JP6591324B2 - コンバインドサイクル発電プラントの給水系統 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、コンバインドサイクル発電プラントの給水系統に関する。
近年、エネルギーをより効率的に利用するという観点から、コンバインドサイクル発電プラントが使用されている。コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラント、蒸気タービンプラント、排熱回収ボイラ装置、復水・給水系統などを備えており、ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせた発電方式を採用するものである。
排熱回収ボイラ装置や復水・給水系統内には、復水や給水を流通する配管が設けられている。そして、コンバインドサイクル発電プラントを長期間安定して運転するためには、配管内面の腐食を抑制することが求められている。配管内面の腐食を抑制するために、例えば、配管の内部を流通している復水や給水に対する水処理が行われている。
従来のコンバインドサイクル発電プラントの排熱回収ボイラ装置には、ドラムを有する循環型ボイラが一般的に用いられている。循環型ボイラに供給される給水には、ヒドラジンなどの脱酸素剤とアンモニアなどのｐＨ調整剤とを水に供給する揮発性物質処理（ＡＶＴ：Ａｌｌ Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）が適用されている。揮発性物質処理は、配管内面にマグネタイトの被膜を形成して、配管を防食する水処理である。循環型ボイラのボイラ水には、リン酸塩を供給するリン酸塩処理が適用されている。
また、貫流型ボイラでは、脱塩装置などで高純度化した水に、ｐＨ調整剤と微量の酸素とを供給する酸素処理（ＯＴ：Ｏｘｙｇｅｎ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）が行われている。酸素処理は、配管内面にヘマタイトの被膜を形成して、配管を防食する水処理である。
図５は、従来のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統３００を模式的に示す系統図である。ここでは、給水系統３００において、揮発性物質処理が行われる一例を示す。
図５に示すように、給水系統３００は、復水の水質を調整する水質調整装置３４７と、排熱回収ボイラ装置に給水を供給する給水ポンプ３４１と、給水ポンプ３４１から排出された給水が流れる中低圧給水系統給水管３４３および高圧給水系統給水管３４４と、中低圧給水系統給水管３４３を介して給水が供給される循環型ボイラ３７０ａ、３８０ａ、中圧節炭器３７０ｂ、および低圧節炭器３８０ｂと、高圧給水系統給水管３４４を介して給水が供給される循環型ボイラ３６０ａおよび高圧節炭器３６０ｂとを備える。循環型ボイラ３６０ａおよび高圧節炭器３６０ｂは高圧給水系統３６０に設けられ、循環型ボイラ３７０ａおよび中圧節炭器３７０ｂは中圧給水系統３７０に設けられ、循環型ボイラ３８０ａおよび低圧節炭器３８０ｂは低圧給水系統３８０に設けられる。高圧給水系統３６０、中圧給水系統３７０、および低圧給水系統３８０は、排熱回収ボイラ装置内をスタック３５０に向かって流れるガスタービン排気の流れに沿ってこの順に設けられる。
コンバインドサイクル発電プラントの蒸気タービンプラントから供給されたタービン排気は、復水器３３８で復水になる。復水器３３８内の復水は、復水ポンプ３３９によって、グランドコンデンサ３４０を通過して給水ポンプ３４１に供給される。その間に、水質調整装置３４７から復水に塩基性物質が供給される。そして、アルカリ性になった給水は、給水ポンプ３４１から中低圧給水系統給水管３４３および高圧給水系統給水管３４４を介して、高圧給水系統３６０、中圧給水系統３７０、および低圧給水系統３８０に供給される。そして、高圧給水系統３６０に設けられた高圧節炭器３６０ｂと循環型ボイラ３６０ａ、中圧給水系統３７０に設けられた中圧節炭器３７０ｂと循環型ボイラ３７０ａ、および低圧給水系統３８０に設けられた低圧節炭器３８０ｂと循環型ボイラ３８０ａに給水が供給され、循環型ボイラ３６０ａ、３７０ａ、３８０ａにおいて、リン酸塩処理が行われる。
最近、コンバインドサイクル発電プラントの排熱回収ボイラ装置における蒸気条件の高温高圧化に伴い、貫流型ボイラを排熱回収ボイラ装置の高圧給水系統に用いることが検討されている。その一方で、高圧給水系統に設けられる循環型ドラムから置き換えられる貫流型ボイラでは、従来のコンバインドサイクル発電プラントのようにリン酸塩処理をすることはできない。
