JPH0953415A - ガスタービン排気再燃複合プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン排気をボイラの燃焼用空気とし
て用いる複合プラントにおいて、部分負荷時に給水温度
の上昇による節炭器のスチーミングや排ガス温度の下降
によるガス給水加熱器の低温腐食を防止すること。 【解決手段】 ガス給水加熱器（２５），（２６）をバ
イパスするバイパス管路（126) ,（129)，（134)，（13
7)とガス低圧給水加熱器（２６）出口の給水を入口に戻
す循環管路(131）を設け、それら管路を流れる給水流量
を加減することにより、給水温度と排ガス温度を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン排気
をボイラ火炉の燃焼用空気として用いるガスタービン排
気再燃複合プラントに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のガスタービン排気再燃複合
プラントの一例を示す概略系統図である。

【０００３】空気（大気）（101)はコンプレッサ（２
０）により昇圧され、加圧空気（121)としてコンバスタ
（２１）へ送られる。コンバスタ（２１）にはガスター
ビン燃料(120）も供給されて燃焼し、高温高圧のガスタ
ービン入口ガス(122）が発生する。ガスタービン入口ガ
ス(122）はガスタービン（２２）を駆動し、ガスタービ
ン発電機（２３）により電力を発生する。ガスタービン
（２２）でエネルギを回収されたガスタービン排気(12
3）は、１４％程度の酸素を含むので、ボイラ（４）の
火炉燃焼用空気として燃料(104）と共に風箱（３）より
ボイラ（４）火炉へ投入される。ボイラ（４）の火炉か
ら排出されたボイラ出口排ガス(105）は、ガス高圧給水
加熱器（２５）およびガス低圧給水加熱器（２６）で給
水，復水と熱交換し、排ガス(106）となって煙突（５）
から大気へ排出される。

【０００４】一方給水糸では、低圧タービン排気(107）
が復水器（６）により復水(108）となり、復水ポンプ
（７）で昇圧される。この復水ポンプ出口給水(109）
は、低圧給水加熱器（８）で蒸気により加熱され、ガス
低圧給水加熱器給水(225）として、ガス低圧給水加熱器
（２６）へ導入される。ガス低圧給水加熱器（２６）で
再び加熱されたガス低圧給水加熱器出口給水(132）は、
脱気器（９）を経て脱気器出口給水(111）となり、給水
ポンプ（１０）で更に昇圧され、ガス高圧給水加熱器給
水(233）となる。ガス高圧給水加熱器（２５）で更に加
熱されたボイラ給水(139）は、節炭器（１２）を介して
ボイラ（４）へ導入される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のプラントで
は次のような解決すべき課題があった。

【０００６】１）定格点で設計されたガス給水加熱器で
は、部分負荷時に給水温度・排ガス温度が十分に制御で
きない。そのため、図６中に破線で示されるように給水
温度が上がり過ぎて節炭器でスチーミングが発生した
り、図７中の破線のように排ガス温度が下がりすぎて、
ガス給水加熱器の低温腐食が生じたりする。

【０００７】２）ボイラの累積運転時間が長くなるにつ
れて、ガス給水加熱器器内がボイラ排ガスにより汚れて
いくため、図８に示されるように熱伝達が低下し、適性
な給水温度・排ガス温度が得られなくなる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来の
課題を解決するために、ガスタービンの排気をボイラ火
炉の燃焼用空気として用いるとともに、上記ボイラ火炉
の排ガスによってボイラ給水を加熱する複数のガス給水
加熱器を直列に設置したガスタービン排気再燃複合プラ
ントにおいて、給水が上記ガス給水加熱器をそれぞれバ
イパスするバイパスラインと、上流側の上記ガス給水加
熱器の出口から入口へ給水の一部を戻す給水循環ライン
と、同給水循環ラインに設けられた給水循環ポンプとを
備えたことを特徴とするガスタービン排気再燃複合プラ
ント；ならびに、ガスタービンの排気をボイラ火炉の燃
焼用空気として用いるとともに、上記ボイラ火炉の排ガ
スによってボイラ給水を加熱する複数のガス給水加熱器
を直列に設置したガスタービン排気再燃複合プラントに
おいて、上記複数のガス給水加熱器の間の給水ラインに
設けられた脱気器と、同脱気器の出口の給水の一部を上
流側の上記ガス給水加熱器の入口へ戻す脱気器循環ライ
ンと、同脱気器循環ラインに設けられた脱気器循環ポン
プとを備えたことを特徴とするガスタービン排気再燃複
合プラントを提案するものである。

