特許 6554751 ボイラー、これを備える蒸気発生プラント、及びボイラーの運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6554751

(24)【登録日】2019年7月19日

(45)【発行日】2019年8月7日

(54)【発明の名称】ボイラー、これを備える蒸気発生プラント、及びボイラーの運転方法

(51)【国際特許分類】

   F22D 1/02 20060101AFI20190729BHJP

   F22B 1/18 20060101ALI20190729BHJP

   F01K 23/10 20060101ALI20190729BHJP

   F01K 25/10 20060101ALI20190729BHJP

   F22B 29/06 20060101ALN20190729BHJP

【ＦＩ】

   F22D1/02

   F22B1/18 E

   F01K23/10 U

   F01K25/10

   !F22B29/06

【請求項の数】24

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2017-509825(P2017-509825)

(86)(22)【出願日】2016年3月22日

(86)【国際出願番号】JP2016058954

(87)【国際公開番号】WO2016158561

(87)【国際公開日】20161006

【審査請求日】2017年9月4日

(31)【優先権主張番号】特願2015-73700(P2015-73700)

(32)【優先日】2015年3月31日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100210572

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 太一

(72)【発明者】

【氏名】上地 英之

(72)【発明者】

【氏名】八木田 寛之

(72)【発明者】

【氏名】青山 邦明

(72)【発明者】

【氏名】椙下 秀昭

(72)【発明者】

【氏名】中本 行政

(72)【発明者】

【氏名】岡 雄一

(72)【発明者】

【氏名】久田 直樹

(72)【発明者】

【氏名】市原 太郎

【審査官】 岩▲崎▼ 則昌

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０５７８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１９４２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０３３０２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００７８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１１８１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２０８３０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２２Ｄ １／０２

Ｆ０１Ｋ ２３／１０

Ｆ０１Ｋ ２５／１０

Ｆ２２Ｂ １／１８

Ｆ２２Ｂ ２９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、
前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、
前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、
前記節炭器の前記下流側に設置され、外部から水を受け入れる流入口を有し、前記流入口から流入して前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する低温熱交換器と、
を備え、
前記ボイラー外枠には、前記ボイラー外枠から流出した前記燃焼ガスが流れる煙道が接続されていると共に、前記煙道には、前記煙道からの前記燃焼ガスを大気に放出する煙突が接続されており、
前記低温熱交換器は、前記煙突内又は前記煙道内に設置されている、
ボイラー。

【請求項2】

燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、
前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、
前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、
前記節炭器の前記下流側に設置され、外部から水を受け入れる流入口を有し、前記流入口から流入して前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する低温熱交換器と、
を備え、
前記節炭器と前記低温熱交換器とは、フランジ接続されている、
ボイラー。

【請求項3】

燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、
前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、
前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、
前記節炭器の前記下流側に設置され、外部から水を受け入れる流入口を有し、前記流入口から流入して前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する低温熱交換器と、
前記燃焼ガス中に含まれる水分が液化したミストを前記燃焼ガスから分離する複数のミストセパレータと、
を備え、
前記低温熱交換器は、前記燃焼ガスの流れに対する上下流方向に並ぶ複数の低温熱交換部を有し、
複数の前記ミストセパレータのうち、一のミストセパレータは、複数の前記低温熱交換部のうちで最も前記下流側の低温熱交換部の下流側に配置され、残りの前記ミストセパレータは、前記上下流方向における複数の前記低温熱交換部の相互間に配置されている、
ボイラー。

【請求項4】

請求項３に記載のボイラーにおいて、
複数の低温熱交換部は、互いにフランジ接続されている、
ボイラー。

【請求項5】

請求項２から４のいずれか一項に記載のボイラーにおいて、
前記低温熱交換器は、前記ボイラー外枠内に設置されている、
ボイラー。

【請求項6】

請求項２から４のいずれか一項に記載のボイラーにおいて、
前記ボイラー外枠には、前記ボイラー外枠から流出した前記燃焼ガスが流れる煙道が接続されていると共に、前記煙道には、前記煙道からの前記燃焼ガスを大気に放出する煙突が接続されており、
前記低温熱交換器は、前記煙突内又は前記煙道内に設置されている、
ボイラー。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載のボイラーにおいて、
前記低温熱交換器は、前記節炭器を形成する材料よりも、前記燃焼ガスの凝縮液に対する耐腐食性の高い材料で形成されている、
ボイラー。

【請求項8】

請求項１、３、４のいずれか一項に記載のボイラーにおいて、
前記節炭器と前記低温熱交換器とは、フランジ接続されている、
ボイラー。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載のボイラーにおいて、
前記節炭器は、前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記燃焼ガスの露点温度より高い温度にまで前記燃焼ガスを冷却する熱交換能力を有し、
前記低温熱交換器は、前記節炭器での熱交換で冷却された前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記低温熱交換器の少なくとも一部で前記燃焼ガスが凝縮するまで前記燃焼ガスを冷却する熱交換能力を有する、
ボイラー。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載のボイラーにおいて、
前記低温熱交換器は、前記燃焼ガスの露点温度未満の温度にまで前記燃焼ガスを冷却する熱交換能力を有する、
ボイラー。

【請求項11】

燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、
前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、
前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、外部から水を受け入れる流入口を有し、前記流入口から流入して前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、
低沸点媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクルと、
を備え、
前記節炭器は、前記燃焼ガスと内部を流れる水との熱交換により、前記水を加熱する一方で、前記節炭器の少なくとも一部で前記燃焼ガスが凝縮するまで前記燃焼ガスを冷却する熱交換能力を有し、
前記低沸点媒体ランキンサイクルは、液体の前記低沸点媒体と前記節炭器で加熱された水の一部とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱器を有する、
蒸気発生プラント。

【請求項12】

請求項１１に記載の蒸気発生プラントにおいて、
前記節炭器は、前記燃焼ガスの露点温度未満の温度にまで前記燃焼ガスを冷却する熱交換能力を有する、
蒸気発生プラント。

【請求項13】

請求項１から１０のいずれか一項に記載のボイラーと、
低沸点媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクルと、
を備え、
前記低沸点媒体ランキンサイクルは、液体の前記低沸点媒体と前記節炭器で加熱された水の一部とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱器を有する、
蒸気発生プラント。

【請求項14】

燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、
前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、
前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、
前記節炭器の前記下流側に設置され、外部から水を受け入れる流入口を有し、前記流入口から流入して前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する低温熱交換器と、
低沸点媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクルと、
を備え、
前記低沸点媒体ランキンサイクルは、液体の前記低沸点媒体と前記節炭器で加熱された水の一部とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱器を有する、
蒸気発生プラント。

【請求項15】

燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、を備えるボイラーの運転方法において、
前記節炭器の前記下流側に設置され、前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する低温熱交換器を設け、
前記節炭器で、前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記燃焼ガスの露点温度よりも高い温度にまで前記燃焼ガスを冷却する節炭器熱交換工程と、
前記低温熱交換器で、前記節炭器での熱交換で冷却された前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記低温熱交換器の少なくとも一部で前記燃焼ガスが凝縮するまで前記燃焼ガスを冷却する低温熱交換工程と、
を実行し、
前記ボイラー外枠には、前記ボイラー外枠から流出した前記燃焼ガスが流れる煙道が接続されていると共に、前記煙道には、前記煙道からの前記燃焼ガスを大気に放出する煙突が接続されており、
前記煙突又は前記煙道内に前記低温熱交換器を設置する、
ボイラーの運転方法。

【請求項16】

燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、を備えるボイラーの運転方法において、
前記節炭器の前記下流側に設置され、前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する低温熱交換器を前記節炭器にフランジ接続し、
前記節炭器で、前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記燃焼ガスの露点温度よりも高い温度にまで前記燃焼ガスを冷却する節炭器熱交換工程と、
前記低温熱交換器で、前記節炭器での熱交換で冷却された前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記低温熱交換器の少なくとも一部で前記燃焼ガスが凝縮するまで前記燃焼ガスを冷却する低温熱交換工程と、
を実行するボイラーの運転方法。

【請求項17】

燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、を備えるボイラーの運転方法において、
前記節炭器の前記下流側に設置され、前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する低温熱交換器を設け、
前記節炭器で、前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記燃焼ガスの露点温度よりも高い温度にまで前記燃焼ガスを冷却する節炭器熱交換工程と、
前記低温熱交換器で、前記節炭器での熱交換で冷却された前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記低温熱交換器の少なくとも一部で前記燃焼ガスが凝縮するまで前記燃焼ガスを冷却する低温熱交換工程と、
前記燃焼ガス中に含まれる水分が液化したミストを前記燃焼ガスから分離するミスト分離工程と、
を実行し、
前記低温熱交換器は、前記燃焼ガスの流れに対する上下流方向に並ぶ複数の低温熱交換部を有し、
前記ミスト分離工程は、複数の前記低温熱交換部の相互間と、複数の前記低温熱交換部のうちで最も前記下流側の低温熱交換部の下流側の領域とのうち、二以上の領域で実行される、
ボイラーの運転方法。

【請求項18】

請求項１６又は１７に記載のボイラーの運転方法において、
前記ボイラー外枠内に前記低温熱交換器を設置する、
ボイラーの運転方法。

【請求項19】

請求項１６から１８のいずれか一項に記載のボイラーの運転方法において、
前記ボイラー外枠には、前記ボイラー外枠から流出した前記燃焼ガスが流れる煙道が接続されていると共に、前記煙道には、前記煙道からの前記燃焼ガスを大気に放出する煙突が接続されており、
前記低温熱交換器は、前記煙突内又は前記煙道内に前記低温熱交換器を設置する、
ボイラーの運転方法。

【請求項20】

請求項１５又は１７のいずれか一項に記載のボイラーの運転方法において、
前記低温熱交換器を前記節炭器にフランジ接続する、
ボイラーの運転方法。

【請求項21】

燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、を備えるボイラーの運転方法において、
前記節炭器で前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記節炭器の少なくとも一部で前記燃焼ガスが凝縮するまで前記燃焼ガスを冷却する節炭器熱交換工程と、
低沸点媒体ランキンサイクルで、低沸点媒体を循環させるランキンサイクル実行工程と、
前記節炭器で加熱された水を前記低沸点媒体ランキンサイクルへ導く加熱水導入工程と、
前記低沸点媒体ランキンサイクルに導かれ、前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を前記ボイラーに戻す水回収工程と、
を実行し、
前記ランキンサイクル実行工程は、前記低沸点媒体ランキンサイクルに導入された前記水と液体の前記低沸点媒体とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱工程を含む、
ボイラーの運転方法。

