(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス供給源よりガスタービンの燃焼器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統において、
前記燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力が前記ガスタービンの運転に最適な圧力よりも低いとき燃料ガスを圧縮する燃料ガス圧縮機と、
この燃料ガス圧縮機の出力側に設けられ、該燃料ガス圧縮機で圧縮された燃料ガスを冷却する冷却器と、
前記燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力が前記ガスタービンの運転に最適な圧力よりも高いとき前記燃料ガス圧縮機及び前記冷却器をバイパスするバイパスラインと、
前記ガスタービンの起動時に前記冷却器より流入する燃料ガスをバイパスするバイパス路を有し、且つ前記バイパスラインを通って流入する燃料ガスを温水により加温する第１の加温器と、
この第１の加温器の出力側に設けられ、前記ガスタービンの運転時に燃料ガスを最適な圧力に減圧する減圧弁と、
この減圧弁の出力側に設けられ、前記ガスタービンの起動時に前記減圧弁より流入する燃料ガスをバイパスするバイパス路を有し、且つ定常運転時に前記減圧弁により減圧された燃料ガスを温水により最適な温度に加温する第２の加温器とを備え、
前記ガスタービンの起動運転時及び定常運転時に最適な温度及び圧力の燃料ガスを前記燃焼器に供給可能にしたことを特徴とするガスタービンの燃料ガス供給システム。
【請求項２】
請求項１記載のガスタービンの燃料ガス供給システムにおいて、前記第２の加温器で燃料ガスを加温する温水は、排熱回収ボイラの節炭器出口から供給され、熱交換を終えた温水を給水系へ戻すようにしたことを特徴とするガスタービンの燃料ガス供給システム。
【請求項３】
請求項１記載のガスタービンの燃料ガス供給システムにおいて、前記第１の加温器で燃料ガスを加温する温水は、排熱回収ボイラの給水系から第３の加温器を介して供給され、熱交換を終えた温水を給水系へ戻すようにしたことを特徴とするガスタービンの燃料ガス供給システム。
【請求項４】
請求項３記載のガスタービンの燃料ガス供給システムにおいて、補助蒸気を発生させる補助ボイラを更に備えるとともに、第３の加温器は、第１の加温器に供給される温水を前記補助ボイラからの補助蒸気により加温することを特徴とするガスタービンの燃料ガス供給システム。
【請求項５】
請求項３又は請求項４記載のガスタービンの燃料ガス供給システムにおいて、前記排熱回収ボイラの給水系から前記第１の加温器に温水を供給する系統に温水を燃料ガスの圧力よりも高い圧力に加圧する加圧ポンプを設けたことを特徴とするガスタービンの燃料ガス供給システム。
【請求項６】
燃料ガス供給源よりガスタービンのガス燃焼器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統に、燃料ガスを圧縮する燃料ガス圧縮機、燃料ガスを減圧する減圧弁、燃料ガスを加温する第１の燃料ガス加温器及び第２の燃料ガス加温器を備えたガスタービンの燃料ガス供給システムの運転方法において、ガスタービンの通常運転時に前記燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適なガス燃料の圧力よりも低いとき前記燃料ガス圧縮機により燃料ガスを圧縮した後、前記第１の燃料ガス加温器により加温し、また前記燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適なガス燃料の圧力よりも高いとき前記第１のガス燃料加温器により加温した後、前記減圧弁により燃料ガスを減圧し、さらにこの減圧によって温度低下した燃料ガスを前記第２の燃料ガス加温器により加温して前記ガスタービンの通常運転時に最適な圧力及び温度の燃料ガスを前記燃焼器に供給することを特徴とするガスタービンの燃料ガス供給システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの運転に最適な温度および圧力の燃料ガスを燃焼器に供給可能にした燃料ガス供給システムとその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にガスタービンのガス燃焼器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統においては、燃料ガス供給源から送られてくる燃料ガスを減圧または圧縮してガスタービン燃焼器に供給しているものである。
【０００３】
