(57)【要約】【課題】燃料ガス減圧運転時の燃料ガス加温のためだけの熱交換機と、HRSGからの加温源の流体を熱交換器までに導くための配管とをなくすことのできる装置を提供することを目的とする。【解決手段】本実施形態では、燃料ガス圧縮機を具備するコンバインドサイクル発電設備において、燃料ガス昇圧運転時に昇圧され昇温された燃料ガスを、軸受冷却水との熱交換により冷却する手段として用いる熱交換器を、燃料ガス減圧運転時は、減圧され減温された燃料ガスを加温する手段としても用いることにより上記目的を達成する。【選択図】図１
2015175298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス圧縮機を具備するコンバインドサイクル発電設備において、燃料ガス昇圧運転時
に前記燃料ガス圧縮機により昇圧され昇温された燃料ガスを、軸受冷却水との熱交換によ
り冷却する手段として用いる熱交換器を、燃料ガス減圧運転時は、減圧され減温された燃
料ガスを加温する手段としても用いることを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
【請求項２】
燃料ガスを圧縮空気と混合させて燃焼器で燃焼させて燃焼ガスを生成し、生成された燃焼
ガスによりガスタービンを駆動させるコンバインド発電設備において、
前記燃料ガスの圧力を調整する燃料ガス圧力調整弁と、
この燃料ガス圧力調整弁の出口側に設けられる燃料ガス圧縮機入口開閉弁と、
この燃料ガス圧縮機入口開閉弁の出口側に設けられる燃料ガス圧縮機と、
この燃料ガス圧縮機の出口側に設けられるとともに、前記燃焼器にその出口側が接続され
る燃料ガス圧縮機出口開閉弁と、
この燃料ガス圧縮機出口開閉弁の出口側と前記燃料ガス圧縮機の入口側とを接続する配管
と、
この配管に設けられる熱交換器と、
この熱交換器に軸受の構成部材を冷却するための流体を供給するための軸受冷却水冷却器
と、
前記配管に設けられ、通過させる燃料ガスの流量を調節するための流量調節弁と、
前記燃料ガス圧力調節弁と前記燃料ガス圧縮機入口開閉弁との間から分岐し、前記配管に
おける前記流量調節弁と前記熱交換器との間に接続される燃料ガス圧縮機バイパス管と、
この燃料ガス圧縮機バイパス管に設けられる燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁とを備えるこ
とを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
【請求項３】
燃料ガス昇圧運転時であって部分負荷運転時には、前記燃料ガス圧縮機入口開閉弁と燃料
ガス圧縮機出口開閉弁とを開くとともに、前記燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁を閉じて、
前記燃料ガスを前記燃料ガス圧縮機に供給して圧縮し、圧縮され昇温された燃料ガスを前
記熱交換器に供給して前記軸受冷却水との熱交換により冷却し、
燃料ガス減圧運転時には、前記燃料ガス圧縮機入口開閉弁と燃料ガス圧縮機出口開閉弁と
を閉じるとともに前記前記燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁を開いて、減圧され減温された
燃料ガスを前記燃料ガス圧縮機に供給せず前記熱交換器に供給し、前記軸受冷却水との熱
交換により加温することを特徴とする請求項２記載のコンバインドサイクル発電設備。
【請求項４】
燃料ガスを圧縮空気と混合させて燃焼器で燃焼させて燃焼ガスを生成し、生成された燃焼
ガスによりガスタービンを駆動させるコンバインド発電設備において、
前記燃料ガスの圧力を調整する燃料ガス圧力調整弁と、
この燃料ガス圧力調整弁の出口側に設けられ燃料ガス圧縮機入口開閉弁と、
この燃料ガス圧縮機入口開閉弁の出口側に設けられる燃料ガス圧縮機と、
この燃料ガス圧縮機の出口側に設けられるとともに、前記燃焼器にその出口側が接続され
る燃料ガス圧縮機出口開閉弁と、
この燃料ガス圧縮機出口の出口側と前記燃料ガス圧縮機入口開閉弁の入口側とを接続する
配管と、
この配管に設けられる熱交換器と、
この熱交換器に軸受の構成部材を冷却するための流体を供給するための冷却器と、
