KR20190124821A - 보일러, 이것을 구비하는 증기 발생 플랜트, 및 보일러의 운전 방법 - Google Patents

보일러, 이것을 구비하는 증기 발생 플랜트, 및 보일러의 운전 방법 Download PDF

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나오키 히사다
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Abstract

보일러(110n)는 하나 이상의 증발기(113a, 113c)와 절탄기(112a)와 저온 열교환기(115a)를 구비한다. 절탄기(112a)는 하나 이상의 증발기(113a, 113c) 중 가장 하류측의 증발기인 최하류 증발기(113a)의 하류측에 설치되어 있다. 저온 열교환기(115a)는, 절탄기(112a)의 하류측에 설치되며, 외부로부터 물을 받아들이는 유입구를 갖고, 유입구로부터 유입하여 절탄기(112a)로 이송하는 물을 연소 가스에 의해 가열한다.

Description

보일러, 이것을 구비하는 증기 발생 플랜트, 및 보일러의 운전 방법{BOILER, STEAM-GENERATING PLANT PROVIDED WITH SAME, AND METHOD FOR OPERATING BOILER}
본 발명은 보일러, 이것을 구비하는 증기 발생 플랜트, 및 보일러의 운전 방법에 관한 것이다.
본원은 2015년 3월 31일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제 2015-073700 호에 근거하여 우선권을 주장하며, 이 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈에는, 이 가스 터빈으로부터의 배기되는 배기 가스의 열을 유효 이용하기 위해서 배열 회수 보일러가 접속되어 있는 경우가 있다.
이하의 특허문헌 1에는, 가스 터빈과 배열 회수 보일러를 구비하고 있는 가스 터빈 플랜트가 개시되어 있다. 이 가스 터빈 플랜트는, 또한, 배열 회수 보일러에서 발생한 증기로 구동하는 증기 터빈과, 증기 터빈을 구동시킨 증기를 물로 되돌리는 복수기와, 저비점 매체 랭킨 사이클을 구비하고 있다. 저비점 매체 랭킨 사이클은, 액체의 저비점 매체를 증발시키는 증발기와, 증발한 기체의 저비점 매체로 구동하는 터빈과, 터빈을 구동시킨 저비점 매체를 응축시키는 응축기를 갖는다. 저비점 매체 랭킨 사이클의 증발기는, 액체의 저비점 매체와 증기 터빈을 구동시킨 증기를 열교환시켜, 저비점 매체를 증발시키는 한편, 증기를 물로 되돌린다. 즉, 이 증발기는 증기 터빈의 복수기로서도 기능한다.
일본 특허 공개 특개평7-166815호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 가스 터빈 플랜트에 저비점 매체 랭킨 사이클을 도입함으로써, 가스 터빈으로부터의 배열의 유효 이용을 도모하고 있다. 그렇지만, 연소 가스 중의 열을 보다 유효 이용하는 것이 요구된다.
그래서, 본원에 따른 발명은 연소 가스 중의 열을 보다 유효 이용할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 1 태양으로서의 보일러는,
연소 가스가 내부를 배기구측인 하류측을 향하여 흐르는 보일러 외측 프레임과, 상기 보일러 외측 프레임 내에 적어도 일부가 설치되며, 상기 연소 가스에 의해 물을 가열하여 증기를 발생시키는 하나 이상의 증발기와, 상기 보일러 외측 프레임 내로서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류측의 증발기인 최하류 증발기의 상기 하류측에 설치되며, 상기 최하류 증발기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 절탄기와, 상기 절탄기의 상기 하류측에 설치되며, 외부로부터 물을 받아들이는 유입구를 갖고, 상기 유입구로부터 유입하여 상기 절탄기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 저온 열교환기를 구비한다.
해당 보일러에서는, 저온 열교환기에 의해, 저온의 연소 가스 중으로부터 열을 회수할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 2 태양으로서의 보일러는,
상기 제 1 태양의 상기 보일러에 있어서, 상기 저온 열교환기는 상기 보일러 외측 프레임 내에 설치되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 3 태양으로서의 보일러는,
상기 제 1 태양의 상기 보일러에 있어서, 상기 보일러 외측 프레임에는, 상기 보일러 외측 프레임으로부터 유출된 상기 연소 가스가 흐르는 연도(煙道)가 접속되어 있는 동시에, 상기 연도에는, 상기 연도로부터의 상기 연소 가스를 대기로 방출하는 굴뚝이 접속되어 있으며, 상기 저온 열교환기는 상기 굴뚝 내 또는 상기 연도 내에 설치되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 4 태양으로서의 보일러는,
상기 제 1 내지 제 3 태양 중 어느 하나의 상기 보일러에 있어서, 상기 저온 열교환기는 상기 절탄기를 형성하는 재료보다 상기 연소 가스의 응축액에 대한 내부식성이 높은 재료로 형성되어 있다.
해당 보일러에서는, 저온 열교환기의 일부에서 연소 가스의 응축액이 발생해도, 이 저온 열교환기의 부식을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 5 태양으로서의 보일러는,
상기 제 1 내지 제 4 태양 중 어느 하나의 상기 보일러에 있어서, 상기 절탄기와 상기 저온 열교환기는 플랜지 접속되어 있다.
해당 보일러에서는, 저온 열교환기의 일부에서 응축액이 발생하여, 저온 열교환기가 부식되어도, 이 저온 열교환기를 새로운 저온 열교환기로 용이하게 교환할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 6 태양으로서의 보일러는,
상기 제 1 내지 제 5 태양 중 어느 하나의 상기 보일러에 있어서, 상기 절탄기는, 상기 연소 가스와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해, 상기 물을 가열하는 한편, 상기 연소 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도까지 상기 연소 가스를 냉각하는 열교환 능력을 갖고, 상기 저온 열교환기는, 상기 절탄기에서의 열교환으로 냉각된 상기 연소 가스와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해, 상기 물을 가열하는 한편, 상기 저온 열교환기 중 적어도 일부에서 상기 연소 가스가 응축될 때까지 상기 연소 가스를 냉각하는 열교환 능력을 갖는다.
해당 보일러에서는, 저온 열교환기의 일부에서 연소 가스를 응축시키므로, 연소 가스에 포함되는 수분의 잠열도 회수할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 7 태양으로서의 보일러는,
상기 제 1 내지 제 6 태양 중 어느 하나의 상기 보일러에 있어서, 상기 저온 열교환기는 상기 연소 가스의 이슬점 온도 미만의 온도까지 상기 연소 가스를 냉각하는 열교환 능력을 갖는다.
해당 보일러에서는, 연소 가스 중에 포함되는 수분의 잠열을 더 회수할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 8 태양으로서의 보일러는,
상기 제 1 내지 제 7 태양 중 어느 하나의 상기 보일러에 있어서, 상기 연소 가스 중에 포함되는 수분이 액화한 미스트를 상기 연소 가스로부터 분리하는 미스트 세퍼레이터를 구비하고, 상기 미스트 세퍼레이터는, 상기 연소 가스가 흐르는 상하류 방향으로, 상기 저온 열교환기가 배치되어 있는 영역 내 및/또는 상기 영역보다 하류측에 배치되어 있다.
해당 보일러에서는, 미스트 세퍼레이터로 미스트를 포착함으로써, 저온 열교환기가 배치되어 있는 영역 내를 흐르는 미스트량, 이 저온 열교환기보다 하류측을 흐르는 미스트량을 줄일 수 있다. 이 때문에, 해당 보일러에서는, 저온 열교환기의 부식, 보일러 외측 프레임의 부식, 또한, 연도나 굴뚝 등의 부식을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 9 태양으로서의 보일러는,
상기 제 8 태양의 상기 보일러에 있어서, 상기 저온 열교환기는, 상기 상하류 방향으로 나열되는 복수의 저온 열교환부를 갖고, 상기 미스트 세퍼레이터는 상기 상하류 방향에 있어서의 복수의 상기 저온 열교환부의 상호간 중 적어도 하나의 상호간에 배치되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 10 태양으로서의 보일러는,
상기 제 9 태양의 상기 보일러에 있어서, 복수의 저온 열교환부는 서로 플랜지 접속되어 있다.
해당 보일러에서는, 하나의 저온 열교환부의 부식이 진행된 경우에도, 이 하나의 저온 열교환부를 용이하게 새로운 저온 열교환부와 교환할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 11 태양으로서의 보일러는,
연소 가스가 내부를 배기구측인 하류측을 향하여 흐르는 보일러 외측 프레임과, 상기 보일러 외측 프레임 내에 적어도 일부가 설치되며, 상기 연소 가스에 의해 물을 가열하여 증기를 발생시키는 하나 이상의 증발기와, 상기 보일러 외측 프레임 내로서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류측의 증발기인 최하류 증발기의 상기 하류측에 설치되며, 외부로부터 물을 받아들이는 유입구를 갖고, 상기 유입구로부터 유입하여 상기 최하류 증발기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 절탄기를 구비하고, 상기 절탄기는, 상기 연소 가스와 내부를 흐르는 물과의 열교환에 의해, 상기 물을 가열하는 한편, 상기 절탄기의 적어도 일부에서 상기 연소 가스가 응축될 때까지 상기 연소 가스를 냉각하는 열교환 능력을 갖는다.
해당 보일러에서는, 절탄기에 의해, 저온의 연소 가스 중으로부터 열을 회수할 수 있다. 특히, 해당 보일러에서는, 절탄기의 일부에서, 연소 가스를 응축시키므로, 연소 가스 중에 포함되는 수분의 잠열도 회수할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 12 태양으로서의 보일러는,
상기 제 11 태양의 상기 보일러에 있어서, 상기 절탄기는 상기 연소 가스의 이슬점 온도 미만의 온도까지 상기 연소 가스를 냉각하는 열교환 능력을 갖는다.
해당 보일러에서는, 연소 가스 중에 포함되는 수분의 잠열을 더 회수할 수 있다.
여기서, 상기 증기 발생 플랜트에 있어서, 상기 급수 라인은 상기 연소 가스의 이슬점 온도 미만의 온도의 물을 상기 유입구로부터 상기 보일러 내에 공급해도 좋다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 일 태양으로서의 증기 발생 플랜트는,
상기 제 1 내지 제 12 태양 중 어느 하나의 상기 보일러와, 상기 유입구로부터 상기 보일러 내에 물을 공급하는 급수 라인을 구비한다.
여기서, 상기 증기 발생 플랜트에 있어서, 상기 급수 라인은 상기 연소 가스의 이슬점 온도 미만의 온도의 물을 상기 유입구로부터 상기 보일러 내에 공급해도 좋다.
또한, 이상 중 어느 하나의 상기 증기 발생 플랜트에 있어서, 상기 절탄기에서 가열된 물의 일부를 상기 급수 라인 중으로 인도하는 온수 라인을 구비해도 좋다.
상기 온수 라인을 구비하는 상기 증기 발생 플랜트에 있어서, 상기 온수 라인을 흐르는 물의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브를 구비해도 좋다.
