JP2012117680A

JP2012117680A - 発電システム

Info

Publication number: JP2012117680A
Application number: JP2010264827A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Ito; 一芳伊藤
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-06-21

Abstract

【課題】腐食の発生を抑えつつ、再生可能燃料を高効率に利用でき、ＣＯ_２の排出量を削減することができる発電システムを提供することを目的とする。
【解決手段】第２ボイラ７で再生可能燃料を燃焼して蒸気を得、この蒸気を利用して、給水加熱器６で水を加熱することによって加熱水を得る。そして、給水加熱器６から第１ボイラ２に供給した加熱水を第１ボイラ２で更に加熱して蒸気とし、この蒸気をタービン３に供給して発電機４で発電を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、再生可能燃料を利用した発電システムに関する発明である。

従来、発電プラント等で用いられる発電システムとして、以下の非特許文献１に記載の発電システムが知られている。この発電システムは、ボイラ、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービン、復水器、低圧給水加熱器、脱気器及び高圧給水加熱器を備え、この発電システムでは、給水加熱器で加熱された給水がボイラに供給され、微粉炭等を燃焼して得られた熱で更に加熱されて蒸気となり、この蒸気が高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンの順に通過し、これらのタービンが回転されて発電が行われる。蒸気が各タービンを通過する際には、蒸気の一部が、給水加熱器に抽気され、抽気されずに低圧タービンを通過した蒸気は、復水器を経て水となり、この水が低圧給水加熱器、脱気器、高圧給水加熱器の順に通過する。そして、水がこれらを通過する際、水は前述の抽気された蒸気によって加熱され、高圧給水加熱器を通過した水は、再びボイラに供給される。

「蒸気動力」、コロナ社、１９８９年１月１０日、Ｐ１０２

ところで、近年、ＣＯ_２の排出量を削減するために、微粉炭等を含む従来の化石燃料に代えて、バイオマスや廃棄物等の再生可能燃料が燃料として用いられている。この再生可能燃料を上記のような発電システムで利用する場合、再生可能燃料を微粉炭等と共にボイラで混焼させる方法がある。しかし、ボイラが微粉炭ボイラである場合、再生可能燃料を微粉炭とサイズを揃えるべく同サイズとなるように微粉にすることは困難であり、この方法で再生可能燃料を利用できるのは、発電システムで発電されるエネルギーのうち２〜３％程度に留まる。また、ボイラが循環型や気泡型の流動床ボイラである場合、得られる蒸気の温度が低温であれば再生可能燃料を１００％使用することも可能であるが、発電システムを高効率に稼動するには、ボイラからタービンに供給する蒸気を５００℃以上の高温にする必要があり、このような高温の蒸気がボイラ内の伝熱管を流れると、廃棄物中のビニールに含まれる塩素、食品系バイオマスに含まれるカリウムやナトリウム等のアルカリ系金属、廃タイヤに含まれる重金属などが燃焼されて生じた溶融塩等の有害物質が、伝熱管の表面に付着して当該伝熱管を腐食させるおそれがある。従って、このような有害物質の発生を抑制するには燃料に含まれる再生可能燃料の割合を少なくする必要があり、その結果、この場合も、再生可能燃料を高効率に使用することができない。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、腐食の発生を抑えつつ、再生可能燃料を高効率に利用でき、ＣＯ_２の排出量を削減することができる発電システムを提供することを目的とする。

本発明の発電システムは、水を加熱して加熱水を得る給水加熱器と、給水加熱器から供給された加熱水を加熱して蒸気を得るボイラと、ボイラから供給された蒸気を用いる発電用の蒸気タービンとを備える発電システムであって、再生可能燃料を燃焼して蒸気を得る燃焼装置を備え、給水加熱器は、燃焼装置から供給された蒸気を利用して水を加熱し加熱水を得ることを特徴とする。

