JPH11117714A - ガスタービンコンバインドプラント - Google Patents

ガスタービンコンバインドプラント

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JPH11117714A
JPH11117714A JP28817197A JP28817197A JPH11117714A JP H11117714 A JPH11117714 A JP H11117714A JP 28817197 A JP28817197 A JP 28817197A JP 28817197 A JP28817197 A JP 28817197A JP H11117714 A JPH11117714 A JP H11117714A
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recovery boiler
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gas turbine
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浩史 三島
Masanori Fujioka
昌則 藤岡
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    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、従来の空冷加熱システムに比べて
更に熱効率を改善し、運転コストを低減させることが可
能なガスタービンコンバインドプラントを提供すること
にある。 【解決手段】 本発明では、空気圧縮機1、燃焼器2お
よび空気冷却器3を有するガスタービン4の排気ガスを
排熱回収ボイラ6に送り、排熱回収ボイラ6にて発生さ
せた蒸気により蒸気タービン7を駆動するガスタービン
コンバインドプラントにおいて、ガスタービン4の燃焼
器2の上流側に加熱器5を設け、加熱器5と排熱回収ボ
イラ6とを接続するとともに、空気冷却器3と排熱回収
ボイラ6とを接続し、排熱回収ボイラ6から送られる第
1作動流体W1 によって空気圧縮機1から送られる空気
冷却器3内の空気Aを冷却し、かつ排熱回収ボイラ6か
ら送られる第2作動流体W2 によって加熱器5内の燃料
ガスGを加熱して燃焼器2に供給するように構成してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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ガスタービンコンバインド
プラントに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、図2に示すようなガスタービン
コンバインドプラントにおいては、空気Aを空気圧縮機
51で圧縮して燃焼器52に送り、該燃焼器52内に供
給された燃料ガスGを燃焼させ(約1400〜1500
゜C)、生じた高温高圧ガスをガスタービン53中で膨
張させることにより発電機54の動力を生み出し、更
に、このガスタービン53の排気ガスの排熱(約600
゜C)を利用すべくボトミングサイクルBの排熱回収ボ
イラ(HRSG)55に送り、該排熱回収ボイラ55に
て発生させた蒸気により蒸気タービン56を駆動させて
発電機57の動力を生み出すようになっている。そし
て、蒸気タービン56から排出された蒸気は、復水器5
8の熱交換部に導かれ、該熱交換部において海水等の冷
却水で冷却されて凝縮され、復水として排熱回収ボイラ
55への給水系統に導かれている。
【0003】このようなガスタービンコンバインドプラ
ントでは、GTロータ冷却空気を通常の空気冷却器にて
大気温度より冷却すると冷却後の温度まで熱を系外にそ
のまま放出することになり、約1.5%の燃料損失を招
くことから、系外に放出する空気Aで燃料ガスGを加熱
し、7割程度回収するTCAによる空冷加熱システム
(タービン冷却空気システム)の空気冷却兼燃料加熱器
(TCAクーラ)59が設けられている。この空気冷却
兼燃料加熱器59は、図2および図3に示す如く、空気
圧縮機51とガスタービン53との間に設備されてお
り、外部下方には空冷のためのファン60が設置されて
いる。しかして、GTロータ冷却空気は空気圧縮機51
から空気冷却兼燃料加熱器59に送られ温度T1 (約4
40゜C)の空気Aは、ファン60から送給される温度
30゜Cの大気で冷却されて温度T2 (約200゜C)
となり、ガスタービン53に送られてタービンロータな
どを冷却し、タービン損傷を防止している。一方、空気
冷却兼燃料加熱器59内に送られてくる温度T3 (約6
0゜C)の燃料ガスGは、ロータ冷却空気冷却後の大気
(約220゜C)によって温度T4 (約200゜C)に
加熱されて、燃焼器52に供給されるようになってい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のガスタービンコンバインドプラントの空気冷却
兼燃料加熱器59による熱回収では、冷却後の大気温度
が約220゜Cであり、燃料ガス加熱媒体(空気)上限
による空気―ガス熱交換器の制約があるため、約0.4
%程度の燃料損失が依然として残存しており、更なる改
善が要望されていた。
【0005】本発明はこのような実状に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、従来の空冷加熱システムに
比べて更に熱効率を改善し、運転コストを低減させるこ
とが可能なガスタービンコンバインドプラントを提供す
ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する課
題を解決するために、本発明においては、空気圧縮機、
燃焼器および空気冷却器を有するガスタービンの排気ガ
スを排熱回収ボイラに送り、該排熱回収ボイラにて発生
させた蒸気により蒸気タービンを駆動するガスタービン
コンバインドプラントにおいて、前記ガスタービンの燃
焼器の上流側に加熱器を設け、該加熱器と前記排熱回収
ボイラとを接続するとともに、前記空気冷却器と前記排
熱回収ボイラとを接続し、前記排熱回収ボイラから送ら
れる第1作動流体によって前記空気圧縮機から送られる
前記空気冷却器内の空気を冷却し、かつ前記排熱回収ボ
イラから送られる第2作動流体によって前記加熱器内の
燃料ガスを加熱して前記燃焼器に供給するように構成し
ている。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。ここで、図1は本発明の実
施の形態に係るガスタービンコンバインドプラントの説
明図である。
【0008】本発明の実施形態のガスタービンコンバイ
ンドプラントは、図1に示す如く、主として空気圧縮機
1、燃焼器2、空気冷却器3、ガスタービン4および加
熱器5が設備されるトッピングサイクルTと、主として
排熱回収ボイラ(HRSG)6、蒸気タービン7および
復水器8が設備されるボトミングサイクルBとを組み合
わせたもので、ガスタービン4の排気ガスを排熱回収ボ
イラ6に送り、この排熱回収ボイラ6にて発生させた蒸
気により蒸気タービン7を駆動する発電プラントであ
る。
【0009】上記トッピングサイクルTは、従来のTC
Aによる空冷加熱システムを採用しておらず、これに代
えてボトミングサイクルBによるロータ冷却空気の冷却
と、ボトミングサイクルBによる燃料ガスGの加熱を行
うシステムを採用している。空気圧縮機1は、供給され
た空気Aを圧縮するもので、その下流側は2系統に分岐
されており、それぞれの経路には燃焼器2または空気冷
却器3が設けられている。燃焼器2は、供給された燃焼
ガスGを加熱燃焼するもので、その下流側には生じた高
温高圧ガスを送給するガスタービン4が設けられてい
る。このガスタービン4は、内部で高温高圧ガスを膨張
させることにより駆動され、発電機9を回して発電する
ように構成されている。
【0010】また、空気冷却器3は、TCAクーラでな
い通常の冷却器であって、空気圧縮機1から送られてく
る高温の空気Aを内部で強制的に冷却するものであり、
冷却された空気Aは下流側に設置されたガスタービン4
に送られてタービンロータなどを冷却している。このた
め、上記空気冷却器3と上記ボトミングサイクルBの排
熱回収ボイラ6とは互いに接続されており、該排熱回収
ボイラ6から高温の空気Aを冷却する第1作動流体W1
が空気冷却器3内に送給されるように構成されている。
【0011】一方、上記加熱器5は、燃焼器2の上流側
に設けられているとともに、排熱回収ボイラ6と互いに
接続されており、該排熱回収ボイラ6から燃料ガスGを
加熱する第2作動流体W2 が加熱器5内に送給されるよ
うに構成されている。なお、加熱器5は脱気器10に接
続されており、加熱後における加熱器5内の第2作動流
体W2 は脱気器10に送給されるようになっている。
【0012】上記ボトミングサイクルBの排熱回収ボイ
ラ6は、ボイラ本体の内部に供給されているボイラ水を
加熱することにより所定の圧力および温度の蒸気を発生
させるものであり、高圧(HP)・中圧(IP)・低圧
(LP)に分かれた三重圧方式構造となっている。そし
て、本実施形態に係る排熱回収ボイラ6の内部には、そ
れぞれの圧力と対応して図示しない節炭器のエコノマイ
ザ(ECO)、蒸発器のエバポレータ(EVA)および
スーパヒータ(SH)等が設けられている。本実施形態
では、空気冷却器3が排熱回収ボイラ6の高圧エコノマ
イザ(HP―ECO)の入口と接続され、該高圧エコノ
マイザの入口への給水(約138゜C)を第1作動流体
1 として使用しており、第1作動流体(水)W1 は空
気冷却器3に送給されるようになっている。そして、熱
交換後における空気冷却器3内の第1作動流体W1 は、
高圧ドラムに送給されるようになっている。また、本実
施形態では、加熱器5が排熱回収ボイラ6の中圧エコノ
マイザ(IP―ECO)の出口と接続され、該中圧エコ
ノマイザの出口から排出される抽水(約240゜C)を
第2作動流体W2 として使用しており、第2作動流体
(水)W2 は加熱器5に送給され燃料を加熱した後、脱
気器の貯水槽へ戻される。
【0013】なお、排熱回収ボイラ6の下流側には、蒸
気により駆動されて発電機11を回す動力を生み出す蒸
気タービン7が設置されており、該蒸気タービン7の下
流側にはタービン排気を凝縮させ、復水として排熱回収
ボイラ6への給水系統に導く復水器8が設置されてい
る。
【0014】本実施形態のガスタービンコンバインドプ
ラントにおいて、空気Aが空気圧縮機1に供給される
と、この空気Aは空気圧縮機1で圧縮されるとともに、
燃焼器2および空気冷却器3に送られる。空気冷却器3
に送られてくる空気Aは、温度が約440゜Cとなって
いるが、排熱回収ボイラ6の高圧エコノマイザから第1
作動流体(138゜C)W1 が空気冷却器3内に送給さ
れており、この第1作動流体W1 で約200゜Cに冷却
されて、ガスタービン4に送られる。また、上記加熱器
5には、排熱回収ボイラ6の中圧エコノマイザから第2
作動流体(約240゜C)W2 が送られており、加熱器
5内の燃料ガスGは、当該第2作動流体W2 によって加
熱される(約220゜C)。この加熱された燃料ガスG
