JP2015183597A - 排熱回収システム、これを備えているガスタービンプラント、及び排熱回収方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、温度レベルが異なる熱媒体に排熱を回収すると、空気の冷却温度幅が大きい場合において、高温の排熱から低温の排熱に向かって、温度レベルが高い熱媒体から温度レベルの低い熱媒体に順次回収することによって、空気と熱媒体の温度差を小さくすることができ、空気の冷却温度幅の大きな排熱を十分に温度の高い熱媒体に順次回収し、排熱の回収効率を向上することができる。
ここで、「温度レベルが異なる」とは、熱媒体の入口、または出口の少なくとも一方の温度が有意に異なることを意味している。また「温度レベルが高い」とは、熱媒体の入口、または出口の少なくとも一方の温度が高く、より高温の空気との間での熱交換に適していることを意味し、「温度レベルが低い」とは、熱媒体の入口、または出口の少なくとも一方の温度が低く、より低温の空気との間での熱交換に適していることを意味する。
「第一実施形態」
図1を参照して、本発明に係るガスタービンプラント1の第一実施形態について説明する。
そして本実施形態では、圧縮機11の出口から空気Aを抽気して、冷却空気CAを生成する(冷却工程S2、図2参照)。なお、例えば圧縮機11の中間段から空気Aを抽気してもよく、抽気位置は本実施形態の場合に限定されない。
さらに、排熱回収装置51は、排熱回収ボイラ65で発生した蒸気Sで駆動する蒸気タービン67と、蒸気タービン67の駆動で発電する発電機68と、蒸気タービン67を駆動させた蒸気Sを水Wに戻す復水器69とを有している。
そして、第一回収部70を流通する水Wは、第二回収部71を流通する水Wに比べて、圧力(及び温度)が高くなっており、熱媒体Mとして温度レベルが異なる流体となっている。
ここで、「温度レベルが異なる」とは、熱媒体の入口、または出口の少なくとも一方の温度が有意に異なることを意味している。また「温度レベルが高い」とは、熱媒体の入口、または出口の少なくとも一方の温度が高く、より高温の空気との間での熱交換に適していることを意味し、「温度レベルが低い」とは、熱媒体の入口、または出口の少なくとも一方の温度が低く、より低温の空気との間での熱交換に適していることを意味する。
次に、図4を参照して、本発明に係るガスタービンプラント101の第二実施形態について説明する。
そして、第一回収部120を流通する蒸気Sと、第二回収部121を流通する水Wとは、互いに同一の物質であり、かつ、物質の相が異なっており、熱媒体Mとして温度レベルが異なる流体となっている。
次に、図5を参照して、本発明に係るガスタービンプラント141の第三実施形態について説明する。
・トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、パーフルオロデカリン等の有機ハロゲン化合物
・ブタン、プロパン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン等のアルカン
・シクロペンタン、シクロヘキサン等の環状アルカン
・チオフェン、ケトン、芳香族化合物
・R134a、R245fa等の冷媒、
・以上を組み合わせたもの
そして、第一回収部170を流通する水Wと、第二回収部171を流通する低沸点媒体LMとは、互いに沸点が異なり、熱媒体Mとして温度レベルが異なる流体となっている。
次に、図6を参照して、本発明に係るガスタービンプラント191の第四実施形態について説明する。
そして、第三回収部196を流通する蒸気Sは、第一回収部70を流通する水W及び第二回収部71を流通する水Wと異なり、これらは互いに熱媒体Mとして温度レベルが異なる流体となっている。
次に、図7を参照して、本発明に係るガスタービンプラント201の第五実施形態について説明する。
次に、図8を参照して、本発明に係るガスタービンプラント301の第五実施形態について説明する。
第三回収部376は、例えば、入口が第一蒸発器373の出口に接続され、出口が排熱回収ボイラ65における低圧過熱器74cの出口、即ち、低圧蒸気タービン77の入口に接続されている。そして、第一蒸発器373からの蒸気Sを低圧蒸気タービン77に導入することで、冷却空気クーラ54で排熱を回収する。
