JP2016061227A

JP2016061227A - 冷却設備、これを備えるコンバインドサイクルプラント、及び冷却方法

Info

Publication number: JP2016061227A
Application number: JP2014189910A
Authority: JP
Inventors: 和徳藤田; Kazunori Fujita
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2016-04-25
Anticipated expiration: 2034-09-18
Also published as: US20180223696A1; KR20180088524A; WO2016043094A1; KR20170039705A; US11300010B2; JP6519839B2

Abstract

【課題】本発明の冷却設備は、ガスタービンの燃料消費量を増加させずに蒸気タービンの出力を向上させることができる。【解決手段】蒸気タービン５を駆動した蒸気Ｓｂを冷却して水Ｗに戻す復水器冷媒を復水器６に供給する冷媒供給ライン８１と、冷媒供給ライン８１に設けられ、ガスタービン２の燃料として用いられる液化ガスと前記復水器冷媒とを熱交換させて前記液化ガスを加熱及び気化すると共に前記復水器冷媒を冷却する冷却部８０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却設備、これを備えるコンバインドサイクルプラント、及び冷却方法に関する。

ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせて構成されるコンバインドサイクルプラントでは、ガスタービンから排出される高温の排ガスの排熱を利用して蒸気を生成し、この蒸気によって蒸気タービンが駆動されている。

このようなコンバインドサイクルプラントでは、出力を向上させるために、ガスタービンの吸気を冷却し、ガスタービンの圧縮機の吸気量（質量流量）を増大させる構成が用いられる場合がある。例えば、特許文献１に記載の液化天然ガス複合サイクル発電プラントでは、ガスタービンの圧縮機に供給される燃焼用空気が吸気冷却器に通されることで、メタンハイドレート貯蔵槽内のメタンハイドレードスラリーや水と熱交換される。そのため、この液化天然ガス複合サイクル発電プラントでは、一定温度まで燃焼用空気が冷却され、圧縮機の吸気量が増大される。したがって、この液化天然ガス複合サイクル発電プラントでは、吸気量が増大することで、ガスタービンの出力が向上する。

特開平１１−２００８８４号公報

ところで、ガスタービンの圧縮機の燃焼用空気を冷却させて吸気量を増大させた場合、燃焼温度を同じ温度に維持しようとする限り、燃焼器で用いられる燃料の消費量も増加してしまい、コンバインドサイクルプラントとして熱効率の向上は見込み難い。そのため、ガスタービンの燃料消費量を増加させずに蒸気タービンの出力を向上させることで、コンバインドサイクルプラントでの発電効率を向上させたいという要望がある。

本発明は、上記要望に応えるためになされたものであって、蒸気タービンの出力を向上させることが可能な冷却設備、これを備えるコンバインドサイクルプラント、及び冷却方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様としての冷却設備は、蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却して水に戻す復水器冷媒を復水器に供給する冷媒供給ラインと、前記冷媒供給ラインに設けられ、ガスタービンの燃料として用いられる液化ガスと前記復水器冷媒とを熱交換させて前記液化ガスを加熱及び気化すると共に前記復水器冷媒を冷却する冷却部とを備える。

このような構成によれば、冷却部で液化ガスを利用して復水器冷媒を冷却し、冷却した復水器冷媒を冷媒供給ラインで復水器まで送ることで、蒸気タービンの駆動に用いられた蒸気を冷却することができる。したがって、液化ガスによって冷却された復水器冷媒で蒸気を冷却することで、復水器の真空度を向上させ、蒸気タービンの仕事量を増加させることができる。これにより、液化ガスの冷熱エネルギーを回収して、蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却するためのエネルギーとして有効に利用することができる。

また、上記冷却設備では、前記冷却部は、前記液化ガスと熱交換することで第一中間冷媒を冷却する液化ガス熱交換部と、前記液化ガス熱交換部と接続され、冷却された前記第一中間冷媒が流通する第一中間冷媒流通ラインと、前記第一中間冷媒流通ラインに設けられ、流通する前記第一中間冷媒を利用して前記復水器冷媒を冷却する第一中間冷却部とを有していてもよい。

このような構成によれば、液化ガスを利用して液化ガス熱交換部で第一中間冷媒を冷却した後に、冷却された第一中間冷媒を利用して第一中間冷却部で復水器冷媒を冷却することで、液化ガスを利用して間接的に復水器冷媒を冷却できる。そのため、液化ガスと第一中間冷媒、第一中間冷媒と復水器冷媒とのそれぞれの温度差を小さくすることができる。したがって、復水器冷媒が凍結してしまうことを防ぎながら、復水器冷媒を冷却する一手段を提供することができる。これにより、液化ガスの冷熱エネルギーを回収することができ、蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却するためのエネルギーとして有効に利用することができる。

また、上記冷却設備では、前記第一中間冷却部は、冷却された前記第一中間冷媒と熱交換することで第二中間冷媒を冷却する第一中間冷媒熱交換部と、第一中間冷媒熱交換部に接続され、冷却された前記第二中間冷媒が流通する第二中間冷媒流通ラインと、前記第二中間冷媒流通ラインに設けられ、流通する第二中間冷媒を利用して前記復水器冷媒を冷却する第二中間冷却部と、を有していてもよい。

