JP5596715B2 - Solar thermal combined power generation system and solar thermal combined power generation method - Google Patents
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Description
本発明は、太陽熱複合発電システム及び太陽熱複合発電方法に係り、特に、汽力発電のボイラ装置と太陽熱集熱装置を組み合わせて、ボイラ燃料用の化石燃料の使用量を減らすようにした太陽熱複合発電システム及び太陽熱複合発電方法に関する。 The present invention relates to a combined solar thermal power generation system and a combined solar thermal power generation method, and in particular, a combined solar thermal power generation system that reduces the amount of fossil fuel used for boiler fuel by combining a steam generator boiler device and a solar thermal collector. And a solar thermal combined power generation method.
太陽熱を利用した発電システムとしては、太陽熱により蒸気を発生させ、この蒸気を用いて蒸気タービンを回す太陽熱発電システムや、特許文献1に記載のように、太陽熱エネルギを利用して圧縮性作動流体を加熱昇温して太陽熱ガスタービンを回す太陽熱発電システムがある。
As a power generation system using solar heat, a steam is generated by solar heat, and a solar power generation system that rotates a steam turbine using this steam, or a compressive working fluid using solar heat energy as described in
また、太陽熱発電システムでは、夜明けから日没までの日中の天気の大きな変化を考慮する必要があり、例えば、特許文献2には、蒸気を発生させる熱交換器に太陽光によって加熱された熱媒体を供給する熱媒体供給通路の途中にバーナを用いた熱媒体加熱装置を設置し、太陽光によって加熱された熱媒体が温度変動している場合であっても、その温度が低下しているときの熱媒体を熱媒体加熱装置によって加熱して熱交換器に供給するようにし、蒸気タービンに供給される蒸気状態の変動を効果的に抑制することができるようにした太陽熱発電システムが提案されている。 Moreover, in the solar thermal power generation system, it is necessary to consider a large change in daytime weather from dawn to sunset. For example, Patent Document 2 discloses heat heated by sunlight in a heat exchanger that generates steam. Even if the heat medium heating device using a burner is installed in the middle of the heat medium supply passage for supplying the medium, and the temperature of the heat medium heated by sunlight is fluctuating, the temperature is lowered. A solar thermal power generation system is proposed in which a heat medium is heated by a heat medium heating device and supplied to a heat exchanger so that fluctuations in the state of steam supplied to the steam turbine can be effectively suppressed. ing.
また、特許文献3には、太陽熱エネルギと化石燃料の両方を用いた発電システムとして、太陽熱流体により圧縮空気を予熱してガスタービン燃焼器に供給する太陽熱予熱器と、ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収蒸気発生器からの加熱作動流体を太陽熱流体により加熱して蒸気タービンに蒸気を供給する太陽熱蒸発器/過熱器とを設けた太陽熱複合発電システムが提案されている。
Further, in
太陽熱エネルギのみを用いた太陽熱発電システムでは、夜間や雨天等の太陽熱が得られない天候状態において、タービンを駆動するエネルギ源がなくなり、タービンを運転できない時間が増加し、稼働率の低下につながる。発電所は安定供給が第1の使命であり、太陽熱のみで発電所を建設することはリスクが高い。 In a solar thermal power generation system using only solar thermal energy, the energy source for driving the turbine is lost in the weather conditions such as nighttime or rainy weather where solar heat cannot be obtained, and the time during which the turbine cannot be operated increases, leading to a reduction in operating rate. A stable power supply is the primary mission of power plants, and building a power plant with solar heat alone is risky.
従って、天候状態に影響を受けないで安定的に発電するために、化石燃料を併用した太陽熱発電システムが有効と考えられる。 Therefore, in order to generate power stably without being affected by the weather conditions, a solar thermal power generation system using fossil fuel is considered effective.
化石燃料を併用した太陽熱発電システムとしては、特許文献2や3に記載の発電システムがあり、それぞれ、蒸気状態の変動抑制や、燃料や太陽熱エネルギの状況に応じた運転が可能などの効果がある。太陽熱利用としては、特許文献2では太陽熱で蒸気を発生するシステムであり、特許文献3ではガスタービン燃焼用の圧縮空気や蒸気タービンに供給する蒸気を太陽熱で加熱するシステムである。
As a solar thermal power generation system using fossil fuels in combination, there are power generation systems described in
本発明の目的は、化石燃料を併用した太陽熱発電システムであって、従来とは異なる太陽熱利用により、天候状態に影響を受けないで安定的に発電することが可能な太陽熱複合発電システム及び太陽熱複合発電方法を提供することにある。 An object of the present invention is a solar thermal power generation system using a fossil fuel in combination, and a solar thermal combined power generation system and a solar thermal composite capable of stably generating power without being affected by weather conditions by using solar heat different from the conventional one It is to provide a power generation method.
本発明は、太陽熱エネルギをボイラの燃焼用空気の加熱源として活用するようにしたものであり、ボイラを加圧ボイラとして、圧縮した燃焼用空気を太陽熱エネルギで過熱して加圧ボイラに導入し、圧縮・過熱した燃焼用空気によりボイラ燃料を燃焼して高温高圧ガスを発生させ、この高温高圧ガスにより蒸気を発生させて蒸気タービンに供給し蒸気タービン発電機を駆動するとともに、加圧ボイラからの高圧排ガスを膨張ガスタービンに導入し、膨張ガスタービンによりボイラの燃焼用空気を圧縮する圧縮機とガスタービン発電機を駆動するようにしたことを特徴とする。 The present invention utilizes solar thermal energy as a heating source for combustion air of a boiler. The boiler is a pressurized boiler, and the compressed combustion air is superheated with solar thermal energy and introduced into the pressurized boiler. The boiler fuel is combusted with compressed and overheated combustion air to generate high-temperature and high-pressure gas, and steam is generated by this high-temperature and high-pressure gas and supplied to the steam turbine to drive the steam turbine generator, and from the pressurized boiler The high-pressure exhaust gas is introduced into an expansion gas turbine, and the compressor for compressing the combustion air of the boiler and the gas turbine generator are driven by the expansion gas turbine.
