JP6116306B2 - ガスタービン用燃料の予熱装置、これを備えているガスタービンプラント、及びガスタービン用燃料の予熱方法 - Google Patents

ガスタービン用燃料の予熱装置、これを備えているガスタービンプラント、及びガスタービン用燃料の予熱方法 Download PDF

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Description

本発明は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する複数の燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えているガスタービンにおけるガスタービン用燃料の予熱装置、これを備えているガスタービンプラント、及びガスタービン用燃料の予熱方法に関する。
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複数の燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するタービンと、を有している。燃焼器に供給される燃料は、燃焼器での燃焼効率を高めるために、燃焼器に供給される前に予熱されることが多い。
以下の特許文献１には、燃焼器に供給する燃料を予熱するガスタービンプラントが開示されている。このガスタービンプラントは、ガスタービンと、このガスタービンからの排気ガスの熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラーと、この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と、燃焼器に供給される燃料を加熱する予熱器と、を備えている。予熱器には、排熱回収ボイラーで発生した蒸気を予熱器での燃料の加熱源として供給する第一蒸気ラインが接続されている。さらに、この予熱器には、燃料を加熱した蒸気を燃焼器の尾筒に導く第二蒸気ラインが接続されている。また、燃焼器の尾筒には、この尾筒を冷却した蒸気を蒸気タービンに導く第三蒸気ラインが接続されている。このガスタービンプラントは、さらに、第二蒸気ラインを流れている蒸気、つまり燃料を加熱した蒸気を冷却するために、第二蒸気ラインに対して水を噴射する減温スプレーラインを有している。
特開平１０−１３１７１９号公報
上記特許文献１に記載の技術では、燃料を加熱した蒸気を水で冷却した後、この蒸気を燃焼器の尾筒に供給しているため、燃料を加熱した蒸気の熱を有効に利用できず、ガスタービンプラント全体での熱効率があまりよくない、という問題点がる。
また、このガスタービンプラントにおいて、ガスタービンの起動時で、排熱回収ボイラーで蒸気が発生していない段階では、外部からの蒸気で燃料を加熱することが予想される。この場合でも、燃料を加熱した蒸気で燃焼器の尾筒を冷却した後、高温の蒸気が蒸気タービンに送られる。しかしながら、蒸気タービンが駆動していない段階で、少量の高温の蒸気が蒸気タービンに送られても、この蒸気は蒸気タービンの駆動に寄与することはない。このため、高温の蒸気が持っている熱を廃棄することになる。よって、上記特許文献１に記載の技術では、この観点からも、熱効率がよくない。
そこで、本発明は、ガスタービンプラント全体での熱効率を高めることができるガスタービン用燃料の予熱装置、これを備えているガスタービンプラント、及びガスタービン用燃料の予熱方法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用燃料の予熱装置は、
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に対して、該高温部品の冷却用として蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、前記高温部品を通過した前記蒸気である過熱蒸気が通る過熱蒸気ラインと、前記過熱蒸気ラインから供給される前記過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、該燃料を予熱し、前記加熱蒸気を凝縮させる予熱器と、を備えていることを特徴とする。
当該予熱装置では、燃焼器の冷却により過熱された過熱蒸気で燃料を加熱しているので、燃焼器の熱を有効に利用することができる。よって、当該予熱装置によれば、ガスタービンプラント全体での熱効率を高めることができる。
当該予熱装置では、燃料を加熱する際、過熱蒸気が凝縮するので、過熱蒸気が持っている熱を十分に利用することができる。さらに、当該予熱装置では、過熱蒸気を燃料との熱交換で凝縮させているので、過熱蒸気と燃料との熱交換率が高まり、予熱器の小型化を図ることができる。
上記問題点を解決するための発明に係る他の態様としてのガスタービン用燃料の予熱装置は、
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼ガスにより駆動する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に対して、前記高温部品の冷却用として蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、前記高温部品を通過した前記蒸気である過熱蒸気が通る過熱蒸気ラインと、前記過熱蒸気ラインから供給される前記過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、前記燃料を予熱する複数の予熱器と、複数の前記予熱器に前記燃料が順次流入するよう、複数の前記予熱器を直列的に接続する燃料ラインと、を備え、前記過熱蒸気ラインは、複数の前記予熱器のそれぞれに対して前記過熱蒸気を供給する。
上記問題点を解決するための発明に係るさらに他の態様としてのガスタービン用燃料の予熱装置は、
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼ガスにより駆動する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に対して、前記高温部品の冷却用として蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、前記高温部品を通過した前記蒸気である過熱蒸気が通る過熱蒸気ラインと、前記高温部品を通過しない蒸気が通る前段蒸気ラインと、前記前段蒸気ラインから供給される前記蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、前記燃料を予熱する前段予熱器と、前記過熱蒸気ラインから供給される前記過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、前記燃料を予熱する予熱器としての後段予熱器と、前記前段予熱器で予熱された前記燃料が前記後段予熱器に供給されるよう、前記前段予熱器と前記後段予熱器とを接続する燃料ラインと、を備えている。
以上、複数の予熱器を備えている予熱装置では、燃料を二段階で加熱するので、より高温の燃料を燃焼器に供給することができ、燃焼器における燃料の燃焼効率を高めることができる。
上記問題点を解決するための発明に係るさらに他の態様としてのガスタービン用燃料の予熱装置は、
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼ガスにより駆動する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に対して、前記高温部品の冷却用として蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、前記高温部品を通過した前記蒸気である過熱蒸気が通る過熱蒸気ラインと、前記過熱蒸気ラインから供給される前記過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、前記燃料を予熱する予熱器と、前記過熱蒸気ラインから分岐し、前記過熱蒸気ラインを流れる前記過熱蒸気の一部を前記予熱装置外に導く分岐蒸気ラインと、前記冷却蒸気ラインを経て、前記高温部品に供給する前記蒸気の流量を調節する冷却蒸気調節弁と、前記過熱蒸気ラインを経て、前記予熱器に供給する前記過熱蒸気の流量を調節する過熱蒸気調節弁と、を備えている。