異なる形式のボイラ、換言すると、高圧給水系統に貫流型ボイラと中低圧給水系統に循環型ボイラとを備える発電プラントに対して同一の水処理方法を適用すると、様々な問題を生じることが考えられる。例えば、排熱回収ボイラ装置の給水系統全体に酸素処理を適用すると、中低圧給水系統に設けられた循環型ボイラの蒸発器では、不揮発成分が濃縮された状態で酸素濃度の高い給水が供給されるため、循環型ボイラで腐食が起きやすくなる。また、排熱回収ボイラ装置の給水系統全体に揮発性物質処理を適用すると、高圧給水系統に設けられた貫流型ボイラにおいて、スケールの成長によるボイラ差圧が上昇し、ボイラ効率が低下する。ボイラ効率の低下を改善するためには、化学洗浄によるスケールの除去が必要になる。このように、従来のような排熱回収ボイラ装置の給水系統全体に同一の水処理を適用する水処理方法では、異なる形式のボイラを具備した排熱回収ボイラ装置を備えるコンバインドサイクル発電プラントを安定して長期間運転することは困難であると考えられる。
本発明が解決しようとする課題は、排熱回収ボイラ装置の給水系統ごとに異なる水処理方法を適用することができるコンバインドサイクル発電プラントの給水系統を提供することである。
実施形態のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統は、ガスタービンプラントと、前記ガスタービンプラントの排気の熱を利用して蒸気を生成する排熱回収ボイラ装置と、前記排熱回収ボイラ装置で生成した前記蒸気によって駆動される蒸気タービンプラントとを備えるコンバインドサイクル発電プラントである。そして、コンバインドサイクル発電プラントの給水系統は、前記排熱回収ボイラ装置に給水を供給する給水ポンプと、前記給水ポンプの加圧途中の流路から給水の一部を取り出す第１配管と、前記排熱回収ボイラ装置に設けられ、前記第１配管内に導かれると共に第１の水処理が施された給水が供給される第１ボイラと、前記給水ポンプの出口から排出された給水が流れる第２配管と、前記排熱回収ボイラ装置に設けられ、前記第２配管内に導かれると共に第２の水処理が前記給水ポンプの加圧途中の流路より下流で施される給水が供給される第２ボイラと、前記第１配管が接続されている位置よりも下流かつ前記第２配管が接続されている位置よりも上流の前記給水ポンプ内における給水の流路に前記第２の水処理を施す水処理物質を供給する水処理物質供給装置と、前記第２配管と前記給水ポンプとを接続し、前記第２配管を流れている給水の一部を前記給水ポンプに導く第３配管と、前記第３配管に設けられ、前記第３配管から前記給水ポンプに供給される水処理物質および給水の混合溶液の供給圧を調整する供給圧調整装置とを備える。前記水処理物質供給装置は、前記第３配管に設けられ、前記給水ポンプから前記第１配管に取り出される給水の排出圧をＰ １ 、前記給水ポンプから前記第２配管に排出される給水の排出圧をＰ ２ 、前記第３配管から前記給水ポンプに供給される水処理物質および給水の混合溶液の供給圧をＰ ３ 、前記第３配管と前記給水ポンプとの接続位置における前記給水ポンプ内の給水の水圧をＰ ４ としたとき、Ｐ １ ＜Ｐ ４ ＜Ｐ ３ ＜Ｐ ２ を満たす。
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の給水系統１００を備えるコンバインドサイクル発電プラントを模式的に示す系統図である。ここでは、多軸型のコンバインドサイクル発電プラントを例示して説明するが、第１の実施の形態の給水系統１００は一軸型のコンバインドサイクル発電プラントにも適用することができる。
図１は、第１の実施の形態の給水系統１００を備えるコンバインドサイクル発電プラントを模式的に示す系統図である。ここでは、多軸型のコンバインドサイクル発電プラントを例示して説明するが、第１の実施の形態の給水系統１００は一軸型のコンバインドサイクル発電プラントにも適用することができる。
図１に示すように、コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラント１と、ガスタービンプラント１の排気の熱を利用して蒸気を生成する排熱回収ボイラ装置２と、排熱回収ボイラ装置２で生成した蒸気によって駆動される蒸気タービンプラント３と、蒸気タービンプラント３の排気を凝縮して復水を生成し、給水を排熱回収ボイラ装置２に給水する復水・給水系統４とを備える。
ガスタービンプラント１は、発電機５、入口にプレナム６を備えた空気圧縮機７、燃料ガス圧縮機８、ガスタービン燃焼器９、およびガスタービン１０を備える。プレナム６から供給された空気（大気）は、空気圧縮機７で圧縮され高圧化される。高圧化された高圧空気は、ガスタービン燃焼器９に供給される。ガスタービン燃焼器９では、高圧空気と燃料ガス圧縮機８から供給される燃料ガスとが燃焼して、燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスは、ガスタービン１０で膨張仕事を行い、膨張仕事を行った際に発生する動力（回転トルク）で発電機５を駆動する。そして、膨張仕事を終えたガスタービン排気（排熱）は、排熱回収ボイラ装置２に供給され、蒸気発生の熱源として使用される。
