JPWO2016148008A1 - 吸気冷却方法、この方法を実行する吸気冷却装置、これを備える排熱回収設備及びガスタービンプラント - Google Patents

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Abstract

吸気冷却装置（１５０）は、給水ライン（１３１）と、ヒートポンプ装置（１５１）と、を備える。給水ライン（１３１）は、ガスタービン（１０）からの排気ガス（ＥＧ）の熱を利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラー（１１０）へ水を送る。ヒートポンプ装置（１５１）は、ガスタービン（１０）が吸い込む空気（Ａ）の熱を給水ライン（１３１）を流れる水に移動させて、空気（Ａ）を冷却する一方で水を加熱する。

Description

本発明は、ガスタービンが吸い込む空気を冷却する吸気冷却方法、この方法を実行する吸気冷却装置、これを備える排熱回収設備及びガスタービンプラントに関する。
本願は、２０１５年３月１７日に、日本国に出願された特願２０１５−０５３２８３号に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。
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。このガスタービンには、タービンからの排気される排気ガスの熱を有効利用するために排熱回収ボイラが接続されていることがある。
ガスタービンでは、タービン内を流れるガスの質量流量が多いほど、ガスタービン出力が向上する。そこで、例えば、以下の特許文献１に記載の技術では、圧縮機が吸い込む空気を冷却することで、圧縮機が吸い込む空気の質量流量を多くしている。この技術では、圧縮機が吸い込む空気を冷凍機で冷却された吸気冷却媒体と熱交換させて、この空気を冷却している。この技術では、タービンから排気された排気ガスの熱で水を加熱し、この加熱された水の熱を利用して冷凍機を駆動している。
特開平０６−２９９８６８号公報
上記特許文献１に記載の技術では、冷凍機に冷却水を導入し、この冷却水を排出している。このため、この技術では、吸気冷却媒体を冷却水とを熱交換させ、吸気冷却媒体を冷却する一方で、冷却水を加熱していると考えられる。すなわち、この技術では、吸気冷却媒体を介して、圧縮機が吸い込む空気の熱を冷却水に移動させ、圧縮機が吸い込む空気の熱を冷却水と共に外部に排出していると考えられる。
本発明は、ガスタービンが吸い込む空気を冷却しつつ、この空気の冷却で得た熱を有効利用することができる吸気冷却方法、この方法を実行する吸気冷却装置、これを備える排熱回収設備及びガスタービンプラントを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための発明に係る第一態様としての吸気冷却装置は、
ガスタービンから排気された排気ガスの熱を用いて水を蒸気にする排熱回収ボイラーへ前記水を送る給水ラインと、前記ガスタービンが吸い込む空気の熱を前記給水ラインを流れる水に移動させて、前記空気を冷却する一方で前記水を加熱するヒートポンプ装置と、を備える。
当該吸気冷却装置では、ガスタービンが吸い込む空気を冷却することができると共に、この空気の冷却で得た熱で排熱回収ボイラーへ送る水を予熱することができる。よって、当該吸気冷却装置では、ガスタービンが吸い込む空気の冷却で得た熱を有効利用することができる。
上記目的を達成するための発明に係る第二態様としての吸気冷却装置は、
前記第一態様の前記吸気冷却装置において、前記ヒートポンプ装置は、前記空気と吸気冷却媒体とを熱交換させて、前記空気を冷却する一方で前記吸気冷却媒体を加熱する吸気冷却器と、前記吸気冷却器で加熱された前記吸気冷却媒体と中間媒体とを熱交換させて、前記吸気冷却媒体を冷却する一方で、前記中間媒体を加熱する中間熱交換器と、前記中間熱交換器で加熱された前記中間媒体の熱を前記給水ラインを流れる水に移動させて、前記中間媒体を冷却する一方で前記水を加熱するヒートポンプと、を有する。
上記目的を達成するための発明に係る第三態様としての吸気冷却装置は、
前記第一又は第二態様の前記吸気冷却装置において、前記給水ライン中であって、前記ヒートポンプ装置を基準にして前記排熱回収ボイラー側の予熱済み給水ラインを流れる水から熱を奪う給水温度調節器と、前記予熱済み給水ラインを流れる水を前記給水温度調節器へ導き、前記給水温度調節器で熱が奪われた水を前記給水ライン中のいずれかの箇所に戻す給水温度調節ラインと、を備える。
給水ラインを流れる水をヒートポンプ装置で加熱することで、排熱回収ボイラーの節炭器に送る水を予熱することができる。しなしながら、ヒートポンプ装置における水の加熱量が多い場合、節炭器において、予熱された水と排気ガスとの熱交換で水が排熱回収ボイラーの蒸発器に流入する前に、沸騰し始めることが考えられる。このように、蒸発器に水が流入する前に沸騰し始めると、圧損の増大や水撃現象の発生等の不具合が生じる。
当該吸気冷却装置では、給水温度調節器で、予熱済み給水ライン中を流れる水から熱を奪うので、節炭器内での水の沸騰を抑制することができる。
上記目的を達成するための発明に係る第四態様としての吸気冷却装置は、
前記第三態様の前記吸気冷却装置において、前記予熱済み給水ラインを流れる水の温度を検知する温度計と、前記温度計で検知された水の温度が予め定められた温度以上になると、前記給水温度調節ラインに前記予熱済み給水ラインからの水を流す温度調節弁と、を備える。
当該吸気冷却装置では、予熱済み給水ラインを流れる水の温度が予め定められた温度以上になると、この水が給水温度調節器に送られる。ここで、予め定められた温度とは、例えば、排熱回収ボイラーの節炭器内で水が沸騰する飽和温度から、この節炭器での水の温度上昇分を減算した値よりも、低い温度である。給水温度調節器では、前述したように、予熱済み給水ラインからの水の熱を奪う。よって、当該吸気冷却装置では、予熱済み給水ラインを流れる水が予め定められた温度以上になることを抑制することができ、結果として、節炭器内での水の沸騰を抑制することができる。
上記目的を達成するための発明に係る第五態様としての吸気冷却装置は、
前記第一又は第二態様の前記吸気冷却装置において、前記排熱回収ボイラーで発生した蒸気を水に戻して前記水を前記給水ラインに送る復水器に、前記給水ライン中であって、前記ヒートポンプ装置を基準にして前記排熱回収ボイラー側の予熱済み給水ラインを流れる水である予熱水を戻す復水戻しラインと、前記予熱水の温度を検知する温度計と、前記復水戻しラインに設けられ、前記温度計で検知された予熱水の温度が予め定められた温度以上になると、予熱済み給水ラインからの前記予熱水を前記復水戻しラインを介して前記復水器に流す温度調節弁と、を備える。
当該吸気冷却装置では、予熱済み給水ライン中を流れる予熱水の一部を復水器に戻して、熱を復水器中の水に放出している。このため、当該吸気冷却装置では、ヒートポンプ装置で加熱される水の流量が増大することで、ヒートポンプ装置で加熱される水の温度上昇が抑制され、節炭器内での水の沸騰を抑制することができる。
上記目的を達成するための発明に係る第六態様としての吸気冷却装置は、
前記第一から第五態様のいずれかの前記吸気冷却装置において、前記ヒートポンプ装置である第一ヒートポンプ装置の他に、前記給水ライン中であって、前記第一ヒートポンプ装置を基準にして前記排熱回収ボイラー側の予熱済み給水ラインを流れる水を加熱する第二ヒートポンプ装置を備える。
当該吸気冷却装置では、排熱回収ボイラーに送る水を第二ヒートポンプ装置でさらに加熱することができる。
上記目的を達成するための発明に係る第七態様としての吸気冷却装置は、
前記第六態様の前記吸気冷却装置において、前記第二ヒートポンプ装置は、前記予熱済み給水ラインから分岐し、前記給水ライン中で前記第一ヒートポンプ装置を基準にして前記排熱回収ボイラーとは反対側の予熱前給水ラインに、前記予熱済み給水ラインを流れる水の一部を戻す給水循環ラインと、前記給水循環ラインを流れる水の熱を、前記予熱済み給水ライン中で前記給水循環ラインの分岐位置よりも前記排熱回収ボイラー側を流れる水に移動させて、前記予熱済み給水ラインを流れる水を加熱するヒートポンプと、を有する。
上記目的を達成するための発明に係る第八態様としての排熱回収設備は、
前記第一から第七態様のいずれかの前記吸気冷却装置と、前記排熱回収ボイラーと、を備える。
上記目的を達成するための発明に係る第九態様としての排熱回収設備は、
前記第八態様の前記排熱回収設備において、前記排熱回収ボイラーは、前記排気ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記排気ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記給水ラインから流入して前記最下流蒸発器に送る水を前記排気ガスにより加熱する節炭器と、を有する。
上記目的を達成するための発明に係る第十態様としての排熱回収設備は、
前記第九態様の前記排熱回収設備において、低沸点媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクルを備え、前記低沸点媒体ランキンサイクルは、液体の前記低沸点媒体と前記節炭器で加熱された水の一部とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱器を有する。
当該排熱回収設備では、排熱回収設備の出力及び効率を高めることができる。
上記目的を達成するための発明に係る第十一態様としての排熱回収設備は、
前記第十態様の前記排熱回収設備において、前記節炭器で加熱された水の一部を前記給水ラインに戻す温水ラインを備え、前記低沸点媒体ランキンサイクルの前記加熱器は、前記温水ラインに接続されている。
給水ラインを流れる水をヒートポンプ装置で加熱することで、排熱回収ボイラーの節炭器に送る水を予熱することができる。しなしながら、ヒートポンプ装置における水の加熱量が多い場合、排熱回収ボイラーの節炭器において、予熱された水と排気ガスとの熱交換で、水が排熱回収ボイラーの蒸発器に流入する前に、沸騰し始めることが考えられる。このように、蒸発器に水が流入する前に沸騰し始めると、圧損の増大や水撃現象の発生等の不具合が生じる。
当該吸気冷却装置では、低沸点媒体ランキンサイクルで、温水ラインを流れる水から熱を奪うので、節炭器内での水の沸騰を抑制することができる。
上記目的を達成するための発明に係る第十二態様としての排熱回収設備は、
