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。
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
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
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/cm2(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.
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
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
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
The combustion gas derived from the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
The
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
First, in the fuel heater (first heat exchange means) 7, the heated compressed water WI derived from the intermediate pressure
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
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
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
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
7 Fuel heater (first heat exchange means)
9
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)
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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JP3836604B2 (en) * | 1998-07-23 | 2006-10-25 | 株式会社日立製作所 | Gas turbine fuel gas decompression and heating system |
JP2003222025A (en) * | 2002-01-30 | 2003-08-08 | Hitachi Eng Co Ltd | Gas turbine system |
WO2004016921A1 (en) * | 2002-07-25 | 2004-02-26 | Siemens Aktiengesellschaft | System for cooling cooling air in a gas turbine, and method for cooling cooling air |
JP2004060507A (en) * | 2002-07-29 | 2004-02-26 | Hitachi Ltd | Combined power generating plant |
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US20100281870A1 (en) * | 2009-05-08 | 2010-11-11 | General Electric Company | System and method for heating fuel for a gas turbine |
JP5050013B2 (en) * | 2009-07-27 | 2012-10-17 | 株式会社日立製作所 | Combined power plant and control method thereof |
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