JP3922876B2 - Gas turbine power generation equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温高圧のガスを用いてタービンを回し、発電を行うガスタービン発電設備に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のガスタービン発電設備としては、例えば図6に示すように、高温高圧のガスを発生させる燃焼器60と、ガスタービン61と、ガスタービン61から排出された排ガスの熱を回収する廃熱回収ボイラ62と、廃熱回収ボイラ62を通過した排ガスを大気中へ排出する煙突63とが備えられている。上記ガスタービン61で発生した動力の一部は、燃焼器60へ空気を供給する空気圧縮機64を駆動するのに用いられ、残りの動力で発電機65を駆動して発電を行っている。
【0003】
上記ガスタービン61の排出側から廃熱回収ボイラ62の入口側に通じる上流側経路66と、廃熱回収ボイラ62の出口側から煙突63に通じる下流側経路67とが設けられている。また、上記上流側経路66の途中から分岐して廃熱回収ボイラ62をバイパス(迂回)し下流側経路67の途中に合流するバイパス経路68が設けられている。このバイパス経路68には、バイパス経路68を流れる排ガスの流量を調整する調整弁69が設けられている。さらに、廃熱回収ボイラ62で得られる蒸気を上記燃焼器60内へ噴射する噴射経路70が設けられている。
【0004】
これによると、ガスタービン61は、燃焼器60で発生した高温高圧のガスと噴射経路70から燃焼器60内へ噴射された蒸気とによって回転し、発電が行われる。上記ガスタービン61から排出された排ガスは、上流側経路66を通り、廃熱回収ボイラ62によって廃熱を回収された後、下流側経路67を通って煙突63から大気中へ排出される。
【0005】
上記のように噴射経路70から燃焼器60内へ蒸気を投入しているため、排ガス中には多量の蒸気が含まれており、冬季等の外気温度が低いと、排ガスが急激に冷却され、排ガス中に含まれる蒸気が凝縮するため、煙突63で白煙が発生する場合がある。この白煙は通常無害であるが景観上好ましくない。
【0006】
そこで、上流側経路66を流れる排ガスの一部をバイパス経路68へ分流させることにより、このバイパス経路68を通って下流側経路67に流れ込んだ排ガスと廃熱回収ボイラ62を通って下流側経路67に流れ込んだ排ガスとが混合される。この際、バイパス経路68を通って下流側経路67に流れ込んだ排ガスは廃熱回収ボイラ62を通って下流側経路67に流れ込んだ排ガスよりも高温であるため、下流側経路67内の排ガスの温度が上昇し、排ガスの相対湿度が低下し、これによって白煙の発生を防止している。
【0007】
また、上記のものとは別の従来例として、図7に示すように、下流側経路67の途中に凝縮器75と加熱器76とを設けたものがある。凝縮器75と加熱器76との間には、冷却水(冷媒)を循環させる循環経路77が形成され、この循環経路77には冷却水ポンプ78が設けられている。
【0008】
これによると、廃熱回収ボイラ62から排出された排ガスは凝縮器75で冷却され、排ガス中に含まれる蒸気が水になって除去されるため、排ガスの絶対湿度が低下する。その後、排ガスは、凝縮器75の下流側に設けられた加熱器76で加熱され、これによって白煙の発生を防止している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図6に示したガスタービン発電設備71においては、上流側経路66から廃熱回収ボイラ62へ供給される排ガスの量は、上流側経路66からバイパス経路68へ流れる分だけ減少することになる。したがって、廃熱回収ボイラ62で発生する蒸気の量も減少し、これに応じて、噴射経路70から燃焼器60内へ噴射される蒸気の量も減少してしまうため、ガスタービン61による発電出力が低下してしまうといった問題がある。
【0010】
また、図7に示したガスタービン発電設備79においては、廃熱回収ボイラ62から排出された排ガス中に含まれる蒸気を凝縮器75で十分に除去するためには、冷却水(冷媒)を循環経路77に沿って循環させるのに大きな動力が必要であり、その結果、冷却水ポンプ78の消費電力が増大し、その分、発電設備としては総発電出力が低下してしまうといった問題がある。
【0011】
本発明は、タービンからの排ガスを大気中に排出する際、白煙の発生を防止することが可能であり、さらに、発電出力の低下を防止することが可能なガスタービン発電設備を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本第1発明は、ガスタービンに高温高圧のガスを供給する燃焼器と、ガスタービンから排出された排ガスの熱を回収する廃熱回収ボイラと、廃熱回収ボイラを通過した排ガスを大気へ排出する排出部とを備えたガスタービン発電設備において、
上記ガスタービンと廃熱回収ボイラとの間に、ガスタービンから排出された排ガスを大気圧未満に下げる低圧タービンが設けられ、
上記廃熱回収ボイラと排出部との間に、排ガスを大気圧まで加圧する低圧圧縮機が設けられ、
上記廃熱回収ボイラと低圧圧縮機との間に、排ガス中に含まれる蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器が設けられ、
上記凝縮器に、冷媒が循環する循環経路を接続し、
上記循環経路に、冷媒を循環させるポンプが設けられており、
ガスタービンから低圧タービンを通って廃熱回収ボイラへ通じる上流側主経路と、ガスタービンから上記低圧タービンをバイパスして廃熱回収ボイラへ通じる上流側バイパス経路と、排ガスの流れを上流側主経路と上流側バイパス経路とのいずれかに切り換える上流側切換弁と、廃熱回収ボイラから低圧圧縮機を通って排出部へ通じる下流側主経路と、廃熱回収ボイラから低圧圧縮機をバイパスして排出部へ通じる下流側バイパス経路と、排ガスの流れを下流側主経路と下流側バイパス経路とのいずれかに切り換える下流側切換弁とが設けられたものである。
【0013】
