(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンプラント、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを備えるとともに、上記ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源とし、上記排熱回収ボイラから供給される一部または全量の給水および蒸気を加熱させて再び上記排熱回収ボイラに戻す高圧空気熱利用部と、この高圧空気熱利用部を介して上記高圧空気を上記ガスタービンプラントのガスタービン高温部に供給する冷却空気供給系とを設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項２】
高圧空気熱利用部は、給水予熱部および蒸気過熱部で構成したことを特徴とする請求項１記載の火力発電プラント。
【請求項３】
給水予熱部は、排熱回収ボイラの節炭器から供給される給水を加熱させる構成にしたことを特徴とする請求項２記載の火力発電プラント。
【請求項４】
蒸気過熱部は、排熱回収ボイラの過熱器から供給される蒸気を再び加熱させる構成にしたことを特徴とする請求項２記載の火力発電プラント。
【請求項５】
ガスタービンプラント、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを備えるとともに、上記ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源とし、上記排熱回収ボイラから供給される一部または全量の給水を過熱蒸気にして上記排熱回収ボイラおよび上記蒸気タービンプラントの蒸気タービンのうち、少なくとも一方に供給する高圧空気熱利用部と、この高圧空気熱利用部を介して上記高圧空気を上記ガスタービンプラントのガスタービン高温部に供給する冷却空気供給系とを設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項６】
高圧空気熱利用部は、空気圧縮機から抽気した高圧空気の流れに沿って順に蒸気過熱部、蒸気ドラムを備えた蒸発部、給水予熱部とで構成したことを特徴とする請求項５記載の火力発電プラント。
【請求項７】
ガスタービンプラント、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを備えるとともに、上記ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源として上記排熱回収ボイラから供給される一部または全量の給水を過熱蒸気にし、上記排熱回収ボイラの再熱器に供給する高圧空気熱利用部と、この高圧空気熱利用部を介して上記高圧空気を上記ガスタービンプラントのガスタービン高温部に供給する冷却空気供給系とを設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項８】
ガスタービンプラント、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを備えるとともに、上記ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源とし、上記排熱回収ボイラから供給される一部または全量の給水を過熱蒸気にし、上記排熱回収ボイラに供給する高圧空気熱利用部を設け、この高圧空気熱利用部を上記高圧空気の流れに沿って順に、上記排熱回収ボイラに設けた蒸気ドラムの出口側から供給される蒸気を過熱蒸気にする蒸気過熱部と、上記蒸気ドラムから供給される蒸気を加熱させ、再び上記蒸気ドラムに戻す蒸発部と、上記排熱回収ボイラに収容した節炭器から供給される給水を加熱し、上記蒸気ドラムの入口側に戻す給水予熱部とで構成し、上記蒸発ドラムを上記排熱回収ボイラと上記高圧空気熱利用部とで共有化する一方、上記高圧空気熱利用部を介して上記高圧空気を上記ガスタービンプラントのガスタービン高温部に供給する冷却空気供給系とを設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項９】
ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を高圧空気熱利用部を介してガスタービンプラントのガスタービン高温部に供給する冷却空気供給系は、昇圧機を備えたことを特徴とする請求項１，５，７または８に記載の火力発電プラント。
【請求項１０】
ガスタービン高温部は、冷却空気供給系から供給される高圧空気の一部または全量をガスタービンプラントの空気圧縮機に回収させる高圧空気回収系を備えたことを特徴とする請求項１，５，７または８に記載の火力発電プラント。
【請求項１１】
ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源として高圧空気熱利用部に供給する高圧空気抽気系は、上記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燃料系からの燃料を加熱させる燃料加熱部を備えたことを特徴とする請求項１，５，７または８に記載の火力発電プラント。
【請求項１２】
燃料加熱部は、ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源とし、排熱回収ボイラから供給される一部または全量の給水および蒸気のうち、少なくとも一方を加熱させ、再び上記排熱回収ボイラに戻す高圧空気熱利用部内に設置したことを特徴とする請求項１１記載の火力発電プラント。
【請求項１３】
燃料加熱部は、ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源として排熱回収ボイラから供給される一部または全量の給水および蒸気のうち、少なくとも一方を加熱させ、再び上記排熱回収ボイラに戻す高圧空気熱利用部に設置したＵ字状の給水予熱部内に収容させたことを特徴とする請求項１１記載の火力発電プラント。
