JP6484845B2 - ガスタービンコンバインドサイクル設備、水上設備 - Google Patents
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Description
本発明は、水上で用いられる船舶やフロート構造物上に設置されるガスタービンコンバインドサイクル設備、およびそれを備えた水上設備に関する。
船舶や、水に浮く浮体（フロート）を備えたフロート構造物等、水上に浮いた状態で用いられる水上設備に、ガスタービンを備えた設備を搭載することがある。
このようなガスタービンを備えた設備としては、例えば、海洋のガス田から天然ガスを採取して液化し、ガス運搬船に装備されたガスタンクに搭載する設備、ガスタービンにより発電機を駆動する発電設備等がある。
このようなガスタービンを備えた設備としては、例えば、海洋のガス田から天然ガスを採取して液化し、ガス運搬船に装備されたガスタンクに搭載する設備、ガスタービンにより発電機を駆動する発電設備等がある。
これらの設備の効率を高めるため、ガスタービンからの排ガスを用いて排ガスボイラで蒸気を発生させ、この蒸気によって駆動される蒸気タービンで、天然ガスを液化させるための圧縮機や発電機を駆動するガスタービンコンバインドサイクル（ＧＴＣＣ）設備が存在する。
特許文献１は、このようなＧＴＣＣ設備において、少スペースで設置するため、支持架構の上部にガスタービン、発電機等を設置し、下部に排ガスボイラを備えた構成が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載のような構成のＧＴＣＣ設備を船舶やフロート構造物等の水上設備上に設置しようとした場合、以下に示すような課題がある。
まず、水上設備においては、各種設備の設置面積が限られるため、少しでもＧＴＣＣ設備の設置床面積を小さくすることが望まれる。これには、特許文献１に記載したように上下に機器類を積層すればよいが、その結果、ＧＴＣＣ設備の高さが増大する。すると、ＧＴＣＣ設備の重心が高くなり、水上設備の揺れが大きくなる原因となる。したがって、ＧＴＣＣ設備の高さをなるべく抑えることが望まれる。
そこでなされた本発明の目的は、設置床面積を抑えつつ、高さを抑えて低重心化を図り、水上設備の安定性を高めることのできるガスタービンコンバインドサイクル設備、水上設備を提供することである。
まず、水上設備においては、各種設備の設置面積が限られるため、少しでもＧＴＣＣ設備の設置床面積を小さくすることが望まれる。これには、特許文献１に記載したように上下に機器類を積層すればよいが、その結果、ＧＴＣＣ設備の高さが増大する。すると、ＧＴＣＣ設備の重心が高くなり、水上設備の揺れが大きくなる原因となる。したがって、ＧＴＣＣ設備の高さをなるべく抑えることが望まれる。
そこでなされた本発明の目的は、設置床面積を抑えつつ、高さを抑えて低重心化を図り、水上設備の安定性を高めることのできるガスタービンコンバインドサイクル設備、水上設備を提供することである。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明のガスタービンコンバインドサイクル設備は、ガスタービンユニットと、前記ガスタービンユニットの排ガスから排熱を回収して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記ガスタービンユニットの排ガスを前記排熱回収ボイラに案内する排気ダクトと、前記ガスタービンユニット、前記排熱回収ボイラ、及び前記排気ダクトを支持する支持架構と、を備え、前記支持架構は、上下方向に重なるように並んで配置された３層のベース部材を含み、前記３層のベース部材は、最上層に配置された最上層ベース部材、最下層に配置された最下層ベース部材、及び前記最上層ベース部材よりも下方で、かつ前記最下層ベース部材よりも上方に配置された中間層ベース部材を備え、前記最上層ベース部材上には、前記ガスタービンユニットを構成する吸気ダクトが配置されており、前記中間層ベース部材には、前記ガスタービンユニットが配置されており、前記最下層ベース部材には、前記中間層ベース部材よりも上方に至る高さとされた前記排熱回収ボイラが配置されており、前記ガスタービンユニットの鉛直下方の前記最下層ベース部材上には、前記タービンユニットの補機および前記排熱回収ボイラの補機の少なくとも一部が配置されており、前記排熱回収ボイラは、高さ方向に積み上げられた複数のボイラユニット備え、前記ガスタービンユニットと前記排熱回収ボイラとは、平面視したときに、前記ガスタービンユニットのタービン軸方向と、前記排熱回収ボイラにおける前記排ガスの流れ方向とが、互いに平行になるよう並列配置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サイクル設備。
これにより、ガスタービンユニットに対して排熱回収ボイラをより近くに配置できるとともに、ガスタービンユニットと排熱回収ボイラとを積層する場合に比較して、その高さを抑えることができる。
