JPH1047017A - 複合サイクルプラントを運転する方法 - Google Patents
複合サイクルプラントを運転する方法Info
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- JPH1047017A JPH1047017A JP9104431A JP10443197A JPH1047017A JP H1047017 A JPH1047017 A JP H1047017A JP 9104431 A JP9104431 A JP 9104431A JP 10443197 A JP10443197 A JP 10443197A JP H1047017 A JPH1047017 A JP H1047017A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/003—Gas-turbine plants with heaters between turbine stages
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 運転出力を高めることができ、同時に最大の
効率と最少の有害物質放出とを達成することができる、
複合サイクルプラントの運転方法を提供する。 【解決手段】 複合サイクルプラントを運転する方法に
おいて、蒸気タービン１７の運転出力を高めるために、
圧力的に適宜な箇所において、調整装置Ｃによって調量
された少なくとも１つの蒸気量５０を取り出し、該蒸気
量５０を適宜な箇所においてガスタービン群に供給し、
このようにして生ぜしめられた出力を維持するために、
少なくとも、少なくとも１つの燃焼室４，９の燃料量
５，１０の調量Ｄ，Ｅに対して影響を与えるようにし
た。
効率と最少の有害物質放出とを達成することができる、
複合サイクルプラントの運転方法を提供する。 【解決手段】 複合サイクルプラントを運転する方法に
おいて、蒸気タービン１７の運転出力を高めるために、
圧力的に適宜な箇所において、調整装置Ｃによって調量
された少なくとも１つの蒸気量５０を取り出し、該蒸気
量５０を適宜な箇所においてガスタービン群に供給し、
このようにして生ぜしめられた出力を維持するために、
少なくとも、少なくとも１つの燃焼室４，９の燃料量
５，１０の調量Ｄ，Ｅに対して影響を与えるようにし
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複合サイクルプラ
ントを運転する方法であって、該複合サイクルプラント
が、主としてガスタービン群と廃熱蒸気発生器と少なく
とも１つの蒸気タービンを備えた蒸気回路とから成って
おり、ガスタービン群が１つのコンプレッサユニット
と、それぞれ少なくとも１つの燃焼室とタービンとジェ
ネレータとから成っている形式の複合サイクルプラント
を運転する方法に関する。
ントを運転する方法であって、該複合サイクルプラント
が、主としてガスタービン群と廃熱蒸気発生器と少なく
とも１つの蒸気タービンを備えた蒸気回路とから成って
おり、ガスタービン群が１つのコンプレッサユニット
と、それぞれ少なくとも１つの燃焼室とタービンとジェ
ネレータとから成っている形式の複合サイクルプラント
を運転する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような形式の今日の複合サイクルプ
ラントは、通常の形式で以下に記載の調整動作で運転さ
れる：出力又は回転数調整器によって制御される調整部
材、つまりコンプレッサガイド列調整と吸込み空気予加
熱と、廃熱蒸気発生器からの蒸気量による蒸気噴射は、
質量流及び圧力比の変化のような、回路の熱力学的な変
化を生ぜしめる。これらの変化は燃料量の適合を必要と
する。このような燃料量の適合は、燃料を調量する相応
な調整部材を介して行われる。コンプレッサ系に中間冷
却器が設けられている場合には、部分コンプレッサの空
気力学比を最適化するために、冷却水量を冷却水調量を
介して変えることができる。
ラントは、通常の形式で以下に記載の調整動作で運転さ
れる：出力又は回転数調整器によって制御される調整部
材、つまりコンプレッサガイド列調整と吸込み空気予加
熱と、廃熱蒸気発生器からの蒸気量による蒸気噴射は、
質量流及び圧力比の変化のような、回路の熱力学的な変
化を生ぜしめる。これらの変化は燃料量の適合を必要と
する。このような燃料量の適合は、燃料を調量する相応
な調整部材を介して行われる。コンプレッサ系に中間冷
却器が設けられている場合には、部分コンプレッサの空
気力学比を最適化するために、冷却水量を冷却水調量を
介して変えることができる。
【０００３】例えばコンプレッサガイド列の部分的な閉
鎖及び／又は吸込み空気の予加熱によって、循環空気流
が減じられ、これによってタービンの吸込み原理（Schl
uckgesetz）を介して圧力比が低下する。両方の燃焼室
における温度上昇を回避するためには、燃料量が減じら
れねばならない。このことは有利には、良好にかつ確実
に検出可能な２つのパラメータ、つまりタービン出口温
度及びコンプレッサ系の出口における圧力の使用に基づ
いて、行われる。しかしながら、そこにおいて生じる極
めて高い温度レベルに起因して高圧タービンの出口温度
及び高温ガス温度を直に検出することは、それ自体問題
がある。
鎖及び／又は吸込み空気の予加熱によって、循環空気流
が減じられ、これによってタービンの吸込み原理（Schl
uckgesetz）を介して圧力比が低下する。両方の燃焼室
における温度上昇を回避するためには、燃料量が減じら
れねばならない。このことは有利には、良好にかつ確実
に検出可能な２つのパラメータ、つまりタービン出口温
度及びコンプレッサ系の出口における圧力の使用に基づ
いて、行われる。しかしながら、そこにおいて生じる極
めて高い温度レベルに起因して高圧タービンの出口温度
及び高温ガス温度を直に検出することは、それ自体問題
がある。
【０００４】逆に、コンプレッサガイド列を大きく開放
