JP2011137470A - ガスタービン - Google Patents
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Abstract
【課題】圧縮空気の圧力損失を抑制して燃焼器を冷却可能とすることで出力効率の低下を抑制可能とする。
【解決手段】圧縮機11で圧縮した圧縮空気に燃焼器12で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン13に供給することで回転動力を得るように構成し、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧する昇圧装置41と、この昇圧装置41で昇圧した圧縮空気により燃焼器12を冷却する燃焼器冷却装置42と、燃焼器12を冷却した圧縮空気を燃焼器12の車室に供給する圧縮空気循環ライン46と、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気を排熱回収ボイラ84に戻される給水により冷却する交換器83を設ける。
【選択図】図8
【解決手段】圧縮機11で圧縮した圧縮空気に燃焼器12で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン13に供給することで回転動力を得るように構成し、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧する昇圧装置41と、この昇圧装置41で昇圧した圧縮空気により燃焼器12を冷却する燃焼器冷却装置42と、燃焼器12を冷却した圧縮空気を燃焼器12の車室に供給する圧縮空気循環ライン46と、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気を排熱回収ボイラ84に戻される給水により冷却する交換器83を設ける。
【選択図】図8
Description
本発明は、圧縮した圧縮空気に燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービンに関するものである。
一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。
このようなガスタービンでは、燃焼器における燃焼温度が高温となると、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)が増加するため、燃焼器には冷却装置が設けられている。従来における燃焼器の冷却装置としては、蒸気冷却方式、空気冷却方式、回収式空気冷却方式などがある。
蒸気冷却方式の冷却装置は、排熱回収ボイラで発生した蒸気を燃焼器を構成する内筒の壁内に形成された冷却通路に供給することでこの燃焼器を冷却し、燃焼器の冷却後の蒸気を蒸気タービンにて回収するものであり、冷却に空気を使用しないため、燃焼用空気を十分に確保することができ、低NOx化を図ることができると共に、比熱の低い低温の蒸気を用いるため、冷却能力が高く、超高温のガスタービンでも適用することができる。
空気冷却方式の冷却装置は、圧縮機で圧縮した圧縮空気の一部を車室から抽気し、この圧縮空気を内筒の壁内に形成された冷却通路に供給することで燃焼器を冷却し、燃焼器の冷却した後の空気を排ガス通路に噴出するものであり、簡単な構造で燃焼器を冷却することができる。また、回収式空気冷却方式の冷却装置は、燃焼器壁の外側にフロースリーブを設け、圧縮機で圧縮した圧縮空気を車室空気からフロースリーブの環状通路に流して冷却し、燃焼器の冷却した後の空気をこの燃焼器に供給するものであり、冷却後の空気を燃焼用空気として回収するため、燃焼用空気を十分に確保することができ、低NOx化を図ることができる。
なお、ガスタービンの冷却装置としては、下記特許文献1に記載されたものがある。
ところが、上述したガスタービンにおける各種の冷却装置は、下記に説明するような問題がある。蒸気冷却方式の冷却装置では、排熱回収ボイラで発生した蒸気により燃焼器を冷却するため、ガスタービンと排熱回収ボイラとの間に蒸気を循環するための蒸気配管など付帯設備が必要となり、構造が大型化、複雑化してしまう。また、ガスタービンを冷却するためには排熱回収ボイラが起動していなければならず、運転制御が複雑になり、この場合、排熱回収ボイラは暖機が必要となるために起動時間が長くなってしまう。更に、燃焼器を蒸気で冷却するため、ガスタービンの熱量が奪われてプラント効率が低下してしまうという問題がある。
また、空気冷却方式の冷却装置では、圧縮機で圧縮した圧縮空気の一部の空気で燃焼器を冷却するため、燃焼用空気が減少してしまい、燃焼器での燃焼温度が上昇して排気ガス中のNOxが増加してしまうという問題がある。そして、超高温ガスタービンでは、車室温度が高温まで上昇するため、空気冷却方式の冷却装置では冷却能力が低く、実現が難しい。更に、回収式空気冷却方式の冷却装置では、圧縮機で圧縮した圧縮空気により燃焼器を冷却し、冷却後の圧縮空気を燃焼器に供給しており、燃焼用空気を確保して低NOx化を図ることができるものの、圧縮空気を燃焼器の壁冷却後に回収するため、燃焼器での圧力損失が大きく、タービン効率が低下してしまうという問題がある。また、燃焼器における内筒の外周側にフロースリーブを設ける必要があるため、構造部材が多くなって構造が複雑化してしまう。
本発明は上述した課題を解決するものであり、圧縮空気の圧力損失を抑制して燃焼器を冷却可能とすることで出力効率の低下を抑制可能としたガスタービンを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための請求項1の発明のガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、前記圧縮機で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧する昇圧手段と、該昇圧手段で昇圧した圧縮空気により前記燃焼器を冷却する燃焼器冷却手段と、前記燃焼器を冷却した圧縮空気を前記燃焼器に供給する第1空気供給手段と、前記昇圧手段で昇圧した圧縮空気を冷却する圧縮空気冷却手段を設け、前記燃焼器冷却手段は、前記圧縮空気冷却手段により冷却された圧縮空気で前記燃焼器を冷却し、また、前記タービンから排出された排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電し、冷却された給水をボイラに戻して過熱する排熱回収手段を設け、前記圧縮空気冷却手段は、冷却されてボイラに戻される給水により前記昇圧手段で昇圧した圧縮空気を冷却することを特徴とするものである。
請求項2の発明のガスタービンでは、前記昇圧手段は、前記圧縮機で圧縮した圧縮空気の一部を車室から抽気して昇圧する一方、前記第1空気供給手段は、前記燃焼器を冷却した圧縮空気を前記車室に戻すことを特徴としている。
請求項3の発明のガスタービンでは、前記燃焼器冷却手段は、前記燃焼器を構成する内筒の壁部内に形成された多数の冷却通路を有することを特徴としている。
請求項4の発明のガスタービンでは、前記昇圧手段で昇圧した圧縮空気により前記タービンを冷却するタービン冷却手段と、前記タービンを冷却した圧縮空気を前記燃焼器に供給する第2空気供給手段を設けたことを特徴としている。