【０００９】上記第１の解決手段においては、給水がガ
ス給水加熱器をそれぞれバイパスするバイパスラインが
設けられているので、ボイラが部分負荷で運転されてい
る時は、バイパスラインのバルブを開くことにより、ガ
ス給水加熱器内へ流れる給水量を制御できる。したがっ
てボイラ入口給水温度が制御可能となり、節炭器のスチ
ーミングを防止できる。またボイラの累積運転時間が長
くなるにつれてガス給水加熱器内はボイラ排ガスにより
汚れてくるが、ボイラ運転当初はバイパス量を増してお
き、運転が進んでガス給水加熱器内が汚れていって熱吸
収量が減少してきた時に、バイパス量を減少させること
により、節炭器入口の給水温度を制御できる。

【００１０】更に上流側の上記ガス給水加熱器の出口か
ら入口へ給水の一部を戻す給水循環ラインと、同給水循
環ラインに設けられた給水循環ポンプとを備えているの
で、プラントの部分負荷時にボイラ排ガスの流量と温度
が低下した場合、給水循環ラインのバルブを開き給水循
環ポンプを駆動することにより、ガス給水加熱器出口の
排ガス温度も制御可能となり、ガス給水加熱器の低温腐
食を防止できる。

【００１１】極低負荷帯では低圧給水加熱器器内圧が著
しく低く、たとえ上記給水循環ラインに給水を循環させ
ても所要の温度まで昇温できない懸念があるが、上記第
２の解決手段では、脱気器の出口の給水の一部を上流側
の上記ガス給水加熱器の入口へ戻す脱気器循環ライン
と、同脱気器循環ラインに設けられた脱気器循環ポンプ
とを備えているので、脱気器循環ラインのバルブを開き
脱気器循環ポンプを駆動することにより、極低負荷帯に
おいても、ガス給水加熱器の入口給水温度を硫酸腐食を
発生しない温度まで昇温することができる。すなわち、
低負荷帯において上流側のガス給水加熱器よりも圧力の
高い脱気器貯槽の保有水であれば、上流側のガス給水加
熱器入口水を昇温し易く、かつ脱気器器内圧を補助蒸気
で加圧することにより、確実に所要温度に上昇させるこ
とができる。そして、汽力単独運転時も複合運転時も同
一装置で対応できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の第１の形態
を示す概略系統図である。この図において、前記図５に
より説明した従来のものと同様の部分については、同一
の符号が付けられている。

【００１３】本実施形態においても従来の技術と同様、
空気（大気）(101）はコンプレッサ（２０）により昇圧
され、加圧空気(121）としてコンバスタ（２１）へ送ら
れる。コンバスタ（２１）にはガスタービン燃料(120）
も供給されて燃焼し、高温高圧のガスタービン入口ガス
(122）が発生する。ガスタービン入口ガス(122）はガス
タービン（２２）を駆動し、ガスタービン発電機（２
３）により電力を発生する。ガスタービン（２２）でエ
ネルギを回収されたガスタービン排気(123）は、ボイラ
（４）火炉の燃焼用空気として燃料(104）とともに風箱
（３）からボイラ（４）へ投入される。燃料(104）の燃
焼によって発生した排ガス(105）は、ガス高圧給水加熱
器（２５）およびガス低圧給水加熱器（２６）で熱回収
された後、煙突（５）から排ガス(106）として排出され
る。