これによると、ガスタービンから排出された排ガスは、低圧タービンによって大気圧未満の圧力に下げられ、その後、廃熱回収ボイラにおいて廃熱を回収され、廃熱回収ボイラから排出されて凝縮器によって冷却され、その後、低圧圧縮機によって大気圧まで加圧され、この状態で排出部から大気中へ排出される。
【0014】
このように、排ガスは、低圧タービンと低圧圧縮機との間の経路において大気圧未満の圧力に下げられており、さらに、凝縮器によって冷却されて温度が低下するため、排ガスの飽和蒸気圧が下がり、これにともなって、排ガス中に含まれる蒸気の量が減少し、排ガス中の蒸気が凝縮器で凝縮されて水になり除去される。したがって、白煙の原因となる排ガス中の蒸気の量が減少することにより、白煙の発生を防止することができる。
【0015】
また、大気圧未満の圧力に下げられた排ガスが低圧圧縮機によって大気圧まで加圧される際、排ガスは断熱圧縮されるため、排ガスの温度が上昇して排ガスの相対湿度が低下し、この状態で排ガスが排出部から排出される。これにより、白煙の発生をより一層防止することができる。
【0016】
さらに、ガスタービンから排出された排ガスは、低圧タービンを通って、全て廃熱回収ボイラへ供給されるため、従来(図6参照)のように廃熱回収ボイラへ供給される排ガスの量が減少することはない。したがって、廃熱回収ボイラで発生する蒸気の量が減少することはなく、廃熱回収ボイラで得られる蒸気を燃焼器内へ噴射する場合でも、燃焼器内へ噴射される蒸気の量が減少することはない。これにより、ガスタービンによる発電出力の低下を防止することができる。
【0018】
また、発電設備を起動させた直後で負荷(運転状態)が不安定な場合、上流側切換弁を上流側バイパス経路に切り換えるとともに、下流側切換弁を下流側バイパス経路に切り換える。これにより、ガスタービンから排出された排ガスは、低圧タービンをバイパス(迂回)して廃熱回収ボイラへ供給され、その後、廃熱回収ボイラから凝縮器を通り、凝縮器から低圧圧縮機をバイパス(迂回)して排出部へ流れ、排出部から大気中へ排出される。
【0019】
その後、負荷(運転状態)が安定した場合、上流側切換弁を上流側主経路に切り換えるとともに、下流側切換弁を下流側主経路に切り換える。これにより、ガスタービンから排出された排ガスは、低圧タービンを通って廃熱回収ボイラへ供給され、その後、廃熱回収ボイラから凝縮器を通り、凝縮器から低圧圧縮機を通って排出部へ流れ、排出部から大気中へ排出される。これにより、白煙の発生を防止することができる。
【0020】
また、本第2発明は、廃熱回収ボイラへ水を供給する給水経路が設けられ、
凝縮器で蒸気から液化した水を回収して上記給水経路へ送る回収経路が形成されているものである。
【0021】
これによると、排ガスが凝縮器で冷却されることによって、排ガス中に含まれる蒸気が水になり、この水は、回収経路を通って給水経路へ送られ、給水経路から廃熱回収ボイラへ供給される。したがって、上記凝縮器において発生した水を、廃棄することなく、廃熱回収ボイラへの給水として有効に利用することができる。
【0022】
また、本第3発明は、凝縮器に供給される冷媒を冷却する冷凍器が設けられ、
廃熱回収ボイラで発生した蒸気の一部が上記冷媒を気化させるための加熱源として用いられるものである。
【0023】
これによると、冷媒が凝縮器に供給されることによって、廃熱回収ボイラから排出された排ガスは凝縮器によって冷却され、排ガス中に含まれる蒸気が水になる。尚、上記冷媒は、廃熱回収ボイラで発生した蒸気の一部によって加熱されて気化し、その後、放熱器で放熱されて液化する。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態を図1〜図3に基づいて説明する。
図1に示すように、1はガスタービン発電設備であり、高温高圧のガスを発生させてガスタービン2へ供給する燃焼器3と、ガスタービン2から排出された排ガスの熱を回収する廃熱回収ボイラ4と、廃熱回収ボイラ4を通過した排ガスを大気中へ排出する煙突5(排出部の一例)とが備えられている。上記ガスタービン2で発生した動力の一部は、燃焼器3へ空気を供給する空気圧縮機6を駆動するのに用いられ、残りの動力で発電機7を駆動して発電を行うように構成されている。
【0025】
上記ガスタービン2の排出側と廃熱回収ボイラ4の入口側との間には、ガスタービン2から排出された排ガスを膨張させて大気圧未満まで下げる低圧タービン8が設けられている。また、廃熱回収ボイラ4の出口側と煙突5との間には、排ガス中に含まれる蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器10と、排ガスを大気圧まで加圧する低圧圧縮機11とが設けられている。尚、低圧圧縮機11は、電動機27で駆動され、上記凝縮器10よりも下流側に配置されている。
【0026】
また、上記廃熱回収ボイラ4は、飽和蒸気を加熱して過熱蒸気とする過熱器12と、蒸発器13と、給水を予熱する節炭器14とで構成されている。さらに、上記過熱器12で得られる過熱蒸気を上記燃焼器3内へ噴射する噴射経路15が設けられている。
【0027】
また、ガスタービン発電設備1には、ガスタービン2から低圧タービン8を通って廃熱回収ボイラ4の入口側へ通じる上流側主経路17と、ガスタービン2から上記低圧タービン8をバイパス(迂回)して廃熱回収ボイラ4の入口側へ通じる上流側バイパス経路18と、凝縮器10から低圧圧縮機11を通って煙突5へ通じる下流側主経路19と、凝縮器10から低圧圧縮機11をバイパス(迂回)して煙突5へ通じる下流側バイパス経路20とが設けられている。上記上流側主経路17と上流側バイパス経路18と下流側主経路19と下流側バイパス経路20とにはそれぞれ、開閉自在な一方の上流側切換弁22と他方の上流側切換弁23と一方の下流側切換弁24と他方の下流側切換弁25とが設けられている。
【0028】
上記凝縮器10には、冷却水(冷媒の一例)を凝縮器10に供給および回収する循環経路28が接続されている。循環経路28には、冷却水を循環させるポンプ29と、冷却水(冷媒)の流量を調節する流量制御弁30と、熱を放散させて冷却水の温度を下げる放熱器31とが設けられている。
