JP2005325739A - ２流体ガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の課題は、低コストで高い出力を得ることの出来る２流体ガスタービンを提供することである。
また、単純な構造で蒸気冷却と同様の冷却効果を得る２流体ガスタービンを提供することである。
【解決手段】
蒸気噴射タービンの噴射前の蒸気を用いることによって有効にタービンや燃焼器内壁などの高温部品を冷却する。噴射前の蒸気を高温部品の冷却に利用することにより、蒸気冷却ガスタービンと同様な冷却効果を有する。
また、冷却に利用した蒸気を最終的に燃焼ガス流路に放出することにより、特に後縁部分や翼端部、シュラウド端部への蒸気冷却の適用が容易となる。特に、フィルム冷却が可能となる点では蒸気冷却ガスタービンよりも優れた冷却効果を期待することができる。
さらに、冷却に利用した蒸気を最終的に燃焼ガス流路に放出することにより、燃焼ガス流路に開放された蒸気がタービンで仕事をすることにより、２流体ガスタービンの出力の増大が得られる。
【選択図】
図１０

Description

本発明は２流体ガスタービンに関し、特に高効率で信頼性の高い２流体ガスタービンに関する。

ガスタービンを用いた高効率な発電として、蒸気タービンをガスタービンの排熱で運転するコンバインドサイクルが広く用いられている。また、低コストで比較的高い効率、出力が得られるシステムとして、蒸気噴射ガスタービンが知られている。

図１に、従来の２流体ガスタービンの概略構成図が示されている。

図示されるように、従来のガスタービンは、ガスタービンケーシング１と、燃焼器２と、タービン４と、圧縮機３と、排熱回収ボイラー５とを備えている。燃焼器２と、圧縮機３と、タービン４とはガスタービンケーシング１内に格納されている。また、タービン４は燃焼器２の下流の所定の位置に配置されている。排熱回収ボイラー５はガスタービンケーシング１外に設置されていて、ガスタービンの燃焼器２に導入される蒸気３０を発生する。

従来のガスタービンでは、まず燃料１０と圧縮機３で圧縮された空気２０とが燃焼器２内で燃焼されて燃焼ガスが発生し、燃焼ガスはタービン４を駆動した後、排気ガス４０としてケーシング１外に排出される。排熱回収ボイラー５によって作られた蒸気３０は、燃焼器２に導入されて、作動ガス流量を増大させるために使用され、これによりガスタービン効率が向上する。

また、タービンの静翼および動翼を冷却する目的で、圧縮機３で圧縮された空気２０の一部がタービン部に導入されている。しかしこの圧縮空気は、場合によっては２０％程を静翼および動翼の冷却のために使用されるので、ガスタービン効率を下げる要因となる。

このため、高温部品を冷却するために、圧縮空気に加えて蒸気を使用する蒸気冷却ガスタービンが既に実用化されている。しかしこの場合、蒸気は基本的に全て回収されており、ガスタービンの冷却空気系統に加えて冷却蒸気系統が必要となる。また、蒸気を蒸気タービン駆動用に回収する必要性から冷却蒸気系統は供給と回収の２系統が必要となる。そのため、従来１系統であった冷却系統が空気系統、蒸気供給系統、蒸気回収系統の３系統となるので、ガスタービンのシステムが複雑になり、蒸気冷却ガスタービンは高コストとなっている。また、蒸気供給系統のほか、蒸気回収系統が必要なことから、特に冷却に使用した後の蒸気の回収が難しいような詳細形状を有する翼の後縁部分や翼端部、シュラウド端部への蒸気冷却の適用は難しい。

こうした課題に対して、以下に示す幾つかの提案がなされている。

例えば、特開平１０−２５２４９７に開示されている「２流体ガスタービン」は、燃焼器内に蒸気が導入される、２流体ガスタービンである。燃焼器は、蒸気によって冷却される蒸気冷却翼、および蒸気冷却翼を出た蒸気によって冷却される燃焼器内壁面とを備え、燃焼器内壁面を冷却した蒸気がそのまま燃焼ガス流路へ導入されている。

また、特開平１０−３０４０６に開示されている「ガスタービンサイクル」では、タービンの排ガスの熱により複数の異なった圧力の蒸気を発生する排熱ボイラが設けられ、発生した蒸気を圧縮機からタービンまでの経路の複数箇所で噴射させられている。排熱ボイラは、排ガス流路に逆順に配した低圧段から高圧段までの多段のボイラで構成されている。これらのボイラは、低圧段側ボイラの加熱水を順次高圧段側ボイラの供給水として利用できるように接続されている。各ボイラの給水温度は、各ボイラにおける設定圧力での蒸発温度よりも所定温度だけ低い温度に設定されている。各ボイラの発生する蒸気温度は、各ボイラにおける設定圧力での蒸発温度よりも所定温度だけ高い温度に設定されている。また、次段のボイラの供給水温を前段のボイラの発生蒸気温度と等しくなるように設定されている。

