JP2000510213A - ガス・蒸気複合タービン設備およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガスタービン（２）の排気ガス側に廃熱ボイラ（６）が後置接続され、この廃熱ボイラ（６）の伝熱面が蒸気タービン（４）の水・蒸気回路（８）に接続され、この蒸気タービン（４）が高圧部（４ａ）、中圧部（４ｂ）および低圧部（４ｃ）を有しているガス・蒸気複合タービン設備において、できるだけ高い総合効率を得るために本発明に基づいて、廃熱ボイラ（６）の外に熱交換器（７０）が配置され、この熱交換器（７０）が一次側が蒸気タービン（４）の高圧部（４ａ）と中圧部（４ｂ）との間（の蒸気配管）に接続され、二次側が蒸気タービン（４）の中圧部（４ｂ）と低圧部（４ｃ）との間（の蒸気配管）に接続されている。このようなガス・蒸気複合タービン設備の運転方法において、蒸気タービン（４）に流入する低圧蒸気（ＮＤ）が蒸気タービン（４）から流出する中圧蒸気（ＭＤ）と間接式熱交換によって加熱される。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス・蒸気複合タービン設備およびその運転方法 本発明は、ガスタービンの排気ガス側に廃熱ボイラが後置接続され、この廃熱 ボイラの伝熱面が蒸気タービンの水・蒸気回路に接続され、この蒸気タービンが 高圧部、中圧部および低圧部を有しているガス・蒸気複合タービン設備に関する 。本発明は更にこのガス・蒸気複合タービン設備の運転方法に関する。 ガス・蒸気複合タービン設備の場合、ガスタービンから流出する膨張した作動 媒体に含まれる熱は、蒸気タービンに対する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その排気ガス側に後置接続された廃熱ボイラ内に管 あるいは管束の形で配置されている多数の伝熱面によって行われる。これらの伝 熱面は更に蒸気タービンの水・蒸気回路に接続されている。この水・蒸気回路は 複数の例えば二つあるいは三つの圧力段を有し、その各圧力段は伝熱面として予 熱器、蒸発器および過熱器を有している。 熱伝達の際にできるだけ高い設備効率を得るために、廃熱ボイラの内部におけ る伝熱面の配置はガスタービンの排気ガスの温度経過に合わせられる。中間過熱 を有する三圧プロセス方式いわゆる三圧再熱プロセス方式の場合、所定のガスタ ービン出力において特に高い蒸気タービン出力および従って特に高い設備総合効 率が達成される。三圧再熱プロセス方式に基づいて運転されるガス・蒸気複合タ ービン設備はヨーロッパ特許出願公告第０４３６５３６号明細書およびドイツ特 許第４４３４５２６号明細書で知られている。しかしこれらの公知の設備の場合 も、総合効率はそれぞれ約５５％に制限されている。 本発明の課題は、ガス・蒸気複合タービン設備をガスタービンの排気ガスにお ける含熱量の利用率を更に高めることによって設備効率の増大が達成されるよう に改良することおよびそれに適した運転方法を提供することにある。 設備に関する上記の課題は、廃熱ボイラの外部に熱交換器が配置され、この熱 交換器が一次側が蒸気タービンの高圧部と中圧部との間に接続され、二次側が蒸 気タービンの中圧部と低圧部との間に接続されることによって解決される。 本発明は、蒸気タービンの低圧部に流入する低圧蒸気を加熱あるいは再熱する ために、煙道ガスから直接熱を取り入れる代わりに、蒸気タービンからの適当な 温度の排気蒸気を利用することにより煙道ガスの熱を間接的に取り入れるという 考えから出発している。その蒸気としては蒸気タービンの高圧部からの中圧蒸気 が低圧蒸気に対して特に有利な温度差を有しているので特に適している。 熱交換器内における間接式熱交換の際に冷却された中圧蒸気は好適には二つの 段で定格温度に加熱される。