JPH0367004A - 排気ガスからの熱回収方法及び装置並びに熱回収蒸気発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に、複合サイクル発電プラントで運転さ
れるガスタービンの排気ガスから熱を回収することによ
り蒸気を発生するための方法に関するものである。蒸気
は、ガスタービンと共に電力を発生するｌ基又は２基以
上の蒸気タービン内で膨張される。

粒連」０［矢省１ ガスタービンに依拠する発電プラントの低い設備費用、
設計から建設までの短い期間及び融通性は、特に、この
種のガスタービン発電プラントを、電力を発生するため
の手段として電気事業家にとり魅力的なものにしている
。しかし残念なことに、単サイクル方式と称される単独
で使用されるガスタービンの効率は、慣用の火力ボイラ
蒸気タービン装置と比較して比較的に低い。この非効率
の主たる原因は、ガスタービンが作動するプレイＩ・ン
サイクルに固有のものである。このプレイトンサイクル
は３つの段階で動作する。即ち、第１の段階において、
圧縮機内での等エントロピ圧縮により流体（ガスタービ
ンの場合には空気）に対し仕事が行われる。第２の段階
では、燃焼器内で等圧的に流体に熱が加えられる。そし
て第３の段階においては、圧縮された高温流体はタービ
ン内で等エントロピで膨張され初期の圧力に戻る。この
膨張段階においては、圧縮及び加熱の結果として流体に
付与されたエネルギの多くは有用な仕事の形態で回収さ
れる。しかし、エネルギの相当な部分は、実際問題とし
て、ガスタービン内での更なる膨張によって回収するこ
とはできない比較的高温低圧力の形態に留とまっている
。単サイクル方式では、このエネルギは、ガスタービン
から排出されるガスが大気中に放出される際に大気中に
失われてしまう。このエネルギ損失の大きさは、典型的
な単サイクル方式においては、周囲温度で圧縮機に導入
される空気はタービン内での膨張前に燃焼器内で約１０
９５℃＜２０００″Ｆ）にまで加熱されるが、タービン
内での膨張後、大気に放出される時には約５３８’Ｃ（
１０００″Ｆ）までしか冷却されないということがら自
ずと理解されるであろう、従って、周囲空気の温度を５
３８℃（１０００”Ｆ）に上昇するのに使用された燃焼
器内で燃焼された燃料の部分は浪費となり、その結果、
熱動力学的総効率は低くなる。

上述のような情況に鑑み、ガスタービンから排出される
ガス中の利用可能なエネルギを回収するための方法を開
発すべく相当な努力が払われてきている。最も成功した
方法のｌっでは、熱回収蒸気発生器（以下、ＨＲＳにと
も略称する）内で、高温の排気ガスから加圧された給水
への潜熱の伝達が行われる。熱回収蒸気発生器は、付加
的な回転軸動力を発生する蒸気タービン内で膨張される
蒸気を発生する。蒸気タービンはプレイトンサイクルで
はなく、ランキンサイクルで動作するので、この種のｐ
　ｆＦＱ収方法を採用している発電プラントは複合サイ
クル発電プラントと称されている。

典型的には、熱回収蒸気発生器は、排気ガスが通流する
大きなダクトから構成されている。このダクトは、内部
を水／蒸気が通流し外部をガスタービンの排気ガスが流
れる管群を囲んでおり、管の表面が熱伝達表面となる。

典型例なｌＩｒ１ＳＧにおいては、それぞれ、管束から
構成され熱伝達が行われる３つの基本的な要素が存在す
る。即ち、近飽和温度に給水を加熱するエコノマイザと
、同エコノマイザ内で加熱された水を蒸気に変換する蒸
発器と、蒸発器からの飽和蒸気の温度を過熱領域に昇温
する過熟器とである。

蒸気タービンの最大効率を得るためには、蒸気を高い温
度及び圧力で発生するのが望ましい、しかし、排気ガス
内で補給燃料が燃焼されないとすると、実際上非効率な
ことに、蒸気温度は、ＩＩ　ＲｓＧに流入する排気ガス
の温度に制限されてしまう。

また、蒸気の最大圧力は排気ガスの温度によっても制限
される。と言うのは、蒸気の飽和温度はその圧力と共に
増し、蒸発器内の水の飽和温度より高い排気ガス中の熱
の部分しか蒸気を発生するのに利用できないからである
。従って、蒸気の圧力を増せば蒸気タービンの効率が増
大するけれども、発生される蒸気の量は減少する。この
ような理由から、最大熱回収、従って最大プラント発電
出力は、蒸気圧力と蒸気流量との間の関係を最適化する
ことにより得られる。

１つの最適化方法においては、各圧力レベルで個別の蒸
発器を用いることにより多重圧力レベルで蒸気を発生す
るｉ　ＲＳ　にが利用されている。ガスタービンの排気
ガスは、最初に、Ｒ高圧力蒸発器に導かれ、次いで、そ
れぞれ順次低くなる圧力レベルの蒸発器に導かれる。従
って、蒸発器に流入するガスの温度は相続く各圧力レベ
ルで減少するが、相続く各蒸発器以外の水の飽和圧力、
従って飽和温度も減少し、各圧力レベルで付加的な蒸気
を発生することができる。