このような構成によれば、液化ガスによって冷却された第一中間冷媒を利用し、第一中間冷媒熱交換部で第二中間冷媒を冷却した後に、冷却した第二中間冷媒によって第二中間冷却部で復水器冷媒を冷却できる。即ち、液化ガスを利用して復水器冷媒を冷却するまでに、二段階の冷媒を介して間接的に冷却することができる。このように、運用温度帯が異なる複数の中間冷媒サイクルから構成することで、各熱交換部を流れる二流体間の温度差をさらに小さくすることができる。これにより、各熱交換部あたりの熱負荷を小さくすることができ、各熱交換部としてコンパクトな構成のものを使用できる。また、運用温度帯が異なる複数の中間冷媒サイクルから構成することで、例えばプラント補機向け軸冷水（あるいはその冷却）等のプラントサイクルへの流用も可能とし得る。したがって、復水器冷媒が凍結してしまうことを防ぎながら、復水器冷媒を冷却する一手段を提供することができる。これにより、液化ガスを気化させる際に生じる冷熱エネルギーを回収することができ、蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却するためのエネルギーとして有効に利用することができる。

また、上記冷却設備では、前記復水器冷媒として海水を利用し、前記蒸気を冷却した後に前記海水を海へ排出してもよい。

また、本発明の第二の態様としてのコンバインドサイクルプラントは、前記冷却設備と、前記ガスタービンと、前記ガスタービンから排出される排ガスによって蒸気を生成させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで生成された前記蒸気で駆動する前記蒸気タービンと、前記復水器と、を備える。

このような構成によれば、ガスタービンの燃料消費量を増加させずに蒸気タービンの出力を向上させることで、コンバインドサイクルプラント全体としての熱効率を向上させることができる。

また、本発明の第三の態様としての冷却方法は、蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却して水に戻す復水器冷媒を復水器に供給する冷媒供給工程と、前記冷媒供給工程の前に、ガスタービンの燃料に用いられる液化ガスと前記復水器冷媒とを熱交換させて前記液化ガスを加熱及び気化すると共に前記復水器冷媒を冷却する冷却工程とを含む。

このような構成によれば、冷却工程で液化ガスを気化させる際の熱を利用し、冷却された復水器冷媒を冷媒供給工程で復水器まで送ることで、蒸気タービンの駆動に用いられた蒸気を冷却することができる。したがって、液化ガスによって冷却された復水器冷媒で蒸気を冷却することで、復水器の真空度を向上させ、蒸気タービンの仕事量を増加させることができる。また、液化ガスを復水器に直接供給して蒸気を冷却するのではなく、液化ガスで復水器冷媒を冷却した後に、冷却された復水器冷媒を復水器に供給して蒸気を冷却している。これにより、液化ガスの冷熱エネルギーを回収して、蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却するためのエネルギーとして有効に利用することができる。

また、上記冷却方法では、前記冷却工程は、前記液化ガスと熱交換することで第一中間冷媒を冷却する液化ガス熱交換工程と、前記液化ガス熱交換工程で冷却された前記第一中間冷媒を流通させる第一中間冷媒流通工程と、前記第一中間冷媒流通工程の後に、流通する前記第一中間冷媒を利用して前記復水器冷媒を冷却する第一中間冷却工程とを有していてもよい。

このような構成によれば、液化ガス熱交換工程で液化ガスを利用して第一中間冷媒を冷却した後に、第一中間冷却工程で冷却された第一中間冷媒を利用して復水器冷媒を冷却することで、液化ガスを利用して間接的に復水器冷媒を冷却できる。そのため、液化ガスと第一中間冷媒、第一中間冷媒と復水器冷媒とのそれぞれの温度差を小さくすることができる。したがって、復水器冷媒が凍結してしまうことを防ぎながら、復水器冷媒を冷却する一手段を提供することができる。これにより、液化ガスの冷熱エネルギーを回収することができ、蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却するためのエネルギーとして有効に利用することができる。

また、上記冷却方法では、前記第一中間冷却工程は、冷却された前記第一中間冷媒と熱交換することで第二中間冷媒を冷却する第一中間冷媒熱交換工程と、前記第一中間冷媒熱交換工程で冷却された前記第二中間冷媒を流通させる第二中間冷媒流通工程と、前記第二中間冷媒流通工程の後に、流通する第二中間冷媒を利用して前記復水器冷媒を冷却する第二中間冷却工程と、を有していてもよい。

このような構成によれば、液化ガスによって冷却された第一中間冷媒を利用し、第一中間冷媒熱交換工程で第二中間冷媒を冷却した後に、冷却した第二中間冷媒によって第二中間冷却工程で復水器冷媒を冷却できる。即ち、液化ガスを利用して復水器冷媒を冷却するまでに、二段階の冷媒を介して間接的に冷却することができる。このように、運用温度帯が異なる複数の中間冷媒サイクルから構成することで、各熱交換部を流れる二流体間の温度差をさらに小さくすることができる。これにより、各熱交換部あたりの熱負荷を小さくすることができ、各熱交換部としてコンパクトな構成のものを使用できる。また、運用温度帯が異なる複数の中間冷媒サイクルから構成することで、例えばプラント補機向け軸冷水（あるいはその冷却）等のプラントサイクルへの流用も可能とし得る。したがって、復水器冷媒が凍結してしまうことを防ぎながら、復水器冷媒を冷却する一手段を提供することができる。これにより、液化ガスを気化させる際に生じる冷熱エネルギーを回収することができ、蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却するためのエネルギーとして有効に利用することができる。

この発明によれば、液化ガスを利用して復水器冷媒を冷却することで、ガスタービンの燃料消費量を増加させずに蒸気タービンの出力を向上させることができる。

本発明の第一実施形態におけるコンバインドサイクルプラントを示す系統図である。本発明の第一実施形態における冷却方法を説明するフロー図である。本発明の第二実施形態におけるコンバインドサイクルプラントを示す系統図である。本発明の第二実施形態における冷却方法を説明するフロー図である。本発明の第三実施形態におけるコンバインドサイクルプラントを示す系統図である。本発明の第三実施形態における冷却方法を説明するフロー図である。

