JPH02306199A - 複合発電プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は複合プラントに係り、特に磁気流体発電（以下
ＭＨＤ発電と称する）と、ガスタービンおよび蒸気ター
ビンを含む発電系統とを組み合わせて構成される複合発
電プラントに関する。

（従来の技術） ＭＨＤ発電系統と周知の発電系統、特にガスタービンお
よび蒸気タービンを含む発電系統とを組み合わせた複合
発電方式によってより高い発電効率を得ようとする有意
な研究が進められ、その成果の一部が公表されている（
特開昭ＧＯ−２４７００４号公報参照）。この公表され
た複合発電プラントではガスタービンプラントから排出
される燃焼ガスが必要に応じて用いられる助燃によって
より高い温度の燃焼ガスに変えられ、排熱回収熱交換器
において給水との熱交換に供され、蒸気タービンへ送ら
れる高温の蒸気を生成させるようになっている。

以下、この公知の技術および、その他の知見に基づくと
ころの複合発電プラントの典型的な系統構成を図面を参
照して詳細に説明する。第３図において、ＭＨＤ発電プ
ラント１１内で発電に供された高温の希ガス（ヘリウム
、アルゴンガスなと）はＭ　ＨＤ排熱回収熱交換器１２
に導かれ、熱交換のためにそこに送られる給水あるいは
蒸気または希ガスとの接触を果たす。すなわち、ＭＨＤ
排熱回収熱交換器１２内には過熱器１２ａ、再熱器１２
ｂ、希ガス再生器１２（、蒸発器１２ｄおよび節炭器１
２ｅが順次配置され、過熱器１２ａ１再熱器１２ｂ１蒸
発器１２ｄおよび節炭器１２ｅ内を流れる給水あるいは
蒸気、そして希ガス再生器１２ｃ内を流れる希ガスが上
記の高温の希ガスにより加熱される。なお、図中符号１
２ｆはドラムを示している。

ＭＨＤ排熱回収熱交換器１２を通過して温度降下した希
ガスは希ガス冷却器１３に導かれてさらに温度が下げら
れ、続いて圧縮機１４に送られて圧縮され、高圧を保っ
て先に述べた希ガス再生器１２Ｃに導かれ、そこで上記
した希ガスとの熱交換により加熱され、そこからＭＨＤ
発電プラント１１に供給される。なお、ＭＨＤ発電プラ
ント１１内では希ガスが熱交換器（図示せず）によって
加熱されて後、ＭＨＤ発電に供されて温度降下し、再び
ＭＨＤ排熱回収熱交換器１２に排出されるようになって
おり、いわゆる閉サイクルＭＨＤ発電プラントを構成し
ている。

一方、ＭＨＤ発電プラント１１内には希ガスを加熱して
そのエンタビ−を高める燃焼ガスが外部から供給される
（矢印Ａ）。この燃焼ガスは希ガスを加熱後、温度降下
してガスタービン１５に導かれ、内部で膨張を遂げ、同
軸に備えられる発電機１６を回して電気出力を発生させ
る。ここで膨張を遂げた燃焼ガスは熱交換のためにガス
タービン排熱回収熱交換器１７に送られ、給水あるいは
蒸気との接触を果たす。すなわち、ガスタービン排熱回
収熱交換器１７には過熱器１７ａ１蒸発器１７ｂおよび
節炭器１７ｃが順次段けられ、これらの内部を流れる給
水あるいは蒸気がガスタービン１５からの排出燃焼ガス
により加熱される。なお、図中符号１７ｄはドラムを示
している。

これらのＭ　ＨＤ　ＩＪ！熱回収熱交換器１２およびガ
スタービン排熱回収熱交換器１７て発生する蒸気は蒸気
タービン１８からなる発電系統に送られ、そこでの発電
に洪される。

すなわち、過熱器１２ａからの蒸気は高圧タービン１８
ａに導かれ、そこで膨張を遂げて温度降下し、再熱器１
２ｂに送られる。この蒸気は再熱器１２ｂで加熱されて
後、中圧タービン１８ｂに送られ、再度膨張を遂げ、ガ
スタービン排熱回収熱交換器１７の過熱器１７ａから送
られる蒸気と合流して低圧タービン１８ｃに導かれ、そ
こでも膨張を遂げる。これらの各タービン１８ａ、１８
ｂ、１８ｃの仕事により発電機１９が回され、電気出力
か発生する。

