JPS63273701A - 排ガスボイラ - Google Patents

排ガスボイラ

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JPS63273701A JP62109040A JP10904087A JPS63273701A JP S63273701 A JPS63273701 A JP S63273701A JP 62109040 A JP62109040 A JP 62109040A JP 10904087 A JP10904087 A JP 10904087A JP S63273701 A JPS63273701 A JP S63273701A
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は排ガスボイラに係り、特にガスタービンと蒸気
タービンを組合せたコンバインド発電プラントにおいて
使用されるものであって、再熱式蒸気発生器を有する排
ガスボイラに関する。
〔従来の技術〕
コンバインド発電プラントにおいて、ガスタービン排ガ
スの排熱回収に再熱サイクルを使用する場合の排ガスボ
イラに関する公知技術としては特開昭６０−１３０８９
７に記載のように排ガスを２分流とし過熱器と再熱器と
を２つのガス流路にまたがって交互配置する伝熱面構成
とするものがあった。
このように再熱サイクルを構成することは、ガスタービ
ンでの燃焼温度が高温化したときのプラント効率向上策
として有効であり、他の方式（例えば混圧タイプタービ
ンを使用）よりも高効率とできる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
コンバインド発電プラントの排ガスボイラではガスター
ビン排ガスを唯一の燃焼源とするために排ガスボイラ入
口のガス温度はガスタービンの負荷によって大きく変化
する。また再熱サイクルの場合の過熱器、再熱器の熱負
荷割合は、ボイラ入口ガス温度や蒸気サイクルの圧力、
温度によって大きい影響を受ける。このため再熱サイク
ルを構成するときの排ガスボイラはこれらの熱交換条件
の変動に対して安定した運転が可能な設計が必要である
。
しかるに、上記公知技術では、過熱器、再熱器を出て下
流に至るガス温度の変動について配慮がされておらず、
２分流間のガス温度に偏差ができるために、下流側に配
置されるエバポレータ部において管群間に蒸発量の変動
が生ずることになる。
また、ガスタービン排気ガスより蒸気発生を行なうコン
バインドプラントは、通常火力（従来の汽力）と異なり
高温・高圧の蒸気条件の確保が難しく（ガスタービン排
気ガス温度は５００℃前後が一般的）、蒸気の持つエネ
ルギーとしては蒸気タービン導入後の仕事によりすぐ湿
り域に突入してしまう傾向に有り、熱力学的不利および
蒸気タービン最終段付近での湿りによるエロージョン発
生等の問題が有った。又、ガスタービンとしては部分負
荷時の排ガス温度降下という特性が有り、上記問題に対
しさらに不利な状況を引き起こすという問題もある。
そこで、本発明は、ボイラ内でガス分流を行なうことな
く蒸気タービンに適合する主蒸気、再熱蒸気を供給する
ことのできる排ガスボイラを提□供することを目的とす
るものであり、この発明によってガスタービン、蒸気タ
ービンコシバインドプラントに再熱サイクルが適用でき
、広い負荷範囲にわたって熱効率の向上がはかられる。
Ｃ問題点を解決するための手段〕 上記目的は、排ガスボイラを過熱器、再熱器。
エバポレータ、節炭器から構成し再熱サイクルとする場
合に、過熱器、再熱器を分割し、ガス流れに対して交互
に配列すること番トより達成される。
〔作用〕
上記のように過熱器および再熱器が分割され交互に配列
された排ガスボイラは次のように作動する。
すなわち、ボイラ内の排ガスの流れの中に蒸気温度の高
い順に伝熱面を配置することができるので、広い負荷範
囲にわたって安定した熱交換が行なわれる。ガスタービ
ンの排ガス温度は部分負荷において低下するが、全ての
伝熱面がガス流に対し直列配置とすることにより過熱器
、再熱器、エバポレータでの熱回収は相互に悪影響をお
よぼすことなく安定した関係が保たれる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を第１−にて説明する。
ガスタービン（図示せず）の排ガスＦにより熱交換を行
ない蒸気を発生させる排ガスボイラにおいて、まず最上
流部に２次再熱器２を配置し、順次２次週熱＠３．１次
再熱器４゛、１次過熱器５、さらにエバボレー５９２節
