JP4452328B2 - Combined power plant - Google Patents
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Description
本発明は、蒸気タービンとガスタービンとにより発電機を回転駆動させるコンバインド発電プラントに関する。 The present invention relates to a combined power plant in which a generator is rotated by a steam turbine and a gas turbine.
蒸気タービンとガスタービンとにより発電機を回転駆動させるコンバインド発電プラントは、燃焼ガスを作動流体とするガスタービンのブレイトンサイクルを高温側のサイクルに用い、その排気ガスを、低温側における水蒸気を作動流体とするランキンサイクルの加熱流体として利用することにより、複合サイクル熱機関としての作動温度を高め、複合熱効率を向上させたものである。 A combined power plant in which a generator is rotated by a steam turbine and a gas turbine uses the Brayton cycle of a gas turbine that uses combustion gas as a working fluid as a high-temperature cycle, and the exhaust gas is used as the working fluid from water vapor on the low-temperature side. By using it as a heating fluid for the Rankine cycle, the operating temperature of the combined cycle heat engine is increased and the combined thermal efficiency is improved.
従来の蒸気タービンとガスタービンとにより発電機を回転駆動させるコンバインド発電プラントにおいては、例えば、図6に示すように、蒸気タービンを駆動するための蒸気を、排熱回収ボイラ100により発生させる。この排熱回収ボイラ100は、給水を加熱するエコノマイザ(節炭器)101、エコノマイザ101により加熱された給水から蒸気を発生させる蒸発器102、発生した蒸気を過熱させる過熱器103とから成り、発電機を回転駆動させたガスタービンの排気ガスを利用して、過熱蒸気を発生させる。この排熱回収ボイラ100から供給される過熱蒸気が蒸気タービンに送られ、この蒸気タービンによっても上記発電機が回転駆動される。
In a combined power generation plant in which a generator is rotated by a conventional steam turbine and gas turbine, for example, as shown in FIG. 6, steam for driving the steam turbine is generated by the exhaust
上述の排熱回収ボイラ100に給水するための給水システムは、例えば、ホットウエルタンク110と、脱気器112、給水ポンプ113により構成される。補給水は、脱気器112を通してホットウエルタンク110内へ注入される。ホットウエルタンク110を通った給水は、給水ポンプ113により加圧されて、上述の排熱回収ボイラ100のエコノマイザ101を通り、上述のようにガスタービンの排気ガスにより加熱される。また、ホットウエルタンク110には、蒸気プロセスの戻り水が脱気器114を通して注入され、また、蒸気タービンの復水も注入される。
The water supply system for supplying water to the above-described exhaust
一方、蒸気タービンを駆動するための蒸気は、ボイラ100や蒸気タービンの腐食防止等の観点から、その溶存酸素量を一定値以下にする維持する必要がある。しかしながら、補給水として、従来は、硬水から純水化装置を通して生成された純水が用いられることが多いが(例えば、非特許文献1及び2参照)、純水には、常温(15°C)において約10mg/Lという高い濃度の酸素が溶解し得る。また、ホットウエルタンク110の液面上方空間111は大気に開放されており、ホットウエルタンク110内においても、流入空気からの酸素溶解が発生する。
On the other hand, the steam for driving the steam turbine needs to maintain the dissolved oxygen amount below a certain value from the viewpoint of preventing corrosion of the
したがって、従来のコンバインド発電プラントにおいては、補給水は、脱気器112を通してからホットウエルタンク110に注入されると共に、例えば、エコノマイザ101と蒸発器102との間、そして、必要によりホットウエルタンク110と給水ポンプ113との間において、多量の脱酸素剤の投入が行われる。また、熱電可変型で運用する場合には、蒸気プロセスの戻り水も、同様に高い濃度の酸素が溶解している場合もあり、脱気器114を通してから、ホットウエルタンク110内へ注入される。
このように、従来のコンバインド発電プラントにおいては、補給水に高い濃度の酸素が溶解しているため、補給水のラインに、脱気器を配設しなければならず、また、多量の脱酸素剤の投入を行わなければならない。したがって、従来のコンバインド発電プラントは、設備費、エネルギ損失、整備費、運転費において、極めてコスト高になるという問題がある。特に、熱電可変型の場合には、蒸気プロセスの戻り水にも脱気器が必要となり、更なる設備費の増加を招き、事実上、熱電可変型コンバインド発電プラントの実現は困難な状況である。 As described above, in the conventional combined power plant, oxygen having a high concentration is dissolved in the makeup water. Therefore, a deaerator has to be disposed in the makeup water line, and a large amount of oxygen removal is performed. The agent must be charged. Therefore, the conventional combined power plant has a problem that it is extremely expensive in terms of equipment cost, energy loss, maintenance cost, and operation cost. In particular, in the case of the thermoelectric variable type, a deaerator is also required for the return water of the steam process, resulting in a further increase in equipment costs, and it is practically difficult to realize a variable thermoelectric combined power plant. .
