(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、前記蒸気タービンプラントを少なくとも高圧タービンと低圧タービンとから構成し、前記高圧タービンの排気を前記蒸気冷却システムに導くようにするとともに、前記高圧タービンの排気が急減したとき前記排熱回収ボイラの高圧蒸気または中圧蒸気を前記蒸気冷却システムに導くように構成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。
【請求項２】
前記排熱回収ボイラの高圧蒸気を前記蒸気冷却システムに導く際、飽和蒸気を注入して温度調節するように構成した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。この特開平０５−１６３９６０号公報のものを、その主要部を抜き出して、図２に示して説明すれば、次の様な構成となっている。
【０００８】
ガスタービン１３、空気圧縮機１８、燃焼器１９を主要構成とするガスタービンプラント１１、同ガスタービンプラント１１の排気ガスを加熱源として、高圧ドラム２０、中圧ドラム２１、低圧ドラム２２を主要構成とする排熱回収ボイラ１４、及び同排熱回収ボイラ１４から蒸気を供給される高圧タービン１５ａ、中圧タービン１５ｂ、低圧タービン１５ｃを主要構成とする蒸気タービンプラント１２によりコンバインドサイクル発電プラント１０が構成されている。
【０００９】
そして、ここに組入れられた冷却システムは、蒸気冷却システム５０であり、前記排熱回収ボイラ１４の中圧ドラム２１を出た中圧蒸気を冷却蒸気として、蒸気供給経路５１を経てガスタービン１３の高温被冷却部に設けた蒸気冷却系統５２に導き、この高温被冷却部を冷却することにより同冷却蒸気は加熱され、即ち熱エネルギーを回収して、蒸気回収系統５３を経て蒸気タービンプラント１２の中圧タービン１５ｂへ供給され、有効に回収されるものである。
【００１０】
なお、蒸気系統６０はバックアップ系統であり、バックアップ蒸気を排熱回収ボイラ１４の高圧ドラム２０から高圧蒸気ライン４２を経て供給可能にしたもので、ガスタービン１３の起動時に使用されるものである。
即ち、ガスタービン１３の起動時には、排気側の追従遅れのために、ボイラ発生蒸気量が不足しているので、この不足分を補充しないと前記蒸気冷却システム５０が正常に機能しなくなることから、この蒸気系統６０によるバックアップ系統の設置が必要となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
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１３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。
【００１２】
例えば、前記した蒸気系統６０によるバックアップは、ガスタービン１３の起動に際しボイラ発生蒸気量の不足を補充するために行うものであり、通常の負荷運転時に何らかの異常によりガスタービン１３の高温被冷却部への供給蒸気が遮断される事に対応するものではない。
【００１３】
要するに、前記特開平０５−１６３９６０号公報に記載されたものには、通常の負荷運転時に於ける異常事態の発生に対するバックアップの思想はなく、このような場合には、空気による冷却に切り換えるとか、ガスタービン１３をトリップさせることになる。
【００１４】
蒸気冷却を空気冷却に切り換えて運転すると、冷却能力不足が明らかとなり、ガスタービン負荷をランバックさせる等の熱負荷減の措置をとらざるを得ないという不具合が有る。
【００１５】
本発明は、このような不具合を解消し、起動時はもとより、稼働時に於いてもバックアップ機能を有し、異常発生に際しても蒸気冷却を確実に維持す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。
【００１６】
【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、前記蒸気タービンプラントを少なくとも高圧タービンと低圧タービンとから構成し、前記高圧タービンの排気を前記蒸気冷却システムに導くようにするとともに、前記高圧タービンの排気が急減したとき前記排熱回収ボイラの高圧蒸気または中圧蒸気を前記蒸気冷却システムに導くように構成したコンバインドサイクル発電プラントを提供し、通常の負荷運転時に蒸気タービンがトリップ等して、高圧排気が無くなるか、または減少するような異常事態の発生によりガスタービンの高温被冷却部への供給蒸気が遮断されるような事が起こっても、前記高圧排気に替わって高圧蒸気または中圧蒸気で直ちにバックアップして、ガスタービンプラントの稼働を安定して維持し得るものである。
【００１７】
また本発明は、前記排熱回収ボイラの高圧蒸気を前記蒸気冷却システムに導く際、飽和蒸気を注入して温度調節するように構成したコンバインド発電プラントを提供し、前記バックアップを行う蒸気として、飽和水ではなく、飽和蒸気を選択して用いることにより、ガスタービンプラントの高温被冷却部に、ミストが飛来するのを防止することができ、熱衝撃の発生、回転部先端での冷却通路の閉塞等の問題を回避することができたものである。
【００１８】
【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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
