高湿度利用燃气轮机系统

摘要

本发明提供高湿度利用燃气轮机系统，通过降低燃气轮机系统的启动时、停止时以及负载切断时的水消耗量，能降低来自外部的补给水供水量。具备：燃气轮机系统，其由压缩机、生成加湿的燃烧用空气的压缩空气集管、生成燃烧气体的燃烧器及涡轮构成；排热回收锅炉，其通过来自涡轮的排气而产生蒸汽；以及水回收装置，其回收上述排气中所含的水分，高湿度利用燃气轮机系统具备：第一蒸汽系统，其向压缩空气集管供给来自排热回收锅炉的蒸汽；以及第二蒸汽系统，其将来自排热回收锅炉的蒸汽向排热回收锅炉或水回收装置供给，在燃气轮机系统启动时或停止时或是负载切断时，切断第一蒸汽系统，使第二蒸汽系统连通并回收来自排热回收锅炉的蒸汽。

说明书

技术领域

本发明涉及高湿度利用燃气轮机系统，详细来说，涉及从燃烧后的排气回 收水分并再次用作高湿度空气的高湿度利用燃气轮机系统。

背景技术

在燃气轮机系统的运用中，已知有为使发电效率提高而向其燃烧用压缩空 气中导入蒸汽的方法。这是因为通过蒸汽的导入使燃烧用压缩空气的动作流体 量增加而使压缩机动力下降。

存在如下高湿度利用燃气轮机系统，使从燃烧后的排气导入燃气轮机的蒸 汽凝结并作为回收水回收，通过杂质除去装置除去杂质后，使用该回收水增湿 而成为高湿度的燃烧用压缩空气(例如参照专利文献1)。通过本系统，能够 进行从燃烧后的排气向燃烧器入口侧的热回收，由于能够使燃烧用压缩空气温 度上升，因此能够实现燃料消耗量降低带来的发电效率的进一步提高。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2010-255456号公报

高湿度利用燃气轮机系统具备从燃气轮机的排气回收水分的水回收系统 和由以燃气轮机的排气为热源的排热回收锅炉生成过热蒸汽的过热蒸汽生成 系统，并将过热蒸汽生成系统生成的过热蒸汽导入燃气轮机的燃烧用压缩空 气。

可是，在燃气轮机的运行中启动时或停止时，为防止燃气轮机内部的水分 的凝结，而不进行过热蒸汽向燃烧用压缩空气的导入。另外，在因为燃气轮机 系统运行时的系统事故等而进行负载切断后的运行的情况下，也不进行过热蒸 汽向燃烧用压缩空气的导入。

在这种燃气轮机不能导入过热蒸汽的情况下，在以往的高适度利用燃气轮 机系统中，运用如下情况，由设置于排热回收锅炉出口的放泄阀将生成的过热 蒸汽向系统外排出。

因此，高湿度利用燃气轮机系统在DSS运用(Daily Start and Stop日常启 动停止)的情况或负载切断后到再并列的时间较长的情况下，由于水消耗量增 大，因此存在因补供水量的增加而使得运行成本增大的问题。

发明内容

本发明基于上述的情况而完成，其目的在于提供通过降低燃气轮机系统的 启动时、停止时以及负载切断时的水消耗量，而能够降低来自外部的补给水供 水量的节水型高湿度利用燃气轮机系统。

为解决上述课题，采用例如专利申请保护范围所述的构成。本申请含有多 种解决上述课题的方法，举出其中一个例子，一种高湿度利用燃气轮机系统， 其具备：燃气轮机系统，该燃气轮机系统由压缩空气的压缩机、将从上述压缩 机导入的高压空气和蒸汽混合而生成加湿的燃烧用空气的压缩空气集管、使来 自上述压缩空气集管的燃烧用空气和燃料混合燃烧并生成燃烧气体的燃烧器 以及通过由上述燃烧器生成的燃烧气体驱动的涡轮组成；排热回收锅炉，该排 热回收锅炉通过来自上述涡轮的排气而产生蒸汽；以及水回收装置，该水回收 装置配置于上述排热回收锅炉的下游侧并回收上述排气中所包含的水分，上述 高湿度利用燃气轮机系统的特征在于，具备：第一蒸汽系统，该第一蒸汽系统 向上述压缩空气集管供给来自上述排热回收锅炉的蒸汽；以及第二蒸汽系统， 该第二蒸汽系统将来自上述排热回收锅炉的蒸汽向上述排热回收锅炉或上述 水回收装置供给，在上述燃气轮机系统启动时或停止时或是负载切断时，切断 上述第一蒸汽系统，使上述第二蒸汽系统连通并回收来自上述排热回收锅炉的 蒸汽。

