火力発電プラント
【課題】ボイラ・蒸気タービン・排ガス処理装置の配置と構造を工夫し、高温の材料の使用量を低減し、さらに配管の熱伸び量を低減することで、高信頼性・低材料コスト・低建設コストを実現する火力発電プラントを提案する。
【解決手段】燃料を燃焼する火炉と、火炉から排出された燃焼ガスから熱を回収する後部伝熱部、を有する２パスボイラと蒸気タービンを有する火力発電プラントにおいて、蒸気タービンを後部伝熱部に近接して配置する。
【解決手段】燃料を燃焼する火炉と、火炉から排出された燃焼ガスから熱を回収する後部伝熱部、を有する２パスボイラと蒸気タービンを有する火力発電プラントにおいて、蒸気タービンを後部伝熱部に近接して配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント構成要素の配置と構造を改善した火力発電プラントに関し、特に火炉と後部伝熱部が並列に連続して配置された低層構造の２パス型ボイラを有する火力発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
２パス型ボイラを有する火力発電プラントは、火炉と後部伝熱部が垂直方向に直列に設けられたタワー型ボイラを有する火力発電プラントに比べ、耐震強度が強く建設コストを低減できるため広く用いられている。２パス型ボイラを用いた火力発電プラントでは、ボイラ内で燃料と空気を燃焼し、発生した熱により水を加熱して蒸気を発生させ、蒸気タービンを駆動して発電を行う。また、燃焼により発生した燃焼ガスを浄化するため、排ガス浄化装置が備え付けられている。
【０００３】
火力発電プラントは多くの種類の燃料を使用することができる反面、ガスタービン・コンバインドサイクル発電装置に比べて効率が低く、二酸化炭素の排出量が多い。そこで、蒸気の高温化・高圧化により効率向上を図っている。しかし、約７００度前後に達する高温と高圧の蒸気に耐える火力発電プラントの主蒸気管等の材料は通常のプラント材料に比べて非常に高価であり、なるべく高温部に使用する材料の量を低減する必要がある。
【０００４】
従来は、特許文献１に記載されているように、ボイラを地下に埋設し、ボイラと蒸気タービンをつなぐ主蒸気管の長さを短くするアイデアが提案されている。また、特許文献２に示す様に、タービン建屋とボイラの列にそってその隣に煙道と煙突を配置し、敷地が狭隘な場合でも設置可能な２出力ユニット型火力発電プラントが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４３５６２号公報
【特許文献２】実開昭６４−５１７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、ボイラを地下に埋設する場合には建設コストが上昇し、またボイラの熱を制御するために付加的な設備を要する。また、特許文献２は火力発電プラント全体の配置についての工夫であって特に主蒸気管等の長さについては言及していない。
【０００７】
本発明は、ボイラ・蒸気タービン・排ガス処理装置の配置と構造を工夫し、主蒸気管等に用いられる耐高温材料の使用量を低減し、さらに主蒸気管等の配管の長さと熱伸び量を低減することで、高信頼性・低材料コスト・低建設コストを実現する火力発電プラントを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、燃料を燃焼する火炉と、排出された燃焼ガスから熱を回収する後部伝熱部とを並列に配置した２パス構造を有するボイラと、該ボイラの前記火炉と前記後部伝熱部から回収した熱により水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生器と、発生した蒸気により少なくとも高圧タービンを含む蒸気タービンを回転して回転エネルギーを電気に変換する発電機を有する火力発電プラントにおいて、前記蒸気タービンの前記高圧タービンを前記ボイラの前記後部伝熱部に近接して配置したことを特徴とする。
【０００９】
また、火力発電プラントにおいて、前記ボイラの火炉と後部伝熱部とを格納するボイラ建屋と、前記蒸気タービンを格納するタービン建屋を有し、前記ボイラ建屋の後部伝熱部側に近接して前記タービン建屋を配置したことを特徴とする。
【００１０】
また、火力発電プラントにおいて、前記火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に排出された前記後部伝熱部の燃焼ガスを、前記ボイラの中心軸方向に対しほぼ直交方向に排出方向を変化させる接続ダクトを前記タービン建屋の上に設置し、前記接続ダクトを出た後の燃焼ガスを供給する脱硝装置を前記接続ダクト下流に設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、火力発電プラントにおいて、前記火炉と前記後部伝熱部とを結ぶボイラの中心軸の方向と前記蒸気タービン軸の方向を、火力発電プラントの設置平面上で一致させたことを特徴とする。
【００１２】
また、火力発電プラントにおいて、前記蒸気タービンを格納するタービン建屋を設け、前記ボイラの前記後部伝熱部出口を分割して該後部伝熱部出口に対し前記タービン建屋と排ガス処理装置を配置するとともに火力発電プラントの設置平面上で並列に配置し、蒸気タービンの軸と前記排ガス処理装置内で燃焼ガスの流れる向きを同一方向としたことを特徴とする。
【００１３】
また、火力発電プラントにおいて、前記火炉または前記後部伝熱部に蒸気をまとめるヘッダを設け、該ヘッダから出た蒸気を前記蒸気タービンへ供給する蒸気管を２系統備え、該２系統の蒸気管を火力発電プラントの設置平面上で前記ボイラの中心軸と前記蒸気タービンの軸に対して反対側に各々設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から燃焼ガスをボイラ中心軸方向に排出し、前記蒸気タービンを格納するタービン建屋を設け、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を前記後部伝熱部下流の前記タービン建屋上部に設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から燃焼ガスをボイラ中心軸方向に排出し、蒸気タービンを格納するタービン建屋を設け、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と空気を過熱するエアヒータを前記後部伝熱部下流の前記タービン建屋上部に設けたことを特徴とする。
【００１６】
さらに、火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から排出される燃焼ガスを、火力発電プラントの設置平面上で前記ボイラの火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に対してほぼ直交方向に排出することを特徴とする。
【００１７】
また、火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から排出される燃焼ガスを、火力発電プラントの設置平面上で前記ボイラの火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に対して垂直な反対方向の２箇所から排出することを特徴とする。
【００１８】
さらに、火力発電プラントにおいて、燃焼ガスの窒素酸化物を除去する脱硝装置を前記ボイラの後部伝熱部の下流に設け、前記後部伝熱部に水を加熱する節炭器を設け、前記脱硝装置のガス温度が低下しないように前記節炭器上流に燃焼ガスの一部を取り出すバイパスダクトを取り付け、該バイパスダクトの取り出し方向を前記ボイラの中心軸方向に対してほぼ直交方向としたことを特徴とする。
【００１９】
さらに、火力発電プラントにおいて、燃焼ガスの窒素酸化物を除去する脱硝装置を前記ボイラの後部伝熱部の下流に設け、前記後部伝熱部に水を加熱する節炭器を設け、前記脱硝装置のガス温度が低下しないように前記節炭器上流に燃焼ガスの一部を取り出すバイパスダクトを取り付け、前記バイパスダクトの取り出し方向を前記ボイラの中心軸方向に対してほぼ平行としたことを特徴とする。
【００２０】
さらに、火力発電プラントにおいて、燃焼ガスの窒素酸化物を除去する脱硝装置と空気を燃焼ガスで過熱するエアヒータと燃焼ガスの灰を除去する集塵機とを２系統備え、前記ボイラの後部伝熱部から排出される燃焼ガスを前記後部伝熱部の片側の側面から排出し二つに分岐して前記２系統の脱硝装置、エアヒータ、集塵機へ供給することを特徴とする。
【００２１】
さらに、火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から排出された燃焼ガスのＣＯ２を分離回収するＣＯ２回収装置を前記ボイラ下流に設け、前記ＣＯ２回収装置を前記蒸気タービンに近接して配置したことを特徴とする。
【００２２】
さらに、火力発電プラントにおいて、前記ＣＯ２回収装置に蒸気を使用し、前記ＣＯ２回収装置の一部を前記蒸気タービンの下部に設置したことを特徴とする。
【００２３】
さらに、火力発電プラントにおいて、エアヒータと、酸素製造装置と、燃焼ガスの一部を循環させるダクトと、前記酸素製造装置で製造した酸素と循環した燃焼ガスとの混合装置と、混合した酸素ガスを前記エアヒータへ供給するダクトを備え、火炉と後部伝熱部を有するボイラを格納するボイラ建屋の前記後部伝熱部の燃焼ガス排出方向を、火力発電プラントの設置平面上で前記火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に対してほぼ直交方向に１方向から排出させ、前記ボイラ建屋の燃焼ガスの排出側に前記酸素製造装置を設けたことを特徴とする。
【００２４】
さらに、火力発電プラントにおいて、蒸気タービンとして２段再熱式タービンを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、２パス構造を有するボイラから回収した熱により蒸気を発生させる蒸気発生器と、発生した蒸気により少なくとも高圧タービンを含む蒸気タービンを回転して発電する発電機を有する火力発電プラントにおいて、前記蒸気タービンの前記高圧タービンを前記ボイラの前記後部伝熱部に近接して配置したことにより、火力発電プラントの主蒸気管の短縮による建設コスト・材料コストの低減、熱伸び量の低減による長寿命化・信頼性向上が可能になる。
【００２６】
また、主蒸気管の曲げ回数の低減により製造コストを低減できる。さらに主蒸気管のルーティングが容易になり設計時間の短縮が可能になる。さらに主蒸気管が他の機器の近くを通過しないために、主蒸気管の設置作業と機器の設置作業を同時に行うことができ建設期間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】本発明の実施例１の配置を示す平面図
【図１Ｂ】本発明の実施例１の配置を示す正面図
【図１Ｃ】本発明の実施例１の配置を示す側面図
【図２Ａ】本発明の実施例１の変形例の配置を示す正面図
【図２Ｂ】本発明の実施例１の変形例の配置を示す側面図
【図３Ａ】本発明の実施例１の別の変形例の配置を示す正面図
【図３Ｂ】本発明の実施例１の別の変形例の配置を示す側面図
【図４Ａ】本発明の実施例２の配置を示す平面図
【図４Ｂ】本発明の実施例２の配置を示す正面図
【図５Ａ】本発明の実施例３の配置を示す平面図
【図５Ｂ】本発明の実施例３の配置を示す正面図
【図６Ａ】本発明の実施例４の配置を示す平面図
【図６Ｂ】本発明の実施例４の配置を示す正面図
【図６Ｃ】本発明の実施例４の配置を示す側面図
【図７Ａ】本発明の実施例５の配置を示す平面図
【図７Ｂ】本発明の実施例５の配置を示す正面図
【図８】本発明の実施例６の配置を示す正面図
【図９Ａ】本発明の実施例７の配置を示す平面図