請求項1の発明のガスタービンによれば、圧縮機で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧する昇圧手段と、この昇圧手段で昇圧した圧縮空気により燃焼器を冷却する燃焼器冷却手段と、燃焼器を冷却した圧縮空気を燃焼器に供給する第1空気供給手段を設けたので、圧縮機で圧縮した圧縮空気が燃焼器に供給されると共に、その一部が昇圧手段により昇圧されてから燃焼器冷却手段に送られ、この圧縮空気により燃焼器が冷却され、燃焼器を冷却した圧縮空気が第1空気供給手段により燃焼器に供給され、燃焼器では、この圧縮空気に対して燃料が供給されて燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得ることとなり、圧縮機で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧してから燃焼器を冷却するため、圧縮空気の圧力損失を最小限に抑制して燃焼器を適正に冷却することができると共に、燃焼器を冷却した空気を圧縮機で圧縮した圧縮空気と共に燃焼器に供給するため、燃焼用空気が減少することはなく、燃焼温度の上昇によるNOx排出量の増加を抑制することができ、その結果、出力効率の低下を抑制することができる。
また、請求項1の発明のガスタービンによれば、昇圧手段で昇圧した圧縮空気を冷却する圧縮空気冷却手段を設け、燃焼器冷却手段は、この圧縮空気冷却手段により冷却された圧縮空気で燃焼器を冷却するので、圧縮空気冷却手段により圧縮空気を冷却して温度を低下することができ、燃焼器を効率良く冷却することができると共に、燃焼温度を低下してNOx排出量を減少することができる。
また、請求項1の発明のガスタービンによれば、タービンから排出された排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電し、冷却された給水をボイラに戻して過熱する排熱回収手段を設け、圧縮空気冷却手段は、冷却されてボイラに戻される給水により昇圧手段で昇圧した圧縮空気を冷却するので、圧縮空気を冷却する冷媒として排熱回収手段の給水を用いることで、昇圧した圧縮空気を効率良く冷却することができる。
請求項2の発明のガスタービンによれば、昇圧手段は圧縮機で圧縮した圧縮空気の一部を車室から抽気して昇圧する一方、第1空気供給手段は燃焼器を冷却した圧縮空気を車室に戻すので、燃焼器を冷却した空気が車室に戻されるため、圧縮機で圧縮した圧縮空気の全てが燃焼器に供給されることとなり、燃焼用空気が減少することはなく、燃焼温度の上昇によるNOx排出量の増加を抑制することができる。
請求項3の発明のガスタービンによれば、燃焼器冷却手段は、燃焼器を構成する内筒の壁部内に形成された多数の冷却通路を有するので、圧縮空気が内筒の壁部内にある多数の冷却通路を通過することで燃焼器を冷却するため、この燃焼器を効率良く冷却することができる。
請求項4の発明のガスタービンによれば、昇圧手段で昇圧した圧縮空気によりタービンを冷却するタービン冷却手段と、タービンを冷却した圧縮空気を燃焼器に供給する第2空気供給手段を設けたので、圧縮機で圧縮した圧縮空気が燃焼器に供給されると共に、その一部が昇圧手段により昇圧されてから燃焼器冷却手段及びタービン冷却手段に送られ、この圧縮空気により燃焼器及びタービンが冷却され、冷却後の圧縮空気が第1、第2空気供給手段により燃焼器に供給され、燃焼器では、この圧縮空気に対して燃料が供給されて燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得ることとなり、圧縮空気の圧力損失を最小限に抑制して燃焼器及びタービンを適正に冷却することができると共に、冷却した空気を全て燃焼器に供給するため、燃焼用空気が減少することはなく、燃焼温度の上昇によるNOx排出量の増加を抑制することができ、その結果、出力効率の低下を抑制することができる。
以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービンの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
図1は、本発明の実施例1に係るガスタービンを表す概略図、図2は、実施例1のガスタービンを表す概略構成図、図3は、実施例1のガスタービンにおける燃焼器を表す概略構成図である。
実施例1のガスタービンは、図1及び図2に示すように、圧縮機11と燃焼器12とタービン13とにより構成され、このタービン13に発電機14が連結されている。この圧縮機11は、空気を取り込む空気取入口15を有し、圧縮機車室16内に複数の静翼17と動翼18が交互に配設されてなり、その外側に抽気マニホールド19が設けられている。燃焼器12は、圧縮機11で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン13は、タービン車室20内に複数の静翼21と動翼22が交互に配設されている。
タービン13のタービン車室20には、排気室23が連続して設けられており、この排気室23は、タービン13に連続する排気ディフューザ24を有している。また、圧縮機11、燃焼器12、タービン13、排気室23の中心部を貫通するようにロータ(タービン軸)25が位置しており、圧縮機11側の端部が軸受部26により回転自在に支持される一方、排気室23側の端部が軸受部27により回転自在に支持されている。そして、このロータ25に複数のディスクプレートが固定され、各動翼18,22が連結されると共に、排気室23側の端部に発電機14の駆動軸が連結されている。
従って、圧縮機11の空気取入口15から取り込まれた空気が、複数の静翼17と動翼18を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器12にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、タービン13を構成する複数の静翼21と動翼22を通過することでロータ25を駆動回転し、このロータ25に連結された発電機14に回転動力を付与することで発電を行う一方、排気ガスは排気室23の排気ディフューザ24で静圧に変換されてから大気に放出される。
上述した燃焼器12において、図3に示すように、燃焼器外筒31に燃焼器内筒32が支持され、この燃焼器内筒32の先端部に燃焼器尾筒33が連結されて燃焼器ケーシングが構成されている。燃焼器内筒32内には、その中心部にパイロットノズル34が配設されると共に、燃焼器内筒32の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル34を取り囲むように複数の予混合ノズル35が配設されており、パイロットノズル34の先端部にはパイロットコーン36が装着されている。
従って、圧縮機11における圧縮機車室16から高温・高圧の圧縮空気が燃焼器12に流れこむと、各予混合ノズル35内では、この圧縮空気がメイン燃料棒から噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となって燃焼器内筒32内に流れ込む。一方、パイロットノズル34内では、圧縮空気がパイロット燃料棒から噴射された燃料と混合され、この混合気は図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって燃焼器内筒32内に噴出する。そして、燃焼ガスの一部が燃焼器内筒32内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出することで、各予混合ノズル35から燃焼器内筒32、燃焼器尾筒33に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。
このように構成された本実施例のガスタービンでは、図1に示すように、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を車室から抽気して昇圧する昇圧装置(例えば、圧縮機やブロア)41と、この昇圧装置41で昇圧した圧縮空気により燃焼器12を冷却する燃焼器冷却装置42とを設け、この燃焼器12を冷却した圧縮空気を燃焼器12に供給するようにしている。
