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公開番号2024041574
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-27
出願番号2022146455
出願日2022-09-14
発明の名称ガスタービンプラントの運用方法及びガスタービンプラント
出願人三菱重工業株式会社
代理人SSIP弁理士法人
主分類F02C 6/08 20060101AFI20240319BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】ガスタービンプラントにおいてガスタービンの運転を継続したままコンバインドサイクル運転とシンプルサイクル運転とを切り替える。
【解決手段】少なくとも一実施形態に係るガスタービンプラントの運用方法は、空冷器を予熱するステップと、水冷器と空冷器で冷却するステップと、第1予熱器を予熱するステップと、第2予熱器と第1予熱器で加熱するステップと、空冷器で冷却するステップと、第1予熱器で加熱するステップと、を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ガスタービンと、前記ガスタービンから排気された排気ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、を備えるガスタービンプラントの運用方法であって、
前記ガスタービンプラントは、
前記ガスタービンの空気圧縮機から抽気した圧縮空気を外気で冷却するための空冷器を備える空冷ラインと、前記圧縮空気を排熱回収ボイラからの第１給水で冷却するための水冷器を備える水冷ラインとが並列に接続された圧縮空気冷却ラインと、
前記ガスタービンの燃焼器に供給する燃料を前記空冷器で前記圧縮空気と熱交換されて加熱された前記外気で加熱するための第１予熱器を備える第１加熱ラインと、前記燃料を前記排熱回収ボイラからの第２給水で加熱するための第２予熱器を備える第２加熱ラインとが並列に接続された燃料加熱ラインと、
を備え、
前記圧縮空気を前記空冷器で冷却せずに前記水冷器で冷却し、且つ、前記燃料を前記第１予熱器で加熱せずに前記第２予熱器で加熱する第２運転状態から、前記圧縮空気を前記水冷器で冷却せずに前記空冷器で冷却し、且つ、前記燃料を前記第２予熱器で加熱せずに前記第１予熱器で加熱する第１運転状態へ移行する場合には、
前記空冷器の上流側の前記空冷ラインに設けられた空冷器入口弁を開くとともに、前記空冷器の下流側の前記空冷ラインに設けられたドレン弁を開くことで、前記圧縮空気冷却ラインを流通する前記圧縮空気の一部を前記空冷器に流通させて前記空冷器を予熱するステップと、
前記空冷器を予熱するステップを実施した後、前記ドレン弁を閉じるとともに、前記空冷器の下流側の前記空冷ラインに設けられた空冷器出口弁を開くことで、前記圧縮空気を前記水冷器と前記空冷器とで冷却するステップと、
前記圧縮空気を前記水冷器と前記空冷器とで冷却するステップを実施した後、前記第１予熱器の上流側の前記第１加熱ラインに設けられた第１予熱器入口弁と、前記第１予熱器の下流側の前記第１加熱ラインに設けられた第１予熱器出口弁とを部分開として前記燃料加熱ラインを流通する前記燃料の一部を前記第１予熱器に流通させて前記第１予熱器を予熱するステップと、
前記第１予熱器を予熱するステップを実施した後、前記第１予熱器入口弁及び前記第１予熱器出口弁の開度を大きくすることで、前記燃料を前記第２予熱器と前記第１予熱器とで加熱するステップと、
前記圧縮空気を前記水冷器と前記空冷器とで冷却するステップを実施した後、前記水冷器の上流側の前記水冷ラインに設けられた水冷器入口弁と、前記水冷器の下流側の前記水冷ラインに設けられた水冷器出口弁とを閉じることで、前記圧縮空気を前記水冷器で冷却せずに前記空冷器で冷却するステップと、
前記燃料を前記第２予熱器と前記第１予熱器とで加熱するステップを実施した後、前記第２予熱器の上流側の前記第２加熱ラインに設けられた第２予熱器入口弁と、前記第２予熱器の下流側の前記第２加熱ラインに設けられた第２予熱器出口弁とを閉じることで、前記燃料を前記第２予熱器で加熱せずに前記第１予熱器で加熱するステップと、
を実行する、
ガスタービンプラントの運用方法。
続きを表示（約 2,800 文字）【請求項２】