【0029】
また、ガスタービン発電設備1には、廃熱回収ボイラ4の節炭器14へ水を供給する給水経路33が設けられている。この給水経路33には水処理装置34や給水ポンプ35が設けられている。尚、給水経路33から節炭器14へ供給された水は、節炭器14で予熱された後、蒸発器13で蒸気となり、その後、過熱器12で過熱蒸気となって、噴射経路15から燃焼器3内へ噴射される。
【0030】
上記凝縮器10と給水経路33との間には、凝縮器10で排ガス中の蒸気から液化した水を回収して給水経路33へ送る回収経路36が形成されている。
上記構成における作用を説明する。
【0031】
発電設備1を起動させた直後で負荷(運転状態)がまだ不安定な場合、一方の上流側切換弁22を閉じ、他方の上流側切換弁23を開き、一方の下流側切換弁24を閉じ、他方の下流側切換弁25を開く。これにより、上流側バイパス経路18と下流側バイパス経路20とが開通するとともに、上流側主経路17と下流側主経路19とが遮断される。ガスタービン2から排出された排ガスは、上流側バイパス経路18を流れ、低圧タービン8をバイパス(迂回)して廃熱回収ボイラ4に供給され、その後、廃熱回収ボイラ4から凝縮器10を経て下流側バイパス経路20を流れ、低圧圧縮機11をバイパス(迂回)して煙突5から大気中に排出される。
【0032】
その後、負荷(運転状態)が安定した場合、一方の上流側切換弁22を開き、他方の上流側切換弁23を閉じ、一方の下流側切換弁24を開き、他方の下流側切換弁25を閉じる。これにより、上流側バイパス経路18と下流側バイパス経路20とが遮断されるとともに、上流側主経路17と下流側主経路19とが開通する。ガスタービン2から排出された排ガスは、上流側主経路17を流れ、低圧タービン8を通って廃熱回収ボイラ4に供給され、その後、廃熱回収ボイラ4から凝縮器10を経て下流側主経路19を流れ、低圧圧縮機11を通って煙突5から大気中に排出される。
【0033】
この際、排ガスは、低圧タービン8によって膨張し大気圧未満の圧力まで下げられ、廃熱回収ボイラ4において廃熱を回収された後、凝縮器10によって冷却されて温度が低下し、その後、低圧圧縮機11によって大気圧まで加圧される。このように、排ガスは、低圧タービン8と低圧圧縮機11との間の経路において大気圧未満の圧力に下げられており、さらに、上記凝縮器10によって冷却されて温度が低下するため、排ガスの飽和蒸気圧が下がり、これにともなって、排ガス中に含まれる蒸気の量も減少し、排ガス中の蒸気が凝縮器10で凝縮されて水になり除去される。したがって、白煙の原因となる排ガス中の蒸気の量が減少することにより、白煙の発生を防止することができる。
【0034】
また、大気圧未満の圧力に下げられた排ガスが低圧圧縮機11によって大気圧まで加圧される際、排ガスは断熱圧縮されるため、排ガスの温度が上昇して排ガスの相対湿度が低下し、この状態で排ガスが煙突5から排出される。これにより、白煙の発生をより一層防止することができる。
【0035】
さらに、ガスタービン2から排出された排ガスは、低圧タービン8を通って、全て廃熱回収ボイラ4へ供給されるため、従来(図6参照)のように廃熱回収ボイラ62へ供給される排ガスの量が減少することはない。したがって、廃熱回収ボイラ4で発生する蒸気の量が減少することはなく、廃熱回収ボイラ4から噴射経路15を通って燃焼器3内へ噴射される蒸気の量が減少することはない。これにより、ガスタービン2による発電出力の低下を防止することができる。
【0036】
また、上記のように、凝縮器10で排ガス中の蒸気が除去されているため、低圧圧縮機11を通過する排ガス量は低圧タービン8を通過する排ガス量よりも減少する。このため、低圧タービン8で回収される動力と低圧圧縮機11を作動させるのに要する所要動力との差は、低圧圧縮機11を通過する排ガス量が低圧タービン8を通過する排ガス量と同量である場合と比較して、低圧圧縮機11を作動させるのに要する所要動力が低減するため、その分だけ大きくなる。これにより、発電出力を増加させることができる。
【0037】
また、上記のようにして凝縮器10において発生した水(排ガス中の蒸気が液化したもの)は、回収経路36を通って給水経路33へ送られ、給水経路33から廃熱回収ボイラ4へ供給される。これにより、凝縮器10において発生した水を、廃棄することなく、廃熱回収ボイラ4への給水として有効に利用することができる。
【0038】
尚、図2に示すグラフは、第1の実施の形態の発電設備1における低圧タービン8の圧力比と発電出力の増加率との関係ならびに低圧タービン8の圧力比と排ガス温度との関係を表したものである。ここで、上記圧力比とは、(低圧タービン8の入口側圧力/低圧タービン8の出口側圧力)で定義される。また、上記発電出力の増加率とは、従来の発電設備において白煙防止用のバイパス経路68(図6参照)や凝縮器75(図7参照)を設けていないものの発電出力を基準とした値である。さらに、上記排ガス温度とは、煙突5の出口の排ガスの温度である。
【0039】
これによると、例えば圧力比が1.8の場合、排ガス温度は白煙発生限界温度Tを越えるため、白煙の発生が防止されている。この時、第1の実施の形態の発電設備1の発電出力の増加率は105%となり、従来(バイパス経路68や凝縮器75を設けていないもの)と比較して、発電出力の低下が防止されている。この際、例えば、低圧タービン8の入口側圧力が1.5気圧の場合、低圧タービン8の出口側圧力が0.83気圧になる。
【0040】
さらに、図3に示す表は、第1の実施の形態の発電設備1と、従来の発電設備A,B,Cとを比較したものである。尚、表中において、第1の実施の形態の発電設備1に関する各数値は上記圧力比が1.8の場合のものである。また、従来の発電設備Bとは図6に示したものに該当し、従来の発電設備Cとは図7に示したものに該当する。さらに、従来の発電設備Aとは、白煙防止用のバイパス経路68(図6参照)や凝縮器75(図7参照)を設けていないものに該当する。また、発生蒸気量とは廃熱回収ボイラ4から発生する蒸気量を示し、水消費量とは廃熱回収ボイラ4へ供給される給水量を示している。
