JP2013199925A - Gas turbine equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はガスタービン設備に関するものであり、タービン翼冷却用の圧縮空気の冷却と燃料ガスの予熱を同時に効果的に行うことができるように工夫したものである。 The present invention relates to gas turbine equipment, and is devised so that compressed air for cooling turbine blades and fuel gas preheating can be effectively performed simultaneously.
従来のガスタービン設備の一例を、図１２を参照して説明する。
このガスタービン設備１は、ガスタービン１０や排熱回収ボイラー２０などを備えている。
An example of conventional gas turbine equipment will be described with reference to FIG.
The gas turbine facility 1 includes a
ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３を主要部材として構成されている。圧縮機１１は空気Ａを圧縮して圧縮空気Ａ１を燃焼器１２に送る。燃焼器１２では、圧縮機１１から圧縮空気Ａ１が送られると共に、燃料ラインＬ１を通して燃料ガスＦが供給され、燃料ガスＦを燃焼させて高温・高圧の燃焼ガスＢを発生する。この高温・高圧の燃焼ガスＢがタービン１３で膨張してタービン１３が回転駆動し、タービン１３の回転力により発電機（図示省略）を回転して発電が行われる。
The
排熱回収ボイラー（ＨＲＳＧ：heat recovery steam generator）２０は、タービン１３から排出される高温・高圧の排気ガスＥのエネルギーを回収し、回収した熱により高温・高圧の蒸気を発生させ、この蒸気により蒸気タービン（図示省略）を回転させている。
A heat recovery steam generator (HRSG) 20 recovers the energy of the high-temperature and high-pressure exhaust gas E discharged from the
このようなガスタービン設備１において、ガスタービン１０の出力を増大し、また大きな効率を得るために、タービン１３の入口における作動媒体（燃焼ガスＢ）の温度は千数百度という高温になっている。このような高いタービン入口温度は、タービン翼の耐熱性に関する材料上の問題を生じさせるため、通常ではタービン翼表面の冷却を実施する。
In such a gas turbine facility 1, the temperature of the working medium (combustion gas B) at the inlet of the
その冷却のために使用される冷却媒体としては、圧縮機１１で圧縮された空気を分岐した圧縮空気Ａ２を用いており、この圧縮空気Ａ２を冷却空気冷却器１５で冷却し、冷却した圧縮空気Ａ２によりタービン１３のタービン翼の冷却をしている。
As the cooling medium used for the cooling, compressed air A2 obtained by branching the air compressed by the
冷却空気冷却器１５は、圧縮空気ラインＬ４及び排熱回収ボイラー２０に水Ｗ１を給水する給水ラインＬ２に接続されており、水Ｗ１により圧縮空気Ａ２の冷却をしている。
冷却空気冷却器１５に供給される水Ｗ１の温度は、例えば１００〜１５０℃であり、圧縮機１１から冷却空気冷却器１５に供給される圧縮空気Ａ２の温度は、例えば４００〜４５０℃であり、圧縮空気Ａ２を水Ｗ１により冷却している。
The
The temperature of the water W1 supplied to the
また、ガスタービン１０では、一般に燃料ガスＦと圧縮空気Ａ１との混合物を使用して燃焼するが、燃料ガスＦの温度が低い場合には、燃料温度を上昇させるためにエネルギーの一部が使用されるため、ガスタービン１０の性能を低下させると共に効率を低下させることになる。そのため、燃焼前に燃料を予熱することが望ましい。
The
その予熱のために使用される加熱媒体としては、給水ラインＬ３を通して排熱回収ボイラー２０に送られる水Ｗ２を用いており、燃料ガスＦを燃料ガス加熱器１６で予熱している。
As a heating medium used for the preheating, water W2 sent to the exhaust
燃料ガス加熱器１６は、給水ラインＬ３に接続されており、水Ｗ２により燃料ガスＦの予熱をしている。
燃料ガス加熱器１６に供給される水Ｗ２の温度は、例えば１５０〜２００℃であり、燃料ガスＦを水Ｗ２により予熱している。
The
The temperature of the water W2 supplied to the
なお、燃料ガスＦの予熱のために、補助ボイラー等を設置する例もある。 There is also an example in which an auxiliary boiler or the like is installed for preheating the fuel gas F.
ところで上記従来技術では、圧縮空気Ａ２を冷却する冷却系統と、燃料Ｆを予熱する予熱系統が、独立した別の系統であるため、熱の有効利用をすることができなかった。 By the way, in the said prior art, since the cooling system which cools compressed air A2, and the preheating system which preheats the fuel F are another independent systems, it was not possible to make effective use of heat.
また図１２に示すように、排熱回収ボイラー２０に送られる水Ｗ１、即ち、蒸気タービンサイクル側の給水を用いて圧縮空気Ａ２の冷却をし、排熱回収ボイラー２０に送られる水Ｗ２、即ち、蒸気タービンサイクル側の給水を用いて燃料Ｆの予熱をしている場合には、排熱回収ボイラーを含むプラントの起動時において、圧縮空気Ａ２の冷却や燃料Ｆの予熱の調整が難しいという問題がある。
また、検査等により蒸気タービン側が停止して、ガスタービン側が単独運転する場合には、水Ｗ１による圧縮空気Ａ２の冷却や、水Ｗ２による燃料Ｆの予熱ができなくなる。
Further, as shown in FIG. 12, the water W1 sent to the exhaust
Further, when the steam turbine side is stopped by inspection or the like and the gas turbine side is operated alone, the compressed air A2 cannot be cooled by the water W1 and the fuel F cannot be preheated by the water W2.
本発明は、上記従来技術に鑑み、ガスタービン側が単独運転していても熱の有効利用をしつつ、タービン冷却用の圧縮空気の冷却と燃料ガスの予熱を同時に効果的に行うことができる、ガスタービン設備を提供することを目的とする。 In view of the prior art, the present invention can effectively perform the cooling of the compressed air for cooling the turbine and the preheating of the fuel gas at the same time while effectively using the heat even when the gas turbine side is operating alone. It aims at providing gas turbine equipment.
上記課題を解決する本発明の構成は、
圧縮機と、前記圧縮機から圧縮空気が送られてくると共に燃料ラインを通して燃料ガスが供給されて燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼ガスにより回転駆動すると共に前記圧縮空気の一部を分岐したタービン翼冷却用の圧縮空気が圧縮空気ラインを通って送られてきてタービン翼の冷却をするタービンとを備えたガスタービン設備において、
前記タービン翼冷却用の圧縮空気から熱を奪ってこの圧縮空気の冷却をし、奪った熱を熱伝達媒体を介して伝達し、伝達した熱を前記燃料ガスに与えてこの燃料ガスを予熱する熱交換部を備えることを特徴とする。
The configuration of the present invention for solving the above problems is as follows.
A compressor, a combustor that is supplied with compressed air from the compressor, and is supplied with fuel gas through a fuel line to generate combustion gas; and is driven to rotate by the combustion gas, and a part of the compressed air is branched And a turbine for cooling the turbine blades, in which compressed air for cooling the turbine blades is sent through the compressed air line.
Heat is taken from the compressed air for cooling the turbine blades to cool the compressed air, the taken heat is transmitted through a heat transfer medium, and the transferred heat is supplied to the fuel gas to preheat the fuel gas. A heat exchange part is provided.
また本発明の構成は、
前記熱交換部は、
液体の熱伝達媒体を循環流通させる循環ラインと、
前記循環ライン及び前記圧縮空気ラインに接続されており、前記熱伝達媒体により前記タービン翼冷却用の圧縮空気を冷却する冷却空気冷却器と、
前記循環ライン及び前記燃料ラインに接続されており、前記熱伝達媒体により前記燃料ガスを予熱する燃料ガス加熱器とを有し、
前記液体の熱伝達媒体を前記循環ライン内で循環流通させることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The heat exchange part is
A circulation line for circulating and circulating a liquid heat transfer medium;
A cooling air cooler that is connected to the circulation line and the compressed air line and cools the compressed air for cooling the turbine blades by the heat transfer medium;
A fuel gas heater connected to the circulation line and the fuel line and preheating the fuel gas by the heat transfer medium;
The liquid heat transfer medium is circulated in the circulation line.
また本発明の構成は、
前記熱伝達媒体は、前記圧縮機から導出される前記圧縮空気及び前記燃料ガスと混合されて不燃状態を維持可能であることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The heat transfer medium may be mixed with the compressed air and the fuel gas derived from the compressor to maintain an incombustible state.
また本発明の構成は、
前記熱伝達媒体は、大気圧よりも大きい圧力で加圧されていることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The heat transfer medium is pressurized at a pressure greater than atmospheric pressure.
また本発明の構成は、
前記熱伝達媒体は、水または合成系有機熱媒体油のいずれかであることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The heat transfer medium is either water or a synthetic organic heat medium oil.
また本発明の構成は、
前記熱伝達媒体は、飽和温度よりも５度以上低い温度の亜臨界圧流体であること特徴とする
The configuration of the present invention is as follows.
The heat transfer medium is a subcritical pressure fluid having a temperature 5 degrees or more lower than a saturation temperature.