排熱回収ボイラ装置２は、高圧第２過熱器１１、高圧第１過熱器１２、減温器１３、第２再熱器１４、第１再熱器１５、再熱蒸気減温器１６、ケーシング１７、熱交換器１８、中圧過熱器１９、高圧第３節炭器２０、低圧過熱器２１、中圧ドラム２２、中圧蒸発器２３、中圧第３節炭器２４、高圧第２節炭器２５、中圧第２節炭器２６、低圧ドラム２７、低圧蒸発器２８、高圧第１節炭器２９、中圧第１節炭器３０、スタック５０、第１中圧給水系統配管５１、第２中圧給水系統配管５２、および第１低圧給水系統配管５３を備える。
これらは、ガスタービンプラント１から供給されて排熱回収ボイラ装置２のケーシング１７内をスタック５０に向かって流れるガスタービン排気の流れに沿って、以下のような順に設けられる。
ケーシング１７内におけるガスタービン排気の流れの上流側には、減温器１３に接続している高圧第２過熱器１１および高圧第１過熱器１２が設けられている。高圧第２過熱器１１と高圧第１過熱器１２との間には、再熱蒸気減温器１６に接続している第２再熱器１４および第１再熱器１５が設けられている。
高圧第１過熱器１２の下流には、熱交換器１８に接続している高圧第３節炭器２０、高圧第２節炭器２５、および高圧第１節炭器２９が設けられている。熱交換器１８、高圧第３節炭器２０、高圧第２節炭器２５、および高圧第１節炭器２９は、排熱回収ボイラ装置２の高圧給水系統６０を構成する。また、熱交換器１８は、第２ボイラである貫流型ボイラ６０ａを構成する。
高圧給水系統６０の下流には、中圧ドラム２２に接続している中圧過熱器１９、中圧蒸発器２３、中圧第３節炭器２４、第２中圧給水系統配管５２、中圧第２節炭器２６、第１中圧給水系統配管５１、および中圧第１節炭器３０が設けられている。中圧ドラム２２、中圧過熱器１９、中圧蒸発器２３、中圧第３節炭器２４、第２中圧給水系統配管５２、中圧第２節炭器２６、第１中圧給水系統配管５１、および中圧第１節炭器３０は、排熱回収ボイラ装置２の中圧給水系統７０を構成する。中圧給水系統７０の下流には、低圧ドラム２７に接続している低圧過熱器２１、第１低圧給水系統配管５３、および低圧蒸発器２８が設けられている。低圧ドラム２７、低圧過熱器２１、第１低圧給水系統配管５３、および低圧蒸発器２８は、排熱回収ボイラ装置２の低圧給水系統８０を構成する。また、中圧ドラム２２および中圧蒸発器２３、ならびに、低圧ドラム２７および低圧蒸発器２８は、第１ボイラである循環型ボイラ７０ａ，８０ａを構成する。
熱交換器１８の内部で生成した蒸気は、高圧第２過熱器１１で過熱蒸気にされて、蒸気タービンプラント３の高圧蒸気タービン３１に供給される。中圧蒸発器２３で蒸発した飽和蒸気は、中圧ドラム２２で気水分離されて、蒸気タービンプラント３の中低圧蒸気タービン３２に供給される。低圧蒸発器２８で蒸発した飽和蒸気は、低圧ドラム２７で気水分離されて、蒸気タービンプラント３の中低圧蒸気タービン３２に供給される。
蒸気タービンプラント３は、互いに軸結合された高圧蒸気タービン３１、中低圧蒸気タービン３２、および発電機３３を備える。排熱回収ボイラ装置２の高圧第２過熱器１１から蒸気タービンプラント３の主蒸気系統３４を介して高圧蒸気タービン３１に供給された蒸気は、高圧蒸気タービン３１で膨張仕事を行う。
また、蒸気タービンプラント３は、排熱回収ボイラ装置２の第１再熱器１５に接続する低温再熱蒸気系統３５、および排熱回収ボイラ装置２の第２再熱器１４と中低圧蒸気タービン３２とを接続する高温再熱蒸気系統３６を備える。高圧蒸気タービン３１で熱を失ったタービン排気は、低温再熱蒸気系統３５を介して第１再熱器１５に供給される。第１再熱器１５に供給されたタービン排気は、第１再熱器１５で再熱され、さらに第２再熱器１４でも再熱された後、中低圧蒸気タービン３２に供給されて、中低圧蒸気タービン３２で膨張仕事を行う。
高圧蒸気タービン３１および中低圧蒸気タービン３２における膨張仕事を行った際に発生する動力（回転トルク）によって、発電機３３が駆動される。中低圧蒸気タービン３２は、排熱回収ボイラ装置２の低圧過熱器２１に接続する蒸気供給系統３７を備え、蒸気の供給を受けている。
復水・給水系統４は、復水器３８、復水ポンプ３９、グランドコンデンサ４０、給水ポンプ４１、水処理物質供給装置４２、第１配管である中低圧給水系統給水管４３、第２配管である高圧給水系統給水管４４を備える。蒸気タービンプラント３の中低圧蒸気タービン３２から供給されたタービン排気は、復水器３８で凝縮されて復水になる、この復水は、復水ポンプ３９を介してグランドコンデンサ４０で蒸気タービンプラント３の軸シール水と熱交換され、給水ポンプ４１に供給される。
