(57)【要約】【課題】タービンシステムにおいて、ガスタービンの昇速時に排気ガス中に含まれる有害物質を確実に浄化可能とする。【解決手段】排熱回収ボイラ２０における高圧ボイラ２１と中圧ボイラ２２の間にＮＯｘを浄化する脱硝装置２５を設ける一方、ガスタービン１１から排出される排気ガスを排熱回収ボイラ２０に送る配管２６に排気ガスを加熱するガスバーナ２７を装着すると共に、排気ガスを高圧ボイラ２１を迂回して脱硝装置２５に導くバイパス管２９を設ける。【選択図】　　　　図１
2004019484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧の燃料と高圧の空気とをガスタービンにて燃焼して発電すると共に、発生した排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電するタービンシステムにおいて、前記ボイラに脱硝装置を設けると共に、該ボイラの上流側に前記ガスタービンの排気ガスを前記脱硝装置の活性化温度まで加熱する加熱手段を設けたことを特徴とするタービンシステム。
【請求項２】
請求項１記載のタービンシステムにおいて、前記ガスタービンの着火時から負荷が発生するまで前記加熱手段を作動することを特徴とするタービンシステム。
【請求項３】
請求項２記載のタービンシステムにおいて、前記ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管から分岐して前記ボイラを迂回して前記脱硝装置に導くバイパス管を設け、前記ガスタービンの負荷が発生するまでに排気ガス温度が前記脱硝装置の活性化温度を越えたときには排気ガスを前記バイパス管に導入することを特徴とするタービンシステム。
【請求項４】
請求項１記載のタービンシステムにおいて、前記加熱手段は、前記ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管内に配設されたガスバーナであることを特徴とするタービンシステム。
【請求項５】
請求項４記載のタービンシステムにおいて、前記ガスバーナは前記配管の内壁面に装着されたことを特徴とするタービンシステム。
【請求項６】
請求項１記載のタービンシステムにおいて、前記加熱手段は、前記ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管内に熱風を送給する熱風発生手段であることを特徴とするタービンシステム。
【請求項７】
請求項１記載のタービンシステムにおいて、前記加熱手段は、前記ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管内に配設された熱交換器であることを特徴とするタービンシステム。
【請求項８】
請求項１記載のタービンシステムにおいて、前記加熱手段は、前記ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管内に他系統のガスタービンからの排気ガスを送給する排気ガス送給手段であることを特徴とするタービンシステム。
【請求項９】
高圧の燃料と高圧の空気とをガスタービンにて燃焼して発電すると共に、発生した排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電するタービンシステムにおいて、前記ボイラに脱硝装置を設けると共に、該脱硝装置を活性化温度まで加熱する加熱手段を設けたことを特徴とするタービンシステム。
【請求項１０】
高圧の燃料と高圧の空気とをガスタービンにて燃焼して発電するタービンシステムにおいて、前記ガスタービンで発生した排気ガスを浄化する脱硝装置を設けると共に、該脱硝装置あるいは排気ガスを該脱硝装置の活性化温度まで加熱する加熱手段を設けたことを特徴とするタービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの排気を排熱回収ボイラに導き、その熱を回収して蒸気を発生させて蒸気タービンを駆動する複合発電プラントとしてのタービンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な複合発電プラントにて、ガスタービンは圧縮機と燃焼器とタービンとを有しており、圧縮機で高圧となった空気と、圧縮機で高圧となって熱交換器で高温となった燃料ガスが燃焼器に送られて燃焼し、タービンを駆動して発電機を運転する。一方、このガスタービンで発生した高温の排気ガスは排熱回収ボイラに送られて蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電機を運転する。そして、蒸気タービンでは冷却された復水を排熱回収ボイラに戻して過熱し、再び蒸気を生成して蒸気タービンに送っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した複合発電プラントでは、ガスタービンから排出される排気ガスは排熱回収ボイラに送られて蒸気を生成するが、ガスタービンでは、高圧の空気と高圧高温の燃料ガスを燃焼するため、排気ガス中にＮＯｘ（窒素酸化物）が発生する。そのため、排熱回収ボイラに脱硝装置を設けている。
【０００４】
