特許 5983213 超臨界蒸気複合サイクル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5983213

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】超臨界蒸気複合サイクル

(51)【国際特許分類】

   F01K 7/32 20060101AFI20160818BHJP

   F01K 23/10 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   F01K7/32

   F01K23/10 A

   F01K23/10 T

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-198109(P2012-198109)

(22)【出願日】2012年9月10日

(65)【公開番号】特開2014-51944(P2014-51944A)

(43)【公開日】2014年3月20日

【審査請求日】2015年3月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100516

【弁理士】

【氏名又は名称】三谷 惠

(72)【発明者】

【氏名】梅沢 修一

(72)【発明者】

【氏名】長崎 芳樹

【審査官】 橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０９２３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１５４７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１７９９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２００８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０９３６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１４７２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６２２００１３（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｋ１／００−２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気圧縮機からの圧縮空気と燃料とを入力し燃料を燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンの排ガスで超臨界流体である蒸気を発生させる超臨界排熱回収ボイラと、
前記超臨界排熱回収ボイラで発生した超臨界流体である蒸気で駆動される高圧タービンと、
前記高圧タービンで仕事を終え前記ガスタービン及び前記燃焼器の少なくともいずれか一つで再熱された再熱蒸気で駆動される中圧タービンと、
前記中圧タービンで仕事を終えた蒸気で駆動される低圧タービンとを備え、
前記再熱蒸気は、前記中圧タービン出口でも湿らない蒸気条件を満たす蒸気であることを特徴とする超臨界蒸気複合サイクル。

【請求項2】

前記中圧タービンで仕事を終えた蒸気を、前記空気圧縮機、前記ガスタービン、前記燃焼器の少なくともいずれか一つで再熱し、その再熱蒸気で前記低圧タービンを駆動することを特徴とする請求項１記載の超臨界蒸気複合サイクル。

【請求項3】

空気圧縮機からの圧縮空気と燃料とを入力し燃料を燃焼させる第１段燃焼器と、
前記第１段燃焼器の燃焼ガスで駆動される第１段ガスタービンと、
前記第１段ガスタービンの排ガスと燃料とを入力し燃料を燃焼させる第２段燃焼器と、
前記第２段燃焼器の燃焼ガスで駆動される第２段ガスタービンと、
前記第２段ガスタービンの排ガスで超臨界流体である蒸気を発生させる超臨界排熱回収ボイラと、
前記超臨界排熱回収ボイラで発生した超臨界流体である蒸気で駆動される高圧タービンと、
前記高圧タービンで仕事を終え、前記第１段ガスタービン、前記第２段ガスタービン、前記第１段燃焼器、前記第２段燃焼器の少なくともいずれか一つにより再熱された再熱蒸気で駆動される中圧タービンと、
前記中圧タービンで仕事を終えた蒸気で駆動される低圧タービンとを備え、
前記再熱蒸気は、前記中圧タービン出口でも湿らない蒸気条件を満たす蒸気であることを特徴とする超臨界蒸気複合サイクル。

【請求項4】

前記中圧タービンで仕事を終えた蒸気を、前記空気圧縮機、前記第１段ガスタービン、前記第２段ガスタービン、前記第１段燃焼器、前記第２段燃焼器の少なくともいずれか一つで再熱し、その再熱された再熱蒸気で前記低圧タービンを駆動することを特徴とする請求項３記載の超臨界蒸気複合サイクル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンバインドサイクル発電プラントの排熱回収ボイラとして超臨界排熱回収ボイラを用いた超臨界蒸気複合サイクルに関する。

【背景技術】

【0002】

コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンの排ガスを排熱回収ボイラに導き、排熱回収ボイラで得られた蒸気を蒸気タービンに導いて発電機を駆動し発電する発電プラントである。これにより、高効率の発電プラントを実現している。

