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技術 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

出願人 三菱重工業株式会社
発明者 上地英之椙下秀昭園田隆伊藤栄作中本行政
出願日 2013年3月22日 (7年3ヶ月経過) 出願番号 2013-060141
公開日 2014年10月2日 (5年8ヶ月経過) 公開番号 2014-185550
状態 特許登録済
技術分野 特殊なサイクルを用いた機関設備 ガスタービン、高圧・高速燃焼室
主要キーワード 当たり発熱量 温度調節対象 中圧ポンプ 抽気ポート 回収ポート 二蒸気 ディフーザ 圧力調節装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年10月2日)のものです。
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図面 (14)

課題

ガスタービン高温部品を冷却する蒸気の圧力の選択自由度を高める。

解決手段

ガスタービン10の高温部品に対して、冷却用の蒸気である冷却蒸気CSを供給する冷却蒸気ライン57と、冷却蒸気CSに求められる目標圧力よりも圧力が高い調節用高圧蒸気AHSと目標圧力よりも圧力が低い調節用低圧蒸気ALSとを用いて、目標圧力の蒸気を生成し、この蒸気を冷却蒸気ライン57に送る圧力調節装置であるエジェクター51と、エジェクター51に調節用高圧蒸気AHSを供給する調節用高圧蒸気ライン55と、エジェクター51に調節用低圧蒸気ALSを供給する調節用低圧蒸気ライン56と、高温部品を冷却した冷却蒸気CSを回収する冷却蒸気回収ライン58と、を備えている。

概要

背景

ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された空気中で燃料燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するタービンと、を有している。このガスタービンでは、高効率化を図るために、燃焼ガスの温度が次第に高まっている。このため、燃焼器やタービンを構成する部品で燃焼ガスに接する高温部品を燃焼ガスの熱から保護する必要性が生じる。

そこで、例えば、以下の特許文献1に記載のガスタービンコンバインドプラントでは、ガスタービンからの排気ガスの熱を利用して、排熱回収ボイラー蒸気を発生し、この蒸気をガスタービンの動翼静翼等の高温部品に供給して、高温部品を冷却している。このガスタービンコンバインドプラントの排熱回収装置は、前述の排熱回収ボイラーの他に、排熱回収ボイラーからの蒸気で駆動する蒸気タービンを備えている。このガスタービンコンバインドプラントでは、蒸気タービンの中間段から蒸気を抽気し、この蒸気で燃焼器の高温部品に冷却してから、この蒸気を蒸気タービンの中間段であって抽気位置よりも下流の位置に戻している。

概要

ガスタービンの高温部品を冷却する蒸気の圧力の選択自由度を高める。ガスタービン10の高温部品に対して、冷却用の蒸気である冷却蒸気CSを供給する冷却蒸気ライン57と、冷却蒸気CSに求められる目標圧力よりも圧力が高い調節用高圧蒸気AHSと目標圧力よりも圧力が低い調節用低圧蒸気ALSとを用いて、目標圧力の蒸気を生成し、この蒸気を冷却蒸気ライン57に送る圧力調節装置であるエジェクター51と、エジェクター51に調節用高圧蒸気AHSを供給する調節用高圧蒸気ライン55と、エジェクター51に調節用低圧蒸気ALSを供給する調節用低圧蒸気ライン56と、高温部品を冷却した冷却蒸気CSを回収する冷却蒸気回収ライン58と、を備えている。

目的

本発明は、ガスタービンの高温部品に供給する蒸気の圧力の選択自由度が高い高温部品の冷却装置、これを備えている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を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

燃料燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び該燃焼ガスにより駆動するタービンのうちいずれかの部品であって前記燃焼ガスに接する高温部品に対して、冷却用蒸気である冷却蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、前記冷却蒸気に求められる目標圧力よりも圧力が高い調節用高圧蒸気と該目標圧力よりも圧力が低い調節用低圧蒸気とを用いて、該目標圧力の蒸気を生成し、該蒸気を前記冷却蒸気ラインに送る圧力調節装置と、前記圧力調節装置に前記調節用高圧蒸気を供給する調節用高圧蒸気ラインと、前記圧力調節装置に前記調節用低圧蒸気を供給する調節用低圧蒸気ラインと、前記高温部品を冷却した前記冷却蒸気を回収する冷却蒸気回収ラインと、を備えていることを特徴とする高温部品の冷却装置

請求項2

請求項1に記載の高温部品の冷却装置において、前記圧力調節装置は、前記調節用高圧蒸気及び前記調節用低圧蒸気が流入するエジェクターを有する、ことを特徴とする高温部品の冷却装置。

請求項3

請求項1に記載の高温部品の冷却装置において、前記圧力調節装置は、前記調節用高圧蒸気により駆動するタービンと、前記タービンの駆動で駆動して前記調節用低圧蒸気を昇圧する圧縮機と、前記タービンから排気された前記調節用高圧蒸気と前記圧縮機で昇圧された前記調節用低圧蒸気とを混合する混合部と、を有する、ことを特徴とする高温部品の冷却装置。

請求項4

請求項3に記載の高温部品の冷却装置において、前記圧力調節装置は、前記タービンの駆動で発電する発電機を有する、ことを特徴とする高温部品の冷却装置。

請求項5

請求項3又は4に記載の高温部品の冷却装置において、前記圧力調節装置は、前記圧縮機を駆動させる電動機を有する、ことを特徴とする高温部品の冷却装置。

請求項6

請求項4に記載の高温部品の冷却装置において、前記発電機は、前記圧縮機を駆動させる電動機としても機能する、ことを特徴とする高温部品の冷却装置。

請求項7

請求項1から6のいずれか一項に記載の高温部品の冷却装置において、前記調節用高圧蒸気と前記調節用低圧蒸気と前記圧力調節装置で生成された蒸気とのうち、いずれかの蒸気の温度を調節する温度調節器を備えている、ことを特徴とする高温部品の冷却装置。

請求項8

請求項7に記載の高温部品の冷却装置において、前記温度調節器は、該温度調節器による温度調節対象の前記蒸気中に水を噴霧するスプレー装置を有する、ことを特徴とする高温部品の冷却装置。

請求項9

請求項7に記載の高温部品の冷却装置において、前記温度調節器は、該温度調節器による温度調節対象の前記蒸気と温度調節媒体とを熱交換させる熱交換器を有する、ことを特徴とする高温部品の冷却装置。

請求項10

請求項9に記載の高温部品の冷却装置において、前記熱交換器における前記温度調節媒体は、前記燃焼器に供給される前記燃料である、ことを特徴とする高温部品の冷却装置。

請求項11

請求項10に記載の高温部品の冷却装置において、前記熱交換器である第一熱交換器の他に、前記燃料よりも温度が高い温度調節媒体と該燃料とを熱交換させる第二熱交換器を備えている、ことを特徴とする高温部品の冷却装置。

請求項12

請求項1から11のいずれか一項に記載の高温部品の冷却装置と、前記ガスタービンと、前記ガスタービンからの排気ガスの熱を利用して蒸気を発生させる排熱回収ボイラー、及び該排熱回収ボイラーで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンを有する排熱回収装置と、を備えていることを特徴とするガスタービンコンバインドプラント

請求項13

請求項12に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記調節用高圧蒸気ライン、前記調節用低圧蒸気ライン及び前記冷却蒸気回収ラインは、いずれも、前記排熱回収装置の蒸気流路中のいずれかの位置に接続されている、ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。

請求項14

請求項13に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記排熱回収装置は、前記排熱回収ボイラーで発生した前記蒸気を前記蒸気タービンに導く蒸気ラインを有し、前記調節用高圧蒸気ラインは、前記蒸気ラインに接続されている、ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。

請求項15

請求項13に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記排熱回収装置は、前記排熱回収ボイラーで発生した前記蒸気を前記蒸気タービンに導く第一蒸気ラインと、該第一蒸気ラインよりも該第一蒸気ラインにおける該蒸気の上流側の第二蒸気ラインと、を有し、前記調節用高圧蒸気ラインは、前記第二蒸気ラインに接続されている、ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。

請求項16

請求項13から15のいずれか一項に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記排熱回収装置は、前記蒸気タービンから排気された排気蒸気が流れる排気蒸気ラインを有し、前記調節用低圧蒸気ラインは、前記排気蒸気ラインに接続されている、ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。

請求項17

請求項13から15のいずれか一項に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記排熱回収ボイラーは、前記蒸気タービンに供給する前記蒸気である第一蒸気を生成する第一蒸気発生部と、該第一蒸気よりも圧力の低い第二蒸気を生成する第二蒸気発生部と、を有し、前記調節用低圧蒸気ラインは、前記第二蒸気を前記圧力調節装置に導く、ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。

請求項18

請求項13から17のいずれか一項に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記排熱回収装置は、前記蒸気タービンである第一蒸気タービンの他に、前記排熱回収ボイラーで発生した蒸気であって該第一蒸気タービンを駆動させる前記蒸気である第一蒸気より低い圧力の第二蒸気で駆動する第二蒸気タービンと、該第二蒸気を該第二蒸気タービンに供給する第二蒸気供給ラインと、を有し、前記冷却蒸気回収ラインは、前記第二蒸気供給ラインに接続されている、ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。

