JP6071679B2 - ガスタービンコンバインドプラント - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンを備えているガスタービンコンバインドプラントに関する。

ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するタービンと、を有している。このガスタービンでは、高効率化を図るために、燃焼ガスの温度が次第に高まっている。このため、燃焼器やタービンを構成する部品で燃焼ガスに接する高温部品を燃焼ガスの熱から保護する必要性が生じる。

そこで、例えば、以下の特許文献１に記載のガスタービンコンバインドプラントでは、ガスタービンからの排気ガスの熱を利用して、排熱回収ボイラーで蒸気を発生し、この蒸気をガスタービンの動翼や静翼等の高温部品に供給して、高温部品を冷却している。このガスタービンコンバインドプラントの排熱回収装置は、前述の排熱回収ボイラーの他に、排熱回収ボイラーからの蒸気で駆動する蒸気タービンを備えている。このガスタービンコンバインドプラントでは、蒸気タービンの中間段から蒸気を抽気し、この蒸気で燃焼器の高温部品に冷却してから、この蒸気を蒸気タービンの中間段であって抽気位置よりも下流の位置に戻している。

特開平５−１４１２６７号公報

上記特許文献１に記載の技術では、前述したように、蒸気タービンの中間段から蒸気を抽気し、この蒸気で燃焼器の高温部品を冷却してから、この蒸気を蒸気タービンの中間段の位置に戻しているため、高温部品に供給する蒸気の圧力が蒸気タービンの中間段における圧力に限定されてしまう。しかも、当該技術では、蒸気タービンの中間段から蒸気を抽気するため、及び中間段に蒸気を戻すために、タービンケーシングに抽気ポートや回収ポートを形成すると、その後、ガスタービン等の運転形態が変更になっても、高温部品に供給する蒸気の圧力を変更することが極めて困難である。

すなわち、上記特許文献１に記載の技術では、高温部品に供給する蒸気の圧力の選択自由度が低い、という問題点がある。

そこで、本発明は、ガスタービンの高温部品に供給する蒸気の圧力の選択自由度が高いガスタービンコンバインドプラントを提供することを目的とする。

上記問題点を解決するための発明に係る一態様としてのガスタービンコンバインドサイクルプラントは、
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び該燃焼ガスにより駆動するタービンを有するガスタービンと、前記ガスタービンからの排気ガスの熱を利用して蒸気を発生させる排熱回収ボイラー、及び該排熱回収ボイラーで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンを有する排熱回収装置と、前記燃焼器、及び前記タービンのうちいずれかの部品であって前記燃焼ガスに接する高温部品を冷却する冷却装置と、を備え、前記冷却装置は、前記高温部品に対して、冷却用の蒸気である冷却蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、前記冷却蒸気に求められる目標圧力よりも圧力が高い調節用高圧蒸気と該目標圧力よりも圧力が低い調節用低圧蒸気とを用いて、該目標圧力の蒸気を生成し、該蒸気を前記冷却蒸気ラインに送る圧力調節装置と、前記圧力調節装置に前記調節用高圧蒸気を供給する調節用高圧蒸気ラインと、前記圧力調節装置に前記調節用低圧蒸気を供給する調節用低圧蒸気ラインと、前記高温部品を冷却した前記冷却蒸気を回収する冷却蒸気回収ラインと、を有し、前記排熱回収装置は、前記蒸気タービンから排気された排気蒸気が流れる排気蒸気ラインを有し、
前記調節用高圧蒸気ライン、前記調節用低圧蒸気ライン及び前記冷却蒸気回収ラインは、いずれも、前記排熱回収装置の蒸気流路中のいずれかの位置に接続され、前記調節用低圧蒸気ラインは、前記排気蒸気ラインに接続され、前記蒸気タービンから排気された前記排気蒸気が前記調節用低圧蒸気として、前記排気蒸気ライン及び前記調節用低圧蒸気ラインを経て、前記圧力調節装置に供給されることを特徴とする。

当該ガスタービンコンバインドサイクルプラントでは、圧力の異なる調節用高圧蒸気と調節用低圧蒸気とを用いて目標圧力の冷却蒸気を生成する。このため、当該ガスタービンコンバインドサイクルプラントでは、調節用高圧蒸気と調節用低圧蒸気とが供給される圧力調節装置で、各種蒸気が通る流路の径等を適宜変更することで、容易にこの目標圧力の冷却蒸気を得ることができる。さらに、調節用高圧蒸気や調節用低圧蒸気の取得位置を変えることで、調節用高圧蒸気の圧力や調節用低圧蒸気の圧力も容易に変更できるので、目標圧力がより高くても、逆により低くても容易にこの目標圧力の冷却蒸気を得ることができる。言い換えると、冷却蒸気の目標圧力として設定可能な圧力範囲を容易に変更することができる。このため、当該ガスタービンコンバインドサイクルプラントによれば、冷却蒸気の圧力の選択自由度を高めることができる。

さらに、当該ガスタービンコンバインドサイクルプラントでは、ガスタービン等の運転形態が変更になり、冷却蒸気に必要な圧力が変更になっても、以上のような変更することで、冷却蒸気の圧力変更に容易に対応することができる。また、当該ガスタービンコンバインドサイクルプラントでは、蒸気タービンのケーシングに抽気ポートや回収ポートを形成する必要がないため、既設の設備で、高温部品を蒸気で冷却したい場合でも容易に対応することができる。

ここで、前記一態様としての前記ガスタービンコンバインドサイクルプラントにおいて、前記圧力調節装置は、前記調節用高圧蒸気及び前記調節用低圧蒸気が流入するエジェクターを有してもよい。

また、前記一態様としての前記ガスタービンコンバインドサイクルプラントにおいて、前記圧力調節装置は、前記調節用高圧蒸気により駆動するタービンと、前記タービンの駆動で駆動して前記調節用低圧蒸気を昇圧する圧縮機と、前記タービンから排気された前記調節用高圧蒸気と前記圧縮機で昇圧された前記調節用低圧蒸気とを混合する混合部と、を有してもよい。

この場合、前記圧力調節装置は、前記タービンの駆動で発電する発電機を有してもよい。当該ガスタービンコンバインドサイクルプラントでは、タービンの駆動力を有効活用することができる。また、この場合、前記圧力調節装置は、前記圧縮機を駆動させる電動機を有してもよい。当該ガスタービンコンバインドサイクルプラントでは、電動機で圧縮機の駆動力を補助することができる。また、前記発電機は、前記圧縮機を駆動させる電動機としても機能してもよい。当該ガスタービンコンバインドサイクルプラントでは、タービンの駆動力を有効活用できると共に、圧縮機の駆動力を補助することもできる。

また、以上のいずれかの前記ガスタービンコンバインドサイクルプラントにおいて、前記調節用高圧蒸気と前記調節用低圧蒸気と前記圧力調節装置で生成された蒸気とのうち、いずれかの蒸気の温度を調節する温度調節器を備えていてもよい。

当該ガスタービンコンバインドサイクルプラントでは、高温部品に供給する冷却蒸気の温度を結果として適切な温度に調節することができるので、高温部品が適切な温度に冷却され、熱応力や熱変形が低減し、高温部品の短命化を防ぐとともに信頼性を高めることができる。また、コンバインドサイクルプラントの効率面から効率よく高温部品を冷却することができる。

また、前記温度調節器を有する前記ガスタービンコンバインドサイクルプラントにおいて、前記温度調節器は、該温度調節器による温度調節対象の前記蒸気中に水を噴霧するスプレー装置を有してもよい。

当該ガスタービンコンバインドサイクルプラントでは、冷却蒸気中にスプレー装置で噴霧された水が含まれることになるため、調節用高圧蒸気又は調節用低圧蒸気の流量を削減することができる。

また、前記温度調節器を有する前記ガスタービンコンバインドサイクルプラントにおいて、前記温度調節器は、該温度調節器による温度調節対象の前記蒸気と温度調節媒体とを熱交換させる熱交換器を有してもよい。この場合、前記熱交換器における前記温度調節媒体は、前記燃焼器に供給される前記燃料であってもよい。

熱交換器における温度調節媒体が燃料である場合、この燃料が燃焼器に供給される前に燃料を予熱することができる。さらに、燃料と蒸気との熱交換で、この蒸気の温度が低下する結果、冷却蒸気の温度も低下し、冷却蒸気の流量を少なくすることができる。

また、燃料を蒸気との熱交換する温度調節媒体とする熱交換器を有する前記ガスタービンコンバインドサイクルプラントにおいて、前記熱交換器である第一熱交換器の他に、前記燃料よりも温度が高い温度調節媒体と該燃料とを熱交換させる第二熱交換器を備えてもよい。

