(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧化された圧縮空気に燃料を加えて燃焼ガスを発生させる燃焼器と、この燃焼ガスを導入し、燃焼ガスの膨張仕事により回転駆動力を得、発電機を駆動するガスタービンと、このガスタービンの排ガスを導入し、その排ガスの流れに沿って順次、過熱器、蒸発器および節炭器を配列した排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラによる過熱蒸気によって駆動される蒸気タービンとからなるコンバインドサイクル発電設備において、前記節炭器により加熱されてドラムに供給されるとともに、前記燃料よりも圧力の高い給水の一部を分流させる分岐部から前記蒸気タービンの復水器に至る燃料加熱系統と、この燃料加熱系統を流れる前記燃料よりも圧力の高い加熱給水により前記燃料を加熱する燃料加熱装置と、この燃料加熱装置と前記燃焼器との間の燃料供給系統に設けられ、前記燃料加熱装置を通過中に前記燃料加熱系統から前記燃料に前記加熱給水が混入した場合にこれを分離・除去する湿分分離器とを備えたことを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
【請求項２】
高圧化された圧縮空気に燃料を加えて燃焼ガスを発生させる燃焼器と、この燃焼ガスを導入し、燃焼ガスの膨張仕事により回転駆動力を得、発電機を駆動するガスタービンと、このガスタービンの排ガスを導入し、その排ガスの流れに沿って順次、過熱器、蒸発器および節炭器を配列した排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラによる過熱蒸気によって駆動される蒸気タービンとからなるコンバインドサイクル発電設備において、前記過熱器から出力されるとともに、前記燃料よりも圧力の高い過熱蒸気の一部を分流する分岐部から蒸気タービンの復水器に至る燃料加熱系統と、この燃料加熱系統内に設けられ、前記燃料よりも圧力の高い前記過熱蒸気によって前記燃料を加熱する燃料加熱装置と、この燃料加熱装置と前記燃焼器との間の燃料供給系統に設けられ、前記燃料加熱装置を通過中に前記燃料加熱系統内から前記燃料に前記過熱蒸気が混入した場合にこれを分離・除去する湿分分離器とを備えたことを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２に記載のコンバインドサイクル発電設備において、前記湿分分離器に、ドレンの液位を検出する液位検知器と、この液位検知器の動作によって開くドレンレベル調節弁を有するドレン配管とを設けたことを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
【請求項４】
請求項１、請求項２あるいは請求項３のいずれか１項に記載のコンバインドサイクル発電設備において、前記湿分分離器に、水張りラインを設けたことを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクル発電設備に係り、特に燃料を燃焼器に供給する前に予熱するようにしたコンバインドサイクル発電設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンに供給する燃料を、予熱してから燃焼器に供給すれば、本来燃焼器にてその燃料に加えられるべき熱量を減らすことができ、その結果ガスタービンひいてはプラントの効率を改善できることは周知の技術である。一方、排熱回収ボイラの節炭器にて加熱された給水を抽出することにより、排気ガスとして大気中に捨てられるエネルギー（熱）を回収する装置と方法及びプラントの効率を改善する装置と方法が特許第2540646号に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、コンバインドサイクル発電設備は、より効率の良い設備、またより環境に優れた設備が求められており、そのためガスタービンはより高温化されている。これによりガスタービン用の燃焼器は高温度の燃焼ガスを生成する、より熱負荷の高い設備となっている。一方、燃焼器で生成される高温ガス中の窒素酸化物濃度は、低い値に抑えるように要求され、燃焼器は高度な技術の集約した機器となっている。そのため、燃料供給条件の変動と燃料成分の変動に対しては敏感に反応してしまい、供給燃料条件が変動することによって、燃焼器内での失火や逆火現象が生じる。そのために、ガスタービンを損傷し運転の継続が不可能になる可能性がある。
【０００４】
