JP3716188B2 - ガスタービンコンバインドプラント - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気冷却器を有するガスタービン部と排熱回収ボイラを有する蒸気タービン部とを備えたガスタービンコンバインドプラントに関し、詳細には、排熱回収ボイラの給水を用いた空気冷却器を改良したガスタービンコンバインドプラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ガスタービンは、空気圧縮機によって空気を圧縮して燃焼器に送り、得られた圧縮空気を燃焼器において燃料とともに加熱燃焼させて高温高圧のガスを生じさせ、この高温高圧ガスをタービン中で膨張させることによりタービンを駆動させて発電機の動力を得ている。
【０００３】
ここで、ガスタービンの効率を向上させる観点から、タービンにおけるガス漏れを極力抑制することが必要であり、このため、可動部（動翼等）と静止部（動翼を外周側から囲むケーシング等）との間のクリアランスは、可能な限り小さく設計される。
【０００４】
一方、ガスタービンの熱効率を高める観点から、作動ガス温度は高温化しており、この高温下において上記クリアランスを確保するために、タービンの高温となる部材（以下、高温部材という）を効果的に冷却して熱膨張を抑えることが重要な課題となっている。
【０００５】
そこで、ガスタービンには、空気圧縮機から抽出して得られた高温空気を冷却して高温部材の冷却用に供給する空気冷却器が設けられている。
【０００６】
また、ガスタービンから排出された排気ガスの排熱を有効に利用するため、この排気ガスを排熱回収ボイラに送り、排熱回収ボイラによって得られた蒸気により蒸気タービンを駆動させて他の発電機の動力をも得るようにしたガスタービンコンバインドプラントが実用に供されている。
【０００７】
このガスタービンコンバインドプラントは、蒸気タービンを駆動して排出された蒸気を、復水器によって凝縮し、得られた水を排熱回収ボイラに供給しているが、ガスタービン部からの排気ガスは、排熱回収ボイラ内を、過熱器、蒸発器、エコノマイザの順に通過して放熱し、一方、復水器から供給された水（給水）は、エコノマイザ、蒸発器、過熱器の順に流れて熱を吸収することによって、ガスタービン部からの排熱を有効に利用している。
【０００８】
さらに、排熱回収ボイラへの給水の一部は、ガスタービン部の空気冷却器に導かれた高温空気を冷却する冷却媒体として、空気冷却器に導入され、高温空気と熱交換して高温化した給水は、排熱回収ボイラの給水がより高温化した行程に戻されるように冷却水回路が設けられ、効率的に熱回収を行うように構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したガスタービンコンバインドプラントは、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時に、冷却水回路の二次側（空気冷却器から排熱回収ボイラに戻る側）が通じる行程（例えば、ドラムなど）の圧力が高くなるため、冷却水回路の一次側（排熱回収ボイラから空気冷却器に導かれる側）と二次側との間の相対的な圧力差が小さくなり、この結果、空気冷却器を流れる給水量が減少して、高温空気の冷却が不十分になるおそれがある。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等の定常運転時以外の多様な運転状態においても、ガスタービンの高温空気を、安定して冷却することができるガスタービンコンバインドプラントを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明の請求項１にかかるガスタービンコンバインドプラントは、空気圧縮機、燃焼器、ガスタービン、および空気圧縮機から抽出して得られた高温空気を冷却してガスタービンにおける高温部材の冷却用に供給する空気冷却器を有するガスタービン部と、ガスタービンから排出された排気ガスの排熱によって蒸気を発生させる排熱回収ボイラ、蒸気によって駆動される蒸気タービン、および蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させる復水器を有する蒸気タービン部と、を備え、排熱回収ボイラにおける給水の一部を空気冷却器に導入して高温空気と熱交換し、この熱交換後の給水を排熱回収ボイラに戻す冷却水回路を有するガスタービンコンバインドプラントにおいて、熱交換後の給水を復水器に導く分岐回路と、この分岐回路を流れる給水量を調整する調整弁と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
ここで、空気冷却器に導入される給水は、排熱回収ボイラにおけるどの行程のものであってもよいが、液相であることが必要であるため、蒸発器より上流の行程における給水、例えばエコノマイザを通過する以前の給水（エコノマイザの入口給水）やエコノマイザを通過後であって蒸発器通過前の給水（エコノマイザの出口給水）などである。なお複数のエコノマイザが多段階に配設されている場合は、それらエコノマイザ間の給水であってもよい。
【００１３】
このように構成された請求項１にかかるガスタービンコンバインドプラントによれば、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等、冷却水回路の一次側と二次側との間の圧力差が小さいときは、略真空状態の復水器に通じる分岐回路に設けられた調整弁の開度を大きくすることにより、空気冷却器に導かれた給水（冷却水）は、分岐回路を通って復水器に流れ込むため、空気冷却器を流れる給水量を十分に確保することができ、高温空気の冷却が不十分になるのを防止することができる。一方、蒸気タービンの定常運転時には、調整弁の開度を絞る（完全に閉じてもよい）ことにより、空気冷却器に導かれた給水の多く（調整弁を完全に閉じた場合は、給水の全て）は、冷却回路の二次側を通過して排熱回収ボイラに戻されるが、冷却回路の一次側よりも高温の行程（例えば、エコノマイザ出口）に戻されることによって、従来通りに熱効率よく給水を循環させることができる。
【００１４】
なお、調整弁は、定常運転時に完全に閉じ、定常運転時以外の上述した負荷遮断時等に完全に開く、という単なる開閉手段を適用してもよい。
【００１５】
また、本発明の請求項２にかかるガスタービンコンバインドプラントは、請求項１にかかるガスタービンコンバインドプラントにおいて、冷却水回路は、排熱回収ボイラにおけるエコノマイザの入口給水の一部を空気冷却器に導入し、熱交換後の給水をエコノマイザの出口給水に合流排水するものであることを特徴とする。
【００１６】
このガスタービンコンバインドプラントは、冷却水回路の一次側と二次側とを具体化したものであり、空気冷却器を通過して高温化された給水を、エコノマイザの入口給水よりも高温である出口給水に合流排水することによって、系内の熱効率を高めることができる。
【００１７】
なお、排熱回収ボイラが、前述したように多段のエコノマイザを備えたものであるときは、上記エコノマイザは、最上流側や最下流側のエコノマイザに限定されるものではなく、多段の中間部のものであってもよく、したがって、エコノマイザの入口給水とは、最上流側のエコノマイザの入口給水に限定されず、また、エコノマイザの出口給水とは、最下流側のエコノマイザの出口給水に限定されるものではない。
【００１８】
また、本発明の請求項３にかかるガスタービンコンバインドプラントは、請求項２にかかるガスタービンコンバインドプラントにおいて、エコノマイザの出入口間に、エコノマイザを通過する給水量を調整し、空気冷却器に導入される給水量を相対的に増減させる第二の調整弁、を設けたことを特徴とする。
【００１９】
エコノマイザの入口給水は、多くは当該エコノマイザに流れ、一部が冷却水回路の一次側に分岐して流れるが、第二の調整弁を絞り、あるいは完全に閉じることによって、このエコノマイザに流れる給水量を少なくし、この結果、空気冷却器に通じる冷却水回路の一次側に分岐する給水量を相対的に増加させることができ、空気冷却器によって冷却される高温空気の温度制御性を向上させるとともに、エコノマイザよりも下流に設けられている他の調整弁の流量制御性も高めることができる。
【００２０】
また、本発明の請求項４にかかるガスタービンコンバインドプラントは、請求項１から３のうちいずれか一つにかかるガスタービンコンバインドプラントにおいて、冷却水回路の一次側の給水よりも低温の給水を空気冷却器に導入するバイパス回路と、冷却水回路の一次側とバイパス回路とを選択的に切り換える切換弁と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
上述した請求項１から３にかかるガスタービンコンバインドプラントは、空気冷却器を通過させる給水の流量を確保することによって、高温空気に対する冷却性能を確保するものであるが、請求項４にかかるガスタービンコンバインドプラントは、さらに、空気冷却器に導入される給水を、その温度がより低いものとすることによって、空気冷却器の冷却性能を高めるものである。
