JP2994109B2 - 加圧流動床複合発電システムの排熱回収方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加圧流動床燃焼ボイラ、
ガスタービン、蒸気タービンからなる加圧流動床複合発
電システムにおいて、ガスタービン排ガスの排熱回収方
式に関する。

【０００２】

【従来の技術】加圧流動床ボイラにおいては燃焼排ガス
によってガスタービンを駆動し、発生水蒸気によって蒸
気タービンを駆動する複合発電システムが採用されてい
る。この場合、ガスタービンを出た燃焼排ガスは高温を
保持しているので、この熱エネルギーを回収すると共
に、煙突への熱負荷を低減させるため、ガスタービン排
ガスクーラでボイラ給水と熱交換させて、温度を下げて
煙突へ排出させている。

【０００３】この従来の複合発電システムのフローダイ
アグラムを図３に示す。図３において、１はガスタービ
ン発電機、２は加圧流動床ボイラ、３は蒸気タービン発
電機、４は復水器、５は低圧給水加熱器、６は脱気器、
７は高圧給水加熱器、８はガスタービン排ガスクーラ、
９はガスバイパスダンパ、１０は煙突、１１は給水ポン
プ、１２は給水調整弁である。

【０００４】加圧流動床ボイラ２へは、燃料及びガスタ
ービン発電機１からの圧縮空気が供給されて燃焼し、発
生蒸気は蒸気タービン発電機３を駆動する。一方、加圧
流動床ボイラ２の排ガスはガスタービン発電機１を駆動
する。蒸気タービン３の排気は復水器４において復水し
た後、低圧給水加熱器５、脱気器６、給水ポンプ１１、
高圧給水加熱器７、給水調整弁１２を経て、加圧流動床
ボイラ２に至り、蒸気側サイクルを形成する。

【０００５】ガスタービン排ガスは、ガスタービン排ガ
スクーラ８によって排熱をボイラ給水側に熱回収した
後、煙突１０を経て大気中に放出される。低圧給水加熱
器５、脱気器６、高圧給水加熱器７の加熱用蒸気は何れ
も蒸気タービン３の抽気が充当される。高圧給水加熱器
７と、ガスタービン排ガスクーラ８とはボイラ給水を分
岐する系統となるが、熱バランス上の理由から、高圧給
水加熱器７は使用せず、ガスタービン排ガスクーラ８の
みに依存する方式が一般的である。

【０００６】ガスタービン排ガスクーラ８は、定格負荷
時には、ガス側からみれば排ガス保有熱量の回収を目的
として、又ボイラ給水側からみれば、高圧給水加熱器と
して機能する。しかし、プラント出力が低下する部分負
荷時には、ガス側と給水側との熱交換の平衡状態が定格
負荷時とは異なった状態を示す。即ち、一般的には、ガ
ス側から給水側への伝熱量が給水加熱器としての能力を
上廻る結果として、排ガスクーラ８の出口給水の一部が
蒸気発生を伴なうこととなる。この排ガスクーラ８に本
来付与されていない機能である蒸気発生はウォータハン
マなどの重大な運転上の障害となり、プラントの運転の
継続が不可能となる問題点が発生する。

【０００７】ガスタービン排ガスクーラ８には、ガス側
のバイパス系統が設けられ、ガスバイパスダンパ９が設
けられている。従来方式における前記の問題点を回避す
る手段として、このガス側のバイパス回路が設けられて
おり、ガスバイパスダンパ９を部分負荷時に開くことに
よって排ガスクーラ８へのガス流量を減少し、それによ
り排ガスクーラの熱負荷を減じ、部分負荷時の蒸気発生
を防止する手段が採られている。