給水ポンプ４１は、中低圧給水系統給水管４３を介して給水の一部を排熱回収ボイラ装置２に設けられた中圧給水系統７０の中圧第１節炭器３０に供給すると共に、高圧給水系統給水管４４を介して残りの給水を高圧給水系統６０の高圧第１節炭器２９に供給する。高圧第１節炭器２９に供給された給水は、高圧給水系統６０内を流れて、貫流型ボイラ６０ａに供給される。中圧第１節炭器３０に供給された給水は、第１中圧給水系統配管５１を介して中圧第２節炭器２６に供給された後、第２中圧給水系統配管５２を介して中圧第３節炭器２４に供給される。その後、循環型ボイラ７０ａに供給される。また、第２中圧給水系統配管５２と低圧ドラム２７とを接続する第１低圧給水系統配管５３によって、第２中圧給水系統配管５２を流れる給水の一部は、第１低圧給水系統配管５３を介して低圧給水系統８０に設けられた循環型ボイラ８０ａに供給される。このように、給水ポンプ４１から排出された給水は、高圧給水系統６０の貫流型ボイラ６０ａと、中圧給水系統７０および低圧給水系統８０の循環型ボイラ７０ａ，８０ａとに供給される。
図２は、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００を模式的に示す系統図である。なお、図２は、図１の排熱回収ボイラ装置２および復水・給水系統４を簡略化した図である。図１および図２に示すように、コンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００は、排熱回収ボイラ装置２に給水を供給する給水ポンプ４１と、給水ポンプ４１の加圧途中の流路である中間段と低圧給水系統８０及び中圧給水系統７０とを接続する中低圧給水系統給水管４３と、中低圧給水系統給水管４３内に導かれると共に第１の水処理が施された給水が供給される循環型ボイラ７０ａ，８０ａと、給水ポンプ４１の出口と高圧給水系統６０とを接続する高圧給水系統給水管４４と、高圧給水系統給水管４４内に導かれると共に第２の水処理が給水ポンプ４１の加圧途中の流路である中間段より下流で施される給水が供給される貫流型ボイラ６０ａと、給水ポンプ４１に水処理物質を供給する水処理物質供給装置４２とを備える。
中低圧給水系統給水管４３は、給水ポンプ４１の中間段に連通するように、給水ポンプ４１に接続されている。すなわち、中低圧給水系統給水管４３は、給水ポンプ４１の中間段から給水の一部を取り出し、給水は、低圧給水系統８０内の低圧節炭器８０ｂで予熱後、循環型ボイラ８０ａへ供給される。さらに、低圧節炭器８０ｂから分岐した給水は、中圧給水系統７０内の中圧節炭器７０ｂで予熱後、循環型ボイラ７０ａに供給される。また、給水ポンプ４１の中間段は、復水ポンプ３９から復水が供給される給水ポンプ４１の入口よりも下流、かつ、給水を排出する給水ポンプ４１の出口よりも上流に位置する。
高圧給水系統給水管４４は、給水ポンプ４１の出口に連通するように、給水ポンプ４１に接続されている。高圧給水系統給水管４４には、給水ポンプ４１によって、給水ポンプ４１の出口から給水の残りが排出される。高圧給水系統給水管４４を流れる給水は、高圧給水系統６０内の高圧節炭器６０ｂで予熱後、貫流型ボイラ６０ａに供給される。
中低圧給水系統給水管４３は、給水ポンプ４１の中間段に接続している。そのため、給水ポンプ４１の出口から高圧給水系統給水管４４を介して貫流型ボイラ６０ａへ供給される給水の供給圧は、中低圧給水系統給水管４３を介して循環型ボイラ７０ａへ供給される給水の供給圧よりも高い。
水処理物質供給装置４２は、中低圧給水系統給水管４３が接続されている位置よりも下流かつ高圧給水系統給水管４４が接続されている位置よりも上流の給水ポンプ４１内における給水の流路に、第２の水処理を施す水処理物質を供給する。中低圧給水系統給水管４３が接続されている給水ポンプ４１の位置とは、給水ポンプ４１の中間段であり、高圧給水系統給水管４４が接続されている給水ポンプ４１の位置とは、給水ポンプ４１の出口である。
水処理物質は、給水ポンプ４１と中低圧給水系統給水管４３との接続位置である給水ポンプ４１の中間段よりも下流側から、給水ポンプ４１内の給水の流路に供給される。すなわち、給水ポンプ４１と中低圧給水系統給水管４３との接続位置は、給水ポンプ４１における水処理物質供給装置４２の供給位置よりも上流である。そのため、水処理物質供給装置４２から供給される水処理物質は、中低圧給水系統給水管４３に流入しない。
