JPS5885310A - 循環式流動化床熱伝達装置を備えた組合せサイクル発電装置 - Google Patents

循環式流動化床熱伝達装置を備えた組合せサイクル発電装置

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JPS5885310A
JPS5885310A JP57159028A JP15902882A JPS5885310A JP S5885310 A JPS5885310 A JP S5885310A JP 57159028 A JP57159028 A JP 57159028A JP 15902882 A JP15902882 A JP 15902882A JP S5885310 A JPS5885310 A JP S5885310A
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JP
Japan
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combustor
air
fluidized
turbine
air heating
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JP57159028A
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ジヨン・ヒ−・フアナリテイス
ジエイムズ・エス・デイビス
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Original Assignee
SUTORAZAAZU UERUZU CORP
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Publication date
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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】 利用した組合せサイクル又は組合せ発電装置に関するも
のである。史に詳しく言えば，例えば硫黄含有石炭のよ
うな炭素質燃料を加圧されていない流動化法燃焼器にて
燃焼させガスタービンを駆動しそして蒸気を発生せしめ
るための熱エネルギを提供するようＫして発電装置のた
めの熱伝達ユニットに関するものである。
本発明は新規な空気加熱器に関するものである。
該空気加熱器においては圧縮された洗浄空気は循環式流
動化法燃焼システムから供給される熱によって高温度に
加熱される。空気加熱器から流出した該加熱空気は通常
のガスタービンにて膨張され、発電機又は他の装置を駆
動する。空気加熱器は効率を低下せしめることなく組合
せサイクル又は組合せ発電装置又はこれらの組合せた装
置１１に組込むことができる。
通常の中央発電ステーションにて電力を発生するために
組合せサイクルか又は組合せ発電システムかのいずれか
においてガスタービンを利用したときの基本的な熱力学
的諸利益については良（知られていることであり、種々
の文献に報告されている。しかしながら、ガスタービン
を効率の高いこのようなサイクルにて幅広（使用するに
当っては、ガスタービンには例えば石炭、石油コークス
、亜炭、アスファルト残滓等のような低級の且つ人手容
易な燃料を使用することができないという理由から種々
の制約があった。天然ガス及び液体炭化水素燃料が現在
不足しており、又これら燃料価格の急速な上昇に伴ない
エネルギ発生源として膨大な貯蔵量を有する動植物の図
形燃料の使用が大いに強調されるようになった。
斯る低価格で入手容易な図形燃料の使用が強調されるに
伴ない主エネルギ源を固形の燃料又は低級の例えばアス
ファル＋残滓のような液体の燃料によって提供するよう
にしたガスタービン組合せサイクル及び組合せ発電シス
テムの開発が着手された。この結果、流動化床からの燃
焼生成物を浄化後直接ガスタービンにて膨張せしめガス
タービンのための動力を提供するようにした加圧式の流
動化法燃焼装置が開発された。この装置は次に示すよう
な数多くの不利益点を有しているように思われる。
１　温度上昇時に行なわれるガス浄化の困難さとコスト
高。
２、燃焼ガスから除去されない粒状物質によるタービン
羽根の浸蝕の可能性。
、３．　　燃焼ガスによって搬送される粒状物質による
タービンの閉塞の可能性。
４、大気圧式流動化法燃焼装置に較べ加圧式流動化法燃
焼装置の価格が高いこと。
固形燃料又は低級燃料燃焼式ガスタービン組合せサイク
ル又は組合せ発電装置を開発する他の試みは流動化法燃
焼器にて発生する熱によって清浄圧縮空気を加熱しそし
て該清浄加熱空気をガスタービンにて膨張させることで
ある。この構成により実質的に大気圧にて作動する流動
化法燃焼装置の使用が可能となり、又燃焼生成曽をガス
タービンにて直接膨張させる加圧式流動化法燃焼装置に
生じ得るタービン羽根の浸蝕及びタービンの閉塞の問題
が解決される。清浄圧縮空気サイクルにて使用するべく
提案された従前の空気加熱器は全て管状の空気加熱器で
あることを特徴とし、清浄な圧縮空気は種々の形状の管
を貫流ｔ７、管の外側に。
熱を付与するように構成された。
大気圧式流動化法燃焼器を備えた組合せサイクル発電装
