燃氣渦輪機用燃料的預熱裝置、具有該預熱裝置的燃氣渦輪機設備、以及燃氣渦輪機用燃 ...的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種燃氣渦輪機中的燃氣渦輪機用燃料的預熱裝置、具有該預熱裝置的燃氣渦輪機設備、以及燃氣渦輪機用燃料的預熱方法，其中所述燃氣渦輪機具有使燃料燃燒并生成燃燒氣體的多個燃燒器以及利用燃燒氣體進行驅動的渦輪機。本發明依據2013年3月25日向日本提出申請的日本專利特愿號，主張優先權，并將其內容引用在此作為參考。
【背景技術】
[0002]燃氣渦輪機具有:壓縮機，其壓縮空氣；多個燃燒器，其在由壓縮機壓縮的空氣中使燃料燃燒并生成燃燒氣體；以及渦輪機，其利用燃燒氣體進行驅動。為了提高燃燒器的燃燒效率，在供給至燃燒器前經常會對要供給至燃燒器的燃料進行預熱。
[0003]以下專利文獻I中公開了一種對供給至燃燒器的燃料進行預熱的燃氣渦輪機設備。該燃氣渦輪機設備具有:燃氣渦輪機；廢熱回收鍋爐，其利用來自該燃氣渦輪機的廢氣的熱量產生蒸汽；蒸汽渦輪機，其利用該廢熱回收鍋爐中產生的蒸汽進行驅動；以及預熱器，其對供給至燃燒器的燃料進行加熱。預熱器上連接著第一蒸汽管線，該第一蒸汽管線供應通過廢熱回收鍋爐產生的蒸汽來作為預熱器的燃料的加熱源。并且，該預熱器還連接著第二蒸汽管線，該第二蒸汽管線將加熱燃料后的蒸汽導入至燃燒器的尾筒。此外，燃燒器的尾筒還連接著第三蒸汽管線，該第三蒸汽管線將冷卻該尾筒后的蒸汽導入至蒸汽渦輪機。并且，該燃氣渦輪機設備還具有降溫噴霧管線，該降溫噴霧管線會對第二蒸汽管線噴水以冷卻流動在第二蒸汽管線中的蒸汽也就是加熱燃料后的蒸汽。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本專利特開平10-131719號公報發明概要
[0007]要解決的技術問題
[0008]根據上述專利文獻I所記載的技術，用水冷卻加熱過燃料的蒸汽后，會將該蒸汽供給至燃燒器的尾筒，因此存在無法有效利用加熱燃料后的蒸汽的熱量，燃氣渦輪機設備整體的熱效率不佳的問題。
[0009]此外，該燃氣渦輪機設備中，還預想了當燃氣渦輪機啟動時即在廢熱回收鍋爐未產生蒸汽的階段，利用來自外部的蒸汽加熱燃料的情況。此時，利用加熱過燃料的蒸汽冷卻燃燒器的尾筒后，高溫蒸汽會送至蒸汽渦輪機。但是，在未驅動蒸汽渦輪機的階段，即使將少量的高溫蒸汽送至蒸汽渦輪機，該蒸汽也無助于蒸汽渦輪機的驅動。因此，高溫蒸汽所具有的熱量會被廢棄處理掉。因此，從該觀點來看，上述專利文獻I所記載的技術的熱效率不佳。
[0010]因此，本發明的目的在于提供一種能夠提高燃氣渦輪機設備整體的熱效率的燃氣渦輪機用燃料的預熱裝置、具有該預熱裝置的燃氣渦輪機設備、以及燃氣渦輪機用燃料的預熱方法。

【發明內容】

[0011]
[0012]作為解決上述問題的本發明一方式的燃氣渦輪機用燃料的預熱裝置，
[0013]其具有:冷卻蒸汽管線，其對使燃料燃燒后生成燃燒氣體的燃燒器以及利用該燃燒氣體進行驅動的渦輪機中任一種的部件即與所述燃燒氣體接觸的高溫部件，供給用來冷卻該高溫部件的蒸汽；過熱蒸汽管線，其輸送過熱蒸汽即通過所述高溫部件的所述蒸汽；以及預熱器，其使供給自所述過熱蒸汽管線的所述過熱蒸汽與供給至所述燃燒器的所述燃料進行熱交換，對所述燃料進行預熱。
[0014]該預熱裝置中，利用隨著燃燒器的冷卻而變得過熱的過熱蒸汽加熱燃料，因此能夠有效地利用燃燒器的熱量。因此，根據該預熱裝置，能夠提高燃氣渦輪機設備整體的熱效率。
