(57)【要約】【課題】コンバインドサイクルプラント及びその運転方法において、グランド蒸気の熱回収を行うことで蒸気タービンの効率の向上を図る。【解決手段】ガスタービン１１と、排熱回収ボイラ１２と、蒸気タービン１３とを設けると共に、低圧タービン３４の低圧グランド部４３に蒸気を供給する低圧グランド蒸気ラインＬ２４と、低圧グランド蒸気ラインＬ２４を流れるグランド蒸気と燃焼器２２に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行う第１熱交換部６１とを設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンと、
前記ガスタービンからの排ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する高圧タービン及び低圧タービンを有する蒸気タービンと、
前記低圧タービンの低圧グランド部に蒸気を供給する低圧グランド蒸気ラインと、
前記低圧グランド蒸気ラインを流れる蒸気と前記燃焼器に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行う第１熱交換部と、
を備えることを特徴とするコンバインドサイクルプラント。
【請求項２】
前記排熱回収ボイラにより加熱された水と燃料ガスとの間で熱交換を行う第２熱交換部が設けられ、前記第１熱交換部は、前記第２熱交換部で前記水との間で熱交換した燃料ガスと前記低圧グランド蒸気ラインを流れる蒸気との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１に記載のコンバインドサイクルプラント。
【請求項３】
前記第２熱交換部で熱交換した前記水と前記低圧グランド蒸気ラインを流れる蒸気との間で熱交換を行う第３熱交換部が設けられることを特徴とする請求項２に記載のコンバインドサイクルプラント。
【請求項４】
前記排熱回収ボイラにより加熱された水と前記第１熱交換部で熱交換した蒸気との間で熱交換を行う第３熱交換部が設けられることを特徴とする請求項１に記載のコンバインドサイクルプラント。
【請求項５】
前記低圧グランド蒸気ラインは、減温水を供給して蒸気を減温する減温器が設けられる第１低圧グランド蒸気ラインと、前記第１熱交換部が設けられる第２低圧グランド蒸気ラインとを有し、蒸気の供給先を前記第１低圧グランド蒸気ラインと前記第２低圧グランド蒸気ラインとの間で切替え可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコンバインドサイクルプラント。
【請求項６】
前記低圧タービンを駆動した蒸気を冷却する復水器が設けられ、前記復水器に補給水を供給する給水源から前記減温器に補給水を供給する補給水供給ラインが設けられることを特徴とする請求項５に記載のコンバインドサイクルプラント。
【請求項７】
前記第１熱交換部で熱交換された蒸気の一部を前記低圧グランド蒸気ラインから前記低圧タービンに供給する第３低圧グランド蒸気ラインが設けられ、前記第３低圧グランド蒸気ラインに開閉弁が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコンバインドサイクルプラント。
【請求項８】
圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンと、
前記ガスタービンからの排ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する高圧タービン及び低圧タービンを有する蒸気タービンと、
を備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、
前記低圧タービンの低圧グランド部に供給する蒸気と前記燃焼器に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行う熱交換工程と、
燃料ガスと熱交換を行った蒸気を前記低圧タービンの低圧グランド部に供給する供給工程と、
を有することを特徴とするコンバインドサイクルプラントの運転方法。
【請求項９】
前記熱交換工程は、前記高圧タービンの軸端部から漏洩した蒸気と前記燃焼器に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行うことを特徴とする請求項８に記載のコンバインドサイクルプラントの運転方法。
【請求項１０】
前記供給工程は、前記熱交換工程で熱交換した蒸気を前記低圧グランド部に供給する第１供給工程と、減温水で減温した補助蒸気を前記低圧グランド部に供給する第２供給工程とを有し、前記蒸気タービンの運転状態に応じて前記第１供給工程と前記第２供給工程とを切り替えることを特徴とする請求項９に記載のコンバインドサイクルプラントの運転方法。
【請求項１１】
起動時から低負荷時の運転領域で、前記第１供給工程を実施し、定格運転時に、前記第２供給工程を実施することを特徴とする請求項１０に記載のコンバインドサイクルプラントの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンを備えるコンバインドサイクルプラント、並びに、コンバインドサイクルプラントの運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンバインドサイクル発電は、まず、天然ガスなどを燃料としてガスタービンを駆動し、次に、排熱回収ボイラがガスタービンの排ガスを回収して蒸気を生成し、この蒸気により蒸気タービンを駆動して複合的に発電を行うものである。コンバインドサイクルプラントは、このコンバインドサイクル発電を実行するための発電プラントである。
