(57)【要約】【課題】プリクーラの排熱をプラントに有効に回収し、高効率化を図り、またクローズド空気冷却ガスタービンの様々な運転モードにおいて適正な運転状態を保ち信頼性の向上を図る。【解決手段】ガスタービン高温部を冷却する冷却媒体として、圧縮機１の吐出空気をプリクーラ３１で冷却しブースト圧縮機３２にて昇圧した空気を用い、冷却後の空気を燃焼空気として燃焼器に回収するクローズド空気冷却ガスタービンと、このガスタービンの排ガスにより蒸気を発生する排熱回収ボイラ９と、この排熱回収ボイラで発生した蒸気を動力に変換する蒸気タービンとを備えたコンバインド発電プラントにおいて、前記空気冷却ガスタービンのプリクーラ３１として、それぞれ冷却媒体の温度が異なる複数の熱交換器を備え、プリクーラ上流側熱交換器には温度の高い冷媒が供給され、かつ温度の高い箇所に回収されるように形成した。【選択図】図１
2007016791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン高温部を冷却する冷却媒体として、圧縮機吐出空気をプリクーラで冷却しブースト圧縮機にて昇圧した空気を用い、冷却後の空気を燃焼空気として燃焼器に回収するクローズド空気冷却ガスタービンと、このガスタービンの排ガスにより蒸気を発生する排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラで発生した蒸気を動力に変換する蒸気タービンとを有し、前記プリクーラの熱交換器の冷却媒体として前記排熱回収ボイラから分岐した蒸気若しくは給水を用い、プリクーラ冷却後の温度上昇した蒸気、給水を再び前記排熱回収ボイラに合流するコンバインド発電プラントにおいて、
前記排熱回収ボイラから前記プリクーラへの供給系または前記プリクーラから前記排熱回収ボイラへの回収系上にプリクーラへの供給流量を調整する装置を設け、前記回収配管と排熱回収ボイラ配管との合流点で温度差が許容値以下となるように前記プリクーラ供給流量調整装置によりプリクーラへの供給流量を調整することを特徴とするコンバインド発電プラント。
【請求項２】
ガスタービン高温部を冷却する冷却媒体として、圧縮機吐出空気をプリクーラで冷却しブースト圧縮機にて昇圧した空気を用い、冷却後の空気を燃焼空気として燃焼器に回収するクローズド空気冷却ガスタービンと、このガスタービンの排ガスにより蒸気を発生する排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラで発生した蒸気を動力に変換する蒸気タービンとを有し、前記プリクーラの熱交換器の冷却媒体として前記排熱回収ボイラから分岐した蒸気若しくは給水を用い、プリクーラ冷却後の温度上昇した蒸気、給水を再び前記排熱回収ボイラに合流するように形成されているコンバインド発電プラントにおいて、
前記排熱回収ボイラから前記プリクーラへの供給系または前記プリクーラから前記排熱回収ボイラへの回収系上にプリクーラへの冷媒の供給流量を調整する装置を設け、プリクーラ出口空気温度が設定値となるように前記プリクーラ供給流量調整装置によりプリクーラへの冷媒供給流量を調整するようにしたことを特徴とするコンバインド発電プラント。
【請求項３】
ガスタービン高温部を冷却する冷却媒体として、圧縮機吐出空気をプリクーラで冷却しブースト圧縮機にて昇圧した空気を用いるとともに、冷却後の空気を燃焼空気として燃焼器に回収するクローズド空気冷却ガスタービンシステムにおいて、
前記プリクーラの排熱を前記ガスタービンの燃料の温度上昇に用いるようにしたことを特徴とするクローズド空気冷却ガスタービンシステム。
【請求項４】
ガスタービン高温部を冷却する冷却媒体として、圧縮機吐出空気をプリクーラで冷却しブースト圧縮機にて昇圧した空気を用い、冷却後の空気を燃焼空気として燃焼器に回収するクローズド空気冷却ガスタービンシステムにおいて、
前記プリクーラの熱交換器として蒸発器を備えていることを特徴とするクローズド空気冷却ガスタービンシステム。
【請求項５】
ガスタービン高温部を冷却する冷却媒体として、圧縮機吐出空気をプリクーラで冷却しブースト圧縮機にて昇圧した空気を用いるとともに、冷却後の空気を燃焼空気として燃焼器に回収するクローズド空気冷却ガスタービンシステムにおいて、
前記ブースト圧縮機の駆動装置を電気モータとし、前記ガスタービンの排気ガス温度またはガスタービン回転数に応じてブースト圧縮機の回転数を変化させ、前記ガスタービン高温部へ供給する冷却空気量を調整するようにしたことを特徴とするクローズド空気冷却ガスタービンシステム。
【請求項６】
ガスタービン高温部を冷却する冷却媒体として、圧縮機吐出空気をプリクーラで冷却しブースト圧縮機にて昇圧した空気を用いるとともに、冷却後の空気を燃焼空気として燃焼器に回収するクローズド空気冷却ガスタービンにおいて、
前記ブースト圧縮機の駆動源をガスタービン回転軸とすることを特徴とするクローズド空気冷却ガスタービンシステム。
