JP5822487B2 - Gas turbine plant and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、ガスタービンプラントおよびこの制御方法に関し、特に、ガスタービンに供給される燃料の加熱に関するものである。   The present invention relates to a gas turbine plant and a control method thereof, and more particularly to heating of fuel supplied to a gas turbine.

一般に、ガスタービンコンバインドプラントにおいては、空気を空気圧縮機で圧縮してガスタービンに設けられている燃焼器に送り、燃焼器内に供給された燃料ガスを燃焼させている。この燃焼器内で生じた高温高圧の燃焼ガスをガスタービン中で膨張させることにより、ガスタービンを駆動してガスタービン用発電機を駆動する。これにより、ガスタービン用発電機は、電力を生じることとなる。   In general, in a gas turbine combined plant, air is compressed by an air compressor, sent to a combustor provided in the gas turbine, and fuel gas supplied into the combustor is combusted. The high-temperature and high-pressure combustion gas generated in the combustor is expanded in the gas turbine, thereby driving the gas turbine to drive the gas turbine generator. Thereby, the generator for gas turbines will generate electric power.

また、ガスタービンから排出される排気ガスは、排熱回収ボイラ(HRSG)へと導かれて、その排熱(約600℃)を用いて排熱回収ボイラにて蒸気を発生させる。排熱回収ボイラにおいて発生した蒸気は、蒸気タービンに導かれて蒸気タービンを駆動して蒸気タービン用発電機の動力を生み出すようになっている。   Further, the exhaust gas discharged from the gas turbine is guided to an exhaust heat recovery boiler (HRSG), and steam is generated in the exhaust heat recovery boiler using the exhaust heat (about 600 ° C.). Steam generated in the exhaust heat recovery boiler is guided to a steam turbine to drive the steam turbine to generate power for the steam turbine generator.

蒸気タービンを駆動した蒸気は、蒸気タービンから排出されて復水器に導かれる。復水器に導かれた蒸気は、海水等の冷却水によって冷却されて凝縮される。凝縮された蒸気は、復水となって排熱回収ボイラの給水系統へと導かれる。   The steam that has driven the steam turbine is discharged from the steam turbine and guided to the condenser. The steam guided to the condenser is cooled and condensed by cooling water such as seawater. The condensed steam is converted into condensate and led to the water supply system of the exhaust heat recovery boiler.

このようなガスタービンコンバインドプラントでは、ガスタービンのタービンロータを冷却するために用いる空気(以下、「GTロータ冷却空気」という。)には、空気圧縮機によって圧縮された高温(例えば、約440℃)の空気を用いている。この圧縮空気の一部を空気冷却器にて大気と熱交換させた場合には、圧縮空気が有していた熱を系外にそのまま放出することになる。そのため、この系外に放出する熱を用いてガスタービンの燃焼器へと導かれる燃料ガスを加熱するための熱回収を行う空気冷却兼燃料加熱器が設けられている。   In such a gas turbine combined plant, the air used for cooling the turbine rotor of the gas turbine (hereinafter referred to as “GT rotor cooling air”) is a high temperature (for example, about 440 ° C.) compressed by an air compressor. ) Air is used. When a part of this compressed air is exchanged with the atmosphere by an air cooler, the heat of the compressed air is released as it is outside the system. Therefore, an air cooling and fuel heater that performs heat recovery for heating the fuel gas led to the combustor of the gas turbine using the heat released to the outside of the system is provided.

この空気冷却兼燃料加熱器は、その外部下方に空気冷却兼燃料加熱器内へと空気を送り込むファンが設置されている(例えば、特許文献1)。そのため、空気圧縮機から空気冷却兼燃料加熱器へと導かれる約440℃のGTロータ冷却空気は、空気冷却兼燃料加熱器に設けられているファンにより送風される大気と熱交換することによって約200℃に冷却される。この約200℃に冷却されたGTロータ冷却空気は、ガスタービンに導かれてタービンロータなどを冷却してタービンの損傷の発生を防止することとなる。   This air cooling and fuel heater is provided with a fan that feeds air into the air cooling and fuel heater below the outside (for example, Patent Document 1). Therefore, the GT rotor cooling air of about 440 ° C. led from the air compressor to the air cooling / fuel heater is approximately exchanged with the air blown by the fan provided in the air cooling / fuel heater. Cool to 200 ° C. The GT rotor cooling air cooled to about 200 ° C. is guided to the gas turbine to cool the turbine rotor and the like, thereby preventing the turbine from being damaged.

一方、空気冷却兼燃料加熱器においてGTロータ冷却空気と熱交換した大気は、その温度が約220℃とされる。この約220℃とされた大気は、空気冷却兼燃料加熱器に導かれる燃料ガスと熱交換する。空気冷却兼燃料加熱器において約220℃の大気と熱交換した燃料ガスは、約200℃に加熱されることとなる。   On the other hand, the temperature of the air that exchanges heat with the GT rotor cooling air in the air cooling and fuel heater is about 220 ° C. The atmosphere at about 220 ° C. exchanges heat with the fuel gas introduced to the air cooling / fuel heater. The fuel gas exchanged with the atmosphere at about 220 ° C. in the air cooling and fuel heater is heated to about 200 ° C.

特許文献2および特許文献3には、空気冷却兼燃料加熱器を通過して温度が約200℃となった燃料ガスと、排熱回収ボイラから導出された温度が約260℃の蒸気と、を熱交換させる燃料ガス熱交換器を設けて、さらに約240℃にまで燃料ガスを加熱してガスタービンの燃焼器へと導くことによって、ガスタービンコンバインドプラントの熱効率の改善を図ることが開示されている。   Patent Document 2 and Patent Document 3 include a fuel gas having a temperature of about 200 ° C. after passing through an air cooling and fuel heater, and a steam having a temperature of about 260 ° C. derived from an exhaust heat recovery boiler. It is disclosed to improve the thermal efficiency of a gas turbine combined plant by providing a fuel gas heat exchanger for heat exchange, and further heating the fuel gas to about 240 ° C. and guiding it to the combustor of the gas turbine. Yes.

特開平8−284689号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-284891 特開平11−117712号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-117712 特開平11−117714号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-117714

しかしながら、特許文献1に記載の発明は、ファンにより送風される大気と、GTロータ冷却空気および燃料ガスとを熱交換させて空気圧縮機から導かれる空気の熱回収を行っているが、未だ放熱ロスを生じているという問題があった。   However, the invention described in Patent Document 1 performs heat recovery of air guided from the air compressor by exchanging heat between the air blown by the fan, the GT rotor cooling air, and the fuel gas. There was a problem of causing loss.

また、特許文献2および特許文献3に記載の発明は、空気冷却兼燃料加熱器と燃料ガス熱交換器とを用いることによって燃料ガスの加熱を行っているが、昇温できる温度はせいぜい二百数十℃程度である。そのため、ガスタービンプラントの熱効率の改善を図るためには、燃料をより高温に加熱することが好ましい。しかし、従来の技術では、ガスタービンコンバインドプラントの熱効率アップに十分に寄与できる高温度に燃料を加熱することが困難であるという問題があった。   In the inventions described in Patent Document 2 and Patent Document 3, the fuel gas is heated by using an air cooling and fuel heater and a fuel gas heat exchanger, but the temperature that can be raised is at most two hundred. It is about several tens of degrees Celsius. Therefore, in order to improve the thermal efficiency of the gas turbine plant, it is preferable to heat the fuel to a higher temperature. However, the conventional technique has a problem that it is difficult to heat the fuel to a high temperature that can sufficiently contribute to the improvement of the thermal efficiency of the gas turbine combined plant.

