JPH10325338A - コンバインドサイクル発電プラント - Google Patents

コンバインドサイクル発電プラント

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Publication number
JPH10325338A
JPH10325338A JP13660097A JP13660097A JPH10325338A JP H10325338 A JPH10325338 A JP H10325338A JP 13660097 A JP13660097 A JP 13660097A JP 13660097 A JP13660097 A JP 13660097A JP H10325338 A JPH10325338 A JP H10325338A
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JP
Japan
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steam
pressure
cooling
gas turbine
turbine
Prior art date
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Pending
Application number
JP13660097A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Uematsu
一雄 上松
Hidetaka Mori
秀隆 森
Hideaki Sugishita
秀昭 椙下
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Priority to DE69832573T priority patent/DE69832573T2/de
Priority to US09/202,452 priority patent/US6205762B1/en
Priority to PCT/JP1998/001727 priority patent/WO1998046872A1/ja
Priority to CA002257292A priority patent/CA2257292C/en
Priority to EP04010095A priority patent/EP1441110A3/en
Publication of JPH10325338A publication Critical patent/JPH10325338A/ja
Priority to US09/709,425 priority patent/US6438939B1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/106—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle with water evaporated or preheated at different pressures in exhaust boiler
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンバインドサイクル発電プラントにおいて
は、ガスタービンの冷却に蒸気タービンの高圧排気を用
いるものが現れて来たが、高圧排気はその温度も高いの
でガスタービンの被冷却部は、この高温に耐えられる材
料を用いる必要があり、かなり高価となる。本発明は蒸
気冷却の機能の安定性を何ら損ずることなく、冷却媒体
として用いる冷却蒸気の温度を調整することにより、比
較的廉価にして入手性の良い素材を使用してタービンを
製作し得るようにしたものを提供することを課題とす
る。 【解決手段】 コンバインドサイクル発電プラントにお
いて、ガスタービンの高温部の冷却媒体として高圧蒸気
タービン排気を採用し、同高圧蒸気タービン排気をその
まま直ちに冷却蒸気としてガスタービンの高温部に供給
するのではなく、ガスタービンの燃料と熱交換して温度
を低下させた後これを供給して、ガスタービンの高温部
の冷却に供するようにした。

