JP6265535B2 - 給水予熱装置、これを備えているガスタービンプラント、及び給水予熱方法 - Google Patents
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Description
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、前記タービンからの排気ガスで水を加熱して蒸気を発生させる少なくとも1以上の蒸発器、及び、1以上の前記蒸発器のうちで最も内圧の低い低圧蒸発器に送る水を前記排気ガスで加熱する節炭器を有する排熱回収ボイラと、を備えるガスタービンプラントの給水予熱装置において、前記ガスタービンにおける冷却対象と水と熱交換させて、前記冷却対象を冷却すると共に、前記水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器で加熱された水を前記節炭器に送る予熱済み給水ラインと、を備え、前記熱交換器は、複数の冷却器を含み、複数の前記冷却器のうちの一の冷却器は、前記圧縮機の中段からの圧縮空気を前記冷却対象として水と熱交換させて前記圧縮空気を冷却し、冷却した前記圧縮空気を前記圧縮機の中段以降の部分に戻す中間冷却器、又は、前記圧縮機からの圧縮空気の一部を前記冷却対象として水と熱交換させて前記圧縮空気を冷却し、前記ガスタービン中で前記燃焼ガスと接する高温部品に冷却した前記圧縮空気に送る冷却用空気冷却器であり、前記中間冷却器又は前記冷却用空気冷却器は、前記中間冷却器及び前記冷却用空気冷却器を除く冷却器で加熱された水を加熱する。
さらに、当該給水予熱装置では、冷却対象の異なる少なくとも二種類の冷却器で節炭器に送る水を段階的に加熱する。このため、当該給水予熱装置の各冷却器では、冷却対象と水との温度差が小さく、しかも水の入口温度と出口温度との差が小さくなり、冷却対象と水との熱交換の効率を高めることができる。
以上のいずれかの前記給水予熱装置と、前記ガスタービンと、前記排熱回収ボイラと、を備える。
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、前記タービンからの排気ガスで水を加熱して蒸気を発生させる少なくとも1以上の蒸発器、及び、1以上の前記蒸発器のうちで最も内圧の低い低圧蒸発器に送る水を前記排気ガスで加熱する節炭器を有する排熱回収ボイラと、を備えるガスタービンプラントの給水予熱方法において、前記ガスタービンにおける冷却対象と水と熱交換させて、前記冷却対象を冷却すると共に、前記水を加熱する熱交換工程と、前記熱交換工程で加熱された水を前記節炭器に送る給水工程と、を実行し、前記熱交換工程は、複数の冷却工程を含み、複数の前記冷却工程のうちの一の冷却工程は、前記圧縮機の中段からの圧縮空気を前記冷却対象として水と熱交換させて前記圧縮空気を冷却し、冷却した前記圧縮空気を前記圧縮機の中段以降の部分に戻す中間冷却工程、又は、前記圧縮機からの圧縮空気の一部を前記冷却対象として水と熱交換させて前記圧縮空気を冷却し、前記ガスタービン中で前記燃焼ガスと接する高温部品に冷却した前記圧縮空気に送る冷却用空気冷却工程であり、前記中間冷却工程又は前記冷却用空気冷却工程は、前記中間冷却工程及び前記冷却用空気冷却工程を除く冷却工程で加熱された水を加熱する。
さらに、当該給水予熱方法では、各冷却工程での冷却対象と水との温度差が小さくなり、冷却対象と水との熱交換の効率を高めることができる。
また、以上のいずれかの前記給水予熱方法において、前記熱交換工程では、前記節炭器に送られる前記水を、前記節炭器の排気ガス出口における前記排気ガスの露点温度よりも高い温度に加熱してもよい。
図1を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第一実施形態について説明する。
図2を参照して、第一実施形態のガスタービンプラントの変形例について説明する。
図3〜図7を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第二実施形態について説明する。
