JP4287981B2 - 複合サイクルプラント - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせた複合サイクルプラントに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、このような分野に属する技術としては、特開平11−117712号公報、及び、特開平11−117714号公報によって開示されたものが知られている。これらの公報に記載された従来の複合サイクルプラントは、ガスタービンの燃焼器に供給される燃料ガス(例えば、天然ガス等)を予め加熱する燃料ガス加熱器を備える。この燃料ガス加熱器は、燃料ガス供給装置と燃焼器との間に設けられており、排熱回収ボイラに含まれる中圧エコノマイザの出口と接続された伝熱管を有する。これにより、燃料ガス加熱器を通過する燃料ガスは、中圧エコノマイザから流出し、伝熱管の内部を流通する加熱水(約240℃程度)から熱を奪って昇温することから、ガスタービンにおける熱効率が向上する。燃料ガス加熱器を熱源として通過した加熱水は燃料ガスに熱を与えて降温し、減圧弁によって減圧された状態で脱気器等に返送される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように構成された従来の複合サイクルプラントには、次のような問題点が存在していた。
【0004】
すなわち、複合サイクルプラントを構成するガスタービンに急激な負荷変動が発生したり、いわゆるインターロック状態になったりすると、燃焼器に対する燃料ガスの供給量を急激に減少させる必要が生じることがある。そして、燃料ガス加熱器を通過する燃料ガスの流量が減少した場合、燃料ガスが加熱水から奪う熱量も減少することになり、燃料ガス加熱器を通過した加熱水は高温のまま脱気器等に返送されてしまう。この場合、加熱水の戻りライン内部や戻りラインと脱気器等との合流部等において、高温の加熱水が飽和圧力まで急激に減圧されて沸騰し、気液二相状態となるフラッシュ現象が発生してしまう。フラッシュ現象が発生した場合、生じた蒸気の気泡が潰れることにより、配管や器内を損傷させてしまうおそれもある。
【0005】
そこで、本発明は、排熱回収ボイラで加熱された加熱水を燃料ガス加熱装置の熱源とした場合に、ガスタービンの負荷変動時等に発生するトラブルを簡易かつ低コストで解消することができる複合サイクルプラントの提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明による複合サイクルプラントは、ガスタービンの排熱を利用して排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンの駆動源として利用すると共に当該蒸気タービンで膨張した蒸気を復水器で復水させる複合サイクルプラントにおいて、排熱回収ボイラで加熱された加熱水を熱源としてガスタービンの燃焼器に供給される燃料ガスを加熱する燃料ガス加熱装置と、燃料ガス加熱装置を熱源として通過した加熱水を排熱回収ボイラと復水器とを結ぶ復水ラインに返送させる加熱水戻りラインと、燃料ガス加熱装置と排熱回収ボイラとを結ぶ流路を開閉可能な流路開閉手段と、加熱水戻りラインに設けられており、燃料ガス加熱装置の出口側における加熱水の温度を計測する温度計測手段と、温度計測手段の計測値に基づいて流路開閉手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【0007】
この複合サイクルプラントは、ガスタービンにおける熱効率を向上させるための燃料ガス加熱装置を備えており、この燃料ガス加熱装置によって燃料ガス供給装置からガスタービンの燃焼器に供給される燃料ガスが加熱される。燃料ガス加熱装置は、排熱回収ボイラ(例えば、中圧エコノマイザ)で加熱された加熱水を熱源としており、燃料ガス加熱装置を通過する燃料ガスは、加熱水から熱を奪って昇温する。一方、燃料ガス加熱装置を熱源として通過した加熱水は燃料ガスに熱を与えて降温し、減圧弁等によって減圧された状態で加熱水戻りラインを介して排熱回収ボイラと復水器とを結ぶ復水ラインに返送される。
【0008】
ここで、このように構成された複合サイクルプラントでは、ガスタービンの負荷変動等によって燃焼器に対する燃料ガスの供給量を急激に減少させた場合、燃料ガス加熱装置を通過する燃料ガスの流量が減少するのに起因して、燃料ガスによって奪われる加熱水の熱量も減少することになる。この場合、燃料ガス加熱装置を通過した加熱水は高温のまま脱気器等に返送されてしまうことから、燃焼器の熱効率が低下するのに加えて、加熱水の戻りライン内部や、加熱水戻りラインと復水ラインとの合流部等において、フラッシュ現象が発生してしまう。そして、フラッシュ現象が発生すると、加熱水戻りラインや復水ライン等を損傷させてしまうおそれもある。
【0009】
