CN101644169A - 发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发电设备，在具有将锅炉等产生的蒸汽供给用于规定的工艺的蒸汽工艺管道、以及输送未供给至蒸汽工艺管道的剩余蒸汽的剩余蒸汽管道、且在剩余蒸汽管道中介设有发电装置的工艺蒸汽利用设备中，可根据随供给至蒸汽工艺管道的蒸汽量而变化的剩余蒸汽的量来发电。该发电设备具备：将废热锅炉等蒸汽供给源所产生的蒸汽供给用于规定的工艺的蒸汽工艺管道；从蒸汽工艺管道分支出来、将剩余蒸汽排放到大气中或供给冷凝器的剩余蒸汽管道；并列地介设于剩余蒸汽管道的压力调整阀(6)和发电装置；设置于压力调整阀的初级侧的压力检测器；以及控制压力调整阀的开度以使压力检测器所检测的压力达到设定压力值的控制装置。

Description

发电设备
技术领域
本发明涉及发电设备。
背景技术
如图4所示，以往，已知一种工艺蒸汽利用设备75，该工艺蒸汽利用设备75并列设有蒸汽工艺管道73和剩余蒸汽管道74，其中，蒸汽工艺管道73对产废锅炉或复合发电废热锅炉等蒸汽供给源71产生的蒸汽利用减压阀72进行减压，从而提供所希望的压力的工艺蒸汽用于规定的工艺，剩余蒸汽管道74从该蒸汽工艺管道73分支出来，输送未供给至蒸汽工艺管道73的剩余蒸汽。
另外，该工艺蒸汽利用设备75中，蒸汽供给源71与蒸汽工艺管道73和剩余蒸汽管道74的分支处之间的蒸汽工艺管道73设有压力检测器78，且在剩余蒸汽管道74设有压力调整阀80。根据压力检测器78检测的压力值，利用控制装置79控制压力调整阀80，以抑制因蒸汽工艺管道73的工艺蒸汽供给量的变动导致的系统内的压力变动。在控制装置79连接有输入压力调整阀80的设定压力值的操纵台81。
本申请的申请人提出一种控制排气压力为一定的发电装置(日本专利特开2008-169777号)。该控制排气压力为一定的发电装置(发电装置77)如图5所示，通过介设于现有的蒸汽利用设备75的剩余蒸汽管道74，从而可利用剩余蒸汽进行发电。
蒸汽供给源71所产生的蒸汽量与工艺中使用的蒸汽量是无关的，必定会产生剩余蒸汽(有时可能会全为剩余蒸汽)。该剩余蒸汽大多通过消声器(未图示)排放到大气中，或使其流入大气压冷凝器(未图示)变为大气压下的水，然而，通过使用发电设备76，能够利用该剩余蒸汽进行发电。
该控制排气压力为一定的发电装置77与设置于剩余蒸汽管道74的压力调整阀80并列地介设于从剩余蒸汽管道74分支出来并再次合流的发电管道82。发电装置77具有螺杆膨胀机83、以及与螺杆膨胀机83的旋转轴连接的同步式的发电机84。控制排气压力为一定的发电装置77中，从发电管道82向螺杆膨胀机83供给高压蒸汽，利用螺杆膨胀机83使高压蒸汽膨胀而转换为旋转力，并利用该旋转力通过发电机84来发电。
在发电机84连接有具有转速控制功能及电源再生功能的转换器85。在转换器85连接有控制装置88，该控制装置88根据设置于螺杆膨胀机83的排出口86附近的排气压力检测器87所检测的检测值来控制转换器85。在转换器85连接有带电源再生功能的逆变器89。发电装置77通过联络变压器90与电力系统91连接。
在利用该控制排气压力为一定的发电装置77发电时，为了将剩余蒸汽的能量转换为电力而最大限度地回收，低压侧(次级侧)固定为大致大气压。控制排气压力为一定的发电装置77中，必须将高于剩余蒸汽的排放目的地的压力的压力设定为排气压力的目标值来运转，但无论使转速提高多少以上升达到排气压力的目标值，也会因控制排气压力为一定的发电装置77的次级侧被引导至大气压或与其接近的压力环境而无法上升，从而控制排气压力为一定的发电装置77不得不进行最高转速下的运转、即最大吞入量下的运转。因此，当剩余蒸汽不在控制排气压力为一定的发电装置77的最大吞入量(最大转速下的蒸汽通过量)以上时，会导致发电设备76停止，所以使其无法运转。
发明内容
本发明的课题在于提供一种发电设备，该发电设备在具有将锅炉等产生的蒸汽供给用于规定的工艺的蒸汽工艺管道、以及输送未供给至蒸汽工艺管道的剩余蒸汽的剩余蒸汽管道、且在剩余蒸汽管道中介设有发电装置的工艺蒸汽利用设备中，可根据随供给至蒸汽工艺管道的蒸汽量而变化的剩余蒸汽的量来进行发电。