상기 유량 조절 밸브를 구비하는 상기 증기 발생 플랜트에 있어서, 상기 온수 라인으로부터의 물이 유입된 상기 급수 라인 중의 물의 온도를 검지하는 온도계를 구비하고, 상기 유량 조절 밸브는, 상기 온도계에서 검지된 온도가 미리 정한 온도 범위 내에 들어가도록, 상기 온수 라인을 흐르는 물의 유량을 조절해도 좋다.
또한, 이상 중 어느 하나의 상기 증기 발생 플랜트에 있어서, 저비점 매체가 응축과 증발을 반복하여 순환하는 저비점 매체 랭킨 사이클을 구비하고, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클은, 액체의 상기 저비점 매체와 상기 절탄기에서 가열된 물의 일부를 열교환시켜, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열기를 가져도 좋다.
해당 증기 발생 플랜트에서는, 연소 가스의 열의 일부를 이용하여 저비점 매체 랭킨 사이클을 구동시키므로, 플랜트의 출력 및 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 온수 라인을 구비하는, 이상 중 어느 하나의 상기 증기 발생 플랜트에 있어서, 저비점 매체가 응축과 증발을 반복하여 순환하는 저비점 매체 랭킨 사이클을 구비하고, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클은 액체의 상기 저비점 매체와 상기 온수 라인을 흐르는 물을 열교환시켜, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열기를 가져도 좋다.
해당 증기 발생 플랜트에서는, 연소 가스의 열의 일부를 이용하여 저비점 매체 랭킨 사이클을 구동시키므로, 플랜트의 출력 및 효율을 높일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 13 태양으로서의 증기 발생 플랜트는,
상기 제 1 내지 제 12 태양 중 어느 하나의 상기 보일러와, 저비점 매체가 응축과 증발을 반복하여 순환하는 저비점 매체 랭킨 사이클을 구비하고, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클은 액체의 상기 저비점 매체와 상기 절탄기에서 가열된 물의 일부를 열교환시켜, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열기를 갖는다.
해당 증기 발생 플랜트에서도, 연소 가스의 열의 일부를 이용하여 저비점 매체 랭킨 사이클을 구동시키므로, 플랜트의 출력 및 효율을 높일 수 있다.
또한, 이상 중 어느 하나의 증기 발생 플랜트에 있어서, 상기 보일러는 가스 터빈으로부터 배기된 배기 가스를 상기 연소 가스로서 이용하는 배열 회수 보일러라도 좋다.
또한, 상기 보일러가 배열 회수 보일러인 상기 증기 발생 플랜트에 있어서, 상기 가스 터빈을 구비해도 좋다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 일 태양으로서의 보일러의 개조 방법은,
연소 가스가 내부를 배기구측인 하류측을 향하여 흐르는 보일러 외측 프레임과, 상기 보일러 외측 프레임 내에 적어도 일부가 설치되며, 상기 연소 가스에 의해 물을 가열하여 증기를 발생시키는 하나 이상의 증발기와, 상기 보일러 외측 프레임 내로서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류측의 증발기인 최하류 증발기의 상기 하류측에 설치되며, 상기 최하류 증발기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 절탄기를 구비하는 보일러의 개조 방법에 있어서, 상기 보일러 외측 프레임 내로서, 상기 절탄기의 상기 하류측에, 상기 절탄기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 저온 열교환기를 마련한다.
여기서, 상기 보일러의 개조 방법에 있어서, 상기 절탄기를 형성하는 재료보다 상기 연소 가스의 응축액에 대한 내부식성이 높은 재료로 상기 저온 열교환기를 형성해도 좋다.
또한, 이상 중 어느 하나의 상기 보일러의 개조 방법에 있어서, 상기 절탄기에 대하여, 상기 저온 열교환기를 플랜지 접속시켜도 좋다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 14 태양으로서의 보일러의 운전 방법은,
연소 가스가 내부를 배기구측인 하류측을 향하여 흐르는 보일러 외측 프레임과, 상기 보일러 외측 프레임 내에 적어도 일부가 설치되며, 상기 연소 가스에 의해 물을 가열하여 증기를 발생시키는 하나 이상의 증발기와, 상기 보일러 외측 프레임 내로서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류측의 증발기인 최하류 증발기의 상기 하류측에 설치되며, 상기 최하류 증발기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 절탄기를 구비하는 보일러의 운전 방법에 있어서, 상기 절탄기의 상기 하류측에 설치되며, 상기 절탄기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 저온 열교환기를 마련하고, 상기 절탄기에서, 상기 연소 가스와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해, 상기 물을 가열하는 한편, 상기 연소 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도까지 상기 연소 가스를 냉각하는 절탄기 열교환 공정과, 상기 저온 열교환기에서, 상기 절탄기에서의 열교환으로 냉각된 상기 연소 가스와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해, 상기 물을 가열하는 한편, 상기 저온 열교환기의 적어도 일부에서 상기 연소 가스가 응축될 때까지 상기 연소 가스를 냉각하는 저온 열교환 공정을 실행한다.
해당 보일러의 운전 방법에서는, 저온 열교환기에 의해, 저온의 연소 가스 중으로부터 열을 회수할 수 있다. 특히, 해당 보일러의 운전 방법에서는, 저온 열교환기의 일부에서 연소 가스를 응축시키므로, 연소 가스 중에 포함되는 수분의 잠열도 회수할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 15 태양으로서의 보일러의 운전 방법은,
상기 제 14 태양의 상기 보일러에 있어서, 상기 저온 열교환기는 상기 보일러 외측 프레임 내에 상기 저온 열교환기를 설치한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 16 태양으로서의 보일러의 운전 방법은,
상기 보일러 외측 프레임에는, 상기 보일러 외측 프레임으로부터 유출된 상기 연소 가스가 흐르는 연도가 접속되어 있는 동시에, 상기 연도에는, 상기 연도로부터의 상기 연소 가스를 대기로 방출하는 굴뚝이 접속되어 있으며, 상기 굴뚝 내 또는 상기 연도 내에 상기 저온 열교환기를 설치한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 17 태양으로서의 보일러의 운전 방법은,
상기 제 14 내지 제 16 태양 중 어느 하나의 보일러의 운전 방법에 있어서, 상기 연소 가스가 흐르는 상하류 방향으로, 상기 저온 열교환기가 배치되어 있는 영역 내 및/또는 상기 영역보다 하류측에서, 상기 연소 가스 중에 포함되는 수분이 액화한 미스트를 상기 연소 가스로부터 분리하는 미스트 분리 공정을 실행한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 18 태양으로서의 보일러의 운전 방법은,
연소 가스가 내부를 배기구측인 하류측을 향하여 흐르는 보일러 외측 프레임과, 상기 보일러 외측 프레임 내에 적어도 일부가 설치되며, 상기 연소 가스에 의해 물을 가열하여 증기를 발생시키는 하나 이상의 증발기와, 상기 보일러 외측 프레임 내로서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류측의 증발기인 최하류 증발기의 상기 하류측에 설치되며, 상기 최하류 증발기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 절탄기를 구비하는 보일러의 운전 방법에 있어서, 상기 절탄기에서 상기 연소 가스와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해, 상기 물을 가열하는 한편, 상기 절탄기의 적어도 일부에서 상기 연소 가스가 응축될 때까지 상기 연소 가스를 냉각하는 절탄기 열교환 공정을 실행한다.
해당 보일러의 운전 방법에서는, 절탄기에 의해, 저온의 연소 가스 중으로부터 열을 회수할 수 있다. 특히, 해당 보일러의 운전 방법에서는, 절탄기의 일부에서 연소 가스를 응축시키므로, 연소 가스 중에 포함되는 수분의 잠열도 회수할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 19 태양으로서의 보일러의 운전 방법은,
상기 제 14 내지 제 18 태양 중 어느 하나의 상기 보일러의 운전 방법에 있어서, 저비점 매체 랭킨 사이클에서, 저비점 매체를 순환시키는 랭킨 사이클 실행 공정과, 상기 절탄기에서 가열된 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 인도하는 가열수 도입 공정과, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 인도되며, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 상기 보일러로 되돌리는 물 회수 공정을 실행하고, 상기 랭킨 사이클 실행 공정은 상기 저비점 매체 랭킨 사이클에 도입된 상기 물과 액체의 상기 저비점 매체를 열교환시켜, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열 공정을 포함한다.
해당 보일러의 운전 방법에서는, 연소 가스의 열의 일부를 이용하여 저비점 매체 랭킨 사이클을 구동시키므로, 보일러를 포함하는 플랜트의 출력 및 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 일 태양에서는, 연소 가스 중의 열을 유효 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 증기 발생 플랜트의 계통도,
도 2는 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 있어서의 증기 발생 플랜트의 계통도,
도 3은 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 있어서의 증기 발생 플랜트의 계통도,
도 4는 본 발명에 따른 제 4 실시형태에 있어서의 증기 발생 플랜트의 계통도,
도 5는 본 발명에 따른 제 5 실시형태에 있어서의 증기 발생 플랜트의 계통도,
도 6은 본 발명에 따른 제 6 실시형태에 있어서의 증기 발생 플랜트의 계통도,
도 7은 본 발명에 따른 제 7 실시형태에 있어서의 증기 발생 플랜트의 계통도,
도 8은 본 발명에 따른 제 8 실시형태에 있어서의 보일러의 계통도.
이하, 본 발명에 따른 보일러, 및 이 보일러를 구비하는 증기 발생 플랜트의 각종 실시형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다.
[제 1 실시형태]
도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 보일러, 및 이 보일러를 구비하는 증기 발생 플랜트의 제 1 실시형태에 대해 설명한다.
본 실시형태의 증기 발생 플랜트는, 가스 터빈(10)과, 발전기(41)와, 배열 회수 보일러(110n)와, 증기 터빈(121a, 121c)과, 발전기(122a, 122c)와, 복수기(123)와, 급수 펌프(124)와, 굴뚝(60)을 구비하고 있다. 발전기(41)는 가스 터빈(10)의 구동으로 발전한다. 배열 회수 보일러(110n)는 가스 터빈(10)으로부터 배기된 배기 가스(EG)의 열로 증기를 발생시킨다. 증기 터빈(121a, 121c)은 배열 회수 보일러(110n)에서 발생한 증기로 구동한다. 발전기(122a, 122c)는 증기 터빈(121a, 121c)의 구동으로 발전한다. 복수기(123)는 증기 터빈(121a)을 구동시킨 증기를 물로 되돌린다. 급수 펌프(124)는 복수기(123) 중의 물을 배열 회수 보일러(110n)로 되돌린다. 굴뚝(60)은 배열 회수 보일러(110n)를 통과한 배기 가스(EG)를 대기로 방출한다.
