JPH10511443A - ガス・蒸気複合タービン設備のガスタービン冷却材の冷却方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 あらゆる運転状態特に尖頭負荷運転においてもガス・蒸気複合タービン設備（１）のガスタービン（２）の冷却材（Ｌ）の十分な冷却を保証するために、本発明に基づいて、冷却材（Ｌ）が蒸気ドラム（３０）に接続されている別個の蒸発回路（４１）内を貫流する媒体（Ｗ）との熱交換によって冷却される。冷却容量をガス・蒸気複合タービン設備（１）の運転状態に合わせるために、給水管（２０）と別個の蒸発回路（４１）との間にインゼクタ接続部（４４）が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス・蒸気複合タービン設備のガスタービン 冷却材の冷却方法および装置 本発明は、蒸気ドラムを有する第１の蒸発回路を備えたガス・蒸気複合タービ ン設備のガスタービン冷却材の冷却方法に関する。本発明は更にこの方法を実施 するためのガス・蒸気複合タービン設備のガスタービン冷却材の冷却装置に関す る。 ガス・蒸気複合タービン設備は一般に電気エネルギーを発生するために使用さ れる。その場合蒸気タービン設備の蒸発回路内を導かれる作動媒体、一般には水 ・水／蒸気混合物が蒸発器内で蒸発され、その際発生した蒸気はエネルギーの発 生に利用される。 自然循環と呼ばれる蒸発回路において案内される作動媒体は蒸発器内で部分的 に蒸発され、その作動媒体の循環は、蒸発過程において生ずる圧力差および／又 は蒸発器と蒸気ドラムとの測地学的な配置によって保証される。またはその蒸発 回路は作動媒体の循環が循環ポンプによって保証される強制循環でもよく、その 場合も作動媒体は蒸発器内において同様に少なくとも部分的に蒸発される。自然 循環並びに強制循環において、水・水／蒸気混合物は蒸発器から蒸発回路に接続 されている蒸気ドラムに導入される。蒸気ドラムにおいて水と蒸気が分離され、 その際蒸気ドラムから水はあらためて蒸発器に導入される。 蒸発回路が同様にポンプによって作動媒体の貫流が保証される強制貫流の場合 、作動媒体は蒸発器を通過する際に完全に蒸発し、続いて部分的に過熱される。 蒸気タービン設備において自然循環、強制循環あるいは強制貫流が利用される かどうかに無関係に、ガスタービンの出力を増大するために、従ってそのような ガス・蒸気複合タービン設備の効率をできるだけ大きくするために、ガスタービ ンの入口における駆動ガスの特に高い温度、例えば１０００〜１２００°Ｃが望 まれている。しかしそのような高いタービン入口温度は、特にタービン翼の耐熱 性に関係して材料上の問題を生ずる。 タービン翼が常に材料許容温度以下の温度を有するように冷却されるならば、 タービン入口温度を増大することができる。このためにヨーロッパ特許第０３７ ９８８０号明細書から、ガスタービンに付設された圧縮機で圧縮された空気を分 岐し、この冷却材として使用可能な空気をガスタービンに流入する前に冷却する ことが知られている。この冷却空気から冷却の際に取り出された熱は例えば蒸発 熱として利用され、蒸気タービンを駆動するために使用される。その際蒸発系統 として、循環ポンプおよび膨張タンクを備えた膨張蒸発器が使用される。その際 蒸発回路の蒸気ドラムから水が取り出され、この水は、ガスタービン用の冷却材 として用いられる冷却空気との熱交換によって加熱され、続いて膨張タンク内に おける膨張によって蒸発される。これによって生ずる蒸気は蒸気タービンに導入 される。 この種のガスタービンの冷却空気の冷却装置は、蒸気ドラムから取り出された 水と冷却空気との間の所定の温度差に対して設計されている。例えば尖頭負荷運 転によってあるいはプロセス蒸気の抽出によって蒸発回路内における圧力従って 蒸気ドラム内の水温が上昇すると、ガスタービンの冷却空気の温度も上昇する。 従って実際には冷却空気をガスタービンの冷却に必要な温度まで冷却することが もはや保証されず、これはガスタービンの故障の原因となる。 