JPH07509766A - 大気循環流動床ボイラーおよびガス化器と結合した複合サイクル火力発電所 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 人気循環流動床ボイラーおよびガス化器と結合した複合サイクル火力発電所発明 の背景 本発明は循環流動床ボイラーに関し、特に大気循環流動床ボイラーおよびガス化 器と結合した複合サイクル火力発電所に関するものである。

ガスタービンと、流動床炉を備えた汽力発電所とを結合した火力発電システムは 公知である。第２発電加圧流動床技術を使用するシステムは、最近非常に注意を Ｅくようになった。これらシステムにおいては、加圧流動床燃焼室内て石炭の如 き、固形燃料を燃焼せしめて蒸気タービンを付勢し、該タービンかさらに発電機 を駆動するようになっている。火力発電所のガスタービン部分は、高温の圧縮ガ スによって付勢されて他の発電機を駆動し、出力を増加させる。ガスタービンシ ステムに対する熱は、ガス化器によって発生されるガス、または天然ガスを使用 してガスタービン膨張室に供給されよトこのような在来技術によるシステムにお いては、燃焼微粒子を除去するために、ガス管路内に高温フィルタを設ける必要 がある。さらに燃焼ガスの高温に起因して、耐火物被覆パイプか必要とされる。

さらにまたガスタービンサイクル内におけるＮ０８を減少させる作用力も必要で ある。

したかって前述の如き欠点を除去した、改良複合サイクル火力発電所の提供か望 まれる。

発明の概要 本発明の目的は、石炭たき大気ボイラーを使用する複合サイクル火力発電システ ムで、ガスタービンの効率か著しく改善された火力発電システムを提供すること である。

本発明の池の目的は、ガスタービンシステムの前に、高温フィルタを設ける必要 のない複合サイクル火力発電システムを提供することである。

本発明のなお池の目的は、石炭燃焼器とガスタービンシステムとの間に、耐火物 被覆バイブを必要としない、複合サイクル火力発電システムを提供することであ る。

本発明のなお他の目的は、ガスタービンサイクル内におけるＮＯｏを減少させる 作用力を必要どしない、複合サイクル火力発電システムを提供することである。

本発明の基本的形態によれば、前記の々Ｉき複合サイクル火力発電システムを提 供することかできる。このシステムは、固形燃料を燃焼させるための流動床石炭 燃焼器を含み、蒸気および加熱された排気を発生させるようになっている。分離 器か加熱された排気から微粒子を分離し、該微粒子を復帰通路によって流動床燃 焼器に復帰させる。蒸気タービンは石炭燃焼器内に発生した蒸気と、加熱された 排気とによって付勢され、一方ガスタービンは圧縮空気によって付勢される。圧 縮空気管路内には、復熱器、外部ベッド加熱器およびガスタービン燃焼器か配置 される。復熱器は圧縮空気源およびガスタービンのリド気に連結され、圧縮空気 かガスタービンに入る１１１ｊに、該圧縮空気を第１温度に加熱するようになっ ている。

外部ヘント加熱器は復熱器および分＃ｉ器復帰通路に連結され、圧縮空気がガス タービンに入る前に、該圧縮空気を第２温度まで加熱する。ガスタービン燃焼器 は圧縮空気かガスタービンに入る前に、該圧縮空気を第３温度まで加熱する。天 然ガス及び／又は石炭ガス燃料を含む燃料源はガスタービン燃焼器に燃料を供給 する。

図面の簡単な説明 図面は本発明によって構成した複合サイクル火力発電システムの概要図。

好適な実施例の詳細な説明 次に図について説明すれば、全体か１０によって表された複合サイクル火力発電 所は本発明の好適な実施例である。発電所ｌＯは、燃焼室１４を有する循環流動 床（ＣＦＢ）ボイラー１２必を含み、該燃焼室内には燃焼材料、非燃焼材料、あ るいは添加物または循環材料、−次空気および二次空気か送給される。図中の矢 ［ｌＩ６は燃焼材料、好ましくは石炭または同様な固形燃料を導入する好適な位 置を示す。燃焼室Ｉ４内においてベットは、ヘット材料および空気の流れを正し く選択することによって流動状態に維持される。燃焼室は底壁１８を存し、該底 壁を通して流動化空気か導入される。燃焼壁は好ましくは技術的に周知の如く、 耐火物被覆を有する、または有しない膜形チューブ壁によって構成される。

