JP3789795B2

JP3789795B2 - Gas turbine plant

Info

Publication number: JP3789795B2
Application number: JP2001299552A
Authority: JP
Inventors: 誠二山下; 一雄田中; 英一原田; 恭敏庄司; 潤一北嶋; 建二森
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003106168A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水、蒸気を噴射する手段を備えたガスタービンプラントの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、高温高圧の燃焼ガスでガスタービンを駆動し、ガスタービンからの燃焼排ガスを熱交換器（再生器）に導いて燃焼器に供給する圧縮空気の加熱源とするという再生式ガスタービンが知られている。
このような再生式ガスタービンに廃熱ボイラを設置する場合、従来、廃熱ボイラは再生器の下流に設置されており、再生器出口のガス温度が低くなっており、ボイラ効率を上げることができなかった。逆に、過熱器の下流に再生器を設置した場合、過熱器出口のガス温度は低くなっており、今度は再生器の温度効率を上げることができなくなる。
そこで、例えば、特開平８−１８９３１１号公報では、燃焼排ガスを熱源とする廃熱ボイラにおいて蒸気を発生させ、この蒸気を加熱前の圧縮空気と混合した後、廃熱ボイラ内の上流側に設けられた再生熱交換器で加熱して燃焼器に供給するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平８−１８９３１１号公報に記載されたような蒸気と圧縮空気を直接混合する方式では、再生器入口に飽和蒸気を噴射することで、圧縮空気の温度より低い温度の熱エネルギーを回収し、再生式ガスタービンの効率を向上させている。
しかし、直接混合型のシステムでは、蒸気の噴射場所が限定されるため、余剰蒸気を有効に活用することが困難であり、余剰蒸気を利用することで廃熱ボイラの効率を向上させることができない。
また、従来の蒸気噴射ガスタービンにおいては、廃熱ボイラで発生させた蒸気の利用が、プロセス蒸気として取り出す場合と、ガスタービンへ噴射する場合とで任意に運転制御することが困難であり、熱電可変範囲が狭いという課題がある。
【０００４】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、再生式ガスタービンにおいて、再生器とボイラを並列配置もしくは再生器に過熱器を組み込む構成とすることにより、再生器温度効率及びボイラ効率を同時に上げることができるガスタービンプラントを提供することにある。
また、本発明の目的は、水、蒸気噴射ガスタービンの廃熱ボイラを変圧運転して熱電可変とすることにより、熱電可変範囲が広くなり効率が向上するガスタービンプラントを提供することにある。
また、本発明の目的は、水、蒸気噴射ガスタービンにおいて、高圧蒸気を燃焼器、低圧蒸気をタービン、高圧温水を再生器入口（圧縮機出口）にそれぞれ噴射する構成とすることにより、余剰蒸気及び余剰温水の利用が図れ、総合効率を向上させることができるガスタービンプラントを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のガスタービンプラントは、圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られる高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させ、タービンからの燃焼排ガスを再生熱交換器に導入して燃焼器に供給する圧縮空気を加熱するようにした再生式ガスタービンプラントにおいて、再生熱交換器と過熱器を並列に配置し、又は再生熱交換器に過熱器を組み込み、再生熱交換器及び過熱器の両方で高温の燃焼排ガスが加熱源として利用できるように構成されている（図１、図２、図４参照）。
【０００６】
また、本発明のガスタービンプラントは、圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られる高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させて発電を行い、タービンからの燃焼排ガスを再生熱交換器に導入して燃焼器に供給する圧縮空気を加熱し、燃焼排ガスを加熱源として廃熱ボイラで発生させた蒸気を抽気してガスタービンに噴射するようにした再生式ガスタービンプラントにおいて、廃熱ボイラが変圧運転ボイラであり、廃熱ボイラの変圧運転によりガスタービンへの蒸気噴射が制御されて熱電可変となるようにしたことを特徴としている（図１、図４参照）。