炭器６を配列する。負荷運転中の蒸気の流れとしてはエ
バポレータ９より発生した蒸気が１次過熱器５、および
２次過熱器３を通り蒸気タービン１０め″高圧部ＨＰＴ
に導入され仕事をしたのち高圧排気部より１次再熱器４
および２次再熱器２を通り再熱蒸気として蒸気タービン
１０の中圧部ＭＰＴへと導入される。その後、低圧ター
ビン部ＬＰＴで仕事をし、復水器１１で復水となった後
再び排ガスボイラ１に戻る゛。
尚、この実施例は複圧式の場合を示しておりＪ低圧節炭
器８を通った給水の一部は低圧ドラムリより低圧蒸気と
しで低圧タービン部ＬＰＴへ導入され、前述の再熱蒸気
と一緒に低圧部ＬＰＴで仕事をする。給水の残りは低圧
ドラム７をバイパスして高圧節炭器６を介し高圧ドラム
９へ導びかれ再び１次過熱器５を通り前述の蒸気の流れ
となる。
一般的に蒸気タービン１０′の高圧部ＨＰＴの＃１気蒸
斌温度は約り００℃□程度で菖り□、この蒸気を前述の
再熱器２，４にて再熱することにより蒸気タービン１０
の低圧部ＬＰＴの最終段における蒸気湿り度を低減させ
ている。
第′２ぼに蒸気タービン１０の内部に於ける蒸気の仕′
事をした場合め比エンタルピｉ−比エントロピＳ線図上
の膨ｍ−を示す。
この図において、特性ａｂｅは蒸気を再熱しないときの
ものであり、タービン内での仕事により点ｅ以下となる
と湿り蒸気を誉むこととなる。この防止のために湿り域
に入らない適当な点ｅ′で排気されるようなタービンと
すると排ガスの熱回収を十分に行なえない。実線の特性
ａｂｃｄｆは再熱サイクルとするときのものであり、高
圧部ＨＰＴでの仕事によりｂ点まで低下した蒸気を０点
まで回復させることで、中・低圧部ＭＰＴ。
ＬＰＴではｃ−ｆ間の仕事を行なわせることができる。
尚、ｄ−ｅ間では湿り蒸気を含むことになるが、タービ
ン最終段金属材質の選定によりある程度の湿り蒸気には
耐えることができる。
本図に示されるが如く、再熱を行ない再熱蒸気温度を高
く維持することで蒸気タービン最終段の湿り度が軽減出
来る（ｅ−ｅ″′がｄ−ｆ程度の湿り度とできる）。ま
たコンバインド発電プラントでは低負荷時にガスタービ
ン排ガス温度低下するが排ガス最上流部に再熱器を配置
することで排ガス温度に最も近い高温の再熱蒸気温度が
得られる訳であり、蒸気タービン最終段湿り対策上は最
適なものとなる。再熱サイクルとすることはこういった
点で有効である。但し、主蒸気も再熱蒸気も流量として
は高圧タービン入口、出口共はとんど変わらないので、
最も高温にできるといった理由のみで単純に再熱器を過
熱器の上流側に配置してしまったのでは後流側の過熱器
側での蒸気温度が低下してしまう。このために本発明の
如く再熱器を分割し、熱吸収上のバランスを取る為に過
熱器を間に配置することが有効なのであり、第３図に示
す蒸気−排ガス温度の熱交換特性を持たせ、過熱器、再
熱器出口の蒸気温度のバランスを計っている。
この図に示すように、タービン排ガス温度は排ガスボイ
ラ内の機器との熱交換により低下する。
これに対し、蒸気・給水温度は節炭器８，６、蒸発器９
，１次過熱器５，２次過熱器３にて順次熱吸収を受けて
昇温し、温度Ｔｏの給水が温度Ｔｌの蒸気となって２次
過熱器３より得られる。この蒸気は高圧タービンＨＰＴ
での仕事により温度Ｔ２の蒸気となって１次再熱器４に
導入され、４と２次再熱器２とで過熱されて最終的に温
度Ｔ８の再熱蒸気が得られる。この方式によれば最も高
い再熱蒸気を得ることができ、かつ過熱器や分割した再
熱器の熱容量の選定により主蒸気温度も高く保持するこ
とができる。尚、この第１図の低圧側蒸発部７での発生
蒸気温度は第３図の飽和温度Ｔ４である。
これに対し、従来技術にある如き過熱器と再熱器を排ガ
ス流れに対し平行配置し、両者の温度バランスを取る方
式では排ガスの持つエネルギーをほぼ半分に２分（これ
は伝熱面積をいじることで多少の変化は出るが、過熱器
、再熱器の両者でバランスをとれば概略２分割になる。
）することになり蒸気流量が過熱器・再熱器共はぼ同程
度ということを考えると、排ガス温度低下時つまりガス
タービン低負荷時に蒸気タービン最終段湿り対策上は排
ガス流量のほぼ半分しか再熱器側で利用出来ない。この
ため、本発明と同等の過熱器・再熱器の熱バランスを計
ろうとすると、排ガス流れ方向に対し、断面積でほぼ２
倍つまり、過熱器と再熱器の各々の仏画に於ける排ガス
流速をある範囲（一般的には２０〜３０　ｎ　／　ｓ程
度）にするために排ガスボイラの排ガス受は入れ（過熱
器・再熱器部）のサイズが非常に大きくなり配置・経済
