(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体との熱交換により燃料を加熱する燃料加熱装置において、燃料の圧力と流体の圧力の差を導出する差圧導出手段と、差圧導出手段により圧力の差が小さくなったことが導出された際に燃料の圧力よりも流体の圧力が低くなることがないようにする圧力差保持手段とを備えたことを特徴とする燃料加熱装置。
【請求項２】
請求項１において、
燃料の流入口と流出口を有する容器を備えると共に容器内に流体の流通通路を備え、
差圧導出手段は、容器の内部の燃料圧力と流通通路を流通する流体圧力との差を導出する手段である
ことを特徴とする燃料加熱装置。
【請求項３】
請求項２において、
差圧導出手段は、
容器の内部の燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
流通通路を流通する流体圧力を検出する流体圧力検出手段と、
燃料圧力検出手段及び流体圧力検出手段の検出情報が入力され燃料圧力と流体圧力の差を導出する手段と
からなることを特徴とする燃料加熱装置。
【請求項４】
請求項３において、
差圧導出手段には、燃料圧力と流体圧力の差圧が所定圧力以下になった際に圧力差保持手段に燃料の圧力よりも流体の圧力が低くならないようにする指令を出力する機能が備えられていることを特徴とする燃料加熱装置。
【請求項５】
請求項４において、
圧力差保持手段は、容器の内部から燃料を放出する手段であり、
差圧導出手段には、燃料圧力と流体圧力の差圧が所定圧力以下になった際に容器の内部から燃料を放出する指令を出力する機能が備えられていることを特徴とする燃料加熱装置。
【請求項６】
請求項４において、
圧力差保持手段は、流通通路を封止して流通通路の流体圧力を封止する封止手段であり、
差圧導出手段には、燃料圧力と流体圧力の差圧が所定圧力以下になった際に流通通路を封止する指令を出力する機能が備えられていることを特徴とする燃料加熱装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
燃料はガスタービンの燃焼器に供給される燃料であり、流体は排熱回収ボイラの給水であることを特徴とする燃料加熱装置。
【請求項８】
燃料と流体の熱交換により燃料を加熱する燃料加熱方法において、燃料の圧力と流体の圧力の差を導出し、導出された圧力の差に応じて燃料の圧力よりも流体の圧力が低くならないように保持することを特徴とする燃料加熱方法。
【請求項９】
圧縮機及び燃焼器及びタービンからなるガスタービン発電設備において、請求項７に記載の燃料加熱装置を備え、燃焼器には燃料加熱装置で加熱された燃料が供給されることを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項１０】
圧縮機及び燃焼器及びタービンからなるガスタービン発電設備と、タービンの排熱を回収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を駆動源とする蒸気タービンと、蒸気タービンの排気蒸気を復水する復水器と、復水器の復水を排熱回収ボイラに給水する給水手段と、請求項７に記載の燃料加熱装置とを備え、燃焼器には燃料加熱装置で加熱された燃料が供給され、排熱回収ボイラの給水が燃料加熱装置で熱交換されることを特徴とする複合発電設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体との熱交換により燃料を加熱する燃料加熱装置及び燃料加熱方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、圧縮機及び燃焼器及びタービンからなるガスタービン発電設備に関する。
【０００３】
また、本発明は、ガスタービン発電設備と蒸気タービン発電設備を組み合わせた複合発電設備に関する。
【０００４】
【従来の技術】
エネルギー資源の有効利用と経済性の観点から、発電設備では様々な高効率化が図られている。ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたタービン発電設備（複合発電設備）もその一つである。複合発電設備では、ガスタービンからの高温の排気ガスが排熱回収ボイラに送られ、排熱回収ボイラ内で加熱ユニットを介して蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンに送って蒸気タービンで仕事をするようになっている。
【０００５】