請求項19

請求項13から17のいずれか一項に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記排熱回収装置は、前記排熱回収ボイラーの一部として蒸気を再熱する再熱器と、前記蒸気タービンから排気された蒸気である排気蒸気を前記再熱器に戻す排気蒸気回収ラインと、を有し、前記冷却蒸気回収ラインは、前記再熱器で再熱された蒸気中に前記高温部品を冷却した前記冷却蒸気を戻す、ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。

請求項20

燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び該燃焼ガスにより駆動するタービンのうちいずれかの部品であって前記燃焼ガスに接する高温部品に対して、冷却用の蒸気である冷却蒸気を供給する高温部品の冷却方法において、前記冷却蒸気に求められる目標圧力よりも圧力が高い調節用高圧蒸気と該目標圧力よりも圧力が低い調節用低圧蒸気とを用いて、該目標圧力の蒸気を生成する圧力調節工程と、前記圧力調整工程で生成された前記蒸気を、前記冷却蒸気となる蒸気として前記高温部品に供給する冷却蒸気供給工程と、を実行することを特徴とする高温部品の冷却方法。

技術分野

0001

本発明は、ガスタービンにおける高温部品冷却装置、これを備えているガスタービンコンバインドプラント、及びガスタービンにおける高温部品の冷却方法に関する。

背景技術

0002

ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された空気中で燃料燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するタービンと、を有している。このガスタービンでは、高効率化を図るために、燃焼ガスの温度が次第に高まっている。このため、燃焼器やタービンを構成する部品で燃焼ガスに接する高温部品を燃焼ガスの熱から保護する必要性が生じる。

0003

そこで、例えば、以下の特許文献1に記載のガスタービンコンバインドプラントでは、ガスタービンからの排気ガスの熱を利用して、排熱回収ボイラー蒸気を発生し、この蒸気をガスタービンの動翼静翼等の高温部品に供給して、高温部品を冷却している。このガスタービンコンバインドプラントの排熱回収装置は、前述の排熱回収ボイラーの他に、排熱回収ボイラーからの蒸気で駆動する蒸気タービンを備えている。このガスタービンコンバインドプラントでは、蒸気タービンの中間段から蒸気を抽気し、この蒸気で燃焼器の高温部品に冷却してから、この蒸気を蒸気タービンの中間段であって抽気位置よりも下流の位置に戻している。

先行技術

0004

特開平5−141267号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記特許文献1に記載の技術では、前述したように、蒸気タービンの中間段から蒸気を抽気し、この蒸気で燃焼器の高温部品を冷却してから、この蒸気を蒸気タービンの中間段の位置に戻しているため、高温部品に供給する蒸気の圧力が蒸気タービンの中間段における圧力に限定されてしまう。しかも、当該技術では、蒸気タービンの中間段から蒸気を抽気するため、及び中間段に蒸気を戻すために、タービンケーシング抽気ポート回収ポートを形成すると、その後、ガスタービン等の運転形態が変更になっても、高温部品に供給する蒸気の圧力を変更することが極めて困難である。

0006

すなわち、上記特許文献1に記載の技術では、高温部品に供給する蒸気の圧力の選択自由度が低い、という問題点がある。

0007

そこで、本発明は、ガスタービンの高温部品に供給する蒸気の圧力の選択自由度が高い高温部品の冷却装置、これを備えている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を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記問題点を解決するための発明に係る一態様としての高温部品の冷却装置は、
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び該燃焼ガスにより駆動するタービンのうちいずれかの部品であって前記燃焼ガスに接する高温部品に対して、冷却用の蒸気である冷却蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、前記冷却蒸気に求められる目標圧力よりも圧力が高い調節用高圧蒸気と該目標圧力よりも圧力が低い調節用低圧蒸気とを用いて、該目標圧力の蒸気を生成し、該蒸気を前記冷却蒸気ラインに送る圧力調節装置と、前記圧力調節装置に前記調節用高圧蒸気を供給する調節用高圧蒸気ラインと、前記圧力調節装置に前記調節用低圧蒸気を供給する調節用低圧蒸気ラインと、前記高温部品を冷却した前記冷却蒸気を回収する冷却蒸気回収ラインと、を備えていることを特徴とする。

0009

当該冷却装置では、圧力の異なる調節用高圧蒸気と調節用低圧蒸気とを用いて目標圧力の冷却蒸気を生成する。このため、当該冷却装置では、調節用高圧蒸気と調節用低圧蒸気とが供給される圧力調節装置で、各種蒸気が通る流路の径等を適宜変更することで、容易にこの目標圧力の冷却蒸気を得ることができる。さらに、調節用高圧蒸気や調節用低圧蒸気の取得位置を変えることで、調節用高圧蒸気の圧力や調節用低圧蒸気の圧力も容易に変更できるので、目標圧力がより高くても、逆により低くても容易にこの目標圧力の冷却蒸気CSを得ることができる。言い換えると、冷却蒸気の目標圧力として設定可能な圧力範囲を容易に変更することができる。このため、当該冷却装置によれば、冷却蒸気の圧力の選択自由度を高めることができる。

0010

さらに、当該冷却装置では、ガスタービン等の運転形態が変更になり、冷却蒸気に必要な圧力が変更になっても、以上のような変更することで、冷却蒸気の圧力変更に容易に対応することができる。また、当該冷却装置では、蒸気タービンのケーシングに抽気ポートや回収ポートを形成する必要がないため、既設設備で、高温部品を蒸気で冷却したい場合でも容易に対応することができる。

0011

ここで、前記一態様としての前記高温部品の冷却装置において、前記圧力調節装置は、前記調節用高圧蒸気及び前記調節用低圧蒸気が流入するエジェクターを有してもよい。

0012

また、前記一態様としての前記高温部品の冷却装置において、前記圧力調節装置は、前記調節用高圧蒸気により駆動するタービンと、前記タービンの駆動で駆動して前記調節用低圧蒸気を昇圧する圧縮機と、前記タービンから排気された前記調節用高圧蒸気と前記圧縮機で昇圧された前記調節用低圧蒸気とを混合する混合部と、を有してもよい。

0013

この場合、前記圧力調節装置は、前記タービンの駆動で発電する発電機を有してもよい。当該冷却装置では、タービンの駆動力を有効活用することができる。また、この場合、前記圧力調節装置は、前記圧縮機を駆動させる電動機を有してもよい。当該冷却装置では、電動機で圧縮機の駆動力を補助することができる。また、前記発電機は、前記圧縮機を駆動させる電動機としても機能してもよい。当該冷却装置では、タービンの駆動力を有効活用できると共に、圧縮機の駆動力を補助することもできる。

0014

また、以上のいずれかの前記高温部品の冷却装置において、前記調節用高圧蒸気と前記調節用低圧蒸気と前記圧力調節装置で生成された蒸気とのうち、いずれかの蒸気の温度を調節する温度調節器を備えていてもよい。

0015

当該冷却装置では、高温部品に供給する冷却蒸気の温度を結果として適切な温度に調節することができるので、高温部品が適切な温度に冷却され、熱応力熱変形が低減し、高温部品の短命化を防ぐとともに信頼性を高めることができる。また、コンバインドプラントの効率面から効率よく高温部品を冷却することができる。

0016

また、前記温度調節器を有する前記高温部品の冷却装置において、前記温度調節器は、該温度調節器による温度調節対象の前記蒸気中に水を噴霧するスプレー装置を有してもよい。

0017

当該冷却装置では、冷却蒸気中にスプレー装置で噴霧された水が含まれることになるため、調節用高圧蒸気又は調節用低圧蒸気の流量を削減することができる。

0018

また、前記温度調節器を有する高温部品の冷却装置において、前記温度調節器は、該温度調節器による温度調節対象の前記蒸気と温度調節媒体とを熱交換させる熱交換器を有してもよい。この場合、前記熱交換器における前記温度調節媒体は、前記燃焼器に供給される前記燃料であってもよい。

0019

熱交換器における温度調節媒体が燃料である場合、この燃料が燃焼器に供給される前に燃料を予熱することができる。さらに、燃料と蒸気との熱交換で、この蒸気の温度が低下する結果、冷却蒸気の温度も低下し、冷却蒸気の流量を少なくすることができる。

0020

また、燃料を蒸気との熱交換する温度調節媒体とする熱交換器を有する前記高温部品の冷却装置において、前記熱交換器である第一熱交換器の他に、前記燃料よりも温度が高い温度調節媒体と該燃料とを熱交換させる第二熱交換器を備えてもよい。

0021

当該冷却装置では、燃料をより高い温度にすることができ、コンバインドプラントの効率を高めることができる。

0022

上記問題点を解決するための発明に係る一態様としてのガスタービンコンバインドプラントは、
以上のいずれかの前記高温部品の冷却装置と、前記ガスタービンと、前記ガスタービンからの排気ガスの熱を利用して蒸気を発生させる排熱回収ボイラー、及び該排熱回収ボイラーで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンを有する排熱回収装置と、を備えていることを特徴とする。

