JP2012057501A - 発電プラント設備およびこれを備えた船舶ならびに発電プラント設備の運転方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ディーゼル主機1と、過給機2と、ディーゼル主機1からの排ガスの一部が過給機2をバイパスするように設けられた抽ガスバイパス管8と、抽ガスバイパス管8に設けられ、排ガスのバイパス量を調整する抽ガスバイパス弁9と、排ガスから排熱を回収して蒸気を生成する排ガスエコノマイザ3と、排ガスエコノマイザ3にて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン5と、蒸気タービン5から得た駆動力によって発電し、船内系統34へと発電した電力を供給する発電機7と、排ガスエコノマイザ3から蒸気タービン5へと供給される過熱蒸気の圧力に応じて、抽ガスバイパス弁9の開度を調整する制御部10とを備えている。
【選択図】図1
Description
また、下記特許文献1に示すように、ディーゼル機関の過給機を通過する前の高エネルギーを持った有効排ガスの一部を抽気し、排ガスエコノマイザの上流側で過給機を通過した排ガスと混合させる抽ガスバイパス管が用いられるシステムが知られている。同文献に記載されたシステムは、排ガスエコノマイザ用の排ガス昇温設備とされており、排ガスエコノマイザの汽水分離器の出口蒸気圧力が所定の圧力となるように、抽ガスバイパス管のコントロール弁を制御するようになっている。
しかし、排ガスエコノマイザにて生成された過熱蒸気によって蒸気タービンを駆動して発電するシステムでは、発電した電力を供給する系統の電力需要に応じて必要とされる過熱蒸気量が変動する。すなわち、特許文献1のように蒸気圧力を一定に制御するのでは、変化する系統の需要電力に対応することができない。
すなわち、本発明にかかる発電プラント設備は、ディーゼル機関と、該ディーゼル機関からの排ガスによって駆動され、該ディーゼル機関へと供給する燃焼用空気を圧縮する過給機と、前記ディーゼル機関からの排ガスの一部が前記過給機をバイパスするように設けられた抽ガスバイパス経路と、該抽ガスバイパス経路に設けられ、排ガスのバイパス量を調整する抽ガスバイパス弁と、前記過給機または前記過給機および前記抽ガスバイパス経路を通過した排ガスから排熱を回収して蒸気を生成する蒸気発生装置と、該蒸気発生装置にて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、該蒸気タービンから得た駆動力によって発電し、系統へと発電した電力を供給する発電機と、前記蒸気発生装置から前記蒸気タービンへと供給される過熱蒸気の圧力に応じて、前記抽ガスバイパス弁の開度を調整する制御部とを備えていることを特徴とする。
また、本発明は、抽ガスバイパス弁の開度調整の指標として、蒸気発生装置の飽和蒸気ではなく過熱蒸気の圧力を用い、蒸気タービンへと供給される直近の蒸気圧力を用いることとしたので、系統の需要電力に対する応答性を高めることができる。
一方、系統の需要電力が相対的に大きい場合は、蒸気タービンの蒸気消費量が大きくなり、蒸気発生装置にて生成される過熱蒸気が不足傾向となる。この場合には、過熱蒸気の圧力は減少傾向にあるので、過熱蒸気を増加させるべく抽ガスバイパス弁の開度を開方向へと調整する。
また、本発明は、抽ガスバイパス弁の開度調整の指標として、蒸気発生装置の飽和蒸気ではなく過熱蒸気の圧力を用い、蒸気タービンへと供給される直近の蒸気圧力を用いることとしたので、系統の需要電力に対する応答性を高めることができる。
また、抽ガスバイパス弁の開度調整の指標として過熱蒸気の圧力を用いることとしたので、系統の需要電力に対する応答性を高めることができる。
図1に示されているように、船舶に設置された発電プラント設備は、ディーゼル主機(ディーゼル機関)1と、ディーゼル主機1が排出する高温の排ガスによって蒸気を生成する排ガスエコノマイザ(蒸気発生装置)3と、排ガスエコノマイザ3にて発生した蒸気によって駆動される蒸気タービン5と、蒸気タービン5によって駆動される発電機7とを備えている。
過給器2は、同軸上に設けられたタービン14と圧縮機15とを有している。タービン14は、ディーゼル主機1から排出された排ガスによって回転駆動されるようになっている。タービン14が駆動されると、同軸上に設けられた圧縮機15が回転して空気を圧縮する。
