JPH1113417A - 複合発電システムにおけるガスタービン出力増加方法 - Google Patents

複合発電システムにおけるガスタービン出力増加方法

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JPH1113417A JP9171917A JP17191797A JPH1113417A JP H1113417 A JPH1113417 A JP H1113417A JP 9171917 A JP9171917 A JP 9171917A JP 17191797 A JP17191797 A JP 17191797A JP H1113417 A JPH1113417 A JP H1113417A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 加圧流動床複合発電システムのガスタービン
と蒸気タービンを組合せたシステムのガスタービン出力
増加方法に関し、ボイラ排ガスの組成を変えることによ
りガスタービン出力増を図る。 【解決手段】 加圧流動床ボイラ1から主蒸気配管系3
0により蒸気が蒸気タービン21に供給され、高圧ター
ビンを駆動し、加圧流動床ボイラに戻り、再加熱して再
熱蒸気配管系31より蒸気タービンに流れ、低圧タービ
ンを駆動して発電を行う。一方、加圧流動床ボイラには
圧縮機16より空気が供給され、石炭と流動床燃焼を行
い、ボイラからの排ガスは集じん装置14を通してガス
タービン15を駆動し、発電する。低温再熱蒸気を蒸気
抽気配管系4で抽気し、ボイラへの空気供給系に混入
し、ボイラ内で昇温し、排ガスと一緒になって、集じん
装置を介してガスタービンに供給される。蒸気は大きな
比熱を有するので流量が増し、ガスタービン出力が増加
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は複合発電システムで
あって、加圧流動床ボイラから発生する蒸気で蒸気ター
ビンを駆動し、ボイラからの排ガスを利用してガスター
ビンを駆動して発電を行う両方式を組合せた複合発電シ
ステムにおけるガスタービン出力増加方法に関する。
【0002】
【従来の技術】加圧流動床複合発電システムは、加圧容
器内に収納した流動床ボイラから発生する蒸気で蒸気タ
ービンを駆動して発電を行い、加圧流動床ボイラからの
排ガスをガスタービンに導き、ガスタービンを駆動して
発電を行う両方式を組合せた発電方式である。加圧流動
床ボイラにおける燃焼は、圧縮機から燃焼用空気をボイ
ラ内に導いて加圧状態とし、石灰石を流動媒体とする流
動層内に粉砕した石炭を投入し、流動状態で燃焼させる
ものである。この流動床内部には蒸気配管を配置し、流
動床内の燃焼熱により蒸気を発生させ、蒸気タービンを
駆動して発電を行う。又、このような燃焼では、石灰石
を用いるので炉内での脱硫も同時に行うことができる。
【0003】上記の流動床ボイラの原理を更に説明する
と、容器内の底部に空気分散板を設け、固体粒子を空気
分散板上部に充填する。空気分散板の底部から空気を均
一に吹込み、空気量を増してゆくと、空気分散板からの
ある高さの層内で固体粒子が激しく不規則に動きまわる
状態となる。このように流体によって浮遊流動化された
固体粒子層を流動床と称しており、この流動床に適当な
大きさの固体燃料あるいは液体燃料を投入し、流動状態
で燃焼させることが流動床燃焼である。
【0004】図6は上記に説明した加圧流動床複合発電
システムの代表的な系統図である。図において、1は加
圧流動床ボイラ全体を示し、その構成は10の加圧容器
と、その内部のボイラ11からなっている。12は石炭
・石灰石供給装置であり、原料の石炭と流動媒体となる
石灰石をボイラ11に供給する。13はサイクロンであ
り、ボイラ11からの排ガスから不燃物等の粒子を取除
くものである。14は集じん装置であり、セラミックフ
ィルタからなり、セラミックフィルタにより灰等をろ過
して取除くものである。15はガスタービンであり、圧
縮機16と直結され、集じん装置14からの高温の排ガ