した場合には、燃焼室への両燃料量が増大されねばなら
ず、このことは、上に述べたのと同じ調整機構を介して
行われる。これによって得られる出力上昇は、高められ
た燃焼室流及びタービン質量流に基づいており、この燃
焼室流及びタービン質量流は、圧力比を上昇させる。低
圧側のタービン出口温度のこれによって生ぜしめられる
低下は、増大する質量流によって高められた蒸気製造を
わずかしか減じないので、有効出力は、コンプレッサに
よって圧送される空気量の上昇に対してほぼ正比例的に
増大する。したがって蒸気タービンの運転出力を著しく
高めることは、不可能である。
した場合には、燃焼室への両燃料量が増大されねばなら
ず、このことは、上に述べたのと同じ調整機構を介して
行われる。これによって得られる出力上昇は、高められ
た燃焼室流及びタービン質量流に基づいており、この燃
焼室流及びタービン質量流は、圧力比を上昇させる。低
圧側のタービン出口温度のこれによって生ぜしめられる
低下は、増大する質量流によって高められた蒸気製造を
わずかしか減じないので、有効出力は、コンプレッサに
よって圧送される空気量の上昇に対してほぼ正比例的に
増大する。したがって蒸気タービンの運転出力を著しく
高めることは、不可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ゆえに本発明の課題
は、冒頭に述べた形式の方法を改良して、運転出力を高
めることができ、同時に最大の効率と最少の有害物質放
出とを達成することができる方法を提供することであ
る。
は、冒頭に述べた形式の方法を改良して、運転出力を高
めることができ、同時に最大の効率と最少の有害物質放
出とを達成することができる方法を提供することであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の方法では、蒸気タービンの運転出力を高める
ために、圧力的に適宜な箇所において、調整装置によっ
て調量された少なくとも１つの蒸気量を取り出し、該蒸
気量を適宜な箇所においてガスタービン群に供給し、こ
のようにして生ぜしめられた出力を維持するために、少
なくとも、少なくとも１つの燃焼室の燃料量の調量に対
して影響を与えるようにした。
に本発明の方法では、蒸気タービンの運転出力を高める
ために、圧力的に適宜な箇所において、調整装置によっ
て調量された少なくとも１つの蒸気量を取り出し、該蒸
気量を適宜な箇所においてガスタービン群に供給し、こ
のようにして生ぜしめられた出力を維持するために、少
なくとも、少なくとも１つの燃焼室の燃料量の調量に対
して影響を与えるようにした。
【０００７】
【発明の効果】蒸気タービンから適宜な圧力箇所におい
て規定の蒸気量を取り出すこと、及びこの蒸気量を適宜
な箇所においてガスタービンプロセス内に噴射すること
によって、ガスタービン出力は、蒸気タービン出力の低
下に比べて著しく高まる。この結果全体として、１０〜
１５％の出力上昇を達成することができる。
て規定の蒸気量を取り出すこと、及びこの蒸気量を適宜
な箇所においてガスタービンプロセス内に噴射すること
によって、ガスタービン出力は、蒸気タービン出力の低
下に比べて著しく高まる。この結果全体として、１０〜
１５％の出力上昇を達成することができる。
【０００８】蒸気の噴射は有利には、高圧燃焼室のバー
ナの上流において行われ、この場合燃料への該蒸気の添
加混合は、熱力学的に等価である。噴射される蒸気は、
この燃焼室内において準備された高温ガスの温度レベル
にもたらされ、このことはもちろん付加的な燃料量を必
要とするので、廃熱蒸気発生器においては付加的に蒸気
が製造される。確かに、この出力上昇が複合サイクルプ
ラントの効率を幾分低下させることは確かである。それ
というのは、煙突においては、このことが蒸気タービン
の復水器において行われるよりも高い価の潜熱が失われ
るからである。しかしながら、ガスタービン内に噴射さ
れる蒸気タービンの蒸気は、圧力的に適宜な箇所におい
て取り出されるので、この蒸気タービンの蒸気が蒸気タ
ービン出力全体をそれほど低下させることはない。
ナの上流において行われ、この場合燃料への該蒸気の添
加混合は、熱力学的に等価である。噴射される蒸気は、
この燃焼室内において準備された高温ガスの温度レベル
にもたらされ、このことはもちろん付加的な燃料量を必
要とするので、廃熱蒸気発生器においては付加的に蒸気
が製造される。確かに、この出力上昇が複合サイクルプ
ラントの効率を幾分低下させることは確かである。それ
というのは、煙突においては、このことが蒸気タービン
の復水器において行われるよりも高い価の潜熱が失われ
るからである。しかしながら、ガスタービン内に噴射さ
れる蒸気タービンの蒸気は、圧力的に適宜な箇所におい
て取り出されるので、この蒸気タービンの蒸気が蒸気タ
ービン出力全体をそれほど低下させることはない。
【０００９】上に述べた効率の低下は以下のことによっ
て補償することができる：コンプレッサを少なくとも２
つの部分コンプレッサに分割して、中間冷却器を導入す
ることによって、ガスタービンの出力、ひいては複合サ
イクルプラントの出力が高められる。有利に選択された
回路圧比を有利に選択しかつコンプレッサ部分の両部分
圧比を圧力的に有利に分割すると、ガスタービンの効率
は上昇するが、これに対してこの効率は、複合サイクル
に関しては幾分低下する。なぜならば、中間冷却器にお
いて失われる燃料エネルギ分は、蒸気製造のための廃熱
蒸気発生器において存在しないからである。しかしなが
らこの効率低下は次のことによって抑えられる。すなわ
ちこの場合、中間冷却器における冷却水量が可能な限り
少なく保たれ、これによって高温の圧力水が発生し、こ
の高温の圧力水は蒸発カスケードにおいて部分的に蒸気
に変換され、この蒸気は次いで蒸気タービン内に導かれ
てそこで作業を行う。
て補償することができる：コンプレッサを少なくとも２
つの部分コンプレッサに分割して、中間冷却器を導入す
ることによって、ガスタービンの出力、ひいては複合サ
