JPH11280412A - コンバインドサイクル発電プラント - Google Patents
コンバインドサイクル発電プラントInfo
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- JPH11280412A JPH11280412A JP10079268A JP7926898A JPH11280412A JP H11280412 A JPH11280412 A JP H11280412A JP 10079268 A JP10079268 A JP 10079268A JP 7926898 A JP7926898 A JP 7926898A JP H11280412 A JPH11280412 A JP H11280412A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
熱をあますことなく利用することによりプラント熱効率
をより一層向上させたコンバインドサイクル発電プラン
トを提供する。 【解決手段】本発明に係るコンバインドサイクル発電プ
ラントは、高圧ガスタービン17と低圧ガスタービン1
9に区分けし、高圧ガスタービン17の入口側にガスタ
ービン高圧燃焼器16を設置し、低圧ガスタービン19
の入口側にガスタービン再燃器18を設置するととも
に、低圧ガスタービン19の出口側と排熱回収ボイラ1
4の入口側との間に再生器20を設置したものである。
Description
向上を図ったコンバインドサイクル発電プラントに関す
る。
しての蒸気タービン単体またはガスタービン単体に代っ
て、両者の利点を巧みに組み合せたコンバインドサイク
ル発電プラントが主流を占めつつある。
温域側に作動流体として燃焼ガスを使用し、比較的低温
域側に作動流体として蒸気を使用する二流体を組み合せ
たもので、高温域側のサイクルにブレイトンサイクル
を、また比較的定温域側のサイクルにランキンサイクル
を用いてプラント熱効率の向上を図ったものである。
ントには、例えば図7に示すように、一軸タイプのもの
がある。
ラントは、ガスタービン1と蒸気タービンプラント2と
を互いに軸直結させるとともに、排熱回収ボイラ3を別
置きにした構成になっている。
4、ガスタービン燃焼器5、ガスタービン6、発電機7
を備え、空気圧縮機4で吸い込んだ大気ARを圧縮して
高圧空気にし、高圧空気を燃料Fとともにガスタービン
燃焼器5に供給し、ここで燃焼ガスを生成し、燃焼ガス
をガスタービン6で膨張仕事をさせ、その回転トルクに
より発電機7を駆動するブレイトンサイクルになってい
る。
ービン8、復水器9、給水ポンプ10を備え、排熱回収
ボイラ3から供給された蒸気を蒸気タービン8で膨張仕
事をさせ、その膨張仕事による回転トルクで発電機7を
駆動する一方、膨張仕事後のタービン排気を復水器9に
より凝縮して常温水(給水)にし、その常温水(給水)
を給水ポンプ10で昇圧させ排熱回収ボイラ3に還流さ
せるランキンサイクルになっている。
プラント1から供給された排ガス(排熱)を熱源とし、
蒸気タービンプラント2から供給された常温水(給水)
を、器内に収容した熱交換器で熱交換させて蒸気を発生
させるようになっている。
ラントは、ブレイトンサイクルとランキンサイクルを組
み合せるとともに、ガスタービンプラント1から排出さ
れる排ガスを巧みに利用してプラント熱効率の向上を図
っており、コンベンショナル発電プラントに較べてプラ
ント熱効率を3〜8%向上させていた。
1に適用されているブレイトンサイクルにしろ、蒸気タ
ービンプラント2に適用されているランキンサイクルに
しろ、もともとカルノーサイクルから出発したものであ
り、このカルノーサイクルの理論によれば、原動機に供
給される作動流体の温度が増せば、その増す分だけプラ
ント出力および熱効率が向上することが知られている。
度を例えば1500℃に高めた場合、現在、原動機、例
えばガスタービンの高温部品に適用されているNi−C
r基またはCo基の耐熱合金鋼の材力を考えると、もは
や許容応力の限界値を超えている。このため、最近で
は、ガスタービンの高温部品、例えばタービン静翼、タ
ービン動翼、タービンロータ(回転軸)等に冷却媒体と
