JPH0758043B2 - 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
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Info
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- JPH0758043B2 JPH0758043B2 JP2141711A JP14171190A JPH0758043B2 JP H0758043 B2 JPH0758043 B2 JP H0758043B2 JP 2141711 A JP2141711 A JP 2141711A JP 14171190 A JP14171190 A JP 14171190A JP H0758043 B2 JPH0758043 B2 JP H0758043B2
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- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
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- F01K23/106—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle with water evaporated or preheated at different pressures in exhaust boiler
- F01K23/108—Regulating means specially adapted therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
- F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
- F22B37/025—Devices and methods for diminishing corrosion, e.g. by preventing cooling beneath the dew point
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 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１基又は２基以
上の蒸気タービン内で膨張される。
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１基又は２基以
上の蒸気タービン内で膨張される。
従来技術の説明 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ブレイトン
サイクルに固有のものである。このブレイトンサイクル
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どまってい
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℃（1000゜F）ま
でしか冷却されないということから自ずと理解されるで
あろう。従って、周囲空気の温度を538℃（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。
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ブレイトン
サイクルに固有のものである。このブレイトンサイクル
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どまってい
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℃（1000゜F）ま
でしか冷却されないということから自ずと理解されるで
あろう。従って、周囲空気の温度を538℃（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１つでは、熱回収蒸気発生器（以下、HRSG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。蒸気タービンはブ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、この種の熱回収
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。
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１つでは、熱回収蒸気発生器（以下、HRSG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。蒸気タービンはブ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、この種の熱回収
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HRSG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
過熱器とである。
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HRSG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
過熱器とである。
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、HRSG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。
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、HRSG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HRSGが利用されている。ガスタービンの排気ガスは、
最初に、最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。
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HRSGが利用されている。ガスタービンの排気ガスは、
最初に、最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。
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プ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HRSG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
ンの中間段か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（ac
id）露点温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、電力を発生するのに利用可能な蒸気が減少されて
いた。
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HRSG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
ンの中間段か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（ac
id）露点温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、電力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。
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。
発明の概要 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。
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含量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。
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含量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。
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。
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量が、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。
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量が、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。
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。
好適な実施例の説明 第１図は、複合サイクル発電プラントの概要図である。
周囲の空気２はガスタービン１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、No.2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、HRSGとも略称する）９に導かれ
る。該HRSGから流出後、その排気ガス10は大気に放出さ
れる。
周囲の空気２はガスタービン１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、No.2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、HRSGとも略称する）９に導かれ
る。該HRSG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量流量を高め、それによりタービ
ンの出力動力を増す。
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量流量を高め、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蒸気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の発電用機関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、
復水器のホットウエル（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器９に流入
する。このようにして、蒸気注入及び補補給水を除き、
本質的に閉ループの系が形成される。
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蒸気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の発電用機関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、
復水器のホットウエル（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器９に流入
する。このようにして、蒸気注入及び補補給水を除き、
本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。熱回収蒸気発生器のダクト（受入れ手段）62
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。
である。熱回収蒸気発生器のダクト（受入れ手段）62
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、従って復水器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準大気
圧で運転されている。従って、給水温度は、通常26〜38
℃（80〜100゜F）の範囲［３〜10kPa絶対圧（１〜3in H
GA）範囲の圧力に対応する蒸気飽和温度範囲］にある。
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、従って復水器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準大気
圧で運転されている。従って、給水温度は、通常26〜38
℃（80〜100゜F）の範囲［３〜10kPa絶対圧（１〜3in H
GA）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、各流れの相対流量を調整す
る。
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、各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図に示してあるポンプ61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どま
