JP2002526706A - ガス・蒸気タービン複合設備 - Google Patents
ガス・蒸気タービン複合設備Info
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Abstract
Description
の廃熱ボイラの加熱器が蒸気タービンの水・蒸気回路に接続され、ガスタービン
の燃焼室に燃料管を介して燃料用ガス化装置が前置接続されているガス・蒸気タ
ービン複合設備に関する。
化装置を有している。そのガス化装置は出口側が、多数のガス浄化構成要素を介
してガスタービンの燃焼室に接続されている。そのガスタービンには煙道ガス側
において廃熱ボイラが後置接続され、この廃熱ボイラにおける加熱器は、蒸気タ
ービンの水・蒸気回路に挿入接続されている。そのような設備は例えば英国特許
出願公開第2234984号明細書あるいは米国特許第4697415号明細書
で知られている。
黄含有成分を除去するための装置が設けられている。英国特許出願公開第223
4984号明細書で公知の設備の場合、この装置に、燃焼室に開口しているガス
化燃料の供給管において、燃料ガスを不活性化するための飽和器が後置接続され
ている。その飽和器において、有害物の発生を減少させるために、ガス化燃料に
水蒸気が与えられる。そのために、ガス化燃料は飽和器を、飽和器回路と呼ばれ
る水回路内を導かれる水流と、対向流で貫流する。飽和器がガス発生設備あるい
はガス浄化設備と無関係に運転されるようにするために、水・蒸気回路からの熱
を飽和器回路に入れることが考慮されている。
油ガス)で運転するために考慮され、それに応じて特に高い効率を得るように、
石炭ないしは残留油をガス化する際にプロセス特性に合わされる。その設備は特
に、ガス化の際に生ずる熱を、蒸気タービンの水・蒸気回路において安価に且つ
運転確実に利用できるように設計されている。
純な構造であり、高いプラント効率が保証され、且つ化石燃料として油を利用す
る場合でも燃料ガスの不活性化装置の独立して単純に調整できる運転が保証され
るように、改良することにある。
ス化燃料に窒素を混入するための混合装置の上流において、熱交換器の一次側が
挿入接続され、この熱交換器の二次側が流れ媒体に対する蒸発器として形成され
、その蒸気側がガスタービンの燃焼室に接続されていることによって解決される
。
、ガス化装置から流出する原ガスとも呼ばれる燃料流内を導かれる熱を、特に効
果的に利用するという考えから出発している。正に化石燃料として油を利用する
場合、原ガス熱の大部分が、水の部分凝縮のために比較的低い温度で潜熱の形で
生ずるということを考慮しなければならない。正にこの熱は、流れ媒体の蒸発に
よって原ガス流から特に良好に奪い取られ、その流れ媒体は、特に簡単に且つ柔
軟に、適当な個所において設備プロセスに供給される。追加的に、燃料ガスの不
活性化装置を、ガスタービンに後置接続された蒸気タービンの水・蒸気回路と無
関係に運転するために、適当な圧力レベルに選定して発生された蒸気が、不活性
化媒体として直接、燃料ガスあるいはガスタービンの燃焼室に供給される。その
場合、特に低いNOx発生限界値を遵守するために窒素を原ガスに混入する上で
特に良好な運転パラメータ(特に原ガスの特に良好な温度レベル)が熱交換器を
介して形成される。
発生限界値を遵守するのに十分なガス化燃料への水蒸気の付与が確実に保証され
るので、ガス化燃料に水蒸気を与えるために通常用いられる高価な装置は完全に
省かれる。特にそのように形成されたガス・蒸気タービン複合設備は、通常用い
られる飽和器とそれに付設された構成要素を省いて形成できるので、その設計が
特に単純化される。更に、蒸発した流れ媒体をガスタービンの燃焼室に供給する
ことによって、流れ媒体の蒸発の際に原ガスから奪い取った熱を、設備プロセス
において特に効果的に利用することができる。同様にこのことによって、所定の
NOx発生量限界値を遵守するために、燃料ガスの水蒸気含有量を、簡単且つ運
転上確実に調整することができる。