すなわち、本発明のガスタービンコンバインドサイクル設備は、ガスタービンユニットと、前記ガスタービンユニットの排ガスから排熱を回収して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記ガスタービンユニットの排ガスを前記排熱回収ボイラに案内する排気ダクトと、前記ガスタービンユニット、前記排熱回収ボイラ、及び前記排気ダクトを支持する支持架構と、を備え、前記支持架構は、上下方向に重なるように並んで配置された３層のベース部材を含み、前記３層のベース部材は、最上層に配置された最上層ベース部材、最下層に配置された最下層ベース部材、及び前記最上層ベース部材よりも下方で、かつ前記最下層ベース部材よりも上方に配置された中間層ベース部材を備え、前記最上層ベース部材上には、前記ガスタービンユニットを構成する吸気ダクトが配置されており、前記中間層ベース部材には、前記ガスタービンユニットが配置されており、前記最下層ベース部材には、前記中間層ベース部材よりも上方に至る高さとされた前記排熱回収ボイラが配置されており、前記ガスタービンユニットの鉛直下方の前記最下層ベース部材上には、前記タービンユニットの補機および前記排熱回収ボイラの補機の少なくとも一部が配置されており、前記排熱回収ボイラは、高さ方向に積み上げられた複数のボイラユニット備え、前記ガスタービンユニットと前記排熱回収ボイラとは、平面視したときに、前記ガスタービンユニットのタービン軸方向と、前記排熱回収ボイラにおける前記排ガスの流れ方向とが、互いに平行になるよう並列配置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サイクル設備。
これにより、ガスタービンユニットに対して排熱回収ボイラをより近くに配置できるとともに、ガスタービンユニットと排熱回収ボイラとを積層する場合に比較して、その高さを抑えることができる。
また、前記排熱回収ボイラは、前記排気ダクトから導入される前記排ガスとの熱交換によって蒸気を発生させる蒸発器を含むボイラユニットを複数備え、前記複数のボイラユニットは、各ボイラユニットの向きを揃えた状態で、少なくとも高さ方向に積み上げられて配され、これら複数のボイラユニットのそれぞれに前記排ガスが導入されるようにしてもよい。
このように、排熱回収ボイラを、複数組のボイラユニットから構成することによって、各組のボイラユニットのそれぞれが小型化、軽量化される。したがって、排熱回収ボイラの設置床面積を小さくしつつ、軽量化を図ることが可能となる。
このように、排熱回収ボイラを、複数組のボイラユニットから構成することによって、各組のボイラユニットのそれぞれが小型化、軽量化される。したがって、排熱回収ボイラの設置床面積を小さくしつつ、軽量化を図ることが可能となる。
また、複数のボイラユニットのそれぞれには、各ボイラユニットで発生した蒸気と水とを分離し、分離された前記水を前記蒸発器に循環させる気水分離器が接続されているようにしてもよい。
複数のボイラユニットによって排熱回収ボイラを構成せず、一つのボイラユニットで排熱回収ボイラを構成し、蒸発器や気水分離器も一つのみ備えた場合、蒸発器や気水分離器が大型のものとなる。これに対し、複数のボイラユニットのそれぞれに蒸発器、気水分離器を備えることで、蒸発器や気水分離器が小型となり、その設置スペースの自由度が高まり、排熱回収ボイラの小型化にも寄与できる。
複数のボイラユニットによって排熱回収ボイラを構成せず、一つのボイラユニットで排熱回収ボイラを構成し、蒸発器や気水分離器も一つのみ備えた場合、蒸発器や気水分離器が大型のものとなる。これに対し、複数のボイラユニットのそれぞれに蒸発器、気水分離器を備えることで、蒸発器や気水分離器が小型となり、その設置スペースの自由度が高まり、排熱回収ボイラの小型化にも寄与できる。
さらに、前記気水分離器は、各ボイラユニットの側方且つ上方に配され、その相対位置が、各ボイラユニットで同一とされ、前記排熱回収ボイラは、自然循環ボイラとされているようにしてもよい。
これにより、複数のボイラユニット間で、各ボイラユニットと気水分離器とを循環する経路における圧力損失が均一になるので、各ボイラユニットにおける蒸気発生量が均一化される。
その結果、気水分離器とボイラユニットとの間で水を強制循環させるための循環ポンプが不要となり、自然循環式とすることが可能となり、さらなる軽量化を図ることが可能となる。
これにより、複数のボイラユニット間で、各ボイラユニットと気水分離器とを循環する経路における圧力損失が均一になるので、各ボイラユニットにおける蒸気発生量が均一化される。
その結果、気水分離器とボイラユニットとの間で水を強制循環させるための循環ポンプが不要となり、自然循環式とすることが可能となり、さらなる軽量化を図ることが可能となる。
また、前記ボイラユニットと前記気水分離器とが、予め一体化された組立体とされているようにしてもよい。
これにより、排熱回収ボイラの組立時に、予め、上下方向の段数に応じて組立体を組み立てておくことで、組立体を上下方向に積層すれば排熱回収ボイラを組み立てることができる。
これにより、排熱回収ボイラの組立時に、予め、上下方向の段数に応じて組立体を組み立てておくことで、組立体を上下方向に積層すれば排熱回収ボイラを組み立てることができる。
また、前記ガスタービンユニットの補機、および前記排熱回収ボイラの補機の少なくとも一部が、前記ガスタービンユニットの下方に配置されているようにしてもよい。
これにより、ＧＴＣＣ設備におけるスペースの有効利用を図り、設置床面積を抑えつつ、低重心化を図ることが可能となるという効果を一層顕著なものとすることができる。
さらに、排熱回収ボイラの上方に補機類を配置しないで済むようになるので、排熱回収ボイラのメンテナンスを行う際に、補機類を取り外す必要がなく、メンテナンス性が向上する。
これにより、ＧＴＣＣ設備におけるスペースの有効利用を図り、設置床面積を抑えつつ、低重心化を図ることが可能となるという効果を一層顕著なものとすることができる。
さらに、排熱回収ボイラの上方に補機類を配置しないで済むようになるので、排熱回収ボイラのメンテナンスを行う際に、補機類を取り外す必要がなく、メンテナンス性が向上する。
