(57)【要約】【課題】低沸点媒体ランキンサイクルにより、ガスタービンからの排熱の有効利用を図りつつ、この低沸点媒体ランキンサイクルを小型化する。【解決手段】低沸点媒体ＬＭが凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクル１５０と、ボイラー１１０から加熱された液体の水を低沸点媒体ランキンサイクル１５０へ導く加熱水ライン１７１と、低沸点媒体ランキンサイクル１５０を通った水を排熱回収ボイラー１１０に戻す水回収ライン１７８と、を備える。低沸点媒体ランキンサイクル１５０は、液体の低沸点媒体と加熱水ライン１７１を通ってきた液体の水とを熱交換させて、低沸点媒体ＬＭを加熱する加熱器１５１を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低沸点媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクルと、
高温ガスで水を加熱するボイラーから、加熱された液体の水を前記低沸点媒体ランキンサイクルへ導く加熱水ラインと、
前記加熱水ラインから前記低沸点媒体ランキンサイクルに導かれ、前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を前記ボイラーに戻す水回収ラインと、
を備え、
前記低沸点媒体ランキンサイクルは、液体の前記低沸点媒体と前記加熱水ラインを通ってきた前記液体の水とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱器を有し、
前記ボイラーは、前記高温ガスで水を加熱して蒸気を発生させる少なくとも１以上の蒸発器と、１以上の前記蒸発器毎に設けられ当該蒸発器に送る水を前記高温ガスで加熱する節炭器と、を有しており、
前記加熱水ラインは、１以上の前記蒸発器毎の前記節炭器のうちのいずれかの節炭器で加熱された液体の水を前記低沸点媒体ランキンサイクルに導き、
加熱された液体の水を前記低沸点媒体ランキンサイクルに供給する前記節炭器の出口における水の温度が、当該節炭器が水を供給する蒸発器での水の飽和温度以下である、
排熱回収装置。
【請求項２】
請求項1に記載の排熱回収装置において、
前記加熱水ラインは、１以上の前記蒸発器のうちで最も内圧の低い低圧蒸発器に対する節炭器で加熱された液体の水を前記低沸点媒体ランキンサイクルに導く、
排熱回収装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の排熱回収装置において、
前記水回収ラインは、前記ボイラーに水を供給する給水ラインを介して、前記ボイラーに前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を戻す、
排熱回収装置。
【請求項４】
請求項１に記載の排熱回収装置において、
前記ボイラーは、前記高温ガスで水を加熱して蒸気を発生させる少なくとも１以上の蒸発器と、１以上の前記蒸発器毎に設けられ当該蒸発器に送る水を前記高温ガスで加熱する節炭器と、を有しており、
前記水回収ラインは、前記ボイラーに水を供給する給水ラインを介して、１以上の前記蒸発器のうちで最も内圧の低い低圧蒸発器に対する前記節炭器に前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を戻し、
前記低圧蒸発器に対する前記節炭器に送られる水の温度が、前記節炭器の高温ガス出口における前記高温ガスの露点温度よりも高い温度である、
排熱回収装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の排熱回収装置において、 
前記水回収ラインを流れる水と媒体とを熱交換させる回収水系熱交換器を備える、
排熱回収装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の排熱回収装置において、
前記加熱水ラインを流れる水と媒体とを熱交換させる加熱水系熱交換器を備える、
排熱回収装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の排熱回収装置において、
前記ボイラーに水を供給する給水ライン中の水と冷却対象と熱交換させて、前記冷却対象を冷却すると共に、前記水を加熱する給水系熱交換器を備える、
排熱回収装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の排熱回収装置において、
前記ボイラーを備える、
排熱回収装置。
【請求項９】
請求項８に記載の排熱回収装置において、
前記ボイラーで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンを備える、
排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンには、このガスタービンからの排気される排気ガスの熱を有効利用するために排熱回収ボイラーが接続されていることがある。
【０００３】
以下の特許文献１には、ガスタービンと、排熱回収ボイラーと、を備えてい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、さらに、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、蒸気タービンを駆動させた蒸気を水に戻す復水器と、低沸点媒体ランキンサイクルと、を備えている。低沸点媒体ランキンサイクルは、液体の低沸点媒体を蒸発させる蒸発器と、蒸発した気体の低沸点媒体で駆動するタービンと、タービンを駆動させた低沸点媒体を凝縮させる凝縮器と、を有する。低沸点媒体ランキンサイクルの蒸発器は、液体の沸点媒体と蒸気タービンを駆動させた蒸気とを熱交換させ、低沸点媒体を蒸発させる一方で、蒸気を水に戻す。すなわち、この蒸発器は、蒸気タービンの復水器としても機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１６６８１５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、ガスタービンプラントに低沸点媒体ランキンサイクルを導入することで、ガスタービンからの排熱の有効利用を図っている。このように、低沸点媒体ランキンサイクルを導入する場合、設置スペースや設備コストの観点から、この低沸点媒体ランキンサイクルの小型が望まれる。特に、既存のガスタービンプラントに低沸点媒体ランキンサイクルを導入する場合には、設置スペースが限られているため、この低沸点媒体ランキンサイクルの小型が特に望まれる。
【０００６】
そこで、本発明は、低沸点媒体ランキンサイクルにより、熱の有効利用を図りつつ、この低沸点媒体ランキンサイクルを小型化することができる排熱回収装置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】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としての排熱回収装置は、
低沸点媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクルと、高温ガスで水を加熱するボイラーから、加熱された液体の水を前記低沸点媒体ランキンサイクルへ導く加熱水ラインと、前記加熱水ラインから前記低沸点媒体ランキンサイクルに導かれ、前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を前記ボイラーに戻す水回収ラインと、を備え、前記低沸点媒体ランキンサイクルは、液体の前記低沸点媒体と前記加熱水ラインを通ってきた前記液体の水とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱器を有し、前記ボイラーは、前記高温ガスで水を加熱して蒸気を発生させる少なくとも１以上の蒸発器と、１以上の前記蒸発器毎に設けられ当該蒸発器に送る水を前記高温ガスで加熱する節炭器と、を有しており、前記加熱水ラインは、１以上の前記蒸発器毎の前記節炭器のうちのいずれかの節炭器で加熱された液体の水を前記低沸点媒体ランキンサイクルに導き、加熱された液体の水を前記低沸点媒体ランキンサイクルに供給する前記節炭器の出口における水の温度が、当該節炭器が水を供給する蒸発器での水の飽和温度以下である。
【０００８】
当該排熱回収装置では、低沸点媒体ランキンサイクルにおける加熱器で、液体の低沸点媒体と液体の水とを熱交換させるので、低沸点媒体と気体とを熱交換させる場合よりも、加熱器の伝熱面積を小さくすることができる。このため、当該排熱回収装置では、加熱器の小型化、しいては低沸点媒体ランキンサイクルの小型化を図ることができる。
【０００９】
従って、設置スペース等の制約を受ける既存の排熱回収装置に、比較的容易に低沸点媒体ランキンサイクルを導入することができる。
【００１０】
ここで、前記排熱回収装置において、前記加熱水ラインは、１以上の前記蒸発器のうちで最も内圧の低い低圧蒸発器に対する節炭器で加熱された液体の水を前記低沸点媒体ランキンサイクルに導いてもよい。
【００１１】
当該排熱回収装置では、低圧蒸発器に対する節炭器（以下、低圧節炭器とする）で加熱された水の一部を低沸点媒体ランキンサイクルに送るので、この低圧節炭器を流れる水の流量が増加し、この低圧節炭器で高温ガスの水との熱交換量、言い換えると、高温ガスの熱の回収量を高めることができる。このため、当該排熱回収装置では、ボイラー中の高温ガスの温度として低温の高温ガスの熱を有効利用できる上に、煙突に流入する高温ガスの温度を下げることができる。
【００１２】
以上のいずれかの前記排熱回収装置において、前記水回収ラインは、前記ボイラーに水を供給する給水ラインを介して、前記ボイラーに前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を戻してもよい。
【００１３】
当該排熱回収装置では、ボイラーと低沸点媒体ランキンサイクルとの間で水が循環する。このため、当該排熱回収装置では、低沸点媒体と熱交換する水が循環しない場合よりも、低沸点媒体ランキンサイクルに高い温度の水を供給することができる。従って、当該排熱回収装置では、低沸点媒体ランキンサイクルの出力を高めることができる。さらに、給水ラインを介して低圧節炭器に送られる水の温度が高まるので、低圧節炭器を構成する伝熱管に高温ガス中の水分が凝縮することを抑えることができる。このため、当該排熱回収装置では、節炭器を構成する伝熱管の腐食を抑えることができる。
【００１４】
前記一態様としての前記排熱回収装置において、前記ボイラーは、前記高温ガスで水を加熱して蒸気を発生させる少なくとも１以上の蒸発器と、１以上の前記蒸発器毎に設けられ当該蒸発器に送る水を前記高温ガスで加熱する節炭器と、を有しており、前記水回収ラインは、前記ボイラーに水を供給する給水ラインを介して、１以上の前記蒸発器のうちで最も内圧の低い低圧蒸発器に対する前記節炭器に前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を戻し、前記低圧蒸発器に対する前記節炭器に送られる水の温度が、前記節炭器の高温ガス出口における前記高温ガスの露点温度よりも高い温度であってもよい。
【００１５】
当該排熱回収装置では、低圧蒸発器に対する低圧節炭器で加熱された水の一部を低沸点媒体ランキンサイクルに送るので、この低圧節炭器を流れる水の流量が増加し、この低圧節炭器で高温ガスの水との熱交換量、言い換えると、高温ガスの熱の回収量を高めることができる。このため、当該排熱回収装置では、ボイラー中の高温ガスの温度として低温の高温ガスの熱を有効利用できる上に、煙突に流入する高温ガスの温度を下げることができる。
【００１６】
以上のいずれかの前記排熱回収装置において、前記水回収ラインを流れる水と媒体とを熱交換させる回収水系熱交換器を備えてもよい。
【００１７】
当該排熱回収装置では、水回収ラインを流れる水の熱、又は媒体の熱を有効利用することができる。
【００１８】
以上のいずれかの前記排熱回収装置において、前記加熱水ラインを流れる水と媒体とを熱交換させる加熱水系熱交換器を備えてもよい。
【００１９】
当該排熱回収装置では、媒体の熱、又は加熱水ラインを流れる水の熱を有効利用することができる。
【００２０】
以上のいずれかの前記排熱回収装置において、前記ボイラーに水を供給する給水ライン中の水と冷却対象と熱交換させて、前記冷却対象を冷却すると共に、前記水を加熱する給水系熱交換器を備えてもよい。
【００２１】
当該排熱回収装置では、冷却対象を冷却しつつも、この冷却対象から回収した熱を低沸点媒体ランキンサイクルで有効利用することができる。さらに、当該排熱回収装置では、給水ラインを介してボイラーに供給される水の温度が高まるので、低圧節炭器を構成する伝熱管に高温ガス中の水分が凝縮することを抑えることができる。このため、当該排熱回収装置では、節炭器を構成する伝熱管の腐食を抑えることができる。
【００２２】
以上のいずれかの前記排熱回収装置において、前記ボイラーを備えてもよい。
【００２３】
以上のいずれかの前記排熱回収装置において、前記ボイラーで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンを備えてもよい。
【００２４】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのプラントは、
以上のいずれかの前記排熱回収装置を備える。
【００２５】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としての排熱回収方法は、
低沸点媒体ランキンサイクルで、低沸点媒体を循環させるランキンサイクル実行工程と、
ガスタービンからの排気ガスで水を加熱する排熱回収ボイラーから、加熱された液体の水を前記低沸点媒体ランキンサイクルへ導く加熱水導入工程と、前記低沸点媒体ランキンサイクルに導かれ、前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を前記排熱回収ボイラーに戻す水回収工程と、を実行し、前記ランキンサイクル実行工程は、前記低沸点媒体ランキンサイクルに導入された前記液体の水と液体の前記低沸点媒体とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱工程を含んでもよい。
【００２６】
当該排熱回収方法では、ランキンサイクル実行工程における加熱工程で、液体の低沸点媒体と液体の水とを熱交換させるので、低沸点媒体と気体とを熱交換させる場合よりも、この加熱工程を実行する加熱器の伝熱面積を小さくすることができる。このため、当該排熱回収装置では、加熱器の小型化、しいては低沸点媒体ランキンサイクルの小型化を図ることができる。
【００２７】
ここで、前記排熱回収方法において、前記排熱回収ボイラーは、前記排気ガスで水を加熱して蒸気を発生させる少なくとも１以上の蒸発器と、１以上の前記蒸発器毎に設けられ当該蒸発器に送る水を前記排気ガスで加熱する節炭器と、を有しており、前記加熱水導入工程では、１以上の前記蒸発器毎の前記節炭器のうちのいずれかの節炭器で加熱された液体の水を前記低沸点媒体ランキンサイクルに導いてもよい。
【００２８】
前記排熱回収ボイラーの前記節炭器で加熱された液体の水を前記低沸点媒体ランキンサイクルに導く排熱回収方法において、前記加熱水導入工程では、１以上の前記蒸発器のうちで最も内圧の低い低圧蒸発器に対する節炭器で加熱された液体の水を前記低沸点媒体ランキンサイクルに導いてもよい。
