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JP2001263092A - ガスタービン - Google Patents

ガスタービン

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Publication number
JP2001263092A
JP2001263092A JP2000072053A JP2000072053A JP2001263092A JP 2001263092 A JP2001263092 A JP 2001263092A JP 2000072053 A JP2000072053 A JP 2000072053A JP 2000072053 A JP2000072053 A JP 2000072053A JP 2001263092 A JP2001263092 A JP 2001263092A
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JP
Japan
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gas turbine
cooling
steam
combustor
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000072053A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigemi Bandai
重実 萬代
Masatoyo Oota
将豊 太田
Kuniaki Aoyama
邦明 青山
Katsunori Tanaka
克則 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2000072053A priority Critical patent/JP2001263092A/ja
Priority to EP01106264A priority patent/EP1134382A3/en
Priority to CA002340899A priority patent/CA2340899A1/en
Priority to US09/808,023 priority patent/US20010022075A1/en
Publication of JP2001263092A publication Critical patent/JP2001263092A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン起動時に燃焼器冷却用蒸気の供
給を不要とする。 【解決手段】 ガスタービン燃焼器１の内筒５ｂと尾筒
５ａの壁面に冷却通路を形成し、冷却用入口管５０７か
ら冷却用流体を供給し、冷却通路を通過させた後に、出
口管５０９ａ、５０９ｂから回収する。ガスタービンの
通常運転時には入口管５０７にガスタービン排熱ボイラ
で生成した蒸気を供給し、出口管５０９ａ、５０９ｂか
ら蒸気を回収する。ガスタービン起動時及び停止時に
は、入口管５０７にガスタービン圧縮機の吐出空気を供
給し、出口管５０９ａ、５０９ｂを排気系に接続する。
これにより、ガスタービン起動時の燃焼器冷却用蒸気供
給のための補助ボイラを設置する必要がなくなるととも
に、ガスタービン停止後の冷却系内での残留蒸気の凝縮
によるドレーン発生が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンとそ
の起動及び停止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】事業用、産業用の大形ガスタービンでは
近年の低公害化の要請から排気中のＮＯX の低減が課題
となっている。排気中のＮＯX は、燃焼器での燃焼温度
が高くなるにつれて増大し、例えば燃焼温度が１６００
℃を越えると急激に増大する。このため、近年のガスタ
ービンでは拡散燃焼の割合を低下させ、予混合燃焼主体