また、本発明は、加圧ボイラの蒸発器と過熱器との間に減温器を設け、減温器により蒸気タービンに供給する蒸気温度を調節するようにしたことを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a temperature reducer is provided between the evaporator and superheater of the pressurized boiler, and the steam temperature supplied to the steam turbine is adjusted by the temperature reducer.
また、本発明は、太陽熱蓄熱装置を備え、太陽熱蓄熱装置からの高温加熱媒体を用いて圧縮した燃焼用空気を過熱するようにしたことを特徴とする。 In addition, the present invention is characterized in that a solar heat storage device is provided, and the combustion air compressed using a high-temperature heating medium from the solar heat storage device is overheated.
本発明によれば、天候状態に影響を受けないで安定的に発電することが可能な化石燃料を併用した新たな太陽熱複合発電システムを実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the new solar thermal combined power generation system which used the fossil fuel which can generate electric power stably without being influenced by a weather condition is realizable.
本実施例の太陽熱複合発電システムは、汽力発電のボイラ装置と太陽熱集熱装置を組み合わせて、ボイラ燃料用の化石燃料の使用量を減らすようにしたものである。具体的には、ボイラ装置を、例えば、火力発電の一形態である加圧流動床複合発電所におけるボイラ装置のように、圧力容器の中にボイラを設置した加圧ボイラ装置とし、加圧ボイラ装置には、燃焼用空気供給系統に太陽熱利用の空気過熱装置を設けている。そして、太陽熱エネルギによりボイラ燃焼用の高圧空気を過熱して加圧ボイラに投入し、燃料を空気燃焼させ、高温高圧ガスと作動流体の熱交換で発生した蒸気により蒸気タービンを駆動し、加圧ボイラの高圧排ガスによりガスタービンを駆動するようにしている。言い換えれば、加圧ボイラで蒸気と高温高圧ガスを生み出し、蒸気タービンとガスタービンを同時に駆動するようにしている。そして、ガスタービンによりボイラ燃焼用空気を圧縮し、また、発電を行うようにしている。 The combined solar thermal power generation system of this embodiment is configured to reduce the amount of fossil fuel used for boiler fuel by combining a steam generator boiler device and a solar heat collector. Specifically, the boiler apparatus is a pressurized boiler apparatus in which a boiler is installed in a pressure vessel, such as a boiler apparatus in a pressurized fluidized bed combined power plant that is a form of thermal power generation. The apparatus is provided with an air superheater utilizing solar heat in the combustion air supply system. Then, high-pressure air for boiler combustion is heated by solar thermal energy and put into a pressurized boiler, fuel is burned in air, a steam turbine is driven by steam generated by heat exchange between high-temperature and high-pressure gas and working fluid, and pressurized The gas turbine is driven by high pressure exhaust gas from the boiler. In other words, steam and high-temperature high-pressure gas are produced by a pressurized boiler, and the steam turbine and the gas turbine are driven simultaneously. And the gas for boiler combustion is compressed with a gas turbine, and electric power generation is performed.
本実施例では、加圧ボイラに燃焼用空気を太陽熱利用で過熱して供給することから、以下、加圧ボイラを太陽熱加圧ボイラと称し、太陽熱複合発電システムを太陽熱加圧複合発電システムと称する。 In this embodiment, since combustion air is supplied to the pressurized boiler after being heated by using solar heat, the pressurized boiler is hereinafter referred to as a solar thermal pressurized boiler, and the solar thermal combined power generation system is referred to as a solar thermal pressurized combined power generation system. .
