KR20160119211A - 배열 회수 장치, 이것을 구비하고 있는 가스 터빈 플랜트, 및 배열 회수 방법 - Google Patents
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Abstract
저비점 매체(LM)가 응축과 증발을 반복해서 순환하는 저비점 매체 랭킨 사이클(150)과, 배열 회수 보일러(110)로부터, 여기서 가열된 액체의 물을 저비점 매체 랭킨 사이클(150)로 유도하는 가열수 라인(171)과, 저비점 매체 랭킨 사이클(150)을 통과하는 물을 배열 회수 보일러(110)에 되돌리는 물 회수 라인(178)을 구비한다. 저비점 매체 랭킨 사이클(150)은 액체의 저비점 매체(LM)와 가열수 라인(171)을 통과한 액체의 물을 열교환시키고, 저비점 매체(LM)를 가열하는 가열기(151)를 구비한다.
Description
본 발명은 가스 터빈으로부터의 배열을 회수하는 배열 회수 장치, 이것을 구비하고 있는 가스 터빈 플랜트, 및 배열 회수 방법에 관한 것이다. 본원은 2014년 3월 24일에, 일본에 출원된 특허출원 제 2014-060839 호에 근거해 우선권을 주장하고, 이 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈에는, 이 가스 터빈으로부터의 배기되는 배기 가스의 열을 유효 이용하기 위해서 배열 회수 보일러가 접속되어 있는 것이 있다.
이하의 특허문헌 1에는, 가스 터빈과 배열 회수 보일러를 구비하고 있는 가스 터빈 플랜트가 개시되어 있다. 이 가스 터빈 플랜트는, 또한 배열 회수 보일러에서 발생한 증기로 구동하는 증기 터빈과, 증기 터빈을 구동시킨 증기를 물로 되돌리는 복수기와, 저비점 매체 랭킨 사이클을 구비하고 있다. 저비점 매체 랭킨 사이클은 액체의 저비점 매체를 증발시키는 증발기와, 증발한 기체의 저비점 매체로 구동하는 터빈과, 터빈을 구동시킨 저비점 매체를 응축시키는 응축기를 구비한다. 저비점 매체 랭킨 사이클의 증발기는 액체의 비점 매체와 증기 터빈을 구동시킨 증기를 열교환시켜, 저비점 매체를 증발시키는 한편, 증기를 물로 되돌린다. 즉, 이 증발기는 증기 터빈의 복수기로서도 기능한다.
상기 특허문헌 1에 기재의 기술에서는, 가스 터빈 플랜트에 저비점 매체 랭킨 사이클을 도입하는 것으로, 가스 터빈으로부터의 배열의 유효 이용을 도모하고 있다. 이와 같이, 저비점 매체 랭킨 사이클을 도입하는 경우, 설치 스페이스나 설비 코스트의 관점으로부터, 이 저비점 매체 랭킨 사이클의 소형이 바람직하다. 특히, 기존의 가스 터빈 플랜트에 저비점 매체 랭킨 사이클을 도입하는 경우에는, 설치 스페이스가 한정되어 있기 때문에, 이 저비점 매체 랭킨 사이클의 소형이 특별히 바람직하다.
여기서, 본 발명은, 저비점 매체 랭킨 사이클에 의해, 가스 터빈으로부터의 배열의 유효 이용을 도모하면서, 이 저비점 매체 랭킨 사이클을 소형화할 수 있는 배열 회수 장치, 이것을 구비하고 있는 가스 터빈 플랜트, 및 배열 회수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일 태양으로서의 배열 회수 장치는, 저비점 매체가 응축과 증발을 반복해서 순환하는 저비점 매체 랭킨 사이클과, 가스 터빈으로부터의 배기 가스로 물을 가열하는 배열 회수 보일러로부터, 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도하는 가열수 라인과, 상기 가열수 라인으로부터 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도되어, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 상기 배열 회수 보일러로 되돌리는 물 회수 라인을 구비하고, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클은, 액체의 상기 저비점 매체와 상기 가열수 라인을 통과해 온 상기 액체의 물을 열교환시켜서, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열기를 구비한다.
상기 배열 회수 장치에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클에 있어서의 가열기로, 액체의 저비점 매체와 액체의 물을 열교환시키므로, 저비점 매체와 기체를 열교환시키는 경우보다, 가열기의 전열 면적을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 상기 배열 회수 장치에서는, 가열기의 소형화, 최종적으로는 저비점 매체 랭킨 사이클의 소형화를 도모할 수 있다.
따라서, 설치 스페이스 등의 제약을 받는 기존의 배열 회수 장치에, 비교적 용이하게 저비점 매체 랭킨 사이클을 도입할 수 있다.
여기서, 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고, 상기 가열수 라인은, 하나 이상의 상기 증발기마다의 상기 절탄기 중 몇개의 절탄기에서 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도해도 좋다.
또한, 상기 배열 회수 보일러의 상기 절탄기에서 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도하는 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 가열수 라인은, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기에 대한 절탄기에서 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도해도 좋다.
상기 배열 회수 장치에서는, 저압 증발기에 대한 절탄기(이하, "저압 절탄기"라고 한다)에서 가열된 물의 일부를 저비점 매체 랭킨 사이클에 보내므로, 이 저압 절탄기를 흐르는 물의 유량이 증가하고, 이 저압 절탄기로 배기 가스의 물과의 열교환량, 환언하면 배기 가스의 열의 회수량을 높일 수 있다. 이 때문에, 상기 배열 회수 장치에서는, 배열 회수 보일러 중의 배기 가스의 온도로서 저온의 배기 가스의 열을 유효 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 굴뚝에 유입하는 배기 가스의 온도를 내릴 수 있다.
이상의 몇개의 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 물 회수 라인은, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인을 거쳐서, 상기 배열 회수 보일러에 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 되돌려도 좋다.
상기 배열 회수 장치에서는, 배열 회수 보일러와 저비점 매체 랭킨 사이클과의 사이에서 물이 순환한다. 이 때문에, 상기 배열 회수 장치에서는, 저비점 매체와 열교환하는 물이 순환하지 않는 경우보다, 저비점 매체 랭킨 사이클에 높은 온도의 물을 공급할 수 있다. 따라서, 상기 배열 회수 장치에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클의 출력을 높일 수 있다. 또한, 급수 라인을 거쳐서 저압 절탄기로 보내지는 물의 온도가 높아지므로, 저압 절탄기를 구성하는 전열관에 배기 가스 중의 수분이 응축하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 상기 배열 회수 장치에서는, 절탄기를 구성하는 전열관의 부식을 억제할 수 있다.
상기 일 태양으로서의 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고, 상기 물 회수 라인은, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인을 거쳐서, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기에 대한 상기 절탄기에 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 되돌리고, 상기 저압 증발기에 대한 상기 절탄기로 보내지는 물의 온도가, 상기 절탄기의 배기 가스 출구에 있어서의 상기 배기 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도여도 좋다.
상기 배열 회수 장치에서는, 저압 증발기에 대한 저압 절탄기에서 가열된 물의 일부를 저비점 매체 랭킨 사이클에 보내므로, 이 저압 절탄기를 흐르는 물의 유량이 증가한다. 이 때문에, 상기 배열 회수 장치에서는, 이 저압 절탄기로 배기 가스의 물과의 열교환량, 환언하면 배기 가스의 열의 회수량을 높일 수 있다. 따라서, 상기 배열 회수 장치에서는, 배열 회수 보일러 중의 배기 가스의 온도로서 저온의 배기 가스의 열을 유효 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 굴뚝에 유입하는 배기 가스의 온도를 내릴 수 있다.
또한, 상기 배열 회수 장치에서는, 배열 회수 보일러의 저압 절탄기와 저비점 매체 랭킨 사이클과의 사이에서 물이 순환한다. 이 때문에, 상기 배열 회수 장치에서는, 저비점 매체와 열교환하는 물이 순환하지 않는 경우보다, 저비점 매체 랭킨 사이클에 높은 온도의 물을 공급할 수 있다. 따라서, 상기 배열 회수 장치에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클의 출력을 높일 수 있다. 또한, 급수 라인을 거쳐서 저압 절탄기로 보내지는 물의 온도가 높아지고, 또한 이 온도가 저압 절탄기의 배기 가스 출구에 있어서의 배기 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도이므로, 저압 절탄기를 구성하는 전열관에 배기 가스 중의 수분이 응축하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 상기 배열 회수 장치에서는, 절탄기를 구성하는 전열관의 부식을 억제할 수 있다.
이상의 몇개의 배열 회수 장치에 있어서, 상기 물 회수 라인을 흐르는 물과 매체를 열교환시키는 회수 수계 열교환기를 구비해도 좋다.
상기 배열 회수 장치에서는, 물 회수 라인을 흐르는 물의 열, 또는 매체의 열을 유효 이용할 수 있다.
상기 회수 수계 열교환기를 구비하는 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 회수 수계 열교환기는, 상기 물 회수 라인을 흐르는 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상을 열교환시키고, 상기 물을 가열하는 한편 상기 냉각 대상을 냉각하는 냉각기를 포함해도 좋다.
상기 배열 회수 장치에서는, 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상을 냉각하면서도, 이 냉각 대상으로부터의 열을 유효 이용할 수 있다.
상기 회수 수계 열교환기가 상기 냉각기를 포함한 배열 회수 장치에 있어서, 상기 냉각기는, 상기 가스 터빈의 압축기로부터의 압축 공기의 일부를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 상기 가스 터빈 중에서 연소 가스와 접하는 고온 부품에 냉각한 상기 압축 공기에 보내는 냉각용 공기 냉각기를 포함해도 좋다.
이상의 몇개의 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 가열수 라인을 흐르는 물과 매체를 열교환시키는 가열 수계 열교환기를 구비해도 좋다.
상기 배열 회수 장치에서는, 매체의 열, 또는 가열수 라인을 흐르는 물의 열을 유효 이용할 수 있다.
상기 가열 수계 열교환기를 구비하는 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 가열 수계 열교환기는, 상기 가열수 라인을 흐르는 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상을 열교환시키고, 상기 물을 가열하는 한편 상기 냉각 대상을 냉각하는 냉각기를 포함해도 좋다.
상기 가열 수계 열교환기가 상기 냉각기를 포함한 배열 회수 장치에 있어서, 상기 냉각기는, 상기 가스 터빈의 압축기로부터의 압축 공기의 일부를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 상기 가스 터빈 중에서 연소 가스와 접하는 고온 부품에 냉각한 상기 압축 공기를 보내는 냉각용 공기 냉각기를 포함해도 좋다.
상기 배열 회수 장치에서는, 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상을 냉각하면서도, 이 냉각 대상으로부터의 열을 유효 이용할 수 있다.
이상의 몇개의 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인 중의 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상과 열교환시키고, 상기 냉각 대상을 냉각하는 동시에, 상기 물을 가열하는 급수계 열교환기를 구비해도 좋다.
상기 배열 회수 장치에서는, 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상을 냉각하면서도, 이 냉각 대상으로부터 회수한 열을 저비점 매체 랭킨 사이클에서 유효 이용할 수 있다. 또한, 상기 배열 회수 장치에서는, 급수 라인을 거쳐서 배열 회수 보일러에 공급되는 물의 온도가 높아지므로, 저압 절탄기를 구성하는 전열관에 배기 가스 중의 수분이 응축하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 상기 배열 회수 장치에서는 절탄기를 구성하는 전열관의 부식을 억제할 수 있다.
상기 급수계 열교환기를 구비하는 배열 회수 장치에 있어서, 상기 급수계 열교환기는, 상기 가스 터빈의 압축기의 중단으로부터의 압축 공기를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 냉각한 상기 압축 공기를 상기 압축기의 중단 이후의 부분으로 되돌리는 중간 냉각기와, 상기 가스 터빈의 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링으로부터의 윤활유를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 윤활유를 냉각하고, 냉각된 상기 윤활유를 상기 베어링으로 되돌리는 윤활유 냉각기와, 상기 가스 터빈의 압축기로부터의 압축 공기의 일부를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 상기 가스 터빈 중에서 연소 가스와 접하는 고온 부품에 냉각한 상기 압축 공기에 보내는 냉각용 공기 냉각기 중 적어도 하나의 냉각기를 포함해도 좋다.
상기 급수계 열교환기가 상기 냉각기를 포함한 배열 회수 장치에 있어서, 상기 가스 터빈에는, 상기 가스 터빈의 구동으로 발전하는 발전기가 접속되어 있고, 상기 급수계 열교환기는, 상기 발전기의 구성 부품을 냉각하는 냉각 매체를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 냉각 매체를 냉각하는 발전기 냉각기를 포함해도 좋다.
상기 급수계 열교환기가 상기 냉각기를 포함한 배열 회수 장치에 있어서, 상기 급수계 열교환기는, 상기 중간 냉각기를 포함한 복수의 냉각기를 포함하고, 상기 중간 냉각기는, 상기 중간 냉각기를 제외한 냉각기에서 가열된 물을 가열해도 좋다.
상기 배열 회수 장치에서는, 냉각 대상이 다른 적어도 2종류의 냉각기로 절탄기에 보내는 물을 단계적으로 가열한다. 이 때문에, 상기 배열 회수 장치의 각 냉각기에서는, 냉각 대상과 물과의 온도차가 작고, 또한 물의 입구 온도와 출구 온도와의 차이가 작아져, 냉각 대상과 물과의 열교환의 효율을 높일 수 있다.
상기 급수계 열교환기를 구비하는 배열 회수 장치에 있어서, 상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고, 상기 급수계 열교환기는, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인 중의 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상과 열교환시키고, 상기 냉각 대상을 냉각하는 동시에, 상기 물을 가열하는 하나 이상의 냉각기를 포함하고, 또한 상기 냉각기로서 상기 가스 터빈의 압축기의 중단으로부터의 압축 공기를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 냉각한 상기 압축 공기를 상기 압축기의 중단 이후의 부분으로 되돌리는 중간 냉각기를 포함하고, 하나 이상의 상기 냉각기 중에서 상기 중간 냉각기는, 상기 급수 라인 중에서 가장 하류측의 냉각기를 이루고, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기 내에 있어서의 물의 포화 온도보다 낮은 온도의 상기 냉각 대상과 상기 물을 열교환해도 좋다.
상기 배열 회수 장치에서는, 저압 절탄기에 보내는 물의 온도를 저압 증발기 내에 있어서의 물의 포화 온도보다 낮게 할 수 있다. 이 때문에, 저압 절탄기 및 저압 증발기에서의 물에의 가열이 불필요하게 되는 일이 없고, 절탄기 및 저압 증발기를 통과하는 배기 가스의 열을 유효 이용할 수 있다. 또한, 상기 배열 회수 장치에서는, 압축 공기를 냉각하는 것으로, 터빈의 입구 온도가 저하하고, 이것에 수반해 가스 터빈 효율이 저하하지만, 압축기의 구동에 필요한 동력이 작게 되고, 가스 터빈 효율의 저하를 보다 억제할 수 있다.
상기 급수계 열교환기를 구비하는, 이상의 몇개의 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고, 상기 급수계 열교환기는, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기에 대한 상기 절탄기로 보내지는 상기 물을, 상기 절탄기의 배기 가스 출구에 있어서의 상기 배기 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도로 가열해도 좋다.
상기 배열 회수 장치에서는, 저압 절탄기를 구성하는 전열관에 배기 가스 중의 수분이 응축하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 상기 배열 회수 장치에서는, 절탄기를 구성하는 전열관의 부식을 억제할 수 있다.
또한, 이상의 몇개의 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 가스 터빈에 접속되어 있는 접속물 중의 매체를 접속물 냉각 매체로 냉각하는 접속물 냉각기를 구비하고, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클은, 액체의 상기 저비점 매체와 상기 가열수 라인을 통과해 온 상기 액체의 물을 열교환시켜서, 상기 저비점 매체를 가열하는 상기 가열기로서의 A 가열기와, 액체의 상기 저비점 매체와 상기 접속물 냉각기로부터의 상기 접속물 냉각 매체를 열교환시키고, 상기 저비점 매체를 가열하는 한편 상기 접속물 냉각 매체를 냉각하고, 상기 접속물 냉각 매체를 상기 접속물 냉각기로 되돌리는 B 가열기를 구비해도 좋다.
상기 B 가열기를 구비하는 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 접속물 냉각기는, 상기 가스 터빈의 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링의 윤활유를 상기 접속물 중의 상기 매체로 해서, 상기 접속물 냉각 매체와 열교환시켜, 상기 윤활유를 냉각하고, 냉각된 상기 윤활유를 상기 베어링으로 되돌리는 윤활유 냉각기를 포함해도 좋다.
또한, 상기 B 가열기를 구비하는 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 가스 터빈에는, 상기 가스 터빈의 구동으로 발전하는 발전기가 접속되어 있고, 상기 접속물 냉각기는, 상기 발전기의 구성 부품을 냉각하는 냉각 매체를 상기 접속물 중의 상기 매체로 해서, 상기 접속물 냉각 매체와 열교환시켜, 상기 냉각 매체를 냉각하고, 냉각된 상기 냉각 매체를 상기 발전기의 상기 구성 부품으로 되돌리는 발전기 냉각기를 포함해도 좋다.
이상의 몇개의 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클은 복수의 상기 가열기를 구비해도 좋다.
상기 배열 회수 장치에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클의 출력을 높일 수 있다.
상기 가열 수계 열교환기가 상기 냉각기를 포함한 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클은 복수의 상기 가열기를 구비하고, 복수의 상기 가열기마다 상기 가열수 라인이 설치되고, 복수의 상기 가열기마다의 상기 가열수 라인 중, 하나의 가열수 라인에 상기 냉각기가 설치되어 있어도 좋다.
이상의 몇개의 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 배열 회수 보일러를 구비해도 좋다.
상기 배열 회수 보일러를 구비하는 상기 배열 회수 장치에 있어서, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기로 구동하는 증기 터빈을 구비해도 좋다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일 태양으로서의 가스 터빈 플랜트는, 상기 배열 회수 보일러를 구비하는 배열 회수 장치와, 상기 가스 터빈을 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일 태양으로서의 배열 회수 방법은, 저비점 매체 랭킨 사이클로, 저비점 매체를 순환시키는 랭킨 사이클 실행 공정과, 가스 터빈으로부터의 배기 가스로 물을 가열하는 배열 회수 보일러로부터, 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도하는 가열수 도입 공정과, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도되어, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 상기 배열 회수 보일러로 되돌리는 물 회수 공정을 실행하고, 상기 랭킨 사이클 실행 공정은, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클에 도입된 상기 액체의 물과 액체의 상기 저비점 매체를 열교환시키고, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열 공정을 포함해도 좋다.
상기 배열 회수 방법에서는, 랭킨 사이클 실행 공정에 있어서의 가열 공정으로, 액체의 저비점 매체와 액체의 물을 열교환시키므로, 저비점 매체와 기체를 열교환시키는 경우보다, 이 가열 공정을 실행하는 가열기의 전열 면적을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 상기 배열 회수 장치에서는, 가열기의 소형화, 최종적으로는 저비점 매체 랭킨 사이클의 소형화를 도모할 수 있다.
여기서, 상기 배열 회수 방법에 있어서, 상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고, 상기 가열수 도입 공정에서는, 하나 이상의 상기 증발기마다의 상기 절탄기 중 몇개의 절탄기에서 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도해도 좋다.
상기 배열 회수 보일러의 상기 절탄기에서 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도하는 배열 회수 방법에 있어서, 상기 가열수 도입 공정에서는, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기에 대한 절탄기에서 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도해도 좋다.
상기 배열 회수 방법에서는, 저압 증발기에 대한 저압 절탄기에서 가열된 물의 일부를 저비점 매체 랭킨 사이클에 보내므로, 이 저압 절탄기를 흐르는 물의 유량이 증가하고, 이 저압 절탄기로 배기 가스의 물과의 열교환량, 환언하면 배기 가스의 열의 회수량을 높일 수 있다. 이 때문에, 상기 배열 회수 방법에서는, 배열 회수 보일러 중의 배기 가스의 온도로서 저온의 배기 가스의 열을 유효 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 굴뚝에 유입하는 배기 가스의 온도를 내릴 수 있다.
이상의 몇개의 상기 배열 회수 방법에 있어서, 상기 물 회수 공정에서는, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인을 거쳐서, 상기 배열 회수 보일러에 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 되돌려도 좋다.
상기 배열 회수 방법에서는, 배열 회수 보일러와 저비점 매체 랭킨 사이클과의 사이에서 물이 순환한다. 이 때문에, 상기 배열 회수 방법에서는, 저비점 매체와 열교환하는 물이 순환하지 않는 경우보다, 저비점 매체 랭킨 사이클에 높은 온도의 물을 공급할 수 있다. 따라서, 상기 배열 회수 방법에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클의 출력을 높일 수 있다. 또한, 급수 라인을 거쳐서 저압 절탄기로 보내지는 물의 온도가 높아지므로, 저압 절탄기를 구성하는 전열관에 배기 가스 중의 수분이 응축하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 상기 배열 회수 방법에서는, 절탄기를 구성하는 전열관의 부식을 억제할 수 있다.
상기 급수 라인을 거쳐서, 상기 배열 회수 보일러에 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 되돌리는 상기 배열 회수 방법에 있어서, 상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고, 상기 물 회수 공정에서는, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인을 거쳐서, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기에 대한 상기 절탄기에 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 되돌리고, 상기 저압 증발기에 대한 상기 절탄기로 보내지는 물의 온도가 상기 절탄기의 배기 가스 출구에 있어서의 상기 배기 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도여도 좋다.
