JP3682080B2

JP3682080B2 - ガス−蒸気複合発電設備

Info

Publication number: JP3682080B2
Application number: JP32439794A
Authority: JP
Inventors: 林正昭若; 國寿久清
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2020-08-10
Also published as: JPH08177414A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排熱回収式のガス−蒸気複合発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス−蒸気複合発電設備は、近年のガスタービンの入口ガス温度の高温化に伴い高効率発電技術としての有効性に関心が高まっている。
【０００３】
すなわち、図１０は代表的な排熱回収式のガス−蒸気複合発電設備の系統図であって、空気圧縮機１で加圧された空気がガスタービン燃焼器２に送給され、そこで燃料調節弁３を経て供給された燃料とともに燃焼し、そこで発生したガスがガスタービン４に供給管されガスタービン４が作動され、そのガスタービン４に連結されている発電機５が駆動される。
【０００４】
上記ガスタービン４で仕事を行った排ガスは排熱回収ボイラ６に送給され、そこで蒸気が発生される。そして、上記排熱回収ボイラ６で発生した蒸気が蒸気タービン７に供給され、その蒸気タービン７によって発電機８が駆動される。
【０００５】
一方、排熱回収ボイラ６で給水と熱交換した排ガスは脱硝装置９を経て煙突１０から大気中に放散される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の代表的なガス−蒸気複合発電設備においては、燃焼装置を有するガスタービンと燃焼装置を有しない蒸気タービンより構成されており、機器の寿命および保守点検に関するインターバルが異なるものから構成されている。
【０００７】
すなわち、ガスタービンにおいては、超高温部である燃焼器の点検を含む定期検査が例えば１年毎に実施され、他方蒸気タービンにおいては４年毎に実施されることがある。
【０００８】
また、機器の運転信頼性の面からは、高温燃焼設備を有しないことから蒸気タービン側の方が一般的に高いとされている。したがって、従来の排熱回収式ガス−蒸気複合発電設備においては、ガスタービンの定期検査または何等かの長期停止を要する場合においても蒸気タービン側も併せて停止、または定期検査を実施することが一般的であり、特に一軸式ガス−蒸気複合発電設備においては顕著である。また、反対に蒸気タービン側の定期検査や何等かの長期停止を要する場合においてもタービン側を併せて停止させる必要がある。
【０００９】
さらに、プラントで発生する窒素酸化物ＮＯｘを除去するために脱硝装置を設置する場合においては、排熱回収ボイラ出口に設置するか、または排熱回収ボイラに内蔵して設置されており、これも蒸気タービンおよびガスタービンの単独運転の支障となっている。
【００１０】
このように、蒸気タービン側およびガスタービン側の一方において運転の支障が発生した場合等において、プラント全体を停止することは、設備の稼働率が低下し安価な電力の提供を阻害する要因となるばかりでなく、電力の安定供給における損失ともなる。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑み、ガスタービンの停止時においては蒸気タービン設備により単独運転ができ、さらに蒸気タービンが停止時においてはガスタービンにより単独発電運転が可能な発電設備を得ることを目的とする。また発電所の環境への配慮として窒素酸化物ＮＯｘ低減を講じるために脱硝装置を設置する場合においては、ガスタービン単独発電運転および蒸気タービン単独発電運転のいずれの場合でも共通の脱硝装置を使用可能なプラントを得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガスタービン、排熱回収ボイラ、蒸気タービンおよび発電機を有するガス−蒸気複合発電設備において、排熱回収ボイラの排ガス入口側に、ガスタービンと並列に或はガスタービンの排ガス系路にガスタービン燃焼器とは別の独立した燃焼装置を設けるとともに、排熱回収ボイラの入口部にガスタービンの排ガス系との連通を阻止することができるガスダンパーを設けたことを特徴とする。