即ち、圧縮機11から燃焼器12に連結される圧縮空気供給ライン43は、途中で分岐して圧縮空気分岐ライン44を形成し、昇圧装置41に連結されている。燃焼器冷却装置42は、例えば、燃焼器12を構成する内筒の壁部内に形成された多数の冷却通路であって、昇圧装置41は、燃焼器冷却装置42と冷却空気供給ライン45により連結されている。そして、燃焼器冷却装置42は、圧縮空気供給ライン43と圧縮空気循環ライン(第1空気供給手段)46により連結されており、燃焼器12を冷却した圧縮空気が圧縮空気供給ライン43を介して燃焼器12に供給される。この場合、燃焼器12を冷却した圧縮空気を圧縮空気供給ライン43に戻すことで、燃焼器12の車室に供給することとなる。
また、燃焼器12には、この燃焼器12に燃料を供給する燃料供給ライン47が連結されている。更に、燃焼器12は、タービン13と燃焼ガス排出ライン48により連結されている。
従って、圧縮機11では、取り込まれた空気が複数の静翼17と動翼18を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、圧縮空気供給ライン43に流れる。そして、この圧縮空気供給ライン43を流れる圧縮空気の一部、つまり、車室から抽気した圧縮空気が圧縮空気分岐ライン44に分岐して昇圧装置41に供給され、ここで更に昇圧される。この昇圧装置41で昇圧された圧縮空気は、冷却空気供給ライン45を通して燃焼器冷却装置42に供給され、例えば、燃焼器12を構成する内筒の壁部内を流れることで冷却する。この燃焼器12を冷却した圧縮空気は、圧縮空気循環ライン46を通して圧縮空気供給ライン43に戻される。そのため、圧縮機11で圧縮された圧縮空気が全量圧縮空気供給ライン43を通して燃焼器12に供給されることとなる。
すると、この燃焼器12では、圧縮空気供給ライン43から供給された圧縮空気に対して、燃料供給ライン47から所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、燃焼ガス排出ライン48を通してタービン13に送られ、複数の静翼21と動翼22を通過することでロータ25が駆動回転し、このロータ25に連結された発電機14を駆動することで発電が行われる。
このように実施例1のガスタービンにあっては、圧縮機11で圧縮した圧縮空気に燃焼器12で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン13に供給することで回転動力を得るように構成し、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧する昇圧装置41と、この昇圧装置41で昇圧した圧縮空気により燃焼器12を冷却する燃焼器冷却装置42と、燃焼器12を冷却した圧縮空気を燃焼器12の車室に供給する圧縮空気循環ライン46を設けている。
従って、圧縮機11で圧縮した圧縮空気が燃焼器12に供給されると共に、その一部が昇圧装置41により昇圧されてから燃焼器冷却装置42に送られ、この圧縮空気により燃焼器12が冷却され、燃焼器12を冷却した圧縮空気が圧縮空気循環ライン46により燃焼器12に供給され、燃焼器12では、この圧縮空気に対して燃料が供給されて燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン13に供給して回転動力を得ることとなる。このとき、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧してから燃焼器12を冷却するため、この一部の圧縮空気だけが圧力損失となり、圧縮空気の圧力損失を最小限に抑制して燃焼器12を適正に冷却することができる。また、燃焼器12を冷却した空気を圧縮空気供給ライン43に戻すため、圧縮機11で圧縮した圧縮空気を全量燃焼器12に供給することとなり、燃焼用空気が減少することはなく、燃焼温度の上昇によるNOx排出量の増加を抑制することができる。その結果、タービン出力効率の低下を抑制することができる。
また、本実施例のガスタービンでは、昇圧装置41は、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を車室から抽気して昇圧する一方、燃焼器12を冷却した圧縮空気を圧縮空気循環ライン46により圧縮機11の車室に戻すことで、燃焼器12を冷却した空気の全量が車室に戻されるため、圧縮機11で圧縮した圧縮空気を効率良く燃焼器12に供給することができ、燃焼用空気が減少することはなく、燃焼温度の上昇によるNOx排出量の増加を抑制することができる。
図4−1は、本発明の実施例2に係るガスタービンにおける燃焼器冷却装置を表す概略図、図4−2から図4−4は、実施例2のガスタービンにおける燃焼器冷却装置の変形例を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例2のガスタービンにおいて、図4−1に示すように、燃焼器冷却装置51は、燃焼器12を構成する内筒52の壁部内に形成された多数の冷却通路である。具体的に説明すると、この燃焼器冷却装置51において、内筒52の壁部内には、その長手方向(燃焼ガスの流動方向)に沿って多数の冷却通路53が形成されている。また、内筒52の外周部には、その長手方向における中間部にリング形状をなすヘッダ54が固定されており、このヘッダ54に冷却空気供給ラインとしての冷却空気供給配管55が連結されている。そして、多数の冷却通路53は、ヘッダ54内を通して冷却空気供給配管55に連通する一方、各端部が車室56に開口している。
従って、圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部が冷却空気供給配管55を通してヘッダ54に供給されると、この圧縮空気は、燃焼器冷却装置51の各冷却通路53を通過することで燃焼器12を冷却し、この燃焼器12を冷却した圧縮空気は、車室56に吐出して回収される。そのため、圧縮機で圧縮された圧縮空気を全量車室56を通して燃焼器12に供給することができる。
また、実施例2のガスタービンの変形例において、図4−2に示すように、燃焼器冷却装置61は、燃焼器12を構成する内筒52の壁部内に形成された多数の冷却通路であり、内筒52の壁部内に多数の冷却通路53が形成されると共に、内筒52の外周部にリング形状をなすヘッダ54が固定され、このヘッダ54に冷却空気供給配管55が連結されている。そして、多数の冷却通路53は、ヘッダ54内を通して冷却空気供給配管55に連通し、一端部が車室56に開口する一方、他端部が内筒52内に開口している。
従って、圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部が冷却空気供給配管55を通してヘッダ54に供給されると、この圧縮空気は、燃焼器冷却装置61の各冷却通路53を通過することで燃焼器12を冷却し、この燃焼器12を冷却した圧縮空気は、車室56に吐出して回収されると共に、内筒52内における燃焼ガスに合流する。そのため、圧縮機で圧縮された圧縮空気を車室56を通して燃焼器12に供給することができると共に、圧縮空気を内筒52内の下流側に供給することで、尾筒や第1静翼を冷却することができる。
また、実施例2のガスタービンの変形例において、図4−3に示すように、燃焼器冷却装置62は、燃焼器12を構成する内筒52の壁部内に形成された多数の冷却通路であり、内筒52の壁部内に多数の冷却通路53が形成されると共に、内筒52の外周部にリング形状をなすヘッダ54が2箇所にわたって固定され、各ヘッダ54に冷却空気供給配管55が連結されている。そして、多数の冷却通路53は、ヘッダ54内を通して冷却空気供給配管55に連通し、端部及び中間部が車室56に開口している。
