(57)【要約】【課題】  再生効率とボイラ効率を同時に向上させる。熱電可変範囲を広くして効率を向上させる。余剰蒸気を利用して効率を向上させる。【解決手段】  再生型ガスタービンの再生器とボイラを並列に配置する。水、蒸気噴射ガスタービンの廃熱ボイラを変圧運転、熱電可変とする。再生型水、蒸気噴射ガスタービンにおいて、高圧蒸気を燃焼器、低圧蒸気をタービン、高圧温水を再生器入口（圧縮機出口）に噴射する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られる高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させて発電を行い、タービンからの燃焼排ガスを再生熱交換器に導入して燃焼器に供給する圧縮空気を加熱し、燃焼排ガスを加熱源として廃熱ボイラで発生させた蒸気を抽気してガスタービンに噴射するようにした再生式ガスタービンプラントにおいて、廃熱ボイラが変圧運転ボイラであり、廃熱ボイラの変圧運転によりガスタービンへの蒸気噴射が制御されて熱電可変となるようにしたことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項２】
圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られる高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させて発電を行い、タービンからの燃焼排ガスを廃熱ボイラに導入し、燃焼排ガスを加熱源として廃熱ボイラで発生させた蒸気を抽気してガスタービンに噴射するようにしたガスタービンプラントにおいて、廃熱ボイラが変圧運転ボイラであり、廃熱ボイラの変圧運転によりガスタービンへの蒸気噴射が制御されて熱電可変となるようにしたことを特徴とするガスタービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水、蒸気を噴射する手段を備えたガスタービンプラントの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高温高圧の燃焼ガスでガスタービンを駆動し、ガスタービンからの燃焼排ガスを熱交換器（再生器）に導いて燃焼器に供給する圧縮空気の加熱源とするという再生式ガスタービンが知られている。
このような再生式ガスタービンに廃熱ボイラを設置する場合、従来、廃熱ボイラは再生器の下流に設置されており、再生器出口のガス温度が低くなっており、ボイラ効率を上げることができなかった。逆に、過熱器の下流に再生器を設置した場合、過熱器出口のガス温度は低くなっており、今度は再生器の温度効率を上げることができなくなる。
そこで、燃焼排ガスを熱源とする廃熱ボイラにおいて蒸気を発生させ、この蒸気を加熱前の圧縮空気と混合した後、廃熱ボイラ内の上流側に設けられた再生熱交換器で加熱して燃焼器に供給するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−１８９３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の特許文献１に記載されたような蒸気と圧縮空気を直接混合する方式では、再生器入口に飽和蒸気を噴射することで、圧縮空気の温度より低い温度の熱エネルギーを回収し、再生式ガスタービンの効率を向上させている。
しかし、直接混合型のシステムでは、蒸気の噴射場所が限定されるため、余剰蒸気を有効に活用することが困難であり、余剰蒸気を利用することで廃熱ボイラの効率を向上させることができない。
また、従来の蒸気噴射ガスタービンにおいては、廃熱ボイラで発生させた蒸気の利用が、プロセス蒸気として取り出す場合と、ガスタービンへ噴射する場合とで任意に運転制御することが困難であり、熱電可変範囲が狭いという課題がある。
【０００４】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、再生式ガスタービンにおいて、再生器とボイラを並列配置もしくは再生器に過熱器を組み込む構成とすることにより、再生器温度効率及びボイラ効率を同時に上げることができるガスタービンプラントを提供することにある。
また、本発明の目的は、水、蒸気噴射ガスタービンの廃熱ボイラを変圧運転して熱電可変とすることにより、熱電可変範囲が広くなり効率が向上するガスタービンプラントを提供することにある。