また第２の発明は、さらにガスタービンの排ガス系路に、ガスタービンの排ガスを排熱回収ボイラをバイパスして放出し得るバイパス系路が接続されていることを特徴とする。
【００１３】
さらに、第３の発明は、ガスタービン、蒸気タービン、および発電機をこの順に一軸上に連結するとともに、ガスタービンと蒸気タービンをクラッチまたは着脱可能なカップリングを介して結合し、或はガスタービン、発電機および蒸気タービンをこの順で一軸上に連結し、ガスタービンと発電機の間、および発電機と蒸気タービンの間の軸結合部にクラッチまたは着脱可能なカップリングを配設したことを特徴とする。
【００１４】
また、第４の発明は、排熱回収ボイラの排ガス入口側または出口側であって、ガスタービンおよび蒸気タービンの両者の複合運転時或はそのいずれか一方の単独運転時においても共用できる位置に脱硝装置を設けたことを特徴とする。
【００１５】
【作用】
第１の発明においては、ガスタービンを停止するとともにダンパーを閉じ、独立の燃焼装置を作動することにより排熱回収ボイラを作動させることによって蒸気タービンのみの単独発電運転を行うことができる。また、第２の発明においては、さらにガスタービンの排ガスを排熱回収ボイラに供給することなく、バイパス系路を経て排出することによりガスタービンのみの運転も可能となる。
【００１６】
また、第３の発明は、ガスタービン、蒸気タービン等を一軸上に連結したものにおいて、ガスタービンと蒸気タービンを結合するクラッチまたは着脱可能なカップリングを解放することによって蒸気タービンのみの運転を行うことができ、或はガスタービンと発電機間および発電機と蒸気タービン間のいずれか一方のクラッチまたは着脱可能なカップリングを解放することによってガスタービンのみ或は蒸気タービンのみの単独運転が可能となる。
【００１７】
さらに、第４の発明においては、脱硝装置を特定の位置に配設することによって、複合、単独のいずれの運転場合においても排ガス中の脱硝を行なわせることができ、環境保全を行うことができる。
【００１８】
【実施例】
以下、図１乃至図９を参照して本発明の実施例について説明する。なお、図中図１０と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００１９】
図１において、ガスタービン燃焼器２に燃料を供給する燃料供給管１１には分岐管１２が分岐導出され、その分岐管１２が燃料調節弁１３を介して上記ガスタービン燃焼器２とは独立した燃焼器１４に接続されている。上記燃焼器１４には、強制通風機１５が接続されており、上記燃焼器１４の作動時には上記強制通風機１５により燃焼器１４に燃焼用空気を送り、燃料調節弁１３を介して送給される燃料とともに燃焼が行われるようにしてある。
【００２０】
上記燃焼器１４は導管１６を介して排ガス回収ボイラ６に接続されており、その導管１６にガスダンパー１７を介してガスタービン４の排ガス系路１８が接続されており、すなわち、燃焼器１４がガスタービン４と並列に接続されている。その他の点は図１０に示すものと同一である。
【００２１】
しかして、ガスタービン４および蒸気タービン７の両者の運転中すなわちガス−蒸気複合発電運転中においては、ガスタービン４の排ガスは、ダンパー１７を介して排熱回収ボイラ６に導入されて蒸気を発生させ、そこで発生した蒸気が蒸気タービン７に導入され、発電機８を駆動することにより発電が行われる。
【００２２】
そこで、ガスタービンの定期点検等によりガスタービンの運転が停止され、蒸気タービン７のみの単独運転が必要の場合には、燃料調節弁３を閉じガスタービン４の運転を止めるとともにダンパー１７が閉じられる。一方、燃料調節弁１３が開かれ、燃焼器１４に燃料が供給されるとともに強制通風機１５によって燃料用空気が導入され、そこで発生した高温ガスが排熱回収ボイラ６に送給され、蒸気が発生され、この蒸気が蒸気タービン７に導入される。このようにして、排熱回収ボイラ６で発生した蒸気によって蒸気タービン７のみを単独で運転することがわかる。
【００２３】
図２は、図１の他の実施例を示す図であり、ガスタービン４の排ガス系路１８には、ダンパー１７の上流側から前記排熱回収ボイラ６をバイパスするバイパス系路１９が接続されており、このバイパス系路１９が上記排熱回収ボイラ６の排ガス出口側に接続され、このバイパス系路１９には、前記ダンパー１７と連動するダンパー２０が設けられている。
