JP2000054808A

JP2000054808A - コンバインド発電システム

Info

Publication number: JP2000054808A
Application number: JP10239526A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ishigaki; 淳石垣; Motohiko Sue; 元彦須恵
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】建設費の上昇率を低く抑えながら、しかも発
電効率の改善がなされる中容量ガスタービンを用いたコ
ンバインド発電システムを提供する。【解決手段】ガスタービン発電装置１０と、前記ガス
タービン発電装置１０の排ガスから熱回収を行って蒸気
を生成する、節炭器２４を有する排熱回収ボイラ装置２
０と、前記排熱回収ボイラ装置２０により生成された蒸
気により駆動される蒸気タービン３１を有する蒸気ター
ビン発電装置３０と、給水タンク４１および加熱脱気器
４３を有する給水設備４０とを備えるコンバインド発電
システムであって、前記加熱脱気器４３の加熱源として
節炭器２４からの分岐給水を利用するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はコンバインド発電シ
ステムに関する。さらに詳しくは、構成の複雑化を回避
しながら発電効率が改善されてなるコンバインド発電シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、事業用大型コンバインド発電
システムにおいては、高圧、中圧および低圧の３段の蒸
発器から構成される廃熱ボイラ、いわゆる三重圧式ボイ
ラが用いられている。

【０００３】かかる事業用大型コンバインド発電システ
ムは、発電することのみを目的として構成されているた
め、排熱回収ボイラ装置により生成された蒸気は、復水
器で水となって再度排熱回収ボイラ装置に送給される。
つまり、蒸気および水はクローズされた系の内部を循環
するのみである。それに加えて、最近のガスタービンに
おけるＮＯ_X低減は、燃焼器への蒸気噴射や水噴射では
なく、稀薄燃焼等の燃焼技術によるものであるため、そ
の系への補給水は、例えば排熱回収ボイラ装置のブロー
水を補給する程度でよくなっている。つまり、その量が
非常に少なくてすむことになる。かかる状況により事業
用大型コンバインド発電システムにおいては、給水の脱
気は特段に脱気器を設けることなく、復水器の上部に給
水を補給して脱気する真空脱気方式が用いられている。

【０００４】なお、ＮＯ_X低減のためにガスタービンに
水噴射がなされていた時代においては、噴射する水の量
に見合う量を補給する必要があったため、加熱式脱気器
が用いられていた。図２は、加熱式脱気器が用いられて
いたコンバインド発電システムの概略図である。このコ
ンバインド発電システムにおいては、図２に示すよう
に、排熱回収ボイラ装置２０の下流側に低圧蒸発器２７
を有する低圧ボイラ２６が設けられていて、この低圧ボ
イラ２６で生成された蒸気が脱気器４３の加熱用蒸気と
して利用されていた。

【０００５】図２中、符号１０はガスタービン発電装
置、符号１１はガスタービン、符号１２は燃焼器、符号
１３は減速機、符号１４は発電機、符号２０は排熱回収
ボイラ装置、符号２１は排熱ボイラ、符号２２は過熱
器、符号２３は蒸発器、符号２４は節炭器、符号３０は
蒸気タービン発電装置、符号３１は蒸気タービン、符号
３２は復水器、符号３３は復水ポンプ、符号３４は減速
機、符号４０は給水設備、符号４１は給水タンク、符号
４２は脱気器給水ポンプ、符号４４は高圧給水ポンプ、
符号４５は低圧給水ポンプをそれぞれ示す。

【０００６】一方、中容量ガスタービンを用いた産業用
コンバインド発電システムにおいては、図３に示すよう
に、排熱回収ボイラ装置２０により生成された蒸気は、
発電に使用される他、プロセスにも使用されることがほ
とんどである。このため、燃焼技術によりＮＯ_X低減を
図ったとしても、プロセスに送気した蒸気量に相当する
量の水を補給する必要がある。その場合、脱気する酸素
量が多くなるため、前述したような真空脱気方式は採用
できない。そのため、蒸気加熱による加熱脱気器４３を
用いて補給水の脱気がなされている。なお、プロセスに
送気した蒸気の大部分がドレンとして戻ってくる場合で
あっても、このドレンは、図３に示すように、一度大気
に開放された給水タンク４１に戻され、ついでその給水
タンク４１内で復水器３２からの復水および純水装置
（図示省略）からの補給水と混合されるようにされてい
る。したがって、給水タンク４１を出た排熱ボイラ２１
への給水は酸素濃度が高くなるため、蒸気加熱による加
熱脱気器４３を用いて給水の脱気を行う必要がある。な
お、図３中、図２と同一の符号は、同一または類似の構
成要素であることを示し、また符号３４は制御弁（流量
制御弁）、符号４６は圧力検出器、符号４７は制御弁
（圧力制御弁）をそれぞれ示す。