가스 터빈(10)은, 공기(A)를 압축하는 압축기(11)와, 압축기(11)에서 압축된 공기 중에서 연료(F)를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기(21)와, 고온 고압의 연소 가스에 의해 구동하는 터빈(31)을 구비하고 있다. 압축기(11)는 축선을 중심으로 하여 회전하는 압축기 로터(13)와, 이 압축기 로터(13)를 회전 가능하게 덮는 압축기 케이싱(17)을 갖고 있다. 터빈(31)은, 연소기(21)로부터의 연소 가스에 의해 축선을 중심으로 회전하는 터빈 로터(33)와, 이 터빈 로터(33)를 회전 가능하게 덮는 터빈 케이싱(37)을 갖고 있다. 터빈 로터(33)는, 축선과 평행한 축 방향으로 연장되는 로터축(34)과, 이 로터축(34)의 외주에 고정되어 있는 복수의 동익(35)을 갖고 있다. 터빈 케이싱(37)의 내주면에는 복수의 정익(38)이 고정되어 있다. 터빈 케이싱(37)의 내주면과 로터축(34)의 외주면과의 사이는 연소기(21)로부터의 연소 가스가 통과하는 연소 가스 유로를 이룬다.
연소기(21)는 터빈 케이싱(37)에 고정되어 있다. 터빈 로터(33)와 압축기 로터(13)는 동일한 축선을 중심으로 하여 회전하는 것이며, 서로 연결되어, 가스 터빈 로터(40)를 이루고 있다. 이 가스 터빈 로터(40)에는 전술한 발전기(41)의 로터가 접속되어 있다.
본 실시형태에서는, 증기 터빈(121a, 121c)으로서 저압 증기 터빈(121a)과 고압 증기 터빈(121c)을 갖고 있다. 저압 증기 터빈(121a) 및 고압 증기 터빈(121c)에는 각각 발전기(122a, 122c)가 접속되어 있다. 또한, 여기에서는, 각 증기 터빈(121a, 121c)에 발전기(122a, 122c)를 접속하고 있다. 그렇지만, 저압 증기 터빈(121a), 고압 증기 터빈(121c)의 로터를 서로 접속하고, 합계 2기의 증기 터빈에 대하여, 1기의 발전기를 접속해도 좋다.
배열 회수 보일러(110n)는, 보일러 외측 프레임(119)과, 저압 증기(LS)를 발생시키는 저압 증기 발생부(111a1)와, 고압 증기(HS)를 발생시키는 고압 증기 발생부(111c)를 갖고 있다. 저압 증기 발생부(111a1) 및 고압 증기 발생부(111c)는 모두 적어도 일부가 보일러 외측 프레임(119) 내에 설정되어 있다.
보일러 외측 프레임(119)은 터빈 케이싱(37)의 배기구 및 굴뚝(60)에 접속되어 있다. 이 때문에, 보일러 외측 프레임(119) 내에는, 터빈 로터(33)를 회전시킨 연소 가스가 배기 가스(EG)로서 가스 터빈(10)으로부터 유입한다. 이 배기 가스(EG)는 보일러 외측 프레임(119) 내를 통과하고, 보일러 외측 프레임(119)의 배기구(119e)로부터 굴뚝(60)을 거쳐 대기로 방출된다. 본 실시형태에서는, 보일러 외측 프레임(119)의 배기구측을 배기 가스(EG)의 흐름의 하류측으로 하고, 그 반대측을 상류측으로 한다.
저압 증기 발생부(111a1)는 고압 증기 발생부(111c)보다 하류측에 배치되어 있다. 이 저압 증기 발생부(111a1)는, 물을 가열하는 저압 절탄기(112a)와, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 증기로 하는 저압 증발기(최하류 증발기)(113a)와, 저압 증발기(113a)에서 발생한 증기를 과열하여 저압 증기(LS)를 생성하는 저압 과열기(114a)를 갖고 있다. 본 실시형태의 저압 증기 발생부(111a1)는 또한 저온 열교환기(115a)를 갖고 있다. 저압 과열기(114a), 저압 절탄기(112a) 및 저온 열교환기(115a)는 모두 보일러 외측 프레임(119) 내에 설치되어 있다. 저압 증발기(113a)의 일부인 증발 드럼은 보일러 외측 프레임(119) 외부에 설치되어 있다. 한편, 저압 증발기(113a)의 다른 일부인 전열관은 보일러 외측 프레임(119) 내에 설치되어 있다. 저압 증기 발생부(111a1)를 구성하는 각 요소는 하류측을 향하여 저압 과열기(114a), 저압 증발기(113a), 저압 절탄기(112a), 저온 열교환기(115a)의 순서로 나열되어 있다.
저온 열교환기(115a)의 상류측단은 저압 절탄기(112a)에 플랜지 접속되어 있다. 즉, 저온 열교환기(115a)의 저압 절탄기(112a)측의 단부에는 플랜지가 마련되고, 저압 절탄기(112a)의 저온 열교환기(115a)측의 단부에도 플랜지가 마련되며, 양 플랜지가 볼트로 접속되어 있다. 저온 열교환기(115a)의 하류측단에는 외부로부터 물을 받아들이는 유입구(115i)가 형성되어 있다. 이 저온 열교환기(115a)는 저압 절탄기(112a)를 형성하는 재료보다 연소 가스의 응축액에 대한 내부식성이 높은 재료로 형성되고 있다. 저압 절탄기(112a)는, 예컨대, 탄소강 등으로 형성되어 있다. 한편, 저온 열교환기(115a)는 크롬이나 니켈 등 내식성을 높이는 금속을 포함하는 합금, 예컨대, 스테인리스 등으로 형성되어 있다.
고압 증기 발생부(111c)는, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 승압하는 고압 펌프(116c)와, 이 고압 펌프(116c)에서 승압된 물을 가열하는 고압 절탄기(112c)와, 고압 절탄기(112c)에서 가열된 물을 증기로 하는 고압 증발기(113c)와, 고압 증발기(113c)에서 발생한 증기를 과열하여 고압 증기(HS)를 생성하는 고압 과열기(114c)를 갖고 있다. 고압 과열기(114c) 및 고압 절탄기(112c)는 모두 보일러 외측 프레임(119) 내에 설치되어 있다. 고압 증발기(113c)의 일부인 증발 드럼은 보일러 외측 프레임(119) 외부에 설치되어 있다. 한편, 고압 증발기(113c)의 다른 일부인 전열관은 보일러 외측 프레임(119) 내에 설치되어 있다. 또한, 고압 펌프(116c)는 보일러 외측 프레임(119) 외부에 설치되어 있다. 고압 증기 발생부(111c)를 구성하는 각 요소는 하류측을 향하여 고압 과열기(114c), 고압 증발기(113c), 고압 절탄기(112c)의 순서로 나열되어 있다. 저압 절탄기(112a)에는, 여기서 가열된 물을 저압 증발기(113a)로 인도하는 저압수 라인(117)이 접속되어 있다. 이 저압수 라인(117)은 도중에 분기되어 있다. 이 분기되어 있는 라인은 저압수 분기 라인(117c)으로서 고압 절탄기(112c)에 접속되어 있다. 이 저압수 분기 라인(117c)에는 고압 펌프(116c)가 마련되어 있다.
복수기(123)와 저온 열교환기(115a)의 유입구(115i)는 급수 라인(131)으로 접속되어 있다. 이 급수 라인(131)에는 전술한 급수 펌프(124)가 마련되어 있다. 저압 과열기(114a)와 저압 증기 터빈(121a)의 증기 입구는 저압 과열기(114a)로부터의 저압 증기(LS)를 저압 증기 터빈(121a)으로 이송하는 저압 증기 라인(132)으로 접속되어 있다. 저압 증기 터빈(121a)의 증기 출구와 복수기(123)는 저압 증기 터빈(121a)을 구동시킨 저압 증기(LS)가 복수기(123)에 공급되도록 서로 접속되어 있다. 고압 과열기(114c)와 고압 증기 터빈(121c)의 증기 입구는 고압 과열기(114c)로부터의 고압 증기(HS)를 고압 증기 터빈(121c)으로 이송하는 고압 증기 라인(138)으로 접속되어 있다. 고압 증기 터빈(121c)의 증기 출구에는 고압 증기 회수 라인(139)이 접속되어 있다. 이 고압 증기 회수 라인(139)은 저압 증기 라인(132)에 합류하고 있다.
저압수 분기 라인(117c)은 고압 펌프(116c)보다 고압 절탄기(112c)측에서 분기되어 있다. 이 분기되어 있는 라인은, 저압수 순환 라인(118c)으로서, 급수 라인(131) 중에서 급수 펌프(124)보다 저온 열교환기(115a)측의 위치에 접속되어 있다. 저압수 순환 라인(118c)에는, 여기를 흐르는 물의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브(126)가 마련되어 있다. 급수 라인(131) 중에서, 저압수 순환 라인(118c)과의 접속 위치보다 저온 열교환기(115a)측의 위치에는, 여기를 흐르는 물의 온도를 검지하는 온도계(127)가 마련되어 있다. 유량 조절 밸브(126)는, 이 온도계(127)에서 검지된 물의 온도에 따라서, 저압수 순환 라인(118c)을 흐르는 물의 유량을 조절한다. 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부를 급수 라인(131) 중으로 인도하는 온수 라인은 저압수 라인(117)의 일부, 저압수 분기 라인(117c)의 일부, 및 저압수 순환 라인(118c)으로 구성된다.
다음에, 본 실시형태의 증기 발생 플랜트의 동작에 대해 설명한다.
가스 터빈(10)의 압축기(11)는 공기(A)를 압축하고, 압축한 공기(A)를 연소기(21)에 공급한다. 또한, 연소기(21)에는 연료(F)도 공급된다. 연소기(21) 내에서는, 압축된 공기(A) 중에서 연료(F)가 연소하여, 고온 고압의 연소 가스가 생성된다. 이 연소 가스는 연소기(21)로부터 터빈(31) 내의 연소 가스 유로로 이송되어, 터빈 로터(33)를 회전시킨다. 이 터빈 로터(33)의 회전으로, 가스 터빈(10)에 접속되어 있는 발전기(41)는 발전한다.
터빈 로터(33)를 회전시킨 연소 가스는 배기 가스(EG)로서 가스 터빈(10)으로부터 배기되고, 배열 회수 보일러(110n)를 거쳐서, 굴뚝(60)으로부터 대기로 방출된다. 배열 회수 보일러(110n)는, 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스(EG)가 배열 회수 보일러(110n)를 통과하는 과정에서, 이 배기 가스(EG)에 포함되어 있는 열을 회수한다.
배열 회수 보일러(110n) 중에서 가장 하류측의 저온 열교환기(115a)에는 급수 라인(131)으로부터 물이 공급된다. 이 저온 열교환기(115a)에 공급되는 물은 복수기(123)로부터의 물 이외에 경우에 따라서 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부가 포함된다. 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부는 저압수 분기 라인(117c) 및 저압수 순환 라인(118c)을 거쳐서 급수 라인(131)에 유입한다. 저압수 순환 라인(118c)에 마련되어 있는 유량 조절 밸브(126)는, 온도계(127)에서 검지된 물의 온도가 배기 가스(EG)의 이슬점 온도 이상이 되지 않는 범위 내에서, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 급수 라인(131)으로 이송한다. 따라서, 저온 열교환기(115a)에는 배기 가스(EG)의 이슬점 온도 미만의 물이 공급된다.