近年、ガスタービンの燃焼温度を高くして効率を向上させるようになってきており、燃焼温度を高くするために、燃焼器に供給される燃料の温度を増加させることが行われている。ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた複合発電プラントでは、燃焼器に供給される燃料が排熱回収ボイラの給水により燃料加熱装置で加熱されるようになっている。燃料加熱装置では、燃料の圧力よりも給水の圧力が高く保たれて燃料ガスの給水への漏れがないようにされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
複合発電設備では、通常の運転中は給水の圧力は給水ポンプの駆動により所定圧力に維持されているので、燃料の圧力よりも給水の圧力が高く保たれる。しかし、設備を停止させた場合には給水ポンプの駆動も停止し、給水の圧力を所定圧力に維持できなくなる虞があった。特に、起動と停止を頻繁に繰り返す設備にあっては、設備を停止させる度に給水の圧力を所定圧力に維持できなくなる虞が生じているのが現状であった。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、給水の圧力と燃料の圧力との差が所定圧力よりも小さくなっても給水の圧力が燃料の圧力よりも低くなることがない燃料加熱装置及び燃料加熱方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、給水の圧力と燃料の圧力との差が所定圧力よりも小さくなっても給水の圧力が燃料の圧力よりも低くなることがない燃料加熱装置を備えたガスタービン発電設備を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、給水の圧力と燃料の圧力との差が所定圧力よりも小さくなっても給水の圧力が燃料の圧力よりも低くなることがない燃料加熱装置を備えた複合発電設備を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の燃料加熱装置は、流体との熱交換により燃料を加熱する燃料加熱装置において、燃料の圧力と流体の圧力の差を導出する差圧導出手段と、差圧導出手段により圧力の差が小さくなったことが導出された際に燃料の圧力よりも流体の圧力が低くならないようにする圧力差保持手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
そして、燃料の流入口と流出口を有する容器を備えると共に容器内に流体の流通通路を備え、差圧導出手段は、容器の内部の燃料圧力と流通通路を流通する流体圧力との差を導出する手段であることを特徴とする。
【００１２】
また、差圧導出手段は、容器の内部の燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、流通通路を流通する流体圧力を検出する流体圧力検出手段と、燃料圧力検出手段及び流体圧力検出手段の検出情報が入力され燃料圧力と流体圧力の差を導出する手段とからなることを特徴とする。
【００１３】
また、差圧導出手段には、燃料圧力と流体圧力の差圧が所定圧力以下になった際に圧力差保持手段に燃料の圧力よりも流体の圧力が低くならないようにする指令を出力する機能が備えられていることを特徴とする。
【００１４】
また、圧力差保持手段は、容器の内部から燃料を放出する手段であり、差圧導出手段には、燃料圧力と流体圧力の差圧が所定圧力以下になった際に容器の内部から燃料を放出する指令を出力する機能が備えられていることを特徴とする。
【００１５】
また、圧力差保持手段は、流通通路を封止して流通通路の流体圧力を封止する封止手段であり、差圧導出手段には、燃料圧力と流体圧力の差圧が所定圧力以下になった際に流通通路を封止する指令を出力する機能が備えられていることを特徴とする。
【００１６】
また、燃料はガスタービンの燃焼器に供給される燃料であり、流体は排熱回収ボイラの給水であることを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するための本発明の燃料加熱方法は、燃料と流体の熱交換により燃料を加熱する燃料加熱方法において、燃料の圧力と流体の圧力の差を導出し、導出された圧力の差に応じて燃料の圧力よりも流体の圧力が低くならないようにすることを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するための本発明のガスタービン発電設備は、圧縮機及び燃焼器及びタービンからなるガスタービン発電設備において、請求項７に記載の燃料加熱装置を備え、燃焼器には燃料加熱装置で加