【0003】

さらに、コンバインドサイクル発電プラントの排熱回収ボイラとして超臨界排熱回収ボイラを用いたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。超臨界排熱回収ボイラを用いると蒸気サイクルの効率が向上し、コンバインドサイクル発電プラント全体の熱効率も向上する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−０９２３７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、超臨界排熱回収ボイラを用いる場合には、ガスタービンの排ガス温度を高くする必要があり、特許文献１のものでは、高温部（過熱器、再熱器）での最適化が必ずしもなされていない。例えば、タービン入口が超臨界圧以上の場合、タービン出口でも湿らない良い蒸気条件にするには、ガスタービン排ガス温度は約７００℃必要であり、蒸気を再熱しようとする場合には、ガスタービンの排ガス温度はさらに高くしなければならない。

【0006】

図２２は、温度とエンタルピーとの関係図である。Ｔｇは超臨界排熱回収ボイラに供給される排ガスの温度、Ｔｃは臨界温度、Ａは水の気相液相境界線、Ｓ１は例えば圧力が３０ＭＰａのときの過熱器の流体温度、Ｐ１はピンチポイントである。

【0007】

超臨界排熱回収ボイラに過熱器を設置する場合、ピンチポイントＰ１を上回る排ガス温度が必要である。また、高圧タービン入口において超臨界圧力以上かつ高圧タービン出口でも湿らない蒸気条件にするには、過熱器出口の蒸気のエンタルピーはＨａ以上とすることが必要である。そのためには排ガス温度Ｔａは約７００℃でなければならない（Ｐ２点）。

【0008】

一方、過熱器に加え再熱器を設置する場合について説明する。Ｓ２は再熱器の蒸気温度である。この再熱器の蒸気圧力は、タービンを通過しているため減圧されているので、例えば、７ＭＰａ程度である。すなわち、Ｓ２は圧力が７ＭＰａのときの再熱器の蒸気温度を示している。Ｔｚは再熱器の蒸気温度の初期値である。また、再熱器の蒸気のエンタルピの初期値Ｈｚは、過熱器出口のエンタルピーＨａよりも低い値になるが、その場合、排ガスとの熱交換線図が重なるので、それを避けるために、Ｈｚは過熱器出口のエンタルピーＨａと同じ値とした。

【0009】

再熱器を出て中圧タービンに導かれた蒸気が中圧タービン出口でも湿らない蒸気条件を満たすようにするためには、再熱器出口の蒸気のエンタルピーはＨｂ以上とすることが必要である。そのためには排ガス温度Ｔｂは８００℃以上でなければならない（Ｐ３点）。

【0010】

このように、超臨界排熱回収ボイラにおいては、ガスタービンの排ガス温度を高くしないと再熱ができない。現状ではガスタービンの排ガス温度は７００℃程度であるので、超臨界排熱回収ボイラで再熱することは難しい。一方、蒸気サイクルの効率を向上させるためには再熱をすることが望ましい。

【0011】

本発明は、超臨界排熱回収ボイラに供給されるガスタービンの排ガスの温度を上昇させることなく蒸気サイクルへの再熱を可能にした超臨界蒸気複合サイクルを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

請求項１の発明に係る超臨界蒸気複合サイクルは、空気圧縮機からの圧縮空気と燃料とを入力し燃料を燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンの排ガスで超臨界流体である蒸気を発生させる超臨界排熱回収ボイラと、前記超臨界排熱回収ボイラで発生した超臨界流体である蒸気で駆動される高圧タービンと、前記高圧タービンで仕事を終え前記ガスタービン及び前記燃焼器の少なくともいずれか一つで再熱された再熱蒸気で駆動される中圧タービンと、前記中圧タービンで仕事を終えた蒸気で駆動される低圧タービンとを備え、前記再熱蒸気は、前記中圧タービン出口でも湿らない蒸気条件を満たす蒸気であることを特徴とする。

【0013】

請求項２の発明に係る超臨界蒸気複合サイクルは、請求項１の発明において、前記中圧タービンで仕事を終えた蒸気を、前記空気圧縮機、前記ガスタービン、前記燃焼器の少なくともいずれか一つで再熱し、その再熱蒸気で前記低圧タービンを駆動することを特徴とする。