또한, 배기 가스(EG)의 이슬점 온도는, 예컨대, 45~50℃ 정도이다. 다만, 이 이슬점 온도는 일 예이며, 가스 터빈(10)의 연소기(21)에서 연소되는 연료(F)의 물성 등이 변하면, 배기 가스(EG)의 이슬점 온도는 50℃보다 높아지는 경우도 있으면, 45℃보다 낮아지기도 한다. 배기 가스(EG)의 이슬점 온도가 전술한 45~50℃ 정도인 경우, 저온 열교환기(115a)에는, 예컨대, 35~40℃의 물이 공급된다.
저온 열교환기(115a)는 배기 가스(EG)와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해 물을 가열하는 한편 배기 가스(EG)를 냉각한다(저온 열교환 공정). 저온 열교환기(115a)에서는, 배기 가스(EG)의 이슬점 온도 미만의 온도의 물을 이 이슬점 온도보다 높은 온도까지 가열한다. 또한, 저온 열교환기(115a)에서는, 저온 열교환기(115a)의 적어도 일부, 예컨대, 저온 열교환기(115a)의 표면 중의 국소에서, 배기 가스(EG)가 응축될 때까지 배기 가스(EG)를 냉각한다. 다만, 여기에서는, 저온 열교환기(115a)를 통과한 배기 가스(EG)의 온도는 평균적으로 그 이슬점 온도 이상이다. 즉, 이 저온 열교환기(115a)는 배기 가스(EG)와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해 물을 가열하는 한편, 저온 열교환기(115a)의 적어도 일부에서 배기 가스(EG)가 응축될 때까지 배기 가스(EG)를 냉각하는 열교환 능력을 갖는다.
저온 열교환기(115a)에서 가열된 물은 저압 절탄기(112a)로 유입한다. 저압 절탄기(112a)에서도, 배기 가스(EG)와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해 물을 가열하는 한편 배기 가스(EG)를 냉각한다(절탄기 열교환 공정). 저압 절탄기(112a)에서는, 배기 가스(EG)의 이슬점 온도보다 높은 온도의 물을 더욱 높은 온도까지 가열한다. 또한, 저압 절탄기(112a)에서는, 배기 가스(EG)를 그 이슬점 온도보다 높은 온도까지 냉각한다. 따라서, 이슬점 온도보다 높은 온도의 배기 가스(EG)가 전술한 저온 열교환기(115a)로 흘러간다.
저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부는 저압 증발기(113a)에서 더욱 가열되어 증기가 된다. 이 증기는 저압 과열기(114a)에서 더욱 과열되어 저압 증기(LS)로서, 저압 증기 라인(132)을 거쳐서 저압 증기 터빈(121a)에 공급된다. 저압 증기 터빈(121a)을 구동시킨 증기는 복수기(123)에서 물로 되돌아온다. 복수기(123) 내의 물은 급수 펌프(124)에서 승압되고, 급수 라인(131)을 거쳐, 배열 회수 보일러(110n)의 저온 열교환기(115a)로 이송된다.
저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 다른 일부는 고압 펌프(116c)에서 승압된다. 고압 펌프(116c)에서 승압된 물의 일부는 저압수 순환 라인(118c)을 거쳐서, 전술한 바와 같이, 급수 라인(131)에 공급된다. 또한, 고압 펌프(116c)에서 승압된 물의 다른 일부는 저압수 분기 라인(117c)을 거쳐서 고압 절탄기(112c)로 이송된다.
고압 절탄기(112c)는 고압 펌프(116c)로부터 이송되어 온 물을 배기 가스(EG)와 열교환시켜 가열한다. 고압 절탄기(112c)에서 가열된 물은 고압 증발기(113c)에서 더욱 가열되어 증기가 된다. 이 증기는 고압 과열기(114c)에서 더욱 과열되어 고압 증기(HS)가 된다. 이 고압 증기(HS)는 고압 증기 라인(138)을 거쳐서 고압 증기 터빈(121c)에 공급되어, 고압 증기 터빈(121c)을 구동한다. 고압 증기 터빈(121c)을 구동시킨 증기는 고압 증기 회수 라인(139) 및 저압 증기 라인(132)을 거쳐서 저압 증기 터빈(121a)에 공급되어, 저압 증기 터빈(121a)을 구동한다. 저압 증기 터빈(121a)을 구동시킨 증기는, 전술한 바와 같이, 복수기(123)에서 물로 되돌아온다.
본 실시형태에서는, 저온 열교환기(115a)에 의해, 저온의 배기 가스(EG) 중으로부터 열을 회수할 수 있다. 특히, 본 실시형태에서는, 저온 열교환기(115a)의 일부에서 배기 가스(EG)를 응축시키므로, 배기 가스(EG) 중에 포함되는 수분의 잠열도 회수할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 배기 가스(EG) 중의 열을 유효 이용할 수 있어서, 증기 발생 플랜트의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 신규로 보일러를 설치하는 경우뿐만 아니라, 기설된 보일러를 개조할 때에, 이상에서 설명한 저온 열교환기(115a)를 추가로 설치함으로써, 기설된 보일러의 효율을 높일 수 있다.
본 실시형태에서는, 이상과 같이, 저온 열교환기(115a)의 일부에서, 배기 가스(EG)를 응축시킨다. 본 실시형태에서는, 저온 열교환기(115a)를 배기 가스(EG)의 응축액에 대해 내식성이 높은 스테인리스 등으로 형성하고 있으므로, 응축액에 의한 저온 열교환기(115a)의 부식을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 저온 열교환기(115a)를 저압 절탄기(112a)와 플랜지 접속하고 있기 때문에, 용이하게 이 저온 열교환기(115a)와 저압 절탄기(112a)의 접속을 해제할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 만일, 저온 열교환기(115a)가 부식에 의한 손상이 커져도, 용이하게, 이 저온 열교환기(115a)를 새로운 저온 열교환기(115a)와 교환할 수 있다. 또한, 저압 절탄기(112a)와는 별도로 저온 열교환기(115a)를 마련하고, 양자를 접속하는 것에 의해, 배기 가스(EG)가 응축될 수 있는 저온 열교환기(115a)만을 내식성이 높은 재료로 하고, 저압 절탄기(112a)는 일반적인 재료로 할 수 있다. 이렇게 함으로써, 고가인 내식성이 높은 재료를 이용하는 개소를 저온 열교환기(115a)로 한정하여, 비용을 삭감하면서 부식을 방지할 수 있다.
여기서, 본 실시형태에서는, 저온 열교환기(115a)를 스테인리스 등의 내식성이 높은 재료로 형성하는 동시에, 이 저온 열교환기(115a)를 저압 절탄기(112a)와 플랜지 접속하고 있다. 그렇지만, 저온 열교환기(115a)를 스테인리스 등의 내식성이 높은 재료로 형성하는 경우에는, 이 저온 열교환기(115a)를 저압 절탄기(112a)와 플랜지 접속하지 않아도 좋다. 또한, 저온 열교환기(115a)를 저압 절탄기(112a)와 플랜지 접속하는 경우에는, 이 저온 열교환기(115a)를 스테인리스 등의 내식성이 높은 재료로 형성하지 않아도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 저온 열교환기(115a)에서, 이슬점 온도보다 높은 온도의 배기 가스(EG)를 이슬점 온도 이상의 온도까지 냉각한다. 그렇지만, 저온 열교환기에서, 이슬점 온도보다 높은 온도의 배기 가스(EG), 또는 이슬점 온도 이상의 온도의 배기 가스(EG)를 이슬점 온도 미만까지 냉각해도 좋다. 이와 같이, 저온 열교환기를 변경하는 경우, 저온 열교환기에 유입되는 물의 온도가 본 실시형태와 동일한 경우에는, 이 저온 열교환기의 전열 면적을 본 실시형태의 저온 열교환기(115a)의 전열 면적보다 크게 할 필요가 있다. 이와 같이, 저온 열교환기에서, 배기 가스(EG)를 이슬점 온도 미만까지 냉각하면, 배기 가스(EG) 중에 포함되는 수분의 잠열을 본 실시형태보다 회수할 수 있다.
[제 2 실시형태]
도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 보일러, 및 이 보일러를 구비하는 증기 발생 플랜트의 제 2 실시형태에 대해 설명한다.
본 실시형태의 증기 발생 플랜트는, 제 1 실시형태에 있어서의 증기 발생 플랜트에 있어서의 저온 열교환기(115a)와 저압 절탄기(112a)를 일체화하고, 이것을 저압 절탄기(112d)로 한 것으로, 그 이외의 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이다. 이 때문에, 본 실시형태의 배열 회수 보일러(110o)에 있어서의 저압 증기 발생부(111a2)는 저압 절탄기(112d)와 저압 증발기(113a)와 저압 과열기(114a)를 갖고, 기기로서 독립된 저온 열교환기를 갖고 있지 않다.
본 실시형태의 저압 절탄기(112d)의 하류측단에는, 외부로부터 물을 받아들이는 유입구(112i)가 형성되어 있다. 급수 라인(131)은 이 유입구(112i)에 접속되어 있다. 이 급수 라인(131)에도, 제 1 실시형태의 증기 발생 플랜트와 마찬가지로 저압수 순환 라인(118c)이 접속되어 있다. 이 저압수 순환 라인(118c)은, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 저압 절탄기(112d)에서 가열된 물의 일부를 급수 라인(131) 내로 인도하는 온수 라인의 일부를 구성한다. 저압수 순환 라인(118c)에는, 여기를 흐르는 물의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브(126)가 마련되어 있다. 급수 라인(131) 중에서, 저압수 순환 라인(118c)과의 접속 위치보다 저온 열교환기(115a)측에 위치에는, 여기를 흐르는 물의 온도를 검지하는 온도계(127)가 마련되어 있다.
다음에, 본 실시형태의 증기 발생 플랜트의 동작에 대해 설명한다.
배열 회수 보일러(110o) 중에서, 가장 하류측의 저압 절탄기(112d)에는 급수 라인(131)으로부터 물이 공급된다. 이 저압 절탄기(112d)에 공급되는 물은 복수기(123)로부터의 물 이외에, 경우에 따라서 이 저압 절탄기(112d)에서 가열된 물의 일부가 포함된다. 저압 절탄기(112d)에서 가열된 물의 일부는 저압수 분기 라인(117c) 및 저압수 순환 라인(118c)을 거쳐서, 급수 라인(131)에 유입한다. 저압수 순환 라인(118c)에 마련되어 있는 유량 조절 밸브(126)는, 온도계(127)에서 검지된 물의 온도가 배기 가스(EG)의 이슬점 온도 이상이 되지 않는 범위 내에서, 저압 절탄기(112d)에서 가열된 물을 급수 라인(131)으로 이송한다. 따라서, 저압 절탄기(112d)에는 배기 가스(EG)의 이슬점 온도 미만의 물이 공급된다.
