JP3008251B2 - ガスタービン・蒸気複合式火力発電所においてガスタービンを運転するためのガスを発生するための方法及びこの方法を実施するための装置 - Google Patents
ガスタービン・蒸気複合式火力発電所においてガスタービンを運転するためのガスを発生するための方法及びこの方法を実施するための装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の上位概念に
記載のガスタービン・蒸気複合式火力発電所においてガ
スタービンを運転するためのガスを発生するための方法
及びこの方法を実施するための装置に関する。
記載のガスタービン・蒸気複合式火力発電所においてガ
スタービンを運転するためのガスを発生するための方法
及びこの方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような設備が、なかんづく雑誌〃フ
アウ・ゲー・ベー・クラフトヴエルクステヒニーク〃
（７０）１９９０、第５号、３９９〜４０５頁により公
知である。発生するガスは、ガスタービンを破損するよ
うな有害物質を含有しており、それ故にガス清浄が不可
欠である。有害物質を含むこうした高温ガスの効果的清
浄は、最新ガスタービンの許容入口温度より上の温度、
つまり１２００℃を越える温度ではほとんど行うことが
できないので、信頼のおける公知の方法でガス清浄を行
うことができるようにするために、ガスの温度は約６５
０〜９５０℃のレベルに下げられねばならない。この温
度レベルは、特に乾式添加剤法（石灰塵吹込みによる脱
硫）及び選択式無触媒還元ＳＮＣＲ法（触媒を用いるこ
となくアンモニアを用いた窒素酸化物の還元）にとつて
も決定的である。この温度レベルを達成するために、一
般に蒸気力プロセスの熱が減結合され、又はきわめて大
量の過剰空気で運転される。
アウ・ゲー・ベー・クラフトヴエルクステヒニーク〃
（７０）１９９０、第５号、３９９〜４０５頁により公
知である。発生するガスは、ガスタービンを破損するよ
うな有害物質を含有しており、それ故にガス清浄が不可
欠である。有害物質を含むこうした高温ガスの効果的清
浄は、最新ガスタービンの許容入口温度より上の温度、
つまり１２００℃を越える温度ではほとんど行うことが
できないので、信頼のおける公知の方法でガス清浄を行
うことができるようにするために、ガスの温度は約６５
０〜９５０℃のレベルに下げられねばならない。この温
度レベルは、特に乾式添加剤法（石灰塵吹込みによる脱
硫）及び選択式無触媒還元ＳＮＣＲ法（触媒を用いるこ
となくアンモニアを用いた窒素酸化物の還元）にとつて
も決定的である。この温度レベルを達成するために、一
般に蒸気力プロセスの熱が減結合され、又はきわめて大
量の過剰空気で運転される。
【０００３】蒸気プロセスの熱が減結合され又は大量の
過剰空気で運転される公知の方法では、欠点として、比
較的低い温度で蒸気プロセスに熱が伝達されることによ
つて又は過剰空気が大量のときガスタービン入口温度が
低下することによつて効率が損なわれ、又排ガスの損失
が大きくなる。更にガスタービンの運転と排熱ボイラの
運転との結合が不利である。
過剰空気で運転される公知の方法では、欠点として、比
較的低い温度で蒸気プロセスに熱が伝達されることによ
つて又は過剰空気が大量のときガスタービン入口温度が
低下することによつて効率が損なわれ、又排ガスの損失
が大きくなる。更にガスタービンの運転と排熱ボイラの
運転との結合が不利である。
【０００４】気候論議、環境保護及び資源保護の結果、
本提案方法及び本提案装置によつて効率を少なからず高
めることは、まさに今日では大きな重要性を獲得した。
本提案方法及び本提案装置によつて効率を少なからず高
めることは、まさに今日では大きな重要性を獲得した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
欠点が取り除かれ、石炭から電気を発生する際に効率の
決定的向上が達成される、最初に述べられた種類の方法
及びそれに付属した装置を提供することである。
欠点が取り除かれ、石炭から電気を発生する際に効率の
決定的向上が達成される、最初に述べられた種類の方法
及びそれに付属した装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は請求項１の特