前記第九から前記第十一態様のいずれかの前記排熱回収設備において、前記ガスタービンからの排熱を回収して吸収液加熱媒体を加熱する排熱回収熱交換器と、前記排熱回収熱交換器で加熱された前記吸収液加熱媒体を前記ヒートポンプ装置に導く吸収液加熱媒体ラインと、を備え、前記ヒートポンプ装置は、吸収液に含まれる媒体を蒸発させる再生器を含む吸収冷凍機を有し、前記吸収液加熱媒体ラインは、前記吸収液加熱媒体と前記吸収冷凍機内を流れる前記吸収液とを熱交換させるよう、前記吸収冷凍機に接続されている。
当該排熱回収設備では、ガスタービンからの排熱で、吸収冷凍機内を流れる吸収液を加熱する。吸収液が加熱されると、この吸収液に含まれている媒体が蒸発して、媒体で薄まっていた吸収液が、濃い吸収液に再生される。よって、当該排熱回収設備では、吸収液を再生するためにこの吸収液を加熱するにあたり、燃料、高温水、高温蒸気等の熱発生媒体の消費を抑えることができる。
上記目的を達成するための発明に係る第十三様としての排熱回収設備は、
前記第十二態様の前記排熱回収設備において、前記排熱回収熱交換器は、前記ボイラー外枠内であって、前記節炭器の前記下流側に設置され、前記吸収液加熱媒体と前記節炭器を通過した前記排気ガスとを熱交換させて、前記吸収液加熱媒体を加熱する低温熱交換器である。
上記目的を達成するための発明に係る第十四態様としての排熱回収設備は、
前記第十二態様の前記排熱回収設備において、前記排熱回収熱交換器は、前記ガスタービンの圧縮機で圧縮された空気と前記吸収液加熱媒体とを熱交換させて、前記空気を冷却する一方で前記吸収液加熱媒体を加熱する圧縮空気冷却器である。
上記目的を達成するための発明に係る第十五態様としてのガスタービンプラントは、
前記第八から第十四態様のいずれかの前記排熱回収設備と、前記ガスタービンと、を備える。
上記目的を達成するための発明に係る第十六態様としての吸気冷却方法は、
ガスタービンから排気された排気ガスの熱を用いて水を蒸気にする排熱回収ボイラーへ前記水を送る給水工程と、前記ガスタービンが吸い込む空気の熱を前記給水工程で前記排熱回収ボイラーに送る前記水に移動させて、前記空気を冷却する一方で前記水を加熱するヒートポンプサイクル実行工程と、を実行する。
当該吸気冷却方法では、ガスタービンが吸い込む空気を冷却することができると共に、この空気の冷却で得た熱で排熱回収ボイラーへ送る水を予熱することができる。よって、当該吸気冷却方法では、ガスタービンが吸い込む空気の冷却で得た熱を有効利用することができる。
上記目的を達成するための発明に係る第十七態様としての吸気冷却方法は、
前記第十六態様の前記吸気冷却方法において、前記ヒートポンプサイクル実行工程の実行で加熱された前記水から熱を奪って、前記排熱回収ボイラーに送られる前記水の温度を調節する給水温度調節工程を実行する。
排熱回収ボイラーの節炭器に送る水をヒートポンプサイクル実行工程で加熱することで、この水を予熱することができる。しなしながら、ヒートポンプサイクル実行工程での水の加熱量が多い場合、排熱回収ボイラーの節炭器において、予熱された水と排気ガスとの熱交換で水が、排熱回収ボイラーの蒸発器に流入する前に、沸騰し始めることが考えられる。このように、蒸発器に水が流入する前に沸騰し始めると、圧損の増大や水撃現象の発生不具合が生じる。
当該吸気冷却方法では、給水温度調節工程で、予熱済み給水ライン中を流れる水から熱を奪うので、節炭器内での水の沸騰を抑制することができる。
上記目的を達成するための発明に係る第十八態様としての吸気冷却方法は、
前記第十六態様の前記吸気冷却方法において、前記ヒートポンプサイクル実行工程の実行で加熱された前記水である予熱水の温度が予め定められた温度以上になると、前記排熱回収ボイラーで発生した蒸気を水に戻して前記水を前記給水ラインに送る復水器に、前記予熱水の一部を戻す復水戻し工程を実行する。
当該吸気冷却方法では、予熱水の一部を復水器に戻して、熱を復水器中の水に放出している。このため、当該吸気冷却方法では、ヒートポンプサイクル実行工程で加熱される水の流量が増大することで、ヒートポンプサイクル実行工程で加熱される水の温度上昇が抑制され、節炭器内での水の沸騰を抑制することができる。
上記目的を達成するための発明に係る第十九態様としての吸気冷却方法は、
前記第十六から第十八態様のいずれかの前記吸気冷却方法において、前記ヒートポンプサイクル実行工程である第一ヒートポンプサイクル実行工程と共に、前記第一ヒートポンプサイクル実行工程の実行で加熱された前記水をさらに加熱する第二ヒートポンプサイクル実行工程を実行する。
当該吸気冷却方法では、排熱回収ボイラーに送る水を第二ヒートポンプ工程でさらに加熱することができる。
上記目的を達成するための発明に係る第二十態様としての吸気冷却方法は、
前記第十六から第十九態様のいずれかの前記吸気冷却方法において、低沸点媒体ランキンサイクルで、低沸点媒体を循環させるランキンサイクル実行工程を実行し、前記排熱回収ボイラーは、前記排気ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記排気ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記排気ガスにより加熱する節炭器と、を有しており、前記ランキンサイクル実行工程は、前記節炭器で加熱された水の一部と液体の前記低沸点媒体とを熱交換させ、前記低沸点媒体を加熱する加熱工程を含む。
当該吸気冷却方法では、排熱回収ボイラーを含む排熱回収設備の出力及び効率を高めることができる。
上記目的を達成するための発明に係る第二十一態様としての吸気冷却方法は、
前記第二十態様の前記吸気冷却方法において、前記加熱工程で、前記低沸点媒体との熱交換で冷却された前記節炭器からの水を前記節炭器に戻す水回収工程を実行する。
排熱回収ボイラーの節炭器に送る水をヒートポンプサイクル実行工程で加熱することで、この水を予熱することができる。しなしながら、ヒートポンプサイクル実行工程での水の加熱量が多い場合、節炭器において、予熱された水と排気ガスとの熱交換で水が排熱回収ボイラーの蒸発器に流入する前に、沸騰し始めることが考えらえる。このように、蒸発器に水が流入する前に沸騰し始めると、圧損の増大や水撃現象の発生等の不具合が生じる。
当該吸気冷却方法では、ランキンサイクル実行工程及び水回収工程の実行で、節炭器に送れる水から熱を奪うので、節炭器内での水の沸騰を抑制することができる。
上記目的を達成するための発明に係る第二十二態様としての吸気冷却方法は、
前記第十六から第二十一態様のいずれかの前記吸気冷却方法において、前記ガスタービンからの排熱を回収して吸収液加熱媒体を加熱する排熱回収工程を実行し、前記ヒートポンプサイクル実行工程を、吸収液に含まれる媒体を蒸発させる再生器を含む吸収冷凍機で実行し、前記ヒートポンプサイクル実行工程は、前記吸収液加熱媒体と前記吸収冷凍機内を流れる前記吸収液とを熱交換させて、前記吸収液加熱媒体を冷却する一方で前記吸収液を加熱する再生工程を含む。
本発明の一態様によれば、ガスタービンが吸い込む空気を冷却しつつ、この空気の冷却で得た熱を有効利用することができる。
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全体系統図である。 本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンプラントの要部系統図である。 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プラントの要部系統図である。 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要部系統図である。 本発明に係る第一実施形態の第三変形例におけるガスタービンプラントの要部系統図である。 本発明に係る第二実施形態におけるガスタービンプラントの要部系統図である。 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要部系統図である。 本発明に係る第四実施形態におけるガスタービンプラントの要部系統図である。 本発明に係る第五実施形態におけるガスタービンプラントの要部系統図である。 本発明に係る第六実施形態におけるガスタービンプラントの要部系統図である。 本発明に係る第七実施形態におけるガスタービンプラントの要部系統図である。
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について、図面を用いて説明する。
「ガスタービンプラントの第一実施形態」
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４１と、ガスタービン１０から排気された排気ガスＥＧの熱を回収する排熱回収設備１００と、排熱回収設備１００を通過した排気ガスＥＧを大気に放出する煙突６０と、を備えている。
ガスタービン１０は、空気Ａを圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１に空気を導く吸気ダクト９と、圧縮機１１で圧縮された空気Ａ中で燃料Ｆを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器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。
圧縮機１１は、軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ１３と、この圧縮機ロータ１３を回転可能に覆う圧縮機ケーシング１７と、有する。ここで、軸線Ａｒが延びる方向を軸方向とする。また、軸方向の一方側を軸方向上流側、軸方向の他方側を軸方向下流側とする。
圧縮機ケーシング１７の軸方向上流側は、開口している。この開口は、空気を吸い込む吸込口１９を成す。吸気ダクト９は、圧縮機１１の軸方向上流側に設置されている。この吸気ダクト９は、圧縮機ケーシング１７の吸込口１９に接続されている。
タービン３１は、圧縮機１１の軸方向下流側に設置されている。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３３と、このタービンロータ３３を回転可能に覆うタービンケーシング３７と、を有する。タービンロータ３３は、軸方向に延びるロータ軸３４と、このロータ軸３４の外周に固定されている複数の動翼３５と、を有している。タービンケーシング３７の内周面には、複数の静翼３８が固定されている。タービンケーシング３７の内周面とロータ軸３４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を成す。