【０００７】
また、本発明のガスタービンプラントは、圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られる高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させて発電を行い、タービンからの燃焼排ガスを廃熱ボイラに導入し、燃焼排ガスを加熱源として廃熱ボイラで発生させた蒸気を抽気してガスタービンに噴射するようにしたガスタービンプラントにおいて、廃熱ボイラが変圧運転ボイラであり、廃熱ボイラの変圧運転によりガスタービンへの蒸気噴射が制御されて熱電可変となるようにしたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明のガスタービンプラントは、圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られる高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させ、タービンからの燃焼排ガスを再生熱交換器に導入して燃焼器に供給する圧縮空気を加熱し、燃焼排ガスを加熱源として廃熱ボイラで発生させた蒸気をガスタービンに噴射するようにした再生式ガスタービンプラントにおいて、廃熱ボイラが高圧ボイラ及び低圧ボイラで構成されており、高圧ボイラで得られた高圧蒸気が燃焼器に噴射され、低圧ボイラで得られた低圧蒸気がタービンに噴射され、給水手段からの水を予熱した高圧温水が再生熱交換器の入口に噴射されるようにしたことを特徴としている（図２、図４参照）。
この場合、外部からの余剰蒸気をタービンに噴射したり、余剰蒸気及び余剰温水の少なくともいずれかを再生熱交換器の入口に噴射したりして、余剰蒸気や余剰温水を利用することができる。
【０００９】
また、本発明のガスタービンプラントは、圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られる高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させ、タービンからの燃焼排ガスを廃熱ボイラに導入し、燃焼排ガスを加熱源として廃熱ボイラで発生させた蒸気をガスタービンに噴射するようにしたガスタービンプラントにおいて、廃熱ボイラが高圧ボイラ及び低圧ボイラで構成されており、高圧ボイラで得られた高圧蒸気が燃焼器に噴射され、低圧ボイラで得られた低圧蒸気がタービンに噴射され、給水手段からの水を予熱した高圧温水が圧縮機の出口に噴射されるようにしたことを特徴としている（図３参照）。
この場合、外部からの余剰蒸気をタービンに噴射したり、余剰蒸気及び余剰温水の少なくともいずれかを圧縮機の出口に噴射したりして、余剰蒸気や余剰温水を利用することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。
図１は、本発明の実施の第１形態によるガスタービンプラントの一例を示している。図１に示すように、取り込まれた空気は圧縮機１０で圧縮されて圧縮空気となり、圧縮空気は冷却器１２で水噴射により冷却された後、ガスタービンの燃焼排ガスを熱源とする再生器１４で加熱される。なお、冷却器１２からはドレンが回収される。再生器１４で加熱された圧縮空気は、混合器１６で水と混合され燃焼器１８に供給される。混合器１６は圧縮空気の温度及び湿度に応じて設けられるが、その有無は任意である。圧縮空気を燃料とともに燃焼器１８で燃焼させ、その高温高圧の燃焼ガスでタービン２０を駆動させる。タービン２０からの燃焼排ガスは、並列配置された再生器１４及び過熱器２２（又は過熱器２２が組み込まれた再生器１４）に導入され、ついで、廃熱ボイラ２４における蒸発器２６、節炭器２８に導入され、順次熱回収されて排出される。３０は給水ポンプである。
【００１１】
上記のように、再生器１４と過熱器２２は並列に配置された構成、又は再生器１４に過熱器２２が組み込まれた構成であり、再生器１４及び過熱器２２の両方で、高温の排ガス温度での廃熱回収が可能となる。したがって、従来のようにボイラ効率を犠牲にして再生効率を優先させたり、逆に再生効率を犠牲にしてボイラ効率を優先させる必要がなく、再生器温度効率及びボイラ効率を同時に向上させることができる。
【００１２】
過熱器２２で発生した過熱蒸気は、ガスタービン（例えば、タービン２０）に噴射して利用されるか、プロセス蒸気として取り出されるが、廃熱ボイラ２４を変圧運転できる構成とすることにより、熱電可変範囲が広くなる。なお、図１では発電機等の図示を省略している。例えば、プロセス蒸気の需要が大きい時は、ボイラ圧力Ｐｂが低くなるようにして（一例として、１０ata）、ガスタービンへの蒸気噴射は行わず、再生器前での水噴霧も行わない。また、プロセス蒸気の需要が小さい時は、ボイラ圧力Ｐｂが高くなるようにし、例えば、２０ataでガスタービンへの蒸気噴射を開始するようにし、低温収熱を増大させるために再生器前での水噴霧を開始する。