【０００３】
コンバインドサイクルプラントの蒸気タービンにて、タービン内部の蒸気がグランド部に漏れ出すことやグランド部からタービン内部に外気が入り込むことを防止するため、グランド部に蒸気を供給してシールすることが知られている。蒸気タービンの運転時、蒸気を減温器で減温した後、低圧タービンのグランド部に供給してシールをしている。このとき、減温器は、復水器の復水ポンプにより吐出された復水の一部を蒸気に噴霧して減温している。
【０００４】
このようなコンバインドサイクルプラントとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１６７００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来、減温器は、復水の一部を減温水として蒸気に噴霧して減温し、温度低下した蒸気を低圧タービンのグランド部に供給している。そのため、蒸気の熱回収が十分に行われておらず、非経済的である。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、グランド蒸気の熱回収を行うことで蒸気タービンの効率の向上を図るコンバインドサイクルプラント及びその運転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】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明のコンバインドサイクルプラントは、圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する高圧タービン及び低圧タービンを有する蒸気タービンと、前記低圧タービンの低圧グランド部に蒸気を供給する低圧グランド蒸気ラインと、前記低圧グランド蒸気ラインを流れる蒸気と前記燃焼器に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行う第１熱交換部と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
従って、蒸気は、低圧グランド蒸気ラインにより低圧タービンの低圧グランド部に供給される。このとき、低圧グランド蒸気ラインを流れる蒸気は、第１熱交換部で燃焼器に供給される燃料ガスとの間で熱交換が行われ、燃料ガスが加熱されて燃焼器に供給され、蒸気が減温されて低圧グランド部に供給される。そのため、蒸気の熱回収を燃料ガスで行うことで、コンバインドサイクルプラントの効率の向上を図ることができる。
【００１０】
本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記排熱回収ボイラにより加熱された水と燃料ガスとの間で熱交換を行う第２熱交換部が設けられ、前記第１熱交換部は、前記第２熱交換部で前記水との間で熱交換した燃料ガスと前記低圧グランド蒸気ラインを流れる蒸気との間で熱交換を行うことを特徴としている。
【００１１】
従って、燃料ガスは、第２熱交換部で排熱回収ボイラにより加熱された水により加熱された後、第１熱交換部でこの水より高温の蒸気により加熱されることで、燃料ガスへの熱回収を効率良く行うことができる。
【００１２】
本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記第２熱交換部で熱交換した前記水と前記低圧グランド蒸気ラインを流れる蒸気との間で熱交換を行う第３熱交換部が設けられることを特徴としている。
【００１３】
従って、蒸気は、第１熱交換部で燃料ガスを加熱することで減温された後、第３熱交換部で燃料ガスより高温の水を加熱して減温されることで、蒸気の熱回収を効率良く行うことができる。
【００１４】
本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記排熱回収ボイラにより加熱された水と前記第１熱交換部で熱交換した蒸気との間で熱交換を行う第３熱交換部が設けられることを特徴としている。
【００１５】
従って、蒸気は、第１熱交換部で減温された後、第３熱交換部で燃料ガスより高温の水を加熱して減温されることで、蒸気の熱回収を効率良く行うことができる。
【００１６】
本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記低圧グランド蒸気ラインは、減温水を供給して蒸気を減温する減温器が設けられる第１低圧グランド蒸気ラインと、前記第１熱交換部が設けられる第２低圧グランド蒸気ラインとを有し、蒸気の供給先を前記第１低圧グランド蒸気ラインと前記第２低圧グランド蒸気ラインとの間で切替え可能であることを特徴としている。
【００１７】
従って、起動時には、蒸気の供給先を第１低圧グランド蒸気ラインに切り替えることで、蒸気は減温器により減温され、定格運転時には、蒸気の供給先を第２低圧グランド蒸気ラインに切り替えることで、蒸気は第１熱交換部により減温されることから、常時、適正温度の蒸気を低圧グランド部に供給することができる。
【００１８】
本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記低圧タービンを駆動した蒸気を冷却する復水器が設けられ、前記復水器に補給水を供給する給水源から前記減温器に補給水を供給する補給水供給ラインが設けられることを特徴としている。
【００１９】
従って、減温器は、復水器に供給する補給水が補給水供給ラインにより供給されて蒸気を減温することから、復水器で、蒸気を冷却する冷却水として海水を用いるとき、この海水が復水器に混入しても、海水がグランド蒸気に混入して低圧グランド部に供給されることはなく、プラントを停止することなく連続して運転することが可能となり、信頼性を向上することができる。