【0041】
これによると、第1の実施の形態の発電設備1は、従来の発電設備A,B,Cとを比較して、発電出力が高く、総合熱効率も優れている。また、第1の実施の形態の発電設備1において、廃熱回収ボイラ4で発生した蒸気を全て噴射経路15から燃焼器3内へ噴射した場合、この蒸気は、排ガスと共にガスタービン2→低圧タービン8→廃熱回収ボイラ4を経た後、凝縮器10において液化して水となり、回収経路36から給水経路33に回収される。このようにして回収された水は、上記給水経路33を通って廃熱回収ボイラ4に供給され、廃熱回収ボイラ4において蒸気となり、再び噴射経路15から燃焼器3内へ噴射される。このように、給水経路33から廃熱回収ボイラ4へ供給される水は凝縮器10と燃焼器3との間を循環するため、水消費量が0となる。
【0042】
これに対して、従来の発電設備A,B(図6参照)では、廃熱回収ボイラ62から排出された排ガス中の蒸気を水にして回収する凝縮器が設けられていないため、廃熱回収ボイラ62からから発生する蒸気の量だけ、廃熱回収ボイラ4へ供給される水が消費される。尚、従来の発電設備Bの発生蒸気量が他と比較して少ないのは、図6に示すように、廃熱回収ボイラ62へ供給される排ガスの量がバイパス経路68へ流れる分だけ減少するため、廃熱回収ボイラ62で発生する蒸気の量も減少することによる。
【0043】
尚、上記第1の実施の形態では循環経路28内を循環する冷媒の一例として冷却水を用いたが、フロンやアルコール等を用いてもよい。
次に、本発明の第2の実施の形態を図4に基づいて説明する。
【0044】
上記循環経路28内には冷媒としてフロンやアルコール等が注入されており、さらに、循環経路28には、凝縮器10へ供給される冷媒を冷却する冷凍器45が設けられている。上記冷凍器45には上記放熱器31が設けられている。また、廃熱回収ボイラ4の蒸発器13から上記冷凍器45へ通じる投入経路46と、冷凍器45から給水経路33へ通じる排出経路47とが設けられている。
【0045】
これによると、冷媒がポンプ29によって循環経路28を循環し凝縮器10に供給されることによって、廃熱回収ボイラ4から排出された排ガスは凝縮器10によって冷却され、排ガス中に含まれる蒸気が水になる。
【0046】
この際、廃熱回収ボイラ4の蒸発器13で発生した蒸気の一部は投入経路46から冷凍器45へ投入され、投入された蒸気を加熱源として循環経路28内の冷媒が加熱されて気化し、その後、放熱器31で放熱され液化する。また、上記投入経路46から冷凍器45へ投入された蒸気は、その後、水となって、冷凍器45から排出され、排出経路47を経て給水経路33へ供給される。このように、上記加熱源として廃熱回収ボイラ4で発生した蒸気の一部を利用し、利用後、蒸気から液化した水を、廃棄することなく、廃熱回収ボイラ4への給水として有効に利用することができる。
【0047】
次に、本発明の第3の実施の形態を図5に基づいて説明する。
上記循環経路28内には冷媒として冷却水が注入されており、上記冷凍器45と循環経路28との間に熱交換器48が設けられている。上記熱交換器48には、フロンやアルコール等の冷媒が循環する冷媒用循環経路49が設けられている。これによると、廃熱回収ボイラ4の蒸発器13で発生した蒸気の一部は投入経路46から冷凍器45へ投入され、投入された蒸気を加熱源として冷媒用循環経路49内の冷媒が加熱されて気化し、その後、放熱器31で放熱され液化し、循環経路28内の冷却水を冷やす。
【0048】
【発明の効果】
以上のように本第1発明によると、排ガスは、低圧タービンと低圧圧縮機との間の経路において大気圧未満の圧力に下げられており、さらに、凝縮器によって冷却されて温度が低下するため、排ガスの飽和蒸気圧が下がり、これにともなって、排ガス中に含まれる蒸気の量が減少し、排ガス中の蒸気が凝縮器で凝縮されて水になり除去される。したがって、白煙の原因となる排ガス中の蒸気の量が減少することにより、白煙の発生を防止することができる。
【0049】
また、大気圧未満の圧力に下げられた排ガスが低圧圧縮機によって大気圧まで加圧される際、排ガスは断熱圧縮されるため、排ガスの温度が上昇して排ガスの相対湿度が低下し、この状態で排ガスが排出部から排出される。これにより、白煙の発生をより一層防止することができる。
【0050】
さらに、ガスタービンから排出された排ガスは、低圧タービンを通って、全て廃熱回収ボイラへ供給されるため、廃熱回収ボイラで発生する蒸気の量が減少することはなく、廃熱回収ボイラで得られる蒸気を燃焼器内へ噴射する場合でも、燃焼器内へ噴射される蒸気の量が減少することはない。これにより、ガスタービンによる発電出力の低下を防止することができる。
【0051】
また、上記のように、凝縮器で排ガス中の蒸気が除去されているため、低圧圧縮機を通過する排ガス量は低圧タービンを通過する排ガス量よりも減少する。このため、低圧タービンで回収される動力と低圧圧縮機を作動させるのに要する所要動力との差は、低圧圧縮機を通過する排ガス量が低圧タービンを通過する排ガス量と同量である場合と比較して、低圧圧縮機を作動させるのに要する所要動力が低減するため、その分だけ大きくなる。これにより、発電出力を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態におけるガスタービン発電設備の構成を示す図である。
【図2】同、発電設備の低圧タービンの圧力比と発電出力の増加率ならびに排ガス温度の関係を示すグラフである。
【図3】同、発電設備と従来の発電設備とを比較した図表である。
【図4】本発明の第2の実施の形態におけるガスタービン発電設備の構成を示す図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態におけるガスタービン発電設備の構成を示す図である。
【図6】従来のガスタービン発電設備の構成を示す図である。
【図7】従来のガスタービン発電設備の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 ガスタービン発電設備
2 ガスタービン
3 燃焼器