従って熱交換器の一次側は蒸気タービンの高圧部に 後置接続され廃熱ボイラ内においてガスタービンからの排気ガスの流れ方向に連 続して配置された二つの過熱器伝熱面を介して蒸気タービンの中圧部の入口に接 続されると有利である。 廃熱ボイラ内で蒸発器伝熱面で発生された中圧蒸気は、熱交換器内で冷却され た中圧蒸気に、これらの両蒸気流が廃熱ボイラ内で過熱される前に混合されると 有利である。そのために有利には廃熱ボイラ内に配置された蒸発器伝熱面は出口 側が熱交換器の一次側出口に接続されている。 好適には水・蒸気回路の各段は蒸発器伝熱面および少なくとも一つの過熱器伝 熱面を有し、その場合蒸気タービンの高圧部と中圧部との間に補助的に再熱器伝 熱面が接続されている。 ガスタービンから流出する膨張した作動媒体に含まれる熱が三つの圧力段から 構成された水・蒸気回路に接続された蒸気タービンに対する蒸気を発生するため に利用され、その水・蒸気回路を貫流する給水が廃熱ボイラ内に配置された伝熱 面において蒸発および過熱されるようなガス・蒸気タービン設備の運転方法に関 する上記の課題は本発明によれば、蒸気タービンの低圧部に流入する低圧蒸気が 蒸気タービンの高圧部から流出する中圧蒸気と間接式熱交換によって加熱される ことによって解決される。 本発明によって得られる利点は特に、廃熱ボイラの外部に設けられた熱交換器 を中圧蒸気との間接式熱交換により低圧蒸気を加熱するために利用することによ って、補助的な調整装置を必要とすることなしに特に簡単に、低圧蒸気の温度を 特に高くすることができることにある。これは運転管理を特に簡単にし、設備全 体の信頼性が高められる。特に短い配管および小さな圧力損失を可能にするため に、熱交換器が蒸気タービンの範囲に、即ちその近くに配置されていると有利で ある。 以下図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する。図面は低圧蒸気を加 熱するために別個の熱交換器を備えたガス・蒸気複合タービン設備を概略的に示 している。 図面におけるガス・蒸気複合タービン設備はガスタービン２、蒸気タービン４ およびガスタービン２からの高温排気ガスＡＧで貫流される廃熱ボイラ６を有し ている。蒸気タービン４は高圧部４ａ、中圧部４ｂおよび低圧部４ｃを有してい る。廃熱ボイラ６は蒸気発生用に使用され、その伝熱面は蒸気タービン４の水・ 蒸気回路８に接続されている。 そのために廃熱ボイラ６は復水配管１０に接続されている復水予熱器１２を有 している。この復水予熱器１２は入口側が蒸気タービン４に後置接続されている 復水器１６に復水ポンプ１４を介して接続され、出口側が循環ポンプ１８を介し てその入口側に接続されている。この復水予熱器１２は出口側が更に給水配管２ ０を介して給水タンク２２に接続されている。 給水タンク２２は出口側がポンプ２６付きの給水配管２４を介して低圧・気水 分離器２８に接続されている。この低圧・気水分離器２８には循環ポンプ３０を 介して蒸発器伝熱面３２が接続されている。低圧・気水分離器２８は蒸気側が過 熱器伝熱面３４に接続され、この過熱器伝熱面３４は蒸気配管３６を介して蒸気 タービン４の中圧部４ｂから低圧部４ｃへの溢流配管３８に接続されている。低 圧・気水分離器２８および蒸発器伝熱面３２は過熱器伝熱面３４および蒸気ター ビン低圧部４ｃと一緒に水・蒸気回路８の低圧段を形成している。 給水タンク２２は出口側がポンプ４２付きの給水配管４０を介して第１の高圧 予熱器あるいはエコノマイザ４４に接続され、これは接続配管４６を介して第２ の高圧予熱器あるいはエコノマイザ４８の入口側に接続されている。ポンプ４２ 従って給水配管４０は図示していない様式でポンプ２６の圧力側（吐出し側）に おける給水配管２４にも接続できる。また中圧予熱器として、図示していない様 式で好適には廃熱ボイラ６の内部において第１の高圧予熱器４４の範囲に配置さ れるもう一つのエコノマイザを設けることもできる。 