スにより駆動される。17は脱硝装置であり、18は高
圧排熱回収給水加熱器、19は低圧排熱回収給水加熱器
であり、これら18,19の加熱器により排ガスからの
排熱を回収し、この排熱でボイラへの給水を予熱する。
20は煙突であり、排ガスを大気に放出する。
【0005】21は蒸気タービンであり、22は復水器
で蒸気タービン21からの蒸気をポンプ51で冷却水を
送り、冷却して復水する。23は低圧給水加熱器であ
り、復水を加熱し、給水の温度を調整する。24は脱気
器で、給水中からの気泡を除去するものである。25は
ドラムであり、ボイラ11の各配管、即ち、主蒸気配管
系30、再熱蒸気配管系31、ボイラ循環系配管系32
への給水を行うものである。
【0006】上記構成の加圧流動床複合発電システムに
おいて、石炭・石灰石供給装置12から原料の石炭と流
動媒体となる石灰石が供給系41よりボイラ11に送ら
れ、一方圧縮機16からの空気が空気系配管42よりボ
イラ11に吹込まれ、石灰石で流動床を形成し、石炭を
燃焼させて流動床燃焼を行う。
【0007】一方、ドラム25からはあらかじめ予熱さ
れた給水が主蒸気配管系30に供給され、主蒸気配管系
30はボイラ11で加熱されて蒸気を発生し、蒸気ター
ビン21の高圧タービンを駆動し、その排出蒸気は再び
ボイラ11に戻り、再加熱されて再熱蒸気配管系31よ
り再度蒸気タービン21に流入して低圧タービンを駆動
して復水器22へ流出する。又、ドラム25の給水はボ
イラ循環配管系32によりボイラ11との間を循環し、
加熱されるようになっている。
【0008】一方、ボイラ11からの燃焼排気ガスはサ
イクロン13により大きな粒子が取除かれ、集じん装置
14で灰等が除去されてガスタービン15に供給されて
これを駆動し、発電がなされる。ガスタービン15を駆
動した排ガスは、脱硝装置17で脱硝され、高圧、低圧
排熱回収給水加熱器18,19でそれぞれボイラ11へ
の給水をその余熱で加熱した後、煙突20から大気へ放
出される。
【0009】蒸気タービン21を駆動した排出蒸気はポ
ンプ51で冷却水が送られる復水器22で凝縮して液化
し、ポンプ52で低圧給水加熱器23に送られ、ここで
加熱されて温度調節がなされ、低圧排熱回収給水加熱器
19で排ガスにより予熱されて脱気器24へ送られ、気
泡が除去される。脱気器24からの給水はポンプ53で
高圧排熱回収給水加熱器18に送られ、ここで更に予熱
され、配管33よりドラム25へ送られる。
【0010】上記に説明の加圧流動床複合発電システム
においては、蒸気タービン21を駆動すると共に、ボイ
ラ11からの排ガスによりガスタービン15によっても
発電を行うコンバインドサイクル方式であり、高い発電
効率が得られる。又、ボイラ11は加圧された加圧容器
10に納められているためコンパクト化が図れ、更に、
流動媒体として石灰石を用いるのでボイラ11内で脱硫
が行なわれ、排煙脱硫装置が不要となり、プラント設置
面積が従来と比べて少くてすむ。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】前述の加圧流動床複合
発電システムにおいては、流動床ボイラで発生した蒸気
でタービンを駆動すると共に、ボイラの排ガスでガスタ
ービンを駆動するコンバインドサイクル方式であり、高
い発電効率と装置のコンパクト化が図れるものである。
このようなシステムにおいて、ガスタービンの出力は、
使用燃料(石炭)の性状、加圧流動層ボイラの燃焼方法
(燃焼温度、層高)等にも影響を受けるが、特にガスタ
ービン圧縮機吸込空気温度と加圧流動層ボイラの燃焼に
おける空燃比とに大きく左右される。
【0012】ガスタービン圧縮機吸込空気温度は、屋内
/屋外吸気による操作で意図的に変えられるが、基本的
には自然条件により決定される。加圧流動層ボイラの燃
焼における空燃比は、ボイラの運転状況を変えることに
よりある程度の自由度は有しているが、ガスタービン圧
縮機の上限値以上は不可能である。このように現状では
ガスタービン出力増の対策はある程度可能であるが、例
