JPS59138730A - ガスタ−ビン排熱利用による蓄熱発電設備 - 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】 〔発明の利用分野〕 不発明はガスタービン装置に係シ、特に、起動時または
、運転停止後の冷却運転に外部からの又流亀源を必要と
する大容量ガスタービン装置に関する。

〔従来技術〕

大容量ガスタービンの起動は、一般に間流の電動モータ
によって行なわれる。また運転停止後はガスタービンの
ロータが熱変形しないよう、冷却運転として４８時間以
上のターニングを何なう必要から蓄電池による直流桶檄
での起動、停止は不可であシ、大形ガスタービンにとっ
て交流電源の確保は重要な問題である。ガスタービンの
起動、停止時に最少限必要な袖壁について第１図に示す
ガスタービン系仇図により説明する。ガスタービンは起
動モータ８８ＣＲが、ガスタービン起動フランチｌを介
しでガスタービン軸と粘合される。

ガスタービン軸上には主潤滑油ポンプ２及びガスタービ
ン圧縮機３、ガスタービン５、ガスタービン発１１ｉｉ
、機７、ｌ１１１ＩＩ終端にはターニング装置が直結さ
れている。ターニング装置はターニングギア８、ターニ
ングギアクラッチ９、ターニングギアモータ８８ＴＧで
構成されている。ガスタービンに起動指令が与えられる
と、最初に補助潤滑油ポンプモータ８８ＱＡが起動し、
ガスタービン軸受４に潤滑油を供給する。＠受端の潤滑
油圧が規矩値以上になると、ターニング起動モータ８８
’ｆ’Ｇが起動し、ターニングギアクラッチ９が結合さ
れる。

これによってガスタービンは起動前のターニングがなさ
れる。ターニングキアクラッチ９の結合が確認きれると
、ガスタービン起動クラッチ１が結付し、起動モータ８
８ＣＲが起動する。これによって、ガスタービンはター
ニング速度（５，５ｒｐｍ）から２０％速度まで一旦昇
速さｎ、２０％速度時魚で、ガスタービンに点火される
。点火後、さらに、起動モータによって昇速及び燃料ガ
スによってガスタービンは加速される。約６０％速度に
なると、ガスタービンは自刃回転となシ、ガスタービン
からの逆トルクによシ、ガスタービン起動クラッチ１が
離脱し、起動モータ８８ＣＲが停止する。９５％速度に
達すると、補助潤滑油ポンプモータ８８ＱＡが停止する
。ガスタービン運転中の潤滑油の供、宿は、ガスタービ
ン軸、駆動による主潤滑油ポンプによってなされる。１
００％速度時点でガスタービン元、Ｍ、機７は系統に同
期投入され、負葡運転となる。ガスタービンに停止指令
が与えられると、カスタービン発′電機７は系統から解
列され、ガスタービンの燃料が絞ジ込み量に比例し、ガ
スタービンの速度が低下する。約７５％速度になると、
再び、補助潤滑油ポンプモータが、起動し、主潤滑油ポ
ンプに代って潤滑油の供給を行なう。

タービンが零速度になると、ターニングモータ８８Ｔ（
）が起動、ターニイグギアクシンチ９が結合し、ロータ
の熱変形防止のための冷却運転（ターニング）を行なう
。このターニングは最低でも４８時間以上を必要とする
。この補記、ガスタービン起動、及び、停止時の冷却運
転時には、交流竜源駆励のモータが不可欠であるが、こ
の間流′准源が喪失した場合は、他の火力発電所と同様
、起動ができず、冷却運転のターニングができないため
、ロータを曲げてしまう可能１庄があった。これは外部
の交流電源に頼っていることに起因する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ガスタービン排熱利用による蓄熱発電
設備によシ、外部間流′覗源喪失時の冷却運転動力の確
立を図υ、ロータ変形防止の達成、及び、大形ガスター
ビンが外部電源の供給がなくとも起＠可能な蓄熱発電設
備を提供するにある。