【請求項７】
前記冷却媒体を供給する冷却空気供給配管上に前記ガスタービンの排気ガス温度またはガスタービン回転数に応じて空気流量を調節する装置を設け、前記ガスタービン高温部へ供給する空気量を調整するようにした請求項６記載のクローズド空気冷却ガスタービンシステム。
【請求項８】
ガスタービン高温部を冷却する冷却媒体として、圧縮機吐出空気をプリクーラで冷却しブースト圧縮機にて昇圧した空気を用いるとともに、冷却後の空気を燃焼空気として燃焼器に回収するクローズド空気冷却ガスタービンシステムにおいて、
前記冷却媒体の流通系に、冷却空気のリーク状態を検出する検出手段を設けるとともに、そのリーク状態の検出に燃料流量の変動量または回収空気圧力の変動量を用いるようにしたことを特徴とするクローズド空気冷却ガスタービンシステム。
【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プラントおよびクローズド空気冷却ガスタービンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機から吐出された空気をブースト圧縮機で昇圧し、この昇圧された空気でガスタービン高温部を冷却し、冷却後の空気をタービンガスパス中に放出することなく燃焼用空気として回収する空気冷却ガスタービンの構成については、例えば特開昭５４−８２５１８号公報に記載されている。
【０００３】
また、圧縮機吐出空気をプリクーラで冷却し、冷却した空気をブースト圧縮機で昇圧し、昇圧した空気でガスタービン高温部を冷却し、冷却後の空気をタービンガスパス中に放出することなく燃焼用空気として回収するガスタービン構成については、例えば文献（the ASME Joint International Power Generation Conf
erence 94-JPGC-GT-8）に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５４−８２５１８号公報
【非特許文献１】The ASME Joint International Power Generation Conference 94-JPGC-GT-8
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように形成されているクローズド空気冷却ガスタービンシステムであると、ガスタービン高温部を冷却した後の空気がタービンガスパス中に放出されないため、冷却空気のガスパス混合によるガス温度の低下およびその混合損失がなく、さらに遠心力によるポンピング動力を回収することができるのでプラント効率の大幅な向上が予想される。
【０００６】
しかし、冷却後の空気を燃焼用空気として回収するクローズド空気冷却ガスタービンでは、高温部冷却による冷却空気の圧力損失分だけ予め冷却空気の圧力を昇圧するブースト圧縮機が必要である。よって、ブースト圧縮機動力分はプラント効率の低下要因になるきらいがある。
【０００７】
また、次期高温ガスタービンでは燃焼器出口温度１５００℃、圧縮機圧力比２５程度になるため、圧縮機吐出空気温度も５００℃程度まで上昇する。５００℃の圧縮機吐出空気をブースト圧縮機で昇圧するとさらに冷却空気温度が上昇するため高温部を冷却することは不可能となる恐れがある。ゆえに圧縮機吐出からの冷却空気をプリクーラで減温し、高温部の冷却を可能とすることが不可欠である。
【０００８】
このようにクローズド空気冷却ガスタービンでは、補機としてプリクーラとブースト圧縮機が必要でプリクーラの排熱とブースト圧縮機の動力分はプラント効率の低下要因となる。
【０００９】
この効率低下を最小限にとどめるには、プラント効率向上の点で、前記プリクーラ排熱をコンバインドサイクルとしていかに有効利用するかが課題となる。プリクーラの排熱回収効果を大きくするには高温の冷媒をプリクーラに供給し、その排熱をできるだけ温度の高い箇所に回収することが望ましい。しかし、高温の冷媒では冷却空気温度を必要なだけ下げることができず高温部を十分に冷却できない可能性がある。前記従来の技術ではこれらの課題を解決するプリクーラの熱交換器の構成およびプリクーラ排熱の回収サイクルについては言及していない。
【００１０】
また、クローズド空気冷却ガスタービンの起動から定格運転、停止と様々な運転状態で、ガスタービン高温部の冷却に必要な冷却空気量は変動するので、それに合わせて冷却空気流量を制御する必要がある。さらに、様々な運転状態でプリクーラ出口冷却空気温度を設定値に維持するために、プリクーラに供給される冷媒量を制御する必要がある。プリクーラで使用され温度上昇した冷媒を回収するとき、冷媒の温度と回収先の温度との差が大きいと熱応力の発生原因となるので温度差が許容値内におさまるように制御する必要もある。
【００１１】
