JP5675385B2 - Fuel preheating system, gas turbine power generation system, and fuel preheating method - Google Patents

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Description

本発明は、ガスタービン駆動のため燃焼器に供給される燃料を予め加熱する燃料予熱システム、ガスタービン発電システムおよび燃料予熱方法に関するものである。   The present invention relates to a fuel preheating system, a gas turbine power generation system, and a fuel preheating method for preheating fuel supplied to a combustor for driving a gas turbine.

ガスタービンに供給される燃料は、燃焼効率を高めるため、ガスタービンに供給される前に加熱される。従来、排熱回収ボイラ（HRSG）の各セクションからの１以上の水流を用いて燃料ヒータ内の燃料を加熱する技術があった。   The fuel supplied to the gas turbine is heated before being supplied to the gas turbine in order to increase combustion efficiency. Conventionally, there has been a technique for heating fuel in a fuel heater using one or more water streams from each section of an exhaust heat recovery boiler (HRSG).

また、特許文献１および２では、別途水ヒータアセンブリを設けて、ガスタービンに供給される前に燃料を加熱する技術が開示されている。この技術では、排熱回収ボイラの１以上のセクションから水または蒸気が抽出され、水ヒータアセンブリに送られる。そして、燃料加熱用の水が水ヒータアセンブリから燃料ヒータへ導かれる。その結果、ガスタービンに供給される燃料は、燃料ヒータにて燃料加熱用の水から熱を受け取り、加熱された燃料は燃焼器へと送られる。一方、冷却された燃料加熱用の水は復水器へと送られる。   Patent Documents 1 and 2 disclose a technique in which a water heater assembly is separately provided and the fuel is heated before being supplied to the gas turbine. In this technique, water or steam is extracted from one or more sections of the exhaust heat recovery boiler and sent to a water heater assembly. Then, water for fuel heating is led from the water heater assembly to the fuel heater. As a result, the fuel supplied to the gas turbine receives heat from the water for fuel heating by the fuel heater, and the heated fuel is sent to the combustor. On the other hand, the cooled water for heating the fuel is sent to the condenser.

特開２０１０−３８１６２号公報JP 2010-38162 A 特開２０１０−３８１６３号公報JP 2010-38163 A

しかし、従来の排熱回収ボイラ（HRSG）の各セクションからの１以上の水流を用いて燃料ヒータ内の燃料を加熱する技術では、燃料ヒータから燃料に加わる熱量は限られている。   However, in the technique of heating the fuel in the fuel heater using one or more water streams from each section of a conventional exhaust heat recovery boiler (HRSG), the amount of heat applied to the fuel from the fuel heater is limited.

また、特許文献１および２の技術では、ガスタービンおよび排熱回収ボイラのほかに水ヒータアセンブリを設ける必要がある。そのため、設備の追加に費用がかかる上、システム全体として構造が複雑になるという問題があった。   In the techniques of Patent Documents 1 and 2, it is necessary to provide a water heater assembly in addition to the gas turbine and the exhaust heat recovery boiler. For this reason, there is a problem that the addition of equipment is expensive and the structure of the entire system becomes complicated.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ガスタービン駆動のため燃焼器に供給される燃料を簡単な構造で効率良く加熱することが可能な燃料予熱システムおよび燃料予熱方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a fuel preheating system and a fuel preheating method capable of efficiently heating fuel supplied to a combustor for driving a gas turbine with a simple structure. The purpose is to provide.

上記課題を解決するために、本発明の燃料予熱システム、ガスタービン発電システムおよび燃料予熱方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る燃料予熱システムは、燃焼器における燃料の燃焼によって発生する高温ガスにより駆動されるガスタービンからの排ガスの熱を回収する排熱回収ボイラに設けられた第１の熱交換部と、燃料を燃焼器に供給する燃料供給路に設けられた第２の熱交換部と、排熱回収ボイラに供給され排ガスの熱と熱交換する水とは異なり、第１の熱交換部から排出された後、第２の熱交換部に供給される熱媒体が流れ、第１の熱交換部と第２の熱交換部を熱媒体が循環する閉ループである媒体流路とを備え、熱媒体は、第１の熱交換部で排ガスの熱によって加熱されて、第２の熱交換部で燃料供給路を流れる燃料を加熱する。 In order to solve the above problems, the fuel preheating system, gas turbine power generation system, and fuel preheating method of the present invention employ the following means.
That is, the fuel preheating system according to the present invention includes a first heat exchange unit provided in an exhaust heat recovery boiler that recovers heat of exhaust gas from a gas turbine driven by a high-temperature gas generated by combustion of fuel in a combustor. Unlike the second heat exchange section provided in the fuel supply path for supplying fuel to the combustor and the water supplied to the exhaust heat recovery boiler and exchanging heat with the heat of the exhaust gas, the first heat exchange section After being discharged, the heat medium supplied to the second heat exchange unit flows , and includes a first heat exchange unit and a medium flow path that is a closed loop in which the heat medium circulates through the second heat exchange unit , The medium is heated by the heat of the exhaust gas in the first heat exchange unit, and heats the fuel flowing through the fuel supply path in the second heat exchange unit.