この後、蒸気は復水器２０に排出され、そこで凝縮し、
復水となる。この復水はポンプ２１によって抽出され、
一部が給水としてガスタービン排熱回収熱交換器１７に
供給され、残りが給水としてＭＨＤ排熱回収熱交換器１
２にポンプ２２によって昇圧しながら供給される。

ガスタービン排熱回収熱交換器１７に送られた給水は節
炭器１７ｃで加熱され、温度上昇してドラム１７ｄに導
かれる。この給水は蒸発器１７ｂとの間を循環しつつ蒸
発させられ、過熱器１７ａを経て過熱蒸気へと状態変化
を遂げて後、蒸気タービン１８に供給される。

一方、ＭＨＤ排熱回収熱交換器１２に送られた給水は節
炭器１２ｅで加熱され、温度上昇してドラム１２ｆに導
かれる。この給水は蒸発器１２ｄとの間を循環しつつ蒸
発させられ、過熱器１２ａを通して過熱蒸気へと状態変
化を遂げて後、蒸気タービン１８に供給される。

かかる複合発電プラントにおいて、総合発電出力５００
ＭＷ級を例にして述べれば、ガスタービン１５からの排
出燃焼ガスの流量・温度は５００ｋｇ／ｓ・３７０℃程
度であり、ＭＨＤ発電プラント１１からの希ガス（ヘリ
ウムガス）の流量・温度は１０３ｋｇ／ｓ　・１０５０
℃程度である。また、これらの排ガスおよび希ガスを用
いた場合の過熱蒸気の流量・圧力・温度はガスタービン
排熱回収熱交換器１７で４８ｋｇ／ｓ　・４ｋｇ／ｃ４
−２４０℃程度、ＭＨＤ排熱回収熱交換器１２で１１５
ｋｇ／ｓ　・１７０ｋｇ／ｃｄ　・５７０℃程度である
。なお、これらの発生蒸気の供給においては上記した如
＜ＭＨＤ排熱回収熱交換器１２で発生する高温高圧の蒸
気が蒸気タービン１８の主蒸気として用いられ、低温、
低圧のガスタービン排熱回収熱交換器１７の発生蒸気は
蒸気タービン１８の低圧部分に導かれる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような複合発電プラントを実用化の
観点から改めて検討してみると、問題かなしとする状況
にはない。まず第１に、ガスタービン１５からの排出燃
焼ガス温度はそのままでは決して高い温度とはいえず、
これを熱源として使用するガスタービン排熱回収熱交換
器１７で生成される蒸気の圧力・温度はそれに見合って
低くならざるを得ない。このため、蒸気タービン１８で
得られる動力は少なく、電気出力を増加させるのにも限
度がある。例えば、上記した総合発電出力５００　ＭＷ
級の複合発電プラントにおいて、ガスタービン排熱回収
熱交換器１７における発生蒸気の流量・圧力・温度は４
８ｋｇ／ｓ　・４ｋｇ／ｃＪ　・２４０°Ｃ程度であり
、蒸気タービン１８ではこの蒸気の保有する熱量の２０
％程度しか動力に変換することができず、このときの動
力は３０，０００ｋ　Ｗ程度にしかならない。

第２に、圧力の低い蒸気を蒸気タービン１８に供給する
には蒸気を導く蒸気管の口径を大きくして流速の上昇を
抑え、圧力損失の低減および蒸気管の浸食の低減を図ら
なければならないが、このような考えで一貫した場合に
は大口径の蒸気管を長い距離にわたって引くことになり
、配管自身の費用の増加と共に、建家を大形にしなけれ
ば、それらを収容するのが難しくなり、経済性が大きく
損なわれる。例えば、蒸気の流量・圧力・温度を上記の
値とした場合、蒸気管の口径はその流速を５０ｍ／ｓ程
度とすると、８００■にもなってしまう。

