JP6740059B2 - Water collection device for thermal power plant - Google Patents
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Description
本発明は、液化天然ガス(LNG)、石炭、石油等の化石燃料を燃料とする火力発電プラントの集水装置に関する。 The present invention relates to a water collecting device for a thermal power plant that uses fossil fuels such as liquefied natural gas (LNG), coal, and petroleum.
例えば、LNG専焼の火力発電プラントでは大量の純水を必要とする。この火力発電プラントは、LNGを燃焼させて発生する燃焼ガスの熱でボイラにより蒸気を発生させ、この蒸気により蒸気タービンを駆動させて発電機を回転させ電気を発生している。このような火力発電プラントでは、蒸気タービン用給水、プラント内の機器冷却等用水、プラント内の生活用水及びプラント内の空調用水等として、100万Kw級の発電プラントで通常数千トンに上る大量の水を使用する。 For example, a large amount of pure water is required in an LNG-only burning thermal power plant. In this thermal power plant, heat of combustion gas generated by burning LNG causes steam to be generated by a boiler, and this steam drives a steam turbine to rotate a generator to generate electricity. In such a thermal power plant, as a water supply for steam turbines, water for cooling equipment in the plant, domestic water in the plant, water for air conditioning in the plant, etc. Use water.
これらの水源として、河川水、工業用水、市水(上水)等を処理し、純水にして利用している。しかし、これらの水源の利用では水の購入費が高く、純水製造にも高コストを必要とする。更に、河川水や工業用水は水質が悪く、純水処理としては高度処理が必要になる。また、市水(上水)は比較的水質が良いが、非常に高価である。 As these water sources, river water, industrial water, city water (clean water), etc. are treated and used as pure water. However, the cost of purchasing water is high when these water sources are used, and high cost is required for pure water production. Further, the water quality of river water and industrial water is poor, and advanced treatment is required as pure water treatment. Also, city water (clean water) has a relatively good quality, but is very expensive.
また、環境規制などの各種規制により、取水そのものが制限される場合があるほか、天候により水不足となったときには、供給元である自治体から水の供給制限を受ける。水の供給制限を受けた場合には、火力発電プラントの運転に重大な支障を来し、運転停止に至るおそれもある。そもそも水が潤沢に得られない地域では、火力発電プラントの建設そのものが認可されないおそれがある。 In addition, the water intake itself may be restricted due to various regulations such as environmental regulations, and when the water becomes insufficient due to the weather, the water supply is restricted by the local government that is the supplier. If the water supply is restricted, the operation of the thermal power plant will be seriously hindered and the operation may be stopped. In areas where water is not available in the first place, the construction of thermal power plants may not be approved.
特に、LNG専焼を含むLNGを燃料とする火力発電プラントでは、ガス成分である炭化水素(ほとんどがメタン)が燃焼して、燃焼ガスと共に多量の水蒸気が発生している。現状の火力発電プラントでは、この燃焼により生成された水蒸気を、全て炭酸ガスや窒素ガスと共に放出しており、この水を回収する装置は実在していない。 In particular, in a thermal power plant that uses LNG as a fuel, including LNG-only combustion, hydrocarbons (mostly methane) that are gas components are combusted, and a large amount of steam is generated together with the combustion gas. In the current thermal power plant, all the steam generated by this combustion is released together with carbon dioxide gas and nitrogen gas, and there is no device for recovering this water.
上述の背景技術で述べた、特に工業用水や上水の取水が困難である環境に火力発電プラントが設けられる場合には、この火力発電プラントで使用する水を十分に確保できない場合があるが、それに十分に対応できる技術が存在しないことが課題となる。火力発電プラント内で新たに水源を確保することで、火力発電プラントの建設が従来不可能であった立地であっても、その建設や運転が可能になる場合がある。 In the background art mentioned above, particularly when a thermal power plant is installed in an environment where it is difficult to take in industrial water or tap water, there are cases where it is not possible to secure sufficient water for use in this thermal power plant, The problem is that there is no technology that can sufficiently cope with it. By securing a new water source in the thermal power plant, it may be possible to construct and operate the thermal power plant even in a location where it was conventionally impossible to construct.
