JPS6017210A - 複合サイクル発電プラント - Google Patents

複合サイクル発電プラント

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JPS6017210A
JPS6017210A JP12318183A JP12318183A JPS6017210A JP S6017210 A JPS6017210 A JP S6017210A JP 12318183 A JP12318183 A JP 12318183A JP 12318183 A JP12318183 A JP 12318183A JP S6017210 A JPS6017210 A JP S6017210A
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recovery boiler
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泰明 中村
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優 黒沢
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Hitachi Ltd
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants 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
    • F01K23/06Plants 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
    • F01K23/10Plants 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ガスタービン装置と、このガスタービン装置
の排ガスを熱源匪して流体を加熱する排熱回収ボイラ装
置と、この加熱された流体によシ作動される蒸気タービ
ン装置とからなる複合ザイクル発電プラントに関する。
〔発明の背景〕
この種のプラント位、ガスタービンの排ガスを熱源とし
て排熱回収ボイラで蒸気を発生させる関係上、ガスター
ビン駆動用の燃料によってはその燃料排ガスに含まれる
物質の影響を大きく受けることがある。典型的には、イ
オウ分の多い燃料であると排ガスに酸腐食性成分が多く
含まれることになり、排熱回収ボイラがこれにより腐食
されるという問題が出て来る。この問題は、排ガスの熱
を回収利用する複合サイクル発電プラントにおいては、
多かれ少なかれ避けられないことである。
更に、従来、複合サイクル発電プラント社、その排熱回
収ボイ2が排熱のみを熱源として他に補助燃料などを用
いない非助燃のものが主体であったが、最近プラントに
よっては出力アップを要求される場合があり、非助燃の
もの以上に出力能力のある助燃方式のもの、つまシ排熱
の他に補助燃料力どを用いる型を採用する必要性が出て
来た。
助燃の場合、上記のことは一層大きな問題になる。
つまシ助燃の燃料としてイオウ分等の酸腐食性成分を含
まないものを使用する燃料焚が好ましいのは勿論である
が、近年はコストや石油事情の問題力とから、イオウ分
の多い残さ油等の粗悪な燃料を使用せざるを得ないこと
が多い。このような粗悪な燃料を用いると、排熱回収ボ
イラでの助燃ではそのバーナーチップ詰シ等トラブルの
要因が多く、結局使用不可能となる場合がある。かつこ
の基本的な問題に加えて、更に、酸腐食性成分を含む燃
料を用いると、成る温度以下では腐食が生じるため、排
熱回収ボイラの熱源の温度を余り下げられないという問
題がある。このだめ、効率を上げるための温度を成る程
度下げようとしてもそれができず、よって効率と酸腐食
の問題とが相背反する問題となっている。このことは、
助燃方式を採用する際顕著に問題になるが、前記の如く
排ガスを発生するガスタービン自体の燃料もイオウ等を
含むものを用いざるを得ない事が多く、従って複合サイ
クルプラントにとって、共通する問題となっている。
この問題について、図面を参照して更に詳しく説明する