また、このクローズド冷却方式ではガスタービン高温部の寿命によりクラックが発生し、そこから冷却空気がリークする可能性がある。このリークが大量になるとリーク箇所以降の高温部を十分に冷却できなくなり回収空気の温度も高温になる。リークにより燃焼器への回収空気量が減少するとタービン第１段静翼を通過する作動ガス量が減少して第１段静翼入口圧力が低下する。第１段静翼入口圧力が低下するとガスタービン出力が低下する。このとき負荷一定制御状態で運転されていると出力低下を防ぐために燃料が増量されることになる。しかし、リークにより燃焼器流入空気量が減少しているので燃焼温度が上昇することになる。燃焼温度の上昇は従来排ガス温度の上昇で検知しているが、クローズド冷却方式でリークが生じた場合は排ガス温度が上昇せず、排ガス温度では検知できない可
能性がある。
【００１２】
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とするところは、前述したプリクーラの排熱をプラントに有効に回収し、高効率化を図ることにある。さらにクローズド空気冷却ガスタービンの様々な運転モードにおいて適正な運転状態を保ち信頼性の向上を図ることができるこの種のコンバインド発電プラントおよびクローズド空気冷却ガスタービンシステムを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち本発明は、ガスタービン高温部を冷却する冷却媒体として、圧縮機吐出空気をプリクーラで冷却しブースト圧縮機にて昇圧した空気を用い、冷却後の空気を燃焼空気として燃焼器に回収するクローズド空気冷却ガスタービンと、このガスタービンの排ガスにより蒸気を発生する排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラで発生した蒸気を動力に変換する蒸気タービンとを備えたコンバインド発電プラントにおいて、前記空気冷却ガスタービンのプリクーラとして、それぞれ冷却媒体の温度が異なる複数の熱交換器を備、プリクーラ上流側熱交換器には温度の高い冷媒が供給され、かつ温度の高い箇所に回収されるように形成し所期の目的を達成するようにしたものである。
【００１４】
また、前記空気冷却ガスタービンのプリクーラに複数の熱交換器を備えるとともに、前記プリクーラの冷却媒体として前記排熱回収ボイラからの蒸気と給水の両方を用い、冷却後の温度上昇した蒸気、給水を再び前記排熱回収ボイラに供給するようにしたものである。また、前記空気冷却ガスタービンのプリクーラに複数の熱交換器を備えるとともに、前記プリクーラの冷却媒体として前記高圧蒸気タービン出口の蒸気と前記排熱回収ボイラの中圧節炭器出口給水を昇圧した高圧給水の両方を用い、プリクーラ冷却後の温度上昇した前記蒸気、給水をそれぞれ前記再熱器出口と高圧蒸発器入口に供給するようにしたものである。
【００１５】
また、ガスタービン高温部を冷却する冷却媒体として、圧縮機吐出空気をプリクーラで冷却しブースト圧縮機にて昇圧した空気を用い、冷却後の空気を燃焼空気として燃焼器に回収するクローズド空気冷却ガスタービンと、このガスタービンの排ガスにより高圧、中圧、低圧の三種類の圧力の蒸気を発生するために節炭器、蒸発器、過熱器を高圧、中圧、低圧蒸気に対してそれぞれ備え、前記高圧蒸気により駆動した高圧蒸気タービン出口の蒸気を再熱する再熱器を備えた排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気を動力に変換する蒸気タービンとを有するコンバインド発電プラントにおいて、前記空気冷却ガスタービンのプリクーラに複数の熱交換器を備えるとともに、このプリクーラの冷却媒体として高圧蒸発器出口の蒸気と前記排熱回収ボイラの中圧節炭器出口給水を昇圧した高圧給水の両方を用い、プリクーラ冷却後の温度上昇した前記蒸気、給水をそれぞれ前記高圧過熱器出口と高圧蒸発器入口に供給するようにしたものである。
【００１６】
また、前記空気冷却ガスタービンのプリクーラに複数の熱交換器を備えるとともに、前記プリクーラの冷却媒体として前記高圧蒸気タービン出口の蒸気と前記排熱回収ボイラの低圧節炭器出口給水を昇圧した中圧給水の両方を用い、プリクーラ冷却後の温度上昇した前記蒸気、給水を、それぞれ前記再熱器出口と中圧節炭器出口に供給するようにしたものである。
【００１７】
また、前記排熱回収ボイラから前記プリクーラへの供給系または前記プリクーラから前記排熱回収ボイラへの回収系上にプリクーラへの供給流量を調整する装置を設け、前記回収配管と排熱回収ボイラ配管との合流点で温度差が許容値以下となるように前記プリクーラ供給流量調整装置によりプリクーラへの供給流量を調整するようにしたものである。
【００１８】
また、前記ガスタービンのプリクーラから前記排熱回収ボイラへの回収配管上に蒸気若しくは水を混入して排熱回収ボイラへの回収温度を調整する装置を設け、前記回収配管と排熱回収ボイラ配管との合流点で温度差が許容値以下となるように前記回収温度調整装置により蒸気若しくは水の混入量を変化させるようにしたものである。