本发明的效果如下。

根据本发明，因为在排热回收锅炉的蒸汽出口设置了对燃气轮机进行分流 并将产生蒸汽向高湿度利用燃气轮机系统的内部引导的分流系统，所以能够降 低在燃气轮机的启动时、停止时以及负载切断时的水消耗量。由此，由于能够 降低燃气轮机的启动时、停止时以及负载切断时来自外部的补给水供给量，因 此能够实现运行成本的降低。

附图说明

图1是表示本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第一实施方式的概要构 成图。

图2是表示本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第二实施方式的概要构 成图。

图3是表示本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第三实施方式的概要构 成图。

图中：1—压缩机，1A—驱动轴，2—压缩空气集管，3—燃烧器，4—涡 轮，5—发电机，6—水回收装置，10—排热回收锅炉，10a—壳体，11—低温 省煤器，12—高温省煤器，13—蒸发器，14—过热器，15—蒸汽喷嘴，16—倾 斜构造(排热回收锅炉下部构造)，20—回收水，30—除气器，31—蒸汽鼓， 32—排水箱，40—供水泵，41—排水泵，50—燃料配管，51～58—配管及流道 (压缩空气以及蒸汽)，60—管道，70～83—配管(供水以及回收水)，90—过 热蒸汽调节阀，91—蒸汽喷嘴调节阀，100—节流孔，110—烟囱，120—喷雾 嘴。

具体实施方式

以下使用附图对本发明的高湿度利用燃气轮机系统的实施方式进行说明。

实施例1

图1是表示本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第一实施方式的概要构 成图。

高湿度利用燃气轮机系统具备燃气轮机系统、排热回收锅炉10以及水回 收装置6作为基本构成，所述燃气轮机系统具备压缩机1、压缩空气集管2、 燃烧器3、涡轮4、驱动轴1A以及发电机5。压缩机1、涡轮4以及发电机5 由驱动轴1A机械地连结。

压缩机1将外部空气吸气、压缩，并作为燃烧用空气经过流道51向压缩 空气集管2供给。压缩空气集管2将从排热回收锅炉10的过热器14经过配管 52和配管55而供给的过热蒸汽与燃烧用空气混合而生成加湿的燃烧用空气。 燃烧器3使经过流道53而供给的加湿的燃烧用空气与经过配管50而供给的燃 料F混合、燃烧，从而产生高温高压的燃烧气体。该燃烧气体经过流道54导 入涡轮4，驱动涡轮4，并通过驱动轴1A驱动压缩机1以及发电机5。涡轮4 的旋转动力通过发电机5转换为电力。

排热回收锅炉10是将燃气轮机系统中驱动涡轮4后的排气作为热源产生 蒸汽的装置。排热回收锅炉10具备：由保温材料覆盖外周部的箱式壳体10a； 设置于壳体10a的上游侧，与将驱动涡轮4后的排气导入的管道60连接的上 游开口部；供从上游开口部导入的排气流通的排气流道；由在排气流道内从上 游开始依次配置的过热器14、具备蒸汽鼓31的蒸发器13、高温省煤器12以 及低温省煤器11形成的热交换器组；以及设置于壳体10a的下游侧，将通过 热交换器组后的排气向水回收装置6供给的下游开口部。

