JP2015175298A - コンバインドサイクル発電設備 - Google Patents

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小澤 豊
Yutaka Ozawa
豊 小澤
寿久 清國
Toshihisa Kiyokuni
寿久 清國
服部 祐太
Yuta Hattori
祐太 服部
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

【課題】燃料ガス減圧運転時の燃料ガス加温のためだけの熱交換機と、HRSGからの加温源の流体を熱交換器までに導くための配管とをなくすことのできる装置を提供することを目的とする。【解決手段】本実施形態では、燃料ガス圧縮機を具備するコンバインドサイクル発電設備において、燃料ガス昇圧運転時に昇圧され昇温された燃料ガスを、軸受冷却水との熱交換により冷却する手段として用いる熱交換器を、燃料ガス減圧運転時は、減圧され減温された燃料ガスを加温する手段としても用いることにより上記目的を達成する。【選択図】図1

Description

本発明は、コンバインド発電設備に係り、特に燃料ガス圧縮機を具備し、ガスタービン燃
焼器に投入する燃料ガスの圧力及び温度を調節することで安定燃焼を実現するガスタービ
ン発電設備を具備するコンバインド発電設備に関する。
燃料ガスを圧縮空気と混合させて燃焼させ、燃焼ガスによりガスタービンを駆動させるコ
ンバインド発電設備において、燃料ガスの供給設備側の運転圧力は、通常時は5〜6MPaで
ある。この値は、燃料ガスの燃焼器入口の圧力3〜3.5MPaよりも高いことから、燃焼器入
口に燃料ガスを供給する前に減圧装置の設置が必要となる。
しかし、燃料ガスを減圧すると、それに伴って燃料ガスの温度も減圧前に対して6〜7℃/M
Pa程度低下するため所定の温度への加温が必要となる。さらには、冬場など燃料ガス供給
温度が極低温となる条件下を考慮して低温用材料を適用する必要が生じるなど経済性の点
で問題があることからも、前記減圧工程において温度が低下した燃料ガスを所定の温度に
加温する工程が必要となっている。
一方、燃料ガス供給設備側のガス供給量などの運転状態によっては、ガスタービン燃焼器
入口で必要な燃料ガス供給圧力が確保されない場合がある。 この場合は燃料ガス供給系
統に燃料ガス圧縮機を設置し所定の圧力まで燃料ガスを圧縮機で昇圧する装置を設ける。
しかし、定格運転に対して負荷の少ない、部分負荷運転時にあっては、燃焼器への燃
料ガスの供給を絞る必要があるため、昇圧した燃料ガスの一部を冷却して圧縮機に循環さ
せて再び昇圧させる再循環運転を行う。
燃料ガスの冷却には、図5に示すように、軸受冷却系統17でタービン各所の被冷却部2
6を冷却するために冷却器19で冷却された水が供給される熱交換器40と、圧縮機10
からの燃料ガスの一部を熱交換器40に供給するためのバイパス通路56,57を設け、
熱交換器40を通じて燃料ガスを所定の温度に冷却するのが一般的である。
また燃料ガスの加温は、ガスタービンの排ガスの熱を使って蒸気を発生する熱回収蒸気発
生器(HRSG)50の熱、具体的にはHRSG内エコノマイザーから蒸発器の間の給水
を抽水し、これを熱交換器50に供給して、燃料ガスを加温するものである。
特開平2−283803号公報
上述のように、燃料ガス加温の熱源に、HRSGのエコノマイザーでの加温給水を用いる手法
が広く用いられている。 しかし、この手法では、抽水に伴う発電出力の低下に伴ってプ
ラント熱収支が悪化することが問題である。また、燃料ガスと加温給水の熱交換を行う熱
交換器、給水管の分岐箇所から熱交換器までの配管及び熱交換器から給水管の合流箇所ま
での配管が必要となる。
本発明は、燃料ガス昇圧運転時の燃料ガス冷却の工程において用いる熱交換器を、燃料ガ
ス減圧運転時の燃料ガス加温にも使えるようにすることにより、燃料ガス減圧運転時の燃
