JP2019090352A

JP2019090352A - 産業設備

Info

Publication number: JP2019090352A
Application number: JP2017218489A
Authority: JP
Inventors: 長谷川　武治; Takeji Hasegawa; 武治長谷川
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2037-11-13
Also published as: JP6981727B2

Abstract

【課題】大掛かりな設備を用いることなく、ＬＮＧの冷熱の一部もしくは全部を有効に利用して冷却水の温度制御を的確に行う。【解決手段】燃焼器５で得られた燃焼ガスを膨張して発電動力を得る膨張タービン４と、蒸気を膨張して発電動力を得る蒸気タービン８とを備えた複合発電設備１において、復水器１１に送られる海水をＬＮＧ熱交換器１４に送り、ＬＮＧの冷熱の一部もしくは全部により海水を冷却し、復水器１１に冷却機能を持たせる等の大掛かりな設備を用いることなく、ＬＮＧの冷熱の一部もしくは全部を有効に利用して、復水器１１の海水の温度制御（温度上昇の抑制）を的確に行う。【選択図】図１

Description

本発明は、発電設備や化学プラント等の産業設備に関する。

産業設備の一つとして、例えば、ＬＮＧを燃料として燃焼器やボイラで燃焼させて燃焼ガスや蒸気を得て、燃焼ガスや蒸気をタービンで膨張させて発電動力を得る発電設備が知られている。発電設備では、機器の温度制御や蒸気の凝縮等に大量の海水を冷却水として使用している。また、産業設備として化学プラント等では、機器の温度制御に大量の海水を冷却水として使用している（例えば、特許文献１）。

海水は自然環境により温度や取水量が変化することが考えられるため、季節や設備の負荷に応じて冷却（凝縮）が十分に行えない虞が生じることを考慮する必要があった。特許文献１では、復水器の冷却水である海水の温度が高い場合、ＬＮＧを復水器内の排気に直接接触させることで温度を低下させ、海水の温度が高くなった場合に復水器内の冷却水（海水）の温度を低下させている。このため、海水の温度や取水量が変化しても、復水器での冷却（凝縮）を適切に実施することができる。

しかし、復水器の内部にＬＮＧを供給するラインやノズル等の機器を備える必要があり、適用できる設備に制約を受けるのが実情であった。また、発電設備では、軸受け等の機器の冷却を行う冷却水の冷却媒体としても海水を使用しているが、ＬＮＧの冷熱を復水器の海水の温度制御に使用している特許文献１の技術では、他の機器の冷却を行う熱交換器の冷媒に対しては、ＬＮＧの冷熱を利用することができない。

特開平１１−１８２２１２号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、大掛かりな設備を用いることなく、ＬＮＧの冷熱（気化冷熱）の一部もしくは全部を有効に利用して冷却水の温度制御が的確に行える産業設備を提供することを目的とする。

特に、ＬＮＧを燃料として用い、燃焼ガスや蒸気を得て発電動力を得る発電設備を産業設備として適用することで、ＬＮＧの冷熱の一部もしくは全部を有効に利用して冷却水の温度制御が的確に行える発電設備を提供することができる。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の産業設備は、ＬＮＧを燃料として用いる機器と、冷却水により被冷却媒体を冷却する冷却水熱交換機器と、前記冷却水熱交換機器に送られる前記冷却水の少なくとも一部を前記ＬＮＧで冷却するＬＮＧ熱交換器とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、冷却水熱交換機器に送られる冷却水がＬＮＧ熱交換器に送られ、ＬＮＧの冷熱の一部もしくは全部により冷却水が冷やされる。このため、環境の変化により冷却水の温度が高くなっても、大掛かりな設備を用いることなく、ＬＮＧの冷熱の一部もしくは全部を有効に利用して冷却水の温度制御を的確に行うことが可能になる。

そして、請求項２に係る本発明の産業設備は、請求項１に記載の産業設備において、前記機器はＬＮＧを燃料として燃焼ガスを得る燃焼器であり、前記燃焼器で得られた燃焼ガスを膨張して発電動力を得る膨張タービンと、前記膨張タービンの排気ガスの排熱により蒸気を得る排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで得られた蒸気を膨張して発電動力を得る蒸気タービンとを備えたことを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、燃焼器で得られた燃焼ガスを膨張して発電動力を得る膨張タービンと、蒸気を膨張して発電動力を得る蒸気タービンとを備えた複合発電設備の冷却水の温度制御を的確に行うことができる。

また、請求項３に係る本発明の産業設備は、請求項２に記載の産業設備において、前記冷却水は海水であり、前記冷却水熱交換機器は、海水により前記蒸気タービンの排気蒸気を凝縮して前記排熱回収ボイラに供給される給水を得る復水器であり、前記ＬＮＧ熱交換器で冷却される前記海水が少なくとも前記復水器に送られることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、ＬＮＧ熱交換器で冷却された海水が復水器に送られることで、複合発電設備の復水器の凝縮用（蒸気の冷却用）の海水の温度制御を的確に行うことができる。