して空気を使用してガスタービン1の高温化に対処させ
た発明が数多く公表されている。
の高温部品に冷却媒体としての空気を供給すること自体
は、その高温部品の材力を維持するためのものであり、
動力発生には寄与していない。このため、ヒートバラン
ス(熱精算)を子細に考察してみると、計画値通りのプ
ラント熱効率を向上させることができず、ガスタービン
プラント1を高温化させる度合に較べてプラント熱効率
は、むしろ低下する傾向にある。
ラントのプラント熱効率をより一層向上させるには、ガ
スタービンプラント1の高温部品に供給される冷却媒体
の消費を少なくさせる新たな代替技術の実現が必要とさ
れている。
れたもので、ガスタービンプラントから排出される排ガ
スを、より一層巧みに活用してプラント熱効率を図った
コンバインドサイクル発電プラントを提供することを目
的とする。
ドサイクル発電プラントは、上記目的を達成するため
に、請求項1に記載したように、ガスタービンプラント
に、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み
合せたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、上
記ガスタービンプラントのガスタービンを高圧ガスター
ビンと低圧ガスタービンに区分けし、上記高圧ガスター
ビンの入口側にガスタービン高圧燃焼器を設置し、上記
低圧ガスタービンの入口側にガスタービン再燃器を設置
するとともに、上記低圧ガスタービンの出口側と上記排
熱回収ボイラの入口側との間に再生器を設置したもので
ある。
発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項2
に記載したように、再生器と排熱回収ボイラとを、連続
一体接続および別置き配置のいずれか一方を選択したも
のである。
発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項3
に記載したように、低圧ガスタービンから再生器に供給
される排ガス温度を、650℃〜850℃の範囲に設定
したものである。
発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項4
に記載したように、再生器から排熱回収ボイラに供給さ
れる排ガス温度を、500℃〜650℃の範囲に設定し
たものである。
発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項5
に記載したように、空気圧縮機から高圧ガスタービンに
供給される高圧空気の圧力比を、15〜35の範囲に設
定したものである。
発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項6
に記載したように、ガスタービンプラントに、蒸気ター
ビンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合せたコンバ
インドサイクル発電プラントにおいて、上記ガスタービ
ンプラントのガスタービンを高圧ガスタービンと低圧ガ
スタービンに区分けし、上記高圧ガスタービンの入口側
にガスタービン高圧燃焼器を設置し、上記低圧ガスター
ビンの入口側にガスタービン再燃器を設置するととも
に、上記低圧ガスタービンの出口側と上記排熱回収ボイ
ラの入口側とに間に再生器を設置する一方、上記蒸気プ
ラントの蒸気タービンからのタービン抽気で高圧ガスタ
ービンおよび低圧ガスタービンの高温部を冷却させた
後、上記排熱回収ボイラに回収させる蒸気冷却供給・回
収系を備えたものである。
発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項7
に記載したように、ガスタービンプラントに、蒸気ター
ビンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合せたコンバ
インドサイクル発電プラントにおいて、上記ガスタービ
ンプラントのガスタービンを高圧ガスタービンと低圧ガ
スタービンに区分けし、上記高圧ガスタービンの入口側
にガスタービン高圧燃焼器を設置し、上記低圧ガスター