復水器123中の水は、第一実施形態と同様、給水ポンプ124で昇圧され、給水ライン131中の第一冷却水ライン55を経て発電機冷却器51に送れると共に、給水ライン131中の第二冷却水ライン56を経て潤滑油冷却器52に送られる。発電機冷却器51では、発電機41のロータやステータを冷却する冷却媒体と復水器123からの水とが熱交換され、冷却媒体が冷却される一方で、水が加熱される。また、潤滑油冷却器52では、軸受45の潤滑油と復水器123からの水とが熱交換され、潤滑油が冷却される一方で、水が加熱される。
条件
(1)低圧圧縮機12aにおける空気の入口温度Tc1が一定
(2)高圧圧縮機12bにおける空気の出口温度Tc4が前述した温度で一定
(3)低圧圧縮機12a及び高圧圧縮機12bでの全体圧力比PR(=PR1×PR2)が一定
図8を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第三実施形態について説明する。
第二実施形態及び第三実施形態の圧縮機11aは、互い独立した圧縮機ケーシングを有する低圧圧縮機12aと高圧圧縮機12bとを含んで構成されている。しかしながら、第二実施形態及び第三実施形態の圧縮機は、図9に示すように、一つの圧縮機ケーシング17cを有するものであってもよい。
第二実施形態における給水予熱装置50aの熱交換器は、発電機冷却器51、潤滑油冷却器52、及び中間冷却器53を有する。しかしながら、給水予熱装置50cの熱交換器は、さらに、図10に示すように、低圧蒸気タービン121aにおける軸受の潤滑油を冷却する潤滑油冷却器52c、低圧蒸気タービン121aに接続されている発電機122の冷却媒体を冷却する発電機冷却器51cを有してもよい。
以上の各実施形態及び変形例の排熱回収装置100は、蒸気タービン121a,121b,121cを備えている。しかしながら、排熱回収装置100aは、図11に示すように、節炭器(例えば、低圧節炭器112a)と、節炭器で加熱された水をさらに加熱して蒸気にする蒸発器(例えば、低圧蒸発器113a)を有する排熱回収ボイラ110aを備えていれば、蒸気タービンは無くてもよい。この場合、冷却対象の排熱を有効に回収することによるプラントの出力及び効率の増大は、外部で熱源などとして利用可能な蒸気量の増大として現れる。
Claims (12)
- 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、
前記タービンからの排気ガスで水を加熱して蒸気を発生させる少なくとも1以上の蒸発器、及び、1以上の前記蒸発器のうちで最も内圧の低い低圧蒸発器に送る水を前記排気ガスで加熱する節炭器を有する排熱回収ボイラと、
を備えるガスタービンプラントの給水予熱装置において、
前記ガスタービンにおける冷却対象と水と熱交換させて、前記冷却対象を冷却すると共に、前記水を加熱する熱交換器と、
前記熱交換器で加熱された水を前記節炭器に送る予熱済み給水ラインと、
を備え、
前記熱交換器は、複数の冷却器を含み、
複数の前記冷却器のうちの一の冷却器は、前記圧縮機の中段からの圧縮空気を前記冷却対象として水と熱交換させて前記圧縮空気を冷却し、冷却した前記圧縮空気を前記圧縮機の中段以降の部分に戻す中間冷却器、又は、前記圧縮機からの圧縮空気の一部を前記冷却対象として水と熱交換させて前記圧縮空気を冷却し、前記ガスタービン中で前記燃焼ガスと接する高温部品に冷却した前記圧縮空気に送る冷却用空気冷却器であり、
前記中間冷却器又は前記冷却用空気冷却器は、前記中間冷却器及び前記冷却用空気冷却器を除く冷却器で加熱された水を加熱する、
給水予熱装置。 - 請求項1に記載の給水予熱装置において、
前記熱交換器は、複数の前記冷却器のうちの一の冷却器として、前記ガスタービンのロータを回転可能に支持する軸受からの潤滑油を前記冷却対象として水と熱交換させて前記潤滑油を冷却する一方で前記水を加熱し、冷却された前記潤滑油を前記軸受に戻す潤滑油冷却器を含み、
前記中間冷却器又は前記冷却用空気冷却器は、前記潤滑油冷却器で加熱された水を加熱する、
給水予熱装置。 - 請求項1又は2に記載の給水予熱装置において、
前記タービンには、前記タービンの駆動で発電する発電機が接続されており、
前記熱交換器は、複数の前記冷却器のうちの一の冷却器として、前記発電機の構成部品を冷却する冷却媒体を前記冷却対象として水と熱交換させて前記冷却媒体を冷却する発電機冷却器を含み、
