JP3746591B2 - Gasification combined power generation facility - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温腐食を防止し、熱効率の向上を図り得るガス化複合発電設備に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は従来のガス化複合発電設備における高圧機器の冷却水系統を示したものである。
ガス化複合発電設備には、沢山の機器や設備があるが、ここでは、高圧機器冷却水系統の例を示す。
ガス化複合発電設備の高圧機器冷却水系統としては、蒸気タービンの復水器1と、高圧機器冷却水ポンプ2とを備えており、高圧冷却水供給母管3を通してガス化設備4の各機器に連結されている。通常、約30℃の復水をガス化設備4の各所の機器を冷却するため、高圧機器冷却水ポンプ2によって冷却水として送り出している。
ガス化設備4においては、高圧冷却水は高圧冷却水供給母管3から各所、例えば、バーナノズル、炉内監視装置、ガスサンプリング装置等に流れ、これらを冷却し、即ち、吸熱し、高圧冷却水戻り母管5へと流れる。
【0003】
この高圧冷却水戻り母管5に流れた高圧冷却水は、冷却水圧力調整弁6によって、ガス化設備の炉内圧力より高目に圧力を調整される。これは、仮に冷却水管が洩れても炉内のガスが冷却水系統に逆流しないようにするため、および余りにも低圧であれば冷却水が容易に沸騰し、冷却能力が低下するからである。
高圧冷却水は冷却水圧力調節弁6を通過した後、水の回収の為、復水器1に回収され、吸熱した熱量は復水器1内で海水に放熱される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来の技術においては、ガス化設備4のバーナノズル等の各所に約30℃の冷却水が流れるが、温度が低すぎる為、加熱されない局部或いは、ガス化設備4の起動、停止時等、の炉内の低温時に冷却される部分の表面において、低温腐食が発生する。また、冷却時に吸熱した熱量を回収せずに海水に放熱してしまい、熱効率を低下させる課題がある。
【0005】
本発明は上記課題を解決し、低温腐食を防止し、熱効率の向上を図り得るガス化複合発電設備を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、ガス化炉、ガスタービンの排熱回収ボイラ、および蒸気タービンの復水器を有するガス化複合発電設備において、前記排熱回収ボイラの節炭器の中間または出口から抽水し、該抽水を、蒸発を含まない圧縮水の範囲でガス化設備の炉底管およびバーナノズルの冷却に利用し、かつ冷却後の前記抽水を前記排熱回収ボイラに回収するように構成したことにある。
本発明は、前記ガス化設備の炉底管およびバーナノズルを通過する冷却水の流量および出入口温度を計測する手段を設けたことにある。
また、本発明は、上記節炭器に、節炭器入口管寄10と節炭器出口管寄11を設け、上記節炭器入口管寄10側の管路101に排熱回収ボイラ用給水ポンプ8を連結し、上記節炭器出口管寄11側の管路102に給水流量調整弁12を介して蒸気ドラム13を連結するとともに、上記節炭器出口管寄11側の管路102の途中に、管路103を分岐し、この管路103に接続された高圧給水ポンプ18を介してガス化設備の熱交換器に給水することにある。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0008】
図1は、本発明のガス化複合発電設備に係る第1の実施の形態を示すガス化複合発電設備の機器の高圧冷却水系統図で、図3と同一部分には同符号を付して示す。
図1において、本発明のガス化複合発電設備では、蒸気タービンの復水器1と、ガス化設備4に、ガスタービンの排気から熱を回収する排熱回収ボイラ(「HRSG」と称する)7を加えたものである。
この排熱回収ボイラ7と復水器1を結ぶ管路101には、排熱回収ボイラ用給水ポンプ8が設けられている。この排熱回収ボイラ用給水ポンプ8は、復水器1の復水を排熱回収ボイラ7に給水するものである。この排熱回収ボイラ用給水ポンプ8によって給水された復水は、排熱回収ボイラ7の節炭器9に給水されて加熱される。
【0009】
上記節炭器9には、節炭器入口管寄10と節炭器出口管寄11が設けられており、節炭器入口管寄10側の管路101に排熱回収ボイラ用給水ポンプ8が連結され、節炭器出口管寄11側の管路102に給水流量調整弁12を介して蒸気ドラム13が連結されている。管路102の途中には、管路103が分岐しており、この管路103に接続された高圧給水ポンプ18を介してガス化設備の熱交換器に給水するものである。
【0010】
節炭器9によって加熱された給水は給水流量調整弁12にて流量調整された後、蒸気ドラム13に供給される。蒸気ドラム13は、管路201,202を介して排熱回収ボイラ7の蒸発器15に連結されており、管路201に設けられた排熱回収ボイラ循環ポンプ14によって缶水を循環するものである。ガスタービンの排気熱により蒸発器15にて蒸気を発生させ、蒸気ドラム13内で気水分離を行う。蒸気ドラム13内の蒸気は蒸気管16によって後流の過熱器に導かれる。蒸気ドラム13の水位は給水流量調整弁12にて制御されており、一時的なドラム水位の急変に対応できるように蒸気ドラム13と復水器1を連結する管路301に急速ブロー弁17を設け、復水器1側に排出するようにしている。
【0011】
上記排熱回収ボイラ7の節炭器9の途中には、節炭器中間管寄20が設けられており、この節炭器中間管寄20から高圧冷却水流量調整弁21を介して給水の一部を抽水し、これを管路401から高圧冷却水供給母管3を通してガス化設備4の高圧機器の冷却水として利用するものである。節炭器中間管寄20が設けられる位置としては節炭器9の出口より少し上流で給水温度が約180℃程度の所が望ましい。ガス化設備4の高圧機器の冷却水として利用した冷却水は、高圧冷却水戻り母管5に戻り、高圧冷却水戻り母管5と蒸気ドラム13を連結する管路402に設けられた冷却水圧力調整弁6によって圧力を調整された後、蒸気ドラム13に給水されるものである。
