JPS59101513A - コンバインドサイクル発電プラント - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、液体燃料およびガス燃料等を選択的に使用
可能なコンバインドサイクル発電プラントに係り、特に
排熱回収ボイラへ供給される給水の温度制御を行なうコ
ンバインドサイクル発電プラントに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

最近建設される火力発電プラントでは、使用燃料の高騰
により発電の高効率化が要求されており、この要求から
コンバインドサイクル発電プラントが脚光をあびている
。コンバインドサイクル発電プラントはガスタービンプ
ラントとこのガスタービンプラントからの排熱を利用し
た蒸気タービンプラントとが組み込まれており、ガスタ
ービンプラントには液体燃料およびガス燃料が選択的に
使用される。液体燃料には灯油、軽油、ナフサ、重油、
原油等があり、ガス燃料には天然ガス、液化天然ガス、
液化石油ガス、都市ガス、コークス炉ガスおよび炉ガス
等がある。

ところで、コンバインドサイクル発電プラントにおいて
は、ガスタービンで仕事をした排気ガスを回収する排熱
回収ボイラの排ガス出口温度を低く設定すると、この発
電プラントの熱効率が向上し、上記排ガス出口温度を高
く設定すると熱交率が低下することが知られている。多
種の燃料を使用可能なコンバインドサイクル発電プラン
トでは、従来硫黄分を含む燃料を使用した場合、廃ガス
回収ボイラの燃焼ガスによる腐食対策から、排熱回収ボ
イラの排ガス出口温度を高く設定している。

このため、天然ガスや液化天然ガスのように硫黄分を含
まない燃料な使用する場合には、排ガス出口温度が非常
に高く、廃熱回収ボイラの熱効率の点から不利益を被っ
ていた。

一方、排熱回収ボイラへ供給される給水の温度は、排熱
回収ボイラからの排ガス出口温度より、アプローチ温度
差を差し引くことによって決定される。この給水温度を
決定することは、逆に排ガス出口温度を設定することに
なる。また、蒸気タービンプラントの給水系統には、給
水（復水）中の溶存酸素量を少なくするために、脱気器
が一般的に設けられている。脱気器は給水に含まれる溶
存酸素を除去するものであり、給水中に酸素が含まれて
いると、この給水が排熱回収ボイラのエコノマイザに供
給されてこの部分を通るとき、溶存酸素によりエコノマ
イザチューブが腐食を受け、チューブが損傷したり、破
損したりし、その寿命を縮めるためである。脱気器で給
水（復水）に含まれる酸素を除去する際、脱気器内に大
気中の酸素が入り込まないように、器内圧力を大気圧以
上とすることが重要である。

しかし、脱気器の器内圧力を大気圧以上に保つことは、
給水温度が１００℃以上となり得ることを意味し、排熱
回収ボイラへの給水温度が１００℃以上になることを示
している。このことは、排ガス出口温度が高温になるこ
とを示唆しており、この温度は、硫黄分を含まない天然
ガスや液化天然ガスを燃料とする場合には、非常に高い
値であり、コンバインド発電プラントの熱効率上大きな
損失となる。

〔発明の目的〕

この発明は上述した点を考慮し、蒸気タービンプラント
の給水系統に脱気器を備えた場合にも、脱気器の器内圧
力を大気圧以上に保ちつつ、ガスタービンプラントの使
用燃料の種類に応じて、給水温度を適宜調節可能とし、
発電プラントの熱効率を向上させ、発電効率を高め得る
ようにしたコンバインドサイクル発電プラントを提供す
ることを目的とする。

この発明の他の目的は、排熱回収ボイラへの給水温度を
適宜制御して熱効率を高めるとともに、給水中の溶存酸
素に却因する排熱回収ボイラの腐蝕を有効的に防止し、
そのボイラ機能を長期間にわたり維持できるようにした
コンバインドサイクル発電プラントを提供するにある。

〔発明の概要〕

上述した目的を達成するため、この発明に係るコンバイ
ンドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラントと
蒸気タービンプラントとを備えたものにおいて、上記蒸
気タービンプラントの復水系統と給水系統とを熱交換可
能にした熱交換器を配設し、上記熱交換器をバイパスす
る復水バイパス系統および給水バイパス系統を、前記復
水系統および給水系統にそれぞれ接続し、上記給水系統
を排熱回収ボイラの低圧エコノマイザに接続し、上記低
圧エコノマイザへの給水温度を調節可能に設定したもの
である。

