(57)【要約】【課題】ガスタービンにおける高温部品を冷却しつつ、ガスタービンプラント全体での熱効率を高める。【解決手段】蒸気と燃料Ｆとを熱交換させて、燃料Ｆを予熱すると共に、燃料Ｆの予熱で冷却された蒸気が冷却蒸気ＣＳとして流出する第一予熱器５１と、燃焼ガスに接するガスタービン１０の高温部品に対して冷却蒸気ＣＳを供給する冷却蒸気ライン６２と、高温部品を通過した冷却蒸気ＣＳである過熱蒸気ＳＳが通る過熱蒸気ライン６３と、過熱蒸気ライン６３から供給される過熱蒸気ＳＳと燃料Ｆとを熱交換させて、燃料Ｆを予熱する第二予熱器５２と、第一予熱器５１及び第二予熱器５２で予熱された燃料Ｆを燃焼器２１に供給する予熱燃料ライン７１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気と燃料とを熱交換させて、該燃料を予熱すると共に、該燃料の予熱で冷却された蒸気が冷却蒸気として流出する第一予熱器と、
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び該燃焼ガスにより駆動するタービンのうちいずれかの部品であって前記燃焼ガスに接する高温部品に対して、前記冷却蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、
前記高温部品を通過した前記冷却蒸気である過熱蒸気が通る過熱蒸気ラインと、
前記過熱蒸気ラインから供給される前記過熱蒸気と燃料とを熱交換させて、該燃料を予熱する第二予熱器と、
前記第一予熱器及び前記第二予熱器で予熱された前記燃料を前記燃焼器に供給する予熱燃料ラインと、
を備えることを特徴とするガスタービン用燃料の予熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン用燃料の予熱装置において、
前記予熱燃料ラインは、前記第一予熱器で予熱された前記燃料を前記第二予熱器に供給する第一予熱燃料ラインと、前記第二予熱器でさらに予熱された前記燃料を前記燃焼器に供給する第二予熱燃料ラインと、を有する、
ことを特徴とするガスタービン用燃料の予熱装置。
【請求項３】
請求項１に記載のガスタービン用燃料の予熱装置において、
前記予熱燃料ラインは、前記第一予熱器で予熱された前記燃料及び前記第二予熱器で予熱された前記燃料をそれぞれ受け入れて、前記燃焼器に供給する統合予熱燃料ラインを有する、
ことを特徴とするガスタービン用燃料の予熱装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のガスタービン用燃料の予熱装置において、
前記燃焼器に供給される前記燃料と予熱媒体とを熱交換させて、該燃料を予熱する第三予熱器を備える、
ことを特徴とするガスタービン用燃料の予熱装置。
【請求項５】
請求項２に記載のガスタービン用燃料の予熱装置において、
前記燃焼器に供給される前記燃料と予熱媒体とを熱交換させて、該燃料を予熱する第三予熱器を備え、
前記予熱燃料ラインは、前記第三予熱器で予熱された前記燃料を前記第一予熱器に供給する第三予熱燃料ラインを有する、
ことを特徴とするガスタービン用燃料の予熱装置。
【請求項６】
請求項３に記載のガスタービン用燃料の予熱装置において、
前記燃焼器に供給される燃料と予熱媒体とを熱交換させて、該燃料を予熱する第三予熱器を備え、
前記予熱燃料ラインは、前記第三予熱器で予熱された前記燃料を前記第一予熱器及び前記第二予熱器のそれぞれに供給する第三予熱燃料ラインを有する、
ことを特徴とするガスタービン用燃料の予熱装置。
【請求項７】
請求項３に記載のガスタービン用燃料の予熱装置において、
前記燃焼器に供給される燃料と予熱媒体とを熱交換させて、該燃料を予熱する第三予熱器を備え、
前記統合予熱燃料ラインは、前記第一予熱器で予熱された前記燃料、及び前記第二予熱器で予熱された前記燃料と共に、前記第三予熱器で予熱された前記燃料を前記燃焼器に供給する、
ことを特徴とするガスタービン用燃料の予熱装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のガスタービン用燃料の予熱装置と、
前記燃焼器及び前記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の熱で蒸気を発生する排熱回収ボイラーを有する排熱回収装置と、
を備え、
前記予熱装置は、前記排熱回収装置中の蒸気を前記第一予熱器に供給する予熱媒体ラインを有する、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項９】
請求項４から７のいずれか一項に記載のガスタービン用燃料の予熱装置と、
前記燃焼器及び前記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の熱で蒸気を発生する排熱回収ボイラーを有する排熱回収装置と、
を備え、
前記予熱装置は、前記排熱回収装置中の蒸気を前記第一予熱器に供給する第一予熱媒体ラインと、前記排熱回収装置中の蒸気又は水を前記第三予熱器に供給する第二予熱媒体ラインと、を有する、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１０】
蒸気と燃料とを熱交換させて、該燃料を予熱すると共に、該燃料の予熱で冷却された蒸気を冷却蒸気として流出させる第一予熱工程と、
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び該燃焼ガスにより駆動するタービンのうちいずれかの部品であって前記燃焼ガスに接する高温部品に対して、前記冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給工程と、
前記高温部品を通過した前記冷却蒸気である過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、該燃料を予熱する第二予熱工程と、
前記第一予熱工程及び前記第二予熱工程で予熱された前記燃料を前記燃焼器に供給する予熱燃料供給工程と、
を実行することを特徴とするガスタービン用燃料の予熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えているガスタービンにおけるガスタービン用燃料の予熱装置、これを備えているガスタービンプラント、及びガスタービン用燃料の予熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で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と、燃焼ガスにより駆動するタービンと、を有している。燃焼器に供給される燃料は、燃料を節約し、ガスタービンの効率を高めるために、燃焼器に供給される前に予熱されることが多い。
【０００３】