従って、それぞれその最適圧力で作用する最適数の圧力
レベルを用い且つ各圧力レベルで発生される蒸気を最適
な仕方で利用する熱回収方法を開発するのが望ましい。

多くの従来の複合サイクル発電プラントにおいては、低
温度で復水器から戻される給水は、脱気以前に加熱する
ためにＩＩＲ５Ｇに直接流入されていなかった。給水の
加熱は、低圧蒸発器内で発生される蒸気或は低圧蒸気タ
ービンの中間段がら抽気される蒸気を用いて間接的に行
われていた。これ等の方法によれば、排気ガスがその酸
（ａｃｉｄ）ｉｔ重点度より低く冷却されないことが確
保されているが、排気ガスから回収することができる熱
の量が制限され、ｔカを発生するのに利用可能な蒸気が
減少されていた。

上記に鑑み、ＨＲＳＧ内での排気ガスの過度の冷却に起
因する酸腐食の危険を伴うことなく、排気ガスから直接
取り出された熱を利用して給水を加熱する方法を開発す
るのが望ましい。

及（し１４１ 従って、本発明は、ガスタービンの排気ガスから熱を回
収して、回収した熱を、蒸気を発生するのに利用するた
めの手段を提供する。

具体的に述べると、本発明の目的は、排気ガスの温度を
、その酸露点温度より減少することなく、ガスタービン
の排気ガスから可能な限り多くの熱を回収するための手
段を提供することにある。更に、この手段は、ガスター
ビンで燃焼される燃料の硫黄台皿における変動から生ず
る酸露点温度の変動を許容し得るものでなければならな
い。

本発明の他の目的は、発生される蒸気を最大限に利用し
、蒸気タービン内で膨張される蒸気を最大にし且つ給水
の加熱に用いられる蒸気を最小にすることにある。

本発明の更に他の目的は、排気ガス中の窒素酸化物の濃
度を許容レベルに減少するために、ガスタービンの燃焼
器内に注入するための充分な蒸気を発生することにある
。

概述すると、本発明の上に述べた目的及び他の目的は、
脱気装置と、給水加熱器と、それぞれが異なった圧力レ
ベルで動作する３つのボイラ部とを有する熱回収蒸気発
生器で達成される。本発明によれば、低硫黄分燃料が燃
焼される時には、脱気に必要な全ての熱は給水加熱器に
より提供され、その結果、低圧ボイラ部で発生される全
ての蒸気は低圧蒸気タービン内で膨張されて有用な動力
を発生することができる。他方、高硫黄分燃料が燃焼さ
れる時には、給水加熱器内で加熱された熱の塁が、給水
加熱器に対する給水の流量を減少することにより減少さ
れ、それにより、排気ガスの過度の冷却及びそれに伴う
酸の凝縮が回避される。

低圧ボイラ部から吹き出される蒸気が、脱気に必要な熱
の不足分を補償する。

本発明の好適な実施例によれば、中圧ボイラ部で発生さ
れる全ての蒸気は、ガスタービン燃焼器に注入され、排
気ガス中の窒素酸化物の濃度を減少すると共に付加的な
動力が発生される。高圧ボイラ部で発生される全ての蒸
気は、回転軸動力源となる高圧蒸気タービン内で膨張さ
れる。更に、低圧ボイラ部で発生される蒸気は、低圧蒸
気タービン内で膨張され、動力の発生に寄与する。

毘夏交叉益舅Ａ具」 第１図は、複合サイクル発電プラントの概要図である６
周囲の空気２はガスタービンｌの圧縮機５内に導入され
る。圧縮された空気は次いで、燃料３を燃焼することに
より、燃焼器４内で加熱される。この燃料は、液相或は
気相状態の何れでも良く、典型的には、Ｎ００２留出油
或は天然ガスである。加熱された圧縮ガスは次いで、ガ
スタービンのタービン部６内で膨張されて圧縮機５及び
発電用機関８を駆動するための動力が発生され、それに
より電力が発生される。使用済みの排気ガス７は、次い
で熱回収蒸気発生器（以下、ＩＩＲＳＣとも略称する）
９に導かれる。該ＩＩ　ＲＳ　（：から流出後、その排
気ガス１０は大気に放出される。

熱回収蒸気発生器９は、給水１６を受け、排気ガス７か
ら熱を給水に伝達することにより、給水を、３つの異な
った圧力レベルにある蒸気に変換する。

中圧蒸気２０はガスタービンの燃焼器４に注入される。

当該技術分野において周知のように、この蒸気の注入で
排気ガス中の窒素酸化物の濃度が減少し、それにより、
複合サイクル発電プラントは局所的な空気汚染に関する
要件を満たすことができる。更に、蒸気は、ガスタービ
ンのタービン部６内で膨張されたガスの質１流量を高め
、それによりタービンの出力動力を増す。