熱された燃料が供給されることを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、圧縮機及び燃焼器及びタービンからなるガスタービン発電設と、タービンの排熱を回収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を駆動源とする蒸気タービンと、蒸気タービンの排気蒸気を復水する復水器と、復水器の復水を排熱回収ボイラに給水する給水手段と、請求項７に記載の燃料加熱装置とを備え、燃焼器には燃料加熱装置で加熱された燃料が供給され、排熱回収ボイラの給水が燃料加熱装置で熱交換されることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の一実施形態例に係る燃料加熱装置を備えた複合発電設備の全体を表す概略構成、図２には燃料加熱装置の概略構成を示してある。
【００２１】
図１に示すように、圧縮機１及び燃焼器２及びタービン３を有するガスタービン４が備えられ、ガスタービン４には発電機５が同軸上に連結されている。ガスタービン４からの排気ガスＧが排熱回収ボイラ６に送られるようになっており、排熱回収ボイラ６には圧力毎に図示しない加熱ユニットが備えられている。
【００２２】
排熱回収ボイラ６内では加熱ユニットを介して蒸気を発生させ、発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて蒸気タービン７で仕事をするようになっている。蒸気タービン７には発電機８が同軸上に連結されている。蒸気タービン７の排気蒸気は復水器９で復水され、復水は給水手段としての給水ポンプ１０により排熱回収ボイラ６の加熱ユニットに給水される。
【００２３】
ガスタービン４の燃焼器２には圧縮機１で圧縮された空気が送られると共に、燃料圧縮機１１で圧縮されて燃料加熱装置１２で加熱された燃料ｆが送られる。燃焼器２からの燃焼ガスはタービン３に送られ、タービン３が駆動される。燃料加熱装置１２には排熱回収ボイラ６の給水の一部が送られ、排熱回収ボイラ６の給水により燃料ｆが加熱される。
【００２４】
上記構成の複合発電設備では、圧縮機１で圧縮された空気及び燃料加熱装置１２で加熱された燃料ｆが燃焼器２に送られ、燃焼器２からの燃焼ガスによりタービン３が駆動されて圧縮機１の動力及び発電機５の動力とされる（ガスタービン発電設備）。タービン３の排気ガスＧが排熱回収ボイラ６に送られて蒸気を発生させ、発生した蒸気により蒸気タービン７が駆動されて発電機８の動力とされる。蒸気タービン７の排気蒸気は復水器９で復水され、復水は給水ポンプ１０により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００２５】
複合発電設備の運転中は、給水ポンプ１０により復水が供給されているため、燃料加熱装置１２に送られる排熱回収ボイラ６の給水の圧力は燃料ｆの圧力よりも高く保持されている。このため、給水への燃料ｆの漏れが生じることがない。複合発電設備運転を停止した場合、給水ポンプ１０の運転も停止するため、給水の圧力が低下して燃料ｆの圧力よりも低下することが考えられる。このため、上述した複合発電設備の燃料加熱装置１２には、運転が停止しても自動的に給水の圧力が燃料の圧力よりも低くなることがないようにする圧力差保持手段が備えられている。
【００２６】
燃料加熱装置１２に給水の圧力が燃料の圧力よりも低くならないようにする圧力差保持手段を設けたことにより、複合発電設備運転を停止しても燃料ｆの圧力よりも給水の圧力が低くなることがなく給水への燃料ｆの漏れが生じることがなくなる。例えば、運転を１日毎に停止するような運用を行った場合でも、その都度給水の圧力を高く保持する手段を講じる必要がなく、運転員の負担を低減することができる。また、トリップ等不意に複合発電設備が停止した場合でも、給水の圧力が燃料ｆの圧力よりも低くなることがないようにすることができる。
【００２７】
従って、給水の圧力と燃料ｆの圧力との差が所定圧力よりも小さくなっても給水の圧力が燃料ｆの圧力よりも低くすることがないようにすることができる燃料加熱装置１２を備えたガスタービン発電設備とすることができる。また、給水の圧力と燃料ｆの圧力との差が所定圧力よりも小さくなっても給水の圧力が燃料ｆの圧力よりも低くなることがないようにすることができる燃料加熱装置１２を備えた複合発電設備とすることができる。
【００２８】
このため、ガスタービン発電設備及び複合発電設備の性能が設計通りに補償され、ガスタービン発電設備及び複合発電設備の信頼性を向上させることが可能になる。