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、熱効率アップに十分に寄与できる高温度に燃料を加熱することが可能なガスタービンプラントおよびこの制御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 an object of the present invention is to provide a gas turbine plant capable of heating fuel to a high temperature that can sufficiently contribute to an increase in thermal efficiency, and a control method thereof. To do.

上記課題を解決するために、本発明のガスタービンプラントおよびこの制御方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るガスタービンプラントによれば、燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器から導出された燃焼ガスによって回転駆動されるタービンと、該タービンが回転駆動することによって回転駆動して空気を圧縮する圧縮機と、を備えるガスタービンと、該ガスタービンから導出された排気ガスと熱交換して加熱圧縮水および蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水と、前記燃焼器に導かれる燃料とが熱交換する第1熱交換手段と、該第1熱交換手段から導出された燃料と、前記圧縮機によって圧縮された圧縮空気とが直接熱交換する第2熱交換手段と、を備え、前記第1熱交換手段から導出された燃料との直接熱交換によって低下させた前記圧縮空気の温度を前記排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水によって更に低下させることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the gas turbine plant and the control method of the present invention employ the following means.
That is, according to the gas turbine plant according to the present invention, the combustor that combusts the fuel, the turbine that is rotationally driven by the combustion gas derived from the combustor, and the rotational drive of the turbine that is rotationally driven. A compressor that compresses air; a heat recovery steam generator that generates heat compressed water and steam by exchanging heat with the exhaust gas derived from the gas turbine; and the heat recovery steam generator that is derived from the heat recovery steam generator The first heat exchange means for exchanging heat between the heated compressed water and the fuel guided to the combustor, the fuel derived from the first heat exchange means, and the compressed air compressed by the compressor are directly comprising a second heat exchange means for heat exchange, and deriving a temperature of the compressed air is reduced by direct heat exchange with the fuel derived from the first heat exchange means from said heat recovery steam generator Further characterized Rukoto reduced by the heated compressed water.

本発明においては、まず、排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水とガスタービンの燃焼器に導かれる燃料とを第1熱交換手段によって熱交換させることにした。次いで、圧縮機によって圧縮された空気と第1熱交換手段により加熱された燃料とを第2熱交換手段によって熱交換させることとした。
第1熱交換手段では、加熱圧縮水により燃料を熱交換させる。これにより燃料は、常温から例えば200℃強に加熱される。一方、第2熱交換手段では、圧縮機によって圧縮された空気により、上記200℃強に加熱された燃料を熱交換させる。ここで、圧縮機によって圧縮された空気は、例えば約440℃という高温のものを利用できる。つまり、例えば約200°C強まで昇温した燃料を、約440℃という高温の圧縮空気と熱交換させるので、熱効率アップに十分に寄与できる高温度(メタン系の燃料の場合、例えば400℃)に燃料を加熱して燃焼器へと導くことができる。従って、ガスタービンプラントの熱効率の改善を図ることができる。
In the present invention, first, heat-compressed water led out from the exhaust heat recovery boiler and fuel guided to the combustor of the gas turbine are heat-exchanged by the first heat exchange means. Next, the air compressed by the compressor and the fuel heated by the first heat exchange means are heat-exchanged by the second heat exchange means.
In the first heat exchanging means, the fuel is heat exchanged with the heated compressed water. As a result, the fuel is heated from room temperature to, for example, over 200 ° C. On the other hand, in the second heat exchanging means, heat of the fuel heated to slightly above 200 ° C. is exchanged by the air compressed by the compressor. Here, the air compressed by the compressor can use the high temperature of about 440 degreeC, for example. In other words, for example, the fuel heated up to about 200 ° C. or higher is heat-exchanged with compressed air having a high temperature of about 440 ° C., so that it can sufficiently contribute to the improvement of thermal efficiency (in the case of methane fuel, for example, 400 ° C.) The fuel can be heated to the combustor. Therefore, it is possible to improve the thermal efficiency of the gas turbine plant.

ガスタービンプラントの熱効率の改善を図るためには、上記したように燃料をより高い温度に加熱することが好ましい。しかし、燃料の温度が自己着火温度以上となった場合には、自己着火するおそれがある。例えばメタン系の燃料では、温度が445℃(12kg/cm(G)以上)以上となった場合である。 In order to improve the thermal efficiency of the gas turbine plant, it is preferable to heat the fuel to a higher temperature as described above. However, if the temperature of the fuel is higher than the self-ignition temperature, there is a risk of self-ignition. For example, in the case of methane-based fuel, the temperature is 445 ° C. (12 kg / cm 2 (G) or more) or higher.

そこで、本発明に係るガスタービンプラントによれば、前記第2熱交換手段は、導出される燃料を、該燃料の自己着火温度未満の所定の一定温度に保持するように制御する温度制御手段を備えることを特徴とする。   Therefore, according to the gas turbine plant of the present invention, the second heat exchange means includes temperature control means for controlling the derived fuel to be held at a predetermined constant temperature lower than the self-ignition temperature of the fuel. It is characterized by providing.

第2熱交換手段から導出される燃料を、燃料の自己着火温度未満の所定の一定温度(メタン系の燃料の場合、例えば400℃)に保持するように制御する温度制御手段を第2熱交換手段に設けることとした。これにより、燃料が自己着火するおそれが無くなり、ガスタービンプラントの安全性の確保を図ることができる。   The temperature control means for controlling the fuel derived from the second heat exchange means to be held at a predetermined constant temperature lower than the self-ignition temperature of the fuel (for example, 400 ° C. in the case of methane-based fuel). It was decided to provide the means. Thereby, there is no possibility that the fuel self-ignites, and the safety of the gas turbine plant can be ensured.

さらに、本発明に係るガスタービンプラントによれば、前記温度制御手段は、導出される燃料の温度を検出する温度検出器と、該温度検出器の出力信号に基づいて前記第2熱交換手段に導かれる燃料の流量を調整する流量調整手段と、前記第2熱交換手段に導かれる燃料をバイパスするバイパス手段と、を備えることを特徴とする。   Furthermore, according to the gas turbine plant of the present invention, the temperature control means includes a temperature detector that detects the temperature of the derived fuel, and the second heat exchange means based on an output signal of the temperature detector. A flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the guided fuel and a bypass means for bypassing the fuel guided to the second heat exchanging means are provided.

第2熱交換手段から導出される燃料の温度を検出する温度検出器と、温度検出器の出力信号に基づいて第2熱交換手段に導かれる燃料の流量を調整する流量調整手段と、第2熱交換手段に導かれる燃料をバイパスするバイパス手段と、を備える温度制御手段を用いることとした。そのため、温度検出器が検出した燃料の温度が所定の温度よりも低い場合には、流量調整手段によって第2熱交換手段に導かれる燃料の流量を増加させ、温度検出器が検出した燃料の温度が所定の温度よりも高い場合には、バイパス手段によって第2熱交換手段に導かれる燃料をバイパスさせることができる。したがって、燃焼器に導かれる燃料の温度を所定の温度に保つことができる。   A temperature detector for detecting the temperature of the fuel derived from the second heat exchange means, a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the fuel guided to the second heat exchange means based on the output signal of the temperature detector, and a second The temperature control means including the bypass means for bypassing the fuel guided to the heat exchange means is used. Therefore, when the temperature of the fuel detected by the temperature detector is lower than the predetermined temperature, the flow rate of the fuel guided to the second heat exchange means by the flow rate adjusting means is increased, and the temperature of the fuel detected by the temperature detector is increased. Is higher than a predetermined temperature, the fuel guided to the second heat exchange means can be bypassed by the bypass means. Therefore, the temperature of the fuel guided to the combustor can be kept at a predetermined temperature.