また、請求項４に係る本発明の産業設備は、請求項３に記載の産業設備において、前記復水器の状態を導出する状態導出手段と、前記状態導出手段により検出された前記復水器の状態に応じて前記ＬＮＧ熱交換器に送る前記海水の量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、状態導出手段により検出された復水器の状態に応じてＬＮＧ熱交換器に送られる海水の量が制御されるので、復水器の状態によりＬＮＧ熱交換器で冷却される海水の量を制御して海水の温度を調整することができる。

また、請求項５に係る本発明の産業設備は、請求項４に記載の産業設備において、前記状態導出手段は、少なくとも、前記復水器を流れる前記海水の流量、前記復水器を流れる前記海水の温度、前記復水器の真空度合いのいずれか一つを含むことを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、復水器を流れる海水の流量、復水器を流れる海水の温度、復水器の真空度合いのいずれか一つの状態に応じて、ＬＮＧ熱交換器に送られる海水の量を制御することができる。

例えば、復水器を流れる海水の流量の増加に応じてＬＮＧ熱交換器に送られる海水の量を増加させたり、復水器を流れる海水の温度の上昇に応じてＬＮＧ熱交換器に送られる海水の量を増加させたり、復水器の真空度合いの低下に応じてＬＮＧ熱交換器に送られる海水の量を増加させたりして、ＬＮＧ熱交換器に送られる海水の量を制御して温度を調整する（低下させる）ことができる。

また、請求項６に係る本発明に係る産業設備は、請求項２に記載の産業設備において、前記冷却水は海水であり、前記冷却水熱交換機器は、前記膨張タービン、前記蒸気タービンの少なくともいずれか一方の軸受冷却水を冷却する軸受冷却器であり、前記ＬＮＧ熱交換器で冷却される前記海水が少なくとも前記軸受冷却器に送られることを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、ＬＮＧ熱交換器で冷却された海水が軸受冷却器に送られることで、複合発電設備の膨張タービン、もしくは、蒸気タービンの少なくともいずれか一方の軸受冷却水を冷却するための海水の温度制御を的確に行うことができる。

本発明の産業設備は、大掛かりな設備を用いることなく、ＬＮＧの冷熱の一部もしくは全部を有効に利用して冷却水の温度制御を的確に行うことが可能になる。

本発明の第１実施例に係る産業設備である発電設備の概略系統図である。本発明の第２実施例に係る産業設備である発電設備の概略系統図である。本発明の第３実施例に係る産業設備である発電設備の概略系統図である。本発明の第４実施例に係る産業設備である発電設備の概略系統図である。本発明の第５実施例に係る産業設備である発電設備の概略系統図である。

図１から図５に基づいて本発明の産業設備を説明する。図に示した実施例は、産業設備として、膨張タービンと蒸気タービンの駆動により発電動力を得る複合発電設備を適用した例を示してあり、海水により排気蒸気を冷却（凝縮）したり、海水により軸受冷却水を冷却したりする設備を示してある。産業設備としては、化学品製造プラント等他の設備を適用することが可能で、機器の温度制御に海水（冷却水）を用いる設備に適用することができる。

図１に基づいて第１実施例を説明する。図１には本発明の第１実施例に係る発電設備の概略系統を示してある。

図に示すように、複合発電設備１のガスタービン２は、圧縮機３、及び、膨張タービン４を備え、圧縮機３で圧縮された圧縮空気が燃焼器５に送られる。燃焼器５には燃料（後述する天然ガス：ＮＧ）が供給されて燃焼ガスが得られる（ＬＮＧを燃料として用いる機器）。膨張タービン４では燃焼器５からの燃焼ガスが膨張されて動力が回収され、発電機６が駆動される（発電動力が得られる）。

膨張タービン４で仕事を終えた排気ガスの熱回収を行う排熱回収ボイラ７が備えられ、排熱回収ボイラ７で発生した蒸気は蒸気タービン８に送られて動力が回収され、発電機９が駆動される（発電動力が得られる）。排熱回収ボイラ７で熱回収された排気ガスは排煙処理が施されて大気に放出される。蒸気タービン８で仕事を終えた排気蒸気は復水器１１（冷却水熱交換器）で復水されて排熱回収ボイラ７に循環される。

復水器１１には海水流入路１２から海水（冷却水）が供給され、蒸気タービン８で仕事を終えた排気蒸気が海水で冷却されて凝縮され、凝縮された復水が図示しない給水ポンプにより排熱回収ボイラ７に給水される。海水流入路１２をバイパスするバイパス路１３が備えられ、バイパス路１３にはＬＮＧ熱交換器１４が備えられている。