【００１９】
また、ガスタービン高温部を冷却する冷却媒体として、圧縮機吐出空気をプリクーラで冷却しブースト圧縮機にて昇圧した空気を用いるとともに、冷却後の空気を燃焼空気として燃焼器に回収するクローズド空気冷却ガスタービンシステムにおいて、前記プリクーラの排熱を前記ガスタービンの燃料の温度上昇に用いるようにしたものである。また、前記プリクーラの熱交換器として蒸発器を備えるようにしたものである。また、前記ブースト圧縮機の駆動装置を電気モータとし、前記ガスタービンの排気ガス温度またはガスタービン回転数に応じてブースト圧縮機の回転数を変化させ、前記ガスタービン高温部へ供給する冷却空気量を調整するようにしたものである。
【００２０】
また、前記ブースト圧縮機の駆動源をガスタービン回転軸とするようにしたものである。また、前記冷却媒体の流通系に、冷却空気のリーク状態を検出する検出手段を設けるとともに、そのリーク状態の検出に燃料流量の変動量または回収空気圧力の変動量を用いるようにしたものである。
【００２１】
すなわちこのように形成されたプラントであると、プリクーラの熱交換器が複数設けられ、プリクーラ上流側熱交換器には温度の高い冷媒が供給され、温度の高い箇所に回収されることにより高効率化が図られると同時に、十分に冷却空気温度が下らない分は下流側の熱交換器に低温の冷媒を供給することによりガスタービン高温部の冷却効果を高めることができ、また、ガスタービン高温部の冷却に必要な冷却空気量の調節については、ブースト圧縮機の駆動装置を電気モータとし、前記ガスタービンの排気ガス温度またはガスタービン回転数に応じてブースト圧縮機の回転数を変化させ、ガスタービン高温部へ供給する空気量を調整することにより達成できる。また、ガスタービンの排気ガス温度またはガスタービン回転数に応じて冷却空気供給配管上に設けた空気流量調節装置で調整され、前記ガスタービン高温部へ供給する空気量が制御され、ガスタービン高温部の冷却効果を高めることができる。
【００２２】
様々な運転状態でプリクーラ出口冷却空気温度を設定値に維持することについては、排熱回収ボイラからプリクーラへの冷媒供給配管またはプリクーラから排熱回収ボイラへの冷媒回収配管上にプリクーラへの冷媒流量を調整する装置を設け、プリクーラ出口空気温度を計測しその温度が設定値となるようにプリクーラ冷媒流量調整装置によりプリクーラへの冷媒供給流量を調整することにより達成できる。
【００２３】
またプリクーラで使用され温度上昇した冷媒を回収するとき、冷媒の温度と回収先の温度との差が大きいと熱応力の発生原因となることについては、排熱回収ボイラからプリクーラへの供給配管またはプリクーラから排熱回収ボイラへの回収配管上にプリクーラへの供給冷媒流量を調整する装置を設け、回収配管と排熱回収ボイラ配管との合流点で温度差が許容値以下となるようにプリクーラ供給流量調整装置によりプリクーラへの冷媒流量を調整することにより達成できる。
【００２４】
また、プリクーラから排熱回収ボイラへの回収配管上に蒸気若しくは水を混入して排熱回収ボイラへの回収温度を調整する装置を設け、回収配管と排熱回収ボイラ配管との合流点で温度差が許容値以下となるように回収温度調整装置により蒸気若しくは水の混入量を変化させることによっても達成できる。冷却空気のリークを検知することについては、燃料流量の変動または回収空気圧力を監視することによって達成できる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明してきたように本発明によれば、プリクーラの排熱がプラントに有効に回収され、高効率化を図ることが可能であり、さらにクローズド空気冷却ガスタービンの様々な運転モードにおいて適正な運転状態を保ち信頼性の向上を図ることが可能なこの種の空気冷却ガスタービンシステムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１にはそのクローズド空気冷却ガスタービンシステムが系統図で示されている。ガスタービン装置は、主として圧縮機１、燃焼器２、タービン３から構成され、蒸気タービン装置は高圧蒸気タービン４、再熱蒸気タービン５、低圧蒸気タービン６で構成されている。この場合、ガスタービン装置と蒸気タービン装置および発電機７は同軸上に設置されている。
【００２７】
タービン３からの排出ガスは、経路８を介して排熱回収ボイラ９に供給される。排熱回収ボイラ９には、低圧節炭器１０、低圧ドラム１１、低圧蒸発器１２、中圧節炭器１３、中圧ドラム１４、中圧蒸発器１５、低圧過熱器１６、高圧節炭器１７、中圧過熱器１８、高圧ドラム１９、高圧蒸発器２０、高圧１次過熱器２１、１次再熱器２２、２次再熱器２３、高圧２次過熱器２４、給水ポンプ２５、中圧ポンプ２６、高圧ポンプ２７、再循環ポンプ２８、プリクーラ給水ポンプ２９が設置されている。