저압 절탄기(112d)는 배기 가스(EG)와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해 물을 가열하는 한편 배기 가스(EG)를 냉각한다(절탄기 열교환 공정). 저압 절탄기(112d)에서는, 배기 가스(EG)의 이슬점 온도 미만의 온도의 물을 이 이슬점 온도보다 높은 온도까지 가열한다. 또한, 저압 절탄기(112d)에서는, 저온 열교환기(115a)에서는, 저온 열교환기(115a)의 적어도 일부, 예컨대, 저온 열교환기(115a)의 표면 중의 국소에서, 배기 가스(EG)가 응축될 때까지 배기 가스(EG)를 냉각한다. 다만, 여기에서는, 저온 열교환기(115a)를 통과한 배기 가스(EG)의 온도는 평균적으로 그 이슬점 온도 이상이다. 즉, 이 저압 절탄기(112d)는 배기 가스(EG)와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해, 물을 가열하는 한편, 저압 절탄기(112d)의 적어도 일부에서 배기 가스(EG)가 응축될 때까지 배기 가스(EG)를 냉각하는 열교환 능력을 갖는다. 따라서, 본 실시형태의 저압 절탄기(112d)의 전열 면적은 제 1 실시형태의 증기 발생 플랜트에 있어서의 저압 절탄기(112a)의 전열 면적보다 크다.
저압 절탄기(112d)에서 가열된 물의 일부는, 제 1 실시형태의 증기 발생 플랜트와 마찬가지로, 저압 증발기(113a)에서 더욱 가열되어 증기가 된다. 이 증기는 저압 과열기(114a)에서 더욱 과열되어 저압 증기(LS)로 하고, 저압 증기 라인(132)을 거쳐서 저압 증기 터빈(121a)에 공급된다. 저압 절탄기(112d)에서 가열된 물의 다른 일부는 고압 펌프(116c)에서 승압된다. 고압 펌프(116c)에서 승압된 물의 일부는 저압수 순환 라인(118c)을 거쳐서, 전술한 바와 같이, 급수 라인(131)에 공급된다. 또한, 고압 펌프(116c)에서 승압된 물의 다른 일부는 저압수 분기 라인(117c)을 거쳐서, 고압 절탄기(112c)로 이송된다.
본 실시형태에서도, 저압 절탄기(112d)에 의해, 저온의 배기 가스(EG) 중으로부터 열을 회수할 수 있다. 특히, 본 실시형태에서는, 저압 절탄기(112d)의 일부에서 배기 가스(EG)를 응축시키므로, 배기 가스(EG) 중에 포함되는 수분의 잠열도 회수할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서도, 배기 가스(EG) 중의 열을 유효 이용할 수 있어서, 증기 발생 플랜트의 효율을 높일 수 있다.
여기서, 본 실시형태에서는, 저압 절탄기(112d)에서, 이슬점 온도보다 높은 온도의 배기 가스(EG)를 이슬점 온도 이상의 온도까지 냉각한다. 그렇지만, 저압 절탄기에서, 이슬점 온도보다 높은 온도의 배기 가스(EG)를 이슬점 온도 미만까지 냉각해도 좋다. 이와 같이, 저압 절탄기를 변경하는 경우, 저압 절탄기에 유입되는 물의 온도가 본 실시형태와 동일한 경우에는, 이 저압 절탄기의 전열 면적을 본 실시형태의 저압 절탄기(112d)의 전열 면적보다 크게 할 필요가 있다. 이와 같이, 저압 절탄기에서, 배기 가스(EG)를 이슬점 온도 미만까지 냉각하면, 배기 가스(EG) 중에 포함되는 수분의 잠열을 본 실시형태보다 회수할 수 있다.
[제 3 실시형태]
도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 보일러, 및 이 보일러를 구비하는 증기 발생 플랜트의 제 3 실시형태에 대해 설명한다.
본 실시형태의 증기 발생 플랜트는, 제 1 실시형태에 있어서의 증기 발생 플랜트에, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 열을 이용하여 구동하는 저비점 매체 랭킨 사이클(150)을 추가한 것이다.
랭킨 사이클은 증기로 터빈을 구동하는 사이클이다. 한편, 저비점 매체 랭킨 사이클(150)은 물보다 비점이 낮은 매체(이하, 저비점 매체라 함)를 이용하여 터빈(152)을 구동하는 사이클이다.
저비점 매체로서는, 예컨대, 이하의 물질이 있다.
·트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 모노클로로벤젠, 디클로로벤젠, 퍼플루오로데칼린 등의 유기 할로겐 화합물
·부탄, 프로판, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 데칸 등의 알칸
·시클로펜탄, 시클로헥산 등의 환상 알칸
·티오펜, 케톤, 방향족 화합물
·R134a, R245fa 등의 냉매
·이상을 조합한 것
저비점 매체 랭킨 사이클(150)은, 액체의 저비점 매체를 가열하여 증발시키는 증발기(가열기)(151)와, 증발한 저비점 매체로 구동하는 터빈(152)과, 응축기(153)와, 저비점 매체 펌프(154)를 구비하고 있다. 터빈(152)에는, 예컨대, 이 터빈(152)의 구동으로 발전하는 발전기(159)가 접속되어 있다. 응축기(153)는 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체를 냉각하여 응축시킨다. 이 응축기(153)는 열교환기의 일종으로 저비점 매체와 물 등의 냉각 매체를 열교환시킨다. 저비점 매체 펌프(154)는 응축기(153)에서 응축된 저비점 매체를 증발기(151)로 되돌린다. 증발기(가열기)(151)도, 열교환기의 일종으로, 액체의 저비점 매체와 저압 절탄기(112a)에서 가열된 액체의 물을 열교환시킨다.
저비점 매체 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)에는 저압수 순환 라인(118c)이 접속되어 있다. 구체적으로는, 증발기(151)의 가열수 입구가 저압수 순환 라인(118c)의 저압 절탄기(112a)측과 접속되고, 증발기(151)의 가열수 출구가 저압수 순환 라인(118c)의 급수 라인(131)측과 접속되어 있다. 이 저압수 순환 라인(118c) 중에서 증발기(151)와 급수 라인(131) 사이에는, 유량 조절 밸브(126)가 마련되어 있다.
저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부는 고압 펌프(116c)에서 승압되고 나서, 저압수 순환 라인(118c)을 거쳐서, 저비점 매체 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)에 공급된다(가열수 도입 공정).
증발기(151)에서는, 액체의 저비점 매체와 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 열교환시켜, 저비점 매체를 가열하고, 이 저비점 매체를 증발시킨다(가열 공정). 이 과정에서, 물은 냉각되고, 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한다. 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출된 물은 저압수 순환 라인(118c)을 거쳐서 급수 라인(131)에 유입한다. 이 물은 복수기(123)로부터의 물과 서로 섞이고, 급수 라인(131)을 흘러, 저온 열교환기(115a)로 되돌아온다(물 회수 공정).
증발기(151)에서 증발된 저비점 매체는 저비점 매체 랭킨 사이클(150)의 구성요소인 터빈(152)을 구동시킨다. 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체는 응축기(153)로 이송된다. 이 응축기(153)에서는, 저비점 매체와 냉각 매체가 열교환되고, 저비점 매체가 냉각되어 응축된다. 응축된 저비점 매체는 저비점 매체 펌프(154)에 의해 증발기(151)로 이송되고, 전술한 바와 같이, 이 증발기(151)에서 물과 열교환된다. 이상과 같이, 저비점 매체는 저비점 매체 랭킨 사이클(150) 내에서 순환한다(랭킨 사이클 실행 공정).
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 배기 가스(EG)의 열을 이용하여 저비점 매체 랭킨 사이클(150)을 구동시킴으로써, 플랜트의 출력 및 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태는, 증기 발생 플랜트의 제 1 실시형태에 저비점 매체 랭킨 사이클(150)을 추가한 것이지만, 증기 발생 플랜트의 제 2 실시형태에 저비점 매체 랭킨 사이클(150)을 추가해도 좋다.
또한, 여기서 예시한 저비점 매체 랭킨 사이클(150)은 저비점 매체 랭킨 사이클의 가장 기본적인 태양이지만, 다른 태양의 저비점 매체 랭킨 사이클을 채용해도 좋다. 예컨대, 이상의 실시형태에 있어서의 저비점 매체 랭킨 사이클(150)에, 응축기(153)에서 응축된 저비점 매체와 터빈(152)을 구동시킨 저비점 매체를 열교환시켜, 응축된 저비점 매체를 가열하는 예열기를 추가해도 좋다. 또한, 응축기(153)에 대하여, 복수의 증발기(151)를 직렬 또는 병렬로 접속하고, 복수의 증발기(151)마다 터빈(152)을 마련해도 좋다.
[제 4 실시형태]
도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 보일러, 및 이 보일러를 구비하는 증기 발생 플랜트의 제 4 실시형태에 대해 설명한다.
본 실시형태는 상기 제 3 실시형태의 변형예이다. 상기 제 3 실시형태에서는, 저온 열교환기(115a)를 보일러 외측 프레임(119) 내에 설치하고 있다. 본 실시형태에서는, 저온 열교환기(115a)를 굴뚝(60) 내에 설치하고 있다. 보일러 외측 프레임(119)의 하류단에는 연도(61)가 접속되어 있다. 이 연도(61)의 하류단에는, 굴뚝(60)이 접속되어 있다. 보일러 외측 프레임(119)으로부터의 배기 가스(EG)는 연도(61) 내 및 굴뚝(60) 내를 통과하고, 굴뚝(60)으로부터 대기로 방출된다.
본 실시형태에 있어서의 저온 열교환기(115a)의 유입구(115i)에는, 상기 제 1 및 제 3 실시형태와 마찬가지로 급수 라인(131)이 접속되어 있다. 이 저온 열교환기(115a)의 상류측단은 보일러 외측 프레임(119) 내의 저압 절탄기(112a)에 접속되어 있다. 또한, 이 저온 열교환기(115a)의 상류측단과 저압 절탄기(112a)의 접속은, 상기 제 1 및 제 3 실시형태와 마찬가지로 플랜지 접속이어도 좋지만, 용접 접속이어도 좋다. 또한, 이 저온 열교환기(115a)는, 제 1 및 제 3 실시형태와 마찬가지로, 저압 절탄기(112a)를 형성하는 재료보다 내식성이 높은 재료로 형성해도 좋다.
본 실시형태에서는, 급수 라인(131)으로부터의 물이 굴뚝(60) 내의 저온 열교환기(115a)에 공급된다. 저온 열교환기(115a)는 굴뚝(60) 내의 배기 가스(EG)와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해 물을 가열하는 한편 배기 가스(EG)를 냉각한다(저온 열교환 공정). 저온 열교환기(115a)에서는, 배기 가스(EG)의 이슬점 온도 미만의 온도의 물을 이 이슬점 온도보다 높은 온도까지 가열한다. 또한, 저온 열교환기(115a)에서는, 저온 열교환기(115a)의 적어도 일부, 예컨대, 저온 열교환기(115a)의 표면 중의 국소에서, 배기 가스(EG)가 응축될 때까지 배기 가스(EG)를 냉각한다. 즉, 이 저온 열교환기(115a)도, 제 1 및 제 3 실시형태와 마찬가지로, 배기 가스(EG)와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해, 물을 가열하는 한편, 저온 열교환기(115a)의 적어도 일부에서 배기 가스(EG)가 응축될 때까지 배기 가스(EG)를 냉각하는 열교환 능력을 갖는다.
