JP5562818B2

JP5562818B2 - 発電プラント

Info

Publication number: JP5562818B2
Application number: JP2010270614A
Authority: JP
Inventors: 浩史田邉; 栄気安澤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-12-03
Also published as: JP2012117498A

Description

本発明は、高炉ガス（ＢＦＧ）等の低カロリーガスを燃料とするガスタービンと、燃料ガス圧縮機で加圧されて再循環される燃料ガスを冷却する燃料ガス冷却器とを備えた発電プラントに関するものである。

高炉ガス（ＢＦＧ）等の低カロリーガスを燃料とするガスタービンと、燃料ガス圧縮機で加圧されて再循環される燃料ガスを冷却する燃料ガス冷却器とを備えた発電プラントとしては、例えば、特許文献１の図１に開示されたものが知られている。

特開平９−７９０４６号公報

ところで、上記特許文献１の図１に開示された発電プラントを、寒冷地等の燃料ガス温度が５℃以下となるような場所で使用する場合、集塵器（集塵装置）５に氷が付着して、集塵器５が異常放電を起こしてしまったり、集塵器５に付着した氷が下流側に位置する燃料ガス圧縮機６に飛散して、燃料ガス圧縮機６のブレード（翼）を損傷してしまうおそれがある。そこで、上記特許文献１の図１に開示された発電プラントを、寒冷地等の外気温度が５℃以下となるような場所で使用する場合には、適当な熱量（カロリー）を有するように混合器４で混合・調整された燃料ガスを集塵器５に導く配管（燃料ガス供給系統）の途中に、燃料ガス冷却器１６を通過した燃料ガスを供給し、配管内を通過する燃料ガスを意図的に昇温（加熱）するようにしていた。

しかしながら、ガスタービンが定格出力で運転されている場合には、燃料ガス冷却器１６にバイパスされる燃料ガスがほとんど存在しなくなる。そのため、このような場合には、ガスタービンの出力（すなわち、発電量）を強制的に下げて燃料ガス冷却器１６にバイパスされる燃料ガスを無理矢理作り出し、燃料ガス冷却器１６から供給された燃料ガスによって配管内を通過する燃料ガスを昇温（加熱）する必要があり、発電量が制限されてしまうといった問題点があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ガスタービンの出力を低下させることなく、集塵装置に導かれる燃料ガスを昇温（加熱）することができる発電プラントを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る発電プラントは、燃料ガスを燃料とするガスタービンと、燃料ガス圧縮機で加圧されて再循環される燃料ガスを、冷却水で冷却する燃料ガス冷却器と、前記燃料ガス圧縮機に導かれる燃料ガス中から不純物を分離・除去する集塵装置と、を備えた発電プラントであって、前記集塵装置に導かれる燃料ガスを、前記燃料ガス冷却器で使用された前記冷却水を用いて加熱する加熱手段が設けられている。

本発明に係る発電プラントによれば、例えば、ガスタービンの出力に関係なく、定期的に（所定時間使用したらあるいは所定の汚れに達したら）系外に棄てられることになる、燃料ガス冷却器で使用されていた冷却水を用いて、集塵装置に導かれる燃料ガスが昇温（加熱）させられることになる。
これにより、ガスタービンの出力を低下させることなく、集塵装置に導かれる燃料ガスを昇温（加熱）することができる。
また、集塵装置に導かれる燃料ガスを昇温（加熱）することにより、集塵装置への着氷を防止することができ、集塵装置の異常放電を防止することができる。
さらに、集塵装置に導かれる燃料ガスが昇温（加熱）され、燃料ガス圧縮機に流入する燃料ガスの温度を所望の範囲内（例えば、２０℃〜３０℃の範囲内）に収めることができ、燃料ガス圧縮機の圧縮機効率が低下しない外気温度範囲を広げることができる。

上記発電プラントにおいて、前記加熱手段は、前記冷却水を加熱する水加熱器と、前記集塵装置に導かれる燃料ガス中に、霧状の水を噴霧するスプレーノズルと、を備えており、前記集塵装置の入口部には、燃料ガス中に含まれる水分を捕集・分離・除去するミスト回収装置が設けられているとさらに好適である。

このような発電プラントによれば、水加熱器で加熱された冷却水が、スプレーノズルから燃料ガス中に（直接）噴霧され、集塵装置に向かって流れる燃料ガスを（直接）温めることになる。
これにより、集塵装置の上流側に、構造が複雑で、接触面積および流路抵抗（圧力損失）が必然的に大きくなってしまう熱交換装置（熱交換器）を設置する必要がなくなり、構造の簡素化を図ることができ、流路抵抗（圧力損失）の増大を最小限に抑えることができる。

