JPH102234A - コンバインド・サイクル発電設備 - Google Patents
コンバインド・サイクル発電設備Info
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- JPH102234A JPH102234A JP15675096A JP15675096A JPH102234A JP H102234 A JPH102234 A JP H102234A JP 15675096 A JP15675096 A JP 15675096A JP 15675096 A JP15675096 A JP 15675096A JP H102234 A JPH102234 A JP H102234A
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Abstract
を図り、発電がより効率良く実現できるコンバインド・
サイクル発電設備を提供することを課題とする。 【解決手段】 原油を所定の温度で蒸留して低沸点留分
と高沸点留分とに分離し、前記低沸点留分をガスタービ
ンの燃料として使用し、前記高沸点留分を蒸気タービン
用ボイラの燃料として使用するようにしたものにおい
て、前記低沸点留分を凝縮させる凝縮器において発生す
るオフガスから熱回収して前記蒸留前の原油を加熱する
原油予熱器、又は同オフガスから熱回収して前記ボイラ
への給水を加熱する給水加熱器を設けオフガスの熱エネ
ルギーを有効利用するようにした。
Description
ン・コンバインド・サイクル発電設備に関する。
より生じた高温高圧の蒸気で蒸気タービンを回転させて
発電する方式が主なものである。そのボイラ燃料として
は、主に重油や原油が使用されているが、それらのう
ち、原油焚きの場合はワックス分が多く、かつSOxの
発生量の少ない低硫黄含有原油、例えばミナス産原油や
大慶産原油が好んで使用されている。そのほか、最近で
は良質燃料であるLNGを用いたコンバインド・サイク
ル発電設備も採用されている。前記原油や重油のボイラ
焚き及び蒸気タービンによる発電では、熱効率が40%
前後/HHV基準(HHV:高位発熱量)と比較的低
い。
るコンバインド・サイクル発電は、ガスタービンにおい
て燃料を燃焼させ、その高温排ガスをボイラで再燃させ
て蒸気タービンを運転し再度発電する方法(いわゆる排
気再燃型)であり、熱効率が48%前後/HHV基準と
飛躍的に向上する。
より熱効率の高い発電方法へと転換を迫られている近年
においては、上記コンバインド・サイクル発電の発展が
強く望まれている。ところが、従来のLNGのコンバイ
ンド・サイクル発電では、LNGが貯蔵にコストがかか
る上、石油火力へLNGを供給する場合、パイプライン
埋設に高コストがかかる。
スタービン・コンバインド・サイクル発電については、
欧米で実施された例もあるが、原油に含まれる不純物に
よりトラブルが多く発生し、保守費用が嵩むという問題
があり、この点で実用化に難があった。というのは、原
油に含まれる塩分とバナジウムと硫黄分とが相互に影響
してガスタービン中で低融点の物質となりブレードに付
着し、ブレードの腐食を起こすためである。
ては、塩分及びバナジウムの含有濃度が0.5ppm以
下とする基準が一般的に採用されているが、前記ミナス
産原油や大慶産原油のような低硫黄含有原油でもこれら
基準を満足できず、熱効率のよいコンバインド・サイク
ル発電のガスタービン燃料としてはそのまま利用できな
かった。したがって、結果として原油をガスタービンの
燃料とする油焚きガスタービン・コンバインド・サイク
ル発電の実用化も困難であった。
不純物の問題を解決するものとして、例えば特願平4−
287504号(特開平6−207180号)により、
脱塩処理された原油を所定の温度で蒸留して低沸点留分
と高沸点留分とに分離し、低沸点留分をガスタービンの
燃料として使用し、一方高沸点留分を蒸気タービン用ボ
イラの燃料として使用するという、原油蒸留技術を利用
した油焚きガスタービン・コンバインド・サイクル発電
方法を提案し、実用化を進めている。
沸点留分を取扱い性を良くするために凝縮器により凝縮
してタービン燃料としているが、この凝縮器において凝
