專利名稱：燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備及其運轉(zhuǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，更詳細地講，是關(guān)于比以往能提高組合效率的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備及其運轉(zhuǎn)方法。
另外，以提高組合效率為目標，利用再生器把燃氣輪機排氣的熱用于燃燒用空氣加熱的再生式燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備已被采用。

圖13是表示以往的再生式燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的說明圖。該再生式燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備900具有再生器930，將燃氣輪機920的排氣供給該再生器930。而且，通過燃氣輪機920的排氣與在壓縮機922中壓縮后的燃燒用空氣之間進行熱交換來使燃燒用空氣溫度上升。這樣，由于能使燃燒器923入口處的燃燒用空氣溫度上升，所以就能減少供給燃氣輪機920的燃料量。因而能提高燃氣輪機效率及聯(lián)合機械設(shè)備效率。根據(jù)這樣的方法，現(xiàn)在燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的組合效率在LHV(Lower HeatValve低位發(fā)熱量)基礎(chǔ)上已提高到50％左右。
但是，在上述再生式燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備900中，由于由HRSG910產(chǎn)生的蒸汽溫度、即、汽輪機入口溫度下降，所以限制了借助再生提高的組合效率。圖14是表示在以往的HRSG中的蒸汽溫度與熱交換量之關(guān)系的Q-T曲線圖。溫度高側(cè)的線表示排氣的變化，溫度低側(cè)的線表示蒸汽(水)的變化。另外，由圖中的斜線所示的區(qū)域是表示在熱交換中的損失的大小，該區(qū)域越大，熱交換中的損失就越大。
如圖14所示，在該再生式燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備900中，由于不能使高壓過熱器940的入口蒸汽溫度達到很高，所以在高壓過熱器940中的熱交換損失就會變大。另外，由于在高壓蒸發(fā)器950中的排氣入口溫度與出口溫度的溫差大，所以在高壓蒸發(fā)器950中的熱交換損失也不會很小。因此，本發(fā)明鑒于上述問題其目的在于提供一種燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備及其運轉(zhuǎn)方法，使燃氣輪機效率或組合效率中的至少一方能比以往有所提高。

發(fā)明內(nèi)容
為了達到上述目的，本發(fā)明之1的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于，包括燃氣輪機，和通過至少具有過熱裝置和蒸發(fā)裝置的熱回收段、將所述燃氣輪機的排氣攜帶的熱能進行回收的排熱回收裝置，和通過所述排氣對所述燃氣輪機的燃燒用空氣進行加熱的空氣加熱裝置，和具有用于分支所述排氣的分支部分、且可以將所述排氣供給所述排熱回收裝置和所述空氣加熱裝置的排氣分支系統(tǒng)，和把用所述空氣加熱裝置將所述燃氣輪機的燃燒用空氣加熱后的排氣、供給到所述過熱裝置與所述蒸發(fā)裝置之間的排氣供給系統(tǒng)。
該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，是把供給排熱回收裝置的燃氣輪機的排氣分支后，將其一部分供給空氣加熱裝置，并在這里將燃氣輪機的燃燒用空氣進行加熱。而且，把在空氣加熱裝置中進行了熱交換后的排氣供給到設(shè)在熱回收段上的過熱裝置與蒸發(fā)裝置之間。在以往的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備上，由于是把燃氣輪機的排氣完全供給作為排熱回收裝置的HRSG內(nèi)，所以，當排氣流量過大時，高壓過熱裝置等過熱裝置上的熱交換損失(有效能損失)也會變大。另外，在具有以往的再生器(空氣加熱裝置)的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備上，是把用再生器進行了熱交換后的排氣供給HRSG。因此，將通過在再生器中的熱交換而溫度已下降的排氣供給HRSG，這樣，高壓過熱器等過熱裝置中的熱交換損失(有效能損失)就會變大。
本發(fā)明者們著眼于這點進行了專心的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了以下的解決手段。首先，將供給排熱回收裝置(HRSG)的燃氣輪機的排氣進行分支，并將一部分排氣供給空氣加熱裝置，再將剩余的排氣供給排氣回收裝置，這樣，當把適當流量的、且控制了溫度下降的排氣供給設(shè)在排熱回收裝置上的過熱裝置，就可減少在該過熱裝置中的熱交換損失。而且，分支后的部分排氣通過空氣加熱裝置、將燃氣輪機的燃燒用空氣進行加熱，這樣就提高了燃氣輪效率。另外，把在空氣加熱裝置中進行了熱交換的排氣供給到所述過熱裝置與蒸發(fā)裝置之間。這樣，因使蒸發(fā)裝置入口溫度與出口溫度之差比以往的小，所以也就使蒸發(fā)裝置上的熱交換損失比以往的小。根據(jù)這些裝置所起的作用，由于減少了排熱回收裝置中的熱交換損失，而且能使燃氣輪機效率比以往有所提高，所以也就能使組合效率比以往有所提高。這里，在設(shè)置于排熱回收裝置上的熱回收段上具有多個過熱裝置的情形，但在本發(fā)明中的“過熱裝置與蒸發(fā)裝置之間”上，除了過熱裝置與蒸發(fā)裝置之間外，也包括多個過熱裝置相互之間(以下相同)。
另外，如本發(fā)明之2的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，是在上述燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備中，在具有多段所述熱回收段的情況下，可把用所述空氣加熱裝置將所述燃氣輪機的燃燒用空氣加熱后的排氣、用所述排氣供給系統(tǒng)供給到設(shè)在第一段的所述熱回收段上的所述過熱裝置與所述蒸發(fā)裝置之間。這樣，在具有多個熱回收段的情況下，把已通過空氣加熱裝置的排氣、供給第一段的熱回收段，即設(shè)在供給最高溫度排氣的熱回收段上的過熱裝置與蒸發(fā)裝置之間。通過這樣做，能降低蒸發(fā)裝置入口溫度，所以也就使蒸發(fā)裝置入口與出口上的溫差比以往的小，從而能減少該蒸發(fā)裝置上的熱交換損失。因此，由于能使具有熱回收段的排熱回收裝置上的熱交換損失比以往小，所以能使組合效率比以往有所提高。
另外，本發(fā)明之3的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于，包括燃氣輪機，和設(shè)置多段至少具有過熱裝置和蒸發(fā)裝置的熱回收段、且將所述燃氣輪機的排氣攜帶的熱能進行回收的熱回收裝置，和通過所述排氣將所述燃氣輪機的燃燒用空氣進行加熱的多段空氣加熱裝置，和具有為分支所述排氣的分支部分、且將所述排氣供給所述排熱回收裝置和所述多段空氣加熱裝置的排氣分支系統(tǒng)，和把用第一段的空氣加熱裝置將所述燃氣輪機的燃燒用空氣進行加熱后的排氣、供給到設(shè)置在第一段的熱回收段上的所述過熱裝置與所述蒸發(fā)裝置之間的第一段排氣供給系統(tǒng)，和把用第二段之后的空氣加熱裝置將所述燃氣輪機的燃燒用空氣進行加熱后的排氣、供給到設(shè)在第二段之后的熱回收段上的所述過熱裝置與所述蒸發(fā)裝置之間的后段排氣供應(yīng)系統(tǒng)。
該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，是把供給排熱回收裝置的燃氣輪機的排氣分支后，將其一部分供給多個空氣加熱裝置，并在這里分階段地將燃氣輪機的燃燒用空氣進行加熱。另外，也設(shè)置了多個熱回收段，并在這里分階段地回收由燃氣輪機的排氣攜帶的熱能。而且，把用空氣加熱裝置進行熱交換后的排氣、根據(jù)其溫度供給到具有最合適溫度條件的熱回收段上的過熱裝置與蒸發(fā)裝置之間。這樣，由于在熱回收段及空氣加熱裝置上分階段地回收由燃氣輪機排氣攜帶的熱能，所以能更有效地回收排氣熱能。而且，由于將排氣分支后把其中一部分供給空氣加熱裝置，并把剩余部分供給排熱回收裝置，所以在熱回收段上能以合適的流量供給排氣。這樣，就能使設(shè)在熱回收段上的過熱裝置中的熱交換損失比以往少。另外，由于用空氣加熱裝置進行熱交換后的排氣、根據(jù)其溫度被供給到溫度最適的蒸發(fā)裝置入口處，所以，蒸發(fā)裝置中的熱交換損失能比以往減少。根據(jù)這些作用，就能使組合效率比以往有所提高。另外，在將空氣加熱裝置設(shè)置三段以上時，最好是把從第二段之后的空氣加熱裝置中出來的排氣、根據(jù)其溫度供給最合適溫度條件下的熱回收段。這樣就更能減少蒸發(fā)裝置上的熱交換損失。