【0014】

請求項３の発明に係る超臨界蒸気複合サイクルは、空気圧縮機からの圧縮空気と燃料とを入力し燃料を燃焼させる第１段燃焼器と、前記第１段燃焼器の燃焼ガスで駆動される第１段ガスタービンと、前記第１段ガスタービンの排ガスと燃料とを入力し燃料を燃焼させる第２段燃焼器と、前記第２段燃焼器の燃焼ガスで駆動される第２段ガスタービンと、前記第２段ガスタービンの排ガスで超臨界流体である蒸気を発生させる超臨界排熱回収ボイラと、前記超臨界排熱回収ボイラで発生した超臨界流体である蒸気で駆動される高圧タービンと、前記高圧タービンで仕事を終え、前記第１段ガスタービン、前記第２段ガスタービン、前記第１段燃焼器、前記第２段燃焼器の少なくともいずれか一つにより再熱された再熱蒸気で駆動される中圧タービンと、前記中圧タービンで仕事を終えた蒸気で駆動される低圧タービンとを備え、前記再熱蒸気は、前記中圧タービン出口でも湿らない蒸気条件を満たす蒸気であることを特徴とする。

【0015】

請求項４の発明に係る超臨界蒸気複合サイクルは、請求項３の発明において、前記中圧タービンで仕事を終えた蒸気を、前記空気圧縮機、前記第１段ガスタービン、前記第２段ガスタービン、前記第１段燃焼器、前記第２段燃焼器の少なくともいずれか一つで再熱し、その再熱された再熱蒸気で前記低圧タービンを駆動することを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

請求項１の発明によれば、超臨界排熱回収ボイラで発生した超臨界流体である蒸気で高圧タービンを駆動し、高圧タービンで仕事を終えた蒸気をガスタービンや燃焼器で再熱して中圧タービンを駆動するので、再熱管は、高圧タービンとガスタービンや燃焼器との間、ガスタービンや燃焼器と中圧タービンとの間の短い距離でよいため、配管圧力損失の低減、配管熱損失の低減を実現できる。しかも、再熱蒸気は、中圧タービン出口でも湿らない蒸気条件を満たす蒸気とするので、超臨界排熱回収ボイラに供給される排ガスの温度を上昇させることなく蒸気タービンへの再熱を実現できる。

【0017】

また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、中圧タービンで仕事を終えた蒸気を、空気圧縮機、ガスタービン、燃焼器の少なくともいずれか一つで再熱して、低圧タービンを駆動するので、効率の高いコンバインドサイクル発電プラントとすることができ、省エネルギーが可能となる。

【0018】

請求項３の発明によれば、超臨界排熱回収ボイラで発生した超臨界流体である蒸気で高圧タービンを駆動し、高圧タービンで仕事を終えた蒸気を、第１段ガスタービン、第２段ガスタービン、第１段燃焼器、第２段燃焼器の少なくともいずれか一つにより再熱して、中圧タービンを駆動するので、再熱管は、高圧タービンと、第１段ガスタービン、第２段ガスタービン、第１段燃焼器、第２段燃焼器との間、第１段ガスタービン、第２段ガスタービン、第１段燃焼器、第２段燃焼器と中圧タービンとの間の短い距離でよく、しかも、再熱蒸気は、中圧タービン出口でも湿らない蒸気条件を満たす蒸気とするので、超臨界排熱回収ボイラに供給される排ガスの温度を上昇させることなく蒸気タービンへの再熱を実現できる。