以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。図1は、太陽熱加圧複合発電システムの系統図を示すもので、太陽熱集熱装置(太陽熱回収装置)100、空気過熱装置200、太陽熱加圧ボイラ装置300、ガスタービン発電・圧縮装置400、及び蒸気タービン発電装置500からなる太陽熱加圧複合発電システムの一例を示している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram of a solar heat combined power generation system, which includes a solar heat collector (solar heat recovery device) 100, an
本実施例の太陽熱集熱装置100は、太陽熱を集めると同時に蓄熱するもので、太陽光の集熱を行う太陽熱集熱部と太陽熱を蓄熱する太陽熱集熱装置から構成されている。本実施例では、太陽熱蓄熱装置を用いているが、太陽熱蓄熱装置を用いないで、太陽熱集熱部(太陽熱集熱器63)から空気過熱装置200に熱媒体を供給するようにしても良い。但し、本発明の太陽熱加圧複合発電システムからすれば、太陽熱蓄熱装置の利用は好適であり、また、天候の急変時や夜間の利用を考慮すると、太陽熱蓄熱装置を用いた方が良い。即ち、太陽熱蓄熱装置を用い、昼間に蓄熱しておいた太陽熱エネルギを利用して、化石燃料の燃焼用空気を夜間時に過熱して、夜間も太陽熱を活用した太陽熱加圧複合発電が行える。
The solar
太陽熱集熱部として、本実施例では、太陽光反射鏡(ヘリオスタット)5と太陽熱集熱器63にて太陽熱を集熱するタワー式が用いられている。太陽熱集熱部としては、タワー式に限定されず、曲面反射鏡を使うトラフ型または長い平面鏡を使うフレネル型でも適用可能である。即ち、太陽熱を集熱する考え方はこの3種類とも同様であり、特に限定されない。
In the present embodiment, a tower type that collects solar heat using a solar reflector (heliostat) 5 and a
太陽熱蓄熱装置は、高温熱媒体蓄熱槽6と低温熱媒体蓄熱槽7とから構成されている。集熱した太陽熱エネルギを蓄熱或いは放熱するための蓄熱用の熱媒体として、本実施例では溶融塩を用いている。溶融塩としては硝酸ナトリウムや硝酸カリウムの溶融塩が用いられる。また、太陽熱エネルギを蓄熱する場合、太陽熱集熱器を流れる熱媒体(水など)と太陽熱蓄熱装置を流れる熱媒体(溶融塩)を別にし、太陽熱集熱器で集熱した熱媒体と太陽熱蓄熱装置からの低温熱媒体とを熱交換させて太陽熱蓄熱装置に蓄熱するようにしても良い。 The solar heat storage device includes a high-temperature heat medium heat storage tank 6 and a low-temperature heat medium heat storage tank 7. In this embodiment, molten salt is used as a heat storage heat storage medium for storing or radiating the collected solar thermal energy. As the molten salt, a molten salt of sodium nitrate or potassium nitrate is used. Also, when storing solar heat energy, separate the heat medium (water, etc.) flowing through the solar heat collector and the heat medium (molten salt) flowing through the solar heat storage device, and the heat medium and solar heat storage collected by the solar heat collector Heat may be stored in the solar heat storage device by exchanging heat with the low-temperature heat medium from the device.
太陽60から発せられた太陽光61は多数の太陽光反射鏡5で反射され太陽光反射光線62となって太陽熱集熱器63に集められる。太陽熱集熱器63は太陽熱集熱塔4の頂上の高い位置に設置されている。
太陽熱集熱器63で加熱された高温熱媒体は太陽熱集熱塔内高温熱媒体配管8内を流れ高温熱媒体蓄熱槽6に貯められる。高温熱媒体蓄熱槽6を出た高温熱媒体は高温熱媒体空気過熱器入口配管9と高温熱媒体空気過熱器入口弁50を通過して、空気過熱器66に導入され、空気圧縮機15から送られてきた高圧空気をさらに過熱する(詳細は後述)。空気過熱器66を出た低温熱媒体は、低温熱媒体空気過熱器出口配管10と低温熱媒体空気過熱器出口弁50を通過して低温熱媒体蓄熱槽7に貯められる。
The high-temperature heat medium heated by the
低温熱媒体は、低温熱媒体蓄熱槽7内に設置された熱媒体循環ポンプ(図示省略)にて低温熱媒体蓄熱槽出口配管11内を通過して太陽熱集熱器63に移送され再加熱されて、高温熱媒体となり、再び、高温熱媒体蓄熱槽6を介して空気過熱器66に送りこまれる。
The low-temperature heat medium passes through the low-temperature heat medium heat storage tank outlet pipe 11 by a heat medium circulation pump (not shown) installed in the low-temperature heat medium heat storage tank 7 and is transferred to the
このようにして集熱した太陽熱エネルギを、次のように汽力発電のボイラ装置に利用して、ボイラ燃料用の化石燃料の使用量を減らすようにしている。 The solar thermal energy collected in this way is used in a boiler apparatus for steam power generation as follows to reduce the amount of fossil fuel used for boiler fuel.
即ち、本実施例では、回収した太陽熱エネルギを、特許文献3のようなガスタービンの燃焼用空気でなく、ボイラの燃焼用空気として活用するようにしている。そして、ボイラの燃焼用空気を圧縮空気としており、圧縮空気を太陽熱により過熱してボイラに投入し、燃料を燃焼させ高温高圧ガスを発生させるようにしている。言い換えれば、太陽熱エネルギと化石燃料燃焼エネルギを同時に活用するために、空気圧縮機から供給されるボイラ燃焼用空気をさらに太陽熱エネルギを使って過熱して、高温高圧空気に変えて太陽熱加圧ボイラに投入するようにしている。ボイラの排ガスは高圧排ガスとなることから、ガスタービンの作動流体として利用することができる。高圧排ガスで駆動されるガスタービンは、発電機の他に、ボイラの燃焼用空気の圧縮機の駆動源として利用するようにしている。
In other words, in the present embodiment, the recovered solar thermal energy is utilized not as combustion air for a gas turbine as in
ガスタービン入り口ガス温度は太陽熱加圧ボイラ内の燃焼温度により確保されており、燃焼用空気温度が高ければ高いほど太陽熱加圧ボイラで燃焼させる燃料使用量は減少し、経済的である(高効率な太陽熱加圧複合発電システムとなる。)。同時に太陽熱加圧ボイラの燃焼ガス量の減少により有害な窒素酸化物や硫黄酸化物と二酸化炭素の排出量の大幅低減効果を同時にもたらす。 The gas temperature at the gas turbine inlet is secured by the combustion temperature in the solar pressure boiler, and the higher the combustion air temperature, the less fuel is consumed in the solar pressure boiler and the more economical (high efficiency A solar combined power generation system). At the same time, by reducing the amount of combustion gas in the solar pressure boiler, the emission of harmful nitrogen oxides, sulfur oxides and carbon dioxide is greatly reduced.