【００２２】
すなわち、この請求項４にかかるガスタービンコンバインドプラントによれば、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等、冷却水回路の一次側と二次側との間の圧力差が小さいときは、切換弁をバイパス回路側に切り換えることにより、冷却水回路の一次側の給水が停止されて、空気冷却器には、バイパス回路から、冷却水回路の一次側の給水よりも低温の給水が導入されるため、空気冷却器の冷却性能を一層高めることができる。
【００２３】
また、本発明の請求項５にかかるガスタービンコンバインドプラントは、請求項４にかかるガスタービンコンバインドプラントにおいて、排熱回収ボイラは、高圧側のエコノマイザと、この高圧側のエコノマイザよりも上流側に設けられた低圧側のエコノマイザとを有し、冷却水回路は、高圧側のエコノマイザの入口給水の一部を空気冷却器に導入し、熱交換後の給水を高圧側のエコノマイザの出口給水に合流排水するものであり、バイパス回路は、低圧側のエコノマイザの入口給水の一部を空気冷却器に導入するものであることを特徴とする。
【００２４】
すなわち、この請求項５にかかるガスタービンコンバインドプラントは、冷却水回路の一次側および二次側、並びにバイパス回路を具体化したものであり、冷却水回路の一次側の給水である高圧側のエコノマイザの入口給水よりも温度が低い給水として、低圧側のエコノマイザの入口給水を適用することにより、多段のエコノマイザを有する排熱回収ボイラから容易に、より低温の給水を得ることができる。
【００２５】
また、本発明の請求項６にかかるガスタービンコンバインドプラントは、空気圧縮機、燃焼器、ガスタービン、および空気圧縮機から抽出して得られた高温空気を冷却してタービンにおける高温部材の冷却用に供給する空気冷却器を有するガスタービン部と、ガスタービンから排出された排気ガスの排熱によって蒸気を発生させる排熱回収ボイラ、蒸気によって駆動される蒸気タービン、および蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させる復水器を有する蒸気タービン部と、を備え、排熱回収ボイラにおける給水の一部を空気冷却器に導入して高温空気と熱交換し、この熱交換後の給水を排熱回収ボイラに戻す冷却水回路を有するガスタービンコンバインドプラントにおいて、冷却水回路の一次側の給水よりも低温の給水を空気冷却器に導入するバイパス回路と、冷却水回路の一次側とバイパス回路とを選択的に切り換える切換弁と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
このように構成された請求項６にかかるガスタービンコンバインドプラントによれば、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等、冷却水回路の一次側と二次側との間の圧力差が小さいときは、空気冷却器を通過する給水量は少なくなるが、切換弁をバイパス回路側に切り換えることにより、空気冷却器には、冷却水回路の一次側ではなくバイパス回路から、冷却水回路の一次側よりも温度の低い給水が供給されるため、空気冷却器の冷却性能は従来よりも向上し、高温空気の冷却が不十分になるのを防止することができる。一方、蒸気タービンの定常運転時には、切換弁を冷却水回路の一次側に切り換えることにより、空気冷却器には従来と同様に、冷却水回路一次側から給水が導入されて、給水の流量に応じた適切な冷却を行うことができる。
【００２７】
また、本発明の請求項７にかかるガスタービンコンバインドプラントは、請求項６にかかるガスタービンコンバインドプラントにおいて、冷却水回路の一次側は、排熱回収ボイラにおけるエコノマイザの出口給水の一部を空気冷却器に導入するものであり、バイパス回路は、エコノマイザの入口給水の一部を空気冷却器に導入するものであることを特徴とする。
【００２８】
このガスタービンコンバインドプラントは、冷却水回路の一次側とバイパス回路とを具体化したものであり、冷却水回路の一次側としてエコノマイザの出口給水を用いている場合に、エコノマイザの入口給水は出口給水よりも低温であることから、この入口給水をバイパス回路用の給水として用いることにより、エコノマイザを有する排熱回収ボイラから容易に、より低温の給水を得ることができる。
【００２９】
なお、排熱回収ボイラが多段のエコノマイザを備えたものであるときは、上記エコノマイザは、最上流側や最下流側のエコノマイザに限定されるものではなく、多段の中間部のものであってもよく、したがって、エコノマイザの出口給水とは、最下流側のエコノマイザの出口給水に限定されず、また、エコノマイザの入口給水とは、最上流側のエコノマイザの入口給水に限定されるものではない。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、これらの実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第１の実施の形態を示すブロック図である。図示のガスタービンコンバインドプラント１０は、ガスタービン部２０と蒸気タービン部３０とからなり、ガスタービン部２０は、空気を圧縮する空気圧縮機２１、空気圧縮機２１によって圧縮された高温空気と燃料とを混合加熱して燃焼させる燃焼器２２、この燃焼器２２によって得られた燃焼ガスによって回転駆動されるガスタービン２３、および空気圧縮機２１から抽出して得られた高温空気を冷却してガスタービン２３における高温部材の冷却用に供給する空気冷却器２４を備え、一方、蒸気タービン部３０は、ガスタービン２３から排出された排気ガスの排熱によって蒸気を発生させる排熱回収ボイラ３４、蒸気によって駆動される２つの蒸気タービン３１ａ，３１ｂ、蒸気タービン蒸気タービン３１ａから排出された蒸気を凝縮させる復水器３２、およびグランドコンデンサ３３を備えた構成である。
【００３２】
ここで、排熱回収ボイラ３４は、低圧エコノマイザ３５、低圧ドラム３６、低圧蒸発器３７、低圧過熱器３８、高圧エコノマイザ３９、高圧ドラム４０、高圧蒸発器４１、高圧過熱器４２、および低圧エコノマイザ３５の出口給水を昇圧して高圧エコノマイザ３９の入口給水とする給水ポンプ４３とを備え、低圧過熱器３８によって過熱して得られた低圧過熱蒸気は低圧側の蒸気タービン３１ａに、高圧過熱器４２によって過熱して得られた高圧過熱蒸気は高圧側の蒸気タービン３１ｂに、それぞれ導かれる。
【００３３】
また、高圧エコノマイザ３９の入口給水は、空気冷却器２４を通過する高温空気の冷却媒体として、空気冷却器２４内に導入され、高温空気と熱交換して高温化した給水は、高圧エコノマイザ３９の出口給水に合流する回路と、復水器３２に合流する回路とに分岐し、各回路には、これらの各回路を流通する給水の流量を調整する調整弁４４，４５が設けられ、さらに高圧エコノマイザ３９から高圧ドラム４０間の給水回路にも調整弁４６が設けられている。また、ガスタービン２３には第一の発電機５１が接続され、蒸気タービン３１ａ，３１ｂには第二の発電機５２が接続されている。
【００３４】
次に、この第１の実施の形態であるガスタービンコンバインドプラント１０の作用について説明する。まず、ガスタービン部２０の空気圧縮機２１が回転駆動され、この空気圧縮機２１の駆動によって供給された空気は圧縮され、燃焼器２２に供給される。燃焼器２２には、この圧縮されて高温となった空気（高温空気）と燃料とが供給され、これらの混合気は加熱燃焼されて高温高圧ガスとなり、ガスタービン２３に供給される。ガスタービン２３は供給された高温高圧ガスによって回転駆動され、この駆動力が第一の発電機５１の動力となる。
【００３５】
また、空気圧縮機２１の途中から空気の一部は、空気冷却器２４に抽出され、この空気冷却器２４によって冷却されて、ガスタービン２３のロータや翼、ケーシング等の高温部材に抽気され、これらの高温部材の冷却に供される。
【００３６】
一方、ガスタービン２３から排気されたガス（排気ガス）は、蒸気タービン部３０の排熱回収ボイラ３４に導入され、この排気ガスの排熱によって、グランドコンデンサ３３からこの排熱回収ボイラ３４に導入された給水を過熱蒸気化し、この過熱蒸気は各蒸気タービン３１ａ，３１ｂに供給されて、各蒸気タービン３１ａ，３１ｂを回転駆動し、この駆動力が第二の発電機５２の動力となる。
【００３７】
ここで、グランドコンデンサ３３から排熱回収ボイラ３４に導入された給水は、低圧エコノマイザ３５によって加熱され、低圧ドラム３６と給水ポンプ４３に分岐し、低圧ドラム３６に供給された給水は、低圧蒸発器３７によって飽和蒸気となり、低圧過熱器３８によって過熱蒸気となって低圧側の蒸気タービン３１ａに供給され、低圧側の蒸気タービン３１ａを回転駆動させる。
【００３８】
