燃气涡轮机用燃料的预热装置、具有该预热装置的燃气涡轮机设备、以及燃气涡轮机用燃 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃气涡轮机中的燃气涡轮机用燃料的预热装置、具有该预热装置的燃气涡轮机设备、以及燃气涡轮机用燃料的预热方法，其中所述燃气涡轮机具有使燃料燃烧并生成燃烧气体的多个燃烧器以及利用燃烧气体进行驱动的涡轮机。本发明依据2013年3月25日向日本提出申请的日本专利特愿2013-062276号，主张优先权，并将其内容引用在此作为参考。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮机具有:压缩机，其压缩空气；多个燃烧器，其在由压缩机压缩的空气中使燃料燃烧并生成燃烧气体；以及涡轮机，其利用燃烧气体进行驱动。为了提高燃烧器的燃烧效率，在供给至燃烧器前经常会对要供给至燃烧器的燃料进行预热。
[0003]以下专利文献I中公开了一种对供给至燃烧器的燃料进行预热的燃气涡轮机设备。该燃气涡轮机设备具有:燃气涡轮机；废热回收锅炉，其利用来自该燃气涡轮机的废气的热量产生蒸汽；蒸汽涡轮机，其利用该废热回收锅炉中产生的蒸汽进行驱动；以及预热器，其对供给至燃烧器的燃料进行加热。预热器上连接着第一蒸汽管线，该第一蒸汽管线供应通过废热回收锅炉产生的蒸汽来作为预热器的燃料的加热源。并且，该预热器还连接着第二蒸汽管线，该第二蒸汽管线将加热燃料后的蒸汽导入至燃烧器的尾筒。此外，燃烧器的尾筒还连接着第三蒸汽管线，该第三蒸汽管线将冷却该尾筒后的蒸汽导入至蒸汽涡轮机。并且，该燃气涡轮机设备还具有降温喷雾管线，该降温喷雾管线会对第二蒸汽管线喷水以冷却流动在第二蒸汽管线中的蒸汽也就是加热燃料后的蒸汽。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利特开平10-131719号公报发明概要
[0007]要解决的技术问题
[0008]根据上述专利文献I所记载的技术，用水冷却加热过燃料的蒸汽后，会将该蒸汽供给至燃烧器的尾筒，因此存在无法有效利用加热燃料后的蒸汽的热量，燃气涡轮机设备整体的热效率不佳的问题。
[0009]此外，该燃气涡轮机设备中，还预想了当燃气涡轮机启动时即在废热回收锅炉未产生蒸汽的阶段，利用来自外部的蒸汽加热燃料的情况。此时，利用加热过燃料的蒸汽冷却燃烧器的尾筒后，高温蒸汽会送至蒸汽涡轮机。但是，在未驱动蒸汽涡轮机的阶段，即使将少量的高温蒸汽送至蒸汽涡轮机，该蒸汽也无助于蒸汽涡轮机的驱动。因此，高温蒸汽所具有的热量会被废弃处理掉。因此，从该观点来看，上述专利文献I所记载的技术的热效率不佳。
[0010]因此，本发明的目的在于提供一种能够提高燃气涡轮机设备整体的热效率的燃气涡轮机用燃料的预热装置、具有该预热装置的燃气涡轮机设备、以及燃气涡轮机用燃料的预热方法。
【发明内容】
[0011]
[0012]作为解决上述问题的本发明一方式的燃气涡轮机用燃料的预热装置，
[0013]其具有:冷却蒸汽管线，其对使燃料燃烧后生成燃烧气体的燃烧器以及利用该燃烧气体进行驱动的涡轮机中任一种的部件即与所述燃烧气体接触的高温部件，供给用来冷却该高温部件的蒸汽；过热蒸汽管线，其输送过热蒸汽即通过所述高温部件的所述蒸汽；以及预热器，其使供给自所述过热蒸汽管线的所述过热蒸汽与供给至所述燃烧器的所述燃料进行热交换，对所述燃料进行预热。
[0014]该预热装置中，利用随着燃烧器的冷却而变得过热的过热蒸汽加热燃料，因此能够有效地利用燃烧器的热量。因此，根据该预热装置，能够提高燃气涡轮机设备整体的热效率。
