JP3976857B2 - ガスタービン冷却空気冷却器としての強制貫流蒸気発生装置を備えた複合動力プラント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合動力プラントであって、ガスタービンと蒸気タービンとを備えており、ガスタービンの排気の排熱が、排熱ボイラ内を流れる作業媒体を介して蒸気タービンに与えられるようになっており、
この場合排熱ボイラが、主としてエコノマイザと蒸発器と過熱器とから成っており、
かつ強制貫流蒸気発生装置として形成された少なくとも１つの冷却空気冷却器が設けられており、該冷却空気冷却器が、水側で排熱ボイラのエコノマイザに接続されている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近世代及び高出力クラスのガスタービンは、極めて高いタービン吸込温度で働き、このことは燃焼室、回転子及び羽根の冷却を不都合にする。このため、通常は高圧縮空気が圧縮機出口に、並びに場合によっては比較的低い圧力段から排出される。圧縮された空気のほとんどが、今日汎用のプレミックス燃焼のために使用されるので、一方では冷却用の冷却空気は最低量しか残らない。他方では冷却用に規定されたこの空気は、圧縮に基づき既に極めて高温になっているので、予め冷却しておくことが望ましい。この場合、水の噴射（”ガス焼入れ”）によって冷却を行うことが公知である。即ちこの方法によってとにかく冷却空気の高価値の熱エネルギ（今日の機械においては、この熱エネルギは２０ＭＷにまで達する）は、部分的にしか利用されない。その結果、特にガスタービンが、排熱回収式蒸気発生装置を備えたガス・蒸気複合タービンプロセスで働く場合には、戻し冷却を行うために冷却器として強制貫流蒸気発生装置が使用される。
【０００３】
ガス・蒸気複合タービンプロセスに関連して、冒頭で述べられた形式の高圧縮空気を冷却するための、このような強制貫流蒸気発生装置が、ヨーロッパ特許公開第７０９５６１号明細書によって公知である。この公知の技術では、ボイラ給水の部分流が、エコノマイザの上流側か下流側で取り出され、冷却器内で更に予熱、蒸発及び過熱処理された後に排熱ボイラの高圧過熱器に戻される。このボイラはドラムを備えた循環ボイラとして構成されている。蒸気タービンへの侵湿又は侵水を防止するために、冷却器が湿気った状態で作動した場合には、冷却器が乾燥するまで、又は規定された条件が冷却器出口で安定して得られるまで、例えば数ケルビン過熱された過熱蒸気、又は数％の湿気を帯びた飽和蒸気が得られるまで、加熱された水若しくは飽和蒸気がブロータンクに導入される。このことは水損失の他にも、相応な監視と調整とが必要になるという欠点を生ぜしめる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の複合動力プラントを提供して、ガスタービン冷却空気冷却器と排熱ボイラとの互いに異なるシステム特性を、支障なく制御できる様にすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明では、
イ）排熱ボイラが、強制貫流蒸気発生装置であり、蒸気側で蒸発器と過熱器との間に分離フラスコが配置されており、
ロ）冷却空気冷却器が、蒸気側で分離フラスコに接続されているようにした。
【０００６】
【発明の効果】
このような装置を複合プロセスにおいて使用した場合にとりわけ有利なのは、高価値の熱エネルギが、この複合プロセス内において完全に維持され続けるという点である。一方では排熱ボイラから、又他方ではガスタービン冷却空気冷却器から生ぜしめられる種々異なる蒸気パラメータを分離フラスコに集合させることは、このために別個の容器を必要とせずに、極めて簡単に実施可能である。空気側で種々異なる圧力レベルで働き、かつ種々異なる温度の蒸気を生産する、並列に接続された複数の冷却器が存在する場合には、この利点はますます重要となってくる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【０００８】
