《電力》〈火力〉[H18:問2]コンバインドサイクル発電における燃焼用空気の流れに関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

排熱回収方式のコンバインドサイクル発電におけるガスタービンの燃焼用空気に関する流れとして，正しいのは次のうちどれか。

(1)　圧縮機 → タービン → 排熱回収ボイラ → 燃焼器

(2)　圧縮機 → 燃焼器 → タービン → 排熱回収ボイラ

(3)　燃焼器 → タービン → 圧縮機 → 排熱回収ボイラ

(4)　圧縮機 → タービン → 燃焼器 → 排熱回収ボイラ

(5)　燃焼器 → 圧縮機 → 排熱回収ボイラ → タービン

【ワンポイント解説】

コンバインドサイクル発電における空気のフローに関する問題です。
もちろん図1の内容を覚えていれば理想ですが，サイクルの基本として低温低圧のものを高温高圧にしてエネルギーを回収すると考えればある程度選択肢は絞れるかなと思います。

1.コンバインドサイクル発電
コンバインドサイクル発電は，図1に示すようにガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた方式の発電であり，ガスタービンの高温排熱を排熱回収ボイラで回収し蒸気を発生させ，蒸気タービンで発電します。
図1に示すようにガスタービン発電は空気圧縮機，燃焼器，ガスタービン等で構成されます。
空気圧縮機では空気が昇圧され，燃焼器では\( \ \mathrm {LNG} \ \)等の燃料の燃焼により昇温され，ガスタービンでは圧縮空気の持つエネルギーを回転エネルギーにし，排気は排熱回収ボイラへ送られます。
蒸気タービン発電は給水ポンプ，蒸気タービン，復水器等で構成されます。
給水ポンプで昇圧された給水が排熱回収ボイラに送られ，排熱回収ボイラでガスタービンの排熱との熱交換により高温・高圧の蒸気となり，蒸気タービンで蒸気の持つエネルギーにより蒸気タービンを回転させ圧力と温度を失い，復水器により蒸気から水へ凝縮され，再び給水として給水ポンプへ送られます。

図1において，ガスタービンと蒸気タービンに直結された発電機が出力となり，排熱回収ボイラからの排ガスと復水器での熱交換が熱損失となります。
ガスタービンの効率を\( \ \eta _{\mathrm {g}} \ \)，排熱回収ボイラ＋蒸気タービンの効率を\( \ \eta _{\mathrm {t}} \ \)とすれば，総合効率\( \ \eta \ \)は，
\[
\begin{eqnarray}
\eta &=& \eta _{\mathrm {g}}+\left( 1- \eta _{\mathrm {g}}\right) \eta _{\mathrm {t}} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となります。一般にコンバインドサイクル発電の発電端熱効率は従来の汽力発電（約\( \ 40 \ \mathrm {％} \ \)）に比べ格段に高く，近年は耐熱材料の採用によるガスタービンの高温化により，約\( \ 60 \ \mathrm {％} \ \)程度まで上昇しています。