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、コンバインド発電プラントに対する脱酸素剤の使用量を大幅に減少させ、また、脱気器の設置を不要にすることにより、設備費、エネルギ損失、整備費、運転費において大幅なコスト削減を図ることができる、コンバインド発電プラントを提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve such problems, and greatly reduces the amount of oxygen scavenger used in a combined power plant, and eliminates the need for installing a deaerator, thereby reducing equipment costs, It is an object of the present invention to provide a combined power generation plant that can achieve significant cost reduction in energy loss, maintenance cost, and operation cost.
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、蒸気タービンとガスタービンとにより発電機を回転駆動させるコンバインド発電プラントであって、このコンバインド発電プラントは、ガスタービンの排気ガスにより蒸気タービンを回転駆動させるための過熱蒸気を発生させると共にエコノマイザを有する排熱回収ボイラと、エコノマイザに供給するための給水を一旦貯水するホットウエルタンクとを備え、ホットウエルタンクは、貯水する給水を所定温度に加熱するための加熱手段を有し、加熱手段は、エコノマイザにより加熱された給水を熱源とすることにある。 In order to solve the above-mentioned problem, the means employed by the present invention is a combined power generation plant in which a generator is rotated by a steam turbine and a gas turbine, and the combined power generation plant uses steam exhaust gas to generate steam. An exhaust heat recovery boiler that generates superheated steam for rotating the turbine and has an economizer, and a hot well tank that temporarily stores water to be supplied to the economizer, the hot well tank has a predetermined amount of water to store There is a heating means for heating to a temperature, and the heating means is to use water supply heated by an economizer as a heat source.
このように、ホットウエルタンクに、貯水する給水を所定温度に加熱するための加熱手段を備えることにより、貯水された給水の溶存酸素量を大幅に減少させることができる。このため、従来のコンバインド発電プラントにおいて必要とされた、補給水や蒸気プロセスの戻り水に対する脱気器の設置を不要にすることができ、また、給水への脱酸素剤の投入を大幅に減少させることができる。さらに、加熱手段が、エコノマイザにより加熱された給水を熱源とすることにより、自己完結型のシステムが形成され、ガスタービンの排熱を一段と有効利用した給水システムを構築することができる。 Thus, by providing the hot well tank with heating means for heating the stored water to a predetermined temperature, the amount of dissolved oxygen in the stored water can be greatly reduced. This eliminates the need to install a deaerator for make-up water and return water from the steam process, which is required in conventional combined power plants, and significantly reduces the use of oxygen scavengers in the water supply. Can be made. Furthermore, when the heating means uses the water supply heated by the economizer as a heat source, a self-contained system is formed, and a water supply system that makes more effective use of the exhaust heat of the gas turbine can be constructed.
また、本発明が採用する手段は、蒸気タービンとガスタービンとにより発電機を回転駆動させるコンバインド発電プラントであって、このコンバインド発電プラントは、ガスタービンの排気ガスにより蒸気タービンを回転駆動させるための過熱蒸気を発生させると共にエコノマイザを有する排熱回収ボイラと、エコノマイザに供給するための給水を貯水するホットウエルタンクとを備え、ホットウエルタンクは、貯水する給水の液面上方空間が所定圧力の蒸気により充満され、蒸気は、エコノマイザにより加熱された給水を用いて発生させることにある。 Further, the means employed by the present invention is a combined power generation plant in which a generator is rotated by a steam turbine and a gas turbine, and the combined power generation plant is configured to rotate the steam turbine by exhaust gas from the gas turbine. An exhaust heat recovery boiler that generates superheated steam and has an economizer, and a hot well tank that stores water to be supplied to the economizer. The hot well tank has steam at a predetermined pressure in the space above the surface of the water to be stored. The steam is to be generated using water supply heated by an economizer.
このように、ホットウエルタンクの液面上方空間に所定圧力の蒸気を充満させることにより、ホットウエルタンク内への外気の侵入を防止し、給水が外気と接触することを防止することができる。これにより、ホットウエルタンク内に貯水された給水への酸素溶解を、確実に防止することができる。このため、従来のコンバインド発電プラントにおいて必要とされた、補給水や蒸気プロセスの戻り水に対する脱気器の設置を不要にすることができ、また、給水への脱酸素剤の投入を大幅に減少させることができる。さらに、蒸気を、エコノマイザにより加熱された給水を用いて発生させることにより、自己完結型システムが形成され、ガスタービンの排熱を一段と有効利用した給水システムを構築することができる。 In this way, by filling the space above the liquid level of the hot well tank with steam at a predetermined pressure, it is possible to prevent the outside air from entering the hot well tank and prevent the water supply from coming into contact with the outside air. Thereby, it is possible to reliably prevent the dissolution of oxygen in the water supply stored in the hot well tank. This eliminates the need to install a deaerator for make-up water and return water from the steam process, which is required in conventional combined power plants, and significantly reduces the use of oxygen scavengers in the water supply. Can be made. Furthermore, by generating steam using the water supply heated by the economizer, a self-contained system can be formed, and a water supply system that can effectively use the exhaust heat of the gas turbine can be constructed.