このように、水処理物質供給装置４２から給水ポンプ４１内の給水の流路に供給された水処理物質は、中圧給水系統７０および低圧給水系統８０内に設けられた循環型ボイラ７０ａ，８０ａには供給されない。換言すると、水処理物質供給装置４２は、給水ポンプ４１に供給した水処理物質の全量を、高圧給水系統６０内に設けられた貫流型ボイラ６０ａに供給する。そのため、コンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００は、水処理物質供給装置４２から供給される水処理物質を利用した水処理を、中圧給水系統７０および低圧給水系統８０ではなく、高圧給水系統６０に適用することができる。
水処理物質は、高圧給水系統６０に供給される給水の水処理の種類に応じて適宜選択され、酸素などが挙げられる。水処理物質供給装置４２の構成は、水処理物質の種類やコンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００の設計に応じて適宜選択され、水処理物質を収容するタンクやボンベ、水処理物質を製造する装置などが挙げられる。また、水処理物質供給装置４２は、給水ポンプ４１への水処理物質の供給圧を調整する機能を有してもよく、水処理条件に応じて供給圧を適宜調整される。
水処理物質供給装置４２から給水ポンプ４１に供給される水処理物質が酸素である場合、酸素は中圧給水系統７０および低圧給水系統８０には供給されずに、高圧給水系統６０に供給される。そのため、コンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００は、貫流型ボイラ６０ａを備える高圧給水系統６０において、酸素処理を行うことができる。このとき、酸素が供給されない中圧給水系統７０および低圧給水系統８０では、酸素処理は行われない。
また、コンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００は、グランドコンデンサ４０の下流と給水ポンプ４１の上流との間に脱塩装置４６を備えてもよい。脱塩装置４６は、復水器３８から給水ポンプ４１に供給される復水を脱塩する。脱塩装置４６が復水を脱塩することによって、復水に含まれる酸化鉄、金属物質、塩素イオンなどの腐食性物質が取り除かれ、復水が高純度化される。脱塩装置４６は、例えば、イオン交換樹脂などを備える。
また、コンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００は、グランドコンデンサ４０の下流と給水ポンプ４１の上流との間、例えば脱塩装置４６の下流に、ｐＨ調整剤を供給する水質調整装置４７を備えてもよい。水質調整装置４７は、脱塩装置４６によって高純度化された復水にｐＨ調整剤を供給して、復水の水質を調整する。水質調整装置４７から復水にｐＨ調整剤を供給することによって、復水のｐＨを所望の値に調整することができる。ｐＨ調整剤は、アンモニアなどの塩基性物質などが挙げられる。
脱塩装置４６による脱塩処理と水質調整装置４７による水質処理とは、水処理物質供給装置４２と異なり、高圧給水系統６０、中圧給水系統７０、および低圧給水系統８０に適用することができる。
例えば、コンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００において、水質調整装置４７から供給される塩基性物質および水処理物質供給装置４２から供給される酸素によって、貫流型ボイラ６０ａを備える高圧給水系統６０で複合水処理（ＣＷＴ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を行い、水質調整装置４７から供給される塩基性物質によって、循環型ボイラ７０ａ，８０ａを備える中圧給水系統７０および低圧給水系統８０で揮発性物質処理を行うことができる。このとき、水質調整装置４７から供給される塩基性物質によって、復水は弱アルカリ性を示す。
次に、コンバインドサイクル発電プラントにおける給水系統１００の作用について説明する。
図１および図２に示すように、中低圧蒸気タービン３２から供給されたタービン排気は、復水器３８で凝縮されて復水になる。復水器３８で溶存酸素量が低下した復水は、復水ポンプ３９によって給水ポンプ４１に導かれる。復水が給水ポンプ４１に導かれる間に、復水は、グランドコンデンサ４０によって蒸気タービンプラント３の軸シール水と熱交換され、脱塩装置４６によって脱塩された後、ｐＨ調整剤が水質調整装置４７から復水に供給される。例えば、水質調整装置４７から復水にアンモニアが供給されて、復水は弱アルカリ性になる。
高純度化され、弱アルカリ性を示す給水の一部は、水処理物質供給装置４２の供給位置よりも上流側で給水ポンプ４１に接続された中低圧給水系統給水管４３に導かれる。中低圧給水系統給水管４３を流れる給水は、中圧給水系統７０および低圧給水系統８０に設けられた循環型ボイラ７０ａ，８０ａに供給される。そして、中圧給水系統７０および低圧給水系統８０では、揮発性物質処理が行われる。