0023

当該ガスタービンコンバインドプラントでも、前記高温部品の冷却装置を備えているので、冷却蒸気の圧力の選択自由度を高めることができる。

0024

ここで、前記ガスタービンコンバインドプラントにおいて、前記調節用高圧蒸気ライン、前記調節用低圧蒸気ライン及び前記冷却蒸気回収ラインは、いずれも、前記排熱回収装置の蒸気流路中のいずれかの位置に接続されていてもよい。

0025

この場合、前記排熱回収装置は、前記排熱回収ボイラーで発生した前記蒸気を前記蒸気タービンに導く蒸気ラインを有し、前記調節用高圧蒸気ラインは、前記蒸気ラインに接続されていてもよい。また、前記排熱回収装置は、前記排熱回収ボイラーで発生した前記蒸気を前記蒸気タービンに導く第一蒸気ラインと、該第一蒸気ラインよりも該第一蒸気ラインにおける該蒸気の上流側の第二蒸気ラインと、を有し、前記調節用高圧蒸気ラインは、前記第二蒸気ラインに接続されていてもよい。

0026

さらに、前述の場合、前記排熱回収装置は、前記蒸気タービンから排気された排気蒸気が流れる排気蒸気ラインを有し、前記調節用低圧蒸気ラインは、前記排気蒸気ラインに接続されていてもよい。また、前記排熱回収ボイラーは、前記蒸気タービンに供給する前記蒸気である第一蒸気を生成する第一蒸気発生部と、該第一蒸気よりも圧力の低い第二蒸気を生成する第二蒸気発生部と、を有し、前記調節用低圧蒸気ラインは、前記第二蒸気を前記圧力調節装置に導くものであってもよい。

0027

また、前述の場合、前記排熱回収装置は、前記蒸気タービンである第一蒸気タービンの他に、前記排熱回収ボイラーで発生した蒸気であって該第一蒸気タービンを駆動させる前記蒸気である第一蒸気より低い圧力の第二蒸気で駆動する第二蒸気タービンと、該第二蒸気を該第二蒸気タービンに供給する第二蒸気供給ラインと、を有し、前記冷却蒸気回収ラインは、前記第二蒸気供給ラインに接続されていてもよい。また、前記排熱回収装置は、前記排熱回収ボイラーの一部として蒸気を再熱する再熱器と、前記蒸気タービンから排気された蒸気である排気蒸気を前記再熱器に戻す排気蒸気回収ラインと、を有し、前記冷却蒸気回収ラインは、前記再熱器で再熱された蒸気中に前記高温部品を冷却した前記冷却蒸気を戻すものであってもよい。

0028

上記問題点を解決するための発明に係る一態様としての高温部品の冷却方法は、
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び該燃焼ガスにより駆動するタービンのうちいずれかの部品であって前記燃焼ガスに接する高温部品に対して、冷却用の蒸気である冷却蒸気を供給する高温部品の冷却方法において、前記冷却蒸気に求められる目標圧力よりも圧力が高い調節用高圧蒸気と該目標圧力よりも圧力が低い調節用低圧蒸気とを用いて、該目標圧力の蒸気を生成する圧力調節工程と、前記圧力調整工程で生成された前記蒸気を、前記冷却蒸気となる蒸気として前記高温部品に供給する冷却蒸気供給工程と、を実行してもよい。

発明の効果

0029

本発明では、ガスタービンの高温部品に供給する蒸気の圧力の選択自由度を高めることができる。

図面の簡単な説明

0030

本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。
本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンの模式的な断面図である。
本発明に係る第一実施形態の第一変形例におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。
本発明に係る第一実施形態の第二変形例におけるガスタービンプラントの系統図である。
本発明に係る第二実施形態におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。
本発明に係る第二実施形態の第一変形例におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。
本発明に係る第二実施形態の第二変形例におけるガスタービンプラントの系統図である。
本発明に係る第三実施形態におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。
冷却蒸気の温度とコンバインドプラントの効率との関係を示すグラフである。
本発明に係る第三実施形態の変形例におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。
本発明に係る第四実施形態におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。
本発明に係る第四実施形態の第一変形例におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。
本発明に係る第四実施形態の第二変形例におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。

実施例

0031

以下、本発明に係るガスタービンコンバインドプラントの各種実施形態について、図面を用いて説明する。

0032

「第一実施形態」
まず、図1図3を参照して、本発明に係るガスタービンコンバインドプラントの第一実施形態について説明する。なお、以下では、ガスタービンコンバインドプラントを単にコンバインドプラントと言う。

0033

本実施形態のコンバインドプラントは、図1に示すように、ガスタービン10と、ガスタービン10の駆動で発電する発電機15と、ガスタービン10から排気された排気ガスEGの熱で蒸気を発生させる排熱回収装置100と、排熱回収装置100を通過した排気ガスEGを大気に放出する煙突40と、を備えている。

0034

ガスタービン10は、空気を圧縮する圧縮機11と、圧縮機11で圧縮された空気中で燃料Fを燃焼させて燃焼ガスを生成する複数の燃焼器21と、高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービン31と、を備えている。タービン31のタービンロータと圧縮機11の圧縮機ロータとは、同一の軸線を中心として回転するもので、相互に連結されて、ガスタービンロータを成している。このガスタービンロータには、発電機15のロータが接続されている。

0035

燃焼器21は、図2に示すように、圧縮機11からの空気A中で燃料Fが燃焼し、燃焼ガスが生成される燃焼筒(又は尾筒)23と、この燃焼筒23内に圧縮機11からの空気A及び燃料Fを噴射する噴射器22と、を有している。噴射器22には、外部の燃料供給源からの燃料Fをこの噴射器22に供給する燃料ライン29が接続されている。また、燃焼筒23を形成する部材には、この部材を冷却するために、蒸気が通る蒸気流路24が形成されている。

0036

タービン31は、複数の燃焼器21からの燃焼ガスにより、軸線Arを中心として回転するタービンロータ32と、このタービンロータ32を回転可能に覆うタービンケーシング35と、を有している。タービンロータ32は、軸線Arと平行な軸方向に延びるロータ本体33と、このロータ本体33の外周に固定されている複数の動翼34と、を有している。また、タービンケーシング35の内周面には、複数の静翼36が固定されている。タービンケーシング35の内周面とロータ本体33の外周面との間は、燃焼器21からの燃焼ガスが通る燃焼ガス流路37を成す。複数の燃焼器21は、軸線Arを中心として周方向に並んで、タービンケーシング35に固定されている。

0037

排熱回収装置100は、図1に示すように、タービン31を駆動させた燃焼ガス、つまりガスタービン10から排気された排気ガスEGの熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラー110と、排熱回収ボイラー110で発生した蒸気で駆動する蒸気タービン121a,121b,121cと、蒸気タービン121a,121b,121cの駆動で発電する発電機122と、蒸気タービン121aを駆動させた蒸気を水に戻す復水器123と、復水器123中の水を排熱回収ボイラー110に戻す給水ポンプ124と、を備えている。

0038

排熱回収装置100は、蒸気タービン121a,121b,121cとして、低圧蒸気タービン121a、中圧蒸気タービン(第二蒸気タービン)121b、高圧蒸気タービン(第一蒸気タービン)121cを有している。また、排熱回収ボイラー110は、低圧蒸気LSを発生する低圧蒸気発生部111aと、中圧蒸気ISを発生する中圧蒸気発生部111bと、高圧蒸気HSを発生する高圧蒸気発生部111cと、高圧蒸気タービン121cを駆動させた蒸気を再過熱する再熱部115と、を有している。なお、ここでは、低圧蒸気タービン121a、中圧蒸気タービン121b、高圧蒸気タービン121cの合計3基の蒸気タービンに対して、1基の発電機122を設けているが、各蒸気タービン121a,121b,121cに発電機を設けてもよい。

0039

低圧蒸気発生部111aは、水を加熱する低圧節炭器112aと、低圧節炭器112aで加熱された水を蒸気にする低圧蒸発器113aと、低圧蒸発器113aで発生した蒸気を過熱して低圧蒸気LSを生成する低圧過熱器114aと、を有している。

0040

中圧蒸気発生部111bは、低圧節炭器112aで加熱された水を昇圧する中圧ポンプ116bと、この中圧ポンプ116bで昇圧された水を加熱する中圧節炭器112bと、中圧節炭器112bで加熱された水を蒸気にする中圧蒸発器113bと、中圧蒸発器113bで発生した蒸気を過熱して中圧蒸気ISを生成する中圧過熱器114bと、を有している。

0041

高圧蒸気発生部111cは、低圧節炭器112aで加熱された水を昇圧する高圧ポンプ116cと、この高圧ポンプ116cで昇圧された水を加熱する第一高圧節炭器112cと、第一高圧節炭器112cで加熱された水をさらに加熱する第二高圧節炭器112dと、第二高圧節炭器112dで加熱された水を蒸気にする高圧蒸発器113cと、高圧蒸発器113cで発生した蒸気を過熱する第一高圧過熱器114cと、第一高圧過熱器114cで過熱された蒸気をさらに過熱して高圧蒸気HSを生成する第二高圧過熱器114dと、を有している。