ところが、この脱硝装置は２５０℃〜４００℃が使用温度であるが、ガスタービンの昇速時には排気ガスの温度が低く、脱硝装置により発生したＮＯｘを浄化することができない。また、このガスタービンの昇速時は、燃焼条件が不安定であるため、発生するＮＯｘを低減するような低ＮＯｘ運転が困難である。
【０００５】
図８に従来のタービンシステムにおけるＮＯｘの発生状況を表すグラフを示す。同図に示すように、ガスタービンが拡散燃焼器を有している場合（図８にて実線）では、着火時からＮＯｘの発生量が著しく増加し、負荷が発生して燃焼が安定すると低ＮＯｘ運転となり、更に脱硝装置が機能すると、点線で示すように排出されるＮＯｘ量がほとんど無くなる。また、ガスタービンが予混合燃焼器を有している場合（図８にて一点鎖線）でも、着火時からＮＯｘの発生量が増加し、負荷が発生して燃焼が安定すると低ＮＯｘ運転となり、更に脱硝装置が機能すると、点線で示すように排出されるＮＯｘ量がほとんど無くなる。
【０００６】
このようにいずれのガスタービンであっても、着火時から排気ガスの温度が脱硝装置の浄化温度まで高温とならないガスタービンの昇速時では、ＮＯｘを低減するための対策が不十分であった。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するものであり、ガスタービンの昇速時に排気ガス中に含まれる有害物質を確実に浄化可能としたタービンシステムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のタービンシステムは、高圧の燃料と高圧の空気とをガスタービンにて燃焼して発電すると共に、発生した排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電するタービンシステムにおいて、前記ボイラに脱硝装置を設けると共に、該ボイラの上流側に前記ガスタービンの排気ガスを前記脱硝装置の活性化温度まで加熱する加熱手段を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明のタービンシステムでは、前記ガスタービンの着火時から負荷が発生するまで前記加熱手段を作動することを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明のタービンシステムでは、前記ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管から分岐して前記ボイラを迂回して前記脱硝装置に導くバイパス管を設け、前記ガスタービンの負荷が発生するまでに排気ガス温度が前記脱硝装置の活性化温度を越えたときには排気ガスを前記バイパス管に導入することを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明のタービンシステムでは、前記加熱手段は、前記ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管内に配設されたガスバーナであることを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明のタービンシステムでは、前記ガスバーナは前記配管の内壁面に装着されたことを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明のタービンシステムでは、前記加熱手段は、前記ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管内に熱風を送給する熱風発生手段であることを特徴としている。
【００１４】
請求項７の発明のタービンシステムでは、前記加熱手段は、前記ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管内に配設された熱交換器であることを特徴としている。
【００１５】
請求項８の発明のタービンシステムでは、前記加熱手段は、前記ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管内に他系統のガスタービンからの排気ガスを送給する排気ガス送給手段であることを特徴としている。
【００１６】
請求項９の発明のタービンシステムは、高圧の燃料と高圧の空気とをガスタービンにて燃焼して発電すると共に、発生した排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電するタービンシステムにおいて、前記ボイラに脱硝装置を設けると共に、該脱硝装置を活性化温度まで加熱する加熱手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１０の発明のタービンシステムは、高圧の燃料と高圧の空気とをガスタービンにて燃焼して発電するタービンシステムにおいて、前記ガスタービンで発生した排気ガスを浄化する脱硝装置を設けると共に、該脱硝装置あるいは排気ガスを該脱硝装置の活性化温度まで加熱する加熱手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１に本発明の第１実施形態に係るタービンシステムを適用した複合発電プラントの概略構成、図２にガスタービンから排熱回収ボイラに至る排気ガスの配管構造を表す概略、図３にガスタービン負荷に対する排気ガス温度を表すグラフを示す。
