(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強制貫流蒸気発生器が主にエコノマイザ（２１）、蒸発器（２２）及び過熱器（２３）から成っており、かつ蒸発器（２２）と過熱器（２３）との間に少なくとも１つのセパレーションボトル（２５,１２５）が接続されている、ガスタービン回路及び蒸気タービン回路を有する組み合わされたガス−蒸気ー発電設備の水−蒸気回路のクリーニング法であって、ガスタービン（４）の排ガスの余熱を、強制貫流蒸気発生器中を流れる作業媒体を介して蒸気タービンへ放出する形式のものにおいて、
少なくともほぼ全負荷運転時に、蒸発器（２２）から、不完全蒸発の少なくとも１つの段階にある蒸気を取り出し、かつ少なくとも１つのセパレーションボトル（２５,１２５）内へ導くことを特徴とする、組み合わされたガス−蒸気ー発電設備の水−蒸気回路のクリーニング法。
【請求項２】
汚れが多い場合に不完全蒸発の少なくとも１つの段階にある全蒸気量を取り出しかつ少なくとも１つのセパレーションボトル（２５,１２５）内へ導くことを特徴とする、請求項１記載のクリーニング法。
【請求項３】
汚れが少ない場合に不完全蒸発の少なくとも１つの段階にある全蒸気量のたんに一部を取り出し、蒸発器出口にある余蒸気量と一緒に少なくとも１つのセパレーションボトル（２５,１２５）内へ導くことを特徴とする、請求項１記載のクリーニング法。
【請求項４】
不完全蒸発の少なくとも１つの段階で取り出した蒸気を、はじめにまず、始動−セパレーションボトル（１２５）内へ導き、次いでクリーニング−セパレーションボトル（２５）内へ導くことを特徴とする、請求項１記載のクリーニング法。
【請求項５】
強制貫流蒸気発生器が主にエコノマイザ（２１）、蒸発器（２２）及び過熱器（２３）から成っており、かつ蒸発器（２２）と過熱器（２３）との間にセパレーションボトル（２５）が接続されている、ガスタービン回路及び蒸気タービン回路を有する組み合わされたガス−蒸気ー発電設備の水−蒸気回路のクリーニング法であって、ガスタービン（４）の排ガスの余熱を、強制貫流蒸気発生器中を流れる作業媒体を介して蒸気タービンへ放出する形式のものにおいて、
冷時始動のさい蒸発器（２２）を介してセパレーションボトル（１５）内へ達した冷えている水を、少なくともその一部を、浄化導管（２９）を介して放出し、
引き続く始動過程で蒸発器（２２）内に生じた湿蒸気をセパレーションボトル（２５）内へ導き、該セパレーションボトル内で汚れを含んだ湿分を分離し、かつ水を、少なくともその一部を、浄化導管（２９）を介して放出し、
さらに依然として汚れがある場合に設備の高速運転を中止し、かつセパレーションボトル（２５）内における、汚れに相応する圧力状態及び湿気状態に固定し、この場合セパレーションボトル内において分離された水を、水−蒸気回路内に所期の清浄度がえられるまで、放出することを特徴とする、組み合わされたガス−蒸気ー発電設備の水−蒸気回路のクリーニング法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強制貫流蒸気発生器が主にエコノマイザ、蒸発器及び過熱器から成っており、かつ蒸発器と過熱器との間にセパレーションボトルが接続されている、ガスタービン回路及び蒸気タービン回路を有する組み合わされたガス−蒸気ー発電設備の水−蒸気回路のクリーニング法であって、ガスタービンの排ガスの余熱を、強制貫流蒸気発生器中を流れる作業媒体を介して蒸気タービンへ放出する形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン設備の廃熱を利用する廃熱ボイラは一般にドラムボイラをもって構成される。水−蒸気回路のクリーニングは、各ドラム内における濃厚化及び該ドラムの連続的又は非連続的な浄化を介して行われる。
【０００３】