次に、図10を参照して、本発明に係るガスタービンプラント401の第七実施形態について説明する。
そして、第三回収部476を流通する中圧蒸気MS、第一回収部70を流通する水W及び第二回収部71を流通する水Wの温度レベルは、互いに異なっており、温度レベルが高い順に、第三回収部476を流通する中圧蒸気MS、第一回収部70を流通する水W、第二回収部71を流通する水Wの順となる。
「第八実施形態」
次に、図12を参照して、本発明に係るガスタービンプラント501の第八実施形態について説明する。
「第九実施形態」
次に、図13を参照して、本発明に係るガスタービンプラント601の第九実施形態について説明する。
そして、第三回収部676を流通する蒸気Sは、第一回収部70を流通する水W及び第二回収部71を流通する水Wと異なり、これらは互いに熱媒体Mとして温度レベルが異なる流体となっている。
「第十実施形態」
次に、図14を参照して、本発明に係るガスタービンプラント701の第十実施形態について説明する。
次に、図15を参照して、本発明に係るガスタービンプラント801の第十実施形態について説明する。
以上の各実施形態及び変形例のガスタービンプラントについて説明を行ったが、下記の通り、その他様々な変形例を採用することができる。
10…ガスタービン
11…圧縮機
13…圧縮機ロータ
17…圧縮機ケーシング
21…燃焼器
31…タービン
33…タービンロータ
34…ロータ軸
35…動翼
37…タービンケーシング
38…静翼
40…ガスタービンロータ
41…発電機
54…冷却空気クーラ
51…排熱回収装置
61…排熱回収システム
65…排熱回収ボイラ
66…給水ポンプ
67…蒸気タービン
68…発電機
69…復水器
70…第一回収部
71…第二回収部
72…蒸気発生部
74…低圧蒸気発生部
75…中圧蒸気発生部
76…高圧蒸気発生部
74a…低圧節炭器
74b…低圧蒸発器
74c…低圧過熱器
75a…中圧節炭器
75b…中圧蒸発器
75c…中圧過熱器
75d…中圧給水ポンプ
76a…第一高圧節炭器
76b…第二高圧節炭器
76c…高圧蒸発器
76d…第一高圧過熱器
76e…第二高圧過熱器
76f…高圧給水ポンプ
77…低圧蒸気タービン
78…中圧蒸気タービン
79…高圧蒸気タービン
83…第一再熱器
84…第二再熱器
O…軸線
CA…冷却空気
M…熱媒体
A…空気
F…燃料
G…燃焼ガス
S…蒸気
EG…排気ガス
W…水
LS…低圧蒸気
MS…中圧蒸気
HS…高圧蒸気
70A…第一回収部
70Aa…第一熱交換部
70Ab…第二熱交換部
70Ac…第三熱交換部
71A…第二回収部
70B…第一回収部
70Ba…第一熱交換部
70Bb…第二熱交換部
71B…第二回収部
71Ba…第三熱交換部
71Bb…第四熱交換部
101…ガスタービンプラント
120…第一回収部
121…第二回収部
141…ガスタービンプラント
151…排熱回収装置
165…低沸点媒体ランキンサイクル
166…ポンプ
167…(低沸点媒体)タービン
168…発電機
169…凝縮器
170…第一回収部
171…第二回収部
180…蒸気回収ライン
LM…低沸点媒体
191…ガスタービンプラント
192…排熱回収装置
196…第三回収部
198…蒸発器
201…ガスタービンプラント
251…排熱回収装置
270…第一回収部
271…第二回収部
272…蒸発器
273…過熱器
301…ガスタービンプラント
351…排熱回収装置
370…第一回収部
371…第二回収部
373…第一蒸発器
374…第二蒸発器
375…過熱器
376…第三回収部
401…ガスタービンプラント
476…第三回収部
501…ガスタービンプラント
551…排熱回収装置
555…補助圧縮機
601…ガスタービンプラント
651…排熱回収装置
661…排熱回収システム
676…第三回収部
701…ガスタービンプラント
770…第一回収部
773…燃料供給部
801…ガスタービンプラント
851…排熱回収装置
870…第一回収部
880…予熱部
970…第一回収部
980…予熱部
