(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせ吸気ダクトを備えたタービンプラントに、排熱回収ボイラを組み合せたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、上記ガスタービンに設けたガスタービン燃焼器に導く燃料を加熱して供給する燃料加熱装置をタービン建屋の外部の、当該タービン建屋と排熱回収ボイラとの間に設置するとともに、燃料を制御する制御部を収容する燃料ガス室を前記タービン建屋の内部に設置し、かつ、前記燃料加熱装置と前記燃料ガス室がほぼ同一レベルの高さ位置に設置されることを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項２】
請求項１記載のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、上記ガスタービンに設けたガスタービン燃焼器、このガスタービン燃焼器に燃料を加熱して供給する燃料加熱装置、および上記排熱回収ボイラを、上記タービンプラント内を流通するガス流の流れ方向を基準にとった軸方向の上流側から下流側に向って順に配置したことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項３】
燃料加熱装置は、ガスタービンとほぼ同一レベルの高さ位置に設置することを特徴とする請求項１または２に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項４】
燃料加熱装置は、吸気ダクトの吸気口よりも高さ方向に沿って上部に設置することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機器を適正位置に配置し、エネルギ損失、熱損失および圧力損失を低く抑えるコンバインドサイクル発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンバインドサイクル発電プラントにおいては、熱効率の向上が重要な課題である。熱効率を向上させる手段として、ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に供給する前に燃料を加熱するための燃料加熱装置が挙げられる。
【０００３】
燃料を加熱すると、燃料の保有する熱量が増加し、少量の燃料の燃焼で多くの仕事を発生させることが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
燃料加熱に関しては、プラント熱効率向上を目的としたサイクル、および燃料加熱装置に関する研究・開発は数多い。しかし、燃料加熱後の燃料のエネルギ損失、熱損失および圧力損失を低減し、プラント熱効率の低下を抑制させる技術は確立していない。また、燃料の加熱に、例えば排熱回収ボイラの給水や蒸気を使用する場合に、これらのエネルギ損失、熱損失、および圧力損失を低減させ、プラント効率の低下を抑制するための技術に関しても確立していない。
【０００５】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、燃料を加熱させる燃料加熱装置の位置を適正に設定し、プラント熱効率のより一層の向上を図ったコンバインドサイクル発電プラントを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせ吸気ダクトを備えたタービンプラントに、排熱回収ボイラを組み合せたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、上記ガスタービンに設けたガスタービン燃焼器に導く燃料を加熱して供給する燃料加熱装置をタービン建屋の外部の、当該タービン建屋と排熱回収ボイラとの間に設置するとともに、燃料を制御する制御部を収容する燃料ガス室を前記タービン建屋の内部に設置し、かつ、前記燃料加熱装置と前記燃料ガス室がほぼ同一レベルの高さ位置に設置されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、コンバインドサイクル発電プラントにおいて、上記ガスタービンに設けたガスタービン燃焼器、このガスタービン燃焼器に燃料を加熱して供給する燃料加熱装置、および上記排熱回収ボイラを、上記タービンプラント内を流通するガス流の流れ方向を基準にとった軸方向の上流側から下流側に向って順に配置したものである。
【００１６】
また、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、燃料加熱装置は、ガスタービンとほぼ同一レベルの高さ位置に設置するものである。
【００２０】
また、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、燃料加熱装置は、吸気ダクトの吸気口よりも高さ方向に沿って上部に設置するものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第１実施形態を示す概略図であり、図中、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図である。
【００２４】
本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントは、タービン建屋１内の１階床面２、２階床面３およぴ３階床面４を巧みに利用してタービンプラント５を設置するとともに、屋外に排熱回収ボイラ装置６を設置する構成になっている。
