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JP2001090949A - Partial regeneration two-fluid gas turbine with reduced pressure loss and its combustor - Google Patents

Partial regeneration two-fluid gas turbine with reduced pressure loss and its combustor

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Publication number
JP2001090949A
JP2001090949A JP26901299A JP26901299A JP2001090949A JP 2001090949 A JP2001090949 A JP 2001090949A JP 26901299 A JP26901299 A JP 26901299A JP 26901299 A JP26901299 A JP 26901299A JP 2001090949 A JP2001090949 A JP 2001090949A
Authority
JP
Japan
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combustor
air
steam
gas turbine
combustion
Prior art date
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Application number
JP26901299A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4399686B2 (en
Inventor
Moichi Uji
茂一 宇治
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.)
IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co 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 Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd filed Critical Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Publication of JP2001090949A publication Critical patent/JP2001090949A/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動蒸気圧力を高めることなく、抽気空気を
大幅に増加させることができ、これにより空気/蒸気吸
引比を大幅に増加させ、排熱回収部のエクセルギー・ロ
スを減少させ、発電効率を向上させることができる部分
再生式二流体ガスタービンとその燃焼器を提供する。 【解決手段】 圧縮機2で圧縮した空気の一部を燃焼器
3の手前で抽気し、蒸気と混合しタービン排熱で加熱し
た後、この混合ガスを燃焼器に注入する部分再生式二流
体ガスタービンにおいて、圧縮機の抽気ポートaと燃焼
器に空気導入ポートcを設け、燃焼器の燃焼用空気を燃
焼器に直接導入し、残りの圧縮空気を抽気ポートaから
抽気して蒸気と混合し、タービン排熱で加熱後、空気導
入ポートcに導入する。
[PROBLEMS] To significantly increase the bleed air without increasing the driving steam pressure, thereby greatly increasing the air / steam suction ratio, and exergy loss of the exhaust heat recovery unit. The present invention provides a partially regenerative two-fluid gas turbine capable of reducing power generation and improving power generation efficiency, and a combustor thereof. SOLUTION: A partly regenerating two-fluid in which a part of air compressed by a compressor 2 is extracted before a combustor 3, mixed with steam, heated by turbine exhaust heat, and then injected into the combustor. In a gas turbine, an extraction port a of a compressor and an air introduction port c in a combustor are provided, combustion air of the combustor is directly introduced into the combustor, and the remaining compressed air is extracted from the extraction port a and mixed with steam. Then, after being heated by the exhaust heat of the turbine, it is introduced into the air introduction port c.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、発電と水蒸気生成
を行うガスタービン発電設備に係り、更に詳しくは、ガ
スタービンに水蒸気を噴射する部分再生式二流体ガスタ
ービンとその燃焼器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine power generation system for generating power and generating steam, and more particularly to a partially regenerative two-fluid gas turbine for injecting steam into a gas turbine and a combustor thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスタービンへ水蒸気を注入する二流体
サイクルガスタービンとしては、例えば特公昭54−3
4865号の「二作動流体ヒートエンジン」が知られて
いる。この二流体サイクルガスタービン(以下、発明者
の名前からチエン・サイクルと呼ぶ)は、図5に例示す
るように、絞り弁1、コンプレッサー2、燃焼室3、水
処理装置4、ポンプ5、熱交換器6、タービン7、8、
コンデンサー9、等から構成され、大気中から吸入した
空気をコンプレッサー2で圧縮して燃焼室3に供給し、
この圧縮空気で燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生
し、この燃焼ガスによりタービン7、8を駆動してコン
プレッサー4及び負荷を駆動し、更にタービンを出た燃
焼ガスにより熱交換器6で水蒸気を発生させ、コンデン
サー9で水分を回収して大気中に放出するようになって
いる。かかるチエン・サイクルは、燃焼室3に熱交換器
6で発生した水蒸気Sを噴射するためタービンに流入す
る燃焼ガスの流量が増大し、かつ燃焼ガスの比熱が増大
することからタービンの出力と熱効率を高めることがで
きる特徴を有している。
2. Description of the Related Art A two-fluid cycle gas turbine for injecting steam into a gas turbine is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. Sho 54-3.
No. 4865, "Two Working Fluid Heat Engine" is known. As shown in FIG. 5, this two-fluid cycle gas turbine (hereinafter referred to as the chain cycle from the inventor's name) has a throttle valve 1, a compressor 2, a combustion chamber 3, a water treatment device 4, a pump 5, a heat Exchanger 6, turbines 7, 8,
The compressor 9 is composed of a condenser 9 and the like, and the air sucked from the atmosphere is compressed by the compressor 2 and supplied to the combustion chamber 3.
The fuel is burned with the compressed air to generate high-temperature combustion gas, which drives turbines 7 and 8 to drive the compressor 4 and the load, and further uses the combustion gas leaving the turbine to generate heat in the heat exchanger 6. The steam is generated, the water is collected by the condenser 9 and released into the atmosphere. In the chain cycle, the steam S generated in the heat exchanger 6 is injected into the combustion chamber 3 to increase the flow rate of the combustion gas flowing into the turbine and increase the specific heat of the combustion gas. It has the characteristic that can increase.

