JP4458648B2 - コンバインドサイクル発電プラント - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、機器を適正位置に配置し、エネルギ損失、熱損失および圧力損失を低く抑えるコンバインドサイクル発電プラントに関する。
【0002】
【従来の技術】
コンバインドサイクル発電プラントにおいては、熱効率の向上が重要な課題である。熱効率を向上させる手段として、ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に供給する前に燃料を加熱するための燃料加熱装置が挙げられる。
【0003】
燃料を加熱すると、燃料の保有する熱量が増加し、少量の燃料の燃焼で多くの仕事を発生させることが可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
燃料加熱に関しては、プラント熱効率向上を目的としたサイクル、および燃料加熱装置に関する研究・開発は数多い。しかし、燃料加熱後の燃料のエネルギ損失、熱損失および圧力損失を低減し、プラント熱効率の低下を抑制させる技術は確立していない。また、燃料の加熱に、例えば排熱回収ボイラの給水や蒸気を使用する場合に、これらのエネルギ損失、熱損失、および圧力損失を低減させ、プラント効率の低下を抑制するための技術に関しても確立していない。
【0005】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、燃料を加熱させる燃料加熱装置の位置を適正に設定し、プラント熱効率のより一層の向上を図ったコンバインドサイクル発電プラントを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、上述の目的を達成するために、請求項1に記載したように、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせ吸気ダクトを備えたタービンプラントに、排熱回収ボイラを組み合せたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、上記ガスタービンに設けたガスタービン燃焼器に導く燃料を加熱して供給する燃料加熱装置をタービン建屋の外部の、当該タービン建屋と排熱回収ボイラとの間に設置するとともに、燃料を制御する制御部を収容する燃料ガス室を前記タービン建屋の内部に設置し、かつ、前記燃料加熱装置と前記燃料ガス室がほぼ同一レベルの高さ位置に設置されることを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、上述の目的を達成するために、請求項2に記載したように、コンバインドサイクル発電プラントにおいて、上記ガスタービンに設けたガスタービン燃焼器、このガスタービン燃焼器に燃料を加熱して供給する燃料加熱装置、および上記排熱回収ボイラを、上記タービンプラント内を流通するガス流の流れ方向を基準にとった軸方向の上流側から下流側に向って順に配置したものである。
【0016】
また、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、上述の目的を達成するために、請求項3に記載したように、燃料加熱装置は、ガスタービンとほぼ同一レベルの高さ位置に設置するものである。
【0020】
また、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、上述の目的を達成するために、請求項4に記載したように、燃料加熱装置は、吸気ダクトの吸気口よりも高さ方向に沿って上部に設置するものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【0023】
図1は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第1実施形態を示す概略図であり、図中、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図である。
【0024】
本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントは、タービン建屋1内の1階床面2、2階床面3およぴ3階床面4を巧みに利用してタービンプラント5を設置するとともに、屋外に排熱回収ボイラ装置6を設置する構成になっている。
【0025】
タービンプラント5は、図1(a)およぴ図1(d)に示すように、3階床面4に、タービン軸7の軸方向に沿って順に、発電機8、低圧蒸気タービン9、高中圧一体蒸気タービン10、エンクロージャ12内に収容する空気圧縮機11、ガスタービン燃焼器13およびガスタービン14を設置している。なお、ガスタービンの出力、蒸気タービンの出力は特に限定するものではなく、また排熱回収ボイラも2圧式、3圧式等特に限定するものではなく、いかなる形式のガスタービン、蒸気タービン、および排熱回収ボイラを組み合わせてもよい。
【0026】
また、タービンプラント5は、図1(a)およぴ図1(d)に示すように、3階床面4に、ガスタービン燃焼器13と別置きに、流量しゃ断弁、流量調整弁、流量や温度を計測する計測器、調節計等の制御器等を一つにまとめて収容する燃料ガス室15を備えるとともに、図1(a)およぴ図1(c)に示すように、2階床面3にガスタービン燃焼器13と別床面に加熱器およびスクラバから構成される燃料加熱装置16を備えている。なお、燃料加熱装置16は、タービン建屋1内であれば1階床面2および3階床面4のうち、いずれの床面に設置してもよい。また、燃料加熱装置16の熱交換媒体は排熱回収ボイラの給水や、各状態の蒸気および電気ヒータ等を特定するものではない。
