JP2003322301A - コンバインド発電プラントおよびその稼動方法 - Google Patents

コンバインド発電プラントおよびその稼動方法

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JP2003322301A
JP2003322301A JP2002127321A JP2002127321A JP2003322301A JP 2003322301 A JP2003322301 A JP 2003322301A JP 2002127321 A JP2002127321 A JP 2002127321A JP 2002127321 A JP2002127321 A JP 2002127321A JP 2003322301 A JP2003322301 A JP 2003322301A
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heat exchanger
pressure
gas
steam
condensate
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Tetsuya Takenouchi
哲也 竹ノ内
Tadashi Sakaeda
正 栄田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガス温度を有効に制御し、プレヒータの腐
食を防止することのできる技術を提供することを目的と
する。 【解決手段】 中圧用のドラム33b、高圧用のドラム
33cと、低圧用のドラム33aとの間に、圧力供給ラ
イン40を設けることによって、中圧用のドラム33
b、高圧用のドラム33cから低圧用のドラム33aに
対して抽気し、低圧用のラインLa全体の圧力を上昇さ
せ、ガスタービン21からの排ガスを熱源とする排熱回
収ボイラ25内において、プレヒータ30よりも排ガス
の流れ方向上流側に設けられた蒸発器34aの吸熱量を
減らす構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タービンとガ
スタービンを組み合わせ、ガスタービンからの排ガスを
用いて蒸気を生成するコンバインド発電プラントおよび
その稼動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】コンバインドサイクルを用いた火力発電
プラント(以下、これを「コンバインドプラント」と称
することがある)では、図4に示すように、蒸気によっ
て蒸気タービン1を回し、発電機2を駆動している。蒸
気タービン1から排出された蒸気は、復水器3で復水さ
れ、復水ポンプ4で加圧された後、ガスタービン5から
の排熱を利用した排熱回収ボイラ6内で加熱されて蒸気
となり、これが蒸気タービン1に供給される構成となっ
ている。
【0003】復水ポンプ4で加圧された復水は、プレヒ
ータ7で余熱された後、排熱回収ボイラ6外に設けられ
た脱気器8にて脱気される。脱気後の復水(給水)は給水
ポンプ9にて加圧され、排熱回収ボイラ6内の節炭器1
0を経てドラム11に送給される。ドラム11内の給水
は再度排熱回収ボイラ6内の蒸発器12に通水され、こ
こで蒸発した蒸気は、ドラム11内で気液分離される。
分離された蒸気は排熱回収ボイラ6内の過熱器13で過
熱され、これが蒸気タービン1へと供給される構成とな
っている。
【0004】このような節炭器10、蒸発器12、過熱
器13は、低圧用、中圧用、高圧用がそれぞれ排熱回収
ボイラ6内に備えられている。ところで、排熱回収ボイ
ラ6内に排熱を供給するガスタービン5は、天然ガス等
のガス燃料を燃焼させるガス焚きと軽油等の燃料油を燃
焼させる油焚きとを適宜切り替えるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来の技術では、以下に示すような問題が存在
する。上記したプレヒータ7は、排熱回収ボイラ6内
で、ガスタービン5からの排熱の流れ方向で見ると最も
終端側に設けられている。このため排熱回収ボイラ6内