상기 배열 회수 방법에서는, 배열 회수 보일러의 저압 절탄기와 저비점 매체 랭킨 사이클과의 사이에서 물이 순환한다. 이 때문에, 상기 배열 회수 방법에서는, 저비점 매체와 열교환하는 물이 순환하지 않는 경우보다, 저비점 매체 랭킨 사이클에 높은 온도의 물을 공급할 수 있다. 따라서, 상기 배열 회수 방법에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클의 출력을 높일 수 있다. 또한, 급수 라인을 거쳐서 저압 절탄기로 보내지는 물의 온도가 높아지고, 또한 이 온도가 저압 절탄기의 배기 가스 출구에 있어서의 배기 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도이므로, 저압 절탄기를 구성하는 전열관에 배기 가스 중의 수분이 응축하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 상기 배열 회수 방법에서는, 절탄기를 구성하는 전열관의 부식을 억제할 수 있다.
이상의 몇개의 상기 배열 회수 방법에 있어서, 상기 물 회수 공정으로 상기 배열 회수 보일러로 되돌리는 물과 매체를 열교환시키는 회수 수계 열교환 공정을 실행해도 좋다.
회수 수계 열교환 공정을 실행하는 배열 회수 방법에 있어서, 상기 회수 수계 열교환 공정은, 상기 물 회수 공정으로 상기 배열 회수 보일러로 되돌리는 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상을 열교환시키고, 상기 물을 가열하는 한편 상기 냉각 대상을 냉각하는 냉각 공정을 포함해도 좋다.
이상의 몇개의 상기 배열 회수 방법에 있어서, 상기 가열수 도입 공정으로 상기 저비점 매체 랭킨 사이클에 유도되는 물과, 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상과 물과 열교환시키고, 상기 냉각 대상을 냉각하는 동시에, 상기 물을 가열하는 가열 수계 열교환 공정을 실행해도 좋다.
상기 가열 수계 열교환 공정을 실행하는 배열 회수 방법에 있어서, 상기 가열 수계 열교환 공정에서는, 상기 가스 터빈의 압축기로부터의 압축 공기의 일부를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 상기 가스 터빈 중에서 연소 가스와 접하는 고온 부품에 냉각한 상기 압축 공기를 보내도 좋다.
이상의 몇개의 상기 배열 회수 방법에 있어서, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인 중의 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상과 열교환시키고, 상기 냉각 대상을 냉각하는 동시에, 상기 물을 가열하는 급수계 열교환 공정을 실행해도 좋다.
상기 급수계 열교환 공정을 실행하는 상기 배열 회수 방법에 있어서, 상기 급수계 열교환 공정은, 상기 가스 터빈의 압축기의 중단으로부터의 압축 공기를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 냉각한 상기 압축 공기를 상기 압축기의 중단 이후의 부분으로 되돌리는 중간 냉각 공정과, 상기 가스 터빈의 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링으로부터의 윤활유를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 윤활유를 냉각하고, 냉각된 상기 윤활유를 상기 베어링으로 되돌리는 윤활유 냉각 공정과, 상기 가스 터빈의 압축기로부터의 압축 공기의 일부를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 상기 가스 터빈 중에서 연소 가스와 접하는 고온 부품에 냉각한 상기 압축 공기에 보내는 냉각용 공기 냉각 공정 중 적어도 하나의 냉각 공정을 포함해도 좋다.
상기 급수계 열교환 공정이 상기 냉각 공정을 포함한 상기 배열 회수 방법에 있어서, 상기 가스 터빈에는, 상기 가스 터빈의 구동으로 발전하는 발전기가 접속되어 있고, 상기 급수계 열교환 공정은, 상기 발전기의 구성 부품을 냉각하는 냉각 매체를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 냉각 매체를 냉각하는 발전기 냉각 공정을 포함해도 좋다.
상기 급수계 열교환 공정이 상기 냉각 공정을 포함한 상기 배열 회수 방법에 있어서, 상기 급수계 열교환 공정은, 상기 중간 냉각 공정을 포함한 복수의 냉각 공정을 포함하고, 상기 중간 냉각 공정에서는, 상기 중간 냉각 공정을 제외한 냉각 공정에서 가열된 물을 가열해도 좋다.
상기 급수계 열교환 공정을 실행하는 상기 배열 회수 방법에 있어서, 상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고, 상기 급수계 열교환 공정은, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인 중의 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상과 열교환시키고, 상기 냉각 대상을 냉각하는 동시에, 상기 물을 가열하는 하나 이상의 냉각 공정을 포함하고, 또한 상기 냉각 공정으로서 상기 가스 터빈의 압축기의 중단으로부터의 압축 공기를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 냉각한 상기 압축 공기를 상기 압축기의 중단 이후의 부분으로 되돌리는 중간 냉각 공정을 포함하고, 하나 이상의 상기 냉각 공정 중에서 상기 중간 냉각 공정은, 상기 급수 라인 중에서 가장 하류측에 있어서의 냉각 공정을 이루고, 상기 중간 냉각 공정에서는, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기 내에 있어서의 물의 포화 온도보다 낮은 온도의 상기 냉각 대상과 상기 물을 열교환해도 좋다.
상기 급수계 열교환 공정을 실행하는, 몇개의 상기 배열 회수 방법에 있어서, 상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고, 상기 급수계 열교환 공정에서는, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기에 대한 상기 절탄기로 보내지는 상기 물을, 상기 절탄기의 배기 가스 출구에 있어서의 상기 배기 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도로 가열해도 좋다.
또한, 이상의 몇개의 상기 배열 회수 방법에 있어서, 상기 가스 터빈에 접속되어 있는 접속물 중의 매체를 접속물 냉각 매체로 냉각하는 접속물 냉각 공정을 실행하고, 상기 랭킨 사이클 실행 공정에서는, 액체의 상기 저비점 매체와 상기 액체의 물을 열교환시키고, 상기 저비점 매체를 가열하는 상기 가열 공정으로서의 A 가열 공정과, 액체의 상기 저비점 매체와 상기 접속물 냉각 공정의 실행으로 가열된 상기 접속물 냉각 매체를 열교환시키고, 상기 저비점 매체를 가열하는 한편 상기 접속물 냉각 매체를 냉각하고, 상기 접속물 냉각 매체를 상기 접속물 냉각기로 되돌리는 B 가열 공정을 포함해도 좋다.
이상의 몇개의 상기 배열 회수 방법에 있어서, 상기 랭킨 사이클 실행 공정은 서로 다른 온도의 상기 저비점 매체를 가열하는 복수의 상기 가열 공정을 포함해도 좋다.
본 발명의 일 태양에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클에 의해, 가스 터빈으로부터의 배열을 유효 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 태양에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클에 있어서의 가열기로, 액체의 저비점 매체와 액체의 물을 열교환시키므로, 저비점 매체와 기체를 열교환시키는 경우보다, 가열기의 전열 면적을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 일 태양에 의하면, 가열기의 소형화, 최종적으로는 랭킨 사이클의 소형화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 제 1 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 2는 본 발명에 관한 제 1 실시형태의 효과를 설명하기 위한, 배열 회수 보일러에서의 배기 가스 및 물(증기를 포함함)의 흐름에 수반하는 각각의 열량과 온도와의 관계를 나타내는 TQ 선도(선도 1)이다.
도 3은 본 발명에 관한 제 1 실시형태의 효과를 설명하기 위한, 배열 회수 보일러에서의 배기 가스 및 물(증기를 포함함)의 흐름에 수반하는 각각의 열량과 온도와의 관계를 나타내는 TQ 선도(선도 2)이다.
도 4는 본 발명에 관한 제 2 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 5는 본 발명에 관한 제 2 실시형태의 효과를 설명하기 위한, 배열 회수 보일러에서의 배기 가스 및 물(증기를 포함함)의 흐름에 수반하는 각각의 열량과 온도와의 관계를 나타내는 TQ 선도이다.
도 6은 본 발명에 관한 제 2 실시형태에 있어서의 저압 압축기 및 고압 압축기의 각종 조건을 나타내는 설명도이다.
도 7은 본 발명에 관한 제 2 실시형태에 있어서의 저압 압축기의 압력비와 저압 압축기에 있어서의 공기의 출구 온도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 관한 제 2 실시형태에 있어서의 저압 압축기의 압력비와 중간 냉각기에 있어서의 배열량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 관한 제 2 실시형태에 있어서의 저압 압축기의 압력비와 압축기의 합계 동력과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명에 관한 제 3 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 11은 본 발명에 관한 제 4 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 12는 본 발명에 관한 제 5 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 13은 본 발명에 관한 제 6 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 14는 본 발명에 관한 제 7 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 15는 본 발명에 관한 제 8 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 16은 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 냉각용 공기 냉각기의 변형예를 나타내는 설명도이다.
도 17은 본 발명에 관한 제 1 변형예에 있어서의 저비점 매체 랭킨 사이클의 계통도이다.
도 18은 본 발명에 관한 제 2 변형예에 있어서의 저비점 매체 랭킨 사이클의 계통도이다.
도 19는 본 발명에 관한 제 3 변형예에 있어서의 저비점 매체 랭킨 사이클의 계통도이다.
도 20은 본 발명에 관한 제 4 변형예에 있어서의 저비점 매체 랭킨 사이클의 계통도이다.
도 21은 본 발명에 관한 제 2 내지 제 6 실시형태에 있어서의 압축기의 변형예의 주요부 단면도이다.
도 22는 본 발명에 관한 각 실시형태에 있어서의 배열 회수 설비의 변형예의 계통도이다.
도 2는 본 발명에 관한 제 1 실시형태의 효과를 설명하기 위한, 배열 회수 보일러에서의 배기 가스 및 물(증기를 포함함)의 흐름에 수반하는 각각의 열량과 온도와의 관계를 나타내는 TQ 선도(선도 1)이다.
도 3은 본 발명에 관한 제 1 실시형태의 효과를 설명하기 위한, 배열 회수 보일러에서의 배기 가스 및 물(증기를 포함함)의 흐름에 수반하는 각각의 열량과 온도와의 관계를 나타내는 TQ 선도(선도 2)이다.
도 4는 본 발명에 관한 제 2 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 5는 본 발명에 관한 제 2 실시형태의 효과를 설명하기 위한, 배열 회수 보일러에서의 배기 가스 및 물(증기를 포함함)의 흐름에 수반하는 각각의 열량과 온도와의 관계를 나타내는 TQ 선도이다.
도 6은 본 발명에 관한 제 2 실시형태에 있어서의 저압 압축기 및 고압 압축기의 각종 조건을 나타내는 설명도이다.
도 7은 본 발명에 관한 제 2 실시형태에 있어서의 저압 압축기의 압력비와 저압 압축기에 있어서의 공기의 출구 온도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 관한 제 2 실시형태에 있어서의 저압 압축기의 압력비와 중간 냉각기에 있어서의 배열량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 관한 제 2 실시형태에 있어서의 저압 압축기의 압력비와 압축기의 합계 동력과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명에 관한 제 3 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 11은 본 발명에 관한 제 4 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 12는 본 발명에 관한 제 5 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 13은 본 발명에 관한 제 6 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 14는 본 발명에 관한 제 7 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 15는 본 발명에 관한 제 8 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 16은 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 냉각용 공기 냉각기의 변형예를 나타내는 설명도이다.
도 17은 본 발명에 관한 제 1 변형예에 있어서의 저비점 매체 랭킨 사이클의 계통도이다.
도 18은 본 발명에 관한 제 2 변형예에 있어서의 저비점 매체 랭킨 사이클의 계통도이다.
도 19는 본 발명에 관한 제 3 변형예에 있어서의 저비점 매체 랭킨 사이클의 계통도이다.
도 20은 본 발명에 관한 제 4 변형예에 있어서의 저비점 매체 랭킨 사이클의 계통도이다.
도 21은 본 발명에 관한 제 2 내지 제 6 실시형태에 있어서의 압축기의 변형예의 주요부 단면도이다.
도 22는 본 발명에 관한 각 실시형태에 있어서의 배열 회수 설비의 변형예의 계통도이다.
이하, 본 발명에 관한 가스 터빈 플랜트의 각종 실시형태에 대해서, 도면을 이용해 설명한다.
「제 1 실시형태」
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 관한 가스 터빈 플랜트의 제 1 실시형태에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(10)과, 가스 터빈(10)의 구동으로 발전하는 발전기(41)와, 가스 터빈(10)으로부터 배기된 배기 가스(EG)의 열을 회수하는 배열 회수 장치(100)와, 배열 회수 장치(100)를 통과한 배기 가스(EG)를 대기에 방출하는 굴뚝(60)을 구비하고 있다.
가스 터빈(10)은, 공기(A)를 압축하는 압축기(11)와, 압축기(11)에서 압축된 공기 중에서 연료(F)를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기(21)와, 고온 고압의 연소 가스에 의해 구동하는 터빈(31)을 구비하고 있다.
압축기(11)는, 축선을 중심으로 회전하는 압축기 로터(13)와, 이 압축기 로터(13)를 회전 가능하게 덮는 압축기 케이싱(17)을 구비한다.
터빈(31)은, 연소기(21)로부터의 연소 가스에 의해, 축선을 중심으로 회전하는 터빈 로터(33)와, 이 터빈 로터(33)를 회전 가능하게 덮는 터빈 케이싱(37)을 구비하고 있다. 터빈 로터(33)는, 축선과 평행한 축방향으로 연장되는 로터 축(34)과, 이 로터 축(34)의 외주에 고정되어 있는 복수의 동익(35)을 구비하고 있다. 터빈 케이싱(37)의 내주면에는, 복수의 정익(38)이 고정되어 있다. 터빈 케이싱(37)의 내주면과 로터 축(34)의 외주면과의 사이는, 연소기(21)로부터의 연소 가스가 통과하는 연소 가스 유로를 구성한다.
연소기(21)는 터빈 케이싱(37)에 고정되어 있다. 터빈 로터(33)와 압축기 로터(13)는, 동일한 축선을 중심으로 회전하는 것으로, 서로 연결되고, 가스 터빈 로터(40)를 이루고 있다. 이 가스 터빈 로터(40)에는, 전술의 발전기(41)의 로터가 접속되어 있다. 가스 터빈 로터(40)는 회전 가능하게 베어링(45)으로 지지되어 있다.
배열 회수 장치(100)는, 터빈(31)을 구동시킨 연소 가스, 즉 가스 터빈(10)으로부터 배기된 배기 가스(EG)의 열로 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러(110)와, 배열 회수 보일러(110)에서 발생한 증기로 구동하는 증기 터빈(121a, 121b, 121c)과, 증기 터빈(121a, 121b, 121c)의 구동으로 발전하는 발전기(122a, 122b, 122c)와, 증기 터빈(121a)을 구동시킨 증기를 물로 되돌리는 복수기(123)와, 복수기(123) 중의 물을 배열 회수 보일러(110)로 되돌리는 급수 펌프(124)와, 저비점 매체가 순환하는 저비점 매체 랭킨 사이클(150)을 구비하고 있다.
배열 회수 장치(100)는, 증기 터빈(121a, 121b, 121c)으로서, 저압 증기 터빈(121a), 중압 증기 터빈(121b), 고압 증기 터빈(121c)을 구비하고 있다. 저압 증기 터빈(121a), 중압 증기 터빈(121b), 고압 증기 터빈(121c)에는, 각각, 발전기(122a, 122b, 122c)가 접속되어 있다. 또한, 여기에서는, 각 증기 터빈(121a, 121b, 121c)에 발전기(122a, 122b, 122c)를 접속하고 있지만, 저압 증기 터빈(121a), 중압 증기 터빈(121b), 고압 증기 터빈(121c)의 로터를 서로 접속하고, 합계 3기의 증기 터빈에 대해서, 1기의 발전기를 접속해도 좋다.
배열 회수 보일러(110)는, 저압 증기(LS)를 발생하는 저압 증기 발생부(111a)와, 중압 증기(IS)를 발생하는 중압 증기 발생부(111b)와, 고압 증기(HS)를 발생하는 고압 증기 발생부(111c)와, 고압 증기 터빈(121c)을 구동시킨 증기를 재과열하는 재열부(115)를 구비하고 있다.
저압 증기 발생부(111a)는, 물을 가열하는 저압 절탄기(112a)와, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 증기로 하는 저압 증발기(113a)와, 저압 증발기(113a)로 발생한 증기를 과열해서 저압 증기(LS)를 생성하는 저압 과열기(114a)를 구비하고 있다.
중압 증기 발생부(111b)는, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 승압하는 중 압 펌프(116b)와, 이 중압 펌프(116b)에서 승압된 물을 가열하는 중압 절탄기(112b)와, 중압 절탄기(112b)에서 가열된 물을 증기로 하는 중압 증발기(113b)와, 중압 증발기(113b)로 발생한 증기를 과열해서 중압 증기(IS)를 생성하는 중압 과열기(114b)를 구비하고 있다.
고압 증기 발생부(111c)는, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 승압하는 고압 펌프(116c)와, 이 고압 펌프(116c)에서 승압된 물을 가열하는 제 1 고압 절탄기(112c)와, 제 1 고압 절탄기(112c)에서 가열된 물을 한층 더 가열하는 제 2 고압 절탄기(112d)와, 제 2 고압 절탄기(112d)에서 가열된 물을 증기로 하는 고압 증발기(113c)와, 고압 증발기(113c)로 발생한 증기를 과열하는 제 1 고압 과열기(114c)와, 제 1 고압 과열기(114c)로 과열된 증기를 한층 더 과열해서 고압 증기(HS)를 생성하는 제 2 고압 과열기(114d)를 구비하고 있다.
재열부(115)는, 고압 증기 터빈(121c)을 구동시킨 증기를 가열하는 제 1 재열기(115a)와, 제 1 재열기(115a)로 과열된 증기를 한층 더 과열해서 재열 증기(RHS)를 생성하는 제 2 재열기(115b)를 구비하고 있다.
재열부(115), 고압 증기 발생부(111c), 중압 증기 발생부(111b), 저압 증기 발생부(111a)의 각각을 구성하는 요소는, 터빈(31)으로부터 굴뚝(60)으로 향하는 배기 가스(EG)의 하류측으로 향해서, 제 2 재열기(115b) 및 제 2 고압 과열기(114d), 제 1 재열기(115a), 제 1 고압 과열기(114c), 고압 증발기(113c), 제 2 고압 절탄기(112d), 중압 과열기(114b) 및 저압 과열기(114a), 중압 증발기(113b), 제 1 고압 절탄기(112c) 및 중압 절탄기(112b), 저압 증발기(113a), 저압 절탄기(112a)의 순서로 나열되어 있다.
복수기(123)와 저압 절탄기(112a)는 급수 라인(131)으로 접속되어 있다. 이 급수 라인(131)에는, 전술의 급수 펌프(124)가 설치되어 있다. 저압 과열기(114a)와 저압 증기 터빈(121a)의 증기 입구는, 저압 과열기(114a)로부터의 저압 증기(LS)를 저압 증기 터빈(121a)에 보내는 저압 증기 라인(132)과 접속되어 있다. 저압 증기 터빈(121a)의 증기 출구와 복수기(123)는, 저압 증기 터빈(121a)을 구동시킨 저압 증기(LS)가 복수기(123)에 공급되도록 서로 접속되어 있다. 제 2 고압 과열기(114d)와 고압 증기 터빈(121c)의 증기 입구는, 제 2 고압 과열기(114d)로부터의 고압 증기(HS)를 고압 증기 터빈(121c)에 보내는 고압 증기 라인(138)으로 접속되어 있다. 고압 증기 터빈(121c)의 증기 출구와 제 1 재열기(115a)의 증기 입구는, 고압 증기 터빈(121c)으로부터의 고압 증기(HS)를 제 1 재열기(115a)에 보내는 고압 증기 회수 라인(139)으로 접속되어 있다. 제 2 재열기(115b)의 증기 출구와 중압 증기 터빈(121b)의 증기 입구는, 제 2 재열기(115b)로 과열된 증기를 재열 증기(RHS)로서 중압 증기 터빈(121b)에 보내는 재열 증기 라인(136)으로 접속되어 있다. 중압 증기 터빈(121b)의 증기 출구에는, 중압 증기 회수 라인(137)이 접속되어 있다. 이 중압 증기 회수 라인(137)은 저압 증기 라인(132)에 합류하고 있다. 중압 과열기(114b)의 증기 출구에는, 중압 증기 라인(133)이 접속되어 있다. 이 중압 증기 라인(133)은 고압 증기 회수 라인(139)에 합류하고 있다.
랭킨 사이클은 증기로 터빈을 구동하는 사이클이다. 한편, 저비점 매체 랭킨 사이클(150)은 물보다 비점이 낮은 매체(이하, "저비점 매체"라고 한다)(LM)를 이용해서 터빈(152)을 구동하는 사이클이다.
저비점 매체(LM)로서는, 예를 들면 이하의 물질이 있다.
