JP4004800B2

JP4004800B2 - Combined cycle power generation system

Info

Publication number: JP4004800B2
Application number: JP2002003054A
Authority: JP
Inventors: 徹澤; 治翁及川
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: JP2003201862A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気圧縮機からの圧縮空気によりガスタービンや当該空気圧縮機の高熱負荷部材の冷却を行う際に、当該圧縮空気の熱回収を行うことにより冷却効率及び熱利用効率を向上させたコンバインドサイクル発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、電力産業においては消費電力の増加に伴いプラント熱効率が優れたコンバインドサイクル発電システムが脚光を浴びている。
【０００３】
このような発電システムとしては、蒸気タービン設備、ガスタービン設備及び排熱回収装置を組み合せてコンバインドサイクル化したものがあり、立地条件、建設から据付までの長期間を考慮すると、既に実績を多く積み重ねた蒸気タービン設備と新設のガスタービン設備とを巧みに組み合せて工期の短縮を図る、いわゆるリパワリング発電システムが一般的で、ガスタービン設備からの排熱を有効活用することによる熱効率の大幅な改善によりプラント効率が向上する利点がある。
【０００４】
即ち、このようなコンバインドサイクル発電システムにおけるガスタービン設備は空気圧縮機、燃焼器、ガスタービンを備えて、空気圧縮機からの圧縮空気に燃料を混合させて燃焼器で燃焼し、その際の燃焼ガスによりガスタービンを駆動するようになっている。
【０００５】
また、排熱回収装置には蒸気タービン設備で仕事した蒸気が復水して流動し、ガスタービン設備からの排ガスにより当該水を加熱することで熱回収を行って高温蒸気を発生し、この蒸気を蒸気タービン設備等に供給するようになっている。
【０００６】
このような状況にあって、さらなるプラント効率の向上に対する要求に応えるべく、例えばガスタービン翼の耐熱化を図り、これによりガスタービン入口燃焼ガス温度を１３００℃から１５００℃以上に上げることが行われている。
【０００７】
ガスタービンの耐熱化による燃焼器における燃焼温度の上昇に対応するために当該空気圧縮機の吐出空気も高温、高圧となる傾向にある。
【０００８】
従って、ガスタービンと同様に空気圧縮機も熱負荷の高い状況下で用いられることとなり、ガスタービンにおけるガスタービン翼等の高熱負荷を受ける部材のみならず空気圧縮機の吐出部や空気圧縮機車軸等の高熱負荷を受ける部材も効率的な冷却が強く望まれるようになってきている。
【０００９】
かかる高熱負荷部材の冷却には、空気圧縮機から抽気された圧縮空気が用いられるが、この圧縮空気は高温であるため冷却効率が悪く、冷却に大量の空気が必要となる問題がある。
【００１０】
そこで、抽気した圧縮空気を冷却（中間冷却）して低温化を図り、その空気で空気圧縮機車軸やガスタービン翼等の高熱負荷部材を冷却する方法が採用されるようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では抽気した圧縮空気を冷却した際の熱は、系外に排熱されるため、熱効率が向上せずプラント効率を低下させる問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、空気圧縮機から抽気した圧縮空気を冷却する際に、その熱を回収してプラント効率を高めることができるようにしたコンバインドサイクル発電システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、空気を圧縮する空気圧縮機、該空気圧縮機からの圧縮空気と混合された燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、燃焼ガスにより駆動されるガスタービンを備えたガスタービン設備と、蒸気により駆動される蒸気タービンを備えた蒸気タービン設備と、ガスタービン設備で仕事して排気された排ガスの熱により蒸気タービン設備で仕事し復水した水を高温の蒸気にする排熱回収装置とを備えてなるコンバインドサイクル発電システムにおいて、前記排熱回収装置が前記ガスタービン設備からの排ガスと前記蒸気タービン設備からの蒸気が復水した水とを熱交換させて、前記排ガスの熱で当該水を加熱する節炭器と、該節炭器で温度上昇した水を蒸気にする蒸発器およびドラムを備え、前記ガスタービン及び空気圧縮機における高熱負荷部材の冷却用空気として、当該空気圧縮機から抽気した圧縮空気を供給する冷却空気供給系統を設け、該冷却空気供給系統の途中に抽気した前記圧縮空気と前記蒸発器に供給される水とを熱交換させて当該水に圧縮空気の熱を回収させて蒸発させる熱交換器を備え、当該熱交換器にて圧縮空気の熱回収を行った水より発生した蒸気を前記蒸発器のドラムに直接供給する熱回収装置とを設けて、空気圧縮機から抽気した圧縮空気を冷却する際に、その熱を回収利用できるようにしてプラント効率を高めることができるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２にかかる発明は、熱回収装置が、熱交換器で熱交換した圧縮空気に含まれる湿分を分離除去する湿分分離器を備えて、当該圧縮空気を高熱負荷部材に導入した際に水分で高熱負荷部材が損傷を受けないようにして信頼性を向上させたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３にかかる発明は、湿分分離器が、除去した圧縮空気に含まれる水の貯留量を検出する液量検出器と、該液量検出器が所定量以上の水の貯留を検出した際には、当該水を系外に排出させる排水系統と、該排水系統が排水動作中は、少なくとも圧縮空気が該湿分分離器をバイパスして当該湿分分離器に供給されないようにするバイパス系統とを設けて、湿分分離器に貯留された水量を自動検出し、所定量の水が貯留されると排水できるようにして、常に圧縮空気を高熱負荷部材に導入した際に水分で高熱負荷部材が損傷を受けないようにして信頼性を向上させたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４にかかる発明は、湿分分離器で湿分が除去された空気を分流して、ガスタービン及び空気圧縮機における高熱負荷部材の冷却にそれぞれ供給されるようにする分岐部を設けて、供給先に応じた空気が供給できるようにしてかかる高熱負荷部材の冷却効率を高めたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５にかかる発明は、空気圧縮機から熱交換器に流入する圧縮空気の一部を抽気して、分岐部で分流された後の圧縮空気に混合させることによりガスタービン及び空気圧縮機における高熱負荷部材に供給される圧縮空気の温度調整を行う温度調整器を設けて、供給先に適した温度の圧縮空気が供給できるようにして冷却効率の向上及び信頼性を高めたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６にかかる発明は、空気圧縮機からの圧縮空気が圧縮機中段及び圧縮機終段から抽気されると共に、熱回収装置が該圧縮機中段から抽気された圧縮空気の熱を回収する熱交換器と圧縮機終段から抽気された圧縮空気の熱を回収する熱交換器とにより形成されて、圧縮機終段から抽気された空気が空気圧縮機に供給され、圧縮機中段から抽気された空気がガスタービンに供給されるようにして、供給先に適した温度の圧縮空気が供給できるようにすることで空気圧縮機の負荷軽減による信頼性を高めたことを特徴とする。
【００２０】