これを踏まえて、この複合サイクルプラントでは、燃料ガス加熱装置と排熱回収ボイラとを結ぶ流路に、遠隔操作式の開閉弁等からなる流路開閉手段が設けられている。また、加熱水戻りラインには、燃料ガス加熱装置の出口側における加熱水の温度を計測する温度計測手段が設けられており、流路開閉手段は、制御手段により温度計測手段の計測値に応じて開閉制御される。すなわち、制御手段は、燃料ガス加熱装置の出口における加熱水の温度が所定の基準温度を上回った際に流路開閉手段を閉鎖させる。これにより、ガスタービンの負荷変動時等に燃料ガス加熱装置を通過する燃料ガスの流量が減少させられた場合のように、燃料ガス加熱装置において加熱水の熱量を燃料ガスによって十分に回収しきれなくなった際には、排熱回収ボイラから燃料ガス加熱装置への加熱水の供給が停止されることになる。
【0010】
この結果、高温の加熱水が加熱水戻りラインや復水ラインに返送されてしまうことを防止可能となるので、加熱水の戻りライン内部や、加熱水戻りラインと復水ラインとの合流部等においてフラッシュ現象が発生することを極めて効果的に防止することができる。そして、複合サイクルプラントに既設されている弁や温度計を利用すると共に、ソフトウェア変更を施すことにより、このような流路開閉手段、温度計測手段、及び、制御手段を容易かつ低コストで装備可能となる。従って、この複合サイクルプラントによれば、排熱回収ボイラで加熱された加熱水を燃料ガス加熱装置の熱源としても、ガスタービンの負荷変動時等に発生するトラブルを簡易かつ低コストで解消することができる。
【0011】
本発明による複合サイクルプラントは、ガスタービンの排熱を利用して排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンの駆動源として利用すると共に当該蒸気タービンで膨張した蒸気を復水器で復水させる複合サイクルプラントにおいて、排熱回収ボイラで加熱された加熱水を熱源としてガスタービンの燃焼器に供給される燃料ガスを加熱する燃料ガス加熱装置と、燃料ガス加熱装置を熱源として通過した加熱水を排熱回収ボイラと復水器とを結ぶ復水ラインに返送させる加熱水戻りラインと、加熱水戻りライン上に設けられており、復水ラインを流通する復水と加熱水戻りラインを流通する加熱水との間で熱交換を行わせる熱交換器とを備えることを特徴とする。
【0012】
この複合サイクルプラントも、ガスタービンにおける熱効率を向上させるための燃料ガス加熱装置を備えており、この燃料ガス加熱装置は、排熱回収ボイラ(例えば、中圧エコノマイザ)で加熱された加熱水を熱源としており、燃料ガス加熱装置を熱源として通過した加熱水は加熱水戻りラインを介して排熱回収ボイラと復水器とを結ぶ復水ラインに返送される。そして、加熱水戻りライン上には、復水ラインを流通する復水と加熱水戻りラインを流通する加熱水との間で熱交換を行わせる熱交換器が設けられている。
【0013】
すなわち、燃料ガス加熱装置を熱源として通過した後、加熱水戻りラインを流通する加熱水は、復水ラインに流れ込む前に、復水ラインを流通する復水と熱交換を行う。そして、当該加熱水は、復水ラインを流通する復水に熱を与えて降温した状態で復水ラインに流れ込むことになる。この結果、この複合サイクルプラントでは、ガスタービンの負荷変動時等に燃料ガス加熱装置を通過する燃料ガスの流量が減少させられたこと等に起因して、燃料ガス加熱装置の出口における加熱水の温度が上昇したような場合であっても、加熱水戻りライン内の加熱水は、常に、復水ラインの手前で冷却されることになる。
【0014】
これにより、高温の加熱水が復水ラインに返送されてしまうことを防止可能となるので、加熱水の戻りライン内部や、加熱水戻りラインと復水ラインとの合流部等においてフラッシュ現象が発生することを極めて効果的に防止することができる。従って、この複合サイクルプラントによれば、排熱回収ボイラで加熱された加熱水を燃料ガス加熱装置の熱源としても、ガスタービンの負荷変動時等に発生するトラブルを簡易かつ低コストで解消することができる。
【0015】
この場合、熱交換器の下流側に位置するように、加熱水戻りライン上に設けられており、復水ラインに返送される加熱水を減圧させる減圧弁を更に備えると好ましい。
【0016】
このような構成を採用すれば、復水ラインに返送される加熱水は、常に熱交換器で降温させられた後に減圧されることになるので、加熱水戻りラインと復水ラインとの合流部等においてフラッシュ現象が発生することを極めて効果的に防止することができる。
【0017】
本発明による複合サイクルプラントは、ガスタービンの排熱を利用して排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンの駆動源として利用すると共に当該蒸気タービンで膨張した蒸気を復水器で復水させる複合サイクルプラントにおいて、排熱回収ボイラで加熱された加熱水を熱源としてガスタービンの燃焼器に供給される燃料ガスを加熱する燃料ガス加熱装置と、燃料ガス加熱装置を熱源として通過した加熱水を復水器に返送させるための加熱水戻りラインと、加熱水戻りライン上に設けられており、復水器に返送される加熱水を気液分離させるフラッシュタンクとを備えることを特徴とする。