徴部分によつて解決される。
徴部分によつて解決される。
【０００７】本発明の有利な構成は従属請求項２ないし
９から読み取ることができる。
９から読み取ることができる。
【０００８】本発明による措置によつて、公知の先行技
術に比べて、以下の利点が達成される。 １）高い純ガス温度（１２００〜１４００℃）を達成す
ることができ、ガスタービンは高い入口温度でそれに応
じて高い効率で運転することができる。 ２）生ガスと純ガスとの熱交換によつて、先行技術に比
べて熱損失が少なく、これにより設備全体の効率が向上
する。 ３）ガスタービンは独自の煙突を介して、排熱ボイラと
は独自に運転することができる。 ４）圧力容器及び連絡管のいずれにしても必要となる内
部断熱材が、同時に熱交換器として使用され、同じ断熱
材厚さの場合に圧力容器及び連絡管壁の温度が下げられ
る。場合によつては分離した熱交換器（図２の１５）を
省くことができる。
術に比べて、以下の利点が達成される。 １）高い純ガス温度（１２００〜１４００℃）を達成す
ることができ、ガスタービンは高い入口温度でそれに応
じて高い効率で運転することができる。 ２）生ガスと純ガスとの熱交換によつて、先行技術に比
べて熱損失が少なく、これにより設備全体の効率が向上
する。 ３）ガスタービンは独自の煙突を介して、排熱ボイラと
は独自に運転することができる。 ４）圧力容器及び連絡管のいずれにしても必要となる内
部断熱材が、同時に熱交換器として使用され、同じ断熱
材厚さの場合に圧力容器及び連絡管壁の温度が下げられ
る。場合によつては分離した熱交換器（図２の１５）を
省くことができる。
【０００９】
【実施例】明細書及び図１、図２に基づいて、本発明を
詳しく説明する。
詳しく説明する。
【００１０】図１に示されたガスタービン・蒸気複合式
火力発電所は設備複合体３１〜３７を、つまり排ガス圧
縮機３１、空気又は酸素濃縮空気又は純酸素用圧縮機３
２，火炉３３、熱交換器３４、ガス清浄部３５、発電機
を備えたガスタービン３６、そして蒸気タービン及び発
電機を含む排熱蒸気発生器３７を含む。
火力発電所は設備複合体３１〜３７を、つまり排ガス圧
縮機３１、空気又は酸素濃縮空気又は純酸素用圧縮機３
２，火炉３３、熱交換器３４、ガス清浄部３５、発電機
を備えたガスタービン３６、そして蒸気タービン及び発
電機を含む排熱蒸気発生器３７を含む。
【００１１】図２は設備部分３３，３４，３５を示して
おり、微粒炭ないし微粉炭が、例えば１５ｂａｒの圧力
で、空気又は酸素濃縮空気又は純酸素のみと一緒に、又
はそれぞれ循環排ガスと混合したものと一緒に、管１１
を介して火炉２７に提供されて、そのなかで燃焼され
る。この燃焼は灰が固体のままに留まるか又は融解状態
で排出可能となる温度において行われる。燃焼温度は過
剰空気及び／又は過剰酸素及び／又は循環排ガスを選択
することによって調整することができる。火炉２７はサ
イクロン状であり、これにより灰の大部分が分離され
て、管１４を介して排出することができる。火炉内の燃
焼温度が灰の融点により上であると、燃焼ガスは火炉１
２の出口管で循環排ガス又は燃焼用に使用するのと同様
のガスを（管２６を介して）添加することによって、後
続の導管及び熱交換器のスラツギングを防止するため
に、灰の融点以下の温度に冷やされる。引き続き燃焼ガ
ス即ち生ガスは、いずれの場合（火炉内の灰が固体又は
溶解状態）にも、熱交換器として構成された連絡管２を
通過し、必要なら生ガス入口管１６を介して熱交換器１
５を通過する。この熱交換器は生ガスを冷却しかつ純ガ
スを加熱するための熱交換器圧力容器３の伝熱面空間２
２内に設けられている。
おり、微粒炭ないし微粉炭が、例えば１５ｂａｒの圧力
で、空気又は酸素濃縮空気又は純酸素のみと一緒に、又
はそれぞれ循環排ガスと混合したものと一緒に、管１１
を介して火炉２７に提供されて、そのなかで燃焼され
る。この燃焼は灰が固体のままに留まるか又は融解状態
で排出可能となる温度において行われる。燃焼温度は過
剰空気及び／又は過剰酸素及び／又は循環排ガスを選択
することによって調整することができる。火炉２７はサ
イクロン状であり、これにより灰の大部分が分離され
て、管１４を介して排出することができる。火炉内の燃
焼温度が灰の融点により上であると、燃焼ガスは火炉１