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。
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図に示してあるポンプ61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どま
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℃（230〜250゜F）の範囲内に
なるように、140〜210kPa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。
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℃（230〜250゜F）の範囲内に
なるように、140〜210kPa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の相対量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量で
運転されている場合に、脱気装置内の給水を加熱するの
に要求される全熱量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の相対量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量で
運転されている場合に、脱気装置内の給水を加熱するの
に要求される全熱量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、循環ポンプ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、水は再び蒸発器内に流入し、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64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。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、207〜480kPa絶対圧（30〜70psi
a）範囲に維持される。
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、循環ポンプ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、水は再び蒸発器内に流入し、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64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。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、207〜480kPa絶対圧（30〜70psi
a）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13で付加
電力が発生される。従つて、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達
成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、345kPa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℃（250゜F）にあるからである。従って、1
20℃（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
の酸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
に開示してある方法においては、復水器からの給水は熱
シンクとして利用される。既に使用したように、この給
水は、36〜38℃（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。
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13で付加
電力が発生される。従つて、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達
成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、345kPa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℃（250゜F）にあるからである。従って、1
20℃（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
の酸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
に開示してある方法においては、復水器からの給水は熱
シンクとして利用される。既に使用したように、この給
水は、36〜38℃（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
及び三酸化硫黄は化合して硫酸を形成する。排気ガスの
温度が、酸露点と称される或る温度より低くなると、硫
酸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、この三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バッチ間で変動し
得る。従って、酸露点は、きれいな天然ガスの場合、39
℃（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℃（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、最大予測燃料消費量
及び最小圧縮機空気流量と組み合わせて排気ガス中の三
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。酸露点は、周知の方法を用いて、三酸化硫黄濃
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（Chemical Engin
eering）”に掲載のR.ピアース（Pierce）の論文“排ガ
スにおける酸露点の予測（Estimating Acid Dew Points
in Stack Gases）”を参照されたい。
酸化硫黄を含む燃料燃焼生成物とからなる。水の一部分
及び三酸化硫黄は化合して硫酸を形成する。排気ガスの
温度が、酸露点と称される或る温度より低くなると、硫
酸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、この三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バッチ間で変動し
得る。従って、酸露点は、きれいな天然ガスの場合、39
℃（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℃（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、最大予測燃料消費量
及び最小圧縮機空気流量と組み合わせて排気ガス中の三
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。酸露点は、周知の方法を用いて、三酸化硫黄濃
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（Chemical Engin
eering）”に掲載のR.ピアース（Pierce）の論文“排ガ
スにおける酸露点の予測（Estimating Acid Dew Points
in Stack Gases）”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排気ガス温度を得ることがで
きる。好適な実施例においては、93℃（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
制御ループ及びHRSGガス温度制御ループを特徴とする。
第３図には、この制御方式の全体的構成がブロック図で
略示してある。脱気装置圧力制御ループは、下記のよう
に動作する。変換器もしくはトランスジユーサとするこ
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、ほぼ145kPa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
ため給水加熱器25に対する流量を減少するべきか或は脱
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。
吐出口において非常に低い排気ガス温度を得ることがで
きる。好適な実施例においては、93℃（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
制御ループ及びHRSGガス温度制御ループを特徴とする。
第３図には、この制御方式の全体的構成がブロック図で
略示してある。脱気装置圧力制御ループは、下記のよう
に動作する。変換器もしくはトランスジユーサとするこ
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、ほぼ145kPa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
ため給水加熱器25に対する流量を減少するべきか或は脱
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。
HRSG（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料
内の硫黄濃度を基にして算出された最大酸露点より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HRSG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。装置81は、この信号を受けて、設定点信号
と温度検知信号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、酸露点よ
り低い温度への排気ガスの冷却は回避される。
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料
内の硫黄濃度を基にして算出された最大酸露点より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HRSG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。装置81は、この信号を受けて、設定点信号
と温度検知信号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、酸露点よ
り低い温度への排気ガスの冷却は回避される。
上述の制御方法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からの信号は装置84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12
4kPa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から脱気装置24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
な脱気を達成し、蒸気タービン出力発生を最大にすると
共に、燃料の硫黄含量の如何に拘わらず酸腐食が回避さ
れる。
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からの信号は装置84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12
4kPa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から脱気装置24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
な脱気を達成し、蒸気タービン出力発生を最大にすると
共に、燃料の硫黄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）4
3、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37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
水の流量が制約される。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℃
（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。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器４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