【００２０】
本実施形態の複合発電プラントにおいて、図１に示すように、ガスタービン１１は、圧縮機１２と燃焼器１３とタービン１４とを有しており、燃焼ガスにより発電機１５を運転するようになっている。図示しないが、このガスタービン１１と同軸上に蒸気タービン１６が連結されており、蒸気タービン１６は、高圧タービン１７と中圧タービン１８及び低圧タービン１９とが一軸に連結されて構成されている。そして、ガスタービン１１からの排気ガスＧが排熱回収ボイラ２０に送られるようになっており、この排熱回収ボイラ２０は、高圧ボイラ２１と中圧ボイラ２２と低圧ボイラ２３を有している。この排熱回収ボイラ２０内では、ガスタービン１１からの排気ガスにより高圧ボイラ２１、中圧ボイラ２２、低圧ボイラ２３でそれぞれ蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービン１６に送って駆動し、発電機２４を運転するようになっている。なお、この蒸気タービン１６の排気蒸気は図示しない復水器で凝縮され、復水ポンプにより排熱回収ボイラ２０の予熱器に送られるようになっている。
【００２１】
本実施形態の複合発電プラントでは、図１及び図２に示すように、排熱回収ボイラ２０における高圧ボイラ２１と中圧ボイラ２２の間にＮＯｘを浄化する脱硝装置２５を設けている。また、ガスタービン１１のタービン１４から排出される排気ガスを排熱回収ボイラ２０に送るための配管２６内に、排気ガスを脱硝装置２５の活性化温度まで加熱する加熱手段としてガスバーナ２７を装着している。このガスバーナ２７は、多数の噴射孔を有するガス管を配管２６を貫通して複数本配設してなるものである。更に、このガスバーナ２７の下流側の配管２６に開閉弁２８を設けると共に、この配管２６（開閉弁２８）から分岐して高圧ボイラ２１を迂回して脱硝装置２５に導くバイパス管２９を設け、このバイパス管２９に開閉弁３０を設けている。
【００２２】
そして、ガスタービン１１を起動した昇速時には、タービン１４から排出された低温の排気ガスを配管２６内でガスバーナ２７により加熱し、開閉弁２８を閉止する一方、開閉弁３０を開放し、加熱された排気ガスを高圧ボイラ２１を迂回するようにバイパス管３０を通して脱硝装置２５に直接導き、この脱硝装置２５を活性化温度まで加熱するようにしている。
【００２３】
ここで、本実施形態の複合発電プラントの作動について説明すると、ガスタービン１１では、高圧となった燃料ガスが加熱されて燃焼器１３に供給されると共に、圧縮機１２で高圧となった空気が燃焼器１３に供給され、ここで燃焼して膨張してタービン１４を駆動することで発電機１５を運転する。そして、ガスタービン１１からの排気ガスが配管２６を通って排熱回収ボイラ２０に送られる。
【００２４】
この場合、ガスタービン１１からの排気ガスが高温（２５０℃以上）であれば、開閉弁２８を開放する一方、開閉弁３０を閉止し、高温の排気ガスを配管２６を通して排熱回収ボイラ２０に送り、この高温の排気ガスにより脱硝装置２５を加熱して活性化させ、排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。ところが、ガスタービン１１を起動した直後の昇速時には、ガスタービン１１からの排気ガスは低温（２５０℃未満）であり、この低温の排気ガスを排熱回収ボイラ２０に送っても脱硝装置２５は活性化せず、排気ガス中のＮＯｘを浄化することができない。
【００２５】
そこで、ガスタービン１１の起動時には、配管２６を通る低温の排気ガスをガスバーナ２７により加熱し、開閉弁２８を閉止する一方、開閉弁３０を開放し、ガスバーナ２７により加熱された排気ガスを高圧ボイラ２１を迂回するようにバイパス管３０を通して脱硝装置２５に直接導く。すると、高温の排気ガスにより脱硝装置２５を加熱して活性化させることができ、この脱硝装置２５により排気ガス中のＮＯｘを確実に浄化することができる。
【００２６】
その後、ガスタービン１１の負荷が増加して排気ガスが高温となると、開閉弁２８を開放する一方、開閉弁３０を閉止し、高温の排気ガスを配管２６を通して排熱回収ボイラ２０に送り、脱硝装置２５で排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。一方、排熱回収ボイラ２０では、高圧ボイラ２１、中圧ボイラ２２、低圧ボイラ２３にて蒸気が発生し、この蒸気を蒸気タービン１６の各タービン１７，１８，１９に送って駆動し、発電機２４を運転する。
【００２７】
このようなガスタービン１１の作動に応じた排気ガスの温度変化を図３のグラフに基づいて説明する。ガスタービン１１の着火時、排気ガスは低温であるため、この排気ガスの温度が脱硝装置２５の使用温度（活性化温度）範囲に入るまでの時間Ｔ１　、ガスバーナ２７により排気ガスを加熱し、二点鎖線で示すように昇温すると共に、バイパス管２９により脱硝装置２５に直接導入して加熱する。そして、排気ガスの温度が脱硝装置２５の使用温度範囲に入ると、ガスバーナ２７による排気ガスの加熱を停止し、ガスタービン１１の負荷が発生して脱硝装置２５の出口での排気ガスの温度が使用温度範囲に入るまでの時間Ｔ２　、バイパス管２９により排気ガスを脱硝装置２５に直接導入して加熱する。その後、時間Ｔ２　を過ぎたら、ガスタービン１１からの排気ガスが高温となるため、通常通り、排気ガスを配管２６から脱硝装置２５にする。