廃熱ボイラを変圧運転する構成としては、例えば、図１に示すように、プロセス圧力を検出してプロセス蒸気量をＰＩＤ制御する制御装置３２及び制御弁３４、制御弁３６、ボイラ圧力を蒸気流量によりＰＩＤ制御する制御装置３８及び制御弁４０、さらに、水噴射を温度によりＰＩＤ制御する制御装置４２及び制御弁４４からなる構成が挙げられるが、変圧運転ボイラの構成はこれに限定されるものではない。
なお、本実施の形態においては、一例として、図１に示すようなＨＡＴサイクルの再生型水、蒸気噴射ガスタービンを用いているが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。
【００１３】
図２は、本発明の実施の第２形態によるガスタービンプラントの一例を示している。図２に示すように、取り込まれた空気は圧縮機４６で圧縮されて圧縮空気となり、圧縮空気は混合器４８で後述する高圧温水が噴射された後、ガスタービンの燃焼排ガスを熱源とする再生器５０で加熱される。再生器５０で加熱された圧縮空気は燃料とともに燃焼器５２に供給され燃焼する。燃焼器５２からの高温高圧の燃焼ガスでタービン５４を駆動させ、発電機５６で発電が行われる。タービン５４からの燃焼排ガスは、廃熱ボイラ５８内に並列配置された再生器５０及び高圧過熱器６０（又は高圧過熱器６０が組み込まれた再生器５０）に導入され、ついで、高圧蒸発器６２、高圧節炭器６４、低圧過熱器６６、低圧蒸発器６８、低圧節炭器７０に導入され、順次熱回収されて排出される。７２、７４は給水ポンプである。
【００１４】
図２において、高圧過熱器６０で発生させた高圧蒸気は燃焼器５２（もしくはタービン５４の入口）に噴射され、高圧蒸気の残りと低圧過熱器６６で発生させた低圧蒸気がタービン５４の途中に噴射される。図示を省略しているが、この場合、外部からの余剰蒸気を利用することも可能であり、外部余剰蒸気はタービン５４の途中（もしくは低圧過熱器６６を経由してタービン５４）に投入される。また、低圧節炭器７０で加熱・加圧された高圧温水が再生器５０入口の圧縮空気に噴射される。なお、低圧節炭器７０及び高圧節炭器６４で加熱・加圧した高圧温水を用いてもよい。また、図示を省略しているが、この場合、外部からの余剰蒸気や余剰温水を利用することも可能である。本実施形態のような構成とすることにより、余剰蒸気や余剰温水を全て有効に活用することができ、廃熱回収ボイラの効率を向上させることができる。
本実施の形態では、図２に示すように、一例として、再生器５０と高圧過熱器６０を並列配置しているが、これらの配置は直列でもよく任意である。また、ボイラ内の配列についても、図２に示す構成に限定されるものではなく、例えば、低圧蒸発器が高圧節炭器よりも上流側に配置されるような場合もある。さらに、過熱器の有無も任意であり、過熱蒸気ではなく飽和蒸気を噴射する構成としてもよい。
【００１５】
図３は、本発明の実施の第３形態によるガスタービンプラントの一例を示している。本実施の形態は、上述した図２に示す実施の第２形態が再生型ガスタービンであるのに対し、再生器を設けないシンプルサイクルのガスタービンとしたものである。図３に示すように、高圧温水は圧縮機４６出口（燃焼器５２入口）に噴射される。
他の構成及び作用等は実施の第２形態の場合と同様である。
【００１６】
図４は、本発明の実施の第４形態によるガスタービンプラントの概略構成を示している。本実施の形態は、再生器とボイラを一体型とした熱電可変の再生型水・蒸気噴射ガスタービンで、高圧蒸気を燃焼器、低圧蒸気をタービン、高圧温水を再生器入口に噴射するようにしたシステムである。
図４に示すように、取り込まれた空気は圧縮機７６で圧縮されて圧縮空気となり、圧縮空気は高圧温水が噴射された後、ガスタービンの燃焼排ガスを熱源とする再生器（一体型再生・廃熱ボイラ７８）で加熱される。再生器で加熱された圧縮空気は燃料とともに燃焼器８０に供給され燃焼する。燃焼器８０からの高温高圧の燃焼ガスでタービン８２を駆動させ、発電機８４で発電が行われる。タービン８２からの燃焼排ガスは一体型再生・廃熱ボイラ７８に導入され、過熱器、蒸発器、節炭器で順次熱回収されて排出される。廃熱ボイラの構成等は、図２に示す実施の第２形態の場合と同様である。
【００１７】
一体型再生・廃熱ボイラ７８において、再生器と過熱器を並列配置、又は再生器に過熱器を組み込む構成とすれば、再生器及び過熱器の両方で高温の排ガス温度での廃熱回収が可能となり、再生器温度効率及びボイラ効率を同時に向上させることができる。また、一体型再生・廃熱ボイラ７８で廃熱ボイラを変圧運転して熱電可変とすることができる。