【０００８】しかし、前記のガスバイパスダンパ方式
は、部分負荷時に煙突から放出される排ガス温度の上昇
をもたらし、排ガスダクト及び煙突の耐熱上の対応構造
を必要とする問題点に加えて、最終排ガス熱損失の増大
即ちプラント熱効率の低下をもたらすという重大な問題
点となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、加圧
流動床複合発電システムのプラント出力が低下する部分
負荷時において、ガス側から給水側への伝熱量が給水加
熱器としての能力を上廻る場合にも、煙突へ高温の排ガ
スを流すことなく、この余剰排出熱量を回収してプラン
ト熱効率の低下を防止する手段を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記の課題
を解決するため鋭意研究を行った結果、ガスタービン排
ガスクーラを通る給水量を循環回路を設けることによっ
て増加させて排ガスの余剰熱量を吸収し、循環回路中に
おいてフラッシュさせることにより蒸気として、蒸気タ
ービンから脱気器への抽気蒸気の減少或いは、蒸気ター
ビンの低温再熱蒸気系への供給によってプラント全体の
熱効率の向上へ寄与し得ることを知見し本発明を完成し
た。

【００１１】すなわち本発明は （１） 加圧流動床燃焼系ボイラ、ガスタービン、蒸気
タービンからなる加圧流動床複合発電システムにおい
て、ボイラ高圧給水系統に位置するガスタービン排ガス
クーラの給水出口部から脱気器への給水循環戻り系統配
管を設け、該配管の途中に給水循環調整弁、フラッシュ
タンク、ドレン調整弁を設置し、フラッシュタンクを低
圧力とし、フラッシュ蒸気を脱気器へ、フラッシュドレ
インを脱気器へ回収して循環させることを特徴とする加
圧流動床複合発電システムの排熱回収方式であり、

【００１２】（２） 加圧流動床燃焼系ボイラ、ガスタ
ービン、蒸気タービンからなる加圧流動床複合発電シス
テムにおいて、ボイラ高圧給水系統に位置するガスター
ビン排ガスクーラの給水出口部から脱気器への給水循環
戻り系統配管を設け、該配管の途中に給水循環調整弁、
フラッシュタンク、ドレン調整弁を設置し、フラッシュ
タンクを中圧力とし、フラッシュ蒸気を低温再熱蒸気系
へ、フラッシュドレンを脱気器へ回収して循環させるこ
とを特徴とする加圧流動床複合発電システムの排熱回収
方式である。

【００１３】本発明の詳細を図１、図２によって説明す
る。図１は請求項１に対応する第１システムのフローダ
アイアグラムで、低圧フラッシュ方式であり、図２は請
求項２に対応する第２システムのフローダイアグラム
で、中圧フラッシュ方式である。

【００１４】図１について説明する。ガスタービン排ガ
スクーラ８の給水出口部から脱気器へ循環戻り系統を設
け、その途中に給水循環調整弁１３、フラッシュタンク
１４、ドレン調整弁１５を設置する。フラッシュタンク
１４は、この第一システムでは、比較的低圧力であり、
フラッシュ蒸気は脱気器６へ、又フラッシュドレンはド
レン調整弁１５を経て同じく脱気器６へ回収される。

【００１５】ガスタービン排ガスクーラ８のガス側バイ
パス系は設置されない。プラント出力が低下する部分負
荷時には、ガス側から給水側への伝熱量が給水加熱器と
しての能力を上廻るので、ポンプ１１によるガスタービ
ン排ガスクーラ８への通水量を加圧流動床ボイラ２の給
水量以上に増大させ、排ガスクーラ８での伝熱量をガス
側とバランスさせて、排ガスクーラでの蒸気発生をおさ
えると共に、余分の通水は脱気器への循環戻り系統へま
わす。通常は排ガスクーラ８の出口の給水温度を検知し
て、給水循環調整弁１３を開けるように制御する。

【００１６】この水はフラッシュタンク１４で、圧力を
脱気器６程度に落して、フラッシュさせ、蒸発潜熱によ
り冷却される。水の方はフラッシュタンクの液面計によ
りドレン調整弁１５を調整して脱気器６へ戻し、蒸気も
脱気器程度の圧力であるので脱気器へ回収する。結局排
ガスクーラ８で、余分に伝熱された熱量はフラッシュタ
ンク１４よりの蒸気量となって、脱気器６への蒸気ター
ビン中間よりの抽気蒸気１６を節減できることになる。
これは勿論、脱気器での熱平衡関係から自動的にバラン
スするものであり、特別の制御を要するものではない。