【0003】また、このチエン・サイクルを改善した二
流体サイクルガスタービンとして、本願発明の発明者
は、特公平8−26780号を創案し出願している。
The inventor of the present invention has filed and applied for Japanese Patent Publication No. 8-26780 as a two-fluid cycle gas turbine having an improved chain cycle.

【0004】特公平8−26780号の「部分再生式二
流体ガスタービン」は、図6に模式的に示すように、空
気を圧縮する圧縮機2と、燃料を燃焼させる燃焼器3
と、燃焼ガスにより駆動され圧縮機を駆動するタービン
7とからなるガスタービンと、水蒸気S(飽和蒸気)を
駆動源として圧縮空気を昇圧しかつ両流体を混合する混
合器10と、タービン7の下流に設けられ混合器10に
よる混合ガスをタービン排気で加熱するための過熱器6
と、過熱器6の下流に設けられタービン排気を熱源とし
て水を蒸発させる排熱ボイラ12と、圧縮機2による圧
縮空気の一部を燃焼器3へその残部を混合器10に導く
ための空気ライン13と、排熱ボイラ12による水蒸気
Sの一部を混合器に送る主蒸気ライン14と、混合器1
0による混合ガスを過熱器6を介して燃焼器3に導くた
めの混合ガスライン15と、を備えたものである。
As shown schematically in FIG. 6, a "partially regenerating two-fluid gas turbine" disclosed in Japanese Patent Publication No. 8-26780 has a compressor 2 for compressing air and a combustor 3 for burning fuel.
A gas turbine comprising: a turbine 7 driven by combustion gas to drive a compressor; a mixer 10 for increasing the pressure of compressed air using steam S (saturated steam) as a driving source and mixing the two fluids; A superheater 6 provided downstream to heat the mixed gas by the mixer 10 with turbine exhaust.
An exhaust heat boiler 12 provided downstream of the superheater 6 for evaporating water using turbine exhaust as a heat source, and air for guiding a part of the compressed air from the compressor 2 to the combustor 3 and the rest to the mixer 10. A line 13, a main steam line 14 for sending a part of the steam S from the exhaust heat boiler 12 to the mixer,
0, and a mixed gas line 15 for guiding the mixed gas according to 0 to the combustor 3 via the superheater 6.

【0005】この部分再生式二流体ガスタービンでは、
ガスタービンの排熱を回収して生成された水蒸気Sで圧
縮空気の一部を吸引・混合し、更に過熱器6でガスター
ビンの排熱回収を行った後、燃焼器内に噴射するので、
ガスタービンの排熱回収で温度を高められた空気の分、
チエン・サイクルより多くのエネルギー回収ができ、サ
イクル効率を向上させることができる。
In this partially regenerating two-fluid gas turbine,
A part of the compressed air is sucked and mixed with the steam S generated by collecting the exhaust heat of the gas turbine, and the exhaust heat of the gas turbine is recovered by the superheater 6 and then injected into the combustor.
The amount of air whose temperature has been increased by exhaust heat recovery of the gas turbine,
More energy can be recovered than in the chain cycle and cycle efficiency can be improved.

【0006】図7は、上述した部分再生式二流体ガスタ
ービンの排熱回収線図である。この図において、横軸は
ガスタービン排ガスを基準とした交換熱量、縦軸は温度
である。なお、横軸は具体的にはガスタービン排ガスの
0℃を基準とするエンタルピーに相当する。この図にお
いて、ガスタービン排ガスは、約550℃から約150
まで冷却され、その熱量で水が飽和温度まで加熱され、
飽和温度で蒸発して飽和蒸気となり、更に加熱されて過
熱蒸気となる。
FIG. 7 is an exhaust heat recovery diagram of the above-mentioned partial regeneration type two-fluid gas turbine. In this figure, the horizontal axis represents the heat exchanged with respect to the gas turbine exhaust gas, and the vertical axis represents the temperature. The abscissa specifically corresponds to the enthalpy of gas turbine exhaust gas based on 0 ° C. In this figure, the gas turbine exhaust gas is from about 550 ° C. to about 150 ° C.
Water is heated to the saturation temperature with that amount of heat,
It evaporates at the saturation temperature to become saturated steam, and is further heated to become superheated steam.