另外，本發(fā)明之4的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，是在上述燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備中，其特征在于進而設(shè)置有對通過所述多段空氣加熱裝置中至少一段的所述排氣流量進行調(diào)整的流量調(diào)整裝置。利用該流量調(diào)整裝置，根據(jù)機械設(shè)備的負荷和大氣溫度條件等就能將最適量的排氣供給設(shè)在排熱回收裝置的熱回收段上的蒸發(fā)裝置中。因此，即使在機械設(shè)備的負荷和大氣溫度條件發(fā)生了變動的情況下，由于能將蒸發(fā)裝置上的熱交換損失控制較低，所以能抑制組合效率下降。
另外，本發(fā)明之5的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，是在上述燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備中，其特征在于進而把對供給所述空氣加熱裝置的排氣分支流量進行調(diào)整的分支流量調(diào)整裝置、設(shè)置在所述排氣分支系統(tǒng)中。利用該分支流量調(diào)整裝置，根據(jù)機械設(shè)備的負荷和大氣溫度條件等能把最適量的排氣供給具有熱回收段的排熱回收裝置和空氣加熱裝置。因此，即使機械設(shè)備的負荷和大氣溫度條件等發(fā)生了變動，也能抑制組合效率下降。
另外，本發(fā)明之6的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，是在上述燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備中，其特征在于進而在所述排氣分支系統(tǒng)上，設(shè)置有把燃料供給所述排氣并使所述排氣進行再燃燒的排氣再燃燒裝置。利用該再燃燒裝置，能夠提高供給排熱回收裝置的熱回收段的排氣溫度，所以能使設(shè)置在這里的過熱裝置中出來的蒸汽溫度升高。因此，由于汽輪機的輸出變大，所以也能使機械設(shè)備的輸出加大。尤其是在像夏季午后那樣需要電力多的情況下，利用再燃燒裝置將機械設(shè)備的輸出加大也能實現(xiàn)與需要相對應(yīng)的使用方法，因此能廣泛運用機械設(shè)備。另外，在將再燃燒裝置設(shè)置在空氣加熱裝置上游一側(cè)時，能提高供給空氣加熱裝置的排氣溫度。這樣能提高燃氣輪機效率，所以作為燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備整體來說也能提高組合效率。
另外，本發(fā)明之7的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，是在上述燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備中，當所述再燃燒裝置被設(shè)置在所述排氣分支系統(tǒng)的分支部分與所述排熱回收裝置之間時，由于能縮短為再燃燒后的高溫排氣而圍繞布置的排氣分支系統(tǒng)的距離，所以可以使用耐熱性較低的材料作為排氣分支系統(tǒng)的構(gòu)成材料。因此，制作排氣分支系統(tǒng)就比較容易，另外也能減少設(shè)置費用。
另外，本發(fā)明之8的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，是在所述燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備中，其特征在于，進而設(shè)有控制裝置，該控制裝置具有生成以隨著所述燃氣輪機中排氣溫度的變高而減小供給所述空氣加熱裝置中的排氣流量的方式、使所述分支流量調(diào)整裝置工作的信號的處理部，和根據(jù)來自該處理部的信號、使所述分支流量調(diào)整裝置工作、將供給所述空氣加熱裝置的排氣流量變化的控制部。另外，本發(fā)明之9的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，是在所述燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備中，其特征在于，進而設(shè)有控制裝置，該控制裝置具有生成以隨著所述燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的負荷變大而減小供給所述空氣加熱裝置中的排氣流量的方式、使所述流量調(diào)整裝置工作的信號的處理部，和根據(jù)來自該處理部的信號、使所述流量調(diào)整裝置工作、將供給所述空氣加熱裝置的排氣流量變化的控制部。
燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，是根據(jù)燃氣輪機的排氣溫度、機械設(shè)備負荷或大氣溫度等來變化組合效率的。而且，根據(jù)所述排氣溫度等的高低而存在能獲得最高組合效率的對排熱回收裝置和空氣加熱裝置的排氣流量。在該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備中，以隨著燃氣輪機中的排氣溫度變高而減小供給空氣加熱裝置的排氣流量的方式來控制分支流量調(diào)整裝置。因此，由于根據(jù)燃氣輪機的排氣溫度來控制分支流量調(diào)整裝置，所以對于負荷變動等也能以快速的響應(yīng)速度來調(diào)整排氣的分支流量。另外，如本發(fā)明之9的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，也可以根據(jù)機械設(shè)備負荷來控制分支流量調(diào)整裝置。這樣，對應(yīng)運轉(zhuǎn)計劃，按預(yù)先設(shè)定的運轉(zhuǎn)程序就能控制燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備。
另外，本發(fā)明之10的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)方法，其特征在于在具有燃氣輪機、從該燃氣輪機的排氣中將熱能回收的排熱回收裝置、利用一部分所述燃氣輪機的排氣將所述燃氣輪機的燃燒用空氣加熱的空氣加熱裝置的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備進行運轉(zhuǎn)期間，隨著所述排氣溫度升高而減小供給所述空氣加熱裝置的排氣流量。
另外，本發(fā)明之11的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)方法，其特征在于在具有燃氣輪機、從該燃氣輪機的排氣中將熱能回收的排熱回收裝置、利用一部分所述燃氣輪機的排氣將所述燃氣輪機的燃燒用空氣加熱的空氣加熱裝置的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備進行運轉(zhuǎn)期間，隨著該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的負荷變大而把供給所述空氣加熱裝置的排氣流量變小。
燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，是根據(jù)燃氣輪機的排氣溫度、機械設(shè)備負荷或大氣溫度等來變化組合效率的。而且根據(jù)所述排氣溫度等的高低而存在能獲得最高組合效率的對排熱回收裝置和空氣加熱裝置的排氣流量。這些燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)方法，是隨著燃氣輪機的排氣溫度變高、或者隨著機械設(shè)備負荷的變大而減小供給空氣加熱裝置的排氣流量。因此，即使排氣溫度和機械設(shè)備負荷以及其他原因發(fā)生變化，也能將組合效率的降底控制在最低限度，所以能在保持高組合效率下運轉(zhuǎn)機械設(shè)備。另外，該運轉(zhuǎn)方法也可以用人手來進行手動操作。
