JP5422531B2

JP5422531B2 - High humidity gas turbine system

Info

Publication number: JP5422531B2
Application number: JP2010227339A
Authority: JP
Inventors: 広田　　守; 秀文荒木; 守昭塚本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-10-07
Also published as: JP2012082702A

Description

本発明は、高湿分空気を燃焼空気に利用してガスタービンを運転し発電するガスタービンシステムに係り、特に燃焼後の排ガスから水分を回収して再度高湿分空気として利用するガスタービンシステムに関する。 The present invention relates to a gas turbine system that uses a high-humidity air as combustion air to operate a gas turbine and generates electric power, and in particular, recovers moisture from exhaust gas after combustion and uses it again as high-humidity air. About.

ガスタービンシステムを運転するにあたり、その燃焼用圧縮空気に水分を添加し、燃焼用圧縮空気の体積膨張を図ることによって、ガスタービンシステムの発電効率を向上させることが広く知られている。しかし、ここで用いられる水分は高純度水である。ガスタービンシステムを長時間連続運転することを想定すると、この間に使用する大量の高純度水を予め確保しておく必要があるが、そのために要する設備、費用は無視できないものがある。そこで、燃焼後の排ガスからガスタービンに添加した水分を回収して、再度高湿分の燃焼用圧縮空気として使用する高湿分利用ガスタービンシステムが考えられている。 When operating a gas turbine system, it is widely known to improve the power generation efficiency of the gas turbine system by adding moisture to the compressed air for combustion and expanding the volume of the compressed air for combustion. However, the water used here is high-purity water. Assuming that the gas turbine system is operated continuously for a long time, it is necessary to secure a large amount of high-purity water to be used during this time, but there are some facilities and costs required for this purpose that cannot be ignored. Therefore, a high-humidity gas turbine system that recovers moisture added to the gas turbine from the exhaust gas after combustion and uses it again as compressed air for combustion with high humidity has been considered.

特許文献１には、ガスタービンの燃焼排ガスを利用した排熱回収ボイラで水蒸気を発生させ、その水蒸気をガスタービン燃焼器に添加して高湿分の燃焼用圧縮空気を得、ガスタービンの出力を増大するガスタービンシステムが開示されている。また、このシステムでは排熱回収ボイラの排ガスから水分を回収する装置が設置されており、排ガスから回収した回収水を水処理装置で浄化処理し、排熱回収ボイラの給水として再度利用することが提案されている。特許文献１において、排ガスから回収した水を直接給水として利用することはできないので、これを浄化するための水処理装置としては、脱気器、イオン交換装置を備えている。 In Patent Document 1, steam is generated by an exhaust heat recovery boiler that uses combustion exhaust gas from a gas turbine, and the steam is added to a gas turbine combustor to obtain compressed air for combustion with high humidity. A gas turbine system for increasing the power is disclosed. In addition, in this system, a device for collecting moisture from the exhaust gas of the exhaust heat recovery boiler is installed, and the recovered water recovered from the exhaust gas can be purified by the water treatment device and reused as feed water for the exhaust heat recovery boiler. Proposed. In patent document 1, since the water collect | recovered from waste gas cannot be directly used as water supply, a deaerator and an ion exchange apparatus are provided as a water treatment apparatus for purifying this.

特許第４０９９９４４号Patent No. 4099944

水分を加湿した空気を利用してガスタービンを運転するガスタービンシステムでは、燃焼排ガスの熱エネルギを回収する第１の水系統と、燃焼排ガスから水分を回収して再びガスタービンに供給する第２の水系統を有する。 In a gas turbine system that operates a gas turbine using air humidified with moisture, a first water system that recovers thermal energy of combustion exhaust gas, and a second water that recovers moisture from the combustion exhaust gas and supplies it to the gas turbine again. Water system.

ところで、燃焼排ガスから回収された回収水には燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物ＮＯｘ，硫黄酸化物ＳＯｘ，炭酸ガスＣＯ_２，酸素Ｏ_２が溶解し、回収水中には硝酸イオン、炭酸イオン等の不純物が多く含まれる。このため、回収水をガスタービンに供給する前に脱炭酸塔，イオン交換樹脂等の水浄化装置を設置して水中のガス及び不純物除去することが特許文献１に記載されている。しかし、ガスタービンに高湿分空気を与えるには、浄化された回収水と圧縮空気を増湿塔で接触させる必要がある。このため、再び増湿塔内で圧縮空気と浄化された水が混合され、再度空気中の窒素酸化物ＮＯｘ，硫黄酸化物ＳＯｘ，炭酸ガスＣＯ_２，酸素Ｏ_２が溶解する。 By the way, nitrogen oxides NOx, sulfur oxides SOx, carbon dioxide CO ₂ , oxygen O ₂ contained in the combustion exhaust gas are dissolved in the recovered water recovered from the combustion exhaust gas, and nitrate ions, carbonate ions, etc. are dissolved in the recovered water. Contains a lot of impurities. For this reason, Patent Document 1 describes that a water purifier such as a decarboxylation tower and an ion exchange resin is installed to remove water gas and impurities before supplying recovered water to the gas turbine. However, in order to give high-humidity air to the gas turbine, it is necessary to bring purified recovered water and compressed air into contact with each other in a humidification tower. For this reason, compressed air and purified water are mixed again in the humidification tower, and nitrogen oxide NOx, sulfur oxide SOx, carbon dioxide CO ₂ , and oxygen O _{2 in the} air are dissolved again.