〔発明の実施例〕

以下、この発明に係るコンバインドサイクル発電プラン
トの一実施例について添付図面を参照して説明する。

第１図は、この発明のコンバインドサイクル発電プラン
トの系統図を示し、この発電プラントはガスタービンプ
ラント１０と、このタービンプラント１０の排熱を利用
した蒸気タービンプラント１１とを有する。ガスタービ
ンプラント１０は大気中の空気を圧縮する圧縮機１３と
、圧縮空気の供給を受けて燃料を燃焼させる燃焼器１４
と、燃焼器１４からの燃焼ガスが案内されるガスタービ
ン１５と、このガスタービン１５により駆動される発電
機１６とを有する。ガスタービン１５は、燃焼器１５か
らの燃焼ガスにより駆動され、発電機１６を回転駆動さ
せるようになっており、上記ガスタービン１５の駆動に
より、圧縮機１３も駆動される。燃焼器１４に供給され
る燃料には、灯油、軽油、ナフサ、重油、原油等の液体
燃料や天然ガス、液化天然ガス、液化石油ガス、都市ガ
ス、コークス炉ガス、高炉ガス等のガス燃料があり、こ
れらの燃料が適宜選択的に使用される。

一方、ガスタービン１５を駆動し、仕事をした燃焼ガス
は排ガス炉１７を介して排熱回収ボイラ１８に案内され
る。この排熱回収ボイラ１８の頂部には煙突１９が立設
され、煙道を通った排気ガスは上記煙突１９から大気中
に放出されるようになっている。

上記排熱回収ボイラ１８内には、蒸気タービンプラント
１１の蒸気タービン２０に供給される主蒸気を発生させ
る蒸気発生装置としての低圧エコノマイザ２２、低圧エ
バポレータ２３、高圧エコノマイザ、高圧エバポレータ
５および過熱器２６が排気ガスの上流側に向って配設さ
れる。

蒸気タービンプラント１１は低圧エコノマイザ２２で加
熱され、低圧エバポレータ２３で発生した低圧蒸気を低
圧ドラム２７を経て低圧主蒸気管２８に案内し、蒸気タ
ービン２０の低圧側に案内するようになっている。また
、上記低圧ドラム２７は昇圧ポンプ２９を介して高圧エ
コノマイザ２４に接続される。高圧エコノマイザ２４は
、昇圧ポンプ２９で昇圧された低圧ドラム２７からの給
水を加熱し、この加熱された給水は高圧ドラム３０に案
内される。この高圧ドラム３０から蒸気化しない給水は
高圧エパポレータ２５に案内され、ここで蒸気化され、
高圧蒸気となる。この高圧蒸気は高圧ドラム３０を経て
過熱器２６に送られ、ここで過熱され、高温高圧の乾き
蒸気にされ、この高圧蒸気が高圧主蒸気管３１を介して
蒸気タービン２０の高圧側に供給される。

しかして、低圧および高圧主蒸気管２８、３１を経て蒸
気タービン２０に供給された主蒸気は、タービン２０を
回転駆動させて仕事をし、蒸気タービン２０に連結され
た発電機３２を駆動させる。蒸気タービン２０で仕事を
した蒸気は、復水器３３に案内され、ここで凝縮液化さ
れる。復水器３３で凝縮された復水は、復水系統３５を
経て給水系統３６の脱気器３７に案内される。復水系統
３５には復水器３３と脱気器３７とが復水配管３８で接
続されており、この復水配管３８には復水ポンプ３９お
よび熱交換器４０が設けられている。熱交換器４０の上
流側および下流側には入口止め弁４１および出口止め弁
４２が設置され、これらの止め弁４１、４２および熱交
換器４０をバイパスするように復水バイパス系統４４が
接続されており、このバイパス管４５にバイパス止め弁
４６が設置されている。

また、給水系統３６の給水配管４８は脱気器３７から前
記熱交換器４０を通して延びており、途中に給水ポンプ
４９を有する。上記熱交換器４０の上流側および下流側
には入口止め弁５０、出口止め弁５１が設けられており
、これらの止め弁５０、５１および熱交換器４０をバイ
パスするように給水バイパス系統５２が配設され、その
バイパス管５３にはバイパス止め弁５４が設けられる。