【図９Ｂ】本発明の実施例７の配置を示す正面図
【図１０Ａ】本発明の実施例８の配置を示す平面図
【図１０Ｂ】本発明の実施例８の配置を示す正面図
【図１１Ａ】本発明の実施例９の配置を示す平面図
【図１１Ｂ】本発明の実施例９の配置を示す正面図
【図１２Ａ】本発明の実施例１０の配置を示す平面図
【図１２Ｂ】本発明の実施例１０の配置を示す正面図
【図１３Ａ】本発明の実施例１１の配置を示す平面図
【図１３Ｂ】本発明の実施例１１の配置を示す正面図
【図１４Ａ】本発明の実施例１２の配置を示す平面図
【図１４Ｂ】本発明の実施例１２の配置を示す正面図
【図１５】本発明の実施例１３の配置を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施例について図を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２９】
〔基本構成〕
図１Ａ〜図１Ｃは火力発電プラントの実施例１の配置を示す。実施例１の特徴は、ボイラ建屋１３の排ガス浄化装置側にタービン建屋１が配置されていることである。すなわち、ボイラ建屋１３の中に、火炉１４と後部伝熱部２８を有するボイラＢが設けられており、火炉１４及び後部伝熱部２８、蒸気タービン建屋１の順番に配置されている。実施例１は石炭を燃料とした場合を示しているが、燃料として油、バイオマス、ガス、ペットコークなどを用いた場合にも適用できる。
【００３０】
以下に、初めに燃焼系統、排ガス処理系統について説明し、次に水・蒸気系統について説明する。
〔燃焼系統〕
始めに、燃焼系統において、サイロ１２に投入された石炭はミル１１により微粒化され、図示しない石炭供給ラインを通って、バーナ１５から火炉１４に投入される。また、ボイラ建屋１３内に設置した図示しないファンを用いて空気を取り込み、エアヒータ１０２を経由してバーナ１５とＯＦＡ（オーバーファイアリングエアポート）１６に供給する。これらの空気は、ボイラ建屋１３内に設置されている図示しない空気ダクトを通って流れる。ＯＦＡ１６は、必須ではないが、空気をバーナ１５とＯＦＡ１６との２段に分けて投入することでＮＯｘ（窒素酸化物）を低減できる。
【００３１】
火炉１４は水管で構成されており、燃焼により発生した熱を水管内に流れる水または蒸気に伝える。さらに燃焼ガスの熱は、１段目吊り下げ過熱器１９、２段目吊り下げ過熱器２０、吊り下げ再熱器２４を流れる蒸気に伝えられる。実施例１では２段の吊り下げ過熱器が設置されているが、３段以上のものであっても良い。
【００３２】
燃焼ガスは、さらにボイラＢの後部伝熱部２８を通過する。後部伝熱部２８には再熱器２１、過熱器２２、節炭器２３などの熱交換器が設置されている。ここに示しているのは一例であり、熱サイクルや、蒸気温度、ガス温度条件に応じて最適な熱交換器の配置は異なる。後部伝熱部２８の熱交換器の下流にパラレルダンパ２７が設置されている。パラレルダンパ２７は、再熱蒸気系と主蒸気系のガス流量を調整して主蒸気と再熱蒸気の温度を制御するために使用される。パラレルダンパ２７の下には、灰を受けるホッパ２９が設置される。
〔排ガス処理系統〕
次に、排ガス処理系統において、後部伝熱部２８を通過した燃焼ガス（排ガス）は、連絡ダクト１０６を経由してボイラ建屋１３の脱硝装置１０１に供給される。実施例１ではタービン建屋１がボイラ建屋１３の排ガス浄化装置側に設置されているため、連絡ダクト１０６をボイラ建屋１３から排ガス処理装置側には直接取り出せない。そこで、ボイラ建屋１３の側壁に連絡ダクト１０６を取り付けた。すなわち燃焼ガスは、後部伝熱部２８の左右の側壁から左右一対の連絡ダクト１０６を通過して取り出される。この場合に連絡ダクト１０６への出口面積が小さいと流速が高くなり、圧力損失が大きくなりダクト１０６の振動も発生する。一方、流速が小さく（例えば２０ｍ／ｓ以下）なるように後部伝熱部２８の出口面積を大きく設定すると、プラントの効率が良くなり振動も発生しないので故障も少なくできる。
【００３３】
脱硝装置１０１で燃焼ガス中のＮＯｘが除去される。脱硝方法として、選択接触触媒還元法が用いられる場合がある。この脱硝方法は触媒を用いてアンモニアとＮＯｘを反応させるもので、適切なガス温度が決まっている。
【００３４】
プラントの負荷が低い場合は、脱硝装置のガス温度が低くなりＮＯｘを除去できない場合がある。このために、燃焼ガスの一部を熱交換器を迂回して流すバイパスダクトが設置される。図２Ａ、２Ｂは、バイパスダクト１１６を設けた場合の応用例を示す。この場合は、後部伝熱部２８の側壁から燃焼ガスを排出し、一部の熱交換器（過熱器２１、節炭器２３等）を迂回して連絡ダクト１０６に接続している。このときバイパスダクト１１６の入口（後部伝熱部２８に接続する場所）の断面積が小さくなる場合がある。このような場合には図３の応用例に示すように、後部伝熱部２８の火炉と反対側から一旦燃焼ガスを取り出し、バイパスダクト１１６を使って連絡ダクト１０６に接続すると良い。
【００３５】
脱硝装置１０１を通過した燃焼ガスはエアヒータ１０２に供給され、空気と燃焼ガスの間で熱交換を行い、空気を加熱して熱エネルギーを回収する。これによって、燃焼ガスの温度は低下する。エアヒータとしてはユングストローム型や、シェルアンドチューブ型等を使用可能である。
【００３６】
エアヒータ１０２を出た後の燃焼ガスは電気集塵機１０３を通過する。これにより燃焼ガス中に含まれる未燃成分や灰を除去する。さらに、脱硫装置１０４により燃焼ガス中の硫黄酸化物を除去する。実施例１では脱硝装置１０１、エアヒータ１０２、電気集塵機１０３を夫々２台使用しているがこれらは１台であってもよく、この場合は蒸気タービンが排ガス処理装置に囲まれないため蒸気タービンの据付、保守が容易になる。
【００３７】
実施例１では、脱硫装置１０４の下流に煙突１０５とＣＯ２回収装置１０７を設置している。ＣＯ２回収装置は本発明に必須ではないがＣＯ２回収装置を設置したときの方が効果が高い。煙突１０５、ＣＯ２回収装置１０７へ流れる燃焼ガスは、ダクト内に設置した図示しないダンパにより流量の調整が可能である。ＣＯ２を回収する場合はＣＯ２回収装置１０７へ流れる流量を増加する。
【００３８】
ＣＯ２回収法の中で、化学吸収法はアミン等の吸収液を用いてＣＯ２を回収する。ＣＯ２を吸収液から分離するために加熱する必要があり、加熱用の熱源としては高圧蒸気、再熱蒸気、抽気蒸気などの蒸気が考えられる。高圧蒸気はタービンを回転させるのに適しているので、再熱蒸気・抽気蒸気を加熱用に使用すると良い。
【００３９】
実施例１では、ＣＯ２回収装置１０７と蒸気タービン建屋１が隣接しているので、蒸気配管の距離を短くできる。これにより、コスト低減だけでなく、熱伸びの低減による信頼性向上や、熱ロスの低減により効率向上を図ることができる。
〔水・蒸気系統〕
さらに、水・蒸気系統について説明する。復水器から供給された水は、図示しない復水ポンプ、低圧給水加熱器５、脱気器７、給水ポンプ８、高圧給水加熱器６を通過し、給水管３０を通ってボイラＢに供給される。これら機器を通過する順番やタービン建屋１での位置は、採用する蒸気サイクル、出力、蒸気タービンの構造などで変化する。実施例１では高圧給水加熱器６と節炭器２３が非常に近く設けられており、給水管３０の長さを短くできる。これにより、材料コスト、据付コストを低減し、さらに、熱伸びが小さいことにより機器の信頼性が向上する。実施例１では給水管は１系統だけ設けられているが、２系統設置しても良い。
【００４０】
水は給水管３０を経由して節炭器２３に供給される。この系統を主蒸気系と呼ぶ。節炭器２３で暖められた水は、ボイラＢの火炉１４に供給される。この後、水は火炉１４で加熱されて以下に説明する蒸気発生器により蒸気に変化する。蒸気は加熱器２２を通過し、１段目吊り下げ過熱器１９、２段目吊り下げ過熱器２０を通過する。これら熱交換器の入口・出口にはヘッダが設置されている。ヘッダは全てを図示していないが、伝熱管に蒸気を分配したり、伝熱管の蒸気を混ぜ合わせて温度を均一化したりさせる働きがある。また各ヘッダ間は図示しない連絡管で接続されている。蒸気温度の調整のためスプレーが連絡管に設置されることがある。
【００４１】
主蒸気系の最終熱交換器の後には、主蒸気最終ヘッダ２５が設置されている。蒸気は主蒸気最終ヘッダ２５で集められ、２本の主蒸気管１７を用いて高圧タービン２へ供給される。実施例１の火力発電プラントでは、主蒸気最終ヘッダ２５と高圧タービンの軸が火力発電プラントの設置平面上で２次元的に見ると直交している。また、２本の主蒸気管を高圧タービンの軸に対して左右対称とすることができる。この構造による利点は、（１）設計が容易であること、（２）左右の熱伸びが等しく、主蒸気最終ヘッダ２５・主蒸気管１７・タービンに左右不均一な応力を生じさせないこと、（３）左右の主蒸気管での熱ロスを同じにし、高圧タービン２の入口温度を同じにできること、（４）左右の主蒸気管での圧力損失を同じにし高圧タービン２の入口圧力を同じにできることである。
【００４２】
また、ボイラ建屋１３とタービン建屋１が近いことで主蒸気管１７を短くできる。これにより主蒸気管１７の熱伸びが低下し、機器に発生する応力が低下する。また、蒸気温度の高温化・高圧化はプラントの発電効率を向上させるが、このような条件に対応する配管材料は非常に高価であり、できるだけ短縮して設置することが望まれている。このように実施例１では主蒸気管１７の長さを従来よりも短縮でき、材料コストを削減できる。
【００４３】
従来の配置では、タービンはサイロに対し火炉と反対側に設置されており、主蒸気管は火炉の近くを通過する必要があった。しかし火炉の周りには石炭供給ライン、空気ダクト、サイロなどの機器が多数存在するために、主蒸気管をこれらの機器を避けながら通過させるのは難しかった。これに対し実施例１では、主蒸気管１７はボイラ建屋１３の後部伝熱部２８の近くを通過するが、この付近には主蒸気管１７の通過を妨げる機器が少なく、自由に主蒸気管１７の位置を決めることができる。また、高温・高圧条件に対応する配管材料は高強度で加工が難しいためなるべく曲がる回数を少なくする。実施例１では主蒸気管の位置を自由に決められることから配管材料の曲がる回数をすくなくでき、これによりコスト低減や信頼性向上を図ることができる。
【００４４】
実施例１では２本の主蒸気管が設置されているが、ヘッダから出た後で主蒸気管をまとめて１本とすることも可能である。この場合、タービン入口で再度２本に分岐させるとタービン入口形状を左右対称にできる。
【００４５】
実施例１では、タービンは、高圧タービン２、中低圧タービン３、発電機４が１列に並んだ１軸構成になっているが、２軸構成であっても同様の効果を得ることができる。この場合、例えば、高圧タービンと中圧タービンを１つの軸として、低圧タービンをもう一つの軸にし、各軸には各々発電機を取り付けると良い。この場合、ヘッダの中心位置と高圧・中圧の蒸気タービンの中心軸を同じにすると良い。これにより、圧力・温度の高い蒸気管の対称性を高くし、これら配管の応力を低減することができる。
【００４６】
高圧タービン２を出た蒸気は再度ボイラＢで加熱され、この蒸気を再熱蒸気と呼ぶ。実施例１では、再熱器２１、吊り下げ再熱器２４を通過して蒸気の温度が高められる。パラレルダンパ２７を動作させ、再熱器２１と吊り下げ再熱器２４の伝熱配分を調整し、再熱蒸気の温度を調整する。吊り下げ再熱器２４の出口には、再熱蒸気最終ヘッダ２６が備えられている。再熱蒸気は再熱蒸気最終ヘッダ２６で集合し、再熱蒸気管１８を通って中低圧タービン３へ供給される。
【００４７】
再熱蒸気管１８も主蒸気管１７と同様に左右で対称に配置して、長さを同じにすることができ、これにより主蒸気と同様の効果を得ることができる。すなわち、（１）設計が容易であること、（２）左右の熱伸びが等しく、再熱蒸気最終ヘッダ２６・再熱蒸気管１８・タービンに左右不均一な応力を生じさせないこと、（３）左右の再熱蒸気管での熱ロスを同じにし、中低圧タービン３の入口温度を同じにできること、（４）左右の再熱蒸気管での圧力損失を同じにし、中低圧タービン３の入口圧力を同じにできることである。