置は米国特許第４，１　１　６，０　０　５号に開示さ
れ、又加圧式流動化法燃焼器を備えたものをよ米国特許
第４，２　２　３，５　２　９号に開示されている。
本発明の目的は間接的に加熱された清浄な空気をガスタ
ービンに供給する石炭燃焼無加圧式の流動化法燃焼器を
利用した、改良された組合せタイクル又は組合せ発電装
置を提供することである。
本発明や他の目的はガスタービン用の清浄空気を加熱す
るために燃焼器の外部に熱伝達ユニットを利用するよう
にした発電装置を提供することである。本発明の他の目
的は作動に際し従来起っていた圧力降下よりも低い圧力
降下しか生ぜしめない外部熱伝達ユニットを備えた発電
装置を提供することである。
本発明の他の目的は空気加熱器の管を空気が貫流するよ
５Ｋした従来の装置より信頼性及び有効寿命が大なる新
規な空気加熱器を提供することである。
本発明の更に他の目的は空気が管を貫流するようにした
従来の空気加熱器より同じ出口空気温度に対し金属温度
を低くして作動することのできる新規な空気加熱器を提
供することである。
本発明の更に他の目的は空気が管を貫流するようにした
従来の空気加熱器より同じ出口空気温度に対し金属温度
を低くして作動することのできる新規な空気加熱器を提
供することである。
本発明の更に他の目的は空気が管を貫流するようにした
従来の空気加熱器より同じ性能条件下にお〜・ては空気
流動に対する摩擦抵抗が小さくなった新規な空気加熱器
を提供することである。
本発明の更に他の目的は空気が管を貫流す−るようにし
た従来の突気加熱器より同じ性能条件下においてはより
コンパクトな且つより経済的な新規な空気加熱器を提供
することである。
本発明によると、石炭又は他の一炭素質燃料が実質的に
大気圧にて燃焼するようにした流動化法燃焼器と、該臨
動床の高温固形分を管状チャンネルを介して循環するよ
うにした外部熱伝達ユニットとを利用した組合せサイク
ル又は組合せ発電装置が提供される。空気圧縮機からの
清浄空気は熱交換器を貫流し管状チャンネルの外周へと
流動し、該管状チャンネルを貫流して循環する高温固形
分から該チャンネルを介して熱を受容する。管状チャン
ネルを貫流する高温固形分は発電ユニットの負荷変動に
対応するように燃焼器の作動とは無関係に制御される。
蒸気タービン又は他の用達に使用される蒸気は燃焼器の
従来のボイラ又は過熱器によって発生される。ガスター
ビン排気には従来の廃熱回収手段が連結される。
本発明に係る新規な空気加熱器は腹数の管を貫流して空
気を流動せしめるようにした従来の空気加熱器より秀れ
た、以下に述べる如き種々の利益な提供する。
１、　管に直交する形にて空気を流動せしめることＫよ
って空気熱伝達薄膜係数は、管を貫流して空気を流動せ
しめるととＫよって蓮成されるものより大となり、又摩
擦損失はこのような管貫流形のものと等しいか又はそれ
より小さくなる。このために同じ空気出口温度に対する
金属温度は管を貫流して空気を流動せしめる空気加熱器
にて得られるより著しく小さくなる。
２、本発明に係る新規な空気加熱器は管の外表面を増大
したものを使用し、熱伝達を助長せしめることができ、
従って金属温度を減少させそして管を貫流して空気を流
動せしめるようにした従来の空気加熱器に比較して所望
の全熱伝達を達成せしめるための管の長さを短かくする
ことができる。
３、　本発明に係る新規な空気加熱器は管を貫流して空
気を流動せしめるようにした従来の空気加熱器に較べよ
りコンパクトで且つ経済的な構造とされる。
４、本発明に係る新規な空気加熱器は管を貫流して空気
を流動せしめるようにした従来の空気加熱器に較べ修理
が容易な構造とされる。
本発明に従った新規な空気加熱器は固形分が垂直上方向
又は垂面下方向に空気加熱器の、管を貫通して流動する
ことによって空気加熱器を加熱することを特徴とする。
加熱用固形分が空気加熱器の管を貫通し上方向へと流動
するとき、該固形分は正確な量の流動化空気又は煙道ガ
スによって流動化される。従って、各管は個々の分離し
た循環流動化床どなり、管の外側を流れる空気を加熱す
る。
本発明に係る組合せ発電装置は、空気圧縮機１２及び発
電機１３を駆動するガスタービン１１と、発電機１５を
駆動する蒸気タービン１４と、燃焼器１６と、該燃焼器
に連結され、前記両タービンのための熱エネルギを提供
する外部熱伝達ユニット１７とを具備する。燃焼器１６
には人口２１を介して固形燃料が、又人口１８を介して
硫黄吸収粒子が装入される。固形燃料としては最大１−
！−インチ又はそれより大きい寸法に破砕された石炭を
使用することができ、又硫黄吸収粒子としては最大供給
寸法が１０メツシユ又はそれより大きな石灰石を使用す
ることができる。使用済吸収剤を堆出ずために排出口１
９が設けられる。流動化用空気が適当な供給源から入口
２０を介して燃焼器１６の底部へと導入され、燃焼器内
に典型的には砂、灰、石灰石及び硫酸カルシウムのよう
な粒子３０から成る流動化床が形成される。燃焼空気は
入口３１を介して導入される。
燃焼器１６からの流動化された固形分は導管２８を介し
て分離器２９へと搬送される。分離器２９からの清浄ガ
スはスタックへと導かれる。分離された固形分は人口３
６を介して流入される補助の流動化用空気と共に導管２
２を介して熱伝達ユニット１７へと搬送され、次で導管
