(57)【要約】【課題】貫流式排熱回収ボイラシステムにおいて復水ポンプ出口側で給水系に設置される機器（管、弁など）の仕様が過剰なものとならないようにするとともに、給水ポンプの信頼性向上を図ること。【解決手段】高圧系に貫流システムを採用し中低圧系に自然循環システムを採用する貫流式排熱回収ボイラであって、復水器５の後流に設けられた復水ポンプ６の出口側において、復水脱塩装置７と高圧給水ポンプ２０を設置した第１のラインと、中低圧給水ポンプ２１を設置した第２のラインとに分割して給水し、復水脱塩装置を設置した第１のラインが貫流システムを形成する構成とする。また、第２のラインは、中圧給水ポンプと低圧給水ポンプとをそれぞれ設置した２つのラインからなる構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧系に貫流システムを採用し中低圧系に自然循環システムを採用する複数の給水圧系統を備えた貫流式排熱回収ボイラであって、
復水器の後流に設けられた復水ポンプの出口側経路において、復水脱塩装置と高圧給水ポンプを設置した第１のラインと、中低圧給水ポンプを設置した第２のラインとに分割して給水し、
前記復水脱塩装置を設置した前記第１のラインが前記貫流システムを形成する
ことを特徴とする貫流式排熱回収ボイラの給水系統。
【請求項２】
高圧系に貫流システムを採用し中低圧系に自然循環システムを採用する複数の給水圧系統を備えた貫流式排熱回収ボイラであって、
復水器の後流に設けられた復水ポンプの出口側経路において、復水脱塩装置と高圧給水ポンプを設置した第１のラインと、中圧給水ポンプと低圧給水ポンプとをそれぞれ設置した２つのラインからなる第２のラインとに分割して給水し、
前記復水脱塩装置を設置した前記第１のラインが前記貫流システムを形成する
ことを特徴とする貫流式排熱回収ボイラの給水系統。
【請求項３】
高中圧系に貫流システムを採用し低圧系に自然循環システムを採用する複数の給水圧系統を備えた貫流式排熱回収ボイラであって、
復水器の後流に設けられた復水ポンプの出口側経路において、復水脱塩装置と高中圧給水ポンプを設置した第１のラインと、低圧給水ポンプを設置した第２のラインとに分割して給水し、
前記復水脱塩装置を設置した前記第１のラインが前記貫流システムを形成する
ことを特徴とする貫流式排熱回収ボイラの給水系統。
【請求項４】
高中圧系に貫流システムを採用し低圧系に自然循環システムを採用する複数の給水圧系統を備えた貫流式排熱回収ボイラであって、
復水器の後流に設けられた復水ポンプの出口側経路において、復水脱塩装置の後流側で高圧給水ポンプと中圧給水ポンプとをそれぞれ設置した２つのラインからなる第１のラインと、低圧給水ポンプを設置した第２のラインとに分割して給水し、
前記復水脱塩装置を設置した前記第１のラインが前記貫流システムを形成する
ことを特徴とする貫流式排熱回収ボイラの給水系統。
【請求項５】
高圧系に貫流システムを採用し低圧系に自然循環システムを採用する複数の給水圧系統を備えた貫流式排熱回収ボイラであって、
復水器の後流に設けられた復水ポンプの出口側経路において、復水脱塩装置と高圧給水ポンプを設置した第１のラインと、低圧給水ポンプを設置した第２のラインに分割して給水し、
前記復水脱塩装置を設置した前記第１のラインが前記貫流システムを形成する
ことを特徴とする貫流式排熱回収ボイラの給水系統。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバインドサイクル発電設備において大容量高効率化に好適な排熱回収ボイラに係わり、特に、復水器出口部における復水脱塩装置及びポンプからなる給水系統の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、一般的なコンバインドサイクル発電設備のプラント構成の概要について図７を参照して説明する。図７において、ガスタービン１で天然ガス等を燃焼させて発電を行い、高温のガスタービン排ガスは排熱回収ボイラ２に送られる。排熱回収ボイラ２では排ガスからの熱回収により給水が蒸気に変換され、発生した蒸気は蒸気タービン３に送られて発電機４にて発電を行う。
【０００３】
従来技術、例えば、特許文献１に開示の貫流式排熱回収ボイラの系統構成例を図８に示す。図８において、復水器５で復水された給水は復水ポンプ６により復水脱塩装置７へと送られる。復水脱塩装置７で不純物が除去された給水は低圧給水ポンプ８で昇圧された後、低圧系へのラインと高中圧系へのラインに分岐する。低圧系では低圧節炭器９を経て低圧ドラム１０へと給水が送られる。一方、高中圧系へのラインでは高中圧給水ポンプ１２で更に昇圧され、吐出側の高圧給水は高圧一次節炭器１７、高圧二次節炭器１８を経て高圧一次蒸発器１９へと送られる。また、高中圧給水ポンプ１２の中間段から抜き出された中圧給水は中圧一次節炭器１３、中圧二次節炭器１４を経て中圧ドラム１５へと送られる。