さらに、本発明が採用する手段は、蒸気タービンとガスタービンとにより発電機を回転駆動させるコンバインド発電プラントであって、コンバインド発電プラントは、ガスタービンの排気ガスにより蒸気タービンを回転駆動させるための過熱蒸気を発生させると共にエコノマイザを有する排熱回収ボイラと、エコノマイザに供給するための給水を貯水するホットウエルタンクとを備え、ホットウエルタンクは、貯水する給水を所定温度に加熱するための加熱手段を有すると共に貯水する給水の液面上方空間が所定圧力の蒸気により充満され、加熱手段は、エコノマイザにより加熱された給水を熱源とし、蒸気は、エコノマイザにより加熱された給水を用いて発生させることにある。 Furthermore, the means adopted by the present invention is a combined power plant that rotates a generator by a steam turbine and a gas turbine, and the combined power plant is an overheater that rotates the steam turbine by exhaust gas of the gas turbine. A waste heat recovery boiler that generates steam and has an economizer, and a hot well tank that stores water to be supplied to the economizer, the hot well tank has heating means for heating the water to be stored to a predetermined temperature. The space above the liquid level of the feed water to be stored and filled is filled with steam at a predetermined pressure. .
このように、ホットウエルタンクに、貯水する給水を所定温度に加熱するための加熱手段を備えることにより、貯水された給水の溶存酸素量を大幅に減少させることができる。これと共に、ホットウエルタンクの液面上方空間に所定圧力の蒸気を充満させることにより、ホットウエルタンク内への外気の侵入を防止し、給水が外気と接触することを防止することができ、これにより、ホットウエルタンク内に貯水された給水への酸素溶解を、確実に防止することができる。このため、従来のコンバインド発電プラントにおいては必要とされた、補給水や蒸気プロセスの戻り水に対する脱気器の設置を、より確かに不要にすることができ、また、給水への脱酸素剤の投入を、さらに大幅に減少させることができる。 Thus, by providing the hot well tank with heating means for heating the stored water to a predetermined temperature, the amount of dissolved oxygen in the stored water can be greatly reduced. At the same time, by filling the space above the liquid level of the hot well tank with steam at a predetermined pressure, it is possible to prevent the outside air from entering the hot well tank and prevent the water supply from coming into contact with the outside air. Thus, it is possible to reliably prevent the dissolution of oxygen in the water supply stored in the hot well tank. For this reason, the installation of a deaerator for make-up water and the return water of the steam process, which is required in conventional combined power plants, can be made more reliable, and oxygen scavengers can be added to the feed water. Input can be further reduced significantly.
ホットウエルタンク内の給水の温度を検出するための温度検出手段と、エコノマイザにより加熱された給水を加熱手段へ供給する第1の流量制御手段とをさらに備え、第1の流量制御手段は、温度検出手段が検出した給水の温度に基づいて、エコノマイザにより加熱された給水を加熱手段へ供給することが望ましい。これにより、ホットウエルタンク内の給水温度を、上記所定温度に自動調整することができるようになる。 The apparatus further comprises temperature detection means for detecting the temperature of the feed water in the hot well tank, and first flow rate control means for supplying the feed water heated by the economizer to the heating means. Based on the temperature of the feed water detected by the detection means, it is desirable to supply the feed water heated by the economizer to the heating means. Thereby, the water supply temperature in the hot well tank can be automatically adjusted to the predetermined temperature.
上記所定温度は、50°C以上85°C以下であることが望ましい。これは、ホットウエルタンク内の給水温度が50°C未満の場合には、給水の溶存酸素量の減少が充分ではなく、補給水や蒸気プロセスの戻り水に対する脱気器の設置を不要にすることができず、また、給水への脱酸素剤の投入を大幅に減少させることができない可能性が生じるからである。ホットウエルタンク内の給水温度が85°Cを超える場合には、溶存酸素量がさらに減少する一方で、ホットウエルタンク内へ還元される給水量が増加し、エネルギ損失が生じる恐れがあるからである。なお、この所定温度は、55°C以上70°C以下であることが、さらに望ましい。 The predetermined temperature is desirably 50 ° C. or higher and 85 ° C. or lower. This is because when the feed water temperature in the hot well tank is less than 50 ° C., the amount of dissolved oxygen in the feed water is not sufficiently reduced, making it unnecessary to install a deaerator for make-up water and return water from the steam process. This is because there is a possibility that it is not possible to reduce the amount of oxygen scavenger added to the water supply. If the water supply temperature in the hot well tank exceeds 85 ° C, the amount of dissolved oxygen will decrease further, while the amount of water supplied to the hot well tank will increase and energy loss may occur. is there. The predetermined temperature is more preferably 55 ° C or higher and 70 ° C or lower.