【００２９】
当該排熱回収方法では、低圧蒸発器に対する低圧節炭器で加熱された水の一部を低沸点媒体ランキンサイクルに送るので、この低圧節炭器を流れる水の流量が増加し、この低圧節炭器で排気ガスの水との熱交換量、言い換えると、排気ガスの熱の回収量を高めることができる。このため、当該排熱回収方法では、排熱回収ボイラー中の排気ガスの温度として低温の排気ガスの熱を有効利用できる上に、煙突に流入する排気ガスの温度を下げることができる。
【００３０】
以上のいずれかの前記排熱回収方法において、前記水回収工程では、前記排熱回収ボイラーに水を供給する給水ラインを介して、前記排熱回収ボイラーに前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を戻してもよい。
【００３１】
当該排熱回収方法では、排熱回収ボイラーと低沸点媒体ランキンサイクルとの間で水が循環する。このため、当該排熱回収方法では、低沸点媒体と熱交換する水が循環しない場合よりも、低沸点媒体ランキンサイクルに高い温度の水を供給することができる。従って、当該排熱回収方法では、低沸点媒体ランキンサイクルの出力を高めることができる。さらに、給水ラインを介して低圧節炭器に送られる水の温度が高まるので、低圧節炭器を構成する伝熱管に排気ガス中の水分が凝縮することを抑えることができる。このため、当該排熱回収方法では、節炭器を構成する伝熱管の腐食を抑えることができる。
【００３２】
前記給水ラインを介して、前記排熱回収ボイラーに前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を戻す前記排熱回収方法において、前記排熱回収ボイラーは、前記排気ガスで水を加熱して蒸気を発生させる少なくとも１以上の蒸発器と、１以上の前記蒸発器毎に設けられ当該蒸発器に送る水を前記排気ガスで加熱する節炭器と、を有しており、前記水回収工程では、前記排熱回収ボイラーに水を供給する給水ラインを介して、１以上の前記蒸発器のうちで最も内圧の低い低圧蒸発器に対する前記節炭器に前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を戻し、前記低圧蒸発器に対する前記節炭器に送られる水の温度が、前記節炭器の排気ガス出口における前記排気ガスの露点温度よりも高い温度であってもよい。
【００３３】
当該排熱回収方法では、排熱回収ボイラーの低圧節炭器と低沸点媒体ランキンサイクルとの間で水が循環する。このため、当該排熱回収方法では、低沸点媒体と熱交換する水が循環しない場合よりも、低沸点媒体ランキンサイクルに高い温度の水を供給することができる。従って、当該排熱回収方法では、低沸点媒体ランキンサイクルの出力を高めることができる。さらに、給水ラインを介して低圧節炭器に送られる水の温度が高まり、しかも、この温度が低圧節炭器の排気ガス出口における排気ガスの露点温度よりも高い温度であるので、低圧節炭器を構成する伝熱管に排気ガス中の水分が凝縮することを抑えることができる。このため、当該排熱回収方法では、節炭器を構成する伝熱管の腐食を抑えることができる。
【００３４】
以上のいずれかの前記排熱回収方法において、前記水回収工程で前記排熱回収ボイラーに戻す水と媒体とを熱交換させる回収水系熱交換工程を実行してもよい。
【００３５】
回収水系熱交換工程を実行する排熱回収方法において、前記回収水系熱交換工程は、前記水回収工程で前記排熱回収ボイラーに戻す水と前記ガスタービンにおける冷却対象とを熱交換させて、前記水を加熱する一方で前記冷却対象を冷却する冷却工程を含んでもよい。
【００３６】
以上のいずれかの前記排熱回収方法において、前記加熱水導入工程で前記低沸点媒体ランキンサイクルへ導かれる水と、前記ガスタービンにおける冷却対象と水と熱交換させて、前記冷却対象を冷却すると共に、前記水を加熱する加熱水系熱交換工程を実行してもよい。
【００３７】
前記加熱水系熱交換工程を実行する排熱回収方法において、前記加熱水系熱交換工程では、前記ガスタービンの圧縮機からの圧縮空気の一部を前記冷却対象として水と熱交換させて前記圧縮空気を冷却し、前記ガスタービン中で前記燃焼ガスと接する高温部品に冷却した前記圧縮空気に送ってもよい。
【００３８】
以上のいずれかの前記排熱回収方法において、前記排熱回収ボイラーに水を供給する給水ライン中の水と前記ガスタービンにおける冷却対象と熱交換させて、前記冷却対象を冷却すると共に、前記水を加熱する給水系熱交換工程を実行してもよい。
【００３９】
前記給水系熱交換工程を実行する前記排熱回収方法において、前記給水系熱交換工程は、前記ガスタービンの圧縮機の中段からの圧縮空気を前記冷却対象として水と熱交換させて前記圧縮空気を冷却し、冷却した前記圧縮空気を前記圧縮機の中段以降の部分に戻す中間冷却工程と、前記ガスタービンのロータを回転可能に支持する軸受からの潤滑油を前記冷却対象として水と熱交換させて前記潤滑油を冷却し、冷却された前記潤滑油を前記軸受に戻す潤滑油冷却工程と、前記ガスタービンの圧縮機からの圧縮空気の一部を前記冷却対象として水と熱交換させて前記圧縮空気を冷却し、前記ガスタービン中で前記燃焼ガスと接する高温部品に冷却した前記圧縮空気に送る冷却用空気冷却工程と、のうち少なくとも一つの冷却工程を含んでもよい。
【００４０】
前記給水系熱交換工程が前記冷却工程を含む前記排熱回収方法において、前記ガスタービンには、前記ガスタービンの駆動で発電する発電機が接続されており、前記給水系熱交換工程は、前記発電機の構成部品を冷却する冷却媒体を前記冷却対象として水と熱交換させて前記冷却媒体を冷却する発電機冷却工程を含んでもよい。
【００４１】
前記給水系熱交換工程が前記冷却工程を含む前記排熱回収方法において、前記給水系熱交換工程は、前記中間冷却工程を含む複数の冷却工程を含み、前記中間冷却工程では、前記中間冷却工程を除く冷却工程で加熱された水を加熱してもよい。
【００４２】
前記給水系熱交換工程を実行する前記排熱回収方法において、前記排熱回収ボイラーは、前記排気ガスで水を加熱して蒸気を発生させる少なくとも１以上の蒸発器と、１以上の前記蒸発器毎に設けられ当該蒸発器に送る水を前記排気ガスで加熱する節炭器と、を有しており、前記給水系熱交換工程は、前記排熱回収ボイラーに水を供給する給水ライン中の水と前記ガスタービンにおける冷却対象と熱交換させて、前記冷却対象を冷却すると共に、前記水を加熱する１以上の冷却工程を含み、且つ前記冷却工程として、前記ガスタービンの圧縮機の中段からの圧縮空気を前記冷却対象として水と熱交換させて前記圧縮空気を冷却し、冷却した前記圧縮空気を前記圧縮機の中段以降の部分に戻す中間冷却工程を含み、１以上の前記冷却工程のうちで前記中間冷却工程は、前記給水ライン中で最も下流側における冷却工程を成し、前記中間冷却工程では、１以上の前記蒸発器のうちで最も内圧の低い低圧蒸発器内における水の飽和温度よりも低い温度の前記冷却対象と前記水とを熱交換してもよい。
【００４３】
前記給水系熱交換工程を実行する、いずれかの前記排熱回収方法において、前記排熱回収ボイラーは、前記排気ガスで水を加熱して蒸気を発生させる少なくとも１以上の蒸発器と、１以上の前記蒸発器毎に設けられ当該蒸発器に送る水を前記排気ガスで加熱する節炭器と、を有しており、前記給水系熱交換工程では、１以上の前記蒸発器のうちで最も内圧の低い低圧蒸発器に対する前記節炭器に送られる前記水を、前記節炭器の排気ガス出口における前記排気ガスの露点温度よりも高い温度に加熱してもよい。
【００４４】
また、以上のいずれかの前記排熱回収方法において、前記ガスタービンに接続されている接続物中の媒体を接続物冷却媒体で冷却する接続物冷却工程を実行し、前記ランキンサイクル実行工程では、液体の前記低沸点媒体と前記液体の水とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する前記加熱工程としてのＡ加熱工程と、液体の前記低沸点媒体と前記接続物冷却器からの前記接続物冷却媒体とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する一方で前記接続物冷却媒体を冷却して、前記接続部冷却媒体を前記接続物冷却器に戻すＢ加熱工程と、を含んでもよい。
【００４５】
以上のいずれかの前記排熱回収方法において、前記ランキンサイクル実行工程は、互いに異なる温度の前記低沸点媒体を加熱する複数の前記加熱工程を含んでもよい。
【発明の効果】
【００４６】
本発明では、低沸点媒体ランキンサイクルにより、熱を有効利用することができる。さらに、本発明では、低沸点媒体ランキンサイクルにおける加熱器で、液体の低沸点媒体と液体の水とを熱交換させるので、低沸点媒体と気体とを熱交換させる場合よりも、加熱器の伝熱面積を小さくすることができる。このため、本発明によれば、加熱器の小型化、しいてはランキンサイクルの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【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の効果を説明するための、排熱回収ボイラーでの排気ガス及び水（蒸気を含む）の流れに伴うそれぞれの熱量と温度との関係を示すＴＱ線図（その１）である。
【図３】本発明に係る第一実施形態の効果を説明するための、排熱回収ボイラーでの排気ガス及び水（蒸気を含む）の流れに伴うそれぞれの熱量と温度との関係を示すＴＱ線図（その２）である。
【図４】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５】本発明に係る第二実施形態の効果を説明するための、排熱回収ボイラーでの排気ガス及び水（蒸気を含む）の流れに伴うそれぞれの熱量と温度との関係を示すＴＱ線図である。
【図６】本発明に係る第二実施形態における低圧圧縮機及び高圧圧縮機の各種条件を示す説明図である。
【図７】本発明に係る第二実施形態における低圧圧縮機の圧力比と低圧圧縮機における空気の出口温度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明に係る第二実施形態における低圧圧縮機の圧力比と中間冷却器における排熱量との関係を示すグラフである。
【図９】本発明に係る第二実施形態における低圧圧縮機の圧力比と圧縮機の合計動力との関係を示すグラフである。
【図１０】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１１】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１２】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。
【図１３】本発明に係る第六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１４】本発明に係る第七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１５】本発明に係る第八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１６】本発明に係る一実施形態における冷却用空気冷却器の変形例を示す説明図である。
【図１７】本発明に係る第一変形例における低沸点媒体ランキンサイクルの系統図である。
【図１８】本発明に係る第二変形例における低沸点媒体ランキンサイクルの系統図である。
【図１９】本発明に係る第三変形例における低沸点媒体ランキンサイクルの系統図である。
【図２０】本発明に係る第四変形例における低沸点媒体ランキンサイクルの系統図である。
【図２１】本発明に係る第二〜第六実施形態における圧縮機の変形例の要部断面図である。
【図２２】本発明に係る各実施形態における排熱回収設備の変形例の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
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。
【００４９】
「第一実施形態」
図１〜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一実施形態について説明する。
【００５０】
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４１と、ガスタービン１０から排気された排気ガスＥＧの熱を回収する排熱回収装置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６０と、を備えている。
【００５１】
ガスタービン１０は、空気Ａ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。
【００５２】
圧縮機１１は、軸線を中心として回転する圧縮機ロータ１３と、この圧縮機ロータ１３を回転可能に覆う圧縮機ケーシング１７と、有する。
【００５３】
タービン３１は、燃焼器２１からの燃焼ガスにより、軸線を中心として回転するタービンロータ３３と、このタービンロータ３３を回転可能に覆うタービンケーシング３７と、を有している。タービンロータ３３は、軸線と平行な軸方向に延びるロータ軸３４と、このロータ軸３４の外周に固定されている複数の動翼３５と、を有している。タービンケーシング３７の内周面には、複数の静翼３８が固定されている。タービンケーシング３７の内周面とロータ軸３４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を成す。
【００５４】
燃焼器２１は、タービンケーシング３７に固定されている。タービンロータ３３と圧縮機ロータ１３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４０を成している。このガスタービンロータ４０には、前述の発電機４１のロータが接続されている。ガスタービンロータ４０は、回転可能に軸受４５で支持されている。
【００５５】
排熱回収装置１００は、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１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ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、低沸点媒体が循環する低沸点媒体ランキンサイクル１５０と、を備えている。
【００５６】
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。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には、それぞれ、発電機１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃが接続されている。なお、ここでは、各蒸気タービン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃに発電機１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃを接続しているが、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のロータを互いに接続し、合計３基の蒸気タービンに対して、１基の発電機を接続してもよい。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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６０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。
