JP2015535904A

JP2015535904A - 給水部分流の脱ガス装置を有するガスタービン・蒸気タービン複合設備の運転方法

Info

Publication number: JP2015535904A
Application number: JP2015533522A
Authority: JP
Inventors: シュミット、エーリッヒ; シェットラー、ミヒァエル; シュティールシュトーファー、ヘルムート; ゼルナー、アンケ
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-12-17
Also published as: KR20150060936A; DE102012217514A1; US20150226090A1; CN104704205B; CN104704205A; WO2014048742A2; WO2014048742A3; EP2900944A2

Abstract

本発明はガスタービン・蒸気タービン複合設備（１）の運転方法に関する。付設された排熱回収ボイラー（６）において、付設されたガスタービンの膨張した作動媒体に含まれる熱が、少なくとも１つの低圧部（９）と１つの高圧部（７）とを有する付設された蒸気タービン（３）のための蒸気発生に使用され、前記低圧部（９）が、前記排熱回収ボイラー（６）において低圧ドラム（４８）を有する低圧段（１４）に割り当てられ、その際、水または蒸気に溶解しているガスが、実質的には低圧部（９）用の蒸気から、低圧ドラム（４８）で脱ガスされ、この脱ガスの調節のために、排熱回収ボイラー（６）内部で熱をシフトすることによって低圧ドラム（４８）での蒸気の生成を変化させ、ガスタービン・蒸気タービン複合設備（１）の中圧段（４２）または高圧段（２２）で、前記作動媒体から取り出す熱をより少なくすることにより、前記排熱回収ボイラー（６）内部で熱をシフトする。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービン・蒸気タービン複合設備の運転方法、特に給水の排ガス方法に関し、また、低圧蒸気ドラムの部分流における脱ガスに関する。

蒸気タービン発電所の水・蒸気回路において要求される水性化学的な特性を得るためには、水または蒸気に溶解された、復水できないガス、例えば、酸素または二酸化炭化をこの回路から除去する必要がある。

通常、酸素および不活性ガスはタービン復水器で脱ガスされるが、それはこの復水器がそのために設計され、脱ガスに適している限りにおいてである。水・蒸気回路には、アルカリ化のために（ｐＨ値＞７）、しばしば、アンモニアが添加される。これによってＣＯ₂が炭酸アンモニウムとして存在し、これは１３５℃以上の温度でしか脱ガスできない（化学結合の熱分解）。

蒸気タービン発電所には、しばしば、より高温での脱ガス機能を有する、いわゆる、給水容器も備えられている。ガスタービン・蒸気タービン複合設備では、しばしば、給水容器ではなく、分岐流脱ガス装置が備えられている。その代りに、大容量化された低圧蒸気ドラムが給水容器の機能を引き受け、このドラムに全ての供給水が搬送される（いわゆる、全流給水容器）。こうして、この低圧ドラムは給水脱ガス装置を有するが、この場合に、この脱ガス装置が低圧ドラムに載置されるという解決方法も知られている（いわゆる、統合型脱ガス装置）。

しかし、復水ポンプと給水ポンプが直列接続された回路も存在する（いわゆる、ブースター回路）。付加的なＣＯ₂脱ガスが必要な場合には、いわゆる、バイパス脱ガス装置または分岐流脱ガス装置が使用される。約５０％から最大で１００％の容量を有するこの脱ガス装置は通常は一時的に、例えば、始動時または故障時に、それも、所望の水性化学的な値が得られるまで運転されるだけである。その後はこの脱ガス装置は再び停止される。脱ガスされた供給水は脱ガス装置からポンプにより給水システムに帰還される。

上述した諸装置とこれに対応した方法では、余分な設備経費を要し、設備はより複雑になる。

そこで、本発明の課題は、脱ガス用経費が低く、そのシステムの運転が簡単な方法をさらに開発することにある。

この課題は本発明により以下の方法で解決される。すなわち、ガスタービン・蒸気タービン複合設備のこの種の運転方法において、付設された排熱回収ボイラーにおいて、付設されたガスタービンの膨張した作動媒体に含まれる熱が、少なくとも１つの低圧部と１つの高圧部とを有する付設された蒸気タービンのための蒸気生成に使用され、前記低圧部が、前記排熱回収ボイラーにおいて低圧ドラムを有する低圧段に割り当てられ、その際、水または蒸気中に溶解しているガスが、実質的には前記低圧部用の蒸気から、低圧ドラムで脱ガスされ、ガスタービン・蒸気タービン複合設備（１）の中圧段（４２）または高圧段（２２）で前記作動媒体から取り出される熱をより少なくすることにより、排熱回収ボイラー内部で熱をシフトし、これによって、この脱ガスの調節のために低圧ドラムでの蒸気の生成を変化させることにより解決される。