のプレヒータ7よりも前段側に設けられている高圧側、
中圧用、低圧用の節炭器10、蒸発器12、過熱器13
のそれぞれにおいて熱交換が行われる結果、プレヒータ
7に至る時点で、排ガスの温度は、ガスタービン5から
の排出直後よりも低下することになる。特にガスタービ
ン5を油焚きする場合、排ガス中に燃料の油に含まれる
硫黄分が多いため、プレヒータ7の部分に至る排ガスの
温度が酸露点(130から140度)よりも低くなると、
プレヒータ7の表面で排ガス中の水分が結露する。する
と、ガス中に含まれる硫黄分がこの水分に混入し、その
結果、硫黄分の影響によりプレヒータ7が硫酸腐食して
しまうという問題がある。一方、ガスタービン5をガス
焚きする場合には、燃料のガス中にもともと硫黄分が少
なく、また酸露点も高くなるために上記したような問題
には油焚き時に比べれば発生しにくい。
【0006】このような問題があるため、従来より、油
焚き時には、プレヒータ7への注水を行わないようにす
るバイパスライン15を設けており、このバイパスライ
ン15によって復水ポンプからの復水をプレヒータ7に
通水せず脱気器8に直接送るようにしていた。これによ
り、プレヒータ7で熱交換を行わなくなるので、排ガス
の温度が酸露点よりも低くなることもなく、プレヒータ
7の腐食を防ぐことができるのである。しかしこのよう
な構成では、油焚き時とガス焚き時でヒータへの注水と
バイパスライン15への通水を切り替えなければならな
いという問題がある。本発明は、以上のような点を考慮
してなされたもので、排ガス温度を有効に制御し、プレ
ヒータの腐食を防止することのできる技術を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる目的のもと、本発
明のコンバインド発電プラントは、蒸気タービンとガス
タービンを組み合わせて発電機を駆動するもので、復水
器にて蒸気タービンからの排気を凝縮して生成された復
水を、ボイラの複数段の熱交換器にてガスタービンから
の排ガスを熱源として用いることによって蒸発させ、生
成された蒸気を蒸気タービンに供給する。そして、ボイ
ラ内の終端側の熱交換器よりも前段側の、他の熱交換器
内の給水を加圧することを特徴とする。ところでボイラ
内の終端側の熱交換器としては、復水中の溶存酸素を脱
気する脱気器の前段側で、復水器で生成された復水を予
熱するプレヒータがある。ここで、他の熱交換器として
は、節炭器、蒸発器、過熱器等が有り得るが、特に蒸発
器であるのが好ましい。また、他の熱交換器内の給水を
加圧する、ということは、単に熱交換器に給水を送り込
むためにポンプで加圧することを指すのではなく、送り
込まれる給水をさらに加圧させることを意味する。この
ように、ボイラ内の終端側の熱交換器よりも前段側の他
の熱交換器内の給水を加圧すると、この、他の熱交換器
内の給水の沸点が上がるために蒸発しにくくなり、吸熱
量が減少する。すると、この、他の熱交換器における熱
交換後の排ガス温度が、加圧を行わなかった場合に比較
して上昇することになる。
【0008】他の熱交換器内の復水を加圧する加圧部と
しては、例えばポンプ等を別途設けることも可能ではあ
るが、ボイラ内に、例えば低圧用、中圧用、高圧用等、
圧力の異なる複数系統の熱交換器が設けられる場合、加
圧部では、圧力の高い系統から圧力の低い系統に圧力を
供給することによって、圧力の低い系統の熱交換器内の
給水を加圧するのが、エネルギの有効利用という観点か
らも好ましい。より詳しくは、圧力の異なる複数系統の
それぞれに、生成された蒸気を給水から分離させる気液
分離ドラムが設けられていれば、加圧部として、圧力の
高い系統の気液分離ドラムから圧力の低い系統の気液分
離ドラムに抽気することができる。これにより、圧力の
低い系統が加圧され、この圧力の低い系統に設けられ
た、蒸発器等の熱交換器(他の熱交換器)内の給水が加圧
される。
【0009】また、加圧部として、他の熱交換器を含む
系統に圧力調整弁を設け、圧力調整弁の開度を調整す
る、より詳しくは開度を絞ることにより、他の熱交換器
内の給水を加圧することもできる。