【請求項１４】
燃料加熱部は、燃料の燃料加熱源として蒸気タービンプラントの蒸気タービンの中間段落から抽気したタービン抽気を案内する蒸気加熱系と、燃料加熱後のタービン抽気を上記蒸気タービンプラントの復水器に回収させる蒸気回収系とを備えたことを特徴とする請求項１１記載の火力発電プラント。
【請求項１５】
燃料加熱部は、燃料の燃料加熱源としてガスタービンプラントの発電機から発生する加熱媒体を循環させる循環系を備えたことを特徴とする請求項１１記載の火力発電プラント。
【請求項１６】
燃料加熱部は、燃料の燃料加熱源として蒸気タービンプラントの軸シール部からのシール蒸気を案内する蒸気加熱系と、燃料加熱後のシール蒸気を上記蒸気タービンプラントの復水器に回収させる蒸気回収系とを備えたことを特徴とする請求項１１記載の火力発電プラント。
【請求項１７】
空気圧縮機、ガスタービン燃焼器およびガスタービンを備えるとともに、上記空気圧縮機とガスタービンとを軸結合させたタービン軸を軸支する軸受に潤滑油を供給する油タンクと、上記ガスタービン燃焼器に燃料を供給する燃料系に設けた燃料加熱部と、この燃料加熱部に燃料加熱源として上記軸受の潤滑油を供給する潤滑油供給系とを備えたことを特徴とする火力発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラントの運転中に発生する熱エネルギを無駄にすることなく再び活用してプラント熱効率の向上を図った火力発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラント、特に事業用発電プラントには、ガスタービンの駆動力で発電機を回転駆動するガスタービン（オープンサイクルガスタービン）や、蒸気タービンの駆動力で発電機を回転駆動させる蒸気タービンプラントや、ガスタービンプラントに蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合せて発電機を回転駆動させるコンバインドサイクル発電プラントなどがある。このうち、ガスタービンプラントは、単体で約３５％のプラント熱効率であり、また蒸気タービンプラントは、単体で約４６％のプラント熱効率であるのに対し、コンバインドサイクル発電プラントは、約４８％〜５０％のプラント熱効率に達する高効率になっている。このため、最近の火力発電プラントでは、高効率のコンバインドサイクル発電プラントが要望され、主として数多く営業運転が行われている。
【０００３】
このように、最近の火力発電プラントでは、コンバインドサイクル発電プラントが主流を占めつつあるが、高効率のコンバインドサイクル発電プラントであっても、プラント熱効率をより一層の向上が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
プラント熱効率は、入熱と出熱との比率、具体的にはガスタービン燃焼器に投入する燃料流量と発電機の出力との比率で表わされている。このプラント熱効率をより一層向上させるには、発電機の出力を設計値に維持させてガスタービン燃焼器に投入する燃料流量を少なくさせるか、あるいは燃料の投入量を設計値に維持させてガスタービンの軸出力を増加させるかの手段がある。
【０００５】
発電機の出力を設計値に維持させて燃料流量を少なくさせる手段には、例えば特許第２５４０６４６号公報がある。この技術は、排熱回収ボイラの節炭器で予熱させた給水で燃料を加熱させ、燃料の内部エネルギを高め、結果として燃料流量の消費を少なくさせたものである。
【０００６】
しかし、排熱回収ボイラの節炭器で予熱させた給水は、比較的温度が低いので、燃料流量の消費を少なくさせることに自ずと限界がある。このため、燃料を加熱させる際、別の加熱源の検討が必要とされる。
【０００７】
また、燃料の投入量を設計値に維持させてガスタービンの軸出力を増加させるには、ガスタービンの入口燃焼ガス温度を上昇させる手段がある。ガスタービンの入口燃焼ガス温度を上昇させると、ガスタービンの高温部、例えばタービン静翼やタービン動翼等は、許容温度（７００℃〜９００℃）を超えるので、その強度を高い状態に維持させるためには冷却手段が必要とされる。この冷却手段には、例えば特開平５−８６９０１号公報、特開平７−１８９７４０号公報、特開平９−６０５３１号公報がある。これらの技術は、ともに、ガスタービンプラントの空気圧縮機で圧縮した高圧空気をガスタービン燃焼器に供給する際、その一部を抽気してタービン静翼やタービン動翼等を冷却させ、冷却後の高圧空気をガスタービン燃焼器に燃焼用空気として回収させたものである。
【０００８】
しかし、最近の空気圧縮機では、技術開発の進展に伴って圧縮した高圧空気の温度が約４００℃にまで上昇させることができるようになっている。このように、高圧空気の温度が高温化してくると、タービン静翼やタービン動翼等は、冷却の際、燃焼ガス（ガスタービン駆動ガス）の温度との間にミスマッチが出、必ずしも効果的な冷却ができない不安ある。
【０００９】
最近の火力発電プラントでは、空気圧縮機で高温化した高圧空気の有効活用が見直され、高温化した高圧空気を用いて如何にしてプラント熱効率を向上させるかの検討が加えられ、その成果が注目されている。
【００１０】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、プラント運転中に発生する熱エネルギを無駄なく活用し、プラント熱効率の向上を図った火力発電プラントを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように、ガスタービンプラント、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを備えるとともに、上記ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源とし、上記排熱回収ボイラから供給される一部または全量の給水および蒸気を加熱させて再び上記排熱回収ボイラに戻す高圧空気熱利用部と、この高圧空気熱利用部を介して上記高圧空気を上記ガスタービンプラントのガスタービン高温部に供給する冷却空気供給系とを設けたものである。