【０００４】
高圧一次蒸発器１９からの蒸気は不図示の高圧蒸気タービンに送られ、中圧ドラム１５からの蒸気は不図示の中圧蒸気タービンに送られ、低圧ドラム１０からの蒸気は不図示の低圧蒸気タービンに送られて各蒸気タービンを稼働させて、発電機４から電気出力を得ている。
【特許文献１】特許第３７５３７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１に開示された従来技術では、図８を参照すると、復水脱塩装置７に排熱回収ボイラへの全給水量が送られることになるが、自然循環システムを採用している中低圧系への給水は復水脱塩装置７による不純物除去を必要としないため（自然循環システムではドラムとこのドラムに連結された蒸発器とで水・蒸気が自然循環されており、また、ドラムに流入される復水はドラム底面の水によって不純物が除去されドレンとして排出回収されるので、ドラムの存在する系への給水には、事前に不純物除去を行うことは必ずしも必須要件ではない）、図８に示す復水脱塩装置７では過剰な容量で計画設計することが求められることとなる。
【０００６】
また、低圧給水ポンプ８出口の給水系設計圧力は、復水脱塩装置７での圧力損失を加えてポンプの揚程を決める必要があるため、復水脱塩装置７を設置しない場合に比べて高い設計圧力となるという課題が生じる。この高い設計圧力という課題は、低圧給水系の最高圧力に高中圧給水ポンプ１２の最高揚程を加算して決まる高圧給水系及び中圧給水系の設計圧力に対しても同様なことが云える。このため、給水系の管、連絡管、弁等の肉厚等の仕様をアップせざるを得ない。さらに、高中圧給水ポンプ１２の吸込み側の圧力が高くなるため、軸シール等の仕様に影響を与え、信頼性も低下するという課題が生じ得る。
【０００７】
本発明の目的は、貫流式排熱回収ボイラにおいて復水ポンプ出口側で給水系に設置される機器（管、弁など）の仕様が過剰なものとならないようにするとともに、給水ポンプの信頼性向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
高圧系に貫流システムを採用し中低圧系に自然循環システムを採用する複数の給水圧系統を備えた貫流式排熱回収ボイラであって、復水器の後流に設けられた復水ポンプの出口側経路において、復水脱塩装置と高圧給水ポンプを設置した第１のラインと、中低圧給水ポンプを設置した第２のラインとに分割して給水し、前記復水脱塩装置を設置した前記第１のラインが前記貫流システムを形成する構成とする。
【０００９】
また、高中圧系に貫流システムを採用し低圧系に自然循環システムを採用する複数の給水圧系統を備えた貫流式排熱回収ボイラであって、復水器の後流に設けられた復水ポンプの出口側経路において、復水脱塩装置と高中圧給水ポンプを設置した第１のラインと、低圧給水ポンプを設置した第２のラインとに分割して給水し、前記復水脱塩装置を設置した前記第１のラインが前記貫流システムを形成する構成とする。
【００１０】
また、高圧系に貫流システムを採用し低圧系に自然循環システムを採用する複数の給水圧系統を備えた貫流式排熱回収ボイラであって、復水器の後流に設けられた復水ポンプの出口側経路において、復水脱塩装置と高圧給水ポンプを設置した第１のラインと、低圧給水ポンプを設置した第２のラインに分割して給水し、前記復水脱塩装置を設置した前記第１のラインが前記貫流システムを形成する構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、復水ポンプ出口部で復水脱塩装置及び高圧給水ポンプ等を設置した貫流システムへのラインと中低圧系への給水ポンプを含む自然循環システムへのラインに分割する給水系統を採用することにより、復水脱塩装置の必要容量を全給水容量から高圧系のみの給水容量に低減することができる。また、高圧給水ポンプの吸込み圧力を自然循環式での給水システムと同等程度に抑えることができる。その結果、軸シール等の信頼性の向上を図ることができる。
【００１２】