つまり、本発明は、低圧ドラムへの供給水流に脱ガス装置を設置するという考えに基づくが、この脱ガス装置は全供給水流用に設計されるのではなく、低圧蒸気流量、ないし、低圧供給水量のためだけに、すなわち、全供給水が搬送される大容量化された低圧ドラムの場合よりも実質的に少ない量に対して設計される。低圧蒸気発生器の蒸気生成を制御しつつ増大するために、ガスタービン・蒸気タービン複合設備の中圧段または高圧段で前記作動媒体から取り出される熱をより少なくすることによって、排熱回収ボイラー内部で熱をシフトさせ、これによって、より多くの熱を低圧段に伝達することができる。この結果、脱ガス運転において、この脱ガスシステムの容量を高めることができ、例えば、３圧力・中間過熱器形のシステムの場合には、２０％まで、または、２０％超の容量アップが可能である。

蒸気タービンの低圧部に必要な蒸気量のみを脱ガスすることが好適である。

ガスタービン・蒸気タービン複合設備で生成される蒸気量の３０％以下、好ましくは２０％以下が脱ガスされると有利である。通常、３圧力・中間過熱器形のシステムではこの量は、全復水量、ないし、生成された全蒸気量の約１０％である。

ガスタービン・蒸気タービン複合設備の中圧段または高圧段における取出し熱の減少は、好適には、中圧段または高圧段の給水予熱器バイパス配管を開路することにより行われる。

脱ガス運転のオンとオフは、低圧供給水の温度調節によって、すなわち、復水予熱器バイパス配管からの低温の復水を復水予熱器で予熱された復水と混合することによって行うのが好適である。

本方法を実施するのに必要なガスタービン・蒸気タービン複合設備は、ガスタービンと、このガスタービンの煙道ガス側に後置接続され、付設された蒸気タービン用に蒸気を生成するための排熱回収ボイラーと、蒸気タービンに後置接続された復水器と、第１復水分岐配管と、第２復水分岐配管と、脱ガス装置とを含み、前記排熱回収ボイラーは低圧ドラムを有する少なくとも１つの低圧段と１つの高圧段とを含み、前記復水器から１つの復水配管が分岐され、この復水配管は２つの並行接続された復水分岐配管と接続され、前記第１復水分岐配管は復水を前記低圧ドラムに供給するためのものであり、前記第２復水分岐配管は復水を給水ポンプに供給するためのものであり、この給水ポンプの高圧側は前記高圧段に接続されており、前記脱ガス装置は前記第１復水分岐配管の中に、または、前記第１復水分岐配管に接続されている。

ここで、この脱ガス装置の配置は統合型としてもよいし、すなわち、例えば、低圧ドラム上に載置して低圧ドラムと固定結合してもよいし、あるいは、分離された容器として低圧ドラムの横に構築してもよい。

この場合、脱ガス装置は低圧蒸気量に合わせて寸法が決められているので、冒頭に挙げた設備とは違って、この低圧ドラムは、低圧段にとって必要以上の大きな寸法とする必要はない。

第１および第２復水分岐配管は、排ガス回収ボイラーに設置された復水予熱器および復水予熱器バイパス配管を介して、復水配管と接続されている。

高圧段に付設されている給水予熱器には、１つの給水予熱器バイパス配管が付設されている。

中圧段に付設されている給水予熱器には、１つの給水予熱器バイパス配管が付設されている。

前記複数の給水予熱器バイパス配管には調整可能なバルブが接続されている。

本発明により、設備技術的な経費が本質的に少なくて済む解決として、低圧ドラム上に載置される、いわゆる、統合型脱ガス装置接続は採用されない。というのは、この場合、低圧ドラムには低圧蒸気生成のための低圧供給水のみ、すなわち、設備全体水量の一部の部分流しか供給されないからである。

この部分流の大きさを調節可能とし、また、脱ガス時間を変化可能とするために、低圧蒸気発生器の加熱を排熱回収ボイラー内部での熱シフトにより変化させる。

こうして、発電所出力の小さい始動運転時には、全供給水流の内の比較的多量の部分流を高温度で脱ガスすることができ（特にＣＯ₂）、この場合には、設備技術的な経費は相対的に小さく、運点の複雑さは限度内に保たれる。