イクルプラントの出力が高められる。有利に選択された
回路圧比を有利に選択しかつコンプレッサ部分の両部分
圧比を圧力的に有利に分割すると、ガスタービンの効率
は上昇するが、これに対してこの効率は、複合サイクル
に関しては幾分低下する。なぜならば、中間冷却器にお
いて失われる燃料エネルギ分は、蒸気製造のための廃熱
蒸気発生器において存在しないからである。しかしなが
らこの効率低下は次のことによって抑えられる。すなわ
ちこの場合、中間冷却器における冷却水量が可能な限り
少なく保たれ、これによって高温の圧力水が発生し、こ
の高温の圧力水は蒸発カスケードにおいて部分的に蒸気
に変換され、この蒸気は次いで蒸気タービン内に導かれ
てそこで作業を行う。
【００１０】したがって冷却水量の変化によって、第２
のコンプレッサ部分への入口温度に影響を与えることが
でき、この結果、公称ポイントから運転ポイントがずれ
ている場合には両コンプレッサ部分は調整することがで
き、これによって両コンプレッサ部分の効率は最大にな
り、このことはまた複合サイクルプラントの効率全体に
反映する。
のコンプレッサ部分への入口温度に影響を与えることが
でき、この結果、公称ポイントから運転ポイントがずれ
ている場合には両コンプレッサ部分は調整することがで
き、これによって両コンプレッサ部分の効率は最大にな
り、このことはまた複合サイクルプラントの効率全体に
反映する。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に図面につき本発明の実施の形
態を説明する。
態を説明する。
【００１２】図１に示された複合サイクルプラントは、
主として符号１ａ〜１２，１６，５３で示された構成要
素から成るガスタービン群と、廃熱蒸気発生器１４と蒸
気回路とから成っている。自発的な（autonom）ユニッ
トとして運転可能なガスタービン群は、後で詳しく述べ
るコンプレッサユニット１ａ，１ｂと、このコンプレッ
サユニットに後置された第１の燃焼室４と、この燃焼室
に後置された第１のタービン７と、このタービン７に後
置された第２の燃焼室９と、この燃焼室９に後置された
第２のタービン１２とから成っている。前記流体機械
１，７，１２は、一体的なロータ軸５３を有しており、
このロータ軸５３は、図示されていないクラッチによっ
てジェネレータ１６と連結されている。ロータ軸５３は
有利には、図示されていない２つの軸受に支承されてお
り、両軸受は有利にはコンプレッサユニットのヘッド側
と第２のタービン１２の下流に配置されている。コンプ
レッサユニットは図示の実施例では、例えば比出力（sp
ezifische Leistung）を上昇させるために、間に中間冷
却器３７を備えた２つの部分コンプレッサ１ａ，１ｂに
分割されており、第１の部分コンプレッサ１ａは、コン
プレッサガイド列調整装置５２を備えて構成されてい
る。吸い込まれた空気２は、第１のコンプレッサ１ａに
おいて前圧縮される前に、吸込み空気予加熱器３４を貫
いて流れる。次いでこの前圧縮された空気２ａは、既に
述べた中間冷却器３７を通して案内され、中間冷却され
かつ前圧縮された空気２ｂとして、第２のコンプレッサ
１ｂに流入する。最終圧縮された後で、圧縮された空気
３は有利には、コンプレッサ出口と第１のタービン７と
を内部に有するケーシング（図示せず）に流入する。こ
のケーシング内にはまた第１の燃焼室４が設けられてお
り、この燃焼室４は有利には、連続的なリング燃焼室と
して構成されていて、その中に圧縮された空気３が流入
する。もちろん、第１の燃焼室４を運転するための圧縮
された空気は、図示されていない空気アキュムレータシ
ステムからもたらすことも可能である。リング燃焼室４
はヘッド側に、全周に分配されて、燃焼のために働く複
数のバーナ（図示せず）を有している。燃料５の供給は
有利には、図示されていないリング導管を介して行わ
れ、この場合には少なくとも１つの調整部材５ａが設け
られている。ここではディフュージョンバーナ（Diffus
ionsbrenner）を使用することができる。特にＮＯｘ放
出のような有害物質放出を減じるため及び効率を高める
ために、欧州特許第０３２１８０９号明細書記載の前混
合バーナが配置されていると有利である。この欧州特許
明細書には、例えば戻される煙ガスによってリッチにさ
れる燃焼空気の組成や燃料供給形式についても記載され
ているが、燃焼空気の組成及び供給の形式に関して述べ
られていることは、第２の燃焼室９に対しても当てはま
る。リング燃焼室の周方向におけるこの前混合バーナの
配置形式に関して言えば、この配置形式は、必要とあら
ば、同じ大きさのバーナの通常の輪郭形状と異なってい
てもよく、その代わりに、等しい又は異なった輪郭形状
の異なった大きさの前混合バーナを使用することができ
る。このことは、パイロットバーナとメインバーナとの
間における分割もしくは分配にとって有利である。もち
ろん、リング燃焼室４は複数の個々の管状の燃焼室から
成っていることができ、これらの燃焼室は、いずれにせ
よ傾斜リング形状に、場合によっては螺旋形状に、ロー
タ軸５３の回りに配置されている。このリング燃焼室４
はその設計とは無関係に、該リング燃焼室がロータ長さ
に対して事実上影響を与えないように、幾何学的に配置
されている。このような配置形式によって結果として得
られる利点については、後でさらに詳しく述べる。この
リング燃焼室４から出る高温ガス６は、直後に配置され
た第１のタービン７を負荷し、高温ガス６に対するこの
タービン７の熱膨張作用は、意識的に最小に保たれてお
り、つまりこのタービン７はしたがって、１つ又は２つ
の回転羽根列よりも多くの回転羽根列からは成っていな
い。このようなタービン７においては、軸方向スラスト
を安定化するために端面において圧力補償を行うことが
必要になる。タービン７において部分的に膨張されて直
ぐに第２の燃焼室９に流入する高温ガス８は、上述の理
由から、かなり高い温度を有しており、運転に応じて有
利には、なお１０００℃ほどの温度を有するようになっ
ている。この第２の燃焼室９は有利には、軸方向又はほ