【請求項22】

請求項１５から２０のいずれか一項に記載のボイラーの運転方法において、
低沸点媒体ランキンサイクルで、低沸点媒体を循環させるランキンサイクル実行工程と、
前記節炭器で加熱された水を前記低沸点媒体ランキンサイクルへ導く加熱水導入工程と、
前記低沸点媒体ランキンサイクルに導かれ、前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を前記ボイラーに戻す水回収工程と、
を実行し、
前記ランキンサイクル実行工程は、前記低沸点媒体ランキンサイクルに導入された前記水と液体の前記低沸点媒体とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱工程を含む、
ボイラーの運転方法。

【請求項23】

燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、を備えるボイラーの運転方法において、
前記節炭器の前記下流側に設置され、前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する低温熱交換器を設け、
前記節炭器で、前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記燃焼ガスの露点温度よりも高い温度にまで前記燃焼ガスを冷却する節炭器熱交換工程と、
前記低温熱交換器で、前記節炭器での熱交換で冷却された前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記低温熱交換器の少なくとも一部で前記燃焼ガスが凝縮するまで前記燃焼ガスを冷却する低温熱交換工程と、
低沸点媒体ランキンサイクルで、低沸点媒体を循環させるランキンサイクル実行工程と、
前記節炭器で加熱された水を前記低沸点媒体ランキンサイクルへ導く加熱水導入工程と、
前記低沸点媒体ランキンサイクルに導かれ、前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を前記ボイラーに戻す水回収工程と、
を実行し、
前記ランキンサイクル実行工程は、前記低沸点媒体ランキンサイクルに導入された前記水と液体の前記低沸点媒体とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱工程を含む、
ボイラーの運転方法。

【請求項24】

燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、を有するボイラーを備えていると共に、前記ボイラー外枠には、前記ボイラー外枠から流出した前記燃焼ガスが流れる煙道が接続され、前記煙道には、前記煙道からの前記燃焼ガスを大気に放出する煙突が接続されている蒸気発生プラントの改造方法において、
前記煙突内又は前記煙道内に前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する低温熱交換器を新たに設置する、
蒸気発生プラントの改造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイラー、これを備える蒸気発生プラント、及びボイラーの運転方法に関する。
本願は、２０１５年３月３１日に、日本国に出願された特願２０１５−０７３７００号に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンには、このガスタービンからの排気される排気ガスの熱を有効利用するために排熱回収ボイラーが接続されていることがある。

【0003】

以下の特許文献１には、ガスタービンと、排熱回収ボイラーと、を備えているガスタービンプラントが開示されている。このガスタービンプラントは、さらに、排熱回収ボイラーで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンと、蒸気タービンを駆動させた蒸気を水に戻す復水器と、低沸点媒体ランキンサイクルと、を備えている。低沸点媒体ランキンサイクルは、液体の低沸点媒体を蒸発させる蒸発器と、蒸発した気体の低沸点媒体で駆動するタービンと、タービンを駆動させた低沸点媒体を凝縮させる凝縮器と、を有する。低沸点媒体ランキンサイクルの蒸発器は、液体の沸点媒体と蒸気タービンを駆動させた蒸気とを熱交換させ、低沸点媒体を蒸発させる一方で、蒸気を水に戻す。すなわち、この蒸発器は、蒸気タービンの復水器としても機能する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−１６６８１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に記載の技術では、ガスタービンプラントに低沸点媒体ランキンサイクルを導入することで、ガスタービンからの排熱の有効利用を図っている。しかしながら、燃焼ガス中の熱をより有効利用することが望まれる。

【0006】

そこで、本願に係る発明は、燃焼ガス中の熱をより有効利用することができる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのボイラーは、
燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、前記節炭器の前記下流側に設置され、外部から水を受け入れる流入口を有し、前記流入口から流入して前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスより加熱する低温熱交換器と、を備える。前記ボイラー外枠には、前記ボイラー外枠から流出した前記燃焼ガスが流れる煙道が接続されていると共に、前記煙道には、前記煙道からの前記燃焼ガスを大気に放出する煙突が接続されている。前記低温熱交換器は、前記煙突内又は前記煙道内に設置されている。
本態様では、低温熱交換器により、低温の燃焼ガス中から熱を回収することができる。

【0008】

上記目的を達成するための発明に係る他の態様としてのボイラーは、
燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、前記節炭器の前記下流側に設置され、外部から水を受け入れる流入口を有し、前記流入口から流入して前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスより加熱する低温熱交換器と、を備える。前記節炭器と前記低温熱交換器とは、フランジ接続されている。
本態様では、低温熱交換器により、低温の燃焼ガス中から熱を回収することができる。さらに、本態様では、低温熱交換器の一部で凝縮液が発生し、低温熱交換器が腐食しても、この低温熱交換器を新たな低温熱交換器に容易に交換することができる。
上記目的を達成するための発明に係るさらに他の態様としてのボイラーは、
燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、前記節炭器の前記下流側に設置され、外部から水を受け入れる流入口を有し、前記流入口から流入して前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスより加熱する低温熱交換器と、前記燃焼ガス中に含まれる水分が液化したミストを前記燃焼ガスから分離する複数のミストセパレータと、を備える。前記低温熱交換器は、前記燃焼ガスの流れに対する上下流方向に並ぶ複数の低温熱交換部を有する。複数の前記ミストセパレータのうち、一のミストセパレータは、複数の前記低温熱交換部のうちで最も前記下流側の低温熱交換部の下流側に配置され、残りの前記ミストセパレータは、前記上下流方向における複数の前記低温熱交換部の相互間に配置されている。
本態様では、低温熱交換器により、低温の燃焼ガス中から熱を回収することができる。さらに、本態様では、ミストセパレータでミストを捕捉することで、低温熱交換器が配置されている領域内を流れるミスト量、この低温熱交換器よりも下流側を流れるミスト量を減らすことができる。このため、本態様では、低温熱交換器の腐食、ボイラー外枠の腐食、さらに、煙道や煙突等の腐食を抑えることができる。
ここで、さらに他の態様としてのボイラーにおいて、複数の低温熱交換部は、互いにフランジ接続されていてもよい。この場合、一の低温熱交換部の腐食が進行した場合でも、この一の低温熱交換部を容易に新たな低温熱交換部と交換することができる。

【0009】

ここで、以上の態様のうちいずれのボイラーにおいて、前記低温熱交換器は、前記ボイラー外枠内に設置されていてもよい。

【0010】

また、以上の態様のうちのいずれかのボイラーにおいて、前記第一態様の前記ボイラーにおいて、前記ボイラー外枠には、前記ボイラー外枠から流出した前記燃焼ガスが流れる煙道が接続されていると共に、前記煙道には、前記煙道からの前記燃焼ガスを大気に放出する煙突が接続されており、前記低温熱交換器は、前記煙突内又は前記煙道内に設置されていてもよい。

【0011】

また、以上の態様のうちのいずれかのボイラーにおいて、前記低温熱交換器は、前記節炭器を形成する材料よりも、前記燃焼ガスの凝縮液に対する耐腐食性の高い材料で形成されていてもよい。

【0012】

当該ボイラーでは、低温熱交換器の一部で燃焼ガスの凝縮液が発生しても、この低温熱交換器の腐食を抑えることができる。

【0013】

また、以上の態様のうちのいずれかのボイラーにおいて、前記節炭器と前記低温熱交換器とは、フランジ接続されていてもよい。

【0014】

当該ボイラーでは、低温熱交換器の一部で凝縮液が発生し、低温熱交換器が腐食しても、この低温熱交換器を新たな低温熱交換器に容易に交換することができる。

【0015】

また、以上の態様のうちのいずれかのボイラーにおいて、前記節炭器は、前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記燃焼ガスの露点温度より高い温度にまで前記燃焼ガスを冷却する熱交換能力を有し、前記低温熱交換器は、前記節炭器での熱交換で冷却された前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記低温熱交換器の少なくとも一部で前記燃焼ガスが凝縮するまで前記燃焼ガスを冷却する熱交換能力を有してもよい。

【0016】

当該ボイラーでは、低温熱交換器の一部で燃焼ガスを凝縮させるので、燃焼ガスに含まれる水分の潜熱も回収することができる。

【0017】

また、以上の態様のうちのいずれかのボイラーにおいて、前記低温熱交換器は、前記燃焼ガスの露点温度未満の温度にまで前記燃焼ガスを冷却する熱交換能力を有してもよい。

【0018】

当該ボイラーでは、燃焼ガス中に含まれる水分の潜熱をより回収することができる。

【0029】

上記目的を達成するための発明に係る一態様としての蒸気発生プラントは、
以上のいずれかのボイラーと、前記流入口から前記ボイラー内に水を供給する給水ラインと、を備える。

【0030】

ここで、前記蒸気発生プラントにおいて、前記給水ラインは、前記燃焼ガスの露点温度未満の温度の水を前記流入口から前記ボイラー内に供給してもよい。

【0031】

また、以上のいずれかの前記蒸気発生プラントにおいて、前記節炭器で加熱された水の一部を前記給水ライン中に導く温水ラインを備えてもよい。

【0032】

前記温水ラインを備える前記蒸気発生プラントにおいて、前記温水ラインを流れる水の流量を調節する流量調節弁を備えてもよい。

【0033】

前記流量調節弁を備える前記蒸気発生プラントにおいて、前記温水ラインからの水が流入した前記給水ライン中の水の温度を検知する温度計を備え、前記流量調節弁は、前記温度計で検知された温度が予め定めた温度範囲内に収まるよう、前記温水ラインを流れる水の流量を調節してもよい。

【0034】

また、以上のいずれかの前記蒸気発生プラントにおいて、低沸点媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクルを備え、前記低沸点媒体ランキンサイクルは、液体の前記低沸点媒体と前記節炭器で加熱された水の一部とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱器を有してもよい。

【0035】

当該蒸気発生プラントでは、燃焼ガスの熱の一部を利用して、低沸点媒体ランキンサイクルを駆動させるので、プラントの出力及び効率を高めることができる。

【0036】

また、前記温水ラインを備える、以上のいずれかの前記蒸気発生プラントにおいて、低沸点媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクルを備え、前記低沸点媒体ランキンサイクルは、液体の前記低沸点媒体と前記温水ラインを流れる水とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱器を有してもよい。