【0010】本発明にかかるコンバインド発電プラント
の稼動方法は、蒸気タービンからの排気を凝縮して復水
を生成した後、生成された復水を、ガスタービンからの
排熱を用いてボイラ内の複数段の熱交換器で加熱するこ
とによって蒸気を生成し、これを蒸気タービンに供給す
るもので、蒸気を生成するときに、複数段の熱交換器の
うち、ボイラ内の終端側の熱交換器よりも前段側の熱交
換器にて、その熱交換器における吸熱量を抑制させるこ
とを特徴とする。このように、熱交換器における吸熱量
を抑制させると、抑制させない場合に比較し、ガスター
ビンからの排熱の温度が、この熱交換器における熱交換
後において上昇することになる。蒸気を生成するに際し
ては、複数段の熱交換器のうち、前段側の熱交換器内
を、例えば圧力調整弁等で加圧することにより、この熱
交換器における吸熱量を抑制させるのが好ましい。ま
た、複数段の熱交換器のうち、前段側の熱交換器が複数
段階の圧力系統を有している場合、高い圧力系統の熱交
換器で生成された蒸気を低い圧力系統に圧力を供給する
ことによって、低い圧力系統の熱交換器内を加圧すれ
ば、前段側の熱交換器における吸熱量を抑制することが
できる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
に基づいてこの発明を詳細に説明する。 [第一の実施の形態]図1は、本実施の形態におけるコ
ンバインドプラントの全体構成を示すものである。この
図1に示すように、コンバインドプラントは、発電機2
0を駆動させるため、ガスタービン21、および蒸気タ
ービンである低圧タービン22、中圧タービン23、高
圧タービン24を備えている。また、低圧タービン2
2、中圧タービン23、高圧タービン24の駆動エネル
ギとして用いる蒸気を生成するため、ガスタービン21
から排出される排ガスによって熱エネルギを回収する排
熱回収ボイラ(ボイラ)25が設けられている。
【0012】低圧タービン22の駆動源として用いられ
た蒸気は、復水器26にて復水され、復水ポンプ27、
グランド蒸気コンデンサ28を介して排熱回収ボイラ2
5内に送り込まれる。排熱回収ボイラ25内には、復水
ポンプ27から送り出された復水(給水)を排ガスの熱エ
ネルギとの熱交換によって余熱するプレヒータ(熱交換
器、終端側の熱交換器)30が設けられている。このプ
レヒータ30は、ガスタービン21からの排ガスが送り
込まれる排熱回収ボイラ25内で、排ガスの流れ方向に
おいて最も下流側(排熱回収ボイラ25の終端側)に位置
している。
【0013】プレヒータ30を経た復水は、排熱回収ボ
イラ25の外部に設置された脱気器29にて脱気されて
溶存酸素が除去された後、低圧(LP)用、中圧(I
P)用、高圧(HP)用の3系統のライン(圧力系統)L
a、Lb、Lcに分岐する。低圧用、中圧用、高圧用の
ラインLa、Lb、Lcで、給水は、それぞれ、給水ポ
ンプ31a、31b、31cにて加圧された後、排熱回
収ボイラ25内に設けられた節炭器(ECO:熱交換器)
32a、32b、32cに送り込まれて加熱された後、
ドラム(気液分離ドラム)33a、33b、33cを介
し、排熱回収ボイラ25内に設けられた蒸発器(EV
A:熱交換器)34a、34b、34c内で蒸発し、再
度ドラム33a、33b、33cに送り込まれ、ここで
気液分離される。
【0014】ドラム33a、33b、33cで気液分離
された蒸気は、排熱回収ボイラ25内に設けられた過熱
器(SH:熱交換器)35a、35b、35cで過熱され
る。一方、ドラム33a、33b、33c内で蒸気と分
離された復水は、再度蒸発器34a、34b、34cに
循環される。過熱器35a、35b、35cで過熱され
た蒸気は、低圧タービン22、中圧タービン23、高圧
タービン24に供給される。なおこのとき、中圧用の過
熱器35bで過熱された蒸気は、再熱器37を経て中圧
タービン23へと供給される。ここで、中圧タービン2
3から排出された蒸気は、低圧タービン22へと供給さ
れる。また、高圧タービン24から排出された蒸気は、
中圧用のラインLbに供給され、再熱器37を経て中圧