【００２８】
蒸気タービン系は、高圧蒸気タービン４、再熱蒸気タービン５、低圧タービン６、復水器３０で構成され、クローズド空気冷却系統はプリクーラ３１、ブースト圧縮機３２、ガスタービン高温部３３で構成されている。
【００２９】
圧縮機入口空気４１は圧縮機１で昇圧され燃焼器２に供給される。また圧縮機吐出空気の一部はプリクーラ３１で減温される。プリクーラ３１で減温された空気はブースト圧縮機３２で昇圧されガスタービン高温部３３の冷却に用いられる。ガスタービン高温部３３を冷却した空気はタービンガスパス中に放出されることなく燃焼器２に回収される。
【００３０】
燃焼器２では圧縮機吐出空気と回収した冷却空気で燃料４２を燃焼し、高温高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービン３で仕事をし、排気ガスが経路８を通って、排熱回収ボイラ９に供給される。排熱回収ボイラ９で熱回収された排気ガスは大気４５に放出される。
【００３１】
復水器３０からの給水は、給水ポンプ２５を通り排熱回収ボイラ９内の低圧節炭器１０に流入する。低圧節炭器１０の出口給水は低圧ドラム１１に供給されると同時に、中圧ポンプ２６および再循環ポンプ２８へ供給される。再循環ポンプ２８出口の給水は低圧節炭器１０入口に合流し、低圧節炭器入口給水温度を上げて露結による低圧節炭器１０の低温腐食を防止している。
【００３２】
中圧ポンプ２６出口の給水は中圧節炭器１３に導かれ中圧ドラム１４と高圧ポンプ２７に供給される。高圧ポンプ２７出口の給水は、高圧節炭器１７を通って高圧ドラム１９へ供給される。高圧ドラム１９の給水は高圧蒸発器２０で飽和蒸気となり高圧１次過熱器２１に供給される。
【００３３】
高圧１次過熱器２１を出た蒸気は高圧ポンプ２７出口給水の一部と温度調節器３４で合流し高圧２次過熱器２４に供給される。高圧２次過熱器２４出口の温度が適正温度となるように温度調節器３４への高圧ポンプ出口給水量を調節する。高圧２次過熱器２４出口蒸気は主蒸気配管３５と通って高圧蒸気タービン４に供給される。高圧蒸気タービン４で仕事をした蒸気は配管３６を通って１次再熱器２２に供給される。
【００３４】
１次再熱器２２を出た蒸気は中圧ポンプ２６出口給水の一部と温度調節器３７で合流し２次再熱器２３に供給される。２次再熱器２３を出た蒸気は配管３８を通って再熱蒸気タービン５に供給される。２次再熱器２３出口の温度が適正温度となるように温度調節器３７への中圧ポンプ出口給水量を調節する。再熱蒸気タービン５で仕事をした蒸気は配管３９を通って低圧蒸気タービン６入口に供給される。
【００３５】
一方、低圧ドラム１１に供給された給水は低圧蒸発器１２で蒸発し低圧過熱器１６に導かれる。低圧過熱器１６を出た蒸気は配管４０を通って低圧蒸気タービン６入口で再熱蒸気タービン出口からの蒸気と合流し低圧蒸気タービン６に供給される。低圧タービン６をでた蒸気は復水器３０で水となり、給水ポンプ２５により排熱回収ボイラ９へ供給される。
【００３６】
プリクーラの熱回収系統について説明する。プリクーラ３１は高温側熱交換器４３と低温側熱交換器４４の二つに分割されている。高温側熱交換器４３には中圧蒸発器１５、中圧過熱器を通過した蒸気と高圧蒸気タービン４出口蒸気を混合した蒸気が供給される。高温側熱交換器４３で高温部３３の冷却用空気と熱交換し温度上昇した蒸気は１次再熱器出口に合流する。低温側熱交換器４４には中圧節炭器１３出口から分岐し、供給ポンプ２９で昇圧された給水が導かれる。低温側熱交換器４４で温度上昇した給水は高圧節炭器１７出口に合流する。
【００３７】
本実施例では高圧蒸気タービン４出口蒸気は１次再熱器２２と高温側熱交換器４３に分配され温度調節器３７手前で合流している。すなわち高温側熱交換器４３に蒸気を分岐させた分だけ１次再熱器２２に供給される蒸気流量が減少するため、１次再熱器２２での熱回収量が減少する事により１次再熱器２２を通過した排ガス温度が上昇し高圧蒸発器２０での蒸発量が増加する。すなわち蒸気タービンの出力が増加してプラント効率が上昇する。
【００３８】
高温側熱交換器４３を通過した冷却空気は高温側熱交換器４３に供給された蒸気温度以下には下がらず、十分に冷却空気温度の低減がなされていないことが有り得る。本実施例では低温側熱交換器４４を設けて温度の低い冷媒を供給しさらに冷却空気温度を下げている。これによりブースト圧縮機３２の動力が低減され、ガスタービン高温部３３冷却の面からも有利となる。
【００３９】
本実施例では中圧節炭器１３出口給水は高圧節炭器１７と低温側熱交換器４４に分配され高圧節炭器１７出口で合流している。すなわち低温側熱交換器４４に給水を分岐させた分だけ高圧節炭器１７に供給される給水量が減少するため、高圧節炭器１７を通過した排ガス温度が上昇し中圧蒸発器１５での蒸発量が増加する。すなわち蒸気タービンの出力が増加してプラント効率が上昇する。
【００４０】