また、従来のいずれの燃料ガス供給系統においても、燃料ガス供給源のガス圧力がガスタービンの燃焼器にとって最適な圧力よりも高い場合か、低い場合の対策だけであり、燃料ガス供給圧力が変化する場合において、前述の両方についての対応が実施されてはいない。また、ガスタービンへ供給する燃料ガス温度についても特に規制のないものであり、ガスタービンへ供給する燃料ガス温度制御は実施していないものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は燃料ガス供給源から送られてくる燃料ガス圧力がガスタービンの燃焼器にとって最適な圧力、温度であり、且つ万一のガス漏洩に対しても安全に対応することを目的としている。
【０００５】
本発明が解決しようとしていることは、まず燃料ガス圧力の最適な制御であり、燃料ガス供給源から送られてくる燃料ガス圧力がガスタービンの燃焼器にとって最適な圧力よりも高い場合及び低い場合の双方に対応できることである。
【０００６】
次に、燃料ガス温度については、ガスタービン起動時にガスタービンの燃焼器にとって最適な温度に制御し、且つ露点温度を下回らないようにし、さらにガスタービン定常運転時のガスタービンの燃焼器にとって最適な温度に制御することにある。
【０００７】
最後に万一のガス漏洩に対しても安全に対応するために、それぞれの燃料加温器において、燃料ガス圧力よりも温水圧力を高く保つことにある。これによって、万一の燃料ガス漏洩時においても燃料ガス中に温水が混合してガスタービンが停止することとしている。このような対策が実施されていない場合は、漏洩した燃料ガスが温水系統に流入し、温度が上昇することによって爆発する可能性がある。本発明はこのような危険防止もあわせて解決しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段によりガスタービンの燃料供給システムを構成し、この燃料供給システムを次のような方法で運転するものである。
【０００９】
請求項１に対応する発明は、燃料ガス供給源よりガスタービンの燃焼器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統において、前記燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力が前記ガスタービンの運転に最適な圧力よりも低いとき燃料ガスを圧縮する燃料ガス圧縮機と、この燃料ガス圧縮機の出力側に設けられ、該燃料ガス圧縮機で圧縮された燃料ガスを冷却する冷却器と、前記燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力が前記ガスタービンの運転に最適な圧力よりも高いとき前記燃料ガス圧縮機及び前記冷却器をバイパスするバイパスラインと、前記ガスタービンの起動時に前記冷却器より流入する燃料ガスをバイパスするバイパス路を有し、且つ前記バイパスラインを通って流入する燃料ガスを温水により加温する第１の加温器と、この第１の加温器の出力側に設けられ、前記ガスタービンの運転時に燃料ガスを最適な圧力に減圧する減圧弁と、この減圧弁の出力側に設けられ、前記ガスタービンの起動時に前記減圧弁より流入する燃料ガスをバイパスするバイパス路を有し、且つ定常運転時に前記減圧弁により減圧された燃料ガスを温水により最適な温度に加温する第２の加温器とを備え、前記ガスタービンの起動運転時及び定常運転時に最適な温度及び圧力の燃料ガスを前記燃焼器に供給可能にする。
【００１１】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明のガスタービンの燃料ガス供給システムにおいて、前記第２の加温器で燃料ガスを加温する温水は、排熱回収ボイラの節炭器出口から供給され、熱交換を終えた温水を給水系へ戻すようにしたものである。
【００１２】
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する発明のガスタービンの燃料ガス供給システムにおいて、前記第１の加温器で燃料ガスを加温する温水は、排熱回収ボイラの給水系から第３の加温器を介して供給され、熱交換を終えた温水を給水系へ戻すようにしたものである。
【００１３】
請求項４に対応する発明は、請求項３に対応する発明のガスタービンの燃料ガス供給システムにおいて、補助蒸気を発生させる補助ボイラを更に備えるとともに、第３の加温器は、第１の加温器に供給される温水を前記補助ボイラからの補助蒸気により加温するようにしたものである。
【００１４】