【0027】
また、タービン建屋1内の3階床面4に設置した低圧蒸気タービン9は、図1(a)〜図1(c)に示すように、1階床面2から2階床面3を貫通する復水器9aを備え、膨張後のタービン排気を復水器9aで凝結させ、給水として屋外設置の排熱回収ボイラ装置6に供給するようになっている。
【0028】
また、タービン建屋1内の3階床面4に設置した空気圧縮機11は、図1(a)〜図1(d)に示すように、1階床面2から2階床面3および3階床面4を貫通する吸気ダクト17を連通しており、この吸気ダクト17を屋外の支柱18で支持された架台19の下に設置した吸気口20に接続する構成になっている。なお、タービン建屋1内の2階床面および3階床面4は、図1(a)〜図1(c)に示すように、架構21で支持固定されている。
【0029】
一方、屋外に設置した排熱回収ボイラ装置6は、図1(a)〜図1(d)に示すように、支柱18で支持された長筒状の排熱回収ボイラ本体22として形成し、排熱回収ボイラ本体22の頂部側に高圧ドラム23、中圧ドラム24、低圧ドラム25を備えるとともに、排熱回収ボイラ本体22内に各ドラム23,24,25に連通する蒸発器、あるいは過熱器および節炭器(ともに図示せず)等の数多くの熱交換器を収容し、ガスタービン14から排気ダクト26を介して供給された排ガスを熱源として蒸気を発生させ、その蒸気を高中圧一体蒸気タービン10および低圧蒸気タービン9に供給して膨張させ、その膨張により発生したトルクで発電機8を駆動する一方、蒸気発生後の排ガスを支柱18で支持された煙道27を介して煙突(図示せず)から大気に放出させている。
【0030】
このように、本実施形態は、タービン建屋1内に、加熱器とスクラバとで構成した燃料加熱装置16を設置し、加熱後、エンタルピを高めた燃料をガスタービン燃焼器13に供給する燃料配管を屋内に設置するので、屋外の気温の影響を受けることが少なくなり、高エンタルピの燃料のままガスタービン燃焼器13に供給することができ、少ない燃料で高い熱エネルギを発生させてプラント熱効率を向上させることができる。
【0031】
図2は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第2実施形態を示す概略図であり、図中、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図である。なお、第1実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【0032】
本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントは、図1(a)および図1(c)に示すように、タービン建屋1の屋外の架台19に燃料加熱装置16を設置するとともに、燃料ガス室15を燃料加熱装置16と燃料加熱装置16と同じ高さの位置のタービン建屋1内に設置したものである。他の構成は、第1実施形態の構成と同一なので、その説明を省略する。
【0033】
このように、本実施形態は、燃料加熱装置16をタービン建屋1の屋外に設置し、熱源としての例えば飽和蒸気を供給する排熱回収ボイラ装置6との距離を短くさせるとともに、燃料ガス室15と同一高さの位置に設置して加熱管や燃料管を蛇行させずにほぼ直線状に配置し、かつ各配管の長さを比較的短くさせたので、熱源としての例えば蒸気や燃料の圧力損失および熱損失を低く抑えることができ、少ない燃料等で高い熱エネルギを発生させてプラント熱効率を向上させることができる。
【0034】
また、本実施形態は、燃料加熱装置16をタービン建屋1の屋外に設置したので、防爆の囲いを形成することがなく、防爆付帯設備を比較的簡素化でき、かつタービン建屋1内の機器のレイアウトを裕度を持って設計することができる。
【0035】
なお、本実施形態は、燃料ガス室15および燃料加熱装置16の設置位置をタービン建屋1の2階床面3の高さ位置に設置しているが、この例に限らず、例えば図3中の図3(a)および図3(d)に示すように、3階床面4および3階床面4と同じ高さの架台19にそれぞれを設置してもよく、また、燃料ガス室15を、タービン建屋1外に設置した燃料加熱装置と同じ高さ位置に設置してもよい。
【0036】
図4は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第3実施形態を示す概略図であり、図中、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図である。なお、第1実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【0037】
本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントは、図1(a)および図1(c)に示すように、タービン建屋1内の同一高さ位置、具体的には2階床面3に燃料ガス室15および燃料加熱装置16を設置したものである。他の構成は、第1実施形態の構成と同一なので、その説明を省略する。
【0038】
