JPH05240004A - 熱回収型発電システムプラントの最適運転方法 - Google Patents

熱回収型発電システムプラントの最適運転方法

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JPH05240004A
JPH05240004A JP4275692A JP4275692A JPH05240004A JP H05240004 A JPH05240004 A JP H05240004A JP 4275692 A JP4275692 A JP 4275692A JP 4275692 A JP4275692 A JP 4275692A JP H05240004 A JPH05240004 A JP H05240004A
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JP
Japan
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pressure
heat
steam
plant
exhaust
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JP4275692A
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English (en)
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Naoyuki Nagabuchi
尚之 永渕
Hiroshi Matsumoto
弘 松本
Makoto Shimoda
下田  誠
Akira Yamada
章 山田
Akihiko Yamada
昭彦 山田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】地球環境問題の解決手段の一つとして、コンバ
インド発電プラントの排熱を、吸収式冷凍機・吸収式ヒ
ートポンプ等の作動熱源に利用可能な温度(高温)で回
収し、一次エネルギの高効率利用を実現するプラントを
提供する。 【構成】ガスタービン10,排熱回収ボイラ20,蒸気
タービン30,発電機40,41,低圧復水器50,高
圧復水器60、並びに温水加熱器70であり、各種の配
管,ダクト,ポンプを含む。部分負荷運転時には、低圧
蒸気用圧力調整弁80と高圧排気量用流量調節弁90を
用いて最適運転を可能とする。同時に、復水器50,6
0を流れる冷却水流量を、バイパスに設けたバイパス流
量調節弁100,101を用いて調節し、二段圧復水器
50,60で回収する復水排熱量、及び温水加熱器70
で回収する排ガス排熱量を変える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は熱電併給プラントに係
り、特に、ガスタービンからの高温排熱を利用して蒸気
を発生し、蒸気タービンを駆動さすコンバインド発電プ
ラントでの熱電併給運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の熱電併給プラント、いわゆる、コ
ージェネレーションプラントでは、発生する電力と蒸気
をエネルギ源とする吸収式冷凍機・ターボ冷凍機・圧縮
式ヒートポンプ等を用いて冷熱及び温熱を供給してお
り、一次エネルギの利用率で定義する総合熱利用率約6
0%以上を利用している。
【0003】ところが従来の発電所等で用いられている
コンバインド発電プラントでは、蒸気タービン復水冷却
水に海水等の常温レベルの熱源を用い、一次エネルギの
約60%を廃エネルギとして海水(熱)または大気中
(CO2)に放出している。この様な産業プラントやそ
の他からの廃エネルギが、現在の最重要問題である地球
温暖化現象の一因と考えられている。
【0004】そこで、地球環境問題の解決手段の一つと
してこの二つの技術を融合し、発電所の排熱を吸収式冷
凍機・吸収式ヒートポンプ等の作動熱源に利用可能な温
度で回収することにより、一次エネルギの高効率利用を
実現するプラントの構築とその最適運転方法の開発が重
要となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記目的を達成するた
めに、従来のコンバインド発電プラントの蒸気タービン
復水温度を高くして復水器冷却水温度を昇温しようとす
ると、蒸気タービン内のエンタルピ落差が小さくなるた
めに出力が低下する。同時に、排熱回収ボイラへの給水