0042

再熱部115は、高圧蒸気タービン121cを駆動させた蒸気を加熱する第一再熱器115aと、第一再熱器115aで過熱された蒸気をさらに過熱して再熱蒸気RHSを生成する第二再熱器115bと、有している。

0043

再熱部115、高圧蒸気発生部111c、中圧蒸気発生部111b、低圧蒸気発生部111aのそれぞれを構成する要素は、タービン31から煙突40に向かう排気ガスEGの下流側に向かって、第二再熱器115b及び第二高圧過熱器114d、第一再熱器115a、第一高圧過熱器114c、高圧蒸発器113c、第二高圧節炭器112d、中圧過熱器114b及び低圧過熱器114a、中圧蒸発器113b、第一高圧節炭器112c及び中圧節炭器112b、低圧蒸発器113a、低圧節炭器112aの順序で並んでいる。

0044

復水器123と低圧節炭器112aとは、給水ライン131で接続されている。この給水ライン131には、前述の給水ポンプ124が設けられている。低圧過熱器114aと低圧蒸気タービン121aの蒸気入口とは、低圧過熱器114aからの低圧蒸気LSを低圧蒸気タービン121aに送る低圧蒸気ライン132で接続されている。低圧蒸気タービン121aの蒸気出口と復水器123とは、低圧蒸気タービン121aを駆動させた低圧蒸気LSが復水器123に供給されるよう互いに接続されている。第一高圧過熱器114cと第二高圧過熱器114dとは、過熱器間蒸気ライン135aで接続されている。第二高圧過熱器114dと高圧蒸気タービン121cの蒸気入口とは、第二高圧過熱器114dからの高圧蒸気HSを高圧蒸気タービン121cに送る高圧蒸気ライン138で接続されている。高圧蒸気タービン121cの蒸気出口と第一再熱器115aの蒸気入口とは、高圧蒸気タービン121cからの高圧蒸気HSを第一再熱器115aに送る高圧蒸気回収ライン(排気蒸気回収ライン)139で接続されている。第一再熱器115aと第二再熱器115bとは、再熱器間蒸気ライン135bで接続されている。第二再熱器115bの蒸気出口と中圧蒸気タービン121bの蒸気入口とは、第二再熱器115bで過熱された蒸気を再熱蒸気RHSとして中圧蒸気タービン121bに送る再熱蒸気ライン(第二蒸気供給ライン)136で接続されている。中圧蒸気タービン121bの蒸気出口には、中圧蒸気回収ライン137が接続されている。この中圧蒸気回収ライン137は、低圧蒸気ライン132に合流している。中圧過熱器114bの蒸気出口には、中圧蒸気ライン133が接続されている。この中圧蒸気ライン133は、高圧蒸気回収ライン139に合流している。

0045

本実施形態のコンバインドプラントは、ガスタービン10の燃焼器21で高温の燃焼ガスに晒される高温部品の一つである燃焼筒23に冷却蒸気CSを供給してこの燃焼筒23を冷却する冷却装置50を備えている。この冷却装置50は、燃焼筒23に冷却蒸気CSを供給する冷却蒸気ライン57と、冷却蒸気CSに求められる目標圧力よりも圧力が高い調節用高圧蒸気AHSと目標圧力よりも圧力が低い調節用低圧蒸気ALSとを用いて目標圧力の冷却蒸気CSを生成する圧力調節装置としてのエジェクター51と、エジェクター51に調節用高圧蒸気AHSを供給する調節用高圧蒸気ライン55と、エジェクター51に調節用低圧蒸気ALSを供給する調節用低圧蒸気ライン56と、燃焼筒23を冷却した過熱された冷却蒸気CSを過熱蒸気SSとして回収する冷却蒸気回収ライン58と、を備えている。

0046

エジェクター51は、内部に拡散室が形成されているボディ52と、ボディ52内の拡散室に調節用高圧蒸気AHSを噴射するノズル53と、拡散室から蒸気を排気するディフューザ54と、を有している。ボディ52には、内部の拡散室に調節用低圧蒸気ALSを導く真空ポートが形成されている。ノズル53の拡散室中の出口ディフーザの拡散室中の入口とは、間隔をあけて対向している。ノズル53から高速で噴射された調節用高圧蒸気AHSは、ディフューザ54の入口へと進み、ここからディフューザ54内に流入する。この際、調節用高圧蒸気AHSの流れによって、ボディ52内の拡散室が負圧になり、ボディ52の真空ポートから調節用低圧蒸気ALSが流入する。この調節用低圧蒸気ALSは、ディフューザ54の入口からディフューザ54内に流入する。この結果、ディフューザ54内では、調節用高圧蒸気AHSと調節用低圧蒸気ALSとが混ざり合って、ディフューザ54から流出する。ディフューザ54から流出した蒸気は、調節用高圧蒸気AHSの圧力と調節用低圧蒸気ALSの圧力との間の圧力になる。本実施形態では、ディフューザ54から流出した蒸気の圧力の圧力は、冷却蒸気CSに求められる目標圧力になっており、この蒸気が冷却蒸気CSとなる。

0047

調節用高圧蒸気ライン55の一方の端部は、エジェクター51のノズル53に接続され、他方の端部は、高圧蒸気ライン138に接続されている。すなわち、本実施形態では、高圧蒸気タービン121cに供給される高圧蒸気HSが調節用高圧蒸気AHSとしてエジェクター51に供給される。調節用低圧蒸気ライン56の一方の端部は、エジェクター51の真空ポートに接続され、他方の端部は、高圧蒸気回収ライン(排気蒸気ライン)139に接続されている。すなわち、本実施形態では、高圧蒸気タービン121cから排気された高圧蒸気が調節用低圧蒸気ALSとしてエジェクター51に供給される。冷却蒸気ライン57の一方の端部は、エジェクター51のディフューザ54に接続され、他方の端部は、図2に示すように、燃焼器21の燃焼筒23に形成されている蒸気流路24の一端に接続されている。また、冷却蒸気回収ライン58の一方の端部は、蒸気流路24の他端に接続されている。この冷却蒸気回収ライン58の他端は、図1に示すように、再熱蒸気ライン136に接続されている。この再熱蒸気ライン136内の圧力、つまり中圧蒸気タービン121bに供給される中圧蒸気ISの圧力は、燃焼器21の燃焼筒23に供給される冷却蒸気CSの圧力よりも低い。

0048

次に、以上で説明した本実施形態のコンバインドプラントの動作について説明する。

0049

ガスタービン10の圧縮機11は、図2に示すように、大気中の空気Aを圧縮し、圧縮した空気Aを燃焼器21に供給する。また、燃焼器21には、燃料ライン29からの燃料Fも供給される。燃焼器21の燃焼筒23内では、圧縮された空気A中で燃料Fが燃焼して、高温高圧の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスは、燃焼筒23からタービン31の燃焼ガス流路37内に送られ、このタービン31のタービンロータ32を回転させる。このタービンロータ32の回転で、ガスタービン10に接続されている発電機15は発電する。

0050

タービン31のタービンロータ32を回転させた燃焼ガスは、排気ガスEGとしてガスタービン10から排気され、排熱回収ボイラー110を介して、煙突40から大気に放出される。排熱回収装置100は、ガスタービン10からの排気ガスEGが排熱回収ボイラー110を通る過程で、この排気ガスEGに含まれている熱を回収する。

0051

排熱回収ボイラー110中で、最も下流側(煙突40側)の低圧節炭器112aには、復水器123からの水が給水ライン131を介して供給される。低圧節炭器112aは、この水を排気ガスEGと熱交換させて加熱する。低圧節炭器112aで加熱された水の一部は、低圧蒸発器113aでさらに加熱されて蒸気になる。この蒸気は、低圧過熱器114aでさらに過熱されて低圧蒸気LSとして、低圧蒸気ライン132を介して低圧蒸気タービン121aに供給される。低圧蒸気タービン121aを駆動させた蒸気は、復水器123で水に戻る。この水は、復水器123から給水ライン131を介して再び低圧節炭器112aに供給される。

0052

低圧節炭器112aで加熱された水の他の一部は、中圧ポンプ116bで昇圧されて中圧節炭器112bに送られ、低圧節炭器112aで加熱された残りの水は、高圧ポンプ116cで昇圧されて第一高圧節炭器112cに送られる。

0053

第一高圧節炭器112cは、高圧ポンプ116cから送られてきた水を排気ガスEGと熱交換させて加熱する。第一高圧節炭器112cで加熱された水は、第二高圧節炭器112dでさらに過熱される。この水は、高圧蒸発器113cでさらに加熱されて蒸気になる。この蒸気は、第一高圧過熱器114c及び第二高圧過熱器114dでさらに過熱されて高圧蒸気HSとなる。この高圧蒸気HSは、高圧蒸気ライン138を介して高圧蒸気タービン121cに供給される。

0054

中圧節炭器112bは、中圧ポンプ116bから送られてきた水を排気ガスEGと熱交換させて加熱する。中圧節炭器112bで加熱された水は、中圧蒸発器113bでさらに加熱されて蒸気になる。この蒸気は、中圧過熱器114bでさらに過熱されて、中圧蒸気ISとなる。この中圧蒸気ISは、中圧蒸気ライン133を介して、高圧蒸気回収ライン139を流れる蒸気と合流し、第一再熱器115a及び第二再熱器115bで再過熱され、再熱蒸気RHSとなる。この再熱蒸気RHSは、再熱蒸気ライン136を介して、中圧蒸気タービン121bに供給される。