本発明の水上設備は、水に浮かぶ浮体と、前記浮体上に設けられた上記いずれか一つのガスタービンコンバインドサイクル設備と、を備えることを特徴とする。
このような水上設備によれば、設置床面積を抑えつつ、その高さを抑えて低重心化を図ることができるＧＴＣＣ設備を備えることによって、水上設備の安定性を高めることができる。
このような水上設備によれば、設置床面積を抑えつつ、その高さを抑えて低重心化を図ることができるＧＴＣＣ設備を備えることによって、水上設備の安定性を高めることができる。
本発明によれば、設置床面積を抑えつつ、高さを抑えて低重心化を図り、水上設備の安定性を高めることができる。
以下、添付図面を参照して、本発明によるガスタービンコンバインドサイクル設備、水上設備を実施するための形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るガスタービンコンバインドサイクル設備（以下、単にＧＴＣＣ設備と称する）を備えた船の概略構成を示す図である。図２は、本実施形態に係るＧＴＣＣ設備の構成を示す斜視図、図３は、本実施形態に係るＧＴＣＣ設備を図２とは異なる角度から見た斜視図である。図４は、ＧＴＣＣ設備に備えられた排熱回収ボイラの構成を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施形態における水上設備は、例えば天然ガスを液化するためのものであり、海洋上の液化天然ガスの採取現場で用いられる船舶（浮体）Ｆと、船舶Ｆ上に設置されたＧＴＣＣ設備１０Ａと、を備えている。
図１は、本実施形態に係るガスタービンコンバインドサイクル設備（以下、単にＧＴＣＣ設備と称する）を備えた船の概略構成を示す図である。図２は、本実施形態に係るＧＴＣＣ設備の構成を示す斜視図、図３は、本実施形態に係るＧＴＣＣ設備を図２とは異なる角度から見た斜視図である。図４は、ＧＴＣＣ設備に備えられた排熱回収ボイラの構成を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施形態における水上設備は、例えば天然ガスを液化するためのものであり、海洋上の液化天然ガスの採取現場で用いられる船舶（浮体）Ｆと、船舶Ｆ上に設置されたＧＴＣＣ設備１０Ａと、を備えている。
図２、図３に示すように、ＧＴＣＣ設備１０Ａは、例えば天然ガスを燃料として駆動されるガスタービンユニット２０と、ガスタービンユニット２０からの排ガスの排熱を回収して蒸気を生成する排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）３０と、ガスタービンユニット２０から排熱回収ボイラ３０に排ガスを送り込む排気接続ダクト３２と、ガスタービンユニット２０により駆動され、天然ガスを液化するための冷媒（低温側）を昇圧するガス圧縮機４０と、排熱回収ボイラ３０で生成された蒸気により駆動される蒸気タービン５０と、蒸気タービン５０により駆動される天然ガスを液化するための冷媒（高温側）を昇圧する圧縮機６０と、これらの機器およびそれぞれの補機類を支持する支持架構７０と、を主に備えている。
例えば天然ガスを燃料とするガスタービンユニット２０は、圧縮空気と燃料ガスとを混合させた混合ガスを燃焼させて生成した燃焼ガスによりタービン軸を回転駆動させる。このため、ガスタービンユニット２０には、ケーシング２１内に空気を取り込む吸気ダクト２２が設けられ、ケーシング２１内に、取り込んだ空気を圧縮し、圧縮空気と燃料ガスとを混合させた混合ガスを燃焼させる不図示の燃焼器、多数のタービンブレードを有した不図示のタービン軸等が設けられている。また、ガスタービンユニット２０のケーシング２１には、ガスタービンユニット２０の制御基板等を空気で冷却するための冷却用吸気ダクト２３および冷却用排気ダクト２４が上方に向けて突出して設けられている。
排熱回収ボイラ３０は、ガスタービンユニット２０からの排ガスの熱によって水を蒸発させて蒸気を生成する蒸発器を有したボイラ本体３１と、ガスタービンユニット２０から排出される排ガスをボイラ本体３１に取り入れるための排気接続ダクト（排気ダクト）３２と、ボイラ本体３１から排出される排ガスを接続ダクト３３ａを介して外部に排気する排気筒３３と、を備えている。
排熱回収ボイラ３０は、さらに、ボイラ本体３１に給水するフィードポンプユニット３４、ボイラ本体３１内で排ガスを燃焼させるための燃料を供給する燃料バルブユニット３５、ボイラ本体３１で生成された蒸気を液体分（水）と分離する気水分離ドラム（気水分離器）３６、等を備えている。排熱回収ボイラ３０は、これ以外にも、蒸気タービン５０に蒸気を供給する過熱器（不図示）、過熱器に蒸気を送給する蒸発器（不図示）、蒸発器への給水を予熱する節炭器（不図示）、蒸気を冷却媒体で復水処理し、節炭器に復水を送給する復水器等３７を備えている。
排熱回収ボイラ３０は、さらに、ボイラ本体３１に給水するフィードポンプユニット３４、ボイラ本体３１内で排ガスを燃焼させるための燃料を供給する燃料バルブユニット３５、ボイラ本体３１で生成された蒸気を液体分（水）と分離する気水分離ドラム（気水分離器）３６、等を備えている。排熱回収ボイラ３０は、これ以外にも、蒸気タービン５０に蒸気を供給する過熱器（不図示）、過熱器に蒸気を送給する蒸発器（不図示）、蒸発器への給水を予熱する節炭器（不図示）、蒸気を冷却媒体で復水処理し、節炭器に復水を送給する復水器等３７を備えている。
また、ＧＴＣＣ設備１０Ａには、ガスタービンユニット２０やガス圧縮機４０、蒸気タービン５０、圧縮機６０等における軸受部等の潤滑を図るため、潤滑油を供給する潤滑油供給ユニット２５が設けられている。