先ず、空気過熱装置200について説明する。空気過熱装置200は、燃焼用空気を過熱して太陽熱加圧ボイラ1に投入するために、空気圧縮機15で加圧された高圧高温空気を太陽熱エネルギで加熱した高温熱媒体によりさらに昇温過熱するものである。空気過熱装置200の空気過熱器66には加熱媒体として太陽熱エネルギで加熱された高温熱媒体が導入され、被加熱媒体として圧縮空気が導入されている。
First, the
図2を用いて構造を詳細に説明する。図2は、図1の太陽熱加圧複合発電システムの中で、太陽熱集熱装置100と空気過熱装置200内の空気過熱器66回りの系統を摘出して示すもので、同等の構成要素には図1と同一の符号を付してある。
The structure will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 shows an extracted system around the
空気過熱器66にはその中に空気過熱器伝熱管71が設けられている。高温熱媒体空気過熱器入口配管9を通じて送られる高温熱媒体蓄熱槽6からの高温熱媒体が空気過熱器66の中に設けられた空気過熱器内伝熱管入口ヘッダーを介して空気過熱器伝熱管71に供給される。一方、空気過熱器66内に空気圧縮機15からの圧縮空気が空気過熱器入口配管16を通じて導入される。高温熱媒体は空気過熱器伝熱管71中を順じ流れ、導入された圧縮空気をさらに過熱して自身は冷却され、空気過熱器66出口の空気過熱器内伝熱管出口ヘッダーに集められる。また、空気過熱器伝熱管71は、空気過熱器66の圧縮空気入口側で温度が最も高い状態の高温熱媒体により圧縮空気を加熱し、空気過熱器66の圧縮空気出口側で次に温度が高い状態の高温熱媒体により圧縮空気を過熱するように配置されている。過熱されて高温となった圧縮空気(高温高圧空気)は空気過熱器出口配管17を通じて太陽熱加圧ボイラウインドボックス69に送られ、ここで太陽熱加圧ボイラ1の燃焼用空気として利用される。空気過熱器66内で熱交換を行なった高温熱媒体は低温熱媒体と変化して空気過熱器内伝熱管出口ヘッダーを介して空気加熱器66から出て低温熱媒体空気過熱器出口配管10を通じて低温熱媒体蓄熱槽7へ送られる。
The air superheater 66 is provided with an air superheater
空気過熱器66の被過熱側に供給される圧縮空気は、ガスタービン発電・圧縮装置の空気圧縮機15により作られる。空気入り口ダクト12から取り入れられた空気は空気圧縮機入口弁13を通過して空気圧縮機入口ダクト14を流れ空気圧縮機15に導入され圧縮される。空気圧縮機入口弁13は、起動時、空気圧縮機15のサージング事故を防ぐために絞り運用を行い、圧縮機吸い込み圧力を下げて空気流量を絞り、空気圧縮機15の圧力比を規定値に保ち、空気圧縮機15を安全に運用する。圧縮空気は、空気過熱器入口止弁64を通過して空気過熱器入口配管16内を流れて空気過熱器66に導入される。ここで、空気圧縮機15出口の圧縮空気は中温空気であり、空気過熱器66においてさらに過熱されて昇温され高温空気となる。高温高圧空気は空気過熱器出口止弁65を通過して空気過熱器出口配管17内を流れ太陽熱加圧ボイラウインドボックス69に投入されて、化石燃料の燃焼用の高温高圧空気として使用される。
The compressed air supplied to the overheated side of the air superheater 66 is produced by the
次に、太陽熱加圧ボイラ装置300について説明する。本実施例の太陽熱加圧ボイラ装置300は、加圧流動床複合発電所におけるボイラ装置のように圧力容器(図示省略)の中にボイラを設置、若しくは、ボイラ自体を圧力容器としたもので、燃焼用空気が太陽熱エネルギで過熱された高温高圧空気であることに特徴がある。
Next, the solar thermal
太陽熱加圧ボイラ装置300には太陽熱加圧ボイラウインドボックス69が設けられており、太陽熱加圧ボイラウインドボックス69には燃料ノズル70が設置されている。
The solar heat
ボイラ燃料は化石燃料供給配管68を流下して燃料ノズル70内で高温空気と混ざり、太陽熱加圧ボイラ1内に噴射され、太陽熱加圧ボイラ1内で高温高圧空気を使って燃焼する。ボイラ燃料としては液化天然ガスまたは石油や石炭等の燃料が用いられる。
The boiler fuel flows down the fossil
この燃焼により、高温高圧の燃焼ガスを生み出し、太陽熱加圧ボイラ1内に設けられた太陽熱加圧ボイラ蒸発器39及び太陽熱加圧ボイラ過熱器41で作動流体を加熱/過熱して主蒸気を作り出し、また、太陽熱加圧ボイラ再熱器24で作動流体を過熱して再熱蒸気を作り出す。
By this combustion, high-temperature and high-pressure combustion gas is produced, and the working fluid is heated / superheated by the solar-heated boiler evaporator 39 and the solar-
熱交換した後の高圧燃焼ガスは膨張ガスタービン2に導入される。太陽熱加圧ボイラ過熱器41からの主蒸気は主蒸気配管42を通過して高圧蒸気タービン3に導入される。太陽熱加圧ボイラ再熱器24からの再熱蒸気は高温再熱配管44を通過して中低圧蒸気タービン25に導入される。
The high-pressure combustion gas after the heat exchange is introduced into the expansion gas turbine 2. The main steam from the solar
本実施例の太陽熱加圧ボイラ装置300には、太陽熱加圧ボイラ蒸発器39と太陽熱加圧ボイラ過熱器41との間に過熱器減温器が設けられ、過熱器減温器により蒸気タービンに供給する蒸気温度を調節するようにしており、また、太陽熱加圧ボイラ再熱器24の途中に再熱器減温器30が設けられ、過熱器減温器により蒸気タービンに供給する再熱蒸気温度を調節するようにしている。これらの蒸気温度調整システムは、天候急変等(例えば、太陽光遮断時)で空気過熱器66での過熱が変動(低下)して燃焼ガス温度が変動(低下)し、主蒸気温度や再熱蒸気温度が変動(低下)するのを抑制するのに有効であり、特に太陽熱蓄熱装置を持たない太陽熱発電システムの場合に有効である。
In the solar
主蒸気温度の調整システムは、次のように構成されている。太陽熱加圧ボイラ蒸発器39から加圧太陽熱ボイラ連絡配管40を介して出た蒸気は過熱器減温器28内で常時(太陽熱集熱装置が通常動作時)減温制御するようにしている。太陽熱加圧ボイラ過熱器41を出る蒸気(主蒸気)の温度(主蒸気温度)は過熱器減温器スプレー調整弁29から過熱器減温器28内に供給されるスプレー水で常時制御されている。スプレー水はボイラ給水ポンプ36出口の過熱器減温器スプレー配管54を通過して過熱器減温器スプレー調整弁29に供給される。