温度も高くなるため、排ガス放出温度を従来の温度(一
般的に110℃前後)よりも高くする(試算では20〜
30℃程度高い)必要があり、ガスタービン排熱から回
収する熱量が減少するという問題を生じる。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで、この二つの問題
を解決するために、蒸気タービン発電効率の向上を目的
に既に適用されている二段圧復水器を用いて蒸気タービ
ン出力の低下を抑え、温水加熱器によりガスタービンか
らの回収熱量を増大する熱回収型発電プラントを発明
し、特願平2−61011号明細書で開示した。
【0007】このプラントの定格運転時の最適設計技法
として、まず、プラントの静的特性モデルを構築し、あ
らかじめ設定した二つのパラメータ(本手法では、排熱
回収ボイラの低圧蒸気圧と、蒸気タービンの全排気量に
対する低圧排気量の比で定義する低圧排気比とする)
を、評価関数である発電費(本プラントの単位設備容量
に対する、設備費と燃料費の和で定義する)が最低とな
るように山登り技法を用いて調節する技法を用いて鋭意
検討を行った。
【0008】また、プラントの部分負荷運転時に、評価
値である発電費が最低となるように上記二つのパラメー
タを調整して運転するために、蒸気タービン低圧蒸気入
口部に圧力調節弁を設けて低圧蒸気圧を調整し、蒸気排
気口に流量調節弁を設けて低圧排気比を調整する運転方
法や、二段圧復水器冷却水管にそれぞれバイパスを設
け、復水器内を流れる冷却水流量を変えることによっ
て、蒸気タービン排気蒸気量を変え、蒸気タービン出力
と二段圧復水器及び温水加熱器で回収する温熱量を調整
する運転方法が有効である。
【0009】
【作用】本発明によれば、コンバインド発電プラント定
格運転時の評価値が最適となるように、パラメータであ
る低圧蒸気圧と低圧排気比を調整し、蒸気タービン復水
を吸収式冷凍機の作動熱源に利用可能な温度で回収し
て、電力と冷・温熱を同時供給する運転が可能となる。
【0010】更に本発明により、プラントの部分負荷運
転時にも、蒸気タービン低圧蒸気入口部に圧力調節弁を
設けて低圧蒸気圧を調整し、蒸気排気口に流量調節弁を
設けて低圧排気比を調整する運転方法や、二段圧復水器
冷却水管にそれぞれバイパスを設け、復水器内を流れる
冷却水流量を変えることによって負荷に応じた熱電併給
運転が可能となる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1により説明す
る。図1は、本発明から成る熱回収型発電システムプラ
ントを、高温のガスを排出するガスタービンを熱源とし
て構成した時の例を示した系統図である。
【0012】構成機器は、ガスタービン10,排熱回収
ボイラ20,蒸気タービン30,発電機40,41、低
圧復水器50,高圧復水器60、並びに温水加熱器70
であり、当該機器を接続する各種の配管,ダクト,ポン
プ等から成っている。
【0013】以下、本発明の作用を詳述するに当り、一
例としてガスタービン定格運転時に高・低圧復水器5
0,60及び温水加熱器70で得られる温水温度を90
℃と設定する。ここで温水温度90℃は、通常の一重効
用温水熱源吸収式冷凍機の再生器入口温水に利用可能な
温度である。
【0014】ガスタービン10からの高温ガスは、ダク
ト12により排出され、排熱回収ボイラ20へ導入され
る。排熱回収ボイラ20内には伝熱部21が収納されて
おり、排ガスにより高圧(50ata以上)の過熱蒸気と
低圧(15ata以下)の飽和蒸気が発生する。この時、
温度が低下したガス(150℃程度)は、ダクト13に
よって温水加熱器70へ導入される。温水加熱器70内
には伝熱部71が収納されており、排ガスにより高圧復
水器60からの温水(85℃程度)を加熱する。高圧復
水器60からの温水と熱交換して温度が低下したガス
(110℃程度)は、ダクト14によって大気中へ放出
される。
【0015】排熱回収ボイラ20で発生した高圧過熱蒸
気と低圧飽和蒸気は、それぞれ配管31,32によって
蒸気タービン30へ導入される。導入された蒸気はター
ビン内動翼を駆動させる。この時、動翼軸に接続する発
電機41が駆動して発電し、配線43によって需要先に
供給できる。
【0016】蒸気タービン内で膨張して低圧になった蒸
気(100〜60℃程度)は、高圧排気配管61と低圧
排気配管51によって、それぞれ、高圧復水器60、低
圧復水器50へ導入される。高圧及び低圧復水器60,
50内には伝熱部62,52が収納されており、排気蒸