このようなＧＴＣＣ設備１０Ａは、ガスタービンユニット２０において、吸気ダクト２２から大気を吸い込んで圧縮し、その圧縮空気と燃料ガスとを混合させた混合ガスを燃焼させて生成した燃焼ガスによりタービン軸（不図示）を回転駆動させる。このタービン軸によりガス圧縮機４０が駆動され、天然ガスを圧縮して液化する。
ガスタービンユニット２０からの排気は、排気接続ダクト３２を介してボイラ本体３１に送り込まれる。ボイラ本体３１においては、不図示の蒸発器で排ガスの熱と熱交換することによって、フィードポンプユニット３４によって送り込まれた水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気により蒸気タービン５０を作動させ、圧縮機６０を駆動する。
ボイラ本体３１を経て、温度が低下した排ガスは、排気筒３３から大気中へと排出される。
ガスタービンユニット２０からの排気は、排気接続ダクト３２を介してボイラ本体３１に送り込まれる。ボイラ本体３１においては、不図示の蒸発器で排ガスの熱と熱交換することによって、フィードポンプユニット３４によって送り込まれた水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気により蒸気タービン５０を作動させ、圧縮機６０を駆動する。
ボイラ本体３１を経て、温度が低下した排ガスは、排気筒３３から大気中へと排出される。
ところで、上記ＧＴＣＣ設備１０Ａにおける支持架構７０は、各機器を以下のようなレイアウトで保持している。
すなわち、支持架構７０は、不図示の複数の支柱間に、上下方向に複数層（本実施形態においては３層）のベース部材７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃが設けられている。
そして、最上層のベース部材７１Ａには、吸気ダクト２２が設置され、中間層のベース部材７１Ｂには、ガスタービンユニット２０、ガス圧縮機４０、蒸気タービン５０、圧縮機６０が設置され、最下層のベース部材７１Ｃには、排熱回収ボイラ３０が設置されている。
すなわち、支持架構７０は、不図示の複数の支柱間に、上下方向に複数層（本実施形態においては３層）のベース部材７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃが設けられている。
そして、最上層のベース部材７１Ａには、吸気ダクト２２が設置され、中間層のベース部材７１Ｂには、ガスタービンユニット２０、ガス圧縮機４０、蒸気タービン５０、圧縮機６０が設置され、最下層のベース部材７１Ｃには、排熱回収ボイラ３０が設置されている。
また、最下層のベース部材７１Ｃには、ガスタービンユニット２０が設置された中間層のベース部材７１Ｂの下方に、潤滑油供給ユニット２５、フィードポンプユニット３４、燃料バルブユニット３５、復水器３７等の補機類が配置されている。すなわち、ガスタービンユニット２０の下方には、ガスタービンユニット２０の補機、および、排熱回収ボイラ３０の補機の少なくとも一部が配置されている。また、ガス圧縮機４０、圧縮機６０、復水器３７等に接続された配管４０ｐ，６０ｐ，３７ｐ等も、最下層のベース部材７１Ｃと中間層のベース部材７１Ｂとの間に配置されている。
ガスタービンユニット２０と排熱回収ボイラ３０は、平面視したときに、ガスタービンユニット２０のタービン軸方向Ｓ１と、排熱回収ボイラ３０における排ガスの流れ方向Ｓ２とが、互いに平行になるよう並列配置されている。そして、最下層のベース部材７１Ｃに設置された排熱回収ボイラ３０は、ボイラ本体３１が、中間層のベース部材７１Ｂよりも上方にまで至る高さを有している。これにより、排熱回収ボイラ３０は、少なくとも一部がガスタービンユニット２０と高さ方向で同一位置に配されている。換言すれば、排熱回収ボイラ３０は、少なくとも一部がガスタービンユニット２０と、同じ高さの同一平面内に位置するよう設けられている。
ここで、ガスタービンユニット２０におけるタービン軸方向Ｓ１に沿った燃焼ガスの流れ方向と、排熱回収ボイラ３０における排ガスの流れ方向Ｓ２とは、互いに平行でありながら、互いに反対向きとなるよう設定されている。したがって、ガスタービンユニット２０の排ガスを排熱回収ボイラ３０に案内する排気接続ダクト３２は、ガスタービンユニット２０の排出口２０ｂに接続された一端３２ａと、排熱回収ボイラ３０の取入口３０ｂに接続された他端３２ｂとの間が、ガスタービンユニット２０と排熱回収ボイラ３０とで排ガスの流れの向きを変える向き変え部３２ｃとされている。
ところで、図４に示すように、排熱回収ボイラ３０のボイラ本体３１は、複数のボイラユニット３１ｐと、後述する気水分離ドラム３６と、によって構成されている。各ボイラユニット３１ｐは、排気接続ダクト３２から送り込まれた排ガスと熱交換することによって水を加熱して蒸気を生成する蒸発器（不図示）をそれぞれ備えている。
本実施形態において、ボイラ本体３１は、６本のボイラユニット３１ｐが、各ボイラユニットの向きを揃えた状態で高さ方向に３段積み上げられ、排ガスの流れ方向Ｓ２に直交する幅方向に２列、配置されることで構成されている。
本実施形態において、ボイラ本体３１は、６本のボイラユニット３１ｐが、各ボイラユニットの向きを揃えた状態で高さ方向に３段積み上げられ、排ガスの流れ方向Ｓ２に直交する幅方向に２列、配置されることで構成されている。
これにともない、前記の排気接続ダクト３２は、一端３２ａから他端３２ｂに向けて、その流路幅と流路高さが漸次増大するよう形成されている。そして、排気接続ダクト３２内には、各ボイラユニット３１ｐになるべく均等に排ガスを送りこめるよう、排気接続ダクト３２内を流路幅方向に２分割、流路高さ方向に３分割するガイドベーン３２ｇが設けられているのが好ましい。これにより、各ボイラユニット３１ｐには、ガスタービンユニット２０からそれぞれに排ガスが均等に導入されるようになっている。