流動床ボイラー１２は燃料を燃焼せしめ、加熱された排気を生成する。ボイラー の壁は水を循環させる管路（図示せず）を含み、該管路内において水か加熱され 、蒸気を発生する。加熱された燃焼排気は、煙道２０によって、燃焼室１４から 高温サイクロン分離器２２に運ばれる。高温分離器２２内において固形微粒子は 、加熱された排気の煙道ガスから分離され、煙道２４．２６および２８によって 形成された復帰通路により、燃焼室１４の底部に戻され、再循環せしめられる。

これら微粒子は炉焼室に復帰する前に、流動床冷却器または類似のものを通され る。

高温分離器から出た煙道ガスは、煙道３０を通って対流通路３２に入る。この対 流通路内には過熱器３４か配置されている。過熱器３４は節炭器３６の上流に位 置決めされ、かつＣＦＢボイラー１２から蒸気を受入れる。この蒸気は過熱され 、かつ供給管路３８を通して蒸気タービン４０に導入される。蒸気タービン４０ と、節炭器３６との間には、復帰管４２か設けられている。この復帰管には通常 のコンデンサ４４および加熱器列４６か連結されている。節炭器３６は排気管路 ４８に連結され、高温分離器煙道ガスを、バグハウスフィルタ５ｏを通して大気 に導くようになっている。蒸気タービン４０は、好ましくは発電機（図示せず） に連結され、電力を発生する。

第２発電機（図示せず）はガスタービン６０に連結され、複合サイクル火力発電 所ＩＯの第２サイクルを形成する。ガスタービン６０は空気圧縮機６２からの高 温圧縮空気によって作動される。空気圧縮ａ６２は空気取入れ管路６４がら大気 を受入れる。圧縮機６２はガスタービンに作動的に連結され、該ガスタービンに よって駆動される。圧縮機６２は供給管路６６に対する圧縮空気供給源を形成す る。大気は圧縮される時に熱エネルギーを発生し、かつ高温で圧縮機６２がら排 出される。供給管路６６はこの圧縮空気を復熱器６８に運ぶ。復熱器６８は供給 管路６６内の圧縮空気と、タービン６ｏからの排気との間で熱交換を行わせる。

この排気はタービン排気管路７ｏを通して得られる。

タービン排気管路７０は復熱器６８を通して導かれる。復熱器内においては、タ ービンｌＪ［気管７０によって搬送されたターヒンｆＪＦ気ガスか、圧縮空気に 熱を与え、その温度は低下する。この熱交換に続いて、タービン排気管路７０は 、タービン排気を流動床燃焼器１２に運ぶ。圧縮空気はさらに復熱器内の熱を取 得し、かつ高温で排出される。復熱器を通った後の圧縮空気の温度は第１温度と 称される。

第１温度の圧縮空気は供給源管路６６に沿って、外部ベット空気加熱器７２に搬 送される。この空気加熱器７２は煙道２４．２６および２８によって形成される 高温分離器復帰通路に連結される。この連結は、加熱された微粒子を空気加熱器 に搬送する空気加熱器入口管路７４によって行われる。空気加熱器７２は熱交換 器で、高温分離器微粒子と、圧縮空気供給源管路６６内の圧縮空気との間て熱交 換を行わせる。この熱交換は圧縮空気の温度をその第１温度から、第２温度まで 上昇させる。空気加熱器７２は管路７４から引出された高温分離器微粒子を、復 帰管７６を通して流動床１４に復帰させる。外部ベット加熱器７２は流動床燃焼 器と高温分離器２２との外部に位置している。これによって、空気加熱器を流動 床燃焼器Ｉ２または高温分離器２２内に置いた時に、起こる慣れのある構造また は腐食に関する問題を避けることかできる。

第２温度まで加熱された圧縮空気は、続いて供給源管路６６を通り、さらにガス タービン燃焼２ｇ（ＴＣ）７８によって加熱される。燃焼器７８は圧縮空気に熱 エネルギーを加え、その温度を第２温度から第３温度まで上層させる。ガスター ビン燃焼器７８は燃焼室であり、この中で可燃ガスか燃焼する。可燃ガスは二つ の供給源から選択的に得られる。第１供給源は天然ガス供給源８０である。この 天然ガス供給源８０は、天然ガス取入れ管路８２に沿って、ガスタービン燃焼器 ７８に天然ガスを供給する。可燃ガスの第２供給源はガス化器８４から成ってい る。このガス化器８４は石炭の如き固形燃料をガス化するために使用される。ガ ス化器の形式により、該ガス化器の内部にチャーか形成されることかある。この チャーは取入れ管路８６を通して流動床燃焼器１２に送給することかできる。石 炭ガスは石炭ガス取入れ管路８８に沿って、ガスタービン燃焼器７８に送給され る。ガスタービン燃焼器７８は天然ガス、石炭ガスまたはこれら双方によって作 動することかできる。