また、特開平１０−１０３０７８に開示されている「ガスタービンサイクル」では、圧縮機により空気を圧縮して燃焼器に送り込み、燃焼器にて圧縮空気に燃料が混合されて燃焼が行われて燃焼ガスが発生する。燃焼ガスはタービンに導入されて膨張させられて、タービンの回転によりガスタービンサイクルの機械的出力が得られている。このガスタービンサイクルは、タービンの排ガスの排熱により所定圧力の蒸気を発生する多段式の排熱ボイラと、必要に応じて駆動されることによりタービンの排ガスを排熱ボイラに導入する前提で追い炊きする追い炊き手段と、追い炊きによる蒸気発生量の増大に応じて排熱ボイラの発生蒸気圧を変更する変圧手段とを有している。発生蒸気の一部は圧縮機内に中間冷却が可能になるように噴射されると共に、残る蒸気は燃焼器の直前およびタービンに噴射されている。

また、特開平９−３２４６５４に開示されている「ガスタービンサイクル」では、圧縮機により空気を圧縮して燃焼器に送り込み、燃焼器にて圧縮空気に燃料が混合されて燃焼が行われて燃焼ガスが発生する。燃焼ガスはタービンに導入されて膨張させられて、タービンの回転によりガスタービンサイクルの機械的出力が得られている。このガスタービンサイクルは、タービンからの排気ガスの排熱により、３種以上の異なった圧力の蒸気を発生させる蒸気発生手段を有している。そして、該手段の発生した蒸気のうちの少なくとも１種の蒸気が圧縮機内の中間冷却を可能にするように噴射されると共に、残る少なくとも１種の蒸気が燃焼器の直前に噴射させられて、さらに残る少なくとも１種の蒸気がタービンに噴射させられるように構成されている。

また、特開２００３−１０６１６８に開示されている「ガスタービンプラント」は、圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して得られる高温高圧の燃焼ガスによりタービンを駆動させ、タービンからの燃焼排ガスを再生熱交換器に導入して燃焼器に供給する圧縮空気を加熱するようにした再生式ガスタービンプラントを示している。この再生式ガスタービンプラントでは、再生熱交換器と過熱器とは並列に配置されている。再生熱交換器には過熱器が組み込まれていて、再生熱交換器および過熱器の両方で高温の燃焼排ガスを加熱源として利用できるように構成されている。

特開平１０−２５２４９７号公報 特開平１０−３０４０６号公報 特開平１０−１０３０７８号公報 特開平９−３２４６５４号公報 特開２００３−１０６１６８号公報

本発明の課題は、低コストで高い出力を得ることの出来る２流体ガスタービンを提供することである。

また、単純な構造で信頼性の高い２流体ガスタービンを提供することである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明における２流体ガスタービンは、ケーシング（１）と、燃焼器（２）と、タービン（４）と、圧縮機（３）と、排熱回収ボイラー（１００）とを備えた２流体ガスタービンであって、圧縮機（３）と、タービン（４）とはケーシング（１）内に格納され、燃料と圧縮機（３）で圧縮された空気とが燃焼器（２）内で燃焼されて燃焼ガスが発生し、燃焼ガスはタービン（４）を駆動した後、排気ガス（４０）としてケーシング（１）外に排出されて排熱回収ボイラー（１００）に回収され、排気ガス（４０）の熱により排熱回収ボイラー（１００）で蒸気（３０）が発生し、燃焼器（２）と、タービン（４）の少なくとも１つを冷却し、冷却に使用された蒸気（３０）はそのまま燃焼器のガス流路に開放される。

また、本発明における２流体ガスタービンは、蒸気（３０）によるタービン（４）の冷却を、例えば静翼のみ、１段目のみというように部分的、あるいは全体とすることができる。

また、本発明の２流体ガスタービンは、冷却に使用された蒸気（３０）の一部あるいは全ては回収されて、さらに燃焼器（２）の上流、下流あるいはその両方に投入される。

また、本発明の２流体ガスタービンは、燃焼器（２）の上流に投入された蒸気（３０）は燃焼器（２）の内壁をフィルム冷却して燃焼器（２）のガス流路に開放され、燃焼器（２）の下流に投入された蒸気（３０）はタービン（４）のシュラウド端部、動翼プラットフォーム端部、翼後縁部分の少なくとも１つをフィルム冷却してタービン（４）のガス流路に開放される。

また、本発明の２流体ガスタービンは、さらに、上流部と下流部へ配送される蒸気（３０）の流量比を調整できる蒸気流量分配弁（７００）を備え、蒸気流量分配弁（７００）は蒸気を燃焼器（２）の上流部と下流部へ配送する配管の分岐部へ配置されて、２流体ガスタービンの動作状況に応じて上流部（６００Ａ）と下流部（６００Ｂ）へ配送される蒸気（３０）の流量比を調整する。

また、本発明の２流体ガスタービンは、さらに、火炎センサー（４００）と、燃焼器点火装置（５００）と、制御装置とを備え、火炎センサー（４００）により燃焼器（２）内の火炎が監視され、火炎センサー（４００）により火炎の吹消えが検出されると、火炎センサー（４００）から制御装置に吹消え信号が出力され、吹消え信号が入力された制御装置から燃焼器点火装置（５００）に再着火信号が出力され、燃焼器点火装置（５００）により燃焼器（２）が再着火され、さらに制御装置から蒸気流量分配弁（７００）に蒸気流量分配制御信号が出力され、蒸気流量分配制御信号が入力された蒸気流量分配弁（７００）により燃焼器（２）の上流部（６００Ａ）へ配送される蒸気の流量比が減じられるように調整される。