【０００７】この加熱脱気器４３の加熱用蒸気（脱気加
熱蒸気）として、図２に示すように低圧蒸発器２７を設
けた低圧ボイラ２６を用いると複圧式ボイラと同様とな
り、中容量ガスタービンを用いたコンバインド発電シス
テムでは、建設費の上昇比率が高くなり、採算性を悪化
させることになる。そのため、図３に示すように脱気器
加熱蒸気として、蒸気タービン３１の抽気や蒸気タービ
ン３１への送気の一部を利用することがなされている。
その結果、蒸気タービン３１の通過蒸気量が減少して発
電効率が低下する。また、負荷変動による節炭器２４に
おけるスチーミングを防止するため、アプローチ・ポイ
ント（ＡＰ）温度差も２０℃程度に設定されているの
で、節炭器出口ガス温度もあまり低下しない。したがっ
て、図３に示す、従来の中容量ガスタービン１１を用い
たコンバインド発電システムにおいては、充分な熱回収
が図られておらず、またそれに伴い発電効率の向上を図
ることもできない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、建設費の上昇率
を低く抑えながら、しかも発電効率の改善がなされる中
容量ガスタービンを用いたコンバインド発電システムを
提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のコンバインド発
電システムは、ガスタービン発電装置と、前記ガスター
ビン発電装置の排ガスから熱回収を行って蒸気を生成す
る、節炭器を有する排熱回収ボイラ装置と、前記排熱回
収ボイラ装置により生成された蒸気により駆動される蒸
気タービンを有する蒸気タービン発電装置と、給水タン
クおよび加熱脱気器を有する給水設備とを備えるコンバ
インド発電システムであって、前記加熱脱気器の加熱源
として節炭器からの分岐給水を利用することを特徴とす
る。

【００１０】本発明のコンバインド発電システムにおい
ては、加熱脱気器からのフラッシュ蒸気の逃がし量を調
節することにより同加熱脱気器内の圧力調節をなすのが
好ましく、また節炭器から脱気器への分岐給水量を調節
することにより節炭器出口における給水温度を制御する
ことも好ましい。

【００１１】

【作用】本発明のコンバインド発電システムは、前記の
ごとく構成されているので、発電量を減少させることな
く、給水の所望の脱気がなし得る。また、節炭器にボイ
ラ給水と脱気器加熱給水とを流しているので、節炭器に
おける収熱が向上し、熱効率の向上が図られる。

【００１２】脱気器内の圧力の調節を行っている本発明
の好ましい形態によれば、負荷変動があっても脱気内の
圧力が一定に保たれるので、常に所望の脱気がなし得
る。

【００１３】節炭器出口における給水温度を制御してい
る本発明の好ましい形態によれば、ＡＰ温度差を小さく
できるので、より一層の熱効率を向上が図られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかか
る実施の形態のみに限定されるものではない。

【００１５】本発明の一実施の形態の中容量ガスタービ
ンを用いたコンバインド発電システムを図１に概略図で
示す。なお、図１中、図３と同一の符号は、同一または
類似の構成要素を示す。

【００１６】このコンバインド発電システムは、ガスタ
ービン発電装置１０により発電するとともに、このガス
タービン発電装置１０の排ガスにより排熱回収ボイラ装
置２０により蒸気を生成し、さらにこの蒸気により蒸気
タービン発電装置３０によっても発電し、かつ蒸気ター
ビン発電装置３０の抽気をプロセスに送気するように構
成してなるものである。そして、この実施の形態におい
ては、主として排熱回収ボイラ装置２０における収熱の
改善、および脱気器４３における熱効率の改善が図られ
ている。