また本発明の構成は、
前記熱伝達媒体は、擬臨界温度よりも５度以上低い温度の超臨界圧流体であることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The heat transfer medium is a supercritical fluid having a temperature 5 degrees or more lower than the pseudocritical temperature.
また本発明の構成は、
前記熱伝達媒体は、臨界温度よりも５度以上低い温度の臨界圧流体であることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The heat transfer medium is a critical pressure fluid having a temperature 5 degrees or more lower than the critical temperature.
また本発明の構成は、
前記熱交換部は、
気体の熱伝達媒体を循環流通させる循環ラインと、
前記循環ライン及び前記圧縮空気ラインに接続されており、前記熱伝達媒体により前記タービン翼冷却用の圧縮空気を冷却する冷却空気冷却器と、
前記循環ライン及び前記燃料ラインに接続されており、前記熱伝達媒体により前記燃料ガスを予熱する燃料ガス加熱器とを有し、
前記気体の熱伝達媒体を前記循環ライン内で循環流通させることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The heat exchange part is
A circulation line for circulating a gas heat transfer medium;
A cooling air cooler that is connected to the circulation line and the compressed air line and cools the compressed air for cooling the turbine blades by the heat transfer medium;
A fuel gas heater connected to the circulation line and the fuel line and preheating the fuel gas by the heat transfer medium;
The gaseous heat transfer medium is circulated in the circulation line.
また本発明の構成は、
前記タービンに送られてくる前記タービン翼冷却用の圧縮空気の温度、または、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの温度を調整する温度調整手段を有することを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
It has temperature adjusting means for adjusting the temperature of the compressed air for cooling the turbine blades sent to the turbine or the temperature of the fuel gas supplied to the combustor.
また本発明の構成は、
前記温度調整手段は、前記タービンから排出された排気ガスの熱を回収する排熱回収ボイラーから導出される温水と前記燃料ガスとを熱交換する燃料ガス用熱交換器を有することを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The temperature adjusting means includes a fuel gas heat exchanger that exchanges heat between the hot water derived from an exhaust heat recovery boiler that recovers heat of exhaust gas exhausted from the turbine and the fuel gas. .
また本発明の構成は、
前記燃料ガス用熱交換器は、複数設けられていることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
A plurality of the fuel gas heat exchangers are provided.
また本発明の構成は、
前記温度調整手段は、前記タービンから排出された排気ガスの熱を回収する排熱回収ボイラーに導入される水と前記冷却空気冷却器から導出される圧縮空気とを熱交換する圧縮空気用熱交換器を有することを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The temperature adjusting means performs heat exchange for compressed air that exchanges heat between water introduced into an exhaust heat recovery boiler that recovers heat of exhaust gas exhausted from the turbine and compressed air derived from the cooling air cooler. It is characterized by having a vessel.
また本発明の構成は、
前記タービンと前記排熱回収ボイラーとの間には、ダンパーを経由して前記タービンから排出された排気ガスの熱を大気に放出するバイパススタックが設けられていることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
A bypass stack is provided between the turbine and the exhaust heat recovery boiler. The bypass stack releases heat of exhaust gas discharged from the turbine via a damper to the atmosphere.
また本発明の構成は、
前記温度調整手段は、
前記圧縮空気ラインに設けられており、前記冷却空気冷却器をバイパスして前記タービン翼冷却用の圧縮空気を流すと共に流量制御弁が介装された圧縮空気バイパスライン、
前記燃料ラインに設けられており、前記燃料ガス加熱器をバイパスして前記燃料ガスを流すと共に流量制御弁が介装された燃料バイパスライン、
前記循環ラインに設けられており、前記冷却空気冷却器をバイパスして前記熱伝達媒体を流すと共に流量制御弁が介装された第１の熱伝達媒体バイパスライン、
前記循環ラインに設けられており、前記燃料ガス加熱器をバイパスして前記熱伝達媒体を流すと共に流量制御弁が介装された第２の熱伝達媒体バイパスラインのうちの少なくとも一つを有することを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The temperature adjusting means is
A compressed air bypass line provided in the compressed air line, allowing the compressed air for cooling the turbine blades to flow by bypassing the cooling air cooler and having a flow control valve interposed therebetween;
A fuel bypass line that is provided in the fuel line, bypasses the fuel gas heater and flows the fuel gas, and is provided with a flow control valve;
A first heat transfer medium bypass line which is provided in the circulation line and flows the heat transfer medium by bypassing the cooling air cooler and which is provided with a flow rate control valve;
It is provided in the circulation line, and has at least one of the second heat transfer medium bypass lines through which the heat transfer medium flows while bypassing the fuel gas heater and in which a flow rate control valve is interposed. It is characterized by.
また本発明の構成は、
排熱回収ボイラーに水を送る給水ラインと前記循環ラインに接続されており、前記熱伝達媒体により前記給水ラインに送られる水を加熱する給水加熱器が更に備えられていることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
It is connected to the water supply line which sends water to a waste heat recovery boiler, and the said circulation line, The feed water heater which heats the water sent to the said water supply line by the said heat transfer medium is further provided, It is characterized by the above-mentioned.
また本発明の構成は、
前記熱交換部は、前記熱伝達媒体が熱交換時に相変化を伴い、ヒートパイプとして作用することを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The heat exchange unit is characterized in that the heat transfer medium acts as a heat pipe with a phase change during heat exchange.
また本発明の構成は、
前記熱交換部は、
前記燃料ラインに接続されて前記燃料ガスが流通する第１空間と、前記圧縮空気ラインに接続されて前記タービン冷却用の圧縮空気が流通する第２空間とが、隔壁により分離・区画された筐体と、
前記隔壁を貰通する状態で備えられて、一端側が前記第１空間に露出し、他端側が前記第２空間側に露出している管状の熱交換体を備え、
前記管状の熱交換体に封入された前記熱伝達媒体が熱交換時に相変化することを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The heat exchange part is
A housing in which a first space connected to the fuel line and through which the fuel gas flows and a second space connected to the compressed air line and through which the compressed air for cooling the turbine flows are separated and partitioned by a partition wall. Body,
A tubular heat exchange element provided in a state of passing through the partition wall, one end side exposed to the first space and the other end side exposed to the second space;
The heat transfer medium sealed in the tubular heat exchange body changes phase during heat exchange.
また本発明の構成は、
前記圧縮空気ラインに設けられた前記筐体をバイパスして前記タービン翼冷却用の圧縮空気を流すと共に流量制御弁が介装された圧縮空気バイパスラインと、
前記燃料ラインに設けられた前記筐体をバイパスして前記燃料ガスを流すと共に流量制御弁が介装された燃料バイパスラインのうち、少なくともいずれか一方を備えることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
A compressed air bypass line that bypasses the casing provided in the compressed air line and allows the compressed air for cooling the turbine blades to flow therethrough and is provided with a flow control valve;
At least one of a fuel bypass line having a flow rate control valve and a flow of the fuel gas bypassing the housing provided in the fuel line is provided.
また本発明の構成は、
前記冷却空気冷却器と前記タービンとの間には、該冷却空気冷却器から導出される圧縮空気の流量を調整する流量制御弁が設けられていることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
A flow rate control valve is provided between the cooling air cooler and the turbine to adjust the flow rate of the compressed air derived from the cooling air cooler.
本発明によれば、圧縮空気の冷却と燃料ガスの予熱を同時に実施することができ、熱の有効利用を図ることができる。また、燃料ガスを予熱することでタービン性能を向上させ、効率を改善させることができる。 According to the present invention, cooling of compressed air and preheating of fuel gas can be performed at the same time, and effective use of heat can be achieved. Further, by preheating the fuel gas, the turbine performance can be improved and the efficiency can be improved.
更に、蒸気タービン用の給水システムを使用しないため、ガスタービンを単独運転した時においても、圧縮空気の冷却と燃料ガスの予熱が可能になる。 Further, since the water supply system for the steam turbine is not used, the compressed air can be cooled and the fuel gas can be preheated even when the gas turbine is operated alone.
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on examples.
