とによりガスタービンプラント１００が構成される。
【００２５】
前記ガスタービン１０１の排気ガスは、排気ダクト１０５を経て排熱回収ボイラ２００に導かれる。この排熱回収ボイラ２００は、高圧過熱器２０４、高圧蒸発器２０５、高圧節炭器２０６、中圧過熱器２０７、低圧過熱器２０８、中圧蒸発器２０９、高中圧節炭器２１０、低圧蒸発器２１１、低圧節炭器２１２、更に前記高圧蒸発器２０５、中圧蒸発器２０９、及び低圧蒸発器２１１にそれぞれ連接した高圧ドラム２０１、中圧ドラム２０２及び低圧ドラム２０３等で構成され、前記排気ガスを加熱源として、高圧、中圧、及び低圧の各圧力の蒸気を発生する。
【００２６】
３０１は高圧タービン、３０２は中圧タービンまた３０３は低圧タービンで、高圧タービン３０１は前記排熱回収ボイラ２００の高圧過熱器２０４から高圧蒸気ライン３０６を経て供給される高圧蒸気で駆動され、また、低圧タービン３０３は同排熱回収ボイラ２００の低圧過熱器２０８から低圧蒸気ライン３０７を経て供給される低圧蒸気と、後記する中圧タービン３０２の排気との混合蒸気で駆動される。
【００２７】
他方、中圧タービン３０２は、前記排熱回収ボイラ２００から中圧蒸気ライン３１１を経て供給される中圧蒸気のみに依存するのではなく、後述する蒸気冷却システム４００で高温被冷却部を冷却し、蒸気回収系統４０５から供給される高圧タービン３０１の高圧排気を主体とする蒸気により駆動される。
【００２８】
そしてこの高圧タービン３０１、中圧タービン３０２及び低圧タービン３０３は、発電機３０４と併せて軸直結され、かつ、前記低圧タービン３０３に連結したコンデンサ３０５を含めて蒸気タービンプラント３００が構成される。
【００２９】
４０１は冷却蒸気供給系統で、前記高圧タービン３０１の排気部３１０に連結しており、同高圧タービン３０１の排気を受け入れるように構成されている。
【００３０】
４０２は第１の蒸気冷却系統で、前記冷却蒸気供給系統４０１から分岐して前記燃焼器１０３を冷却し、また、４０３は第２の蒸気冷却系統、４０４は第３の蒸気冷却系統で、前記第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。
【００３１】
そしてこの並行に分岐した第１、第２、第３の蒸気冷却系統４０２、４０３、４０４により蒸気冷却システム４００を構成し、それぞれに供給される高圧排気を冷却媒体として高温被冷却部を冷却した後、同冷却媒体を再び合流し、蒸気回収系統４０５を経て、前記中圧タービン３０２へ供給する。
【００３２】
５０１は第１のバックアップ用蒸気冷却系統で、高圧ドラム２０１の高圧蒸気を過熱低減器５０３を経て前記冷却蒸気供給系統４０１へ供給出来るようになっている。また５０２は第２のバックアップ用蒸気冷却系統で、中圧ドラム２０２の中圧蒸気を前記冷却蒸気供給系統４０１へ供給出来るようになっている。
【００３３】
図示は省略しているが、この冷却蒸気供給系統４０１と、第１のバックアップ用蒸気冷却系統５０１と、第２のバックアップ用蒸気冷却系統５０２との３者は、互いに関連して制御される制御弁をそれぞれ配置しており、冷却蒸気供給系統４０１が前記高圧タービン３０１からの高圧排気の供給を停止するとき、第１のバックアップ用蒸気冷却系統５０１か又は第２のバックアップ用蒸気冷却系統５０２の少なくともいずれか一方が、高圧蒸気又は中圧蒸気を冷却蒸気供給系統４０１へ供給して、高圧排気の停止を高圧蒸気又は中圧蒸気でバックアップ出来るようになっている。
【００３４】
即ち、第１のバックアップ用蒸気冷却系統５０１と、第２のバックアップ用蒸気冷却系統５０２とにより、蒸気冷却システム４００のバックアップ系統５００を構成している。
【００３５】
６００は蒸気パージ系統で、前記冷却蒸気供給系統４０１に配設した供給蒸気止め弁６０１と、蒸気回収系統４０５に配設した回収蒸気止め弁６０２を含み、前記空気圧縮機１０２の吐出側と、前記冷却蒸気供給系統４０１との間に配設された第１の乾燥空気供給ライン６０３を有している。
【００３６】
この第１の乾燥空気供給ライン６０３は、湿分分離器６０４と空気溜め６０５を含んでおり、その前後に設けた制御弁６０６、６０７を制御して、通常運転中に空気圧縮機１０２からの圧縮空気を供給され、湿分分離器６０４で湿分を除去した後、これを空気溜め６０５に蓄え、前記空気圧縮機１０２の吐出空気量不足に備えるものである。
【００３７】
前記蒸気パージ系統６００は、さらに第２の乾燥空気供給ライン６０８を含んでおり、同第２の乾燥空気供給ライン６０８の源流は、図示省略のプラント本体が保有する一般の制御空気源６０９、およびＮ2ガス供給源６１０に繋がっており、必要に応じてそれぞれの系統に配設した制御弁６１１、６１２を選択的に操作して、前記冷却蒸気供給系統４０１に乾燥空気、またはＮ2ガスを供給することができるように構成されている。