【００４８】
再熱蒸気管１８の圧力は、主蒸気管１７の圧力より低いため蒸気の密度が小さい。流速を同程度で同じ流量を流すためには、管の直径を大きくしなければならない。すなわち、再熱蒸気管は、主蒸気管よりも配置スペースを必要とする。実施例１では、再熱蒸気管の通過を妨げる機器の少ない後部伝熱部の近傍を通過するため、設計が容易になる。また主蒸気管と同様に再熱蒸気管１８の長さは短くなり、材料コストを削減できる。さらに、曲げの回数を少なくすることで加工コストを削減できる。中低圧タービンを出た蒸気は復水器９に供給され水に戻される。
【００４９】
火力発電プラントの建設時には、タービン建屋内に機器を搬入する。また、火力発電プラントの定期点検時には、これら機器を取り外して修理することがある。このような場合に、図１に示すようにタービン建屋１が、ボイラ建屋１０６、電気集塵機１０３、脱硫装置１０４、ＣＯ２回収装置１０７に囲まれていると機器の搬入が難しい。そこで、例えば、電気集塵機１０３と脱硫装置１０４を接続するダクト１１８の高さを、トラックやトレーラなどの運搬車が通行できる高さまで高く設置すると良い。この場合に全てのダクトの高さを高くする必要はなく、１または２箇所高くするだけでも機器の搬入が容易になる。
【実施例２】
【００５０】
図４Ａ、４Ｂは、本発明の実施例２を示す。実施例２では電気集塵機１０３、脱硫装置１０４などの排ガス処理装置をボイラ建屋１３とタービン建屋１の片側に配置している。この配置のメリットは、（１）タービン建屋が、排ガス処理装置に囲まれていないので機器の搬入が容易、（２）排ガス処理装置が集中しているのでメンテナンスが容易、（３）後部伝熱部２８の片側に連絡ダクト１０６などがないために後部伝熱部２８の下部への装置の搬入が容易で、またホッパに溜まった灰を取り除くための装置を設置可能である。
【００５１】
この配置とするとボイラＢの後部伝熱部２８から燃焼ガスを取り出す連絡ダクト１０６を片側に設置しなければならない。従って連絡ダクト１０６への出口面積を確保するために、後部伝熱部２８のホッパ２９を下方向に移動させ、または後部伝熱部２８の幅（火炉から後部伝熱部２８の方向）を広くすると良い。
【００５２】
また、実施例２ではダクト１１７の長さが左右で異なるため、左右のダクトでガス流量の偏差が発生する可能性がある。そこで、流量計をダクトにつけ制御装置を用いて流量を等しくなるように制御すると良い。
【実施例３】
【００５３】
図５Ａ、５Ｂは、本発明の実施例３を示す。ＣＯ２回収装置１０７の位置以外は図４と同じ構成である。ＣＯ２回収装置１０７として化学吸収方式を使用する場合には、蒸気を大量に使用する。このため蒸気の配管が長いと、放熱が多くなりプラントの効率が低下する。実施例３では、ＣＯ２回収装置１０７をタービン建屋１の隣に設置することで、ＣＯ２回収装置用蒸気供給管１０８の長さを短くした。さらにタービン建屋とＣＯ２回収装置１０７の間に一定の空間を設け、据付や修理のための車両、機材がこの空間に入ることができるようにしている。
【実施例４】
【００５４】
図６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、本発明の実施例４を示す。燃焼ガスは接続ダクト１１３によりタービン建屋の上で９０°直角に方向を転換し、さらに連絡ダクト１０６を通じて脱硝装置１０１、エアヒータ１０２へ流れる。接続ダクト１１３にはダクト分離壁１１４が設置されており、燃焼ガスが方向転換をする際に、流れの不均一を生じないようにしている。また、このようにダクトを分割することで、流れの剥離を防ぎ圧力損失を少なくできる。すなわち、排ガス吸引ファンや押し込み通風ファンの動力を低減し、プラントの効率を向上する。同様の効果を得るために、接続ダクト１１３の中に流れを整流する案内羽根を設置しても良い。また、流れの剥離を防ぐとダクトの振動を少なくすることができ、機器の寿命を長くすることができる。
【００５５】
実施例４では、接続ダクト１１３の幅は、後部伝熱部２と同じである。これにより、後部伝熱部２８との取り合い面積を大きくすることができる。すなわち、燃焼ガス流の圧力損失を低減できる。また、後部伝熱部２８の出口形状は、従来ボイラと同じであり、ここでは図示しないが、バイパスダクトを設置しやすい。
【００５６】
接続ダクト１１３は、タービン建屋１の上に設置されており、燃焼ガスや燃焼ガスに含まれる灰が漏れ出す可能性がある。このため機器の点検をしやすい構造にすると良い。例えば、図６のように、タービン建屋の屋上と接続ダクトに隙間を設け、接続ダクト１１３を点検しやすいようにする。この場合、タービン建屋の屋上に人が上っても、強度的に問題のない構造とする必要がある。また、接続ダクト１１３は熱により伸びる可能性があるので、接続ダクト１１３に熱伸びを吸収するエクスパンションを設置すると良い。接続ダクト１１３の強度を高めるために、タービン建屋と接続ダクト１１３の間に支持柱を設置すると良い。この場合、支持柱にも伸びを吸収する構造を設けると良い。
【００５７】
また、逆に接続ダクト１１３をタービン建屋１０３に接するように配置することで構造を簡単にできる。この場合は、点検が難しいので、強度の高い材料を用いると良い。
【００５８】
実施例４の場合、ボイラ建屋１３からエアヒータ１０２まで空気を供給し、加熱された空気を戻す接続ダクト１１５が必要である。実施例４では排ガス処理系の右と左用に２本の接続ダクト１１５を設置し、接続ダクトの長さを短くするために、ボイラ建屋１３の片側から接続ダクト１１５を取り出しエアヒータ１０２に接続している。
【実施例５】
【００５９】
図７Ａ、７Ｂは、本発明の実施例５を示す。通常、タービン建屋１には、非常に重いタービンを吊り下げるクレーンが設置されている。このため、タービン建屋１は非常に頑丈に設計されており、タービン建屋１の上に脱硝装置１０１を設置しても強度的な補強はほとんど必要ない。すなわち、低コストで脱硝装置１０１の設置場所を確保できる。脱硝装置ではアンモニアを使用するため、タービン建屋の上にもれると危険である。従ってアンモニアが漏れているかを確認するセンサーをタービン建屋１の上や脱硝装置近くに設置すると良い。
【００６０】
実施例５では、連絡ダクト１０６を用いて脱硝装置１０１に燃焼ガスを供給する。接続ダクト１１５と連絡ダクト１０６を使用して、脱硝装置１０１から出た燃焼ガスをエアヒータに供給している。この場合も、脱硝装置に供給するガス温度を調整するためにバイパスダクトを設置すると良い。
【実施例６】
【００６１】
図８は、本発明の実施例６を示す。実施例６はの実施例５と類似しているが、タービン建屋の上に脱硝装置１０１に加えてエアヒータ１０２を設置している点に特徴をもち、これにより機器を配置する敷地面積の削減が可能になる。さらに、エアヒータ１０２と電気集塵機１０３とを結ぶダクト１１７のガス温度は低いので、ダクトの保温材の使用量を少なくすることができる。
【実施例７】
【００６２】
図９Ａ、９Ｂは、本発明の実施例７を示す。実施例７でも主蒸気管１７、再熱蒸気管１８、給水管３０の長さが短くなるように各設備を配置するが、特に主蒸気管１７は温度・圧力が高いので短くする必要がある。このためにタービン建屋１はボイラ建屋１３の後部伝熱部２８の横に設置されている。このような構成にすると排ガス処理系の構造を従来と同じにすることができる。また、ＣＯ２回収装置１０７とタービン建屋１をつなぐ蒸気供給管１０８の長さを短くできる。この配置ではタービンの軸と主蒸気最終ヘッダ２５、再熱蒸気最終ヘッダ２６が平行になる。
【実施例８】
【００６３】
図１０Ａ、１０Ｂは本発明の実施例８で、ＣＯ２回収装置に酸素燃焼方式を採用した場合を示し、この場合にも上記各実施例と同様に主蒸気管１７、再熱蒸気館１８、給水管３０を従来より短くできる。
【００６４】
酸素製造装置１０９により酸素を製造し、ダクト１２０から取り込んだＣＯ２を主成分とする燃焼ガスと混合し、ダクト１２１からエアヒータ１０２に供給する。この混合ガスである酸化剤はエアヒータ１０２で加熱され、火炉１４のバーナ１５やＯＦＡ１６から供給されて燃料の燃焼に使用される。燃焼ガスは、火炉１４、後部伝熱部２８、脱硝装置１０１、エアヒータ１０２、ダクト１１７、電気集塵機１０３、脱硫装置１０４、ダクト１１９を通過し、ＣＯ２回収装置１０７に供給される。
【００６５】
酸素燃焼方式では、ＣＯ２回収装置に供給されるＣＯ２濃度が８０％以上と非常に高いので、ＣＯ２と窒素、酸素、水分等のガスとの分離が容易である。本発明を酸素燃焼方式に適用した場合の利点は、ボイラ建屋１３の片側にエアヒータ１０２が存在しているため、酸素製造装置１０９で製造した酸素と燃焼ガスを混合した酸化剤をエアヒータ１０２に供給しやすいことである。
【実施例９】
【００６６】
図１１Ａ、１１Ｂは、本発明の実施例９を示す。実施例９ではタービン建屋１が２階建て構造になっている。１階には復水器９と蒸気による加熱を使用するＣＯ２回収装置１１０が設置されている。復水器９を１階に設置するのは復水器９の重量が重いためである。２階には高圧タービン２、中低圧タービン３、発電機４、脱気器６、低圧給水過熱器５、高圧給水過熱器６などが設置されている。タービンを高い位置に設置することで主蒸気管１７、再熱蒸気館１８、給水管３０の距離を短くすることができ、これにより主配管の熱伸びによる応力を低減できる。
【００６７】
さらに蒸気を使用するＣＯ２回収装置１１０を蒸気タービンの下部に設置することで、ＣＯ２回収装置用蒸気供給管１０８の長さを短くできる。ＣＯ２回収装置は２つに分けられており、蒸気を使用しないＣＯ２回収装置１１１と蒸気を使用するＣＯ２回収装置１１０の間は、ＣＯ２回収液がＣＯ２回収液循環ダクト１１２を通って循環する。蒸気タービン建屋１を高層化したことで、ＣＯ２回収装置１１１の設置面積が狭くなりプラントの敷地を有効に使用できる。
【実施例１０】
【００６８】
図１２Ａ、１２Ｂは、本発明の実施例１０を示す。実施例１０は蒸気タービンの熱サイクルとして２段再熱システムを採用した例である。２段再熱システムは蒸気管の本数が多くなるので、実施例１０のように蒸気管を短くできると材料コストや据付コストを大幅に低減できる。
【００６９】
２段再熱システムでは、給水管３０から供給された水は後部伝熱部２８の節炭器２３に供給される。節炭器２３から出た水は火炉１４に供給され、過熱器２２、１段目吊り下げ過熱器１９、２段目吊り下げ過熱器２０へ供給される。その後、超高圧主蒸気最終ヘッダ３１で蒸気が集められ、超高圧主蒸気管３３を経由して超高圧タービン３２に供給される。
【００７０】
超高圧タービン３２から出た蒸気は再び後部伝熱部２８の再熱器２１に戻され、さらに吊り下げ再熱器２４を経由して主蒸気最終ヘッダ２５でまとめられる。この蒸気は、主蒸気管１７を経由して高圧タービン２へ供給される。さらに、高圧タービン２から出た蒸気は再び後部伝熱部２８の再熱器３４へ供給され、所定の温度まで加熱される。この蒸気は、再熱蒸気最終ヘッダ２６でまとめられ、再熱蒸気管１８を経由して中低圧タービン３へ供給される。
【００７１】
本発明を２段再熱システムに適用する利点は、（１）蒸気管が短いこと、（２）蒸気管の配置が左右対称であるので、タービンに左右非対称な応力が生じないこと、（３）２段再熱システムでは、蒸気管の数が多いが後部伝熱部２８付近には機器が少ないので、蒸気管のルートを容易に決定可能なことである。
【実施例１１】
【００７２】
図１３Ａ、１３Ｂは本発明の実施例１１を示す。実施例１１はタービン建屋１をボイラ建屋１３の後部伝熱部２８側に設置すると共に、排ガス浄化装置もボイラ建屋１３の後部伝熱部２８側に並列して設置している。すなわち、ボイラ建屋１３の壁面で後部伝熱部側を二つに分割し、一方がタービン建屋１と接し、他方は脱硝装置１０１やエアヒータ１０２の装置と接している。脱硝装置１０１とエアヒータ１０２は連絡ダクト１０６の下部に設置されている。