当該予熱装置では、過熱蒸気ラインは、高温部品を介して冷却蒸気ラインに直列的に接続されているものの、冷却蒸気ラインを経て高温部品に供給する蒸気の流量、及び過熱蒸気ラインを経て予熱器に流入する過熱蒸気の流量をそれぞれ調節することができる。
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、及び前記燃焼ガスにより駆動する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に対して、前記高温部品の冷却用として蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、前記高温部品を通過した前記蒸気である過熱蒸気が通る過熱蒸気ラインと、前記過熱蒸気ラインから供給される前記過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、前記燃料を予熱する予熱器と、を有するガスタービン用燃料の予熱装置と、前記燃焼器及び前記タービンを有するガスタービンと、蒸気を発生する蒸気発生源と、前記蒸気発生源で発生した蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器で生成された水を前記蒸気発生源に供給する給水ラインと、前記予熱器で前記燃料との熱交換により前記過熱蒸気が凝縮した水を前記復水器又は前記給水ラインに送る水回収ラインと、を備え、前記冷却蒸気ラインは、前記蒸気発生源で発生した蒸気を前記高温部品に供給する。
当該ガスタービンプラントは、以上のいずれかのガスタービン用燃料の予熱装置を備えているので、ガスタービンプラント全体での熱効率を高めることができる。
ここで、前記ガスタービンプラントにおいて、前記蒸気発生源は、前記タービンからの排気ガスの熱で蒸気を発生する排熱回収ボイラーを有してもよい。
また、上記問題点を解決するための発明に係る他の態様としてのガスタービンプラントは、
前記分岐蒸気ラインを備えている前記ガスタービン用燃料の予熱装置と、前記燃焼器及び前記タービンを有するガスタービンと、前記タービンからの排気ガスの熱で蒸気を発生する排熱回収ボイラーと、前記排熱回収ボイラーで発生した前記蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンを駆動した前記蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器で生成された水を前記排熱回収ボイラーに供給する給水ラインと、前記予熱器で前記燃料との熱交換により前記過熱蒸気が凝縮した水を前記復水器又は前記給水ラインに送る水回収ラインと、を備え、
前記排熱回収ボイラーは、前記排気ガスの熱で蒸気を発生する蒸気発生部と、前記蒸気発生部で発した蒸気を過熱し、過熱された該蒸気を前記蒸気タービンに送る再熱部と、を有し、前記冷却蒸気ラインは、前記蒸気発生部で発生した蒸気であって前記再熱部で過熱される前の蒸気を前記高温部品に供給し、前記分岐蒸気ラインは、前記過熱蒸気を前記蒸気タービンに導いてもよい。
当該ガスタービンプラントでは、燃料の予熱に用いられない余剰の過熱蒸気を分岐蒸気ラインを介して蒸気タービンに供給するので、余剰の過熱蒸気も有効に利用することができる。
ここで、以上のいずれかの前記ガスタービンプラントにおいて、前記蒸気発生源は、前記タービンからの排気ガスとは異なる熱源で蒸気を発生する補助ボイラーを有してもよい。
当該ガスタービンプラントでは、排熱回収装置を備えていない場合や、排熱回収装置を備えていても、ガスタービンが起動段階で排熱回収装置が定常運転していない場合でも、高温部品を冷却しつつ、燃料を予熱することができる。
また、上記問題点を解決するための発明に係るさらに他の態様としてのガスタービンプラントは、
前記分岐蒸気ラインを備えている前記ガスタービン用燃料の予熱装置と、前記燃焼器及び前記タービンを有するガスタービンと、前記タービンからの排気ガスとは異なる熱源で蒸気を発生する補助ボイラーと、前記補助ボイラーで発生した前記蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器で生成された水を前記補助ボイラーに供給する給水ラインと、前記予熱器で前記燃料との熱交換により前記過熱蒸気が凝縮した水を前記復水器又は前記給水ラインに送る水回収ラインと、を備え、
前記冷却蒸気ラインは、前記補助ボイラーで発生した蒸気を前記高温部品に供給し、前記分岐蒸気ラインは、前記過熱蒸気を前記復水器に導いてもよい
また、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用燃料の予熱方法は、
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に対して、該高温部品の冷却用として蒸気を供給する冷却用蒸気供給工程と、前記高温部品を通過した前記蒸気である過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、該燃料を予熱する燃料予熱工程と、を実行し、前記燃料予熱工程では、前記燃料との熱交換で前記過熱蒸気を凝縮させることを特徴とする。
当該予熱方法では、燃焼器の冷却により過熱された過熱蒸気で燃料を加熱しているので、燃焼器の熱を有効に利用することができる。よって、当該予熱方法によれば、ガスタービンプラント全体での熱効率を高めることができる。
当該予熱方法では、燃料を加熱する際、過熱蒸気が凝縮するので、過熱蒸気が持っている熱を十分に利用することができる。さらに、当該予熱方法では、過熱蒸気を燃料との熱交換で凝縮させているので、過熱蒸気と燃料との熱交換率を高めることができる。
本発明では、燃焼器の冷却により過熱された過熱蒸気で燃料を加熱しているので、燃焼器の熱を有効に利用することができる。よって、本発明によれば、ガスタービンプラント全体での熱効率を高めることができる。ガスタービンの出力低下を抑えつつ、ランニングコストの増加を抑えることができる。
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。 本発明に係る第二実施形態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プラントの系統図である。 本発明に係る第一変形例における燃料予熱装置の系統図である。 本発明に係る第二変形例における燃料予熱装置の系統図である。
以下、本発明に係るガスタービンプラントの各種実施形態及び各種変形例について、図面を用いて説明する。
「第一実施形態」
まず、図１及び図２を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第一実施形態について説明する。