の燃焼を行なう、いわゆる低ＮＯX 型燃焼器が使用され
るようになっている。拡散燃焼は、燃焼空気中に燃料を
噴射して、燃料と空気との境界部分に形成される燃料と
空気との混合気を燃焼させるため、燃焼における空気比
（空気過剰率）は比較的高くなる。このため、拡散燃焼
では燃焼は安定するものの、燃焼温度が高くなりＮＯX
の生成量が大きくなる。一方、予混合燃焼は予め燃焼空
気と燃料との予混合気を形成し、この予混合気を燃焼器
内に噴射して燃焼させる。予混合燃焼では、空気量と燃
料量との比を比較的自由に調整でき燃焼における空気比
（空気過剰率）を低下させることができるため、燃焼温
度を低下させてＮＯX の生成量を低減することが可能と
なる。
【０００３】上述のように、ＮＯX の生成を抑制するた
めには燃焼器での燃焼温度は低いほうが好ましい。とこ
ろが、ガスタービンの出力と効率とはタービン入口の燃
焼ガス温度が高い程向上するため、ガスタービンの高出
力、高効率化の面からは燃焼器での燃焼温度は高いほう
が好ましい。このため、実際のガスタービンでは燃焼器
内の燃焼温度はＮＯX の生成量が急増する１６００℃を
越えない温度に維持しながら、燃焼ガスのタービン入口
温度をできるだけ高く維持する必要が生じている。
【０００４】近年のガスタービンでは、タービン入口静
翼、１段動翼等の材質、冷却方法等の改善により、ター
ビン自体はタービン入口燃焼ガス温度を１５００℃程度
まで高めた運転が可能となっている。このため、燃焼器
内での燃焼温度を１６００℃以下に抑えながらタービン
入口燃焼ガス温度を１５００℃程度に維持することによ
り、ＮＯX の生成を抑制しながらガスタービン出力と効
率とを最大限に向上させた、いわゆる１５００℃級ガス
タービンが実用化されている。
【０００５】一般に、１５００℃級ガスタービンでは燃
焼器壁の冷却のために蒸気を使用する必要がある。従
来、タービン入口温度が比較的低い（例えば１３５０℃
程度）ガスタービンでは、一般に燃焼器壁冷却にガスタ
ービン圧縮器吐出空気の一部を用いる空気冷却燃焼器が
使用される。空気冷却燃焼器では、燃焼器内壁に形成し
た冷却通路に冷却空気を流通させることによる対流冷却
とともに、フィルム冷却を用いて冷却効率を高めてい
る。フィルム冷却は冷却通路内の空気を燃焼器内壁面に
配置したフィルム冷却孔から壁面に沿って噴射し、壁面
上に冷却空気のフィルムを形成することにより、燃焼器
壁面の熱負荷を低減するものである。フィルム冷却で
は、フィルム冷却孔から噴射された冷却空気は、燃焼ガ
スと混合してタービンに供給される。
【０００６】ところが、１５００℃級のガスタービンで
は燃焼温度（例えば１６００℃）と定格出力時のタービ
ン入口燃焼ガス温度（１５００℃）との差が小さくなる
ため、燃焼器のフィルム冷却を採用すると、フィルム冷
却空気のため燃焼ガス温度が低下してしまい、タービン
入口燃焼ガス温度を１５００℃に維持できなくなる問題
がある。また、冷却空気を使用した場合には、フィルム
冷却を併用せずに対流冷却のみで燃焼器壁の冷却を行な
うことは、高負荷運転時の燃焼器壁の熱負荷からみて困
難である。
【０００７】ところで、ガスタービン排気熱で蒸気を生
成する排熱ボイラを備えたコンバインドサイクルガスタ
ービンプラントでは、ガスタービン運転中常時排熱ボイ
ラで蒸気が生成される。そこで、１５００℃級ガスター
ビンを用いるコンバインドサイクルガスタービンプラン
トでは、冷却用流体として冷却空気に代えて、排熱ボイ
ラで生成した蒸気を用いる対流冷却を行い燃焼器壁を冷
却するようにしている。蒸気冷却方式では、燃焼器壁に
形成された冷却通路に供給された冷却用蒸気は、冷却通
路を流れて対流冷却により燃焼器壁を冷却後、全量が回
収され再使用される。冷却媒体として蒸気を使用するこ
とにより、ガスタービン入口燃焼ガス温度を１５００℃
程度まで高めながら燃焼壁面（特に後述する尾筒壁面）
のメタル温度を許容値（例えば８００℃程度）以下に維
持し燃焼器の信頼性を向上させることが可能となってい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、蒸気冷却を
