JPS5916083B2 - ガスタ−ビン−蒸気タ−ビン複合サイクルプラント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスタービン−蒸気タービン複合サイクルプ
ラントに係シ、特にガスタービン廃熱の有効な利用を図
った複合サイクルプラントに関するものである。

ガスタービンと蒸気タービンとを組合せた複合サイクル
である廃熱回収サイクルの代表的な構成を第１図に示す
。

圧縮機１により加圧された空気は燃焼器２で燃焼を行な
い、その結果生じた燃焼ガスはガスタービン３内で膨張
し、仕事を行ない発電機４を駆動する。

廃熱回収ボイラ１１ではガスタービン３を出た燃焼ガス
の熱を利用し蒸気を発生させる。

つまり蒸気タービン５からの給水はエコノマイザ１２で
加熱されドラム１３に入る。

そして、蒸発器１４で蒸発が行なわれ、蒸気は過熱器１
５内で過熱され蒸気タービン５へ導かれる様になってい
る。

蒸気は蒸気タービン内で膨張して仕事を行ない発電機６
を駆動し、その後、コンデンサ７で復水となり、加熱器
８、脱気器９、給水ポンプ１０を通シボイラ１１へ再び
送られる。

この複合サイクルプラントにおいて熱効率を向上させる
手段としては、ガスタービン及び蒸気タービンの効率を
向上させる事が有効な手段となるが、また一方、廃熱回
収ボイラ出口の廃ガス温度を低下させ、ボイラ効率を向
上させる事も在勤である。

また、廃熱回収ボイラ出ロ廃ガス温度の低下は、エネル
ギの有効利用熱公害防止の面からも重要な課題となって
いる。

廃熱回収ボイラ出ロ廃ガス温度は、伝熱面積の制限から
エコノマイザ入口給水温度よシある程度高い事が要求さ
れるし、硫黄分の多い燃料を使用した場合には廃ガス中
のＳＯ□による低温腐食の問題があり、ある程度高い温
度が要求される。

しかしながら、一般には廃熱回収ボイラ１１の出口の廃
ガス温度は上記によシ制限される値より高くなる。

これは、蒸発器１４の出口を通過するガス温度は飽和温
度よシある温度以上高い事が伝熱面から要求されている
ためである。

すなわち、ガスタービンを出た廃ガスが保有している温
度制限の値までの顕熱により、蒸発および過熱を行なわ
なければならない。

そして、エコノマイザ１２での熱交換量はエコノマイザ
入口のガス温厳から廃ガス回収ボイラ出口の廃ガス温度
の制限値までの廃ガスの持つ顕熱に比較し少ないため、
廃ガス回収ボイラ出口のガス温度はその制限値より高く
なる。

以上の事を第２図によシ説明する。

第２図は廃熱回収ボイラ１１の廃ガス温度と水−蒸気の
温度変化を図示したものである。

実線と破線の相異は、実線よシ破線の場合の主蒸気温度
が低い点である。

実線で示した場合について説明する。

点１５ａ。１５ｂの間は過熱器を点１４ａ 、１４ｂの
間は蒸発器を点１２ａ、１２ｂの間はエコノマイザを示
す。

廃ガス回収ボイラ１１の入口で温度Ｔ６を持つ廃ガスは
過熱器１５内の熱交換により温度Ｔ７まで、さらに蒸発
器１４内の熱交換によって温度Ｔ８まで下がる。

この温度Ｔ８と飽和温度との差がある値以上必要である
とするのが前記の制限である。

これから明らかになるように温度Ｔ７から温度Ｔ まで
の顕熱によって蒸発、過熱可能な蒸気量が廃熱回収ボイ
ラ発生蒸気量となる。

そして、温度Ｔ８のガスが持つ顕熱からエコノマイザ１
２での伝熱量を除いた値が温度Ｔ９の廃ガス顕熱となる
が、温度Ｔ８が定まシ、エコノマイザ通過水量が定まっ
ているために、温度Ｔ、は廃熱回収ボイラ出ロ廃ガス温
度の制限値よシ一般に高くなシ１、熱の放出が多くなっ
てしまう。