上記給水配管４８の他端は低圧エコノマイザ２２に接続
される。

また、一方、前記低圧主蒸気管２８から抽気管５８が分
岐され、この抽気管５８は圧カ調節弁５９を介して脱気
器３７に接続される。圧力調節弁５９は脱気器３７内の
器内圧力を調節し、この器内圧力が大気圧以上になるよ
うに設定している。これにより、脱気器３７内に大気が
侵入するのが防止され、脱気器３７に供給された復水は
、この器内で加熱され、溶存酸素が抽出され、低減され
る。

次に、コンバインドサイクル発電プラントの作用につい
て説明する。

コンバインドサイクル発電プラントのガスタービンプラ
ント１０の作動により、圧縮機１３は駆動され、大気中
の空気を圧縮させる。圧縮された空気は圧縮機１３から
燃焼器１４に送られ、ここで液体燃料あるいはガス燃料
と混合されて燃焼せしめられる。この燃焼による高温・
高圧の燃焼ガスはガスタービン１５に案内されてタービ
ン１５を回転させ、発電機１６を駆動させ、回転エネル
ギーを電気に変換するようになっている。ガスタービン
１５で仕事をした燃焼ガス（排気ガス）はガス路１７を
経て排熱回収ボイラ１８内に送られ、この回収ボイラ１
８内で給水系統３６から送られる給水を加熱し、蒸気化
するようになっている。この給水を加熱することにより
温度降下した排気ガスは、煙道を通り煙突１９から外部
に放出される。

一方、排熱回収ボイラ１８に供給された給水は低圧エコ
ノマイザ２２で加熱されて低圧ドラム２７に案内される
。低圧ドラム２７には低圧エバポレータ２３が接続され
ており、このエバポレータ２３内に加熱された給水を循
環させ、蒸気を発生させる。発生した蒸気は低圧ドラム
２７内で蒸気と水とに分離され、このうち蒸気は低圧主
蒸気管２８に案内される。

また、低圧ドラム２７内の残りの給水は、昇圧ポンプ２
９にて昇圧され、高圧エコノマイザ２４を経て高圧ドラ
ム３０に導かれる。高圧ドラム３０には低圧ドラム同様
高圧エバポレータ２５が接続されており、高圧ドラム３
０内に案内された高圧給水を高圧エバポレータ２５内に
循環させ、蒸気を発生させる。この発生蒸気は高圧ドラ
ム３０内で分離されて過熱器２６に送られ、過熱される
。過熱器２６にて過熱され、高温・高圧化された蒸気は
高圧主蒸気管３１に案内される。

ところで、低圧および高圧主蒸気管２８、３１に案内さ
れた主蒸気は、この主蒸気管を通って蒸気タービン２０
に供給されて仕事をし、発電機３２を駆動させる。

蒸気タービン２０で仕事をした蒸気は復水器３３に案内
され、ここで凝縮液化される。復水器３３で液化された
復水は続いて復水系統３５に案内され、復水ポンプ３９
により熱交換器４０を経て、あるいは復水バイパス系統
４４を通って脱気器３７に案内される。

復水が熱交換器４０を通るか否かは、ガスタービンプラ
ント１０に使用される燃料の種類に応じて決定される。

しかして、脱気器３７に案内された復水は、圧力調節弁
５９にて器内圧力が大気圧以上に制御され、空気が侵入
しないように考慮されて、溶存酸素量の低減が図られる
。

脱気器３７で脱気加熱された給水（復水）は給水系統３
６に案内されるが、この給水は復水の場合と同様、ガス
タービンプラント１０で使用される燃料の種類に応じて
、熱交換器４０を通るか、バイパス系統５２を通るかが
決定され、この給水は給水ポンプ４９により排熱回収ボ
イラ１８の低圧エコノマイザ２２に送られ、以後、この
サイクルを繰り返す。

しかして、ガスタービンプラント１０の使用燃料として
硫黄分を含まない燃料、例えば天然ガスや液化天然ガス
を使用する場合には、蒸気タービンプラント１１の復水
バイパス系統４４や給水バイパス系統５２は使用せず、
熱交換器４０内を通るように構成する。これにより、脱
気器３７で１００℃以上に加熱された給水は、熱交換器
４０を通る間に復水と熱交換して冷却され、復水器３３
の器内飽和温度近くまで下げられる。これにより、排熱
回収ボイラ１８に供給される給水温度が低くなって、排
熱回収ボイラ１８内での熱効率が向上し、排熱回収ボイ
ラ１８の排ガス出口温度を下げることができ、コンバン
ドサイクル発電プラントのプラント熱効率が向上する。