本発明に係る発電プラントによれば、ガスタービンの出力を低下させることなく、集塵装置に導かれる燃料ガスを昇温（加熱）することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る発電プラントの概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態に係る発電プラントについて、図１を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る発電プラントの概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る発電プラント１０は、ガスタービン１１と、ＢＦＧ圧縮機（燃料ガス圧縮機）１２と、発電機（図示せず）と、燃料ガス冷却器（以下、「ガス冷却器」という。）１３と、ＢＦＧ（高炉ガス）供給系統１４と、ＣＯＧ（コークス炉ガス）供給系統（図示せず）と、ＨＲＳＧ（排熱回収ボイラ）１５とを備えている。
ガスタービン１１は、空気圧縮機１６と、（ガスタービン）燃焼器１７と、タービン１８とを備えている。また、ガスタービン１１と、ＢＦＧ圧縮機１２と、発電機とは、減速機構１９を介して連結されており、ガスタービン１１が回転すると、ＢＦＧ圧縮機１２および発電機も共に回転するようになっている。

ＢＦＧ供給系統１４は、ＢＦＧ（低カロリーの燃料ガス）を、燃焼器１７を構成する図示しないガスノズルに導く燃料供給ラインであり、ＣＯＧ供給系統は、ＣＯＧ（高カロリーの燃料ガス）を、ＢＦＧに混合しＢＦＧカロリーを適当な熱量に調整する燃料供給ラインであって、このＣＯＧを混合したＢＦＧ供給系統の下流端は、燃焼器１７に接続されている。

ＢＦＧ供給系統１４は、図示しない高炉内で発生したＢＦＧをＢＦＧ圧縮機１２に導く上流側ライン２１と、ＢＦＧ圧縮機１２で圧縮された（ＢＦＧ圧縮機１２から送出（吐出）された）ＢＦＧをガスノズルに導く下流側ライン２２と、上流側ライン２１の途中と下流側ライン２２の途中とを連通して、下流側ライン２２を通過するＢＦＧを、必要に応じて上流側ライン２１に戻すバイパスライン２３とを備えている。

上流側ライン２１の途中には、高炉内から導かれたＢＦＧに、熱量調整用ガス(例えば、減熱用のＮ_２および／または増熱用のＣＯＧ)を混合して、適当な熱量（カロリー）を有するＢＦＧに調整する混合器２４と、混合器２４からＢＦＧ圧縮機１２に導かれるＢＦＧ中から塵ゴミ等の微粒子（不純物）を分離・除去する集塵装置（例えば、湿式電気集塵（Electrostatic Precipitator)）２５とが設けられている。
また、下流側ライン２２の途中には、遮断弁２６が設けられている。

バイパスライン２３の途中には、下流側ライン２２の途中から、混合器２４と集塵装置２５との間に位置する上流側ライン２１の途中に戻される（抽出される）ＢＦＧの流量を調整するバイパス弁（流量調整弁）２７と、バイパス弁２７の下流側に位置して、下流側ライン２２の途中から、混合器２４と集塵装置２５との間に位置する上流側ライン２１の途中に戻される（抽出される）ＢＦＧを冷却するガス冷却器１３とが設けられている。

ガス冷却器１３は、冷却水ピット３１に貯まった冷却水を、ガス冷却器１３の内部に配置されたスプレーノズル（図示せず）に導く冷却水供給管３２と、スプレーノズルから噴霧されてＢＦＧを冷却し滴下してきた冷却水を回収するホッパー（図示せず）と、ホッパーに貯まった冷却水を冷却水ピット３１に導く冷却水戻り管３３とを備えている。また、冷却水供給管３２の途中には、冷却水ポンプ３４と、クーラー３５とが設けられている。
なお、ホッパーに貯まる冷却水のレベル（水位）は、冷却水戻り管３３の最上流部に設けられたＵ字管（図示せず）により一定レベル（水位）に（自然に）維持されるようになっている。

一方、クーラー３５の下流側に位置する冷却水供給管３２には、冷却水ピット３１に貯まった冷却水を排水ピット（ＥＰピット）３６に導く（第１の）排水ライン３７が接続されており、排水ライン３７の途中には、（第１の）切替弁３８と、オリフィス３９と、常時開状態にされる開閉弁４０とが設けられている。また、切替弁３８の上流側に位置する排水ライン３７には、上流側ライン２１の途中と排水ライン３７の途中とを連通して、排水ライン３７を通過する排水を、必要に応じて加熱し、さらに上流側ライン２１に流入させる排水加熱ライン（加熱手段）５１が接続されている。排水加熱ライン５１の下流端（出口端）は、混合器２４よりも下流側で、かつ、バイパスライン２３の下流端（出口端）が接続されている位置よりも上流側に位置する上流側ライン２１に接続されている。また、排水加熱ライン５１の途中には、（第２の）切替弁５２と、排水を加熱する水加熱器（例えば、電気や蒸気、タービン１８を冷却する冷却空気を用いて冷却水を昇温する熱交換器）５３と、水加熱器（加熱手段）５３を通過した温水（水加熱器５３により昇温（加熱）された排水）の温度を検出する（第１の）温度検出器５４とが設けられており、排水加熱ライン５１の下流端（出口端）には、スプレーノズル（図示せず）が設けられている。