[0015]此處，所述燃氣渦輪機用燃料的預熱裝置中，所述預熱器也可以通過與所述燃料的熱交換，使所述過熱蒸汽冷凝。
[0016]該預熱裝置中，在加熱燃料時過熱蒸汽會冷凝，因此能夠充分有效地利用過熱蒸汽具有的熱量。并且，該預熱裝置中，通過與燃料的熱交換來使過熱蒸汽冷凝，因此能夠提高過熱蒸汽與燃料的熱交換率，并且實現預熱器的小型化。
[0017]此外，以上任一種所述燃氣渦輪機用燃料的預熱裝置中，具有多個所述預熱器以及將多個所述預熱器串聯連接的燃料管線，通過該燃料管線可使所述燃料依次流入多個所述預熱器中，所述過熱蒸汽管線也可分別向多個所述預熱器供給所述過熱蒸汽。
[0018]并且，以上任一種所述燃氣渦輪機用燃料的預熱裝置中，也可具有:前段蒸汽管線，其輸送不通過所述高溫部件的蒸汽；前段預熱器，其使供給自所述前段蒸汽管線的所述蒸汽與供給至所述燃燒器的所述燃料進行熱交換，對所述燃料進行預熱；以及燃料管線，其連接所述前段預熱器和所述后段預熱器，使經過所述前段預熱器預熱的所述燃料供給至所述預熱器即后段預熱器。
[0019]以上具有多個預熱器的預熱裝置中，以兩個階段加熱燃料，因此能夠將溫度更高的燃料供給至燃燒器，并能夠提高燃燒器中的燃料的燃燒效率。
[0020]此外，以上任一種所述燃氣渦輪機用燃料的預熱裝置中，還可具有:分支蒸汽管線，其從所述過熱蒸汽管線開始分支，將流過所述過熱蒸汽管線的所述過熱蒸汽的一部分導入至所述預熱裝置外；冷卻蒸汽調節閥，其調節經過所述冷卻蒸汽管線供給至所述高溫部件的所述蒸汽的流量；以及過熱蒸汽調節閥，其調節經過所述過熱蒸汽管線供給至所述預熱器的所述過熱蒸汽的流量。
[0021]該預熱裝置中，過熱蒸汽管線經由高溫部件串聯連接至冷卻蒸汽管線，但能夠分別調節經過冷卻蒸汽管線供給至高溫部件的蒸汽的流量以及經過過熱蒸汽管線流入預熱器的過熱蒸汽的流量。
[0022]作為解決上述問題的本發明一方式的燃氣渦輪機設備，
[0023]其具有:以上任一種所述燃氣渦輪機用燃料的預熱裝置；燃氣渦輪機，其具有所述燃燒器和所述渦輪機；蒸汽產生源，其產生蒸汽；冷凝器，其將通過所述蒸汽產生源產生的蒸汽還原成水；供水管線，其將通過所述冷凝器生成的水供給至所述蒸汽產生源；以及水回收管線，其將利用所述預熱器使所述過熱蒸汽與所述燃料進行熱交換后冷凝成的水送至所述冷凝器或所述供水管線，所述冷卻蒸汽管線將通過所述蒸汽產生源產生的蒸汽供給至所述高溫部件。
[0024]該燃氣渦輪機設備具有以上任一種燃氣渦輪機用燃料的預熱裝置，因此能夠提高燃氣渦輪機設備整體的熱效率。
[0025]此處，所述燃氣渦輪機設備中，所述蒸汽產生源可具有廢熱回收鍋爐，其利用來自所述渦輪機的廢氣的熱量產生蒸汽。
[0026]此外，作為解決上述問題的本發明其他方式的燃氣渦輪機設備，
[0027]其具有:所述燃氣渦輪機用燃料的預熱裝置，其具有所述分支蒸汽管線；燃氣渦輪機，其具有所述燃燒器和所述渦輪機；廢熱回收鍋爐，其利用來自所述渦輪機的廢氣的熱量產生蒸汽；蒸汽渦輪機，其利用通過所述廢熱回收鍋爐產生的所述蒸汽進行驅動；冷凝器，其將驅動所述蒸汽渦輪機后的所述蒸汽還原成水；供水管線，其將通過所述冷凝器生成的水供給至所述廢熱回收鍋爐；以及水回收管線，其將利用所述預熱器使所述過熱蒸汽與所述燃料進行熱交換后冷凝成的水送至所述冷凝器或所述供水管線，
[0028]所述廢熱回收鍋爐具有:蒸汽產生部，其利用所述廢氣的熱量產生蒸汽；以及再熱部，其使通過所述蒸汽產生部產生的蒸汽變得過熱，將變得過熱的所述蒸汽送至所述蒸汽渦輪機，所述冷卻蒸汽管線將通過所述蒸汽產生部產生的蒸汽即通過所述再熱部變得過熱之前的蒸汽供給至所述高溫部件，所述分支蒸汽管線將所述過熱蒸汽導入至所述蒸汽渦輪機。