当該ガスタービンコンバインドサイクルプラントでは、燃料をより高い温度にすることができ、コンバインドサイクルプラントの効率を高めることができる。

この場合、前記排熱回収装置は、前記排熱回収ボイラーで発生した前記蒸気を前記蒸気タービンに導く蒸気ラインを有し、前記調節用高圧蒸気ラインは、前記蒸気ラインに接続されていてもよい。また、前記排熱回収装置は、前記排熱回収ボイラーで発生した前記蒸気を前記蒸気タービンに導く第一蒸気ラインと、該第一蒸気ラインよりも該第一蒸気ラインにおける該蒸気の上流側の第二蒸気ラインと、を有し、前記調節用高圧蒸気ラインは、前記第二蒸気ラインに接続されていてもよい。

また、前記排熱回収ボイラーは、前記蒸気タービンに供給する前記蒸気である第一蒸気を生成する第一蒸気発生部と、該第一蒸気よりも圧力の低い第二蒸気を生成する第二蒸気発生部と、を有し、前記調節用低圧蒸気ラインは、前記第二蒸気を前記圧力調節装置に導くものであってもよい。

また、前述の場合、前記排熱回収装置は、前記蒸気タービンである第一蒸気タービンの他に、前記排熱回収ボイラーで発生した蒸気であって該第一蒸気タービンを駆動させる前記蒸気である第一蒸気より低い圧力の第二蒸気で駆動する第二蒸気タービンと、該第二蒸気を該第二蒸気タービンに供給する第二蒸気供給ラインと、を有し、前記冷却蒸気回収ラインは、前記第二蒸気供給ラインに接続されていてもよい。また、前記排熱回収装置は、前記排熱回収ボイラーの一部として蒸気を再熱する再熱器と、前記蒸気タービンから排気された蒸気である排気蒸気を前記再熱器に戻す排気蒸気回収ラインと、を有し、前記冷却蒸気回収ラインは、前記再熱器で再熱された蒸気中に前記高温部品を冷却した前記冷却蒸気を戻すものであってもよい。

本発明では、ガスタービンの高温部品に供給する蒸気の圧力の選択自由度を高めることができる。

本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。 本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンの模式的な断面図である。 本発明に係る第一実施形態の第一変形例におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。 本発明に係る第一実施形態の第二変形例におけるガスタービンプラントの系統図である。 本発明に係る第二実施形態におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。 本発明に係る第二実施形態の第一変形例におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。 本発明に係る第二実施形態の第二変形例におけるガスタービンプラントの系統図である。 本発明に係る第三実施形態におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。 冷却蒸気の温度とコンバインドプラントの効率との関係を示すグラフである。 本発明に係る第三実施形態の変形例におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。 本発明に係る第四実施形態におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。 本発明に係る第四実施形態の第一変形例におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。 本発明に係る第四実施形態の第二変形例におけるガスタービンコンバインドプラントの系統図である。

以下、本発明に係るガスタービンコンバインドプラントの各種実施形態について、図面を用いて説明する。

「第一実施形態」
まず、図１〜図３を参照して、本発明に係るガスタービンコンバインドプラントの第一実施形態について説明する。なお、以下では、ガスタービンコンバインドプラントを単にコンバインドプラントと言う。

本実施形態のコンバインドプラントは、図１に示すように、ガスタービン１０と、ガスタービン１０の駆動で発電する発電機１５と、ガスタービン１０から排気された排気ガスＥＧの熱で蒸気を発生させる排熱回収装置１００と、排熱回収装置１００を通過した排気ガスＥＧを大気に放出する煙突４０と、を備えている。

ガスタービン１０は、空気を圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１で圧縮された空気中で燃料Ｆを燃焼させて燃焼ガスを生成する複数の燃焼器２１と、高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービン３１と、を備えている。タービン３１のタービンロータと圧縮機１１の圧縮機ロータとは、同一の軸線を中心として回転するもので、相互に連結されて、ガスタービンロータを成している。このガスタービンロータには、発電機１５のロータが接続されている。

燃焼器２１は、図２に示すように、圧縮機１１からの空気Ａ中で燃料Ｆが燃焼し、燃焼ガスが生成される燃焼筒（又は尾筒）２３と、この燃焼筒２３内に圧縮機１１からの空気Ａ及び燃料Ｆを噴射する噴射器２２と、を有している。噴射器２２には、外部の燃料供給源からの燃料Ｆをこの噴射器２２に供給する燃料ライン２９が接続されている。また、燃焼筒２３を形成する部材には、この部材を冷却するために、蒸気が通る蒸気流路２４が形成されている。

タービン３１は、複数の燃焼器２１からの燃焼ガスにより、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ３２と、このタービンロータ３２を回転可能に覆うタービンケーシング３５と、を有している。タービンロータ３２は、軸線Ａｒと平行な軸方向に延びるロータ本体３３と、このロータ本体３３の外周に固定されている複数の動翼３４と、を有している。また、タービンケーシング３５の内周面には、複数の静翼３６が固定されている。タービンケーシング３５の内周面とロータ本体３３の外周面との間は、燃焼器２１からの燃焼ガスが通る燃焼ガス流路３７を成す。複数の燃焼器２１は、軸線Ａｒを中心として周方向に並んで、タービンケーシング３５に固定されている。

排熱回収装置１００は、図１に示すように、タービン３１を駆動させた燃焼ガス、つまりガスタービン１０から排気された排気ガスＥＧの熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラー１１０と、排熱回収ボイラー１１０で発生した蒸気で駆動する蒸気タービン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃと、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃの駆動で発電する発電機１２２と、蒸気タービン１２１ａを駆動させた蒸気を水に戻す復水器１２３と、復水器１２３中の水を排熱回収ボイラー１１０に戻す給水ポンプ１２４と、を備えている。

排熱回収装置１００は、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃとして、低圧蒸気タービン１２１ａ、中圧蒸気タービン（第二蒸気タービン）１２１ｂ、高圧蒸気タービン（第一蒸気タービン）１２１ｃを有している。また、排熱回収ボイラー１１０は、低圧蒸気ＬＳを発生する低圧蒸気発生部１１１ａと、中圧蒸気ＩＳを発生する中圧蒸気発生部１１１ｂと、高圧蒸気ＨＳを発生する高圧蒸気発生部１１１ｃと、高圧蒸気タービン１２１ｃを駆動させた蒸気を再過熱する再熱部１１５と、を有している。なお、ここでは、低圧蒸気タービン１２１ａ、中圧蒸気タービン１２１ｂ、高圧蒸気タービン１２１ｃの合計３基の蒸気タービンに対して、１基の発電機１２２を設けているが、各蒸気タービン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃに発電機を設けてもよい。

低圧蒸気発生部１１１ａは、水を加熱する低圧節炭器１１２ａと、低圧節炭器１１２ａで加熱された水を蒸気にする低圧蒸発器１１３ａと、低圧蒸発器１１３ａで発生した蒸気を過熱して低圧蒸気ＬＳを生成する低圧過熱器１１４ａと、を有している。

中圧蒸気発生部１１１ｂは、低圧節炭器１１２ａで加熱された水を昇圧する中圧ポンプ１１６ｂと、この中圧ポンプ１１６ｂで昇圧された水を加熱する中圧節炭器１１２ｂと、中圧節炭器１１２ｂで加熱された水を蒸気にする中圧蒸発器１１３ｂと、中圧蒸発器１１３ｂで発生した蒸気を過熱して中圧蒸気ＩＳを生成する中圧過熱器１１４ｂと、を有している。

高圧蒸気発生部１１１ｃは、低圧節炭器１１２ａで加熱された水を昇圧する高圧ポンプ１１６ｃと、この高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水を加熱する第一高圧節炭器１１２ｃと、第一高圧節炭器１１２ｃで加熱された水をさらに加熱する第二高圧節炭器１１２ｄと、第二高圧節炭器１１２ｄで加熱された水を蒸気にする高圧蒸発器１１３ｃと、高圧蒸発器１１３ｃで発生した蒸気を過熱する第一高圧過熱器１１４ｃと、第一高圧過熱器１１４ｃで過熱された蒸気をさらに過熱して高圧蒸気ＨＳを生成する第二高圧過熱器１１４ｄと、を有している。

再熱部１１５は、高圧蒸気タービン１２１ｃを駆動させた蒸気を加熱する第一再熱器１１５ａと、第一再熱器１１５ａで過熱された蒸気をさらに過熱して再熱蒸気ＲＨＳを生成する第二再熱器１１５ｂと、有している。

再熱部１１５、高圧蒸気発生部１１１ｃ、中圧蒸気発生部１１１ｂ、低圧蒸気発生部１１１ａのそれぞれを構成する要素は、タービン３１から煙突４０に向かう排気ガスＥＧの下流側に向かって、第二再熱器１１５ｂ及び第二高圧過熱器１１４ｄ、第一再熱器１１５ａ、第一高圧過熱器１１４ｃ、高圧蒸発器１１３ｃ、第二高圧節炭器１１２ｄ、中圧過熱器１１４ｂ及び低圧過熱器１１４ａ、中圧蒸発器１１３ｂ、第一高圧節炭器１１２ｃ及び中圧節炭器１１２ｂ、低圧蒸発器１１３ａ、低圧節炭器１１２ａの順序で並んでいる。