２の出口管で循環排ガス又は燃焼用に使用するのと同様
のガスを（管２６を介して）添加することによって、後
続の導管及び熱交換器のスラツギングを防止するため
に、灰の融点以下の温度に冷やされる。引き続き燃焼ガ
ス即ち生ガスは、いずれの場合（火炉内の灰が固体又は
溶解状態）にも、熱交換器として構成された連絡管２を
通過し、必要なら生ガス入口管１６を介して熱交換器１
５を通過する。この熱交換器は生ガスを冷却しかつ純ガ
スを加熱するための熱交換器圧力容器３の伝熱面空間２
２内に設けられている。
【００１２】生ガスは、生ガス出口１７を介して熱交換
器圧力容器から流出して、１つの断熱材７のみを備えた
連絡管４及び生ガス入口１８を介して、ガス清浄部圧力
容器５に流入する。純ガスへの熱放出によつて既に冷や
されたこの生ガスに管３０を介し循環排ガス又は燃焼用
に使用されるのと同様のガスが添加され、こうして生ガ
スは約６５０〜９５０℃の温度に冷やされる。この温度
において、生ガスは公知の方法、例えはサイクロン、セ
ラミツク濾過器カートリツジ２４等で、（アルカリ金属
化合物も含めて）除塵することができ、更に、やはり公
知の方法、例えば乾式添加剤法によつて、即ち石灰塵の
吹込みによつて、脱硫され、又は例えば選択式無触媒還
元ＳＮＣＲ法によつて、即ちアンモニアの吹込みによつ
て、窒素酸化物を取り除くことができる。このガス清浄
部３５は容器５内に設けられており、該容器から出口２
０を介してフライアツシユ及びその他の例えば石膏等の
残留物質を排出することができる。添加剤の供給は管２
８を介して行われる。引き続き清浄済み燃焼ガス＝純ガ
スは、純ガス出口１９と断熱材７のみを備えた連絡管６
と管２３を介して、熱交換器圧力容器３へと還流する。
純ガスは、次に熱交換器１５を貫流し、及び／又は熱交
換器圧力容器３、連絡管２及び火炉圧力容器１の熱交換
器として構成された流路１０，９，８を貫流し、その際
に未清浄燃焼ガス＝生ガスから熱を吸収し、管１３を介
して火炉圧力容器から許容ガスタービン入口温度で流出
する。純ガスは、次に図１のガスタービン３６と図１の
廃熱蒸気発生器３７とを順次貫流し、該発生器において
単数又は複数の圧力段（図１には３つの圧力段を備えた
回路例が示されている。）で蒸気タービンを運転するた
めの水が予熱され、蒸発し、過熱される。加熱目的のた
めの熱も減結合することができよう。
器圧力容器から流出して、１つの断熱材７のみを備えた
連絡管４及び生ガス入口１８を介して、ガス清浄部圧力
容器５に流入する。純ガスへの熱放出によつて既に冷や
されたこの生ガスに管３０を介し循環排ガス又は燃焼用
に使用されるのと同様のガスが添加され、こうして生ガ
スは約６５０〜９５０℃の温度に冷やされる。この温度
において、生ガスは公知の方法、例えはサイクロン、セ
ラミツク濾過器カートリツジ２４等で、（アルカリ金属
化合物も含めて）除塵することができ、更に、やはり公
知の方法、例えば乾式添加剤法によつて、即ち石灰塵の
吹込みによつて、脱硫され、又は例えば選択式無触媒還
元ＳＮＣＲ法によつて、即ちアンモニアの吹込みによつ
て、窒素酸化物を取り除くことができる。このガス清浄
部３５は容器５内に設けられており、該容器から出口２
０を介してフライアツシユ及びその他の例えば石膏等の
残留物質を排出することができる。添加剤の供給は管２
８を介して行われる。引き続き清浄済み燃焼ガス＝純ガ
スは、純ガス出口１９と断熱材７のみを備えた連絡管６
と管２３を介して、熱交換器圧力容器３へと還流する。
純ガスは、次に熱交換器１５を貫流し、及び／又は熱交
換器圧力容器３、連絡管２及び火炉圧力容器１の熱交換
器として構成された流路１０，９，８を貫流し、その際
に未清浄燃焼ガス＝生ガスから熱を吸収し、管１３を介
して火炉圧力容器から許容ガスタービン入口温度で流出
する。純ガスは、次に図１のガスタービン３６と図１の
廃熱蒸気発生器３７とを順次貫流し、該発生器において
単数又は複数の圧力段（図１には３つの圧力段を備えた
回路例が示されている。）で蒸気タービンを運転するた
めの水が予熱され、蒸発し、過熱される。加熱目的のた
めの熱も減結合することができよう。
【００１３】排熱ボイラ後に、排ガスの一部はガスター
ビンによつて駆動される圧縮機３１（図１参照）を介し
て、前記個所１１，２６，３０に循環させることができ