また、復水器３３からの復水は、逆に熱交換器４０を通
る間に加熱されるため、結果的に低圧主蒸気管２８から
脱気器３７内に抽気する加熱蒸気量が少なくてすむ。し
たがって、抽気蒸気が減少し、蒸気タービン２０に供給
される低圧主蒸気量が増加し、蒸気タービン２０のター
ビン出力がアップする。これは、コンバインドサイクル
発電プラントの熱効率の改善となる。

ところで、ガスタービンプラント１０に硫黄分を含む燃
料を使用するときには、熱交換器４０を使用せず、復水
は復水バイパス系統４４内を、給水は給水バイパス系統
５２内に案内する。この場合には、復水と給水の熱交換
が行なわれないから、脱気器３７からの給水は、その器
内飽和温度がそのまま排熱回収ボイラ１８への給水温度
となり、１００℃以上の高温給水を行なうことができる
。この給水温度の設定は、圧力調節弁５９によって行な
われ、給水温度を加熱抽気蒸気の温度近くまで上昇させ
ることができる。

次に、この発明の他の実施例について第２図を参照して
説明する。

この第２図に示されたコンバインサイクル発電プラント
は排熱回収ボイラ１８の低圧エコノマイザ２１を複数段
に分割した点が一実施例記載の発電プラントと基本的に
相違し、他の部分は第１図に示すコンバインド発電プラ
ントと同じであるので同一符号を符し、説明を省略する
。

すなわち、第２図に示されたコンバインドサイクル発電
プラントは、蒸気タービンプラント１１の給水系統３６
の給水配管４８を途中から第１分岐管４８ａ、第２分岐
管４８ｂに分岐させ、第１分岐管４８ａは第１給水弁５
５を介して低圧第１段エコノマイザ２２ａに、第２分岐
管４８ｂは第２給水弁５６を経て低圧第２段エコノマイ
ザ２２ｂにそれぞれ接続したものである。低圧第１段エ
コノマイザ２２ａは、低圧第２段エコノマイザ２２ｂを
介して低圧ドラム２７に接続されている。

低圧エコノマイザ２２ａ、２２ｂを複数段に構成したの
は、このエコノマイザに供給される給水の温度が、ガス
タービンプラント１０の使用燃料の種類に応じて変化す
る場合には、スチーミングの問題が発生する恐れがある
からである。すなわち、一般に低圧エコノマイザの伝熱
面積を例えば６０℃と低い方の給水温度と適切なアプロ
ーチ温度差（低圧エバポレータの温度と低圧エコノマイ
ザ出口温度の温度差）とで設定した場合、低圧エコノマ
イザ入口給水温度が例えば１００℃と高くなると、それ
に応じて低圧エコノマイザ出口給水温度も上昇するので
、低圧エコノマイザ内でのスチーミングの現象が生ずる
。

このスチーミング現象を第３図を参照して説明する。

第３図は排熱回収ボイラ１８内の排気ガスと、水−蒸気
との熱交換状態を示しており、図中、符号Ａで示される
右下りの実線は排気ガス側の温度変化を示し、この排気
ガスは水−蒸気との熱交換によりガス温度が低下するこ
とを示している。一方、上記カーブＡの下に符号Ｂで示
される折れ線は、水−蒸気（給水側）の温度変化を示し
たものである。この折れ線Ｂにおいて平行部分は、熱交
換しても温度が上昇しない蒸発器２３、２５部分を示し
ている。

一方、上記折れ線Ｂにおいて、実線ａは低圧エコノマイ
ザへ供給される給水温度が６０℃の場合、破線ｂは給水
温度が１００℃の場合をそれぞれ示し、この破線ｂ２か
ら給水温度が高い場合には、低圧エコノマイザでスチー
ミングを起こすことがわかる。

このスチーミング問題を解決すべく、低圧エコノマイザ
を複数段、図示例では２段に形成　　給水温度が低い場
合には給水弁５５、５６を操作して、給水を低圧第１段
エコノマイザ２１ａに供給し、給水温度が高い場合には
、給水を、上記低圧第１段エコノマイザ２２ｂをバイパ
スして、直接低圧第２段エコノマイザ２２ｂに供給し、
エコノマイザ２２ａ、２２ｂ内でのスチーミング化を防
止し、エコノマイザ２２ａ、２２ｂ配管の健全性を保つ
ようにしたものである。これにより、給水温度が低い場
合でも、高い場合でも低圧エコノマイザ２２ａ、２２ｂ
のアプローチ温度差を最適なものとすることができ、コ
ンバインド発電プラントが持っている能力を有効に利用
することができる。