以下の特許文献１には、燃焼器に供給する燃料を蒸気で予熱するガスタービンプラントが開示されている。このガスタービンプラントは、ガスタービンと、このガスタービンからの排気ガスの熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラーと、この排熱回収ボイラーで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンと、燃焼器に供給される燃料を加熱する予熱器と、を備えている。予熱器には、排熱回収ボイラーで発生した蒸気を予熱器に供給する第一蒸気ラインが接続されている。さらに、この予熱器には、燃料を加熱した蒸気を燃焼器等の高温部品に導く第二蒸気ラインが接続されている。また、高温部品には、この高温部品を冷却した蒸気を蒸気タービン等に導く第三蒸気ラインが接続されている。このガスタービンプラントは、さらに、第二蒸気ラインを流れている蒸気、つまり燃料を加熱した蒸気を冷却するために、第二蒸気ラインに対して水を噴射する減温スプレーを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３２５３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の技術では、燃料を加熱した蒸気を水で冷却した後、この蒸気を高温部品に供給しているため、燃料を加熱した蒸気の熱を有効に利用できず、ガスタービンプラント全体での熱効率があまりよくない、という問題点がる。
【０００６】
そこで、本発明は、ガスタービンにおける高温部品を冷却しつつ、ガスタービンプラント全体での熱効率を高めることができるガスタービン用燃料の予熱装置、これを備えているガスタービンプラント、及びガスタービン用燃料の予熱方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するための発明に係る一態様としてのガスタービン用燃料の予熱装置は、
蒸気と燃料とを熱交換させて、該燃料を予熱すると共に、該燃料の予熱で冷却された蒸気が冷却蒸気として流出する第一予熱器と、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び該燃焼ガスにより駆動するタービンのうちいずれかの部品であって前記燃焼ガスに接する高温部品に対して、前記冷却蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、前記高温部品を通過した前記冷却蒸気である過熱蒸気が通る過熱蒸気ラインと、前記過熱蒸気ラインから供給される前記過熱蒸気と燃料とを熱交換させて、該燃料を予熱する第二予熱器と、前記第一予熱器及び前記第二予熱器で予熱された前記燃料を前記燃焼器に供給する予熱燃料ラインと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
当該予熱装置では、高温部品に蒸気を供給して、この高温部品を冷却しているので、高温部品で燃焼ガスに接する面に沿ってガスタービンの圧縮機から抽気した空気を供給して、高温部品を冷却するよりも、高温部品の冷却効率及びガスタービンプラントの効率を高めることができる。
【０００９】
具体的に、蒸気は、空気と比べて、熱伝導率が高い上に熱容量が大きいので、高温部品を効率的に冷却することができる。また、ガスタービンの圧縮機から圧縮された空気を抽気し、この空気を高温部品の冷却に利用した場合、ガスタービンの出力が低下すると共に排熱回収装置の出力も低下し、結果として、ガスタービンプラントの効率が低下する。一方、当該予熱装置において、排熱回収装置からの蒸気を高温部品の冷却に利用した場合、排熱回収装置の出力が低下するものの、ガスタービンの出力は低下しない。従って、排熱回収装置からの蒸気を高温部品の冷却に利用した方がガスタービンプラントの効率の低下を抑えることができる、言い換えると、ガスタービンプラントの効率を高めることができる。
【００１０】
また、当該予熱装置では、蒸気と燃料とを第一予熱器で熱交換させ、この蒸気を冷却した後、冷却された蒸気を冷却蒸気として高温部品に供給しているので、この観点からも高温部品を効率的に冷却することができる。
【００１１】
また、当該予熱装置では、高温部品の冷却により過熱された冷却蒸気である過熱蒸気と燃料とを第二予熱器で熱交換させ、燃料を加熱しているので、蒸気の熱、言い換えると、燃焼器の熱を有効に利用することができ、この観点からもガスタービンプラントの効率を高めることができる。
【００１２】
ところで、特許文献１に記載の技術では、燃焼器の熱を排熱回収装置の蒸気中に戻し、排熱回収装置の効率を高めているが、ガスタービンの効率を高めることはできない。一方、当該予熱装置では、燃焼器の熱を燃料の予熱に利用しているので、ガスタービン及び排熱回収装置の双方の効率を高めることができ、特許文献１よりもガスタービンプラントの効率を高めることができる。
【００１３】
また、当該予熱装置では、第一予熱器及び第二予熱器で燃料を予熱しているので、燃料の温度をより高くすることができる。
【００１４】
ここで、前記一態様としての前記ガスタービン用燃料の予熱装置において、前記予熱燃料ラインは、前記第一予熱器で予熱された前記燃料を前記第二予熱器に供給する第一予熱燃料ラインと、前記第二予熱器でさらに予熱された前記燃料を前記燃焼器に供給する第二予熱燃料ラインと、を有してもよい。
【００１５】
当該予熱装置では、第一予熱器及び第二予熱器が燃料にとって直列的に並んでいるため、高い温度の燃料を燃焼器に供給することができる。特に、第一予熱器に供給される蒸気の温度よりも、第二予熱器に供給される過熱蒸気の温度の方が高い場合には、効率的に燃料の温度を高めることができる。
【００１６】
また、前記一態様としての前記ガスタービン用燃料の予熱装置において、前記予熱燃料ラインは、前記第一予熱器で予熱された前記燃料及び前記第二予熱器で予熱された前記燃料をそれぞれ受け入れて、前記燃焼器に供給する統合予熱燃料ラインを有してもよい。
【００１７】
当該予熱装置では、第一予熱器及び第二予熱器が燃料によって並列的に並んでいる。このため、一基の予熱器に供給される燃料の流量が少なくなり、例えば、第一予熱器に供給される蒸気の温度と第二予熱器に供給される過熱蒸気の温度とがほぼ同じである場合には、燃料を効率的に加熱することができる。
【００１８】
また、以上のいずれかの前記ガスタービン用燃料の予熱装置において、前記燃焼器に供給される前記燃料と予熱媒体とを熱交換させて、該燃料を予熱する第三予熱器を備えてもよい。
【００１９】
当該予熱装置では、第三予熱器を備えているので、燃料により多くの熱を加えることができる。
【００２０】
また、前記第一予熱燃料ライン及び前記第二予熱燃料ラインを有する前記ガスタービン用燃料の予熱装置において、前記燃焼器に供給される前記燃料と予熱媒体とを熱交換させて、該燃料を予熱する第三予熱器を備え、前記予熱燃料ラインは、前記第三予熱器で予熱された前記燃料を前記第一予熱器に供給する第三予熱燃料ラインを有してもよい。
【００２１】
当該予熱装置では、三基の予熱器が燃料にとって直列的に並んでいるため、より高い温度の燃料を燃焼器に供給することができる。
【００２２】
また、前記統合予熱燃料ラインを有する前記ガスタービン用燃料の予熱装置において、前記燃焼器に供給される燃料と予熱媒体とを熱交換させて、該燃料を予熱する第三予熱器を備え、前記予熱燃料ラインは、前記第三予熱器で予熱された前記燃料を前記第一予熱器及び前記第二予熱器のそれぞれに供給する第三予熱燃料ラインを有してもよい。
【００２３】
当該予熱装置では、例えば、第三予熱器に供給される予熱媒体の温度が第一予熱器に供給される蒸気の温度及び第二予熱器に供給される過熱蒸気の温度よりも低く、且つ第一予熱器に供給される蒸気の温度と第二予熱器に供給される過熱蒸気の温度とがほぼ同じである場合には、燃料を効率的に加熱することができる。
【００２４】