【００１２】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項２に記載したように、高圧空気熱利用部は、給水予熱部および蒸気過熱部で構成したものである。
【００１３】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項３に記載したように、給水予熱部は、排熱回収ボイラの節炭器から供給される給水を加熱させる構成にしたものである。
【００１４】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項４に記載したように、蒸気過熱部は、排熱回収ボイラの過熱器から供給される蒸気を再び加熱させる構成にしたものである。
【００１５】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項５に記載したように、ガスタービンプラント、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを備えるとともに、上記ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源とし、上記排熱回収ボイラから供給される一部または全量の給水を過熱蒸気にして上記排熱回収ボイラおよび上記蒸気タービンプラントの蒸気タービンのうち、少なくとも一方に供給する高圧空気熱利用部と、この高圧空気熱利用部を介して上記高圧空気を上記ガスタービンプラントのガスタービン高温部に供給する冷却空気供給系とを設けたものである。
【００１６】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項６に記載したように、高圧空気熱利用部は、空気圧縮機から抽気した高圧空気の流れに沿って順に蒸気過熱部、蒸気ドラムを備えた蒸発部、給水予熱部とで構成したものである。
【００１７】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項７に記載したように、ガスタービンプラント、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを備えるとともに、上記ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源として上記排熱回収ボイラから供給される一部または全量の給水を過熱蒸気にし、上記排熱回収ボイラの再熱器に供給する高圧空気熱利用部と、この高圧空気熱利用部を介して上記高圧空気を上記ガスタービンプラントのガスタービン高温部に供給する冷却空気供給系とを設けたものである。
【００１８】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項８に記載したように、ガスタービンプラント、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを備えるとともに、上記ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源とし、上記排熱回収ボイラから供給される一部または全量の給水を過熱蒸気にし、上記排熱回収ボイラに供給する高圧空気熱利用部を設け、この高圧空気熱利用部を上記高圧空気の流れに沿って順に、上記排熱回収ボイラに設けた蒸気ドラムの出口側から供給される蒸気を過熱蒸気にする蒸気過熱部と、上記蒸気ドラムから供給される蒸気を加熱させ、再び上記蒸気ドラムに戻す蒸発部と、上記排熱回収ボイラに収容した節炭器から供給される給水を加熱し、上記蒸気ドラムの入口側に戻す給水予熱部とで構成し、上記蒸発ドラムを上記排熱回収ボイラと上記高圧空気熱利用部とで共有化する一方、上記高圧空気熱利用部を介して上記高圧空気を上記ガスタービンプラントのガスタービン高温部に供給する冷却空気供給系とを設けたものである。
【００１９】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項１０に記載したように、ガスタービン高温部は、冷却空気供給系から供給される高圧空気の一部または全量をガスタービンプラントの空気圧縮機に回収させる高圧空気回収系を備えたものである。
【００２０】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項１１に記載したように、ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源として高圧空気熱利用部に供給する高圧空気抽気系は、上記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燃料系からの燃料を加熱させる燃料加熱部を備えたものである。
【００２１】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項１２に記載したように、燃料加熱部は、ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源とし、排熱回収ボイラから供給される一部または全量の給水および蒸気のうち、少なくとも一方を加熱させ、再び上記排熱回収ボイラに戻す高圧空気熱利用部内に設置したものである。
【００２２】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項１３に記載したように、燃料加熱部は、ガスタービンプラントの空気圧縮機から抽気した高圧空気を加熱源として排熱回収ボイラから供給される一部または全量の給水および蒸気のうち、少なくとも一方を加熱させ、再び上記排熱回収ボイラに戻す高圧空気熱利用部に設置したＵ字状の給水予熱部内に収容させたものである。