タービン14の下流側は、排ガス管12によって後述する排ガスエコノマイザ3に接続されている。
汽水分離器20内は、水と蒸気が上下にそれぞれ分離して収容されている。汽水分離器20には、復水器22から復水ポンプ23を介して水が供給される。汽水分離器20内の水は、ボイラ水循環ポンプ25によって蒸発器18に導かれる。汽水分離器20には、蒸発器18からの水分を含んだ湿り蒸気が導かれ水と蒸気とに分離される。分離された飽和蒸気は、過熱器17に導かれ過熱蒸気とされる。過熱器17にて生成された過熱蒸気は、過熱蒸気供給管26を介して蒸気タービン5へと導かれる。この過熱蒸気供給管26には、上述した圧力センサ16が設けられる。なお、過熱蒸気圧力を検出する圧力センサ16の設置位置は、排ガスエコノマイザ3にて生成された過熱蒸気の圧力を検出できる位置であれば良い。
蒸気タービン5は、蒸気止め弁27を介して導かれた過熱蒸気によって回転駆動され、この回転出力が発電機7へと伝達される。
蒸気タービン5にて仕事を終えた蒸気は、復水器22へと導かれ、凝縮液化される。液化された復水は、復水ポンプ23によって汽水分離器20へと導かれる。
復水器22と、排ガスエコノマイザ3の過熱器17出口との間には、蒸気タービン5をバイパスするように設けられた蒸気ダンプ経路29が設けられている。この蒸気ダンプ経路29には蒸気ダンプ弁30が設けられており、圧力センサ16にて得られた過熱蒸気圧力が所定値以上になった場合に全開となり、過熱蒸気圧力が所定値未満の場合には全閉となるように制御される。
ディーゼル主機1が運転を開始すると、過給機2にて圧縮された圧縮空気がディーゼル主機1へと供給され、図示しない燃料とともに筒内にて燃焼が行われる。ディーゼル主機1にて燃焼が行われた後の排ガスは、過給機2のタービン14を経て排ガス管12を通り排ガスエコノマイザ3へと導かれる。排ガスは、排ガスエコマイザ3内を通過する際に過熱器17及び蒸発器18と熱交換をする。蒸発器18内の水は、排ガスと熱交換することによって湿り蒸気となる。この湿り蒸気は、汽水分離器20に導かれて水分が分離された後、排ガスエコノマイザ3の過熱器17に導かれる。過熱器17内の蒸気は、排ガスと熱交換することによって過熱蒸気となる。
過熱蒸気は、過熱蒸気供給管26に導かれる。過熱蒸気供給管26に導かれた過熱蒸気は、蒸気止め弁27を経て蒸気タービン5に供給される。蒸気タービン5は、導かれた蒸気によって回転駆動され、この回転出力が発電機7へと伝達される。発電機7では、蒸気タービン5から得られた回転出力によって発電し、その発電出力を出力電線32及び遮断機33を介して船内電力系統34へと供給する。
ディーゼル主機1の運転開始時は、ディーゼル主機1が所定の負荷に達しておらずディーゼル主機1から排出される排ガスが蒸気タービン5による発電を行う圧力に達していないので、抽ガスバイパス弁9は全閉の状態である。その後ディーゼル主機1がある一定の負荷に達すると抽ガスバイパス弁9を全開状態にする。
抽ガスバイパス弁9が開くと、過給機2を通過する前の高エネルギーを持った排ガスの一部が抽気され、抽ガスバイパス管8を通り排ガスエコノマイザ3の上流側で過給機2を通過した排ガスと混合される。これにより、排ガスエコノマイザ3にて発生する蒸気量および蒸気温度を増加させることができる。
図2に示すように、圧力センサ16にて得られる排ガスエコノマイザ3の過熱蒸気圧力が第一所定値P1以上第二所定値P2以下の間で、抽ガスバイパス弁9の開度制御を制御部10によって行う。
また、過熱蒸気圧力が第二所定値P2を超えた場合には、抽ガスバイパスによるアシストを行わなくても十分であるとし、抽ガスバイパス弁9を全閉とする。
さらに、過熱蒸気圧力が第二所定値P2を超えて第三所定値P3になると、ダンプ弁開セット圧力となり、蒸気ダンプ弁30が全開とされる。これにより、排ガスエコノマイザ3からの過熱蒸気の一部を復水器22へと流し、過熱蒸気圧力の過上昇を防止する。
船内系統34の需要電力が相対的に減少すると、蒸気タービン5の蒸気消費量が小さくなり、排ガスエコノマイザ3にて生成される過熱蒸気が余剰傾向となる。すなわち、船内系統34の需要電力が相対的に減少した場合には、抽ガスバイパス弁9の開度を減少させて排ガスエコノマイザ3の蒸気発生量を抑制した方が好ましい。そこで、過熱蒸気圧力が増加傾向になると、抽ガスバイパス弁9の開度を閉方向となるように漸次減少させる。
