JPS63253105A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複合発電プラントの給水および蒸気の加熱・
熱回収方法に係り、特に高温がスタービンを用いた大容
量多軸型コンバインドプラントに好適な複合発電プラン
トに関する。

〔従来の技術〕

従来のコンバインドプラントでは、ガスタービンの排ガ
ス中の熱量をできる限り排熱回収ボイラで回収しようと
しており、この場合の給水を加熱する方法としては、例
えば特公昭６０−１０１６２号公報に記載されている様
に、復水器からの復水は一担加熱した後に高圧給水と低
圧給水に分けていた。

しかしながら、高圧給水と低圧給水を別の系統に分けた
後に高圧給水のみを加熱する系統構成にっいては配慮さ
れていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

排熱回収ボイラで出来る限り熱回収するためには排ガス
温度を出来る限り下げて、最下流の節炭器入口給水温度
を排熱回収ボイラ出口排ガス温度より低く計画する必要
がある。

高温ガスタービンを採用したコンバインドプラントでは
、排熱回収ボイラ入口ガス温度が高くなるので蒸気条件
を高級化して熱効率の向上を図る事が望まれるが、その
場合、高圧蒸気と低圧蒸気の両系統の圧力差は増々大き
くなり、給水に要求される圧力、温度、水質等の最適な
条件は差が大きくなる。

従来技術では、排熱回収ボイラへの送水圧力については
分けて処理する事は行われていたが、温度や水質に関し
ては同一に処理されていたため、高圧系統にとっては低
い水温で、低圧系統にとっては過剰な水質で供給されて
いる問題があった。

本発明の目的は、給水を高圧系統、低圧系統に分けた後
に、各々の系統の給水条件を満たす様加熱や脱気などの
手段を６１ｕえて最適な給水条件を得る事にある６特に
給水の脱気については、脱気復水器の技術が一軸型プラ
ント（蒸気タービンとガスタービンが同一軸で直結し共
通の発電機を駆動する。）を中心に開発・実用化されて
いるが、多軸型プラント（１台の蒸気タービンと１台又
は複数台のガスタービンで構成し各々の発電機を駆動す
る。）では、蒸気タービンが大容量になり脱気器を設け
る事が通常行われている。

脱気器を設けた場合、給水は脱気器器内圧力に対応した
飽和水温にほぼ等しくなり、通常の１．２〜１．５ａｔ
ａの圧力では、１０５℃程度となり、ガス焚ガスタービ
ンでの可能な排熱回収ボイラ出ロ排ガス温度１１０℃程
度まで下げる事が水とガスの熱交換上難しくなる。これ
は、通常３０〜５０’位の温度差を必要とする為で、給
水温度は６０°Ｃ〜８０℃位にするのが望ましい。給水
温度を下げる手段としては、脱気器運転圧力を下げる方
法と、脱気器出入口の給水と復水の熱交換を行う方法が
知られている。

脱気器運転圧を下げて負圧（真空）で運転する事は、火
力プラントでも起動時に行われる事はあるが、通常運転
中には脱気性能に対する空気の漏れ込みの懸念があり好
ましいものではない。通常は、大気圧より０．２〜０．
５ｋｇ／ｒｆ高い圧力で蒸気シールする方法が取られて
おり、大気圧以上の最低運転圧力としている。

又、給水と復水の熱交換は、伝熱面積が大きくなり、耐
圧は高圧側の給水圧力で決まる為重量も大きく、起動時
の運転特性なども含めて考えると制御が複雑化する恐れ
が大である。

給水の脱気については、高圧になる程注意深く計画して
信頼性の確保に努める必要があるが、排熱回収ボイラの
低圧蒸気の様に５〜８気圧（ａｔａ）程度の圧力では復
水器での脱気能力にて可能で、必ずしも脱気器を設ける
必要はないと言われている。

〔問題点を解決するための手段〕

高圧および低圧の給水条件を最適化する目的は、復水器
からの復水を抽出した後又は抽出する方法にて高圧給水
系統と低圧給水系統を分ける事により達成される。

高圧給水は、タービン抽気を使用した給水加熱器や、タ
ービン抽気や低圧ボイラ蒸気を使用した脱気器を備えて
給水を加熱した後、排熱回収ボイラの低圧節炭器よりガ
ス流路上流側に設置された高圧節炭器へ導かれる。高圧
節炭器出口排ガスは、低圧節炭器での給水加熱に必要な
温度と熱量を備える様、給水温度と、節炭器位置（もち
ろん分割して置く事も含まれる）を調整して計画をして
おけば良い。低圧給水系統は、復水器から抽出した復水
を給水として低い温度で排熱回収ボイラの低圧節炭器へ
送水する。この系統の給水加熱は排熱回収（グラコン、
節炭器再循環）による熱回収加熱は行っても良いが、タ
ービン抽気を用いた再生サイクルは使用しない。低圧節
炭器は排熱回収ボイラの最下流に位置する。