エコノマイザにより加熱された給水をホットウエルタンクの液面上方空間内へ流量制御して供給する第2の流量制御手段を備えることが望ましい。エコノマイザにより加熱された給水を液面上方空間内へ供給することにより、給水は急減圧により直ちにフラッシュして蒸気化する。これにより、ホットウエルタンクの液面上方空間を蒸気により充満させることができる。また、第2の流量制御手段により、液面上方空間内の蒸気圧力を上記所定圧力に保持することができる。 It is desirable to include second flow rate control means for supplying the water supply heated by the economizer by controlling the flow rate into the space above the liquid level of the hot well tank. By supplying the feed water heated by the economizer into the space above the liquid level, the feed water is immediately flushed and vaporized by sudden pressure reduction. Thereby, the space above the liquid level of the hot well tank can be filled with steam. Further, the vapor pressure in the space above the liquid level can be maintained at the predetermined pressure by the second flow rate control means.
第2の流量制御手段は、ホットウエルタンクの液面上方空間の気圧を検出するための気圧計と、給水を液面上方空間内へ流量制御して供給する第1の流量制御弁と、気圧計が検出した気圧に基づいて第1の流量制御弁の作動を制御するコントローラとを備えることが望ましい。第2の流量制御手段をこのように構成することにより、ホットウエルタンクの液面上方空間の蒸気圧力を上記所定圧力に自動調整することができる。 The second flow rate control means includes a barometer for detecting the atmospheric pressure in the space above the liquid level of the hot well tank, a first flow rate control valve for supplying water supply by controlling the flow rate into the space above the liquid level, and the atmospheric pressure. It is desirable to provide a controller that controls the operation of the first flow control valve based on the atmospheric pressure detected by the meter. By configuring the second flow rate control means in this way, the vapor pressure in the space above the liquid level in the hot well tank can be automatically adjusted to the predetermined pressure.
ホットウエルタンクは、液面上方空間と大気とを連通させるベント部を有し、第2の流量制御手段は、エコノマイザにより加熱された給水を液面上方空間内へ流量制御して供給する第2の流量制御弁と、ベント部に配設されて液面上方空間内への大気の逆流を禁止する逆止弁とを備えることが望ましい。第2の流量制御手段を、このように構成することにより、ホットウエルタンクの液面上方空間を上記所定圧力の蒸気で、簡易に充満させることができる。 The hot well tank has a vent portion that allows the space above the liquid level to communicate with the atmosphere, and the second flow rate control means supplies the water supplied by the economizer by controlling the flow rate into the space above the liquid level. It is desirable to provide a flow rate control valve and a check valve that is disposed in the vent portion and prohibits the backflow of the atmosphere into the space above the liquid level. By configuring the second flow rate control means in this way, the space above the liquid level of the hot well tank can be easily filled with the steam having the predetermined pressure.
上記所定圧力は、0.1kPA以上50kPA以下であることが望ましい。これは、所定圧力が0.1kPA未満の場合には、ホットウエルタンク内への外気の侵入を充分に防止することができないからである。このため、ホットウエルタンク内に貯水された給水の溶存酸素量を大幅に減少させることができず、補給水や蒸気プロセスの戻り水に対する脱気器の設置を不要にすることができず、また、給水への脱酸素剤の投入を大幅に減少させることができない可能性が生じる。所定圧力が50kPAを超える場合には、ホットウエルタンク内へ還元される給水量が増加し、エネルギ損失が生じるようになり、また、ホットウエルタンク自体の耐圧性の問題が生じるようになるからである。なお、この所定圧力は、1kPA以上5kPA以下であることが、さらに望ましい。 The predetermined pressure is preferably from 0.1 kPA to 50 kPA. This is because when the predetermined pressure is less than 0.1 kPA, it is not possible to sufficiently prevent the outside air from entering the hot well tank. For this reason, the amount of dissolved oxygen in the feed water stored in the hot well tank cannot be significantly reduced, and the installation of a deaerator for make-up water or the return water of the steam process cannot be made unnecessary. There is a possibility that the input of the oxygen scavenger to the water supply cannot be significantly reduced. If the predetermined pressure exceeds 50 kPA, the amount of water supplied to the hot well tank will increase, resulting in energy loss and the problem of pressure resistance of the hot well tank itself. is there. The predetermined pressure is more preferably 1 kPA or more and 5 kPA or less.