【００７３】
実施例１１では、ボイラＢの火炉１４と後部伝熱部２８を結ぶ中心軸とタービン軸は完全には一致していないが、主蒸気管１７や再熱蒸気管１８などの主配管を短くすることができる。すなわち、実施例１１の利点は（１）主配管の長さを短くできること、（２）連絡ダクト１０６の形状が従来と近く空気ダクトや排ガスダクトの取り回しが容易であることである。
【００７４】
また、実施例１１ではこれらの主配管をを１系統だけとしている。主配管が２系統の場合にはボイラとタービンの中心軸がずれると各配管の長さが異なり、ボイラに左右不均一な応力が発生して左右配管で蒸気の温度・圧力が異なる可能性があるが、１系統の場合にはこのような問題は発生しない。タービン入口で２箇所から投入するとタービンへかかる力が均等化されるため、実施例１１では主蒸気管を途中で２つに分岐して蒸気を供給している。
【実施例１２】
【００７５】
図１４Ａ、１４Ｂは本発明の実施例１２を示す。実施例１２はタービン建屋１をボイラ建屋１３の後部伝熱部２８側に設置している。タービン軸とボイラ中心軸は上部から２次元的に見たときに直交している。すなわち、タービン軸と主蒸気管最終ヘッダ２５は平行である。ボイラＢの後部伝熱部２８から脱硝装置１０１までは連絡ダクト１０６で接続されている。連絡ダクト１０６はタービン建屋１の上を通過している。連絡ダクト１０６には灰が堆積する可能性があるので灰除去装置を設置すると良い。実施例１２のメリットは（１）主配管を短くできること、（２）連絡ダクト１０６の後部伝熱部２８との取り合い部が従来と同様の形状で簡易になることである。
【実施例１３】
【００７６】
図１５は、本発明の実施例１３を示す。実施例１３はタービン建屋１をボイラ建屋１３の後部伝熱部２８の近くに設置している。タービン軸とボイラ中心軸は平行になっている。すなわち、タービン軸と主蒸気管最終ヘッダ２５は互いに直交している。高圧タービン２がボイラＢの火炉１４側で、中低圧タービン３が後部伝熱部２８側に設置されている。このようにボイラ建屋１３とタービン建屋１を設置することで、主蒸気管１７及び再熱蒸気管１８などの主配管を短くすることができる。特に、図１５に示すように蒸気管を１系統にした場合に蒸気管が短くなる。また、排ガス処理系は従来と同様の配置にできる。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・タービン建屋
２・・・高圧タービン
３・・・中低圧タービン
４・・・発電機
１３・・・ボイラ建屋
１４・・・火炉
１７・・・主蒸気管
１８・・・再熱蒸気管
１９・・・１段目吊り下げ過熱器
２０・・・２段目吊り下げ過熱器
２２・・・加熱器
２３・・・節炭器
２５・・・主蒸気最終ヘッダ
２６・・・再熱蒸気最終ヘッダ
２８・・・後部伝熱部
３０・・・給水管
３１・・・超高圧主蒸気最終ヘッダ
３２・・・超高圧タービン
３３・・・超高圧主蒸気管
１０１・・・脱硝装置
１０２・・・エアヒータ
１０３・・・電機集塵機
１０６・・・連絡ダクト
１０７・・・ＣＯ２回収装置
１０８・・・ＣＯ２回収装置用蒸気供給管
１０９・・・酸素製造装置
１１０・・・ＣＯ２回収装置
１１１・・・ＣＯ２回収装置
１１２・・・ＣＯ２回収液循環ダクト
１１３・・・接続ダクト
１１４・・・ダクト分割壁
１１５・・・接続ダクト
１１６・・・バイパスダクト
１１７、１１８、１１９、１２０、１２１・・・ダクト
Ｂ・・・ボイラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント構成要素の配置と構造を改善した火力発電プラントに関し、特に火炉と後部伝熱部が並列に連続して配置された低層構造の２パス型ボイラを有する火力発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
２パス型ボイラを有する火力発電プラントは、火炉と後部伝熱部が垂直方向に直列に設けられたタワー型ボイラを有する火力発電プラントに比べ、耐震強度が強く建設コストを低減できるため広く用いられている。２パス型ボイラを用いた火力発電プラントでは、ボイラ内で燃料と空気を燃焼し、発生した熱により水を加熱して蒸気を発生させ、蒸気タービンを駆動して発電を行う。また、燃焼により発生した燃焼ガスを浄化するため、排ガス浄化装置が備え付けられている。
【０００３】
火力発電プラントは多くの種類の燃料を使用することができる反面、ガスタービン・コンバインドサイクル発電装置に比べて効率が低く、二酸化炭素の排出量が多い。そこで、蒸気の高温化・高圧化により効率向上を図っている。しかし、約７００度前後に達する高温と高圧の蒸気に耐える火力発電プラントの主蒸気管等の材料は通常のプラント材料に比べて非常に高価であり、なるべく高温部に使用する材料の量を低減する必要がある。
【０００４】
従来は、特許文献１に記載されているように、ボイラを地下に埋設し、ボイラと蒸気タービンをつなぐ主蒸気管の長さを短くするアイデアが提案されている。また、特許文献２に示す様に、タービン建屋とボイラの列にそってその隣に煙道と煙突を配置し、敷地が狭隘な場合でも設置可能な２出力ユニット型火力発電プラントが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４３５６２号公報
【特許文献２】実開昭６４−５１７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、ボイラを地下に埋設する場合には建設コストが上昇し、またボイラの熱を制御するために付加的な設備を要する。また、特許文献２は火力発電プラント全体の配置についての工夫であって特に主蒸気管等の長さについては言及していない。
【０００７】
本発明は、ボイラ・蒸気タービン・排ガス処理装置の配置と構造を工夫し、主蒸気管等に用いられる耐高温材料の使用量を低減し、さらに主蒸気管等の配管の長さと熱伸び量を低減することで、高信頼性・低材料コスト・低建設コストを実現する火力発電プラントを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、燃料を燃焼する火炉と、排出された燃焼ガスから熱を回収する後部伝熱部とを並列に配置した２パス構造を有するボイラと、該ボイラの前記火炉と前記後部伝熱部から回収した熱により水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生器と、発生した蒸気により少なくとも高圧タービンを含む蒸気タービンを回転して回転エネルギーを電気に変換する発電機を有する火力発電プラントにおいて、前記蒸気タービンの前記高圧タービンを前記ボイラの前記後部伝熱部に近接して配置したことを特徴とする。
【０００９】
また、火力発電プラントにおいて、前記ボイラの火炉と後部伝熱部とを格納するボイラ建屋と、前記蒸気タービンを格納するタービン建屋を有し、前記ボイラ建屋の後部伝熱部側に近接して前記タービン建屋を配置したことを特徴とする。
【００１０】
また、火力発電プラントにおいて、前記火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に排出された前記後部伝熱部の燃焼ガスを、前記ボイラの中心軸方向に対しほぼ直交方向に排出方向を変化させる接続ダクトを前記タービン建屋の上に設置し、前記接続ダクトを出た後の燃焼ガスを供給する脱硝装置を前記接続ダクト下流に設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、火力発電プラントにおいて、前記火炉と前記後部伝熱部とを結ぶボイラの中心軸の方向と前記蒸気タービン軸の方向を、火力発電プラントの設置平面上で一致させたことを特徴とする。
【００１２】
また、火力発電プラントにおいて、前記蒸気タービンを格納するタービン建屋を設け、前記ボイラの前記後部伝熱部出口を分割して該後部伝熱部出口に対し前記タービン建屋と排ガス処理装置を配置するとともに火力発電プラントの設置平面上で並列に配置し、蒸気タービンの軸と前記排ガス処理装置内で燃焼ガスの流れる向きを同一方向としたことを特徴とする。
【００１３】
また、火力発電プラントにおいて、前記火炉または前記後部伝熱部に蒸気をまとめるヘッダを設け、該ヘッダから出た蒸気を前記蒸気タービンへ供給する蒸気管を２系統備え、該２系統の蒸気管を火力発電プラントの設置平面上で前記ボイラの中心軸と前記蒸気タービンの軸に対して反対側に各々設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から燃焼ガスをボイラ中心軸方向に排出し、前記蒸気タービンを格納するタービン建屋を設け、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を前記後部伝熱部下流の前記タービン建屋上部に設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から燃焼ガスをボイラ中心軸方向に排出し、蒸気タービンを格納するタービン建屋を設け、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と空気を過熱するエアヒータを前記後部伝熱部下流の前記タービン建屋上部に設けたことを特徴とする。
【００１６】
さらに、火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から排出される燃焼ガスを、火力発電プラントの設置平面上で前記ボイラの火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に対してほぼ直交方向に排出することを特徴とする。
【００１７】
また、火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から排出される燃焼ガスを、火力発電プラントの設置平面上で前記ボイラの火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に対して垂直な反対方向の２箇所から排出することを特徴とする。
【００１８】
さらに、火力発電プラントにおいて、燃焼ガスの窒素酸化物を除去する脱硝装置を前記ボイラの後部伝熱部の下流に設け、前記後部伝熱部に水を加熱する節炭器を設け、前記脱硝装置のガス温度が低下しないように前記節炭器上流に燃焼ガスの一部を取り出すバイパスダクトを取り付け、該バイパスダクトの取り出し方向を前記ボイラの中心軸方向に対してほぼ直交方向としたことを特徴とする。
【００１９】
さらに、火力発電プラントにおいて、燃焼ガスの窒素酸化物を除去する脱硝装置を前記ボイラの後部伝熱部の下流に設け、前記後部伝熱部に水を加熱する節炭器を設け、前記脱硝装置のガス温度が低下しないように前記節炭器上流に燃焼ガスの一部を取り出すバイパスダクトを取り付け、前記バイパスダクトの取り出し方向を前記ボイラの中心軸方向に対してほぼ平行としたことを特徴とする。
【００２０】
さらに、火力発電プラントにおいて、燃焼ガスの窒素酸化物を除去する脱硝装置と空気を燃焼ガスで過熱するエアヒータと燃焼ガスの灰を除去する集塵機とを２系統備え、前記ボイラの後部伝熱部から排出される燃焼ガスを前記後部伝熱部の片側の側面から排出し二つに分岐して前記２系統の脱硝装置、エアヒータ、集塵機へ供給することを特徴とする。
【００２１】
さらに、火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から排出された燃焼ガスのＣＯ２を分離回収するＣＯ２回収装置を前記ボイラ下流に設け、前記ＣＯ２回収装置を前記蒸気タービンに近接して配置したことを特徴とする。
【００２２】