本発明により、供給水全流脱ガス装置としての低圧ドラムと、この低圧ドラムから供給される中圧と高圧部への複数の給水ポンプとを備えた従来よく行われていた回路の公知の重大な欠陥が完全に取り除かれる。というのは、この従来回路では、低圧ドラム内で不純物が濃縮され、これが中圧段と高圧段の給水品質を自動的に劣化させていたからである。この場合、特に、温度調節のために高圧過熱器用、または中間過熱器用のインジェクションクーラーが運転され、これらにこの供給水が供給されると、悪い給水品質によって、高圧生蒸気または中間過熱蒸気は許容できないほど汚染された。

さらに本発明により、例えば、２台のガスタービンが１台の蒸気タービンに接続されている２＋１構成において、複数の給水ポンプの共用化が可能となり、それぞれ５０％のポンプ出力を有する３台のポンプにより冗長運転が保証される。その結果、それぞれの低圧ドラムごとに専用の１組の給水ポンプを必要とする、供給水全流脱ガス装置としての低圧ドラムを有する回路よりも設備投資コストが低くなる。

ガスタービン・蒸気タービン複合設備１の水・蒸気回路を模式的に示したものである。

図１はガスタービン・蒸気タービン複合設備１の蒸気タービン設備２のみを示す。ガスタービン設備は分かり易くするために省略されている。この蒸気タービン設備２は１台の蒸気タービン３を含み、この蒸気タービンは連結された１台の発電機４と、蒸気タービン３に後置接続された１台の復水器５、ならびに、ここには示されていないガスタービンの高温排ガスが貫流する１台の排熱回収ボイラー６を有する。蒸気タービン３は１つの高圧部７、１つの中圧部８および１つの低圧部９で構成されている。

排熱回収ボイラー６は、復水器５から復水が供給される復水予熱器１０を含み、この復水予熱器の流入側には復水配管１１を介して復水器５から復水が供給され、この復水配管１１には復水ポンプユニット１２が接続されている。この復水予熱器１０の流出側は、一方では、第１復水分岐配管１３を介して、蒸気タービン３の低圧部９に割り当てられた水・蒸気回路の低圧段１４に接続され、他方では、第２復水分岐配管１５を介して、給水ポンプ１６に接続されている。給水ポンプ１６は、バルブ１７で遮断可能な循環回路１８を介して復水配管１１と接続されている。

復水配管１１からの低温の復水は、低圧段１４と給水ポンプ１６とに供給される復水の温度調節のために、バルブ１９、２０で遮断可能な復水予熱器バイパス配管２１を介して、復水予熱器１０で予熱された復水と混合可能である。このバイパス配管２１は分岐されており、第１復水分岐配管１３にも、第２復水分岐配管１５にも通じている。

給水ポンプ１６は、復水予熱器１０から流出する予熱された復水を、蒸気タービン３の高圧部７に割り当てられた水・蒸気回路の高圧段２２に適合する圧力レベルに到達させる。この高圧状態の復水は、高圧給水予熱器２３を介して、供給水として高圧段２２に供給可能であり、高圧給水予熱器２３の出口側は給水配管２４を介して高圧ドラム２５に接続されている。

高圧給水予熱器２３を必要に応じてバイパスするために、給水ポンプ１６はさらに、バルブ２６で遮断可能なバイパス配管２７を介して、高圧ドラム２５と直接に接続されている。

高圧ドラム２５は、１つの水・蒸気循環路を形成すべく、排熱回収ボイラー６に設置されている高圧蒸気発生器２８と接続されている。生蒸気を排出するために、高圧ドラム２５は、排熱回収ボイラー６に設置されている高圧過熱器２９と接続されており、この高圧過熱器２９の出口側は蒸気タービン３の高圧部７の蒸気流入部３０と接続されている。

蒸気タービン３の高圧部７の蒸気流出部３１は、中間過熱器３２を介して、蒸気タービン３の中圧部８の蒸気流入部３３に接続されている。中圧部８の蒸気流出部３４は、オーバーフロー配管３５を介して、蒸気タービン３の低圧部９の蒸気流入部３６に接続されている。蒸気タービン３の低圧部９の蒸気流出部３７は、復水器５に接続されているので、こうして、１つの閉じた水・蒸気回路が形成される。

さらに、給水ポンプ１６から、復水が中圧となる箇所に、給水配管３８が分岐している。この給水配管３８は中圧給水予熱器３９と接続されており、この中圧給水予熱器３９の出口側は、給水配管４０を介して、中圧段４２の中圧ドラム４１に接続されている。

中圧給水予熱器３９を必要に応じてバイパスするために、給水ポンプ１６の中圧取出部はさらに、バルブ４３で遮断可能なバイパス配管４４を介して、中圧ドラム４１と直接に接続されている。