【００１４】一方給水糸では、低圧タービン排気(107）
が復水器（６）により復水(108）となり、復水ポンプ
（７）で昇圧される。この復水ポンプ出口給水(109）
は、低圧給水加熱器（８）とガス低圧給水加熱器（２
６）向けに分岐される。低圧給水加熱器（８）では、蒸
気タービンの抽気蒸気により加熱されて低圧給水加熱器
出口給水(110）となる。またガス低圧給水加熱器（２
６）向けの給水は、更に低温ガス低圧給水加熱器給水(1
25）と低温ガス低圧給水加熱器バイパス給水(126）とに
分岐する。低温ガス低圧給水加熱器給水(125）は、ガス
低圧給水加熱器（２６）の低温部で熱交換後、低温ガス
低圧給水加熱器バイパス給水(126）と合流して低温ガス
低圧給水加熱器出口給水(127）となり、更に、高温ガス
低圧給水加熱器給水(128）と高温ガス低圧給水加熱器バ
イパス給水(129）に再び分岐する。高温ガス低圧給水加
熱器給水(128）は、ガス低圧給水加熱器（２６）の高温
部で熱交換後、高温ガス低圧給水加熱器バイパス給水(1
29）と合流して高温ガス低圧給水加熱器出口給水(130）
となる。高温ガス低圧給水加熱器出口給水(130）のライ
ンには、復水ポンプ出口給水(109）への再循環ラインが
設けられており、再循環ポンプ（２７）によって、ガス
低圧給水加熱器再循環水(131）が流れるようになってい
る。

【００１５】低圧給水加熱器（８）で加熱された低圧給
水加熱器出口給水(110）は、ガス低圧給水加熱器（２
６）で加熱された高温ガス低圧給水加熱器出口給水(13
0）と合流して、ガス低圧給水加熱器出口給水(132）と
なる。そして脱気器（９）を通過して脱気器出口給水(1
11）となり、更に給水ポンプ（１０）で昇圧された後、
給水ポンプ出口給水(112）となる。この給水ポンプ出口
給水(112）は、高圧給水加熱器（１１）とガス高圧給水
加熱器（２５）向けに分岐され、高圧給水加熱器（１
１）では蒸気タービンの抽気蒸気により加熱されて高圧
給水加熱器出口給水(113）となる。またガス高圧給水加
熱器（２５）向けの給水は、更に低温ガス高圧給水加熱
器給水(133）と低温ガス高圧給水加熱器バイパス給水(1
34）とに分岐する。そして低温ガス高圧給水加熱器給水
(133）は、ガス高圧給水加熱器（２５）の低温部で熱交
換後、低温ガス高圧給水加熱器バイパス給水(134）と合
流して低温ガス高圧給水加熱器出口給水(135）となり、
更に高温ガス高圧給水加熱器給水(136）と高温ガス高圧
給水加熱器バイパス給水(137）に再び分岐する。高温ガ
ス高圧給水加熱器給水(136）は、ガス高圧給水加熱器
（２５）の高温部で熱交換後、高温ガス高圧給水加熱器
バイパス給水(137）と合流してガス高圧給水加熱器出口
給水(138）となる。

【００１６】高圧給水加熱器（１１）で加熱された高圧
給水加熱器出口給水(113）は、ガス高圧給水加熱器（２
５）で加熱されたガス高圧給水加熱器出口給水(138）と
合流してボイラ給水(139）となり、節炭器（１２）へ供
給される。