また、圧縮機吐出空気温度は圧力比２５程度で５００℃レベル、一方、２次再熱器出口蒸気温度は５３８℃から５９３℃レベル、１次再熱器出口蒸気温度レベルは４００℃から５００℃レベルなので、高温側熱交換器４３出口蒸気は温度のマッチングのとれる１次再熱器出口に回収している。
【００４１】
本発明のもう一つの例が図２に示されている。この実施例が図１の実施例と異なるのは高温側熱交換器４３へ高圧蒸発器２０からの蒸気を供給し、熱回収した蒸気を高圧１次過熱器２１出口に回収している点である。本実施例においても図１の実施例と同様に高圧蒸気発生量が増加し、プラント効率が上昇する。本実施例においても、高温側熱交換器４３出口蒸気を温度のマッチングのとれる高圧１次過熱器出口に回収している。
【００４２】
本発明の他の実施例を図３に示す。本実施例が図１の実施例と異なるのは低温側熱交換器４４へ中圧ポンプ２６出口の給水を供給し、熱回収した給水を中圧節炭器１３出口に回収している点である。本実施例においてはプリクーラ３１に供給される冷媒は排熱回収ボイラ９の中圧系統であり、プリクーラ３１を通過する冷却空気の圧力よりも低く設定することができる。すなわち高温側熱交換器４３若しくは低温側熱交換器４４にクラックが生じた場合、冷却空気が蒸気若しくは給水にリークするので、後流に位置するブースト圧縮機３２への水混入による損傷を防止でき、運転の信頼性が向上する。
【００４３】
本発明の他の実施例を図４に示す。本実施例が図１の実施例と異なるのは低温側熱交換器４４で温度上昇した給水を燃料加熱器４５に供給し、燃料４２に熱回収している点である。本実施例によれば、燃料加熱による温度上昇分だけ燃焼器２に供給する燃料量を少なくする事ができるため、プラント効率は上昇する。燃料の温度は給水や蒸気の温度に比べても十分に温度が低いため、低温熱回収に効果的でかつ回収熱量が燃料量の低減に直接的に作用するので最もプラント効率向上効果が大きい。
【００４４】
本発明の他の実施例を図５に示す。本実施例が図１の実施例と異なるのは高温側熱交換器４３を蒸発器としている点である。低温側熱交換器４４へは供給ポンプ２９で昇圧された給水が導かれる。低温側熱交換器４４で温度上昇した給水はドラム４６に供給され高温側熱交換器４３で蒸発して高圧１次過熱器２１入口に供給される。本実施例においても図１の実施例と同様に高圧蒸気発生量が増加し、プラント効率が上昇する。
【００４５】
本発明の他の実施例を図６に示す。排熱回収ボイラ９から高温側熱交換器４３への冷媒供給配管上に流量調節弁４８を設置して、高温側熱交換器４３から排熱回収ボイラ９へ回収される冷媒の温度Ｔ1と排熱回収ボイラ側の合流前温度Ｔ2を検出し、Ｔ1とＴ2の温度差が熱応力が問題とならない許容温度差以内に納まる様に流量調節弁４８で高温側熱交換器４３への冷媒流入量を調整する。
【００４６】
図７に起動から定格運転に至るまでの排熱回収ボイラ入口排ガスとプリクーラ入口空気の温度、およびＧＴ回転数、プラント出力変化を示す。この図からＡ点からＢ点の間ではプリクーラ入口空気温度が排ガス温度よりも高く、定格運転時とは温度関係が逆転している。
【００４７】
もし仮に流量調節弁４８により分岐点４７での分配量を制御しなかったとすれば、定格運転時に合流点４９の温度差が許容値以内であったとしても、Ａ点からＢ点付近ではプリクーラの回収熱量が排ガスからの回収熱量よりも相対的に増加するため高温側熱交換器４３出口温度Ｔ1が排熱回収ボイラの合流前温度Ｔ2よりも高温となりその温度差が許容値を超えてしまう可能性がある。ゆえに、このような場合は流量調節弁４８の開度を大きくし高温側熱交換器４３への分配割合を増加させることにより高温側熱交換器４３出口温度の上昇を抑制しＴ１とＴ２の温度差を許容値内におさえることができる。
【００４８】
本発明の他の実施例を図８に示す。本実施例が図６の実施例と異なるのは合流点４９の過大な温度差を抑制するために高温側熱交換器４３から合流点４９に向かう配管上に温度調節器５１を設置した点である。高温側熱交換器４３から排熱回収ボイラ９へ回収される冷媒の温度Ｔ1と排熱回収ボイラ側の合流前温度Ｔ2を検出し、Ｔ１とＴ２の温度差が熱応力が問題とならない許容温度差以内に納まる様に水若しくは蒸気を供給流量調整弁５０を通して温度調節器５１に供給する。
【００４９】
また、本実施例ではブースト圧縮機３２の入口およびガスタービン高温部３３に供給する冷却空気温度を設定温度に保つようにプリクーラ３１の出口空気温度Ｔ3を検出し、流量調整弁５２により低温側熱交換器４４への冷媒供給量を調節する。
【００５０】
さらに、本実施例では低温側熱交換器４４出口に再循環ポンプ５３を設置している。低温側熱交換器４４出口の温度上昇した冷媒を低温側熱交換器４４入口に合流することにより低温側熱交換器４４入口冷媒温度を上げてプリクーラ出口空気の露結を防止することができる。すなわち、ブースト圧縮機３２への水滴の流入によるブースト圧縮機３２の損傷を防止することができるので信頼性が向上する。
