(57)【要約】【課題】熱効率の向上を図り得るガスタービン発電設備を提供する。【解決手段】燃焼用空気を圧縮する空気圧縮機２、この空気圧縮機２にて圧縮された圧縮空気を燃焼させる燃焼器４、この燃焼器４にて燃焼された高温の燃焼ガスを導いて発電機６を回転させるガスタービン７、およびガスタービン７からの排ガスを導いて水蒸気を発生させる排熱回収ボイラ１０を有するガスタービン発電設備であって、排熱回収ボイラ１０にて発生した水蒸気を燃焼器４に導く水蒸気注入管１１の途中に、動力回収用の蒸気タービン１３を設けたものである。【選択図】　　　図１
2004052612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用空気を圧縮する空気圧縮機、この空気圧縮機にて圧縮された圧縮空気を燃焼させる燃焼器、この燃焼器にて燃焼された高温の燃焼ガスを導いて発電機を回転させるガスタービン、およびガスタービンからの排ガスを導いて水蒸気を発生させる排熱ボイラを有するガスタービン発電設備であって、
上記排熱ボイラにて発生した水蒸気を上記燃焼器に注入する水蒸気注入管の途中に、動力回収用の蒸気タービンを設けたことを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項２】
排熱ボイラにて発生する水蒸気の圧力を２〜５ＭＰａの範囲とすることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン発電設備。
【請求項３】
燃焼用空気を圧縮する空気圧縮機、この空気圧縮機にて圧縮された圧縮空気を燃焼させる燃焼器、この燃焼器にて燃焼された高温の燃焼ガスを導いて発電機を回転させるガスタービン、およびガスタービンからの排ガスを導いて水蒸気を発生させる排熱ボイラを有するガスタービン発電設備であって、
上記排熱ボイラを、ボイラ給水を予熱するエコノマイザと、このエコノマイザにより予熱された給水を加熱して水蒸気を発生させる蒸発器と、この蒸発器にて蒸発された水蒸気を過熱する過熱器とから構成するとともに、
上記蒸発器と過熱器との間に、動力回収用の蒸気タービンを設けたことを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項４】
排熱ボイラにて発生する水蒸気の圧力を２〜４ＭＰａの範囲とすることを特徴とする請求項３に記載のガスタービン発電設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン発電設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンにより発電機を駆動して発電を行う発電設備の中には、熱効率の向上を図るために、蒸気注入式のガスタービンを用いたものがある。
【０００３】
この蒸気注入式のガスタービンを用いた発電設備には、空気圧縮機と、この空気圧縮機により圧縮された圧縮空気を燃焼用空気として導いて燃料を燃焼させることにより高温の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスを導いて発電機を回転させるガスタービンと、このガスタービンからの排ガスによりボイラ給水を加熱して排熱の回収を行う排熱回収ボイラとが具備されるとともに、この排熱回収ボイラからの水蒸気を上記燃焼器に注入するための水蒸気注入管が設けられていた。
【０００４】
ところで、水蒸気注入管から燃焼器に注入される水蒸気は、排熱回収ボイラの過熱器から出たものであるため、当然、その圧力が高く、例えば圧力調節弁にて蒸気圧力が低下されて燃焼器に注入されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、排熱回収ボイラから出た高圧の水蒸気を、圧力調節弁にて、その圧力を低下させて燃焼器に注入しているため、熱効率が低いという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、熱効率の向上を図り得るガスタービン発電設備を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の手段は、燃焼用空気を圧縮する空気圧縮機、この空気圧縮機にて圧縮された圧縮空気を燃焼させる燃焼器、この燃焼器にて燃焼された高温の燃焼ガスを導いて発電機を回転させるガスタービン、およびガスタービンからの排ガスを導いて水蒸気を発生させる排熱ボイラを有するガスタービン発電設備であって、