前記中間冷却器又は前記冷却用空気冷却器は、前記発電機冷却器で加熱された水を加熱する、
給水予熱装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の給水予熱装置において、
前記冷却器は、前記低圧蒸発器内における水の飽和温度よりも低い温度の前記冷却対象と前記水とを熱交換する、
給水予熱装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の給水予熱装置において、
前記熱交換器は、前記中間冷却器を含み、
前記中間冷却器は、前記節炭器に送られる水の流れに対して最も下流側の冷却器を成し、前記低圧蒸発器内における水の飽和温度よりも低い温度の前記冷却対象と前記水とを熱交換する、
給水予熱装置。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の給水予熱装置において、
前記熱交換器は、前記節炭器に送られる前記水を、前記節炭器の排気ガス出口における前記排気ガスの露点温度よりも高い温度に加熱する、
給水予熱装置。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の給水予熱装置において、
前記ガスタービンプラントは、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの駆動で発電する発電機とを備え、
前記熱交換器は、
前記蒸気タービンのロータを回転可能に支持する軸受からの潤滑油を冷却対象として水とを熱交換させて前記潤滑油を冷却し、冷却された前記潤滑油を前記軸受に戻す潤滑油冷却器、又は、前記蒸気タービンで駆動する前記発電機の構成部品を冷却する冷却媒体を冷却対象として水と熱交換させて前記冷却媒体を冷却する発電機冷却器を含む、
給水予熱装置。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の給水予熱装置と、
前記ガスタービンと、
前記排熱回収ボイラと、
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と、
前記タービンからの排気ガスで水を加熱して蒸気を発生させる少なくとも1以上の蒸発器、及び、1以上の前記蒸発器のうちで最も内圧の低い低圧蒸発器に送る水を前記排気ガスで加熱する節炭器を有する排熱回収ボイラと、
を備えるガスタービンプラントの給水予熱方法において、
前記ガスタービンにおける冷却対象と水と熱交換させて、前記冷却対象を冷却すると共に、前記水を加熱する熱交換工程と、
前記熱交換工程で加熱された水を前記節炭器に送る給水工程と、
を実行し、
前記熱交換工程は、複数の冷却工程を含み、
複数の前記冷却工程のうちの一の冷却工程は、前記圧縮機の中段からの圧縮空気を前記冷却対象として水と熱交換させて前記圧縮空気を冷却し、冷却した前記圧縮空気を前記圧縮機の中段以降の部分に戻す中間冷却工程、又は、前記圧縮機からの圧縮空気の一部を前記冷却対象として水と熱交換させて前記圧縮空気を冷却し、前記ガスタービン中で前記燃焼ガスと接する高温部品に冷却した前記圧縮空気に送る冷却用空気冷却工程であり、
前記中間冷却工程又は前記冷却用空気冷却工程は、前記中間冷却工程及び前記冷却用空気冷却工程を除く冷却工程で加熱された水を加熱する、
給水予熱方法。 - 請求項9に記載の給水予熱方法において、
前記冷却対象の温度は、前記低圧蒸発器内における水の飽和温度よりも低い温度である、
給水予熱方法。 - 請求項9に記載の給水予熱方法において、
前記熱交換工程は、前記中間冷却工程を含み、
前記圧縮機の中段からの圧縮空気と水との熱交換が、前記節炭器におくる水の最後の加熱工程であり、
前記圧縮機の中段からの圧縮空気の温度は、前記低圧蒸発器内における水の飽和温度よりも低い温度である、
給水予熱方法。 - 請求項9から11のいずれか一項に記載の給水予熱方法において、
前記熱交換工程では、前記節炭器に送られる前記水を、前記節炭器の排気ガス出口における前記排気ガスの露点温度よりも高い温度に加熱する、
給水予熱方法。
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