JPH06229209A - ガス・蒸気タービン複合設備およびその運転方法 - Google Patents

ガス・蒸気タービン複合設備およびその運転方法

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JPH06229209A
JPH06229209A JP5195393A JP19539393A JPH06229209A JP H06229209 A JPH06229209 A JP H06229209A JP 5195393 A JP5195393 A JP 5195393A JP 19539393 A JP19539393 A JP 19539393A JP H06229209 A JPH06229209 A JP H06229209A
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steam
water
gas
turbine
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ジクリング ラルフ
Ralf Spinner
シユピンナー ラルフ
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ガス・蒸気タービン複合設備１ａ、１ｂにお
いて、すべての運転状態において特に始動運転および負
荷変動運転の際に危険な運転状態が生じたときに、非常
に良好な運転が高い総合効率において達成されるように
する。 【構成】 設備１ａ、１ｂに危険な運転状態が生じた
際、特に始動運転あるいは負荷変動運転時に、膨張済み
煙道ガスＲＧの温度Ｔが、膨張済み煙道ガスＲＧの中に
水Ｗを注入することによって下げられる。この設備１
ａ、１ｂは煙道ガス通路９に配置された噴射装置６０を
有し、この噴射装置６０は水槽９４；９６特に蒸気ター
ビン１０の水・蒸気回路１２に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンの膨張済
み煙道ガス内に含まれる熱が蒸気タービン用の蒸気を発
生するために利用されるガス・蒸気タービン複合設備の
運転方法に関する。また本発明はその方法に基づいて運
転されるガス・蒸気タービン複合設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガス・蒸気タービン複合設備では、ガス
タービンからの膨張済み煙道ガスの中に含まれる熱は蒸
気タービン用の蒸気を発生するために利用される。その
熱伝達はガスタービンに後置接続されている蒸気発生器
で行われ、その蒸気発生器には蒸気タービンの水・蒸気
回路に接続されている管あるいは管束の形をした伝熱面
が配置されている。水・蒸気回路は一般に２つの圧力段
を有し、各圧力段の伝熱面は予熱器、蒸発器および過熱
器に分けられている。この種のガス・蒸気タービン複合
設備は例えばヨーロッパ特許第０１４８９７３号公報で
公知である。
【０００３】蒸気発生器内に流入する膨張済み煙道ガス
の温度が高く、水・蒸気回路内に得られる総合水量が多
い場合には、蒸気発生器から出る煙道ガスの温度を特に
低くすることができる。これは全負荷運転における設備
の効率が特に高いことを意味する。従って一般には、膨
張済み煙道ガスを供給される設備部品即ち蒸気発生器又
は廃熱ボイラとその組込み物は全負荷運転あるいは定格
負荷運転に対して設計されている。
【０００４】この種の設備を運転する際に異なった運転
状態の場合にはもちろん、蒸気発生器に与えられる熱量
も異なる。その場合には、設備構成要素の動特性が異な
るため、即ちガスタービン設備に対して蒸気タービン設
備の遅延時間あるいは反応時間が比較的大きいために、
しばしば危険な運転状態が生ずる。即ち例えば始動運転
あるいは負荷変動運転において特にいわゆる急速始動又
は急激な負荷変動の際に、大きな温度勾配および／又は
温度の時間的変化並びに膨張済み煙道ガスの質量流量の
急激な変化が生ずる。これらの変化は所定の最大値を超
過した場合に時間がたつにつれて設備部品を損傷し、そ
の寿命を短縮してしまう。即ち蒸気発生器はこのような
運転によって阻害されるおそれがある。
【０００５】従って一般にはガスタービン設備は始動運
転および負荷変動運転の際に絞られる。これは一般に、