さらに、火力発電プラントにおいて、前記ＣＯ２回収装置に蒸気を使用し、前記ＣＯ２回収装置の一部を前記蒸気タービンの下部に設置したことを特徴とする。
【００２３】
さらに、火力発電プラントにおいて、エアヒータと、酸素製造装置と、燃焼ガスの一部を循環させるダクトと、前記酸素製造装置で製造した酸素と循環した燃焼ガスとの混合装置と、混合した酸素ガスを前記エアヒータへ供給するダクトを備え、火炉と後部伝熱部を有するボイラを格納するボイラ建屋の前記後部伝熱部の燃焼ガス排出方向を、火力発電プラントの設置平面上で前記火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に対してほぼ直交方向に１方向から排出させ、前記ボイラ建屋の燃焼ガスの排出側に前記酸素製造装置を設けたことを特徴とする。
【００２４】
さらに、火力発電プラントにおいて、蒸気タービンとして２段再熱式タービンを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、２パス構造を有するボイラから回収した熱により蒸気を発生させる蒸気発生器と、発生した蒸気により少なくとも高圧タービンを含む蒸気タービンを回転して発電する発電機を有する火力発電プラントにおいて、前記蒸気タービンの前記高圧タービンを前記ボイラの前記後部伝熱部に近接して配置したことにより、火力発電プラントの主蒸気管の短縮による建設コスト・材料コストの低減、熱伸び量の低減による長寿命化・信頼性向上が可能になる。
【００２６】
また、主蒸気管の曲げ回数の低減により製造コストを低減できる。さらに主蒸気管のルーティングが容易になり設計時間の短縮が可能になる。さらに主蒸気管が他の機器の近くを通過しないために、主蒸気管の設置作業と機器の設置作業を同時に行うことができ建設期間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】本発明の実施例１の配置を示す平面図
【図１Ｂ】本発明の実施例１の配置を示す正面図
【図１Ｃ】本発明の実施例１の配置を示す側面図
【図２Ａ】本発明の実施例１の変形例の配置を示す正面図
【図２Ｂ】本発明の実施例１の変形例の配置を示す側面図
【図３Ａ】本発明の実施例１の別の変形例の配置を示す正面図
【図３Ｂ】本発明の実施例１の別の変形例の配置を示す側面図
【図４Ａ】本発明の実施例２の配置を示す平面図
【図４Ｂ】本発明の実施例２の配置を示す正面図
【図５Ａ】本発明の実施例３の配置を示す平面図
【図５Ｂ】本発明の実施例３の配置を示す正面図
【図６Ａ】本発明の実施例４の配置を示す平面図
【図６Ｂ】本発明の実施例４の配置を示す正面図
【図６Ｃ】本発明の実施例４の配置を示す側面図
【図７Ａ】本発明の実施例５の配置を示す平面図
【図７Ｂ】本発明の実施例５の配置を示す正面図
【図８】本発明の実施例６の配置を示す正面図
【図９Ａ】本発明の実施例７の配置を示す平面図
【図９Ｂ】本発明の実施例７の配置を示す正面図
【図１０Ａ】本発明の実施例８の配置を示す平面図
【図１０Ｂ】本発明の実施例８の配置を示す正面図
【図１１Ａ】本発明の実施例９の配置を示す平面図
【図１１Ｂ】本発明の実施例９の配置を示す正面図
【図１２Ａ】本発明の実施例１０の配置を示す平面図
【図１２Ｂ】本発明の実施例１０の配置を示す正面図
【図１３Ａ】本発明の実施例１１の配置を示す平面図
【図１３Ｂ】本発明の実施例１１の配置を示す正面図
【図１４Ａ】本発明の実施例１２の配置を示す平面図
【図１４Ｂ】本発明の実施例１２の配置を示す正面図
【図１５】本発明の実施例１３の配置を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施例について図を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２９】
〔基本構成〕
図１Ａ〜図１Ｃは火力発電プラントの実施例１の配置を示す。実施例１の特徴は、ボイラ建屋１３の排ガス浄化装置側にタービン建屋１が配置されていることである。すなわち、ボイラ建屋１３の中に、火炉１４と後部伝熱部２８を有するボイラＢが設けられており、火炉１４及び後部伝熱部２８、蒸気タービン建屋１の順番に配置されている。実施例１は石炭を燃料とした場合を示しているが、燃料として油、バイオマス、ガス、ペットコークなどを用いた場合にも適用できる。
【００３０】
以下に、初めに燃焼系統、排ガス処理系統について説明し、次に水・蒸気系統について説明する。
〔燃焼系統〕
始めに、燃焼系統において、サイロ１２に投入された石炭はミル１１により微粒化され、図示しない石炭供給ラインを通って、バーナ１５から火炉１４に投入される。また、ボイラ建屋１３内に設置した図示しないファンを用いて空気を取り込み、エアヒータ１０２を経由してバーナ１５とＯＦＡ（オーバーファイアリングエアポート）１６に供給する。これらの空気は、ボイラ建屋１３内に設置されている図示しない空気ダクトを通って流れる。ＯＦＡ１６は、必須ではないが、空気をバーナ１５とＯＦＡ１６との２段に分けて投入することでＮＯｘ（窒素酸化物）を低減できる。
【００３１】
火炉１４は水管で構成されており、燃焼により発生した熱を水管内に流れる水または蒸気に伝える。さらに燃焼ガスの熱は、１段目吊り下げ過熱器１９、２段目吊り下げ過熱器２０、吊り下げ再熱器２４を流れる蒸気に伝えられる。実施例１では２段の吊り下げ過熱器が設置されているが、３段以上のものであっても良い。
【００３２】
燃焼ガスは、さらにボイラＢの後部伝熱部２８を通過する。後部伝熱部２８には再熱器２１、過熱器２２、節炭器２３などの熱交換器が設置されている。ここに示しているのは一例であり、熱サイクルや、蒸気温度、ガス温度条件に応じて最適な熱交換器の配置は異なる。後部伝熱部２８の熱交換器の下流にパラレルダンパ２７が設置されている。パラレルダンパ２７は、再熱蒸気系と主蒸気系のガス流量を調整して主蒸気と再熱蒸気の温度を制御するために使用される。パラレルダンパ２７の下には、灰を受けるホッパ２９が設置される。
〔排ガス処理系統〕
次に、排ガス処理系統において、後部伝熱部２８を通過した燃焼ガス（排ガス）は、連絡ダクト１０６を経由してボイラ建屋１３の脱硝装置１０１に供給される。実施例１ではタービン建屋１がボイラ建屋１３の排ガス浄化装置側に設置されているため、連絡ダクト１０６をボイラ建屋１３から排ガス処理装置側には直接取り出せない。そこで、ボイラ建屋１３の側壁に連絡ダクト１０６を取り付けた。すなわち燃焼ガスは、後部伝熱部２８の左右の側壁から左右一対の連絡ダクト１０６を通過して取り出される。この場合に連絡ダクト１０６への出口面積が小さいと流速が高くなり、圧力損失が大きくなりダクト１０６の振動も発生する。一方、流速が小さく（例えば２０ｍ／ｓ以下）なるように後部伝熱部２８の出口面積を大きく設定すると、プラントの効率が良くなり振動も発生しないので故障も少なくできる。
【００３３】
脱硝装置１０１で燃焼ガス中のＮＯｘが除去される。脱硝方法として、選択接触触媒還元法が用いられる場合がある。この脱硝方法は触媒を用いてアンモニアとＮＯｘを反応させるもので、適切なガス温度が決まっている。
【００３４】
プラントの負荷が低い場合は、脱硝装置のガス温度が低くなりＮＯｘを除去できない場合がある。このために、燃焼ガスの一部を熱交換器を迂回して流すバイパスダクトが設置される。図２Ａ、２Ｂは、バイパスダクト１１６を設けた場合の応用例を示す。この場合は、後部伝熱部２８の側壁から燃焼ガスを排出し、一部の熱交換器（過熱器２１、節炭器２３等）を迂回して連絡ダクト１０６に接続している。このときバイパスダクト１１６の入口（後部伝熱部２８に接続する場所）の断面積が小さくなる場合がある。このような場合には図３の応用例に示すように、後部伝熱部２８の火炉と反対側から一旦燃焼ガスを取り出し、バイパスダクト１１６を使って連絡ダクト１０６に接続すると良い。
【００３５】
脱硝装置１０１を通過した燃焼ガスはエアヒータ１０２に供給され、空気と燃焼ガスの間で熱交換を行い、空気を加熱して熱エネルギーを回収する。これによって、燃焼ガスの温度は低下する。エアヒータとしてはユングストローム型や、シェルアンドチューブ型等を使用可能である。
【００３６】
エアヒータ１０２を出た後の燃焼ガスは電気集塵機１０３を通過する。これにより燃焼ガス中に含まれる未燃成分や灰を除去する。さらに、脱硫装置１０４により燃焼ガス中の硫黄酸化物を除去する。実施例１では脱硝装置１０１、エアヒータ１０２、電気集塵機１０３を夫々２台使用しているがこれらは１台であってもよく、この場合は蒸気タービンが排ガス処理装置に囲まれないため蒸気タービンの据付、保守が容易になる。
【００３７】
実施例１では、脱硫装置１０４の下流に煙突１０５とＣＯ２回収装置１０７を設置している。ＣＯ２回収装置は本発明に必須ではないがＣＯ２回収装置を設置したときの方が効果が高い。煙突１０５、ＣＯ２回収装置１０７へ流れる燃焼ガスは、ダクト内に設置した図示しないダンパにより流量の調整が可能である。ＣＯ２を回収する場合はＣＯ２回収装置１０７へ流れる流量を増加する。
【００３８】
ＣＯ２回収法の中で、化学吸収法はアミン等の吸収液を用いてＣＯ２を回収する。ＣＯ２を吸収液から分離するために加熱する必要があり、加熱用の熱源としては高圧蒸気、再熱蒸気、抽気蒸気などの蒸気が考えられる。高圧蒸気はタービンを回転させるのに適しているので、再熱蒸気・抽気蒸気を加熱用に使用すると良い。
【００３９】
実施例１では、ＣＯ２回収装置１０７と蒸気タービン建屋１が隣接しているので、蒸気配管の距離を短くできる。これにより、コスト低減だけでなく、熱伸びの低減による信頼性向上や、熱ロスの低減により効率向上を図ることができる。
〔水・蒸気系統〕
さらに、水・蒸気系統について説明する。復水器から供給された水は、図示しない復水ポンプ、低圧給水加熱器５、脱気器７、給水ポンプ８、高圧給水加熱器６を通過し、給水管３０を通ってボイラＢに供給される。これら機器を通過する順番やタービン建屋１での位置は、採用する蒸気サイクル、出力、蒸気タービンの構造などで変化する。実施例１では高圧給水加熱器６と節炭器２３が非常に近く設けられており、給水管３０の長さを短くできる。これにより、材料コスト、据付コストを低減し、さらに、熱伸びが小さいことにより機器の信頼性が向上する。実施例１では給水管は１系統だけ設けられているが、２系統設置しても良い。
【００４０】
水は給水管３０を経由して節炭器２３に供給される。この系統を主蒸気系と呼ぶ。節炭器２３で暖められた水は、ボイラＢの火炉１４に供給される。この後、水は火炉１４で加熱されて以下に説明する蒸気発生器により蒸気に変化する。蒸気は加熱器２２を通過し、１段目吊り下げ過熱器１９、２段目吊り下げ過熱器２０を通過する。これら熱交換器の入口・出口にはヘッダが設置されている。ヘッダは全てを図示していないが、伝熱管に蒸気を分配したり、伝熱管の蒸気を混ぜ合わせて温度を均一化したりさせる働きがある。また各ヘッダ間は図示しない連絡管で接続されている。蒸気温度の調整のためスプレーが連絡管に設置されることがある。
【００４１】
主蒸気系の最終熱交換器の後には、主蒸気最終ヘッダ２５が設置されている。蒸気は主蒸気最終ヘッダ２５で集められ、２本の主蒸気管１７を用いて高圧タービン２へ供給される。実施例１の火力発電プラントでは、主蒸気最終ヘッダ２５と高圧タービンの軸が火力発電プラントの設置平面上で２次元的に見ると直交している。また、２本の主蒸気管を高圧タービンの軸に対して左右対称とすることができる。この構造による利点は、（１）設計が容易であること、（２）左右の熱伸びが等しく、主蒸気最終ヘッダ２５・主蒸気管１７・タービンに左右不均一な応力を生じさせないこと、（３）左右の主蒸気管での熱ロスを同じにし、高圧タービン２の入口温度を同じにできること、（４）左右の主蒸気管での圧力損失を同じにし高圧タービン２の入口圧力を同じにできることである。