請求項５に対応する発明は、請求項３又は請求項４に対応する発明のガスタービンの燃料ガス供給システムにおいて、前記排熱回収ボイラの給水系から前記第１の加温器に温水を供給する系統に温水を燃料ガスの圧力よりも高い圧力に加圧する加圧ポンプを設ける。
【００１６】
請求項６に対応する発明は、燃料ガス供給源よりガスタービンのガス燃焼器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統に、燃料ガスを圧縮する燃料ガス圧縮機、燃料ガスを減圧する減圧弁、燃料ガスを加温する第１の燃料ガス加温器及び第２の燃料ガス加温器を備えたガスタービンの燃料ガス供給システムの運転方法において、ガスタービンの通常運転時に前記燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適なガス燃料の圧力よりも低いとき前記燃料ガス圧縮機により燃料ガスを圧縮した後、前記第１の燃料ガス加温器により加温し、また前記燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力がガスタービンの運転に最適なガス燃料の圧力よりも高いとき前記第１のガス燃料加温器により加温した後、前記減圧弁により燃料ガスを減圧し、さらにこの減圧によって温度低下した燃料ガスを前記第２の燃料ガス加温器により加温して前記ガスタービンの通常運転時に最適な圧力及び温度の燃料ガスを前記燃焼器に供給する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明によるガスタービンの燃料供給システムの実施の形態を示す系統構成図である。
【００１９】
図１において、１は燃料ガス供給源より送られてくる燃料ガスを加圧する燃料ガス圧縮機で、この燃料ガス圧縮機１の入力側および出力側には、開閉弁２ａ，２ｂがそれぞれ設けられ、また、５はガス圧縮機１より流入する燃料ガスを所定の温度に冷却する冷却器である。入力側の開閉弁２ａの上流側と冷却器５の下流側との間にバイパス弁３及び逆止弁４を直列に設けてバイパスラインが形成されている。
【００２０】
なお、燃料ガス圧縮機１には図示しないフィルタにより水分やサビなどが除去された燃料ガスが送られる。
【００２１】
一方、６は冷却器５より流入する燃料ガスをガスタービンの起動時に加温する起動用燃料ガス加温器（第１の加温器）で、この第１の加温器６の入力側および出力側には、開閉弁７ａ，７ｂがそれぞれ設けられ、さらに入力側の開閉弁７ａの上流側と開閉弁７ｂの下流側との間にバイパス弁８を設けてバイパス路が形成されている。
【００２２】
上記第１の加温器６は一次側を通して流れる燃料ガスを、二次側を通して流れる温水により加温するもので、二次側を流れる温水は、図示しない給水系から開閉弁９を介して供給される温水を起動用燃料ガス加温器用温水加温器（第３の加温器）１０で加温した後、加圧ポンプ１１により一次側を流れる燃料ガス圧よりも高い圧力になるように加圧して開閉弁１２を介して供給される。
【００２３】
そして、第１の加温器６を通過した温水は制御弁１３を介して給水系に戻される。
【００２４】
ここで、上記第３の加温器１０は、一次側が第１の加温器６に流れる温水を、二次側を通して流れる補助蒸気により加温するもので、この二次側を通して流れる補助蒸気は図示しない補助ボイラから供給され、熱交換を終えて水は開閉弁１４を介して補助ボイラに戻される。
【００２５】
また、１５は第１の加温器６又はバイパス弁８を介してバイパス路より流出する燃料ガスを減圧する減圧弁である。
【００２６】
さらに、１６は減圧弁１５で減圧された燃料ガスをガスタービンの通常（定格）運転時に必要な最適温度に加温してガスタービンの燃焼器に供給する燃料ガス加温器（第２の加温器）で、この第２の加温器１６の入力側および出力側には、開閉弁１７ａ，１７ｂがそれぞれ設けられ、さらに入力側の開閉弁１７ａの上流側と開閉弁１７ｂの下流側との間にバイパス弁１８を設けてバイパス路が形成されている。
【００２７】
上記第２の加温器１６は、一次側を通して流れる燃料ガスを、二次側を通して流れる温水により加温するもので、二次側を流れる温水は、排熱回収ボイラの節炭器から開閉弁１９を介して供給される温水により加温した後、給水系に制御弁２０を介して戻される。
【００２８】
なお、前述した構成は１系統に相当する燃料ガス供給システムであるが、実際には上記と全く同一構成の燃料ガス供給システムが複数系統設けられ、各系統の燃料ガス供給システムに対して燃料ガス供給源より燃料ガスが供給されるようになっている。
【００２９】
次に上記のように構成されたガスタービンの燃料供給システムの作用について述べる。
【００３０】