気により配管110,111から復水器50,60へ導
入される冷却水を加熱する。
【0017】配管110により低圧復水器50へ導入さ
れた冷却水(40℃程度)は、低圧復水器50内の蒸気
(70℃程度)によって加熱され、配管111により高
圧復水器60へ導入される。高圧復水器60内の蒸気
(100℃程度)により更に加熱された冷却水は、配管
113により温水加熱器70へ導入される。温水加熱器
70内の排ガスによって加熱された冷却水(90℃程
度)は、配管114によって温水として需要先に供給で
きる。
【0018】尚、従来の発電用コンバインドプラントで
は、単段圧の復水器を用いているので、以下、本発明の
メリットを表現するために、単段圧復水器を用いて90
℃温水を得る場合との性能比較を行う。
【0019】プラント定格運転時で、最適な運転条件を
探索するための設計パラメータの検討を図2,図3に示
す。検討は、ガスタービン定格運転時に蒸気タービン発
電後の排熱を利用して、90℃温水を得た場合のプラン
ト性能について行った。従ってプラントの性能向上は、
蒸気タービン出力をいかに増大するかによる。そこで、
蒸気タービンの設計パラメータである、入口側の低圧
蒸気圧と、出口側の全排気量に対する低圧排気量の比
で定義する低圧排気比について検討した。
【0020】図2に、二万kW程度のガスタービン排熱
で本発明プラントを構成した場合、低圧排気比が蒸気タ
ービン出力に及ぼす影響を、パラメータに低圧蒸気圧を
取って示す。横軸の0,1.0 は、単段圧復水器を用い
て90℃温水を得る場合である。低圧排気比0.5 付近
で出力は、低圧蒸気圧にかかわらず単段圧の場合と比較
して800kW程度増加する。また、プラント性能は、
低圧蒸気圧が高くなるほど向上する。従って、低圧蒸気
圧は高圧にする方が良いように思えるが、図3に示した
低圧蒸気圧が蒸気タービン出力と伝熱面積に及ぼす影響
より、伝熱面積の著しい増加をもたらすことがわかる。
従って、プラントの性能と経済性の両面から統一した評
価関数のもとで、最適な運転条件を見つける必要があ
る。
【0021】そこで、プラント定格運転時の最適運転条
件を決定する場合の評価値を、式(1)で定義する発電
費とする。
【0022】発電費(¥/kWh)=(プラント設備費
(\)+燃料費(\))÷ガスタービン出力(kWh)+蒸気タ
ービン出力(kWh) …(1) 次に、この技法によって求まった最適運転条件の実現方
法を、図1を用いて詳述する。
【0023】プラントの定格運転時には、あらかじめ求
めた運転条件を実現する設計を行っておく。部分負荷運
転時には、低圧蒸気用圧力調整弁80及び高圧排気量用
流量調節弁90を用いて二つのパラメータを調節する。
それと同時に、二つの復水器50,60を流れる冷却水
流量を、バイパスに設けたバイパス流量調節弁100,
101を用いて調節し、2段圧復水器50,60で回収
する復水排熱量、及び温水加熱器70で回収する排ガス
排熱量を変える。
【0024】本発明プラントの拡張例を、図4に示す。
二段圧復水器50,60及び温水加熱器70で得られる
温水を、吸収式冷凍機130の作動熱源として利用し、
配管131によって冷水を需要先に供給する。これによ
り、電力,温熱,冷熱を同時に供給可能なプラントを構
成する。
【0025】拡張プラントの最適運転条件の探索には、
二つのパラメータに、二段圧復水器冷却水流量と温水加
熱器出口温水温度を加えて上述の技法を用いて行う。拡
張プラントの評価関数には、式(2)で定義するエネル
ギ発生費を用いる。
【0026】エネルギ発生費(¥/kWh)=(プラント
設備費(\)+燃料費(\))÷(ガスタービン)出力(kW
h)+蒸気タービン出力(kWh)+発生冷熱量(kW
h)) …(2) 拡張プラントの最適運転実現には、低圧蒸気用圧力調整
弁80,高圧排気量用流量調節弁90,バイパスに設け
たバイパス流量調節弁100,101を用いる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、プラント定格運転時
に、プラントの性能と経済性の両面から、最適な条件の
もとに運転することができる。
【0028】更に、部分負荷運転時には、圧力調整弁,
流量調節弁等を用いて、蒸気タービン出力と二段圧復水
器及び温水加熱器で得られる温熱量を調節し、最適とな
る条件のもとでのプラントの運用ができる。
【0029】また、本発明プラントで得られた温熱を、
吸収式冷凍機の作動熱源とすることによって、一次エネ