《第一実施形態》
以下、本発明に係る第一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
コンバインドサイクルプラント１は、図１に示すように、液化ガスを燃料として運転されるガスタービン２と、ガスタービン２に燃料を供給する燃料供給部３と、ガスタービン２から排出される排ガスの排熱を利用することによって蒸気Ｓａを生成する排熱回収ボイラ４と、排熱回収ボイラ４で生成された蒸気Ｓａで駆動する蒸気タービン５と、蒸気タービン５を駆動した蒸気Ｓｂを水Ｗに戻す復水器６と、復水器６中で戻された水Ｗを排熱回収ボイラ４に送る給水ポンプ７と、復水器６に蒸気Ｓｂを冷却するための復水器冷媒を供給する冷却設備８と、を備えている。

ガスタービン２は、空気を圧縮する圧縮機２１と、圧縮機２１で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複数の燃焼器２２と、高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービン２３とを備えている。タービン２３のタービンロータと圧縮機２１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２４をなしている。このガスタービンロータ２４には、例えば、不図示の発電機の発電機ロータが接続され、回転することで発電機を駆動させる。タービン２３から排気された燃焼ガスは、排気ガスとして排熱回収ボイラ４に供給される。

燃料供給部３は、燃焼器２２に燃料を供給する。本実施形態の燃料供給部３は、液化ガスの中でも−１６０℃程度の低温の液化天然ガス（ＬＮＧ）Ｇを気化させて燃焼器２２に供給する。本実施形態の燃料供給部３は、液化天然ガスＧを貯蔵する貯蔵タンク３１と、貯蔵タンク３１から燃焼器２２まで液化天然ガスＧを供給する燃料供給ライン３２と、燃料供給ライン３２に設けられて液化天然ガスＧを加熱して気化させる燃料加熱部３３とを有している。

貯蔵タンク３１は、−１６０℃程度の液化天然ガスＧを液化した状態で貯蔵している。
燃料供給ライン３２は、貯蔵タンク３１から燃焼器２２まで接続される配管である。
燃料加熱部３３は、燃料供給ライン３２の途中に設けられて、液化天然ガスＧを蒸発させて気化させる。本実施形態の燃料加熱部３３は、後述する冷却設備８で冷却部８０としても利用される。

排熱回収ボイラ４は、給水ポンプ７によって送られてきた水Ｗを排ガスによって加熱して蒸気Ｓａを発生させる。排熱回収ボイラ４は、発生させた蒸気Ｓａを蒸気タービン５に供給する。

蒸気タービン５は、排熱回収ボイラ４より供給された蒸気Ｓａにより、膨張仕事をして蒸気タービンロータ５１を回転させる。蒸気タービンロータ５１は、ガスタービンロータ２４とは別軸で構成され、独立して回転する。蒸気タービン５は、蒸気タービンロータ５１を回転させた蒸気Ｓａを復水器６に排出する。
なお、蒸気タービンロータ５１は、本実施形態のように別軸の構造であることに限定されるものではなく、ガスタービンロータ２４と相互に連結され、同一の軸線を中心として回転する構造であってもよい。

復水器６は、蒸気タービン５から排出される蒸気Ｓｂを冷却して水Ｗに戻す。復水器６は、冷却設備８から供給される復水器冷媒と蒸気Ｓｂとを熱交換させて、蒸気Ｓｂを冷却することで凝縮させて水Ｗに戻す。
給水ポンプ７は、復水器６で蒸気Ｓｂから戻された水Ｗを排熱回収ボイラ４へ圧送する。

冷却設備８は、復水器６に冷却された復水器冷媒を供給する。冷却設備８は、復水器冷媒を復水器６に供給する冷媒供給ライン８１と、冷媒供給ライン８１に設けられて液化天然ガスＧを利用して復水器冷媒を冷却する冷却部８０とを備える。

冷媒供給ライン８１は、蒸気タービン５を駆動した蒸気Ｓｂを冷却する復水器冷媒を復水器６に供給する。本実施形態の冷媒供給ライン８１は、復水器冷媒として海水Ａを海から取水して復水器６に送り込む。冷媒供給ライン８１は、蒸気タービン５から供給された蒸気Ｓｂを冷却した後に、復水器６に送り込んだ海水Ａを再び海へ排出する。

本実施形態の冷媒供給ライン８１は、配管である冷媒供給ライン本体８１１と、冷却部８０よりも上流側で取水した海水Ａを冷却部８０に向けて圧送する取水ポンプ８１２と、冷却部８０よりも下流側で冷却部８０によって冷却された海水Ａを復水器６に向けて圧送する復水器冷媒ブースターポンプ８１３と、冷却部８０を通過させないように冷却部８０を迂回して冷媒供給ライン本体８１１を接続する供給バイパスライン８１４とを有する。供給バイパスライン８１４には、流通させる海水Ａの流量を調整する供給バイパス弁８１４ａが設けられている。

冷却部８０は、冷媒供給ライン本体８１１の途中に設けられ、ガスタービン２の運転に用いられる液化天然ガスＧを利用して海水Ａを冷却する。本実施形態の冷却部８０は、液化天然ガスＧを気化させる燃料加熱部３３である。即ち、第一実施形態の燃料加熱部３３は、燃料供給ライン３２と冷媒供給ライン８１とに跨って配置されている。冷却部８０は、液化天然ガスＧを気化させる際に液化天然ガスＧと海水Ａとを熱交換することで、液化天然ガスＧを加熱すると共に、海水Ａを冷却する。

