JP2014020337A - Turbine generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンモニアガスを受けて回転するタービン羽根車を有し、タービン羽根車の回転力で発電するタービン発電機に関するものである。 The present invention relates to a turbine generator having a turbine impeller that rotates by receiving ammonia gas, and that generates electric power by the rotational force of the turbine impeller.
従来より、水より沸点が低いアンモニアを沸騰させ、発生したアンモニアガスを用いてタービン羽根車を回転させることによって発電するバイナリー発電システムが知られている(特許文献1参照)。このバイナリー発電システムによれば、焼却炉等からの温排水、加熱炉の排気ガス、温泉や蒸気等、比較的低温で以前までは発電に向かないとされていた熱源を発電源として利用できるために、省エネルギー化を実現することができる。 Conventionally, a binary power generation system that generates power by boiling ammonia having a boiling point lower than that of water and rotating a turbine impeller using the generated ammonia gas is known (see Patent Document 1). According to this binary power generation system, it is possible to use a heat source that was previously considered unsuitable for power generation at a relatively low temperature, such as hot wastewater from an incinerator, exhaust gas from a heating furnace, hot springs, steam, etc. In addition, energy saving can be realized.
従来のバイナリー発電システムでは、タービン発電機の回転部と非回転部との間の圧力差に起因して、回転部と非回転部との間の隙間を介してアンモニアガスが機外に漏出する可能性がある。このため、従来のバイナリー発電システムでは、タービン発電機の回転部と非回転部との間にメカニカルシール部材を設けることによって、アンモニアガスが機外に漏出することを抑制していた。しかしながら、バイナリー発電システムでは、タービン羽根車が高速回転するために、回転部と非回転部との間の圧力差が非常に大きくなり、メカニカルシール部材を設けてもアンモニアガスが機外に漏出することがあった。以上のことから、アンモニアガスが機外に漏出することをより確実に抑制可能な技術の提供が期待されていた。 In the conventional binary power generation system, ammonia gas leaks out of the machine through the gap between the rotating part and the non-rotating part due to the pressure difference between the rotating part and the non-rotating part of the turbine generator. there is a possibility. For this reason, in the conventional binary power generation system, ammonia gas is prevented from leaking out of the apparatus by providing a mechanical seal member between the rotating part and the non-rotating part of the turbine generator. However, in the binary power generation system, since the turbine impeller rotates at a high speed, the pressure difference between the rotating part and the non-rotating part becomes very large, and even if a mechanical seal member is provided, ammonia gas leaks out of the machine. There was a thing. From the above, it has been expected to provide a technique capable of more reliably suppressing ammonia gas from leaking out of the apparatus.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、アンモニアガスが機外に漏出することを抑制可能なタービン発電機を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said subject, The objective is to provide the turbine generator which can suppress that ammonia gas leaks out of an apparatus.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るタービン発電機は、ケーシングと、前記ケーシング内において該ケーシングの長手方向に延びるように配設された回転シャフトと、前記回転シャフトを回転自在に支持する、前記回転シャフトの回転軸方向に間隔を空けて配設された一対のカーボン軸受と、前記回転シャフトの一方の端部に固定された、アンモニアガスの供給に応じて回転するタービン羽根車と、前記回転シャフトの他方の端部に接続された、回転シャフトの回転に応じて発電する発電機と、を備え、前記ケーシングの内壁面、前記回転シャフト、及び前記一対のカーボン軸受によって形成される空間が冷却水で満たされていることを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve the object, a turbine generator according to the present invention includes a casing, a rotating shaft disposed in the casing so as to extend in a longitudinal direction of the casing, and the rotating shaft. A pair of carbon bearings that are rotatably supported and spaced apart in the direction of the rotation axis of the rotary shaft, and rotate according to the supply of ammonia gas fixed to one end of the rotary shaft A turbine impeller and a generator that is connected to the other end of the rotating shaft and that generates electric power according to the rotation of the rotating shaft. The inner wall surface of the casing, the rotating shaft, and the pair of carbon bearings The space formed by is filled with cooling water.