作为解决上述课题的手段，本发明的发电设备具备：将蒸汽供给源所产生的蒸汽供给用于蒸汽利用工艺的蒸汽工艺管道；从所述蒸汽工艺管道分支出来、将剩余蒸汽排放到大气中或供给至冷凝器的剩余蒸汽管道；介设于所述剩余蒸汽管道的压力调整阀；与所述压力调整阀并列介设于所述剩余蒸汽管道的发电装置；设置于所述压力调整阀的初级侧的压力检测器；以及控制所述压力调整阀的开度以使所述压力检测器所检测的压力达到设定压力值的控制装置。
根据上述结构，可利用蒸汽工艺管道将蒸汽供给源所产生的蒸汽供给用于规定的工艺，可利用从蒸汽工艺管道分支出来的剩余蒸汽管道将剩余蒸汽排放到大气中或供给冷凝器。在压力调整阀的初级侧设置压力检测器，控制装置控制压力调整阀的开度以使压力检测器所检测的压力达到设定压力值，从而可控制剩余蒸汽管道的剩余蒸汽的压力。
根据本发明，在具有将锅炉等产生的蒸汽供给用于规定的工艺的蒸汽工艺管道、以及输送未供给至蒸汽工艺管道的剩余蒸汽的剩余蒸汽管道、且在剩余蒸汽管道中介设有发电装置的工艺蒸汽利用设备中，可根据随供给至蒸汽工艺管道的蒸汽量而变化的剩余蒸汽的量来进行发电。
所述发电装置最好具备：将蒸汽的膨胀转换为旋转力的容积式蒸汽膨胀机(stream expander)；与所述容积式蒸汽膨胀机的旋转轴连接的发电机；以及设定所述发电机的运转频率的发电机运转频率设定装置。根据该结构，可利用发电机运转频率设定装置来设定连接于容积式蒸汽膨胀机的旋转轴的发电机的运转频率，使得容积式蒸汽膨胀机能够以对应于剩余蒸汽管道的剩余蒸汽的吸入量的转速运转，从而进行发电。
最好设定所述发电装置的供气压力的目标值小于所述压力调整阀的所述压力值。利用该结构，可使剩余蒸汽先于压力调整阀而优先流过发电装置侧。由此，可实现无浪费的发电。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的发电设备的概略图。
图2是表示本发明实施方式2的发电设备的概略图。
图3是表示本发明其它实施方式的发电设备的概略图。
图4是表示现有的蒸汽利用设备的概略图。
图5是表示现有的发电设备的概略图。
具体实施方式
接下来，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示本发明实施方式1的发电设备1。设有供给由产废锅炉或复合发电废热锅炉等产生的蒸汽的蒸汽供给源2。设有将蒸汽供给源2产生的蒸汽通过减压阀3供给用于规定的工艺的蒸汽工艺管道4。将剩余蒸汽排放到大气中或供给至冷凝器的剩余蒸汽管道5从蒸汽工艺管道4分支出来而设置。剩余蒸汽管道5设有压力调整阀6。在蒸汽供给源2、与蒸汽工艺管道4和剩余蒸汽管道5的分支处之间的蒸汽工艺管道4，设有压力检测器7。设有从剩余蒸汽管道5的压力调整阀6的上游侧分支出来、并在压力调整阀6的下游侧合流的发电管道8。在发电管道8设有发电装置9。设有控制压力调整阀6的控制装置(控制手段)10。在控制装置10连接有输入压力调整阀6的目标压力Pta的操纵台11。
发电装置9具有作为容积式蒸汽膨胀机的一种的螺杆(screw)膨胀机12、以及与螺杆膨胀机12的旋转轴连接的同步式的发电机13。在螺杆膨胀机12的供气侧的发电装置9的内部设有供气压力检测器14。发电机13连接有具有转速控制功能及电力再生功能的转换器15。发电装置9的内部设有根据供气压力检测器14所检测的检测值控制转换器15的控制装置16。利用控制装置16，可设定供气压力Ps的目标压力Ptb。本实施方式中，供气压力检测器14、控制装置16、及转换器15承担发电机运转频率设定装置的职责。在转换器15连接有逆变器17。发电装置9的逆变器17与电力系统18通过联络变压器19连接。
接下来，对本发明实施方式1的发电设备1的动作进行说明。从蒸汽供给源2向蒸汽工艺管道4供给规定的工艺所需的量的蒸汽，未供给至蒸汽工艺管道4的剩余蒸汽被送往剩余蒸汽管道5。该剩余蒸汽根据剩余蒸汽管道5的压力调整阀6、和并列于压力调整阀6介设的发电装置9这两个通路中的压力差，通过压力调整阀6和发电装置9中的任一方或双方，从剩余蒸汽管路5排放到大气中或供给至冷凝器(未图示)、或者供给至低压蒸汽的供给口(未图示)。