このことは、燃焼排ガスから水分を回収して供給する前記第２の水系統ならびに、ガスタービン圧縮空気に水分を混入する増湿系統の構成材料は、燃焼排ガスや空気が溶解した水に対して十分な耐食性をもつ材料を使う必要があることを意味する。 This is because the constituent material of the second water system that recovers and supplies moisture from the combustion exhaust gas and the humidification system that mixes the moisture into the gas turbine compressed air is used for the combustion exhaust gas and water in which the air is dissolved. This means that it is necessary to use materials with sufficient corrosion resistance.

このため、これらの部位に対してはオーステナイト系ステンレス鋼が適用されているが、ステンレス鋼は高濃度のクロムＣｒ，ニッケルＮｉを添加しているために価格が高く、高湿分利用ガスタービンシステムの価格を大きく上昇させる問題がある。さらに、オーステナイト系ステンレス鋼は応力腐食割れが発生しやすく、その懸念も存在する。 For this reason, austenitic stainless steel is applied to these parts, but stainless steel is expensive due to the addition of high-concentration chromium Cr and nickel Ni, and a high-humidity gas turbine system. There is a problem of greatly increasing the price. Further, austenitic stainless steel is prone to stress corrosion cracking, and there is a concern about this.

水に接する金属の腐食を抑制する方法として、酸素の除去，不純物の除去，腐食抑制剤の添加が考えられるが、このうち酸素の除去という観点からみると、システムの水回路を流れる水はガスタービンの燃焼排ガス或いは圧縮空気と直接に接し、最終的にシステムの水回路を流れる水がガスタービンの圧縮空気に含まれるため、酸素の除去で対策することは不可能である。 As a method of suppressing corrosion of metals in contact with water, removal of oxygen, removal of impurities, and addition of corrosion inhibitors can be considered. From the viewpoint of removal of oxygen, water flowing through the water circuit of the system is gas. Since the gas that is in direct contact with the combustion exhaust gas or compressed air of the turbine and finally flows through the water circuit of the system is contained in the compressed air of the gas turbine, it is impossible to take measures by removing oxygen.

つぎに腐食抑制剤添加の観点からみると、再生熱交換器に増湿塔内の水が運ばれ蒸発するため、腐食抑制剤は揮発性の物質に限定されるが、揮発性で炭素鋼などの耐食性の低い材料に有効な腐食抑制剤は無く、仮に存在したとしても多量の腐食抑制剤が必要となり非現実的である。 Next, from the viewpoint of adding a corrosion inhibitor, the water in the humidification tower is transported to the regenerative heat exchanger and evaporates, so the corrosion inhibitor is limited to volatile substances, but is volatile, such as carbon steel. There is no effective corrosion inhibitor for materials with low corrosion resistance, and even if it exists, a large amount of corrosion inhibitor is required, which is unrealistic.

したがって、現状のシステムでは不純物の除去策以外は適用することができないが、不純物除去策による効果では炭素鋼などの耐食性の低い材料に対しては腐食抑制効果が期待できない。 Therefore, the current system cannot be applied except for the impurity removal measure, but the effect of the impurity removal measure cannot be expected to inhibit the corrosion of materials with low corrosion resistance such as carbon steel.

また、増湿塔内で圧縮空気に増湿する場合は多量の水を増湿塔の上部から噴霧する必要があるが、噴霧する水はエコノマイザで熱交換した後の水を噴霧するため、本来必要な噴霧量と熱交換に必要な循環水量は異なり、循環水の流量が多くなるほど駆動力のロスは多くなる。 In addition, it is necessary to spray a large amount of water from the top of the humidification tower when it is humidified to compressed air in the humidification tower, but the water to be sprayed is sprayed with water after heat exchange with an economizer. The amount of spray required and the amount of circulating water required for heat exchange are different, and the loss of driving force increases as the flow rate of circulating water increases.

本発明の目的は、高湿分空気を利用してガスタービンを運転するガスタービンシステムにおいて、水系統を構成する配管に低コストの材料を適用することのできるガスタービンシステムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a gas turbine system capable of applying a low-cost material to piping constituting a water system in a gas turbine system that operates a gas turbine using high-humidity air. .

空気を圧縮する圧縮機、圧縮機からの圧縮空気に湿分を加える増湿塔、増湿塔からの空気を燃焼用空気として駆動されるガスタービンとから成る高湿分利用ガスタービンシステムにおいて、ガスタービンシステムの燃焼排ガスあるいは圧縮空気の保有する熱量を回収して利用する第１の水系統、ガスタービン燃焼排ガスに含まれる水分を回収する水回収装置と、回収水に含まれる不純物を除去する不純物除去手段と、不純物除去手段からの回収水の循環系統を備え循環水を用いて圧縮機からの圧縮空気に湿分を加える増湿塔から構成される第２の水系統、第１の水系統と第２の水系統の間に設けられた熱交換手段、第１の水系統を循環する循環水の腐食電位を測定し、腐食抑制剤を注入する腐食抑制剤制御部を設けた。 In a high-humidity utilization gas turbine system comprising a compressor that compresses air, a humidifying tower that adds moisture to the compressed air from the compressor, and a gas turbine that is driven using the air from the humidifying tower as combustion air, A first water system that recovers and uses the amount of heat held by the combustion exhaust gas or compressed air of the gas turbine system, a water recovery device that recovers moisture contained in the gas turbine combustion exhaust gas, and removes impurities contained in the recovered water A second water system comprising an impurity removal means, a circulation system for the recovered water from the impurity removal means, and a humidification tower for adding moisture to the compressed air from the compressor using the circulation water; A heat exchange means provided between the system and the second water system, a corrosion potential of circulating water circulating through the first water system was measured, and a corrosion inhibitor control unit for injecting the corrosion inhibitor was provided.

また、腐食抑制剤としてモリブデン酸を用いる。 Also, molybdic acid is used as a corrosion inhibitor.