前記圧縮空気を前記水冷器と前記空冷器とで冷却するステップでは、前記圧縮空気冷却ラインを流通する前記圧縮空気の一部を前記空冷ライン及び前記水冷ラインと並列に接続された圧縮空気バイパスラインを介して流通させることで、前記圧縮空気冷却ラインを流通した後の前記圧縮空気の温度を調節する、
請求項１に記載のガスタービンプラントの運用方法。
【請求項３】
前記燃料を前記第２予熱器と前記第１予熱器とで加熱するステップでは、前記燃料加熱ラインを流通する前記燃料の一部を前記第１加熱ライン及び前記第２加熱ラインと並列に接続された燃料バイパスラインを介して流通させることで、前記燃料加熱ラインを流通した後の前記燃料の温度を調節する、
請求項１又は２に記載のガスタービンプラントの運用方法。
【請求項４】
前記空冷器入口弁は、並列に接続された親弁と子弁とを含み、
前記空冷器を予熱するステップでは、前記親弁及び前記子弁が閉じた状態から前記子弁を開いて前記空冷ラインの圧力を上昇させた後、前記親弁を開く、
請求項１又は２に記載のガスタービンプラントの運用方法。
【請求項５】
前記第２給水は、前記排熱回収ボイラの低圧ドラムのドラム水を前記排熱回収ボイラの中圧節炭器で加熱した給水である、
請求項１又は２に記載のガスタービンプラントの運用方法。
【請求項６】
前記第２運転状態から前記第１運転状態へ移行する場合には、
前記圧縮空気を前記水冷器で冷却せずに前記空冷器で冷却するステップを実施した後、前記水冷器への前記第１給水の供給を停止するステップと、
前記燃料を前記第２予熱器で加熱せずに前記第１予熱器で加熱するステップを実施した後、前記第２予熱器への前記第２給水の供給を停止するステップと、
を実行する、
請求項１又は２に記載のガスタービンプラントの運用方法。
【請求項７】
ガスタービンと、前記ガスタービンから排気された排気ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、を備えるガスタービンプラントの運用方法であって、
前記ガスタービンプラントは、
前記ガスタービンの空気圧縮機から抽気した圧縮空気を外気で冷却するための空冷器を備える空冷ラインと、前記圧縮空気を排熱回収ボイラからの第１給水で冷却するための水冷器を備える水冷ラインとが並列に接続された圧縮空気冷却ラインと、
前記ガスタービンの燃焼器に供給する燃料を前記空冷器で前記圧縮空気と熱交換されて加熱された前記外気で加熱するための第１予熱器を備える第１加熱ラインと、前記燃料を前記排熱回収ボイラからの第２給水で加熱するための第２予熱器を備える第２加熱ラインとが並列に接続された燃料加熱ラインと、
を備え、
前記圧縮空気を前記水冷器で冷却せずに前記空冷器で冷却し、且つ、前記燃料を前記第２予熱器で加熱せずに前記第１予熱器で加熱する第１運転状態から、前記圧縮空気を前記空冷器で冷却せずに前記水冷器で冷却し、且つ、前記燃料を前記第１予熱器で加熱せずに前記第２予熱器で加熱する第２運転状態へ移行する場合には、
前記水冷器への前記第１給水の供給を開始するステップと、
前記第２予熱器への前記第２給水の供給を開始するステップと、
前記水冷器への前記第１給水の供給を開始するステップを実施した後、前記水冷器の上流側の前記水冷ラインに設けられた水冷器入口弁を開くとともに、前記水冷器の下流側の前記水冷ラインに設けられたドレン弁を開くことで、前記圧縮空気冷却ラインを流通する前記圧縮空気の一部を前記水冷器に流通させて前記水冷器を予熱するステップと、
前記水冷器を予熱するステップを実施した後、前記ドレン弁を閉じるとともに、前記水冷器の下流側の前記水冷ラインに設けられた水冷器出口弁を開くことで、前記圧縮空気を前記水冷器と前記空冷器とで冷却するステップと、
前記第２予熱器への前記第２給水の供給を開始するステップを実施した後、前記第２予熱器の上流側の前記第２加熱ラインに設けられた第２予熱器入口弁と、前記第２予熱器の下流側の前記第２加熱ラインに設けられた第２予熱器出口弁とを部分開として前記燃料加熱ラインを流通する前記燃料の一部を前記第２予熱器に流通させて前記第２予熱器を予熱するステップと、
前記第２予熱器を予熱するステップを実施した後、前記第２予熱器入口弁及び前記第２予熱器出口弁の開度を大きくすることで、前記燃料を前記第２予熱器と前記第１予熱器とで加熱するステップと、