従って、圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部が冷却空気供給配管55を通してヘッダ54に供給されると、この圧縮空気は、燃焼器冷却装置62の各冷却通路53を通過することで燃焼器12を冷却し、この燃焼器12を冷却した圧縮空気は、車室56に吐出して回収されると共に、内筒52内における燃焼ガスに合流する。そのため、圧縮機で圧縮された圧縮空気を車室56を通して燃焼器12に供給することができると共に、圧縮空気を内筒52内の下流側に供給することで、尾筒や第1静翼を冷却することができる。
また、実施例2のガスタービンの変形例において、図4−4に示すように、燃焼器冷却装置63は、燃焼器12を構成する内筒52の壁部内に形成された多数の冷却通路であり、内筒52の壁部内に多数の冷却通路53が形成されると共に、内筒52の外周部における燃焼ガスの流動方向下流端部に対応してリング形状をなすヘッダ54が固定され、このヘッダ54に冷却空気供給配管55が連結されている。そして、多数の冷却通路53は、ヘッダ54内を通して冷却空気供給配管55に連通し、燃焼ガスの流動方向上流端部が車室56に開口している。
従って、圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部が冷却空気供給配管55を通してヘッダ54に供給されると、この圧縮空気は、燃焼器冷却装置62の各冷却通路53を通過することで燃焼器12を冷却し、この燃焼器12を冷却した圧縮空気は、車室56に吐出して回収される。そのため、圧縮空気は、燃焼ガスの流動方向下流側から上流側へ流れて冷却することで、高温部を効率的に冷却することができる。
このように実施例2のガスタービンにあっては、圧縮機で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧した圧縮空気により燃焼器12を冷却する燃焼器冷却装置51,61,62,63を設け、この燃焼器冷却装置51,61,62,63として、燃焼器12を構成する内筒52の壁部内に多数の冷却通路53を設けている。
従って、圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部が冷却空気供給配管55を通してヘッダ54に供給されると、この圧縮空気は、各冷却通路53を通過することで燃焼器12を冷却することとなり、簡単な構成で燃焼器12を効率良く冷却することができる。
図5は、本発明の実施例3に係るガスタービンを表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例3のガスタービンにおいて、図5に示すように、圧縮機11は、圧縮空気供給ライン43を介して燃焼器12に連結されると共に、圧縮空気供給ライン43の途中で分岐した圧縮空気分岐ライン44を介して昇圧装置41に連結され、昇圧装置41は、冷却空気供給ライン45を介して燃焼器冷却装置42に連結されており、この冷却空気供給ライン45には、水供給ライン71が連結され、この水供給ライン71に水噴射装置(水分添加手段)72が装着されている。そして、燃焼器冷却装置42は、圧縮空気循環ライン46を介して圧縮空気供給ライン43に連結されている。また、燃焼器12には、燃料供給ライン47が連結され、この燃焼器12は、燃焼ガス排出ライン48を介してタービン13に連結されている。
従って、圧縮機11は、空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成し、圧縮空気供給ライン43に流れる。そして、この圧縮空気供給ライン43を流れる圧縮空気の一部が圧縮空気分岐ライン44に分岐して昇圧装置41に供給され、ここで更に昇圧されてから冷却空気供給ライン45に流れる。一方、水噴射装置72は、水供給ライン71に所定量の水分を噴射しており、冷却空気供給ライン45を流れる圧縮空気に対して水供給ライン71から水分が添加されることで、圧縮空気が冷却され、低温となった圧縮空気が燃焼器冷却装置42に供給され、燃焼器12を冷却する。そして、この燃焼器12を冷却した圧縮空気は、圧縮空気循環ライン46を通して圧縮空気供給ライン43に戻される。そのため、圧縮機11で圧縮された圧縮空気が全量圧縮空気供給ライン43を通して燃焼器12に供給されることとなる。
すると、この燃焼器12では、圧縮空気供給ライン43から供給された圧縮空気に対して、燃料供給ライン47から所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、燃焼ガス排出ライン48を通してタービン13に送られ、複数の静翼21と動翼22を通過することでロータ25が駆動回転し、このロータ25に連結された発電機14を駆動することで発電が行われる。
このように実施例3のガスタービンにあっては、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧する昇圧装置41と、この昇圧装置41で昇圧した圧縮空気により燃焼器12を冷却する燃焼器冷却装置42と、燃焼器12を冷却した圧縮空気を燃焼器12の車室に供給する圧縮空気循環ライン46と、昇圧装置41で昇圧した圧縮空気に対して水分を添加する水噴射装置72を有する水供給ライン71とを設けている。
従って、圧縮機11で圧縮した圧縮空気が燃焼器12に供給されると共に、その一部が昇圧装置41により昇圧され、水噴射装置72により冷却されてから燃焼器冷却装置42に送られ、この圧縮空気により燃焼器12が冷却され、燃焼器12を冷却した圧縮空気が圧縮空気循環ライン46により燃焼器12に供給され、燃焼器12では、この圧縮空気に対して燃料が供給されて燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン13に供給して回転動力を得ることとなる。このとき、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧して冷却してから燃焼器12を冷却するため、この一部の圧縮空気だけが圧力損失となり、圧縮空気の圧力損失を最小限に抑制して燃焼器12を適正に冷却することができる。また、燃焼器12を冷却した空気を圧縮空気供給ライン43に戻すため、圧縮機11で圧縮した圧縮空気を全量燃焼器12に供給することとなり、燃焼用空気が減少することはなく、燃焼温度の上昇によるNOx排出量の増加を抑制することができる。更に、圧縮空気を昇圧して冷却してから燃焼器冷却装置42に供給するため、圧縮空気の温度を低下することができ、燃焼器12を効率良く冷却することができると共に、低温の圧縮空気を燃焼器12内に供給することで、燃焼温度を低下してNOx排出量を減少することができる。
図6は、本発明の実施例4に係るガスタービンを表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例4のガスタービンにおいて、図6に示すように、圧縮機11は、圧縮空気供給ライン43を介して燃焼器12に連結されると共に、圧縮空気供給ライン43の途中で分岐した圧縮空気分岐ライン44を介して昇圧装置41に連結され、昇圧装置41は、冷却空気供給ライン45を介して燃焼器冷却装置42に連結されている。また、冷却空気供給ライン45には、昇圧装置41で昇圧した圧縮空気を冷却する熱交換器(圧縮空気冷却手段)81が設けられ、燃焼器冷却装置42は、この熱交換器81により冷却された圧縮空気で燃焼器12を冷却する。この交換器81では、冷却空気供給ライン45を流れる圧縮空気と、圧縮空気供給ライン43を流れる圧縮空気を導入することで、両圧縮空気の間で熱交換が行われる。即ち、圧縮機11で圧縮された後に昇圧装置41で昇圧されてから冷却空気供給ライン45に流れる圧縮空気は、圧縮機11で圧縮されて圧縮空気供給ライン43に流れる圧縮空気よりも高温・高圧であるため、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気は、交換器81を通過することで、圧縮機11で圧縮された圧縮空気により冷却されることとなる。そして、燃焼器冷却装置42は、圧縮空気循環ライン46を介して圧縮空気供給ライン43に連結されている。また、燃焼器12には、燃料供給ライン47が連結され、この燃焼器12は、燃焼ガス排出ライン48を介してタービン13に連結されている。