Claims (28)
- 空気を圧縮する圧縮機、圧縮された空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び、燃焼ガスで駆動するタービンを有するガスタービンにおける前記圧縮機から前記空気を抽気して、抽気した該空気を冷却して高温部品を冷却する冷却空気を生成する冷却空気クーラと、
前記冷却空気クーラからの排熱を回収する排熱回収装置と、
を備え、
前記排熱回収装置は、前記冷却空気クーラに、熱媒体として互いに温度レベルの異なる複数の流体を各々流通させることで、前記排熱の回収を行う複数の回収部を有する排熱回収システム。 - 請求項1に記載の排熱回収システムにおいて、
前記複数の回収部には、前記温度レベルの異なる前記複数の流体によって、並列に前記排熱を回収する並列回収部が設けられている排熱回収システム。 - 請求項1又は2に記載の排熱回収システムにおいて、
前記回収部は、前記複数の流体として、互いに同一の物質であり、かつ、互いに圧力が異なる流体を前記冷却空気クーラに流通させる排熱回収システム。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の排熱回収システムにおいて、
前記回収部は、前記複数の流体として、互いに同一の物質であり、かつ、物質の相が異なる流体を前記冷却空気クーラに流通させる排熱回収システム。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の排熱回収システムにおいて、
前記回収部は、前記複数の流体として、互いに沸点が異なる流体を前記冷却空気クーラに流通させる排熱回収システム。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の排熱回収システムにおいて、
前記排熱回収装置は、回収した前記排熱によって、低沸点媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクルをさらに有する排熱回収システム。 - 請求項6に記載の排熱回収システムにおいて、
前記排熱回収装置は、前記タービンからの排気ガスで水を順次加熱する複数の節炭器を有する排熱回収ボイラと、
前記水を前記流体として前記冷却空気クーラに供給した後に、前記複数の節炭器のうちで最も低温側に設けられた低圧節炭器に供給する給水部と、
をさらに有し、
前記低沸点媒体ランキンサイクルは、前記低圧節炭器の出口からの水の熱によって駆動される排熱回収システム。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の排熱回収システムにおいて、
前記冷却空気クーラは、前記複数の流体のうちの少なくとも一つを蒸発させる蒸発器を有する排熱回収システム。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の排熱回収システムにおいて、
前記排熱回収装置における前記回収部は、前記タービンからの排気ガスで水を加熱する排熱回収ボイラを有し、
前記排熱回収ボイラは、前記複数の流体として前記水を前記冷却空気クーラに流通させる排熱回収システム。 - 請求項9に記載の排熱回収システムにおいて、
前記排熱回収装置は、前記排熱回収ボイラに加え、該排熱回収ボイラで加熱された前記水を作動媒体として駆動する蒸気タービンをさらに有する排熱回収システム。 - 請求項10に記載の排熱回収システムにおいて、
前記排熱回収装置における前記回収部は、前記複数の流体のうちの少なくとも一つとして、前記蒸気タービンの出口からの蒸気を前記冷却空気クーラへ流通させる排熱回収システム。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載の排熱回収システムにおいて、
前記冷却空気クーラは、前記高温部品として前記タービン及び前記燃焼器の構成部品のうちの少なくとも一方の冷却を行う冷却空気を生成する排熱回収システム。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載の排熱回収システムにおいて、