燃焼器は、供給された燃料を燃焼することで高温ガスを発生し、高温ガスをガスタービンに供給する。ガスタービンは、燃焼器から供給された高温ガスによって駆動する。このとき、ガスタービンが発電機と接続されれば、ガスタービンの動力による発電を行える。排熱回収ボイラは、ガスタービンから排出された排ガスの熱を回収する。そして、排熱回収ボイラには、第１の熱交換部が設けられる。排熱回収ボイラは、第１の熱交換部とは別に伝熱管が設けられて、水を蒸気に変え、その蒸気を蒸気タービンに供給してもよい。
燃料供給路は、燃焼器に燃料を供給する流路である。燃料供給路には、第２の熱交換部が設けられる。 The combustor generates hot gas by burning the supplied fuel, and supplies the hot gas to the gas turbine. The gas turbine is driven by hot gas supplied from a combustor. At this time, if the gas turbine is connected to the generator, the power generation by the power of the gas turbine can be performed. The exhaust heat recovery boiler recovers the heat of the exhaust gas discharged from the gas turbine. The exhaust heat recovery boiler is provided with a first heat exchange unit. The heat recovery steam generator may be provided with a heat transfer tube separately from the first heat exchange unit, change water into steam, and supply the steam to the steam turbine.
The fuel supply path is a flow path for supplying fuel to the combustor. A second heat exchange unit is provided in the fuel supply path.

媒体流路は、第１の熱交換部と第２の熱交換部に接続されて熱媒体が流れるように形成される。そして、熱媒体は第１の熱交換部で排ガスの熱によって加熱されて、高温の熱媒体が第１の熱交換部から排出される。その後、第２の熱交換部に熱媒体が供給され、第２の熱交換部で高温の熱媒体の熱が利用されて、燃料供給路を流れる燃料が加熱される。その結果、燃料が燃焼器に供給される前に加熱されることになり、ガスタービンの燃焼効率を向上させることができる。   The medium flow path is formed such that the heat medium flows by being connected to the first heat exchange unit and the second heat exchange unit. Then, the heat medium is heated by the heat of the exhaust gas in the first heat exchange unit, and the high-temperature heat medium is discharged from the first heat exchange unit. Thereafter, the heat medium is supplied to the second heat exchange unit, and the heat of the high-temperature heat medium is used by the second heat exchange unit to heat the fuel flowing through the fuel supply path. As a result, the fuel is heated before being supplied to the combustor, and the combustion efficiency of the gas turbine can be improved.

上記発明において、媒体流路は、第１の熱交換部における熱媒体の出口、第２の熱交換部における熱媒体の入口、第２の熱交換部における熱媒体の出口、第１の熱交換部における熱媒体の入口の順に高さが低くなるように媒体流路が設けられてもよい。 In the above invention, the medium flow path includes the heat medium outlet in the first heat exchange unit, the heat medium inlet in the second heat exchange unit, the heat medium outlet in the second heat exchange unit, and the first heat exchange. The medium flow path may be provided so that the height decreases in the order of the inlet of the heat medium in the section.

この発明によれば、媒体流路は、閉ループであって高低差があるため、熱媒体は、排熱回収ボイラに設けられた第１の熱交換部において加熱されて上昇し、燃料供給路に設けられた第２の熱交換部において冷却されて下降する。このとき、熱媒体は温度差によって循環するため、ポンプなどの外力を大幅に削減することができ、所定の条件下ではポンプなどの外力を使用しないで熱媒体を自然循環させつつ、燃料供給路を通過する燃料を加熱できる。   According to this invention, since the medium flow path is a closed loop and has a height difference, the heat medium is heated and raised in the first heat exchanging section provided in the exhaust heat recovery boiler, and enters the fuel supply path. It cools and falls in the 2nd heat exchange part provided. At this time, since the heat medium circulates due to the temperature difference, the external force of the pump or the like can be greatly reduced, and the fuel supply path can be circulated without naturally using the external force of the pump or the like under a predetermined condition. The fuel passing through can be heated.

また、本発明に係るガスタービン発電システムは、上記の燃料予熱システムと、燃料予熱システムによって予熱された燃料が供給される燃焼器と、燃焼器における燃料の燃焼によって発生する高温ガスにより駆動されるガスタービンと、ガスタービンの回転出力によって発電する発電機とを備える。   A gas turbine power generation system according to the present invention is driven by the fuel preheating system, a combustor to which fuel preheated by the fuel preheating system is supplied, and a high-temperature gas generated by combustion of fuel in the combustor. A gas turbine and a generator that generates electric power by the rotational output of the gas turbine are provided.

この発明によれば、燃料予熱システムが燃焼器に供給される燃料を予熱し、燃焼器が予熱された燃料を燃焼して高温ガスを発生し、ガスタービンが高温ガスによって駆動され、発電機がガスタービンの回転出力によって発電する。したがって、燃焼器には、供給前に予熱された燃料が供給されることになり、ガスタービンの燃焼効率を向上させることができる。   According to this invention, the fuel preheating system preheats the fuel supplied to the combustor, the combustor burns the preheated fuel to generate hot gas, the gas turbine is driven by the hot gas, and the generator Power is generated by the rotational output of the gas turbine. Therefore, the preheated fuel is supplied to the combustor, and the combustion efficiency of the gas turbine can be improved.