【００１７】このコンバインド発電システムは、具体的
には、次のように構成されている。ガスタービン発電装
置１０においてガスタービン１１のパワータービンを駆
動して発電した後の排ガスは、排熱回収ボイラ装置２０
に送気され、その排熱ボイラ２１の蒸発器２３から蒸気
を生成し、かつその蒸気を過熱器２２により所定温度に
まで過熱する。また、この蒸発器２３を出た排ガスは、
蒸発器２３の下流に配設されている節炭器２４に送気さ
れ、節炭器２４内を流れている給水を加熱した後に排気
スタックから排気される。

【００１８】過熱器２２で所定温度にまで過熱された蒸
気は、蒸気ラインにより蒸気タービン発電装置３０の蒸
気タービン３１に送気される。この蒸気タービン３１に
送気された蒸気は蒸気タービン３１を駆動する。また、
この蒸気タービン３１は、減速機３４およびクラッチを
介して接続されている発電機１４を駆動して発電する。
前記説明から明らかなように、この実施の形態では、発
電機１４は、ガスタービン１１と蒸気タービン３１とに
より駆動されるようにされているが、発電機１４の駆動
方式はこれに限定されるものではなく、ガスタービン１
１と蒸気タービン３１とにより個々に駆動されるように
されてもよい。

【００１９】また、図１に示すように、蒸気タービン３
１に送気された蒸気の一部は、蒸気タービン３１の中段
から抽気されてプロセスに送気されている。このプロセ
スへの送気量は、抽気ラインに介装されている制御弁
（流量制御弁）３４により調節されている。

【００２０】節炭器２４で加熱された給水は、図１に示
すように、一部は脱気器加熱ラインにより脱気器４３に
送給される。このように、節炭器２４を出た給水の一部
を脱気器４３に送給するのは、次のような理由による。

【００２１】前述したように、給水中には酸素が相当の
濃度で溶存しており、この酸素が廃熱回収ボイラ装置２
０に持ち込まれると、蒸発器管、過熱器管、タービンブ
レードなど腐食を起こす。そのため、従来より、加熱脱
気器４３を用いて給水を加熱して給水中の溶存酸素を所
定値以下にまで低減している。この給水の加熱には、前
述したように、従来は蒸気タービン３１からの抽気など
の高質蒸気（発電可能な蒸気）が利用され、それがため
発電効率の低下を招来している。

【００２２】そこで、この実施の形態では、脱気器４３
として熱水脱気器を用い、図１に示すように節炭器２４
により加熱された給水の一部を脱気器（熱水脱気器）４
３に送給して給水タンク４１からの給水（以下、タンク
給水という）の加熱を行って脱気するようにしている。
すなわち、脱気器４３に送給された節炭器２４からの給
水（以下、節炭器分岐給水という）は、脱気器４３内で
減圧されてフラッシュし、一部が飽和蒸気となって給水
タンク４１内の保有水を加熱し、残部は脱気器４３内の
圧力に相当する温度の水となって脱気器４３の貯水部に
溜る。そして、この脱気器４３による所定の脱気を行う
ためには、脱気器４３内の圧力を所定圧力に維持する必
要があるが、これは次のようにしてなされる。

【００２３】脱気器４３内の圧力は、脱気器４３へのタ
ンク給水の給水量と、この給水量を加熱脱気するための
節炭器分岐給水とのバランスにより決定される。それ
故、このバランスを維持する量の節炭器分岐給水を脱気
器４３に送給すれば、理論的には脱気器４３内の圧力は
一定に維持されることになる。しかしながら、種々の理
由により、常にタンク給水の給水量に見合う量の節炭器
分岐給水を脱気器４３に送給することは困難である。そ
こで、この実施の形態では、脱気器４３内の圧力調節
は、脱気器４３においてバランス上必要とされる量より
若干多い量の節炭器分岐給水を脱気器４３に送給し、そ
れに伴って脱気器４３内に発生した余剰フラッシュ蒸気
を、脱気器４３に接続されている逃がしラインにより逃
がすことによりなされる。この逃がしラインにより逃が
す蒸気量は、脱気器４３に設定された圧力検出器４８か
らの信号により制御されている制御弁（圧力制御弁）４
９によりなされる。また、この逃がしライン他端は給水
タンク４１に接続されていて、逃がしラインにより逃が
された余剰蒸気は、給水タンク４１内の保有水の加熱に
利用される。このため、脱気器４３内において余剰蒸気
が発生することによる熱損失は生じない。