この発電システムによれば、燃焼装置で再生可能燃料が燃焼されて蒸気が得られ、この蒸気を利用して給水加熱器で水が加熱され加熱水が得られ、給水加熱器からボイラに供給された加熱水がボイラで加熱されて蒸気となり、この蒸気が蒸気タービンに供給されて発電が行われる。ここで、給水加熱器で加熱水を得るために利用する蒸気は、ボイラからタービンに供給する高温の蒸気に比して低温で良い。このため、燃焼装置で再生可能燃料を燃焼して生じた有害物質が、燃焼装置内の伝熱管に付着しても、低温のため伝熱管での腐食の発生は抑制される。また、その結果、燃焼装置で燃焼する燃料は、１００％再生可能燃料とすることができ、再生可能燃料を高効率に利用することが可能となる。また、給水加熱器で加熱水を得るために、従来の発電システムでは、ボイラで石炭を燃焼して得た蒸気の一部をタービンから抽気し、この蒸気のエネルギーを利用していたが、本発明に係る発電システムでは、燃焼装置で再生可能燃料を燃焼して得た蒸気のエネルギーを利用するため、従来の発電システムに比して、ボイラで燃焼する石炭の量を低減することができ、ＣＯ_２の排出量を削減することができる。従って、腐食の発生を抑えつつ、再生可能燃料を高効率に利用でき、ＣＯ_２の排出量を削減することができる。

ここで、燃焼装置は、流動床炉であることが好ましい。こうすると、細片にされた再生可能燃料を良好に燃焼させることができる。

本発明によれば、腐食の発生を抑えつつ、再生可能燃料を高効率に利用でき、ＣＯ_２の排出量を削減することができる発電システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る発電システムを示す概略ブロック図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の発電システムの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る発電システムを示す概略ブロック図である。

発電システム１は、蒸気でタービンを回転させ、この回転を利用して発電を行うシステムであり、第１ボイラ（ボイラ）２、タービン（蒸気タービン）３、発電機４、復水器５、給水加熱器６及び第２ボイラ（燃焼装置）７を備えている。

第１ボイラ２は、水を加熱して蒸気を得るためのものであり、ここでは、供給された石炭等の燃料を燃焼し、この燃焼により得られた熱を用いて、詳しくは後述する給水加熱器６から供給された加熱水を加熱して蒸気を得る。ここで、発電システム１を高効率に稼動させるため、第１ボイラ２で得る蒸気の温度は、５００〜６００℃程度とされている。なお、供給される燃料は石炭に限られず、重油やガス等の化石燃料であっても良い。そして、第１ボイラ２は、得られた蒸気をタービン３に供給する。

タービン３は、第１ボイラ２から供給された蒸気を用いる発電用の蒸気タービンであり、第１ボイラ２から供給された蒸気を断熱膨張させ、これによりタービン翼を回転し、この回転を利用してタービン３に連結された発電機４で発電を行う。そして、タービン３は、発電に用いた蒸気を復水器５に供給する。なお、タービン３は、１段式のものであっても良いし、多段式のものであっても良い。

復水器５は、タービン３から供給された蒸気を冷却し凝縮して水を得るためのものであり、得られた水を給水加熱器６に供給する。

給水加熱器６は、水を加熱して加熱水を得るためのものであり、ここでは、詳しくは後述する第２ボイラ７から供給された蒸気を利用して、復水器５から供給された水を加熱し加熱水を得る。ここで、給水加熱器６で加熱水を得るために利用する蒸気の温度は、４５０℃前後とされている。そして、給水加熱器６は、得られた加熱水を第１ボイラ２に供給する。なお、水の加熱は、復水器５から供給された水と第２ボイラ７から供給された蒸気との間で熱交換を行っても良いし、これらを混合することで行っても良い。また、給水加熱器６は、１段式のものであっても良いし、多段式のものであっても良い。

ここで、給水加熱器６及びタービン３は、配管Ｌを介して、開栓及び閉栓が自在に接続されている。タービン３及び給水加熱器６の間を開栓すると、断熱膨張前又は断熱膨張中の蒸気の一部がタービン３から給水加熱器６に抽気される。そして、給水加熱器６では、タービン３から抽気された蒸気を利用して、復水器５から供給された水を加熱し加熱水を得ることが可能となっている。なお、タービン３から抽気される蒸気の温度は、４５０℃前後とされている。

