JP2020046138A

JP2020046138A - コンバインドサイクル発電設備とコンバインドサイクル発電設備の運転方法

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Publication number: JP2020046138A
Application number: JP2018176371A
Authority: JP
Inventors: 藤岡　徹; Toru Fujioka; 徹藤岡; 秀顕島田; Hideaki Shimada; 啓一中村; Keiichi Nakamura
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-03-26

Abstract

【課題】排熱回収ボイラの経年的な伝熱管内外へのスケール付着による出口排ガス温度上昇分については、その熱エネルギーを、排熱回収ボイラの外で、給水に回収できる機能を有したコンバインドサイクル発電設備を提供する。【解決手段】コンバインドサイクル発電設備において、復水ポンプ下流側から接続される排熱回収ボイラの下流に位置する煙道または煙突に、管群を設置し、排熱回収ボイラで回収しきれなかった熱を、排熱回収ボイラの下流に位置する煙道または煙突に位置する管群により給水と熱交換し、この給水を再び給水系統に戻すことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、コンバインドサイクル発電設備、およびその運転方法に関する。

一般に、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせて発電するコンバインドサイクル発電
設備においては、ガスタービンにより発電を行うとともに、ガスタービン下流に設置され
た排熱回収ボイラによりガスタービンの排ガスの熱を回収し、排熱回収ボイラにて発生し
た蒸気で蒸気タービンを駆動して発電を行う。このようなコンバインドサイクル発電設備
の給水系統構成を図面より説明する。

図５は従来のコンバインドサイクル発電設備の系統図である。ガスタービン１からの排ガ
スが導入される排ガス流路に排熱回収ボイラ２が設けられ、内部には伝熱管群が設置され
ている。排熱回収ボイラ２で熱回収された後の排ガスは煙道６、煙突７を通り大気に排出
される。

排熱回収ボイラ２内には節炭器３が設置され、復水ポンプ９より導入された給水が排ガス
と熱交換することで蒸気を発生させる。ガスタービン１出口の排ガスは６００℃を超える
温度で排熱回収ボイラ２内に入り、出口では１００℃以下まで下がる。

一般的には、節炭器３に再循環ライン５を設置して、再循環ポンプ５aにより節炭器３出
口部での温水を節炭器３入口部の給水に戻して給水を加熱することで、節炭器入口部にお
ける給水温度を排ガスの露点以上に上げて、結露を防止している。

コンバインドサイクル発電設備ではガスタービン１が最初に着火して、排熱回収ボイラ２
に排ガスが導入されてから運転時間が経過すると、排熱回収ボイラ２の伝熱管内外の腐食
・スケール付着等により熱伝達が阻害され、蒸発量が低下する問題があり、その結果出口
排ガス温度が上昇する現象が発生する傾向にある。10年程度の長時間運転では排ガス温度
上昇は＋10℃〜20℃に達し、これによって、蒸気タービンの発電出力が低下する等の弊害
となっている。

これに対して、従来技術では排熱回収ボイラ２の伝熱管外表面については気吹き等の物理
的な方法もしくは薬液による洗浄で可能な限りスケールを除去・清掃を行い、伝熱管内面
は薬液による化学洗浄等を行い、性能の回復を試みていた。伝熱管内外表面のスケール付
着については外表面のスケールの影響が支配的であるが、排熱回収ボイラ２は大型であり
、伝熱管のフィンが密集しているためスケールの除去・清掃が極めて困難であり、有効な
手段とは言えなかった。

また、特許文献１では停缶時に給水を加熱することで腐食を防止することを特徴としてい
るが、排ガス内には酸素が存在するため、完全に酸化を防ぐことはできないという問題が
あった。

また、排熱回収ボイラ２の内部はスペースおよび作業性の観点から出力増加のための節炭
器の増設は困難である。

図６の従来の設備は、煙道がなく、煙突７に直接排ガスが排出されるタイプであるが、上
記と同様な課題がある。

特開２０１２−１１７７０３号公報

排熱回収ボイラの経年的な伝熱管内外へのスケール付着による出口排ガス温度上昇につい
て、気吹き等の物理的な方法もしくは薬液洗浄、特許文献１での停缶中の腐食防止方法が
提案されているが、排ガス中の酸素の影響により酸化が起こり、問題の解決には至ってい
ない。

本発明は、上述した課題を解決するために、一般的な排熱回収ボイラおよびコンバインド
サイクル発電設備の構成を可能な限り維持しつつ、排熱回収ボイラの経年的な伝熱管内外
へのスケール付着による出口排ガス温度上昇分については、その熱エネルギーを、排熱回
収ボイラの外で、給水に回収できる機能を有したコンバインドサイクル発電設備、および
その運転方法を提供する。