また、本発明に係る燃料予熱方法は、燃焼器における燃料の燃焼によって発生する高温ガスにより駆動されるガスタービンからの排ガスの熱を回収する排熱回収ボイラに設けられた第１の熱交換部において、排熱回収ボイラに供給され排ガスの熱と熱交換する水とは異なる熱媒体を排ガスの熱によって加熱し、第１の熱交換部で加熱された熱媒体を第１の熱交換部から排出し、第１の熱交換部から排出された熱媒体を、燃焼器に燃料を供給する燃料供給路に設けられた第２の熱交換部へ供給し、第２の熱交換部において、熱媒体によって燃料供給路を流れる燃料を加熱し、熱媒体が、第１の熱交換部と第２の熱交換部を閉ループで循環する。 Further, the fuel preheating method according to the present invention is a first heat exchange unit provided in an exhaust heat recovery boiler that recovers heat of exhaust gas from a gas turbine driven by high-temperature gas generated by combustion of fuel in a combustor. , A heat medium different from the water supplied to the exhaust heat recovery boiler and exchanging heat with the exhaust gas is heated by the heat of the exhaust gas, and the heat medium heated in the first heat exchange unit is transferred from the first heat exchange unit. The heat medium discharged and discharged from the first heat exchange unit is supplied to a second heat exchange unit provided in a fuel supply path for supplying fuel to the combustor, and the second heat exchange unit The fuel flowing through the fuel supply path is heated by the medium, and the heat medium circulates in a closed loop between the first heat exchange unit and the second heat exchange unit .

この発明によれば、排熱回収ボイラに第１の熱交換部が設けられ、熱媒体が第１の熱交換部において排ガスの熱によって加熱される。そして、加熱された熱媒体が第１の熱交換部から排出されて、第２の熱交換部へ供給される。第２の熱交換部は燃焼器に燃料を供給する燃料供給路に設けられており、燃料供給路を流れる燃料は、第２の熱交換部を流れる熱媒体によって加熱される。その結果、燃料が燃焼器に供給される前に加熱されることになり、ガスタービンの燃焼効率を向上させることができる。   According to this invention, the first heat exchange unit is provided in the exhaust heat recovery boiler, and the heat medium is heated by the heat of the exhaust gas in the first heat exchange unit. And the heated heat medium is discharged | emitted from a 1st heat exchange part, and is supplied to a 2nd heat exchange part. The second heat exchange unit is provided in a fuel supply path that supplies fuel to the combustor, and the fuel that flows through the fuel supply path is heated by the heat medium that flows through the second heat exchange unit. As a result, the fuel is heated before being supplied to the combustor, and the combustion efficiency of the gas turbine can be improved.

本発明によれば、ガスタービン駆動のため燃焼器に供給される燃料を簡単な構造で効率良く加熱することができる。   According to the present invention, the fuel supplied to the combustor for driving the gas turbine can be efficiently heated with a simple structure.

本発明のガスタービンコンバインドサイクル（GTCC）発電システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the gas turbine combined cycle (GTCC) power generation system of this invention. 本発明の燃料予熱システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the fuel preheating system of this invention. 燃料予熱上昇温度［℃］と閉回路である媒体流路の上端から下端までの高低差［ｍ］との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between fuel preheating rise temperature [degreeC] and the height difference [m] from the upper end of a medium flow path which is a closed circuit to a lower end.

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明のガスタービンコンバインドサイクル（GTCC）発電システム１を示す概略図である。
本発明の発電システム１は、ガスタービン発電システム１０と、蒸気タービン発電システム２０と、排熱回収ボイラ３０と、燃料予熱システム２などから構成される。発電システム１は、ガスタービン１２を使って発電した後、ガスタービン１２からの排熱を利用して作った蒸気によって蒸気タービン２１を回転させ、再度発電を行う。また、燃料予熱システム２によって、ガスタービン発電システム１０の燃焼器１３に供給される燃料を予熱する。ここで、燃料とは例えばＬＮＧ気化ガスである。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a gas turbine combined cycle (GTCC) power generation system 1 of the present invention.
The power generation system 1 of the present invention includes a gas turbine power generation system 10, a steam turbine power generation system 20, an exhaust heat recovery boiler 30, a fuel preheating system 2, and the like. The power generation system 1 generates power using the gas turbine 12 and then rotates the steam turbine 21 with steam generated by using the exhaust heat from the gas turbine 12 to generate power again. Further, the fuel supplied to the combustor 13 of the gas turbine power generation system 10 is preheated by the fuel preheating system 2. Here, the fuel is, for example, LNG vaporized gas.

ガスタービン発電システム１０は、圧縮機１１と、ガスタービン１２と、燃焼器１３と、発電機１４などを有する。ガスタービン発電システム１０は、ガスタービン１２の駆動によって発電を行う。   The gas turbine power generation system 10 includes a compressor 11, a gas turbine 12, a combustor 13, a generator 14, and the like. The gas turbine power generation system 10 generates power by driving the gas turbine 12.

圧縮機１１は、ガスタービン１２の回転駆動力が伝達されて駆動する。圧縮機１１は、周囲空気を吸い込んで連続的に空気を圧縮し、圧縮した空気を燃焼器１３に送る。   The compressor 11 is driven by the rotational driving force of the gas turbine 12 being transmitted. The compressor 11 sucks ambient air and continuously compresses the air, and sends the compressed air to the combustor 13.