また、前記統合予熱燃料ラインを有する前記ガスタービン用燃料の予熱装置において、前記燃焼器に供給される燃料と予熱媒体とを熱交換させて、該燃料を予熱する第三予熱器を備え、前記統合予熱燃料ラインは、前記第一予熱器で予熱された前記燃料、及び前記第二予熱器で予熱された前記燃料と共に、前記第三予熱器で予熱された前記燃料を前記燃焼器に供給してもよい。
【００２５】
当該予熱装置では、第一予熱器、第二予熱器及び第三予熱器が燃料によって並列的に並んでいる。このため、一基の予熱器に供給される燃料の流量が少なくなり、例えば、第一予熱器に供給される蒸気の温度と第二予熱器に供給される過熱蒸気の温度と第三予熱器に供給される予熱媒体の温度がほぼ同じである場合には、燃料を効率的に加熱することができる。
【００２６】
上記問題点を解決するための発明に係る一態様としてのガスタービンプラントは、
以上のいずれかの前記ガスタービン用燃料の予熱装置と、前記燃焼器及び前記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の熱で蒸気を発生する排熱回収ボイラーを有する排熱回収装置と、を備え、前記予熱装置は、前記排熱回収装置中の蒸気を前記第一予熱器に供給する予熱媒体ラインを有することを特徴とする。
【００２７】
当該ガスタービンプラントは、前記予熱装置を有しているので、ガスタービンの燃料を蒸気で効率的に冷却しつつ、蒸気の熱を有効利用し、ガスタービンプラントの効率を高めることができる。
【００２８】
また、上記問題点を解決するための発明に係る他の態様としてのガスタービンプラントは、
第三予熱器を有する、いずれかの前記ガスタービン用燃料の予熱装置と、前記燃焼器及び前記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の熱で蒸気を発生する排熱回収ボイラーを有する排熱回収装置と、を備え、前記予熱装置は、前記排熱回収装置中の蒸気を前記第一予熱器に供給する第一予熱媒体ラインと、前記排熱回収装置中の蒸気又は水を前記第三予熱器に供給する第二予熱媒体ラインと、を有することを特徴とする。
【００２９】
当該ガスタービンプラントでも、前記予熱装置を有しているので、ガスタービンの燃料を蒸気で効率的に冷却しつつ、蒸気の熱を有効利用し、ガスタービンプラントの効率を高めることができる。
【００３０】
上記問題点を解決するための発明に係る一態様としてのガスタービン用燃料の予熱方法は、
蒸気と燃料とを熱交換させて、該燃料を予熱すると共に、該燃料の予熱で冷却された蒸気を冷却蒸気として流出させる第一予熱工程と、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び該燃焼ガスにより駆動するタービンのうちいずれかの部品であって前記燃焼ガスに接する高温部品に対して、前記冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給工程と、前記高温部品を通過した前記冷却蒸気である過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、該燃料を予熱する第二予熱工程と、前記第一予熱工程及び前記第二予熱工程で予熱された前記燃料を前記燃焼器に供給する予熱燃料供給工程と、を実行することを特徴とする。
【００３１】
当該予熱方法でも、前記予熱装置と同様に、高温部品に蒸気を供給して、この高温部品を冷却しているので、高温部品で燃焼ガスに接する面に沿ってガスタービンの圧縮機から抽気した空気を供給して、高温部品を冷却するよりも、高温部品の冷却効率及びガスタービンプラントの効率を高めることができる。また、当該予熱方法では、蒸気と燃料とを第一予熱工程で熱交換させ、この蒸気を冷却した後、冷却された蒸気を冷却蒸気として高温部品に供給しているので、この観点からも高温部品を効率的に冷却することができる。
【００３２】
また、当該予熱方法では、高温部品の冷却により過熱された冷却蒸気である過熱蒸気と燃料とを第二予熱工程で熱交換させ、燃料を加熱しているので、蒸気の熱、言い換えると、燃焼器の熱を有効に利用することができ、ガスタービンプラントの効率を高めることができる。
【００３３】
さらに、当該予熱方法では、第一予熱工程及び第二予熱工程で燃料を予熱しているので、燃料の温度をより高くすることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明では、ガスタービンにおける高温部品を冷却しつつ、蒸気の熱を有効利用してガスタービンプラント全体での熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンの模式的な断面図である。
【図３】本発明に係る第二実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
【図４】本発明に係る第三実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
【図５】本発明に係る第四実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
【図６】本発明に係る第五実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明に係るガスタービンプラントの各種実施形態について、図面を用いて説明する。
【００３７】
「第一実施形態」
まず、図１及び図２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。
【００３８】
本実施形態のガスタービンプラントは、図１に示すように、ガスタービン１０と、ガスタービン１０の駆動で発電する発電機１５と、ガスタービン１０から排気された排気ガスＥＧの熱で蒸気を発生させる排熱回収装置１００と、排熱回収装置１００を通過した排気ガスＥＧを大気に放出する煙突４０と、ガスタービン１０に供給する燃料Ｆを予熱する燃料予熱装置５０と、を備えている。
【００３９】
ガスタービン１０は、空気を圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１で圧縮された空気中で燃料Ｆを燃焼させて燃焼ガスを生成する複数の燃焼器２１と、高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービン３１と、を備えている。タービン３１のタービンロータと圧縮機１１の圧縮機ロータとは、同一の軸線を中心として回転するもので、相互に連結されて、ガスタービンロータを成している。このガスタービンロータには、発電機１５のロータが接続されている。
【００４０】
燃焼器２１は、図２に示すように、圧縮機１１からの空気Ａ中で燃料Ｆが燃焼し、燃焼ガスが生成される燃焼筒（又は尾筒）２３と、この燃焼筒２３内に圧縮機１１からの空気Ａ及び燃料Ｆを噴射する噴射器２２と、を有している。燃焼筒２３を形成する部材には、この部材を冷却するために、蒸気が通る蒸気流路２４が形成されている。
【００４１】
タービン３１は、複数の燃焼器２１からの燃焼ガスにより、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ３２と、このタービンロータ３２を回転可能に覆うタービンケーシング３５と、を有している。タービンロータ３２は、軸線Ａｒと平行な軸方向に延びるロータ本体３３と、このロータ本体３３の外周に固定されている複数の動翼３４と、を有している。また、タービンケーシング３５の内周面には、複数の静翼３６が固定されている。タービンケーシング３５の内周面とロータ本体３３の外周面との間は、燃焼器２１からの燃焼ガスが通る燃焼ガス流路３７を成す。複数の燃焼器２１は、軸線Ａｒを中心として周方向に並んで、タービンケーシング３５に固定されている。