次に、上記コンバインドサイクルプラント１の作用について説明する。
第一実施形態のコンバインドサイクルプラント１によれば、燃料供給部３の貯蔵タンク３１内の液化天然ガスＧが燃料供給ライン３２を介して燃料加熱部３３に送られて気化される。気化された液化天然ガスＧは、燃料加熱部３３から燃料供給ライン３２を介して燃焼器２２に供給される。燃焼器２２では、供給された液化天然ガスＧと圧縮機２１で生成された圧縮空気とによって燃焼ガスが生成される。生成された燃焼ガスは、タービン２３に送られて、タービン２３を駆動させる。タービン２３が駆動することで、ガスタービンロータ２４が回転し、不図示の発電機によって発電が行われる。

タービン２３を駆動させた後の燃焼ガスは、排ガスとしてタービン２３から排出されて排熱回収ボイラ４に送られる。排熱回収ボイラ４では、復水器６から供給される水Ｗが排ガスによって加熱されて蒸気Ｓａが生成される。生成された蒸気Ｓａは、蒸気タービン５に送られて、蒸気タービン５を駆動させる。蒸気タービン５を駆動した後の蒸気Ｓｂは、復水器６に送られて復水器冷媒である海水Ａによって冷却されることで、凝縮されて水Ｗに戻る。凝縮されて蒸気Ｓｂから戻された水Ｗは給水ポンプ７によって再び排熱回収ボイラ４に送られる。

次に、復水器６に供給される復水器冷媒を冷却する冷却方法Ｓ１００について説明する。
第一実施形態の冷却方法Ｓ１００では、図２に示すように、ガスタービン２の運転に用いられる液化天然ガスＧを利用して復水器冷媒を冷却する冷却工程Ｓ１０と、蒸気タービン５を駆動した蒸気Ｓｂを冷却する復水器冷媒を復水器６に供給する冷媒供給工程Ｓ８０と、冷却された復水器冷媒を用いて復水器６で蒸気Ｓｂを冷却する蒸気冷却工程Ｓ９０とを含んでいる。

冷却工程Ｓ１０は、事前に復水器冷媒を低温の液化天然ガスＧを利用して冷却する。第一実施形態の冷却工程Ｓ１０は、冷却部８０である燃料加熱部３３を用いて、液化天然ガスＧと復水器冷媒とを熱交換させることで、復水器冷媒を冷却する。具体的には、冷却工程Ｓ１０では、取水ポンプ８１２を駆動させることで、冷媒供給ライン本体８１１を介して海から海水Ａを取水し、燃料加熱部３３に供給する。

また、冷却工程Ｓ１０では、燃料供給ライン３２を介して液化天然ガスＧを貯蔵タンク３１から燃料加熱部３３に供給する。冷却工程Ｓ１０では、供給された液化天然ガスＧと海水Ａとを熱交換し、液化天然ガスＧを加熱及び気化させると共に、海水Ａを冷却する。

冷媒供給工程Ｓ８０は、冷却部８０で冷却された復水器冷媒を復水器６まで送る。本実施形態の冷媒供給工程Ｓ８０は、燃料加熱部３３で冷却された海水Ａを復水器冷媒ブースターポンプ８１３で冷媒供給ライン本体８１１を介して復水器６まで圧送する。

蒸気冷却工程Ｓ９０は、冷却された復水器冷媒によって、復水器６で蒸気Ｓｂを冷却して凝縮させる。本実施形態の蒸気冷却工程Ｓ９０は、冷媒供給ライン本体８１１を介して復水器６に供給された海水Ａと、蒸気タービン５から送られてきた蒸気Ｓｂとを熱交換し、蒸気Ｓｂを水Ｗに戻すと共に、海水Ａが加熱される。蒸気冷却工程Ｓ９０では、加熱された海水Ａが復水器６から排出され、冷媒供給ライン本体８１１を介して海に排出される。

上記のような冷却設備８や冷却方法Ｓ１００によれば、冷却工程Ｓ１０において冷却部８０である燃料加熱部３３で液化天然ガスＧを気化させる際の熱を利用して海水Ａを冷却することができる。冷却された海水Ａを冷媒供給ライン８１で復水器６まで送ることで、液化天然ガスＧを利用して蒸気タービン５の駆動に用いられた蒸気Ｓｂを冷却することができる。したがって、液化天然ガスＧによって冷却された海水Ａで蒸気Ｓｂを冷却することで、復水器６の真空度を向上させ、蒸気タービン５の入口側と出口側とに圧力差を生じさせ、蒸気タービンの仕事量を増加させることができる。これにより、蒸気Ｓｂを冷却するためのエネルギーとして液化天然ガスＧの冷熱エネルギーを回収して、蒸気タービン５を駆動した蒸気Ｓｂを冷却するためのエネルギーとして有効に利用でき、蒸気タービン５の出力を向上させることができる。

また、冷却部８０で冷却された上で復水器冷媒として供される海水Ａを利用し、蒸気タービン５を駆動した蒸気Ｓｂを復水器６で冷却した後に再び海に戻すことで、冷却部８０が無い場合に比べて、海に戻す海水温度を抑えることが出来るため、環境負荷を抑えながら復水器冷媒を復水器６に供給することができるといえる。