The main steam temperature adjustment system is configured as follows. Steam discharged from the solar pressure boiler evaporator 39 through the pressurized solar
太陽熱エネルギ回収量が天候の急変により急に変動した場合、過熱器減温器スプレー調整弁29のスプレー制御により対応することができる。即ち、太陽熱エネルギ回収量が変動することにより主蒸気温度が急低下する場合には、減温を急停止又は減温割合を急低下させるように、過熱器減温器スプレー調整弁29にてスプレー水の量を急減する制御を行い、主蒸気が定格温度となるようにする。また、太陽熱エネルギの変動に対しては、急変動が落ち着いた後に、必要に応じてボイラ投入燃料量の増減操作を行い、発電出力の調整を行うようにする。
When the solar heat energy recovery amount fluctuates suddenly due to a sudden change in weather, it can be dealt with by spray control of the superheater desuperheater
天候の急変により、太陽熱回収エネルギの回収量が急変し、主蒸気温度が急変した場合には、蒸気タービンの損傷事故発生が懸念されるが、本実施例では、スプレー水量を急減することにより蒸気温度を調整しているので、蒸気温度応答の遅れが生じない。そして、蒸気温度を一定に保つために新たな化石燃料の燃焼も不要である。 If the recovered amount of solar heat recovery energy changes suddenly due to sudden changes in the weather and the main steam temperature changes suddenly, there is a concern that a steam turbine damage accident may occur, but in this embodiment steam is reduced by rapidly decreasing the amount of spray water. Since the temperature is adjusted, there is no delay in the steam temperature response. Further, it is not necessary to burn new fossil fuel in order to keep the steam temperature constant.
再熱蒸気温度の調整システムも同様に構成されている。即ち、太陽熱加圧ボイラ再熱器24を出た蒸気は再熱器減温器30を通過するときに、再熱器減温器スプレー調整弁49により常時減温制御されており、太陽熱エネルギ回収量が天候の急変により変動した場合、再熱器減温器スプレー調整弁49のスプレー制御により対応することができる。スプレー水はボイラ給水ポンプ36のボイラ給水ポンプ中間段スプレー配管52を通過して再熱器減温器スプレー調整弁49に供給される。
The reheat steam temperature adjustment system is similarly configured. That is, when the steam exiting from the solar
次に、ガスタービン発電・圧縮装置400について説明する。ガスタービン発電・圧縮装置は、膨張ガスタービン2と空気圧縮機15とガスタービン発電機23とで構成されている。
Next, the gas turbine power generation /
太陽熱加圧ボイラ1で生み出された高温高圧ガスは、太陽熱加圧ボイラ過熱器41や加圧太陽熱ボイラ蒸発器39等を流れる作動流体と熱交換して冷却され、高圧中温ガスとなり、太陽熱加圧ボイラ出口ガス配管18内を流れて膨張ガスタービン入口弁67を通過して膨張ガスタービン2に導入される。
The high-temperature high-pressure gas produced in the
膨張ガスタービン2を駆動して温度が下がったガスは、脱硝装置26を通過して窒素酸化物が除去され、さらに、ガスタービン排熱回収器20に導入される。ガスタービン排熱回収器20内で、低圧給水加熱器34を出た復水により熱回収されガス温度を下げた後に、脱硫装置27に導入される。化石燃料成分として石油や石炭のごとく硫黄分を含む燃料を燃焼する場合この脱硫装置27が必要となる。化石燃料成分として液化天然ガスのごとく硫黄分を含まない燃料を燃焼する場合この脱硫装置27は必要とならない。脱硫装置出口ダクト21を通過したガスは煙突22を抜けて大気に排出される。
The gas whose temperature has decreased by driving the expansion gas turbine 2 passes through the
膨張ガスタービン2により空気圧縮機15とガスタービン発電機23が駆動される。空気圧縮機15は上述したように構成されている。
The
次に、蒸気タービン発電装置500について説明する。蒸気タービン発電装置500は蒸気タービン(高圧蒸気タービン3と中低圧蒸気タービン25)と蒸気タービン発電機31により構成されている。高圧蒸気タービン3と中低圧蒸気タービン25は同軸で構成されており、蒸気タービン発電機31を駆動して発電する。
Next, the steam
太陽熱加圧ボイラ1で発生した蒸気は主蒸気配管42内を流れ高圧蒸気タービン3に導入される。高圧蒸気タービン3の排気蒸気は低温再熱配管43内を流れ太陽熱加圧ボイラ再熱器24にて蒸気が再熱され高温再熱配管44を流下して中低圧蒸気タービン25に導入される。
Steam generated in the
中低圧蒸気タービン25の排気蒸気は復水器32に排出され冷却され復水に戻る。この復水は復水ポンプ33により昇圧され低圧給水加熱器34とガスタービン排熱回収器20にて加熱され脱気器35に入る。脱気器35を出た給水はボイラ給水ポンプ36にて昇圧され、高圧給水加熱器入口給水管53を通じて高圧給水加熱器37に送られる。高圧給水加熱器37にて昇温された給水は太陽熱ボイラ給水配管38にて太陽熱加圧ボイラ蒸発器39に導かれる。
The exhaust steam from the intermediate / low