· 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 모노클로로벤젠, 디클로로벤젠, 퍼플루오로데칼린 등의 유기 할로겐 화합물
· 부탄, 프로판, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 데칸 등의 알칸
· 시클로펜탄, 시클로 헥산 등의 환상 알칸
· 티오펜, 케톤, 방향족 화합물
· R134a, R245fa 등의 냉매
· 이상을 조합한 것
저비점 매체 랭킨 사이클(이하, 간단히 "랭킨 사이클"이라고 한다)(150)은, 액체의 저비점 매체(LM)를 가열해서 증발시키는 증발기(가열기)(151)와, 증발한 저비점 매체(LM)로 구동하는 터빈(152)과, 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 냉각해서 응축시키는 응축기(153)와, 응축한 저비점 매체(LM)를 증발기(151)에 되돌리는 저비점 매체 펌프(154)와, 이상의 요소 간에서 저비점 매체(LM)를 흘리기 위한 저비점 매체 라인(157)을 구비하고 있다. 터빈(152)에는, 예를 들면 이 터빈(152)의 구동으로 발전하는 발전기(159)가 접속되어 있다. 응축기(153)는, 열교환기의 일종으로, 저비점 매체(LM)와 물 등의 냉각 매체(CW)를 열교환시킨다. 또한, 증발기(가열기)(151)도, 열교환기의 일종으로, 액체의 저비점 매체(LM)와 배열 회수 보일러(110)에서 가열된 액체의 물(HW)을 열교환시킨다.
랭킨 사이클(150)에 있어서의 증발기(151)의 가열수 입구와 저압 절탄기(112a)의 가열수 출구는 가열수 라인(171)으로 접속되어 있다. 증발기(151)의 가열수 출구와 급수 라인(131)은 물 회수 라인(178)으로 접속되어 있다. 이 물 회수 라인(178)은, 급수 라인(131) 중에서, 급수 펌프(124)와 저압 절탄기(112a)와의 사이의 위치에 접속되어 있다. 이 물 회수 라인(178) 중에는, 여기를 통과하는 물을, 급수 라인(131)을 거처서 저압 절탄기(112a)에 되돌리는 순환 펌프(179)가 설치되어 있다.
다음에, 본 실시형태의 가스 터빈 플랜트의 동작에 대해서 설명한다.
가스 터빈(10)의 압축기(11)는, 공기(A)를 압축하고, 압축한 공기(A)를 연소기(21)에 공급한다. 또한, 연소기(21)에는, 연료(F)도 공급된다. 연소기(21) 내에서는, 압축된 공기(A) 중에서 연료(F)가 연소하고, 고온 고압의 연소 가스가 생성된다. 이 연소 가스는, 연소기(21)로부터 터빈(31) 내의 연소 가스 유로에 보내지고, 터빈 로터(33)를 회전시킨다. 이 터빈 로터(33)의 회전으로, 가스 터빈(10)에 접속되어 있는 발전기(41)는 발전한다.
터빈 로터(33)를 회전시킨 연소 가스는, 배기 가스(EG)로서 가스 터빈(10)으로부터 배기되고, 배열 회수 보일러(110)를 거쳐서, 굴뚝(60)으로부터 대기에 방출된다. 배열 회수 장치(100)는, 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스(EG)가 배열 회수 보일러(110)를 통과하는 과정에서, 이 배기 가스(EG)에 포함되어 있는 열을 회수한다.
배열 회수 보일러(110) 중에서, 가장 하류측(굴뚝(60)측)의 저압 절탄기(112a)에는, 급수 라인(131)으로부터 물이 공급된다. 저압 절탄기(112a)는, 이 물을 배기 가스(EG)와 열교환시켜 가열한다. 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부는 저압 증발기(113a)로 한층 더 가열되어 증기가 된다. 이 증기는 저압 과열기(114a)로 한층 더 과열되어 저압 증기(LS)로서 저압 증기 라인(132)을 거쳐서 저압 증기 터빈(121a)에 공급된다. 저압 증기 터빈(121a)을 구동시킨 증기는 복수기(123)로 물로 돌아온다. 복수기(123) 중의 물은, 급수 펌프(124)에서 승압되고, 급수 라인(131)을 거쳐서, 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)에 보내진다.
저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 다른 일부는, 중압 펌프(116b)에서 승압되어 중압 절탄기(112b)에 보내지고, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 또 다른 일부는 고압 펌프(116c)에서 승압되어 제 1 고압 절탄기(112c)에 보내진다. 저압 절탄기(112a)에서 가열된 나머지의 물은, 가열수 라인(171)을 거쳐서, 랭킨 사이클(150)에 보내진다(가열수 도입 공정).
제 1 고압 절탄기(112c)는 고압 펌프(116c)로부터 보내져 온 물을 배기 가스(EG)와 열교환시켜 가열한다. 제 1 고압 절탄기(112c)에서 가열된 물은 제 2 고압 절탄기(112d)로 한층 더 가열된다. 이 물은 고압 증발기(113c)로 한층 더 가열되어 증기가 된다. 이 증기는 제 1 고압 과열기(114c) 및 제 2 고압 과열기(114d)로 한층 더 과열되어 고압 증기(HS)가 된다. 이 고압 증기(HS)는 고압 증기 라인(138)을 거쳐서 고압 증기 터빈(121c)에 공급되고, 고압 증기 터빈(121c)을 구동한다. 고압 증기 터빈(121c)을 구동시킨 증기는, 고압 증기 회수 라인(139)을 거쳐서, 제 1 재열기(115a)에 보내진다.
중압 절탄기(112b)는 중압 펌프(116b)로부터 보내져 온 물을 배기 가스(EG)와 열교환시켜 가열한다. 중압 절탄기(112b)에서 가열된 물은 중압 증발기(113b)로 한층 더 가열되어 증기가 된다. 이 증기는, 중압 과열기(114b)로 한층 더 과열되어, 중압 증기(IS)가 된다. 이 중압 증기(IS)는, 중압 증기 라인(133)을 거쳐서, 고압 증기 회수 라인(139)을 흐르는 증기와 합류하고, 제 1 재열기(115a) 및 제 2 재기(115b)로 재과열되어 재열 증기(RHS)가 된다. 이 재열 증기(RHS)는, 재열 증기 라인(136)을 거쳐서, 중압 증기 터빈(121b)에 공급된다.
중압 증기 터빈(121b)을 구동시킨 재열 증기(RHS)는, 중압 증기 회수 라인(137) 및 저압 증기 라인(132)을 거쳐서, 저압 증기 터빈(121a)에 공급된다.
가열수 라인(171)을 거쳐서, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 액체의 물(HW)은, 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)에 있어서의 가열수 입구로부터 증발기(151) 내에 유입한다. 이 증발기(151)에서는, 액체의 저비점 매체(LM)와 저압 절탄기(112a)에서 가열된 액체의 물(HW)을 열교환시켜, 저비점 매체(LM)를 가열하고, 이 저비점 매체(LM)를 증발시킨다(가열 공정). 이 과정에서, 물(HW)은 냉각되어, 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한다. 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한 물은, 순환 펌프(179)에서 승압된 후, 물 회수 라인(178)을 거쳐서, 급수 라인(131)에 유입한다. 이 물은, 복수기(123)로부터의 물과 혼합되고, 급수 라인(131)을 흐르고, 저압 절탄기(112a)로 돌아온다(물 회수 공정).
증발기(151)에서 증발한 저비점 매체(LM)는 랭킨 사이클(150)의 구성요소인 터빈(152)을 구동시킨다. 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)는 응축기(153)에 보내진다. 이 응축기(153)에서는, 저비점 매체(LM)와 냉각 매체(CW)가 교환되고, 저비점 매체(LM)가 냉각되어 응축한다. 응축한 저비점 매체(LM)는, 저비점 매체 펌프(154)에 의해 증발기(151)에 보내지고, 전술한 바와 같이, 이 증발기(151)에서 물(HW)과 열교환한다. 이상과 같이, 저비점 매체(LM)는 랭킨 사이클(150) 내에서 순환한다(랭킨 사이클 실행 공정).
이상과 같이, 본 실시형태의 증발기(151)에서는, 액체의 저비점 매체(LM)와 액체의 물(HW)을 열교환시키고 있으므로, 액체의 저비점 매체(LM)와 기체를 열교환시키는 것보다도, 증발기(151)의 전열 면적을 작게 할 수 있다. 이 결과, 본 실시형태에서는, 증발기(151)의 소형화, 최종적으로는 랭킨 사이클(150)의 소형화를 도모할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 설치 스페이스 등의 제약을 받는 기존의 배열 회수 장치에, 비교적 용이하게 저비점 매체 랭킨 사이클을 도입할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물(HT)은 가열수 라인(171), 증발기(151), 물 회수 라인(178), 급수 라인(131), 저압 절탄기(112a) 중을 순환한다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 저비점 매체(LM)와 열교환하는 물이 순환하지 않는 경우보다, 랭킨 사이클(150)에 높은 온도의 물을 공급할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 랭킨 사이클(150)의 출력을 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부를 랭킨 사이클(150)에 보내므로, 이 저압 절탄기(112a)를 흐르는 물의 유량이 증가하고, 이 저압 절탄기(112a)에 있어서의 배기 가스(EG)의 물과의 열교환량, 환언하면 배기 가스(EG)의 열의 회수량을 높일 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 배열 회수 보일러(110) 중의 배기 가스(EG)의 온도로서 저온의 배기 가스(EG)의 열을 유효 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 굴뚝(60)에 유입하는 배기 가스(EG)의 온도를 내릴 수 있다.
여기서, 이상으로 설명한 배기 가스(EG)의 열의 유효 이용에 대해서, 도 2 및 도 3을 이용하여 또한 상세하게 설명한다. 또한, 이하에서는, 설명의 간략화를 위해, 배열 회수 보일러(110)는, 증기 발생부로서 하나의 증기 발생부(예를 들면, 저압 증기 발생부)만을 구비하고, 증기 터빈은, 이 하나의 증기 발생부에서 발생한 증기로 구동하는 하나의 증기 터빈(예를 들면, 저압 증기 터빈)만을 구비하는 것으로 한다.
도 2 및 도 3은 배열 회수 보일러(110)를 흐르는 배기 가스(EG) 및 물(증기를 포함함)의 흐름에 수반하는 각각의 열량과 온도와의 관계를 나타내는 TQ 선도이다. 이러한 TQ 선도는, 배기 가스(EG) 및 물(증기를 포함함)의 흐름에 수반하는 각각의 열량과 온도와의 관계를 정성적으로 나타내는 것이며, 정량적으로 나타내는 것은 아니다. 또한, 이러한 TQ 선도에 있어서, 횡축의 열량(Q)은 좌측을 향함에 따라서 큰 값으로 된다.
배기 가스(EG)는 하류측으로 흐름에 따라서 점차 온도가 저하하는 동시에 열량이 적게 된다. 배열 회수 보일러(110)를 흐르는 물(증기를 포함함)(W0)은, 배기 가스(EG)와의 열교환으로, 상류측(배기 가스(EG)의 흐름의 상류측)으로 흐름에 따라서 점차 온도가 상승하는 동시에 열량이 많아진다. 구체적으로, 절탄기에 유입한 물(W0)은, 이 절탄기를 통과하는 과정에서 점차 온도가 상승하는 동시에 열량이 증가한다. 절탄기에서 가열된 물(W0)은 증발기 내에 유입한다. 증발기에서는, 이 물(W0)의 온도가 증발기에서의 물의 포화 온도(Ts0)로 유지되지만, 이 물(W0)의 열량이 증가하고, 물(W0)이 증기가 된다. 증기는 과열기 내에 유입한다. 과열기에서는, 이 증기의 온도가 상승하는 동시에 그 열량이 증가한다.
만일, 증기 터빈의 출력을 증가시키기 위해서, 증기 압력을 높인다고 한다. 이 경우, 도 2에 도시하는 바와 같이, 증발기 내의 물(W1)의 온도, 즉 포화 온도가 Ts0으로부터 Ts1로 높아진다. 이 때, 증발기 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 온도와 물(W1)의 온도와의 온도차인 핀치 온도차(Tp)를, 증기 압력을 높이기 전과 동등하게 하려고 하면, 증발기에 있어서의 물(W1)과 배기 가스(EG)와의 열교환량이 Qe0으로부터 Qe1로 감소한다. 이 결과, 증발기에 있어서의 증기 발생량이 감소한다. 또한, 증기 발생량의 감소에 수반해서, 절탄기 및 증발기에 유입하는 물(W1)의 유량도 감소한다. 절탄기에 유입하는 물(W1)의 유량이 감소하면, 절탄기에 있어서의 배기 가스(EG)의 물(W1)과의 열교환량이 저하하고, 증기 압력을 높이기 전에 이용하고 있던 저온의 배기 가스(EG)의 열을 이용할 수 없게 된다. 이 때문에, 배기 가스(EG)의 열 이용률이 저하할 뿐만 아니라, 굴뚝에 유입하는 배기 가스(EG)의 온도가 오른다. 따라서, 증기 압력을 높인 것에 의한 플랜트의 출력 및 효율의 증대 효과는, 배기 가스(EG)의 열 이용률이 감소한 것에 의한, 플랜트의 출력 및 효율의 저하에 의해 상쇄된다. 결과적으로, 플랜트의 출력 및 효율의 증대 효과가 감소한다.
여기서, 이상으로 설명한 랭킨 사이클(150)을 도입하면, 전술한 바와 같이, 랭킨 사이클(150)에서 이용하는 분만큼, 절탄기에 유입하는 물(W2)의 유량이 증가한다. 절탄기를 흐르는 물(W2)의 유량이 증가하면, 물(W2)이 절탄기를 통과하는 과정에서의 온도 상승률(단위 열량을 더했을 때의 온도 상승량)이 저하한다. 이 경우, 절탄기에서는, 랭킨 사이클(150) 도입 전보다도, 저온의 배기 가스(EG)와 물(W2)이 열교환하게 된다. 이 때문에, 랭킨 사이클(150)을 도입하는 것으로써, 배열 회수 보일러(110) 중의 배기 가스(EG)의 온도로서 저온의 배기 가스(EG)의 열을 유효 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 굴뚝(60)에 유입하는 배기 가스(EG)의 온도를 내릴 수 있다. 저온의 배기 가스(EG)의 열을 유효 이용하는 것에 의해, 배기 가스(EG)의 회수 열량이 증가한 만큼은, 저비점 매체(LM)의 가열에 이용된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 배기 가스(EG)의 열을 유효 이용할 수 있고, 결과적으로 플랜트의 출력 및 효율의 증대를 도모할 수 있다.
또한, 만일 가스 터빈의 출력을 증가시키기 위해서, 가스 터빈 압력비를 높인다고 한다. 이 경우, 도 3에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈으로부터 배기되는 배기 가스(EG)의 온도가 Teg0으로부터 Teg1로 저하한다. 이 때도, 증발기 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 온도와 물(W1)의 온도와의 온도차인 핀치 온도차(Tp)를 가스 터빈 압력비를 높이기 전과 동등하게 하려고 하면, 증발기에 있어서의 물(W1)과 배기 가스(EG)와의 열교환량이 Qe0으로부터 Qe1로 감소한다. 이 결과, 전술의 경우와 같이, 증발기에 있어서의 증기 발생량, 절탄기 및 증발기에 유입하는 물(W1)의 유량이 감소한다. 절탄기에 유입하는 물(W1)의 유량이 감소하면, 절탄기에 있어서의 배기 가스(EG)의 물(W1)과의 열교환량이 저하하고, 배기 가스(EG)의 열 이용률이 저하할 뿐만 아니라, 굴뚝(60)에 유입하는 배기 가스(EG)의 온도가 오른다. 따라서, 가스 터빈 압력비를 높인 것에 의한 플랜트의 출력 및 효율의 증대 효과는, 배기 가스(EG)의 열 이용률이 감소한 것에 의한, 플랜트의 출력 및 효율의 저하에 의해 상쇄된다. 결과적으로, 플랜트의 출력 및 효율의 증대 효과가 감소한다.
여기서, 이 경우도, 이상으로 설명한 랭킨 사이클(150)을 도입하면, 랭킨 사이클(150)에서 이용하는 분만큼, 절탄기에 유입하는 물(W2)의 유량이 증가한다. 절탄기를 흐르는 물(W2)의 유량이 증가하면, 물(W2)이 절탄기를 통과하는 과정에서의 온도 상승률(단위 열량을 더했을 때의 온도 상승량)이 저하한다. 이 때문에, 절탄기에서는, 랭킨 사이클(150) 도입 전보다, 저온의 배기 가스(EG)와 물이 열교환하게 된다. 따라서, 랭킨 사이클(150)을 도입하는 것으로써, 배열 회수 보일러(110) 중의 배기 가스(EG)의 온도로서 저온의 배기 가스(EG)의 열을 유효 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 굴뚝(60)에 유입하는 배기 가스(EG)의 온도를 내릴 수 있다. 저온의 배기 가스(EG)의 열을 유효 이용하는 것에 의해, 배기 가스(EG)의 회수 열량이 증가한 만큼은, 저비점 매체(LM)의 가열에 이용된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 배기 가스(EG)의 열을 유효 이용할 수 있고, 결과적으로 플랜트의 출력 및 효율의 증대를 도모할 수 있다.
「제 2 실시형태」
도 4 내지 도 9를 참조하여, 본 발명에 관한 가스 터빈 플랜트의 제 2 실시형태에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 가스 터빈(10a)과, 가스 터빈(10a)의 구동으로 발전하는 발전기(41)와, 가스 터빈(10a)으로부터 배기된 배기 가스(EG)의 열을 회수하는 배열 회수 장치(100a)와, 배열 회수 장치(100a)를 통과한 배기 가스(EG)를 대기에 방출하는 굴뚝(60)을 구비하고 있다.
본 실시형태의 가스 터빈(10a)도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 압축기(11a)와 연소기(21)와 터빈(31)을 구비하고 있다. 다만, 본 실시형태의 압축기(11a)는, 대기를 압축하는 저압 압축기(12a)와, 저압 압축기(12a)에서 압축된 공기를 한층 더 압축하고, 이것을 연소기(21)에 보내는 고압 압축기(12b)를 구비한다. 본 실시형태의 가스 터빈(10a)은, 또한 저압 압축기(12a)에서 압축된 공기를 물과의 열교환으로 냉각해서 고압 압축기(12b)에 보내는 중간 냉각기(163)를 구비한다. 즉, 본 실시형태의 압축기(11a)에서는, 압축기(11a)의 중단으로부터 압축 공기가 추기되고, 이것이 중간 냉각기(163)로 냉각된 후, 냉각된 압축 공기가 압축기(11a)의 중단 이후에 되돌려진다.
저압 압축기(12a) 및 고압 압축기(12b)는, 모두 축선을 중심으로 회전하는 압축기 로터(13a, 13b)와, 이 압축기 로터(13a, 13b)를 회전 가능하게 덮는 압축기 케이싱(17a, 17b)을 구비한다. 저압 압축기(12a)의 압축기 로터(13a)와 고압 압축기(12b)의 압축기 로터(13b)는, 동일한 축선을 중심으로 회전하는 것으로, 서로 연결되어 가스 터빈 로터(40a)의 일부를 이루고 있다. 이 가스 터빈 로터(40a)에는, 발전기(41)의 로터가 접속되어 있다. 발전기(41)의 로터나 고정자는, 예를 들면 수소 등의 냉각 매체로 냉각된다. 이 때문에, 발전기(41)에는 이 냉각 매체를 물과의 열교환으로 냉각하는 발전기 냉각기(161)가 설치되어 있다. 가스 터빈 로터(40a)는 회전 가능하게 베어링(45)으로 지지되어 있다. 이 베어링(45)에는, 베어링(45)으로부터의 윤활유를 물과의 열교환으로 냉각해서 베어링(45)에 되돌리는 윤활유 냉각기(162)가 설치되어 있다.
본 실시형태의 배열 회수 장치(100a)는, 제 1 실시형태의 배열 회수 장치(100)와 마찬가지로, 배열 회수 보일러(110)와, 증기 터빈(121a, 121b, 121c)과, 발전기(122a, 122b, 122c)와, 복수기(123)와, 급수 펌프(124)와, 랭킨 사이클(150)을 구비하고 있다. 본 실시형태의 배열 회수 장치(100a)는, 또한 급수계 열교환기(160)를 구비하고 있다. 이 급수계 열교환기(160)는, 전술의 발전기 냉각기(161)와, 윤활유 냉각기(162)와, 중간 냉각기(163)를 구비한다. 이 때문에, 중간 냉각기(163)는, 가스 터빈(10a)의 구성요소를 구성하는 동시에, 배열 회수 장치(100a)의 구성요소도 구성한다.
본 실시형태의 급수 라인(131a)은 급수 펌프(124)의 하류측에서 두 개의 라인으로 분기하고 있다. 한쪽의 라인은 제 1 냉각수 라인(141)을 구성하고, 다른쪽의 라인은 제 2 냉각수 라인(142)을 구성한다. 제 1 냉각수 라인(141)은 발전기 냉각기(161)의 물 입구에 접속되어 있다. 제 2 냉각수 라인(142)은 윤활유 냉각기(162)의 물 입구에 접속되어 있다. 발전기 냉각기(161)의 물 출구 및 윤활유 냉각기(162)의 물 출구에는, 각각 제 3 냉각수 라인(143)이 접속되어 있다. 각 물 출구에 접속되어 있는 제 3 냉각수 라인(143)은, 합류해서, 중간 냉각기(163)의 물 입구에 접속되어 있다. 이 중간 냉각기(163)의 물 출구에는, 예열 완료 급수 라인(149)이 접속되어 있다. 이 예열 완료 급수 라인(149)은 저압 절탄기(112a)에 접속되어 있다. 증발기(151)의 가열수 출구에 접속되어 있는 물 회수 라인(178)은 예열 완료 급수 라인(149)에 접속되어 있다. 또한, 급수 라인(131a)은, 이상에서 설명한, 제 1 냉각수 라인(141), 제 2 냉각수 라인(142), 제 3 냉각수 라인(143), 예열 완료 급수 라인(149)을 구비하고 있다.