なお、中圧蒸気による第２のバックアップ用蒸気冷却系統５０２は、通常時も使用することが可能であり、これを通常時使用している場合には、まず高圧排気がなくなった段階で同第２のバックアップ用蒸気冷却系統５０２からバックアップ用蒸気をスムーズに供給し、第１のバックアップ用蒸気冷却系統５０１からのバックアップ用蒸気はそのあとに供給されることになる。この時第１のバックアップ用蒸気冷却系統５０１からのバックアップ用蒸気は、高圧蒸気ドラム２０１の飽和蒸気と高圧過熱器２０４の出口蒸気の混合蒸気により高圧排気と同レベルの圧力、温度に制御する。
【００３１】
また、第２のバックアップ用蒸気冷却系統５０２についても第１のバックアップ用蒸気冷却系統５０１と同様のシステムとする場合と全体の熱バランスを計画する際に、高圧排気と同レベルの圧力、温度に計画しておく方法がある。
【００３２】
なお、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。
【００３３】
そして高圧タービン３０１に入った蒸気は、ほぼ全量が高圧排気として冷却蒸気供給系統４０１を通り被冷却部４００で加熱されて中圧タービン３０２に入ってくる。中圧タービン３０２に入った蒸気はタービン内部で仕事そしその後低圧タービン３０３を通り復水器３０５へ流入する。
【００３４】
このように本実施の形態によれば、ガスタービンプラント１００の高温被冷却部を冷却するに際し、蒸気タービンプラント３００中の高圧排気、若しくは、排熱回収ボイラ２００中の高圧蒸気、中圧蒸気及び低圧蒸気のなかで、流量、圧力、温度の最適値及びシステム効率の最適化を考えて、高圧タービン３０１の高圧排気を利用するのが有効である点に着目し、これを冷却媒体として採用使用し、かつ、このガスタービンプラント１００の被冷却部の冷却によって回収した熱量を中圧タービン３０２に持込み、系外に捨てることなく全てを汲み上げ、熱効率を向上させ得るものである。
【００３５】
しかも中圧タービン３０２の作動蒸気は、このようにガスタービンプラント１００から供給されるので、排熱回収ボイラ２００中に再熱器を設置する必要はなく、プラントの設計製作にさいし大幅なコストダウンとなるものである。
【００３６】
そして又、稼働中に蒸気タービンプラント３００がトリップして、高圧排気が無くなるか又は減少するような事態が発生した場合には、冷却蒸気供給系統４０１の高圧排気の供給機能を完全に殺し、第１のバックアップ用蒸気冷却系統５０１又は第２のバックアップ用蒸気冷却系統５０２のいずれか一方又は両方を使用して、高圧蒸気又は中圧蒸気を冷却蒸気供給系統４０１へ供給することにより、高圧排気の停止を高圧蒸気か又は中圧蒸気でバックアップする。なお、このバックアップを高圧蒸気で行うか又は中圧蒸気で行うかの選択は、ここに至る稼働中の高圧排気の状況に応じて、決められる。
【００３７】
多くの場合、高圧の飽和蒸気を過熱低減器５０３で減温減圧して用いるのが好ましい。と言うのは、ガスタービンプラント１００の被冷却部では、ミストが飛来して、熱衝撃が発生したり、回転部先端で遠心力と相まって冷却通路が閉塞すると言うような不具合の発生を避けたいので、ミスト発生を防止した飽和蒸気による減温した蒸気の使用が好ましいわけである。
【００３８】
なお、高圧タービン３０１の高圧排気を直接利用する際には、プラント効率を維持するために、ガスタービンプラント１００の被冷却部での圧力損失を極力抑えることが望ましい。
【００３９】
つまり蒸気タービン入口の圧力を極力高くしたい為に、本実施の形態においては被冷却部の冷却蒸気供給部で、第１、第２、第３の蒸気冷却系統４０２、４０３、４０４を並行に分岐して構成しており、これにより圧力損失を抑えることができたものである。
【００４０】
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。
【００４１】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、ガスタービンプラントの高温被冷却部の冷却に、冷却蒸気として量的、圧力的、又は温度的にみて最適な高圧タービンの高圧排気を用いることにより、高温被冷却部の高温化、または被冷却部範囲の拡張に追随して対処できるようにした蒸気冷却システムを有するものに於いて、蒸気タービンがトリップ等して、高圧排気が無くなるか、または減少するような事が起こっても、この高圧排気に替わって高圧蒸気または中圧蒸気で直ちにバックアップして、ガスタービンプラントの稼働を維持し得るものである。
【００４２】
また、請求項２の発明によれば、前記バックアップを行う蒸気を、従来の飽和水でなく飽和蒸気とすることにより、ガスタービンプラントの高温被冷却部に、ミストが飛来するのを防止することができ、熱衝撃の発生、回転部先端での冷却通路の閉塞等の問題を回避することができたものである。
【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】従来のコンバインドサイクル発電プラントの系統図。
【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
【図１】
0003776516.tif 000002
【図２】
0003776516.tif 000003