ガスタービン１２は、燃焼器１３から高温ガスが供給されて高温ガスを膨張させて、回転駆動する。ガスタービン１２は排ガスを排出し、排ガスは排熱回収ボイラ３０に供給される。ガスタービン１２の排ガスの出口温度は例えば５５０〜６００℃である。ガスタービン１２は、一端側で圧縮機１１と直結し、他端側で発電機１４と直結している。   The gas turbine 12 is driven to rotate by being supplied with hot gas from the combustor 13 and expanding the hot gas. The gas turbine 12 exhausts exhaust gas, and the exhaust gas is supplied to the exhaust heat recovery boiler 30. The outlet temperature of the exhaust gas from the gas turbine 12 is, for example, 550 to 600 ° C. The gas turbine 12 is directly connected to the compressor 11 at one end side and directly connected to the generator 14 at the other end side.

燃焼器１３は、圧縮機１１から空気が供給され、燃料供給路５０から燃料が供給されて、燃料を燃焼し、高温ガスを発生する。燃焼器１３は、発生した高温ガスをガスタービン１２に供給する。燃料供給路５０は、燃料供給元と燃焼器１３を結ぶ配管であり、燃料供給元から燃焼器１３へ燃料が流れる。燃料供給路５０には第２の熱交換部６が設けられる。   The combustor 13 is supplied with air from the compressor 11 and supplied with fuel from the fuel supply path 50 to burn the fuel and generate high-temperature gas. The combustor 13 supplies the generated high temperature gas to the gas turbine 12. The fuel supply path 50 is a pipe connecting the fuel supply source and the combustor 13, and the fuel flows from the fuel supply source to the combustor 13. A second heat exchange unit 6 is provided in the fuel supply path 50.

発電機１４は、ガスタービン１２の回転駆動力が伝達され、その駆動力によって電力を出力する。発電機１４で得られた電力は、図示しない電力線を介して電力系統へ供給される。   The generator 14 receives the rotational driving force of the gas turbine 12 and outputs electric power by the driving force. The electric power obtained by the generator 14 is supplied to the power system via a power line (not shown).

排熱回収ボイラ３０は、ガスタービン１２から排ガスが供給され、排ガスを図示しない排気筒へ排気する。排熱回収ボイラ３０は、ガスタービン１２から排出された排ガスの熱を回収する。例えば、排熱回収ボイラ３０には、媒体流路の一部を構成する第１の熱交換部４が設けられる。排熱回収ボイラ３０を通過する排ガスは、第１の熱交換部４にて媒体流路を流れる熱媒体と熱交換する。また、排熱回収ボイラ３０には、蒸気タービン発電システム２０の流路の一部を構成する伝熱管２５が設けられる。排熱回収ボイラ３０を通過する排ガスは、伝熱管２５にて蒸気タービン発電システム２０の循環流路を流れる水または蒸気と熱交換する。   The exhaust heat recovery boiler 30 is supplied with exhaust gas from the gas turbine 12 and exhausts the exhaust gas to an exhaust cylinder (not shown). The exhaust heat recovery boiler 30 recovers the heat of the exhaust gas discharged from the gas turbine 12. For example, the exhaust heat recovery boiler 30 is provided with the first heat exchange unit 4 that constitutes a part of the medium flow path. The exhaust gas passing through the exhaust heat recovery boiler 30 exchanges heat with the heat medium flowing through the medium flow path in the first heat exchange unit 4. The exhaust heat recovery boiler 30 is provided with a heat transfer tube 25 that constitutes a part of the flow path of the steam turbine power generation system 20. The exhaust gas passing through the exhaust heat recovery boiler 30 exchanges heat with water or steam flowing through the circulation flow path of the steam turbine power generation system 20 in the heat transfer pipe 25.

蒸気タービン発電システム２０は、蒸気タービン２１と、発電機２２と、復水器２３と、給水ポンプ２４と、排熱回収ボイラ３０などから構成される。蒸気タービン発電システム２０は、蒸気タービン２１の駆動によって発電を行う。蒸気タービン発電システム２０は、閉回路の循環流路を有しており、給水ポンプ２４によって蒸気または水が循環流路内を循環する。   The steam turbine power generation system 20 includes a steam turbine 21, a power generator 22, a condenser 23, a feed water pump 24, an exhaust heat recovery boiler 30, and the like. The steam turbine power generation system 20 generates power by driving the steam turbine 21. The steam turbine power generation system 20 has a closed circuit circulation channel, and steam or water is circulated in the circulation channel by a feed water pump 24.

蒸気タービン２１は、排熱回収ボイラ３０に設けられた伝熱管２５にて生成された蒸気の熱落差（エンタルピー落差）によって回転駆動される。蒸気タービン２１には発電機２２が接続されている。蒸気タービン２１の回転駆動力は発電機２２に伝達され、発電機２２によって電力が得られるようになっている。発電機２２によって得られた電力は、図示しない電力線を介して電力系統へと供給される。   The steam turbine 21 is rotationally driven by a heat drop (enthalpy drop) of steam generated in a heat transfer tube 25 provided in the exhaust heat recovery boiler 30. A generator 22 is connected to the steam turbine 21. The rotational driving force of the steam turbine 21 is transmitted to the generator 22, and electric power is obtained by the generator 22. The electric power obtained by the generator 22 is supplied to the power system via a power line (not shown).

復水器２３は蒸気を冷却水によって冷却して凝縮液化する。凝縮液化して生成された水は、給水ポンプ２４によって排熱回収ボイラ３０へ送られる。   The condenser 23 cools the steam with cooling water and condensates it. The water generated by condensing and liquefying is sent to the exhaust heat recovery boiler 30 by the water supply pump 24.