0055

中圧蒸気タービン121bを駆動させた再熱蒸気RHSは、中圧蒸気回収ライン137及び低圧蒸気ライン132を介して、低圧蒸気タービン121aに供給される。

0056

第二高圧過熱器114dからの高圧蒸気の一部は、前述したように、高圧蒸気ライン138を介して高圧蒸気タービンに供給される。また、第二高圧過熱器114dからの高圧蒸気の残り一部は、調節用高圧蒸気AHSとして、高圧蒸気ライン及び調節用高圧蒸気ライン55を介してエジェクター51のノズル53に供給される。ノズル53に供給された調節用高圧蒸気AHSは、前述したように、このノズル53を経て、ディフューザ54内に流入する。この際、調節用高圧蒸気AHSの流れによって、ボディ52内の拡散室が負圧になる。このため、ボディ52の真空ポートに接続されている調節用低圧蒸気ライン56を介して、高圧蒸気タービン121cから排気された高圧蒸気が調節用低圧蒸気ALSとしてボディ52内の拡散室に流入する。この調節用低圧蒸気ALSは、ディフューザ54の入口からディフューザ54内に流入する。ディフューザ54内では、調節用高圧蒸気AHSと調節用低圧蒸気ALSとが混ざり合って、ディフューザ54から、調節用高圧蒸気AHSの圧力と調節用低圧蒸気ALSの圧力との間の圧力の蒸気、つまり目標圧力の冷却蒸気CSが流出する。ディフューザ54から流出した冷却蒸気CSは、冷却蒸気ライン57を介して、燃焼器21の燃焼筒23に形成されている蒸気流路24に流入する。この冷却蒸気CSは、この蒸気流路24を通る過程で、火炎及び燃焼ガスで加熱される燃焼筒23と熱交換し、燃焼筒23を冷却する。一方、冷却蒸気CSは、過熱されて過熱蒸気SSとなる。

0057

この過熱蒸気SSは、冷却蒸気回収ライン58及び再熱蒸気ライン136を介して、中圧蒸気タービン121bに流入し、中圧蒸気タービン121bを駆動させる。

0058

以上、本実施形態では、圧力の異なる調節用高圧蒸気AHSと調節用低圧蒸気ALSとをエジェクター51で混ぜて、目標圧力の冷却蒸気CSを生成する。このため、本実施形態では、エジェクター51におけるノズル53の絞り部の絞径やディフューザ54の開放部の開放径等を適宜変更することで、目標圧力が調節用高圧蒸気AHSと調節用低圧蒸気ALSとの間の圧力であれば、容易にこの目標圧力の冷却蒸気CSを得ることができる。さらに、調節用高圧蒸気AHSや調節用低圧蒸気ALSの取得位置を変えることで、調節用高圧蒸気AHSの圧力や調節用低圧蒸気ALSの圧力も容易に変更できるので、目標圧力がより高くても、逆により低くても容易にこの目標圧力の冷却蒸気CSを得ることができる。言い換えると、冷却蒸気CSの目標圧力として設定可能な圧力範囲を容易に変更することができる。このため、本実施形態では、冷却蒸気CSの圧力の選択自由度を高めることができる。

0059

さらに、本実施形態では、ガスタービン10等の運転形態が変更になり、冷却蒸気CSに必要な圧力が変更になっても、以上のような変更することで、冷却蒸気CSの圧力変更に容易に対応することができる。また、本実施形態では、蒸気タービンのケーシングに抽気ポートや回収ポートを形成する必要がないため、既設の設備で、高温部品を蒸気で冷却したい場合でも容易に対応することができる。

0060

また、本実施形態では、燃焼筒23を冷却して過熱された冷却蒸気CSは、過熱蒸気SSとして、中圧蒸気タービンに供給しているので、冷却蒸気のさらなる有効活用を図ることができる。

0061

「第一実施形態の第一変形例」
次に、図3を参照して、第一実施形態におけるコンバインドプラントの第一変形例について、説明する。なお、以下で説明する本実施形態の各変形例、他の各実施形態、各変形例は、いずれも、第一実施形態の冷却装置50を変更したものであり、その他の構成は基本的に同じである。そこで、以下の説明では、冷却装置について主として説明する。

0062

第一変形例の冷却装置50aは、第一実施形態の冷却装置50に対して、調節用高圧蒸気ライン55aの接続位置が異なっている、言い換えると、調節用高圧蒸気AHSを取得する位置が異なっている。具体的に、第一変形例の冷却装置50aでは、調節用高圧蒸気ライン55aの一方の端部は、第一実施形態と同様、エジェクター51のノズル53に接続され、他方の端部は、第一実施形態と異なり、過熱器間蒸気ライン135aに接続されている。すなわち、本変形例では、第一高圧過熱器114cで過熱された蒸気を調節用高圧蒸気AHSとしてエジェクター51に供給する。

0063

一方、第一実施形態では、第一高圧過熱器114cで過熱され、さらに第二高圧過熱器114dで過熱された高圧蒸気HSを調節用高圧蒸気AHSとしてエジェクター51に供給する。このため、本変形例の調節用高圧蒸気AHSの温度は、第一実施形態の調節用高圧蒸気AHSの温度よりも低い。

0064

エジェクター51に比較的低温の調節用高圧蒸気AHSが供給されると、この調節用高圧蒸気AHSの流量や調節用低圧蒸気ALSの流量、さらには調節用低圧蒸気ALSの温度にもよるが、エジェクター51から流出する冷却蒸気CSの温度は基本的に比較的低温になる。このため、本変形例では、第一実施形態よりも少ない流量の冷却蒸気CSで燃焼器21の燃焼筒23を冷却することができる。

0065

「第一実施形態の第二変形例」
次に、図4を参照して、第一実施形態におけるコンバインドプラントの第二変形例について、説明する。

0066

第二変形例の冷却装置50bは、第一実施形態の冷却装置50に対して、調節用高圧蒸気ライン55aの接続位置と、調節用低圧蒸気ライン56aの接続位置と、冷却蒸気回収ライン58aの接続位置とが異なっている。言い換えると、本変形例では、第一実施形態に対して、調節用高圧蒸気AHSを取得する位置、調節用低圧蒸気ALSを取得する位置、さらに過熱された冷却蒸気CSである過熱蒸気SSの回収位置が異なっている。

0067

具体的に、第二変形例の冷却装置50bでは、調節用高圧蒸気ライン55aの一方の端部が、第一実施形態と同様、エジェクター51のノズル53に接続され、他方の端部が、第一実施形態と異なり、高圧蒸気ライン(第一蒸気ライン)138の上流側の過熱器間蒸気ライン(第二蒸気ライン)135aに接続されている。また、本変形例の冷却装置50bでは、調節用低圧蒸気ライン56aの一方の端部が、第一実施形態と同様、エジェクター51の真空ポートに接続され、他方の端部が、第一実施形態と異なり、中圧蒸気ライン133に接続されている。また、本変形例の冷却装置50bでは、冷却蒸気回収ライン58aの一方の端部が、第一実施形態と同様、燃焼器21の蒸気流路24の他端に接続され、他方の端部が、第一実施形態と異なり、再熱器間蒸気ライン135bに接続されている。すなわち、本変形例では、第一高圧過熱器114cで過熱された蒸気を調節用高圧蒸気AHSとしてエジェクター51に供給する。さらに、本変形例では、高圧蒸気発生部(第一蒸気発生部)111cで発生する高圧蒸気(第一蒸気)HSよりも圧力の低い中圧蒸気(第二蒸気)ISを発生する中圧蒸気発生部(第二蒸気発生部)111bからの中圧蒸気ISを調節用低圧蒸気ALSとしてエジェクター51に供給する。また、本変形例では、燃焼器21の燃焼筒23の冷却で過熱された冷却蒸気CSである過熱蒸気SSを、高圧蒸気タービン121cから排気された高圧蒸気であって第一再熱器115aで過熱された蒸気中に戻す。

0068

以上のように、本変形例では、調節用高圧蒸気AHSとして取得する蒸気及び調節用低圧蒸気ALSとして取得する蒸気が第一実施形態と異なるので、冷却蒸気CSの温度を第一実施形態と変えることができると共に、冷却蒸気CSの目標圧力として設定可能な圧力範囲を変更することができる。

0069

ところで、燃焼器21の燃焼筒23との熱交換で過熱された冷却蒸気CS、つまり過熱蒸気SSを戻す領域は、排熱回収装置100の蒸気流路中で、燃焼筒23の蒸気流路24の入口における冷却蒸気CSの圧力、つまり目標圧力よりも、蒸気が燃焼筒23の蒸気流路24を通過する際の圧力損失分以上低い領域であれば、基本的に如何なる領域であってもよい。但し、目標圧力に対して、蒸気が燃焼筒23の蒸気流路24を通過する際の圧力損失分よりも遥かに低い圧力の領域に、過熱蒸気SSとなった冷却蒸気CSを戻すと、冷却蒸気CSの圧力損失が大きくなる。このため、過熱蒸気SSとなった冷却蒸気CSを戻す領域は、排熱回収装置100の蒸気流路中で、以上の圧力条件を満たしつつも、できる限り圧力の高い領域であることが好ましい。