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、火力発電プラントの立地における水資源利用に制約がある場合でも、この火力発電プラント内で必要とされる水を十分に確保できる火力発電プラントの集水装置を提供することにある。 The object of the present invention was made in consideration of the above circumstances, and even if there are restrictions on the use of water resources in the location of a thermal power plant, sufficient water is secured in this thermal power plant. An object is to provide a water collecting device for a thermal power plant that can be used.
本発明に係る火力発電プラントの集水装置は、化石燃料の燃焼により発生した燃焼ガスを用いて発電を行い、前記燃焼ガスが発電に寄与した後の排ガス中から水蒸気を回収して集水すると共に、前記発電に供する蒸気タービンへ駆動用蒸気を供給するボイラを備えた火力発電プラントの集水装置であって、前記排ガスが大気排出用の煙突へ向かう途中の上流側に排ガス冷却装置が、下流側に水回収装置がそれぞれ設置され、前記排ガス冷却装置は、前記排ガスに水を噴霧することで前記排ガスを直接冷却するよう構成される一方、前記排ガスを冷却して熱を吸収した前記水は熱交換器に導かれ、前記ボイラへ送水されるボイラ水を、前記熱交換器により熱交換して昇温させるよう構成され、前記ボイラ水を昇温させることで冷却された前記水は、冷却装置に導かれて更に冷却されて前記排ガス冷却装置に導かれ、前記排ガスを冷却するように構成され、前記水回収装置は、前記排ガスの流れ方向に沿って配列された回収エレメントの表面に、前記排ガス冷却装置にて冷却された前記排ガス中の水分を付着させて分離し回収すると共に、回収した水を、前記冷却装置から前記排ガス冷却装置へ送給される前記水に補給させるよう構成され、前記排ガス冷却装置または前記水回収装置が、前記水蒸気を含む前記排ガスを露点以下の温度に冷却するよう構成されたことを特徴とするものである。 The water collecting device of a thermal power plant according to the present invention performs power generation using combustion gas generated by combustion of fossil fuel, and collects water vapor by collecting steam from exhaust gas after the combustion gas contributes to power generation. Together with a water collecting device of a thermal power plant having a boiler that supplies driving steam to a steam turbine used for power generation, the exhaust gas cooling device on the upstream side on the way to the exhaust gas chimney for exhaust to the atmosphere, water recovery device is disposed respectively on the downstream side, the exhaust gas cooling device, while by spraying water into the exhaust gas Ru configured to cool the exhaust gas directly, the water that has absorbed heat by cooling the exhaust gas Is guided to a heat exchanger, the boiler water sent to the boiler is configured to heat-exchange by the heat exchanger to raise the temperature, and the water cooled by raising the temperature of the boiler water, It is guided to a cooling device and further cooled to be guided to the exhaust gas cooling device, and is configured to cool the exhaust gas, and the water recovery device is provided on the surface of a recovery element arranged along the flow direction of the exhaust gas. A structure in which water in the exhaust gas cooled by the exhaust gas cooling device is attached and separated and recovered , and the recovered water is replenished to the water sent from the cooling device to the exhaust gas cooling device. The exhaust gas cooling device or the water recovery device is configured to cool the exhaust gas containing the water vapor to a temperature below the dew point.
本発明によれば、排ガス冷却装置または水回収装置が、水蒸気を含む排ガスを露点以下の温度に冷却することで、排ガス中の水蒸気が凝縮されて水が生成される。この結果、火力発電プラント内で水源を確保できるので、火力発電プラントの立地における水資源利用に制約がある場合でも、この火力発電プラント内で必要とされる水を十分に確保できる。 According to the present invention, the exhaust gas cooling device or the water recovery device cools the exhaust gas containing water vapor to a temperature below the dew point, whereby water vapor in the exhaust gas is condensed and water is produced. As a result, a water source can be secured in the thermal power plant, so that even if there is a constraint on the use of water resources at the location of the thermal power plant, sufficient water required in the thermal power plant can be secured.