次に、図２を用いて、本発明の燃料予熱システム２について説明する。図２は、本発明の燃料予熱システム２を示す概略図である。
燃料予熱システム２は、熱媒体が流れる閉回路の媒体流路を有しており、第１の熱交換部４と第２の熱交換部６が設けられる。第１の熱交換部４と第２の熱交換部６は、それぞれ複数の伝熱管からなる伝熱管群によって構成される。 Next, the fuel preheating system 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic view showing the fuel preheating system 2 of the present invention.
The fuel preheating system 2 has a closed circuit medium flow path through which a heat medium flows, and is provided with a first heat exchange unit 4 and a second heat exchange unit 6. The 1st heat exchange part 4 and the 2nd heat exchange part 6 are comprised by the heat exchanger tube group which consists of a some heat exchanger tube, respectively.

第１の熱交換部４は、排熱回収ボイラ３０に設けられる。第１の熱交換部４の伝熱管内を流れる熱媒体は、排熱回収ボイラ３０を流れる排ガスと熱交換し、熱媒体は加熱される。第２の熱交換部６は、燃料が流れる燃料供給路５０に設けられる。第２の熱交換部６の伝熱管内を流れる熱媒体は、燃料供給路５０を流れる燃料と熱交換し、熱媒体は冷却される。   The first heat exchange unit 4 is provided in the exhaust heat recovery boiler 30. The heat medium flowing in the heat transfer tube of the first heat exchange unit 4 exchanges heat with the exhaust gas flowing in the exhaust heat recovery boiler 30, and the heat medium is heated. The second heat exchange unit 6 is provided in the fuel supply path 50 through which the fuel flows. The heat medium flowing in the heat transfer tube of the second heat exchange unit 6 exchanges heat with the fuel flowing in the fuel supply path 50, and the heat medium is cooled.

配管３は、第２の熱交換部６の伝熱管の下側にある開口（熱媒体出口）と第１の熱交換部４の伝熱管の下側にある開口（熱媒体入口）を結ぶ流路であり、第２の熱交換部６から第１の熱交換部４へ熱媒体が流れる。また、配管５は、第１の熱交換部４の伝熱管の上側にある開口（熱媒体出口）と第２の熱交換部６の伝熱管の上側にある開口（熱媒体入口）を結ぶ流路であり、第１の熱交換部４から第２の熱交換部６へ熱媒体が流れる。   The pipe 3 is a flow that connects an opening (heat medium outlet) below the heat transfer tube of the second heat exchange unit 6 and an opening (heat medium inlet) below the heat transfer tube of the first heat exchange unit 4. The heat medium flows from the second heat exchange unit 6 to the first heat exchange unit 4. The pipe 5 is a flow connecting an opening (heat medium outlet) above the heat transfer tube of the first heat exchange unit 4 and an opening (heat medium inlet) above the heat transfer tube of the second heat exchange unit 6. The heat medium flows from the first heat exchange unit 4 to the second heat exchange unit 6.

媒体流路は、第１の熱交換部４と、第２の熱交換部６と、配管３，５によって構成され、媒体流路内を熱媒体が循環する。なお、熱媒体は、例えばガス（空気、炭酸ガス等）、油または有機溶媒（シリコン油、ダウサムＡ、エチレングリコール等）、溶融塩（NaNO2、LiNO3、NaNO3、KNO3、NaOH、KOH、LiCl、NaCl、KCl、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、NaNO3-KNO3、HTS:NaNO3-KNO3-NaNO2、LiF-BeF2、LiF-NaF-KF、LiF-BeF2-ThF4-UF4等）を使用できる。熱媒体は、低温（例えば常温〜350℃）の範囲で使用されるときは油系のものが適しており、高温（例えば450℃以上）で使用されるときは、溶融塩が適している。これらの温度領域で熱媒体は熱伝達率や熱容量が大きくなるためである。 The medium flow path is configured by the first heat exchange unit 4, the second heat exchange unit 6, and the pipes 3 and 5, and the heat medium circulates in the medium flow path. The heat medium is, for example, gas (air, carbon dioxide, etc.), oil or organic solvent (silicon oil, Dowsum A, ethylene glycol, etc.), molten salt (NaNO 2 , LiNO 3 , NaNO 3 , KNO 3 , NaOH, KOH , LiCl, NaCl, KCl, Li 2 CO 3, Na 2 CO 3, K 2 CO 3, NaNO 3 -KNO 3, HTS: NaNO 3 -KNO 3 -NaNO 2, LiF-BeF 2, LiF-NaF-KF, LiF-BeF 2 -ThF 4 -UF 4 etc.) can be used. As the heat medium, oil-based ones are suitable when used in a low temperature range (for example, normal temperature to 350 ° C.), and molten salts are suitable when used at a high temperature (for example, 450 ° C. or higher). This is because the heat transfer medium has a large heat transfer coefficient and heat capacity in these temperature ranges.