【００４２】
排熱回収装置１００は、図１に示すように、タービン３１を駆動させた燃焼ガス、つまりガスタービン１０から排気された排気ガスＥＧの熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラー１１０と、排熱回収ボイラー１１０で発生した蒸気で駆動する蒸気タービン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃと、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃの駆動で発電する発電機１２２と、蒸気タービン１２１ａを駆動させた蒸気を水に戻す復水器１２３と、復水器１２３中の水を排熱回収ボイラー１１０に戻す給水ポンプ１２４と、を備えている。
【００４３】
排熱回収装置１００は、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃとして、低圧蒸気タービン１２１ａ、中圧蒸気タービン１２１ｂ、高圧蒸気タービン１２１ｃを有している。また、排熱回収ボイラー１１０は、低圧蒸気ＬＳを発生する低圧蒸気発生部１１１ａと、中圧蒸気ＩＳを発生する中圧蒸気発生部１１１ｂと、高圧蒸気ＨＳを発生する高圧蒸気発生部１１１ｃと、高圧蒸気タービン１２１ｃを駆動させた蒸気を再過熱する再熱部１１５と、を有している。なお、ここでは、低圧蒸気タービン１２１ａ、中圧蒸気タービン１２１ｂ、高圧蒸気タービン１２１ｃの合計３基の蒸気タービンに対して、１基の発電機１２２を設けているが、各蒸気タービン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃに発電機を設けてもよい。
【００４４】
低圧蒸気発生部１１１ａは、水を加熱する低圧節炭器１１２ａと、低圧節炭器１１２ａで加熱された水を蒸気にする低圧蒸発器１１３ａと、低圧蒸発器１１３ａで発生した蒸気を過熱して低圧蒸気ＬＳを生成する低圧過熱器１１４ａと、を有している。
【００４５】
中圧蒸気発生部１１１ｂは、低圧節炭器１１２ａで加熱された水を昇圧する中圧ポンプ１１６ｂと、この中圧ポンプ１１６ｂで昇圧された水を加熱する中圧節炭器１１２ｂと、中圧節炭器１１２ｂで加熱された水を蒸気にする中圧蒸発器１１３ｂと、中圧蒸発器１１３ｂで発生した蒸気を過熱して中圧蒸気ＩＳを生成する中圧過熱器１１４ｂと、を有している。
【００４６】
高圧蒸気発生部１１１ｃは、低圧節炭器１１２ａで加熱された水を昇圧する高圧ポンプ１１６ｃと、この高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水を加熱する第一高圧節炭器１１２ｃと、第一高圧節炭器１１２ｃで加熱された水をさらに加熱する第二高圧節炭器１１２ｄと、第二高圧節炭器１１２ｄで加熱された水を蒸気にする高圧蒸発器１１３ｃと、高圧蒸発器１１３ｃで発生した蒸気を過熱する第一高圧過熱器１１４ｃと、第一高圧過熱器１１４ｃで過熱された蒸気をさらに過熱して高圧蒸気ＨＳを生成する第二高圧過熱器１１４ｄと、を有している。
【００４７】
再熱部１１５は、高圧蒸気タービン１２１ｃを駆動させた蒸気を加熱する第一再熱器１１５ａと、第一再熱器１１５ａで過熱された蒸気をさらに過熱して再熱蒸気ＲＨＳを生成する第二再熱器１１５ｂと、有している。
【００４８】
再熱部１１５、高圧蒸気発生部１１１ｃ、中圧蒸気発生部１１１ｂ、低圧蒸気発生部１１１ａのそれぞれを構成する要素は、タービン３１から煙突４０に向かう排気ガスＥＧの下流側に向かって、第二再熱器１１５ｂ及び第二高圧過熱器１１４ｄ、第一再熱器１１５ａ、第一高圧過熱器１１４ｃ、高圧蒸発器１１３ｃ、第二高圧節炭器１１２ｄ、中圧過熱器１１４ｂ及び低圧過熱器１１４ａ、中圧蒸発器１１３ｂ、第一高圧節炭器１１２ｃ及び中圧節炭器１１２ｂ、低圧蒸発器１１３ａ、低圧節炭器１１２ａの順序で並んでいる。
【００４９】
復水器１２３と低圧節炭器１１２ａとは、給水ライン１３１で接続されている。この給水ライン１３１には、前述の給水ポンプ１２４が設けられている。低圧過熱器１１４ａと低圧蒸気タービン１２１ａの蒸気入口とは、低圧過熱器１１４ａからの低圧蒸気ＬＳを低圧蒸気タービン１２１ａに送る低圧蒸気ライン１３２で接続されている。低圧蒸気タービン１２１ａの蒸気出口と復水器１２３とは、低圧蒸気タービン１２１ａを駆動させた低圧蒸気ＬＳが復水器１２３に供給されるよう互いに接続されている。第一高圧過熱器１１４ｃと第二高圧過熱器１１４ｄとは、過熱器間蒸気ライン１３５で接続されている。第二高圧過熱器１１４ｄと高圧蒸気タービン１２１ｃの蒸気入口とは、第二高圧過熱器１１４ｄからの高圧蒸気ＨＳを高圧蒸気タービン１２１ｃに送る高圧蒸気ライン１３８で接続されている。高圧蒸気タービン１２１ｃの蒸気出口と第一再熱器１１５ａの蒸気入口とは、高圧蒸気タービン１２１ｃからの高圧蒸気ＨＳを第一再熱器１１５ａに送る高圧蒸気回収ライン１３９で接続されている。第二再熱器１１５ｂの蒸気出口と中圧蒸気タービン１２１ｂの蒸気入口とは、第二再熱器１１５ｂで過熱された蒸気を再熱蒸気ＲＨＳとして中圧蒸気タービン１２１ｂに送る再熱蒸気ライン１３６で接続されている。中圧蒸気タービン１２１ｂの蒸気出口には、中圧蒸気回収ライン１３７が接続されている。この中圧蒸気回収ライン１３７は、低圧蒸気ライン１３２に合流している。中圧過熱器１１４ｂの蒸気出口には、中圧蒸気ライン１３３が接続されている。この中圧蒸気ライン１３３は、高圧蒸気回収ライン１３９に合流している。
【００５０】
燃料予熱装置５０は、燃焼器２１に供給する燃料Ｆを加熱する第一予熱器５１及び第二予熱器５２と、第一予熱器５１、第二予熱器５２及び燃焼器２１を接続する予熱燃料ライン７１と、第一予熱器５１及び第二予熱器５２に対して蒸気の吸排気を行う予熱媒体ライン６０と、を有している。
【００５１】
第一予熱器５１及び第二予熱器５２は、いずれも燃料Ｆと蒸気とを熱交換する熱交換器である。第一予熱器５１の管内側又は管外側の入口には、燃料供給源から延びる燃料供給ライン７０が接続されている。予熱燃料ライン７１は、第一予熱器５１の管内側又は管外側の出口と第二予熱器５２の管内側又は管外側の入口とを接続する第一予熱燃料ライン７３と、第二予熱器５２の管内側又は管外側の出口と燃焼器２１とを接続する第二予熱燃料ライン７４と、を有している。予熱媒体ライン６０は、高圧蒸気タービン１２１ｃの抽気ポート１２５と第一予熱器５１の管外側又は管内側の入口とを接続する予熱蒸気供給ライン６１と、第一予熱器５１の管外側又は管内側の出口と燃焼器２１とを接続する冷却蒸気ライン６２と、燃焼器２１と第二予熱器５２の管外側又は管内側の入口とを接続する過熱蒸気ライン６３と、第二予熱器５２の管外側又は管内側の出口と高圧蒸気回収ライン１３９とを接続する予熱蒸気回収ライン６４と、を有している。
【００５２】
第二予熱燃料ライン７４は、図２に示すように、燃焼器２１の噴射器２２に接続されている。また、冷却蒸気ライン６２は、燃焼器２１の燃焼筒２３における蒸気流路２４の一端に接続され、過熱蒸気ライン６３は、この蒸気流路２４の他端に接続されている。
【００５３】
次に、以上で説明した本実施形態のガスタービンプラントの動作について説明する。
【００５４】
