JP3065773B2 - 加圧流動床ボイラ複合発電プラント - Google Patents

加圧流動床ボイラ複合発電プラント

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JP3065773B2 JP4045725A JP4572592A JP3065773B2 JP 3065773 B2 JP3065773 B2 JP 3065773B2 JP 4045725 A JP4045725 A JP 4045725A JP 4572592 A JP4572592 A JP 4572592A JP 3065773 B2 JP3065773 B2 JP 3065773B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加圧流動床ボイラ、蒸
気タービン発電システム及びガスタービン発電システム
とを組合わせた加圧流動床ボイラ複合発電プラントに関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、将来の石炭火力の主力発電方式と
して、高効率、低公害、低コストを実現することができ
る加圧流動床ボイラ複合発電プラントが注目を浴びてい
る。
【0003】図3は、蒸気加圧流動床ボイラ複合発電プ
ラントの概略システムを示す図であって、図中符号1は
加圧流動床ボイラであり、その加圧流動床ボイラ1には
コンプレッサ2で加圧された空気が燃焼用空気として供
給される。
【0004】ところで、上記加圧流動床ボイラ1で発生
した蒸気は、蒸気加減弁3を経て高圧タービン4に供給
され、そこで仕事を行なった蒸気は加圧流動床ボイラ1
で再熱された後中圧タービン5に供給される。中圧ター
ビン5で仕事を行なった蒸気はさらに低圧タービン6で
仕事を行ない発電機7を駆動した後、復水器8で復水さ
れ、給水加熱器9及びガスクーラ10を経て前記加圧流
動床ボイラ1に還流される。
【0005】一方、加圧流動床ボイラ1で発生した燃焼
ガスは、高温サイクロン11、高温フイルター12を経
てガスタービン13に供給され、そこで仕事を行ない前
記コンプレッサ2及び発電機14を駆動した後、脱硝装
置15及びガスクーラ10を通り、煙突16から大気中
に放出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、通常加圧流
動床ボイラを含む事業用のボイラにおいては、NOx
度を規定値以下に保つため、部分負荷時においては燃料
が減少した分だけボイラに送られる空気量を減少させな
ければならないが、加圧流動床ボイラ複合発電プラント
の場合には、通常の微粉炭焚ボイラにおける空気吸込フ
アンの翼開度による空気量コントロールや、LNGコン
バインドサイクルにおけるような燃焼温度コントロール
の如き手段をとることは不可能である。
【0007】すなわち、微粉炭焚ボイラの空気吸込みフ
アンでは空気量を10%まで絞ることができるが、加圧
流動床ボイラ複合発電プラントの場合には、送風機が通
常コンバインドサイクル用の大型コンプレッサーである
ため、コンプレッサー入口のガイドベーンの翼開度によ
るコントロールでは、図4の実線に示すように約80%
負荷までが限度であり、それ以下の負荷については風量
が一定となり、風量調節は不可能である。
【0008】又、通常のコンバインドサイクルにおいて
は、80%以下の負荷についは、負荷に応じて燃焼温度
を下げてコントロールを行なっているが、加圧流動床ボ
イラ複合発電プラントにおいては、炉内脱硫を行なう関
係上、SOx 値をキープするために燃焼温度は一定とす
る必要があり、燃焼温度コントロールも不可能である。
一方、ボイラへの送風量を少なくするためには、コンプ
レッサーの回転数を減少させればよいけれども、前述の
ようにコンプレッサー軸は発電機と直結しているため、
その回転数を変化させることもできない。
【0009】このように、従来の加圧流動床ボイラ複合
発電プラントにおいては、部分負荷時の風量コントロー
ルができないという問題がある。本発明はこのような点
に鑑み、部分負荷時におけるボイラへの風量コントロー
ルを行なうことができる加圧流動床ボイラ複合発電プラ
ントを得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、加圧流動床ボ
イラ、蒸気タービン発電システム及びガスタービン発電
システムとを組合わせた加圧流動床ボイラ複合発電プラ
ントにおいて、蒸気タービン発電システムの高中圧ター
ビンとガスタービン発電システムのコンプレッサとを同
一軸上に連結し、ガスタービン、蒸気タービン発電シス
テムの低圧タービン、及び発電機とを他の同一軸上に連
結するとともに、中圧タービンの途中段落と低圧タービ
ン間に、中圧タービン抽気を低圧タービンに導くバイパ
ス弁を設けたことを特徴とする。
【0011】
【作用】プラントの稼動中には、ボイラに燃焼用空気を
送給するコンプレッサーは高圧蒸気タービン及び中圧蒸
気タービンによって駆動され、一方発電機はガスタービ
ン及び低圧蒸気タービンによって駆動される。そこで、
部分負荷になると、蒸気加減弁が閉方向に制御され、高
・中圧蒸気タービンの回転数が低下され、それに伴って
コンプレッサーの回転数も低下される。したがって、コ
ンプレッサーからボイラへの燃焼用空気の送給量を部分
負荷時のボイラ燃料量を対応した量とすることができ
る。