給水ポンプ４３に導かれた給水は、高圧エコノマイザ３９に給水される（入口給水）が、その一部は、空気冷却器２４に供給され、空気圧縮機２１から抽出された高温空気の冷却に供される。そして、高温空気と熱交換されて高温となった給水は、高圧エコノマイザ３９の出口給水と合流する回路と、復水器３２に排水される回路とに分岐されるが、蒸気タービン３１ａ，３１ｂの定常運転中は、高圧エコノマイザ３９の出口給水と合流する回路に設けられた調整弁４４は開放されており、復水器３２に排水される回路に設けられた調整弁４５は閉鎖されているため、空気冷却器２４からの給水は全て高圧エコノマイザ３９の出口給水に合流する。このとき、高圧エコノマイザ３９の出口給水の温度と空気冷却器２４から排水された給水の温度とは略一致し、効率的な熱回収が行われている。
【００３９】
高圧エコノマイザ３９の出口給水は、開放されている調整弁４６を通過して高圧ドラム４０に供給され、高圧蒸発器４１によって飽和蒸気となり、高圧過熱器４２によって過熱蒸気となって高圧側の蒸気タービン３１ｂに供給され、高圧側の蒸気タービン３１ｂを回転駆動させる。高圧蒸気タービン３１ｂを回転駆動した後の蒸気は、復水器３２によって水に戻され、グランドコンデンサ３３に戻される。
【００４０】
以上は、ガスタービンコンバインドプラント１０の定常運転における動作であるが、次に、蒸気タービン３１ａ，３１ｂの負荷遮断時における動作について説明する。
【００４１】
蒸気タービン３１ａ，３１ｂの負荷遮断時は、蒸気タービン３１ａ，３１ｂの回転が停止するため、高圧ドラム４０側の圧力が上昇し、高圧エコノマイザ３９の入口側と出口側との圧力差が小さくなり、高圧エコノマイザ３９を流れる給水の流量が減少し、同時に、空気冷却器２４を流れる給水の流量も減少することになる。このため、空気冷却器２４による高温空気に対する冷却性能が低下し、ガスタービン２３の高温部材に供給される空気が十分に冷却されなくなり、ガスタービン２３は当該高温部材の熱膨張によって損傷するおそれがある。
【００４２】
そこで、本実施の形態のガスタービンコンバインドプラント１０においては、高圧エコノマイザ３９の出口給水と合流する回路に設けられた調整弁４４を閉鎖し、復水器３２に排水される回路に設けられた調整弁４５を開放する。このように両調整弁４４，４５を操作することによって、空気冷却器２４の入口側と出口側との圧力差が回復し、空気冷却器２４を流れる給水の流量が増加して、高温空気に対する冷却性能を確保することができる。
【００４３】
すなわち、調整弁４５が閉鎖され、かつ調整弁４４が開放されている状態においては、空気冷却器２４の入口側と出口側との間の圧力差は、高温エコノマイザ３９の入口側と出口側との間の圧力差に一致するため、負荷遮断時は、高温エコノマイザ３９の入口側と出口側との間に、十分な圧力差を得ることができず、したがって、空気冷却器２４の入口側と出口側との間の圧力差も小さくなって、給水の流量が減少するが、調整弁４４を閉鎖し、かつ略真空である復水器３２に通じる回路に設けられた調整弁４４を開放した状態においては、空気冷却器２４の出口側の給水は復水器３２に吸引されるため、高温エコノマイザ３９の入口側と出口側との間の圧力差に拘らず、空気冷却器２４の入口側と出口側との間で、十分な圧力差が確保され、空気冷却器２４を流れる給水の流量を確保することができる。
【００４４】
なお、上述した説明においては、蒸気タービン３１ａ，３１ｂの負荷遮断時について説明したが、蒸気タービン３１ａ，３１ｂの停止時や起動時等の、定常運転時以外運転状態（非定常運転時）においても、負荷遮断時と同様に動作させることによって、空気冷却器２４の冷却性能を確保することができる。
【００４５】
また、調整弁４４，４５は、完全に開放した状態と完全に閉鎖した状態との択一的な開閉状態だけでなく、空気冷却器２４によって冷却された空気の温度に応じて開度を連続的に変化させ、この空気の温度が所望の温度となるように開度を調整するようにしてもよい。
【００４６】
このように、本実施の形態のガスタービンコンバインドプラント１０によれば、定常運転時は、空気冷却器２４を通過して高温化された給水を、高温エコノマイザ３９の出口給水に合流排水することによって、効果的に熱回収を図り、非定常運転時は、空気冷却器２４を流れる給水量を十分に確保することができ、高温空気の冷却が不十分になるのを防止することができる。
【００４７】
（実施の形態２）
図２は、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第２の実施の形態を示すブロック図であり、第１の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０に対して、高圧エコノマイザ３９の入口給水回路のうち、空気冷却器２４への分岐回路よりも下流の給水回路に、この回路を流れる給水の流量を調整する調整弁４７をさらに設けたものである。
【００４８】
この実施の形態のガスタービンコンバインドプラント１０は、調整弁４７の開度を調整することによって、高圧エコノマイザ３９に流れる給水と空気冷却器２４に流れる給水との相対的な流量比を調整することができるため、この調整弁４７の開度を絞り、かつ調整弁４７の開度を大きくすることによって、空気冷却器２４に流れる給水の流量を増加させて、空気冷却器２４による高温空気に対する冷却性能を向上させることができ、一方、調整弁４４の開度を絞り、調整弁４７の開度を大きくすることによって、空気冷却器２４に流れる給水の流量を減少させて、空気冷却器２４による高温空気に対する冷却性能を抑制させることができ、したがって、調整弁４４および４７の開度に応じて空気冷却器２４によって冷却される高温空気の温度を制御することができる。
【００４９】
なお、定常運転時において、空気冷却器２４から高圧エコノマイザ３９の出口給水に合流する給水回路に設けられた調整弁４４のみによっても、高圧エコノマイザ３９に流れる給水と空気冷却器２４に流れる給水との相対的な流量比を調整することができるが、この調整弁４４のみでは、空気冷却器２４に流れる給水量を相対的に高めるのは困難であるが、調整弁４７と連携させて、開度を調整することにより、高圧エコノマイザ３９に流れる給水量と空気冷却器２４に流れる給水量との比を任意に調整することができるため、特に、空気冷却器２４の冷却性能を高める方向への温度制御性を向上させることができるとともに、調整弁４４による流量制御性も高めることができる。
【００５０】
（実施の形態３）
図３は、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第３の実施の形態を示すブロック図であり、第１の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０に対して、空気冷却器２４から復水器３２に分岐する給水の回路に代えて、グランドコンデンサ３３から低圧エコノマイザ３５の出口給水に直接合流して低圧エコノマイザ３５をバイパスする給水回路を備えるとともに、このバイパス回路に、バイパス回路を開閉する開閉弁４９を設け、さらに、低圧エコノマイザ３５の出口側給水回路における、バイパス回路が合流するよりも上流位置に、この低圧エコノマイザ３５を流れる回路を開閉する開閉弁４８を設けた構成である。
【００５１】
ここで、開閉弁４８と開閉弁４９とは、一方が開放されているとき、他方が閉鎖されて、グランドコンデンサ３３からの給水が、低圧エコノマイザ３５またはバイパス回路のいずれか一方にのみ流れるように切り換える切換手段として作用する。
【００５２】
すなわち、定常運転時は、開閉弁４８は開放され、かつ開閉弁４９は閉鎖されて、グランドコンデンサ３３からの給水は、バイパス回路を通過することなく全て低圧エコノマイザ３５を通過し、この低圧エコノマイザ３５の出口給水が給水ポンプ４３によって昇圧されて空気冷却器２４に供給される。
【００５３】
一方、蒸気タービン３１ａ，３１ｂの負荷遮断時等、空気冷却器２４の出入口間の給水圧力差が小さいため空気冷却器２４に流れる給水量が減少したときは、低圧エコノマイザ３５の出口側回路の開閉弁４８を閉鎖し、バイパス回路の開閉弁４９を開放することにより、空気冷却器２４に流れ込む給水を、低圧エコノマイザ３５の出口給水から入口給水に切り換え、これによって、空気冷却器２４に流れ込む給水（低圧エコノマイザ３５の入口給水）は、定常運転時のもの（低圧エコノマイザ３５の出口給水）よりも低温となる。したがって、給水の流量が減少しても、空気冷却器２４による高温空気に対する冷却性能が不十分になるのを防止することができる。
【００５４】
なお、この実施の形態は、二つの開閉弁４８，４９を連携して開閉させることによって、グランドコンデンサ３３からの給水を、低圧エコノマイザ３５を通過させ、または低圧エコノマイザ３５をバイパスさせる構成であるが、これら二つの開閉弁４８，４９に代えて、両給水回路の分岐部分または合流部分に、両給水回路のうち一方を選択的に通過させる単一の切換弁を設けた構成としてもよい。
【００５５】
また、二つの開閉弁４８，４９をそれぞれ、開度を連続的に調整可能の調整弁に変更し、空気冷却器２４によって冷却された空気の温度に応じて各調整弁の開度をそれぞれ連続的に変化させ、この空気の温度が所望の温度となるように開度を調整するようにしてもよい。
【００５６】