また、高圧蒸気を燃焼器８０（もしくはタービン８２の入口）に噴射し、低圧蒸気をタービン８２の途中に噴射することで、余剰蒸気を全て利用することができ、ボイラ効率が向上する。この場合、外部からの未利用（低圧）蒸気をタービン８２（もしくは一体型再生・廃熱ボイラ７８を経由してタービン８２）に投入することで、外部余剰蒸気も利用することができる。また、高圧温水が再生器入口（圧縮機出口）の圧縮空気に噴射される。図示していないが、この場合、外部からの余剰蒸気や余剰温水を再生器入口（圧縮機出口）に投入することで、外部余剰蒸気や余剰温水も利用することができる。これらの詳細については、実施の第２、第３形態の場合と同様である。
他の構成及び作用等は実施の第１〜第３形態の場合と同様である。
【００１８】
なお、本発明で用いるガスタービンは、シンプルサイクルのガスタービン、再生サイクルのガスタービン、マイクロガスタービンなど何でもよく、その形式等は特に限定されない。また、ガスタービンの各部に水、蒸気を噴射する構成とすることが可能である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）再生式ガスタービンにおいて、再生器とボイラを並列配置もしくは再生器に過熱器を組み込む構成とすることにより、再生器温度効率及びボイラ効率を同時に上げることができる。
（２）水、蒸気噴射ガスタービンの廃熱ボイラを変圧運転して熱電可変とすることにより、熱電可変範囲が広くなり、効率も向上する。
（３）水、蒸気噴射ガスタービンにおいて、高圧蒸気を燃焼器、低圧蒸気をタービン、高圧温水を再生器入口（圧縮機出口）に噴射することにより、余剰蒸気及び余剰温水を有効に利用することができ、総合効率の向上につながる。この場合、外部からの余剰蒸気や余剰温水も有効に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態によるガスタービンプラントの一例を示す概略構成説明図である。
【図２】本発明の実施の第２形態によるガスタービンプラントの一例を示す概略構成説明図である。
【図３】本発明の実施の第３形態によるガスタービンプラントの一例を示す概略構成説明図である。
【図４】本発明の実施の第４形態によるガスタービンプラントの一例を示す概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０、４６、７６圧縮機
１２冷却器
１４、５０再生器
１６、４８混合器
１８、５２、８０燃焼器
２０、５４、８２タービン
２２過熱器
２４、５８廃熱ボイラ
２６蒸発器
２８節炭器
３０給水ポンプ
３２、３８、４２制御装置
３４、３６、４０、４４制御弁
５６、８４発電機
６０高圧過熱器
６２高圧蒸発器
６４高圧節炭器
６６低圧過熱器
６８低圧蒸発器
７０低圧節炭器
７２、７４給水ポンプ
７８一体型再生・廃熱ボイラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a gas turbine plant provided with means for injecting water and steam.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there has been a regenerative gas turbine in which a gas turbine is driven by high-temperature and high-pressure combustion gas, and combustion exhaust gas from the gas turbine is led to a heat exchanger (regenerator) and used as a heating source of compressed air supplied to the combustor. Are known.
When installing a waste heat boiler in such a regenerative gas turbine, conventionally, the waste heat boiler is installed downstream of the regenerator, and the gas temperature at the regenerator outlet is low, which can increase boiler efficiency. could not. Conversely, when a regenerator is installed downstream of the superheater, the gas temperature at the outlet of the superheater is low, and this time the temperature efficiency of the regenerator cannot be increased.