えば圧縮機吸込空気温度が予想より高い場合、等の何ん
らかの理由によりガスタービン出力が制約を受ける場合
において、現状技術で実施可能な対策以上のガスタービ
ン出力増を行なわなければならないケース(ガスタービ
ン認可出力試験等)がある。このような場合には、現状
ではガスタービン出力増加の対応ができない。
【0013】又、石炭ガス化複合発電システムにおいて
も同様に、何んらかの理由によってガスタービン出力が
制約を受ける場合において、現状技術における対策以上
のガスタービン出力増を行なわなければならないケース
(ガスタービン認可出力試験等)があり、この場合にも
現状技術で対応可能な出力以上の増加は不可能である。
【0014】そこで本発明は、加圧流動床複合発電シス
テムや石炭ガス化複合発電システム等のガスタービンと
蒸気タービンを発電装置として有する複合発電システム
において、従来のような圧縮機吸込空気温度を変えた
り、ボイラの燃焼における空燃比を変えるような対策以
外に、既設ガスタービンへ導かれる燃焼ガスの組成を変
えることによりガスタービン出力増を図ることのできる
ガスタービン出力増加方法を提供することを課題として
なされたものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するために次の(1)、(2)の方法を提供する。
【0016】(1) 空気供給系からの空気と燃料供給
系からの燃料を燃焼させ、蒸気を発生するボイラを有
し、同蒸気で蒸気タービンを駆動すると共に、前記ボイ
ラの前記空気と燃焼ガスからなる排気でガスタービンを
駆動する複合発電システムにおいて、前記ボイラで発生
した蒸気の流路の途中から蒸気を一部抽気し、前記排気
中に混入することを特徴とする複合発電システムにおけ
るガスタービン出力増加方法。
【0017】(2) 上記の(1)において、前記排気
中に混入する蒸気は前記空気供給系に混入されることを
特徴とする複合発電システムにおけるガスタービン出力
増加方法。
【0018】本発明は上記(1)のようにボイラで発生
した蒸気の一部を抽気し、ガスタービンを駆動するボイ
ラの排気中に混入する。蒸気、即ち、水分はガスタービ
ン入口ガス性状の中でも比熱が大きく、ガス中に水分の
含有率を増加させることにより多くの熱量を供給するこ
とができるのでガスタービンの出力を増加させることが
できる。又、(2)のように蒸気をボイラの空気供給系
に混入すると、ボイラで蒸気が更に加熱されて燃焼ガス
に混入し、ガスタービン入口に供給されるので、ガス温
度の降下がなく、ガスタービン出力増加が最も効果的に
なされる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の実
施の第1形態に係る複合発電システムのガスタービン出
力増加方法を適用するシステムの系統図である。図にお
いて、加圧流動床ボイラ1、集じん装置14、ガスター
ビン15、圧縮機16、蒸気タービン21、復水器2
2、主蒸気配管系30及び再熱蒸気配管系31の構成は
図6に示すシステムと同じ構成であり、本実施の第1形
態ではこの従来の構成に抽気配管系2を設けた点に特徴
を有する。
【0020】蒸気抽気配管系2は再熱蒸気配管系31と
集じん装置14出口との間に設けられ、高温再熱蒸気を
抽気し、加圧流動床ボイラ1の出口の排ガスに抽気蒸気
を混合し、蒸気の混合された排ガスをガスタービン15
へ供給する。
【0021】上記の構成においては、蒸気抽気配管系2
は集じん装置14の出口側に蒸気を抽入しているので、
集じん装置14の通過ガス量は従来と変わらず、ガスタ
ービン15の入口温度は多少降下するが、ガスタービン
出力レスポンスは急であり、ガスタービン15の出力は
蒸気を抽気しない時よりも増加する。但し、本実施の第
1形態においては、ガスタービン15が瞬間的にサージ
ング領域(25%マージン)に入らないように注意する
必要がある。
【0022】図2は本発明の実施の第2形態に係る複合
発電システムの系統図である。図において、第1形態と