本発明の課題は、あらゆる運転条件のもとでガスタービンの十分な冷却が保証 できるような蒸気ドラムを有する蒸発回路を備えたガス・蒸気複合タービン設備 のガスタービン冷却材の冷却方法を提供することにある。更にこれを特に好適な 装置で達成しようとするものである。 この課題は、ガスタービン冷却材が蒸気ドラムに接続されている第２のあるい は別個の蒸発回路内を循環する媒体との熱交換によって冷却される冒頭に述べた 形式のガス・蒸気複合タービン設備において、本発明によれば、ガスタービン冷 却材の温度が、熱交換器を決定するパラメータの変更によって、特に別個の蒸発 回路内を循環する媒体の温度の変更によって調整されることによって解決される 。 従って、ガスタービン冷却材の冷却は、ガスタービン冷却材とこの冷却材を冷 却する媒体との間の所定の温度差に対してだけ設計されるものではない。 本発明は、熱交換に影響を与えるパラメータの変更によって、特に別個の蒸発 回路内を循環する媒体の温度の変更によって、ガスタービン冷却材の冷却がガス ・蒸気複合タービン設備の任意の運転状態に適合可能であるという考えから出発 している。従ってガスタービン冷却材の温度は、この冷却材と循環する媒体との 間の温度差に無関係に、ガスタービンの冷却にとって十分な値に維持できる。 本発明の特に有利な実施態様においては、冷却材の温度調整は別個の蒸発回路 の中に復水を注入することによって行われる。この別個の蒸発回路への復水の注 入によって、別個の蒸発回路内を循環する媒体の温度従ってガスタービン冷却材 の温度も広範囲にわたって特に有効に調整できることが判明している。その場合 特に、注入される復水と別個の蒸発回路内を循環する媒体との間の大きな温度差 が、熱交換を決定するパラメータを変更するために有効に作用する。更に注入に よる別個の蒸発回路への復水の供給は、注入のジェット作用あるいは吸引作用に 基づいて、別個の蒸発回路内における媒体の循環を助成するか、始動時の循環を 促進する。ガス・蒸気複合タービン設備の尖頭負荷においても、ガスタービン冷 却材の十分な冷却が保証され、その際ガス・蒸気複合タービン設備の水・水／蒸 気回路内に存在する総復水量のほとんどを別個の蒸発回路に注入することができ る。 別個の蒸発回路に注入された復水による蒸気ドラムの過剰供給を避けるために は、蒸気ドラムから余分な水はガス・蒸気複合タービン設備の給水タンクに排出 されるようにすると好適である。 別個の蒸発回路は自然循環、強制循環あるいは強制貫流とすることができ、い ずれの場合にもガスタービン冷却材から冷却によって取り出された熱はガス・蒸 気複合タービン設備の蒸気発生過程に導かれる。 蒸気ドラムを有する蒸発回路を備えたガス・蒸気複合タービン設備のガスター ビン冷却材の冷却装置に関する上述の課題は、二次側がガスタービン冷却材の供 給路に接続されることによって解決される。 別個の蒸発回路に復水を注入するために従ってガスタービン冷却材を冷却する 冷却媒体の温度を変更するためには、蒸気ドラムへの給水管と別個の蒸発回路と の間にインゼクタ接続部が設けられると好適である。このインゼクタ接続部は絞 りおよび／又は遮断可能にすると有利である。 蒸気ドラムから余分な水を排出するために、蒸気ドラムはガス・蒸気複合ター ビン設備の給水タンクに遮断可能に接続されると有利である。 本発明によって得られる利点は特に、蒸気ドラムに接続されている別個の蒸発 回路内を循環する媒体との熱交換によってガスタービン冷却材を冷却することに よって、並びに必要な場合に復水を別個の蒸発回路に注入することによって、ガ ス・蒸気複合タービン設備のあらゆる運転状態において、特に尖頭負荷において も、ガスタービン冷却材の冷却が保証されることにある。この種のガスタービン 冷却材の冷却装置は、尖頭負荷運転に対する不経済な過大寸法を必要とすること なしに、ガス・蒸気複合タービン設備の定格負荷運転に対する効率基準に関して 最良に設計することが可能となる。特に尖頭負荷運転におけるガスタービン冷却 材の冷却は、別個の蒸発回路内を循環する媒体の温度を復水の注入によって調整 することによって保証されるので、この種のガス・蒸気複合タービン設備は特に フレキシブルにまたコスト的に有利に運転することができる。