以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
[A]第1実施形態(図1〜図7)
図1は、本発明に係る火力発電プラントの集水装置の第1実施形態が適用されたコンバインドサイクル方式の火力発電プラント示す系統図である。この火力発電プラント10は、液化天然ガス(LNG)や石炭、石油等の化石燃料を燃料とするものであり、特に、LNGの燃焼により発生した燃焼ガスでガスタービン12を回転駆動させて発電した後に、ガスタービン12からの排ガスの熱を利用して排熱回収ボイラ14で蒸気を発生させ、この蒸気(駆動用蒸気)により蒸気タービン15を回転駆動させて発電を行なうコンバインドサイクル方式の火力発電プラントである。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
[A] First embodiment (FIGS. 1 to 7)
FIG. 1 is a system diagram showing a combined cycle type thermal power plant to which a first embodiment of a water collection device for a thermal power plant according to the present invention is applied. This
つまり、化石燃料であるLNGは、貯蔵タンク内に液体の状態で貯蔵されており、気化され圧縮空気と混合されて燃焼器11へ送られる。この燃焼器11は、気化されたLNGを燃焼させて、例えば1000℃以上の高温の燃焼ガスを生成してガスタービン12へ送給する。
That is, LNG, which is fossil fuel, is stored in a liquid state in the storage tank, vaporized, mixed with compressed air, and sent to the
ガスタービン12は、燃焼器11からの燃焼ガスにより回転駆動され、連結された発電機13を回転させて発電させる。このガスタービン12にて仕事を終えた燃焼ガスは、約500℃〜600℃の排ガスとなって排熱回収ボイラ14へ送給される。
The
排熱回収ボイラ14は、送水された水(ボイラ水)を、例えば内部で窒素酸化物(NOx)を除去しながら、排ガスと熱交換して加熱させて過熱水蒸気を生成し、この過熱水蒸気を駆動用蒸気として蒸気タービン15へ供給する。排熱回収ボイラ14にてボイラ水と熱交換した排ガスは、後述の排ガス冷却装置16及び水回収装置17を経て、煙突18から大気中へ排出される。
The exhaust
蒸気タービン15は、排熱回収ボイラ14からの駆動用蒸気により回転駆動され、連結された発電機19を回転させて発電させる。この発電機19は、発電機13と同一物であってもよく、または別物であってもよい。蒸気タービン15にて仕事を終えた蒸気(駆動用蒸気)は復水器20に送給される。この復水器20は、送給された蒸気を減圧しながら冷却して凝縮させ水に戻すことで、蒸気タービン15の前後での圧力差を大きくし、これにより、蒸気タービン15によって回転する発電機19の発電出力を増大させている。復水器20にて生成された水は、ボイラ水として熱交換器21を経て排熱回収ボイラ14へ送給される。
The
ここで、図9に示すように、従来の火力発電プラント100では、復水器20からのボイラ水が排熱回収ボイラ14へ直接送給されるが、ボイラ水が復水器20にて冷却された低い温度で排熱回収ボイラ14へ流入すると、この排熱回収ボイラ14内で図示しない熱交換器などの表面に結露が発生して、この熱交換器を含む部材が腐食する一因になる。なお、図9及び次に述べる図10においては、本実施形態と同一の装置及び機器について同一の符合を付している。
Here, as shown in FIG. 9, in the conventional
一方、図10に示す従来の他の各発電プラント110では、排熱回収ボイラ14にて生成された過熱水蒸気(駆動用蒸気)の一部を分岐して熱交換器111へ導き、この熱交換器111において、復水器20からのボイラ水と過熱水蒸気の一部とを混合させてボイラ水の温度を上昇させている。これにより、排熱回収ボイラ14に送給されるボイラ水によって排熱回収ボイラ14内での結露の発生が防止され、排熱回収ボイラ14内の部材の腐食を防止することが可能になる。ところが、この火力発電プラント110では、排熱回収ボイラ14にて生成された過熱水蒸気の一部を使用して、排熱回収ボイラ14に送給されるボイラ水を昇温させているので、蒸気タービン15へ供給される過熱水蒸気(駆動用蒸気)が減少して、蒸気タービン15に連結された発電機19の発電出力が低下してしまう。