【0018】
この複合サイクルプラントも、ガスタービンにおける熱効率を向上させるための燃料ガス加熱装置を備えており、この燃料ガス加熱装置は、排熱回収ボイラ(例えば、中圧エコノマイザ)で加熱された加熱水を熱源としており、燃料ガス加熱装置を熱源として通過した加熱水は加熱水戻りラインを介して復水器に返送される。そして、加熱水戻りライン上には、加熱水を気液分離させるためのフラッシュタンクが設けられている。従って、燃料ガス加熱装置を熱源として通過した後、加熱水戻りラインを流通する加熱水は、復水器に流れ込む前に、フラッシュタンクに流れ込み、このフラッシュタンク内で気液分離される。
【0019】
これにより、各種配管の内部や器内でフラッシュ現象が発生することを極めて効果的に防止することができる。従って、この複合サイクルプラントによれば、排熱回収ボイラで加熱された加熱水を燃料ガス加熱装置の熱源としても、ガスタービンの負荷変動時等に発生するトラブルを簡易かつ低コストで解消することができる。なお、この場合は、フラッシュタンクに液面計を備えると共に、液面計の計測値に応じてフラッシュタンク内の水を復水器に返送させるとよい。また、フラッシュタンク内で発生した水蒸気は、給水加熱器等の熱源として利用すると好ましい。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による複合サイクルプラントの好適な実施形態について詳細に説明する。
【0021】
〔第1実施形態〕
図1は、本発明による複合サイクルプラントの第1実施形態を示す系統図である。同図に示す複合サイクルプラントCCは、主として、ガスタービンGT、排熱回収ボイラHRSG、及び、蒸気タービンSTとから構成される。ガスタービンGTは、圧縮機ACで昇圧させると共に燃焼器CBで燃焼させた作動流体をタービンATで膨張させて発電機EG1を駆動する。ガスタービンGTのタービンATから排出される排ガスは、複圧式の排熱回収ボイラHRSGに導入され、蒸気を発生するための熱源として利用される。排熱回収ボイラHRSGで発生した蒸気は、蒸気タービンSTに駆動源として供給される。
【0022】
蒸気タービンSTは、高圧タービンHT、中圧タービンIT、及び、低圧タービンLTとからなり、発電機EG2を駆動する。高圧タービンHTには、排熱回収ボイラHRSGの高圧過熱器HSHから過熱蒸気が供給される。高圧タービンHTで膨張してエネルギを失った飽和蒸気は、排熱回収ボイラHRSGの再熱器RHで再加熱され、中圧タービンITに供給される。また、低圧タービンLTには、排熱回収ボイラHRSGの低圧過熱器LSHで過熱された蒸気と、中圧タービンITを通過した蒸気とが供給される。低圧タービンLTで膨張してエネルギを失った蒸気は、復水器Cに導入され、冷却・復水させられる。
【0023】
復水器Cで回収された復水は、復水ポンプPCによって圧送され、グランド復水器GC、及び、給水加熱器FWHを介して、排熱回収ボイラHRSGの予熱器PHに導入される。なお、給水加熱器FWHの熱源としては、低圧過熱器LSH(低圧過熱器LSHが設けられていない場合は、低圧蒸発器LEV)から抽気された蒸気が用いられる。排熱回収ボイラHRSGの予熱器PHで予熱された水は、低圧給水ポンプPLによって低圧エコノマイザLECに、中圧給水ポンプPIによって中圧エコノマイザIECに、高圧給水ポンプPHによって高圧エコノマイザHECに供給される。
【0024】
低圧エコノマイザLECで加熱された水は、低圧蒸発器LEVで蒸発し、低圧ドラムLDを介して低圧過熱器LSHに送られ、低圧過熱器LSHで過熱される。また、中圧エコノマイザIECで加熱された水は、中圧蒸発器IEVで蒸発し、中圧ドラムIDを介して中圧過熱器ISHに送られ、中圧過熱器ISHで過熱される。同様に、高圧エコノマイザHECで加熱された水は、高圧蒸発器HEVで蒸発し、高圧ドラムHDを介して高圧過熱器HSHに送られ、高圧過熱器HSHで過熱される。
【0025】
また、この複合サイクルプラントCCには、図1に示すように、ガスタービンGTの燃焼器CBにおける熱効率を向上させる観点から、燃焼器CBと図示しない燃料ガス供給装置との間に、燃料ガス加熱装置FGHが設けられている。燃料ガス加熱装置FGHは、図示しないタービン冷却空気ユニット(TCAクーラ)を含むと共に、加熱水供給ラインL1を介して排熱回収ボイラHRSGの中圧エコノマイザIECの出口と接続された伝熱管を有する。燃料ガス加熱装置FGHを構成する伝熱管の出口には、加熱水戻りラインL2の一端が接続されており、加熱水戻りラインL2の中途には、流量計F1の計測値に応じて開度調整される減圧弁PRVが組み込まれている。そして、加熱水戻りラインL2の他端は、排熱回収ボイラHRSGと復水器Cとを結ぶ復水ラインL3(排熱回収ボイラHRSGの予熱器PHの入口)に接続されている。
