JP2012184735A - 複合サイクルプラント - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複合サイクルプラントCCにおいて、排熱回収ボイラHRSGで加熱された加熱水HW1を熱源としてガスタービンGTの燃焼器CBに供給される燃料ガスG1を加熱する燃料ガス加熱装置FGHと、燃料ガス加熱装置を通過した加熱水HW2を排熱回収ボイラと復水器Cとを接続する復水ラインL3、L3´に返送させる加熱水戻りラインL2と、加熱水戻りラインに設けられ燃料ガス加熱装置を通過した加熱水をダンプさせるダンプ弁DMPと、ダンプ弁より上流側に設けられ燃料ガス加熱装置を通過した加熱水の温度を計測する温度計測手段Tと、この計測値に基づきダンプ弁を開閉制御する制御手段とを備える。
【選択図】図1
Description
この特許文献1に示される複合サイクルプラント(CC)では、ガスタービン(GT)の燃焼器(CB)に供給される燃料ガス(例えば、天然ガス等)を予め加熱する燃料ガス加熱装置(FGH)を備えている。
この燃料ガス加熱装置は、燃料ガス供給装置とガスタービンの燃焼器との間に設けられており、排熱回収ボイラ(HRSG)内に含まれる中圧エコノマイザ(IEC)の出口と接続された伝熱管を内部に有する。これにより、燃料ガス加熱装置を通過する燃料ガスは、中圧エコノマイザから流出し、伝熱管の内部を流通する加熱水(HW)(約240℃程度)から熱を奪って昇温することから、ガスタービンにおける熱効率が向上する。燃料ガス加熱装置を熱源として通過した加熱水は燃料ガスに熱を与えて降温し、減圧弁(PRV)によって減圧された状態で復水ラインや脱気器等に返送される。
また、該燃料ガス加熱装置を通過した加熱水を排熱回収ボイラに返送させる加熱水戻りライン(L2)の途中には、燃料ガス加熱装置の出口側における加熱水の温度を計測する温度計(T)が設けられており、該温度計の計測値に基づいて前記開閉弁を開閉制御するようにしている。なお、上記説明で示した括弧内の記号は特許文献1中の符号に対応している。
そして、燃料ガス加熱装置(FGH)を通過する燃料ガスの流量が減少した場合、燃料ガスが加熱水から奪う熱量も減少することになり、燃料ガス加熱装置を通過した加熱水(HW)は高温のまま復水ラインや脱気器等に返送されてしまう。この場合、加熱水戻りライン(L2)内部や戻りラインと復水ラインや脱気器等との合流部等において、高温の加熱水が飽和圧力まで急激に減圧されて沸騰し、気液二相状態となるフラッシュ現象が発生してしまい、このようなフラッシュ現象で生じた蒸気の気泡が潰れ、さらにその後の再結合による圧力変化により、配管やその他の機器を損傷させてしまう恐れもある。
しかしながら、このような加熱水の温度上昇により、加熱水供給ライン途中の開閉弁を「閉」とした場合には、燃料ガス加熱装置(FGH)での燃料加熱がなくなり、プラント全体での運転効率が低下する。
さらに、このように開閉弁を「閉」とした場合には、その後、燃料ガス加熱装置を通過する燃料ガスの流量が回復して、該開閉弁を「開」とした後の通常運転復帰へも多くの時間が必要となり、全体の運転効率が悪くなるという問題があった。
そして、上記のような複合サイクルプラント(CC)では、燃料ガス加熱装置(FGH)の起動時に、燃料ガス加熱装置(FGH)を急速暖気して燃料ガスの加熱を迅速に行うことができる。
また、燃料ガス加熱装置(FGH)が冷機状態から起動の際に、ダンプ弁(DMP)を用いて大量の温水を流すことで燃料ガス加熱装置(FGH)の急速暖気が可能となり、燃料ガス加熱を迅速に行うことが可能となる。
本発明の第1実施形態について図1を参照して説明する。
図1は、本発明に係る複合サイクルプラントCCの第1実施形態を示す系統図である。同図に示す複合サイクルプラントCCは、主として、ガスタービンGT、排熱回収ボイラHRSG及び蒸気タービンSTから構成される。ガスタービンGTは、圧縮機ACで昇圧させると共に燃焼器CBで燃焼させた作動流体をタービンATで膨張させて発電機EG1を駆動する。ガスタービンGTのタービンATから排出される排ガスは、複圧式の排熱回収ボイラHRSGに導入され、蒸気を発生するための熱源として利用される。排熱回収ボイラHRSGで発生した蒸気は、蒸気タービンSTに駆動源として供給される。