また、本発明の２流体ガスタービンは、排熱回収ボイラー（１００Ａ、１００Ｂ，１００Ｃ）は複圧式であり、複圧式の排熱回収ボイラー（１００Ａ、１００Ｂ，１００Ｃ）で圧力の異なった複数の蒸気（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）が発生し、圧力の異なった複数の蒸気（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）はケーシング（１）内に戻されて、ケーシング（１）内に格納された燃焼器（２）と、タービン（４）の少なくとも１つの、圧力の異なった複数の蒸気（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）の各々の圧力に対応した圧力となる位置に投入される。

また、本発明の２流体ガスタービンは、さらに蒸気タービン（２００）を備え、蒸気タービン（２００）は排熱回収ボイラ（１００）の下流に配置され、排熱回収ボイラー（１００）で発生した蒸気（３０）の一部あるいは全部が蒸気タービン（２００）に投入され、蒸気タービン（２００）により仕事を取り出す。

また、本発明の２流体ガスタービンは、さらに再熱器（３００）を備え、再熱器（３００）は排熱回収ボイラ（１００）の上流に配置され、再熱器（３００）で蒸気タービン（２００）から排出される蒸気（３０）がガスタービン排気ガスの熱によって再熱される。

また、本発明の２流体ガスタービンは、蒸気タービン（２００）が圧力の異なった複数の蒸気（３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）を発生し、圧力の異なった複数種の蒸気（３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）はケーシング（１）内に戻されて、ケーシング（１）内に格納された燃焼器（２）と、タービン（４）の少なくとも１つの、圧力の異なった複数の蒸気（３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）の各々の圧力に対応した圧力となる位置に投入される。

また、本発明の２流体ガスタービンの制御方法は、２流体ガスタービンを動作させるステップと、２流体ガスタービンの燃焼器火炎が吹き消えした時に再着火するステップとを備え、２流体ガスタービンは、ケーシング（１）と、燃焼器（２）と、タービン（４）と、圧縮機（３）と、排熱回収ボイラー（１００）と火炎センサー（４００）と、燃焼器点火装置（５００）と、蒸気流量分配弁（７００）と、制御装置とを備え、燃焼器（２）と、圧縮機（３）と、タービン（４）と、蒸気流量分配弁（７００）とはケーシング（１）内に格納され、火炎センサー（４００）と、燃焼器点火装置（５００）とは燃焼器（２）内に格納され、２流体ガスタービンを動作させるステップは、燃料と圧縮機（３）で圧縮された空気とを燃焼器（２）内で燃焼させて燃焼ガスを発生させるステップと、燃焼ガスでタービン（４）を駆動するステップと、燃焼ガスを排気ガス（４０）としてケーシング（１）外に排出して排熱回収ボイラー（１００）で排気ガス（４０）を回収するステップと、排気ガス（４０）の熱により排熱回収ボイラー（１００）で蒸気（３０）を発生させるステップと、蒸気（３０）をケーシング（１）内に戻して、ケーシング（１）内に格納された燃焼器（２）と、タービン（４）の少なくとも１つを冷却し、燃焼器（２）の冷却に使用する蒸気（３０）を燃焼器（２）の上流、下流あるいはその両方に投入するステップとを有し、再着火するステップは、火炎センサー（４００）により燃焼器（２）内の火炎を監視するステップと、火炎センサー（４００）により火炎の吹消えが検出されると、火炎センサー（４００）から制御装置に吹消え信号を出力するステップと、吹消え信号を受信した制御装置が燃焼器点火装置（５００）に再着火信号を出力するステップと、再着火信号を受信した燃焼器点火装置（５００）が燃焼器（２）を再着火するステップと、さらに制御装置が蒸気流量分配弁（７００）に蒸気流量分配制御信号を出力するステップと、蒸気流量分配弁（７００）は蒸気（３０）を燃焼器（２）の上流部と下流部へ配送する配管の分岐部へ配置されて燃焼器（２）の上流部（６００Ａ）と下流部（６００Ｂ）へ配送される蒸気の流量比を調整でき、蒸気流量分配制御信号を受信した蒸気流量分配弁（７００）が燃焼器（２）の上流部へ配送される蒸気の流量比を減らす調整をするステップとを有する。

本発明は、蒸気噴射タービンの噴射前の蒸気を用いることによって、有効にタービン動翼や静翼、および燃焼器内壁面などの高温部品を冷却するものである。このような蒸気噴射タービンでは動力を費やして圧縮した空気を冷却に用いる量が少なくてすむことから、従来の蒸気噴射タービンよりも高い効率、出力を得ることができる。また、蒸気は空気よりも比熱、熱伝導率が高いことから、タービン動翼や静翼、および燃焼器内壁面などの高温部品をより効果的に冷却することができる。

さらに本発明では、噴射前の蒸気をタービン動翼や静翼、および燃焼器内壁面などの高温部品の冷却に利用することにより、蒸気冷却ガスタービンと同様な効果的な冷却を行うことができる。また、蒸気を最終的に燃焼ガス流路に放出することにより、特に後縁部分や翼端部、シュラウド端部といった冷却のしにくい部位に対して蒸気によるフィルム冷却を適用することができる。