本発明に係るタービン発電機は、上記発明において、前記タービン羽根車側に配設されたカーボン軸受とタービン羽根車との間の前記回転シャフトの周縁部、及び前記発電機側に配設されたカーボン軸受と発電機との間の前記回転シャフトの周縁部に配設されたメカニカルシール部材を備えることを特徴とする。 In the above invention, the turbine generator according to the present invention is disposed on the peripheral side of the rotating shaft between the carbon bearing disposed on the turbine impeller side and the turbine impeller, and on the generator side. A mechanical seal member disposed on a peripheral portion of the rotating shaft between the carbon bearing and the generator is provided.
本発明に係るタービン発電機によれば、アンモニアガスが機外に漏出することを抑制できる。 According to the turbine generator according to the present invention, ammonia gas can be prevented from leaking out of the apparatus.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるバイナリー発電システムを含む焼却システムの構成について説明する。 Hereinafter, a configuration of an incineration system including a binary power generation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔焼却システムの構成〕
始めに、図1を参照して、本発明の一実施形態であるバイナリー発電システムを含む焼却システムの構成について説明する。
[Configuration of incineration system]
First, the configuration of an incineration system including a binary power generation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、本発明の一実施形態であるバイナリー発電システムを含む焼却システムの構成を示すブロック図である。図1に示すように、本発明の一実施形態であるバイナリー発電システムを含む焼却システム1は、焼却炉2、ボイラ3、集塵装置4、排煙処理塔5、水蒸気発電システム10、及びバイナリー発電システム20を備えている。焼却炉2は、汚泥等の焼却対象物を焼却するものである。焼却炉2は、ブロワ6から供給される空気と必要に応じて供給される燃料とを用いて焼却対象物を燃焼させ、例えば850℃程度の高温の燃焼ガスをボイラ3に出力する。焼却炉2は、流動焼却炉や循環焼却炉等によって実現されるが、その他の焼却方式で実現してもよい。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an incineration system including a binary power generation system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an incineration system 1 including a binary power generation system according to an embodiment of the present invention includes an
ボイラ3は、水蒸気発電システム10の熱源として機能する。集塵装置4は、ボイラ3を介して送られる燃焼炉2の燃焼ガスから燃焼灰を除去し、燃焼灰が除去された燃焼ガスを排煙処理塔5に送出する。ボイラ3から送られる燃焼ガスの温度は、例えば250〜300℃程度である。排煙処理塔5は、常温の水を給水して、集塵装置4から送られた燃焼ガスの温度を例えば40〜50℃程度まで降下させ、ブロワ7を介して図示しない煙突から燃焼ガスを大気に放出する。排煙処理塔5が熱交換した水のうちの高温排水の熱はバイナリー発電システム20で利用される。
The boiler 3 functions as a heat source for the steam
水蒸気発電システム10は、ボイラ3の燃焼ガスを熱源として、水を媒体とするランキンサイクルによって水蒸気タービンSTを駆動し、水蒸気タービンSTに結合された発電機14を駆動することによって発電するシステムである。ボイラ3は、循環する水を加熱して水蒸気に変換し、この変換された高温高圧状態の水蒸気をスチームヘッダー11に送出する。スチームヘッダー11は、蒸気管寄せであり、ボイラ3からの水蒸気を一旦蓄積し、各配管に分配する。図1では、複数の配管を示していないが、水蒸気発電システム10以外のシステム等に対して水蒸気を供給する配管が結合されている。
The steam
スチームヘッダー11は高圧蒸気だめ12に水蒸気を供給する。高圧蒸気だめ12は、水蒸気タービンSTの仕事量に対応し、必要な水蒸気を水蒸気タービンSTに供給して水蒸気タービンSTを駆動すると共に、余剰の水蒸気を高圧復水器13に送出して水蒸気のバランスをとる。例えば、高圧蒸気だめ12は、水蒸気タービンSTが低負荷状態であったり、水蒸気タービンSTが必要とする水蒸気量よりも多い水蒸気がボイラ3側から供給されたりした場合等に、高圧復水器13側に水蒸気を戻す。 The steam header 11 supplies water vapor to the high-pressure steam sump 12. The high-pressure steam sump 12 corresponds to the work amount of the steam turbine ST, supplies necessary steam to the steam turbine ST to drive the steam turbine ST, and sends excess steam to the high-pressure condenser 13 to supply steam. to keep balance. For example, the high-pressure steam sump 12 has a high-pressure condenser 13 when the steam turbine ST is in a low load state or when more steam than the steam amount required by the steam turbine ST is supplied from the boiler 3 side. Return water vapor to the side.