【００２４】
しかして、この場合、ガスタービン４および蒸気タービン７の両者の運転および蒸気タービン７の単独運転に際しては図１の場合と同様に作動する。そこで、ガスタービン４のみの運転に際しては、燃焼器１４を不作動状態にしてガスタービン４を通常のように作動させるとともに、ダンパー１７を閉じダンパー２０を開放する。したがって、ガスタービン４からの排ガスはバイパス系路１９を通り煙突１０を介して大気中に放出される。一方、排熱回収ボイラ６はその作動が止まり、蒸気タービン７の運転は停止させることができる。
【００２５】
このようにして、ガスタービン４および蒸気タービン７のいずれか一方のみの運転が可能となる。
【００２６】
ところで、図２は独立の燃焼器１４をガスタービン４と並列に接続したものを示したが、図３に示すようにガスタービン４の排ガス系路１８のダンパー１７の下流側に設けても同様の作用を行なわせることができる。
【００２７】
なお、上記燃焼器１４の燃焼ガス温度は基本的にガスタービン排ガス温度にほぼ合わせることによりガスダクトの設計温度を上げないことを基本とするが、燃焼器１４をコンパクトにするためにガスタービン排ガス温度以上にすることも可能である。また、この燃焼器１４は低ＮＯｘ燃焼構造設計とすることも可能である。さらにこの燃焼器と強制通風機は複数の排熱回収ボイラに連絡して共用とすることも可能である。
【００２８】
図４は、ガスタービン４、蒸気タービン７、および発電機８を同一軸上に連結した例を示す図であり、ガスタービン４、蒸気タービン７、および発電機８がこの順に連結してある。そして蒸気タービン７とガスタービン４はクラッチまたは着脱可能なカップリング２１によって連結されている。その他の点は図２に示すものと同一である。
【００２９】
しかして、この場合も上記クラッチまたは着脱可能なカップリング２１を離脱させることによって図２に示すものと同様に蒸気タービン７のみの運転を行うことができる。
【００３０】
図５は図４の他の実施例であり、ガスタービン４、発電機８、および蒸気タービン７がこの順に同一軸上に連結されている。そして、ガスタービン４と発電機８との間、および発電機８と蒸気タービン７との間が、それぞれクラッチまたは着脱可能なカップリング２１，２２によって連結されている。
【００３１】
しかして、この場合もクラッチまたは着脱可能なカップリング２１或は２２を選択的に離脱させることによって蒸気タービン７のみの単独運転或はガスタービン４のみの単独運転を行うことができる。
【００３２】
図６は、さらに脱硝装置を設置したものにおける一例を示す図であり、ガスタービン４の排ガスと燃焼器１４の発生ガスの合流部でかつ排熱回収ボイラ６の上流側に脱硝装置２３が配設されており、その脱硝装置２３の下流側からバイパス系統１９が分岐されている。そして、排熱回収ボイラ６の排ガス入口部にさらにダンパー２４が設けられている。
【００３３】
しかして、この場合ガスタービン４および蒸気タービン７の複合運転、或はそれらの単独運転時においても排ガス或は発生ガスの脱硝を同一脱硝装置によって行うことができる。
【００３４】
図６では、脱硝装置２３を排熱回収ボイラ６の上流側に設けたものを示したが、図７に示すように排熱回収ボイラ６の下流側に設けてもよい。しかして、この場合この脱硝装置２３を高温および低温両用とすることによって、排熱回収ボイラ６をバイパスしたガスについても脱硝作用を効果的に行うことができる。
【００３５】
また、排熱回収ボイラ６の下流側に脱硝装置を設けた場合には、高温のガスタービン排ガスと排熱回収ボイラ６経由の低温ガスを導入するに当って、同一仕様で低温設計の脱硝装置を共用する場合には、図８に示すように、バイパス系路１９に減温装置２４を設ける。
【００３６】