本実施形態のガスタービンプラントは、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、ガスタービン１０に供給する燃料を予熱する燃料予熱装置５０と、ガスタービン１０や燃料予熱装置５０等を制御する制御装置９０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、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（以下、単にロータという）３２と、このロータ３２を回転可能に覆うケーシング３５と、を有している。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、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。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３１のケーシング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１２１ｂ、高圧蒸気タービン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加熱する再熱器１１５と、を有している。低圧蒸気発生部１１１ａ、中圧蒸気発生部１１１ｂ、及び高圧蒸気発生部１１１ｃは、いずれも、水を加熱する節炭器１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃと、節炭器１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃで加熱された水を蒸気にする蒸発器１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃと、蒸発器１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃで発生した蒸気を過熱する過熱器１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃと、を有している。中圧蒸気発生部１１１ｂ及び高圧蒸気発生部１１１ｃは、節炭器１１２ｂ，１１２ｃ、蒸発器１１３ｂ，１１３ｃ及び過熱器１１４ｂ，１１４ｃの他、低圧蒸気発生部１１１ａの節炭器１１２ａで加熱された水を自身の節炭器１１２ｂ，１１２ｃに送るポンプ１１６ｂ，１１６ｃを有している。
なお、以下では、高圧蒸気発生部１１１ｃの節炭器１１２ｃを高圧節炭器１１２ｃ、高圧蒸気発生部１１１ｃの蒸発器１１３ｃを高圧蒸発器１１３ｃ、高圧蒸気発生部１１１ｃの過熱器１１４ｃを高圧過熱器１１４ｃとする。また、中圧蒸気発生部１１１ｂの節炭器１１２ｂを中圧節炭器１１２ｂ、中圧蒸気発生部１１１ｂの蒸発器１１３ｂを中圧蒸発器１１３ｂ、中圧蒸気発生部１１１ｂの過熱器１１４ｂを中圧過熱器１１４ｂとする。また、低圧蒸気発生部１１１ａの節炭器１１２ａを低圧節炭器１１２ａ、低圧蒸気発生部１１１ａの蒸発器１１３ａを低圧蒸発器１１３ａ、低圧蒸気発生部１１１ａの過熱器１１４ａを低圧過熱器１１４ａとする。また、中圧蒸気発生部１１１ｂのポンプ１１６ｂを中圧ポンプ１１６ｂとし、高圧蒸気発生部１１１ｃのポンプ１１６ｃを高圧ポンプ１１６ｃとする。
再熱器１１５、高圧過熱器１１４ｃ、高圧蒸発器１１３ｃ、高圧節炭器１１２ｃ、中圧過熱器１１４ｂ、中圧蒸発器１１３ｂ、中圧節炭器１１２ｂ、低圧過熱器１１４ａ、低圧蒸発器１１３ａ、及び低圧節炭器１１２ａは、この順序で、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。高圧過熱器１１４ｃと高圧蒸気タービン１２１ｃの蒸気入口とは、高圧過熱器１１４ｃ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の蒸気出口と再熱器１１５の蒸気入口とは、高圧蒸気タービン１２１ｃからの高圧蒸気ＨＳを再熱器１１５に送る高圧蒸気回収ライン１３９で接続されている。再熱器１１５の蒸気出口と中圧蒸気タービン１２１ｂの蒸気入口とは、再熱器１１５で過熱された高圧蒸気ＨＳ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。
復水器１２３は、例えば、海水等と蒸気とを熱交換させて、蒸気を凝縮させる水冷式の復水器である。
燃料予熱装置５０は、燃焼器２１に供給する燃料Ｆを加熱する予熱器５１と、排熱回収ボイラー１１０で発生した蒸気を冷却蒸気ＣＳとして燃焼器２１に供給する冷却蒸気ライン５５と、燃焼器２１を通過して過熱された過熱蒸気ＳＳを予熱器５１に供給する過熱蒸気ライン５７と、予熱器５１で過熱蒸気ＳＳが凝縮した水を排熱回収装置１００の給水ライン１３１に送る水回収ライン６１と、過熱蒸気ライン５７から分岐している分岐蒸気ライン６５と、を有している。
予熱器５１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。この予熱器５１は、多管式熱交換器で、ケーシング５２と、このケーシング５２内に設けられている複数の管５３とを有する。燃料ライン２９を通ってきた燃料Ｆは、この管５３内を通る。
冷却蒸気ライン５５は、高圧蒸気タービン１２１ｃからの高圧蒸気ＨＳを再熱器１１５に送る高圧蒸気回収ライン１３９から分岐している。この冷却蒸気ライン５５には、この冷却蒸気ライン５５から燃焼器２１に供給される蒸気流量を調節する冷却蒸気調節弁５６が設けられている。この冷却蒸気ライン５５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の一端部に接続されている。また、過熱蒸気ライン５７の一端は、蒸気流路２４の他端部に接続されている。この過熱蒸気ライン５７の他端は、図１に示すように、予熱器５１のケーシング５２に接続されている。この過熱蒸気ライン５７を通ってきた過熱蒸気ＳＳは、予熱器５１のケーシング５２内であって予熱器５１の管５３外に流入する。この過熱蒸気ライン５７には、この過熱蒸気ライン５７を経て予熱器５１に流入する過熱蒸気ＳＳの流量を調節する過熱蒸気調節弁５８が設けられている。水回収ライン６１の一端は、予熱器５１のケーシング５２に接続されている。この水回収ライン６１の他端は、排熱回収装置１００の給水ライン１３１で、給水ポンプ１２４が設けられている位置よりも上流側（復水器側）の位置に接続されている。分岐蒸気ライン６５は、過熱蒸気ライン５７中で、過熱蒸気調節弁５８が設けられている位置よりも上流側（燃焼器２１側）の位置で過熱蒸気ライン５７から分岐している。この分岐蒸気ライン６５は、排熱回収装置１００の再熱蒸気ライン１３６に接続されている。
冷却蒸気ライン５５に設けられている冷却蒸気調節弁５６、及び過熱蒸気ライン５７に設けられている過熱蒸気調節弁５８は、いずれも、制御装置９０からの指示に応じて開閉動作する。
なお、ここでは、水回収ライン６１の他端を排熱回収装置１００の給水ライン１３１に接続しているが、この水回収ライン６１の他端を排熱回収装置１００の復水器１２３に接続してもよい。また、ここでは、過熱蒸気ＳＳの流量を調節する過熱蒸気調節弁５８を過熱蒸気ライン５７に設けているが、分岐蒸気ライン６５に設けてもよい。
次に、以上で説明した本実施形態のガスタービン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のロータ３２を回転させる。このロータ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で加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で加圧されて高圧節炭器１１２ｃに送られる。
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。高圧節炭器１１２ｃで加熱された水は、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、高圧過熱器１１４ｃでさらに過熱されて高圧蒸気ＨＳとして、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、一部が中圧蒸気ＩＳとして、中圧蒸気ライン１３３及び高圧蒸気回収ライン１３９を介して、排熱回収ボイラー１１０中で最も上流側（ガスタービン１０側）の再熱器１１５に送られる。