以上詳細に説明したように、本発明のコンバインド発電プラントは、蒸気タービンとガスタービンとにより発電機を回転駆動させるコンバインド発電プラントであって、このコンバインド発電プラントは、ガスタービンの排気ガスにより蒸気タービンを回転駆動させるための過熱蒸気を発生させると共にエコノマイザを有する排熱回収ボイラと、エコノマイザに供給するための給水を貯水するホットウエルタンクとを備え、ホットウエルタンクは、貯水する給水を所定温度に加熱するための加熱手段を有し、加熱手段は、エコノマイザにより加熱された給水を熱源とする。 As described above in detail, the combined power generation plant of the present invention is a combined power generation plant in which a generator is rotated by a steam turbine and a gas turbine, and the combined power generation plant uses a gas turbine exhaust gas to generate a steam turbine. An exhaust heat recovery boiler having an economizer and a hot well tank for storing water to be supplied to the economizer, and the hot well tank is configured to keep the water to be stored at a predetermined temperature. Heating means for heating is provided, and the heating means uses water supplied by the economizer as a heat source.
また、本発明のコンバインド発電プラントは、蒸気タービンとガスタービンとにより発電機を回転駆動させるコンバインド発電プラントであって、このコンバインド発電プラントは、ガスタービンの排気ガスにより蒸気タービンを回転駆動させるための過熱蒸気を発生させると共にエコノマイザを有する排熱回収ボイラと、エコノマイザに供給するための給水を貯水するホットウエルタンクとを備え、ホットウエルタンクは、貯水する給水の液面上方空間が所定圧力の蒸気により充満され、蒸気は、エコノマイザにより加熱された給水を用いて発生させる。 The combined power plant of the present invention is a combined power plant that rotates a generator by a steam turbine and a gas turbine, and the combined power plant rotates the steam turbine by the exhaust gas of the gas turbine. An exhaust heat recovery boiler that generates superheated steam and has an economizer, and a hot well tank that stores water to be supplied to the economizer. The hot well tank has steam at a predetermined pressure in the space above the surface of the water to be stored. The steam is generated using water supply heated by an economizer.
したがって、本発明のコンバインド発電プラントは、コンバインド発電プラントに対する脱酸素剤の使用量を大幅に減少させ、また、脱気器の設置を不要にすることにより、設備費、エネルギ損失、整備費、運転費において大幅なコスト削減を図ることができるという優れた効果を奏する。 Therefore, the combined power plant of the present invention greatly reduces the amount of oxygen scavenger used in the combined power plant and eliminates the need for installing a deaerator, thereby reducing the equipment cost, energy loss, maintenance cost, and operation. It has an excellent effect that the cost can be greatly reduced.
本発明のコンバインド発電プラントを実施するための第1の最良の形態を、図1ないし図4を参照して詳細に説明する。 A first best mode for carrying out the combined power plant of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図1は、本発明のコンバインド発電プラントを実施するための第1の最良の形態を示す模試図、図2は、コンバインド発電プラントの発電システムを示す模試図、図3は、別の発電システムを示す模試図、図4は、純水に対する酸素の溶解度を示すグラフである。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a first best mode for carrying out the combined power plant of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing a power generation system of the combined power plant, and FIG. 3 is another power generation system. FIG. 4 is a graph showing the solubility of oxygen in pure water.