ガスタービン１０の圧縮機１１は、図２に示すように、大気中の空気Ａを圧縮し、圧縮した空気Ａを燃焼器２１に供給する。また、燃焼器２１には、第二予熱燃料ライン７４からの燃料Ｆも供給される。燃焼器２１の燃焼筒２３内では、圧縮された空気Ａ中で燃料Ｆが燃焼して、高温高圧の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスは、燃焼筒２３からタービン３１の燃焼ガス流路３７内に送られ、このタービン３１のタービンロータ３２を回転させる。このタービンロータ３２の回転で、ガスタービン１０に接続されている発電機１５は発電する。
【００５５】
タービン３１のタービンロータ３２を回転させた燃焼ガスは、排気ガスＥＧとしてガスタービン１０から排気され、排熱回収ボイラー１１０を介して、煙突４０から大気に放出される。排熱回収装置１００は、ガスタービン１０からの排気ガスＥＧが排熱回収ボイラー１１０を通る過程で、この排気ガスＥＧに含まれている熱を回収する。
【００５６】
排熱回収ボイラー１１０中で、最も下流側（煙突４０側）の低圧節炭器１１２ａには、復水器１２３からの水が給水ライン１３１を介して供給される。低圧節炭器１１２ａは、この水を排気ガスＥＧと熱交換させて加熱する。低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部は、低圧蒸発器１１３ａでさらに加熱されて蒸気になる。この蒸気は、低圧過熱器１１４ａでさらに過熱されて低圧蒸気ＬＳとして、低圧蒸気ライン１３２を介して低圧蒸気タービン１２１ａに供給される。低圧蒸気タービン１２１ａを駆動させた蒸気は、復水器１２３で水に戻る。この水は、復水器１２３から給水ライン１３１を介して再び低圧節炭器１１２ａに供給される。
【００５７】
低圧節炭器１１２ａで加熱された水の他の一部は、中圧ポンプ１１６ｂで昇圧されて中圧節炭器１１２ｂに送られ、低圧節炭器１１２ａで加熱された残りの水は、高圧ポンプ１１６ｃで昇圧されて第一高圧節炭器１１２ｃに送られる。
【００５８】
第一高圧節炭器１１２ｃは、高圧ポンプ１１６ｃから送られてきた水を排気ガスＥＧと熱交換させて加熱する。第一高圧節炭器１１２ｃで加熱された水は、第二高圧節炭器１１２ｄでさらに過熱される。この水は、高圧蒸発器１１３ｃでさらに加熱されて蒸気になる。この蒸気は、第一高圧過熱器１１４ｃ及び第二高圧過熱器１１４ｄでさらに過熱されて高圧蒸気ＨＳとなる。この高圧蒸気ＨＳは、高圧蒸気ライン１３８を介して高圧蒸気タービン１２１ｃに供給される。
【００５９】
中圧節炭器１１２ｂは、中圧ポンプ１１６ｂから送られてきた水を排気ガスＥＧと熱交換させて加熱する。中圧節炭器１１２ｂで加熱された水は、中圧蒸発器１１３ｂでさらに加熱されて蒸気になる。この蒸気は、中圧過熱器１１４ｂでさらに過熱されて、中圧蒸気ＩＳとなる。この中圧蒸気ＩＳは、中圧蒸気ライン１３３を介して、高圧蒸気回収ライン１３９を流れる蒸気と合流し、第一再熱器１１５ａ及び第二再熱器１１５ｂで再過熱され、再熱蒸気ＲＨＳとなる。この再熱蒸気ＲＨＳは、再熱蒸気ライン１３６を介して、中圧蒸気タービン１２１ｂに供給される。
【００６０】
中圧蒸気タービン１２１ｂを駆動させた再熱蒸気ＲＨＳは、中圧蒸気回収ライン１３７及び低圧蒸気ライン１３２を介して、低圧蒸気タービン１２１ａに供給される。
【００６１】
高圧蒸気タービン１２１ｃに供給された高圧蒸気ＨＳの一部は、この高圧蒸気タービン１２１ｃの抽気ポート１２５から予熱蒸気供給ライン６１を介して第一予熱器５１の管外側又は管内側に供給される。一方、この第一予熱器５１の管内側又は管外側には、燃料供給源からの燃料Ｆが燃料供給ライン７０を介して供給される。このため、第一予熱器５１内において、燃料供給源からの燃料Ｆと高圧蒸気タービン１２１ｃからの高圧蒸気ＨＳとが熱交換し、燃料Ｆが加熱される一方で高圧蒸気ＨＳが冷却される（第一予熱工程）。
【００６２】
第一予熱器５１で冷却された高圧蒸気ＨＳは冷却蒸気ＣＳとして、冷却蒸気ライン６２を介して燃焼器２１の蒸気流路２４内に流入する（冷却蒸気供給工程）。この冷却蒸気ＣＳは、この蒸気流路２４を通る過程で、火炎及び燃焼ガスで加熱される燃焼筒２３と熱交換し、燃焼筒２３を冷却する。一方、冷却蒸気ＣＳは、過熱されて過熱蒸気ＳＳとなる。
【００６３】
この過熱蒸気ＳＳは、過熱蒸気ライン６３を介して、第二予熱器５２の管外側又は管内側に供給される。一方、第二予熱器５２の管内側又は管外側には、第一予熱器５１で加熱された燃料Ｆが第一予熱燃料ライン７３を介して供給される。このため、第二予熱器５２内において、第一予熱器５１で加熱された燃料Ｆと燃焼筒２３で過熱された冷却蒸気ＣＳである過熱蒸気ＳＳとが熱交換し、燃料Ｆがさらに加熱される一方で過熱蒸気ＳＳが冷却される（第二予熱工程）。
【００６４】
第二予熱器５２でさらに加熱された燃料Ｆは、第二予熱燃料ライン７４を介して、燃焼器２１の噴射器２２に供給される（予熱燃料供給工程）。また、第二予熱器５２で冷却された過熱蒸気ＳＳは、回収蒸気ＲＳとして、予熱蒸気回収ライン６４を介して、高圧蒸気回収ライン１３９に流入する。つまり、排熱回収装置１００からの蒸気である高圧蒸気ＨＳは排熱回収装置１００に戻る。
【００６５】
以上のように、本実施形態では、燃焼筒２３の蒸気流路２４に蒸気を供給して、この燃焼筒２３を冷却しているので、燃焼筒２３の内周面に沿ってガスタービン１０の圧縮機１１から抽気した空気を供給して、燃焼筒２３を冷却するよりも、燃焼筒２３の冷却効率及びガスタービンプラントの効率を高めることができると共に、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００６６】
具体的に、蒸気は、空気と比べて、熱伝導率が高い上に熱容量が大きいので、燃焼筒２３を効率的に冷却することができる。また、ガスタービン１０の圧縮機１１から圧縮された空気を抽気し、この空気を燃焼筒２３の冷却に利用した場合、ガスタービン１０の出力が低下すると共に排熱回収装置１００の出力も低下し、結果として、ガスタービンプラントの効率が低下する。一方、本実施形態のように、排熱回収装置１００からの蒸気を燃焼筒２３の冷却に利用した場合、排熱回収装置１００の出力が低下するものの、ガスタービン１０の出力は低下しない。従って、排熱回収装置１００からの蒸気を燃焼筒２３の冷却に利用した方がガスタービンプラントの効率の低下を抑えることができる、言い換えると、ガスタービンプラントの効率を高めることができる。また、燃焼器２１の出口の平均温度、つまり燃焼筒２３の出口の平均温度は、タービン３１の耐熱性や効率の面から、一定温度に制御される。このため、燃焼筒２３の内周面に沿って空気を流す場合、燃焼筒２３の出口開口の中央部における温度を高くする必要性が生じ、燃焼ガスの最高温度が高くなり、サーマルＮＯｘが増加する。一方、本実施形態のように、燃焼筒２３の蒸気流路２４中に蒸気を流す場合、燃焼ガス中に空気の流入がない分、燃焼ガスの最高温度を抑えることができ、サーマルＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、高圧蒸気タービン１２１ｃからの高圧蒸気ＨＳと燃料供給源からの燃料Ｆとを第一予熱器５１で熱交換させ、この高圧蒸気ＨＳを冷却した後、冷却された高圧蒸気ＨＳを冷却蒸気ＣＳとして燃焼筒２３に供給しているので、この観点からも燃焼筒２３を効率的に冷却することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、燃焼器２１の冷却により過熱された冷却蒸気ＣＳである過熱蒸気ＳＳと燃料Ｆとを第二予熱器５２で熱交換させ、燃料Ｆを加熱しているので、蒸気の熱、言い換えると、燃焼器２１の熱を有効に利用することができる。よって、本実施形態では、この観点からも、ガスタービンプラントの効率を高めることができる。