Description

【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。
【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
の高温化に置いて研究開発が進められてきた。
【0004】一方、高温化の達成には、タービン構造体
の耐熱性の面から冷却システムを追求する必要があり、
この分野でも種々の試行錯誤が行われており、冷却媒体
として旧来の圧縮空気の利用から脱して、蒸気を用いて
蒸気冷却を行う形態へと進展してきている。
【0005】一例として挙げれば、特開平05−163
960号公報のものがあるが、ここに記載されたもの
は、ガスタービン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、その冷却蒸気は排熱回
収ボイラの中圧蒸気を用いるものであり、蒸気のトータ
ル分量が十分ではなく、安定した確実な冷却を確保する
には必ずしも十分とは言い難いものであった。
【0006】従って、昨今では、これから更に一歩進ん
で、前記冷却蒸気として、分量的に十分であり、安定し
た冷却を実施できる点に着目して、高圧タービンの排気
を前記冷却蒸気として用いるものが検討されるに至って
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記したように従来の
蒸気冷却方式は、冷却媒体として中圧蒸気を使用するこ
とから高圧排気の使用へと進展して、実用性を一段と高
めたが、高圧排気はその温度も高いことから被冷却部に
当たるガスタービンの高温部は、この高温に耐えられる
材料を選択して作らなければならない。
【0008】高温に耐えられる材料は、その特性を厳し
く要求されることから、自ずと高価なものとなり、なか
でもタービンディスク等に至っては、コストダウン等の
要求も有って、適切な素材の入手に苦慮するという設計
製作上もきびし問題があるのが実態である。
【0009】本発明はこのような状況に鑑み、蒸気冷却
の機能の安定性を何ら損ずることなく、冷却媒体として
用いる冷却蒸気の温度を適切に調整して、入手性の良い
素材を使用してタービンを製作し得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。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
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を組合せるとともに、ガスタービ
ン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て構成したコンバインドサイク
ル発電プラントにおいて、ガスタービン燃料により冷却
した高圧蒸気タービン排気を冷却蒸気としてガスタービ
ンの高温部に供給するコンバインドサイクル発電プラン
トを提供するものである。
【0011】即ち、ガスタービンの高温部の冷却媒体と
して高圧蒸気タービン排気を採用し、同高圧蒸気タービ
ン排気をそのまま直ちに冷却蒸気としてガスタービンの
高温部に供給するのではなく、ガスタービンの燃料と熱
交換して温度を低下させた後に供給し、ガスタービンの
高温部の冷却に供するものである。
【0012】高圧蒸気タービン排気は、冷却蒸気として
分量的に十分ではあるが温度も高いので、ガスタービン
燃料と熱交換することによって同高圧排気の温度を低下
させるようにしたことにより、被冷却部に当たるガスタ
ービン高温部は耐熱性能を低下した素材を採用可能と
し、しかも全体効率を低下することなく安定した冷却の
実施を可能としたものである。
【0013】
【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。
【0014】本実施の形態は、ガスタービン、蒸気ター
ビン及び排熱回収ボイラの3者を組み合わせて構成され
るコンバインドサイクル発電プラントを基本とするもの
であり、まずその全貌から説明する。
【0015】10はガスタービンプラントで、ガスター
ビン11、同ガスタービン11で駆動される空気圧縮機
12、同空気圧縮機12から供給される圧縮空気を燃料
と共に燃焼させる燃焼器13を主要機器として構成され
ている。
【0016】このガスタービン11内には、図示省略の
動翼、静翼等が内在し、これ等が冷却を必要とする高温
部11aに相当することになる。また燃焼器13は燃焼
室後域から燃焼ガス出口にかけて尾筒冷却部13aを有
しており、同尾筒冷却部13aも前記高温部11a同様
に冷却を必要とする部位となっている。
【0017】そして、前記ガスタービン11の高温部1
1aに向かって、冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給経路
14と、また同冷却蒸気供給経路14から分岐して、前
記燃焼器13の尾筒冷却部13aへ冷却蒸気を供給する
冷却蒸気分岐経路15がそれぞれ設けられている。
【0018】20は排熱回収ボイラで、前記ガスタービ
ン11の排気を加熱源とし、その内部は、高圧蒸気発生
部と、中圧蒸気発生部と、低圧蒸気発生部とに区分され
て構成されている。
【0019】各蒸気発生部に分類される機器を蒸気の流
れ順に従って整理すれば、低圧蒸気発生部は、低圧節炭
器21、低圧蒸発器22、低圧過熱器23等で構成さ
れ、中圧蒸気発生部は、中圧節炭器24、中圧給水ポン
プ25、中圧蒸発器26、中圧第1再熱器27、中圧第
2再熱器28、中圧過熱器35等で構成されている。
【0020】更に最後の高圧蒸気発生部は、高圧第1節
炭器29、高圧給水ポンプ30、高圧第2節炭器31、
高圧蒸発器32、高圧第1過熱器33、そして高圧第2
過熱器34等で構成されている。
【0021】40は蒸気タービンプラントで、前記排熱
回収ボイラ20の高圧第2過熱器34から高圧蒸気を供
給される高圧タービン41、中圧第2再熱器28から中
圧蒸気を供給される中圧タービン42、そして同中圧タ
ービン42の排気、および前記低圧過熱器23から低圧
蒸気とを供給される低圧タービン43から構成されてい