【0026】
更に、燃料ガス加熱装置FGHと図示しない燃料ガス供給装置とを結ぶガス供給ラインには、バイパス弁BVが備えられており、このバイパス弁BVの分岐ポートには、燃焼器CBの燃料ガス入口に連なるバイパスラインが接続されている。バイパス弁BVは、制御装置10に接続されており、制御装置10を介してバイパス弁BVをバイパスライン側に切り換えれば、燃料ガス加熱装置FGHを経由させることなく、燃料ガスを燃焼器CBに直接供給することができる。
【0027】
これにより、複合サイクルプラントCCの運転中、燃料ガス加熱装置FGHには、排熱回収ボイラHRSGの中圧エコノマイザIECで加熱された加熱水(例えば、約240℃)が熱源として供給される。従って、バイパス弁BVを燃料ガス加熱装置FGH側に切り換えておけば、天然ガス等の燃料ガスは、燃料ガス加熱装置FGHを通過する際に、排熱回収ボイラHRSG側から供給される加熱水から熱を奪って昇温する。一方、燃料ガス加熱装置FGHを熱源として通過した加熱水は燃料ガスに熱を与えて降温した後、減圧弁PRVによって所定の圧力まで減圧され、加熱水戻りラインL2を介して復水ラインL3に返送される。
【0028】
ここで、このように構成された複合サイクルプラントCCでは、ガスタービンGTの負荷変動等によって燃焼器CBに対する燃料ガスの供給量を急激に減少させた場合、燃料ガス加熱装置FGHを通過する燃料ガスの流量が減少するのに起因して、燃料ガスによって奪われる加熱水の熱量も減少することになる。この場合、燃料ガス加熱装置FGHを通過した加熱水は高温のまま復水ラインL3に返送されてしまうことになる。従って、何らかの対策を施さなければ、燃焼器の熱効率が低下してしまうと共に、加熱水戻りラインL2の内部や、加熱水戻りラインL2と復水ラインL3との合流部等において、フラッシュ現象が発生してしまう。
【0029】
これを踏まえて、この複合サイクルプラントCCには、燃料ガス加熱装置FGHと排熱回収ボイラHRSGとを結ぶ流路である加熱水供給ラインL1の中途に、電磁弁等からなる遠隔操作式の開閉弁SV(流路開閉手段)が設けられており、この開閉弁SVは制御装置10に接続されている。また、燃料ガス加熱装置FGHと復水ラインL3とを結ぶ加熱水戻りラインL2には、制御装置10に接続された温度計Tが設けられており、温度計Tは燃料ガス加熱装置FGHの出口側における加熱水の温度を計測し、計測値を示す信号を制御装置10に与える。
【0030】
図2は、複合サイクルプラントCCに含まれる制御装置10のブロック構成図である。同図に示すように、制御装置10には、第1ORゲート11、第2ORゲート12、及び、第1ORゲート11及び第2ORゲート12の出力端と接続されたANDゲート15が含まれる。また、第2ORゲート12の出力端には、更に、FGHトリップ信号生成部16が接続されており、ANDゲート15の出力端には、GT負荷低下信号生成部17(GTランバック信号生成部)が接続されている。
【0031】
第1ORゲート11の一の入力端には、上述した温度計Tからの信号ラインが判定回路18を介して接続されている。判定回路18は、温度計Tから受け取った検出信号に基づき、加熱水戻りラインL2を流通する加熱水の燃料ガス加熱装置出口における温度が予め定められた基準温度を上回っているか否かを判定する。そして、燃料ガス加熱装置出口における加熱水の温度が予め定められた基準温度を上回っている際には、判定回路18から第1ORゲート11にゲート信号が送出される。また、第1ORゲート11の他の入力端は、図示しないバルブ異常検出回路と接続されており、バルブ異常検出回路は、開閉弁SV、バイパス弁BV等に異常が発生した場合に、第1ORゲート11に対してバルブ異常信号を送出する。
【0032】
一方、第2ORゲート12の入力端には、図示しないガバナからの信号ラインが接続されている。そして、複合サイクルプラントCCの発電機EG1,EG2、ガスタービンGT、排熱回収ボイラHRSG等に何らかの異常等が発生すると、ガバナ側からは、電力供給停止信号(GT発電機遮断機開信号、送電停止信号等)、GT/HRSGトリップ信号が制御装置10の第2ORゲート12に対して送出される。また、第2ORゲート12は、判定回路19を介してガバナのGT出力信号生成部と接続されている。判定回路19は、ガバナ側から送出されるGT出力信号に基づき、ガスタービンGTの出力が予め定められた基準値を下回った際に第1ORゲート11に対してゲート信号を送出する。更に、第2ORゲート12の一の入力端は、第1ORゲート11の出力端と信号ラインを介して接続されている。
【0033】