【００６３】
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。
【００６４】
ランキンサイクルは、蒸気でタービンを駆動するサイクルである。一方、低沸点媒体ランキンサイクル１５０は、水よりも沸点の低い媒体（以下、低沸点媒体とする）ＬＭを用いてタービン１５２を駆動するサイクルである。
【００６５】
低沸点媒体ＬＭとしては、例えば、以下の物質がある。
・トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、パーフルオロデカリン等の有機ハロゲン化合物
・ブタン、プロパン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン等のアルカン
・シクロペンタン、シクロヘキサン等の環状アルカン
・チオフェン、ケトン、芳香族化合物
・Ｒ１３４ａ、Ｒ２４５ｆａ等の冷媒、
・以上を組み合わせたもの
【００６６】
低沸点媒体ランキンサイクル（以下、単にランキンサイクルとする）１５０は、液体の低沸点媒体ＬＭを加熱して蒸発させる蒸発器（加熱器）１５１と、蒸発した低沸点媒体ＬＭで駆動するタービン１５２と、タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭを冷却して凝縮させる凝縮器１５３と、凝縮した低沸点媒体ＬＭを蒸発器１５１に戻す低沸点媒体ポンプ１５４と、以上の要素間で低沸点媒体ＬＭを流すための低沸点媒体ライン１５７と、を備えている。タービン１５２には、例えば、このタービン１５２の駆動で発電する発電機１５９が接続されている。凝縮器１５３は、熱交換器の一種で、低沸点媒体ＬＭと水等の冷却媒体ＣＷとを熱交換させる。また、蒸発器（加熱器）１５１も、熱交換器の一種で、液体の低沸点媒体ＬＭと排熱回収ボイラー１１０で加熱された液体の水ＨＷとを熱交換させる。
【００６７】
ランキンサイクル１５０における蒸発器１５１の加熱水入口と低圧節炭器１１２ａの加熱水出口とは、加熱水ライン１７１で接続されている。蒸発器１５１の加熱水出口と給水ライン１３１とは、水回収ライン１７８で接続されている。この水回収ライン１７８は、給水ライン１３１中で、給水ポンプ１２４と低圧節炭器１１２ａとの間の位置に接続されている。この水回収ライン１７８中には、ここを通る水を、給水ライン１３１を介して低圧節炭器１１２ａに戻す循環ポンプ１７９が設けられている。
【００６８】
次に、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。
【００６９】
ガスタービン１０の圧縮機１１は、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、燃料Ｆも供給される。燃焼器２１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、燃焼器２１からタービン３１内の燃焼ガス流路に送られ、タービンロータ３３を回転させる。このタービンロータ３３の回転で、ガスタービン１０に接続されている発電機４１は発電する。
【００７０】
タービンロータ３３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６０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。
【００７１】
排熱回収ボイラー１１０中で、最も下流側（煙突６０側）の低圧節炭器１１２ａには、給水ライン１３１から水が供給される。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。復水器１２３中の水は、給水ポンプ１２４で昇圧され、給水ライン１３１を経て、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに送られる。
【００７２】
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で加熱された水のさらに他の一部は、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。低圧節炭器１１２ａで加熱された残りの水は、加熱水ライン１７１を介して、ランキンサイクル１５０に送られる（加熱水導入工程）。
【００７３】
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でさらに加熱される。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、高圧蒸気タービン１２１ｃを駆動する。高圧蒸気タービン１２１ｃを駆動させた蒸気は、高圧蒸気回収ライン１３９を介して、第一再熱器１１５ａに送られる。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
加熱水ライン１７１を介して、低圧節炭器１１２ａで加熱された液体の水ＨＷは、ランキンサイクル１５０の蒸発器１５１における加熱水入口から蒸発器１５１内に流入する。
この蒸発器１５１では、液体の低沸点媒体ＬＭと低圧節炭器１１２ａで加熱された液体の水ＨＷとを熱交換させ、低沸点媒体ＬＭを加熱し、この低沸点媒体ＬＭを蒸発させる（加熱工程）。この過程で、水ＨＷは、冷却されて、蒸発器１５１の加熱水出口から流出する。蒸発器１５１の加熱水出口から流出した水は、循環ポンプ１７９で昇圧された後、水回収ライン１７８を介して、給水ライン１３１に流入する。この水は、復水器１２３からの水と混ざり合って、給水ライン１３１を流れ、低圧節炭器１１２ａに戻る（水回収工程）。
【００７７】
蒸発器１５１で蒸発した低沸点媒体ＬＭは、ランキンサイクル１５０の構成要素であるタービン１５２を駆動させる。タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭは、凝縮器１５３に送られる。この凝縮器１５３では、低沸点媒体ＬＭと冷却媒体ＣＷとが交換され、低沸点媒体ＬＭが冷却されて凝縮する。凝縮した低沸点媒体ＬＭは、低沸点媒体ポンプ１５４により蒸発器１５１に送られ、前述したように、この蒸発器１５１で水ＨＷと熱交換する。以上のように、低沸点媒体ＬＭは、ランキンサイクル１５０内で循環する（ランキンサイクル実行工程）。
【００７８】
以上のように、本実施形態の蒸発器１５１では、液体の低沸点媒体ＬＭと液体の水ＨＷとを熱交換させているので、液体の低沸点媒体ＬＭと気体とを熱交換させるよりも、蒸発器１５１の伝熱面積を小さくすることができる。この結果、本実施形態では、蒸発器１５１の小型化、しいてはランキンサイクル１５０の小型化を図ることができる。従って、本実施形態では、設置スペース等の制約を受ける既存の排熱回収装置に、比較的容易に低沸点媒体ランキンサイクルを導入することができる。
【００７９】
また、本実施形態において、低圧節炭器１１２ａで加熱された水ＨＷは、加熱水ライン１７１、蒸発器１５１、水回収ライン１７８、給水ライン１３１、低圧節炭器１１２ａ中を循環する。このため、本実施形態では、低沸点媒体ＬＭと熱交換する水が循環しない場合よりも、ランキンサイクル１５０に高い温度の水を供給することができる。従って、本実施形態では、ランキンサイクル１５０の出力を高めることができる。
【００８０】
また、本実施形態では、低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部をランキンサイクル１５０に送るので、この低圧節炭器１１２ａを流れる水の流量が増加し、この低圧節炭器１１２ａにおける排気ガスＥＧの水との熱交換量、言い換えると、排気ガスＥＧの熱の回収量を高めることができる。このため、本実施形態では、排熱回収ボイラー１１０中の排気ガスＥＧの温度として低温の排気ガスＥＧの熱を有効利用できる上に、煙突６０に流入する排気ガスＥＧの温度を下げることができる。
【００８１】
ここで、以上で説明した排気ガスＥＧの熱の有効利用について、図２及び図３を用いてさらに詳細に説明する。なお、以下では、説明の簡略化のため、排熱回収ボイラー１１０は、蒸気発生部として一つの蒸気発生部（例えば、低圧蒸気発生部）のみを有し、蒸気タービンは、この一つの蒸気発生部で発生した蒸気で駆動する一つの蒸気タービン（例えば、低圧蒸気タービン）のみを有するものとする。
【００８２】
図２及び図３は、排熱回収ボイラー１１０を流れる排気ガスＥＧ及び水（蒸気を含む）の流れに伴うそれぞれの熱量と温度との関係を示すＴＱ線図である。これらのＴＱ線図は、排気ガスＥＧ及び水（蒸気を含む）の流れに伴うそれぞれの熱量と温度との関係を定性的に示すものであり、定量的に示すものではない。なお、これらのＴＱ線図において、横軸の熱量Ｑは左側に向かうに連れて大きな値になる。
【００８３】
排気ガスＥＧは、下流側に流れるに従って次第に温度が低下すると共に熱量が少なくなる。排熱回収ボイラー１１０を流れる水（蒸気を含む）Ｗ０は、排気ガスＥＧとの熱交換で、上流側（排気ガスＥＧの流れの上流側）に流れるに従って次第に温度が上昇すると共に熱量が多くなる。具体的に、節炭器に流入した水Ｗ０は、この節炭器を通る過程で次第に温度が上昇すると共に熱量が増加する。節炭器で加熱された水Ｗ０は、蒸発器内に流入する。蒸発器では、この水Ｗ０の温度が蒸発器での水の飽和温度Ｔｓ０に維持されるものの、この水Ｗ０の熱量が増加し、水Ｗ０が蒸気になる。蒸気は、過熱器内に流入する。過熱器では、この蒸気の温度が上昇すると共にその熱量が増加する。
【００８４】
仮に、蒸気タービンの出力を増加させるために、蒸気圧力を高めるとする。この場合、図２に示すように、蒸発器内の水Ｗ１の温度、つまり飽和温度がＴｓ０からＴｓ１に高くなる。この際、蒸発器出口における排気ガスＥＧの温度と水Ｗ１の温度との温度差であるピンチ温度差Ｔｐを、蒸気圧力を高める前と同等にしようとすると、蒸発器における水Ｗ１と排気ガスＥＧとの熱交換量がＱｅ０からＱｅ１に減少する。この結果、蒸発器における蒸気発生量が減少する。さらに蒸気発生量の減少に伴い、節炭器及び蒸発器に流入する水Ｗ１の流量も減少する。節炭器に流入する水Ｗ１の流量が減少すると、節炭器における排気ガスＥＧの水Ｗ１との熱交換量が低下し、蒸気圧力を高める前に利用していた低温の排気ガスＥＧの熱を利用できなくなる。このため、排気ガスＥＧの熱利用率が低下する上に、煙突に流入する排気ガスＥＧの温度が上がる。従って、蒸気圧力を高めたことによるプラントの出力及び効率の増大効果は、排気ガスＥＧの熱利用率が減少したことによる、プラントの出力及び効率の低下により相殺される。結果として、プラントの出力及び効率の増大効果が減少する。
【００８５】
そこで、以上で説明したランキンサイクル１５０を導入すると、前述したように、ランキンサイクル１５０で利用する分だけ、節炭器に流入する水Ｗ２の流量が増加する。節炭器を流れる水Ｗ２の流量が増加すると、水Ｗ２が節炭器を通過する過程での温度上昇率（単位熱量を加えた際の温度上昇量）が低下する。この場合、節炭器では、ランキンサイクル１５０導入前よりも、低温の排気ガスＥＧと水Ｗ２とが熱交換することになる。このため、ランキンサイクル１５０を導入することにより、排熱回収ボイラー１１０中の排気ガスＥＧの温度として低温の排気ガスＥＧの熱を有効利用できる上に、煙突６０に流入する排気ガスＥＧの温度を下げることができる。低温の排気ガスＥＧの熱を有効利用することで、排気ガスＥＧの回収熱量が増加した分は、低沸点媒体ＬＭの加熱に利用される。従って、本実施形態では、排気ガスＥＧの熱を有効利用でき、結果として、プラントの出力及び効率の増大を図ることができる。
【００８６】
また、仮に、ガスタービンの出力を増加させるために、ガスタービン圧力比を高めるとする。この場合、図３に示すように、ガスタービンから排気される排気ガスＥＧの温度がＴｅｇ０からＴｅｇ１に低下する。この際も、蒸発器出口における排気ガスＥＧの温度と水Ｗ１の温度との温度差であるピンチ温度差Ｔｐを、ガスタービン圧力比を高める前と同等にしようとすると、蒸発器における水Ｗ１と排気ガスＥＧとの熱交換量がＱｅ０からＱｅ１に減少する。この結果、前述の場合と同様、蒸発器における蒸気発生量、節炭器及び蒸発器に流入する水Ｗ１の流量が減少する。節炭器に流入する水Ｗ１の流量が減少すると、節炭器における排気ガスＥＧの水Ｗ１との熱交換量が低下し、排気ガスＥＧの熱利用率が低下する上に、煙突６０に流入する排気ガスＥＧの温度が上がる。従って、ガスタービン圧力比を高めたことによるプラントの出力及び効率の増大効果は、排気ガスＥＧの熱利用率が減少したことによる、プラントの出力及び効率の低下により相殺される。結果として、プラントの出力及び効率の増大効果が減少する。
【００８７】
そこで、この場合も、以上で説明したランキンサイクル１５０を導入すると、ランキンサイクル１５０で利用する分だけ、節炭器に流入する水Ｗ２の流量が増加する。節炭器を流れる水Ｗ２の流量が増加すると、水Ｗ２が節炭器を通過する過程での温度上昇率（単位熱量を加えた際の温度上昇量）が低下する。このため、節炭器では、ランキンサイクル１５０導入前より、低温の排気ガスＥＧと水とが熱交換することになる。よって、ランキンサイクル１５０を導入することにより、排熱回収ボイラー１１０中の排気ガスＥＧの温度として低温の排気ガスＥＧの熱を有効利用できる上に、煙突６０に流入する排気ガスＥＧの温度を下げることができる。低温の排気ガスＥＧの熱を有効利用することで、排気ガスＥＧの回収熱量が増加した分は、低沸点媒体ＬＭの加熱に利用される。従って、本実施形態では、排気ガスＥＧの熱を有効利用でき、結果として、プラントの出力及び効率の増大を図ることができる。
【００８８】
「第二実施形態」
図４〜図９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。
【００８９】
本実施形態のガスタービンプラントも、第一実施形態と同様、ガスタービン１０ａと、ガスタービン１０ａの駆動で発電する発電機４１と、ガスタービン１０ａから排気された排気ガスＥＧの熱を回収する排熱回収装置１００ａと、排熱回収装置１００ａを通過した排気ガスＥＧを大気に放出する煙突６０と、を備えている。
【００９０】
本実施形態のガスタービン１０ａも、第一実施形態と同様、圧縮機１１ａと燃焼器２１とタービン３１と有している。但し、本実施形態の圧縮機１１ａは、大気を圧縮する低圧圧縮機１２ａと、低圧圧縮機１２ａで圧縮された空気をさらに圧縮して、これを燃焼器２１に送る高圧圧縮機１２ｂと、を有する。本実施形態のガスタービン１０ａは、さらに、低圧圧縮機１２ａで圧縮された空気を水との熱交換で冷却して高圧圧縮機１２ｂに送る中間冷却器１６３を有する。すなわち、本実施形態の圧縮機１１ａでは、圧縮機１１ａの中段から圧縮空気が抽気されて、これが中間冷却器１６３で冷却された後、冷却された圧縮空気が圧縮機１１ａの中段以降に戻される。
【００９１】
低圧圧縮機１２ａ及び高圧圧縮機１２ｂは、いずれも、軸線を中心として回転する圧縮機ロータ１３ａ，１３ｂと、この圧縮機ロータ１３ａ，１３ｂを回転可能に覆う圧縮機ケーシング１７ａ，１７ｂと、有する。低圧圧縮機１２ａの圧縮機ロータ１３ａと高圧圧縮機１２ｂの圧縮機ロータ１３ｂとは、同一の軸線を中心として回転するもので、相互に連結されたガスタービンロータ４０ａの一部を成している。このガスタービンロータ４０ａには、発電機４１のロータが接続されている。発電機４１のロータやステータは、例えば水素等の冷却媒体で冷却される。このため、発電機４１にはこの冷却媒体を水との熱交換で冷却する発電機冷却器１６１が設けられている。ガスタービンロータ４０ａは、回転可能に軸受４５で支持されている。この軸受４５には、軸受４５からの潤滑油を水との熱交換で冷却して軸受４５に戻す潤滑油冷却器１６２が設けられている。