ビンの入口側にガスタービン再燃器を設置するととも
に、上記低圧ガスタービンの出口側と上記排熱回収ボイ
ラの入口側との間に再生器を設置する一方、上記ガスタ
ービンプラントの空気圧縮機からの空気圧縮機抽気で上
記ガスタービン高圧燃焼器およびガスタービン再燃器の
高温部を冷却させた後、上記空気圧縮機から上記再生器
を介して上記ガスタービン高圧燃焼器に回収する高圧空
気に合流させる循環空気系を備えたものである。
サイクル発電プラントの実施形態を添付図面および図中
に付した符号を引用して説明する。
ル発電プラントの第1実施形態を示す概略系統図であ
る。
電プラントは、共通のタービンロータ(回転軸)11に
軸直結させたガスタービンプラント12および蒸気ター
ビンプラント13と、別置き配置の排熱回収ボイラ14
とから構成されている。
15、ガスタービン高圧燃焼器16、高圧ガスタービン
17、ガスタービン再燃器18、低圧ガスタービン1
9、再生器20を備えたブレイトンサイクルになってい
る。
タービン21、復水器22、給水ポンプ23、発電機2
4を備えたランキンサイクルになっている。
ンプラント12の再生器20の出口側に接続される。こ
の場合、排熱回収ボイラ14および再生器20は、熱交
換器としての機能を備えている点で同質であるので、図
2に示すように、フランジあるいは溶接等で接合させて
もよく、また別置きにしてもよい。なお、再生器20
は、図2に示すように器壁に沿って伝熱管25を配置
し、伝熱管25内を空気圧縮機15からの高圧空気を供
給し、管外を低圧ガスタービン19からのガスタービン
排ガスを流し、高圧空気を加熱させてガスタービン排ガ
スの熱の有効活用を図っている。さらに、排熱回収ボイ
ラ14は、長筒状のケーシング26で形成し、器内に過
熱器、蒸発器、節炭器(ともに図示せず)等の熱交換器
を収容し、器外に三つの蒸気ドラム27を設置した、い
わゆる複圧タイプになっている。
クル発電プラントにおいて、ガスタービンプラント12
は、空気圧縮機15で吸い込んだ大気を圧縮して高圧空
気にし、高圧空気を再生器20に案内し、ここで低圧ガ
スタービン19からの排ガスの熱の有効活用を図って高
温化させ、燃料F1 とともにガスタービン高圧燃焼器1
6に供給し、燃焼ガスを生成する。
燃焼ガスを高圧ガスタービン17に供給して膨張仕事を
させ、膨張仕事後のガスタービン排気を再び燃料F2 と
ともにガスタービン再燃器18に供給して燃焼ガスを生
成し、その燃焼ガスを低圧ガスタービン19で再び膨張
仕事をさせてタービンロータ11に回転トルクを与えて
いる。
たガスタービン排気を再生器20に案内し、上述空気圧
縮機15からの高圧空気を加熱させた後、排熱回収ボイ
ラ14に供給する。
給されたガスタービン排熱ガスを熱源として蒸気を発生
させ、その蒸気を蒸気タービンプラント13の蒸気ター
ビン21に供給し、膨張仕事をさせてタービンロータ1
1に回転トルクを与えて発電機24を駆動する。この場
合、発電機24は、高圧ガスタービン17、低圧ガスタ
ービン19、蒸気タービン21からタービンロータ11
に与えられた回転トルクから空気圧縮機15、発電機2
4および各タービン17,19,21自身を回転させる
に必要な回転トルクを差し引いた分を電気出力として変
換している。
えたタービン排気を復水器22に供給し、冷却水、例え
ば海水で常温水(復水・給水)に凝縮させ、その常温水
を給水として給水ポンプ23で昇圧させた後、排熱回収
ボイラ14に還流させる。
ンプラント12に高圧ガスタービン17と低圧ガスター
ビン19を区分けして備え、各ガスタービン17,19
の入口側にガスタービン高圧燃焼器16、ガスタービン
再燃器18を設置する一方、低圧ガスタービン19の出
口側に再生器20を設け、再生器20で低圧ガスタービ
ン19からのガスタービン排ガスの熱を利用して空気圧
縮機15からの高圧空気をさらに高温化させ、高圧空気
を高温化させたガスタービン排ガスの熱を再活用して排
熱回収ボイラ14で蒸気を発生させ、各ガスタービン1
7,19からのガスタービン排ガスの熱をあますことな
く活用したので、ガスタービン高圧燃焼器16およびガ
スタービン再燃器18に投入する燃料F1 ,F2 を少な