縮しきれずに発生するガス(即ち、オフガス)が高温に
なるため、その熱エネルギーの有効利用を図ることが要
望されていた。
油焚きガスタービン・コンバインド・サイクル発電設備
であって、上記凝縮器のオフガスの熱エネルギーの有効
利用が図られて、発電がより効率良く実現できるコンバ
インド・サイクル発電設備を提供することを目的として
いる。
め、請求項1記載のコンバインド・サイクル発電設備
は、原油を所定の温度で蒸留して低沸点留分と高沸点留
分とに分離し、前記低沸点留分をガスタービンの燃料と
して使用し、前記高沸点留分を蒸気タービン用ボイラの
燃料として使用するコンバインド・サイクル発電設備に
おいて、前記低沸点留分を凝縮させる凝縮器において発
生するオフガスから熱回収して前記蒸留前の原油を原油
予熱器を設けたことを特徴とする。
クル発電設備は、原油を所定の温度で蒸留して低沸点留
分と高沸点留分とに分離し、前記低沸点留分をガスター
ビンの燃料として使用し、前記高沸点留分を蒸気タービ
ン用ボイラの燃料として使用するコンバインド・サイク
ル発電設備において、前記低沸点留分を凝縮させる凝縮
器において発生するオフガスから熱回収して前記ボイラ
への給水を加熱する給水加熱器を設けたことを特徴とす
る。
面に基づいて説明する。
例である第1例について説明する。図1は、本例のコン
バインド・サイクル発電設備における燃料供給系統の構
成を示し、図2は、同コンバインド・サイクル発電設備
における発電系統の構成を示している。
機器として、図1に示すように、原油タンク1、原油供
給ポンプ2、原油予熱器3〜6、原油加熱炉7、蒸留塔
8、凝縮器9、ガスタービン燃料供給ポンプ10、還流
ポンプ11、ガスタービン燃料タンク12、ボイラ燃料
供給ポンプ13、ボイラ燃料タンク14、給水加熱器1
5,16、原油予熱器17を備える。
この原油としては脱塩処理された低硫黄原油を使用する
のが好ましい。この低硫黄原油としては、排ガスの脱硫
工程を簡略化できることから、できるだけ硫黄含有量の
少ないものが好ましいことはいうまでもないが、通常硫
黄含有量が1重量%以下、さらに好ましくは0.5重量
%以下の原油が用いられる。このような原油としては、
前述のミナス産原油や大慶産原油等を挙げることができ
る。
は後述する蒸留により分離されるので、本発明の原油と
しては、必ずしも上記のような低硫黄原油を用いる必要
はない。
よる蒸留により高沸点留分側に残留し易く、蒸留の温度
条件によっては、低沸点留分の塩分含有量が前述の基準
値(0.5ppm)以下となるので、本発明の原油は必
ずしも脱塩処理されている必要なない。
合には、原油を予め80〜150℃程度に加熱する加熱
手段を設けるとともに、例えば周知の脱塩手段であるデ
ィソルータを必要に応じて複数段設ければよい。このデ
ィソルータは、加熱した原油と淡水を混合し、例えば2
万ボルト程度の静電圧を印加して水滴を凝集させて分離
するものであり、原油の粘度を下げるとともに水と原油
の比重差による分離を容易にするため、前述の如く原油
を予め加熱するのが好ましい。
原油を送給する原油供給ライン21の途上に上記ディソ
ルータを配設し、原油予熱器3〜6のうちのいくつかを
上記脱塩処理のための加熱手段として機能させることも
できる。
油を送り出し、原油供給ライン21を介して原油加熱炉
7さらには蒸留塔8へと圧送するものである。原油加熱
炉7は、この場合、原油タンク1内の原油、或いは発電
燃料とは別に用意された原油、軽油、灯油、ナフサ、L
PG等を燃焼させて蒸留塔8に送られる原油を所定の蒸
留温度まで加熱するものである。
原油温度)は、ガスタービン用燃料となる低沸点留分の
バナジウムや塩分或いは硫黄分の含有量が所望の値にな
るように、原油の性状等に応じて決定すればよいが、例
えば340°F〜650°F程度である。
は、この場合蒸留塔8の塔頂から導出されたガス(即ち
低沸点留分)、或いは蒸留塔8の塔底から導出された液
(即ち高沸点留分)からそれぞれ2段階で熱回収し、原
油加熱炉7に送られる前に原油を順次加熱する熱交換器
である。また原油予熱器17は、後述の凝縮器9におい
て発生するオフガスから熱回収して原油予熱器3の前流
において原油を加熱する熱交換器であり、これら原油予