Therefore, for example, in JP-A-8-189911, steam is generated in a waste heat boiler using combustion exhaust gas as a heat source, and this steam is mixed with compressed air before heating, and then provided upstream in the waste heat boiler. The regenerative heat exchanger is heated and supplied to the combustor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the method of directly mixing steam and compressed air as described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-189111, thermal energy at a temperature lower than the temperature of the compressed air is recovered by injecting saturated steam into the regenerator inlet. In addition, the efficiency of the regenerative gas turbine is improved.
However, in the direct mixing type system, the steam injection location is limited, so it is difficult to effectively use surplus steam, and the efficiency of the waste heat boiler cannot be improved by using surplus steam. .
Also, in the conventional steam injection gas turbine, it is difficult to arbitrarily control the operation of the steam generated in the waste heat boiler when it is taken out as process steam and when it is injected into the gas turbine. There is a problem that the variable range is narrow.
[0004]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a regenerative gas turbine in which a regenerator and a boiler are arranged in parallel, or a regenerator is configured to incorporate a superheater, thereby achieving regenerator temperature efficiency. And it is providing the gas turbine plant which can raise boiler efficiency simultaneously.
Another object of the present invention is to provide a gas turbine plant in which the thermoelectric variable range is widened and the efficiency is improved by transforming the waste heat boiler of the water / steam-injected gas turbine to change the thermoelectric.
Another object of the present invention is to provide surplus steam in a water / steam injection gas turbine by injecting high-pressure steam into the combustor, low-pressure steam into the turbine, and high-pressure hot water into the regenerator inlet (compressor outlet). And it is providing the gas turbine plant which can use surplus warm water and can improve total efficiency.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a gas turbine plant of the present invention drives a turbine with high-temperature and high-pressure combustion gas obtained by supplying compressed air and fuel from a compressor to a combustor, and emits combustion exhaust gas from the turbine. In a regenerative gas turbine plant in which compressed air supplied to a combustor is heated by introducing a regenerative heat exchanger, the regenerative heat exchanger and the superheater are arranged in parallel, or the regenerative heat exchanger has a superheater. The high-temperature combustion exhaust gas can be used as a heat source in both the regenerative heat exchanger and the superheater (see FIGS. 1, 2, and 4).
[0006]
In addition, the gas turbine plant of the present invention drives the turbine with high-temperature and high-pressure combustion gas obtained by supplying compressed air and fuel from the compressor to the combustor, and generates heat to regenerate the combustion exhaust gas from the turbine. In the regenerative gas turbine plant that heats the compressed air that is introduced into the exchanger and is supplied to the combustor, extracts the steam generated in the waste heat boiler using the combustion exhaust gas as a heating source, and injects it into the gas turbine. The waste heat boiler is a transformer operation boiler, and is characterized in that the steam injection to the gas turbine is controlled by the transformation operation of the waste heat boiler to make the thermoelectric variable (see FIGS. 1 and 4).
[0007]
In addition, the gas turbine plant of the present invention drives the turbine with high-temperature and high-pressure combustion gas obtained by supplying compressed air and fuel from the compressor to the combustor to generate power, and waste heat from the combustion exhaust gas from the turbine. In a gas turbine plant that is introduced into a boiler and steam extracted from the waste heat boiler using the combustion exhaust gas as a heating source and injected into the gas turbine, the waste heat boiler is a transformer operation boiler, and the waste heat boiler It is characterized in that the steam injection to the gas turbine is controlled by the transformation operation so that the thermoelectric variable.
[0008]
The gas turbine plant of the present invention drives the turbine with high-temperature and high-pressure combustion gas obtained by supplying compressed air and fuel from the compressor to the combustor, and introduces combustion exhaust gas from the turbine into the regenerative heat exchanger. In the regenerative gas turbine plant in which the compressed air supplied to the combustor is heated and the steam generated in the waste heat boiler is injected into the gas turbine using the combustion exhaust gas as a heating source, the waste heat boiler is a high pressure boiler and It consists of a low-pressure boiler, high-pressure steam obtained from the high-pressure boiler is injected into the combustor, low-pressure steam obtained from the low-pressure boiler is injected into the turbine, and high-pressure hot water that preheats water from the water supply means is regenerated heat It is characterized by being injected into the inlet of the exchanger (see FIGS. 2 and 4).