【0037】

当該蒸気発生プラントでは、燃焼ガスの熱の一部を利用して、低沸点媒体ランキンサイクルを駆動させるので、プラントの出力及び効率を高めることができる。

【0038】

上記目的を達成するための発明に係る他の態様の蒸気発生プラントは、
以上のいずれかの態様のボイラーと、低沸点媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクルと、を備え、前記低沸点媒体ランキンサイクルは、液体の前記低沸点媒体と前記節炭器で加熱された水の一部とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱器を有する。
さら他の態様の蒸気発生プラントは、燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、外部から水を受け入れる流入口を有し、前記流入口から流入して前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、低沸点媒体が凝縮と蒸発とを繰り返して循環する低沸点媒体ランキンサイクルと、を備える。前記節炭器は、前記燃焼ガスと内部を流れる水との熱交換により、前記水を加熱する一方で、前記節炭器の少なくとも一部で前記燃焼ガスが凝縮するまで前記燃焼ガスを冷却する熱交換能力を有する。前記低沸点媒体ランキンサイクルは、液体の前記低沸点媒体と前記節炭器で加熱された水の一部とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱器を有する。

【0039】

当該蒸気発生プラントでも、燃焼ガスの熱の一部を利用して、低沸点媒体ランキンサイクルを駆動させるので、プラントの出力及び効率を高めることができる。

【0040】

また、以上のいずれかの蒸気発生プラントにおいて、前記ボイラーは、ガスタービンから排気された排気ガスを前記燃焼ガスとして用いる排熱回収ボイラーであってもよい。

【0041】

また、前記ボイラーが排熱回収ボイラーである前記蒸気発生プラントにおいて、前記ガスタービンを備えてもよい。

【0042】

上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのボイラーを含む蒸気発生プラントの改造方法は、
燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、を有するボイラーを備えていると共に、前記ボイラー外枠には、前記ボイラー外枠から流出した前記燃焼ガスが流れる煙道が接続され、前記煙道には、前記煙道からの前記燃焼ガスを大気に放出する煙突が接続されている、ボイラーを含む蒸気発生プラントの改造方法において、前記煙道には、前記煙道からの前記燃焼ガスを大気に放出する煙突が接続されている。前記煙突内又は前記煙道内に前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する低温熱交換器を新たに設置する。

【0043】

ここで、前記蒸気発生プラントの改造方法において、前記節炭器を形成する材料よりも、前記燃焼ガスの凝縮液に対する耐腐食性の高い材料で前記低温熱交換器を形成してもよい。

【0044】

また、以上のいずれかの前記蒸気発生プラントの改造方法において、前記節炭器に対して、前記低温熱交換器をフランジ接続させてもよい。

【0045】

上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのボイラーの運転方法は、
燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、を備えるボイラーの運転方法において、前記節炭器の前記下流側に設置され、前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスより加熱する低温熱交換器を設け、前記節炭器で、前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記燃焼ガスの露点温度よりも高い温度にまで前記燃焼ガスを冷却する節炭器熱交換工程と、前記低温熱交換器で、前記節炭器での熱交換で冷却された前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記低温熱交換器の少なくとも一部で前記燃焼ガスが凝縮するまで前記燃焼ガスを冷却する低温熱交工程と、を実行する。前記ボイラー外枠には、前記ボイラー外枠から流出した前記燃焼ガスが流れる煙道が接続されていると共に、前記煙道には、前記煙道からの前記燃焼ガスを大気に放出する煙突が接続されている。前記煙突又は前記煙道内に前記低温熱交換器を設置する。

【0046】

当該ボイラーの運転方法では、低温熱交換器により、低温の燃焼ガス中から熱を回収することができる。特に、当該ボイラーの運転方法では、低温熱交換器の一部で、燃焼ガスを凝縮させるので、燃焼ガス中に含まれる水分の潜熱も回収することができる。
上記目的を達成するための発明に係る他の態様としてのボイラーの運転方法は、
燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、を備えるボイラーの運転方法において、前記節炭器の前記下流側に設置され、前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスより加熱する低温熱交換器を前記節炭器にフランジ接続する。前記節炭器で、前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記燃焼ガスの露点温度よりも高い温度にまで前記燃焼ガスを冷却する節炭器熱交換工程と、前記低温熱交換器で、前記節炭器での熱交換で冷却された前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記低温熱交換器の少なくとも一部で前記燃焼ガスが凝縮するまで前記燃焼ガスを冷却する低温熱交換工程と、を実行する。
上記目的を達成するための発明に係るさらに他の態様としてのボイラーの運転方法は、
燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、を備えるボイラーの運転方法において、前記節炭器の前記下流側に設置され、前記節炭器に送る水を前記燃焼ガスより加熱する低温熱交換器を設ける。前記節炭器で、前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記燃焼ガスの露点温度よりも高い温度にまで前記燃焼ガスを冷却する節炭器熱交換工程と、前記低温熱交換器で、前記節炭器での熱交換で冷却された前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記低温熱交換器の少なくとも一部で前記燃焼ガスが凝縮するまで前記燃焼ガスを冷却する低温熱交換工程と、前記燃焼ガス中に含まれる水分が液化したミストを前記燃焼ガスから分離するミスト分離工程と、を実行する。前記低温熱交換器は、前記燃焼ガスの流れに対する上下流方向に並ぶ複数の低温熱交換部を有する。前記ミスト分離工程は、複数の前記低温熱交換部の相互間と、複数の前記低温熱交換部のうちで最も前記下流側の低温熱交換部の下流側の領域と、複数の前記低温熱交換部の相互間の領域とのうち、二以上の領域で実行される。

【0047】

ここで、以上のいずれかの態様のボイラーの運転方法において、前記低温熱交換器は、前記ボイラー外枠内に前記低温熱交換器を設置してもよい。

【0048】

また、以上のいずれかの態様のボイラーの運転方法において、前記ボイラー外枠には、前記ボイラー外枠から流出した前記燃焼ガスが流れる煙道が接続されていると共に、前記煙道には、前記煙道からの前記燃焼ガスを大気に放出する煙突が接続されており、前記煙突内又は前記煙道内に前記低温熱交換器を設置してもよい。

【0052】

ここで、以上のいずれかの態様のボイラーの運転方法において、低沸点媒体ランキンサイクルで、低沸点媒体を循環させるランキンサイクル実行工程と、前記節炭器で加熱された水を前記低沸点媒体ランキンサイクルへ導く加熱水導入工程と、前記低沸点媒体ランキンサイクルに導かれ、前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を前記ボイラーに戻す水回収工程と、を実行し、前記ランキンサイクル実行工程は、前記低沸点媒体ランキンサイクルに導入された前記水と液体の前記低沸点媒体とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱工程を含む。
上記目的を達成するための発明に係る他の態様としてのボイラーの運転方法は、
燃焼ガスが内部を排気口側である下流側に向かって流れるボイラー外枠と、前記ボイラー外枠内に少なくとも一部が設置され、前記燃焼ガスにより水を加熱して蒸気を発生させる一以上の蒸発器と、前記ボイラー外枠内であって、一以上の前記蒸発器のうち最も前記下流側の蒸発器である最下流蒸発器の前記下流側に設置され、前記最下流蒸発器に送る水を前記燃焼ガスにより加熱する節炭器と、を備えるボイラーの運転方法において、前記節炭器で前記燃焼ガスと内部を流れる水とを熱交換させることにより、前記水を加熱する一方で、前記節炭器の少なくとも一部で前記燃焼ガスが凝縮するまで前記燃焼ガスを冷却する節炭器熱交換工程と、低沸点媒体ランキンサイクルで、低沸点媒体を循環させるランキンサイクル実行工程と、前記節炭器で加熱された水を前記低沸点媒体ランキンサイクルへ導く加熱水導入工程と、前記低沸点媒体ランキンサイクルに導かれ、前記低沸点媒体ランキンサイクルを通った水を前記ボイラーに戻す水回収工程と、を実行する。前記ランキンサイクル実行工程は、前記低沸点媒体ランキンサイクルに導入された前記水と液体の前記低沸点媒体とを熱交換させて、前記低沸点媒体を加熱する加熱工程を含む。

【0053】

当該ボイラーの運転方法では、燃焼ガスの熱の一部を利用して、低沸点媒体ランキンサイクルを駆動させるので、ボイラーを含むプラントの出力及び効率を高めることができる。

【発明の効果】

【0054】

本発明の一態様では、燃焼ガス中の熱を有効利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0055】

【図1】本発明に係る第一実施形態における蒸気発生プラントの系統図である。

【図2】本発明に係る第二実施形態における蒸気発生プラントの系統図である。

【図3】本発明に係る第三実施形態における蒸気発生プラントの系統図である。

【図4】本発明に係る第四実施形態における蒸気発生プラントの系統図である。

【図5】本発明に係る第五実施形態における蒸気発生プラントの系統図である。

【図6】本発明に係る第六実施形態における蒸気発生プラントの系統図である。

【図7】本発明に係る第七実施形態における蒸気発生プラントの系統図である。

【図8】本発明に係る第八実施形態におけるボイラーの系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0056】

以下、本発明に係るボイラー、及びこのボイラーを備える蒸気発生プラントの各種実施形態について、図面を用いて説明する。

【0057】

「第一実施形態」
図１を参照して、本発明に係るボイラー、及びこのボイラーを備える蒸気発生プラントの第一実施形態について説明する。

【0058】

本実施形態の蒸気発生プラントは、ガスタービン１０と、発電機４１と、排熱回収ボイラー１１０ｎと、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃと、発電機１２２ａ，１２２ｃと、復水器１２３と、給水ポンプ１２４と、煙突６０と、を備えている。発電機４１は、ガスタービン１０ｊの駆動で発電する。排熱回収ボイラー１１０ｎは、ガスタービン１０から排気された排気ガスＥＧの熱で蒸気を発生させる。蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃは、排熱回収ボイラー１１０ｎで発生した蒸気で駆動する。発電機１２２ａ，１２２ｃは、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃの駆動で発電する。復水器１２３は、蒸気タービン１２１ａを駆動させた蒸気を水に戻す。給水ポンプ１２４は、復水器１２３中の水を排熱回収ボイラー１１０ｎに戻す。煙突６０は、排熱回収ボイラー１１０ｎを通過した排気ガスＥＧを大気に放出する。