コンバインドサイクル発電設備において、復水ポンプ下流側から接続される排熱回収ボイ
ラの下流に位置する煙道または煙突に、耐食性の管群を設置し、排熱回収ボイラで回収し
きれなかった熱を、排熱回収ボイラの下流に位置する煙道または煙突に位置する管群によ
り給水と熱交換し、この給水を再び給水系統に戻すことを特徴とする。

実施形態１のコンバインドサイクル発電設備を模式的に示す図実施形態１の変形例を示す図実施形態２のコンバインドサイクル発電設備を模式的に示す図実施形態２のコンバインドサイクル発電設備の制御方法を示す図従来のコンバインドサイクル発電設備を模式的に示す図別の従来のコンバインドサイクル発電設備を模式的に示す図

本発明のコンバインドサイクル発電設備に関わる実施形態について図面を用いて説明する
。

（第１実施形態）
（構成）
図１は、第１実施形態におけるコンバインドサイクル発電設備を模式的に示す図である。
図１に示す給水系統の構成のうち、図５に示す構成と同一部分についてはその説明を省略
する。

図１では、排熱回収ボイラ２の出口に煙道６とこれに接続する煙道７とが設けられている
タイプのコンバインドサイクル発電設備であり、復水器９からの給水ライン８は、節炭器
３の入口へのラインと、給水ライン８上の分岐箇所８ｂから、弁１０ｂを経由して、煙道
６へ向かう分岐ライン１０とを有している。

そして、煙道６の中に管群１０ａが設置され、分岐ライン１０が接続されている。分岐ラ
イン１０を通じて煙道６の中の管群１０ａに導入された給水は、煙道６に出た排ガスの熱
エネルギーと熱交換し加温される。加温された給水は、給水ライン８のうち、分岐箇所８
ｂの下流で節炭器３の上流側に合流し、節炭器３に導入される。

管群１０ａの材料を、耐食性の材料することで、排ガス中のスケールの影響を受け難くす
る。

給水は復水ポンプ８aから分岐ライン１０を通り、管群１０aにより煙道６内の排ガスと熱
交換し、給水温度が上昇した状態（32℃から50℃程度）で節炭器入口に導入される。

（効果）
出口排ガス温度の熱エネルギーを管群１０aにて回収することで、節炭器３への給水を加
熱し、蒸気タービンの出力を増加させることができる。言い換えれば、排熱回収ボイラ２
の伝熱管内外の腐食・スケール付着等により、回収しきれなかった排ガスの熱を、煙道６
の中の管群１０ａで給水に取りこみ、これを給水ライン８に供給することができる。これ
により、排熱回収ボイラ２の伝熱管内外の腐食防止の対応や、スケール除去作業をするこ
となく、給水を加熱でき蒸気タービンの出力を増加させられる。

また、管群１０aは煙道６に設置するため、排熱回収ボイラ２には手を加えず、既設発電
設備においても管群つきの煙道の増設だけで、上記した効果が見込める。

なお、分岐ラインには弁１０ｂが設けられ、給水温度が所定温度であれば、弁１０ｂを閉
じて分岐ライン１０からの合流を中断することもできる。

（変形例）
なお、上記の実施形態では管群１０aは煙道６に設けられる構成としたが、排熱回収ボイ
ラ２に直接煙突７が設けられる図２のような設備では、管群１０aを煙突７に設け、分岐
ラインを煙突７にある管群１０ａに接続する構成としても、同様な作用効果を得ることが
できる。

（第２実施形態）
（構成）
図３は、第２実施形態におけるコンバインドサイクル発電設備を模式的に示す図である。
図３に示す給水系統の構成のうち、図１に示す構成と同一部分についてはその説明を省略
する。

図３のコンバインドサイクル発電設備は、節炭器３入口と煙道６の中に設置された管群１
０aへの分岐ライン１０であって分岐箇所８ｂよりも下流の位置にも調節弁１１が取付け
られている。

復水ポンプ８aから管群１０ａに導入された給水は、排熱回収ボイラ２の排ガスの熱エネ
ルギーと熱交換した後、分岐箇所８ｂの下流であって、節炭器３の上流の給水ライン８に
合流し、節炭器３に導入される。

管群１０aの上流側に温度計１２が設置され、排熱回収ボイラ２の出口排ガス温度を監視
することができる。

温度計１２により温度を監視し、排熱回収ボイラ２の出口排ガス温度が所定温度（例えば
１００℃）になるまでは、再循環ポンプ５aを駆動して再循環ポンプ５aからの給水と、追
加給水ライン１０を通じて管群１０ａから熱回収した給水と、を節炭器３上流に合流させ
て給水を加温する。

