(57)【要約】【課題】  低コストで腐食を抑制し、実用に供し得る高効率な発電システムを提供することを目的とする。【解決手段】  液化天然ガスを燃料として用いるボイラ３と、ボイラ３の排気ガス流路１３に設けられ、ボイラ３の排気ガスと排気ガスを冷却する冷却水との間で熱交換して排熱回収するとともに排気ガスから凝縮水を回収する凝縮水排熱回収装置と、供給された空気を圧縮して吐出する圧縮機３７、圧縮機３７から吐出された空気と燃料とが混合燃焼される燃焼器４１、燃焼器４１の燃焼ガスにより駆動されるガスタービン４３およびガスタービン４３によって駆動される発電機４５を有するガスタービン発電設備９と、凝縮水排熱回収装置５で回収された凝縮水を圧縮機３７へ供給する凝縮水供給系統７と、凝縮水供給系統７に酸性を中和する中和剤を注入するアンモニア水注入管路１１と、が備えられていることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化天然ガスを燃料として用いるボイラと、
該ボイラの排気ガス流路に設けられ、該ボイラの排気ガスと該排気ガスを冷却する冷却水との間で熱交換して排熱回収するとともに前記排気ガスから凝縮水を回収する熱交換器と、
供給された空気を圧縮して吐出する圧縮機、該圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合燃焼される燃焼器、該燃焼器の燃焼ガスにより駆動されるガスタービンおよび該ガスタービンによって駆動される発電機を有するガスタービン発電設備と、
前記熱交換器で回収された凝縮水を前記圧縮機へ供給する凝縮水供給系統と、
該凝縮水供給系統に酸性を中和する中和剤を注入する中和剤注入手段と、
が備えられていることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記中和剤注入手段は、注入前および注入後における凝縮水の水素イオン濃度を測定し、その測定結果に応じて前記中和剤の供給量を調節するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記中和剤注入手段は、前記凝縮水供給系統の配管内に設けられたダクトに前記中和剤を供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラからの水分を含む排気ガスから水分と排熱を回収する機能を備えた発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような発電システムとしては、例えば、特許文献１に示されるものが提案されている。
これは、体積流量あたりの水分量が比較的多いボイラの排気ガスと冷却水とを熱交換させるので、小さな伝熱面積でも十分な量の凝縮水が得られる。このため、熱交換器を小型化でき、その分設備コストを低減できるものである。
また、生成された凝縮水をガスタービン発電設備における圧縮機に供給される空気に噴霧するように構成されている。これにより、凝縮水の蒸発潜熱によって圧縮機出口での空気温度を低下させ、圧縮機の所要動力を低減させる。このように、圧縮機の所要動力を低減させると、その分ガスタービンの出力が増加し、発電能力が増加するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１３０１号公報（段落［００１７］〜［００３２］，及び図１〜図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者等は、通常、天然ガスを燃焼した排気ガスは、処理をすることなく排出されており、その排気ガスから回収した凝縮水はガスタービンで用いても問題がないと判断し、実用化研究を進めた。
ところが、凝縮水の水素イオン濃度が低い（弱酸性）と、ガスタービン発電設備等に腐食の問題が発生するという知見を得た。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、低コストで腐食を抑制し、実用に供し得る高効率な発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる発電システムは、液化天然ガスを燃料として用いるボイラと、該ボイラの排気ガス流路に設けられ、該ボイラの排気ガスと該排気ガスを冷却する冷却水との間で熱交換して排熱回収するとともに前記排気ガスから凝縮水を回収する熱交換器と、供給された空気を圧縮して吐出する圧縮機、該圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合燃焼される燃焼器、該燃焼器の燃焼ガスにより駆動されるガスタービンおよび該ガスタービンによって駆動される発電機を有するガスタービン発電設備と、前記熱交換器で回収された凝縮水を前記圧縮機へ供給する凝縮水供給系統と、該凝縮水供給系統に酸性を中和する中和剤を注入する中和剤注入手段と、が備えられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明にかかる発電システムによれば、中和剤注入手段によって凝縮水供給系統を通過する凝縮水に中和剤が注入されるので、凝縮水供給系統内で凝縮水と中和剤とが混合される。これにより、弱酸性の凝縮水が中和されてガスタービンの圧縮機に供給されるので、下流側の凝縮水供給系統、ガスタービンの翼および燃焼器等での腐食発生を効果的に抑えることができる。