異る点は、蒸気抽気配管系3であり、蒸気抽気配管系3
は、主蒸気配管系30で高圧タービンを駆動してその低
温蒸気を加圧流動床ボイラ1へ戻す低温側の再熱蒸気配
管系と、加圧流動床ボイラ1の出口との間で、集じん装
置14の入口側に設けられ、低温再熱蒸気を抽気し、ボ
イラ1の出口排ガスにその蒸気を混合し、ガスタービン
15へ供給する。
【0023】上記の構成においては、蒸気抽気配管系3
は集じん装置14の入口側に蒸気を抽入しているので、
集じん装置14通過ガス量は従来より増加し、ガスター
ビン15の入口ガス温度は、蒸気が集じん装置14を通
過して温度が降下する分低くなり、上記の実施の第1形
態よりは更に低下するが、ガスタービン出力レスポンス
は同様に急であり、ガスタービン15の出力も上記実施
の第1形態程効果がないが、増大する。又、第1形態と
同様にガスタービン15が瞬間的にサージング領域(2
5%マージン)に入らないように注意が必要である。
【0024】図3は本発明の実施の第3形態に係る複合
発電システムの系統図である。図において、第1、2形
態と異る点は蒸気抽気配管系4であり、蒸気抽気配管系
4は低温側の再熱蒸気配管系と加圧流動床ボイラ1の空
気供給系との間に設けられ、低温再熱蒸気を抽気し、加
圧流動床ボイラ1への空気供給系にその蒸気を混合し、
加圧流動床ボイラ1へ蒸気を混入した空気を供給してい
る。
【0025】加圧流動床ボイラ1へ供給される空気に混
入された蒸気は、ボイラ1内で流動床燃焼し、排ガスと
一緒になって集じん装置14に流入し、ガスタービン1
5に供給されるので、集じん装置14への通過ガス量は
その分増加し、ガスタービン入口温度は、混合された蒸
気がボイラ1内で昇温されるので温度降下は生ずること
なく従来との変化はない。又、ガスタービン出力レスポ
ンスは、蒸気がボイラ1を介して間接的に混入されるの
で緩やかであり、ガスタービンの出力増は実施の第1、
第2形態よりは最も大きい。
【0026】図4は上記に説明した実施の第1〜第3形
態それぞれのIGV(Inlet GuideVane)開度と抽気蒸
気量との関係を示しており、同一圧縮機吸込空気量(同
一圧縮機吸込温度においてはIGV開度により決まる)
を横軸に、同一ガスタービン出力増加量を得るのに必要
な各系統からの必要抽気蒸気量を縦軸に示し、両者間の
関係例を示している。
【0027】図4中、(A)は図1に示す実施の第1形
態を、(B)は図2に示す実施の第2形態を、(C)は
図3に示す実施の第3形態をそれぞれ示し、同一IGV
開度において必要とする抽気蒸気量が一番多いのが
(B)の低温側再熱蒸気配管系から蒸気を抽気し、ボイ
ラ出口ガスに混入する場合であり、次に多いのが(A)
の高温再熱蒸気配管系から蒸気を抽気し、ボイラ出口ガ
スに混入する場合である。一番必要抽気蒸気量が少いの
は(C)で、低温再熱蒸気配管系から蒸気を抽気し、ボ
イラの空気供給系に混入する場合である。
【0028】上記のように必要抽気蒸気量の多い順は
(B),(A),(C)であり、この理由は、(B)及
び(A)の場合は、抽気蒸気をボイラ〜ガスタービン入
口間で混入するためにガス温度が低下し、結果的にガス
タービン入口ガス温度が低下し、ガスタービンの出力増
を減少させる現象が生ずるためである。その反面、
(C)の場合は、ボイラ〜ガスタービン入口間での蒸気
混入によるガス温度低下がないために各ケースの中で最
も有効な方法となっている。
【0029】蒸気抽入によるガスタービンの出力増加の
理由は、水分(H2 O)がガスタービン入口ガス性状の
中でも比熱が大きく、蒸気をガス中に混入することはガ
スの流量が増加するためであり、ガスタービンの出力増
加に効果をもたらすものである。前述のように本発明に
おいては、蒸気をガス中に混入し、ガスタービン入口ガ
ス組成中の水分(H2 O)の含有率を増加させ、上記理
由によりガスタービン出力を増加させることができる。
【0030】上記の蒸気抽入方法のうち、(C)の低温
再熱蒸気配管系から抽気し、ボイラの空気供給系に混入
する場合で、定格点においてはボイラの空気供給系に蒸
