JPH0436244B2 - - Google Patents

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JPH0436244B2
JPH0436244B2 JP57137834A JP13783482A JPH0436244B2 JP H0436244 B2 JPH0436244 B2 JP H0436244B2 JP 57137834 A JP57137834 A JP 57137834A JP 13783482 A JP13783482 A JP 13783482A JP H0436244 B2 JPH0436244 B2 JP H0436244B2
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steam
turbine
pressure
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water
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JP57137834A
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Wan Buronikii Rushiien
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ORUMATSUTO TAABINZU 1965 Ltd
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ORUMATSUTO TAABINZU 1965 Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/02—Use of accumulators and specific engine types; Control thereof
    • F01K3/04—Use of accumulators and specific engine types; Control thereof the engine being of multiple-inlet-pressure type

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高圧段タービンと、それからの排気
で駆動する少なくとも一つの低圧段タービンとを
有する多段蒸気タービンが利用されるすぐれた廃
熱変換装置一体型発電プラントに関する。
従来における、種々の工場用発電プラントは、
その出力が蒸気ボイラーにて生ずる循環する蒸気
量を制御することにより、或いは多段蒸気タービ
ンの各段に対する入口圧力を制御することにより
調整されていた。依つて、蒸気ボイラーにより発
生する蒸気が所定温度、圧力及び流動速度である
ときは、発電プラントの出力がその所定（定格）
出力であり、一方、蒸気タービン出力が減じなけ
ればならないときは、発電プラントの出力が所定
値以下に減ずることになつた。そして、ピークタ
ービン効率が所定出力のときに発生するようにし
ているため、発電プラントにより得られる電力の
費用は、所定出力以下で作動される場合に悪影響
をうけた。更に、蒸気タービン出力を減ずる方法
は全体的なシステムを非効率的なものとする。従
つて、蒸気タービン出力を減ずるため、蒸気ター
ビン入口圧力が減じられる（絞る）ことは、燃料
が消費される可逆的な過程を導くことになる。
また、蒸気ボイラーがその設計定格容量以下で
作動されて燃料の供給を減ずることも、燃料の効
率的な使用が減じられる結果となる。
従つて、本発明の目的は、上述問題を克服する
か、実質的に減ずるかの新規ですぐれた発熱変換
装置一体型発電プラントを提供することにある。
本発明による発電プラントにおいては、所定の
温度及び圧力による所定量の高圧蒸気が供給され
る高圧段タービン、及び、該高圧段タービンから
排出される低圧蒸気により駆動する少なくとも一
つの低圧段タービンを有する多段蒸気タービンに
よつて作動する。該多段蒸気タービンにより駆動
される主発動機はその多段蒸気タービンの出力状
態で種々の電力を発生する。そこで、出力が所定
値以下に減じられると、蒸気ボイラー作動は継持
するが高圧段タービンから排出される低圧蒸気を