このため効率向上の手段として、蒸気タービン主蒸気条
件を低下させる方法がある。

これは主蒸気温度の低下により制限温度Ｔ８を低下させ
、廃熱回収ボイラ出口温度Ｔ９を低下させボイラ効率を
向上させるものである。

つｌ）この方法では主蒸気条件の低下に、より蒸気ター
ビンの効率は低下するが全体のサイクルとしての効率は
向上する。

本発明の目的は、廃熱回収ボイラ内の温度制限を避けて
、該廃熱回収ボイラ出口の廃ガス温度を低下させ、サイ
クル効率を向上させるガスタービン−蒸気タービン複合
サイクルプラントを提供することにある。

本発明の特徴とするところは、廃熱回収ボイラ内のエコ
ノマイザ、蒸発器および過熱器内を通過する蒸気流量が
等しいため、蒸発器におけるガス温度の制限により廃ガ
ス出口温度の上昇を伴なう事に注目して蒸発をガスター
ビン燃焼器とガスタービン間の燃焼ガスとの熱交換によ
り行なって廃熱回収ボイラ内蒸発器での廃ガス温度低下
を少なくし、廃熱回収ボイラ出ロ廃ガス温度の低下を図
るものである。

以下、本発明の実施例を第３図にて説明する。

ガスタービンは、圧縮機１、ガスタービン３、燃焼器２
より構成され、発電機４と直結されている。

燃焼器内には蒸発器１７が備えられ、この蒸発器１７に
流体的に連通したドラム１６と給水循環ポンプ１８が設
けである。

廃熱回収ボイラ１１は、エコノマイザ１２、蒸発器１４
、ドラム１３、過熱器１５より構成されている。

また蒸気タービン５は、発電機６と直結されている。

更に蒸気タービン付属装置として復水器７、加熱器８、
脱気器９、給水ポンプ１０が備えられている。

ガスタービン装置の圧縮機１は空気を加圧し、燃焼器２
内で燃焼を行ガわせる。

この燃焼ガスはガスタービンに仕事を与え、圧縮機１、
発電機４を駆動する。

ガスタービンを経た廃ガスは廃熱回収ボイラ１１に導か
れ蒸気を発生させる。

廃熱回収ボイラ１１において蒸気タービンからの給水は
エコノマイザ１２を通った後に廃熱回収ボイラのドラム
１３へ導かれるものと、ガスタービンに設けたドラム１
６へ導かれるものとに分かれる。

２系統に分かれた給水は廃熱回収ボイラ内、゛ガスター
ビン燃焼器内のそれぞれの蒸発器１４．１７で蒸発した
後に一系統となった後に廃熱回収ボイラ内の過熱器１５
によって更に過熱され蒸気タービン５に導入される。

本発明の複合サイクルプラントは以上の構成からなるが
、次に本実施例の構成と、第１図に示す従来の方式によ
る構成で、ガスタービンと蒸気タービンを同じ性能とし
た場合の論理性能計算比較結果を表１に示す。

（１）計算は空気、燃焼ガスの定圧比熱を温度によらず
それぞれ０．２４ 、０．２７一定として行なった。

（２）廃熱回収ボイラ出口ガス温度は１８０℃以上と仮
定。

（３）燃料軽油Ｌ ＨＶ ＝ １０２００ ｋｇ ／ｋ
ｇ必要空気量Ｌｍｉ ｎ ＝ １４．８に９７ｋｇつま
シ、本実施例ではガスタービン燃焼器内で蒸発器へ熱伝
達が行なわれるため、余分の燃料を与えなければならな
いが、その増加分によりガスタービン流量が増加しガス
タービン出力が増加する。

また廃ガス量も増加し、廃熱回収ボイラでの回収熱量も
増加する。

また、本実施例では廃熱回収ボイラ出口の廃ガス温度は
制限値１８０℃まで低下しておりボイラ効率は最大とな
っている。

第４図にこれら２方式の廃熱回収ボ４う内の温度変化を
示す。

一点鎖線に示す従来装置の廃ガス温度変化に比べて、実
線で示す本発明装置の廃ガス温度変化はエコノマイザ１
２部分及び過熱器部分で変化率が大きく、蒸発器１４（
廃熱回収ボイラ内に設置）の部分での温度変化が小さく
なる。