タービンロータ３３と圧縮機ロータ１３とは、相互に連結されて、同一の軸線Ａｒを中心として一体回転する。タービンロータ３３と圧縮機ロータ１３とは、ガスタービンロータ３を成す。このガスタービンロータ３には、前述の発電機４１のロータが接続されている。タービンケーシング３７と圧縮機ケーシング１７とは、相互に連結されて、ガスタービンケーシング７を成している。燃焼器２１は、ガスタービンケーシング７に固定されている。
排熱回収設備１００は、排熱回収ボイラー１１０と、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃと、発電機１２２ａ，１２２ｃと、復水器１２３と、給水ポンプ１２４と、吸気冷却装置１５０と、を備えている。排熱回収ボイラー１１０は、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。蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃは、排熱回収ボイラー１１０で発生した蒸気で駆動する。発電機１２２ａ，１２２ｃは、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃの駆動で発電する。復水器１２３は、蒸気タービン１２１ａを駆動させた蒸気を水に戻す。給水ポンプ１２４は、復水器１２３中の水を排熱回収ボイラー１１０に戻す。吸気冷却装置１５０は、圧縮機１１が吸い込む空気Ａを冷却する。
排熱回収設備１００は、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃとして、低圧蒸気タービン１２１ａ、高圧蒸気タービン１２１ｃを有している。低圧蒸気タービン１２１ａ、高圧蒸気タービン１２１ｃには、それぞれ、発電機１２２ａ，１２２ｃが接続されている。なお、ここでは、各蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃに発電機１２２ａ，１２２ｃを接続しているが、低圧蒸気タービン１２１ａ、高圧蒸気タービン１２１ｃのロータを互いに接続し、合計２基の蒸気タービンに対して、１基の発電機を接続してもよい。
排熱回収ボイラー１１０は、ボイラー外枠１１９と、低圧蒸気ＬＳを発生する低圧蒸気発生部１１１ａと、高圧蒸気ＨＳを発生する高圧蒸気発生部１１１ｃと、を有している。低圧蒸気発生部１１１ａ及び高圧蒸気発生部１１１ｃは、いずれも、少なくとも一部がボイラー外枠１１９内に設定されている。
ボイラー外枠１１９は、タービンケーシング３７の排気口及び煙突６０に接続されている。このため、ボイラー外枠１１９内には、タービンロータ３３を回転させた燃焼ガスが排気ガスＥＧとしてガスタービン１０から流入する。この排気ガスＥＧは、ボイラー外枠１１９内を通って、ボイラー外枠１１９の排気口１１９ｅから煙突６０を経て、大気に放出される。本実施形態では、ボイラー外枠１１９の排気口側を排気ガスＥＧの流れの下流側として、その反対側を上流側とする。
低圧蒸気発生部１１１ａは、高圧蒸気発生部１１１ｃよりも下流側に配置されている。この低圧蒸気発生部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（最下流蒸発器）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。低圧過熱器１１４ａ及び低圧節炭器１１２ａは、いずれも、ボイラー外枠１１９内に設置されている。低圧蒸発器１１３ａの一部である蒸発ドラムは、ボイラー外枠１１９外に設置されている。一方、低圧蒸発器１１３ａの他の一部である伝熱管は、ボイラー外枠１１９内に設置されている。低圧蒸気発生部１１１ａを構成する各要素は、下流側に向かって、低圧過熱器１１４ａ、低圧蒸発器１１３ａ、低圧節炭器１１２ａの順序で並んでいる。
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高圧節炭器１１２ｃと、高圧節炭器１１２ｃ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して高圧蒸気ＨＳを生成する高圧過熱器１１４ｃと、を有している。高圧過熱器１１４ｃ、高圧節炭器１１２ｃは、いずれも、ボイラー外枠１１９内に設置されている。高圧蒸発器１１３ｃの一部である蒸発ドラムは、ボイラー外枠１１９外に設置されている。一方、高圧蒸発器１１３ｃの他の一部である伝熱管は、ボイラー外枠１１９内に設置されている。また、高圧ポンプ１１６ｃは、ボイラー外枠１１９外に設置されている。高圧蒸気発生部１１１ｃを構成する各要素は、下流側に向かって、高圧過熱器１１４ｃ、高圧蒸発器１１３ｃ、高圧節炭器１１２ｃの順序で並んでいる。低圧節炭器１１２ａには、ここで加熱された水を低圧蒸発器１１３ａに導く低圧水ライン１１７が接続されている。この低圧水ライン１１７は、途中で分岐している。この分岐しているラインは、低圧水分岐ライン１１７ｃとして高圧節炭器１１２ｃに接続されている。この低圧水分岐ライン１１７ｃには、高圧ポンプ１１６ｃが設けられている。
復水器１２３と排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器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の蒸気出口には、高圧蒸気回収ライン１３９が接続されている。この高圧蒸気回収ライン１３９は、低圧蒸気ライン１３２に合流している。
吸気冷却装置１５０は、図２に示すように、前述の給水ライン１３１と、ヒートポンプ装置１５１と、とを備えている。ヒートポンプ装置１５１は、圧縮機１１が吸い込む空気Ａの熱を給水ライン１３１を流れる水に移動させて、空気Ａを冷却する一方で水を加熱する。
ヒートポンプ装置１５１は、ヒートポンプの一種である冷凍機１６０と、冷凍機１６０で冷却された吸気冷却媒体ＳＭで圧縮機１１が吸い込む空気を冷却する吸気冷却器１５２と、吸気冷却器１５２と冷凍機１６０とを接続する吸気冷却媒体ライン１５３と、吸気冷却媒体ライン１５３内で吸気冷却媒体ＳＭを循環させる循環ポンプ１５４と、を備えている。
本実施形態の冷凍機１６０は、吸収冷凍機である。本実施形態の冷凍機１６０は、媒体Ｍを含む吸収液Ａから媒体Ｍを蒸発させる再生器１６１と、再生器１６１からの気体の媒体Ｍを凝縮させる凝縮器１６３と、凝縮器１６３からの液体の媒体Ｍを蒸発させる蒸発器１６５と、蒸発器１６５からの気体の媒体Ｍを吸収液Ａに吸収させる吸収器１６７と、を有する。
再生器１６１では、外部からの熱で媒体Ｍを含む吸収液Ａを加熱し、吸収液Ａから媒体Ｍを蒸発させる。この結果、吸収液Ａ中の媒体Ｍの量が減る。つまり、媒体Ｍで薄まっていた吸収液Ａが、この再生器１６１で、濃い吸収液Ａに再生される。吸収液Ａの加熱には、例えば、ガスタービンの燃料を燃焼させて得られた熱や、外部から供給された高温水や高温蒸気等の熱源媒体からの熱等が用いられる。
凝縮器１６３には、給水ライン１３１が接続されている。この凝縮器１６３では、再生器１６１からの気体の媒体Ｍと給水ライン１３１からの水とを熱交換させて、媒体Ｍを冷却して凝縮させる一方で、給水ライン１３１からの水を加熱する。凝縮器１６３で加熱された水は、再び給水ライン１３１を経て、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに送られる。
蒸発器１６５には、吸気冷却媒体ライン１５３が接続されている。この蒸発器１６５では、凝縮器１６３から液体の媒体Ｍと吸気冷却媒体ライン１５３からの吸気冷却媒体ＳＭとを熱交換させて、液体の媒体Ｍを加熱して蒸発させる一方で、吸気冷却媒体ライン１５３からの吸気冷却媒体ＳＭを冷却する。蒸発器１６５で冷却された吸気冷却媒体ＳＭは、再び吸気冷却媒体ライン１５３を経て、吸気冷却器１５２に送られる。
吸収器１６７には、給水ライン１３１が接続されている。吸収器１６７には、再生器１６１で再生された吸収液Ａが流入する。また、この吸収器１６７には、蒸発器１６５からの気体の媒体Ｍも流入する。吸収器１６７では、再生された吸収液Ａに気体の媒体Ｍが吸収させる。この結果、蒸発器１６５内の圧力が低下して、蒸発器１６５での液体の媒体Ｍの蒸発が促進される。また、吸収器１６７では、吸収液Ａが媒体Ｍにより薄まる。この薄まった吸収液Ａは、再生器１６１に送られ、前述したように再生される。この吸収器１６７内では、吸収液Ａが媒体Ｍにより薄まる際に希釈熱が発生する。この希釈熱は、吸収器１６７内を通っている給水ライン１３１内の水に回収される。
吸気冷却器１５２は、ガスタービン１０の吸気ダクト９に設けられている。吸気冷却器１５２では、吸気ダクト９を通る空気Ａと吸気冷却器１５２内の吸気冷却媒体ＳＭとを熱交換させ、吸気ダクト９を通る空気Ａを冷却する一方で、吸気冷却媒体ＳＭを加熱する。加熱された吸気冷却媒体ＳＭは、吸気冷却媒体ライン１５３を経て蒸発器１６５に送られる。
本実施形態の吸収冷凍機１６０で用いられる吸収液Ａとしては、例えば、臭化リチウムやアンモニア等である。また、この吸収冷凍機１６０で用いられる媒体Ｍとしては、水等がある。また、吸気冷却媒体ＳＭとしては、例えば、水等がある。これら吸収液Ａ、媒体Ｍ、吸気冷却媒体ＳＭは、以上のものに限定されず、温度条件等により適宜変更可能である。
次に、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、空気Ａを圧縮し、圧縮した空気Ａを燃焼器２１に供給する。燃焼器２１には、圧縮された空気Ａの他、燃料Ｆも供給される。燃焼器２１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、燃焼器２１からタービン３１内の燃焼ガス流路に送られ、タービンロータ３３を回転させる。このタービンロータ３３の回転で、ガスタービン１０に接続されている発電機４１は発電する。
タービンロータ３３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６０から大気に放出される。排熱回収ボイラー１１０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、最も下流側の低圧熱交換器１１５ａには、給水ライン１３１から水が供給される（給水工程）。低圧節炭器１１２ａでは、排気ガスＥＧと内部を流れる水とを熱交換させ、水を加熱する一方で排気ガスＥＧを冷却する。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。復水器１２３中の水は、給水ポンプ１２４で昇圧され、給水ライン１３１及び冷凍機１６０を経て、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに戻る。