【0059】

ガスタービン１０は、空気Ａを圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１で圧縮された空気中で燃料Ｆを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器２１と、高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービン３１と、を備えている。圧縮機１１は、軸線を中心として回転する圧縮機ロータ１３と、この圧縮機ロータ１３を回転可能に覆う圧縮機ケーシング１７と、有している。タービン３１は、燃焼器２１からの燃焼ガスにより、軸線を中心として回転するタービンロータ３３と、このタービンロータ３３を回転可能に覆うタービンケーシング３７と、を有している。タービンロータ３３は、軸線と平行な軸方向に延びるロータ軸３４と、このロータ軸３４の外周に固定されている複数の動翼３５と、を有している。タービンケーシング３７の内周面には、複数の静翼３８が固定されている。タービンケーシング３７の内周面とロータ軸３４の外周面との間は、燃焼器２１からの燃焼ガスが通る燃焼ガス流路を成す。

【0060】

燃焼器２１は、タービンケーシング３７に固定されている。タービンロータ３３と圧縮機ロータ１３とは、同一の軸線を中心として回転するもので、相互に連結されて、ガスタービンロータ４０を成している。このガスタービンロータ４０には、前述の発電機４１のロータが接続されている。

【0061】

本実施形態では、蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃとして、低圧蒸気タービン１２１ａと高圧蒸気タービン１２１ｃとを有している。低圧蒸気タービン１２１ａ、高圧蒸気タービン１２１ｃには、それぞれ、発電機１２２ａ，１２２ｃが接続されている。なお、ここでは、各蒸気タービン１２１ａ，１２１ｃに発電機１２２ａ，１２２ｃを接続している。しかしながら、低圧蒸気タービン１２１ａ、高圧蒸気タービン１２１ｃのロータを互いに接続し、合計２基の蒸気タービンに対して、１基の発電機を接続してもよい。

【0062】

排熱回収ボイラー１１０ｎは、ボイラー外枠１１９と、低圧蒸気ＬＳを発生する低圧蒸気発生部１１１ａ１と、高圧蒸気ＨＳを発生する高圧蒸気発生部１１１ｃと、を有している。低圧蒸気発生部１１１ａ１及び高圧蒸気発生部１１１ｃは、いずれも、少なくとも一部がボイラー外枠１１９内に設定されている。

【0063】

ボイラー外枠１１９は、タービンケーシング３７の排気口及び煙突６０に接続されている。このため、ボイラー外枠１１９内には、タービンロータ３３を回転させた燃焼ガスが排気ガスＥＧとしてガスタービン１０から流入する。この排気ガスＥＧは、ボイラー外枠１１９内を通って、ボイラー外枠１１９の排気口１１９ｅから煙突６０を経て、大気に放出される。本実施形態では、ボイラー外枠１１９の排気口側を排気ガスＥＧの流れの下流側とし、その反対側を上流側とする。

【0064】

低圧蒸気発生部１１１ａ１は、高圧蒸気発生部１１１ｃよりも下流側に配置されている。この低圧蒸気発生部１１１ａ１は、水を加熱する低圧節炭器１１２ａと、低圧節炭器１１２ａで加熱された水を蒸気にする低圧蒸発器（最下流蒸発器）１１３ａと、低圧蒸発器１１３ａで発生した蒸気を過熱して低圧蒸気ＬＳを生成する低圧過熱器１１４ａと、を有している。本実施形態の低圧蒸気発生部１１１a１は、さらに、低温熱交換器１１５aを有している。低圧過熱器１１４ａ、低圧節炭器１１２ａ及び低温熱交換器１１５aは、いずれも、ボイラー外枠１１９内に設置されている。低圧蒸発器１１３ａの一部である蒸発ドラムは、ボイラー外枠１１９外に設置されている。一方、低圧蒸発器１１３ａの他の一部である伝熱管は、ボイラー外枠１１９内に設置されている。低圧蒸気発生部１１１ａ１を構成する各要素は、下流側に向かって、低圧過熱器１１４ａ、低圧蒸発器１１３ａ、低圧節炭器１１２ａ、低温熱交換器１１５ａの順序で並んでいる。

【0065】

低温熱交換器１１５ａの上流側端は、低圧節炭器１１２ａにフランジ接続されている。つまり、低温熱交換器１１５ａの低圧節炭器１１２ａ側の端にはフランジが設けられ、低圧節炭器１１２ａの低温熱交換器１１５ａ側の端にもフランジが設けられ、両フランジがボルトで接続されている。低温熱交換器１１５ａの下流側端には、外部から水を受け入れる流入口１１５ｉが形成されている。この低温熱交換器１１５ａは、低圧節炭器１１２ａを形成する材料よりも、燃焼ガスの凝縮液に対する耐腐食性の高い材料で形成されている。低圧節炭器１１２ａは、例えば、炭素鋼等で形成されている。一方、低温熱交換器１１５ａは、クロムやニッケル等、耐食性を高める金属を含む合金、例えば、ステンレス等で形成されている。

【0066】

高圧蒸気発生部１１１ｃは、低圧節炭器１１２ａで加熱された水を昇圧する高圧ポンプ１１６ｃと、この高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水を加熱する高圧節炭器１１２ｃと、高圧節炭器１１２ｃで加熱された水を蒸気にする高圧蒸発器１１３ｃと、高圧蒸発器１１３ｃで発生した蒸気を過熱して高圧蒸気ＨＳを生成する高圧過熱器１１４ｃと、を有している。高圧過熱器１１４ｃ、高圧節炭器１１２ｃは、いずれも、ボイラー外枠１１９内に設置されている。高圧蒸発器１１３ｃの一部である蒸発ドラムは、ボイラー外枠１１９外に設置されている。一方、高圧蒸発器１１３ｃの他の一部である伝熱管は、ボイラー外枠１１９内に設置されている。また、高圧ポンプ１１６ｃは、ボイラー外枠１１９外に設置されている。高圧蒸気発生部１１１ｃを構成する各要素は、下流側に向かって、高圧過熱器１１４ｃ、高圧蒸発器１１３ｃ、高圧節炭器１１２ｃの順序で並んでいる。低圧節炭器１１２ａには、ここで加熱された水を低圧蒸発器１１３ａに導く低圧水ライン１１７が接続されている。この低圧水ライン１１７は、途中で分岐している。この分岐しているラインは、低圧水分岐ライン１１７ｃとして高圧節炭器１１２ｃに接続されている。この低圧水分岐ライン１１７ｃには、高圧ポンプ１１６ｃが設けられている。

【0067】

復水器１２３と低温熱交換器１１５ａの流入口１１５ｉとは、給水ライン１３１で接続されている。この給水ライン１３１には、前述の給水ポンプ１２４が設けられている。低圧過熱器１１４ａと低圧蒸気タービン１２１ａの蒸気入口とは、低圧過熱器１１４ａからの低圧蒸気ＬＳを低圧蒸気タービン１２１ａに送る低圧蒸気ライン１３２で接続されている。低圧蒸気タービン１２１ａの蒸気出口と復水器１２３とは、低圧蒸気タービン１２１ａを駆動させた低圧蒸気ＬＳが復水器１２３に供給されるよう互いに接続されている。高圧過熱器１１４ｃと高圧蒸気タービン１２１ｃの蒸気入口とは、高圧過熱器１１４ｃからの高圧蒸気ＨＳを高圧蒸気タービン１２１ｃに送る高圧蒸気ライン１３８で接続されている。高圧蒸気タービン１２１ｃの蒸気出口には、高圧蒸気回収ライン１３９が接続されている。この高圧蒸気回収ライン１３９は、低圧蒸気ライン１３２に合流している。

【0068】

低圧水分岐ライン１１７ｃは、高圧ポンプ１１６ｃよりも高圧節炭器１１２ｃ側で分岐している。この分岐しているラインは、低圧水循環ライン１１８ｃとして、給水ライン１３１中で給水ポンプ１２４よりも低温熱交換器１１５ａ側の位置に接続されている。低圧水循環ライン１１８ｃには、ここを流れる水の流量を調節する流量調節弁１２６が設けられている。給水ライン１３１中で、低圧水循環ライン１１８ｃとの接続位置よりも低温熱交換器１１５ａ側に位置には、ここを流れる水の温度を検知する温度計１２７が設けられている。流量調節弁１２６は、この温度計１２７で検知された水の温度に応じて、低圧水循環ライン１１８ｃを流れる水の流量を調節する。低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部を給水ライン１３１中に導く温水ラインは、低圧水ライン１１７の一部、低圧水分岐ライン１１７ｃの一部、及び低圧水循環ライン１１８ｃで構成される。

【0069】

次に、本実施形態の蒸気発生プラントの動作について説明する。

【0070】

ガスタービン１０の圧縮機１１は、空気Ａを圧縮し、圧縮した空気Ａを燃焼器２１に供給する。また、燃焼器２１には、燃料Ｆも供給される。燃焼器２１内では、圧縮された空気Ａ中で燃料Ｆが燃焼して、高温高圧の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスは、燃焼器２１からタービン３１内の燃焼ガス流路に送られ、タービンロータ３３を回転させる。このタービンロータ３３の回転で、ガスタービン１０に接続されている発電機４１は発電する。

【0071】

タービンロータ３３を回転させた燃焼ガスは、排気ガスＥＧとしてガスタービン１０から排気され、排熱回収ボイラー１１０ｎを介して、煙突６０から大気に放出される。排熱回収ボイラー１１０ｎは、ガスタービン１０からの排気ガスＥＧが排熱回収ボイラー１１０ｎを通る過程で、この排気ガスＥＧに含まれている熱を回収する。

【0072】

排熱回収ボイラー１１０ｎ中で、最も下流側の低温熱交換器１１５ａには、給水ライン１３１から水が供給される。この低温熱交換器１１５ａに供給される水は、復水器１２３からの水の他、場合によって低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部が含まれる。低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部は、低圧水分岐ライン１１７ｃ及び低圧水循環ライン１１８ｃを介して、給水ライン１３１に流入する。低圧水循環ライン１１８ｃに設けられている流量調節弁１２６は、温度計１２７で検知された水の温度が排気ガスＥＧの露点温度以上にならない範囲内で、低圧節炭器１１２ａで加熱された水を給水ライン１３１に送る。よって、低温熱交換器１１５ａには、排気ガスＥＧの露点温度未満の水が供給される。

【0073】

なお、排気ガスＥＧの露点温度は、例えば、４５〜５０℃程度である。但し、この露点温度は、一例であり、ガスタービン１０の燃焼器２１で燃焼する燃料Ｆの物性等が変われば、排気ガスＥＧの露点温度は、５０℃よりも高くなる場合もあれば、４５℃より低くなることもある。排気ガスＥＧの露点温度が、前述した４５〜５０℃程度の場合、低温熱交換器１１５ａには、例えば、３５〜４０℃の水が供給される。