本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントは、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、例えば図４に示すように、第１の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０に、第３の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０を組み合わせた形態や、図５に示すように、第２の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０に、第３の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０を組み合わせた形態などを適用することもでき、それぞれ、第１の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０の効果および第３の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０の効果を併せて、あるいは、第２の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０の効果および第３の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０の効果を併せて、奏するものである。
【００５７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項１）によれば、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等、冷却水回路の一次側と二次側との間の圧力差が小さいときは、略真空状態の復水器に通じる分岐回路に設けられた調整弁の開度を大きくすることにより、空気冷却器に導かれた給水（冷却水）は、分岐回路を通って復水器に投げれ込むため、空気冷却器を流れる給水量を十分に確保することができ、高温空気の冷却が不十分になるのを防止することができる。一方、蒸気タービンの定常運転時には、調整弁の開度を絞る（完全に閉じてもよい）ことにより、空気冷却器に導かれた給水の多く（調整弁を完全に閉じた場合は、給水の全て）は、冷却回路の二次側を通過して排熱回収ボイラに戻されるが、冷却回路の一次側よりも高温の行程（例えば、エコノマイザ出口）に戻されることによって、従来通りに熱効率よく給水を循環させることができる。
【００５８】
また、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項２）によれば、空気冷却器を通過して高温化された給水を、エコノマイザの入口給水よりも高温である出口給水に合流排水することによって、系内の熱効率を高めることができる。
【００５９】
また、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項３）によれば、第二の調整弁を絞り、あるいは完全に閉じることによって、このエコノマイザに流れる給水量を少なくし、この結果、空気冷却器に通じる冷却水回路の一次側に分岐する吸水量を相対的に増加させることができ、空気冷却器によって冷却される高温空気の温度制御性を向上させるとともに、エコノマイザよりも下流に設けられている他の調整弁の流量制御性も高めることができる。
【００６０】
また、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項４）によれば、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等、冷却水回路の一次側と二次側との間の圧力差が小さいときは、切換弁をバイパス回路側に切り換えることにより、冷却水回路の一次側の給水が停止されて、空気冷却器には、バイパス回路から、冷却水回路の一次側の給水よりも低温の給水が導入されるため、空気冷却器の冷却性能を一層高めることができる。
【００６１】
また、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項５）によれば、冷却水回路の一次側の給水である高圧側のエコノマイザの入口給水よりも温度が低い給水として、低圧側のエコノマイザの入口給水を適用することにより、多段のエコノマイザを有する排熱回収ボイラから容易に、より低温の給水を得ることができる。
【００６２】
また、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項６）によれば、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等、冷却水回路の一次側と二次側との間の圧力差が小さいときは、空気冷却器を通過する給水量は少なくなるが、切換弁をバイパス回路側に切り換えることにより、空気冷却器には、冷却水回路の一次側ではなくバイパス回路から、冷却水回路の一次側よりも温度の低い給水が供給されるため、空気冷却器の冷却性能は従来よりも向上し、高温空気の冷却が不十分になるのを防止することができる。一方、蒸気タービンの定常運転時には、切換弁を冷却水回路の一次側に切り換えることにより、空気冷却器には従来と同様に、冷却水回路一次側から給水が導入されて、給水の流量に応じた適切な冷却を行うことができる。
【００６３】
また、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項７）によれば、冷却水回路の一次側としてエコノマイザの出口給水を用いている場合に、エコノマイザの入口給水は出口給水よりも低温であることから、この入口給水をバイパス回路用の給水として用いることにより、エコノマイザを有する排熱回収ボイラから容易に、より低温の給水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第１の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第２の実施の形態を示す図である。
【図３】本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第３の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第４の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第５の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１０ ガスタービンコンバインドプラント
２０ ガスタービン部
２１ 空気圧縮機
２２ 燃焼器
２３ ガスタービン
２４ 空気冷却器
３０ 蒸気タービン部
３１ａ，３１ｂ 蒸気タービン
３２ 復水器
３３ グランドコンデンサ
３４ 排熱回収ボイラ
３５ 低圧エコノマイザ
３６ 低圧ドラム
３７ 低圧蒸発器
３８ 低圧過熱器
３９ 高圧エコノマイザ
４０ 高圧ドラム
４１ 高圧蒸発器
４２ 高圧過熱器
４３ 給水ポンプ
４４，４５，４６ 調整弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気冷却器を有するガスタービン部と排熱回収ボイラを有する蒸気タービン部とを備えたガスタービンコンバインドプラントに関し、詳細には、排熱回収ボイラの給水を用いた空気冷却器を改良したガスタービンコンバインドプラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ガスタービンは、空気圧縮機によって空気を圧縮して燃焼器に送り、得られた圧縮空気を燃焼器において燃料とともに加熱燃焼させて高温高圧のガスを生じさせ、この高温高圧ガスをタービン中で膨張させることによりタービンを駆動させて発電機の動力を得ている。
【０００３】
ここで、ガスタービンの効率を向上させる観点から、タービンにおけるガス漏れを極力抑制することが必要であり、このため、可動部（動翼等）と静止部（動翼を外周側から囲むケーシング等）との間のクリアランスは、可能な限り小さく設計される。
【０００４】
一方、ガスタービンの熱効率を高める観点から、作動ガス温度は高温化しており、この高温下において上記クリアランスを確保するために、タービンの高温となる部材（以下、高温部材という）を効果的に冷却して熱膨張を抑えることが重要な課題となっている。
【０００５】
そこで、ガスタービンには、空気圧縮機から抽出して得られた高温空気を冷却して高温部材の冷却用に供給する空気冷却器が設けられている。
【０００６】
また、ガスタービンから排出された排気ガスの排熱を有効に利用するため、この排気ガスを排熱回収ボイラに送り、排熱回収ボイラによって得られた蒸気により蒸気タービンを駆動させて他の発電機の動力をも得るようにしたガスタービンコンバインドプラントが実用に供されている。
【０００７】