このようにして、複数のボイラユニット３１ｐの集合体からなるボイラ本体３１の上部には、ボイラユニット３１ｐと同数の気水分離ドラム３６が設置されている。
そして、各ボイラユニット３１ｐには、それぞれ一つの気水分離ドラム３６が接続されている。各気水分離ドラム３６は、ボイラユニット３１ｐにおいて発生した蒸気と水との混合体を気水分離ドラム３６で蒸気と水とに分離させ、蒸気は蒸気タービン５０に送給し、水は循環させて再度ボイラユニット３１ｐに供給する。このようにして、各ボイラユニット３１ｐは、それぞれに気水分離ドラム３６を有して、独立した循環サイクルを構成している。
ここで、各ボイラユニット３１ｐにおいては、気水分離ドラム３６までの距離が互いに異なるため、気水分離ドラム３６からボイラユニット３１ｐへの水の循環量を一定にするため、不図示の循環ポンプが備えられている。
そして、各ボイラユニット３１ｐには、それぞれ一つの気水分離ドラム３６が接続されている。各気水分離ドラム３６は、ボイラユニット３１ｐにおいて発生した蒸気と水との混合体を気水分離ドラム３６で蒸気と水とに分離させ、蒸気は蒸気タービン５０に送給し、水は循環させて再度ボイラユニット３１ｐに供給する。このようにして、各ボイラユニット３１ｐは、それぞれに気水分離ドラム３６を有して、独立した循環サイクルを構成している。
ここで、各ボイラユニット３１ｐにおいては、気水分離ドラム３６までの距離が互いに異なるため、気水分離ドラム３６からボイラユニット３１ｐへの水の循環量を一定にするため、不図示の循環ポンプが備えられている。
排熱回収ボイラ３０の各ボイラユニット３１ｐにおいては、発生する蒸気圧を、例えば４０ｋＰａ程度の低圧とするのが好ましい。発生する蒸気圧が高いほど、ボイラユニット３１ｐを構成する材料の肉厚を大きくする必要があり、重量増につながる。そこで、蒸気圧を低圧とすることで、ボイラユニット３１ｐを構成する材料の肉厚を小さくし、軽量化を図るようにしている。
また、本ＧＴＣＣ設備１０Ａにおいては、排熱回収ボイラ３０の各ボイラユニット３１ｐに助燃装置（不図示）を備えるようにした。燃料バルブユニット３５により各ボイラユニット３１ｐ内の助燃装置に燃料を供給して排ガスを燃焼させることで、蒸気発生量を増やすことが可能となる。また、この燃料バルブユニット３５からの燃料供給量を調整することによって、蒸気発生量を調整することもできる。
上述したようにして、排熱回収ボイラ３０の少なくとも一部がガスタービンユニット２０と高さ方向で同一位置に配され、ガスタービンユニット２０と排熱回収ボイラ３０とを並列配置した。これにより、ＧＴＣＣ設備１０Ａの設置床面積を抑えつつ、ガスタービンユニット２０と排熱回収ボイラ３０とを積層する場合に比較して、その高さを抑えて低重心化を図ることが可能となる。
また、このようなＧＴＣＣ設備１０Ａを装備した船舶Ｆは、ＧＴＣＣ設備１０Ａの低重心化により、その安定性が高まる。
また、このようなＧＴＣＣ設備１０Ａを装備した船舶Ｆは、ＧＴＣＣ設備１０Ａの低重心化により、その安定性が高まる。
また、排熱回収ボイラ３０は、複数個のボイラユニット３１ｐを上下方向および幅方向に並列に設けることでボイラ本体３１を構成するようにした。
このようにして、ボイラ本体３１を複数に分割した場合、ボイラ本体３１を分割しない場合に比較して、
排ガスの処理容量Ｖは、スケール比Ｓｃとの間で、
Ｖ ∝ （Ｓｃ）２
との関係が成り立ち、ボイラユニット３１ｐの重量Ｗ１は、
Ｗ１ ∝ （Ｓｃ）３
との関係が成り立つ。
したがって、ボイラ本体３１を分割しない場合に比較したボイラ本体３１の重量比Ｗ２は、
Ｗ２＝（ボイラユニット３１ｐの数Ｎ）×（ボイラユニット３１ｐの重量Ｗ１）
＝（ボイラユニット３１ｐの数Ｎ）×（処理容量Ｖ）３／２
となる。
上記に示した例では、ボイラ本体３１を６分割したので、ボイラ本体３１を分割しない場合と比較すると、ボイラユニット３１ｐの処理容量Ｖは、
Ｖ＝１／６
である。したがって、ボイラ本体３１を分割しない場合のボイラ本体３１の重量と比較したボイラ本体３１の重量比Ｗ２は、
Ｗ２＝６×（１／６）３／２＝０．４１
となり、ボイラ本体３１を分割しない場合に比較して、ボイラ本体３１の重量が半分以下となる。
このようにして、ボイラ本体３１を複数に分割した場合、ボイラ本体３１を分割しない場合に比較して、
排ガスの処理容量Ｖは、スケール比Ｓｃとの間で、
Ｖ ∝ （Ｓｃ）２
との関係が成り立ち、ボイラユニット３１ｐの重量Ｗ１は、
Ｗ１ ∝ （Ｓｃ）３
との関係が成り立つ。
したがって、ボイラ本体３１を分割しない場合に比較したボイラ本体３１の重量比Ｗ２は、
Ｗ２＝（ボイラユニット３１ｐの数Ｎ）×（ボイラユニット３１ｐの重量Ｗ１）
＝（ボイラユニット３１ｐの数Ｎ）×（処理容量Ｖ）３／２
となる。
上記に示した例では、ボイラ本体３１を６分割したので、ボイラ本体３１を分割しない場合と比較すると、ボイラユニット３１ｐの処理容量Ｖは、
Ｖ＝１／６
である。したがって、ボイラ本体３１を分割しない場合のボイラ本体３１の重量と比較したボイラ本体３１の重量比Ｗ２は、
Ｗ２＝６×（１／６）３／２＝０．４１
となり、ボイラ本体３１を分割しない場合に比較して、ボイラ本体３１の重量が半分以下となる。
また、排熱回収ボイラ３０の設置床面積Ａ１の、ボイラ本体３１を分割しない場合の設置床面積Ａ２に対する比Ａ１／Ａ２は、
Ａ１／Ａ２ ＝ （Ｓｃ）２×（ボイラユニット３１ｐの列数Ｌ）
＝ （処理容量Ｖ）×（ボイラユニット３１ｐの列数Ｌ）
となる。
