(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンと蒸気タービンを備えたコンバインドサイクル発電プラントの排ガスの熱を回収する排熱回収ボイラ内に蒸発器と過熱器を有し、蒸発器の排ガス上流側、蒸発器の中間または蒸発器の排ガス下流側に配設された過熱器の一部出口蒸気を、排ガス上流側に配設された高温過熱器出口蒸気と第１の調節弁を介して混合させることによって、過熱器出口蒸気温度の調節を行う排熱回収装置において、排ガス下流側過熱器出口蒸気の一部を排ガス上流側高温過熱器出口へ合流させる蒸気配管へ、排ガス上流側高温過熱器中段における蒸気の一部を第２の調節弁を介して合流させるようにしたことを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
第１の調節弁または第２の調節弁の少なくともいずれか一方をその所定の開度以上で運転するようにしたことを特徴とする請求項１記載の排熱回収装置の運転方法。
【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と蒸気タービンの組み合わせによるコンバインドサイクル発電プラントの排ガスの熱を回収する排熱回収装置およびその運転方法に係り、好適な蒸気性状および温度の蒸気を蒸気タービン駆動用蒸気及びガスタービン冷却用蒸気として供給し得るような排熱回収装置およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンの高温部の材料と冷却技術の向上によりガスタービンの入口温度を向上させることができるため、近年発電設備の主流となりつつある。コンバインドサイクル発電の高効率化の一環として、ガスタービンの高温部、特に翼の冷却媒体として蒸気を使用することが検討されており、技術的には特開平5-163960号公報、特願平9-019528号などに記載されている。ガスタービンの入口ガス温度は現在でも1300℃に達しており、今後1500℃を超えることが予想されている。
【０００３】
このような高温下では従来の空気を用いた翼の冷却では冷却効果が不十分となることから、蒸気を使用した翼冷却を用いたガスタービンが開発され、これを用いたガスタービン蒸気タービンコンバインドサイクル発電プラントが計画されている。前記文献にはこのような蒸気冷却ガスタービンを使用したコンバインドサイクル発電設備が記載されている。
【０００４】
蒸気をガスタービンの冷却媒体として使用する場合に問題となることは、冷却用の蒸気温度と蒸気性状である。高温のガスタービンの翼の中を流れることと、非常に微細に形成された流路を流れることから、たとえ微小な蒸気中の不純物でも高温下で翼内面の微細流路への不純物の付着を引き起こす可能性があり、一度不純物が付着すると複雑な流路形状のため、翼の冷却不全を引き起こし翼の損傷につながる可能性がある。このため、ガスタービンの翼冷却用の蒸気は高い清浄度が要求されることから、従来給水を蒸気中にスプレーして行っていた蒸気温度制御が使用できず、過熱器を分割して一部過熱器をバイパスする事によって蒸気温度を制御する方式がとられていた。以下、図４を用いて従来技術のガスタービン蒸気タービンコンバインドサイクル発電設備の概要を説明する。
【０００５】
図４において、大気から圧縮機１に吸い込まれた空気は圧縮機１で圧縮された後、燃焼器で燃料とともに燃焼し高温のガスとなってガスタービン２に流入する。ガスタービンを出たガスは 600℃程度の温度のガスとなって排熱回収ボイラ８に流入する。排熱回収ボイラ８で熱吸収され、温度の低下したガスは 100℃程度となって排熱回収ボイラ８から大気へ流出する。
【０００６】
一方、水は復水器７から低圧給水ポンプ41によって排熱回収ボイラ８に給水される。まず、低圧節炭器21に給水され、ここで温度が上昇した後、一部の給水は低圧ドラム24に給水され、蒸発後、低圧飽和蒸気管45から低圧過熱器17を通った後、低圧過熱器出口連絡管46によって低圧蒸気タービン６へ供給される。
【０００７】