タービン23へと供給される。
【0015】さて、図2に示すように、このような構成
のコンバインドプラントにおいて、本実施の形態では、
中圧用のドラム33b、高圧用のドラム33cと、低圧
用のドラム33aとの間に、圧力供給ライン(加圧部)4
0を設け、中圧用のドラム33b、高圧用のドラム33
cから低圧用のドラム33aに対して抽気する。このよ
うに、圧力の低い系統である低圧用のドラム33aに対
して、低圧用のドラム33a内よりも高い圧力系統の中
圧用のドラム33b、高圧用のドラム33cから抽気す
ることによって、低圧用のドラム33a内の圧力を上昇
させるのである。なお、圧力供給ライン40には、制御
弁41が設けられており、この制御弁41の開閉、ある
いは開度を調整することにより、低圧用のドラム33a
に対して中圧用のドラム33b、高圧用のドラム33c
からの抽気を調整することができ、圧力供給のオン・オ
フ、および圧力の調整を行うことができるようになって
いる。
【0016】このようにして、中圧用のドラム33b、
高圧用のドラム33cから低圧用のドラム33aに対し
て抽気し、低圧用のドラム33a内の圧力を上昇させる
と、低圧用のラインLa全体の圧力が上昇することにな
る。これによって、排熱回収ボイラ25内の排ガス流れ
方向においてプレヒータ30よりも前段側の熱交換器で
ある低圧用の蒸発器34a内の給水の圧力が上がる。一
般に、圧力が高いほど水は蒸発しにくく、例えば飽和状
態に近い水の圧力が上がると、飽和状態から遠ざかり、
蒸発しにくくなる。このため、低圧用の節炭器32a内
で給水の圧力が上がれば、復水が蒸発しにくくなり、そ
の結果潜熱が奪われる量が減り、蒸発器34aでの吸熱
量が減る。排熱回収ボイラ25内で、プレヒータ30よ
りも上流側に位置している低圧用の蒸発器34aでの吸
熱量が減れば、すなわちこれは蒸発器34aでの熱交換
による排ガスの温度低下を抑えることになり、排熱回収
ボイラ25内で最も終端側に位置しているプレヒータ3
0の部分にて、排ガスの温度を上げることができる。
【0017】このように、プレヒータ30の部分にて、
排熱回収ボイラ25内の排ガス温度を、抽気しない場合
に比較して上げることができるので、その結果、プレヒ
ータ30の部分で排ガスが酸露点を下回るのを防ぎ、ガ
スタービン21を油焚きする場合にも、水分が結露して
排ガス中の硫黄分がプレヒータ30の表面に付着して生
じる硫黄分の影響による硫酸腐食の発生を防止すること
が可能となる。つまりこれにより、コンバインドプラン
トのメンテナンス頻度を低下させることができるのであ
る。上記の如くして、図4に示した従来の技術のように
バイパスライン15を設けることなく、排ガスの温度を
制御することによって硫酸腐食の発生を防ぐことが可能
となり、しかも上記構成では、脱気器29では、油焚き
時にも復水を加熱する機能を果たさなくても良い。
【0018】なお、上記第一の実施の形態において、低
圧用のドラム33aに中圧用、高圧用のドラム33b、
33cから抽気する構成としたが、中圧用のドラム33
bと高圧用のドラム33cのいずれか一方のみから抽気
を行う構成としてもよいし、コンバインドプラントの稼
動状況等に応じて制御弁41を調整し、中圧用、高圧用
のドラム33b、33cからの抽気量(圧力)を調整する
構成とすること等も可能である。
【0019】[第二の実施の形態]次に、本発明にかかる
第二の実施の形態について説明する。上記第一の実施の
形態では、低圧用のラインLaの圧力を上げるために、
中圧用のドラム33b、高圧用のドラム33cから低圧
用のドラム33aに対して抽気する構成としたが、以下
に示す第二の実施の形態では、この構成に代えて、低圧
用のラインLaに圧力調整弁を設ける構成を採用する。
コンバインドプラント全体の基本的な構成は上記第一の
実施の形態で示したものと共通しており、以下の説明で
は上記第一の実施の形態と異なる点を中心に説明し、共
通する構成については同符号を付してその説明を省略す
る。
【0020】第二の実施の形態におけるコンバインドプ
ラントは、図1に示した第一の実施の形態におけるコン