唯一の図面によれば、ガスタービンシステムで管路１を介して吸入された新気は、圧縮機２内で作業圧力へと圧縮される。圧縮された空気は、例えば天然ガスによって熱せられた燃焼室３内で極度に加熱され、このようにして発生した燃焼ガスはガスタービン４内で作業出力しつつ膨張する。この際得られたエネルギは、発電機５若しくは圧縮機２に送出される。ガスタービンの未だ高温の排気は、管路６を介してガスタービンの出口から排熱回収式蒸気発生装置７に供給され、排熱後に該排熱回収式蒸気発生装置７から管路８及び煙道（図示せず）を介して外部に導出される。
【０００９】
水・蒸気循環部には、多ケーシング式の蒸気タービン９，１０及び１１がガスタービンと同軸上に配置されている。低圧タービン１１内で膨張した作業蒸気は復水器１３で復水される。この復水は、復水ポンプ１４によって排熱回収式蒸気発生装置７へ直接圧送される。ここで注目に値するのは、通常取り出した蒸気を加熱する低圧エコノマイザ、給水容器及び高圧エコノマイザをこのプラントが全く有していないことである。
【００１０】
排熱回収式蒸気発生装置７は直立ボイラとして構成されており、本発明の場合は混圧蒸気プロセスに従って作動する。もちろん横置ボイラを使用することも可能である。
【００１１】
低圧システムはドラムによる循環システムとして構成されており、ここでは強制循環システムが選択されている。ボイラの煙道経路には、復水が導入される低圧エコノマイザ１５と低圧蒸発器１６と低圧過熱器１９とが設けられている。低圧蒸発器１６は循環ポンプ１８を介して低圧ドラム１７に接続されている。過熱された蒸気は、低圧蒸気管路２８を介して中圧蒸気タービンとして形成された中圧タービン１０の適切な段に運ばれる。
【００１２】
高圧システムは強制貫流システムとして構成されており、従って臨界未満パラメータ用としても臨界超過パラメータ用としても構成可能である。ボイラの煙道経路には、主として高圧エコノマイザ２１と高圧蒸発器２２と高圧過熱器２３とが設けられている。高圧エコノマイザ２１には作業媒体が、高圧給水ポンプとして形成された給水ポンプ２０を介して低圧ドラム１７から供給される。このようにして従来は通常設けられていた給水容器を省略することが出来る。過熱された蒸気は新生蒸気管路２４を介して蒸気タービンの高圧部分として形成された高圧タービン９に運ばれる。
【００１３】
相分離のために分離フラスコ（Abscheideflasche)２５が設けられており、この分離フラスコに高圧蒸発器２２の出口が開口している。分離フラスコの上側の端部は高圧過熱器２３に接続されており、下側の端部にはスラッジ排出管路２９が設けられている。
【００１４】
高圧タービン９での部分膨張後、蒸気は中圧タービン１０に導入される前に再過熱される。この再過熱は、例えば再過熱器２７の熱交換面で行われ、この再過熱器２７は、高圧過熱器２３よりも上位の蒸気発生装置の煙道経路内に配置されている。
【００１５】
循環システム及び貫流システムにおける圧力と質量流量とを変化させることによって、複合プロセスの別の範囲をこのような蒸気発生装置でカバーすることが出来る。
【００１６】
沸騰温度に達すると、その都度ボイラ内で蒸気生産が開始される。低圧システムにおける最初の蒸気は、分離フラスコで発生して再循環した（図示せず）高圧飽和水蒸気の膨張によって発生させることが出来る。
【００１７】
この分離フラスコは、高圧過熱器を常に乾燥状態に保ち、かつボイラ出口に過熱された蒸気を早期に供するために働く。高圧蒸発器内で、安定した運転に不可欠な圧力が達成されると直ちに、変圧運転で蒸気タービンを作動させるために新生蒸気が使用される。
【００１８】
冷却を目的として使用される空気のために、所定の中間位置から、及び圧縮機２の出口から空気管路３０，３１が分岐しており、それぞれ空気冷却器３２；３３に通じている。この空気冷却器３２；３３の空気出口管片から、冷却された空気は冷却管路３９，４０を介して、種々異なる消費器に向かって流れる。これらの部分流冷却器は水側で、水管路３７を介して排熱回収式蒸気発生装置７の高圧エコノマイザ２１に接続されている。管路内に二相流が生じるのを防ぐために、空気冷却器の入口がいかなる場合にも過冷却されるという条件を達成するように高圧エコノマイザ２１の接続方法が選択される。もちろん図示の両空気冷却器に別々に給水することも可能である。