請求項７にかかる発明は、節炭器及び蒸発器が、動作圧の異なる２以上の節炭器及び蒸発器により形成されると共に、熱回収装置が直列接続された２以上の熱交換器により形成されて、動作圧の低い節炭器からの水が熱交換する熱交換器を、動作圧の高い節炭器からの水が熱交換する熱交換器の前記冷却空気供給系統における下流側に配置して、熱交換器での熱回収を高めたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は、本実施の形態の説明に適用されるコンバインドサイクル発電システムの概略構成を示す図である。
【００２２】
当該コンバインドサイクル発電システムは、ガスタービン設備１、蒸気タービン設備２、排熱回収装置３を組み合わせ、発電機４を駆動する構成となっている。
【００２３】
ガスタービン設備１は、外気を取入れ圧縮して吐出す空気圧縮機５、該空気圧縮機５からの圧縮空気と混合された燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させる燃焼器６、該燃焼器６からの燃焼ガスにより駆動されるガスタービン７等を備えている。
【００２４】
排熱回収装置３は、横長筒に形成されたケーシング８を有し、ガスタービン設備１で仕事して排気された排ガスが図示しないダクトを通り当該ケーシング８内に導入されるようになっている（図１では左から右方向に排ガスが導かれる）。
【００２５】
そして、ケーシング８内には、図示しない熱伝達用の多数の管を備えて当該管を流動する水をガスタービン設備１からの排ガスで加熱する複数の節炭器、水を蒸気にする複数の蒸発器、蒸気を更に加熱して過熱蒸気にする過熱器を複数備え、また後述する高圧タービンからの蒸気を再加熱する再熱器も備えている。なお、これらの節炭器及び蒸発器は、その動作圧により高、中、低圧側に分けられている。
【００２６】
また、ケーシング８の外に本発明の要部をなす熱回収装置５０が設けられている。
【００２７】
節炭器は、中圧側の第１中圧節炭器２６及び第２中圧節炭器２２、高圧側の第１高圧節炭器２７、第２高圧節炭器２３、第３高圧節炭器２１、第４高圧節炭器２０、及び第５高圧節炭器１７等により構成されている。
【００２８】
蒸発器は、低圧側、中圧側、高圧側に設けられた低圧蒸発器２５、中圧蒸発器１９、高圧蒸発器１４を有し、これらの蒸発器はそれぞれ低圧ドラム２４、中圧ドラム１８、高圧ドラム１３を備え、低圧蒸発器２５からの蒸気は低圧過熱器１５により、中圧蒸発器１９からの蒸気は中圧過熱器１６により、高圧蒸発器１４からの蒸気は第１高圧過熱器１２、第２高圧過熱器１１及び第３高圧過熱器９により過熱される。
【００２９】
また、熱回収装置５０は、空気圧縮機５で圧縮された空気を抽気してガスタービン７や空気圧縮機５の高熱負荷部材に供給する冷却空気供給系統５１が設けられている。
【００３０】
そして、当該冷却空気供給系統５１の途中には、圧縮空気と排熱回収装置３を流動する水とを熱交換させて、当該水により圧縮空気の熱を回収する熱交換器５５、該熱交換器５５で熱回収された空気から水分を除去してガスタービン７や空気圧縮機５の高熱負荷部材に供給する湿分分離器５６が設けられている。
【００３１】
なお、以下の説明では、空気圧縮機５から抽気された圧縮空気が流動する管を冷却空気管５２と記載する。また、ガスタービン７に供給する圧縮空気が流動する管をガスタービン側空気供給管５４、空気圧縮機５に供給する圧縮空気が流動する管を圧縮機側空気供給管５３と記載する。そして、ガスタービン側空気供給管５４と圧縮機側空気供給管５３とは分岐部５７に湿分分離器５６からの圧縮空気が分流するようになっている。
【００３２】
蒸気タービン設備２は、排熱回収装置３から高、中、低圧蒸気が供給される高圧タービン３０、中圧タービン３１、低圧タービン３２を備え、また低圧タービン３２からの蒸気を復水させる復水器３３、該復水器３３からの水を送る復水ポンプ２８、該復水ポンプ２８からの水を排熱回収装置３に圧送する高中圧給水ポンプ２９等を有している。
【００３３】
そして、ガスタービン７、空気圧縮機５、高圧タービン３０、中圧タービン３１、低圧タービン３２及び発電機４が同軸に接続されて、ガスタービン７が回転することにより空気圧縮機５が回転して機外空気（外気）が吸気されて圧縮される。
【００３４】
圧縮された空気は高温高圧となり、一部は抽気されて冷却空気管５２に流入し、残りは図示しない吐出部から吐出されて燃料と混合して燃焼器６で燃焼され燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスは、ガスタービン７に案内されてここで膨張仕事することによりガスタービン７の駆動力となり、その後排熱回収装置３に排気される。
【００３５】
一方、冷却空気管５２により空気圧縮機５から抽気された圧縮空気は、熱交換器５５に導かれ、ここで排熱回収装置３を循環する水と熱交換して熱回収が行われる。従って、圧縮空気の温度は下がり、水の温度は上がり蒸気となる。
【００３６】
熱交換器５５で熱回収された空気は、湿分分離器５６に供給されて、その中に含まれる水分が除去されて、分岐部５７で分流されてガスタービン側空気供給管５４を経てガスタービン翼等の高熱負荷部材に供給されると共に、圧縮機側空気供給管５３を経て空気圧縮機５の空気圧縮機車軸等の高熱負荷部材に供給されて、これらの高熱負荷部材の冷却に用いられる。
【００３７】
排熱回収装置３では、高中圧給水ポンプ２９の中段等から分岐された中圧の水が第１中圧節炭器２６に給水され、高中圧給水ポンプ２９の終段からの高圧の水が第１高圧節炭器２７に給水される。
【００３８】
第１高圧節炭器２７は、第２高圧節炭器２３、第３高圧節炭器２１、第４高圧節炭器２０、第５高圧節炭器１７に順次接続されて、当該第５高圧節炭器１７が高圧ドラム１３に接続されている。また、第１中圧節炭器２６は、低圧ドラム２４に接続されると共に第２中圧節炭器２２、中圧ドラム１８に順次接続されている。
【００３９】
従って、高中圧給水ポンプ２９からの水は、各節炭器を通過する際に排ガスにより加熱されて温度上昇して、各ドラムに供給され、当該ドラムにおける蒸発器で蒸発となる。
【００４０】
このようにして発生された蒸気は、その蒸気温度を更に高めるべく、過熱器に供給される。即ち、低圧ドラム２４は低圧過熱器１５に、中圧ドラム１８は中圧過熱器１６にそれぞれ接続され、また高圧ドラム１３は第１高圧過熱器１２、第２高圧過熱器１１及び第３高圧過熱器９に順次接続されて過熱される。
【００４１】
そして、低圧過熱器１５で過熱された蒸気は低圧タービン３２に、第３高圧過熱器９で過熱された蒸気は高圧タービン３０に供給されて、これらのタービンの駆動源として作用する。
【００４２】
一方、中圧過熱器１６で過熱された蒸気は、図示しない系統によりガスタービン７に供給されて、タービン翼の内部等を循環して当該タービン翼の冷却を行い最終的に排熱回収装置３に回収される。
【００４３】
高圧タービン３０で膨張仕事をした蒸気は、排熱回収装置３に設けられた再熱器１０で再度過熱されて、中圧タービン３１に供給され、当該中圧タービン３１で膨張仕事をした蒸気は低圧タービン３２に供給される。
【００４４】
低圧タービン３２で膨張仕事をした蒸気は、上述したように復水器３３で凝縮して復水し、復水ポンプ２８、高中圧給水ポンプ２９を経て排熱回収装置３へと戻る。
【００４５】
ところで、先に説明したように空気圧縮機５から抽気された圧縮空気は、冷却空気管５２を介して熱交換器５５に供給され、ここで排熱回収装置３の水と熱交換して湿分分離器５６へと供給される。
【００４６】
このとき、熱交換器５５に供給される排熱回収装置３の水は、第５高圧節炭器１７から高圧ドラム１３に供給される水（温度の高い水）である。このような、水は蒸気のような気体に比べ熱伝導特性が優れているため、空気圧縮機５からの圧縮空気の熱を効率的に回収でき、これにより熱交換器５５の小型化が可能になる利点がある。
【００４７】