なお、この発明の実施例の説明においては、排熱回収ボ
イラ内に高圧と低圧のエバポレータをそれぞれ備えたも
のについて説明したが、エバポレータが１つの排熱回収
ボイラについても適用することができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたようにこの発明に係るコンバインドサイク
ル発電プラントにおいては、蒸気タービンプラントの復
水系統と給水系統とを熱交換器により熱交換可能に構成
するとともに、上記熱交換器をバイパスする復水バイパ
ス系統および給水バイパス系統を設けたから、給水系統
に脱気器を備え、この脱気器の器内圧力が大気圧以上に
保っても、排熱回収ボイラへの給水温度を、ガスタービ
ンプラントの使用燃料の種類に応じて適宜調節可能とな
り、コンバインド発電プラントの熱効率を向上させ、発
電効率を有効的に高めることができる。

また、排熱回収ボイラへの給水温度を調節制御しても、
給水系統に設けられる脱気器の器内圧力を大気圧以下に
設定する必要がないから、脱気器内に大気が侵入するの
を有効に防止でき、排熱回収ボイラに供給される溶存酸
素量を低減できるので、回収ボイラの損傷や破損を有効
的に防止でき、ボイラ機能を長期間にわたり有効的に発
揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のコンバインドサイクル発電プラント
の一実施例を示す系統図、第２図はこの発明のコンバイ
ンド発電プラントの他の実施例を示す系統図、第３図は
排熱回収ボイラ内における排気ガスと水−蒸気との熱交
換状態を示すグラフである。 １０・・・ガスタービンプラント、１１・・・蒸気ター
ビンプラント、１３・・・圧縮機、１４・・・燃焼器、
１５・・・ガスタービン、１６、３２・・・発電機、１
８・・・排熱回収ボイラ、１９・・・煙突、２０・・・
蒸気タービン、２２、２２ａ、２２ｂ・・・低圧エコノ
マイザ、２３・・・低圧エバポレータ、２４・・・高圧
エコノマイザ、２５・・・高圧エバポレータ、２６・・
・過熱器、２７・・・低圧ドラム、２８・・・低圧主蒸
気管、３０・・・高圧ドラム、３１・・・高圧主蒸気管
、３３・・・復水器、３５・・・復水系統、３６・・・
給水系統、３７・・・脱気器、３８・・・復水配管、３
９・・・復水ポンプ、４０・・・熱交換器、４４・・・
復水バイパス系統、４８・・・給水配管、４９・・・給
水ポンプ、５２・・・給水バイパス系統、５５、５６・
・・給水弁、５９・・・圧力調節弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントにお
   いて、上記蒸気タービンプラントの復水系統と給水系統
   とを熱交換可能にした熱交換器を配設し、上記熱交換器
   を、バイパスする復水バイパス系統および給水バイパス
   系統を、前記復水系統および給水系統にそれぞれ接続し
   、上記給水系統を排熱回収ボイラの低圧エコノマイザに
   接続し、前記ガスタービンプラントの使用燃料の種類に
   応じて上記低圧エコノマイザへの給水温度を調節可能に
   設定したことを特徴とするコンバインドサイクル発電プ
   ラント。 ２、排熱回収ボイラの低圧エコノマイザは複数段に分割
   され、各段の低圧エコノマイザは直列接続されて最終段
   の低圧エコノマイザが低圧ドラムに接続された特許請求
   の範囲第１項に記載のコンバインドサイクル発電プラン
   ト。 ３、給水系統の給水配管は複数の分岐管に分岐され、各
   分岐管は給水弁を介して低圧エコノマイザの各段にそれ
   ぞれ接続された特許請求の範囲第２項に記載のコンバイ
   ンドサイクル発電プラント。 ４、復水系統の復水配管および給水系統の給水配管には
   、入口止め弁および出口止め弁を熱交換器の上流側およ
   び下流側にそれぞれ有する特許請求の範囲第１項に記載
   のインバインドサイクル発電プラント。 ５、復水バイパス系統および給水バイパス系統の各配管
   には、バイパス止め弁がそれぞれ設けられた特許請求の
   範囲第１項に記載のコンバインドサイクル発電プラント
   。