【００２３】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項１４に記載したように、燃料加熱部は、燃料の燃料加熱源として蒸気タービンプラントの蒸気タービンの中間段落から抽気したタービン抽気を案内する蒸気加熱系と、燃料加熱後のタービン抽気を上記蒸気タービンプラントの復水器に回収させる蒸気回収系とを備えたものである。
【００２４】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項１５に記載したように、燃料加熱部は、燃料の燃料加熱源としてガスタービンプラントの発電機から発生する加熱媒体を循環させる循環系を備えたものである。
【００２５】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項１６に記載したように、燃料加熱部は、燃料の燃料加熱源として蒸気タービンプラントの軸シール部からのシール蒸気を案内する蒸気加熱系と、燃料加熱後のシール蒸気を上記蒸気タービンプラントの復水器に回収させる蒸気回収系とを備えたものである。
【００２６】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項１６に記載したように、燃料系に設けた燃料加熱部は、燃料加熱源として蒸気タービンプラントの軸シール部からのシール蒸気を案内する蒸気加熱系と、燃料加熱後のシール蒸気を上記蒸気タービンプラントの復水器に回収させる蒸気回収系とを備えたものである。
【００２７】
本発明に係る火力発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項１７に記載したように、空気圧縮機、ガスタービン燃焼器およびガスタービンを備えるとともに、上記空気圧縮機とガスタービンとを軸結合させたタービン軸を軸支する軸受に潤滑油を供給する油タンクと、上記ガスタービン燃焼器に燃料を供給する燃料系に設けた燃料加熱部と、この燃料加熱部に燃料加熱源として上記軸受の潤滑油を供給する潤滑油供給系とを備えたものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る火力発電プラントの実施の形態を添付図面および図中に付した符号を引用して説明する。
【００２９】
図１は、コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態を示す概略系統図である。
【００３０】
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、ガスタービンプラント１に別置きに設置した蒸気タービンプラント２および排熱回収ボイラ３を組み合せた構成になっている。
【００３１】
ガスタービンプラント１は、発電機４、空気圧縮機５、ガスタービン燃焼器６、ガスタービン７を備え、空気圧縮機５で吸い込んだ大気ＡＲを圧縮して高圧空気にし、高圧空気をガスタービン燃焼器６に供給する際、燃料Ｆを加えて燃焼ガスを生成し、燃焼ガス（ガスタービン駆動ガス）をガスタービン７に案内し、ガスタービン７で膨張仕事をさせて発電機４を回転駆動するようになっている。
【００３２】
また、蒸気タービンプラント２は、発電機８、蒸気タービン９、復水器１０、復水ポンプ１１、給水ポンプ１２を備え、排熱回収ボイラ３から供給された蒸気ＳＴを蒸気タービン９で膨張仕事をさせて発電機８を回転駆動するようになっている。また、蒸気タービンプラント２は、蒸気タービン９で膨張仕事後のタービン排気を、復水器１０で凝縮して復水にし、復水を復水ポンプ１１で昇圧し、給水として給水ポンプ１２で再び昇圧させて排熱回収ボイラ３に還流させるようになっている。
【００３３】
また、排熱回収ボイラ３は、ガスタービン７で膨張仕事をした排ガス（排熱）ＦＧの流れに沿って順に、過熱器１３、蒸気ドラム１４を備えた蒸発器１５、節炭器１６を設置し、排ガス（ＦＧ）を加熱源として上述給水ポンプ１２から節炭器１６に供給された給水を予熱し、予熱給水を調整弁１７を介して蒸気ドラム１４に案内し、蒸発器１５で給水の重力差を利用して自然循環させ、気液分離を行い、気液分離後の蒸気を過熱器１３で再び加熱させ、過熱蒸気として蒸気タービン９に供給するようになっている。
【００３４】
さらに、ガスタービンプラント１は、高圧空気抽気系１８、高圧空気熱利用部１９、冷却空気供給系２０を備え、空気圧縮機５で圧縮した高圧空気をガスタービン燃焼器６に供給する際に高圧空気抽気系１８で一部を抽気し、抽気した高圧空気を加熱源として排熱回収ボイラ３の節炭器１６および過熱器１３から一部または全量を分流させた給水および蒸気を高圧空気熱利用部１９で加熱させ、加熱後、比較的温度が低く、冷却するに適温になった高圧空気で冷却空気供給系２０を介してガスタービン７の高温部２１、例えばガスタービン静翼、ガスタービン動翼を冷却する構成になっている。なお、高圧空気熱利用部１９は、長筒状に形成し、蒸気過熱部２２と給水予熱部２３とを収容させ、これらを別個に区分けしている。
【００３５】
このような構成を備えたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、高圧空気抽気系８１は、運転中、空気圧縮機５から抽気した高温の高圧空気を高圧空気熱利用部１９に供給し、高圧空気熱利用部１９の蒸気過熱部２２で排熱回収ボイラ３の過熱器１３から一部または全量の分流させた蒸気を過熱蒸気にする。過熱蒸気は、調整弁２４で流量コントロールして過熱器１３の出口側に戻される。高圧空気は、蒸気過熱部２２で排熱回収ボイラ３の過熱器１３の入口側から分流させた一部または全量の蒸気を過熱蒸気にさせた後、再び給水予熱部２３に案内され、ここで排熱回収ボイラ３の節炭器１６の入口側から分流した一部または全量の給水を予熱させる。予熱後の給水は、調整弁２５で流量コントロールし節炭器１６の出口側に戻される。
【００３６】
高圧空気利用部１９で熱を失い比較的温度の低くなった高圧空気は、冷却空気供給系２０を介してガスタービン７の高温部２１に供給され、高温部２１を冷却させた後、燃焼ガス（ガスタービン駆動ガス）に合流する。