低圧節炭器１１２ａで加熱された水の他の一部は、高圧ポンプ１１６ｃで昇圧される。高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水は、低圧水分岐ライン１１７ｃを介して、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、高圧蒸気タービン１２１ｃを駆動する。高圧蒸気タービン１２１ｃを駆動させた蒸気は、高圧蒸気回収ライン１３９及び低圧蒸気ライン１３２を経て、低圧蒸気タービン１２１ａに供給され、低圧蒸気タービン１２１ａを駆動する。低圧蒸気タービン１２１ａを駆動させた蒸気は、前述したように、復水器１２３で水に戻る。
ガスタービン１０では、タービン３１の燃焼ガス流路を流れるガスの質量流量が多いほど、ガスタービン出力が向上する。逆に、夏場等、外気が高い時期では、圧縮機１１が吸い込む空気Ａの質量流量が少なくなり、結果として、ガスタービン出力が低下する。そこで、本実施形態では、吸気ダクト９に吸気冷却器１５２を設け、この吸気冷却器１５２で圧縮機１１が吸い込む空気Ａを冷却する。具体的に、本実施形態では、吸気ダクト９に流入した空気Ａの温度が３０〜３５℃の場合、例えば、吸気冷却器１５２でこの空気Ａの温度を１２〜１７℃程度にまで低下させる。
吸気冷却器１５２では、吸気ダクト９を通る空気Ａと吸気冷却器１５２内の吸気冷却媒体ＳＭと熱交換させ、吸気ダクト９を通る空気Ａを冷却する一方で、吸気冷却媒体ＳＭを加熱する。加熱された吸気冷却媒体ＳＭは、吸気冷却媒体ライン１５３を経て冷凍機１６０の蒸発器１６５に送られる。
冷凍機１６０の凝縮器１６３では、前述したように、再生器１６１からの気体の媒体Ｍと給水ライン１３１からの水とを熱交換させて、媒体Ｍを冷却して凝縮させる一方で、給水ライン１３１からの水を加熱する。凝縮器１６３で加熱された水は、再び給水ライン１３１を経て、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに送られる。よって、この凝縮器１６３により、排熱回収ボイラー１１０に送られる水が予熱される。具体記的に、本実施形態では、復水器１２３からの水の温度が３０〜３５℃の場合、例えば、凝縮器１６３でこの水の温度を３６〜４０℃程度にまで高める。給水ライン１３１からの水との熱交換で熱を奪われて凝縮した媒体Ｍは、冷凍機１６０の蒸発器１６５内に流入する。
冷凍機１６０の蒸発器１６５では、前述したように、凝縮器１６３から液体の媒体Ｍと吸気冷却媒体ライン１５３からの吸気冷却媒体ＳＭとを熱交換させて、液体の媒体Ｍを加熱して蒸発させる一方で、吸気冷却媒体ライン１５３からの吸気冷却媒体ＳＭを冷却する。蒸発器１６５で冷却された吸気冷却媒体ＳＭは、再び吸気冷却媒体ライン１５３を経て、吸気冷却器１５２に送られる。吸気冷却媒体ＳＭとの熱交換で熱を吸収し蒸発した媒体Ｍは、冷凍機１６０の吸収器１６７内に流入し、吸収液Ａに吸収される。吸収液Ａが媒体Ｍに吸収される際に発生した希釈熱は、吸収器１６７内を通っている給水ライン１３１内の水に回収される。
以上のように、本実施形態では、蒸発器１６５で吸気冷却媒体ＳＭの熱を媒体Ｍに移動させて吸気冷却媒体ＳＭを冷却し、凝縮器１６３で媒体Ｍの熱を給水ライン１３１からの水に移動させてこの水を加熱する（ヒートポンプサイクル実行工程）。すなわち、本実施形態では、媒体Ｍを介して、給水ライン１３１からの水と吸気冷却媒体ＳＭとの間で熱移動が行われる。このため、本実施形態では、冷凍機１６０の媒体Ｍ及び吸気冷却媒体ＳＭとを介して、給水ライン１３１からの水と吸気ダクト９を通る空気Ａとの間で熱移動が行われる。
従って、本実施形態では、ガスタービン１０が吸い込む空気Ａを冷却しつつ、この空気Ａの冷却で得た熱を利用して、排熱回収ボイラー１１０に送る水を予熱することができる。
「第一実施形態の第一変形例」
図３を参照して、本発明に係る第一実施形態の第一変形例について説明する。
上記第一実施形態における吸収冷凍機１６０の再生器１６１では、ガスタービン１０の燃料を燃焼させて得られた熱や、外部から供給された高温水や高温蒸気等の熱源媒体からの熱等を用い吸収液Ａを加熱する。本変形例は、ガスタービン１０からの排熱を利用して吸収液Ａを加熱する。
本変形例の排熱回収設備１００ａにおける排熱回収ボイラー１１０ａは、ボイラー外枠１１９内であって低圧節炭器１１２ａの下流側に配置された低温熱交換器（排熱回収熱交換器）１１５ａを有する。この低温熱交換器１１５ａは、低圧節炭器１１２ａを通過した排気ガスＥＧと吸収液加熱媒体とを熱交換させる。また、本変形例の吸収冷凍機１６０ａにおける再生器１６１ａは、吸収液加熱媒体と吸収液Ａとを熱交換させる吸収液加熱器１６２を有する。吸収液加熱器１６２と低温熱交換器１１５ａとは、吸収液加熱媒体ライン１７１で接続されている。この吸収液加熱媒体ライン１７１には、このライン１７１内で吸収液加熱媒体を循環させるポンプ１７２が設けられている。
本変形例では、低温熱交換器１１５ａで排気ガスＥＧと吸収液加熱媒体との熱交換で、吸収液加熱媒体が加熱される（排熱回収工程）。この吸収液加熱媒体は、吸収液加熱媒体ライン１７１を経て、再生器１６１ａの吸収液加熱器１６２に送られる。吸収液加熱器１６２では、再生器１６１ａ内の吸収液Ａと吸収液加熱媒体とを熱交換させて、再生器１６１ａ内の吸収液Ａを加熱する一方で吸収液加熱媒体を冷却する。再生器１６１ａ内で吸収液Ａが加熱されて、吸収液Ａの温度が高まると、この吸収液Ａに含まれていた媒体Ｍが蒸発する。この結果、媒体Ｍで薄まっていた吸収液Ａが、この再生器１６１ａで、濃い吸収液Ａに再生される（再生工程）。一方、冷却された吸収液加熱媒体は、吸収液加熱媒体ライン１７１を介して低温熱交換器１１５ａに送られる。低温熱交換器１１５ａでは、前述したように、吸収液加熱媒体が加熱される。
以上のように、本変形例では、低圧節炭器１１２ａを通過した排気ガスＥＧの熱で、再生器１６１ａ内の吸収液Ａを加熱する。よって、本変形では、再生器１６１ａ内の吸収液Ａの加熱での燃料や熱源媒体の消費を抑えることができる。
なお、本変形例において、吸収液加熱器１６２による吸収液Ａの加熱が不十分である場合には、補助的に燃料や熱源媒体による加熱を行ってもよい。
「第一実施形態の第二変形例」
図４を参照して、本発明に係る第一実施形態の第二変形例について説明する。
本変形例も、上記第一変形例と同様、ガスタービン１０からの排熱を利用して、吸収冷凍機１６０における再生器１６１ａ内の吸収液Ａを加熱する。
本変形例のガスタービンプラントは、ガスタービン１０の圧縮機１１から抽気した空気でガスタービン１０中で燃焼ガスに接する高温部品を冷却する部品冷却装置１７５を備えている。部品冷却装置１７５は、ガスタービン１０の圧縮機１１から抽気した空気Ａと吸収液加熱媒体とを熱交換させる圧縮空気冷却器１７６と、圧縮機１１から抽気した空気Ａを圧縮空気冷却器１７６に導く抽気ライン１７７と、圧縮空気冷却器１７６で冷却された空気Ａをガスタービン１０の高温部品に導く冷却空気ライン１７８と、を有する。また、本変形例の再生器１６１ａも、第一変形例の再生器１６１ａと同様、吸収液加熱媒体と吸収液Ａとを熱交換させる吸収液加熱器１６２を有する。吸収液加熱器１６２と圧縮空気冷却器１７６とは、吸収液加熱媒体ライン１７１ａで接続されている。この吸収液加熱媒体ライン１７１ａには、吸収液加熱媒体を昇圧するポンプ１７２ａが設けられている。
本変形例の排熱回収設備１００ｂは、以上で説明した部品冷却装置１７５を含む。
本変形例では、圧縮機１１から抽気された空気Ａと吸収液加熱媒体とが圧縮空気冷却器１７６で熱交換させる。この熱交換で、空気Ａが冷却される一方で、吸収液加熱媒体が加熱される（排熱回収工程）。冷却された空気は、冷却空気ライン１７８を経て、ガスタービン１０の高温部品に送られる。高温部品としては、例えば、タービン３１の静翼３８や動翼３５等がある。圧縮空気冷却器１７６で加熱された吸収液加熱媒体は、吸収液加熱媒体ライン１７１ａを経て、再生器１６１ａの吸収液加熱器１６２に送られる。吸収液加熱器１６２では、再生器１６１ａ内の吸収液Ａと吸収液加熱媒体とを熱交換させて、再生器１６１ａ器内の吸収液Ａを加熱し、この吸収液Ａを前述したように再生する一方で、吸収液加熱媒体を冷却する（再生工程）。冷却された吸収液加熱媒体は、吸収液加熱媒体ライン１７１ａを介して圧縮空気冷却器１７６に送られる。圧縮空気冷却器１７６では、前述したように、吸収液加熱媒体が加熱される。
以上のように、本変形例では、圧縮機１１から抽気された空気の熱で、再生器１６１ａ内の吸収液Ａを加熱する。よって、本変形でも、再生器１６１ａ内の吸収液Ａの加熱での燃料や熱源媒体の消費を抑えることができる。なお、本変形例においても、吸収液加熱器１６２による吸収液Ａの加熱が不十分である場合には、補助的に燃料やガスタービンの燃料を燃焼させて得られた熱や、外部から供給された高温水や高温蒸気等の熱源媒体による加熱をおこなってもよい。
「第一実施形態の第三変形例」
図５を参照して、本発明に係る第一実施形態の第三変形例について説明する。
上記実施形態の冷凍機は、吸収冷凍機１６０である。しかしながら、冷凍機は、吸収冷凍機１６０に限定されず、例えば、圧縮冷凍機であってもよい。
図５に示すように、圧縮冷凍機１６０ｐは、図５に示すように、媒体Ｍを蒸発させる蒸発器１６５ｐと、蒸発器１６５で気化した媒体Ｍを圧縮する圧縮機１６８ｐと、圧縮機１６８ｐからの気体の媒体Ｍを凝縮させる凝縮器１６３ｐと、凝縮器１６３ｐで凝縮した媒体Ｍを減圧する減圧器１６９ｐと、を有する。なお、圧縮冷凍機１６０ｐのうち、圧縮機１６８ｐとして遠心圧縮機を用いるものをターボ冷凍機と呼ぶことがある。本変形例の圧縮冷凍機１６０ｐでは、圧縮機１６８ｐとして、遠心圧縮機の他、往復圧縮機やロータリー圧縮機等、いずれタイプの圧縮機を用いてもよい。
圧縮冷凍機１６０ｐの蒸発器１６５ｐには、吸気冷却媒体ライン１５３が接続されている。この蒸発器１６５ｐでは、液体の媒体Ｍと吸気冷却媒体ライン１５３からの吸気冷却媒体ＳＭとを熱交換させて、液体の媒体Ｍを加熱して蒸発させる一方で、吸気冷却媒体ライン１５３からの吸気冷却媒体ＳＭを冷却する。蒸発器１６５で冷却された吸気冷却媒体ＳＭは、再び吸気冷却媒体ライン１５３を経て、吸気冷却器１５２に送られる。
気体の媒体Ｍは、圧縮機１６８ｐで圧縮された後、凝縮器１６３ｐに送られる。
凝縮器１６３ｐには、給水ライン１３１が接続されている。この凝縮器１６３ｐでは、圧縮機１６８ｐで圧縮された気体の媒体Ｍと給水ライン１３１からの水とを熱交換させて、気体の媒体Ｍを冷却して凝縮させる一方で、給水ライン１３１からの水を加熱する。凝縮器１６３ｐで加熱された水は、再び給水ライン１３１を経て、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに送られる。