従って、圧縮機11は、空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成し、圧縮空気供給ライン43に流れる。そして、この圧縮空気供給ライン43を流れる圧縮空気の一部が圧縮空気分岐ライン44に分岐して昇圧装置41に供給され、ここで更に昇圧されてから冷却空気供給ライン45に流れる。すると、圧縮機11で圧縮された圧縮空気が圧縮空気供給ライン43を通って熱交換器81に導入されると共に、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気が冷却空気供給ライン45から熱交換器81に導入されることとなり、この熱交換器81では、両圧縮空気の間で熱交換が行われ、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気は、交換器81で冷却されてから燃焼器冷却装置42に供給され、燃焼器12を冷却する。そして、この燃焼器12を冷却した圧縮空気は、圧縮空気循環ライン46を通して圧縮空気供給ライン43に戻される。そのため、圧縮機11で圧縮された圧縮空気が全量圧縮空気供給ライン43を通して燃焼器12に供給されることとなる。
すると、この燃焼器12では、圧縮空気供給ライン43から供給された圧縮空気に対して、燃料供給ライン47から所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、燃焼ガス排出ライン48を通してタービン13に送られ、複数の静翼21と動翼22を通過することでロータ25が駆動回転し、このロータ25に連結された発電機14を駆動することで発電が行われる。
このように実施例4のガスタービンにあっては、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧する昇圧装置41と、この昇圧装置41で昇圧した圧縮空気により燃焼器12を冷却する燃焼器冷却装置42と、燃焼器12を冷却した圧縮空気を燃焼器12の車室に供給する圧縮空気循環ライン46と、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気を圧縮機11で圧縮した圧縮空気により冷却する交換器81とを設けている。
従って、圧縮機11で圧縮した圧縮空気が燃焼器12に供給されると共に、その一部が昇圧装置41により昇圧され、熱交換器81により冷却されてから燃焼器冷却装置42に送られ、この圧縮空気により燃焼器12が冷却され、燃焼器12を冷却した圧縮空気が圧縮空気循環ライン46により燃焼器12に供給され、燃焼器12では、この圧縮空気に対して燃料が供給されて燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン13に供給して回転動力を得ることとなる。このとき、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧して冷却してから燃焼器12を冷却するため、この一部の圧縮空気だけが圧力損失となり、圧縮空気の圧力損失を最小限に抑制して燃焼器12を適正に冷却することができる。また、燃焼器12を冷却した空気を圧縮空気供給ライン43に戻すため、圧縮機11で圧縮した圧縮空気を全量燃焼器12に供給することとなり、燃焼用空気が減少することはなく、燃焼温度の上昇によるNOx排出量の増加を抑制することができる。更に、圧縮空気を昇圧して冷却してから燃焼器冷却装置42に供給するため、圧縮空気の温度を低下することができ、燃焼器12を効率良く冷却することができると共に、低温の圧縮空気を燃焼器12内に供給することで、燃焼温度を低下してNOx排出量を減少することができる。
図7は、本発明の実施例5に係るガスタービンを表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例5のガスタービンにおいて、図7に示すように、圧縮機11は、圧縮空気供給ライン43を介して燃焼器12に連結されると共に、圧縮空気供給ライン43の途中で分岐した圧縮空気分岐ライン44を介して昇圧装置41に連結され、昇圧装置41は、冷却空気供給ライン45を介して燃焼器冷却装置42に連結されている。また、冷却空気供給ライン45には、昇圧装置41で昇圧した圧縮空気を冷却する熱交換器(圧縮空気冷却手段)82が設けられ、燃焼器冷却装置42は、この熱交換器82により冷却された圧縮空気で燃焼器12を冷却する。この交換器82では、冷却空気供給ライン45を流れる圧縮空気と、燃料供給ライン47を流れる燃料を導入することで、圧縮空気と燃料との間で熱交換が行われる。即ち、圧縮機11で圧縮された後に昇圧装置41で昇圧されてから冷却空気供給ライン45に流れる圧縮空気は、燃料供給ライン47に流れる燃料よりも高温・高圧であるため、この圧縮空気は、交換器82を通過することで、燃料により冷却されることとなる。そして、燃焼器冷却装置42は、圧縮空気循環ライン46を介して圧縮空気供給ライン43に連結されている。また、燃焼器12には、燃料供給ライン47が連結され、この燃焼器12は、燃焼ガス排出ライン48を介してタービン13に連結されている。
従って、圧縮機11は、空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成し、圧縮空気供給ライン43に流れる。そして、この圧縮空気供給ライン43を流れる圧縮空気の一部が圧縮空気分岐ライン44に分岐して昇圧装置41に供給され、ここで更に昇圧されてから冷却空気供給ライン45に流れる。すると、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気が冷却空気供給ライン45を通って熱交換器81に導入されると共に、燃料が燃料供給ライン47を通って熱交換器82に導入されることとなり、この熱交換器82では、圧縮空気と燃料との間で熱交換が行われ、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気は、交換器82で冷却されてから燃焼器冷却装置42に供給され、燃焼器12を冷却する一方、燃料は、交換器82で加熱されてから燃焼器12に供給される。そして、この燃焼器12を冷却した圧縮空気は、圧縮空気循環ライン46を通して圧縮空気供給ライン43に戻される。そのため、圧縮機11で圧縮された圧縮空気が全量圧縮空気供給ライン43を通して燃焼器12に供給されることとなる。
すると、この燃焼器12では、圧縮空気供給ライン43から供給された圧縮空気に対して、燃料供給ライン47から加熱された所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、燃焼ガス排出ライン48を通してタービン13に送られ、複数の静翼21と動翼22を通過することでロータ25が駆動回転し、このロータ25に連結された発電機14を駆動することで発電が行われる。
このように実施例5のガスタービンにあっては、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧する昇圧装置41と、この昇圧装置41で昇圧した圧縮空気により燃焼器12を冷却する燃焼器冷却装置42と、燃焼器12を冷却した圧縮空気を燃焼器12の車室に供給する圧縮空気循環ライン46と、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気を燃焼器12に供給する燃料により冷却する交換器81とを設けている。