しかし廃熱ボイラが強制貫流ボイラを備えている場合にはこのようなクリーニング機構は省略される。水−蒸気回路のクリーニングはこの場合凝縮液クリーニング設備において行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、凝縮液クリーニング設備を必要としない、はじめに述べた形式の設備を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、少なくともほぼ全負荷運転時に、蒸発器から、不完全蒸発の少なくとも１つの段階にある蒸気を取り出し、かつ少なくとも１つのセパレーションボトル内へ導く、ことによって解決されている。
【０００７】
【発明の効果】
本発明の利点は特に設備費及び運転コストが著しく低減されること並びに水−蒸気回路に化学設備がないことに基いて危険性が減少することにある。
【０００８】
汚れがひどい場合には有利には不完全蒸発の段階の全蒸気量が取り出されセパレーションボトル内へ導かれ、これに対して、汚れが少ない場合には全蒸気量のたんに一部が取り出されかつ蒸発器の出口にある余蒸気量と一緒にセパレーションボトル内へ導かれる。セパレーションシステムにおける圧力に基く効果的な分離を行おうとする場合には、不完全蒸発の段階で取り出した蒸気をまず第１の始動−セパレーションボトルへ導き、次いでここから次のクリーニング−セパレーションボトルへ導くようにする。
【０００９】
冷時始動のさいには、蒸発器を介してセパレーションボトル内へ達した冷えている水及び後の、発生した湿蒸気から分離された水が、所期の清浄度が水−蒸気回路中においてえられるまで、浄化導管を介して放出される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図には本発明の若干の実施例が示されている。この場合発明の理解のために重要なエレメントだけが示されている。作業媒体の流動方向は矢印で示されている。
【００１１】
図１によればガスタービンシステムにおいて導管１を介して吸い込まれた新鮮空気はコンプレッサ２中で作業圧に圧縮される。圧縮された空気は例えば天然ガスを燃焼させた燃焼室３内で高温に加熱され、このようにして発生した燃焼ガスがガスタービン４内で膨張せしめられ、作業出力が生ぜしめられる。このさいえられたエネルギは発電機５及びコンプレッサ２へ与えられる。ガスタービンのなお高温の排ガスは導管６を経てガスタービンの出力側から廃熱蒸気発生設備７へ供給され、熱放出後ここから導管８及び図示されていないチムニーを経て大気中へ排出される。
【００１２】
水−蒸気回路内には、マルチハウジング−蒸気タービン９、１０及び１１がガスタービンと同一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内で凝縮される。凝縮水は復水ポンプ１４によって直接廃熱蒸気発生設備７内へ送られる。注意さるべき点は、設備が、一般的には取り出された蒸気によって加熱される低圧エコノマイザ、給水タンク及び高圧エコノマイザを有していないことである。
【００１３】
廃熱蒸気発生設備７は立て形のボイラとして構成されかつこの場合ジュアル−プレッシャースチームプロセスで稼働する。勿論横置きボイラを使用することも可能である。
【００１４】
低圧システムはドラムを有する循環システムとして構成されており、この場合強制循環システムが採用されている。これは、ボイラの煙ガス経路における、凝縮液が導入される低圧エコノマイザ１５、低圧蒸発器１６及び低圧過熱器１９から形成される。低圧蒸発器は循環ポンプ１８を介してドラム１７に接続している。過熱された蒸気は低圧−蒸気導管２８を介して中圧タービン１０の適宜の段へ送られる。
【００１５】
高圧システムは強制貫流システムとして構成され、従って、閾域下及び閾域上のパラメータ双方のために設計可能である。これは、ボイラの煙ガス経路中において主として高圧エコノマイザ２１、高圧蒸発器２２及び高圧過熱器２３から形成される。高圧エコノマイザ２１には作業媒体が高圧給水ポンプ２０を介して低圧ドラム１７から供給される。このような形式で従来の慣用の給水タンクを省略することができる。過熱蒸気は新鮮蒸気導管２４を介してガスタービンの高圧タービン９へ送られる。
【００１６】