さらに、本発明に係るガスタービンプラントの制御方法によれば、燃料を燃焼する燃焼器と、該燃焼器から導出された燃焼ガスによって回転駆動されるタービンと、該タービンが回転駆動することによって回転駆動して空気を圧縮する圧縮機と、を備えるガスタービンの制御方法において、前記燃焼器に導かれる燃料は、前記タービンから導出された排気ガスと熱交換させて排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水と第1熱交換手段により熱交換させた後、前記圧縮機によって圧縮された空気と第2熱交換手段により直接熱交換させて所定の温度に加熱され、前記第1熱交換手段から導出された燃料との直接熱交換によって低下させた前記圧縮空気の温度を前記排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水によって更に低下させることを特徴とする。 Furthermore, according to the control method for a gas turbine plant according to the present invention, a combustor that combusts fuel, a turbine that is rotationally driven by the combustion gas derived from the combustor, and the turbine that rotates when the turbine is rotationally driven. And a compressor for driving and compressing air, wherein the fuel guided to the combustor is derived from the exhaust heat recovery boiler by exchanging heat with the exhaust gas derived from the turbine. After heat exchange with the heated compressed water and the first heat exchange means, the air compressed by the compressor and the second heat exchange means are directly heat exchanged and heated to a predetermined temperature, and from the first heat exchange means wherein Rukoto further reduced by heating the compressed water that has been derived the temperature of the compressed air is reduced from the exhaust heat recovery boiler by direct heat exchange with the derived fuel To.

燃料は、次のようにして燃焼器に導かれる。まず、タービンから導出された排気ガスと排熱回収ボイラにより発生した加熱圧縮水とを第1熱交換手段により熱交換させる。次いで、第1熱交換手段から導出された燃料と圧縮機により圧縮された空気とを第2熱交換手段により熱交換させる。そのため、燃焼器に導かれる燃料は、熱効率アップに十分に寄与できる高温度にまで加熱できる。従って、ガスタービンプラントの熱効率の改善を図ることができる。   Fuel is directed to the combustor as follows. First, the first heat exchange means exchanges heat between the exhaust gas derived from the turbine and the heated compressed water generated by the exhaust heat recovery boiler. Next, the fuel derived from the first heat exchange means and the air compressed by the compressor are heat exchanged by the second heat exchange means. Therefore, the fuel guided to the combustor can be heated to a high temperature that can sufficiently contribute to an increase in thermal efficiency. Therefore, it is possible to improve the thermal efficiency of the gas turbine plant.

本発明によると、熱効率アップに十分に寄与できる高温度に燃料を加熱することが可能なガスタービンプラントおよびこの制御方法が提供される。   According to the present invention, a gas turbine plant capable of heating a fuel to a high temperature that can sufficiently contribute to an increase in thermal efficiency and a control method thereof are provided.

本発明の一実施形態に係る直接熱交換器を備えているガスタービンコンバインドプラントの全体構成図である。It is a whole lineblock diagram of a gas turbine combined plant provided with a direct heat exchanger concerning one embodiment of the present invention. 図1に示す直接熱交換器の縦断面構成図である。It is a longitudinal cross-section block diagram of the direct heat exchanger shown in FIG. 図2に示す直接熱交換器の配置図であり、(A)は、本実施形態の場合を示し、(B)、(C)は、その変形例である。FIG. 3 is a layout view of the direct heat exchanger shown in FIG. 2, (A) shows the case of the present embodiment, and (B) and (C) are modified examples thereof.

以下、本発明の一実施形態について、図1から図3を用いて説明する。以下の説明で燃料ガスの符号は「G」を用いるが、通過経路または温度状態により燃料ガスを区別する必要のある場合は「G」の末尾に1〜3の数字を付し、「G1」「G2」「G3」と書く。
図1に示すように、本実施形態に係るガスタービンコンバインドプラント(ガスタービンプラント)1は、ガスタービン2と、蒸気タービン3と、排熱回収ボイラ4と、復水器5と、直接熱交換器(第2熱交換手段)6と、燃料加熱器(第1熱交換手段)7と、空気冷却器(以下「TCAクーラー」という。)8と、を備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. In the following description, “G” is used as the symbol for the fuel gas. However, when it is necessary to distinguish the fuel gas depending on the passage route or the temperature state, the number “1” is added to the end of “G”, and “G1”. Write “G2” and “G3”.
As shown in FIG. 1, a gas turbine combined plant (gas turbine plant) 1 according to this embodiment includes a gas turbine 2, a steam turbine 3, an exhaust heat recovery boiler 4, a condenser 5, and direct heat exchange. A heater (second heat exchanging means) 6, a fuel heater (first heat exchanging means) 7, and an air cooler (hereinafter referred to as “TCA cooler”) 8.

ガスタービン2は、燃料ガス(燃料)Gを燃焼させる燃焼器9と、燃焼器9から導出された燃焼ガスによって回転駆動されるタービン10と、タービン10が回転駆動することによって回転駆動して空気を圧縮する空気圧縮機(圧縮機)11と、タービン10が回転駆動することによって発電するガスタービン用発電機13と、を備えている。   The gas turbine 2 includes a combustor 9 that combusts fuel gas (fuel) G, a turbine 10 that is rotationally driven by the combustion gas derived from the combustor 9, and rotationally driven by the turbine 10 being rotationally driven. And an air compressor (compressor) 11 that compresses the gas and a gas turbine generator 13 that generates power when the turbine 10 is rotationally driven.

燃焼器9は、空気圧縮機11によって圧縮された空気A1と外部から供給された燃料ガスGとの混合気を燃焼させるものである。燃焼により生成された高温高圧の燃焼ガスは、タービン10に供給される。
燃焼器9から導出された燃焼ガスがタービン10中で膨張することにより、タービン10は回転駆動される。タービン10には、ガスタービン回転軸12が連結されている。
The combustor 9 burns an air-fuel mixture of the air A1 compressed by the air compressor 11 and the fuel gas G supplied from the outside. The high-temperature and high-pressure combustion gas generated by the combustion is supplied to the turbine 10.
The combustion gas derived from the combustor 9 is expanded in the turbine 10, whereby the turbine 10 is driven to rotate. A gas turbine rotating shaft 12 is connected to the turbine 10.

ガスタービン回転軸12は、タービン10と、空気圧縮機11と、ガスタービン用発電機13とに連結されている円柱状の部材であって、タービン10に生じる回転駆動力を空気圧縮機11とガスタービン用発電機13とに伝達するものである。   The gas turbine rotating shaft 12 is a cylindrical member connected to the turbine 10, the air compressor 11, and the gas turbine generator 13, and the rotational driving force generated in the turbine 10 is transmitted to the air compressor 11. This is transmitted to the gas turbine generator 13.

空気圧縮機11は、大気を吸引して圧縮するものである。空気圧縮機11よって圧縮された空気A1は、一部が後述する直接熱交換器6へと導かれ、残りは燃焼器9に供給される。空気圧縮機11には、ガスタービン回転軸12が連結されておりガスタービン回転軸12により回転駆動されることにより空気を圧縮する。   The air compressor 11 sucks and compresses the atmosphere. A part of the air A1 compressed by the air compressor 11 is led to the direct heat exchanger 6 described later, and the rest is supplied to the combustor 9. A gas turbine rotating shaft 12 is connected to the air compressor 11 and is compressed by being driven by the gas turbine rotating shaft 12.