熱器3〜6,17により原油の加熱効率がアップして原
油加熱炉7の負担が軽くなる。特に本例では、凝縮器9
のオフガスからも熱回収されて、蒸留の熱エネルギーが
漏れなく有効利用されている。
び還流ライン22により塔頂から導出された低沸点留分
が液として戻されて、原油の発生蒸気と向流的に接触し
て分離度を高める方式の蒸留塔(いわゆる精留塔)であ
り、具体的には例えば泡鐘塔や多孔板塔、或いは充てん
塔が使用できる。
の塔頂から導出されたガス(即ち低沸点留分)を最終的
に冷却して凝縮させる例えば多管式熱交換器であり、凝
縮しきれなかったガス(オフガスG)は、40℃程度の
高温ガスとなって頂部から排出され、前述の原油予熱器
17に導入される。なお、オフガスGは、原油加熱炉7
の燃料として使用されてもよい。
低沸点留分は、底部から抜き出されて、一部が還流ポン
プ11及び還流ライン22により蒸留塔8に戻され、残
りがガスタービン燃料としてガスタービン燃料供給ポン
プ10によりガスタービン燃料タンク12に送られる構
成となっている。
塔8の塔底から導出された液(即ち高沸点留分)を液ラ
イン24によりボイラ燃料タンク14に圧送するもので
ある。そして、給水加熱器15,16は、蒸留塔8の塔
頂から導出されたガス(即ち低沸点留分)、或いは蒸留
塔8の塔底から導出された液(即ち高沸点留分)から熱
回収し、後述するボイラ35に送られるボイラ給水を加
熱する熱交換器である。
成機器として、図2に示すように、タービン本体31、
圧縮機32及び燃焼器33からなるガスタービン34、
ボイラ35、蒸気タービン36、復水器37、エコノマ
イザー38を備える。ここでガスタービン34は、燃焼
器33において、ガスタービン燃料タンク12から供給
ライン41を介して供給されたガスタービン燃料を、圧
縮機32により圧縮された空気と接触させて燃焼させ、
タービン31におけるこの燃焼ガスの膨張により出力軸
を回転させて発電する周知のもので、この場合排気再燃
型コンバインド・サイクルを形成すべく、燃焼後の排ガ
ス(残酸素濃度11%〜15%程度、温度580℃程
度)が排ガスライン42を経由してボイラ35に供給さ
れる構成となっている。
であり、対流伝熱部35aを有する。このボイラ35に
は、燃料として前述のボイラ燃料タンク14内の高沸点
留分が供給ライン43を経由して供給され、またこのボ
イラ35の排煙は排煙導出ライン44を介して、図示省
略した脱硝装置や集塵装置を経由するとともに、エコノ
マイザー38により熱回収されて、図示省略した煙突に
導かれて大気に放出される。なお、原油の性状によって
はこの排煙中から硫黄分(特に亜硫酸ガス)を除去する
脱硫装置を設けてもよい。また、エコノマイザー38
は、蒸気サイクルの熱効率向上のためにボイラ35の排
煙の熱によりボイラ給水を加熱する熱交換器である。
を省略しているが、蒸気タービン36を含む蒸気サイク
ル系としては、後述する図4の構成例のように、いわゆ
る再燃サイクルを形成すべく、高圧、中圧、低圧といっ
た具合に複数段の蒸気タービンを備えた構成とするとと
もに、またいわゆる再生サイクルを形成すべく、複数の
抽気給水加熱器を設けて、熱効率を高度に確保した構成
とするのが当然好ましい。そして、本例の場合には、図
1に示した給水加熱器15,16(図2では図示省略)
も、復水器37からボイラ35に送られる給水を加熱
し、蒸気サイクルの熱効率をさらに高めている。
イクル発電設備によれば、原油の蒸留によりガスタービ
ン34に適した燃料(低沸点留分)を連続的に供給し、
前述したような不純物に起因するガスタービン34のブ
レード金属の腐食といった問題点を回避しつつ、コンバ
インド・サイクル発電の利点を生かしたより高効率な発
電が実現される。
原油供給ポンプ2により送り出された原油は、原油予熱
器17及び原油予熱器3〜6により例えば270℃以上
まで加熱された後、この場合独立に設けられた原油加熱
炉7により最終的に所定の蒸留温度まで加熱される。
温度に維持されれば、蒸留塔8の塔頂から導出される低
沸点留分(即ち、ガスタービン燃料)のバナジウムや塩
分の含有濃度は、容易に基準値の0.5ppm(w
t.)以下に維持できるし、また硫黄分についても0.