相−分離のためにセパレーションボトル２５が設けられており、このセパレーションボトル内へは高圧蒸発器２２の出口が導管３１を介して開口している。セパレーションボトルはその上端で導管３２を介して高圧過熱器２３に接続している。また下端にセパレーションボトルはさらに浄化導管２９を有している。セパレーションボトルの下側端部からはまたリサイクル導管２６が延びており、これは遮断エレメント３０を含んでおりかつ低圧ドラム１７内へ開口している。
【００１７】
高圧タービン９内での部分膨張後蒸気は、中圧タービン１０へ送られる前に、中間過熱される。この中間過熱は例えば熱交換面２７において行われ、該面は蒸気発生器の煙ガス経路中に高圧過熱器２３の上側に配置されている。
【００１８】
循環システム及び貫流システム中における圧力及び質量流量を変化させることによって、このような蒸気発生器によって組み合わせプロセスの広い範囲をカバーすることができる。
【００１９】
それぞれ沸騰点温度到達と共にボイラ中で蒸気発生が行われる。低圧システムにおける第１蒸気はセパレーションボトルからリサイクルされた高圧飽和水の膨張によって生ぜしめられる。
【００２０】
セパレーションボトルは、高圧過熱器が常時乾燥した状態にとどまり、かつボイラ出口のところで早期に過熱された蒸気がえれるようにするものである。高圧蒸発器内圧力が安定運転に必要な圧力に達すると直ちに、新鮮蒸気をスライディングプレッシャーモード（sliding pressure mode）で蒸気タービンの始動に使用することができる。
【００２１】
本発明のよれば、凝縮液クリーニング設備の使用は省略されるべきである。これは、セパレーションボトルの範囲において蒸気−水回路中の汚れが引き出されることがあるという考慮に基づくものである。
【００２２】
蒸気−水回路のクリーニングは全負荷時にも部分負荷時にも行うことができる。全負荷時には高圧システムに過剰供給が行われ、即ち高圧供給ポンプを介して必要以上の多量の水が強制貫流−蒸気発生器によって供給される。高圧供給ポンプがたんに１つである場合には該ポンプを過剰供給のために相応する大きさに設計しなければならないことは言うまでもない。設備が、例えば２×１００％又は２×５０％の形のポンプ冗長性を有している場合には、過剰供給のために変位型ポンプを使用することができる。
【００２３】
送出された水量は、常に湿蒸気がセパレーションボトル内に達するように調整される。水−蒸気−混合物の水滴中には汚れが含まれている。セパレーションボトル内において蒸気中の水分が適宜な手段によって分離されかつ浄化導管２９を介して引き出される。この方法の利点は、回路が僅かな回数の貫流後に既に、換言すれば短時間の内に汚れが排除されることにある。
【００２４】
通常運転用に設計された供給ポンプによって回路クリーニングを行うことができる本発明の方法の１つのバリエーションの要旨は、蒸気発生器を全負荷から部分負荷へ、例えば８０％へ戻すことができることにある。これにより、全負荷法におけると同様に高圧システムに過剰供給することができかつ上に述べた方法で経過させることができる。
【００２５】
水−蒸気回路の効率は新鮮蒸気温度に決定的に依存するから、クリーニング中もこの温度が変わることなく維持されるようにすることが有利である。過剰供給、ひいてはまたセパレーションボトル内へ達する湿分は従って、各運転負荷時おいてセパレーションボトルから過熱器へ流れる飽和蒸気量を、相応する負荷点に属する新鮮蒸気温度に過熱することができるように、調整される。これは以下の考慮に基づくものである。
【００２６】
通常運転時には僅かに過熱された蒸気がセパレーションボトル内へ達し、従って該ボトルは乾燥した状態に保たれる。水の引き出しは行われない。蒸気発生器システムの過剰供給が連続的に高められることによって、換言すれば共給水の質量流量の増大によって、過熱はまず戻される。新鮮蒸気温度は低下する。湿蒸気領域に達するとセパレーションボトル中における湿分量が増大する。過熱器に達する質量流量は減少する。これによって過熱器の蒸気側の負荷が減少することに基いて新鮮蒸気温度はもとの温度値まで上昇し始める。
