JPS6252131B2 - - 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。従来の加圧流動層
燃焼ボイラによる複合サイクルプラントは、軽質
石油燃料による過給ボイラサイクルと同じサイク
ル配置を持ち、圧縮機で加圧された高圧の燃焼用
空気を蒸気発生器へ導いて流動層燃焼を形成し、
蒸気発生器を出る排気を脱塵したのちタービンに
導き、このタービンによつて圧縮機を駆動する。
流動燃焼によると、流動層内部に配設される伝熱
管への伝熱が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倍と大幅に向上する。通常、加圧流動層燃焼に
おいては、炉内で脱硫を行い、且つ灰の溶融を防
止するため燃焼温度が900乃至1000℃に制限され
る。したがつて燃焼炉を出てタービンに導かれる
排気の温度はこれ以下となる。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
の種々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
機によつて加圧した空気を上記燃焼器に導くに先
立つて石炭の加圧流動層燃焼によつて加熱する加
圧流動層燃焼炉を備えたことを特徴とする。即
ち、石炭加圧流動層燃焼炉をエアーヒータ用とし
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℃程度であるため、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。したがつ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、圧縮機によつて加圧した空気を燃焼器
に導くに先立つて石炭の加圧流動層燃焼によつて
加熱する加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加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つてガスタービンの燃料
コストを低減できる。

本発明によるガスタービン装置においては、ま
た、加圧流動層燃焼炉は圧縮機によつて加圧した
空気の一部を燃焼用空気として用い、さらに、タ
ービンは燃焼器で生成する燃焼ガスと加圧流動層
燃焼炉の排気とを作動流体とする。即ち、加圧流
動層燃焼炉系とガスタービン系において圧縮機と
タービンを共用することによつて設備の単純化が
図れる。更に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温度
も高くなり、したがつて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
気率が大であり、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。第１図において、
圧縮機１によつて加圧された空気が、管路２を経
て加圧流動層燃焼炉４の内部に設けられた伝熱管
１４へ導かれ、また管路３を経て流動層燃焼の燃
焼用空気として加圧流動層燃焼炉４へ導かれる。
加圧流動層燃焼炉４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１６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、分散板１６の下から供給される燃焼用空気に
よつて流動層１５を形成する。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灰粒
子を供給すれば、石炭はよく拡散し、燃焼用空気
とよく触れあつて激しく且つ効率よく燃焼する。
流動層１５の中に伝熱管１４が配設されており、
燃焼熱はまず激しい対流接触によつて流動媒体に
伝わり、次いで媒体粒子は伝熱管１４と激しく接
触して伝熱し、伝熱管１４の内部を通過する圧縮
空気を加熱する。加圧流動層燃焼炉４で加熱され
た圧縮空気は、燃焼器５に導かれる。燃焼器５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６に作動流
体として送られる。一方、加圧流動層燃焼炉４に
おいて流動層燃焼を生成したあとの排気は脱塵器
８で脱塵処理を経たのち、燃焼器５を出る燃焼ガ
スと合流し、タービン６に作動流体として導かれ
る。タービン６によつて圧縮機１及び発電機７が
駆動される。タービン６において膨張仕事を終え
た燃焼ガスは依然として高温であるため、排熱回
収ボイラ９に導かれ、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９で生じた蒸気
は蒸気タービン１０へ導かれ、膨張仕事を行い、
発電機１１を駆動する。蒸気タービン１０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で再び排熱回収ボイラ９へ送られ
る。第１図に示す実施例においては、圧縮機１に
よつて加圧した空気の一部を石炭の加圧流動層燃
焼の燃焼用空気として用い、流動層燃焼の排気を
脱塵したのち、燃焼器５で生成される燃焼ガスと
ともにタービン６に導く。即ち、加圧流動層燃焼
炉系とガスタービン系で圧縮機とタービンを共用
することになるが、加圧流動層燃焼炉系とガスタ
ービン系をサイクル的に分離した、即ち、第２図
に示す様に圧縮機とタービンを共用しない態様も
可能となる。第２図において、圧縮機２１によつ
て加圧された空気が加圧流動層燃焼炉２２の内部
に設けられた伝熱管２６へ導かれ、一方、圧縮機
２８で加圧された空気が流動層燃焼の燃焼用空気
として加圧流動層燃焼炉２２へ導かれる。流動層
燃焼の生成の手順については第１図における例と
同じなので説明を省略する。流動層２７の中に配
設された伝熱管２６の内部を通過して加熱された
圧縮空気は、燃焼器２３に導かれる。燃焼器２３
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２４に導
かれる。タービン２４によつて圧縮機２１及び発
電機２５が駆動される。加圧流動層燃焼炉２２に
おいて流動層燃焼を生成したあとの排気は脱塵器
２９で脱塵処理を経たのちタービン３０に導かれ
る。タービン３０によつて圧縮機２８及び発電機
３１が駆動される。第２図の例においても排熱回
収ボイラと蒸気タービンによる複合サイクルが構
成されるが、第１図の例と同様であり図示を省略
する。

次に本発明によるガスタービン装置の操業例を
具体的な数値によつて説明する。なお、プラント
の構成は第１図に示す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つて複合サイクル
を構成する。

大気温度 15℃ 大気圧力 1.033ata 圧縮機１空気流量 864ton／hr タービン６入口温度 1300℃ 加圧流動層燃焼炉４燃焼圧力 10.3ata 石炭燃焼量 15.0ton／hr 重油燃焼量 7.6ton／hr 発電機７出力 69.0MW 蒸気温度 490℃ 蒸気圧力 50ata 蒸気流量 141ton／hr 復水器１２圧力 0.05ata 発電機１１出力 47.9MW 全体出力 116.9MW 熱効率 50.0％

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図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。 １，２１，２８……圧縮機、４，２２……加圧
流動層燃焼炉、５，２３……燃焼器、６，２４，
３０……タービン、８，２９……脱塵器、９……
排熱回収ボイラ、１０……蒸気タービン、１５，
２７……流動層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 空気を圧縮する圧縮機と、石炭を燃料として
   加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機からの圧縮
   空気を上記石炭の加圧流動層燃焼により生じる燃
   焼熱で上記伝熱管の外側から加熱する加圧流動層
   燃焼炉と、この加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。