行なうガスタービン燃焼器では、種々の問題が生じる。
例えば、燃焼器の蒸気冷却を行なうためには、ガスター
ビン起動時から燃焼器に冷却用蒸気を供給する必要があ
るが、ガスタービン起動時には排熱ボイラからは蒸気が
生成されない。このため、燃焼器の蒸気冷却を行なう場
合には、ガスタービン起動時に冷却用蒸気を供給するた
めに排熱ボイラとは別個の補助ボイラが必要となり、設
備コストが増大する問題が生じる。
【０００９】また、冷却用流体として蒸気を使用する場
合には、ガスタービン停止時に冷却系統に残留した蒸気
が凝縮して冷却通路や配管内にドレーンが生成される。
このため、蒸気冷却を行なう場合には、ガスタービン起
動前に冷却系統の各部分からドレーンを排出するドレー
ン抜き操作が必要となり、ガスタービン起動に時間を要
するとともに、起動操作が煩雑化する問題がある。
【００１０】本発明は、燃焼器の蒸気冷却を行なう際に
蒸気問題を解決し、プラント設備コストの増大や起動操
作の煩雑化を防止可能なガスタービンを提供することを
目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、タービンにより駆動される圧縮機を用いて空気
を加圧し、前記圧縮機の吐出加圧空気を燃焼用空気とし
て燃焼器に供給して燃料を燃焼させ、発生した燃焼ガス
で前記タービンを駆動するガスタービンであって、前記
燃焼器壁に形成された冷却通路に冷却用流体を供給し、
燃焼器壁を冷却する冷却手段を備え、前記冷却手段は、
前記冷却通路に供給する冷却用流体として加圧空気と蒸
気との一方を選択して、若しくは両方を同時に、供給可
能である、ガスタービンが提供される。
【００１２】すなわち請求項１の発明では、ガスタービ
ン燃焼器壁に形成された冷却通路に冷却用流体を供給す
る冷却手段は、冷却用流体として加圧空気と蒸気とのい
ずれも供給可能とされる。このため、例えばガスタービ
ン起動時等の燃焼器壁の熱負荷が低い状態では加圧空気
を用いて燃焼器壁の対流冷却を行い、起動後ガスタービ
ン負荷が増大して燃焼器壁の熱負荷が高くなり、加圧空
気による対流冷却のみでは燃焼器壁の充分な冷却が困難
になった場合には蒸気を用いて燃焼器壁の対流冷却を行
なうような冷却方法の切り換えが可能となり、ガスター
ビン起動時に燃焼器冷却のための蒸気が不要となる。
【００１３】請求項２に記載の発明によれば、前記冷却
手段は、ガスタービン起動時には前記冷却通路に冷却用
流体として加圧空気を供給し、ガスタービンが所定の負
荷に到達後に、前記冷却通路に供給する冷却用流体を加
圧空気から蒸気に切り換える、請求項１に記載のガスタ
ービンが提供される。すなわち、請求項２の発明では、
冷却手段は、ガスタービン起動時には燃焼器に加圧空気
を供給して空気冷却を行い、ガスタービン負荷が上昇し
て、空気冷却では燃焼器壁の熱負荷を吸収できなくなっ
た場合、若しくはガスタービン負荷の上昇により排熱ボ
イラで適切な温度圧力条件の蒸気が充分に発生するよう
になった場合には、燃焼器に供給する冷却用流体を加圧
空気から蒸気に切り換える。これにより、ガスタービン
高負荷運転時にも燃焼器冷却を充分に行なわれる。
【００１４】請求項３に記載の発明によれば、前記冷却
手段は、ガスタービン運転中に前記冷却通路に冷却用流
体として蒸気を供給している場合には、ガスタービンを
停止する前に前記冷却通路に供給する冷却用流体を蒸気
から加圧空気に切り換える、請求項１または請求項２に
記載のガスタービンが提供される。すなわち、請求項３
の発明では冷却手段は、運転中に燃焼器の蒸気冷却を行
なっいる場合には、ガスタービンを停止する前に冷却用
流体を蒸気から加圧空気に切り換えて運転を行なう。こ
れにより、ガスタービン停止時に冷却系統に蒸気が残留
してドレーンを生成することが防止される。
【００１５】請求項４に記載の発明によれば、前記冷却
手段は、前記冷却通路に供給する冷却用流体を切り換え
る際に、切り換え前に使用している冷却用流体の流量を
徐々に減少させるとともに、切り換え後に使用する冷却
用流体の流量を徐々に増大させる操作を行い、両方の冷