On the other hand, in each of the other conventional
これらに対し、本実施形態の火力発電プラント10では、排熱回収ボイラ14から煙突18へ流れる排ガスの排出系統途中の上流側に排ガス冷却装置16を、下流側に水回収装置17をそれぞれ設置し、これらの排ガス冷却装置16及び水回収装置17によって、排熱回収ボイラ14から排出された排ガスを冷却し、この排ガス中から水蒸気(水分)を凝縮させて回収し集水すると共に、排ガス冷却装置16と熱交換器21とによって、排ガスを冷却して熱を吸収した水を利用して、排熱回収ボイラ14へ送給されるボイラ水を昇温させている。
On the other hand, in the
上述のように、本実施形態の火力発電プラント10では、化石燃料の燃焼により燃焼ガスと共に発生した、排ガス中の水蒸気を凝縮させて水を回収することで、火力発電プラント10内で水源を確保することが可能になる。更に、排熱回収ボイラ14へ送給されるボイラ水を、この排熱回収ボイラ14から排出された排ガスの熱を利用して昇温することで、蒸気タービン15に連結された発電機19による発電出力の確保と、排熱回収ボイラ14内での腐食の発生防止とが可能になる。
As described above, in the
以下、火力発電プラント10の集水装置25を構成する上述の排ガス冷却装置16、水回収装置17及び冷却装置21、並びに回収水槽22及び冷却装置23について詳説する。ここで、集水装置25は、化石燃料の燃焼により燃焼ガスと共に発生する水蒸気を、燃焼ガスが発電に寄与した後の排ガス、具体的には排熱回収ボイラ14から排出された排ガス中から回収して集水すると共に、この排ガスから熱を回収して、排熱回収ボイラ14へ送給されるボイラ水を昇温するものである。
Hereinafter, the exhaust
排ガス冷却装置16は、排熱回収ボイラ14から排出された80℃〜120℃程度の排ガスに、スプレーノズル26を用いて20℃〜40℃の水を噴霧させ、これにより排ガスを直接冷却する接触式冷却塔であり、排ガスは30℃〜60℃程度に冷却される。スプレーノズル26から噴霧された水は、排ガスから熱を吸収することで温度が上昇し、更に気化する。このため、排ガスの湿度は、排熱回収ボイラ14の出口Aで数%〜数10%程度であるが、排ガス冷却装置16の出口Bでは水分が多く含まれた湿り蒸気となる。この湿り蒸気となった排ガスは水回収装置17へ送られる。また、排ガスの熱を吸収して温度上昇した水は熱交換器21へ送られる。
The exhaust
スプレーノズル26は、排ガス冷却装置16の上部に設置されており、更に、数μm〜数10μmの水のミストを噴霧可能に構成されている。スプレーノズル26から噴霧される水のミストを数μm〜数10μmとしたのは、噴霧する水のミストが細かいほど排ガスとの熱交換効率が高くなって噴霧されるべき水量を抑制でき、従って、水をスプレーノズル26の高さまで運搬する駆力を低減できるため、また、噴霧する水に固形物が含まれていないため、更に、ミストの伝熱係数が高くて排ガス冷却装置16自体を小型化できるためである。
The
また、排ガス冷却装置16では、排熱回収ボイラ14から送給される排ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)が水に吸収されるので、必要に応じて中和設備や脱塩設備が設けられる。これらの設備が設けられる場合においても、排ガス冷却装置16は、ガスタービン10にて駆動される発電機13による発電出力を確保するため、排ガスを低い圧力損失で通過させるよう構成されている。
Further, in the exhaust
水回収装置17は、排ガスの流れに沿って配列された回収エレメント27(図4に示す積層された平板27A、または図7に示す繊維製のミストセパレータ27B)の表面に、排ガス冷却装置16にて冷却されて湿り蒸気となった排ガス中の水分を、水滴として付着させて排ガスと分離し、回収して集水するよう構成されたものである。更に、この水回収装置17は、必要に応じて、水蒸気を含む湿り蒸気の排ガスを露点(約30℃)以下に冷却する冷却機能を備えている。
The
水回収装置17が冷却機能を有する場合は、排ガス冷却装置16から導かれる排ガスの温度が露点を超えて高い場合である。水回収装置17の上述の冷却機能によって、または排ガス冷却装置16により排ガスが露点まで冷却されることによって、排ガスに含まれる化石燃料(本実施形態ではLNG)由来の水蒸気を凝縮させて、水回収装置17の回収エレメント27に水滴として付着させて回収することが可能になる。水回収装置17の出口Cからは、水蒸気が除去され且つ約30℃まで冷却された排ガスが煙突18へ排出され、この煙突18から大気中へ放出される。本実施形態では、水回収装置17が冷却機能を有する場合について説明する。