第1ORゲート11は、判定回路18からのゲート信号、又は、バルブ異常信号を受け取ると第2ORゲート12及びANDゲート15に対してゲート信号を送出する。第2ORゲート12は、ガバナ側からの電力供給停止信号、GT/HRSGトリップ信号、判定回路19からのゲート信号、第1ORゲート11からのゲート信号の何れかを受け取ると、ANDゲート15に対してゲート信号を送出すると共に、FGHトリップ信号生成部16に対して動作信号を送出する。
【0034】
制御装置10のFGHトリップ信号生成部16は、上述した開閉弁SV及びバイパス弁BVの各アクチュエータ部と接続されている。そして、FGHトリップ信号生成部16は、第2ORゲート12から動作信号を受け取ると、開閉弁SV及び減圧弁PRVを閉鎖させ、バイパス弁BVをバイパスライン側に切り換えるための信号を、開閉弁SV、減圧弁PRV、及び、バイパス弁BVに対して送出する。また、ANDゲート15は、第1ORゲート11及び第2ORゲート12からゲート信号を受け取ると、GT負荷低下信号生成部17に動作信号を与える。ANDゲート15から動作信号を受け取った負荷低下信号生成部17は、ガスタービンGTの負荷を低下させるための信号をガスタービンGT側に送出する。
【0035】
次に、上述した複合サイクルプラントCCの動作について説明する。
【0036】
複合サイクルプラントCCが稼働を開始すると、ガスタービンGTによって発電機EG1が駆動され、蒸気タービンSTによって発電機EG2が駆動される。この際、バイパス弁BVは、燃料ガス加熱装置FGH側に切り換えられており、燃料ガスは、燃料ガス加熱装置FGHを経由して燃焼器CBに供給される。そして、燃料ガス加熱装置FGHには、加熱水供給ラインL1を介して排熱回収ボイラHRSGの中圧エコノマイザIECで加熱された加熱水(例えば、約240℃)が供給される。燃料ガスは、燃料ガス加熱装置FGHを通過する際に加熱水から熱を奪って昇温する一方、燃料ガス加熱装置FGHを通過した加熱水は燃料ガスに熱を与えて降温した後、減圧弁PRVによって所定の圧力まで減圧され、加熱水戻りラインL2を介して復水ラインL3に返送される。この間、加熱水戻りラインL2に設けられている温度計Tは、燃料ガス加熱装置出口における加熱水の温度を計測し、計測値を示す信号を制御装置10の判定回路18に対して送出する。
【0037】
このように定常運転されている複合サイクルプラントCCにおいて、ガスタービンGTの負荷変動等が発生すると、燃焼器CBに対する燃料ガスの供給量は急激に減少させられる。この場合、燃料ガス加熱装置FGHを通過する燃料ガスの流量が減少するのに起因して、燃料ガスによって奪われる加熱水の熱量も減少することから、温度計Tによって計測される加熱水の温度も上昇する。そして、制御装置10の判定回路18は、温度計Tから受け取った信号に基づいて、加熱水戻りラインL2における加熱水の温度が予め定められた基準温度を上回ったと判断すると、第1ORゲート11にゲート信号を送出し、第1ORゲート11は、FGHトリップ信号生成部16に動作信号を送出する。FGHトリップ信号生成部16は、第1ORゲート11から動作信号を受け取ると、加熱水供給ラインL1に設けられている開閉弁SV、減圧弁PRV、及び、バイパス弁BVに対して、所定の動作信号を与える。これにより、開閉弁SVと減圧弁PRVとが閉鎖されると共に、バイパス弁BVがバイパスライン側に切り換えられる。
【0038】
このように、この複合サイクルプラントCCでは、燃料ガス加熱装置FGHにおいて加熱水の熱量を燃料ガスによって十分に回収しきれないような場合には、排熱回収ボイラHRSG(中圧エコノマイザIEC)から燃料ガス加熱装置FGHへの加熱水の供給が停止されることになる。同時に、燃料ガスは、燃料ガス加熱装置FGHを経由することなく、燃焼器CBに直接供給されることになる。この結果、高温の加熱水が加熱水戻りラインL2や復水ラインL3に返送されてしまうことを防止可能となるので、加熱水戻りラインL2の内部や、加熱水戻りラインL2と復水ラインL3との合流部等においてフラッシュ現象が発生することを極めて効果的に防止することができる。
【0039】
また、このような開閉弁SV、温度計T、及び、制御装置10等は、複合サイクルプラントに既設されている弁や温度計を利用すると共に、ソフトウェア変更を施すことによって容易かつ低コストで装備可能である。従って、この複合サイクルプラントCCによれば、排熱回収ボイラHRSGで加熱された加熱水を燃料ガス加熱装置FGHの熱源としても、ガスタービンGTの負荷変動時等に発生するトラブルを簡易かつ低コストで解消することができる。
【0040】