【0012】一方、部分負荷時に高中圧タービンと低圧
タービンとの出力割合が変わると、バイパス弁が開方向
に制御され、中圧タービン抽気が低圧タービン側に供給
されて、上記両タービン系の出力が一定になるように制
御されて制御系の振動が防止される。
【0013】
【実施例】以下、図1及び図2を参照して本発明の実施
例について説明する。なお、図3と同一部分には同一符
号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0014】加圧流動床ボイラ1から蒸気加減弁3を経
て供給される高圧蒸気によって駆動される高圧タービン
4及び中圧タービン5の出力軸20には、上記加圧流動
床ボイラ1に燃焼用空気を供給するコンプレッサー2が
連結されている。また、上記中圧タービン5から排出さ
れた低圧蒸気が供給されその低圧蒸気によって駆動され
る低圧タービン6の出力軸21にはガスタービン13及
び発電機7が直結されている。
【0015】一方、中圧タービン5の中間段落と低圧タ
ービン6の入口部とはバイパス導管22によって接続さ
れており、そのバイパス導管22にはバイパス弁23が
設けられている。
【0016】しかして、加圧流動床ボイラ1で発生した
蒸気によって高圧タービン4及び中圧タービン5が作動
されると、その高圧タービン4及び中圧タービン5によ
ってコンプレッサー2が回転駆動され、そのコンプレッ
サー2によって加圧された空気が燃焼用空気として加圧
流動床ボイラ1に供給される。
【0017】一方、上記加圧流動床ボイラ1で発生した
高温ガスは高温サイクロン11及び高温フイルタ12を
経てガスタービン13に送られ、そのガスタービン13
によって発電機7の駆動が行なわれる。また、中圧ター
ビン5の排気は、上記ガスタービン13と同一軸上に連
結された低圧タービン6に供給され、その低圧タービン
6によっても上記発電機7の回転駆動が行なわれる。
【0018】図2は、本発明プラントの制御ループを示
す図であって、本発明においては加圧流動床ボイラ1へ
の風量コントロールは蒸気タービンの蒸気加減弁3とコ
ンプレッサー2の入口ガイドベーン24とで行なわれ、
発電機の出力コントロールは蒸気加減弁3と中圧タービ
ン抽気バイパス弁23によって行なわれる。
【0019】すなわち、目標負荷が設定されるとその指
令によって蒸気加減弁3の開度が制御されるとともに、
目標蒸気条件になるように燃料フイーダーが動作され
る。また、蒸気加減弁3の制御によって高圧タービン及
び中圧タービンを介してコンプレッサ2の回転数が制御
され、コンプレッサ2の流量が制御されるが、さらに目
標空気流量になるようにコンプレッサ入口ガイドベーン
24が動作し、このコンプレッサ入口ガイドベーン24
が限界まで作動しても目標に達しない場合には蒸気加減
弁にフィードバックされる。
【0020】一方、コンプレッサー空気流量、コンプレ
ッサー出入口温度、及びガスタービン出入口温度によっ
てコンプレッサー及びガスタービン出力計算が行なわ
れ、発電機出力とによって高中圧タービンと低圧タービ
ンの出力比が計算され、その出力比が目標範囲に納まる
ように中圧タービンからの抽気を制御するバイパス弁2
3の開度が制御される。
【0021】しかして、例えばプラントが100%負荷
で定圧運転している状態において、約50%負荷運転の
指令が出たとすると、蒸気加減弁3が負荷指令にしたが
って約半分に絞られると同時にボイラ燃料も目標蒸気条
件をキープするために約半分に絞られる。このように蒸
気加減弁3が約半分に絞られることにより高・中圧ター
ビン4,5及びコンプレッサ2の回転数も約半分とな
り、風量も約半分になって、加圧流動床ボイラ1におけ
る燃焼温度を一定に保つとともにNOx 値が所定値以内
になるようにキープされる。
【0022】ところで、加圧流動床ボイラ複合発電プラ
ント側の要求風量に対する細いコントロールは、蒸気加
減弁3では行なわれず、コンプレッサー入口ガイドベー
ン24で行なわれる。このコンプレッサー入口ガイドベ
ーン24は±10%の調整機能を有しており、コンプレ
ッサー軸の回転数コントロールによって大まかな調整が
行なわれていれば、細かな調整はコンプレッサ入口ガイ
ドベーンで可能であり、またこのガイドベーンの調整精
度は±1%であるが、複合発電プラント側の要求する風
量の許容精度は±3%程度でありこの点で問題となるこ
とはない。
【0023】一方、高・中圧タービン4,5と低圧ター
ビン6との出力比は定格負荷時には、高中圧:低圧=
4:6であるが、発電機軸側の出力コントロールを行な
うために蒸気加減弁3が作動され蒸気流動が減少する
と、その減少にしたがって高中圧タービンの出力割合が
大きくなり、50%蒸気量においは、出力比が高中圧:
低圧=6:4程度となり、コンプレッサー軸側の回転数
は半分以上となり、また発電機軸の出力は半分以下とな
ってしまう。したがって、コンプレッサー入口ガイドベ
ーンが風量を減らす方向に作動し、作動限界まで絞って
も目標空気量まで落ちない場合には前述のように蒸気加
減弁にフィードバックされ蒸気加減弁に閉指令が出され
る。これに対し、発電機軸は出力が不足するので、蒸気
加減弁3に対して開指令が出されることになり、制御系
が振動する可能性がある。
【0024】そこで、部分負荷時には中圧タービン抽気
バイパス弁23が開方向に作動され、中圧タービン5か
ら蒸気が抽気され低圧タービン6に供給され、これによ