【００３７】
このように、本実施形態は、空気圧縮機５で圧縮した高圧空気を、高圧空気抽気系１８を介して高圧空気熱利用部１９で蒸気を加熱させて過熱蒸気にし、さらに給水を予熱させ、冷却に必要な適温の高圧空気にしてガスタービン７の高温部２１に供給する冷却空気供給系２０を設けたので、ガスタービン７の高温部２１を良好に冷却することができる。
【００３８】
したがって、本実施形態では、空気圧縮機５からの高圧空気を、高圧空気熱利用部１９で過熱器１３からの蒸気を加熱させ、さらに給水を予熱させ、適温にしてからガスタービン７の高温部２１に冷却用として供給したので、ガスタービン７の高温部２１を良好に冷却でき、これに伴ってガスタービン７の入口燃焼ガスを高温化させて軸出力の増加によりプラント熱効率をより一層向上させることができる。
【００３９】
図２は、コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第１変形例を示す概略系統図である。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、高圧空気熱利用部１９に、排熱回収ボイラ３の節炭器１６の入口側から分流させた予熱給水を、さらに加熱させる給水予熱部２３と、給水予熱部２３で加熱させた給水を調整弁２６で流量コントロールした後、飽和蒸気にする蒸気ドラム２７を備えた蒸発部２８と、蒸気ドラム２７からの飽和蒸気を過熱蒸気にし、調整弁２４を介して排熱回収ボイラ３の過熱器１３に供給する蒸気過熱部２２とを収容したものである。なお、他の構成は、図１で示した第１実施形態と同じである。
【００４１】
このように、本実施形態は、高圧空気熱利用部１９に、給水予熱部２３、蒸気ドラム２７を備えた蒸発部２８、蒸気過熱部２２を収容させ、高圧空気熱利用部１９に高圧空気抽気系１８を介して空気圧縮機５で圧縮した高圧空気の熱を供給したので、蒸気タービン９により多くの過熱蒸気を供給することができる。
【００４２】
したがって、本実施形態では、蒸気タービン９により多くの過熱蒸気を供給し、蒸気タービン９により多くの膨張仕事をさせたので、空気圧縮機５から発生する高圧空気の熱の有効活用の下、プラント熱効率をより一層向上させることができる。
【００４３】
図３は、コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第２変形例を示す概略系統図である。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。
【００４４】
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、高圧空気熱利用部１９の蒸気過熱部２２から発生する過熱蒸気を調整弁２４を介して蒸気タービンプラント２の蒸気タービン９の中間段落に供給する蒸気供給系２９を設けたものである。なお、他の構成は、図１で示した第１実施形態と同じである。
【００４５】
このように、本実施形態は、高圧空気熱利用部１９の蒸気過熱部２２からの過熱蒸気を蒸気タービンプラント２の蒸気タービン９の中間段落に供給する蒸気供給系２９を設け、蒸気タービン９の中間段落で熱エネルギを失った蒸気に過熱蒸気を加えてより一層多くの膨張仕事をさせたので、空気圧縮機５から発生する高圧空気の熱の有効活用の下、プラント熱効率をより一層向上させることができる。
【００４６】
図４は、コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第３変形例を示す概略系統図である。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。
【００４７】
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、蒸気タービンプラント２に蒸気タービン９と再熱タービン３０を組み合せるとともに、これに対応させて排熱回収ボイラ３に過熱器１３と再熱器３１を収容させたものである。なお他の構成は、図１で示した第１実施形態と同じである。
【００４８】
一般に、蒸気タービンプラント２は、タービン駆動蒸気の温度・圧力が高い程、より多くの膨張仕事をすることがよく知られている。
【００４９】
本実施形態は、このような点に着目したもので、蒸気タービンプラント２に蒸気タービン９と再熱タービン３０を組み合せるとともに、排熱回収ボイラ３に過熱器１３と再熱器３１を収容させ、蒸気ドラム１４から発生した飽和蒸気を過熱器１３で過熱蒸気にし、過熱蒸気を蒸気タービン９に供給して膨張仕事をさせ、膨張仕事後のタービン排気を再熱器３１に供給し、ここで高圧空気熱利用部１９の蒸気過熱部２２からの過熱蒸気を合流させ、合流蒸気を再熱タービン３０に供給してより多くの膨張仕事をさせたものである。
【００５０】
このように、本実施例は、蒸気タービンプラント２に蒸気タービン９と再熱タービン３０を組み合せるとともに、排熱回収ボイラ３に過熱器１３と再熱器３１を収容させ、さらに高圧空気熱利用部１９の蒸気過熱部２からの過熱蒸気を再熱器３１に供給し、蒸気タービンプラント２により多くの膨張仕事をさせたので、空気圧縮機５から発生する高圧空気の熱の有効活用の下、プラント熱効率をより一層向上させることができる。
【００５１】
図５は、コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第４変形例を示す概略系統図である。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。
【００５２】