【００２０】
本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記第１熱交換部で熱交換された蒸気の一部を前記低圧グランド蒸気ラインから前記低圧タービンに供給する第３低圧グランド蒸気ラインが設けられ、前記第３低圧グランド蒸気ラインに開閉弁が設けられることを特徴としている。
【００２１】
従って、低圧グランド部に供給する蒸気が余剰であるとき、開閉弁を開放し、蒸気を第３低圧グランド蒸気ラインから低圧タービンに供給することで、蒸気の熱回収を低圧タービンでも行うことができる。
【００２２】
また、本発明のコンバインドサイクルプラントの運転方法は、圧縮機と燃焼器とタービンを有するガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する高圧タービン及び低圧タービンを有する蒸気タービンと、を備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、前記低圧タービンの低圧グランド部に供給する蒸気と前記燃焼器に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行う熱交換工程と、燃料ガスと熱交換を行った蒸気を前記低圧タービンの低圧グランド部に供給する供給工程と、を有することを特徴とするものである。
【００２３】
従って、低圧グランド部に供給する蒸気により燃焼器に供給される燃料ガスを加熱し、減温された蒸気が低圧タービンの低圧グランド部に供給される。そのため、蒸気の熱回収を燃料ガスで行うことで、蒸気タービンの効率の向上を図ることができる。
【００２４】
本発明のコンバインドサイクルプラントの運転方法では、前記熱交換工程は、前記高圧タービンの軸端部から漏洩した蒸気と前記燃焼器に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行うことを特徴としている。
【００２５】
従って、高圧タービンの軸端部から漏洩した蒸気が有する熱の回収を容易に行うことができる。
【００２６】
本発明のコンバインドサイクルプラントの運転方法では、前記供給工程は、前記熱交換工程で熱交換した蒸気を前記低圧グランド部に供給する第１供給工程と、減温水で減温した補助蒸気を前記低圧グランド部に供給する第２供給工程とを有し、前記蒸気タービンの運転状態に応じて前記第１供給工程と前記第２供給工程とを切り替えることを特徴としている。
【００２７】
従って、運転状態に応じて第１供給工程と第２供給工程を切り替えることで、常時、所定温度の蒸気を低圧グランド部に供給することができる。
【００２８】
本発明のコンバインドサイクルプラントの運転方法では、起動時から低負荷時の運転領域で、前記第１供給工程を実施し、定格運転時に、前記第２供給工程を実施することを特徴としている。
【００２９】
従って、運転状態に拘わらず、所定温度の蒸気を低圧グランド部に供給することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のコンバインドサイクルプラント及びその運転方法によれば、グランド蒸気の熱回収を行うことで蒸気タービンの効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本実施形態のコンバインドサイクルプラントを表す概略構成図である。
【図２】図２は、蒸気タービンにおけるグランド蒸気の供給系統を表す概略図である。
【図３】図３は、グランド蒸気の熱交換器を表す概略図である。
【図４】図４は、コンバインドサイクルプラントの起動時におけるグランド蒸気の供給系統を表す概略図である。
【図５】図５は、コンバインドサイクルプラントの負荷運転時におけるグランド蒸気の供給系統を表す概略図である。
【図６】図６は、蒸気タービンにおけるグランド蒸気の供給系統の変形例を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るコンバインドサイクルプラント及びその運転方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００３３】
図１は、本実施形態のコンバインドサイクルプラントを表す概略構成図である。
【００３４】
本実施形態において、図１に示すように、コンバインドサイクルプラント１０は、ガスタービン１１と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１２と、蒸気タービン１３と、発電機１４，１５とを備えている。
【００３５】
ガスタービン１１は、圧縮機２１と、燃焼器２２と、タービン２３とを有している。圧縮機２１とタービン２３は、回転軸２４により一体回転可能に連結され、この回転軸２４に発電機１４が連結されている。圧縮機２１は、空気取り込みラインＬ１から取り込んだ空気を圧縮する。燃焼器２２は、圧縮機２１から圧縮空気供給ラインＬ２を通して供給された圧縮空気と、燃料ガス供給ラインＬ３から供給された燃料ガスとを混合して燃焼する。タービン２３は、燃焼器２２から燃焼ガス供給ラインＬ４を通して供給された燃焼ガスにより回転駆動する。発電機１４は、タービン２３が回転することで伝達される回転力により発電する。
【００３６】
排熱回収ボイラ１２は、ガスタービン１１（タービン２３）から排ガス排出ラインＬ５を介して排出された排ガスの排熱によって蒸気を発生させるものである。排熱回収ボイラ１２は、高圧ユニット２５と中圧ユニット２６と低圧ユニット２７と再熱器２８を有している。排熱回収ボイラ１２は、内部でガスタービン１１からの排ガスが上方に流動することで、高圧ユニット２５、中圧ユニット２６、低圧ユニット２７の順に熱回収を行って蒸気を生成する。