5〜0.05wt.%以下に維持できる。
んどが約900°F以上の高沸点留分に残留し、またほ
とんどの塩分についても420℃(788°F)程度以
上の高沸点留分に残留するため、この場合これらほとん
どの不純物が高沸点留分側に残留し、ボイラ燃料タンク
14に送られるボイラ燃料中に含まれることになる。な
お、ボイラ35では、従来より重油等を燃焼させている
ので、このような不純物が含まれた燃料でもなんら問題
なく運転可能である。
料がガスタービン燃料タンク12から連続的にガスター
ビン34に供給され、ガスタービン34から排出される
高温の排ガスがボイラ35に導入されて再燃されること
で、貯蔵が容易な原油を使用した高効率なコンバインド
・サイクル発電が、原油中の不純物に起因するトラブル
を発生させることなく信頼性高く運転できる。
に原油予熱器17が、蒸留により発生した熱エネルギー
を漏れなく回収して、原油加熱炉7の前流において原油
を予め加熱している。このため、原油加熱炉7における
必要加熱量が削減され、原油加熱炉7において使用する
燃料の消費量が節約できて、運転コスト低減に貢献でき
る。なお、凝縮器9のオフガスGは、前述したように原
油予熱器17を経由した後に原油加熱炉7に導入して原
油加熱炉7の燃料の一部として使用してもよく、このよ
うにすればさらに燃料の消費量が節約できる。
例である第2例について説明する。図3は、本例のコン
バインド・サイクル発電設備における燃料供給系統の構
成を示し、図4は、同コンバインド・サイクル発電設備
の蒸気サイクルの詳細な構成例を示す図である。なお、
本例における発電系統の全体構成は、第1例の構成(図
1に示す構成)と同じである。
1例における原油予熱器17の代わりに給水加熱器18
を備えた点に特徴を有するもので、他の構成は第1例と
同様であるのでその説明を省略する。
するオフガスから熱回収してボイラ35の給水を加熱す
る熱交換器であり、これにより蒸留の熱エネルギーが漏
れなく有効利用されるとともに、ボイラ35を含む蒸気
サイクルの加熱効率がアップする。
イクルは、詳細には例えば図4に示すように構成されて
おり、以下これを説明する。なおここでは、後述する高
圧タービン53、中圧タービン56、及び低圧タービン
58,59が、図2における蒸気タービン36として機
能している。
て発生した高圧蒸気は、まず配管ライン52により高圧
タービン53に導入され、膨張してタービン羽根を駆動
する仕事をなし、ライン54によりボイラ35に戻され
て再加熱された後に、ライン55により中圧タービン5
6に導入されて再度仕事をする。そして、中圧タービン
56で仕事をして膨張した低圧蒸気は、ライン57によ
り導かれ、この場合並列に設けられた二つの低圧タービ
ン58,59に分岐して導入され、各低圧タービン5
8,59においてさらに仕事をする。各低圧タービン5
8,59で仕事をして膨張した蒸気は、ライン60によ
り、内圧が負圧とされた復水器37に導入されて凝縮す
る。
てポンプ62により送り出されて、まず給水加熱器18
により前述のオフガスGの熱により加熱され、さらに、
加熱器63により、各タービンの軸受け部から流出した
蒸気Jの熱により加熱される。その後このボイラ給水
は、多数の抽気給水加熱器71〜78及び給水加熱器1
5,16により順次加熱され、最終的にライン64によ
りボイラ35に送られる。
3,74は、いわゆる表面式の抽気給水加熱器であり、
各低圧タービン58,59の4段階の位置からそれぞれ
ライン81,82,83,84により抽出された一部の
蒸気により、ボイラ給水を順次加熱する。ライン81に
より抽出された蒸気は、抽気給水加熱器71を出た後、
ライン91により復水器37に導入され凝縮してボイラ