くさせることができ、図5に示す従来のコンバインドサ
イクル発電プラントに較べてプラント熱効率をより一層
向上させることができる。
15から高圧ガスタービン17に供給される高圧空気の
圧力比をあらわした場合、本発明に係るコンバインドサ
イクル発電プラントのガスタービン排ガス温度(低圧ガ
スタービンから再生器に供給される排ガス温度)、再生
器出口空気温度(再生器からガスタービン高圧燃焼器に
供給される空気温度)、再生器出口ガス温度(再生器か
ら排熱回収ボイラに供給される排ガス温度)、空気圧縮
機吐出空気温度の特性線図である。
ら高圧ガスタービン17に供給される高圧空気の圧力比
を、15〜35の範囲に設定すれば、低圧ガスタービン
19の出口から再生器20に供給される排ガス温度を6
50℃〜850℃の範囲に設定することができ、再生器
20から排熱回収ボイラ14に供給される排ガス温度を
500℃〜650℃の範囲に設定することができる。
スタービン19の排ガスの熱を有効に活用して再生器2
0で空気圧縮機15から供給された吐出空気(高圧空
気)を加熱して高温化させているので、従来のコンバイ
ンドサイクル発電プラントに較べてガスタービン高圧燃
焼器16およびガスタービン再燃器18に投入する燃料
F1 ,F2 を少なくさせることができる。
ら排熱回収ボイラ14に供給されるガスタービン排ガス
の温度を500℃〜650℃の範囲に設定することによ
り、排熱回収ボイラ14から蒸気タービンプラント13
の蒸気タービン21に供給される蒸気の温度を480℃
〜630℃とし、蒸気圧力を7MPa〜15MPaにす
ることができ、従来からコンバインドサイクル発電プラ
ントに適用される蒸気タービン21をそのまま適用で
き、好都合になる。なお、排熱回収ボイラ14に供給さ
れる再生器20からのガスタービン排ガス温度は、再生
器20の温度効率により決定されるものであり、蒸気タ
ービン21に供給される蒸気温度を480℃以下にする
と、蒸気タービン21の出力が低下する。また、蒸気温
度を630℃以上にすると、蒸気タービン出力が増加す
るものの、蒸気タービン21の各構成部品の高温化対策
が必要となり、コストアップにつながり好ましくない。
空気圧縮機15から高圧ガスタービン17に供給される
高圧空気の圧力比をあらわし、従来のプラント熱効率と
本発明によるプラント熱効率とを対比させたプラント熱
効率線図である。
縮機15から高圧ガスタービン17に供給される圧力比
を15〜35の範囲に設定することにより、従来の非再
燃式ガスタービンプラントを備えたコンバインドサイク
ル発電プラントに較べて本発明による再燃式ガスタービ
ンプラントを備えたコンバインドサイクル発電プラント
の方がプラント熱効率をより一層向上できることが認め
られる。なお、空気圧縮機15から高圧ガスタービン1
7に供給される高圧空気の圧力比を40以上に設定する
と、空気圧縮機15に失速が発生し、危険を伴う。
ル発電プラントの第2実施形態を示す概略系統図であ
る。なお、第1実施形態の構成部品と同一部分には同一
符号を付す。
の蒸気タービン21から抽気したタービン抽気を高圧ガ
スタービン17、低圧ガスタービン19のガスタービン
高温部、例えばガスタービン静翼、ガスタービン動翼、
シュラウドセグメントに冷却用として供給し、ガスター
ビン高温部を冷却後のタービン抽気を排熱回収ボイラ1
4の、例えば再熱部に回収させる蒸気冷却供給・回収系
28を設けたものである。なお、蒸気冷却供給・回収系
28は、蒸気タービンプラント13が高圧タービン、中
圧タービン、低圧タービンに区分けされている場合、ガ
スタービン高温部を冷却後のタービン抽気を中圧タービ
ンに回収させてもよい。
気を、冷却用としてガスタービン高温部に供給し、冷却
後のタービン抽気を排熱回収ボイラ14に回収させる蒸
気冷却供給・回収系28を設けたので、ガスタービンを
高温化することができ、プラント熱効率を向上させるこ
とができる。特に、蒸気は比熱が高いので、ガスタービ
ン高温部の冷却に有効である。
ル発電プラントの第3実施形態を示す概略系統図であ
る。なお、第1実施形態の構成部分と同一部分には同一
符号を付す。
た高圧空気の一部を抽気し、その空気圧縮機抽気を、ガ