図1及び図2に示すように、本発電システムは、蒸気タービン30及びガスタービン40により発電機50を回転駆動させるコンバインド発電プラントであり、燃焼ガスを作動流体とするガスタービン40のブレイトンサイクルを高温側のサイクルに用い、その排気ガスを、低温側における蒸気を作動流体とするランキンサイクルの加熱流体として利用することにより、複合サイクル熱機関としての作動温度を高め、複合熱効率を向上させたものである。
As shown in FIGS. 1 and 2, this power generation system is a combined power generation plant in which a
図1に示すように、本コンバインド発電プラントの給水及び蒸気発生システムは、ホットウエルタンク1、排熱回収ボイラ20等により構成される。ホットウエルタンク1には、補給水の供給ライン10、プロセス戻り水の供給ライン11、そして後述の蒸気タービン復水の供給ライン12が接続される。補給水の供給ライン10及びプロセス戻り水の供給ライン11からは、純水又は軟水がホットウエルタンク1内へ供給される。また、蒸気タービン復水の供給ライン12からは、復水である純水がホットウエルタンク1内へ供給される。
As shown in FIG. 1, the feed water and steam generation system of the combined power generation plant includes a hot well tank 1, an exhaust
ホットウエルタンク1内には、熱交換器(加熱手段)2が配設される。一方、排熱回収ボイラ20は、給水を加熱するためのエコノマイザ21、加熱された給水から蒸気を発生させるための蒸発器22、発生した蒸気を過熱するための過熱器23とから成る。ホットウエルタンク1内に貯水された給水は、給水ポンプ14により加圧されてエコノマイザ21に送られる。エコノマイザ21で、上述のガスタービン40から排出された排気ガスより加熱された給水は、その大部分が蒸気ドラム24に送られる。
In the hot well tank 1, a heat exchanger (heating means) 2 is disposed. On the other hand, the exhaust
蒸気ドラム24を通して蒸発器22へ送られた給水は、ガスタービン40から排出された排気ガスにより加熱されて蒸気となり、再び蒸気ドラム24へ戻される。蒸気ドラム24では、不純物等を含む給水の一部がブローされてシステム外へ排出される。蒸気ドラム24から汽水分離器25へ送られ、この汽水分離器25で分離された蒸気だけが、過熱器23に送られる。過熱器23で過熱された蒸気の一部は、上述の蒸気タービン30に送られて、この蒸気タービン30を回転駆動する。また、過熱蒸気の残部は、減温器27を通して減温された後、蒸気プロセスに送られる。
The feed water sent to the
エコノマイザ21で、ガスタービン40から排出された排気ガスにより加熱された給水の一部は、上述のホットウエルタンク1内の熱交換器2に送られ、熱交換器2でホットウエルタンク1内の給水と熱交換した給水は、温度制御弁(第1の流量制御手段)16を介して、ホットウエルタンク1内へドレインされる。ホットウエルタンク1と上述の給水ポンプ14との間には、給水温度計(温度検出手段)15が配設され、この給水温度計15により、ホットウエルタンク1出口の給水温度が検出される。ホットウエルタンク1出口の給水温度は、ホットウエルタンク1内の給水温度と略同一である。給水温度計15が検出した給水温度は、図示しないコントローラ(第1の流量制御手段)に入力され、このコントローラが、給水温度計15が検出した給水温度に基づいて、温度制御弁16の開度を制御する。
A part of the water supply heated by the exhaust gas discharged from the
エコノマイザ21で、ガスタービン40から排出された排気ガスにより加熱された給水の他の一部は、高温水遮断弁(第1の流量制御弁)18を介して、ホットウエルタンク1内の給水の液面上方空間3へ供給される。ホットウエルタンク1には、このホットウエルタンク1内の気圧を検出するためのタンク内圧力計(気圧計)17が配設される。タンク内圧力計17が検出したホットウエルタンク1内の気圧は、図示しないコントローラに入力され、このコントローラが、タンク内圧力計17が検出したホットウエルタンク1内の蒸気圧力に基づいて、高温水遮断弁18の開度を制御する。ホットウエルタンク1の上部には、ホットウエルタンク1内の蒸気を大気に逃がすためのベント部4が設けられる。なお、高温水遮断弁18ではなく、汎用の流量制御弁により上記第1の流量制御弁を構成することもできる。
Another part of the water supply heated by the exhaust gas discharged from the
図2に示すように、蒸気タービン30は、上述の排熱回収ボイラ20から供給される過熱蒸気により回転駆動されるものであり、その回転軸が調速機31を介して発電機50に連結され、発電機50を回転駆動する。蒸気タービン30で断熱膨張し温度低下した蒸気は、復水器32に送られる。復水器32は、復水器内圧に従って蒸気タービン30の背圧を下げると共に、復水を回収する役割を有する。このため、復水器32に流入した蒸気は、真空ポンプ33による極低圧状態において、外部冷却水により冷却されて復水となる。復水器32で生成された復水は、復水ポンプ34より、図1に示したホットウエルタンク1内へ流入する。
As shown in FIG. 2, the
ガスタービン40は、圧縮機41、燃焼器42、タービン43から成る。圧縮機41で圧縮された大気は、燃焼器42に送られる一方、モータ45で駆動されるガス圧縮機46により圧縮された燃料ガスが、燃焼器42内に噴射され、燃焼する。燃焼ガスは、タービン43で断熱膨張し、タービン43を回転駆動した後、図1に示した排熱回収ボイラ20内へ流入する。タービン43は、その回転軸が調速機44を介して発電機50に連結され、発電機50を回転駆動する。
The
なお、図3に示すように、蒸気タービン30とガスタービン40とに個別の発電機51,52をそれぞれ連結して、本発明のコンバインド発電プラントを形成することもできる。
In addition, as shown in FIG. 3, the
次に、本発明のコンバインド発電プラントの作動について説明する。 Next, the operation of the combined power plant of the present invention will be described.