燃料供給系統において、発電効率を改善するために燃料の温度を上げ、燃料の消費量を減少させる燃料加熱装置が現在考案されており、加熱する熱源として温水が考えられている。温水には加圧水を使用し、燃料加熱装置が損傷しても爆発の要因となる危険な燃料が温水系の広範囲に流入しないように配慮されているが、燃料系統には燃料加熱装置の損傷時、温水が混入する可能性があり、万一燃料に水が混入した場合ガスタービン燃焼器を損傷させる惧れがある。
【０００５】
【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になされたもので、特に請求項１の発明は、高圧化された圧縮空気に燃料を加えて燃焼ガスを発生させる燃焼器と、この燃焼ガスを導入し、燃焼ガスの膨張仕事により回転駆動力を得、発電機を駆動するガスタービンと、このガスタービンの排ガスを導入し、その排ガスの流れに沿って順次、過熱器、蒸発器および節炭器を配列した排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラによる過熱蒸気によって駆動される蒸気タービンとからなるコンバインドサイクル発電設備において、前記節炭器により加熱されてドラムに供給されるとともに、前記燃料よりも圧力の高い給水の一部を分流させる分岐部から前記蒸気タービンの復水器に至る燃料加熱系統と、この燃料加熱系統を流れる前記燃料よりも圧力の高い加熱給水により前記燃料を加熱する燃料加熱装置と、この燃料加熱装置と前記燃焼器との間の燃料供給系統に設けられ、前記燃料加熱装置を通過中に前記燃料加熱系統から前記燃料に前記加熱給水が混入した場合にこれを分離・除去する湿分分離器とを備えたことを特徴とするものであり、燃料加熱装置の損傷時に万一給水が燃料系に混入したとしても、燃料中の水分を分離して系外に排出することにより、ガスタービンを安定して連続運転することが可能としたものである。
【０００６】
また、請求項２の発明は、高圧化された圧縮空気に燃料を加えて燃焼ガスを発生させる燃焼器と、この燃焼ガスを導入し、燃焼ガスの膨張仕事により回転駆動力を得、発電機を駆動するガスタービンと、このガスタービンの排ガスを導入し、その排ガスの流れに沿って順次、過熱器、蒸発器および節炭器を配列した排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラによる過熱蒸気によって駆動される蒸気タービンとからなるコンバインドサイクル発電設備において、前記過熱器から出力されるとともに、前記燃料よりも圧力の高い過熱蒸気の一部を分流する分岐部から蒸気タービンの復水器に至る燃料加熱系統と、この燃料加熱系統内に設けられ、前記燃料よりも圧力の高い前記加熱蒸気によって前記燃料を加熱する燃料加熱装置と、この燃料加熱装置と前記燃焼器との間の燃料供給系統に設けられ、前記燃料加熱装置を通過中に前記燃料加熱系統内から前記燃料に前記過熱蒸気が混入した場合にこれを分離・除去する湿分分離器とを備えたことを特徴とするものであり、これによって燃料加熱装置の損傷時に万一過熱蒸気が燃料系に混入したとしても、燃料中の水分を分離して系外に排出することにより、ガスタービンを安定して連続運転することが可能としたものである。
【０００７】
更に、請求項３の発明は、請求項１あるいは請求項２に記載の発明において、湿分分離器に液位検知器と、ドレンレベル調節弁を有するドレン系統とを設置し、湿分分離器のドレンレベルを制御するようにした湿分分離器よりも下流に位置する燃焼器に水分が流入することを防ぎ、ガスタービンを継続して運転することが可能としたものである。
【０００８】
また、請求項４の発明は、請求項１、請求項２あるいは請求項３のいずれか１項に記載の発明において、湿分分離器に水張り系統を設置したものであり、燃焼器に燃料が供給される前に、湿分分離器内に液面を構成することにより、液位検知器、ドレンレベル調節弁及びドレン遮断弁により、湿分分離器内ドレンレベルを制御することが可能となり、湿分分離器内の燃料ガスが系外に流出することを防ぐことが可能としたものである。
【０００９】
【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設備の各実施形態について図を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係るコンバインドサイクル発電設備の第１の実施形態を概略的に示す系統図である。本実施形態は、排熱回収ボイラ１を別置きにし、ガスタービンプラント２、蒸気タービン３及び発電機４を同一の回転軸５に直結したものである。
【００１０】