また、自然循環システムを採用して復水脱塩装置を通過しない中低圧あるいは低圧系への給水ポンプの必要揚程について復水脱塩装置の圧力損失分低減できることから、ポンプの補機動力低減や設計圧力低下による仕様の低減を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラについて、図１〜図６を参照しながら以下説明する。まず初めに、本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラの沿革と概要について説明する。ガスタービンの排ガスから熱交換によって蒸気を発生させ、その蒸気を用いて蒸気タービンを駆動して発電するいわゆるコンバインドサイクル発電設備において、ガスタービンの排ガスから熱を回収する設備として排熱回収ボイラが設置されるが、コンバインド発電設備の特徴を生かし急速起動停止運用による起動損失低減、蒸気条件の高温高圧化による発電効率向上策として蒸気ドラムを設置しない貫流式の排熱回収ボイラが採用されている。また、大型のコンバインドサイクル発電設備では、この排熱回収ボイラの蒸気系統を高圧系、中圧再熱系及び低圧系の三系統で構成し排熱回収の効率向上を図っている。
【００１４】
この様な貫流システムを有するボイラを採用した場合、ドラムでのブローによる不純物の除去ができないことから、排熱回収ボイラと復水ポンプの間に復水脱塩装置を設置する必要があり、さらに、復水脱塩装置ではその構造上給水圧力を低く抑える必要がある。
【００１５】
一方、複圧（高圧と中低圧、または高中圧と低圧、または高圧と低圧の二重圧）以上の圧力系を有する排熱回収ボイラでは、復水ポンプの吐出圧により低圧系への給水を行うとともに、復水ポンプと直列に高圧及び中圧給水ポンプを設置し高圧系及び中圧系への給水を行っている。この給水系統により低圧系への給水ポンプが不要となり、また、復水ポンプの吐出圧を高圧及び中圧給水ポンプの吸込み圧とすることができることから高圧及び中圧給水ポンプでの必要揚程を低減している。
【００１６】
上述したような事情を考慮すると、複圧以上の圧力系を有する排熱回収ボイラに復水脱塩装置を設置する際には、結局のところ、復水ポンプの吐出圧力を低くし、復水脱塩装置の後流に低圧給水ポンプを設置する必要があった（図８を参照）。また、復水器と復水ポンプからなる復水系統と、復水脱塩装置と複数のポンプからなる給水系統と、節炭器と蒸発器とドラムからなる排熱回収ボイラ系と、はそれぞれ独自の業界分野であったという事情も相俟って、図８の示す系統構成が汎用例として存在していた。
【００１７】
この場合、自然循環システムを採用した中低圧系（中圧ドラムと低圧ドラムが設置された自然循環系）への給水に対しては、復水脱塩装置による不純物除去を行うことは必須ではないと云えるが、上述した事情や給水系統の構成上で復水脱塩装置を通過させざるを得ないため、復水脱塩装置に対して必要以上の容量が求められる。また、低圧給水ポンプ出口では復水脱塩装置での圧力損失を加えてポンプの揚程を決める必要があるため、低圧給水ポンプ吐出側の高圧、中圧を含めた給水系設計圧力は復水ポンプのみを設置した自然循環式排熱回収ボイラの設計圧力に比べ高くなり、給水系に設置される機器仕様がアップする。さらに、高中圧給水ポンプでは吸込み側の吐出圧力が高くなるため軸シール等の仕様への影響が大きく、信頼性も低下する。
【００１８】
そこで、本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラの給水系統においては、吐出圧力を低く抑えた復水ポンプ出口部において、復水脱塩装置及び高圧給水ポンプを設置した第１のラインと中低圧給水ポンプを設置した第２のラインに分割する給水系統を設けることによって、復水脱塩装置を中低圧系の給水が通過しないため復水脱塩装置の必要容量を低減することができる。また、高圧給水ポンプの入口吐出圧を自然循環式での給水システムと同等程度に抑えることができる（後述する図２の２行目の数値参照）。さらに、中低圧系は復水脱塩装置を通過しないため、揚程を低く設定可能となり中低圧給水ポンプの補機動力が低減し設計圧力も低くなる。なお、中低圧給水ポンプはそれぞれ単独のポンプに分割しても同等の効果が得られる。また、貫流式を中圧系にも採用したシステムに対しては（後述する図４と図５を参照）、復水脱塩装置の後流に設置する給水系統に中圧系を加えることで対応が可能となり、さらに複圧式（二重圧式）の排熱回収ボイラに対しても同様の効果が得られる。
【００１９】