また、熱交換器５５で圧縮空気の熱回収を行った水は、その回収熱で蒸気となり高圧ドラム１３に供給されるので、高圧蒸発器１４で発生する蒸気量の減少が防止され、例えば既存のコンバインドサイクル発電システムに本発明にかかる熱回収装置を追加設置する際も蒸気量の変動を考慮する必要がなくなるので設置が容易になる利点がある。
【００４８】
また、熱交換器５５で熱回収する熱量に相当する分だけ高圧蒸発器１４で排ガスからの交換熱量を少なくすることができるので、排ガスの温度が高いままその分中圧蒸発器１９で熱交換することが可能になって中圧蒸発器１９における発生蒸気量を増加させることができる。従って、中圧タービン３１での仕事量を増加させることが可能となる。
【００４９】
以上により、コンバインドサイクル発電システムにおけるプラント効率が向上する。
【００５０】
さらに、湿分分離器５６で水分が除去された圧縮空気が冷却に用いられるので、水分を含む圧縮空気がガスタービン翼等の高熱負荷部材に導入した際に発生する水分による腐食等の損傷を防止することが可能になって、安全性及び信頼性が向上する。
【００５１】
なお、上記説明では熱交換器５５で空気圧縮機５からの圧縮空気の冷却（熱回収）は、高圧ドラム１３に供給される水の一部を分岐して行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図２に示すように第２中圧節炭器２２から中圧ドラム１８に供給される水の一部を分岐して、当該水で圧縮空気の熱回収を行うようにしてもよい。これにより、上述したと同様の効果を得ることが可能になる。
【００５２】
無論、このような構成にした場合には、熱交換器５５で圧縮空気と熱交換する水の温度が異なるため、他の構成が全く同じであるならば同じプラント効率を得ることが困難となる場合もあり得る。
【００５３】
このようなときには、例えば高圧タービン３０より低圧タービン３２の方が蒸気タービン設備２でメインの仕事をしているときには、図２に示すような構成の方がプラント効率を高める上で有効になり、また高圧蒸発器１４と中圧蒸発器１９とで要求される蒸気量が中圧蒸発器１９の方が多い場合には図２の構成の方がプラント効率を高める上で有効になる場合が生じ得るので、これらの構成の選択は適用されるプラントの仕様にあわせて適宜選択することが好ましい。
【００５４】
従って、適用するプラントの仕様においては、例えば図３に示すように熱交換器５５を２つ設け、それぞれに高圧ドラム１３及び中圧ドラム１８に供給される水を供給して、当該水で圧縮空気の熱を回収するような構成にしてもよい。
【００５５】
図３に示すような構成の場合には、高圧ドラム１３に供給される水が圧縮空気と最初に熱交換し、その後に低圧ドラム２４に供給される水が熱交換するようにして、それぞれの水による熱回収を効率的に行うようにすることが好ましい。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施の形態を図を参照して説明する。なお、上述した実施の形態と同一構成に関しては同一符号を用いて説明を適宜省略する。
【００５７】
これまで説明したコンバインドサイクル発電システムにおいては、空気圧縮機５からの空気を抽気し、当該空気の熱回収を行って高熱負荷部材の冷却に用いた。この際、熱回収された空気は湿分分離器５６から出た際にガスタービン側空気供給管５４及び圧縮機側空気供給管５３に分流されて各高熱負荷部材に供給されるようになっていた。
【００５８】
これに対して、本実施の形態では、図４に示すようにガスタービン７や空気圧縮機５に供給する冷却用の圧縮空気の熱回収を２つの熱交換器５５を設けて行うようにしたものである。
【００５９】
即ち、図４に示すように圧縮機側熱交換器５５ａとガスタービン側熱交換器５５ｂを設けると共に、各熱交換器５５ａ，５５ｂに湿分分離器５６ａ，５６ｂを設けている。
【００６０】
そして、空気圧縮機５の圧縮機中段から抽気した圧縮空気はガスタービン側熱交換器５５ｂに供給され、それより温度の高い空気圧縮機５の圧縮機終段から抽気された空気は圧縮機側熱交換器５５ａに供給されて、それぞれに接続されている湿分分離器５６ａ，５６ｂで湿分が除去された後にガスタービン７や空気圧縮機５に供給するようにしている。
【００６１】
なお、図４では第５高圧節炭器１７からの水は、圧縮機側熱交換器５５ａ及びガスタービン側熱交換器５５ｂに並列に分流するようになっているが、本発明はこれに限定されるものではなく直列に流入するようにしてもよい。
【００６２】
このような構成では、先に述べた実施の形態における効果に加え、ガスタービン７に供給する冷却空気を圧縮機中段から抽気するためその分だけ空気圧縮機５の負荷が小さくなり、プラント効率を更に向上させることが可能になる。
【００６３】
また、これまでの説明では圧縮空気の熱回収を行うことにのみ注目していたが、実際には空気圧縮機５に用いる圧縮空気とガスタービン７の冷却に用いる圧縮空気とにはそれぞれに最適な温度が存在する。
【００６４】
例えば、空気圧縮機５の車軸を冷却する場合には、当該車軸が軸受け等と所定のクリアランスをなして回転するように冷却する必要があり、このときの空気の温度が不適切であると当該クリアランスを適正に保つことが困難になり回転エネルギーのロスが発生する（摩擦が増えたりする）。
【００６５】
また、ガスタービン翼の冷却に用いる空気の温度が低すぎると、当該ガスタービン翼に大きな熱応力が加わるようになるため、寿命低下の要因となることが危惧され、この意味でも最適な冷却空気の温度が存在する。
【００６６】
従って、上述したように別々の冷却空気供給系統を構成して最適温度の圧縮空気が供給できるようにすることでプラントの信頼性や寿命等の向上が可能となる。
【００６７】
無論、ガスタービン７や空気圧縮機５に供給する圧縮空気の温度を適切な温度にする構成は、他にも例示でき例えば図５に示すような構成が可能である。
【００６８】
図５に示す構成は、空気圧縮機５からの圧縮空気の抽気は終段から行い、冷却空気管５２とガスタービン側空気供給管５４とを間にガスタービン側流量調整弁６２を設け、また冷却空気管５２と圧縮機側空気供給管５３との間に圧縮機側流量調整弁６１を設けている。
【００６９】
これにより熱交換器５５で熱回収されてガスタービン７や空気圧縮機５に供給される圧縮空気に空気圧縮機５から抽気された高温高圧の空気を混合させて、冷却に用いる空気の温度調整を行うようにしている。
【００７０】
なお、各流量調整弁はガスタービン７や空気圧縮機５に供給される空気が所望の温度になるように、図示しない制御装置（温度調整器）、空気圧縮機５からの空気との混合比率をそれぞれの流量調整弁における開度を調整することにより行うことはいうまでもなく、これらの開度調整は自動的に又は手動により行う。
【００７１】
次に、本発明の第３の実施の形態を図６を参照して説明する。なお、上述した実施の形態と同一構成に関しては同一符号を用いて説明を適宜省略する。
【００７２】
熱交換器５５には熱回収用の水が循環して冷却用の空気の熱を回収し、その後湿分分離器５６で当該空気に含まれる水分を除去して冷却に用いていた。これは先に説明したように、水分が含まれた空気を例えばタービン翼に導入すると、水分がタービン翼の内部に設けられた冷却流体路に当たることにより当該タービン翼が腐食等による損傷を受けたりするためである。
【００７３】
しかし、湿分分離器５６では、分離した水分を貯留する構成なので、何れは貯留能力に達する場合が生じ、また熱交換器５５が故障して（溶接部分等にピンホールが空く場合等が例示できる）、熱回収用の水が空気に混入してしまう場合が生じる。
【００７４】
このような場合には、湿分分離器５６のみで混入した水を除去することが不可能になってタービン翼の破損等の故障の原因となる恐れがある。
【００７５】
