JPS6332130A - ガスタ−ビンを用いた熱併給動力発生プラント - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はガスタービンを用いた熱併給動力発生プラン
トに関し、さらに詳しくは加熱などのための熱エネルギ
ーと一緒にδ動エネルギーの供給を必要とする場合１例
えば化学工場でのプロセスの加熱炉２反応器などへの熱
供給と、関連補機などの動力負荷への駆動用動力、電力
供給とを同時に必要とする場合などに好適なガスタービ
ンを用いだ熱併給動力発生プラントに係るものである。

〔従来の技術〕

従来例によるこの種のガスタービンを用いた熱併給動力
発生プラント、ここでは燃焼器と、いわゆる、２軸形ガ
スタービンとによる熱併給動力の併給プラントの概要構
成を第３図に示す。

すなわち、この第３図において、符号３１は空気圧縮機
、３２はこの空気圧縮機３１に同軸結合された空気圧縮
機駆動用ガスタービン、３３は動力負荷であう、また３
５は前記空気圧縮機３１からの圧縮空気と、燃料制御弁
３６を介して供給される燃料とを混合燃焼させ、その燃
焼エネルギーによって前記空気圧縮機駆動用ガスタービ
ン３２゜ついで動力発生用ガスタービン３３を順次に、
駆動させる第４の燃焼器、３Ｔは前記動力発生用ガスタ
ービン３３からの排気と、燃料制御弁３８を介して供給
される燃料とを混合燃焼させ、この燃焼；てよって得た
熱ガスを熱負荷３９に供給させるダクトバーナである。

従ってこの従来例装置構成の場合は、空気圧編機３１の
駆動によって得た圧縮空気と、燃料制御弁３６を介して
供給される燃料とが第１の燃焼器３５によシ混合燃焼さ
れ、このようにして得た高温、高圧の燃焼エネルギーに
よシ、空気圧、縮機駆動用ガスタービン３２を５動させ
て空気圧縮機３１の駆動動力とし、ついでこの空気圧縮
機ム勃用ガスタービン３２からの排気により、動力発生
用ガスタービン３３を駆動させて動力負荷３４に対する
駆動エネルギーを得ると共に、この動力発生用ガスター
ビン３３から排出されるところの、未だ所定のエネルギ
ーを保有している排気と、燃料制御弁３８を介して供給
される燃料とを、ダクトバーナ３７によシ再度混合燃焼
させて熱負荷３９に対する熱エネルギーを得るのである
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらこのような従来例での装置構成にあって、
動力負荷３４に対する駆動エネルギー発生に必要な燃料
量は、第１の燃焼器３５への燃料供給量により一義的に
定められるが、これはあくまでも動力負荷３４に対応す
るものであって、同時に必要とされる熱負荷３９に対す
る熱エネルギーは、ダクトバーナ３Ｔへの燃料供給量に
よって加減しなければならず、それぞれのエネルギー需
要量の調整に７レキシビリテイが少ないという不利があ
る。す々わち、一般的にこの種の動力・熱併給プラント
において、熱エネルギーと駆動エネルギーとの必要割合
は、それぞれが独立的に変動する場合が多く、従ってこ
のプラント自体を、動力負荷３４．あるいは熱負荷３９
のいずれか一方に追従制御させるときは、他方が犠牲に
ならざるを得なくなるものであって、このようにそれぞ
れのエネルギー需要量の調整に関し、フレキシビリティ
、つまシ対応性に欠けるという問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は前記従来例装置の問題点を改善して、熱およ
び駆動エネルギーの供給を、プラント全体に亘って効果
的に制御し得るガスタービンを用いた熱併給動力発生プ
ラントを提供しようとするものである。相互に同軸結合
させた空気圧縮機、および空気圧縮機駆動用ガスタービ
ンと、動力負荷を同軸結合させた動力発生用ガスタービ
ンとを設けて、空気圧縮機駆動用ガスタービンの排気側
には熱負荷を接続させ、また燃焼器で発生させた熱エネ
ルギーを一旦蓄熱し得る回転速度可変型の回転再生式熱
交換器を設け、この回転再生式熱交換器、および動力負
荷に対応して開閉制術される加減弁を介して空気圧編機
吐出空気を動力発生用ガスタービンに、かつこの動力発
生用ガスタービンの排気側を燃焼器にそれぞれ接続させ
ると共に、回転再生式熱交換器から熱負荷の変動に追従
して開閉制御される空気調整弁を介して燃焼器へのバイ
パスを設け、さらに回転再生式熱交換器を介して燃焼器
を空気圧縮機駆動用ガスタービンに接続させ、この燃焼
器には各負荷の変動に追従して開閉制御される燃料制御
弁を配したものである。