ガスタービン６０の効率は圧縮空気を極高温で供給することによって著しく改善 されることかわかった。復熱器６８および外部ベット加熱器７２によって与えら れる熱エイ、ルキーは、ガスタービン燃焼器７８か必要とする熱エネルギーの量 を減少させる。これに付随して、燃焼器によって必要とされる可燃ガスの量も減 少させる。ガスタービンの排気はＣＦＢ燃焼器に対する空気供給源として使用さ れ、これはガスタービンサイクル内の、排出減少努力を不要にする。ガスタービ ン燃焼器気はＣＦＢ燃焼器を通るから、排出減少はＣＦＢ内に生じるようにする ことかできる。さらに空気の流れか第１、第２および第３の温度まで加熱される ために、この空気の流れの中に微粒子か導入されないこともわかる。したがって 、高温フィルタも不要である。なお圧縮空気を加熱する第４および第２温度も、 耐火物被覆パイプを必要とする程高くする必要はない。耐火物被覆パイプか必要 とされるのは、通常温度かほぼ７５９℃（１４００°Ｆ）以上の時である。

なおガスタービン燃焼器に対する天然ガスおよび石炭ガスの使用は、現行エネル ギーの費用に応じて選択し得ることかわかる。さらに硫黄含有重油か天然ガスよ り安価に入手しｉｑる区域においては、軽油または重油の４口き他の燃料も使用 することかできる。このような場合には、ガスタービンはこの燃料油を使用する ように設計することができ、かつＣＦＢ燃焼器か硫黄除去を行うようにされる。

実際には石炭ガス、天然ガスおよび燃料油の任意の組合わせも便利に使用するこ とかできる。このシステムは効率か改善される結果、石炭だけを１００％使用す る単一のサイクルシステムの場合に比して、高いサイクル効率で石炭を使用し得 るようになる。さらにほぼ１０９２℃（２０００°Ｆ）の第３圧縮空気温度にお いては、必要とされる天然ガスおよび石炭ガスの熱入力は、複合サイクル発電所 に対する全熱入力のほぼ２０％である。天然ガスを採用しない場合には、部分ガ ス化器を使用する代わりに、２０％容量の全ガス化器（１００％石炭ガス化）を 使用することかできる。