前記圧縮空気を前記水冷器と前記空冷器とで冷却するステップを実施した後、前記空冷器の上流側の前記空冷ラインに設けられた空冷器入口弁と、前記空冷器の下流側の前記空冷ラインに設けられた空冷器出口弁とを閉じることで、前記圧縮空気を前記空冷器で冷却せずに前記水冷器で冷却するステップと、
前記燃料を前記第２予熱器と前記第１予熱器とで加熱するステップを実施した後、前記第１予熱器の上流側の前記第１加熱ラインに設けられた第１予熱器入口弁と、前記第１予熱器の下流側の前記第１加熱ラインに設けられた第１予熱器出口弁とを閉じることで、前記燃料を前記第１予熱器で加熱せずに前記第２予熱器で加熱するステップと、
を実行する、
ガスタービンプラントの運用方法。
【請求項８】
ガスタービンと、前記ガスタービンから排気された排気ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、を備えるガスタービンプラントであって、
前記ガスタービンの空気圧縮機から抽気した圧縮空気を冷却するための圧縮空気冷却ラインと、
前記ガスタービンの燃焼器に供給する燃料を加熱するための燃料加熱ラインと、
を備え、
圧縮空気冷却ラインは、
前記圧縮空気を外気で冷却するための空冷器を備える空冷ラインと、
前記圧縮空気を排熱回収ボイラからの第１給水で冷却するための水冷器を備える水冷ラインと、
圧縮空気バイパスラインと、
が並列に接続され、
前記燃料加熱ラインは、
前記燃料を前記空冷器で前記圧縮空気と熱交換されて加熱された前記外気で加熱するための第１予熱器を備える第１加熱ラインと、
前記燃料を前記排熱回収ボイラからの第２給水で加熱するための第２予熱器を備える第２加熱ラインと、
燃料バイパスラインと、
が並列に接続されている
ガスタービンプラント。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスタービンプラントの運用方法及びガスタービンプラントに関する。
続きを表示（約 4,700 文字）【背景技術】
【０００２】
ガスタービンと、ガスタービンから排気された排気ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラとを備えるガスタービンプラントが知られている。
ガスタービンは、外気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機と、燃料を圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する複数の燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えている。ガスタービンでは、燃焼器の尾筒や、タービンの動翼や静翼等が高温の燃焼ガスに晒されるため、これらの高温部を冷却して、これらの高温部を燃焼ガスの熱から保護する必要がある。
【０００３】
ガスタービンの高温部を冷却する冷却系統を備えているガスタービンプラントとして、空気圧縮機からの圧縮空気を外気で冷却するための空冷器を備える空冷ラインと、空気圧縮機からの圧縮空気を排熱回収ボイラからの給水で冷却するための水冷器を備える水冷ラインとが並列に接続された圧縮空気冷却ラインを備えるガスタービンプラントが知られている（例えば特許文献１参照）。
例えば特許文献１に記載のガスタービンプラントにおいて、ガスタービンを運転すると共に排熱回収ボイラを運転するコンバインドサイクル運転では、空気圧縮機からの圧縮空気を排熱回収ボイラからの給水で冷却し、熱効率向上のため、ガスタービンの燃焼器に供給する燃料を排熱回収ボイラからの給水で加熱することが行われている。また、例えば特許文献１に記載のガスタービンプラントにおいて、排熱回収ボイラを運転せずガスタービンを運転するシンプルサイクル運転では、空気圧縮機からの圧縮空気を空冷器にて外気で冷却するとともに、空冷器で圧縮空気と熱交換されて加熱された外気で燃料を加熱することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１３－４０６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載したようなガスタービンプラントでは、コンバインドサイクル運転とシンプルサイクル運転とを切り替える際、空冷器による圧縮空気の冷却と水冷器による圧縮空気の冷却とを切り替えるが、この圧縮空気の冷却の切り替えの際に圧縮空気の冷却に影響があるとガスタービンの高温部の保護に影響を及ぼすおそれがある。そのため、特許文献１に記載したようなガスタービンプラントでは、コンバインドサイクル運転とシンプルサイクル運転とを切り替える場合、ガスタービンを停止しなければならなかった。
