CN102822451B - 发电厂设备及其运转方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的发电厂设备（1）具备设置在蒸汽轮机（7）上游侧的过热蒸汽管（30）的蒸汽流量调整阀（20）。在蒸汽轮机（7）起动时，发电厂设备（1）的控制部使蒸汽流量调整阀（20）从关闭状态而增大开度，使蒸汽轮机（7）和回收排热发电机（10）的频率上升，在回收排热发电机（10）的频率达到系统（40）的频率后，连接回收排热侧阻断器（26）而向系统（40）给电，且把蒸汽流量调整阀（20）的开度变成大致全开，使蒸汽轮机（7）依赖于系统（40）频率进行动作。

Description

发电厂设备及其运转方法
技术领域
本发明涉及在发电用柴油发动机的基础上，具备利用从该柴油发动机回收排热得到的蒸汽驱动的蒸汽轮机的发电厂设备及其运转方法。
背景技术
众所周知的是，在柴油发动机的发电厂设备中，具备使用由柴油发动机排热生成的蒸汽驱动的蒸汽轮机（例如参照下面专利文献1的图2）。利用该蒸汽轮机驱动蒸汽轮机用发电机，进行回收排热能量的发电。用于该回收排热的蒸汽轮机用发电机和与柴油发动机连接的主柴油发动机用发电机是分开设置。
现有技术文件
专利文件
专利文献1：（日本）特开2004-190558号公报（图2）
发明内容
发明要解决的问题
但上述专利文献1没有明示，为了使蒸汽轮机用发电机以额定转速来驱动，通常蒸汽轮机需要有专用的调速器（蒸汽增减阀）及其控制装置，成为成本上升的原因。
本发明是鉴于这种情况而开发的，目的在于提供一种发电厂设备及其运转方法，即使在具备利用由柴油发动机排热得到的蒸汽而动作的蒸汽轮机，且具备由该蒸汽轮机驱动的回收排热发电机的情况下，也不会招致成本增大。
解决问题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的发电厂设备及其运转方法采用以下机构。
即本发明第一形态的发电厂设备具备：柴油发动机、利用从该柴油发动机得到的驱动力发电并向系统供给电力的主发电机、从所述柴油发动机排出的排气回收排热并生成蒸汽的蒸汽发生装置、被该蒸汽发生装置生成的蒸汽驱动的蒸汽轮机、利用从该蒸汽轮机得到的驱动力发电并向系统供给电力的感应式回收排热发电机、配置在该回收排热发电机与所述系统之间的电力线的回收排热侧阻断器、设置在所述蒸汽轮机上游侧蒸汽流路的蒸汽流量调整阀、控制所述回收排热侧阻断器和所述蒸汽流量调整阀的控制部，其中，在所述蒸汽轮机起动时，所述控制部使所述蒸汽流量调整阀从关闭状态而增大开度，使所述蒸汽轮机和所述回收排热发电机的频率上升，在该回收排热发电机的频率达到所述系统的频率后，连接所述回收排热侧阻断器而向所述系统给电，且把所述蒸汽流量调整阀的开度变成大致全开，依赖于所述系统频率地使所述蒸汽轮机动作。
把柴油发动机的排热由蒸汽发生装置回收，利用回收的排热生成的蒸汽来驱动蒸汽轮机。利用从蒸汽轮机得到的驱动力来使回收排热发电机发电。
本发明的第一形态中，在蒸汽轮机起动时，使蒸汽流量调整阀从关闭状态而增大开度，使蒸汽轮机和回收排热发电机（感应发电机）的频率上升，在回收排热发电机的频率达到系统的频率后，连接回收排热侧阻断器而向系统给电，且把蒸汽流量调整阀的开度变成大致全开，依赖于系统频率地使蒸汽轮机动作。即控制成蒸汽轮机的转速由系统的频率所支配。由此，则不需要设置调整蒸汽轮机转速的调速器，能够降低成本。
特别是本发明的第一形态中，由于是被柴油发动机的排热驱动的蒸汽轮机，所以蒸汽轮机的输出容量比柴油发动机小（例如是20%以下，典型的是10%左右）。因此，即使不用调速器来控制蒸汽轮机的转速，也几乎不会给由柴油发动机驱动的主发电机带来影响。