貯水型蓄熱部に移動する。貯水型蓄熱部は、例え
ば、大量の水を貯水しており、その量は所定出力
に以下で発電プラントが作動する間、低圧蒸気中
の熱エネルギーを貯めるのに十分な量である。そ
して、該蓄熱部で貯められた熱エネルギーによ
り、独立の発電機を有する廃熱変換装置が作動さ
れ、蒸気ボイラー出力に対してのその選択的な作
動で発電プラントの出力を補足する電力が供給さ
れる。廃熱変換装置による出力はピーク電力を得
るために使用することができ、かくして、主発電
機で発電される主発電プラントの停止中の低圧蒸
気での電力を供給することもできるだけでなく、
この主発電プラントのサイズを減ずることができ
る。更に、作動中では、蒸気ボイラー及び多段蒸
気タービンはピーク運転効率で作動し、その結
果、本発明による発電プラントの燃料消費コスト
は同じサイズの従来の発電プラントの燃料消費コ
スト以下にすることができる。
次に、本発明を添付図面と関連しつつ、更に詳
細に説明する。
第１図に関し、１０は本発明の発電プラントを
概括的に示し、これは廃熱変換装置１２が接続さ
れている主発電プラント１１を含む。この主発電
プラント１１は、蒸気ボイラー１３、電力を需要
プラント格子（図示せず）に供給する主発電機１
５を駆動する多段蒸気タービン１４、復水器１
６、及び供給ポンプ１７を有している。
蒸気ボイラー１３は供給される熱エネルギーに
よつて発生した高圧蒸気を高圧段タービン１８に
供給し、その排出する低圧蒸気は分岐弁１９を経
由して低圧段タービン２０に導かれ、復水器１６
に排出する。該復水器１６における流路２１を通
る冷却水は低圧段タービン２０からの排気を冷却
し、冷却によつて生ずる液水は供給ポンプ１７に
よつて、再び蒸気ボイラーに戻り、かくしてこの
循環回路が完成されている。
ところで、所定量の熱が蒸気ボイラー１３に供
給されると、所定量の温度及び圧力による所定量
の蒸気が生じる。主発電プラント１１が作動状態
になると、主発電機１５は所定電力を需要プラン
ト格子に供給する。この設計定格容量の状態のも
とで、多段蒸気タービン１４は作動し、その多段
蒸気タービンの効率のみならず、全発電プラント
の効果が最大となる。しかし、主発電機１５によ
り供給される出力が所定値より下まわる場合、多
段蒸気タービン１４の出力を減ずるには、従来の
方法では高圧段タービンに導かれる蒸気量を絞る
ことにあり、また、低圧段タービンに導かれる蒸
気の量を絞ることにある。
このことは、多段蒸気タービンによる仕事量を
減ずることになるけれども、その効率も低下せし
めることになる。更に、多段蒸気タービンがその
所定出力以外の状態で作動されている時には、こ
の多段蒸気タービンの効率減少による損失のほ
か、蒸気流路が絞られることにより発電プラント
の熱効率を更に減ずる可逆的過程に導くことにな
る。その結果、この発電プラントにより生みださ
れる電力コストに占める燃料消費コスト割合は、
システムが所定の定格容量以上に作動する場合で
も、また以下に作動する場合でも増加する。
システムの出力負荷が発電所の所定の定格容量
と異なる場合荷おける、この非効果的な作動状態
を解消するため、廃熱変換装置１２及び蓄熱部２
２が従来型の主発電プラントに組み込まれてい
る。具体的荷は、蓄熱部２２には水が大量貯水さ
れ、分岐弁１９は低圧段タービン２０から蓄熱部
２２に通じるよう選択的作動させて開いた時に、
この水が加熱されることになる。即ち、分岐弁１
９が開かれることによつて、高圧段タービン１８
から排出される低圧蒸気を蓄熱部２２に通し、低
圧蒸気中の熱エネルギーは低圧段タービンによる
仕事に変換されるかわりに、蓄熱部２２に収容さ
れる水に蓄熱される。
なお、必要に応じて、分岐弁１９の作動は自動
化してもよい。この場合、主発電機１５による出
力に負荷センサー４０が応動され、制御信号を発
信し、この制御信号によつて分岐弁１９を駆動し
て、主発電プラント１１の出力負荷における所定
値よりの減少に応動して低圧蒸気の流動を低圧段
タービン２０から蓄熱部２２へ切換えさせる。
分岐弁１９による選択的作動で蓄熱部２２の水
に蓄熱されたその水は、供給ポンプ１７の作動に
より混合弁２４と、その混合弁２４に接続する流
路２３とを経由して排出され、かくして、蒸気ボ
イラー１３に水の流動として至ることになる。こ
のようにすることによつて、高圧段タービン１８
と蒸気ボイラー１３との関係は、共に所定条件下