復水器１２３と低圧節炭器１１２ａとは、給水ライン１３１で接続されている。この給水ライン１３１には、前述の給水ポンプ１２４が設けられている。低圧過熱器１１４ａと低圧蒸気タービン１２１ａの蒸気入口とは、低圧過熱器１１４ａからの低圧蒸気ＬＳを低圧蒸気タービン１２１ａに送る低圧蒸気ライン１３２で接続されている。低圧蒸気タービン１２１ａの蒸気出口と復水器１２３とは、低圧蒸気タービン１２１ａを駆動させた低圧蒸気ＬＳが復水器１２３に供給されるよう互いに接続されている。第一高圧過熱器１１４ｃと第二高圧過熱器１１４ｄとは、過熱器間蒸気ライン１３５ａで接続されている。第二高圧過熱器１１４ｄと高圧蒸気タービン１２１ｃの蒸気入口とは、第二高圧過熱器１１４ｄからの高圧蒸気ＨＳを高圧蒸気タービン１２１ｃに送る高圧蒸気ライン１３８で接続されている。高圧蒸気タービン１２１ｃの蒸気出口と第一再熱器１１５ａの蒸気入口とは、高圧蒸気タービン１２１ｃからの高圧蒸気ＨＳを第一再熱器１１５ａに送る高圧蒸気回収ライン（排気蒸気回収ライン）１３９で接続されている。第一再熱器１１５ａと第二再熱器１１５ｂとは、再熱器間蒸気ライン１３５ｂで接続されている。第二再熱器１１５ｂの蒸気出口と中圧蒸気タービン１２１ｂの蒸気入口とは、第二再熱器１１５ｂで過熱された蒸気を再熱蒸気ＲＨＳとして中圧蒸気タービン１２１ｂに送る再熱蒸気ライン（第二蒸気供給ライン）１３６で接続されている。中圧蒸気タービン１２１ｂの蒸気出口には、中圧蒸気回収ライン１３７が接続されている。この中圧蒸気回収ライン１３７は、低圧蒸気ライン１３２に合流している。中圧過熱器１１４ｂの蒸気出口には、中圧蒸気ライン１３３が接続されている。この中圧蒸気ライン１３３は、高圧蒸気回収ライン１３９に合流している。

本実施形態のコンバインドプラントは、ガスタービン１０の燃焼器２１で高温の燃焼ガスに晒される高温部品の一つである燃焼筒２３に冷却蒸気ＣＳを供給してこの燃焼筒２３を冷却する冷却装置５０を備えている。この冷却装置５０は、燃焼筒２３に冷却蒸気ＣＳを供給する冷却蒸気ライン５７と、冷却蒸気ＣＳに求められる目標圧力よりも圧力が高い調節用高圧蒸気ＡＨＳと目標圧力よりも圧力が低い調節用低圧蒸気ＡＬＳとを用いて目標圧力の冷却蒸気ＣＳを生成する圧力調節装置としてのエジェクター５１と、エジェクター５１に調節用高圧蒸気ＡＨＳを供給する調節用高圧蒸気ライン５５と、エジェクター５１に調節用低圧蒸気ＡＬＳを供給する調節用低圧蒸気ライン５６と、燃焼筒２３を冷却した過熱された冷却蒸気ＣＳを過熱蒸気ＳＳとして回収する冷却蒸気回収ライン５８と、を備えている。

エジェクター５１は、内部に拡散室が形成されているボディ５２と、ボディ５２内の拡散室に調節用高圧蒸気ＡＨＳを噴射するノズル５３と、拡散室から蒸気を排気するディフューザ５４と、を有している。ボディ５２には、内部の拡散室に調節用低圧蒸気ＡＬＳを導く真空ポートが形成されている。ノズル５３の拡散室中の出口とディフーザの拡散室中の入口とは、間隔をあけて対向している。ノズル５３から高速で噴射された調節用高圧蒸気ＡＨＳは、ディフューザ５４の入口へと進み、ここからディフューザ５４内に流入する。この際、調節用高圧蒸気ＡＨＳの流れによって、ボディ５２内の拡散室が負圧になり、ボディ５２の真空ポートから調節用低圧蒸気ＡＬＳが流入する。この調節用低圧蒸気ＡＬＳは、ディフューザ５４の入口からディフューザ５４内に流入する。この結果、ディフューザ５４内では、調節用高圧蒸気ＡＨＳと調節用低圧蒸気ＡＬＳとが混ざり合って、ディフューザ５４から流出する。ディフューザ５４から流出した蒸気は、調節用高圧蒸気ＡＨＳの圧力と調節用低圧蒸気ＡＬＳの圧力との間の圧力になる。本実施形態では、ディフューザ５４から流出した蒸気の圧力の圧力は、冷却蒸気ＣＳに求められる目標圧力になっており、この蒸気が冷却蒸気ＣＳとなる。

調節用高圧蒸気ライン５５の一方の端部は、エジェクター５１のノズル５３に接続され、他方の端部は、高圧蒸気ライン１３８に接続されている。すなわち、本実施形態では、高圧蒸気タービン１２１ｃに供給される高圧蒸気ＨＳが調節用高圧蒸気ＡＨＳとしてエジェクター５１に供給される。調節用低圧蒸気ライン５６の一方の端部は、エジェクター５１の真空ポートに接続され、他方の端部は、高圧蒸気回収ライン（排気蒸気ライン）１３９に接続されている。すなわち、本実施形態では、高圧蒸気タービン１２１ｃから排気された高圧蒸気が調節用低圧蒸気ＡＬＳとしてエジェクター５１に供給される。冷却蒸気ライン５７の一方の端部は、エジェクター５１のディフューザ５４に接続され、他方の端部は、図２に示すように、燃焼器２１の燃焼筒２３に形成されている蒸気流路２４の一端に接続されている。また、冷却蒸気回収ライン５８の一方の端部は、蒸気流路２４の他端に接続されている。この冷却蒸気回収ライン５８の他端は、図１に示すように、再熱蒸気ライン１３６に接続されている。この再熱蒸気ライン１３６内の圧力、つまり中圧蒸気タービン１２１ｂに供給される中圧蒸気ＩＳの圧力は、燃焼器２１の燃焼筒２３に供給される冷却蒸気ＣＳの圧力よりも低い。

次に、以上で説明した本実施形態のコンバインドプラントの動作について説明する。

ガスタービン１０の圧縮機１１は、図２に示すように、大気中の空気Ａを圧縮し、圧縮した空気Ａを燃焼器２１に供給する。また、燃焼器２１には、燃料ライン２９からの燃料Ｆも供給される。燃焼器２１の燃焼筒２３内では、圧縮された空気Ａ中で燃料Ｆが燃焼して、高温高圧の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスは、燃焼筒２３からタービン３１の燃焼ガス流路３７内に送られ、このタービン３１のタービンロータ３２を回転させる。このタービンロータ３２の回転で、ガスタービン１０に接続されている発電機１５は発電する。

タービン３１のタービンロータ３２を回転させた燃焼ガスは、排気ガスＥＧとしてガスタービン１０から排気され、排熱回収ボイラー１１０を介して、煙突４０から大気に放出される。排熱回収装置１００は、ガスタービン１０からの排気ガスＥＧが排熱回収ボイラー１１０を通る過程で、この排気ガスＥＧに含まれている熱を回収する。

排熱回収ボイラー１１０中で、最も下流側（煙突４０側）の低圧節炭器１１２ａには、復水器１２３からの水が給水ライン１３１を介して供給される。低圧節炭器１１２ａは、この水を排気ガスＥＧと熱交換させて加熱する。低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部は、低圧蒸発器１１３ａでさらに加熱されて蒸気になる。この蒸気は、低圧過熱器１１４ａでさらに過熱されて低圧蒸気ＬＳとして、低圧蒸気ライン１３２を介して低圧蒸気タービン１２１ａに供給される。低圧蒸気タービン１２１ａを駆動させた蒸気は、復水器１２３で水に戻る。この水は、復水器１２３から給水ライン１３１を介して再び低圧節炭器１１２ａに供給される。

低圧節炭器１１２ａで加熱された水の他の一部は、中圧ポンプ１１６ｂで昇圧されて中圧節炭器１１２ｂに送られ、低圧節炭器１１２ａで加熱された残りの水は、高圧ポンプ１１６ｃで昇圧されて第一高圧節炭器１１２ｃに送られる。

第一高圧節炭器１１２ｃは、高圧ポンプ１１６ｃから送られてきた水を排気ガスＥＧと熱交換させて加熱する。第一高圧節炭器１１２ｃで加熱された水は、第二高圧節炭器１１２ｄでさらに過熱される。この水は、高圧蒸発器１１３ｃでさらに加熱されて蒸気になる。この蒸気は、第一高圧過熱器１１４ｃ及び第二高圧過熱器１１４ｄでさらに過熱されて高圧蒸気ＨＳとなる。この高圧蒸気ＨＳは、高圧蒸気ライン１３８を介して高圧蒸気タービン１２１ｃに供給される。