この理由は、本願発明では、廃熱回収ボイラ内の蒸気器
１４内を流れる給水量は、燃焼器内に配置した蒸発器１
７へ分岐して流れる給水量だけ少なくなるので、蒸発器
１４とエコノマイザ１２の間の廃ガス温度を従来装置の
同じ個所の温度と同じになるように設定すれば、エコノ
マイザ１２に供給する給水を多くすることができ結果と
して、エコノマイザ１２で回収する熱量が大きくなるの
で、ボイラ出口の廃ガス温度が下ることになる。

また、蒸気器１４と１７への給水の分流比を変えること
によって、ボイラ内で回収する熱量が変化するのでボイ
ラ出口の廃ガス温度を変えることができる。

すなわち、前記分流比を調整することによって、ボイラ
出口の廃ガス温度を制限値に設定することができる。

本実施例によれば、蒸気タービン主蒸気条件の低下なし
に廃熱回収ボイラの効率を最大とし、サイクルの効率を
向上できる効果がある。

本発明の他の実施例としては第３図の実施例と同様な構
成で、さらにエコノマイザからガスタービン燃焼器内蒸
発器への流量制御弁とそれと連動するガスタービン燃料
制御弁を付加する事が考えられる。

この実施例では、部分負荷運転で効率の悪いガスタービ
ンをほとんど出力変化させる事なしに蒸気タービンの部
分負荷運転が可能となる。

第５図に第３図の実施例と同じ条件でガスタービン燃焼
器内蒸発量を変化させた場合の出力変化を示す。

本実施例では第３図に示した複合サイクルプラントの効
果を損う事なしに、さらにガスタービンをほとんど定常
運転としたままで蒸気タービンの部分負荷運転が容易に
可能となる効果がある。

また、本発明を実施するにあたシ、燃焼器内の蒸発器構
造を検討し、燃焼温度を水冷壁によシ低下させＮＯｘの
発生を減少も可能である。

さらに、低カロリ燃料を使用する場合、理論混合比近く
で燃焼を行なわせ、水冷壁でガスタービン許容入口温度
まで燃焼温度を低下させ、ＮＨ３等を噴射させる事によ
りＮＯｘを還元させる事が可能である。

本発明によれば、ガスタービン廃熱回収ボイラにおいて
、廃熱回収ボイラ出口ガス温度を低下させる事が可能な
ため、複合サイクルプラントのサイクル効率を向上する
事ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービンと蒸気タービンを組合せた従来の
複合サイクルプラントを示す系統図、第２図は第１図の
複合サイクルプラントにおける廃熱回収ボイラ内の廃ガ
スおよび水蒸気の温度変化を示す説明図、第３図は本発
明の一実施例であるガスタービンと蒸気タービンとを組
合せた複合サイクルプラントを示す系統図、第４図は従
来のサイクルと本発明によるサイクルの廃熱回収ボイラ
内の廃ガスおよび水−蒸気の温度変化を示す図であシ、
第５図は本発明による部分負荷運転状態を示す説明図で
ある。 符号の説明、２・・・ガスタービン燃焼器、１１・・・
廃熱回収ボイラ、１２・・・エコノマイザ、１３・・・
廃熱回収ボイラドラム、１４・・・廃熱回収ボイラ蒸発
器、１５・・・過熱器、１６・・・ガスタービン燃焼器
ドラム、１７・・・ガスタービン燃焼器蒸発器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンと、ガスタービンの排ガスを熱源とす
   る廃熱回収ボイラと、該ボイラでの発生蒸気により駆動
   される蒸気タービンとを備えたガスタービン−蒸気ター
   ビン複合サイクルプラントにおいて、前記廃熱回収ボイ
   ラ内のエコノマイザ出口の給水系統を分け、その一方を
   廃熱回収ボイラ内の蒸発器に、他方をガスタービン燃焼
   器内の蒸発器にそれぞれ導いて給水を蒸気させ、これら
   両方の蒸発器で発生した蒸気を前記蒸気タービンに導く
   ようにしたことを特徴とするガスタービン−蒸気タービ
   ン複合サイクルプラント。 ２、特許請求の範囲第１項において、廃熱回収ボイラの
   エコノマイザからガスタービン燃焼器内に設けた蒸発器
   へ供給される給水量を前記燃焼器へ供給される燃料量が
   増大するに応じて増大させる流量制御弁を設けたことを
   特徴とするガスタービン−蒸気タービン複合サイクルプ
   ラント。