また、腐食抑制剤制御部は、第１の水系統の熱交換手段の後流側に設けられた循環水補給水タンクと、熱交換手段と循環水補給水タンクの間に設けた保圧弁を含み、保圧弁により循環水を高温水に維持する
また、熱交換手段は、増湿塔の循環系統内に設置される。 The corrosion inhibitor control unit includes a circulating water replenishment water tank provided on the downstream side of the heat exchange means of the first water system, and a pressure holding valve provided between the heat exchange means and the circulating water replenishment water tank. In addition, the circulating water is maintained at high temperature water by the pressure holding valve. The heat exchange means is installed in the circulation system of the humidification tower.

また、第１の水系統に設けられ、系統内の流量を制御する第１の流量制御手段と、第２の水系統に設けられ、系統内の流量を制御する第２の流量制御手段とを備え、第１の流量制御手段により熱回収する循環水量を調整し、第２の流量調整手段により増湿塔で噴霧する水量を個別に制御する。 In addition, a first flow rate control unit that is provided in the first water system and controls the flow rate in the system, and a second flow rate control unit that is provided in the second water system and controls the flow rate in the system. Provided, the amount of circulating water to be recovered by heat is adjusted by the first flow rate control means, and the amount of water sprayed by the humidification tower is individually controlled by the second flow rate adjustment means.

また、第１の水系統内の第１の流量制御手段は、系統内給水温度を飽和蒸気圧温度以下とすべく流量制御する。 Further, the first flow rate control means in the first water system controls the flow rate so that the water supply temperature in the system is lower than the saturated vapor pressure temperature.

また、ガスタービンの起動停止時に、第２の水系統の増湿塔の循環系統を閉鎖し、水回収装置と熱交換器の間で循環させる。 Further, when the gas turbine starts and stops, the circulation system of the humidification tower of the second water system is closed and circulated between the water recovery device and the heat exchanger.

本発明によりエコノマイザ及び空気冷却器の循環水は空気と直接に接することはなく、空気中のＮＯｘ，ＳＯｘ，ＣＯ_２，Ｏ_２ガス或いは塩化物等が溶解し、増湿塔内には硝酸イオン、炭酸イオン、塩化物イオンの不純物が含まれることは完全に排除することが可能となる。このことにより、第１の水系統を構成する配管に低コストの材料を使用することができる。 According to the present invention, the circulating water of the economizer and the air cooler does not come into direct contact with the air, but NOx, SOx, CO ₂ , O ₂ gas or chloride in the air dissolves, and nitrate ions are dissolved in the humidification tower. Including impurities of carbonate ion and chloride ion can be completely eliminated. This makes it possible to use a low-cost material for the piping constituting the first water system.

本発明の基本構成を示すガスタービン設備の系統図である。It is a distribution diagram of gas turbine equipment showing the basic composition of the present invention. 起動停止時の運転に適した本発明のガスタービン設備の系統図である。It is a systematic diagram of the gas turbine equipment of this invention suitable for the driving | operation at the time of starting stop. 本発明のガスタービン設備に適用される循環水補給水タンクの代案の系統図である。It is a systematic diagram of the alternative of the circulating water supplementary water tank applied to the gas turbine equipment of this invention. 本発明のガスタービン設備に適用される循環水補給水タンクの代案の系統図である。It is a systematic diagram of the alternative of the circulating water supplementary water tank applied to the gas turbine equipment of this invention. モリブデン酸濃度と炭素鋼の腐食電位の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a molybdic acid concentration and the corrosion potential of carbon steel. モリブデン酸濃度との炭素鋼の腐食速度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the corrosion rate of carbon steel with a molybdate concentration.

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は本発明にかかる高湿分空気利用ガスタービンシステムの系統図を示す。図１など本発明を説明する図面では、細線が気体の回路を示し、太線が水の回路を示すものとする。 FIG. 1 is a system diagram of a gas turbine system using high humidity air according to the present invention. In the drawings illustrating the present invention, such as FIG. 1, a thin line indicates a gas circuit, and a thick line indicates a water circuit.

まず、ガスタービンシステムは圧縮機１、ガスタービン３、フィルタ１、燃焼器４を基本構成としており、本発明の高湿分利用ガスタービンシステムでは更に増湿塔７を基本構成として追加する。なお、高湿分空気利用ガスタービンシステムとしては、他にも多くの機器を使用するがこれらについてはそのつど順次説明を試みる。 First, the gas turbine system has a compressor 1, a gas turbine 3, a filter 1, and a combustor 4 as basic configurations. In the high-humidity-use gas turbine system of the present invention, a humidification tower 7 is further added as a basic configuration. As the high-humidity air-utilizing gas turbine system, many other devices are used, but these will be explained sequentially.

ガスタービンシステムにおいては、空気が配管７５から空気浄化用のフィルタ１を通して配管７４から圧縮機２に送られ圧縮される。圧縮空気は圧縮過程で高温化しているが、後段の増湿塔７での増湿作用を高効率で行うには低温化していることが望ましいことから、配管７２に設けた空気冷却器１０において水との熱交換により低温化を図っている。 In the gas turbine system, air is sent from the pipe 75 to the compressor 2 through the filter 75 for air purification from the pipe 75 and compressed. Although the compressed air is heated in the compression process, it is desirable that the temperature is lowered in order to perform the humidifying operation in the humidifying tower 7 in the subsequent stage with high efficiency. Therefore, in the air cooler 10 provided in the pipe 72 The temperature is lowered by heat exchange with water.