ぼ軸方向の連続的なリング状のシリンダの形を有してい
る。もちろんこの第２の燃焼室９はまた、軸方向に、ほ
ぼ軸方向に又は螺旋状に配置されていてそれ自体閉じら
れている複数の燃焼室から成っていてもよい。個々の燃
焼室から成るリング状の燃焼室９の輪郭形状について述
べれば、このリング状のシリンダの周方向には複数の燃
料ランス１０が配置されており、これらの燃料ランス１
０はもちろんリング導管（図示せず）を介して互いに結
合されていてもよい。この燃料供給部にもまた少なくと
も１つの調整部材１０ａが設けられている。燃焼室９
は、通常の意味におけるバーナを有していない。すなわ
ち、タービン７からもたらされる高温の排ガス８内に噴
出される燃料１０の燃焼は、任意に温度レベルがこのよ
うな運転形式を許す限りにおいては、ここでは自己点火
によって行われる。燃焼室９が気体燃料例えば天然ガス
で運転されると仮定すれば、このような自己点火のため
に、タービン７からの高温の排ガス８の温度は１０００
℃であることが望ましく、このことはもちろん部分負荷
運転においても言えることであり、このことはこのター
ビン７を設計するために大きな役割を果たす。自己点火
式に設計されている燃焼室において運転確実性と高い効
率とを保証するためには、炎前面（Flammenfront）が位
置的に安定していることが極めて重要である。このため
にこの燃焼室９には、有利には内壁及び外壁に周方向に
配置されて、一連の渦流発生器が設けられており、これ
らの渦流発生器は、流れ方向において有利には燃料ラン
ス１０の上流に配置されている。これらの渦流発生器の
課題は、渦流を発生させることであり、この渦流には次
いで燃料が供給され、燃料を供給された渦流はさらに下
流において、リング燃焼室４における前混合バーナから
の渦流と同様に、安定した逆流ゾーン（Rueckstroemzon
e）を生ぜしめる。この燃焼室９は、軸方向の配置及び
その構造長さに基づいて、約６０ｍ／ｓよりも大きな平
均速度を有する高速燃焼室であるので、渦流発生エレメ
ント、つまり渦流発生器は流れに合わせて形成されてい
なくてはならない。流入側において渦流発生器は有利に
は、流入に対して傾斜した面を備えた四面体形状から成
っており、渦流発生エレメントは、既に述べたように、
燃焼室９の外面に配置されていても又は内面に配置され
ていても、又は両方の面において作用するようになって
いてもよい。外側に位置する渦流発生エレメントと内側
に位置する渦流発生エレメントとの間における傾斜した
面は、有利には鏡像的に配置されていて、燃焼室９の流
過横断面が当該箇所の下流で燃料１０の噴射領域におい
て拡大されて、逆流を生ぜしめるように、構成されてい
る。もちろん渦流発生エレメントは軸方向において互い
にずらされていてもよい。渦流発生エレメントの流出側
の面は、実質的に鉛直に内壁に向かって方向付けられて
おり、この結果当該箇所の下流において所望の逆流ゾー
ンを生ぜしめることができる。渦流発生器の特殊な構成
に関しては、欧州特許公開第０６１９１３３号明細書に
記載されている。いかしながら燃焼室９における自己点
火は、種々異なった燃料においてガスタービン群の一時
的な（transient）負荷範囲においても部分負荷範囲に
おいても保証されねばならず、つまり、燃料１０の噴射
部の領域において高温の排ガス８の温度の変化を調節す
ることが望ましい場合でも、燃焼室９における自己点火
を保証するような補助処置が設けられねばならない。こ
のことを保証するために、主燃料に、低温の点火温度を
もつ他の燃料を少量加えることができる。「補助燃料」
としてはこの場合例えば燃焼オイルが極めて適してい
る。液体の補助燃料は、相応に噴射されて、いわゆる
「導火線」として働くという課題を満たし、次のような
場合、すなわち第１のタービン７からの高温の排ガス８
が所望の最適なレベルを下回る温度を有しているような
場合でも、燃焼室９における自己点火を生ぜしめる。自
己点火を保証するための燃焼オイルを与えるというこの
処置は、ガスタービン群が減じられた値で運転される場
合に、特に有利であるということが証明されている。こ
の処置はさらに、燃焼室９が最小の軸方向長さを有する
ことができるということのためにも、特に有利である。
燃焼室９の短い構造長さ、混合物形成及び炎安定化のた
めの有利な渦流発生器の作用、並びに自己点火の絶え間
ない保証によって、燃焼は極めて迅速に行われ、高温の
炎前面の領域における燃料の滞在時間は最小になる。直
接的に燃料固有に測定可能な作用に基づいて、ＮＯｘ放
出は最小になり、 ＮＯｘ放出に関する問題はもはや存
在しなくなる。この出発状況はさらに、燃焼の箇所を明
確に規定することを可能にし、このことによって、この
燃焼室９の構造体の最適化された冷却が達成される。燃
焼室９内において調整された高温ガス１１は、次いで後
置の第２のタービン１２を負荷する。ガスタービン群の
熱力学的な特性値は次のように、すなわち第２のタービ
ン１２から出た排ガス１３がなお十分な熱量ポテンシャ
ルを有していて、これによって後置の廃熱蒸気発生器１
４を運転することができるように、設計されることがで
きる。既にリング燃焼室４の記載において触れたよう
に、このリング燃焼室４はジオメトリ的に、ロータ長さ
に対して実質的に影響を加えないように、配置されてい
る。さらにまた、第２の燃焼室９は第１のタービン７の
流出平面と第２のタービン１２の流入平面との間におい
て最小の長さを占めるということを、確認することがで
きた。さらに第１のタービン７における高温ガス６の膨
張は、上に述べた理由から、数少ない回転羽根列を介し
て行われるので、単軸のコンパクトなガスタービン群を
準備することができる。第２の燃焼室９の前に図示され
ていない小型ディフューザが設けられると、ガスタービ
ン群の効率を高めるために有利である。このように構成
されていると、系全体における総圧力損失を減じること
ができる。汎用のディフューザ設計ダイアグラムによっ
て、既にディフューザの最小の長さにおいて動圧の大き