高圧蒸気１９は、高圧蒸気タービン１１に供給される。

高圧蒸気タービン１１から排出された蒸気１８は、熱回
収蒸気発生器９によって発生された低圧３気１７と合流
されて複流低圧蒸気タービン１２に導入される。高圧蒸
気タービン及び低圧蒸気タービンは共通の軸を駆動し、
この共通の軸は第２の発主用機閏１３を回し、それによ
り付加的に電力が発生される。低圧蒸気タービンから排
出される蒸気６０は、該蒸気から熱が循環水５９に伝達
されて復水器１４内で液化される。循環水は、典型的に
は、近隣の湖或は河川から得られるが、大気圧冷却塔（
図示せず）を介して再循環させ冷却するようにしても良
い、液化した蒸気は、復水器のホットウェル（温水溜め
）内で補給水１５と混合される。補給水の量は、蒸気ド
ラムからの吹き出し及び系全体の漏洩並びにガスタービ
ン燃焼器内に注入される中圧蒸気に起因する損失を補償
するに充分な量である。

復水及び補給水はポンプ６１により復水器から取り出さ
れて給水１６となり、この給水は熱回収蒸気発生２二９
に流入する。このようにして、蒸気注入及び補給水を除
き、木質的に閉ループの系が形成される。

第２図は、第１図に示した熱回収蒸気発生器９の簡略図
である。熱回収蒸気発生２ピのダクト（受入れ手段）６
２は、ガスタービンからの排気ガス７を受けて、該排気
ガスから有用な熱を回収した後、排気ガス１０として大
気中に吐き出す。熱回収蒸気発生器は、３つのボイラ部
６３．６４及び６５と、給水加熱器２５と、脱気装置（
容器）２４とから構成される。

ガスタービンから吐き出されるガスは、先ず、高圧ボイ
ラ部（第３のボイラ部）６３を流れ、次いで中圧ボイラ
部（第２のボイラ部）６４を流れ、次いで低圧ボイラ部
（第１のボイラ部）６５を流れ、最後に給水加熱器２５
を流れる。

必要とされる補給水の量は、蒸気からの復水の流量と比
較して小さいので、給水温度は、復水温度に非常に近い
。復水温度は、蒸気が液化する時の蒸気の飽和温度であ
り、従って復水２工内の圧力の関数である。最大蒸気タ
ービン出力は、可能な限り低い圧力に蒸気を膨張するこ
とにより発生されるので、この種の復水器は通常増大気
圧で運転されている。従って、給水温度は、通常２６〜
３８°Ｃ（８０〜１００°Ｆ）の範囲［：Ｊ−１０ｋＩ
’ａ絶対圧（１〜３ｉｎ　ＩＩに＾）範囲の圧力に対応
する蒸気飽和温度範囲］にある。

系内に空気が漏洩する結果として、酸素及び他の非凝縮
性ガスが給水に溶解する。このようなガスは、設備の腐
食を回避するために、給水を熱回収蒸気発生器に戻す前
に除去しなければならない。

複合サイクル発電プラントにおいては、このようなガス
の除去は、脱気装置内で行われており、除去されたガス
は大気中に放出される。本発明によれば、熱回収蒸気発
生器に供給される水もしくは給水１６は、第２図に示す
ように、２つの流れ２１及び２２に分流される。第１の
流れ２１は、スプレートレイ式とすることができる脱気
装置２４に直接流入し、他方、第２の流れ２２は給水加
熱器２５に流入する。給水加熱器２５から吐き出された
給水を搬送する配管内に配設されている給水分割弁（作
用手段）２３が、多流れの相対流量を調整する。

給水加熱器２５は、第２図に示すように、熱回収蒸気発
生器の吐出端部近傍で排気ガス中に浸漬されており、給
水の流れ２２が内部を通流しガスタービンからの排気ガ
スが外部を流れる１つ又は複数の管列から構成されてい
る。これ等の管は、給水の加熱を容易にする熱伝達表面
（伝達手段）を提供する。第１図に示しであるポンプ６
１の作動の結果として、給水加熱器内の水の圧力は、該
給水加熱器内の水の温度がその飽和温度より低い温度に
留とまることを確保するのに充分に高い圧力にある。

従って、給水加熱器は温水を発生するが、その内部で蒸
気が発生されることはない。

ガスの溶解度を減少するためには、脱気を行うべき水を
、その飽和温度にまで加熱しなければならない。給水加
熱器２５は、加熱水（加熱された第２の流れ）２７を脱
気装置２４内に排出することにより該脱気装置に対する
熱源を形成し、そして該脱気装置２４で、加熱水２７は
流れ２１の加熱されていない給水と混合する。ガスの溶
離を容易にするために、脱気装置は大気圧より高い圧力
で運転しなければならない、しかし、脱気装置内の圧力
が高くなればなるほど飽和温度が高くなり、従って、所
要熱入力も応分に大きくなる。この理由から、本発明の
好適な実施例においては、脱気装置の圧力は、達成しな
ければならない飽和温度が１１０〜１２０”Ｃ（２３０
〜２５０°Ｆ）の範囲内になるように５１４０〜２１０
ｋＰａ絶対圧（２０〜３０ｐｓｉａ）の範囲に維持され
る。脱気装置内の圧力は、脱気装置に対する熱入力を調
整することにより維持される。過度に大きい熱入力では
、脱気装置内の水の大部分が蒸気に変換され、その結果
過剰圧力が生ずる。また、熱入力が小さ過ぎると、水の
温度は、飽和温度より低い温度に低下し、良好な脱気を
達成するのには不充分な圧力となる。