[0029]該燃氣渦輪機設備中，通過分支蒸汽管線將未用于燃料的預熱的剩余過熱蒸汽供給至蒸汽渦輪機，因此還能夠有效地利用剩余的過熱蒸汽。
[0030]此處，以上任一種所述燃氣渦輪機設備中，所述蒸汽產生源還可具有輔助鍋爐，其利用不同于來自所述渦輪機的廢氣的熱源產生蒸汽。
[0031]該燃氣渦輪機設備中，無論是在不具有廢熱回收裝置時，還是在具有廢熱回收裝置，但燃氣渦輪機的啟動階段即廢熱回收裝置未進行穩態運轉時，都能夠冷卻高溫部件，并且對燃料進行預熱。
[0032]此外，作為解決上述問題的本發明另一其他方式的燃氣渦輪機設備，
[0033]其具有:所述燃氣渦輪機用燃料的預熱裝置，其具有所述分支蒸汽管線；燃氣渦輪機，其具有所述燃燒器和所述渦輪機；輔助鍋爐，其利用不同于來自所述渦輪機的廢氣的熱源產生蒸汽；冷凝器，其將通過所述輔助鍋爐產生的所述蒸汽還原成水；供水管線，其將通過所述冷凝器生成的水供給至所述輔助鍋爐；以及水回收管線，其將利用所述預熱器使所述過熱蒸汽與所述燃料進行熱交換后冷凝成的水送至所述冷凝器或所述供水管線，
[0034]所述冷卻蒸汽管線將通過所述輔助鍋爐產生的蒸汽供給至所述高溫部件，所述分支蒸汽管線將所述過熱蒸汽導入至所述冷凝器。
[0035]此外，作為解決上述問題的本發明一方式的燃氣渦輪機用燃料的預熱方法，
[0036]其實施以下工序:冷卻用蒸汽供給工序，其對使燃料燃燒后生成燃燒氣體的燃燒器以及利用所述燃燒氣體進行驅動的渦輪機中任一種的部件即與所述燃燒氣體接觸的高溫部件，供給用來冷卻所述高溫部件的蒸汽；以及燃料預熱工序，其使通過所述高溫部件的所述蒸汽即過熱蒸汽與供給至所述燃燒器的所述燃料進行熱交換，對所述燃料進行預熱。
[0037]該預熱方法中，利用隨著燃燒器的冷卻而變得過熱的過熱蒸汽加熱燃料，因此能夠有效地利用燃燒器的熱量。因此，根據該預熱方法，能夠提高燃氣渦輪機設備整體的熱效率。
[0038]此處，所述燃氣渦輪機用燃料的預熱方法中，在所述燃料預熱工序中也可以通過與所述燃料的熱交換來使所述過熱蒸汽冷凝。
[0039]該預熱方法中，在加熱燃料時過熱蒸汽會冷凝，因此能夠充分有效地利用過熱蒸汽具有的熱量。并且，該預熱方法中，通過與燃料的熱交換來使過熱蒸汽冷凝，因此能夠提高過熱蒸汽與燃料的熱交換率。
[0040]發明效果
[0041]本發明的一方式中，利用隨著燃燒器的冷卻而變得過熱的過熱蒸汽加熱燃料，因此能夠有效地利用燃燒器的熱量。因此，根據本發明的一方式，能夠提高燃氣渦輪機設備整體的熱效率。此外，根據本發明的一方式，能夠抑制燃氣渦輪機的功率降低，并且抑制運行成本的增加。
【附圖說明】
[0042]圖1是本發明所涉及第一實施方式的燃氣渦輪機設備的系統圖。
[0043]圖2是本發明所涉及第一實施方式的燃氣渦輪機的模式性剖面圖。
[0044]圖3是本發明所涉及第二實施方式的燃氣渦輪機設備的系統圖。
[0045]圖4是本發明所涉及第三實施方式的燃氣渦輪機設備的系統圖。
[0046]圖5是本發明所涉及第一改進例的燃料預熱裝置的系統圖。
[0047]圖6是本發明所涉及第二改進例的燃料預熱裝置的系統圖。
【具體實施方式】
[0048]以下，使用【附圖說明】本發明所涉及燃氣渦輪機設備的各種實施方式以及各種改進例。
[0049]“第一實施方式”
[0050]首先，參照圖1和圖2，說明本發明所涉及燃氣渦輪機設備的第一實施方式。
[0051]如圖1所示，本實施方式的燃氣渦輪機設備具有:燃氣渦輪機10 ;發電機15，其通過燃氣渦輪機10的