そこで、本実施の形態では、図６に示すように湿分分離器５６に貯留される水位を検出する液量検出器７１を設け、また当該湿分分離器５６に排出系統７２ａを設け、該系統にドレイン遮断弁７２を設けている。また当該ドレイン遮断弁７２が開放された際に、空気圧縮機５からの空気が少なくとも湿分分離器５６をバイパスするバイパス系統７３ａにバイパス遮断弁７３を設けている。
【００７６】
このような構成で、液量検出器７１が所定量以上の水位を検出した場合には、ドレイン遮断弁７２が開弁して湿分分離器５６に貯留された水を排水し、同時にバイパス遮断弁７３が開弁して空気圧縮機５からの空気が湿分分離器５６に供給されないようにする。
【００７７】
このとき、熱交換器５５が故障していなければ、湿分分離器５６の水は短時間のうちに排水されてなくなるので、これを液量検出器７１で検出すると、ドレイン遮断弁７２及びバイパス遮断弁７３が閉じて元の状態に復帰する。
【００７８】
しかし、熱交換器５５が故障し、当該熱交換器５５から水が流入しているような場合には液量検出器７１が水位の低下を検出できないので、ドレイン遮断弁７２及びバイパス遮断弁７３が閉じて元の状態に復帰することがない。
【００７９】
従って、液量検出器７１がいつまでも（所定時間経過しても）水位の低下を検出しない場合には、熱交換器５５の故障と判断して警報を発したりプラントを停止させたりすることも可能になる。
【００８０】
なお、図６では空気圧縮機５からの空気が熱交換器５５及び湿分分離器５６をバイパスできるように設けられている。これは先に説明したように、熱交換器５５が故障して熱回収用の水が空気に混入する場合も対応できるようにしたためである。従って、かかる故障が起きない構成の場合には、バイパス遮断弁７３は湿分分離器５６のみをバイパスできるような構成であればよい。
【００８１】
以上により、ガスタービン７や空気圧縮機５に供給される冷却空気に水分が含まれる事態が確実に防止でき、先に述べた実施の形態における効果に加えてよりプラントの信頼性を向上させることが可能になる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ガスタービン及び空気圧縮機における高熱負荷部材の冷却に、当該空気圧縮機から圧縮空気を抽気して当該高熱負荷部材に供給する冷却空気供給系統を設けると共に、該冷却空気供給系統の途中に空気圧縮機から抽気した圧縮空気と排熱回収装置を流動する水とを熱交換させて当該水に圧縮空気の熱を回収させる熱交換器を備えた熱回収装置を設けたので、空気圧縮機から抽気した圧縮空気を冷却する際に、その熱を回収利用できるようになりプラント効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の説明に適用されるコンバインドサイクル発電システムの概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態の説明に適用される他の構成のコンバインドサイクル発電システムの概略構成図である。
【図３】第１の実施の形態の説明に適用される他の構成のコンバインドサイクル発電システムの概略構成図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の説明に適用されるコンバインドサイクル発電システムの概略構成図である。
【図５】第２の実施の形態の説明に適用される他の構成のコンバインドサイクル発電システムの概略構成図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の説明に適用されるコンバインドサイクル発電システムの概略構成図である。
【符号の説明】
１ガスタービン設備
２蒸気タービン設備
３排熱回収装置
４発電機
５空気圧縮機
６燃焼器
７ガスタービン
９，１１，１２第３〜第１高圧過熱器
１０再熱器
１３高圧ドラム
１４高圧蒸発器
１５低圧過熱器
１６中圧過熱器
１８中圧ドラム
１９中圧蒸発器
２４低圧ドラム
２５低圧蒸発器
１７，２０，２１，２３，２７第５〜第１高圧節炭器
２６，２２第１及び第２中圧節炭器
５０熱回収装置
５１冷却空気供給系統
５２冷却空気管
５３圧縮機側空気供給管
５４ガスタービン側空気供給管
５５熱交換器
５５ａ圧縮機側熱交換器
５５ｂガスタービン側熱交換器
５６湿分分離器
５７分岐部
６１圧縮機側流量調整弁
６２ガスタービン側流量調整弁
７１液量検出器
７２ドレイン遮断弁
７２ａ排水系統
７３バイパス遮断弁
７３ａバイパス系統[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention improves the cooling efficiency and heat utilization efficiency by performing heat recovery of the compressed air when the gas turbine and the high heat load member of the air compressor are cooled by the compressed air from the air compressor. The present invention relates to a combined cycle power generation system.
[0002]
[Prior art]
Recently, in the electric power industry, combined cycle power generation systems with excellent plant thermal efficiency are attracting attention as power consumption increases.
[0003]
As such a power generation system, there is a combined cycle that combines steam turbine equipment, gas turbine equipment, and exhaust heat recovery equipment. Considering the location conditions and the long period from construction to installation, many achievements have already been accumulated. The so-called repowering power generation system that shortens the construction period by skillfully combining the new steam turbine equipment and the newly installed gas turbine equipment is generally used. By effectively utilizing the exhaust heat from the gas turbine equipment, the thermal efficiency is greatly improved. There is an advantage that the plant efficiency is improved.
[0004]
That is, the gas turbine equipment in such a combined cycle power generation system includes an air compressor, a combustor, and a gas turbine, and fuel is mixed with compressed air from the air compressor and burned in the combustor. The gas turbine is driven by the gas.