増湿塔７は内部中央に充填剤８、上部に水の噴霧ノズル３５、下部に水貯留部を備えている。空気冷却器１０からの圧縮空気は増湿塔７で充填材８を通過しながら増湿される。増湿後の圧縮空気は配管７１から再生熱交換器６に送られて加熱され、配管７３から燃焼器４に送られ燃料Ｆと混合して燃焼させてタービン３を回転させる。高湿分空気利用ガスタービンシステムは基本的には以上のように構成されている。 The humidification tower 7 includes a filler 8 in the center of the interior, a water spray nozzle 35 in the upper part, and a water storage part in the lower part. The compressed air from the air cooler 10 is humidified while passing through the filler 8 in the humidification tower 7. The compressed air after the humidification is sent from the pipe 71 to the regenerative heat exchanger 6 and heated, sent from the pipe 73 to the combustor 4, mixed with the fuel F, and burned to rotate the turbine 3. The high-humidity air-utilizing gas turbine system is basically configured as described above.

次に燃焼排ガス５の利用について説明する。高温で水分を含んだ燃焼排ガス５は、まだ十分な熱量を保有しているため再生熱交換器６、エコノマイザ１１で順次熱交換により保有熱量を給水等に回収しながら冷却され、最後に水回収装置１２で水分回収し、残りのガス成分はそのまま煙突１３から大気に放出される。 Next, utilization of the combustion exhaust gas 5 will be described. The combustion exhaust gas 5 containing water at a high temperature still has a sufficient amount of heat, so it is cooled while recovering the stored heat amount to the feed water, etc. by sequential heat exchange in the regenerative heat exchanger 6 and economizer 11, and finally recovers water. Water is collected by the apparatus 12, and the remaining gas components are directly discharged from the chimney 13 to the atmosphere.

次に、燃焼排ガスから回収された回収水を利用する水系統（前記の第２の水系統）について説明する。水回収装置１２は燃焼排ガス５に噴霧ノズル３４から冷却器１４で冷却された回収水１００を噴霧して燃焼排ガス５から水分を回収する。ここで、水回収の基本原理は燃焼排ガスの温度を急速に低下させることにより水分を凝縮させ、噴霧水と結合することで水分を回収するというものであるが、上記の設備以外にも水回収を行いうることはいうまでもない。 Next, a water system using the recovered water recovered from the combustion exhaust gas (the second water system) will be described. The water recovery apparatus 12 recovers moisture from the combustion exhaust gas 5 by spraying the recovered water 100 cooled by the cooler 14 from the spray nozzle 34 onto the combustion exhaust gas 5. Here, the basic principle of water recovery is to condense moisture by rapidly reducing the temperature of the combustion exhaust gas, and to recover moisture by combining with spray water. It goes without saying that it can be done.

回収水１００はポンプ４０により配管６８から逆止弁９０、バルブ４５を経由してカチオン樹脂塔３１に通水しイオン交換してｐＨを低くし、脱炭酸塔３２で炭酸ガスを除去し、アニオン樹脂塔３３に通水して純水にする。純水となった回収水１００を配管６７から増湿塔７へ送り増湿塔循環水１０１に補給する。増湿塔循環水１０１はポンプ４１により熱交換器９で加熱して配管７０から噴霧ノズル３５へ送り増湿塔内で噴霧し圧縮空気を増湿する。 The recovered water 100 is passed through a pipe 68 through a check valve 90 and a valve 45 by a pump 40 to the cation resin tower 31 and ion exchange is performed to lower the pH. Water is passed through the resin tower 33 to make pure water. The recovered water 100 that has become pure water is sent from the pipe 67 to the humidification tower 7 to replenish the humidification tower circulating water 101. The humidifying tower circulating water 101 is heated by the heat exchanger 9 by the pump 41, sent from the pipe 70 to the spray nozzle 35, and sprayed in the humidifying tower to humidify the compressed air.

なお、増湿塔７に配管６７を経由して供給される水は回収水１００の浄化水であり、窒素酸化物ＮＯｘ等の不純物は除外されているはずであるが、長年の使用により増湿塔水１０１に不純物が濃縮した場合は、バルブ４６を開きポンプ４１から送られた水の一部を配管６６から配管６７に合流させ、配管６７，６６による循環系統を構成することにより水を浄化する。 Note that the water supplied to the humidification tower 7 via the pipe 67 is purified water of the recovered water 100, and impurities such as nitrogen oxides NOx should be excluded. When impurities are concentrated in the tower water 101, the valve 46 is opened, a part of the water sent from the pump 41 is joined from the pipe 66 to the pipe 67, and the water is purified by configuring a circulation system by the pipes 67 and 66. To do.

ここで、逆止弁９０は、この場合に配管６８側に循環水が逆流することを阻止すべく設置される。また、バルブ４６は、図示せぬ装置により増湿塔水１０１の電気伝導度を測定し給水の汚れを検知したときに開放される。ポンプ４１は、当該システムが基底負荷運転を行っている間は、循環流量一定とすべく制御される。また、水回収水１００の保有量が低下した場合は、バルブ５１を開き配管７６から補給水を補給する。 Here, the check valve 90 is installed to prevent the circulating water from flowing backward to the pipe 68 in this case. Further, the valve 46 is opened when the electrical conductivity of the humidifying tower water 101 is measured by a device (not shown) and contamination of the feed water is detected. The pump 41 is controlled so that the circulation flow rate is constant while the system is performing the base load operation. When the retained amount of the water recovery water 100 is reduced, the valve 51 is opened to replenish makeup water from the pipe 76.