図1に示すように、補給水及びプロセス戻り水としての純水又は軟水、また、蒸気タービン復水としての純水がホットウエルタンク1へ供給され、コンバインド発電プラントのための給水が、ホットウエルタンク1内に一旦貯水される。コントローラが、給水温度計15が検出した給水温度に基づいて、温度制御弁16の開度を制御し、エコノマイザ21でガスタービン40のタービン43から排出された排気ガスより加熱された給水の一部を、給水温度が50°C〜85°Cの範囲内の、例えば、60°C(所定温度)になるように、ホットウエルタンク1内の熱交換器2へ供給する。
As shown in FIG. 1, pure water or soft water as make-up water and process return water, and pure water as steam turbine condensate are supplied to a hot well tank 1, and water for a combined power plant is supplied to the hot well. The water is once stored in the tank 1. The controller controls the opening degree of the
このように、60°Cに調整されたホットウエルタンク1内の給水には、図3に示すように、大気圧換算で約5mg/Lの酸素が溶解している。このように、ホットウエルタンク1内の給水温度を、例えば、60°Cに調整することにより、常温における溶存酸素量が約10mg/Lであるのに比べて、約半分に減少させることができる。なお、ホットウエルタンク1内の給水には、補給水及びプロセス戻り水としての軟水が含まれる場合がある。図4は、大気圧における純水に対する酸素の溶解度を示すが、給水に軟水が含まれる場合には、溶解している酸素以外の物質との関連等により、溶存酸素量が純水に対するものと若干異なることもある。しかしながら、従来のコンバインド発電プラントと比較した本発明のコンバインド発電プラントによる溶存酸素量の減少比は、純水の場合とほぼ同様と考えることができる。 As described above, about 5 mg / L oxygen in terms of atmospheric pressure is dissolved in the water supply in the hot well tank 1 adjusted to 60 ° C. as shown in FIG. Thus, by adjusting the water supply temperature in the hot well tank 1 to, for example, 60 ° C., the amount of dissolved oxygen at room temperature can be reduced to about half compared to about 10 mg / L. . The water supply in the hot well tank 1 may include soft water as make-up water and process return water. FIG. 4 shows the solubility of oxygen in pure water at atmospheric pressure. When soft water is contained in the water supply, the dissolved oxygen amount is in the pure water due to the relationship with substances other than dissolved oxygen. It may be slightly different. However, the reduction ratio of the dissolved oxygen amount by the combined power plant of the present invention compared to the conventional combined power plant can be considered to be almost the same as that of pure water.
これにより、従来のコンバインド発電プラントの給水システムにおいて必要とされた、補給水や蒸気プロセスの戻り水のための脱気器の設置を不要にすることができ、また、給水への脱酸素剤の投入を大幅に減少させることができる。このため、設備費、エネルギ損失、整備費、運転費において、大幅なコスト削減を図ることができる。 This eliminates the need for a deaerator for make-up water and steam process return water, which is required in conventional combined power plant water supply systems. Input can be greatly reduced. For this reason, significant cost reduction can be achieved in equipment cost, energy loss, maintenance cost, and operation cost.
また、ホットウエルタンク1内の給水を加熱するための手段として、エコノマイザ21により加熱された給水を熱源とする熱交換器2を用いたから、自己完結型システムが形成され、ガスタービン40の排熱を一段と有効利用した給水システムを構築することができる。ホットウエルタンク1内の給水温度は、50°C以上85°C以下であることが望ましいが、これは、図3に示すように、ホットウエルタンク内の給水温度が50°C未満の場合には、給水の溶存酸素量の減少が充分ではなく、補給水や蒸気プロセスの戻り水に対する脱気器の設置を不要にすることができず、また、給水への脱酸素剤の投入を大幅に減少させることができない可能性が生じるからである。
Further, as the means for heating the water supply in the hot well tank 1, the
また、ホットウエルタンク内の給水温度が85°Cを超える場合には、溶存酸素量はさらに減少する一方で、ホットウエルタンク内へ還元される給水量が増加し、エネルギ損失が生じる恐れがあるからである。このような観点から、この所定温度は、55°C以上70°C以下であることが、さらに望ましい。 Further, when the water supply temperature in the hot well tank exceeds 85 ° C., the amount of dissolved oxygen is further reduced, while the amount of water supplied to the hot well tank is increased, which may cause energy loss. Because. From such a viewpoint, the predetermined temperature is more preferably 55 ° C. or higher and 70 ° C. or lower.