[0005]
In the exhaust heat recovery device, the steam worked in the steam turbine equipment is condensed and flows, and the water is heated by the exhaust gas from the gas turbine equipment to recover the heat and generate high-temperature steam. Is supplied to steam turbine equipment and the like.
[0006]
Under such circumstances, we will meet the demand for further improvement in plant efficiency. Rube For example, the heat resistance of the gas turbine blades is improved, and thereby the gas turbine inlet combustion gas temperature is increased from 1300 ° C. to 1500 ° C. or more.
[0007]
In order to cope with an increase in combustion temperature in the combustor due to heat resistance of the gas turbine, the discharge air of the air compressor also tends to be high temperature and high pressure.
[0008]
Therefore, as with a gas turbine, an air compressor is used under a high heat load condition, and not only a member that receives a high heat load such as a gas turbine blade in a gas turbine but also a discharge portion of the air compressor and an air compressor axle. Efficient cooling has been strongly desired for members that receive high heat loads such as these.
[0009]
Compressed air extracted from an air compressor is used for cooling such a high heat load member. However, since this compressed air is at a high temperature, the cooling efficiency is poor, and there is a problem that a large amount of air is required for cooling.
[0010]
Therefore, a method is adopted in which the extracted compressed air is cooled (intermediate cooling) to reduce the temperature, and the air is used to cool high heat load members such as air compressor axles and gas turbine blades.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional configuration, since the heat when the extracted compressed air is cooled is exhausted outside the system, there is a problem that the thermal efficiency is not improved and the plant efficiency is lowered.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a combined cycle power generation system that can recover plant heat and recover the heat when cooling compressed air extracted from an air compressor.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an invention according to claim 1 is directed to an air compressor that compresses air, a combustor that generates a combustion gas by burning fuel mixed with the compressed air from the air compressor, and a combustion gas. The gas turbine equipment including the gas turbine driven by the steam turbine, the steam turbine equipment including the steam turbine driven by the steam, and the steam turbine equipment using the heat of the exhaust gas exhausted from the gas turbine equipment. In the combined cycle power generation system comprising an exhaust heat recovery device that converts the water that has been turned into high-temperature steam, the exhaust heat recovery device condenses the exhaust gas from the gas turbine equipment and the steam from the steam turbine equipment. And a heat-saving economizer that heats the water with the heat of the exhaust gas, and an evaporator and a drum that steam the water whose temperature has increased in the economizer, A cooling air supply system for supplying compressed air extracted from the air compressor is provided as cooling air for the high heat load member in the gas turbine and the air compressor, and the compressed air extracted in the middle of the cooling air supply system Heat exchange with water supplied to the evaporator to recover the heat of the compressed air by evaporating the water and evaporate it, generated from the water that has recovered the heat of the compressed air with the heat exchanger Steam into the evaporator drum Directly A heat recovery device to be supplied is provided, and when the compressed air extracted from the air compressor is cooled, the heat can be recovered and used to increase the plant efficiency.
[0014]
The invention according to claim 2 is provided when the heat recovery apparatus includes a moisture separator that separates and removes moisture contained in the compressed air heat-exchanged by the heat exchanger, and introduces the compressed air into the high heat load member. Further, the high heat load member is not damaged by moisture and the reliability is improved.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, the moisture separator detects a storage amount of water contained in the removed compressed air, and the liquid amount detector detects storage of water of a predetermined amount or more. A drainage system that drains the water out of the system, and a bypass that prevents at least compressed air from bypassing the moisture separator and being supplied to the moisture separator during the drainage operation of the drainage system. A system is provided to automatically detect the amount of water stored in the moisture separator so that it can be drained when a predetermined amount of water is stored. The load member is not damaged and the reliability is improved.
[0016]
The invention according to claim 4 divides the air from which moisture has been removed by the moisture separator, and is supplied to the cooling of the high heat load members in the gas turbine and the air compressor, respectively. Ru A branching portion is provided to increase the cooling efficiency of the high heat load member so that air corresponding to the supply destination can be supplied.
[0017]
In the invention according to claim 5, in the gas turbine and the air compressor, a part of the compressed air flowing into the heat exchanger from the air compressor is extracted and mixed with the compressed air after being branched at the branching portion. Featuring a temperature regulator that adjusts the temperature of the compressed air supplied to the high heat load member so that compressed air at a temperature suitable for the supply destination can be supplied, improving cooling efficiency and improving reliability To do.
[0018]
In the invention according to claim 6, the compressed air from the air compressor is extracted from the compressor middle stage and the compressor final stage, and the heat recovery device recovers the heat of the compressed air extracted from the compressor middle stage. Formed by the exchanger and the heat exchanger that recovers the heat of the compressed air extracted from the final stage of the compressor, and the air extracted from the final stage of the compressor is supplied to the air compressor and extracted from the middle stage of the compressor The air is supplied to the gas turbine so that compressed air having a temperature suitable for the supply destination can be supplied, thereby improving the reliability by reducing the load of the air compressor.
[0020]
Claim 7 According to the invention, the economizer and the evaporator are formed by two or more economizers and evaporators having different operating pressures, and the heat recovery device is formed by two or more heat exchangers connected in series. The heat exchanger that exchanges heat from the economizer with low operating pressure, and the heat exchanger that exchanges heat from the economizer with high operating pressure. Arranged on the downstream side in the cooling air supply system The heat recovery in the heat exchanger is enhanced.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a combined cycle power generation system applied to the description of the present embodiment.
[0022]
The combined cycle power generation system is configured to drive the generator 4 by combining the gas turbine facility 1, the steam turbine facility 2, and the exhaust heat recovery device 3.
[0023]
The gas turbine facility 1 includes an air compressor 5 that takes in outside air, compresses and discharges it, a combustor 6 that burns fuel mixed with compressed air from the air compressor 5 to generate combustion gas, and the combustor 6. The gas turbine 7 driven by the combustion gas from is provided.
[0024]
The exhaust heat recovery device 3 has a casing 8 formed in a horizontally long cylinder, and exhaust gas exhausted through work in the gas turbine equipment 1 is introduced into the casing 8 through a duct (not shown). (In FIG. 1, exhaust gas is guided from left to right).
[0025]
The casing 8 includes a plurality of heat transfer pipes (not shown), a plurality of economizers that heat the water flowing through the pipes with the exhaust gas from the gas turbine equipment 1, and a plurality of water-steaming units. An evaporator and a plurality of superheaters for further heating the steam to superheated steam are provided, and a reheater for reheating steam from a high-pressure turbine described later is also provided. These economizers and evaporators are divided into high, medium, and low pressure sides according to their operating pressures.
[0026]
In addition, a heat recovery apparatus 50 that is a main part of the present invention is provided outside the casing 8.
[0027]
The economizers are medium pressure side first medium pressure economizer 26 and second medium pressure economizer 22, high pressure side first high pressure economizer 27, second high pressure economizer 23, and third high pressure economizer. It comprises a vessel 21, a fourth high pressure economizer 20, a fifth high pressure economizer 17, and the like.