【００３７】
高圧ユニット２５は、高圧節炭器２５ａ、高圧蒸発器２５ｂ、高圧過熱器２５ｃを有している。給水は、高圧節炭器２５ａで加熱された後、第１高圧蒸気ラインを介して高圧蒸発器２５ｂに送られ、ここで加熱されて高圧蒸気を生成し、高圧蒸気は、第２高圧蒸気ラインを介して高圧過熱器２５ｃに送られて過熱される。中圧ユニット２６は、中圧節炭器２６ａ、中圧蒸発器２６ｂ、中圧過熱器２６ｃを有している。そのため、給水は、中圧節炭器２６ａで加熱された後、第１中圧蒸気ラインを介して中圧蒸発器２６ｂに送られ、ここで加熱されて中圧蒸気を生成し、中圧蒸気は、第２中圧蒸気ラインを介して中圧過熱器２６ｃに送られて過熱される。また、中圧節炭器２６ａで加熱された給水は、第２中圧蒸気ラインから分岐する中圧給水ラインＬ１０により燃料加熱器２９に供給される。低圧ユニット２７は、低圧節炭器２７ａ、低圧蒸発器２７ｂ、低圧過熱器２７ｃを有している。そのため、給水は、低圧節炭器２７ａで加熱された後、第１低圧蒸気ラインを介して低圧蒸発器２７ｂに送られ、ここで加熱されて低圧蒸気を生成し、低圧蒸気は、第２低圧蒸気ラインを介して低圧過熱器２７ｃに送られて過熱される。
【００３８】
蒸気タービン１３は、排熱回収ボイラ１２により生成された過熱蒸気により駆動するものであり、タービン３１を有している。タービン３１は、高圧タービン３２と中圧タービン３３と低圧タービン３４とが回転軸３５により一体回転可能に連結され、この回転軸３５に発電機１５が連結されている。蒸気タービン１３は、低圧タービン３４を駆動した蒸気を冷却する復水器３６が設けられている。復水器３６は、低圧タービン３４から排出された蒸気を冷却水（例えば、海水）により冷却して復水とするものである。
【００３９】
高圧過熱器２５ｃの高圧蒸気は、高圧蒸気供給ラインＬ１１により高圧タービン３２に供給され、高圧タービン３２から排出された高圧蒸気は、高圧蒸気回収ラインＬ１２により再熱器２８に戻される。中圧過熱器２６ｃの中圧蒸気は、第１高圧蒸気供給ラインＬ１３により再熱器２８に供給される。再熱器２８で過熱された中圧蒸気は、第２中圧蒸気供給ラインＬ１４により中圧タービン３３に供給され、中圧タービン３３から排出された中圧蒸気は、中圧蒸気供給ラインＬ１５により低圧タービン３４に供給される。発電機１５は、タービン３１が回転することで伝達される回転力により発電する。また、復水器３６は、生成した復水を復水供給ラインＬ１６を介して排熱回収ボイラ１２の各節炭器２５ｃ，２６ｃ，２７ｃに送る。復水供給ラインＬ１６は、復水ポンプ３７が設けられている。また、復水器３６は、蒸気を海水により冷却する冷却水ラインＬ１７が設けられている。一方、排熱回収ボイラ１２は、蒸気を生成した使用済の排ガスを排出する排ガス排出ラインＬ６を介して煙突（図示略）が連結されている。
【００４０】
そのため、コンバインドサイクルプラント１０の稼働時、ガスタービン１１にて、圧縮機２１は空気を圧縮し、燃焼器２２は供給された圧縮空気と燃料ガスとを混合して燃焼する。タービン２３は燃焼器２２から供給された燃焼ガスにより回転駆動し、発電機１４が発電を行う。また、ガスタービン１１（タービン２３）から排出された排ガスは、排熱回収ボイラ１２に送られ、排熱回収ボイラ１２は蒸気を生成し、過熱蒸気が蒸気タービン１３に送られる。高圧タービン３２と中圧タービン３３と低圧タービン３４は、この過熱蒸気により回転駆動し、発電機１５が発電を行う。低圧タービン３４で使用された蒸気は、復水器３６で冷却されて復水となり、排熱回収ボイラ１２に戻される。
【００４１】
図２は、蒸気タービンにおけるグランド蒸気の供給系統を表す概略図、図３は、グランド蒸気の熱交換器を表す概略図である。なお、以下の説明にて、グランド蒸気とは、蒸気タービン１３のグランド部へ供給するシール用の蒸気である。
【００４２】
図２に示すように、蒸気タービン１３にて、高圧タービン３２と中圧タービン３３と低圧タービン３４は、回転軸３５により同軸上に連結されている。高圧タービン３２は、端部であって、回転軸３５と車室との間に高圧グランド部４１が設けられ、中圧タービン３３は、端部であって、回転軸３５と車室との間に中圧グランド部４２が設けられ、低圧タービン３４は、端部であって、回転軸３５と車室との間に低圧グランド部４３が設けられている。
【００４３】
蒸気を貯留するヘッダ４４は、補助蒸気供給ラインＬ２１が連結され、補助蒸気供給ラインＬ２１に圧力制御弁４５が設けられている。ヘッダ４４は、高圧グランド部４１との間に高圧グランド蒸気ラインＬ２２が設けられる。ヘッダ４４は、補助ボイラで生成される補助蒸気供給ラインＬ２１からの補助蒸気と、高圧グランド蒸気ラインＬ２２からの漏れ蒸気を供給する。また、ヘッダ４４は、中圧グランド部４２との間に中圧グランド蒸気ラインＬ２３が設けられ、低圧グランド部４３との間に低圧グランド蒸気ラインＬ２４が設けられている。この低圧グランド蒸気ラインＬ２４は、中途部に低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５が設けられている。そして、低圧グランド蒸気ラインＬ２４に第１切替弁４６が設けられ、低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５に第２切替弁４７と第３切替弁４８が設けられている。
【００４４】