本発明の実施例１に係るガスタービン設備１００を、図１を参照して説明する。
図１に示すように、実施例１のガスタービン設備１００は、ガスタービン１０、排熱回収ボイラー２０及び熱交換部１１０を備えている。
A
As shown in FIG. 1, the
ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３を主要部材として構成されている。圧縮機１１は空気Ａを圧縮して圧縮空気Ａ１を燃焼器１２に送る。燃焼器１２では、圧縮機１１から圧縮空気Ａ１が送られると共に、燃料ラインＬ１を通して燃料ガスＦが供給され、燃料ガスＦを燃焼させて高温・高圧の燃焼ガスＢを発生する。この高温・高圧の燃焼ガスＢがタービン１３で膨張してタービン１３が回転駆動し、タービン１３の回転力により発電機（図示省略）を回転して発電が行われる。
The
排熱回収ボイラー（ＨＲＳＧ: heat recovery steam generator) ２０は、タービン１３から排出される高温・高圧の排気ガスＥのエネルギーを回収し、回収した熱により高温・高圧の蒸気を発生させ、この蒸気により蒸気タービン（図示省略）を回転させている。
A heat recovery steam generator (HRSG) 20 recovers the energy of the high-temperature and high-pressure exhaust gas E discharged from the
熱交換部１１０は、循環ライン１１１に、冷却空気冷却器１１２と燃料ガス加熱器１１
３とポンプ１１４を接続して構成されている。
The
3 and a
循環ライン１１１は、熱伝達媒体を循環流通させるライン（配管）であり、熱伝達媒体としては例えば水Ｗを使用している。なお、熱伝達媒体としては、液体が好ましく、例えば水や油などを採用することができる。
ポンプ１１４が駆動することにより、熱伝達媒体である水Ｗは、循環ライン１１１内を循環流通する。
The
When the
圧縮機１１で圧縮された空気の一部は分岐され、この分岐された圧縮空気Ａ２は圧縮空気ラインＬ４を通ってタービン１３に送られてタービン翼の冷却をする。
A part of the air compressed by the
冷却空気冷却器１１２は、循環ライン１１１に接続されると共に、圧縮空気ラインＬ４に接続されており、熱伝達媒体である水Ｗにより圧縮空気Ａ２を冷却し、冷却した圧縮空気Ａ２によりタービン１３のタービン翼の冷却をしている。
この場合、圧縮機１１から出ていく圧縮空気Ａ２の温度は例えば４００〜４５０℃であり、冷却空気冷却器１１２により冷却されてタービン１３に送られる圧縮空気Ａ２の温度は例えば２００〜２５０℃になる。
また、冷却空気冷却器１１２に入る熱伝達媒体である水Ｗの温度は例えば１５０℃であり、冷却空気冷却器１１２から出ていく水Ｗは昇温してその温度は例えば２００〜２５０℃になる。
The cooling
In this case, the temperature of the compressed air A2 exiting from the
Moreover, the temperature of the water W that is a heat transfer medium entering the cooling
燃料ガス加熱器１１３は、熱伝達媒体である水Ｗの流れ方向に関して冷却空気冷却器１１２よりも下流位置で、循環ライン１１１に接続されると共に、燃料ラインＬ１に接続されている。燃料ガス加熱器１１３は、冷却空気冷却器１１２から送られてくる昇温した熱伝達媒体である水Ｗにより燃料ガスＦを予熱する。予熱された燃料ガスＦは燃焼器１２に送られて燃焼する。
この場合、燃料ガス加熱器１１３に入る熱伝達媒体である水Ｗの温度は例えば２００〜２５０℃であり、燃料ガス加熱器１１３から出ていく水Ｗは降温してその温度は例えば１５０℃になる。
The
In this case, the temperature of the water W that is the heat transfer medium entering the
燃料ガス加熱器１１３から出ていく水Ｗは、ポンプ１１４により送られて、再び冷却空気冷却器１１２に送られ、循環流通する。
The water W exiting from the
結局、実施例１のガスタービン設備１００では、循環ライン１１１を循環流通する熱伝達媒体である水Ｗが、圧縮空気Ａ２と燃料ガスＦとの熱交換をして、圧縮空気Ａ２の冷却と燃料ガスＦの予熱を同時に実施している。このため熱の有効利用をすることができる。
Eventually, in the
このように、タービン１３のタービン翼を冷却する圧縮空気Ａ２を冷却することで、冷却能力が向上するため抽出する空気量を減少させることができ、ガスタービンの出力向上及び効率の改善につながる。
また、圧縮空気Ａ２の冷却に伴う廃熱を用いて、燃料ガスＦの予熱を行うことで、廃熱の有効活用ができるため効率を改善できる。
Thus, by cooling the compressed air A2 that cools the turbine blades of the
Moreover, since the waste heat can be effectively utilized by preheating the fuel gas F by using the waste heat accompanying the cooling of the compressed air A2, the efficiency can be improved.
しかも、熱交換部１１０は、蒸気タービンサイクル側の給水を用いることなく、蒸気夕−ビンサイクル側とは独立したシステムであるため、プラントの起動時や、蒸気タービン側が停止してガスタービン１０が単独運転しているときであっても、問題なく、圧縮空気Ａ２の冷却及び燃料ガスＦの予熱を行うことができる。
Moreover, the
なお、液体の熱伝達媒体である水Ｗ等を使用せずに、燃料ガスＦと圧縮空気Ａ２とを熱交換器を用いて直接熱交換することも考えられるが、本実施例では、熱伝達媒体として液体の水Ｗ等を用いることで熱交換部での熱伝達を向上させることができ、熱交換器のサイズを小さくすることができる。また、これによりコストダウンを図ることができる。
また、燃料ガスの予熱のため補助ボイラーを設置する必要がないため、コストダウンを図ることができる。
Note that it is possible to directly exchange heat between the fuel gas F and the compressed air A2 using a heat exchanger without using water W or the like which is a liquid heat transfer medium. By using liquid water W or the like as a medium, heat transfer in the heat exchange unit can be improved, and the size of the heat exchanger can be reduced. This can also reduce the cost.
In addition, since it is not necessary to install an auxiliary boiler for preheating the fuel gas, the cost can be reduced.
また、熱伝達媒体として水Ｗ等の液体を使用しているため、熱伝達媒体が気体である場合よりも熱交換部１１０を小型化、さらにはガスタービン設備１全体の小型化を図ることができる。
In addition, since a liquid such as water W is used as the heat transfer medium, the
本発明の実施例２に係るガスタービン設備１００Ａを、図２を参照して説明する。実施例２のガスタービン設備１００Ａは、実施例１のガスタービン設備１００を改良したものであるため、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
A
図２に示すように、実施例２のガスタービン設備１００Ａは、ガスタービン１０、排熱回収ボイラー２０及び熱交換部１１０を備えている。
As shown in FIG. 2, the
更に実施例２のガスタービン設備１００Ａでは、圧縮空気ラインＬ４に、圧縮空気バイパスライン１１５が設けられている。この圧縮空気バイパスライン１１５は、圧縮空気ラインＬ４のうちで、圧縮空気Ａ２の流れ方向に関して冷却空気冷却器１１２よりも上流側部分と冷却空気冷却器１１２よりも下流側部分を接続するものであり、流量制御弁Ｖ１が介装されている。
Furthermore, in the
また、圧縮空気ラインＬ４のうち、圧縮空気バイパスライン１１５の上流側か接続されている部分と冷却空気冷却器１１２が接続されている部分の間には、流量制御弁Ｖ２が介装されている。なお、流量制御弁Ｖ２を、圧縮空気ラインＬ４のうち、圧縮空気バイパスライン１１５の下流側が接続されている部分と冷却空気冷却器１１２が接続されている部分の間に介装してもよい。
Further, in the compressed air line L4, a flow control valve V2 is interposed between a portion connected to the upstream side of the compressed
燃料ラインＬ１には、燃料バイパスライン１１６が設けられている。この燃料バイパスライン１１６は、燃料ラインＬ１のうちで、燃料ガスＦの流れ方向に関して燃料ガス加熱器１１３よりも上流側部分と燃料ガス加熱器１１３よりも下流側部分を接続するものであり、流量制御弁Ｖ３が介装されている。
A
また燃料ラインＬ１のうち、燃料バイパスライン１１６の上流側か接続されている部分と燃料ガス加熱器１１３が接続されている部分の間には、流量制御弁Ｖ４が介装されている。なお、流量制御弁Ｖ４を、燃料ラインＬ１のうち、燃料バイパスライン１１６の下流側が接続されている部分と燃料ガス加熱器１１３が接続されている部分の間に介装してもよい。
In addition, a flow control valve V4 is interposed between a portion of the fuel line L1 connected to the upstream side of the
他の部分の構成は、図１に示す実施例１と同様である。 The configuration of the other parts is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
実施例２に係るガスタービン設備１００Ａでは、部分負荷や負荷変動が発生した場合において、流量制御弁Ｖ１，Ｖ２の開度を調整することにより、圧縮空気バイパスライン１１５を流れる圧縮空気Ａ２の流量と冷却空気冷却器１１２を流れる圧縮空気Ａ２の流量を調整することにより、タービン１３に送られていく圧縮空気Ａ２の温度を容易に調整することができる。
また、流量制御弁Ｖ３，Ｖ４の関度を調整することにより、燃料バイパスライン１１６を流れる燃料ガスＦの流量と燃料ガス加熱器１１３を流れる燃料ガスＦの流量を調整することにより、燃焼器１２に送られていく燃料ガスＦの温度を容易に調整することができる。
In the
Further, by adjusting the relationship between the flow rate control valves V3 and V4, the flow rate of the fuel gas F flowing through the
このように、圧縮空気バイパスライン１１５，１１６及び流量制御弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を用いて温度調整をすることができるため、部分負荷や負荷変動が発生した場合であっても、圧縮空気Ａ２の冷却及び燃料ガスＦの予熱を過不足なく実施することができ、効率を向上させることができる。
Thus, since the temperature can be adjusted using the compressed
なお、図２に示す実施例２において、圧縮空気バイパスライン１１５及び流量制御弁Ｖ１，Ｖ２からなる圧縮空気の温度調整手段と、燃料バイパスライン１１６及び流量制御弁Ｖ３，Ｖ４からなる燃料ガスの温度調整手段のうち、一方のみを備えるようにすることもできる。