接続配管４６には配管５０を介して中圧・気水分離器５２が接続され、この中 圧・気水分離器５２に循環ポンプ５４を介して蒸発器伝熱面５６が接続されてい る。中圧・気水分離器５２は蒸気側が第１の再熱器伝熱面５７に接続され、これ は出口側が第２の再熱器伝熱面５８に接続されている。この再熱器伝熱面５８は 出口側が蒸気タービン４の中圧部４ｂの入口に接続されている。中圧・気水分離 器５２、蒸発器伝熱面５６および両再熱器伝熱面５７、５８は蒸気タービン４の 中圧部４ｂと一緒に水・蒸気回路８の中圧段を形成している。 第２の高圧予熱器４８は出口側が接続配管６０を介して高圧・気水分離器６２ に接続され、この高圧・気水分離器６２には循環ポンプ６４を介して蒸発器伝熱 面６６が接続されている。高圧・気水分離器６２は蒸気側が過熱器伝熱面６８を 介して蒸気タービン４の高圧部４ａの入口に接続されている。高圧予熱器４４、 ４８、高圧・気水分離器６２、蒸発器伝熱面６６および過熱器伝熱面６８は蒸気 タービン４の高圧部４ａと一緒に水・蒸気回路８の高圧段を形成している。 蒸気タービン４の中圧部４ｂと低圧部４ｃとの間の溢流配管３８に熱交換器７ ０の二次側が接続されている。熱交換器７０は一次側入口が蒸気タービン４の高 圧部４ａの出口７２に接続されている。熱交換器７０の一次側出口７４は蒸気配 管７６を介して中圧段の再熱器伝熱面５７の入口に接続されている。 ガス・蒸気複合タービン設備の運転中において、復水器１６からの復水Ｋが復 水予熱器１２に復水ポンプ１４および復水配管１０を介して導入される。その場 合復水予熱器１２は完全にあるいは部分的にループ化される。復水Ｋは復水予熱 器１２内で加熱され、そのために少なくとも部分的に循環ポンプ１８によって循 環される。加熱済みの復水Ｋは配管２０を介して給水タンク２２に導かれる。そ こで図示していない方式で、蒸気タービン４からの抽気蒸気による給水の加熱並 びに好適には復水Ｋの脱気が行われる。加熱済み給水Ｓは一方では低圧・気水分 離器２８に導かれ、他方では第１の高圧予熱器４４を介して中圧・気水分離器５ ２に並びに第２の高圧予熱器４８を介して高圧・気水分離器６２に導かれる。低 圧段に導入された給水Ｓは蒸発器伝熱面３２において低圧で蒸発され、その低圧 ・気水分離器２８で分離された低圧蒸気ＮＤは過熱器伝熱面３４に導かれる。そ こで過熱された低圧蒸気ＮＤは熱交換器７０の下流において即ち二次側の流出側 において溢流配管３８に導かれる。 同じように中圧・気水分離器５２に導入された給水Ｓは蒸発器伝熱面５６にお いて蒸発される。中圧・気水分離器５２で分離された中圧の蒸気は中圧蒸気ＭＤ として再熱器伝熱面５７および再熱器伝熱面５８を介して導かれる。その場合、 中圧・気水分離器５２で分離された中圧蒸気ＭＤに再熱器伝熱面５７の上流で熱 交換器７０からの中圧蒸気ＭＤが混合される。これによって二つの段で過熱され た中圧蒸気ＭＤが蒸気タービン４の中圧部４ｂに導入される。 同様に第２の高圧予熱器４８で加熱された給水Ｓが蒸発器伝熱面６６において 高圧で蒸発される。その場合、高圧・気水分離器６２で分離された高圧蒸気ＨＤ は過熱器伝熱面６８で過熱され、過熱状態で蒸気タービン４の高圧部４ａに導入 される。この高圧部４ａ内で膨張した蒸気は中圧蒸気ＭＤとして熱交換器７０の 一次側を通って導かれ、続いて中圧・気水分離器５２からの中圧蒸気ＭＤと一緒 に過熱された状態で蒸気タービン４の中圧部４ｂに導入される。 蒸気タービン４の中圧部４ｂ内で膨張して低圧になった蒸気は低圧蒸気ＮＤと して溢流配管３８を介して導かれ、熱交換器７０において蒸気タービン高圧部４ ａから流出する中圧蒸気ＭＤと間接式熱交換によって過熱される。その中圧蒸気 ＭＤは生蒸気あるいは高圧蒸気ＨＤの圧力および温度に関係して且つ蒸気タービ ン高圧部４ａにおける膨張経過に関係して約３５０〜４００℃の温度Ｔｐを有す る。中圧部４ｂからの低圧蒸気ＮＤは選定された圧力に関係して約２００〜２５ ０℃の温度Ｔｓで蒸気タービン４から出る。