In this case, surplus steam or surplus hot water can be used by injecting surplus steam from the outside to the turbine or injecting at least one of surplus steam and surplus warm water to the inlet of the regenerative heat exchanger.
[0009]
The gas turbine plant of the present invention drives a turbine with high-temperature and high-pressure combustion gas obtained by supplying compressed air and fuel from a compressor to a combustor, and introduces combustion exhaust gas from the turbine into a waste heat boiler. In a gas turbine plant in which steam generated in a waste heat boiler is injected into a gas turbine using combustion exhaust gas as a heating source, the waste heat boiler is composed of a high pressure boiler and a low pressure boiler, and is obtained with a high pressure boiler. High-pressure steam is injected into the combustor, low-pressure steam obtained by the low-pressure boiler is injected into the turbine, and high-pressure hot water preheated with water from the water supply means is injected into the outlet of the compressor. (See FIG. 3).
In this case, surplus steam or surplus hot water can be used by injecting surplus steam from the outside to the turbine or injecting at least one of surplus steam and surplus warm water to the outlet of the compressor.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications.
FIG. 1 shows an example of a gas turbine plant according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the taken-in air is compressed by a compressor 10 to become compressed air, and the compressed air is cooled by water injection in a cooler 12 and then regenerator 14 using combustion exhaust gas of a gas turbine as a heat source. Is heated. Note that drain is recovered from the cooler 12. The compressed air heated by the regenerator 14 is mixed with water by the mixer 16 and supplied to the combustor 18. Although the mixer 16 is provided according to the temperature and humidity of compressed air, the presence or absence is arbitrary. The compressed air is burned together with fuel in the combustor 18, and the turbine 20 is driven by the high-temperature and high-pressure combustion gas. The combustion exhaust gas from the turbine 20 is introduced into the regenerator 14 and the superheater 22 (or the regenerator 14 in which the superheater 22 is incorporated) arranged in parallel, and then the evaporator 26 and the economizer in the waste heat boiler 24. 28 is sequentially recovered and discharged. Reference numeral 30 denotes a water supply pump.
[0011]
As described above, the regenerator 14 and the superheater 22 are arranged in parallel, or the regenerator 14 has the superheater 22 incorporated therein. In both the regenerator 14 and the superheater 22, high-temperature exhaust gas is used. Waste heat recovery at temperature becomes possible. Therefore, there is no need to prioritize regeneration efficiency at the expense of boiler efficiency as in the prior art, and conversely, priority is given to boiler efficiency at the expense of regeneration efficiency, and the regenerator temperature efficiency and boiler efficiency can be improved at the same time. .
[0012]
The superheated steam generated in the superheater 22 is used by being injected into a gas turbine (for example, the turbine 20) or taken out as process steam. The range becomes wider. In addition, illustration of a generator etc. is abbreviate | omitted in FIG. For example, when the demand for process steam is large, the boiler pressure Pb is made low (for example, 10 ata), steam is not injected into the gas turbine, and water is not sprayed before the regenerator. Also, when the demand for process steam is small, the boiler pressure Pb is increased, for example, the steam injection to the gas turbine is started at 20 ata, and the water before the regenerator is increased in order to increase the low temperature heat recovery. Start spraying.
As a configuration for transforming the waste heat boiler, for example, as shown in FIG. 1, a control device 32 and a control valve 34 for detecting the process pressure and PID-controlling the process steam amount, the control valve 36, and the boiler pressure as the steam flow rate. The control device 38 and the control valve 40 that perform PID control according to the above, and the control device 42 and the control valve 44 that perform PID control according to the temperature of the water injection are exemplified, but the configuration of the transformer operation boiler is not limited to this. Absent.
In this embodiment, as an example, a HAT cycle regenerative water and steam injection gas turbine as shown in FIG. 1 is used, but the configuration of the present invention is not limited to this.