In the second embodiment shown in FIG. 2, the temperature of the compressed air comprising the compressed
本発明の実施例３に係るガスタービン設備１００Ｂを、図３を参照して説明する。実施例３のガスタービン設備１００Ｂは、圧縮空気の温度調整手段と燃料ガスの温度調整手段が、実施例２のガスタービン設備１００Ａのものと異なるが、他の部分は実施例２と同様である。したがって実施例２と異なる部分についてのみ説明をする。
A
循環ライン１１１には、第１の熱伝達媒体バイパスライン１１７が設けられている。この熱伝達媒体バイパスライン１１７は、循環ライン１１１のうちで、水（熱伝達媒体）Ｗの流れ方向に関して冷却空気冷却器１１２よりも上前側部分と冷却空気冷却器１１２よりも下流側部分を接続するものであり、流量制御弁Ｖ５が介装されている。
The
また循環ライン１１１のうち、熱伝達媒体バイパスライン１１７の上流側か接続されている部分と冷却空気冷却器１１２が接続されている部分の間には、流量制御弁Ｖ６が介装されている。なお、流量制御弁Ｖ６を、循環ライン１１１のうち、熱伝達媒体バイパスライン１１７の下流側が接続されている部分と冷却空気冷却器１１２が接続されている部分の間に介装してもよい。
Further, in the
循環ライン１１１には、第２の熱伝達媒体バイパスライン１１８が設けられている。この熱伝達媒体バイパスライン１１８は、循環ライン１１１のうちで、水（熱伝達媒体）Ｗの流れ方向に関して燃料ガス加熱器１１３よりも上前側部分と燃料ガス加熱器１１３よりも下流側部分を接続するものであり、流量制御弁Ｖ７が介装されている。
The
また循環ライン１１１のうち、熱伝達媒体バイパスライン１１８の上流側か接続されている部分と燃料ガス加熱器１１３が接続されている部分の間には、流量制御弁Ｖ８が介装されている。なお、流量制御弁Ｖ８を、循環ライン１１１のうち、熱伝達媒体バイパスライン１１８の下流側が接続されている部分と燃料ガス加熱器１１３が接続されている部分の間に介装してもよい。
In addition, a flow control valve V8 is interposed between a portion of the
実施例３に係るガスタービン設備１００Ｂでは、部分負荷や負荷変動が発生した場合において、流量制御弁Ｖ５，Ｖ６の関度を調整することにより、熱伝達媒体バイパスライン１１７を流れる水Ｗの流量と冷却空気冷却器１１２を流れる水Ｗの流量を調整することにより、タービン１３に送られていく圧縮空気Ａ２の温度を容易に調整することができる。
また、流量制御弁Ｖ７，Ｖ８の開度を調整することにより、熱伝達媒体バイパスライン１１８を流れる水Ｗの流量と燃料ガス加熱器１１３を流れる水Ｗの流量を調整することにより、燃焼器１２に送られていく燃料ガスＦの温度を容易に調整することができる。
In the
Further, the
このように、熱伝達媒体バイパスライン１１７，１１８及び流量制御弁Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８を用いて温度調整をすることができるため、部分負荷や負荷変動が発生した場合であっても、圧縮空気Ａ２の冷却及び燃料ガスＦの予熱を過不足なく実施することができ、効率を向上させることができる。
As described above, since the temperature can be adjusted using the heat transfer
なお、図３に示す実施例３において、熱伝達媒体バイパスライン１１７及び流量制御弁Ｖ５、Ｖ６からなる圧縮空気の温度調整手段と、熱伝達媒体バイパスライン１１８及び流量制御弁Ｖ７、Ｖ８からなる燃料ガスの温度調整手段のうち、一方のみを備えるようにすることもできる。
In the third embodiment shown in FIG. 3, the temperature adjusting means for compressed air including the heat transfer
また、図３に示す実施例３において、熱伝達媒体バイパスライン１１７及び流量制御弁Ｖ５，Ｖ６からなる圧縮空気の温度調整手段の代わりに、図２に示す実施例２において説明される、圧縮空気バイパスライン１１５及び流量制御弁Ｖ１，Ｖ２からなる圧縮空気の温度調整手段を備えるようにすることもできる。
Further, in the third embodiment shown in FIG. 3, instead of the compressed air temperature adjusting means including the heat transfer
更に、図３に示す実施例３において、熱伝達媒体バイパスライン１１８及び流量制御弁Ｖ７，Ｖ８からなる燃料ガスの温度調整手段の代わりに、図２に示す実施例２において説明される、燃料バイパスライン１１６及び流量制御弁Ｖ３，Ｖ４からなる燃料ガスの温度調整手段を備えるようにすることもできる。
Further, in the third embodiment shown in FIG. 3, the fuel bypass described in the second embodiment shown in FIG. 2 is used instead of the fuel gas temperature adjusting means including the heat transfer
本発明の実施例４に係るガスタービン設備１００Ｃを、図４を参照して説明する。実施例４のガスタービン設備１００Ｃは、実施例１、実施例２、または実施例３のガスタービン設備１００、１００Ａ、または１００Ｂを改良したものである。以下では実施例１のガスタービン設備１００を改良した形態で説明するため、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
A
更に実施例４のガスタービン設備１００Ｃでは、循環ライン１１１のうち燃料ガス加熱器１１３よりも下流側に、給水加熱器１２０が接続されている。この給水加熱器１２０は、蒸気タービンサイクル側の給水である水Ｗ３を排熱回収ボイラー２０に送る給水ラインＬ５にも接続されており、熱伝達媒体である水Ｗにより、蒸気タービンサイクル側の給水である水Ｗ３の加熱をしている。
例えば、水Ｗ３の温度は、給水加熱器１２０に入るときは５０〜１００℃であり、給水加熱器１２０から出るときには１００〜１５０℃になる。
これにより、圧縮空気Ａ２の廃熱により、燃料ガスＦだけでなく、蒸気タービンサイクル側の給水である水Ｗ３の加熱も同時に行うことができる。
Furthermore, in the
For example, the temperature of the water W 3 is 50 to 100 ° C. when entering the
Thereby, not only the fuel gas F but also the water W3, which is the feed water on the steam turbine cycle side, can be simultaneously heated by the waste heat of the compressed air A2.
なお、燃焼器１２が最も高温となるため、より高温の流体が燃焼器１２に流れ込むように、燃料ガスＦを加熱する燃料ガス加熱器１１３は、循環ライン１１１のうちで、水（熱伝達媒体）Ｗの流れ方向に関して給水加熱器１２０よりも上流側に接続することが好ましいが、循環ライン１１１のうち燃料ガス加熱器１１３よりも上流側に、給水加熱器１２０を接続することもできる。
In addition, since the
本発明の実施例５に係るガスタービン設備２００を、図５を参照して説明する。
図５に示すように、実施例５のガスタービン設備２００は、ガスタービン１０、排熱回収ボイラー２０及びヒートパイプ熱交換部２１０を備えている。
A
As shown in FIG. 5, the
ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３を主要部材として構成されている。圧縮機１１は空気Ａを圧縮して圧縮空気Ａ１を燃焼器１２に送る。燃焼器１２では、圧縮機１１から圧縮空気Ａ１が送られると共に、燃料ラインＬ１を通して燃料ガスＦが供給され、燃料ガスＦを燃焼させて高温・高圧の燃焼ガスＢを発生する。この高温・高圧の燃焼ガスＢがタービン１３で膨張してタービン１３が回転駆動し、タービン１３の回転力により発電機（図示省略）を回転して発電が行われる。
The
圧縮機１１で圧縮された空気の一部は分岐され、この分岐された圧縮空気Ａ２は圧縮空気ラインＬ４を通ってタービン１３に送られてタービン翼の冷却をする。
A part of the air compressed by the
排熱回収ボイラー（ＨＲＳＧ: heat recovery steam generator) ２０は、タービン１３から排出される高温・高圧の排気ガスＥのエネルギーを回収し、回収した熱により高温・高圧の蒸気を発生させ、この蒸気により蒸気タービン（図示省略）を回転させている。
A heat recovery steam generator (HRSG) 20 recovers the energy of the high-temperature and high-pressure exhaust gas E discharged from the
ヒートパイプ熱交換部２１０は、圧縮空気ラインＬ４と燃料ラインＬ１に接続されており、熱伝達媒体であるヒートパイプ２１１を用いて、圧縮空気ラインＬ４を流れる圧縮空気Ａ２から熱を奪い、燃料ラインＬ１を流れる燃料ガスＦに熱を与える。つまり、ヒートパイプ２１１を介して、圧縮空気Ａ２の熱を燃料ガスＦに熱伝達し、圧縮空気Ａ２の冷却と燃料ガスＦの予熱を同時に実施している。このため熱の有効利用をすることができる。
The heat pipe
ここで正面側から見た断面図である図６を参照して、ヒートパイプ熱交換部２１０の構造について説明する。
図６に示すように、ヒートパイプ熱交換部２１０は、筐体２１２内に水平な隔壁２１３が備えられており、この隔壁２１３により筐体２１２内は上側空間２１４ａと下側空間２１４ｂに分離・区画されている。
複数本のヒートパイプ２１１は鉛直方向に沿い配置されて、隔壁２１３を貫通する状態で設置されており、ヒートパイプ２１１の上側部分は上側空間２１４ａに露出し、ヒートパイプ２１１の下側部分は下側空間２１４ｂに露出している。
ヒートパイプ２１１の上側部分及び下側部分には、フィン２１１ａが取り付けられている。
Here, the structure of the heat pipe
As shown in FIG. 6, the heat pipe
The plurality of
上側空間２１４ａには燃料ラインＬ１が接続されており、燃料ラインＬ１を流れる燃料ガスＦが上側空間２１４ａ内を流通する。また、下側空間２１４ｂには圧縮空気ラインＬ４が接続されており、圧縮空気ラインＬ４を流れる圧縮空気Ａ２が下側空間２１４ｂ内を流通する。
このため、高温側の圧縮空気Ａ２の熱を、低温側の燃料ガスＦに熱伝達することができる。この場合、ヒートパイプ２１１を鉛直配置し、下方側を高温域とし上方側を低温域としているため、ヒートパイプ２１１の熱伝達性能が高くなる。
A fuel line L1 is connected to the
For this reason, the heat of the compressed air A2 on the high temperature side can be transferred to the fuel gas F on the low temperature side. In this case, since the
このため、圧縮空気Ａ２は抜熱されて冷却され、タービン１３のタービン翼の冷却を効果的に行うことができる。この結果、冷却能力が向上するため抽出する空気量を減少させることができ、ガスタービンの出力向上及び効率の改善につながる。
For this reason, the compressed air A2 is extracted and cooled, and the turbine blades of the
また、圧縮空気Ａ２の冷却に伴う廃熱を用いて、燃料ガスＦの予熱を行うことで、廃熱の有効活用ができるため効率を改善できる。 Moreover, since the waste heat can be effectively utilized by preheating the fuel gas F by using the waste heat accompanying the cooling of the compressed air A2, the efficiency can be improved.