【００１７】次に図２について説明する。この第２シス
テムの構成は、基本的には第１システムと類似である
が、フラッシュタンク１４は本第２システムでは比較的
中圧力であり、フラッシュ蒸気は低温再熱蒸気１７へ回
収される点が第１システムと相違する。即ち蒸気タービ
ン３で一度タービンを駆動した蒸気は、ボイラを出た蒸
気よりも低温となっており、この蒸気はボイラ２へ戻さ
れて、再熱され、再び蒸気タービン３を駆動するが、こ
の低温再熱蒸気系１７へ、フラッシュタンク１４でのフ
ラッシュ蒸気を供給する。

【００１８】これによって、低温再熱蒸気量を増大させ
て、結局蒸気タービン３への供給蒸気量の増大となっ
て、排ガスクーラでの余分の熱量が回収されることにな
る。フラッシュタンクのドレンを脱気器６へ循環させる
点およびガスタービン排ガスクーラ８のガス側バイパス
系を設置しない点は第１システムと同じである。

【００１９】即ち本発明においては、ガスタービン排ガ
スクーラ８の給水出口から脱気器への循環戻り系統を設
置することにより、全体プラントの部分負荷時において
は、全体プラントの負荷状態に支配されることなく、ガ
スタービン排ガスクーラ８における部分負荷時の蒸気発
生を防止するのに充分な給水量をガスタービン排ガスク
ーラ８に供給確保することが可能になる。

【００２０】前記の如く、第１システムでは、フラッシ
ュタンク１４におけるフラッシュ蒸気が脱気器加熱蒸気
として脱気器６に回収される結果、脱気器用タービン抽
気１６の抽気量は減少することにより蒸気タービンの出
力増大に寄与する。第２システムでは、フラッシュタン
ク１４でのフラッシュ蒸気は中圧力で、低温再熱系統１
７に回収されることによって、第１システムよりも高い
水準での熱回収が図れる結果、部分負荷時の熱効率改善
により大きく寄与することになる。

【００２１】

【実施例】以下に実施例によって本発明を更に具体的に
説明するが、本発明はこの実施例によって何等限定され
るものではない。 （実施例１） 図４は、蒸気タービン中間部よりの蒸気の再熱系のない
場合について、本発明の第１システムの１実施例を示し
たもので、分り易くするために各部の流量、温度を記入
した図である。

【００２２】図５は同じく再熱系のない場合について、
本発明の給水の循環戻り系統がなく、従来のガスタービ
ン排ガスのバイパス９を設けた対応する従来例である。
従来、脱気器から６０Ｔ／hrの給水量で、部分負荷時に
は、給水系の蒸気発生を防ぐため、ガスタービン排ガス
４０Ｔ／hr（２５％）をバイパスさせていた。このた
め、煙突での排ガス温度は１９５℃となり、煙道、煙突
での損傷が大きく、これを防ぐためには、高価な特別な
耐熱壁構造を必要とした。

【００２３】図４の発明においては、循環給水２０Ｔ／
hrを含めて排ガスクーラ８への送水量は８０Ｔ／hrであ
り、これによって排ガス系にバイパスを設けなくても、
排ガスの全量が排熱回収が可能なので最終排ガス温度は
本来意図した１４０℃まで低減可能である。

【００２４】本発明の骨子である脱気器６への循環戻り
系統でのフラッシュ蒸気（５Ｔ／hr）およびフラッシュ
ドレン（１５Ｔ／hr）は脱気器へ回収される。その結
果、脱気器用抽気は、従来例図５の６Ｔ／hrから２Ｔ／
hrに減少し、その差額分４Ｔ／hrは蒸気タービン３にお
いて追加電力を発生し、１５ＭＷの出力は、図示例では
１５．５ＭＷに増大し、全体プラントの熱効率が改善さ
れることになる。

【００２５】（実施例２）図６は、蒸気タービン中間部
よりの蒸気の再熱系のある場合についての本発明の第２
システムの１実施例を示したもので、分かり易くするた
め、各部の流量、温度を記入した図である。

【００２６】図７は、同じく再熱系のある場合につい
て、本発明の給水の循環戻り系統がなく、従来のガスタ
ービン排ガスのバイパス９を設けた対応する従来例であ
る。この場合も、図５と同じく、排ガスバイパスによっ
て、煙道、煙突での排ガス温度は１９５℃となり、前記
と同様の問題を発生する。