燃料ガス加熱装置FGHを構成する伝熱管の出口には、加熱水戻りラインL2の一端が接続されている。そして、前記加熱水供給ラインL1を通じて、排熱回収ボイラHRSGの中圧エコノマイザIECから加熱水HW1が供給され、また、前記加熱水戻りラインL2を通じて、燃料ガス加熱装置FGHで熱交換された後の加熱水HW2が供給される。
また、加熱水戻りラインL2は、分岐部DCを介して分岐した後、排熱回収ボイラHRSGと復水器Cとを結ぶ復水ラインL3(排熱回収ボイラHRSGの予熱器PHの入口へのラインも含む)と、復水器Cに直接至る復水ラインL3´とに接続されている。
また、加熱水戻りラインL2の途中には、加熱水HW2の温度を計測するための温度計T(後述する)、加熱水HW2を輸送するためのポンプP(後述する)が接続されている。
そして、燃料ガス加熱装置FGHを熱源として通過した加熱水HW2は燃料ガスに熱を与えて降温した後、分岐部DCで分岐した一方の加熱水戻りラインL2途中に配置された減圧弁PRVによって所定の圧力まで減圧された後、復水ラインL3に返送される。また、前記加熱水HW2は、分岐部DCで分岐した他方の加熱水戻りラインL2の途中に配置されたダンプ弁DMPで減圧された後、復水ラインL3´に返送される。
そして、これら減圧弁PRV、ダンプ弁DMP、開閉弁SV及び前述した減圧弁PRV、ポンプPは、加熱水HW1の流量を検出するための流量計F、及び加熱水HW2の温度を計測するための温度計Tでの計測値に基づき、制御装置10にて開閉動作が制御される。
(1)ガスタービンGTの燃焼器CBに対する燃料ガスの供給量が正常であり、温度計Tで計測される加熱水HW2の温度が正常範囲である場合には、開閉弁SVを「開」、ダンプ弁DMPを「閉」とし、さらに流量計F及び温度計Tでの計測値に基づき、減圧弁PRVの開度を最適値に設定する。また、このとき、流量計Fでの計測値に基づきポンプPによる加熱水HW2の吐出量を最適値に設定する。これにより燃料ガス加熱装置FGHを経由した加熱水HW2が、フラッシュを発生することなく減圧弁PRVにて減圧された後、復水ラインL3に供給される。
なお、ここでフラッシュが発生する状態であるか否かは、温度計Tでの計測値とともに、図示しない圧力センサからの計測値も加入することで計算した加熱水HW2の飽和温度に基づき判定しても良い。また、この(2)での制御は、ガスタービンGTの燃焼器CBに対する燃料ガスの供給量が減少する異常時とともに、ガスタービンGTの負荷が上らない装置起動時にも
複合サイクルプラントCCが稼働を開始すると、ガスタービンGTによって発電機EG1が駆動され、蒸気タービンSTによって発電機EG2が駆動される。この際、バイパス弁BVは、燃料ガス加熱装置FGH側に切り換えられており、燃料ガスは、燃料ガス加熱装置FGHを経由して燃焼器CBに供給される。そして、燃料ガス加熱装置FGHには、加熱水供給ラインL1を介して排熱回収ボイラHRSGの中圧エコノマイザIECで加熱された加熱水(例えば、約240℃)が供給される。燃料ガスは、燃料ガス加熱装置FGHを通過する際に加熱水から熱を奪って昇温する一方、燃料ガス加熱装置FGHを通過した加熱水は燃料ガスに熱を与えて降温した後、減圧弁PRVによって所定の圧力まで減圧され、加熱水戻りラインL2を介して復水ラインL3に返送される。この間、加熱水HW1の流量を検出する流量計F、及び加熱水HW2の温度を計測する温度計Tは、燃料ガス加熱装置出口における加熱水の温度を計測し、計測値を示す信号を制御装置10に対して送出する。
ここで、制御装置10は、温度計Tで計測される加熱水HW2の温度が正常範囲を越えた場合には、該温度計Tでの計測値に基づき、フラッシュが発生する状態であるか否かを判定する。そして、ここでフラッシュ発生の危険性があると判定した場合には、減圧弁PRVを「閉」とし、かつダンプ弁DMPを「開」として(このとき開閉弁SVも「開」)、燃料ガス加熱装置FGHを経由した加熱水HW2をダンプ弁DMP側に導くことで、フラッシュ現象の発生を回避する。