と次の通シでおる。
従来の助燃方式複合サイクル発電プラントを第1図に示
す。これは蒸気タービンが1か所の蒸気入口をもつ単圧
型の従来例である。
ガスタービン装置10は、圧縮機11と燃焼器12とガ
スタービン13によ多構成されていて、発電機14を駆
動する。
排熱回収ボイラ20は、ガスの上流側よシ、過熱器21
.蒸発器229節炭器23.ドラム24゜および助燃装
置26によ)構成される。
また蒸気タービン装置30は、蒸気タービン31、発電
機35.復水器32.復水ポンプ33゜脱気器36によ
って構成される。
上記排熱回収ボイラ20の過熱器21と上記蒸気タービ
ン装置30は、高圧高温蒸気管4で連結されている。前
記蒸気タービン31.復水器32゜脱気器36.排熱回
収ボイラ20の節炭器23は、復水管5および給水管6
で連結され、給水管6の上流側に給水ポンプ34が設置
されている。
空気1は上記圧縮機11によって圧縮され燃焼器12に
おいて燃料7を燃焼させ、高温ガス2を発生し上記ガス
タービン13に注入し、上記発電機14を駆動する。該
タービン13から排出された排ガス3は、排熱回収ボイ
ラ20に流入する。
排熱回収ボイラ20では、給水6が給水され、上記節炭
器23.蒸発器22.過熱器21を通過するうちに、上
記排ガス3の熱を回収し、さらに助燃装置26によシ高
温の蒸気4となり、蒸気タービン31へ注入され発電機
35を駆動する。
また、上記蒸気タービン31の中間よシ抽気管8を通じ
、蒸気の一部が抽気され上記脱気器36の熱源となって
いる。
このような複合サイクル発電プラントの全体としての効
率は、給水温度が低いほど高い。即ち、以上説明した従
来の複合サイクル発電プラントにおける、排熱回収ボイ
ラに供給される給水の温度と複合サイクル発電プラント
全体の効率との関係は第2図に示す通シである。
第2図において、蒸気タービンプラントサイクルとして
は、グラフIに示す如く給水温度が高いほど効率が高く
なるが、排熱回収ボイラ効率としては、グラフUの過多
給水温度が低いほど効率は。
高くなる。全体の複合サイクル発電プラントとしては、
グラフ■でその効率を示すように、給水温度が低いほど
効率が高い。
ところが、給水が供給される排熱回収ボイラは、前記し
是問題から、成る温度(「酸露点」と称する)を下回る
と酸腐食が起こるため、余り温度を下げることはできな
い。即ち、ガスタービンの排ガス中に含まれる腐食成分
の量にもよるが、一般に低温に訃けるイオウ分等の酸露
点による腐食速度と給水温度との一般的な関係は第3図
に示す通シである。この第3図から明らかなように、排
ガス中のイオウ分等の酸は約120C〜140Cにおい
て露点以下となり、腐食速度が急激に上昇することがわ
かる。
従って、従来においては、前記第2図により説明した全
体の複合サイクル発電プラント効率の低下にもかかわら
ず、排熱回収ボイラに備えられたドラム出口水を節炭器
入口へ循環させたシ、あるいは、脱気器、給水加熱器を
設置し蒸気タービンからの抽気を熱源にして、給水温度
を酸露点以上の温度に上昇させていた。
さらに、前記第1図に示される複合サイクル発電プラン
トにおいて、排熱回収ボイラで山気される能力以上の蒸
気タービン出力が要求された場合、従来の排熱回収ボイ
ラに前述した如き燃料焚装置を設けた助燃方式によシ蒸
気タービン出方向上を図ることも可能であるが、この場
合既述の通りイオウ分等の酸分の多い燃料を使用すると
、前述した酸露点防止装置を具備する必要がでて来る。
また上記のような粗悪な燃料を使用する場合、前述した
如くダクトボイラとしての設計上のボイラ特性の難しさ
と、バーナーチップの詰まp等の非信頼性の問題点があ
ったわけである。
〔発明の目的〕
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、低質燃料に対
して酸露点による腐食を防止することを可能に1〜、さ
らに主蒸気条件を高温高圧条件に改善でき、出力を上昇
させ、プラントとしての効率を向上することができる複
合サイクル発電プラントを提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