減圧器１６９ｐでは、凝縮器１６３ｐで凝縮した媒体Ｍを減圧する。減圧された液体の媒体Ｍは、蒸発器１６５に流入し、ここで前述したように、吸気冷却媒体ライン１５３からの吸気冷却媒体ＳＭと熱交換される。
以上のように、上記実施形態の冷凍機は、吸収冷凍機１６０でなくてもよく、本変形例のように圧縮冷凍機１６０ｐでもよく、さらに他のタイプの冷凍機、例えば、吸着冷凍機等であってもよい。
「ガスタービンプラントの第二実施形態」
図６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、ヒートポンプ装置が上記第一実施形態と異なっており、他の構成は上記第一実施形態と同様である。
本実施形態のヒートポンプ装置１５１ｃは、ヒートポンプの一種である冷凍機１６０と、中間熱交換器１５５ｃと、中間媒体ライン１５６ｃと、循環ポンプ１５７ｃと、吸気冷却器１５２と、吸気冷却媒体ライン１５３ｃと、循環ポンプ１５４ｃと、を備えている。中間熱交換器１５５ｃは、冷凍機１６０で冷却された中間媒体と吸気冷却媒体ＳＭとを熱交換させる。中間媒体ライン１５６ｃは、冷凍機１６０の蒸発器１６５と中間熱交換器１５５ｃとを接続する。循環ポンプ１５７ｃは、中間媒体ライン１５６ｃ内で中間媒体を循環させる。吸気冷却器１５２は、中間媒体で圧縮機１１が吸い込む空気Ａを冷却する。吸気冷却媒体ライン１５３ｃは、吸気冷却器１５２と中間熱交換器１５５ｃとを接続する。循環ポンプ１５４ｃは、吸気冷却媒体ライン１５３ｃ内で吸気冷却媒体ＳＭを循環させる。
本実施形態でも、吸気ダクト９に設けられている吸気冷却器１５２で、圧縮機１１が吸い込む空気Ａと吸気冷却媒体ＳＭとを熱交換させ、空気Ａが冷却される一方で、吸気冷却媒体ＳＭが加熱される。加熱された吸気冷却媒体ＳＭは、中間熱交換器１５５ｃで中間媒体と熱交換されて、冷却される。中間熱交換器１５５ｃで冷却された吸気冷却媒体ＳＭは、吸気冷却器１５２に送られる。一方、吸気冷却媒体ＳＭとの熱交換で加熱された中間媒体は、冷凍機１６０の蒸発器１６５に送られ、この蒸発器１６５で冷却される。冷凍機１６０の蒸発器１６５で冷却された中間媒体は、中間熱交換器１５５ｃに戻り、ここで吸気冷却媒体ＳＭを冷却する。
上記第一実施形態では、冷凍機１６０で冷却された吸気冷却媒体ＳＭで、圧縮機１１が吸い込む空気Ａを直接冷却する。しかしながら、本実施形態のように、冷凍機１６０で冷却された中間媒体を介して、吸気冷却媒体ＳＭを冷却し、この吸気冷却媒体ＳＭで圧縮機１１が吸い込む空気Ａを冷却してもよい。
「ガスタービンプラントの第三実施形態」
図７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、吸気冷却装置が上記第一実施形態と異なっており、他の構成は上記第一実施形態と同様である。
本実施形態の吸気冷却装置１５０ｄは、上記第一実施形態と同様、給水ライン１３１と、ヒートポンプ装置１５１とを備えている。ヒートポンプ装置１５１は、上記第一実施形態のヒートポンプ装置１５１と同一である。本実施形態の吸気冷却装置１５０ｄは、さらに、給水ライン１３１を流れる水から熱を奪う給水温度調節器１８１を備えている。
給水温度調節器１８１は、給水ライン１３１を流れる水から熱を奪って、この水の温度を下げるものであれば、如何なるものでもよい。よって、給水温度調節器１８１は、例えば、水と水冷却媒体とを熱交換させる熱交換器でもよいし、クーリングタワーでもうよいし、水の熱を大気に放出するラジエターであってもよい。給水温度調節器１８１として熱交換器を用いる場合、水冷却媒体としては、河川水、海水、地下水等を用いてもよい。また、温度条件を満たす場合には、水冷却媒体として、燃焼器に供給する燃料を用い、水と燃料との熱交換でこの燃料を予熱してもよい。
給水ライン１３１は、復水器１２３からの水をヒートポンプ装置１５１の冷凍機１６０に送る予熱前給水ライン１３１ａと、冷凍機１６０で予熱された水を排熱回収ボイラー１１０に送る予熱済み給水ライン１３１ｂと、を有する。予熱前給水ライン１３１ａと予熱済み給水ライン１３１ｂとは、給水バイパスライン１３１ｃで接続されている。給水ポンプ１２４は、予熱前給水ライン１３１ａ中であって、給水バイパスライン１３１ｃと接続位置よりも復水器１２３側に設けられている。
予熱前給水ライン１３１ａ中であって、給水バイパスライン１３１ｃとの接続位置よりも冷凍機１６０側には、予熱前給水調節弁１８２が設けられている。また、予熱済み給水ライン１３１ｂ中であって、給水バイパスライン１３１ｃとの接続位置よりも冷凍機１６０側には、予熱済み給水調節弁１８３が設けられている。予熱済み給水ライン１３１ｂ中であって、排熱回収ボイラー１１０側には、ここを流れる水の温度を検知する温度計１２７が設けられている。給水バイパスライン１３１ｃには、給水バイパス調節弁１８４が設けられている。
予熱済み給水ライン１３１ｂ中で予熱済み給水調節弁１８３よりも冷凍機１６０側の位置と予熱前給水ライン１３１ａ中で予熱前給水調節弁１８２よりも冷凍機１６０側の位置とは、給水温度調節ライン１８５が接続されている。給水温度調節器１８１は、この給水温度調節ライン１８５中に設けられている。さらに、この給水温度調節ライン１８５には、温度調節弁１８６と戻しポンプ１８７とが設けられている。
上記第一実施形態では、復水器１２３からの水を冷凍機１６０で加熱することで、低圧節炭器１１２ａに送る水を予熱することができる。しなしながら、冷凍機１６０における水の加熱量が多い場合、低圧節炭器１１２ａにおいて、予熱された水と排気ガスＥＧとの熱交換で水が低圧蒸発器１１３ａに流入する前に、沸騰し始めることが考えられる。水が低圧蒸発器１１３ａに流入する前に沸騰し始めると、圧損の増大や水撃現象の発生等の不具合が生じる。また、冷凍機１６０の排熱を全量回収すると、給水の温度上昇量が大きくなり、排熱を高い温度で給水ライン１３１の水に放出することができる、高性能の冷凍機１６０が必要となる上に、冷凍機１６０の成績係数が下がる。
そこで、本実施形態では、予熱済み給水ライン１３１ｂ中を流れる水から熱を奪って、この水の温度をさせる給水温度調節器１８１を設けている。
本実施形態において、初期状態では、予熱前給水調節弁１８２及び予熱済み給水調節弁１８３がいずれも開状態である。また、この初期状態では、温度調節弁１８６及び給水バイパス調節弁１８４が、いずれも閉状態である。この初期状態では、復水器１２３からの水は、予熱前給水ライン１３１ａを介して、冷凍機１６０に送られ、この冷凍機１６０で加熱される。冷凍機１６０で加熱された水は、予熱済み給水ライン１３１ｂを介して、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに送られる。
予熱済み給水ライン１３１ｂに設けられている温度計１２７で検知された温度が予め定めれている温度以上になると、温度調節弁１８６が開く。この結果、予熱済み給水ライン１３１ｂを流れている水の一部が給水温度調節器１８１に流入する。ここで、予め定められている温度とは、例えば、低圧節炭器１１２ａ内で水が沸騰する飽和温度から、この低圧節炭器１１２ａでの水の温度上昇分を減算した値よりも、低い温度である。給水温度調節器１８１では、この水から熱を奪って、この水の温度を下げる（給水温度調節工程）。温度が下がった水は、給水温度調節ライン１８５及び予熱前給水ライン１３１ａを介して、冷凍機１６０に戻る。よって、本実施形態では、冷凍機１６０及び給水温度調節器１８１を有する系で、復水器１２３からの水に加えられる熱量が減り、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに送れる水の温度を下げることができる。この結果、低圧節炭器１１２ａ内での水の沸騰を抑制することができる。また、本実施形態では、冷凍機１６０及び給水温度調節器１８１の間で水の一部が循環することにより、冷凍機１６０を流れる水の流量が増大し、冷凍機１６０における水の温度上昇量を小さくすることができ、冷凍機１６０出口の水の温度を低減することができる。従って、本実施形態では、冷凍機１６０は低い温度の水に排熱を放出することができるので、比較的安価な冷凍機１６０を用いることが可能であると共に、冷凍機１６０の成績係数を高めることができる。
以上のように、予熱済み給水ライン１３１ｂを流れている水の一部を給水温度調節器１８１に導いても、予熱済み給水ライン１３１ｂに設けられている温度計１２７で検知された温度が予め定められている温度未満にならない場合が考えられる。この場合、本実施形態では、予熱前給水調節弁１８２又は予熱済み給水調節弁１８３を絞る一方で、給水バイパス調節弁１８４を開ける。この結果、復水器１２３からの水の一部が冷凍機１６０を経ずに、給水バイパスライン１３１ｃを介して、低圧節炭器１１２ａに流入する。また、場合によっては、予熱前給水調節弁１８２又は予熱済み給水調節弁１８３を完全に閉じる一方で、給水バイパス調節弁１８４を開ける。この結果、復水器１２３からの水の全てが冷凍機１６０を経ずに、給水バイパスライン１３１ｃを介して、低圧節炭器１１２ａに流入する。よって、以上のように、各調節弁を制御することで、復水器１２３からの水に加えられる熱量をより減らすことができ、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに送れる水の温度を下げることができる。
なお、本実施形態において、給水温度調節器１８１で冷却された水を給水ライン１３１に戻す給水温度調節ライン１８５を、予熱前給水ライン１３１ａ中で、給水バイパスライン１３１ｃとの接続位置よりも復水器１２３側に接続してもよい。
「ガスタービンプラントの第四実施形態」
図８を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第四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、吸気冷却装置が上記第一実施形態と異なっており、他の構成は上記第一実施形態と同様である。
本実施形態の吸気冷却装置１５０ｇは、上記第一実施形態と同様、給水ライン１３１と、ヒートポンプ装置１５１とを備えている。ヒートポンプ装置１５１は、上記第一実施形態のヒートポンプ装置１５１と同一である。本実施形態の吸気冷却装置１５０ｇは、さらに、予熱済み給水ライン１３１ｂを流れる水である予熱水を復水器１２３に戻す復水戻しライン１７９を備えている。予熱済み給水ライン１３１ｂ中であって、排熱回収ボイラー１１０側には、ここを流れる予熱水の温度を検知する温度計１２７が設けられている。復水戻しライン１７９には、温度調節弁１８６が設けられている。