中低圧蒸気タービン25から抽気した抽気蒸気は低圧給水加熱器加熱配管55内を流れ低圧給水加熱器34に導かれ復水ポンプ33出口の復水を加熱した後、ドレンとなり低圧給水加熱器ドレン配管48を通過して復水器32に流れる。また、中低圧蒸気タービン25から抽気した抽気蒸気は脱気器加熱配管45内を流れ脱気器35に流下して、復水と合流して復水を加温脱気してボイラ給水ポンプ36に流れる。
The extracted steam extracted from the intermediate / low
高圧蒸気タービン3から抽気した抽気蒸気は高圧給水加熱器加熱配管46内を流れ高圧給水加熱器37に導かれ給水ポンプ36出口の給水を加熱した後、ドレンとなり高圧給水加熱器ドレン配管47を通過して復水器32に流れる。
The extraction steam extracted from the high-
本実施例によれば、コストがかからない太陽熱エネルギを、太陽熱加圧ボイラの燃焼用空気の過熱エネルギとして回収利用して、太陽熱加圧ボイラの高圧排ガスをガスタービンの作動流体と利用しているので、化石燃料の使用量を大幅に減少させて発電を行うことができる。さらに、液化天然ガスのような化石燃料を燃焼する場合、硫黄酸化物の発生がなく、かつ燃費の向上により窒素酸化物の発生量が減らせることができ、脱硝装置の負担を軽減できる。また、石油や石炭のような化石燃料を燃焼する場合は、脱硫装置の負担を軽減できる。これらにより発電コストを大幅に低減することが可能な太陽熱複合発電システムを提供することができる。 According to the present embodiment, solar thermal energy that does not cost is recovered and used as superheated energy for combustion air of the solar heat pressurization boiler, and the high pressure exhaust gas of the solar heat pressurization boiler is used as the working fluid of the gas turbine. Therefore, it is possible to generate electricity by greatly reducing the amount of fossil fuel used. Furthermore, when fossil fuels such as liquefied natural gas are burned, sulfur oxides are not generated, and the amount of nitrogen oxides generated can be reduced by improving fuel consumption, thereby reducing the burden on the denitration device. Moreover, when burning fossil fuels, such as oil and coal, the burden of a desulfurization apparatus can be reduced. As a result, it is possible to provide a combined solar thermal power generation system capable of significantly reducing power generation costs.
また、太陽熱発電の弱点である、天候の変動による、太陽熱エネルギの変動が生じても、太陽熱エネルギと化石燃料エネルギを併用しているので、安定した太陽熱発電が可能となる。また、本実施例では、太陽熱蓄熱装置及び/又は減温器スプレーによる主蒸気温度/再熱蒸気温度の調整システムを備えているので、さらに、天候の急変による、太陽熱エネルギの急変が生じても、安定した太陽熱発電が可能となる。また、本実施例では、太陽熱蓄熱装置を備え(好ましくは減温器スプレーによる主蒸気温度/再熱蒸気温度の調整システムも備え)、太陽熱エネルギと化石燃料の燃焼エネルギとの組み合わせでボイラを運転しているので、夜間太陽熱エネルギが回収できない場合でも、太陽熱を一部活用しながら発電を継続することができ、経済的な太陽熱発電が可能である。 In addition, even if solar thermal energy fluctuates due to weather fluctuations, which is a weak point of solar thermal power generation, since solar thermal energy and fossil fuel energy are used in combination, stable solar thermal power generation is possible. In addition, since the present embodiment includes a system for adjusting the main steam temperature / reheat steam temperature by means of a solar heat storage device and / or a temperature reducer spray, even if a sudden change in solar thermal energy occurs due to a sudden change in weather. Stable solar power generation becomes possible. Further, in this embodiment, a solar heat storage device is provided (preferably also equipped with a main steam temperature / reheat steam temperature adjustment system by a temperature reducer spray), and the boiler is operated by a combination of solar heat energy and fossil fuel combustion energy. Therefore, even when the solar thermal energy cannot be recovered at night, the power generation can be continued while partially utilizing the solar heat, and the economical solar thermal power generation is possible.