【0012】
次に、上記構成による本発明の作用を説明する。
上記第1の実施の形態では、節炭器9の圧力は約60kg/cm2 で、給水流量調整弁12にて排熱回収ボイラ7への給水流量を制御しており、節炭器9の入り口温度は約30〜60℃と低いが、節炭器9の出口温度は約220℃とかなり高く運転される。
【0013】
一方、ガス化設備4の高圧機器の冷却水用としては、圧力は炉内圧力より高く、温度は機器の低温腐食を防止するため、約160℃より高い方がよい。
したがって、節炭器9の出口より少し上流で給水温度が約180℃程度の所に節炭器中間管寄20を設け、ガス化設備4の高圧機器冷却水用として節炭器9から抽水し、ガス化設備4のバーナノズル等を冷却後、約220℃程度に過熱された後、冷却水圧力調整弁6を介し排熱回収ボイラ7の蒸気ドラム13に回収する。
この時、ガス化設備4の高圧機器冷却水は、排熱回収ボイラ7にとっては、いかにも節炭器9の一部として作用し、高圧機器冷却水の回収は、そのままで排熱回収ボイラ7への給水として作用する。
【0014】
すなわち、本発明によれば、節炭器9の途中から抽水した高圧機器冷却水は、ガス化設備4にとっては、低温腐食を防止する高温の冷却水であり、排熱回収ボイラ7にとっては、節炭器9の一部として作用し、熱の回収も行い、一挙両得の発明である。
【0015】
高圧冷却水流量調整弁21は、ガス化設備4のバーナノズル等の各機器に所要な冷却水流量に調整し、冷却水圧力調整弁6は蒸気ドラム13の圧力に拘らず、仮に、冷却水管が漏洩しても、炉内ガスが冷却水系統に逆流しないように、ガス化設備4の炉内圧力より高い圧力に制御する。
【0016】
蒸気ドラム13の水位は給水流量調整弁12にて制御され、高圧機器冷却水の抽水開始、終了時等の一時的なドラム水位の急変に対応できるように急速ブロー弁17を設けている。急速ブロー弁17の排出先は復水器1にして水を回収してもよく、一時的なものであるので、フラッシュパイプ等へ捨てても構わない。
【0017】
次に、図2は本発明の第2の実施の形態を示したもので、ガス化複合発電設備のガス化炉の炉底冷却水系統を示す系統図である。
この場合、図1と同一部分には同符号を付してその説明を省略して示す。
【0018】
この実施の形態のガス化炉26はガス化炉圧力容器25の熱遮蔽のため、冷却水を循環する缶水循環系31を有するが、排熱回収ボイラ7の節炭器9で加熱される給水の一部をガス化炉26の一部分を構成する炉底27の冷却水として使用するものである。
この実施の形態では、節炭器9の途中に節炭器中間管寄20を設け、この節炭器中間管寄20から給水の一部を抽水し、ガス化設備4の炉底の給水する管路501に設けられた高圧冷却水流量調整弁21を介して、ガス化設備4の炉底27に冷却水を供給するものである。ガス化設備4の炉底27を冷却した冷却水は、炉底27から蒸気ドラム13に戻る管路502に設けられた冷却水圧力調整弁6で圧力を調整された後、蒸気ドラム13に給水される。
管路501には、流量計測手段として炉底冷却水流量計30が設けられ、この炉底冷却水流量計30で炉底冷却水の流量を計測する。また、管路501のガス化設備4の炉底27近くには、温度計測手段として冷却水入口温度検出器28が設けられ、冷却水の炉底27入口側の温度が計測される。冷却水出口側の管路502には冷却水出口温度検出器29が設けられ、ガス化設備4の炉底27出口温度を検出するものである。缶水循環系31を構成する管路601には気水分離ドラム32が設けられており、この気水分離ドラム32で分離された蒸気は蒸気管33を通して蒸気タービンまたは排熱回収ボイラ等へ送られる。この蒸気は、高圧給水ポンプ18から送られる蒸気と同じガス化設備の熱交換器に供給される。
【0019】
この第2の実施の形態では、節炭器9の圧力は約60kg/cm2 で、給水流量調整弁12にて排熱回収ボイラ7への給水流量を制御しており、節炭器9の入り口温度は約30〜60℃と低いが、節炭器9の出口温度は約220℃とかなり高く運転される。
【0020】
一方、ガス化設備4の高圧機器の冷却水用としては、圧力は炉内圧力より高く、温度は機器の低温腐食を防止するため、約160℃より高い方がよく、また、水平部が多いため固気二相流を伴う蒸発管でなく、蒸発を含まない圧縮水の範囲で冷却する方がよい。即ち、蒸発を伴う場合、炉底管の加熱面側である管の上方に蒸気が滞留し、加熱面側の熱伝達を著しく悪化させ、炉底冷却管を焼損し易いからである。
したがって、節炭器9の出口より少し上流で給水温度が約180℃程度の所に節炭器中間管寄20を設け、ガス化設備4の炉底冷却水用として節炭器9から抽水し、ガス化設備4の炉底を冷却後、約220℃程度に過熱された後、冷却水圧力調整弁6を介し排熱回収ボイラ7の蒸気ドラム13に回収する。
【0021】
この時、ガス化設備4の炉底冷却水は、排熱回収ボイラ7にとっては、いかにも節炭器9の一部として作用し、炉底冷却水の回収はそのままで排熱回収ボイラ7への給水として作用する。
また、炉底冷却水として缶水等の蒸発を伴う飽和水を使用する場合、缶水の温度は一定であるため、炉底での吸熱量を缶水温度から計測することはできない。
しかし、この実施の形態による蒸発を含まない圧縮水の範囲で冷却する場合、炉底冷却水流量計30にて冷却水流量を計測し、冷却水入口温度検出器28および冷却水出口温度検出器29にて温度を計測することにより、炉底での吸収熱量を容易に計測することができる。
【0022】
すなわち、本発明によれば、節炭器9の途中から抽水した炉底冷却水は、ガス化設備4にとっては低温腐食を防止し、冷却管焼損に対し、より安全な冷却水であり、炉底の吸熱量をも計測できる。