水蒸気タービンSTは、高圧蒸気だめ12から供給された高温高圧水蒸気が入口に入力されることによって駆動され、発電機14を駆動して発電させる。水蒸気タービンSTの出口からは、仕事済みの低温低圧状態の水蒸気(余熱水蒸気)が排出される。この余熱水蒸気は、調整弁10aを介して低圧復水器15に入力されるが、一部の余熱水蒸気は、調整弁10aと共に、調整弁10aの水蒸気タービンST側から分岐する配管途中に設けられた調整弁10bと、調整弁10aの低圧復水器15側から合流する配管途中に設けられた調整弁10cとを用いて、バイナリー発電システム10の熱交換装置22に供給される。この3つの調整弁10a〜10cは、流量調整弁であり、蒸気タービンST出口から排出される余熱水蒸気の低圧復水器15側とバイナリー発電システム20側とへの流量配分を行う。例えば水蒸気タービンSTの負荷が低い場合、3つの調整弁10a〜10cは、バイナリー発電システム20側への供給流量を多くして、バイナリー発電システム20の安定発電が行えるようにする。
The steam turbine ST is driven when high-temperature and high-pressure steam supplied from the high-pressure steam sump 12 is input to the inlet, and drives the
低圧復水器15は、冷却ポンプ15a及び冷却器15bによって生成された冷却水によって、余熱水蒸気の温度を下げ、凝縮させる。この凝縮によって水蒸気タービンST出口側は負圧状態となり、水蒸気タービンSTの変換効率を高めることができる。調整弁10b,10cを介して循環する余熱水蒸気も熱交換装置22によって熱交換が行われ、余熱水蒸気は低温化される。このため、低圧復水器15の復水能力は従来に比して小さくて済み、低圧復水器15の構成を簡易なものとすることができる。さらに、冷却ポンプ15a及び冷却器15bの冷却能力及び構成も小さくて済む。しかも、低圧復水器15で捨てていた余熱量を小さくすることができ、従来の低圧復水器15で捨てていた一部の余熱量をバイナリー発電システム20で利用できる。
The
すなわち、従来の低圧復水器15で捨てていた熱エネルギーの一部をバイナリー発電システム20で有効利用することができると共に、低圧復水器15の復水能力を実現する冷却ポンプ15a,15bの駆動エネルギーが減少するため、システム全体のエネルギー効率が相乗的に向上することになる。さらに、水蒸気発電システム10の水蒸気タービンSTから出力される余熱水蒸気が比較的高温状態である場合であっても、余熱水蒸気の低圧復水器15側への流量と熱交換装置22側への流量とを調整できるので、余熱水蒸気の復水処理と余熱の利用処理とをバランスよく行うことができる。
That is, a part of the heat energy discarded in the conventional low-
復水タンク16は、ポンプ16aを介して低圧復水器15から供給される水と高圧復水器13から供給される水とを溜めておき、ポンプ16bを介して脱気器17に送出される。復水タンク16の圧力バランスは、ポンプ16a,16bの駆動を制御することによって達成される。脱気器17は、入力された復水をさらに加熱し、水に溶け込んでいる酸素等の空気を除去する。脱気器17が空気を除去することによって、ボイラ3や配管等の腐食を防止できる。減圧減温装置18は、高圧蒸気だめ12に溜められた水蒸気を減圧減温し、低圧蒸気だめ19に溜めておき、脱気器17は、この低圧蒸気だめ19の水蒸気を用いて加熱し、水を一旦揮発させ再凝縮させることで、水に溶存する空気を除去する。この脱気された水は、再びボイラ3に供給されて、水蒸気発電システム10のランキンサイクルを循環する。
The condensate tank 16 stores the water supplied from the low-
バイナリー発電システム20は、水蒸気発電システム10にカスケード接続されるシステムであり、水よりも低沸点の媒体を用いたランキンサイクルによって、タービン100を駆動し、タービン100に結合された発電機23を駆動することによって発電するシステムである。低沸点の媒体を用いる理由は、余熱蒸気という低温熱源で容易に高圧蒸気を得ることができるからである。この低沸点の媒体はアンモニアである。アンモニアは、元々自然界に存在する無色透明の低沸点媒体で、その蒸発温度は、大気下で、−33.3℃、4.0MPaで、79.6℃であり、熱物性が良く、また、地球温暖化係数ゼロ、オゾン層破壊係数ゼロであり、環境負荷がほとんどなく、好ましい。
The binary