ルギを段階的かつ有効に利用しながら、電力,温熱,冷
熱を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するのに好適な系統を示す図。
【図2】設計パラメータ選定の際に、各パラメータのプ
ラント性能への影響を検討した説明図。
【図3】設計パラメータ選定の際に、各パラメータのプ
ラント性能への影響を検討した説明図。
【図4】本発明の拡張例を示した説明図。
【符号の説明】
10…ガスタービン、20…排熱回収ボイラ、30…蒸
気タービン、40…発電機、41…発電機、50…低圧
復水器、60…高圧復水器、70…温水加熱器、80…
圧力調整弁、90…流量調節弁、100…バイパス流量
調節弁、101…バイパス流量調節弁、130…吸収式
冷凍機。
フロントページの続き (72)発明者 山田 章 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 山田 昭彦 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱源エンジンと、前記熱源エンジンの排ガ
    スが持つ排熱を回収し、二種類の圧力の蒸気を発生する
    排熱回収ボイラと、ボイラで発生した二種類の圧力の蒸
    気によって駆動し、連接する発電機を回転させて発電す
    る蒸気タービンと、前記蒸気タービンの出力の低下を抑
    えて前記蒸気タービンの復水排熱を回収する二段圧復水
    器と、復水器の冷却水の温度を昇温する温水加熱器から
    成る熱回収型発電システムプラントにおいて、パラメー
    タを前記排熱回収ボイラの低圧蒸気圧と、前記蒸気ター
    ビン全排気量に対する低圧排気量の比を低圧排気比と定
    義し、プラント定格運転時に評価値である発電費が最低
    となるように低圧蒸気圧9.5±6.0ata 、低圧排気比
    0.5±0.4の範囲で調整することを特徴とする熱回収
    型発電システムプラントの最適運転方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、プラントの部分負荷運
    転時に応じて、評価値である発電費が最低となるように
    前記二つのパラメータを調整して運転するために、蒸気
    タービン低圧蒸気入口部に圧力調節弁を設けて低圧蒸気
    圧を調整し、蒸気排気口に流量調節弁を設けて低圧排気
    比を調整する熱回収型発電システムプラントの最適運転
    方法。
  3. 【請求項3】請求項1において、プラントの部分負荷運
    転時に応じて、評価値である発電費が最低となるように
    前記二つのパラメータを調整して運転するために、プラ
    ントの高圧と低圧の二段圧復水器冷却水管にそれぞれバ
    イパスを設け、復水器内を流れる冷却水流量を変えるこ
    とによって、前記蒸気タービンの排気蒸気量を変え、前
    記蒸気タービンの出力と二段圧復水器及び温水加熱器で
    回収する温熱量を調整する熱回収型発電システムプラン
    トの最適運転方法。
  4. 【請求項4】請求項1の前記二段圧復水器と前記温水加
    熱器によって回収した温熱の一部を、吸収式冷凍機の作
    動熱源として利用することによって、電力・温熱・冷熱
    の同時供給を可能としたプラントの定格運転時に、単位
    エネルギ発生量に対する設備費と燃料費の和で定義する
    エネルギ発生費が最低となるように、前記二つのパラメ
    ータに加えて二段圧復水器冷却水流量及び温水加熱器出
    口温度の四つのパラメータを調整する熱回収型発電シス
    テムプラントの最適運転方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101295806B1 (ko) * 2012-09-07 2013-08-12 포스코에너지 주식회사 흡수식 히트펌프를 이용하여 발전효율을 개선하기 위한 복합화력 발전시스템 및 그 제어방법
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CN105484816A (zh) * 2015-12-31 2016-04-13 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 燃气蒸汽联合系统及其运行控制方法
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