【００６９】
ところで、特許文献１に記載の技術では、燃焼器の熱を排熱回収装置の蒸気中に戻し、排熱回収装置の効率を高めているが、ガスタービンの効率を高めることはできない。一方、本実施形態では、燃焼器２１の熱を燃料Ｆの予熱に利用しているので、ガスタービン１０及び排熱回収装置１００の双方の効率を高めることができ、特許文献１よりもガスタービンプラントの効率を高めることができる。
【００７０】
また、本実施形態では、第一予熱器５１と第二予熱器５２とが燃料Ｆにとって直列的に並んでいるので、燃料Ｆの温度を高くすることができる。特に、第一予熱器５１に供給される高圧蒸気ＨＳの温度よりも、第二予熱器５２に供給される過熱蒸気ＳＳの温度の方が高い場合には、燃料の温度をより効率的に高めることができる。
【００７１】
さらに、本実施形態では、第二予熱器５２で燃料Ｆとの熱交換で冷却された過熱蒸気ＳＳを排熱回収装置１００に戻しているため、特許文献１のように、高温部品の冷却で過熱された蒸気を排熱回収装置に戻るよりも、蒸気を排熱回収装置１００へ戻す過程における放熱量を小さくすることができる。しかも、蒸気を排熱回収装置１００へ戻す配管の耐熱性を低くすることができ、設備コストを抑えることができる。
【００７２】
「第二実施形態」
次に、図３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。なお、以下で説明する第二実施形態、第三実施形態、及び第四実施形態は、いずれも、第一実施形態の燃料予熱装置５０を変更したものであり、その他の構成は基本的に同じである。そこで、第二実施形態、第三実施形態、及び第四実施形態の説明では、燃料予熱装置について主として説明する。
【００７３】
本実施形態の燃料予熱装置５０ａは、第一実施形態の燃料予熱装置５０に、第三予熱器５３を追加したものである。このため、本実施形態の予熱燃料ライン７１ａ及び予熱媒体ライン６０ａは、第一実施形態と多少異なっている。
【００７４】
第三予熱器５３の管内側又は管外側の入口には、燃料供給源から延びる燃料供給ライン７０が接続されている。本実施形態の予熱燃料ライン７１ａは、第一実施形態における第一予熱燃料ライン７３及び第二予熱燃料ライン７４の他に、第三予熱燃料ライン７２を有している。この第三予熱燃料ライン７２は、第三予熱器５３の管内側又は管外側の出口と第一予熱器５１の管内側又は管外側の入口とを接続している。
【００７５】
本実施形態の予熱媒体ライン６０ａは、第一実施形態における予熱蒸気供給ライン（第一予熱媒体ライン）６１、冷却蒸気ライン６２、過熱蒸気ライン６３、及び予熱蒸気回収ライン６４の他に、予熱水供給ライン（第二予熱媒体ライン）６５及び予熱水回収ライン６６を有している。予熱水供給ライン６５は、排熱回収ボイラー１１０の中圧節炭器１１２ｂと第三予熱器５３の管外側又は管内側の入口とを接続している。また、予熱水回収ライン６６は、第三予熱器５３の管外側又は管内側の出口と排熱回収装置１００の給水ライン１３１とを接続している。
【００７６】
なお、本実施形態では、予熱水供給ライン６５を介して第三予熱器５３に供給される加熱水ＨＷ、予熱蒸気供給ライン６１を介して第一予熱器５１に供給される高圧蒸気ＨＳ、過熱蒸気ライン６３を介して第二予熱器５２に供給される過熱蒸気ＳＳのうち、第三予熱器５３に供給される加熱水ＨＷの温度が最も低く、次に、第一予熱器５１に供給される高圧蒸気ＨＳの温度が低く、第二予熱器５２に供給される過熱蒸気ＳＳの温度が最も高いことを前提としている。
【００７７】
本実施形態では、排熱回収ボイラー１１０の中圧節炭器１１２ｂで加熱された加熱水ＨＷの一部が予熱水供給ライン６５を介して第三予熱器５３の管外側又は管内側に供給される。一方、この第三予熱器５３の管内側又は管外側には、燃料供給源からの燃料Ｆが燃料供給ライン７０を介して供給される。第三予熱器５３では、燃料供給源からの燃料Ｆと中圧節炭器１１２ｂからの加熱水ＨＷとが熱交換し、燃料Ｆが加熱される一方で中圧節炭器１１２ｂからの加熱水ＨＷが冷却される。この冷却された加熱水ＨＷは、予熱水回収ライン６６を介して、給水ライン１３１中の給水ポンプ１２４の吐出側に戻る。
【００７８】
第三予熱器５３で加熱された燃料Ｆは、第一予熱器５１により、中圧節炭器１１２ｂからの加熱水ＨＷよりも温度の高い高圧蒸気ＨＳで加熱される。第一予熱器５１で加熱された燃料Ｆは、第二予熱器５２で、高圧蒸気ＨＳよりも温度の高い過熱蒸気ＳＳでさらに加熱される。第二予熱器５２で加熱された燃料Ｆは、燃焼器２１に供給される。
【００７９】
以上、本実施形態の燃料予熱装置５０ａは、第一実施形態の燃料予熱装置５０を備えているので、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の燃料予熱装置５０ａは、第三予熱器５３を備えているので、燃料Ｆの温度をより高めることができる。
【００８０】
また、本実施形態では、温度の低い予熱媒体から温度の高い予熱媒体で順次燃料Ｆを加熱している。よって、本実施形態では、温度の高い予熱媒体から温度の低い予熱媒体で順次燃料Ｆを加熱する場合よりも、燃料Ｆをより高温に且つ効率的に加熱することができる。
【００８１】
「第三実施形態」
次に、図４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。
【００８２】
本実施形態の燃料予熱装置５０ｂも、第一実施形態の燃料予熱装置５０に、第三予熱器５３を追加したものである。このため、本実施形態の予熱燃料ライン７１ｂ及び予熱媒体ライン６０ｂも、第一実施形態と多少異なっている。
【００８３】
第三予熱器５３の管内側又は管外側の入口には、第二実施形態と同様に、燃料供給源から延びる燃料供給ライン７０が接続されている。また、第三予熱器５３の管外側又は管内側には、予熱水供給ライン６５及び予熱水回収ライン６６が接続されている。本実施形態の予熱燃料ライン７１ｂは、第三予熱燃料ライン７２ｂと、統合予熱燃料ライン７５ｂとを有している。第三予熱燃料ライン７２ｂは、第三予熱器５３の管内側又は管外側の出口と、第一予熱器５１及び第二予熱器５２の管内側又は管外側の入口とを接続している。また、統合予熱燃料ライン７５ｂは、第一予熱器５１及び第二予熱器５２の管内側又は管外側の出口と、燃焼器２１とを接続している。
【００８４】
なお、本実施形態では、予熱水供給ライン６５を介して第三予熱器５３に供給される加熱水ＨＷ、予熱蒸気供給ライン６１を介して第一予熱器５１に供給される高圧蒸気ＨＳ、過熱蒸気ライン６３を介して第二予熱器５２に供給される過熱蒸気ＳＳのうち、第三予熱器５３に供給される加熱水ＨＷの温度が最も低く、第一予熱器５１に供給される高圧蒸気ＨＳの温度と第二予熱器５２に供給される過熱蒸気ＳＳの温度とはほぼ同じであることを前提としている。
【００８５】