また、排熱回収ボイラ7にとっては節炭器9の一部として作用し、プラント全体としても、熱の回収を行い、機器の信頼性を高めるのみならず、経済性にも優れている。
なお、上記実施の形態では、設備内の被冷却機器の冷却に利用する冷却水を排熱回収ボイラの節炭器の出口より少し上流で給水温度が約180℃程度の所に節炭器中間管寄20を設けて抽水したが、冷却水温度によっては、節炭器の中間または出口から抽水してもよい。
【0023】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるガス化複合発電設備によれば次のような効果を奏することができる。
節炭器の中間または出口から抽水した炉底冷却水を蒸発を含まない圧縮水の範囲で冷却利用して、被冷却機器を冷却するので、ガス化設備にとっては低温腐食を防止することができる。節炭器の中間または出口から抽水し、該抽水を、蒸発を含まない圧縮水の範囲でガス化設備の炉底管およびバーナノズルの冷却に利用するので、冷却管焼損に対し、より安全な冷却水である。また、排熱回収ボイラにとっては節炭器の一部として作用し、プラント全体としても、熱の回収を行い、機器の信頼性を高めるのみならず、経済性にも優れている。
流量計測手段と温度計測手段によって被冷却機器を通過する冷却水の流量および出入口温度を計測するので、冷却部の吸熱量を計測することができる。
排熱回収ボイラの水系に急速ブロー弁を設けているので、高圧機器冷却水の抽水開始、終了時等の一時的なドラム水位の急変に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるガス化複合発電設備の第1の実施の形態を示す系統図である。
【図2】本発明によるガス化複合発電設備の第2の実施の形態を示す系統図である。
【図3】従来のガス化複合発電設備を示す系統図である。
【符号の説明】
1 復水器
3 高圧冷却水供給母管
4 ガス化設備
5 高圧冷却水戻り母管
6 冷却水圧力調整弁
7 排熱回収ボイラ
8 排熱回収ボイラ用給水ポンプ
9 節炭器
10 節炭器入口管寄
11 節炭器出口管寄
12 給水流量調整弁
13 蒸気ドラム
14 排熱回収ボイラ循環ポンプ
15 蒸発器
16 蒸気管
17 急速ブロー弁
18 高圧給水ポンプ
20 節炭器中間管寄
21 高圧冷却水流量調整弁
25 ガス化炉圧力容器
26 ガス化炉
27 炉底
28 冷却水入口温度検出器
29 冷却水出口温度検出器
30 炉底冷却水流量計
31 缶水循環系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gasification combined power generation facility capable of preventing low-temperature corrosion and improving thermal efficiency.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows a cooling water system for high-pressure equipment in a conventional gasification combined power generation facility.
There are many devices and facilities in the combined gasification power generation facility, but here, an example of a high-pressure device cooling water system is shown.
The high pressure equipment cooling water system of the combined gasification power generation facility includes a steam turbine condenser 1 and a high pressure equipment
In the gasification facility 4, the high-pressure cooling water flows from the high-pressure cooling water supply
[0003]
The pressure of the high-pressure cooling water that has flowed into the high-pressure cooling water return
After the high-pressure cooling water passes through the cooling water
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional technology, cooling water of about 30 ° C. flows in various places such as the burner nozzle of the gasification equipment 4, but because the temperature is too low, local parts that are not heated or when the gasification equipment 4 is started and stopped Etc., low temperature corrosion occurs on the surface of the portion cooled at a low temperature in the furnace. In addition, there is a problem in that the amount of heat absorbed during cooling is dissipated to the seawater without being recovered, resulting in a decrease in thermal efficiency.