料ガス加温の工程においてプラント熱収支を改善し、且つ加温のためだけの熱交換機と、
HRSGからの加温源の流体を熱交換器までに導くための配管と、それら機器の設置に必要な
敷地面積を低減させることを目的とする。
本発明は、燃料ガス圧縮機を具備するコンバインドサイクル発電設備において、燃料ガス
昇圧運転時に昇圧され昇温された燃料ガスを、軸受冷却水との熱交換により冷却する手段
として用いる熱交換器を、燃料ガス減圧運転時は、減圧され減温された燃料ガスを加温す
る手段としても用いることにより上記目的を達成する。
本発明の第1の実施形態の燃料ガス加温システムの燃料ガス冷却時を表した系統図 本発明の第1の実施形態の燃料ガス加温システムの燃料ガス加温時を表した図 本発明の第2の実施形態の燃料ガス加温システムの燃料ガス冷却時を表した系統図 本発明の第2の実施形態の燃料ガス加温システムの燃料ガス加温時を表した図 従来の燃料ガス加温システム
(第1の実施形態)
本発明に係るコンバインド発電設備が具備するガスタービン発電設備の一実態の形態を、
図1、2を参照して説明する。
ガスタービン発電設備1は、空気圧縮機2、ガスタービン燃焼器3、ガスタービン4を備
え、吸入した大気を空気圧縮機2で高圧化し、その高圧空気に燃料ガス供給系統5から供
給された燃料ガスを加えてガスタービン燃焼器3で燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスを駆
動ガスとしてガスタービン4を駆動する。
燃料ガス供給系統5は、燃料ガス供給管6から供給される燃料ガスの圧力を調整する燃料
ガス圧力調節弁7を有する。さらに、燃料ガス圧力調節弁7の出口側に燃料ガス圧縮機入
口開閉弁8、燃料ガス圧縮機流量調節弁9、燃料ガス圧縮機10、燃料ガス圧縮機出口開
閉弁11が直列に接続される。
また、燃料ガス圧縮機出口開閉弁11の出口側は、燃料ガス圧縮機再循環管12、燃料ガ
ス圧縮機バイパス熱交換器(燃料ガス圧縮機再循環熱交換器、以下熱交換器という)13
、燃料ガス圧縮機再循環流量調節弁14が接続される。
さらに、燃料ガス圧力調節弁7と燃料ガス圧縮機入口開閉弁8との間から分岐し、燃料ガ
ス圧縮機再循環管12における燃料ガス圧縮機再循環流量調節弁14と燃料ガス圧縮機バ
イパス熱交換器13との間に接続される燃料ガス圧縮機バイパス管15を有する。バイパ
ス管15には、燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁16が設けられる。
軸受冷却水系統17は、軸受冷却水ポンプ18、軸受冷却水冷却器19を備えた閉ループ
系統である。軸受冷却水ポンプ18にて昇圧した冷却水を軸受冷却水冷却器19で冷却し
た後、冷却対象としての被冷却部26へ供給する。被冷却部26は、発電機水素冷却器、
発電機ガスドライヤー、起動装置冷却器、主油冷却器、火炎検知装置などからなる。熱交
換器13には軸受冷却水系統の軸受冷却水冷却器19からの冷却水が供給され、熱交換器
13において燃料ガスとの熱交換を行った後、熱交換後の冷却水は軸受冷却水ポンプ18
の入口側に供給される。
燃料ガスの昇圧が必要な場合は、図1に示すとおり、燃料ガス圧縮機入口開閉弁8、燃料
ガス圧縮機出口開閉弁11を開き、燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁16を閉じた上で、通
常運転時は燃料ガス圧縮機による昇圧運転を行い、部分負荷運転時は燃料ガス圧縮機再循
環流量調節弁14の調節により、燃料ガス圧縮機再循環管12を通じて、燃料ガス圧縮機
10の出口側から入口側への燃料ガス圧縮機再循環運転を行う。
燃料ガス圧縮機再循環運転の際は、燃料ガス圧縮機再循環管12に設けられた燃料ガス圧
縮機バイパス熱交換器13において軸受冷却水との熱交換により冷却することで、燃料ガ
スの過昇温を防止する。