る。
【0022】なお、低圧タービン43の排気は、その下
流に設けられた復水器44で凝縮され、ボイラ給水ポン
プ45、グランドコンデンサ46と順次経由して前記排
熱回収ボイラ20へと循環されるように構成されてい
る。そして、50は煙突、51はガスタービンプラント
10で駆動される発電機、52は蒸気タービンプラント
40で駆動される発電機を示している。
【0023】以上各種機器を分類、整理して概略的に説
明したが、本実施の形態は前記ガスタービンプラント1
0と排熱回収ボイラ20と蒸気タービンプラント40と
によりコンバインドサイクルプラントを構成し、更に次
の構成を含んでいる。
【0024】即ち、前記高圧タービン41の高圧排気を
冷却蒸気としてガスタービン11へ供給する冷却蒸気供
給経路14には、同冷却蒸気供給経路14が燃焼器13
へ冷却蒸気を供給する冷却蒸気分岐経路15と分岐する
に先立ち、燃料加熱器16が設けられており、前記燃焼
器13へ供給される燃料と前記高圧タービン41の高圧
排気は熱交換されるようになっている。
【0025】また、この冷却蒸気供給経路14には、前
記燃料加熱器16の下流の位置でバックアップスプレー
水供給経路36が連絡しており、その上流の中圧給水ポ
ンプ25に通じている。
【0026】なお、37はガスタービン冷却蒸気回収経
路で、中圧第2再熱器28の入口側に連通し、また38
は尾筒冷却蒸気回収経路で、前記中圧第2再熱器28の
出口側に連通している。
【0027】本実施の形態は前記した様に構成されてお
り、定常状態に於けるガスタービン11の高温部11
a、および燃焼器13の尾筒冷却部13aの冷却は次の
ようにおこなわれる。
【0028】即ち、冷却蒸気供給経路14を経て供給さ
れる高圧タービン41の高圧排気は、まず燃料加熱器1
6で燃焼器13へ供給される燃料により冷却され、一部
は途中で分流して冷却蒸気分岐経路15から燃焼器13
に至り、尾筒冷却部13aを冷却し、また、分流しなか
った残部はそのまま冷却蒸気供給経路14を経てガスタ
ービン11に至りその高温部11a冷却する。
【0029】この燃料加熱器16で冷却される高圧排気
の温度低下の一例を示せば、つぎのようになる。いま、
高圧タービン41を出る高圧排気の温度を約375℃と
すると、この温度の蒸気に晒されるタービン動翼及びそ
のディスクのような可動部分は特に耐熱条件が厳しくな
り、それをクリヤーするために高価な材料を必要とし、
経済的条件が悪くなる。
【0030】しかし、燃料加熱器16に至るガスタービ
ンの燃料温度は300℃以下と低いので、この燃料で前
記高圧排気を冷却すれば同高圧排気の温度は約330℃
に低下し、前記タービン動翼及びそのディスクのような
可動部分を製作する素材として比較的安価で入手性の良
い材料で対応でき、経済的条件は大幅に好転する。
【0031】なお、前記燃料加熱器16で高圧排気を予
定通りに冷却出来ない場合等のバックアップとして、バ
ックアップスプレー水供給経路36から冷却蒸気供給経
路14中に中圧給水ポンプ25から温水がスプレーさ
れ、冷却蒸気供給経路14中の冷却蒸気の温度は確実に
低下される様になっている。
【0032】そしてガスタービン11の高温部11aを
冷却した冷却蒸気は、ガスタービン冷却蒸気回収経路3
7を経て中圧第2再熱器28に回収され、また燃焼器1
3の尾筒冷却部13aを冷却して冷却蒸気は、尾筒冷却
蒸気回収経路38を経て前記中圧第2再熱器28の出口
側に至り、同中圧第2再熱器28を経て加熱された他の
蒸気と共に中圧タービン42に供給されて回収される。
【0033】この様に本実施の形態によれば、ガスター
ビン11、燃焼器3の高温部11a、13aを冷却する
冷却蒸気は、高圧タービン41の高圧排気をガスタービ
ン燃料で冷却し、温度低下した後に冷却蒸気として用い
ることにより、ガスタービン11の高温部11a等は耐
熱性を厳しく要求されないこととなり、入手性の良い材
料の採用が可能となるので、タービンの製作コストを大
幅に節減することができるものである。
【0034】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
もよいことはいうまでもない。
【0035】
【発明の効果】以上本発明によれば、ガスタービンプラ
ントと蒸気タービンプラントを組合せるとともに、ガス
タービン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て構成したコンバインド
サイクル発電プラントにおいて、ガスタービン燃料によ
り冷却した高圧蒸気タービン排気を冷却蒸気としてガス
タービンの高温部に供給するようにしているので、被冷
却部に当たるガスタービン高温部は耐熱性能を低下した
素材を採用可能となり、比較的安価で入手性の良い材料
で設計製作を対応でき、しかも冷却蒸気の分量としては
十分な分量を確保して確実に安定した冷却を行い、コス
ト節減面でもまた冷却性能面でも格段に優れた好ましい
コンバインドサイクル発電プラントを得ることができた
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概要を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
10 ガスタービンプラント 11 ガスタービン 11a 高温部 12 空気圧縮機 13 燃焼器 13a 尾筒冷却部 14 冷却蒸気供給経路 15 冷却蒸気分岐経路 16 燃料加熱器 20 排熱回収ボイラ 21 低圧節炭器 22 低圧蒸発器 23 低圧過熱器 24 中圧節炭器 25 中圧給水ポンプ 26 中圧蒸発器 27 中圧第1再熱器 28 中圧第2再熱器 29 高圧第1節炭器 30 高圧給水ポンプ 31 高圧第2節炭器 32 高圧蒸発器 33 高圧第1過熱器 34 高圧第2過熱器 35 中圧過熱器 36 バックアップスプレー水供給経路 37 ガスタービン冷却蒸気回収経路 38 尾筒冷却蒸気回収経路 40 蒸気タービンプラント 41 高圧タービン 42 中圧タービン 43 低圧タービン 44 復水器 45 ボイラ給水ポンプ 46 グランドコンデンサ 50 煙突 51 発電機 52 発電機