【0019】

また、請求項４の発明によれば、請求項３の発明の効果に加え、中圧タービンで仕事を終えた蒸気を、空気圧縮機、前記第１段ガスタービン、前記第２段ガスタービン、第１段燃焼器、第２段燃焼器の少なくともいずれか一つでして、低圧タービンを駆動するので、効率の高いコンバインドサイクル発電プラントとすることができ、省エネルギーが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態１の実施例１ａに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図2】本発明の実施形態１の実施例２ａに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図3】本発明の実施形態１の実施例３ａに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図4】本発明の実施形態２の実施例１ｂに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図5】本発明の実施形態２の実施例２ｂに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図6】本発明の実施形態２の実施例３ｂに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図7】本発明の実施形態２の実施例４ｂに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図8】本発明の実施形態２の実施例５ｂに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図9】本発明の実施形態３の実施例１ｃに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図10】本発明の実施形態３の実施例２ｃに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図11】本発明の実施形態３の実施例３ｃに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図12】本発明の実施形態３の実施例４ｃに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図13】本発明の実施形態３の実施例５ｃに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図14】本発明の実施形態４の実施例１ｄに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図15】本発明の実施形態４の実施例２ｄに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図16】本発明の実施形態４の実施例３ｄに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図17】本発明の実施形態４の実施例４ｄに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図18】本発明の実施形態４の実施例５ｄに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図19】本発明の実施形態５の実施例１ｅに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図20】本発明の実施形態５の実施例２ｅに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図21】本発明の実施形態５の実施例３ｅに係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図。

【図22】超臨界排熱回収ボイラにおける各種温度とエンタルピーとの関係図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図３は本発明の実施形態１に係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図であり、実施例１ａ乃至実施例３ａの超臨界蒸気複合サイクルの一例をそれぞれ示している。

【0022】

図１において、超臨界蒸気複合サイクルは、ガスタービン設備と蒸気タービン設備とを有し、ガスタービン設備のガスタービン１１の排ガスを超臨界排熱回収ボイラ１２に導き、超臨界排熱回収ボイラ１２で得られた蒸気を蒸気タービン設備の高圧タービン１３に導いて発電機１４を駆動し発電する発電プラントである。

【0023】

ガスタービン設備は、ガスタービン１１、燃焼器１５、空気圧縮機１６とからなり、燃焼器１５は、空気圧縮機１６からの圧縮空気と燃料とを入力し燃料を燃焼させる。燃焼器１５の燃焼ガスはガスタービン１１に供給されガスタービン１１を駆動する。

【0024】

ガスタービン１１で仕事を終えた排ガスは、超臨界排熱回収ボイラ１２に供給され、ガスタービン１１の排ガスで超臨界流体である蒸気を発生させる。超臨界排熱回収ボイラ１２で発生した超臨界流体である蒸気は、高圧タービン１３に蒸気として導かれ、高圧タービン１３を駆動する。高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気はガスタービン１１に導かれ、ガスタービン１１で再熱される。例えば、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気はガスタービン翼の冷却用蒸気としてガスタービン１１に導かれる。

【0025】

ガスタービン１１で再熱された再熱蒸気は中圧タービン１７に導かれ、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気は低圧タービン１８に導かれて低圧タービン１８を駆動する。低圧タービン１８で仕事を終えた蒸気は復水器１９で水に戻され、給水ポンプ２０により超臨界排熱回収ボイラ１２に供給される。超臨界排熱回収ボイラ１２では、ガスタービン１１で仕事を終えた排ガスにより水を超臨界流体である蒸気にする。

【0026】

このように、超臨界排熱回収ボイラ１２で発生した超臨界流体である蒸気で高圧タービン１３を駆動するので、高圧タービン１３の効率が向上する。また、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気をガスタービン１１で再熱して、その再熱蒸気で中圧タービン１３を駆動するので、蒸気タービン全体としての効率も向上する。

【0027】

高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気は超臨界排熱回収ボイラ１２ではなく、ガスタービン１１で再熱するので再熱管は短くて済む。すなわち、高圧タービン１３とガスタービン１１との間の距離、ガスタービン１１と中圧タービン１７との間の距離は、高圧タービン１３と超臨界排熱回収ボイラ１２との間の距離、超臨界排熱回収ボイラ１２と中圧タービン１７との間の距離より短いので、超臨界排熱回収ボイラ１２に導いて再熱するより、再熱管は短くて済む。