な回収率を達成することができる、ということを証明す
ることができる。上に述べたように、コンプレッサ段１
ａ，１ｂは中間冷却装置を備えていてもよい。このよう
な考えに基づいた場合でも、図面に示されているような
ガスタービン群のジオメトリックな基本構想を変えない
ために、中間冷却器３７は、有利にはコンプレッサ段の
直接的な流れ方向において、ステータケーシングに一体
に組み込まれている。この中間冷却器３７における冷却
は、間接的に又は直接的に行われる。直接的な中間冷却
の場合には、このことは、例えばユニットによって行う
ことができ、このユニットの運転は、噴射された水が蒸
発するように設計されている。これによって得られる構
成では、ステータケーシングの外側に配置された中間冷
却器に通じていて、この中間冷却器からステータケーシ
ングを貫いて次のコンプレッサ段に通じる汎用の結合導
管を、完全に省くことができる。
主として符号１ａ〜１２，１６，５３で示された構成要
素から成るガスタービン群と、廃熱蒸気発生器１４と蒸
気回路とから成っている。自発的な（autonom）ユニッ
トとして運転可能なガスタービン群は、後で詳しく述べ
るコンプレッサユニット１ａ，１ｂと、このコンプレッ
サユニットに後置された第１の燃焼室４と、この燃焼室
に後置された第１のタービン７と、このタービン７に後
置された第２の燃焼室９と、この燃焼室９に後置された
第２のタービン１２とから成っている。前記流体機械
１，７，１２は、一体的なロータ軸５３を有しており、
このロータ軸５３は、図示されていないクラッチによっ
てジェネレータ１６と連結されている。ロータ軸５３は
有利には、図示されていない２つの軸受に支承されてお
り、両軸受は有利にはコンプレッサユニットのヘッド側
と第２のタービン１２の下流に配置されている。コンプ
レッサユニットは図示の実施例では、例えば比出力（sp
ezifische Leistung）を上昇させるために、間に中間冷
却器３７を備えた２つの部分コンプレッサ１ａ，１ｂに
分割されており、第１の部分コンプレッサ１ａは、コン
プレッサガイド列調整装置５２を備えて構成されてい
る。吸い込まれた空気２は、第１のコンプレッサ１ａに
おいて前圧縮される前に、吸込み空気予加熱器３４を貫
いて流れる。次いでこの前圧縮された空気２ａは、既に
述べた中間冷却器３７を通して案内され、中間冷却され
かつ前圧縮された空気２ｂとして、第２のコンプレッサ
１ｂに流入する。最終圧縮された後で、圧縮された空気
３は有利には、コンプレッサ出口と第１のタービン７と
を内部に有するケーシング（図示せず）に流入する。こ
のケーシング内にはまた第１の燃焼室４が設けられてお
り、この燃焼室４は有利には、連続的なリング燃焼室と
して構成されていて、その中に圧縮された空気３が流入
する。もちろん、第１の燃焼室４を運転するための圧縮
された空気は、図示されていない空気アキュムレータシ
ステムからもたらすことも可能である。リング燃焼室４
はヘッド側に、全周に分配されて、燃焼のために働く複
数のバーナ（図示せず）を有している。燃料５の供給は
有利には、図示されていないリング導管を介して行わ
れ、この場合には少なくとも１つの調整部材５ａが設け
られている。ここではディフュージョンバーナ（Diffus
ionsbrenner）を使用することができる。特にＮＯｘ放
出のような有害物質放出を減じるため及び効率を高める
ために、欧州特許第０３２１８０９号明細書記載の前混
合バーナが配置されていると有利である。この欧州特許
明細書には、例えば戻される煙ガスによってリッチにさ
れる燃焼空気の組成や燃料供給形式についても記載され
ているが、燃焼空気の組成及び供給の形式に関して述べ
られていることは、第２の燃焼室９に対しても当てはま
る。リング燃焼室の周方向におけるこの前混合バーナの
配置形式に関して言えば、この配置形式は、必要とあら
ば、同じ大きさのバーナの通常の輪郭形状と異なってい
てもよく、その代わりに、等しい又は異なった輪郭形状
の異なった大きさの前混合バーナを使用することができ
る。このことは、パイロットバーナとメインバーナとの
間における分割もしくは分配にとって有利である。もち
ろん、リング燃焼室４は複数の個々の管状の燃焼室から
成っていることができ、これらの燃焼室は、いずれにせ
よ傾斜リング形状に、場合によっては螺旋形状に、ロー
タ軸５３の回りに配置されている。このリング燃焼室４
はその設計とは無関係に、該リング燃焼室がロータ長さ
に対して事実上影響を与えないように、幾何学的に配置
されている。このような配置形式によって結果として得
られる利点については、後でさらに詳しく述べる。この
リング燃焼室４から出る高温ガス６は、直後に配置され
た第１のタービン７を負荷し、高温ガス６に対するこの
タービン７の熱膨張作用は、意識的に最小に保たれてお
り、つまりこのタービン７はしたがって、１つ又は２つ
の回転羽根列よりも多くの回転羽根列からは成っていな
い。このようなタービン７においては、軸方向スラスト
を安定化するために端面において圧力補償を行うことが
必要になる。タービン７において部分的に膨張されて直
ぐに第２の燃焼室９に流入する高温ガス８は、上述の理
由から、かなり高い温度を有しており、運転に応じて有
利には、なお１０００℃ほどの温度を有するようになっ
ている。この第２の燃焼室９は有利には、軸方向又はほ
ぼ軸方向の連続的なリング状のシリンダの形を有してい
る。もちろんこの第２の燃焼室９はまた、軸方向に、ほ
ぼ軸方向に又は螺旋状に配置されていてそれ自体閉じら
れている複数の燃焼室から成っていてもよい。個々の燃
焼室から成るリング状の燃焼室９の輪郭形状について述
べれば、このリング状のシリンダの周方向には複数の燃
料ランス１０が配置されており、これらの燃料ランス１
０はもちろんリング導管（図示せず）を介して互いに結
合されていてもよい。この燃料供給部にもまた少なくと
も１つの調整部材１０ａが設けられている。燃焼室９
は、通常の意味におけるバーナを有していない。すなわ