このように、中和剤を注入する設備を備えるだけであるので、例えば、脱気器、イオン交換装置等の高価な機器を用いるのに比べて設備コストを安価とすることができる。
なお、中和剤としては、入手のし易さ、コストおよび沈殿物が発生しない点から、アンモニアが好適である。
【０００８】
また、本発明にかかる発電システムでは、前記中和剤注入手段は、注入前および注入後における凝縮水の水素イオン濃度を測定し、その測定結果に応じて前記中和剤の供給量を調節するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
このように、中和剤注入手段は、注入前および注入後における凝縮水の水素イオン濃度を測定し、その測定結果に応じて中和剤の供給量を調節するように構成されているので、生成された凝縮水のイオン濃度に対応して最適な量の中和剤を供給することができる。
また、これによりガスタービンの圧縮機へ供給される凝縮水のイオン濃度を正確に、かつ、確実に所要の値に保持することができる。
【００１０】
さらに、本発明にかかる発電システムでは、前記中和剤注入手段は、前記凝縮水供給系統の配管内に設けられたダクトに前記中和剤を供給することを特徴とする。
【００１１】
本発明にかかる発電システムによれば、ダクトに供給された中和剤は、ダクトが発生する乱流によって速やかに凝縮水と混合されるので、凝縮水の中和を速やかに行なうことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、中和剤注入手段によって凝縮水供給系統を通過する凝縮水に中和剤が注入されるので、下流側の凝縮水供給系統、ガスタービンの翼および燃焼器等での腐食発生を効果的に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態にかかる発電システム１について、図１および図２を用いて説明する。
図１は、発電システム１の概略構成を示すブロック図である。
発電システム１には、ボイラ３と、凝縮水排熱回収装置５と、凝縮水供給系統７と、ガスタービン発電設備９と、アンモニア水注入管路（中和剤供給手段）１１とがそなえられている。
ボイラ３は、液化天然ガスを燃料として空気と混合燃焼させるものである。ボイラ３の排気ガス流路１３には、空気ファンによって取り込まれた大気中の空気を排気ガスによって加熱する空気予熱器１５と、凝縮水排熱回収装置５と、が備えられている。
【００１４】
凝縮水排熱回収装置５には、復水器からのボイラ給水を導入する入口給水管１７と、低圧熱交換器５５（図２参照）へボイラ給水を導出する出口給水管１９とが接続されており、内部に入口給水管１７と出口給水管１９とを接続する伝熱配管１８（図２参照）が設けられている。凝縮水排熱回収装置５は、内部を通過する排気ガスと伝熱配管１８を流れるボイラ給水との間で熱交換を行い、ボイラ給水を加熱するとともに排気ガスに含まれる水分を凝縮させるものである。
凝縮水排熱回収装置５で熱回収された排気ガスは煙突２１から大気中に排出される。
凝縮水供給系統７には、回収された凝縮水を一時的に蓄える回収水タンク２３と、凝縮水排熱回収装置５および回収タンク２３を接続する回収管路２５と、回収管路２５を通って凝縮水を送る回収ポンプ２７と、回収タンク２３からガスタービン発電設備９へ凝縮水を供給する供給管路２９と、供給ポンプ３１とが備えられている。
【００１５】
ガスタービン発電設備９には、空気取入管３３から取り込む空気を噴霧状にして供給された凝縮水と混合して供給する空気注入システム３５と、空気注入システム３５の下流側に接続された圧縮機３７と、圧縮機３７からの圧縮空気に燃料供給管３９から供給される燃料を混合して燃焼させる燃焼器４１と、燃焼器４１からの燃焼ガスによって仕事をするガスタービン４３及び発電機４５と、仕事を終えた排気ガスから排熱回収を行う排ガスボイラ４７と、とが備えられている。
【００１６】
図２は、凝縮水排熱回収装置５および凝縮水供給系統７の構成を示す系統図である。
復水器４９で復水されたボイラ給水は、復水ポンプ５１によってボイラ給水管路５３を通って低圧給水加熱器５５を通りボイラ３へ供給される。
ボイラ給水管路５３の復水ポンプ５１出口部の位置Ａにおいて入口給水管１７が分岐されている。
ボイラ給水管路５３の位置Ａよりも下流側の位置Ｂにおいて出口給水管１９が合流している。
入口給水管１７のボイラ給水管路５３側には、流量を調節する流量調節弁５７が、出口給水管１９のボイラ給水管路５３側には、流量を調節する流量調節弁５９が設けられている。
【００１７】
アンモニア水注入管路１１にはアンモニア水の供給量を調節する供給量調節弁６１が設けられている。
回収管路２５におけるアンモニア水注入管路１１の合流点Ｃよりも上流側の位置Ｄには、アンモニア注入前の凝縮水の水素イオン濃度を測定する第一ペーハ計６３が備えられている。
供給管路２９における供給ポンプ３１の下流の位置Ｅには、アンモニア注入後の凝縮水の水素イオン濃度を測定する第二ペーハ計６５が備えられている。
【００１８】
以上説明した本実施形態にかかる発電システムの動作について説明する。