〔作用〕

排熱回収ボイラでは、高圧過熱器、高圧蒸発器。

高圧節炭器、低圧過熱器、低圧蒸発器、低圧節炭器を備
えている。低圧過熱器は不設置の場合もある。低圧過熱
器の役割は、高圧蒸気の圧力を高く計画すると蒸気ター
ビン内の膨張線は湿り側（低エントロピー側）へ移る為
、低圧飽和蒸気との温度差は縮まるが、最終段の排気蒸
気の湿り度が過大となる傾向にある。従って、低圧蒸気
は過熱して蒸気タービンへ導く事の必要性が生じるが７
゜ａｔａ、　５３８℃程度の主蒸気圧力温度では必ずし
も必要とはならなかったものである。

高圧節炭器は低圧蒸発器の前と後に分けて設置される場
合がある。これは低圧節炭器の熱回収と低圧蒸発器のピ
ンチポイントの取り方で排ガス温度は影響を受け、排ガ
ス温度をできるだけ下げる場合には、低圧蒸発器下流側
のガス流路にも高圧節炭器を備えて熱回収する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。ガス
タービン１と排熱回収ボイラ４と蒸気タービン１７と発
電機１８と復水器１９により構成される。ガスタービン
排ガス２は排熱回収ボイラ４で排熱回収した後排ガス３
として放出される。

高圧過熱器７．高圧蒸発′ｒｊｉ８．低圧送炭器１０゜
高圧節炭器９．低圧蒸発器１１．低圧節炭器１２゜高圧
ドラム５および低圧ドラム６より構成される排熱回収ボ
イラ４にて、高圧給水１５より高圧蒸気１３を低圧給水
１６より低圧蒸気１４を発生させる。

蒸気タービン１７の排気は復水器１９にて凝縮して復水
とし、低圧給水ポンプ２０にて抽出してタービン抽気２
５で加熱される低圧給水加熱器２２を経て脱気器２３へ
送られる。低圧給水ポンプ２０出口より分岐して低圧給
水１６として低圧節炭器１２へ導かれる系統と、高圧給
水ポンプ２１より高圧給水加熱器２４を経て、高圧給水
１５として高圧節炭器９へ導かれる系統を備えた構成を
有している。

復水器１９の復水は、低圧給水ポンプで例えば３　ｋｇ
　／　ｍ程度に加圧されて１／４〜１１５程度を低圧給
水１６として分岐し、残りを加熱して脱気器２３へ送る
。脱気器２３はシール圧程度の０．２〜０　、５　ｋｇ
　／　ｒｒ？・Ｇ位の圧力で運転し脱気を行う。加熱蒸
気はタービン抽気を通常時使用し、低負荷では低圧蒸気
１４を使用する。高圧給水加熱器は排熱回収ボイラ４で
の熱回収が充分でなく排ガス３の温度が制限より余裕が
あり高い場合には設置しなくても良い。低圧給水は３０
〜６０’Ｃ位で送り、高圧給水は１００〜１２０’Ｃ位
で送る事ができる。又、少なくとも１つの低圧給水加熱
器は、低圧蒸気の混合圧より低い段落より抽気した方が
熱効率及び段落計画上好ましい。

第２図の実施例では、脱気器を設けずに高圧給水を加熱
して排熱回収ボイラ４へ送水する系統構成である。給水
ポンプは、低圧と高圧それぞれ復水器１９より抽出して
いるが、これは低圧で抽水加圧後、高圧給水ポンプで昇
圧する系統構成でもかまわないのはもちろんである。

第３図の例では、低圧過熱器を設けない場合の系統構成
の一例を示している。高圧蒸気１３の圧力があまり高く
なく、蒸気タービン１７の排気蒸気湿り度が大きくない
場合には水系統構成で使用する事ができる。

第４図は、排熱回収ボイラをたて型とし高圧蒸気系を貫
流ボイラとした場合の一例である。高圧給水系には、復
水脱塩装置などの設立が必要となる場合がある。

第５図は、排熱回収ボイラでの温度分布と各部の熱回収
量の割合を従来の一例について示したものである。第６
図は１本発明の一例について同様に比較したものである
。高圧蒸気１３の圧力を高くする事により蒸発量が少し
減り高圧蒸発器８の交換熱量が若干減っているが、蒸気
タービンでの仕事は熱力学的には増加している。この為
、蒸気タービン出力は若干増えるが、タービン排気の湿
り度は大きくなる。第５図の従来例では、低圧蒸発器１
１でのガス温度と蒸気飽和温度差が大であるが、本発明
の一例では、高圧蒸発器８と同程度まで、最適の条件で
低圧蒸気１４を発生させている。高圧給水１５は、排ガ
ス３よりも高い温度で供給する事もでき、従来例ではこ
れは不可能であった。