【0007】蒸発後の熱回収が、チエン・サイクルでは
蒸気のみの加熱であるのに対して、部分再生式二流体ガ
スタービンでは蒸気と空気の混合ガスの加熱となる。そ
のため、図7では、圧縮空気の混合により温度が上昇
し、更に混合ガスの流量が増大するので温度上昇勾配が
緩くなる。その結果、図7に斜線で示す領域に相当する
分の有効エネルギーの回収がチエン・サイクルより多く
なり、その分サイクル効率が向上する。
[0007] The heat recovery after evaporation is heating only steam in the chain cycle, while heating the mixed gas of steam and air in the partially regenerating two-fluid gas turbine. Therefore, in FIG. 7, the temperature rises due to the mixing of the compressed air, and the flow rate of the mixed gas further increases, so that the temperature rise gradient becomes gentle. As a result, the recovery of the effective energy corresponding to the area shown by hatching in FIG. 7 is larger than that of the chain cycle, and the cycle efficiency is improved accordingly.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図6の部分再
生式二流体ガスタービンでは、サイクル効率を向上させ
るため、混合器10で吸引される圧縮空気を増加させる
必要がある。ところが、圧縮機2の抽気ポート(図中a
点)と、燃焼器3の導入ポート(図中b点)は、構造上
近接しており、その間の圧力損失(以下、圧損)は数百
mmAq程度にすぎないが、これに対して、過熱器6に
おける圧損は、数千mmAq(例えば約3000mmA
q)に達する。このため、抽気空気を増加させるために
は、混合器の昇圧性能を大幅に上げる必要があり、混合
器に供給する駆動蒸気圧力を大幅に高める必要があっ
た。
However, in the partially regenerative two-fluid gas turbine shown in FIG. 6, it is necessary to increase the amount of compressed air sucked by the mixer 10 in order to improve the cycle efficiency. However, the bleed port of the compressor 2 (a
Point) and the introduction port (point b in the figure) of the combustor 3 are structurally close to each other, and the pressure loss (hereinafter, pressure loss) therebetween is only about several hundred mmAq. The pressure loss in the vessel 6 is several thousand mmAq (for example, about 3000 mmA
q). For this reason, in order to increase the bleed air, it is necessary to greatly increase the boosting performance of the mixer, and it is necessary to greatly increase the driving steam pressure supplied to the mixer.

【0009】すなわち、混合器により排熱回収熱交換器
(過熱器6)の圧損および燃焼器への導入ポートの静圧
に打勝って、空気/蒸気吸引比を増加させる必要がある
が、混合器の昇圧性能には限度があり、吸引比の大幅な
増加は困難であった。
That is, it is necessary to increase the air / steam suction ratio by overcoming the pressure loss of the exhaust heat recovery heat exchanger (superheater 6) and the static pressure of the introduction port to the combustor by the mixer. The pressurizing performance of the vessel was limited, and it was difficult to significantly increase the suction ratio.

【0010】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、駆動
蒸気圧力を高めることなく、抽気空気を大幅に増加させ
ることができ、これにより空気/蒸気吸引比を大幅に増
加させ、排熱回収部のエクセルギー・ロスを減少させ、
発電効率を向上させることができる部分再生式二流体ガ
スタービンとその燃焼器を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to significantly increase the bleed air without increasing the driving steam pressure, thereby greatly increasing the air / steam suction ratio and reducing the exergy loss of the exhaust heat recovery unit. Decrease
An object of the present invention is to provide a partially regenerative two-fluid gas turbine capable of improving power generation efficiency and a combustor thereof.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】燃焼器自体の圧損、すな
わち燃焼器を構成するスワールの圧損と、燃焼域におけ
る燃焼時の流速増加による圧損の総和は、通常、数千m
mAq(例えば約3000mmAq)に達する。本発明
者は、この部分をバイパスさせることにより、吸引比の
増大が可能であることに着眼した。本発明はかかる新規
の知見に基づくものである。
The sum of the pressure loss of the combustor itself, that is, the pressure loss of the swirl constituting the combustor and the pressure loss due to the increase in the flow velocity during combustion in the combustion zone is usually several thousand m.
mAq (eg, about 3000 mmAq). The present inventor has noticed that the suction ratio can be increased by bypassing this portion. The present invention is based on such a new finding.

【0012】すなわち、本発明によれば、圧縮機(2)
で圧縮した空気の一部を燃焼器(3)の手前で抽気し、
蒸気と混合しタービン排熱で加熱した後、この混合ガス
を燃焼器に注入する部分再生式二流体ガスタービンにお
いて、圧縮機の抽気ポートaと燃焼域をバイパスした位
置に空気導入ポートcを設け、燃焼器の燃焼用空気を燃
焼器に直接導入し、残りの圧縮空気を抽気ポートaから
抽気して蒸気と混合し、タービン排熱で加熱後、空気導
入ポートcに導入する、ことを特徴とする圧損低減型部
分再生式二流体ガスタービンが提供される。
That is, according to the present invention, a compressor (2)
A part of the air compressed in is extracted before the combustor (3),
In a partially regenerative two-fluid gas turbine that mixes with steam and heats it with turbine exhaust heat, this mixed gas is injected into a combustor. In a partially regenerative two-fluid gas turbine, an air introduction port c is provided at a position that bypasses a bleed port a of the compressor and a combustion zone. The combustion air of the combustor is directly introduced into the combustor, the remaining compressed air is extracted from the extraction port a, mixed with steam, heated by turbine exhaust heat, and then introduced into the air introduction port c. Pressure-reduction type partially regenerating two-fluid gas turbine is provided.