다음에, 본 실시형태의 가스 터빈 플랜트의 동작에 대해서 설명한다. 복수기(123) 중의 물은, 급수 펌프(124)에서 승압되어, 급수 라인(131a) 중의 제 1 냉각수 라인(141)을 거쳐 발전기 냉각기(161)에 보내는 동시에, 급수 라인(131a) 중의 제 2 냉각수 라인(142)을 거쳐 윤활유 냉각기(162)에 보내진다. 발전기 냉각기(161)에서는, 발전기(41)의 로터나 고정자를 냉각하는 냉각 매체와 복수기(123)로부터의 물이 열교환되어, 냉각 매체가 냉각되는 한편, 물이 가열된다. 또한, 윤활유 냉각기(162)에서는, 베어링(45)의 윤활유와 복수기(123)로부터의 물이 열교환되어, 윤활유가 냉각되는 한편, 물이 가열된다.
발전기 냉각기(161) 및 윤활유 냉각기(162)로 일차 가열된 물은 제 3 냉각수 라인(143)을 거쳐 중간 냉각기(163)에 보내진다. 중간 냉각기(163)에서는, 이 일차 가열된 물과 저압 압축기(12a)에서 압축된 공기가 열교환되어, 이 공기가 냉각되는 한편, 물이 한층 더 가열된다. 냉각된 공기는 고압 압축기(12b)에 보내지고, 한층 더 압축된 후, 연소기(21)에 보내진다.
따라서, 고압 압축기(12b)의 출구에 있어서의 공기 온도는 중간 냉각기(163)가 없는 경우보다, 낮아진다. 이 때문에, 본 실시형태의 고압 압축기(12b)는, 그 출구를 구성하는 부재의 열 환경을 완화할 수 있고, 고압 압축기(12b)의 내구성을 높일 수 있다.
중간 냉각기(163)로 한층 더 가열된 물은, 급수 라인(131a) 중의 예열 완료 급수 라인(149)을 흐르고, 도중에, 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)에서 저비점 매체(LM)와 열교환한 물과 합류하고, 이 물과 함께 저압 절탄기(112a)에 보내진다. 저압 절탄기(112a)에 보내진 물은, 전술한 바와 같이, 배기 가스(EG)와의 열교환으로 가열되고 나서, 저압 증발기(113a)나 랭킨 사이클(150) 등에 보내진다.
이상, 본 실시형태에서도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 액체의 물을 랭킨 사이클(150)에 보내고, 이 물과 저비점 매체(LM)를 열교환시키고 있으므로, 랭킨 사이클(150)의 소형화, 랭킨 사이클(150)의 열효율 향상, 및 저온의 배기 가스(EG)의 열의 유효 이용을 도모할 수 있다.
여기서, 이상으로 설명한 배기 가스(EG)의 열의 유효 이용에 대해서, 도 5를 이용해 또한 상세하게 설명한다. 또한, 이하에서도, 설명의 간략화를 위해, 배열 회수 보일러(110)는 증기 발생부로서 하나의 증기 발생부(예를 들면, 저압 증기 발생부)만을 구비하고, 증기 터빈은 이 하나의 증기 발생부에서 발생한 증기로 구동하는 하나의 증기 터빈(예를 들면, 저압 증기 터빈)만을 구비하는 것으로 한다.
도 5는, 도 2 및 도 3과 마찬가지로, 배열 회수 보일러(110)를 흐르는 배기 가스(EG) 및 물(증기를 포함함)의 흐름에 수반하는 각각의 열량과 온도와의 관계를 나타내는 TQ 선도이다. 이 TQ 선도도, 배기 가스(EG) 및 물(증기를 포함함)의 흐름에 수반하는 각각의 열량과 온도와의 관계를 정성적으로 나타내는 것이며, 정량적으로 나타내는 것은 아니다. 또한, 이 TQ 선도에 있어서도, 횡축의 열량(Q)은 좌측을 향함에 따라서 큰 값이 된다.
배기 가스(EG)는, 도 2 및 도 3을 이용해 전술한 바와 같이, 하류측으로 흐름에 따라서 점차 온도가 저하하는 동시에 열량이 적게 된다. 배열 회수 보일러(110)를 흐르는 물(증기를 포함함)(W5)은, 배기 가스(EG)와의 열교환으로, 상류측으로 흐름에 따라서 점차 온도가 상승하는 동시에 열량이 많아진다. 구체적으로, 절탄기에 유입한 물(W5)은, 이 절탄기를 통과하는 과정에서 점차 온도가 상승하는 동시에 열량이 증가한다. 물(W5)은, 절탄기의 출구에서, 증발기에서의 물의 포화 온도(Ts1)보다 약간 낮은 온도에까지 가열된다. 이것은, 절탄기의 출구에서 물을 비등시키지 않기 때문이다. 또한, 절탄기의 출구에 있어서의 물의 온도와 증발기에서의 물의 포화 온도(Ts1)와의 온도차를 일반적으로 어프로치 온도차(Tap)라고 부른다. 이 어프로치 온도차(Tap)는, 가장 작을 때에서도, 0℃이며, 절탄기의 출구에 있어서의 물의 온도가 증발기에서의 물의 포화 온도(Ts1)를 상회하는 일은 없다. 증발기에서는, 절탄기로부터의 물(W5)의 온도가 증발기의 압력으로의 포화 온도(Ts1)에까지 상승한 후, 포화 온도(Ts1)로 유지되지만, 이 물(W5)의 열량이 증가하고, 물(W5)이 증기가 된다. 증기는 과열기 내에 유입한다. 과열기에서는, 이 증기의 온도가 상승하는 동시에 그 열량이 증가한다.
전술한 어프로치 온도차(Tap)가 있으면, 증발기에서, 동일 유량의 물을 증기로 하는 열량이 증가한다. 이 때문에, 절탄기에 유입하는 물(W6)을 가열하고, 이 물(W6)의 온도를 올리는 것으로, 증발기로, 물(W6)을 증기로 하는 열량의 증가를 억제할 수 있다. 다만, 절탄기에 유입하는 물(W6)을 단지 가열한 것만으로는, 저온의 배기 가스(EG)의 열의 이용량이 증가하는 일은 없다.
여기서, 랭킨 사이클(150)을 도입하면, 증발기에 유입하는 유량이 일정한 채, 절탄기에 유입하는 물(W7)의 유량이 증가한다. 절탄기를 흐르는 물(W7)의 유량이 증가하면, 물(W7)이 절탄기를 통과하는 과정에서의 온도 상승률(단위 열량을 더했을 때의 온도 상승량)이 저하한다. 이 경우, 절탄기에서는, 랭킨 사이클(150) 도입 전보다도, 저온의 배기 가스(EG)와 물(W7)과의 열교환량이 증가하게 된다. 이 때문에, 랭킨 사이클(150)을 도입하는 것에 의해, 배열 회수 보일러(110) 중의 배기 가스(EG)의 온도로서 저온의 배기 가스(EG)의 열을 유효 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 굴뚝에 유입하는 배기 가스(EG)의 온도를 내릴 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 배기 가스(EG)의 열을 유효 이용할 수 있고, 결과적으로 플랜트의 출력 및 효율의 증대를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 가스 터빈(10a)에 있어서의 냉각 대상의 열을 이용하고, 저압 절탄기(112a)에 보내는 물을 급수계 열교환기(160)에서 가열하므로, 가스 터빈(10a)의 배열을 유효 이용하는 것이 가능하다. 가스 터빈(10a)의 배열을 유효 이용하는 것에 의해, 회수 열량이 증가한 만큼은, 저비점 매체(LM)의 가열에 이용된다.
그런데, 배열 회수 보일러(110)의 복수의 증발기(113a, 113b, 113c) 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기(113a)에 보내는 물을 가열하는 저압 절탄기(112a)에는, 가스 터빈 플랜트 중에서 상대적으로 낮은 온도의 물을 보내면 좋다. 따라서, 본 실시형태의 급수계 열교환기(160)에서는, 저온의 물을 높은 온도에까지 가열할 필요성이 없기 때문에, 비교적 저온의 냉각 대상의 배열을 유효 이용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 발전기 냉각기(161) 및 윤활유 냉각기(162)로 물을 일차 가열한 후, 중간 냉각기(163)에서 일차 가열된 물을 또한 2차 가열한다. 이 때문에, 열교환기를 구성하는 각 냉각기(161, 162, 163)에서는, 냉각 대상과 물과의 온도차가 작아질 뿐만 아니라, 물의 입구 온도와 출구 온도와의 차이가 작아져, 냉각 대상과 물과의 열교환의 효율을 한층 더 높일 수 있다.
전술한 바와 같이, 중간 냉각기(163)에 의한 공기의 냉각을 강화하고, 고압 압축기(12b)에 있어서의 공기의 출구 온도를 내리는 만큼, 고압 압축기(12b)의 내구성 등의 관점으로부터 바람직하다. 그렇지만, 고압 압축기(12b)에 있어서의 공기의 출구 온도가 내리면, 환언하면 연소기(21)에 유입하는 공기의 온도가 내려가면, 가스 터빈 효율이 저하한다. 이것은, 연소기(21)에 유입하는 공기의 온도가 내려가면, 터빈 입구의 온도를 일정하게 유지하기 위해서 연료(F)의 투입량이 증가해 가스 터빈 출력이 증가하지만, 연료(F)의 투입량의 증가에 대한 가스 터빈 출력의 증가의 비율이 작기 때문이다.
따라서, 고압 압축기(12b)에 있어서의 공기의 출구 온도는, 고압 압축기(12b)의 출구를 구성하는 부재의 강도나 내구성 등이 허용되는 한, 가능한 한 높은 것이 바람직하다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 중간 냉각기(163)에서 공기를 냉각하고, 고압 압축기(12b)에 있어서의 공기의 출구 온도를 내리지만, 이 출구 온도는, 고압 압축기(12b)의 출구를 구성하는 부재의 강도나 내구성 등이 허용될 수 있는 범위 내에서 높은 온도로 하고 있다.
여기서, 도 6에 도시하는 바와 같이, 저압 압축기(12a)에 있어서의 공기의 입구 온도를 Tc1, 저압 압축기(12a)에 있어서의 공기의 출구 온도를 Tc2, 고압 압축기(12b)에 있어서의 공기의 입구 온도를 Tc3, 고압 압축기(12b)에 있어서의 공기의 출구 온도를 Tc4로 한다. 또한, 저압 압축기(12a)의 압력비를 PR1, 고압 압축기(12b)의 압력비를 PR2, 저압 압축기(12a)의 구동에 필요한 동력을 Wc1, 고압 압축기(12b)의 구동에 필요한 동력을 Wc2로 한다.
만일, 이하의 조건하에서, 저압 압축기(12a)의 압력비(PR1)를 변화시켰다고 한다.
조건
(1) 저압 압축기(12a)에 있어서의 공기의 입구 온도(Tc1)가 일정
(2) 고압 압축기(12b)에 있어서의 공기의 출구 온도(Tc4)가 전술한 온도로 일정
(3) 저압 압축기(12a) 및 고압 압축기(12b)에서의 전체 압력비(PR(=PR1×PR2))가 일정
이 경우, 도 7에 도시하는 바와 같이, 저압 압축기(12a)의 압력비(PR1)가 작게 됨에 따라서, 점차 저압 압축기(12a)에 있어서의 공기의 출구 온도(Tc2)가 저하한다. 이것에 수반해, 도 8에 도시하는 바와 같이, 점차 중간 냉각기(163)에 있어서의 배열량(Q)이 작아지는 동시에, 도 9에 도시하는 바와 같이, 점차 저압 압축기(12a) 및 고압 압축기(12b)의 구동에 필요한 합계 동력(Wc(=Wc1+Wc2))도 작아진다.
여기서, 본 실시형태에서는, 저압 압축기(12a) 및 고압 압축기(12b)의 구동에 필요한 합계 동력(Wc)을 억제하기 위해서, 저압 압축기(12a)의 압력비(PR1)를 작게 하고, 상대적으로 고압 압축기(12b)의 압력비(PR2)를 크게 하고 있다. 이 결과, 본 실시형태에서는, 저압 압축기(12a)에 있어서의 공기의 출구 온도(Tc2)가 내려가고, 중간 냉각기(163)에 있어서의 배열량(Q), 환언하면 물을 가열하는 열량(Q)이 작아진다. 본 실시형태에서는, 발전기 냉각기(161) 및 윤활유 냉각기(162)에서 일차 가열하는 것으로, 이상과 같이, 중간 냉각기(163)에서 물을 가열하는 열량(Q)을 작게 하는 만큼을 보충하고 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 저압 압축기(12a)에 있어서의 공기의 출구 온도(Tc2), 환언하면 중간 냉각기(163)에 있어서의 공기의 입구 온도를, 저압 증발기(113a)에 있어서의 포화 온도(Ts1)(도 4 참조)보다 낮게 하고 있다. 또한, 발전기 냉각기(161)에 있어서의 냉각 매체의 입구 온도, 및 윤활유 냉각기(162)에 있어서의 윤활유의 입구 온도도, 저압 증발기(113a)에 있어서의 포화 온도(Ts1)보다 낮다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 저압 절탄기(112a)에 공급되는 물의 온도(Tws)(도 4 참조)가 확실히 저압 증발기(113a)에 있어서의 포화 온도(Ts1)보다 낮아진다.
다만, 저압 절탄기(112a)에 공급되는 물의 온도(Tws)는 저압 절탄기(112a)의 배기 가스 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 이슬점 온도보다 높은 온도이다. 또한, 배기 가스(EG)의 이슬점 온도는 연료 성분 등에도 의하지만 50℃ 전후이다. 본 실시형태에서는, 저압 절탄기(112a)에 공급되는 물의 온도(Tws)를 저압 절탄기(112a)의 배기 가스 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 이슬점 온도보다 높은 온도로 하기 위해, 저압 압축기(12a)의 압력비(PR1) 및 고압 압축기(12b)의 압력비(PR2)를 적당 설정하는 동시에, 각 냉각기(161, 162, 163)의 전열 면적이나, 각 냉각기(161, 162, 163)에 있어서의 물의 유속 등을 설정하고 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 저압 압축기(12a)의 압력비(PR1)를 작게 설정하고, 상대적으로 고압 압축기(12b)의 압력비(PR2)를 크게 설정하는 것으로, 고압 압축기(12b)의 출구를 구성하는 부재의 내구성 등을 목적의 범위 내에 넣으면서, 중간 냉각기(163)에 있어서의, 공기의 방열에 수반하는 가스 터빈 효율의 저하를 억제하고 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 저압 압축기(12a)의 압력비(PR1) 등을 상기와 같이 설정하는 것으로, 저압 압축기(12a) 및 고압 압축기(12b)의 구동에 필요한 합계 동력(Wc)을 저감하고, 가스 터빈 효율의 저하를 보다 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는, 저압 압축기(12a)에 있어서의 공기의 출구 온도(Tc2)를 저압 증발기(113a)에 있어서의 포화 온도(Ts1)보다 낮게 하는 것으로, 전술과 같이 저압 압축기(12a)의 압력비(PR1)를 작게 설정할 수 있고, 가스 터빈 효율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 저압 압축기(12a)에 있어서의 공기의 출구 온도(Tc2), 윤활유 냉각기(162) 입구에 있어서의 윤활유 온도, 및 발전기 냉각기(161) 입구에 있어서의 발전기의 구성 부품을 냉각하는 냉각 매체의 온도를 저압 증발기(113a)에 있어서의 포화 온도(Ts1)보다 낮게 하는 것으로, 저압 절탄기(112a)에 공급되는 물의 온도(Tws)를 확실히 저압 증발기(113a)에 있어서의 포화 온도(Tb1)보다 낮게 하고 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 저압 절탄기(112a) 및 저압 증발기(113a)에서의 물에의 가열이 불필요하게 되는 일이 없고, 저압 절탄기(112a) 및 저압 증발기(113a)를 통과하는 배기 가스(EG)의 열을 유효 이용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 저압 절탄기(112a)에 공급되는 물을 포화 온도(Ts1)보다 온도가 낮은 냉각 대상의 열을 이용해서 승온한 후, 저압 절탄기(112a)로 한층 더 승온 하고, 랭킨 사이클(150)의 열원으로서 이용한다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 저온의 냉각 대상의 열을 유효 활용하는 것과 동시에, 랭킨 사이클(150)의 열원 온도를 높일 수 있으므로, 랭킨 사이클(150)의 출력 및 효율이 증대하고, 결과적으로 플랜트의 출력 및 효율을 증대할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 저압 절탄기(112a)에 공급되는 물의 온도(Tws)를, 저압 절탄기(112a)의 배기 가스 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 이슬점 온도보다 높게 하고, 저압 절탄기(112a)를 구성하는 전열관의 표면에 배기 가스(EG) 중의 물이 응축하는 것을 억제하고 있다.
가스 터빈(10a)으로부터의 배기 가스(EG) 중에는, 기체의 물이 포함되어 있다. 또한, 연료의 성질과 상태에 따라서는, 이 배기 가스(EG) 중에 유황분이 포함되어 있는 경우도 있고, 이 경우, 물과의 반응으로 황산이 생성된다. 저압 절탄기(112a)를 통과하는 배기 가스(EG)의 온도가 배기 가스(EG)의 이슬점 온도보다 높은 경우에서도, 저압 절탄기(112a)를 구성하는 전열관 내를 흐르는 물의 온도가 낮으면, 전열관에 접한 배기 가스(EG) 중의 수분은 응축한다. 전열관의 표면에서 물이 응축하면, 이 전열관은 부식할 가능성이 높아진다. 또한, 황산 등의 부식 성분이 물에 포함되면, 전열관이 부식할 가능성이 보다 높아진다.
본 실시형태에서는, 배열 회수 보일러(110) 중에서 가장 하류측에 위치하고, 배열 회수 보일러(110) 중에서 가장 온도가 저하한 배기 가스(EG)가 통과하는 저압 절탄기(112a)에 보내는 물의 온도(Tws)를, 전술한 바와 같이, 저압 절탄기(112a)의 배기 가스 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 이슬점 온도보다 높게 하고 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 저압 절탄기(112a)를 구성하는 전열관 표면에서의 배기 가스(EG) 중의 물의 응축을 억제할 수 있고, 저압 절탄기(112a)를 구성하는 전열관의 부식을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 저압 압축기(12a)에 있어서의 공기의 출구 온도(Tc2)를, 저압 증발기(113a)에 있어서의 포화 온도(Ts1)보다 낮게 하고, 또한 저압 절탄기(112a)에 공급되는 물의 온도(Tws)를, 저압 절탄기(112a)의 배기 가스 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 이슬점 온도보다 높게 하고 있다. 그렇지만, 이상의 두 개의 온도 조건을 모두 만족하지 않아도, 또는 이상의 두 개의 온도 조건 중 한쪽만 만족하도록 해도 좋다. 다만, 온도 조건을 만족하지 않는 경우에는, 온도 조건을 만족하는 것에 의한 효과를 얻을 수 없게 되는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 제 1 실시형태나 이하에서 설명하는 각 실시형태에 있어서도, 본 실시형태와 마찬가지로, 저압 절탄기(112a)에 공급되는 물의 온도(Tws)를, 저압 절탄기(112a)의 배기 가스 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 이슬점 온도보다 높게 하고, 또한 저압 증발기(113a)에 있어서의 포화 온도(Ts1)보다 낮게 하는 것이 바람직하다.
「제 3 실시형태」
도 10을 참조하여, 제 3 실시형태의 가스 터빈 플랜트에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는, 제 2 실시형태의 배열 회수 장치(100a)를 변형한 것으로, 그 외의 구성은 제 2 실시형태의 가스 터빈 플랜트와 동일하다.
본 실시형태의 배열 회수 장치(100b)는, 제 2 실시형태의 배열 회수 장치(100a)에, 회수 수계 열교환기(177)를 추가한 것이다. 이 회수 수계 열교환기(177)는, 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)와 급수 라인(131a)(예열 완료 급수 라인(149))을 접속하는 물 회수 라인(178)에 설치되어 있다. 이 회수 수계 열교환기(177)는 물 회수 라인(178)을 흐르는 물과 다른 매체를 열교환시킨다. 구체적으로, 이 회수 수계 열교환기(177)는, 물 회수 라인(178)을 흐르는 물과, 예를 들면 물 회수 라인(178)을 흐르는 물보다 온도가 낮은 물 등의 매체를 열교환시켜, 이 매체를 가열한다.
본 실시형태에서는, 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)에서 회수할 수 없었던 열을 회수 수계 열교환기(177)에서 회수할 수 있다. 따라서, 배기 가스(EG)의 열을 보다 유효 이용할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 회수 수계 열교환기(177)는, 물 회수 라인(178)을 흐르는 물과, 물 회수 라인(178)을 흐르는 물보다 온도가 낮은 물 등의 매체를 열교환시키는 것이지만, 물 회수 라인(178)을 흐르는 물과, 물 회수 라인(178)을 흐르는 물보다 온도가 높은 매체를 열교환시키는 것이어도 좋다. 이 경우, 이 회수 수계 열교환기(177)는, 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)에서 회수할 수 없었던 열을 회수하지 않는다. 따라서, 이 회수 수계 열교환기(177)는, 예를 들면 저압 절탄기(112a)에 공급되는 물의 온도가 저압 절탄기(112a)의 배기 가스 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 이슬점 온도보다 낮은 경우에, 이 물의 온도를 이슬점 온도보다 높게 하는 역할 등을 담당하게 된다.