ていると有効である。その熱交換器は、好適には、約20〜25バールの圧力段
において水を蒸発するために設計されている。このようにして発生され、燃焼室
に供給するために必要とされない中圧蒸気は、設備プロセスにおいて特に良好に
利用することもでき、例えば蒸気タービンの水・蒸気回路に供給される。
回路の低圧段に接続されていると有効である。その場合、ガス・蒸気タービン複
合設備は、所定の有害物発生限界値を遵守するために燃料に導入すべき十分な蒸
気量の生産があらゆる運転状態において保証されるように設計される。熱交換器
で発生された余分な蒸気は、特に高いプラント効率を得るために、絞った後で、
水・蒸気回路の低圧段においてエネルギを発生するために直接利用される。逆に
、特にNOx発生についての要件が特に厳しい場合、水・蒸気回路からの中圧蒸
気(好適には廃熱ボイラの再熱器の上流からの中圧蒸気)を補助的に混入するこ
ともできる。
大部分を低い温度において高い効率で利用できるようにするために、低圧蒸気発
生用の熱交換器が後置接続されている。そこで発生した蒸気は、絞られた中圧蒸
気と一緒に、水・蒸気回路の低圧段に供給される。ガス浄化の要件に関係して、
特におそらく後置接続されたCOS・加水分解の温度レベルに関係して、原ガス
冷却用の別の熱交換器が設けられる。
管に、熱交換器の上流において、原ガス・廃熱ボイラが前置接続されている。こ
の原ガス・廃熱ボイラによって、ガス化装置で発生された原ガスあるいは合成ガ
スを、設備材料上有利に、必要に応じて予冷することができる。
場合も設備の特に高い総合効率が得られることにある。原ガス内を導かれ特に潜
熱の形で比較的低い温度で存在する熱を利用することによって、流れ媒体を蒸発
させるために、設備プロセスにこの熱を特に効果的に柔軟に供給することができ
る。特に流れ媒体としての水を蒸発させ、続いてこの蒸気を混合ガスに供給する
際、飽和器を挿入接続することなしでも、混合ガスに水蒸気を十分に添加するこ
とができる。飽和器はそれに付設された構成要素と共に、製造費および据付費を
かなり高価にするという欠点を有する。他方では蒸気の混入は、大きなパラメー
タ範囲にわたる燃料ガスの飽和度の調整を可能にし、また水蒸気含有量の簡単且
つ迅速に反応する調整構想を可能にする。従って、特に安価な経費で有害物質発
生に対する低い限界値の遵守も保証される。
気タービン設備1bを有している。ガスタービン設備1aは空気圧縮機4が連結
されたガスタービン2と、このガスタービン2に前置接続された燃焼室6とを有
している。この燃焼室6は圧縮機4の圧縮空気管8に接続されている。ガスター
ビン2、空気圧縮機4および発電機10は共通の軸12上に置かれている。
にその水・蒸気回路24において蒸気タービン20に後置接続された復水器26
および廃熱ボイラ30を有している。蒸気タービン20は第1圧力段あるいは高
圧部20a、第2圧力段あるいは中圧部20bおよび第3圧力段あるいは低圧部
20cから成り、これらの圧力段20a、20b、20cは共通の軸32を介し
て発電機22を駆動する。
導入するために、排気管34が廃熱ボイラ30の入口30aに接続されている。
ガスタービン2からの膨張した作動媒体AMは廃熱ボイラ30からその出口30
bを通って煙突(図示せず)に向かって流れ出る。
に復水器26から復水管42を通して復水Kが供給される。その復水管42には
復水ポンプ44が挿入接続されている。復水予熱器40の出口側は配管45を介
して給水タンク46に接続されている。復水予熱器40を必要に応じて迂回する
ために、復水管42はバイパス管(図示せず)を通して直に給水タンク46に接
続される。給水タンク46は配管47を介して中圧抽出口付きの高圧給水ポンプ
48に接続されている。
ビン20の高圧部に付設された水・蒸気回路24の高圧段50に適した圧力レベ
ルにする。その高圧状態の給水Sは給水予熱器52を介して高圧段50に導入さ
れる。この給水予熱器52は出口側が弁54で遮断できる給水管56を介して高
圧ドラム58に接続されている。この高圧ドラム58は廃熱ボイラ30内に配置