4 廃熱回収ボイラ
5 煙突(排出部)
8 低圧タービン
10 凝縮器
11 低圧圧縮機
17 上流側主経路
18 上流側バイパス経路
19 下流側主経路
20 下流側バイパス経路
22,23 上流側切換弁
24,25 下流側切換弁
28 循環経路
29 ポンプ
33 給水経路
36 回収経路
45 冷凍器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine power generation facility that generates power by turning a turbine using a high-temperature and high-pressure gas.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of gas turbine power generation equipment, for example, as shown in FIG. 6, a
[0003]
An
[0004]
According to this, the
[0005]
As described above, since steam is injected into the
[0006]
Therefore, by dividing a part of the exhaust gas flowing in the
[0007]
Further, as a conventional example different from the above, there is one in which a
[0008]
According to this, since the exhaust gas discharged from the waste
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the gas turbine
[0010]
Further, in the gas turbine power generation facility 79 shown in FIG. 7, in order to sufficiently remove the steam contained in the exhaust gas discharged from the waste
[0011]
The present invention provides a gas turbine power generation facility capable of preventing generation of white smoke when exhaust gas from a turbine is discharged into the atmosphere, and further capable of preventing a decrease in power generation output. With the goal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the first invention comprises a combustor for supplying high-temperature and high-pressure gas to a gas turbine, a waste heat recovery boiler for recovering heat of exhaust gas discharged from the gas turbine, and a waste heat recovery boiler. In a gas turbine power generation facility equipped with a discharge unit that discharges exhaust gas that has passed to the atmosphere,
A low-pressure turbine is provided between the gas turbine and the waste heat recovery boiler to lower the exhaust gas discharged from the gas turbine to less than atmospheric pressure,
Between the waste heat recovery boiler and the discharge part, a low-pressure compressor for pressurizing exhaust gas to atmospheric pressure is provided,
Between the waste heat recovery boiler and the low pressure compressor, a condenser for cooling and condensing steam contained in the exhaust gas is provided,
Connect the circulation path through which the refrigerant circulates to the condenser,
A pump for circulating the refrigerant is provided in the circulation path ,