また、給水ポンプ４１の中間段より下流側では、水処理物質供給装置４２から水処理物質として、例えば酸素が給水の残りに供給される。なお、この際、水処理物質供給装置４２から供給された酸素の全量が高圧給水系統給水管４４を流れる。すなわち、酸素は、中低圧給水系統給水管４３には流れない。酸素を含む弱アルカリ性を示す当該給水の残りは、給水ポンプ４１の出口から高圧給水系統給水管４４を介して、高圧給水系統６０に設けられた貫流型ボイラ６０ａに供給される。そして、高圧給水系統６０では、複合水処理が行われる。
上記したように、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００によれば、水処理物質供給装置４２から供給される水処理物質を、中圧給水系統７０および低圧給水系統８０に供給せずに高圧給水系統６０に供給することから、排熱回収ボイラ装置２の給水系統ごとに異なる水処理方法を適用することができる。そして、コンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００は、排熱回収ボイラ装置２の各給水系統の種類に応じて、排熱回収ボイラ装置２の各給水系統にそれぞれの水処理を行うことができる。そのため、コンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００は、コンバインドサイクル発電プラントのメンテナンス性を向上し、コンバインドサイクル発電プラントを安定して長期間運転することができる。
さらに、水処理物質供給装置４２の供給圧は一般的に高圧給水系統６０内の水圧よりも低い。そのため、水処理物質供給装置４２が給水ポンプ４１を介さずに高圧給水系統６０に水処理物質を直接供給するときには、水処理物質供給装置４２の供給圧を増加させるための圧縮機が必要となる。一方、コンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００では、水処理物質供給装置４２が給水ポンプ４１を介して高圧給水系統６０に水処理物質を供給する。そのため、水処理物質供給装置４２の供給圧を増加させるための圧縮機が不要となり、コンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００の製造コストを削減することができる。
なお、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００では、脱塩装置４６がグランドコンデンサ４０と給水ポンプ４１との間に設けられる構成を示したが、脱塩装置４６は復水ポンプ３９とグランドコンデンサ４０との間に設けられてもよい。また、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００では、水質調整装置４７がグランドコンデンサ４０と給水ポンプ４１との間に設けられる構成を示したが、水質調整装置４７は復水ポンプ３９とグランドコンデンサ４０との間、または復水器３８と復水ポンプ３９との間に設けられてもよい。
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統２００を模式的に示す系統図である。なお、以下に示す実施の形態において、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
図３は、第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統２００を模式的に示す系統図である。なお、以下に示す実施の形態において、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統２００において、水処理物質供給装置４２の構成が異なり、第３配管である給水管９０および供給圧調整装置９１の構成が追加される以外は、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統１００の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
図３に示すように、第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統２００は、給水ポンプ４１と、中低圧給水系統給水管４３と、循環型ボイラ７０ａ，８０ａと、高圧給水系統給水管４４と、貫流型ボイラ６０ａと、高圧給水系統給水管４４および給水ポンプ４１を接続する第３配管である給水管９０と、給水管９０に設けられ、給水管９０を介して給水ポンプ４１に水処理物質を供給する水処理物質供給装置４２と、給水管９０に設けられる供給圧調整装置９１とを備える。