[0013]
FIG. 2 shows an example of a gas turbine plant according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the taken-in air is compressed by a compressor 46 to become compressed air. The compressed air is injected with high-pressure hot water (to be described later) by a mixer 48, and then regenerated using combustion exhaust gas from a gas turbine as a heat source. Heated in a vessel 50. The compressed air heated by the regenerator 50 is supplied to the combustor 52 together with the fuel and combusted. The turbine 54 is driven by the high-temperature and high-pressure combustion gas from the combustor 52, and the generator 56 generates power. The combustion exhaust gas from the turbine 54 is introduced into the regenerator 50 and the high pressure superheater 60 (or the regenerator 50 in which the high pressure superheater 60 is incorporated) arranged in parallel in the waste heat boiler 58, and then the high pressure evaporator 62. The high-pressure economizer 64, the low-pressure superheater 66, the low-pressure evaporator 68, and the low-pressure economizer 70 are sequentially recovered and discharged. 72 and 74 are water supply pumps.
[0014]
In FIG. 2, the high-pressure steam generated by the high-pressure superheater 60 is injected into the combustor 52 (or the inlet of the turbine 54), and the remaining high-pressure steam and the low-pressure steam generated by the low-pressure superheater 66 are in the middle of the turbine 54. Be injected. Although illustration is omitted, in this case, it is possible to use surplus steam from the outside, and the surplus steam from outside is introduced into the middle of the turbine 54 (or the turbine 54 via the low-pressure superheater 66). . Moreover, the high-pressure hot water heated and pressurized by the low-pressure economizer 70 is injected into the compressed air at the inlet of the regenerator 50. Note that high-pressure hot water heated and pressurized by the low-pressure economizer 70 and the high-pressure economizer 64 may be used. Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, in this case, it is also possible to utilize the surplus steam and surplus warm water from the outside. By setting it as the structure like this embodiment, all the surplus steam and surplus warm water can be used effectively, and the efficiency of a waste heat recovery boiler can be improved.
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, as an example, the regenerator 50 and the high-pressure superheater 60 are arranged in parallel, but these arrangements may be in series and arbitrary. Also, the arrangement in the boiler is not limited to the configuration shown in FIG. 2. For example, the low-pressure evaporator may be arranged upstream of the high-pressure economizer. Furthermore, the presence or absence of a superheater is also arbitrary, and a configuration may be adopted in which saturated steam is injected instead of superheated steam.
[0015]
FIG. 3 shows an example of a gas turbine plant according to the third embodiment of the present invention. The present embodiment is a simple cycle gas turbine in which the regenerator is not provided, whereas the second embodiment shown in FIG. 2 is a regenerative gas turbine. As shown in FIG. 3, the high-pressure hot water is injected to the compressor 46 outlet (combustor 52 inlet).
Other configurations and operations are the same as in the second embodiment.
[0016]
FIG. 4 shows a schematic configuration of a gas turbine plant according to a fourth embodiment of the present invention. The present embodiment is a thermoelectric variable regenerative water / steam injection gas turbine in which a regenerator and a boiler are integrated, in which high pressure steam is combusted, low pressure steam is turbine, and high pressure hot water is injected to the regenerator inlet. System.
As shown in FIG. 4, the taken-in air is compressed by a compressor 76 to become compressed air. The compressed air is injected with high-pressure hot water, and then a regenerator (integrated regeneration / regenerative unit) that uses combustion exhaust gas from a gas turbine as a heat source. It is heated with a waste heat boiler 78). The compressed air heated by the regenerator is supplied to the combustor 80 together with the fuel and combusted. The turbine 82 is driven by the high-temperature and high-pressure combustion gas from the combustor 80, and the generator 84 generates power. The combustion exhaust gas from the turbine 82 is introduced into the integrated regeneration / waste heat boiler 78, and is sequentially recovered and discharged by the superheater, the evaporator, and the economizer. The configuration of the waste heat boiler is the same as that of the second embodiment shown in FIG.
[0017]
In the integrated regeneration / waste heat boiler 78, if the regenerator and the superheater are arranged in parallel, or the superheater is incorporated in the regenerator, the waste heat recovery at a high exhaust gas temperature can be performed in both the regenerator and the superheater. It becomes possible, and the regenerator temperature efficiency and the boiler efficiency can be improved at the same time. Further, the waste heat boiler can be transformed by the integrated regeneration / waste heat boiler 78 to make the thermoelectric variable.