本発明によれば、脱気装置内における所望の圧力は、該
脱気装置に流入する加熱水２７及び加熱されていない給
水２１の相対藍を調整すべく給水分割弁２３を操作する
ことにより維持される。ここで留意すべき重要なことは
、給水加熱器は、複合サイクル発電プラントが最大給水
流Ｉで運転されている場合に、脱気装置内の給水を加熱
するのに要求される全然皿を供給することを可能にする
のに充分な熱伝達面積を有することである。

脱気された水（脱気装置からの給水の混合物〉２８は、
脱気装置から取り出されてポンプ２９で昇圧された後に
、低圧ボイラ部６５の受入れ手段即ち蒸気ドラム３０内
に流入する。該低圧ボイラ部は、蒸気ドラム３０と、ｍ
環ポンプ３１と、蒸発器〈伝達手段〉２６とから構成さ
れている。蒸気ドラム３０は、循環ポンプ３１のための
貯蔵容器としての働きをすると共に、蒸発器２６により
吐き出された蒸気／水混合物から蒸気を分離する働きを
もする。循環ポンプ３１は、蒸気ドラム３０から水を取
り出し、蒸発器２６を通流せしめる。蒸発器２６は、排
気ガス流内に浸漬された１つ又は複数の管列から構成さ
れている。

排気ガスは管外部を流れ、管表面は、水を加熱するため
の熱伝達面としての働きをする。蒸発器内で循環してい
る水（給水の混合物の第１の部分）４４の一部を蒸気に
変換するのに充分な熱伝達面積が管により提供される。

蒸発器から吐き出された水／蒸気混合物４５は蒸気ドラ
ム内に再び流入し、そこで蒸気は水から分離される。蒸
気３２は蒸気ドラムから流出し、水は再び蒸発に内に流
入し、バランスした量の水（給水の混合物の第２の部分
〉３６が該ドラムからポンプ３７により取り出されて中
圧ボイラ部６４に流入する。排気ガスが低圧蒸発器に達
する時点では、該排気ガスは既に、ボイラ部６３及び６
４内でその熱の大部分を放出しているので、低圧蒸発器
内の圧力、従って、飽和温度は、適当な蒸気発生を得る
ためには、比較的低い圧力に維持しなければならない０
本発明の好適な実施例においては、低圧蒸発器内の圧力
は、２０７〜４８０　ｋＰａ絶対圧（３７〜７０　　ｐ
ｓｉａ）範囲に維持される。

後述するように、高硫黄分燃料が燃焼される場合を除き
、低圧ボイラ部で発生される全ての蒸気３２は蒸気ドラ
ム３０から低圧蒸気タービン１２に搬送されて該低圧蒸
気タービン１２に導入され、それにより、発電用機関１
３で付加電力が発生される。従って、脱気に必要とされ
る全給水加熱が排気ガスから給水加熱器への直接熱伝達
により遠戚されるというここに開示した方式は、低圧蒸
発器で発生された低圧蒸気の相当な部分が脱気前に給水
を加熱するのに使用されていた多くの従来の複合サイク
ル発電プラントに優る顕著な利点を与える。従来方式の
ように、低圧蒸気を給水加熱に使用する場合には、低圧
蒸気タービンの出力が低減するばかりではなく、排気ガ
スから取り出すことができる熱の量が減少する。その理
由は、低圧蒸発器内の水の温度は、３４５　ｋＰａ絶対
圧（５０ｐｓｉａ）で運転されている低圧蒸発器の場合
、本質的にその飽和温度、即ち１２０°Ｃ（２５０°Ｆ
）にあるからである、従って、１２０°Ｃ（２５０°Ｆ
）を下回る排気ガス中の熱は、低圧蒸発器の管内を循環
している水に伝達することにより回収することはできな
い。しかし、このような排熱回収における限界もしくは
制限は、多くの従来の複合サイクル発電プラントにおい
ては、後述するように、熱回収蒸気発生器のｉｔ！２腐
食を回避するためには必要であるとみなされていた点に
注目すべきである。これとは対照的に、本明細書に開示
しである方法においては、復水２５からの給水は熱シン
クとして利用される。既に説明したように、この給水は
、３６〜３８″″Ｃ（８０〜１００″″Ｆ）の温度範囲
にあるので、排気ガスから極めて大きな量の熱を回収す
ることが可能である。

ガスタービンからの排気ガスは、空気と、水蒸気及び三
酸化硫黄を含む燃料燃焼生成物とからなる。水の一部分
及び三酸化［黄は化合して硫酸を形成する。排気ガスの
温度が、酸露点と称される成る温度、より低くなると、
ｒＬ！ｌ！！２が熱回収蒸気発生器内で凝縮し、有害な
腐食を生ぜしめる。酸露点は、排気ガス中の三酸化硫黄
の濃度の関数であり、一方、この二酸化硫黄の濃度は燃
焼した燃料内の硫黄の濃度の関数である。硫黄の濃度が
高ければ高いほど、酸露点が高くなり、従って、安全に
得ることができる最低排気ガス温度が応分に高くなる。