また、本発明の目的は、水、蒸気噴射ガスタービンにおいて、高圧蒸気を燃焼器、低圧蒸気をタービン、高圧温水を再生器入口（圧縮機出口）にそれぞれ噴射する構成とすることにより、余剰蒸気及び余剰温水の利用が図れ、総合効率を向上させることができるガスタービンプラントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明のガスタービンプラントは、圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られる高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させ、タービンからの燃焼排ガスを再生熱交換器に導入して燃焼器に供給する圧縮空気を加熱するようにした再生式ガスタービンプラントにおいて、再生熱交換器と過熱器を並列に配置し、又は再生熱交換器に過熱器を組み込み、再生熱交換器及び過熱器の両方で高温の燃焼排ガスが加熱源として利用できるように構成されている（図１、図２、図４参照）。
【０００６】
また、本発明のガスタービンプラントは、圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られる高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させて発電を行い、タービンからの燃焼排ガスを再生熱交換器に導入して燃焼器に供給する圧縮空気を加熱し、燃焼排ガスを加熱源として廃熱ボイラで発生させた蒸気を抽気してガスタービンに噴射するようにした再生式ガスタービンプラントにおいて、廃熱ボイラが変圧運転ボイラであり、廃熱ボイラの変圧運転によりガスタービンへの蒸気噴射が制御されて熱電可変となるようにしたことを特徴としている（図１、図４参照）。
【０００７】
また、本発明のガスタービンプラントは、圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られる高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させて発電を行い、タービンからの燃焼排ガスを廃熱ボイラに導入し、燃焼排ガスを加熱源として廃熱ボイラで発生させた蒸気を抽気してガスタービンに噴射するようにしたガスタービンプラントにおいて、廃熱ボイラが変圧運転ボイラであり、廃熱ボイラの変圧運転によりガスタービンへの蒸気噴射が制御されて熱電可変となるようにしたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明のガスタービンプラントは、圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られる高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させ、タービンからの燃焼排ガスを再生熱交換器に導入して燃焼器に供給する圧縮空気を加熱し、燃焼排ガスを加熱源として廃熱ボイラで発生させた蒸気をガスタービンに噴射するようにした再生式ガスタービンプラントにおいて、廃熱ボイラが高圧ボイラ及び低圧ボイラで構成されており、高圧ボイラで得られた高圧蒸気が燃焼器に噴射され、低圧ボイラで得られた低圧蒸気がタービンに噴射され、給水手段からの水を予熱した高圧温水が再生熱交換器の入口に噴射されるようにしたことを特徴としている（図２、図４参照）。
この場合、外部からの余剰蒸気をタービンに噴射したり、余剰蒸気及び余剰温水の少なくともいずれかを再生熱交換器の入口に噴射したりして、余剰蒸気や余剰温水を利用することができる。
【０００９】
また、本発明のガスタービンプラントは、圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られる高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させ、タービンからの燃焼排ガスを廃熱ボイラに導入し、燃焼排ガスを加熱源として廃熱ボイラで発生させた蒸気をガスタービンに噴射するようにしたガスタービンプラントにおいて、廃熱ボイラが高圧ボイラ及び低圧ボイラで構成されており、高圧ボイラで得られた高圧蒸気が燃焼器に噴射され、低圧ボイラで得られた低圧蒸気がタービンに噴射され、給水手段からの水を予熱した高圧温水が圧縮機の出口に噴射されるようにしたことを特徴としている（図３参照）。
この場合、外部からの余剰蒸気をタービンに噴射したり、余剰蒸気及び余剰温水の少なくともいずれかを圧縮機の出口に噴射したりして、余剰蒸気や余剰温水を利用することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）  再生式ガスタービンにおいて、再生器とボイラを並列配置もしくは再生器に過熱器を組み込む構成とすることにより、再生器温度効率及びボイラ効率を同時に上げることができる。
（２）  水、蒸気噴射ガスタービンの廃熱ボイラを変圧運転して熱電可変とすることにより、熱電可変範囲が広くなり、効率も向上する。