ガスタービンプラント２は、空気圧縮機６、燃焼器７及びガスタービン８を備えている。前記空気圧縮機６は吸込んだ大気を高圧化して燃焼器７に案内し、その燃焼器７内で高圧空気にガスタービン燃料を加えて燃焼ガスを生成させる。そして燃焼ガスをガスタービン８に案内して膨張仕事をさせてガスタービン８に回転駆動力を与え、膨張仕事後の排ガス（排熱）９を蒸気発生源である排熱回収ボイラ１に供給するようになっている。
【００１１】
排熱回収ボイラ１は、横置き型のケーシング10を備え、このケーシング10内に排ガス９の流れに沿って順次、過熱器11、蒸発器12、節炭器13を設置している。また、蒸発器12にはドラム14を接続し、蒸発器12で蒸発した飽和蒸気の気液分離を図っている。15は給水調節弁であり、ドラム14の水位を所定の値に保つことによって給水と飽和蒸気のバランスを保つ役割を担う。
【００１２】
そして、排熱回収ボイラ１廻りの水・蒸気系統を、過熱器11の出口配管16、蒸気タービン３、復水器17、復水ポンプ18、復水配管19、給水ポンプ20及び給水配管21により構成する。過熱器11の出口配管16より導かれた過熱蒸気は、蒸気タービン３で仕事をした後、復水器17の真空に近い圧力の下で復水する。この復水は復水ポンプ18で吸引され、加圧されて復水配管19を介して給水ポンプ20に至る。この給水ポンプ20でさらに加圧された水は給水と呼ばれ、給水配管21を介して排熱回収ボイラ１内の節炭器13の入口に導かれる。給水は節炭器13で加熱された後、給水調節弁15を介してドラム14に供給される。このドラム14は蒸発器12と連通しており、前述したように蒸発器12で発生した飽和蒸気の気液分離を図っている。ドラム14内の飽和蒸気は飽和蒸気管22を介して過熱器11に導かれ、ここで過熱蒸気となって前記蒸気タービン３に供給される。
【００１３】
このように構成したコンバインドサイクル発電設備において、節炭器13の出口と給水調節弁15の接続部（分岐部）23から加熱給水管24を分岐させて、給水の一部を燃料供給系統内の燃料加熱装置25に導き、ここで燃料管27を流れる燃料を加熱する。熱交換を終えた給水は、燃料加熱装置出口管26を通って復水器17に回収される。一方、加熱された燃料は、燃料管27を介して湿分分離器28に導かれる。ここで燃料中の湿分を分離し除去する。湿分が除去された燃料は、さらに下流の燃料管27を介して燃焼器７に供給される。なお、便宜上、加熱給水管24及び燃料加熱装置出口管26からなる給水の経路を燃料加熱系統と呼ぶ。
【００１４】
以上述べたように、本実施形態によれば、燃焼器に供給される燃料を節炭器で加熱された給水を用いて燃料加熱装置で予熱し、この燃料加熱装置の下流に湿分分離器を設けて、燃料中の水分を分離・除去するようにしたので、燃料加熱装置の損傷時に万一給水が燃料系に混入したとしても、燃料中の水分を系外に排出することができるので、ガスタービンを安定して連続運転することが可能なコンバインドサイクル発電設備を供給することができる。
【００１５】
（第２の実施形態）
図２は、本発明に係るコンバインドサイクル発電設備の第２の実施形態を概略的に示す系統図である。
本実施形態は、過熱器によって加熱された蒸気の一部にて燃料の加熱を行うことが第１の実施形態と相違するのみで、他の構成は同一なので、同一符号を付して重複する部分についての説明は省略する。
【００１６】
本実施形態においては、過熱器出口配管16に分岐部30を設けて加熱蒸気管31により過熱蒸気の一部を分流して燃料加熱装置25に導くことにより、その熱で燃料管27に流れるガスタービン燃料を加熱する。
この実施形態の場合も、第１の実施形態の場合と同様に、万一燃料中に加熱蒸気が混入したとしても、湿分分離器28によって燃料から除去することができる。
【００１７】
なお、このように構成されたコンバインドサイクル発電設備においては、排熱回収ボイラ１の過熱器出口から分流する蒸気の分だけ蒸気タービンに流通する蒸気が減少することになるが、その熱で燃料を予熱するのでプラントの効率を改善することが可能となる。
【００１８】
（第３の実施形態）
図３は、本発明に係るコンバインドサイクル発電設備の第３の実施形態を概略的に示す系統図である。
本実施形態は、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態を組み合わせ、節炭器13にて加熱された給水の一部及び過熱器11によって加熱された蒸気の一部にて燃料の加熱を行うようにしたものである。
【００１９】
本実施形態においては、節炭器13の出口とドラム14の中間にある分岐部23から分流した加熱給水と、過熱器出口配管16の分岐部30から加熱蒸気管31で分流した加熱蒸気の双方を、燃料加熱装置25に導くことにより、その熱で燃料管27を流れる燃料を加熱する。
【００２０】