【００２５】
タービンプラント５は、図１（ａ）およぴ図１（ｄ）に示すように、３階床面４に、タービン軸７の軸方向に沿って順に、発電機８、低圧蒸気タービン９、高中圧一体蒸気タービン１０、エンクロージャ１２内に収容する空気圧縮機１１、ガスタービン燃焼器１３およびガスタービン１４を設置している。なお、ガスタービンの出力、蒸気タービンの出力は特に限定するものではなく、また排熱回収ボイラも２圧式、３圧式等特に限定するものではなく、いかなる形式のガスタービン、蒸気タービン、および排熱回収ボイラを組み合わせてもよい。
【００２６】
また、タービンプラント５は、図１（ａ）およぴ図１（ｄ）に示すように、３階床面４に、ガスタービン燃焼器１３と別置きに、流量しゃ断弁、流量調整弁、流量や温度を計測する計測器、調節計等の制御器等を一つにまとめて収容する燃料ガス室１５を備えるとともに、図１（ａ）およぴ図１（ｃ）に示すように、２階床面３にガスタービン燃焼器１３と別床面に加熱器およびスクラバから構成される燃料加熱装置１６を備えている。なお、燃料加熱装置１６は、タービン建屋１内であれば１階床面２および３階床面４のうち、いずれの床面に設置してもよい。また、燃料加熱装置１６の熱交換媒体は排熱回収ボイラの給水や、各状態の蒸気および電気ヒータ等を特定するものではない。
【００２７】
また、タービン建屋１内の３階床面４に設置した低圧蒸気タービン９は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、１階床面２から２階床面３を貫通する復水器９ａを備え、膨張後のタービン排気を復水器９ａで凝結させ、給水として屋外設置の排熱回収ボイラ装置６に供給するようになっている。
【００２８】
また、タービン建屋１内の３階床面４に設置した空気圧縮機１１は、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、１階床面２から２階床面３および３階床面４を貫通する吸気ダクト１７を連通しており、この吸気ダクト１７を屋外の支柱１８で支持された架台１９の下に設置した吸気口２０に接続する構成になっている。なお、タービン建屋１内の２階床面および３階床面４は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、架構２１で支持固定されている。
【００２９】
一方、屋外に設置した排熱回収ボイラ装置６は、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、支柱１８で支持された長筒状の排熱回収ボイラ本体２２として形成し、排熱回収ボイラ本体２２の頂部側に高圧ドラム２３、中圧ドラム２４、低圧ドラム２５を備えるとともに、排熱回収ボイラ本体２２内に各ドラム２３，２４，２５に連通する蒸発器、あるいは過熱器および節炭器（ともに図示せず）等の数多くの熱交換器を収容し、ガスタービン１４から排気ダクト２６を介して供給された排ガスを熱源として蒸気を発生させ、その蒸気を高中圧一体蒸気タービン１０および低圧蒸気タービン９に供給して膨張させ、その膨張により発生したトルクで発電機８を駆動する一方、蒸気発生後の排ガスを支柱１８で支持された煙道２７を介して煙突（図示せず）から大気に放出させている。
【００３０】
このように、本実施形態は、タービン建屋１内に、加熱器とスクラバとで構成した燃料加熱装置１６を設置し、加熱後、エンタルピを高めた燃料をガスタービン燃焼器１３に供給する燃料配管を屋内に設置するので、屋外の気温の影響を受けることが少なくなり、高エンタルピの燃料のままガスタービン燃焼器１３に供給することができ、少ない燃料で高い熱エネルギを発生させてプラント熱効率を向上させることができる。
【００３１】
図２は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第２実施形態を示す概略図であり、図中、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００３２】
本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントは、図１（ａ）および図１（ｃ）に示すように、タービン建屋１の屋外の架台１９に燃料加熱装置１６を設置するとともに、燃料ガス室１５を燃料加熱装置１６と燃料加熱装置１６と同じ高さの位置のタービン建屋１内に設置したものである。他の構成は、第１実施形態の構成と同一なので、その説明を省略する。
【００３３】
このように、本実施形態は、燃料加熱装置１６をタービン建屋１の屋外に設置し、熱源としての例えば飽和蒸気を供給する排熱回収ボイラ装置６との距離を短くさせるとともに、燃料ガス室１５と同一高さの位置に設置して加熱管や燃料管を蛇行させずにほぼ直線状に配置し、かつ各配管の長さを比較的短くさせたので、熱源としての例えば蒸気や燃料の圧力損失および熱損失を低く抑えることができ、少ない燃料等で高い熱エネルギを発生させてプラント熱効率を向上させることができる。
【００３４】
また、本実施形態は、燃料加熱装置１６をタービン建屋１の屋外に設置したので、防爆の囲いを形成することがなく、防爆付帯設備を比較的簡素化でき、かつタービン建屋１内の機器のレイアウトを裕度を持って設計することができる。
【００３５】