本発明は、フィルム冷却を適用できる点で、蒸気冷却ガスタービンよりも優れた冷却効果を期待することができる。

添付図面を参照して、本発明による２流体ガスタービンを実施するための最良の形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施の形態に係わる２流体ガスタービンの全体構成図を図２に示している。本実施の形態に係わる２流体ガスタービンは、ガスタービンケーシング１と、燃焼器２と、タービン４と、圧縮機３と、排熱回収ボイラー１００とを備えている。燃焼器２と、圧縮機３と、タービン４とはガスタービンケーシング１内に格納されている。また、タービン４は燃焼器２の所定の位置に配置されている。排熱回収ボイラー１００は、ガスタービンケーシング１から排出される排気ガス４０の噴出流路上に設置されている。

本実施の形態に係わる２流体ガスタービンでは、燃料１０と圧縮機３で圧縮された空気２０とが燃焼器２内で燃焼されて燃焼ガスが発生させられる。燃焼ガスはタービン４を駆動した後、排気ガス４０としてガスタービンケーシング１外に排出される。排気ガス４０の噴出流路上に設置された排熱回収ボイラー１００は、排気ガス４０の熱により蒸気３０を発生する。排熱回収ボイラー１００によって発生された蒸気３０はガスタービンケーシング１内に配送されて、タービン４の冷却に使用される。図２では全てのタービン翼を蒸気３０により冷却しているが、一部の段のみの冷却としたり、静翼のみの冷却とすることもできる。また、タービン翼面やタービン翼端部にあるシュラウドの面に多数の穴を設けて、そこから蒸気を噴出させるフィルム冷却とすることにより、更に効果的な冷却が可能となる。また、タービン４を冷却した蒸気はそのまま燃焼ガスと同じタービン部のガス流路に導入される。これにより、蒸気３０がタービン４後方段にて仕事をおこない、２流体ガスタービンの出力が増大する。

本実施の形態においては、タービン４の冷却に蒸気３０を使用するため、従来冷却用としても使用されていた空気２０の大部分を燃焼用として使用することが出来るようになる。それに伴い、燃焼器に導入される燃料を増やすことができ、出力を増大させることができる。また、蒸気３０によるタービン４の冷却は、蒸気３０の比熱および熱伝導率が空気２０のそれに比較して高いため、タービン４の冷却効率を飛躍的に高くすることができる。また、蒸気によるフィルム冷却にすることによりタービン４の冷却効率はさらに高まる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施の形態に係わる２流体ガスタービンの全体構成図を図３に示している。本実施の形態に係わる２流体ガスタービンの基本構成は、実施の形態１に示すものと同じである。実施の形態１と異なるところは、排熱回収ボイラー１００によって作られた蒸気３０はガスタービンケーシング１内に配送されて、タービン４を冷却した後、さらに燃焼器２の上流部に配送されて燃焼器２の上流部に導入されることである。また、実施の形態１と異なるところは、排熱回収ボイラー１００によって作られた蒸気３０はガスタービンケーシング１内に配送されて、タービン４を冷却した後、圧縮機３で圧縮される空気２０と共に燃焼器２に導入されることである。タービン部の冷却に関しては、実施の形態１と同様に、図３では全てのタービン翼を蒸気３０により冷却しているが、一部の段のみの冷却としたり、静翼のみの冷却とすることもできる。また、タービン翼面やタービン翼端部にあるシュラウドの面に多数の穴を設けて、そこから蒸気を噴出させるフィルム冷却とすることにより、更に効果的な冷却が可能となる。また、タービン４を冷却した蒸気はそのまま燃焼ガスと同じタービン部のガス流路に導入される。これにより、蒸気３０がタービン４後方段にて仕事をおこない、２流体ガスタービンの出力が増大させられる。

さらに、本実施の形態においては、タービン４の冷却に使用された一部または全ての蒸気３０が燃焼器２の上流部へ導入されている。このことにより、燃焼器２を通る流体の熱容量が増大し、また、燃焼器２に投入できる燃料を増やすことができる。これにより、実施の形態１に比較して、さらに出力を増大させることができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施の形態に係わる２流体ガスタービンの全体構成図を図４に示している。本実施の形態に係わる２流体ガスタービンの基本構成は、実施の形態１に示すものと同じである。実施の形態１と異なるところは、排熱回収ボイラー１００によって作られた蒸気３０はガスタービンケーシング１内に配送されて、タービン４を冷却した後、さらに燃焼器の壁面に沿って配送されて、燃焼器２の内壁面の冷却を行うことである。また、実施の形態１と異なるところは、排熱回収ボイラー１００によって作られた蒸気３０はガスタービンケーシング１内に配送されて、タービン４を冷却した後、圧縮機３で圧縮される空気２０と共に燃焼器２に導入されることである。タービン部の冷却に関しては、実施の形態１と同様に、図４では全てのタービン翼を蒸気３０により冷却しているが、一部の段のみの冷却としたり、静翼のみの冷却とすることもできる。また、タービン翼面やタービン翼端部にあるシュラウドの面に多数の穴を設けて、そこから蒸気を噴出させるフィルム冷却とすることにより、更に効果的な冷却が可能となる。また、タービン４を冷却した蒸気はそのまま燃焼ガスと同じタービン部のガス流路に導入される。これにより、蒸気３０がタービン４後方段にて仕事をおこない、２流体ガスタービンの出力が増大する。