上記排熱ボイラにて発生した水蒸気を上記燃焼器に導く水蒸気注入管の途中に、動力回収用の蒸気タービンを設けたものであり、
また上記構成において、排熱ボイラにて発生する水蒸気の圧力を２〜５ＭＰａの範囲としたものである。
【０００８】
さらに、本発明の第２の手段は、燃焼用空気を圧縮する空気圧縮機、この空気圧縮機にて圧縮された圧縮空気を燃焼させる燃焼器、この燃焼器にて燃焼された高温の燃焼ガスを導いて発電機を回転させるガスタービン、およびガスタービンからの排ガスを導いて水蒸気を発生させる排熱ボイラを有するガスタービン発電設備であって、
上記排熱ボイラを、ボイラ給水を予熱するエコノマイザと、このエコノマイザにより予熱された給水を加熱して水蒸気を発生させる蒸発器と、この蒸発器にて蒸発された水蒸気を過熱する過熱器とから構成するとともに、上記蒸発器と過熱器との間に、動力回収用の蒸気タービンを設けたものであり、
また排熱ボイラにて発生する水蒸気の圧力を２〜４ＭＰａの範囲としたものである。
【０００９】
上記各ガスタービン発電設備によると、排熱ボイラから出た過熱蒸気を燃焼器に注入する際に、圧力調節弁により減圧させる場合に比べて、排熱ボイラから出た過熱蒸気または排熱ボイラ側で発生した水蒸気を蒸気タービンに導き減圧させるようにしたので、動力を回収することができ、したがって発電設備における熱効率の向上を図り得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るガスタービン発電設備について説明する。
まず、第１の実施の形態に係るガスタービン発電設備を、図１〜図４に基づき説明する。
【００１１】
このガスタービン発電設備は、図１に示すように、空気供給管１を介して供給された空気を圧縮する空気圧縮機２と、この空気圧縮機２により圧縮された圧縮空気を圧縮空気導入管３を介して導いて燃料を燃焼させることにより高温・高圧の燃焼ガスを発生させる燃焼器４と、この燃焼器４にて発生した高温・高圧の燃焼ガスを燃焼ガス導入管５を介して導いて第１発電機６を回転させるガスタービン７と、このガスタービン７からの排ガスを排出する排ガス導出管８の途中に設けられるとともに給水管９より供給される給水を加熱して水蒸気を発生させる排熱回収ボイラ（排熱ボイラ）１０と、この排熱回収ボイラ１０にて発生された水蒸気を上記燃焼器４に注入するための水蒸気注入管１１と、この水蒸気注入管１１の途中に設けられて排熱回収ボイラ１０からの水蒸気により駆動されて第２発電機１２を回転させることにより動力の回収を行い且つ上記燃焼器４に注入する水蒸気の減圧を行うための蒸気タービン１３とから構成されている。
【００１２】
また、上記排熱回収ボイラ１０は、ボイラ給水の予熱を行うエコノマイザ（節炭器ともいう）２１と、このエコノマイザ２１で予熱されたボイラ給水を加熱して飽和水蒸気を得る蒸発器２２と、この蒸発器２２にて蒸発された飽和水蒸気を過熱して過熱蒸気を得る過熱器２３とから構成されている。
【００１３】
上記構成において、空気圧縮機２にて圧縮された燃焼用の空気が燃焼器４に導かれ、当該燃焼器４にて発生した高温・高圧の燃焼ガスがガスタービン７に導入されて第１発電機６を回転させることにより発電が行われる。このガスタービン７から排出された排ガスが排熱回収ボイラ１０に導かれ、この排ガスにより、ボイラ給水の予熱および加熱が行われて水蒸気が発生された後、過熱蒸気とされる。
【００１４】