一方、温度計１２により温度を監視し、排熱回収ボイラ２の出口排ガス温度が所定温度以
上まで温度が上昇した際には、再循環ポンプ５aを停止し、調節弁１１を開いて追加給水
ライン１０のみで、給水の加温を行う運転に切り替える。

なお、１１は調整弁のため、上記したような、分岐ラインからの給水合流をオンオフ制御
するだけでなく、検出した温度に応じて、分岐ラインからの給水量を調整するようにして
もよい。

図４に本実施形態の制御方法を示す。排熱回収ボイラ２の出口に位置する煙道６または煙
突７を流れる排ガスの温度をみて（Step１）、所定温度になるまでは、再循環ポンプ５a
を駆動して再循環ライン５からの給水と、追加給水ライン１０を通じて管群１０ａから熱
回収した給水とを節炭器上流に合流させて給水を加温する（Step２，３）。

排ガス温度が所定温度以上になったら、排ガスの温度が十分になったとして、分岐ライン
１０を通じた給水の加温はそのままとし、再循環ポンプ５ａを停止し節炭器３からの水に
よる加温を停止する（Step２，４）。

（効果）
排ガス温度の状況によって再循環ライン５からの給水供給が不要なときはそれを停止させ
ることができるのででき、再循環ポンプ５a停止による動力の削減、および起動時の加温
時間短縮が可能になる。

１・・・ガスタービン
２・・・排熱回収ボイラ
３・・・節炭器
４・・・蒸気ドラム
５・・・節炭器再循環ライン
５ａ・・・節炭器再循環ポンプ
６・・・煙道
７・・・煙突
８・・・給水ライン
８ａ・・・復水ポンプ
８ｂ・・・分岐箇所
９・・・復水器
１０・・・追加給水ライン
１０ａ・・・管群
１０ｂ・・・弁
１１・・・調節弁
１２・・・温度計

Claims

ガスタービンからの排ガスを利用して、蒸気タービンに接続した復水ポンプからの給水を
加熱するための節炭器と、
加熱された給水の一部を再循環ポンプにより前記節炭器の上流に供給する再循環ラインと
、
前記加熱された給水の残りの一部から、前記蒸気タービンの作動蒸気を発生するための蒸
発系統とを有する排熱回収ボイラを備えるとともに、
前記排熱回収ボイラの出口側に設けられ、給水加熱に使われた排ガスを大気に排出するた
めに煙道および煙突を備えるコンバインドサイクル発電設備において、
前記煙道または前記煙突に設置される管群と、
前記復水ポンプからの給水を分岐し、分岐した給水を前記管群に供給して加熱し、加熱さ
れた給水を前記節炭器の上流で合流する分岐ラインと、
を備えることを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
ガスタービンからの排ガスを利用して、蒸気タービンに接続した復水ポンプからの給水を
節炭器を介して加熱し、加熱された給水から、前記蒸気タービンの作動蒸気を発生するた
めの排熱回収ボイラを備えるとともに、前記排熱回収ボイラの出口側に設けられ、給水加
熱に使われた排ガスを大気に排出するために煙突のみを備えるコンバインドサイク発電設
備において、
前記煙突に設置される管群と、
前記復水ポンプからの給水を分岐し、分岐した給水を前記管群に供給して加熱し、加熱さ
れた給水を前記節炭器の上流で合流する分岐ラインと、
を備えることを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
請求項１または請求項２に記載のコンバインドサイクル発電設備において、煙道もしくは
煙突内に設置する管群を耐食性の材料することを特徴とするコンバインドサイクル発電設
備。
請求項１から３いずれかに記載のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、復水ポン
プ下流と管群入口および節炭器入口の間の弁を調節弁としたことを特徴とするコンバイン
ドサイクル発電設備。
請求項1から４いずれかに記載のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記煙道
または前記煙突における前記管群の上流に、排ガス温度を監視するための温度計が取り付
けられ、
前記排熱回収ボイラが十分に加熱され排ガス温度が一定値よりも小さいときに前記再循環
ポンプを作動して、前記再循環ラインによる前記節炭器の上流の給水加温を行うとともに
、
前記排ガス温度が前記一定値以上に上昇したときに前記再循環ポンプを止め、前記再循環
ラインによる前記節炭器の上流の給水加温を停止することを特徴としたコンバインドサイ
クル発電設備の運転方法。