さらに上記実施例においては一つの脱硝装置を設けたものを示したが、図９に示すように、排熱回収ボイラ６の直下流側およびバイパス系路１９にそれぞれ脱硝装置２５，２６を設け、排ガス系統の温度によって脱硝装置の設計温度を使い分けるようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したので、ガスタービンおよび蒸気タービンの複合運転ばかりでなく、ガスタービン或は蒸気タービンの単独運転を行うことができ、ガスタービン或は蒸気タービンの定期検査およびトリップを含む緊急停止時、さらに計画および緊急補修停止時等における蒸気タービン或はガスタービンの停止を行う必要がなく、発電システムの稼働率を高め安価な電力を供給できるばかりでなく、設備の信頼性を高めることができる。さらに、電力の消費が少ない夜間において各々の単独発電運転が実施できることはガス−蒸気複合発電設備の最低負荷運転を引き下げることであり、昼夜の電力消費量の格差の大きい昨今極めて有益なものとなる。また脱硝装置を合理的に配置することによって設置スペースを押さえ設備費を引き下げることもできる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における多軸型ガス−蒸気複合発電設備の一実施例を示す系統図。
【図２】図１に示す装置にバイパス系統を付加した他の実施例を示す系統図。
【図３】図２に示す装置の他の実施例を示す系統図。
【図４】本発明における一軸型ガス−蒸気複合発電設備の一実施例を示す図。
【図５】図４の他の実施例を示す系統図。
【図６】本発明において脱硝装置を設けた例を示す系統図。
【図７】図６の他の実施例を示す図。
【図８】図６のさらに他の実施例を示す図。
【図９】脱硝装置を設けたもののさらに他の実施例を示す図。
【図１０】従来の排熱回収式ガス−蒸気複合発電設備の系統図。
【符号の説明】
１空気圧縮機
２ガスタービン燃焼器
３，１３燃料調節弁
４ガスタービン
５，８発電機
６排熱回収ボイラ
７蒸気タービン
１０煙突
１４燃焼器
１５強制通風機
１７，２０，２４ダンパー
１８ガスタービンの排ガス系路
１９バイパス系路
２１，２２クラッチ或は着脱可能なカップリング
２３，２５，２６脱硝装置

Claims

ガスタービン、排熱回収ボイラ、蒸気タービンおよび発電機を有するガス−蒸気複合発電設備において、排熱回収ボイラの排ガス入口側に、ガスタービンと並列に或はガスタービンの排ガス系路にガスタービン燃焼器とは別の独立した燃焼器を設けるとともに、排熱回収ボイラの入口部にガスタービンの排ガス系と前記ガスタービンの燃焼器とは別の独立した燃焼器からの導管との連通を阻止するとともに、ガスタービンの排ガス或はガスタービン燃焼器とは独立した燃焼器からの排ガスを選択的に前記排熱回収ボイラに供給することができるガスダンパーを設けたことを特徴とする、ガス−蒸気複合発電設備。
ガスタービンの排ガス系路の前記ガスダンパーの上流側には、ガスタービンの排ガスを排熱回収ボイラをバイパスして放出し得るバイパス系路が、前記排ガス系路のガスダンパーと連動するガスダンパーを介して接続されていることを特徴とする、請求項１記載のガス−蒸気複合発電設備。
ガスタービン、蒸気タービン、およぼ発電機をこの順に一軸上に連結するとともに、ガスタービンと蒸気タービンをクラッチまたは着脱可能なカップリングを介して結合し、前記各ガスダンパーと連動して離脱させることを特徴とする、請求項１または２記載のガス−蒸気複合発電設備。
ガスタービン、蒸気タービン、およぼ発電機をこの順に一軸上に連結し、ガスタービンと発電機の間、および発電機と蒸気タービンの間のクラッチまたは着脱可能なカップリングを配設し、前記各ガスダンパーと連動して前記ガスタービンと発電機の間のクラッチまたは着脱可能なカップリング、もしくは発電機と蒸気タービンの間の軸結合部のクラッチまたは着脱可能なカップリングを選択的に離脱させることを特徴とする、請求項１または２記載のガス−蒸気複合発電設備。
排熱回収ボイラの排ガス入口側であって、ガスタービンおよび蒸気タービンの複合運転時或はそのいずれか一方の単独運転時においても共用できる位置に高温脱硝装置を設けたことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のガス−蒸気複合発電設備。
排熱回収ボイラの排ガス出口側であって、ガスタービンおよぼ蒸気タービンの両者の複合運転時或はそのいずれか一方の単独運転時においても共用できる位置に脱硝装置を設けたことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のガス−蒸気複合発電設備。
排熱回収ボイラの排ガス出口側およびバイパス系路にそれぞれ脱硝装置を設けたことを特徴とする、請求項２乃至４のいずれかに記載のガス−蒸気複合発電設備。