ＬＮＧ熱交換器１４には燃料路１８を介してＬＮＧタンク１６からのＬＮＧが送られ、冷却媒体として海水との間で熱交換される。ＬＮＧ熱交換器１４で熱交換されたＬＮＧは燃料（ＮＧ）として燃焼器５に供給される。バイパス路１３に送られた海水はＬＮＧ熱交換器１４で冷却され、復水器１１に送られる。バイパス路１３を流通しない海水は、軸受冷却用の冷却器に送られる。

上述したように、燃焼器５で得られた燃焼ガスを膨張して発電動力を得る膨張タービン４と、蒸気を膨張して発電動力を得る蒸気タービン８とを備えた複合発電設備１において、復水器１１に送られる海水がＬＮＧ熱交換器１４に送られ、ＬＮＧの冷熱の一部もしくは全部により海水が冷却される。

このため、環境の変化により海水の温度が高くなっても、復水器１１に冷却機能を持たせる等の大掛かりな設備を用いることなく、ＬＮＧの冷熱の一部もしくは全部を有効に利用して、復水器１１の凝縮用（蒸気の冷却用）の海水の温度制御（温度上昇の抑制）を的確に行うことが可能になる。

図２に基づいて第２実施例を説明する。

図２には本発明の第２実施例に係る発電設備の概略系統を示してある。第２実施例は、復水器１１の状態に応じて海水の量を制御する実施例であり、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、複合発電設備１Ｂには、復水器１１の状態を導出する状態導出手段として、復水器１１に送られる（復水器１１を流れる）海水の流量を検出する流量検出手段２１、及び、復水器１１に送られる（復水器１１を流れる）海水の温度を検出する温度検出手段２２が備えられている。そして、復水器１１の真空度合いを検出する真空度合い検出手段２３が復水器１１に備えられている。また、燃焼器５に送られる燃料ガスの温度・流量が燃料ガス状態検出手段２４で検出される。

海水流入路１２のバイパス路１３の並列部位には流量調整弁２５が設けられ、流量調整弁２５の開閉により、バイパス路１３への海水の流通量、即ち、ＬＮＧ熱交換器１４に送られる海水の量（冷却度合い）が調整される。流量検出手段２１、温度検出手段２２、真空度合い検出手段２３、燃料ガス状態検出手段２４の検出情報が、制御手段２６に入力され、流量調整弁２５は制御手段２６の指令により開閉制御される。

つまり、復水器１１の状態に応じてＬＮＧ熱交換器１４に送られる海水の量が制御され、復水器１１の状態によりＬＮＧ熱交換器１４で冷却される海水の量を制御して海水の温度を調整することができる。具体的には、復水器１１を流れる海水の流量、復水器１１を流れる海水の温度、復水器１１の真空度合いの状態に応じて、ＬＮＧ熱交換器１４に送られる海水の量が制御される。

流量検出手段２１の検出状況に基づき、復水器１１を流れる海水の流量の増加に応じてＬＮＧ熱交換器１４に送られる海水の量を増加させることができる。また、温度検出手段２２の検出状況に基づき、復水器１１を流れる海水の温度の上昇に応じてＬＮＧ熱交換器１４に送られる海水の量を増加させることができる。更に、真空度合い検出手段２３の検出状況に基づき、復水器１１の真空度合いの低下に応じてＬＮＧ熱交換器１４に送られる海水の量を増加させることができる。

この場合、燃料ガスの温度・流量が燃料ガス状態検出手段２４で検出され、ＬＮＧの状態（気化の状態等）により、ＬＮＧ熱交換器１４に送られる海水の量が調整される。

これらにより、復水器１１の状況によりＬＮＧ熱交換器１４に送られる海水の量が制御され、海水の温度を調整する（低下させる）ことができる。尚、復水器１１の状態は、流量検出手段２１、温度検出手段２２、真空度合い検出手段２３の少なくとも一つに基づいて検出（導出）することができる。

尚、図３示す第３実施例のように、海水流入路１２にＬＮＧ熱交換器１４を直接設け、海水を復水器１１だけに供給する複合発電設備１Ｃとすることも可能である。

図４に基づいて第４実施例を説明する。

図４には本発明の第４実施例に係る発電設備の概略系統を示してある。第４実施例は、軸受冷却水を冷却する軸受冷却器を備えた実施例であり、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、複合発電設備１Ｄは、膨張タービン４には軸受の冷却水（軸受冷却水）が循環する軸受冷却経路３１が備えられ、軸受冷却経路３１には軸受冷却水を冷却する軸受冷却器３２（冷却水熱交換器）が設けられている。また、蒸気タービン８には軸受の冷却水（軸受冷却水）が循環する軸受冷却経路３３が備えられ、軸受冷却経路３３には軸受冷却水を冷却する軸受冷却器３４（冷却水熱交換器）が設けられている。