【００２８】
なお、ガスタービン１１の着火から排気ガスの温度が脱硝装置２５の使用温度範囲に入るまでの時間Ｔ１　のとき、ガスバーナ２７により排気ガスを加熱してバイパス管２９から脱硝装置２５に直接導入するようにしたが、ガスバーナ２７による排気ガスの加熱が十分であれば、排気ガスを配管２６から脱硝装置２５に導入してもよい。
【００２９】
このように本実施形態の複合発電プラントにあっては、排熱回収ボイラ２０における高圧ボイラ２１と中圧ボイラ２２の間にＮＯｘを浄化する脱硝装置２５を設ける一方、ガスタービン１１から排出される排気ガスを排熱回収ボイラ２０に送る配管２６に排気ガスを加熱するガスバーナ２７を装着すると共に、排気ガスを高圧ボイラ２１を迂回して脱硝装置２５に導くバイパス管２９を設けている。
【００３０】
従って、ガスタービン１１の起動時には、低温の排気ガスをガスバーナ２７により加熱してから脱硝装置２５に送るため、高温の排気ガスにより脱硝装置２５が加熱されて活性化することとなり、この脱硝装置２５により排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００３１】
また、このとき、高温の排気ガスをバイパス管２９により高圧ボイラ２１を迂回して脱硝装置２５に直接送るため、排気ガスが高圧ボイラ２１にて冷却されることはなく、脱硝装置２５を早期に活性化して排気ガス中のＮＯｘを確実に浄化することができる。
【００３２】
また、上述の実施形態では、加熱手段としてガスバーナ２７を配管２６を貫通して設けたが、配管２６の内壁面に沿ってガスバーナを装着し、配管の中心部側に噴射するように構成することで、ガスバーナが排気ガスの流動に邪魔になるのを防止できる。
【００３３】
また、上述の実施形態では、排気ガスを脱硝装置２５の活性化温度まで加熱する加熱手段としてガスバーナ２７を適用したが、これに限定されるものではない。図４乃至図７に本発明の他の実施形態に係るタービンシステムにおける加熱手段を表す概略を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３４】
第２実施形態では、図４に示すように、加熱手段を、ガスタービンの排気ガスを排熱回収ボイラに送る配管２６内に熱風を送給する熱風発生装置３１としている。この熱風発生装置３１は送風機３２及びガスバーナ３３によって構成されている。従って、配管２６内に装置を配設することなく、この配管２６内に熱風を送給することで、容易に排気ガスを加熱することができる。
【００３５】
第３実施形態では、図５に示すように、加熱手段を、ガスタービンの排気ガスを排熱回収ボイラに送る配管２６内に設けられた熱交換器４１としている。この熱交換器４１は燃焼器４２及び多数の蒸気細管４３によって構成されている。従って、配管２６内を流れる排気ガスを悪化させることなく、容易に排気ガスを加熱することができる。
【００３６】
第４実施形態では、図６に示すように、加熱手段を、ガスタービンの排気ガスを排熱回収ボイラに送る配管２６内に他系統のガスタービンからの排気ガスを送給する排気ガス送給装置５１としている。この排気ガス送給装置５１は他系統のガスタービン５２と送給管５３とポンプ５４によって構成されている。従って、他系統のガスタービン５２から配管するだけで、容易に排気ガスを加熱することができる。
【００３７】
第５実施形態では、図７に示すように、排熱回収ボイラ２０に脱硝装置２５を設けると共に、この脱硝装置２５に加熱手段としての電気ヒータ６１を設け、この電気ヒータ６１により脱硝装置２５を活性化温度まで加熱するようにしている。従って、ガスタービン１１の起動時には、低温の排気ガスが配管２６を通って排熱回収ボイラ２０の脱硝装置２５に送られるが、この脱硝装置２５は電気ヒータ６１により加熱されて活性化しているため、この脱硝装置２５により低温の排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【００３８】
なお、上述した実施形態では、本発明のタービンシステムを複合発電プラントに適用して説明したが、ガスタービン設備の排気系に適用しても同様の作用効果を奏することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のタービンシステムによれば、高圧の燃料と高圧の空気とをガスタービンにて燃焼して発電すると共に、発生した排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電するタービンシステムにて、ボイラに脱硝装置を設けると共に、このボイラの上流側にガスタービンの排気ガスを脱硝装置の活性化温度まで加熱する加熱手段を設けたので、ガスタービンの昇速時に排気ガスが低温であっても、加熱手段によりこの排気ガスを加熱して脱硝装置に送ることで、脱硝装置を早期に活性化温度まで昇温することができ、排気ガス中に含まれる有害物質を確実に浄化することができる。
【００４０】
請求項２の発明のタービンシステムによれば、ガスタービンの着火時から負荷が発生するまで加熱手段を作動するので、ガスタービンの排気ガス温度が低くて脱硝装置が活性化しないときだけ加熱手段により排気ガスを加熱するため、効率的に脱硝装置を活性化することができる。