本发明第一形态的发电厂设备中，优选在所述蒸汽流量调整阀的上游侧设置有压力控制阀，在所述蒸汽流路的压力是规定值以下的情况下，所述控制部把所述压力控制阀关闭。
考虑到蒸汽压力是规定值以下时，则是柴油发动机的输出下降而回收排热量变小。在这种情况下，由于不指望像回收排热那样的效果，所以通过压力控制阀把蒸汽流遮断，停止蒸汽轮机的运转。
本发明第一形态的发电厂设备中，在所述蒸汽流路的压力是规定值以上的情况下，所述控制部把所述蒸汽轮机旁路，把蒸汽流向设置在该蒸汽轮机下游侧的冷凝器切换。
在蒸汽压力是规定值以上时，为了保护蒸汽流路而把蒸汽轮机旁路，把蒸汽流向冷凝器切换。
本发明第二形态是发电厂设备的运转方法，其中，发电厂设备具备：柴油发动机、利用从该柴油发动机得到的驱动力发电并向系统供给电力的主发电机、从所述柴油发动机排出的排气回收排热并生成蒸汽的蒸汽发生装置、被该蒸汽发生装置生成的蒸汽驱动的蒸汽轮机、利用从该蒸汽轮机得到的驱动力发电并向系统供给电力的感应式回收排热发电机、配置在该回收排热发电机与所述系统之间的电力线的回收排热侧阻断器、设置在所述蒸汽轮机上游侧蒸汽流路的蒸汽流量调整阀、控制所述回收排热侧阻断器和所述蒸汽流量调整阀的控制部，发电厂设备的运转方法是，在所述蒸汽轮机起动时，所述控制部使所述蒸汽流量调整阀从关闭状态而增大开度，使所述蒸汽轮机和所述回收排热发电机的频率上升，在该回收排热发电机的频率达到所述系统的频率后，连接所述回收排热侧阻断器而向所述系统给电，且把所述蒸汽流量调整阀的开度变成大致全开，依赖于所述系统频率地使所述蒸汽轮机动作。
把柴油发动机的排热由蒸汽发生装置回收，利用回收的排热生成的蒸汽来驱动蒸汽轮机。利用从蒸汽轮机得到的驱动力来使回收排热发电机发电。
本发明的第二形态中，在蒸汽轮机起动时，使蒸汽流量调整阀从关闭状态而增大开度，使蒸汽轮机和回收排热发电机（感应发电机）的频率上升，在回收排热发电机的频率达到系统的频率后，连接回收排热侧阻断器而向系统给电，且把蒸汽流量调整阀的开度变成大致全开，依赖于系统频率地使蒸汽轮机动作。即控制成使蒸汽轮机的转速由系统的频率所支配。由此，则不需要设置调整蒸汽轮机转速的调速器，能够降低成本。
特别是本发明的第二形态中，由于是被柴油发动机的排热驱动的蒸汽轮机，所以蒸汽轮机的输出容量比柴油发动机小（例如是20%以下，典型的是10%左右）。因此，即使不用调速器来控制蒸汽轮机的转速，也几乎不会给由柴油发动机驱动的主发电机带来影响。
本发明控制成使蒸汽轮机的转速由系统的频率所支配，不需要调整蒸汽轮机转速的调速器。由此，能够降低成本。
附图说明
图1是表示本发明发电厂设备的概略结构图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明发电厂设备及其运转方法的实施例。
如图1所示，例如被设置在陆地上的发电厂设备1具有：柴油发动机5、与柴油发动机输出轴3连接的主发电机11、利用柴油发动机5排出的高温排气来生成蒸汽的蒸汽发生装置6、被蒸汽发生装置6产生的蒸汽驱动的蒸汽轮机7、被蒸汽轮机7驱动而发电的回收排热发电机10。
柴油发动机5具有增压器14和排气管8。在柴油发动机5直接与其输出轴即柴油发动机输出轴3的一端连接，驱动该柴油发动机输出轴3旋转。在柴油发动机输出轴3的另一端经由联轴器21而固定有主发电机11的输入轴即发电机输入轴4。
设置在柴油发动机5的增压器14具有被设置在同轴上的涡轮14A和压缩机14B。涡轮14A引导从柴油发动机5排出的排气而被驱动旋转。当涡轮14A被驱动，则设置在同轴上的压缩机14B就旋转而压缩空气。被压缩的空气作为燃烧用空气而向柴油发动机5供给。
排气管8与涡轮14A的下游侧连接，在涡轮14A完成工作的排气经由排气管8而向排气节能器15引导。
柴油发动机5具备有调整输出转速的调速器（未图示）。利用调速器来调整投入燃料量并调整输出转速。调速器由未图示的控制部控制。