圖2是實施例1的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備與以往的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的Q～T曲線圖。
圖3是表示組合效率與燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的輸出之間關(guān)系的說明圖。
圖4是表示本發(fā)明實施例2的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的說明圖。
圖5是表示本發(fā)明實施例3的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的說明圖。
圖6是表示使再生器中的熱交換量可變動的裝置的說明圖。
圖7是表示使再生器中的熱交換量可變動的其他裝置的說明圖。
圖8是表示本發(fā)明實施例4的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的說明圖。
圖9是表示在使機械設(shè)備負荷變化情況下的組合效率與供給再生器的排氣分支量之間關(guān)系的說明圖。
圖10是表示實施例4的分支流量調(diào)整裝置的其他例子的說明圖。
圖11是表示本發(fā)明實施例5的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的說明圖。
圖12是表示以往的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的說明圖。
圖13是表示以往的再生式燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的說明圖。
圖14是表示以往的HRSG中的蒸汽溫度與熱交換量之關(guān)系的Q～T曲線圖。
圖中10、11、12、13-HRSG，20-燃氣輪機，30-再生器，31-第一再生器，32-第二再生器，32a-遮蔽板，36、75、76-調(diào)節(jié)板，33、77-三向閥，38a-閥，40、40a、40b-高壓過熱器，41-中壓過熱器，42-低壓過熱器，50-高壓蒸發(fā)器，51-中壓蒸發(fā)器，52-低壓蒸發(fā)器，60-高壓汽輪機，70、70a、70b、80、80a、80b-配管，78、88-分支部分，90-控制裝置，91-處理部，92-存儲部，93-控制部，95-助燃器，100、101、102、103、104-燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備。
(實施例1)圖1是表示本發(fā)明實施例1的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的說明圖。該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100具有以下特征把向作為排熱回收裝置的HRSG10提供的燃氣輪機20的排氣進行分支，并將其一方用作為空氣加熱裝置的再生器30來和燃氣輪機20的燃燒用空氣進行熱交換。而且把熱交換后的排氣提供到配置在HRSG10上的作為過熱裝置的高壓過熱器40與作為蒸發(fā)裝置的高壓蒸發(fā)器50之間，并且分支后的另一方排氣被提供到HRSG10的高壓過熱器40的入口處。
在該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100中，具有HRSG10、燃氣輪機20和高壓汽輪機60。在HRSG10中具有作為過熱裝置的高壓過熱器40和作為蒸發(fā)裝置的高壓蒸發(fā)器50，由這些裝置構(gòu)成了對燃氣輪機20的排氣攜帶的熱能進行回收的熱回收段。另外如圖1(a)所示，也可以進一步設(shè)置高壓節(jié)熱器18來構(gòu)成熱回收段。這樣，由于能由高壓節(jié)熱器18來加熱供給高壓蒸發(fā)器50的給水，所以在高壓蒸發(fā)器50中能更有效地制作蒸汽。另外，由于排氣的熱能可以通過高壓節(jié)熱器18進行更有效地回收，所以更能提高HRSG10的效率。
在燃氣輪機20的排氣出口20a中，設(shè)有為將燃氣輪機20驅(qū)動后的排氣導(dǎo)向HRSG10中的排氣分支系統(tǒng)的配管70。該配管70是在設(shè)在HRSG10面前的分支部分78進行分支，一方連接在HRSG10上，另一方連接在再生器30上。而且，燃氣輪機20的排氣被供給到設(shè)在HRSG10上的高壓過熱器40和再生器30中。被供給到高壓過熱器40中的排氣，對由高壓蒸發(fā)器50制成的飽和蒸汽進行過加熱后制成供給高壓汽輪機60的過熱蒸汽。
被供給再生器30中的排氣與由燃氣輪機20的壓縮機22生成的高溫·高壓的燃燒用空氣進行熱交換，將其進行加熱。然后，由再生器30進行了熱交換后的排氣，通過作為連接再生器30與HRSG10的排氣供給系統(tǒng)的配管80、被供給到設(shè)在HRSG10上的高壓過熱器40與高壓蒸發(fā)器50之間。該排氣被供給到高壓過熱器40的入口，并在這里與對蒸汽進行了過加熱的排氣合流，然后被送到高壓蒸發(fā)器內(nèi)并由高壓節(jié)熱器18將升溫后的水進行蒸發(fā)。另外如圖1(b)所示，在使用多個高壓過熱器的情況下，也可以把通過再生器30的燃燒氣體供給到上游側(cè)的高壓過熱器40a與下流側(cè)的高壓過熱器40b之間。
從配管70的分支部分78到下流處，將排氣供給HRSG10的配管70a和將排氣供給再生器30的配管70b的截面內(nèi)面積不同。這是為了將適量的排氣供給HRSG10和再生器30以得到更高的組合效率。供給HRSG10等的排氣量根據(jù)機械設(shè)備的規(guī)模和運轉(zhuǎn)時的負荷進行變化。因此，雖然從圖1(a)看并不明顯，但在該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100中，為在額定負荷時達到最大的組合效率而調(diào)整配管70a等的截面內(nèi)面積。另外，也可以在配管70a等中設(shè)置有可變的縮頸等，對應(yīng)于燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100的負荷等來變化配管70a等的截面內(nèi)面積。這樣一來，即使在負荷變動的情況下，由于能把適量的排氣供給HRSG10等，所以總是能維持高組合效率并進行運轉(zhuǎn)，是理想的。有關(guān)這點在下述中將提到。
在燃氣輪機20上連接有發(fā)電機28，通過燃氣輪機20的運轉(zhuǎn)，發(fā)電機28被驅(qū)動并產(chǎn)生電力。當燃氣輪機20的排氣被導(dǎo)向HRSG10，并在這里回收其熱能。另外，在實施例1中使用的HRSG10，只具備有高壓過熱器40和高壓蒸發(fā)器50以及高壓節(jié)熱器18的高壓熱回收段，且都是所謂單壓式的HRSG。對于具有多個段的后述的熱回收段的雙壓式、或三壓式的HRSG來說本發(fā)明也能適用。在HRSG10中，通過從燃氣輪機20的排氣中回收的熱能產(chǎn)生蒸汽，并將該蒸汽供給到高壓汽輪機60中對其進行驅(qū)動。由于在高壓汽輪機60中也連接著發(fā)電機68，所以通過高壓汽輪機60驅(qū)動發(fā)電機68、產(chǎn)生電力。
在該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100中，將燃氣輪機20的排氣分支并供給HRSG10和再生器30。因此不像以往那樣把通過再生器30其溫度下降的排氣供給HRSG910(參照圖13)，而是能將溫度高的排氣供給HRSG10的高壓過熱器40。另外，由于是在HRSG10的面前將排氣分支并把其一部分供給再生器30，所以能使供給高壓過熱器40的排氣量較小。這樣，與以往那樣將所有的排氣供給高壓過熱器940的情況(參照圖13)相比能減少熱交換損失。
另外，通過再生器30的排氣，在加熱燃燒用空氣的過程中會損失熱能而造成溫度下降。由于要把該溫度下降的排氣供給高壓蒸發(fā)器50，所以能使HRSG10的高壓蒸發(fā)器50入口處的排氣溫度比以往低。根據(jù)這些作用就能使處于高壓蒸發(fā)器50上的入口溫度與出口溫度的溫差比以往的小。這樣就能降低在高壓蒸發(fā)器50中的熱交換損失。由于還具有再生器30，所以由壓縮機22壓縮后的燃燒用空氣、在再生器30中接收排氣的熱后升溫，所以就提高了燃氣輪機20的效率。