The case where the
つまり、図2〜図4に示すように、回収エレメント27として平板27Aを有する水回収装置17は、この平板27Aを収容する回収ユニット28を備える。この回収ユニット28は、図4に示すように、外気と遮断されて構成され、内部に複数枚の平板27Aを、図示しないスペースを介し隙間を隔てて積層させ、排ガスの流れ方向Xに沿って平行に配列させる。この回収ユニット28の下部には、排ガスが回収ユニット内で平板27A間を流れることで平板27Aの表面に水滴が付着し、この付着した水滴が成長して重力の作用で落下したときの水を受け止める水受け29が形成されている。この水受け29は、送水チューブ30を介して回収水槽22に接続され、水受け29内の水が重力の作用で送水チューブ30を経て回収水槽22へ導かれる。
That is, as shown in FIGS. 2 to 4, the
回収ユニット28は、図2及び図3に示すように、水回収装置17のケーシング31内に空気通路32を隔てて複数個、または1個設置される。この回収ユニット28には、排ガス冷却装置16から排ガスを導く導入ダクト33と、煙突18へ排ガスを導く導出ダクト34がそれぞれ気密状態で接続されている。また、ケーシング31には、底部に空気流入口35が、天部に空気流出口36がそれぞれ形成されると共に、空気流出口36付近に送風ファン37が設置される。この送風ファン37の回転により外気が空気流入口35からケーシング31内に流入し、空気通路32内をY方向に流れて空気流出口36から流出することで、回収ユニット28内をX方向(上記Y方向と直交する方向)に沿って流れる排ガスは外気と熱交換されて、露点以下に冷却される。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, a plurality of or one
また、図5〜図7に示すように、回収エレメント27として繊維製のミストセパレータ27Bを有する水回収装置17は、ミストセパレータ27Bを収容する回収パイプ38を備える。この回収パイプ38は、図7に示すように、外気と遮断されて構成され、内部に複数枚のミストセパレータ27Bを、排ガスの流れ方向Xに沿って直線状に配列させる。このミストセパレータ27Bは回収パイプ38内で、2点鎖線に示すように、スペーサ(不図示)等を介し隙間を隔てて積層されてもよい。この回収パイプ38の底部には、例えば最も下流側のミストセパレータ27Bの下流位置に送水チューブ39が接続され、この送水チューブ39が回収水槽22に接続される。排ガスが回収パイプ38内でミストセパレータ27に沿って流れることで、これらのミストセパレータ27の表面に水滴が付着し、この付着した水滴が成長して重力の作用で落下し、送水チューブ39を経て回収水槽22へ導かれる。
Further, as shown in FIGS. 5 to 7, the
回収パイプ38は、図5及び図6に示すように、水回収装置17のケーシング41内に1本または複数本に配置される。この回収パイプ38には、排ガス冷却装置16から排ガスを導く導入ダクト43と、煙突18へ排ガスを導く導出ダクト44がそれぞれ気密状態で接続されている。また、ケーシング41には、底部に空気流入口35が、天部に空気流出口36がそれぞれ形成されると共に、空気流出口36付近に送風ファン37が設置される。この送風ファン37の回転により外気が空気流入口35からケーシング41内に流入し、このケーシング41内をY方向に流れて空気流出口36から流出することで、回収パイプ38内をX方向(上記Y方向と直交する方向)に沿って流れる排ガスは外気と熱交換されて、露点以下に冷却される。
As shown in FIGS. 5 and 6, one or a plurality of
上述のような平板27Aまたはミストセパレータ27Bを備える水回収装置17では、回収ユニット28内で平板27Aが、回収パイプ38内でミストセパレータ27Bがそれぞれ排ガスの流れ方向Xに沿って配列されたこと、更に、回収ユニット28、回収パイプ38のそれぞれにおける排ガスの流路が流路断面積の拡大や縮小が少ない流路構成であって排ガスの直進性に優れていること等によって、回収ユニット28、回収パイプ38のそれぞれを流れる排ガスの圧力損失が低下し、これにより、ガスタービン12で駆動される発電機13の発電出力が確保される。また、平板27Aに付着した水滴が重力の作用で水受け29に落下し、更に送水チューブ30を経て回収水槽22へ導かれることで、また、ミストセパレータ27Bに付着した水滴が重力の作用で送水チューブ39を経て回収水槽22へ導かれることで、水回収装置17及び回収水槽22において水を回収するための動力が不要になる。