【００９２】
本実施形態の排熱回収装置１００ａは、第一実施形態の排熱回収装置１００と同様、排熱回収ボイラー１１０と、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃと、発電機１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃと、復水器１２３と、給水ポンプ１２４と、ランキンサイクル１５０と、を備えている。本実施形態の排熱回収装置１００ａは、さらに、給水系交換器１６０を備えている。この給水系熱交換器１６０は、前述の発電機冷却器１６１と、潤滑油冷却器１６２と、中間冷却器１６３と、を有する。このため、中間冷却器１６３は、ガスタービン１０ａの構成要素を成すと共に、排熱回収装置１００ａの構成要素も成す。
【００９３】
本実施形態の給水ライン１３１ａは、給水ポンプ１２４の下流側で二つのラインに分岐している。一方のラインは、第一冷却水ライン１４１を成し、他方のラインは、第二冷却水ライン１４２を成す。第一冷却水ライン１４１は、発電機冷却器１６１の水入口に接続されている。第二冷却水ライン１４２は、潤滑油冷却器１６２の水入口に接続されている。発電機冷却器１６１の水出口及び潤滑油冷却器１６２の水出口には、それぞれ第三冷却水ライン１４３が接続されている。各水出口に接続されている第三冷却水ライン１４３は、合流して、中間冷却器１６３の水入口に接続されている。この中間冷却器１６３の水出口には、予熱済み給水ライン１４９が接続されている。この予熱済み給水ライン１４９は、低圧節炭器１１２ａに接続されている。蒸発器１５１の加熱水出口に接続されている水回収ライン１７８は、予熱済み給水ライン１４９に接続されている。なお、給水ライン１３１ａは、以上で説明した、第一冷却水ライン１４１、第二冷却水ライン１４２、第三冷却水ライン１４３、予熱済み給水ライン１４９を有している。
【００９４】
次に、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。
復水器１２３中の水は、給水ポンプ１２４で昇圧され、給水ライン１３１ａ中の第一冷却水ライン１４１を経て発電機冷却器１６１に送れると共に、給水ライン１３１ａ中の第二冷却水ライン１４２を経て潤滑油冷却器１６２に送られる。発電機冷却器１６１では、発電機４１のロータやステータを冷却する冷却媒体と復水器１２３からの水とが熱交換され、冷却媒体が冷却される一方で、水が加熱される。また、潤滑油冷却器１６２では、軸受４５の潤滑油と復水器１２３からの水とが熱交換され、潤滑油が冷却される一方で、水が加熱される。
【００９５】
発電機冷却器１６１及び潤滑油冷却器１６２で一次加熱された水は、第三冷却水ライン１４３を経て中間冷却器１６３に送られる。中間冷却器１６３では、この一次加熱された水と低圧圧縮機１２ａで圧縮された空気とが熱交換され、この空気が冷却される一方で、水がさらに加熱される。冷却された空気は、高圧圧縮機１２ｂに送られ、さらに圧縮された後、燃焼器２１に送られる。
【００９６】
よって、高圧圧縮機１２ｂの出口における空気温度は、中間冷却器１６３が無い場合よりも、低くなる。このため、本実施形態の高圧圧縮機１２ｂは、その出口を構成する部材の熱環境を緩和することができ、高圧圧縮機１２ｂの耐久性を高めることができる。
【００９７】
中間冷却器１６３でさらに加熱された水は、給水ライン１３１ａ中の予熱済み給水ライン１４９を流れ、途中で、ランキンサイクル１５０の蒸発器１５１で低沸点媒体ＬＭと熱交換した水と合流して、この水と共に低圧節炭器１１２ａに送られる。低圧節炭器１１２ａに送られた水は、前述したように、排気ガスＥＧとの熱交換で加熱されてから、低圧蒸発器１１３ａやランキンサイクル１５０等に送られる。
【００９８】
以上、本実施形態でも、第一実施形態と同様、低圧節炭器１１２ａで加熱された液体の水をランキンサイクル１５０に送り、この水と低沸点媒体ＬＭとを熱交換させているので、ランキンサイクル１５０の小型化、ランキンサイクル１５０の熱効率向上、及び、低温の排気ガスＥＧの熱の有効利用を図ることができる。
【００９９】
ここで、以上で説明した排気ガスＥＧの熱の有効利用について、図５を用いてさらに詳細に説明する。なお、以下でも、説明の簡略化のため、排熱回収ボイラー１１０は、蒸気発生部として一つの蒸気発生部（例えば、低圧蒸気発生部）のみを有し、蒸気タービンは、この一つの蒸気発生部で発生した蒸気で駆動する一つの蒸気タービン（例えば、低圧蒸気タービン）のみを有するものとする。
【０１００】
図５は、図２及び図３と同様、排熱回収ボイラー１１０を流れる排気ガスＥＧ及び水（蒸気を含む）の流れに伴うそれぞれの熱量と温度との関係を示すＴＱ線図である。このＴＱ線図も、排気ガスＥＧ及び水（蒸気を含む）の流れに伴うそれぞれの熱量と温度との関係を定性的に示すものであり、定量的に示すものではない。さらに、このＴＱ線図においても、横軸の熱量Ｑは左側に向かうに連れて大きな値になる。
【０１０１】
排気ガスＥＧは、図２及び図３を用いて前述したように、下流側に流れるに従って次第に温度が低下すると共に熱量が少なくなる。排熱回収ボイラー１１０を流れる水（蒸気を含む）Ｗ５は、排気ガスＥＧとの熱交換で、上流側に流れるに従って次第に温度が上昇すると共に熱量が多くなる。具体的に、節炭器に流入した水Ｗ５は、この節炭器を通る過程で次第に温度が上昇すると共に熱量が増加する。水Ｗ５は、節炭器の出口で、蒸発器での水の飽和温度Ｔｓ１よりも若干低い温度にまで加熱される。これは、節炭器の出口で水を沸騰させないためである。なお、節炭器の出口における水の温度と蒸発器での水の飽和温度Ｔｓ１との温度差を一般的にアプローチ温度差Ｔａｐと呼ぶ。このアプローチ温度差Ｔａｐは、最も小さいときでも、０℃であり、節炭器の出口における水の温度が蒸発器での水の飽和温度Ｔｓ１を上回ることはない。蒸発器では、節炭器からの水Ｗ５の温度が蒸発器の圧力での飽和温度Ｔｓ１にまで上昇した後、飽和温度Ｔｓ１に維持されるものの、この水Ｗ５の熱量が増加し、水Ｗ５が蒸気になる。蒸気は、過熱器内に流入する。過熱器では、この蒸気の温度が上昇すると共にその熱量が増加する。
【０１０２】
前述したアプローチ温度差Ｔａｐがあると、蒸発器で、同一流量の水を蒸気にする熱量が増加する。このため、節炭器に流入する水Ｗ６を加熱して、この水Ｗ６の温度を上げることで、蒸発器で、水Ｗ６を蒸気にする熱量の増加を抑えることができる。但し、節炭器に流入する水Ｗ６を単に加熱しただけでは、低温の排気ガスＥＧの熱の利用量が増加することはない。
【０１０３】
そこで、ランキンサイクル１５０を導入すると、蒸発器に流入する流量が一定のまま、節炭器に流入する水Ｗ７の流量が増加する。節炭器を流れる水Ｗ７の流量が増加すると、水Ｗ７が節炭器を通過する過程での温度上昇率（単位熱量を加えた際の温度上昇量）が低下する。この場合、節炭器では、ランキンサイクル１５０導入前よりも、低温の排気ガスＥＧと水Ｗ７との熱交換量が増加することになる。このため、ランキンサイクル１５０を導入することにより、排熱回収ボイラー１１０中の排気ガスＥＧの温度として低温の排気ガスＥＧの熱を有効利用できる上に、煙突に流入する排気ガスＥＧの温度を下げることができる。従って、本実施形態では、排気ガスＥＧの熱を有効利用でき、結果として、プラントの出力及び効率の増大を図ることができる。
【０１０４】
また、本実施形態では、ガスタービン１０ａにおける冷却対象の熱を利用して、低圧節炭器１１２ａにおくる水を給水系熱交換器１６０で加熱するので、ガスタービン１０ａの排熱を有効利用することできる。ガスタービン１０ａの排熱を有効利用することで、回収熱量が増加した分は、低沸点媒体ＬＭの加熱に利用される。
【０１０５】
ところで、排熱回収ボイラー１１０の複数の蒸発器１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃのうちで最も内圧の低い低圧蒸発器１１３ａに送る水を加熱する低圧節炭器１１２ａには、ガスタービンプラントのうちで相対的に低い温度の水を送ればよい。よって、本実施形態の給水系熱交換器１６０では、低温の水を高い温度にまで加熱する必要性がないため、比較的低温の冷却対象の排熱を有効利用することができる。しかも、本実施形態では、発電機冷却器１６１及び潤滑油冷却器１６２で水を一次加熱した後、中間冷却器１６３で一次加熱された水をさらに二次加熱する。このため、熱交換器を構成する各冷却器１６１，１６２，１６３では、冷却対象と水との温度差が小さくなる上に、水の入口温度と出口温度との差が小さくなり、冷却対象と水との熱交換の効率をさらに高めることができる。
【０１０６】
前述したように、中間冷却器１６３による空気の冷却を強化して、高圧圧縮機１２ｂにおける空気の出口温度を下げるほど、高圧圧縮機１２ｂの耐久性等の観点から好ましい。
しかしながら、高圧圧縮機１２ｂにおける空気の出口温度が下がると、言い換えると、燃焼器２１に流入する空気の温度が下がると、ガスタービン効率が低下する。これは、燃焼器２１に流入する空気の温度が下がると、タービン入口の温度を一定に保つために燃料Ｆの投入量が増加してガスタービン出力が増加するものの、燃料Ｆの投入量の増加に対するガスタービン出力の増加の割合が小さいからである。
【０１０７】
従って、高圧圧縮機１２ｂにおける空気の出口温度は、高圧圧縮機１２ｂの出口を構成する部材の強度や耐久性等が許容される限り、できる限り高い方が好ましい。このため、本実施形態では、中間冷却器１６３で空気を冷却し、高圧圧縮機１２ｂにおける空気の出口温度を下げるものの、この出口温度は、高圧圧縮機１２ｂの出口を構成する部材の強度や耐久性等が許容され得る範囲内で高い温度にしている。
【０１０８】
ここで、図６に示すように、低圧圧縮機１２ａにおける空気の入口温度をＴｃ１、低圧圧縮機１２ａにおける空気の出口温度をＴｃ２、高圧圧縮機１２ｂにおける空気の入口温度をＴｃ３、高圧圧縮機１２ｂにおける空気の出口温度をＴｃ４とする。また、低圧圧縮機１２ａの圧力比をＰＲ１、高圧圧縮機１２ｂの圧力比をＰＲ２、低圧圧縮機１２ａの駆動に必要な動力をＷｃ１、高圧圧縮機１２ｂの駆動に必要な動力をＷｃ２とする。
【０１０９】
仮に、以下の条件下で、低圧圧縮機１２ａの圧力比ＰＲ１を変化させたとする。
条件
（１）低圧圧縮機１２ａにおける空気の入口温度Ｔｃ１が一定
（２）高圧圧縮機１２ｂにおける空気の出口温度Ｔｃ４が前述した温度で一定
（３）低圧圧縮機１２ａ及び高圧圧縮機１２ｂでの全体圧力比ＰＲ（＝ＰＲ１×ＰＲ２）が一定
【０１１０】
この場合、図７に示すように、低圧圧縮機１２ａの圧力比ＰＲ１が小さくなるに連れて、次第に低圧圧縮機１２ａにおける空気の出口温度Ｔｃ２が低下する。これに伴い、図８に示すように、次第に中間冷却器１６３における排熱量Ｑが小さくなると共に、図９に示すように、次第に低圧圧縮機１２ａ及び高圧圧縮機１２ｂの駆動に必要な合計動力Ｗｃ（＝Ｗｃ１＋Ｗｃ２）も小さくなる。
【０１１１】
そこで、本実施形態では、低圧圧縮機１２ａ及び高圧圧縮機１２ｂの駆動に必要な合計動力Ｗｃを抑えるために、低圧圧縮機１２ａの圧力比ＰＲ１を小さくし、相対的に高圧圧縮機１２ｂの圧力比ＰＲ２を大きくしている。この結果、本実施形態では、低圧圧縮機１２ａにおける空気の出口温度Ｔｃ２が下がって、中間冷却器１６３における排熱量Ｑ、言い換えると、水を加熱する熱量Ｑが小さくなる。本実施形態では、発電機冷却器１６１及び潤滑油冷却器１６２で一次加熱することで、以上のように、中間冷却器１６３で水を加熱する熱量Ｑを小さくする分を補っている。また、本実施形態では、低圧圧縮機１２ａにおける空気の出口温度Ｔｃ２、言い換えると、中間冷却器１６３における空気の入口温度を、低圧蒸発器１１３ａにおける飽和温度Ｔｓ１（図４参照）より低くしている。さらに、発電機冷却器１６１における冷却媒体の入口温度、及び潤滑油冷却器１６２における潤滑油の入口温度も、低圧蒸発器１１３ａにおける飽和温度Ｔｓ１より低い。このため、本実施形態では、低圧節炭器１１２ａに供給される水の温度Ｔｗｓ（図４参照）が確実に低圧蒸発器１１３ａにおける飽和温度Ｔｓ１よりも低くなる。
【０１１２】
但し、低圧節炭器１１２ａに供給される水の温度Ｔｗｓは、低圧節炭器１１２ａの排気ガス出口における排気ガスＥＧの露点温度よりも高い温度である。なお、排気ガスＥＧの露点温度は、燃料成分等にもよるが５０℃前後である。本実施形態では、低圧節炭器１１２ａに供給される水の温度Ｔｗｓを低圧節炭器１１２ａの排気ガス出口における排気ガスＥＧの露点温度よりも高い温度にするため、低圧圧縮機１２ａの圧力比ＰＲ１及び高圧圧縮機１２ｂの圧力比ＰＲ２を適宜設定すると共に、各冷却器１６１，１６２，１６３の伝熱面積や、各冷却器１６１，１６２，１６３における水の流速等を設定している。
【０１１３】
以上のように、本実施形態では、低圧圧縮機１２ａの圧力比ＰＲ１を小さく設定し、相対的に高圧圧縮機１２ｂの圧力比ＰＲ２を大きく設定することで、高圧圧縮機１２ｂの出口を構成する部材の耐久性等を目的の範囲内に収めつつ、中間冷却器１６３における、空気の放熱に伴うガスタービン効率の低下を抑えている。さらに、本実施形態では、低圧圧縮機１２ａの圧力比ＰＲ１等を上記のように設定することで、低圧圧縮機１２ａ及び高圧圧縮機１２ｂの駆動に必要な合計動力Ｗｃを低減し、ガスタービン効率の低下をより抑えることができる。
【０１１４】
本実施形態では、低圧圧縮機１２ａにおける空気の出口温度Ｔｃ２を低圧蒸発器１１３ａにおける飽和温度Ｔｓ１よりも低くすることで、前述のように低圧圧縮機１２ａの圧力比ＰＲ１を小さく設定することができ、ガスタービン効率の低下を抑えることができる。
また、低圧圧縮機１２ａにおける空気の出口温度Ｔｃ２、潤滑油冷却器１６２入口における潤滑油温度、及び発電機冷却器１６１入口における発電機の構成部品を冷却する冷却媒体の温度を低圧蒸発器１１３ａにおける飽和温度Ｔｓ１よりも低くすることで、低圧節炭器１１２ａに供給される水の温度Ｔｗｓを確実に低圧蒸発器１１３ａにおける飽和温度Ｔｂ１よりも低くしている。このため、本実施形態では、低圧節炭器１１２ａ及び低圧蒸発器１１３ａでの水への加熱が不要になることがなく、低圧節炭器１１２ａ及び低圧蒸発器１１３ａを通る排気ガスＥＧの熱を有効利用することができる。また、本実施形態では、低圧節炭器１１２ａに供給される水を飽和温度Ｔｓ１よりも温度が低い冷却対象の熱を用いて昇温した後、低圧節炭器１１２ａでさらに昇温し、ランキンサイクル１５０の熱源として用いる。このため、本実施形態では、低温の冷却対象の熱を有効活用すると同時に、ランキンサイクル１５０の熱源温度を高めることができるので、ランキンサイクル１５０の出力及び効率が増大し、結果として、プラントの出力及び効率を増大することができる。
【０１１５】
また、本実施形態では、低圧節炭器１１２ａに供給される水の温度Ｔｗｓを、低圧節炭器１１２ａの排気ガス出口における排気ガスＥＧの露点温度よりも高くし、低圧節炭器１１２ａを構成する伝熱管の表面に排気ガスＥＧ中の水が凝縮することを抑えている。
【０１１６】