却用流体が同時に前記冷却通路に供給される期間を設け
る、請求項２または請求項３に記載のガスタービンが提
供される。
【００１６】すなわち、請求項４の発明では、冷却手段
は冷却用流体の切り換えを行なう際に加圧空気と蒸気の
一方から他方へ徐々に切り換えを行なう。これにより、
冷却用流体の切り換えによる急激な燃焼器壁温度の変化
が防止される。請求項５に記載の発明によれば、前記ガ
スタービンは、ガスタービン排気熱を回収して蒸気を発
生させる排熱ボイラを備え、前記冷却手段は前記冷却用
流体として前記排熱ボイラで発生する蒸気を使用する、
請求項２または請求項３に記載のガスタービンが提供さ
れる。
【００１７】すなわち、請求項５の発明では、冷却用蒸
気はガスタービンの排熱ボイラにより生成される。これ
により、冷却用蒸気供給のための補助ボイラ等が不要と
なる。請求項６に記載の発明によれば、前記冷却手段
は、前記冷却用流体として前記圧縮機で加圧した空気を
使用する、請求項２または請求項３に記載のガスタービ
ンが提供される。
【００１８】すなわち、請求項６の発明では冷却用加圧
空気は、ガスタービン圧縮機から供給される。これによ
り、ガスタービン起動時から充分な量の冷却用流体を燃
焼器壁に供給することが可能となる。請求項７に記載の
発明によれば、タービンにより駆動される圧縮機を用い
て空気を加圧し、前記圧縮機の吐出加圧空気を燃焼用空
気として燃焼器に供給して燃料を燃焼させ、発生した燃
焼ガスで前記タービンを駆動するガスタービンの起動方
法であって、ガスタービン起動時に前記圧縮機で加圧さ
れた空気を冷却用流体として前記燃焼器壁に形成された
冷却通路に供給することにより燃焼器の冷却を行い、ガ
スタービン起動後、ガスタービン排熱ボイラで発生する
蒸気が所定の蒸気条件に到達したときに、前記冷却用流
体を前記加圧空気から、ガスタービン排熱ボイラで発生
する蒸気に切り換えて供給することにより燃焼器の冷却
を行なう、ガスタービン起動方法が提供される。
【００１９】すなわち請求項７の発明では、排熱ボイラ
から蒸気を供給することができないガスタービン起動時
には、ガスタービン圧縮機で加圧した空気を冷却用流体
として使用して燃焼器壁の冷却を行い、ガスタービン起
動後、排熱ボイラで適切な温度圧力条件の蒸気が充分な
量だけ生成されるようになったときに冷却用流体を加圧
空気から蒸気に切り換えて燃焼器壁の冷却を行なうよう
にする。これにより、ガスタービン起動時に冷却用蒸気
を供給するための補助ボイラが不要になるとともに、ガ
スタービン高負荷運転時に冷却用蒸気による充分な燃焼
器壁の冷却が行なわれる。
【００２０】請求項８に記載の発明によれば、タービン
により駆動される圧縮機を用いて空気を加圧し、前記圧
縮機の吐出加圧空気を燃焼用空気として燃焼器に供給し
て燃料を燃焼させ、発生した燃焼ガスで前記タービンを
駆動するガスタービンの停止方法であって、ガスタービ
ン運転時に、ガスタービン排熱ボイラで発生する蒸気を
冷却用流体として前記燃焼器壁に形成された冷却通路に
供給することにより燃焼器の冷却を行い、ガスタービン
停止時には、前記冷却用流体を前記蒸気から、前記圧縮
機により加圧された空気に切り換えて供給して燃焼器を
冷却した後に、ガスタービンを停止する、ガスタービン
停止方法が提供される。
【００２１】すなわち請求項８の発明では、ガスタービ
ン停止前に冷却用流体が加圧用空気から蒸気に切り換え
られる。これにより、ガスタービン停止時には冷却系統
に蒸気が残留することが防止され、ガスタービン停止中
に冷却系統でドレーンが生じない。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図１は、本発明のガスター
ビンの一実施形態に使用する燃焼器の概略構造を示す断
面図である。図１において、１は燃焼器全体を示す。燃
焼器１は燃焼器部５と、燃焼器部５内に燃料を噴射する
ノズルが設けられたノズル部３とにより構成されてい
る。本実施形態の燃焼器部５は噴射された燃料を燃焼さ
せる燃焼室としての内筒５ｂと、燃焼により生成した燃
焼ガスをタービン入口に導く尾筒５ａとが一体に形成さ