さらに、本実施の形態においては、タービン４の冷却に使用された一部または全ての蒸気３０が燃焼器壁面に開けられた多数の穴より燃焼器２の内壁面上に噴射される。

このことにより、燃焼器２の内壁面はフィルム冷却により効果的な冷却が行われる。また、燃焼器中に多量の蒸気３０を投入することにより、燃焼器を通る流体の熱容量が増大し、また、燃焼器２に投入できる燃料を増やすことができる。これにより、実施の形態１に比較して、さらに出力を増大させることができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施の形態に係わる２流体ガスタービンの全体構成図を図５に示している。本実施の形態に係わる２流体ガスタービンの基本構成は、実施の形態２および３に示すものと同じものである。実施の形態２および３では、排熱回収ボイラー１００によって作られた蒸気３０は、ガスタービンケーシング１内に配送されてタービン４を冷却し、基本的には全量が回収されて次の冷却に使用されていた。これに対し、本実施の形態におけるタービン部の冷却には、タービン翼面やタービン翼端部にあるシュラウドの面に多数の穴を設けて、そこから蒸気３０を噴出するフィルム冷却が適用されている。このため、タービン翼の端部やシュラウド部を着実に蒸気冷却することが出来る。また、フィルム冷却によりタービン４を冷却した蒸気３０はそのまま燃焼ガスと同じタービン部のガス流路に放出される。これにより、蒸気３０がタービン４後方段にて仕事をおこない、２流体ガスタービンの出力が増大させられる。

さらに、本実施の形態においては、実施の形態３に示されるのと同様に、タービン４の冷却に使用された蒸気３０の一部が燃焼器壁に沿って配送され、燃焼器壁面に開けられた多数の穴より燃焼器２の内壁面上に噴射される。

このことにより、燃焼器２の内壁面はフィルム冷却により効果的な冷却が行われる。また、燃焼器中に多量の蒸気３０を投入することにより、燃焼器を通る流体の熱容量が増大し、また、燃焼器２に投入できる燃料を増やすことができる。これにより、実施の形態２および３に比較して、さらに出力を増大させることができる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施の形態に係わる２流体ガスタービンの全体構成図を図６に示している。本実施の形態に係わる２流体ガスタービンの基本構成は、実施の形態２に示されるものと同じものである。実施の形態２と異なるところは、排熱回収ボイラー１００によって作られた蒸気３０はガスタービンケーシング１内に配送されて、タービン４を冷却した後、さらに燃焼器の上流部および下流部に配送されてそれぞれ燃焼器２内に導入されることである。タービン部の冷却に関しては、実施の形態１と同様に、図６では全てのタービン翼を蒸気３０により冷却しているが、一部の段のみの冷却としたり、静翼のみの冷却とすることもできる。また、タービン翼面やタービン翼端部にあるシュラウドの面に多数の穴を設けて、そこから蒸気を噴出するフィルム冷却とすることにより、更に効果的な冷却が可能となる。また、タービン４を冷却した蒸気はそのまま燃焼ガスと同じタービン部のガス流路に導入される。これにより、蒸気３０がタービン４後方段にて仕事をおこない、２流体ガスタービンの出力が増大させられる。

本実施の形態においては、蒸気３０が燃焼器２の下流部にも導入されることにより、実施の形態２〜４よりも２流体ガスタービンの出力は低くなる。しかし、蒸気３０が燃焼器２の下流部にも導入されることにより、タービン４の入口温度は低くなり、タービン翼の寿命は伸ばされる。さらに、燃焼器上流、下流への蒸気導入量の配分比を調整する手段を設けることにより、２流体ガスタービンの出力負荷の大きい時には燃焼器上流への蒸気導入量の配分比を増やして２流体ガスタービンの出力を大きくし、２流体ガスタービンの出力負荷が小さい時には燃焼器下流への蒸気導入量の配分比を増やしてタービン翼の消耗を抑制することができる。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施の形態に係わる２流体ガスタービンの全体構成図を図７に示している。本実施の形態に係わる２流体ガスタービンは、基本的には実施の形態１から５までに示されている２流体ガスタービンに、さらに蒸気タービン２００が連結された形態となっている。

図７に示されているように、排熱回収ボイラ１００に直列に連結された蒸気タービン２００は、排熱回収ボイラ１００が発生する蒸気３０により駆動されて仕事が取り出される。このとき、蒸気タービン２００から排出される蒸気３０は、２流体ガスタービンのガスタービンケーシング１内に配送され、実施の形態１〜５までにおいて既述したように、タービン４の冷却系統に導入される。

本実施の形態では、２流体ガスタービンで取り出された仕事と、蒸気タービン２００で取り出された仕事との合計が、出力された全仕事である。

（第７実施形態）
本発明の第７の実施の形態に係わる２流体ガスタービンの全体構成図を図８に示している。本実施の形態に係わる２流体ガスタービンは、基本的には実施の形態６に示されている２流体ガスタービンの排熱回収ボイラ１００の上流に、さらに再熱器３００が直列に連結されたものである。