【００４２】
また、ボイラ建屋１３とタービン建屋１が近いことで主蒸気管１７を短くできる。これにより主蒸気管１７の熱伸びが低下し、機器に発生する応力が低下する。また、蒸気温度の高温化・高圧化はプラントの発電効率を向上させるが、このような条件に対応する配管材料は非常に高価であり、できるだけ短縮して設置することが望まれている。このように実施例１では主蒸気管１７の長さを従来よりも短縮でき、材料コストを削減できる。
【００４３】
従来の配置では、タービンはサイロに対し火炉と反対側に設置されており、主蒸気管は火炉の近くを通過する必要があった。しかし火炉の周りには石炭供給ライン、空気ダクト、サイロなどの機器が多数存在するために、主蒸気管をこれらの機器を避けながら通過させるのは難しかった。これに対し実施例１では、主蒸気管１７はボイラ建屋１３の後部伝熱部２８の近くを通過するが、この付近には主蒸気管１７の通過を妨げる機器が少なく、自由に主蒸気管１７の位置を決めることができる。また、高温・高圧条件に対応する配管材料は高強度で加工が難しいためなるべく曲がる回数を少なくする。実施例１では主蒸気管の位置を自由に決められることから配管材料の曲がる回数をすくなくでき、これによりコスト低減や信頼性向上を図ることができる。
【００４４】
実施例１では２本の主蒸気管が設置されているが、ヘッダから出た後で主蒸気管をまとめて１本とすることも可能である。この場合、タービン入口で再度２本に分岐させるとタービン入口形状を左右対称にできる。
【００４５】
実施例１では、タービンは、高圧タービン２、中低圧タービン３、発電機４が１列に並んだ１軸構成になっているが、２軸構成であっても同様の効果を得ることができる。この場合、例えば、高圧タービンと中圧タービンを１つの軸として、低圧タービンをもう一つの軸にし、各軸には各々発電機を取り付けると良い。この場合、ヘッダの中心位置と高圧・中圧の蒸気タービンの中心軸を同じにすると良い。これにより、圧力・温度の高い蒸気管の対称性を高くし、これら配管の応力を低減することができる。
【００４６】
高圧タービン２を出た蒸気は再度ボイラＢで加熱され、この蒸気を再熱蒸気と呼ぶ。実施例１では、再熱器２１、吊り下げ再熱器２４を通過して蒸気の温度が高められる。パラレルダンパ２７を動作させ、再熱器２１と吊り下げ再熱器２４の伝熱配分を調整し、再熱蒸気の温度を調整する。吊り下げ再熱器２４の出口には、再熱蒸気最終ヘッダ２６が備えられている。再熱蒸気は再熱蒸気最終ヘッダ２６で集合し、再熱蒸気管１８を通って中低圧タービン３へ供給される。
【００４７】
再熱蒸気管１８も主蒸気管１７と同様に左右で対称に配置して、長さを同じにすることができ、これにより主蒸気と同様の効果を得ることができる。すなわち、（１）設計が容易であること、（２）左右の熱伸びが等しく、再熱蒸気最終ヘッダ２６・再熱蒸気管１８・タービンに左右不均一な応力を生じさせないこと、（３）左右の再熱蒸気管での熱ロスを同じにし、中低圧タービン３の入口温度を同じにできること、（４）左右の再熱蒸気管での圧力損失を同じにし、中低圧タービン３の入口圧力を同じにできることである。
【００４８】
再熱蒸気管１８の圧力は、主蒸気管１７の圧力より低いため蒸気の密度が小さい。流速を同程度で同じ流量を流すためには、管の直径を大きくしなければならない。すなわち、再熱蒸気管は、主蒸気管よりも配置スペースを必要とする。実施例１では、再熱蒸気管の通過を妨げる機器の少ない後部伝熱部の近傍を通過するため、設計が容易になる。また主蒸気管と同様に再熱蒸気管１８の長さは短くなり、材料コストを削減できる。さらに、曲げの回数を少なくすることで加工コストを削減できる。中低圧タービンを出た蒸気は復水器９に供給され水に戻される。
【００４９】
火力発電プラントの建設時には、タービン建屋内に機器を搬入する。また、火力発電プラントの定期点検時には、これら機器を取り外して修理することがある。このような場合に、図１に示すようにタービン建屋１が、ボイラ建屋１０６、電気集塵機１０３、脱硫装置１０４、ＣＯ２回収装置１０７に囲まれていると機器の搬入が難しい。そこで、例えば、電気集塵機１０３と脱硫装置１０４を接続するダクト１１８の高さを、トラックやトレーラなどの運搬車が通行できる高さまで高く設置すると良い。この場合に全てのダクトの高さを高くする必要はなく、１または２箇所高くするだけでも機器の搬入が容易になる。
【実施例２】
【００５０】
図４Ａ、４Ｂは、本発明の実施例２を示す。実施例２では電気集塵機１０３、脱硫装置１０４などの排ガス処理装置をボイラ建屋１３とタービン建屋１の片側に配置している。この配置のメリットは、（１）タービン建屋が、排ガス処理装置に囲まれていないので機器の搬入が容易、（２）排ガス処理装置が集中しているのでメンテナンスが容易、（３）後部伝熱部２８の片側に連絡ダクト１０６などがないために後部伝熱部２８の下部への装置の搬入が容易で、またホッパに溜まった灰を取り除くための装置を設置可能である。
【００５１】
この配置とするとボイラＢの後部伝熱部２８から燃焼ガスを取り出す連絡ダクト１０６を片側に設置しなければならない。従って連絡ダクト１０６への出口面積を確保するために、後部伝熱部２８のホッパ２９を下方向に移動させ、または後部伝熱部２８の幅（火炉から後部伝熱部２８の方向）を広くすると良い。
【００５２】
また、実施例２ではダクト１１７の長さが左右で異なるため、左右のダクトでガス流量の偏差が発生する可能性がある。そこで、流量計をダクトにつけ制御装置を用いて流量を等しくなるように制御すると良い。
【実施例３】
【００５３】
図５Ａ、５Ｂは、本発明の実施例３を示す。ＣＯ２回収装置１０７の位置以外は図４と同じ構成である。ＣＯ２回収装置１０７として化学吸収方式を使用する場合には、蒸気を大量に使用する。このため蒸気の配管が長いと、放熱が多くなりプラントの効率が低下する。実施例３では、ＣＯ２回収装置１０７をタービン建屋１の隣に設置することで、ＣＯ２回収装置用蒸気供給管１０８の長さを短くした。さらにタービン建屋とＣＯ２回収装置１０７の間に一定の空間を設け、据付や修理のための車両、機材がこの空間に入ることができるようにしている。
【実施例４】
【００５４】
図６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、本発明の実施例４を示す。燃焼ガスは接続ダクト１１３によりタービン建屋の上で９０°直角に方向を転換し、さらに連絡ダクト１０６を通じて脱硝装置１０１、エアヒータ１０２へ流れる。接続ダクト１１３にはダクト分離壁１１４が設置されており、燃焼ガスが方向転換をする際に、流れの不均一を生じないようにしている。また、このようにダクトを分割することで、流れの剥離を防ぎ圧力損失を少なくできる。すなわち、排ガス吸引ファンや押し込み通風ファンの動力を低減し、プラントの効率を向上する。同様の効果を得るために、接続ダクト１１３の中に流れを整流する案内羽根を設置しても良い。また、流れの剥離を防ぐとダクトの振動を少なくすることができ、機器の寿命を長くすることができる。
【００５５】
実施例４では、接続ダクト１１３の幅は、後部伝熱部２と同じである。これにより、後部伝熱部２８との取り合い面積を大きくすることができる。すなわち、燃焼ガス流の圧力損失を低減できる。また、後部伝熱部２８の出口形状は、従来ボイラと同じであり、ここでは図示しないが、バイパスダクトを設置しやすい。
【００５６】
接続ダクト１１３は、タービン建屋１の上に設置されており、燃焼ガスや燃焼ガスに含まれる灰が漏れ出す可能性がある。このため機器の点検をしやすい構造にすると良い。例えば、図６のように、タービン建屋の屋上と接続ダクトに隙間を設け、接続ダクト１１３を点検しやすいようにする。この場合、タービン建屋の屋上に人が上っても、強度的に問題のない構造とする必要がある。また、接続ダクト１１３は熱により伸びる可能性があるので、接続ダクト１１３に熱伸びを吸収するエクスパンションを設置すると良い。接続ダクト１１３の強度を高めるために、タービン建屋と接続ダクト１１３の間に支持柱を設置すると良い。この場合、支持柱にも伸びを吸収する構造を設けると良い。
【００５７】
また、逆に接続ダクト１１３をタービン建屋１０３に接するように配置することで構造を簡単にできる。この場合は、点検が難しいので、強度の高い材料を用いると良い。
【００５８】
実施例４の場合、ボイラ建屋１３からエアヒータ１０２まで空気を供給し、加熱された空気を戻す接続ダクト１１５が必要である。実施例４では排ガス処理系の右と左用に２本の接続ダクト１１５を設置し、接続ダクトの長さを短くするために、ボイラ建屋１３の片側から接続ダクト１１５を取り出しエアヒータ１０２に接続している。
【実施例５】
【００５９】
図７Ａ、７Ｂは、本発明の実施例５を示す。通常、タービン建屋１には、非常に重いタービンを吊り下げるクレーンが設置されている。このため、タービン建屋１は非常に頑丈に設計されており、タービン建屋１の上に脱硝装置１０１を設置しても強度的な補強はほとんど必要ない。すなわち、低コストで脱硝装置１０１の設置場所を確保できる。脱硝装置ではアンモニアを使用するため、タービン建屋の上にもれると危険である。従ってアンモニアが漏れているかを確認するセンサーをタービン建屋１の上や脱硝装置近くに設置すると良い。
【００６０】
実施例５では、連絡ダクト１０６を用いて脱硝装置１０１に燃焼ガスを供給する。接続ダクト１１５と連絡ダクト１０６を使用して、脱硝装置１０１から出た燃焼ガスをエアヒータに供給している。この場合も、脱硝装置に供給するガス温度を調整するためにバイパスダクトを設置すると良い。
【実施例６】
【００６１】
図８は、本発明の実施例６を示す。実施例６はの実施例５と類似しているが、タービン建屋の上に脱硝装置１０１に加えてエアヒータ１０２を設置している点に特徴をもち、これにより機器を配置する敷地面積の削減が可能になる。さらに、エアヒータ１０２と電気集塵機１０３とを結ぶダクト１１７のガス温度は低いので、ダクトの保温材の使用量を少なくすることができる。
【実施例７】
【００６２】
図９Ａ、９Ｂは、本発明の実施例７を示す。実施例７でも主蒸気管１７、再熱蒸気管１８、給水管３０の長さが短くなるように各設備を配置するが、特に主蒸気管１７は温度・圧力が高いので短くする必要がある。このためにタービン建屋１はボイラ建屋１３の後部伝熱部２８の横に設置されている。このような構成にすると排ガス処理系の構造を従来と同じにすることができる。また、ＣＯ２回収装置１０７とタービン建屋１をつなぐ蒸気供給管１０８の長さを短くできる。この配置ではタービンの軸と主蒸気最終ヘッダ２５、再熱蒸気最終ヘッダ２６が平行になる。
【実施例８】
【００６３】
図１０Ａ、１０Ｂは本発明の実施例８で、ＣＯ２回収装置に酸素燃焼方式を採用した場合を示し、この場合にも上記各実施例と同様に主蒸気管１７、再熱蒸気館１８、給水管３０を従来より短くできる。
【００６４】
酸素製造装置１０９により酸素を製造し、ダクト１２０から取り込んだＣＯ２を主成分とする燃焼ガスと混合し、ダクト１２１からエアヒータ１０２に供給する。この混合ガスである酸化剤はエアヒータ１０２で加熱され、火炉１４のバーナ１５やＯＦＡ１６から供給されて燃料の燃焼に使用される。燃焼ガスは、火炉１４、後部伝熱部２８、脱硝装置１０１、エアヒータ１０２、ダクト１１７、電気集塵機１０３、脱硫装置１０４、ダクト１１９を通過し、ＣＯ２回収装置１０７に供給される。
【００６５】
酸素燃焼方式では、ＣＯ２回収装置に供給されるＣＯ２濃度が８０％以上と非常に高いので、ＣＯ２と窒素、酸素、水分等のガスとの分離が容易である。本発明を酸素燃焼方式に適用した場合の利点は、ボイラ建屋１３の片側にエアヒータ１０２が存在しているため、酸素製造装置１０９で製造した酸素と燃焼ガスを混合した酸化剤をエアヒータ１０２に供給しやすいことである。
【実施例９】
【００６６】