従って、圧縮機11で圧縮した圧縮空気が燃焼器12に供給されると共に、その一部が昇圧装置41により昇圧され、熱交換器82により冷却されてから燃焼器冷却装置42に送られ、この圧縮空気により燃焼器12が冷却され、燃焼器12を冷却した圧縮空気が圧縮空気循環ライン46により燃焼器12に供給され、燃焼器12では、この圧縮空気に対して燃料が供給されて燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン13に供給して回転動力を得ることとなる。このとき、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧して冷却してから燃焼器12を冷却するため、この一部の圧縮空気だけが圧力損失となり、圧縮空気の圧力損失を最小限に抑制して燃焼器12を適正に冷却することができる。また、燃焼器12を冷却した空気を圧縮空気供給ライン43に戻すため、圧縮機11で圧縮した圧縮空気を全量燃焼器12に供給することとなり、燃焼用空気が減少することはなく、燃焼温度の上昇によるNOx排出量の増加を抑制することができる。更に、圧縮空気を昇圧して冷却してから燃焼器冷却装置42に供給するため、圧縮空気の温度を低下することができ、燃焼器12を効率良く冷却することができると共に、低温の圧縮空気を燃焼器12内に供給することで、燃焼温度を低下してNOx排出量を減少することができる。また、燃料を加熱してから燃焼器12に供給するため、燃料噴霧の微粒化が促進されることとなり、燃焼効率を向上して有害物質の排出量を減少することができると共に、タービン出力を向上することができる。
図8は、本発明の実施例6に係るガスタービンを表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例6のガスタービンは、図示しないが、複合発電システムに適用されている。この複合発電システムは、ガスタービンから排出された排気ガスを排熱回収ボイラに送り、ここで高温・高圧の排気ガスにより蒸気を生成し、この蒸気により蒸気タービン駆動することで発電機により発電するものであり、ここでは、蒸気タービンに供給された蒸気を復水器により凝縮した後、ポンプにより供水として排熱回収ボイラに戻して過熱するようにしている。
この複合発電システムに適用された実施例6のガスタービンにおいて、図8に示すように、圧縮機11は、圧縮空気供給ライン43を介して燃焼器12に連結されると共に、圧縮空気供給ライン43の途中で分岐した圧縮空気分岐ライン44を介して昇圧装置41に連結され、昇圧装置41は、冷却空気供給ライン45を介して燃焼器冷却装置42に連結されている。また、冷却空気供給ライン45には、昇圧装置41で昇圧した圧縮空気を冷却する熱交換器(圧縮空気冷却手段)83が設けられ、燃焼器冷却装置42は、この熱交換器83により冷却された圧縮空気で燃焼器12を冷却する。この交換器83では、冷却空気供給ライン45を流れる圧縮空気と、排熱回収ボイラ(排熱回収手段)84に連結される給水ライン85を流れる給水を導入することで、圧縮空気と給水との間で熱交換が行われる。即ち、圧縮機11で圧縮された後に昇圧装置41で昇圧されてから冷却空気供給ライン45に流れる圧縮空気は、蒸気タービンを駆動した後に復水器により凝縮されて給水ライン85に流れる給水よりも高温・高圧であるため、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気は、交換器83を通過することで、排熱回収ボイラ84に戻される給水により冷却されることとなる。そして、燃焼器冷却装置42は、圧縮空気循環ライン46を介して圧縮空気供給ライン43に連結されている。また、燃焼器12には、燃料供給ライン47が連結され、この燃焼器12は、燃焼ガス排出ライン48を介してタービン13に連結されている。
従って、圧縮機11は、空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成し、圧縮空気供給ライン43に流れる。そして、この圧縮空気供給ライン43を流れる圧縮空気の一部が圧縮空気分岐ライン44に分岐して昇圧装置41に供給され、ここで更に昇圧されてから冷却空気供給ライン45に流れる。すると、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気が冷却空気供給ライン45を通って熱交換器83に導入されると共に、蒸気タービンを駆動した後に復水器により凝縮された給水が給水ライン85を通って熱交換器83に導入されることとなり、この熱交換器83では、圧縮空気と給水との間で熱交換が行われ、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気は、交換器83で冷却されてから燃焼器冷却装置42に供給され、燃焼器12を冷却する。そして、この燃焼器12を冷却した圧縮空気は、圧縮空気循環ライン46を通して圧縮空気供給ライン43に戻される。そのため、圧縮機11で圧縮された圧縮空気が全量圧縮空気供給ライン43を通して燃焼器12に供給されることとなる。
すると、この燃焼器12では、圧縮空気供給ライン43から供給された圧縮空気に対して、燃料供給ライン47から所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、燃焼ガス排出ライン48を通してタービン13に送られ、複数の静翼21と動翼22を通過することでロータ25が駆動回転し、このロータ25に連結された発電機14を駆動することで発電が行われる。
このように実施例6のガスタービンにあっては、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧する昇圧装置41と、この昇圧装置41で昇圧した圧縮空気により燃焼器12を冷却する燃焼器冷却装置42と、燃焼器12を冷却した圧縮空気を燃焼器12の車室に供給する圧縮空気循環ライン46と、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気を排熱回収ボイラ84に戻される給水により冷却する交換器83とを設けている。
従って、圧縮機11で圧縮した圧縮空気が燃焼器12に供給されると共に、その一部が昇圧装置41により昇圧され、熱交換器83により冷却されてから燃焼器冷却装置42に送られ、この圧縮空気により燃焼器12が冷却され、燃焼器12を冷却した圧縮空気が圧縮空気循環ライン46により燃焼器12に供給され、燃焼器12では、この圧縮空気に対して燃料が供給されて燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン13に供給して回転動力を得ることとなる。このとき、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧して冷却してから燃焼器12を冷却するため、この一部の圧縮空気だけが圧力損失となり、圧縮空気の圧力損失を最小限に抑制して燃焼器12を適正に冷却することができる。また、燃焼器12を冷却した空気を圧縮空気供給ライン43に戻すため、圧縮機11で圧縮した圧縮空気を全量燃焼器12に供給することとなり、燃焼用空気が減少することはなく、燃焼温度の上昇によるNOx排出量の増加を抑制することができる。更に、圧縮空気を昇圧して冷却してから燃焼器冷却装置42に供給するため、圧縮空気の温度を低下することができ、燃焼器12を効率良く冷却することができると共に、低温の圧縮空気を燃焼器12内に供給することで、燃焼温度を低下してNOx排出量を減少することができる。