本実施の形態においては、ガスタービンケーシング１から排出される排気ガス４０は排気ガス４０の流路上に配置される再熱器３００に導入されて、排気ガス４０の熱により、再熱器３００を通過する蒸気３０が加熱される。さらに再熱器３００から排出された排気ガス４０は、排熱回収ボイラー１００に導入される。排熱回収ボイラー１００では、導入された排気ガス４０の熱により蒸気３０が発生させられる。排熱回収ボイラー１００で発生させられた蒸気３０により、蒸気タービン２００が駆動される。蒸気タービン２００を駆動させた蒸気３０は、蒸気タービン２００から排出されて再熱器３００に導入されて再加熱される。そして再加熱された蒸気３０は、ガスタービンケーシング１内に配送されて、タービン４の冷却系統に導入される。タービン４の冷却系統に導入された蒸気３０は、実施の形態１から６までに既述されているように、タービン４や燃焼器２の内壁の冷却に使用される他、燃焼器２に導入されて２流体ガスタービンの出力を増加させるのに使用されている。

（第８の実施形態）
本発明の第８の実施の形態に係わる２流体ガスタービンの全体構成図を図９に示している。本実施の形態に係わる２流体ガスタービンは、基本的には実施の形態６に示されているものと同じものである。但し、本実施の形態においては、蒸気タービン２００から発生させられる蒸気を、蒸気を導入する場所の圧力に応じて、異なった圧力系統の高圧蒸気３０Ａ，中圧蒸気３０Ｂ，および低圧蒸気３０Ｃとして分別して取り出すことが出来る。異なった圧力系統の高圧蒸気３０Ａ，中圧蒸気３０Ｂ，および低圧蒸気３０Ｃとして蒸気タービン２００から排出された各蒸気系統は、それぞれの圧力に対応したタービン４の場所に導入されて、蒸気によるタービン４の冷却が行われる。

本実施の形態においては、このように蒸気タービン２００から異なった圧力ごとの蒸気３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを抽気をすることができるため、タービン４の高圧部では高圧蒸気３０Ａによる冷却、中圧部では中圧蒸気３０Ｂによる冷却、低圧部では低圧蒸気３０Ｃによる冷却とすることができる。これにより、本実施の形態においては、実施の形態６よりも一層効率的な蒸気冷却が実現されて、２流体ガスタービンとしてさらに高い出力効率を得ることが出来る。

（第９の実施形態）
本発明の第９の実施の形態に係わる２流体ガスタービンの全体構成図を図１０に示している。本実施の形態に係わる２流体ガスタービンは、基本的には実施の形態８に示されているものと同じ冷却機能を有している。

本実施の形態においては、実施の形態１から５までの排熱回収ボイラー１００に換わって、複圧式排熱回収ボイラーが備えられている。複圧式排熱回収ボイラーは、排熱回収ボイラー（高圧）１００Ａ，排熱回収ボイラー（中圧）１００Ｂ、排熱回収ボイラー（低圧）１００Ｃを有している。排熱回収ボイラー（高圧）１００Ａは高圧蒸気３０Ａを発生させるものである。排熱回収ボイラー（中圧）１００Ｂは中圧蒸気３０Ｂを発生させるものである。排熱回収ボイラー（低圧）１００Ｃは低圧蒸気３０Ｃを発生させるものである。これにより、複圧式排熱回収ボイラーからの蒸気を、蒸気を導入する場所の圧力に応じて、異なった圧力系統の蒸気（高圧蒸気３０Ａ，中圧蒸気３０Ｂ、低圧蒸気３０Ｃ）としてガスタービンに投入することが出来る。

本実施の形態においては、このように複圧式排熱回収ボイラーから異なった圧力ごとの蒸気抽気ができるため、タービン４の高温部では高圧蒸気３０Ａによる冷却、中温部では中圧蒸気３０Ｂによる冷却、低温部では低圧蒸気３０Ｃによる冷却ができる。これにより、本実施の形態においては実施の形態１から５までよりも一層効率的な蒸気冷却が実現されて、２流体ガスタービンとしてさらに高い出力効率を得ることが出来る。

（第１０の実施形態）
本発明の第１０の実施の形態に係わる２流体ガスタービンの全体構成図を図１１に示している。本実施の形態に係わる２流体ガスタービンの基本構成は、実施の形態５に示されているものである。

本実施の形態においては、実施の形態５に係わる２流体ガスタービンに、さらに火災センサ４００、燃焼器点火装置５００、蒸気流量分配弁７００および制御装置８００が追加して備えられている。これにより、本実施の形態では、火炎センサによって燃焼器２の火炎が常時監視されている。燃焼器２の火炎に吹き消えが発生すると、火炎センサにより検知されて、燃焼器点火装置５００により燃焼器内の火炎が再点火される。さらに蒸気流量分配弁７００により、燃焼器２の上流部と下流部に配送される蒸気流量の配分比が調整されて、２流体ガスタービンの燃焼が安定するように制御されている。

本実施の形態では、実施の形態５において説明されているように、排熱回収ボイラー１００で発生した蒸気３０がガスタービンケーシング１内に配送されて、タービン４が冷却される。さらに、燃焼器２の上流部および下流部に配送されて燃焼器２内に導入される。本実施の形態においては、燃焼器２の上流部および下流部へ蒸気３０を配送する配管の分岐部に蒸気流量分配弁７００が配置されている。この蒸気流量分配弁７００により、燃焼器２の上流部へ配送される燃焼器上流蒸気流量６００Ａ、および下流部へ配送される燃焼器下流蒸気流量６００Ｂの流量比の調整をすることができる。