このように、本実施形態は、タービン建屋1内の同一階床面に燃料ガス室15および燃料加熱装置16を設置し、加熱後、エンタルピを高めた燃料をガスタービン燃焼器13に供給する燃料配管を屋内に配置するとともに、燃料ガス室15と燃料加熱装置16とを互いに接近させ、加熱管や燃料管を蛇行させずにほぼ直線状に配置し、かつ各配管の長さを比較的短くさせたので、屋外の気温の影響を受けることが少なくなり、高エンタルピの燃料のままガスタービン燃焼器13に供給することができ、また、例えば熱源として蒸気を使用した場合には、その蒸気と燃料の圧力損失および熱損失を低く抑えて少ない燃料等で高い熱エネルギを発生させ、プラント熱効率を向上させることができる。
【0039】
図5は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第4実施形態を示す概略図であり、図中、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図である。なお、第1実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【0040】
本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントは、図1(a)および図1(b)に示すように、タービン建屋1内の同一高さ位置、具体的には1階床面2に燃料ガス室15および燃料加熱装置16を互いに接近させて設置するとともに、吸気ダクト17から比較的遠くに離れた上流側(発電機8側)の位置に設置したものである。
【0041】
このように、本実施形態は、タービン建屋内の同一階床面に燃料ガス室15および燃料加熱装置16を設置し、加熱後、エンタルピを高めた燃料をガスタービン燃焼器13に供給する燃料管を屋内に配置するとともに、燃料ガス室15と燃料加熱装置16とを互いに接近させ、加熱管や燃料管を蛇行させずにほぽ直線状に配置し、かつ各配管の長さを比較的短くさせたので、屋外の気温の影響を受けることが少なくなり、高エンタルピの燃料のままガスタービン燃焼器13に供給することができ、熱源として、例えば蒸気を使用した場合には、その蒸気と燃料の圧力損失および熱損失を低く抑えて少ない燃料等で高い熱エネルギを発生させ、プラント熱効率を向上させることができる。
【0042】
また、本実施形態は、燃料ガス室15および燃料加熱装置16を吸気ダクト17から比較的遠くに離れた上流側位置に設定したので、何らかの原因で燃料加熱装置16からの燃料が漏洩した場合にも吸気ダクト17への燃料ガスの混入を防止させることができる。
【0043】
なお、本実施形態は、吸気ダクト17から遠く離れた上流側の1階床面2に燃料ガス室15および燃料加熱装置16を設置したが、この例に限らず、例えば図6(a)、図6(b)および図6(c)に示すように、吸気ダクト17から遠く離れた上流側に燃料加熱装置16を設置し、吸気ダクト17から離れた上流側の3階床面4に燃料ガス室15を設置してもよい。
【0044】
図7は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第5実施形態を示す概略図であり、図中、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図である。なお、第1実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【0045】
本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントは、図1(a)および図1(d)に示すように、タービン建屋1内の同一高さ位置、具体的には3階床面4に燃料ガス室15と燃料加熱装置16とを一体として組み合わせた燃料ユニット28に形成して設置したものである。
【0046】
このように、本実施形態は、タービン建屋1内の同一高さ位置に、燃料ガス室15と燃料加熱装置16とを一体として組み合わせた燃料ユニット28として設置したので、燃料系統をコンパクトにして他の機器のレイアウトを裕度を持たせて設計することができ、また燃料管や加熱管をほぼ直線状に配置して燃料や加熱源の圧力損失および熱損失を抑制し、少ない燃料で高い熱エネルギを発生させ、プラント熱効率を向上させることができる。
【0047】
図8は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第6実施形態を示す概略図であり、図中、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図である。なお、第1実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【0048】
本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントは、図1(a)、図1(b)、図1(c)、および図1(d)に示すように、タービン建屋1内の1階床面2に燃料加熱装置16を設置し、その真上に2階床面3に燃料ガス室15を設置し、その真上に3階床面4にガスタービン燃焼器13およびガスタービン14を設置したものである。
【0049】
このように、本実施形態は、タービン建屋1内の1階床面2から2階床面3、3階床面4に向い、かつ、その真上に向って順に、燃料加熱装置16、燃料ガス室15、ガスタービン燃焼器13およびガスタービン14を設置し、燃料配管の長さを短くさせて燃料の圧力損失および熱損失を抑制したので、少ない燃料で高い熱エネルギを発生させ、プラント熱効率を向上させることができる。
【0050】
なお、本実施形態は、タービン建屋1内の1階床面2に燃料加熱装置16を設置し、その真上の2階床面3に燃料ガス室15を設置したが、この例に限らず、例えば図9に示すように、1階床面2に燃料ガス室15を、その真上の2階床面3に燃料加熱装置16を設置してもよい。