海水流入路１２には冷却路３６が分岐して設けられ、冷却路３６は軸受冷却器３２、３４につながっている。軸受冷却器３２、３４には冷却路３６から海水が送られ、軸受冷却水が海水により冷却される。冷却路３６にはＬＮＧ熱交換器１４が設けられ、冷却路３６の海水がＬＮＧ熱交換器１４で冷却される。

ＬＮＧ熱交換器１４の上流側の冷却路３６には流量調整弁３７が設けられ、流量調整弁３７は制御手段３８の指令により開閉制御される。また、軸受冷却器３２、３４への海水の分配が制御手段３８の指令により開閉制御される。制御手段３８には軸受けの温度の状況等の情報が入力され、流量調整弁３７の開閉制御、軸受冷却器３２、３４への海水の分配制御が軸受けの温度の状況等に基づいて制御される。

尚、本願発明は、軸受冷却器３２、３４の、少なくともいずれか一方が備えられる複合発電設備に適用することができる。また、冷却水熱交換機器として、他の機器の冷却用の冷却器を適用することも可能である。

複合発電設備１Ｄは、ＬＮＧ熱交換器１４で冷却された海水が軸受冷却器３２、３４に送られることで、複合発電設備１Ｄの膨張タービン４、もしくは、蒸気タービン８の少なくともいずれか一方の軸受冷却水を冷却するための海水の温度制御を的確に行うことができる。

尚、図５に示す第５実施例のように、海水流入路１２と冷却路３６を個別に設け、独立した（分岐されていない）冷却路３６にＬＮＧ熱交換器１４を設けた複合発電設備１Ｅとすることも可能である。

上述した複合発電設備１は、復水器１１に冷却機器等を備える等、大掛かりな設備を用いることなく、ＬＮＧの冷熱の一部もしくは全部を有効に利用して排気蒸気を凝縮させるための（冷却用の）海水の温度制御を的確に行うことが可能になる。

本発明は、発電設備や化学品製造プラント等の産業設備の産業分野で利用することができる。

１複合発電設備
２ガスタービン
３圧縮機
４膨張タービン
５燃焼器
６、９発電機
７排熱回収ボイラ
８蒸気タービン
１１復水器
１２海水流入路
１３バイパス路
１４ＬＮＧ熱交換器
１６ＬＮＧタンク
１８燃料路
２１流量検出手段
２２温度検出手段
２３真空度合い検出手段
２４燃料ガス温度・流量検出手段
２５、３７流量調整弁
２６、３８制御手段
３１、３３軸受冷却経路
３２、３４軸受冷却器
３６冷却路

Claims

ＬＮＧを燃料として用いる機器と、
冷却水により被冷却媒体を冷却する冷却水熱交換機器と、
前記冷却水熱交換機器に送られる前記冷却水の少なくとも一部を前記ＬＮＧで冷却するＬＮＧ熱交換器とを備えた
ことを特徴とする産業設備。
請求項１に記載の産業設備において、
前記機器はＬＮＧを燃料として燃焼ガスを得る燃焼器であり、
前記燃焼器で得られた燃焼ガスを膨張して発電動力を得る膨張タービンと、
前記膨張タービンの排気ガスの排熱により蒸気を得る排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで得られた蒸気を膨張して発電動力を得る蒸気タービンとを備えた
ことを特徴とする産業設備。
請求項２に記載の産業設備において、
前記冷却水は海水であり、
前記冷却水熱交換機器は、海水により前記蒸気タービンの排気蒸気を凝縮して前記排熱回収ボイラに供給される給水を得る復水器であり、
前記ＬＮＧ熱交換器で冷却される前記海水が少なくとも前記復水器に送られる
ことを特徴とする産業設備。
請求項３に記載の産業設備において、
前記復水器の状態を導出する状態導出手段と、
前記状態導出手段により検出された前記復水器の状態に応じて前記ＬＮＧ熱交換器に送る前記海水の量を制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とする産業設備。
請求項４に記載の産業設備において、
前記状態導出手段は、
少なくとも、前記復水器を流れる前記海水の流量、前記復水器を流れる前記海水の温度、前記復水器の真空度合いのいずれか一つを含む
ことを特徴とする産業設備。
請求項２に記載の産業設備において、
前記冷却水は海水であり、
前記冷却水熱交換機器は、前記膨張タービン、前記蒸気タービンの少なくともいずれか一方の軸受冷却水を冷却する軸受冷却器であり、
前記ＬＮＧ熱交換器で冷却される前記海水が少なくとも前記軸受冷却器に送られる
ことを特徴とする産業設備。