另外，在本实施方式中，在排热回收锅炉10的排气流道的过热器14的上 游侧设置有向排气流道的方向喷射过热蒸汽的蒸汽喷嘴15。在蒸汽喷嘴15的 头部上连接有配管58的一端。配管58的另一端与设置于连接排热回收锅炉 10的加热器14和压缩空气集管2的配管55的分岔部56。在配管58上设置有 调整向蒸汽喷嘴15供给的过热蒸汽的流量的蒸汽喷嘴调节阀91和节流孔 100。蒸汽喷嘴调节阀91在通常运行时关闭。

另外，在本实施方式中，使相当于排热回收锅炉10的箱底的壳体10a的 下部构造为从上游侧朝向下游侧下倾的倾斜构造16。在该倾斜构造16的最下 游侧的高度最低的部分设置有与积存排水的排水箱32连通的配管82。积存于 排水箱32的排水通过朝向高湿度利用燃气轮机系统的系统外部(系统外)地 配设的配管83和设置于该配管83的排水泵41而向系统外排出。

水回收装置6通过从喷雾嘴120向来自排热回收锅炉10的排气以雾状喷 出冷却水，使排气中的水分凝结，混入冷却水后作为回收水20回收。排气中 的水分被除去的剩余的气体成分从设置于水回收装置6上部的烟囱向大气排 出。从喷雾嘴120喷雾的冷却水使用从水回收装置6的下部经过配管81供给 至未图示的外部冷却装置并被冷却的回收水20。另外，供给至该外部冷却装 置并被冷却的回收水20也可以由未图示的水处理装置进行净化处理而作为排 热回收锅炉10的供水再利用。

在燃气轮机系统中进行常规运行的情况下，驱动涡轮4后的排气经过管道 60供给至排热回收锅炉10，与在上述热交换器组内部流动的供水或蒸汽进行 热交换。由此，从过热器14产生的过热蒸汽通过连结过热器14和过热蒸汽调 节阀90的配管55，经过减压至燃气轮机系统所需压力的过热蒸汽调节阀90 和配管52向压缩空气集管2供给。其结果，生成供给至燃烧器3的加湿空气。

另外，在常规运行时，从外部经过配管70向低温省煤器11供给供水，该 供水在低温省煤器11进行热交换后，经过配管74向除气器30供给而除气。 其后，通过配管73由供水泵40升压，经过配管72向高温省煤器12供给而进 行热交换。从高温省煤器12流出的供水经过配管78和配管76向蒸汽鼓31 供给。

供给至蒸汽鼓31的供水经过蒸发器13、配管79以及配管80循环并加热， 由蒸汽鼓31将水和蒸汽分离。蒸汽经过配管57向过热器14供给。供给至过 热器14的蒸汽通过被进一步加热而成为过热蒸汽，向配管55供给。

接下来，对本实施方式中燃气轮机系统的启动时、停止时以及负载切断时 等的动作进行说明。

在燃气轮机系统的启动时或停止时等、防止燃气轮机内水分凝结的情况或 像切断负载后那样不需要蒸汽的情况下，首先使蒸汽喷嘴调节阀91进行打开 动作，并且使过热蒸汽调节阀90进行关闭动作。由此，向配管58中导入过热 蒸汽，从蒸汽喷嘴15向排热回收锅炉10的排气流道的方向喷射过热蒸汽，并 且切断过热蒸汽向燃气轮机侧的流入。

从蒸汽喷嘴15向排热回收锅炉10的排气流道的方向喷射的过热蒸汽存在 由排热回收锅炉10内的高温省煤器12或低温省煤器11凝结而排水化的情况。 这种排水通过排热回收锅炉10的壳体10a下部的倾斜构造16，经由最下游侧 的高度最低的部位而积存于排水箱32，并通过排水泵41向高湿度利用燃气轮 机系统的系统外部排出。

根据上述本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第一实施方式，因为在排热 回收锅炉10的蒸汽出口设置了对燃气轮机进行分流并将产生蒸汽向高湿度利 用燃气轮机系统的内部引导的分流系统，所以能够降低在燃气轮机的启动时、 停止时以及负载切断时的水消耗量。由此，由于能够降低燃气轮机的启动时、 停止时以及负载切断时来自外部的补供水供给量，因此能够实现运行成本的降 低。