〔発明の概要〕

従来、ガスタービンの起動及び停止のための補イ洩の動
力源は、ガスタービン運転による自己発電以ゲｔの範囲
で必要なため、どうしても外部電源の供給を受けなけれ
ばならなかった。この問題を解決するためには、ガスタ
ービン運転中の発電を育成に変換して蓄電し、交流電源
喪失時に備える方法は、周知の事実であるが、補機容量
が大きく、運転時間が長いときは有効手段となり得ない
。ガスタービン運転中の底力以外のものでエネルギを溜
積し、ガスタービン停止時にこれを取出して動力源とす
る最も有効な手段に、排ガスの熱エネルギ（約５００Ｃ
）の蓄熱があることに着目した。

ガスタービン運転中の排ガスの１部を抽気し蓄熱槽へ取
込む。蓄熱槽は高温部と低温部の２槽に分割しである。

蓄熱した熱エネルギを電気エネルギに変換する手段とし
て、油・フロン混合液を使用したフロンタービン発醒機
を使用する。蓄熱槽の低温部には、フロン予熱器を収納
し、フロンの予熱によって蓄熱の熱回収を行なう。蓄熱
槽の高温部には、油・フロン混合液の加熱ビ疑を収納し
、フロン蒸気を発生させる。ガスタービンの発明停止と
同時に、フロン予熱器にフロン液ヲ、？田・フロン加熱
器には油・フロン混合液ヲ、それぞれ、供給し、蓄熱に
よってフロン蒸気を発生さる。このフロン蒸気によって
フロンタービンｋ１１動し、フロンタービン発′亀機か
らの電気出力を得て、ガスタービンの冷却運転及びガス
タービン再起動のための電源確保を行なう。尚、蓄熱の
度合によっては〜ガスタービン再起動までの出力が得ら
れない場合も考えられるので、蓄熱槽の蓄熱温度全検出
し、蓄熱度合及び蓄熱消費の監視をする。

〔発明の実施例〕

第２図は、本発明のガスタービン排熱利用による蓄熱発
電設備の系統図でるる。

ガスタービンの排ガスダクト６内に設けられた排ガス導
入口１４によって、排ガスの１部が抽気され、排ガス導
入止弁１５を介して、高温蓄熱槽１６に取込まれる。高
温蓄熱槽１６を通過した排ガスは、低温蓄熱槽１８を通
り、排ガス仕切弁４８全介して大気放出される。高温蓄
熱槽１６には、油・フロン混合欣の加熱器１９が収納さ
れる。

混合７ｅ１．加熱器１９は下部ドラム２０と上部ドラム
２１及び両者を結ぶ連絡管から成っている。混合液加熱
器１９の詳細／″ｉ第３図で後述する。下部ドラム２０
は締切弁を介し、油・フロン混合液の退蓮槽３９へ連絡
される。下部ドラム２０と上部ドラノ、２１の両者は連
絡管以外に、ドラムブロー升３８を介して連絡されてい
る。混合液退避槽３９に元部されている油・フロン混合
液５０は、混合液移送ポンプ４０によってガスタービン
の潤滑油タンク１３内に設置された混合液予熱器４３へ
移送される。尚、混合液移送ポンプ４０は混合液移きポ
ンプ駆動用直流モータ４１と交流モータ４２がタンデム
になったモータによって駆動される。

（Ｊｌｓ合欣予熱器４３は下部ドラム２０へ連絡される
。

上こ゛；６ドラム２１からのフロン蒸気管２４はフロン
主蒸気止弁２６、及びフロン蒸気加減升２７を介Ｌ７０
ンタービンへ連絡される。これは、また、フロンタービ
ンのバイパス升２９を介しフロン凝縮器３１に先進じて
いる。フロンタービン２８１・１発電・隈３０に直続さ
れる。フロンタービン２８と、フロン凝縮器３１はフロ
ン蒸気排気管５５で連絡されている。フロン凝縮器３１
の下部にはホントウェルタンク３２が設けられる。ホン
トウェル３２からフロン移送管３４を通じ、フロン移送
ポンプ３５、フロン液導入管２３によって低温蓄熱槽１
８内に収納されているフロン予熱器２２へ連路される。