（３）  水、蒸気噴射ガスタービンにおいて、高圧蒸気を燃焼器、低圧蒸気をタービン、高圧温水を再生器入口（圧縮機出口）に噴射することにより、余剰蒸気及び余剰温水を有効に利用することができ、総合効率の向上につながる。この場合、外部からの余剰蒸気や余剰温水も有効に利用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。  図１は、本発明の実施の第１形態によるガスタービンプラントの一例を示している。図１に示すように、取り込まれた空気は圧縮機１０で圧縮されて圧縮空気となり、圧縮空気は冷却器１２で水噴射により冷却された後、ガスタービンの燃焼排ガスを熱源とする再生器１４で加熱される。なお、冷却器１２からはドレンが回収される。再生器１４で加熱された圧縮空気は、混合器１６で水と混合され燃焼器１８に供給される。混合器１６は圧縮空気の温度及び湿度に応じて設けられるが、その有無は任意である。圧縮空気を燃料とともに燃焼器１８で燃焼させ、その高温高圧の燃焼ガスでタービン２０を駆動させる。タービン２０からの燃焼排ガスは、並列配置された再生器１４及び過熱器２２（又は過熱器２２が組み込まれた再生器１４）に導入され、ついで、廃熱ボイラ２４における蒸発器２６、節炭器２８に導入され、順次熱回収されて排出される。３０は給水ポンプである。
【００１２】
上記のように、再生器１４と過熱器２２は並列に配置された構成、又は再生器１４に過熱器２２が組み込まれた構成であり、再生器１４及び過熱器２２の両方で、高温の排ガス温度での廃熱回収が可能となる。したがって、従来のようにボイラ効率を犠牲にして再生効率を優先させたり、逆に再生効率を犠牲にしてボイラ効率を優先させる必要がなく、再生器温度効率及びボイラ効率を同時に向上させることができる。
【００１３】
過熱器２２で発生した過熱蒸気は、ガスタービン（例えば、タービン２０）に噴射して利用されるか、プロセス蒸気として取り出されるが、廃熱ボイラ２４を変圧運転できる構成とすることにより、熱電可変範囲が広くなる。なお、図１では発電機等の図示を省略している。例えば、プロセス蒸気の需要が大きい時は、ボイラ圧力Ｐｂが低くなるようにして（一例として、１０ata）、ガスタービンへの蒸気噴射は行わず、再生器前での水噴霧も行わない。また、プロセス蒸気の需要が小さい時は、ボイラ圧力Ｐｂが高くなるようにし、例えば、２０ataでガスタービンへの蒸気噴射を開始するようにし、低温収熱を増大させるために再生器前での水噴霧を開始する。
廃熱ボイラを変圧運転する構成としては、例えば、図１に示すように、プロセス圧力を検出してプロセス蒸気量をＰＩＤ制御する制御装置３２及び制御弁３４、制御弁３６、ボイラ圧力を蒸気流量によりＰＩＤ制御する制御装置３８及び制御弁４０、さらに、水噴射を温度によりＰＩＤ制御する制御装置４２及び制御弁４４からなる構成が挙げられるが、変圧運転ボイラの構成はこれに限定されるものではない。
なお、本実施の形態においては、一例として、図１に示すようなＨＡＴサイクルの再生型水、蒸気噴射ガスタービンを用いているが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。
【００１４】
図２は、本発明の実施の第２形態によるガスタービンプラントの一例を示している。図２に示すように、取り込まれた空気は圧縮機４６で圧縮されて圧縮空気となり、圧縮空気は混合器４８で後述する高圧温水が噴射された後、ガスタービンの燃焼排ガスを熱源とする再生器５０で加熱される。再生器５０で加熱された圧縮空気は燃料とともに燃焼器５２に供給され燃焼する。燃焼器５２からの高温高圧の燃焼ガスでタービン５４を駆動させ、発電機５６で発電が行われる。タービン５４からの燃焼排ガスは、廃熱ボイラ５８内に並列配置された再生器５０及び高圧過熱器６０（又は高圧過熱器６０が組み込まれた再生器５０）に導入され、ついで、高圧蒸発器６２、高圧節炭器６４、低圧過熱器６６、低圧蒸発器６８、低圧節炭器７０に導入され、順次熱回収されて排出される。７２、７４は給水ポンプである。
【００１５】
図２において、高圧過熱器６０で発生させた高圧蒸気は燃焼器５２（もしくはタービン５４の入口）に噴射され、高圧蒸気の残りと低圧過熱器６６で発生させた低圧蒸気がタービン５４の途中に噴射される。図示を省略しているが、この場合、外部からの余剰蒸気を利用することも可能であり、外部余剰蒸気はタービン５４の途中（もしくは低圧過熱器６６を経由してタービン５４）に投入される。また、低圧節炭器７０で加熱・加圧された高圧温水が再生器５０入口の圧縮空気に噴射される。なお、低圧節炭器７０及び高圧節炭器６４で加熱・加圧した高圧温水を用いてもよい。また、図示を省略しているが、この場合、外部からの余剰蒸気や余剰温水を利用することも可能である。本実施形態のような構成とすることにより、余剰蒸気や余剰温水を全て有効に活用することができ、廃熱回収ボイラの効率を向上させることができる。
