专利名称：复合循环发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用燃气涡轮的废热将从蒸汽涡轮的高压室排出的蒸汽再次加热，并将该再热后的蒸汽导入中压室，而驱动所述蒸汽涡轮的复合循环发电装置，尤其是涉及一种能够有效地对所述中压涡轮的涡轮转子进行冷却的复合循环发电装置。
背景技术：
以往，已知有一种将燃气涡轮与蒸汽涡轮组合而成的复合循环发电装置。将燃气涡轮与蒸汽涡轮组合的复合循环发电装置利用燃气涡轮的废热来驱动蒸汽涡轮，由此能够高效地发电，因此燃料消耗少，排出CO2也少，因此近年来的需要扩大。所述复合循环发电装置利用燃气涡轮的废热，对从蒸汽涡轮的高压室排出的蒸汽进行再次加热，并将该再热后的蒸汽(再热蒸汽)导入中压室，由此来驱动所述蒸汽涡轮。在前述的将燃气涡轮与蒸汽涡轮组合的复合循环发电装置中，向高压涡轮导入的主蒸汽与向中压涡轮导入的再热蒸汽的温度大致相同，但由于中压涡轮比高压涡轮使用的叶片的叶片直径大，因此与蒸汽涡轮的驱动相伴的叶片的离心力大，尤其是中压涡轮的蒸汽入口部附近的涡轮转子或叶片根部在蠕变强度方面残留有课题。因此，复合循环发电装置的中压涡轮需要对涡轮转子进行冷却。
图4是以往的复合循环发电装置的中压涡轮的涡轮转子的冷却的说明图，表示构成复合循环发电装置的蒸汽涡轮系统的高压涡轮入口部周边及中压涡轮入口部周边。蒸汽涡轮系统03具有中压涡轮2及高压涡轮4。中压涡轮2具有由多个静叶片24a、24b、24c……构成的静叶片列；对第一级的静叶片24a的叶片根23a及前端23b进行支承并对第二级以后的静叶片24b、24c……的叶片根进行支承的中压机室22 ;由多个动叶片26a.26b.26c……构成的动叶片列。而且，高压涡轮4具有由多个静叶片44a、44b、44c……构成的静叶片列；对第一级的静叶片44a的叶片根43a及前端43b进行支承并对第二级以后的静叶片44b、44c……的叶片根进行支承的高压机室42 ;由多个动叶片46a、46b、46c……构成的动叶片列。另外，设有向中压涡轮2导入再热蒸汽的再热蒸汽入口 3和向高压涡轮4导入主蒸汽的主蒸汽入口 5，中压涡轮2的蒸汽入口与高压涡轮4的蒸汽入口配置在对置的方向。而且，在中压涡轮2与高压涡轮4之间，设有用于与由中压涡轮2产生的推力之间取得平衡的中压虚设部6和用于与由高压涡轮4产生的推力之间取得平衡的高压虚设部7，在中压虚设部6与闻压虚设部7之间设有空间部8。在图4所示的蒸汽涡轮系统03中，从高压涡轮4的第一级的静叶片44a与第一级的动叶片44b之间，抽出由第一级的静叶片44a减压后的主蒸汽的一部分作为冷却蒸汽，经由高压虚设部7及低压虚设部6，向中压室4导入，由此对中压涡轮2内的涡轮转子28进行冷却。需要说明的是，图4中的C所示的涂黑的箭头表示所述冷却蒸汽的流动，该冷却蒸汽的一部分用于涡轮转子28的冷却，一部分经由空间部8而与高压涡轮4的排气合流，由再热器(未图示)再次加热而成为再热蒸汽的一部分。