また、媒体流路の閉回路が図２に示すように高低差を設けて配置されることで、内部の熱媒体は排熱回収ボイラ３０側の第１の熱交換部４では加熱されて上昇し、燃料供給路５０側の第２の熱交換部６では冷却されて下降する。ここで、第１の熱交換部４と第２の熱交換部６は高さ方向に沿って蛇行して設けられる。そして、配管３，５は水平に設けられる。なお、配管３，５は水平方向に対して傾斜して設けられてもよいが、第１の熱交換部４における熱媒体の出口、第２の熱交換部６における熱媒体の入口、第２の熱交換部６における熱媒体の出口、第１の熱交換部４における熱媒体の入口の順に高さが低くなるように媒体流路が設けられる。   Further, the closed circuit of the medium flow path is arranged with a height difference as shown in FIG. 2, so that the internal heat medium is heated and raised in the first heat exchanging unit 4 on the exhaust heat recovery boiler 30 side. Then, the second heat exchange section 6 on the fuel supply path 50 side is cooled and descends. Here, the first heat exchange unit 4 and the second heat exchange unit 6 are provided meandering along the height direction. The pipes 3 and 5 are provided horizontally. The pipes 3 and 5 may be provided to be inclined with respect to the horizontal direction, but the outlet of the heat medium in the first heat exchange unit 4, the inlet of the heat medium in the second heat exchange unit 6, the second The medium flow path is provided so that the height decreases in the order of the outlet of the heat medium in the heat exchanger 6 and the inlet of the heat medium in the first heat exchanger 4.

このとき、熱媒体は温度差によって循環するため、ポンプなどの外力を大幅に削減することができ、所定の条件下ではポンプなどの外力を使用しないで熱媒体を自然循環させつつ、第２の熱交換部６によって燃料供給路５０を通過する燃料を加熱できる。   At this time, since the heat medium circulates due to the temperature difference, the external force of the pump or the like can be greatly reduced. Under the predetermined conditions, the heat medium is naturally circulated without using the external force of the pump or the like, and the second The fuel passing through the fuel supply path 50 can be heated by the heat exchange unit 6.

次に、本発明の燃料予熱システム２の動作について説明する。
まず、ガスタービン１２からの排ガスが排熱回収ボイラ３０に供給されると、排ガスは媒体流路の第１の熱交換部４を流れる熱媒体と熱交換する。その結果、排熱回収ボイラ３０にて、排ガスは冷却され、熱媒体は加熱される。そして、熱媒体は比重が小さくなっていくため、第１の熱交換部４の伝熱管内を上昇する。 Next, the operation of the fuel preheating system 2 of the present invention will be described.
First, when the exhaust gas from the gas turbine 12 is supplied to the exhaust heat recovery boiler 30, the exhaust gas exchanges heat with the heat medium flowing through the first heat exchange unit 4 in the medium flow path. As a result, in the exhaust heat recovery boiler 30, the exhaust gas is cooled and the heat medium is heated. And since the specific gravity of a heat medium becomes small, the inside of the heat exchanger tube of the 1st heat exchange part 4 raises.

一方、燃焼器１３に供給される燃料が流れる燃料供給路５０では、燃料は媒体流路の第２の熱交換部６を流れる熱媒体と熱交換する。その結果、燃料は第２の熱交換部６によって加熱される。したがって、燃料は燃焼器１３に供給される前に温度上昇するため、ガスタービン発電システム１０の燃焼効率を向上させることができる。また、第２の熱交換部６にて、熱媒体は冷却され比重が大きくなっていくため、伝熱管内を下降する。   On the other hand, in the fuel supply path 50 through which the fuel supplied to the combustor 13 flows, the fuel exchanges heat with the heat medium flowing through the second heat exchange unit 6 of the medium flow path. As a result, the fuel is heated by the second heat exchange unit 6. Therefore, since the temperature of the fuel rises before being supplied to the combustor 13, the combustion efficiency of the gas turbine power generation system 10 can be improved. Moreover, in the 2nd heat exchange part 6, since a heat medium is cooled and specific gravity becomes large, it falls in the inside of a heat exchanger tube.

以上より、熱媒体の密度差によって、熱媒体は、配管３にて、第２の熱交換部６の下側開口部から第１の熱交換部４の下側開口部へ流れ、配管５にて、第１の熱交換部４の上側開口部から第２の熱交換部６の上側開口部へ流れる。その結果、熱媒体は、配管３、第１の熱交換部４、配管５、第２の熱交換部６の順に媒体流路内を循環する。所定の条件下ではポンプなどの外力を使用しないで熱媒体を自然循環させつつ、第２の熱交換部６によって燃料供給路５０を通過する燃料を加熱できる。   From the above, due to the density difference of the heat medium, the heat medium flows in the pipe 3 from the lower opening of the second heat exchange unit 6 to the lower opening of the first heat exchange unit 4 and flows into the pipe 5. Then, it flows from the upper opening of the first heat exchange unit 4 to the upper opening of the second heat exchange unit 6. As a result, the heat medium circulates in the medium flow path in the order of the pipe 3, the first heat exchange unit 4, the pipe 5, and the second heat exchange unit 6. Under a predetermined condition, the fuel passing through the fuel supply path 50 can be heated by the second heat exchange unit 6 while naturally circulating the heat medium without using an external force such as a pump.