例えば、蒸気タービン５だけではなく、ガスタービン２の吸気も冷却させた場合には、ガスタービン２の吸気量（質量流量）が増加することで、燃焼温度を同じ温度に維持しようとする限り、使用される燃料の消費量が増加してタービン２３の排ガスの熱量も増加してしまう。排ガスの熱量が増加することで、排ガスを利用して排熱回収ボイラ４で生成される蒸気Ｓａの保有熱量（基本的には、蒸発量）も上昇してしまう。そのため、蒸気タービン５を駆動した蒸気Ｓｂ冷却するために、復水器６で用いられた後の海水Ａの温度も上昇してしまう。その結果、海へ排出する海水Ａの温度も高くなってしまい、環境負荷がより一層高くなってしまう。

また、上記のようなコンバインドサイクルプラント１によれば、ガスタービン２で使用される燃料の消費量を増加させずに、蒸気タービン５の出力を向上させることで、コンバインドサイクルプラント１全体としての熱効率を向上させることができる。

仮に、ガスタービン２の吸気を冷却させてガスタービン２の出力を増大させる場合には、ガスタービン２で使用される燃料の消費量も増加してしまう。そのため、ガスタービン２の出力を増加させても、コンバインドサイクルプラント１の熱効率を向上させることは見込み難い。

一方、ガスタービン２ではなく、復水器冷媒の温度を下げて復水器真空度を向上させることによって蒸気タービン５の出力を向上させることにおいては、ガスタービン２で使用される燃料の消費量を変化させる必要はない。これにより、コンバインドサイクルプラント１全体としての熱効率を向上させることができる。

《第二実施形態》
次に、図３及び図４を参照して第二実施形態のコンバインドサイクルプラント１ａについて説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態のコンバインドサイクルプラント１ａは、冷却設備８ａの冷却部８０ａの構成について第一実施形態と相違する。

第二実施形態の冷却部８０ａは、復水器冷媒である海水Ａを液化天然ガスＧで直接冷却せずに、第一中間冷媒Ｂを利用して間接的に冷却する。具体的には、第二実施形態の冷却部８０ａは、図３に示すように、液化天然ガスＧと熱交換することで第一中間冷媒Ｂを冷却する液化ガス熱交換部８２と、液化ガス熱交換部８２と接続され、冷却された第一中間冷媒Ｂが流通する第一中間冷媒流通ライン８３と、第一中間冷媒流通ライン８３に設けられ、流通する第一中間冷媒Ｂを利用して海水Ａを冷却する第一中間冷却部８４とを有する。

液化ガス熱交換部８２は、第一実施形態で冷却部８０として利用された燃料加熱部３３である。即ち、第二実施形態の燃料加熱部３３ａは、燃料供給ライン３２と第一中間冷媒流通ライン８３とに跨って配置されている。液化ガス熱交換部８２は、液化天然ガスＧを気化させる際に液化天然ガスＧと第一中間冷媒Ｂとを熱交換することで、液化天然ガスＧを加熱すると共に、第一中間冷媒Ｂを冷却する。本実施形態の第一中間冷媒Ｂには、不凍液であるエチレングリコール等が用いられる。

第一中間冷媒流通ライン８３は、液化ガス熱交換部８２である燃料加熱部３３ａで冷却された第一中間冷媒Ｂを第一中間冷却部８４に送り、第一中間冷却部８４から排出された第一中間冷媒Ｂを再び燃料加熱部３３ａに送り込む。即ち、第一中間冷媒流通ライン８３は、燃料加熱部３３ａと第一中間冷却部８４との間を接続し、第一中間冷媒Ｂを循環させている。

本実施形態の第一中間冷媒流通ライン８３は、配管である第一中間冷媒流通ライン本体８３１と、冷却された第一中間冷媒Ｂを第一中間冷却部８４に向けて圧送する第一中間ブースターポンプ８３２と、第一中間冷却部８４を通過させないように第一中間冷却部８４を迂回して第一中間冷媒流通ライン本体８３１を接続する第一中間バイパスライン８３３とを有する。第一中間バイパスライン８３３には、流通させる第一中間冷媒Ｂの流量を調整する第一中間バイパス弁８３３ａと、空気を利用して第一中間冷媒Ｂを加熱するエアヒータ８３３ｂとが設けられている。

第一中間冷却部８４は、第一中間冷媒流通ライン８３と冷媒供給ライン８１とを跨ぐように第一中間冷媒流通ライン本体８３１の途中に設けられている。第一中間冷却部８４は、液化ガス熱交換部８２で冷却された第一中間冷媒Ｂを利用して取水した海水Ａを冷却する。本実施形態の第一中間冷却部８４は、第一中間冷媒Ｂと海水Ａとを熱交換させる熱交換器である。第一中間冷却部８４は、第一中間冷媒Ｂと海水Ａとを熱交換させることで、第一中間冷媒Ｂを加熱すると共に、海水Ａを冷却する。

また、第二実施形態の供給バイパスライン８１４は、第一中間冷却部８４を通過させないように第一中間冷却部８４を迂回して冷媒供給ライン本体８１１と接続される。

次に、第二実施形態の冷却方法Ｓ１０１について説明する。
第二実施形態の冷却方法Ｓ１０１では、図４に示すように、冷却工程Ｓ１１が第一実施形態の冷却工程Ｓ１０と異なっている。第二実施形態の冷却工程Ｓ１１は、低温の液化天然ガスＧを間接的に利用して復水器冷媒を冷却する。

具体的には、第二実施形態の冷却工程Ｓ１１は、液化天然ガスＧと熱交換することで第一中間冷媒Ｂを冷却する液化ガス熱交換工程Ｓ２０と、液化ガス熱交換工程Ｓ２０で冷却された第一中間冷媒Ｂを流通させる第一中間冷媒流通工程Ｓ３０と、流通する第一中間冷媒Ｂを利用して海水Ａを冷却する第一中間冷却工程Ｓ４０とを有する。