對上述事項使用HRSG上的Q-T曲線圖進行說明。圖2是實施例1的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備和以往的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的Q-T曲線圖。圖中的實線表示實施例1的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，圖中的虛線表示以往的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備。另外，溫度高的線表示排氣的變化，溫度低的線表示蒸汽(水)的變化。圖中斜線所示的區(qū)域表示了熱交換中的損失大小，該區(qū)域越大熱交換中的損失也就越大。
在該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100中，將燃氣輪機20的排氣分支并將其一方直接供給HRSG10的高壓過熱器40。因而如圖2所示，能使高壓過熱器入口溫度Tsh-hpi比以往的高。根據(jù)這個作用，由于能夠使供給高壓汽輪機60(參照圖1)的蒸汽溫度Tst-hpi比以往的高，所以也就能比以往提高高壓汽輪機60的效率。另外，由于將排氣進行了分支，所以能使供給高壓過熱器40的排氣量比以往減少，這樣，根據(jù)該作用就能減少熱交換損失。
當把被分支后的燃氣輪機排氣的一方供給再生器30(參照圖1)并在這里將燃燒用空氣升溫后，再供給到高壓過熱器40與高壓蒸發(fā)器50之間。這樣，由于能使高壓蒸發(fā)器入口溫度TEV-hpi比以往的低，所以也就能使處于高壓蒸發(fā)器50的入口溫度TEV-hpi與出口溫度TEV-hpo的溫差比以往小。根據(jù)這個作用，能使高壓蒸發(fā)器50中的熱交換量比以往大。根據(jù)這些作用，如圖2所示，由于用斜線所示的區(qū)域比以往小，所以在本發(fā)明的HRSG10中的熱交換損失也能小于以往的HRSG810及910(參照圖12、13)。
圖3是表示組合效率與燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備輸出關(guān)系的說明圖。圖中的實線是表示本發(fā)明的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，虛線是表示以往的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備。從該圖可知，該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100的組合效率在整個輸出領(lǐng)域中高于以往的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備800及900(參照圖12、13)的組合效率。其程度與以往的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備800等相比較，在絕對值上提高了約1％。這樣就能減少燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100的燃料費。另外，由于提高了組合效率，因此也能控制NOx和CO2的排放量。例如考慮組合效率在LHV基礎(chǔ)上提高了58％到59％的情況。這時，可以將大型發(fā)電廠的燃料費控制在1年5億左右。另外，NOx和CO2的排放量被削減的比例是1.7％左右。
另外，現(xiàn)在雖然利用脫硝裝置和CO2吸收設(shè)備等可以減少NOx和CO2的排放量，但是會加大這些設(shè)備所需的龐大設(shè)備投資的費用，而且，也會增加保養(yǎng)·檢修的時間及費用。因而就有盡量減少包括在排氣內(nèi)的NOx和CO2本身的排放量及使所述設(shè)備簡略化的要求，本燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100就是根據(jù)該要求所發(fā)明的設(shè)備。
(實施例2)圖4是表示本發(fā)明實施例2的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的說明圖。該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備101雖然和所述實施例1的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100(參照圖1)在結(jié)構(gòu)上大體相同，但是在作為排熱回收裝置的HRSG11中至少在設(shè)置多段具有過熱裝置和蒸發(fā)裝置的熱回收段這點上有所不同。其他的結(jié)構(gòu)與實施例1相同，所以省略其說明，同時在相同結(jié)構(gòu)要素上標有相同的符號。這里，在同附圖(a)中表示了使用具有三段熱回收段的三壓式HRSG11的情況，在同附圖(b)中表示了使用具有兩段熱回收段的雙壓式HRSG12的情況(只是HRSG12)。
在HRSG11中，包括作為過熱裝置的高壓過熱器40，和作為蒸發(fā)裝置的高壓蒸發(fā)器50，和具有高壓節(jié)熱器18a的高壓熱回收裝置，和作為過熱裝置的中壓過熱器41以及低壓過熱器42，和作為蒸發(fā)裝置的中壓蒸發(fā)器51，和具有中壓節(jié)熱器18b的中壓熱回收裝置，和作為蒸發(fā)裝置的低壓蒸發(fā)器52，和具有低壓節(jié)熱器18c的低壓熱回收段(圖4(a))。另外，在雙壓式HRSG12中，包括作為過熱裝置的高壓過熱器40，和作為蒸發(fā)裝置的高壓蒸發(fā)器50，和具有高壓節(jié)熱器18a的高壓回收段，和作為過熱裝置的中壓過熱器41，和作為蒸發(fā)裝置的中壓蒸發(fā)器51，和具有中壓節(jié)熱器18b的中壓熱回收段(同附圖(b))。
無論在HRSG11及12中，燃氣輪機20的排氣都是在作為排氣分支系統(tǒng)的配管70的分支部分78進行分支并分別供給HRSG11等和作為空氣加熱裝置的再生器30。而且，再生器30和HRSG11等由作為排氣供給系統(tǒng)的配管80來連接，把通過再生器30的排氣供給到設(shè)在HRSG11等中的高壓過熱器40與高壓蒸發(fā)器50之間。
由于具有這樣的構(gòu)成，在該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備101中能把比以往溫度高的排氣供給HRSG11等高壓過熱器40。另外，通過再生器30的排氣在加熱燃燒用空氣的過程中失去了熱能后溫度下降。由于把該溫度下降后的排氣供給高壓蒸發(fā)器50，所以能使處于HRSG11等的高壓蒸發(fā)器50的入口和出口上的排氣溫差比以往的小。根據(jù)這些作用就能將高壓過熱器40及高壓蒸發(fā)器50中的熱交換損失控制到比以往低。并且進一步通過再生器30，由于被壓縮機22壓縮后的燃燒用空氣因排氣的熱而升溫，所以也就提高了燃氣輪機20的效率。根據(jù)這些作用，在燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備101中能使組合效率比以往高，因此能減少燃料費，另外，NOx和CO2的排放量也能比以往減少。另外，在燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備101中的熱回收雖然不局限于只到三段，但如果過多則HRSG11的結(jié)構(gòu)就會變得復(fù)雜，因而最好是2～4段。
(實施例3)圖5是表示本發(fā)明實施例3的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的說明圖。該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備102和上述實施例2的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備101(參照圖4)其結(jié)構(gòu)大致相同，但是，在具有多個作為空氣加熱裝置的再生器、和將通過各個再生器后的排氣根據(jù)設(shè)置于作為排熱回收裝置的HRSG13中的且至少具有過熱裝置和蒸發(fā)裝置的熱回收段所必需的溫度條件來供給這點上有所不同。其他結(jié)構(gòu)與實施例2相同，因此省略了說明，而且對相同的結(jié)構(gòu)要素使用了相同符號。另外，雖然省略了圖示，但是該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備102和實施例2的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備101一樣，也同樣能適用于雙壓式HRSG。