更に、この複合サイクルプラントCCでは、上述したように、制御装置10は図示しないガバナと接続されている。従って、ガバナ側から電力供給停止信号やGT/HRSG停止信号が発せられた際、又は、ガバナ側から送出されるGT出力信号に基づいて判定回路19がガスタービンGTの出力の異常低下等を検知した際にも、第1ORゲート11にゲート信号が送出され、第1ORゲート11からFGHトリップ信号生成部16に動作信号が送出される。FGHトリップ信号生成部16は、第1ORゲート11から動作信号を受け取ると、加熱水供給ラインL1に設けられている開閉弁SV、減圧弁PRV、及び、バイパス弁BVに対して、所定の動作信号を与える。この場合も、開閉弁SVと減圧弁PRVとが閉鎖されると共に、バイパス弁BVがバイパスライン側に切り換えられる。
【0041】
なお、図1に示すように、中圧給水ポンプPIと中圧エコノマイザIECとを結ぶ給水ライン上に流量計F2を設けると共に、流量計F2を制御装置10に接続し、流量計F2の計測値に基づいてバイパス弁BVのボートを切り換え制御すると好ましい。このような構成を採用すれば、中圧給水ポンプPIと中圧エコノマイザIECとを結ぶ給水ライン内部の流量が不十分な場合は、燃料ガス供給装置から燃焼器CBに燃料ガスを直接供給し、上記給水ライン内部の流量が十分に増加した段階から燃料ガス加熱装置FGHにおける燃料ガスの加熱を開始することが可能となる。また、開閉弁SVの代わりに流量調整弁を用いてもよい。
【0042】
〔第2実施形態〕
図3は、本発明による複合サイクルプラントCCの第2実施形態を示す系統図である。
【0043】
同図に示す複合サイクルプラントCCXも、ガスタービンGTの排熱を利用して排熱回収ボイラHRSGで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンSTの駆動源として利用するものである。また、蒸気タービンSTで膨張した蒸気は、復水器Cで復水させられる。そして、複合サイクルプラントCCXも、ガスタービンGTにおける熱効率を向上させるための燃料ガス加熱装置FGHを備えており、燃料ガス加熱装置FGHは、排熱回収ボイラHRSG(中圧エコノマイザIEC)で加熱された加熱水を熱源とする。
【0044】
図3に示すように、燃料ガス加熱装置FGHは、加熱水供給ラインL1を介して排熱回収ボイラHRSGの中圧エコノマイザIECの出口と接続された伝熱管を有する。また、燃料ガス加熱装置FGHを構成する伝熱管の出口には、加熱水戻りラインL2の一端が接続されている。この加熱水戻りラインL2は、中途に熱交換器(アフタクーラ)AFCを有し、この熱交換器AFCは、排熱回収ボイラHRSGと復水器Cとを結ぶ復水ラインL3を流通する復水を熱源とする。そして、加熱水戻りラインL2は、熱交換器AFCの下流側に設けられた減圧弁PRVを介して、排熱回収ボイラHRSGと復水器Cとを結ぶ復水ラインL3(排熱回収ボイラHRSGの予熱器PHの入口)に接続されている。
【0045】
このように構成された複合サイクルプラントCCXでは、燃料ガス加熱装置FGHを熱源として通過した後、加熱水戻りラインL2を流通する加熱水は、復水ラインL3に流れ込む前に、熱交換器AFCで復水ラインL3を流通する復水と熱交換を行うことになる。従って、通過した加熱水は、熱交換器AFCで復水ラインL3を流通する復水に熱を与えて降温した状態で復水ラインL3に流れ込むことになる。この結果、この複合サイクルプラントCCXでは、ガスタービンGTの負荷変動時等に燃料ガス加熱装置FGHを通過する燃料ガスの流量が減少させられたことに起因して、燃料ガス加熱装置FGHの出口における加熱水の温度が上昇したとしても、加熱水戻りラインL2内の加熱水は、常に、復水ラインL3の手前で冷却されることになる。
【0046】
これにより、高温の加熱水が復水ラインL3に返送されてしまうことを防止可能となるので、加熱水戻りラインL2内部や、加熱水戻りラインL2と復水ラインL3との合流部等においてフラッシュ現象が発生することを極めて効果的に防止することができる。従って、この複合サイクルプラントCCXによれば、排熱回収ボイラHRSGで加熱された加熱水を燃料ガス加熱装置FGHの熱源としても、ガスタービンGTの負荷変動時等に発生するトラブルを簡易かつ低コストで解消することができる。
【0047】
また、複合サイクルプラントCCXでは、減圧弁PRVが熱交換器AFCの下流側に位置するように加熱水戻りラインL2上に設けられているので、復水ラインL3に返送される加熱水は、常に熱交換器AFCで降温させられた後に減圧されることになる。この結果、加熱水戻りラインL2と復水ラインL3との合流部等においてフラッシュ現象が発生することを極めて効果的に防止することが可能となる。
【0048】
〔第3実施形態〕
図4は、本発明による複合サイクルプラントの第3実施形態の要部を模式的に示す系統図である。
【0049】