また、太陽熱エネルギの供給先を一箇所に絞っていることから、特許文献3のように、回収した太陽熱エネルギをガスタービン燃焼器側とガスタービン排熱回収ボイラの発生蒸気側に分割制御する場合と比べて制御システムが複雑化することがない。
Moreover, since the supply destination of solar thermal energy is narrowed down to one place, as in
1 太陽熱加圧ボイラ
2 膨張ガスタービン
3 高圧蒸気タービン
4 太陽熱集熱塔
5 太陽光反射鏡(ヘリオスタット)
6 高温熱媒体蓄熱槽
7 低温熱媒体蓄熱槽
8 太陽熱集熱塔内高温熱媒体配管
9 高温熱媒体空気過熱器入口配管
10 低温熱媒体空気過熱器出口配管
11 低温熱媒体蓄熱槽出口配管
12 空気入り口ダクト
13 空気圧縮機入口弁
14 空気圧縮機入口ダクト
15 空気圧縮機
16 空気過熱器入口配管
17 空気過熱器出口配管
18 太陽熱加圧ボイラ出口ガス配管
19 膨張タービン出口ダクト
20 ガスタービン排熱回収器
21 脱硫装置出口ダクト
22 煙突
23 ガスタービン発電機
24 太陽熱加圧ボイラ再熱器
25 中低圧蒸気タービン
26 脱硝装置
27 脱硫装置
28 過熱器減温器
29 過熱器減温器スプレー調整弁
30 再熱器減温器
31 蒸気タービン発電機
32 復水器
33 復水ポンプ
34 低圧給水加熱器
35 脱気器
36 ボイラ給水ポンプ
37 高圧給水加熱器
38 太陽熱加圧ボイラ給水管
39 太陽熱加圧ボイラ蒸発器
40 太陽熱加圧ボイラ連絡配管
41 太陽熱加圧ボイラ過熱器
42 主蒸気配管
43 低温再熱配管
44 高温再熱配管
45 脱気器加熱配管
46 高圧給水加熱器加熱配管
47 高圧給水加熱器ドレン配管
48 低圧給水加熱器ドレン配管
49 再熱器減温器スプレー調整弁
50 高温熱媒体空気過熱器入口弁
51 低温熱媒体空気過熱器出口弁
52 ボイラ給水ポンプ中間段スプレー配管
53 高圧給水加熱器入口給水管
54 過熱器減温器スプレー配管
55 低圧給水加熱器加熱配管
60 太陽
61 太陽光
62 太陽光反射光線
63 太陽熱集熱器
64 空気過熱器入口止弁
65 空気過熱器出口止弁
66 空気過熱器
67 膨張ガスタービン入口弁
68 化石燃料供給配管
69 太陽熱加圧ボイラウインドボックス
70 燃料ノズル
71 空気過熱器伝熱管
100 太陽熱集熱装置
200 空気過熱装置
300 太陽熱加圧ボイラ装置
400 ガスタービン発電・圧縮装置
500 蒸気タービン発電装置
DESCRIPTION OF
6 High-temperature heat medium heat storage tank 7 Low-temperature heat medium heat storage tank 8 High-temperature heat medium pipe 9 in the solar heat collecting tower 9 High-temperature heat medium air superheater inlet pipe 10 Low-temperature heat medium air superheater outlet pipe 11 Low-temperature heat medium heat tank outlet pipe 12 Air Inlet duct 13 Air compressor inlet valve 14 Air compressor inlet duct 15 Air compressor 16 Air superheater inlet pipe 17 Air superheater outlet pipe 18 Solar pressure boiler outlet gas pipe 19 Expansion turbine outlet duct 20 Gas turbine exhaust heat recovery unit 21 Desulfurizer outlet duct 22 Chimney 23 Gas turbine generator 24 Solar pressure boiler reheater 25 Medium / low pressure steam turbine 26 Denitration device 27 Desulfurization device 28 Superheater warmer 29 Superheater warmer spray adjustment valve 30 Reheater Desuperheater 31 Steam turbine generator 32 Condenser 33 Condensate pump 34 Low pressure feed water heater 35 Deaerator 36 Boiler feed pump 37 High pressure feed water heater 38 Solar pressure boiler feed pipe 39 Solar pressure boiler evaporator 40 Solar pressure boiler connection pipe 41 Solar pressure boiler superheater 42 Main steam pipe 43 Low temperature reheat pipe 44 High temperature reheat pipe 45 Deaerator Heating pipe 46 High pressure feed water heater heating pipe 47 High pressure feed water heater drain pipe 48 Low pressure feed water heater drain pipe 49 Reheater desuperheater spray adjustment valve 50 High temperature heat medium air superheater inlet valve 51 Low temperature heat medium air superheater outlet Valve 52 Boiler feed pump intermediate stage spray pipe 53 High pressure feed water heater inlet feed pipe 54 Superheater desuperheater spray pipe 55 Low pressure feed water heater heating pipe 60 Sun 61 Sunlight 62 Sunlight reflected light 63 Solar heat collector 64 Air superheat Inlet stop valve 65 air superheater outlet stop valve 66 air superheater 67 expansion gas turbine inlet valve 68 fossil fuel supply piping 69 solar pressure Ira windbox 70 fuel nozzle 71 air superheater heat transfer pipe 100 solar heat collector 200 air superheater 300 solar pressure boiler apparatus 400 gas turbine power generation and compression apparatus 500 steam turbine power generation system
Claims (11)
前記加圧ボイラの蒸発器と過熱器との間に減温器を設け、前記減温器により蒸気タービンに供給する蒸気温度を調節するようにしたことを特徴とする太陽熱複合発電システム。 In the solar thermal combined power generation system according to claim 1,
A solar combined power generation system, wherein a temperature reducer is provided between an evaporator and a superheater of the pressurized boiler, and the steam temperature supplied to the steam turbine is adjusted by the temperature reducer.