以上のことから明らかなように、燃焼排ガスからの回収水を扱う第２の水系統は、水回収装置１２、ポンプ４０、バルブ４５、カチオン樹脂塔３１、脱炭酸塔３２、アニオン樹脂塔３３、増湿塔７、ポンプ４１等で構成される。 As is clear from the above, the second water system that handles the recovered water from the combustion exhaust gas includes the water recovery device 12, the pump 40, the valve 45, the cation resin tower 31, the decarboxylation tower 32, the anion resin tower 33, It is comprised with the humidification tower 7, the pump 41, etc.

次に燃焼排ガス等が保有する熱量の熱回収を目的とする第１の水系統について説明する。熱交換器９に熱を供給する側の循環水は２系統に分岐して熱を回収する。一方は配管６２を通りポンプ４２で加圧されバルブ５０で流量を調節しながら配管６０からエコノマイザ１１で加熱され配管６１から熱交換器９に戻る。もう一方は、配管６２を通りポンプ４２で加圧されバルブ４９で流量を調節しながら配管６４から空気冷却器１０に入り加熱され、配管６５を通り配管６１に合流し熱交換器９に戻る。 Next, a first water system for the purpose of recovering the heat quantity of combustion exhaust gas or the like will be described. The circulating water on the side supplying heat to the heat exchanger 9 is branched into two systems to recover the heat. One is pressurized by the pump 42 through the pipe 62 and heated by the economizer 11 from the pipe 60 while adjusting the flow rate by the valve 50, and returns from the pipe 61 to the heat exchanger 9. The other is pressurized by the pump 42 through the pipe 62 and heated by entering the air cooler 10 from the pipe 64 while adjusting the flow rate by the valve 49, merges with the pipe 61 through the pipe 65, and returns to the heat exchanger 9.

エコノマイザ１１及び空気冷却器１０を循環する水は、それぞれ燃焼排ガス、圧縮空気と熱交換を行ってその保有熱量を吸収する結果として、常温から２００℃程度まで上昇し体積も温度とともに膨張する。この体積変化に対応するため、循環水の圧力がある設定値よりも上昇した場合に配管６３に接続されたスプリング付逆支弁５９により圧力を循環水補給タンク３０内の循環水補給水１０２へ放出して圧力を制御する。逆に、温度低下により体積が縮小して負圧となる場合は、配管６３接続された逆支弁５８により不足分を循環水補給水タンク３０内の循環水補給水１０２を供給する。またバルブ４９，５０の開度は、この第２の水系統内の給水を飽和蒸気圧温度よりも低くするように水量を確保すべく制御される。 The water circulating through the economizer 11 and the air cooler 10 exchanges heat with the combustion exhaust gas and compressed air and absorbs the amount of heat retained therein. As a result, the water rises from room temperature to about 200 ° C., and the volume expands with temperature. In order to cope with this volume change, when the circulating water pressure rises above a certain set value, the pressure is released to the circulating water replenishment water 102 in the circulating water replenishment tank 30 by the reverse support valve 59 with a spring connected to the pipe 63. And control the pressure. On the other hand, when the volume is reduced due to the temperature drop and the negative pressure is reached, the reverse water supply water 102 in the circulating water makeup water tank 30 is supplied by the reverse support valve 58 connected to the pipe 63. Moreover, the opening degree of the valves 49 and 50 is controlled so as to secure the amount of water so that the water supply in the second water system is lower than the saturated vapor pressure temperature.

このように第２の水系統は空気冷却器１０、エコノマイザ１１、ポンプ４２、バルブ４９、５０等から構成される。 As described above, the second water system includes the air cooler 10, the economizer 11, the pump 42, the valves 49 and 50, and the like.

以上説明したことから明らかなように、不純物混入の可能性のある第２の水系統と、熱回収を目的とする第１の水系統とは直接交わることがなく、唯一熱交換器９にて流体的には隔離された状態のまま熱交換のみを行う。 As is clear from the above description, the second water system that may be contaminated with impurities and the first water system that is intended for heat recovery do not cross each other directly. Only heat exchange is performed while fluidly isolated.

このように、本発明では熱交換器９を設置し、第１の水系統と第２の水系統の給水は熱交換器でのみ熱交換を行うようにしたので、エコノマイザ１１或いは空気冷却１０に流れる循環水は空気と接することが無い。このため、第１の水系統を構成する配管として、安価な低耐食材の炭素鋼あるいは低合金鋼を使用することが可能となる。 As described above, in the present invention, the heat exchanger 9 is installed, and the water supply of the first water system and the second water system is exchanged only by the heat exchanger. Therefore, the economizer 11 or the air cooling 10 is used. The flowing circulating water does not come into contact with air. For this reason, it becomes possible to use carbon steel or low alloy steel of an inexpensive low corrosion resistant material as the piping constituting the first water system.

また、本発明によれば、第１の水系統に系統内の流量を制御する第１の流量制御手段（バルブ４９，５０）を備え、第２の水系統に系統内の流量を制御する第２の流量制御手段（ポンプ４１）を備え、第１の流量制御手段（バルブ４９，５０）により熱回収する循環水量を調整し、第２の流量調整手段（ポンプ４１）により増湿塔で噴霧する水量を個別に制御することができるので、従来よりも効率的に増湿及び熱回収をすることが可能となる。 According to the present invention, the first water system includes the first flow control means (valves 49, 50) for controlling the flow rate in the system, and the second water system controls the flow rate in the system. 2 flow control means (pump 41), the amount of circulating water to be heat recovered is adjusted by the first flow control means (valves 49, 50), and sprayed by the second flow control means (pump 41) on the humidification tower. Since the amount of water to be controlled can be individually controlled, it becomes possible to increase the humidity and recover heat more efficiently than in the past.