まず、大気中の空気が空気ファンによって吸引され、空気予熱器１５へと取り込まれる。そして、空気はこの空気予熱器１５内において、ボイラ３からの排気ガスによって暖められて昇温した後、ボイラ３へと送り出される。
ボイラ３内に取り込まれた加熱後の空気は、液化天然ガスと混合して燃焼され、高温の燃焼ガスとなる。そしてこの燃焼ガスは、ボイラ給水管路５３からの給水を加熱して主蒸気を生成する。この主蒸気は、ボイラ３を出て図示しない高圧タービンへと供給されていく。
【００１９】
一方、主蒸気の生成に使われた後の燃焼ガスは、排気ガスとしてボイラ３より排気ガス流路１３へ排出される。排出された排気ガスは、空気予熱器１５を通る際に、空気ファンによって取り込まれる空気を加熱することで一部の排熱が回収される。
そして、空気予熱器１５を経た後の排気ガスは、凝縮水排熱回収装置５に取り込まれる。そして、この凝縮水排熱回収装置５により、供給された排気ガスからの凝縮水の回収と排熱の回収とが同時に行われる。
すなわち、排気ガスは凝縮水排熱回収装置５内を通過する際に、内部に張り巡らされている伝熱配管１８の周囲を流れるが、この伝熱配管１８内には、復水ポンプ５１によって入口給水管１７を通って凝縮水排熱回収装置５に向かって供給されてくるボイラ給水が流れているので、このボイラ給水と排気ガスとが伝熱配管１８の壁面を介して熱交換を行う。この熱交換により、１回目の排熱回収で回収できなかった排熱が、伝熱配管１８内の水に取り込まれて回収される。
【００２０】
同時に、伝熱配管１８内のボイラ給水との熱交換によって冷却される際に、排気ガスＧ中に含まれる水分が凝縮して伝熱配管１８の周囲に付着し、これが凝縮水として凝縮水排熱回収装置５の底部に集められる。
凝縮水排熱回収装置５に貯留された凝縮水は、回収ポンプ２７によって回収管路２５を通って回収水タンク２３に送られる。
一方、排熱と凝縮水とが回収された後の排気ガスは、煙突２１より排気ガスとして排出される。
【００２１】
液化天然ガスを燃焼した排気ガスは、そのまま大気中に排出されるほど環境汚染面で問題ないので、凝縮水の水質もガスタービン発電設備９に供給するのに問題はないと判断していたが、実用化研究の一環として天然ガスを専焼するボイラで、凝縮水に略対応するものの水質の確認を行なった。
試料は、冬と夏の時期に相当する２回にわたり煙突入口に設置された排気ガス分析器のドレンを採取して、分析した。その結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
この結果、ｐＨ（水素イオン濃度）が弱酸性を示す以外は何ら問題がないことが判明した。
回収した凝縮水をガスタービン発電設備にそのまま供給すると、腐食の問題が起きる恐れのあること知見した。
そのため、経済的に見合うという条件で検討した結果として本実施形態の発電システムに思い至ったものである。
検討の前提として、採取したドレンを中和するため、２００ｐｐｍＮＨ3水溶液および４００ｐｐｍＮａＯＨ水溶液によって滴定した。この結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
この条件の凝縮水１ｔｏｎを中和するのに必要なアンモニア量を算出した結果を表３に示す。
【表３】
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【００２６】
回収管路２５で送られる凝縮水には、位置Ｃにおいてアンモニア水注入管路１１からアンモニア水が供給され、凝縮水とアンモニア水とは混合されつつ回収タンク２３へ送られる。
回収タンク２３において、凝縮水とアンモニア水とは、例えば、アジテータによってかき回されて完全に混合され、凝縮水の弱酸性がアンモニアによって中和される。
アンモニア水注入管路１１から供給されるアンモニアの量は、第一ペーハ計６３と第二ペーハ計６５とによって測定される水素イオン濃度に応じて供給量調節弁６１の開度を調節することによって調節される。
【００２７】
回収タンク２３に貯留された凝縮水は、供給ポンプ３１によってガスタービン発電設備９の注入システム３５へ送られる。
凝縮水は注入システムへ噴射され、微細な液滴となり、空気取入管３３より取り込まれた空気に噴霧混合される。このようにして水分を含んだ空気は、圧縮機３７に取り込まれて圧縮を受けるが、圧縮機３７の出口に至るまでに水分が気化するので、その蒸発潜熱によって圧縮機３７の出口での空気温度を下げることとなる。
圧縮機３７の動力は、圧縮機３７の出入口間における空気エンタルピの差に等しく、空気エンタルピは温度に比例するので、圧縮機３７の出口での空気温度が下がると、圧縮機３７の所要動力を低減させることができる。
したがって、出力ロスとなる圧縮機３７の所要動力が減った分、ガスタービン４３の出力が増加することとなる。
【００２８】
圧縮機３７を経た後の圧縮空気は、燃焼器４１内において燃料供給管３９から供給される燃料と混合し、燃焼して高温の燃焼ガスとなる。この燃焼ガスは、ガスタービン４３に供給されて仕事（発電機４５を駆動して発電する）をした後、排ガスボイラ４７を通ることで排熱回収される。
すなわち、例えばガスタービン４３からの排気ガスを熱源として蒸気を発生させ、この蒸気で図示されない蒸気タービンを駆動させることで排熱回収する。