したがって、上記に示した例では、処理容量Ｖ＝１／６、ボイラユニット３１ｐの列数Ｌ＝２であるので、排熱回収ボイラ３０の設置床面積Ａ１の、ボイラ本体３１を分割しない場合の設置床面積Ａ２に対する比Ａ１／Ａ２は、
Ａ１／Ａ２ ＝ １／６×２＝０．３３
となる。すなわち、ボイラ本体３１を分割しない場合に比較して、排熱回収ボイラ３０の重量が半分以下となる。
Ａ１／Ａ２ ＝ （Ｓｃ）２×（ボイラユニット３１ｐの列数Ｌ）
＝ （処理容量Ｖ）×（ボイラユニット３１ｐの列数Ｌ）
となる。
したがって、上記に示した例では、処理容量Ｖ＝１／６、ボイラユニット３１ｐの列数Ｌ＝２であるので、排熱回収ボイラ３０の設置床面積Ａ１の、ボイラ本体３１を分割しない場合の設置床面積Ａ２に対する比Ａ１／Ａ２は、
Ａ１／Ａ２ ＝ １／６×２＝０．３３
となる。すなわち、ボイラ本体３１を分割しない場合に比較して、排熱回収ボイラ３０の重量が半分以下となる。
このようにして、排熱回収ボイラ３０において、複数個のボイラユニット３１ｐを上下方向および幅方向に並列に設けることでボイラ本体３１を構成することによって、排熱回収ボイラ３０の設置床面積を小さくしつつ、軽量化を図ることが可能となる。
また、一つのボイラユニットで排熱回収ボイラを構成し、蒸発器や気水分離器も一つのみ備えた場合、蒸発器や気水分離器が大型のものとなる。これに対し、複数個のボイラユニット３１ｐのそれぞれに蒸発器(不図示)、気水分離ドラム３６を備えることで、蒸発器や気水分離ドラム３６が小型となり、その設置スペースの自由度が高まり、排熱回収ボイラ３０の小型化にも寄与できる。
また、ＧＴＣＣ設備１０Ａにおいては、ガスタービンユニット２０の下方に、潤滑油供給ユニット２５、フィードポンプユニット３４、燃料バルブユニット３５、復水器３７等、補機類の少なくとも一部が配置されている。
これにより、ＧＴＣＣ設備１０におけるスペースの有効利用を図り、設置床面積を抑えつつ、低重心化を図ることが可能となるという上記効果を一層顕著なものとすることができる。
これにより、ＧＴＣＣ設備１０におけるスペースの有効利用を図り、設置床面積を抑えつつ、低重心化を図ることが可能となるという上記効果を一層顕著なものとすることができる。
また、ガスタービンユニット２０の下方に、潤滑油供給ユニット２５、フィードポンプユニット３４、燃料バルブユニット３５、復水器３７等、補機類の少なくとも一部が配置されることによって、排熱回収ボイラ３０は、その上方に他の機器類が配置されていない構成とされている。これにより、排熱回収ボイラ３０に接続された各種の配管の交換等のメンテナンスを行う際に、他の機器類を取り外す必要がなく、メンテナンス性が向上する。
（第１の実施形態の変形例）
上記実施形態では、排熱回収ボイラ３０のボイラ本体３１上に気水分離ドラム３６を設けるようにしたが、これに限るものでない。
例えば、図５は、排熱回収ボイラの変形例を示す図であり、（ａ）は上下に積層した各段のボイラユニットの正面図、（ｂ）は（ａ）のボイラユニットを複数段に積層した排熱回収ボイラを示す斜視図である。
図５（ｂ）に示すように、排熱回収ボイラ３０のボイラ本体３１は、複数のボイラユニット３１ｐと、ボイラユニット３１ｐのそれぞれに接続された気水分離ドラム３６と、を備えている。本実施形態において、ボイラ本体３１は、６本のボイラユニット３１ｐが、上下方向に３段、排ガスの流れ方向Ｓ２に直交する幅方向に２列、配置されることで構成されている。
ボイラ本体３１の上下方向の各段においては、幅方向に２列に並んだ２つのボイラユニット３１ｐ，３１ｐが一体化されている。
上記実施形態では、排熱回収ボイラ３０のボイラ本体３１上に気水分離ドラム３６を設けるようにしたが、これに限るものでない。
例えば、図５は、排熱回収ボイラの変形例を示す図であり、（ａ）は上下に積層した各段のボイラユニットの正面図、（ｂ）は（ａ）のボイラユニットを複数段に積層した排熱回収ボイラを示す斜視図である。
図５（ｂ）に示すように、排熱回収ボイラ３０のボイラ本体３１は、複数のボイラユニット３１ｐと、ボイラユニット３１ｐのそれぞれに接続された気水分離ドラム３６と、を備えている。本実施形態において、ボイラ本体３１は、６本のボイラユニット３１ｐが、上下方向に３段、排ガスの流れ方向Ｓ２に直交する幅方向に２列、配置されることで構成されている。
ボイラ本体３１の上下方向の各段においては、幅方向に２列に並んだ２つのボイラユニット３１ｐ，３１ｐが一体化されている。
そして、図５（ａ）に示すように、各気水分離ドラム３６は、各ボイラユニット３１ｐの側方かつ上方に設けるようにした。各段の２つボイラユニット３１ｐ，３１ｐに対し、その幅方向両側に、これら２つのボイラユニット３１ｐ，３１ｐに接続された２つの気水分離ドラム３６，３６が配置されている。
さらに、複数のボイラユニット３１ｐ間において、各ボイラユニット３１ｐに対する気水分離ドラム３６の相対位置が、各ボイラユニット３１ｐにおいて同一の位置関係となるように設けられている。これにより、各ボイラユニット３１ｐにおいて、気水分離ドラム３６までの配管３９の長さを均一にすることができる。
さらに、複数のボイラユニット３１ｐ間において、各ボイラユニット３１ｐに対する気水分離ドラム３６の相対位置が、各ボイラユニット３１ｐにおいて同一の位置関係となるように設けられている。これにより、各ボイラユニット３１ｐにおいて、気水分離ドラム３６までの配管３９の長さを均一にすることができる。
なお、ボイラ本体３１の上下方向の各段を構成する２つのボイラユニット３１ｐ，３１ｐと、２つの気水分離ドラム３６，３６と、これらを接続する配管３９，３９は、予め一体に組み立てられた組立体３８とすることもできる。