ヒートパイプ熱交換部２１０は、蒸気タービンサイクル側の給水を用いることなく、蒸気タービンサイクル側とは独立したシステムであるため、プラントの起動時や、蒸気タービン側が停止してガスタービン１０が単独運転しているときであっても、問題なく、圧縮空気Ａ２の冷却及び燃料ガスＦの予熱を行うことができる。
The heat pipe
また、ヒートパイプ２１１を用いるため、熱交換のために特に動力は必要としない。更に、ヒートパイプ２１１を介して熱交換を行うため、例えば高温側（圧縮空気Ａ２）の熱伝達に使用可能な表面積は、低温側（燃料ガスＦ）に制限されることなく設定することができる。
ヒートパイプ２１１の形状はほぼ円筒形であるが、ヒートパイプの代わりに、平坦プレートを含む様々な形状及び寸法の導管を採用することもできる。
Further, since the
The shape of the
本実施例のガスタービン設備２００では、ヒートパイプ２１１により熱伝達をする構成にしたので、装置が単純になると共に、特に動力を要しないためコストダウンを図ることができる。
また、圧縮空気Ａ２と燃料ガスＦとを熱交換器（ガスーガス熱交換器）を用いて直接熱交換させる場合に比べて、ヒートパイプ２１１を介することで熱伝達を向上させることができるため、熱交換部２１０のサイズを小さくすることができる。また、これによりコストダウンを図ることができる。
In the
In addition, heat transfer can be improved through the
本発明の実施例６に係るガスタービン設備２００Ａを、図７を参照して説明する。実施例６のガスタービン設備２００Ａは、実施例５のガスタービン設備２００を改良したものであるため、実施例５と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
A
図７に示すように、実施例６のガスタービン設備２００Ａは、ガスタービン１０、排熱回収ボイラー２０及びヒートパイプ熱交換部２１０を備えている。
As shown in FIG. 7, the
更に実施例６のガスタービン設備２００Ａでは、圧縮空気ラインＬ４に、圧縮空気バイパスライン２１５が設けられている。この圧縮空気バイパスライン２１５は、圧縮空気ラインＬ４のうちで、圧縮空気Ａ２の流れ方向に関してヒートパイプ熱交換器２１０よりも上流側部分とヒートパイプ熱交換器２１０よりも下流側部分を接続するものであり、流量制御弁Ｖ１１が介装されている。
Furthermore, in the
また、圧縮空気ラインＬ４のうち、圧縮空気バイパスライン２１５の上流側か接続されている部分とヒートパイプ熱交換器２１０が接続されている部分の間には、流量制御弁Ｖ１２が介装されている。なお、流量制御弁Ｖ１２を、圧縮空気ラインＬ４のうち、圧縮空気バイパスライン２１５の下流側が接続されている部分とヒートパイプ熱交換器２１０が接続されている部分の間に介装してもよい。
Further, in the compressed air line L4, a flow control valve V12 is interposed between a portion connected to the upstream side of the compressed
燃料ラインＬ１には、燃料バイパスライン２１６が設けられている。この燃料バイパスライン２１６は、燃料ラインＬ１のうちで、燃料ガスＦの流れ方向に関してヒートパイプ熱交換部２１０よりも上前側部分とヒートパイプ熱交換部２１０よりも下流側部分を接続するものであり、流量制御弁Ｖ１３が介装されている。
A
また燃料ラインＬ１のうち、燃料バイパスライン２１６の上流側か接続されている部分とヒートパイプ熱交換器２１０が接続されている部分の間には、流量制御弁Ｖ１４が介装されている。なお、流量制御弁Ｖ１４を、燃料ラインＬ１のうち、燃料バイパスライン２１６の下流側が接続されている部分とヒートパイプ熱交換器２１０が接続されている部分の間に介装してもよい。
Further, in the fuel line L1, a flow control valve V14 is interposed between a portion connected to the upstream side of the
他の部分の構成は、図５に示す実施例５と同様である。 The configuration of other parts is the same as that of the fifth embodiment shown in FIG.
実施例６に係るガスタービン設備２００Ａでは、部分負荷や負荷変動が発生した場合において、流量制御弁Ｖ１１、Ｖ１２の開度を調整することにより、圧縮空気バイパスライン２１５を流れる圧縮空気Ａ２の流量とヒートパイプ熱交換器２１０を流れる圧縮空気Ａ２の流量を調整することにより、タービン１３に送られていく圧縮空気Ａ２の温度を容易に調整することができる。
また、流量制御弁Ｖ１３、Ｖ１４の開度を調整することにより、燃料バイパスライン２１６を流れる燃料ガスＦの流量とヒートパイプ熱交換器２１０を流れる燃料ガスＦの流量を調整することにより、燃焼器１２に送られていく燃料ガスＦの温度を容易に調整することができる。
In the
Further, by adjusting the opening degree of the flow control valves V13 and V14, the combustor is adjusted by adjusting the flow rate of the fuel gas F flowing through the
このように、バイパスライン２１５，２１６及び流量制御弁Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ１４を用いた温度調整をすることができるため、部分負荷や負荷変動が発生した場合であっても、圧縮空気Ａ２の冷却及び燃料ガスＦの予熱を過不足なく実施することができ、効率を向上させることができる。
As described above, since the temperature adjustment using the
なお、図７に示す実施例６において、圧縮空気バイパスライン２１５及び流量制御弁Ｖ１１，Ｖ１２からなる圧縮空気の温度調整手段と、燃料バイパスライン２１６及び流量制御弁Ｖ１３，Ｖ１４からなる燃料ガスの温度調整手段のうち、一方のみを備えるようにすることもできる。
In the sixth embodiment shown in FIG. 7, the temperature adjusting means for compressed air including the compressed
本発明の実施例７に係るガスタービン設備１００について説明する。実施例７のガスタービン設備１００は、実施例１のガスタービン設備１００を改良したものであるため、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
A
実施例７のガスタービン設備は、熱伝達媒体として、圧縮機１１から導出される圧縮空気Ａ１及び燃料ガスＦと混合されて不燃状態を維持可能な物質を使用している。すなわち、熱伝達媒体は、約３５０〜５００℃の圧縮空気Ａ１と混合しても発火しない程度の不燃性を有し、且つ燃料ガスＦと混合して発火する助燃性を有さない物質である。
The gas turbine equipment of the seventh embodiment uses a substance that can be mixed with the compressed air A1 and the fuel gas F derived from the
上記の熱伝達媒体として、例えば実施形態１の水の他、ヘリウム、二酸化炭素や窒素等の気体、塩化亜鉛、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウム若しくは硝酸カリウム又はこれらの混合物等の溶融塩、はんだ、スズ等の液体金属が挙げられる。さらには、ジベンジルトルエンを主成分とする油（商品名：「バーレムサーム４００」松村石油株式会社）等の合成系有機熱媒体油が挙げられる。
As the heat transfer medium, for example, in addition to the water of Embodiment 1, helium, carbon dioxide, nitrogen and other gases, zinc chloride, sodium nitrite, sodium nitrate, potassium nitrate or a mixture thereof, solder, tin, etc. Liquid metals. Furthermore, synthetic organic heat transfer medium oils such as an oil mainly composed of dibenzyltoluene (trade name: “
実施例７に係るガスタービン設備１００では、例えば燃料ガス加熱器１１３を構成する伝熱管に損傷が生じた場合に、伝熱管内から漏出した熱伝達媒体が圧縮空気Ａ１又は燃料ガスＦと混合したとしても発火する虞がない。よって、ガスタービン設備１００の安全性を確保することができる。
In the
本発明の実施例８に係るガスタービン設備１００について説明する。実施例８のガスタービン設備１００は、実施例１のガスタービン設備１００を改良したものであるため、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
A
実施例８のガスタービン設備は、ポンプ１１４が駆動していない状態においても、熱伝達媒体が大気圧よりも大きい圧力で加圧されており、これにより熱伝達媒体の静圧が増加されている。例えば、前準備として大気圧よりも大きい圧力で加圧された熱伝達媒体を準備しておき、加圧されたこの熱伝達媒体を循環ライン１１１に導入する。
In the gas turbine facility of the eighth embodiment, even when the
実施例８に係るガスタービン設備１００では、熱伝達媒体が液体の場合には飽和温度（沸点）が上昇し、高い温度まで液体の状態を保つことができる。また、熱伝達媒体が気体の場合には密度が高くなるため、効率的に熱交換することができる。よって、燃料ガス加熱器１１３及び冷却空気冷却器１１２の小型化、さらにはガスタービン設備１全体の小型化を図ることができる。
In the
本発明の実施例９に係るガスタービン設備１００について説明する。実施例９のガスタービン設備１００は、実施例１のガスタービン設備１００を改良したものであるため、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
A
実施例９のガスタービン設備は、熱伝達媒体として、飽和温度よりも５度以上低い温度の亜臨界圧流体、擬臨界温度よりも５度以上低い温度の超臨界圧流体、又は臨界温度よりも５度以上低い温度の臨界圧流体を使用している。なお、擬臨界温度とは超臨界圧流体において、定圧比熱が極大となる温度のことである。 The gas turbine equipment of Example 9 is used as a heat transfer medium, a subcritical pressure fluid having a temperature lower than the saturation temperature by 5 degrees or more, a supercritical pressure fluid having a temperature lower than the pseudocritical temperature by 5 degrees or more, or a critical temperature. A critical pressure fluid with a temperature lower than 5 degrees is used. The pseudocritical temperature is a temperature at which the constant pressure specific heat becomes maximum in the supercritical fluid.