【0074】

低温熱交換器１１５ａは、排気ガスＥＧと内部を流れる水とを熱交換させることにより、水を加熱する一方で、排気ガスＥＧを冷却する（低温熱交換工程）。低温熱交換器１１５ａでは、排気ガスＥＧの露点温度未満の温度の水をこの露点温度よりも高い温度にまで加熱する。また、低温熱交換器１１５ａでは、低温熱交換器１１５ａの少なくとも一部、例えば、低温熱交換器１１５ａの表面中の局所で、排気ガスＥＧが凝縮するまで排気ガスＥＧを冷却する。但し、ここでは、低温熱交換器１１５ａを通過した排気ガスＥＧの温度は、平均するとその露点温度以上である。すなわち、この低温熱交換器１１５ａは、排気ガスＥＧと内部を流れる水とを熱交換させることにより、水を加熱する一方で、低温熱交換器１１５ａの少なくとも一部で排気ガスＥＧが凝縮するまで排気ガスＥＧを冷却する熱交換能力を有する。

【0075】

低温熱交換器１１５ａで加熱された水は、低圧節炭器１１２ａに流入する。低圧節炭器１１２ａでも、排気ガスＥＧと内部を流れる水とを熱交換させることにより、水を加熱する一方で排気ガスＥＧを冷却する（節炭器熱交換工程）。低圧節炭器１１２ａでは、排気ガスＥＧの露点温度よりも高い温度の水をさらに高い温度にまで加熱する。また、低圧節炭器１１２ａでは、排気ガスＥＧをその露点温度より高い温度にまで冷却する。よって、露点温度よりも高い温度の排気ガスＥＧが前述の低温熱交換器１１５ａへ流れてゆく。

【0076】

低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部は、低圧蒸発器１１３ａでさらに加熱されて蒸気になる。この蒸気は、低圧過熱器１１４ａでさらに過熱されて低圧蒸気ＬＳとして、低圧蒸気ライン１３２を介して低圧蒸気タービン１２１ａに供給される。低圧蒸気タービン１２１ａを駆動させた蒸気は、復水器１２３で水に戻る。復水器１２３中の水は、給水ポンプ１２４で昇圧され、給水ライン１３１を経て、排熱回収ボイラー１１０ｎの低温熱交換器１１５ａに送られる。

【0077】

低圧節炭器１１２ａで加熱された水の他の一部は、高圧ポンプ１１６ｃで昇圧される。高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水の一部は、低圧水循環ライン１１８ｃを介して、前述したように、給水ライン１３１に供給される。また、高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水の他の一部は、低圧水分岐ライン１１７ｃを介して、高圧節炭器１１２ｃに送られる。

【0078】

高圧節炭器１１２ｃは、高圧ポンプ１１６ｃから送られてきた水を排気ガスＥＧと熱交換させて加熱する。高圧節炭器１１２ｃで加熱された水は、高圧蒸発器１１３ｃでさらに加熱されて蒸気になる。この蒸気は、高圧過熱器１１４ｃでさらに過熱されて高圧蒸気ＨＳとなる。この高圧蒸気ＨＳは、高圧蒸気ライン１３８を介して高圧蒸気タービン１２１ｃに供給され、高圧蒸気タービン１２１ｃを駆動する。高圧蒸気タービン１２１ｃを駆動させた蒸気は、高圧蒸気回収ライン１３９及び低圧蒸気ライン１３２を経て、低圧蒸気タービン１２１ａに供給され、低圧蒸気タービン１２１ａを駆動する。低圧蒸気タービン１２１ａを駆動させた蒸気は、前述したように、復水器１２３で水に戻る。

【0079】

本実施形態では、低温熱交換器１１５ａにより、低温の排気ガスＥＧ中から熱を回収することができる。特に、本実施形態では、低温熱交換器１１５ａの一部で、排気ガスＥＧを凝縮させるので、排気ガスＥＧ中に含まれる水分の潜熱も回収することができる。よって、本実施形態では、排気ガスＥＧ中の熱を有効利用することができ、蒸気発生プラントの効率を高めることができる。

【0080】

また、本実施形態では、新規にボイラーを設置する場合のみならず、既設のボイラーを改造するにあたり、以上で説明した低温熱交換器１１５ａを追設することで、既設のボイラーの効率を高めることができる。

【0081】

本実施形態では、以上のように、低温熱交換器１１５ａの一部で、排気ガスＥＧを凝縮させる。本実施形態では、低温熱交換器１１５ａを排気ガスＥＧの凝縮液に対して耐食性の高いステンレス等で形成しているので、凝縮液による低温熱交換器１１５ａの腐食を抑えることができる。また、本実施形態では、低温熱交換器１１５ａを低圧節炭器１１２ａとフランジ接続しているため、容易にこの低温熱交換器１１５ａと低圧節炭器１１２ａとの接続を解除すことができる。このため、本実施形態では、仮に、低温熱交換器１１５ａが腐食による損傷が大きくなっても、容易に、この低温熱交換器１１５ａを新たな低温熱交換器１１５ａと交換することができる。また、低圧節炭器１１２ａとは別に低温熱交換器１１５ａを設けて、両者を接続することにより、排気ガスＥＧが凝縮し得る低温熱交換器１１５ａのみを耐食性の高い材料とし、低圧節炭器１１２ａは一般の材料とすることができる。こうすることで、高価な耐食性の高い材料を用いる箇所を低温熱交換器１１５ａに限定して、コストを削減しつつ、腐食を防止することができる。

【0082】

ここで、本実施形態では、低温熱交換器１１５ａをステンレス等の耐食性の高い材料で形成すると共に、この低温熱交換器１１５ａを低圧節炭器１１２ａとフランジ接続している。しかしながら、低温熱交換器１１５ａをステンレス等の耐食性の高い材料で形成する場合には、この低温熱交換器１１５ａを低圧節炭器１１２ａとフランジ接続しなくてもよい。また、低温熱交換器１１５ａを低圧節炭器１１２ａとフランジ接続する場合には、この低温熱交換器１１５ａをステンレス等の耐食性の高い材料で形成しなくてもよい。

【0083】

また、本実施形態では、低温熱交換器１１５ａで、露点温度よりも高い温度の排気ガスＥＧを露点温度以上の温度にまで冷却する。しかしながら、低温熱交換器で、露点温度よりも高い温度の排気ガスＥＧ、又は露点温度以上の温度の排気ガスＥＧを露点温度未満にまで冷却してもよい。このように、低温熱交換器を変更する場合、低温熱交換器に流入する水の温度が本実施形態と同じ場合には、この低温熱交換器の伝熱面積を本実施形態の低温熱交換器１１５ａの伝熱面積よりも大きくする必要がある。このように、低温熱交換器で、排気ガスＥＧを露点温度未満にまで冷却すると、排気ガスＥＧ中に含まれる水分の潜熱を本実施形態よりも回収することができる。

【0084】

「第二実施形態」
図２を参照して、本発明に係るボイラー、及びこのボイラーを備える蒸気発生プラントの第二実施形態について説明する。

【0085】

本実施形態の蒸気発生プラントは、第一実施形態における蒸気発生プラントにおける低温熱交換器１１５ａと低圧節炭器１１２ａとを一体化し、これを低圧節炭器１１２ｄとしたももので、その他の構成は第一実施形態と同様である。このため、本実施形態の排熱回収ボイラー１１０ｏにおける低圧蒸気発生部１１１ａ２は、低圧節炭器１１２ｄと低圧蒸発器１１３ａと低圧過熱器１１４ａとを有し、機器として独立した低温熱交換器を有していない。

【0086】

本実施形態の低圧節炭器１１２ｄの下流側端には、外部から水を受け入れる流入口１１２ｉが形成されている。給水ライン１３１は、この流入口１１２ｉに接続されている。この給水ライン１３１にも、第一実施形態の蒸気発生プラントと同様、低圧水循環ライン１１８ｃが接続されている。この低圧水循環ライン１１８ｃは、第一実施形態と同様、低圧節炭器１１２ｄで加熱された水の一部を給水ライン１３１中に導く温水ラインの一部を構成する。低圧水循環ライン１１８ｃには、ここを流れる水の流量を調節する流量調節弁１２６が設けられている。給水ライン１３１中で、低圧水循環ライン１１８ｃとの接続位置よりも低温熱交換器１１５ａ側に位置には、ここを流れる水の温度を検知する温度計１２７が設けられている。

【0087】

次に、本実施形態の蒸気発生プラントの動作について説明する。

【0088】

排熱回収ボイラー１１０ｏ中で、最も下流側の低圧節炭器１１２ｄには、給水ライン１３１から水が供給される。この低圧節炭器１１２ｄに供給される水は、復水器１２３からの水の他、場合によってこの低圧節炭器１１２ｄで加熱された水の一部が含まれる。低圧節炭器１１２ｄで加熱された水の一部は、低圧水分岐ライン１１７ｃ及び低圧水循環ライン１１８ｃを介して、給水ライン１３１に流入する。低圧水循環ライン１１８ｃに設けられている流量調節弁１２６は、温度計１２７で検知された水の温度が排気ガスＥＧの露点温度以上にならない範囲内で、低圧節炭器１１２ｄで加熱された水を給水ライン１３１に送る。よって、低圧節炭器１１２ｄには、排気ガスＥＧの露点温度未満の水が供給される。

【0089】

低圧節炭器１１２ｄは、排気ガスＥＧと内部を流れる水とを熱交換させることにより、水を加熱する一方で、排気ガスＥＧを冷却する（節炭器熱交換工程）。低圧節炭器１１２ｄでは、排気ガスＥＧの露点温度未満の温度の水をこの露点温度よりも高い温度にまで加熱する。また、低圧節炭器１１２ｄでは、低温熱交換器１１５ａでは、低温熱交換器１１５ａの少なくとも一部、例えば、低温熱交換器１１５ａの表面中の局所で、排気ガスＥＧが凝縮するまで排気ガスＥＧを冷却する。但し、ここでは、低温熱交換器１１５ａを通過した排気ガスＥＧの温度は、平均するとその露点温度以上である。すなわち、この低圧節炭器１１２ｄは、排気ガスＥＧと内部を流れる水とを熱交換させることにより、水を加熱する一方で、低圧節炭器１１２ｄの少なくとも一部で排気ガスＥＧが凝縮するまで排気ガスＥＧを冷却する熱交換能力を有する。よって、本実施形態の低圧節炭器１１２ｄの伝熱面積は、第一実施形態の蒸気発生プラントにおける低圧節炭器１１２ａの伝熱面積より大きい。