次に、図３を用いて、本発明の燃料予熱システム２の一例として、媒体流路内を循環する熱媒体がダウサムＡである場合の燃料予熱上昇温度の検討結果を説明する。図３は、燃料予熱上昇温度［℃］と閉回路である媒体流路の上端から下端までの高低差［ｍ］との関係を示すグラフである。   Next, as an example of the fuel preheating system 2 of the present invention, the examination result of the fuel preheating rising temperature when the heat medium circulating in the medium flow path is dowsum A will be described using FIG. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the fuel preheating rising temperature [° C.] and the height difference [m] from the upper end to the lower end of the medium flow path which is a closed circuit.

図３のグラフは、媒体流路の高低差をパラメータとして燃料予熱の温度上昇がどの程度になるかを計算した結果である。熱媒体が媒体流路を循環する駆動力は、熱媒体の温度差によって生じる密度差と、媒体流路の高低差に基づいて算出することとした。また、媒体流路の高温側と低温側間の熱媒体の温度差（密度差）を一定としている。   The graph of FIG. 3 is a result of calculating how much the temperature increase of the fuel preheating becomes the parameter using the height difference of the medium flow path as a parameter. The driving force for circulating the heat medium through the medium flow path is calculated based on the density difference caused by the temperature difference of the heat medium and the height difference of the medium flow path. Further, the temperature difference (density difference) of the heat medium between the high temperature side and the low temperature side of the medium flow path is constant.

計算方法として、まず、図２に示すような形状を有する閉回路の媒体流路と第１の熱交換部４と第２の熱交換部６を想定し、上述の駆動力による媒体流路内の熱媒体の循環流量を算出する。次に、算出した循環流量と設定した温度差に基づいて、熱交換量を算出する。最後に、既定の燃料ガスの流量に基づいて、熱交換量に相当する燃料の温度上昇分を算出する。   As a calculation method, first, a closed-circuit medium flow path having the shape shown in FIG. 2, the first heat exchange unit 4, and the second heat exchange unit 6 are assumed, and the inside of the medium flow path by the driving force described above is assumed. The circulation flow rate of the heat medium is calculated. Next, the heat exchange amount is calculated based on the calculated circulation flow rate and the set temperature difference. Finally, the fuel temperature rise corresponding to the heat exchange amount is calculated based on the predetermined fuel gas flow rate.

図３に示したように、媒体流路の高低差が高いほど、燃料予熱における温度上昇分が大きくなることが分かる。また、図３のケースでは、媒体流路の高低差を３ｍ確保することによって、燃料を５０℃以上予熱することが可能となった。   As shown in FIG. 3, it can be seen that the higher the difference in the height of the medium flow path, the larger the temperature rise in fuel preheating. Further, in the case of FIG. 3, it is possible to preheat the fuel by 50 ° C. or more by securing a height difference of 3 m in the medium flow path.

以上、本発明によれば、燃焼器に供給される燃料を予め加熱することができるため、ガスタービン発電システムの燃焼効率を向上させることができる。また、媒体流路を適切に配置することで、閉回路の媒体流路を流れる熱媒体は温度差（密度差）によって循環する。そして、ポンプなどの外力を大幅に削減することができ、所定の条件下ではポンプなどの外力を使用しないで熱媒体を自然循環させつつ、燃料供給路を通過する燃料を加熱できる。
なお、ガスタービンコンバインドサイクル（GTCC）発電システムの能力や運転条件に適した熱媒体を選択することで、燃料予熱システムの最適化を図ることができる。 As mentioned above, according to this invention, since the fuel supplied to a combustor can be heated previously, the combustion efficiency of a gas turbine power generation system can be improved. Further, by appropriately arranging the medium flow path, the heat medium flowing through the closed medium flow path circulates due to a temperature difference (density difference). The external force of the pump or the like can be greatly reduced, and the fuel passing through the fuel supply path can be heated while naturally circulating the heat medium without using the external force of the pump or the like under a predetermined condition.
It is possible to optimize the fuel preheating system by selecting a heat medium suitable for the performance and operating conditions of the gas turbine combined cycle (GTCC) power generation system.

上記説明では、ガスタービンの燃料が天然ガス（LNG）の場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。ガスタービンの燃料は、例えば軽油等の油でもよい。また、上記説明では、ガスタービンコンバインドサイクル（GTCC）発電システムに本発明を適用する場合について説明したが、本発明は蒸気タービン発電システムを含まないで、ガスタービン発電システムと排熱回収ボイラを有するシステムにも適用できる。更に、上記説明では、ガスタービンと蒸気タービンそれぞれに発電機が直結するGTCC発電システムについて説明したが、本発明はこの例に限定されず、発電機を共有して、ガスタービンと蒸気タービンと発電機が直結するGTCC発電システムでも本発明を適用できる。   In the above description, the case where the fuel of the gas turbine is natural gas (LNG) has been described, but the present invention is not limited to this example. The gas turbine fuel may be oil such as light oil. In the above description, the case where the present invention is applied to a gas turbine combined cycle (GTCC) power generation system has been described. However, the present invention does not include a steam turbine power generation system, and includes a gas turbine power generation system and an exhaust heat recovery boiler. It can also be applied to the system. Furthermore, in the above description, the GTCC power generation system in which the generator is directly connected to each of the gas turbine and the steam turbine has been described. However, the present invention is not limited to this example, and the generator is shared, and the gas turbine, the steam turbine, The present invention can also be applied to a GTCC power generation system in which the machines are directly connected.