ち、タービン７からもたらされる高温の排ガス８内に噴
出される燃料１０の燃焼は、任意に温度レベルがこのよ
うな運転形式を許す限りにおいては、ここでは自己点火
によって行われる。燃焼室９が気体燃料例えば天然ガス
で運転されると仮定すれば、このような自己点火のため
に、タービン７からの高温の排ガス８の温度は１０００
℃であることが望ましく、このことはもちろん部分負荷
運転においても言えることであり、このことはこのター
ビン７を設計するために大きな役割を果たす。自己点火
式に設計されている燃焼室において運転確実性と高い効
率とを保証するためには、炎前面（Flammenfront）が位
置的に安定していることが極めて重要である。このため
にこの燃焼室９には、有利には内壁及び外壁に周方向に
配置されて、一連の渦流発生器が設けられており、これ
らの渦流発生器は、流れ方向において有利には燃料ラン
ス１０の上流に配置されている。これらの渦流発生器の
課題は、渦流を発生させることであり、この渦流には次
いで燃料が供給され、燃料を供給された渦流はさらに下
流において、リング燃焼室４における前混合バーナから
の渦流と同様に、安定した逆流ゾーン（Rueckstroemzon
e）を生ぜしめる。この燃焼室９は、軸方向の配置及び
その構造長さに基づいて、約６０ｍ／ｓよりも大きな平
均速度を有する高速燃焼室であるので、渦流発生エレメ
ント、つまり渦流発生器は流れに合わせて形成されてい
なくてはならない。流入側において渦流発生器は有利に
は、流入に対して傾斜した面を備えた四面体形状から成
っており、渦流発生エレメントは、既に述べたように、
燃焼室９の外面に配置されていても又は内面に配置され
ていても、又は両方の面において作用するようになって
いてもよい。外側に位置する渦流発生エレメントと内側
に位置する渦流発生エレメントとの間における傾斜した
面は、有利には鏡像的に配置されていて、燃焼室９の流
過横断面が当該箇所の下流で燃料１０の噴射領域におい
て拡大されて、逆流を生ぜしめるように、構成されてい
る。もちろん渦流発生エレメントは軸方向において互い
にずらされていてもよい。渦流発生エレメントの流出側
の面は、実質的に鉛直に内壁に向かって方向付けられて
おり、この結果当該箇所の下流において所望の逆流ゾー
ンを生ぜしめることができる。渦流発生器の特殊な構成
に関しては、欧州特許公開第０６１９１３３号明細書に
記載されている。いかしながら燃焼室９における自己点
火は、種々異なった燃料においてガスタービン群の一時
的な（transient）負荷範囲においても部分負荷範囲に
おいても保証されねばならず、つまり、燃料１０の噴射
部の領域において高温の排ガス８の温度の変化を調節す
ることが望ましい場合でも、燃焼室９における自己点火
を保証するような補助処置が設けられねばならない。こ
のことを保証するために、主燃料に、低温の点火温度を
もつ他の燃料を少量加えることができる。「補助燃料」
としてはこの場合例えば燃焼オイルが極めて適してい
る。液体の補助燃料は、相応に噴射されて、いわゆる
「導火線」として働くという課題を満たし、次のような
場合、すなわち第１のタービン７からの高温の排ガス８
が所望の最適なレベルを下回る温度を有しているような
場合でも、燃焼室９における自己点火を生ぜしめる。自
己点火を保証するための燃焼オイルを与えるというこの
処置は、ガスタービン群が減じられた値で運転される場
合に、特に有利であるということが証明されている。こ
の処置はさらに、燃焼室９が最小の軸方向長さを有する
ことができるということのためにも、特に有利である。
燃焼室９の短い構造長さ、混合物形成及び炎安定化のた
めの有利な渦流発生器の作用、並びに自己点火の絶え間
ない保証によって、燃焼は極めて迅速に行われ、高温の
炎前面の領域における燃料の滞在時間は最小になる。直
接的に燃料固有に測定可能な作用に基づいて、ＮＯｘ放
出は最小になり、 ＮＯｘ放出に関する問題はもはや存
在しなくなる。この出発状況はさらに、燃焼の箇所を明
確に規定することを可能にし、このことによって、この
燃焼室９の構造体の最適化された冷却が達成される。燃
焼室９内において調整された高温ガス１１は、次いで後
置の第２のタービン１２を負荷する。ガスタービン群の
熱力学的な特性値は次のように、すなわち第２のタービ
ン１２から出た排ガス１３がなお十分な熱量ポテンシャ
ルを有していて、これによって後置の廃熱蒸気発生器１
４を運転することができるように、設計されることがで
きる。既にリング燃焼室４の記載において触れたよう
に、このリング燃焼室４はジオメトリ的に、ロータ長さ
に対して実質的に影響を加えないように、配置されてい
る。さらにまた、第２の燃焼室９は第１のタービン７の
流出平面と第２のタービン１２の流入平面との間におい
て最小の長さを占めるということを、確認することがで
きた。さらに第１のタービン７における高温ガス６の膨
張は、上に述べた理由から、数少ない回転羽根列を介し
て行われるので、単軸のコンパクトなガスタービン群を
準備することができる。第２の燃焼室９の前に図示され
ていない小型ディフューザが設けられると、ガスタービ
ン群の効率を高めるために有利である。このように構成
されていると、系全体における総圧力損失を減じること
ができる。汎用のディフューザ設計ダイアグラムによっ
て、既にディフューザの最小の長さにおいて動圧の大き
な回収率を達成することができる、ということを証明す
ることができる。上に述べたように、コンプレッサ段１
ａ，１ｂは中間冷却装置を備えていてもよい。このよう
な考えに基づいた場合でも、図面に示されているような
ガスタービン群のジオメトリックな基本構想を変えない
ために、中間冷却器３７は、有利にはコンプレッサ段の
直接的な流れ方向において、ステータケーシングに一体
に組み込まれている。この中間冷却器３７における冷却
は、間接的に又は直接的に行われる。直接的な中間冷却
の場合には、このことは、例えばユニットによって行う
ことができ、このユニットの運転は、噴射された水が蒸
発するように設計されている。これによって得られる構