发电装置9中，将作为剩余蒸汽的高压蒸汽供给至螺杆膨胀机12的吸入口(未图示)，使高压蒸汽膨胀而转换为旋转力，高压蒸汽变为低压蒸汽，从螺杆膨胀机12的排出口(未图示)排出。
由于螺杆膨胀机12的旋转轴与发电机13的转子(未图示)连接，因此螺杆膨胀机12的螺旋转子(未图示)与发电机13的转子(未图示)始终以相同的转速旋转。发电机13中，利用螺杆膨胀机12的旋转力使发电机13的转子(未图示)旋转，同步式的发电机13发出频率与转子(未图示)的转速同步的交流电。
发电机13的输出被输入到转换器15而转换为直流后，被输出至逆变器17。逆变器17利用半导体对转换器15的输出进行开关，并将其转换为希望频率(商用频率)的交流电流。其电力通过联络变压器19被导出至电力系统18。
压力调整阀6的开度被控制，使得压力检测器7所检测的压力值为一定。该一定的压力值利用控制装置10来设定。在压力检测器7所检测的压力值高于该设定压力值时，为了降低压力而增大压力调整阀6的开度。也就是说，使更多的蒸汽通过压力调整阀6来降低压力。相反地，在压力检测器7所检测的压力值低于该设定压力值时，为了提高压力而减小压力调整阀6的开度。也就是说，抑制通过压力调整阀6的蒸汽的量来提高压力。
为了蒸汽以发电机13发出的电力的形态更多地回收剩余蒸汽的能量，使剩余蒸汽优先通过发电装置9侧。具体说来，控制装置10根据蒸汽工艺管道4的压力检测器7所检测的检测值来控制压力调整阀6的开度，使得剩余蒸汽管道5中压力调整阀6的初级侧(上游侧)的部位的压力值达到压力调整阀6的设定压力值(例如0.8MPa)，相对于压力调整阀6的设定压力值，螺杆膨胀机12的供气压力Ps的目标压力值Ptb(例如0.78MPa)设定得较低，从而控制剩余蒸汽相对地向低压侧流动。由此，可使剩余蒸汽优先通过发电装置9侧。
发电装置9中，若螺杆膨胀机12产生旋转力，则发电机13的转子(未图示)旋转而发电，相反地，若发电机13的转子(未图示)旋转，则供给螺杆膨胀机12的蒸汽被吸入。
由于螺杆膨胀机12是容积式蒸汽膨胀机的一种，因此螺杆膨胀机12的蒸汽吸入量与螺杆膨胀机12的螺旋转子(未图示)的转速成正比。也就是说，若使螺旋转子(未图示)的转速降低，则蒸汽吸入量对应于该转速的降低而减少，若使螺旋转子(未图示)的转速上升，则蒸汽吸入量对应于该转速的上升而增加。因此，通过严密地控制螺旋转子(未图示)的转速，可正确地决定蒸汽吸入量，其结果可严密地控制供气压力。
为了使螺杆膨胀机12的供气压力Ps达到供气压力Ps的目标压力Ptb，利用发电装置9的转换器15所具有的转速控制功能来控制发电机13的转子(未图示)的转速，从而控制连接于发电机13的转子(未图示)的螺旋转子(未图示)的转速。
具体说来，螺杆膨胀机12的供气压力Ps由供气压力检测器14检测出，转换为电信号并输入控制装置16。控制装置16根据预先设定的供气压力Ps的目标压力Ptb，计算与供气压力Ps的目标压力Ptb的偏差，对转换器15的设定频率施加正反馈。也就是说，在供气压力检测器14所检测的供气压力Ps高于目标压力Ptb时，为了降低供气压力Ps而提高螺杆的转速。即，使更多量的蒸汽流过螺杆膨胀机12以降低供气压力Ps。相反地，在供气压力检测器14所检测的供气压力Ps低于目标压力Ptb时，为了提高供气压力Ps而降低螺杆的转速。即，抑制流过螺杆膨胀机12的蒸汽量以提高供气压力Ps。在此，例如，控制装置16进行PID控制，该PID控制将与供气压力Ps的目标压力值Ptb的偏差(Ps-Ptb)的值、偏差(Ps-Ptb)的积分值、和偏差(Ps-Ptb)的微分值与转换器15的设定频率相加。控制装置16将PID控制中算出的新的输出频率发送至转换器15，以使得螺杆膨胀机12的供气压力Ps达到供气压力Ps的目标压力Ptb，转换器15将利用转换器15转换成任意频率的电流输入发电机13，改变发电机13的转子(未图示)的转速。
通过上述PID控制，改变了转换器15的设定频率、甚至发电机侧频率，螺杆膨胀机12对应于供气压力Ps的增减使蒸汽的吸入量发生增减。由此，若供气压力Ps被控制为能够维持在供气压力Ps的目标压力值Ptb，即使供给的剩余蒸汽的量发生增减，也可根据该量使螺杆膨胀机12的吸入量发生变化，从而实现无浪费的发电。