バインドプラントと同様、発電機20を駆動させるガス
タービン21、低圧タービン22、中圧タービン23、
高圧タービン24と、ガスタービン21から排出される
排ガスの熱エネルギを用いて低圧タービン22、中圧タ
ービン23、高圧タービン24の駆動エネルギとなる蒸
気を生成する排熱回収ボイラ25とを備える。復水ポン
プ27から送り出された復水(給水)は、排熱回収ボイラ
25内のプレヒータ30で予熱された後、脱気器29を
経て、低圧用、中圧用、高圧用の3系統のラインLa、
Lb、Lcに分岐する。そして、低圧用、中圧用、高圧
用のラインLa、Lb、Lcは、それぞれ、給水ポンプ
31a、31b、31c、節炭器32a、32b、32
c、ドラム33a、33b、33c、蒸発器34a、3
4b、34c、過熱器35a、35b、35cを備えて
いる。
【0021】図3に示すように、本実施の形態では、低
圧用のラインLaの過熱器35aの後段側、つまり過熱
器35aと低圧タービン22との間に、圧力調整弁(加
圧部)50が設けられている。この圧力調整弁50は、
その開度を複数段階あるいは無段階に任意に調整するこ
とができる。圧力調整弁50の開度を小さくする(絞る)
と、上記第一の実施の形態で低圧用のドラム33aに中
圧用、高圧用のドラム33b、33cから抽気した場合
と同様、これによって低圧用のラインLa全体の圧力が
上昇することになる。すると、低圧用の蒸発器34a内
の復水の圧力が上がり、蒸発器34aでの吸熱量が減
る。そして、排熱回収ボイラ25内で、プレヒータ30
よりも上流側(前段側)に位置している低圧用の蒸発器3
4aでの吸熱量が減れば、蒸発器34aでの熱交換によ
る排ガスの温度低下を抑えることができる。これによ
り、排熱回収ボイラ25内で最も終端側に位置している
プレヒータ30の部分にて、排ガスの温度を上げること
ができる。
【0022】その結果、上記第一の実施の形態と同様、
プレヒータ30の部分で排ガスが酸露点を下回るのを防
ぎ、ガスタービン21を油焚きする場合にも、水分が結
露して排ガス中の硫黄分がプレヒータ30の表面に付着
して生じる硫酸腐食の発生を防止することが可能とな
る。つまりこれにより、コンバインドプラントのメンテ
ナンス頻度を低下させることができるのである。
【0023】なお、上記第一および第二の実施の形態で
示したコンバインドプラントの構成は、適宜他の構成に
変更することが可能である。例えば、排熱回収ボイラ2
5内における節炭器32a、32b、32c、蒸発器3
4a、34b、34c、過熱器35a、35b、35c
の配置や配管等は、適宜変更しても支障はない。また、
上記第一および第二の実施の形態では、特に油焚き時に
有効な効果を得ることができるが、もちろん、ガス焚き
時にも同様の調整を行うこともできる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンバインドプラントにおいて、排ガス温度を有効に制
御し、プレヒータの腐食を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態におけるコンバインドプラント
の構成を示す図である。
【図2】 第一の実施の形態における排熱回収ボイラ周
辺の機器構成を示す図である。
【図3】 第二の実施の形態における排熱回収ボイラ周
辺の機器構成を示す図である。
【図4】 従来のコンバインドプラントの構成を示す図
である。
【符号の説明】
20…発電機、21…ガスタービン、22…低圧タービ
ン(蒸気タービン)、23…中圧タービン(蒸気タービ
ン)、24…高圧タービン(蒸気タービン)、25…排熱
回収ボイラ(ボイラ)、26…復水器、30…プレヒータ
(熱交換器、終端側の熱交換器)、32a、32b、32
c…節炭器(熱交換器)、33a、33b、33c…ドラ
ム(気液分離ドラム)、34a、34b、34c…蒸発器
(熱交換器)、35a、35b、35c…過熱器(熱交換
器)、40…圧力供給ライン(加圧部)、41…制御弁、
50…圧力調整弁(加圧部)、La、Lb、Lc…ライン