0070

そこで、第一実施形態、第一及び第二変形例では、高圧蒸気タービン121cの蒸気入口における高圧蒸気HSの圧力よりも低い目標圧力の冷却蒸気CSを過熱蒸気SSとして、高圧蒸気タービン121cの蒸気出口における蒸気の圧力に近い領域である、再熱蒸気ライン136や再熱器間蒸気ライン135bに戻している。

0071

また、過熱蒸気SSを戻す領域は、熱応力の発生を抑えるという観点から、この過熱蒸気SSの温度に近い温度の蒸気が流れている領域であることが好ましい。そこで、第一実施形態、第一及び第二変形例では、燃焼器21の冷却で過熱された冷却蒸気CSである過熱蒸気SSを、この過熱蒸気SSとの温度差が小さい蒸気が流れている、再熱蒸気ライン136や再熱器間蒸気ライン135bに戻している。

0072

以上のように、調節用高圧蒸気AHSを取得する位置は、第一実施形態に限定されず、この調節用高圧蒸気AHSの圧力が冷却蒸気CSに求められる目標圧力より高ければ、排熱回収装置100の蒸気流路中のいずれかの位置に適宜設定することができる。また、調節用低圧蒸気ALSを取得する位置も、第一実施形態に限定されず、調節用低圧蒸気ALSの圧力が冷却蒸気CSに求められる目標圧力より低ければ、排熱回収装置100の蒸気流路中のいずれかの位置に適宜設定することができる。さらに、燃焼器21の冷却で過熱された冷却蒸気CSである過熱蒸気SSを戻す位置も、第一実施形態に限定されず、少なくとも以上で説明した圧力条件を満たせば、排熱回収装置100の蒸気流路中のいずれかの位置に適宜設定することができる。

0073

従って、第一実施形態、第一及び第二変形例では、前述したように、冷却蒸気CSの目標圧力として設定可能な圧力範囲を容易に変更することができる。なお、以下で説明する各実施形態においても、調節用高圧蒸気AHSを取得する位置、調節用低圧蒸気ALSを取得する位置、及び燃焼器21の冷却で過熱された冷却蒸気CSである過熱蒸気SSを戻す位置に関して、それぞれの蒸気に求められる条件を満たせば、排熱回収装置100の蒸気流路中のいずれかの位置に適宜設定することができる。

0074

「第二実施形態」
次に、図5を参照して、本発明に係るコンバインドプラントの第二実施形態について説明する。

0075

本実施形態の冷却装置50cは、第一実施形態における冷却装置50の圧力調節装置を変更したものである。具体的に、本実施形態の冷却装置50cの圧力調節装置61は、調節用高圧蒸気AHSで駆動する調節用タービン62と、この調節用タービン62の駆動で駆動して調節用低圧蒸気ALSを圧縮する調節用圧縮機63と、調節用タービン62から排気された蒸気と調節用圧縮機63から排気された蒸気とを混合する混合部68と、を有する。

0076

混合部68は、調節用タービン62から排気された蒸気が通るタービン排気蒸気ライン67と、調節用圧縮機63から排気された蒸気が通る圧縮機排気蒸気ライン66と、を有している。タービン排気蒸気ライン67と圧縮機排気蒸気ライン66とは、それぞれの下流側で合流しており、この合流部分で調節用タービン62から排気された蒸気と調節用圧縮機63から排気された蒸気とが混ざる。さらに、本実施形態の冷却装置50cは、調節用高圧蒸気AHSを調節用タービン62に導く調節用高圧蒸気ライン55と、調節用低圧蒸気ALSを調節用圧縮機63に導く調節用低圧蒸気ライン56と、混合部68で調節用タービン62から排気された蒸気と調節用圧縮機63から排気された蒸気とが混ざった蒸気を冷却蒸気CSとして燃焼筒23に供給する冷却蒸気ライン57と、燃焼筒23を冷却した過熱された冷却蒸気CSを過熱蒸気SSとして回収する冷却蒸気回収ライン58と、を備えている。タービン排気蒸気ライン67と圧縮機排気蒸気ライン66とはその下流側で合流しており、この合流地点からが燃焼筒23までの間のラインが冷却蒸気ライン57を成す。

0077

調節用高圧蒸気AHSは、調節用高圧蒸気ライン55から調節用タービン62に流入し、この調節用タービン62を駆動する。この調節用タービン62が駆動すると、調節用圧縮機63が駆動する。この調節用高圧蒸気AHSは、調節用タービン62の駆動で圧力及び温度が低下して、調節用タービン62から排気され、タービン排気蒸気ライン67を介して冷却蒸気ライン57に流入する。一方、調節用低圧蒸気ALSは、調節用低圧蒸気ライン56から駆動中の調節用圧縮機63に流入すると、圧縮されて圧力及び温度が上昇して、調節用圧縮機63から排気される。この調節用圧縮機63から排気された調節用低圧蒸気ALSは、圧縮機排気蒸気ライン66を介して冷却蒸気ライン57に流入する。この結果、圧力及び温度が低下した調節用高圧蒸気AHSと圧力及び温度が上昇した調節用低圧蒸気ALSとが冷却蒸気ライン57中で混ざり合って、目標圧力の冷却蒸気CSになる。この冷却蒸気CSは、第一実施形態と同様に、冷却蒸気ライン57から燃焼筒23に形成されている蒸気流路24に流入し、燃焼筒23を冷却する。燃焼筒23の冷却で過熱された冷却蒸気CSである過熱蒸気SSは、冷却蒸気回収ライン58及び再熱蒸気ライン136を介して、中圧蒸気タービン121bに流入し、中圧蒸気タービン121bを駆動させる。

0078

以上、本実施形態でも、第一実施形態と同様、圧力の異なる調節用高圧蒸気AHSと調節用低圧蒸気ALSとを用いて、目標圧力の冷却蒸気CSを生成するため、第一実施形態と基本的に同様の効果を奏する。

0079

第一実施形態及び第二実施形態で例示したように、圧力調節装置は、圧力の異なる調節用高圧蒸気AHSと調節用低圧蒸気ALSとを用いて、目標圧力の冷却蒸気CSを生成するものであれば、如何なるものでもよい。

0080

「第二実施形態の第一変形例」
次に、図6を参照して、第二実施形態におけるコンバインドプラントの第一変形例について、説明する。

0081

本変形例は、第二実施形態における圧力調節装置61を変更したものである。本変形例の圧力調節装置61aは、第二実施形態における圧力調節装置61に調節用タービン62の駆動で発電する発電機64を追加したものである。

0082

仮に、第二実施形態の圧力調節装置61で、調節用タービン62の駆動力として、調節用圧縮機63を駆動させても余力があるとする。このような場合には、本変形例のように、発電機64を追加することで、調節用タービン62の出力を有効利用することができる。

0083

「第二実施形態の第二変形例」
次に、図7を参照して、第二実施形態におけるコンバインドプラントの第二変形例について、説明する。

0084

本変形例も、第二実施形態における圧力調節装置61を変更したものである。本変形例の圧力調節装置61bは、第二実施形態における圧力調節装置61に調節用圧縮機63の駆動力を補助する電動機65を追加したものである。

0085

仮に、第二実施形態の圧力調節装置61で、調節用圧縮機63の駆動力が不足しているとする。つまり、調節用低圧蒸気ALSの昇圧が十分ではないとする。このような場合には、本変形例のように、電動機65を追加することで、調節用圧縮機63の駆動力の不足分を補うことができる。

0086

なお、第二実施形態の第一変形例では、第二実施形態における圧力調節装置61に発電機64を追加し、第二実施形態の第二変形例では、第二実施形態における圧力調節装置61に電動機65を追加しているが、これらの変形例で、電動機及び発電機の機能を有するものを追加してもよい。

0087

「第三実施形態」
次に、図8及び図9を参照して、本発明に係るコンバインドプラントの第三実施形態について説明する。

0088

本実施形態の冷却装置50dは、図8に示すように、第一実施形態における冷却装置50に、エジェクター51から流出した蒸気に水を噴霧するスプレー装置71と、このスプレー装置71に水を供給するスプレー水ライン75と、を追加したものである。

0089

スプレー装置71は、燃焼器21に供給される冷却蒸気CSの温度を調節する温度調節器として機能し、内部を蒸気が流れる温度調節容器72と、この温度調節容器72内に水を噴霧するスプレーノズル73と、を有している。温度調節容器72は、エジェクター51におけるディフューザ54の出口に接続されている。スプレー水ライン75の一方の端部は、スプレー装置71のスプレーノズル73に接続されている。また、このスプレー水ライン75の他方の端部は、排熱回収装置100における高圧ポンプ116cの吐出口に接続されている。冷却蒸気ライン57の一方の端部は、スプレー装置71の温度調節容器72に接続され、他方の端部は燃焼器21に接続されている。