一方、船内系統34の需要電力が相対的に増加すると、蒸気タービン5の蒸気消費量が大きくなり、排ガスエコノマイザ3にて生成される過熱蒸気が不足傾向となる。すなわち、船内系統34の需要電力が相対的に増加した場合には、抽ガスバイパス弁9の開度を増加させて排ガスエコノマイザ3の蒸気発生量を増大させた方が好ましい。そこで、過熱蒸気圧力が減少傾向になると、抽ガスバイパス弁9の開度を開方向となるように漸次増大させる。
排ガスエコノマイザ3からの過熱蒸気圧力に応じて抽ガスバイパス弁9の開度を調整することとし、抽ガスバイパス管8によって過給機2をバイパスする排ガス量を船内系統34の需要電力に応じて調整することとした。これにより、船内系統34の需要電力に応じた過熱蒸気を排ガスエコノマイザ3にて生成することができるので、過剰に過熱蒸気を生成することを回避できる。したがって、無駄な抽ガスバイパスを行うことがないので、ディーゼル主機1の燃費を最適化させることができる。
2 過給機
3 排ガスエコノマイザ(蒸気発生装置)
5 蒸気タービン
7 発電機
8 抽ガスバイパス管(抽ガスバイパス系統)
9 抽ガスバイパス弁
10 制御部
16 圧力センサ
30 蒸気ダンプ弁
34 船内系統
Claims (6)
- ディーゼル機関と、
該ディーゼル機関からの排ガスによって駆動され、該ディーゼル機関へと供給する燃焼用空気を圧縮する過給機と、
前記ディーゼル機関からの排ガスの一部が前記過給機をバイパスするように設けられた抽ガスバイパス経路と、
該抽ガスバイパス経路に設けられ、排ガスのバイパス量を調整する抽ガスバイパス弁と、
前記過給機または前記過給機および前記抽ガスバイパス経路を通過した排ガスから排熱を回収して蒸気を生成する蒸気発生装置と、
該蒸気発生装置にて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンから得た駆動力によって発電し、系統へと発電した電力を供給する発電機と、
前記蒸気発生装置から前記蒸気タービンへと供給される過熱蒸気の圧力に応じて、前記抽ガスバイパス弁の開度を調整する制御部と、
を備えていることを特徴とする発電プラント設備。 - 前記制御部は、前記過熱蒸気の圧力が第一所定値から増加傾向にある場合は前記抽ガスバイパス弁の開度を閉方向へと調整し、前記過熱蒸気の圧力が第二所定値から減少傾向にある場合は前記抽ガスバイパス弁の開度を開方向へと調整することを特徴とする請求項1に記載の発電プラント設備。
- 前記制御部は、前記抽ガスバイパス弁を全閉とし、かつ前記過熱蒸気の圧力が第三所定値を超えた場合には、前記蒸気タービンをバイパスして復水器側へと過熱蒸気を流すように蒸気ダンプ弁を開とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の発電プラント設備。
- 前記ディーゼル機関は、船舶の推進用のプロペラを駆動するディーゼル主機とされ、
前記発電機は、船内系統へと電力を供給することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の発電プラント設備。 - 請求項4に記載された発電プラント設備を備えたことを特徴とする船舶。
- ディーゼル機関と、
該ディーゼル機関からの排ガスによって駆動され、該ディーゼル機関へと供給する燃焼用空気を圧縮する過給機と、
前記ディーゼル機関からの排ガスの一部が前記過給機をバイパスするように設けられた抽ガスバイパス経路と、
該抽ガスバイパス経路に設けられ、排ガスのバイパス量を調整する抽ガスバイパス弁と、
前記過給機または前記過給機および前記抽ガスバイパス経路を通過した排ガスから排熱を回収して蒸気を生成する蒸気発生装置と、
該蒸気発生装置にて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンから得た駆動力によって発電し、系統へと発電した電力を供給する発電機と、
を備えた発電プラント設備の運転方法において、
前記蒸気発生装置から前記蒸気タービンへと供給される過熱蒸気の圧力に応じて、前記抽ガスバイパス弁の開度を調整することを特徴とする発電プラント設備の運転方法。
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