ガスタービンの運転時に燃焼器に供給する最適な燃料ガス圧力に対して、燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの圧力が燃料ガス供給先のプラントの数により低い場合と高い場合がある。
【００３１】
一方、ガスタービンを運転する場合、燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの温度をＡとしたとき、ガスタービンの起動時に燃焼器に供給する最適な燃料ガスの温度Ｂ及びガスタービンの通常運転時に最適な燃料ガスの温度Ｃは、
Ａ＜Ｂ＜Ｃ
の関係にある。
【００３２】
ここで、ガスタービンの起動時に最適な燃料ガスの温度Ｂが通常運転時に最適な燃料ガスの温度Ｃよりも低いのは、燃焼振動を小さく抑えるためである。
【００３３】
以上のような前提条件を踏まえて、本燃料ガス供給システムの運転方法を詳細に説明する。
【００３４】
（１）ガスタービンの運転時に燃焼器に供給する最適な燃料ガス圧力に対して、燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの圧力が低い状態で、ガスタービンを起動する場合
このとき燃料ガス圧縮機１の入力側及び出力側の開閉弁２ａ，２ｂは開き、バイパス弁３は閉じている。また、第１の加温器６の入力側及び出力側の開閉弁７ａ，７ｂが閉じ、バイパス弁８が開き、さらに第２の加温器１６の入力側及び出力側の開閉弁１７ａ，１７ｂが閉じ、バイパス弁１８が開いている。
【００３５】
このような状態で、燃料ガス供給源より温度Ａの燃料ガスが燃料ガス圧縮機１に流入すると、この燃料ガスは所定の圧力に加圧され、温度がガスタービンの起動時に最適な燃料ガスの温度Ｂよりも高い温度に上昇する。この温度上昇した燃料ガスは冷却器５によりガスタービンの起動時に最適な燃料ガスの温度Ｂにまで冷却される。
【００３６】
この冷却器５により冷却された燃料ガスは、第１の加温器６のバイパス路を通って、第２の加温器１６のバイパス路を通って燃焼器へ供給される。
【００３７】
従って、燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの圧力が低い場合でも、ガスタービンの起動時に最適な温度Ｂの燃料ガスが最適な圧力で燃焼器に供給されるので、ガス燃焼器を燃焼振動を小さく抑えることができる。
【００３８】
（２）ガスタービンの運転に最適な燃料ガス圧力に対して、燃料ガス供給源から流入する燃料ガスの圧力が低い状態で、ガスタービンを定常運転する場合
このとき燃料ガス圧縮機１の入力側及び出力側の開閉弁２ａ，２ｂは開き、バイパス弁３は閉じている。また、第１の加温器６の入力側及び出力側の開閉弁７ａ，７ｂが閉じ、バイパス弁８が開き、さらに第２の加温器１６の入力側及び出力側の開閉弁１７ａ，１７ｂが開き、バイパス弁１８が閉じている。
【００３９】
このような状態で、燃料ガス供給源より温度Ａの燃料ガスが燃料ガス圧縮機１に流入すると、この燃料ガスは所定の圧力に加圧され、温度が上昇するが、このときの燃料ガスの温度はガスタービンの定常運転時に最適な燃料ガスの温度Ｃよりも低い温度である。第２の加温器１６の一次側を流れる燃料ガスは、その二次側に排熱回収ボイラの節炭器出口から供給される温度の高い温水によりガスタービンの定常運転時に最適な温度Ｃにまで加温されて燃焼器へ供給される。
【００４０】
従って、燃料ガス供給源から流入する燃料ガスの圧力が低い場合でも、ガスタービンの定常運転時に最適な温度Ｃの燃料ガスが最適な圧力で燃焼器に供給されるので、ガスタービンを効率良く運転することができる。
【００４１】
（３）ガスタービンの運転に最適な燃料ガス圧力に対して、燃料ガス供給源から流入する燃料ガスの圧力が高い状態で、ガスタービンを起動する場合
このとき燃料ガス圧縮機１の入力側及び出力側の開閉弁２ａ，２ｂは閉じ、バイパス弁３は開いている。また、第１の加温器６の入力側及び出力側の開閉弁７ａ，７ｂが開き、バイパス弁８が閉じ、さらに第２の加温器１６の入力側及び出力側の開閉弁１７ａ，１７ｂが閉じ、バイパス弁１８が開いている。
【００４２】
このような状態で、燃料ガス供給源より温度Ａの燃料ガスが送られてくると、この燃料ガスは燃料ガス圧縮機１のバイパスラインを通って冷却器５の下流側に流入する。この場合、冷却器５は燃料ガスの冷却を行なわず、温度Ａの燃料ガスが第１の加温器６に流入する。
【００４３】
この第１の加温器６の一次側を流れる燃料ガスは、その二次側に給水系統より第３の加温器１０で加温されて供給される温水によりガスタービンの起動時に最適な燃料ガスの温度Ｂよりも高い温度に加温される。
【００４４】
この第１の加温器６で加温された燃料ガスは、減圧弁１５によりガスタービンの運転時に最適な圧力まで減圧された後、第２の加温器１６のバイパス路を通って燃焼器に供給される。