って高中圧タービン4,5の出力を減少させ、低圧ター
ビン6の出力を増加し、高中圧タービンと低圧タービン
の出力比がキープされる。
【0025】ところで、高中圧タービン出力PHIP と低
圧タービン出力PLPは、ガスタービン出力PGTとコンプ
レッサー動力PCompと発電機出力PGen から算出され、
コンプレッサー動力は、コンプレッサー入口流量Gとコ
ンプレッサー入口温度T1 、及びコンプレッサー出口温
度T2 から算出し、ガスタービン出力は、ガスタービン
入口温度T3 と出口温度と流量Gから算出し、 PHIP =PCompLP =PGen −PGT により、出力比θが算出される。
【0026】そして、この出力比θが一定になるように
制御される。すなわち、出力比θが小さくなればバイパ
ス弁23を開方向に制御して低圧タービンの出力を増加
させ、θが大きくなればバイパス弁を絞って、高中圧タ
ービンの出力を増加させる。ただし、上記バイパス弁2
3の開閉は蒸気加減弁3の出力コントロールに外乱を与
えるため、θの目標値に或程度の幅をもたせ、蒸気加減
弁が少し触れても、θが目標範囲内に入っていれば、バ
イパス弁23が動作しないようにプログラムしておく。
【0027】ところで、例えば350MWプラントの場
合、従来システムにおける各部出力は下記のようになっ
ている。
【0028】 高中圧タービン出力 PHIP =120MW 低圧タービン出力 PLP =160MW ガスタービン出力 PGT =190MW コンプレッサー動力 PComp=120MW したがって、従来システムにおける各発電機出力及びプ
ラントトータル出力は次のようになっている。
【0029】 蒸気タービン発電機出力 P1 =PHIP +PLP =120MW+160MW =280MW ガスタービン発電機出力 P2 =PGT−PComp =190MW−120MW =70MW プラントトータル出力 Ptotal =P1 +P2 =280MW+70MW =350MW 一方、本システムにおいては、 発電機軸出力 P1 =PLP+PGT =160MW+190MW =350MW コンプレッサー軸出力 P2 =PHIP −PComp アンバランス =120MW−120MW =0 プラントトータル出力 Ptotal =P1 =350MW となり、コンプレッサー所要動力と高中圧タービン出力
が一致しているため、本発明のシステムにすることによ
るヒートバランス等の変更はなく、熱効率の低下等の機
能低下は全くない。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は高中圧タ
ービンとコンプレッサーを連結し、低圧タービンとガス
タービンを発電機に連結したので、プラント負荷に応じ
てコンプレッサーの回転数が変化し、部分負荷における
風量コントロールを容易に行なうことができる。しかも
中圧タービンと低圧タービンとの間に配設されたバイパ
ス弁の開度制御によって、高中圧タービン出力と低圧タ
ービン出力との出力比が一定になるように制御でき、出
力変更制御時に制御系の乱れが発生することも防止でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の加圧流動床ボイラ複合発電プラントの
概略系統図。
【図2】本発明のプラントにおけるプラント制御ループ
を示す図。
【図3】従来の加圧流動床ボイラ複合発電プラントの概
略系統図。
【図4】従来システムにおける負荷とボイラへの送風量
との関係線図。
【符号の説明】
1 加圧流動床ボイラ 2 コンプレッサー 3 蒸気加減弁 4 高圧タービン 5 中圧タービン 6 低圧タービン 7 発電機 23 バイパス弁
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F01K 7/38 102 F01K 7/38 102F F02C 1/00 F02C 1/00 6/00 6/00 D (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01K 23/16 F01D 15/08 F01D 15/10 F01K 7/22 F01K 7/38 102 F02C 1/00 F02C 6/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加圧流動床ボイラ、蒸気タービン発電シス
    テム及びガスタービン発電システムとを組合わせた加圧
    流動床ボイラ複合発電プラントにおいて、蒸気タービン
    発電システムの高中圧タービンとガスタービン発電シス
    テムのコンプレッサーとを同一軸上に連結し、ガスター
    ビン、蒸気タービン発電システムの低圧タービン、及び
    発電機とを他の同一軸上に連結するとともに、中圧ター
    ビンの途中段落と低圧タービン間に、中圧タービン抽気
    を低圧タービンに導くバイパス弁を設けたことを特徴と
    する、加圧流動床ボイラ複合発電プラント。
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CN114810250A (zh) * 2022-04-14 2022-07-29 重庆赛迪热工环保工程技术有限公司 一种降低汽轮机排汽热损失的发电热力系统

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