された高圧蒸発器60に水・蒸気循環路62を形成するために接続されている。
高圧ドラム58は主蒸気Fを排出するために廃熱ボイラ30内に配置された高圧
過熱器64に接続されている。この高圧過熱器64は出口側が蒸気タービン20
の高圧部20aの蒸気入口66に接続されている。
ービン20の中圧部20bの蒸気入口72に接続されている。その蒸気出口74
は蒸気転流管76を介して蒸気タービン20の低圧部20cの蒸気入口78に接
続されている。蒸気タービン20の低圧部20cの蒸気出口80は蒸気管82を
介して復水器26に接続されている。これによって水・蒸気・密閉回路24が生
じている。
84が分岐している。この分岐管84は他の(第2)給水予熱器86あるいは中
圧エコノマイザを介して蒸気タービン20の中圧部20bに付設された水・蒸気
回路24の中圧段90に接続されている。そのために第2給水予熱器86は出口
側が弁92で遮断できる給水管94を介して中圧段90の中圧ドラム96に接続
されている。中圧ドラム96は廃熱ボイラ30内に配置され中圧蒸発器として形
成された加熱器98に水・蒸気循環路100を形成するために接続されている。
中圧・主蒸気F′を排出するために、中圧ドラム96は蒸気管102を介して再
熱器70に接続され、従って蒸気タービン20の中圧部20bの蒸気入口72に
接続されている。
10が分岐している。この分岐配管110は蒸気タービン20の低圧部20cに
付設された水・蒸気回路24の低圧段120に接続されている。この低圧段12
0は低圧ドラム122を有し、この低圧ドラム122は廃熱ボイラ30内に配置
され低圧蒸発器として形成された加熱器124に水・蒸気循環路126を形成す
るために接続されている。低圧・主蒸気F″を排出するために、低圧ドラム12
2が、低圧過熱器129が挿入接続された蒸気管128を介して、転流管76に
接続されている。従ってこの実施例において、ガス・蒸気タービン複合設備1の
水・蒸気回路24は、3つの圧力段50、90、120を有している。しかしま
た、もっと少数の例えば2つの圧力段にすることもできる。
SGによる運転用として設計されている。この実施例においてはその合成ガスと
して油ガスが用いられている。そのためにガスタービン2の燃焼室6は入口側が
燃料管130を介してガス化装置132に接続されている。このガス化装置13
2には装填装置134を介して化石燃料Bとして油が供給される。
32に酸素管136を介して空気分解設備138が前置接続されている。この空
気分解設備138は入口側に空気圧縮機4で圧縮された空気の部分流Tが供給さ
れる。そのために空気分解設備138は入口側が、圧縮空気管8から分岐個所1
42において分岐している抽出空気管140に接続されている。この抽出空気管
140には更に、補助空気圧縮機144が挿入接続されている別の空気管143
が開口している。従ってこの実施例において、空気分解設備138に流入する全
空気流Lは、圧縮空気管8から分岐した部分流Tと補助空気圧縮機144で搬送
される空気流とから成っている。このような回路構想は部分一体設備構想と呼ば
れる。異なった形態いわゆる完全一体設備構想において、空気管143を補助空
気圧縮機144と共に省くこともでき、その場合、空気分解設備138への空気
の供給は、圧縮空気管8から取り出された部分流Tで完全に行われる。
られる窒素N2は、空気分解設備138に接続された窒素管145を介して(第
1)混合装置146に導かれ、そこで合成ガスSGに混入される。その混合装置
146は窒素N2と合成ガスSGとを特に一様に偏りのないように混合するため
に形成されている。
ス・廃熱ボイラ147に送られ、ここで流れ媒体との熱交換によって、合成ガス
SGの冷却が行われる。この熱交換で発生した高圧蒸気は、図示していない様式
で、水・蒸気回路24の高圧段50に導入される。
装置146の上流において、燃料管130に合成ガスSG用のすす洗浄装置14
8および脱硫設備149が挿入接続されている。
向に見て混合装置146の上流に)、燃料管130に(第1)熱交換器150の