【0028】

しかも、超臨界排熱回収ボイラ１２で再熱せずにガスタービン１１で再熱するので、再熱のために、超臨界排熱回収ボイラ１２に供給される排ガスの温度を上昇させる必要がなく、蒸気タービンへの再熱を実現できる。また、超臨界排熱回収ボイラ１２とすることにより、超臨界排熱回収ボイラ１２の高温部における排ガス温度と、高圧タービン１３に供給する蒸気温度との温度差を抑えられるので効率運用が可能である。図２に示すように、図１のガスタービン１１の代わりに燃焼器１５によって蒸気の再熱を行っても同様の効果を奏す。

【0029】

以上の説明では、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気をガスタービン１１または燃焼器１５に導き、ガスタービン１１または燃焼器１５で再熱する場合について説明したが、図３に示すように、ガスタービン１１及び燃焼器１５の双方に導き再熱するようにしてもよい。高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気は、ガスタービン１１及び燃焼器１５に導かれ、ガスタービン１１及び燃焼器１５の双方で再熱される。燃焼器１５でも再熱されるので、ガスタービン１１の蒸気冷却による熱量が不足する場合に有効となる。

【0030】

図４乃至図８は、本発明の実施形態２に係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図であり、実施例１ｂ乃至実施例５ｂの超臨界蒸気複合サイクルの一例をそれぞれ示している。

【0031】

この実施形態２は、図１乃至図３に示した実施形態１に対し、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気を、空気圧縮機１６、ガスタービン１１、燃焼器１５の少なくともいずれか一つに導き、空気圧縮機１６、ガスタービン１１、燃焼器１５の少なくともいずれか一つで再熱し、その再熱された再熱蒸気で低圧タービン１８を駆動するようにしたものである。図１乃至図３と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

【0032】

図４は、図１に対し、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気を空気圧縮機１６に導き、空気圧縮機１６で再熱するようにしたものである。また、図５は、図２に対し、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気をガスタービン１１に導き、ガスタービン１１で再熱するようにしたものである。また、図６は、図１に対し、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気を燃焼器１５に導き、燃焼器１５で再熱するようにしたものである。

【0033】

空気圧縮機１６、ガスタービン１１、燃焼器１５の少なくともいずれか一つで再熱された再熱蒸気は低圧タービン１８に導かれ、低圧タービン１８を駆動する。これにより、さらに、蒸気タービンの効率を高めることができ省エネルギーが可能となる。

【0034】

また、図７に示すように、空気圧縮機１６で再熱された再熱蒸気を燃焼器１５に導いてさらなる再熱を行なっても良いし、図８に示すように、空気圧縮機１６で再熱された再熱蒸気をガスタービン１１に導いてさらなる再熱を行なっても良い。空気圧縮機１６はガスタービン１１、燃焼器１５に比較して温度が低いので、さらに、ガスタービン１１、燃焼器１５に導き高い蒸気温度とする。これにより、蒸気サイクルの効率が向上する。

【0035】

図９乃至図１３は、本発明の実施形態３に係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図であり、実施例１ｃ乃至実施例５ｃの超臨界蒸気複合サイクルの一例をそれぞれ示している。

【0036】

この実施形態３は、図１乃至図３に示した実施形態１に対し、多段のガスタービン及び燃焼器を有した再熱サイクルのガスタービン設備に適用したものである。図１乃至図３と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

【0037】

図９は、図１に対し、２段のガスタービン及び燃焼器を有した再熱サイクルのガスタービン設備に適用したものである。図９に示すように、第１段燃焼器１５ａは空気圧縮機１６からの圧縮空気と燃料とを入力し燃料を燃焼する。そして、第１段燃焼器１５ａの燃焼ガスは第１段ガスタービン１１ａに供給され第１段ガスタービン１１ａを駆動する。第１段ガスタービン１１ａの排ガスは第２段燃焼器１５ｂに入力され、第２段燃焼器１５ｂには燃料も入力される。第１段ガスタービン１１ａの排ガスは、燃料量と比較して空気リッチ（例えば完全燃焼に必要な量の３倍程度）であるので、第２段燃焼器１５ｂにおいて燃料を燃焼させることができる。第２段燃焼器１５ｂの燃焼ガスは第２段ガスタービン１１ｂに供給され第２段ガスタービン１１ｂを駆動する。第２段ガスタービン１１ｂで仕事を終えた排ガスは、超臨界排熱回収ボイラ１２に供給され、第２段ガスタービン１１ｂからの排ガスで超臨界流体である蒸気を発生させる。