は、燃焼器2に供給されて空気圧縮機1からの圧縮空気
と一緒に加熱燃焼され、高温高圧ガスとなってガスター
ビン4に送給される。しかる後、従来例と同様の手順
で、ガスタービン4は発電機9の動力を生み出し、その
排気ガスは排熱回収ボイラ6に送られて排熱が利用さ
れ、該排熱回収ボイラ6の蒸気で蒸気タービン7が駆動
される。
【0015】本実施形態のガスタービンコンバインドプ
ラントでは、ロータ冷却空気が排熱回収ボイラ6の第1
作動流体W1 によって冷却され、加熱器5内の燃料ガス
Gが排熱回収ボイラ6の第2作動流体W2 によって加熱
され、従来の燃料ガス温度(約200゜C)に比べて、
約30〜60゜C程度高めることが可能になるため、元
来の損失の相対値で約0.4%程度を改善することがで
きる。この改善による経済的な利益は約4億円に相当す
る。
【0016】以上、本発明の実施の形態につき述べた
が、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変
形および変更を加え得るものである。例えば、既述の実
施の形態では、加熱器5内で燃焼ガスGを加熱する第2
作動流体W2 として排熱回収ボイラ6からの中圧エコノ
マイザから抽水された水を使用したが、確実に燃焼ガス
Gを加熱できるものであれば、低圧エバポレータの蒸気
などを作動流体として使用しても良い。
【0017】
【発明の効果】上述の如く、本発明に係るガスタービン
コンバインドプラントは、空気圧縮機、燃焼器および空
気冷却器を有するガスタービンの排気ガスを排熱回収ボ
イラに送り、該排熱回収ボイラにて発生させた蒸気によ
り蒸気タービンを駆動するものであって、前記ガスター
ビンの燃焼器の上流側に加熱器を設け、該加熱器と前記
排熱回収ボイラとを接続するとともに、前記空気冷却器
と前記排熱回収ボイラとを接続し、前記排熱回収ボイラ
から送られる第1作動流体によって前記空気圧縮機から
送られる前記空気冷却器内の空気を冷却し、かつ前記排
熱回収ボイラから送られる第2作動流体によって前記加
熱器内の燃料ガスを加熱して前記燃焼器に供給するよう
に構成しているので、従来の空冷加熱システムに比べ
て、構造が簡単となる上、燃焼器へ供給する前の燃焼ガ
ス温度を更に高めることができ、熱効率の改善によって
運転コストの低減化を図ることができる。しかも、本発
明のガスタービンコンバインドプラントでは、空気冷却
器内のロータ冷却空気の冷却を排熱回収ボイラの作動流
体を利用して行っており、かつ加熱器内の燃料ガスの熱
源として排熱回収ボイラの作動流体を利用しているの
で、設備費が安価で済み、経済的に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るガスタービンコンバ
インドプラントを示す概略図である。
【図2】従来のガスタービンコンバインドプラントを示
す概略図である。
【図3】従来のガスタービンコンバインドプラントに設
備される空気冷却兼燃料加熱器を示す概略図である。
【符号の説明】
1 空気圧縮機 2 燃焼器 3 空気冷却器 4 ガスタービン 5 加熱器 6 排熱回収ボイラ 7 蒸気タービン 8 復水器 9,11 発電機 A 空気 G 燃料ガス W1 第1作動流体 W2 第2作動流体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空気圧縮機、燃焼器および空気冷却器を
    有するガスタービンの排気ガスを排熱回収ボイラに送
    り、該排熱回収ボイラにて発生させた蒸気により蒸気タ
    ービンを駆動するガスタービンコンバインドプラントに
    おいて、前記ガスタービンの燃焼器の上流側に加熱器を
    設け、該加熱器と前記排熱回収ボイラとを接続するとと
    もに、前記空気冷却器と前記排熱回収ボイラとを接続
    し、前記排熱回収ボイラから送られる第1作動流体によ
    って前記空気圧縮機から送られる前記空気冷却器内の空
    気を冷却し、かつ前記排熱回収ボイラから送られる第2
    作動流体によって前記加熱器内の燃料ガスを加熱して前
    記燃焼器に供給するように構成したことを特徴とするガ
    スタービンコンバインドプラント。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002213208A (ja) 2001-01-18 2002-07-31 Toshiba Corp コンバインドサイクル発電設備およびその運転方法
US6698182B2 (en) 2001-04-10 2004-03-02 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine combined plant
WO2016167445A1 (ko) * 2015-04-16 2016-10-20 두산중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 사이클을 이용한 하이브리드 발전 시스템
US10465563B2 (en) 2012-09-27 2019-11-05 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Method for controlling cooling system of gas turbine, control device performing the same, and gas turbine plant comprising the control device

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