次に、本発明について、排熱回収ボイラで複数の給水圧力系統を備えた構成例に基づいて具体的に説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラにおける複数の給水圧力系統の構成例１を示す図である。図２は図１に示す本実施形態に関する構成例１の給水圧力系統における仕様について従来技術との対比で説明する図である。図３は本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラにおける複数の給水圧力系統の構成例２を示す図である。図４は本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラにおける複数の給水圧力系統の構成例３を示す図である。図５は本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラにおける複数の給水圧力系統の構成例４を示す図である。図６は本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラにおける複数の給水圧力系統の構成例５を示す図である。図面において、５は復水器、６は復水ポンプ、７は復水脱塩装置、８は低圧給水ポンプ、９は低圧節炭器、１０は低圧ドラム、１１は低圧蒸発器、１２は高中圧給水ポンプ、１３は中圧一次節炭器、１４は中圧二次節炭器、１５は中圧ドラム、１６は中圧蒸発器、１７は高圧一次節炭器、１８は高圧二次節炭器、１９は高圧一次蒸発器、２０は高圧給水ポンプ、２１は中低圧給水ポンプ、２２は中圧給水ポンプ、２３は中圧一次蒸発器、をそれぞれ表す。
【００２１】
図１に示す本発明に関する構成例１によると、復水器５で復水された給水は、復水ポンプ６で昇圧された後、復水脱塩装置７及び高圧給水ポンプ２０を設置した高圧給水系ラインと、中低圧給水ポンプ２１を設置した中低圧系ラインとに分割される。貫流システムを採用した高圧給水系ラインの給水は復水脱塩装置７で不純物が除去された後、高圧給水ポンプ２０で高圧系として必要な圧力まで昇圧され高圧一次節炭器１７、高圧二次節炭器１８を経て高圧一次蒸発器１９へと送られる。
【００２２】
また、自然循環システムを採用した中低圧給水系ラインの給水は復水脱塩装置７で不純物の除去を行う必要がないため、復水ポンプ６出口の給水がそのまま中低圧給水ポンプ２１で昇圧され、ポンプ吐出側の中圧給水は中圧一次節炭器１３、中圧二次節炭器１４を経て中圧ドラム１５へと送られる。さらに、中低圧給水ポンプ２１の中間段から抜き出された低圧給水は低圧節炭器９を経て低圧ドラム１０へと送られる。
【００２３】
図１に示すような給水システム構成を採用することにより、復水脱塩装置７の必要容量を全給水容量から高圧系のみの給水容量に低減することができる。また、高圧給水ポンプ２０の入口吐出圧を自然循環式での給水システムと同等程度に抑えることができる（ここで云う自然循環式システムとは、全給水系統に蒸気ドラムが設置されておりしたがって復水脱塩装置を設置していないものである）。さらに、中低圧給水系は復水脱塩装置７を通過しないため、その圧力損失分の中低圧給水ポンプ揚程を抑えることが可能となり、補機動力の低減や設計圧力低下による肉厚等の仕様を低減することが可能となる。
【００２４】
図２には本発明に関する構成例１と、図８に示す貫流方式の従来技術および自然循環方式との仕様の比較を示しており、復水脱塩装置の必要容量は従来技術の３００ｔ／ｈに対して２００ｔ／ｈで済ませることができる（残りの１００ｔ／ｈは中・低圧給水ラインに流れる）。また、高圧給水ポンプ入口最高圧力についてみると、図８の従来技術では６ＭＰａ（低圧給水ポンプの吐出圧に相当する）であるのに対して本発明では２ＭＰａで済ませることができ、さらに、自然循環式との対比においては復水脱塩装置の圧力損失分が減少するので、４ＭＰａに対して２ＭＰａであり、図示例では高圧給水ポンプ２０の入口吐出圧を自然循環式での給水システムと同等以下に抑えることができる
また、中圧給水系設計圧力と低圧系設計圧力についても、図２に示すように、本発明に関する構成例１では図８の従来技術よりも低くできる。
【００２５】
次に、図３に示す本発明に関する構成例２は、復水ポンプ６後の復水脱塩装置７と高圧ポンプ２０の高圧給水系は図１に示す構成例１と同一であるが、構成例１の中低圧給水ポンプ２１に代えて、中圧給水ポンプ２２と低圧給水ポンプ８に分割した給水系統を有するものである。この構成例２を採用した場合においても、図１に示す構成例１を採用した場合と同様の効果が得られる（図２を参照）。
【００２６】
次に、図４に示す本発明に関する構成例３は、高圧系に加えて中圧系も貫流式を採用したシステムの構成例である。図４に示すように、ポンプ１２は高中圧給水ポンプであり、ポンプ８は低圧給水系に使用される低圧給水ポンプである。高中圧給水ポンプ１２の中間段から抜き出された中圧給水は中圧一次節炭器１３、中圧二次節炭器１４を経て中圧一次蒸発器２３に送られる。また、高中圧給水ポンプ１２の最終段からの高圧給水は高圧一次節炭器１７、高圧二次節炭器１８を経て高圧一次蒸発器２３に送られる。また、低圧給水ポンプ８からの低圧給水は低圧節炭器９を経て低圧ドラム１０に導かれる。図４に示す構成例３を採用した場合においても、図１に示す構成例１を採用した場合と同様の効果が得られる（図２を参照）。