一般に、ガスタービン排熱回収熱交換器１７での発生蒸
気圧力・温度を上げることは上記した２つの問題を幾分
改善することになり、有効な対策とみられているが、そ
のためには排出燃焼ガスの温度を助燃によって高くしな
ければ効果は得られない。しかしながら、助燃のために
は燃料の供給が不可欠であり、燃料費用がいままで以上
に上昇する結果を招き、得策ではない。

本発明の目的はガスタービンの排出燃焼ガスの温度を助
燃を用いて高温とすることなしに蒸気タービンにおける
熱効率の向上を図り、ひいてはプラント全体の熱効率を
高い水準に維持することのできる複合発電プラントを提
供することにある。

また、別の目的は口径が大きい蒸気管を用いることなく
、プラントを構成し、設置スペースの縮小により建家の
建設費用等の節減を果たし得るようにした複合発電プラ
ントを提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明による複合発電プラントは、磁気流体発電プラン
トと、この磁気流体発電プラントがら導かれる希ガスを
受け入れ、熱源として用いる第１排熱回収熱交換器と、
この第１排熱回収熱交換器で生成される蒸気を作動媒体
として受け入れ、動力を得る蒸気タービン発電系統と、
磁気流体発。

電プラントから導かれる燃焼ガスを直接膨張させて動力
を得るガスタービン発電系統と、ガスタービンから排出
される燃焼ガスを受け入れ、熱源として用いる第２排熱
回収熱交換器とを備え、蒸気タービン発電系統の給水が
第１および第２排熱回収熱交換器に一定の比率で配分さ
れて各々加熱されるようになっている複合発電プラント
において、第２排熱回収熱交換器の熱交換部は第１排熱
回収熱交換器のドラム圧力のもとで配分された給水を温
水状態にて回収し得るように構成し、さらに加熱された
給水を第１排熱回収熱交換器側に配分された給水と混合
して再加熱させるように第２排熱回収熱交換器と第１排
熱回収熱交換器とを給水管を介して連絡させるようにし
たことを特徴とするものである。

（作用） 上記の複合発電プラントにおいては蒸気タービン発電系
統の給水が第１および第２排熱回収熱交換器に一定の比
率で配分される。このとき、第２排熱回収熱交換器に導
かれた給水はガスタービンから排出される燃焼ガスによ
って、また第１排熱回収熱交換器に導かれた給水はＭＨ
Ｄ発電プラントから排出される希ガスによりそれぞれ加
熱されるが、第２排熱回収熱交換器の熱交換部が第１排
熱回収熱交換器のドラム圧力のもとに給水を温水状態の
まま回収できる熱交換器として構成され、ここで加熱さ
れた給水は再加熱を目的として回収され、給水管を通し
て第１排熱回収熱交換器のドラムに送られる。ドラムに
は先に第１排熱回収熱交換器に配分された給水がその節
炭器を通して加熱されて溜められており、ここで双方の
給水が混合され、蒸発器を通る循環加熱によりこれらの
給水が蒸発させられ、さらに過熱器を通して過熱蒸気へ
と状態変化させられる。

このように第２排熱回収熱交換器で給水のまま回収でき
ることにより給水の希ガスによる再加熱が可能となり、
蒸気タービン発電系統の全給水が高過・高圧の過熱蒸気
として利用することができ、エンタルピーの増加がもた
らされて蒸気タービン発電系統の熱効率を高い値に維持
することか可能である。

また、給水管の口径は蒸気管の口径よりも格段に小さく
することができ、その配置に要するスペースを縮小させ
られる。

（実施例） 本発明の実施例を第１図を参照して説明する。

なお、第１図において、第３図に示される部分と同一の
部分には同一の符号が付されており、これらについては
説明を省略する。

第１図において、ガスタービン１５からの排出燃焼ガス
を導く経路にはガスタービン排熱回収熱交換器３１が設
けられる。この排熱回収熱交換器３１は給水を加熱して
高温水を得ることを唯一の目的としており、排熱回収熱
交換器３１に接続する２つの給水ヘッダー（図示せず）
はその低温側が低温給水管３２を介して給水ポンプ３３
と、一方高温側が高温給水管３４を介してＭＨＤ排熱回
収熱交換器１２のドラム１２ｆとに各々結ばれる。