予熱済み給水ライン１３１ｂに設けられている温度計１２７で検知された温度が予め定められている温度以上になると、温度調節弁１８６が開く。この結果、予熱済み給水ライン１３１ｂを流れている予熱水の一部が復水戻しライン１７９を介して復水器１２３に戻る（復水戻し工程）。ここで、予め定められている温度とは、上記第三実施形態で説明したように、例えば、低圧節炭器１１２ａ内で水が沸騰する飽和温度から、この低圧節炭器１１２ａでの水の温度上昇分を減算した値よりも、低い温度である。
上記第三実施形態では、予熱水の温度を下げるために、給水温度調節器１８１等を設けている。本実施形態では、この給水温度調節器１８１の機能を復水器１２３に担わせている。すわなち、本実施形態では、予熱水を復水器１２３に戻すことで、この予熱水の熱を復水器１２３で奪う。このため、本実施形態では、ヒートポンプ装置１５１で加熱される水の流量が増大することで、ヒートポンプ装置１５１で加熱される水の温度上昇が抑制される。よって、本実施形態でも、上記第三実施形態と同様、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに送る水の温度を下げることができる。この結果、低圧節炭器１１２ａ内での水の沸騰を抑制することができる。また、本実施形態では、上記第三実施形態のように、給水温度調節器１８１や戻しポンプ１８７等を設ける必要がない。このため、本実施形態では、上記第三実施形態に比べて、構成の簡素化を図ることができると共に設備コストの低減を図ることができる。
「ガスタービンプラントの第五実施形態」
図９を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第五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、上記第三実施形態における吸気冷却装置１５０ｄに、ヒートポンプ装置１５１ｓを追加したもので、他の構成は上記第三実施形態と同様である。
本実施形態の排熱回収設備１００ｅにおける吸気冷却装置１５０ｅは、上記第三実施形態と同様、給水ライン１３１と、圧縮機１１が吸い込む空気Ａを冷却するヒートポンプ装置１５１と、給水ライン１３１を流れる水から熱を奪う給水温度調節器１８１を備えている。本実施形態の吸気冷却装置１５０ｅは、さらに、圧縮機１１が吸い込む空気Ａの冷却で加熱された水をさらに加熱するヒートポンプ装置１５１ｓを備えている。ここで、以下の説明の都合上、圧縮機１１が吸い込む空気を冷却するヒートポンプ装置１５１を第一ヒートポンプ装置１５１とし、第一ヒートポンプ装置１５１で加熱された水をさらに加熱するヒートポンプ装置１５１ｓを第二ヒートポンプ装置１５１ｓとする。
第二ヒートポンプ装置１５１ｓは、給水循環ライン１８８と、冷凍機１６０ｓと、を備えている。戻す給水循環ライン１８８は、予熱済み給水ライン１３１ｂから分岐し、この予熱済み給水ライン１３１ｂを流れる水の一部を予熱前給水ライン１３１ａに戻す。冷凍機１６０ｓは、給水循環ライン１８８を流れる水の熱を、予熱済み給水ライン１３１ｂを流れる水に移動させて、この水を加熱する。ここで、第一ヒートポンプ装置１５１の冷凍機１６０を第一冷凍機１６０とし、この第二ヒートポンプ装置１５１ｓの冷凍機１６０ｓを第二冷凍機１６０ｓとする。
この第二冷凍機１６０ｓは、第一冷凍機１６０と同様、ヒートポンプの一種で、吸収冷凍機でも、圧縮冷凍機ｐでも、吸着冷凍機等でもよい。これらの冷凍機は、いずれも、液体の媒体Ｍを蒸発させる蒸発器と、蒸発器で蒸発した媒体Ｍを凝縮させる凝縮器とを有する。よって、本実施形態の第二冷凍機１６０ｓも、蒸発器１６５と凝縮器１６３とを有する。
第二冷凍機１６０ｓの凝縮器１６３には、予熱済み給水ライン１３１ｂ中で、給水循環ライン１８８の分岐位置よりも排熱回収ボイラー１１０側の部分が接続されている。このため、第一冷凍機１６０の凝縮器１６３で加熱された水の一部は、第二冷凍機１６０ｓの凝縮器１６３でさらに加熱され、予熱済み給水ライン１３１ｂを介して、排熱回収ボイラー１１０に送られる。また、第二冷凍機１６０ｓの凝縮器１６３では、水との熱交換で冷却された媒体Ｍが凝縮する。
第二冷凍機１６０ｓの蒸発器１６５には、給水循環ライン１８８が接続されている。このため、第一冷凍機１６０の凝縮器１６３で加熱された水の残りの一部は、第二冷凍機１６０ｓの蒸発器１６５で冷却されてから、給水循環ライン１８８を経て第一冷凍機１６０の凝縮器１６３に戻る。また、第二冷凍機１６０ｓの蒸発器１６５では、水との熱交換で加熱された媒体Ｍが蒸発する。
以上のように、第二冷凍機１６０ｓでは、この第二冷凍機１６０ｓの蒸発器１６５で給水循環ライン１８８を流れる水の熱を媒体Ｍに移動させてこの水を冷却し、この第二冷凍機１６０ｓの凝縮器１６３で媒体Ｍの熱を予熱済み給水ライン１３１ｂからの水に移動させてこの水を加熱する（第二ヒートポンプサイクル工程）。すなわち、第二冷凍機１６０ｓでは、媒体Ｍを介して、給水循環ライン１８８からの水と予熱済み給水ライン１３１ｂからの水との間で熱移動が行われる。
本実施形態では、給水循環ライン１８８に、ここを流れる水の流量を調節する給水循環量調節弁１８９が設けられている。本実施形態では、この給水循環量調節弁１８９で給水循環ライン１８８を流れる水の流量を調節することで、給水循環ライン１８８からの水と予熱済み給水ライン１３１ｂからの水との間で行われる熱の移動量を調節する。
なお、本実施形態の吸気冷却装置１５０ｅは、上記第三実施形態の吸気冷却装置１５０ｄと同様、給水温度調節器１８１を備えているが、低圧節炭器１１２ａ内で水が沸騰するおそれがない場合には、この給水温度調節器１８１を省略してもよい。但し、本実施形態の吸気冷却装置１５０ｅは、復水器１２３からの水を加熱する第一ヒートポンプ装置１５１の他に、第一ヒートポンプ装置１５１で加熱された水をさらに加熱する第二ヒートポンプ装置１５１ｓを備えているので、基本的に、この給水温度調節器１８１を備えていることが好ましい。また、この給水温度調節器１８１の替りに、上記第四実施形態における復水戻しライン１７９及び温度調節弁１８６を設けてもよい。
「ガスタービンプラントの第六実施形態」
図１０を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第六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、上記第一実施形態の排熱回収設備１００に低沸点媒体ランキンサイクル１９０を追加したもので、他の構成は上記第一実施形態と同様である。
ランキンサイクルは、蒸気でタービンを駆動するサイクルである。一方、低沸点媒体ランキンサイクル１９０は、水よりも沸点の低い媒体（以下、低沸点媒体とする）を用いてタービン１９２を駆動するサイクルである。
低沸点媒体としては、例えば、以下の物質がある。
・トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、パーフルオロデカリン等の有機ハロゲン化合物
・ブタン、プロパン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン等のアルカン
・シクロペンタン、シクロヘキサン等の環状アルカン
・チオフェン、ケトン、芳香族化合物
・Ｒ１３４ａ、Ｒ２４５ｆａ等の冷媒、
・以上を組み合わせたもの
低沸点媒体ランキンサイクル１９０は、蒸発器（加熱器）１９１と、タービン１９２と、凝縮器１９３と、低沸点媒体ポンプ１９４と、低沸点媒体ライン１９７と、を備えている。蒸発器１９１は、液体の低沸点媒体を加熱して蒸発させる。タービン１９２は、蒸発した低沸点媒体で駆動する。凝縮器１９３は、タービン１９２を駆動させた低沸点媒体を冷却して凝縮させる。低沸点媒体ポンプ１９４は、凝縮した低沸点媒体を蒸発器１９１に戻す。低沸点媒体ライン１９７は、以上の要素間で低沸点媒体を流すためのラインである。タービン１９２には、例えば、このタービン１９２の駆動で発電する発電機１９９が接続されている。凝縮器１９３は、熱交換器の一種で、低沸点媒体と水等の冷却媒体とを熱交換させる。また、蒸発器（加熱器）１９１も、熱交換器の一種で、液体の低沸点媒体と排熱回収ボイラー１１０で加熱された液体の水とを熱交換させる。
排熱回収ボイラー１１０の低圧水分岐ライン１１７ｃは、途中で分岐している。この分岐しているラインは、温水ライン１１８ｃとして、予熱済み給水ライン１３１ｂに接続されている。低沸点媒体ランキンサイクル１９０の蒸発器１９１には、この温水ライン１１８ｃが接続されている。具体的には、蒸発器１９１の加熱水入口が温水ライン１１８ｃの低圧節炭器１１２ａ側と接続され、蒸発器１９１の加熱水出口が温水ライン１１８ｃの予熱済み給水ライン１３１ｂ側と接続されている。温水ライン１１８ｃには、ここを流れる水の流量を調節する温水流量調節弁１１８ｄ、この温水ライン１１８ｃを流れる水を昇圧する温水ポンプ１１８ｅが設けられている。また、予熱済み給水ライン１３１ｂ中で、温水ライン１１８ｃとの接続位置よりも排熱回収ボイラー１１０側の位置には、ここを流れる水の温度を検知する温度計１２７が設けられている。
本実施形態において、初期状態では、温水流量調節弁１１８ｄが閉状態である。このため、この初期状態で、低沸点媒体ランキンサイクル及び温水ポンプ１１８ｅは、駆動していない。この初期状態では、復水器１２３からの水は、予熱前給水ライン１３１ａを介して、冷凍機１６０に送られ、この冷凍機１６０で加熱される。冷凍機１６０で加熱された水は、予熱済み給水ライン１３１ｂを介して、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに送られる。
予熱済み給水ライン１３１ｂに設けられている温度計１２７が予め定められている温度以上になると、温水流量調節弁１１８ｄが開くと共に、低沸点媒体ランキンサイクル及び温水ポンプ１１８ｅが駆動し始める。
温水流量調節弁１１８ｄが開くと、低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部が温水ライン１１８ｃを介して、低沸点媒体ランキンサイクル１９０の蒸発器１９１に供給される。
蒸発器１９１では、液体の低沸点媒体と低圧節炭器１１２ａで加熱された水とを熱交換させ、低沸点媒体を加熱し、この低沸点媒体を蒸発させる（加熱工程）。この過程で、水は、冷却されて、蒸発器１９１の加熱水出口から流出する。蒸発器１９１の加熱水出口から流出した水は、温水ライン１１８ｃを介して、予熱済み給水ライン１３１ｂに流入する。この水は、冷凍機１６０からの水と混ざり合って、予熱済み給水ライン１３１ｂを流れ、低圧節炭器１１２ａに戻る（水回収工程）。