このガスタービンコンバインドプラントは、蒸気タービンを駆動して排出された蒸気を、復水器によって凝縮し、得られた水を排熱回収ボイラに供給しているが、ガスタービン部からの排気ガスは、排熱回収ボイラ内を、過熱器、蒸発器、エコノマイザの順に通過して放熱し、一方、復水器から供給された水（給水）は、エコノマイザ、蒸発器、過熱器の順に流れて熱を吸収することによって、ガスタービン部からの排熱を有効に利用している。
【０００８】
さらに、排熱回収ボイラへの給水の一部は、ガスタービン部の空気冷却器に導かれた高温空気を冷却する冷却媒体として、空気冷却器に導入され、高温空気と熱交換して高温化した給水は、排熱回収ボイラの給水がより高温化した行程に戻されるように冷却水回路が設けられ、効率的に熱回収を行うように構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したガスタービンコンバインドプラントは、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時に、冷却水回路の二次側（空気冷却器から排熱回収ボイラに戻る側）が通じる行程（例えば、ドラムなど）の圧力が高くなるため、冷却水回路の一次側（排熱回収ボイラから空気冷却器に導かれる側）と二次側との間の相対的な圧力差が小さくなり、この結果、空気冷却器を流れる給水量が減少して、高温空気の冷却が不十分になるおそれがある。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等の定常運転時以外の多様な運転状態においても、ガスタービンの高温空気を、安定して冷却することができるガスタービンコンバインドプラントを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明の請求項１にかかるガスタービンコンバインドプラントは、空気圧縮機、燃焼器、ガスタービン、および空気圧縮機から抽出して得られた高温空気を冷却してガスタービンにおける高温部材の冷却用に供給する空気冷却器を有するガスタービン部と、ガスタービンから排出された排気ガスの排熱によって蒸気を発生させる排熱回収ボイラ、蒸気によって駆動される蒸気タービン、および蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させる復水器を有する蒸気タービン部と、を備え、排熱回収ボイラにおける給水の一部を空気冷却器に導入して高温空気と熱交換し、この熱交換後の給水を排熱回収ボイラに戻す冷却水回路を有するガスタービンコンバインドプラントにおいて、熱交換後の給水を復水器に導く分岐回路と、この分岐回路を流れる給水量を調整する調整弁と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
ここで、空気冷却器に導入される給水は、排熱回収ボイラにおけるどの行程のものであってもよいが、液相であることが必要であるため、蒸発器より上流の行程における給水、例えばエコノマイザを通過する以前の給水（エコノマイザの入口給水）やエコノマイザを通過後であって蒸発器通過前の給水（エコノマイザの出口給水）などである。なお複数のエコノマイザが多段階に配設されている場合は、それらエコノマイザ間の給水であってもよい。
【００１３】
このように構成された請求項１にかかるガスタービンコンバインドプラントによれば、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等、冷却水回路の一次側と二次側との間の圧力差が小さいときは、略真空状態の復水器に通じる分岐回路に設けられた調整弁の開度を大きくすることにより、空気冷却器に導かれた給水（冷却水）は、分岐回路を通って復水器に流れ込むため、空気冷却器を流れる給水量を十分に確保することができ、高温空気の冷却が不十分になるのを防止することができる。一方、蒸気タービンの定常運転時には、調整弁の開度を絞る（完全に閉じてもよい）ことにより、空気冷却器に導かれた給水の多く（調整弁を完全に閉じた場合は、給水の全て）は、冷却回路の二次側を通過して排熱回収ボイラに戻されるが、冷却回路の一次側よりも高温の行程（例えば、エコノマイザ出口）に戻されることによって、従来通りに熱効率よく給水を循環させることができる。
【００１４】
なお、調整弁は、定常運転時に完全に閉じ、定常運転時以外の上述した負荷遮断時等に完全に開く、という単なる開閉手段を適用してもよい。
【００１５】
また、本発明の請求項２にかかるガスタービンコンバインドプラントは、請求項１にかかるガスタービンコンバインドプラントにおいて、冷却水回路は、排熱回収ボイラにおけるエコノマイザの入口給水の一部を空気冷却器に導入し、熱交換後の給水をエコノマイザの出口給水に合流排水するものであることを特徴とする。
【００１６】
このガスタービンコンバインドプラントは、冷却水回路の一次側と二次側とを具体化したものであり、空気冷却器を通過して高温化された給水を、エコノマイザの入口給水よりも高温である出口給水に合流排水することによって、系内の熱効率を高めることができる。
【００１７】
なお、排熱回収ボイラが、前述したように多段のエコノマイザを備えたものであるときは、上記エコノマイザは、最上流側や最下流側のエコノマイザに限定されるものではなく、多段の中間部のものであってもよく、したがって、エコノマイザの入口給水とは、最上流側のエコノマイザの入口給水に限定されず、また、エコノマイザの出口給水とは、最下流側のエコノマイザの出口給水に限定されるものではない。
【００１８】
また、本発明の請求項３にかかるガスタービンコンバインドプラントは、請求項２にかかるガスタービンコンバインドプラントにおいて、エコノマイザの出入口間に、エコノマイザを通過する給水量を調整し、空気冷却器に導入される給水量を相対的に増減させる第二の調整弁、を設けたことを特徴とする。
【００１９】
エコノマイザの入口給水は、多くは当該エコノマイザに流れ、一部が冷却水回路の一次側に分岐して流れるが、第二の調整弁を絞り、あるいは完全に閉じることによって、このエコノマイザに流れる給水量を少なくし、この結果、空気冷却器に通じる冷却水回路の一次側に分岐する給水量を相対的に増加させることができ、空気冷却器によって冷却される高温空気の温度制御性を向上させるとともに、エコノマイザよりも下流に設けられている他の調整弁の流量制御性も高めることができる。
【００２０】
また、本発明の請求項４にかかるガスタービンコンバインドプラントは、請求項１から３のうちいずれか一つにかかるガスタービンコンバインドプラントにおいて、冷却水回路の一次側の給水よりも低温の給水を空気冷却器に導入するバイパス回路と、冷却水回路の一次側とバイパス回路とを選択的に切り換える切換弁と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
上述した請求項１から３にかかるガスタービンコンバインドプラントは、空気冷却器を通過させる給水の流量を確保することによって、高温空気に対する冷却性能を確保するものであるが、請求項４にかかるガスタービンコンバインドプラントは、さらに、空気冷却器に導入される給水を、その温度がより低いものとすることによって、空気冷却器の冷却性能を高めるものである。
【００２２】
すなわち、この請求項４にかかるガスタービンコンバインドプラントによれば、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等、冷却水回路の一次側と二次側との間の圧力差が小さいときは、切換弁をバイパス回路側に切り換えることにより、冷却水回路の一次側の給水が停止されて、空気冷却器には、バイパス回路から、冷却水回路の一次側の給水よりも低温の給水が導入されるため、空気冷却器の冷却性能を一層高めることができる。
【００２３】
また、本発明の請求項５にかかるガスタービンコンバインドプラントは、請求項４にかかるガスタービンコンバインドプラントにおいて、排熱回収ボイラは、高圧側のエコノマイザと、この高圧側のエコノマイザよりも上流側に設けられた低圧側のエコノマイザとを有し、冷却水回路は、高圧側のエコノマイザの入口給水の一部を空気冷却器に導入し、熱交換後の給水を高圧側のエコノマイザの出口給水に合流排水するものであり、バイパス回路は、低圧側のエコノマイザの入口給水の一部を空気冷却器に導入するものであることを特徴とする。
【００２４】
すなわち、この請求項５にかかるガスタービンコンバインドプラントは、冷却水回路の一次側および二次側、並びにバイパス回路を具体化したものであり、冷却水回路の一次側の給水である高圧側のエコノマイザの入口給水よりも温度が低い給水として、低圧側のエコノマイザの入口給水を適用することにより、多段のエコノマイザを有する排熱回収ボイラから容易に、より低温の給水を得ることができる。
【００２５】