蒸気タービン3は、図1に示すように、高中圧タービン15と低圧タービン16と蒸気タービン用発電機14とを備え、排熱回収ボイラ4から導かれた過熱蒸気V(詳細は後述する)により駆動される。   As shown in FIG. 1, the steam turbine 3 includes a high-medium pressure turbine 15, a low-pressure turbine 16, and a steam turbine generator 14, and uses superheated steam V (details will be described later) led from the exhaust heat recovery boiler 4. Driven.

高中圧タービン15と低圧タービン16と蒸気タービン用発電機14とは、円柱状の部材である蒸気タービン回転軸17によって連結されている。蒸気タービン回転軸17は、高中圧タービン15および低圧タービン16が過熱蒸気Vにより回転駆動されることによって蒸気タービン用発電機14を駆動する。   The high and medium pressure turbine 15, the low pressure turbine 16, and the steam turbine generator 14 are connected by a steam turbine rotating shaft 17 that is a cylindrical member. The steam turbine rotating shaft 17 drives the steam turbine generator 14 when the high and medium pressure turbine 15 and the low pressure turbine 16 are rotationally driven by the superheated steam V.

排熱回収ボイラ4は、ガスタービン2から導出された排気ガスEGと、復水器5から給水ポンプ5aで加圧されて導かれた給水RWとを熱交換して、加熱圧縮水W(WI、WL)を生成すると共に、その加熱圧縮水Wから過熱蒸気V(VL、VI、VH)を生成するように構成されている。ここで発生した過熱蒸気V(VL、VI、VH)は、蒸気タービン3の駆動媒体として用いられる。加熱圧縮水WIは、燃料加熱器7における熱媒として用いられる。加熱圧縮水WLは、TCAクーラー8における冷媒として用いられる。   The exhaust heat recovery boiler 4 exchanges heat between the exhaust gas EG derived from the gas turbine 2 and the feed water RW that has been pressurized by the feed water pump 5a from the condenser 5 and led to the heated compressed water W (WI , WL) and superheated steam V (VL, VI, VH) from the heated compressed water W. The superheated steam V (VL, VI, VH) generated here is used as a drive medium for the steam turbine 3. The heated compressed water WI is used as a heat medium in the fuel heater 7. The heated compressed water WL is used as a refrigerant in the TCA cooler 8.

排熱回収ボイラ4は、高圧熱交換系4a、中圧熱交換系4bおよび低圧熱交換系4cを備えている。これら3つの熱交換系4a,4b,4cは、図示は省略したが、それぞれ節炭器(エコノマイザ)、蒸発器(エバポレータ)および過熱器(スーパーヒータ)を備えている。   The exhaust heat recovery boiler 4 includes a high pressure heat exchange system 4a, an intermediate pressure heat exchange system 4b, and a low pressure heat exchange system 4c. Although these three heat exchange systems 4a, 4b, and 4c are not shown, they each include a economizer, an evaporator, and a superheater.

節炭器は、復水器5から給水ポンプ5aで加圧されて導かれた給水RWを加熱して加熱圧縮水W(WI、WL)を生成する機能を有している。蒸発器は、節炭器で得られた加熱圧縮水Wを蒸発させる機能を有している。過熱器は、蒸発器により生じた蒸気を過熱して、過熱蒸気V(VL、VI、VH)を生成する機能を有している。   The economizer has a function of generating heated compressed water W (WI, WL) by heating the feed water RW that is pressurized and guided from the condenser 5 by the feed water pump 5a. The evaporator has a function of evaporating the heated compressed water W obtained by the economizer. The superheater has a function of superheating steam generated by the evaporator to generate superheated steam V (VL, VI, VH).

復水器5から低圧熱交換系4cに導かれた給水RWは、排気ガスEGと熱交換することにより過熱蒸気VLおよび加熱圧縮水WLとなって低圧熱交換系4cから導出される。低圧熱交換系4cから導出された過熱蒸気VLは、低圧タービン16へと導かれる。低圧熱交換系4cから導出された加熱圧縮水WLは、一部がTCAクーラー8へと導かれ、残りが中圧熱交換系4bおよび高圧熱交換系4aへと導かれる。   The feed water RW guided from the condenser 5 to the low-pressure heat exchange system 4c is converted from the low-pressure heat exchange system 4c into the superheated steam VL and the heated compressed water WL by exchanging heat with the exhaust gas EG. The superheated steam VL derived from the low pressure heat exchange system 4 c is guided to the low pressure turbine 16. Part of the heated compressed water WL derived from the low-pressure heat exchange system 4c is led to the TCA cooler 8, and the rest is led to the medium-pressure heat exchange system 4b and the high-pressure heat exchange system 4a.

中圧熱交換系4bおよび高圧熱交換系4aへと導かれた加熱圧縮水WLは、中圧熱交換系4bおよび高圧熱交換系4aにおいて排気ガスEGと熱交換して過熱蒸気VI、VHとされる。中圧熱交換系4bおよび高圧熱交換系4aから導出された過熱蒸気VI、VHは、高中圧タービン15へと導かれる。また、中圧熱交換系4bから導出された加熱圧縮水WIは、燃料加熱器7へと導かれる。   The heated compressed water WL guided to the intermediate pressure heat exchange system 4b and the high pressure heat exchange system 4a is subjected to heat exchange with the exhaust gas EG in the intermediate pressure heat exchange system 4b and the high pressure heat exchange system 4a, and the superheated steam VI, VH Is done. The superheated steam VI and VH derived from the intermediate pressure heat exchange system 4 b and the high pressure heat exchange system 4 a are guided to the high and intermediate pressure turbine 15. In addition, the heated compressed water WI derived from the intermediate pressure heat exchange system 4 b is guided to the fuel heater 7.

復水器5には、蒸気タービン3の低圧タービン16を回転駆動した蒸気が導かれる。復水器5に導かれた蒸気は、海水等の冷却水によって冷却されて凝縮される。凝縮された蒸気は、復水となって復水器5から導出された後、給水ポンプ5aで加圧されて排熱回収ボイラ4の給水系統に導かれる。   Steam that has rotationally driven the low-pressure turbine 16 of the steam turbine 3 is guided to the condenser 5. The steam guided to the condenser 5 is cooled and condensed by cooling water such as seawater. The condensed steam becomes condensate and is led out from the condenser 5, and then pressurized by the feed water pump 5 a and led to the feed water system of the exhaust heat recovery boiler 4.

燃料加熱器7は、燃料供給系統から導かれた燃料ガスG1と、排熱回収ボイラ4の中圧熱交換系4bから導出された約250℃の加熱圧縮水WIとが熱交換するものである。燃料加熱器7において加熱圧縮水WIと熱交換して約220℃まで温度が上昇した燃料ガスG2は、直接熱交換器6へと導かれる。   The fuel heater 7 exchanges heat between the fuel gas G1 guided from the fuel supply system and the heated compressed water WI at about 250 ° C. derived from the intermediate pressure heat exchange system 4b of the exhaust heat recovery boiler 4. . The fuel gas G <b> 2 whose temperature has increased to about 220 ° C. through heat exchange with the heated compressed water WI in the fuel heater 7 is directly led to the heat exchanger 6.