れたワンピース構造とされている。燃焼器１は図示しな
いサポートによりタービンケーシング７内に保持されて
いる。実際のガスタービンでは、図１に示す燃焼器が円
周上に複数個等間隔に配置され、それぞれタービンに燃
焼ガスを供給している。
【００２３】燃焼用空気１１は、図示しないタービン駆
動のガスタービン圧縮機により大気から昇圧され、ケー
シング７内に供給される。燃焼空気１１はケーシング７
から燃焼器１のノズル部３に設けられた燃焼空気入口３
５を通ってノズル部３に入り、ノズル部３からパイロッ
トノズル３１とメインノズル３３とを通って燃焼器部５
内に噴射される。
【００２４】ノズル部３は円筒状のシェル内の中央部に
パイロットノズル３１を、パイロットノズル３１周囲に
複数の（本実施形態では８つの）メインノズル３３を等
間隔に、それぞれ配置した構成とされる。パイロットノ
ズル３１は、内筒５ｂ内に燃料を噴射するパイロット燃
料ノズル３１ａを備えており、噴射された燃料は図示し
ないイグナイタにより点火され、燃焼空気入口３５から
パイロットノズル３１を通って流れる燃焼空気と内筒５
ｂ内で混合しつつ拡散燃焼を行い、パイロット炎を形成
する。
【００２５】また、メインノズル３３は予混合ノズルと
され、燃焼空気入口３５からノズル部３に供給された燃
焼空気中に燃料ノズル３３ａから燃料を噴射し、予混合
気を形成して内筒５ｂに噴射する。図１に３７で示すの
はメインノズル３３内の燃料ノズル３３ａ周囲に放射状
に配置されたスワーラベーンである。スワーラベーン３
７は、メインノズル３３を流れる燃焼空気流にに旋回速
度成分を付与するように、流方向に角度を持って配置さ
れた翼形状を有するベーンである。スワーラベーン３７
を通過した燃焼空気は、メインノズル３３内で旋回流を
生じる。燃料（本実施形態では都市ガス、天然ガス等の
気体燃料や重油等の液体燃料が使用される）は、燃料ノ
ズル３３ａのスワーラベーン３７下流側に設けられた燃
料噴射孔（図示せず）から上述した燃焼空気の旋回流中
に噴射される。このため、噴射された燃料と燃焼空気と
の混合が促進され、メインノズル３３内で均一な予混合
気が形成されるようになる。
【００２６】パイロットノズル３１の出口部には、拡管
形状のパイロットコーン３６が設けられている。パイロ
ットコーン３６は、パイロットノズル３１で生成される
パイロット炎がメインノズル３３から噴射される予混合
気とメインノズル３３直近の位置で接触することを防止
することにより、メインノズル出口近傍で予混合気が着
火してメインノズル内への逆火が生じることを防止する
ものである。
【００２７】図１に９で示すのは空気バイパス弁であ
る。空気バイパス弁９は燃焼器部５の尾筒５ａをケーシ
ング７内に直接連通させるゲート弁からなり、ノズル部
３から燃焼器部５に流入する燃焼空気量を負荷に応じて
制御する機能を有する。例えば、ガスタービン起動時や
軽負荷時等でノズル部３から燃焼器部５に供給すべき燃
焼空気量が少ない場合には、空気バイパス弁９は図示し
ないアクチュエータにより開弁され、ケーシング７内の
燃焼空気の一部をノズル部３を介さずに直接尾筒５ａ内
に導入する。これにより、ノズル部３の燃焼空気入口３
５から流入する燃焼空気量が減少しメインノズル３３で
適切な予混合気を形成することが可能となる。
【００２８】メインノズル３３からパイロットコーン３
６周囲に噴射された予混合気は、パイロットノズル３１
により生成されたパイロット炎とパイロットコーン３６
出口周縁部で接触することにより、メインノズル３３出
口から充分に離れた位置で予混合炎を生成する。予混合
炎により生成した燃焼ガスは尾筒５ａに接続されたター
ビン入口静翼（図示せず）を通り、タービンに供給さ
れ、タービンを駆動する。
【００２９】本実施形態では、燃焼器１には壁面冷却の
ための冷却用流体が流通する冷却通路が設けられてい
る。すなわち、本実施形態では燃焼器部５の内筒５ｂ部
と尾筒５ａ部は二重壁構造とされており、薄肉の内壁と
外壁との間には冷却空気通路として機能する間隙が形成
されている。更に、本実施形態では内筒５ｂと尾筒５ａ