ボイラ本体３１の組立時に、予め、上下方向の段数に応じて組立体３８を組み立てておくことで、組立体３８を上下方向に積層すればボイラ本体３１を効率よく組み立てることができる。さらに、各段の組立体３８は、構成する部品寸法等が共通となるので、組立を効率よく行えるのに加え、部品コストも抑えることが可能となる。
ボイラ本体３１の組立時に、予め、上下方向の段数に応じて組立体３８を組み立てておくことで、組立体３８を上下方向に積層すればボイラ本体３１を効率よく組み立てることができる。さらに、各段の組立体３８は、構成する部品寸法等が共通となるので、組立を効率よく行えるのに加え、部品コストも抑えることが可能となる。
このようにすると、各ボイラユニット３１ｐと気水分離ドラム３６とを循環する配管３９における圧力損失が均一になるので、各ボイラユニット３１ｐにおける蒸気発生量が均一化される。
その結果、気水分離ドラム３６とボイラユニット３１ｐとの間で水（気水）を強制循環させるための循環ポンプが不要となり、排熱回収ボイラ３０を自然循環ボイラとすることが可能となる。その結果、さらなるＧＴＣＣ設備１０Ａの軽量化を図ることが可能となる。
（第２の実施形態）
次に、本発明にかかるガスタービンコンバインドサイクル設備、水上設備の第２の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第２の実施形態においては、図１を援用するとともに、上記第１の実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
図６は、第２の実施形態に係る実施形態に係るＧＴＣＣ設備の構成を示す斜視図である。
図６に示すように、本実施形態のＧＴＣＣ設備１０Ｂは、例えば天然ガスを燃料として駆動されるガスタービンユニット２０と、ガスタービンユニット２０からの排ガスの排熱を回収して蒸気を生成する排熱回収ボイラ３０と、排気接続ダクト３２と、ガスタービンユニット２０により駆動される天然ガスを液化するための冷媒を昇圧する圧縮機８０と、これらの機器およびそれぞれの補機類を支持する支持架構７０と、を主に備えている。
次に、本発明にかかるガスタービンコンバインドサイクル設備、水上設備の第２の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第２の実施形態においては、図１を援用するとともに、上記第１の実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
図６は、第２の実施形態に係る実施形態に係るＧＴＣＣ設備の構成を示す斜視図である。
図６に示すように、本実施形態のＧＴＣＣ設備１０Ｂは、例えば天然ガスを燃料として駆動されるガスタービンユニット２０と、ガスタービンユニット２０からの排ガスの排熱を回収して蒸気を生成する排熱回収ボイラ３０と、排気接続ダクト３２と、ガスタービンユニット２０により駆動される天然ガスを液化するための冷媒を昇圧する圧縮機８０と、これらの機器およびそれぞれの補機類を支持する支持架構７０と、を主に備えている。
また、本実施形態のＧＴＣＣ設備１０Ｂにおいては、ガスタービンユニット２０、排熱回収ボイラ３０、および、圧縮機８０の組み合わせが、２組並んで配置されるとともに、幅方向に対称配置されている。
本実施形態における排熱回収ボイラ３０で生成した蒸気は、例えば、天然ガスに含まれる、酸性ガス成分を除去するための機器や天然ガスに含まれる水分を脱水するための機器の熱源、ナチュラルガスブースターコンプレッサ、スタビライザーオーバーヘッドコンプレッサ、エンドフラッシュガスコンプレッサ等を駆動する蒸気タービンの駆動エネルギとして、蒸気を供給することができる。
上述したように、本実施形態のＧＴＣＣ設備１０Ｂにおいても、上記第１の実施形態と同様、排熱回収ボイラ３０の少なくとも一部がガスタービンユニット２０と高さ方向で同一位置に配され、ガスタービンユニット２０と排熱回収ボイラ３０とが並列配置されているので、ＧＴＣＣ設備１０Ｂの設置床面積を抑えつつ、ガスタービンユニット２０と排熱回収ボイラ３０とを積層する場合に比較して、その高さを抑えて低重心化を図ることが可能となる。
また、このようなＧＴＣＣ設備１０Ｂを装備した船舶Ｆは、ＧＴＣＣ設備１０Ａの低重心化により、その安定性が高まる。
また、このようなＧＴＣＣ設備１０Ｂを装備した船舶Ｆは、ＧＴＣＣ設備１０Ａの低重心化により、その安定性が高まる。
また、排熱回収ボイラ３０において、複数個のボイラユニット３１ｐを上下方向および幅方向に並列に設けることでボイラ本体３１を構成することによって、排熱回収ボイラ３０の設置床面積を小さくしつつ、軽量化を図ることが可能となる。
（その他の実施形態）
なお、本発明のガスタービンコンバインドサイクル設備、水上設備は、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記各実施形態において、ボイラユニット３１ｐの数を６個とし、高さ方向に３段、幅方向に２列に並列するようにしたが、ボイラユニット３１ｐの数、高さ方向および幅方向の並列数は、これ以外であってもよい。
なお、本発明のガスタービンコンバインドサイクル設備、水上設備は、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記各実施形態において、ボイラユニット３１ｐの数を６個とし、高さ方向に３段、幅方向に２列に並列するようにしたが、ボイラユニット３１ｐの数、高さ方向および幅方向の並列数は、これ以外であってもよい。