２３を介して燃焼器１６へと戻される。空気圧縮機１２
からの清浄な空気は導管ｉ４を介して熱伝達ユニット１
７へと導入され、そして後で親羽されるｍｓにて流動化
固形分によって該ユニレト内にて加熱され、導管２５を
介してガスタービン１１へと導入され□　る。蒸気が燃
焼器１６内か、又は骸燃焼器からの使用済燃焼ガスによ
って加熱された該燃焼器の外部装置内かのいずれかに配
置された通常めボイラ又は過熱器２７から導管２６にか
つてガスタービン１４へと導入される。
タービン１４からの排出蒸気は４水器３１へと通される
。、凝縮物即ち復水は導管３３を介して燃焼器１６のボ
イラ２７へと還流される。ガスタービン１１からの排気
ガスは煙道２１及び廃熱回収装［３２を介して煙突へと
導かれる。
第２図は本発明に係る熱伝達ユニット１７の構造を示す
。燃焼器１６からの高温の流動化された固形分は下方副
室３５の側壁に設けられた導管２２を介してユニット１
７の底部へと導入される。補助の流動化空気が導管３６
を通り副字３５の底部を介して導入される。副室３５内
の導管３６の開口の上方に孔付板３７が配置される。該
孔付板３７はユニット１７の全幅にわたって延在し、導
管３６からの空気流をユニットを横切って上方向へと流
動さすべ（一様に分配する働きをなす。孔付板３７〕上
方にユニットを横切ってヘッダプレート３８が配置され
る。ユニット１７の上部近傍に該ユニットを横切って第
２のヘッダプレート３９が設けられる。ヘッダプレート
３８及び３９の孔内に管４θが嵌装され、該ヘッダプレ
ート間に平行に配置される。隔壁４１がヘッダプレート
３８から上方向へと垂直に突出して設けられるが、空気
導管２４の出口から離隔して設けられたヘッダプレート
３９の手前で終わっており導管端部に対向した仕切板を
形成する。同様の隔＠４２がヘッダプレート３９から垂
直下方向へと突出して設けられるが、ヘッダプレート３
８の手前で終わり、導管２５の端部に対向ｌ、た仕切板
を形成する。
作動に際し、燃焼′ａ１６ＶＣは前記寸法を持った石炭
粒子と吸収粒子とが装填され、そして床は任意の過当な
供給線から供給することのできる空気を導管２０を介し
て導入することによって流動化される。次で燃料に点火
される。該流動化床内の高温固形分中の成る物は、導管
３６から流入した空気の補助作用を受けて燃焼器１６か
ら空気加熱器１７内の管４０を通り次で燃焼器１６へと
還流して循環される。斯る高温固形分は空気加熱１１１
７の底部にて流動化されそして管４０を貫流して上方向
へとｔｆｆｔ、動する＝圧組器１２からの空気は管４０
の外胸囲に位ｔ！ニジた導管２４を通って空気加熱器１
７へと流入し、肢管から熱を受は取り、次で４官２５を
介してガスタービン１１−・、と流出する。
駄タービンにて空気は膨張し、該タービンを回転せしめ
、該タービンに連結された発電機１３にて電力を発生せ
しめる。タービン１１からのｈト気ガスは通常の廃熱回
収装置３２へと搬送される。
蒸気タービン１４には燃焼器１６内に位置したボイラ２
７にて発生した蒸気が供給され、骸タービンにて膨張さ
れる。それによって該タービンに連結された発ｉｔ機１
５によって電力を発生ずる。
タービン１４からの排出蒸気は通常の復水器３１を）［
ｆｌｋＬ、該復水器にて生じた復水はボイラ２７１Ｃて
豊加熱される。
゛空気加熱器１７は前記説明では固形分が管内な上方向
に流動するように作動するものとして説明した。固形分
が６管の全内径にわたり一様に分布するような追油な流
動化条件の下で固形分を管の内部を下方向に流動するよ
うＫしても空気加熱器１７は同じ効率にて作動すること
ができるであろう。同様に、空気加熱器の管４０の外表
面は空気加熱器１０の管から清浄な圧縮空気への熱伝達
率を最大とするためＫその表面積を増大することができ
る。
前記説明から明らかなよ５に、固形分の１１１ＲｔＩｔ
ｉｔによって流動化床蛤焼器１６からの熱は空気加熱器
１７へと伝達され、次で再加熱されるべく流動化法燃焼
器１６へと戻される。流動化法燃焼器１６内の熱は例え
ばアスファルト残滓のような固形又は低級液体燃料を燃
焼することによって提供される。この熱は空気加熱器１
７にて圧縮空気に伝達される。該圧―空気は次でガスタ
ービン１１内にて膨張され連動エネルギを提供する。
本発明に係る加熱器は独特の構成とされ、それによって
従来の装置に比較し同じ出口温度に対し圧力降下は減少
される。これは空気流が従来の装置のように管の長手方
向に貫流するのではなく管を横断する方向に流動せしめ
ることによって空気熱伝達薄膜係数を改良したことに起
因する。父、固形分の高温循ｆｌＡ環流を管内にて流動
化することも、このことによって従来の装置のように固
形分を管の外側で故、勧化する技術に比較し浸蝕作用を
減少することとなるという点において、本発明の一つの
特徴である。
本発明に係る空気加熱器の管を介してのｔＡＬＦｊＪＪ
化−温固形分の流動態様は発電機の変動負荷に順応する
ように燃焼器の作動とは無関係に制御することができる
。
【図面の簡単な説明】
＃！１図は本発明に従った組合せサイクル発電装置の概
略ブロック線図である。 第２図は本発明に係る外部熱伝達ユニットの垂直断面図
である。 １１ニガスタービン １２：空気圧縮器 １３．１５：発電機 １４：蒸気タービン １６：燃焼器 】７：空気加熱器（熱伝達ユニット） ２７：ボイラ ２９：分離器 オ史