本実施の形態では、図２に示すように、一例として、再生器５０と高圧過熱器６０を並列配置しているが、これらの配置は直列でもよく任意である。また、ボイラ内の配列についても、図２に示す構成に限定されるものではなく、例えば、低圧蒸発器が高圧節炭器よりも上流側に配置されるような場合もある。さらに、過熱器の有無も任意であり、過熱蒸気ではなく飽和蒸気を噴射する構成としてもよい。
【００１６】
図３は、本発明の実施の第３形態によるガスタービンプラントの一例を示している。本実施の形態は、上述した図２に示す実施の第２形態が再生型ガスタービンであるのに対し、再生器を設けないシンプルサイクルのガスタービンとしたものである。図３に示すように、高圧温水は圧縮機４６出口（燃焼器５２入口）に噴射される。
他の構成及び作用等は実施の第２形態の場合と同様である。
【００１７】
図４は、本発明の実施の第４形態によるガスタービンプラントの概略構成を示している。本実施の形態は、再生器とボイラを一体型とした熱電可変の再生型水・蒸気噴射ガスタービンで、高圧蒸気を燃焼器、低圧蒸気をタービン、高圧温水を再生器入口に噴射するようにしたシステムである。
図４に示すように、取り込まれた空気は圧縮機７６で圧縮されて圧縮空気となり、圧縮空気は高圧温水が噴射された後、ガスタービンの燃焼排ガスを熱源とする再生器（一体型再生・廃熱ボイラ７８）で加熱される。再生器で加熱された圧縮空気は燃料とともに燃焼器８０に供給され燃焼する。燃焼器８０からの高温高圧の燃焼ガスでタービン８２を駆動させ、発電機８４で発電が行われる。タービン８２からの燃焼排ガスは一体型再生・廃熱ボイラ７８に導入され、過熱器、蒸発器、節炭器で順次熱回収されて排出される。廃熱ボイラの構成等は、図２に示す実施の第２形態の場合と同様である。
【００１８】
一体型再生・廃熱ボイラ７８において、再生器と過熱器を並列配置、又は再生器に過熱器を組み込む構成とすれば、再生器及び過熱器の両方で高温の排ガス温度での廃熱回収が可能となり、再生器温度効率及びボイラ効率を同時に向上させることができる。また、一体型再生・廃熱ボイラ７８で廃熱ボイラを変圧運転して熱電可変とすることができる。
また、高圧蒸気を燃焼器８０（もしくはタービン８２の入口）に噴射し、低圧蒸気をタービン８２の途中に噴射することで、余剰蒸気を全て利用することができ、ボイラ効率が向上する。この場合、外部からの未利用（低圧）蒸気をタービン８２（もしくは一体型再生・廃熱ボイラ７８を経由してタービン８２）に投入することで、外部余剰蒸気も利用することができる。また、高圧温水が再生器入口（圧縮機出口）の圧縮空気に噴射される。図示していないが、この場合、外部からの余剰蒸気や余剰温水を再生器入口（圧縮機出口）に投入することで、外部余剰蒸気や余剰温水も利用することができる。これらの詳細については、実施の第２、第３形態の場合と同様である。
他の構成及び作用等は実施の第１〜第３形態の場合と同様である。
【００１９】
なお、本発明で用いるガスタービンは、シンプルサイクルのガスタービン、再生サイクルのガスタービン、マイクロガスタービンなど何でもよく、その形式等は特に限定されない。また、ガスタービンの各部に水、蒸気を噴射する構成とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の第１形態によるガスタービンプラントの一例を示す概略構成説明図である。
【図２】本発明の実施の第２形態によるガスタービンプラントの一例を示す概略構成説明図である。
【図３】本発明の実施の第３形態によるガスタービンプラントの一例を示す概略構成説明図である。
【図４】本発明の実施の第４形態によるガスタービンプラントの一例を示す概略構成説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０、４６、７６  圧縮機
１２  冷却器
１４、５０  再生器
１６、４８  混合器
１８、５２、８０  燃焼器
２０、５４、８２  タービン
２２  過熱器
２４、５８  廃熱ボイラ
２６  蒸発器
２８  節炭器
３０  給水ポンプ
３２、３８、４２  制御装置
３４、３６、４０、４４  制御弁
５６、８４  発電機
６０  高圧過熱器
６２  高圧蒸発器
６４  高圧節炭器
６６  低圧過熱器
６８  低圧蒸発器
７０  低圧節炭器
７２、７４  給水ポンプ
７８  一体型再生・廃熱ボイラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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