主发电机11利用从柴油发动机输出轴3向发电机输入轴4传递的旋转输出而发电。发电机11的电输出经由输出电线23和主阻断器（例如ACB（自动电路阻断器））25而向系统40引导。
蒸汽发生装置6具备有排气节能器15和汽水分离器16。
排气节能器15在其烟道内具有过热器15A和蒸发器15B。过热器15A和蒸发器15B在排气节能器15内是从下向上（从排气流的上游侧向下游侧）顺次地平行安装。在排气节能器15的烟道内有高温的排气流动，经过与其下游侧连接的烟囱（未图示）而向大气释放出。蒸汽从汽水分离器16的上部被向过热器15A引导。水从汽水分离器16的下部被向蒸发器15B引导。
在汽水分离器16内有水和蒸汽被上下分别分离地收容。从冷凝配管33把水向汽水分离器16供给。汽水分离器16内的水被锅炉水循环泵17向排气节能器15内的蒸发器15B引导。来自排气节能器15的蒸发器15B而包含水分的热蒸汽被向汽水分离器16引导，并被分离成水和蒸汽。分离出来的蒸汽被向排气节能器15内的过热器15A引导，并成为过热蒸汽。
蒸汽轮机7具有涡轮7A、涡轮输出轴7B和蒸汽流量调整阀20。涡轮7A被蒸汽驱动旋转，使与涡轮7A连接的涡轮输出轴7B旋转。设置在排气节能器15与蒸汽轮机7之间的过热蒸汽管（蒸汽流路）30的蒸汽流量调整阀20调整从排气节能器15内的过热器15A向蒸汽轮机7供给的蒸汽流量，被设定成能够全关闭和全打开，且还能够在全关闭和全打开之间的中途位置进行开度调整。该蒸汽流量调整阀20由未图示的控制部控制。
蒸汽流量调整阀20具有蒸汽截止阀的作用，且具有根据蒸汽产生量而用于使蒸汽轮机7的转速升速的升速阀的作用。但没有用于把蒸汽轮机7的转速维持在规定值的调速器的作用。因此，蒸汽流量调整阀20的开度调整主要是在升速到系统转速的起动时进行。
在蒸汽流量调整阀20的上游侧设置有压力控制阀22。该压力控制阀由未图示的控制部来控制其开度，在过热蒸汽管30内的蒸汽压力是规定值以下的情况下，控制部把压力控制阀22关闭。这是考虑到蒸汽压力是规定值以下时，是柴油发动机5的输出下降而回收排热量变小，在这种情况下由于不指望像回收排热那样的效果，所以通过压力控制阀22把蒸汽流遮断，停止蒸汽轮机7运转的缘故。
在蒸汽轮机7完成工作的蒸汽被向冷凝器18引导来进行冷凝液化。在冷凝器18被液化的水由冷凝泵19吸上来，通过冷凝配管33而向汽水分离器16引导。
在压力控制阀22的上游侧设置有从过热蒸汽管30分岔而向冷凝器18引导的旁路配管31。在该旁路配管31设置有阻尼阀24。阻尼阀24由未图示的控制部来控制其开闭，在阻尼阀24上游侧的蒸汽压力是规定值以上时，则控制部把阻尼阀24打开，并把压力控制阀22和蒸汽流量调整阀20关闭。通过把阻尼阀24打开，使过热蒸汽管30内的过热蒸汽把蒸汽轮机7作为旁路而被向冷凝器18引导。在蒸汽轮机7停止时（例如跳闸等）由于过热蒸汽管30内的蒸汽压力过度大，所以为了保护机器而切换蒸汽流路，经由旁路配管31而使蒸汽向冷凝器逃逸。
回收排热发电机10是感应发电机，利用经由涡轮输出轴7B得到的蒸汽轮机7的驱动力旋转。回收排热发电机10的输出电力经由回收排热侧阻断器（例如ACB（自动电路保护器））26而向主发电机11侧的输出电线23引导。
下面说明上述发电厂设备1的运转方法。
当柴油发动机5开始运转，则与柴油发动机5直接连接的柴油发动机输出轴3和主发电机11的发电机输入轴4旋转。为了按照系统40所要求的电力标准来使发电机11动作，柴油发动机5则以额定转速（例如约514rpm）来运转。例如由得到发电机11的转速而进行反馈控制的控制部控制调速器，由此，来控制柴油发动机5的转速。
发电机11的发电输出通过输出电线23并经由主阻断器25而向系统40送出。