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ｌ）圧縮機及びタービンを備えたガスタービン部分と、
    蒸気利用部分と、流動化粒子床にて大−路大気圧で硫黄
    含有炭素質燃料粒子を燃焼させるための流動化床燃焼器
    と、前記燃焼器からの熱を利−用する蒸気発生手段と、
    前記燃焼器からの熱を利用する空気加熱手段とを具備し
    た組合せサイクル発電装置であって、前記空気加熱手段
    は、前記燃焼器か、ら前記流動化粒子を受容するために
    一端が前記燃焼器に連結され、又他端は前記流動化粒子
    を前記燃焼器へと戻すために前記燃焼器に連結された複
    数の管を備えそして前記燃焼器の外部に設けられた空気
    加熱室と、清浄な圧縮空気をガスタービン部分の前記圧
    縮機から前記室の管のまわりへと送入するために前記室
    を前記圧縮機に連結する第１導管と、前記管と接触して
    加熱された空気をガスタービン部分の前記タービンへと
    送入するために前記室を前記タービンに連結する第２導
    管とを具備することを特徴とする組合せサイクル発電装
    置。 ２）燃焼器から流出してくる燃焼生成物から高温固形分
    粒子を分離し、これら分離された粒子を空気加熱手段の
    管内へと導入するための手段を具備して成る特許請求の
    範囲第１項記載の装置。 ３）空気加熱室の管は流動化粒子のための人口及び出口
    副室を空気加熱室内に形成するために、その各端部が該
    空気加熱室の隔壁に嵌装され、又前記人口副室に補助の
    流動化空気を導入するための手段を設けて成る特許請求
    の範囲第１項記載の装置。 ４）人口−室には骸副室を一様に横切って流動化空気を
    分配するための手段が設けられて成る特許請求の範囲第
    ３項記載の装置。
JP57159028A 1981-11-13 1982-09-14 循環式流動化床熱伝達装置を備えた組合せサイクル発電装置 Pending JPS5885310A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/320,878 US4406128A (en) 1981-11-13 1981-11-13 Combined cycle power plant with circulating fluidized bed heat transfer
US320878 1981-11-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS5885310A true JPS5885310A (ja) 1983-05-21

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ID=23248208

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57159028A Pending JPS5885310A (ja) 1981-11-13 1982-09-14 循環式流動化床熱伝達装置を備えた組合せサイクル発電装置

Country Status (7)

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US (1) US4406128A (ja)
JP (1) JPS5885310A (ja)
CA (1) CA1180197A (ja)
DE (1) DE3222787A1 (ja)
FI (1) FI70071C (ja)
FR (1) FR2516592B1 (ja)
GB (1) GB2108401B (ja)

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