なお、本実施形態は、燃料ガス室１５および燃料加熱装置１６の設置位置をタービン建屋１の２階床面３の高さ位置に設置しているが、この例に限らず、例えば図３中の図３（ａ）および図３（ｄ）に示すように、３階床面４および３階床面４と同じ高さの架台１９にそれぞれを設置してもよく、また、燃料ガス室１５を、タービン建屋１外に設置した燃料加熱装置と同じ高さ位置に設置してもよい。
【００３６】
図４は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第３実施形態を示す概略図であり、図中、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００３７】
本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントは、図１（ａ）および図１（ｃ）に示すように、タービン建屋１内の同一高さ位置、具体的には２階床面３に燃料ガス室１５および燃料加熱装置１６を設置したものである。他の構成は、第１実施形態の構成と同一なので、その説明を省略する。
【００３８】
このように、本実施形態は、タービン建屋１内の同一階床面に燃料ガス室１５および燃料加熱装置１６を設置し、加熱後、エンタルピを高めた燃料をガスタービン燃焼器１３に供給する燃料配管を屋内に配置するとともに、燃料ガス室１５と燃料加熱装置１６とを互いに接近させ、加熱管や燃料管を蛇行させずにほぼ直線状に配置し、かつ各配管の長さを比較的短くさせたので、屋外の気温の影響を受けることが少なくなり、高エンタルピの燃料のままガスタービン燃焼器１３に供給することができ、また、例えば熱源として蒸気を使用した場合には、その蒸気と燃料の圧力損失および熱損失を低く抑えて少ない燃料等で高い熱エネルギを発生させ、プラント熱効率を向上させることができる。
【００３９】
図５は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第４実施形態を示す概略図であり、図中、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００４０】
本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントは、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、タービン建屋１内の同一高さ位置、具体的には１階床面２に燃料ガス室１５および燃料加熱装置１６を互いに接近させて設置するとともに、吸気ダクト１７から比較的遠くに離れた上流側（発電機８側）の位置に設置したものである。
【００４１】
このように、本実施形態は、タービン建屋内の同一階床面に燃料ガス室１５および燃料加熱装置１６を設置し、加熱後、エンタルピを高めた燃料をガスタービン燃焼器１３に供給する燃料管を屋内に配置するとともに、燃料ガス室１５と燃料加熱装置１６とを互いに接近させ、加熱管や燃料管を蛇行させずにほぽ直線状に配置し、かつ各配管の長さを比較的短くさせたので、屋外の気温の影響を受けることが少なくなり、高エンタルピの燃料のままガスタービン燃焼器１３に供給することができ、熱源として、例えば蒸気を使用した場合には、その蒸気と燃料の圧力損失および熱損失を低く抑えて少ない燃料等で高い熱エネルギを発生させ、プラント熱効率を向上させることができる。
【００４２】
また、本実施形態は、燃料ガス室１５および燃料加熱装置１６を吸気ダクト１７から比較的遠くに離れた上流側位置に設定したので、何らかの原因で燃料加熱装置１６からの燃料が漏洩した場合にも吸気ダクト１７への燃料ガスの混入を防止させることができる。
【００４３】
なお、本実施形態は、吸気ダクト１７から遠く離れた上流側の１階床面２に燃料ガス室１５および燃料加熱装置１６を設置したが、この例に限らず、例えば図６（ａ）、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、吸気ダクト１７から遠く離れた上流側に燃料加熱装置１６を設置し、吸気ダクト１７から離れた上流側の３階床面４に燃料ガス室１５を設置してもよい。
【００４４】
図７は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第５実施形態を示す概略図であり、図中、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００４５】
本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントは、図１（ａ）および図１（ｄ）に示すように、タービン建屋１内の同一高さ位置、具体的には３階床面４に燃料ガス室１５と燃料加熱装置１６とを一体として組み合わせた燃料ユニット２８に形成して設置したものである。
【００４６】
このように、本実施形態は、タービン建屋１内の同一高さ位置に、燃料ガス室１５と燃料加熱装置１６とを一体として組み合わせた燃料ユニット２８として設置したので、燃料系統をコンパクトにして他の機器のレイアウトを裕度を持たせて設計することができ、また燃料管や加熱管をほぼ直線状に配置して燃料や加熱源の圧力損失および熱損失を抑制し、少ない燃料で高い熱エネルギを発生させ、プラント熱効率を向上させることができる。
【００４７】
図８は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第６実施形態を示す概略図であり、図中、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００４８】