此外，在本实施方式中，虽然对将蒸汽喷嘴15设置于排热回收锅炉10 的排气流道的最上游侧的情况的例子进行了说明，但并不限于此，为了避免热 冲击等问题的产生，只要是排热回收锅炉10的排气流道内的排气温度在蒸汽 鼓31的器内压力的饱和温度以上，蒸汽喷嘴15设置部中不产生水分凝结的地 方，就能够设置蒸汽喷嘴15。例如，也可以采用在蒸发器13与过热器14之 间设置的构成或将蒸发器13一分为二并在分割的两个蒸发器13之间设置的构 成。

另外，在本实施方式中，虽然对为了排出排热回收锅炉10内的排水而具 备由排水配管82、排水箱32以及排水泵41等形成的排水排出系统的情况的 例子进行了说明，但并不限于此。例如也可以省略排水排出系统而选用能够通 过倾斜构造16直接将排水向水回收装置6排出的构成。

实施例2

以下，使用附图对本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第二实施方式进行 说明。图2是表示本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第二实施方式的概要构 成图。图2中，符号与图1所示的符号相同的部分是相同部分，所以省略其详 细的说明。

图2所示的本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第二实施方式由与第一 实施方式大致相同的设备构成，但以下的构成不同。本实施方式中不同点在于， 蒸汽喷嘴15设置在水回收装置6的内部，省略由排水配管82、排水箱32以 及排水泵41等形成的排水排出系统，排热回收锅炉10的壳体10a的下部选用 平整的构造而非倾斜构造。

在本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第二实施方式中，在燃气轮机系统 的启动时或停止时等、防止燃气轮机内水分凝结的情况或像切断负载后那样不 需要蒸汽的情况下，首先使蒸汽喷嘴调节阀91进行打开动作，并且使过热蒸 汽调节阀90进行关闭动作。由此，向配管58中导入过热蒸汽，从蒸汽喷嘴 15向水回收装置6的内部喷射过热蒸汽，并且切断过热蒸汽向燃气轮机侧的 流入。向水回收装置6内喷射的过热蒸汽通过从喷雾嘴120喷出的冷却水凝结， 作为回收水20回收至高湿度利用燃气轮机系统的系统内部。

此外，从蒸汽喷嘴15喷出的过热蒸汽为高温，虽然与水回收装置6内部 的温度条件不同，但因为以喷出蒸汽不与构成水回收装置6的部件直接接触的 方式配置构成蒸汽喷嘴15，所以水回收装置6能够以常规的运行方式进行设 计。

根据上述的本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第二实施方式能够得到 与第一实施方式相同的效果。

另外，根据上述的本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第二实施方式，因 为不存在在排热回收锅炉10内产生排水的隐患，所以没必要设置排水排出系 统，没必要将排热回收锅炉10的壳体10a下部做成倾斜构造。其结果，能够 削减生产成本。

实施例3

以下，使用附图对本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第三实施方式进行 说明。图3是表示本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第三实施方式的概要构 成图。图3中，符号与图1以及图2所示的符号相同的部分是相同部分，所以 省略其详细的说明。

图3所示的本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第三实施方式由与第一 实施方式大致相同的设备构成，但以下的构成不同。本实施方式中不同点在于， 一端连接于配管55的分岔部56的配管58的另一端侧与燃气轮机系统的冷却 装置连接，省略由排水配管82、排水箱32以及排水泵41等形成的排水排出 系统，排热回收锅炉10的壳体10a的下部选用平整的构造而非倾斜构造。

在本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第三实施方式中，在燃气轮机系统 的启动时或停止时等、防止燃气轮机内水分凝结的情况或像切断负载后那样不 需要蒸汽的情况下，首先使蒸汽喷嘴调节阀91进行打开动作，并且使过热蒸 汽调节阀90进行关闭动作。由此，向配管58中导入过热蒸汽，并且切断过热 蒸汽向燃气轮机侧的流入。导入配管58的过热蒸汽通过由高湿度利用燃气轮 机系统的系统外部(系统外)的冷却装置凝结而能够再利用。

根据上述本发明的高湿度利用燃气轮机系统的第三实施方式，能够得到与 第一实施方式相同的效果。