本実施形態では、第二実施形態と同様に、排熱回収ボイラー１１０の中圧節炭器１１２ｂからの加熱水ＨＷの一部が予熱水供給ライン６５を介して第三予熱器５３の管外側又は管内側に供給される。また、この第三予熱器５３の管内側又は管外側には、燃料供給源からの燃料Ｆが燃料供給ライン７０を介して供給される。第三予熱器５３では、燃料供給源からの燃料Ｆと中圧節炭器１１２ｂからの加熱水ＨＷとが熱交換し、燃料Ｆが加熱される一方で中圧節炭器１１２ｂからの加熱水ＨＷが冷却される。この冷却された加熱水ＨＷは、予熱水回収ライン６６を介して、給水ライン１３１中の給水ポンプ１２４の吐出側に戻る。
【００８６】
第三予熱器５３で加熱された燃料Ｆは、第三予熱燃料ライン７２ｂを介して、第一予熱器５１及び第二予熱器５２のそれぞれに供給される。第三予熱器５３で加熱された燃料Ｆの一部は、第一予熱器５１で、中圧節炭器１１２ｂからの加熱水ＨＷよりも温度の高い高圧蒸気ＨＳで加熱される。また、第三予熱器５３で加熱された燃料Ｆの残りの一部は、第二予熱器５２で、中圧節炭器１１２ｂからの加熱水ＨＷよりも温度が高く且つ高圧蒸気ＨＳとほぼ同じ温度の過熱蒸気ＳＳで加熱される。第一予熱器５１及び第二予熱器５２で加熱された燃料Ｆは、統合予熱燃料ライン７５ｂを介して、燃焼器２１に供給される。
【００８７】
以上、本実施形態も、第一実施形態と同様に、第一予熱器５１で燃料Ｆとの熱交換で冷却された蒸気である冷却蒸気ＣＳが燃焼器２１に供給され、この燃焼器２１との熱交換で過熱された蒸気である過熱蒸気ＳＳが第二予熱器５２に供給されるので、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
また、本実施形態では、第一予熱器５１に供給される高圧蒸気ＨＳの温度と第二予熱器５２に供給される過熱蒸気ＳＳの温度とがほぼ同じであるので、第三予熱器５３で予熱された燃料Ｆを第一予熱器５１及び第二予熱器５２に対して並列的に供給することで、燃料Ｆの予熱効率を高めることができる。
【００８９】
「第四実施形態」
次に、図５を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第四実施形態について説明する。
【００９０】
本実施形態の燃料予熱装置５０ｃも、第一実施形態の燃料予熱装置５０に、第三予熱器５３を追加したものである。このため、本実施形態の予熱燃料ライン７１ｃ及び予熱媒体ライン６０ｃも、第一実施形態と多少異なっている。
【００９１】
第一予熱器５１、第二予熱器５２及び第三予熱器５３の管内側又は管外側の入口には、燃料供給源から延びる燃料供給ライン７０ｃが分岐して、それぞれに接続されている。第三予熱器５３の管外側又は管内側には、第二及び第三実施形態と同様に、予熱水供給ライン６５及び予熱水回収ライン６６が接続されている。本実施形態の予熱燃料ライン７１ｃは、統合予熱燃料ライン７５ｃを有している。この統合予熱燃料ライン７５ｃは、第一予熱器５１、第二予熱器５２及び第三予熱器５３の管内側又は管外側の出口と、燃焼器２１とを接続している。
【００９２】
なお、本実施形態では、予熱水供給ライン６５を介して第三予熱器５３に供給される加熱水ＨＷ、予熱蒸気供給ライン６１を介して第一予熱器５１に供給される高圧蒸気ＨＳ、過熱蒸気ライン６３を介して第二予熱器５２に供給される過熱蒸気ＳＳの各温度は、ほぼ同じであることを前提としている。
【００９３】
本実施形態では、排熱回収ボイラー１１０の中圧節炭器１１２ｂからの加熱水ＨＷの一部が予熱水供給ライン６５を介して第三予熱器５３の管外側又は管内側に供給される。また、この第三予熱器５３の管内側又は管外側には、燃料供給源からの燃料Ｆの一部が燃料供給ライン７０ｃを介して供給される。第三予熱器５３では、燃料供給源からの燃料Ｆと中圧節炭器１１２ｂからの加熱水ＨＷとが熱交換し、燃料Ｆが加熱される一方で中圧節炭器１１２ｂからの加熱水ＨＷが冷却される。
【００９４】
第一予熱器５１の管内側又は管外側にも、燃料供給源からの燃料Ｆの一部が燃料供給ライン７０ｃを介して供給される。第一予熱器５１では、中圧節炭器１１２ｂからの加熱水ＨＷとほぼ同じ温度の高圧蒸気ＨＳで燃料供給源からの燃料Ｆが加熱される。また、第二予熱器５２の管内側又は管外側には、燃料供給源からの燃料Ｆの残り一部が燃料供給ライン７０ｃを介して供給される。第二予熱器５２では、中圧節炭器１１２ｂからの加熱水ＨＷとほぼ同じ温度の過熱蒸気ＳＳで燃料供給源からの燃料Ｆが加熱される。
【００９５】
本実施形態も、以上の各実施形態と同様に、第一予熱器５１で燃料Ｆとの熱交換で冷却された蒸気である冷却蒸気ＣＳが燃焼器２１に供給され、この燃焼器２１との熱交換で過熱された蒸気である過熱蒸気ＳＳが第二予熱器５２に供給される。
【００９６】
第一予熱器５１、第二予熱器５２及び第三予熱器５３で加熱された燃料Ｆは、統合予熱燃料ライン７５ｃを介して、燃焼器２１に供給される。
【００９７】
以上、本実施形態も、第一実施形態と同様に、第一予熱器５１で燃料Ｆとの熱交換で冷却された蒸気である冷却蒸気ＣＳが燃焼器２１に供給され、この燃焼器２１との熱交換で過熱された蒸気である過熱蒸気ＳＳが第二予熱器５２に供給されるので、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９８】
また、本実施形態では、第一予熱器５１に供給される高圧蒸気ＨＳの温度と第二予熱器５２に供給される過熱蒸気ＳＳの温度と第三予熱器５３に供給される加熱水ＨＷの温度とがほぼ同じであるので、燃料供給源からの燃料Ｆを第一予熱器５１、第二予熱器５２及び第三予熱器５３に対して並列的に供給することで、燃料Ｆの予熱効率を高めることができる。
【００９９】
「第五実施形態」
次に、図６を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第五実施形態について説明する。
【０１００】
本実施形態のガスタービンプラントも、以上の実施形態と同様、ガスタービン１０と、ガスタービン１０の駆動で発電する発電機１５と、ガスタービン１０から排気された排気ガスＥＧの熱で蒸気を発生させる排熱回収装置１００ｄと、排熱回収装置１００ｄを通過した排気ガスＥＧを大気に放出する煙突４０と、ガスタービン１０に供給する燃料Ｆを予熱する燃料予熱装置５０ａと、を備えている。
【０１０１】
本実施形態のガスタービンプラントは、排熱回収装置１００ｄを除いて、第二実施形態のガスタービンプラントと同じである。
【０１０２】
本実施形態の排熱回収装置１００ｄは、ガスタービン１０から排気された排気ガスＥＧの熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラー１１０ｄと、排熱回収ボイラー１１０ｄで発生した蒸気を各種蒸気利用機器１５０ａ，１５０ｃに送る蒸気供給ライン１５１ａ，１５１ｃと、各種蒸気利用機器１５０ａ，１５０ｃからの蒸気を水に戻す復水器１５３と、復水器１５３中の水を排熱回収ボイラー１１０ｄに戻す給水ポンプ１２４と、を備えている。
【０１０３】
排熱回収ボイラー１１０ｄは、低圧蒸気ＬＳを発生する低圧蒸気発生部１１１ａと、高圧蒸気ＨＳを発生する高圧蒸気発生部１１１ｃと、を有している。
【０１０４】
低圧蒸気発生部１１１ａは、水を加熱する低圧節炭器１１２ａと、低圧節炭器１１２ａで加熱された水を蒸気にする低圧蒸発器１１３ａと、低圧蒸発器１１３ａで発生した蒸気を過熱して低圧蒸気ＬＳを生成する低圧過熱器１１４ａと、を有している。
【０１０５】
高圧蒸気発生部１１１ｃは、低圧節炭器１１２ａで加熱された水を昇圧する高圧ポンプ１１６ｃと、この高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水を加熱する高圧節炭器１１２ｃと、高圧節炭器１１２ｃで加熱された水を蒸気にする高圧蒸発器１１３ｃと、高圧蒸発器１１３ｃで発生した蒸気を過熱して高圧蒸気ＨＳを生成する高圧過熱器１１４ｃと、を有している。
