三菱重工技報 VOL.44 NO.4: 2007

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特集論文

中国鞍山鋼鉄集団公司向け 300 MW
高炉ガス焚きコンバインドサイクル
プラントの建設と運転実績
Anshan Iron & Steel Group Corporation,
China Constr uc tion a nd Operation
Experience of 300 MW Blast Furnace Gas
Firing Combined Cycle Power Plant
大 塚 春 生＊1

田 中 聡 史＊2

小 畑 順 司＊4

原 田 昇 一＊3

Haruo Otsuka
Junji Obata

Satoshi Tanaka

Syouichi Harada

田 邉 浩 史＊3

Hiroshi Tanabe

車学

Che Xuewen

文＊5

近年，電力不足が続く中国では，国家的な要請もあり，鉄鋼会社が自前で電力を確保するよう求められており，環境保全の面からも高効率な発電プラントの要望が高まっていた．その様な中で当社は，最新鋭・高効率の高炉ガス焚き M701S（F）形ガスタービンの開発に成功していたことから，2003 年７月に中国鞍山鋼鉄集団公司とガスタービンコンバインドサイクルプラントに関する FS（実現可能性評価）を実施し，その有効性を双方で確認した．そこで，2004 年 5 月に正式契約を行い，中国市場初の世界最大級の高炉ガス焚きコンバインドサイクルプラントの導入が実現したが，2007 年５月 10 日に引渡しを完了し，現在，順調に営業運転を継続している．

1．はじ

めにへの初の発電プラントの設置（4）パワートレイン主要機器以外の蒸気サイクル関連

高炉ガス焚きガスタービンの燃料には製鉄所で発生機器に中国製を採用した合作プラントする低カロリーの副生ガスを使用するが，当社は，そ2．2の利用技術については世界的にトップレベルにあり，当社はガスタービン，発電機，蒸気タービン，燃料国内では多くの受注及び運転実績を有している．

供 給 区 分ガス圧縮機の軸構成機器を主体としたパワートレイン

この度，中国では初の本格的な高炉ガス焚きコンバ部分の設計，製作と，当社供給機器の FOB（Free on

インドサイクルプラントの受注となったが，順調に設Board）， 及 び， そ の 据 付 TA（Technical Adviser），計，調達，建設が進捗し，2007 年５月 10 日に正式に試運転 SV（Supervisor）派遣を担当した．

引渡しを完了した．

一方，お客様はパワートレイン部分以外の復水器及プラント熱効率は，高炉ガス焚きコンバインドサイ

び排熱回収ボイラ（HRSG）を含めた蒸気サイクル関

クルプラントでは，世界最高水準の 51 ％（低位発熱連機器，給排水系統，ユーティリティ等の設計，製作，量基準）を達成し，環境保全，省エネルギーの両面で調達及び土建を含めた現地工事，試運転の全般を担当優れたプラントであることを実証した．

した．本プラントの供給区分を図１に示す．

本稿では，この高炉ガス焚きコンバインドサイクルプラントの建設と運転実績について紹介する．

2．プロジェクトの特徴と概要
2．1

なお，お客様手配機器に対しては合計５回の技術交流会と，必要に応じて個別の設計支援（TechnicalCoordination）を行うことで，問題なく設計協業を進め，合作プラントを完成させることができた．

プロジェクトの特徴

2．3

本プロジェクトの特徴は次のとおりである．

プラント全体機器配置

基本的な全体機器配置は，プラントの信頼性確保，（1）中国市場で初受注に成功した世界最大級の高炉ガ現地工事での品質確保の観点から考えれば，極力先行ス焚きコンバインドサイクルプラントの初号機

プロジェクトと同一設計とするのが望ましいが，下記（2）中国鉄鋼関連の設計研究院との，初の発電プラン
トの設計協業の点で設計変更を余儀なくされた．
（1）本プロジェクトは極寒地域に設置されるため，ポ（3）極寒地域（冬場の月平均最低気温− 15℃以下）