また、本発明の請求項６にかかるガスタービンコンバインドプラントは、空気圧縮機、燃焼器、ガスタービン、および空気圧縮機から抽出して得られた高温空気を冷却してタービンにおける高温部材の冷却用に供給する空気冷却器を有するガスタービン部と、ガスタービンから排出された排気ガスの排熱によって蒸気を発生させる排熱回収ボイラ、蒸気によって駆動される蒸気タービン、および蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させる復水器を有する蒸気タービン部と、を備え、排熱回収ボイラにおける給水の一部を空気冷却器に導入して高温空気と熱交換し、この熱交換後の給水を排熱回収ボイラに戻す冷却水回路を有するガスタービンコンバインドプラントにおいて、冷却水回路の一次側の給水よりも低温の給水を空気冷却器に導入するバイパス回路と、冷却水回路の一次側とバイパス回路とを選択的に切り換える切換弁と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
このように構成された請求項６にかかるガスタービンコンバインドプラントによれば、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等、冷却水回路の一次側と二次側との間の圧力差が小さいときは、空気冷却器を通過する給水量は少なくなるが、切換弁をバイパス回路側に切り換えることにより、空気冷却器には、冷却水回路の一次側ではなくバイパス回路から、冷却水回路の一次側よりも温度の低い給水が供給されるため、空気冷却器の冷却性能は従来よりも向上し、高温空気の冷却が不十分になるのを防止することができる。一方、蒸気タービンの定常運転時には、切換弁を冷却水回路の一次側に切り換えることにより、空気冷却器には従来と同様に、冷却水回路一次側から給水が導入されて、給水の流量に応じた適切な冷却を行うことができる。
【００２７】
また、本発明の請求項７にかかるガスタービンコンバインドプラントは、請求項６にかかるガスタービンコンバインドプラントにおいて、冷却水回路の一次側は、排熱回収ボイラにおけるエコノマイザの出口給水の一部を空気冷却器に導入するものであり、バイパス回路は、エコノマイザの入口給水の一部を空気冷却器に導入するものであることを特徴とする。
【００２８】
このガスタービンコンバインドプラントは、冷却水回路の一次側とバイパス回路とを具体化したものであり、冷却水回路の一次側としてエコノマイザの出口給水を用いている場合に、エコノマイザの入口給水は出口給水よりも低温であることから、この入口給水をバイパス回路用の給水として用いることにより、エコノマイザを有する排熱回収ボイラから容易に、より低温の給水を得ることができる。
【００２９】
なお、排熱回収ボイラが多段のエコノマイザを備えたものであるときは、上記エコノマイザは、最上流側や最下流側のエコノマイザに限定されるものではなく、多段の中間部のものであってもよく、したがって、エコノマイザの出口給水とは、最下流側のエコノマイザの出口給水に限定されず、また、エコノマイザの入口給水とは、最上流側のエコノマイザの入口給水に限定されるものではない。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、これらの実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第１の実施の形態を示すブロック図である。図示のガスタービンコンバインドプラント１０は、ガスタービン部２０と蒸気タービン部３０とからなり、ガスタービン部２０は、空気を圧縮する空気圧縮機２１、空気圧縮機２１によって圧縮された高温空気と燃料とを混合加熱して燃焼させる燃焼器２２、この燃焼器２２によって得られた燃焼ガスによって回転駆動されるガスタービン２３、および空気圧縮機２１から抽出して得られた高温空気を冷却してガスタービン２３における高温部材の冷却用に供給する空気冷却器２４を備え、一方、蒸気タービン部３０は、ガスタービン２３から排出された排気ガスの排熱によって蒸気を発生させる排熱回収ボイラ３４、蒸気によって駆動される２つの蒸気タービン３１ａ，３１ｂ、蒸気タービン蒸気タービン３１ａから排出された蒸気を凝縮させる復水器３２、およびグランドコンデンサ３３を備えた構成である。
【００３２】
ここで、排熱回収ボイラ３４は、低圧エコノマイザ３５、低圧ドラム３６、低圧蒸発器３７、低圧過熱器３８、高圧エコノマイザ３９、高圧ドラム４０、高圧蒸発器４１、高圧過熱器４２、および低圧エコノマイザ３５の出口給水を昇圧して高圧エコノマイザ３９の入口給水とする給水ポンプ４３とを備え、低圧過熱器３８によって過熱して得られた低圧過熱蒸気は低圧側の蒸気タービン３１ａに、高圧過熱器４２によって過熱して得られた高圧過熱蒸気は高圧側の蒸気タービン３１ｂに、それぞれ導かれる。
【００３３】
また、高圧エコノマイザ３９の入口給水は、空気冷却器２４を通過する高温空気の冷却媒体として、空気冷却器２４内に導入され、高温空気と熱交換して高温化した給水は、高圧エコノマイザ３９の出口給水に合流する回路と、復水器３２に合流する回路とに分岐し、各回路には、これらの各回路を流通する給水の流量を調整する調整弁４４，４５が設けられ、さらに高圧エコノマイザ３９から高圧ドラム４０間の給水回路にも調整弁４６が設けられている。また、ガスタービン２３には第一の発電機５１が接続され、蒸気タービン３１ａ，３１ｂには第二の発電機５２が接続されている。
【００３４】
次に、この第１の実施の形態であるガスタービンコンバインドプラント１０の作用について説明する。まず、ガスタービン部２０の空気圧縮機２１が回転駆動され、この空気圧縮機２１の駆動によって供給された空気は圧縮され、燃焼器２２に供給される。燃焼器２２には、この圧縮されて高温となった空気（高温空気）と燃料とが供給され、これらの混合気は加熱燃焼されて高温高圧ガスとなり、ガスタービン２３に供給される。ガスタービン２３は供給された高温高圧ガスによって回転駆動され、この駆動力が第一の発電機５１の動力となる。
【００３５】
また、空気圧縮機２１の途中から空気の一部は、空気冷却器２４に抽出され、この空気冷却器２４によって冷却されて、ガスタービン２３のロータや翼、ケーシング等の高温部材に抽気され、これらの高温部材の冷却に供される。
【００３６】
一方、ガスタービン２３から排気されたガス（排気ガス）は、蒸気タービン部３０の排熱回収ボイラ３４に導入され、この排気ガスの排熱によって、グランドコンデンサ３３からこの排熱回収ボイラ３４に導入された給水を過熱蒸気化し、この過熱蒸気は各蒸気タービン３１ａ，３１ｂに供給されて、各蒸気タービン３１ａ，３１ｂを回転駆動し、この駆動力が第二の発電機５２の動力となる。
【００３７】
ここで、グランドコンデンサ３３から排熱回収ボイラ３４に導入された給水は、低圧エコノマイザ３５によって加熱され、低圧ドラム３６と給水ポンプ４３に分岐し、低圧ドラム３６に供給された給水は、低圧蒸発器３７によって飽和蒸気となり、低圧過熱器３８によって過熱蒸気となって低圧側の蒸気タービン３１ａに供給され、低圧側の蒸気タービン３１ａを回転駆動させる。
【００３８】
給水ポンプ４３に導かれた給水は、高圧エコノマイザ３９に給水される（入口給水）が、その一部は、空気冷却器２４に供給され、空気圧縮機２１から抽出された高温空気の冷却に供される。そして、高温空気と熱交換されて高温となった給水は、高圧エコノマイザ３９の出口給水と合流する回路と、復水器３２に排水される回路とに分岐されるが、蒸気タービン３１ａ，３１ｂの定常運転中は、高圧エコノマイザ３９の出口給水と合流する回路に設けられた調整弁４４は開放されており、復水器３２に排水される回路に設けられた調整弁４５は閉鎖されているため、空気冷却器２４からの給水は全て高圧エコノマイザ３９の出口給水に合流する。このとき、高圧エコノマイザ３９の出口給水の温度と空気冷却器２４から排水された給水の温度とは略一致し、効率的な熱回収が行われている。
【００３９】
高圧エコノマイザ３９の出口給水は、開放されている調整弁４６を通過して高圧ドラム４０に供給され、高圧蒸発器４１によって飽和蒸気となり、高圧過熱器４２によって過熱蒸気となって高圧側の蒸気タービン３１ｂに供給され、高圧側の蒸気タービン３１ｂを回転駆動させる。高圧蒸気タービン３１ｂを回転駆動した後の蒸気は、復水器３２によって水に戻され、グランドコンデンサ３３に戻される。
【００４０】
以上は、ガスタービンコンバインドプラント１０の定常運転における動作であるが、次に、蒸気タービン３１ａ，３１ｂの負荷遮断時における動作について説明する。
【００４１】
蒸気タービン３１ａ，３１ｂの負荷遮断時は、蒸気タービン３１ａ，３１ｂの回転が停止するため、高圧ドラム４０側の圧力が上昇し、高圧エコノマイザ３９の入口側と出口側との圧力差が小さくなり、高圧エコノマイザ３９を流れる給水の流量が減少し、同時に、空気冷却器２４を流れる給水の流量も減少することになる。このため、空気冷却器２４による高温空気に対する冷却性能が低下し、ガスタービン２３の高温部材に供給される空気が十分に冷却されなくなり、ガスタービン２３は当該高温部材の熱膨張によって損傷するおそれがある。
【００４２】