中圧ドラム４１は、１つの水・蒸気循環路を形成すべく、排熱回収ボイラー６に設置されている中圧蒸気発生器４５と接続されている。

中圧の生蒸気を排出するために、中圧ドラム４１は中圧過熱器４６に接続されており、この中圧過熱器４６の出口側は蒸気配管４７を介して、中間過熱器３２に、その結果、蒸気タービン３の中圧部８の蒸気流入部３３に接続されている。

排熱回収ボイラー６の低圧段１４は低圧ドラム４８を含み、この低圧ドラム４８は、１つの水・蒸気循環路を形成すべく、排熱回収ボイラー６に設置されている低圧蒸気発生器４９と接続されている。

低圧の生蒸気を排出するために、低圧ドラム４８は低圧過熱器５０と蒸気配管５１とを介してオーバーフロー配管３５に接続されている。

図に示された本発明の実施例では、脱ガス装置５２が、低圧ドラム４８へ向かう供給水流中に接続されている。この場合、この脱ガス装置５２の配置は、統合型とすることもできるし、すなわち、例えば、低圧ドラム４８上に載置して低圧ドラム４８と固定結合することもできるし、分離された容器として低圧ドラム４８の横に構築することもできる。

脱ガス運転中に脱ガス装置５２のより大きな容量を達成するために、排熱回収ボイラー６内部で熱をシフトすることにより、低圧蒸気発生器４９の蒸気生成を制御しつつ増加させる。このために、中圧段４２の給水予熱器バイパス配管４４、または、高圧段２２の給水予熱器バイパス配管２７を開路することができ、あるいは、これら両方の給水予熱器バイパス配管４４、２７を開路することもできる。中圧段４２または高圧段２２の領域での熱の取り出しをより少なくすることによって、より高温の煙道ガスが復水予熱器１０に到達することができ、これによって、復水をより強く加熱することができ、その結果、より多量の水ないし蒸気を脱ガスすることができる。

１ガスタービン・蒸気タービン複合設備
２蒸気タービン設備
３蒸気タービン
５復水器
６排熱回収ボイラー
７高圧部
８中圧部
９低圧部
１０復水予熱器
１１復水配管
１２復水ポンプユニット
１３第１復水分岐配管
１４低圧段
１５第２復水分岐配管
１６給水ポンプ
１７、１９、２０、２６、４３バルブ
１８循環配管
２１、２７、４４バイパス配管
２２高圧段
２３高圧給水予熱器
２５高圧ドラム
２８高圧蒸気発生器
２９高圧過熱器
３２中間過熱器
３５オーバーフロー配管
４１中圧ドラム
４２中圧段
４５中圧蒸気発生器
４６中圧過熱器
４８低圧ドラム
４９低圧蒸気発生器
５０低圧過熱器
５２脱ガス装置

Claims

ガスタービン・蒸気タービン複合設備（１）の運転方法であって、付設された排熱回収ボイラー（６）において、付設されたガスタービンの膨張した作動媒体に含まれる熱が、少なくとも１つの低圧部（９）と１つの高圧部（７）とを有する付設された蒸気タービン（３）のための蒸気発生に使用され、前記低圧部（９）が、前記排熱回収ボイラー（６）において低圧ドラム（４８）を有する低圧段（１４）に割り当てられ、その際、水または蒸気中に溶解しているガスが、実質的には前記低圧部（９）用の蒸気から、低圧ドラム（４８）で脱ガスされ、この脱ガスの調節のために、排熱回収ボイラー（６）内部で熱をシフトすることによって低圧ドラム（４８）での蒸気の生成を変化させる運転方法において、ガスタービン・蒸気タービン複合設備（１）の中圧段（４２）または高圧段（２２）で、前記作動媒体から取り出される熱をより少なくすることにより、前記排熱回収ボイラー（６）内部で熱をシフトすることを特徴とする運転方法。
前記蒸気タービン（３）の低圧部（９）用に必要な蒸気量のみが脱ガスされることを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
前記ガスタービン・蒸気タービン複合設備（１）で生成される蒸気量の３０％以下、好ましくは、２０％以下が脱ガスされることを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
前記中圧段（４２）または高圧段（２２）において、給水予熱器バイパス配管（４４、２７）を開路することにより、前記作動媒体から取り出される熱をより少なくすることを特徴とする先行する複数請求項のいずれか１つに記載の運転方法。
脱ガス運転が低圧供給水の温度調節によって行われることを特徴とする先行する複数請求項のいずれか１つに記載の運転方法。
前記温度調節のために、復水予熱器バイパス配管（２１）からの低温の復水が、復水予熱器（１０）で予熱された復水と混合されることを特徴とする請求項５に記載の運転方法。