ガスタービン１０ａからの排気ガスＥＧ中には、気体の水が含まれている。さらに、燃料の性状によっては、この排気ガスＥＧ中に硫黄分が含まれている場合もあり、この場合、水との反応で硫酸が生成される。低圧節炭器１１２ａを通る排気ガスＥＧの温度が排気ガスＥＧの露点温度より高い場合でも、低圧節炭器１１２ａを構成する伝熱管内を流れる水の温度が低ければ、伝熱管に接した排気ガスＥＧ中の水分は凝縮する。伝熱管の表面で水が凝縮すると、この伝熱管は腐食する可能性が高まる。さらに、硫酸等の腐食成分が水に含まれると、伝熱管が腐食する可能性がより高まる。
【０１１７】
本実施形態では、排熱回収ボイラー１１０中で最も下流側に位置して、排熱回収ボイラー１１０中で最も温度が低下した排気ガスＥＧが通る低圧節炭器１１２ａに送る水の温度Ｔｗｓを、前述したように、低圧節炭器１１２ａの排気ガス出口における排気ガスＥＧの露点温度よりも高くしている。このため、本実施形態では、低圧節炭器１１２ａを構成する伝熱管表面での排気ガスＥＧ中の水の凝縮を抑えることができ、低圧節炭器１１２ａを構成する伝熱管の腐食を抑えることができる。
【０１１８】
なお、本実施形態では、低圧圧縮機１２ａにおける空気の出口温度Ｔｃ２を、低圧蒸発器１１３ａにおける飽和温度Ｔｓ１よりも低くし、且つ、低圧節炭器１１２ａに供給される水の温度Ｔｗｓを、低圧節炭器１１２ａの排気ガス出口における排気ガスＥＧの露点温度よりも高くしている。しかしながら、以上の二つの温度条件をいずれも満たさなくても、又は以上の二つの温度条件のうちの一方のみを満たすようにしてもよい。但し、温度条件を満たさない場合には、温度条件を満たすことによる効果が得られなくなることは言うまでもない。
【０１１９】
また、第一実施形態や以下で説明する各実施形態においても、本実施形態と同様、低圧節炭器１１２ａに供給される水の温度Ｔｗｓを、低圧節炭器１１２ａの排気ガス出口における排気ガスＥＧの露点温度よりも高くし、且つ低圧蒸発器１１３ａにおける飽和温度Ｔｓ１よりも低くすることが好ましい。
【０１２０】
「第三実施形態」
図１０を参照して、第三実施形態のガスタービンプラントについて説明する。
【０１２１】
本実施形態のガスタービンプラントは、第二実施形態の排熱回収装置１００ａを変形したもので、その他の構成は第二実施形態のガスタービンプラントと同様である。
【０１２２】
本実施形態の排熱回収装置１００ｂは、第二実施形態の排熱回収装置１００ａに、回収水系熱交換器１７７を追加したものである。この回収水系熱交換器１７７は、ランキンサイクル１５０の蒸発器１５１と給水ライン１３１ａ（予熱済み給水ライン１４９）とを接続する水回収ライン１７８に設けられている。この回収水系熱交換器１７７は、水回収ライン１７８を流れる水と他の媒体とを熱交換させる。具体的に、この回収水系熱交換器１７７は、水回収ライン１７８を流れる水と、例えば、水回収ライン１７８を流れる水よりも温度が低い水等の媒体とを熱交換させ、この媒体を加熱する。
【０１２３】
本実施形態では、ランキンサイクル１５０の蒸発器１５１で回収しきれなかった熱を回収水系熱交換器１７７で回収することができる。よって、排気ガスＥＧの熱をより有効利用することができる。
【０１２４】
なお、本実施形態の回収水系熱交換器１７７は、水回収ライン１７８を流れる水と、水回収ライン１７８を流れる水よりも温度が低い水等の媒体とを熱交換させるものであるが、水回収ライン１７８を流れる水と、水回収ライン１７８を流れる水よりも温度が高い媒体とを熱交換させるものであってもよい。この場合、この回収水系熱交換器１７７は、ランキンサイクル１５０の蒸発器１５１で回収しきれなかった熱を回収しない。よって、この回収水系熱交換器１７７は、例えば、低圧節炭器１１２ａに供給される水の温度が低圧節炭器１１２ａの排気ガス出口における排気ガスＥＧの露点温度よりも低い場合に、この水の温度を露点温度よりも高くする役目等を担うことになる。
【０１２５】
また、本実施形態は、第二実施形態のガスタービンプラントに回収水系熱交換器１７７を追加したものであるが、第一実施形態や以下の各実施形態のガスタービンプラントに回収水系熱交換器１７７を追加してもよい。
【０１２６】
「第四実施形態」
図１１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。
【０１２７】
本実施形態のガスタービンプラントも、第一実施形態と同様、ガスタービン１０ｂと、ガスタービン１０ｂの駆動で発電する発電機４１と、ガスタービン１０ｂから排気された排気ガスＥＧの熱を回収する排熱回収装置１００ｃと、排熱回収装置１００ｃを通過した排気ガスＥＧを大気に放出する煙突６０と、を備えている。
【０１２８】
本実施形態のガスタービン１０ｂも、第二実施形態と同様、圧縮機１１ａと燃焼器２１とタービン３１と有している。但し、本実施形態のタービン３１におけるロータ軸３４及び複数の動翼３５には、冷却空気が流れる冷却空気流路３６が形成されている。圧縮機１１ａには、圧縮機１１ａで圧縮された空気Ａの一部を水との熱交換で冷却して、これをタービン３１の冷却空気流路３６に送る冷却用空気冷却器１６６が設けられている。
【０１２９】
本実施形態の排熱回収装置１００ｃは、第二実施形態の排熱回収装置１００ａと同様、排熱回収ボイラー１１０と、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃと、発電機１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃと、復水器１２３と、給水ポンプ１２４と、ランキンサイクル１５０と、給水系交換器１６０とを備えている。本実施形態の排熱回収装置１００ｃは、さらに、加熱水系熱交換器１６５を備えている。加熱水系熱交換器１６５は、前述の冷却用空気冷却器１６６を有する。
【０１３０】
ランキンサイクル１５０における蒸発器１５１の加熱水入口と排熱回収ボイラー１１０における高圧ポンプ１１６ｃの吐出口とは、加熱水ライン１７１ｂで接続されている。蒸発器１５１の加熱水出口と給水ライン１３１ａ（予熱済み給水ライン１４９）とは、水回収ライン１７８で接続されている。前述の加熱水系熱交換器１６５（冷却用空気冷却器１６６）は、加熱水ライン１７１ｂに設けられている。
【０１３１】
よって、排熱回収ボイラー１１０における低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部は、高圧ポンプ１１６ｃで昇圧されてから、そのさらに一部が第一高圧節炭器１１２ｃに送られ、残りの一部が加熱水ライン１７１ｂを介して冷却用空気冷却器１６６に送られる。
冷却用空気冷却器１６６では、低圧節炭器１１２ａで加熱され高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水と圧縮機１１ａで圧縮された空気の一部とが熱交換され、この空気が冷却される一方で、この水がさらに加熱される。冷却された空気は、タービンロータ３３の冷却空気流路３６に送られ、タービンロータ３３を冷却する。一方、冷却用空気冷却器１６６でさらに加熱された水は、加熱水ライン１７１ｂを介してランキンサイクル１５０の蒸発器１５１に送られる。この蒸発器１５１では、低圧節炭器１１２ａ及び冷却用空気冷却器１６６で加熱された液体の水ＨＷと液体の低沸点媒体ＬＭとを熱交換させ、低沸点媒体ＬＭを加熱し、この低沸点媒体ＬＭを蒸発させる（加熱工程）。この過程で、水ＨＷは、冷却されて、蒸発器１５１の加熱水出口から流出する。蒸発器１５１の加熱水出口から流出した水は、水回収ライン１７８を介して、給水ライン１３１ａ（予熱済み給水ライン１４９）に流入する。この水は、給水系熱交換器１６０で加熱された復水器１２３からの水と混ざり合って、給水ライン１３１ａを流れ、低圧節炭器１１２ａに戻る（水回収工程）。
【０１３２】
以上、本実施形態でも、第一実施形態と同様、低圧節炭器１１２ａで加熱された液体の水をランキンサイクル１５０に送り、この水と低沸点媒体ＬＭとを熱交換させているので、ランキンサイクル１５０の小型化、及びランキンサイクル１５０の熱効率向上、低温の排気ガスＥＧの熱の有効利用を図ることができる。
【０１３３】
また、本実施形態では、ガスタービン１０ｂにおける冷却対象の熱を利用して、冷却用空気冷却器１６６でランキンサイクル１５０におくる水を加熱するので、ガスタービン１０ｂの排熱を有効利用することできる。ガスタービン１０ｂの排熱を有効利用することで、回収熱量が増加した分は、低沸点媒体ＬＭの加熱に利用される。
【０１３４】
なお、本実施形態では、冷却用空気冷却器１６６が加熱水系熱交換器１６５を成すが、この冷却用空気冷却器１６６を給水系熱交換器の一部を成すようにしてもよい。すなわち、第二及び第三実施形態の給水系熱交換器１６０にこの冷却用空気冷却器１６６を含めてもよい。
【０１３５】
「第五実施形態」
図１２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。
【０１３６】
本実施形態のガスタービンプラントは、第四実施形態の排熱回収装置１００ｃ中におけるランキンサイクル１５０の配置を変更したものである。
【０１３７】
本実施形態の排熱回収装置１００ｄでは、ランキンサイクル１５０における蒸発器１５１の加熱水入口と排熱回収ボイラー１１０における第二高圧節炭器１１２ｄの出口とが、加熱水ライン１７１ｄで接続されている。蒸発器１５１の加熱水出口と排熱回収ボイラー１１０における高圧蒸発器１１３ｃとは、水回収ライン１７８ｄで接続されている。圧縮機１１ａで圧縮された空気Ａを冷却する冷却用空気冷却器１６６は、水回収ライン１７８ｄに設けられている。このため、本実施形態の冷却用空気冷却器１６６は、加熱水系熱交換器ではなく、回収水系熱交換器１７７ｄを成す。水回収ライン１７８ｄには、ランキンサイクル１５０における蒸発器１５１からの水を高圧蒸発器１１３ｃに送れるよう昇圧する高圧循環ポンプ１７９ｄが設けられている。
【０１３８】
排熱回収ボイラー１１０における第二高圧節炭器１１２ｄで加熱された水は、一部が高圧蒸発器１１３ｃに送られ、残りの一部が加熱水ライン１７１ｄを介してランキンサイクル１５０の蒸発器１５１に送られる。この蒸発器１５１では、低圧節炭器１１２ａ、第一高圧節炭器１１２ｃ及び第二高圧節炭器１１２ｄで加熱された液体の水ＨＷと液体の低沸点媒体ＬＭとを熱交換させ、低沸点媒体ＬＭを加熱し、この低沸点媒体ＬＭを蒸発させる（加熱工程）。この過程で、水ＨＷは、冷却されて、蒸発器１５１の加熱水出口から流出する。蒸発器１５１の加熱水出口から流出した水は、高圧循環ポンプ１７９ｄにより昇圧された後、水回収ライン１７８ｄを介して、冷却用空気冷却器１６６（回収水系熱交換器１７７ｄ）に送られる。冷却用空気冷却器１６６では、蒸発器１５１からの水と圧縮機１１ａで圧縮された空気の一部とが熱交換され、この空気が冷却される一方で、この水がさらに加熱される。冷却された空気は、タービンロータ３３の冷却空気流路３６に送られ、タービンロータ３３を冷却する。一方、冷却用空気冷却器１６６でさらに加熱された水は、水回収ライン１７８ｄを介して高圧蒸発器１１３ｃに送られる。
【０１３９】
以上のように、低沸点媒体ＬＭと熱交させる液体の水としては、低圧節炭器１１２ａで加熱された液体の水でなくてもよく、第二高圧節炭器１１２ｄで加熱された液体の水でもよく、さらに、他の節炭器で加熱された水でもよい。
【０１４０】
以上、本実施形態では、第二高圧節炭器１１２ｄで加熱された液体の水をランキンサイクル１５０に送り、この水と低沸点媒体ＬＭとを熱交換させているので、ランキンサイクル１５０の小型化、及びランキンサイクル１５０の熱効率向上を図ることができる。
【０１４１】
また、本実施形態では、ガスタービン１０ｂにおける冷却対象の熱を利用して、冷却用空気冷却器１６６で高圧蒸発器１１３ｃにおくる水を加熱するので、ガスタービン１０ｂの排熱を有効利用することできる。ガスタービン１０ｂの排熱を有効利用することで、回収熱量が増加した分は、低沸点媒体ＬＭとの熱交換で温度低下した第二高圧節炭器１１２ｄからの水の再加熱に利用される。
【０１４２】
また、第四実施形態及び本実施形態では、低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部を給水ライン１３１ａに戻す循環ポンプ１７９が設けられている。このため、第四実施形態及び本実施形態においても、低圧節炭器１１２ａを通る水の流量が増加し、低温の排気ガスＥＧの熱の有効利用を図ることができる。
【０１４３】
「第六実施形態」
図１３を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第六実施形態について説明する。
【０１４４】
本実施形態のガスタービンプラントは、第四実施形態のランキンサイクル１５０の構成を変更したものである。
【０１４５】
本実施形態の排熱回収装置１００ｅにおけるランキンサイクル１５０ｅは、液体の低沸点媒体ＬＭを加熱する加熱器１５５と、この加熱器１５５で加熱された液体の低沸点媒体ＬＭをさらに加熱して蒸発させる蒸発器（加熱器）１５１と、蒸発した低沸点媒体ＬＭで駆動するタービン１５２と、タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭを冷却して凝縮させる凝縮器１５３と、凝縮した低沸点媒体ＬＭとタービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭとを熱交換させて凝縮した低沸点媒体ＬＭを加熱する予熱器１５６と、凝縮した低沸点媒体ＬＭを昇圧して予熱器１５６及び加熱器１５５に送る低沸点媒体ポンプ１５４と、以上の要素間で低沸点媒体ＬＭが流れる低沸点媒体ライン１５７と、を備えている。タービン１５２には、例えば、このタービン１５２の駆動で発電する発電機１５９が接続されている。
【０１４６】
ランキンサイクル１５０ｅにおける蒸発器１５１の加熱水入口と排熱回収ボイラー１１０における高圧ポンプ１１６ｃの吐出口とは、第一加熱水ライン１７１ｂで接続されている。冷却用空気冷却器１６６は、この第一加熱水ライン１７１ｂに設けられている。よって、この冷却用空気冷却器１６６は、加熱水系熱交換器１６５を成す。蒸発器１５１の加熱水出口と給水ライン１３１ａ（予熱済み給水ライン１４９）とは、第一水回収ライン１７８で接続されている。この第一水回収ライン１７８には、循環ポンプ１７９が設けられている。ランキンサイクル１５０ｅにおける加熱器１５５の加熱水入口と排熱回収ボイラー１１０における低圧節炭器１１２ａの出口とは、第二加熱水ライン１７１で接続されている。加熱器１５５の加熱水出口と第一水回収ライン１７８とは、第二水回収ライン１７８ｂで接続されている。
【０１４７】
排熱回収ボイラー１１０における低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部は、第四実施形態と同様、高圧ポンプ１１６ｃで昇圧されてから、そのさらに一部が第一高圧節炭器１１２ｃに送られ、残りの一部が第一加熱水ライン１７１ｂを介して冷却用空気冷却器１６６に送られる。冷却用空気冷却器１６６では、低圧節炭器１１２ａで加熱され高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水と圧縮機１１ａで圧縮された空気の一部とが熱交換され、この空気が冷却される一方で、この水がさらに加熱される。冷却された空気は、タービンロータ３３の冷却空気流路３６に送られ、タービンロータ３３を冷却する。一方、冷却用空気冷却器１６６でさらに加熱された水は、第一加熱水ライン１７１ｂを介してランキンサイクル１５０ｅの蒸発器１５１に送られる。この蒸発器１５１では、低圧節炭器１１２ａ及び冷却用空気冷却器１６６で加熱された液体の水と液体の低沸点媒体ＬＭとを熱交換させ、低沸点媒体ＬＭを加熱し、この低沸点媒体ＬＭを蒸発させる（加熱工程）。この過程で、水は、冷却されて、蒸発器１５１の加熱水出口から流出する。蒸発器１５１の加熱水出口から流出した水は、第一水回収ライン１７８を介して、給水ライン１３１ａ（予熱済み給水ライン１４９）に流入する。