中圧節炭器１１２ｂは、中圧ポンプ１１６ｂから送られてきた水を排気ガスＥＧと熱交換させて加熱する。中圧節炭器１１２ｂで加熱された水は、中圧蒸発器１１３ｂでさらに加熱されて蒸気になる。この蒸気は、中圧過熱器１１４ｂでさらに過熱されて、中圧蒸気ＩＳとなる。この中圧蒸気ＩＳは、中圧蒸気ライン１３３を介して、高圧蒸気回収ライン１３９を流れる蒸気と合流し、第一再熱器１１５ａ及び第二再熱器１１５ｂで再過熱され、再熱蒸気ＲＨＳとなる。この再熱蒸気ＲＨＳは、再熱蒸気ライン１３６を介して、中圧蒸気タービン１２１ｂに供給される。

中圧蒸気タービン１２１ｂを駆動させた再熱蒸気ＲＨＳは、中圧蒸気回収ライン１３７及び低圧蒸気ライン１３２を介して、低圧蒸気タービン１２１ａに供給される。

第二高圧過熱器１１４ｄからの高圧蒸気の一部は、前述したように、高圧蒸気ライン１３８を介して高圧蒸気タービンに供給される。また、第二高圧過熱器１１４ｄからの高圧蒸気の残り一部は、調節用高圧蒸気ＡＨＳとして、高圧蒸気ライン及び調節用高圧蒸気ライン５５を介してエジェクター５１のノズル５３に供給される。ノズル５３に供給された調節用高圧蒸気ＡＨＳは、前述したように、このノズル５３を経て、ディフューザ５４内に流入する。この際、調節用高圧蒸気ＡＨＳの流れによって、ボディ５２内の拡散室が負圧になる。このため、ボディ５２の真空ポートに接続されている調節用低圧蒸気ライン５６を介して、高圧蒸気タービン１２１ｃから排気された高圧蒸気が調節用低圧蒸気ＡＬＳとしてボディ５２内の拡散室に流入する。この調節用低圧蒸気ＡＬＳは、ディフューザ５４の入口からディフューザ５４内に流入する。ディフューザ５４内では、調節用高圧蒸気ＡＨＳと調節用低圧蒸気ＡＬＳとが混ざり合って、ディフューザ５４から、調節用高圧蒸気ＡＨＳの圧力と調節用低圧蒸気ＡＬＳの圧力との間の圧力の蒸気、つまり目標圧力の冷却蒸気ＣＳが流出する。ディフューザ５４から流出した冷却蒸気ＣＳは、冷却蒸気ライン５７を介して、燃焼器２１の燃焼筒２３に形成されている蒸気流路２４に流入する。この冷却蒸気ＣＳは、この蒸気流路２４を通る過程で、火炎及び燃焼ガスで加熱される燃焼筒２３と熱交換し、燃焼筒２３を冷却する。一方、冷却蒸気ＣＳは、過熱されて過熱蒸気ＳＳとなる。

この過熱蒸気ＳＳは、冷却蒸気回収ライン５８及び再熱蒸気ライン１３６を介して、中圧蒸気タービン１２１ｂに流入し、中圧蒸気タービン１２１ｂを駆動させる。

以上、本実施形態では、圧力の異なる調節用高圧蒸気ＡＨＳと調節用低圧蒸気ＡＬＳとをエジェクター５１で混ぜて、目標圧力の冷却蒸気ＣＳを生成する。このため、本実施形態では、エジェクター５１におけるノズル５３の絞り部の絞径やディフューザ５４の開放部の開放径等を適宜変更することで、目標圧力が調節用高圧蒸気ＡＨＳと調節用低圧蒸気ＡＬＳとの間の圧力であれば、容易にこの目標圧力の冷却蒸気ＣＳを得ることができる。さらに、調節用高圧蒸気ＡＨＳや調節用低圧蒸気ＡＬＳの取得位置を変えることで、調節用高圧蒸気ＡＨＳの圧力や調節用低圧蒸気ＡＬＳの圧力も容易に変更できるので、目標圧力がより高くても、逆により低くても容易にこの目標圧力の冷却蒸気ＣＳを得ることができる。言い換えると、冷却蒸気ＣＳの目標圧力として設定可能な圧力範囲を容易に変更することができる。このため、本実施形態では、冷却蒸気ＣＳの圧力の選択自由度を高めることができる。

さらに、本実施形態では、ガスタービン１０等の運転形態が変更になり、冷却蒸気ＣＳに必要な圧力が変更になっても、以上のような変更することで、冷却蒸気ＣＳの圧力変更に容易に対応することができる。また、本実施形態では、蒸気タービンのケーシングに抽気ポートや回収ポートを形成する必要がないため、既設の設備で、高温部品を蒸気で冷却したい場合でも容易に対応することができる。

また、本実施形態では、燃焼筒２３を冷却して過熱された冷却蒸気ＣＳは、過熱蒸気ＳＳとして、中圧蒸気タービンに供給しているので、冷却蒸気のさらなる有効活用を図ることができる。

「第一実施形態の第一変形例」
次に、図３を参照して、第一実施形態におけるコンバインドプラントの第一変形例について、説明する。なお、以下で説明する本実施形態の各変形例、他の各実施形態、各変形例は、いずれも、第一実施形態の冷却装置５０を変更したものであり、その他の構成は基本的に同じである。そこで、以下の説明では、冷却装置について主として説明する。

第一変形例の冷却装置５０ａは、第一実施形態の冷却装置５０に対して、調節用高圧蒸気ライン５５ａの接続位置が異なっている、言い換えると、調節用高圧蒸気ＡＨＳを取得する位置が異なっている。具体的に、第一変形例の冷却装置５０ａでは、調節用高圧蒸気ライン５５ａの一方の端部は、第一実施形態と同様、エジェクター５１のノズル５３に接続され、他方の端部は、第一実施形態と異なり、過熱器間蒸気ライン１３５ａに接続されている。すなわち、本変形例では、第一高圧過熱器１１４ｃで過熱された蒸気を調節用高圧蒸気ＡＨＳとしてエジェクター５１に供給する。

一方、第一実施形態では、第一高圧過熱器１１４ｃで過熱され、さらに第二高圧過熱器１１４ｄで過熱された高圧蒸気ＨＳを調節用高圧蒸気ＡＨＳとしてエジェクター５１に供給する。このため、本変形例の調節用高圧蒸気ＡＨＳの温度は、第一実施形態の調節用高圧蒸気ＡＨＳの温度よりも低い。

エジェクター５１に比較的低温の調節用高圧蒸気ＡＨＳが供給されると、この調節用高圧蒸気ＡＨＳの流量や調節用低圧蒸気ＡＬＳの流量、さらには調節用低圧蒸気ＡＬＳの温度にもよるが、エジェクター５１から流出する冷却蒸気ＣＳの温度は基本的に比較的低温になる。このため、本変形例では、第一実施形態よりも少ない流量の冷却蒸気ＣＳで燃焼器２１の燃焼筒２３を冷却することができる。

「第一実施形態の第二変形例」
次に、図４を参照して、第一実施形態におけるコンバインドプラントの第二変形例について、説明する。

第二変形例の冷却装置５０ｂは、第一実施形態の冷却装置５０に対して、調節用高圧蒸気ライン５５ａの接続位置と、調節用低圧蒸気ライン５６ａの接続位置と、冷却蒸気回収ライン５８ａの接続位置とが異なっている。言い換えると、本変形例では、第一実施形態に対して、調節用高圧蒸気ＡＨＳを取得する位置、調節用低圧蒸気ＡＬＳを取得する位置、さらに過熱された冷却蒸気ＣＳである過熱蒸気ＳＳの回収位置が異なっている。

具体的に、第二変形例の冷却装置５０ｂでは、調節用高圧蒸気ライン５５ａの一方の端部が、第一実施形態と同様、エジェクター５１のノズル５３に接続され、他方の端部が、第一実施形態と異なり、高圧蒸気ライン（第一蒸気ライン）１３８の上流側の過熱器間蒸気ライン（第二蒸気ライン）１３５ａに接続されている。また、本変形例の冷却装置５０ｂでは、調節用低圧蒸気ライン５６ａの一方の端部が、第一実施形態と同様、エジェクター５１の真空ポートに接続され、他方の端部が、第一実施形態と異なり、中圧蒸気ライン１３３に接続されている。また、本変形例の冷却装置５０ｂでは、冷却蒸気回収ライン５８ａの一方の端部が、第一実施形態と同様、燃焼器２１の蒸気流路２４の他端に接続され、他方の端部が、第一実施形態と異なり、再熱器間蒸気ライン１３５ｂに接続されている。すなわち、本変形例では、第一高圧過熱器１１４ｃで過熱された蒸気を調節用高圧蒸気ＡＨＳとしてエジェクター５１に供給する。さらに、本変形例では、高圧蒸気発生部（第一蒸気発生部）１１１ｃで発生する高圧蒸気（第一蒸気）ＨＳよりも圧力の低い中圧蒸気（第二蒸気）ＩＳを発生する中圧蒸気発生部（第二蒸気発生部）１１１ｂからの中圧蒸気ＩＳを調節用低圧蒸気ＡＬＳとしてエジェクター５１に供給する。また、本変形例では、燃焼器２１の燃焼筒２３の冷却で過熱された冷却蒸気ＣＳである過熱蒸気ＳＳを、高圧蒸気タービン１２１ｃから排気された高圧蒸気であって第一再熱器１１５ａで過熱された蒸気中に戻す。