従って、排気ガスから伝達される熱の量が、該排気ガス
の温度を酸露点以下に低下するのに充分に大きくならな
いように注意を払わなければならない、この状況は、更
に、多くのガスタービンが種々の燃料を燃焼し、しかも
運転を停止しすることなく天然ガスから油燃料に自動的
に切り換えることができるという事実により一層複雑な
る。

また、燃焼される燃料の種類が同じであっても、パイプ
ラインで供給されるガスの場合には硫黄含量が時間の関
数で変動したり、液体燃料の場合には受け取るパンチ間
で変動し得る。従って、酸を点は、きれいな天然ガスの
場合、３９°Ｃ（２００°Ｆ〉より低い温度から、高硫
黄分のＮｏ、２留出油の場合の１５０°Ｃ（３００°Ｆ
）を越える温度に変動し得る。所定の燃料での運転での
最大酸露点は、燃料内の硫黄濃度を測定し、この測定硫
黄濃度を、最大予測撚ｒ１消ｎｕ及び最小圧縮機空気流
量と組み合わせて排気ガス中の二酸化硫黄の最大濃度を
求めることにより算出することができる。酸π点は、周
知の方法を用いて、二酸化硫黄濃度から算出することが
できる。例えば、１９７７年４月１１日発行の“ケミカ
ル・エンジニアリング（Ｃｂｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎ
ｅｅｒｉｎＨ）”に掲載のλ、ピアース（Ｐｉｅｒｃｅ
）の論文“排ガスにおける酸露点の予測（Ｅｓｔｉｍａ
ｔｉｎｇＡｃｉｄ　Ｄｅｗ　Ｐｏ１ｎｔｓｎ　　５ｔａ
ｃｋ　Ｇａ５ｅｓ）”を参照されたい。

ここに開示した給水加熱方式は、熱回収蒸気発生器９の
吐出口において非常に低いｆＪＦ気ガス温度を得ること
ができる。好適な実施例にわいては、９３°Ｃ（２００
’Ｆ）のガス吐出温度が達成される。即ち、高硫黄分燃
料が燃焼された時に排気ガスの過度の冷却を阻止するた
めの制御方式が開発されたのである。この制御方式は、
脱気装置温度ｆＩＩ御ループ及びＩＩＲＳＧガス温度制
御ループを特徴とする。第３図には、この制御方式の仝
体間構成がプロング図で略示しである。脱気装置圧力制
御ループは、下記のように動作する。変換器もしくはＩ
・ランスジューサとすることができる圧力センサ（圧力
検知手段）５８は、脱気装置内の圧力を検知して、検知
圧力に対応する振幅を有する信号９３を発生する。

装置（受信手段及び決定手段）８２は、この信号を受信
して、所望の脱気装置圧力［好適な実施例においては、
はぼＨ５ｋｒ’ａ絶対圧（２１ｐｓｉａ）］に対応する
所定値と比較する。信号の振幅が、上記所定値と異なる
場合には、装置８２は、脱気装置圧力が過度に高いため
給水加熱２＝２５に対する流量を減少すべきか或は脱気
装置圧力が過度に低いため給水加熱器に対する流量を増
加すべきかを指示する信号９４を発生する。装置（作用
手段）９７はこの信号９４を受け、そして信号９２が後
述する理由から装置９７により受信されていない場合に
は、装置９７は信号９６を発生し、この信号９６は、給
水加熱器を経る流量、従って脱気装置に対する熱入力を
増加又は減少するように給水分割弁２３に作用する。既
に説明したように、脱気装置内の圧力は、該脱気装置に
対する熱入力を調整することにより維持される。

＋１ｆｌｓＧ（熱回収蒸気発生器）ガス温度制御ループ
は、以下のように動作する。装置８０は、酸の凝縮を回
避することを可能にする最小温度に対応する温度設定点
の入力を可能にする装置である。好適な実施例において
は、この温度設定点は、既に述べたように、燃焼されつ
つある燃ｒＩ内の硫黄濃度を基にして算出された最大酸
χ点より１０°Ｆだけ高い。

装置８０は、入力された温度設定点に対応する振幅を有
する設定点信号９１を発生する。熱電対とすることがで
きる温度センサ５７がＩＩＩＩｓＧ排気ガスの流れ内に
配置されていて、検知温度に対応する振幅を有する信号
９０を発生する。装Ｔ１８１は、この信号を受けて、設
定点信号と温度検知信弓とを比較してその差を求める。

この差が、ガス温度が設定点温度以下に降下したことを
示す場合には、装置８１は信号９２を発生し、この信号
９２は、装置９７により受信されて、該装置９７をして
脱気装置圧力制御ループからの信号９４を無視せしめる
。更に、装置８１は信号９６を発生し、この信号９６は
、ガス温度が設定点値に達するまで、給水加熱器２５を
通流する流量を減少するように給水分割弁２３を制御す
る。このようにして、酸π点より低い温度への排気ガス
の冷却は回避される。

上述の制御方式に依拠した場合には、高硫黄分燃料の燃
焼時における給水加熱器の低い流量が原因で、脱気装置
２４に対する熱入力が不充分になることが起こり得る。

脱気装置熱入力のこのような損失を補償するために、低
圧蒸発器２６が脱気装置２４に対し二次熱源として働く
方式を開発した。再゛び第３図を参照すると明らかなよ
うに、脱気装置圧力センサ５８からの信号は装Ｔ１８４
によっても受信される。この装置８４は、信号９３の振
幅を、良好な脱気を行うための最小許容脱気装置圧力に
対応する所定値と比較する。尚、好適な実施例において
は、この所定値は１２４　ｋＰａ絶対圧（１８ｐｓｉａ
）である。