図9は、本発明の実施例7に係るガスタービンを表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例7のガスタービンは、図示しないが、複合発電システムに適用されている。この複合発電システムは、ガスタービンから排出された排気ガスを排熱回収ボイラに送り、ここで高温・高圧の排気ガスにより蒸気を生成し、この蒸気により蒸気タービン駆動することで発電機により発電するものであり、ここでは、蒸気タービンに供給された蒸気を復水器により凝縮した後、ポンプにより供水として排熱回収ボイラに戻して過熱するようにしている。
この複合発電システムに適用された実施例7のガスタービンにおいて、図9に示すように、圧縮機11は、圧縮空気供給ライン43を介して燃焼器12に連結されると共に、圧縮空気供給ライン43の途中で分岐した圧縮空気分岐ライン44を介して昇圧装置41に連結され、昇圧装置41は、冷却空気供給ライン45を介して燃焼器冷却装置42に連結されている。また、冷却空気供給ライン45には、昇圧装置41で昇圧した圧縮空気を冷却する熱交換器(圧縮空気冷却手段)86が設けられ、燃焼器冷却装置42は、この熱交換器86により冷却された圧縮空気で燃焼器12を冷却する。この交換器86では、冷却空気供給ライン45を流れる圧縮空気と、排熱回収ボイラ84に連結される蒸気供給ライン87を流れる蒸気を導入することで、圧縮空気と蒸気との間で熱交換が行われる。即ち、圧縮機11で圧縮された後に昇圧装置41で昇圧されてから冷却空気供給ライン45に流れる圧縮空気は、排熱回収ボイラ84で生成されて蒸気供給ライン87に流れる蒸気よりも高温・高圧であるため、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気は、交換器86を通過することで、排熱回収ボイラ84で生成された蒸気により冷却されることとなる。そして、燃焼器冷却装置42は、圧縮空気循環ライン46を介して圧縮空気供給ライン43に連結されている。また、燃焼器12には、燃料供給ライン47が連結され、この燃焼器12は、燃焼ガス排出ライン48を介してタービン13に連結されている。
従って、圧縮機11は、空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成し、圧縮空気供給ライン43に流れる。そして、この圧縮空気供給ライン43を流れる圧縮空気の一部が圧縮空気分岐ライン44に分岐して昇圧装置41に供給され、ここで更に昇圧されてから冷却空気供給ライン45に流れる。すると、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気が冷却空気供給ライン45を通って熱交換器86に導入されると共に、排熱回収ボイラ84で生成された蒸気が蒸気供給ライン87を通って熱交換器86に導入されることとなり、この熱交換器86では、圧縮空気と蒸気との間で熱交換が行われ、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気は、交換器86で冷却されてから燃焼器冷却装置42に供給され、燃焼器12を冷却する。そして、この燃焼器12を冷却した圧縮空気は、圧縮空気循環ライン46を通して圧縮空気供給ライン43に戻される。そのため、圧縮機11で圧縮された圧縮空気が全量圧縮空気供給ライン43を通して燃焼器12に供給されることとなる。
すると、この燃焼器12では、圧縮空気供給ライン43から供給された圧縮空気に対して、燃料供給ライン47から所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、燃焼ガス排出ライン48を通してタービン13に送られ、複数の静翼21と動翼22を通過することでロータ25が駆動回転し、このロータ25に連結された発電機14を駆動することで発電が行われる。
このように実施例7のガスタービンにあっては、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧する昇圧装置41と、この昇圧装置41で昇圧した圧縮空気により燃焼器12を冷却する燃焼器冷却装置42と、燃焼器12を冷却した圧縮空気を燃焼器12の車室に供給する圧縮空気循環ライン46と、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気を排熱回収ボイラ84で生成された蒸気により冷却する交換器86とを設けている。
従って、圧縮機11で圧縮した圧縮空気が燃焼器12に供給されると共に、その一部が昇圧装置41により昇圧され、熱交換器86により冷却されてから燃焼器冷却装置42に送られ、この圧縮空気により燃焼器12が冷却され、燃焼器12を冷却した圧縮空気が圧縮空気循環ライン46により燃焼器12に供給され、燃焼器12では、この圧縮空気に対して燃料が供給されて燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン13に供給して回転動力を得ることとなる。このとき、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧して冷却してから燃焼器12を冷却するため、この一部の圧縮空気だけが圧力損失となり、圧縮空気の圧力損失を最小限に抑制して燃焼器12を適正に冷却することができる。また、燃焼器12を冷却した空気を圧縮空気供給ライン43に戻すため、圧縮機11で圧縮した圧縮空気を全量燃焼器12に供給することとなり、燃焼用空気が減少することはなく、燃焼温度の上昇によるNOx排出量の増加を抑制することができる。更に、圧縮空気を昇圧して冷却してから燃焼器冷却装置42に供給するため、圧縮空気の温度を低下することができ、燃焼器12を効率良く冷却することができると共に、低温の圧縮空気を燃焼器12内に供給することで、燃焼温度を低下してNOx排出量を減少することができる。
図10は、本発明の実施例8に係るガスタービンを表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例8のガスタービンにおいて、図10に示すように、圧縮機11は、圧縮空気供給ライン43を介して燃焼器12に連結されると共に、圧縮空気供給ライン43の途中で分岐した圧縮空気分岐ライン44を介して昇圧装置41に連結されている。昇圧装置41は、第1冷却空気供給ライン45を介して燃焼器冷却装置42に連結されると共に、第1冷却空気供給ライン45から分岐した第2冷却空気供給ライン91を介してタービン冷却装置(タービン冷却手段)92に連結されている。このタービン冷却装置92は、例えば、タービン13のロータ軸に固定された多数段の静翼のうちの1段静翼内に形成された多数の冷却通路であって、この冷却通路内に低温の圧縮空気が供給することで、タービン13を冷却するものである。また、冷却空気供給ライン45には、昇圧装置41で昇圧した圧縮空気を冷却する熱交換器82が設けられ、各冷却装置42,92は、この熱交換器82により冷却された圧縮空気で燃焼器12及びタービン13を冷却する。この交換器82では、冷却空気供給ライン45を流れる圧縮空気と、燃料供給ライン47を流れる燃料を導入することで、圧縮空気と燃料との間で熱交換が行われ、圧縮空気が燃料により冷却される。そして、燃焼器冷却装置42は、第1圧縮空気循環ライン46を介して圧縮空気供給ライン43に連結されると共に、タービン冷却装置92は、第2圧縮空気循環ライン(第2空気供給手段)93を介して圧縮空気供給ライン43に連結されている。また、燃焼器12には、燃料供給ライン47が連結され、この燃焼器12は、燃焼ガス排出ライン48を介してタービン13に連結されている。