さらに本発明によれば、第１の水系統の循環水の腐食性は著しく改善されるが、炭素鋼などの耐食性の低い材料に対しては腐食を完全に抑制する効果は期待できない。そのために、循環水に腐食抑制剤を添加することにより、炭素鋼などの耐食性の低い材料に対しても腐食を完全に抑制することができる。また、材料の変更により従来のオーステナイトステンレス鋼で懸念されている応力腐食割れの発生を回避することができる。 Furthermore, according to the present invention, the corrosiveness of the circulating water in the first water system is remarkably improved, but the effect of completely suppressing the corrosion cannot be expected for materials having low corrosion resistance such as carbon steel. Therefore, by adding a corrosion inhibitor to the circulating water, corrosion can be completely suppressed even for materials having low corrosion resistance such as carbon steel. Moreover, the occurrence of stress corrosion cracking, which is a concern with conventional austenitic stainless steels, can be avoided by changing the material.

本発明にかかるガスタービンシステムの増湿運転は、１００％負荷運転時には適しているが、ガスタービン燃焼の不安定な起動停止運転時等に、増湿運転を行うことは不安定度を助長する結果となる。このため、ガスタービン燃焼の不安定な起動停止運転時等には、むしろ積極的にこの運転を取りやめる必要がある。 Although the humidification operation of the gas turbine system according to the present invention is suitable at the time of 100% load operation, performing the humidification operation at the time of unstable start-stop operation of the gas turbine combustion promotes instability. Result. For this reason, it is necessary to actively cancel this operation at the time of unstable start / stop operation of gas turbine combustion.

図２の実施例は、図１の実施例に配管７７、バルブ５２、５３を追加した点で相違しており、この相違点により増湿無し運転を実現するガスタービン系統を示す。増湿無し運転の場合は、バルブ４５，４７，４８，５２を閉じ、バルブ４６，５３を開き、ポンプ４１を停止して増湿塔７での水の噴霧を止めて増湿を停止する。空気冷却器１０及びエコノマイザ１１への循環水は通常運転時と同様に流動させ熱交換器９で熱を回収する。熱交換器９で回収された熱は、回収水１００をポンプ４０で加圧し配管６８，６６を通り熱交換器９に送り冷却する。熱交換器９で熱交換後、配管７７から熱交換器１４に入り冷却後、配管６９を通り水回収装置に戻る。 The embodiment of FIG. 2 differs from the embodiment of FIG. 1 in that a pipe 77 and valves 52 and 53 are added, and this difference shows a gas turbine system that realizes an operation without increasing humidity. In the case of non-humidification operation, the valves 45, 47, 48, 52 are closed, the valves 46, 53 are opened, the pump 41 is stopped, the spraying of water in the humidification tower 7 is stopped, and the humidification is stopped. Circulating water to the air cooler 10 and the economizer 11 flows in the same manner as during normal operation, and heat is recovered by the heat exchanger 9. The heat recovered by the heat exchanger 9 is pressurized by the pump 40 with the recovered water 100 and sent to the heat exchanger 9 through the pipes 68 and 66 to be cooled. After exchanging heat with the heat exchanger 9, it enters the heat exchanger 14 from the pipe 77, cools, returns to the water recovery device through the pipe 69.

図３は実施例１と異なる循環水補給タンク３０の設置方法の代案を示す。熱交換器９からでた循環水は配管６２から循環水タンク３０に一旦貯められ、循環水タンク３０の下部からポンプ４２で空気冷却器１０或いはエコノマイザ１１へ送られる。循環水タンク３０には水質監視装置１１０を設置し、常時水質の監視をすることができる。水質監視装置１１０では腐食抑制剤濃度やｐＨ或いは電気伝導度により循環水の水質を監視することができ、腐食抑制剤などが不足した場合は、水質監視装置１１０に接続されている薬液注入制御装置１１１がポンプ４３を稼動させる信号を出して、薬注タンク３６内にある腐食抑制剤溶液１０３を配管７８からポンプ４３により循環水タンク３０に注入する。 FIG. 3 shows an alternative method of installing the circulating water supply tank 30 different from the first embodiment. Circulating water from the heat exchanger 9 is temporarily stored in the circulating water tank 30 through the pipe 62 and sent from the lower part of the circulating water tank 30 to the air cooler 10 or the economizer 11 by the pump 42. A water quality monitoring device 110 is installed in the circulating water tank 30 to constantly monitor the water quality. The water quality monitoring device 110 can monitor the water quality of the circulating water based on the corrosion inhibitor concentration, pH or electrical conductivity. 111 gives a signal for operating the pump 43, and the corrosion inhibitor solution 103 in the chemical injection tank 36 is injected into the circulating water tank 30 from the pipe 78 by the pump 43.

図４は、実施例１、実施例３と異なる循環水補給タンク３０の設置方法の代案を示す。熱交換器９からでた循環水は、配管６２に設置された保圧弁１２０により、圧力を一定に制御される。この結果、循環水を常に高温水とすることでスケールの析出を抑制し、さらに熱交換器内の循環水を水の状態にして効率の低下を防ぐことができる。保圧弁１２０からの循環水は、循環水タンク３０に一旦貯められ、循環水タンク３０の下部からポンプ４２で空気冷却器１０或いはエコノマイザ１１へ送られる。 FIG. 4 shows an alternative method of installing the circulating water replenishment tank 30 different from the first and third embodiments. The circulating water discharged from the heat exchanger 9 is controlled to have a constant pressure by the pressure holding valve 120 installed in the pipe 62. As a result, it is possible to suppress the precipitation of scale by constantly using the circulating water as high-temperature water, and further prevent the efficiency from decreasing by making the circulating water in the heat exchanger into a water state. Circulating water from the pressure holding valve 120 is temporarily stored in the circulating water tank 30 and sent from the lower part of the circulating water tank 30 to the air cooler 10 or the economizer 11 by the pump 42.