[0015]此处，所述燃气涡轮机用燃料的预热装置中，所述预热器也可以通过与所述燃料的热交换，使所述过热蒸汽冷凝。
[0016]该预热装置中，在加热燃料时过热蒸汽会冷凝，因此能够充分有效地利用过热蒸汽具有的热量。并且，该预热装置中，通过与燃料的热交换来使过热蒸汽冷凝，因此能够提高过热蒸汽与燃料的热交换率，并且实现预热器的小型化。
[0017]此外，以上任一种所述燃气涡轮机用燃料的预热装置中，具有多个所述预热器以及将多个所述预热器串联连接的燃料管线，通过该燃料管线可使所述燃料依次流入多个所述预热器中，所述过热蒸汽管线也可分别向多个所述预热器供给所述过热蒸汽。
[0018]并且，以上任一种所述燃气涡轮机用燃料的预热装置中，也可具有:前段蒸汽管线，其输送不通过所述高温部件的蒸汽；前段预热器，其使供给自所述前段蒸汽管线的所述蒸汽与供给至所述燃烧器的所述燃料进行热交换，对所述燃料进行预热；以及燃料管线，其连接所述前段预热器和所述后段预热器，使经过所述前段预热器预热的所述燃料供给至所述预热器即后段预热器。
[0019]以上具有多个预热器的预热装置中，以两个阶段加热燃料，因此能够将温度更高的燃料供给至燃烧器，并能够提高燃烧器中的燃料的燃烧效率。
[0020]此外，以上任一种所述燃气涡轮机用燃料的预热装置中，还可具有:分支蒸汽管线，其从所述过热蒸汽管线开始分支，将流过所述过热蒸汽管线的所述过热蒸汽的一部分导入至所述预热装置外；冷却蒸汽调节阀，其调节经过所述冷却蒸汽管线供给至所述高温部件的所述蒸汽的流量；以及过热蒸汽调节阀，其调节经过所述过热蒸汽管线供给至所述预热器的所述过热蒸汽的流量。
[0021]该预热装置中，过热蒸汽管线经由高温部件串联连接至冷却蒸汽管线，但能够分别调节经过冷却蒸汽管线供给至高温部件的蒸汽的流量以及经过过热蒸汽管线流入预热器的过热蒸汽的流量。
[0022]作为解决上述问题的本发明一方式的燃气涡轮机设备，
[0023]其具有:以上任一种所述燃气涡轮机用燃料的预热装置；燃气涡轮机，其具有所述燃烧器和所述涡轮机；蒸汽产生源，其产生蒸汽；冷凝器，其将通过所述蒸汽产生源产生的蒸汽还原成水；供水管线，其将通过所述冷凝器生成的水供给至所述蒸汽产生源；以及水回收管线，其将利用所述预热器使所述过热蒸汽与所述燃料进行热交换后冷凝成的水送至所述冷凝器或所述供水管线，所述冷却蒸汽管线将通过所述蒸汽产生源产生的蒸汽供给至所述高温部件。
[0024]该燃气涡轮机设备具有以上任一种燃气涡轮机用燃料的预热装置，因此能够提高燃气涡轮机设备整体的热效率。
[0025]此处，所述燃气涡轮机设备中，所述蒸汽产生源可具有废热回收锅炉，其利用来自所述涡轮机的废气的热量产生蒸汽。
[0026]此外，作为解决上述问题的本发明其他方式的燃气涡轮机设备，
[0027]其具有:所述燃气涡轮机用燃料的预热装置，其具有所述分支蒸汽管线；燃气涡轮机，其具有所述燃烧器和所述涡轮机；废热回收锅炉，其利用来自所述涡轮机的废气的热量产生蒸汽；蒸汽涡轮机，其利用通过所述废热回收锅炉产生的所述蒸汽进行驱动；冷凝器，其将驱动所述蒸汽涡轮机后的所述蒸汽还原成水；供水管线，其将通过所述冷凝器生成的水供给至所述废热回收锅炉；以及水回收管线，其将利用所述预热器使所述过热蒸汽与所述燃料进行热交换后冷凝成的水送至所述冷凝器或所述供水管线，
[0028]所述废热回收锅炉具有:蒸汽产生部，其利用所述废气的热量产生蒸汽；以及再热部，其使通过所述蒸汽产生部产生的蒸汽变得过热，将变得过热的所述蒸汽送至所述蒸汽涡轮机，所述冷却蒸汽管线将通过所述蒸汽产生部产生的蒸汽即通过所述再热部变得过热之前的蒸汽供给至所述高温部件，所述分支蒸汽管线将所述过热蒸汽导入至所述蒸汽涡轮机。