バイナリー発電システム20は、水蒸気発電システム10側から供給される余熱水蒸気と、水よりも低沸点の媒体との熱交換を行う熱交換装置22を有する。また、この熱交換装置22の前段には、排煙処理塔5から供給される高温排水と低沸点の媒体との熱交換を行う熱交換装置21が配置されても良い。この排煙処理塔5から供給される高温排水を用いることによって、一層、焼却システム1全体のエネルギー効率を高めることができる。
The binary
ポンプ25によって供給された低沸点の媒体であるアンモニアは、熱交換装置21,22を介して容易にアンモニアガスとなり、この高圧のアンモニアガスは、タービン100の入口に供給され、発電機23を駆動する仕事を行う。仕事済みのアンモニアガスは、タービン100の出口から排出され、凝縮器24に入力され、アンモニアガスをアンモニア液にし、ポンプ25を介して循環される。低圧蒸気だめ19から抽気した蒸気を蒸気加熱器35に導くことで、低沸点媒体蒸気を過熱することができ効率を向上させることも可能である。
Ammonia, which is a low-boiling point medium supplied by the
〔タービンの構成〕
次に、図2を参照して、タービン100の構成について説明する。
[Configuration of turbine]
Next, the configuration of the
図2は、本発明の一実施形態であるタービンの構成を示す断面図である。図2に示すように、本発明の一実施形態であるタービン100は、ケーシング101と、ケーシング101内に収容されたタービン本体102とを備えている。タービン本体102は、回転シャフト110を有している。回転シャフト110は、ケーシング101内においてケーシング101の長手方向に延びるように配設され、回転軸方向に間隔を空けて配設された2つのカーボン軸受(すべり軸受)111a,111bによって回転自在に支持されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a turbine according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, a
回転シャフト110の一方の端部には、円盤状のタービン羽根車112が固定されている。円盤状のタービン羽根車112は、その軸芯が回転シャフト110の軸芯と一致した状態で回転シャフト110の一方の端部に固定されている。タービン羽根車112の近傍には、タービン羽根車112の半径方向に延びる複数の吹出ノズル113が配置されている。複数の吹出ノズル113は、タービン羽根車112の周方向に互いに間隔を空けて配列されている。タービン羽根車112は複数の吹出ノズル113から噴射されるアンモニアガスを受けて回転し、回転シャフト110はタービン羽根車112の回転に合わせて回転する。
A disc-shaped
回転シャフト110の他方の端部には、発電機23の図示しないロータに固定されている。発電機23では、回転シャフト110が回転することによって図示しないロータが回転磁界を発生し、この回転磁界によって固定子鉄心のコイルに誘起電圧が生じる。このように、発電機23は、タービン100から出力される回転動力を電力に変換して出力する。
The other end of the
タービン羽根車112側に配設されたカーボン軸受111aとタービン羽根車112との間の回転シャフト110の周縁部、及び発電機23側に配設されたカーボン軸受111bと発電機23との間の回転シャフト110の周縁部にはそれぞれ、アンモニアガスが機外に漏出することを抑制するためのメカニカルシール部材114a,114bが配設されている。回転シャフト110、カーボン軸受111a,11b、及びケーシング101の内壁面101a,101bによって形成される空間Sには冷却水が循環供給され、空間S内は常に冷却水によって満たされている。
The peripheral portion of the
このような構成によれば、メカニカルシール部材114aからアンモニアガスが漏出した場合であっても、アンモニアガスは空間S内を満たしている冷却水に溶けるので、アンモニアガスが機外に漏出することを抑制できる。また、カーボン軸受111a,11bはアンモニア耐性を有しているので、アンモニアによってカーボン軸受111a,11bが腐食することはない。また、カーボン軸受111a,11bは常に冷却水と接触しているので、冷却水が回転シャフト110の回転に伴いカーボン軸受111a,111bが発熱することを抑制し、熱によるカーボン軸受111a,111bの磨耗を防止できる。
According to such a configuration, even if ammonia gas leaks from the
