JPH09503263A - ガス・蒸気タービン複合設備のガスタービン冷却媒体の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガス・蒸気タービン複合設備はガスタービン（２）に後置接続されている廃熱ボイラ（６）を有し、その加熱面（１２、１４、１６）は蒸気タービン（１０）の水・蒸気循環路（８）に接続されている。ガスタービンを良好に冷却するためおよびその際に得られた熱を設備の総合効率を高めるために有効に利用するために、本発明に基づいて冷却媒体を冷却するために中間回路（３４）が設けられ、この中間回路（３４）は冷却媒体（Ｌ）を冷却するための第１の熱交換器（３６）およびその際に得られた熱を伝達するための水・蒸気循環路（８）に接続された第２の熱交換器（３２）にそれぞれ連結されている。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス・蒸気タービン複合設備のガスタービン冷却媒体の冷却装置 本発明は、ガスタービンに後置接続されている廃熱ボイラを有し、その加熱面 が蒸気タービンの水・蒸気循環路に接続されているようなガス・蒸気タービン複 合設備のガスタービン冷却媒体の冷却装置に関する。 かかるガス・蒸気タービン複合設備は一般に電気エネルギーを発生するために 採用されている。ガスタービンの出力を増大するため従ってできるだけ大きな効 率を得るために、タービンの入口における作動媒体の温度は特に高く例えば１２ ００〜１５００°Ｃにすることが熱望されている。しかしこ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する材料上の問題を生ずる。 タービン入口温度の増大はタービン翼がそれが常に材料の許容温度以下になっ ているように十分に冷却されるときに許される。このためにヨーロッパ特許第０ ３７９８８０号明細書において、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、冷却媒体として作用するこの空気をガスタービンの入口の前で冷 却することが知られている。その場合、空気・水冷却器が使用され、これで冷却 媒体を冷却した際に得られた熱がそのために利用された給水を介して水・蒸気循 環路に導入される。しかしその場合、特に冷却媒体を冷却するために水・蒸気循 環路から取り出された給水の圧力を維持し流量を調節するために測定および調節 費用が高くなるという欠点がある。 本発明の課題は、冷却媒体を冷却する装置を、上述の欠点を除去して良好なガ スタービンの冷却が保証され、その際に得られた熱を有効に利用することによっ てガス・蒸気タービン複合設備の高い総合効率が得られるように形成することに ある。更にこれをできるだけわずかな技術的費用で達成するものである。 本発明によればこの課題は、中間回路が設けられ、この中間回路が冷却媒体を 冷却するための第１の熱交換器およびその際に得られた熱を伝達するための水・ 蒸気循環路に接続された第２の熱交換器にそれぞれ連結されることによって解決 される。 冷却媒体を冷却する際に得られた熱は従って中間回路を介して即ち別個の密閉 冷却回路を介してガス・蒸気タービンプロセスに伝達されるので、中間回路に存 在する二次媒体の量が一定であることに基づいて量を調節する必要はない。水・ 蒸気循環路が中間回路から流れ技術的に切り離されているので、中間回路におい て二次媒体を搬送するためのポンプ動力は特に小さくてすむ。 ガスタービンを冷却するための冷却媒体は液状あるいはガス状をしている。好 適には冷却媒体としてガスタービンに付設された空気圧縮機からの圧縮空気が利 用される。 第２の熱交換器は、必要な温度レベルに応じて廃熱ボイラの種々の加熱面に接 続できる。好適には中間回路に二次側で接続された第２の熱交換器は一次側が低 圧蒸発器加熱面に接続された水・蒸気分離器に接続されている。この水・蒸気分 離器は水側が第２の熱交換器の一次側入口に、蒸気側が一次側の出口にそれぞれ 接続される。 中間回路内を流れかつ冷却媒体を冷却する二次媒体を搬送するために、好適に は一次側が中間回路に接続された第１の熱交換器にポンプが前置接続される。更 に第２の熱交換器に、その中を貫流する水あるいは水・蒸気混合物（三次媒体） を水・蒸気循環路から搬送する作用をするポンプが前置接続されると好適である 。 