高圧蒸気タービン１２１ｃを駆動させた高圧蒸気ＨＳ及び中圧過熱器１１４ｂからの中圧蒸気ＩＳは、高圧蒸気回収ライン１３９を介して、排熱回収ボイラー１１０中で最も上流側（ガスタービン１０側）の再熱器１１５に送られる。再熱器１１５は、この蒸気を排気ガスＥＧと熱交換させて過熱し、再熱蒸気ＲＨＳとして、再熱蒸気ライン１３６を介して、中圧蒸気タービン１２１ｂに供給する。
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。
高圧蒸気タービン１２１ｃを駆動させた高圧蒸気ＨＳの一部は、冷却蒸気ＣＳとして、前述したように、高圧蒸気回収ライン１３９及び冷却蒸気ライン５５を介して、燃焼器２１に送られる。この際、冷却蒸気ライン５５に設けられている冷却蒸気調節弁５６により、燃焼器２１に供給される冷却蒸気ＣＳの流量が調節される。
冷却蒸気ライン５５からの冷却蒸気ＣＳは、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。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（冷却用蒸気供給工程）。この結果、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、過熱蒸気ライン５７を介して、予熱器５１のケーシング５２内に流入する。この際に、過熱蒸気ライン５７に設けられている過熱蒸気調節弁５８により、予熱器５１のケーシング５２内に流入する過熱蒸気ＳＳの流量が調節される。燃焼器２１からの過熱蒸気ＳＳのうち、予熱器５１のケーシング５２内に流入しない過熱蒸気ＳＳ、つまり燃料Ｆの予熱に用いられない余剰の過熱蒸気ＳＳは、分岐蒸気ライン６５及び再熱蒸気ライン１３６を介して、中圧蒸気タービン１２１ｂに供給される。
予熱器５１のケーシング５２内に流入した過熱蒸気ＳＳは、予熱器５１の管５３内を流れる燃料Ｆと熱交換し、燃料Ｆを加熱する（燃料予熱工程）。この燃料Ｆは、燃料ライン２９を介して、前述したように、燃焼器２１の噴射器２２に供給される。一方、過熱蒸気ＳＳは、燃料Ｆとの熱交換で冷却されて凝縮し水となる。この水は、水回収ライン６１を介して、排熱回収装置１００の復水器１２３又は給水ライン１３１に戻る。
以上のように、本実施形態では、燃焼器２１の冷却により過熱された過熱蒸気ＳＳで燃料Ｆを加熱しているので、燃焼器２１の熱を有効に利用することができる。さらに、本実施形態では、燃料Ｆを加熱する際、過熱蒸気ＳＳが凝縮するので、過熱蒸気ＳＳが持っている熱を十分に利用することができる。また、本実施形態では、燃料Ｆの予熱に用いられない余剰の過熱蒸気ＳＳを中圧蒸気タービン１２１ｂに供給しているので、余剰の過熱蒸気ＳＳも利用することができる。よって、本実施形態では、ガスタービンプラント全体での熱効率を高めることができる。
また、本実施形態では、過熱蒸気ＳＳを燃料Ｆとの熱交換で凝縮させているので、過熱蒸気ＳＳと燃料との熱交換率が高まり、予熱器５１の小型化を図ることができる。
ところで、ガスタービンプラントでは、多くの場合、ガスタービン１０からの排気ガスＥＧとは異なる熱源、例えば、別途、燃料を燃焼させて発生する熱で蒸気を発生する補助ボイラーを備えている。この場合、この補助ボイラーで発生した蒸気の一部を冷却蒸気ＣＳとして、冷却蒸気ライン５５を介して燃焼器２１に導くことにより、排熱回収ボイラー１１０が蒸気を発生していない段階、例えば、ガスタービン１０の起動段階でも、燃焼器２１の冷却及び燃料Ｆの予熱を行うことができる。予熱器５１では、過熱蒸気ＳＳが燃料と熱交換して凝縮し水となる。この水は、水回収ライン６１を介して、復水器１２３又は給水ライン１３１に送られる。よって、本実施形態では、排熱回収ボイラー１１０が定常運転しておらず、補助ボイラーからの蒸気を用いる場合でも、この蒸気を燃料Ｆとの熱交換で凝縮させているので、この蒸気の熱を極めて有効に利用することができる。
「第二実施形態」
次に、図３を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第二実施形態について説明する。
本実施形態のガスタービンプラントは、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を大気に放出する煙突４０と、蒸気を発生する補助蒸気発生装置２００と、燃焼器２１に供給する燃料Ｆを予熱する燃料予熱装置５０ａと、ガスタービン１０や燃料予熱装置５０ａ等を制御する制御装置９０と、を備えている。
すなわち、本実施形態のガスタービンプラントは、第一実施形態のガスタービンプラントにおける排熱回収装置１００を備えていない替りに、補助蒸気発生装置２００を備えている。この補助蒸気発生装置２００は、補助ボイラー２０１と、この補助ボイラー２０１で発生した蒸気を水に戻す復水器２０２と、復水器２０２からの水中の溶存気体を取り除く脱気タンク２０３と、脱気タンク２０３の水を補助ボイラー２０１に供給する給水ポンプ２０４と、を備えている。補助ボイラー２０１は、前述したように、ガスタービン１０からの排気ガスとは異なる熱源、例えば、別途、燃料を燃焼させて発生する熱で蒸気を発生するボイラーである。
補助ボイラー２０１には、ここで発生した蒸気を各種設備等に供給する補助蒸気ライン２１１が接続されている。復水器２０２には、各種設備等で利用された蒸気を復水器２０２に送る蒸気回収ライン２１２が接続されている。この復水器２０２は、例えば、蒸気を空気で冷却する空冷式の復水器である。復水器２０２と補助ボイラー２０１とは給水ライン２１３で接続されている。この給水ライン２１３には、前述の脱気タンク２０３、さらにその下流側に給水ポンプ２０４が設けられている。
本実施形態の燃料予熱装置５０ａは、第一実施形態における燃料予熱装置５０と同様に、燃焼器２１に供給する燃料を加熱する予熱器５１と、補助ボイラー２０１で発生した蒸気を冷却蒸気ＣＳとして燃焼器２１に供給する冷却蒸気ライン５５ａと、燃焼器２１を通過して過熱された過熱蒸気ＳＳを予熱器５１に供給する過熱蒸気ライン５７と、予熱器５１で過熱蒸気ＳＳが凝縮した水を補助蒸気発生装置２００の脱気タンク２０３に送る水回収ライン６１ａと、過熱蒸気ライン５７から分岐している分岐蒸気ライン６５ａと、を有している。
予熱器５１は、第一実施形態における予熱器５１と同様、燃焼器２１に燃料Ｆを供給する燃料ライン２９に設けられている。冷却蒸気ライン５５ａは、補助蒸気発生装置２００の補助蒸気ライン２１１から分岐している。この冷却蒸気ライン５５ａには、この冷却蒸気ライン５５ａから燃焼器２１に供給される蒸気流量を調節する冷却蒸気調節弁５６が設けられている。この冷却蒸気ライン５５ａは、第一実施形態と同様、燃焼器２１の燃焼筒２３に形成されている蒸気流路２４の一端部に接続されている。また、過熱蒸気ライン５７の一端は、この燃焼筒２３に形成されている蒸気流路２４の端部に接続されている。この過熱蒸気ライン５７の他端は、予熱器５１のケーシング５２に接続されている。この過熱蒸気ライン５７には、予熱器５１に流入する過熱蒸気ＳＳの流量を調節する過熱蒸気調節弁５８が設けられている。水回収ライン６１ａの一端は、予熱器５１のケーシング５２に接続されている。この水回収ライン６１ａの他端は、補助蒸気発生装置２００の脱気タンク２０３に接続されている。分岐蒸気ライン６５ａは、過熱蒸気ライン５７中で、過熱蒸気調節弁５８が設けられている位置よりも上流側（燃焼器２１側）の位置で過熱蒸気ライン５７から分岐している。この分岐蒸気ライン６５ａは、補助蒸気発生装置２００の蒸気回収ライン２１２に接続されている。
冷却蒸気ライン５５ａに設けられている冷却蒸気調節弁５６、及び過熱蒸気ライン５７に設けられている過熱蒸気調節弁５８は、いずれも、第一実施形態と同様、制御装置９０からの指示に応じて開閉動作する。
なお、ここでは、水回収ライン６１ａの他端を補助蒸気発生装置２００の脱気タンク２０３に接続しているが、補助蒸気発生装置２００の復水器２０２に接続してもよい。