本実施の形態における、２流体ガスタービンの安定燃焼の制御について、図１１および図１２に基づいて説明する。

図１１に示されているように、燃焼器２の上流部へ火炎センサ４００が設置されている。図１２のフローチャートに示されているように、２流体ガスタービン動作時には、この火炎センサ４００により燃焼器２内の火炎が継続監視されているＳ１。火炎センサ４００により、燃焼器２内で火炎の吹き消えが検知されるとＳ２、火炎センサ４００から制御装置８００へ「吹き消え信号」が出力されるＳ３。制御装置８００に火炎センサ４００から「吹き消え信号」が入力されると、制御装置８００は燃焼器点火装置５００に「再着火信号」を出力すると共に、蒸気流量分配弁７００に対して「蒸気流量分配制御信号」を出力するＳ４。これにより、燃焼器点火装置５００は燃焼器２の火炎を再着火するＳ５Ａ。また、蒸気流量分配弁７００は燃焼器２の上流部へ配送される蒸気流量比を減少させるＳ５Ｂ。これにより、燃焼器２内の火炎が再着火され、火炎センサ４００により点火が確認されるとＳ６、再び火炎センサ４００による燃焼器２の火炎が継続監視されるＳ１。

上記したような、本実施の形態による２流体ガスタービンの安定動作制御が行なわれることにより、効率的な２流体ガスタービンの出力を得ることが出来ることに加えて、燃焼器２内の火炎の吹き消えの危険を避けながら２流体ガスタービンから排出されるＮＯｘの低減を図ることができる。

従来の実施の形態に係わる、２流体ガスタービンの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係わる、２流体ガスタービンの構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係わる、２流体ガスタービンの構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係わる、２流体ガスタービンの構成を示す図である。 本発明の実施の形態４に係わる、２流体ガスタービンの構成を示す図である。 本発明の実施の形態５に係わる、２流体ガスタービンの構成を示す図である。 本発明の実施の形態６に係わる、２流体ガスタービンの構成を示す図である。 本発明の実施の形態７に係わる、２流体ガスタービンの構成を示す図である。 本発明の実施の形態８に係わる、２流体ガスタービンの構成を示す図である。 本発明の実施の形態９に係わる、２流体ガスタービンの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１０に係わる、２流体ガスタービンの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１０に係わる、２流体ガスタービンの制御フローを示す図である。

符号の説明

１…ガスタービンケーシング
２…燃焼器
３…圧縮器
４…タービン
１０…燃料
２０…燃焼用空気
３０…蒸気
３０Ａ…高圧蒸気
３０Ｂ…中圧蒸気
３０Ｃ…低圧蒸気
４０…排気ガス
５、１００…排熱回収ボイラー
１００Ａ…排熱回収ボイラー（高圧）
１００Ｂ…排熱回収ボイラー（中圧）
１００Ｃ…排熱回収ボイラー（低圧）
２００…蒸気タービン
３００…再熱器
４００…火炎センサ
５００…燃焼器点火装置
６００Ａ…燃焼器上流蒸気流量
６００Ｂ…燃焼器下流蒸気流量
７００…蒸気流量分配弁
８００…制御装置

Claims (11)