【００１７】以上の系統において、部分負荷時には、ガ
ス低圧給水加熱器（２６）とガス高圧給水加熱器（２
５）にそれぞれ設けられているバイパスラインに給水の
一部を流すことにより、節炭器（１２）へ供給される給
水の温度を制御するとともに、ガス低圧給水加熱器（２
６）の給水再循環ラインに再循環水(131）を流すことに
より、ガス低圧給水加熱器（２６）出口の排ガス(106）
の温度を制御する。またボイラ運転当初は、ガス低圧給
水加熱器（２６）とガス高圧給水加熱器（２５）の内部
がまだ汚れていないので、各バイパスラインのバルブを
若干開いておき、運転年月の経過に伴ってガス低圧・高
圧給水加熱器（２５），（２６）の内部が汚れてきたな
らばバイパスラインのバルブを次第に閉じていくことに
より、ガス低圧・高圧給水加熱器（２５），（２６）の
熱吸収量を制御する。

【００１８】上記のとおり本実施形態においては、ガス
給水加熱器（２５），（２６）に設けられたバイパスラ
インの給水流量を制御することにより、節炭器（１２）
に供給される給水の温度を制御できるので、図６中に実
線で示されるように、プラントの部分負荷時やプラント
運転当初でも節炭器のスチーミングが防止できる。ま
た、ガス低圧給水加熱器（２６）に設けられた給水循環
ラインの循環水流量を制御することにより、ガス低圧給
水加熱器（２６）の出口排ガス温度を制御できるので、
図７中の実線のように、プラントの部分負荷時において
ガス低圧給水加熱器（２６）の低温腐食が防止できる。

【００１９】次に図２は本発明の実施の第２形態を示す
概略系統図である。

【００２０】ボイラの排ガス(220）は、ガス高圧給水加
熱器(204）で給水と熱交換した後、ガス低圧給水加熱器
(203）で復水と熱交換して低温ガス(222）となり、電気
集塵器を経て煙突から大気へ放出される。一方水系統
は、復水器で凝縮した復水が低圧給水加熱器(201）によ
り加熱されて低圧加熱器出口給水となり、ガス低圧給水
加熱器(203）へ導入される。この給水はガス低圧給水加
熱器(203）が硫酸腐食を生じない温度以上であらねばな
らない。

【００２１】部分負荷においては、ガス低圧給水加熱器
(203）の出口給水(212）をガス低圧給水加熱器循環ポン
プ(205）により再循環させ、図３に示されるように、入
口給水温度を所要温度まで加熱することができる。また
低負荷帯においては、図４に示されるように、脱気器(2
02）の圧力をガス低圧給水加熱器(203）の入口温度が所
要の温度になる圧力まで昇圧し、脱気器循環ポンプ(20
6）によって再循環させることにより、対応することが
できる。汽力単独運転でも、同上方式により対応可能と
なる。

【００２２】上記のとおり本実施形態によれば、低負荷
においてもガス低圧給水加熱器の入口給水温度を硫酸腐
食の発生する露点温度以上に保つことができる。また、
汽力単独運転においても、ボイラ排ガス量が減少し、ガ
ス低圧給水加熱器入口給水温度が上昇しにくい状態とな
るが、更に加圧された脱気器貯槽の保有水を循環させる
ことにより、部分負荷においても露点温度以上に保つこ
とができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、ガス給水加熱器に設け
られたバイパスラインの給水流量を制御することによ
り、節炭器に供給される給水の温度を制御できるので、
プラントの部分負荷時や、プラント運転当初時にも節炭
器のスチーミングが防止できる。また、上流側のガス給
水加熱器に設けられた給水循環ラインの循環水流量を制
御することにより、上流側のガス給水加熱器の出口排ガ
ス温度を制御できるので、プラントの部分負荷時におい
てガス給水加熱器の低温腐食が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施の第１形態を示す概略系統
図である。