An upstream main path that leads from the gas turbine to the waste heat recovery boiler through the low pressure turbine, an upstream bypass path that bypasses the low pressure turbine from the gas turbine to the waste heat recovery boiler, and an upstream main path that flows the exhaust gas Bypass the low-pressure compressor from the waste heat recovery boiler, the upstream main valve that switches to either the upstream bypass path, the downstream main path that leads from the waste heat recovery boiler through the low-pressure compressor to the discharge section, or A downstream bypass path that leads to the discharge section and a downstream switching valve that switches the flow of exhaust gas to either the downstream main path or the downstream bypass path are provided .
[0013]
According to this, the exhaust gas discharged from the gas turbine is lowered to a pressure lower than the atmospheric pressure by the low-pressure turbine, and then the waste heat is recovered in the waste heat recovery boiler, discharged from the waste heat recovery boiler, and cooled by the condenser. Then, it is pressurized to atmospheric pressure by a low-pressure compressor, and is discharged from the discharge portion to the atmosphere in this state.
[0014]
In this way, the exhaust gas is lowered to a pressure lower than the atmospheric pressure in the path between the low-pressure turbine and the low-pressure compressor, and further, the exhaust gas is cooled by the condenser and the temperature is lowered. Along with this, the amount of steam contained in the exhaust gas decreases, and the steam in the exhaust gas is condensed by the condenser to be removed as water. Therefore, generation of white smoke can be prevented by reducing the amount of steam in the exhaust gas that causes white smoke.
[0015]
In addition, when exhaust gas that has been reduced to a pressure lower than atmospheric pressure is pressurized to atmospheric pressure by a low-pressure compressor, the exhaust gas is adiabatically compressed, so that the temperature of the exhaust gas rises and the relative humidity of the exhaust gas decreases. In this state, exhaust gas is discharged from the discharge section. Thereby, generation | occurrence | production of white smoke can be prevented further.
[0016]
Furthermore, since all the exhaust gas discharged from the gas turbine passes through the low-pressure turbine and is supplied to the waste heat recovery boiler, the amount of exhaust gas supplied to the waste heat recovery boiler is reduced as in the prior art (see FIG. 6). Never do. Therefore, the amount of steam generated in the waste heat recovery boiler does not decrease, and even when the steam obtained in the waste heat recovery boiler is injected into the combustor, the amount of steam injected into the combustor decreases. There is nothing. Thereby, the fall of the power generation output by a gas turbine can be prevented.