低圧グランド蒸気ラインＬ２４は、第１切替弁４６より下流側に減温器４９が設けられ、低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５は、第２切替弁４７と第３切替弁４８との間に熱交換器５０が設けられている。ここで、低圧グランド蒸気ラインＬ２４が本発明の第１低圧グランド蒸気ラインであり、低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５が本発明の第２低圧グランド蒸気ラインであり、低圧グランド蒸気ラインＬ２４と低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５は、並列に配置される。即ち、ヘッダ４４のグランド蒸気は、第１切替弁４６を開放し、第２切替弁４７及び第３切替弁４８を閉止すると、そのまま低圧グランド蒸気ラインＬ２４を流れて減温器４９を通る。一方、ヘッダ４４のグランド蒸気は、第１切替弁４６を閉止し、第２切替弁４７及び第３切替弁４８を開放すると、低圧グランド蒸気ラインＬ２４から低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５に流れて熱交換器５０を通る。
【００４５】
減温器４９は、減温水としての補給水（純水）を供給してグランド蒸気を減温するものである。図示しない補給水タンク（給水源）からの補給水供給ラインＬ２６は、補給水ポンプ５１が設けられ、第１補給水供給ラインＬ２７と第２補給水供給ラインＬ２８に分岐する。第１補給水供給ラインＬ２７は、復水器３６に連結され、開閉弁５２が設けられ、第２補給水供給ラインＬ２８は、減温器４９に連結され、開閉弁５３が設けられている。減温器４９は、復水器３６に供給する補給水の一部が供給され、グランド蒸気に対して補給水を噴霧することでこのグランド蒸気を減温する。減温器４９により減温されたグランド蒸気は、低圧グランド蒸気ラインＬ２４により低圧グランド部４３に供給される。なお、低圧グランド蒸気ラインＬ２４は、減温器４９より下流側に気水分離器５４が設けられ、気水分離器５４にドレンラインＬ２９が連結され、ドレンラインＬ２９に開閉弁５５が設けられている。
【００４６】
また、低圧グランド蒸気ラインＬ２４は、減温器４９及び気水分離器５４より下流側で、分岐する低圧グランド蒸気分岐ラインＬ３０が設けられている。低圧グランド蒸気分岐ラインＬ３０は、スピルオーバ弁（開閉弁）５６が設けられ、低圧タービン３４の中段または後段に連結されている。低圧グランド蒸気分岐ラインＬ３０は、低圧グランド蒸気ラインＬ２４を流れる余剰のグランド蒸気を低圧タービン３４に供給する。
【００４７】
熱交換器５０は、低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５を流れるグランド蒸気と、燃料ガス供給ラインＬ３を流れる燃料ガスと、排熱回収ボイラ１２に加熱されて中圧給水ラインＬ１０に流れる中圧給水（加熱水）との間で熱交換を行うものである。中圧給水ラインＬ１０は、上流側である基端部が中圧節炭器２６ａの下流側の系統から分岐しており、下流側である先端部が復水供給ラインＬ１６に連結され、開閉弁５７が設けられている。なお、中圧給水ラインＬ１０は、熱交換器５０と開閉弁５７の間から復水器３６に向けて給水回収ラインＬ３１が設けられ、給水回収ラインＬ３１に開閉弁５８が設けられている。
【００４８】
熱交換器５０は、図３に示すように、第１熱交換部６１と第３熱交換部６３とから構成されている。第１熱交換部６１は、低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５を流れるグランド蒸気と、燃料ガス供給ラインＬ３を流れる燃料ガスとの間で熱交換を行うものである。第３熱交換部６３は、低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５を流れるグランド蒸気と、中圧給水ラインＬ１０を流れる中圧給水との間で熱交換を行うものである。なお、第２熱交換部としての燃料加熱器２９は、中圧給水ラインＬ１０を流れる中圧給水と、燃料ガス供給ラインＬ３を流れる燃料ガスとの間で熱交換を行うものである。本実施形態では、第１熱交換部６１と第３熱交換部６３を１個のユニットとして熱交換器５０としたが、第１熱交換部６１と第２熱交換器６２と第３熱交換部６３を１個のユニットとして熱交換器としてもよい。
【００４９】
また、中圧給水ラインＬ１０は、第３熱交換部６３を迂回する迂回ラインＬ３２が設けられる。そして、中圧給水ラインＬ１０は、迂回ラインＬ３２の分岐部と第３熱交換部６３との間に切替弁６４が設けられ、迂回ラインＬ３２に切替弁６５が設けられている。
【００５０】
そのため、熱交換器５０は、まず、第２熱交換部６２にて、中圧給水ラインＬ１０を流れる中圧給水により燃料ガス供給ラインＬ３を流れる燃料ガスを加熱する。次に、第１熱交換部６１にて、低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５を流れるグランド蒸気により燃料ガス供給ラインＬ３を流れる燃料ガスを更に加熱する。最後に、第３熱交換部６３にて、低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５を流れるグランド蒸気により中圧給水ラインＬ１０を流れる中圧給水を加熱する。その結果、グランド蒸気は、熱が燃料ガスと中圧給水により回収され、温度低下する。
【００５１】
ここで、コンバインドサイクルプラント１０の運転方法について詳細に説明する。図４は、コンバインドサイクルプラントの起動時におけるグランド蒸気の供給系統を表す概略図、図５は、コンバインドサイクルプラントの負荷運転時におけるグランド蒸気の供給系統を表す概略図である。なお、以下で説明する各温度は一例である。
【００５２】