【００４１】
請求項３の発明のタービンシステムによれば、ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管から分岐してボイラを迂回して脱硝装置に導くバイパス管を設け、ガスタービンの負荷が発生するまでに排気ガス温度が脱硝装置の活性化温度を越えたときには排気ガスをバイパス管に導入するので、排気ガスの熱がボイラで奪われるのを防止して確実に脱硝装置を加熱することで、効率的に脱硝装置を活性化することができる。
【００４２】
請求項４の発明のタービンシステムによれば、加熱手段を、ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管内に配設されたガスバーナとしたので、簡単な構成で確実に排気ガスを加熱することができる。
【００４３】
請求項５の発明のタービンシステムによれば、ガスバーナを配管の内壁面に装着したので、ガスバーナが排気ガスの流動に邪魔になるのを防止し、高温の排気ガスを適正にボイラに送給することができる。
【００４４】
請求項６の発明のタービンシステムによれば、加熱手段を、ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管内に熱風を送給する熱風発生手段としたので、配管内に装置を配設することなく、この配管内に熱風を送給することで、容易に排気ガスを加熱することができる。
【００４５】
請求項７の発明のタービンシステムによれば、加熱手段を、ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管内に配設された熱交換器としたので、配管内を流れる排気ガスを悪化させることなく、容易に排気ガスを加熱することができる。
【００４６】
請求項８の発明のタービンシステムによれば、加熱手段を、ガスタービンの排気ガスをボイラに送る配管内に他系統のガスタービンからの排気ガスを送給する排気ガス送給手段としたので、別途加熱装置を配設することなく他系統のガスタービンから配管するだけで、容易に排気ガスを加熱することができる。
【００４７】
請求項９の発明のタービンシステムによれば、高圧の燃料と高圧の空気とをガスタービンにて燃焼して発電すると共に、発生した排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービンに送って発電するタービンシステムにて、ボイラに脱硝装置を設けると共に、脱硝装置を活性化温度まで加熱する加熱手段を設けたので、ガスタービンの昇速時に排気ガスが低温であっても、加熱手段により脱硝装置を直接加熱することで、脱硝装置が早期に活性化温度まで昇温することとなり、低温の排気ガス中に含まれる有害物質を確実に浄化することができる。
【００４８】
請求項１０の発明のタービンシステムは、高圧の燃料と高圧の空気とをガスタービンにて燃焼して発電するタービンシステムにて、ガスタービンで発生した排気ガスを浄化する脱硝装置を設けると共に、脱硝装置あるいは排気ガスを脱硝装置の活性化温度まで加熱する加熱手段を設けたので、ガスタービンの昇速時に排気ガスが低温であっても、加熱手段により脱硝装置あるいは排気ガスを加熱して脱硝装置を早期に活性化温度まで昇温することができ、排気ガス中に含まれる有害物質を確実に浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るタービンシステムを適用した複合発電プラントの概略構成図である。
【図２】ガスタービンから排熱回収ボイラに至る排気ガスの配管構造を表す概略図である。
【図３】ガスタービン負荷に対する排気ガス温度を表すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るタービンシステムにおける加熱手段を表す概略図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るタービンシステムにおける加熱手段を表す概略図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係るタービンシステムにおける加熱手段を表す概略図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係るタービンシステムにおける加熱手段を表す概略図である。
【図８】従来のタービンシステムにおけるＮＯｘの発生状況を表すグラフである。
【符号の説明】
１１　ガスタービン
１２　圧縮機
１３　燃焼器
１４　タービン
１５　発電機
１６　蒸気タービン
２０　排熱回収ボイラ
２０　高圧ボイラ
２１　中圧ボイラ
２２　低圧ボイラ
２３　発電機
２５　脱硝装置
２６　配管
２７　ガスバーナ（加熱手段）
２９　バスパス管
【図１】
2004019484.tif 000003
【図２】
2004019484.tif 000004
【図３】
2004019484.tif 000005
【図４】
2004019484.tif 000006
【図５】
2004019484.tif 000007
【図６】
2004019484.tif 000008
【図７】
2004019484.tif 000009
【図８】
2004019484.tif 000010