次に、以上で説明した本実施形態のガスタービンプラントの動作について説明する。
本実施形態においても、ガスタービン１０は、第一実施形態と同様に動作する。
補助蒸気発生装置２００の補助ボイラー２０１で発生した蒸気の一部は、冷却蒸気ＣＳとして、補助蒸気ライン２１１及び冷却蒸気ライン５５ａを介して、燃焼器２１に送られる。この際、冷却蒸気ライン５５ａに設けられている冷却蒸気調節弁５６により、燃焼器２１に供給される冷却蒸気ＣＳの流量が調節される。
冷却蒸気ライン５５ａからの冷却蒸気ＣＳは、第一実施形態と同様、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。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。この結果、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、過熱蒸気ライン５７を介して、予熱器５１のケーシング５２内に流入する。この際に、過熱蒸気ライン５７に設けられている過熱蒸気調節弁５８により、予熱器５１のケーシング５２内に流入する過熱蒸気ＳＳの流量が調節される。燃焼器２１からの過熱蒸気ＳＳのうち、予熱器５１のケーシング５２内に流入しない過熱蒸気ＳＳは、分岐蒸気ライン６５ａ及び補助蒸気発生装置２００の蒸気回収ライン２１２を介して、補助蒸気発生装置２００の復水器２０２に供給される。
予熱器５１のケーシング５２内に流入した過熱蒸気ＳＳは、予熱器５１の管５３内を流れる燃料Ｆと熱交換し、燃料Ｆを加熱する。この燃料Ｆは、燃料ライン２９を介して、燃焼器２１に供給される。一方、過熱蒸気ＳＳは、燃料Ｆとの熱交換で冷却されて凝縮し水となる。この水は、水回収ライン６１ａを介して、補助蒸気発生装置２００の復水器２０２又は脱気タンク２０３に戻る。
以上のように、本実施形態でも、第一実施形態と同様、燃焼器２１の冷却により過熱された過熱蒸気ＳＳで燃料Ｆを加熱しているので、燃焼器２１の熱を有効に利用することができる。さらに、本実施形態でも、燃料Ｆを加熱する際、過熱蒸気ＳＳが凝縮するので、過熱蒸気ＳＳが持っている熱を十分に利用することができる。よって、本実施形態でも、ガスタービンプラント全体での熱効率を高めることができる。
「第三実施形態」
次に、図４を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第三実施形態について説明する。
本実施形態のガスタービンプラントは、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、蒸気を発生する補助蒸気発生装置２００と、ガスタービン１０に供給する燃料を予熱する燃料予熱装置５０ｂと、ガスタービン１０や燃料予熱装置５０ｂ等を制御する制御装置９０と、を備えている。
すなわち、本実施形態のガスタービンプラントは、第一実施形態のガスタービンプラントに、第二実施形態における補助蒸気発生装置２００を追加したものである。
本実施形態の燃料予熱装置５０ｂは、第一実施形態と同様、燃焼器２１に供給する燃料を加熱する予熱器５１と、排熱回収ボイラー１１０で発生した蒸気を冷却蒸気ＣＳとして燃焼器２１に供給する冷却蒸気ライン５５と、燃焼器２１を通過して過熱された過熱蒸気ＳＳを予熱器５１に供給する過熱蒸気ライン５７と、予熱器５１で過熱蒸気ＳＳが凝縮した水を排熱回収装置１００の給水ライン１３１に送る水回収ライン６１と、過熱蒸気ライン５７から分岐している分岐蒸気ライン６５と、を有している。さらに、本実施形態の燃料予熱装置５０ｂは、補助ボイラー２０１で発生した蒸気を冷却蒸気ＣＳとして燃焼器２１に供給する補助冷却蒸気ライン５５ｂと、水回収ライン６１から分岐している補助水回収ライン６１ｂと、分岐蒸気ライン６５から分岐している補助分岐蒸気ライン６５ｂと、を有している。
補助冷却蒸気ライン５５ｂは、補助蒸気発生装置２００の補助蒸気ライン２１１から分岐し、冷却蒸気ライン５５に合流している。この補助冷却蒸気ライン５５ｂには、この補助冷却蒸気ライン５５ｂから冷却蒸気ライン５５を介して燃焼器２１に供給される蒸気流量を調節する補助冷却蒸気調節弁５６ｂが設けられている。補助水回収ライン６１ｂは、水回収ライン６１から分岐し、補助蒸気発生装置２００の脱気タンク２０３に接続されている。この補助水回収ライン６１ｂには、脱気タンク２０３に流入する水の流量を調節する補助回収水調節弁６２ｂが設けられている。また、水回収ライン６１で、補助水回収ライン６１ｂが分岐している位置よりも排熱回収装置１００の復水器１２３側の位置には、回収水調節弁６２が設けられている。補助分岐蒸気ライン６５ｂは、分岐蒸気ライン６５から分岐し、補助蒸気発生装置２００の蒸気回収ライン２１２に接続されている。この補助分岐蒸気ライン６５ｂには、ここを流れる蒸気の流量を調節する補助回収蒸気調節弁６６ｂが設けられている。また、分岐蒸気ライン６５で、補助分岐蒸気ライン６５ｂが分岐している位置よりも排熱回収装置１００の中圧蒸気タービン１２１ｂ側の位置には、ここを流れる蒸気の流量を調節する回収蒸気調節弁６６が設けられている。
本実施形態の燃料予熱装置５０ｂにおける各調節弁５６,５６ｂ，５８,６２,６２ｂ，６６,６６ｂは、いずれも、制御装置９０からの指示に応じて開閉動作する。
次に、以上で説明した本実施形態のガスタービンプラントの動作について説明する。
本実施形態においても、ガスタービン１０及び排熱回収装置１００は、第一実施形態と同様に動作する。
また、本実施形態において、ガスタービン１０及び排熱回収装置１００が定常運転している際、燃料予熱装置５０ｂは、第一実施形態と同様に動作する。すなわち、本実施形態の燃料予熱装置５０ｂは、以下のように動作する。
高圧蒸気タービン１２１ｃを駆動させた高圧蒸気ＨＳの一部は、冷却蒸気ＣＳとして、高圧蒸気回収ライン１３９及び冷却蒸気ライン５５を介して、排熱回収装置１００の中圧過熱器１１４ｂからの蒸気の一部は、冷却蒸気ＣＳとして、中圧蒸気ライン１３３及び冷却蒸気ライン５５を介して、燃焼器２１に送られる。この際、冷却蒸気ライン５５に設けられている冷却蒸気調節弁５６により、燃焼器２１に供給される冷却蒸気ＣＳの流量が調節される。また、この際、補助冷却蒸気調節弁５６ｂは全閉状態である。
冷却蒸気ライン５５からの冷却蒸気ＣＳは、燃焼器２１の燃焼筒２３との熱交換で、この燃焼筒２３を冷却する。一方、この冷却蒸気ＣＳは、過熱されて過熱蒸気ＳＳとなる。
この過熱蒸気ＳＳは、過熱蒸気ライン５７を介して、予熱器５１のケーシング５２内に流入する。この際に、過熱蒸気ライン５７に設けられている過熱蒸気調節弁５８により、予熱器５１のケーシング５２内に流入する過熱蒸気ＳＳの流量が調節される。燃焼器２１からの過熱蒸気ＳＳのうち、予熱器５１のケーシング５２内に流入しない過熱蒸気ＳＳは、分岐蒸気ライン６５及び再熱蒸気ライン１３６を介して、中圧蒸気タービン１２１ｂに供給される。また、この際、回収蒸気調節弁６６は全開状態であり、補助回収蒸気調節弁６６ｂは全閉状態である。
予熱器５１のケーシング５２内に流入した過熱蒸気ＳＳは、予熱器５１の管５３内を流れる燃料Ｆと熱交換し、燃料Ｆを加熱する。この燃料Ｆは、燃料ライン２９を介して、燃焼器２１に供給される。一方、過熱蒸気ＳＳは、燃料Ｆとの熱交換で冷却されて凝縮し水となる。この水は、水回収ライン６１を介して、排熱回収装置１００の復水器１２３又は給水ライン１３１に戻る。この際、回収水調節弁６２は全開状態であり、補助回収水調節弁６２ｂは全閉状態である。
また、本実施形態において、ガスタービン１０が起動段階等で、排熱回収装置１００が定常運転していない際、燃料予熱装置５０ｂは、第二実施形態と同様に動作する。すなわち、本実施形態の燃料予熱装置５０ｂは、以下のように動作する。