然而，近年来，在图4所示的复合循环发电装置中，伴随着燃气涡轮的高温化技术开发的进展，向高压涡轮导入的主蒸汽温度和由燃气涡轮的废热进行再次加热而向中压涡轮导入的再热蒸汽温度发生高温化。此外，为了复合循环发电装置整体的循环的效率化而在高压涡轮中使用的叶片的动叶片相反化不断发展，与以往的使用冲击叶片的情况相比，所述冷却蒸汽温度存在变高的倾向。因此，在图4所示的技术中，中压涡轮的涡轮转子28的冷却效果可能不充分。另外，在复合循环发电装置中，作为能够对中压涡轮的涡轮转子28进行冷却的其他的技术，在专利文献I中公开了如下的技术一种复合发电设备，其具备燃气涡轮设备和废热回收锅炉，该燃气涡轮设备包括压缩机、燃烧器、燃气涡轮，该废热回收锅炉将包含高压涡轮、中压涡轮、低压涡轮在内的蒸汽涡轮设备组合，利用燃气涡轮废热来产生驱动所述各蒸汽涡轮的高压蒸汽、中压蒸汽、低压蒸汽，在所述复合发电设备中，使用废热回收锅炉的中压产生蒸汽即中压锅筒的比饱和温度高的温度的蒸汽作为燃烧器尾管的冷却蒸汽，将冷却后升温的冷却蒸汽向中压涡轮回收，并使用由高压涡轮出口抽取的蒸汽，对燃气涡轮叶片进行冷却，将冷却后升温的冷却蒸汽向废热回收锅炉的再热器的中间部回收。
在先技术文献专利文献专利文献I日本专利第3500020号公报
发明内容
发明的概要发明要解决的课题然而，专利文献I公开的技术中，将所述废热回收锅炉的中压发生蒸汽即中压锅筒的比饱和温度高的温度的蒸汽作为燃烧器尾管的冷却蒸汽使用之后升温，向中压涡轮回收，由此能够将该蒸汽(尾管冷却蒸汽)用于中压涡轮的涡轮转子的冷却，不过是在将该尾管冷却蒸汽与向中压涡轮导入的再热蒸汽混合之后，将尾管冷却蒸汽向中压涡轮导入。由此，虽然中压涡轮能够冷却，但由于将尾管冷却蒸汽与中压涡轮导入前的再热蒸汽混合，因此通过尾管冷却蒸汽也将再热蒸汽冷却，存在复合发电设备整体的热循环效率下降的课题。因此，本发明鉴于现有技术的问题点，目的在于提供一种不降低整体的热循环效率，而能够有效地对中压涡轮的涡轮转子进行冷却的复合循环发电装置。用于解决课题的手段为了解决上述的课题，本发明涉及一种复合循环发电装置，利用燃气涡轮的废热将从蒸汽涡轮的高压室排出的蒸汽再次加热，将该蒸汽导入中压室，对所述蒸汽涡轮进行驱动，其中，比从所述高压室排出的蒸汽的温度高且对所述燃气涡轮进行了冷却之后的冷却蒸汽从冷却蒸汽入口向所述中压室导入而进行冷却，该冷却蒸汽入口与由所述燃气涡轮的废热再次加热后的再热蒸汽所导入的再热蒸汽入口不同。通过将所述冷却蒸汽从与所述再热蒸汽不同的冷却蒸汽入口向所述中压室导入，不会对再热蒸汽进行冷却就能够将所述冷却室向中压室导入，从而能够避免复合发电设备整体的热循环效率的下降。
此外，对所述燃气涡轮进行了冷却之后的冷却蒸汽比所述再热蒸汽的温度低，因此通过将该冷却蒸汽向中压室导入，而能够有效地对中压涡轮的涡轮转子进行冷却。需要说明的是，所述高压室的出口蒸汽与再热蒸汽相比，温度大幅降低，因此假设将高压室的出口蒸汽使用作为所述冷却蒸汽时，由于再热蒸汽与高压室的出口蒸汽的大的温度差，而难以控制中压室内的温度。因此，容易进行中压室内的温度管理，从而无需使用比从所述高压室排出的蒸汽的温度高的蒸汽作为所述冷却蒸汽。另外，可以是，所述中压室包括对紧接着所述再热蒸汽入口之后配置的第一级的静叶片的叶片根及前端进行支承，并对第二级以后的静叶片列的叶片根进行支承的中压机室；具有中压动叶片列且收纳在所述中压机室内的中压转子，所述冷却蒸汽入口经由将所述第一级的静叶片支承在所述中压机室中的位置处的、所述中压机室与所述中压转子的间隙，而连通在所述第一级的静叶片与第一级的动叶片之间。由此，再热蒸汽在第一级的静叶片中进行作功而下降至接近所述冷却蒸汽的温度 之后，将所述冷却蒸汽向中压室导入。