【００３８】
６１３はドレン排出系統であり、排出止め弁６１４により排熱回収ボイラ２００を経由して系外へ連通可能に構成されている。
【００３９】
なお、前記第１、第２の乾燥空気供給ライン６０３、６０８および第２の乾燥空気供給ライン６０８における制御空気源６０９の系統またはＮ2ガス供給源６１０の系統は、それぞれ独立して機能するものであるので、図示したように必ずしも全てが併設されなければならないと言うものではなく、プラントの条件により、適宜取捨選択されるものであることは勿論である。
【００４０】
なおまた、図中１０６は空気圧縮機１０２への空気供給系統、３０８はコンデンサ３０５の冷却水供給系統、また、３０９はコンデンサ３０５で得た復水が排熱回収ボイラ２００へ供給される給水系統を示す。
【００４１】
本実施の形態は前記したように構成されているので、いま、ガスタービン１０１の停止時には、停止直前に供給蒸気止め弁６０１および回収蒸気止め弁６０２を閉じて、高圧タービン３０１からの高圧排気の供給と、蒸気回収系統４０５を経由しての冷却蒸気の回収を断ち、これに呼応して、排出止め弁６１４を開として、前記燃焼器１０３を冷却する第１の蒸気冷却系統４０２、および前記ガスタービン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内にある高圧の残留蒸気をまず、ドレン排出系統６１３を経て自圧により系外へ放出させる。
【００４２】
また、この操作と同時に制御弁６０７、６１１または６１２のいずれかを操作して第１、第２の乾燥空気供給ライン６０３、６０８を選択的に作動させることにより、空気溜め６０５に蓄えた乾燥空気、制御空気源６０９の乾燥空気またはＮ2ガス供給源６１０のＮ2ガスを前記冷却蒸気供給系統４０１へ供給する。
【００４３】
この操作により、前記燃焼器１０３および前記ガスタービン１０１の高温被冷却部に残留する大気圧レベルの残留蒸気は、空気圧縮機１０２の抽気により空気溜６０５に蓄えた乾燥空気、制御空気源６０９からの乾燥空気、またはＮ2ガス供給源６１０からのＮ2ガスにより系外にパージされるようになっている。
【００４４】
このようにして、本実施の形態によれば、ガスタービンの停止に際し、極めて簡単に、そして確実に高温被冷却部内の残留蒸気を系外にパージすることが出来るものである。
【００４５】
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。
【００４６】
【発明の効果】
以上本発明によれば、ガスタービンの停止に際し、湿分を除去する手段により乾燥された後に貯蔵された乾燥空気により高温被冷却部内の残留蒸気を確実に系外にパージし、残留蒸気による不測のトラブルの発生を未然に防ぐことができたものである。
【００４７】
また、請求項２の発明によれば、前記乾燥空気を通常の運転中から身近の空気溜めに確保し、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。そしてこの乾燥空気を、発電所等において通常備えている制御空気または雑用空気等の加圧空気源のものを利用すれば、設備の有効利用となるものである。
【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】従来のものにおける残留蒸気の系外パージを説明する模式図。
【図３】従来のものにおける燃焼器の概要を示す説明図。
【符号の説明】
１００    ガスタービンプラント
１０１    ガスタービン
１０３    燃焼器
２００    排熱回収ボイラ
２０１    高圧ドラム
２０２    中圧ドラム
２０３    低圧ドラム
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
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
５００    バックアップ系統
５０１    第１のバックアップ用蒸気冷却系統
５０２    第２のバックアップ用蒸気冷却系統
５０３    過熱低減器
６００    蒸気パージ系統
６０１    供給蒸気止め弁
６０２    回収蒸気止め弁
６０３    第１の乾燥空気供給ライン
６０４    湿分分離器
６０５    空気溜め
６０６    制御弁
６０７    制御弁
６０８    第２の乾燥空気供給ライン
６０９    制御空気源
６１０    Ｎ2ガス供給源
６１１    制御弁
６１２    制御弁
６１３    ドレン排出系統
６１４    排出止め弁
【図１】
0003825090.tif 000002
【図２】
0003825090.tif 000003
【図３】
0003825090.tif 000004