ここで、本実施例で用いる熱伝達媒体の一例として水の温度と定圧比熱の関係を図８に示す。図８では、横軸が温度を、縦軸が定圧比熱をそれぞれ示している。図８によれば、亜臨界圧２１.０ＭＰａの水は飽和温度Ｐ２１．０よりも５度以上低い場合、臨界圧２２．１２ＭＰａの水は臨界温度Ｐ２２．１２よりも５度以上低い場合、超臨界圧２３.０ＭＰａの水は擬臨界温度Ｐ２３．０よりも５度以上低い場合、超臨界圧２４.０ＭＰａの水は擬臨界温度Ｐ２４．０よりも５度以上低い場合にはそれぞれ定圧比熱が低いことが示されている。 Here, as an example of the heat transfer medium used in the present embodiment, the relationship between the water temperature and the constant pressure specific heat is shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents constant pressure specific heat. According to FIG. 8, when the water having a subcritical pressure of 21.0 MPa is 5 degrees or more lower than the saturation temperature P 21.0 , the water having a critical pressure of 22.12 MPa is lower than 5 degrees lower than the critical temperature P 22.12. When water with a supercritical pressure of 23.0 MPa is 5 degrees or more lower than the pseudocritical temperature P 23.0 , water with a supercritical pressure of 24.0 MPa is lower than 5 degrees lower than the pseudocritical temperature P 24.0 It is shown that the specific pressure specific heat is low.
このように、実施例９に係るガスタービン設備１００では、熱伝達媒体の定圧比熱が高い温度領域を避けて使用し、熱伝達媒体を効率的に高温にすることができるため、燃料ガス加熱器１１３における熱交換及び燃料ガスＦの予熱を効率的に行うことができる。
Thus, in the
本発明の実施例１０に係るガスタービン設備１００Ｄを、図９を参照して説明する。実施例１０のガスタービン設備１００Ｄは、実施例１のガスタービン設備１００を改良したものであるため、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
A
図９に示すように、実施例１０のガスタービン設備１００Ｄは、ガスタービン１０、排熱回収ボイラー２０及び熱交換部１１０を備えている。
As shown in FIG. 9, the
更に実施例１０のガスタービン設備１００Ｄでは、排熱回収ボイラー２０で生成した高温の温水Ｈを流通させる第一流通ラインＭ１と、燃料ガスＦを流通させる第一燃料ガスラインＦ１と、第一流通ラインＭ１に接続された燃料ガス用熱交換器１３１とを有している。
Furthermore, in the
第一流通ラインＭ１は、排熱回収ボイラー２０と燃料ガス用熱交換器１３１とを接続しており、排熱回収ボイラー２０から導出された温水Ｈを排熱回収ボイラー２０と燃料ガス用熱交換器１３１との間で循環させている。
The first distribution line M1 connects the exhaust
燃料ガス用熱交換器１３１は、第一流通ラインＭ１に接続されると共に、第一燃料ガスラインＦ１に接続されている。燃料ガス用熱交換器１３１は、排熱回収ボイラー２０から送られてくる温水Ｈにより燃料ガスＦを予熱する。予熱された燃料ガスＦは燃料ガス加熱器１１３に送られてさらに高い温度に予熱される。
The fuel
また、冷却空気冷却器１１２とタービン１３とを接続する圧縮空気ラインＬ４には、冷却空気冷却器１１２から導出される圧縮空気Ａ２の流量を調整する流量調整弁１３４と、圧縮空気ラインＬ４を流通する圧縮空気Ａ２の温度を測定する温度測定部１３５とが設けられている。
The compressed air line L4 that connects the cooling
他の部分の構成は、図１に示す実施例１と同様である。 The configuration of the other parts is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
実施例１０に係るガスタービン設備１００Ｄでは、排熱回収ボイラー２０で生成される温水Ｈを利用して燃料ガス用熱交換器１３１にて燃料ガスＦを予熱した後、冷却空気冷却器１１２から送り出される温水Ｈよりも高温の水Ｗを利用して燃料ガス加熱器１１３にて燃料ガスＦをさらに高温に予熱することができる。よって、廃熱を用いて燃料ガスＦを効率的に予熱することができるため、熱の有効利用を図ることができるとともに、ガスタービン設備１００Ｄ全体のエネルギー効率を高めることができる。
In the
また、例えば排熱回収ボイラー２０が停止している場合でも、実施例１と同様に、燃料ガス加熱器１１３において燃料ガスＦを予熱することができるとともに、燃料ガス加熱器１１３で熱交換した水Ｗを用いて冷却空気冷却器１１２において圧縮空気Ａ２を冷却することができる。
For example, even when the exhaust
また、圧縮空気ラインＬ４を流通する圧縮空気Ａ２の温度を温度測定部１３５により測定して、測定結果に応じて流量調整弁１３４の開度を調整して、タービン１３に導入される圧縮空気Ａ２の温度を一定に維持することができる。よって、一定条件下でタービン１３を稼動することができるため、ガスタービン設備１００Ｄとしての信頼性を高めることができる。
Further, the temperature of the compressed air A2 flowing through the compressed air line L4 is measured by the
本発明の実施例１１に係るガスタービン設備１００Ｅを、図１０を参照して説明する。実施例１１のガスタービン設備１００Ｅは、実施例１０のガスタービン設備１００Ｄを改良したものであるため、実施例１０と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
A
図１０に示すように、実施例１１のガスタービン設備１００Ｅは、ガスタービン１０、排熱回収ボイラー２０、熱交換部１１０、第一流通ラインＭ１、第一燃料ガスラインＦ１及び燃料ガス用熱交換器１３１を備えている。
As shown in FIG. 10, the
更に実施例１１のガスタービン設備１００Ｅでは、排熱回収ボイラー２０で生成した高温の温水Ｈを流通させる第二流通ラインＭ２と、第二流通ラインＭ２に接続された燃料ガス用熱交換器１３２と、燃料ガスＦを流通させる第二燃料ガスラインＦ２と、排熱回収ボイラー２０から導出された水Ｉを流通させる第三流通ラインＭ３と、第三流通ラインＭ３に接続された圧縮空気用熱交換器１３６とを有している。
Furthermore, in the
第二流通ラインＭ２は、排熱回収ボイラー２０と燃料ガス用熱交換器１３２とを接続しており、排熱回収ボイラー２０から導出された温水Ｈを排熱回収ボイラー２０と燃料ガス用熱交換器１３２との間で循環させている。
The second distribution line M2 connects the exhaust
燃料ガス用熱交換器１３２は、第二流通ラインＭ２に接続されると共に、第二燃料ガスラインＦ２に接続されている。燃料ガス用熱交換器１３２は、排熱回収ボイラー２０から送り出される温水Ｈにより燃料ガスＦを予熱する。予熱された燃料ガスＦは燃料ガス加熱器１１３に送られてさらに高い温度に予熱される。
つまり、実施例１１では、複数の燃料ガス用熱交換器１３１,１３２を有している。
The fuel
That is, in Example 11, the fuel
第三流通ラインＭ３は、排熱回収ボイラー２０と圧縮空気用熱交換器１３６とを接続しており、排熱回収ボイラー２０から導出された水Ｉを排熱回収ボイラー２０と圧縮空気用熱交換器１３６との間で循環させている。
The third distribution line M3 connects the exhaust
圧縮空気用熱交換器１３６は、第三流通ラインＭ３に接続されると共に、圧縮空気ラインＬ６に接続されている。圧縮空気用熱交換器１３６は、排熱回収ボイラー２０から送られてくる水Ｉと冷却空気冷却器１１２から送られてくる圧縮空気Ａ２とを熱交換する。これにより、圧縮空気Ａ２の温度が下がり、水Ｉの温度が上昇する。
The compressed
他の部分の構成は、図９に示す実施例１０と同様である。
The structure of other parts is the same as that of the
実施例１１に係るガスタービン設備１００Ｅでは、複数の燃料ガス用熱交換器１３１,１３２を設けることにより燃料ガスＦを効率的に予熱することができるため、熱の有効利用を図ることができるとともに、ガスタービン設備１００Ｅ全体のエネルギー効率を高めることができる。
In the
また、圧縮空気用熱交換器１３６において、排熱回収ボイラー２０から送り出される水Ｉを利用して、圧縮空気Ａ２をさらに冷却することができるので、圧縮空気Ａ２による冷却の対象となる部材を効果的に冷却し、過熱による損傷を防止することができる。更に、その廃熱を水Ｉに有効に回収し、エネルギー効率を更に高めることができる。