进一步，图2表示本发明实施方式2的发电设备1。本实施方式中，对与实施方式1相同的结构要素标注同一符号并省略说明。本实施方式中，在发电装置9未设置实施方式1中的供气压力检测器14及控制装置16。本实施方式中，控制装置10所控制的转换器15承担发电机运转频率设定装置的职责。
本实施方式中，向控制装置10输入压力检测器7所检测的检测值。根据该检测值，控制压力调整阀6的开度与发电机侧频率。压力调整阀6的开度控制与实施方式1同样地进行。实施方式2中，关于发电机侧频率，也是控制发电机频率(转速)，以使压力检测器7检测的检测值为一定。也就是说，在压力检测器7所检测的压力值高于设定压力值(即压力调整阀6的设定压力值)时，为了降低该压力而提高螺杆的转速。相反地，在压力检测器7所检测的压力值低于设定压力值时，为了提高该压力而降低螺杆的转速。由此，实施方式2中，利用压力调整阀6和螺杆转速两者来控制设有压力检测器7的部位的压力。使压力调整阀6的控制和螺杆转速的控制中的哪一个优先进行、或对该两者如何分配，只需根据发电设备的规格等的条件来决定即可。
实施方式1中，为了控制压力调整阀6的设定压力值和发电装置9中的螺杆膨胀机12的供气压力Ps的目标压力值Ptb，必须分别设置压力检测器7、14以及控制装置10、16，相对地，实施方式2中，只需仅设置单一的压力检测器7和单一的控制装置10即可。另外，实施方式1中，由于分别设置压力检测器7、14以及控制装置10、16，所以为了消除因压力检测器7、14的检测值的误差而导致的连接动作不良，必须设置压力差，然而在实施方式2中，仅由单一的压力检测器7和单一的控制装置10来控制发电设备1，因此不存在发生连接动作不良的问题。实施方式1中，必须对压力调整阀6的设定压力值和发电装置9中的螺杆膨胀机12的供气压力Ps的目标压力值Ptb设定压力差，因此该压力差导致产生在次级侧的压力变动，剩余蒸汽在次级侧使用时有可能会发生麻烦。相对地，实施方式2中，仅由单一的压力检测器7和单一的控制装置10进行控制，因此无需设置压力差，具有不产生次级侧的压力变动的优点。
另外，本发明并不局限于上述实施方式。例如，如图3所示，在蒸汽供给源2的蒸汽的压力较高时(例如1.9MPa)，最好在比发电管道8从剩余蒸汽管道5分支出来的位置更上游的剩余蒸汽管道5进一步增加压力调整阀20。此时，也同样在压力调整阀20上游的剩余蒸汽管道5设置压力检测器21，控制压力调整阀20，以使得压力较高的蒸汽不直接接触压力调整阀6及发电装置9。

Claims (5)

1、一种发电设备，其特征在于，由下述部件构成：
将蒸汽供给源所产生的蒸汽供给用于蒸汽利用工艺的蒸汽工艺管道；
从所述蒸汽工艺管道分支出来、将剩余蒸汽排放到大气中或供给冷凝器的剩余蒸汽管道；
介设于所述剩余蒸汽管道的压力调整阀；
与所述压力调整阀并列介设于所述剩余蒸汽管道的发电装置；
设置于所述压力调整阀的初级侧的压力检测器；以及
控制所述压力调整阀的开度以使所述压力检测器所检测的压力达到设定压力值的控制装置。
2、如权利要求1所述的发电设备，其特征在于，所述发电装置由下述部件构成：
将蒸汽的膨胀转换为旋转力的容积式蒸汽膨胀机；
与所述容积式蒸汽膨胀机的旋转轴连接的发电机；以及
设定所述发电机的运转频率的发电机运转频率设定装置。
3、如权利要求2所述的发电设备，其特征在于，
所述发电机运转频率设定装置设定运转频率，以使得所述发电装置的供气压力的目标值小于所述压力调整阀的所述设定压力值。
4、如权利要求3所述的发电设备，其特征在于，
所述发电装置具有供气压力检测器，所述发电机运转频率设定装置设定运转频率，以使得所述压力检测器所检测的压力达到供气压力的所述目标值。
5、如权利要求2所述的发电设备，其特征在于，
所述发电机运转频率设定装置设定运转频率，以使得所述压力检测器所检测的压力达到所述设定压力值。
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