第2実施形態で示される複合サイクルプラントCCが第1実施形態と異なる点は、ダンプ弁DMPからの復水ラインL3´が直接、復水器Cに至らず、別途設けた脱気器DEAを経て排熱回収ボイラHRSG内の低圧エコノマイザLEC、中圧エコノマイザIEC、高圧エコノマイザHEC、に至るようにした配管経路にある。
この脱気器DEAには、ダンプ弁DMPからの復水ラインL3´とともに、本来の復水ラインL3上にある予熱器PH及び低圧過熱器LSHからのライン(符号L‐PH、L‐LSHで示す)が接続されており、該脱気器DEAにおいて、各ラインから供給された加熱水中の気相成分が脱気される。そして、脱気後の加熱水は、ラインL‐DEAを経て、排熱回収ボイラHRSG内の低圧エコノマイザLEC、中圧エコノマイザIEC、高圧エコノマイザHECに供給される。
C 復水器
CB 燃焼器
DEA 脱気器
DMP ダンプ弁
G1 燃焼ガス
GT ガスタービン
HRSG 排熱回収ボイラ
HW1 加熱水
HW2 加熱水
T 温度計(温度計測手段)
FGH 燃料ガス加熱装置
L1 加熱水供給ライン
L2 加熱水戻りライン
L3 復水ライン
L3´ 復水ライン
PRV 減圧弁
SV 開閉弁
ST 蒸気タービン
DC 分岐部
10 制御装置(制御手段)
Claims (6)
- ガスタービン(GT)の排熱を利用して排熱回収ボイラ(HRSG)で蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービン(ST)の駆動源として利用するとともに、該蒸気タービン(ST)で膨張した蒸気を復水器(C)で復水させる複合サイクルプラント(CC)において、
前記排熱回収ボイラ(HRSG)で加熱された加熱水(HW1)を熱源として、前記ガスタービン(GT)の燃焼器(CB)に供給される燃料ガス(G1)を加熱する燃料ガス加熱装置(FGH)と、
熱源としての前記燃料ガス加熱装置(FGH)を通過した加熱水(HW2)を前記排熱回収ボイラ(HRSG)と前記復水器(C)とを接続する復水ライン(L3、L3´)に返送させる加熱水戻りライン(L2)と、
該加熱水戻りライン(L2)に設けられており、前記燃料ガス加熱装置(FGH)を通過した加熱水(HW2)をダンプさせるためのダンプ弁(DMP)と、
前記加熱水戻りライン(L2)の該ダンプ弁(DMP)より上流側に設けられて、前記燃料ガス加熱装置(FGH)を通過した加熱水(HW2)の温度を計測する温度計測手段(T)と、
該温度計測手段(T)での計測値に基づき、前記ダンプ弁(DMP)を開閉制御する制御手段(10)と、を備えることを特徴とする複合サイクルプラント。 - 前記制御手段(10)は、温度計測手段(T)で計測される温度に基づき、フラッシュが発生する状態を事前検知した場合、及び運転状態として燃料供給量が急変する運転状態移行することを事前検知した場合に前記ダンプ弁(DMP)を「閉」から「開」に開動作させることを特徴とすることを特徴とする請求項1に記載の複合サイクルプラント。
- 前記ダンプ弁(DMP)の下流側には復水器(C)が配置されていることを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項に記載の複合サイクルプラント。
- 前記ダンプ弁(DMP)の下流側には脱気器(DEA)が配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合サイクルプラント。
- 前記加熱水戻りライン(L2)には、分岐部(DC)を介して、前記ダンプ弁(DMP)と減圧弁(PRV)とが並列に配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の複合サイクルプラント。
- 前記制御手段(10)は、前記燃料ガス過熱装置(FGH)の起動時に、前記ダンプ弁(DMP)を開動作させて温水を流すことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の複合サイクルプラント。
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