Further, by injecting the high-pressure steam into the combustor 80 (or the inlet of the turbine 82) and injecting the low-pressure steam in the middle of the turbine 82, all of the surplus steam can be used, and the boiler efficiency is improved. In this case, external surplus steam can also be used by introducing unused (low pressure) steam from the outside to the turbine 82 (or the turbine 82 via the integrated regeneration / waste heat boiler 78). Moreover, high-pressure hot water is injected into the compressed air at the regenerator inlet (compressor outlet). Although not shown, in this case, external surplus steam and surplus warm water can also be used by introducing surplus steam and surplus hot water from the outside into the regenerator inlet (compressor exit). These details are the same as those in the second and third embodiments.
Other configurations and operations are the same as those in the first to third embodiments.
[0018]
The gas turbine used in the present invention may be anything such as a simple cycle gas turbine, a regeneration cycle gas turbine, or a micro gas turbine, and the type thereof is not particularly limited. Further, it is possible to adopt a configuration in which water and steam are injected into each part of the gas turbine.
[0019]
【The invention's effect】
Since this invention is comprised as mentioned above, there exist the following effects.
(1) In the regenerative gas turbine, the regenerator temperature efficiency and the boiler efficiency can be increased at the same time by arranging the regenerator and the boiler in parallel or incorporating the superheater into the regenerator.
(2) By changing the temperature of the waste heat boiler of the water / steam injection gas turbine to make the thermoelectric variable, the thermoelectric variable range is widened and the efficiency is improved.
(3) In a water / steam injection gas turbine, surplus steam and excess hot water are effectively used by injecting high pressure steam into the combustor, low pressure steam into the turbine, and high pressure hot water into the regenerator inlet (compressor outlet). Can improve overall efficiency. In this case, surplus steam and surplus hot water from the outside can also be used effectively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram showing an example of a gas turbine plant according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration explanatory diagram showing an example of a gas turbine plant according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration explanatory view showing an example of a gas turbine plant according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration explanatory diagram showing an example of a gas turbine plant according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 46, 76 Compressor 12 Cooler 14, 50 Regenerator 16, 48 Mixer 18, 52, 80 Combustor 20, 54, 82 Turbine 22 Superheater 24, 58 Waste heat boiler 26 Evaporator 28 Carbon saver 30 Feed pumps 32, 38, 42 Controllers 34, 36, 40, 44 Control valves 56, 84 Generator 60 High pressure superheater 62 High pressure evaporator 64 High pressure economizer 66 Low pressure superheater 68 Low pressure evaporator 70 Low pressure economizer 72 74 Water supply pump 78 Integrated regeneration / waste heat boiler

Claims

Compressed air supplied to the combustor by driving the turbine with high-temperature and high-pressure combustion gas obtained by supplying compressed air and fuel from the compressor to the combustor and introducing the combustion exhaust gas from the turbine into the regenerative heat exchanger In a regenerative gas turbine plant that is heated and injects steam generated in a waste heat boiler using a combustion exhaust gas as a heat source to a gas turbine, the waste heat boiler is composed of a high pressure boiler and a low pressure boiler. So that the high-pressure steam obtained in step 1 is injected into the combustor, the low-pressure steam obtained in the low-pressure boiler is injected into the turbine, and the high-pressure hot water preheated from the water supply means is injected into the inlet of the regenerative heat exchanger. A gas turbine plant characterized by that.

Excess steam from the outside is injected into the turbine, the excess steam and gas turbine plant according to claim 1 wherein as least one of the surplus hot water is injected into the inlet of the regenerative heat exchanger.

The turbine is driven by high-temperature and high-pressure combustion gas obtained by supplying compressed air and fuel from the compressor to the combustor, the combustion exhaust gas from the turbine is introduced into the waste heat boiler, and the waste heat boiler using the combustion exhaust gas as a heating source In the gas turbine plant in which the steam generated in the above is injected into the gas turbine, the waste heat boiler is composed of a high-pressure boiler and a low-pressure boiler, and the high-pressure steam obtained from the high-pressure boiler is injected into the combustor, A gas turbine plant characterized in that low-pressure steam obtained by a boiler is injected into a turbine, and high-pressure hot water preheated from water supply means is injected into an outlet of a compressor.

The gas turbine plant according to claim 3 , wherein surplus steam from the outside is injected into the turbine, and at least one of surplus steam and surplus hot water is injected into an outlet of the compressor.