【0013】本発明の好ましい実施形態によれば、抽気
ポートaから抽気した圧縮空気と水蒸気と混合する混合
器(22)と、該混合器による混合ガスをタービン排熱
で加熱後、空気導入ポートcに導く混合ガスライン(2
4)とを備える。
According to a preferred embodiment of the present invention, a mixer (22) for mixing the compressed air and steam extracted from the extraction port (a) with the mixed gas heated by the turbine exhaust heat and then supplied to the air inlet port c mixed gas line (2
4).

【0014】上記本発明の構成によれば、抽気ポートa
から抽気した抽気空気を、蒸気と混合し加熱後に空気導
入ポートcから燃焼域をバイパスして直接導入でき、こ
れにより、抽気して導入するラインの圧損が、燃焼域を
通過する圧損と同等になる。従って、燃焼による圧損と
過熱器を経由する圧損とが並列となり、混合器の昇圧性
能を高めることなく、混合器の吸引比(空気/蒸気比)
を大幅に増大させることができる。これにより、排熱回
収に使用できる圧縮空気を増加させることができ、その
結果として、サイクル効率を増加させることができる。
According to the configuration of the present invention, the bleed port a
Bleed air extracted from the above can be mixed with steam, heated and directly introduced from the air introduction port c, bypassing the combustion area, whereby the pressure loss of the line extracted and introduced becomes equal to the pressure loss passing through the combustion area. Become. Therefore, the pressure loss due to combustion and the pressure loss passing through the superheater become parallel, and the suction ratio (air / steam ratio) of the mixer can be increased without increasing the boosting performance of the mixer.
Can be greatly increased. As a result, compressed air that can be used for exhaust heat recovery can be increased, and as a result, cycle efficiency can be increased.

【0015】また、本発明によれば、燃焼域(31a)
と希釈域(31b)を内側に有する燃焼器ライナー(3
2)と、燃焼域より上流側に設けられた抽気ポート(3
4)と、燃焼器ライナーの希釈域に直接連通した空気導
入ポート(36)とを備え、これにより、圧縮空気の一
部を抽気ポートから抽気し、圧縮空気と蒸気との混合ガ
スを空気導入ポートから希釈域に直接導入する、ことを
特徴とするガスタービン用燃焼器が提供される。
According to the present invention, the combustion zone (31a)
And a combustor liner (3) having a dilution zone (31b) inside.
2) and a bleed port (3
4) and an air introduction port (36) directly communicating with the dilution area of the combustor liner, whereby a part of the compressed air is extracted from the extraction port, and a mixed gas of the compressed air and the steam is introduced into the air. A combustor for a gas turbine, wherein the combustor is directly introduced into a dilution zone from a port.

【0016】かかる燃焼器により、抽気ポート(34)
から大量の圧縮空気を抽気し、空気導入ポート(36)
から燃焼域をバイパスして大量の混合ガス(空気と蒸
気)を低圧損で導入できる。
With this combustor, the bleed port (34)
A large amount of compressed air is extracted from the air inlet port (36)
A large amount of mixed gas (air and steam) can be introduced with low pressure loss by bypassing the combustion zone.

【0017】更に、本発明によれば、燃焼域(31a)
と希釈域(31b)を内側に有する燃焼器ライナー(3
2)と、燃焼域(31a)と希釈域(31b)の中間位
置で燃焼器ケーシング(38)と燃焼器ライナーの間を
仕切る隔壁(39)とを備え、希釈域(31b)の燃焼
器ライナーはケーシングとの隙間と連通する開口(32
a)を有し、これにより、燃焼用空気を隔壁の燃焼域側
に供給して燃焼域に直接流入させ、圧縮空気と蒸気との
混合ガスを隔壁の希釈域側に供給し、開口(32a)を
通して希釈域に流入させる、ことを特徴とするガスター
ビン用燃焼器が提供される。
Furthermore, according to the present invention, the combustion zone (31a)
And a combustor liner (3) having a dilution zone (31b) inside.
2) and a partition (39) partitioning between the combustor casing (38) and the combustor liner at an intermediate position between the combustion zone (31a) and the dilution zone (31b), and the combustor liner in the dilution zone (31b). Is an opening (32) communicating with a gap with the casing.
a), whereby the combustion air is supplied to the combustion area side of the partition wall and directly flows into the combustion area, and the mixed gas of the compressed air and the steam is supplied to the dilution area side of the partition wall to open the opening (32a ) To a dilution zone.