直接熱交換器6は、燃料加熱器7によって約220℃に加熱された燃料ガスG2と、空気圧縮機11から導かれた圧縮されて例えば約440℃になった圧縮空気A1とが熱交換するものである。直接熱交換器6において圧縮空気A1と熱交換した燃料ガスG3は、例えば約400℃に加熱される。約400℃に加熱された燃料ガスG3は、ガスタービン2の燃焼器9へと導かれる。   In the direct heat exchanger 6, the fuel gas G <b> 2 heated to about 220 ° C. by the fuel heater 7 and the compressed air A <b> 1 compressed from the air compressor 11 to about 440 ° C., for example, exchange heat. Is. The fuel gas G3 heat-exchanged with the compressed air A1 in the direct heat exchanger 6 is heated to about 400 ° C., for example. The fuel gas G3 heated to about 400 ° C. is guided to the combustor 9 of the gas turbine 2.

TCAクーラー8は、直接熱交換器6から導出された空気A2と、排熱回収ボイラ4の低圧熱交換系4cから導出された加熱圧縮水WLとが熱交換するものである。TCAクーラー8において熱交換して温度低下した空気A3は、ガスタービン2へと導かれてガスタービン回転軸12などを冷却する。   The TCA cooler 8 exchanges heat between the air A2 directly derived from the heat exchanger 6 and the heated compressed water WL derived from the low-pressure heat exchange system 4c of the exhaust heat recovery boiler 4. The air A3 whose temperature has decreased due to heat exchange in the TCA cooler 8 is guided to the gas turbine 2 to cool the gas turbine rotating shaft 12 and the like.

図2には、直接熱交換器6の縦断面構成図が示されている。また、図3には、複数の直接熱交換器6の配置例が示されている。
直接熱交換器6は、シェルアンドチューブ式の熱交換器である。直接熱交換器6は、図3(A)に示すように直列に直線状に2台設けられても良い。なお、直接熱交換器6は、図3(B)や図3(C)に示すように、ガスタービンコンバインドプラント1内の配置位置などに応じて、二段に重なるように設けたり、竪置きにしても良い。
FIG. 2 shows a longitudinal sectional configuration diagram of the direct heat exchanger 6. Moreover, the example of arrangement | positioning of the some direct heat exchanger 6 is shown by FIG.
The direct heat exchanger 6 is a shell and tube type heat exchanger. Two direct heat exchangers 6 may be provided in a straight line in series as shown in FIG. As shown in FIGS. 3B and 3C, the direct heat exchanger 6 is provided so as to overlap in two stages according to the arrangement position in the gas turbine combined plant 1 or the like. Anyway.

直接熱交換器6は、円筒状の熱交換器本体50と、熱交換器本体50の各端部に設けられている鏡板51a、51bとを有している。熱交換器本体50は、その内部を複数の空気流路管52が貫通している。複数の空気流路管52は、直接熱交換器6に導かれた空気A1の流路とされており、各空気流路管52の外周を流れる燃料ガスG2と熱交換ができるようになっている。   The direct heat exchanger 6 includes a cylindrical heat exchanger main body 50 and end plates 51 a and 51 b provided at each end of the heat exchanger main body 50. The heat exchanger body 50 has a plurality of air flow channel pipes 52 penetrating therethrough. The plurality of air flow path tubes 52 are the flow paths of the air A1 led directly to the heat exchanger 6, and can exchange heat with the fuel gas G2 flowing on the outer periphery of each air flow path tube 52. Yes.

鏡板51aの近傍の熱交換器本体50には、燃料ガス入口部50aが設けられており、鏡板51bの近傍の熱交換器本体50には、燃料ガス出口部50bが設けられている。また、鏡板51aには、空気入口部51cが設けられており、鏡板51bには、空気出口部51dが設けられている。   The heat exchanger body 50 in the vicinity of the end plate 51a is provided with a fuel gas inlet 50a, and the heat exchanger body 50 in the vicinity of the end plate 51b is provided with a fuel gas outlet 50b. Further, the end plate 51a is provided with an air inlet 51c, and the end plate 51b is provided with an air outlet 51d.

空気入口部51cから熱交換器本体50内へと導かれた空気A1は、熱交換器本体50内に設けられている複数の空気流路管52内を空気流路管52の軸方向に流れる。空気流路管52内を流れる空気A1は、燃料ガス入口部50aから熱交換器本体50内に導かれた燃料ガスG2と熱交換する。   The air A1 guided from the air inlet 51c into the heat exchanger main body 50 flows in the axial direction of the air flow path pipe 52 through the plurality of air flow path pipes 52 provided in the heat exchanger main body 50. . The air A1 flowing through the air flow path pipe 52 exchanges heat with the fuel gas G2 introduced into the heat exchanger body 50 from the fuel gas inlet 50a.

空気流路管52内の空気A1は、燃料ガスG2と熱交換して温度が低下して空気出口部51dから導出される。一方、空気流路管52内の空気A1と燃料ガスG2とが熱交換して加熱された燃料ガスG3は、燃料ガス出口部50bから導出される。   The air A1 in the air flow path pipe 52 is led out from the air outlet 51d as the temperature decreases due to heat exchange with the fuel gas G2. On the other hand, the fuel gas G3 heated by exchanging heat between the air A1 and the fuel gas G2 in the air passage pipe 52 is led out from the fuel gas outlet 50b.

直接熱交換器6には、図1に示すように、直接熱交換器6から導出される燃料ガスG3を、燃料ガスGの自己着火温度未満の所定の一定温度に保持するように制御する温度制御装置(温度制御手段)22が設けられている。温度制御装置22は、直接熱交換器6から導出される燃料ガスG3の温度を検出する直接熱交換器用温度センサ(温度検出器)24と、直接熱交換器用温度センサ24の出力信号に基づいて直接熱交換器6に導かれる燃料ガスG2の流量を調整する直接熱交換器用三方弁(流量調整手段)23と、直接熱交換器6に導かれる燃料ガスG2をバイパスさせる直接熱交換器用バイパス回路(バイパス手段)54と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the direct heat exchanger 6 has a temperature for controlling the fuel gas G3 derived from the direct heat exchanger 6 so as to be maintained at a predetermined constant temperature lower than the self-ignition temperature of the fuel gas G. A control device (temperature control means) 22 is provided. The temperature control device 22 is based on a direct heat exchanger temperature sensor (temperature detector) 24 for detecting the temperature of the fuel gas G3 derived from the direct heat exchanger 6 and an output signal of the direct heat exchanger temperature sensor 24. A direct heat exchanger three-way valve (flow rate adjusting means) 23 for adjusting the flow rate of the fuel gas G2 led directly to the heat exchanger 6, and a direct heat exchanger bypass circuit for bypassing the fuel gas G2 led to the direct heat exchanger 6 (Bypass means) 54.

直接熱交換器用三方弁23は、コントローラ25によって、直接熱交換器6と直接熱交換器用バイパス回路54に導かれる燃料ガスG2の流量の配分を調整し、燃焼器9に導かれる燃料ガスG3が下記所定の一定温度を保つように制御する。   The direct heat exchanger three-way valve 23 adjusts the distribution of the flow rate of the fuel gas G2 guided to the direct heat exchanger 6 and the direct heat exchanger bypass circuit 54 by the controller 25 so that the fuel gas G3 guided to the combustor 9 is Control is performed so as to maintain the following predetermined temperature.