【０００６】
本開示の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みて、ガスタービンプラントにおいてガスタービンの運転を継続したままコンバインドサイクル運転とシンプルサイクル運転とを切り替えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービンプラントの運用方法は、
ガスタービンと、前記ガスタービンから排気された排気ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、を備えるガスタービンプラントの運用方法であって、
前記ガスタービンプラントは、
前記ガスタービンの空気圧縮機から抽気した圧縮空気を外気で冷却するための空冷器を備える空冷ラインと、前記圧縮空気を排熱回収ボイラからの第１給水で冷却するための水冷器を備える水冷ラインとが並列に接続された圧縮空気冷却ラインと、
前記ガスタービンの燃焼器に供給する燃料を前記空冷器で前記圧縮空気と熱交換されて加熱された前記外気で加熱するための第１予熱器を備える第１加熱ラインと、前記燃料を前記排熱回収ボイラからの第２給水で加熱するための第２予熱器を備える第２加熱ラインとが並列に接続された燃料加熱ラインと、
を備え、
前記圧縮空気を前記空冷器で冷却せずに前記水冷器で冷却し、且つ、前記燃料を前記第１予熱器で加熱せずに前記第２予熱器で加熱する第２運転状態から、前記圧縮空気を前記水冷器で冷却せずに前記空冷器で冷却し、且つ、前記燃料を前記第２予熱器で加熱せずに前記第１予熱器で加熱する第１運転状態へ移行する場合には、
前記空冷器の上流側の前記空冷ラインに設けられた空冷器入口弁を開くとともに、前記空冷器の下流側の前記空冷ラインに設けられたドレン弁を開くことで、前記圧縮空気冷却ラインを流通する前記圧縮空気の一部を前記空冷器に流通させて前記空冷器を予熱するステップと、
前記空冷器を予熱するステップを実施した後、前記ドレン弁を閉じるとともに、前記空冷器の下流側の前記空冷ラインに設けられた空冷器出口弁を開くことで、前記圧縮空気を前記水冷器と前記空冷器とで冷却するステップと、
前記圧縮空気を前記水冷器と前記空冷器とで冷却するステップを実施した後、前記第１予熱器の上流側の前記第１加熱ラインに設けられた第１予熱器入口弁と、前記第１予熱器の下流側の前記第１加熱ラインに設けられた第１予熱器出口弁とを部分開として前記燃料加熱ラインを流通する前記燃料の一部を前記第１予熱器に流通させて前記第１予熱器を予熱するステップと、
前記第１予熱器を予熱するステップを実施した後、前記第１予熱器入口弁及び前記第１予熱器出口弁の開度を大きくすることで、前記燃料を前記第２予熱器と前記第１予熱器とで加熱するステップと、
前記圧縮空気を前記水冷器と前記空冷器とで冷却するステップを実施した後、前記水冷器の上流側の前記水冷ラインに設けられた水冷器入口弁と、前記水冷器の下流側の前記水冷ラインに設けられた水冷器出口弁とを閉じることで、前記圧縮空気を前記水冷器で冷却せずに前記空冷器で冷却するステップと、
前記燃料を前記第２予熱器と前記第１予熱器とで加熱するステップを実施した後、前記第２予熱器の上流側の前記第２加熱ラインに設けられた第２予熱器入口弁と、前記第２予熱器の下流側の前記第２加熱ラインに設けられた第２予熱器出口弁とを閉じることで、前記燃料を前記第２予熱器で加熱せずに前記第１予熱器で加熱するステップと、
を実行する。
【０００８】
（２）本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービンプラントの運用方法は、
ガスタービンと、前記ガスタービンから排気された排気ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、を備えるガスタービンプラントの運用方法であって、
前記ガスタービンプラントは、
前記ガスタービンの空気圧縮機から抽気した圧縮空気を外気で冷却するための空冷器を備える空冷ラインと、前記圧縮空気を排熱回収ボイラからの第１給水で冷却するための水冷器を備える水冷ラインとが並列に接続された圧縮空気冷却ラインと、