本実施形態の場合においても、第１の実施形態および第２の実施形態の場合と同様に、燃料中に加熱給水あるいは加熱蒸気が混入したとしても、湿分分離器28によって燃料から水分を除去することができるから、燃焼器７を損傷することはない。
【００２１】
（第４の実施形態）
図４は、本発明に係るコンバインドサイクル発電設備の第４の実施形態を概略的に示す系統図である。
本実施形態は、燃料加熱装置25の下流に設置される湿分分離器28に湿分分離器ドレン配管32及び液位検知器33を設置したものである。湿分分離器ドレン配管32には、ドレンレベル調節弁前弁34、ドレンレベル調節弁35、ドレン遮断弁36が設置される。液位検知器33は、液位検知器元弁37及び38を介して湿分分離器28に接続されるようになっている。
【００２２】
液位検知器33は、湿分分離器28にて除去された燃料中の湿分による液面のレベルを検出し、この液面レベルが予定のレベルを超えた場合動作してドレンレベル調節弁35を開に制御して、湿分分離器28内のドレンを系外に排出する。このように液位検知器33が動作した時のみドレン調節弁35を開いて、ドレンを系外に排出するようにしたので、燃料管27への水分のキャリーオーバー及び湿分分離器ドレン配管32を介しての燃料ガスの系外への流出を防ぐことが可能となる。また、湿分分離器28の液面を制御する必要のない時、すなわち燃料管27に水分が含まれていない時は、ドレン遮断弁36を閉にすることにより、ドレンレベル調節弁35のリークによる湿分分離器28内ドレンレベル低下を防ぐことができ、燃料ガスの系外への流出を防ぐことが可能となる。
【００２３】
以上のように、本実施形態は、湿分分離器28に液位検知器33を設け、湿分分岐ドレン配管に設置されたドレンレベル調節弁35によって、湿分分離器28のドレンレベルを制御することにより、湿分分離器後流の燃焼器に水分が流入することを防ぎ、ガスタービンを継続して運転することが可能となる。
【００２４】
また、湿分分離器ドレンレベル調節弁35の下流にドレン遮断弁36を設置することにより、前記調節弁35からのリークにより湿分分離器28内の燃料が系外に流出することを防ぐことが可能となる。
【００２５】
（第５の実施形態）
図５は、本発明に係るコンバインドサイクル発電設備の第５の実施形態を概略的に示す系統図である。
【００２６】
本実施形態は、湿分分離器28に水張り配管39を接続した点が第４の実施形態と相違し、他の構成は同一なので、同一符号を付して重複する部分についての説明は省略する。
【００２７】
湿分分離器28に水張り配管39を接続することにより、燃焼器７に燃料が供給される前、すなわちプラントの起動前に、湿分分離器28内に液面を構成することができ、プラントの起動後、すなわち湿分分離器28内に燃料ガスが満たされた際に、燃料ガスが系外に流出することを防ぐことが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、燃焼器に入る前の燃料を加熱された給水または蒸気を用いて、燃料加熱装置により予熱することによりプラントの効率が向上し、また燃料加熱装置が損傷し万一燃料に水分が混入しても、湿分分離器により湿分を分離・除去できるので、プラントを継続して運転することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すプラントの概略系統図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示すプラントの概略系統図。
【図３】本発明の第３の実施形態を示すプラントの概略系統図。
【図４】本発明の第４の実施形態を示すプラントの概略系統図。
【図５】本発明の第５の実施形態を示すプラントの概略系統図。
【符号の説明】
１…排熱回収ボイラ、２…ガスタービンプラント、３…蒸気タービン、４…発電機、５…回転軸、６…空気圧縮機、７…燃焼器、８…ガスタービン、９…排ガス、10…ケーシング、11…過熱器、12…蒸発器、13…節炭器、14…ドラム、15…給水調節弁、16…過熱器出口配管、17…復水器、18…復水ポンプ、19…復水配管、20…給水ポンプ、21…給水配管、22…飽和蒸気管、23…分岐部、24…加熱給水管、25…燃料加熱装置、26…燃料加熱装置出口管、27…燃料管、28…湿分分離器、30…分岐部、31…加熱蒸気管、32…湿分分離器ドレン配管、33…液位検知器、34…ドレンレベル調節弁前弁、35…ドレンレベル調節弁、36…ドレン遮断弁、37，38…液位検知器元弁、39…水張り配管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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