上記構成からなる実施例の作用を説明する。

復水器２０から復水ポンプ２１を介して抽出された復水
は給水ポンプ３３で再び昇圧され、一定量がＭＨＤ排熱
回収熱交換器１２の節炭器１２ｅに送られ、残りが低温
給水管・３２を通してガスタービン排熱回収熱交換器３
１に供給される。ガスタービン排熱回収熱交換器３１に
導かれた給水はガスタービン１５からの排出燃焼ガスに
よって加熱されて温度上昇し、高温給水管３４を通して
ドラム１２ｆに供給され、節炭器１２ｅにおいて加熱さ
れドラム１２ｆに供給される給水と混合させられる。こ
の給水は蒸発器１２ｄで循環過熱されて蒸発し、さらに
過熱器１２ａを通して過熱蒸気に変えられて後、蒸気タ
ービン１８に供給される。

上記の複合発電プラントにおいては給水あるいは蒸気に
対し、ガスタービン１５からの排出燃焼ガスにより与え
られる熱量の他にＭＨＤ排熱回収熱交換器１２を通る希
ガスとの熱交換により与えられる熱量が加わり、最終的
に蒸気のエンタルピーを高い値に保持することができる
。加熱媒体としての希ガスはガスタービン１５の排出燃
焼ガスの温度を上回る高い温度水準にあり、助燃を使用
せずとも確実に蒸気のエンタルピーは高くなり、蒸気タ
ービン１８の熱効率が向上する。

また、排熱回収熱−交換器３１を使用する複合発電プラ
ントでは高温給水管３４が給水をドラム１２ｆに導く管
路として用いられるだけであり、その口径は蒸気を扱う
管路と比べた場合に格段に小さい。さらに、ガスタービ
ン排熱回収熱交換器１７（第３図参照）を使用した場合
、蒸気タービン１８にＭＨＤ排熱回収熱交換器１２から
の主蒸気を導く主蒸気管、再熱蒸気を導く再熱蒸気管と
併せて３本もの蒸気管を引き込むことになり、これらの
収容スペースが拡大するのを避は難いが、本実施例のよ
うに１本の蒸気管を使用しないで済むとするならば、高
温給水管３４との対比において、大きなスペースの縮小
がもたらされ、建家が大形化するのをくいとめることが
できる。ちなみに、総合発電出力５００　ＭＷ級の複合
発電プラントにおいて、本実施例の排熱回収熱交換器３
１て構成した場合、その出口での給水の流量・圧力・温
度は１０８ｋｇ／ｓ　・２１０ａＬａ０３５５℃程度で
ある。このとき高温給水管３４の口径は流速を５１１１
／ｓとして２５０ｍｍ程度であり、蒸気管の場合の８０
０１１１ｆｆｌと比べるならば、約１／３程度である。

さらに、ガスタービン排熱回収熱交換器３１自身も従来
のドラムを備える形式のものと比べて簡素な熱交換器と
して構成することができ、設置スペースを大幅に縮小す
ることが可能である。

次に、本発明の他の実施例を第２図を参照して説明する
。本実施例は２ドラム形式のＭＨＤ排熱回収熱交換器３
５に対する適用である。ここで、ＭＨＤ排熱回収熱交換
器３５には高圧過熱器３５ａ、再熱器３５ｂ、希ガス再
生器３５ｃ、高圧蒸発器３５ｄ１高圧節炭器３５ｅ、低
圧過熱器３５ｆ、低圧蒸発器３５ｇおよび低圧節炭器３
５ｈが順次設けられ、給水の循環加熱のために高圧系に
は高圧ドラム３５ｉが、また低圧系には低圧ドラム３５
ｊがそれぞれ設けられる。ここで、本実施例のガスター
ビン排熱回収熱交換器３６は低温および高温給水ヘッダ
ー（図示せず）が低温および高温給水管３７．３８を介
して給水ポンプ３３および高圧ドラム３５ｉと結ばれて
いる。なお、図中符号３９は移送ポンプを示している。