更に、ガスタービ ンの始動時に熱交換器によって入熱量を急速に増加して、別個の蒸発回路内を循 環する媒体を意図的に強制的に貫流することができ、これによって蒸発系統の始 動特性に良好な影響が与えられる。 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図面はガスタービン冷 却材の冷却装置を備えたガス・蒸気複合タービン設備を概略的に示している。 図面に概略的に示されているガス・蒸気複合タービン設備１はガスタービン２ を備え、このガスタービンのガス側に廃熱ボイラ４が後置接続され、その加熱面 は蒸気タービン８の水・水／蒸気回路６に接続されている。その加熱面は低圧加 熱器１０、低圧蒸発器１２および低圧過熱器１４である 蒸気タービン８には復水器１６が後置接続され、この復水器は復水ポンプ１８ および給水管２０を介して低圧予熱器１０に接続されている。この低圧予熱器は 出口側が弁２２によって遮断可能な送り配管２４ａを介して給水タンク２６に接 続され、また配管２４ａに対して並行して延び弁２８で遮断可能な配管２４ｂを 介して蒸気ドラムあるいは気水分離器３０に接続されている。給水タンク２６の 出口側には、ガス・蒸気複合タービン設備１の図示していない高圧蒸発器領域に 給水を導入するための配管３２が配置されている。 蒸気ドラム３０は蒸気および水側で第１の蒸発回路３４に接続されている低圧 蒸発器１２に接続されている。その蒸発回路３４は自然循環である。しかしこの 回路は強制循環あるいは強制貫流でもよい。 蒸気ドラム３０は蒸気出口側が配管３６を介して低圧過熱器１４に接続されて いる。この低圧過熱器自体は出口側が配管３８を介して蒸気タービン８に接続さ れている。蒸気ドラム３０は更に弁３９で遮断可能な排水管４０を介して給水タ ンク２６に接続されている。 蒸気ドラム３０には第２のあるいは別個の蒸発回路４１が接続されている。別 個の蒸発回路４１には熱交換器４２の一次側入口が接続されている。別個の蒸発 回路４１は自然循環であるが、同様に強制循環あるいは強制貫流でもよい。熱交 換器４２は二次側がガスタービン２に開口する冷却空気配管４３に接続されてい る。冷却空気配管４３には符号ａ、ｂで示した点にそれぞれガスタービン２に対 する結合部が存在している。 給水管２０は、弁４５で遮断可能な接続管４６およびインゼクタ４８を有する インゼクタ接続部４４を介して別個の蒸発回路４１に接続されている。インゼク タ４８は噴射ノズル５０を有している。 ガス・蒸気複合タービン設備１の運転時には、燃焼の際にガスタービン２に生 ずる高温高圧の煙道ガスＲＧがガスタービン２内で膨張する。膨張済みの煙道ガ スＲＧは廃熱ボイラ４に導かれ、そこで蒸気タービン８用の蒸気を発生するため に利用される。その場合蒸気ドラム３０内に存在する作動媒体あるいは水Ｗは蒸 発回路３４を介して低圧蒸発器１２に導かれ、そこで全部あるいは一部が水・水 ／蒸気混合物ＷＤに変換される。水・水／蒸気混合物ＷＤはあらためて蒸気ドラ ム３０に導かれ、この中で蒸気Ｄが水Ｗから分離される。蒸気ドラム３０から出 た有効蒸気Ｎは配管３６を介して低圧過熱器１４に導かれ、そこで過熱されて配 管３８を介して蒸気タービン８に導かれ、その中で膨張する。膨張済み蒸気は復 水器１６に導かれ、そこで凝縮する。これにより生じた復水は給水管２０におけ る復水ポンプ１８によって低圧予熱器１０に搬送され、そこから配管２４ａを介 して給水タンク２６に、あるいは配管２４ｂを介して蒸気ドラム３０に導かれる 。 ガスタービン２にはこれを冷却するために、配管４３を介して冷却空気Ｌが導 入される。その場合ガスタービン２の十分な冷却を保証するために、導入される 冷却空気Ｌの温度は最大値を超えてはならない。そのために冷却空気Ｌを冷却す る必要があり、これは熱交換器４２内における熱交換によって達成される。熱交 換器４２内における熱交換は蒸気ドラム３０に接続されている別個の蒸発回路４ １内を循環する水Ｗで行われる。