１ ガスタービンコンバインドサイクル発電システム
２ 燃料予熱システム
３，５ 配管（媒体流路）
４ 第１の熱交換部
６ 第２の熱交換部
１０ ガスタービン発電システム
１１ 圧縮機
１２ ガスタービン
１３ 燃焼器
１４，２２ 発電機
２０ 蒸気タービン発電システム
２１ 蒸気タービン
２３ 復水器
２４ 給水ポンプ
２５ 伝熱管
３０ 排熱回収ボイラ
５０ 燃料供給路
1 Gas turbine combined cycle power generation system 2 Fuel preheating system 3, 5 Piping (medium flow path)
4 1st heat exchange part 6 2nd heat exchange part 10 Gas turbine power generation system 11 Compressor 12 Gas turbine 13 Combustor 14,22 Generator 20 Steam turbine power generation system 21 Steam turbine 23 Condenser 24 Feed water pump 25 Transmission Heat pipe 30 Waste heat recovery boiler 50 Fuel supply path

Claims (4)

燃焼器における燃料の燃焼によって発生する高温ガスにより駆動されるガスタービンからの排ガスの熱を回収する排熱回収ボイラに設けられた第１の熱交換部と、
前記燃料を前記燃焼器に供給する燃料供給路に設けられた第２の熱交換部と、
前記排熱回収ボイラに供給され前記排ガスの熱と熱交換する水とは異なり、前記第１の熱交換部から排出された後、前記第２の熱交換部に供給される熱媒体が流れ、前記第１の熱交換部と前記第２の熱交換部を前記熱媒体が循環する閉ループである媒体流路と、
を備え、
前記熱媒体は、前記第１の熱交換部で前記排ガスの熱によって加熱されて、前記第２の熱交換部で前記燃料供給路を流れる前記燃料を加熱することを特徴とする燃料予熱システム。 A first heat exchange unit provided in an exhaust heat recovery boiler that recovers heat of exhaust gas from a gas turbine driven by high-temperature gas generated by combustion of fuel in a combustor;
A second heat exchange section provided in a fuel supply path for supplying the fuel to the combustor;
Unlike water that is supplied to the exhaust heat recovery boiler and exchanges heat with the heat of the exhaust gas, after being discharged from the first heat exchange unit, a heat medium supplied to the second heat exchange unit flows , A medium flow path that is a closed loop in which the heat medium circulates through the first heat exchange section and the second heat exchange section ;
With
The fuel preheating system, wherein the heat medium is heated by the heat of the exhaust gas in the first heat exchange unit, and the fuel flowing in the fuel supply path is heated in the second heat exchange unit. 前記媒体流路は、前記第１の熱交換部における前記熱媒体の出口、前記第２の熱交換部における前記熱媒体の入口、前記第２の熱交換部における前記熱媒体の出口、前記第１の熱交換部における前記熱媒体の入口の順に高さが低くなるように前記媒体流路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料予熱システム。 The medium flow path, prior Symbol outlet of the heat medium in the first heat exchanger, the inlet of the heat medium in the second heat exchange portion, an outlet of the heat medium in the second heat exchange section, the 2. The fuel preheating system according to claim 1, wherein the medium flow path is provided in such a manner that a height thereof decreases in order of an inlet of the heat medium in the first heat exchange unit. 請求項１または２に記載の燃料予熱システムと、
該燃料予熱システムによって予熱された燃料が供給される燃焼器と、
該燃焼器における前記燃料の燃焼によって発生する高温ガスにより駆動されるガスタービンと、
該ガスタービンの回転出力によって発電する発電機と、
を備えることを特徴とするガスタービン発電システム。 A fuel preheating system according to claim 1 or 2,
A combustor supplied with fuel preheated by the fuel preheating system;
A gas turbine driven by hot gas generated by combustion of the fuel in the combustor;
A generator for generating electricity by the rotational output of the gas turbine;
A gas turbine power generation system comprising: 燃焼器における燃料の燃焼によって発生する高温ガスにより駆動されるガスタービンからの排ガスの熱を回収する排熱回収ボイラに設けられた第１の熱交換部において、前記排熱回収ボイラに供給され前記排ガスの熱と熱交換する水とは異なる熱媒体を前記排ガスの熱によって加熱し、
前記第１の熱交換部で加熱された前記熱媒体を前記第１の熱交換部から排出し、
前記第１の熱交換部から排出された前記熱媒体を、前記燃焼器に前記燃料を供給する燃料供給路に設けられた第２の熱交換部へ供給し、
前記第２の熱交換部において、前記熱媒体によって前記燃料供給路を流れる前記燃料を加熱し、
前記熱媒体が、前記第１の熱交換部と前記第２の熱交換部を閉ループで循環することを特徴とする燃料予熱方法。 In a first heat exchange section provided in an exhaust heat recovery boiler that recovers heat of exhaust gas from a gas turbine driven by high-temperature gas generated by combustion of fuel in a combustor, the exhaust heat recovery boiler is supplied with the Heating the heat medium different from the water that exchanges heat with the heat of the exhaust gas by the heat of the exhaust gas ,
Discharging the heat medium heated in the first heat exchange section from the first heat exchange section;
Supplying the heat medium discharged from the first heat exchange unit to a second heat exchange unit provided in a fuel supply path for supplying the fuel to the combustor;
In the second heat exchange unit, the fuel flowing through the fuel supply path is heated by the heat medium ,
The fuel preheating method , wherein the heat medium circulates in a closed loop between the first heat exchange unit and the second heat exchange unit .
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