補給水特に脱イオン水を密閉冷却回路に入れることができるようにするため、 中間回路には供給配管が通じている。 運転条件により蒸気発生が減少するときにも、特に純粋なガスタービン運転（ 単一サイクル運転）の際にも十分な冷却作用を保証するために、中間回路には第 １の熱交換器に対して並列に位置する補助冷却器が接続される。 本発明によって得られる利点は、特に密閉中間回路において二つの熱交換器を 利用することによって、単純な運転方式で僅かな測定・調整技術費用において総 合プロセスに特に適切に熱を回収することができることである。更に同じ系統技 術を利用して中間回路の二次媒体を異種のものに交換しようとしなければ、冷却 媒体の交換は不要である。 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用 の冷却媒体を冷却する装置を備えたガス・蒸気タービン複合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・蒸気タービン複合設備はガスタービン２を 有している。このガスタービン２には燃焼室４が前置接続され、ガス側に廃熱ボ イラ６が後置接続されている。この廃熱ボイラ６の加熱面は蒸気タービン１０の 水・蒸気循環路に接続されている。加熱面は詳細には低圧予熱面１２、低圧蒸発 器１４および低圧過熱器１６である。 蒸気タービン１０に復水器１８が後置接続され、この復水器１８は復水ポンプ ２０を介して低圧予熱面１２に接続されている。この低圧予熱面１２は出口側が 直接また入口側が循環ポンプ２２を介してそれぞれ給水タンク２４に接続されて いる。給水タンク２４は出口側が給水ポンプ２６を介して水・蒸気分離器２８に 接続されている。この水・蒸気分離器２８の水側はポンプ３０を介して低圧蒸発 器１４並びに（第２の）熱交換器３２の一次側入口に接続されている。更にその 蒸気側は低圧過熱器１６および熱交換器３２の一次側出口に接続されている。従 って熱交換器３２は低圧蒸発器１４に水・蒸気分離器２８を介して並列接続され ている。 （第２の）熱交換器３２は二次側が中間回路３４に接続され、この中間回路３ ４に（第１の）熱交換器３６の一次側が接続されている。この熱交換器３６は二 次側がガスタービン２に通じている冷却空気配管３８に接続されている。 冷却空気配管３８はガスタービン２に付設された空気圧縮機４０に接続されて いる。この空気圧縮機４０並びにガスタービン２で駆動される発電機４２は共通 の軸４４上に置かれている。冷却空気配管３８の分岐管４６はガスタービン２に 付設された燃焼室４に通じている。 中間回路３４にポンプ４８並びに電動調整可能な二つの弁５０、５２が接続さ れている。これらの弁５０、５２並びに同様に電動調整可能な弁５４を介して中 間回路３４に補助冷却器５６が接続できる。この補助冷却器５６には配管５８を 介して膨張タンク６０が接続されている。膨張タンク６０は配管６１を介して中 間回路３４にも直接接続されている。中間回路３４には更に弁６２を備えた補給 水Ｄ例えば脱イオン水の供給配管６４が通じている。 ガス・蒸気タービン複合設備を運転する際、燃焼室４に燃料Ｂが導入される。 燃料Ｂは燃焼室４においてガスタービン２用の作動媒体を発生するために空気圧 縮機４０から分岐管４６を介して導入される圧縮空気Ｌで燃焼される。その燃焼 の際に生ずる高温高圧の作動媒体あるいは燃焼ガスＲＧはガスタービン２内にお いて膨張し、その際にガスタービン２を駆動し、従って空気圧縮機４０並びに発 電機４２を駆動する。ガスタービン２から流出する膨張済み燃焼ガスＲＧ′は燃 焼ガス配管６６を介して廃熱ボイラ６に導入され、そこで蒸気タービン１０用の 蒸気を発生するために利用される。この目的のために燃焼ガス流および水・蒸気 循環路８は対向流方式で互いに結合されている。 特に良好な熱効率を得るために一般に蒸気は種々の圧力レベルで発生され、そ のエンタルピーは発電機６８を駆動する蒸気タービン１０において発電用に利用 される。この実施例では低圧段しか示さず説明しない。 蒸気タービン１０から流出する膨張済み蒸気は復水器１８に到達し、そこで凝 縮して復水となる。この復水は復水ポンプ２０および低圧予熱面１２を通して給 水タンク２４に搬送される。給水の一部はもっと加熱するために循環ポンプ２２ によって再び低圧予熱面１２に搬送され、そこから給水タンク２４に戻される。 加熱済み給水は給水タンク２４から給水ポンプ２６によって水・蒸気分離器２８ に搬送される。