そこで、本実施の形態のガスタービンコンバインドプラント１０においては、高圧エコノマイザ３９の出口給水と合流する回路に設けられた調整弁４４を閉鎖し、復水器３２に排水される回路に設けられた調整弁４５を開放する。このように両調整弁４４，４５を操作することによって、空気冷却器２４の入口側と出口側との圧力差が回復し、空気冷却器２４を流れる給水の流量が増加して、高温空気に対する冷却性能を確保することができる。
【００４３】
すなわち、調整弁４５が閉鎖され、かつ調整弁４４が開放されている状態においては、空気冷却器２４の入口側と出口側との間の圧力差は、高温エコノマイザ３９の入口側と出口側との間の圧力差に一致するため、負荷遮断時は、高温エコノマイザ３９の入口側と出口側との間に、十分な圧力差を得ることができず、したがって、空気冷却器２４の入口側と出口側との間の圧力差も小さくなって、給水の流量が減少するが、調整弁４４を閉鎖し、かつ略真空である復水器３２に通じる回路に設けられた調整弁４４を開放した状態においては、空気冷却器２４の出口側の給水は復水器３２に吸引されるため、高温エコノマイザ３９の入口側と出口側との間の圧力差に拘らず、空気冷却器２４の入口側と出口側との間で、十分な圧力差が確保され、空気冷却器２４を流れる給水の流量を確保することができる。
【００４４】
なお、上述した説明においては、蒸気タービン３１ａ，３１ｂの負荷遮断時について説明したが、蒸気タービン３１ａ，３１ｂの停止時や起動時等の、定常運転時以外運転状態（非定常運転時）においても、負荷遮断時と同様に動作させることによって、空気冷却器２４の冷却性能を確保することができる。
【００４５】
また、調整弁４４，４５は、完全に開放した状態と完全に閉鎖した状態との択一的な開閉状態だけでなく、空気冷却器２４によって冷却された空気の温度に応じて開度を連続的に変化させ、この空気の温度が所望の温度となるように開度を調整するようにしてもよい。
【００４６】
このように、本実施の形態のガスタービンコンバインドプラント１０によれば、定常運転時は、空気冷却器２４を通過して高温化された給水を、高温エコノマイザ３９の出口給水に合流排水することによって、効果的に熱回収を図り、非定常運転時は、空気冷却器２４を流れる給水量を十分に確保することができ、高温空気の冷却が不十分になるのを防止することができる。
【００４７】
（実施の形態２）
図２は、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第２の実施の形態を示すブロック図であり、第１の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０に対して、高圧エコノマイザ３９の入口給水回路のうち、空気冷却器２４への分岐回路よりも下流の給水回路に、この回路を流れる給水の流量を調整する調整弁４７をさらに設けたものである。
【００４８】
この実施の形態のガスタービンコンバインドプラント１０は、調整弁４７の開度を調整することによって、高圧エコノマイザ３９に流れる給水と空気冷却器２４に流れる給水との相対的な流量比を調整することができるため、この調整弁４７の開度を絞り、かつ調整弁４７の開度を大きくすることによって、空気冷却器２４に流れる給水の流量を増加させて、空気冷却器２４による高温空気に対する冷却性能を向上させることができ、一方、調整弁４４の開度を絞り、調整弁４７の開度を大きくすることによって、空気冷却器２４に流れる給水の流量を減少させて、空気冷却器２４による高温空気に対する冷却性能を抑制させることができ、したがって、調整弁４４および４７の開度に応じて空気冷却器２４によって冷却される高温空気の温度を制御することができる。
【００４９】
なお、定常運転時において、空気冷却器２４から高圧エコノマイザ３９の出口給水に合流する給水回路に設けられた調整弁４４のみによっても、高圧エコノマイザ３９に流れる給水と空気冷却器２４に流れる給水との相対的な流量比を調整することができるが、この調整弁４４のみでは、空気冷却器２４に流れる給水量を相対的に高めるのは困難であるが、調整弁４７と連携させて、開度を調整することにより、高圧エコノマイザ３９に流れる給水量と空気冷却器２４に流れる給水量との比を任意に調整することができるため、特に、空気冷却器２４の冷却性能を高める方向への温度制御性を向上させることができるとともに、調整弁４４による流量制御性も高めることができる。
【００５０】
（実施の形態３）
図３は、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第３の実施の形態を示すブロック図であり、第１の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０に対して、空気冷却器２４から復水器３２に分岐する給水の回路に代えて、グランドコンデンサ３３から低圧エコノマイザ３５の出口給水に直接合流して低圧エコノマイザ３５をバイパスする給水回路を備えるとともに、このバイパス回路に、バイパス回路を開閉する開閉弁４９を設け、さらに、低圧エコノマイザ３５の出口側給水回路における、バイパス回路が合流するよりも上流位置に、この低圧エコノマイザ３５を流れる回路を開閉する開閉弁４８を設けた構成である。
【００５１】
ここで、開閉弁４８と開閉弁４９とは、一方が開放されているとき、他方が閉鎖されて、グランドコンデンサ３３からの給水が、低圧エコノマイザ３５またはバイパス回路のいずれか一方にのみ流れるように切り換える切換手段として作用する。
【００５２】
すなわち、定常運転時は、開閉弁４８は開放され、かつ開閉弁４９は閉鎖されて、グランドコンデンサ３３からの給水は、バイパス回路を通過することなく全て低圧エコノマイザ３５を通過し、この低圧エコノマイザ３５の出口給水が給水ポンプ４３によって昇圧されて空気冷却器２４に供給される。
【００５３】
一方、蒸気タービン３１ａ，３１ｂの負荷遮断時等、空気冷却器２４の出入口間の給水圧力差が小さいため空気冷却器２４に流れる給水量が減少したときは、低圧エコノマイザ３５の出口側回路の開閉弁４８を閉鎖し、バイパス回路の開閉弁４９を開放することにより、空気冷却器２４に流れ込む給水を、低圧エコノマイザ３５の出口給水から入口給水に切り換え、これによって、空気冷却器２４に流れ込む給水（低圧エコノマイザ３５の入口給水）は、定常運転時のもの（低圧エコノマイザ３５の出口給水）よりも低温となる。したがって、給水の流量が減少しても、空気冷却器２４による高温空気に対する冷却性能が不十分になるのを防止することができる。
【００５４】
なお、この実施の形態は、二つの開閉弁４８，４９を連携して開閉させることによって、グランドコンデンサ３３からの給水を、低圧エコノマイザ３５を通過させ、または低圧エコノマイザ３５をバイパスさせる構成であるが、これら二つの開閉弁４８，４９に代えて、両給水回路の分岐部分または合流部分に、両給水回路のうち一方を選択的に通過させる単一の切換弁を設けた構成としてもよい。
【００５５】
また、二つの開閉弁４８，４９をそれぞれ、開度を連続的に調整可能の調整弁に変更し、空気冷却器２４によって冷却された空気の温度に応じて各調整弁の開度をそれぞれ連続的に変化させ、この空気の温度が所望の温度となるように開度を調整するようにしてもよい。
【００５６】
本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントは、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、例えば図４に示すように、第１の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０に、第３の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０を組み合わせた形態や、図５に示すように、第２の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０に、第３の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０を組み合わせた形態などを適用することもでき、それぞれ、第１の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０の効果および第３の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０の効果を併せて、あるいは、第２の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０の効果および第３の実施の形態にかかるガスタービンコンバインドプラント１０の効果を併せて、奏するものである。