【００２９】
図２に基づいて燃料加熱装置１２を説明する。
【００３０】
図２に示すように、燃料加熱装置１２の容器２１の上部には燃料ｆの流入口２２が設けられ、燃料ｆは通路２３から容器２１の内部に送られる。容器２１には燃料ｆの流出口２４が設けられ、加熱された燃料ｆは流出口２４から燃料通路２５を通って燃焼器２に送られる。容器２１の内部には給水の流通通路（チューブ）２６が設けられ、流通通路２６（熱交換部）の一端（図中下側）には排熱回収ボイラ６からの導入路２７が接続されると共に流通通路２６の他端（図中上側）には排熱回収ボイラ６への戻り路２８が接続されている。
【００３１】
燃料圧縮機１１で圧縮された燃料ｆは流入口２２から通路２３を通って容器２１の内部に送られる。そして、流通通路２６（熱交換部）を流通する給水により燃料ｆが加熱され、流出口２４から燃料通路２５を通って燃焼器２に送られる。流通通路２６には導入路２７から給水が送られ、熱交換された給水は戻り路２８から排熱回収ボイラ６に戻される。
【００３２】
圧力差保持手段を説明する。
【００３３】
容器２１の上部には内部の燃料ｆの圧力を検出する燃料圧力検出手段３１が設けられ、導入路２７には給水の圧力を検出する給水圧力検出手段３２が設けられている。燃料圧力検出手段３１及び給水圧力検出手段３２の検出情報は差圧導出手段としての比較制御手段３３に入力され、比較制御手段３３では燃料ｆの圧力と給水の圧力の差圧が演算される。
【００３４】
一方、容器２１の上部には容器２１の内部から燃料を放出する手段としてのベント弁３４が設けられ、ベント弁３４を開くことで容器２１の内部から燃料ｆが大気に放出されて燃料ｆの圧力が低下される。比較制御手段３３で燃料ｆの圧力と給水の圧力の差圧が小さくなったこと（差圧が所定値以下）が検出されると、即ち、運転停止時等に給水の圧力が低下したことが検出されると、比較制御手段３３からはベント弁３４に開動作指令が出力される。
【００３５】
つまり、運転停止時等で給水の圧力が低下すると、ベント弁３４が自動的に開動作されて容器２１の内部の燃料ｆが大気に放出され、燃料ｆの圧力が低下して給水の圧力を燃料ｆの圧力よりも低くなることがないようにすることができる。尚、燃料ｆの圧力と給水の圧力の差圧を差圧検出手段によって直接検出することも可能であり、差圧が所定値以下になったときに機械的なスイッチを作動させてベント弁３４を開動作させることも可能である。
【００３６】
従って、複合発電設備運転を停止しても燃料ｆの圧力が高くなって給水への燃料ｆの漏れが生じることがなくなる。例えば、運転を１日毎に停止するような運用を行った場合でも、その都度給水の圧力を高く保持する手段を講じる必要がなく、運転員の負担を低減することができる。また、トリップ等不意に複合発電設備が停止した場合でも、給水の圧力が燃料ｆの圧力よりも低くならないようにすることができる。また、燃料ｆの圧力と給水の圧力の差圧が小さくなった後に燃料ｆを大気に放出して給水の圧力が燃料ｆの圧力よりも低くならないようにしているので、無駄な燃料ｆの放出がなくなり、最小限の放出で確実に給水の圧力が燃料ｆの圧力よりも低くならないようにすることができる。
【００３７】
図中の符号で３５はレベルスイッチであり、流通通路２６から給水が漏れた際に給水の水位が一定水位を越えたことを検出するものである。
【００３８】
圧力差保持手段の他の実施形態例を説明する。導入路２７には給水の導入を遮断する遮断弁３６が設けられ、戻り路２８には給水の戻り側への流通を遮断する遮断弁３７が設けられている。遮断弁３６及び遮断弁３７を閉じることにより流通通路２６内に給水が封止され、燃料ｆが流通通路２６内に漏れ込むことがない。運転停止時等で給水の圧力が低下したことが検出されると、比較制御手段３３からは遮断弁３６及び遮断弁３７を閉じる指令が出力され、流通通路２６内に給水を封止して給水の圧力が燃料ｆの圧力よりも低くなることがない状態にする。この時、ベント弁３４による燃料ｆの大気への放出を実施してもしなくてもよい。
【００３９】
また、図に点線に示すように、導入路２７に給水ポンプ３９を設け、給水の圧力が低下したときに積極的に給水の圧力を高くすることも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
上記目的を達成するための本発明の燃料加熱装置は、流体との熱交換により燃料を加熱する燃料加熱装置において、燃料の圧力と流体の圧力の差を導出する差圧導出手段と、差圧導出手段により圧力の差が小さくなったことが導出された際に燃料の圧力よりも流体の圧力が低くなるようにする圧力差保持手段とを備えたので、給水の圧力と燃料の圧力との差が所定圧力よりも小さくなっても給水の圧力が燃料の圧力よりも低くならないようにすることができる。