(圧力系統)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蒸気を駆動源として発電機を駆動する蒸
    気タービンと、 前記蒸気タービンからの排気を凝縮し、復水を生成する
    復水器と、 燃料を燃焼させることによって前記発電機を駆動するガ
    スタービンと、 複数段の熱交換器を備え、当該複数段の熱交換器にて前
    記ガスタービンからの排ガスを熱源として用いることに
    よって復水を蒸発させて蒸気を生成し、前記蒸気タービ
    ンに供給するボイラと、 前記ボイラ内の終端側の前記熱交換器よりも前段側の他
    の前記熱交換器内の復水を加圧する加圧部と、を備える
    ことを特徴とするコンバインド発電プラント。
  2. 【請求項2】 前記復水器で生成された復水を予熱する
    プレヒータと、 復水中の溶存酸素を脱気する脱気器と、を備え、 前記プレヒータが、前記ボイラ内の終端側の前記熱交換
    器であることを特徴とする請求項1記載のコンバインド
    発電プラント。
  3. 【請求項3】 前記ボイラ内に、圧力の異なる複数系統
    の前記熱交換器が設けられ、 前記加圧部は、圧力の高い系統から圧力の低い系統に圧
    力を供給することにより、前記圧力の低い系統の前記熱
    交換器内の復水を加圧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プラント。
  4. 【請求項4】 前記圧力の異なる複数系統のそれぞれ
    に、生成された蒸気を復水から分離させる気液分離ドラ
    ムが設けられ、 前記加圧部は、圧力の高い系統の前記気液分離ドラムか
    ら圧力の低い系統の前記気液分離ドラムに抽気すること
    を特徴とする請求項3記載のコンバインド発電プラン
    ト。
  5. 【請求項5】 前記加圧部は、圧力の高い系統の前記気
    液分離ドラムから圧力の低い系統の前記気液分離ドラム
    に抽気することによって、前記他の熱交換器としての蒸
    発器内の復水を加圧することを特徴とする請求項4記載
    のコンバインド発電プラント。
  6. 【請求項6】 前記加圧部として、前記他の熱交換器を
    含む系統に圧力調整弁を設け、当該圧力調整弁の開度を
    調整することにより当該他の熱交換器内の復水を加圧す
    ることを特徴とする請求項1記載のコンバインド発電プ
    ラント。
  7. 【請求項7】 発電機を駆動するための蒸気タービンか
    らの排気を凝縮して復水を生成するステップと、 生成された復水を、ボイラ内にてガスタービンからの排
    熱を用いて複数段の熱交換器で加熱することによって蒸
    気を生成するステップと、 生成された蒸気を前記蒸気タービンに供給するステップ
    と、を有し、 前記蒸気を生成するステップでは、前記複数段の熱交換
    器のうち、前記ボイラ内の終端側の前記熱交換器よりも
    前段側の前記熱交換器にて、当該熱交換器における吸熱
    量を抑制させることを特徴とするコンバインド発電プラ
    ントの稼動方法。
  8. 【請求項8】 前記蒸気を生成するステップでは、前記
    複数段の熱交換器のうち、前記前段側の熱交換器にて、
    当該熱交換器内を加圧することにより、当該熱交換器に
    おける吸熱量を抑制させることを特徴とする請求項7記
    載のコンバインド発電プラントの稼動方法。
  9. 【請求項9】 前記蒸気を生成するステップでは、前記
    複数段の熱交換器のうち、前記前段側の前記熱交換器が
    複数段階の圧力系統を有し、高い圧力系統の前記熱交換
    器で生成された蒸気を低い圧力系統に圧力を供給し、当
    該低い圧力系統の前記熱交換器内を加圧することによっ
    て前記前段側の熱交換器における吸熱量を抑制すること
    を特徴とする請求項8記載のコンバインド発電プラント
    の稼動方法。
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