ンプ等のプラント補機類は，原則すべて暖房が完備

＊1

＊4

＊2

＊5

高砂製作所プラント技術部火力プラント設計課主席
高砂製作所プラント技術部電気計装設計課主席＊3
高砂製作所プラント技術部火力プラント設計課

原動機事業本部制御システム技術部制御技術二課
鞍山鋼鉄集団公司第二発電所長助理

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低圧蒸気
高温再熱蒸気

起動用蒸気

高圧蒸気

冷却塔

煙突吸気フィルタ
蒸気タービン
ガスタービン

燃料ガス圧縮機

排熱回収
ボイラ

発電機
復水器
低温再熱蒸気復水ポンプ
H

ガス冷却器

電気集塵器

COG ブロア

コークス炉ガス（COG）
高炉ガス（BFG）

冷却水ポンプ
工業用水
洗浄水ポンプピット

図１

BFG ：Blast Furnace Gas
COG：Coke Oven Gas

ピット

供給区分

着色部は当社供給範囲の機器を示す．

した建屋内に設置し，屋外に設置せざるをえない水系配管に対しては原則，凍結深度以下に埋設設置することとした．
（2）先行プロジェクトでは，原則，予備機を設置して体統合制御の実現（4）中国語表示の監視・制御画面を使用した自動制御システムの採用
3．2

プラントの構成

いないが，本プロジェクトでは蒸気サイクル関連機

プラント構成は，ガスタービン，発電機，蒸気ター

器に中国製のポンプ等を採用することから，すべてビンに，増速歯車装置を介して燃料ガス圧縮機を同軸予備機設置とした．

上に配列した一軸式コンバインドサイクルプラントで

ただし，全体の配置・配管計画に大きく影響する高あり，軸起動には既設蒸気を使用した蒸気タービン起炉ガス系統，及びタービン建屋内配置については基本動方式を採用したシンプルな構成とした．図２にター的に先行プロジェクトの配置を採用したことで，現地ビンフロア配置，図３に全体組立断面図を示す．

工事では手戻り作業がほとんど発生せず，ほぼ予定どおりに据付工事を完了させることが出来た．また，ポンプ類は，原則すべて予備機設置としたことで，プラント全体の信頼性向上につながった．

3．プラントの特徴と概要
3．1

プラントの特徴

本プラントの特徴は次のとおりである．
（F）形ガス（1）最新鋭・高効率の高炉ガス焚き M701S
タービンを使用したコンバインドサイクルプラントの採用（2）低大気温度時の起動及び負荷運転を考慮したガスタービン吸気加熱器の採用（3）HRSG 等のお客様手配機器を含めたプラント全図２

タービンフロア配置

手前からガスタービン，発電機，蒸気タービン，燃料ガス圧縮機が一軸に結合されている．

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蒸気タービン

ガスタービン発電機

ガス圧縮機
増速歯車装置

図３3．3

全体組立断面図

主要機器諸元すが，大気温度 15 ℃以下で最大出力 300 MW 運転が主要機器諸元を表１に示すが，HRSG はお客様の手配機器である．また，図４にプラント出力特性を示可能な設備となっている．
3．4

低大気温度対策

ガスタービンは作動用媒体として大量の空気を必要
表１
主機名
発電設備

ガスタービン

項 目

一軸形コンバインド発電設備
300 MW

型式

解放サイクル一軸形 M701S(F)(三菱重工)
183.0 MW
1 300℃ 級
3 000 rpm

出力
タービン入口ガス温度
回転数

排熱回収ボイラ 蒸気流量
（HRSG）

型式
出力
蒸気圧力/温度

回転数

発電機

燃料ガス圧縮機（1）スラスト力増大，圧力比増加に伴う圧縮機サージマージン減少による最大出力制限（2）燃焼振動増大による起動・昇速時の燃焼不安定領域の発生
そこで，寒冷時にガスタービン吸気を蒸気で加熱す

横置三圧再熱自然循環型（中国杭州ボイラ）
568.4 t/h内訳 高圧 239.9 t/h
中圧 282.2 t/h
低圧 46.3 t/h

る吸気加熱器を設置している．

単車室再熱混圧復水形 SRT-30.5(三菱重工)
117.0 MW
高圧 10.2 MPa(a)/538℃
中圧 2.95 MPa(a)/538℃
低圧 0.49 MPa(a)/245℃
3 000 rpm