저온 열교환기(115a)에서 가열된 물은 저압 절탄기(112a)로 유입한다. 저압 절탄기(112a)에서도, 이상의 각 실시형태와 마찬가지로, 배기 가스(EG)와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해 물을 가열하는 한편 배기 가스(EG)를 냉각한다(절탄기 열교환 공정). 저압 절탄기(112a)에서는, 배기 가스(EG)의 이슬점 온도보다 높은 온도의 물을 더욱 높은 온도까지 가열한다. 또한, 저압 절탄기(112a)에서는, 배기 가스(EG)를 그 이슬점 온도보다 높은 온도까지 냉각한다.
본 실시형태도, 제 3 실시형태와 마찬가지로, 저비점 매체 랭킨 사이클(150)을 구비하고 있으므로, 배기 가스(EG)의 열을 이용하여 저비점 매체 랭킨 사이클(150)을 구동시킴으로써, 플랜트의 출력 및 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 굴뚝(60) 내에 저온 열교환기(115a)를 설치했으므로, 보일러 외측 프레임(119)을 연장하고, 이 보일러 외측 프레임(119) 내에 저온 열교환기(115a)를 설치하는 경우와 비교하여, 보일러 외측 프레임(119)의 연장 작업을 생략할 수 있는 동시에, 증기 발생 플랜트의 설치 공간을 억제할 수 있다.
[제 5 실시형태]
도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 보일러, 및 이 보일러를 구비하는 증기 발생 플랜트의 제 5 실시형태에 대해 설명한다.
본 실시형태는 상기 제 3 실시형태의 변형예이다. 상기 제 3 실시형태에서는, 저온 열교환기(115a)를 보일러 외측 프레임(119) 내에 설치하고 있다. 본 실시형태에서는, 저온 열교환기(115a)를 연도(61) 내에 설치하고 있다. 보일러 외측 프레임(119)의 하류단에는 연도(61)가 접속되어 있다. 이 연도(61)의 하류단에는 굴뚝(60)이 접속되어 있다. 보일러 외측 프레임(119)으로부터의 배기 가스(EG)는 연도(61) 내 및 굴뚝(60) 내를 통과하여, 굴뚝(60)으로부터 대기로 방출된다.
본 실시형태에 있어서의 저온 열교환기(115a)의 유입구(115i)에는, 상기 제 1 실시형태 등과 마찬가지로, 급수 라인(131)이 접속되어 있다. 이 저온 열교환기(115a)의 상류측단은 보일러 외측 프레임(119) 내의 저압 절탄기(112a)에 접속되어 있다. 또한, 이 저온 열교환기(115a)의 상류측단과 저압 절탄기(112a)와의 접속은, 상기 제 1 및 제 3 실시형태와 마찬가지로 플랜지 접속이어도 좋지만, 용접 접속이어도 좋다. 또한, 이 저온 열교환기(115a)는, 제 1 및 제 3 실시형태와 마찬가지로, 저압 절탄기(112a)를 형성하는 재료보다 내식성이 높은 재료로 형성해도 좋다.
본 실시형태에서는, 급수 라인으로부터의 물이 연도(61) 내의 저온 열교환기(115a)에 공급된다. 저온 열교환기(115a)는 연도(61) 내의 배기 가스(EG)와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해 물을 가열하는 한편 배기 가스(EG)를 냉각한다(저온 열교환 공정). 저온 열교환기(115a)에서는, 배기 가스(EG)의 이슬점 온도 미만의 온도의 물을 이 이슬점 온도보다 높은 온도까지 가열한다. 또한, 저온 열교환기(115a)에서는, 저온 열교환기(115a)의 적어도 일부, 예컨대, 저온 열교환기(115a)의 표면 중의 국소에서, 배기 가스(EG)가 응축될 때까지 배기 가스(EG)를 냉각한다. 즉, 이 저온 열교환기(115a)도, 제 1 및 제 3 실시형태와 마찬가지로, 배기 가스(EG)와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해, 물을 가열하는 한편, 저온 열교환기(115a)의 적어도 일부에서 배기 가스(EG)가 응축될 때까지 배기 가스(EG)를 냉각하는 열교환 능력을 갖는다.
저온 열교환기(115a)에서 가열된 물은 저압 절탄기(112a)에 유입한다. 저압 절탄기(112a)에서도, 이상의 각 실시형태와 마찬가지로, 배기 가스(EG)와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해 물을 가열하는 한편 배기 가스(EG)를 냉각한다(절탄기 열교환 공정). 저압 절탄기(112a)에서는, 배기 가스(EG)의 이슬점 온도보다 높은 온도의 물을 더욱 높은 온도까지 가열한다. 또한, 저압 절탄기(112a)에서는, 배기 가스(EG)를 그 이슬점 온도보다 높은 온도까지 냉각한다.
본 실시형태도, 제 3 실시형태와 마찬가지로, 저비점 매체 랭킨 사이클(150)을 구비하고 있으므로, 배기 가스(EG)의 열을 이용하여 저비점 매체 랭킨 사이클(150)을 구동시킴으로써, 플랜트의 출력 및 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 연도(61) 내에 저온 열교환기(115a)를 설치했으므로, 보일러 외측 프레임(119)을 연장하고, 이 보일러 외측 프레임(119) 내에 저온 열교환기(115a)를 설치하는 경우와 비교하여, 제 4 실시형태와 마찬가지로, 보일러 외측 프레임(119)의 연장 작업을 생략할 수 있는 동시에, 증기 발생 플랜트의 설치 공간을 억제할 수 있다.
또한, 상기 제 4 실시형태 및 본 실시형태는 모두 상기 제 3 실시형태의 변형예이지만, 상기 제 1 실시형태에서도, 저온 열교환기(115a)를 연도 내 또는 굴뚝 내에 설치해도 좋다.
[제 6 실시형태]
도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 보일러, 및 이 보일러를 구비하는 증기 발생 플랜트의 제 6 실시형태에 대해 설명한다.
본 실시형태는 상기 제 3 실시형태의 변형예이다. 상기 제 3 실시형태에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)에 있어서의 가열수 출구와 급수 라인(131)을 저압수 순환 라인(118c)으로 접속하고 있다. 본 실시형태에서는, 저압 절탄기(112a)와 저온 열교환기(115a) 사이의 라인과, 저비점 매체 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)에 있어서의 가열수 출구를, 저압수 순환 라인(118d)으로 접속한다.
본 실시형태에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)에서도, 제 3 실시형태와 마찬가지로, 액체의 저비점 매체와 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 열교환시켜, 저비점 매체를 가열하여, 이 저비점 매체를 증발시킨다(가열 공정). 이 과정에서, 물은 냉각되고, 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출한다. 증발기(151)의 가열수 출구로부터 유출된 물은 저압수 순환 라인(118d)을 거쳐서, 저압 절탄기(112a)에 유입한다(물 회수 공정). 이 저압 절탄기(112a)에는, 저온 열교환기(115a)에서 가열된 물도 유입한다.
저비점 매체 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)에서, 액체의 저비점 매체와의 열교환 후의 물의 온도가 저압 절탄기(112a)의 입구 온도에 가까운 경우에는, 본 실시형태와 같이, 저비점 매체 랭킨 사이클(150)의 증발기(151)에서, 액체의 저비점 매체와의 열교환 후의 물을 저압 절탄기(112a)와 저온 열교환기(115a) 사이로 되돌리는 것이 바람직하다. 이것은 저온 열교환기(115a)에서의 열 회수량이 증가하기 때문이다.
또한, 본 실시형태는 제 3 실시형태에 적용한 것이지만, 제 4 실시형태 및 제 5 실시형태에 적용해도 좋다.
[제 7 실시형태]
도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 보일러, 및 이 보일러를 구비하는 증기 발생 플랜트의 제 7 실시형태에 대해 설명한다.
이상에서 설명한 각 실시형태의 증기 발생 플랜트에 있어서의 보일러는 모두 배열 회수 보일러이다. 그렇지만, 보일러는 배열 회수 보일러가 아니어도 좋고, 스스로 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 것이어도 좋다. 본 실시형태의 증기 발생 플랜트는 이러한 보일러를 구비하고 있는 플랜트이다.
본 실시형태의 증기 발생 플랜트는, 보일러(110p)와, 보일러(110p)에서 발생한 증기로 구동하는 증기 터빈(121p)과, 증기 터빈(121p)의 구동으로 발전하는 발전기(122p)와, 증기 터빈(121p)을 구동시킨 증기를 물로 되돌리는 복수기(123)와, 복수기(123) 중의 물을 보일러(110p)로 되돌리는 급수 펌프(124)를 구비하고 있다.
보일러(110p)는, 보일러 외측 프레임(119p)과, 보일러 외측 프레임(119p) 내에 연료를 분사하는 버너(118p)와, 연료의 연소로 생성된 연소 가스로 물을 가열하는 저온 열교환기(115p)와, 이 저온 열교환기(115p)에서 가열된 물을 더욱 가열하는 절탄기(112p)와, 절탄기(112p)에서 가열된 물을 증기로 하는 증발기(113p)(최하류 증발기)와, 증발기(113p)에서 발생한 증기를 과열하는 과열기(114p)를 갖고 있다. 과열기(114p), 절탄기(112p) 및 저온 열교환기(115p)는 모두 보일러 외측 프레임(119p) 내에 설치되어 있다. 증발기(113p)의 일부인 증발 드럼은 보일러 외측 프레임(119p) 외부에 설치되어 있다. 한편, 증발기(113p)의 다른 일부인 전열관은 보일러 외측 프레임(119p) 내에 설치되어 있다. 과열기(114p), 증발기(113p), 절탄기(112p), 저온 열교환기(115p)는 하류측을 향하여 이 순서로 나열되어 있다.
저온 열교환기(115p)의 상류측단은 증기 발생 플랜트의 제 1 실시형태와 마찬가지로 절탄기(112p)에 플랜지 접속되어 있다. 저온 열교환기(115p)의 하류측단에는, 외부로부터 물을 받아들이는 유입구(115i)가 형성되어 있다. 이 저온 열교환기(115p)도, 절탄기(112p)를 형성하는 재료보다 연소 가스의 응축액에 대한 내부식성이 높은 재료로 형성되어 있다.
복수기(123)와 저온 열교환기(115p)의 유입구(115i)는 급수 라인(131)으로 접속되어 있다. 이 급수 라인(131)에는, 전술한 급수 펌프(124)가 마련되어 있다.