【0090】

低圧節炭器１１２ｄで加熱された水の一部は、第一実施形態の蒸気発生プラントと同様、低圧蒸発器１１３ａでさらに加熱されて蒸気になる。この蒸気は、低圧過熱器１１４ａでさらに過熱されて低圧蒸気ＬＳとして、低圧蒸気ライン１３２を介して低圧蒸気タービン１２１ａに供給される。低圧節炭器１１２ｄで加熱された水の他の一部は、高圧ポンプ１１６ｃで昇圧される。高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水の一部は、低圧水循環ライン１１８ｃを介して、前述したように、給水ライン１３１に供給される。また、高圧ポンプ１１６ｃで昇圧された水の他の一部は、低圧水分岐ライン１１７ｃを介して、高圧節炭器１１２ｃに送られる。

【0091】

本実施形態でも、低圧節炭器１１２ｄにより、低温の排気ガスＥＧ中から熱を回収することができる。特に、本実施形態では、低圧節炭器１１２ｄの一部で、排気ガスＥＧを凝縮させるので、排気ガスＥＧ中に含まれる水分の潜熱も回収することができる。よって、本実施形態でも、排気ガスＥＧ中の熱を有効利用することができ、蒸気発生プラントの効率を高めることができる。

【0092】

ここで、本実施形態では、低圧節炭器１１２ｄで、露点温度よりも高い温度の排気ガスＥＧを露点温度以上の温度にまで冷却する。しかしながら、低圧節炭器で、露点温度よりも高い温度の排気ガスＥＧを露点温度未満にまで冷却してもよい。このように、低圧節炭器を変更する場合、低圧節炭器に流入する水の温度が本実施形態と同じ場合には、この低圧節炭器の伝熱面積を本実施形態の低圧節炭器１１２ｄの伝熱面積よりも大きくする必要がある。このように、低圧節炭器で、排気ガスＥＧを露点温度未満にまで冷却すると、排気ガスＥＧ中に含まれる水分の潜熱を本実施形態よりも回収することができる。

【0093】

「第三実施形態」
図３を参照して、本発明に係るボイラー、及びこのボイラーを備える蒸気発生プラントの第三実施形態について説明する。

【0094】

本実施形態の蒸気発生プラントは、第一実施形態における蒸気発生プラントに、低圧節炭器１１２ａで加熱された水の熱を用いて駆動する低沸点媒体ランキンサイクル１５０を追加したものである。

【0095】

ランキンサイクルは、蒸気でタービンを駆動するサイクルである。一方、低沸点媒体ランキンサイクル１５０は、水よりも沸点の低い媒体（以下、低沸点媒体とする）を用いてタービン１５２を駆動するサイクルである。

【0096】

低沸点媒体としては、例えば、以下の物質がある。
・トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、パーフルオロデカリン等の有機ハロゲン化合物
・ブタン、プロパン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン等のアルカン
・シクロペンタン、シクロヘキサン等の環状アルカン
・チオフェン、ケトン、芳香族化合物
・Ｒ１３４ａ、Ｒ２４５ｆａ等の冷媒
・以上を組み合わせたもの

【0097】

低沸点媒体ランキンサイクル１５０は、液体の低沸点媒体を加熱して蒸発させる蒸発器（加熱器）１５１と、蒸発した低沸点媒体で駆動するタービン１５２と、凝縮器１５３と、低沸点媒体ポンプ１５４と、を備えている。タービン１５２には、例えば、このタービン１５２の駆動で発電する発電機１５９が接続されている。凝縮器１５３は、タービン１５２を駆動させた低沸点媒体を冷却して凝縮させる。この凝縮器１５３は、熱交換器の一種で、低沸点媒体と水等の冷却媒体とを熱交換させる。低沸点媒体ポンプ１５４は、凝縮器１５３で凝縮した低沸点媒体を蒸発器１５１に戻す。蒸発器（加熱器）１５１も、熱交換器の一種で、液体の低沸点媒体と低圧節炭器１１２ａで加熱された液体の水とを熱交換させる。

【0098】

低沸点媒体ランキンサイクル１５０の蒸発器１５１には、低圧水循環ライン１１８ｃが接続されている。具体的には、蒸発器１５１の加熱水入口が低圧水循環ライン１１８ｃの低圧節炭器１１２ａ側と接続され、蒸発器１５１の加熱水出口が低圧水循環ライン１１８ｃの給水ライン１３１側と接続されている。この低圧水循環ライン１１８ｃ中で蒸発器１５１と給水ライン１３１との間には、流量調節弁１２６が設けられている。

【0099】

低圧節炭器１１２ａで加熱された水の一部は、高圧ポンプ１１６ｃで昇圧されてから、低圧水循環ライン１１８ｃを介して、低沸点媒体ランキンサイクル１５０の蒸発器１５１に供給される（加熱水導入工程）。

【0100】

蒸発器１５１では、液体の低沸点媒体と低圧節炭器１１２ａで加熱された水とを熱交換させ、低沸点媒体を加熱し、この低沸点媒体を蒸発させる（加熱工程）。この過程で、水は、冷却されて、蒸発器１５１の加熱水出口から流出する。蒸発器１５１の加熱水出口から流出した水は、低圧水循環ライン１１８ｃを介して、給水ライン１３１に流入する。この水は、復水器１２３からの水と混ざり合って、給水ライン１３１を流れ、低温熱交換器１１５ａに戻る（水回収工程）。

【0101】

蒸発器１５１で蒸発した低沸点媒体は、低沸点媒体ランキンサイクル１５０の構成要素であるタービン１５２を駆動させる。タービン１５２を駆動させた低沸点媒体は、凝縮器１５３に送られる。この凝縮器１５３では、低沸点媒体と冷却媒体とが熱交換され、低沸点媒体が冷却されて凝縮する。凝縮した低沸点媒体は、低沸点媒体ポンプ１５４により蒸発器１５１に送られ、前述したように、この蒸発器１５１で水と熱交換する。以上のように、低沸点媒体は、低沸点媒体ランキンサイクル１５０内で循環する（ランキンサイクル実行工程）。

【0102】

以上のように、本実施形態では、排気ガスＥＧの熱を利用して低沸点媒体ランキンサイクル１５０を駆動させることで、プラントの出力及び効率を高めることができる。

【0103】

なお、本実施形態は、蒸気発生プラントの第一実施形態に低沸点媒体ランキンサイクル１５０を追加したものであるが、蒸気発生プラントの第二実施形態に低沸点媒体ランキンサイクル１５０を追加してもよい。

【0104】

また、ここで例示した低沸点媒体ランキンサイクル１５０は、低沸点媒体ランキンサイクルのもっとも基本的な態様であるが、他の態様の低沸点媒体ランキンサイクルを採用してもよい。例えば、以上の実施形態における低沸点媒体ランキンサイクル１５０に、凝縮器１５３で凝縮した低沸点媒体とタービン１５２を駆動させた低沸点媒体とを熱交換させて、凝縮した低沸点媒体を加熱する予熱器を追加してもよい。また、凝縮器１５３に対して、複数の蒸発器１５１を直列又は並列に接続し、複数の蒸発器１５１毎にタービン１５２を設けてもよい。

【0105】

「第四実施形態」
図４を参照して、本発明に係るボイラー、及びこのボイラーを備える蒸気発生プラントの第四実施形態について説明する。

【0106】

本実施形態は、上記第三実施形態の変形例である。上記第三実施形態では、低温熱交換器１１５ａをボイラー外枠１１９内に設置している。本実施形態では、低温熱交換器１１５ａを煙突６０内に設置している。ボイラー外枠１１９の下流端には、煙道６１が接続されている。この煙道６１の下流端には、煙突６０が接続されている。ボイラー外枠１１９からの排気ガスＥＧは、煙道６１内及び煙突６０内を通って、煙突６０から大気に放出される。

【0107】

本実施形態における低温熱交換器１１５ａの流入口１１５ｉには、上記第一及び第三実施形態と同様、給水ライン１３１が接続されている。この低温熱交換器１１５ａの上流側端は、ボイラー外枠１１９内の低圧節炭器１１２ａに接続されている。なお、この低温熱交換器１１５ａの上流側端と低圧節炭器１１２ａとの接続は、上記第一及び第三実施形態と同様、フランジ接続であってもよいが、溶接接続であってもよい。また、この低温熱交換器１１５ａは、第一及び第三実施形態と同様、低圧節炭器１１２ａを形成する材料よりも耐食性の高い材料で形成してもよい。

【0108】

本実施形態では、給水ライン１３１からの水が、煙突６０内の低温熱交換器１１５ａに供給される。低温熱交換器１１５ａは、煙突６０内の排気ガスＥＧと内部を流れる水とを熱交換させることにより、水を加熱する一方で、排気ガスＥＧを冷却する（低温熱交換工程）。低温熱交換器１１５ａでは、排気ガスＥＧの露点温度未満の温度の水をこの露点温度よりも高い温度にまで加熱する。また、低温熱交換器１１５ａでは、低温熱交換器１１５ａの少なくとも一部、例えば、低温熱交換器１１５ａの表面中の局所で、排気ガスＥＧが凝縮するまで排気ガスＥＧを冷却する。すなわち、この低温熱交換器１１５ａも、第一及び第三実施形態と同様、排気ガスＥＧと内部を流れる水とを熱交換させることにより、水を加熱する一方で、低温熱交換器１１５ａの少なくとも一部で排気ガスＥＧが凝縮するまで排気ガスＥＧを冷却する熱交換能力を有する。

【0109】

低温熱交換器１１５ａで加熱された水は、低圧節炭器１１２ａに流入する。低圧節炭器１１２ａでも、以上の各実施形態と同様、排気ガスＥＧと内部を流れる水とを熱交換させることにより、水を加熱する一方で排気ガスＥＧを冷却する（節炭器熱交換工程）。低圧節炭器１１２ａでは、排気ガスＥＧの露点温度よりも高い温度の水をさらに高い温度にまで加熱する。また、低圧節炭器１１２ａでは、排気ガスＥＧをその露点温度より高い温度にまで冷却する。

【0110】

本実施形態も、第三実施形態と同様に、低沸点媒体ランキンサイクル１５０を備えているので、排気ガスＥＧの熱を利用して低沸点媒体ランキンサイクル１５０を駆動させることで、プラントの出力及び効率を高めることができる。