なお、再循環流量は燃料ガス圧縮機再循環流量調節弁14の開度を調節することで制御す
る。燃料ガス圧縮機10の出口側の蒸気は60℃を越えた温度であるのに対し、冷却器1
9からの冷却水の温度は35℃程度であるため、熱交換器13において燃料ガス圧縮機1
0の出口側の蒸気は冷却される。
一方、燃料ガスの減圧が必要な場合は、図2に示すとおり、燃料ガス圧縮機入口開閉弁8
及び燃料ガス圧縮機出口開閉弁11を閉とし、燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁16を開と
し、燃料ガスバイパス管15と燃料ガス圧縮機再循環管12とを使用することで燃料ガス
圧縮機入口側から出口側への燃料ガス圧縮機バイパス運転を行う。 燃料ガス圧縮機バイ
パス運転の際は、燃料ガス圧縮機再循環管12に設けられた燃料ガス圧縮機バイパス熱交
換器13において、圧力調節弁7で減圧調整され減温された燃料ガスと軸受冷却水との熱
交換を行う。
バイパス管15を通る燃料ガス温度は減圧、減温されているのでー10℃程度であるのに
対し、冷却器19からの水は35℃程度のため、熱交換器13において燃料ガスは加温さ
れる。
このように構成された本実施の形態において、燃料ガス圧縮機入口開閉弁8、燃料ガス圧
縮機出口開閉弁11、燃料ガス圧縮機バイパス管15及び燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁
16を設けることで、燃料ガス昇圧運転時に軸受冷却水との熱交換により燃料ガスを冷却
する熱交換器を用いて燃料ガス減圧運転時に軸受冷却水との熱交換による燃料ガスの加温
が可能となる。
したがって、従来技術のように、燃料ガス加温のためだけに、HRSGの給水を分岐させ
て抽水することが不要となるため、抽水により発電出力の低下を防ぐことができプラント
熱収支が悪化することがなくなる。また、給水管の分岐箇所から熱交換器までの配管及び
熱交換器から給水管の合流箇所までの配管も不要となる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態と異なるところは、図3,4に示すように、燃料ガスの冷却するための管
、加温するための管を別々に設けるのでなく、それらを共通にするために、燃料ガス圧力
調節弁7、燃料ガス流量調節弁9の間から分岐する燃料ガス圧縮機10をバイパスさせる
ための配管31に両方向弁34を設け、また配管31を流れる燃料ガスの流量を調節する
流量調節弁14を設け、さらには、燃料ガス流量調節弁9と圧縮機10との間に開閉弁3
2を設けた点である。
燃料ガスの昇圧が必要な場合であって、部分負荷運転時は、図3に示すように、圧縮機1
0の出力の一部を熱交換器13に供給し、熱交換され冷却された燃料ガスを調節弁9の入
口側へ供給されるように、両方向弁34を制御する。
一方、燃料ガスの減圧が必要な場合は、図4に示すように、開閉弁32、11を閉じ、調
節弁7の出口側の燃料ガスを、圧縮機10をバイパスさせる形で熱交換器13に供給し、
熱交換され燃料ガスは加温される。
このような構成になっているので、実施形態1で必要だった燃料ガス冷却のためのバイパ
ス管15が不要となる。
1 ガスタービン発電プラント
2 空気圧縮機
3 ガスタービン燃焼器
4 タービン
5 燃料ガス供給系統
6 燃料ガス供給管
7 燃料ガス圧力調節弁
8 燃料ガス圧縮機入口開閉弁
9 燃料ガス流量調節弁
10 燃料ガス圧縮機
11 燃料ガス圧縮機出口開閉弁
12 燃料ガス圧縮機再循環管
13 燃料ガス圧縮機バイパス熱交換器(燃料ガス圧縮機再循環熱交換器)
14 燃料ガス圧縮機再循環流量調節弁
15 燃料ガス圧縮機バイパス管
16 燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁
17 軸受冷却水系統
18 軸受冷却水ポンプ
19 軸受冷却水冷却器
26 被冷却部