これによって低圧蒸気ＮＤは熱交換 器７０で約１００℃加熱できる。そのように加熱され約３００〜３５０°の温度 Ｔを有する低圧蒸気ＮＤは低圧・気水分離器２８から流出する低圧蒸気ＮＤと一 緒に蒸気タービン４の低圧部４ｃに導入される。そこで膨張した低圧蒸気ＮＤは 復水ために復水器１６に導入される。 蒸気タービン４の低圧部４ｃに流入する低圧蒸気ＮＤを蒸気タービン高圧部４ ａから流出する中圧蒸気ＭＤによって過熱するために蒸気タービン４の中圧部４ ｂと低圧部４ｃとの間に熱交換器７０を挿入することによって、ガス・蒸気ター ビン複合設備の総合効率は特に高められ、これは蒸気タービン・発電機７６にお いて取り出される高い出力の形で表れる。その低圧・気水分離器２８からの低圧 蒸気ＮＤは蒸気タービン中圧部４ｂからの低圧蒸気ＮＤに図示していない様式で 熱交換器７０の上流で混合することもでき、その混合気即ち発生した全低圧蒸気 ＮＤは熱交換器７０において加熱される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガスタービン（２）の排気ガス側に廃熱ボイラ（６）が後置接続され、この 廃熱ボイラ（６）の伝熱面が蒸気タービン（４）の水・蒸気回路（８）に接続さ れ、この蒸気タービン（４）が高圧部（４ａ）、中圧部（４ｂ）および低圧部（ ４ｃ）を有しているガス・蒸気複合タービン設備において、廃熱ボイラ（６）の 外部に熱交換器（７０）が配置され、この熱交換器（７０）の一次側が蒸気ター ビン（４）の高圧部（４ａ）と中圧部（４ｂ）との間に接続され、二次側が蒸気 タービン（４）の中圧部（４ｂ）と低圧部（４ｃ）との間に接続されていること を特徴とするガス・蒸気複合タービン設備。 ２．熱交換器（７０）の一次側が蒸気タービン高圧部（４ａ）に後置接続された 少なくとも一つの再熱器伝熱面（５７、５８）を介して蒸気タービン中圧部（４ ｂ）に接続されていることを特徴とする請求項１記載の設備。 ３．廃熱ボイラ（６）内に配置された蒸発器伝熱面（５６）が出口側が熱交換器 （７０）の一次側出口（７４）に接続されていることを特徴とする請求項１又は ２記載の設備。 ４．水・蒸気回路（８）が三つの圧力段から構成され、その各圧力段が蒸発器伝 熱面（３２、５６、６６）および少なくとも一つの過熱器伝熱面（３４、５７、 ６８）を有し、蒸気タービン（４）の高圧部（４ａ）と中圧部（４ｂ）との間に 少なくとも一つの再熱器伝熱面（５８）が接続されていることを特徴とする請求 項１ないし３のいずれか１つに記載の設備。 ５．ガスタービン（２）から流出する膨張した作動媒体（ＡＧ）に含まれる熱が 三つの圧力段から構成された水・蒸気回路（８）に接続された蒸気タービン（４ ）に対する蒸気（ＨＤ、ＭＤ、ＮＤ）を発生するために利用され、その水・蒸気 回路（８）を貫流する給水（Ｓ）が廃熱ボイラ（６）内に配置された伝熱面 （３４、５６、５７、５８、６６、６８）において蒸発され過熱されるようにし た請求項１ないし４のいずれか１つに記載の特徴を有するガス・蒸気タービン設 備の運転方法において、蒸気タービン（４）の低圧部（４ｃ）に流入する低圧蒸 気（ＮＤ）が蒸気タービン（４）の高圧部（４ａ）から流出する中圧蒸気（ＭＤ ）と間接式熱交換によって加熱されることを特徴とするガス・蒸気タービン設備 の運転方法。 ６．間接式熱交換の際に冷却された中圧蒸気（ＭＤ）が廃熱ボイラ（６）で過熱 され、続いて蒸気タービン（４）に導入されることを特徴とする請求項５記載の 方法。 ７．廃熱ボイラ（６）で発生された中圧蒸気（ＭＤ）が冷却された中圧蒸気（Ｍ Ｄ）と一緒に廃熱ボイラ（６）で過熱されることを特徴とする請求項６記載の方 法。 ８．廃熱ボイラ（６）で発生された中圧蒸気（ＭＤ）が間接式熱交換によって加 熱された低圧蒸気（ＮＤ）に混合されることを特徴とする請求項５ないし７のい ずれか１つに記載の方法。