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスタービンプラントと蒸気タービンプ
    ラントを組合せるとともに、ガスタービンの排熱を利用
    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
    ラを備えて構成したコンバインドサイクル発電プラント
    において、ガスタービン燃料により冷却した高圧蒸気タ
    ービン排気を冷却蒸気としてガスタービンの高温部に供
    給することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラ
    ント。
JP13660097A 1997-04-15 1997-05-27 コンバインドサイクル発電プラント Pending JPH10325338A (ja)

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JP13660097A JPH10325338A (ja) 1997-05-27 1997-05-27 コンバインドサイクル発電プラント
EP98914033A EP0911504B1 (en) 1997-04-15 1998-04-15 Combined cycle power generating plant and method of supplying cooling steam for gas turbine in same
DE69832573T DE69832573T2 (de) 1997-04-15 1998-04-15 Gas- dampfkraftwerk und verfahren um die gasturbine mit kühlgas zu versehen
US09/202,452 US6205762B1 (en) 1997-04-15 1998-04-15 Combined cycle power generating plant and method of supplying cooling steam for gas turbine in same
PCT/JP1998/001727 WO1998046872A1 (en) 1997-04-15 1998-04-15 Combined cycle power generating plant and method of supplying cooling steam for gas turbine in same
CA002257292A CA2257292C (en) 1997-04-15 1998-04-15 Combined cycle power plant and cooling steam supply method for gas turbine therein
EP04010095A EP1441110A3 (en) 1997-04-15 1998-04-15 Combined cycle power plant and cooling steam supply method for gas turbine therein
US09/709,425 US6438939B1 (en) 1997-04-15 2000-11-13 Combined cycle power plant and cooling steam supply method for gas turbine therein

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001271612A (ja) * 2000-03-23 2001-10-05 General Electric Co <Ge> コンバインドサイクル発電装置においてガスタービン冷却蒸気及び高圧蒸気タービン排気蒸気を再熱する装置及び方法
JP2014185550A (ja) * 2013-03-22 2014-10-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高温部品の冷却装置、ガスタービンコンバインドプラント、及び高温部品の冷却方法

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