で排水量低減による環境への配慮も図っている．図５

容量
冷却方式
回転数

横置円筒回転界磁同期形（三菱電機）
340 000 kVA
水素冷却
3 000 rpm

型式
回転数

単車室軸流形（三菱重工）
5 025 rpm

型式

一方，極端に低下すると，以下の問題が発生する．

仕 様型式
出力型式

蒸気タービンとするが，大気温度の低下は出力の増大が期待出来る主要機器の諸元

加熱用の蒸気源として，起動・昇速時は補助蒸気を使用し，負荷運転時は HRSG からの低圧蒸気を抽気して使用しており，その蒸気は復水器に回収することに吸気加熱システム概略系統図を示す．

大気吸気加熱器

低圧蒸気TE

プラント軸出力（MW）

300

最大出力 300 MW

ガスタービン

補助蒸気LT200

M

1000−15復水器

0153040フラッシュパイプ

大気温度（℃）

図４

プラント出力特性

図５

吸気加熱システム概略系統図

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中央制御室（4F）
大型スクリーン

大型スクリーン

TCS : Turbine Control System
TSI : Turbine Supervisory
PCS : Plant Control System
DLS-I/O : Data Logger I/O System
PDOS : Power Distribution Operation System
INT : Turbine Protection Interlock PanelOPS : Operator Station
EMS : Engineerign Maintenance Station
ACS : Accessory Station

レーザプリンタ

切替器

OPSOPS

OPS

35OPS

ACS

CPU(DLS-I/O)
A B

CPU(PDOS)
A B

電気室（3F）CPU(TCS)A B

CPU(PCS)
A B

EMS

TSI

INT

レーザプリンタ

図６3．5

制御システム構成

自動制御システム

英語表示に加えて中国語表示にも対応可能なシステム

制御システム構成を図６に示すが，当社は HRSG，になっており，運転員にとって User-Friendly なシス

ボイラ給水ポンプ等のお客様手配機器も含めて，プラ

図７に中央操作室のレイアウト，テムを実現している．

ント全体に渡る自動制御及び操作・監視を行う制御装

図８に中国語及び英語で表示した系統図画面をサンプ置を一括供給した．

ルとして示す．

運転操作機能としては以下に示す特徴を有しており，運転員の負担軽減を実現している．
（1）ALR（Automatic Load Regulator）制御により，運転員は発電機出力を設定（150 〜 300 MW 範囲内）するだけで所要の発電機出力を得ることができる．
（2）APS（Automatic Plant Start & Stop System）
制御により，プラント起動時は復水器真空上昇からALR 出力運転到達まで，また，プラント停止時はALR 出力運転状態から復水器真空破壊まで，全ての操作端を自動で動かすことができる．
なお，制御装置に は 当 社 が 長 年に 渡 る 発 電機プ
ラ ン ト の 制 御 ノ ウ ハ ウ を 基 に 開 発 し た DIASYSNETMATION を適用した．
また，制御装置内の重要機器は多重化しており，高度な信頼性を有している．さらに，監視・操作画面は

図7

中央操作室 (4F)

手前に OPS のデスク盤 , 奥に 2 面の大型スクリーンを設置している .

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（中国語表示）（英語表示）

図8

中国語及び英語表示の系統図画面サンプル

4．建設と試運転工程停止も自動で行われ，次回ホット起動可能までの時間を短縮するため，負荷降下途中に蒸気温度と蒸当プロジェクトは 2004 年 10 月に工事着工となり，気タービンのメタル温度のミスマッチが小さくなる

工事期間中に２度の厳冬期も経験したが，順調に工ようクーリングを考慮した停止手順としている．起事進捗し，2006 年４月末に全ての設備の据付が完了

動（着火〜全負荷運転）に要する時間は，およそ，ホッした．その後，補機単体試運転調整を経て，９月かト起動で 90 分，ウォーム起動で 150 分，コールドらは本格的な試運転を開始し，10 月初併入，11 月に起動で 200 分である．