0090

高圧ポンプ116cの吐出口からの水の圧力は、例えば、10000KPa程度である。一方、エジェクター51からの蒸気の圧力は、例えば、3000〜5000KPaである。このため、高圧ポンプ116cからの水がスプレーノズル73から、温度調節容器72内を流れる温度の高いエジェクター51からの蒸気中に噴霧されると、減圧により気化する。この結果、エジェクター51からの蒸気から気化熱が奪われ、温度調節容器72内から流出する蒸気の温度が低下し、冷却蒸気CSとなる。

0091

燃焼器21の燃焼筒23には、この温度が低下した冷却蒸気CSが供給され、この燃焼筒23と熱交換し、燃焼筒23を冷却する。一方、冷却蒸気CSは、過熱されて過熱蒸気SSとなる。この過熱蒸気SSは、第一実施形態と同様に、冷却蒸気回収ライン58及び再熱蒸気ライン136を介して、中圧蒸気タービン121bに流入し、中圧蒸気タービン121bを駆動させる。

0092

燃焼器21の燃焼筒23に供給される冷却蒸気CSは、燃焼筒23の入口部分での圧力に対する飽和温度よりも高い必要がある。仮に、冷却蒸気CSが飽和温度以下である場合、液滴が燃焼筒23の蒸気流路24に流入し、この蒸気流路24の壁面に液滴が付着する。この結果、蒸気流路24の壁面が局部的に急冷却され、熱応力により燃焼筒23が損傷する可能性がある。また、液滴により蒸気流路24内に錆が発生し、この錆により蒸気流路24が閉塞して、燃焼筒23を十分冷却できなくなって、燃焼筒23が損傷する可能性もある。このため、図9に示すように、燃焼筒23等の高温部品に供給する冷却蒸気CSの温度は、飽和蒸気温度よりも高い必要がある。

0093

但し、この冷却蒸気CSの温度は、燃焼筒23等の高温部品の温度より低ければ、いくら高くてもよい訳でない。冷却蒸気CSの温度が燃焼筒23等の高温部品の温度に近ければ、高温部品を冷却するための冷却蒸気CSの流量を多くする必要が生じ、コンバインドプラントの効率が低下する。

0094

一方、冷却蒸気CSの温度は、飽和温度より高ければ、低い方が好ましい分けでもない。冷却蒸気CSの温度を冷却で低下させると、冷却に伴うエネルギー損失が発生し、コンバインドプラントの効率が低下する。

0095

すなわち、コンバインドプラントの効率は、図9に示すように、冷却蒸気CSの温度が飽和温度よりも高く且つ高温部品の温度よりも低い温度範囲中のある温度Tのときに最も高く、この温度Tよりも冷却蒸気CSの温度が低くなっても高くなっても低下する。従って、燃焼筒23等の高温部品に供給する冷却蒸気CSの温度は、飽和温度よりも高く且つ高温部品の温度よりも低い温度範囲内であって、温度Tを中心として所定の範囲内の温度になるよう調節することが好ましい。なお、コンバインドプラントの効率とは、ガスタービン10の出力と蒸気タービン121a,121b,121cの出力とを合せた値を、ガスタービン10に供給した燃料Fの単位時間当たり発熱量で割った値である。

0096

以上、本実施形態では、燃焼器21に供給する冷却蒸気CSの温度を調節しているので、高温部品が適切な温度に冷却され、熱応力や熱変形が低減し、高温部品の短命化を防ぐとともに信頼性を高めることができる。また、コンバインドプラントの効率面から効率よく燃焼器21を冷却することができる。また、本実施形態では、調節用高圧蒸気及び調節用低圧蒸気を混ぜた蒸気のみならず、この蒸気に水を混ぜて、混合後の蒸気を冷却蒸気CSとして燃焼器21に供給しているので、調節用高圧蒸気と調節用低圧蒸気とのうち少なくとも一方の蒸気の流量を減らすことができる。

0097

「第三実施形態の変形例」
次に、図10を参照して、第三実施形態におけるコンバインドプラントの変形例について、説明する。

0098

本変形例の冷却装置50eは、第三実施形態の冷却装置50dにおける温度調節器としてのスプレー装置71を熱交換器74に変更したものである。

0099

この熱交換器74の管内側又は管外側の入口には、エジェクター51のディフューザ54が接続され、熱交換器74の管内側又は管外側の出口には、冷却蒸気ライン57が接続されている。また、この熱交換器74の管外側又は管内側の入口には、第一高圧節炭器112cで加熱された水を熱交換器74に送る高圧加熱水ライン76が接続されている。さらに、この熱交換器74の管外側又は管内側の出口には、ここに流れ込んだ水を第二高圧節炭器112dで加熱された水中に戻す高圧加熱水回収ライン77が接続されている。具体的に、高圧加熱水ライン76は、熱交換器74に接続されていると共に、第一高圧節炭器112cと第二高圧節炭器112dとを接続するラインに接続されている。また、高圧加熱水回収ライン77は、熱交換器74に接続されていると共に、第二高圧節炭器112dと高圧蒸発器113cとを接続するラインに接続されている。

0100

エジェクター51からの蒸気は、熱交換器74の管内側又は管外側に流入する。また、第一高圧節炭器112cで加熱された水は、高圧加熱水ライン76を介して、熱交換器74の管外側又は管内側に流入する。この結果、熱交換器74において、エジェクター51からの蒸気と第一高圧節炭器112cで加熱された水とが熱交換する。この場合、この熱交換により、エジェクター51からの蒸気が冷却され、第一高圧節炭器112cで加熱された水がさらに加熱される。

0101

エジェクター51からの蒸気が熱交換器74で冷却されると、冷却蒸気CSとなり、この冷却蒸気CSが冷却蒸気ライン57を介して、燃焼器21の燃焼筒23に供給される。この冷却蒸気CSは、この燃焼筒23と熱交換し、燃焼筒23を冷却する。一方、冷却蒸気CSは、過熱されて過熱蒸気SSとなる。この過熱蒸気SSは、第一実施形態と同様に、冷却蒸気回収ライン58及び再熱蒸気ライン136を介して、中圧蒸気タービン121bに流入し、中圧蒸気タービン121bを駆動させる。なお、本変形例においても、第三実施形態と同様、燃焼器21に供給される冷却蒸気CSは、熱交換器74の伝熱面積や熱交換器74内を流れる各流体流速等の調節により、適切な温度にする必要がある。

0102

また、第一高圧節炭器112cで加熱され、さらに熱交換器74で加熱された水は、高圧加熱水回収ライン77を介して、第二高圧節炭器112dで加熱された水中に戻る。

0103

以上、本変形例でも、第三実施形態と同様、燃焼器21に供給する冷却蒸気CSの温度を調節しているので、コンバインドプラントの効率面から効率よく燃焼器21を冷却することができる。また、本変形例では、第一高圧節炭器112cで加熱され、さらに熱交換器で加熱された水は、第二高圧節炭器112dで加熱された水中に戻さるので、この水の熱を有効利用することができる。

0104

なお、第三実施形態及びこの変形例では、温度調節器としてのスプレー装置71又は熱交換器74を圧力調節装置としてのエジェクター51の出口側に設けたが、この替りに、温度調節器としてのスプレー装置等を調節用高圧蒸気ライン55中に設けても、調節用低圧蒸気ライン56中に設けてもよい。すなわち、温度調節器は、圧力調節装置の出口側に設けても、調節用高圧蒸気ライン55中に設けても、調節用低圧蒸気ライン56中に設けてもよい。また、本実施形態及びこの変形例は、圧力調節装置がエジェクター51である第一実施形態に、温度調節器としスプレー装置71を追加した例であるが、圧力調節装置が調節用タービン62及び調節用圧縮機63を有する第二実施形態等に温度調節器としてのスプレー装置71又は熱交換器74を追加してもよい。

0105

「第四実施形態」
次に、図11を参照して、第四実施形態におけるコンバインドプラントについて、説明する。

0106

本実施形態の冷却装置50fは、第三実施形態の冷却装置50dと同様、エジェクター51と熱交換器79とを備えている。但し、この熱交換器79は、第三実施形態の熱交換器74と異なり、燃焼器21に供給する燃料Fと調節用低圧蒸気ALSとを熱交換させる。

0107

このため、本実施形態の熱交換器79は、燃焼器21に燃料Fを供給する燃料ライン29中に設けられている。具体的には、この熱交換器79の管内側又は管外側の入口及び出口は、いずれも、燃焼器21に燃料Fを供給する燃料ライン29に接続されている。また、熱交換器79の管外側又は管内側の入口及び出口は、いずれも調節用低圧蒸気ライン56に接続されている。この調節用低圧蒸気ライン56は、第一実施形態と同様、高圧蒸気回収ライン139に接続されている。また、調節用高圧蒸気ライン55aは、第一実施形態の第二変形例と同様、過熱器間蒸気ライン135aに接続されている。また、冷却蒸気回収ライン58aは、第一実施形態の第二変形例と同様、再熱器間蒸気ライン135bに接続されている。