本実施形態のコンバインドサイクルプラントの運転方法は、起動時に、補助蒸気をグランド蒸気として用い、減温器４９で減温して低圧グランド部４３に供給する一方、定格運転時に、高圧グランド部４１の軸端部から漏洩したグランド蒸気を燃料ガス及び中圧給水との間で熱交換を行って減温し、減温したグランド蒸気を低圧グランド部４３に供給する。
【００５３】
即ち、コンバインドサイクルプラント１０の起動時、図４に示すように、蒸気タービン１３が起動していないことから、高圧タービン３２の高圧グランド部４１から高圧グランド蒸気ラインＬ２２へのグランド蒸気の漏洩はない。そのため、圧力制御弁４５を開放し、補助蒸気を補助蒸気供給ラインＬ２１からヘッダ４４に供給する。すると、ヘッダ４４の補助蒸気は、グランド蒸気として、高圧グランド蒸気ラインＬ２２から高圧グランド部４１に供給され、中圧グランド蒸気ラインＬ２３から中圧グランド部４２に供給され、低圧グランド蒸気ラインＬ２４から低圧グランド部４３に供給される。
【００５４】
このとき、ヘッダ４４に供給される補助蒸気の温度が低圧グランド部４３に供給する約３５０℃と高温であることから、低圧グランド部４３に供給するグランド蒸気を減温する必要がある。そのため、第１切替弁４６を開放し、第２切替弁４７及び第３切替弁４８を閉止し、グランド蒸気を低圧グランド部４３に供給するラインを、低圧グランド蒸気ラインＬ２４とし、低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５を閉止する。また、開閉弁５２を閉止し、開閉弁５３を開放すると共に、補給水ポンプ５１を駆動することで、補給水を補給水供給ラインＬ２６及び第２補給水供給ラインＬ２８から減温器４９に供給し、この減温器４９を運転する。
【００５５】
すると、ヘッダ４４の補助蒸気は、グランド蒸気として、低圧グランド蒸気ラインＬ２４に流れ、減温器４９で補給水が噴霧されることで約１５０℃まで減温され、減温されたグランド蒸気が低圧グランド部４３に供給される。なお、このとき、グランド蒸気が熱交換器５０に供給されないことから、図３に示すように、切替弁６４を閉止し、切替弁６５を開放すると共に、開閉弁５７を開放することで、中圧給水ラインＬ１０を流れる中圧給水が第３熱交換部６３を迂回するようにする。
【００５６】
その後、図１に示すように、ガスタービン１１が定格回転数まで上昇し、排熱回収ボイラ１２が排ガスにより蒸気を生成し、蒸気タービン１３の運転が開始され、コンバインドサイクルプラント１０が定格運転となる。
【００５７】
コンバインドサイクルプラント１０が定格運転時、図５に示すように、蒸気タービン１３が運転されていることから、高圧タービン３２の高圧グランド部４１から高圧グランド蒸気ラインＬ２２へ漏れ蒸気が供給される。そのため、圧力制御弁４５を閉止し、ヘッダ４４への補助蒸気の供給を停止する。すると、高圧グランド部４１から高圧グランド蒸気ラインＬ２２に供給されたグランド蒸気は、高圧グランド蒸気ラインＬ２２からヘッダ４４に供給され、ヘッダ４４のグランド蒸気は、中圧グランド蒸気ラインＬ２３から中圧グランド部４２に供給され、低圧グランド蒸気ラインＬ２４から低圧グランド部４３に供給される。
【００５８】
このとき、第１切替弁４６を閉止し、第２切替弁４７及び第３切替弁４８を開放し、グランド蒸気を低圧グランド部４３に供給するラインを、低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５とする。また、開閉弁５２，５３を閉止すると共に、補給水ポンプ５１の駆動を停止することで、減温器４９への補給水の供給を停止し、この減温器４９の運転を停止する。すると、ヘッダ４４のグランド蒸気は、低圧グランド蒸気ラインＬ２４から低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５に流れ、熱交換器５０で燃料ガス及び中圧給水と熱交換を行うことで１５０℃まで減温され、減温されたグランド蒸気が低圧グランド蒸気ラインＬ２４から低圧グランド部４３に供給される。なお、このとき、グランド蒸気が熱交換器５０に供給されることから、図３に示すように、切替弁６４を開放し、切替弁６５を閉止する。
【００５９】
即ち、燃料ガス供給ラインＬ３を流れる常温の燃料ガスは、まず、第２熱交換部６２にて、中圧給水ラインＬ１０を流れる中圧給水（例えば、２５０℃）と熱交換することで、例えば、２３０℃まで加熱され、中圧給水は、例えば、１００℃まで温度低下する。次に、２３０℃の燃料ガスは、第１熱交換部６１にて、低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５を流れる３５０℃のグランド蒸気と熱交換することで、例えば、２５０℃まで加熱され、グランド蒸気は、例えば、２５０℃まで減温される。最後に、２５０℃のグランド蒸気は、第３熱交換部６３にて、中圧給水ラインＬ１０を流れる１００℃の中圧給水と熱交換することで、例えば、１５０℃まで減温し、中圧給水は、例えば、１２０℃まで加熱される。
【００６０】
そのため、図５に示すように、３５０℃のグランド蒸気は、熱交換器５０により燃料ガスと中圧給水により熱回収されることで１５０℃まで減温され、適正温度となって低圧グランド蒸気ラインＬ２４から低圧グランド部４３に供給される。このとき、減温器４９は、運転が停止されていることから、１５０℃のグランド蒸気が更に減温されることはない。
【００６１】