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、排熱回収ボイラ３に収容した節炭器１６の入口側から分流させた給水を、高圧空気熱利用部１９に収容した給水予熱部２３に供給し、給水予熱部２３で予熱した予熱給水を調整弁２６を介して排熱回収ボイラ３の蒸気ドラム１４の入口側に供給する予熱給水系３２と、蒸気ドラム１４の飽和蒸気を降水管３３を介して高圧空気熱利用部１９で再び蒸発させる蒸発部２８と、蒸発部２８で蒸発した飽和蒸気を再び蒸気ドラム１４に還流させる上昇管３４と、蒸気ドラム１４で発生した飽和蒸気の一部を高圧空気熱利用部１９の蒸気過熱部２２に供給し、ここで過熱蒸気にし、調整弁２４を介して排熱回収ボイラ３の過熱器１３に供給する飽和蒸気供給系３５を設けたものである。なお、他の構成は、図１で示した第１実施形態と同じである。
【００５３】
このように、本実施形態は、排熱回収ボイラ３に収容する蒸発器１５の蒸気ドラム１４を、高圧空気熱利用部１９に収容する蒸発部２８と共用化させるとともに、排熱回収ボイラ３の蒸気ドラム１４で発生する飽和蒸気を飽和蒸気供給系３５を介して高圧空気熱利用部１９の蒸気過熱部２２に供給し、蒸気過熱部２２の過熱蒸気を排熱回収ボイラ３の過熱器１３で発生する過熱蒸気を加えてより多くの過熱蒸気を蒸気タービン９に供給したので、蒸気タービン９により多くの膨張仕事をさせることができ、これに伴ってプラント熱効率を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施形態は、排熱回収ボイラ３に収容する蒸発器１５の蒸気ドラムを、高圧空気熱利用部１９の蒸発部３１と共用化させたので、設備のコンパクト化を図ることができる。
【００５５】
図６は、コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第５変形例を示す概略系統図である。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。
【００５６】
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、ガスタービンプラント１の空気圧縮機５で圧縮した高圧空気の一部を抽気し、抽気した高圧空気を高圧空気抽気系１８を介して高圧空気熱利用部１９に供給し、高圧空気熱利用部１９の蒸気過熱部２２、蒸発部２８、給水予熱部２３を通過し、熱を失って冷却に必要な適温になった高圧空気をガスタービン７の高温部２１に供給する冷却空気供給系２０に昇圧機３６を設けるとともに、高温部２１を冷却させた高圧空気を空気圧縮機５に回収させる高圧空気回収系３７を設けたものである。
【００５７】
このように、本実施形態は、冷却空気器系２０に昇圧機３６を設けて高圧空気の圧力を高くしてガスタービン７の高温部２１に供給したので、高圧空気を高温部２１に確実に供給することができ、高温部２１を良好に冷却することができる。
【００５８】
また、本実施形態は、高温部２１を冷却させた高圧空気を、空気圧縮機５に回収させる高圧空気回収系３７を設けたので、高圧空気のガスタービン７を駆動する燃焼ガスに合流させることがなく、その燃焼ガスに乱れを与えることがなく、さらに燃焼ガスの温度を低くさせることがなく、ガスタービン７に、より多くのの膨張仕事をさせることができ、プラント熱効率を向上させることができる。
【００５９】
図７は、コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第６変形例を示す概略系統図である。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。
【００６０】
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、ガスタービン燃焼器６に燃料Ｆを供給する燃料系３８に設けた燃料加熱部３９に、空気圧縮機５から抽気した高圧空気を加熱源として燃料加熱部３９に供給する高圧空気抽気系１８を設け、燃料加熱部３９で燃料Ｆを加熱された高圧空気を高圧空気熱利用部１９に供給し、排熱回収ボイラ３からの給水を過熱蒸気にして再熱器３１に供給し、さらに高圧空気熱利用部１９で熱を失い冷却用として適温になった高圧空気をガスタービン７の高温部２１に供給し、高温部２１を冷却させたものである。なお、他の構成は、図６で示した第１実施形態における第５変形例と同じである。
【００６１】
このように、本実施形態は、空気圧縮機５から高圧空気抽気系１８を介して抽気した高圧空気を、燃料加熱部３９に供給して燃料Ｆを加熱させて燃料Ｆの内部エネルギを高めるとともに、高圧空気熱利用部１９に供給して過熱蒸気を発生させ、さらにガスタービン７の高温部２１に供給して高温部２１を冷却させた高圧空気の熱エネルギをあますことなく有効に活用したので、燃料Ｆの内部エネルギの増加に伴って燃料Ｆの消費を少なくさせることができる。
【００６２】
また、本実施形態は、燃料Ｆの消費を少なくさせたことと相俟ってガスタービン７の高温部２１を冷却させたので、これに伴って燃焼ガス（ガスタービン駆動ガス）をより一層高温化させることができ、プラント熱効率をより一層向上させることができる。
【００６３】
図８は、コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第７変形例を示す概略系統図である。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。
【００６４】
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、ガスタービン燃焼器６に燃料Ｆを供給する燃料系３８に設けた燃料加熱部３９に、空気圧縮機５から抽気した高圧空気を加熱源として燃料加熱部３９に供給する高圧空気抽気系１８を設け、燃料加熱部３９で燃料Ｆを加熱させた高圧空気を高圧空気熱利用部１９に供給し、排熱回収ボイラ３からの給水を過熱蒸気にして再熱器３１に供給し、さら高圧空気熱利用部１９で熱を失い冷却用として適温になった高圧空気をガスタービン７の高温部２１に供給する冷却空気供給系２０に昇圧機３６を設けるとともに、ガスタービン７の高温部２１を冷却させた高圧空気をガスタービン燃焼器６の燃焼用空気として空気圧縮機５に回収させる高圧空気回収系３７を設けたものである。なお、他の構成は、図６で示した第１実施形態における第５変形例と同じである。