この信号９３の振幅が所定値よりも小さい場合には、そ
れは、給水分割弁２３の調整の原因として、脱気装置圧
力を維持するのには不充分な水が給水加熱器２５から脱
気装Ｔ１２４により受け取られていることを意味し、そ
の場合には、装置８４はブリーダーバルブ３４を操作す
る信号９５を発生する。第２図に示すように、ブリーダ
ーバルブ３４は、低圧蒸発器によって発生される蒸気ド
ラム３０から低圧蒸気３２を導出する配管３３に配設さ
れている。ブリーダーバルブ３４が開弁すると、この蒸
気の一部は給水加熱のために脱気装置に供給される。従
って、給水加熱のための蒸気の最小限度の利用で適切な
脱気を遠戚し、蒸気タービン出力発生を最大にすると共
に、燃料の硫苛含量の如何に拘わらず酸腐食が回避され
る。

再び第２図を参照するに、蒸気３２に変換されずに低圧
ボイラ部６５に送られた給水の混合物２８の一部を表す
水（給水の混合物の第２の部分）３６は、ポンプ３７に
おいて昇圧された後に、中圧ボイラ部６４に送られる。

この中圧ボイラ部は、エコノマイザ３８、蒸気ドラム（
受入れ手段）４３、循環ポンプ４６及び蒸発器（伝達手
段）４７から構成されている。エコノマイザ３８及び蒸
発器４７は、排気ガスが先ず蒸発器外部を流れ、次いで
エコノマイザを流れるように配列されている。ポンプ３
７からの水は、エコノマイザ３８を通流する。このエコ
ノマイザ３８は、１つ又は複数の管列から構成されてい
て排気ガスから熱を吸収する。エコノマイザの管は、水
を加熱してその温度を飽和温度に近付けるのに充分な熱
伝達表面積を呈する。最大熱回収を維持するためには、
エコノマイザ内で可能な限り大量の熱伝達を行うのが望
ましい、しかし、水の温度は、蒸気の形成を回避するた
めにその飽和温度よりも低い温度になければならず、そ
のためエコノマイザを通流する水の流１が制約される０
本発明の好適な実施例においては、エコノマイザ内の水
は、その飽和温度より低い３°Ｃ（５°Ｆ）に加熱され
る。エコノマイザ３８から排出された水３９は流れ制御
弁４２により流れ４０（給水の第１の部分）と４１（給
水の第２の部分）とに分流される。流れ４０は蒸気ドラ
ム４３に流入しポンプ４６によって蒸発器４７を経て循
環される。中圧蒸発器４７は、低圧蒸発器２６に類似し
ており、ガスタービン排気中の窒素酸化物の制御に要求
される全蒸気を発生するのに充分な熱伝達表面積を有す
る０発生された蒸気２０は、中圧ボイラ部のドラム４３
からガスタービンの燃焼ｒｉ４に送られる。蒸気２０は
燃焼器内で、圧縮ガス中に噴霧されるのに充分な圧力を
有していなければならない。

現代の殆どのガスタービンは、１０３５〜１７２５　ｋ
Ｐａ絶対圧（１５０〜２５０　ｐｓｉａ）の範囲の圧縮
機吐出圧力で動作するので、本発明の好適な実施例にお
いては、中圧ボイラ部内の圧力は、圧力ｉｎ弁９８によ
って２０７０〜２４１０　ｋＰａ絶対圧（３０（１〜３
５０　ｐｓｉａ）の範囲に維持される。

中圧エコノマイザ３８の吐出口からの流れ４１は、ポン
プ４８により昇圧された後、高圧ボイラ部６３に送られ
る。高圧ボイラ部６３は、エコノマイザ４９と、蒸気ド
ラム５０と、蒸発器（伝達手段）６６と、循環ポンプ５
４と、過熱器（伝達手段）５５とから構成されている。

これ等の構成要素は、排気ガスが先ず過熱器外部を流れ
、次いで蒸発器とエコノマイザを流れるように配列され
ている。エコノマイザ、蒸気ドラム、蒸発器及び循環ポ
ンプは、中圧ボイラ部において既に述べたように機能す
る。過熱器５５は、１つ又は複数の熱伝達管列から構成
されていて、蒸気ドラム５０から取り出されて過熱領域
に流入する飽和蒸気５２の温度を上昇する機能を果たす
。過熱された高圧蒸気１９は次いで、高圧蒸気タービン
１１に供給される。圧力調整弁９９によって維持される
高圧ボイラ部の圧力は、最大高圧蒸気タービン効率を得
るために可能な限り高く保持すべきである。しかし、高
圧ボイラ部の圧力を増すと、高圧蒸発？＝６６内の水の
飽和温度が上昇し、従って蒸気発生が減少する０本発明
の好適な実施例においては、最適な高圧蒸気圧力は、６
２００〜６９００　ｋｒ’ａ絶対圧（９００〜１０００
　ｐｓｉａ）の範囲にあり、高圧ボイラ部は、低圧蒸気
タービン蒸気導入及びガスタービン蒸気注入後、残存し
ている全ての給水を高圧蒸気に変換するのに充分な熱伝
達表面積を有する。過Ｗ　７５により発生された蒸気の
最大温度は、ガスタービンから吐出されるガス温度に制
限される。現代の殆どのガスタービンにおいては、この
温度は約５４０″Ｃ（１０００°Ｆ）であるので、本発
明の好適な実施例においては、過熱器は、高圧ボイラ部
で発生される蒸気の温度を４８０〜５１０″Ｃ（９００
〜９５０＠Ｆ）の範囲に上昇するのに充分な熱伝達表面
積を有している。