給水の一部となる。
は、抽気給水加熱器72を出た後、ライン92により抽
気給水加熱器73の入口側においてボイラ給水に混入さ
れその一部となる。また、ライン83,84により抽出
された蒸気も、抽気給水加熱器73,74を出た後、ラ
イン93又は94によりそれぞれ抽気給水加熱器72又
は73に送られ、最終的にはライン92により抽気給水
加熱器73の入口側においてボイラ給水に混入されその
一部となる。
合式の抽気給水加熱器であり、中圧タービン56の後段
部の位置からライン85により抽出された一部の蒸気を
ボイラ給水に混合させることにより、ボイラ給水を加熱
するものである。混合加熱後のボイラ給水は、抽気給水
加熱器75を出た後、ライン95により抽気給水加熱器
76に導入される。
は、表面式の抽気給水加熱器であり、中圧タービン56
の中段、高圧タービン53の中段又は後段の位置からそ
れぞれライン86,87,88により抽出された一部の
蒸気により、ボイラ給水を順次加熱するものである。こ
こで、ライン86により抽出された蒸気は、抽気給水加
熱器76を出た後、ライン96により抽気給水加熱器7
5に導入されボイラ給水に混入されてその一部となる。
蒸気も、抽気給水加熱器77,78を出た後、ライン9
7又は98によりそれぞれ抽気給水加熱器76又は77
に送られ、最終的には抽気給水加熱器75に導入されボ
イラ給水に混入されてその一部となる。
を昇圧して送給するためのポンプ99,100が設けら
れ、ポンプ100においては水Wが適宜補給される。そ
して給水加熱器15,16は、この蒸気サイクル中にお
いて、例えば図3に示すように抽気給水加熱器71に入
口側、及び抽気給水加熱器72の入口側にそれぞれ接続
され、図1により説明した前述の蒸留後の原油(低沸点
留分、高沸点留分)の余熱によりボイラ給水を加熱す
る。
ル中において、例えば図3に示すように加熱器63の入
口側に接続され、図1により説明した前述の凝縮器9の
オフガスGの余熱によりボイラ給水を加熱する。
エコノマイザー38の図示を省略しているが、このエコ
ノマイザー38も上記給水加熱器15,16と同様にボ
イラ給水加熱ラインに接続されて、ボイラ35の排煙の
熱によりボイラ給水を加熱して熱効率向上に貢献する。
器37の出口側で通常33℃程度、抽気給水加熱器71
の出口側で通常64℃程度、抽気給水加熱器72の出口
側で通常84℃程度、抽気給水加熱器73の出口側で通
常120℃程度、抽気給水加熱器74の出口側で通常1
40℃程度であり、最終的には抽気給水加熱器78の出
口側で通常283℃程度とされてボイラ1に送られる。
ンド・サイクル発電設備によれば、第1例と同様に、原
油の蒸留によりガスタービン34に適した燃料(低沸点
留分)を連続的に供給し、前述したような不純物に起因
するガスタービン34のブレード金属の腐食といった問
題点を回避しつつ、コンバインド・サイクル発電の利点
を生かしたより高効率な発電が実現される。
ともに給水加熱器18が、蒸気サイクル中において、例
えば図3に示すようにそれぞれ接続され、蒸留後の原油
(低沸点留分、高沸点留分)及び前述のオフガスGから
回収した余熱によりボイラ給水を加熱する。
1及び抽気給水加熱器72の負担が大幅に軽減され、ラ
イン81及びライン82からの抽気量を減らすことがで
きるので、その分だけ低圧タービン58,59の出力を
従来よりも増加させることができ、結果として従来の限
界を越えて蒸気サイクルの熱効率向上が実現されるとと
もに、エネルギーの有効利用が図られる。
の蒸気サイクルは、高効率化のための各種改良を重ねて
現在に至っており、前述したように高圧、中圧、低圧の
複数の蒸気タービンと、各タービンの複数箇所からそれ