【０１０６】
各種蒸気利用機器１５０ａ，１５０ｃとしては、例えば、高圧蒸気ＨＳを利用する高圧蒸気利用機器１５０ｃや、低圧蒸気ＬＳを利用する低圧蒸気利用機器１５０ａがある。高圧蒸気利用機器１５０ｃとしては、例えば、工場における材料等を高圧蒸気ＨＳで加熱する加熱器や、工場における材料と高圧蒸気ＨＳとを反応させる反応塔等がある。また、低圧蒸気利用機器１５０ａとしては、例えば、給湯器、暖房機、吸収冷凍機等がある。
【０１０７】
復水器１５３と低圧節炭器１１２ａとは、給水ライン１３１で接続されている。この給水ライン１３１には、給水ポンプ１２４が設けられている。低圧過熱器１１４ａと低圧蒸気利用機器１５０ａとは、低圧蒸気供給ライン１５１ａで接続されている。また、高圧過熱器１１４ｃと高圧蒸気利用機器１５０ｃとは、高圧蒸気供給ライン１５１ｃで接続されている。低圧蒸気利用機器１５０ａと復水器１５３とは、低圧蒸気回収ライン１５２ａで接続されている。また、高圧蒸気利用機器１５０ｃと復水器１５３とは、高圧蒸気回収ライン１５２ｃで接続されている。
【０１０８】
本実施形態の燃料予熱装置５０ａにおける予熱蒸気供給ライン６１は、高圧蒸気供給ライン１５１ｃに接続されている。予熱蒸気回収ライン６４は、低圧蒸気発生部１１１ａの低圧蒸発器１１３ａと低圧過熱器１１４ａと接続するラインに接続されている。予熱水供給ライン６５は、高圧蒸気発生部１１１ｃの高圧節炭器１１２ｃと高圧蒸発器１１３ｃとを接続するラインに接続されている。予熱水回収ライン６６は、第二実施形態と同様に給水ライン１３１に接続されている。
【０１０９】
以上、本実施形態のガスタービンプラントも、第二実施形態の燃料予熱装置５０ａを備えているので、基本的に第二実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
このように、ガスタービンプラントの排熱回収装置は、蒸気発生部を有していれば、蒸気タービンを有していなくてもよい。したがって、第一実施形態、第三実施形態及び第四実施形態のガスタービンプラントの排熱回収装置１００も、蒸気タービンを有していなくてもよい。
【０１１１】
また、本実施形態を含め以上の各実施形態の排熱回収ボイラー１１０,１１０ｄは、複数の蒸気発生部を有しているが、一つの蒸気発生部を有していればよい。一つの蒸気発生部のみを有している場合、例えば、この蒸気発生部の過熱器からの蒸気を第一予熱器５１に供給し、この蒸気発生部の節炭器で加熱された水を第三予熱器５３に供給してもよい。
【０１１２】
「各種変形例」
第一から第四実施形態の燃料予熱装置では、高圧蒸気タービン１２１ｃから抽気した高圧蒸気ＨＳを第一予熱器５１に供給し、第二予熱器５２から排気された冷却後の過熱蒸気ＳＳである回収蒸気ＲＳを高圧蒸気回収ライン１３９に戻している。しかしながら、高圧蒸気ライン１３８中の高圧蒸気ＨＳや、中圧蒸気ライン１３３中の中圧蒸気ＩＳ等を第一予熱器５１に供給してもよい。また、第二予熱器５２から排気された回収蒸気ＲＳを、第一再熱器１１５ａと第二再熱器１１５ｂとを接続するライン中等に戻してもよい。すなわち、排熱回収装置１００の蒸気流路中で、第一予熱器５１への供給蒸気としての圧力や温度条件等を満たせば如何なる箇所から、第一予熱器５１に供給する蒸気を取得してもよい。また、同様に、排熱回収装置１００の蒸気流路中で、第二予熱器５２から排気された回収蒸気ＲＳを戻す箇所としての圧力や温度条件等を満たせば如何なる箇所に、第二予熱器５２から排気された回収蒸気ＲＳを戻してもよい。
【０１１３】
また、第二から第五実施形態の燃料予熱装置では、第三予熱器５３に加熱水ＨＷを供給しているが、この加熱水ＨＷの替わりに蒸気を供給してもよい。
【０１１４】
以上の各実施形態では、第二予熱器５２では、燃料Ｆと過熱蒸気ＳＳとの熱交換により、過熱蒸気ＳＳが冷却されるものの、気体である蒸気のまま第二予熱器５２から回収蒸気ＲＳとして排気される。しかしながら、この第二予熱器５２で、過熱蒸気ＳＳを凝縮させてもよい。この場合、過熱蒸気ＳＳが持っている熱を燃料Ｆの予熱に十分に利用することができる。さらに、この場合、過熱蒸気ＳＳを燃料Ｆとの熱交換で凝縮させることで、過熱蒸気ＳＳと燃料Ｆとの熱交換率が高まり、第二予熱器５２の小型化を図ることができる。なお、過熱蒸気ＳＳの凝縮で得られた水は、例えば、復水器１２３に戻すことになる。
【０１１５】
また、以上の各実施形態では、いずれも、ガスタービン１０における燃焼器２１の燃焼筒２３を冷却蒸気ＣＳで冷却する。しかしながら、ガスタービン１０を構成する部品で、燃焼ガスに接する高温部品であれば、例えば、タービン３１（図２に示す）の動翼３４、静翼３６、さらにタービンケーシング３５の内周面のうちで動翼３４に対向する部分を構成する分割環等の高温部品を冷却蒸気ＣＳで冷却してもよい。この場合、タービン３１の動翼３４又は静翼３６等の高温部品に蒸気流路を形成し、この蒸気流路の一端に冷却蒸気ライン６２を接続する。
【０１１６】
また、以上の各実施形態のガスタービンプラントは、排熱回収装置を備えている。しかしながら、ガスタービンプラントは、蒸気発生源を備えていればよく、排熱回収装置はなくてもよい。すなわち、ガスタービンプラントにおける蒸気発生源は、ガスタービン１０からの排気ガスとは異なる熱源、例えば、別途、燃料を燃焼させて発生する熱で蒸気を発生するボイラーであってもよい。
【符号の説明】
【０１１７】
１０：ガスタービン、１１：圧縮機、２１：燃焼器２１、２２：噴射器、２３：燃焼筒（高温部品）、２４：蒸気流路、３１：タービン、３２：タービンロータ、３３：動翼、３５：タービンケーシング、３６：静翼、４０：煙突、５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ：燃料予熱装置、５１：第一予熱器、５２：第二予熱器、５３：第三予熱器、６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ：予熱媒体ライン、６１：予熱蒸気供給ライン（第一予熱媒体ライン）、６２：冷却蒸気ライン、６３：過熱蒸気ライン、６４：予熱蒸気回収ライン、６５：予熱水供給ライン（第二予熱媒体ライン）、６６：予熱水回収ライン、７０，７０ｃ：燃料供給ライン、７１,７１ａ，７１ｂ，７１ｃ：予熱燃料ライン、７２,７２ｂ：第三予熱燃料ライン、７３：第一予熱燃料ライン、７４：第二予熱燃料ライン、７５ｂ,７５ｃ：統合予熱燃料ライン、１００,１００ｄ：排熱回収装置、１１０,１１０ｄ：排熱回収ボイラー、１１１ａ：低圧蒸気発生部、１１１ｂ：中圧蒸気発生部、１１１ｃ：高圧蒸気発生部、１１５：再熱部、１２１ａ：低圧蒸気タービン、１２１ｂ：中圧蒸気タービン、１２１ｃ：高圧蒸気タービン、１２３,１５３：復水器、１３１：給水ライン、１３３：中圧蒸気ライン、１３６：再熱蒸気ライン、１３８：高圧蒸気ライン、１３９：高圧蒸気回収ライン、１５０ａ：低圧蒸気利用機器、１５０ｃ：高圧蒸気利用機器、１５１ａ：低圧蒸気供給ライン、１５１ｃ：高圧蒸気供給ライン、１５２ａ：低圧蒸気回収ライン、１５２ｃ：高圧蒸気回収ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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