以上のように、本変形例では、調節用高圧蒸気ＡＨＳとして取得する蒸気及び調節用低圧蒸気ＡＬＳとして取得する蒸気が第一実施形態と異なるので、冷却蒸気ＣＳの温度を第一実施形態と変えることができると共に、冷却蒸気ＣＳの目標圧力として設定可能な圧力範囲を変更することができる。

ところで、燃焼器２１の燃焼筒２３との熱交換で過熱された冷却蒸気ＣＳ、つまり過熱蒸気ＳＳを戻す領域は、排熱回収装置１００の蒸気流路中で、燃焼筒２３の蒸気流路２４の入口における冷却蒸気ＣＳの圧力、つまり目標圧力よりも、蒸気が燃焼筒２３の蒸気流路２４を通過する際の圧力損失分以上低い領域であれば、基本的に如何なる領域であってもよい。但し、目標圧力に対して、蒸気が燃焼筒２３の蒸気流路２４を通過する際の圧力損失分よりも遥かに低い圧力の領域に、過熱蒸気ＳＳとなった冷却蒸気ＣＳを戻すと、冷却蒸気ＣＳの圧力損失が大きくなる。このため、過熱蒸気ＳＳとなった冷却蒸気ＣＳを戻す領域は、排熱回収装置１００の蒸気流路中で、以上の圧力条件を満たしつつも、できる限り圧力の高い領域であることが好ましい。

そこで、第一実施形態、第一及び第二変形例では、高圧蒸気タービン１２１ｃの蒸気入口における高圧蒸気ＨＳの圧力よりも低い目標圧力の冷却蒸気ＣＳを過熱蒸気ＳＳとして、高圧蒸気タービン１２１ｃの蒸気出口における蒸気の圧力に近い領域である、再熱蒸気ライン１３６や再熱器間蒸気ライン１３５ｂに戻している。

また、過熱蒸気ＳＳを戻す領域は、熱応力の発生を抑えるという観点から、この過熱蒸気ＳＳの温度に近い温度の蒸気が流れている領域であることが好ましい。そこで、第一実施形態、第一及び第二変形例では、燃焼器２１の冷却で過熱された冷却蒸気ＣＳである過熱蒸気ＳＳを、この過熱蒸気ＳＳとの温度差が小さい蒸気が流れている、再熱蒸気ライン１３６や再熱器間蒸気ライン１３５ｂに戻している。

以上のように、調節用高圧蒸気ＡＨＳを取得する位置は、第一実施形態に限定されず、この調節用高圧蒸気ＡＨＳの圧力が冷却蒸気ＣＳに求められる目標圧力より高ければ、排熱回収装置１００の蒸気流路中のいずれかの位置に適宜設定することができる。また、調節用低圧蒸気ＡＬＳを取得する位置も、第一実施形態に限定されず、調節用低圧蒸気ＡＬＳの圧力が冷却蒸気ＣＳに求められる目標圧力より低ければ、排熱回収装置１００の蒸気流路中のいずれかの位置に適宜設定することができる。さらに、燃焼器２１の冷却で過熱された冷却蒸気ＣＳである過熱蒸気ＳＳを戻す位置も、第一実施形態に限定されず、少なくとも以上で説明した圧力条件を満たせば、排熱回収装置１００の蒸気流路中のいずれかの位置に適宜設定することができる。

従って、第一実施形態、第一及び第二変形例では、前述したように、冷却蒸気ＣＳの目標圧力として設定可能な圧力範囲を容易に変更することができる。なお、以下で説明する各実施形態においても、調節用高圧蒸気ＡＨＳを取得する位置、調節用低圧蒸気ＡＬＳを取得する位置、及び燃焼器２１の冷却で過熱された冷却蒸気ＣＳである過熱蒸気ＳＳを戻す位置に関して、それぞれの蒸気に求められる条件を満たせば、排熱回収装置１００の蒸気流路中のいずれかの位置に適宜設定することができる。

「第二実施形態」
次に、図５を参照して、本発明に係るコンバインドプラントの第二実施形態について説明する。

本実施形態の冷却装置５０ｃは、第一実施形態における冷却装置５０の圧力調節装置を変更したものである。具体的に、本実施形態の冷却装置５０ｃの圧力調節装置６１は、調節用高圧蒸気ＡＨＳで駆動する調節用タービン６２と、この調節用タービン６２の駆動で駆動して調節用低圧蒸気ＡＬＳを圧縮する調節用圧縮機６３と、調節用タービン６２から排気された蒸気と調節用圧縮機６３から排気された蒸気とを混合する混合部６８と、を有する。

混合部６８は、調節用タービン６２から排気された蒸気が通るタービン排気蒸気ライン６７と、調節用圧縮機６３から排気された蒸気が通る圧縮機排気蒸気ライン６６と、を有している。タービン排気蒸気ライン６７と圧縮機排気蒸気ライン６６とは、それぞれの下流側で合流しており、この合流部分で調節用タービン６２から排気された蒸気と調節用圧縮機６３から排気された蒸気とが混ざる。さらに、本実施形態の冷却装置５０ｃは、調節用高圧蒸気ＡＨＳを調節用タービン６２に導く調節用高圧蒸気ライン５５と、調節用低圧蒸気ＡＬＳを調節用圧縮機６３に導く調節用低圧蒸気ライン５６と、混合部６８で調節用タービン６２から排気された蒸気と調節用圧縮機６３から排気された蒸気とが混ざった蒸気を冷却蒸気ＣＳとして燃焼筒２３に供給する冷却蒸気ライン５７と、燃焼筒２３を冷却した過熱された冷却蒸気ＣＳを過熱蒸気ＳＳとして回収する冷却蒸気回収ライン５８と、を備えている。タービン排気蒸気ライン６７と圧縮機排気蒸気ライン６６とはその下流側で合流しており、この合流地点からが燃焼筒２３までの間のラインが冷却蒸気ライン５７を成す。

調節用高圧蒸気ＡＨＳは、調節用高圧蒸気ライン５５から調節用タービン６２に流入し、この調節用タービン６２を駆動する。この調節用タービン６２が駆動すると、調節用圧縮機６３が駆動する。この調節用高圧蒸気ＡＨＳは、調節用タービン６２の駆動で圧力及び温度が低下して、調節用タービン６２から排気され、タービン排気蒸気ライン６７を介して冷却蒸気ライン５７に流入する。一方、調節用低圧蒸気ＡＬＳは、調節用低圧蒸気ライン５６から駆動中の調節用圧縮機６３に流入すると、圧縮されて圧力及び温度が上昇して、調節用圧縮機６３から排気される。この調節用圧縮機６３から排気された調節用低圧蒸気ＡＬＳは、圧縮機排気蒸気ライン６６を介して冷却蒸気ライン５７に流入する。この結果、圧力及び温度が低下した調節用高圧蒸気ＡＨＳと圧力及び温度が上昇した調節用低圧蒸気ＡＬＳとが冷却蒸気ライン５７中で混ざり合って、目標圧力の冷却蒸気ＣＳになる。この冷却蒸気ＣＳは、第一実施形態と同様に、冷却蒸気ライン５７から燃焼筒２３に形成されている蒸気流路２４に流入し、燃焼筒２３を冷却する。燃焼筒２３の冷却で過熱された冷却蒸気ＣＳである過熱蒸気ＳＳは、冷却蒸気回収ライン５８及び再熱蒸気ライン１３６を介して、中圧蒸気タービン１２１ｂに流入し、中圧蒸気タービン１２１ｂを駆動させる。

以上、本実施形態でも、第一実施形態と同様、圧力の異なる調節用高圧蒸気ＡＨＳと調節用低圧蒸気ＡＬＳとを用いて、目標圧力の冷却蒸気ＣＳを生成するため、第一実施形態と基本的に同様の効果を奏する。

第一実施形態及び第二実施形態で例示したように、圧力調節装置は、圧力の異なる調節用高圧蒸気ＡＨＳと調節用低圧蒸気ＡＬＳとを用いて、目標圧力の冷却蒸気ＣＳを生成するものであれば、如何なるものでもよい。

「第二実施形態の第一変形例」
次に、図６を参照して、第二実施形態におけるコンバインドプラントの第一変形例について、説明する。

本変形例は、第二実施形態における圧力調節装置６１を変更したものである。本変形例の圧力調節装置６１ａは、第二実施形態における圧力調節装置６１に調節用タービン６２の駆動で発電する発電機６４を追加したものである。