Claims (5)

  1. 燃料ガス圧縮機を具備するコンバインドサイクル発電設備において、燃料ガス昇圧運転時
    に前記燃料ガス圧縮機により昇圧され昇温された燃料ガスを、軸受冷却水との熱交換によ
    り冷却する手段として用いる熱交換器を、燃料ガス減圧運転時は、減圧され減温された燃
    料ガスを加温する手段としても用いることを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
  2. 燃料ガスを圧縮空気と混合させて燃焼器で燃焼させて燃焼ガスを生成し、生成された燃焼
    ガスによりガスタービンを駆動させるコンバインド発電設備において、
    前記燃料ガスの圧力を調整する燃料ガス圧力調整弁と、
    この燃料ガス圧力調整弁の出口側に設けられる燃料ガス圧縮機入口開閉弁と、
    この燃料ガス圧縮機入口開閉弁の出口側に設けられる燃料ガス圧縮機と、
    この燃料ガス圧縮機の出口側に設けられるとともに、前記燃焼器にその出口側が接続され
    る燃料ガス圧縮機出口開閉弁と、
    この燃料ガス圧縮機出口開閉弁の出口側と前記燃料ガス圧縮機の入口側とを接続する配管
    と、
    この配管に設けられる熱交換器と、
    この熱交換器に軸受の構成部材を冷却するための流体を供給するための軸受冷却水冷却器
    と、
    前記配管に設けられ、通過させる燃料ガスの流量を調節するための流量調節弁と、
    前記燃料ガス圧力調節弁と前記燃料ガス圧縮機入口開閉弁との間から分岐し、前記配管に
    おける前記流量調節弁と前記熱交換器との間に接続される燃料ガス圧縮機バイパス管と、
    この燃料ガス圧縮機バイパス管に設けられる燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁とを備えるこ
    とを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
  3. 燃料ガス昇圧運転時であって部分負荷運転時には、前記燃料ガス圧縮機入口開閉弁と燃料
    ガス圧縮機出口開閉弁とを開くとともに、前記燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁を閉じて、
    前記燃料ガスを前記燃料ガス圧縮機に供給して圧縮し、圧縮され昇温された燃料ガスを前
    記熱交換器に供給して前記軸受冷却水との熱交換により冷却し、
    燃料ガス減圧運転時には、前記燃料ガス圧縮機入口開閉弁と燃料ガス圧縮機出口開閉弁と
    を閉じるとともに前記前記燃料ガス圧縮機バイパス開閉弁を開いて、減圧され減温された
    燃料ガスを前記燃料ガス圧縮機に供給せず前記熱交換器に供給し、前記軸受冷却水との熱
    交換により加温することを特徴とする請求項2記載のコンバインドサイクル発電設備。
  4. 燃料ガスを圧縮空気と混合させて燃焼器で燃焼させて燃焼ガスを生成し、生成された燃焼
    ガスによりガスタービンを駆動させるコンバインド発電設備において、
    前記燃料ガスの圧力を調整する燃料ガス圧力調整弁と、
    この燃料ガス圧力調整弁の出口側に設けられ燃料ガス圧縮機入口開閉弁と、
    この燃料ガス圧縮機入口開閉弁の出口側に設けられる燃料ガス圧縮機と、
    この燃料ガス圧縮機の出口側に設けられるとともに、前記燃焼器にその出口側が接続され
    る燃料ガス圧縮機出口開閉弁と、
    この燃料ガス圧縮機出口の出口側と前記燃料ガス圧縮機入口開閉弁の入口側とを接続する
    配管と、
    この配管に設けられる熱交換器と、
    この熱交換器に軸受の構成部材を冷却するための流体を供給するための冷却器と、
    前記配管に設けられ、通過させる燃料ガスの流量を調節するための流量調節弁と、
    前記配管に設けられ、正方向、逆方向のいずかの燃料ガスの流れを許容する両方向弁とを
    備えることを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
  5. 燃料ガス昇圧運転時であって部分負荷運転時には、前記燃料ガス圧縮機により圧縮され昇
    温された燃焼ガスを前記熱交換器に供給して前記軸受冷却水との熱交換により冷却し、
    燃料ガス減圧運転時には、減圧され減温された燃料ガスを前記燃料ガス圧縮機経由せずに
    前記熱交換器に供給し、前記軸受冷却水との熱交換により加温するかのいずれかを許容す
    るように、前記両方向弁が制御されることを特徴とする請求項4記載のコンバインドサイ
    クル発電設備。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114087047A (zh) * 2021-11-02 2022-02-25 鞍钢集团工程技术有限公司 一种ccpp电厂燃气回流能量回收系统及方法

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CN114087047A (zh) * 2021-11-02 2022-02-25 鞍钢集团工程技术有限公司 一种ccpp电厂燃气回流能量回收系统及方法
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