또한, 본 실시형태는, 제 2 실시형태의 가스 터빈 플랜트에 회수 수계 열교환기(177)를 추가한 것이지만, 제 1 실시형태나 이하의 각 실시형태의 가스 터빈 플랜트에 회수 수계 열교환기(177)를 추가해도 좋다.
「 제 4 실시형태」
도 11을 참조하여, 본 발명에 관한 가스 터빈 플랜트의 제 4 실시형태에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 가스 터빈(10b)과, 가스 터빈(10b)의 구동으로 발전하는 발전기(41)와, 가스 터빈(10b)으로부터 배기된 배기 가스(EG)의 열을 회수하는 배열 회수 장치(100c)와, 배열 회수 장치(100c)를 통과한 배기 가스(EG)를 대기에 방출하는 굴뚝(60)을 구비하고 있다.
본 실시형태의 가스 터빈(10b)도, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 압축기(11a)와 연소기(21)와 터빈(31)을 구비하고 있다. 다만, 본 실시형태의 터빈(31)에 있어서의 로터 축(34) 및 복수의 동익(35)에는, 냉각 공기가 흐르는 냉각 공기 유로(36)가 형성되어 있다. 압축기(11a)에는, 압축기(11a)에서 압축된 공기(A)의 일부를 물과의 열교환으로 냉각하고, 이것을 터빈(31)의 냉각 공기 유로(36)에 보내는 냉각용 공기 냉각기(166)가 설치되어 있다.
본 실시형태의 배열 회수 장치(100c)는, 제 2 실시형태의 배열 회수 장치(100a)와 마찬가지로, 배열 회수 보일러(110)와, 증기 터빈(121a, 121b, 121c)과, 발전기(122a, 122b, 122c)와, 복수기(123)와, 급수 펌프(124)와, 랭킨 사이클(150)과, 급수계 열교환기(160)를 구비하고 있다. 본 실시형태의 배열 회수 장치(100c)는, 또한 가열 수계 열교환기(165)를 구비하고 있다. 가열 수계 열교환기(165)는 전술의 냉각용 공기 냉각기(166)를 구비한다.
랭킨 사이클(150)에 있어서의 증발기(151)의 가열수 입구와 배열 회수 보일러(110)에 있어서의 고압 펌프(116c)의 토출구는 가열수 라인(171b)으로 접속되어 있다. 증발기(151)의 가열수 출구와 급수 라인(131a)(예열 완료 급수 라인(149))은 물 회수 라인(178)으로 접속되어 있다. 전술의 가열 수계 열교환기(165)(냉각용 공기 냉각기(166))는 가열수 라인(171b)에 설치되어 있다.
따라서, 배열 회수 보일러(110)에 있어서의 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부는 고압 펌프(116c)에서 승압되고 나서, 그 또한 일부가 제 1 고압 절탄기(112c)에 보내지고, 나머지의 일부가 가열수 라인(171b)을 거쳐서 냉각용 공기 냉각기(166)에 보내진다. 냉각용 공기 냉각기(166)에서는, 저압 절탄기(112a)에서 가열되어 고압 펌프(116c)에서 승압된 물과 압축기(11a)에서 압축된 공기의 일부가 열교환되고, 이 공기가 냉각되는 한편, 이 물이 한층 더 가열된다. 냉각된 공기는 터빈 로터(33)의 냉각 공기 유로(36)에 보내지고, 터빈 로터(33)를 냉각한다. 한편, 냉각용 공기 냉각기(166)에서 한층 더 가열된 물은, 가열수 라인(171b)을 거쳐서 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)에 보내진다. 이 증발기(151)에서는, 저압 절탄기(112a) 및 냉각용 공기 냉각기(166)에서 가열된 액체의 물(HW)과 액체의 저비점 매체(LM)를 열교환시켜, 저비점 매체(LM)를 가열하고, 이 저비점 매체(LM)를 증발시킨다(가열 공정). 이 과정에서, 물(HW)은 냉각되고, 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한다. 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한 물은 물 회수 라인(178)을 거쳐서, 급수 라인(131a)(예열 완료 급수 라인(149))에 유입한다. 이 물은, 급수계 열교환기(160)에서 가열된 복수기(123)로부터의 물과 혼합되고, 급수 라인(131a)을 흐르고, 저압 절탄기(112a)로 돌아온다(물 회수 공정).
이상, 본 실시형태에서도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 액체의 물을 랭킨 사이클(150)에 보내고, 이 물과 저비점 매체(LM)를 열교환시키고 있으므로, 랭킨 사이클(150)의 소형화, 및 랭킨 사이클(150)의 열효율 향상, 저온의 배기 가스(EG)의 열의 유효 이용을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 가스 터빈(10b)에 있어서의 냉각 대상의 열을 이용하고, 냉각용 공기 냉각기(166)에서 랭킨 사이클(150)에 보내는 물을 가열하므로, 가스 터빈(10b)의 배열을 유효 이용하는 것이 가능하다. 가스 터빈(10b)의 배열을 유효 이용하는 것에 의해, 회수 열량이 증가한 만큼은 저비점 매체(LM)의 가열에 이용된다.
또한, 본 실시형태에서는, 냉각용 공기 냉각기(166)가 가열 수계 열교환기(165)를 구성하지만, 이 냉각용 공기 냉각기(166)를 급수계 열교환기의 일부를 구성하도록 해도 좋다. 즉, 제 2 및 제 3 실시형태의 급수계 열교환기(160)에 이 냉각용 공기 냉각기(166)를 포함해도 좋다.
「제 5 실시형태」
도 12를 참조하여, 본 발명에 관한 가스 터빈 플랜트의 제 5 실시형태에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는, 제 4 실시형태의 배열 회수 장치(100c) 중에 있어서의 랭킨 사이클(150)의 배치를 변경한 것이다.
본 실시형태의 배열 회수 장치(100d)에서는, 랭킨 사이클(150)에 있어서의 증발기(151)의 가열수 입구와 배열 회수 보일러(110)에 있어서의 제 2 고압 절탄기(112d)의 출구가 가열수 라인(171d)으로 접속되어 있다. 증발기(151)의 가열수 출구와 배열 회수 보일러(110)에 있어서의 고압 증발기(113c)는 물 회수 라인(178d)으로 접속되어 있다. 압축기(11a)에서 압축된 공기(A)를 냉각하는 냉각용 공기 냉각기(166)는 물 회수 라인(178d)에 설치되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태의 냉각용 공기 냉각기(166)는 가열 수계 열교환기가 아니고, 회수 수계 열교환기(177d)를 구성한다. 물 회수 라인(178d)에는, 랭킨 사이클(150)에 있어서의 증발기(151)로부터의 물을 고압 증발기(113c)에 보내도록 승압하는 고압 순환 펌프(179d)가 설치되어 있다.
배열 회수 보일러(110)에 있어서의 제 2 고압 절탄기(112d)에서 가열된 물은, 일부가 고압 증발기(113c)에 보내지고, 나머지의 일부가 가열수 라인(171d)을 거쳐서 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)에 보내진다. 이 증발기(151)에서는, 저압 절탄기(112a), 제 1 고압 절탄기(112c) 및 제 2 고압 절탄기(112d)에서 가열된 액체의 물(HW)과 액체의 저비점 매체(LM)를 열교환시켜, 저비점 매체(LM)를 가열하고, 이 저비점 매체(LM)를 증발시킨다(가열 공정). 이 과정에서, 물(HW)은 냉각되고, 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한다. 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한 물은 고압 순환 펌프(179d)에 의해 승압된 후, 물 회수 라인(178d)을 거쳐서, 냉각용 공기 냉각기(166)(회수 수계 열교환기(177d))에 보내진다. 냉각용 공기 냉각기(166)에서는, 증발기(151)로부터의 물과 압축기(11a)에서 압축된 공기의 일부가 열교환되고, 이 공기가 냉각되는 한편, 이 물이 한층 더 가열된다. 냉각된 공기는 터빈 로터(33)의 냉각 공기 유로(36)에 보내지고, 터빈 로터(33)를 냉각한다. 한편, 냉각용 공기 냉각기(166)에서 한층 더 가열된 물은 물 회수 라인(178d)을 거쳐서 고압 증발기(113c)에 보내진다.
이상과 같이, 저비점 매체(LM)와 열교환시키는 액체의 물로서는, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 액체의 물이 아니어도 좋고, 제 2 고압 절탄기(112d)에서 가열된 액체의 물이라도 좋고, 또한 다른 절탄기에서 가열된 물이라도 좋다.
이상, 본 실시형태에서는, 제 2 고압 절탄기(112d)에서 가열된 액체의 물을 랭킨 사이클(150)에 보내고, 이 물과 저비점 매체(LM)를 열교환시키고 있으므로, 랭킨 사이클(150)의 소형화, 및 랭킨 사이클(150)의 열효율 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 가스 터빈(10b)에 있어서의 냉각 대상의 열을 이용하고, 냉각용 공기 냉각기(166)에서 고압 증발기(113c)에 보내는 물을 가열하므로, 가스 터빈(10b)의 배열을 유효 이용하는 것이 가능하다. 가스 터빈(10b)의 배열을 유효 이용하는 것에 의해, 회수 열량이 증가한 만큼은, 저비점 매체(LM)와의 열교환으로 온도 저하한 제 2 고압 절탄기(112d)로부터의 물의 재가열에 이용된다.
또한, 제 4 실시형태 및 본 실시형태에서는, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부를 급수 라인(131a)으로 되돌리는 순환 펌프(179)가 설치되어 있다. 이 때문에, 제 4 실시형태 및 본 실시형태에 있어서도, 저압 절탄기(112a)를 통과하는 물의 유량이 증가하고, 저온의 배기 가스(EG)의 열의 유효 이용을 도모할 수 있다.
「제 6 실시형태」
도 13을 참조하여, 본 발명에 관한 가스 터빈 플랜트의 제 6 실시형태에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는 제 4 실시형태의 랭킨 사이클(150)의 구성을 변경한 것이다.
본 실시형태의 배열 회수 장치(100e)에 있어서의 랭킨 사이클(150e)은, 액체의 저비점 매체(LM)를 가열하는 가열기(155)와, 이 가열기(155)에서 가열된 액체의 저비점 매체(LM)를 한층 더 가열해서 증발시키는 증발기(가열기)(151)와, 증발한 저비점 매체(LM)로 구동하는 터빈(152)과, 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 냉각해서 응축시키는 응축기(153)와, 응축한 저비점 매체(LM)와 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 열교환시켜 응축한 저비점 매체(LM)를 가열하는 예열기(156)와, 응축한 저비점 매체(LM)를 승압해서 예열기(156) 및 가열기(155)에 보내는 저비점 매체 펌프(154)와, 이상의 요소 간에서 저비점 매체(LM)가 흐르는 저비점 매체 라인(157)을 구비하고 있다. 터빈(152)에는, 예를 들면 이 터빈(152)의 구동으로 발전하는 발전기(159)가 접속되어 있다.
랭킨 사이클(150e)에 있어서의 증발기(151)의 가열수 입구와 배열 회수 보일러(110)에 있어서의 고압 펌프(116c)의 토출구는 제 1 가열수 라인(171b)으로 접속되어 있다. 냉각용 공기 냉각기(166)는, 이 제 1 가열수 라인(171b)에 설치되어 있다. 따라서, 이 냉각용 공기 냉각기(166)는 가열 수계 열교환기(165)를 구성한다. 증발기(151)의 가열수 출구와 급수 라인(131a)(예열 완료 급수 라인(149))은 제 1 물 회수 라인(178)으로 접속되어 있다. 이 제 1 물 회수 라인(178)에는, 순환 펌프(179)가 설치되어 있다. 랭킨 사이클(150e)에 있어서의 가열기(155)의 가열수 입구와 배열 회수 보일러(110)에 있어서의 저압 절탄기(112a)의 출구는 제 2 가열수 라인(171)으로 접속되어 있다. 가열기(155)의 가열수 출구와 제 1 물 회수 라인(178)은 제 2 물 회수 라인(178b)으로 접속되어 있다.
배열 회수 보일러(110)에 있어서의 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부는, 제 4 실시형태와 마찬가지로, 고압 펌프(116c)에서 승압되고 나서, 그 또한 일부가 제 1 고압 절탄기(112c)에 보내지고, 나머지의 일부가 제 1 가열수 라인(171b)을 거쳐서 냉각용 공기 냉각기(166)에 보내진다. 냉각용 공기 냉각기(166)에서는, 저압 절탄기(112a)에서 가열되어 고압 펌프(116c)에서 승압된 물과 압축기(11a)에서 압축된 공기의 일부가 열교환되고, 이 공기가 냉각되는 한편, 이 물이 한층 더 가열된다. 냉각된 공기는 터빈 로터(33)의 냉각 공기 유로(36)에 보내지고, 터빈 로터(33)를 냉각한다. 한편, 냉각용 공기 냉각기(166)에서 한층 더 가열된 물은 제 1 가열수 라인(171b)을 거쳐서 랭킨 사이클(150e)의 증발기(151)에 보내진다. 이 증발기(151)에서는, 저압 절탄기(112a) 및 냉각용 공기 냉각기(166)에서 가열된 액체의 물과 액체의 저비점 매체(LM)를 열교환시켜, 저비점 매체(LM)를 가열하고, 이 저비점 매체(LM)를 증발시킨다(가열 공정). 이 과정에서, 물은 냉각되어, 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한다. 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한 물은, 제 1 물 회수 라인(178)을 거쳐서, 급수 라인(131a)(예열 완료 급수 라인(149))에 유입한다.
증발기(151)에서 증발한 저비점 매체(LM)는 터빈(152)에 보내지고, 이 터빈(152)을 구동시킨다. 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)는 예열기(156)를 거쳐서 응축기(153)에 보내진다. 응축기(153)에서는, 저비점 매체(LM)와 냉각 매체가 교환되어, 저비점 매체(LM)가 냉각되어 응축한다. 응축한 저비점 매체(LM)는, 저비점 매체 펌프(154)에 의해 가열기(155) 및 예열기(156)에 보내진다. 가열기(155)에서는, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 액체의 물과 응축기(153)로부터의 액체의 저비점 매체(LM)가 열교환되어, 액체의 저비점 매체(LM)가 가열된다. 저비점 매체(LM)와 열교환한 물은 가열기(155)의 가열수 출구로부터 유출하고, 제 2 물 회수 라인(178b) 및 제 1 물 회수 라인(178)을 거쳐서, 급수 라인(131a)에 유입한다. 예열기(156)에서는, 응축한 저비점 매체(LM)와 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)가 열교환되고, 응축한 저비점 매체(LM)가 가열되는 한편, 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)가 냉각된다. 터빈(152)을 구동시켜, 예열기(156)에서 냉각된 저비점 매체(LM)는 응축기(153)에서 냉각되고, 전술한 바와 같이, 응축한다. 예열기(156)에서 가열된 저비점 매체(LM)는 증발기(151)에 보내진다.
이와 같이, 저비점 매체(LM)를 서로의 온도가 상이한 물로 단계적으로 가열해도 좋다. 또한, 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)의 열을 이용하여, 응축한 저비점 매체(LM)를 가열해도 좋다.
이상, 본 실시형태에서도, 제 4 실시형태와 마찬가지로, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 액체의 물을 랭킨 사이클(150e)에 보내고, 이 물과 저비점 매체(LM)를 열교환시키고 있으므로, 랭킨 사이클(150e)의 소형화, 및 랭킨 사이클(150e)의 열효율 향상, 저온의 배기 가스(EG)의 열의 유효 이용을 도모할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서도, 가스 터빈(10b)에 있어서의 냉각 대상의 열을 이용하여, 냉각용 공기 냉각기(166)에서 랭킨 사이클(150e)에 보내는 물을 가열하므로, 가스 터빈(10b)의 배열을 유효 이용하는 것이 가능하다. 가스 터빈(10b)의 배열을 유효 이용하는 것에 의해, 회수 열량이 증가한 만큼은 저비점 매체(LM)의 가열에 이용된다.
또한, 본 실시형태에서는, 저비점 매체(LM)를 서로의 온도가 상이한 물로 단계적으로 가열하므로, 랭킨 사이클(150e)의 출력 및 효율을 향상시킬 수 있다.
「제 7 실시형태」
도 14를 참조하여, 본 발명에 관한 가스 터빈 플랜트의 제 7 실시형태에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는, 주로 제 6 실시형태의 가스 터빈(10b)의 구성 및 랭킨 사이클(150e)의 구성을 변경한 것이다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트도, 이상의 각 실시형태와 마찬가지로, 가스 터빈(10j)과, 가스 터빈(10j)의 구동으로 발전하는 발전기(41)와, 가스 터빈(10j)으로부터 배기된 배기 가스(EG)의 열을 회수하는 배열 회수 장치(100j)와, 배열 회수 장치(100j)를 통과한 배기 가스(EG)를 대기에 방출하는 굴뚝(60)을 구비하고 있다.
본 실시형태의 가스 터빈(10j)도, 이상의 실시형태와 마찬가지로, 압축기(11j)와 연소기(21)와 터빈(31j)을 구비하고 있다. 다만, 본 실시형태의 터빈(31j)에 있어서의 로터 축(34) 및 복수의 동익(35)에는, 냉각 공기가 흐르는 냉각 공기 유로(36)가 형성되어 있다. 또한, 본 실시형태의 터빈(31j)에 있어서의 정익(38)에도, 냉각 공기가 흐르는 냉각 공기 유로(도시되어 있지 않다)가 형성되어 있다. 본 실시형태의 가스 터빈(10j)은, 또한 터빈(31j)의 고온 부품을 냉각하는 제 1 냉각용 공기 냉각기(166a), 제 2 냉각용 공기 냉각기(166b), 및 제 3 냉각용 공기 냉각기(166c)를 구비하고 있다.
제 1 냉각용 공기 냉각기(166a)는, 압축기(11j)에서 압축된 최종단으로부터의 공기(A)의 일부를 물과의 열교환으로 냉각하고, 이것을 터빈(31j)의 로터 축(34) 및 복수의 동익(35)에 형성되어 있는 냉각 공기 유로(36)에 보낸다. 제 2 냉각용 공기 냉각기(166b)는 압축기(11j)의 최종단보다 전단으로부터의 공기(A)의 일부를 물과의 열교환으로 냉각하고, 이것을 터빈(31j)의 특정단의 정익(38)에 형성되어 있는 냉각 공기 통로에 보낸다. 제 3 냉각용 공기 냉각기(166c)는 압축기(11j)의 전술의 전단보다 한층 더 전단으로부터의 공기(A)의 일부를 물과의 열교환으로 냉각하고, 이것을 터빈(31j)의 전술의 특정단보다 후단의 정익(38)에 형성되어 있는 냉각 공기 통로에 보낸다.
본 실시형태의 배열 회수 장치(100j)는, 가스 터빈(10j)으로부터 배기된 배기 가스(EG)의 열로 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러(110j)와, 배열 회수 보일러(110j)에서 발생한 증기로 구동하는 증기 터빈(121a, 121c)과, 증기 터빈(121a, 121c)의 구동으로 발전하는 발전기(122a, 122c)와, 증기 터빈(121a)을 구동시킨 증기를 물로 되돌리는 복수기(123)와, 복수기(123) 중의 물을 배열 회수 보일러(110j)에 되돌리는 급수 펌프(124)와, 저비점 매체(LM)가 순환하는 랭킨 사이클(150j)을 구비하고 있다.
배열 회수 장치(100j)는, 증기 터빈(121a, 121c)으로서, 저압 증기 터빈(121a), 및 고압 증기 터빈(121c)을 구비하고 있다. 저압 증기 터빈(121a), 고압 증기 터빈(121c)에는, 각각 발전기(122a, 122c)가 접속되어 있다. 또한, 여기에서는, 각 증기 터빈(121a, 121c)에 발전기(122a, 122c)를 접속하고 있지만, 저압 증기 터빈(121a), 고압 증기 터빈(121c)의 로터를 서로 접속하고, 합계 2기의 증기 터빈에 대해서, 1기의 발전기를 접속해도 좋다.
배열 회수 보일러(110j)는, 저압 증기(LS)를 발생하는 저압 증기 발생부(111a)와, 고압 증기(HS)를 발생하는 고압 증기 발생부(111c)를 구비하고 있다.
저압 증기 발생부(111a)는, 물을 가열하는 저압 절탄기(112a)와, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 증기로 하는 저압 증발기(113a)와, 저압 증발기(113a)에서 발생한 증기를 과열해서 저압 증기(LS)를 생성하는 저압 과열기(114a)를 구비하고 있다.
고압 증기 발생부(111c)는, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 승압하는 고압 펌프(116c)와, 이 고압 펌프(116c)에서 승압된 물을 가열하는 고압 절탄기(112c)와, 고압 절탄기(112c)에서 가열된 물을 증기로 하는 고압 증발기(113c)와, 고압 증발기(113c)에서 발생한 증기를 과열하는 고압 과열기(114c)를 구비하고 있다. 저압 절탄기(112a)에는, 여기서 가열된 물을 저압 증발기(113a)로 유도하는 저압수 라인(117)이 접속되어 있다. 이 저압수 라인(117)은, 도중에 분기되어 있고, 저압수 분기 라인(117c)으로서 고압 펌프(116c)의 흡입구에 접속되어 있다.