同図に示す複合サイクルプラントCCYも、ガスタービンの排熱を利用して排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンの駆動源として利用するものである(何れも図示省略)。また、蒸気タービンで膨張した蒸気は、復水器Cで復水させられる。そして、複合サイクルプラントCCYも、ガスタービンにおける熱効率を向上させるための燃料ガス加熱装置FGHを備えており、燃料ガス加熱装置FGHは、加熱水供給ラインを介して排熱回収ボイラの中圧エコノマイザの出口と接続された伝熱管を有し、排熱回収ボイラ(中圧エコノマイザ)で加熱された加熱水を熱源とする。
【0050】
一方、第3実施形態に係る複合サイクルプラントCCYでは、燃料ガス加熱装置FGHを構成する伝熱管の出口と接続される加熱水戻りラインL2は、図4に示すように、減圧弁PRVを介してフラッシュタンクFTに接続されている。フラッシュタンクFTは、その内部で加熱水を気液分離(フラッシュ)させるためのものであり、その上部には、蒸気排出ラインL4が接続されている。この蒸気排出ラインL4は、低圧過熱器LSH(若しくは低圧蒸発器LEV)から熱源としての蒸気を給水加熱器FWHに供給するための蒸気ラインL5に接続されている。すなわち、フラッシュタンクFT内で発生した水蒸気は、蒸気排出ラインL4を介して蒸気ラインL5に流れ込み、給水加熱器FWHの熱源として再利用される。
【0051】
また、フラッシュタンクFTの下部には、中途に遠隔操作弁(仕切弁又は流量調整弁)RVを備えると共に復水器Cに接続された復水返送ラインL6が接続されている。更に、フラッシュタンクFTには、遠隔操作弁RVと接続された液面計20が設けられており、遠隔操作弁RVは、液面計20の計測値に応じて制御(開閉制御、又は、流量調整制御)される。これにより、燃料ガス加熱装置FGHを熱源として通過した加熱水は、フラッシュタンク内で気液分離された後、復水器Cに返送され、フラッシュタンクFT内の水位は所定範囲内に保たれる。
【0052】
このように構成された複合サイクルプラントCCYでは、燃料ガス加熱装置FGHを熱源として通過した後、加熱水戻りラインL2を流通する加熱水は、復水器Cに流れ込む前に、フラッシュタンクFTに流れ込み、このフラッシュタンクFT内で気液分離される。これにより、各種配管の内部や器内でフラッシュ現象が発生することを極めて効果的に防止することができる。従って、この複合サイクルプラントCCYによれば、排熱回収ボイラで加熱された加熱水を燃料ガス加熱装置FGHの熱源としても、ガスタービンの負荷変動時等に発生するトラブルを簡易かつ低コストで解消することができる。なお、給水加熱器FWHを熱源として通過した蒸気は、低圧タービンLTに供給されるが、給水加熱器FWHで生じた水は、図4に示すように、フラッシュタンクFT内に導入し、気液分離された加熱水と共に復水器Cに返送するとよい。
【0053】
〔第4実施形態〕
図5は、本発明による複合サイクルプラントの第4実施形態を示す系統図である。
【0054】
同図に示す複合サイクルプラントCCZも、ガスタービンGTの排熱を利用して排熱回収ボイラHRSGで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンSTの駆動源として利用するものである。また、蒸気タービンSTで膨張した蒸気は、復水器Cで復水させられる。そして、複合サイクルプラントCCXも、ガスタービンGTにおける熱効率を向上させるための燃料ガス加熱装置FGHを備えており、燃料ガス加熱装置FGHは、排熱回収ボイラHRSG(中圧エコノマイザIEC)で加熱された加熱水を熱源とする。
【0055】
図3に示すように、燃料ガス加熱装置FGHは、加熱水供給ラインL1を介して排熱回収ボイラHRSGの中圧エコノマイザIECの出口と接続された伝熱管を有する。また、燃料ガス加熱装置FGHを構成する伝熱管の出口には、加熱水戻りラインL2の一端が接続されている。この加熱水戻りラインL2は、中途に返送ポンプPRを有し、その他端は、排熱回収ボイラHRSGの中圧エコノマイザIECの水入口に接続されている。
【0056】
このように構成された複合サイクルプラントCCZでは、燃料ガス加熱装置FGHを熱源として通過した加熱水は、比較的圧力の高い排熱回収ボイラHRSGの中圧エコノマイザIECの水入口に返送されることから、フラッシュすることはない。従って、この複合サイクルプラントCCZによれば、排熱回収ボイラHRSGで加熱された加熱水を燃料ガス加熱装置FGHの熱源としても、ガスタービンGTの負荷変動時等に発生するトラブルを簡易かつ低コストで解消することができる。
【0057】
【発明の効果】