【0018】この構成によっても、抽気ポートから大量
の圧縮空気を抽気し、圧縮空気と蒸気との混合ガスを隔
壁の希釈域側に供給し、開口(32a)を通して希釈域
に低圧損で流入させることができる。
According to this configuration, a large amount of compressed air is extracted from the extraction port, and a mixed gas of compressed air and steam is supplied to the dilution area side of the partition wall, and flows into the dilution area through the opening (32a) with low pressure loss. be able to.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を使用する。図1は、本発明によ
る圧損低減型部分再生式二流体ガスタービンの全体構成
図である。この図において、本発明による部分再生式二
流体ガスタービンは、空気Aを圧縮する圧縮機2と、燃
料Fを燃焼させる燃焼器3と、燃焼ガスEにより駆動さ
れ圧縮機2を駆動するタービン7とからなるガスタービ
ンと、タービン7の下流に設けられた過熱器6と、圧縮
機2による圧縮空気の一部を燃焼器へその残部を混合器
に導く空気ライン13とを備えている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the same reference numerals are used for common parts in each drawing. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a partially regenerating two-fluid gas turbine with reduced pressure loss according to the present invention. In this figure, a partially regenerating two-fluid gas turbine according to the present invention includes a compressor 2 for compressing air A, a combustor 3 for burning fuel F, and a turbine 7 driven by combustion gas E to drive the compressor 2. , A superheater 6 provided downstream of the turbine 7, and an air line 13 for guiding a part of the compressed air from the compressor 2 to the combustor and the rest to the mixer.

【0020】本発明の部分再生式二流体ガスタービン
は、更に、圧縮機の抽気ポートaから抽気した圧縮空気
と水蒸気と混合する混合器22と、混合器22による混
合ガスをタービン排熱で加熱後、空気導入ポートcに導
く混合ガスライン24とを備える。タービン7の下流に
設けられた過熱器6は、混合器22による混合ガスをタ
ービン排気で更に加熱する。
The partially regenerative two-fluid gas turbine of the present invention further includes a mixer 22 for mixing the compressed air and steam extracted from the extraction port a of the compressor with steam, and heating the mixed gas by the mixer 22 with turbine exhaust heat. And a mixed gas line 24 leading to the air introduction port c. The superheater 6 provided downstream of the turbine 7 further heats the mixed gas from the mixer 22 with turbine exhaust.

【0021】この実施形態において、混合器22は、主
蒸気ライン14により排熱ボイラ12から供給される飽
和水蒸気Sで駆動され圧縮空気を吸引するエジェクタで
ある。なお、本発明において、混合器22はエジェクタ
に限られず、空気ライン13内の圧縮空気の逆流を防げ
るかぎりで、圧損の小さい他の形式の混合機器でもよ
い。混合ガスライン24は、混合器22による混合ガス
(空気と蒸気)を過熱器6内でタービン排熱で加熱後、
空気導入ポートcに導くようになっている。また。空気
導入ポートcは、燃焼器の燃焼域をバイパスした位置、
すなわち圧縮機の抽気ポートaより数千mmAq(例え
ば約3000mmAq)程度静圧が低くなった位置に設
けられている。
In this embodiment, the mixer 22 is an ejector that is driven by the saturated steam S supplied from the exhaust heat boiler 12 through the main steam line 14 and sucks compressed air. In the present invention, the mixer 22 is not limited to the ejector, and may be another type of mixing device having a small pressure loss as long as the backflow of the compressed air in the air line 13 can be prevented. The mixed gas line 24 heats the mixed gas (air and steam) by the mixer 22 with the turbine exhaust heat in the superheater 6,
It leads to the air introduction port c. Also. The air introduction port c is located at a position bypassing the combustion zone of the combustor,
That is, it is provided at a position where the static pressure is lower by about several thousand mmAq (for example, about 3000 mmAq) than the bleed port a of the compressor.

【0022】上述した構成により、圧縮機の抽気ポート
aから圧縮空気を大量(例えば全体の6〜7割)に抽気
し、残りの空気を燃焼用空気として燃焼器に直接導入
し、抽気した圧縮空気を蒸気と混合し、タービン排熱で
加熱後、空気導入ポートcに導入することができる。
この構成によれば、抽気して導入するラインの圧損が、
燃焼域を通過する圧損と同等になるので、燃焼による圧
損と過熱器を経由する圧損とが並列となり、混合器の昇
圧性能を高めることなく、混合器の吸引比(空気/蒸気
比)を大幅に増大させることができる。
With the above-described structure, a large amount (for example, 60 to 70% of the whole) of compressed air is extracted from the extraction port a of the compressor, and the remaining air is directly introduced into the combustor as combustion air, and the compressed air is extracted. After the air is mixed with the steam and heated by the turbine exhaust heat, it can be introduced into the air introduction port c.
According to this configuration, the pressure loss of the line to be extracted and introduced is:
Since the pressure loss is equal to the pressure loss passing through the combustion zone, the pressure loss due to combustion and the pressure loss passing through the superheater are paralleled, and the suction ratio (air / steam ratio) of the mixer is greatly increased without increasing the boosting performance of the mixer. Can be increased.