仮に、第二実施形態の圧力調節装置６１で、調節用タービン６２の駆動力として、調節用圧縮機６３を駆動させても余力があるとする。このような場合には、本変形例のように、発電機６４を追加することで、調節用タービン６２の出力を有効利用することができる。

「第二実施形態の第二変形例」
次に、図７を参照して、第二実施形態におけるコンバインドプラントの第二変形例について、説明する。

本変形例も、第二実施形態における圧力調節装置６１を変更したものである。本変形例の圧力調節装置６１ｂは、第二実施形態における圧力調節装置６１に調節用圧縮機６３の駆動力を補助する電動機６５を追加したものである。

仮に、第二実施形態の圧力調節装置６１で、調節用圧縮機６３の駆動力が不足しているとする。つまり、調節用低圧蒸気ＡＬＳの昇圧が十分ではないとする。このような場合には、本変形例のように、電動機６５を追加することで、調節用圧縮機６３の駆動力の不足分を補うことができる。

なお、第二実施形態の第一変形例では、第二実施形態における圧力調節装置６１に発電機６４を追加し、第二実施形態の第二変形例では、第二実施形態における圧力調節装置６１に電動機６５を追加しているが、これらの変形例で、電動機及び発電機の機能を有するものを追加してもよい。

「第三実施形態」
次に、図８及び図９を参照して、本発明に係るコンバインドプラントの第三実施形態について説明する。

本実施形態の冷却装置５０ｄは、図８に示すように、第一実施形態における冷却装置５０に、エジェクター５１から流出した蒸気に水を噴霧するスプレー装置７１と、このスプレー装置７１に水を供給するスプレー水ライン７５と、を追加したものである。

スプレー装置７１は、燃焼器２１に供給される冷却蒸気ＣＳの温度を調節する温度調節器として機能し、内部を蒸気が流れる温度調節容器７２と、この温度調節容器７２内に水を噴霧するスプレーノズル７３と、を有している。温度調節容器７２は、エジェクター５１におけるディフューザ５４の出口に接続されている。スプレー水ライン７５の一方の端部は、スプレー装置７１のスプレーノズル７３に接続されている。また、このスプレー水ライン７５の他方の端部は、排熱回収装置１００における高圧ポンプ１１６ｃの吐出口に接続されている。冷却蒸気ライン５７の一方の端部は、スプレー装置７１の温度調節容器７２に接続され、他方の端部は燃焼器２１に接続されている。

高圧ポンプ１１６ｃの吐出口からの水の圧力は、例えば、１００００ＫＰａ程度である。一方、エジェクター５１からの蒸気の圧力は、例えば、３０００〜５０００ＫＰａである。このため、高圧ポンプ１１６ｃからの水がスプレーノズル７３から、温度調節容器７２内を流れる温度の高いエジェクター５１からの蒸気中に噴霧されると、減圧により気化する。この結果、エジェクター５１からの蒸気から気化熱が奪われ、温度調節容器７２内から流出する蒸気の温度が低下し、冷却蒸気ＣＳとなる。

燃焼器２１の燃焼筒２３には、この温度が低下した冷却蒸気ＣＳが供給され、この燃焼筒２３と熱交換し、燃焼筒２３を冷却する。一方、冷却蒸気ＣＳは、過熱されて過熱蒸気ＳＳとなる。この過熱蒸気ＳＳは、第一実施形態と同様に、冷却蒸気回収ライン５８及び再熱蒸気ライン１３６を介して、中圧蒸気タービン１２１ｂに流入し、中圧蒸気タービン１２１ｂを駆動させる。

燃焼器２１の燃焼筒２３に供給される冷却蒸気ＣＳは、燃焼筒２３の入口部分での圧力に対する飽和温度よりも高い必要がある。仮に、冷却蒸気ＣＳが飽和温度以下である場合、液滴が燃焼筒２３の蒸気流路２４に流入し、この蒸気流路２４の壁面に液滴が付着する。この結果、蒸気流路２４の壁面が局部的に急冷却され、熱応力により燃焼筒２３が損傷する可能性がある。また、液滴により蒸気流路２４内に錆が発生し、この錆により蒸気流路２４が閉塞して、燃焼筒２３を十分冷却できなくなって、燃焼筒２３が損傷する可能性もある。このため、図９に示すように、燃焼筒２３等の高温部品に供給する冷却蒸気ＣＳの温度は、飽和蒸気温度よりも高い必要がある。

但し、この冷却蒸気ＣＳの温度は、燃焼筒２３等の高温部品の温度より低ければ、いくら高くてもよい訳でない。冷却蒸気ＣＳの温度が燃焼筒２３等の高温部品の温度に近ければ、高温部品を冷却するための冷却蒸気ＣＳの流量を多くする必要が生じ、コンバインドプラントの効率が低下する。

一方、冷却蒸気ＣＳの温度は、飽和温度より高ければ、低い方が好ましい分けでもない。冷却蒸気ＣＳの温度を冷却で低下させると、冷却に伴うエネルギー損失が発生し、コンバインドプラントの効率が低下する。

すなわち、コンバインドプラントの効率は、図９に示すように、冷却蒸気ＣＳの温度が飽和温度よりも高く且つ高温部品の温度よりも低い温度範囲中のある温度Ｔのときに最も高く、この温度Ｔよりも冷却蒸気ＣＳの温度が低くなっても高くなっても低下する。従って、燃焼筒２３等の高温部品に供給する冷却蒸気ＣＳの温度は、飽和温度よりも高く且つ高温部品の温度よりも低い温度範囲内であって、温度Ｔを中心として所定の範囲内の温度になるよう調節することが好ましい。なお、コンバインドプラントの効率とは、ガスタービン１０の出力と蒸気タービン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃの出力とを合せた値を、ガスタービン１０に供給した燃料Ｆの単位時間当たり発熱量で割った値である。

以上、本実施形態では、燃焼器２１に供給する冷却蒸気ＣＳの温度を調節しているので、高温部品が適切な温度に冷却され、熱応力や熱変形が低減し、高温部品の短命化を防ぐとともに信頼性を高めることができる。また、コンバインドプラントの効率面から効率よく燃焼器２１を冷却することができる。また、本実施形態では、調節用高圧蒸気及び調節用低圧蒸気を混ぜた蒸気のみならず、この蒸気に水を混ぜて、混合後の蒸気を冷却蒸気ＣＳとして燃焼器２１に供給しているので、調節用高圧蒸気と調節用低圧蒸気とのうち少なくとも一方の蒸気の流量を減らすことができる。

「第三実施形態の変形例」
次に、図１０を参照して、第三実施形態におけるコンバインドプラントの変形例について、説明する。

本変形例の冷却装置５０ｅは、第三実施形態の冷却装置５０ｄにおける温度調節器としてのスプレー装置７１を熱交換器７４に変更したものである。

この熱交換器７４の管内側又は管外側の入口には、エジェクター５１のディフューザ５４が接続され、熱交換器７４の管内側又は管外側の出口には、冷却蒸気ライン５７が接続されている。また、この熱交換器７４の管外側又は管内側の入口には、第一高圧節炭器１１２ｃで加熱された水を熱交換器７４に送る高圧加熱水ライン７６が接続されている。さらに、この熱交換器７４の管外側又は管内側の出口には、ここに流れ込んだ水を第二高圧節炭器１１２ｄで加熱された水中に戻す高圧加熱水回収ライン７７が接続されている。具体的に、高圧加熱水ライン７６は、熱交換器７４に接続されていると共に、第一高圧節炭器１１２ｃと第二高圧節炭器１１２ｄとを接続するラインに接続されている。また、高圧加熱水回収ライン７７は、熱交換器７４に接続されていると共に、第二高圧節炭器１１２ｄと高圧蒸発器１１３ｃとを接続するラインに接続されている。

エジェクター５１からの蒸気は、熱交換器７４の管内側又は管外側に流入する。また、第一高圧節炭器１１２ｃで加熱された水は、高圧加熱水ライン７６を介して、熱交換器７４の管外側又は管内側に流入する。この結果、熱交換器７４において、エジェクター５１からの蒸気と第一高圧節炭器１１２ｃで加熱された水とが熱交換する。この場合、この熱交換により、エジェクター５１からの蒸気が冷却され、第一高圧節炭器１１２ｃで加熱された水がさらに加熱される。

エジェクター５１からの蒸気が熱交換器７４で冷却されると、冷却蒸気ＣＳとなり、この冷却蒸気ＣＳが冷却蒸気ライン５７を介して、燃焼器２１の燃焼筒２３に供給される。この冷却蒸気ＣＳは、この燃焼筒２３と熱交換し、燃焼筒２３を冷却する。一方、冷却蒸気ＣＳは、過熱されて過熱蒸気ＳＳとなる。この過熱蒸気ＳＳは、第一実施形態と同様に、冷却蒸気回収ライン５８及び再熱蒸気ライン１３６を介して、中圧蒸気タービン１２１ｂに流入し、中圧蒸気タービン１２１ｂを駆動させる。なお、本変形例においても、第三実施形態と同様、燃焼器２１に供給される冷却蒸気ＣＳは、熱交換器７４の伝熱面積や熱交換器７４内を流れる各流体の流速等の調節により、適切な温度にする必要がある。