との境界部付近に相当する位置には、上記冷却通路に連
通する冷却用流体入口管５０７が設けられている。冷却
用流体は入口管５０７から冷却通路に流入後、上流側
（メインノズル側）に向けて内筒５ｂ壁内を流れる流れ
と、下流側（タービン入口側）に向けて尾筒５ａ内を流
れる流れとに分かれ、それぞれ内筒５ｂと尾筒５ａとの
内壁を対流冷却した後、内筒５ｂ上流端に設けられた出
口管５０９ａと尾筒５ｂ下流端に設けられた出口管５０
９ｂとから外部に回収される。
【００３０】本実施形態では、燃焼器１壁内の冷却通路
に供給する冷却用流体としては、ガスタービン圧縮機吐
出空気（加圧空気）とガスタービン排熱ボイラで発生す
る蒸気との２種類の流体が使用される。図２は、図１の
燃焼器を有するガスタービンを用いたコンバインドサイ
クルプラントの概略構成を説明する線図である。
【００３１】図2 において、１００はガスタービン全
体、１０１はタービン、１０３はタービン１０１により
駆動される圧縮機、１０５はタービン１０１により駆動
される発電機等の外部負荷を示す。また、１３０はガス
タービン排熱ボイラ、１６１、１６３は、それぞれ排熱
ボイラ１３０で発生した蒸気により駆動される高圧ター
ビンと低圧タービン、１０７と、１０９は、それぞれ高
圧タービン１６１と低圧タービン１６３とにより駆動さ
れる発電機等の外部負荷を示している。
【００３２】ガスタービン吸入空気１２１は、圧縮機１
０３で昇圧され、燃焼空気１２３としてガスタービン燃
焼器１に送られ、燃焼器１内で別途供給される燃料と混
合して燃焼する。燃焼ガス１２５は、タービン１０１に
供給され、タービン１０１を駆動した後、排気１２７と
して排熱ボイラ１３０に供給される。排熱ボイラ１３０
で蒸気を発生した後の排気１２９は、必要に応じて排気
浄化処理を行なった後スタック１３５から大気に放出さ
れる。
【００３３】ボイラ給水１４１は、排熱ボイラ１３０の
蒸気発生器１４３を通過し、高圧蒸気１４５となって高
圧タービン１６１に供給され、タービン１６１を駆動す
る。タービン１６１で外部負荷１０７を駆動した蒸気１
４７は、排熱ボイラ１３０の再熱器１４９で再熱した
後、低圧蒸気１５１として低圧タービン１６３に供給さ
れる。タービン１６３で負荷１０９を駆動した蒸気は復
水器１６５で凝縮し、給水ポンプ１６７により給水１４
１として蒸気発生器１４３に供給される。
【００３４】次に、本実施形態の燃焼器の冷却について
説明する。前述したように、本実施形態では圧縮機１０
３で加圧された加圧空気と排熱ボイラ１３０で発生した
蒸気との２種類の冷却用流体が燃焼器冷却に使用され
る。冷却用流体として使用される加圧空気１７１は、圧
縮機１０３出口の加圧空気（燃焼空気）から分岐され、
流量調整弁兼遮断弁２０１で流量を調整した後、冷却用
流体１７３として、燃焼器１冷却用流体入口管５０７
（図１）に供給される。入口管５０７から燃焼器１壁に
形成された冷却通路に流入し、内筒５ｂと尾筒５ａの内
壁を対流冷却後の加圧空気１７５は冷却用流体出口管５
０９ａ、５０９ｂ（図１）から回収され、遮断弁２０３
を通った後、ガスタービン排気１２７と合流する（図
２、１７７）。
【００３５】一方、冷却用流体として使用される蒸気
は、高圧タービン１６１の中途段から抽気され（図２、
１８１）、流量調整弁兼遮断弁３０１で流量調整後、冷
却用流体１７３として冷却用流体入口管５０７に供給さ
れる。また、内筒５ｂと尾筒５ａの内壁を対流冷却後の
蒸気１７５は、遮断弁３０３を通った後、低圧タービン
１６３に供給される低圧蒸気１５１に合流する（図２、
１８３）。
【００３６】本実施形態では、流量調整弁兼遮断弁２０
１、３０１及び遮断弁２０３、３０３は、図示しないプ
ラント制御装置により制御されている。次に、本実施形
態のガスタービン１００の起動、停止方法について説明
する。ガスタービン起動時には、排熱ボイラ１３０では
蒸気が発生していないため、起動時には冷却用流体とし
て加圧空気が使用される。すなわち、ガスタービン起動
時には蒸気用流量調整弁兼遮断弁３０１及び遮断弁３０
３は全閉とされ、加圧空気用遮断弁２０３は全開とされ