【００６５】
このように、本実施形態は、冷却空気供給系２０に昇圧機３６を設け、昇圧機３６で昇圧させた高圧空気をガスタービン７の高温部２１に冷却用として供給したので、その高温部２１を確実に冷却させることができる。
【００６６】
また、本実施形態は、ガスタービン７の高温部２１を冷却させた高圧空気を空気圧縮機５に燃焼用空気として回収させる高圧空気回収系３７を設けたので、高圧空気の熱エネルギを有効に回収することができ、高圧空気の有効回収と相俟って燃焼ガス（ガスタービン駆動ガス）の温度を低くすることがなく、燃焼ガスの流れを乱すことがなく、プラント熱効率を向上させることができる。
【００６７】
図９は、コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第８変形例を示す概略系統図である。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。
【００６８】
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、ガスタービン燃焼器６に燃料Ｆを供給する燃料系３８に設けた燃料加熱部３９を高圧空気熱利用部１９に収容させたものである。また、高圧空気熱利用部１９に収容した燃料加熱部３９は、給水予熱部２３と並列状に設置している。なお、他の構成は、図６で示した第１実施形態における第５変形例と同じである。
【００６９】
このように、本実施形態は、燃料Ｆを加熱する燃料加熱部３９を高圧空気熱利用部１９の給水予熱部２３に並列状に設置したので、設備のコンパクト化を図ることができ、設置面積を有効に活用することができる。
【００７０】
図１０は、図９で示した燃料加熱部３９の変形例を示す概略図である。
【００７１】
本実施形態は、高圧空気熱利用部１９に設置したＵ字状の給水予熱部２３に管状の燃料加熱部３９を収容したものである。
【００７２】
このように、本実施形態は、Ｕ字状の給水予熱部２３に管状の燃料加熱部３９を収容し、空気圧縮機５から抽気した高圧空気の熱で排熱回収ボイラ３の節炭器１６から分流した給水を予熱させ、さらに予熱給水の熱で燃料Ｆを加熱させたので、燃料Ｆを安定状態で加熱させることができる。なお、燃料加熱部３９は、給水予熱部２３内に収容させたが、高圧空気熱利用部１９の上流側に設置した蒸気過熱部２２に収容させてもよい。
【００７３】
図１１は、コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第９変形例を示す概略系統図である。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。
【００７４】
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、ガスタービン燃焼器６に燃料Ｆを供給する燃料系３８に設けた燃料加熱部３９に、再熱タービン３０の中間段落から抽気したタービン抽気を燃料Ｆの加熱源として供給する蒸気加熱系４０と、燃料Ｆを加熱後の蒸気を復水器１０の入口側に回収させる蒸気回収系４１とを設けたものである。なお、他の構成は、図６で示した第１実施形態における第５変形例と同じである。
【００７５】
このように、本実施形態は、再熱タービン３０の中間段落から抽気したタービン抽気で燃料Ｆを加熱させる蒸気加熱系４０を燃料加熱部３９に接続するとともに、燃料Ｆの加熱後の蒸気を復水器１０の入口側に回収させる蒸気回収系４１を設けたので、燃料Ｆを安定状態で加熱させることができ、燃料Ｆの内部エネルギを高めて燃料Ｆの消費量を少なくさせてプラント熱効率をより一層向上させることができる。
【００７６】
図１２は、コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第１０変形例を示す概略系統図である。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。
【００７７】
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、ガスタービン燃焼器６に燃料Ｆを供給する燃料系３８に第１燃料加熱部３９ａと第２燃料加熱部３９ｂとを直列状に設けるとともに、第１燃料加熱部３９ａに燃料Ｆを加熱させる加熱媒体、例えば空気を発電機４の高温部４２から供給し、燃料Ｆの加熱後の加熱媒体を発電機４の高温部４２に回収させる循環系４３と、第２燃料加熱部３９ｂに第１燃料加熱部３９ａから供給される燃料Ｆを加熱させる蒸気を、蒸気タービンプラント２の軸シール部４４から抽出した蒸気加熱系４５と、燃料Ｆの加熱後の蒸気を復水器１０の入口側に回収させる蒸気回収系４６とを設けたものである。なお、他の構成は、図６で示した第１実施形態における第５変形例と同じである。
【００７８】
このように、本実施形態は、燃料系３８に第１燃料加熱部３９ａと第２燃料加熱部３９ｂとの複数の燃料加熱部３９を直列状に設けるとともに、第１燃料加熱部３９ａに発電機４の高温部４２から発生する加熱媒体を供給して燃料Ｆを加熱させ、燃料Ｆの加熱後の加熱媒体を発電機４の高温部４２に回収させる循環系４３と、第２燃料加熱部３９ｂに軸シール部４４からのシール蒸気を供給して燃料Ｆを加熱させる蒸気加熱系４５と、燃料Ｆの加熱後のシール蒸気を復水器１０の入口側に回収させる蒸気回収系４６とを設けたので、通常、捨てられる熱の有効利用下、燃料Ｆの内部エネルギを高めて燃料Ｆの消費を少なくすることができ、プラント熱効率を向上させることができる。
【００７９】
図１３は、ガスタービンプラント単体を例示とする本発明に係る火力発電プラントの第２実施形態を示す概略系統図である。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。
【００８０】