第７図は、エンタルピ・エントロピ線図に高圧蒸気膨張
線をタービン膨張線２６として示した一例である。高圧
蒸気条件を１例えば６０ａｔａ。

５００℃としたタービン膨張線２６に対して、蒸気圧力
及び温度を共に上げて例えば７０ａｔａ。

５４０　’Ｃとした場合には、タービン膨張線はエンド
ポイントまでの長さが長くなり、同一の蒸気量では多く
の出力を出す。但し、圧力だけを更に例えば１３０ａｔ
ａまで上げて温度を５４０℃のままとすると、タービン
膨張線は長くなるがエンドポイントの蒸気湿り度も大き
くなり、翼の信頼性を損う恐れが生じる。混圧する低圧
蒸気１４を過熱する事により、タービン段落より高い温
度の蒸気を混合させる事ができ、これにより排気蒸気の
湿り度を少なくする事ができる。従って、排熱回収ボイ
ラ４での熱回収を最大限行って排ガス３温度を制限まで
下げる複合発電プラントでは、高温ガスタービンによる
高い温度のガスタービン排ガス２を高級な蒸気生成に利
用することが１本発明により可能となった。

低圧然気は、出力への回収だけでなくタービン排気湿り
対策として積極的に用いられろ事から。

できるだけ低い圧力で蒸発量を大きく取る事が望ましく
、第６図の一例でもその事が可能な事が示されている。

〔発明の効果〕 本発明によれば、高圧蒸気の圧力を従来の７０〜８０ａ
ｔａ程度に対して１３０ａｔａ程度まで上げる事により
、多軸型複合発電プラントに使用される大容量蒸気ター
ビンの蒸気条件を最適化する効果がある。又、給水系統
については、高圧給水系統に脱気器を設は大気圧以上で
運転し、しかも低圧節炭器には高圧給水よりも低い温度
の低圧給水を送る事により、排ガスを低温度まで熱回収
する事ができる効果がある。

本発明によって、プラント効率は蒸気サイクルで相対値
約２％期待できる。蒸気タービンプラントに占める出力
割合が３〜４割程度であり、プラント全体では０．７　
　％程度となる。さらに蒸気条件を高圧化できる事によ
り主蒸気系の容積を小さくでき、又給水脱気などの確実
を期する事ができ、又蒸気タービン排気の湿り度低減な
ど信頼性向上での効果が大きい、効率の向上効果は、ガ
スタービンの高温化により更に大きくなる傾向にある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統構成図、第２図は脱気
器を備えない場合の一実施例、第３図は低圧過熱器を備
えない場合の一実施例の系統構成図である。第４図は高
圧蒸気系がドラムを有さない場合の一実施例の系統構成
図である。第５図は従来技術の一例の排熱回収ボイラ温
度分布図を、第６図は本発明の一実施例の排熱回収ボイ
ラ温度分布図である。第７図は本発明と従来の一実施例
をタービン膨張線で示したエンタルピーエントロピー線
図である。 １・・・ガスタービン、２・・・ガスタービン排ガス、
３・・・排ガス、４・・・排熱回収ボーｒう、Ｓ・・・
高圧ドラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガスタービンと、ガスタービン排ガスとの熱交換に
   より蒸気を発生するために排ガス流路に設置された排熱
   回収ボイラと、排熱回収ボイラの発生蒸気で駆動する蒸
   気タービンと、蒸気タービンの排気蒸気を凝縮させる復
   水器と、復水器で凝縮した復水を送水する給水ポンプと
   を備えたプラントにおいて、前記排熱回収ボイラにて圧
   力の異なつた少なくとも２種以上の蒸気を発生させ、高
   圧蒸気用の給水を低圧蒸気用の給水と別系統とした上で
   、タービン抽気など用いて高圧給水系統を低圧給水系統
   よりも高い水温まで加熱した後、排熱回収ボイラに低圧
   節炭器とは別に設置された高圧節炭器へ送水する系統を
   備えた複合発電プラント。 ２、特許請求の範囲第１項において、高圧給水用のみの
   脱気器を設置し、蒸気タービン抽気・排熱回収ボイラ蒸
   気の両方又はいずれかを用いて加熱蒸気とする装置を備
   えた複合発電プラント。 ３、特許請求の範囲第１項において、排熱回収ボイラで
   発生した低圧蒸気を過熱蒸気とする低圧加熱器をガス流
   路内に備えた複合発電プラント。