【００５１】
本発明の他の実施例を図９に示す。本実施例ではガスタービン排ガス温度Ｔを検出し、排ガス温度Ｔに応じてブースト圧縮機３２の駆動モータ５４の回転数を制御している。正常な運転状態では排ガス温度Ｔはガスタービン高温部３３の温度にリンクしているので、排ガス温度が上昇するとガスタービン高温部３３も温度上昇するので駆動モータ５４の回転数を上げて冷却空気量を増加して必要な流量を確保する。本運転法によりガスタービン高温部３３に適正な冷却空気量を供給することができる。
【００５２】
本発明の他の実施例を図１０に示す。本実施例ではガスタービン回転数Ｎおよびプラント出力Ｗを検出し、スタービン回転数Ｎおよびプラント出力Ｗに応じてブースト圧縮機３２の駆動モータ５４の回転数を制御している。大気の状態によっては若干の変動はあるものの、正常な運転状態では図７に示しているように、ガスタービン回転数とプラント出力を知ることができれば排ガス温度を知ることができる。すなわち、ガスタービン回転数Ｎおよびプラント出力Ｗから排ガス温度を介してガスタービン高温部３３の温度を予測し、駆動モータ５４の回転数を制御する。本運転法により適正な冷却空気量を供給することができる。
【００５３】
本発明の他の実施例を図１１に示す。本実施例ではガスタービン排ガス温度Ｔを検出し、排ガス温度Ｔに応じて冷却空気供給量調節弁５５を制御している。正常な運転状態では、排ガス温度Ｔはガスタービン高温部３３の温度にリンクしているので、排ガス温度が上昇するとガスタービン高温部３３も温度上昇するので、冷却空気供給量調節弁５５の弁開度を大きくして冷却空気量を増加する。本運転法によってもガスタービン高温部３３に適正な冷却空気量を供給することができる。
【００５４】
本発明の他の実施例を図１２に示す。本実施例が図１１の実施例と異なる点はブースト圧縮機３２の駆動源をガスタービン回転軸５６としている点である。ガスタービン軸駆動とすることによってガスタービンが回転している間は常にブースト圧縮機を稼働することができるので停電によるブースト圧縮機の停止の恐れも無く信頼性が向上する。
【００５５】
本発明の他の実施例を図１３に示す。ガスタービン高温部３３から何らかの原因で許容値以上のリークが発生した場合、燃焼器２に回収される冷却空気量は減少する。回収される冷却空気量の減少によりタービン第１段静翼入口燃焼ガス量も減少し第１段静翼入口圧力が低下する。第１段静翼入口圧力の低下に応じて回
収冷却空気圧力Ｐも低下する。
【００５６】
第１段静翼入口圧力の低下によるプラント出力が低下を防止するために、燃料量が増加する。回収される冷却空気量が減少し供給空気量が少なくなったにもかかわらず燃料量が増加すると、燃焼温度が上昇しガスタービン高温部３３を損傷することになる。クローズド空気冷却ガスタービンでは冷却空気のリークにより燃焼温度が上昇しても、リーク空気がガス温度を低下させるので排ガス温度Ｔ１の上昇により燃焼温度の上昇を検出できない可能性がある。
【００５７】
図１４に示すようにクローズド冷却空気がリークすると前記の理由で燃料流量Ｇの増加、回収空気圧力すなわち燃焼器圧力Ｐの低下という状態になるので、燃料流量Ｇと燃焼器圧力Ｐを監視することによりクローズド冷却空気のリークを検出することができる。
【００５８】
すなわち、燃料流量Ｇ、燃焼器圧力Ｐ、排ガス温度Ｔ１、プラント出力Ｗを検出し、正常運転時には排ガス温度Ｔ１が制限値を超えない範囲でプラント出力Ｗが設定値となるよに燃料流量調節弁５８により燃料供給量を調節する。ただし、燃料量Ｇが単位時間内に許容値以上供給された場合、もしくは燃焼器圧力Ｐが単位時間内に許容値以上温度低下が生じた場合は、クローズド冷却空気が許容値以上にリークしている可能性があるとして燃料流量調節弁制御装置５７からの信号により燃料流量調節弁５８を閉としてプラントを停止する。
【００５９】
本運転方法により、クロース゛ド冷却空気がリークしたとしてもガスタービン高温部を損傷すること無く安全にプラントを停止することができる。
【００６０】
以上説明してきたようにこのように形成されたクローズド空気冷却ガスタービンシステムであると、プリクーラの熱交換器を複数設け、プリクーラ上流側熱交換器には温度の高い冷媒を給し温度の高い箇所に回収することにより高効率化を図ると同時に、十分に冷却空気温度が下らない分は下流側の熱交換器に低温の冷媒を供給することによりガスタービン高温部の冷却効果を高めているので、コンハ゛インドサイクル高効率観点からのプリクーラ排熱回収系統の最適化と、ガスタービン高温部冷却上の観点からのプリクーラ出口空気温度低減化を満たすことができる。
【００６１】
本発明によれば、ブースト圧縮機の駆動装置を電気モータとし、前記ガスタービンの排気ガス温度またはガスタービン回転数に応じてブースト圧縮機の回転数を変化させているので、ガスタービン高温部の冷却に必要な冷却空気量を調節することができる。