300MW 全負荷運転を実施し，2006 年末にはほぼすべての試運転項目について運転上問題ないことを確認し（2）プラント性能実測性能を表２に示すが，基準条件補正後のプラント出力，プラント熱効率（大気温度 15 ℃，低位た．
燃料ガス供給量制限のため一旦試運転を中断し，部発熱量基準）は，計画値を充分満足する結果となっ分負荷運用を行っていた時期もあったが，2007 年４た．なお，プラント熱効率は，計画値 48.5 ％に対月から試運転を再開し，４月 10 日に 300 MW の性能し 51.2 ％を示し，高炉ガス焚きコンバインドサイ試験及び 168 時間連続運転を無事完了し，５月 10 日

クルプラントでは，世界最高水準の値を示した．にプラント引渡しを完了した．

5．試運転結果と運転実績
5．1

試運転結果

（1）起動特性

表2

実測性能

保証項目

計画値

実測値

プラント出力プラント熱効率300 MW
48.5 ％

313.9 MW51.2 ％

本プラントは，蒸気タービン起動方式を採用しているが，定格速度到達後は HRSG 発生蒸気の蒸（3）環境特性

気条件が蒸気タービンに受入可能となった時点で本プラントは高炉から発生する低カロリー副生ガ

既設蒸気から HRSG の自缶蒸気に切り替え，運用スのエネルギーを電力として有効に回収すること最低負荷である 150 MW まで自動で負荷上昇する．

で，以下の通り環境保全に大いに貢献している．

150 MW 到 達 後 は 運 用 に 合 わ せ て 150 〜 300 MWの間で任意に負荷を設定することができる．

まず，本プラントでは中国で一般的な石炭焚き火力発電所ではなく高炉ガスを有効利用出来るコンバ三菱重工技報 VOL.44 NO.4: 2007

インドサイクルプラントを導入したことで，同出力37

表3の石炭焚き発電所の石炭消費による CO2 発生量相

年

当として年間約 190 万 ton（約 7 000 運転時間／年）

プラント稼働率

月稼働率（％）

2007 年 5 月度
2007 年 6 月度
2007 年 7 月度
2007 年 8 月度
2007 年 9 月度を削減できるものと試算することができる．
次に，高炉ガス中には N 化合物や S 化合物が含まれているため，ガス性状によって環境特性は大き82.3
93.0
91.9
95.2
100.0

く左右されるものの，燃焼特性上，低カロリーであるため天然ガスを燃料とした場合に比べて燃焼にと高炉ガス焚きコンバインドサイクルプラントが建設よって発生する Thermal NOx が低いため，実機で中にあり，鞍山鋼鉄の二期工事として遼寧省営口地区の NOx 排出濃度は 15 ppm（15 ％ O2 換算：脱硝装で，M701S（DA）形ガスタービンを使用したコンバ

置無し）と非常に低い数値となっている．

インドサイクルプラントの建設も開始されている．こ

5．2

れらのプロジェクトは，中国国家発展改革委員会が掲

運 転 実 績プラント引渡しが完了した 2007 年５月から９月末までの約５ヶ月間のプラント稼働率を表３に示す．
稼働率に影響する因子としては，高炉休風等によるげる国の省エネ循環経済政策に合致するものとして，中国の電力安定供給，経済発展に大きな役割を担っていくものと確信する．

計画的な停止も含まれるが，引渡し直後は，プラント側の初期故障等が原因で停止した場合もあり，稼働率の低下が認められたが，徐々に信頼性も向上し，９月には，稼働率 100 ％を達成している．

6．まとめ

本プロジェクトは中国市場に初導入された本格的な大容量かつ高効率な高炉ガス焚きコンバインドサイク

大塚春生

田中聡史

田邉浩史

小畑順司

原田昇一

車学文

ルプラントとして，中国国内でも大きな注目を集めていた．当該設備が順調に稼動したことにより，余剰な高炉ガスの有効利用と，自前電力の安定供給が実現し，環境保全と省エネルギーに大きく貢献出来た．
本プロジェクトの受注を契機に，中国国内では次々