上記目的を達成すべく、本発明は給水を排熱回収ボイラ
に導入し、ガスタービンの排ガスと熱交換し、予熱され
た給水を排熱回収ボイラとは別置の燃料焚ボイラに導き
、該燃料焚ボイラで発生された発生蒸気を蒸気タービン
入口に連結させる構成をとる。
〔発明の実施例〕
以下本発明について、その実施例のいくつかを図面に基
づいて詳述することによシ更に説明する。
なお実施例の説明において、前述した従来のものと同様
の構成部分については、図面中に第1図と同一の符号を
何し、その詳しい説明は省略する。
第4図に、前述した第1図の代表的な複合サイクル発電
プラントに本発明を適用した一実施例を示す。
第4図において、本発明の特徴は、給水を排熱回収ボイ
ラ20に導入し、ガスタービン10の排ガス3と熱交換
し、予熱された給水を排熱回収ボイラ20とは別置の燃
料焚ボイラ40に導き、燃料焚ボイラからの発生蒸気を
蒸気タービン30に導入するところにある。
この実施例を更に具体的に詳しく説明すると、次の通り
である。図中の符号5は復水系統を示し、復水器32か
らの復水は、復水ポンプ33を経て排熱回収ボイラ20
に備えられた節炭器23.蒸発器22.ドラム24を順
次経て、過熱器21に導入される。過熱器によシ過熱さ
れた発生蒸気は、蒸気管9によシ蒸気タービン31に導
入される。
一方、上記の復水系統5において復水ポンプ33を経て
排熱回収ボイ220に供給される系統より分岐させた給
水は、排熱回収ボイラ20に導入され予熱器25によシ
、給水はガスタービン10の排ガス3と熱交換され12
0C〜140Cに温度上昇される。この温度上昇は、酸
露点よシも温度を高くして、酸腐食を防止させるためで
もある。よって本予熱器25の設置により、次に説明す
るイオウ分等の酸分の多い燃料を使用する燃料焚ボイラ
の場合でも、その酸露点による腐食を防止することが可
能となる。
即ちこの構成によって、イオウ分等を含む粗悪な燃料を
用いた場合でも、その酸分によシ腐食が起こることが防
止できるものである。ガスタービン10の排ガス3によ
シ給水の温度を上昇させて、酸露点以上にしておくので
、酸露点以下で生ずる腐食は発生しないからである。
上記予熱器によシ温度上昇された給水は、節炭器44.
蒸発器43.ドラム45および過熱器42を具備した燃
料焚ボイラ40の、その節炭器44に導入される。更に
蒸発器43.ドラム45を経て、過熱器42によシ過熱
される。ここでの発生蒸気は、高圧高温主蒸気管4を経
て前述した排ガス回収ボイラからの発生蒸気9と合流し
、蒸気タービン31に主蒸気として導入される。
上記構成の結果、本実施例では熱効率を向上させること
ができる。この熱効率向上は、本発明による効果の一つ
であるが、これについて本例の場合に即して第5図によ
シ説明する。
第5図は、蒸気を作動流体として用いる最も簡単な理論
サイクルであるランキンサイクルのT−8線図を示−5
゜ このランキンサイクルは、ボイラで発生した過熱蒸気■
をタービンに導き、膨張させて■の状態とし、復水器で
冷却して飽和水■とし、給水ポンプで昇圧して■の状態
でボイラに送シ、ここで加熱して■→■→■の経路で再
び過熱蒸気■の状態にもどすサイクルである。
面積■■■■■がボイラで供給する熱量を表わし、面積
■■■■■が発生する仕事に和尚する熱量(有効熱量)
を表わし、また面積■■■■が復水器に捨てる熱量(無
効熱量)を表わす。その理論熱効率は下記式にて表わさ
れる。
ここで、ηR二乏ンキンサイクル理論熱効率(%) AL:有効熱量(’vA / h ) QB:供給された熱量(17/h) したがってザイクル熱効率を向上させるだめには、有効
熱量の増加が無効熱量の増加を上回ることが必要でおる
いま、第5図で排気真空度を一定としたとき、従来の蒸
気条件によるランキンサイクルを■■■■■で示し、本
発明による前記燃料焚ボイラ設置によシ蒸気温度が上昇
されたランキンサイクルを(2)■■■■で示す。
本図よシ過熱温度が上昇するに従って有効熱量の増加が
無効熱量の増加を上回シ、熱効率が向上されることは明
らかである。
上述の如く本実施例の効果としては、第1に助燃型排熱
回収ボイラでは解決できなかった、イオウ分等を含む粗