因此，不用通过所述冷却蒸汽降低再热温度而能够向中压室导入，能够使再热蒸汽在中压室中再有效地作功。另外，可以是，所述冷却蒸汽比所述再热蒸汽的压力高，在所述中压室与高压室之间设置将所述高压室及所述中压室分隔的虚设部，并使该虚设部与所述再热蒸汽入口连通。由此，通过所述冷却蒸汽也能够冷却所述虚设部而扩大冷却范围。另外，可以是，所述冷却蒸汽是对所述燃气涡轮的燃烧器进行了冷却之后的尾管冷却蒸汽。所述尾管冷却蒸汽与通常再热蒸汽进行混合而处理，因此通过该尾管冷却蒸汽对再热蒸汽进行冷却而降低热效率。然而，通过使用所述尾管冷却蒸汽作为所述冷却蒸汽，而无需将尾管冷却蒸汽与再热蒸汽混合，从而能够防止通过尾管冷却蒸汽对再热蒸汽进行冷却而热效率下降的情况。发明效果根据本发明，可提供一种不会降低整体的热循环效率而能够有效地对中压涡轮的涡轮转子进行冷却的复合循环发电装置。
图I是本发明的实施方式I的复合循环发电装置的概略系统图。图2是本发明的实施方式I的复合循环发电装置的中压涡轮的涡轮转子的冷却的说明图。图3是本发明的实施方式2的复合循环发电装置的中压涡轮的涡轮转子的冷却的说明图。图4是以往的复合循环发电装置的中压涡轮的涡轮转子的冷却的说明图。
具体实施例方式以下，参照附图，例示性地详细说明本发明的优选的实施例。但是，该实施例记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等只要没有特定的记载，就不是将本发明的范围限定于此，只不过是说明例。实施例(实施方式I)图I是本发明的实施方式I的复合循环发电装置的概略系统图。复合循环发电装置I具备燃气涡轮01、废热回收锅炉02、以及由高压涡轮4、中压涡轮及低压涡轮10构成的蒸汽涡轮系统03。通过图I所示的复合循环发电装置I中的构成燃气涡轮01的压缩机12吸入大气而压缩至规定的压力之后，在燃烧器13中，使以在涡轮11的入口成为规定的温度的方式调整的燃料与由压缩机12加压的空气混合而燃烧。在燃烧器13中结束作功的废气从废气通道9向废热回收锅炉02供给。
另外，在废热回收锅炉02中，利用低压锅筒14、中压锅筒15、高压锅筒16产生过热蒸汽，由高压锅筒16产生的蒸汽通过高压蒸汽配管17作为主蒸汽向高压涡轮4引导，在高压涡轮4中膨胀而产生输出。高压涡轮4的出口蒸汽被导向废热回收锅炉02的再热器18而被再次加热，作为再热蒸汽向中压涡轮2引导。另外，由中压锅筒15产生的蒸汽通过冷却蒸汽配管18被导向燃烧器13的尾管，对燃烧器6的尾管进行冷却。通过对燃烧器6的尾管进行冷却而升温的所述蒸汽升温至比从高压涡轮4排出的蒸汽高的温度，经由冷却蒸汽回收配管19如后述那样导向中压涡轮2。另外，被导向中压涡轮2的所述再热蒸汽在中压涡轮2中进行膨胀而产生输出之后，与由低压锅筒14产生并经由低压蒸汽配管20供给的过热蒸汽混合，向低压涡轮10的入口供给。向低压涡轮10的入口供给的蒸汽借助低压涡轮10而发生膨胀，产生向发电机(未图示)的输出。然后，借助凝汽器(凝汽)使蒸汽冷凝，并借助加压泵加压至规定的压力之后，经由供水配管将冷凝后的水向废热回收锅炉02供给。接下来，说明图I所示的复合循环发电装置I的中压涡轮2的冷却。图2是本发明的实施方式I的复合循环发电装置中的中压涡轮的涡轮转子的冷却的说明图，表示蒸汽涡轮系统的高压涡轮入口部周边及中压涡轮入口部周边。如图I所示，蒸汽涡轮系统03具有中压涡轮2及高压涡轮4。