図１１Ａ、１１Ｂは、本発明の実施例９を示す。実施例９ではタービン建屋１が２階建て構造になっている。１階には復水器９と蒸気による加熱を使用するＣＯ２回収装置１１０が設置されている。復水器９を１階に設置するのは復水器９の重量が重いためである。２階には高圧タービン２、中低圧タービン３、発電機４、脱気器６、低圧給水過熱器５、高圧給水過熱器６などが設置されている。タービンを高い位置に設置することで主蒸気管１７、再熱蒸気館１８、給水管３０の距離を短くすることができ、これにより主配管の熱伸びによる応力を低減できる。
【００６７】
さらに蒸気を使用するＣＯ２回収装置１１０を蒸気タービンの下部に設置することで、ＣＯ２回収装置用蒸気供給管１０８の長さを短くできる。ＣＯ２回収装置は２つに分けられており、蒸気を使用しないＣＯ２回収装置１１１と蒸気を使用するＣＯ２回収装置１１０の間は、ＣＯ２回収液がＣＯ２回収液循環ダクト１１２を通って循環する。蒸気タービン建屋１を高層化したことで、ＣＯ２回収装置１１１の設置面積が狭くなりプラントの敷地を有効に使用できる。
【実施例１０】
【００６８】
図１２Ａ、１２Ｂは、本発明の実施例１０を示す。実施例１０は蒸気タービンの熱サイクルとして２段再熱システムを採用した例である。２段再熱システムは蒸気管の本数が多くなるので、実施例１０のように蒸気管を短くできると材料コストや据付コストを大幅に低減できる。
【００６９】
２段再熱システムでは、給水管３０から供給された水は後部伝熱部２８の節炭器２３に供給される。節炭器２３から出た水は火炉１４に供給され、過熱器２２、１段目吊り下げ過熱器１９、２段目吊り下げ過熱器２０へ供給される。その後、超高圧主蒸気最終ヘッダ３１で蒸気が集められ、超高圧主蒸気管３３を経由して超高圧タービン３２に供給される。
【００７０】
超高圧タービン３２から出た蒸気は再び後部伝熱部２８の再熱器２１に戻され、さらに吊り下げ再熱器２４を経由して主蒸気最終ヘッダ２５でまとめられる。この蒸気は、主蒸気管１７を経由して高圧タービン２へ供給される。さらに、高圧タービン２から出た蒸気は再び後部伝熱部２８の再熱器３４へ供給され、所定の温度まで加熱される。この蒸気は、再熱蒸気最終ヘッダ２６でまとめられ、再熱蒸気管１８を経由して中低圧タービン３へ供給される。
【００７１】
本発明を２段再熱システムに適用する利点は、（１）蒸気管が短いこと、（２）蒸気管の配置が左右対称であるので、タービンに左右非対称な応力が生じないこと、（３）２段再熱システムでは、蒸気管の数が多いが後部伝熱部２８付近には機器が少ないので、蒸気管のルートを容易に決定可能なことである。
【実施例１１】
【００７２】
図１３Ａ、１３Ｂは本発明の実施例１１を示す。実施例１１はタービン建屋１をボイラ建屋１３の後部伝熱部２８側に設置すると共に、排ガス浄化装置もボイラ建屋１３の後部伝熱部２８側に並列して設置している。すなわち、ボイラ建屋１３の壁面で後部伝熱部側を二つに分割し、一方がタービン建屋１と接し、他方は脱硝装置１０１やエアヒータ１０２の装置と接している。脱硝装置１０１とエアヒータ１０２は連絡ダクト１０６の下部に設置されている。
【００７３】
実施例１１では、ボイラＢの火炉１４と後部伝熱部２８を結ぶ中心軸とタービン軸は完全には一致していないが、主蒸気管１７や再熱蒸気管１８などの主配管を短くすることができる。すなわち、実施例１１の利点は（１）主配管の長さを短くできること、（２）連絡ダクト１０６の形状が従来と近く空気ダクトや排ガスダクトの取り回しが容易であることである。
【００７４】
また、実施例１１ではこれらの主配管をを１系統だけとしている。主配管が２系統の場合にはボイラとタービンの中心軸がずれると各配管の長さが異なり、ボイラに左右不均一な応力が発生して左右配管で蒸気の温度・圧力が異なる可能性があるが、１系統の場合にはこのような問題は発生しない。タービン入口で２箇所から投入するとタービンへかかる力が均等化されるため、実施例１１では主蒸気管を途中で２つに分岐して蒸気を供給している。
【実施例１２】
【００７５】
図１４Ａ、１４Ｂは本発明の実施例１２を示す。実施例１２はタービン建屋１をボイラ建屋１３の後部伝熱部２８側に設置している。タービン軸とボイラ中心軸は上部から２次元的に見たときに直交している。すなわち、タービン軸と主蒸気管最終ヘッダ２５は平行である。ボイラＢの後部伝熱部２８から脱硝装置１０１までは連絡ダクト１０６で接続されている。連絡ダクト１０６はタービン建屋１の上を通過している。連絡ダクト１０６には灰が堆積する可能性があるので灰除去装置を設置すると良い。実施例１２のメリットは（１）主配管を短くできること、（２）連絡ダクト１０６の後部伝熱部２８との取り合い部が従来と同様の形状で簡易になることである。
【実施例１３】
【００７６】
図１５は、本発明の実施例１３を示す。実施例１３はタービン建屋１をボイラ建屋１３の後部伝熱部２８の近くに設置している。タービン軸とボイラ中心軸は平行になっている。すなわち、タービン軸と主蒸気管最終ヘッダ２５は互いに直交している。高圧タービン２がボイラＢの火炉１４側で、中低圧タービン３が後部伝熱部２８側に設置されている。このようにボイラ建屋１３とタービン建屋１を設置することで、主蒸気管１７及び再熱蒸気管１８などの主配管を短くすることができる。特に、図１５に示すように蒸気管を１系統にした場合に蒸気管が短くなる。また、排ガス処理系は従来と同様の配置にできる。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・タービン建屋
２・・・高圧タービン
３・・・中低圧タービン
４・・・発電機
１３・・・ボイラ建屋
１４・・・火炉
１７・・・主蒸気管
１８・・・再熱蒸気管
１９・・・１段目吊り下げ過熱器
２０・・・２段目吊り下げ過熱器
２２・・・加熱器
２３・・・節炭器
２５・・・主蒸気最終ヘッダ
２６・・・再熱蒸気最終ヘッダ
２８・・・後部伝熱部
３０・・・給水管
３１・・・超高圧主蒸気最終ヘッダ
３２・・・超高圧タービン
３３・・・超高圧主蒸気管
１０１・・・脱硝装置
１０２・・・エアヒータ
１０３・・・電機集塵機
１０６・・・連絡ダクト
１０７・・・ＣＯ２回収装置
１０８・・・ＣＯ２回収装置用蒸気供給管
１０９・・・酸素製造装置
１１０・・・ＣＯ２回収装置
１１１・・・ＣＯ２回収装置
１１２・・・ＣＯ２回収液循環ダクト
１１３・・・接続ダクト
１１４・・・ダクト分割壁
１１５・・・接続ダクト
１１６・・・バイパスダクト
１１７、１１８、１１９、１２０、１２１・・・ダクト
Ｂ・・・ボイラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼する火炉と、排出された燃焼ガスから熱を回収する後部伝熱部とを並列に配置した２パス構造を有するボイラと、該ボイラの前記火炉と前記後部伝熱部から回収した熱により水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生器と、発生した蒸気により少なくとも高圧タービンを含む蒸気タービンを回転して回転エネルギーを電気に変換する発電機を有する火力発電プラントにおいて、
前記蒸気タービンの前記高圧タービンを前記ボイラの前記後部伝熱部に近接して配置したことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項２】
請求項１に記載された火力発電プラントにおいて、前記ボイラの火炉と後部伝熱部とを格納するボイラ建屋と、前記蒸気タービンを格納するタービン建屋を有し、前記ボイラ建屋の後部伝熱部側に近接して前記タービン建屋を配置したことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項３】
請求項２に記載された火力発電プラントにおいて、前記火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に排出された前記後部伝熱部の燃焼ガスを、前記ボイラの中心軸方向に対しほぼ直交方向に排出方向を変化させる接続ダクトを前記タービン建屋の上に設置し、前記接続ダクトを出た後の燃焼ガスを供給する脱硝装置を前記接続ダクト下流に設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項４】
請求項１に記載された火力発電プラントにおいて、前記火炉と前記後部伝熱部とを結ぶボイラの中心軸の方向と前記蒸気タービン軸の方向を、火力発電プラントの設置平面上で一致させたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項５】
請求項４に記載された火力発電プラントにおいて、前記蒸気タービンを格納するタービン建屋を設け、前記ボイラの前記後部伝熱部出口を分割して該後部伝熱部出口に対し前記タービン建屋と排ガス処理装置を配置するとともに火力発電プラントの設置平面上で並列に配置し、蒸気タービンの軸と前記排ガス処理装置内で燃焼ガスの流れる向きを同一方向としたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項６】
請求項４に記載された火力発電プラントにおいて、前記火炉または前記後部伝熱部に蒸気をまとめるヘッダを設け、該ヘッダから出た蒸気を前記蒸気タービンへ供給する蒸気管を２系統備え、該２系統の蒸気管を火力発電プラントの設置平面上で前記ボイラの中心軸と前記蒸気タービンの軸に対して反対側に各々設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項７】
請求項４に記載された火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から燃焼ガスをボイラ中心軸方向に排出し、前記蒸気タービンを格納するタービン建屋を設け、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を前記後部伝熱部下流の前記タービン建屋上部に設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項８】
請求項４に記載された火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から燃焼ガスをボイラ中心軸方向に排出し、蒸気タービンを格納するタービン建屋を設け、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と空気を過熱するエアヒータを前記後部伝熱部下流の前記タービン建屋上部に設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項９】
請求項１に記載された火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から排出される燃焼ガスを、火力発電プラントの設置平面上で前記ボイラの火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に対してほぼ直交方向に排出することを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１０】
請求項９に記載された火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から排出される燃焼ガスを、火力発電プラントの設置平面上で前記ボイラの火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に対して垂直な反対方向の２箇所から排出することを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１１】