補助蒸気発生装置２００の補助ボイラー２０１で発生した蒸気の一部は、冷却蒸気ＣＳとして、補助蒸気ライン２１１及び補助冷却蒸気ライン５５ｂ、さらに冷却蒸気ライン５５を介して、燃焼器２１に送られる。この際、補助冷却蒸気調節弁５６ｂにより、燃焼器２１に供給される冷却蒸気ＣＳの流量が調節される。また、この際、冷却蒸気調節弁５６は全閉状態である。
補助蒸気ライン２１１及び補助冷却蒸気ライン５５ｂ、さらに冷却蒸気ライン５５からの冷却蒸気ＣＳは、燃焼器２１の燃焼筒２３と熱交換し、燃焼筒２３を冷却する。一方、この冷却蒸気ＣＳは、過熱されて過熱蒸気ＳＳとなる。
この過熱蒸気ＳＳは、過熱蒸気ライン５７を介して、予熱器５１のケーシング５２内に流入する。この際に、過熱蒸気ライン５７に設けられている過熱蒸気調節弁５８により、予熱器５１のケーシング５２内に流入する過熱蒸気ＳＳの流量が調節される。燃焼器２１からの過熱蒸気ＳＳのうち、予熱器５１のケーシング５２内に流入しない過熱蒸気ＳＳは、分岐蒸気ライン６５及び補助分岐蒸気ライン６５ｂ、さらに補助蒸気発生装置２００の蒸気回収ライン２１２を介して、補助蒸気発生装置２００の復水器２０２に供給される。この際、補助回収蒸気調節弁６６ｂは全開状態であり、回収蒸気調節弁６６は全閉状態である。
予熱器５１のケーシング５２内に流入した過熱蒸気ＳＳは、予熱器５１の管５３内を流れる燃料Ｆと熱交換し、燃料Ｆを加熱する。この燃料Ｆは、燃料ライン２９を介して、燃焼器２１に供給される。一方、過熱蒸気ＳＳは、燃料Ｆとの熱交換で冷却されて凝縮し水となる。この水は、水回収ライン６１及び補助水回収ライン６１ｂを介して、補助蒸気発生装置２００の復水器２０２又は脱気タンク２０３に戻る。この際、補助回収水調節弁６２ｂは全開状態であり、回収水調節弁６２は全閉状態である。
以上、本実施形態では、ガスタービン１０及び排熱回収装置１００が定常運転している際には、この排熱回収装置１００からの蒸気を用いて、燃焼器２１を冷却しつつ燃料Ｆを予熱し、ガスタービン１０が起動段階等で、排熱回収装置１００が定常運転していない際には、補助蒸気発生装置２００からの蒸気を用いて、燃焼器２１を冷却しつつ燃料Ｆを予熱することができる。しかも、本実施形態では、ガスタービン１０及び排熱回収装置１００が定常運転している際でも、ガスタービン１０が起動段階等で排熱回収装置１００が定常運転していない際でも、ガスタービンプラント全体での熱効率を高めることができる。
「燃料予熱装置の第一変形例」
次に、図５を参照して、以上の各実施形態における燃料予熱装置の第一変形例について説明する。
本変形例の燃料予熱装置５０ｃは、二基の予熱器５１ａ，５１ｂと、冷却蒸気ライン５５と、過熱蒸気ライン５７と、水回収ライン６１と、過熱蒸気ライン５７から分岐している分岐蒸気ライン６５と、を有している。すなわち、本変形例の燃料予熱装置５０ｃは、二基の予熱器５１ａ，５１ｂを有していることを除いて、基本的に、以上の実施形態における燃料予熱装置と同様である。二基の予熱器５１ａ，５１ｂは、燃料ライン２９に直列的に設けられている。これら二基の予熱器５１ａ，５１ｂのうち、燃料ライン２９の上流側に設けられている予熱器５１ａが第一予熱器５１ａを成し、燃料ライン２９の下流側に設けられている予熱器５１ｂが第二予熱器５１ｂを成す。
本変形例の冷却蒸気ライン５５は、蒸気供給系７０から分岐している。この蒸気供給系７０は、第一及び第三実施形態における排熱回収装置１００の中圧蒸気ライン１３３、又は第二及び第三実施形態における補助蒸気発生装置２００の補助蒸気ライン２１１である。この冷却蒸気ライン５５は、以上の各実施形態と同様に、燃焼器２１の燃焼筒２３に接続されている。また、この冷却蒸気ライン５５には、冷却蒸気調節弁５６が設けられている。
燃焼器２１の燃焼筒２３に接続されている過熱蒸気ライン５７は、途中で二つに分岐しており、一方が第一過熱蒸気ライン５７ａを成し、第一予熱器５１ａのケーシング５２に接続され、他方が第二過熱蒸気ライン５７ｂを成し、第二予熱器５１ｂのケーシング５２に接続されている。第一過熱蒸気ライン５７ａには、ここを通る過熱蒸気ＳＳの流量を調節する第一過熱蒸気調節弁５８ａが設けられ、第二過熱蒸気ライン５７ｂには、ここを通る過熱蒸気ＳＳの流量を調節する第二過熱蒸気調節弁５８ｂが設けられている。
第一予熱器５１ａのケーシング５２及び第二予熱器５１ｂのケーシング５２には、それぞれ水回収ライン６１が接続されている。各水回収ライン６１は、いずれも、復水・給水系７１に接続されている。この復水・給水系７１は、第一及び第三実施形態における排熱回収装置１００の復水器１２３又は給水ライン１３１、又は第二及び第三実施形態における補助蒸気発生装置２００の復水器２０２又は脱気タンク２０３である、
過熱蒸気ライン５７から分岐している分岐蒸気ライン６５は、蒸気回収系７２に接続されている。この蒸気回収系７２は、第一及び第三実施形態における排熱回収装置１００の再熱蒸気ライン１３６、又は第二及び第三実施形態における補助蒸気発生装置２００の蒸気回収ライン２１２である、
本実施形態においても、蒸気供給系７０からの蒸気は、冷却蒸気ＣＳとして、冷却蒸気ライン５５を介して、燃焼器２１に送られる。冷却蒸気ライン５５からの冷却蒸気ＣＳは、燃焼器２１の燃焼筒２３との熱交換で、この燃焼筒２３を冷却する。一方、この冷却蒸気ＣＳは、過熱されて過熱蒸気ＳＳとなる。
この過熱蒸気ＳＳは、第一過熱蒸気ライン５７ａを介して、第一予熱器５１ａのケーシング５２内に流入すると共に、第二過熱蒸気ライン５７ｂを介して、第二予熱器５１ｂのケーシング５２内に流入する。この際、第一過熱蒸気調節弁５８ａにより、第一予熱器５１ａのケーシング５２内に流入する過熱蒸気ＳＳの流量が調節され、第二過熱蒸気調節弁５８ｂにより、第二予熱器５１ｂのケーシング５２内に流入する過熱蒸気ＳＳの流量が調節される。燃焼器２１からの過熱蒸気ＳＳのうち、第一予熱器５１ａのケーシング５２内及び第二予熱器５１ｂのケーシング５２内に流入しない過熱蒸気ＳＳは、分岐蒸気ライン６５を介して、蒸気回収系７２に送られる。
第一予熱器５１ａのケーシング５２内に流入した過熱蒸気ＳＳは、燃料Ｆを加熱する。この燃料Ｆは、燃料ライン２９を介して、第二予熱器５１ｂに送れる。また、第二予熱器５１ｂのケーシング５２内に流入した過熱蒸気ＳＳは、第一予熱器５１ａで加熱された燃料Ｆをさらに加熱する。この燃料Ｆは、燃料ライン２９を介して、燃焼器２１に供給される。一方、過熱蒸気ＳＳは、各予熱器５１ａ，５１ｂにおける燃料Ｆとの熱交換で冷却されて凝縮し水となる。この水は、水回収ライン６１を介して、復水・給水系７１に送られる。
以上、本変形例では、燃料Ｆを二段階で加熱するので、以上の実施形態よりもさらに高温の燃料Ｆを燃焼器２１に供給することができ、燃焼器２１における燃料Ｆの燃焼効率を高めることができる。
「燃料予熱装置の第二変形例」
次に、図６を参照して、以上の各実施形態における燃料予熱装置の第二変形例について説明する。
本変形例の燃料予熱装置５０ｄも、第一変形例と同様、二基の予熱器５１ｄ，５１ｂと、冷却蒸気ライン５５と、過熱蒸気ライン５７と、水回収ライン６１と、過熱蒸気ライン５７から分岐している分岐蒸気ライン６５と、を有している。さらに、本変形例も、第一変形例と同様、二基の予熱器５１ｄ，５１ｂは、燃料ライン２９中に直列的に設けられている。これら二基の予熱器５１ｄ，５１ｂのうち、燃料ライン２９の上流側に設けられている予熱器５１ｄが第一予熱器（前段予熱器）５１ｄを成し、燃料ライン２９の下流側に設けられている予熱器５１ｂが第二予熱器（後段予熱器）５１ｂを成す。
本変形例の冷却蒸気ライン５５も、第一変形例と同様、蒸気供給系７０から分岐し、燃焼器２１の燃焼筒２３に接続されている。また、この冷却蒸気ライン５５にも、冷却蒸気調節弁５６が設けられている。この冷却蒸気ライン５５は、冷却蒸気調節弁５６の位置によりも蒸気供給系７０側の位置で分岐しており、この分岐しているラインが第一予熱器用蒸気ライン（前段蒸気ライン）６８を成す。この第一予熱器用蒸気ライン６８は、第一予熱器５１ｄのケーシング５２に接続されている。この第一予熱器用蒸気ライン６８には、第一予熱器用蒸気調節弁６９が設けられている。