悪な燃料に対しても、その酸分による腐食を防止できる
ことがある。即ち本構成では、カスタービン10の排ガ
ス3を利用して給水温度を上昇させることによシ、酸露
点による腐食を防止することを可能とした。さらに第2
に、排熱回収ボイラ20とは別置の燃料焚ボイラ40を
設置することによシ、従来のガスタービン排ガス利用に
よる低温蒸気を高温蒸気にさせ主蒸気条件を改善したの
で、複合サイクル発電プラント効率の向上が図られる。
次に応用例として、複圧型複合サイクル発電プラントに
適用した場合の一例を第6図に示す。
第6図は、先に説明した第4図の例に対し、排熱回収ボ
イラ20よシ発生した低温低圧蒸気は、蒸気管9によシ
蒸気タービン31の中間段に抽入される。
一方、復水系統5よシ分岐された給水は、給水ポンプ3
4によシ昇圧され、排熱回収ボイラ20に導入され、更
に予熱器25を介し燃料焚ボイラ40に接続される。こ
こで発生した高温高圧蒸気は、蒸気タービン31に主蒸
気として導入される。
本発明は本応用例の如く複圧型複合サイクル発電プラン
トにも適用可能で、このような適用により、単玉型複合
サイクル発電プラントに比べてさらに高温高圧蒸気を発
生させることができる。よって複合サイクル発電プラン
ト全体のプラント効率の向上が図れるものである。
なお当然のことではあるが、本発明は図示した実施例に
のみ限定されるものではない。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明においては、第1に従来の助
燃型排熱回収ボイラでは対処できなかった、イオウ分等
を含む低質な燃料に対し、給水をガスタービンの排ガス
と熱交換し給水温度を上昇させることにより酸露点によ
る腐食を防止することが可能となる。さらに第2に、排
熱回収ボイラとは別置の燃料焚ボイラを設置し、上記の
予熱された給水を導入することによシ高温高圧の主蒸気
条件に改善することができたので、複合サイクル発電プ
ラントのプラント効率を改善することが可能になる。
【図面の簡単な説明】 第1図は、従来の一般的な単玉型複合ザイクル発電プラ
ントの全体構成を示す図、第2図は、給水温度と複合サ
イクル発電プラントの熱効率との関係を示す図、第3図
は、金属温度と腐食速度の傾向を示す図である。第4図
は、本発明に係る一実施例である単圧型抜合サイクル発
電プラントの全体構成を示す図である。第5図は、本発
明による理論ランキンサイクルT−8線図上の熱効率向
上を第4図の例についで説明する図である。第6図は、
本発明の他の一実施例である複圧型複合サイクル発電プ
ラントの全体構成を示す図である。 3・・・排ガス、10・・・ガスタービン、20・・・
排熱回収ボイラ、30・・・蒸気タービン、40・・・
別置の燃料焚ボイラ。 代理人 弁理士 秋本正実 恰水温度(°C) 嘉B図 金属温度(°C)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ガスタービン装置と、このガスタービン装置の排ガ
    スを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラ装置と、
    このボイラ装置によシ発生した蒸気によシ駆動される蒸
    気タービン装置とを備える複合サイクル発電プラントに
    おいて、前記排熱回収ボイラとは別置に燃料焚ボイラを
    設置し、該燃料焚ボイラに供給される給水は上記排熱回
    収ボイラの排ガスと熱交換させる構成としたことを特徴
    とする複合サイクル発電プラント。 2、特許請求の範囲第1項の複合サイクル発電プラント
    において、タービンは複数の蒸気入口を有する複圧ター
    ビンに構成するとともに、燃料焚ボイラ側発生蒸気は排
    熱回収ボイラ発生蒸気よシ高温高圧としてこれを該複圧
    タービ/の高圧側へ投入したことを特徴とする複合サイ
    クル発電プラント。
JP12318183A 1983-07-08 1983-07-08 複合サイクル発電プラント Granted JPS6017210A (ja)

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