【0038】

そして、超臨界排熱回収ボイラ１２で発生した超臨界流体である蒸気は、高圧タービン１３に導かれ、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気は、第１段ガスタービン１１ａに導かれ、第１段ガスタービン１１ａで再熱されて、中圧タービン１７に導かれる。

【0039】

このように、２段のガスタービン１１ａ、１１ｂ及び２段の燃焼器１５ａ、１５ｂを有し、２段目の第２段燃焼器１５ｂに１段目の第１段ガスタービン１１ａの排ガスを供給するようにしているので、ＮＯＸの制約が緩和されるため第２段燃焼器１５ｂの燃焼温度をより高温にできる。従って、よりガスタービンの熱落差を大きくでき発電出力を大きくできる。

【0040】

以上の説明では、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気は、第１段ガスタービン１１ａに導くようにしたが、第２段ガスタービン１１ｂに導くようにしてもよい。さらに、図１０に示すように、第１段ガスタービン１１ａ及び第２段ガスタービン１１ｂの双方に導くようにしてもよい。

【0041】

また、図１１に示すように、第１段ガスタービン１１ａの代わりに、第１段燃焼器１５ａによって蒸気の再熱を行ってもよいし、第２段燃焼器１５ｂに導くようにしてもよい。さらに、図１２に示すように、第１段燃焼器１５ａ及び第２段燃焼器１５ｂの双方に導くようにしてもよい。

【0042】

また、図１３に示すように、第１段ガスタービン１１ａ及び第２段ガスタービン１１ｂ、第１段燃焼器１５ａ及び第２段燃焼器１５ｂに、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気を導き、第１段ガスタービン１１ａ及び第２段ガスタービン１１ｂ、第１段燃焼器１５ａ及び第２段燃焼器１５ｂにおいて再熱するようにしてもよい。

【0043】

図１３に示すように、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気は、第１段ガスタービン１１ａ及び第２段ガスタービン１１ｂ、第１段燃焼器１５ａ及び第２段燃焼器１５ｂにも導かれ、２段のガスタービン１１ａ、１１ｂ、２段の燃焼器１５ａ、１５ｂの双方で再熱される。２段のガスタービン１１ａ、１１ｂ及び２段の燃焼器１５ａ、１５ｂの双方で再熱されるので、より再熱蒸気の熱量が大きくなり、蒸気サイクルの効率が向上する。このように、多段のガスタービン及び燃焼器を有した再熱サイクルのガスタービン設備に適用することによって、再熱蒸気の加熱熱量不足を解消できる。

【0044】

図１４乃至図１８は本発明の実施形態４に係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図であり、実施例１ｄ乃至実施例５ｄの超臨界蒸気複合サイクルの一例をそれぞれ示している。この実施形態４は、図９乃至図１３に示した実施形態３に対し、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気を、空気圧縮機１６、第１段ガスタービン１１ａ及び第２段ガスタービン１１ｂ、第１段燃焼器１５ａ及び第２段燃焼器１５ｂの少なくともいずれか一つで再熱し、その再熱された再熱蒸気で低圧タービンを駆動するようにしたものである。図９乃至図１３と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

【0045】

図１４は、図１０の実施例２ｃに対し、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気を空気圧縮機１６に導き、空気圧縮機１６で再熱された再熱蒸気で低圧タービン１８を駆動するようにしたものである。

【0046】

図１５は、図１２の実施例４ｃに対し、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気を第１段ガスタービン１１ａに導き、第１段ガスタービン１１ａで再熱された再熱蒸気で低圧タービン１８を駆動するようにしたものである。

【0047】

図１６は、図１０の実施例２ｃに対し、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気を第１段燃焼器１５ａに導き、第１段燃焼器１５ａで再熱された再熱蒸気で低圧タービン１８を駆動するようにしたものである。

