JPS5944492B2 - ガスタ−ビン装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石炭と他の燃料の混焼、あるいは石炭の専焼に
よるガスタービン装置に関する。

石油に代るエネルギー資源として石炭が見直されつつあ
り、石炭の利用技術のひとつとして流動層燃焼が注目さ
れている。

石炭の流動層燃焼においては、炉内で直接脱硫ができる
こと、低品位炭でも使用できること、低温燃焼法である
ためＮＯｘの発生量が少ないこと、熱伝達性能が極めて
よいことなどの多くの特長を持ち、この原理による発電
設備においては、熱効率の向上、設備の簡易化、発電コ
ストの低減等を達成できる。

一方、内燃型のガスタービンにおいては、燃料として石
油あるいは天然ガス等の液体または気体燃料が用いられ
、石炭は外燃型のガスタービンにおいて、エアーヒータ
の燃料として一部用いられているにすぎない。

従来の微粉炭燃焼によるエアーヒータにおいては、空気
の加熱温度が伝熱管の耐熱性の点で制限され、最高７５
０℃程度であり、また、燃焼ガスから被加熱流体である
空気への熱伝達が放射及び対流によることから熱伝達率
が低く、設備規模が巨大となる欠点がある。

これに対して石炭の流動層燃焼によると、流動層内部に
配置される伝熱管への伝熱が流動媒体との流動的接触に
よるため、燃焼熱の熱伝達率は従来の放射、対流による
熱伝達の５乃至１０倍と大幅に向上し、設備の小型化が
図れる。

他方、熱機関においては、サイクル最高温度を高める程
熱効率が向上する。

そのため現在ガスタービンにおいては、タービン入口温
度を高めるための努力がなされており、航空機用として
は１３００℃がすでに出現している。

また、近い将来には陸上用においても１５００℃にまで
上昇することが予想される。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、石炭の利用技術でありまた上述の種種の特長を有
する石炭の流動層燃焼を熱源として利用したガスタービ
ン装置を提供することである。

本発明においては、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを
有するガスタービンにおいて、上記圧縮機によって加圧
した空気を上記燃焼器に導くに先立って石炭の常圧流動
層燃焼によって加熱する常圧流動層燃焼炉を備えたこと
を特徴とする。

即ち、石炭の常圧流動層燃焼炉をエアーヒータとして用
い、圧縮機で加圧された空気を加熱する。

圧縮空気の加熱温度は伝熱管の耐熱性の点で制限され、
最高７５０℃であるため、これをそのままタービンに導
いたのでは、極めて低い熱効率しか得られない。

したがって加熱された圧縮空気を燃焼器に導いて、更に
高温の燃焼ガスとしてタービンに送り込む。

燃焼器で用いる燃料としては、石油、天然ガス等の液体
燃料あるいは気体燃料が適しているのは勿論であるが、
空気の予熱温度が高いため希薄混合比燃焼が可能となり
、微粉炭等の固体燃料も使用できる。

このように、本発明によるガスタービン装置においては
、圧縮機によって加圧した空気を燃焼器に導くに先立っ
て石炭の常圧流動層燃焼によって加熱する常圧流動層燃
焼炉を備えたので、上述の種々の特長を有する石炭の常
圧流動層燃焼をガスタービンの熱源として利用すること
ができ、安価な石炭を用いることによってガスタービン
の燃料コストを低減できる。

なお、本発明によるガスタービン装置においては、ター
ビン入口温度が高いために排気の温度も５００℃以上の
高温であり、熱効率の向上を図るために排熱回収ボイラ
と蒸気タービンによる複合サイクルを構成することが望
ましくなる。

あるいはまた、流動層燃焼炉における圧縮空気の加熱温
度が高いため、燃焼器で生成される燃焼ガスは過剰空気
率が犬であり、このためタービン排気を燃焼用空気とし
てボイラへ導く排気再燃焼ボイラと蒸気タービンによる
複合サイクルも可能となる。