【００２７】
次に、図５に示す本発明に関する構成例４は、高圧系に加えて中圧系も貫流式を採用したシステムの構成例であって、且つ給水ポンプを高圧給水ポンプ２０と中圧給水ポンプ２２に分割した構成例である。すなわち、図４に示す構成例３における高中圧給水ポンプ１２を高圧用と中圧用のそれぞれのポンプ２０と２２に分けて専用ポンプとするものである。図５の構成例４を採用した場合においても、図１に示す構成例１を採用した場合と同様の効果が得られる（図２を参照）。
【００２８】
次に、図６に示す本発明に関する構成例５は、高圧系に貫流システムを採用し低圧系に自然循環システムを採用した複圧（二重圧）の貫流式排熱回収ボイラの構成例である。すなわち、復水ポンプ６後の給水系は、低圧給水ポンプ８のライン（自然循環システム）と、復水脱塩装置７及び高圧給水ポンプ２０のライン（貫流システム）とに分かれる。図６の構成例５を採用した場合においても、図１に示す構成例１を採用した場合と同様の効果が得られる（図２を参照）。
【００２９】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る貫流式排熱回収ボイラの特徴は、その構成例１を取り上げると、復水ポンプ出口部において復水脱塩装置及び高圧給水ポンプ等を設置した貫流システムへのラインと中低圧系への給水ポンプを含む自然循環システムへのラインに分割する給水系統を採用することにより、復水脱塩装置７の必要容量を全給水容量から高圧系のみの給水容量に低減することができる。また、高圧給水ポンプの吸込み圧力を自然循環式での給水システムと同等程度（図２の例では同等以下）に抑えることができる。その結果、軸シール等の信頼性の向上を図ることができる。さらに、自然循環システムを採用し復水脱塩装置を通過しない中低圧あるいは低圧系への給水ポンプの必要揚程を復水脱塩装置の圧力損失分低減できることから、ポンプの補機動力低減や設計圧力低下による仕様の低減を図ることが可能となる。すなわち、中低圧給水系は復水脱塩装置を通過しないため、その圧力損失分の中低圧給水ポンプ揚程を抑えることが可能となり、補機動力の低減だけでなく中低圧給水系の設計圧力が低くなるため管、連絡管、弁の肉厚等の仕様を低減することが可能となる。これらの効果により、経済性に優れた信頼性の高い貫流式排熱回収ボイラシステムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラにおける複数の給水圧力系統の構成例１を示す図である。
【図２】図１に示す本実施形態に関する構成例１の給水圧力系統における仕様について従来技術との対比で説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラにおける複数の給水圧力系統の構成例２を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラにおける複数の給水圧力系統の構成例３を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラにおける複数の給水圧力系統の構成例４を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラにおける複数の給水圧力系統の構成例５を示す図である。
【図７】一般的なコンバインドサイクル発電設備のプラント構成の概要を示す図である。
【図８】従来技術における貫流式排熱回収ボイラの系統構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ガスタービン
２  排熱回収ボイラ
３  蒸気タービン
４  発電機
５  復水器
６  復水ポンプ
７  復水脱塩装置
８  低圧給水ポンプ
９  低圧節炭器
１０  低圧ドラム
１１  低圧蒸発器
１２  高中圧給水ポンプ
１３  中圧一次節炭器
１４  中圧二次節炭器
１５  中圧ドラム
１６  中圧蒸発器
１７  高圧一次節炭器
１８  高圧二次節炭器
１９  高圧一次蒸発器
２０  高圧給水ポンプ
２１  中低圧給水ポンプ
２２  中圧給水ポンプ
２３  中圧一次蒸発器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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