Moreover, in the
本発明の実施例１２に係るガスタービン設備１００Ｆを、図１１を参照して説明する。実施例１２のガスタービン設備１００Ｆは、実施例１０のガスタービン設備１００Ｄを改良したものであるため、実施例１０と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
A
図１１に示すように、実施例１２のガスタービン設備１００Ｆは、第一流通ラインＭ１と、第一燃料ガスラインＦ１と、燃料ガス用熱交換器１３１とを有している。
As shown in FIG. 11, the
更に実施例１２のガスタービン設備１００Ｆでは、タービン１３と排熱回収ボイラー２０との間に第一ダンパーＤ１を介してバイパススタック１３７が設けられている。
Further, in the
タービン１３と排熱回収ボイラー２０とは第一排気ガスラインＨ１で接続されており、該第一排気ガスラインＨ１には第二ダンパーＤ２が設けられている。また、第一排気ガスラインＨ１から分岐して第二排気ガスラインＨ２が設けられ、該第二排気ガスラインＨ２に第一ダンパーＤ１とバイパススタック１３７とが設けられている。このバイパススタック１３７は、タービン１３から排出された排気ガスＥを大気に放出する。
The
他の部分の構成は、図９に示す実施例１０と同様である。
The structure of other parts is the same as that of the
実施例１２に係るガスタービン設備１００Ｆでは、第一ダンパーＤ１を開状態にするとともに第二ダンパーＤ２を閉状態とすることで、排気ガスＥをバイパススタック１３７に送って、該バイパススタック１３７から排気ガスＥを大気に放出することができる。よって、排熱回収ボイラー２０の空焚きを防止することができるため、該排熱回収ボイラー２０が簡易な構成であっても該排熱回収ボイラー２０の損傷を防止することができる。
In the
一方、第一ダンパーＤ１を閉状態にするとともに第二ダンパーＤ２を開状態とすることで、排気ガスＥを排熱回収ボイラー２０に送って、実施例１０と同様に、排熱回収ボイラー２０で生成される温水Ｈを利用して燃料ガス用熱交換器１３１にて燃料ガスＦを予熱した後、冷却空気冷却器１１２から送り出される温水Ｈよりも高温の水Ｗを利用して燃料ガス加熱器１１３にて燃料ガスＦをさらに予熱することができる。
On the other hand, exhaust gas E is sent to the exhaust
以上のように、第一ダンパーＤ１及び第二ダンパーＤ２の開閉状態を調整することで、ガスタービン設備１００Ｆの使用態様を変更することができる。例えば、第一ダンパーＤ１を開状態にするとともに第二ダンパーＤ２を閉状態とすることで、ガスタービン１３を駆動させながら、排熱回収ボイラー２０の点検が可能となる。
As described above, the usage mode of the
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiments are merely examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、実施例１１において、燃料ガス用熱交換器１３１,１３２は並列に設けられているが、直列に設けてもよい。この場合には上流側に配される燃料ガス用熱交換器に導入される温水Ｈの温度よりも、下流側に配される燃料ガス用熱交換器に導入される温水Ｈの温度の方を高くすることで、燃料ガスＦを段階的に予熱することができる。
For example, in Example 11, the fuel
１ ガスタービン設備
１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
１５ 冷却空気冷却器
１６ 燃料ガス加熱器
２０ 排熱回収ボイラー
１００，１００Ａ，１００Ｂ,１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，２００Ａ ガスタービン設備
１１０ 熱交換部
１１１ 循環ライン
１１２ 冷却空気冷却器
１１３ 燃料ガス加熱器
１１４ ポンプ
１１５ 圧縮空気バイパスライン
１１６ 燃料バイパスライン
１１７，１１８ 熱伝達媒体バイパスライン
１２０ 給水加熱器
２１０ ヒートパイプ熱交換部
２１１ ヒートパイプ
２１２ 筐体
２１３ 隔壁
２１ａ 上側空間
２１ｂ 下側空間
２１５ 空気バイパスライン
２１６ 燃料バイパスライン
Ｖ１〜Ｖ８，Ｖ１１〜Ｖ１４ 流量制御弁
Ｗ，Ｗ１,Ｗ２、Ｗ３ 水
Ｌ１ 燃料ライン
Ｌ２，Ｌ ３, L ５ 給水ライン
Ｌ４ 圧縮空気ライン
Ａ 空気
Ａ１，Ａ２ 圧縮空気
Ｆ 燃料ガス
Ｂ 燃焼ガス
Ｅ 排気ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (22)
前記タービン翼冷却用の圧縮空気から熱を奪ってこの圧縮空気の冷却をし、奪った熱を熱伝達媒体を介して伝達し、伝達した熱を前記燃料ガスに与えてこの燃料ガスを予熱する熱交換部を備えることを特徴とするガスタービン設備。 A compressor, a combustor that is supplied with compressed air from the compressor, and is supplied with fuel gas through a fuel line to generate combustion gas; and is driven to rotate by the combustion gas, and a part of the compressed air is branched And a turbine for cooling the turbine blades, in which compressed air for cooling the turbine blades is sent through the compressed air line.
Heat is taken from the compressed air for cooling the turbine blades to cool the compressed air, the taken heat is transmitted through a heat transfer medium, and the transferred heat is supplied to the fuel gas to preheat the fuel gas. A gas turbine facility comprising a heat exchange unit.
前記熱交換部は、
液体の熱伝達媒体を循環流通させる循環ラインと、
前記循環ライン及び前記圧縮空気ラインに接続されており、前記熱伝達媒体により前記タービン翼冷却用の圧縮空気を冷却する冷却空気冷却器と、
前記循環ライン及び前記燃料ラインに接続されており、前記熱伝達媒体により前記燃料ガスを予熱する燃料ガス加熱器とを有し、
前記液体の熱伝達媒体を前記循環ライン内で循環流通させることを特徴とするガスタービン設備。 In claim 1,
The heat exchange part is
A circulation line for circulating and circulating a liquid heat transfer medium;
A cooling air cooler that is connected to the circulation line and the compressed air line and cools the compressed air for cooling the turbine blades by the heat transfer medium;
A fuel gas heater connected to the circulation line and the fuel line and preheating the fuel gas by the heat transfer medium;
A gas turbine facility characterized in that the liquid heat transfer medium is circulated in the circulation line.
前記熱伝達媒体は、前記圧縮機から導出される前記圧縮空気及び前記燃料ガスと混合されて不燃状態を維持可能であることを特徴とするガスタービン設備。 In claim 2,
The gas transfer system according to claim 1, wherein the heat transfer medium is mixed with the compressed air and the fuel gas derived from the compressor and can maintain an incombustible state.
前記熱伝達媒体は、大気圧よりも大きい圧力で加圧されていることを特徴とするガスタービン設備。 In claim 2 or claim 3,
The gas turbine equipment, wherein the heat transfer medium is pressurized at a pressure greater than atmospheric pressure.
前記熱伝達媒体は、水または合成系有機熱媒体油のいずれかであることを特徴とするガスタービン設備。 In any one of Claims 2-4,
The gas turbine equipment, wherein the heat transfer medium is either water or a synthetic organic heat medium oil.