スプレーノズルから噴霧された温水は、上流側ライン２１を通過する（流れる）ＢＦＧを（直接）温め、ＢＦＧとともに上流側ライン２１内を集塵装置２５に向かって下流側に流れた後、集塵装置２５の上流部（入口部）に設けられたミスト回収装置（例えば、デミスター）５５により捕集・分離・除去され、ミスト回収装置５５により捕集・分離・除去された水（ＢＦＧ中に直接噴霧され、ＢＦＧを温めた水）は、（第２の）排水ライン５６を介して排水ピット（ＥＰピット）３６に導かれるようになっている。また、集塵装置２５よりも上流側で、かつ、バイパスライン２３の下流端（出口端）が接続されている位置よりも下流側に位置する上流側ライン２１には、ミスト回収装置５５に流入するＢＦＧの温度を検出する（第２の）温度検出器５７が設けられている。

なお、温度検出器５７で検出された温度が５℃を上回っている（超えている）場合、切替弁３８は全開状態とされ、切替弁５４は全閉状態とされている。そして、温度検出器５７で検出された温度が５℃以下になったら、切替弁３８は全閉状態とされ、切替弁５４は全開状態とされる。
また、温度検出器５７で検出された温度が５℃以下の場合、温度検出器５４，５７で検出された温度に基づいて、水加熱器５３の内部を通過する冷却水に与えられる熱量が決定されることになる。
さらに、排水ピット３６に貯められた排水（汚水）は、ブローライン６１およびブローポンプ６２を用いて、適宜必要に応じて系外にブロー（排出）されるようになっている。

本実施形態に係る発電プラント１０によれば、例えば、ガスタービン１１の出力に関係なく、定期的に（所定時間使用したらあるいは所定の汚れに達したら）系外に棄てられることになる、燃料ガス冷却器１２で使用されていた冷却水を用いて、集塵装置２５に導かれる燃料ガスが昇温（加熱）させられることになる。また、水加熱器５３にて冷却水を加熱する媒体として、タービン、ボイラおよびプラント機器からの排気蒸気等を使用できるというメリットがある。
これにより、ガスタービン１１の出力を低下させることなく、集塵装置２５に導かれるＢＦＧを昇温（加熱）することができる。
また、集塵装置２５に導かれるＢＦＧを昇温（加熱）することにより、集塵装置２５への着氷を防止することができ、集塵装置２５の異常放電を防止することができる。
さらに、集塵装置２５に導かれるＢＦＧが昇温（加熱）され、ＢＦＧガス圧縮機１２に流入するＢＦＧの温度を所望の範囲内（例えば、２０℃〜３０℃の範囲内）に収めることができ、ＢＦＧガス圧縮機１２の圧縮機効率が低下しない外気温度範囲を広げることができる。

また、本実施形態に係る発電プラント１０によれば、水加熱器５３で加熱された冷却水が、スプレーノズルからＢＦＧ中に（直接）噴霧され、集塵装置２５に向かって流れるＢＦＧを（直接）温めることになる。
これにより、集塵装置２５の上流側に、構造が複雑で、接触面積および流路抵抗（圧力損失）が必然的に大きくなってしまう熱交換装置（熱交換器）を設置する必要がなくなり、構造の簡素化を図ることができ、流路抵抗（圧力損失）の増大を最小限に抑えることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
例えば、上述した実施形態では、高カロリーの燃料としてＣＯＧ（コークス炉ガス）を、低カロリーの燃料としてＢＦＧ（高炉ガス）を一具体例として挙げて説明したが、燃料の種類としては、ＣＯＧ（コークス炉ガス）、ＢＦＧ（高炉ガス）以外のものであってもよい。

１０発電プラント
１１ガスタービン
１２ＢＦＧ圧縮機（燃料ガス圧縮機）
１３（燃料）ガス冷却器
２５集塵装置
５１（加熱手段）
５３水加熱器（加熱手段）
５５ミスト回収装置

Claims

燃料ガスを燃料とするガスタービンと、
燃料ガス圧縮機で加圧されて再循環される燃料ガスを、冷却水で冷却する燃料ガス冷却器と、
前記燃料ガス圧縮機に導かれる燃料ガス中から不純物を分離・除去する集塵装置と、を備えた発電プラントであって、
前記集塵装置に導かれる燃料ガスを、前記燃料ガス冷却器で使用された前記冷却水を用いて加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする発電プラント。
前記加熱手段は、前記冷却水を加熱する水加熱器と、前記集塵装置に導かれる燃料ガス中に、霧状の水を噴霧するスプレーノズルと、を備えており、
前記集塵装置の入口部には、燃料ガス中に含まれる水分を捕集・分離・除去するミスト回収装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。