【0111】

さらに、本実施形態では、煙突６０内に低温熱交換器１１５ａを設置したので、ボイラー外枠１１９を延長して、このボイラー外枠１１９内に低温熱交換器１１５ａを設置する場合と比較して、ボイラー外枠１１９の延長作業を省くことができると共に、蒸気発生プラントの設置スペースを抑えることができる。

【0112】

「第五実施形態」
図５を参照して、本発明に係るボイラー、及びこのボイラーを備える蒸気発生プラントの第五実施形態について説明する。

【0113】

本実施形態は、上記第三実施形態の変形例である。上記第三実施形態では、低温熱交換器１１５ａをボイラー外枠１１９内に設置している。本実施形態では、低温熱交換器１１５ａを煙道６１内に設置している。ボイラー外枠１１９の下流端には、煙道６１が接続されている。この煙道６１の下流端には、煙突６０が接続されている。ボイラー外枠１１９からの排気ガスＥＧは、煙道６１内及び煙突６０内を通って、煙突６０から大気に放出される。

【0114】

本実施形態における低温熱交換器１１５ａの流入口１１５ｉには、上記第一実施形態等と同様、給水ライン１３１が接続されている。この低温熱交換器１１５ａの上流側端は、ボイラー外枠１１９内の低圧節炭器１１２ａに接続されている。なお、この低温熱交換器１１５ａの上流側端と低圧節炭器１１２ａとの接続は、上記第一及び第三実施形態と同様、フランジ接続であってもよいが、溶接接続であってもよい。また、この低温熱交換器１１５ａは、第一及び第三実施形態と同様、低圧節炭器１１２ａを形成する材料よりも耐食性の高い材料で形成してもよい。

【0115】

本実施形態では、給水ラインからの水が、煙道６１内の低温熱交換器１１５ａに供給される。低温熱交換器１１５ａは、煙道６１内の排気ガスＥＧと内部を流れる水とを熱交換させることにより、水を加熱する一方で、排気ガスＥＧを冷却する（低温熱交換工程）。低温熱交換器１１５ａでは、排気ガスＥＧの露点温度未満の温度の水をこの露点温度よりも高い温度にまで加熱する。また、低温熱交換器１１５ａでは、低温熱交換器１１５ａの少なくとも一部、例えば、低温熱交換器１１５ａの表面中の局所で、排気ガスＥＧが凝縮するまで排気ガスＥＧを冷却する。すなわち、この低温熱交換器１１５ａも、第一及び第三実施形態と同様、排気ガスＥＧと内部を流れる水とを熱交換させることにより、水を加熱する一方で、低温熱交換器１１５ａの少なくとも一部で排気ガスＥＧが凝縮するまで排気ガスＥＧを冷却する熱交換能力を有する。

【0116】

低温熱交換器１１５ａで加熱された水は、低圧節炭器１１２ａに流入する。低圧節炭器１１２ａでも、以上の各実施形態と同様、排気ガスＥＧと内部を流れる水とを熱交換させることにより、水を加熱する一方で排気ガスＥＧを冷却する（節炭器熱交換工程）。低圧節炭器１１２ａでは、排気ガスＥＧの露点温度よりも高い温度の水をさらに高い温度にまで加熱する。また、低圧節炭器１１２ａでは、排気ガスＥＧをその露点温度より高い温度にまで冷却する。

【0117】

本実施形態も、第三実施形態と同様に、低沸点媒体ランキンサイクル１５０を備えているので、排気ガスＥＧの熱を利用して低沸点媒体ランキンサイクル１５０を駆動させることで、プラントの出力及び効率を高めることができる。

【0118】

さらに、本実施形態では、煙道６１内に低温熱交換器１１５ａを設置したので、ボイラー外枠１１９を延長して、このボイラー外枠１１９内に低温熱交換器１１５ａを設置する場合と比較して、第四実施形態と同様、ボイラー外枠１１９の延長作業を省くことができると共に、蒸気発生プラントの設置スペースを抑えることができる。

【0119】

なお、上記第四実施形態及び本実施形態は、いずれも、上記第三実施形態の変形例であるが、上記第一実施形態においても、低温熱交換器１１５ａを煙道内又は煙突内に設置してもよい。

【0120】

「第六実施形態」
図６を参照して、本発明に係るボイラー、及びこのボイラーを備える蒸気発生プラントの第六実施形態について説明する。

【0121】

本実施形態は、上記第三実施形態の変形例である。上記第三実施形態では、低沸点媒体ランキンサイクル１５０の蒸発器１５１における加熱水出口と給水ライン１３１とを、低圧水循環ライン１１８ｃで接続している。本実施形態では、低圧節炭器１１２ａと低温熱交換器１１５ａとの間のラインと、低沸点媒体ランキンサイクル１５０の蒸発器１５１における加熱水出口とを、低圧水循環ライン１１８ｄで接続する。

【0122】

本実施形態では、低沸点媒体ランキンサイクル１５０の蒸発器１５１でも、第三実施形態と同様、液体の低沸点媒体と低圧節炭器１１２ａで加熱された水とを熱交換させ、低沸点媒体を加熱し、この低沸点媒体を蒸発させる（加熱工程）。この過程で、水は、冷却されて、蒸発器１５１の加熱水出口から流出する。蒸発器１５１の加熱水出口から流出した水は、低圧水循環ライン１１８ｄを介して、低圧節炭器１１２ａに流入する（水回収工程）。この低圧節炭器１１２ａには、低温熱交換器１１５ａで加熱された水も流入する。

【0123】

低沸点媒体ランキンサイクル１５０の蒸発器１５１で、液体の低沸点媒体との熱交換後の水の温度が、低圧節炭器１１２ａの入口温度に近い場合には、本実施形態のように、低沸点媒体ランキンサイクル１５０の蒸発器１５１で、液体の低沸点媒体との熱交換後の水を低圧節炭器１１２ａと低温熱交換器１１５ａとの間に戻すことが好ましい。これは、低温熱交換器１１５ａでの熱回収量が増加するからである。

【0124】

なお、本実施形態は、第三実施形態に適用したものであるが、第四実施形態及び第五実施形態に適用してよい。

【0125】

「第七実施形態」
図７を参照して、本発明に係るボイラー、及びこのボイラーを備える蒸気発生プラントの第七実施形態について説明する。

【0126】

以上で説明した各実施形態の蒸気発生プラントにおけるボイラーは、いずれも排熱回収ボイラーである。しかしながら、ボイラーは、排熱回収ボイラーでなくてもよく、自ら燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成するものであってもよい。本実施形態の蒸気発生プラントは、このようなボイラーを備えているプラントである。

【0127】

本実施形態の蒸気発生プラントは、ボイラー１１０ｐと、ボイラー１１０ｐで発生した蒸気で駆動する蒸気タービン１２１ｐと、蒸気タービン１２１ｐの駆動で発電する発電機１２２ｐと、蒸気タービン１２１ｐを駆動させた蒸気を水に戻す復水器１２３と、復水器１２３中の水をボイラー１１０ｐに戻す給水ポンプ１２４と、を備えている。

【0128】

ボイラー１１０ｐは、ボイラー外枠１１９ｐと、ボイラー外枠１１９ｐ内に燃料を噴射するバーナー１１８ｐと、燃料の燃焼で生成さた燃焼ガスで水を加熱する低温熱交換器１１５ｐと、この低温熱交換器１１５ｐで加熱された水をさらに加熱する節炭器１１２ｐと、節炭器１１２ｐで加熱された水を蒸気にする蒸発器１１３ｐ（最下流蒸発器）と、蒸発器１１３ｐで発生した蒸気を過熱する過熱器１１４ｐと、を有している。過熱器１１４ｐ、節炭器１１２ｐ及び低温熱交換器１１５ｐは、いずれも、ボイラー外枠１１９ｐ内に設置されている。蒸発器１１３ｐの一部である蒸発ドラムは、ボイラー外枠１１９ｐ外に設置されている。一方、蒸発器１１３ｐの他の一部である伝熱管は、ボイラー外枠１１９ｐ内に設置されている。過熱器１１４ｐ、蒸発器１１３ｐ、節炭器１１２ｐ、低温熱交換器１１５ｐは、下流側に向かってこの順序で並んでいる。

【0129】

低温熱交換器１１５ｐの上流側端は、蒸気発生プラントの第一実施形態と同様、節炭器１１２ｐにフランジ接続されている。低温熱交換器１１５ｐの下流側端には、外部から水を受け入れる流入口１１５ｉが形成されている。この低温熱交換器１１５ｐも、節炭器１１２ｐを形成する材料よりも、燃焼ガスの凝縮液に対する耐腐食性の高い材料で形成されている。

【0130】

復水器１２３と低温熱交換器１１５ｐの流入口１１５ｉとは、給水ライン１３１で接続されている。この給水ライン１３１には、前述の給水ポンプ１２４が設けられている。

【0131】

本実施形態でも、低温熱交換器１１５ｐにより、低温の燃焼ガス中から熱を回収することができる。よって、本実施形態では、燃焼ガス中の熱を有効利用することができ、蒸気発生プラントの効率を高めることができる。このように、ボイラーは、排熱回収ボイラーでなくても、蒸気発生器及び節炭器を有するボイラーであれば、いかなるタイプのボイラーであってもよい。よって、例えば、先に説明したガスタービンプラントの各実施形態における排熱回収ボイラーであってもよい。

【0132】

また、本実施形態でも、新規にボイラー１１０ｐを設置する場合のみならず、既設のボイラーを改造するにあたり、以上で説明した低温熱交換器１１５ｐを追設することで、既設のボイラーの効率を高めることができる。

【0133】

ここで、本実施形態でも、低温熱交換器１１５ｐで、露点温度よりも高い温度の燃焼ガスを露点温度以上の温度にまで冷却する。しかしながら、低温熱交換器１１５ｐで、露点温度よりも高い温度の燃焼ガス、又は露点温度以上の温度の燃焼ガスを露点温度未満にまで冷却してもよい。

【0134】

また、本実施形態でも、第四実施形態及び第五実施形態のように、低温熱交換器１１５ｐを煙道内又は煙突内に設置してもよい。

【0135】

また、本実施形態でも、蒸気発生プラントの第二実施形態のように、節炭器１１２ｐと低温熱交換器１１５ｐとを一体化してもよい。

【0136】

また、本実施形態でも、蒸気発生プラントの第三〜第六実施形態のように、低沸点媒体ランキンサイクルを追加してもよい。この場合、例えば、第三実施形態と同様に、節炭器１１２ｐで加熱された水の一部を給水ライン１３１に戻す低圧水循環ライン（温水ライン）を設け、このライン中に低沸点媒体ランキンサイクルの蒸発器等を設ける。又は、例えば、第六実施形態と同様に、節炭器１１２ｐで加熱された水の一部を再び節炭器１１２ｐと低温熱交換器１１５ｐとの間のラインに戻す低圧水循環ライン（温水ライン）を設け、この低圧水循環ライン中に低沸点媒体ランキンサイクルの蒸発器等を設ける。