蒸発器１９１で蒸発した低沸点媒体は、低沸点媒体ランキンサイクル１９０の構成要素であるタービン１９２を駆動させる。タービン１９２を駆動させた低沸点媒体は、凝縮器１９３に送られる。この凝縮器１９３では、低沸点媒体と冷却媒体とが熱交換され、低沸点媒体が冷却されて凝縮する。凝縮した低沸点媒体は、低沸点媒体ポンプ１９４により蒸発器１９１に送られ、前述したように、この蒸発器１９１で水と熱交換する。このように、低沸点媒体は、低沸点媒体ランキンサイクル１９０内で循環する（ランキンサイクル実行工程）。
以上のように、本実施形態では、低沸点媒体ランキンサイクル１９０及び低圧節炭器１１２ａを有する系で、冷凍機１６０からの水に加えられる熱量が減り、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに送れる水の温度を下げることができる。この結果、低圧節炭器１１２ａ内での水の沸騰を抑制することができる。また、本実施形態では、冷凍機１６０で加熱された水に含まれる熱のうち、余分な熱を低沸点媒体ランキンサイクル１９０の駆動に利用でき、プラントの出力及び効率を高めることができる。
「ガスタービンプラントの第七実施形態」
図１１を参照して、本発明に係るガスタービンプラントの第七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、上記第五実施形態の排熱回収設備１００ｅに、上記第六実施形態で説明した低沸点媒体ランキンサイクル１９０を追加したもので、他の構成は上記第五実施形態と同様である。
排熱回収ボイラー１１０の低圧水分岐ライン１１７ｃは、第六実施形態と同様、途中で分岐している。この分岐しているラインは、温水ライン１１８ｃとして、予熱済み給水ライン１３１ｂに接続されている。第六実施形態と同様、低沸点媒体ランキンサイクル１９０の蒸発器１９１には、この温水ライン１１８ｃが接続されている。温水ライン１１８ｃには、ここを流れる水の流量を調節する温水流量調節弁１１８ｄ、この温水ライン１１８ｃを流れる水を昇圧する温水ポンプ１１８ｅが設けられている。また、予熱済み給水ライン１３１ｂ中で、温水ライン１１８ｃとの接続位置よりも排熱回収ボイラー１１０側の位置には、ここを流れる水の温度を検知する温度計１２７が設けられている。
本実施形態において、初期状態では、予熱前給水調節弁１８２及び予熱済み給水調節弁１８３がいずれも開状態である。また、この初期状態では、温度調節弁１８６及び給水バイパス調節弁１８４が、いずれも閉状態である。さらに、この初期状態では、第六実施形態と同様、温水流量調節弁１１８ｄが閉状態である。このため、この初期状態で、低沸点媒体ランキンサイクル１９０及び温水ポンプ１１８ｅは、駆動していない。この初期状態では、復水器１２３からの水は、予熱前給水ライン１３１ａを介して、第一冷凍機１６０に送られ、この第一冷凍機１６０で加熱される。第一冷凍機１６０で加熱された水は、予熱済み給水ライン１３１ｂを介して、第二冷凍機１６０ｓに送られ、この第二冷凍機１６０ｓでさらに加熱される。第二冷凍機１６０ｓで加熱された水は、予熱済み給水ライン１３１ｂを介して、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに送られる。
予熱済み給水ライン１３１ｂに設けられている温度計１２７が予め定めれている温度以上になると、温水流量調節弁１１８ｄが開くと共に、低沸点媒体ランキンサイクル１９０及び温水ポンプ１１８ｅが駆動し始める。
温水流量調節弁１１８ｄが開くと、低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部が温水ライン１１８ｃを介して、低沸点媒体ランキンサイクル１９０の蒸発器１９１に供給される（加熱水導入工程）。
蒸発器１９１では、第六実施形態と同様、液体の低沸点媒体と低圧節炭器１１２ａで加熱された水とを熱交換させ、低沸点媒体を加熱し、この低沸点媒体を蒸発させる（加熱工程）。この過程で、水は、冷却された後、温水ライン１１８ｃを介して、予熱済み給水ライン１３１ｂに流入する。この水は、第二冷凍機１６０ｓからの水と混ざり合って、予熱済み給水ライン１３１ｂを流れ、低圧節炭器１１２ａに戻る（水回収工程）。
低沸点媒体ランキンサイクル１９０の蒸発器１９１で蒸発した低沸点媒体は、低沸点媒体ランキンサイクル１９０のタービン１９２を駆動させる。タービン１９２を駆動させた低沸点媒体は、凝縮器１９３に送られ、ここで凝縮する。凝縮した低沸点媒体は、低沸点媒体ポンプ１９４により蒸発器１９１に送られ、前述したように、この蒸発器１９１で水と熱交換する。このように、低沸点媒体は、低沸点媒体ランキンサイクル１９０内で循環する（ランキンサイクル実行工程）。
以上のように、本実施形態でも、第六実施形態と同様、低沸点媒体ランキンサイクル１９０及び低圧節炭器１１２ａを有する系で、第二冷凍機１６０ｓからの水に加えられる熱量が減り、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに送れる水の温度を下げることができる。この結果、低圧節炭器１１２ａ内での水の蒸発を抑制することができる。また、本実施形態でも、第一冷凍機１６０及び第二冷凍機１６０ｓで加熱された水に含まれる熱のうち、余分な熱を低沸点媒体ランキンサイクル１９０の駆動に利用でき、プラントの出力及び効率を高めることができる。
ここで、低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部を低沸点媒体ランキンサイクル１９０に導いていも、予熱済み給水ライン１３１ｂに設けられている温度計１２７が予め定めれている温度未満にならない場合が考えられる。この場合、本実施形態では、温度調節弁１８６が開き、予熱済み給水ライン１３１ｂを流れている水の一部が給水温度調節器１８１に流入する。給水温度調節器１８１では、この水から熱を奪って、この水の温度を下げる。温度が下がった水は、給水温度調節ライン１８５及び予熱前給水ライン１３１ａを介して、第一冷凍機１６０に戻る。よって、本実施形態では、第一冷凍機１６０、第二冷凍機１６０ｓ及び給水温度調節器１８１を有する系で、復水器１２３からの水に加えられる熱量が減り、排熱回収ボイラー１１０の低圧節炭器１１２ａに送られる水の温度を下げることができる。
なお、本実施形態においても、第三実施形態で説明したように、給水温度調節器１８１で冷却された水を給水ライン１３１に戻す給水温度調節ライン１８５を、予熱前給水ライン１３１ａ中で、給水バイパスライン１３１ｃとの接続位置よりも復水器１２３側に接続してもよい。
本実施形態において、低沸点媒体ランキンサイクル１９０を備えていることで、低圧節炭器１１２ａ内で水が沸騰するおそれがない場合には、この給水温度調節器１８１を省略してもよい。また、本実施形態においても、給水温度調節器１８１の替りに、上記第四実施形態における復水戻しライン１７９及び温度調節弁１８６を設けてもよい。
また、本実施形態及び第五実施形態で説明した低沸点媒体ランキンサイクル１９０は、低沸点媒体ランキンサイクルの基本的な態様の例であるが、これら実施形態の低沸点媒体ランキンサイクル１９０として、他の態様の低沸点媒体ランキンサイクルを採用してもよい。例えば、以上の実施形態における低沸点媒体ランキンサイクル１９０に、凝縮器１９３で凝縮した低沸点媒体とタービン１９２を駆動させた低沸点媒体とを熱交換させて、凝縮した低沸点媒体を加熱する予熱器を追加してもよい。また、凝縮器１９３に対して、複数の蒸発器１９１を直列又は並列に接続し、複数の蒸発器１９１毎にタービン１９２を設けてもよい。
「その他の変形例」
第二実施形態、第三実施形態及び第五実施形態における冷凍機１６０、第四実施形態及び第六実施形態における第一冷凍機１６０は、いずれも、第一実施形態における冷凍機１６０と同様、吸収冷凍機である。しかしながら、これらの実施形態における冷凍機１６０も、圧縮冷凍機１６０ｐ、吸着冷凍機等、他のタイプの冷凍機であってもよい。
また、第二実施形態、第三実施形態、第四実施形態及び第六実施形態における冷凍機１６０、第五実施形態及び第七実施形態における第一冷凍機１６０及び第二冷凍機１６０ｓのいずれかが吸収冷凍機である場合、第一変形例や第二変形例で説明したように、この吸収冷凍機の再生器１６１では、ガスタービン１０からの排熱を利用して吸収液Ａを加熱するようにしてもよい。
第二実施形態は、第一実施形態におけるヒートポンプ装置１５１に中間熱交換器１５５ｃを追加したものである。第三実施形態、第四実施形態及び第六実施形態におけるヒートポンプ装置１５１、第五実施形態及び第七実施形態における第一ヒートポンプ装置１５１にも、第二実施形態と同様、中間熱交換器１５５ｃを追加してもよい。
また、以上で説明した各実施形態のガスタービンプラントにおける排熱回収設備は、いずれも蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃを備えている。しかしながら、排熱回収設備は、排熱回収ボイラー１１０と、この排熱回収ボイラー１１０で発生した蒸気を利用する装置とを備えていればよく、蒸気タービンを備えていなくてもよい。
本発明の一態様によれば、ガスタービンが吸い込む空気を冷却しつつ、この空気の冷却で得た熱を有効利用することができる。
３：ガスタービンロータ、７：ガスタービンケーシング、９：吸気ダクト、１０：ガスタービン、１１：圧縮機、２１：燃焼器、３１：タービン、４１：発電機、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｅ：排熱回収設備、１１０，１１０ａ：排熱回収ボイラー、１１１ａ：低圧蒸気発生部、１１１ｃ：高圧蒸気発生部、１１２ａ：低圧節炭器、１１３ａ：低圧蒸発器１１３ａ、１１４ａ：低圧過熱器、１１５ａ：低温熱交換器（排熱回収熱交換器）、１１７：低圧水ライン、１１７ｃ：低圧水分岐ライン、１１８ｃ：温水ライン、１１８ｄ：温水流量調節弁、１１８ｅ：温水ポンプ、１１９：ボイラー外枠、１１９ｅ：排気口、１２３：復水器、１２４：給水ポンプ、１２７：温度計、１３１：給水ライン、１３１ａ：予熱前給水ライン、１３１ｂ：予熱済み給水ライン、１３１ｃ：給水バイパスライン、１３２：低圧蒸気ライン、１３８：高圧蒸気ライン、１３９：高圧蒸気回収ライン、１５０，１５０ｄ，１５０ｅ，１５０ｇ：吸気冷却装置、１５１，１５１ｃ：ヒートポンプ装置（第一ヒートポンプ装置）、１５１ｓ：第二ヒートポンプ装置、１５２：吸気冷却器、１５３，１５３ｃ：吸気冷却媒体ライン、１５４，１５４ｃ：循環ポンプ、１５５ｃ：中間熱交換器、１５６ｃ：中間媒体ライン、１５７ｃ：循環ポンプ、１６０，１６０ａ：吸収冷凍機（冷凍機、第一冷凍機）、１６０ｐ：圧縮冷凍機（冷凍機）、１６０ｓ：第二冷凍機（冷凍機）、１６１，１６１ａ：再生器、１６２：吸収液加熱器、１６３，１６３ｐ：凝縮器、１６５，１６５ｐ：蒸発器、１６７：吸収器、１６８ｐ：圧縮機、１６９ｐ：減圧器、１７１，１７１ａ：吸収液加熱媒体ライン、１７５：部品冷却装置、１７６：圧縮空気冷却器（排熱回収熱交換器）、１７７：抽気ライン、１７８：冷却空気ライン、１７９：復水戻しライン、１８１：給水温度調節器、１８５：給水温度調節ライン、１８８：給水循環ライン、１９０：低沸点媒体ランキンサイクル、１９１：蒸発器（加熱器）、１９２：タービン、１９３：凝縮器、１９４：低沸点媒体ポンプ