【図２】図２は本発明の実施の第２形態を示す概略系統
図である。

【図３】図３はガス低圧給水加熱器入口給水温度を一定
とするための脱気器飽和水温度と脱気器再循環流量の関
係を示す図である。

【図４】図４は蒸気タービン負荷と脱気器圧力の関係を
示す図である。

【図５】図５は従来のガスタービン排気再燃複合プラン
トの一例を示す概略系統図である。

【図６】図６はプラント負荷と節炭器入口給水エンタル
ピの関係を示す図である。

【図７】図７はプラント負荷とガス給水加熱器出口ガス
温度の関係を示す図である。

【図８】図８はボイラの累計運転時間とガス給水加熱器
熱吸収量の関係を示す図である。

【符号の説明】

（３） 風箱 （４） ボイラ （５） 煙突 （６） 復水器 （７） 復水ポンプ （８） 低圧給水加熱器 （９） 脱気器 （１０） 給水ポンプ （１１） 高圧給水加熱器 （１２） 節炭器 （２０） コンプレッサ （２１） コンバスタ （２２） ガスタービン （２３） ガスタービン発電機 （２５） ガス高圧給水加熱器 （２６） ガス低圧給水加熱器 （２７） 再循環ポンプ （101) 空気（大気） （104) ボイラ燃料 （105) ボイラ出口排ガス （106) 排ガス （107) 低圧タービン排気 （108) 復水 （109) 復水ポンプ出口給水 （110) 低圧給水加熱器出口給水 （111) 脱気器出口給水 （112) 給水ポンプ出口給水 （113) 高圧給水加熱器出口給水 （120) ガスタービン燃料 （121) 加圧空気 （122) ガスタービン入口ガス （123) ガスタービン排気 （125) 低温ガス低圧給水加熱器給水 （126) 低温ガス低圧給水加熱器バイパス給水 （127) 低温ガス低圧給水加熱器出口給水 （128) 高温ガス低圧給水加熱器給水 （129) 高温ガス低圧給水加熱器バイパス給水 （130) 高温ガス低圧給水加熱器出口給水 （131) ガス低圧給水加熱器再循環水 （132) ガス低圧給水加熱器出口給水 （133) 低温ガス高圧給水加熱器給水 （134) 低温ガス高圧給水加熱器バイパス給水 （135) 低温ガス高圧給水加熱器出口給水 （136) 高温ガス高圧給水加熱器給水 （137) 高温ガス高圧給水加熱器バイパス給水 （138) ガス高圧給水加熱器出口給水 （139) ボイラ給水 （201) 低圧給水加熱器 （202) 脱気器 （203) ガス低圧給水加熱器 （204) ガス高圧給水加熱器 （205) ガス低圧給水加熱器循環ポンプ （206) 脱気器循環ポンプ （211) 低圧給水加熱器出口給水 （212) 低圧ガス給水加熱器出口給水 （213) 低圧ガス給水加熱器循環水 （214) 脱気器循環水 （220) ボイラ排ガス （221) ガス高圧給水加熱器出口ガス （222) ガス低圧給水加熱器出口ガス （225) ガス低圧給水加熱器給水 （233) ガス高圧給水加熱器給水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大沢 康子 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 柴田 正俊 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンの排気をボイラ火炉の燃焼
   用空気として用いるとともに、上記ボイラ火炉の排ガス
   によってボイラ給水を加熱する複数のガス給水加熱器を
   直列に設置したガスタービン排気再燃複合プラントにお
   いて、給水が上記ガス給水加熱器をそれぞれバイパスす
   るバイパスラインと、上流側の上記ガス給水加熱器の出
   口から入口へ給水の一部を戻す給水循環ラインと、同給
   水循環ラインに設けられた給水循環ポンプとを備えたこ
   とを特徴とするガスタービン排気再燃複合プラント。
2. 【請求項２】 ガスタービンの排気をボイラ火炉の燃焼
   用空気として用いるとともに、上記ボイラ火炉の排ガス
   によってボイラ給水を加熱する複数のガス給水加熱器を
   直列に設置したガスタービン排気再燃複合プラントにお
   いて、上記複数のガス給水加熱器の間の給水ラインに設
   けられた脱気器と、同脱気器の出口の給水の一部を上流
   側の上記ガス給水加熱器の入口へ戻す脱気器循環ライン
   と、同脱気器循環ラインに設けられた脱気器循環ポンプ
   とを備えたことを特徴とするガスタービン排気再燃複合
   プラント。