在該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備102中，作為多個的空氣加熱裝置，具有為空氣加熱裝置的第一再生器31以及第二再生器32的共計兩個再生器。第一再生器31的出口與HRSG13，用作為第一排氣供給系統(tǒng)的配管80a連接，把從第一再生器31出來的排氣供給到高壓過熱器40與高壓蒸發(fā)器50之間。另外，第二再生器32的出口與HRSG13，用作為后段排氣供給系統(tǒng)的配管80b連接，把從第二再生器32出來的排氣供給到中壓過熱器41與中壓蒸發(fā)器51之間。燃氣輪機20的排氣在配管70的分支部分78進行分支后按第一再生器31、第二再生器32的順序通過。另一方面，在壓縮機22進行壓縮后的空氣，按第二再生器32、第一再生器31的順序通過再生器，并在其過程中與排氣進行熱交換后升溫。
在這里，由于排氣是按上述順序通過再生器，所以，從第一再生器31出來的排氣溫度tr01比從第二再生器出來的溫度tr02要高。因此，把從第一再生器31出來的排氣在分支部分88進行分支后，經(jīng)過配管80a供給到高壓過熱器40與高壓蒸發(fā)器50之間。而且，把從第二再生器32出來的排氣經(jīng)過配管80b供給到中壓過熱器41與中壓蒸發(fā)器51之間。另外在該例中，雖然把中壓過熱器41和低壓過熱器42設(shè)置于中壓蒸發(fā)器51的上游一側(cè)，但如圖5所示，也可以把從第二再生器32出來的排氣供給到低壓過熱器42與中壓蒸發(fā)器51之間。另外，也可以把從第二再生器32出來的排氣供給到中壓過熱器41與低壓過熱器42之間。
這樣，由于能對各熱回收段供給溫度合適的排氣，所以更能減少HRSG13上熱交換時的損失。另外，由于把再生器形成了兩段，所以被壓縮機22壓縮后的空氣也能更有效地進行升溫。另外，在從第二再生器32出來的排氣的溫度低、且在供給到中壓過熱器41與中壓蒸發(fā)器51之間時、反而使熱交換損失加大的情況下，也可以將該排氣供給到低壓蒸發(fā)器52的入口處。這樣，由于能把低壓蒸發(fā)器52的入口與出口上的排氣溫差縮小，所以既能夠有效地回收排氣的熱能，又能把低壓蒸發(fā)器52中的熱交換損失控制得很低。另外，到這里為止，對使用兩段空氣加熱裝置的例子進行了說明，但在本發(fā)明中不只局限于兩段，根據(jù)排熱回收裝置所具有的熱回收段的數(shù)量能適當變更段數(shù)。另外，在上述說明中，對具有三段熱回收段的排熱回收裝置做了說明，但是熱回收段也可以多于三段。不過如上所述，如果熱回收段過多，則排熱回收裝置的結(jié)構(gòu)就會變得復(fù)雜，因此，在設(shè)置多個熱回收段的情況下最好是2～4段。與其相對應(yīng)，空氣加熱裝置的段數(shù)也最好是2～4段。
在這里，為把溫度更適當?shù)呐艢夤┙o各熱回收段，最好把第一再生器31和第二再生器32的熱交換量調(diào)整到最合適。由于能夠向各熱回收段供給溫度更適當?shù)呐艢?，所以能減少熱交換的損失并能更提高組合效率。另外如后面所述，由于燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備102的負荷(不同)，因此供給各熱回收段的排氣最合適的溫度要產(chǎn)生變化。因此能夠變動第一再生器31及第二再生器32的熱交換量，而且，當燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備102的負荷即使變動，通常也可以將溫度最合適的排氣供給各熱回收段。
圖6是表示可變動再生器中的熱交換量的裝置說明圖。作為可以變動熱交換量的裝置，具有使供給各再生器的排氣流量進行變化的裝置。作為這樣的流量調(diào)整裝置，例如，如同附圖(a)所示，在第二再生器32的排氣入口或出口處可以設(shè)置能改變第二再生器32的排氣入口面積的遮蔽板32a。而且，根據(jù)燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備102的負荷來移動該遮蔽板32a以調(diào)整流入第二再生器32內(nèi)的排氣流量。如果使流入第二再生器32內(nèi)的排氣流量進行變化，那么比這個更處于上游側(cè)的第一再生器31的流量也會產(chǎn)生變化。例如，當要把第一再生器31中的熱交換量變小、把第二再生器32中的熱交換量加大時，只要調(diào)整遮蔽板32a以使流向第二再生器32的排氣流量加大即可。另外，當要把第一再生器31中的熱交換量加大、把第二再生器32中的熱交換量變小時，可以調(diào)整遮蔽板32a以使流向第二再生器32的排氣流量變小。
作為其他流量調(diào)整裝置的例子，例如，如圖6(b)及(c)所示，可以在第一再生器31與第二再生器32之間設(shè)置調(diào)節(jié)板36和三向閥37以構(gòu)成流量調(diào)整裝置。另外，如同附圖(d)所示，可以取代調(diào)節(jié)板36等而將多個閥38a及38b組合以構(gòu)成流量調(diào)整裝置。另外也可以使用如圖10(c)所示的回轉(zhuǎn)閥。
圖7是表示可以變化再生器中熱交換量的其他裝置的說明圖。如圖7所示，也可以分別設(shè)置多個的第一再生器31和第二再生器32(在本例中分別是5個)，并且以根據(jù)負荷調(diào)整供給排氣的再生器數(shù)量來調(diào)整向作為空氣加熱裝置的再生器中供給的排氣流量。例如，在要把第一再生器31中的熱交換量變小的情況下，可以減少供給排氣的再生器的個數(shù)。另外，來自壓縮機22(參照圖5)的空氣被供給所有的再生器31a～31e。
例如，考慮要將第一再生器31的熱交換量變小的情況。這時，向再生器31a、31c及31e中供給排氣，而不向31b和31d中供給排氣。在該轉(zhuǎn)換中可以使用設(shè)在各個再生器31a～31e上游的閥等轉(zhuǎn)換裝置。另外，這時向所有的再生器31a～31e中都供給來自壓縮機22(參照圖5)的空氣。如果這樣，則由于在未供給排氣的再生器中沒有產(chǎn)生排氣與空氣的熱交換，所以能夠?qū)训谝辉偕?1視為整體時候的熱交換量變小。在要將熱交換量加大時，與此相反，可以把供給排氣的再生器個數(shù)增多。
在設(shè)置具有這種熱交換裝置的第一再生器31和第二再生器32來改變?nèi)細廨啓C聯(lián)合機械設(shè)備102(參照圖5)的負荷時，是把第一再生器31和第二再生器32上的熱交換量根據(jù)負荷進行變化。如果這樣，則即使當燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備102的負荷發(fā)生了變動時也能把溫度最合適的排氣供給HRSG13(參照圖5)的各熱回收段。因而，由于能把HRSG13中的熱交換損失控制到最低限，所以就能控制由負荷變動造成的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備102的組合效率下降。
(實施例4)圖8是表示本發(fā)明實施例4的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的說明圖。該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備103和上述燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100在結(jié)構(gòu)上大體相同，但是，在把對供給作為排熱回收裝置的HRSG10和作為空氣加熱裝置的再生器30的排氣流量進行調(diào)整的分支流量調(diào)整裝置、設(shè)置在設(shè)在作為排氣分支系統(tǒng)的配管70中的分支部分78(參照圖10)上這一點有所不同。其他結(jié)構(gòu)由于和實施例1相同所以省略說明，同時在相同結(jié)構(gòu)要素上使用了相同符號。
該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備103，在將排氣供給HRSG10和再生器30的作為排氣分支系統(tǒng)的配管70的分支部分78(參照圖1)上，設(shè)置了作為分支流量調(diào)整裝置的調(diào)節(jié)板75以用來調(diào)整供給HRSG10和再生器30的排氣流量。其理由用圖9進行說明。圖9是表示在變化機械設(shè)備負荷時的組合效率與供給再生器的排氣分支量的關(guān)系的說明圖。如該圖所示，在燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備中，根據(jù)負荷其組合效率會產(chǎn)生變化，同時在供給再生器30排氣的分支量上存在最佳值。因此，調(diào)整在部分負荷或全負荷時供給再生器30的排氣量，即使負荷發(fā)生變動也能將組合效率保持在高狀態(tài)下進行運轉(zhuǎn)。