尚、フロン移送ポンプは、その駆動用直流モータ３６と
交流モｊり３７がタンデムになっているモータによシ駆
動される。フロン予熱器３１は、さらに、上部ドラムへ
と連絡される。フロン凝縮器３１には、冷却水ポンプ４
４によって冷却水５６が取込まれる。冷却水ポンプ４４
は冷却水ポンプ駆動用直流モータと交流モータとがタン
デムになったもので駆動される。高温蓄熱槽１６と低温
蓄熱漕１７には蓄熱材１７が充填される。また、高温蓄
熱槽には蓄熱の度合を検出するサーモカノズルを設置す
る。

第３図に油・フロン混合液加器の詳細を示す。

下部ドラム２０は降水管５１と上昇加熱管５２によつ−
ご上部ドラム２１と連絡される。上部ドラムの内部には
サイクロンセパレータ５３及びデミスタ５４を設ける。

次に、本究明実施例の動作について説明する。

カスタービンが負荷運転中は約５００Ｃの排ガスが排ガ
スダクト６（ｉｌ−通じ、大気放出、または、コンバイ
ンドザイクルの排熱回収ボイラへ送り込まｈる。この拶
１ガスダクト６の途中に設けられた排ガス導入口１４よ
シ、１部のガスが排ガス導入止弁全通バ茜温蓄熱槽１６
及び低温蓄熱槽１８のそ′Ｊｔぞれにそのガスがもつ熱
エネルギを蓄熱する。

ガスタービンの発電が停止すると排ガス導入止弁１５及
び排ガス仕切弁が全閉となシ蓄熱槽は保温状態になる。

−万、ガスタービンは停止によシ冷却運転のターニング
動作を行なう。このターニング中にガスタービンの交流
補機電源が喪失すると、り〜ユングモータ８８ＴＧ、及
び、補助潤滑油ポンプモータ８８ＱＡが停止し、冷却運
転不能となるが、交流補機電源断と同時に、蓄熱発電設
備の混合液移送ポンプ１駆動用賀流モータ４０．　フロ
ン移送ポンプ駆動用の直流モータ３５、冷却水ポンプ駆
動用直流モータが起動する。混合液退避槽３９に充填さ
れている油・フロン混合完全液５０はガスタービンの潤
滑油タンク１３内に設置される予熱器４３によシ、ター
ビン＠滑油油温によって予熱され、下部タンク２０へ移
送される。下部タンクへ移送された油・フロン混合液は
上部タンク２１の現示レベルまで満たされる。この＃た
される途中から、油・フロン混合液は高温蓄熱槽からの
吸熱によって加熱され、フロンだけが蒸気となってフロ
ン蒸気管２４からフロンターピノ側へ圧送される。フロ
ンタービンの起動時は、まだ圧力が低いので、規定圧に
なるまでフロン蒸気２５はフロンタービンバイパス弁２
９を介し、全量〕ｏｙ凝縮Ｗ３１ヘバイパスされる。フ
ロン蒸気２５が規矩値以上になるとフロン主蒸気止弁２
６カ全開シ、フロンタービン２８ヘフロン１ｆｉ２５の
供給がなされる。これによってフロンタービン２８が回
転し、フロンタービン発電機３０が発電全開始する。フ
ロンタービン発電機３０の負荷はガスタービン冷却運転
に必要な補助潤滑油ポンプモータ８８　ＱＡ、ターニン
グモータ８８ＴＧであるが、蓄熱発電設備廻シの補機は
直流電源で駆動中のため、蓄電池の容量低減の意味でフ
ロンタービン発成磯の発電開始と共に、交流モータ側へ
駆動機の切替がなされる。発電機３０の負荷運転中Ｃよ
フロンタービン２８０人口圧力が一定となるよう調圧制
御でフロンタービン２８の制御を行なう。