スタービン高圧燃焼器16、ガスタービン再燃器18の
高温部、例えば燃焼器ライナ、トラジションピース(燃
焼器尾筒)に冷却用として供給し、各燃焼器16,18
の高温部を冷却後の空気圧縮機抽気をガスタービン高圧
燃焼器16の入口側に回収させる循環空気系29を設け
たものである。なお、各燃焼器16,18の高温部を冷
却後の空気圧縮機抽気は、再生器20に回収させてもよ
い。
抽気を冷却用として各燃焼器16,18の高温部に供給
し、冷却後の空気圧縮機抽気をガスタービン高圧燃焼器
16の入口側に回収させる循環空気系29を設けたの
で、空気圧縮抽気を高圧ガスタービン17、低圧ガスタ
ービン19の動力(回転トルク)の発生に寄与させるこ
とができ、ガスタービンの高温化の下、プラント熱効率
を向上させることかできる。
インドサイクル発電プラントは、ガスタービンを高圧ガ
スタービンと低圧ガスタービンとに区分けし、空気圧縮
機から高圧ガスタービンに供給される高圧空気を適性圧
力比に設定して膨張仕事をさせるとともに、低圧ガスタ
ービンの出口側と排熱回収ボイラの入口側との間に再生
器を設け、空気圧縮機からの高圧空気を、再生器で低圧
ガスタービンからの排ガスにより熱交換させてガスター
ビン高圧燃焼器に供給し、排ガスの熱をあますことなく
充分に活用し、ガスタービン高圧燃焼器に投入する燃料
を少なくさせたので、プラント熱効率を従来に較べてよ
り一層向上させることができる。
の排ガスを適正な圧力・温度にして排熱回収ボイラに供
給し、排熱回収ボイラから発生する蒸気を適正・適温に
して蒸気タービンプラントの蒸気タービンに供給するの
で、従来の蒸気タービンの構造を改造することなくその
まま適用することができる。
発電プラントは、蒸気タービンプラントの蒸気タービン
から抽気した蒸気で、高圧ガスタービンおよび低圧ガス
タービンの高温部を冷却させた後、排熱回収ボイラに回
収させる蒸気冷却供給・回収系を備え、各ガスタービン
の高温化に対処させて各ガスタービン高温部の強度維持
を図るとともに、排熱回収ボイラで回収した蒸気を再び
蒸気タービンに供給するので、蒸気の有効活用を図るこ
とができ、プラント熱効率を向上させることができる。
発電プラントは、空気圧縮機からの空気圧縮機抽気をガ
スタービン高圧燃焼器およびガスタービン再燃器の高温
部に供給して冷却し、冷却後の空気圧縮機抽気を、空気
圧縮機から再生器を介してガスタービン高圧燃焼器に供
給される高圧空気に合流させる循環空気系を備え、ガス
タービン高圧燃焼器およびガスタービン再燃器の高温部
を冷却させた空気圧縮機抽気を無駄にすることなく、高
圧ガスタービンおよび低圧ガスタービンの動力発生用に
回収させたので、エネルギの有効活用を図ることがで
き、プラント熱効率を向上させることができる。
トの第1実施形態を示す概略系統図。
トの第1実施形態に適用する再生器と排熱回収ボイラを
示す概略斜視図。
トに使用されるガスタービン排ガス温度、再生器出口空
気温度、再生器出口ガス温度、空気圧縮機吐出空気温度
のそれぞれを示す特性線図。
熱効率とを対比させたプラント熱効率線図。
トの第2実施形態を示す概略系統図。
トの第3実施形態を示す概略系統図。
す概略系統図。
Claims (7)
- 【請求項1】 ガスタービンプラントに、蒸気タービン
プラントおよび排熱回収ボイラを組み合せたコンバイン
ドサイクル発電プラントにおいて、上記ガスタービンプ
ラントのガスタービンを高圧ガスタービンと低圧ガスタ
ービンに区分けし、上記高圧ガスタービンの入口側にガ
スタービン高圧燃焼器を設置し、上記低圧ガスタービン
の入口側にガスタービン再燃器を設置するとともに、上
記低圧ガスタービンの出口側と上記排熱回収ボイラの入
口側との間に再生器を設置したことを特徴とするコンバ
インドサイクル発電プラント。 - 【請求項2】 再生器と排熱回収ボイラとを、連続一体
接続および別置き配置のいずれか一方を選択したことを
特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。 - 【請求項3】 低圧ガスタービンから再生器に供給され
る排ガス温度を、650℃〜850℃の範囲に設定した