【００６２】
本発明によれば、ガスタービンの排気ガス温度またはガスタービン回転数に応じて冷却空気供給配管上に設けた空気流量調節装置を設けているので、ガスタービン高温部の冷却に必要な冷却空気量を調節することができる。
【００６３】
本発明によれば、排熱回収ボイラからプリクーラへの冷媒供給配管またはプリクーラから排熱回収ボイラへの冷媒回収配管上にプリクーラへの冷媒流量を調整する装置を設け、プリクーラ出口空気温度を計測しその温度が設定値となるようにプリクーラ冷媒流量調整装置によりプリクーラへの冷媒供給流量を調整しているので、様々な運転状態でプリクーラ出口冷却空気温度を設定値に維持することができる。
【００６４】
本発明によれば、排熱回収ボイラからプリクーラへの供給配管またはプリクーラから排熱回収ボイラへの回収配管上にプリクーラへの供給冷媒流量を調整する装置を設け、回収配管と排熱回収ボイラ配管との合流点で温度差が許容値以下となるようにプリクーラ供給流量調整装置によりプリクーラへの冷媒流量を調整しているので、プリクーラで使用され温度上昇した冷媒を回収するとき、冷媒の温度と回収先の温度との差を許容値内におさえて熱応力を低減することができる。
【００６５】
本発明によれば、プリクーラから排熱回収ボイラへの回収配管上に蒸気若しくは水を混入して排熱回収ボイラへの回収温度を調整する装置を設け、回収配管と排熱回収ボイラ配管との合流点で温度差が許容値以下となるように回収温度調整装置により蒸気若しくは水の混入量を変化させているので、プリクーラで使用され温度上昇した冷媒を回収するとき、冷媒の温度と回収先の温度との差を許容値内におさえて熱応力を低減することができる。
【００６６】
本発明によれば、燃料流量の変動または回収空気圧力を監視しているので、冷却空気のリークを検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明のクローズド空気冷却ガスタービンシステムの一実施例を示す系統図である。
【図２】本発明のクローズド空気冷却ガスタービンシステムの他の実施例を示す系統図である。
【図３】本発明のクローズド空気冷却ガスタービンシステムの他の実施例を示す系統図である。
【図４】本発明のクローズド空気冷却ガスタービンシステムの他の実施例を示す系統図である。
【図５】本発明のクローズド空気冷却ガスタービンシステムの他の実施例を示す系統図である。
【図６】本発明のクローズド空気冷却ガスタービンシステムの他の実施例を示す系統図である。
【図７】起動から定格に至るガスタービン特性図である。
【図８】本発明のクローズド空気冷却ガスタービンシステムの他の実施例を示す系統図である。
【図９】本発明のクローズド空気冷却ガスタービンシステムの他の実施例を示す系統図である。
【図１０】本発明のクローズド空気冷却ガスタービンシステムの他の実施例を示す系統図である。
【図１１】本発明のクローズド空気冷却ガスタービンシステムの他の実施例を示す系統図である。
【図１２】本発明のクローズド空気冷却ガスタービンシステムの他の実施例を示す系統図である。
【図１３】本発明のクローズド空気冷却ガスタービンシステムの他の実施例を示す系統図である。
【図１４】クローズド冷却空気リーク時のガスタービン特性図である。
【符号の説明】
【００６８】
４…高圧蒸気タービン、１３…中圧節炭器、１５…中圧蒸発器、１７…高圧節炭器、２０…高圧蒸発器、２２…１次再熱器、３２…ブースト圧縮機、３３…ガスタービン高温部、３７…温度調節器、４３…高温側熱交換器、４４…低温側熱交換器、２１…高圧１次過熱器、９…排熱回収ボイラ、２６…中圧ポンプ、３１…プリクーラ、２…燃焼器、４２…燃料、４５…燃料加熱器、２９…供給ポンプ、４６…ドラム、４７…分岐点、４８…流量調節弁、４９…合流点、５０…供給流量調節弁、５１…温度調節器、５２…流量調整弁、５３…再循環ポンプ、５４…駆動モータ、５５…冷却空気供給流量調節弁、５６…ガスタービン回転軸、５７…燃料流量調整弁制御装置、５８…燃料流量調節弁。
【図１】
2007016791.tif 000003
【図２】
2007016791.tif 000004
【図３】
2007016791.tif 000005
【図４】
2007016791.tif 000006
【図５】
2007016791.tif 000007
【図６】
2007016791.tif 000008
【図７】
2007016791.tif 000009
【図８】
2007016791.tif 000010
【図９】
2007016791.tif 000011
【図１０】
2007016791.tif 000012
【図１１】
2007016791.tif 000013
【図１２】
2007016791.tif 000014
【図１３】
2007016791.tif 000015
【図１４】
2007016791.tif 000016