給水管９０は、給水ポンプ４１の下流かつ高圧給水系統６０の上流に設けられている高圧給水系統給水管４４から分岐され、給水ポンプ４１に接続されている。給水管９０および給水ポンプ４１は、給水ポンプ４１の中間段よりも下流かつ給水ポンプ４１の出口よりも上流の位置で接続される。そして、給水ポンプ４１から高圧給水系統給水管４４に排出された給水の一部は、高圧給水系統６０内に設けられた貫流型ボイラ６０ａに供給され、給水の残りは、給水管９０を介して給水ポンプ４１に再度供給される。
水処理物質供給装置４２は、給水管９０に水処理物質を供給する。給水管９０に供給された水処理物質は、給水と共に給水ポンプ４１内の給水の流路に導かれる。
供給圧調整装置９１は、給水管９０から給水ポンプ４１に供給される水処理物質および給水の混合溶液の供給圧Ｐ３を調整する。例えば、供給圧調整装置９１は、水処理物質供給装置４２から給水管９０への水処理物質の供給位置よりも上流側に設けられる。また、供給圧調整装置９１は、オリフィスや弁などから構成される。
図４は、給水ポンプ４１の一例を模式的に示す概略図である。ここで、Ｐ１は、給水ポンプ４１から中低圧給水系統給水管４３に取り出される給水の排出圧である。Ｐ２は、給水ポンプ４１から高圧給水系統給水管４４に排出される給水の排出圧である。Ｐ３は、給水管９０から給水ポンプ４１に供給される水処理物質および給水の混合溶液の供給圧である。Ｐ４は、給水ポンプ４１と給水管９０との接続位置における給水ポンプ４１内の給水の水圧である。また、ここでは、給水ポンプ４１が軸流ポンプである一例を示すが、後述のＰ１＜Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２を満たす限りにおいて、給水ポンプ４１は軸流ポンプに限定されない。
図４に示すように、給水ポンプ４１の中間段は中低圧給水系統給水管４３と接続され、給水の一部が排出圧Ｐ１で中低圧給水系統給水管４３に排出される。また、給水ポンプ４１の出口は高圧給水系統給水管４４と接続され、給水の残りが排出圧Ｐ２で高圧給水系統給水管４４に排出される。ここで、給水ポンプ４１の構造上、Ｐ１＜Ｐ２である。また、給水ポンプ４１の中間段より下流かつ出口より上流の位置は給水管９０と接続され、水処理物質および給水の混合溶液がＰ３で給水ポンプ４１に供給される。そして、供給圧調整装置９１がＰ３を調整して、Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２、詳細には、Ｐ１＜Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２が満たされる。Ｐ１＜Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２が満たされていると、給水管９０を流れる水処理物質および給水は、例えば給水ポンプ４１の他に追加のポンプによって加圧されなくても、給水ポンプ４１に供給される。
次に、コンバインドサイクル発電プラントにおける給水系統２００の作用について説明する。
図３および図４に示すように、給水の一部は、排出圧Ｐ１で、中低圧給水系統給水管４３に導かれる。給水の残りは、排出圧Ｐ２で、高圧給水系統給水管４４に排出される。水処理物質供給装置４２から供給された水処理物質と高圧給水系統給水管４４から分岐された給水との混合溶液は、供給圧Ｐ３で、給水管９０から給水ポンプ４１に供給される。このとき、供給圧調整装置９１は供給圧Ｐ３を調整して、Ｐ１＜Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２の関係を満たす。そのため、給水ポンプ４１の他に追加のポンプを給水管９０に設けなくても、水処理物質は水処理物質供給装置４２から給水管９０を介して給水ポンプ４１に供給される。
上記したように、第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統２００によれば、給水ポンプ４１に加えて追加のポンプにより給水管９０を流れる水処理物質および給水を加圧しなくても、供給圧調整装置９１で供給圧Ｐ３を調整してＰ１＜Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２の関係を満たすことによって、給水管９０を流れる給水と共に水処理物質供給装置４２から給水管９０に供給される水処理物質を給水ポンプ４１に導入することができる。そのため、水処理物質供給装置４２が給水ポンプ４１に水処理物質を供給することが困難である場合であっても、コンバインドサイクル発電プラントの給水系統２００に不要なポンプを設けずに、水処理物質供給装置４２は給水管９０を介して給水ポンプ４１に水処理物質を供給することができる。