[0018]
When the load (operating state) is unstable immediately after starting the power generation equipment, the upstream switching valve is switched to the upstream bypass path, and the downstream switching valve is switched to the downstream bypass path. As a result, the exhaust gas discharged from the gas turbine bypasses the low-pressure turbine and is supplied to the waste heat recovery boiler, and then passes through the condenser from the waste heat recovery boiler and bypasses the low-pressure compressor from the condenser ( Detours) and flows to the discharge section, where it is discharged into the atmosphere.
[0019]
Thereafter, when the load (operating state) is stabilized, the upstream switching valve is switched to the upstream main path, and the downstream switching valve is switched to the downstream main path. As a result, the exhaust gas discharged from the gas turbine is supplied to the waste heat recovery boiler through the low pressure turbine, and then flows from the waste heat recovery boiler through the condenser to the exhaust section through the low pressure compressor. , Discharged from the discharge section into the atmosphere. Thereby, generation | occurrence | production of white smoke can be prevented.
[0020]
The second invention is provided with a water supply path for supplying water to the waste heat recovery boiler,
A recovery path is formed in which the water liquefied from the steam by the condenser is recovered and sent to the water supply path.
[0021]
According to this, when the exhaust gas is cooled by the condenser, the steam contained in the exhaust gas becomes water, and this water is sent to the water supply route through the recovery route and supplied to the waste heat recovery boiler from the water supply route. Is done. Therefore, the water generated in the condenser can be effectively used as water supply to the waste heat recovery boiler without being discarded.
[0022]
The third invention is provided with a refrigerator that cools the refrigerant supplied to the condenser,
A part of the steam generated in the waste heat recovery boiler is used as a heating source for vaporizing the refrigerant.
[0023]
According to this, when the refrigerant is supplied to the condenser, the exhaust gas discharged from the waste heat recovery boiler is cooled by the condenser, and the steam contained in the exhaust gas becomes water. In addition, the said refrigerant | coolant is heated and vaporized by a part of vapor | steam which generate | occur | produced with the waste-heat recovery boiler, and is radiated | emitted and liquefied after that with a heat radiator.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1,
[0025]
A low-
[0026]
The waste
[0027]
Further, in the gas turbine
[0028]
The
[0029]
Further, the gas turbine
[0030]
A
The operation in the above configuration will be described.
[0031]
If the load (operating state) is still unstable immediately after starting the
[0032]
Thereafter, when the load (operating state) is stabilized, one
[0033]
At this time, the exhaust gas is expanded by the low-
[0034]
Further, when the exhaust gas lowered to a pressure lower than atmospheric pressure is pressurized to atmospheric pressure by the low-
[0035]
Further, since all the exhaust gas discharged from the
[0036]
Further, as described above, since the vapor in the exhaust gas is removed by the
[0037]
Further, the water generated in the
[0038]
The graph shown in FIG. 2 represents the relationship between the pressure ratio of the low-
[0039]
According to this, when the pressure ratio is 1.8, for example, since the exhaust gas temperature exceeds the white smoke generation limit temperature T, the generation of white smoke is prevented. At this time, the increase rate of the power generation output of the
[0040]
Further, the table shown in FIG. 3 is a comparison between the
[0041]
According to this, compared with the conventional power generation facilities A, B, and C, the
[0042]
In contrast, the conventional power generation facilities A and B (see FIG. 6) are not provided with a condenser for recovering the steam in the exhaust gas discharged from the waste
[0043]
In the first embodiment, cooling water is used as an example of the refrigerant circulating in the
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0044]
Freon, alcohol, or the like is injected as a refrigerant into the
[0045]
According to this, when the refrigerant circulates through the
[0046]
At this time, a part of the steam generated in the
[0047]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Cooling water is injected as a refrigerant into the
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the first invention, the exhaust gas is lowered to a pressure lower than the atmospheric pressure in the path between the low-pressure turbine and the low-pressure compressor, and further, the temperature is lowered by being cooled by the condenser. The saturated vapor pressure of the exhaust gas is lowered, and accordingly, the amount of vapor contained in the exhaust gas is reduced, and the vapor in the exhaust gas is condensed by the condenser to be removed as water. Therefore, generation of white smoke can be prevented by reducing the amount of steam in the exhaust gas that causes white smoke.
[0049]
In addition, when exhaust gas that has been reduced to a pressure lower than atmospheric pressure is pressurized to atmospheric pressure by a low-pressure compressor, the exhaust gas is adiabatically compressed, so that the temperature of the exhaust gas rises and the relative humidity of the exhaust gas decreases. In this state, exhaust gas is discharged from the discharge section. Thereby, generation | occurrence | production of white smoke can be prevented further.