また、上記各実施形態において、ガスタービンユニット２０と排熱回収ボイラ３０を、平面視した状態で並列させるようにしたが、ガスタービンユニット２０と排熱回収ボイラ３０は、ガスタービンユニット２０のタービン軸方向Ｓ１に、互いにずれて配置されていてもよい。
さらに、ＧＴＣＣ設備としては、ガスタービンユニット２０で発電機を駆動するようにしてもよい。
また、ＧＴＣＣ設備１０Ａ、１０Ｂを構成する機器、補機類については、その用途、処理規模等に応じて適宜変更することが可能である。
また、ＧＴＣＣ設備１０Ａ、１０Ｂを構成する機器、補機類については、その用途、処理規模等に応じて適宜変更することが可能である。
加えて、上記各実施形態では、ＧＴＣＣ設備１０を、船舶Ｆ上に設けるようにしたが、船舶Ｆに限らず、フロート構造物等、浮体（フロート）を備えた水上設備であれば、いかなるものに本発明を適用してもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
１０Ａ、１０Ｂ ＧＴＣＣ設備
２０ ガスタービンユニット
２１ ケーシング
２２ 吸気ダクト
２３ 冷却用吸気ダクト
２４ 冷却用排気ダクト
２５ 潤滑油供給ユニット
３０ 排熱回収ボイラ
３１ ボイラ本体
３１ｐ ボイラユニット
３２ 排気接続ダクト（排気ダクト）
３２ａ 一端
３２ｂ 他端
３２ｃ 向き変え部
３２ｇ ガイドベーン
３３ 排気筒
３４ フィードポンプユニット
３５ 燃料バルブユニット
３６ 気水分離ドラム（気水分離器）
３７ 復水器
３８ 組立体
４０ ガス圧縮機
５０ 蒸気タービン
６０ 圧縮機
７０ 支持架構
７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ ベース部材
８０ 圧縮機
Ｆ 船舶（浮体）
２０ ガスタービンユニット
２１ ケーシング
２２ 吸気ダクト
２３ 冷却用吸気ダクト
２４ 冷却用排気ダクト
２５ 潤滑油供給ユニット
３０ 排熱回収ボイラ
３１ ボイラ本体
３１ｐ ボイラユニット
３２ 排気接続ダクト（排気ダクト）
３２ａ 一端
３２ｂ 他端
３２ｃ 向き変え部
３２ｇ ガイドベーン
３３ 排気筒
３４ フィードポンプユニット
３５ 燃料バルブユニット
３６ 気水分離ドラム（気水分離器）
３７ 復水器
３８ 組立体
４０ ガス圧縮機
５０ 蒸気タービン
６０ 圧縮機
７０ 支持架構
７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ ベース部材
８０ 圧縮機
Ｆ 船舶（浮体）
Claims (6)
- ガスタービンユニットと、
前記ガスタービンユニットの排ガスから排熱を回収して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記ガスタービンユニットの排ガスを前記排熱回収ボイラに案内する排気ダクトと、
前記ガスタービンユニット、前記排熱回収ボイラ、及び前記排気ダクトを支持する支持架構と、
を備え、
前記支持架構は、上下方向に重なるように並んで配置された３層のベース部材を含み、
前記３層のベース部材は、最上層に配置された最上層ベース部材、最下層に配置された最下層ベース部材、及び前記最上層ベース部材よりも下方で、かつ前記最下層ベース部材よりも上方に配置された中間層ベース部材を備え、
前記最上層ベース部材上には、前記ガスタービンユニットを構成する吸気ダクトが配置されており、
前記中間層ベース部材には、前記ガスタービンユニットが配置されており、
前記最下層ベース部材には、前記中間層ベース部材よりも上方に至る高さとされた前記排熱回収ボイラが配置されており、
前記ガスタービンユニットの鉛直下方の前記最下層ベース部材上には、前記タービンユニットの補機および前記排熱回収ボイラの補機の少なくとも一部が配置されており、
前記排熱回収ボイラは、高さ方向に積み上げられた複数のボイラユニット備え、
前記ガスタービンユニットと前記排熱回収ボイラとは、平面視したときに、前記ガスタービンユニットのタービン軸方向と、前記排熱回収ボイラにおける前記排ガスの流れ方向とが、互いに平行になるよう並列配置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サイクル設備。 - 前記ボイラユニットは、前記排気ダクトから導入される前記排ガスとの熱交換によって蒸気を発生させる蒸発器を含み、
前記複数のボイラユニットのそれぞれに前記排ガスが導入されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンコンバインドサイクル設備。 - 前記複数のボイラユニットのそれぞれには、各ボイラユニットで発生した蒸気と水とを分離し、分離された前記水を前記蒸発器に循環させる気水分離器が接続されていることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンコンバインドサイクル設備。
- 前記気水分離器は、各ボイラユニットの側方且つ上方に配され、その相対位置が、各ボイラユニットで同一とされ、前記排熱回収ボイラは、自然循環ボイラとされていることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンコンバインドサイクル設備。
- 前記ボイラユニットと前記気水分離器とが、予め一体化された組立体とされていることを特徴とする請求項３または４に記載のガスタービンコンバインドサイクル設備。
- 水に浮かぶ浮体と、
前記浮体上に設けられた前記請求項１から５のいずれか一項に記載のガスタービンコンバインドサイクル設備と、
を備えることを特徴とする水上設備。
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