前記ガスタービンの燃焼器に供給する燃料を前記空冷器で前記圧縮空気と熱交換されて加熱された前記外気で加熱するための第１予熱器を備える第１加熱ラインと、前記燃料を前記排熱回収ボイラからの第２給水で加熱するための第２予熱器を備える第２加熱ラインとが並列に接続された燃料加熱ラインと、
を備え、
前記圧縮空気を前記水冷器で冷却せずに前記空冷器で冷却し、且つ、前記燃料を前記第２予熱器で加熱せずに前記第１予熱器で加熱する第１運転状態から、前記圧縮空気を前記空冷器で冷却せずに前記水冷器で冷却し、且つ、前記燃料を前記第１予熱器で加熱せずに前記第２予熱器で加熱する第２運転状態へ移行する場合には、
前記水冷器への前記第１給水の供給を開始するステップと、
前記第２予熱器への前記第２給水の供給を開始するステップと、
前記水冷器への前記第１給水の供給を開始するステップを実施した後、前記水冷器の上流側の前記水冷ラインに設けられた水冷器入口弁を開くとともに、前記水冷器の下流側の前記水冷ラインに設けられたドレン弁を開くことで、前記圧縮空気冷却ラインを流通する前記圧縮空気の一部を前記水冷器に流通させて前記水冷器を予熱するステップと、
前記水冷器を予熱するステップを実施した後、前記ドレン弁を閉じるとともに、前記水冷器の下流側の前記水冷ラインに設けられた水冷器出口弁を開くことで、前記圧縮空気を前記水冷器と前記空冷器とで冷却するステップと、
前記第２予熱器への前記第２給水の供給を開始するステップを実施した後、前記第２予熱器の上流側の前記第２加熱ラインに設けられた第２予熱器入口弁と、前記第２予熱器の下流側の前記第２加熱ラインに設けられた第２予熱器出口弁とを部分開として前記燃料加熱ラインを流通する前記燃料の一部を前記第２予熱器に流通させて前記第２予熱器を予熱するステップと、
前記第２予熱器を予熱するステップを実施した後、前記第２予熱器入口弁及び前記第２予熱器出口弁の開度を大きくすることで、前記燃料を前記第２予熱器と前記第１予熱器とで加熱するステップと、
前記圧縮空気を前記水冷器と前記空冷器とで冷却するステップを実施した後、前記空冷器の上流側の前記空冷ラインに設けられた空冷器入口弁と、前記空冷器の下流側の前記空冷ラインに設けられた空冷器出口弁とを閉じることで、前記圧縮空気を前記空冷器で冷却せずに前記水冷器で冷却するステップと、
前記燃料を前記第２予熱器と前記第１予熱器とで加熱するステップを実施した後、前記第１予熱器の上流側の前記第１加熱ラインに設けられた第１予熱器入口弁と、前記第１予熱器の下流側の前記第１加熱ラインに設けられた第１予熱器出口弁とを閉じることで、前記燃料を前記第１予熱器で加熱せずに前記第２予熱器で加熱するステップと、
を実行する。
【０００９】
（３）本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービンプラントは、
ガスタービンと、前記ガスタービンから排気された排気ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、を備えるガスタービンプラントであって、
前記ガスタービンの空気圧縮機から抽気した圧縮空気を冷却するための圧縮空気冷却ラインと、
前記ガスタービンの燃焼器に供給する燃料を加熱するための燃料加熱ラインと、
を備え、
圧縮空気冷却ラインは、
前記圧縮空気を外気で冷却するための空冷器を備える空冷ラインと、
前記圧縮空気を排熱回収ボイラからの第１給水で冷却するための水冷器を備える水冷ラインと、
圧縮空気バイパスラインと、
が並列に接続され、
前記燃料加熱ラインは、
前記燃料を前記空冷器で前記圧縮空気と熱交換されて加熱された前記外気で加熱するための第１予熱器を備える第１加熱ラインと、
前記燃料を前記排熱回収ボイラからの第２給水で加熱するための第２予熱器を備える第２加熱ラインと、
燃料バイパスラインと、
が並列に接続されている。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の少なくとも一実施形態によれば、ガスタービンプラントにおいてガスタービンの運転を継続したままコンバインドサイクル運転とシンプルサイクル運転とを切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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