液化ガス熱交換工程Ｓ２０は、液化ガス熱交換部８２である燃料加熱部３３ａを用いて、液化天然ガスＧと第一中間冷媒Ｂとを熱交換させることで、第一中間冷媒Ｂを冷却する。具体的には、液化ガス熱交換工程Ｓ２０では、第一中間冷媒流通ライン８３を循環している第一中間冷媒Ｂを燃料加熱部３３ａに供給する。

また、液化ガス熱交換工程Ｓ２０では、燃料供給ライン３２を介して液化天然ガスＧを貯蔵タンク３１から燃料加熱部３３ａに供給する。液化ガス熱交換工程Ｓ２０は、燃料加熱部３３ａに供給された第一中間冷媒Ｂと液化天然ガスＧとを熱交換し、液化天然ガスＧを加熱して気化させると共に、第一中間冷媒Ｂを冷却する。

第一中間冷媒流通工程Ｓ３０は、液化ガス熱交換部８２で冷却された第一中間冷媒Ｂを第一中間冷却部８４まで送る。本実施形態の第一中間冷媒流通工程Ｓ３０は、燃料加熱部３３ａで冷却された第一中間冷媒Ｂを第一中間ブースターポンプ８３２で第一中間冷媒流通ライン本体８３１を介して第一中間冷却部８４まで圧送する。

第一中間冷却工程Ｓ４０は、熱交換器である第一中間冷却部８４を用いて、第一中間冷媒Ｂと海水Ａとを熱交換させることで、海水Ａを冷却する。具体的には、第一中間冷却工程Ｓ４０は、第一中間冷却部８４に送られてきた第一中間冷媒Ｂと、冷媒供給ライン本体８１１を介して海で取水されて第一中間冷却部８４に供給された海水Ａとを熱交換させて、第一中間冷媒Ｂを加熱すると共に、海水Ａを冷却する。

第一実施形態と同様に、冷媒供給工程Ｓ８０及び蒸気冷却工程Ｓ９０が実施されることで、冷却された海水Ａは復水器６で蒸気Ｓｂを冷却するために使用される。

上記のような冷却設備８ａ及び冷却方法Ｓ１０１によれば、液化ガス熱交換工程Ｓ２０において液化天然ガスＧを利用して液化ガス熱交換部８２で第一中間冷媒Ｂを冷却した後に、第一中間冷却工程Ｓ４０において冷却された第一中間冷媒Ｂを利用して第一中間冷却部８４で海水Ａを冷却することで、液化天然ガスＧを利用して間接的に海水Ａを冷却できる。そのため、液化天然ガスＧと第一中間冷媒Ｂ、第一中間冷媒Ｂと海水Ａとのそれぞれの温度差を小さくすることができる。

したがって、液化天然ガスＧが−１６０℃のような低温であっても、海水Ａが凍結してしまうことを防ぎながら、海水Ａを冷却する一手段を提供することができる。また、各熱交換部を流れる二流体間の温度差が小さくなることで、燃料加熱部３３ａや第一中間冷却部８４への熱負荷を小さくすることができる。これにより、液化天然ガスＧを気化させる際に生じる冷熱エネルギーを回収することができ、蒸気Ｓｂを冷却するためのエネルギーとして有効に利用することができる。

《第三実施形態》
次に、図５及び図６を参照して第三実施形態のコンバインドサイクルプラント１ｂについて説明する。
第三実施形態においては第一実施形態や第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第三実施形態のコンバインドサイクルプラント１ｂは、冷却部８０ｂの第一中間冷却部８４ｂの構成について第二実施形態と相違する。

第三実施形態の第一中間冷却部８４ｂは、復水器冷媒である海水Ａを第一中間冷媒Ｂで直接冷却せずに、第二中間冷媒Ｃを利用して、さらに間接的に冷却する。具体的には、第三実施形態の第一中間冷却部８４ｂは、図５に示すように、冷却された第一中間冷媒Ｂと熱交換することで第二中間冷媒Ｃを冷却する第一中間冷媒熱交換部８５と、冷却された第二中間冷媒Ｃが流通する第二中間冷媒流通ライン８６と、流通する第二中間冷媒Ｃを利用して海水Ａを冷却する第二中間冷却部８７と、を有する。

第一中間冷媒熱交換部８５は、第一中間冷媒流通ライン本体８３１の途中に設けられ、液化ガス熱交換部８２で冷却された第一中間冷媒Ｂを利用して第二中間冷媒Ｃを冷却する。本実施形態の第一中間冷媒熱交換部８５は、第一中間冷媒Ｂと第二中間冷媒Ｃとを熱交換させる熱交換器である。

本実施形態の第一中間冷媒熱交換部８５は、第一中間冷媒流通ライン８３と第二中間冷媒流通ライン８６とに跨って配置されている。第一中間冷媒熱交換部８５は、第一中間冷媒Ｂと第二中間冷媒Ｃとを熱交換させることで、第一中間冷媒Ｂを加熱すると共に、第二中間冷媒Ｃを冷却する。本実施形態の第二中間冷媒Ｃには、循環水が用いられる。

第二中間冷媒流通ライン８６は、第一中間冷媒熱交換部８５で冷却された第二中間冷媒Ｃを第二中間冷却部８７に送り、第二中間冷却部８７から排出された第二中間冷媒Ｃを再び第一中間冷媒熱交換部８５に送り込む。即ち、第二中間冷媒流通ライン８６は、第一中間冷媒熱交換部８５と第二中間冷却部８７との間を接続し、第二中間冷媒Ｃを循環させている。