そして、排ガスボイラ４７を経た後の排気ガスは、図１に示す煙突２１を通って大気中に排出される。
【００２９】
以下、本実施形態の作用・効果について説明する。
アンモニア水注入管路１１によって回収管路２５を通過する凝縮水にアンモニア水が注入され、混合されつつ回収タンク２３に回収され、回収タンク２３内攪拌され、凝縮水と中和剤とが混合される。
これにより、弱酸性の凝縮水が中和されてガスタービン発電設備９に供給されるので、下流側の供給管路２９、ガスタービン４３の翼および燃焼器４１等での腐食発生を効果的に抑えることができる。
【００３０】
また、アンモニア水を注入する設備を備えるだけであるので、例えば、脱気器、イオン交換装置等の高価な機器を用いるのに比べて設備コストを安価とすることができる。
また、第一ペーハ計６３および第二ペーハ計６５によってアンモニア水の注入前および注入後における凝縮水の水素イオン濃度を測定し、その測定結果に応じて供給量調節弁６１の開度を調節してアンモニア水の供給量を調節するので、生成された凝縮水のイオン濃度に対応して最適な量のアンモニアを供給することができる。
また、これによりガスタービン発電設備９へ供給される凝縮水のイオン濃度を正確に、かつ、確実に所要の値に保持することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、中和剤としてアンモニアを用いているが、これに限定されるものではなく、還元機能を備えるものであれば適宜用いることができる。
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図３を用いて説明する。
図３は、本実施形態の凝縮水供給系統７の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態における発電プラント１は、凝縮水供給系統７の構成および中和剤注入手段
の構成が前述した第一実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第一実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００３２】
本実施形態では、凝縮水供給系統７は、凝縮水排熱回収装置５とガスタービン発電設備９とを接続管路６７によって直接接続している。
第一実施形態のように回収タンク２３を用いていないのは、発電システムが定格運転をした場合には、凝縮水の生成量とガスタービン発電設備９での水分所要量とをバランスさせるように設計できるからである。
接続管路６７には、吸引式の供給ポンプ６９が備えられている。供給ポンプ６９は、凝縮水排熱回収装置５の底部に収集された凝縮水を吸引し、ガスタービン発電設備９に供給する機能を果たすものである。
接続管路６７における供給ポンプ６９の上流側には、ダクト７１が接続管路６７に沿う方向に延在して取り付けられている。アンモニア供給手段１１は、ダクト７１の上流側に接続され、ダクト７１にアンモニア水を供給するように構成されている。
【００３３】
このように構成された本実施形態にかかる発電システム１の動作について説明する。
ボイラ３およびガスタービン発電設備９の動作については、前述の第一実施形態と同じであるので、説明を省略する。
凝縮水排熱回収装置５の底部に収集された凝縮水は、供給ポンプ６９によって接続管路６７を通ってガスタービン発電設備９へ供給される。
凝縮水は、送られる途中でダクト７１によって流れを乱されるので、ダクト７１のところで乱流が生じる。
アンモニア水注入管路１１からダクト７１に供給されるアンモニア水は、凝縮水の乱流によって攪拌され、速やかに凝縮水と混合され、凝縮水を中和する。
なお、本実施形態においても、アンモニア水注入管路１１から供給されるアンモニアの量は、接続管路６７のダクト７１の上流側に設置された第一ペーハ計６３と下流側に設置された第二ペーハ計６５とによって測定される水素イオン濃度に応じてアンモニア水注入管路１１に設けられた供給量調節弁６１の開度を調節することによって調節される。
【００３４】
本実施形態にかかる発電システムの作用・効果は、前述の第一実施形態の作用・効果に加えて、ダクト７１に供給されたアンモニアは、ダクト７１によって発生される乱流によって速やかに凝縮水と混合されるので、凝縮水の中和を速やかに行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる発電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第一実施形態にかかる凝縮水排熱回収装置および凝縮水供給系統の構成を示す系統図である。
【図３】本発明の第二実施形態にかかる凝縮水供給系統の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  発電システム
３  ボイラ
５  凝縮水排熱回収装置
７  凝縮水供給系統
９  ガスタービン発電設備
１１  アンモニア水注入管路
１３  排気ガス流路
３７  圧縮機
４１  燃焼器
４３  タービン
４５  発電機
７１  ダクト
【図１】
2006348755.tif 000006
【図２】
2006348755.tif 000007
【図３】
2006348755.tif 000008