【００２７】図６の発明においては、排ガスクーラへの
送水量を７５Ｔ／hrにすることにより、排ガス系にバイ
パスを設けなくても、排ガスの全量が排熱回収が可能な
ので、最終排ガス温度は本来意図した１４０℃まで低減
可能である。給水循環量２０Ｔ／hrの内、フラッシュタ
ンク１４で２Ｔ／hrの蒸気がフラッシュし、これが再熱
蒸気系１７へ送り込まれ、ボイラで再熱されて、再び蒸
気タービン駆動に使用される。

【００２８】フラッシュドレン１８Ｔ／hrは脱気器６へ
循環される。本発明の結果、図６の実施例２では、脱気
器用抽気が従来例の図７の５．５Ｔ／hrから、図６の３
Ｔ／hrに減少すること、および高温再熱蒸気量が２Ｔ／
hr増加することにより、蒸気タービン３における発生電
力量が１６ＭＷから１７ＭＷに増大し、全体プラントの
熱効率が改善されることになる。

【００２９】

【発明の効果】従来の複合発電システムで問題となる部
分負荷時におけるガスタービン排ガスクーラでの有害な
蒸気発生又はガスバイパスダンパ方式での排ガス温度過
度上昇による構造的な問題が解決されると共に、最終排
ガス熱損失の増大即ちプラント熱効率の低下が解消さ
れ、全体プラントの熱効率が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１システムのフローダイアグラム
で、低圧フラッシュ方式である。

【図２】本発明の第２システムのフローダイアグラム
で、中圧フラッシュ方式である。

【図３】従来の複合発電システムのフローダイアグラム
である。

【図４】本発明の実施例１に対応する流量、温度を記入
した第１システムのフローダイアグラムである。

【図５】図４に対応する従来例の流量、温度を記入した
フローダイアグラムである。

【図６】本発明の実施例２に対応する流量、温度を記入
した第２システムのフローダイアグラムである。

【図７】図６に対応する従来例の流量、温度を記入した
フローダイアグラムである。

【符号の説明】

１ ガスタービン発電機 ２ 加圧流動床ボイラ ３ 蒸気タービン発電機 ４ 復水器 ５ 低圧給水加熱器 ６ 脱気器 ７ 高圧給水加熱器 ８ ガスタービン排ガスクーラ ９ ガスバイパスダンパ １０ 煙突 １１ 給水ポンプ １２ 給水調整弁 １３ 給水循環調整弁 １４ フラッシュタンク １５ ドレン調整弁 １６ 脱気器用タービン抽気 １７ 低温再熱蒸気

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ２２Ｄ 1/40 Ｆ２２Ｄ 1/40 Ｆ２３Ｊ 15/00 Ｆ２３Ｊ 15/00 審査官 田澤 英昭 (56)参考文献 特開 平２−271006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−87503（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−90903（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−100610（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01K 7/44 F02G 5/02 F22B 1/02 F22B 1/18 F22B 33/18 F22D 1/40 F23J 15/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧流動床燃焼ボイラ、ガスタービン、
   蒸気タービンからなる加圧流動床複合発電システムにお
   いて、ボイラ高圧給水系統に位置するガスタービン排ガ
   スクーラの給水出口部から脱気器への給水循環戻り系統
   配管を設け、該配管の途中に給水循環調整弁、フラッシ
   ュタンク、ドレン調整弁を設置し、フラッシュタンクを
   低圧力とし、フラッシュ蒸気を脱気器へ、フラッシュド
   レインを脱気器へ回収して循環させることを特徴とする
   加圧流動床複合発電システムの排熱回収方式。
2. 【請求項２】 加圧流動床燃焼ボイラ、ガスタービン、
   蒸気タービンからなる加圧流動床複合発電システムにお
   いて、ボイラ高圧給水系統に位置するガスタービン排ガ
   スクーラの給水出口部から脱気器への給水循環戻り系統
   配管を設け、該配管の途中に給水循環調整弁、フラッシ
   ュタンク、ドレン調整弁を設置し、フラッシュタンクを
   中圧力とし、フラッシュ蒸気を低温再熱蒸気系へ、フラ
   ッシュドレンを脱気器へ回収して循環させることを特徴
   とする加圧流動床複合発電システムの排熱回収方式。