以下、本発明によるガスタービン装置を図面に示す実施
例について説明する。

圧縮機１で加圧された空気が常圧流動層燃焼炉２の内部
に配設された伝熱管３へ導かれる。

常圧流動層燃焼炉２においては、その下部に多数の小さ
な空気穴をあけた分散板５があり、その上部に不活性粒
体、例えば石灰石の流動媒体をおき、送風機６によって
分散板５の下から供給される流動化用及び燃焼用空気に
よって流動層４を形成する。

流動燃焼を始動する際には、媒体を別途に加熱し、次い
で流動媒体中に石炭粒子を供給すれば、石炭はよく拡散
し、燃焼用空気とよく触れあって激しく且つ効率よく燃
焼する。

流動層４の中に伝熱管３が配設されており、燃焼熱はま
ず激しい対流接触によって流動媒体に伝わり、次いで媒
体粒子は伝熱管３と激しく接触して伝熱し、伝熱管３の
内部を通過する圧縮空気を加熱する。

常圧流動層燃焼炉２で加熱された圧縮空気は燃焼器７へ
導かれる。

燃焼器７において燃料である重油が供給され、高温高圧
の燃焼ガスが生成し、燃焼ガスはタービン８へ送られる
。

タービン８によって圧縮機１及び発電機９が駆動される
。

タービン８において膨張仕事を終えた燃焼ガ不は依然と
して高温であるため、排熱回収ボイラ１０へ導かれ、蒸
気を発生させたあと大気中へ放出される。

排熱回収ボイラ１０において生じた蒸気は、蒸気タービ
ン１１へ導かれ、膨張仕事を行い、発電機１４を駆動す
る。

蒸気タービン１１において膨張仕事を終えた蒸気は復水
器１２で液化し、給水ポンプ１３によって再び排熱回収
ボイラ１０へ送られる。

次に本発明によるガスタービン装置の操業例について具
体的な数値によって説明する。

なお、プラントの構成は上記実施例と同じであり、排熱
回収ボイラと蒸気タービンによって複合サイクルを構成
する。

大気温度 １５℃ 大気圧力 １．０３３ ａｔａ圧縮機１空
気流量 ７２０ ｔｏｎ／ｈｒタービン８人口温
度 １３００°Ｃ 石炭燃焼量 ８．６ｔｏｎ／ｈｒ重油燃焼量
９．５ｔｏｎ／ｈｒ発電機９出力
５６．８ＭＷ 蒸気温度 ４９０℃ 蒸気圧力 ５０ ａｔａ 蒸気流量 １１６ｔｏｎ／ｈｒ復水器１２
圧力 ０．０５ ａｔａ発電機１４出力
３４．１ ＭＷ 全体出力 ９０．９ ＭＷ 熱効率 ５１．７係

【図面の簡単な説明】

図面は本発明によるガスタービン装置の実施例を示す系
統線図である。 １・・・・・・圧縮機、２・・・・・・常圧流動層燃焼
炉、３・・・・・・伝熱管、４・・・・・・流動層、５
・・・・・・分散板、６・・・・・・送風機、７・・・
・・・燃焼器、８・・・・・・タービン、９゜１４・・
・・・・発電機、１０・・・・・・排熱回収ボイラ、１
１・・・・・・蒸気タービン、１２・・・・・・復水器
、１３・・・・・・給水ポンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮空気を得る圧縮機と、石炭の常圧流動層燃焼を
   形成する流動層の中に配設された伝熱管の内側を通過す
   る上記圧縮空気を上記石炭の常圧流動層燃焼によって上
   記伝熱管の外側から加熱する常圧流動層燃焼炉と、この
   常圧流動層燃焼炉において上記伝熱管の内側を通過して
   加熱された圧縮空気が導かれる燃焼器と、この燃焼器で
   生成した燃焼ガスが導かれるタービンとを備えたことを
   特徴とするガスタービン装置。