고압 증기 발생부(111c), 저압 증기 발생부(111a)의 각각을 구성하는 요소는, 터빈(31j)으로부터 굴뚝(60)으로 향하는 배기 가스(EG)의 하류측을 향해서, 고압 과열기(114c), 고압 증발기(113c), 고압 절탄기(112c), 저압 과열기(114a), 저압 증발기(113a), 저압 절탄기(112a)의 순서로 나열되어 있다.
복수기(123)와 저압 절탄기(112a)는 급수 라인(131a)으로 접속되어 있다. 이 급수 라인(131a)에는, 급수 펌프(124)가 설치되어 있다. 저압 과열기(114a)와 저압 증기 터빈(121a)의 증기 입구는, 저압 과열기(114a)로부터의 저압 증기(LS)를 저압 증기 터빈(121a)에 보내는 저압 증기 라인(132)으로 접속되어 있다. 저압 증기 터빈(121a)의 증기 출구와 복수기(123)는, 저압 증기 터빈(121a)을 구동시킨 저압 증기(LS)가 복수기(123)에 공급되도록 서로 접속되어 있다. 고압 과열기(114c)와 고압 증기 터빈(121c)의 증기 입구는, 고압 과열기(114c)로부터의 고압 증기(HS)를 고압 증기 터빈(121c)에 보내는 고압 증기 라인(138)으로 접속되어 있다. 고압 증기 터빈(121c)의 증기 출구에는, 고압 증기 회수 라인(139)이 접속되어 있다. 이 고압 증기 회수 라인(139)은 저압 증기 라인(132)에 합류하고 있다.
본 실시형태의 배열 회수 장치(100j)는, 또한 급수계 열교환기(160j)를 구비하고 있다. 이 급수계 열교환기(160j)는 제 2 내지 제 6 실시형태에 있어서의 발전기 냉각기(161)와, 윤활유 냉각기(162)를 구비한다.
본 실시형태의 급수 라인(131a)도, 제 2 내지 제 6 실시형태와 마찬가지로, 급수 펌프(124)의 하류측에서 두 개의 라인으로 분기하고 있다. 한쪽의 라인은 제 1 냉각수 라인(141)을 구성하고, 다른쪽의 라인은 제 2 냉각수 라인(142)을 구성한다. 제 1 냉각수 라인(141)은 발전기 냉각기(161)의 물 입구에 접속되어 있다. 제 2 냉각수 라인(142)은 윤활유 냉각기(162)의 물 입구에 접속되어 있다. 발전기 냉각기(161)의 물 출구 및 윤활유 냉각기(162)의 물 출구에는, 각각 예열 완료 급수 라인(149)이 접속되어 있다. 이 예열 완료 급수 라인(149)은 저압 절탄기(112a)에 접속되어 있다.
본 실시형태의 배열 회수 장치(100j)에 있어서의 랭킨 사이클(150j)은, 액체의 저비점 매체(LM)를 가열하는 제 1 가열기(155a), 제 2 가열기(155b) 및 제 3 가열기(155c)와, 이들 가열기(155a 내지 155c)에서 가열된 액체의 저비점 매체(LM)를 한층 더 가열해서 증발시키는 증발기(가열기)(151)와, 증발한 저비점 매체(LM)로 구동하는 터빈(152)과, 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 냉각해서 응축시키는 응축기(153)와, 응축한 저비점 매체(LM)와 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 열교환시켜 응축한 저비점 매체(LM)를 가열하는 예열기(156)와, 응축한 저비점 매체(LM)를 승압해서 예열기(156) 및 가열기(155a 내지 155c)에 보내는 저비점 매체 펌프(154)와, 이상의 요소 간에 저비점 매체(LM)가 흐르는 저비점 매체 라인(157j)을 구비하고 있다. 터빈(152)에는, 예를 들면 이 터빈(152)의 구동으로 발전하는 발전기(159)가 접속되어 있다.
제 1 가열기(155a)의 저비점 매체 입구, 제 3 가열기(155c)의 저비점 매체 입구, 및 예열기(156)의 저비점 매체 입구는, 저비점 매체 라인(157j)에 의해, 저비점 매체 펌프(154)의 토출구와 접속되어 있다. 즉, 제 1 가열기(155a), 제 3 가열기(155c) 및 예열기(156)는, 저비점 매체 펌프(154)에 대해서, 저비점 매체 라인(157j)에 의해 병렬로 접속되어 있다. 제 1 가열기(155a)의 저비점 매체 출구와 제 2 가열기(155b)의 저비점 매체 입구는 저비점 매체 라인(157j)에 의해 접속되어 있다. 제 2 가열기(155b)의 저비점 매체 출구, 제 3 가열기(155c)의 저비점 매체 출구, 및 예열기(156)의 저비점 매체 출구는, 저비점 매체 라인(157j)에 의해, 서로 합류한 후, 증발기(151)의 저비점 매체 입구와 접속되어 있다.
배열 회수 보일러(110j)에 있어서의 고압 펌프(116c)의 토출구에는, 가열수 메인 라인(171m)이 접속되어 있다. 이 가열수 메인 라인(171m)은 3개로 분기되어 있고, 각각이 제 1 가열수 라인(171d), 제 2 가열수 라인(171e), 제 3 가열수 라인(171f)을 구성한다. 제 1 가열수 라인(171d)에는, 랭킨 사이클(150j)에 있어서의 증발기(151)의 가열수 입구가 접속되어 있다. 제 1 냉각용 공기 냉각기(166a)는, 이 제 1 가열수 라인(171d)에 설치되어 있다. 따라서, 이 제 1 냉각용 공기 냉각기(166a)는 제 1 가열 수계 열교환기(165a)를 구성한다. 제 2 가열수 라인(171e)에는, 랭킨 사이클(150j)에 있어서의 제 2 가열기(155b)의 가열수 입구가 접속되어 있다. 제 2 냉각용 공기 냉각기(166b)는, 이 제 2 가열수 라인(171e)에 설치되어 있다. 따라서, 이 제 2 냉각용 공기 냉각기(166b)는 제 2 가열 수계 열교환기(165b)를 구성한다. 제 3 가열수 라인(171f)에는, 랭킨 사이클(150j)에 있어서의 제 1 가열기(155a)의 가열수 입구가 접속되어 있다. 제 3 냉각용 공기 냉각기(166c)는, 이 제 3 가열수 라인(171f)에 설치되어 있다. 따라서, 이 제 3 냉각용 공기 냉각기(166c)는 제 3 가열 수계 열교환기(165c)를 구성한다.
랭킨 사이클(150j)에 있어서의 증발기(151)의 가열수 출구에는, 제 1 물 회수 라인(178d)이 접속되어 있다. 이 제 1 물 회수 라인(178d)은 배열 회수 보일러(110j)에 있어서의 저압수 라인(117)에 접속되어 있다. 랭킨 사이클(150j)에 있어서의 제 2 가열기(155b)의 가열수 출구에는, 제 2 물 회수 라인(178e)이 접속되어 있다. 이 제 2 물 회수 라인(178e)은 급수 라인(131a)(예열 완료 급수 라인(149))에 접속되어 있다. 이 제 2 물 회수 라인(178e)에는, 여기를 흐르는 물을 승압하는 제 2 순환 펌프(179e)가 설치되어 있다. 제 1 가열기(155a)에는, 제 3 물 회수 라인(178f)이 접속되어 있다. 이 제 3 물 회수 라인(178f)은 제 2 물 회수 라인(178e)에 접속되어 있다.
배열 회수 보일러(110j)에 있어서의 저압수 분기 라인(117c)은 도중에 분기되어 있고, 이것이 제 4 가열수 라인(171g)으로서 랭킨 사이클(150j)에 있어서의 제 3 가열기(155c)의 가열수 입구에 접속되어 있다. 제 3 가열기(155c)의 가열수 출구에는, 제 4 물 회수 라인(178g)이 접속되어 있다. 이 제 4 물 회수 라인(178g)은, 제 2 물 회수 라인(178e)과 마찬가지로, 급수 라인(131a)(예열 완료 급수 라인(149))에 접속되어 있다. 이 제 4 물 회수 라인(178g)에는, 여기를 흐르는 물을 승압하는 제 4 순환 펌프(179g)가 설치되어 있다.
배열 회수 보일러(110j)에 있어서의 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부는 고압 펌프(116c)로 승압되고 나서, 그 또한 일부가 고압 절탄기(112c)에 보내지고, 나머지의 일 가 가열수 메인 라인(171m)에 보내진다. 가열수 메인 라인(171m)에 보내진 물의 일부는 제 1 가열수 라인(171d)을 거쳐서 제 1 냉각용 공기 냉각기(166a)에 보내진다. 가열수 메인 라인(171m)에 보내진 물의 다른 일부는 제 2 가열수 라인(171e)을 거쳐서 제 2 냉각용 공기 냉각기(166b)에 보내진다. 가열수 메인 라인(171m)에 보내진 물의 나머지의 일부는 제 3 가열수 라인(171f)을 거쳐서 제 3 냉각용 공기 냉각기(166c)에 보내진다.
제 1 냉각용 공기 냉각기(166a)에서는, 저압 절탄기(112a)에서 가열되어 고압 펌프(116c)로 승압된 물과, 압축기(11j)로 압축된 최종단으로부터의 공기의 일 부가 열교환되고, 이 공기가 냉각되는 한편, 이 물이 한층 더 가열된다. 냉각된 공기는 터빈 로터(33)의 냉각 공기 유로(36)에 보내지고, 터빈 로터(33)를 냉각한다. 한편, 제 1 냉각용 공기 냉각기(166a)에서 한층 더 가열된 물은 제 1 가열수 라인(171d)을 거쳐서 랭킨 사이클(150j)에 있어서의 증발기(151)에 보내진다.
제 2 냉각용 공기 냉각기(166b)에서는, 저압 절탄기(112a)에서 가열되어 고압 펌프(116c)로 승압된 물과, 압축기(11j)의 최종단부터 전단으로부터의 공기의 일부가 열교환되고, 이 공기가 냉각되는 한편, 이 물이 한층 더 가열된다. 냉각된 공기는 터빈(31j)의 특정단의 정익(38)에 형성되어 있는 냉각 공기 통로에 보내지고, 특정단의 정익(38)을 냉각한다. 한편, 제 2 냉각용 공기 냉각기(166b)에서 한층 더 가열된 물은 제 2 가열수 라인(171e)을 거쳐서 랭킨 사이클(150j)에 있어서의 제 2 가열기(155b)에 보내진다.
제 3 냉각용 공기 냉각기(166c)에서는, 저압 절탄기(112a)에서 가열되어 고압 펌프(116c)로 승압된 물과, 압축기(11j)의 전술의 전단보다 한층 더 전단으로부터의 공기의 일부가 열교환되고, 이 공기가 냉각되는 한편, 이 물이 한층 더 가열된다. 냉각된 공기는 터빈(31j)의 전술의 특정단보다 후단의 정익(38)에 형성되어 있는 냉각 공기 통로에 보내지고, 이 후단의 정익(38)을 냉각한다. 한편, 제 3 냉각용 공기 냉각기(166c)에서 한층 더 가열된 물은 제 3 가열수 라인(171f)을 거쳐서 랭킨 사이클(150j)에 있어서의 제 1 가열기(155a)에 보내진다.
랭킨 사이클(150j)의 증발기(151)에서는, 저압 절탄기(112a) 및 제 1 냉각용 공기 냉각기(166a)에서 가열된 액체의 물과 액체의 저비점 매체(LM)를 열교환시켜, 저비점 매체(LM)를 가열하고, 이 저비점 매체(LM)를 증발시킨다(가열 공정). 이 과정에서, 물은 냉각되고, 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한다. 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한 물은, 제 1 물 회수 라인(178d) 및 배열 회수 보일러(110j)의 저압수 라인(117)을 거쳐서, 저압 증발기(113a)에 유입한다.
증발기(151)에서 증발한 저비점 매체(LM)는 터빈(152)에 보내지고, 이 터빈(152)을 구동시킨다. 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)는 예열기(156)를 거쳐서 응축기(153)에 보내진다. 응축기(153)에서는, 저비점 매체(LM)와 냉각 매체가 열교환되고, 저비점 매체(LM)가 냉각되어 응축한다. 응축한 저비점 매체(LM)는, 저비점 매체 펌프(154)에 의해, 제 1 가열기(155a), 제 3 가열기(155c) 및 예열기(156)에 보내진다.
제 1 가열기(155a)에서는, 저압 절탄기(112a) 및 제 3 냉각용 공기 냉각기(166c)에서 가열된 액체의 물과 액체의 저비점 매체(LM)를 열교환시켜, 저비점 매체(LM)를 가열한다. 이 과정에서, 물은 냉각되고, 제 1 가열기(155a)의 가열수 출구로부터 제 3 물 회수 라인(178f)에 유출한다.
제 2 가열기(155b)에서는, 저압 절탄기(112a) 및 제 2 냉각용 공기 냉각기(166b)에서 가열된 액체의 물과, 제 1 가열기(155a)에서 가열된 액체의 저비점 매체(LM)를 열교환시켜, 저비점 매체(LM)를 한층 더 가열한다. 이 과정에서, 물은 냉각되고, 제 2 가열기(155b)의 가열수 출구로부터 제 2 물 회수 라인(178e)에 유출한다. 이 물은, 제 2 물 회수 라인(178e)을 흐르는 과정에서, 제 1 가열기(155a)로부터 제 3 물 회수 라인(178f)을 거쳐 온 물과 합류한다. 그리고, 이 물은, 제 1 가열기(155a)로부터의 물과 함께, 제 2 순환 펌프(179e)로 승압되고 나서, 급수 라인(131a)(예열 완료 급수 라인(149))을 거쳐서, 저압 절탄기(112a)에 유입한다.
제 3 가열기(155c)에서는, 저압 절탄기(112a)로 가열된 액체의 물과 액체의 저비점 매체(LM)를 열교환시켜, 저비점 매체(LM)를 가열한다. 이 과정에서, 물은 냉각되고, 제 3 가열기(155c)의 가열수 출구로부터 제 4 물 회수 라인(178g)에 유출한다. 그리고, 이 물은 제 4 순환 펌프(179g)로 승압되고 나서, 급수 라인(131a)(예열 완료 급수 라인(149))을 거쳐서, 저압 절탄기(112a)에 유입한다.
예열기(156)에서는, 응축한 저비점 매체(LM)와 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)가 열교환되고, 응축한 저비점 매체(LM)가 가열되는 한편, 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)가 냉각된다. 터빈(152)을 구동시켜, 예열기(156)에서 냉각된 저비점 매체(LM)는 응축기(153)로 냉각되고, 전술한 바와 같이 응축한다.
제 1 가열기(155a) 및 제 2 가열기(155b)에서 가열된 저비점 매체(LM), 제 3 가열기(155c)에서 가열된 저비점 매체(LM), 및 예열기(156)에서 가열된 저비점 매체(LM)는 합류한 후, 증발기(151)에 보내진다.
본 실시형태와 같이, 제 6 실시형태와는 상이한 형태에서, 저비점 매체(LM)를 서로의 온도가 상이한 물로 단계적으로 가열해도 좋다. 또한, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)의 열을 이용하고, 응축한 저비점 매체(LM)를 가열해도 좋다.
이상, 본 실시형태에서도, 제 4 실시형태나 제 6 실시형태 등과 마찬가지로, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 액체의 물을 랭킨 사이클(150j)에 보내고, 이 물과 저비점 매체(LM)를 열교환시키고 있으므로, 랭킨 사이클(150j)의 소형화, 및 랭킨 사이클(150j)의 열효율 향상, 저온의 배기 가스(EG)의 열의 유효 이용을 도모할 수 있다.
또한 본 실시형태에서도, 가스 터빈(10j)에 있어서의 냉각 대상의 열을 이용하고, 냉각용 공기 냉각기(166a, 166b, 166c)에서 랭킨 사이클(150j)에 보내는 물을 가열하므로, 가스 터빈(10j)의 배열을 유효 이용하는 것이 가능하다. 가스 터빈(10j)의 배열을 유효 이용하는 것에 의해, 회수 열량이 증가한 만큼은 저비점 매체(LM)의 가열에 이용된다.
또한, 본 실시형태에서도, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 저비점 매체(LM)를 서로의 온도가 상이한 물로 단계적으로 가열하므로, 랭킨 사이클(150j)의 출력 및 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 가열기(155a)와 가열기(155b)를 직렬로 배치하는 동시에, 가열기(155a) 및 가열기(155b)와, 가열기(155c)를 병렬에 배치하는 것에 의해, 열원이 되는 물의 유량 및 온도 레벨에 따라서, 적절한 개소에서의 열의 수취가 가능하게 되어, 출력 및 효율을 증대할 수 있다.
「제 8 실시형태」
도 15를 참조하여, 본 발명에 관한 가스 터빈 플랜트의 제 8 실시형태에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는 주로 제 7 실시형태의 랭킨 사이클(150j)의 구성을 변경한 것이다.
본 실시형태의 가스 터빈(10j)은 제 7 실시형태와 마찬가지이다. 따라서, 본 실시형태의 가스 터빈(10j)도, 제 1 냉각용 공기 냉각기(166a), 제 2 냉각용 공기 냉각기(166b), 및 제 3 냉각용 공기 냉각기(166c)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시형태의 배열 회수 장치(100k)는 랭킨 사이클(150k)과, 제 7 실시형태와 동일한 배열 회수 보일러(110j)를 구비하고 있다. 본 실시형태의 배열 회수 장치(100k)는 또한 접속물 냉각기(180)를 구비하고 있다. 이 접속물 냉각기(180)는, 제 2 내지 제 6 실시형태에 있어서의 발전기 냉각기(161)와, 윤활유 냉각기(162)를 구비한다. 발전기 냉각기(161)는 발전기(41)의 냉각 매체와, 접속물 냉각 매체를 열교환시킨다. 이 발전기 냉각기(161)의 접속물 냉각 매체 입구에는, 제 1 냉각 완료 매체 라인(181a)이 접속되어 있다. 이 발전기 냉각기(161)의 접속물 냉각 매체 출구에는, 제 1 가열후 매체 라인(182a)이 접속되어 있다. 윤활유 냉각기(162)는 윤활유와 접속물 냉각 매체를 열교환시킨다. 이 윤활유 냉각기(162)의 접속물 냉각 매체 입구에는, 제 2 냉각 완료 매체 라인(181b)이 접속되어 있다. 이 윤활유 냉각기(162)의 접속물 냉각 매체 출구에는, 제 2 가열후 매체 라인(182b)이 접속되어 있다.
본 실시형태의 급수 라인(131)은, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 저압 절탄기(112a)에 접속되어 있다. 즉, 본 실시형태의 급수 라인(131)은, 제 2 내지 제 7 실시형태와 상이하게, 발전기 냉각기(161)나 윤활유 냉각기(162)를 경유하지 않는다.
본 실시형태의 배열 회수 장치(100k)에 있어서의 랭킨 사이클(150k)은, 액체의 저비점 매체(LM)를 가열하는 제 1 가열기(155a), 제 2 가열기(155b), 제 3 가열기(155e), 및 제 4 가열기(155f)와, 이러한 가열기(155a, 155b, 155e, 155f)에서 가열된 액체의 저비점 매체(LM)를 한층 더 가열해서 증발시키는 증발기(가열기)(151)와, 증발한 저비점 매체(LM)로 구동하는 터빈(152)과, 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 냉각해서 응축시키는 응축기(153)와, 응축한 저비점 매체(LM)와 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 열교환시켜 응축한 저비점 매체(LM)를 가열하는 예열기(156)와, 응축한 저비점 매체(LM)를 승압해 예열기(156) 및 가열기(155a, 155b, 155e, 155f)에 보내는 저비점 매체 펌프(154)와, 이상의 요소 간에 저비점 매체(LM)가 흐르는 저비점 매체 라인(157k)을 구비하고 있다. 터빈(152)에는, 예를 들면 이 터빈(152)의 구동으로 발전하는 발전기(159)가 접속되어 있다.
제 3 가열기(155e)의 저비점 매체 입구, 제 4 가열기(155f)의 저비점 매체 입구, 및 예열기(156)의 저비점 매체 입구는, 저비점 매체 라인(157k)에 의해, 저비점 매체 펌프(154)의 토출구와 접속되어 있다. 제 3 가열기(155e)는, 저비점 매체 펌프(154)로부터의 저비점 매체(LM)와, 발전기 냉각기(161)로부터의 접속물 냉각 매체를 열교환시킨다. 이 때문에, 제 3 가열기(155e)의 접속물 냉각 매체 입구에는, 제 1 가열후 매체 라인(182a)이 접속되고, 제 3 가열기(155e)의 접속물 냉각 매체 출구에는, 제 1 냉각 완료 매체 라인(181a)이 접속되어 있다. 제 4 가열기(155f)는, 저비점 매체 펌프(154)로부터의 저비점 매체(LM)와, 윤활유 냉각기(162)로부터의 접속물 냉각 매체를 열교환시킨다. 이 때문에, 제 4 가열기(155f)의 접속물 냉각 매체 입구에는, 제 2 가열후 매체 라인(182b)이 접속되고, 제 4 가열기(155f)의 접속물 냉각 매체 출구에는, 제 2 냉각 완료 매체 라인(181b)이 접속되어 있다. 따라서, 제 3 가열기(155e) 및 제 4 가열기(155f)는 저비점 매체와 접속물 냉각 매체를 열교환시키는 B 가열기를 구성한다.