从柴油发动机5排出的排气经过排气管8而向排气节能器15引导。排气在通过排气节能器15内时，与过热器15A和蒸发器15B进行热交换。蒸发器15B内的水通过与排气进行热交换而成为湿蒸汽。该湿蒸汽被向汽水分离器16引导，在分离出水分后，向排气节能器15的过热器15A引导。过热器15A内的蒸汽通过与排气进行热交换而成为过热蒸汽。
把过热蒸汽向过热蒸汽管30引导。向过热蒸汽管30引导的过热蒸汽经过蒸汽流量调整阀20而向蒸汽轮机7的入口侧供给。蒸汽轮机7被引导来的蒸汽驱动旋转。利用蒸汽轮机7的旋转而涡轮输出轴7B旋转。得到该涡轮输出轴7B的旋转力而回收排热发电机10进行发电。回收排热发电机10的发电输出经由回收排热侧阻断器26而向输出电线23送出，最后向系统40供给。
蒸汽轮机7起动时如下地动作。
首先，在起动前，蒸汽流量调整阀20和压力控制阀22被全关闭，阻尼阀24被全打开。
在蒸汽发生装置6有蒸汽生成，当从过热蒸汽管30供给的过热蒸汽成为规定量以上时，使蒸汽流量调整阀20从全关闭状态变成微打开状态。这时，把压力控制阀22打开并把阻尼阀24关闭。且使蒸汽流量调整阀20的开度逐渐变大，使蒸汽轮机7的转速升速。由此，涡轮输出轴7B的转速上升而回收排热发电机10的频率上升。当回收排热发电机10的频率达到系统40的频率，则把回收排热侧阻断器从遮断状态变成接通状态（电连接）。由此，把回收排热发电机10的输出电力向输出电线23供给，并经由主阻断器25向系统40引导。然后，控制部把蒸汽流量调整阀20全打开，基本上不进行其开度调整（即把开度固定在全打开）。由此，使蒸汽轮机7依赖于系统40频率进行动作。
如上所述，根据本实施例发电厂设备及其运转方法而有以下的效果。
在蒸汽轮机7起动时，使蒸汽流量调整阀20从关闭状态而增大开度，使回收排热发电机10的频率上升，在回收排热发电机的频率达到系统40的频率后，连接回收排热侧阻断器26而向系统给电，且把蒸汽流量调整阀20的开度变成全打开，使蒸汽轮机7依赖于系统40频率进行动作。即控制成使蒸汽轮机7的转速由系统40的频率所支配。由此，则不需要设置调整蒸汽轮机7转速的调速器，能够降低成本。
特别是由于是被柴油发动机5的排热驱动的蒸汽轮机7，所以蒸汽轮机7的输出容量比柴油发动机5小（例如是20%以下，典型的是10%左右）。因此，即使不用调速器来控制蒸汽轮机7的转速，也几乎不会给由柴油发动机5驱动的主发电机11带来影响。
以设置在陆地上为例说明了发电厂设备1，但本发明并不限定于此。
关于蒸汽轮机7相对柴油发动机5的输出容量比例如设定为是20%以下，典型的是10%左右，但本发明并不限定于此，只要蒸汽轮机7的输出容量比柴油发动机5小，就能够应用本发明，输出容量比优选不到50%为好。
符号说明
1发电厂设备   5柴油发动机   6蒸汽发生装置   7蒸汽轮机
10回收排热发电机  11主发电机  20蒸汽流量调整阀
22压力控制阀  24阻尼阀  40系统

Claims (8)

1.一种发电厂设备，具备：
柴油发动机、
利用从该柴油发动机得到的驱动力发电并向系统供给电力的主发电机、
从所述柴油发动机排出的排气回收排热并生成蒸汽的蒸汽发生装置、
被该蒸汽发生装置生成的蒸汽驱动的蒸汽轮机、
利用从该蒸汽轮机得到的驱动力发电并向系统供给电力的感应式回收排热发电机、
配置在该感应式回收排热发电机与所述系统之间的电力线的回收排热侧阻断器、
设置在所述蒸汽轮机上游侧蒸汽流路的蒸汽流量调整阀、
控制所述回收排热侧阻断器和所述蒸汽流量调整阀的控制部，其中，
在所述蒸汽轮机起动时，所述控制部使所述蒸汽流量调整阀从关闭状态而增大开度，使所述蒸汽轮机和所述感应式回收排热发电机的频率上升，在该感应式回收排热发电机的频率达到所述系统的频率后，连接所述回收排热侧阻断器而向所述系统给电，且把所述蒸汽流量调整阀的开度变成大致全开，在所述蒸汽流量调整阀的开度为所述全开的状态下，与所述感应式回收排热发电机连接的所述蒸汽轮机依赖于所述系统的频率进行动作。