ことを特徴とする請求項1記載のコンバインドサイクル
発電プラント。 - 【請求項4】 再生器から排熱回収ボイラに供給される
排ガス温度を、500℃〜650℃の範囲に設定したこ
とを特徴とする請求項1記載のコンバインドサイクル発
電プラント。 - 【請求項5】 空気圧縮機から高圧ガスタービンに供給
される高圧空気の圧力比を、15〜35の範囲に設定し
たことを特徴とする請求項1記載のコンバインドサイク
ル発電プラント。 - 【請求項6】 ガスタービンプラントに、蒸気タービン
プラントおよび排熱回収ボイラを組み合せたコンバイン
ドサイクル発電プラントにおいて、上記ガスタービンプ
ラントのガスタービンを高圧ガスタービンと低圧ガスタ
ービンに区分けし、上記高圧ガスタービンの入口側にガ
スタービン高圧燃焼器を設置し、上記低圧ガスタービン
の入口側にガスタービン再燃器を設置するとともに、上
記低圧ガスタービンの出口側と上記排熱回収ボイラの入
口側とに間に再生器を設置する一方、上記蒸気プラント
の蒸気タービンからのタービン抽気で高圧ガスタービン
および低圧ガスタービンの高温部を冷却させた後、上記
排熱回収ボイラに回収させる蒸気冷却供給・回収系を備
えたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラン
ト。 - 【請求項7】 ガスタービンプラントに、蒸気タービン
プラントおよび排熱回収ボイラを組み合せたコンバイン
ドサイクル発電プラントにおいて、上記ガスタービンプ
ラントのガスタービンを高圧ガスタービンと低圧ガスタ
ービンに区分けし、上記高圧ガスタービンの入口側にガ
スタービン高圧燃焼器を設置し、上記低圧ガスタービン
の入口側にガスタービン再燃器を設置するとともに、上
記低圧ガスタービンの出口側と上記排熱回収ボイラの入
口側との間に再生器を設置する一方、上記ガスタービン
プラントの空気圧縮機からの空気圧縮機抽気で上記ガス
タービン高圧燃焼器およびガスタービン再燃器の高温部
を冷却させた後、上記空気圧縮機から上記再生器を介し
て上記ガスタービン高圧燃焼器に回収する高圧空気に合
流させる循環空気系を備えたことを特徴とするコンバイ
ンドサイクル発電プラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07926898A JP4028070B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | コンバインドサイクル発電プラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07926898A JP4028070B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | コンバインドサイクル発電プラント |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11280412A true JPH11280412A (ja) | 1999-10-12 |
| JP4028070B2 JP4028070B2 (ja) | 2007-12-26 |
Family
ID=13685126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07926898A Expired - Fee Related JP4028070B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | コンバインドサイクル発電プラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4028070B2 (ja) |
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- 1998-03-26 JP JP07926898A patent/JP4028070B2/ja not_active Expired - Fee Related
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