本実施形態に係るガスタービンプラント１は、油タンク４９からポンプ５０を介してタービン軸４７を軸支する軸受４８に潤滑油を供給する際、潤滑油を加熱源として燃料系３８に受けた燃料加熱部３９に供給し、燃料Ｆを加熱させる潤滑油供給系５１を設けたものである。
【００８１】
本実施形態は、潤滑油が軸受４８を通る際、高温になることに着目したもので、高温の潤滑油を潤滑油供給系５１を介して燃料加熱部３９に供給し、燃料Ｆを加熱させ、燃料Ｆの内部エネルギを高めるようになっている。
【００８２】
このように、本実施形態は、燃料加熱部３９に軸受４８からの潤滑油を供給する潤滑油供給系５１を設け、潤滑油の熱を利用して燃料Ｆを加熱させてその内部エネルギを高めたので、燃料の消費を少なくしてプラント熱効率を向上させることができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上の説明の通り、本発明に係る火力発電プラントは、空気圧縮機で圧縮した高圧空気の一部を抽気し、抽気した高圧空気を加熱源として予熱給水と蒸気をさらに加熱させる高圧空気熱利用部を設けるとともに、高圧空気熱利用部で熱を失い比較的温度の低くなった高圧空気を、さらにガスタービンの高温部に供給してその高温部を冷却させ、熱エネルギをあますことなく利用したので、熱エネルギの有効活用の下、プラント熱効率をより一層向上させることができる。
【００８４】
また、本発明に係る火力発電プラントは、ガスタービン燃焼器に燃料を供給する燃料系に燃料加熱部を設け、燃料を加熱させてその内部エネルギを高める加熱源を空気圧縮機から抽気した高圧空気、蒸気タービンプラントから抽気したタービン抽気、蒸気タービンプラントの軸シール部からのシール蒸気、または発電機からの加熱媒体を用いたので、燃料を容易に加熱することができ、同一のタービン軸出力に対して燃料の消費量を少なくさせることができ、プラント熱効率を向上させることができる。
【００８５】
また、本発明に係る火力発電プラントは、タービン軸の軸受に供給する潤滑油の熱を利用して燃料を加熱させ、その内部エネルギを高めたので、同一のタービン軸出力に対し、燃料を従来に較べて少なくさせて運転をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態を示す概略系統図。
【図２】コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第１変形例を示す概略系統図。
【図３】コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第２変形例を示す概略系統図。
【図４】コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第３変形例を示す概略系統図。
【図５】コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第４変形例を示す概略系統図。
【図６】コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第５変形例を示す概略系統図。
【図７】コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第６変形例を示す概略系統図。
【図８】コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第７変形例を示す概略系統図。
【図９】コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第８変形例を示す概略系統図。
【図１０】図９で示した燃料加熱部の変形例を示す概略図。
【図１１】コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第９変形例を示す概略系統図。
【図１２】コンバインドサイクル発電プラントを例示とする本発明に係る火力発電プラントの第１実施形態における第１０変形例を示す概略系統図。
【図１３】ガスタービンプラント単体を例示とする本発明に係る火力発電プラントの第２実施形態を示す概略系統図。
【符号の説明】
１  ガスタービンプラント
２  蒸気タービンプラント
３  排熱回収ボイラ
４  発電機
５  空気圧縮機
６  ガスタービン燃焼器
７  ガスタービン
８  発電機
９  蒸気タービン
１０  復水器
１１  復水ポンプ
１２  給水ポンプ
１３  過熱器
１４  蒸気ドラム
１５  蒸発器
１６  節炭器
１７  調整弁
１８  高圧空気抽気系
１９  高圧空気熱利用部
２０  冷却空気供給系
２１  高温部
２２  蒸気過熱部
２３  給水予熱部
２４，２５，２６  調整弁
２７  蒸気ドラム
２８  蒸発部
２９  蒸気供給系
３０  再熱タービン
３１  再熱器
３２  予熱給水系
３３  降水管
３４  上昇管
３５  飽和蒸気供給系
３６  昇圧機
３７  高圧空気回収系
３８  燃料系
３９  燃料過熱部
４０  蒸気加熱系
４１  蒸気回収系
４２  高温部
４３  循環系
４４  軸シール部
４５  蒸気加熱系
４６  蒸気回収系
４７  タービン軸
４８  軸受
４９  油タンク
５０  ポンプ
５１  潤滑油供給系
【図１】
0003782567.tif 000002
【図２】
0003782567.tif 000003
【図３】
0003782567.tif 000004
【図４】
0003782567.tif 000005
【図５】
0003782567.tif 000006
【図６】
0003782567.tif 000007
【図７】
0003782567.tif 000008
【図８】
0003782567.tif 000009
【図９】
0003782567.tif 000010
【図１０】
0003782567.tif 000011
【図１１】
0003782567.tif 000012
【図１２】
0003782567.tif 000013
【図１３】
0003782567.tif 000014