る。残りは、それが必要であり、又はまだなされていな
い場合、公知の仕方で許容排出値へと清浄することがで
き、煙突を介して発電所から排出される。酸化剤として
純酸素が使用される場合、排ガスとして、既に述べられ
たように、ほとんど単にＣＯ２と水蒸気とからなる混合
気が発生する。更に適当に冷却すると、まず水蒸気が復
水し、最後にＣＯ２も微量の残留ガスで液化し又は氷結
する。これにより、酸素製出時に空気から分離される窒
素を別にすれば、排ガスのない発電所が得られる。ガス
タービン３６によつて更に空気又は酸素濃縮空気又は純
酸素用圧縮機３２が駆動される。（図１参照）
ビンによつて駆動される圧縮機３１（図１参照）を介し
て、前記個所１１，２６，３０に循環させることができ
る。残りは、それが必要であり、又はまだなされていな
い場合、公知の仕方で許容排出値へと清浄することがで
き、煙突を介して発電所から排出される。酸化剤として
純酸素が使用される場合、排ガスとして、既に述べられ
たように、ほとんど単にＣＯ２と水蒸気とからなる混合
気が発生する。更に適当に冷却すると、まず水蒸気が復
水し、最後にＣＯ２も微量の残留ガスで液化し又は氷結
する。これにより、酸素製出時に空気から分離される窒
素を別にすれば、排ガスのない発電所が得られる。ガス
タービン３６によつて更に空気又は酸素濃縮空気又は純
酸素用圧縮機３２が駆動される。（図１参照）
【００１４】火炉圧力容器１、連絡管２及び熱交換器圧
力容器３は、圧力を吸取する壁が外側にあるように構成
されている。内側に向かって順次、断熱材７、純ガスを
通す流路８，９，１０、ほとんどガス不透過性の熱伝導
性耐火内張り２１が続いている。この内張りの内側をは
じめて生ガスが流れる。
力容器３は、圧力を吸取する壁が外側にあるように構成
されている。内側に向かって順次、断熱材７、純ガスを
通す流路８，９，１０、ほとんどガス不透過性の熱伝導
性耐火内張り２１が続いている。この内張りの内側をは
じめて生ガスが流れる。
【図１】図１はガスタービン・蒸気複合式火力発電所を
示す。
示す。
【図２】設備部分を示す。
１ 火炉圧力容器 ２ 連絡管 ３ 熱交換器圧力容器 ４，６ 連絡管 ５ 清浄部圧力容器 ７ 断熱材 ８，９，１０ 流路 １５ 熱交換器 １９ 出口管 ２１ 内張り ２２ 伝熱面空間 ３０ 管 ３３ 火炉
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−211702（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−131832（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−170808（ＪＰ，Ｕ) 火原協会講座10、「複合発電」、 （社）火力原子力発電技術協会編・発 行、昭和60年６月20日、ｐ．149−166、 「ＶＩＩＩ．石炭ガス化複合発電」の 章。 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02C 3/28 F01K 23/10 F02C 6/18
Claims (9)
- 【請求項１】 ガスタービン・蒸気複合式火力発電所に
おいてガスタービンを運転するためのガスを発生するた
めの方法であって、微粒炭ないし微粉炭が、１ｂａｒを
越える圧力、１０００℃を越える温度で、空気又は酸素
濃縮空気又は循環排ガスと一緒に、ほぼ完全に燃焼され
て、実質的にＣＯ２と水蒸気又は空気使用時には更に窒
素とからなる燃焼ガスを生じ、続いて少なくともアルカ
リ金属化合物を含むダストを取り除かれて、ガスタービ
ンと廃熱蒸気発生器とを順次に貫流し、この廃熱蒸気発
生器のなかで、単数又は複数の圧力段で蒸気タービンを
運転するための水が予熱され、蒸発し、過熱されるもの
において、火炉（１）から流出する燃焼ガス即ち生ガス
が純ガスに熱を放出し、続いて管（３０）を介して循環
排ガス又は燃焼に使用されるのと同様のガスを添加する
ことによって、約６５０〜９５０℃に冷却され、この温
度において、サイクロン又はセラミツク濾過器等で、少
なくともアルカリ金属化合物を含むダストを取り除か
れ、純ガスとして、生ガスから熱を吸収することによっ
て再び許容ガスタービン入口温度に温められることを特