【００２７】
図２には、温度−エンタルピー線図に、クリーニング過程中のセパレーションボトル２５のシンボルが示されている。湿蒸気相では点Ａ及びＢ間において湿分がセパレーションボトルから引き出される。
【００２８】
通常運転時にはセパレーションボトル２５が乾いた状態にされており、これに対して、クリーニングのためには全負荷時又は部分負荷時に湿蒸気がセパレーションボトル内へ達しなければならない。上に述べた方法により必要な湿分がセパレーションボトル内へ達し、該セパレーションボトル内においてはシステムに過剰供給が行われ、この過剰供給は供給水の質量流量の増大及び又はガスタービンの戻し運転によって達成される。この場合、これらのクリーニング措置が若干の付加的条件を伴うことは否めない。即ちこれに関連して必要な供給ポンプ若しくはガスタービンの調整、新鮮蒸気温度の低減並びに、場合によっては部分負荷への設備の戻し運転が必要である。全負荷クリーニング時には高い供給ポンプ出力が特に必要である。
【００２９】
このための手段として、全負荷運転時にシステムの過剰供給なしに作業する方法を用いることができる。この方法はセパレーションボトル２５の多段式供給法又は多段式の直列的に接続されたセパレーションボトルの供給法である。
【００３０】
図１には第１に述べた方法が示されている。蒸発器（高圧エコノマイザ２２）は適宜の箇所で分割されており、付加的な母管を有している。この母管からは導管３３が分岐し、該導管はセパレーションボトル２５に通じる導管３１に接続している。勿論また導管３３を直接過熱器２５内へ導くことも可能である。両導管３１、３３内にはそれぞれ１つの弁３４、３５が配置されている。適宜の箇所とはこの場合、そこで取り出された蒸気が完全には気化されておらず、なお少なくとも１０〜１５％の湿分を含んでいる箇所を意味する。このような設備は以下のように運転される。
【００３１】
始動時及び通常運転時弁３４は開いている。弁３５は閉じている。セパレーションボトル２５へ達する導管３１には、蒸発器２２を完全に通過した水又は蒸気だけが負荷されている。
【００３２】
汚れが僅かである場合に採用される、全負荷運転時における取り出された全湿蒸気量の一部分量によるクリーニングでは、弁３４は完全に開かれ、弁３５は部分的に開かれている。導管３３を介して抽出された、汚れを含んだ湿蒸気はセパレーションボトル２５内において沈殿する。この沈殿物は浄化導管２９を介して排出される。下側の蒸発器部分に負荷された余蒸気はこの方法では確実に過熱される。
【００３３】
汚れが酷いときに採用される、全負荷運転時における全流クリーニングでは、弁３４は閉じられており、弁３５は開かれている。全蒸気量は蒸発器２２の下側の部分を回って湿状態でセパレーションボトル２５内へ導かれ、該ボトル内で分離及び汚れの除去が行われる。
【００３４】
図３には前記の２番目に述べた方法が図示されている。機能的に同じ部分には図１と同じ符号が付されている。不完全蒸発の段階で取り出された蒸気は導管３３を介してまずはじめ所謂始動−セパレーションボトル１２５内へ導かれ、そこから本来のクリーニング−セパレーションボトル２５内へ導かれる。部分量クリーニング及び全流クリーニングは上記と同じ形式で行われ、この場合それぞれ両方のセパレーションボトル１２５及び２５が運転されかつ順次に貫流される。発電タイプ、出力、ボイラ構造型式、熱交換面装置の貫流型式等に関連するそれぞれの必要に応じて、蒸発器及びセパレーションボトルにおいて任意の回数の蒸気引き出しを採用することができる。
【００３５】
特殊な問題がこのような設備が凝縮液クリーニング装置なしに冷えた状態から始動されるときに生じる。長期間の停止後、少なくとも殆ど完全に冷えた後又は保存後には，水−蒸気回路中の汚れは特に著しい。これは、保存手段、修理手段による汚れ、停止時の腐食又は一時的な温度又は圧力に基く応力による材料の破損に起因する。冷時始動−クリーニングは従って特に慎重に行われなければならず、設備を持続運転のために準備するという目的を有する。