中压涡轮2包括由多个静叶片24a、24b、24c……构成的静叶片列；对第一级的静叶片24a的叶片根23a及前端23b进行支承并对第二级以后的静叶片24b、24c……的叶片根进行支承的中压机室22;由多个动叶片26a、26b、26c……构成的动叶片列。而且，高压涡轮4包括由多个静叶片44a、44b,44c……构成的静叶片列；对第一级的静叶片44a的叶片根43a及前端43b进行支承并对第二级以后的静叶片44b、44c……的叶片根进行支承的高压机室42 ;由多个动叶片46a、46b、46c……构成的动叶片列。另外，设有向中压涡轮2导入再热蒸汽的再热蒸汽入口 3和向高压涡轮4导入主蒸汽的主蒸汽入口 5，中压涡轮2的蒸汽入口与高压涡轮4的蒸汽入口配置在对置的方向。而且，在中压涡轮2与高压涡轮4之间，设有用于与由中压涡轮2产生的推力之间取得平衡的中压虚设部6和用于与由高压涡轮4产生的推力之间取得平衡的高压虚设部7，在中压虚设部6与闻压虚设部7之间设有空间部8。在图2所示的蒸汽涡轮系统03中，设有连通路31，该连通路31经由高压虚设部7及低压虚设部6而将高压涡轮4的第一级的静叶片44a和第一级的动叶片44b之间、与中压涡轮2的第一级的静叶片24a和第一级的动叶片26a之间连通。由此，从高压涡轮4的第一级的静叶片44a与第一级的动叶片44b之间抽出由第一级的静叶片44a减压的主蒸汽的一部分作为冷却蒸汽，该冷却蒸汽经由连通路31向中压涡轮4而被导入到中压涡轮2的第一级的静叶片24a与第一级的动叶片26a之间，对中压涡轮2内的涡轮转子28进行冷却。需要说明的是，图2中的B所示的涂黑的箭头表示来自高压涡轮4的所述冷却蒸汽的流动，该冷却蒸汽的一部分用于中压涡轮2的涡轮转子28的冷却，一部分经由空间部8及配管8’而与高压涡轮4的排气合流，由再热器18再次加热而成为再热蒸汽的一部分，该配管8’在图I所示的a部与高压涡轮4的排气所流过的配管合流。此外，作为本发明的特征结构，通过对燃烧器6的尾管进行冷却而被加热的冷却蒸汽(以下称为尾管冷却蒸汽)所流过的冷却蒸汽回收配管19在中压虚设部6和中压涡轮2之间而与连通路31合流。由此，对燃气涡轮01的燃烧器6的尾管进行冷却后的尾管冷却蒸汽经由冷却蒸汽回收配管19及连通路31而导入到中压涡轮2的第一级的静叶片24a与第一级的动叶片26a之间，通过所述尾管冷却蒸汽对中压涡轮2内的涡轮转子28进行冷 却。需要说明的是，图2中的A所示的涂黑的箭头表示所述尾管冷却蒸汽的流动。根据本实施方式，除了如图2的箭头B所示那样流动的从高压涡轮4流向中压涡轮2的冷却蒸汽之外，还使用图2的箭头A所示那样流动的尾管冷却蒸汽进行中压涡轮2的涡轮转子28的冷却。所述尾管冷却蒸汽比图2的箭头B所示那样流动的冷却蒸汽的温度低，因此通过在中压涡轮2的涡轮转子的冷却中使用尾管冷却蒸汽而能够提高冷却效率。需要说明的是，复合发电装置的工序中，考虑使用高压涡轮4的出口蒸汽作为比所述尾管冷却蒸汽的温度低的蒸汽，但使用该出口空气时，该出口蒸汽与所述再热蒸汽相比温度极低，因此冷却效果过大而难以进行中压涡轮2的温度管理。因此，优选使用比高压涡轮4的出口空气的温度高且比图2的箭头B所示那样流动的冷却蒸汽的温度低的蒸汽，作为符合该条件的蒸汽，所述尾管冷却蒸汽最适合。此外，将所述冷却蒸汽及尾管冷却蒸汽导入到中压涡轮2的第一级的静叶片24a与第一级的动叶片26a之间。