実施例４においては、循環水タンク３０に電位測定装置１２３と参照電極１２１と作用電極１２２を設置して、参照電極１２１の腐食電位を常時測定する。つまり、参照電極１２１としては、銀あるいは塩化銀の電極とすることで循環水の水質に影響されない基準電位の電極とする。また、作用電極１２２としては、炭素鋼、白金、循環水タンク、その他の金属を用いることができ、こちらは循環水の水質に影響されて電位が変化する。このことから、電位測定装置１２３としては、参照電極１２１に対する作用電極１２２の電位を計測して、これを腐食電位とすることができる。 In the fourth embodiment, the potential measuring device 123, the reference electrode 121, and the working electrode 122 are installed in the circulating water tank 30, and the corrosion potential of the reference electrode 121 is constantly measured. That is, as the reference electrode 121, a silver or silver chloride electrode is used as a reference potential electrode that is not affected by the quality of the circulating water. Moreover, as the working electrode 122, carbon steel, platinum, a circulating water tank, and other metals can be used, and the potential changes depending on the quality of the circulating water. From this, the potential measuring device 123 can measure the potential of the working electrode 122 with respect to the reference electrode 121 and set it as the corrosion potential.

図５は、モリブデン酸濃度と炭素鋼の腐食電位の関係を示す。この特性によれば、横軸のモリブデン酸濃度が低下すると、縦軸の腐食電位が低下する関係にあることがわかる。 FIG. 5 shows the relationship between the molybdic acid concentration and the corrosion potential of carbon steel. According to this characteristic, it can be seen that when the molybdic acid concentration on the horizontal axis decreases, the corrosion potential on the vertical axis decreases.

さらに図６は、横軸のモリブデン酸濃度と縦軸の炭素鋼の腐食速度の関係を示す。モリブデン酸濃度が０．０１％以上では、腐食速度が０．０１ｍｍ／年とほとんど腐食しないのに対して、モリブデン酸濃度が０．０１％以下になると腐食速度が急激に速くなることがわかる。 Furthermore, FIG. 6 shows the relationship between the molybdic acid concentration on the horizontal axis and the corrosion rate of carbon steel on the vertical axis. It can be seen that when the molybdic acid concentration is 0.01% or more, the corrosion rate is almost 0.01 mm / year, whereas the corrosion rate is rapidly increased when the molybdic acid concentration is 0.01% or less.

以上の図５、図６の関係からは、モリブデン酸濃度が例えば０．０１％以上になるような腐食電位に制御することで、配管の腐食を抑制可能にすることができることが理解できる。 From the relationship of FIG. 5 and FIG. 6, it can be understood that the corrosion of the pipe can be suppressed by controlling the corrosion potential so that the molybdic acid concentration becomes 0.01% or more, for example.

なお、図５、図６は炭素鋼の場合の腐食電位、腐食速度を示している。同様の傾向は他の材質の金属でも存在するが、腐食電位が急激に変化するときのモリブデン酸濃度は、それぞれの材質により臨界数値が相違する。また、腐食抑制剤としてはモリブデン酸以外のものもあるが、もっとも顕著に変化するのがモリブデン酸であった。 5 and 6 show the corrosion potential and corrosion rate in the case of carbon steel. Although the same tendency exists in other metals, the critical value of the molybdic acid concentration when the corrosion potential changes rapidly varies depending on the material. Further, although there are other corrosion inhibitors than molybdic acid, the most remarkable change was molybdic acid.

以上の解析結果に基づき、本発明においては、腐食抑制剤であるモリブデン酸の濃度が低下すると腐食電位が低下するという関係を利用し、電位測定装置１２３により腐食電位が低下したことを検出した場合は、水質監視装置１１０を介して、これに接続されている薬液注入制御装置１１１が起動し、ポンプ４３を稼動させる信号を出して、薬注タンク３６内にあるモリブデン酸溶液１０３を配管７８からポンプ４３により循環水タンク３０に注入する。本発明の上記構成により、腐食抑制剤制御部を構成する。 Based on the above analysis results, the present invention utilizes the relationship that the corrosion potential decreases when the concentration of molybdic acid that is a corrosion inhibitor decreases, and the potential measuring device 123 detects that the corrosion potential has decreased. The chemical liquid injection control device 111 connected thereto is activated via the water quality monitoring device 110 and issues a signal for operating the pump 43, and the molybdic acid solution 103 in the chemical injection tank 36 is removed from the pipe 78. The water is injected into the circulating water tank 30 by the pump 43. With the above configuration of the present invention, a corrosion inhibitor control unit is configured.

高湿分空気利用ガスタービンに利用可能である。 It can be used for high-humidity air-utilizing gas turbines.