【０１４８】
蒸発器１５１で蒸発した低沸点媒体ＬＭは、タービン１５２に送られ、このタービン１５２を駆動させる。タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭは、予熱器１５６を介して凝縮器１５３に送られる。凝縮器１５３では、低沸点媒体ＬＭと冷却媒体とが交換され、低沸点媒体ＬＭが冷却されて凝縮する。凝縮した低沸点媒体ＬＭは、低沸点媒体ポンプ１５４により加熱器１５５及び予熱器１５６に送られる。加熱器１５５では、低圧節炭器１１２ａで加熱された液体の水と凝縮器１５３からの液体の低沸点媒体ＬＭとが熱交換され、液体の低沸点媒体ＬＭが加熱される。低沸点媒体ＬＭと熱交換した水は、加熱器１５５の加熱水出口から流出して、第二水回収ライン１７８ｂ及び第一水回収ライン１７８を介して、給水ライン１３１ａに流入する。予熱器１５６では、凝縮した低沸点媒体ＬＭとタービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭとが熱交換され、凝縮した低沸点媒体ＬＭが加熱される一方で、タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭが冷却される。タービン１５２を駆動させ、予熱器１５６で冷却された低沸点媒体ＬＭは、凝縮器１５３で冷却されて、前述したように、凝縮する。予熱器１５６で加熱された低沸点媒体ＬＭは、蒸発器１５１に送られる。
【０１４９】
このように、低沸点媒体ＬＭを互いの温度が異なる水で段階的に加熱してもよい。また、タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭの熱を利用して、凝縮した低沸点媒体ＬＭを加熱してもよい。
【０１５０】
以上、本実施形態でも、第四実施形態と同様、低圧節炭器１１２ａで加熱された液体の水をランキンサイクル１５０ｅに送り、この水と低沸点媒体ＬＭとを熱交換させているので、ランキンサイクル１５０ｅの小型化、及びランキンサイクル１５０ｅの熱効率向上、低温の排気ガスＥＧの熱の有効利用を図ることができる。さらに、本実施形態でも、ガスタービン１０ｂにおける冷却対象の熱を利用して、冷却用空気冷却器１６６でランキンサイクル１５０ｅにおくる水を加熱するので、ガスタービン１０ｂの排熱を有効利用することできる。ガスタービン１０ｂの排熱を有効利用することで、回収熱量が増加した分は、低沸点媒体ＬＭの加熱に利用される。
【０１５１】
また、本実施形態では、低沸点媒体ＬＭを互いの温度が異なる水で段階的に加熱するので、ランキンサイクル１５０ｅの出力及び効率を向上させることができる。
【０１５２】
「第七実施形態」
図１４を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第七実施形態について説明する。
【０１５３】
本実施形態のガスタービンプラントは、主として、第六実施形態のガスタービン１０ｂの構成及びランキンサイクル１５０ｅの構成を変更したものである。
【０１５４】
本実施形態のガスタービンプラントも、以上の各実施形態と同様、ガスタービン１０ｊと、ガスタービン１０ｊの駆動で発電する発電機４１と、ガスタービン１０ｊから排気された排気ガスＥＧの熱を回収する排熱回収装置１００ｊと、排熱回収装置１００ｊを通過した排気ガスＥＧを大気に放出する煙突６０と、を備えている。
【０１５５】
本実施形態のガスタービン１０ｊも、以上の実施形態と同様、圧縮機１１ｊと燃焼器２１とタービン３１ｊと有している。但し、本実施形態のタービン３１ｊにおけるロータ軸３４及び複数の動翼３５には、冷却空気が流れる冷却空気流路３６が形成されている。また、本実施形態のタービン３１ｊにおける静翼３８にも、冷却空気が流れる冷却空気流路（図示されていない）が形成されている。本実施形態のガスタービン１０ｊは、さらに、タービン３１ｊの高温部品を冷却する第一冷却用空気冷却器１６６ａ、第二冷却用空気冷却器１６６ｂ、及び第三冷却用空気冷却器１６６ｃを有している。
【０１５６】
第一冷却用空気冷却器１６６ａは、圧縮機１１ｊで圧縮された最終段からの空気Ａの一部を水との熱交換で冷却して、これをタービン３１ｊのロータ軸３４及び複数の動翼３５に形成されている冷却空気流路３６に送る。第二冷却用空気冷却器１６６ｂは、圧縮機１１ｊの最終段より前段からの空気Ａの一部を水との熱交換で冷却して、これをタービン３１ｊの特定段の静翼３８に形成されている冷却空気通路に送る。第三冷却用空気冷却器１６６ｃは、圧縮機１１ｊの前述の前段よりもさらに前段からの空気Ａの一部を水との熱交換で冷却して、これをタービン３１ｊの前述の特定段よりも後段の静翼３８に形成されている冷却空気通路に送る。
【０１５７】
本実施形態の排熱回収装置１００ｊは、ガスタービン１０ｊ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１１０ｊと、排熱回収ボイラー１１０ｊで発生した蒸気で駆動する蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃと、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃの駆動で発電する発電機１２２ａ，１２２ｃ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１１０ｊに戻す給水ポンプ１２４と、低沸点媒体ＬＭが循環するランキンサイクル１５０ｊと、を備えている。
【０１５８】
排熱回収装置１００ｊは、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃとして、低圧蒸気タービン１２１ａ、及び高圧蒸気タービン１２１ｃを有している。低圧蒸気タービン１２１ａ、高圧蒸気タービン１２１ｃには、それぞれ、発電機１２２ａ，１２２ｃが接続されている。
なお、ここでは、各蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃに発電機１２２ａ，１２２ｃを接続しているが、低圧蒸気タービン１２１ａ、高圧蒸気タービン１２１ｃのロータを互いに接続し、合計２基の蒸気タービンに対して、１基の発電機を接続してもよい。
【０１５９】
排熱回収ボイラー１１０ｊ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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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する高圧過熱器１１４ｃと、を有している。低圧節炭器１１２ａには、ここで加熱された水を低圧蒸発器１１３ａに導く低圧水ライン１１７が接続されている。この低圧水ライン１１７は、途中で分岐しており、低圧水分岐ライン１１７ｃとして高圧ポンプ１１６ｃの吸込口に接続されている。
【０１６２】
高圧蒸気発生部１１１ｃ、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３１ｊから煙突６０に向かう排気ガスＥＧの下流側に向かって、高圧過熱器１１４ｃ、高圧蒸発器１１３ｃ、高圧節炭器１１２ｃ、低圧過熱器１１４ａ、低圧蒸発器１１３ａ、低圧節炭器１１２ａの順序で並んでいる。
【０１６３】
復水器１２３と低圧節炭器１１２ａとは、給水ライン１３１ａで接続されている。この給水ライン１３１ａ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。高圧過熱器１１４ｃと高圧蒸気タービン１２１ｃの蒸気入口とは、高圧過熱器１１４ｃ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の蒸気出口には、高圧蒸気回収ライン１３９が接続されている。この高圧蒸気回収ライン１３９は、低圧蒸気ライン１３２に合流している。
【０１６４】
本実施形態の排熱回収装置１００ｊは、さらに、給水系熱交換器１６０ｊを備えている。この給水系熱交換器１６０ｊは、第二から第六実施形態における発電機冷却器１６１と、潤滑油冷却器１６２と、を有する。
【０１６５】
本実施形態の給水ライン１３１ａも、第二から第六実施形態と同様、給水ポンプ１２４の下流側で二つのラインに分岐している。一方のラインは、第一冷却水ライン１４１を成し、他方のラインは、第二冷却水ライン１４２を成す。第一冷却水ライン１４１は、発電機冷却器１６１の水入口に接続されている。第二冷却水ライン１４２は、潤滑油冷却器１６２の水入口に接続されている。発電機冷却器１６１の水出口及び潤滑油冷却器１６２の水出口には、それぞれ、予熱済み給水ライン１４９が接続されている。この予熱済み給水ライン１４９は、低圧節炭器１１２ａに接続されている。
【０１６６】
本実施形態の排熱回収装置１００ｊにおけるランキンサイクル１５０ｊは、液体の低沸点媒体ＬＭを加熱する第一加熱器１５５ａ、第二加熱器１５５ｂ及び第三加熱器１５５ｃと、これらの加熱器１５５ａ〜１５５ｃで加熱された液体の低沸点媒体ＬＭをさらに加熱して蒸発させる蒸発器（加熱器）１５１と、蒸発した低沸点媒体ＬＭで駆動するタービン１５２と、タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭを冷却して凝縮させる凝縮器１５３と、凝縮した低沸点媒体ＬＭとタービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭとを熱交換させて凝縮した低沸点媒体ＬＭを加熱する予熱器１５６と、凝縮した低沸点媒体ＬＭを昇圧して予熱器１５６及び加熱器１５５ａ〜１５５ｃに送る低沸点媒体ポンプ１５４と、以上の要素間で低沸点媒体ＬＭが流れる低沸点媒体ライン１５７ｊと、を備えている。タービン１５２には、例えば、このタービン１５２の駆動で発電する発電機１５９が接続されている。
【０１６７】
第一加熱器１５５ａの低沸点媒体入口、第三加熱器１５５ｃの低沸点媒体入口、及び予熱器１５６の低沸点媒体入口は、低沸点媒体ライン１５７ｊにより、低沸点媒体ポンプ１５４の吐出口と接続されている。すなわち、第一加熱器１５５ａ、第三加熱器１５５ｃ及び予熱器１５６は、低沸点媒体ポンプ１５４に対して、低沸点媒体ライン１５７ｊにより並列に接続されている。第一加熱器１５５ａの低沸点媒体出口と第二加熱器１５５ｂの低沸点媒体入口とは、低沸点媒体ライン１５７ｊにより接続されている。第二加熱器１５５ｂの低沸点媒体出口、第三加熱器１５５ｃの低沸点媒体出口、及び予熱器１５６の低沸点媒体出口は、低沸点媒体ライン１５７ｊにより、互いに合流した後、蒸発器１５１の低沸点媒体入口と接続されている。
【０１６８】
排熱回収ボイラー１１０ｊにおける高圧ポンプ１１６ｃの吐出口には、加熱水メインライン１７１ｍが接続されている。この加熱水メインライン１７１ｍは、三つに分岐しており、それぞれが第一加熱水ライン１７１ｄ、第二加熱水ライン１７１ｅ、第三加熱水ライン１７１ｆを成す。第一加熱水ライン１７１ｄには、ランキンサイクル１５０ｊにおける蒸発器１５１の加熱水入口が接続されている。第一冷却用空気冷却器１６６ａは、この第一加熱水ライン１７１ｄに設けられている。よって、この第一冷却用空気冷却器１６６ａは、第一加熱水系熱交換器１６５ａを成す。第二加熱水ライン１７１ｅには、ランキンサイクル１５０ｊにおける第二加熱器１５５ｂの加熱水入口が接続されている。第二冷却用空気冷却器１６６ｂは、この第二加熱水ライン１７１ｅに設けられている。よって、この第二冷却用空気冷却器１６６ｂは、第二加熱水系熱交換器１６５ｂを成す。第三加熱水ライン１７１ｆには、ランキンサイクル１５０ｊにおける第一加熱器１５５ａの加熱水入口が接続されている。第三冷却用空気冷却器１６６ｃは、この第三加熱水ライン１７１ｆに設けられている。よって、この第三冷却用空気冷却器１６６ｃは、第三加熱水系熱交換器１６５ｃを成す。
【０１６９】
ランキンサイクル１５０ｊにおける蒸発器１５１の加熱水出口には、第一水回収ライン１７８ｄが接続されている。この第一水回収ライン１７８ｄは、排熱回収ボイラー１１０ｊにおける低圧水ライン１１７に接続されている。ランキンサイクル１５０ｊにおける第二加熱器１５５ｂの加熱水出口には、第二水回収ライン１７８ｅが接続されている。この第二水回収ライン１７８ｅは、給水ライン１３１ａ（予熱済み給水ライン１４９）に接続されている。この第二水回収ライン１７８ｅには、ここを流れる水を昇圧する第二循環ポンプ１７９ｅが設けられている。第一加熱器１５５ａには、第三水回収ライン１７８ｆが接続されている。この第三水回収ライン１７８ｆは、第二水回収ライン１７８ｅに接続されている。
【０１７０】
排熱回収ボイラー１１０ｊにおける低圧水分岐ライン１１７ｃは、途中で分岐しており、これが第四加熱水ライン１７１ｇとして、ランキンサイクル１５０ｊにおける第三加熱器１５５ｃの加熱水入口に接続されている。第三加熱器１５５ｃの加熱水出口には、第四水回収ライン１７８ｇが接続されている。この第四水回収ライン１７８ｇは、第二水回収ライン１７８ｅと同様に、給水ライン１３１ａ（予熱済み給水ライン１４９）に接続されている。この第四水回収ライン１７８ｇには、ここを流れる水を昇圧する第四循環ポンプ１７９ｇが設けられている。
【０１７１】
排熱回収ボイラー１１０ｊにおける低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部は、高圧ポンプ１１６ｃで昇圧されてから、そのさらに一部が高圧節炭器１１２ｃに送られ、残りの一部が加熱水メインライン１７１ｍに送られる。加熱水メインライン１７１ｍに送られた水の一部は、第一加熱水ライン１７１ｄを介して第一冷却用空気冷却器１６６ａに送られる。加熱水メインライン１７１ｍに送られた水の他の一部は、第二加熱水ライン１７１ｅを介して第二冷却用空気冷却器１６６ｂに送られる。加熱水メインライン１７１ｍに送られた水の残りの一部は、第三加熱水ライン１７１ｆを介して第三冷却用空気冷却器１６６ｃに送られる。
【０１７２】
第一冷却用空気冷却器１６６ａでは、低圧節炭器１１２ａで加熱され高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水と、圧縮機１１ｊで圧縮された最終段からの空気の一部とが熱交換され、この空気が冷却される一方で、この水がさらに加熱される。冷却された空気は、タービンロータ３３の冷却空気流路３６に送られ、タービンロータ３３を冷却する。一方、第一冷却用空気冷却器１６６ａでさらに加熱された水は、第一加熱水ライン１７１ｄを介してランキンサイクル１５０ｊにおける蒸発器１５１に送られる。
【０１７３】
第二冷却用空気冷却器１６６ｂでは、低圧節炭器１１２ａで加熱され高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水と、圧縮機１１ｊの最終段より前段からの空気の一部とが熱交換され、この空気が冷却される一方で、この水がさらに加熱される。冷却された空気は、タービン３１ｊの特定段の静翼３８に形成されている冷却空気通路に送れ、特定段の静翼３８を冷却する。一方、第二冷却用空気冷却器１６６ｂでさらに加熱された水は、第二加熱水ライン１７１ｅを介してランキンサイクル１５０ｊにおける第二加熱器１５５ｂに送られる。
【０１７４】