フロンタービン２８で仕事を終えたフロン蒸気はフロン
凝縮器３１へ送り込まれ、ここで冷却水５６によって凝
縮される。凝縮されたフロン液はホットウェルタン、り
３２へ流れ落ちる。一方、上部タンク２１では油・フロ
ン混合液中のフロンだけの蒸発が続くので、ドラムレベ
ルが低下する。

上部タンク２１のドラムレベル制御のため、フロン蒸気
流量、ドラムレベル、フロン液供給流量の３要素により
フロン供給弁５７を制御する。フロン液の供給は、ホッ
トウェルタンク３２に一時ため置かれたものがフロン移
送ポンプ３５によって加圧され、低温蓄熱槽１７内のフ
ロン予熱ＨＨ２２へ送られる。ここで予熱されたフロ４
数ｉ’を上部ドラム２１でのフロン蒸気の蒸発量に応じ
、フロン供給９Ｐ５７を通じて上部ドラム５７へ供給さ
ノしる。

普温蓄熱槽１６の熱消費は高温蓄熱槽１６内に設置され
たサーモカンプルからの温度検出と蓄１第容績、蓄熱効
率によシ算出され規定値以上の熱消費量になると、フロ
ン主蒸気止弁２６が全閉、フロンタービンバイパス升２
９全開、及び、蓄熱発心機のしゃ断器が解列、蓄熱発電
設備の補機が停止する。ガスタービン負荷運転中に、系
統ダウンによって全停となった場合には、緊急に発′ぼ
を安するが、全停ゆえ、ガスタービンの起動がでさない
。

しかし、本設備によって外部交流電源喪失と同時に、前
記と同様に、蓄熱発電設備が稼動し、フロンタービン発
電機３０からの”社力が確保できるが、この時点での蓄
熱量でガスタービンの起動モータ８８ＣＲを駆動できる
か否かの算出を行ない、可の場合は、直ちにガスタービ
ンを起動することができる。

なお、図中４は軸受、６は排気ガスダクト、１０は燃料
、１１は燃焼ノズル、１２は燃焼器、１３は潤滑油タン
ク、２５はフロン蒸気、３３はフロン液、４４は冷却水
ポンプ、４５は冷却水ポンプ駆動用直流モーター、４６
は同交流モーター、４７はサーモカンプル、４９は空気
抽出器、５０は油・フロン完全混合液、５７はフロン供
給弁である。

本発明の実施例によれば、ガスタービン運転中にしか利
用できなかった排ガスの熱エネルギが排ガスを排出しな
いガスタービン停止中にも利用可１１Ｌとなり、又、ガ
スタービン発電停止後の冷却運転中に、外部電源が喪失
しても、冷却運転を続行することができ、ガスタービン
ロータが歪曲する事故を防止することができる。ガスタ
ービン発電機が並入されている系統が全停となった場合
にも、外部電源の供給なしに、ガスタービン自刃起動が
可能となり、系統複離に寄与することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガスタービン運転中にしか利用できな
かった排ガスの熱エネルギを苔熱す◇ことによって、排
ガスを排出しないガスタービンの停止中にも利用可能と
なり、ガスタービンの熱効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のガスタービンの系統図、第２図は不発明
のガスタービン排ガス利用による蓄熱発電設備の系統図
、第３図は本発明の油・フロン混合液加熱器の断面図で
ある。 ５・・・ガスタービン、１６・・・高温蓄熱槽、１８・
・・低ｔｍｒｌＥＩＡ４ｆｊ、２８・・・フロンタービ
ン、３０・・・フロンタービン発電機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １・　ガスタービンの運転中に排出される排ガスの熱エ
   ネルギ全＾温蓄熱槽と低温蓄熱槽に蓄熱しておき、前記
   ガスタービンの停止時の冷却運転に必要な動力、または
   前記ガスタービンの再起動の動力を、必要に応じて、油
   ・フロン発電機によって′電気エネルギとして取出すこ
   とを特徴とするガスタービン排熱利用による蓄熱発電設
   備。