気を抽入することにより約150kw〜200kw程度のガ
スタービン出力増が図れる。
【0031】プラントの部分負荷においてはボイラ出口
ガス温度が低下するので、その分出力増加量は低くな
る。図5は蒸気(C)の場合における部分負荷でのガス
タービン出力増加量を示す図であり、プラント負荷が3
0%では出力増加量は100kw以下であるが100%で
は150kw以上の増加量となっている。
【0032】なお、本実施の第1、第2、第3の形態に
おいては、加圧流動床ボイラによる複合発電システムの
例で説明したが、本発明は石炭ガス化複合発電システム
において蒸気タービンとガスタービンを組合せたシステ
ムのガスタービンの出力増加方法としても適用され、同
様の効果が得られるものである。
【0033】
【発明の効果】本発明の(1)の方法は、空気供給系か
らの空気と燃料供給系からの燃料を燃焼させ、蒸気を発
生するボイラを有し、同蒸気で蒸気タービンを駆動する
と共に、前記ボイラの前記空気と燃焼ガスからなる排気
でガスタービンを駆動する複合発電システムにおいて、
前記ボイラで発生した蒸気の流路の途中から蒸気を一部
抽気し、前記排気中に混入することを特徴としている。
又、(2)の発明は、蒸気をボイラの空気供給系に混入
することを特徴としている。このような構成により、ガ
スタービンの出力を増加させることができる。特に、
(2)の発明においては、蒸気がボイラの空気供給系に
供給され、蒸気はボイラで加熱された後、ガスタービン
に供給されるのでガスタービン入口温度が低下すること
なく最も効果的にガスタービンの出力を増加させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態に係る複合発電システ
ムにおけるガスタービン出力増加方法を適用するシステ
ムの構成図である。
【図2】本発明の実施の第2形態に係る複合発電システ
ムにおけるガスタービン出力増加方法を適用するシステ
ムの構成図である。
【図3】本発明の実施の第3形態に係る複合発電システ
ムにおけるガスタービン出力増加方法を適用するシステ
ムの構成図である。
【図4】本発明の実施の第1、第2、第3形態に係るガ
スタービン出力増加方法による抽気必要蒸気量を示す図
である。
【図5】本発明の実施の第3形態におけるプラント負荷
とガスタービン出力増加量との関係を示す図である。
【図6】従来の加圧流動床複合発電システムの代表的な
系統図である。
【符号の説明】
1 加圧流動床ボイラ 2,3,4 蒸気抽気配管系 14 集じん装置 15 ガスタービン 16 圧縮機 21 蒸気タービン 30 主蒸気配管系 31 再熱蒸気配管系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 聡 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三 菱重工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空気供給系からの空気と燃料供給系から
    の燃料を燃焼させ、蒸気を発生するボイラを有し、同蒸
    気で蒸気タービンを駆動すると共に、前記ボイラの前記
    空気と燃焼ガスからなる排気でガスタービンを駆動する
    複合発電システムにおいて、前記ボイラで発生した蒸気
    の流路の途中から蒸気を一部抽気し、前記排気中に混入
    することを特徴とする複合発電システムにおけるガスタ
    ービン出力増加方法。
  2. 【請求項2】 前記排気中に混入する蒸気は前記空気供
    給系に混入されることを特徴とする請求項1記載の複合
    発電システムにおけるガスタービン出力増加方法。
JP17191797A 1997-06-27 1997-06-27 複合発電システムにおけるガスタービン出力増加方法 Expired - Fee Related JP3621809B2 (ja)

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