第三冷却用空気冷却器１６６ｃでは、低圧節炭器１１２ａで加熱され高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水と、圧縮機１１ｊの前述の前段よりもさらに前段からの空気の一部とが熱交換され、この空気が冷却される一方で、この水がさらに加熱される。冷却された空気は、タービン３１ｊの前述の特定段よりも後段の静翼３８に形成されている冷却空気通路に送られ、この後段の静翼３８を冷却する。一方、第三冷却用空気冷却器１６６ｃでさらに加熱された水は、第三加熱水ライン１７１ｆを介してランキンサイクル１５０ｊにおける第一加熱器１５５ａに送られる。
【０１７５】
ランキンサイクル１５０ｊの蒸発器１５１では、低圧節炭器１１２ａ及び第一冷却用空気冷却器１６６ａで加熱された液体の水と液体の低沸点媒体ＬＭとを熱交換させ、低沸点媒体ＬＭを加熱し、この低沸点媒体ＬＭを蒸発させる（加熱工程）。この過程で、水は、冷却されて、蒸発器１５１の加熱水出口から流出する。蒸発器１５１の加熱水出口から流出した水は、第一水回収ライン１７８ｄ及び排熱回収ボイラー１１０ｊの低圧水ライン１１７を介して、低圧蒸発器１１３ａに流入する。
【０１７６】
蒸発器１５１で蒸発した低沸点媒体ＬＭは、タービン１５２に送られ、このタービン１５２を駆動させる。タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭは、予熱器１５６を介して凝縮器１５３に送られる。凝縮器１５３では、低沸点媒体ＬＭと冷却媒体とが熱交換され、低沸点媒体ＬＭが冷却されて凝縮する。凝縮した低沸点媒体ＬＭは、低沸点媒体ポンプ１５４により、第一加熱器１５５ａ、第三加熱器１５５ｃ及び予熱器１５６に送られる。
【０１７７】
第一加熱器１５５ａでは、低圧節炭器１１２ａ及び第三冷却用空気冷却器１６６ｃで加熱された液体の水と液体の低沸点媒体ＬＭとを熱交換させ、低沸点媒体ＬＭを加熱する。
この過程で、水は、冷却されて、第一加熱器１５５ａの加熱水出口から第三水回収ライン１７８ｆに流出する。
【０１７８】
第二加熱器１５５ｂでは、低圧節炭器１１２ａ及び第二冷却用空気冷却器１６６ｂで加熱された液体の水と、第一加熱器１５５ａで加熱された液体の低沸点媒体ＬＭとを熱交換させ、低沸点媒体ＬＭをさらに加熱する。この過程で、水は、冷却されて、第二加熱器１５５ｂの加熱水出口から第二水回収ライン１７８ｅに流出する。この水は、第二水回収ライン１７８ｅを流れる過程で、第一加熱器１５５ａから第三水回収ライン１７８ｆを経てきた水と合流する。そして、この水は、第一加熱器１５５ａからの水と共に、第二循環ポンプ１７９ｅで昇圧されてから、給水ライン１３１ａ（予熱済み給水ライン１４９）を経て、低圧節炭器１１２ａに流入する。
【０１７９】
第三加熱器１５５ｃでは、低圧節炭器１１２ａで加熱された液体の水と液体の低沸点媒体ＬＭとを熱交換させ、低沸点媒体ＬＭを加熱する。この過程で、水は、冷却されて、第三加熱器１５５ｃの加熱水出口から第四水回収ライン１７８ｇに流出する。そして、この水は、第四循環ポンプ１７９ｇで昇圧されてから、給水ライン１３１ａ（予熱済み給水ライン１４９）を経て、低圧節炭器１１２ａに流入する。
【０１８０】
予熱器１５６では、凝縮した低沸点媒体ＬＭとタービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭとが熱交換され、凝縮した低沸点媒体ＬＭが加熱される一方で、タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭが冷却される。タービン１５２を駆動させ、予熱器１５６で冷却された低沸点媒体ＬＭは、凝縮器１５３で冷却されて、前述したように、凝縮する。
【０１８１】
第一加熱器１５５ａ及び第二加熱器１５５ｂで加熱された低沸点媒体ＬＭ、第三加熱器１５５ｃで加熱された低沸点媒体ＬＭ、及び予熱器１５６で加熱された低沸点媒体ＬＭは、合流した後、蒸発器１５１に送られる。
【０１８２】
本実施形態のように、第六実施形態とは異なる形態で、低沸点媒体ＬＭを互いの温度が異なる水で段階的に加熱してもよい。また、第六実施形態と同様に、タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭの熱を利用して、凝縮した低沸点媒体ＬＭを加熱してもよい。
【０１８３】
以上、本実施形態でも、第四実施形態や第六実施形態等と同様、低圧節炭器１１２ａで加熱された液体の水をランキンサイクル１５０ｊに送り、この水と低沸点媒体ＬＭとを熱交換させているので、ランキンサイクル１５０ｊの小型化、及びランキンサイクル１５０ｊの熱効率向上、低温の排気ガスＥＧの熱の有効利用を図ることができる。
【０１８４】
さらに、本実施形態でも、ガスタービン１０ｊにおける冷却対象の熱を利用して、冷却用空気冷却器１６６ａ，１６６ｂ，１６６ｃでランキンサイクル１５０ｊにおくる水を加熱するので、ガスタービン１０ｊの排熱を有効利用することできる。ガスタービン１０ｊの排熱を有効利用することで、回収熱量が増加した分は、低沸点媒体ＬＭの加熱に利用される。
【０１８５】
また、本実施形態でも、第六実施形態と同様、低沸点媒体ＬＭを互いの温度が異なる水で段階的に加熱するので、ランキンサイクル１５０ｊの出力及び効率を向上させることができる。また、本実施形態では、加熱器１５５ａと加熱器１５５ｂとを直列に配置すると共に、加熱器１５５ａ及び加熱器１５５ｂと、加熱器１５５ｃとを並列に配置することにより、熱源となる水の流量及び温度レベルに応じて、適切な箇所での熱の受け取りが可能になり、出力及び効率を増大することができる。
【０１８６】
「第八実施形態」
図１５を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第八実施形態について説明する。
【０１８７】
本実施形態のガスタービンプラントは、主として、第七実施形態のランキンサイクル１５０ｊの構成を変更したものである。
【０１８８】
本実施形態のガスタービン１０ｊは、第七実施形態と同様である。よって、本実施形態のガスタービン１０ｊも、第一冷却用空気冷却器１６６ａ、第二冷却用空気冷却器１６６ｂ、及び第三冷却用空気冷却器１６６ｃを有している。また、本実施形態の排熱回収装置１００ｋは、ランキンサイクル１５０ｋと、第七実施形態と同じ排熱回収ボイラー１１０ｊと、を備えている。本実施形態の排熱回収装置１００ｋは、さらに、接続物冷却器１８０を備えている。この接続物冷却器１８０は、第二から第六実施形態における発電機冷却器１６１と、潤滑油冷却器１６２と、を有する。発電機冷却器１６１は、発電機４１の冷却媒体と、接続物冷却媒体とを熱交換させる。この発電機冷却器１６１の接続物冷却媒体入口には、第一冷却済み媒体ライン１８１ａが接続されている。この発電機冷却器１６１の接続物冷却媒体出口には、第一加熱後媒体ライン１８２ａが接続されている。潤滑油冷却器１６２は、潤滑油と接続物冷却媒体とを熱交換させる。この潤滑油冷却器１６２の接続物冷却媒体入口には、第二冷却済み媒体ライン１８１ｂが接続されている。この潤滑油冷却器１６２の接続物冷却媒体出口には、第二加熱後媒体ライン１８２ｂが接続されている。
【０１８９】
本実施形態の給水ライン１３１は、第一実施形態と同様、低圧節炭器１１２ａに接続されている。すなわち、本実施形態の給水ライン１３１は、第二から第七実施形態と異なり、発電機冷却器１６１や潤滑油冷却器１６２を経由しない。
【０１９０】
本実施形態の排熱回収装置１００ｋにおけるランキンサイクル１５０ｋは、液体の低沸点媒体ＬＭを加熱する第一加熱器１５５ａ、第二加熱器１５５ｂ、第三加熱器１５５ｅ、及び第四加熱器１５５ｆと、これらの加熱器１５５ａ，１５５ｂ，１５５ｅ，１５５ｆで加熱された液体の低沸点媒体ＬＭをさらに加熱して蒸発させる蒸発器（加熱器）１５１と、蒸発した低沸点媒体ＬＭで駆動するタービン１５２と、タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭを冷却して凝縮させる凝縮器１５３と、凝縮した低沸点媒体ＬＭとタービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭとを熱交換させて凝縮した低沸点媒体ＬＭを加熱する予熱器１５６と、凝縮した低沸点媒体ＬＭを昇圧して予熱器１５６及び加熱器１５５ａ，１５５ｂ，１５５ｅ，１５５ｆに送る低沸点媒体ポンプ１５４と、以上の要素間で低沸点媒体ＬＭが流れる低沸点媒体ライン１５７ｋと、を備えている。タービン１５２には、例えば、このタービン１５２の駆動で発電する発電機１５９が接続されている。
【０１９１】
第三加熱器１５５ｅの低沸点媒体入口、第四加熱器１５５ｆの低沸点媒体入口、及び予熱器１５６の低沸点媒体入口は、低沸点媒体ライン１５７ｋにより、低沸点媒体ポンプ１５４の吐出口と接続されている。第三加熱器１５５ｅは、低沸点媒体ポンプ１５４からの低沸点媒体ＬＭと、発電機冷却器１６１からの接続物冷却媒体とを熱交換させる。このため、第三加熱器１５５ｅの接続物冷却媒体入口には、第一加熱後媒体ライン１８２ａが接続され、第三加熱器１５５ｅの接続物冷却媒体出口には、第一冷却済み媒体ライン１８１ａが接続されている。第四加熱器１５５ｆは、低沸点媒体ポンプ１５４からの低沸点媒体ＬＭと、潤滑油冷却器１６２からの接続物冷却媒体とを熱交換させる。このため、第四加熱器１５５ｆの接続物冷却媒体入口には、第二加熱後媒体ライン１８２ｂが接続され、第四加熱器１５５ｆの接続物冷却媒体出口には、第二冷却済み媒体ライン１８１ｂが接続されている。よって、第三加熱器１５５ｅ及び第四加熱器１５５ｆは、低沸点媒体と接続物冷却媒体とを熱交換させるＢ加熱器を成す。
【０１９２】
第三加熱器１５５ｅの低沸点媒体出口、及び第四加熱器１５５ｆの低沸点媒体出口は、低沸点媒体ライン１５７ｋにより、互いに合流した後、第一加熱器１５５ａの低沸点媒体入口と接続されている。第一加熱器１５５ａの低沸点媒体出口と第二加熱器１５５ｂの低沸点媒体入口とは、低沸点媒体ライン１５７ｋにより接続されている。第二加熱器１５５ｂの低沸点媒体出口、及び予熱器１５６の低沸点媒体出口は、低沸点媒体ライン１５７ｋにより、互いに合流した後、蒸発器１５１の低沸点媒体入口と接続されている。
【０１９３】
第一冷却用空気冷却器１６６ａが設けられている第一加熱水ライン１７１ｄには、第七実施形態と同様、蒸発器１５１の加熱水入口に接続されている。第二冷却用空気冷却器１６６ｂが設けられている第二加熱水ライン１７１ｅには、第七実施形態と同様、第二加熱器１５５ｂの加熱水入口が接続されている。第三冷却用空気冷却器１６６ｃが設けられている第三加熱水ライン１７１ｆには、第七実施形態と同様、第一加熱器１５５ａの加熱水入口が接続されている。よって、第二加熱器１５５ｂ及び第一加熱器１５５ａは、液体の低沸点媒体ＬＭと加熱水ラインを通ってきた液体の水とを熱交換させるＡ加熱器を成す。
【０１９４】
ランキンサイクル１５０ｋにおける蒸発器１５１の加熱水出口には、第七実施形態と同様、第一水回収ライン１７８ｄが接続されている。この第一水回収ライン１７８ｄは、排熱回収ボイラー１１０ｊにおける低圧水ライン１１７に接続されている。ランキンサイクル１５０ｋにおける第二加熱器１５５ｂの加熱水出口には、第二水回収ライン１７８ｅが接続されている。この第二水回収ライン１７８ｅは、給水ライン１３１に接続されている。この第二水回収ライン１７８ｅには、ここを流れる水を昇圧する第二循環ポンプ１７９ｅが設けられている。第一加熱器１５５ａには、第七実施形態と同様、第三水回収ライン１７８ｆが接続されている。この第三水回収ライン１７８ｆは、第二水回収ライン１７８ｅに接続されている。
【０１９５】
ランキンサイクル１５０ｋの蒸発器１５１では、第七実施形態と同様、低圧節炭器１１２ａ及び第一冷却用空気冷却器１６６ａで加熱された液体の水と液体の低沸点媒体ＬＭとを熱交換させ、低沸点媒体ＬＭを加熱し、この低沸点媒体ＬＭを蒸発させる（Ａ加熱工程）。この過程で、水は、冷却されて、蒸発器１５１の加熱水出口から流出する。蒸発器１５１の加熱水出口から流出した水は、第一水回収ライン１７８ｄ及び排熱回収ボイラー１１０ｊの低圧水ライン１１７を介して、低圧蒸発器１１３ａに流入する。
【０１９６】
蒸発器１５１で蒸発した低沸点媒体ＬＭは、第七実施形態と同様、タービン１５２に送られ、このタービン１５２を駆動させる。タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭは、予熱器１５６を介して凝縮器１５３に送られる。凝縮器１５３では、低沸点媒体ＬＭと冷却媒体とが熱交換され、低沸点媒体ＬＭが冷却されて凝縮する。凝縮した低沸点媒体ＬＭは、低沸点媒体ポンプ１５４により、第三加熱器１５５ｅ、第四加熱器１５５ｆ及び予熱器１５６に送られる。
【０１９７】
第三加熱器１５５ｅでは、発電機冷却器１６１で加熱された接続物冷却媒体と液体の低沸点媒体ＬＭとを熱交換させる。この結果、低沸点媒体ＬＭが加熱される一方で（Ｂ加熱工程）、接続物冷却媒体が冷却される。冷却された接続物冷却媒体は、第一冷却済み媒体ライン１８１ａを介して、発電機冷却器１６１に戻る。発電機冷却器１６１では、冷却された接続物冷却媒体と発電機４１の冷却媒体と熱交換させる（接続物冷却工程）。第四加熱器１５５ｆでは、潤滑油冷却器１６２で加熱された接続物冷却媒体と液体の低沸点媒体ＬＭとを熱交換させる。この結果、低沸点媒体ＬＭが加熱される一方で（Ｂ加熱工程）、接続物冷却媒体が冷却される。冷却された接続物冷却媒体は、第二冷却済み媒体ライン１８１ｂを介して、潤滑油冷却器１６２に戻る。潤滑油冷却器１６２では、冷却された接続物冷却媒体と潤滑油と熱交換させる（接続物冷却工程）。
【０１９８】
第一加熱器１５５ａでは、低圧節炭器１１２ａ及び第三冷却用空気冷却器１６６ｃで加熱された液体の水と、第三加熱器１５５ｅ及び第四加熱器１５５ｆで加熱された液体の低沸点媒体ＬＭとを熱交換させ、低沸点媒体ＬＭをさらに加熱する（Ａ加熱工程）。この過程で、水は、冷却されて、第一加熱器１５５ａの加熱水出口から第三水回収ライン１７８ｆへ流出する。
【０１９９】
第二加熱器１５５ｂでは、第七実施形態と同様、低圧節炭器１１２ａ及び第二冷却用空気冷却器１６６ｂで加熱された液体の水と、第一加熱器１５５ａで加熱された液体の低沸点媒体ＬＭとを熱交換させ、低沸点媒体ＬＭをさらに加熱する（Ａ加熱工程）。この過程で、水は、冷却されて、第二加熱器１５５ｂの加熱水出口から第二水回収ライン１７８ｅに流出する。この水は、第七実施形態と同様、第二水回収ライン１７８ｅを流れる過程で、第一加熱器１５５ａから第三水回収ライン１７８ｆを経てきた水と合流する。そして、この水は、第一加熱器１５５ａからの水と共に、第二循環ポンプ１７９ｅで昇圧されてから、給水ライン１３１を経て、低圧節炭器１１２ａに流入する。
【０２００】
予熱器１５６では、第七実施形態と同様、凝縮した低沸点媒体ＬＭとタービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭとが熱交換され、凝縮した低沸点媒体ＬＭが加熱される一方で、タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭが冷却される。タービン１５２を駆動させ、予熱器１５６で冷却された低沸点媒体ＬＭは、凝縮器１５３で冷却されて、前述したように、凝縮する。
【０２０１】
第三加熱器１５５ｅ、第四加熱器１５５ｆ、第一加熱器１５５ａ及び第二加熱器１５５ｂで加熱された低沸点媒体ＬＭ、予熱器１５６で加熱された低沸点媒体ＬＭは、合流した後、蒸発器１５１に送られる。
【０２０２】