ガスタービン燃焼室に導入される燃料の単位時間当たり
の量を膨張済み煙道ガスのその都度許容できる温度変化
に関係して制御することによって行われる。危急の場合
には、膨張済み煙道ガスはバイパス煙突を介して蒸気発
生器の前で排出される。これはガス・蒸気タービン複合
設備の能力を制限することを意味する。
【０００６】バイパス煙突を持たないガス・蒸気タービ
ン複合設備では、これが特にいわゆる単一サイクル運転
で作動するときには危険な運転状態が生ずる。この運転
状態ではガスタービンだけしか発電に利用されない。蒸
気発生器内で発生した蒸気は蒸気タービンにおいてエネ
ルギー変換することなしに水・蒸気回路に直接導かれね
ばならない。蒸気発生器の伝熱面における許容できない
高い温度による熱交換管の乾燥を避けるために、蒸気発
生器内における蒸気の発生は必要である。
【０００７】問題となる設備部品に対して特に高級で高
価な材料を採用することによって損傷を僅かに抑えるこ
とができるが、従来においてはガスタービンの急速始動
あるいは迅速な負荷変動はその際に生ずる設備部品の大
きな熱負荷により著しく制限される。この運転方式の場
合に煙道ガスを浄化する触媒コンバータは採用できな
い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ガス
・蒸気タービン複合設備の運転方法並びにその設備を、
すべての運転状態において即ち始動運転および負荷変動
運転の際に危険な運転状態が生じたときにも極めて良好
な運転が高い総合効率において達成されるように形成す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は運転方法に関しては、危険な運転状態が生じた際に膨
張済み煙道ガスの中に水を注入することによって膨張済
み煙道ガスの温度が、下げられることによって解決され
る。
【００１０】単位時間当たりに導入すべき水量に対する
制御量を形成するために、膨張済み煙道ガスの温度ある
いは温度変化が検出される。好適には水は煙道ガス温度
の距離的および／又は時間的な変化に関係して導入され
る。
【００１１】膨張済み煙道ガスが露点を下回ることを避
けるために、本発明の実施態様において水は、ガスター
ビンに後置接続された蒸気発生器から流出する際の煙道
ガスの温度が所定の最小値を下回らないように導入され
る。その調整あるいは制御に対して入力量としてこの煙
道ガス出口温度の最小値が与えられ、そのほかに燃料の
硫黄含有量、ガスタービンの燃焼室内における燃焼の際
の燃料と空気との比率および煙道ガスの湿度が検出され
る。
【００１２】煙道ガスに注入される水は好適には蒸気タ
ービンの水・蒸気回路から抽出される。また水はガスタ
ービンの燃焼室に対する注水装置あるいは水供給装置か
ら分岐することもできる。この水供給装置において用意
される水は一般に、ガスタービンの燃焼室内で燃料が燃
焼する際の窒素酸化物の発生を減少するのに役立つ。
【００１３】蒸気タービンの水・蒸気回路において蒸気
を発生するための蒸気発生器がガスタービンに煙道ガス
通路を介して後置接続されているようなガス・蒸気ター
ビン複合設備に関しては、上述の課題は本発明に基づい
て、煙道ガス通路に水を注入する手段が設けられること
によって解決される。
【００１４】この水を注入する手段は、煙道ガス通路内
に配置され且つ水槽に接続されている噴射装置を有する
ことができる。
【００１５】有利な実施態様においては噴射装置は、煙
道ガス温度に関係して調整できる少なくとも１つの調整
装置に接続されている。
【００１６】距離的および／又は時間的な温度変化を検
出するためには、好適には煙道ガス経路に沿って少なく
とも２つの温度センサが設けられる。これらの両温度セ
ンサは有利には煙道ガス通路の内部に即ちガスタービン
と蒸気発生器との間の範囲に配置される。蒸気発生器の
内部にも別の温度センサを配置できる。更に蒸気発生器
の出口にも温度センサを設け、最小値を監視するための
装置に接続することができる。この温度センサによっ
て、蒸気発生器から流出する際の煙道ガスの温度が酸露
点以下に低下しないことを保証しなければならない。
【００１７】噴射装置は有利な実施態様においては多数
のノズルを有している。その場合ノズル系は煙道ガス通