前記配管に設けられ、通過させる燃料ガスの流量を調節するための流量調節弁と、
前記配管に設けられ、正方向、逆方向のいずかの燃料ガスの流れを許容する両方向弁とを
備えることを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
【請求項５】
燃料ガス昇圧運転時であって部分負荷運転時には、前記燃料ガス圧縮機により圧縮され昇
温された燃焼ガスを前記熱交換器に供給して前記軸受冷却水との熱交換により冷却し、
燃料ガス減圧運転時には、減圧され減温された燃料ガスを前記燃料ガス圧縮機経由せずに
前記熱交換器に供給し、前記軸受冷却水との熱交換により加温するかのいずれかを許容す
るように、前記両方向弁が制御されることを特徴とする請求項４記載のコンバインドサイ
クル発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバインド発電設備に係り、特に燃料ガス圧縮機を具備し、ガスタービン燃
焼器に投入する燃料ガスの圧力及び温度を調節することで安定燃焼を実現するガスタービ
ン発電設備を具備するコンバインド発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスを圧縮空気と混合させて燃焼させ、燃焼ガスによりガスタービンを駆動させるコ
ンバインド発電設備において、燃料ガスの供給設備側の運転圧力は、通常時は5〜6MPaで
ある。この値は、燃料ガスの燃焼器入口の圧力3〜3.5MPaよりも高いことから、燃焼器入
口に燃料ガスを供給する前に減圧装置の設置が必要となる。
【０００３】
しかし、燃料ガスを減圧すると、それに伴って燃料ガスの温度も減圧前に対して6〜7℃/M
Pa程度低下するため所定の温度への加温が必要となる。さらには、冬場など燃料ガス供給
温度が極低温となる条件下を考慮して低温用材料を適用する必要が生じるなど経済性の点
で問題があることからも、前記減圧工程において温度が低下した燃料ガスを所定の温度に
加温する工程が必要となっている。
【０００４】
一方、燃料ガス供給設備側のガス供給量などの運転状態によっては、ガスタービン燃焼器
入口で必要な燃料ガス供給圧力が確保されない場合がある。 この場合は燃料ガス供給系
統に燃料ガス圧縮機を設置し所定の圧力まで燃料ガスを圧縮機で昇圧する装置を設ける。
【０００５】
しかし、定格運転に対して負荷の少ない、部分負荷運転時にあっては、燃焼器への燃
料ガスの供給を絞る必要があるため、昇圧した燃料ガスの一部を冷却して圧縮機に循環さ
せて再び昇圧させる再循環運転を行う。
【０００６】
燃料ガスの冷却には、図５に示すように、軸受冷却系統１７でタービン各所の被冷却部２
６を冷却するために冷却器１９で冷却された水が供給される熱交換器４０と、圧縮機１０
からの燃料ガスの一部を熱交換器４０に供給するためのバイパス通路５６，５７を設け、
熱交換器４０を通じて燃料ガスを所定の温度に冷却するのが一般的である。
【０００７】
また燃料ガスの加温は、ガスタービンの排ガスの熱を使って蒸気を発生する熱回収蒸気発
生器（ＨＲＳＧ）５０の熱、具体的にはＨＲＳＧ内エコノマイザーから蒸発器の間の給水
を抽水し、これを熱交換器５０に供給して、燃料ガスを加温するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−２８３８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、燃料ガス加温の熱源に、HRSGのエコノマイザーでの加温給水を用いる手法
が広く用いられている。 しかし、この手法では、抽水に伴う発電出力の低下に伴ってプ
ラント熱収支が悪化することが問題である。また、燃料ガスと加温給水の熱交換を行う熱
交換器、給水管の分岐箇所から熱交換器までの配管及び熱交換器から給水管の合流箇所ま
での配管が必要となる。
【００１０】
本発明は、燃料ガス昇圧運転時の燃料ガス冷却の工程において用いる熱交換器を、燃料ガ
ス減圧運転時の燃料ガス加温にも使えるようにすることにより、燃料ガス減圧運転時の燃
料ガス加温の工程においてプラント熱収支を改善し、且つ加温のためだけの熱交換機と、
HRSGからの加温源の流体を熱交換器までに導くための配管と、それら機器の設置に必要な