の作動を継続し、これらの作業効率を最大にして
いる。そして、多段蒸気タービン１４中で使用さ
れなかつた熱エネルギーは、かくして蓄熱部２２
に貯められる。
次に、負荷センサー４０による分岐弁１９の選
択的制御について説明すると、その選択的条件は
第２図に図示されているとおりである。この図
中、曲線Ａは、代表的な時間である24時間内にお
ける発電プラントの出力負荷に対する過渡的変化
を示す。
なお、曲線Ａは、需要プラント格子への代表的
な実施例の出力負荷曲線の変化を説明するに過ぎ
ないものである。図示の状態において、発電プラ
ント１０における所定の定格容量の出力負荷は、
ほぼ10：00a.m.から12：00a.m.（正午）までの約
２時間に生じ、そして、次の10時間は所定定格容
量出力よりも低い出力負荷を生じている。即ち、
正午から10：00p.m.までの間は、発電プラント１
０により供給される出力が多段蒸気タービン１４
の高圧段タービン１８の定格出力以上であるが、
低圧段タービン２０の定格出力に達しないので、
蒸気ボイラー１３により発生する高圧段タービン
１８の定格出力以上の過剰熱は分岐弁１９の作動
により蓄熱部２２へ変換されて蓄熱される。従つ
て、子の10時間における蒸気ボイラー１３と高圧
段タービン１８とはピーク効率の作動がされるこ
とになる。
ほぼ10：00p.m.から６：00a.m.では、発電プラ
ント１０による出力負荷が最低レベルに低下さ
れ、この最低レベルは、第１図における廃熱発電
機２５の能力範囲であり、蒸気ボイラー１３の作
動を停止し、廃熱変換装置１２が作動される。
第１図で示すように廃熱変換装置１２は、蒸発
器２７で閉鎖するサイクルの有機流体に熱エネル
ギーの供給をする形の閉鎖ランキンサイクル発電
プラント２６、有機流体用タービン２８、及び復
水器２９により構成されることが好ましい。廃熱
変換装置１２の作動を開始するに当つてはポンプ
３３が開かれて加熱水を蓄熱部２２から導出せし
め、蒸発器２７中の熱交換器３０を通過せしめ
る。例えば、蒸発器２７中に収容されているフレ
オン、またはその他の流体は、この加熱水により
蒸発して蒸気に変わり、有機流体用タービン２８
の入口に達する。有機流体用タービン２８は発電
機２５を慣用の方法で駆動する。そして、有機流
体用タービン２８から排気される蒸気は復水器２
９に達し、ここで冷却水コイル３１を通過する冷
却水で復水する。依つて、供給ポンプ３２は、か
くして得られる有機流体を蒸発器２７に戻し循環
回路が完成される。
発電プラント１０における出力負荷が定格出力
負荷以下である、ほぼ10：00p.m.から翌朝のほぼ
６：00a.m.までの間は、それ以前の蒸気ボイラー
１３の作動で、十分な熱エネルギーが蓄熱部２２
に貯められ、蒸気ボイラー１３を停止しても、蓄
熱部２２に貯えられた熱により廃熱変換装置１２
が作動され、その発電機２５の出力から需要プラ
ント格子へ供給されるようになつている。そし
て、ほぼ６：00a.m.には廃熱変換装置１２の作動
が、ポンプ３３を閉じることによつて停止され、
分岐弁１９が作動されて高圧段タービン１８の排
気を低圧段タービン２０の入口に導くことによつ
て主発電プラント１１が作動させられることにな
る。かくして、発電プラント１０により需要プラ
ント格子へ供給される電気エネルギーは、従発電
機２５による供給から主発電機１５による供給へ
変換し、再び、定格出力が供給される。
第２図に示す、ほぼ８：00a.m.より約２時間で
は発電プラント１０より供給される実出力負荷は
ピーク出力負荷に達する。そして、このピーク出
力負荷の間、廃熱変換装置１２は再び作動し、そ
れにより主発電機１５及び従発電機２５は共に出
力し、電気エネルギーを需要プラント格子に供給
する。
第２図Ｂにおける曲線は廃熱変換装置１２の作
動が時間帯で示され、また、第２図Ｃの曲線は高
圧段タービン１８の作動が時間帯で示されてい
る。最後に、第２図Ｄの曲線は時間帯に対する低
圧段タービン２０の作動を示す。依つて廃熱変換
装置の作動及び多段気タービン１４の各時間帯で
の作動結果が、第２図Ａで示す、曲線Ａに示す出
力負荷特性を生じることになる。
貯水型蓄熱部２２は開口している単なる水タン
クであつてよく、高圧段タービン１８から排気さ
れる低圧蒸気が蓄熱部に貯水する水と直接接触さ
れるよう配置する。
なお、蓄熱部の低圧蒸気と接触する液体は、水