〔作用〕

従ってこの発明の場合、空気圧縮機からの圧縮空気は、
回転再生式熱交換器を経たのちに、動力発生用ガスター
ビンに対して、空気調整弁の開閉制御のもとに、負荷の
変動に追従させた所定量だけを供給して、所期の動力負
荷の駆動をなし得られ、かつその排気は燃焼空気として
燃焼器に供給できるのであシ、また燃焼器で発生した熱
エネルギーは、回転数可変の回転再生式熱交換器を経て
から、空気圧縮機駆動用ガスタービンに対して、ここで
も燃料制御弁の開閉制御のもとに、負荷の変動に追従さ
せた所定量だけを供給して、さきの圧縮空気を得るため
の空気圧縮機を駆動させ、ついでその排気を熱負荷に供
給し得るのであって、結果的にはこれらの動力、熱各負
荷へのエネルギー供給を、その各負荷変動に対応して制
御し得るのである。

〔実施例〕

以下、この発明に係るガスタービンを用いた熱併給動力
発生プラントの一実施例につき、第１図および第２図を
参照して詳細に説明する。

第１図はこの実施例による装置プラントの概要構成を原
理的に示すブロック図である。

この第１図に示す装置プラントの構成において、符号１
は空気圧縮機、２はこの空気圧縮機１に同軸結合させた
空気圧縮機駆動用ガスタービン、３は動力発生用ガスタ
ービン、４はこの動力発生用ガスタービン３に同軸結合
させた動力負荷、ここでは例えば発電機、５は燃焼器、
６はこの燃焼器５で発生した熱エネルギーを一時的に蓄
熱し得る速度可変型の回転再生式熱交換器であって、制
御装置８で制御される電動機７によ多回転駆動されるよ
うになっている。

また前記空気圧縮機１からの圧縮空気は、管路９によシ
回転再生式熱交換器６に供給され、かつこの回転再生式
熱交換器６を経て一定値に調整されたのち、駆動エネル
ギーとして管路１０によシ加減弁１１を介して前記動力
発生用ガスタービン３を回転させ、かつ動力負荷４を駆
動させる。そして前記管路１Ｇには、加減弁１１の前流
側にあって、前記回転再生式熱交換器６を経た圧縮空気
の温度を、前記制御装置８によシ検出して、その検出デ
ータに対応して前記電動機７．ひいては回転再生式熱交
換器Ｂの回転数を制御させて、回転速度に依存した蓄熱
量を被加熱側に与えるようＫなっておシ、また同前流側
で前記燃焼器５に分岐接続させた管路１２には、制御装
置１４で開閉制御される空気調整弁１３を配すると共に
、この空気調整弁１３の後流側に前記動力発生用ガスタ
ービン３からの排気管路１５を接続させ、かつ同接続点
の後流側での排気の圧力を、前記制御装置１４によシ検
出して、その検出データに対応して前記空気調整弁１３
の開閉度合を制御し、動力発生用ガスタービン３への供
給圧縮空気を燃焼器５にバイパスし得るようになってい
る。

さらに前記燃焼器５には、制御装置１８で開閉制御され
る燃料制御弁１７を配した燃料供給管路１６を接続させ
てあシ、この燃焼器５では、前記管路１６．１２から供
給されるところの、それぞれに制御された燃料、空気を
燃焼させる。そして燃焼器５で発生した燃焼熱ガス、つ
まり熱エネルギーは、管路１９によシ前記回転再生式熱
交換器６に供給されて一定値に調整され、一方では、こ
の一定値に調整された熱エネルギーの温度を、前記制御
装置１８によシ検出して、その検出データに対応して前
記燃料制御弁１７の開閉度合の制御。

ひいては燃焼制御をなし、他方１回転再生式熱交換器６
を経た熱エネルギーは、管路２０によシ前記空気圧縮機
駆動用ガスタービン２を回転して、前記空気圧縮機１を
駆動させ、かつこの空気圧縮機駆動用ガスタービン３か
らの排気は、所要量の熱エネルギーとして、管路２１に
よシ熱負荷２２゜ここでは例えば加熱炉に供給されるの
である。