【0137】

「第八実施形態」
図８を参照して、本発明に係るボイラーの第八実施形態について説明する。

【0138】

本実施形態のボイラー１１０ｎは、第一実施形態のボイラーの変形例である。本実施形態のボイラー１１０ｎは、排気ガスＥＧからミストを分離するミストセパレータ１４１を備えている。

【0139】

本実施形態の低温熱交換器１１５ａも、第一実施形態と同様、ボイラー外枠１１９内であって、低圧節炭器１１２ａに対して燃焼ガスの流れの下流側に設置されている。低温熱交換器１１５ａの上流側端は、低圧節炭器１１２ａにフランジ接続されている。この低温熱交換器１１５ａは、燃焼ガスの流れの上下流方向に並ぶ複数の低温熱交換部１１５ａｐを有する。複数の低温熱交換部１１５ａｐ相互は、フランジ接続されている。例えば、一の低温熱交換部１１５ａｐの下流側の端にフランジが設けられ、この一の低温熱交換部１１５ａｐの下流側に配置されている他の低温熱交換部１１５ａｐの上流側の端にフランジが設けられ、両フランジがボルトで接続されている。

【0140】

ミストセパレータ１４１は、上下流方向で、低温熱交換器１１５ａが配置されている領域内に配置されている。具体的には、上下流方向で複数の低温熱交換部１１５ａｐ相互間のそれぞれに配置されている。ミストセパレータ１４１は、さらに、低温熱交換器１１５ａの下流側にも配置されている。このミストセパレータ１４１は、慣性衝突式のミストセパレータである。具体的には、このミストセパレータ１４１は、複数の衝突板１４２を有している。各衝突板１４２は、上流側端の上下方向の位置と下流側端の上下方向の位置とが異なっている。すなわち、各衝突板１４２は、上下流方向に対して傾斜している。複数の衝突板１４２は、上下方向に間隔をあけて、上下方向に並んで配置されている。

【0141】

なお、ここでは、複数の衝突板１４２が上下方向に並んでいる。しかしながら、複数の衝突板１４２は、ボイラー外枠１１９内での排気ガスＥＧの流れに交差する方向に並んでいればよく、例えば、排気ガスＥＧの流れに直交する水平方向に並んでいてもよい。この場合、各衝突板１４２は、上流側端の水平方向の位置と下流側端の水平方向の位置とが異なることになる。

【0142】

また、本実施形態では、複数の衝突板１４２でミストセパレータ１４１を構成している。しかしながら、ミストセパレータ１４１は、ミストを捕えるための衝突板として役割を担う部材を有すれば、如何なる形態であってもよい。また、ここでは、慣性衝突式のミストセパレータを採用しているが、他の方式のミストセパレータを採用してもよい。

【0143】

ボイラー外枠１１９の底壁の部分であって、ミストセパレータ１４１の下方に位置する部分には、ドレンライン１４５が接続されている。このドレンライン１４５は、ボイラー外枠１１９の底壁の内面の位置で開口している。

【0144】

本実施形態の低温熱交換器１１５ａにも、以上の各実施形態と同様、給水ライン１３１から水が供給される。この低温熱交換器１１５ａには、排気ガスＥＧの露点温度未満の水が供給される。低温熱交換器１１５ａは、排気ガスＥＧと内部を流れる水とを熱交換させることにより、水を加熱する一方で、排気ガスＥＧを冷却する（低温熱交換工程）。水は、燃焼ガスの流れの上下流方向に並ぶ複数の低温熱交換部１１５ａｐ内を燃焼ガスの流れの上流側に流れる過程で、次第に加熱され、最上流の低温熱交換部１１５ａｐ内を通過した水の温度は、排気ガスＥＧの露点温度よりも高い温度になる。排気ガスＥＧは、複数の低温熱交換部１１５ａｐが配置されている領域内を下流側に流れる過程で、次第に冷却される。排気ガスＥＧ中の水分の一部は、前述したように、複数の低温熱交換部１１５ａｐの表面中の局所で凝縮する。しかも、排気ガスＥＧの平均温度は、複数の低温熱交換部１１５ａｐが配置されている領域内を下流側に流れる過程で次第に低下する。このため、低温熱交換器１１５ａが配置されている領域内を排気ガスＥＧが下流側に流れるに連れて、凝縮した水分量が多くなる。凝縮した水分は、ミストとしてボイラー外枠１１９内、さらに下流側の煙道、及び煙突６０内を流れる。

【0145】

凝縮した水分は、腐食性を有する。そこで、本実施形態では、ボイラー外枠１１９や煙道等の腐食を抑えるため、ミストセパレータ１４１により、排気ガスＥＧ中からミストを分離する（ミスト分離工程）。ミストは、ミストセパレータ１４１を構成する衝突板１４２に衝突することで、凝集して液膜になる。この液膜は、下方に流れ落ち、ドレンライン１４５を経て、このドレンライン１４５外に流出する。

【0146】

よって、本実施形態では、低温熱交換器１１５ａが配置されている領域内を流れるミスト量、この低温熱交換器１１５ａよりも下流側を流れるミスト量を減らすことができる。このため、本実施形態では、低温熱交換器１１５ａの腐食、ボイラー外枠１１９で低温熱交換器１１５ａが配置されている部分及びその下流側に部分の腐食、さらに、煙道等の腐食を抑えることができる。

【0147】

また、本実施形態では、複数の低温熱交換部１１５ａｐ相互がフランジ接続されているため、一の低温熱交換部１１５ａｐの腐食が進行した場合でも、この一の低温熱交換部１１５ａｐを容易に新たな低温熱交換部１１５ａｐと交換することができる。

【0148】

なお、本実施形態の低温熱交換器１１５ａは、三つの低温熱交換部１１５ａｐを有する。しかしながら、低温熱交換部１１５ａｐの数は、二つであっても、四つ以上であってもよい。低温の排気ガスＥＧからの熱回収量は、燃焼ガスの流れの上下流方向に並ぶ低温熱交換部１１５ａｐの数が多くなるほど増加する。また、複数の低温熱交換部１１５ａｐの相互間のそれぞれにミストセパレータ１４１を配置する場合、低温熱交換部１１５ａｐの数が多くなるほど、ミストの捕集率が高まると共に、発生したミストを逐次回収することにより排気ガスＥＧ中で凝縮した水分の量を低くすることができる。このため、この場合、ボイラー外枠１１９等の腐食防止効果を高めることができる。一方、低温熱交換部１１５ａｐの数が多くなるほど、設置コストが増加する。よって、排熱回収量の増加及び腐食防止効果と、設備コストの増加とを比較考量して低温熱交換部１１５ａｐの数を定めることが好ましい。

【0149】

また、低温熱交換器１１５ａは、一つのみの低温熱交換部１１５ａｐを有してもよい。この場合、一つの低温熱交換部１１５ａｐの上下流方向における中間部分、必要に応じて、この中間部分よりも下流側にミストセパレータ１４１を設けることになる。

【0150】

本実施形態では、ミストセパレータ１４１が複数の低温熱交換部１１５ａｐの相互間のそれぞれに配置されていると共に、低温熱交換器１１５ａの下流側にも配置されている。しかしながら、ミストセパレータ１４１は、以上で例示したいずれかの一つの位置にのみ配置されていてもよい。

【0151】

本実施形態では、複数の低温熱交換部１１５ａｐ相互がフランジ接続されている。しかしながら、低温熱交換部１１５ａｐが耐食性の高い、例えば、ステンレス等で形成されている場合には、複数の低温熱交換部１１５ａｐ相互を例えば溶接接続してもよい。

【0152】

本実施形態では、低温熱交換器１１５ａがボイラー外枠１１９内に配置され、この低温熱交換器１１５ａが配置されている領域内にミストセパレータ１４１が配置されている。しかしながら、図４に示すように、低温熱交換器１１５ａが煙突６０内に配置されている場合や、図５に示すように、低温熱交換器１１５ａが煙道６１内に配置されている場合でも、この低温熱交換器１１５ａが配置されている領域内にミストセパレータ１４１を配置することが好ましい。

【0153】

また、以上で説明した各実施形態の蒸気発生プラントは、いずれも蒸気タービンを備えている。しかしながら、蒸気発生プラントは、蒸気タービンを備えていなくてもよい。この場合、蒸気発生プラントで発生した蒸気は、例えば、化学プラントにおける反応器等に対する加熱源として、また、建屋の暖房用の熱源として利用される。

【産業上の利用可能性】

【0154】

本発明の一態様によれば、燃焼ガス中の熱を有効利用することができる。

【符号の説明】

【0155】

１０：ガスタービン、１１：圧縮機、２１：燃焼器、３１：タービン、３３：タービンロータ、４０：ガスタービンロータ、４１：発電機、４５：軸受、１１０ｎ，１１０ｏ：排熱回収ボイラー、１１０ｐ：ボイラー、１１１ａ１，１１１ａ２：低圧蒸気発生部、１１１ｂ：中圧蒸気発生部、１１１ｃ：高圧蒸気発生部、１１２ａ，１１２ｄ：低圧節炭器、１１２ｉ：流入口、１１２ｐ：節炭器、１１３ａ：低圧蒸発器（、最下流蒸発器）、１１３ｐ：蒸発器（、最下流蒸発器）、１１４ａ：低圧過熱器、１１４ｐ：過熱器、１１５ａ，１１５ｐ：低温熱交換器、１１５ｉ：流入口、１１５ａｐ：低温熱交換部、１１７：低圧水ライン、１１７ｃ：低圧水分岐ライン、１１８ｃ，１１８ｄ：低圧水循環ライン（温水ライン）、１１９，１１９ｐ：ボイラー外枠、１１９ｅ：排気口、１２３：復水器、１２４：給水ポンプ、１２６：流量調節弁、１２７：温度計、１３１：給水ライン、１３２：低圧蒸気ライン、１３８：高圧蒸気ライン、１３９：高圧蒸気回収ライン、１４１：ミストセパレータ、１４５：ドレンライン、１５０：低沸点媒体ランキンサイクル、１５１：蒸発器（加熱器）、１５２：タービン、１５３：凝縮器、１５４：低沸点媒体ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】