一方、コントローラは、タンク内圧力計17が検出したホットウエルタンク1内の気圧に基づいて、高温水遮断弁18の開度を制御し、エコノマイザ21でガスタービン40のタービン43から排出された排気ガスにより加熱された給水の他の一部を、ホットウエルタンク1内の気圧が、0.1kPA以上50kPA以下(所定圧力)になるように、ホットウエルタンク1内の給水の液面上方空間3へ供給する。この液面上方空間3へ供給された給水は約1900kPAに加圧されており、0.1kPA〜50kPAに急減圧されることにより直ちにフラッシュして蒸気化し、ホットウエルタンク1内の給水の液面上方空間3を充満する。充満した蒸気は、ベント部4から大気中へ放出され、液面上方空間3の気圧は、常に0.1kPA〜50kPAに維持される。
On the other hand, the controller controls the opening degree of the hot
このように、ホットウエルタンク1の液面上方空間3を、0.1kPA〜50kPAの圧力の蒸気で充満することにより、ホットウエルタンク1内への外気の侵入を防止し、給水が外気と接触することを防止することができる。これにより、ホットウエルタンク1内に貯水された給水の溶存酸素量を、大幅に減少させることができる。このため、従来のコンバインド発電プラントの給水システムにおいて必要とされた、補給水や蒸気プロセスの戻り水に対する脱気器の設置を不要にすることができ、また、給水への脱酸素剤の投入を大幅に減少させることができる。これにより、設備費、エネルギ損失、整備費、運転費において、大幅なコスト削減を図ることができる。
In this way, by filling the
また、蒸気を、エコノマイザ21により加熱された給水を用いて発生させるから、自己完結型システムが形成され、ガスタービン40の排熱を一段と有効利用した給水システムを構築することができる。ホットウエルタンク1内の給水の液面上方空間3の気圧は、0.1kPA〜50kPAであることことが望ましいが、これは、液面上方空間3の気圧が0.1kPA未満の場合には、ホットウエルタンク1内への外気の侵入を充分に防止することができず、ホットウエルタンク内に貯水された補給水の溶存酸素量を、大幅に減少させることができない恐れがあるからである。また、液面上方空間3の気圧が50kPAを超える場合には、ホットウエルタンク内へ還元される給水量が増加し、エネルギ損失が生じるようになり、また、ホットウエルタンク自体の耐圧性の問題が生じるようになるからである。このような観点から、液面上方空間3の気圧は、1kPA以上5kPA以下であることが、さらに望ましい。
Moreover, since steam is generated using the water supply heated by the
本発明のコンバインド発電プラントを実施するための第2の最良の形態を、図5を参照して詳細に説明する。 A second best mode for carrying out the combined power plant of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
図5に示すように、排熱回収ボイラ20のエコノマイザ21により加熱された給水を、ホットウエルタンク1の液面上方空間3内へ流量制御して供給する定流量弁(第2の流量制御弁)61、あるいはそれと同様の機能を有する一般弁と、ホットウエルタンク1のベント部4に配設され、液面上方空間3内への大気の逆流を禁止する自力式逆止弁62とを設けることにより、ホットウエルタンク1内の液面上方空間3の気圧を上記所定圧力に保持するようにしてもよい。
As shown in FIG. 5, a constant flow valve (second flow control valve) that supplies the water supplied by the
逆止弁61がホットウエルタンク1内への外気の侵入を防止すると共に、定流量弁61の流量を調整することにより、定流量弁61と逆止弁61とが共働して、ホットウエルタンク1内の液面上方空間3の蒸気圧力を上記所定圧力に保持するようにすることもできる。このような構成により、ホットウエルタンク1内の液面上方空間3を上記所定圧力の蒸気で、簡易に充満させることができる。その他は、上述の第1の最良の形態と同様である。
The
なお、上述のホットウエルタンク1内の給水温度は、必ずしも50°C以上85°C以下である必要はなく、また、ホットウエルタンク1内の液面上方空間3の気圧は、0.1kPA以上50kPA以下である必要はない。また、上述のコンバインド発電プラントは一例にすぎず、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
The water supply temperature in the hot well tank 1 is not necessarily 50 ° C. or higher and 85 ° C. or lower, and the air pressure in the
1 ホットウエルタンク
2 熱交換器
3 液面上方空間
4 ベント部
10 補給水の供給ライン
11 プロセス戻り水の供給ライン
12 タービン復水の供給ライン
14 給水ポンプ
15 給水温度計
16 温度制御弁
17 タンク内圧力計
18 高温水遮断弁
20 排熱回収ボイラ
21 エコノマイザ
22 蒸発器
23 過熱器
24 蒸気ドラム
25 汽水分離器
27 減温器
30 蒸気タービン
31 調速機
32 復水器
33 真空ポンプ
34 復水ポンプ
40 ガスタービン
41 圧縮機
42 燃焼器
43 タービン
44 調速機
45 モータ
46 ガス圧縮機
50,51,52 発電機
61 定流量弁
62 自力式逆止弁
100 排熱回収ボイラ
101 エコノマイザ
102 蒸発器
103 過熱器
110 ホットウエルタンク
111 液面上方空間
112 脱気器
113 給水ポンプ
114 脱気器
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