第２ボイラ７は、供給された再生可能燃料を燃焼して蒸気を得るためのものであり、循環型又は気泡型の流動床炉である。この第２ボイラ７で得られる蒸気は、給水加熱器６で加熱水を得るために利用されるものであるため、その温度は、前述の通り、４５０℃前後である。

この第２ボイラ７で燃焼する再生可能燃料には、バイオマス、廃棄物及び廃棄物由来燃料等が含まれる。バイオマスには、建設事業や森林事業等で発生する木質系バイオマス、種等の農業系バイオマス及び食品系バイオマス等が含まれる。また、廃棄物には、産業系廃棄物、汚泥、廃タイヤ及び廃プラスチック等が含まれる。また、廃棄物由来燃料とは、上記のような廃棄物をペレット状等にして燃料としたものである。そして、廃棄物中のビニール等には塩素が、食品系バイオマス等にはカリウムやナトリウム等のアルカリ系金属が、廃タイヤ等には重金属がそれぞれ含まれており、これらを燃焼すると溶融塩等の有害物質が発生する。

このような発電システム１によれば、第２ボイラ７で再生可能燃料が燃焼されて蒸気が得られ、この蒸気を利用して給水加熱器６で水が加熱され加熱水が得られ、給水加熱器６から第１ボイラ２に供給された加熱水が第１ボイラ２で加熱されて蒸気となり、この蒸気がタービン３に供給されて発電が行われる。

ここで、給水加熱器６で加熱水を得るために利用する蒸気は、第１ボイラ２からタービン３に供給する５００〜６００℃程度の高温の蒸気に比して、４５０℃前後と低温である。このため、第２ボイラ７で再生可能燃料を燃焼して生じた有害物質が、給水加熱器６で加熱水を得るための蒸気が流れる第２ボイラ７内の伝熱管に付着しても、４５０℃前後と低温のため当該伝熱管での腐食の発生は抑制される。また、その結果、第２ボイラ７で燃焼する燃料は、１００％再生可能燃料とすることができ、再生可能燃料を高効率に利用できる。また、給水加熱器で加熱水を得るために、従来の発電システムでは、ボイラで石炭を燃焼して得た蒸気の一部をタービンから抽気し、この蒸気のエネルギーを利用していたが、この発電システム１では、第２ボイラ７で再生可能燃料を燃焼して得た蒸気のエネルギーを利用するため、従来の発電システムに比して、第１ボイラ２で燃焼する石炭の量を低減することができ、ＣＯ_２の排出量を削減することができる。従って、腐食の発生を抑えつつ、再生可能燃料を高効率に利用でき、ＣＯ_２の排出量を削減することができる。

また、第２ボイラ７は、循環型又は気泡型の流動床炉であるため、細片にされた再生可能燃料を良好に燃焼させることができる。

また、タービン３及び給水加熱器６は、配管Ｌを介して、開栓及び閉栓が自在に接続されているため、第２ボイラ７が停止した場合に、タービン３及び給水加熱器６の間を開栓することで、タービン３に供給された蒸気の一部が給水加熱器６に抽気され、この蒸気を利用して復水器５から供給された水が加熱され加熱水が得られる。従って、第２ボイラ７が停止した場合に、発電システム１の稼動を継続することが可能であり、発電システム１の信頼性を向上することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、第２ボイラ７は流動床炉であるが、ストーカ炉であっても良い。また、上記実施形態では、発電システム１は復水器５を備えた復水式のシステムであるが、復水器を備えない背圧式のシステムであっても良い。

１…発電システム、２…第１ボイラ（ボイラ）、３…タービン（蒸気タービン）、６…給水加熱器、７…第２ボイラ（燃焼装置）。

Claims

水を加熱して加熱水を得る給水加熱器と、前記給水加熱器から供給された前記加熱水を加熱して蒸気を得るボイラと、前記ボイラから供給された前記蒸気を用いる発電用の蒸気タービンとを備える発電システムであって、
再生可能燃料を燃焼して蒸気を得る燃焼装置を備え、
前記給水加熱器は、前記燃焼装置から供給された前記蒸気を利用して前記水を加熱し前記加熱水を得ることを特徴とする発電システム。
前記燃焼装置は、流動床炉であることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。