そこから加熱済み給水はポンプ３０を介して低圧蒸発器１４に導 入され、そこで蒸発する。この蒸気は水・蒸気分離器２８において残存する水を 分離して、低圧過熱器１６に導入される。そこから過熱蒸気は蒸気タービン１０ に送られる。過熱蒸気は蒸気タービン１０内で膨張し、その際に蒸気タービン１ ０を騒動し、発電機６８を駆動する。 水・蒸気分離器２８からの加熱済み水の部分流ｔ₁は熱交換器３２を通して導 かれ、その水は少なくとも一部が蒸発する。そのために必要な熱は中間回路３４ 内を流れる二次媒体Ｓから取り出される。熱交換器３２内で発生した蒸気あるい は水・蒸気混合物も水・蒸気分離器２８に導かれる。 熱交換器３２における熱移転の際に冷却された中間回路３４の二次媒体Ｓは、 空気圧縮機４０からガスタービン２に導入される圧縮空気Ｌを冷却するために使 用される。圧縮空気Ｌから二次媒体Ｓへの熱移転は熱交換器３６において行われ る。熱交換器３６において冷却された空気Ｌ（以下冷却空気Ｋと呼ぶ）は配管７ ０を介してガスタービン２の動翼に並びに配管７２を介してガスタービン２の静 翼に導かれる。 ガスタービン２用の冷却空気Ｋを更に冷却する必要がある場合、例えば蒸気タ ービンが停止していることにより熱交換器３２だけでは二次媒体Ｓを確実に十分 に再冷却できないとき、補助冷却器５６が運転される。そのために弁５０、５２ は少なくとも部分的に閉じられ、弁５４が開かれる。同時に補助冷却器５６に冷 却媒体Ｗ例えば水が導入される。中間回路３４の内部における二次媒体Ｓの容積 変化は膨張タンク６０により補償される。更に中間回路３４に供給配管６４を介 して脱イオン水Ｄが導入される。 二つの熱交換器３２、３６を備えた中間回路３４を利用することによって、一 方では流れ技術的な切り離しが達成され、他方では蒸気タービン設備の水・蒸気 循環路８と（主に冷却空気配管３８と熱交換器３６で代表される）冷却系統との 間の熱的な連結が達成される。その場合冷却系統および中間回路３４に対する測 定技術および調整技術的な費用並びに中間回路３４の内部における必要なポンプ 動力は特に僅かである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガスタービン（２）に後置接続されている廃熱ボイラ（６）を有し、その加 熱面（１２、１４、１６）が蒸気タービン（１０）の水・蒸気循環路（８）に接 続されているようなガス・蒸気タービン複合設備のガスタービン（２）の冷却媒 体の冷却装置において、中間回路（３４）が設けられ、この中間回路（３４）が 冷却媒体（Ｌ）を冷却するための第１の熱交換器（３６）およびその際に得られ た熱を伝達するための水・蒸気循環路（８）に接続された第２の熱交換器（３２ ）にそれぞれ連結されていることを特徴とするガス・蒸気タービン複合設備のガ スタービン冷却媒体の冷却装置。 ２．冷却媒体がガスタービン（２）に付設された空気圧縮機（４０）からの圧縮 空気（Ｌ）であることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３．二次側を中間回路（３４）に接続された第２の熱交換器（３２）が一次側で 低圧・蒸発器加熱面（１４）に接続された水・蒸気分離器（２８）に接続され、 水・蒸気分離器（２８）が水側で第２の熱交換器（３２）の一次側入口に、蒸気 側で一次側の出口にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１又は２記 載の装置。 ４．第１の熱交換器（３６）に中間回路（３４）における媒体（Ｓ）を搬送する ためのポンプ（４８）が前置接続されていることを特徴とする請求項１ないし３ のいずれか１つに記載の装置。 ５．第２の熱交換器（３２）に水・蒸気循環路（８）からの三次媒体として使用 される水を搬送するためのポンプ（３０）が前置接続されていることを特徴とす る請求項１ないし４のいずれか１つに記載の装置。 ６．中間回路（３４）に補給水（Ｄ）特に脱イオン水の供給配管（６４）が通じ ていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の装置。 ７．中間回路（３４）に補助冷却器（５６）が接続されることを特徴とする請求 項１ないし６のいずれか１つに記載の装置。 ８．中間回路（３４）に膨張タンク（６０）が接続されていることを特徴とする 請求項１ないし７のいずれか１つに記載の装置。