本実施形態のように、第六実施形態や第七実施形態とは異なる形態で、低沸点媒体ＬＭを互いの温度が異なる水や接続物冷却媒体で段階的に加熱してもよい。また、第六実施形態と同様に、タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭの熱を利用して、凝縮した低沸点媒体ＬＭを加熱してもよい。
【０２０３】
以上、本実施形態でも、第四実施形態や第六実施形態等と同様、低圧節炭器１１２ａで加熱された液体の水をランキンサイクル１５０ｋに送り、この水と低沸点媒体ＬＭとを熱交換させているので、ランキンサイクル１５０ｋの小型化、及びランキンサイクル１５０ｋの熱効率向上、低温の排気ガスＥＧの熱の有効利用を図ることができる。
【０２０４】
さらに、本実施形態でも、冷却用空気冷却器１６６ａ，１６６ｂ，１６６ｃで回収されたガスタービン１０ｊの排熱をランキンサイクル１５０ｋで有効に利用することができる。さらに、本実施形態では、発電機冷却器１６１及び潤滑油冷却器１６２で回収されたガスタービンの接続物の排熱をランキンサイクル１５０ｋで有効利用することができる。
【０２０５】
また、本実施形態でも、第六実施形態や第七実施形態と同様、低沸点媒体ＬＭを段階的に加熱するので、ランキンサイクル１５０ｋの出力を向上させることができる。さらに、本実施形態では、比較的低温の接続物の排熱と、比較的高温の低圧節炭器１１２ａ及び第一冷却用空気冷却器１６６ａで加熱された液体の水の熱を併用することにより、比較的低温の排熱も有効に活用しつつ、ランキンサイクル１５０ｋの出力及び効率を高めることができ、結果として、プラントの出力及び効率を高めることができる。
【０２０６】
なお、第四実施形態から第八実施形態では、冷却用空気冷却器１６６（又は第一冷却用空気冷却器１６６ａ）で冷却された空気は、タービンロータ３３の冷却空気流路３６に送られ、タービンロータ３３を冷却する。しかしながら、この空気を、ガスタービンを構成する部品のうちで燃焼ガスに接する高温部品であれば、タービンロータ３３以外の高温部品に送ってもよい。また、第七実施形態及び第八実施形態では、第二冷却用空気冷却器１６６ｂや第三冷却用空気冷却器１６６ｃで冷却された空気は、タービン３１ｊの静翼３８を冷却する。しかしながら、この空気も、ガスタービンを構成する部品のうちで燃焼ガスに接する高温部品であれば、静翼３８以外の高温部品に送ってもよい。
【０２０７】
例えば、図１６に示すように、冷却用空気冷却器１６６等で冷却された圧縮機１１ａからの空気を燃焼器２１に送ってもよい。燃焼器２１は、圧縮機１１ａ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１１ａ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、冷却空気が通る冷却空気流路２４が形成されている。冷却用空気冷却器１６６等で冷却された圧縮機１１ａからの空気は、この燃焼筒２３の冷却空気流路２４に送られ、燃焼筒２３を冷却する。この場合、冷却用空気冷却器１６６からの空気Ａは、冷却空気圧縮機２９で昇圧された後、燃焼器２１に送られる。
【０２０８】
「低沸点媒体ランキンサイクルの変形例」
ガスタービンプラントに適用する低沸点媒体ランキンサイクルは、第一実施形態等のランキンサイクル１５０、第六実施形態のランキンサイクル１５０ｅ、第七実施形態のランキンサイクル１５０ｊ、第八実施形態のランキンサイクル１５０ｋに限定されず、如何なるものでもよい。以下、ランキンサイクルの他の例について説明する。
【０２０９】
第一変形例のランキンサイクル１５０ｆは、図１７に示すように、液体の低沸点媒体ＬＭを水と熱交換させて低沸点媒体ＬＭ加熱して蒸発させる蒸発器（加熱器）１５１と、蒸発した低沸点媒体ＬＭで駆動するタービン１５２と、タービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭを冷却して凝縮させる凝縮器１５３と、凝縮した低沸点媒体ＬＭとタービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭとを熱交換させて凝縮した低沸点媒体ＬＭを加熱する予熱器１５６と、凝縮した低沸点媒体ＬＭを昇圧して予熱器１５６及び蒸発器１５１に送る低沸点媒体ポンプ１５４と、以上の要素間で低沸点媒体ＬＭが流れる低沸点媒体ライン１５７ｆと、を備えている。
【０２１０】
すなわち、第一変形例のランキンサイクル１５０ｆは、第六実施形態のランキンサイクル１５０ｅにおける加熱器１５５を省いたものである。
【０２１１】
第二変形例のランキンサイクル１５０ｇは、図１８に示すように、液体の低沸点媒体ＬＭを水と熱交換させて低沸点媒体ＬＭを加熱して蒸発させる蒸発器（加熱器）１５１と、蒸発した低沸点媒体ＬＭで駆動する高圧タービン１５２ｃと、高圧タービン１５２ｃを駆動させた低沸点媒体ＬＭを水と熱交換させて低沸点媒体ＬＭを加熱する再熱器１５６ａと、再熱器１５６ａで加熱された低沸点媒体ＬＭで駆動する低圧タービン１５２ａと、低圧タービン１５２ａを駆動させた低沸点媒体ＬＭを冷却して凝縮させる凝縮器１５３と、凝縮した低沸点媒体ＬＭを昇圧して蒸発器１５１に送る低沸点媒体ポンプ１５４と、以上の要素間で低沸点媒体ＬＭが流れる低沸点媒体ライン１５７ｇと、を備えている。
【０２１２】
第一変形例のランキンサイクル１５０ｆにおける予熱器１５６では、凝縮した低沸点媒体ＬＭとタービン１５２を駆動させた低沸点媒体ＬＭとを熱交換させて、凝縮した低沸点媒体ＬＭを加熱する。一方、第二変形例のランキンサイクル１５０ｇにおける再熱器１５６ａでは、高圧タービン１５２ｃを駆動させた低沸点媒体ＬＭと外部からの水とを熱交換させて、高圧タービン１５２ｃを駆動させた低沸点媒体ＬＭを加熱し、これを低圧タービン１５２ａに送る。なお、本変形例において、蒸発器１５１に供給される水と再熱器１５６ａに供給される水とは、同一の供給源からの水であってもよいし、異なる供給源から水であってもよい。
【０２１３】
第三変形例のランキンサイクル１５０ｈは、図１９に示すように、凝縮している低沸点媒体ＬＭを昇圧する低沸点媒体低圧ポンプ１５４ａと、低沸点媒体低圧ポンプ１５４ａで昇圧された低沸点媒体ＬＭをさらに昇圧する低沸点媒体高圧ポンプ１５４ｃと、低沸点媒体高圧ポンプ１５４ｃからの低沸点媒体ＬＭを水ＨＷ１と熱交換させて蒸発させる高圧蒸発器１５１ｃと、高圧蒸発器１５１ｃからの低沸点媒体ＬＭで駆動する高圧タービン１５２ｃと、低沸点媒体低圧ポンプ１５４ａからの低沸点媒体ＬＭを水ＨＷ２と熱交換させて蒸発させる低圧蒸発器１５１ａと、低圧蒸発器１５１ａからの低沸点媒体ＬＭで駆動する低圧タービン１５２ａと、低圧タービン１５２ａを駆動させた低沸点媒体ＬＭを冷却して凝縮させる凝縮器１５３と、以上の要素間で低沸点媒体ＬＭが流れる低沸点媒体ライン１５７ｈと、を備えている。なお、高圧蒸発器１５１ｃに供給される液体の水ＨＷ１の温度は、低圧蒸発器１５１ａに供給される液体の水ＨＷ２の温度よりも高い。
【０２１４】
高圧蒸発器１５１ｃで蒸発した低沸点媒体ＬＭは、高圧タービン１５２ｃに送られ、この高圧タービン１５２ｃを駆動させる。高圧タービン１５２ｃを駆動させた低沸点媒体ＬＭは、低圧蒸発器１５１ａで発生した低沸点媒体ＬＭと混ざり合ってから低圧タービン１５２ａに送られ、この低圧タービン１５２ａを駆動させる。低圧タービン１５２ａを駆動させた低沸点媒体ＬＭは、凝縮器１５３で凝縮される。凝縮器１５３で凝縮された低沸点媒体ＬＭは、低沸点媒体低圧ポンプ１５４ａで昇圧される。低沸点媒体低圧ポンプ１５４ａで昇圧された低沸点媒体ＬＭは、一部が低圧蒸発器１５１ａに送られ、残りの低沸点媒体ＬＭは、低沸点媒体高圧ポンプ１５４ｃに送られる。
【０２１５】
低圧蒸発器１５１ａに供給される液体の水ＨＷ２としては、例えば、潤滑油冷却水、発電機冷却水、ガスタービン圧縮機中間冷却の冷却水、排熱回収ボイラー１１０における低圧節炭器１１２ａで加熱された水や中圧節炭器１１２ｂで加熱された水等が考えられる。
また、高圧蒸発器１５１ｃに供給される液体の水ＨＷ１としては、低圧蒸発器１５１ａに供給される液体の水ＨＷ２が排熱回収ボイラー１１０における低圧節炭器１１２ａで加熱された水である場合には、中圧節炭器１１２ｂで加熱された水、第二高圧節炭器１１２ｄで加熱された水等が考えられる。
【０２１６】
第四変形例のランキンサイクル１５０ｉは、図２０に示すように、凝縮している低沸点媒体ＬＭを昇圧する低沸点媒体低圧ポンプ１５４ａと、低沸点媒体低圧ポンプ１５４ａで昇圧された低沸点媒体ＬＭをさらに昇圧する低沸点媒体中圧ポンプ１５４ｂと、低沸点媒体中圧ポンプ１５４ｂで昇圧された低沸点媒体ＬＭをさらに昇圧する低沸点媒体高圧ポンプ１５４ｃと、低沸点媒体高圧ポンプ１５４ｃからの低沸点媒体ＬＭを水ＨＷ１と熱交換させて蒸発させる高圧蒸発器１５１ｃと、高圧蒸発器１５１ｃからの低沸点媒体ＬＭで駆動する高圧タービン１５２ｃと、低沸点媒体中圧ポンプ１５４ｂからの低沸点媒体ＬＭを水ＨＷ２と熱交換させて蒸発させる中圧蒸発器１５１ｂと、中圧蒸発器１５１ｂからの低沸点媒体ＬＭで駆動する中圧タービン１５２ｂと、低沸点媒体低圧ポンプ１５４ａからの低沸点媒体ＬＭを水ＨＷ３と熱交換させて蒸発させる低圧蒸発器１５１ａと、低圧蒸発器１５１ａからの低沸点媒体ＬＭで駆動する低圧タービン１５２ａと、低圧タービン１５２ａを駆動させた低沸点媒体ＬＭを冷却して凝縮させる凝縮器１５３と、以上の要素間で低沸点媒体ＬＭが流れる低沸点媒体ライン１５７ｉと、を備えている。なお、高圧蒸発器１５１ｃに供給される液体の水ＨＷ１の温度は、中圧蒸発器１５１ｂに供給される液体の水ＨＷ２の温度よりも高い。また、中圧蒸発器１５１ｂに供給される液体の水ＨＷ２の温度は、低圧蒸発器１５１ａに供給される液体の水ＨＷ３の温度よりも高い。
【０２１７】
高圧蒸発器１５１ｃで蒸発した低沸点媒体ＬＭは、高圧タービン１５２ｃに送られ、この高圧タービン１５２ｃを駆動させる。高圧タービン１５２ｃを駆動させた低沸点媒体ＬＭは、中圧蒸発器１５１ｂで発生した低沸点媒体ＬＭと混ざり合ってから中圧タービン１５２ｂに送られ、この中圧タービン１５２ｂを駆動させる。中圧タービン１５２ｂを駆動させた低沸点媒体ＬＭは、低圧蒸発器１５１ａで発生した低沸点媒体ＬＭと混ざり合ってから低圧タービン１５２ａに送られ、この低圧タービン１５２ａを駆動させる。低圧タービン１５２ａを駆動させた低沸点媒体ＬＭは、凝縮器１５３で凝縮される。凝縮器１５３で凝縮された低沸点媒体ＬＭは、低沸点媒体低圧ポンプ１５４ａで昇圧される。低沸点媒体低圧ポンプ１５４ａで昇圧された低沸点媒体ＬＭは、一部が低圧蒸発器１５１ａに送られ、残りの低沸点媒体ＬＭは、低沸点媒体中圧ポンプ１５４ｂに送られる。低沸点媒体中圧ポンプ１５４ｂで昇圧された低沸点媒体ＬＭは、一部が中圧蒸発器１５１ｂに送られ、残りの低沸点媒体ＬＭは、低沸点媒体高圧ポンプ１５４ｃに送られる。
【０２１８】
低圧蒸発器１５１ａに供給される液体の水ＨＷ３としては、例えば、潤滑油冷却水、発電機冷却水、ガスタービン圧縮機中間冷却の冷却水、排熱回収ボイラー１１０における低圧節炭器１１２ａで加熱された水等が考えられる。また、中圧蒸発器１５１ｂに供給される液体の水ＨＷ２としては、排熱回収ボイラー１１０における中圧節炭器１１２ｂで加熱された水等が考えられる。高圧蒸発器１５１ｃに供給される液体の水ＨＷ１としては、排熱回収ボイラー１１０における第二高圧節炭器１１２ｄで加熱された水等が考えられる。
【０２１９】
「圧縮機の変形例」
第二〜第六実施形態の圧縮機１１ａは、互い独立した圧縮機ケーシングを有する低圧圧縮機１２ａと高圧圧縮機１２ｂとを含んで構成されている。しかしながら、第二〜第六実施形態の圧縮機は、図２１に示すように、一つの圧縮機ケーシング１７ｃを有するものであってもよい。
【０２２０】
この場合、一つの圧縮機ケーシング１７ｃの中段に抽気ポート１８を形成すると共に、抽気ポート１８に隣接し且つこの抽気ポート１８よりも高圧側に吸気ポート１９を形成する。抽気ポート１８には中間冷却器１６３の空気入口を接続し、吸気ポート１９には中間冷却器１６３の空気出口を接続する。このような圧縮機１１ｂでは、抽気ポート１８よりも低圧側が低圧圧縮部１４ａを成し、吸気ポート１９よりも高圧側が高圧圧縮部１４ｂを成す。
【０２２１】
「排熱回収装置の変形例」
以上の各実施形態の排熱回収装置は、いずれも、蒸気タービンを備えている。しかしながら、排熱回収装置１００ｆは、図２２に示すように、節炭器と、節炭器で加熱された水をさらに加熱して蒸気にする蒸発器を有する排熱回収ボイラー１１０ｆを備えていれば、蒸気タービンは無くてもよい。
【０２２２】
図２２に示す排熱回収ボイラー１１０ｆでは、低圧蒸気発生部１１１ａからの低圧蒸気ＬＳは、低圧蒸気利用設備７１ａに送られ、中圧蒸気発生部１１１ｂからの中圧蒸気ＩＳは、中圧蒸気利用設備７１ｂに送られ、高圧蒸気発生部１１１ｃからの高圧蒸気ＨＳは、高圧蒸気利用設備７１ｃに送られる。各蒸気利用設備７１ａ，７１ｂ，７１ｃに送られた蒸気は、液体の水に戻されてから、給水ポンプ１２４に送られる。
【０２２３】
また、ここでは、低圧蒸気発生部１１１ａ、中圧蒸気発生部１１１ｂ、高圧蒸気発生部１１１ｃを有する排熱回収ボイラー１１０ｆを例示しているが、節炭器と、節炭器で加熱された水をさらに加熱して蒸気にする蒸発器を有するものであれば、如何なる排熱回収ボイラーであってもよい。
【符号の説明】
【０２２４】
１０，１０ａ，１０ｊ：ガスタービン、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｊ：圧縮機、１２
ａ：低圧圧縮機、１２ｂ：高圧圧縮機、２１：燃焼器、３１，３１ｊ：タービン、３３：
タービンロータ、３６：冷却空気流路、４０，４０ａ：ガスタービンロータ、４１：発電
機、４５：軸受、７１ａ：低圧蒸気利用設備、７１ｂ：中圧蒸気利用設備、７１ｃ：高圧
蒸気利用設備、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ
，１００ｊ，１００ｋ：排熱回収装置、１１０，１１０ｆ，１１０ｊ：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、
１１２ａ：低圧節炭器、１１３ａ：低圧蒸発器、１２３：復水器、１２４：給水ポンプ、
１３１：給水ライン、１４１：第一冷却水ライン、１４２：第二冷却水ライン、１４３：
第三冷却水ライン、１４９：予熱済み給水ライン、１５０，１５０ｅ，１５０ｆ，１５０
ｇ，１５０ｈ，１５０ｉ，１５０ｊ，１５０ｋ：低沸点媒体ランキンサイクル、１５１：
蒸発器（加熱器）、１５２：タービン、１５３：凝縮器、１５４：低沸点媒体ポンプ、１
５５：加熱器、１５５ａ：第一加熱器、１５５ｂ：第二加熱器、１５５ｃ，１５５ｅ：第
三加熱器、１５５ｆ：第四加熱器、１６０，１６０ｊ：給水系熱交換器、１６１：発電機
冷却器、１６２：潤滑油冷却器、１６３：中間冷却器、１６５：加熱水系熱交換器、１６
５ａ：第一加熱水系熱交換器、１６５ｂ：第二加熱水系熱交換器、１６５ｃ：第三加熱水
系熱交換器、１６６：冷却用空気冷却器、１６６ａ：第一冷却用空気冷却器、１６６ｂ：
第二冷却用空気冷却器、１６６ｃ：第三冷却用空気冷却器、１７１，１７１ｂ，１７１ｄ
：加熱水ライン、１７１ａ：第一加熱水ライン、１７１ｂ：第二加熱水ライン、１７１ｃ
：第三加熱水ライン、１７１ｍ：加熱水メインライン、１７７，１７７ｄ：回収水系熱交
換器、１７８，１７８ｂ，１７８ｄ：水回収ライン、１７９：循環ポンプ、１７９ｄ：高
圧循環ポンプ、１８０：接続物冷却器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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