直接熱交換器用バイパス回路54には、直接熱交換器6の通過を回避する燃料ガスG2が導かれる。直接熱交換器用温度センサ24は、直接熱交換器6を通過した燃料ガスG3と、直接熱交換器用バイパス回路54を通過した燃料ガスG3との合流部の下流に設けられており、燃焼器9に導かれる燃料ガスG3の温度を検出する。   The fuel gas G <b> 2 that avoids the passage of the direct heat exchanger 6 is guided to the direct heat exchanger bypass circuit 54. The direct heat exchanger temperature sensor 24 is provided downstream of the junction of the fuel gas G3 that has passed through the direct heat exchanger 6 and the fuel gas G3 that has passed through the direct heat exchanger bypass circuit 54. The temperature of the fuel gas G3 led to is detected.

コントローラ25は、直接熱交換器用温度センサ24によって検出された温度に基づいて、燃焼器9に導かれる燃料ガスG3の温度が、燃料ガスGの自己着火温度未満の所定の一定温度に保持されるように、直接熱交換器用三方弁23をフィードバック制御するようになっている。   The controller 25 maintains the temperature of the fuel gas G3 led to the combustor 9 at a predetermined constant temperature lower than the self-ignition temperature of the fuel gas G based on the temperature detected by the temperature sensor 24 for direct heat exchanger. As described above, the three-way valve 23 for direct heat exchanger is feedback-controlled.

次に、燃料ガスGを所定の温度に加熱する場合の流れおよび制御方法について、図1を用いて説明する。
燃料供給系統から導かれた燃料ガスG1(例えば約15℃)は、燃料加熱器7において排熱回収ボイラ4の中圧熱交換系4bから導かれた加熱圧縮水WI(例えば約250℃)と熱交換する。燃料加熱器7において約250℃の加熱圧縮水WIと熱交換することによって、燃料ガスG1は、約220℃に温度が上昇した燃料ガスG2となる。
Next, the flow and control method for heating the fuel gas G to a predetermined temperature will be described with reference to FIG.
The fuel gas G1 (for example, about 15 ° C.) guided from the fuel supply system and the heated compressed water WI (for example, about 250 ° C.) guided from the intermediate pressure heat exchange system 4b of the exhaust heat recovery boiler 4 in the fuel heater 7 Exchange heat. By exchanging heat with the heated compressed water WI at about 250 ° C. in the fuel heater 7, the fuel gas G 1 becomes the fuel gas G 2 whose temperature has increased to about 220 ° C.

ここで、燃料供給系統から燃料加熱器7に導かれる燃料ガスG1は、燃料加熱器用温度調整手段(図示せず)を構成している燃料加熱器用三方弁21によって流量が調整される。燃料加熱器用三方弁21は、燃料加熱器7の出口に設けられている燃料加熱器用温度センサ(図示せず)によって検出された燃料ガスG2の温度に応じて、燃料加熱器7から導出される燃料ガスG2の温度が所定の一定温度(例えば約220℃)に保たれるように、燃料加熱器7に導かれる燃料ガスG1の流量を調整する。   Here, the flow rate of the fuel gas G1 led from the fuel supply system to the fuel heater 7 is adjusted by the fuel heater three-way valve 21 constituting the fuel heater temperature adjusting means (not shown). The fuel heater three-way valve 21 is led out from the fuel heater 7 in accordance with the temperature of the fuel gas G2 detected by a fuel heater temperature sensor (not shown) provided at the outlet of the fuel heater 7. The flow rate of the fuel gas G1 guided to the fuel heater 7 is adjusted so that the temperature of the fuel gas G2 is maintained at a predetermined constant temperature (for example, about 220 ° C.).

すなわち、燃料加熱器用温度センサが検出した燃料ガスG2の温度が所定の温度(例えば約220℃)よりも低い場合には、燃料加熱器用三方弁21を調整することによって、燃料加熱器7に導かれる燃料ガスG1の流量を増加させる。これにより燃料加熱器7から導出される燃料ガスG2の温度を約220℃に向かわせることができる。   That is, when the temperature of the fuel gas G2 detected by the fuel heater temperature sensor is lower than a predetermined temperature (for example, about 220 ° C.), the fuel heater three-way valve 21 is adjusted to guide the fuel gas to the fuel heater 7. The flow rate of the fuel gas G1 is increased. Thereby, the temperature of the fuel gas G2 led out from the fuel heater 7 can be set to about 220 ° C.

また、燃料加熱器用温度センサが検出した燃料ガスG2の温度が約220℃又はそれよりも高い場合には、燃料ガスG1を燃料加熱器用バイパス回路53に導くことによって、燃料加熱器7をバイパスさせることができる。このように、燃料ガスG1を燃料加熱器用バイパス回路53にバイパスさせることによって、燃料加熱器7によって加熱することのない燃料ガスG2を直接加熱器6へと導くことができる。   Further, when the temperature of the fuel gas G2 detected by the fuel heater temperature sensor is about 220 ° C. or higher, the fuel heater 7 is bypassed by introducing the fuel gas G1 to the fuel heater bypass circuit 53. be able to. In this manner, by bypassing the fuel gas G1 to the fuel heater bypass circuit 53, the fuel gas G2 that is not heated by the fuel heater 7 can be led directly to the heater 6.

燃料加熱器7または燃料加熱器用バイパス回路53から導出された約220℃の燃料ガスG2は、直接熱交換器6へと導かれる。直接熱交換器6に導かれた燃料ガスG2は、直接熱交換器6において空気圧縮機11によって圧縮されて高温となった例えば約440℃の圧縮空気A1と熱交換する。高温の圧縮空気A1と熱交換した燃料ガスG2は、その温度が例えば約400℃に上昇する。約400℃に加熱された燃料ガスG3は、直接熱交換器6から導出されてガスタービン2の燃焼器9へと供給される。   The fuel gas G 2 at about 220 ° C. derived from the fuel heater 7 or the fuel heater bypass circuit 53 is directly led to the heat exchanger 6. The fuel gas G2 led to the direct heat exchanger 6 is heat-exchanged with the compressed air A1 of about 440 ° C., for example, which has been compressed by the air compressor 11 in the direct heat exchanger 6 and has become high temperature. The temperature of the fuel gas G2 exchanging heat with the high-temperature compressed air A1 rises to about 400 ° C., for example. The fuel gas G3 heated to about 400 ° C. is directly led out from the heat exchanger 6 and supplied to the combustor 9 of the gas turbine 2.

ここで、直接熱交換器6に導かれる燃料ガスG2は、温度制御装置22を構成しているコントローラ25の指令に応じて直接熱交換器用三方弁23の開度を調整することによって流量が調整される。直接熱交換器用三方弁23は、直接熱交換器用温度センサ24によって検出された燃料ガスG3の温度に応じて、コントローラ25により次のように制御される。   Here, the flow rate of the fuel gas G2 directly guided to the heat exchanger 6 is adjusted by adjusting the opening degree of the direct heat exchanger three-way valve 23 in accordance with a command from the controller 25 constituting the temperature control device 22. Is done. The direct heat exchanger three-way valve 23 is controlled by the controller 25 as follows in accordance with the temperature of the fuel gas G3 detected by the direct heat exchanger temperature sensor 24.