본 실시형태에서도, 저온 열교환기(115p)에 의해, 저온의 연소 가스 중으로부터 열을 회수할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 연소 가스 중의 열을 유효 이용할 수 있어서, 증기 발생 플랜트의 효율을 높일 수 있다. 이와 같이, 보일러는 배열 회수 보일러가 아니어도, 증기 발생기 및 절탄기를 갖는 보일러이면, 어떠한 타입의 보일러라도 좋다. 따라서, 예컨대, 앞에서 설명한 가스 터빈 플랜트의 각 실시형태에 있어서의 배열 회수 보일러라도 좋다.
또한, 본 실시형태에서도, 신규로 보일러(110p)를 설치하는 경우뿐만 아니라, 기설된 보일러를 개조할 때에, 이상에서 설명한 저온 열교환기(115p)를 추가 설치함으로써, 기설된 보일러의 효율을 높일 수 있다.
여기서, 본 실시형태에서도, 저온 열교환기(115p)에서, 이슬점 온도보다 높은 온도의 연소 가스를 이슬점 온도 이상의 온도까지 냉각한다. 그렇지만, 저온 열교환기(115p)에서, 이슬점 온도보다 높은 온도의 연소 가스, 또는 이슬점 온도 이상의 온도의 연소 가스를 이슬점 온도 미만까지 냉각해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서도, 제 4 실시형태 및 제 5 실시형태와 같이, 저온 열교환기(115p)를 연도 내 또는 굴뚝 내에 설치해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서도, 증기 발생 플랜트의 제 2 실시형태와 같이, 절탄기(112p)와 저온 열교환기(115p)를 일체화해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서도, 증기 발생 플랜트의 제 3 내지 제 6 실시형태와 같이, 저비점 매체 랭킨 사이클을 추가해도 좋다. 이 경우, 예컨대, 제 3 실시형태와 마찬가지로, 절탄기(112p)에서 가열된 물의 일부를 급수 라인(131)으로 되돌리는 저압수 순환 라인(온수 라인)을 마련하고, 이 라인 중에 저비점 매체 랭킨 사이클의 증발기 등을 마련한다. 또는, 예컨대, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 절탄기(112p)에서 가열된 물의 일부를 다시 절탄기(112p)와 저온 열교환기(115p) 사이의 라인으로 되돌리는 저압수 순환 라인(온수 라인)을 마련하고, 이 저압수 순환 라인 중에 저비점 매체 랭킨 사이클의 증발기 등을 마련한다.
[제 8 실시형태]
도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 보일러의 제 8 실시형태에 대해 설명한다.
본 실시형태의 보일러(110n)는 제 1 실시형태의 보일러의 변형예이다. 본 실시형태의 보일러(110n)는 배기 가스(EG)로부터 미스트를 분리하는 미스트 세퍼레이터(141)를 구비하고 있다.
본 실시형태의 저온 열교환기(115a)도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 보일러 외측 프레임(119) 내로서, 저압 절탄기(112a)에 대해 연소 가스의 흐름의 하류측에 설치되어 있다. 저온 열교환기(115a)의 상류측단은 저압 절탄기(112a)에 플랜지 접속되어 있다. 이 저온 열교환기(115a)는 연소 가스의 흐름의 상하류 방향으로 나열되는 복수의 저온 열교환부(115ap)를 갖는다. 복수의 저온 열교환부(115ap) 상호는 플랜지 접속되어 있다. 예컨대, 하나의 저온 열교환부(115ap)의 하류측 단부에 플랜지가 마련되고, 이 하나의 저온 열교환부(115ap)의 하류측에 배치되어 있는 다른 저온 열교환부(115ap)의 상류측의 단부에 플랜지가 마련되며, 양 플랜지가 볼트로 접속되어 있다.
미스트 세퍼레이터(141)는, 상하류 방향으로, 저온 열교환기(115a)가 배치되어 있는 영역 내에 배치되어 있다. 구체적으로는, 상하류 방향으로 복수의 저온 열교환부(115ap) 상호간의 각각에 배치되어 있다. 미스트 세퍼레이터(141)는 또한 저온 열교환기(115a)의 하류측에도 배치되어 있다. 이 미스트 세퍼레이터(141)는 관성 충돌식의 미스트 세퍼레이터이다. 구체적으로는, 이 미스트 세퍼레이터(141)는 복수의 충돌판(142)을 갖고 있다. 각 충돌판(142)은 상류측단의 상하 방향의 위치와 하류측단의 상하 방향의 위치가 상이하다. 즉, 각 충돌판(142)은 상하류 방향에 대해 경사져 있다. 복수의 충돌판(142)은 상하 방향으로 간격을 두고, 상하 방향으로 나열하여 배치되어 있다.
또한, 여기에서는, 복수의 충돌판(142)이 상하 방향으로 나열되어 있다. 그렇지만, 복수의 충돌판(142)은 보일러 외측 프레임(119) 내에서의 배기 가스(EG)의 흐름에 교차하는 방향으로 나열되어 있으면 좋고, 예컨대, 배기 가스(EG)의 흐름에 직교하는 수평 방향으로 나열되어 있어도 좋다. 이 경우, 각 충돌판(142)은 상류측단의 수평 방향의 위치와 하류측단의 수평 방향의 위치가 상이하게 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 복수의 충돌판(142)으로 미스트 세퍼레이터(141)를 구성하고 있다. 그렇지만, 미스트 세퍼레이터(141)는 미스트를 포집하기 위한 충돌판으로서 역할을 담당하는 부재를 가지면, 어떠한 형태라도 좋다. 또한, 여기에서는, 관성 충돌식의 미스트 세퍼레이터를 채용하고 있지만, 다른 방식의 미스트 세퍼레이터를 채용해도 좋다.
보일러 외측 프레임(119)의 바닥벽의 부분으로서, 미스트 세퍼레이터(141)의 하방에 위치하는 부분에는, 드레인 라인(145)이 접속되어 있다. 이 드레인 라인(145)은 보일러 외측 프레임(119)의 바닥벽의 내면의 위치에서 개구되어 있다.
본 실시형태의 저온 열교환기(115a)에도, 이상의 각 실시형태와 마찬가지로, 급수 라인(131)으로부터 물이 공급된다. 이 저온 열교환기(115a)에는, 배기 가스(EG)의 이슬점 온도 미만의 물이 공급된다. 저온 열교환기(115a)는 배기 가스(EG)와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해 물을 가열하는 한편 배기 가스(EG)를 냉각한다(저온 열교환 공정). 물은 연소 가스의 흐름의 상하류 방향으로 나열되는 복수의 저온 열교환부(115ap) 내를 연소 가스의 흐름의 상류측으로 흐르는 과정에서, 점차 가열되고, 최상류의 저온 열교환부(115ap) 내를 통과한 물의 온도는 배기 가스(EG)의 이슬점 온도보다 높은 온도가 된다. 배기 가스(EG)는, 복수의 저온 열교환부(115ap)가 배치되어 있는 영역 내를 하류측으로 흐르는 과정에서, 점차 냉각된다. 배기 가스(EG) 중의 수분의 일부는, 전술한 바와 같이, 복수의 저온 열교환부(115ap)의 표면 중의 국소에서 응축된다. 게다가, 배기 가스(EG)의 평균 온도는, 복수의 저온 열교환부(115ap)가 배치되어 있는 영역 내를 하류측으로 흐르는 과정에서 점차 저하된다. 이 때문에, 저온 열교환기(115a)가 배치되어 있는 영역 내를 배기 가스(EG)가 하류측으로 흐름에 따라서, 응축된 수분량이 많아진다. 응축된 수분은, 미스트로서 보일러 외측 프레임(119) 내, 또한 하류측의 연도, 및 굴뚝(60) 내를 흐른다.
응축된 수분은 부식성을 갖는다. 그래서, 본 실시형태에서는, 보일러 외측 프레임(119)이나 연도 등의 부식을 억제하기 위해, 미스트 세퍼레이터(141)에 의해, 배기 가스(EG) 중으로부터 미스트를 분리한다(미스트 분리 공정). 미스트는, 미스트 세퍼레이터(141)를 구성하는 충돌판(142)에 충돌함으로써, 응집되어 액막이 된다. 이 액막은 하방으로 흘러내리고, 드레인 라인(145)을 거쳐, 이 드레인 라인(145) 외부로 유출한다.
따라서, 본 실시형태에서는, 저온 열교환기(115a)가 배치되어 있는 영역 내를 흐르는 미스트량, 이 저온 열교환기(115a)보다 하류측을 흐르는 미스트량을 줄일 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 저온 열교환기(115a)의 부식, 보일러 외측 프레임(119)에서 저온 열교환기(115a)가 배치되어 있는 부분 및 그 하류측의 부분의 부식, 나아가, 연도 등의 부식을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 복수의 저온 열교환부(115ap) 상호가 플랜지 접속되어 있기 때문에, 하나의 저온 열교환부(115ap)의 부식이 진행된 경우에도, 이 하나의 저온 열교환부(115ap)를 용이하게 새로운 저온 열교환부(115ap)와 교환할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 저온 열교환기(115a)는 3개의 저온 열교환부(115ap)를 갖는다. 그렇지만, 저온 열교환부(115ap)의 수는 2개라도, 4개 이상이라도 좋다. 저온의 배기 가스(EG)로부터의 열 회수량은 연소 가스의 흐름의 상하류 방향으로 나열되는 저온 열교환부(115ap)의 수가 많아질수록 증가한다. 또한, 복수의 저온 열교환부(115ap)의 상호간의 각각에 미스트 세퍼레이터(141)를 배치하는 경우, 저온 열교환부(115ap)의 수가 많아질수록, 미스트의 포집율이 높아지는 동시에, 발생한 미스트를 순차 회수하는 것에 의해 배기 가스(EG) 중에서 응축된 수분의 양을 낮출 수 있다. 이 때문에, 이 경우, 보일러 외측 프레임(119) 등의 부식 방지 효과를 높일 수 있다. 한편, 저온 열교환부(115ap)의 수가 많아질수록, 설치 비용이 증가한다. 따라서, 배열 회수량의 증가 및 부식 방지 효과와 설비 비용의 증가를 비교 고려하여 저온 열교환부(115ap)의 수를 정하는 것이 바람직하다.
또한, 저온 열교환기(115a)는 하나뿐인 저온 열교환부(115ap)를 가져도 좋다. 이 경우, 하나의 저온 열교환부(115ap)의 상하류 방향에 있어서의 중간 부분, 필요에 따라서, 이 중간 부분보다 하류측에 미스트 세퍼레이터(141)를 마련하게 된다.
본 실시형태에서는, 미스트 세퍼레이터(141)가 복수의 저온 열교환부(115ap)의 상호간의 각각에 배치되어 있는 동시에, 저온 열교환기(115a)의 하류측에도 배치되어 있다. 그렇지만, 미스트 세퍼레이터(141)는, 이상에서 예시한 어느 하나의 위치에게만 배치되어 있어도 좋다.