In the
図1に示すように、水回収装置17により回収されて回収水槽22に導かれた回収水は、必要に応じて浄化され、一部が排ガス冷却装置16にて噴霧される水への補給水となり、残りが火力発電プラント10内に供給される。上述の回収水の浄化は次のようにしてなされる。
As shown in FIG. 1, the recovered water that is recovered by the
つまり、排熱回収ボイラ14に導かれた回収水は、窒素酸化物(NOx)の溶解によって酸性水となっているので、例えばイオン交換樹脂による陰イオンの除去や、中和剤の添加によりpHを中性とする。中和剤には消石灰や水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウムなどが用いられる。この中和された回収水を、逆浸透膜またはイオン交換樹脂による脱塩プロセスと、限外ろ過膜による粒子の除去とを行うことで純水とすれば、ボイラ水として使用することが可能になる。また、この純水は、火力発電プラント10のメンテナンス後の洗浄水としても用いることが可能である。
That is, the recovered water led to the exhaust
図1に示す排ガス冷却装置16にて排ガスの熱を吸収して温度上昇した水は熱交換器21に導かれる。この熱交換器21は、復水器20から排熱回収ボイラ14へ送給されるボイラ水を、排ガス冷却装置16より排ガスを冷却して熱を吸収した水と熱交換して昇温させる。これにより、図10の熱交換器111が行っていた排熱回収ボイラ14内部部材の腐食防止のためのボイラ水の昇温を代替できるほか、熱交換器111の設置に伴う発電機19の発電出力の低下を抑制できる。更に、熱バランスの調整次第ではあるが、熱交換器21によるボイラ水の上昇温度を熱交換器111によるボイラ水の上昇温度よりも高くすることで、熱効率が向上して、蒸気タービン15に連結された発電機19による発電出力を増大させることが可能になる。
Water that has absorbed the heat of the exhaust gas and has risen in temperature by the exhaust
上述の熱交換器21によりボイラ水を昇温させることで冷却された水は冷却装置23に導かれ、この冷却装置23により必要に応じて更に冷却される。この冷却装置23は、火力発電プラント10が上水や工業用水等の取水が困難な環境に立地されることに鑑み、水質管理された水を多量に使用するクーリングタワー(水冷式冷却塔)を用いることは不適切であり、空気冷却方式、または海水等の環境水を用いた冷却方式が好ましい。冷却装置23により必要に応じて冷却された水は排ガス冷却装置16に導かれ、この排ガス冷却装置16のスプレーノズル26から噴霧される。
The water cooled by raising the temperature of the boiler water by the
冷却装置23から排ガス冷却装置16に送給される水は、この排ガス冷却装置16にて噴霧されて蒸発することから、回収水槽22から適宜補充される。但し、排ガス冷却装置16にて排ガスが露点(約30℃)まで冷却される場合には、この排ガス冷却装置16により排ガス中の水蒸気が凝縮されて水として多量に回収されることになる。従って、この場合には、排ガス冷却装置16から熱交換器21を経て冷却装置23に流れる水が多量になるので、冷却装置23から排ガス冷却装置16に送給される水の一部が適宜回収水槽22に貯留されることになる。
The water sent from the cooling
以上のように構成されたことから、本第1実施形態によれば、次の効果(1)及び(2)を奏する。
(1)図1に示すように、排ガス冷却装置16または水回収装置17が、水蒸気を含む排ガスを露点以下の温度に冷却することで、排ガス中の水蒸気が凝縮されて水が生成される。この結果、火力発電プラント10内に水源が確保されるので、火力発電プラント10の立地において上水や工業用水等の取水が困難であって水資源利用に制約がある場合でも、この火力発電プラント10内で必要される水を十分に確保できる。
With the above-described configuration, according to the first embodiment, the following effects (1) and (2) are obtained.