[0050]
Furthermore, since all the exhaust gas discharged from the gas turbine is supplied to the waste heat recovery boiler through the low pressure turbine, the amount of steam generated in the waste heat recovery boiler does not decrease, and the waste heat recovery boiler Even when the resulting steam is injected into the combustor, the amount of steam injected into the combustor does not decrease. Thereby, the fall of the power generation output by a gas turbine can be prevented.
[0051]
Further, as described above, since the vapor in the exhaust gas is removed by the condenser, the amount of exhaust gas that passes through the low-pressure compressor is smaller than the amount of exhaust gas that passes through the low-pressure turbine. For this reason, the difference between the power recovered by the low-pressure turbine and the power required to operate the low-pressure compressor is the same as when the amount of exhaust gas passing through the low-pressure compressor is the same as the amount of exhaust gas passing through the low-pressure turbine. In comparison, since the power required to operate the low-pressure compressor is reduced, the power is increased accordingly. Thereby, a power generation output can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a gas turbine power generation facility according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the pressure ratio of the low-pressure turbine of the power generation equipment, the rate of increase in power generation output, and the exhaust gas temperature.
FIG. 3 is a chart comparing power generation equipment and conventional power generation equipment.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a gas turbine power generation facility in a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a gas turbine power generation facility according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a conventional gas turbine power generation facility.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional gas turbine power generation facility.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
8 Low-
Claims (3)
上記ガスタービンと廃熱回収ボイラとの間に、ガスタービンから排出された排ガスを大気圧未満に下げる低圧タービンが設けられ、
上記廃熱回収ボイラと排出部との間に、排ガスを大気圧まで加圧する低圧圧縮機が設けられ、
上記廃熱回収ボイラと低圧圧縮機との間に、排ガス中に含まれる蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器が設けられ、
上記凝縮器に、冷媒が循環する循環経路を接続し、
上記循環経路に、冷媒を循環させるポンプが設けられており、
ガスタービンから低圧タービンを通って廃熱回収ボイラへ通じる上流側主経路と、ガスタービンから上記低圧タービンをバイパスして廃熱回収ボイラへ通じる上流側バイパス経路と、排ガスの流れを上流側主経路と上流側バイパス経路とのいずれかに切り換える上流側切換弁と、廃熱回収ボイラから低圧圧縮機を通って排出部へ通じる下流側主経路と、廃熱回収ボイラから低圧圧縮機をバイパスして排出部へ通じる下流側バイパス経路と、排ガスの流れを下流側主経路と下流側バイパス経路とのいずれかに切り換える下流側切換弁とが設けられたことを特徴とするガスタービン発電設備。Combustor that supplies high-temperature and high-pressure gas to the gas turbine, a waste heat recovery boiler that recovers the heat of the exhaust gas discharged from the gas turbine, and a discharge unit that discharges the exhaust gas that has passed through the waste heat recovery boiler to the atmosphere Gas turbine power generation equipment
A low-pressure turbine is provided between the gas turbine and the waste heat recovery boiler to lower the exhaust gas discharged from the gas turbine to less than atmospheric pressure,
Between the waste heat recovery boiler and the discharge part, a low-pressure compressor for pressurizing exhaust gas to atmospheric pressure is provided,
Between the waste heat recovery boiler and the low pressure compressor, a condenser for cooling and condensing steam contained in the exhaust gas is provided,
Connect the circulation path through which the refrigerant circulates to the condenser,
A pump for circulating the refrigerant is provided in the circulation path ,
An upstream main path that leads from the gas turbine to the waste heat recovery boiler through the low pressure turbine, an upstream bypass path that bypasses the low pressure turbine from the gas turbine to the waste heat recovery boiler, and an upstream main path that flows the exhaust gas Bypass the low-pressure compressor from the waste heat recovery boiler, the upstream main valve that switches to either the upstream bypass path, the downstream main path that leads from the waste heat recovery boiler through the low-pressure compressor to the discharge section, or A gas turbine power generation facility, comprising: a downstream bypass path that leads to a discharge unit; and a downstream switching valve that switches an exhaust gas flow to either a downstream main path or a downstream bypass path .
凝縮器で蒸気から液化した水を回収して上記給水経路へ送る回収経路が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のガスタービン発電設備。 A water supply path is provided to supply water to the waste heat recovery boiler,
The gas turbine power generation facility according to claim 1, wherein a recovery path for recovering water liquefied from steam by a condenser and sending it to the water supply path is formed .
廃熱回収ボイラで発生した蒸気の一部が上記冷媒を気化させるための加熱源として用いられることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガスタービン発電設備。 A refrigerator that cools the refrigerant supplied to the condenser is provided,
The gas turbine power generation facility according to claim 1 or 2, wherein a part of the steam generated in the waste heat recovery boiler is used as a heating source for vaporizing the refrigerant .
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