作為能適用于本發(fā)明的分支流量調(diào)整裝置，是上述調(diào)節(jié)板75，在使用了調(diào)節(jié)板75時，由于只需開閉開關(guān)門75a就能調(diào)整排氣的流量，所以能夠?qū)⒎种Я髁空{(diào)整裝置設(shè)為簡單的結(jié)構(gòu)是最好的。尤其是在大型的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備上，由于要把大量的排氣供給HRSG10等，所以用外徑尺寸4～5m的管道來構(gòu)成配管70和70a。因此比使用閥結(jié)構(gòu)要簡單，并且由于能構(gòu)成輕型的分支流量調(diào)整裝置所以是理想的。
圖10是表示實施例4的分支流量調(diào)整裝置其他例子的說明圖。如同附圖(a)所示的調(diào)節(jié)板76那樣，可以由多個開關(guān)門76a構(gòu)成調(diào)節(jié)板76。在該調(diào)節(jié)板76上，由于可將小尺寸的開關(guān)門76a組合而構(gòu)成調(diào)節(jié)板76，所以尤其是在使用大尺寸的配管70及70a的情況下，更容易制作開關(guān)門76a。另外，由于開關(guān)門76a的尺寸較小，所以作用于每一個開關(guān)門76a上的排氣的力也小于上述開關(guān)門。因此，即使將開關(guān)門76a的強度設(shè)定小也能經(jīng)受住排氣的沖擊，由此能降低調(diào)節(jié)板76的制作成本。而且，由于也能降低開關(guān)門76a的驅(qū)動力，所以也能降低用于控制的能源。
另外，如圖10(b)所示，可以由三向閥77構(gòu)成分支流量調(diào)整裝置，或如圖6(d)所示，也可以將多個閥組合而構(gòu)成分支流量調(diào)整裝置。在這種情況下，雖然結(jié)構(gòu)變得稍稍復(fù)雜些，但因能提高流量控制的精度所以是理想的。另外，如圖10(c)所示，也可以使用回轉(zhuǎn)閥79構(gòu)成流量調(diào)整裝置。另外，在實施例4中，雖然是在實施例1的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100(參照圖1)上設(shè)置了作為分支流量調(diào)整裝置的調(diào)節(jié)板75等，但能設(shè)置分支流量調(diào)整裝置的不僅局限于此。對于實施例2或3的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備101及102也同樣能設(shè)置作為分支流量調(diào)整裝置的調(diào)節(jié)板75等。在這種情況下也具有和先前所述的同樣作用及效果(以下同樣)。
以下，對具有上述分支流量調(diào)整裝置的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備103的運轉(zhuǎn)方法進行說明。在該說明中可適當參照圖8。在燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備103中，當排氣溫度變低時，如果將供給再生器30的排氣量加大，則能控制因排氣溫度降低而造成的組合效率降低。在部分負荷時，由于與額定負荷時相比燃氣輪機20的排氣溫度低，所以如果將供給再生器30的排氣流量加大就能控制組合效率下降。
當燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備103剛啟動之后，由于燃氣輪機20的排氣溫度還較低，所以要調(diào)整調(diào)節(jié)板75的開放度以將供給再生器30的排氣流量加大。隨著燃氣輪機20的預(yù)熱進程、排氣溫度上升而使HRSG10的蒸汽產(chǎn)生量變大，應(yīng)調(diào)整調(diào)節(jié)板75的開放度以便使供給再生器30的排氣流量變小。這時，根據(jù)來自設(shè)在燃氣輪機20的排氣出口20a上的溫度計26的溫度信息，由控制裝置90的處理部91生成使作為流量調(diào)整裝置的調(diào)節(jié)板75動作的信號。另外，在控制裝置90的存儲部92中預(yù)先儲存了排氣溫度與調(diào)節(jié)板75開放度的關(guān)系，當處理部91接到來自溫度計26的溫度信息時也可以參照存儲部92的開放度信息。
當控制裝置90的控制部93接到該信號時，從控制部93發(fā)出驅(qū)動設(shè)置在調(diào)節(jié)板75上的調(diào)節(jié)器75b的信號，使其進行驅(qū)動開關(guān)門75a的開閉。另外，代替溫度信息的是根據(jù)發(fā)電機28等的輸出信息，即，可以根據(jù)燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備103的負荷信息來控制調(diào)節(jié)板75的開放度。當根據(jù)負荷信息控制調(diào)節(jié)板75時，就能按預(yù)先已形成程序的運轉(zhuǎn)計劃使控制裝置90進行工作。
另外，也可以將排氣溫度和大氣溫度一起由溫度計27進行測定，根據(jù)這兩者的溫度信息控制調(diào)節(jié)板75的開放度。當大氣溫度也作為控制信息使用時，與單獨使用排氣溫度的情況相比較更能進行精密的排氣流量控制，也能抑制組合效率下降。這時，在控制裝置90的存儲部92內(nèi)預(yù)先儲存了表示排氣溫度以及大氣溫度與調(diào)節(jié)板75開放度的關(guān)系的圖表，處理部91參照該圖表生成使開關(guān)門75a工作的信號。
另外，上述處理部91也可以是由專用硬件來實現(xiàn)的，另外，該處理部91也可以由存儲器及CPC(中央運算裝置)構(gòu)成，把為了實現(xiàn)處理部功能的程序(省略圖示)輸入到存儲器內(nèi)來加以實施，這樣六可以實現(xiàn)其功能。另外，該程序也可以是為了實現(xiàn)所述功能的一部分的程序，而且，也可以和全部記錄在計算機系統(tǒng)內(nèi)的程序組合后來實現(xiàn)上述功能。
另外，也可以將作為周邊機器的輸入裝置、顯示裝置等(均省略圖示)連接在上述控制裝置90上。這里，所謂輸入裝置是指鍵盤、鼠標等輸入器件。所謂顯示裝置是指CRT(Cathode Ray Tube)和液晶顯示裝置等。
(實施例5)圖11是表示本發(fā)明實施例5的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的說明圖。該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備104和上述燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100的結(jié)構(gòu)大體相同，但是在排氣分支系統(tǒng)配管70的分支部分78與HRSG10之間設(shè)置將燃料供給排氣、進行再燃燒的排氣再燃燒裝置這點上有所不同。其他結(jié)構(gòu)由于與實施例1～4相同所以省略說明，并在相同的結(jié)構(gòu)要素上使用相同的符號。
燃氣輪機20的排氣，在配管70的分支部分78分支，其一方被供給作為排熱回收裝置的HRSG10的為過熱裝置的高壓過熱器40內(nèi)。在HRSG10的入口處設(shè)置了作為排氣再燃燒裝置的助燃器95，通過將燃料供給高溫排氣而使排氣進行再燃燒。另外，也可以把助燃器95設(shè)置在連接分支部分78和HRSG10的配管70a上。
由于是用助燃氣95將燃氣輪機20的排氣進行再燃燒，所以能將溫度上升后的排氣供給HRSG10的高壓過熱器40。這樣，因能提高由高壓過熱器40生成的高壓過熱蒸汽的溫度，所以高壓汽輪機60的入口蒸汽溫度也會變高。因而，能使高壓汽輪機60的輸出變大，以至使發(fā)電機68的輸出也變大。另外，由于HRSG10和助燃器95是一體設(shè)置的，這樣就無需將助燃器95另外設(shè)置，因此能比較簡單地構(gòu)成配管系統(tǒng)。
另外，也可以在燃氣輪機20與分支部分78之間設(shè)置助燃器95。這樣做，由于能將升溫后的排氣供給HRSG10及作為空氣加熱裝置的再生器30兩方，所以燃氣輪機20的輸出也能同時上升，而且也能使燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備104整體的輸出進一步上升。