上の説明から明らかなように、排気ガスの温度がＩＩＩ
ｔＳｆ；（熱回収蒸気発生器）を流れる際に減少しても
、熱を各ｌ１ｌｓ（：Ｉｔ成型要素により抽出すること
ができるように、排気ガス流内における各種＋！ＲＳＧ
Ｉ３成要素の順序付けを選択的に設定した。各ボイラ部
が動作する圧力レベルは、蒸気発生を最大にするように
選択し、そして高硫黄分燃料が燃焼されない場合には全
ての蒸気が電力発生に用いられるように上記圧力レベル
を選択した。これ等の原理は、＋１ＲＳＧの熱伝達もし
くは熱交換グラフである第４図に示されている。この図
の軸には、温度Ｔと熱伝３１！Ｑが取られている。上側
の＋ｔｆ＋線１０７は、Ｉｔ　ＲＳ　（：中を通流する
排気ガスから放出される熱を表す、ガスは、好適な実施
例において約５４°Ｃ（１０００°Ｆ）である温度Ａで
ＩＩ　ＲＳ　Ｇに流入し、そして好適な実施例において
は約９３°Ｃ（Ｚｏｏ″Ｆ）である温度ＢでＩｔ　ＲＳ
　Ｃから吐出される。下側の曲線は、給水により吸収さ
れる熱を表す。下側の［ｌｂ線の各線分は、Ｉ　ＲＳ　
Ｇ構成要素の１つにおける熱伝達を表している。１００
は過熱器であり、１０１は高圧蒸発器であり、１０２は
高圧エコノマイザであり、１０３は中圧蒸発器であって
、１０４は中圧エコノマイザであり、１０５は低圧蒸発
器であり、１０６は給水加熱器である。給水は、温度Ｄ
［好適な実施例においては、２６〜３６°Ｃ（８０〜１
００゛Ｆ）］でｌｌｌ５−にに流入し、温度Ｃ［好適な
実施例においては、１２０〜１５０”Ｃ（２５０〜３０
０°Ｆ）コで低圧蒸気として流出し、また温度Ｆ［好適
な実施例においては、２００〜２３０’Ｃ（４００〜４
５０°Ｆ＞］で中圧蒸気としてｊＱ　ＨＪ４　Ｌ、温度
Ｅ［（好適な実施例においては、４８０〜５１０”Ｃ（
９００〜９５０＠Ｆ）］で高圧蒸気として流出する。

これから明らかなように、各ボイラ部における動作圧力
（従って、飽和温度〉及び蒸気発生率は、良好な熱伝達
を確保するために排気ガスと蒸気／水の流れとの間に充
分な温度勾配を維持するように選択されている。

単なる例として、ここに開示した本発明の原理を、５２
４°Ｃ（９７６＠Ｆ）で排気ガスを１，３１５，５００
ｋｇ／時（２，９００，０００１ｂ１時）の排気ガスを
発生するガスタービンを利用している複合サイクル発ｔ
プラントに適用すると、ＩＲｓＧからの蒸気発生は下記
のように算出された。

（ｉ）　　４９８°Ｃ及び９７２０ｋＰａ絶対圧（９２
８°Ｆ及び９７５ｐｓｉａ）で１５６，０００ｋｇ／　
ｒｒ′！（３４４０００＆ｂ／時）、（ｉｉ）　　２１
５”Ｃ及び２１７０ｋＰａ絶対圧（４２０°Ｆ及び３１
５ｐｓｉａ）テ１４，０５０ｋｇ／時（３１，０００１
！ｂ／時）、及ヒ（ｉｉ）　　１３８°Ｃ及び３４５　
ｋＰａ絶対圧（２８１°Ｆ及び５０ｐｓｉａ）で２９，
５００ｋｇ／時（６５，０００１ｂ／時）の低圧蒸気。