(1) As shown in FIG. 1, the exhaust
(2)排熱回収ボイラ14へ送給されるボイラ水が熱交換器21にて、排ガス冷却装置16により排ガスを冷却することで熱を吸収した水と熱交換されて昇温される。このため、第1に、復水器20からの低温のボイラ水が排熱回収ボイラ14へ流入することで排熱回収ボイラ14内に発生する結露を防止でき、従って、この結露により生ずる排熱回収ボイラ14内の部材の腐食を防止できる。
(2) The boiler water sent to the exhaust
第2に、ボイラ水の昇温は、煙突18から本来排出される排気ガスから排ガス冷却装置16にて吸収された熱を利用して行われるので、熱効率を向上させることができる。更に、ボイラ水の昇温が、排熱回収ボイラ14にて生成されて蒸気タービン15へ供給される過熱水蒸気の一部を利用するものではないので、蒸気タービン15により駆動される発電機19の発電出力を好適に確保することができる。
Secondly, since the temperature of the boiler water is raised by utilizing the heat absorbed in the exhaust
[B]第2実施形態(図8)
図8は、本発明に係る火力発電プラントの集水装置の第2実施形態が適用されたコンバインドサイクル方式の火力発電プラントを示す系統図である。この第2実施形態において、第1実施形態と同様な部分については、第1実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[B] Second embodiment (FIG. 8)
FIG. 8 is a system diagram showing a combined cycle type thermal power plant to which the second embodiment of the water collection device of the thermal power plant according to the present invention is applied. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment to simplify or omit the description.
本第2実施形態における火力発電プラント50の集水装置51が第1実施形態と異なる点は、排ガス冷却装置16が複数台直列に接続されて多段構造に構成され、排ガスの流れ方向下流側の排ガス冷却装置16で排ガスを冷却して熱を吸収した水を、排ガスの流れ方向上流側の排ガス冷却装置16にて噴霧させるよう構成された点である。
The point that the
つまり、例えば3台の排ガス冷却装置16A、16B、16Cが直列に接続された場合には、最も下流側の排ガス冷却装置16Cで冷却装置23により冷却された水を噴霧させ、この排ガス冷却装置16Cにて排ガスから熱を吸収した水を、上流側の排ガス冷却装置16Bに導いて噴霧させ、この排ガス冷却装置16Bで排ガスから熱を吸収した水を、最も上流側の排ガス冷却装置16Aに導いて噴霧させる。従って、下流側の排ガス冷却装置16(特に最も下流側の排ガス冷却装置16C)では相対的に冷たい水が噴霧され、上流側(特に最も上流側の排ガス冷却装置16A)では相対的に熱い水が噴霧されることになる。これにより、最も上流側の排ガス冷却装置16(16A)で排ガスから熱を吸収した水の温度は、排ガス冷却装置16が一段の場合(即ち排ガス冷却装置16Cのみの場合)に排ガスから熱を吸収した水の温度よりも高くなり、排熱回収ボイラ14からの排ガスの熱をより効率的に回収することが可能になる。
That is, for example, when three exhaust
従って、本第2実施形態によれば、第1実施形態の効果(1)及び(2)と同様な効果を奏するほか、次の効果(3)を奏する。 Therefore, according to the second embodiment, in addition to the same effects as the effects (1) and (2) of the first embodiment, the following effect (3) is achieved.
(3)複数台の排ガス冷却装置16(例えば排ガス冷却装置16A、16B、16C)が直列に接続されて多段構造に構成され、排ガスの流れ方向下流側の排ガス冷却装置16で排ガスを冷却して熱を吸収した水を、排ガスの流れ方向上流側の排ガス冷却装置にて噴霧させるよう構成されたので、排ガスの流れ方向最も上流側の排ガス冷却装置16で排ガスから熱を吸収した水の温度を、排ガス冷却装置16が一段の場合に排ガスから熱を吸収した水の温度よりも高温にできる。このように、排ガス冷却装置16を上述の如く多段構造に構成することで排ガスの熱を効率的に回収できるので、この多段構造の排ガス冷却装置16と熱交換器21とにより、復水器20から排熱回収ボイラ14へ送給されるボイラ水をより高温に設定でき、蒸気タービン15に連結された発電機19による発電出力を向上させることができる。
(3) A plurality of exhaust gas cooling devices 16 (for example, exhaust
以上、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。これらの実施形態は、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、また、それらの置き換えや変更は、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。 Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention, and the replacements and changes thereof can be performed. Is included in the scope and gist of the invention, and is also included in the invention described in the claims and its equivalent scope.