本発明による複合サイクルプラントは、以上説明したように構成されているため、次のような効果を得る。すなわち、本発明では、第1に、燃料ガス加熱装置と排熱回収ボイラとを結ぶ流路を開閉可能な流路開閉手段と、燃料ガス加熱装置の出口側における加熱水の温度を計測する温度計測手段とを設け、温度計測手段の計測値に基づいて流路開閉手段を制御する。第2に、復水ラインを流通する復水と加熱水戻りラインを流通する加熱水との間で熱交換を行わせる熱交換器を加熱水戻りライン上に設けている。第3に、燃料ガス加熱装置を熱源として通過した加熱水を復水器に返送させるための加熱水戻りラインに加熱水を気液分離させるフラッシュタンクを設けている。これらの構成を採用することにより、排熱回収ボイラで加熱された加熱水を燃料ガス加熱装置の熱源とした場合に、ガスタービンの負荷変動時等に発生するトラブルを簡易かつ低コストで解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による複合サイクルプラントの第1実施形態を示す系統図である。
【図2】図1の複合サイクルプラントに含まれる制御装置のブロック構成図である。
【図3】本発明による複合サイクルプラントの第2実施形態を示す系統図である。
【図4】本発明による複合サイクルプラントの第3実施形態の要部を模式的に示す系統図である。
【図5】本発明による複合サイクルプラントの第4実施形態を示す系統図である。
【符号の説明】
CC,CCX,CCY,CCZ…複合サイクルプラント、C…復水器、CB…燃焼器、FWH…給水加熱器、GT…ガスタービン、HRSG…排熱回収ボイラ、IEC…中圧エコノマイザ、ST…蒸気タービン、AFC…熱交換器、BV…バイパス弁、F1,F2…流量計、FGH…燃料ガス加熱装置、FT…フラッシュタンク、L1…加熱水供給ライン、L2…加熱水戻りライン、L3…復水ライン、L4…蒸気排出ライン、L5…蒸気ライン、L6…復水返送ライン、PR…返送ポンプ、PRV…減圧弁、RV…遠隔操作弁、SV…開閉弁、T…温度計、10…制御装置、11…第1ORゲート、12…第2ORゲート、15…ANDゲート、16…FGHトリップ信号生成部、17…負荷低下信号生成部、18,19…判定回路、20…液面計。
Claims (3)
- ガスタービンの排熱を利用して排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンの駆動源として利用すると共に当該蒸気タービンで膨張した蒸気を復水器で復水させる複合サイクルプラントにおいて、
前記排熱回収ボイラで加熱された加熱水を熱源として前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料ガスを加熱する燃料ガス加熱装置と、
前記燃料ガス加熱装置を熱源として通過した加熱水を前記排熱回収ボイラと前記復水器とを結ぶ復水ラインに返送させる加熱水戻りラインと、
前記燃料ガス加熱装置と前記排熱回収ボイラとを結ぶ流路を開閉可能な流路開閉手段と、
前記加熱水戻りラインに設けられており、前記燃料ガス加熱装置の出口側における加熱水の温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段の計測値に基づいて前記流路開閉手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする複合サイクルプラント。 - ガスタービンの排熱を利用して排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンの駆動源として利用すると共に当該蒸気タービンで膨張した蒸気を復水器で復水させる複合サイクルプラントにおいて、
前記排熱回収ボイラで加熱された加熱水を熱源として前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料ガスを加熱する燃料ガス加熱装置と、
前記燃料ガス加熱装置を熱源として通過した加熱水を前記排熱回収ボイラと前記復水器とを結ぶ復水ラインに返送させる加熱水戻りラインと、
前記加熱水戻りライン上に設けられており、前記復水ラインを流通する復水と前記加熱水戻りラインを流通する加熱水との間で熱交換を行わせる熱交換器と、
前記熱交換器の下流側に位置するように、前記加熱水戻りライン上に設けられており、前記復水ラインに返送される加熱水を減圧させる減圧弁とを備えることを特徴とする複合サイクルプラント。 - ガスタービンの排熱を利用して排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンの駆動源として利用すると共に当該蒸気タービンで膨張した蒸気を復水器で復水させる複合サイクルプラントにおいて、
前記排熱回収ボイラで加熱された加熱水を熱源として前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料ガスを加熱する燃料ガス加熱装置と、
前記燃料ガス加熱装置を熱源として通過した加熱水を前記復水器に返送させるための加熱水戻りラインと、
前記加熱水戻りライン上に設けられており、前記復水器に返送される加熱水を気液分離させるフラッシュタンクとを備えることを特徴とする複合サイクルプラント。
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