本実施形態の第二中間冷媒流通ライン８６は、配管である第二中間冷媒流通ライン本体８６１と、冷却された第二中間冷媒Ｃを第二中間冷却部８７に向けて圧送する第二中間ブースターポンプ８６２と、を有する。

第二中間冷却部８７は、第二中間冷媒流通ライン本体８６１と冷媒流通ライン本体とを跨ぐように第二中間冷媒流通ライン本体８６１の途中に設けられている。第二中間冷却部８７は、第一中間冷媒熱交換部８５で冷却された第二中間冷媒Ｃを利用して取水した海水Ａを冷却する。本実施形態の第二中間冷却部８７は、第二中間冷媒Ｃと海水Ａとを熱交換させる熱交換器である。第二中間冷却部８７は、第二中間冷媒Ｃと海水Ａとを熱交換させることで、第二中間冷媒Ｃを加熱すると共に、海水Ａを冷却する。

次に、第三実施形態の冷却方法Ｓ１０２について説明する。
第三実施形態の冷却方法Ｓ１０２では、図６に示すように、冷却工程Ｓ１２の第一中間冷却工程Ｓ４１が第二実施形態の第一中間冷却工程Ｓ４０と異なっている。第三実施形態の第一中間冷却工程Ｓ４１は、液化天然ガスＧによって冷却された低温の第一中間冷媒Ｂを間接的に利用して、復水器冷媒を冷却する。

具体的には、第三実施形態の第一中間冷却工程Ｓ４１は、冷却された第一中間冷媒Ｂと熱交換することで第二中間冷媒Ｃを冷却する第一中間冷媒熱交換工程Ｓ５０と、冷却された第二中間冷媒Ｃを流通させる第二中間冷媒流通工程Ｓ６０と、流通する第二中間冷媒Ｃを利用して海水Ａを冷却する第二中間冷却工程Ｓ７０とを有する。

第一中間冷媒熱交換工程Ｓ５０は、熱交換器である第一中間冷媒熱交換部８５を用いて、第一中間冷媒Ｂと第二中間冷媒Ｃとを熱交換させることで、第二中間冷媒Ｃを冷却する。具体的には、第一中間冷媒熱交換工程Ｓ５０は、第一中間冷媒流通ライン本体８３１から第一中間冷媒熱交換部８５に供給された第一中間冷媒Ｂと、第二中間冷媒流通ライン本体８６１を介して第一中間冷媒熱交換部８５に供給された第二中間冷媒Ｃとを熱交換させて、第一中間冷媒Ｂを加熱すると共に、第二中間冷媒Ｃを冷却する。

第二中間冷媒流通工程Ｓ６０は、第一中間冷媒熱交換部８５で冷却された第二中間冷媒Ｃを第二中間冷却部８７まで送る。本実施形態の第二中間冷媒流通工程Ｓ６０は、第一中間冷媒熱交換部８５で冷却された第二中間冷媒Ｃを第二中間ブースターポンプ８６２で第二中間冷媒流通ライン本体８６１を介して第二中間冷却部８７まで圧送する。

第二中間冷却工程Ｓ７０は、熱交換器である第二中間冷却部８７を用いて、第二中間冷媒Ｃと海水Ａとを熱交換させることで、海水Ａを冷却する。具体的には、第二中間冷却工程Ｓ７０は、第二中間冷媒流通ライン本体８６１から第二中間冷却部８７に供給された第二中間冷媒Ｃと、冷媒供給ライン本体８１１を介して海で取水されて第二中間冷却部８７に供給された海水Ａとを熱交換させて、第二中間冷媒Ｃを加熱すると共に、海水Ａを冷却する。

第一実施形態や第二実施形態と同様に、冷媒供給工程Ｓ８０及び蒸気冷却工程Ｓ９０が実施されることで、冷却した海水Ａは復水器６で蒸気Ｓｂを冷却するために使用される。

上記のような冷却設備８ｂ及び冷却方法Ｓ１０２によれば、液化天然ガスＧによって冷却された第一中間冷媒Ｂを利用し、第一中間冷媒熱交換工程Ｓ５０において第一中間冷媒熱交換部８５で第二中間冷媒Ｃを冷却した後に、冷却した第二中間冷媒Ｃによって第二中間冷却工程Ｓ７０において第二中間冷却部８７で海水Ａを冷却している。即ち、液化天然ガスＧを利用して海水Ａを冷却するまでに、二段階の冷媒を介して間接的に冷却することができる。このように、運用温度帯が異なる複数の中間冷媒サイクルから構成することで、各熱交換部を流れる二流体間の温度差をさらに低減することができる。これにより、各熱交換部あたりの熱負荷を小さくすることができ、各熱交換部としてコンパクトな構成のものを使用できる。また、運用温度帯が異なる複数の中間冷媒サイクルから構成することで、例えばプラント補機向け軸冷水（あるいはその冷却）等のプラントサイクルへの流用も可能とし得る。したがって、液化天然ガスＧが−１６０℃程度のような低温であっても海水Ａが凍結してしまうことを防ぎながら、現有設備構成にフレキシブルに対応させつつ、海水Ａを冷却する一手段を提供することができる。

また、各熱交換部を流れる二流体間の温度差を小さくすることができる。即ち、燃料加熱部３３ａや第一中間冷媒熱交換部８５や第二中間冷却部８７への熱負荷を小さくすることができる。これにより、液化天然ガスＧを気化させる際に生じる冷熱エネルギーを回収することができ、蒸気Ｓｂを冷却するためのエネルギーとして有効に利用することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