本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントは、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）、および図１（ｄ）に示すように、タービン建屋１内の１階床面２に燃料加熱装置１６を設置し、その真上に２階床面３に燃料ガス室１５を設置し、その真上に３階床面４にガスタービン燃焼器１３およびガスタービン１４を設置したものである。
【００４９】
このように、本実施形態は、タービン建屋１内の１階床面２から２階床面３、３階床面４に向い、かつ、その真上に向って順に、燃料加熱装置１６、燃料ガス室１５、ガスタービン燃焼器１３およびガスタービン１４を設置し、燃料配管の長さを短くさせて燃料の圧力損失および熱損失を抑制したので、少ない燃料で高い熱エネルギを発生させ、プラント熱効率を向上させることができる。
【００５０】
なお、本実施形態は、タービン建屋１内の１階床面２に燃料加熱装置１６を設置し、その真上の２階床面３に燃料ガス室１５を設置したが、この例に限らず、例えば図９に示すように、１階床面２に燃料ガス室１５を、その真上の２階床面３に燃料加熱装置１６を設置してもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、予め燃料を加熱して、エンタルピを高めて燃料ガス室およびガスタービン燃焼器に供給する燃料加熱装置を備え、この燃料加熱装置を適正位置に設置するとともに、燃料配管および熱源供給配管の長さを短くして圧力損失および熱損失を抑制したので、少ない燃料で高い熱エネルギを発生させ、プラント熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第１実施形態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図。
【図２】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第２実施形態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図。
【図３】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第２実施形態における変形例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図。
【図４】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第３実施形態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図。
【図５】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第４実施形態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図。
【図６】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第４実施形態における変形例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図。
【図７】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第５実施形態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図。
【図８】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第６実施形態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図。
【図９】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第６実施形態における変形例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は１階の平面図、（ｃ）は２階の平面図、（ｄ）は３階の平面図。
【符号の説明】
１  タービン建屋
２  １階床面
３  ２階床面
４  ３階床面
５  タービンプラント
６  排熱回収ボイラ装置
７  タービン軸
８  発電機
９  低圧蒸気タービン
９ａ  復水器
１０  高中圧一体蒸気タービン
１１  空気圧縮機
１２  エンクロージャ
１３  ガスタービン燃焼器
１４  ガスタービン
１５  燃料ガス室
１６  燃料加熱装置
１７  吸気ダクト
１８  支柱
１９  架台
２０  吸気口
２１  架構
２２  排熱回収ボイラ本体
２３  高圧ドラム
２４  中圧ドラム
２５  低圧ドラム
２６  排気ダクト
２７  煙道
２８  燃料ユニット
【図１】
0004458648.tif 000002
【図２】
0004458648.tif 000003
【図３】
0004458648.tif 000004
【図４】
0004458648.tif 000005
【図５】
0004458648.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004458648.tif 000008
【図８】
0004458648.tif 000009
【図９】
0004458648.tif 000010