請求項９に記載された火力発電プラントにおいて、燃焼ガスの窒素酸化物を除去する脱硝装置を前記ボイラの後部伝熱部の下流に設け、前記後部伝熱部に水を加熱する節炭器を設け、前記脱硝装置のガス温度が低下しないように前記節炭器上流に燃焼ガスの一部を取り出すバイパスダクトを取り付け、該バイパスダクトの取り出し方向を前記ボイラの中心軸方向に対してほぼ直交方向としたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１２】
請求項９に記載された火力発電プラントにおいて、燃焼ガスの窒素酸化物を除去する脱硝装置を前記ボイラの後部伝熱部の下流に設け、前記後部伝熱部に水を加熱する節炭器を設け、前記脱硝装置のガス温度が低下しないように前記節炭器上流に燃焼ガスの一部を取り出すバイパスダクトを取り付け、前記バイパスダクトの取り出し方向を前記ボイラの中心軸方向に対してほぼ平行としたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１３】
請求項９に記載された火力発電プラントにおいて、燃焼ガスの窒素酸化物を除去する脱硝装置と空気を燃焼ガスで過熱するエアヒータと燃焼ガスの灰を除去する集塵機とを２系統備え、前記ボイラの後部伝熱部から排出される燃焼ガスを前記後部伝熱部の片側の側面から排出し二つに分岐して前記２系統の脱硝装置、エアヒータ、集塵機へ供給することを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１４】
請求項１に記載された火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から排出された燃焼ガスのＣＯ２を分離回収するＣＯ２回収装置を前記ボイラ下流に設け、前記ＣＯ２回収装置を前記蒸気タービンに近接して配置したことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１５】
請求項１４に記載された火力発電プラントにおいて、前記ＣＯ２回収装置に蒸気を使用し、前記ＣＯ２回収装置の一部を前記蒸気タービンの下部に設置したことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１６】
請求項１に記載された火力発電プラントにおいて、エアヒータと、酸素製造装置と、燃焼ガスの一部を循環させるダクトと、前記酸素製造装置で製造した酸素と循環した燃焼ガスとの混合装置と、混合した酸素ガスを前記エアヒータへ供給するダクトを備え、火炉と後部伝熱部を有するボイラを格納するボイラ建屋の前記後部伝熱部の燃焼ガス排出方向を、火力発電プラントの設置平面上で前記火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に対してほぼ直交方向に１方向から排出させ、前記ボイラ建屋の燃焼ガスの排出側に前記酸素製造装置を設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１７】
請求項１に記載された火力発電プラントにおいて、蒸気タービンとして２段再熱式タービンを用いたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１】
燃料を燃焼する火炉と、排出された燃焼ガスから熱を回収する後部伝熱部とを並列に配置した２パス構造を有するボイラと、該ボイラの前記火炉と前記後部伝熱部から回収した熱により水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生器と、発生した蒸気により少なくとも高圧タービンを含む蒸気タービンを回転して回転エネルギーを電気に変換する発電機を有する火力発電プラントにおいて、
前記蒸気タービンの前記高圧タービンを前記ボイラの前記後部伝熱部に近接して配置したことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項２】
請求項１に記載された火力発電プラントにおいて、前記ボイラの火炉と後部伝熱部とを格納するボイラ建屋と、前記蒸気タービンを格納するタービン建屋を有し、前記ボイラ建屋の後部伝熱部側に近接して前記タービン建屋を配置したことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項３】
請求項２に記載された火力発電プラントにおいて、前記火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に排出された前記後部伝熱部の燃焼ガスを、前記ボイラの中心軸方向に対しほぼ直交方向に排出方向を変化させる接続ダクトを前記タービン建屋の上に設置し、前記接続ダクトを出た後の燃焼ガスを供給する脱硝装置を前記接続ダクト下流に設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項４】
請求項１に記載された火力発電プラントにおいて、前記火炉と前記後部伝熱部とを結ぶボイラの中心軸の方向と前記蒸気タービン軸の方向を、火力発電プラントの設置平面上で一致させたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項５】
請求項４に記載された火力発電プラントにおいて、前記蒸気タービンを格納するタービン建屋を設け、前記ボイラの前記後部伝熱部出口を分割して該後部伝熱部出口に対し前記タービン建屋と排ガス処理装置を配置するとともに火力発電プラントの設置平面上で並列に配置し、蒸気タービンの軸と前記排ガス処理装置内で燃焼ガスの流れる向きを同一方向としたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項６】
請求項４に記載された火力発電プラントにおいて、前記火炉または前記後部伝熱部に蒸気をまとめるヘッダを設け、該ヘッダから出た蒸気を前記蒸気タービンへ供給する蒸気管を２系統備え、該２系統の蒸気管を火力発電プラントの設置平面上で前記ボイラの中心軸と前記蒸気タービンの軸に対して反対側に各々設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項７】
請求項４に記載された火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から燃焼ガスをボイラ中心軸方向に排出し、前記蒸気タービンを格納するタービン建屋を設け、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置を前記後部伝熱部下流の前記タービン建屋上部に設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項８】
請求項４に記載された火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から燃焼ガスをボイラ中心軸方向に排出し、蒸気タービンを格納するタービン建屋を設け、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と空気を過熱するエアヒータを前記後部伝熱部下流の前記タービン建屋上部に設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項９】
請求項１に記載された火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から排出される燃焼ガスを、火力発電プラントの設置平面上で前記ボイラの火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に対してほぼ直交方向に排出することを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１０】
請求項９に記載された火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から排出される燃焼ガスを、火力発電プラントの設置平面上で前記ボイラの火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に対して垂直な反対方向の２箇所から排出することを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１１】
請求項９に記載された火力発電プラントにおいて、燃焼ガスの窒素酸化物を除去する脱硝装置を前記ボイラの後部伝熱部の下流に設け、前記後部伝熱部に水を加熱する節炭器を設け、前記脱硝装置のガス温度が低下しないように前記節炭器上流に燃焼ガスの一部を取り出すバイパスダクトを取り付け、該バイパスダクトの取り出し方向を前記ボイラの中心軸方向に対してほぼ直交方向としたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１２】
請求項９に記載された火力発電プラントにおいて、燃焼ガスの窒素酸化物を除去する脱硝装置を前記ボイラの後部伝熱部の下流に設け、前記後部伝熱部に水を加熱する節炭器を設け、前記脱硝装置のガス温度が低下しないように前記節炭器上流に燃焼ガスの一部を取り出すバイパスダクトを取り付け、前記バイパスダクトの取り出し方向を前記ボイラの中心軸方向に対してほぼ平行としたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１３】
請求項９に記載された火力発電プラントにおいて、燃焼ガスの窒素酸化物を除去する脱硝装置と空気を燃焼ガスで過熱するエアヒータと燃焼ガスの灰を除去する集塵機とを２系統備え、前記ボイラの後部伝熱部から排出される燃焼ガスを前記後部伝熱部の片側の側面から排出し二つに分岐して前記２系統の脱硝装置、エアヒータ、集塵機へ供給することを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１４】
請求項１に記載された火力発電プラントにおいて、前記ボイラの後部伝熱部から排出された燃焼ガスのＣＯ２を分離回収するＣＯ２回収装置を前記ボイラ下流に設け、前記ＣＯ２回収装置を前記蒸気タービンに近接して配置したことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１５】
請求項１４に記載された火力発電プラントにおいて、前記ＣＯ２回収装置に蒸気を使用し、前記ＣＯ２回収装置の一部を前記蒸気タービンの下部に設置したことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１６】
請求項１に記載された火力発電プラントにおいて、エアヒータと、酸素製造装置と、燃焼ガスの一部を循環させるダクトと、前記酸素製造装置で製造した酸素と循環した燃焼ガスとの混合装置と、混合した酸素ガスを前記エアヒータへ供給するダクトを備え、火炉と後部伝熱部を有するボイラを格納するボイラ建屋の前記後部伝熱部の燃焼ガス排出方向を、火力発電プラントの設置平面上で前記火炉と後部伝熱部を結ぶボイラの中心軸方向に対してほぼ直交方向に１方向から排出させ、前記ボイラ建屋の燃焼ガスの排出側に前記酸素製造装置を設けたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１７】
請求項１に記載された火力発電プラントにおいて、蒸気タービンとして２段再熱式タービンを用いたことを特徴とする火力発電プラント。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−９２７３２（Ｐ２０１２−９２７３２Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４０２０９（Ｐ２０１０−２４０２０９）
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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