【００１９】
空気冷却器３２，３３は、エコノマイザ３４と蒸発器３５と過熱器３６とを各１つずつ備えた典型的な強制貫流蒸気発生装置として構成されている。これらの空気冷却器３２，３３は直立配置されており、この場合、蒸発は下から上に向かって実施される。これにより、給水を再循環させることが可能となる。さらに、簡単な水位調整装置若しくは給水調整装置を使用することが出来る。
【００２０】
両空気冷却器内で作られた蒸気は集約されて、蒸気管路３８を介して排熱ボイラの分離フラスコ２５にもたらされる。この分離フラスコ２５を介して、規定された圧力比が対応するプラント部分に生ぜしめられる。最高圧の場合でも蒸気タービンの方向に出水する恐れはない。もちろん、分割された蒸気管路が排熱ボイラの分離フラスコ２５内に案内されても良い。
【００２１】
空気冷却器は並列に接続されかつ排熱ボイラに接続されていて、このことは全く同一のシステム特性をもたらす。さらに、全てのプラント部分において同一の水質が得られる。言及に値するのは、このプラントを作動させる際に屋根又は高温水導入部を介してブロータンクに蒸気を放出させる必要がないという点である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス・蒸気複合動力プラントに関する本発明の実施例の回路図を概略的に示した図である。ただし本発明を理解する上で重要な構成部分しか示されていない。作業媒体の流れ方向は矢印によって示されている。
【符号の説明】
１ 管路（吸入された新気）、 ２ 圧縮機、 ３ 燃焼室、 ４ ガスタービン、 ５ 発電機、 ６ 管路（排気）、 ７ 排熱回収式蒸気発生装置、 ８ 管路（煙道）、 ９ 高圧タービン、 １０ 中圧タービン、 １１ 低圧タービン、 １３ 復水器、 １４ 復水ポンプ、 １５ 低圧エコノマイザ、１６ 低圧蒸発器、 １７ 低圧ドラム、 １８ 循環ポンプ、 １９ 低圧過熱器、 ２０ 給水ポンプ、 ２１ 高圧エコノマイザ、 ２２ 高圧蒸発器、 ２３ 高圧過熱器、 ２４ 新生蒸気管路、 ２５ 分離フラスコ、 ２７再過熱器、 ２８ 低圧蒸気管路、 ２９ スラッジ排出管路、 ３０，３１空気管路、 ３２，３３ 空気冷却器、 ３４ エコノマイザ、 ３５ 蒸発器、 ３６ 過熱器、 ３７ 水管路、 ３８ 蒸気管路、 ３９，４０ 冷却管路

Claims (3)

1. 複合動力プラントであって、ガスタービン（４）と蒸気タービン（９，１０，１１）とを備えており、ガスタービンの排気の排熱が、排熱ボイラ（７）内を流れる作業媒体を介して蒸気タービンに与えられるようになっており、
   この場合排熱ボイラが、主としてエコノマイザ（２１）と蒸発器（２２）と過熱器（２３）とから成っており、
   かつ強制貫流蒸気発生装置として形成された少なくとも１つの冷却空気冷却器（３２，３３）が設けられており、該冷却空気冷却器が、水側で排熱ボイラ（７）のエコノマイザ（２１）に接続されている形式のものにおいて、
   イ）排熱ボイラが、強制貫流蒸気発生装置であり、蒸気側で蒸発器（２２）と過熱器（２３）との間に分離フラスコ（２５）が配置されており、
   ロ）冷却空気冷却器（３２，３３）が、蒸気側で分離フラスコ（２５）に接続されていることを特徴とする、ガスタービン冷却空気冷却器としての強制貫流蒸気発生装置を備えた複合動力プラント。
2. 冷却しようとする媒体の異なる圧力レベル毎に設けられた複数の冷却空気冷却器（３２，３３）が、水側及び蒸気側で並列に接続されている、請求項１記載の複合動力プラント。
3. 冷却空気冷却器（３２，３３）が、直立配置されておりかつ主としてエコノマイザ（３４）と蒸発器（３５）と過熱器（３６）とから成っており、しかも蒸発が下から上に向かって実施されるようになっている、請求項１記載の複合動力プラント。

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