また、第一高圧節炭器１１２ｃで加熱され、さらに熱交換器７４で加熱された水は、高圧加熱水回収ライン７７を介して、第二高圧節炭器１１２ｄで加熱された水中に戻る。

以上、本変形例でも、第三実施形態と同様、燃焼器２１に供給する冷却蒸気ＣＳの温度を調節しているので、コンバインドプラントの効率面から効率よく燃焼器２１を冷却することができる。また、本変形例では、第一高圧節炭器１１２ｃで加熱され、さらに熱交換器で加熱された水は、第二高圧節炭器１１２ｄで加熱された水中に戻さるので、この水の熱を有効利用することができる。

なお、第三実施形態及びこの変形例では、温度調節器としてのスプレー装置７１又は熱交換器７４を圧力調節装置としてのエジェクター５１の出口側に設けたが、この替りに、温度調節器としてのスプレー装置等を調節用高圧蒸気ライン５５中に設けても、調節用低圧蒸気ライン５６中に設けてもよい。すなわち、温度調節器は、圧力調節装置の出口側に設けても、調節用高圧蒸気ライン５５中に設けても、調節用低圧蒸気ライン５６中に設けてもよい。また、本実施形態及びこの変形例は、圧力調節装置がエジェクター５１である第一実施形態に、温度調節器としスプレー装置７１を追加した例であるが、圧力調節装置が調節用タービン６２及び調節用圧縮機６３を有する第二実施形態等に温度調節器としてのスプレー装置７１又は熱交換器７４を追加してもよい。

「第四実施形態」
次に、図１１を参照して、第四実施形態におけるコンバインドプラントについて、説明する。

本実施形態の冷却装置５０ｆは、第三実施形態の冷却装置５０ｄと同様、エジェクター５１と熱交換器７９とを備えている。但し、この熱交換器７９は、第三実施形態の熱交換器７４と異なり、燃焼器２１に供給する燃料Ｆと調節用低圧蒸気ＡＬＳとを熱交換させる。

このため、本実施形態の熱交換器７９は、燃焼器２１に燃料Ｆを供給する燃料ライン２９中に設けられている。具体的には、この熱交換器７９の管内側又は管外側の入口及び出口は、いずれも、燃焼器２１に燃料Ｆを供給する燃料ライン２９に接続されている。また、熱交換器７９の管外側又は管内側の入口及び出口は、いずれも調節用低圧蒸気ライン５６に接続されている。この調節用低圧蒸気ライン５６は、第一実施形態と同様、高圧蒸気回収ライン１３９に接続されている。また、調節用高圧蒸気ライン５５ａは、第一実施形態の第二変形例と同様、過熱器間蒸気ライン１３５ａに接続されている。また、冷却蒸気回収ライン５８ａは、第一実施形態の第二変形例と同様、再熱器間蒸気ライン１３５ｂに接続されている。

燃焼器２１に供給される燃料Ｆは、熱交換器７９を通ることで、調節用低圧蒸気ＡＬＳと熱交換して、加熱される。この加熱された燃料Ｆは、燃料ライン２９を介して燃焼器２１に供給される。一方、調節用低圧蒸気ＡＬＳは、燃料Ｆとの熱交換で冷却される。冷却された調節用低圧蒸気ＡＬＳは、エジェクター５１の真空ポートからエジェクター５１内に流入する。また、このエジェクター５１には、調節用高圧蒸気ＡＨＳがエジェクター５１のノズルから流入する。この結果、エジェクター５１内で、調節用高圧蒸気ＡＨＳと調節用低圧蒸気ＡＬＳとが混ざりあって、この蒸気が冷却蒸気ＣＳとして、エジェクター５１から流出する。エジェクター５１から流出した冷却蒸気ＣＳは、冷却蒸気ライン５７を介して、燃焼器２１の燃焼筒２３を通る過程で、燃焼筒２３と熱交換し、燃焼筒２３を冷却する。一方、冷却蒸気ＣＳは、過熱されて過熱蒸気ＳＳとなる。この過熱蒸気ＳＳは、第一実施形態の第二変形例と同様、高圧蒸気タービン１２１ｃから排気された高圧蒸気であって第一再熱器１３５ａで過熱された蒸気中に戻る。

このように、本実施形態の熱交換器７９は、調節用低圧蒸気ＡＬＳを冷却することで冷却蒸気ＣＳの温度を調節する温度調節器としての機能と、燃料Ｆを予熱する予熱器としての機能とを有している。

以上、本実施形態では、第三実施形態及びその変形例と同様、燃焼器２１に供給する冷却蒸気ＣＳの温度を調節しているので、高温部品が適切な温度に冷却され、熱応力や熱変形が低減し、高温部品の短命化を防ぐとともに信頼性を高めることができる。また、コンバインドプラントの効率面から効率よく燃焼器２１を冷却することができると共に、コンバインドプラントの効率を高めることができる。さらに、本実施形態では、高圧蒸気タービン１２１ｃの下流側から取得した調節用低圧蒸気ＡＬＳの熱を、このコンバインドプラントのより上流側の燃料Ｆの予熱に利用しているので、この観点からもコンバインドプラントの効率を高めることができる。

また、本実施形態では、燃料Ｆと蒸気とを熱交換して燃料を予熱しているため、燃料Ｆの予熱にあたり、熱交換器７９の伝熱管が破損しても発火するおそれがない。

なお、本実施形態では、冷却蒸気ＣＳの温度調節器としての機能と燃料Ｆの予熱器としての機能を有する熱交換器７９を調節用低圧蒸気ライン５６中に設けているが、この熱交換器７９をエジェクター５１等の圧力調節装置の下流側に設けてもよいし、調節用高圧蒸気ライン中に設けてもよい。

「第四実施形態の第一変形例」
次に、図１２を参照して、第四実施形態におけるコンバインドプラントの第一変形例について、説明する。

本変形例のコンバインドプラントは、第四実施形態のコンバインドプラントにさらに燃料Ｆを予熱する熱交換器を追加したものである。そこで、第四実施形態における熱交換器７９を第一熱交換器７９とし、本変形例において追加する熱交換器を第二熱交換器８１とする。

第一熱交換器７９及び第二熱交換器８１は、いずれも、燃料ライン２９中に設けられている。第二熱交換器８１は、第一熱交換器７９に対して、燃料Ｆの流れの上流側に配置されている。具体的に、この第二熱交換器８１の管内側又は管外側の入口及び出口には、燃料ライン２９に接続されている。また、この第二熱交換器８１の管外側又は管内側の入口には、中圧節炭器１１２ｂで加熱された水ＨＷを第二熱交換器８１に送る中圧加熱水ライン８２が接続されている。この第二熱交換器８１の管外側又は管内側の出口には、ここに流れ込んだ水ＨＷを給水ライン１３１に戻す中圧加熱水回収ライン８３が接続されている。具体的に、中圧加熱水ライン８２は、第二熱交換器８１に接続されていると共に、中圧節炭器１１２ｂと中圧蒸発器１１３ｂとを接続するラインに接続されている。また、中圧加熱水回収ライン８３は、第二熱交換器８１に接続されていると共に、給水ライン１３１中であって給水ポンプ１２４よりも下流側の位置に接続されている。

本変形例では、第四実施形態のコンバインドプラントの構成を備えているので、第四実施形態と同様の効果を奏する。さらに、本変形例では、第四実施形態のコンバインドプラントに第二熱交換器８１を追加したので、燃焼器２１に供給される燃料Ｆの温度を第四実施形態よりも高めることができる。しかも、本変形例では、第二熱交換器８１による燃料Ｆの予熱で、このコンバインドプラントの比較的下流側の中圧節炭器１１２ｂで加熱された水を利用しているので、コンバインドプラントの効率を高めることができる。

「第四実施形態の第二変形例」
次に、図１３を参照して、第四実施形態におけるコンバインドプラントの第二変形例について、説明する。

本変形例のコンバインドプラントは、調節用低圧蒸気として利用する蒸気を替えたものである。具体的に、第四実施形態及びその第一変形例では、高圧蒸気タービン１２１ｃから排気された高圧蒸気を調節用低圧蒸気ＡＬＳに利用するが、本変形例では、中圧蒸気ＩＳを調節用低圧蒸気ＡＬＳに利用する。

このため、本変形例では、第一熱交換器７９の管内側と管外側とのうちで燃料Ｆが通らない側の入口及び出口は、いずれも調節用低圧蒸気ラインとしての中圧蒸気ライン１３３ａが接続されている。なお、この中圧蒸気ライン１３３ａは、中圧過熱器１１４ｂの蒸気出口に接続されている。