る。このため、ガスタービン１００がスタータモータ等
の始動装置により回転を始め、圧縮器１０３から加圧空
気が吐出されるようになると、流量調整弁兼遮断弁２０
１で調量された加圧空気１７３が燃焼器１の冷却通路に
供給されるようになる。燃焼器１内で着火が生じ、圧縮
器１０３の回転数が上昇すると、それに応じて燃焼器１
に供給される冷却用加圧空気の量も増量され、燃焼器１
の冷却が充分に行なわれる。これにより、ガスタービン
起動時、及びその後の比較的負荷が低い運転状態では圧
縮機１０３吐出空気により燃焼器１壁面が良好に冷却さ
れる。
【００３７】この状態で、ガスタービン１００の負荷を
徐々に上昇すると、排気温度が上昇し、排熱ボイラ１３
０で蒸気が発生するようになる。更にガスタービン負荷
が上昇して、排熱ボイラ１３０で発生する蒸気の温度、
圧力、発生量等の蒸気条件が予め定めた値になると、冷
却用流体の加圧空気から蒸気への切り換えが行なわれ
る。
【００３８】切り換え時には、蒸気用遮断弁３０３は閉
弁したままで、加圧空気用流量調整弁２０１の開度は徐
々に低減され、同時に蒸気用流量調整弁３０１の開度は
徐々に増大される。これにより、燃焼器には蒸気と空気
との混合気が冷却用流体１７３として供給されるととも
に、冷却用流体中に占める蒸気の割合が徐々に増大する
ようになる。また、この間、燃焼器冷却後の冷却用流体
は全量がガスタービン排気に排出される。これにより、
蒸気系への空気の混入が防止される。
【００３９】次いで、所定の時間が経過して加圧空気用
流量調整弁２０１が全閉になり、燃焼器に供給される冷
却用流体が完全に蒸気のみになると、加圧空気用遮断弁
２０３は徐々に閉弁され、同時に蒸気用遮断弁３０３は
徐々に開弁される。加圧空気用遮断弁２０３が全閉にな
り、蒸気用遮断弁３０３が全開になった時点で冷却用流
体の切り換えは完了する。これにより、ガスタービン起
動後負荷が増大して燃焼器１壁の熱負荷が増大した状態
でも、排熱ボイラ１３０で発生する蒸気により燃焼器１
の冷却が充分に行なわれるようになる。
【００４０】次に、この状態からのガスタービンの停止
操作について説明する。停止時には、起動時と逆の操作
が行なわれる。すなわち、ガスタービンを停止する前
に、まず蒸気用遮断弁３０３の閉弁と加圧空気用遮断弁
２０３の開弁とが行なわれ、燃焼器冷却後の蒸気が排気
系に排出されるようにされる。そして、この状態で加圧
空気用流量調整弁２０１が徐々に開弁され、同時に蒸気
用流量調整弁３０１が徐々に閉弁される。これにより、
燃焼器１に供給される冷却用流体は蒸気から加圧空気に
徐々に切り換わり、蒸気用流量調整弁３０１が全閉にな
った時点で切り換えが完了する。ガスタービン１００
は、冷却用流体が蒸気から加圧空気に切り換えられた状
態で所定時間低負荷で運転され、冷却通路、配管等の冷
却系内の蒸気が完全に空気で置換された後停止される。
これにより、ガスタービン停止後、冷却系内に蒸気が残
留することが防止され、停止中にドレーンが発生するこ
とが防止される。
【００４１】なお、本実施形態では、冷却用流体として
の加圧空気はガスタービン圧縮機１０３から供給されて
いるが、加圧空気はガスタービン圧縮機以外の加圧空気
源（例えばガスタービンとは別個の、モータ駆動空気圧
縮機）から供給することも可能であることは言うまでも
ない。
【００４２】
【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、燃焼器
冷却用流体として加圧空気と蒸気とを切り換えて使用可
能としたことにより、ガスタービン起動時に燃焼器冷却
用蒸気を使用せずに燃焼器冷却を行なうことが可能とな
る共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービンの燃焼器の構成の一例を
示す断面図である。
【図２】本発明のガスタービンを使用したコンバインド
サイクルガスタービンプラントの概略構成を示す線図で
ある。
【符号の説明】
１…燃焼器 ５ａ…尾筒 ５ｂ…内筒 １２１…ガスタービン圧縮機 １３０…排熱ボイラ