燃焼器２１の燃焼筒２３に接続されている過熱蒸気ライン５７は、第二予熱器５１ｂのケーシング５２に接続されている。この過熱蒸気ライン５７にも、ここを通る過熱蒸気ＳＳの流量を調節する過熱蒸気調節弁５８が設けられている。
第一予熱器５１ｄのケーシング５２及び第二予熱器５１ｂのケーシング５２には、第一変形例と同様、それぞれ水回収ライン６１が接続されている。各水回収ライン６１は、いずれも、復水・給水系７１に接続されている。また、過熱蒸気ライン５７から分岐している分岐蒸気ライン６５も、第一変形例と同様、蒸気回収系７２に接続されている。
本変形例では、蒸気供給系７０からの蒸気の一部が第一予熱器用蒸気ライン６８を介して、第一予熱器５１ｄのケーシング５２内に流入する。この際、第一予熱器用蒸気調節弁６９により、第一予熱器５１ｄのケーシング５２内に流入する蒸気の流量が調節される。第一予熱器５１ｄのケーシング５２内に流入した蒸気は、燃料Ｆを加熱する。この燃料Ｆは、燃料ライン２９を介して、第二予熱器５１ｂに送れる。一方、蒸気は、第一予熱器５１ｄにおける燃料Ｆとの熱交換で冷却されて凝縮し水となる。この水は、水回収ライン６１を介して、復水・給水系７１に送られる。
また、本変形例において、蒸気供給系７０からの蒸気の残りの一部が、冷却蒸気ＣＳとして、冷却蒸気ライン５５を介して、燃焼器２１に送られる。冷却蒸気ライン５５からの冷却蒸気ＣＳは、燃焼器２１の燃焼筒２３との熱交換で、この燃焼筒２３を冷却する。一方、この冷却蒸気ＣＳは、過熱されて過熱蒸気ＳＳとなる。
この過熱蒸気ＳＳは、過熱蒸気ライン５７を介して、第二予熱器５１ｂのケーシング５２内に流入する。この際、過熱蒸気調節弁５８により、第二予熱器５１ｂのケーシング５２内に流入する過熱蒸気ＳＳの流量が調節される。燃焼器２１からの過熱蒸気ＳＳのうち、第二予熱器５１ｂのケーシング５２内に流入しない過熱蒸気ＳＳは、分岐蒸気ライン６５を介して、蒸気回収系７２に送られる。
第二予熱器５１ｂのケーシング５２内に流入した過熱蒸気ＳＳは、第一予熱器５１ｄで加熱された燃料Ｆをさらに加熱する。この燃料Ｆは、燃料ライン２９を介して、燃焼器２１に供給される。一方、過熱蒸気ＳＳは、第二予熱器５１ｂにおける燃料Ｆとの熱交換で冷却されて凝縮し水となる。この水は、水回収ライン６１を介して、復水・給水系７１に送られる。
以上、本変形例でも、第一変形例と同様、燃料Ｆを二段階で加熱するので、以上の実施形態よりもさらに高温の燃料Ｆを燃焼器２１に供給することができ、燃焼器２１における燃料Ｆの燃焼効率を高めることができる。
なお、第一変形例では、燃焼器２１の燃焼筒２３を通って過熱された冷却蒸気ＣＳを過熱蒸気ＳＳとして、第一予熱器５１ａのケーシング５２内及び第二予熱器５１ｂのケーシング５２内に供給するので、燃焼器２１の燃焼筒２３に供給する冷却蒸気ＣＳの流量は、以上の各実施形態よりも多くなる。このため、燃焼筒２３を冷却するために、多くの流量が必要な場合には、第一変形例の燃料予熱装置５０ｃが有効である。
一方、第二変形例では、燃焼器２１の燃焼筒２３を通って過熱された冷却蒸気ＣＳを過熱蒸気ＳＳとして第二予熱器５１ｂのケーシング５２内のみに供給するので、燃焼器２１の燃焼筒２３に供給する冷却蒸気ＣＳの流量は、以上の実施形態と同様である。しかしながら、第二変形例でも、前述したように、燃料Ｆを二段階で加熱するので、以上の実施形態よりもさらに高温の燃料Ｆを燃焼器２１に供給することができる。このため、高温の燃料Ｆを燃焼器２１に供給しつつも、燃焼筒２３を冷却するための蒸気の流量を抑えたい場合には、第二変形例の燃料予熱装置５０ｄが有効である。
「その他の変形例」
以上の各実施形態及び各変形例では、いずれも、蒸気で燃焼器２１の燃焼筒２３を冷却している例であるが、燃焼器２１及びタービン３１のうちいずれかの部品であって燃焼ガスに接する高温部品を蒸気で冷却し、高温部品を冷却した後の蒸気で燃料を予熱してもよい。なお、高温部品としては、例えば、タービン３１の静翼３６や動翼３４（図２に示す）、さらに、タービン３１のケーシング３５の内周面のうち、動翼３４に対向する部分を構成する分割環等がある。
１０：ガスタービン、１１：圧縮機、２１：燃焼器、２２：噴射器、２３：燃焼筒、２４：蒸気流路、３１：タービン、３２：タービンロータ（又は単にロータ、３３：動翼、３５：ケーシング、３６：静翼、４０：煙突、５０,５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ：燃料予熱装置、５１：予熱器、５１ａ：第一予熱器、５１ｂ：第二予熱器、５１ｄ：第一予熱器（前段予熱器）、５５，５５ａ：冷却蒸気ライン、５５ｂ：補助冷却蒸気ライン、５６：冷却蒸気調節弁、５６ｂ：補助冷却蒸気調節弁、５７：過熱蒸気ライン、５７ａ：第一過熱蒸気ライン、５７ｂ：第二過熱蒸気ライン、５８：過熱蒸気調節弁、５８ａ：第一過熱蒸気調節弁、５８ｂ：第二過熱蒸気調節弁、６１，６１ａ：水回収ライン、６１ｂ：補助水回収ライン、６５，６５ａ：分岐蒸気ライン、６５ｂ：補助分岐蒸気ライン、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、１１１ｃ：高圧蒸気発生部、１２１ａ：低圧蒸気タービン、１２１ｂ：中圧蒸気タービン、１２１ｃ：高圧蒸気タービン、１２３：復水器、１３１：給水ライン、１３３：中圧蒸気ライン、１３６：再熱蒸気ライン、２００：補助蒸気発生装置、２０１：補助ボイラー、２０２：復水器、２０３：脱気タンク、２１１：補助蒸気ライン、２１２：蒸気回収ライン、２１３：給水ライン

Claims (13)

  1. 燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼ガスにより駆動する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に対して、前記高温部品の冷却用として蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、
    前記高温部品を通過した前記蒸気である過熱蒸気が通る過熱蒸気ラインと、
    前記過熱蒸気ラインから供給される前記過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、前記燃料を予熱し、前記加熱蒸気を凝縮させる予熱器と、
    を備えているガスタービン用燃料の予熱装置。
  2. 燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼ガスにより駆動する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に対して、前記高温部品の冷却用として蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、
    前記高温部品を通過した前記蒸気である過熱蒸気が通る過熱蒸気ラインと、
    前記過熱蒸気ラインから供給される前記過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、前記燃料を予熱する複数の予熱器と、
    複数の前記予熱器に前記燃料が順次流入するよう、複数の前記予熱器を直列的に接続する燃料ラインと、
    を備え、
    前記過熱蒸気ラインは、複数の前記予熱器のそれぞれに対して前記過熱蒸気を供給する、
    ガスタービン用燃料の予熱装置。
  3. 燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼ガスにより駆動する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に対して、前記高温部品の冷却用として蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、