一次側が挿入接続されている。この熱交換器150の二次側は流れ媒体としての
水Wに対する蒸発器として形成されている。この熱交換器150は、水Wに対す
る中圧蒸発器として設計され、従って約5〜7バールの圧力の水蒸気、即ち燃焼
室6の手前における合成ガスSGへの蒸気の混入にとって十分である圧力の水蒸
気を発生するために設計されている。
に接続されている。この混合装置154は合成ガスSGの流れ方向に見て第1混
合装置146の下流で燃料管130に挿入接続されている。従って熱交換器15
0は蒸気側が蒸気管152および第2混合装置154を介してガスタービン2の
燃焼室6に接続されている。従って熱交換器150内で発生した中圧蒸気は、燃
焼室6に流入する合成ガスSGに混入され、合成ガスSGの水蒸気による負荷が
行われる。これによって、合成ガスSGの燃焼中における有害物質の特に少ない
発生が保証される。第1混合装置146と第2混合装置154との間において、
燃料管150に別の熱交換器155が挿入接続されている。
56を介して、水・蒸気回路24の低圧段120に接続されている。その場合、
低圧段120に適した圧力レベルを保証するために、分岐管156の出口側部分
に調整弁165が接続されている。
150の下流において)第2熱交換器159の一次側が燃料管130に挿入接続
されている。この第2熱交換器159は二次側が流れ媒体としての水Wに対する
蒸発器として形成されている。第2熱交換器159は水Wに対する低圧蒸発器と
して設計され、従って約6〜7バールの水蒸気を発生するために設計されている
。第2熱交換器159は蒸気側が分岐管156に接続されている。
と脱硫設備149との間における燃料管130に、COS・加水分解装置160
が挿入接続されている。原ガスをそのCOS・加水分解にとって特に適した温度
に一層冷却するために、(第3)熱交換器161の一次側が、COS・加水分解
装置160に前置接続されている。この第3熱交換器161は二次側に(矢印P
によって示されているように)水・蒸気回路24からの中圧給水が供給される。
交換器151が後置接続されている。この第4熱交換器151は二次側に水・蒸
気回路24からの中圧給水が供給され、これは矢印Pで示されている。原ガスを
もっと冷却するために、(原ガスの流れ方向に見て)、脱硫設備149の上流に
更に別の2つの(第5、第6の)熱交換器153、167が燃料管130に挿入
接続されている。第5熱交換器153の一次側において原ガスが冷却され、二次
側において脱硫済み原ガスが再加熱される。原ガスは第6熱交換器167におい
て、その原ガスの脱硫が特に良好に行われる温度まで冷却される。その第6熱交
換器167は二次側に、図示していない方式で冷たい復水あるいは冷却水が供給
される。
るために、燃料が燃焼室6に流入する前に、ガス化燃料に水蒸気が与えられる。
これは熱工学的に特に有利に飽和系で行われる。このために、第1混合装置14
6と熱交換器155との間における燃料管130に、飽和器が挿入接続される。
その飽和器においてガス化燃料が、飽和器水と呼ばれる加熱済み水流と対向流で
導かれる。その飽和器水あるいは水流は、飽和器に接続された飽和器回路内を循
環する。その飽和器回路には通常、循環ポンプが挿入接続されている。ガス化燃
料を飽和化する際に生ずる飽和器水の損失を補償するために、飽和器回路に給水
管が接続されている。
冷却するために、熱交換器162の一次側に抽出空気管140が接続され、その
二次側は流れ媒体S′に対する中圧蒸発器として形成されている。この熱交換器
162は蒸発器循環路163を形成するために中圧ドラムとして形成された気水
分離器164に接続されている。この気水分離器164は配管166、168を
介して水・蒸気循環路100に付設された中圧ドラム96に接続されている。あ
るいはまた熱交換器162は二次側を中圧ドラム96に直に接続することもでき
る。即ちこの実施例において気水分離器164は、中圧蒸発器として形成された
加熱器98に間接的に接続されている。蒸発した流れ媒体S′を補給するために
、気水分離器164に更に給水管170が接続されている。