0108

燃焼器21に供給される燃料Fは、熱交換器79を通ることで、調節用低圧蒸気ALSと熱交換して、加熱される。この加熱された燃料Fは、燃料ライン29を介して燃焼器21に供給される。一方、調節用低圧蒸気ALSは、燃料Fとの熱交換で冷却される。冷却された調節用低圧蒸気ALSは、エジェクター51の真空ポートからエジェクター51内に流入する。また、このエジェクター51には、調節用高圧蒸気AHSがエジェクター51のノズルから流入する。この結果、エジェクター51内で、調節用高圧蒸気AHSと調節用低圧蒸気ALSとが混ざりあって、この蒸気が冷却蒸気CSとして、エジェクター51から流出する。エジェクター51から流出した冷却蒸気CSは、冷却蒸気ライン57を介して、燃焼器21の燃焼筒23を通る過程で、燃焼筒23と熱交換し、燃焼筒23を冷却する。一方、冷却蒸気CSは、過熱されて過熱蒸気SSとなる。この過熱蒸気SSは、第一実施形態の第二変形例と同様、高圧蒸気タービン121cから排気された高圧蒸気であって第一再熱器135aで過熱された蒸気中に戻る。

0109

このように、本実施形態の熱交換器79は、調節用低圧蒸気ALSを冷却することで冷却蒸気CSの温度を調節する温度調節器としての機能と、燃料Fを予熱する予熱器としての機能とを有している。

0110

以上、本実施形態では、第三実施形態及びその変形例と同様、燃焼器21に供給する冷却蒸気CSの温度を調節しているので、高温部品が適切な温度に冷却され、熱応力や熱変形が低減し、高温部品の短命化を防ぐとともに信頼性を高めることができる。また、コンバインドプラントの効率面から効率よく燃焼器21を冷却することができると共に、コンバインドプラントの効率を高めることができる。さらに、本実施形態では、高圧蒸気タービン121cの下流側から取得した調節用低圧蒸気ALSの熱を、このコンバインドプラントのより上流側の燃料Fの予熱に利用しているので、この観点からもコンバインドプラントの効率を高めることができる。

0111

また、本実施形態では、燃料Fと蒸気とを熱交換して燃料を予熱しているため、燃料Fの予熱にあたり、熱交換器79の伝熱管が破損しても発火するおそれがない。

0112

なお、本実施形態では、冷却蒸気CSの温度調節器としての機能と燃料Fの予熱器としての機能を有する熱交換器79を調節用低圧蒸気ライン56中に設けているが、この熱交換器79をエジェクター51等の圧力調節装置の下流側に設けてもよいし、調節用高圧蒸気ライン中に設けてもよい。

0113

「第四実施形態の第一変形例」
次に、図12を参照して、第四実施形態におけるコンバインドプラントの第一変形例について、説明する。

0114

本変形例のコンバインドプラントは、第四実施形態のコンバインドプラントにさらに燃料Fを予熱する熱交換器を追加したものである。そこで、第四実施形態における熱交換器79を第一熱交換器79とし、本変形例において追加する熱交換器を第二熱交換器81とする。

0115

第一熱交換器79及び第二熱交換器81は、いずれも、燃料ライン29中に設けられている。第二熱交換器81は、第一熱交換器79に対して、燃料Fの流れの上流側に配置されている。具体的に、この第二熱交換器81の管内側又は管外側の入口及び出口には、燃料ライン29に接続されている。また、この第二熱交換器81の管外側又は管内側の入口には、中圧節炭器112bで加熱された水HWを第二熱交換器81に送る中圧加熱水ライン82が接続されている。この第二熱交換器81の管外側又は管内側の出口には、ここに流れ込んだ水HWを給水ライン131に戻す中圧加熱水回収ライン83が接続されている。具体的に、中圧加熱水ライン82は、第二熱交換器81に接続されていると共に、中圧節炭器112bと中圧蒸発器113bとを接続するラインに接続されている。また、中圧加熱水回収ライン83は、第二熱交換器81に接続されていると共に、給水ライン131中であって給水ポンプ124よりも下流側の位置に接続されている。

0116

本変形例では、第四実施形態のコンバインドプラントの構成を備えているので、第四実施形態と同様の効果を奏する。さらに、本変形例では、第四実施形態のコンバインドプラントに第二熱交換器81を追加したので、燃焼器21に供給される燃料Fの温度を第四実施形態よりも高めることができる。しかも、本変形例では、第二熱交換器81による燃料Fの予熱で、このコンバインドプラントの比較的下流側の中圧節炭器112bで加熱された水を利用しているので、コンバインドプラントの効率を高めることができる。

0117

「第四実施形態の第二変形例」
次に、図13を参照して、第四実施形態におけるコンバインドプラントの第二変形例について、説明する。

0118

本変形例のコンバインドプラントは、調節用低圧蒸気として利用する蒸気を替えたものである。具体的に、第四実施形態及びその第一変形例では、高圧蒸気タービン121cから排気された高圧蒸気を調節用低圧蒸気ALSに利用するが、本変形例では、中圧蒸気ISを調節用低圧蒸気ALSに利用する。

0119

このため、本変形例では、第一熱交換器79の管内側と管外側とのうちで燃料Fが通らない側の入口及び出口は、いずれも調節用低圧蒸気ラインとしての中圧蒸気ライン133aが接続されている。なお、この中圧蒸気ライン133aは、中圧過熱器114bの蒸気出口に接続されている。

0120

このように、燃焼器21に供給する燃料Fの目標温度や、冷却蒸気ISの目標温度等に応じて、調節用低圧蒸気ALSとして、例えば、本変形例のように中圧蒸気ISを用いてもよい。また、調節用高圧蒸気AHSに関しても、同様に、排熱回収装置100中のいずれかの一の蒸気を用いてもよい。また、第二熱交換器81に供給されて燃料Fと熱交換する媒体は、排熱回収装置100を流れる流体であって、燃料Fより温度の高い流体であれば、各種蒸気でも、又水でもよい。

0121

「その他の変形例」
第三実施形態及びその変形例における温度調節器、第四実施形態及びその変形例における温度調節器は、いずれも蒸気を冷却している。しかしながら、図9を用いて前述したように、高温部品に供給する冷却蒸気は、飽和温度より高い必要があるため、高温部品に供給する蒸気が飽和蒸気に近い温度である場合には、以上の温度調節器で蒸気を過熱することになる。

0122

また、以上の各実施形態及びその変形例では、いずれも、ガスタービン10における燃焼器21の燃焼筒23を冷却蒸気CSで冷却する。しかしながら、ガスタービン10を構成する部品で、燃焼ガスに接する高温部品であれば、例えば、タービン31の動翼34、静翼36、さらにタービンケーシング35の内周面のうちで動翼34に対向する部分を構成する分割環等の高温部品を冷却蒸気CSで冷却してもよい。この場合、タービン31の動翼34又は静翼36等の高温部品に蒸気流路を形成し、この蒸気流路の一端に冷却蒸気ラインを接続する。

0123

また、以上の各実施形態及びその変形例の排熱回収装置100は、低圧蒸気タービン121a、中圧蒸気タービン121b、高圧蒸気タービン121cの3基の蒸気タービンを備えているが、蒸気タービンは1基又は2基の場合でも、また、無くてもよい。また、以上の各実施形態及びその変形例の排熱回収装置100の排熱回収ボイラー110は、低圧蒸気発生部111a、中圧蒸気発生部111b、高圧蒸気発生部111c及び再熱部115を有しているが、少なくとも一の蒸気発生部を有していればよい。

0124

10:ガスタービン、11:圧縮機、21:燃焼器、22:噴射器、23:燃焼筒(高温部品)、24,39:蒸気流路、29:燃料ライン、31:タービン、32:タービンロータ、33:動翼、35:タービンケーシング、36:静翼、40:煙突、50,50a,50b,50c,50d,50e,50f:冷却装置、51:エジェクター、55,55a:調節用高圧蒸気ライン、56,56a:調節用低圧蒸気ライン、57:冷却蒸気ライン、58,58a:冷却蒸気回収ライン,61,61a,61b:圧力調節装置、62:調節用タービン、63:調節用圧縮機、64:発電機、65:電動機、68:混合部、71:スプレー装置、74:熱交換器、75:スプレー水ライン、76:高圧加熱水ライン、77:高圧加熱水回収ライン、79:熱交換器(第一熱交換器)、81:第二熱交換器、100:排熱回収装置、110:排熱回収ボイラー、111a:低圧蒸気発生部、111b:中圧蒸気発生部(第二蒸気発生部)、111c:高圧蒸気発生部(第一蒸気発生部)、115:再熱部、121a:低圧蒸気タービン、121b:中圧蒸気タービン(第二蒸気タービン)、121c:高圧蒸気タービン(第一蒸気タービン又は、単に蒸気タービン)、123:復水器、131:給水ライン、133,133a:中圧蒸気ライン、135a:過熱器間蒸気ライン(第二蒸気ライン)、135b:再熱器間蒸気ライン、136:再熱蒸気ライン(第二蒸気供給ライン)、138:高圧蒸気ライン(第一蒸気ライン)、139:高圧蒸気回収ライン(排気蒸気ライン)

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