敷地面積を低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、燃料ガス圧縮機を具備するコンバインドサイクル発電設備において、燃料ガス
昇圧運転時に昇圧され昇温された燃料ガスを、軸受冷却水との熱交換により冷却する手段
として用いる熱交換器を、燃料ガス減圧運転時は、減圧され減温された燃料ガスを加温す
る手段としても用いることにより上記目的を達成する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態の燃料ガス加温システムの燃料ガス冷却時を表した系統図
【図２】本発明の第１の実施形態の燃料ガス加温システムの燃料ガス加温時を表した図
【図３】本発明の第２の実施形態の燃料ガス加温システムの燃料ガス冷却時を表した系統図
【図４】本発明の第２の実施形態の燃料ガス加温システムの燃料ガス加温時を表した図
【図５】従来の燃料ガス加温システム
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
本発明に係るコンバインド発電設備が具備するガスタービン発電設備の一実態の形態を、
図１、２を参照して説明する。
【００１４】
ガスタービン発電設備１は、空気圧縮機２、ガスタービン燃焼器３、ガスタービン４を備
え、吸入した大気を空気圧縮機２で高圧化し、その高圧空気に燃料ガス供給系統５から供
給された燃料ガスを加えてガスタービン燃焼器３で燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスを駆
動ガスとしてガスタービン４を駆動する。
【００１５】
燃料ガス供給系統５は、燃料ガス供給管６から供給される燃料ガスの圧力を調整する燃料
ガス圧力調節弁７を有する。さらに、燃料ガス圧力調節弁７の出口側に燃料ガス圧縮機入
口開閉弁８、燃料ガス圧縮機流量調節弁９、燃料ガス圧縮機１０、燃料ガス圧縮機出口開
閉弁１１が直列に接続される。
【００１６】
また、燃料ガス圧縮機出口開閉弁１１の出口側は、燃料ガス圧縮機再循環管１２、燃料ガ
ス圧縮機バイパス熱交換器（燃料ガス圧縮機再循環熱交換器、以下熱交換器という）１３
、燃料ガス圧縮機再循環流量調節弁１４が接続される。
【００１７】
さらに、燃料ガス圧力調節弁７と燃料ガス圧縮機入口開閉弁８との間から分岐し、燃料ガ
ス圧縮機再循環管１２における燃料ガス圧縮機再循環流量調節弁１４と燃料ガス圧縮機バ
イパス熱交換器１３との間に接続される燃料ガス圧縮機バイパス管１５を有する。バイパ
ス管１５には、燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁１６が設けられる。
【００１８】
軸受冷却水系統１７は、軸受冷却水ポンプ１８、軸受冷却水冷却器１９を備えた閉ループ
系統である。軸受冷却水ポンプ１８にて昇圧した冷却水を軸受冷却水冷却器１９で冷却し
た後、冷却対象としての被冷却部２６へ供給する。被冷却部２６は、発電機水素冷却器、
発電機ガスドライヤー、起動装置冷却器、主油冷却器、火炎検知装置などからなる。熱交
換器１３には軸受冷却水系統の軸受冷却水冷却器１９からの冷却水が供給され、熱交換器
１３において燃料ガスとの熱交換を行った後、熱交換後の冷却水は軸受冷却水ポンプ１８
の入口側に供給される。
【００１９】
燃料ガスの昇圧が必要な場合は、図１に示すとおり、燃料ガス圧縮機入口開閉弁８、燃料
ガス圧縮機出口開閉弁１１を開き、燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁１６を閉じた上で、通
常運転時は燃料ガス圧縮機による昇圧運転を行い、部分負荷運転時は燃料ガス圧縮機再循
環流量調節弁１４の調節により、燃料ガス圧縮機再循環管１２を通じて、燃料ガス圧縮機
１０の出口側から入口側への燃料ガス圧縮機再循環運転を行う。
【００２０】
燃料ガス圧縮機再循環運転の際は、燃料ガス圧縮機再循環管１２に設けられた燃料ガス圧
縮機バイパス熱交換器１３において軸受冷却水との熱交換により冷却することで、燃料ガ
スの過昇温を防止する。   
なお、再循環流量は燃料ガス圧縮機再循環流量調節弁１４の開度を調節することで制御す
る。燃料ガス圧縮機１０の出口側の蒸気は６０℃を越えた温度であるのに対し、冷却器１