路内の中央に配置される。またノズルは相応した寸法に
おいて煙道ガス通路内の周辺に例えば１つの煙道ガス通
路壁あるいは複数の壁に配置することもできる。後者の
方式は、ノズル自体が保護され煙道ガス通路内における
追加的な圧力損失が殆ど生じないという利点を有する。
【００１８】
【実施例】以下図に示した実施例を参照して本発明を詳
細に説明する。
【００１９】図に示したガス・蒸気タービン複合設備は
ガスタービン設備１ａと蒸気タービン設備１ｂとを有し
ている。ガスタービン設備１ａは空気圧縮機３と発電機
４に連結されているガスタービン２と、このガスタービ
ン２に前置接続され空気圧縮機３の新鮮空気配管６に接
続されている燃焼室５とを有している。８は煙道ガス配
管であり、９はガスタービン２の煙道ガス通路である。
【００２０】蒸気タービン設備１ｂは発電機１１に連結
されている蒸気タービン１０、水・蒸気回路１２におい
て蒸気タービン１０に後置接続されている復水器１３、
復水器１３に後置接続されている給水タンク１４および
蒸気発生器１５を有している。
【００２１】ガスタービン２から膨張済み煙道ガスある
いは排気ガスＲＧを蒸気発生器１５に導入するために、
煙道ガス通路９が蒸気発生器１５の入口１５ａに接続さ
れている。膨張済み煙道ガスＲＧは蒸気発生器１５から
その出口１５ｂを通って煙突（図示せず）に流出する。
【００２２】蒸気発生器１５は伝熱面として復水予熱器
２０、低圧段の蒸発器２２と過熱器２４、エコノマイザ
２６、高圧段の蒸発器２８と過熱器３０を有している。
過熱器２４、３０は蒸気タービン１０の高圧部１０ａな
いし低圧部１０ｂに接続されている。
【００２３】予熱器２０は入口側が循環ポンプ３４と弁
３６とを有する配管３２を介して、出口側が弁４０を有
する配管３８を介してそれぞれ給水タンク１４に接続さ
れている。復水器１３は復水ポンプ４４を有する配管４
２を介して給水タンク１４に接続されている。
【００２４】蒸発器２２と過熱器２４に接続されている
低圧段の水・蒸気分離タンク４６は弁５０と低圧ポンプ
５２とを有する配管４８を介して出口側において給水タ
ンク１４に接続されている。
【００２５】高圧段のエコノマイザ２６は入口側が高圧
ポンプ５４と弁５６とを有する配管５３を介して給水タ
ンク１４に接続され、出口側が水・蒸気分離タンク５８
に接続されている。この水・蒸気分離タンク５８には高
圧段の蒸発器２８および過熱器３０が接続されている。
【００２６】煙道ガス通路９の中に噴射装置６０が配置
されており、これは配管６２を介して調整装置６４に接
続されている。概略的に図示されている噴射装置６０は
煙道ガス通路９内において中央ないし周辺に配置されて
いる多数のノズル６６を有している。これらのノズル６
６は例えば煙道ガス通路９の横断面にわたって網状に分
布して配置されている。しかし煙道ガス通路９内におけ
る圧力損失を避けるために、ノズル６６を煙道ガス通路
９の壁に直接配置することもできる。
【００２７】調整装置６４例えば弁は測定値制御装置あ
るいは処理装置６８に接続されている。この装置６８は
入力側が煙道ガス経路に沿って分布して配置されている
温度センサ７０〜７３に接続されている。センサ７０と
センサ７１は煙道ガス通路９の中に配置され、センサ７
２は蒸気発生器１５の中に配置されている。センサ７３
は蒸気発生器１５の出口１５ｂの近くに位置している。
【００２８】ガス・蒸気タービン複合設備１ａ、１ｂを
運転する際、燃焼室５に燃料Ｂが導入される。燃料Ｂは
燃焼室５の中で空気圧縮機３からの圧縮空気Ｌとともに
燃焼させられる。燃焼で生ずる高温煙道ガスＲＧ′は煙
道ガス配管８を介してガスタービン２に導かれる。煙道
ガスＲＧ′はそこで膨張し、ガスタービン２を駆動す
る。ガスタービン２は空気圧縮機３および発電機４を駆
動する。ガスタービン２から流出する膨張済みのまだ高
温の煙道ガスＲＧは、煙道ガス通路９を介して蒸気発生
器１５に導入され、そこで蒸気タービン１０用の蒸気を
発生するために利用される。
【００２９】蒸気タービン１０の低圧部１０ｂから流出
する蒸気は蒸気配管８０を介して復水器１３に導入さ
れ、その復水はポンプ４４を介して給水タンク１４に搬
送される。給水を予熱するために、弁３６と弁４０によ
って調整できる給水の一部が循環ポンプ３４および予熱