前記蒸気タービンとして高圧蒸気タービンと中低圧蒸気タービンとを有し、
前記加圧ボイラの蒸発器と過熱器との間に高圧蒸気タービンに供給する主蒸気の減温器を設け、前記主蒸気の減温器により前記高圧蒸気タービンに供給する蒸気温度を調節し、
前記加圧ボイラの再熱器の途中に前記中低圧蒸気タービンに供給する再熱蒸気の減温器を設け、前記再熱蒸気の減温器により前記中低圧蒸気タービンに供給する蒸気温度を調節するようにしたことを特徴とする太陽熱複合発電システム。 In the solar thermal combined power generation system according to claim 1,
A high-pressure steam turbine and a medium-low pressure steam turbine as the steam turbine;
A main steam temperature reducer to be supplied to the high pressure steam turbine is provided between the evaporator and superheater of the pressurized boiler, and the steam temperature to be supplied to the high pressure steam turbine is adjusted by the main steam temperature reducer,
A reheat steam cooler to be supplied to the intermediate / low pressure steam turbine is provided in the middle of the reheater of the pressurized boiler, and the steam temperature supplied to the intermediate / low pressure steam turbine is adjusted by the reheat steam cooler. A combined solar thermal power generation system characterized by that.
前記太陽熱集熱装置は、太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器で集熱した太陽熱を蓄熱する蓄熱装置とを有することを特徴とする太陽熱複合発電システム。 In the solar thermal combined power generation system according to claim 1,
The solar heat collector has a solar heat collector and a heat storage device that stores solar heat collected by the solar heat collector.
前記加圧ボイラの蒸発器と過熱器との間に減温器を設け、前記減温器により蒸気タービンに供給する蒸気温度を調節するようにし、
前記太陽熱集熱装置は、太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器で集熱した太陽熱を蓄熱する蓄熱装置とを有することを特徴とする太陽熱複合発電システム。 In the solar thermal combined power generation system according to claim 1,
A temperature reducer is provided between the evaporator and the superheater of the pressurized boiler, and the steam temperature supplied to the steam turbine is adjusted by the temperature reducer,
The solar heat collector has a solar heat collector and a heat storage device that stores solar heat collected by the solar heat collector.
前記空気圧縮機の入口に空気吸い込み量絞り機能を持つ圧縮機入口弁を設けたことを特徴とする太陽熱複合発電システム。 In the solar thermal combined power generation system according to claim 1,
A combined solar heat power generation system characterized in that a compressor inlet valve having a function of restricting the amount of air suction is provided at the inlet of the air compressor.
前記空気過熱器は、前記太陽熱集熱装置からの熱媒体を管内にながし、管外に流れる前記空気圧縮機からの圧縮空気を過熱する伝熱管を備えることを特徴とする太陽熱複合発電システム。 In the solar thermal combined power generation system according to claim 1,
The air superheater includes a heat transfer tube that heats a heat medium from the solar heat collecting device into a tube and superheats compressed air from the air compressor that flows out of the tube.
通常運転時、前記加圧ボイラの蒸発器と過熱器との間で、前記蒸発器で発生した蒸気を常に減温し、天候急変により太陽熱エネルギが急減した場合、前記減温を停止若しくは前記減温の割合を小さくして、前記過熱器から前記蒸気タービンに供給される蒸気温度の変動を抑制するようにしたことを特徴とする太陽熱複合発電方法。 In the solar thermal combined power generation method according to claim 8,
During normal operation, the steam generated in the evaporator is always reduced in temperature between the evaporator and superheater of the pressurized boiler, and when the solar thermal energy is suddenly reduced due to sudden weather change, the temperature reduction is stopped or reduced. A solar combined power generation method, wherein a temperature ratio is reduced to suppress fluctuations in the temperature of steam supplied from the superheater to the steam turbine.
前記太陽熱エネルギを蓄熱装置に蓄熱し、
太陽熱エネルギを活用できない時間帯は、前記蓄熱装置内の太陽熱エネルギを取り出し、前記燃焼用空気を過熱することを特徴とする太陽熱複合発電方法。 In the solar thermal combined power generation method according to claim 8,
Storing the solar thermal energy in a heat storage device;
In a time zone in which solar thermal energy cannot be utilized, the solar thermal combined power generation method is characterized in that solar thermal energy in the heat storage device is taken out and the combustion air is overheated.
通常運転時、前記加圧ボイラの蒸発器と過熱器との間で、前記蒸発器で発生した蒸気を常に減温し、前記太陽熱エネルギを活用できない時間帯は、前記減温を停止若しくは前記減温の割合を小さくして太陽熱複合発電を継続するようにしたことを特徴とする太陽熱複合発電方法。 In the solar thermal combined power generation method according to claim 10,
During normal operation, the steam generated in the evaporator is always reduced in temperature between the evaporator and superheater of the pressurized boiler, and the temperature reduction is stopped or reduced in a time period during which the solar thermal energy cannot be utilized. A solar combined power generation method characterized in that the solar combined power generation is continued by decreasing the temperature ratio.
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