【0023】図2は、図1の排熱回収線図である。この
図において、横軸はガスタービン排ガスを基準とした交
換熱量(ガスタービン排ガスの0℃を基準とするエンタ
ルピー)であり、縦軸は温度である。
FIG. 2 is an exhaust heat recovery diagram of FIG. In this figure, the horizontal axis represents the heat exchanged on the basis of the gas turbine exhaust gas (enthalpy based on 0 ° C. of the gas turbine exhaust gas), and the vertical axis represents the temperature.

【0024】この図において、ガスタービン排ガスは、
約550℃から約160℃まで冷却され、その熱量で水
が飽和温度まで加熱され、飽和温度で蒸発して飽和蒸気
となり、更に加熱されて過熱蒸気となる。
In this figure, the exhaust gas of the gas turbine is
The water is cooled from about 550 ° C. to about 160 ° C., and the heat is used to heat the water to a saturation temperature, evaporate at the saturation temperature to a saturated steam, and further heat to a superheated steam.

【0025】図1から明らかなように、排熱ボイラ12
には給水(例えば約50℃)が供給され、その一部が低
圧(例えば約20kg/cm2g)の飽和蒸気として、
蒸気ドラム、主蒸気ライン14を介して混合器22に供
給される。この蒸気の蒸発線は、図2における約200
℃の定温線である。
As is clear from FIG. 1, the exhaust heat boiler 12
Is supplied with water (for example, about 50 ° C.), and a part of the water is supplied as low-pressure (for example, about 20 kg / cm 2 g) saturated steam.
It is supplied to a mixer 22 via a steam drum, the main steam line 14. This vapor evaporation line is approximately 200 in FIG.
It is a constant temperature line of ° C.

【0026】次いで、その後の過熱器6における加熱で
は、混合器22で大量の空気が低圧蒸気に混合されてい
るので、空気量及び蒸気量とも従来より多く、温度上昇
勾配が一層緩くなる。
Next, in the subsequent heating in the superheater 6, since a large amount of air is mixed with the low-pressure steam in the mixer 22, both the amount of air and the amount of steam are larger than before, and the temperature rise gradient is further gentle.

【0027】この排熱回収線図を従来の図7と比較する
と明らかなように、本発明の構成では、空気量及び蒸気
量とも従来より多いため、蒸気と空気の混合ガスの温度
上昇勾配が排ガスの温度勾配に一層近くなり、かつ相対
的に蒸発水量が少なくなるため、蒸発完了位置の交換熱
量が低くなっている。言い換えれば、蒸気と空気の混合
ガスに回収される熱量が多くなり、結果として、図2に
斜線で示す領域に相当する分のエネルギー回収が図7よ
り増え、この例では、発電機端効率を従来の最大約3
9.8%から更に約41.0%に、サイクル効率で約5
%向上させることができることがわかる。
As is apparent from comparison of this exhaust heat recovery diagram with the conventional FIG. 7, since the air amount and the steam amount of the configuration of the present invention are both larger than those of the prior art, the temperature rise gradient of the mixed gas of steam and air is increased. Since the temperature becomes closer to the temperature gradient of the exhaust gas and the amount of evaporated water is relatively reduced, the amount of exchanged heat at the evaporation completion position is reduced. In other words, the amount of heat recovered in the mixed gas of steam and air is increased, and as a result, the energy recovery corresponding to the area shown by the diagonal lines in FIG. 2 is increased as compared with FIG. 7, and in this example, the generator end efficiency is reduced. Conventional maximum of about 3
From 9.8% to about 41.0%, a cycle efficiency of about 5
% Can be improved.

【0028】図3は、本発明によるガスタービン用燃焼
器の全体構成図である。この図に示すように、本発明の
ガスタービン用燃焼器30は、燃焼域31aと希釈域3
1bを内側に有する燃焼器ライナー32と、燃焼域31
aより上流側に設けられた抽気ポート34と、燃焼器ラ
イナー32の希釈域31bに直接連通した空気導入ポー
ト36とを備える。なおこの図で、Z-Zは、圧縮機2
とタービン7の回転中心である。
FIG. 3 is an overall configuration diagram of a gas turbine combustor according to the present invention. As shown in this figure, a gas turbine combustor 30 of the present invention has a combustion zone 31a and a dilution zone 3
1b inside and a combustion zone 31
a combustor liner 32 and an air inlet port 36 directly connected to the dilution zone 31b of the combustor liner 32. In this figure, Z-Z is the compressor 2
And the rotation center of the turbine 7.