器２０を通って循環して案内される。
【００３０】予熱された給水は低圧ポンプ５２を介して
低圧段の水・蒸気分離タンク４６に、並びに高圧ポンプ
５４とエコノマイザ２６とを介して高圧段の水・蒸気分
離タンク５８に搬送される。それぞれの単位時間当たり
の給水流量は弁５０ないし弁５６によって調整される。
【００３１】低圧段において給水は循環ポンプ８２を介
して蒸発器２２を通って再び水・蒸気分離タンク４６に
搬送される。その際発生した蒸気は水から分離され、過
熱器２４内で過熱される。過熱された蒸気は蒸気タービ
ン１０の低圧部１０ｂで膨張し、配管８０を介して復水
器１３に流入する。
【００３２】高圧段において加圧状態にある給水はまず
エコノマイザ２６内で加熱され、循環ポンプ８４を介し
て水・蒸気分離タンク５８に接続されている蒸発器２８
において蒸発される。その蒸気は過熱器３０において過
熱され、蒸気タービン１０の高圧部１０ａに導入され
る。そこで膨張した蒸気は低圧段内で発生した蒸気とと
もに蒸気タービン１０の低圧部１０ｂに導かれる。
【００３３】膨張済みの高温煙道ガスＲＧが供給される
設備部品即ち蒸気発生器１５の壁とその組物特に伝熱面
２０〜３０は一般に設備の全負荷運転において大きな効
率を得るように設計されている。部分負荷運転において
はしばしばガスタービン２の出力が減少し、膨張済み煙
道ガスＲＧの温度Ｔを低下してしまうことがある。これ
は更に発生蒸気量を減少し、総合水量あるいは給水流を
過比例的に減少する。新たな負荷変動の際またガスター
ビンの始動時にも、煙道ガス温度Ｔの急激な上昇により
又は膨張済み煙道ガスＲＧの質量流量の変動により、給
水量が少ない状態において危険な運転状態となる。この
ような危険な運転状態が生じた際に膨張済み煙道ガスＲ
Ｇの温度Ｔは膨張済み煙道ガスＲＧへの水Ｗの注入によ
って低下させられる。
【００３４】水Ｗは配管６２を介して噴射装置６０に導
入され、ノズル６６によって煙道ガスＲＧの中に即ち煙
道ガス流の中に噴射される。破線１００、１０１で示さ
れているように、種々の水槽から噴射装置６０への給水
が行われる。好適には水Ｗは水・蒸気回路１２から取り
出される。そのために配管３２に、水槽９４に接続され
ている弁９２付きの分岐配管９０が接続されている。水
槽９４は蒸気タービン１０の水・蒸気回路１２に対する
水槽としても使用される。また水Ｗはガスタービン２の
燃焼室５に対する注水装置９６から抽出することもでき
る。
【００３５】煙道ガス通路９に導入すべき単位時間当た
りの水量を調整するために、処理装置６８内で形成され
た制御量ｓが調整装置６４に与えられる。そのために温
度センサ７０、７１、７２によって膨張済み煙道ガスＲ
Ｇの時間的な温度経過Ｔおよび場合によっては空間的な
温度分布ΔＴが検出される。更に膨張済み煙道ガスＲＧ
の蒸気発生器１５から流出するときの温度Ｔ′が温度セ
ンサ７３によって測定される。この温度Ｔ′は処理装置
６８内において所定の最小値又は基準値Ｔs と比較され
る。これによって煙道ガス温度Ｔ′が酸露点以下に下が
ることを避けねばならない。このために更に処理装置６
８の他の入力量として燃料Ｂの硫黄含有量ｇ、燃焼室５
内の燃焼における燃料Ｂと空気Ｌとの比率ＢＬおよび煙
道ガス湿度Ｆが使用される。
【００３６】
【発明の効果】危険な運転状態が生ずる際に膨張済み煙
道ガスＲＧに水Ｗを注入することによって、蒸気タービ
ン設備に対してガスタービン設備の種々の動特性がいわ
ば補償されるので、一方では良好な運転が、他方では高
い設備効率が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】煙道ガス通路に注水装置を備えている本発明に
よるガス・蒸気タービン複合設備の概略配管系統図。
【符号の説明】
１ａ ガスタービン設備 １ｂ 蒸気タービン設備 ２ ガスタービン ３ 空気圧縮機 ４ 発電機 ５ 燃焼室 ６ 新鮮空気配管 ８ 煙道ガス配管 ９ 煙道ガス通路 １０ 蒸気タービン １０ａ 蒸気タービンの高圧部 １０ｂ 蒸気タービンの低圧部 １１ 発電機 １２ 水・蒸気回路 １３ 復水器 １４ 給水タンク １５ 蒸気発生器 １５ａ 蒸気発生器の入口 １５ｂ 蒸気発生器の出口 ２０ 復水予熱器 ２２ 蒸発器 ２４ 過熱器 ２６ エコノマイザ ２８ 蒸発器 ３０ 過熱器 ３２ 配管 ３４ 循環ポンプ ３６ 弁 ３８ 配管 ４０ 弁 ４２ 配管 ４４ 復水ポンプ ４６ 水・蒸気分離タンク ４８ 配管 ６１ 調整装置 ６６ ノズル ６８ 測定値処理装置 ７０ 温度センサ ７１ 温度センサ ７２ 温度センサ ７３ 温度センサ ９４ 水槽 ９６ 水槽 ＲＧ 煙道ガス ＲＧ′ 煙道ガス Ｗ 水