また、高圧グランド部４１から高圧グランド蒸気ラインＬ２２へ漏洩するグランド蒸気が過剰であり、グランド蒸気を各グランド部４１，４２，４３に供給しても、余剰となることがある。このとき、スピルオーバ弁５６は、一定圧以上の蒸気を開放することで、低圧グランド蒸気ラインＬ２４の蒸気圧を一定圧に保持しつつ、低圧グランド蒸気ラインＬ２４を流れるグランド蒸気の一部（余剰分）を低圧グランド蒸気分岐ラインＬ３０に流す。すると、余剰のグランド蒸気は、低圧グランド蒸気分岐ラインＬ３０から低圧タービン３４の中段または後段に供給されることとなり、ここで熱回収される。
【００６２】
なお、上述の説明にて、減温器４９は、復水器３６に供給する補給水の一部が供給され、グランド蒸気に対して補給水を噴霧することでグランド蒸気を減温するものとしたが、この構成に限定されるものではない。図６は、蒸気タービンにおけるグランド蒸気の供給系統の変形例を表す概略図である。
【００６３】
図６に示すように、減温器４９は、減温水としての給水（復水）を供給してグランド蒸気を減温するものである。復水器３６は、復水を排熱回収ボイラ１２に戻す復水供給ラインＬ１６が設けられ、復水供給ラインＬ１６に復水ポンプ３７が設けられている。給水供給ラインＬ３３は、基端部が復水供給ラインＬ１６における復水ポンプ３７より下流側に連結され、先端部が減温器４９に連結されて開閉弁５３が設けられている。減温器４９は、復水器３６の復水の一部が供給され、グランド蒸気に対して復水を噴霧することでこのグランド蒸気を減温する。減温器４９により減温されたグランド蒸気は、低圧グランド蒸気ラインＬ２４により低圧グランド部４３に供給される。
【００６４】
このように本実施形態のコンバインドサイクルプラントにあっては、ガスタービン１１と、排熱回収ボイラ１２と、蒸気タービン１３とを設けると共に、グランド蒸気を低圧タービン３４の低圧グランド部４３に供給する低圧グランド蒸気ラインＬ２４と、低圧グランド蒸気ラインＬ２４を流れるグランド蒸気と燃焼器２２に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行う熱交換器５０（第１熱交換部６１）とを設けている。
【００６５】
従って、低圧グランド部４３に供給されるグランド蒸気は、熱交換器５０の第１熱交換部６１で、燃焼器２２に供給される燃料ガスとの間で熱交換が行われて減温されるため、適正温度として低圧グランド部４３に供給することができ、一方、燃料ガスを昇温して燃焼器２２に供給することができる。その結果、グランド蒸気の熱回収を燃料ガスで行うことで、蒸気タービン１３の効率の向上を図ることができる。
【００６６】
本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、排熱回収ボイラにより加熱された中圧給水と燃料ガスとの間で熱交換を行う第２熱交換部６２を設け、第１熱交換部６１は、第２熱交換部６２で中圧給水との間で熱交換した燃料ガスとグランド蒸気との間で熱交換を行うようにしている。従って、燃料ガスは、第２熱交換部６２で中圧給水により加熱された後、第１熱交換部６１でこの中圧給水より高温のグランド蒸気により加熱されることで、燃料ガスへの熱回収を効率良く行うことができる。
【００６７】
本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、第２熱交換部６２で熱交換した中圧給水とグランド蒸気との間で熱交換を行う第３熱交換部６３を設けている。従って、グランド蒸気は、第１熱交換部６１で燃料ガスを加熱することで減温された後、第３熱交換部６３で燃料ガスより高温の中圧給水を加熱して減温されることで、グランド蒸気の熱回収を効率良く行うことができる。
【００６８】
本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、第３熱交換部６３は、排熱回収ボイラ１２により加熱された中圧給水と第１熱交換部６１で熱交換したグランド蒸気との間で熱交換を行う。従って、グランド蒸気は、第１熱交換部６１で減温された後、第３熱交換部６３で燃料ガスより高温の中圧給水を加熱して減温されることで、グランド蒸気の熱回収を効率良く行うことができる。
【００６９】
本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、補給水を供給してグランド蒸気を減温する減温器４９が設けられる低圧グランド蒸気ラインＬ２４と、第１熱交換部６１が設けられる低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５とを設け、グランド蒸気の供給先を低圧グランド蒸気ラインＬ２４と低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５を切替え可能としている。従って、起動時には、グランド蒸気の供給先を低圧グランド蒸気ラインＬ２４に切り替えることで、グランド蒸気は、減温器４９により減温され、定格運転時には、グランド蒸気の供給先を低圧グランド蒸気分岐ラインＬ２５に切り替えることで、グランド蒸気は、熱交換器５０により減温されることから、常時、適正温度のグランド蒸気を低圧グランド部４３に供給することができる。
【００７０】
本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、低圧タービン３４を駆動した蒸気を冷却する復水器３６を設け、復水器３６に補給水を供給する給水源から減温器４９に補給水を供給する補給水供給ラインＬ２８を設けている。従って、復水器３６にて、蒸気を冷却する冷却水として海水を用いるとき、この海水が復水器３６に混入しても、海水がグランド蒸気に混入して低圧グランド部４３に供給されることはなく、プラントを停止することなく連続して運転することが可能となり、信頼性を向上することができる。
【００７１】