【0029】この構成により、圧縮空気の一部を抽気ポ
ート34から抽気し、圧縮空気と蒸気との混合ガスを空
気導入ポート36から希釈域に直接導入することがで
き、抽気ポート34から大量の圧縮空気を抽気し、空気
導入ポート36から燃焼域をバイパスして大量の混合ガ
ス(空気と蒸気)を低圧損で導入できる。
With this configuration, a part of the compressed air is extracted from the extraction port 34, and a mixed gas of the compressed air and the steam can be directly introduced from the air introduction port 36 into the dilution zone. A large amount of mixed gas (air and steam) can be introduced with low pressure loss by extracting compressed air and bypassing the combustion area from the air introduction port 36.

【0030】図4は、本発明によるガスタービン用燃焼
器の別の模式図である。本発明のガスタービン用燃焼器
30は、燃焼域31aと希釈域31bを内側に有する燃
焼器ライナー32と、燃焼域31aと希釈域31bの中
間位置で燃焼器ケーシング38と燃焼器ライナーの間を
仕切る隔壁39とを備える。また、希釈域31bの燃焼
器ライナー32はケーシング38との隙間と連通する開
口32aを有する。
FIG. 4 is another schematic diagram of a gas turbine combustor according to the present invention. The gas turbine combustor 30 of the present invention includes a combustor liner 32 having a combustion zone 31a and a dilution zone 31b inside, and a combustor casing 38 and a combustor liner at an intermediate position between the combustion zone 31a and the dilution zone 31b. And a partition wall 39 for partitioning. Further, the combustor liner 32 in the dilution zone 31b has an opening 32a communicating with a gap with the casing 38.

【0031】この構成により、燃焼用空気を隔壁39の
燃焼域側に供給して燃焼域に直接流入させ、圧縮空気と
蒸気との混合ガスを隔壁39の希釈域側に供給し、開口
32aを通して希釈域に流入させることができ、抽気ポ
ートから大量の圧縮空気を抽気し、圧縮空気と蒸気との
混合ガスを開口32aを通して希釈域に低圧損で流入さ
せることができる。
With this configuration, the combustion air is supplied to the combustion area side of the partition wall 39 to flow directly into the combustion area, and the mixed gas of the compressed air and the steam is supplied to the dilution area side of the partition wall 39, and is supplied through the opening 32a. A large amount of compressed air can be extracted from the extraction port, and a mixed gas of compressed air and steam can be introduced into the dilution area with low pressure loss through the opening 32a.

【0032】上述したように本発明によれば、低圧損の
混合器と低圧損でバイパス可能な燃焼器との組合わせで
エクセルギ・ロスを抑えて効率よく空気/蒸気吸引比を
大幅に増加させ、発電効率を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, the combination of a low-pressure-drop mixer and a low-pressure-drop bypass combustor suppresses exergy loss and increases the air / steam suction ratio efficiently and greatly. In addition, power generation efficiency can be improved.

【0033】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously changed without departing from the gist of the present invention.

【0034】[0034]

【発明の効果】上述したように、本発明の圧損低減型部
分再生式二流体ガスタービンとその燃焼器は、駆動蒸気
圧力を高めることなく、抽気空気を大幅に増加させるこ
とができ、これにより空気/蒸気吸引比を大幅に増加さ
せ、排熱回収部のエクセルギー・ロスを減少させ、発電
効率を向上させることができる、等の優れた効果を有す
る。
As described above, the partial pressure regenerating type two-fluid gas turbine of the present invention and the combustor thereof can greatly increase the bleed air without increasing the driving steam pressure. It has excellent effects such as greatly increasing the air / steam suction ratio, reducing exergy loss in the exhaust heat recovery section, and improving power generation efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による圧損低減型部分再生式二流体ガス
タービンの全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a pressure-loss reduction type partially regenerating two-fluid gas turbine according to the present invention.

【図2】図1の排熱回収線図である。FIG. 2 is an exhaust heat recovery diagram of FIG.

【図3】本発明によるガスタービン用燃焼器の全体構成
図である。
FIG. 3 is an overall configuration diagram of a gas turbine combustor according to the present invention.

【図4】本発明によるガスタービン用燃焼器の別の模式
図である。
FIG. 4 is another schematic diagram of a gas turbine combustor according to the present invention.

【図5】従来の二流体式ガスタービンの全体構成図であ
る。
FIG. 5 is an overall configuration diagram of a conventional two-fluid gas turbine.

【図6】先行出願の部分再生式二流体式ガスタービンの
全体構成図である。
FIG. 6 is an overall configuration diagram of a partially regenerating two-fluid gas turbine of the prior application.