2.如权利要求1所述的发电厂设备，其中，在所述蒸汽流量调整阀的上游侧设置压力控制阀，
在所述蒸汽流路的压力是规定值以下的情况下，所述控制部把所述压力控制阀关闭。
3.如权利要求1或2所述的发电厂设备，其中，在所述蒸汽流路的压力是规定值以上的情况下，所述控制部对蒸汽流的流路进行切换，以把蒸汽流对所述蒸汽轮机进行旁路，而流向设置在该蒸汽轮机下游侧的冷凝器。
4.一种发电厂设备的运转方法，其中，发电厂设备具备：
柴油发动机、
利用从该柴油发动机得到的驱动力发电并向系统供给电力的主发电机、
从所述柴油发动机排出的排气回收排热并生成蒸汽的蒸汽发生装置、
被该蒸汽发生装置生成的蒸汽驱动的蒸汽轮机、
利用从该蒸汽轮机得到的驱动力发电并向系统供给电力的感应式回收排热发电机、
配置在该感应式回收排热发电机与所述系统之间的电力线的回收排热侧阻断器、
设置在所述蒸汽轮机上游侧蒸汽流路的蒸汽流量调整阀、
控制所述回收排热侧阻断器和所述蒸汽流量调整阀的控制部，
所述发电厂设备的运转方法是，在所述蒸汽轮机起动时，所述控制部使所述蒸汽流量调整阀从关闭状态而增大开度，使所述蒸汽轮机和所述感应式回收排热发电机的频率上升，在该感应式回收排热发电机的频率达到所述系统的频率后，连接所述回收排热侧阻断器而向所述系统给电，且把所述蒸汽流量调整阀的开度变成大致全开，在所述蒸汽流量调整阀的开度为所述全开的状态下，与所述感应式回收排热发电机连接的所述蒸汽轮机依赖于所述系统的频率进行动作。
5.一种发电系统，具备：
柴油发动机、
向系统供给电力的主发电机、
从所述柴油发动机排出的排气回收排热并生成蒸汽的蒸汽发生装置、
被该蒸汽发生装置生成的蒸汽驱动的蒸汽轮机、
利用从该蒸汽轮机得到的驱动力发电并向系统供给电力的回收排热发电机、
配置在该回收排热发电机与所述系统之间的电力线的回收排热侧阻断器、
设置在所述蒸汽轮机上游侧的蒸汽流路的蒸汽流量调整阀、
控制所述回收排热侧阻断器和所述蒸汽流量调整阀的控制部，其中，
在所述蒸汽轮机起动时，所述控制部使所述蒸汽流量调整阀从关闭状态而增大开度，使所述蒸汽轮机和所述回收排热发电机的频率上升，在该回收排热发电机的频率达到所述系统的频率后，连接所述回收排热侧阻断器而向所述系统给电，且把所述蒸汽流量调整阀的开度变成大致全开，在所述蒸汽流量调整阀的开度为所述全开的状态下，与感应式所述回收排热发电机连接的所述蒸汽轮机依赖于所述系统的频率进行动作。
6.如权利要求5所述的发电系统，其中，在所述蒸汽流量调整阀的上游侧设置压力控制阀，
在所述蒸汽流路的压力是规定值以下的情况下，所述控制部把所述压力控制阀关闭。
7.如权利要求5或6所述的发电系统，其中，在所述蒸汽流路的压力是规定值以上的情况下，所述控制部对蒸汽流的流路进行切换，以把蒸汽流对所述蒸汽轮机进行旁路，而流向设置在该蒸汽轮机下游侧的冷凝器。
8.一种发电方法，其中，具备：
从柴油发动机排出的排气回收排热并生成蒸汽的工序；
被蒸汽发生装置生成的蒸汽进行驱动蒸汽轮机的工序；
利用从所述蒸汽轮机得到的驱动力驱动回收排热发电机，并且向系统供应电力的工序；
在所述蒸汽轮机起动前，使设置在蒸汽轮机上游侧的蒸汽流路的蒸汽流量调整阀全关闭的工序；
在所述蒸汽轮机起动时，使所述蒸汽流量调整阀的开度徐徐打开，并且通过使蒸汽轮机的转速上升，而使所述回收排热发电机的频率上升的工序；
在所述回收排热发电机的频率达到所述系统的频率后，在向所述系统供电开始的同时，使所述蒸汽流量调整阀大致全开，在所述蒸汽流量调整阀的开度为所述全开的状态下，与感应式所述回收排热发电机连接的所述蒸汽轮机依赖于所述系统的频率进行动作。
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