このように、燃焼器２１に供給する燃料Ｆの目標温度や、冷却蒸気ＩＳの目標温度等に応じて、調節用低圧蒸気ＡＬＳとして、例えば、本変形例のように中圧蒸気ＩＳを用いてもよい。また、調節用高圧蒸気ＡＨＳに関しても、同様に、排熱回収装置１００中のいずれかの一の蒸気を用いてもよい。また、第二熱交換器８１に供給されて燃料Ｆと熱交換する媒体は、排熱回収装置１００を流れる流体であって、燃料Ｆより温度の高い流体であれば、各種蒸気でも、又水でもよい。

「その他の変形例」
第三実施形態及びその変形例における温度調節器、第四実施形態及びその変形例における温度調節器は、いずれも蒸気を冷却している。しかしながら、図９を用いて前述したように、高温部品に供給する冷却蒸気は、飽和温度より高い必要があるため、高温部品に供給する蒸気が飽和蒸気に近い温度である場合には、以上の温度調節器で蒸気を過熱することになる。

また、以上の各実施形態及びその変形例では、いずれも、ガスタービン１０における燃焼器２１の燃焼筒２３を冷却蒸気ＣＳで冷却する。しかしながら、ガスタービン１０を構成する部品で、燃焼ガスに接する高温部品であれば、例えば、タービン３１の動翼３４、静翼３６、さらにタービンケーシング３５の内周面のうちで動翼３４に対向する部分を構成する分割環等の高温部品を冷却蒸気ＣＳで冷却してもよい。この場合、タービン３１の動翼３４又は静翼３６等の高温部品に蒸気流路を形成し、この蒸気流路の一端に冷却蒸気ラインを接続する。

また、以上の各実施形態及びその変形例の排熱回収装置１００は、低圧蒸気タービン１２１ａ、中圧蒸気タービン１２１ｂ、高圧蒸気タービン１２１ｃの３基の蒸気タービンを備えているが、蒸気タービンは１基又は２基の場合でも、また、無くてもよい。また、以上の各実施形態及びその変形例の排熱回収装置１００の排熱回収ボイラー１１０は、低圧蒸気発生部１１１ａ、中圧蒸気発生部１１１ｂ、高圧蒸気発生部１１１ｃ及び再熱部１１５を有しているが、少なくとも一の蒸気発生部を有していればよい。

１０：ガスタービン、１１：圧縮機、２１：燃焼器、２２：噴射器、２３：燃焼筒（高温部品）、２４，３９：蒸気流路、２９：燃料ライン、３１：タービン、３２：タービンロータ、３３：動翼、３５：タービンケーシング、３６：静翼、４０：煙突、５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ：冷却装置、５１：エジェクター、５５，５５ａ：調節用高圧蒸気ライン、５６，５６ａ：調節用低圧蒸気ライン、５７：冷却蒸気ライン、５８,５８ａ：冷却蒸気回収ライン，６１，６１ａ，６１ｂ：圧力調節装置、６２：調節用タービン、６３：調節用圧縮機、６４：発電機、６５：電動機、６８：混合部、７１：スプレー装置、７４：熱交換器、７５：スプレー水ライン、７６：高圧加熱水ライン、７７：高圧加熱水回収ライン、７９：熱交換器（第一熱交換器）、８１：第二熱交換器、１００：排熱回収装置、１１０：排熱回収ボイラー、１１１ａ：低圧蒸気発生部、１１１ｂ：中圧蒸気発生部（第二蒸気発生部）、１１１ｃ：高圧蒸気発生部（第一蒸気発生部）、１１５：再熱部、１２１ａ：低圧蒸気タービン、１２１ｂ：中圧蒸気タービン（第二蒸気タービン）、１２１ｃ：高圧蒸気タービン（第一蒸気タービン又は、単に蒸気タービン）、１２３：復水器、１３１：給水ライン、１３３，１３３ａ：中圧蒸気ライン、１３５ａ：過熱器間蒸気ライン（第二蒸気ライン）、１３５ｂ：再熱器間蒸気ライン、１３６：再熱蒸気ライン（第二蒸気供給ライン）、１３８：高圧蒸気ライン（第一蒸気ライン）、１３９：高圧蒸気回収ライン（排気蒸気ライン）

Claims (15)

1. 燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び該燃焼ガスにより駆動するタービンを有するガスタービンと、
   前記ガスタービンからの排気ガスの熱を利用して蒸気を発生させる排熱回収ボイラー、及び該排熱回収ボイラーで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンを有する排熱回収装置と、
   前記燃焼器、及び前記タービンのうちいずれかの部品であって前記燃焼ガスに接する高温部品を冷却する冷却装置と、
   を備え、
   前記冷却装置は、
   前記高温部品に対して、冷却用の蒸気である冷却蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、
   前記冷却蒸気に求められる目標圧力よりも圧力が高い調節用高圧蒸気と該目標圧力よりも圧力が低い調節用低圧蒸気とを用いて、該目標圧力の蒸気を生成し、該蒸気を前記冷却蒸気ラインに送る圧力調節装置と、
   前記圧力調節装置に前記調節用高圧蒸気を供給する調節用高圧蒸気ラインと、
   前記圧力調節装置に前記調節用低圧蒸気を供給する調節用低圧蒸気ラインと、
   前記高温部品を冷却した前記冷却蒸気を回収する冷却蒸気回収ラインと、
   を有し、
   前記排熱回収装置は、前記蒸気タービンから排気された排気蒸気が流れる排気蒸気ラインを有し、
   前記調節用高圧蒸気ライン、前記調節用低圧蒸気ライン及び前記冷却蒸気回収ラインは、いずれも、前記排熱回収装置の蒸気流路中のいずれかの位置に接続され、
   前記調節用低圧蒸気ラインは、前記排気蒸気ラインに接続され、前記蒸気タービンから排気された前記排気蒸気が前記調節用低圧蒸気として、前記排気蒸気ライン及び前記調節用低圧蒸気ラインを経て、前記圧力調節装置に供給される、
   ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
2. 請求項１に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
   前記圧力調節装置は、前記調節用高圧蒸気及び前記調節用低圧蒸気が流入するエジェクターを有する、
   ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
3. 請求項１に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
   前記圧力調節装置は、前記調節用高圧蒸気により駆動するタービンと、前記タービンの駆動で駆動して前記調節用低圧蒸気を昇圧する圧縮機と、前記タービンから排気された前記調節用高圧蒸気と前記圧縮機で昇圧された前記調節用低圧蒸気とを混合する混合部と、を有する、
   ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
4. 請求項３に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
   前記圧力調節装置は、前記タービンの駆動で発電する発電機を有する、
   ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
5. 請求項３又は４に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
   前記圧力調節装置は、前記圧縮機を駆動させる電動機を有する、
   ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
6. 請求項４に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
   前記発電機は、前記圧縮機を駆動させる電動機としても機能する、
   ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
   前記調節用高圧蒸気と前記調節用低圧蒸気と前記圧力調節装置で生成された蒸気とのうち、いずれかの蒸気の温度を調節する温度調節器を備えている、
   ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
8. 請求項７に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
   前記温度調節器は、該温度調節器による温度調節対象の前記蒸気中に水を噴霧するスプレー装置を有する、
   ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
9. 請求項７に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
   前記温度調節器は、該温度調節器による温度調節対象の前記蒸気と温度調節媒体とを熱交換させる熱交換器を有する、
   ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
10. 請求項９に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
    前記熱交換器における前記温度調節媒体は、前記燃焼器に供給される前記燃料である、
    ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
11. 請求項１０に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
    前記熱交換器である第一熱交換器の他に、前記燃料よりも温度が高い温度調節媒体と該燃料とを熱交換させる第二熱交換器を備えている、
    ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
    前記排熱回収装置は、前記排熱回収ボイラーで発生した前記蒸気を前記蒸気タービンに導く蒸気ラインを有し、
    前記調節用高圧蒸気ラインは、前記蒸気ラインに接続されている、
    ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
13. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
    前記排熱回収装置は、前記排熱回収ボイラーで発生した前記蒸気を前記蒸気タービンに導く第一蒸気ラインと、該第一蒸気ラインよりも該第一蒸気ラインにおける該蒸気の上流側の第二蒸気ラインと、を有し、
    前記調節用高圧蒸気ラインは、前記第二蒸気ラインに接続されている、
    ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
    前記排熱回収装置は、前記蒸気タービンである第一蒸気タービンの他に、前記排熱回収ボイラーで発生した蒸気であって該第一蒸気タービンを駆動させる前記蒸気である第一蒸気より低い圧力の第二蒸気で駆動する第二蒸気タービンと、該第二蒸気を該第二蒸気タービンに供給する第二蒸気供給ラインと、を有し、
    前記冷却蒸気回収ラインは、前記第二蒸気供給ラインに接続されている、
    ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。
15. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のガスタービンコンバインドプラントにおいて、
    前記排熱回収装置は、前記排熱回収ボイラーの一部として蒸気を再熱する再熱器と、前記蒸気タービンから排気された蒸気である排気蒸気を前記再熱器に戻す排気蒸気回収ラインと、を有し、
    前記冷却蒸気回収ラインは、前記再熱器で再熱された蒸気中に前記高温部品を冷却した前記冷却蒸気を戻す、
    ことを特徴とするガスタービンコンバインドプラント。

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