【図7】図6の排熱回収線図である。FIG. 7 is an exhaust heat recovery diagram of FIG. 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絞り弁 2 圧縮機(コンプレッサー) 3 燃焼器(燃焼室) 4 水処理装置 5 ポンプ 6 過熱器 7、8 タービン 9 コンデンサー 10 混合器(エジェクタ) 12 排熱ボイラ 13 空気ライン 14 主蒸気ライン 15 混合ガスライン 22 混合器 24 混合ガスライン 31a 燃焼域 31b 希釈域 32 燃焼器ライナー 34 抽気ポート 36 空気導入ポート 38 燃焼器ケーシング A 空気 F 燃料 S 蒸気 E 燃焼ガス W 給水 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Throttle valve 2 Compressor (compressor) 3 Combustor (combustion chamber) 4 Water treatment device 5 Pump 6 Superheater 7, 8 Turbine 9 Condenser 10 Mixer (ejector) 12 Waste heat boiler 13 Air line 14 Main steam line 15 Mixing Gas line 22 Mixer 24 Mixed gas line 31a Combustion zone 31b Dilution zone 32 Combustor liner 34 Bleed port 36 Air introduction port 38 Combustor casing A Air F Fuel S Steam E Combustion gas W Water supply

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧縮機(2)で圧縮した空気の一部を燃
焼器(3)の手前で抽気し、蒸気と混合しタービン排熱
で加熱した後、この混合ガスを燃焼器に注入する部分再
生式二流体ガスタービンにおいて、 圧縮機の抽気ポートaと燃焼器に空気導入ポートcを設
け、燃焼器の燃焼用空気を燃焼器に直接導入し、残りの
圧縮空気を抽気ポートaから抽気して蒸気と混合し、タ
ービン排熱で加熱後、空気導入ポートcに導入する、こ
とを特徴とする圧損低減型部分再生式二流体ガスタービ
ン。
1. A part of air compressed by a compressor (2) is extracted before a combustor (3), mixed with steam, heated by turbine exhaust heat, and then injected into the combustor. In the partially regenerative two-fluid gas turbine, an extraction port a of the compressor and an air introduction port c are provided in the combustor, combustion air of the combustor is directly introduced into the combustor, and the remaining compressed air is extracted from the extraction port a. A pressure-reduced partially regenerating two-fluid gas turbine, wherein the gas is mixed with steam, heated by turbine exhaust heat, and then introduced into an air introduction port c.
【請求項2】 抽気ポートaから抽気した圧縮空気と水
蒸気と混合する混合器(22)と、該混合器による混合
ガスをタービン排熱で加熱後、空気導入ポートcに導く
混合ガスライン(24)とを備えた、ことを特徴とする
請求項1に記載の部分再生式二流体ガスタービン。
2. A mixer (22) for mixing the compressed air and steam extracted from the extraction port (a) with steam, and a mixed gas line (24) for guiding the mixed gas by the mixer with turbine exhaust heat and leading it to an air introduction port (c). 2. The partially regenerating two-fluid gas turbine according to claim 1, further comprising:
【請求項3】 燃焼域(31a)と希釈域(31b)を
内側に有する燃焼器ライナー(32)と、燃焼域より上
流側に設けられた抽気ポート(34)と、燃焼器ライナ
ーの希釈域に直接連通した空気導入ポート(36)とを
備え、 これにより、圧縮空気の一部を抽気ポートから抽気し、
圧縮空気と蒸気との混合ガスを空気導入ポートから希釈
域に直接導入する、ことを特徴とするガスタービン用燃
焼器。
3. A combustor liner (32) having a combustion zone (31a) and a dilution zone (31b) inside, a bleed port (34) provided upstream of the combustion zone, and a combustor liner dilution zone. And an air introduction port (36) directly communicating with the air intake port, whereby a part of the compressed air is extracted from the extraction port,
A gas turbine combustor, wherein a mixed gas of compressed air and steam is directly introduced into a dilution zone from an air introduction port.
【請求項4】 燃焼域(31a)と希釈域(31b)を
内側に有する燃焼器ライナー(32)と、燃焼域(31
a)と希釈域(31b)の中間位置で燃焼器ケーシング
(38)と燃焼器ライナーの間を仕切る隔壁(39)と
を備え、希釈域(31b)の燃焼器ライナーはケーシン
グとの隙間と連通する開口(32a)を有し、 これにより、燃焼用空気を隔壁の燃焼域側に供給して燃
焼域に直接流入させ、圧縮空気と蒸気との混合ガスを隔
壁の希釈域側に供給し、開口(32a)を通して希釈域
に流入させる、ことを特徴とするガスタービン用燃焼
器。
4. A combustor liner (32) having a combustion zone (31a) and a dilution zone (31b) inside, and a combustion zone (31).
a) and a partition wall (39) partitioning between the combustor casing (38) and the combustor liner at an intermediate position between the dilution zone (31b), and the combustor liner in the dilution zone (31b) communicates with a gap between the casing and the casing. An opening (32a) for supplying combustion air to the combustion area side of the partition wall to directly flow into the combustion area, and supplying a mixed gas of compressed air and steam to the dilution area side of the partition wall; A combustor for a gas turbine, wherein the combustor flows into a dilution zone through an opening (32a).
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