[0005]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a gasification combined power generation facility capable of preventing low-temperature corrosion and improving thermal efficiency.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a gasification combined power generation facility having a gasification furnace, a gas turbine exhaust heat recovery boiler, and a steam turbine condenser. Water is extracted from the outlet, and the extracted water is used for cooling the furnace bottom tube and burner nozzle of the gasification facility within the range of compressed water not including evaporation, and the extracted water after cooling is recovered in the exhaust heat recovery boiler. It is in the configuration.
The present invention is provided with means for measuring the flow rate and the inlet / outlet temperature of the cooling water passing through the furnace bottom tube and the burner nozzle of the gasification facility .
Further, according to the present invention, the economizer is provided with an
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0008]
FIG. 1 is a high-pressure cooling water system diagram of an apparatus of a combined gasification power generation facility showing a first embodiment of the combined gasification combined power generation facility of the present invention. The same parts as those in FIG. Show.
In FIG. 1, in the combined gasification power generation facility of the present invention, an exhaust heat recovery boiler (referred to as “HRSG”) 7 that recovers heat from the exhaust of the gas turbine to the condenser 1 of the steam turbine and the gasification facility 4. Is added.
A
[0009]
The economizer 9 is provided with an
[0010]
The feed water heated by the economizer 9 is supplied to the steam drum 13 after the flow rate is adjusted by the feed water flow
[0011]
In the middle of the economizer 9 of the exhaust heat recovery boiler 7, an economizer
[0012]
Next, the operation of the present invention having the above configuration will be described.
In the first embodiment, the pressure of the economizer 9 is about 60 kg / cm 2 , and the feed water flow rate to the exhaust heat recovery boiler 7 is controlled by the feed water flow
[0013]
On the other hand, for the cooling water of the high pressure equipment of the gasification facility 4, the pressure is higher than the pressure in the furnace, and the temperature is preferably higher than about 160 ° C. in order to prevent low temperature corrosion of the equipment.