フロントページの続き (72)発明者 青山 邦明 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 田中 克則 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 タービンにより駆動される圧縮機を用い
    て空気を加圧し、前記圧縮機の吐出加圧空気を燃焼用空
    気として燃焼器に供給して燃料を燃焼させ、発生した燃
    焼ガスで前記タービンを駆動するガスタービンであっ
    て、 前記燃焼器壁に形成された冷却通路に冷却用流体を供給
    し、燃焼器壁を冷却する冷却手段を備え、 前記冷却手段は、前記冷却通路に供給する冷却用流体と
    して加圧空気と蒸気との一方を選択して、若しくは両方
    を同時に、供給可能である、ガスタービン。
  2. 【請求項２】 前記冷却手段は、ガスタービン起動時に
    は前記冷却通路に冷却用流体として加圧空気を供給し、
    ガスタービンが所定の負荷に到達後に、前記冷却通路に
    供給する冷却用流体を加圧空気から蒸気に切り換える、
    請求項１に記載のガスタービン。
  3. 【請求項３】 前記冷却手段は、ガスタービン運転中に
    前記冷却通路に冷却用流体として蒸気を供給している場
    合には、ガスタービンを停止する前に、前記冷却通路に
    供給する冷却用流体を蒸気から加圧空気に切り換える、
    請求項１または請求項２に記載のガスタービン。
  4. 【請求項４】 前記冷却手段は、前記冷却通路に供給す
    る冷却用流体を切り換える際に、切り換え前に使用して
    いる冷却用流体の流量を徐々に減少させるとともに、切
    り換え後に使用する冷却用流体の流量を徐々に増大させ
    る操作を行い、両方の冷却用流体が同時に前記冷却通路
    に供給される期間を設ける、請求項２または請求項３に
    記載のガスタービン。
  5. 【請求項５】 前記ガスタービンは、ガスタービン排気
    熱を回収して蒸気を発生させる排熱ボイラを備え、前記
    冷却手段は前記冷却用流体として前記排熱ボイラで発生
    する蒸気を使用する、請求項２または請求項３に記載の
    ガスタービン。
  6. 【請求項６】 前記冷却手段は、前記冷却用流体として
    前記圧縮機で加圧した空気を使用する、請求項２または
    請求項３に記載のガスタービン。
  7. 【請求項７】 タービンにより駆動される圧縮機を用い
    て空気を加圧し、前記圧縮機の吐出加圧空気を燃焼用空
    気として燃焼器に供給して燃料を燃焼させ、発生した燃
    焼ガスで前記タービンを駆動するガスタービンの起動方
    法であって、 ガスタービン起動時に前記圧縮機で加圧された空気を冷
    却用流体として前記燃焼器壁に形成された冷却通路に供
    給することにより燃焼器の冷却を行い、 ガスタービン起動後、ガスタービン排熱ボイラで発生す
    る蒸気が所定の蒸気条件に到達したときに、前記冷却用
    流体を前記加圧空気から、ガスタービン排熱ボイラで発
    生する蒸気に切り換えて供給することにより燃焼器の冷
    却を行なう、ガスタービン起動方法。
  8. 【請求項８】 タービンにより駆動される圧縮機を用い
    て空気を加圧し、前記圧縮機の吐出加圧空気を燃焼用空
    気として燃焼器に供給して燃料を燃焼させ、発生した燃
    焼ガスで前記タービンを駆動するガスタービンの停止方
    法であって、 ガスタービン運転時に、ガスタービン排熱ボイラで発生
    する蒸気を冷却用流体として前記燃焼器壁に形成された
    冷却通路に供給することにより燃焼器の冷却を行い、ガ
    スタービン停止時には、前記冷却用流体を前記蒸気か
    ら、前記圧縮機により加圧された空気に切り換えて供給
    して燃焼器を冷却した後に、ガスタービンを停止する、
    ガスタービン停止方法。
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