【００５７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項１）によれば、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等、冷却水回路の一次側と二次側との間の圧力差が小さいときは、略真空状態の復水器に通じる分岐回路に設けられた調整弁の開度を大きくすることにより、空気冷却器に導かれた給水（冷却水）は、分岐回路を通って復水器に投げれ込むため、空気冷却器を流れる給水量を十分に確保することができ、高温空気の冷却が不十分になるのを防止することができる。一方、蒸気タービンの定常運転時には、調整弁の開度を絞る（完全に閉じてもよい）ことにより、空気冷却器に導かれた給水の多く（調整弁を完全に閉じた場合は、給水の全て）は、冷却回路の二次側を通過して排熱回収ボイラに戻されるが、冷却回路の一次側よりも高温の行程（例えば、エコノマイザ出口）に戻されることによって、従来通りに熱効率よく給水を循環させることができる。
【００５８】
また、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項２）によれば、空気冷却器を通過して高温化された給水を、エコノマイザの入口給水よりも高温である出口給水に合流排水することによって、系内の熱効率を高めることができる。
【００５９】
また、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項３）によれば、第二の調整弁を絞り、あるいは完全に閉じることによって、このエコノマイザに流れる給水量を少なくし、この結果、空気冷却器に通じる冷却水回路の一次側に分岐する吸水量を相対的に増加させることができ、空気冷却器によって冷却される高温空気の温度制御性を向上させるとともに、エコノマイザよりも下流に設けられている他の調整弁の流量制御性も高めることができる。
【００６０】
また、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項４）によれば、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等、冷却水回路の一次側と二次側との間の圧力差が小さいときは、切換弁をバイパス回路側に切り換えることにより、冷却水回路の一次側の給水が停止されて、空気冷却器には、バイパス回路から、冷却水回路の一次側の給水よりも低温の給水が導入されるため、空気冷却器の冷却性能を一層高めることができる。
【００６１】
また、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項５）によれば、冷却水回路の一次側の給水である高圧側のエコノマイザの入口給水よりも温度が低い給水として、低圧側のエコノマイザの入口給水を適用することにより、多段のエコノマイザを有する排熱回収ボイラから容易に、より低温の給水を得ることができる。
【００６２】
また、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項６）によれば、蒸気タービンの起動時や負荷遮断時等、冷却水回路の一次側と二次側との間の圧力差が小さいときは、空気冷却器を通過する給水量は少なくなるが、切換弁をバイパス回路側に切り換えることにより、空気冷却器には、冷却水回路の一次側ではなくバイパス回路から、冷却水回路の一次側よりも温度の低い給水が供給されるため、空気冷却器の冷却性能は従来よりも向上し、高温空気の冷却が不十分になるのを防止することができる。一方、蒸気タービンの定常運転時には、切換弁を冷却水回路の一次側に切り換えることにより、空気冷却器には従来と同様に、冷却水回路一次側から給水が導入されて、給水の流量に応じた適切な冷却を行うことができる。
【００６３】
また、本発明にかかるガスタービンコンバインドプラント（請求項７）によれば、冷却水回路の一次側としてエコノマイザの出口給水を用いている場合に、エコノマイザの入口給水は出口給水よりも低温であることから、この入口給水をバイパス回路用の給水として用いることにより、エコノマイザを有する排熱回収ボイラから容易に、より低温の給水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第１の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第２の実施の形態を示す図である。
【図３】本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第３の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第４の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明にかかるガスタービンコンバインドプラントの第５の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１０ ガスタービンコンバインドプラント
２０ ガスタービン部
２１ 空気圧縮機
２２ 燃焼器
２３ ガスタービン
２４ 空気冷却器
３０ 蒸気タービン部
３１ａ，３１ｂ 蒸気タービン
３２ 復水器
３３ グランドコンデンサ
３４ 排熱回収ボイラ
３５ 低圧エコノマイザ
３６ 低圧ドラム
３７ 低圧蒸発器
３８ 低圧過熱器
３９ 高圧エコノマイザ
４０ 高圧ドラム
４１ 高圧蒸発器
４２ 高圧過熱器
４３ 給水ポンプ
４４，４５，４６ 調整弁
Claims (7)
- 空気圧縮機、燃焼器、ガスタービン、および前記空気圧縮機から抽出して得られた高温空気を冷却して前記ガスタービンにおける高温部材の冷却用に供給する空気冷却器を有するガスタービン部と、前記ガスタービンから排出された排気ガスの排熱によって蒸気を発生させる排熱回収ボイラ、前記蒸気によって駆動される蒸気タービン、および前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させる復水器を有する蒸気タービン部と、を備え、
前記排熱回収ボイラにおける給水の一部を前記空気冷却器に導入して前記高温空気と熱交換し、この熱交換後の給水を前記排熱回収ボイラに戻す冷却水回路を有するガスタービンコンバインドプラントにおいて、
前記熱交換後の給水を前記復水器に導く分岐回路と、この分岐回路を流れる給水量を調整する調整弁と、を備えたことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。 - 前記冷却水回路は、前記排熱回収ボイラにおけるエコノマイザの入口給水の一部を前記空気冷却器に導入し、前記熱交換後の給水を前記エコノマイザの出口給水に合流排水するものであることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンコンバインドプラント。
- 前記エコノマイザの出入口間に、前記エコノマイザを通過する給水量を調整し、前記空気冷却器に導入される給水量を相対的に増減させる第二の調整弁、を設けたことを特徴とする請求項２に記載のガスタービンコンバインドプラント。
- 前記冷却水回路の一次側の給水よりも低温の給水を前記空気冷却器に導入するバイパス回路と、前記冷却水回路の一次側と前記バイパス回路とを選択的に切り換える切換弁と、を備えたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一つに記載のガスタービンコンバインドプラント。
- 前記排熱回収ボイラは、高圧側のエコノマイザと、この高圧側のエコノマイザよりも上流側に設けられた低圧側のエコノマイザとを有し、前記冷却水回路は、前記高圧側のエコノマイザの入口給水の一部を前記空気冷却器に導入し、前記熱交換後の給水を前記高圧側のエコノマイザの出口給水に合流排水するものであり、前記バイパス回路は、前記低圧側のエコノマイザの入口給水の一部を前記空気冷却器に導入するものであることを特徴とする請求項４に記載のガスタービンコンバインドプラント。
- 空気圧縮機、燃焼器、ガスタービン、および前記空気圧縮機から抽出して得られた高温空気を冷却して前記タービンにおける高温部材の冷却用に供給する空気冷却器を有するガスタービン部と、前記ガスタービンから排出された排気ガスの排熱によって蒸気を発生させる排熱回収ボイラ、前記蒸気によって駆動される蒸気タービン、および前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させる復水器を有する蒸気タービン部と、を備え、
前記排熱回収ボイラにおける給水の一部を前記空気冷却器に導入して前記高温空気と熱交換し、この熱交換後の給水を前記排熱回収ボイラに戻す冷却水回路を有するガスタービンコンバインドプラントにおいて、
前記冷却水回路の一次側の給水よりも低温の給水を前記空気冷却器に導入するバイパス回路と、前記冷却水回路の一次側と前記バイパス回路とを選択的に切り換える切換弁と、を備えたことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。 - 前記冷却水回路の一次側は、前記排熱回収ボイラにおけるエコノマイザの出口給水の一部を前記空気冷却器に導入するものであり、前記バイパス回路は、前記エコノマイザの入口給水の一部を前記空気冷却器に導入するものであることを特徴とする請求項６に記載のガスタービンコンバインドプラント。
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