본 실시형태에서는, 복수의 저온 열교환부(115ap) 상호가 플랜지 접속되어 있다. 그렇지만, 저온 열교환부(115ap)가 내식성이 높은, 예컨대, 스테인리스 등으로 형성되어 있는 경우에는, 복수의 저온 열교환부(115ap) 상호를 예컨대 용접 접속해도 좋다.
본 실시형태에서는, 저온 열교환기(115a)가 보일러 외측 프레임(119) 내에 배치되고, 이 저온 열교환기(115a)가 배치되어 있는 영역 내에 미스트 세퍼레이터(141)가 배치되어 있다. 그렇지만, 도 4에 도시하는 바와 같이, 저온 열교환기(115a)가 굴뚝(60) 내에 배치되어 있는 경우나, 도 5에 도시하는 바와 같이, 저온 열교환기(115a)가 연도(61) 내에 배치되어 있는 경우에도, 이 저온 열교환기(115a)가 배치되어 있는 영역 내에 미스트 세퍼레이터(141)를 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 이상에서 설명한 각 실시형태의 증기 발생 플랜트는 모두 증기 터빈을 구비하고 있다. 그렇지만, 증기 발생 플랜트는 증기 터빈을 구비하지 않아도 좋다. 이 경우, 증기 발생 플랜트에서 발생한 증기는, 예컨대, 화학 플랜트에 있어서의 반응기 등에 대한 가열원으로서, 또한, 건물의 난방용의 열원으로서 이용된다.
산업상의 이용 가능성
본 발명의 일 태양에 의하면, 연소 가스 중의 열을 유효 이용할 수 있다.
10: 가스 터빈, 11: 압축기, 21: 연소기, 31: 터빈, 33: 터빈 로터, 40: 가스 터빈 로터, 41: 발전기, 45: 베어링, 110n, 110o: 배열 회수 보일러, 110p: 보일러, 111a1, 111a2: 저압 증기 발생부, 111b: 중압 증기 발생부, 111c: 고압 증기 발생부, 112a, 112d: 저압 절탄기, 112i: 유입구, 112p: 절탄기, 113a: 저압 증발기(최하류 증발기), 113p: 증발기(최하류 증발기), 114a: 저압 과열기, 114p: 과열기, 115a, 115p: 저온 열교환기, 115i: 유입구, 115ap: 저온 열교환부, 117: 저압수 라인, 117c: 저압수 분기 라인, 118c, 118d: 저압수 순환 라인(온수 라인), 119, 119p: 보일러 외측 프레임, 119e: 배기구, 123: 복수기, 124: 급수 펌프, 126: 유량 조절 밸브, 127: 온도계, 131: 급수 라인, 132: 저압 증기 라인, 138: 고압 증기 라인, 139: 고압 증기 회수 라인, 141: 미스트 세퍼레이터, 145: 드레인 라인, 150: 저비점 매체 랭킨 사이클, 151: 증발기(가열기), 152: 터빈, 153: 응축기, 154: 저비점 매체 펌프

Claims (19)

  1. 연소 가스가 내부를 배기구측인 하류측을 향하여 흐르는 보일러 외측 프레임과,
    상기 보일러 외측 프레임 내에 적어도 일부가 설치되며, 상기 연소 가스에 의해 물을 가열하여 증기를 발생시키는 하나 이상의 증발기와,
    상기 보일러 외측 프레임 내로서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류측의 증발기인 최하류 증발기의 상기 하류측에 설치되며, 상기 최하류 증발기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 절탄기와,
    상기 절탄기의 상기 하류측에 설치되며, 외부로부터 물을 받아들이는 유입구를 갖고, 상기 유입구로부터 유입하여 상기 절탄기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 저온 열교환기를 구비하는
    보일러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저온 열교환기는 상기 보일러 외측 프레임 내에 설치되어 있는
    보일러.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보일러 외측 프레임에는, 상기 보일러 외측 프레임으로부터 유출된 상기 연소 가스가 흐르는 연도가 접속되어 있는 동시에, 상기 연도에는 상기 연도로부터의 상기 연소 가스를 대기로 방출하는 굴뚝이 접속되어 있으며,
    상기 저온 열교환기는 상기 굴뚝 내 또는 상기 연도 내에 설치되어 있는
    보일러.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저온 열교환기는 상기 절탄기를 형성하는 재료보다 상기 연소 가스의 응축액에 대한 내부식성이 높은 재료로 형성되어 있는
    보일러.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절탄기와 상기 저온 열교환기는 플랜지 접속되어 있는
    보일러.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절탄기는, 상기 연소 가스와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해, 상기 물을 가열하는 한편, 상기 연소 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도까지 상기 연소 가스를 냉각하는 열교환 능력을 갖고,
    상기 저온 열교환기는, 상기 절탄기에서의 열교환으로 냉각된 상기 연소 가스와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해, 상기 물을 가열하는 한편, 상기 저온 열교환기의 적어도 일부에서 상기 연소 가스가 응축될 때까지 상기 연소 가스를 냉각하는 열교환 능력을 갖는
    보일러.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저온 열교환기는 상기 연소 가스의 이슬점 온도 미만의 온도까지 상기 연소 가스를 냉각하는 열교환 능력을 갖는
    보일러.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 가스 중에 포함되는 수분이 액화한 미스트를 상기 연소 가스로부터 분리하는 미스트 세퍼레이터를 구비하고,
    상기 미스트 세퍼레이터는, 상기 연소 가스가 흐르는 상하류 방향으로, 상기 저온 열교환기가 배치되어 있는 영역 내 및/또는 상기 영역보다 하류측에 배치되어 있는
    보일러.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 저온 열교환기는 상기 상하류 방향으로 나열되는 복수의 저온 열교환부를 갖고,
    상기 미스트 세퍼레이터는 상기 상하류 방향에 있어서의 복수의 상기 저온 열교환부의 상호간 중 적어도 하나의 상호간에 배치되어 있는
    보일러.
  10. 제 9 항에 있어서,
    복수의 저온 열교환부는 서로 플랜지 접속되어 있는
    보일러.
  11. 연소 가스가 내부를 배기구측인 하류측을 향하여 흐르는 보일러 외측 프레임과,
    상기 보일러 외측 프레임 내에 적어도 일부가 설치되며, 상기 연소 가스에 의해 물을 가열하여 증기를 발생시키는 하나 이상의 증발기와,
    상기 보일러 외측 프레임 내로서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류측의 증발기인 최하류 증발기의 상기 하류측에 설치되며, 외부로부터 물을 받아들이는 유입구를 갖고, 상기 유입구로부터 유입하여 상기 최하류 증발기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 절탄기를 구비하고,
    상기 절탄기는, 상기 연소 가스와 내부를 흐르는 물과의 열교환에 의해, 상기 물을 가열하는 한편, 상기 절탄기의 적어도 일부에서 상기 연소 가스가 응축될 때까지 상기 연소 가스를 냉각하는 열교환 능력을 갖는
    보일러.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 절탄기는 상기 연소 가스의 이슬점 온도 미만의 온도까지 상기 연소 가스를 냉각하는 열교환 능력을 갖는
    보일러.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 보일러와,
    저비점 매체가 응축과 증발을 반복하여 순환하는 저비점 매체 랭킨 사이클을 구비하고,
    상기 저비점 매체 랭킨 사이클은 액체의 상기 저비점 매체와 상기 절탄기에서 가열된 물의 일부를 열교환시켜, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열기를 갖는
    증기 발생 플랜트.
  14. 연소 가스가 내부를 배기구측인 하류측을 향하여 흐르는 보일러 외측 프레임과, 상기 보일러 외측 프레임 내에 적어도 일부가 설치되며, 상기 연소 가스에 의해 물을 가열하여 증기를 발생시키는 하나 이상의 증발기와, 상기 보일러 외측 프레임 내로서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류측의 증발기인 최하류 증발기의 상기 하류측에 설치되며, 상기 최하류 증발기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 절탄기를 구비하는 보일러의 운전 방법에 있어서,
    상기 절탄기의 상기 하류측에 설치되며, 상기 절탄기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 저온 열교환기를 마련하고,
    상기 절탄기에서, 상기 연소 가스와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해, 상기 물을 가열하는 한편, 상기 연소 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도까지 상기 연소 가스를 냉각하는 절탄기 열교환 공정과,
    상기 저온 열교환기에서, 상기 절탄기에서의 열교환으로 냉각된 상기 연소 가스와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해, 상기 물을 가열하는 한편, 상기 저온 열교환기의 적어도 일부에서 상기 연소 가스가 응축될 때까지 상기 연소 가스를 냉각하는 저온 열교환 공정을 실행하는
    보일러의 운전 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 보일러 외측 프레임 내에 상기 저온 열교환기를 설치하는
    보일러의 운전 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 보일러 외측 프레임에는, 상기 보일러 외측 프레임으로부터 유출된 상기 연소 가스가 흐르는 연도가 접속되어 있는 동시에, 상기 연도에는 상기 연도로부터의 상기 연소 가스를 대기로 방출하는 굴뚝이 접속되어 있으며,
    상기 굴뚝 또는 상기 연도 내에 상기 저온 열교환기를 설치하는
    보일러의 운전 방법.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 가스가 흐르는 상하류 방향으로, 상기 저온 열교환기가 배치되어 있는 영역 내 및/또는 상기 영역보다 하류측에서, 상기 연소 가스 중에 포함되는 수분이 액화한 미스트를 상기 연소 가스로부터 분리하는 미스트 분리 공정을 실행하는
    보일러의 운전 방법.
  18. 연소 가스가 내부를 배기구측인 하류측을 향하여 흐르는 보일러 외측 프레임과, 상기 보일러 외측 프레임 내에 적어도 일부가 설치되며, 상기 연소 가스에 의해 물을 가열하여 증기를 발생시키는 하나 이상의 증발기와, 상기 보일러 외측 프레임 내로서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류측의 증발기인 최하류 증발기의 상기 하류측에 설치되며, 상기 최하류 증발기로 이송하는 물을 상기 연소 가스에 의해 가열하는 절탄기를 구비하는 보일러의 운전 방법에 있어서,
    상기 절탄기에서 상기 연소 가스와 내부를 흐르는 물을 열교환시키는 것에 의해, 상기 물을 가열하는 한편, 상기 절탄기의 적어도 일부에서 상기 연소 가스가 응축될 때까지 상기 연소 가스를 냉각하는 절탄기 열교환 공정을 실행하는
    보일러의 운전 방법.
  19. 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    저비점 매체 랭킨 사이클에서, 저비점 매체를 순환시키는 랭킨 사이클 실행 공정과,
    상기 절탄기에서 가열된 물을 상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 인도하는 가열수 도입 공정과,
    상기 저비점 매체 랭킨 사이클로 인도되고, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클을 통과한 물을 상기 보일러로 되돌리는 물 회수 공정을 실행하고,
    상기 랭킨 사이클 실행 공정은, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클에 도입된 상기 물과 액체의 상기 저비점 매체를 열교환시켜, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열 공정을 포함하는
    보일러의 운전 방법.
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