前記熱伝達媒体は、飽和温度よりも５度以上低い温度の亜臨界圧流体であること特徴とするガスタービン設備。 In claim 2 or claim 3,
The gas turbine equipment, wherein the heat transfer medium is a subcritical pressure fluid having a temperature 5 degrees or more lower than a saturation temperature.
前記熱伝達媒体は、擬臨界温度よりも５度以上低い温度の超臨界圧流体であることを特徴とするガスタービン設備。 In claim 2 or claim 3,
The gas turbine equipment, wherein the heat transfer medium is a supercritical pressure fluid having a temperature 5 degrees or more lower than the pseudocritical temperature.
前記熱伝達媒体は、臨界温度よりも５度以上低い温度の臨界圧流体であることを特徴とするガスタービン設備。 In claim 2 or claim 3,
The gas turbine equipment, wherein the heat transfer medium is a critical pressure fluid having a temperature 5 degrees or more lower than the critical temperature.
前記熱交換部は、
気体の熱伝達媒体を循環流通させる循環ラインと、
前記循環ライン及び前記圧縮空気ラインに接続されており、前記熱伝達媒体により前記タービン翼冷却用の圧縮空気を冷却する冷却空気冷却器と、
前記循環ライン及び前記燃料ラインに接続されており、前記熱伝達媒体により前記燃料ガスを予熱する燃料ガス加熱器とを有し、
前記気体の熱伝達媒体を前記循環ライン内で循環流通させることを特徴とするガスタービン設備。 In claim 1,
The heat exchange part is
A circulation line for circulating a gas heat transfer medium;
A cooling air cooler that is connected to the circulation line and the compressed air line and cools the compressed air for cooling the turbine blades by the heat transfer medium;
A fuel gas heater connected to the circulation line and the fuel line and preheating the fuel gas by the heat transfer medium;
A gas turbine facility characterized by circulating the gaseous heat transfer medium in the circulation line.
前記熱伝達媒体は、前記圧縮機から導出される前記圧縮空気及び前記燃料ガスと混合されて不燃状態を維持可能であることを特徴とするガスタービン設備。 In claim 9,
The gas transfer system according to claim 1, wherein the heat transfer medium is mixed with the compressed air and the fuel gas derived from the compressor and can maintain an incombustible state.
前記熱伝達媒体は、大気圧よりも大きい圧力で加圧されていることを特徴とするガスタービン設備。 In claim 9 or claim 10,
The gas turbine equipment, wherein the heat transfer medium is pressurized at a pressure greater than atmospheric pressure.
前記タービンに送られてくる前記タービン翼冷却用の圧縮空気の温度、または、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの温度を調整する温度調整手段を有することを特徴とするガスタービン設備。 In any one of Claims 1-11,
Gas turbine equipment comprising temperature adjusting means for adjusting the temperature of compressed air for cooling turbine blades sent to the turbine or the temperature of the fuel gas supplied to the combustor.
前記温度調整手段は、前記タービンから排出された排気ガスの熱を回収する排熱回収ボイラーから導出される温水と前記燃料ガスとを熱交換する燃料ガス用熱交換器を有することを特徴とするガスタービン設備。 In claim 12,
The temperature adjusting means includes a fuel gas heat exchanger that exchanges heat between the hot water derived from an exhaust heat recovery boiler that recovers heat of exhaust gas exhausted from the turbine and the fuel gas. Gas turbine equipment.
前記燃料ガス用熱交換器は、複数設けられていることを特徴とするガスタービン設備。 In claim 13,
A gas turbine facility comprising a plurality of fuel gas heat exchangers.
前記温度調整手段は、前記タービンから排出された排気ガスの熱を回収する排熱回収ボイラーに導入される水と前記冷却空気冷却器から導出される圧縮空気とを熱交換する圧縮空気用熱交換器を有することを特徴とするガスタービン設備。 In any one of Claims 12-14,
The temperature adjusting means performs heat exchange for compressed air that exchanges heat between water introduced into an exhaust heat recovery boiler that recovers heat of exhaust gas exhausted from the turbine and compressed air derived from the cooling air cooler. A gas turbine facility characterized by comprising a vessel.
前記タービンと前記排熱回収ボイラーとの間には、ダンパーを経由して前記タービンから排出された排気ガスの熱を大気に放出するバイパススタックが設けられていることを特徴とするガスタービン設備。 In any one of Claims 13-15,
A gas turbine facility, wherein a bypass stack is provided between the turbine and the exhaust heat recovery boiler to discharge heat of exhaust gas discharged from the turbine via a damper to the atmosphere.
前記温度調整手段は、
前記圧縮空気ラインに設けられており、前記冷却空気冷却器をバイパスして前記タービン翼冷却用の圧縮空気を流すと共に流量制御弁が介装された圧縮空気バイパスライン、
前記燃料ラインに設けられており、前記燃料ガス加熱器をバイパスして前記燃料ガスを流すと共に流量制御弁が介装された燃料バイパスライン、
前記循環ラインに設けられており、前記冷却空気冷却器をバイパスして前記熱伝達媒体を流すと共に流量制御弁が介装された第１の熱伝達媒体バイパスライン、
前記循環ラインに設けられており、前記燃料ガス加熱器をバイパスして前記熱伝達媒体を流すと共に流量制御弁が介装された第２の熱伝達媒体バイパスライン、
のうちの少なくとも一つを有することを特徴とするガスタービン設備。 In any one of Claims 12-16,
The temperature adjusting means is
A compressed air bypass line provided in the compressed air line, allowing the compressed air for cooling the turbine blades to flow by bypassing the cooling air cooler and having a flow control valve interposed therebetween;
A fuel bypass line that is provided in the fuel line, bypasses the fuel gas heater and flows the fuel gas, and is provided with a flow control valve;
A first heat transfer medium bypass line which is provided in the circulation line and flows the heat transfer medium by bypassing the cooling air cooler and which is provided with a flow rate control valve;
A second heat transfer medium bypass line that is provided in the circulation line and flows the heat transfer medium by bypassing the fuel gas heater, and is provided with a flow control valve;
A gas turbine facility comprising at least one of the above.
排熱回収ボイラーに水を送る給水ラインと前記循環ラインに接続されており、前記熱伝達媒体により前記給水ラインに送られる水を加熱する給水加熱器が備えられていることを特徴とするガスタービン設備。 In any one of Claims 2 thru | or 17,
A gas turbine comprising: a water supply line for supplying water to an exhaust heat recovery boiler; and a water supply heater connected to the circulation line and configured to heat water sent to the water supply line by the heat transfer medium. Facility.
前記熱交換部は、前記熱伝達媒体が熱交換時に相変化を伴い、ヒートパイプとして作用することを特徴とするガスタービン設備。 In claim 1,
The gas exchange equipment, wherein the heat exchanging portion acts as a heat pipe with a phase change in the heat transfer medium during heat exchange.
前記熱交換部は、
前記燃料ラインに接続されて前記燃料ガスが流通する第１空間と、前記圧縮空気ラインに接続されて前記タービン冷却用の圧縮空気が流通する第２空間とが、隔壁により分離・区画された筐体と、
前記隔壁を貰通する状態で備えられて、一端側が前記第１空間に露出し、他端側が前記第２空間側に露出している管状の熱交換体を備え、
前記管状の熱交換体に封入された前記熱伝達媒体が熱交換時に相変化することを特徴とするガスタービン設備。 In claim 19,
The heat exchange part is
A housing in which a first space connected to the fuel line and through which the fuel gas flows and a second space connected to the compressed air line and through which the compressed air for cooling the turbine flows are separated and partitioned by a partition wall. Body,
A tubular heat exchange element provided in a state of passing through the partition wall, one end side exposed to the first space and the other end side exposed to the second space;
The gas turbine equipment, wherein the heat transfer medium sealed in the tubular heat exchanger changes phase during heat exchange.
前記圧縮空気ラインに設けられた前記筐体をバイパスして前記タービン翼冷却用の圧縮空気を流すと共に流量制御弁が介装された圧縮空気バイパスラインと、
前記燃料ラインに設けられた前記筐体をバイパスして前記燃料ガスを流すと共に流量制御弁が介装された燃料バイパスラインのうち、少なくともいずれか一方を備えることを特徴とするガスタービン設備。 In claim 20,
A compressed air bypass line that bypasses the casing provided in the compressed air line and allows the compressed air for cooling the turbine blades to flow therethrough and is provided with a flow control valve;
A gas turbine equipment comprising at least one of a fuel bypass line that bypasses the casing provided in the fuel line and allows the fuel gas to flow therethrough and is provided with a flow control valve.
前記冷却空気冷却器と前記タービンとの間には、該冷却空気冷却器から導出される圧縮空気の流量を調整する流量制御弁が設けられていることを特徴とするガスタービン設備。 In any one of Claim 2 to Claim 21,
Gas turbine equipment, wherein a flow rate control valve for adjusting a flow rate of compressed air derived from the cooling air cooler is provided between the cooling air cooler and the turbine.
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