ここで、前記第１図実施例による装置プラントにあって
、動力負荷４と熱負荷２２とは、さきにも述べた通シに
それぞれ独立して制御可能にされる。すなわち、まず熱
負荷２２が一定で動力負荷４が変動する場合には、電力
負荷４の増加に伴なって、その駆動機でもある動力発生
用ガスタービン３の回転が相対的に低下する。先づ、低
下と共に速度検出機構２３によシ信号を加減弁１１に伝
え動力発生用タービン３への供給空気量を多くするよう
に開く。そしてこの動力発生用ガスタービン３系におい
ては、回転低下と共とタービンの吸込み空気量が少々く
々るために、一時的に管路１０の空気圧が上昇して、負
荷の増加に見合う排気量（燃焼器５の燃焼空気）が不足
することになシ、燃焼器５の入口空気圧の低下を招き、
かつこれに対応して空気調整弁１３の開度が暫時に大き
くなって、バイパス空気の供給が次第に増える。従って
この時、燃焼器５には結果的に高温空気が与えられて、
回転再生式熱交換器６の出口温度（管路１０）が上昇し
、かつ回転速度も低下して、この→までは動力負荷４へ
の追従がなされなくなるため、この動力負荷４の増加に
追従する必要から、動力発生タービン回転低下と共に燃
料制御弁１７の開度が大きくされる。ついでこの燃料増
士に伴ない系内圧力が上昇し、空気圧縮機１は動力負荷
４に見合って次第に負荷を増してゆき、最終的に動力発
生用ガスタービン３を負荷変動対応に整定することがで
きる。また次に動力負荷４が低下する場合は、前記作用
とは相対的に反対の動作をなして対応することになる。

熱負荷変動の場合は熱負荷２２に組込まれた制御装置（
図示せず）Ｋよシ、図示せる管路全体が圧力変化を伴な
う。従って制御装置１４によって調整弁１３の開閉によ
って対応することとなる。

なお、ここで前記回転再生式熱交換器６は、さきにも述
べたように、燃焼器５からの熱エネルギーを一旦蓄熱す
る作用を有していて、その蓄熱量は自身の回転速度に依
存し、前記の通シに動力発生用ガスタービン３の負荷増
加時には回転速度が上昇、負荷減少時には低下して対応
するもので、何れにせよ負荷変動に伴う燃焼器５への燃
料供給量の制御に見合って、発生熱エネルギーを一旦蓄
熱することによシ、動力および熱の各負荷４，２２の変
動に対応して、これらの各負荷４，２２に対する個々に
独立した制御をなし得るのである。

また第２図は前記同上装置プラントを実質的に化学プラ
ント、ことでは石油精製プラントにおける複数の加熱炉
、およびプロセス中の空気圧縮機への熱、および駆動エ
ネルギーの供給に適用した場合の概要構成を示すブロッ
クである。