前記排熱回収装置における前記回収部は、少なくとも三つが設けられている排熱回収システム。 - 請求項1から13のいずれか一項に記載の排熱回収システムにおいて、
前記排熱回収装置における前記回収部は、前記複数の流体のうちの少なくとも一つとして、前記燃焼器で燃焼させる前記燃料を前記冷却空気クーラへ流通させる排熱回収システム。 - 請求項1から13のいずれか一項に記載の排熱回収システムにおいて、
前記排熱回収装置は、前記燃焼器で燃焼させる前記燃料を、前記複数の流体のうちの少なくとも一つによって加熱する排熱回収システム。 - 請求項1から15のいずれか一項に記載の排熱回収システムと、
空気を圧縮する圧縮機、圧縮された空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び、燃焼ガスで駆動するタービンを有するガスタービンと、
を備えるガスタービンプラント。 - 空気を圧縮する圧縮機、圧縮された空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び、燃焼ガスで駆動するタービンを有するガスタービンにおける前記圧縮機から前記空気を抽気する抽気工程と、
抽気した前記空気を冷却して高温部品を冷却する冷却空気を生成する冷却工程と、
前記冷却空気を生成した際の排熱を、熱媒体として互いに温度レベルの異なる複数の流体によって回収する排熱回収工程と、
を含む排熱回収方法。 - 請求項17に記載の排熱回収方法において、
前記排熱回収工程では、前記複数の流体として、同一の物質であり、かつ、互いに圧力が異なる流体によって前記排熱を回収する排熱回収方法。 - 請求項17に記載の排熱回収方法において、
前記排熱回収工程では、前記複数の流体として、同一の物質であり、かつ、物質の相が異なる流体によって前記排熱を回収する排熱回収方法。 - 請求項17に記載の排熱回収方法において、
前記排熱回収工程では、前記複数の流体として、互いに沸点の異なる流体によって前記排熱を回収する排熱回収方法。 - 請求項19から20のいずれか一項に記載の排熱回収方法において、
前記排熱回収工程では、前記排熱を、低沸点媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクルを駆動することで回収する排熱回収方法。 - 請求項21に記載の排熱回収方法において、
前記排熱回収工程では、前記タービンからの排気ガスで水を順次加熱する複数の節炭器を有する排熱回収ボイラからの水を前記複数の流体として前記排熱を回収した後に、前記複数の節炭器のうちで最も低温側に設けられた低圧節炭器に供給し、該低圧節炭器の出口からの水の熱によって前記低沸点媒体ランキンサイクルを駆動する排熱回収方法。 - 請求項17から22のいずれか一項に記載の排熱回収方法において、
前記冷却工程では、前記複数の流体のうちの少なくとも一つの流体を蒸発させる排熱回収方法。 - 請求項17から23のいずれか一項に記載の排熱回収方法において、
前記排熱回収工程では、前記複数の流体として、前記タービンからの排気ガスで水を加熱する排熱回収ボイラからの水によって前記排熱を回収する排熱回収方法。 - 請求項24に記載の排熱回収方法において、
前記排熱回収工程では、前記排熱回収ボイラで加熱された前記水を作動媒体として駆動する蒸気タービンの出口からの水の蒸気によって前記排熱を回収する排熱回収方法。 - 請求項17から25のいずれか一項に記載の排熱回収方法において、
前記排熱回収工程では、前記冷却空気を生成した際の前記排熱を、前記熱媒体として互いに温度レベルの異なる少なくとも三つの流体によって回収する排熱回収方法。 - 請求項17から26のいずれか一項に記載の排熱回収方法において、
前記排熱回収工程では、前記複数の流体のうちの少なくとも一つとして、前記燃焼器で燃焼させる前記燃料によって前記排熱を回収する排熱回収方法。 - 請求項17から26のいずれか一項に記載の排熱回収方法において、
前記排熱回収工程では、前記燃焼器で燃焼させる前記燃料を、前記複数の流体のうちの少なくとも一つによって加熱する排熱回収方法。
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