제 3 가열기(155e)의 저비점 매체 출구, 및 제 4 가열기(155f)의 저비점 매체 출구는, 저비점 매체 라인(157k)에 의해, 서로 합류한 후, 제 1 가열기(155a)의 저비점 매체 입구와 접속되어 있다. 제 1 가열기(155a)의 저비점 매체 출구와 제 2 가열기(155b)의 저비점 매체 입구는 저비점 매체 라인(157k)에 의해 접속되어 있다. 제 2 가열기(155b)의 저비점 매체 출구, 및 예열기(156)의 저비점 매체 출구는, 저비점 매체 라인(157k)에 의해, 서로 합류한 후, 증발기(151)의 저비점 매체 입구와 접속되어 있다.
제 1 냉각용 공기 냉각기(166a)가 설치되어 있는 제 1 가열수 라인(171d)에는, 제 7 실시형태와 마찬가지로, 증발기(151)의 가열수 입구에 접속되어 있다. 제 2 냉각용 공기 냉각기(166b)가 설치되어 있는 제 2 가열수 라인(171e)에는, 제 7 실시형태와 마찬가지로, 제 2 가열기(155b)의 가열수 입구가 접속되어 있다. 제 3 냉각용 공기 냉각기(166c)가 설치되어 있는 제 3 가열수 라인(171f)에는, 제 7 실시형태와 마찬가지로, 제 1 가열기(155a)의 가열수 입구가 접속되어 있다. 따라서, 제 2 가열기(155b) 및 제 1 가열기(155a)는 액체의 저비점 매체(LM)와 가열수 라인을 통과한 액체의 물을 열교환시키는 A 가열기를 구성한다.
랭킨 사이클(150k)에 있어서의 증발기(151)의 가열수 출구에는, 제 7 실시형태와 마찬가지로, 제 1 물 회수 라인(178d)이 접속되어 있다. 이 제 1 물 회수 라인(178d)은 배열 회수 보일러(110j)에 있어서의 저압수 라인(117)에 접속되어 있다. 랭킨 사이클(150k)에 있어서의 제 2 가열기(155b)의 가열수 출구에는, 제 2 물 회수 라인(178e)이 접속되어 있다. 이 제 2 물 회수 라인(178e)은 급수 라인(131)에 접속되어 있다. 이 제 2 물 회수 라인(178e)에는, 여기를 흐르는 물을 승압하는 제 2 순환 펌프(179e)가 설치되어 있다. 제 1 가열기(155a)에는, 제 7 실시형태와 마찬가지로, 제 3 물 회수 라인(178f)이 접속되어 있다. 이 제 3 물 회수 라인(178f)은 제 2 물 회수 라인(178e)에 접속되어 있다.
랭킨 사이클(150k)의 증발기(151)에서는, 제 7 실시형태와 마찬가지로, 저압 절탄기(112a) 및 제 1 냉각용 공기 냉각기(166a)에서 가열된 액체의 물과 액체의 저비점 매체(LM)를 열교환시켜, 저비점 매체(LM)를 가열하고, 이 저비점 매체(LM)를 증발시킨다(A 가열 공정). 이 과정에서, 물은 냉각되고, 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한다. 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한 물은, 제 1 물 회수 라인(178d) 및 배열 회수 보일러(110j)의 저압수 라인(117)을 거쳐서, 저압 증발기(113a)에 유입한다.
증발기(151)에서 증발한 저비점 매체(LM)는, 제 7 실시형태와 마찬가지로, 터빈(152)에 보내지고, 이 터빈(152)을 구동시킨다. 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)는 예열기(156)를 거쳐서 응축기(153)에 보내진다. 응축기(153)에서는, 저비점 매체(LM)와 냉각 매체가 열교환되고, 저비점 매체(LM)가 냉각되어 응축한다. 응축한 저비점 매체(LM)는, 저비점 매체 펌프(154)에 의해, 제 3 가열기(155e), 제 4 가열기(155f) 및 예열기(156)에 보내진다.
제 3 가열기(155e)에서는, 발전기 냉각기(161)에서 가열된 접속물 냉각 매체와 액체의 저비점 매체(LM)를 열교환시킨다. 이 결과, 저비점 매체(LM)가 가열되는 한편(B 가열 공정), 접속물 냉각 매체가 냉각된다. 냉각된 접속물 냉각 매체는, 제 1 냉각 완료 매체 라인(181a)을 거쳐서, 발전기 냉각기(161)로 돌아온다. 발전기 냉각기(161)에서는, 냉각된 접속물 냉각 매체와 발전기(41)의 냉각 매체와 열교환시킨다(접속물 냉각 공정). 제 4 가열기(155f)에서는, 윤활유 냉각기(162)에서 가열된 접속물 냉각 매체와 액체의 저비점 매체(LM)를 열교환시킨다. 이 결과, 저비점 매체(LM)가 가열되는 한편(B 가열 공정), 접속물 냉각 매체가 냉각된다. 냉각된 접속물 냉각 매체는, 제 2 냉각 완료 매체 라인(181b)을 거쳐서, 윤활유 냉각기(162)로 돌아온다. 윤활유 냉각기(162)에서는, 냉각된 접속물 냉각 매체와 윤활유와 열교환시킨다(접속물 냉각 공정).
제 1 가열기(155a)에서는, 저압 절탄기(112a) 및 제 3 냉각용 공기 냉각기(166c)에서 가열된 액체의 물과, 제 3 가열기(155e) 및 제 4 가열기(155f)에서 가열된 액체의 저비점 매체(LM)를 열교환시키고, 저비점 매체(LM)를 한층 더 가열한다(A 가열 공정). 이 과정에서, 물은 냉각되고, 제 1 가열기(155a)의 가열수 출구로부터 제 3 물 회수 라인(178f)에 유출한다.
제 2 가열기(155b)에서는, 제 7 실시형태와 마찬가지로, 저압 절탄기(112a) 및 제 2 냉각용 공기 냉각기(166b)에서 가열된 액체의 물과, 제 1 가열기(155a)에서 가열된 액체의 저비점 매체(LM)를 열교환시키고, 저비점 매체(LM)를 한층 더 가열한다(A 가열 공정). 이 과정에서, 물은 냉각되고, 제 2 가열기(155b)의 가열수 출구로부터 제 2 물 회수 라인(178e)에 유출한다. 이 물은, 제 7 실시형태와 마찬가지로, 제 2 물 회수 라인(178e)을 흐르는 과정에서, 제 1 가열기(155a)로부터 제 3 물 회수 라인(178f)을 거쳐 온 물과 합류한다. 그리고, 이 물은, 제 1 가열기(155a)로부터의 물과 함께, 제 2 순환 펌프(179e)로 승압되고 나서, 급수 라인(131)을 거쳐서, 저압 절탄기(112a)에 유입한다.
예열기(156)에서는, 제 7 실시형태와 마찬가지로, 응축한 저비점 매체(LM)와 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)가 열교환되고, 응축한 저비점 매체(LM)가 가열되는 한편, 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)가 냉각된다. 터빈(152)을 구동시키고, 예열기(156)에서 냉각된 저비점 매체(LM)는 응축기(153)에서 냉각되고, 전술한 바와 같이 응축한다.
제 3 가열기(155e), 제 4 가열기(155f), 제 1 가열기(155a) 및 제 2 가열기(155b)에서 가열된 저비점 매체(LM), 예열기(156)에서 가열된 저비점 매체(LM)는 합류한 후, 증발기(151)에 보내진다.
본 실시형태와 마찬가지로, 제 6 실시형태나 제 7 실시형태와는 상이한 형태로, 저비점 매체(LM)를 서로의 온도가 상이한 물이나 접속물 냉각 매체로 단계적으로 가열해도 좋다. 또한, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)의 열을 이용하고, 응축한 저비점 매체(LM)를 가열해도 좋다.
이상, 본 실시형태에서도, 제 4 실시형태나 제 6 실시형태 등과 마찬가지로, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 액체의 물을 랭킨 사이클(150k)에 보내고, 이 물과 저비점 매체(LM)를 열교환시키고 있으므로, 랭킨 사이클(150k)의 소형화, 및 랭킨 사이클(150k)의 열효율 향상, 저온의 배기 가스(EG)의 열의 유효 이용을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서도, 냉각용 공기 냉각기(166a, 166b, 166c)에서 회수된 가스 터빈(10j)의 배열을 랭킨 사이클(150k)에서 유효하게 이용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 발전기 냉각기(161) 및 윤활유 냉각기(162)에서 회수된 가스 터빈의 접속물의 배열을 랭킨 사이클(150k)에서 유효 이용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서도, 제 6 실시형태나 제 7 실시형태와 마찬가지로, 저비점 매체(LM)를 단계적으로 가열하므로, 랭킨 사이클(150k)의 출력을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 비교적 저온의 접속물의 배열과, 비교적 고온의 저압 절탄기(112a) 및 제 1 냉각용 공기 냉각기(166a)에서 가열된 액체의 물의 열을 병용하는 것에 의해, 비교적 저온의 배열도 유효하게 활용하면서, 랭킨 사이클(150k)의 출력 및 효율을 높일 수 있고, 결과적으로 플랜트의 출력 및 효율을 높일 수 있다.
또한, 제 4 실시형태 내지 제 8 실시형태에서는, 냉각용 공기 냉각기(166)(또는 제 1 냉각용 공기 냉각기(166a))에서 냉각된 공기는 터빈 로터(33)의 냉각 공기 유로(36)에 보내지고, 터빈 로터(33)를 냉각한다. 그렇지만, 이 공기를, 가스 터빈을 구성하는 부품 중에서 연소 가스에 접하는 고온 부품이면, 터빈 로터(33) 이외의 고온 부품에 보내도 좋다. 또한, 제 7 실시형태 및 제 8 실시형태에서는, 제 2 냉각용 공기 냉각기(166b)나 제 3 냉각용 공기 냉각기(166c)에서 냉각된 공기는 터빈(31j)의 정익(38)을 냉각한다. 그렇지만, 이 공기도, 가스 터빈을 구성하는 부품 중에서 연소 가스에 접하는 고온 부품이면, 정익(38) 이외의 고온 부품에 보내도 좋다.
예를 들면, 도 16에 도시하는 바와 같이, 냉각용 공기 냉각기(166) 등으로 냉각된 압축기(11a)로부터의 공기를 연소기(21)에 보내도 좋다. 연소기(21)는 압축기(11a)로부터의 공기(A) 중에서 연료(F)가 연소하고, 연소 가스가 생성되는 연소통(또는 미통)(23)과, 이 연소통(23) 내에 압축기(11a)로부터의 공기(A) 및 연료(F)를 분사하는 분사기(22)를 구비하고 있다. 연소통(23)을 형성하는 부재에는, 이 부재를 냉각하기 위해서, 냉각 공기가 통과하는 냉각 공기 유로(24)가 형성되어 있다. 냉각용 공기 냉각기(166) 등에서 냉각된 압축기(11a)로부터의 공기는, 이 연소통(23)의 냉각 공기 유로(24)에 보내지고, 연소통(23)을 냉각한다. 이 경우, 냉각용 공기 냉각기(166)로부터의 공기(A)는, 냉각 공기 압축기(29)로 승압된 후, 연소기(21)에 보내진다.
「저비점 매체 랭킨 사이클의 변형예」
가스 터빈 플랜트에 적용하는 저비점 매체 랭킨 사이클은 제 1 실시형태 등의 랭킨 사이클(150), 제 6 실시형태의 랭킨 사이클(150e), 제 7 실시형태의 랭킨 사이클(150j), 제 8 실시형태의 랭킨 사이클(150k)로 한정되지 않고, 어떤 것이라도 좋다. 이하, 랭킨 사이클의 다른 예에 대해서 설명한다.
제 1 변형예의 랭킨 사이클(150f)은, 도 17에 도시하는 바와 같이, 액체의 저비점 매체(LM)를 물과 열교환시켜 저비점 매체(LM)를 가열해서 증발시키는 증발기(가열기)(151)와, 증발한 저비점 매체(LM)로 구동하는 터빈(152)과, 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 냉각해서 응축시키는 응축기(153)와, 응축한 저비점 매체(LM)와 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 열교환시켜 응축한 저비점 매체(LM)를 가열하는 예열기(156)와, 응축한 저비점 매체(LM)를 승압해 예열기(156) 및 증발기(151)에 보내는 저비점 매체 펌프(154)와, 이상의 요소 간에 저비점 매체(LM)가 흐르는 저비점 매체 라인(157f)을 구비하고 있다.
즉, 제 1 변형예의 랭킨 사이클(150f)은 제 6 실시형태의 랭킨 사이클(150e)에 있어서의 가열기(155)를 생략한 것이다.
제 2 변형예의 랭킨 사이클(150g)은, 도 18에 도시하는 바와 같이, 액체의 저비점 매체(LM)를 물과 열교환시켜 저비점 매체(LM)를 가열해서 증발시키는 증발기(가열기)(151)와, 증발한 저비점 매체(LM)로 구동하는 고압 터빈(152c)과, 고압 터빈(152c)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 물과 열교환시켜 저비점 매체(LM)를 가열하는 재열기(156a)와, 재열기(156a)에서 가열된 저비점 매체(LM)로 구동하는 저압 터빈(152a)과, 저압 터빈(152a)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 냉각해서 응축시키는 응축기(153)와, 응축한 저비점 매체(LM)를 승압해서 증발기(151)에 보내는 저비점 매체 펌프(154)와, 이상의 요소 간에 저비점 매체(LM)가 흐르는 저비점 매체 라인(157g)을 구비하고 있다.
제 1 변형예의 랭킨 사이클(150f)에 있어서의 예열기(156)에서는, 응축한 저비점 매체(LM)와 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 열교환시키고, 응축한 저비점 매체(LM)를 가열한다. 한편, 제 2 변형예의 랭킨 사이클(150g)에 있어서의 재열기(156a)에서는, 고압 터빈(152c)을 구동시킨 저비점 매체(LM)와 외부로부터의 물을 열교환시키고, 고압 터빈(152c)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 가열하고, 이것을 저압 터빈(152a)에 보낸다. 또한, 본 변형예에 있어서, 증발기(151)에 공급되는 물과 재열기(156a)에 공급되는 물은, 동일한 공급원으로부터의 물이어도 좋고, 상이한 공급원으로부터 물이어도 좋다.
제 3 변형예의 랭킨 사이클(150h)은, 도 19에 도시하는 바와 같이, 응축되어 있는 저비점 매체(LM)를 승압하는 저비점 매체 저압 펌프(154a)와, 저비점 매체 저압 펌프(154a)로 승압된 저비점 매체(LM)를 한층 더 승압하는 저비점 매체 고압 펌프(154c)와, 저비점 매체 고압 펌프(154c)로부터의 저비점 매체(LM)를 물(HW1)과 열교환시켜 증발시키는 고압 증발기(151c)와, 고압 증발기(151c)로부터의 저비점 매체(LM)로 구동하는 고압 터빈(152c)과, 저비점 매체 저압 펌프(154a)로부터의 저비점 매체(LM)를 물(HW2)과 열교환시켜 증발시키는 저압 증발기(151a)와, 저압 증발기(151a)로부터의 저비점 매체(LM)로 구동하는 저압 터빈(152a)과, 저압 터빈(152a)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 냉각해서 응축시키는 응축기(153)와, 이상의 요소 간에 저비점 매체(LM)가 흐르는 저비점 매체 라인(157h)을 구비하고 있다. 또한, 고압 증발기(151c)에 공급되는 액체의 물(HW1)의 온도는 저압 증발기(151a)에 공급되는 액체의 물(HW2)의 온도보다 높다.
고압 증발기(151c)에서 증발한 저비점 매체(LM)는 고압 터빈(152c)에 보내지고, 이 고압 터빈(152c)을 구동시킨다. 고압 터빈(152c)을 구동시킨 저비점 매체(LM)는, 저압 증발기(151a)에서 발생한 저비점 매체(LM)와 혼합되고 나서 저압 터빈(152a)에 보내지고, 이 저압 터빈(152a)을 구동시킨다. 저압 터빈(152a)을 구동시킨 저비점 매체(LM)는 응축기(153)에서 응축된다. 응축기(153)에서 응축된 저비점 매체(LM)는 저비점 매체 저압 펌프(154a)로 승압된다. 저비점 매체 저압 펌프(154a)로 승압된 저비점 매체(LM)는, 일부가 저압 증발기(151a)에 보내지고, 나머지의 저비점 매체(LM)는 저비점 매체 고압 펌프(154c)에 보내진다.
저압 증발기(151a)에 공급되는 액체의 물(HW2)로서는, 예를 들면 윤활유 냉각수, 발전기 냉각수, 가스 터빈 압축기 중간 냉각의 냉각수, 배열 회수 보일러(110)에 있어서의 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물이나 중압 절탄기(112b)에서 가열된 물 등을 고려할 수 있다. 또한, 고압 증발기(151c)에 공급되는 액체의 물(HW1)로서는, 저압 증발기(151a)에 공급되는 액체의 물(HW2)이 배열 회수 보일러(110)에 있어서의 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물인 경우에는, 중압 절탄기(112b)에서 가열된 물, 제 2 고압 절탄기(112d)에서 가열된 물 등을 고려할 수 있다.
제 4 변형예의 랭킨 사이클(150i)은, 도 20에 도시하는 바와 같이, 응축되어 있는 저비점 매체(LM)를 승압하는 저비점 매체 저압 펌프(154a)와, 저비점 매체 저압 펌프(154a)로 승압된 저비점 매체(LM)를 한층 더 승압하는 저비점 매체 중압 펌프(154b)와, 저비점 매체 중압 펌프(154b)로 승압된 저비점 매체(LM)를 한층 더 승압하는 저비점 매체 고압 펌프(154c)와, 저비점 매체 고압 펌프(154c)로부터의 저비점 매체(LM)를 물(HW1)과 열교환시켜 증발시키는 고압 증발기(151c)와, 고압 증발기(151c)로부터의 저비점 매체(LM)로 구동하는 고압 터빈(152c)과, 저비점 매체 중압 펌프(154b)로부터의 저비점 매체(LM)를 물(HW2)과 열교환시켜 증발시키는 중 압 증발기(151b)와, 중압 증발기(151b)로부터의 저비점 매체(LM)로 구동하는 중압 터빈(152b)과, 저비점 매체 저압 펌프(154a)로부터의 저비점 매체(LM)를 물(HW3)과 열교환시켜 증발시키는 저압 증발기(151a)와, 저압 증발기(151a)로부터의 저비점 매체(LM)로 구동하는 저압 터빈(152a)과, 저압 터빈(152a)을 구동시킨 저비점 매체(LM)를 냉각해서 응축시키는 응축기(153)와, 이상의 요소 간에 저비점 매체(LM)가 흐르는 저비점 매체 라인(157i)을 구비하고 있다. 또한, 고압 증발기(151c)에 공급되는 액체의 물(HW1)의 온도는 중압 증발기(151b)에 공급되는 액체의 물(HW2)의 온도보다 높다. 또한, 중압 증발기(151b)에 공급되는 액체의 물(HW2)의 온도는 저압 증발기(151a)에 공급되는 액체의 물(HW3)의 온도보다 높다.
고압 증발기(151c)에서 증발한 저비점 매체(LM)는 고압 터빈(152c)에 보내지고, 이 고압 터빈(152c)을 구동시킨다. 고압 터빈(152c)을 구동시킨 저비점 매체(LM)는, 중압 증발기(151b)에서 발생한 저비점 매체(LM)와 혼합되고 나서 중압 터빈(152b)에 보내지고, 이 중압 터빈(152b)을 구동시킨다. 중압 터빈(152b)을 구동시킨 저비점 매체(LM)는, 저압 증발기(151a)에서 발생한 저비점 매체(LM)와 서로 혼합되고 나서 저압 터빈(152a)에 보내지고, 이 저압 터빈(152a)을 구동시킨다. 저압 터빈(152a)을 구동시킨 저비점 매체(LM)는 응축기(153)에서 응축된다. 응축기(153)에서 응축된 저비점 매체(LM)는 저비점 매체 저압 펌프(154a)로 승압된다. 저비점 매체 저압 펌프(154a)로 승압된 저비점 매체(LM)는, 일부가 저압 증발기(151a)에 보내지고, 나머지의 저비점 매체(LM)는 저비점 매체 중압 펌프(154b)에 보내진다. 저비점 매체 중압 펌프(154b)로 승압된 저비점 매체(LM)는, 일부가 중압 증발기(151b)에 보내지고, 나머지의 저비점 매체(LM)는 저비점 매체 고압 펌프(154c)에 보내진다.
저압 증발기(151a)에 공급되는 액체의 물(HW3)로서는, 예를 들면 윤활유 냉각수, 발전기 냉각수, 가스 터빈 압축기 중간 냉각의 냉각수, 배열 회수 보일러(110)에 있어서의 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물 등을 고려할 수 있다. 또한, 중압 증발기(151b)에 공급되는 액체의 물(HW2)로서는, 배열 회수 보일러(110)에 있어서의 중압 절탄기(112b)에서 가열된 물 등을 고려할 수 있다. 고압 증발기(151c)에 공급되는 액체의 물(HW1)로서는, 배열 회수 보일러(110)에 있어서의 제 2 고압 절탄기(112d)에서 가열된 물 등을 고려할 수 있다.