１…フィルタ
２…圧縮機
３…タービン
４…燃焼器
５…排気ガス
６…再生熱交換器
７…増湿塔
８…充填材
９…熱交換器
１０…空気冷却器
１１…エコノマイザ
１２…水回収装置
１３…煙突
１４…熱交換器
３０…循環水補給水タンク
３１…カチオン樹脂塔
３２…脱炭酸塔
３３…アニオン樹脂塔
３４，３５…噴霧ノズル
３６…薬液タンク
４０〜４３…ポンプ
４５〜５３…バルブ
５８…逆止弁
５９…スプリング付逆止弁
６０〜７８…配管
１００…回収水
１０１…増湿塔水
１０２…循環水補給水
１０３…腐食抑制剤溶液
１１０…水質監視装置
１１１…薬液注入制御装置
１２０…保圧弁
１２１…参照電極
１２２…作用電極
１２３…電位測定装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Filter 2 ... Compressor 3 ... Turbine 4 ... Combustor 5 ... Exhaust gas 6 ... Regenerative heat exchanger 7 ... Humidification tower 8 ... Filler 9 ... Heat exchanger 10 ... Air cooler 11 ... Economizer 12 ... Water recovery Device 13 ... Chimney 14 ... Heat exchanger 30 ... Circulating water supply water tank 31 ... Cationic resin tower 32 ... Decarbonation tower 33 ... Anion resin towers 34 and 35 ... Spray nozzle 36 ... Chemical liquid tanks 40 to 43 ... Pumps 45 to 53 ... Valve 58 ... Check valve 59 ... Spring check valve 60-78 ... Pipe 100 ... Collected water 101 ... Humidification tower water 102 ... Circulating water replenishment water 103 ... Corrosion inhibitor solution 110 ... Water quality monitoring device 111 ... Chemical solution injection control Device 120 ... Holding valve 121 ... Reference electrode 122 ... Working electrode 123 ... Potential measuring device

Claims

空気を圧縮する圧縮機、該圧縮機からの圧縮空気に湿分を加える増湿塔、増湿塔からの空気を燃焼用空気として駆動されるガスタービンとから成る高湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
ガスタービンシステムの燃焼排ガスあるいは圧縮空気の保有する熱量を回収して利用する第１の水系統、
ガスタービン燃焼排ガスに含まれる水分を回収する水回収装置と、回収水に含まれる不純物を除去する不純物除去手段と、該不純物除去手段からの回収水の循環系統を備え循環水を用いて圧縮機からの圧縮空気に湿分を加える増湿塔から構成される第２の水系統、
前記第１の水系統と前記第２の水系統の間に設けられた熱交換手段、
前記第１の水系統を循環する循環水の腐食電位を測定し、腐食抑制剤を注入する腐食抑制剤制御部を設けたことを特徴とする高湿分利用ガスタービンシステム。 In a high-humidity gas turbine system comprising a compressor that compresses air, a humidifying tower that adds moisture to the compressed air from the compressor, and a gas turbine that is driven using the air from the humidifying tower as combustion air ,
A first water system that recovers and uses the amount of heat held by the combustion exhaust gas or compressed air of the gas turbine system;
A water recovery device that recovers moisture contained in gas turbine combustion exhaust gas, an impurity removal means that removes impurities contained in the recovered water, and a circulating system for recovered water from the impurity removal means, and a compressor that uses the circulating water A second water system comprising a humidification tower for adding moisture to the compressed air from
Heat exchange means provided between the first water system and the second water system;
A high-humidity gas turbine system comprising a corrosion inhibitor control unit that measures a corrosion potential of circulating water circulating through the first water system and injects a corrosion inhibitor.

請求項１の高湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
前記腐食抑制剤としてモリブデン酸を用いることを特徴とする高湿分利用ガスタービンシステム。 The high humidity gas turbine system according to claim 1,
A high humidity gas turbine system using molybdic acid as the corrosion inhibitor.

請求項１の高湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
前記腐食抑制剤制御部は、前記第１の水系統の前記熱交換手段の後流側に設けられた循環水補給水タンクと、熱交換手段と循環水補給水タンクの間に設けた保圧弁を含み、保圧弁により循環水を高温水に維持することを特徴とする高湿分利用ガスタービンシステム。 The high humidity gas turbine system according to claim 1,
The corrosion inhibitor control unit includes a circulating water makeup water tank provided on the downstream side of the heat exchange means of the first water system, and a pressure holding valve provided between the heat exchange means and the circulating water makeup water tank. And a high-humidity gas turbine system that maintains circulating water as high-temperature water by a pressure-holding valve.

請求項３の高湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
熱交換手段は、増湿塔の循環系統内に設置されることを特徴とする高湿分利用ガスタービンシステム。 In the high-humidity utilization gas turbine system according to claim 3,
A high-humidity-use gas turbine system, wherein the heat exchange means is installed in a circulation system of a humidification tower.

請求項３の高湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
第１の水系統に設けられ、系統内の流量を制御する第１の流量制御手段と、第２の水系統に設けられ、系統内の流量を制御する第２の流量制御手段とを備え、第１の流量制御手段により熱回収する循環水量を調整し、第２の流量調整手段により増湿塔で噴霧する水量を個別に制御することを特徴とする高湿分利用ガスタービンシステム。 In the high-humidity utilization gas turbine system according to claim 3,
A first flow control means provided in the first water system for controlling the flow rate in the system; and a second flow control means provided in the second water system for controlling the flow rate in the system; A high-humidity-use gas turbine system, wherein the amount of circulating water to be recovered by heat is adjusted by the first flow rate control means, and the amount of water sprayed by the humidification tower is individually controlled by the second flow rate adjustment means.

請求項３の高湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
第１の水系統内の第１の流量制御手段は、系統内給水温度を飽和蒸気圧温度以下とすべく流量制御することを特徴とする高湿分利用ガスタービンシステム。 In the high-humidity utilization gas turbine system according to claim 3,
The high-humidity-use gas turbine system, wherein the first flow rate control means in the first water system controls the flow rate so that the feed water temperature in the system is equal to or lower than the saturated vapor pressure temperature.

請求項３の高湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
ガスタービンの起動停止時に、第２の水系統の増湿塔の循環系統を閉鎖し、水回収装置と熱交換器の間で循環させることを特徴とする高湿分利用ガスタービンシステム。 In the high-humidity utilization gas turbine system according to claim 3,
A high-humidity-use gas turbine system characterized in that when the gas turbine is started and stopped, the circulation system of the humidification tower of the second water system is closed and circulated between the water recovery device and the heat exchanger.