直接熱交換器用温度センサ24が検出した燃料ガスG3の温度が約400℃よりも低い場合には、直接熱交換器用三方弁23の調整によって、直接熱交換器6に導かれる燃料ガスG2の流量を増加させる。これにより直接熱交換器6から導出される燃料ガスG3の温度を約400℃に向かわせることができる。   When the temperature of the fuel gas G3 detected by the direct heat exchanger temperature sensor 24 is lower than about 400 ° C., the flow rate of the fuel gas G2 guided to the direct heat exchanger 6 by adjusting the direct heat exchanger three-way valve 23 is adjusted. Increase. As a result, the temperature of the fuel gas G3 derived directly from the heat exchanger 6 can be set to about 400 ° C.

また、直接熱交換器用温度センサ24が検出した燃料ガスG3の温度が約400℃又はそれよりも高い場合には、燃料ガスG2を直接熱交換器用バイパス回路54へと導くことによって、直接熱交換器6をバイパスさせることができる。このように、燃料ガスG2を燃料加熱器用バイパス回路54にバイパスさせることによって、直接熱交換器6によって加熱することのない燃料ガスG3を燃焼器9へと導くことができる。   Further, when the temperature of the fuel gas G3 detected by the direct heat exchanger temperature sensor 24 is about 400 ° C. or higher, direct heat exchange is performed by directing the fuel gas G2 to the bypass circuit 54 for heat exchanger. The device 6 can be bypassed. Thus, by bypassing the fuel gas G2 to the fuel heater bypass circuit 54, the fuel gas G3 that is not directly heated by the heat exchanger 6 can be guided to the combustor 9.

この温度制御装置22によって、燃焼器9へと導かれる燃料ガスG3の温度を微調整する。このように、燃料供給系統から燃料加熱器7および直接熱交換器6を経て約400℃に調整された燃料ガスG3は、燃焼器9へと導かれて燃焼される。   By this temperature control device 22, the temperature of the fuel gas G3 guided to the combustor 9 is finely adjusted. Thus, the fuel gas G3 adjusted to about 400 ° C. from the fuel supply system through the fuel heater 7 and the direct heat exchanger 6 is led to the combustor 9 and burned.

以上述べたように、本実施形態に係るガスタービンコンバインドプラント1およびこの制御方法によれば、以下の効果を奏する。
まず、燃料加熱器(第1熱交換手段)7において、排熱回収ボイラ4の中圧熱交換系4bから導出された加熱圧縮水WIと、ガスタービン2の燃焼器9に導かれる燃料ガス(燃料)G1とを熱交換させることにした。次いで、空気圧縮機(圧縮機)11によって圧縮されて温度が約440℃となった圧縮空気(空気)A1と、燃料加熱器7によって加熱された燃料ガスG2とを直接熱交換器(第2熱交換手段)6において熱交換させることとした。空気圧縮機11により圧縮された圧縮空気A1は、例えば約440℃という高温のものである。この高温の圧縮空気A1と熱交換する燃料G2は、予め加熱圧縮水WIとの熱交換により例えば約220°Cまで昇温している。この約220°Cまで昇温した燃料G2を、約440℃という高温の圧縮空気A1と熱交換させるので、直接熱交換器6では、燃料ガスGを、約400℃(所定の温度)にまで加熱して燃焼器9へと導くことができる。従って、ガスタービンコンバインドプラント(ガスタービンプラント)1の熱効率の改善を図ることができる。
As described above, the gas turbine combined plant 1 and the control method according to the present embodiment have the following effects.
First, in the fuel heater (first heat exchange means) 7, the heated compressed water WI derived from the intermediate pressure heat exchange system 4 b of the exhaust heat recovery boiler 4 and the fuel gas ( Fuel) It was decided to exchange heat with G1. Next, the compressed air (air) A1 compressed by the air compressor (compressor) 11 to a temperature of about 440 ° C. and the fuel gas G2 heated by the fuel heater 7 are directly converted into a heat exchanger (second In the heat exchange means 6, heat exchange was performed. The compressed air A1 compressed by the air compressor 11 has a high temperature of about 440 ° C., for example. The fuel G2 that exchanges heat with the high-temperature compressed air A1 has been heated to, for example, about 220 ° C. in advance by heat exchange with the heated compressed water WI. Since the fuel G2 heated to about 220 ° C. is heat-exchanged with the compressed air A1 having a high temperature of about 440 ° C., in the direct heat exchanger 6, the fuel gas G is heated to about 400 ° C. (predetermined temperature). It can be heated and led to the combustor 9. Therefore, the thermal efficiency of the gas turbine combined plant (gas turbine plant) 1 can be improved.

直接熱交換器6から導出される燃料ガスG3を、燃料ガスGの自己着火温度未満の所定の一定温度に保持するように制御する温度制御装置(温度制御手段)22を直接熱交換器6に設けることとした。そのため、直接熱交換器6から燃焼器9へと導かれる燃料ガスG3を、燃料ガスGの自己着火温度未満の所定の一定温度(約400℃)に保持することができる。従って、自己着火のおそれが無くなり、ガスタービンコンバインドプラント1の安全性の確保を図ることができる。   The direct heat exchanger 6 is provided with a temperature control device (temperature control means) 22 for controlling the fuel gas G3 derived from the direct heat exchanger 6 to be maintained at a predetermined constant temperature lower than the self-ignition temperature of the fuel gas G. We decided to provide it. Therefore, the fuel gas G3 directly guided from the heat exchanger 6 to the combustor 9 can be maintained at a predetermined constant temperature (about 400 ° C.) lower than the self-ignition temperature of the fuel gas G. Therefore, there is no risk of self-ignition, and the safety of the gas turbine combined plant 1 can be ensured.

直接熱交換器6から導出される燃料ガスG3の温度を検出する直接熱交換器用温度センサ(温度検出器)24と、直接熱交換器用温度センサ24の出力信号に基づいて直接熱交換器6に導かれる燃料ガスG2の流量を調整する直接熱交換器用三方弁(流量調整手段)23と、直接熱交換器6に導かれる燃料ガスG2をバイパスする直接熱交換器用バイパス回路(バイパス手段)54とを備えている温度制御装置22を用いることとした。そのため、直接熱交換器用温度センサ24が検出した燃料ガスG3の温度が約400℃よりも低い場合には、直接熱交換器用三方弁23の調整によって、直接熱交換器6に導かれる燃料ガスの流量を増加させることができる。これにより直接熱交換器6から導出される燃料ガスの温度を約400℃に向かわせることができる。また、直接熱交換器用温度センサ24が検出した燃料ガスG3の温度が約400℃又はそれよりも高い場合には、燃料ガスG2を直接熱交換器用バイパス回路54へと導くことによって、直接熱交換器6をバイパスさせることができる。したがって、燃焼器9に導かれる燃料ガスG3の温度の微調整をすることができる。   A direct heat exchanger temperature sensor (temperature detector) 24 for detecting the temperature of the fuel gas G3 derived from the direct heat exchanger 6 and an output signal of the direct heat exchanger temperature sensor 24 to the direct heat exchanger 6 A direct heat exchanger three-way valve (flow rate adjusting means) 23 for adjusting the flow rate of the guided fuel gas G2, and a direct heat exchanger bypass circuit (bypass means) 54 for bypassing the fuel gas G2 guided to the direct heat exchanger 6. The temperature control device 22 provided with Therefore, when the temperature of the fuel gas G3 detected by the direct heat exchanger temperature sensor 24 is lower than about 400 ° C., the adjustment of the direct heat exchanger three-way valve 23 adjusts the amount of the fuel gas led directly to the heat exchanger 6. The flow rate can be increased. Thereby, the temperature of the fuel gas led out directly from the heat exchanger 6 can be set to about 400 ° C. Further, when the temperature of the fuel gas G3 detected by the direct heat exchanger temperature sensor 24 is about 400 ° C. or higher, direct heat exchange is performed by directing the fuel gas G2 to the bypass circuit 54 for heat exchanger. The device 6 can be bypassed. Therefore, the temperature of the fuel gas G3 guided to the combustor 9 can be finely adjusted.