例えば、上述の両実施形態では、ガスタービン12、排熱回収ボイラ14及び蒸気タービン15を有するコンバインドサイクル方式の火力発電プラント10に対して本発明を適用したが、化石燃料を燃焼して生成した燃焼ガスによりガスタービンを駆動して発電する火力発電プラントにおいて、ガスタービンから排出される排ガスに対して本発明を適用してもよい。更に、化石燃料を燃焼して生成した燃焼ガスをボイラに導いて蒸気を生成し、この蒸気により蒸気タービンを駆動して発電する火力発電プラントにおいて、ボイラから排出される排ガスに対して本発明を適用してもよい。
For example, in both of the above-described embodiments, the present invention is applied to the combined cycle type
10…火力発電プラント、12…ガスタービン、13…発電機、14…排熱回収ボイラ、16…排ガス冷却装置、16A、16B、16C…排ガス冷却装置、17…水回収装置、18…煙突、19…発電機、21…熱交換器、22…回収水槽、25…集水装置、26…スプレーノズル、27…回収エレメント、27A…平板、27B…ミストセパレータ、50…火力発電プラント、51…集水装置。 10... Thermal power plant, 12... Gas turbine, 13... Generator, 14... Exhaust heat recovery boiler, 16... Exhaust gas cooling device, 16A, 16B, 16C... Exhaust gas cooling device, 17... Water recovery device, 18... Chimney, 19 ... generator, 21... heat exchanger, 22... recovery water tank, 25... water collecting device, 26... spray nozzle, 27... recovery element, 27A... flat plate, 27B... mist separator, 50... thermal power plant, 51... water collection apparatus.
Claims (4)
前記排ガスが大気排出用の煙突へ向かう途中の上流側に排ガス冷却装置が、下流側に水回収装置がそれぞれ設置され、
前記排ガス冷却装置は、前記排ガスに水を噴霧することで前記排ガスを直接冷却するよう構成される一方、
前記排ガスを冷却して熱を吸収した前記水は熱交換器に導かれ、前記ボイラへ送水されるボイラ水を、前記熱交換器により熱交換して昇温させるよう構成され、
前記ボイラ水を昇温させることで冷却された前記水は、冷却装置に導かれて更に冷却されて前記排ガス冷却装置に導かれ、前記排ガスを冷却するように構成され、
前記水回収装置は、前記排ガスの流れ方向に沿って配列された回収エレメントの表面に、前記排ガス冷却装置にて冷却された前記排ガス中の水分を付着させて分離し回収すると共に、回収した水を、前記冷却装置から前記排ガス冷却装置へ送給される前記水に補給させるよう構成され、
前記排ガス冷却装置または前記水回収装置が、前記水蒸気を含む前記排ガスを露点以下の温度に冷却するよう構成されたことを特徴とする火力発電プラントの集水装置。 Power generation is performed by using combustion gas generated by combustion of fossil fuel, and steam is collected from the exhaust gas after the combustion gas contributes to power generation and water is collected , and driving steam is supplied to the steam turbine used for power generation. A water collecting device for a thermal power plant equipped with a boiler for supplying ,
The exhaust gas cooling device is installed on the upstream side of the exhaust gas on the way to the chimney for exhausting to the atmosphere, and the water recovery device is installed on the downstream side, respectively.
The exhaust gas cooling device, while by spraying water into the exhaust gas Ru configured to cool the exhaust gas directly,
The water that has absorbed the heat by cooling the exhaust gas is guided to a heat exchanger, the boiler water sent to the boiler is configured to heat exchange by the heat exchanger to raise the temperature,
The water cooled by raising the temperature of the boiler water is guided to a cooling device, further cooled and guided to the exhaust gas cooling device, and configured to cool the exhaust gas,
The water recovery device, on the surface of the recovery element arranged along the flow direction of the exhaust gas, the water in the exhaust gas cooled by the exhaust gas cooling device is attached and separated, and the recovered water is collected. Is configured to replenish the water sent from the cooling device to the exhaust gas cooling device ,
The water collecting device of a thermal power plant, wherein the exhaust gas cooling device or the water recovery device is configured to cool the exhaust gas containing the water vapor to a temperature below a dew point.
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