上の不利になってしまう。本発明はこの様な不具合いが
解消されるものである。
第４図に負荷に対する排ガスボイラ各部の排ガスの温度
特性を示す。
本図に示されるように、ガスタービン排ガス温度は負荷
降下と共に低下するが、再熱器を最上流側に配置するこ
とで、排ガス温度に最も近い、すなわち最高温度に位置
させることが容易であり、蒸気タービン最終段湿りに対
して最も有利なものとなる。又、過熱器、エバポレータ
等の排ガス下流側の温度特性も同様の傾向となりバラン
スの取れた温度分布となる。
以上の説明に於いて再熱器を最上流部に配置することで
ガスタービン排ガス温度低下（負荷降下時の低負荷）時
に最も高い蒸気温度（再熱蒸気）を得ることが出来、蒸
気タービン最終段の湿り度大によるエロージョンを回避
可能なことが明らかになったが、さらに第４図で再熱器
の分割（過熱器を再熱器間に配置）による高圧タービン
出口の蒸気状態につき説明する。
一般に高圧タービン出口はある規定（５０’Ｆ程度）の
過熱度を持たせて、湿りによるエロージョン等の問題が
生ぜぬ様計画される。ガス温度の低下つまり負荷低下時
は排ガス下流側の温度分布として高負荷時はどの温度差
がなくなり、下流側の温度降下の割合いが小さくなる特
性を持つ。つまりガス温度降下により、蒸発量が低下し
て次再熱器に於いて熱交換が低下し、その分子流側の２
次過熱器に於いて熱交換されるものであり、低負荷にな
るほど下流側の温度降下の割合いが少なくなり比較的温
度が保たれることになる。言い換えれば１００％負荷等
の計画点に於ける再熱器出口・過熱器出口の蒸気温度を
ある所望の温度に設定すると再熱器に対し下流側の過熱
器に於ける蒸気温度の負荷降下時特性はゆるやかとなり
高圧タービン出口過熱度は十分確保可能なものとなる。
第５図は、分割した再熱器の間に過熱器を配置した系統
の他の事例を示すものであり、２次過熱器と過熱器に於
ける蒸気温度調整用のバイパス系統１００を有する場合
を示している。第１図と第５図に示される如く、分割し
た再熱器とそれに係わる過熱器との蒸気温度調整に於い
ては同様の各種バイパス系路を有することにより種々の
系統が成立するのは言うまでもなく容易である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ガスタービン、蒸気タービンコンバイ
ンドプラントに再熱サイクルが適用でき、広い負荷範囲
にわたって安全でかつ熱効率の高い運転ができるように
なる。
すなわち、第１に再熱器が排ガスボイラの最」二流点に
位置するので、ガスタービンの排ガス温度に最も近い再
熱蒸気温度が得られ、低圧タービン最終段付近の蒸気湿
り度を安全な範囲にとどめることが可能となる。
第２に、再熱器が分割されていて、過熱器と交互に配列
されているので、部分負荷における主蒸気も高く保たれ
、高圧タービン出口の蒸気過熱度は十分安全な範囲にで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例図、第２図は再熱サイクルと
するときの比エンタルピー比エントロピ特性図、第３図
は本発明のときの蒸気・給水−排ガス温度の熱交換特性
図、第４図は負荷に対する排ガスボイラ各部の排ガス温
度特性図であり、第５図は本発明の他の一実施例図であ
る。 １・・・排ガスボイラ、２・・・２次再熱器、３・・・
２次過隼　２．　図 二 １ｌｔＴ−〉トロヒ０ＳＣ，に伍Ｑ４そに）第　３　図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ガスタービン排ガスを利用して蒸気を発生し、高圧
    タービンと再熱タービンを含む蒸気タービンに供給する
    ための排ガスボイラにおいて、排ガス上流側から順次２
    次再熱器、過熱器、発生蒸気を２次再熱器に与える１次
    再熱器を配置し、過熱器での発生蒸気を高圧タービンへ
    、２次再熱器での発生蒸気をタービンへ導びくことを特
    徴とする排ガスボイラ。 ２、燃焼排ガスと給水の熱交換により高温と低温の蒸気
    を発生し夫々タービンに供給する排ガスボイラにおいて
    、高温蒸気発生用熱交換器を分割してその間に低温蒸気
    発生用熱交換器を配置したことを特徴とする排ガスボイ
    ラ。
JP62109040A 1987-05-06 1987-05-06 排ガスボイラ Expired - Lifetime JPH0718525B2 (ja)

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