〜1725kPa絶対圧（150〜250psia）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、圧力調整弁98によって20
70〜2410kPa絶対圧（300〜350psia）の範囲に維持され
る。
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）4
3、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37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
水の流量が制約される。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℃
（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。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器４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
〜1725kPa絶対圧（150〜250psia）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、圧力調整弁98によって20
70〜2410kPa絶対圧（300〜350psia）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54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
蒸発器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。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、6200〜6900kPa絶対圧（900〜1000psia）
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。過熱器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℃（1
000゜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℃（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。
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54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
蒸発器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。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、6200〜6900kPa絶対圧（900〜1000psia）
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。過熱器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℃（1
000゜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℃（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HSRG
（熱回収蒸気発生器）を流れる際に減少しても、熱を各
HRSG構成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HRSG構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、
HRSG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と熱伝達Ｑが取られ
ている。上側の曲線107は、HRSG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℃（1000゜F）である温度ＡでHRSGに流入し、そ
して好適な実施例においては約93℃（200゜F）である温
度ＢでHRSG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。下側の曲線の各線分は、HRSG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℃（80〜100゜F）］でHRSGに流入し、温度Ｃ［好
適な実施例においては、120〜150℃（250〜300゜F）］
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℃（400〜450゜F）］で中圧蒸気と
して流出し、温度Ｅ［（好適な実施例においては、480
〜510℃（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。
（熱回収蒸気発生器）を流れる際に減少しても、熱を各
HRSG構成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HRSG構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、
HRSG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と熱伝達Ｑが取られ
ている。上側の曲線107は、HRSG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℃（1000゜F）である温度ＡでHRSGに流入し、そ
して好適な実施例においては約93℃（200゜F）である温
度ＢでHRSG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。下側の曲線の各線分は、HRSG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℃（80〜100゜F）］でHRSGに流入し、温度Ｃ［好
適な実施例においては、120〜150℃（250〜300゜F）］
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℃（400〜450゜F）］で中圧蒸気と
して流出し、温度Ｅ［（好適な実施例においては、480
〜510℃（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、524
℃（976゜F）で排気ガスを1,315,500kg/時（2,900,000l
b/時）の排気ガスを発生するガスタービンを利用してい
る複合サイクル発電プラントに適用すると、HRSGからの
蒸気発生は下記のように算出された。
℃（976゜F）で排気ガスを1,315,500kg/時（2,900,000l
b/時）の排気ガスを発生するガスタービンを利用してい
る複合サイクル発電プラントに適用すると、HRSGからの
蒸気発生は下記のように算出された。
（ｉ） 498℃及び9720kPa絶対圧（928゜F及び975psi
a）で156,000kg/時（344000lb/時）、 （ii） 215℃及び2170kPa絶対圧（420゜F及び315psi
a）で14,050kg/時（31,000lb/時）、及び （iii） 138℃及び345kPa絶対圧（281゜F及び50psia）
で29,500kg/時（65,000lb/時）の低圧蒸気。
a）で156,000kg/時（344000lb/時）、 （ii） 215℃及び2170kPa絶対圧（420゜F及び315psi
a）で14,050kg/時（31,000lb/時）、及び （iii） 138℃及び345kPa絶対圧（281゜F及び50psia）
で29,500kg/時（65,000lb/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態様で本発明を
実施し得ることが理解されよう。
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態様で本発明を
実施し得ることが理解されよう。
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） 43……蒸気ドラム（第３のボイラ部の受入れ手段） 44……水（給水の混合物の第１の部分） 47……蒸発器（第２のボイラ部の伝達手段） 55……過熱器（第３のボイラ部の伝達手段） 58……圧力センサ（圧力検知手段） 62……ダクト（熱回収蒸気発生器の受入れ手段） 63……高圧ボイラ部（第３のボイラ部） 64……中圧ボイラ部（第２のボイラ部） 65……低圧ボイラ部（第１のボイラ部） 66……蒸発器（第３のボイラ部の伝達手段） 82……装置（受信手段及び決定手段） 93……信号、97……装置（作用手段）
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） 43……蒸気ドラム（第３のボイラ部の受入れ手段） 44……水（給水の混合物の第１の部分） 47……蒸発器（第２のボイラ部の伝達手段） 55……過熱器（第３のボイラ部の伝達手段） 58……圧力センサ（圧力検知手段） 62……ダクト（熱回収蒸気発生器の受入れ手段） 63……高圧ボイラ部（第３のボイラ部） 64……中圧ボイラ部（第２のボイラ部） 65……低圧ボイラ部（第１のボイラ部） 66……蒸発器（第３のボイラ部の伝達手段） 82……装置（受信手段及び決定手段） 93……信号、97……装置（作用手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−253105（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−308（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−113507（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−131908（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭61−36122（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (3)
- 【請求項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の流れを相対量を調整し、 （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。 - 【請求項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って、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。 - 【請求項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
前記受け取っ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。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/359,531 US4976100A (en) | 1989-06-01 | 1989-06-01 | System and method for heat recovery in a combined cycle power plant |
| US359,531 | 1994-12-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0367004A JPH0367004A (ja) | 1991-03-22 |
| JPH0758043B2 true JPH0758043B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=23414223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2141711A Expired - Lifetime JPH0758043B2 (ja) | 1989-06-01 | 1990-06-01 | 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 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4976100A (ja) |
| EP (1) | EP0400370B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0758043B2 (ja) |
| CA (1) | CA2017989A1 (ja) |
| DE (1) | DE69013981T2 (ja) |
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