そして、この過熱蒸気は水蒸気注入管１１を介して燃焼器４に注入されるが、その途中に設けられた蒸気タービン１３を駆動して第２発電機１２を回転させることにより発電が行われるとともに、この蒸気タービン１３を通過することにより、燃焼器４に注入するのに適した圧力に減圧される。
【００１５】
この構成によると、従来、排熱回収ボイラ１０の過熱器２３にて所定圧力（例えば、２ＭＰａ程度）となるように過熱された水蒸気を、燃焼器４に注入する際の適正な圧力に減圧していたのを、第２発電機１２を回転させる蒸気タービン１３を駆動することにより減圧を行うようにしたので、電力すなわち動力の回収を図ることができ、したがって熱効率の向上を図ることができる。
【００１６】
図２のグラフに、排熱回収ボイラでの蒸気圧力に対する各タービンおよび両タービンにより発電される電力を示し、図３のグラフに、排熱回収ボイラでの蒸気圧力に対するガスタービンおよび両タービンでの熱効率を示す。なお、各グラフの左端に従来例に相当する場合の電力および熱効率を示しておく。
【００１７】
これらグラフから、両タービンによる合計電力がガスタービンだけの従来の場合よりも大きくなり、発電設備全体としての熱効率が向上しているのが良く分かる。
【００１８】
また、図４のグラフに、排熱回収ボイラでの蒸気圧力に対するピンチポイント温度差（蒸発器入口における給水温度と排ガス温度との差）を示す。このグラフから、ボイラでの圧力を上げ過ぎると、ピンチポイント温度差が小さくなり過ぎるので、ここでは、ボイラ圧力（蒸発器での圧力）を、２〜５ＭＰａの範囲とするのが好ましい。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るガスタービン発電設備を、図５〜図８に基づき説明する。
上記第１の実施の形態に係るガスタービン発電設備と異なる箇所は、蒸気タービンを設ける位置だけが異なるため、この部分にだけ着目して説明するとともに、第１の実施の形態と同じ構成部材については、同一番号を付してその説明を省略する。
【００２０】
上記第１の実施の形態に係るガスタービン発電設備においては、排熱回収ボイラ１０からの水蒸気を燃焼器４に注入するための水蒸気注入管１１の途中に蒸気タービン１３を設けたのに対し、本第２の実施の形態に係るガスタービン発電設備においては、排熱回収ボイラ１０側に、蒸気タービン１３を設けたものである。
【００２１】
すなわち、図５に示すように、ボイラ給水を予熱するエコノマイザ２１と、このエコノマイザ２１により予熱された給水を加熱して飽和水蒸気を発生させる蒸発器２２と、この蒸発器２２にて蒸発された飽和水蒸気を過熱する過熱器２３とから構成された排熱回収ボイラ１０における上記蒸発器２２と過熱器２３との間に、第２発電機１２を回転させる蒸気タービン１３を設けたものである。具体的には、蒸発器２２からの飽和水蒸気を過熱器２３に移送する水蒸気移送管２４の途中に、蒸気タービン１３が配置される。
【００２２】
この構成によると、第１の実施の形態と同様に、空気圧縮機２にて圧縮された燃焼用の空気が燃焼器４に導かれ、当該燃焼器４にて発生した高温・高圧の燃焼ガスがガスタービン７に導入されて第１発電機６を回転させることにより発電が行われる。このガスタービン７から排出された排ガスが排熱回収ボイラ１０に導かれ、そしてこの排ガスによりエコノマイザ２１にてボイラ給水の予熱が行われた後、蒸発器２２で飽和水蒸気が発生されて過熱器２３に供給されるが、その途中に設けられた蒸気タービン１３を駆動して第２発電機１２を回転させることにより発電が行われる。
【００２３】
この蒸気タービン１３から排出されて減圧された水蒸気は、過熱器２３に供給され、ここで所定圧力の過熱蒸気、例えば燃焼器４に導入するのに適した圧力の過熱蒸気とされた後、この過熱蒸気は水蒸気注入管１１を介して燃焼器４に注入される。
【００２４】
勿論、この燃焼器４にて燃焼された燃焼ガスは、ガスタービン７に導かれて第１発電機６を回転させることにより発電が行われる。
この構成によると、排熱回収ボイラ１０の蒸発器２２にて発生された水蒸気により発電を行い動力を回収するようにしたので、第１の実施の形態と同様に、発電設備全体における熱効率の向上を図ることができる。