なお、本発明の復水器冷媒は、本実施形態のように海水Ａに限定されるものでなく、復水器６で蒸気Ｓｂを冷却可能な冷媒であればよい。例えば、復水器冷媒は、冷却塔から供給される循環水でもよく、河川等から取水した河川水であってもよい。

また、第一中間冷媒Ｂや第二中間冷媒Ｃは、本実施形態に限定されるものではなく、冷媒として使用可能であればよい。例えば、第二中間冷媒Ｃは、本実施形態で第一中間冷媒Ｂとして使用されるグリコールでもよい。

また、液化ガス熱交換部８２は本実施形態のように燃料加熱部３３、３３ａに限定されるものではなく、第一中間冷媒Ｂと液化天然ガスＧとを熱交換させることが可能な熱交換器であればよい。

１、１ａ、１ｂ…コンバインドサイクルプラント２…ガスタービン２１…圧縮機２２…燃焼器２３…タービン２４…ガスタービンロータＧ…液化天然ガス３…燃料供給部３１…貯蔵タンク３２…燃料供給ライン３３、３３ａ…燃料加熱部４…排熱回収ボイラＳ…蒸気５…蒸気タービン５１…蒸気タービンロータ６…復水器Ｗ…水７…給水ポンプ８…冷却設備８１…冷媒供給ライン８１１…冷媒供給ライン本体８１２…取水ポンプ８１３…復水器冷媒ブースターポンプ８１４…供給バイパスライン８１４ａ…供給バイパス弁Ａ…海水８０、８０ａ、８０ｂ…冷却部Ｓ１００，Ｓ１０１，Ｓ１０２…冷却方法Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２…冷却工程Ｓ８０…冷媒供給工程Ｓ９０…蒸気冷却工程８２…液化ガス熱交換部Ｂ…第一中間冷媒８３…第一中間冷媒流通ライン８３１…第一中間冷媒流通ライン本体８３２…第一中間ブースターポンプ８３３…第一中間バイパスライン８３３ａ…第一中間バイパス弁８３３ｂ…エアヒータ８４、８４ｂ…第一中間冷却部Ｓ２０…液化ガス熱交換工程Ｓ３０…第一中間冷媒流通工程Ｓ４０、Ｓ４１…第一中間冷却工程Ｃ…第二中間冷媒８５…第一中間冷媒熱交換部８６…第二中間冷媒流通ライン８６１…第二中間冷媒流通ライン本体８６２…第二中間ブースターポンプ８７…第二中間冷却部Ｓ５０…第一中間冷媒熱交換工程Ｓ６０…第二中間冷媒流通工程Ｓ７０…第二中間冷却工程

Claims

蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却して水に戻す復水器冷媒を復水器に供給する冷媒供給ラインと、
前記冷媒供給ラインに設けられ、ガスタービンの燃料として用いられる液化ガスと前記復水器冷媒とを熱交換させて前記液化ガスを加熱及び気化すると共に前記復水器冷媒を冷却する冷却部とを備える冷却設備。
前記冷却部は、
前記液化ガスと熱交換することで第一中間冷媒を冷却する液化ガス熱交換部と、
前記液化ガス熱交換部と接続され、冷却された前記第一中間冷媒が流通する第一中間冷媒流通ラインと、
前記第一中間冷媒流通ラインに設けられ、流通する前記第一中間冷媒を利用して前記復水器冷媒を冷却する第一中間冷却部とを有する請求項１に記載の冷却設備。
前記第一中間冷却部は、
冷却された前記第一中間冷媒と熱交換することで第二中間冷媒を冷却する第一中間冷媒熱交換部と、
第一中間冷媒熱交換部に接続され、冷却された前記第二中間冷媒が流通する第二中間冷媒流通ラインと、
前記第二中間冷媒流通ラインに設けられ、流通する第二中間冷媒を利用して前記復水器冷媒を冷却する第二中間冷却部と、を有する請求項２に記載の冷却設備。
前記復水器冷媒として海水を利用し、
前記蒸気を冷却した後に前記海水を海へ排出する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷却設備。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガスタービンの冷却設備と、
前記ガスタービンと、
前記ガスタービンから排出される排ガスによって蒸気を生成させる排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで生成された前記蒸気で駆動する前記蒸気タービンと、
前記復水器と、を備えるコンバインドサイクルプラント。
蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却して水に戻す復水器冷媒を復水器に供給する冷媒供給工程と、
前記冷媒供給工程の前に、ガスタービンの燃料に用いられる液化ガスと前記復水器冷媒とを熱交換させて前記液化ガスを加熱及び気化すると共に前記復水器冷媒を冷却する冷却工程とを含む冷却方法。
前記冷却工程は、
前記液化ガスと熱交換することで第一中間冷媒を冷却する液化ガス熱交換工程と、
前記液化ガス熱交換工程で冷却された前記第一中間冷媒を流通させる第一中間冷媒流通工程と、
前記第一中間冷媒流通工程の後に、流通する前記第一中間冷媒を利用して前記復水器冷媒を冷却する第一中間冷却工程とを有する請求項６に記載の冷却方法。
前記第一中間冷却工程は、
冷却された前記第一中間冷媒と熱交換することで第二中間冷媒を冷却する第一中間冷媒熱交換工程と、
前記第一中間冷媒熱交換工程で冷却された前記第二中間冷媒を流通させる第二中間冷媒流通工程と、
前記第二中間冷媒流通工程の後に、流通する第二中間冷媒を利用して前記復水器冷媒を冷却する第二中間冷却工程と、を有する請求項７に記載の冷却方法。