上に述べた技術内容に照らし、多くの変更及び変形が可
能である。従って、本発明の範囲から逸脱することなく
、ここに特定的に述べた実施例以外のｇ様で本発明を大
施しくすることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、複合サイクル発電プラントの簡略構成図、第
２図は、第１図に示した複合サイクル発電プラントの熱
回収蒸気発生器の簡略構成図、第３図は、給水分割弁及
び低圧蒸気ブリーダーバルブの制御装置の簡略構成図、
第４図は、熱回収蒸気発生器についての熱伝達特性を示
すグラフである。 １・・・ガスタービン　　　７・・・排気ガス９・・・
熱回収蒸気発生器　１１・・・高圧蒸気タービン１２・
・・低圧蒸気タービン　１４・・・復水器１６・・・給
水　　　　　　　２１・・・給水の第１の流れ２２・・
・給水の第２の流れ ２３・・・給水分割弁（分割手段） ２４・・・脱気装置（容器〉２５・・・給水加熱器２６
・・・蒸発器（第１のボイラ部の伝達手段）２７・・・
加熱水（加熱された第２の流れ）２８・・・水（加熱さ
れた給水混合物）３０・・・蒸気ドラム（第１のボイラ
部の受入れ手段）３６・・・水（給水の混合物の第２の
部分）４０・・・流れ（給水の第１の部分） ４１・・・流れ（給水の第２の部分）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ガスタービン、蒸気タービン及び熱回収蒸気発生器
   を有する複合サイクル発電プラントにおいて、前記熱回
   収蒸気発生器で前記ガスタービンの排気ガスから熱を回
   収する方法であって、 （ａ）水を供給し、供給される水を第１及び第２の流れ
   に分割し、前記第１の流れを容器に向かわせ、前記第２
   の流れを給水加熱器に向かわせ、前記給水加熱器内で前
   記排気ガスから熱を前記第２の流れに伝達して加熱し、
   前記給水加熱器内での加熱の後、前記容器に対して第１
   の熱入力源となる前記加熱された第２の流れを前記容器
   に向かわせ、前記第１及び第２の流れを前記容器内で混
   合し、加熱された給水の混合物を発生し、 （ｂ）前記容器内に所定の圧力を維持するように供給さ
   れる前記水の第１及び第２の流れの相対量を調整し、 （ｃ）前記加熱された給水混合物から放出されるガスを
   前記容器から排出する、 諸ステップを含む排気ガスからの熱回収方法。 ２）ガスタービンの排気ガスが通流する熱回収蒸気発生
   器に供給される給水を脱気するための熱回収装置であっ
   て、 （ａ）前記給水を第１及び第２の流れに分割するための
   分割手段と、 （ｂ）前記排気ガスから前記第２の流れに熱を伝達する
   ための伝達手段を有する給水加熱器と、（ｃ）前記給水
   加熱器に流体的に接続され、同給水加熱器が第１の熱源
   を形成している脱気装置であつて、前記第１の流れを受
   けるための受入れ手段と、前記第１の流れを前記給水加
   熱器内で熱が伝達され加熱された前記第２の流れと混合
   する混合手段と、前記給水の混合物から放出されたガス
   を排出するための排出手段とを有する前記脱気装置と、 （ｄ）該脱気装置内の圧力を検知するため、検知される
   前記圧力に対応する振幅を有する信号を発生するための
   信号発生手段を備えた圧力検知手段と、 （ｅ）該圧力検知手段から前記信号を受けるための受信
   手段、前記信号の前記振幅と所定値との間の差を決定す
   るための決定手段及び前記差に応答して前記分割手段に
   作用し、該差に応じて前記第１及び第２の流れの相対流
   量を変化させる作用手段を有する第１の制御手段と、 を含む熱回収装置。 ３）復水器から給水を受け入れると共に、ガスタービン
   から排出される排気ガスを受け入れるための受入れ手段
   を有する熱回収蒸気発生器であって、（ａ）前記給水を
   第１及び第２の流れに分割する分割手段と、 （ｂ）前記第２の流れが通流する給水加熱器と、（ｃ）
   前記第２の流れが前記給水加熱器を通流した後に前記給
   水の前記第１の流れと前記第２の流れとを混合するため
   の混合手段を有する脱気装置と、 （ｄ）前記給水加熱器内に配設されて、前記脱気装置内
   の前記給水の混合物をその飽和温度に加熱するのに充分
   な熱を前記排気ガスから前記第１の流れに伝達するため
   の伝達手段と、 （ｅ）前記脱気装置からの前記給水の混合物を受けるた
   めの受入れ手段を有する第１のボイラ部であって、前記
   給水加熱器における熱伝達に先立ち、前記給水の混合物
   の第１の部分を第１の圧力レベルで蒸気に変換するのに
   充分な熱を前記排気ガスから前記給水の混合物に伝達す
   るための伝達手段を有する前記第１のボイラ部と、 （ｆ）前記第１のボイラ部から前記給水の混合物の第２
   の部分を受ける受入れ手段を有する第２のボイラ部であ
   って、前記第１のボイラ部における前記熱伝達に先立ち
   、前記第２のボイラ部が受けた前記給水の第１の部分を
   第２の圧力レベルで蒸気に変換するのに充分な熱を前記
   排気ガスから前記給水に伝達するための伝達手段を有す
   る前記第２のボイラ部と、 （ｇ）前記第２のボイラ部が受け取った前記給水の第２
   の部分を受けるための受入れ手段を有する第３のボイラ
   部であって、前記第２のボイラ部における前記熱伝達に
   先立ち、前記第３のボイラ部が受け取った前記給水の全
   てを第３の圧力レベルで蒸気に変換するのに充分な熱を
   前記受け取つた給水に伝達するための伝達手段を有する
   前記第３のボイラ部と、 を含む熱回収蒸気発生器。