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。 The embodiment to which the invention made by the present inventors is applied has been described above, but the present invention is not limited by the description and the drawings that constitute a part of the disclosure of the present invention. That is, other embodiments, examples, operational techniques, and the like made by those skilled in the art based on this embodiment are all included in the scope of the present invention.
23 発電機
100 タービン
101 ケーシング
102 タービン本体
110 回転シャフト
111a,111b カーボン軸受
112 タービン羽根車
113 吹出ノズル
114a,114b メカニカルシール部材
23
Claims (2)
前記ケーシング内において該ケーシングの長手方向に延びるように配設された回転シャフトと、
前記回転シャフトを回転自在に支持する、前記回転シャフトの回転軸方向に間隔を空けて配設された一対のカーボン軸受と、
前記回転シャフトの一方の端部に固定された、アンモニアガスの供給に応じて回転するタービン羽根車と、
前記回転シャフトの他方の端部に接続された、回転シャフトの回転に応じて発電する発電機と、を備え、
前記ケーシングの内壁面、前記回転シャフト、及び前記一対のカーボン軸受によって形成される空間が冷却水で満たされていること
を特徴とするタービン発電機。 A casing,
A rotating shaft disposed in the casing so as to extend in a longitudinal direction of the casing;
A pair of carbon bearings that rotatably support the rotating shaft and that are spaced apart in the direction of the rotating shaft of the rotating shaft;
A turbine impeller fixed to one end of the rotating shaft and rotating in response to the supply of ammonia gas;
A generator that is connected to the other end of the rotating shaft and that generates electricity in accordance with the rotation of the rotating shaft;
A turbine generator, wherein a space formed by an inner wall surface of the casing, the rotary shaft, and the pair of carbon bearings is filled with cooling water.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012162502A JP2014020337A (en) | 2012-07-23 | 2012-07-23 | Turbine generator |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104192925A (en) * | 2014-07-30 | 2014-12-10 | 江苏河海新能源有限公司 | Evaporation-condensation system and application thereof |
CN105279787A (en) * | 2015-04-03 | 2016-01-27 | 北京明兰网络科技有限公司 | Method for generating three-dimensional (3D) building model based on photographed house type image identification |
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2012
- 2012-07-23 JP JP2012162502A patent/JP2014020337A/en active Pending
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