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
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。
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。
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。
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。
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。
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、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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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、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。
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。
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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