上記構成からなる実施例の作用を説明する。

復水器２０から復水ポンプ２１を介して抽出された復水
のうち、一定量はＭＨＤ排熱回収熱交換器３５の低圧節
炭器３５ｈに供給され、残りは低温給水管３７を通して
ガスタービン排熱回収熱交換器３６に送られる。ガスタ
ービン排熱回収熱交換器３６に流れた給水はガスタービ
ン１５からの排出燃焼ガスによって加熱されて温度上昇
し、高温給水管３８を通して高圧ドラム３５ｉに供給さ
れ、低圧ドラム３５ｊより移送ポンプ３９を介して高圧
ドラム３５ｉに供給される給水と混合させられる。この
給水は高圧蒸発器３５ｄを通して循環加熱されて蒸発し
、高圧過熱器３５ａを通して過熱蒸気に加熱されて蒸気
タービン１８に供給される。

本実施例においては低圧ドラム３５ｊでの発生蒸気は蒸
気タービン１８に供給するようにしているので、前記実
施例における節炭器１２ｅを通る給水量と比べ、低圧節
炭器３５ｈを通過する給水量が多くなり、希ガスの温度
水準の低いところまで、無駄なく熱回収を図ることがで
きる。このため、交換熱量の増加によりプラント全体の
熱効率はより高い水準に保たれる。なお、これ以外の点
の効果は上記実施例のものと同様である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明においては、ガスタービンか
ら排出される燃焼ガスを受け入れ、熱源として用いる第
２排熱回収熱交換器の熱交換部はＭＨＤ発電プラントか
らの希ガスを熱源として利用する第１排熱回収熱交換器
のドラム圧力のもとで配分された給水を温水状態にて回
収するように構成し、さらに加熱された給水を第１排熱
回収熱交換器側に配分された給水と混合して再加熱させ
るように第２排熱回収熱交換器と第１排熱回収熱交換器
とを給水管を介して連絡させるようにしているので、ガ
スタービンの排出燃焼ガスを助燃によって温度を高める
ことなく、蒸気タービンの熱効率を高い水準に保つこと
ができ、これに併せて給水管の適用は蒸気管と比べて格
段に口径が小さくなるため、その設置スペースを縮小す
ることができ、プラント全体の熱効率の向上と共に、建
家の建設費用の節減を図ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による複合発電プラントの一実施例を示
す系統図、第２図は本発明の他の実施例を示す系統図、
第３図は従来の複合発電プラントを示す系統図である。 １１・・・・・・・・・・・・ＭＨＤ発電プラント１２
．３５・・・ＭＨＤ排熱回収熱交換器１５・・・・・・
・・・・・・ガスタービン１８・・・・・・・・・・・
蒸気タービン１７、３１． ３６・・・ガスタービン排熱回収熱交換器３２．３７・
・・低温給水管 ３４．３８・・・高温給水管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁気流体発電プラントと、この磁気流体発電プラントか
   ら導かれる希ガスを受け入れ、熱源として用いる第１排
   熱回収熱交換器と、この第１排熱回収熱交換器で生成さ
   れる蒸気を作動媒体として受け入れ、動力を得る蒸気タ
   ービン発電系統と、前記磁気流体発電プラントから導か
   れる燃焼ガスを直接膨張させて動力を得るガスタービン
   発電系統と、前記ガスタービンから排出される燃焼ガス
   を受け入れ、熱源として用いる第２排熱回収熱交換器と
   を備え、前記蒸気タービン発電系統の給水が前記第１お
   よび第２排熱回収熱交換器に一定の比率で配分されて各
   々加熱されるようになっている複合発電プラントにおい
   て、前記第２排熱回収熱交換器の熱交換部は前記第１排
   熱回収熱交換器のドラム圧力のもとで配分された給水を
   温水状態にて回収し得るように構成し、さらに加熱され
   た給水を前記第１排熱回収熱交換器側に配分された給水
   と混合して再加熱させるように前記第２排熱回収熱交換
   器と前記第１排熱回収熱交換器とを給水管を介して連絡
   させるようにしたことを特徴とする複合発電プラント。