成では、ステータケーシングの外側に配置された中間冷
却器に通じていて、この中間冷却器からステータケーシ
ングを貫いて次のコンプレッサ段に通じる汎用の結合導
管を、完全に省くことができる。
【００１３】既に述べたように、第２のタービン１２か
らの排ガス１３は、廃熱蒸気発生器１４を貫流し、次い
で煙ガス１５として煙突を介して排出される。図面に示
されている廃熱蒸気発生器１４は、新鮮蒸気３１を生ぜ
しめる。もちろん、複合圧力系に基づいて作動して相応
に複数の蒸気品質を得ることができる廃熱蒸気発生器
を、設けることも可能である。
らの排ガス１３は、廃熱蒸気発生器１４を貫流し、次い
で煙ガス１５として煙突を介して排出される。図面に示
されている廃熱蒸気発生器１４は、新鮮蒸気３１を生ぜ
しめる。もちろん、複合圧力系に基づいて作動して相応
に複数の蒸気品質を得ることができる廃熱蒸気発生器
を、設けることも可能である。
【００１４】廃熱蒸気発生器１４において生ぜしめられ
た新鮮蒸気３１は、調整部材３２を介して蒸気タービン
１７内に流入し、この蒸気タービン１７の軸は、既に述
べたジェネレータ１６とも連結されている。蒸気タービ
ン１７から出た膨張した蒸気１８は、次いで有用な冷却
媒体２０によって運転される復水器１９を貫いて流れ
る。これによって生ぜしめられた復水２１には必要とあ
らば添加水２２が補足され、これにより冷却水２１ａが
生ぜしめられ、この冷却水２１ａは、次いでフィードポ
ンプ２３によって圧送されて、コンプレッサ系の中間冷
却器３７に向かって流れ、この際にこの冷却水２１ａの
第１の量２４はまず初めに混合予加熱器２６内に導かれ
る。残りは別のフィードポンプ２５を介して、前記中間
冷却器３７に導かれる。混合予加熱器２６から出た蒸気
２７は、調整部材２８を介して蒸気タービン１７内に流
入し、そこで作業を行う。この混合予加熱器２６からは
また供給水２９が準備され、この供給水２９はフィード
ポンプ３０を介して廃熱蒸気発生器１４に流入し、そこ
で熱交換によって蒸気タービン１７を負荷するための蒸
気に変換される。中間冷却器３７における前圧縮された
空気２ａの冷却によって、冷却水２１ａから相応な量調
整により高温の圧力水３８が生ぜしめられ、この圧力水
３８は、調整部材３９，４２によって構成された蒸発カ
スケード４０，４１，４３において部分的に蒸気４８，
４９に変換され、この蒸気４８，４９は適宜な箇所にお
いて蒸気タービン１７に導入される。前記カスケードの
ための第３の蒸発は、第２の蒸発フラスコ４３の下流に
おいて行われ、つまり導管４４が調整部材４７を介し
て、残りの高温の圧力水を混合予加熱器２６内に導き、
この場合この混合予加熱器２６の上流においては、調整
部材４６を備えた分岐導管４５が冷却水量を、別の冷却
水導管２１ａ内に案内する。混合予加熱器２６からの蒸
気排出については、既に述べられている。蒸気タービン
１７からは、圧力的に適宜な箇所において蒸気量３３が
取り出され、この蒸気量３３は吸込み空気２を予加熱す
るために働く。この吸込み空気予加熱器３４を通過した
後で復水３５は調整部材３６を介して、冷却水導管２１
ａ内に導かれる。蒸気タービン１７から出た第２の蒸気
量５０は、調整部材５１を介してガスタービン群の第１
の燃焼室４の上流に導入され、高温ガス製造に関与し、
この場合この蒸気噴射は、「発明の効果」で既に詳しく
述べたように、複合サイクルプラントの運転出力を著し
く高める。
た新鮮蒸気３１は、調整部材３２を介して蒸気タービン
１７内に流入し、この蒸気タービン１７の軸は、既に述
べたジェネレータ１６とも連結されている。蒸気タービ
ン１７から出た膨張した蒸気１８は、次いで有用な冷却
媒体２０によって運転される復水器１９を貫いて流れ
る。これによって生ぜしめられた復水２１には必要とあ
らば添加水２２が補足され、これにより冷却水２１ａが
生ぜしめられ、この冷却水２１ａは、次いでフィードポ
ンプ２３によって圧送されて、コンプレッサ系の中間冷
却器３７に向かって流れ、この際にこの冷却水２１ａの
第１の量２４はまず初めに混合予加熱器２６内に導かれ
る。残りは別のフィードポンプ２５を介して、前記中間
冷却器３７に導かれる。混合予加熱器２６から出た蒸気
２７は、調整部材２８を介して蒸気タービン１７内に流
入し、そこで作業を行う。この混合予加熱器２６からは
また供給水２９が準備され、この供給水２９はフィード
ポンプ３０を介して廃熱蒸気発生器１４に流入し、そこ
で熱交換によって蒸気タービン１７を負荷するための蒸
気に変換される。中間冷却器３７における前圧縮された
空気２ａの冷却によって、冷却水２１ａから相応な量調
整により高温の圧力水３８が生ぜしめられ、この圧力水
３８は、調整部材３９，４２によって構成された蒸発カ
スケード４０，４１，４３において部分的に蒸気４８，
４９に変換され、この蒸気４８，４９は適宜な箇所にお
いて蒸気タービン１７に導入される。前記カスケードの
ための第３の蒸発は、第２の蒸発フラスコ４３の下流に
おいて行われ、つまり導管４４が調整部材４７を介し
て、残りの高温の圧力水を混合予加熱器２６内に導き、
この場合この混合予加熱器２６の上流においては、調整
部材４６を備えた分岐導管４５が冷却水量を、別の冷却
水導管２１ａ内に案内する。混合予加熱器２６からの蒸
気排出については、既に述べられている。蒸気タービン
１７からは、圧力的に適宜な箇所において蒸気量３３が
取り出され、この蒸気量３３は吸込み空気２を予加熱す
るために働く。この吸込み空気予加熱器３４を通過した
後で復水３５は調整部材３６を介して、冷却水導管２１
ａ内に導かれる。蒸気タービン１７から出た第２の蒸気
量５０は、調整部材５１を介してガスタービン群の第１
の燃焼室４の上流に導入され、高温ガス製造に関与し、
この場合この蒸気噴射は、「発明の効果」で既に詳しく
述べたように、複合サイクルプラントの運転出力を著し
く高める。
【００１５】このプラントの調整は、少なくとも、制御
される下記の調整部材を介して行われる。すなわち出力
・回転数調整は、コンプレッサガイド列調整Ａと、調整