另外，也可以在連接分支部分78和HRSG10的配管70a及連接分支部分78和再生器30的配管70b兩方上設(shè)置助燃氣95。這樣，能夠?qū)┙oHRSG10和再生器30的排氣進行分別升溫，所以考慮對組合效率的控制也是有利的。在這種情況下，如果將助燃器95與HRSG10以及再生器30一體構(gòu)成，則結(jié)構(gòu)就能比較簡單，另外，由于能把配管70a及70b用耐熱性較低的材料構(gòu)成，所以能控制配管70a等設(shè)置費用，是理想的。
助燃器95工作時的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備104的組合效率，比助燃器95不工作時要低，但燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備104的發(fā)電輸出本身能變大。因此，在夏季從正午到午后三點需要電力特別多的時候，忽視暫時的組合效率降低，讓助燃器95工作就能供應(yīng)所需要的電力。
這樣，尤其是在設(shè)置了助燃器95的情況下，由于燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備104的運用范圍廣泛所以是理想的。另外，在實施例5中，是在實施例1的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備100(參照圖1)上設(shè)置了助燃器95，但可以設(shè)置助燃器95的不僅局限于這點。對于實施例2～4的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備101～103也同樣能設(shè)置助燃器95。在這種情況下也具有和先前所述的同樣作用及效果。
(發(fā)明效果)如上述說明，在本發(fā)明的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備(本發(fā)明之1)中，把燃氣輪機的排氣分支后將其一部分供給空氣加熱裝置，而將其剩余部分供給排熱回收裝置。這樣，能以適當?shù)牧髁俊⑶铱刂屏藴囟认陆档呐艢夤┙o設(shè)置在排熱回收裝置上的熱回收段的過熱裝置中，所以能減少過熱裝置中的熱交換損失。而且，使被分支的一部分排氣通過空氣加熱裝置，并在這里將燃氣輪機的燃燒用空氣進行加熱。這樣能提高燃氣輪機效率。另外，在空氣加熱裝置中把進行了熱交換的排氣供給到上述過熱裝置與蒸發(fā)裝置之間，就會使蒸汽裝置入口溫度與出口溫度之差比以往小。這樣就能使蒸發(fā)裝置中的熱交換損失比以往小。根據(jù)這些作用，減少了排熱回收裝置上的熱交換損失，并且比以往提高了燃氣輪機的效率，所以也能使組合效率比以往有所提高。
另外，在本發(fā)明的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備(本發(fā)明之2)中，在排熱回收裝置具有多段熱回收段的情況下，把通過空氣加熱裝置后的排氣供給到設(shè)在供給最高溫度排氣的熱回收段上的過熱裝置與蒸發(fā)裝置之間。因此，由于能把蒸發(fā)裝置的入口排氣溫度降低，所以也就使蒸發(fā)裝置入口與出口上的溫度差比以往的小，從而能減少蒸發(fā)裝置中的熱交換損失。這樣，能使排熱回收裝置中的熱交換損失比以往的小，所以就能使組合效率比以往有所提高。
另外，在本發(fā)明的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備(本發(fā)明之3)中，把供給排熱回收裝置的燃氣輪機的排氣分支，將排氣的一部分供給多個空氣加熱裝置，并在這里將燃氣輪機的燃燒用空氣分階段地進行加熱。另外，設(shè)置多段熱回收段，并在這里分階段地回收燃氣輪機排氣攜帶的熱能。而且，把用空氣加熱裝置進行了熱交換后的排氣，根據(jù)其溫度供給到最合適的熱回收段的過熱裝置與蒸發(fā)裝置之間。這樣，在熱回收段以及空氣加熱裝置中，由于是分階段地回收燃氣輪機排氣攜帶的熱能，所以能更有效地回收排氣的熱能。另外，由于將排氣分支并將其一部分供給空氣加熱裝置，而把剩余部分供給排熱回收裝置，所以能夠?qū)⑴艢庖院线m的流量供給排熱回收裝置。這樣就能將設(shè)置在熱回收段上的過熱裝置中的熱交換損失減少到低于以往。另外，由于用空氣加熱裝置進行了熱交換后的排氣，根據(jù)其溫度供給具有最合適溫度條件的蒸發(fā)裝置的入口處，所以能夠把蒸發(fā)裝置中的熱交換損失減少到比以往低。根據(jù)這些作用就能使組合效率比以往有所提高。
另外，在本發(fā)明的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備(本發(fā)明之4)中，進而，設(shè)置有調(diào)整通過第一段空氣加熱裝置的上述排氣流量的流量調(diào)整裝置。通過該流量調(diào)整裝置，并根據(jù)機械設(shè)備的負荷以及大氣溫度條件等就能把最適量的排氣供給設(shè)在熱回收段上的蒸發(fā)裝置。因此，即使在機械設(shè)備的負荷以及大氣溫度條件等變動的情況下，也能將蒸發(fā)裝置中的熱交換損失控制得較低，因此能控制組合效率的降低，并能在保持高的組合效率下使機械設(shè)備進行運轉(zhuǎn)。
另外，在本發(fā)明的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備(本發(fā)明之5)中，進而，把調(diào)整供給空氣加熱裝置的排氣分支量的分支流量調(diào)整裝置、設(shè)在排氣分支系統(tǒng)上。因此，由于能夠把最適量的排氣根據(jù)機構(gòu)設(shè)備的負荷以及大氣溫度條件等供給排熱回收裝置和空氣加熱裝置，所以即使在機械設(shè)備的負荷以及大氣溫度條件等變動的情況下，也能控制組合效率的降低，并能在保持高組合效率下運轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)備。
另外，在本發(fā)明的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備(本發(fā)明之6)中，進而，將把燃料供給燃氣輪機的排氣而進行再燃燒的排氣再燃燒裝置、設(shè)在排氣分支系統(tǒng)中。這樣，由于能把供給排熱回收裝置的排氣溫度變高，所以能把利用過熱裝置進行了過熱的蒸汽溫度變高，從而使供給該蒸汽的汽輪機的輸出變大。因此，使燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的輸出變大。特別是在夏季的午后大量需要電力的情況下，由于利用再燃燒裝置可以加大機械設(shè)備的輸出，并能達到與該需要相對應(yīng)的使用方法，因此機械設(shè)備能廣對各種情況地運用。
另外，在本發(fā)明的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備(本發(fā)明之7)中，由于把再燃燒裝置設(shè)置在排氣分支系統(tǒng)的分支部分與排熱回收裝置之間，所以能縮短為再燃燒后的高溫排氣而圍繞布置的排氣分支系統(tǒng)的距離。這樣，作為排氣分支系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料也能使用耐熱性較低的材料，所以制作排氣分支系統(tǒng)就比較容易，另外也能減少設(shè)置費用。
另外，在本發(fā)明的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備(本發(fā)明之8)中，設(shè)置有以隨燃氣輪機的排氣溫度變高而減小供給空氣加熱裝置的排氣流量的方式來控制分支流量調(diào)整裝置的控制裝置。這樣，由于根據(jù)燃氣輪機的排氣溫度來控制分支流量調(diào)整裝置，所以能構(gòu)成響應(yīng)迅速的控制。另外，在本發(fā)明的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備(本發(fā)明之9)中，設(shè)有根據(jù)機械設(shè)備負荷而控制分支流量調(diào)整裝置的控制裝置。這樣，能夠?qū)?yīng)于運轉(zhuǎn)計劃按預(yù)先設(shè)定的運轉(zhuǎn)程序控制燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備。