由此，不用通过所述冷却蒸汽及尾管冷却蒸汽降低再热蒸汽的温度而能够将再热蒸汽向中压涡轮2导入，能够使再热蒸汽在中压涡轮2中有效地作功。S卩，不用降低整体的热循环效率，就能够有效地对中压涡轮的涡轮转子进行冷却。(实施方式2)图3是本发明的实施方式2的复合循环发电装置的中压涡轮的涡轮转子的冷却的说明图，表示蒸汽涡轮系统的高压涡轮入口部周边及中压涡轮入口部周边。在图3中，与图2同一符号表不同一部件而省略其说明。而且，在实施方式2中，复合循环发电装置整体的系统图除了空间部8的连接目的地以外，与实施方式I的图I所示的系统图相同，因此援引图I而省略其说明。在图3中，使配管8’与图I的b’部合流。空间部8与配管8’的连接目的地大致同压。因此，在图3中，空间部与中压涡轮2的入口大致同压，而比所述尾管冷却蒸汽的压力低。因此，在实施方式2中，尾管冷却蒸汽如图3的箭头A’所示，一部分用于中压涡轮2的涡轮转子28的冷却，其余的一部分经由中压虚设部6从空间部8向中压涡轮入口(图I所示的b部)流动而与再热蒸汽合流。而且此时，来自高压涡轮4的冷却蒸汽如图3的箭头B’所示，全量从空间部8经由配管8’向中压涡轮入口(图I所示的b部)流动而与再热蒸汽合流。在实施方式2中，除了与实施方式I同样的效果之外，利用尾管冷却蒸汽也能够对中压虚设部6进行冷却而扩大冷却范围。工业实用性可利用作为不会降低整体的热循环效率而能够有效地对中压涡轮的涡轮转子进行冷却的复合循环发电装置。·
权利要求
1.一种复合循环发电装置，利用燃气涡轮的废热将从蒸汽涡轮的高压室排出的蒸汽再次加热，将该蒸汽导入中压室，对所述蒸汽涡轮进行驱动，其中， 比从所述高压室排出的蒸汽的温度高且对所述燃气涡轮进行了冷却之后的冷却蒸汽从冷却蒸汽入口向所述中压室导入而被冷却，该冷却蒸汽入口与由所述燃气涡轮的废热再次加热后的再热蒸汽所导入的再热蒸汽入口不同。
2.根据权利要求I所述的复合循环发电装置，其特征在于， 所述中压室包括对紧接着所述再热蒸汽入口之后配置的第一级的静叶片的叶片根及前端进行支承，并对第二级以后的静叶片列的叶片根进行支承的中压机室；具有中压动叶片列且收纳在所述中压机室内的中压转子， 所述冷却蒸汽入口经由将所述第一级的静叶片支承在所述中压机室中的位置处的、所述中压机室与所述中压转子的间隙，而连通在所述第一级的静叶片与第一级的动叶片之间。
3.根据权利要求I或2所述的复合循环发电装置，其特征在于， 所述冷却蒸汽比所述再热蒸汽的压力高， 在所述中压室与高压室之间设有将所述高压室及所述中压室分隔的虚设部，并使该虚设部与所述再热蒸汽入口连通。
4.根据权利要求I 3中任一项所述的复合循环发电装置，其特征在于， 所述冷却蒸汽是对所述燃气涡轮的燃烧器进行了冷却之后的尾管冷却蒸汽。
全文摘要
一种复合循环发电装置，利用燃气涡轮的废热将从蒸汽涡轮的高压室排出的蒸汽再次加热，将该蒸汽导入中压室，对所述蒸汽涡轮进行驱动，其中，比从所述高压室排出的蒸汽的温度高且对所述燃气涡轮进行了冷却之后的冷却蒸汽从冷却蒸汽入口向所述中压室导入而进行冷却，该冷却蒸汽入口与由所述燃气涡轮的废热再次加热后的再热蒸汽所导入的再热蒸汽入口不同。
文档编号F01K23/10GK102906376SQ201180025630
公开日2013年1月30日 申请日期2011年5月13日 优先权日2010年7月14日
发明者丸山隆 申请人:三菱重工业株式会社