[0028]
The evaporator has a low-pressure evaporator 25, an intermediate-pressure evaporator 19 and a high-pressure evaporator 14 provided on the low-pressure side, medium-pressure side, and high-pressure side, and these evaporators are respectively a low-pressure drum 24, an intermediate-pressure drum 18, A high-pressure drum 13 is provided, steam from the low-pressure evaporator 25 is supplied from the low-pressure superheater 15, steam from the intermediate-pressure evaporator 19 is supplied from the intermediate-pressure superheater 16, and steam from the high-pressure evaporator 14 is supplied from the first high-pressure superheater 12. The second high pressure superheater 11 and the third high pressure superheater 9 are overheated.
[0029]
Further, the heat recovery device 50 is provided with a cooling air supply system 51 that extracts the air compressed by the air compressor 5 and supplies it to the gas turbine 7 and the high heat load member of the air compressor 5.
[0030]
In the middle of the cooling air supply system 51, the heat exchanger 55 for exchanging heat between the compressed air and the water flowing through the exhaust heat recovery device 3 and recovering the heat of the compressed air by the water, the heat exchange A moisture separator 56 is provided for removing moisture from the air heat recovered by the vessel 55 and supplying the moisture to the high heat load members of the gas turbine 7 and the air compressor 5.
[0031]
In the following description, a pipe through which the compressed air extracted from the air compressor 5 flows is referred to as a cooling air pipe 52. A pipe through which compressed air supplied to the gas turbine 7 flows is referred to as a gas turbine side air supply pipe 54, and a pipe through which compressed air supplied to the air compressor 5 flows is referred to as a compressor side air supply pipe 53. The gas turbine side air supply pipe 54 and the compressor side air supply pipe 53 are configured such that the compressed air from the moisture separator 56 flows into the branch portion 57.
[0032]
The steam turbine equipment 2 includes a high pressure turbine 30 to which high, medium and low pressure steam is supplied from the exhaust heat recovery device 3, an intermediate pressure turbine 31, and a low pressure turbine 32, and condensate for condensing steam from the low pressure turbine 32. A condenser 33, a condensate pump 28 that sends water from the condenser 33, a high / medium pressure feed water pump 29 that pumps water from the condensate pump 28 to the exhaust heat recovery device 3, and the like.
[0033]
The gas turbine 7, the air compressor 5, the high-pressure turbine 30, the intermediate-pressure turbine 31, the low-pressure turbine 32, and the generator 4 are coaxially connected, and the gas turbine 7 rotates to rotate the air compressor 5. Outside air (outside air) is sucked and compressed.
[0034]
The compressed air becomes high-temperature and high-pressure, a part is extracted and flows into the cooling air pipe 52, and the rest is discharged from a discharge unit (not shown), mixed with fuel, and burned in the combustor 6 to generate combustion gas. The combustion gas is guided to the gas turbine 7 and expands here to become a driving force of the gas turbine 7, and is then exhausted to the exhaust heat recovery device 3.
[0035]
On the other hand, the compressed air extracted from the air compressor 5 by the cooling air pipe 52 is led to the heat exchanger 55 where heat is recovered by exchanging heat with the water circulating in the exhaust heat recovery device 3. Accordingly, the temperature of the compressed air decreases, the temperature of the water increases and becomes steam.
[0036]
The air heat recovered by the heat exchanger 55 is supplied to the moisture separator 56, the water contained therein is removed, and the air is diverted by the branching portion 57 and passed through the gas turbine side air supply pipe 54. It is supplied to high heat load members such as turbine blades and is supplied to high heat load members such as an air compressor axle of the air compressor 5 through the compressor side air supply pipe 53 and used for cooling these high heat load members. It is done.
[0037]
In the exhaust heat recovery device 3, medium-pressure water branched from the middle stage or the like of the high and medium-pressure feed water pump 29 is fed to the first medium-pressure economizer 26, and high-pressure water from the final stage of the high and medium-pressure feed water pump 29 is fed. Water is supplied to the first high-pressure economizer 27.
[0038]
The first high pressure economizer 27 is sequentially connected to the second high pressure economizer 23, the third high pressure economizer 21, the fourth high pressure economizer 20, and the fifth high pressure economizer 17, and the fifth high pressure economizer 27 A economizer 17 is connected to the high-pressure drum 13. The first medium pressure economizer 26 is connected to the low pressure drum 24 and is sequentially connected to the second medium pressure economizer 22 and the intermediate pressure drum 18.
[0039]
Accordingly, the water from the high / medium pressure feed water pump 29 is heated by the exhaust gas when passing through each economizer, rises in temperature, is supplied to each drum, and is evaporated by the evaporator in the drum.
[0040]
The steam generated in this manner is supplied to the superheater in order to further increase the steam temperature. That is, the low pressure drum 24 is connected to the low pressure superheater 15, the intermediate pressure drum 18 is connected to the intermediate pressure superheater 16, and the high pressure drum 13 is connected to the first high pressure superheater 12, the second high pressure superheater 11, and the third high pressure superheater. It is sequentially connected to the vessel 9 and overheated.
[0041]
The steam superheated by the low-pressure superheater 15 is supplied to the low-pressure turbine 32, and the steam superheated by the third high-pressure superheater 9 is supplied to the high-pressure turbine 30 to act as a drive source for these turbines.
[0042]
On the other hand, the steam superheated by the intermediate pressure superheater 16 is supplied to the gas turbine 7 by a system (not shown), circulates inside the turbine blades and the like to cool the turbine blades, and finally the exhaust heat recovery device 3. To be recovered.
[0043]
The steam that has been subjected to expansion work in the high-pressure turbine 30 is again superheated by the reheater 10 provided in the exhaust heat recovery device 3, supplied to the intermediate pressure turbine 31, and the steam that has performed expansion work in the intermediate pressure turbine 31 is Supplied to the low pressure turbine 32.
[0044]
The steam that has been expanded by the low-pressure turbine 32 is condensed and condensed in the condenser 33 as described above, and returns to the exhaust heat recovery device 3 through the condensate pump 28 and the high / medium-pressure feed water pump 29.
[0045]
By the way, the compressed air extracted from the air compressor 5 as described above is supplied to the heat exchanger 55 through the cooling air pipe 52, where the heat is exchanged with the water of the exhaust heat recovery device 3 to be wet. It is supplied to the separator 56.
[0046]
At this time, the water of the exhaust heat recovery device 3 supplied to the heat exchanger 55 is water (high temperature water) supplied from the fifth high pressure economizer 17 to the high pressure drum 13. Since such water has better heat conduction characteristics than a gas such as steam, the heat of the compressed air from the air compressor 5 can be efficiently recovered, and thus the heat exchanger 55 can be downsized. There is an advantage to become.
[0047]
In addition, since the water whose heat has been recovered by the heat exchanger 55 is converted into steam by the recovered heat and supplied to the high-pressure drum 13, the amount of steam generated in the high-pressure evaporator 14 is prevented from being reduced. Even when the heat recovery apparatus according to the present invention is additionally installed in the combined cycle power generation system, there is an advantage that the installation is easy because it is not necessary to consider the fluctuation of the steam amount.