【0051】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントは、予め燃料を加熱して、エンタルピを高めて燃料ガス室およびガスタービン燃焼器に供給する燃料加熱装置を備え、この燃料加熱装置を適正位置に設置するとともに、燃料配管および熱源供給配管の長さを短くして圧力損失および熱損失を抑制したので、少ない燃料で高い熱エネルギを発生させ、プラント熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第1実施形態を示す図で、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図。
【図2】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第2実施形態を示す図で、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図。
【図3】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第2実施形態における変形例を示す図で、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図。
【図4】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第3実施形態を示す図で、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図。
【図5】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第4実施形態を示す図で、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図。
【図6】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第4実施形態における変形例を示す図で、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図。
【図7】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第5実施形態を示す図で、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図。
【図8】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第6実施形態を示す図で、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図。
【図9】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの第6実施形態における変形例を示す図で、(a)は側面図、(b)は1階の平面図、(c)は2階の平面図、(d)は3階の平面図。
【符号の説明】
1 タービン建屋
2 1階床面
3 2階床面
4 3階床面
5 タービンプラント
6 排熱回収ボイラ装置
7 タービン軸
8 発電機
9 低圧蒸気タービン
9a 復水器
10 高中圧一体蒸気タービン
11 空気圧縮機
12 エンクロージャ
13 ガスタービン燃焼器
14 ガスタービン
15 燃料ガス室
16 燃料加熱装置
17 吸気ダクト
18 支柱
19 架台
20 吸気口
21 架構
22 排熱回収ボイラ本体
23 高圧ドラム
24 中圧ドラム
25 低圧ドラム
26 排気ダクト
27 煙道
28 燃料ユニット
Claims (4)
- ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせ吸気ダクトを備えたタービンプラントに、排熱回収ボイラを組み合せたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、上記ガスタービンに設けたガスタービン燃焼器に導く燃料を加熱して供給する燃料加熱装置をタービン建屋の外部の、当該タービン建屋と排熱回収ボイラとの間に設置するとともに、燃料を制御する制御部を収容する燃料ガス室を前記タービン建屋の内部に設置し、かつ、前記燃料加熱装置と前記燃料ガス室がほぼ同一レベルの高さ位置に設置されることを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
- 請求項1記載のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、上記ガスタービンに設けたガスタービン燃焼器、このガスタービン燃焼器に燃料を加熱して供給する燃料加熱装置、および上記排熱回収ボイラを、上記タービンプラント内を流通するガス流の流れ方向を基準にとった軸方向の上流側から下流側に向って順に配置したことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
- 燃料加熱装置は、ガスタービンとほぼ同一レベルの高さ位置に設置することを特徴とする請求項1または2に記載のコンバインドサイクル発電プラント。
- 燃料加熱装置は、吸気ダクトの吸気口よりも高さ方向に沿って上部に設置することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載のコンバインドサイクル発電プラント。
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