ガスタービン２の冷却空気Ｌの温度を調整する ために、冷却空気Ｌと水Ｗとの熱交換を決定するパラメータを変更することがで きる。特に別個の蒸発回路４１内を循環する水Ｗの質量流量を絞ることあるいは 調整することが可能である。更に別個の蒸発回路４１内を循環する水Ｗの温度Ｔ ｗを調整することができる。 この温度Ｔｗを調整するために殊に接続管４６およびインゼクタ４８を介して 給水管２０から復水Ｋが取り出され、別個の蒸発回路４１に供給される。そのよ うに取り出された復水Ｋは、蒸気ドラム３０から別個の蒸発回路４１に流入する 約１５０°Ｃの温度Ｔｗの水Ｗよりかなり冷たく、約４０°Ｃの温度Ｔｋを有し ている。導入される復水Ｋと蒸気ドラム３０から取り出される別個の蒸発回路４ １内における水Ｗとの大きな温度差ΔＴによって、熱交換器４２に導入される冷 却媒体Ｇ即ち復水Ｋと水Ｗとの混合物の温度Ｔｇは、弁４５によって変更可能な 復水Ｋの供給量によって調整できる。これによって熱交換器４２内における熱交 換によって冷却されるガスタービン２の冷却空気Ｌの温度も調整できる。ガス・ 蒸気複合タービン設備１の尖頭負荷運転の際、ガスタービン２の冷却空気Ｌの十 分な冷却は、別個の蒸発回路４１に注入される復水Ｋの量を増大することによっ て保証される。 蒸発回路４１への復水Ｋの注入によって、蒸気ドラム３０に接続されている蒸 発回路３４、４１内を循環する作動媒体即ち水Ｗと蒸気Ｄの総量が増大される。 それに基づいて蒸気ドラム３０内に生ずる余分な水Ｗは排水管４０を介して給水 タンク２６に排出される。 別個の蒸発回路４１に復水Ｋを注入する際、インゼクタ４８の噴射ノズル５０ によってジェット作用が得られる。これによって得られる連行作用および吸引作 用によって、別個の蒸発回路４１内における作動媒体あるいは水Ｗの循環が助成 されるか、始動時に促進される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．蒸気ドラム（３０）を有する第１の蒸発回路（３４）および蒸気ドラム（３ ０）に接続されている第２の蒸発回路（４１）を備え、この第２の蒸発回路（４ １）内を循環する媒体（Ｗ）との熱交換によって冷却材（Ｌ）が冷却されるよう にしたガス・蒸気複合タービン設備（１）のガスタービン（２）の冷却材（Ｌ） の冷却方法において、冷却材（Ｌ）の温度が、熱交換を決定するパラメータの変 更によって、特に第２の蒸発回路（４１）内を循環する媒体（Ｗ）の温度（Ｔｇ ）の変更によって調整されることを特徴とするガス・蒸気複合タービン設備のガ スタービン冷却材の冷却方法。 ２．冷却材の温度調整が別個の蒸発回路（４１）内に復水（Ｋ）を注入すること によって行われることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．給水タンク（２６）を有するガス・蒸気複合タービン設備において、蒸気ド ラム（３０）から余分な水（Ｗ）が給水タンク（２６）に排出されることを特徴 とする請求項１又は２記載の方法。 ４．別個の蒸発回路（４１）が自然循環、強制循環あるいは強制貫流されること を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。 ５．蒸気ドラム（３０）を有する第１の蒸発回路（３４）を備え、二次側でガス タービン（２）の冷却材供給路に接続されている熱交換器（４２）が一次側で第 ２の蒸発回路（４１）を介して蒸気ドラム（３０）に接続されていることを特徴 とするガス・蒸気複合タービン設備（１）のガスタービン（２）の冷却材（Ｌ） の冷却装置。 ６．蒸気ドラム（３０）への給水管（２０）と第２の蒸発回路（４１）との間に インゼクタ接続部（４４）が設けられていることを特徴とする請求項５記載の装 置。 ７．インゼクタ接続部（４４）が絞りおよび／又は遮断可能であることを特徴と する請求項６記載の装置。 ８．蒸気ドラム（３０）から余分な水（Ｗ）を給水タンク（２６）に排出するた めの遮断可能な排水管（４０）が設けられていることを特徴とする請求項５ない し７のいずれか１つに記載の装置。