[0048]
Further, since the amount of heat exchanged from the exhaust gas can be reduced by the high-pressure evaporator 14 by an amount corresponding to the amount of heat recovered by the heat exchanger 55, heat exchange is performed by the intermediate pressure evaporator 19 while the temperature of the exhaust gas remains high. It becomes possible to increase the amount of steam generated in the intermediate pressure evaporator 19. Therefore, it is possible to increase the work amount in the intermediate pressure turbine 31.
[0049]
As a result, the plant efficiency in the combined cycle power generation system is improved.
[0050]
Furthermore, since the compressed air from which moisture has been removed by the moisture separator 56 is used for cooling, damage such as corrosion due to moisture generated when compressed air containing moisture is introduced into a high heat load member such as a gas turbine blade. It becomes possible to prevent, and safety and reliability improve.
[0051]
In the above description, the case where cooling (heat recovery) of the compressed air from the air compressor 5 is performed by branching a part of the water supplied to the high-pressure drum 13 in the heat exchanger 55 is described. For example, as shown in FIG. 2, a part of the water supplied from the second intermediate pressure economizer 22 to the intermediate pressure drum 18 is branched and the heat of the compressed air is heated by the water. You may make it collect | recover. This makes it possible to obtain the same effect as described above.
[0052]
Of course, in such a configuration, the temperature of the water that exchanges heat with the compressed air in the heat exchanger 55 is different, so that it is difficult to obtain the same plant efficiency if the other configurations are exactly the same. There may be cases.
[0053]
In such a case, for example, when the low-pressure turbine 32 is doing the main work in the steam turbine equipment 2 than the high-pressure turbine 30, the configuration as shown in FIG. 2 is more effective in increasing the plant efficiency. Further, when the amount of steam required by the high-pressure evaporator 14 and the intermediate-pressure evaporator 19 is larger in the intermediate-pressure evaporator 19, the configuration shown in FIG. 2 may be more effective in increasing the plant efficiency. Therefore, it is preferable to select these configurations according to the specifications of the applied plant.
[0054]
Therefore, in the specification of the plant to be applied, for example, as shown in FIG. 3, two heat exchangers 55 are provided, and water supplied to the high-pressure drum 13 and the intermediate-pressure drum 18 is supplied to each, and compressed with the water. You may make it the structure which collect | recovers the heat of air.
[0055]
In the case of the configuration shown in FIG. 3, the water supplied to the high pressure drum 13 first exchanges heat with the compressed air, and then the water supplied to the low pressure drum 24 exchanges heat. It is preferable to efficiently perform heat recovery with water.
[0056]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted as appropriate.
[0057]
In the combined cycle power generation system described so far, air from the air compressor 5 is extracted, and heat recovery of the air is performed to cool the high heat load member. At this time, the heat-recovered air is diverted to the gas turbine side air supply pipe 54 and the compressor side air supply pipe 53 when supplied from the moisture separator 56 and supplied to each high heat load member. It was.
[0058]
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the heat recovery of the compressed compressed air supplied to the gas turbine 7 and the air compressor 5 is performed by providing two heat exchangers 55. Is.
[0059]
That is, as shown in FIG. 4, a compressor-side heat exchanger 55a and a gas turbine-side heat exchanger 55b are provided, and moisture separators 56a and 56b are provided in the heat exchangers 55a and 55b.
[0060]
The compressed air extracted from the compressor middle stage of the air compressor 5 is supplied to the gas turbine side heat exchanger 55b, and the air extracted from the compressor final stage of the air compressor 5 having a higher temperature is supplied to the compressor side. The heat is supplied to the heat exchanger 55a and is supplied to the gas turbine 7 and the air compressor 5 after moisture is removed by the moisture separators 56a and 56b connected thereto.
[0061]
In FIG. 4, the water from the fifth high pressure economizer 17 is diverted in parallel to the compressor side heat exchanger 55a and the gas turbine side heat exchanger 55b, but the present invention is limited to this. It may be made to flow in series instead of being done.
[0062]
In such a configuration, in addition to the effects in the embodiment described above, the cooling air supplied to the gas turbine 7 is extracted from the middle stage of the compressor, so the load on the air compressor 5 is reduced by that amount, and the plant efficiency is increased. Further improvement is possible.
[0063]
In the description so far, attention has been paid only to heat recovery of compressed air. However, in actuality, the compressed air used for the air compressor 5 and the compressed air used for cooling the gas turbine 7 are optimal for each. Temperature exists.
[0064]
For example, when cooling the axle of the air compressor 5, it is necessary to cool the axle so that it rotates with a predetermined clearance with a bearing or the like. It becomes difficult to maintain a proper clearance, resulting in loss of rotational energy (increased friction).
[0065]
In addition, if the temperature of the air used for cooling the gas turbine blade is too low, a large thermal stress is applied to the gas turbine blade, which may cause a decrease in the service life. There is a temperature of.
[0066]
Therefore, by configuring separate cooling air supply systems as described above so that compressed air having an optimum temperature can be supplied, it is possible to improve the reliability and life of the plant.
[0067]
Of course, the structure which makes the temperature of the compressed air supplied to the gas turbine 7 and the air compressor 5 suitable temperature can be illustrated in other examples, for example, a structure as shown in FIG. 5 is possible.
[0068]
In the configuration shown in FIG. 5, extraction of compressed air from the air compressor 5 is performed from the last stage, a gas turbine side flow rate adjustment valve 62 is provided between the cooling air pipe 52 and the gas turbine side air supply pipe 54, and A compressor side flow rate adjusting valve 61 is provided between the cooling air pipe 52 and the compressor side air supply pipe 53.
[0069]
As a result, the high-temperature and high-pressure air extracted from the air compressor 5 is mixed with the compressed air recovered by the heat exchanger 55 and supplied to the gas turbine 7 and the air compressor 5 to adjust the temperature of the air used for cooling. Like to do.
[0070]
Note that each flow rate adjustment valve is mixed with a control device (temperature regulator) (not shown) and air from the air compressor 5 so that the air supplied to the gas turbine 7 and the air compressor 5 has a desired temperature. Needless to say, the adjustment of the opening is performed automatically or manually.
[0071]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted as appropriate.
[0072]
Heat recovery water circulates in the heat exchanger 55 to recover the heat of the cooling air, and then moisture contained in the air is removed by the moisture separator 56 and used for cooling. As described above, when air containing moisture is introduced into, for example, a turbine blade, the turbine blade may be damaged due to corrosion or the like because the moisture hits a cooling fluid passage provided inside the turbine blade. It is to do.
[0073]
However, since the moisture separator 56 is configured to store the separated water, the moisture separator 56 may eventually reach the storage capacity, and the heat exchanger 55 may be broken (such as a case where a pinhole is formed in a welded portion or the like). Yes, there is a case where water for heat recovery is mixed into the air.
[0074]
In such a case, it is impossible to remove the water mixed only by the moisture separator 56, which may cause a failure such as damage to the turbine blade.