「압축기의 변형예」
제 2 내지 제 6 실시형태의 압축기(11a)는 서로 독립한 압축기 케이싱을 갖는 저압 압축기(12a)와 고압 압축기(12b)를 포함해 구성되어 있다. 그렇지만, 제 2 내지 제 6 실시형태의 압축기는, 도 21에 도시하는 바와 같이, 하나의 압축기 케이싱(17c)을 구비하는 것이어도 좋다.
이 경우, 하나의 압축기 케이싱(17c)의 중단에 추기 포트(18)를 형성하는 동시에, 추기 포트(18)에 인접하고 또한 이 추기 포트(18)보다 고압측에 흡기 포트(19)를 형성한다. 추기 포트(18)에는 중간 냉각기(163)의 공기 입구를 접속하고, 흡기 포트(19)에는 중간 냉각기(163)의 공기 출구를 접속한다. 이러한 압축기(11b)에서는, 추기 포트(18)보다 저압측이 저압 압축부(14a)를 구성하고, 흡기 포트(19)보다 고압측이 고압 압축부(14b)를 구성한다.
「배열 회수 장치의 변형예」
이상의 각 실시형태의 배열 회수 장치는 모두 증기 터빈을 구비하고 있다. 그렇지만, 배열 회수 장치(100f)는, 도 22에 도시하는 바와 같이, 절탄기와, 절탄기에서 가열된 물을 한층 더 가열해서 증기로 하는 증발기를 구비하는 배열 회수 보일러(110f)를 구비하고 있으면, 증기 터빈은 없어도 좋다.
도 22에 나타내는 배열 회수 보일러(110f)에서는, 저압 증기 발생부(111a)로부터의 저압 증기(LS)는 저압 증기 이용 설비(71a)에 보내지고, 중압 증기 발생부(111b)로부터의 중압 증기(IS)는 중압 증기 이용 설비(71b)에 보내지고, 고압 증기 발생부(111c)로부터의 고압 증기(HS)는 고압 증기 이용 설비(71c)에 보내진다. 각 증기 이용 설비(71a, 71b, 71c)에 보내진 증기는 액체의 물로 되돌려지고 나서, 급수 펌프(124)에 보내진다.
또한, 여기에서는, 저압 증기 발생부(111a), 중압 증기 발생부(111b), 고압 증기 발생부(111c)를 구비하는 배열 회수 보일러(110f)를 예시하고 있지만, 절탄기와, 절탄기에서 가열된 물을 한층 더 가열해서 증기로 하는 증발기를 구비하는 것이면, 어떤 배열 회수 보일러라도 좋다.
본 발명의 일 태양에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클에 의해, 가스 터빈으로부터의 배열의 유효 이용을 도모하면서, 이 저비점 매체 랭킨 사이클을 소형화할 수 있다.
10, 10a, 10j : 가스 터빈
11, 11a, 11b, 11j : 압축기
12a : 저압 압축기 12b : 고압 압축기
21 : 연소기 31, 31j : 터빈
33 : 터빈 로터 36 : 냉각 공기 유로
40, 40a : 가스 터빈 로터 41 : 발전기
45 : 베어링 71a : 저압 증기 이용 설비
71b : 중압 증기 이용 설비 71c : 고압 증기 이용 설비
100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100j, 100k : 배열 회수 장치
110, 110f, 110j : 배열 회수 보일러
111a : 저압 증기 발생부 111b : 중압 증기 발생부
111c : 고압 증기 발생부 112a : 저압 절탄기
113a : 저압 증발기 123 : 복수기
124 : 급수 펌프 131 : 급수 라인
141 : 제 1 냉각수 라인 142 : 제 2 냉각수 라인
143 : 제 3 냉각수 라인 149 : 예열 완료 급수 라인
150, 150e, 150f, 150g, 150h, 150i, 150j, 150k : 저비점 매체 랭킨 사이클
151 : 증발기(가열기) 152 : 터빈
153 : 응축기 154 : 저비점 매체 펌프
155 : 가열기 155a : 제 1 가열기
155b : 제 2 가열기 155c, 155e : 제 3 가열기
155f : 제 4 가열기 160, 160j : 급수계 열교환기
161 : 발전기 냉각기 162 : 윤활유 냉각기
163 : 중간 냉각기 165 : 가열 수계 열교환기
165a : 제 1 가열 수계 열교환기 165b : 제 2 가열 수계 열교환기
165c : 제 3 가열 수계 열교환기 166 : 냉각용 공기 냉각기
166a : 제 1 냉각용 공기 냉각기 166b : 제 2 냉각용 공기 냉각기
166c : 제 3 냉각용 공기 냉각기 171, 171b, 171d : 가열수 라인
171a : 제 1 가열수 라인 171b : 제 2 가열수 라인
171c : 제 3 가열수 라인 171m : 가열수 메인 라인
177, 177d : 회수 수계 열교환기 178, 178b, 178d : 물 회수 라인
179 : 순환 펌프 179d : 고압 순환 펌프
180 : 접속물 냉각기
12a : 저압 압축기 12b : 고압 압축기
21 : 연소기 31, 31j : 터빈
33 : 터빈 로터 36 : 냉각 공기 유로
40, 40a : 가스 터빈 로터 41 : 발전기
45 : 베어링 71a : 저압 증기 이용 설비
71b : 중압 증기 이용 설비 71c : 고압 증기 이용 설비
100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100j, 100k : 배열 회수 장치
110, 110f, 110j : 배열 회수 보일러
111a : 저압 증기 발생부 111b : 중압 증기 발생부
111c : 고압 증기 발생부 112a : 저압 절탄기
113a : 저압 증발기 123 : 복수기
124 : 급수 펌프 131 : 급수 라인
141 : 제 1 냉각수 라인 142 : 제 2 냉각수 라인
143 : 제 3 냉각수 라인 149 : 예열 완료 급수 라인
150, 150e, 150f, 150g, 150h, 150i, 150j, 150k : 저비점 매체 랭킨 사이클
151 : 증발기(가열기) 152 : 터빈
153 : 응축기 154 : 저비점 매체 펌프
155 : 가열기 155a : 제 1 가열기
155b : 제 2 가열기 155c, 155e : 제 3 가열기
155f : 제 4 가열기 160, 160j : 급수계 열교환기
161 : 발전기 냉각기 162 : 윤활유 냉각기
163 : 중간 냉각기 165 : 가열 수계 열교환기
165a : 제 1 가열 수계 열교환기 165b : 제 2 가열 수계 열교환기
165c : 제 3 가열 수계 열교환기 166 : 냉각용 공기 냉각기
166a : 제 1 냉각용 공기 냉각기 166b : 제 2 냉각용 공기 냉각기
166c : 제 3 냉각용 공기 냉각기 171, 171b, 171d : 가열수 라인
171a : 제 1 가열수 라인 171b : 제 2 가열수 라인
171c : 제 3 가열수 라인 171m : 가열수 메인 라인
177, 177d : 회수 수계 열교환기 178, 178b, 178d : 물 회수 라인
179 : 순환 펌프 179d : 고압 순환 펌프
180 : 접속물 냉각기
Claims (43)
- 저비점 매체가 응축과 증발을 반복해서 순환하는 저비점 매체 랭킨 사이클과,
가스 터빈으로부터의 배기 가스로 물을 가열하는 배열 회수 보일러로부터, 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도하는 가열수 라인과,
상기 가열수 라인으로부터 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도되어, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 상기 배열 회수 보일러로 되돌리는 물 회수 라인을 포함하며,
상기 저비점 매체 랭킨 사이클은, 액체의 상기 저비점 매체와 상기 가열수 라인을 통과해 온 상기 액체의 물을 열교환시켜서, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열기를 구비하는
배열 회수 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고,
상기 가열수 라인은, 하나 이상의 상기 증발기마다의 상기 절탄기 중 몇개의 절탄기에서 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도하는
배열 회수 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 가열수 라인은, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기에 대한 절탄기에서 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도하는
배열 회수 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물 회수 라인은, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인을 거쳐서, 상기 배열 회수 보일러에 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 되돌리는
배열 회수 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고,
상기 물 회수 라인은, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인을 거쳐서, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기에 대한 상기 절탄기에 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 되돌리고,
상기 저압 증발기에 대한 상기 절탄기로 보내지는 물의 온도가 상기 절탄기의 배기 가스 출구에 있어서의 상기 배기 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도인
배열 회수 장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물 회수 라인을 흐르는 물과 매체를 열교환시키는 회수 수계 열교환기를 구비하는
배열 회수 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 회수 수계 열교환기는, 상기 물 회수 라인을 흐르는 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상을 열교환시키고, 상기 물을 가열하는 한편 상기 냉각 대상을 냉각하는 냉각기를 포함하는
배열 회수 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 냉각기는, 상기 가스 터빈의 압축기로부터의 압축 공기의 일부를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 상기 가스 터빈 중에서 연소 가스와 접하는 고온 부품에 냉각한 상기 압축 공기에 보내는 냉각용 공기 냉각기를 포함하는
배열 회수 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열수 라인을 흐르는 물과 매체를 열교환시키는 가열 수계 열교환기를 구비하는
배열 회수 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 가열 수계 열교환기는, 상기 가열수 라인을 흐르는 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상을 열교환시키고, 상기 물을 가열하는 한편 상기 냉각 대상을 냉각하는 냉각기를 포함하는
배열 회수 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 냉각기는, 상기 가스 터빈의 압축기로부터의 압축 공기의 일부를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 상기 가스 터빈 중에서 연소 가스와 접하는 고온 부품에 냉각한 상기 압축 공기에 보내는 냉각용 공기 냉각기를 포함하는
배열 회수 장치. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인 중의 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상과 열교환시키고, 상기 냉각 대상을 냉각하는 동시에, 상기 물을 가열하는 급수계 열교환기를 구비하는
배열 회수 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 급수계 열교환기는,
상기 가스 터빈의 압축기의 중단으로부터의 압축 공기를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 냉각한 상기 압축 공기를 상기 압축기의 중단 이후의 부분으로 되돌리는 중간 냉각기와,
상기 가스 터빈의 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링으로부터의 윤활유를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 윤활유를 냉각하고, 냉각된 상기 윤활유를 상기 베어링으로 되돌리는 윤활유 냉각기와,
상기 가스 터빈의 압축기로부터의 압축 공기의 일부를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 상기 가스 터빈 중에서 연소 가스와 접하는 고온 부품에 냉각한 상기 압축 공기를 보내는 냉각용 공기 냉각기
중 적어도 하나의 냉각기를 포함하는
배열 회수 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 가스 터빈에는, 상기 가스 터빈의 구동으로 발전하는 발전기가 접속되어 있고,
상기 급수계 열교환기는, 상기 발전기의 구성 부품을 냉각하는 냉각 매체를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 냉각 매체를 냉각하는 발전기 냉각기를 포함하는
배열 회수 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 가스 터빈에는, 상기 가스 터빈의 구동으로 발전하는 발전기가 접속되어 있고,
상기 급수계 열교환기는, 상기 발전기의 구성 부품을 냉각하는 냉각 매체를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 냉각 매체를 냉각하는 발전기 냉각기를 포함하는
배열 회수 장치. - 제 13 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 급수계 열교환기는 상기 중간 냉각기를 포함한 복수의 냉각기를 포함하고,
상기 중간 냉각기는 상기 중간 냉각기를 제외한 냉각기로 가열된 물을 가열하는
배열 회수 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고,
상기 급수계 열교환기는, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 상기 급수 라인 중의 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상과 열교환시키고, 상기 냉각 대상을 냉각하는 동시에, 상기 물을 가열하는 하나 이상의 냉각기를 포함하고, 또한 상기 냉각기로서 상기 가스 터빈의 압축기의 중단으로부터의 압축 공기를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 냉각한 상기 압축 공기를 상기 압축기의 중단 이후의 부분으로 되돌리는 중간 냉각기를 포함하고,
하나 이상의 상기 냉각기 중에서 상기 중간 냉각기는 상기 급수 라인 중에서 가장 하류측의 냉각기를 구성하고, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기 내에 있어서의 물의 포화 온도보다 낮은 온도의 상기 냉각 대상과 상기 물을 열교환하는
배열 회수 장치. - 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고,
상기 급수계 열교환기는, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기에 대한 상기 절탄기로 보내지는 상기 물을, 상기 절탄기의 배기 가스 출구에 있어서의 상기 배기 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도로 가열하는
배열 회수 장치. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 터빈에 접속되어 있는 접속물 중의 매체를 접속물 냉각 매체로 냉각하는 접속물 냉각기를 구비하고,
상기 저비점 매체 랭킨 사이클은, 액체의 상기 저비점 매체와 상기 가열수 라인을 통과해 온 상기 액체의 물을 열교환시켜서, 상기 저비점 매체를 가열하는 상기 가열기로서의 A 가열기와, 액체의 상기 저비점 매체와 상기 접속물 냉각기로부터의 상기 접속물 냉각 매체를 열교환시키고, 상기 저비점 매체를 가열하는 한편 상기 접속물 냉각 매체를 냉각하고, 상기 접속물 냉각 매체를 상기 접속물 냉각기로 되돌리는 B 가열기를 구비하는
배열 회수 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 접속물 냉각기는, 상기 가스 터빈의 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링의 윤활유를 상기 접속물 중의 상기 매체로 해서, 상기 접속물 냉각 매체와 열교환시켜, 상기 윤활유를 냉각하고, 냉각된 상기 윤활유를 상기 베어링으로 되돌리는 윤활유 냉각기를 포함하는
배열 회수 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 가스 터빈에는, 상기 가스 터빈의 구동으로 발전하는 발전기가 접속되어 있고,
상기 접속물 냉각기는, 상기 발전기의 구성 부품을 냉각하는 냉각 매체를 상기 접속물 중의 상기 매체로 해서, 상기 접속물 냉각 매체와 열교환시켜, 상기 냉각 매체를 냉각하고, 냉각된 상기 냉각 매체를 상기 발전기의 상기 구성 부품으로 되돌리는 발전기 냉각기를 포함하는
배열 회수 장치. - 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저비점 매체 랭킨 사이클은 복수의 상기 가열기를 구비하는
배열 회수 장치. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 저비점 매체 랭킨 사이클은 복수의 상기 가열기를 구비하고,
복수의 상기 가열기마다 상기 가열수 라인이 설치되며,
복수의 상기 가열기마다의 상기 가열수 라인 중, 하나의 가열수 라인에 상기 냉각기가 설치되어 있는
배열 회수 장치. - 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러를 구비하는
배열 회수 장치. - 제 24 항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기로 구동하는 증기 터빈을 구비하는
배열 회수 장치. - 제 24 항 또는 제 25 항에 기재의 배열 회수 장치와,
상기 가스 터빈을 구비하는
가스 터빈 플랜트. - 저비점 매체 랭킨 사이클로, 저비점 매체를 순환시키는 랭킨 사이클 실행 공정과,
가스 터빈으로부터의 배기 가스로 물을 가열하는 배열 회수 보일러로부터, 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도하는 가열수 도입 공정과,
상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도되고, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 상기 배열 회수 보일러로 되돌리는 물 회수 공정
을 실행하고,
상기 랭킨 사이클 실행 공정은, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클에 도입된 상기 액체의 물과 액체의 상기 저비점 매체를 열교환시키고, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열 공정을 포함하는
배열 회수 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고,
상기 가열수 도입 공정에서는, 하나 이상의 상기 증발기마다의 상기 절탄기 중 몇개의 절탄기로 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도하는
배열 회수 방법. - 제 28 항에 있어서,
상기 가열수 도입 공정에서는, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기에 대한 절탄기에서 가열된 액체의 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 유도하는
배열 회수 방법. - 제 27 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물 회수 공정에서는, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인을 거쳐서, 상기 배열 회수 보일러에 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 되돌리는
배열 회수 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고,
상기 물 회수 공정에서는, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인을 거쳐서, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기에 대한 상기 절탄기에 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 되돌리고,
상기 저압 증발기에 대한 상기 절탄기로 보내지는 물의 온도가, 상기 절탄기의 배기 가스 출구에 있어서의 상기 배기 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도인
배열 회수 방법. - 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물 회수 공정에서 상기 배열 회수 보일러로 되돌리는 물과 매체를 열교환시키는 회수 수계 열교환 공정을 실행하는
배열 회수 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 회수 수계 열교환 공정은, 상기 물 회수 공정에서 상기 배열 회수 보일러로 되돌리는 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상을 열교환시키고, 상기 물을 가열하는 한편 상기 냉각 대상을 냉각하는 냉각 공정을 포함하는
배열 회수 방법. - 제 27 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열수 도입 공정에서 상기 저비점 매체 랭킨 사이클에 유도되는 물과, 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상과 물과 열교환시키고, 상기 냉각 대상을 냉각하는 동시에, 상기 물을 가열하는 가열 수계 열교환 공정을 실행하는
배열 회수 방법. - 제 34 항에 있어서,
상기 가열 수계 열교환 공정에서는, 상기 가스 터빈의 압축기로부터의 압축 공기의 일부를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 상기 가스 터빈 중에서 연소 가스와 접하는 고온 부품에 냉각한 상기 압축 공기에 보내는
배열 회수 방법. - 제 27 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인 중의 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상과 열교환시키고, 상기 냉각 대상을 냉각하는 동시에, 상기 물을 가열하는 급수계 열교환 공정을 실행하는
배열 회수 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 급수계 열교환 공정은,
상기 가스 터빈의 압축기의 중단으로부터의 압축 공기를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 냉각한 상기 압축 공기를 상기 압축기의 중단 이후의 부분으로 되돌리는 중간 냉각 공정과,
상기 가스 터빈의 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링으로부터의 윤활유를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 윤활유를 냉각하고, 냉각된 상기 윤활유를 상기 베어링으로 되돌리는 윤활유 냉각 공정과,
상기 가스 터빈의 압축기로부터의 압축 공기의 일부를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 상기 가스 터빈 중에서 연소 가스와 접하는 고온 부품에 냉각한 상기 압축 공기에 보내는 냉각용 공기 냉각 공정
중 적어도 하나의 냉각 공정을 포함하는
배열 회수 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 가스 터빈에는, 상기 가스 터빈의 구동으로 발전하는 발전기가 접속되어 있고,
상기 급수계 열교환 공정은, 상기 발전기의 구성 부품을 냉각하는 냉각 매체를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 냉각 매체를 냉각하는 발전기 냉각 공정을 포함하는
배열 회수 방법. - 제 37 항에 있어서,
상기 급수계 열교환 공정은 상기 중간 냉각 공정을 포함한 복수의 냉각 공정을 포함하고,
상기 중간 냉각 공정에서는, 상기 중간 냉각 공정을 제외한 냉각 공정에서 가열된 물을 가열하는
배열 회수 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고,
상기 급수계 열교환 공정은, 상기 배열 회수 보일러에 물을 공급하는 급수 라인 중의 물과 상기 가스 터빈에 있어서의 냉각 대상과 열교환시키고, 상기 냉각 대상을 냉각하는 동시에, 상기 물을 가열하는 하나 이상의 냉각 공정을 포함하고, 또한 상기 냉각 공정으로서 상기 가스 터빈의 압축기의 중단으로부터의 압축 공기를 상기 냉각 대상으로 해서 물과 열교환시켜 상기 압축 공기를 냉각하고, 냉각한 상기 압축 공기를 상기 압축기의 중단 이후의 부분으로 되돌리는 중간 냉각 공정을 포함하고,
하나 이상의 상기 냉각 공정 중에서 상기 중간 냉각 공정은, 상기 급수 라인 중에서 가장 하류측에 있어서의 냉각 공정을 구성하고, 상기 중간 냉각 공정에서는, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기 내에 있어서의 물의 포화 온도보다 낮은 온도의 상기 냉각 대상과 상기 물을 열교환하는
배열 회수 방법. - 제 36 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스로 물을 가열해서 증기를 발생시키는 적어도 하나 이상의 증발기와, 하나 이상의 상기 증발기마다 설치되어 상기 증발기로 보내는 물을 상기 배기 가스로 가열하는 절탄기를 구비하고 있고,
상기 급수계 열교환 공정에서는, 하나 이상의 상기 증발기 중에서 가장 내압이 낮은 저압 증발기에 대한 상기 절탄기로 보내지는 상기 물을, 상기 절탄기의 배기 가스 출구에 있어서의 상기 배기 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도로 가열하는
배열 회수 방법. - 제 27 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 터빈에 접속되어 있는 접속물 중의 매체를 접속물 냉각 매체로 냉각하는 접속물 냉각 공정을 실행하고,
상기 랭킨 사이클 실행 공정에서는, 액체의 상기 저비점 매체와 상기 액체의 물을 열교환시키고, 상기 저비점 매체를 가열하는 상기 가열 공정으로서의 A 가열 공정과, 액체의 상기 저비점 매체와 상기 접속물 냉각 공정의 실행으로 가열된 상기 접속물 냉각 매체를 열교환시키고, 상기 저비점 매체를 가열하는 한편 상기 접속물 냉각 매체를 냉각하고, 상기 접속물 냉각 매체를 상기 접속물 냉각기로 되돌리는 B 가열 공정을 포함하는
배열 회수 방법. - 제 27 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 랭킨 사이클 실행 공정은 서로 상이한 온도의 상기 저비점 매체를 가열하는 복수의 상기 가열 공정을 포함하는
배열 회수 방법.
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