ぞれ抽気された蒸気により、ボイラ給水を順次加熱する
多数の抽気給水加熱器よりなる複雑な構成となってお
り、熱効率の向上に限界があった。ところが、本例のよ
うに燃料製造のための蒸留の余熱を利用して給水を加熱
する給水加熱器15,16及び給水加熱器18を設けた
構成であると、ボイラやタービンあるいは抽気給水加熱
器等の設備の構成を改造することなく、さらなる熱効率
向上が可能となるとともに、前記蒸留の余熱が有効利用
されることになる。
発電設備によれば、原油を所定の温度で蒸留して低沸点
留分と高沸点留分とに分離し、前記低沸点留分をガスタ
ービンの燃料として使用し、前記高沸点留分を蒸気ター
ビン用ボイラの燃料として使用するコンバインド・サイ
クル発電設備において、前記低沸点留分を凝縮させる凝
縮器において発生するオフガスから熱回収して前記蒸留
前の原油を加熱する原油予熱器を設けた。このため、蒸
留により発生する熱エネルギーを漏れなく回収して、原
油を蒸留程度まで加熱する原油加熱炉の負担を軽減し、
その燃料をより節約できる。
(低沸点留分)を連続的に供給し、前述したような不純
物に起因するガスタービンのブレード金属の腐食といっ
た問題点を回避しつつ、コンバインド・サイクル発電の
利点を生かした高効率な発電がさらに高効率に実現でき
る。
電設備によれば、原油を所定の温度で蒸留して低沸点留
分と高沸点留分とに分離し、前記低沸点留分をガスター
ビンの燃料として使用し、前記高沸点留分を蒸気タービ
ン用ボイラの燃料として使用するコンバインド・サイク
ル発電設備において、前記低沸点留分を凝縮させる凝縮
器において発生するオフガスから熱回収して前記ボイラ
への給水を加熱する給水加熱器を設けた。
ルにおいて、抽気給水加熱器の負担が軽減され、蒸気タ
ービンからの抽気量を減らすことができるので、その分
だけ蒸気タービンの出力を従来よりも増加させることが
でき、結果として従来の限界を越えて蒸気サイクルのさ
らなる熱効率向上が実現されるとともに、エネルギーの
有効利用が図られる。
(低沸点留分)を連続的に供給し、前述したような不純
物に起因するガスタービンのブレード金属の腐食といっ
た問題点を回避しつつ、コンバインド・サイクル発電の
利点を生かした高効率な発電がさらに高効率に実現でき
る。
発電設備の燃料供給系統の構成を示す図である。
示す図である。
発電設備の燃料供給系統の構成を示す図である。
クルの詳細な構成例を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 原油を所定の温度で蒸留して低沸点留分
と高沸点留分とに分離し、前記低沸点留分をガスタービ
ンの燃料として使用し、前記高沸点留分を蒸気タービン
用ボイラの燃料として使用するコンバインド・サイクル
発電設備において、前記低沸点留分を凝縮させる凝縮器
において発生するオフガスから熱回収して前記蒸留前の
原油を加熱する原油予熱器を設けたことを特徴とするコ
ンバインド・サイクル発電設備。 - 【請求項2】 原油を所定の温度で蒸留して低沸点留分
と高沸点留分とに分離し、前記低沸点留分をガスタービ
ンの燃料として使用し、前記高沸点留分を蒸気タービン
用ボイラの燃料として使用するコンバインド・サイクル
発電設備において、前記低沸点留分を凝縮させる凝縮器
において発生するオフガスから熱回収して前記ボイラへ
の給水を加熱する給水加熱器を設けたことを特徴とする
コンバインド・サイクル発電設備。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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