以外であつてもよく、この場合には、低圧蒸気か
ら適当な熱交換器（図示せず）によりその熱エネ
ルギーが蓄熱液体中に移転され得るようにする。
以上、本発明による装置により得られる利点、
及び優れた効果は、本発明の好ましい実施態様に
基ずく、以上の説明により明らかであると信じ
る。
なお、本発明の請求及び技術範囲を逸脱するこ
となく種々の変更及び修正が考えられてもよいこ
とは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による廃熱変換装置一体型発電
プラントのブロツク図；第２図は蒸気ボイラーと
廃熱変換装置との作動による出力負荷の変化を示
す時間帯図である。 １０…全発電プラント、１２…廃熱変換装置、
１３…蒸気ボイラー、１４…多段蒸気タービン、
１５…主発電機、１６…復水器、１７…供給ポン
プ、１８…高圧段タービン、１９…分岐弁、２０
…低圧段タービン、２１…流路、２２…貯水型蓄
熱部、２４…混合弁、２５…従発電機、２６…閉
鎖ランキンサイクル発電プラント、２７…蒸発
器、２８…有機流体用タービン、２９…復水気、
３０…熱交換器、３１…冷却水コイル、３２…供
給ポンプ、３３…ポンプ、４０…負荷センサー。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 所定温度及び圧力で所定量の高圧蒸気を
    発生させるため所定レベルで運転する蒸気ボイ
    ラー： (b) 前記所定量の高圧蒸気を受けるための高圧段
    タービン、及び高圧段タービンから排気される
    低圧蒸気により駆動する少なくとも一つの低圧
    段タービンを有する蒸気タービン： (c) 出力変動負荷に対応して電力を供給する該蒸
    気タービンにより駆動される主発電機： (d) 前記蒸気タービンより排気される蒸気を凝縮
    して液化せしめる復水器： (e) 前記蒸気ボイラーにその凝縮水を戻す供給ポ
    ンプ： (f) 高圧段タービンから排出される低圧蒸気の熱
    エネルギーを蓄熱するための貯水型蓄熱器： (g) 該貯水型蓄熱器内にその貯水を加熱するため
    選択的に分岐する分岐弁： (H) 前記出力変動負荷に対応する電力を供給する
    ため前記蓄熱器内に蓄熱した熱エネルギーで作
    動する廃熱変換装置： (i) 前記蓄熱器から帰還する水の量が前記復水器
    から帰還する水の量とで、前期蒸気タービンの
    高圧蒸気での駆動を可能とすると共に前記蒸気
    ボイラーの駆動を維持するに必要十分な総量と
    なるよう制御される混合弁： とで構成される廃熱変換装置一体型発電プラン
    ト。 ２ 廃熱変換装置が有機流体による密閉型ランキ
    ン・サイクル発電プラントである特許請求の範囲
    第１項記載の廃熱変換装置一体型発電プラント。 ３ 分岐弁が混合弁の作動と相関する特許請求の
    範囲第１項記載の廃熱変換装置一体型発電プラン
    ト。 ４ 発電プラント出力を遠隔監視し、定格出力レ
    ベルに応動して貯水型蓄熱器に入る高圧段タービ
    ンから排出される低圧蒸気の度合が選択的に制御
    される分岐弁を自動的に作動的に作動せしめる手
    段を有する特許請求の範囲第１項記載の廃熱変換
    装置一体型発電プラント。
JP57137834A 1981-08-07 1982-08-07 廃熱変換装置一体型発電プラント Granted JPS6026107A (ja)

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US06/291,084 US4428190A (en) 1981-08-07 1981-08-07 Power plant utilizing multi-stage turbines
US291084 1981-08-07

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JPS6026107A JPS6026107A (ja) 1985-02-09
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GB (1) GB2102889B (ja)
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