９からの冷却水の温度は３５℃程度であるため、熱交換器１３において燃料ガス圧縮機１
０の出口側の蒸気は冷却される。
【００２１】
一方、燃料ガスの減圧が必要な場合は、図２に示すとおり、燃料ガス圧縮機入口開閉弁８
及び燃料ガス圧縮機出口開閉弁１１を閉とし、燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁１６を開と
し、燃料ガスバイパス管１５と燃料ガス圧縮機再循環管１２とを使用することで燃料ガス
圧縮機入口側から出口側への燃料ガス圧縮機バイパス運転を行う。 燃料ガス圧縮機バイ
パス運転の際は、燃料ガス圧縮機再循環管１２に設けられた燃料ガス圧縮機バイパス熱交
換器１３において、圧力調節弁７で減圧調整され減温された燃料ガスと軸受冷却水との熱
交換を行う。
【００２２】
バイパス管１５を通る燃料ガス温度は減圧、減温されているのでー１０℃程度であるのに
対し、冷却器１９からの水は３５℃程度のため、熱交換器１３において燃料ガスは加温さ
れる。
【００２３】
このように構成された本実施の形態において、燃料ガス圧縮機入口開閉弁８、燃料ガス圧
縮機出口開閉弁１１、燃料ガス圧縮機バイパス管１５及び燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁
１６を設けることで、燃料ガス昇圧運転時に軸受冷却水との熱交換により燃料ガスを冷却
する熱交換器を用いて燃料ガス減圧運転時に軸受冷却水との熱交換による燃料ガスの加温
が可能となる。
【００２４】
したがって、従来技術のように、燃料ガス加温のためだけに、ＨＲＳＧの給水を分岐させ
て抽水することが不要となるため、抽水により発電出力の低下を防ぐことができプラント
熱収支が悪化することがなくなる。また、給水管の分岐箇所から熱交換器までの配管及び
熱交換器から給水管の合流箇所までの配管も不要となる。
【００２５】
（第２の実施形態）
第１の実施形態と異なるところは、図３，４に示すように、燃料ガスの冷却するための管
、加温するための管を別々に設けるのでなく、それらを共通にするために、燃料ガス圧力
調節弁７、燃料ガス流量調節弁９の間から分岐する燃料ガス圧縮機１０をバイパスさせる
ための配管３１に両方向弁３４を設け、また配管３１を流れる燃料ガスの流量を調節する
流量調節弁１４を設け、さらには、燃料ガス流量調節弁９と圧縮機１０との間に開閉弁３
２を設けた点である。
【００２６】
燃料ガスの昇圧が必要な場合であって、部分負荷運転時は、図３に示すように、圧縮機１
０の出力の一部を熱交換器１３に供給し、熱交換され冷却された燃料ガスを調節弁９の入
口側へ供給されるように、両方向弁３４を制御する。
【００２７】
一方、燃料ガスの減圧が必要な場合は、図４に示すように、開閉弁３２、１１を閉じ、調
節弁７の出口側の燃料ガスを、圧縮機１０をバイパスさせる形で熱交換器１３に供給し、
熱交換され燃料ガスは加温される。
【００２８】
このような構成になっているので、実施形態１で必要だった燃料ガス冷却のためのバイパ
ス管１５が不要となる。
【符号の説明】
【００２９】
１ ガスタービン発電プラント
２ 空気圧縮機
３ ガスタービン燃焼器
４ タービン
５ 燃料ガス供給系統
６ 燃料ガス供給管
７ 燃料ガス圧力調節弁
８ 燃料ガス圧縮機入口開閉弁
９ 燃料ガス流量調節弁
１０ 燃料ガス圧縮機
１１ 燃料ガス圧縮機出口開閉弁
１２ 燃料ガス圧縮機再循環管
１３ 燃料ガス圧縮機バイパス熱交換器（燃料ガス圧縮機再循環熱交換器）
１４ 燃料ガス圧縮機再循環流量調節弁
１５ 燃料ガス圧縮機バイパス管
１６ 燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁
１７ 軸受冷却水系統
１８ 軸受冷却水ポンプ
１９ 軸受冷却水冷却器
２６ 被冷却部    
【図１】
2015175298.tif 000003
【図２】
2015175298.tif 000004
【図３】
2015175298.tif 000005
【図４】
2015175298.tif 000006
【図５】
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