また、他の給水は中圧給水ポンプ43、高圧給水ポンプ44でそれぞれ圧力を高められた後、中圧ドラム23、高圧ドラム22に給水される。中圧ドラム23に給水された給水は中圧蒸発器18で蒸気となった後、中圧飽和蒸気管36を経て中圧過熱器15を通った後、低温再熱蒸気管34で低温再熱蒸気と混合された後、ガスタービンの翼冷却蒸気としてガスタービン冷却蒸気管38からガスタービン蒸気冷却管路39に供給され、ガスタービンの翼等を冷却した後、再熱器12で再熱され高温の蒸気となって高温再熱蒸気管40に合流し、中圧蒸気タービン５に流れ込む。
【０００８】
さらに、高圧蒸気ドラム22に給水された給水は、高圧蒸発器13，14で蒸発した後、高圧飽和蒸気管25より高圧１次過熱器11に流入する。これは高圧１次過熱器で過熱された後、蒸気は高圧２次過熱器10に流れ込む。また一部の蒸気は高圧２次過熱器10をバイパスする高圧２次過熱器バイパス管27、高圧２次過熱器バイパス流量調節弁28を介して高圧２次過熱器出口連絡管29に合流し、高圧２次過熱器10出口の蒸気温度を低下さた後、高圧３次過熱器入口連絡管32から高圧３次過熱器９に流入し、蒸気タービン入口蒸気として 540℃の蒸気となって高圧蒸気タービン４に供給される。高圧蒸気タービン４で膨張した蒸気は低温再熱管34に流入する。
【０００９】
一部の低温再熱蒸気は中圧蒸気とともにガスタービン冷却用蒸気としてガスタービン冷却蒸気管38からガスタービン蒸気冷却管路39に流入する。また、一部の蒸気は再熱器12によって温度を上昇して高温再熱蒸気となって高温再熱蒸気管40から中圧蒸気タービン５に流入する。最終的に蒸気タービンで膨張し仕事をした蒸気は復水器７によって復水となり、再びサイクルに供給される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成のガスタービン蒸気タービンコンバインドサイクル発電プラントにおいては、高圧２次過熱器バイパス管27と高圧２次過熱器出口連絡管29の蒸気合流部においては、両者の蒸気温度差が最大で約 180℃〜 190℃となるため、配管合流部で非常に大きな熱応力，熱衝撃が生じるという問題がある。
【００１１】
また、高圧２次過熱器バイパス管27を通過する蒸気流量は、設計計画点（定格負荷）ではバイパス蒸気が不要であるのに対し、部分負荷時にはバイパス蒸気が必要となるというように、運転状態に左右されるため、運転状態が変わり、バイパス管内の蒸気流量が急激に変化した場合、短時間で大きな熱応力，熱衝撃が配管合流部に生じるという問題がある。
【００１２】
これは図５に示すようにガスタービンの特性として部分負荷においてガス温度が高温になること、および蒸気流量が少なくなることによって伝熱面が余り、過熱器出口蒸気温度が高温となることが重なり、高圧３次過熱器出口蒸気温度を制御するために２次節炭器のバイパスによる蒸気冷却が多くなることによってさらに高圧２次過熱器出口蒸気温度が上昇する事による。
【００１３】
本発明は以上のような従来技術の問題を解決するためになされたもので、高圧過熱器のバイパス管と、前記高圧過熱器よりも排ガス上流側に設置された高圧過熱器の出口連絡管の蒸気温度差によりその合流部に発生する熱応力の低減を図った排熱回収装置およびその運転方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、ガスタービンと蒸気タービンを備えたコンバインドサイクル発電プラントの排ガスの熱を回収する排熱回収ボイラ内に蒸発器と過熱器を有し、蒸発器の排ガス上流側、蒸発器の中間または蒸発器の排ガス下流側に配設された過熱器の一部出口蒸気を、排ガス上流側に配設された高温過熱器出口蒸気と第１の調節弁を介して混合させることによって、過熱器出口蒸気温度の調節を行う排熱回収装置において、排ガス下流側過熱器出口蒸気の一部を排ガス上流側高温過熱器出口へ合流させる蒸気配管へ、排ガス上流側高温過熱器中段における蒸気の一部を第２の調節弁を介して合流させるようにしたことを特徴とする。  また本発明の請求項２は、第１の調節弁または第２の調節弁の少なくともいずれか一方をその所定の開度以上で運転するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１，図２，図３を参照して説明する。なお、図中図４と同一部分には同一符号をつけて、説明は省略する。