【００４１】
そして、燃料の流入口と流出口を有する容器を備えると共に容器内に流体の流通通路を備え、差圧導出手段は、容器の内部の燃料圧力と流通通路を流通する流体圧力との差を導出する手段であるので、差圧の導出が容易に行える。
【００４２】
また、差圧導出手段は、容器の内部の燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、流通通路を流通する流体圧力を検出する流体圧力検出手段と、燃料圧力検出手段及び流体圧力検出手段の検出情報が入力され燃料圧力と流体圧力の差を導出する手段とからなるので、簡単な構成で差圧導出手段を構築することができる。
【００４３】
また、差圧導出手段には、燃料圧力と流体圧力の差圧が所定圧力以下になった際に圧力差保持手段に燃料の圧力よりも流体の圧力が低くならないようにする指令を出力する機能が備えられているので、自動的に流体の圧力が燃料の圧力よりも低くならないようにすることができる。
【００４４】
また、圧力差保持手段は、容器の内部から燃料を放出する手段であり、差圧導出手段には、燃料圧力と流体圧力の差圧が所定圧力以下になった際に容器の内部から燃料を放出する指令を出力する機能が備えられているので、最小限の量の燃料を放出して燃料の圧力を低下させることにより自動的に流体の圧力が燃料の圧力よりも低くならないようにすることができる。
【００４５】
また、圧力差保持手段は、流通通路を封止して流通通路の流体圧力を封止する封止手段であり、差圧導出手段には、燃料圧力と流体圧力の差圧が所定圧力以下になった際に流通通路を封止する指令を出力する機能が備えられているので、流体圧力を維持した状態で自動的に流体の圧力が燃料の圧力よりも低くなることがないようにすることができる。
【００４６】
また、燃料はガスタービンの燃焼器に供給される燃料であり、流体は排熱回収ボイラの給水であるので、ガスタービン発電設備への適用が容易となる。
【００４７】
本発明の燃料加熱方法は、燃料と流体の熱交換により燃料を加熱する燃料加熱方法において、燃料の圧力と流体の圧力の差を導出し、導出された圧力の差に応じて燃料の圧力よりも流体の圧力が燃料の圧力よりも低くなることがないようにしたので、給水の圧力と燃料の圧力との差が所定圧力よりも小さくなっても給水の圧力が燃料の圧力よりも低くなることがないようにすることができる。
【００４８】
本発明のガスタービン発電設備は、圧縮機及び燃焼器及びタービンからなるガスタービン発電設備において、請求項７に記載の燃料加熱装置を備え、燃焼器には燃料加熱装置で加熱された燃料が供給されるので、給水の圧力と燃料の圧力との差が所定圧力よりも小さくなっても給水の圧力が燃料の圧力よりも低くなることがないようにすることができる燃料加熱装置を備えたガスタービン発電設備とすることができる。
【００４９】
本発明の複合発電設備は、圧縮機及び燃焼器及びタービンからなるガスタービン発電設と、タービンの排熱を回収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を駆動源とする蒸気タービンと、蒸気タービンの排気蒸気を復水する復水器と、復水器の復水を排熱回収ボイラに給水する給水手段と、請求項７に記載の燃料加熱装置とを備え、燃焼器には燃料加熱装置で加熱された燃料が供給され、排熱回収ボイラの給水が燃料加熱装置で熱交換されるので、給水の圧力と燃料の圧力との差が所定圧力よりも小さくなっても給水の圧力が燃料の圧力よりも低くなることがないようにすることができる燃料加熱装置を備えた複合発電設備とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る燃料加熱装置を備えた複合発電設備の全体を表す概略構成図。
【図２】燃料加熱装置の概略構成図。
【符号の説明】
１  圧縮機
２  燃焼器
３  タービン
４  ガスタービン
５  発電機
６  排熱回収ボイラ
７  蒸気タービン
８  発電機
９  復水器
１０  給水ポンプ
１１  燃料圧縮機
１２  燃料加熱装置
２１  容器
２２  流入口
２３  通路
２４  流出口
２５  燃料通路
２６  流通通路
２７  導入路
２８  戻り路
３１  燃料圧力検出装置
３２  給水圧力検出装置
３３  比較制御手段
３４  ベント弁
３５  レベルスイッチ
３６，３７  逆止弁
【図１】
0003943991.tif 000002
【図２】
0003943991.tif 000003