従って、圧縮機11は、空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成し、圧縮空気供給ライン43に流れる。そして、この圧縮空気供給ライン43を流れる圧縮空気の一部が圧縮空気分岐ライン44に分岐して昇圧装置41に供給され、ここで更に昇圧されてから冷却空気供給ライン45に流れる。すると、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気が冷却空気供給ライン45を通って熱交換器81に導入されると共に、燃料が燃料供給ライン47を通って熱交換器82に導入されることとなり、この熱交換器82では、圧縮空気と燃料との間で熱交換が行われ、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気は、交換器82で冷却される。
熱交換器82で冷却された圧縮空気は、燃焼器冷却装置42に供給されて燃焼器12を冷却すると共に、タービン冷却装置92に供給されてタービン13を冷却する一方、燃料は、交換器82で加熱されてから燃焼器12に供給される。そして、この燃焼器12を冷却した圧縮空気は、圧縮空気循環ライン46を通して圧縮空気供給ライン43に戻される。そのため、圧縮機11で圧縮された圧縮空気が全量圧縮空気供給ライン43を通して燃焼器12に供給されることとなる。
すると、この燃焼器12では、圧縮空気供給ライン43から供給された圧縮空気に対して、燃料供給ライン47から加熱された所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、燃焼ガス排出ライン48を通してタービン13に送られ、複数の静翼21と動翼22を通過することでロータ25が駆動回転し、このロータ25に連結された発電機14を駆動することで発電が行われる。
このように実施例8のガスタービンにあっては、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧する昇圧装置41と、この昇圧装置41で昇圧した圧縮空気により燃焼器12を冷却する燃焼器冷却装置42と、燃焼器12を冷却した圧縮空気を燃焼器12の車室に供給する第1圧縮空気循環ライン46と、昇圧装置41で昇圧された圧縮空気を燃焼器12に供給する燃料により冷却する交換器81と、昇圧装置41で昇圧した圧縮空気によりタービン13を冷却するタービン冷却装置92と、タービン13を冷却した圧縮空気を燃焼器12に供給する第2圧縮空気循環ライン93とを設けている。
従って、圧縮機11で圧縮した圧縮空気が燃焼器12に供給されると共に、その一部が昇圧装置41により昇圧され、熱交換器82により冷却されてから燃焼器冷却装置42及びタービン冷却装置92に送られ、この圧縮空気により燃焼器12及びタービン13が冷却され、燃焼器12及びタービン13を冷却した圧縮空気が各圧縮空気循環ライン46,93により燃焼器12に供給され、燃焼器12では、この圧縮空気に対して燃料が供給されて燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン13に供給して回転動力を得ることとなる。このとき、圧縮機11で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧して冷却してから燃焼器12及びタービン13を冷却するため、この一部の圧縮空気だけが圧力損失となり、圧縮空気の圧力損失を最小限に抑制して燃焼器12を適正に冷却することができる。また、燃焼器12及びタービン13を冷却した空気を圧縮空気供給ライン43に戻すため、圧縮機11で圧縮した圧縮空気を全量燃焼器12に供給することとなり、燃焼用空気が減少することはなく、燃焼温度の上昇によるNOx排出量の増加を抑制することができる。更に、圧縮空気を昇圧して冷却してから各冷却装置42,92に供給するため、圧縮空気の温度を低下することができ、燃焼器12及びタービン13を効率良く冷却することができると共に、低温の圧縮空気を燃焼器12内に供給することで、燃焼温度を低下してNOx排出量を減少することができる。また、燃料を加熱してから燃焼器12に供給するため、燃料噴霧の微粒化が促進されることとなり、燃焼効率を向上して有害物質の排出量を減少することができると共に、タービン出力を向上することができる。
11 圧縮機
12 燃焼器
13 タービン
14 発電機
41 昇圧装置(昇圧手段)
42,51,61,62,63 燃焼器冷却装置(燃焼器冷却手段)
43 圧縮空気供給ライン
44 圧縮空気分岐ライン
45 冷却空気供給ライン、第1冷却空気供給ライン
46 圧縮空気循環ライン、第1圧縮空気循環ライン(第1空気供給手段)
47 燃料供給ライン
48 排出ライン
53 冷却通路
71 水供給ライン
72 水噴射装置(水分添加手段)
81,82,83,86 熱交換器(圧縮空気冷却手段)
84 排熱回収ボイラ(排熱回収手段)
85 給水ライン
87 蒸気供給ライン
91 第2冷却空気供給ライン
92 タービン冷却装置(タービン冷却手段)
93 第2圧縮空気循環ライン(第2空気供給手段)
12 燃焼器
13 タービン
14 発電機
41 昇圧装置(昇圧手段)
42,51,61,62,63 燃焼器冷却装置(燃焼器冷却手段)
43 圧縮空気供給ライン
44 圧縮空気分岐ライン
45 冷却空気供給ライン、第1冷却空気供給ライン
46 圧縮空気循環ライン、第1圧縮空気循環ライン(第1空気供給手段)
47 燃料供給ライン
48 排出ライン
53 冷却通路
71 水供給ライン
72 水噴射装置(水分添加手段)
81,82,83,86 熱交換器(圧縮空気冷却手段)
84 排熱回収ボイラ(排熱回収手段)
85 給水ライン
87 蒸気供給ライン
91 第2冷却空気供給ライン
92 タービン冷却装置(タービン冷却手段)
93 第2圧縮空気循環ライン(第2空気供給手段)
Claims (4)
- 圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、前記圧縮機で圧縮した圧縮空気の一部を昇圧する昇圧手段と、該昇圧手段で昇圧した圧縮空気により前記燃焼器を冷却する燃焼器冷却手段と、前記燃焼器を冷却した圧縮空気を前記燃焼器に供給する第1空気供給手段と、前記昇圧手段で昇圧した圧縮空気を冷却する圧縮空気冷却手段を設け、
前記燃焼器冷却手段は、前記圧縮空気冷却手段により冷却された圧縮空気で前記燃焼器を冷却し、
また、前記タービンから排出された排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電し、冷却された給水をボイラに戻して過熱する排熱回収手段を設け、前記圧縮空気冷却手段は、冷却されてボイラに戻される給水により前記昇圧手段で昇圧した圧縮空気を冷却することを特徴とするガスタービン。 - 請求項1に記載のガスタービンにおいて、前記昇圧手段は、前記圧縮機で圧縮した圧縮空気の一部を車室から抽気して昇圧する一方、前記第1空気供給手段は、前記燃焼器を冷却した圧縮空気を前記車室に戻すことを特徴とするガスタービン。
- 請求項1または2に記載のガスタービンにおいて、前記燃焼器冷却手段は、前記燃焼器を構成する内筒の壁部内に形成された多数の冷却通路を有することを特徴とするガスタービン。
- 請求項1から3のいずれか一つに記載のガスタービンにおいて、前記昇圧手段で昇圧した圧縮空気により前記タービンを冷却するタービン冷却手段と、前記タービンを冷却した圧縮空気を前記燃焼器に供給する第2空気供給手段を設けたことを特徴とするガスタービン。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
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- 2011-03-07 JP JP2011049556A patent/JP2011137470A/ja active Pending
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