前記第１図実施例による装置プラントにあっては、個々
の動力、熱台負荷に対してこの発明を適用し、その稼動
制御をなす場合について述べたが、この第２図実施例に
示したように、動力、熱台負荷をそれぞれに有する複数
のプラント設備を各別に構成し、かつ個々のプラント設
備における同一のエネルギー経路を相互に連繋接続させ
て、各プラント設備の全部、あるいは少なくとも一部を
、相互に有機的に関連させて稼動制御し得るようにする
こともでき、さらには単独、または個々のグランド設備
に複数の動力、熱台負荷を配し、各プラント毎のそれぞ
れの動力、熱台負荷の全部、あるいは少なくとも一部を
、相互に有機的に関連させて稼動制御し得るようにして
も良い。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明装置プラントによるときは
、相互に同軸結合させた空気圧縮機、および空気圧縮機
駆動用ガスタービンと、動力負荷を同軸結合させた動力
発生用ガスタービンとを設けると共に、空気圧縮機駆動
用ガスタービンの排気側には熱負荷を接続させて、これ
らの動力、熱台負荷の稼動制御をなす場合にあって、各
負荷対応に相対的に回転制御されて、この制御された回
転速度に依存した量だけ、燃焼器で発生させた熱エネル
ギーを一旦蓄熱し得る回転速度可変型の回転再生式熱交
換器を設け、この回転再生式熱交換器、および動力負荷
に対応して開閉制御される加減弁を介して空気圧縮機を
動力発生用ガスタービンに、かつこの動力発生用ガスタ
ービンの排気側を燃焼器にそれぞれ接続させると共に、
回転再生成熱交換器から動力負荷の変動に追従して開閉
制御される空気調整弁を介して燃焼器へのバイパスを配
し、また回転再生式熱交換器を介して燃焼器を空気圧縮
機駆動用ガスタービンに接続させ、この燃焼器には熱負
荷の変動に追従して開閉制御される燃料制御弁を配して
構成したから、動力発生用ガスタービンに対しては、回
転再生式熱交換器を経たのちの、負荷の変動に追従させ
た所定量の圧縮空気を駆動エネルギーとして供給し、所
期の動力負荷の駆動をなし得られ、かつその排気を燃を
経てから、空気圧縮機駆動用ガスタービンに対して、こ
こでも燃料制御弁の開閉による燃焼制御のもとに、負荷
の変動に追従させた所定量の熱エネルギーを供給して、
さきの圧縮空気を得るための空気圧縮機を駆動させ、つ
いでその排気を熱負荷に供給し得るのであって、結果的
には、これらの動力負荷に対する動力供給と熱負荷に対
する熱供給との、それぞれに独立して変動する可能性の
高い動力・熱エネルギーの各需要に柔軟に対応して、と
れらの各需要を適正かつ効果的に調整制御させることが
でき、併せて装置プラント構成自体も比較的簡単で容易
に実施できるなどの特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明に係るガスタービンを用
いた熱併給動力発生プラントの各別の実施例による概要
構成をそれぞれに示すブロック図、第３図は同上従来例
によるガスタービンを用いた熱併給動力発生プラントの
概要構成を示すブロック図である。 １・・・・燃焼用空気圧縮機、２・・・・空気圧縮機用
ガスタービン、３・・・・動力発生用ガミ動機、８・・
・・制御装置、第１および第２の燃焼器の燃料制御弁、
９・・拳・ダクトバーナ、１０・・・φダクトバーナの
燃料制御弁、１１・・・−加減弁熱負荷、１２・・・・
バイパス弁、１３・φ・・空気調整弁、１４・・・・制
御装置、・１７・・・・燃料制御弁、１８・・・・制御
装置、２２・・・・熱負荷。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）空気圧縮機、およびこの空気圧縮機に同軸結合さ
   せて、排気側に熱負荷を接続させた空気圧縮機駆動用ガ
   スタービンと、動力負荷を同軸結合させた動力発生用ガ
   スタービンと、燃料および燃焼空気を供給して熱エネル
   ギーを発生する燃焼器と、熱エネルギーを回転速度に依
   存した量だけ一旦蓄熱し得る回転速度可変型の回転再生
   式熱交換器と、前記空気圧縮機からの圧縮空気を、各負
   荷に見合つて回転速度を可変とする回転再生式熱交換器
   を経た後、動力発生用ガスタービンに供給させ、かつそ
   の排気を燃焼空気として燃焼器に供給させる手段。およ
   び、動力発生用ガスタービンに供給される圧縮空気を、
   熱負荷の変動に追従して燃焼器にバイパスさせる手段と
   、前記燃焼器で発生した熱エネルギーを、回転再生式熱
   交換器を経た後、熱負荷に見合つて空気圧縮機駆動用ガ
   スタービンに供給させ、かつその排気を熱負荷に供給さ
   せる手段。および前記各手段に応じて燃焼器への燃料供
   給量を、各負荷の変動に追従して制御する手段とを備え
   、前記動力、熱各負荷へのエネルギー供給を、これらの
   各負荷の変動に対応して制御し得るようにしたことを特
   徴とするガスタービンを用いた熱併給動力発生プラント
   。
2. （２）動力、熱各負荷をそれぞれに有する複数のグラン
   ド設備を各別に構成すると共に、個々のプラント設備に
   おける同一のエネルギー経路を相互に連繋接続させて、
   各プラント設備の全部、あるいは少なくとも一部を、相
   互に有機的に関連させて稼動制御し得るようにしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガスタービン
   を用いた熱併給動力発生プラント。
3. （３）単独、または個々のプラント設備に複数の動力、
   熱各負荷を配し、各プラント毎のそれぞれの動力、熱各
   負荷の全部、あるいは少なくとも一部を、相互に有機的
   に関連させて稼動制御し得るようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項、または第２項記載のガスター
   ビンを用いた熱併給動力発生プラント。