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービンの膨張済み煙道ガス内に含
    まれる熱が蒸気タービン用の蒸気を発生するために利用
    されるガス・蒸気タービン複合設備の運転方法におい
    て、危険な運転状態が生じた際に膨張済み煙道ガス（Ｒ
    Ｇ）の温度（Ｔ）が、膨張済み煙道ガス（ＲＧ）の中に
    水（Ｗ）を注入することによって下げられることを特徴
    とするガス・蒸気タービン複合設備の運転方法。
  2. 【請求項２】 水（Ｗ）が煙道ガス温度（Ｔ）の距離的
    および／又は時間的な変化に関係して導入されることを
    特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 水（Ｗ）が、ガスタービン（２）に後置
    接続された蒸気発生器（１５）から流出する際の煙道ガ
    ス（ＲＧ）の温度（Ｔ′）が所定の最小値（Ｔs ）を下
    回らないように、導入されることを特徴とする請求項１
    又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 煙道ガス（ＲＧ）に注入される水（Ｗ）
    が、蒸気タービン（１０）の水・蒸気回路（１２）から
    あるいはガスタービン（２）の燃焼室（５）に対する注
    水装置（９６）から抽出されることを特徴とする請求項
    １ないし３のいずれか１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 蒸気タービン（１０）の水・蒸気回路
    （１２）において蒸気を発生するための蒸気発生器（１
    ５）がガスタービン（２）に煙道ガス通路（９）を介し
    て後置接続されている請求項１ないし３のいずれか１つ
    に記載の方法を実施するためのガス・蒸気タービン複合
    設備において、煙道ガス通路（９）に水（Ｗ）を注入す
    る手段（６０、６６）が設けられていることを特徴とす
    るガス・蒸気タービン複合設備。
  6. 【請求項６】 煙道ガス通路（９）に水（Ｗ）を注入す
    る手段が、煙道ガス通路（９）内に配置され且つ水槽
    （１２、９４；９６）に接続されている噴射装置（６
    ０）を有していることを特徴とする請求項５記載の設
    備。
  7. 【請求項７】 噴射装置（６０）が煙道ガス温度（Ｔ）
    に関係して調整される少なくとも１つの調整装置（６
    ４）に接続されていることを特徴とする請求項６記載の
    設備。
  8. 【請求項８】 煙道ガス経路に沿って距離に関係して温
    度を検出するために２つの温度センサ（７０、７１）が
    設けられていることを特徴とする請求項５ないし７のい
    ずれか１つに記載の設備。
  9. 【請求項９】 蒸気発生器（１５）の出口（１５ｂ）に
    おける煙道ガス温度（Ｔ′）を監視するために温度セン
    サ（７３）が設けられ、この温度センサ（７３）が最小
    値（Ｔs ）を監視するための装置（６８）に接続されて
    いることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１つ
    に記載の設備。
  10. 【請求項１０】 噴射装置（６０）が、煙道ガス通路
    （９）内の中央あるいは周辺に配置されている多数のノ
    ズル（６６）を有していることを特徴とする請求項５な
    いし９のいずれか１つに記載の設備。
JP5195393A 1992-07-15 1993-07-12 ガス・蒸気タービン複合設備およびその運転方法 Withdrawn JPH06229209A (ja)

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