本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、熱交換器５０で熱交換されたグランド蒸気の一部を低圧グランド蒸気ラインＬ２４から低圧タービン３４に供給する低圧グランド蒸気分岐ラインＬ３０を設け、低圧グランド蒸気分岐ラインＬ３０にスピルオーバ弁５６を設けている。従って、低圧グランド部４３に供給するグランド蒸気が余剰であるとき、スピルオーバ弁５６を開放し、グランド蒸気を低圧グランド蒸気分岐ラインＬ３０から低圧タービン３４に供給することで、グランド蒸気の熱回収を低圧タービン３４でも行うことができる。
【００７２】
従来、グランド蒸気の余剰分は、減温せずにそのまま復水器３６に排出しており、ヘッダ４４から復水器３６に至る配管が必要であった。この配管は、高圧で高温のグランド蒸気を流すことから、大径の配管が必要であり、大きなスペースを必要とし、設備コストが増加していた。本実施形態では、グランド蒸気の余剰分と低圧グランド部４３に供給するグランド蒸気を熱交換器５０により減温した後、余剰のグランド蒸気を低圧タービン３４に供給する。この余剰のグランド蒸気は、低圧で低温であることから、このグランド蒸気を流す配管を小径とすることが可能となり、大きなスペースが不要となり、設備コストの増加を抑制することができる。
【００７３】
また、本実施形態のコンバインドサイクルプラントの運転方法にあっては、低圧タービン３４の低圧グランド部４３に供給する蒸気と燃焼器２２に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行う熱交換工程と、燃料ガスと熱交換を行ったグランド蒸気を低圧タービン３４の低圧グランド部４３に供給する供給工程とを有する。
【００７４】
従って、低圧グランド部４３に供給するグランド蒸気により燃焼器２２に供給される燃料ガスを加熱し、減温されたグランド蒸気が低圧タービン３４の低圧グランド部４３に供給される。そのため、グランド蒸気の熱回収を燃料ガスで行うことで、蒸気タービン１３の効率の向上を図ることができる。
【００７５】
本実施形態のコンバインドサイクルプラントの運転方法では、熱交換工程は、高圧タービン３２の軸端部から漏洩した蒸気と燃焼器２２に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行う。従って、高圧タービン３２の軸端部から漏洩した蒸気が有する熱の回収を容易に行うことができる。
【００７６】
本実施形態のコンバインドサイクルプラントの運転方法では、供給工程は、熱交換工程で熱交換したグランド蒸気を低圧グランド部４３に供給する第１供給工程と、減温水で減温した補助蒸気を低圧グランド部４３に供給する第２供給工程とを有し、蒸気タービン１３の運転状態に応じて第１供給工程と第２供給工程とを切り替える。従って、運転状態に応じて第１供給工程と第２供給工程を切り替えることで、常時、所定温度の蒸気を低圧グランド部に供給することができる。
【００７７】
本実施形態のコンバインドサイクルプラントの運転方法では、起動時から低負荷時の運転領域で、第１供給工程を実施し、定格運転時に、第２供給工程を実施する。従って、運転状態に拘わらず、所定温度の蒸気を低圧グランド部４３に供給することができる。
【００７８】
なお、上述した実施形態では、熱交換器５０を第１熱交換部６１と第３熱交換部６３とから構成し、各熱交換部６１，６３を独立して設けたが、この構成に限定されるものではない。例えば、熱交換器５０を第１熱交換部６１と第２熱交換部６２と第３熱交換部６３とから構成したり、第１熱交換部６１と第２熱交換部６２と第３熱交換部６３を独立して設けてもよい。この場合、グランド蒸気は、燃料ガス及び中圧給水と熱交換することから、第１熱交換部６１と第２熱交換部６２を一体化して構成してもよい。また、第１熱交換部６１と第２熱交換部６２と第３熱交換部６３とを一体化して熱交換器を構成してもよい。更に、第３熱交換部６３をなくしてもよい。第１熱交換部６１と第２熱交換部６２の熱交換の順序を逆にしてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１０  コンバインドサイクルプラント
１１  ガスタービン
１２  排熱回収ボイラ
１３  蒸気タービン
１４，１５  発電機
２１  圧縮機
２２  燃焼器
２３  タービン
２４  回転軸
２５  高圧ユニット
２６  中圧ユニット
２７  低圧ユニット
２８  再熱器
２９  燃料加熱器（第２熱交換器）
３１  タービン
３２  高圧タービン
３３  中圧タービン
３４  低圧タービン
３５  回転軸
３６  復水器
３７  復水ポンプ
４１  高圧グランド部
４２  中圧グランド部
４３  低圧グランド部
４４  ヘッダ
４５  圧力制御弁
４６  第１切替弁
４７  第２切替弁
４８  第３切替弁
４９  減温器
５０  熱交換器
５１  補給水ポンプ
５６  スピルオーバ弁（開閉弁）
６１  第１熱交換部
６３  第３熱交換部
Ｌ３  燃料ガス供給ライン
Ｌ１０  中圧給水ライン
Ｌ２１  補助蒸気供給ライン
Ｌ２２  高圧グランド蒸気ライン
Ｌ２３  中圧グランド蒸気ライン
Ｌ２４  低圧グランド蒸気ライン（第１低圧グランド蒸気ライン）
Ｌ２５  低圧グランド蒸気分岐ライン（第２低圧グランド蒸気ライン）
Ｌ２６  補給水供給ライン
Ｌ２７  第１補給水供給ライン
Ｌ２８  第２補給水供給ライン
Ｌ３０  低圧グランド蒸気分岐ライン（第３低圧グランド蒸気ライン）
【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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