【００４５】
この場合、上記第１の加温器６の二次側には、給水系統より供給される温水を第３の加温器１０で補助ボイラから供給される補助蒸気により加温され、且つ加圧ポンプ１１により燃料ガスの圧力よりも高い圧力に加圧された温水が供給され、一次側を流れる燃料ガスを加温した後、給水系統に戻される。
【００４６】
従って、燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの圧力が高い場合でも、ガスタービンの起動時に最適な温度Ｂの燃料ガスが最適な圧力でガス燃焼器に供給されるので、燃焼振動を小さく抑え、且つ燃焼効率を向上させることができる。
【００４７】
また、第１の加温器６の一次側を流れる燃料ガスの圧力に対して、二次側を流れる温水の圧力を高くしているので、万一第１の加温器６内の一次側と二次側とを仕切る伝熱管が破損した場合でも燃料ガスが温水側に流入することはない。
【００４８】
これとは逆に燃料ガスの圧力が温水の圧力より高い場合には、伝熱管が破損により燃料ガスが温水側に流入すると発電所の水系統に燃料ガスが流入し、最悪の場合には爆発事故を発生する恐れがあるが、温水が燃料ガス側に流入してもタービンが停止することになり、事故を誘発することはない。
【００４９】
（４）ガスタービンの運転に最適な燃料ガス圧力に対して、燃料ガス供給源から流入する燃料ガスの圧力が高い状態で、ガスタービンを定常運転する場合
このとき燃料ガス圧縮機１の入力側及び出力側の開閉弁２ａ，２ｂは閉じ、バイパス弁３は開いている。また、第１の加温器６の入力側及び出力側の開閉弁７ａ，７ｂが開き、バイパス弁８が閉じ、さらに第２の加温器１６の入力側及び出力側の開閉弁１７ａ，１７ｂが開き、バイパス弁１８が閉じている。
【００５０】
このような状態で、燃料ガス供給源より温度Ａの燃料ガスが送られてくると、この燃料ガスは燃料ガス圧縮機１のバイパスラインを通って冷却器５の下流側に流入する。この場合、冷却器５は燃料ガスの冷却を行なわず、温度Ａの燃料ガスが第１の加温器６に流入する。
【００５１】
この第１の加温器６の一次側を流れる燃料ガスは、その二次側に給水系統より第３の加温器１０で加温されて流れる温水によりガスタービンの定常運転時に最適な燃料ガスの温度Ｃよりも低い温度に加温される。
【００５２】
この第１の加温器６により加温された燃料ガスは、減圧弁１５によりガスタービンの運転に最適な圧力に減圧された後、第２の加温器１６に流入する。
【００５３】
すると、この第２の加温器１６の一次側を流れる燃料ガスは、その二次側に排熱回収ボイラの節炭器出口から供給される温度の高い温水によりガスタービンの定常運転時に最適な温度Ｃにまで加温されてガス燃焼器へ供給される。
【００５４】
なお、上記温度Ａの燃料ガスを減圧弁１５により減圧しても露点温度以下にならない場合には、第１の加温器６をバイパスして第２の加温器１６に減圧弁１５により減圧された燃料ガスを流入させるようにしてもよい。
【００５５】
従って、燃料ガス供給源から流入する燃料ガスの圧力が高い場合でも、ガスタービンのガスタービンの定常運転時に最適な温度Ｃの燃料ガスを最適な圧力でガス燃焼器に供給される。
【００５６】
このように本実施の形態によれば、燃料ガス供給源からガスタービンのガス燃焼器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統に、燃料ガスを加圧する燃料ガス圧縮機１、燃料ガスを減圧する減圧弁１５、蒸気タービンの低圧給水系及び中圧給水系の排熱回収ボイラから供給される温水を利用して燃料ガスを加温する第１の加温器６、第３の加温器１０、第２の加温器１６を設けることにより、燃料ガス供給源より流入する燃料ガスの圧力が変動しても、ガスタービンの起動及び定常運転時に最適な温度及び圧力の燃料ガスを燃焼器に供給できるとともに、安全性を十分確保することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ガスタービンの起動及び定常運転時に最適な温度及び圧力の燃料ガスを燃焼器に供給することができる安全性の高いガスタービンの燃料供給システムとその運転方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガスタービンの燃料供給システムの実施の形態を示す系統構成図。
【符号の説明】
１：燃料ガス圧縮機
２ａ，２ｂ，７ａ，７ｂ，９，１２，１４，１７ａ，１７ｂ：開閉弁
３，８，１８：バイパス弁
５：冷却器
６：第１の加温器
１０：第３の加温器
１１：加圧ポンプ
１５：減圧弁
１６：第２の加温器
【図１】
0003964709.tif 000002