    前記高温部品を通過した前記蒸気である過熱蒸気が通る過熱蒸気ラインと、
    前記高温部品を通過しない蒸気が通る前段蒸気ラインと、
    前記前段蒸気ラインから供給される前記蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、前記燃料を予熱する前段予熱器と、
    前記過熱蒸気ラインから供給される前記過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、前記燃料を予熱する予熱器としての後段予熱器と、
    前記前段予熱器で予熱された前記燃料が前記後段予熱器に供給されるよう、前記前段予熱器と前記後段予熱器とを接続する燃料ラインと、
    を備えているガスタービン用燃料の予熱装置。
  4. 燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼ガスにより駆動する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に対して、前記高温部品の冷却用として蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、
    前記高温部品を通過した前記蒸気である過熱蒸気が通る過熱蒸気ラインと、
    前記過熱蒸気ラインから供給される前記過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、前記燃料を予熱する予熱器と、
    前記過熱蒸気ラインから分岐し、前記過熱蒸気ラインを流れる前記過熱蒸気の一部を前記予熱装置外に導く分岐蒸気ラインと、
    前記冷却蒸気ラインを経て、前記高温部品に供給する前記蒸気の流量を調節する冷却蒸気調節弁と、
    前記過熱蒸気ラインを経て、前記予熱器に供給する前記過熱蒸気の流量を調節する過熱蒸気調節弁と、
    を備えているガスタービン用燃料の予熱装置。
  5. 請求項２又は請求項３に記載のガスタービン用燃料の予熱装置において、
    前記過熱蒸気ラインから分岐し、前記過熱蒸気ラインを流れる前記過熱蒸気の一部を前記予熱装置外に導く分岐蒸気ラインと、
    前記冷却蒸気ラインを経て、前記高温部品に供給する前記蒸気の流量を調節する冷却蒸気調節弁と、
    前記過熱蒸気ラインを経て、前記予熱器に供給する前記過熱蒸気の流量を調節する過熱蒸気調節弁と、
    を備えているガスタービン用燃料の予熱装置。
  6. 請求項２から５のいずれか一項に記載のガスタービン用燃料の予熱装置において、
    前記予熱器は、前記燃料との熱交換で前記過熱蒸気を凝縮させる、
    ガスタービン用燃料の予熱装置。
  7. 燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼ガスにより駆動する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に対して、前記高温部品の冷却用として蒸気を供給する冷却蒸気ラインと、前記高温部品を通過した前記蒸気である過熱蒸気が通る過熱蒸気ラインと、前記過熱蒸気ラインから供給される前記過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、前記燃料を予熱する予熱器と、を有するガスタービン用燃料の予熱装置と、
    前記燃焼器及び前記タービンを有するガスタービンと、
    蒸気を発生する蒸気発生源と、
    前記蒸気発生源で発生した蒸気を水に戻す復水器と、
    前記復水器で生成された水を前記蒸気発生源に供給する給水ラインと、
    前記予熱器で前記燃料との熱交換により前記過熱蒸気が凝縮した水を前記復水器又は前記給水ラインに送る水回収ラインと、
    を備え、
    前記冷却蒸気ラインは、前記蒸気発生源で発生した蒸気を前記高温部品に供給する、
    ガスタービンプラント。
  8. 請求項２から請求項６のいずれか一項に記載のガスタービン用燃料の予熱装置と、
    前記燃焼器及び前記タービンを有するガスタービンと、
    蒸気を発生する蒸気発生源と、
    前記蒸気発生源で発生した蒸気を水に戻す復水器と、
    前記復水器で生成された水を前記蒸気発生源に供給する給水ラインと、
    前記予熱器で前記燃料との熱交換により前記過熱蒸気が凝縮した水を前記復水器又は前記給水ラインに送る水回収ラインと、
    を備え、
    前記冷却蒸気ラインは、前記蒸気発生源で発生した蒸気を前記高温部品に供給する、
    ガスタービンプラント。
  9. 請求項７又は８に記載のガスタービンプラントにおいて、
    前記蒸気発生源は、前記タービンからの排気ガスの熱で蒸気を発生する排熱回収ボイラーを有する、
    ことを特徴とするガスタービンプラント。
  10. 請求項４又は５に記載のガスタービン用燃料の予熱装置と、
    前記燃焼器及び前記タービンを有するガスタービンと、
    前記タービンからの排気ガスの熱で蒸気を発生する排熱回収ボイラーと、
    前記排熱回収ボイラーで発生した前記蒸気で駆動する蒸気タービンと、
    前記蒸気タービンを駆動した前記蒸気を水に戻す復水器と、
    前記復水器で生成された水を前記排熱回収ボイラーに供給する給水ラインと、
    前記予熱器で前記燃料との熱交換により前記過熱蒸気が凝縮した水を前記復水器又は前記給水ラインに送る水回収ラインと、
    を備え、
    前記排熱回収ボイラーは、前記排気ガスの熱で蒸気を発生する蒸気発生部と、前記蒸気発生部で発した蒸気を過熱し、過熱された該蒸気を前記蒸気タービンに送る再熱部と、を有し、
    前記冷却蒸気ラインは、前記蒸気発生部で発生した蒸気であって前記再熱部で過熱される前の蒸気を前記高温部品に供給し、
    前記分岐蒸気ラインは、前記過熱蒸気を前記蒸気タービンに導く、
    ことを特徴とするガスタービンプラント。
  11. 請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載のガスタービンプラントにおいて、
    前記蒸気発生源は、前記タービンからの排気ガスとは異なる熱源で蒸気を発生する補助ボイラーを有する、
    ことを特徴とするガスタービンプラント。
  12. 請求項４又は５に記載のガスタービン用燃料の予熱装置と、
    前記燃焼器及び前記タービンを有するガスタービンと、
    前記タービンからの排気ガスとは異なる熱源で蒸気を発生する補助ボイラーと、
    前記補助ボイラーで発生した前記蒸気を水に戻す復水器と、
    前記復水器で生成された水を前記補助ボイラーに供給する給水ラインと、
    前記予熱器で前記燃料との熱交換により前記過熱蒸気が凝縮した水を前記復水器又は前記給水ラインに送る水回収ラインと、
    を備え、
    前記冷却蒸気ラインは、前記補助ボイラーで発生した蒸気を前記高温部品に供給し、
    前記分岐蒸気ラインは、前記過熱蒸気を前記復水器に導く、
    ことを特徴とするガスタービンプラント。
  13. 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に対して、該高温部品の冷却用として蒸気を供給する冷却用蒸気供給工程と、
    前記高温部品を通過した前記蒸気である過熱蒸気と前記燃焼器に供給される前記燃料とを熱交換させて、該燃料を予熱する燃料予熱工程と、
    を実行し、
    前記燃料予熱工程では、前記燃料との熱交換で前記過熱蒸気を凝縮させる、
    ことを特徴とするガスタービン用燃料の予熱方法。
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