【００３６】
凝縮物及び供給水の品質が国際基準によって定められた値に相応しない場合、設備は以下のように始動される。
【００３７】
蒸発器２２を経てセパレーションボトル２５内へ達する低温の水若しくは飽和水が導管２６を介してリサイクルされず、浄化導管２９を介して部分的に又は完全に排出される。始動過程がさらに行われるとともに湿蒸気がセパレーションボトル２５内へ達する。凝縮物、供給水及び蒸気の品質がなお所期の値に達しない場合、湿気/水分の形でセパレーションボトル内へ達しかつこの内部でさらに分離された水はさらにリサイクルされず、浄化導管２９を介して部分的に又は完全に排出される。その結果、さらに負荷が行われてセパレーションボトルの乾燥運転が行われてもなおまだ凝縮物、供給水及び蒸気の品質が国際基準によって定められた値に達しない場合には、冷時始動が汚れに応じた有利な状態−セパレーションボトル内における圧力及び湿度−において続けられる。この状態が、水−蒸気回路に所期の清浄度がえられるまで、保持されかつクリーニング、即ち分離された水の除去が行われる。
【００３８】
この場合、始動中、換言すれば極めて低い部分負荷運転中、少なくとも水に関して、圧力、熱流体流量、及び速度が小さいことは、セパレーションボトル内における汚れの分離作用に特に有利である。この場合準静力学的な条件が生じる。上記の値が小さいと、分配係数に対する、分離に取って有利な影響ががえられる。この分配係数はセパレーションボトル内へ流入するさいにおける蒸気相及び水相における汚れの濃度の割合として規定される。この割合は、圧力、蒸発過程の動的状態、換言すれば化学的平衡の発生の可能性並びに汚れ自体に著しく左右される。圧力上昇とともに分配係数値が上昇し、換言すれば水中の濃度は減少する。セパレーションボトル出口において達成可能な蒸気清浄度はこの分配係数及び分離率に依存する。分配係数、ひいてはセパレーションボトルにおける圧力が小さくなればなるほど、蒸気浄化は良好になり、分配係数、ひいてはセパレーションボトルにおける圧力が高くなればなるほど、蒸気浄化は不良になる。
【００３９】
水−蒸気回路の所期の清浄度が達成されたときにはじめて、始動過程が進行せしめられ、次いでセパレーションボトルが最後に乾燥状態で運転される。
【００４０】
この高効率の冷時始動−クリーニングによって、長期間における運転中のさらに別のクリーニングを避けることができる。さらに年間当たりの冷時始動の回数は温又は高温時始動の回数に比して限られているから、冷時始動のさいの始動所要時間は重要ではない。この方法による水の使用は化学的クリーニングに対して明らかにコスト的に有利である。１基のガス−蒸気−発電設備における水使用量はほぼ２０ｍ３である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス−蒸気−発電設備の略示図
【図２】温度−エンタルピ−線図
【図３】セパレーションボトルの変化実施例を示す図１の部分的略示図
【符号の説明】
１      導管（吸込新鮮空気）
２      コンプレッサ
３      燃焼室
４      ガスタービン
５      発電機
６      導管（排ガス）
７      廃熱蒸気発生設備
８      導管（チムニーへ）
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    供給水ポンプ
２１    高圧エコノマイザ
２２    高圧エコノマイザ
２３    高圧過熱器
２４    新鮮蒸気導管
２５    セパレーションボトル
２６    リサイクル導管
２７    中間過熱器
２８    低圧−蒸気導管
２９    浄化導管
３０    遮断エレメント
３１    導管
３２    導管
３３    導管
３４    弁
３５    弁
１２５  始動−セパレーションボトル
【図１】
0003935232.tif 000002
【図２】
0003935232.tif 000003
【図３】
0003935232.tif 000004