燃料供給系統から導かれた燃料ガスG1を、排熱回収ボイラ4により導出された加熱圧縮水WIと燃料加熱器7において熱交換した後、空気圧縮機11により圧縮された圧縮空気A1と直接熱交換器6において熱交換させて燃焼器9へと導くこととした。空気圧縮機11により圧縮された圧縮空気A1は、例えば約440℃という高温のものである。そのため、圧縮空気A1を直接熱交換器6に導いて燃料ガスG2と熱交換させることによって、燃焼器9に導かれる燃料ガスG3を約400℃にまで加熱して導くことができる。従って、ガスタービンコンバインドプラント1の熱効率の改善を図ることができる。   The fuel gas G1 guided from the fuel supply system is heat-exchanged with the heated compressed water WI derived by the exhaust heat recovery boiler 4 and the fuel heater 7 and then directly heated with the compressed air A1 compressed by the air compressor 11. Heat was exchanged in the exchanger 6 and led to the combustor 9. The compressed air A1 compressed by the air compressor 11 has a high temperature of about 440 ° C., for example. Therefore, the fuel gas G3 guided to the combustor 9 can be heated to about 400 ° C. by guiding the compressed air A1 directly to the heat exchanger 6 to exchange heat with the fuel gas G2. Therefore, the thermal efficiency of the gas turbine combined plant 1 can be improved.

1 ガスタービンコンバインドプラント(ガスタービンプラント)
2 ガスタービン
4 排熱回収ボイラ
6 直接熱交換器(第2熱交換手段)
7 燃料加熱器(第1熱交換手段)
9 燃焼器
10 タービン
11 空気圧縮機(圧縮機)
22 温度制御装置(温度制御手段)
23 直接熱交換器用三方弁(流量調整手段)
24 直接熱交換器用温度センサ(温度検出器)
54 直接熱交換器用バイパス回路(バイパス手段)
1 Gas turbine combined plant (gas turbine plant)
2 Gas turbine 4 Waste heat recovery boiler 6 Direct heat exchanger (second heat exchange means)
7 Fuel heater (first heat exchange means)
9 Combustor 10 Turbine 11 Air compressor (compressor)
22 Temperature control device (temperature control means)
23 Three-way valve for direct heat exchanger (flow rate adjusting means)
24 Temperature sensor for direct heat exchanger (temperature detector)
54 Bypass circuit for direct heat exchanger (bypass means)

Claims (5)

燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器から導出された燃焼ガスによって回転駆動されるタービンと、該タービンが回転駆動することによって回転駆動して空気を圧縮する圧縮機と、を備えるガスタービンと、
該ガスタービンから導出された排気ガスと熱交換して加熱圧縮水および蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
該排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水と、前記燃焼器に導かれる燃料とが熱交換する第1熱交換手段と、
該第1熱交換手段から導出された燃料と、前記圧縮機によって圧縮された圧縮空気とが直接熱交換する第2熱交換手段と、備え
前記第1熱交換手段から導出された前記燃料との直接熱交換によって低下させた前記圧縮空気の温度を前記排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水との熱交換によって更に低下させるガスタービンプラント。
A gas turbine comprising: a combustor that combusts fuel; a turbine that is rotationally driven by combustion gas derived from the combustor; and a compressor that rotationally drives and compresses air when the turbine is rotationally driven. ,
An exhaust heat recovery boiler that exchanges heat with the exhaust gas derived from the gas turbine to generate heated compressed water and steam;
First heat exchange means for exchanging heat between the heated compressed water derived from the exhaust heat recovery boiler and the fuel led to the combustor;
A second heat exchange means for directly exchanging heat between the fuel derived from the first heat exchange means and the compressed air compressed by the compressor ;
Further gas turbine Ru lowers the temperature of the compressed air is lowered by heat exchange with the heating compressed water derived from the heat recovery steam by direct heat exchange with the fuel derived from the first heat exchange means plant.
前記第2熱交換手段は、円筒状の熱交換器本体と、該熱交換器本体の各端部に設けられた一対の鏡板と、該熱交換器本体の内部に設けられた複数の空気流路管とを備え、該複数の空気流路管に流れる空気と該複数の空気流路管の外周を流れる燃料とが熱交換するように構成されたシェルアンドチューブ式の熱交換器である請求項1に記載のガスタービンプラント。   The second heat exchange means includes a cylindrical heat exchanger main body, a pair of end plates provided at each end of the heat exchanger main body, and a plurality of air flows provided inside the heat exchanger main body. A shell-and-tube heat exchanger configured to exchange heat between air flowing in the plurality of air flow path tubes and fuel flowing in the outer periphery of the plurality of air flow path tubes. Item 4. The gas turbine plant according to Item 1. 前記第2熱交換手段は、導出される燃料を、該燃料の自己着火温度未満の所定の一定温度に保持するように制御する温度制御手段を備える請求項1または請求項2に記載のガスタービンプラント。   3. The gas turbine according to claim 1, wherein the second heat exchange unit includes a temperature control unit that controls the derived fuel to be held at a predetermined constant temperature lower than a self-ignition temperature of the fuel. plant. 前記温度制御手段は、導出される燃料の温度を検出する温度検出器と、該温度検出器の出力信号に基づいて前記第2熱交換手段に導かれる燃料の流量を調整する流量調整手段と、前記第2熱交換手段に導かれる燃料をバイパスするバイパス手段と、を備える請求項3に記載のガスタービンプラント。   The temperature control means includes a temperature detector that detects the temperature of the derived fuel, and a flow rate adjustment means that adjusts the flow rate of the fuel guided to the second heat exchange means based on an output signal of the temperature detector; The gas turbine plant according to claim 3, further comprising bypass means for bypassing fuel guided to the second heat exchange means. 燃料を燃焼する燃焼器と、該燃焼器から導出された燃焼ガスによって回転駆動されるタービンと、該タービンが回転駆動することによって回転駆動して空気を圧縮する圧縮機と、を備えるガスタービンの制御方法において、
前記燃焼器に導かれる燃料は、前記タービンから導出された排気ガスと熱交換させて排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水と第1熱交換手段により熱交換させた後、前記圧縮機によって圧縮された圧縮空気と第2熱交換手段により直接熱交換させて所定の温度に加熱され
前記第1熱交換手段から導出された燃料との直接熱交換によって低下させた前記圧縮空気の温度を前記排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水によって更に低下させるガスタービンプラントの制御方法。
A gas turbine comprising: a combustor that combusts fuel; a turbine that is rotationally driven by combustion gas derived from the combustor; and a compressor that rotationally drives and compresses air when the turbine is rotationally driven. In the control method,
The fuel guided to the combustor is heat-exchanged with the exhaust gas derived from the turbine, and heat-exchanged with the heated compressed water derived from the exhaust heat recovery boiler and the first heat exchanging means, and then by the compressor. Heat is directly exchanged with the compressed air compressed by the second heat exchange means and heated to a predetermined temperature ,
The method further gas turbine plant Ru reduced by heating the compressed water that has been derived the temperature of the compressed air is reduced from the exhaust heat recovery boiler by direct heat exchange with the fuel derived from the first heat exchange means.
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