另外，在本發(fā)明的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)方法(本發(fā)明之10)中，隨燃氣輪機的排氣溫度變高而減小供給空氣加熱裝置的排氣流量。另外，在本發(fā)明的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)方法(本發(fā)明之11)中，隨燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的負荷變大而減小供給空氣加熱裝置的排氣流量。在這些燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)方法中，隨著燃氣輪機的排氣溫度變高、或者隨著機械設(shè)備負荷變大而減小供給空氣加熱裝置的排氣流量。因此，即使排氣溫度和機械設(shè)備負荷或其他原因發(fā)生變動，但由于能把組合效率的降低控制在最低限度，因此能在保持高的組合率下進行運轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于，包括燃氣輪機，和通過至少具有過熱裝置和蒸發(fā)裝置的熱回收段、將所述燃氣輪機的排氣攜帶的熱能進行回收的排熱回收裝置，和通過所述排氣對所述燃氣輪機的燃燒用空氣進行加熱的空氣加熱裝置，和具有用于對所述排氣進行分支的分支部分、且可以將所述排氣供給所述排熱回收裝置和所述空氣加熱裝置的排氣分支系統(tǒng)，和把用所述空氣加熱裝置將所述燃氣輪機的燃燒用空氣加熱后的排氣、供給到所述過熱裝置與所述蒸發(fā)裝置之間的排氣供給系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于在具有多段所述熱回收段的情況下，可把用所述空氣加熱裝置將所述燃氣輪機的燃燒用空氣加熱后的排氣、用所述排氣供給系統(tǒng)供給到設(shè)在第一段的所述熱回收段上的所述過熱裝置與所述蒸發(fā)裝置之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于進而在所述排氣分支系統(tǒng)上設(shè)置有對供給所述空氣加熱裝置的排氣的分支流量進行調(diào)整的分支流量調(diào)整裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于進而在所述排氣分支系統(tǒng)上設(shè)置有將燃料供給所述排氣并將所述排氣進行再燃燒的排氣再燃燒裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃氣輪機聯(lián)合機構(gòu)設(shè)備，其特征在于，進而設(shè)有控制裝置，該控制裝置具有生成以隨著所述燃氣輪機中排氣溫度的變高而減小供給所述空氣加熱裝置中的排氣流量的方式、使所述分支流量調(diào)整裝置工作的信號的處理部，和根據(jù)來自該處理部的信號、使所述分支流量調(diào)整裝置工作、將供給所述空氣加熱裝置的排氣流量變化的控制部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于，進而設(shè)有控制裝置，該控制裝置具有生成以隨著所述燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的負荷變大而減小供給所述空氣加熱裝置中的排氣流量的方式、使所述分支流量調(diào)整裝置工作的信號的處理部，和根據(jù)來自該處理部的信號、使所述分支流量調(diào)整裝置工作、將供給所述空氣加熱裝置的排氣流量變化的控制部。
7.一種燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于，包括燃氣輪機，和設(shè)置多段至少具有過熱裝置和蒸發(fā)裝置的熱回收段、且將所述燃氣輪機的排氣攜帶的熱能進行回收的熱回收裝置，和通過所述排氣對所述燃氣輪機的燃燒用空氣進行加熱的多段空氣加熱裝置，和具有用于對所述排氣進行分支的分支部分、且將所述排氣供給所述排熱回收裝置和所述多段空氣加熱裝置的排氣分支系統(tǒng)，和把用第一段的空氣加熱裝置將所述燃氣輪機的燃燒用空氣進行加熱后的排氣、供給到設(shè)置在第一段的熱回收段上的所述過熱裝置與所述蒸發(fā)裝置之間的第一段排氣供給系統(tǒng)，和把用第二段之后的空氣加熱裝置將所述燃氣輪機的燃燒用空氣進行加熱后的排氣、供給到設(shè)在第二段之后的熱回收段上的所述過熱裝置與所述蒸發(fā)裝置之間的后段排氣供應(yīng)系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于進而設(shè)置有對通過所述多段的空氣加熱裝置中至少一段的所述排氣流量進行調(diào)整的流量調(diào)整裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于進而在所述排氣分支系統(tǒng)上設(shè)置有對供給所述空氣加熱裝置的排氣分支流量進行調(diào)整的分支流量調(diào)整裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于進而在所述排氣分支系統(tǒng)上設(shè)置有把燃料供給所述排氣、使所述排氣進行再燃燒的排氣再燃燒裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于所述再燃燒裝置被設(shè)置在所述排氣分支系統(tǒng)的分支部分與所述排熱回收裝置之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于，進而設(shè)有控制裝置，該控制裝置具有生成以隨著所述燃氣輪機中排氣溫度的變高而減小供給所述空氣加熱裝置中的排氣流量的方式、使所述分支流量調(diào)整裝置工作的信號的處理部，和根據(jù)來自該處理部的信號、使所述分支流量調(diào)整裝置工作、將供給所述空氣加熱裝置的排氣流量變化的控制部。
13.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備，其特征在于進而設(shè)有控制裝置，該控制裝置具有生成以隨著所述燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的負荷變大而減小供給所述空氣加熱裝置中的排氣流量的方式、使所述分支流量調(diào)整裝置工作的信號的處理部，和根據(jù)來自該處理部的信號、使所述分支流量調(diào)整裝置工作、將供給所述空氣加熱裝置的排氣流量變化的控制部。
14.一種燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)方法，其特征在于在具有燃氣輪機、從該燃氣輪機的排氣中將熱能回收的排熱回收裝置、利用一部分所述燃氣輪機的排氣將所述燃氣輪機的燃燒用空氣加熱的空氣加熱裝置的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備進行運轉(zhuǎn)期間，隨著所述排氣溫度升高而減小供給所述空氣加熱裝置的排氣流量。
15.一種燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)方法，其特征在于在具有燃氣輪機、從該燃氣輪機的排氣中將熱能回收的排熱回收裝置、利用一部分所述燃氣輪機的排氣將所述燃氣輪機的燃燒用空氣加熱的空氣加熱裝置的燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備進行運轉(zhuǎn)期間，隨著該燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備的負荷變大而減小供給所述空氣加熱裝置的排氣流量。
全文摘要
一種燃氣輪機聯(lián)合機械設(shè)備及其運轉(zhuǎn)方法，在燃氣輪機(20)的排氣出口(20a)處設(shè)置將燃氣輪機的排氣導(dǎo)向HRSG(10)中的配管(70)。該配管在設(shè)在HRSG面前的分支部分(78)進行分支，一方連接在HRSG上，另一方連接在再生器(30)上。將所述排氣供給設(shè)在HRSG上的高壓過熱器(40)和再生器。供給高壓過熱器的排氣對由高壓蒸發(fā)器(50)制作的飽和蒸汽進行過熱。供給再生器的排氣與在燃氣輪機的壓縮機(22)生成的燃燒用空氣進行熱交換、將其進行加熱。在再生器中進行熱交換后的排氣經(jīng)過連接再生器和HRSG的配管(80)被供給到設(shè)置在HRSG上的高壓過熱器與高壓蒸發(fā)器之間?？商岣呷細廨啓C效率或組合效率。
文檔編號F22B1/18GK1434197SQ0310191
公開日2003年8月6日 申請日期2003年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日
發(fā)明者椙下秀昭 申請人:三菱重工業(yè)株式會社