以上説明した実施の形態によれば、排熱回収ボイラ装置の給水系統ごとに異なる水処理方法を適用することができるコンバインドサイクル発電プラントの給水系統を提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１…ガスタービンプラント、２…排熱回収ボイラ装置、３…蒸気タービンプラント、４…復水・給水系統、５…発電機、６…プレナム、７…空気圧縮機、８…燃料ガス圧縮機、９…ガスタービン燃焼器、１０…ガスタービン、１１…高圧第２過熱器、１２…高圧第１過熱器、１３…減温器、１４…第２再熱器、１５…第１再熱器、１６…再熱蒸気減温器、１７…ケーシング、１８…熱交換器、１９…中圧過熱器、２０…高圧第３節炭器、２１…低圧過熱器、２２…中圧ドラム、２３…中圧蒸発器、２４…中圧第３節炭器、２５…高圧第２節炭器、２６…中圧第２節炭器、２７…低圧ドラム、２８…低圧蒸発器、２９…高圧第１節炭器、３０…中圧第１節炭器、３１…高圧蒸気タービン、３２…中低圧蒸気タービン、３３…発電機、３４…主蒸気系統、３５…低温再熱蒸気系統、３６…高温再熱蒸気系統、３７…蒸気供給系統、３８，３３８…復水器、３９，３３９…復水ポンプ、４０，３４０…グランドコンデンサ、４１，３４１…給水ポンプ、４２…水処理物質供給装置、４３，３４３…中低圧給水系統給水管、４４，３４４…高圧給水系統給水管、４６…脱塩装置、４７，３４７…水質調整装置、５０，３５０…スタック、５１…第１中圧給水系統配管、５２…第２中圧給水系統配管、５３…第１低圧給水系統配管、６０，３６０…高圧給水系統、６０ａ…貫流型ボイラ、６０ｂ，３６０ｂ…高圧節炭器、７０，３７０…中圧給水系統、８０，３８０…低圧給水系統、７０ａ，８０ａ，３６０ａ，３７０ａ，３８０ａ…循環型ボイラ、７０ｂ，３７０ｂ…中圧節炭器、８０ｂ，３８０ｂ…低圧節炭器、９０…給水管、９１…供給圧調整装置、１００，２００，３００…給水系統。
Claims (4)
- ガスタービンプラントと、前記ガスタービンプラントの排気の熱を利用して蒸気を生成する排熱回収ボイラ装置と、前記排熱回収ボイラ装置で生成した前記蒸気によって駆動される蒸気タービンプラントとを備えるコンバインドサイクル発電プラントの給水系統であって、
前記排熱回収ボイラ装置に給水を供給する給水ポンプと、
前記給水ポンプの加圧途中の流路から給水の一部を取り出す第１配管と、
前記排熱回収ボイラ装置に設けられ、前記第１配管内に導かれると共に第１の水処理が施された給水が供給される第１ボイラと、
前記給水ポンプの出口から排出された給水が流れる第２配管と、
前記排熱回収ボイラ装置に設けられ、前記第２配管内に導かれると共に第２の水処理が前記給水ポンプの加圧途中の流路より下流で施される給水が供給される第２ボイラと、
前記第１配管が接続されている位置よりも下流かつ前記第２配管が接続されている位置よりも上流の前記給水ポンプ内における給水の流路に前記第２の水処理を施す水処理物質を供給する水処理物質供給装置と、
前記第２配管と前記給水ポンプとを接続し、前記第２配管を流れている給水の一部を前記給水ポンプに導く第３配管と、
前記第３配管に設けられ、前記第３配管から前記給水ポンプに供給される水処理物質および給水の混合溶液の供給圧を調整する供給圧調整装置と
を備え、
前記水処理物質供給装置は、前記第３配管に設けられ、
前記給水ポンプから前記第１配管に取り出される給水の排出圧をＰ １ 、前記給水ポンプから前記第２配管に排出される給水の排出圧をＰ ２ 、前記第３配管から前記給水ポンプに供給される水処理物質および給水の混合溶液の供給圧をＰ ３ 、前記第３配管と前記給水ポンプとの接続位置における前記給水ポンプ内の給水の水圧をＰ ４ としたとき、Ｐ １ ＜Ｐ ４ ＜Ｐ ３ ＜Ｐ ２ を満たすことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントの給水系統。 - 前記水処理物質供給装置は、前記給水ポンプに供給した前記水処理物質の全量を前記第２ボイラに供給することを特徴とする請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統。
- 前記第１ボイラは循環型ボイラであり、前記第２ボイラは貫流型ボイラであり、前記循環型ボイラに供給される給水に施す前記第１の水処理はｐｈ調整剤を給水に供給する処理であり、前記貫流型ボイラに供給される給水に施す前記第２の水処理は酸素を給水に供給する処理であることを特徴とする請求項１または２に記載のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統。
- 前記給水ポンプの上流に設けられ、前記給水ポンプに供給される復水にｐＨ調整剤を供給する水質調整装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコンバインドサイクル発電プラントの給水系統。
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