[0075]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, a liquid amount detector 71 for detecting the water level stored in the moisture separator 56 is provided, and a discharge system 72a is provided in the moisture separator 56, A drain cutoff valve 72 is provided in the system. Further, when the drain shut-off valve 72 is opened, the bypass shut-off valve 73 is provided in the bypass system 73 a that bypasses at least the moisture separator 56 with air from the air compressor 5.
[0076]
With such a configuration, when the liquid level detector 71 detects a water level above a predetermined level, the drain shutoff valve 72 opens to drain the water stored in the moisture separator 56 and simultaneously shut off the bypass. The valve 73 is opened so that the air from the air compressor 5 is not supplied to the moisture separator 56.
[0077]
At this time, if the heat exchanger 55 is not malfunctioning, the water in the moisture separator 56 is not drained in a short time, and if this is detected by the liquid level detector 71, the drain shutoff valve 72 and the bypass The shut-off valve 73 closes and returns to the original state.
[0078]
However, when the heat exchanger 55 fails and water flows in from the heat exchanger 55, the liquid level detector 71 cannot detect a drop in the water level, so the drain cutoff valve 72 and the bypass cutoff valve 73 Will not close and return to its original state.
[0079]
Therefore, if the liquid level detector 71 does not detect a decrease in the water level indefinitely (even after a predetermined time has elapsed), it can be determined that the heat exchanger 55 has failed and an alarm can be issued or the plant can be stopped. become.
[0080]
In FIG. 6, the air from the air compressor 5 is provided so as to bypass the heat exchanger 55 and the moisture separator 56. This is because, as described above, it is possible to cope with the case where the heat exchanger 55 breaks down and heat recovery water is mixed into the air. Therefore, in the case of a configuration in which such a failure does not occur, the bypass cutoff valve 73 may be configured so that only the moisture separator 56 can be bypassed.
[0081]
As described above, it is possible to reliably prevent the cooling air supplied to the gas turbine 7 and the air compressor 5 from containing moisture, and to improve the reliability of the plant in addition to the effects of the above-described embodiment. Is possible.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a cooling air supply system for extracting compressed air from the air compressor and supplying it to the high heat load member is provided for cooling the high heat load member in the gas turbine and the air compressor. And heat recovery provided with a heat exchanger for exchanging heat between the compressed air extracted from the air compressor and the water flowing through the exhaust heat recovery device in the middle of the cooling air supply system, and recovering the heat of the compressed air to the water Since the apparatus is provided, when the compressed air extracted from the air compressor is cooled, the heat can be recovered and used, and the plant efficiency is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a combined cycle power generation system applied to the description of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a combined cycle power generation system having another configuration applied to the description of the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a combined cycle power generation system having another configuration applied to the description of the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a combined cycle power generation system applied to the description of the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a combined cycle power generation system of another configuration applied to the description of the second embodiment.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a combined cycle power generation system applied to the description of the third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Gas turbine equipment
2 Steam turbine equipment
3 Waste heat recovery device
4 Generator
5 Air compressor
6 Combustor
7 Gas turbine
9, 11, 12 3rd-1st high pressure superheater
10 Reheater
13 High pressure drum
14 High pressure evaporator
15 Low pressure superheater
16 Medium pressure superheater
18 Medium pressure drum
19 Medium pressure evaporator
24 Low pressure drum
25 Low pressure evaporator
17, 20, 21, 23, 27 Fifth to first high pressure economizers
26,22 1st and 2nd medium pressure economizer
50 Heat recovery device
51 Cooling air supply system
52 Cooling air pipe
53 Compressor side air supply pipe
54 Gas turbine side air supply pipe
55 heat exchanger
55a Compressor side heat exchanger
55b Gas turbine side heat exchanger
56 Moisture separator
57 branch
61 Compressor side flow control valve
62 Gas turbine side flow control valve
71 Liquid level detector
72 Drain shut-off valve
72a Drainage system
73 Bypass shut-off valve
73a Bypass system

Claims

An air compressor that compresses air, a combustor that burns fuel mixed with compressed air from the air compressor to generate combustion gas, and a gas turbine facility that includes a gas turbine driven by the combustion gas; Steam turbine equipment having a steam turbine driven by steam, and exhaust heat recovery from the heat of exhaust gas that has been exhausted and exhausted from the gas turbine equipment to convert the condensed water that has worked in the steam turbine equipment into high-temperature steam In a combined cycle power generation system comprising a device,
The exhaust heat recovery device heat-exchanges the exhaust gas from the gas turbine equipment and the water condensed from the steam from the steam turbine equipment, and heats the water with the heat of the exhaust gas; It has an evaporator and a drum that steams water whose temperature has risen in the charcoal,
A cooling air supply system for supplying compressed air extracted from the air compressor is provided as cooling air for the high heat load member in the gas turbine and the air compressor, and the compressed air extracted in the middle of the cooling air supply system and Heat exchange with water supplied to the evaporator to recover the heat of the compressed air by evaporating the water and evaporate it, generated from the water that has recovered the heat of the compressed air with the heat exchanger A combined cycle power generation system, characterized in that a heat recovery device for directly supplying the steam to the drum of the evaporator is provided.

The combined cycle power generation system according to claim 1, wherein the heat recovery device includes a moisture separator that separates and removes moisture contained in the compressed air heat-exchanged by the heat exchanger.

The moisture separator detects the amount of stored water removed from the compressed air and stored, and
A drainage system for discharging the water out of the system when the liquid amount detector detects a predetermined amount or more of water; and
The combined system according to claim 2, further comprising a bypass system that bypasses the moisture separator and prevents the compressed air from being supplied to the moisture separator during the drainage operation of the drainage system. Cycle power generation system.

A branching portion is provided that divides the compressed air from which moisture has been removed by the moisture separator and supplies the compressed air to the cooling of the high heat load member in the gas turbine and the air compressor, respectively. The combined cycle power generation system according to claim 2 or 3.

A part of the compressed air flowing into the heat exchanger from the air compressor is extracted and mixed with the compressed air after being branched in the branch portion, thereby being used as a high heat load member in the gas turbine and the air compressor. 5. The combined cycle power generation system according to claim 4, further comprising a temperature regulator that adjusts the temperature of the compressed air to be supplied.

A gas turbine side heat exchanger in which compressed air from the air compressor is extracted from a compressor middle stage and a compressor final stage, and the heat recovery device recovers heat of the compressed air extracted from the compressor middle stage; A compressor-side heat exchanger that recovers heat of the compressed air extracted from the compressor final stage, and the compressed air extracted from the compressor final stage passes through the compressor-side heat exchanger. 6. The compressed air supplied to the air compressor and extracted from the middle stage of the compressor is supplied to the gas turbine via the gas turbine side heat exchanger. Combined cycle power generation system.

The economizer and the evaporator are formed by two or more economizers and evaporators having different operating pressures, and the heat recovery device is formed by two or more heat exchangers connected in series to obtain an operating pressure. The heat exchanger for exchanging heat with water from a low economizer is disposed downstream of the cooling air supply system of the heat exchanger for exchanging heat with water from a high economizer. The combined cycle power generation system according to any one of claims 1 to 6.