【0048】

図１７は、図１０の実施例２ｃに対し、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気を、空気圧縮機１６、第１段燃焼器１５ａ、第２段燃焼器１５ｂに導き、空気圧縮機１６、第１段燃焼器１５ａ、第２段燃焼器１５ｂで再熱された再熱蒸気で低圧タービン１８を駆動するようにしたものである。

【0049】

図１８は、図１２の実施例４ｃに対し、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気を、空気圧縮機１６、第１段ガスタービン１１ａ、第２段ガスタービン１１ｂに導き、空気圧縮機１６、第１段ガスタービン１１ａ、第２段ガスタービン１１ｂで再熱された再熱蒸気で低圧タービン１８を駆動するようにしたものである。

【0050】

このように、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気を、空気圧縮機１６、第１段ガスタービン１１ａ及び第２段ガスタービン１１ｂ、第１段燃焼器１５ａ及び第２段燃焼器１５ｂの少なくともいずれか一つで再熱し、その再熱された再熱蒸気で低圧タービンを駆動するので、蒸気サイクルの効率を高めることができ省エネルギーが可能となる。

【0051】

また図１０の実施例２ｃに対して、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気を２段のガスタービン１１ａ、１１ｂ、２段の燃焼器１５ａ、１５ｂの少なくともいずれか一つに導いて再熱を行ってもよい。蒸気サイクルにおいて二段再熱を行うことによって、さらに熱効率が向上する。

【0052】

図１９乃至図２１は本発明の実施形態５に係る超臨界蒸気複合サイクルの構成図であり、実施例１ｅ乃至実施例３ｅの超臨界蒸気複合サイクルの一例をそれぞれ示している。

【0053】

この実施形態５は、図９乃至図１３に示した実施形態３や、図１４乃至図１８に示した実施形態４に対し、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気を、２段のガスタービン１１ａ、１１ｂや２段の燃焼器１５ａ、１５ｂに供給するにあたり、直列に供給するようにしたものである。図９乃至図１３や図１４乃至図１８と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

【0054】

図１９は、図１３に示した実施形態３の実施例５ｃに対し、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気を２段のガスタービン１１ａ、１１ｂ及び２段の燃焼器１５ａ、１５ｂに供給するにあたり、第１段ガスタービン１１ａ及び第２段ガスタービン１１ｂに対して、並列に供給されることに代えて直列に供給し、同様に、第１段燃焼器１５ａ及び第２段燃焼器１５ｂに対しても並列に代えて直列に供給するようにしたものである。

【0055】

図２０は、図１４に示した実施形態４の実施例１ｄに対し、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気を２段のガスタービン１１ａ、１１ｂに供給するにあたり、第１段ガスタービン１１ａ及び第２段ガスタービン１１ｂに対して、並列に供給することに代えて直列に供給するようにしたものである。

【0056】

図２１は、図１８に示した実施形態４の実施例５ｄに対し、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気を２段の燃焼器１５ａ、１５ｂに供給するにあたり、第１段燃焼器１５ａ及び第２段燃焼器１５ｂに対して、並列に供給されることに代えて直列に供給するようにしたものである。この実施形態５の場合も、実施形態３、４と同様な効果が得られる。

【0057】

ここで、実施形態５では、実施形態３の実施例５ｃ、実施形態４の実施例１ｄ、実施形態４の実施例５ｄに対し、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気を並列に代えて直列に供給し再熱する場合について説明したが、実施形態３、４のその他の実施例に対しても、同様に、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気を並列に代えて直列に供給し再熱するようにしてもよい。

【0058】

また、実施形態５において、中圧タービン１７で仕事を終えた蒸気を直列または並列に接続されたガスタービン１１、燃焼器１５、空気圧縮機１６によって再熱し、低圧タービン１８に供給してもよい。

【0059】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0060】

１１…ガスタービン、１２…超臨界排熱回収ボイラ、１３…高圧タービン、１４…発電機、１５…燃焼器、１６…空気圧縮機、１７…中圧タービン、１８…低圧タービン、１９…復水器、２０…給水ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】