【００２５】
図６のグラフに、排熱回収ボイラでの蒸気圧力に対する各タービンおよび両タービンにより発電される電力を示し、図７のグラフに、排熱回収ボイラでの蒸気圧力に対するガスタービンおよび両タービンでの熱効率を示す。
【００２６】
これらグラフから、第１の実施の形態と同様に、両タービンによる合計電力が従来のガスタービンだけの場合よりも大きくなり、発電設備全体としての熱効率が向上しているのが良く分かる。なお、各グラフの左端に従来による場合の電力および熱効率を示しておく。
【００２７】
また、図８のグラフに、排熱回収ボイラでの蒸気圧力に対するピンチポイント温度差を示す。この場合も第１の実施の形態と同様に、ボイラでの圧力を上げ過ぎると、ピンチポイント温度差が小さくなり過ぎるので、ここでは、ボイラ圧力（蒸発器での圧力）を、２〜４ＭＰａの範囲とするのが好ましい。
【００２８】
ところで、上記第１の実施の形態において、プロセス蒸気を必要とする場合には、図１の波線にて示すように、蒸気タービン１３から排出される蒸気を導くか、または図１の二点鎖線にて示すように、蒸気タービン１３の中段部から抽気して導くようにすればよい。
【００２９】
また、上記各実施の形態に係るガスタービン発電設備においては、勿論、熱電比（プロセス蒸気熱量と発電電力の比率）については、自由に調節することができる。
【００３０】
なお、通常、空気圧縮機、燃焼器およびガスタービンは連続して配置されているが、上記各実施の形態においては、空気圧縮機からの圧縮空気を圧縮空気供給管を介して燃焼器に供給するとともに、燃焼器からの燃焼ガスを燃焼ガス導入管を介してガスタービンに導くように説明したが、これは、ガスタービン発電設備をブロック図を用いて説明する際に、圧縮空気供給管（管路）および燃焼ガス導入管（管路）を介在させた方が説明しやすいからである。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る各ガスタービン発電設備によると、従来、排熱ボイラから出た過熱蒸気を燃焼器に注入する際に、圧力調節弁により減圧させていたのに対して、排熱ボイラから出た過熱蒸気または排熱ボイラ側で発生した水蒸気を蒸気タービンに導き減圧させるようにしたので、動力を回収することができ、したがって発電設備における熱効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るガスタービン発電設備の概略構成を示す模式図である。
【図２】同ガスタービン発電設備における発電電力を示すグラフである。
【図３】同ガスタービン発電設備における熱効率を示すグラフである。
【図４】同ガスタービン発電設備における排熱回収ボイラでのピンチポイント温度差を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るガスタービン発電設備の概略構成を示す模式図である。
【図６】同ガスタービン発電設備における発電電力を示すグラフである。
【図７】同ガスタービン発電設備における熱効率を示すグラフである。
【図８】同ガスタービン発電設備における排熱回収ボイラでのピンチポイント温度差を示すグラフである。
【符号の説明】
２　　　空気圧縮器
４　　　燃焼器
６　　　第１発電機
７　　　ガスタービン
１０　　　排熱回収ボイラ
１１　　　水蒸気注入管
１２　　　第２発電機
１３　　　蒸気タービン
２１　　　エコノマイザ
２２　　　蒸発器
２３　　　過熱器
【図１】
2004052612.tif 000003
【図２】
2004052612.tif 000004
【図３】
2004052612.tif 000005
【図４】
2004052612.tif 000006
【図５】
2004052612.tif 000007
【図６】
2004052612.tif 000008
【図７】
2004052612.tif 000009
【図８】
2004052612.tif 000010