1. ケーシングと、
   燃焼器と、
   タービンと、
   圧縮機と、
   排熱回収ボイラーと
   を具備する２流体ガスタービンであって、
   前記圧縮機と、前記タービンとは前記ケーシング内に格納され、
   燃料と前記圧縮機で圧縮された空気とが前記燃焼器内で燃焼されて燃焼ガスが発生し、
   前記燃焼ガスは前記タービンを駆動した後、排気ガスとして前記ケーシング外に排出されて前記排熱回収ボイラーに回収され、
   前記排気ガスの熱により前記排熱回収ボイラーで蒸気が発生し、前記蒸気は前記燃焼器と前記タービンの少なくとも１つを冷却し、
   前記冷却に使用された前記蒸気はそのまま前記燃焼器のガス流路に開放される、
   ２流体ガスタービン。
2. 請求項１に記載の２流体ガスタービンにおいて、
   前記蒸気による前記タービンの冷却を、部分的、あるいは全体とすることができる、
   ２流体ガスタービン。
3. 請求項１または２に記載の２流体ガスタービンにおいて、
   前記冷却に使用された前記蒸気の一部あるいは全ては回収されて、さらに前記燃焼器の上流、下流あるいはその両方に投入される、
   ２流体ガスタービン。
4. 請求項３に記載の２流体ガスタービンにおいて、
   前記燃焼器の上流に投入された前記蒸気は前記燃焼器の内壁をフィルム冷却して前記燃焼器のガス流路に開放され、
   前記燃焼器の下流に投入された前記蒸気は前記タービンのシュラウド端部、動翼プラットフォーム端部、翼後縁部分の少なくとも１つをフィルム冷却して前記タービンのガス流路に開放される
   ２流体ガスタービン。
5. 請求項３に記載の２流体ガスタービンにおいて、
   さらに、前記上流部と前記下流部へ配送される前記蒸気の流量比を調整できる蒸気流量分配弁を具備し、
   前記蒸気流量分配弁は前記蒸気を前記燃焼器の前記上流部と前記下流部へ配送する配管の分岐部へ配置されて、前記２流体ガスタービンの動作状況に応じて前記上流部と前記下流部へ配送される前記蒸気の流量比を調整する
   ２流体ガスタービン。
6. 請求項５に記載の２流体ガスタービンにおいて、
   さらに、火炎センサーと、
   燃焼器点火装置と、
   制御装置と
   を備え、
   前記火炎センサーにより前記燃焼器内の火炎が監視され、
   前記火炎センサーにより前記火炎の吹消えが検出されると、
   前記火炎センサーから前記制御装置に吹消え信号が出力され、
   前記吹消え信号が入力された前記制御装置から前記燃焼器点火装置に再着火信号が出力され、
   前記燃焼器点火装置により前記燃焼器が再着火され、
   さらに前記制御装置から前記蒸気流量分配弁に蒸気流量分配制御信号が出力され、
   前記蒸気流量分配制御信号が入力された前記蒸気流量分配弁により前記燃焼器の上流部へ配送される前記蒸気の流量比が減じられるように調整される
   ２流体ガスタービン。
7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の２流体ガスタービンにおいて、
   前記排熱回収ボイラーは複圧式であり、前記複圧式の排熱回収ボイラーが圧力の異なった複数の蒸気を発生し、前記圧力の異なった複数の蒸気は前記ケーシング内に戻されて、前記ケーシング内に格納された前記燃焼器と、前記タービンの少なくとも１つの、前記圧力の異なった複数の蒸気の各々の圧力に対応した圧力となる位置に投入される、
   ２流体ガスタービン。
8. 請求項１から７までのいずれか一項に記載の２流体ガスタービンにおいて、
   さらに蒸気タービンを具備し、
   前記排熱回収ボイラーで発生した前記蒸気の一部あるいは全部が前記蒸気タービンに投入され、
   前記蒸気タービンにより仕事を取り出す、
   ２流体ガスタービン。
9. 請求項８に記載の２流体ガスタービンにおいて、
   さらに再熱器を具備し、
   前記再熱器でガスタービン排気ガスの熱により前記蒸気タービンから排出される前記蒸気が再熱される、
   ２流体ガスタービン。
10. 請求項８または９に記載の２流体ガスタービンにおいて、
    前記蒸気タービンが圧力の異なった複数の蒸気を発生し、前記圧力の異なった複数種の蒸気は前記ケーシング内に戻されて、前記ケーシング内に格納された前記燃焼器と、前記タービンの少なくとも１つの、前記圧力の異なった複数の蒸気の各々の圧力に対応した圧力となる位置に投入される、
    ２流体ガスタービン。
11. ２流体ガスタービンを動作させるステップと、
    前記２流体ガスタービンの燃焼器火炎が吹き消えした時に再着火するステップと
    を具備し、
    前記２流体ガスタービンは、
    ケーシングと、
    燃焼器と、
    タービンと、
    圧縮機と、
    排熱回収ボイラーと
    火炎センサーと、
    燃焼器点火装置と、
    蒸気流量分配弁と、
    制御装置と
    を備え、
    前記圧縮機と、前記タービンとは前記ケーシング内に格納され、
    前記火炎センサーと、前記燃焼器点火装置とは前記燃焼器内に格納され、
    前記２流体ガスタービンを動作させるステップは、
    燃料と前記圧縮機で圧縮された空気とを前記燃焼器内で燃焼させて燃焼ガスを発生させるステップと、
    前記燃焼ガスで前記タービンを駆動するステップと、
    前記燃焼ガスを排気ガスとして前記ケーシング外に排出して前記排熱回収ボイラーで前記排気ガスを回収するステップと、
    前記排気ガスの熱により前記排熱回収ボイラーで蒸気を発生させるステップと、
    前記蒸気を前記ケーシング内に戻して、前記ケーシング内に格納された前記燃焼器と、前記タービンの少なくとも１つを冷却し、前記燃焼器の冷却に使用する前記蒸気を前記燃焼器の上流、下流あるいはその両方に投入するステップと
    を有し、
    前記再着火するステップは、
    前記火炎センサーにより前記燃焼器内の火炎を監視するステップと、
    前記火炎センサーにより前記火炎の吹消えが検出されると、前記火炎センサーから制御装置に吹消え信号を出力するステップと、
    前記吹消え信号を受信した前記制御装置が前記燃焼器点火装置に再着火信号を出力するステップと、
    前記再着火信号を受信した前記燃焼器点火装置が前記燃焼器を再着火するステップと、
    さらに前記制御装置が前記蒸気流量分配弁に蒸気流量分配制御信号を出力するステップと、
    前記蒸気流量分配弁は前記蒸気を前記燃焼器の前記上流部と前記下流部へ配送する配管の分岐部へ配置されて前記燃焼器の前記上流部と前記下流部へ配送される前記蒸気の流量比を調整でき、
    前記蒸気流量分配制御信号を受信した前記蒸気流量分配弁が前記燃焼器の上流部へ配送される前記蒸気の流量比を減らす調整をするステップと
    を有した
    ２流体ガスタービンの制御方法。

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