部材３６における吸込み予加熱Ｂと、調整部材５１にお
けるガスタービン群への蒸気噴射Ｃとを介して行われ
る。これによって生ぜしめられる、回路の熱力学的な変
化、つまり質量流と圧力比の変化は、調整部材５ａ，１
０ａによって行われる燃料量の適合Ｄ，Ｅを望んでい
る。さらに、コンプレッサガイド列調整装置Ａ及び吸込
み空気予加熱装置Ｂの制御時に、公称出力の約５０％を
下回る出力のためには、一次的な調整方法として燃料調
量Ｄ，Ｅが制御される。部分コンプレッサ１ａ，１ｂの
空気力学的な関係を最適化するためには、中間冷却器３
７の上流の調整部材２５における冷却水調量Ｆが行われ
る。
される下記の調整部材を介して行われる。すなわち出力
・回転数調整は、コンプレッサガイド列調整Ａと、調整
部材３６における吸込み予加熱Ｂと、調整部材５１にお
けるガスタービン群への蒸気噴射Ｃとを介して行われ
る。これによって生ぜしめられる、回路の熱力学的な変
化、つまり質量流と圧力比の変化は、調整部材５ａ，１
０ａによって行われる燃料量の適合Ｄ，Ｅを望んでい
る。さらに、コンプレッサガイド列調整装置Ａ及び吸込
み空気予加熱装置Ｂの制御時に、公称出力の約５０％を
下回る出力のためには、一次的な調整方法として燃料調
量Ｄ，Ｅが制御される。部分コンプレッサ１ａ，１ｂの
空気力学的な関係を最適化するためには、中間冷却器３
７の上流の調整部材２５における冷却水調量Ｆが行われ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】逐次燃焼するガスタービン群を備えた複合サイ
クルプラントを示す概略図である。
クルプラントを示す概略図である。
１ａ，１ｂ 部分コンプレッサ、 ２，２ａ，２ｂ，３
空気、 ４ 第１の燃焼室、 ５ 燃料、 ５ａ 調
整部材、 ６ 高温ガス、 ７ 第１のタービン、 ８
排ガス、 ９ 第２の燃焼室、 １０ 燃料ランス、
１０ａ 調整部材、 １１ 高温ガス、 １２ 第２
のタービン、 １３ 排ガス、 １４廃熱蒸気発生器、
１５ 煙ガス、 １６ ジェネレータ、 １７ 蒸気
タービン、 １８ 蒸気、 １９ 復水器、 ２０ 冷
却媒体、 ２１ 復水、 ２１ａ 冷却水、 ２２ 添
加水、 ２３ フィードポンプ、 ２４ 第１の量、２
５ フィードポンプ、 ２６ 混合予加熱器、 ２７
蒸気、 ２８ 調整部材、 ２９ 供給水、 ３０ フ
ィードポンプ、 ３１ 新鮮蒸気、 ３２ 調整部材、
３３ 蒸気量、 ３４ 空気予加熱器、 ３５ 復
水、 ３６ 調整部材、 ３７ 中間冷却器、 ３８
圧力水、 ３９，４２ 調整部材、 ４０，４３ 蒸気
フラスコ、 ４４ 導管、 ４５ 分岐導管、 ４６
調整部材、４７ 調整部材、 ４８，４９ 蒸気、 ５
０ 蒸気量、 ５１ 調整部材、５２ ガイド列調整装
置、 ５３ ロータ軸
空気、 ４ 第１の燃焼室、 ５ 燃料、 ５ａ 調
整部材、 ６ 高温ガス、 ７ 第１のタービン、 ８
排ガス、 ９ 第２の燃焼室、 １０ 燃料ランス、
１０ａ 調整部材、 １１ 高温ガス、 １２ 第２
のタービン、 １３ 排ガス、 １４廃熱蒸気発生器、
１５ 煙ガス、 １６ ジェネレータ、 １７ 蒸気
タービン、 １８ 蒸気、 １９ 復水器、 ２０ 冷
却媒体、 ２１ 復水、 ２１ａ 冷却水、 ２２ 添
加水、 ２３ フィードポンプ、 ２４ 第１の量、２
５ フィードポンプ、 ２６ 混合予加熱器、 ２７
蒸気、 ２８ 調整部材、 ２９ 供給水、 ３０ フ
ィードポンプ、 ３１ 新鮮蒸気、 ３２ 調整部材、
３３ 蒸気量、 ３４ 空気予加熱器、 ３５ 復
水、 ３６ 調整部材、 ３７ 中間冷却器、 ３８
圧力水、 ３９，４２ 調整部材、 ４０，４３ 蒸気
フラスコ、 ４４ 導管、 ４５ 分岐導管、 ４６
調整部材、４７ 調整部材、 ４８，４９ 蒸気、 ５
０ 蒸気量、 ５１ 調整部材、５２ ガイド列調整装
置、 ５３ ロータ軸
Claims (5)
- 【請求項１】 複合サイクルプラントを運転する方法で
あって、該複合サイクルプラントが、主としてガスター
ビン群と廃熱蒸気発生器と少なくとも１つの蒸気タービ
ンを備えた蒸気回路とから成っており、ガスタービン群
が１つのコンプレッサユニットと、それぞれ少なくとも
１つの燃焼室とタービンとジェネレータとから成ってい
る形式の複合サイクルプラントを運転する方法におい
て、蒸気タービン（１７）の運転出力を高めるために、
圧力的に適宜な箇所において、調整装置（Ｃ）によって
調量された少なくとも１つの蒸気量（５０）を取り出
し、該蒸気量（５０）を適宜な箇所においてガスタービ
ン群に供給し、このようにして生ぜしめられた出力を維
持するために、少なくとも、少なくとも１つの燃焼室
（４，９）の燃料量（５，１０）の調量（Ｄ，Ｅ）に対
して影響を与えることを特徴とする、複合サイクルプラ
ントを運転する方法。 - 【請求項２】 コンプレッサユニット（１ａ，１ｂ）に
中間冷却器（３７）が配置されている場合に、蒸気量
（５０）の調整（Ｃ）を、付加的に、コンプレッサガイ
ド列調整（Ａ）と吸込み空気（２）の予加熱の程度の調
整（Ｂ）と中間冷却器（３７）への冷却水（２１ａ）の
調量（Ｅ）と共に実行する、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 蒸気量（５０）をコンプレッサユニット
（１ａ，１ｂ）の下流においてガスタービン群に導入す
る、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 ガスタービン群を逐次的な点火に基づい
て運転する、請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 第１のタービン（７）から第２の燃焼室
（９）にもたらされる排ガス（８）が、第２の燃焼室
（９）内に噴射される燃料（１０）の自己点火温度を上
回る温度レベルを有している、請求項４記載の方法。
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