気管140に別の熱交換器172が挿入接続され、その二次側は流れ媒体S″に
対する低圧蒸発器として形成されている。その熱交換器172は蒸発器循環路1
74を形成するために、低圧ドラムとして形成された気水分離器176に接続さ
れている。この実施例において、気水分離器176は配管178、180を介し
て、水・蒸気循環路126に付設された低圧ドラム122に接続され、従って低
圧蒸発器として形成された加熱器124に間接的に接続されている。あるいはま
た気水分離器176は別の適当な方式で接続することもでき、その場合、気水分
離器176から取り出された蒸気は、副次的負荷にプロセス蒸気としておよび又
は加熱蒸気として導入される。異なった実施例において、熱交換器172は二次
側を低圧ドラム122に直に接続することもできる。気水分離器176は更に給
水管182に接続されている。
、流れ媒体S′、S″の循環は循環ポンプによって保証され、その流れ媒体S′
、S″は蒸発器として形成された熱交換器162、172において少なくとも部
分的に蒸発される。しかし実施例においては、蒸発器循環路163並びに蒸発器
循環路174は自然循環路として形成され、流れ媒体S′、S″の循環は、蒸発
過程の際に生ずる差圧によって、および又はそれぞれの熱交換器162、172
およびそれぞれの気水分離器164、176の測地学的配置によって保証される
。この実施形態において、系統を始動するために、蒸発器循環路163ないし蒸
発器循環路174にただそれぞれ比較的小形の循環ポンプ(図示せず)が挿入接
続されている。
管140から冷却空気管192が分岐している。この冷却空気管192を介して
ガスタービン2に、冷却済み部分流Tの一部T′がタービン翼冷却用の冷却空気
として導入される。
特に高い総合効率を有する。原ガス内を導かれる熱は、特に非常に低い温度レベ
ルにある潜熱の形で存在している。この潜熱を利用して水Wを蒸発するために、
この潜熱を設備プロセスに特に効果的に柔軟に導入することができる。特にその
際に発生した蒸気を、混合装置146から流出する合成ガスSGに混入すること
によって、飽和器を挿入接続しなくとも、混合ガスを水蒸気で十分に負荷するこ
とができる。飽和器はそれに付設された他の構成要素と共に、製造費および組立
費を高価にするという欠点を有する。従って本発明によれば、特に安価な経費で
、有害物質発生量に対する低い限界値を遵守することも保証される。
Claims (4)
- 【請求項1】 ガスタービン(2)の煙道ガス側に廃熱ボイラ(30)が後
置接続され、この廃熱ボイラ(30)の加熱器が蒸気タービン(20)の水・蒸
気回路(24)に接続され、ガスタービン(2)の燃焼室(6)に燃料管(13
0)を介して燃料(B)用ガス化装置(132)が前置接続されているガス・蒸
気タービン複合設備(1)において、燃料管(130)に、ガス化燃料(B)の
流れ方向に見て、ガス化燃料(B)に窒素(N2)を混入するための混合装置(
146)の上流において、熱交換器(150)の一次側が挿入接続され、この熱
交換器(150)の二次側が流れ媒体に対する蒸発器として形成され、その蒸気
側がガスタービン(2)の燃焼室(6)に接続されていることを特徴とするガス
・蒸気タービン複合設備。 - 【請求項2】 熱交換器(150)の二次側が、水(W)に対する中圧蒸発
器として形成されていることを特徴とする請求項1記載のガス・蒸気タービン複
合設備。 - 【請求項3】 熱交換器(150)の蒸気側が、調整弁(165)が挿入接
続されている分岐管(156)を介して、水・蒸気回路(24)の低圧段(12
0)に接続されていることを特徴とする請求項1又は2記載のガス・蒸気タービ
ン複合設備。 - 【請求項4】 燃料管(130)に、熱交換器(150)の上流において、
原ガス・廃熱ボイラ(147)が挿入接続されていることを特徴とする請求項1
乃至3の1つに記載のガス・蒸気タービン複合設備。
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