図１において、高圧１次過熱器11は高圧蒸発器（＃１）13と高圧蒸発器（＃２）14の間に配設されている。高圧１次過熱器11を出た蒸気は、高圧１次過熱器出口連絡管26と高圧２次過熱器10を介して高圧２次過熱器出口連絡管29へ向かう系統と、高圧２次過熱器バイパス管27と高圧２次過熱器バイパス流量調節弁28を介して高圧２次過熱器出口連絡管29へ向かう系統に分岐された後、高圧２次過熱器出口連絡管29で合流し、高圧３次過熱器９の入口の蒸気温度を調節し得るようになっている。さらに、高圧２次過熱器バイパス管27には、高圧２次過熱器10の中段から抽出した蒸気の一部を、高圧２次過熱器中段連絡管30と高圧２次過熱器中段流量調節弁31を介して合流させることによって、高圧２次過熱器バイパス管内蒸気温度を調節し得るようになっている。
【００１６】
図２に示す通り、高圧２次過熱器中段連絡管30により高圧２次過熱器バイパス管27へ蒸気を合流させ、バイパス管内の蒸気温度を調節することによって、従来の系統においては蒸気合流部で最大約 180℃〜 190℃であった蒸気温度差を小さくすることができるため、合流部配管に生じる熱応力，熱衝撃を緩和することができる。
【００１７】
また図３に示す通り、高圧２次過熱器バイパス流量調節弁28を常に一定開度以上で運転することで、弁を閉から開とした時の配管合流部での急激な温度変化を抑え、図中「本発明による作用１」に示すように、従来のものに比べ熱応力，熱衝撃を緩和することができる。
【００１８】
また、高圧２次過熱器中段流量調節弁31を常に一定開度以上で運転することで、調節弁を閉から開とした時の配管合流部での急激な温度変化を抑え、図中「本発明による作用２」に示すように熱応力，熱衝撃をさらに緩和する事ができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の排熱回収装置およびその運転方法によれば、高圧過熱器出口における各合流蒸気の温度差を小さくする事ができ、配管合流部に発生する熱応力を小さくする事ができる。そのため、配管材料を高級化しなくてよい、熱応力が緩和され寿命が延びるなどの効果がある。また、合流部形状についても、熱応力が低減される事で選択幅が広がり、熱応力低減のための特殊な合流部形状を採用する必要がなくなるという効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の排熱回収装置を備えたコンバインドサイクル発電プラントの図。
【図２】本発明の実施の形態の排熱回収装置およびその運転方法の作用を説明する図。
【図３】本発明の実施の形態の排熱回収装置およびその運転方法の作用を説明する図。
【図４】従来の排熱回収装置を備えたコンバインドサイクル発電プラントの図。
【図５】１次，２次過熱器の出口温度とバイパス流量比を示す説明図。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…ガスタービン、３…発電機、４…高圧蒸気タービン、５…中圧蒸気タービン、６…低圧蒸気タービン、７…復水器、８…排熱回収ボイラ、９…高圧３次過熱器、10…高圧２次過熱器、11…高圧１次過熱器、12…再熱器、13…高圧蒸発器（＃１）、14…高圧蒸発器（＃２）、15…中圧過熱器、16高圧節炭器、17…低圧過熱器、18…中圧蒸発器、19…中圧節炭器、20…低圧蒸発器、21…低圧節炭器、22…高圧ドラム、23…中圧ドラム、24…低圧ドラム、25…高圧飽和蒸気管、26…高圧１次過熱器出口連絡管、27…高圧２次過熱器バイパス管、28…高圧２次過熱器バイパス流量調節弁、29…高圧２次過熱器出口連絡管、30…高圧２次過熱器中段連絡管、31…高圧２次過熱器中段流量調節弁、32…高圧３次過熱器入口連絡管、33…高圧主蒸気管、34…低温再熱蒸気管、35…再熱器入口連絡管、36…中圧飽和蒸気管、37…中圧過熱器出口連絡管、38…ガスタービン冷却蒸気管、39…ガスタービン蒸気冷却管路、40…高温再熱蒸気管、41…低圧給水ポンプ、42…低圧給水管、43…中圧給水ポンプ、44…高圧給水ポンプ、45…低圧飽和蒸気管、46…低圧過熱器出口連絡管。
【図１】
0003880746.tif 000002
【図２】
0003880746.tif 000003
【図３】
0003880746.tif 000004
【図４】
0003880746.tif 000005
【図５】
0003880746.tif 000006