Therefore, an
At this time, the high-pressure equipment cooling water of the gasification facility 4 acts as a part of the economizer 9 for the exhaust heat recovery boiler 7, and the high-pressure equipment cooling water is recovered as it is to the exhaust heat recovery boiler 7. Acts as a water supply.
[0014]
That is, according to the present invention, the high-pressure equipment cooling water extracted from the middle of the economizer 9 is a high-temperature cooling water that prevents low-temperature corrosion for the gasification facility 4, and for the exhaust heat recovery boiler 7, It acts as a part of the economizer 9 and also recovers heat.
[0015]
The high-pressure cooling water flow rate adjustment valve 21 adjusts the cooling water flow rate required for each device such as the burner nozzle of the gasification facility 4, and the cooling water
[0016]
The water level of the steam drum 13 is controlled by the feed water flow
[0017]
Next, FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention and is a system diagram showing a bottom cooling water system of a gasification furnace of a combined gasification power generation facility.
In this case, the same parts as those in FIG.
[0018]
The gasification furnace 26 of this embodiment has a can
In this embodiment, an economizer
The
[0019]
In the second embodiment, the pressure of the economizer 9 is about 60 kg / cm 2 , and the feed water flow rate to the exhaust heat recovery boiler 7 is controlled by the feed water flow
[0020]
On the other hand, for the cooling water of the high pressure equipment of the gasification facility 4, the pressure is higher than the pressure in the furnace, and the temperature is preferably higher than about 160 ° C. in order to prevent cold corrosion of the equipment, and there are many horizontal portions. Therefore, it is better to cool in the range of compressed water that does not include evaporation, rather than an evaporation pipe with a solid-gas two-phase flow. That is, in the case of evaporation, the steam stays above the tube on the heating surface side of the furnace bottom tube, remarkably deteriorates the heat transfer on the heating surface side, and the furnace bottom cooling tube is easily burned.
Therefore, an
[0021]
At this time, the bottom cooling water of the gasification facility 4 acts as a part of the economizer 9 for the exhaust heat recovery boiler 7, and the recovery of the bottom bottom cooling water remains as it is to the exhaust heat recovery boiler 7. Acts as a water supply.
Further, when saturated water accompanying evaporation such as can water is used as the furnace bottom cooling water, since the temperature of the can water is constant, the endothermic amount at the furnace bottom cannot be measured from the can water temperature.
However, when cooling in the range of compressed water not including evaporation according to this embodiment, the cooling water flow rate is measured by the furnace bottom cooling
[0022]
That is, according to the present invention, the bottom cooling water extracted from the middle of the economizer 9 is a safer cooling water for the gasification facility 4 and prevents cold corrosion, and is safer against cooling pipe burnout. The amount of heat absorbed at the bottom can also be measured.
Moreover, it acts as a part of the economizer 9 for the exhaust heat recovery boiler 7, and the entire plant not only recovers heat and improves the reliability of the equipment, but also is excellent in economy.
In the above embodiment, the cooling water used for cooling the equipment to be cooled in the facility is placed in the middle of the economizer at a place where the feed water temperature is about 180 ° C. slightly upstream from the outlet of the economizer of the exhaust heat recovery boiler. Although the
[0023]
【The invention's effect】
As described above, the combined gasification power generation facility according to the present invention can provide the following effects.
Cooling equipment is cooled by using the bottom cooling water extracted from the middle or outlet of the economizer in the range of compressed water that does not include evaporation, so that low temperature corrosion can be prevented for gasification equipment. . Water is extracted from the middle or outlet of the economizer, and the extracted water is used to cool the bottom tube and burner nozzle of the gasification facility within the range of compressed water that does not include evaporation. It is water. Moreover, it acts as a part of the economizer for the exhaust heat recovery boiler, and the whole plant not only recovers heat and improves the reliability of the equipment, but also is economical.
Since the flow rate of cooling water passing through the device to be cooled and the inlet / outlet temperature are measured by the flow rate measuring means and the temperature measuring means, the endothermic amount of the cooling section can be measured.
Since the rapid blow valve is provided in the water system of the exhaust heat recovery boiler, it is possible to cope with a sudden change in the drum water level temporarily such as at the start and end of extraction of the high-pressure equipment cooling water.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing a first embodiment of a combined gasification combined power generation facility according to the present invention.
FIG. 2 is a system diagram showing a second embodiment of the combined gasification combined cycle facility according to the present invention.
FIG. 3 is a system diagram showing a conventional combined gasification power generation facility.
[Explanation of symbols]
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