徴とするガス発生方法。 - 【請求項２】 火炉（３３）内の燃焼が、適当な空気又
は酸素濃縮空気又は循環排ガスによって、ガスタービン
入口温度より、上、灰の融点より下の温度において行わ
れ、灰がダスト状態で灰出口管（１４）を介して排出可
能であることを特徴とする、請求項１に記載のガス発生
方法。 - 【請求項３】 灰が溶融状態で灰出口管（１４）を介し
て排出され、かつ燃焼ガスが、火炉（３３）から出口
（１２）で、管（２６）を介して循環排ガス又は燃焼用
に使用されるものと同様のガスを添加することによっ
て、灰の融点より下だだし許容ガスタービン出口温度よ
りも上の温度に冷やされるような温度において、火炉
（３３）内の燃焼が行われることを特徴とする、請求項
１に記載のガス発生方法。 - 【請求項４】 火炉（３３）がサイクロン火炉として構
成されており、火炉圧力容器（１）、連絡管（２）及び
熱交換器圧力容器（３）が壁の内面にそれぞ１つの断熱
材（７）と内張り（２１）とを備えており、内張り（２
１）が熱交換器として構成されており、該熱交換器が相
前後して設けられた流路（８又は９又 は１０）を有して
おり、流路（１０）が熱交換器（１５）を介して清浄部
圧力容器（５）に結ばれており、熱交換器（１５）が熱
交換器圧力容器（３）の伝熱面空間（２２）内に設けら
れており、連絡管（４，６）及びガス清浄部圧力容器
（５）が囲い壁の内面に断熱材（７）を備えていること
を特徴とする、請求項１に記載の方法を実施するための
装置。 - 【請求項５】 ガス清浄部圧力容器（５）が、布濾過器
として構成された濾器（２４）を備えていることを特徴
とする、請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】 ガス清浄部圧力容器（５）がセラミツク
濾過器として構成された濾過器（２４）を備えているこ
とを特徴とする、請求項４に記載の装置。 - 【請求項７】 相前後して設けられた流路（８，９，１
０）が、それぞれ平行に設けられた複数の流路で形成さ
れていることを特徴とする、請求項４ないし６のうち１
つに記載の装置。 - 【請求項８】 内張り（２１）が耐火性、ほとんどガス
不透過性、かつ熱伝導性であることを特徴とする、請求
項４ないし７のうち１つに記載の装置。 - 【請求項９】 熱交換器圧力容器（３）からガス清浄部
圧力容器（５）に至る連絡管（４）又はガス清浄部圧力
容器（５）が、添加剤吹込装置（２８，２９）を備えて
いることを特徴とする、請求項４ないし８のうち１つに
記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4335136A DE4335136C2 (de) | 1992-10-22 | 1993-10-15 | Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Erzeugung von Gasen zum Betreiben einer Gasturbine in einem kombinierten Gas- und Dampfkraftwerk |
| DE4335136.0 | 1993-10-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07166887A JPH07166887A (ja) | 1995-06-27 |
| JP3008251B2 true JP3008251B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=6500190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6279652A Expired - Lifetime JP3008251B2 (ja) | 1993-10-15 | 1994-10-07 | ガスタービン・蒸気複合式火力発電所においてガスタービンを運転するためのガスを発生するための方法及びこの方法を実施するための装置 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0648919B1 (ja) |
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