[0029]该燃气涡轮机设备中，通过分支蒸汽管线将未用于燃料的预热的剩余过热蒸汽供给至蒸汽涡轮机，因此还能够有效地利用剩余的过热蒸汽。
[0030]此处，以上任一种所述燃气涡轮机设备中，所述蒸汽产生源还可具有辅助锅炉，其利用不同于来自所述涡轮机的废气的热源产生蒸汽。
[0031]该燃气涡轮机设备中，无论是在不具有废热回收装置时，还是在具有废热回收装置，但燃气涡轮机的启动阶段即废热回收装置未进行稳态运转时，都能够冷却高温部件，并且对燃料进行预热。
[0032]此外，作为解决上述问题的本发明另一其他方式的燃气涡轮机设备，
[0033]其具有:所述燃气涡轮机用燃料的预热装置，其具有所述分支蒸汽管线；燃气涡轮机，其具有所述燃烧器和所述涡轮机；辅助锅炉，其利用不同于来自所述涡轮机的废气的热源产生蒸汽；冷凝器，其将通过所述辅助锅炉产生的所述蒸汽还原成水；供水管线，其将通过所述冷凝器生成的水供给至所述辅助锅炉；以及水回收管线，其将利用所述预热器使所述过热蒸汽与所述燃料进行热交换后冷凝成的水送至所述冷凝器或所述供水管线，
[0034]所述冷却蒸汽管线将通过所述辅助锅炉产生的蒸汽供给至所述高温部件，所述分支蒸汽管线将所述过热蒸汽导入至所述冷凝器。
[0035]此外，作为解决上述问题的本发明一方式的燃气涡轮机用燃料的预热方法，
[0036]其实施以下工序:冷却用蒸汽供给工序，其对使燃料燃烧后生成燃烧气体的燃烧器以及利用所述燃烧气体进行驱动的涡轮机中任一种的部件即与所述燃烧气体接触的高温部件，供给用来冷却所述高温部件的蒸汽；以及燃料预热工序，其使通过所述高温部件的所述蒸汽即过热蒸汽与供给至所述燃烧器的所述燃料进行热交换，对所述燃料进行预热。
[0037]该预热方法中，利用随着燃烧器的冷却而变得过热的过热蒸汽加热燃料，因此能够有效地利用燃烧器的热量。因此，根据该预热方法，能够提高燃气涡轮机设备整体的热效率。
[0038]此处，所述燃气涡轮机用燃料的预热方法中，在所述燃料预热工序中也可以通过与所述燃料的热交换来使所述过热蒸汽冷凝。
[0039]该预热方法中，在加热燃料时过热蒸汽会冷凝，因此能够充分有效地利用过热蒸汽具有的热量。并且，该预热方法中，通过与燃料的热交换来使过热蒸汽冷凝，因此能够提高过热蒸汽与燃料的热交换率。
[0040]发明效果
[0041]本发明的一方式中，利用随着燃烧器的冷却而变得过热的过热蒸汽加热燃料，因此能够有效地利用燃烧器的热量。因此，根据本发明的一方式，能够提高燃气涡轮机设备整体的热效率。此外，根据本发明的一方式，能够抑制燃气涡轮机的功率降低，并且抑制运行成本的增加。
【附图说明】
[0042]图1是本发明所涉及第一实施方式的燃气涡轮机设备的系统图。
[0043]图2是本发明所涉及第一实施方式的燃气涡轮机的模式性剖面图。
[0044]图3是本发明所涉及第二实施方式的燃气涡轮机设备的系统图。
[0045]图4是本发明所涉及第三实施方式的燃气涡轮机设备的系统图。
[0046]图5是本发明所涉及第一改进例的燃料预热装置的系统图。
[0047]图6是本发明所涉及第二改进例的燃料预热装置的系统图。
【具体实施方式】
[0048]以下，使用【附图说明】本发明所涉及燃气涡轮机设备的各种实施方式以及各种改进例。
[0049]“第一实施方式”
[0050]首先，参照图1和图2，说明本发明所涉及燃气涡轮机设备的第一实施方式。
[0051]如图1所示，本实施方式的燃气涡轮机设备具有:燃气涡轮机10 ;发电机15，其通过燃气涡轮机10的