以上新規な複合サイクル火力発電システムについて説明した。この記述は特定の 実施例に関しての例証であり、本発明は請求の範囲内において、多様の変形を行 い１するものと解すべきである。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．複合サイクル火力発電システムで、固形燃料を燃焼せしめ、蒸気および加熱 された排気を発生させる流動床ボイラーと、加熱された排気から微粒子を分離し 、該微粒子を高温分離器復帰通路によって流動床ボイラーに復帰させる高温分離 器と、流動床ボイラー内に発生した蒸気によって付勢される蒸気タービンと、加 熱された圧縮空気によって付勢されるガスタービンとを有する複合サイクル火力 発電システムにおいて、 ガスタービンに対する圧縮空気の供給源を形成する空気圧縮器と、前記空気圧縮 器およびガスタービンからの排気に連結され、圧縮空気がガスタービンに入る前 に、該圧縮空気を第１温度まで加熱する復熱器と、前記復熱器および高温分離器 復帰通路に連結され、圧縮空気がガスタービンに入る前に、該圧縮空気を第２温 度まで加熱する外部ベッド空気加熱器と、前記外部ベッド空気加熱器およびガス タービンに連結され、圧縮空気がガスタービンに入る前に、該圧縮空気を第３温 度まで加熱するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器に連結され、該ガス タービン燃焼器に燃料を供給する、天然ガス含有第１燃料供給源と、 ガスタービン燃焼器に連続され、該ガスタービン燃焼器に燃料を供給する、石炭 ガス含有第２燃料供給源とを有する複合サイクル火力発電システム。
2. ２．前記第１および第２燃料供給源が、ガスタービン燃焼器に天然ガスおよび石 炭ガス燃料を選択的に供給する請求項１記載の火力発電システム。
3. ３．前記第２燃料供給源が、固形燃料から石炭ガスを発生させるためのガス化器 を存する請求項１記載の火力発電システム。
4. ４．前記ガス化器が、ガスタービン燃焼器に石炭ガスを供給し、かつ流動床ボイ ラーにチャーを供給する請求項３記載の火力発電システム。
5. ５．前記外部ベッド加熱器が、冷却された微粒子を流動床ボイラーに復帰させる 請求項１記載の火力発電システム。
6. ６．前記復熱器が、冷却されたガスタービン排気を流動床ボイラーに復帰させる 請求項１記載の火力発電システム。
7. ７．蒸気タービンシステムおよびガスタービンシステムを有する複合サイクル火 力発電システム使用する方法で、 流動床ボイラー内で固形燃料を燃焼せしめ、蒸気および加熱された排気を発生さ せる段階と、 前記加熱された排気から微粒子を分離し、かつこれを復帰通路によって前記流動 床燃焼器に復帰させる段階と、 流動床ボイラー内に発生した蒸気を、蒸気タービンシステムに導入し、該蒸気タ ービンシステムを付勢する段階と、 加熱された圧縮空気をガスタービンシステムに導入し、該圧縮空気によってガス タービンを付勢する段階とを有し、前記加熱された圧縮空気を低温圧縮空気が前 記ガスタービンに入る前に、該圧縮空気を第１温度まで加熱する段階と、 前記第１温度に加熱された圧縮空気が前記ガスタービンに入る前に、該圧縮空気 を第２温度まで加熱する段階と、 前記第２温度に加熱された圧縮空気か前記ガスタービンに入る前に、該圧縮空気 を第３温度まで加熱する段階とによって加熱する方法。
8. ８．圧縮空気を前記第３温度まで加熱する段階が、天然ガスまたは石炭ガスまた は燃料油、あるいはこれら燃料の任意の組合わせを含む燃料供給源に連結された ガスタービン燃焼器によって行われる請求項７記載の方法。
9. ９．圧縮空気を前記第３温度まで加熱する段階が、固形燃料から石炭ガスを発生 させるガス化器を含む燃料源に連結されたガスタービン燃焼器によって行われる 、請求項７記載の方法。
10. １０．さらに、前記ガス化器からの石炭ガスを、前記ガスタービン燃焼器に供給 し、かつ該ガス化器からチャーを流動床ボイラーに供給する段階を含む請求項９ 記載の方法。
11. １１．圧縮空気を前記第２温度まで加熱する段階が、外部ベッド空気加熱器で、 前記加熱された排気からの高温微粒子を受入れ、かつ冷却された微粒子を流動床 ボイラーに復帰させる加熱器によって行われる請求項７記載の方法。
12. １２．圧縮空気を前記第１温度まで加熱する段階が、復熱器で、ガスタービンシ ステムから加熱されたガスタービン排気を受入れ、かつ冷却されたガスタービン 排気を流動床ボイラーに復帰させる復熱器によって行われる請求項７記載の方法 。
13. １３．複合サイクル火力発電システムを使用する方法で、固形燃料を流動床ボイ ラー内で燃焼せしめ、蒸気および加熱された排気を発生させる段階と、 前記加熱された排気から微粒子を分離し、該微粒子を復帰通路によって前記流動 床ボイラーに復縁させる段階と、 流動床ボイラーから、蒸気を蒸気タービンに導入する段階と、加熱された圧縮空 気をガスタービンに導入する段階とを有し、前記加熱される圧縮空気を 前記圧縮空気を復熱器で、ガスタービンから加熱されたガスタービン排気を受入 れ、かつ冷却されたガスタービン排気を、流動床ボイラーに復帰させる復熱器内 で、第１温度まで加熱する段階と、 前記圧縮空気を外部ベッド空気加熱器で、加熱された排気から高温微粒子を受入 れ、かつ冷却された微粒子を流動床ボイラーに復帰させる加熱器内で、第２温度 まで加熱する段階と、 前記圧縮空気をガスタービン燃焼器で、選択された燃料を含む燃料供給源に連結 された燃焼器内で、第３温度まで加熱する段階とによって加熱する方法。