【００２４】このように、この実施の形態では節炭器２
４に、発電の熱バランス上必要とされる量の給水に加え
て脱気器加熱用の加熱用水も供給されているので、節炭
器２４における発電側の負荷変動の影響が小さくなる。
そのため、ＡＰ温度差を従来に比して小さくすることが
でき、節炭器２４における収熱の向上が図られる。さら
に、この実施の形態では、ＡＰ温度差をより一層小さく
するため、図１に示すように、節炭器２４出口に温度検
出器２８を設け、その温度検出値により節炭器分岐ライ
ンに介装された制御弁（流量制御弁）２９を制御し、節
炭器出口給水温度がＡＰを超えないようにされている。
つまり、発電の負荷変動により排熱ボイラ２１への給水
が減少して節炭器出口温度が上昇してＡＰを超えそうに
なると、脱気器４３への分岐給水量を増加させて節炭器
出口給水温度をＡＰ以下にするようにされている。そし
て、このようにすることにより、節炭器２４における収
熱のより一層の向上が図られ、それによりより一層の発
電効率の向上が図られる。

【００２５】このように、この実施の形態では、節炭器
２４出口に脱気器４３への分岐ラインを設け、その分岐
ラインからの加熱給水によりタンク給水の脱気をなして
いるので、高質蒸気を全て発電に利用でき、また節炭器
における収熱の向上も図られているので、発電効率を向
上させることができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明をより具体的な実施例により、
より具体的に説明する。

【００２７】実施例および比較例ガスタービンの仕様を発電端出力が６，５００ｋＷ、燃
料熱量が２１，７２４ｋＷ、排ガス量が９５，７６０ｋ
ｇ／ｈ、排ガス温度が５１６℃とし、表１に示す仕様の
実施例および比較例のコンバインド発電システムにおけ
る性能比較を行い、その結果を表２に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】表１および表２から明らかなように、実施
例においては節炭器の伝熱面積を増加させたのみの簡単
な構成で、発電効率の向上が図られるという優れた効果
が得られる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によればシ
ステムを複雑にすることなく、しかも設備費の上昇率を
最低限に抑えながら、コンバインド発電システムの発電
効率の向上が図られるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のコンバインド発電シス
テムの概略図である。

【図２】加熱脱気器を用いた従来のコンバインド発電シ
ステムの概略図である。

【図３】従来のコンバインド発電システムの概略図であ
る。

【符号の説明】

１０ガスタービン発電装置１１ガスタービン２０排熱回収ボイラ装置２１排熱ボイラ２２過熱器２３蒸発器２４節炭器３０蒸気タービン発電装置３１蒸気タービン３２復水器４０給水設備４１給水タンク４２給水ポンプ４３脱気器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービン発電装置と、前記ガスター
ビン発電装置の排ガスから熱回収を行って蒸気を生成す
る、節炭器を有する排熱回収ボイラ装置と、前記排熱回
収ボイラ装置により生成された蒸気により駆動される蒸
気タービンを有する蒸気タービン発電装置と、給水タン
クおよび加熱脱気器を有する給水設備とを備えるコンバ
インド発電システムであって、前記加熱脱気器の加熱源として節炭器からの分岐給水を
利用することを特徴とするコンバインド発電システム。
【請求項２】加熱脱気器からのフラッシュ蒸気の逃が
し量を調節することにより同加熱脱気器内の圧力調節を
なすことを特徴とする請求項１記載のコンバインド発電
システム。
【請求項３】節炭器から加熱脱気器への分岐給水量を
調節することにより節炭器出口における給水温度を制御
することを特徴とする請求項１記載のコンバインド発電
システム。
【請求項４】加熱脱気器への分岐給水ラインを有する
節炭器を備えてなることを特徴とする排熱回収ボイラ装
置。
【請求項５】節炭器出口給水温度を検出する給水温度
検出手段と、前記給水温度検出手段の検出値により制御
される、前記分岐給水ラインに介装された流量制御弁と
を備えてなることを特徴とする請求項４記載の排熱回収
ボイラ装置。