Claims (22)

  1. ガスタービンから排気された排気ガスの熱を用いて水を蒸気にする排熱回収ボイラーへ前記水を送る給水ラインと、
    前記ガスタービンが吸い込む空気の熱を前記給水ラインを流れる水に移動させて、前記空気を冷却する一方で前記水を加熱するヒートポンプ装置と、
    を備える吸気冷却装置。
  2. 請求項１に記載の吸気冷却装置において、
    前記ヒートポンプ装置は、
    前記空気と吸気冷却媒体とを熱交換させて、前記空気を冷却する一方で前記吸気冷却媒体を加熱する吸気冷却器と、
    前記吸気冷却器で加熱された前記吸気冷却媒体と中間媒体とを熱交換させて、前記吸気冷却媒体を冷却する一方で、前記中間媒体を加熱する中間熱交換器と、
    前記中間熱交換器で加熱された前記中間媒体の熱を前記給水ラインを流れる水に移動させて、前記中間媒体を冷却する一方で前記水を加熱するヒートポンプと、
    を有する、
    吸気冷却装置。
  3. 請求項１又は２に記載の吸気冷却装置において、
    前記給水ライン中であって、前記ヒートポンプ装置を基準にして前記排熱回収ボイラー側の予熱済み給水ラインを流れる水から熱を奪う給水温度調節器と、
    前記予熱済み給水ラインを流れる水を前記給水温度調節器へ導き、前記給水温度調節器で熱が奪われた水を前記給水ライン中のいずれかの箇所に戻す給水温度調節ラインと、
    を備える吸気冷却装置。
  4. 請求項３に記載の吸気冷却装置において、
    前記予熱済み給水ラインを流れる水の温度を検知する温度計と、
    前記温度計で検知された水の温度が予め定められた温度以上になると、前記給水温度調節ラインに前記予熱済み給水ラインからの水を流す温度調節弁と、
    を備える吸気冷却装置。
  5. 請求項１又は２に記載の吸気冷却装置において、
    前記排熱回収ボイラーで発生した蒸気を水に戻して前記水を前記給水ラインに送る復水器に、前記給水ライン中であって、前記ヒートポンプ装置を基準にして前記排熱回収ボイラー側の予熱済み給水ラインを流れる水である予熱水を戻す復水戻しラインと、
    前記予熱水の温度を検知する温度計と、
    前記復水戻しラインに設けられ、前記温度計で検知された予熱水の温度が予め定められた温度以上になると、前記予熱済み給水ラインからの前記予熱水を前記復水戻しラインを介して前記復水器に流す温度調節弁と、
    を備える吸気冷却装置。
  6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の吸気冷却装置において、
    前記ヒートポンプ装置である第一ヒートポンプ装置の他に、前記給水ライン中であって、前記第一ヒートポンプ装置を基準にして前記排熱回収ボイラー側の予熱済み給水ラインを流れる水を加熱する第二ヒートポンプ装置を備える、
    吸気冷却装置。
  7. 請求項６に記載の吸気冷却装置において、
    前記第二ヒートポンプ装置は、
    前記予熱済み給水ラインから分岐し、前記給水ライン中で前記第一ヒートポンプ装置を基準にして前記排熱回収ボイラーとは反対側の予熱前給水ラインに、前記予熱済み給水ラインを流れる水の一部を戻す給水循環ラインと、
    前記給水循環ラインを流れる水の熱を、前記予熱済み給水ライン中で前記給水循環ラインの分岐位置よりも前記排熱回収ボイラー側を流れる水に移動させて、前記予熱済み給水ラインを流れる水を加熱するヒートポンプと、
    を有する、
    吸気冷却装置。
  8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の吸気冷却装置と、
    前記排熱回収ボイラーと、
    を備える排熱回収設備。
  9. 請求項８に記載の排熱回収設備において、
    前記排熱回収ボイラーは、
    前記排気ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、
    前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記排気ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、
    前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記給水ラインから流入して前記最下流蒸発器に送る水を前記排気ガスにより加熱する節炭器と、
    を有する、
    排熱回収設備。
  10. 請求項９に記載の排熱回収設備において、
    低沸点媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクルを備え、
    前記低沸点媒体ランキンサイクルは、液体の前記低沸点媒体と前記節炭器で加熱された水の一部とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱器を有する、
    排熱回収設備。
  11. 請求項１０に記載の排熱回収設備において、
    前記節炭器で加熱された水の一部を前記給水ラインに戻す温水ラインを備え、
    前記低沸点媒体ランキンサイクルの前記加熱器は、前記温水ラインに接続されている、
    排熱回収設備。
  12. 請求項９から１１のいずれか一項に記載の排熱回収設備において、
    前記ガスタービンからの排熱を回収して吸収液加熱媒体を加熱する排熱回収熱交換器と、
    前記排熱回収熱交換器で加熱された前記吸収液加熱媒体を前記ヒートポンプ装置に導く吸収液加熱媒体ラインと、
    を備え、
    前記ヒートポンプ装置は、吸収液に含まれる媒体を蒸発させる再生器を含む吸収冷凍機を有し、
    前記吸収液加熱媒体ラインは、前記吸収液加熱媒体と前記吸収冷凍機内を流れる前記吸収液とを熱交換させるよう、前記吸収冷凍機に接続されている、
    排熱回収設備。
  13. 請求項１２に記載の排熱回収設備において、
    前記排熱回収熱交換器は、前記ボイラー外枠内であって、前記節炭器の前記下流側に設置され、前記吸収液加熱媒体と前記節炭器を通過した前記排気ガスとを熱交換させて、前記吸収液加熱媒体を加熱する低温熱交換器である、
    排熱回収設備。
  14. 請求項１２に記載の排熱回収設備において、
    前記排熱回収熱交換器は、前記ガスタービンの圧縮機で圧縮された空気と前記吸収液加熱媒体とを熱交換させて、前記空気を冷却する一方で前記吸収液加熱媒体を加熱する圧縮空気冷却器である、
    排熱回収設備。
  15. 請求項８から１４のいずれか一項に記載の排熱回収設備と、
    前記ガスタービンと、
    を備えるガスタービンプラント。
  16. ガスタービンから排気された排気ガスの熱を用いて水を蒸気にする排熱回収ボイラーへ前記水を送る給水工程と、
    前記ガスタービンが吸い込む空気の熱を前記給水工程で前記排熱回収ボイラーに送る前記水に移動させて、前記空気を冷却する一方で前記水を加熱するヒートポンプサイクル実行工程と、
    を実行する吸気冷却方法。
  17. 請求項１６に記載の吸気冷却方法において、
    前記ヒートポンプサイクル実行工程の実行で加熱された前記水から熱を奪って、前記排熱回収ボイラーに送られる前記水の温度を調節する給水温度調節工程を実行する、
    吸気冷却方法。
  18. 請求項１６に記載の吸気冷却方法において、
    前記ヒートポンプサイクル実行工程の実行で加熱された前記水である予熱水の温度が予め定められた温度以上になると、前記排熱回収ボイラーで発生した蒸気を水に戻して前記水を前記給水ラインに送る復水器に、前記予熱水の一部を戻す復水戻し工程を実行する、
    吸気冷却方法。
  19. 請求項１６から１８のいずれか一項に記載の吸気冷却方法において、
    前記ヒートポンプサイクル実行工程である第一ヒートポンプサイクル実行工程と共に、前記第一ヒートポンプサイクル実行工程の実行で加熱された前記水をさらに加熱する第二ヒートポンプサイクル実行工程を実行する、
    吸気冷却方法。
  20. 請求項１６から１９のいずれか一項に記載の吸気冷却方法において、
    低沸点媒体ランキンサイクルで、低沸点媒体を循環させるランキンサイクル実行工程を実行し、
    前記排熱回収ボイラーは、前記排気ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記排気ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記排気ガスにより加熱する節炭器と、を有しており、
    前記ランキンサイクル実行工程は、前記節炭器で加熱された水の一部と液体の前記低沸点媒体とを熱交換させ、前記低沸点媒体を加熱する加熱工程を含む、
    吸気冷却方法。
  21. 請求項２０に記載の吸気冷却方法において、
    前記加熱工程で、前記低沸点媒体との熱交換で冷却された前記節炭器からの水を前記節炭器に戻す水回収工程を実行する、
    吸気冷却方法。
  22. 請求項１６から２１のいずれか一項に記載の吸気冷却方法において、
    前記ガスタービンからの排熱を回収して吸収液加熱媒体を加熱する排熱回収工程を実行し、
    前記ヒートポンプサイクル実行工程を、吸収液に含まれる媒体を蒸発させる再生器を含む吸収冷凍機で実行し、
    前記ヒートポンプサイクル実行工程は、前記吸収液加熱媒体と前記吸収冷凍機内を流れる前記吸収液とを熱交換させて、前記吸収液加熱媒体を冷却する一方で前記吸収液を加熱する再生工程を含む、
    吸気冷却方法。
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