(57)【要約】【課題】押込み通風機を用いずに火炉の内部に空気を供給可能とし、火力発電設備の電力使用量を減少させる。【解決手段】火炉において燃料を燃焼させることにより生じる熱を用いて蒸気を発生させるボイラと、前記蒸気を用いて駆動される第１タービンと、前記第１タービンにより駆動される発電機と、前記燃料を燃焼させるための空気を前記火炉に送り込む吸気路と、前記燃料の燃焼により発生した排ガスを前記火炉から排出する排気路と、前記排気路を流れる排ガスにより駆動される第２タービンと、前記第２タービンにより駆動され、前記吸気路から前記火炉に空気を送り込むコンプレッサと、を備えることを特徴とする火力発電設備。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉において燃料を燃焼させることにより生じる熱を用いて蒸気を発生させるボイラと、
前記蒸気を用いて駆動される第１タービンと、
前記第１タービンにより駆動される発電機と、
前記燃料を燃焼させるための空気を前記火炉に送り込む吸気路と、
前記燃料の燃焼により発生した排ガスを前記火炉から排出する排気路と、
前記排気路を流れる排ガスにより駆動される第２タービンと、
前記第２タービンにより駆動され、前記吸気路から前記火炉に空気を送り込むコンプレッサと、
を備えることを特徴とする火力発電設備。
【請求項２】
請求項１に記載の火力発電設備であって、
前記排気路は、
前記第２タービンを迂回する第１排気路と、
前記第１排気路から分岐して前記第２タービンを通過した後に前記第１排気路に合流する第２排気路と、
を有して構成され、
前記第２排気路は、前記第１排気路の内径よりも細く形成された部分を有してなる
ことを特徴とする火力発電設備。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の火力発電設備であって、
前記吸気路に装着され、前記火炉に送り込まれる空気の量を制御するための流量制御弁と、
をさらに有することを特徴とする火力発電設備。
【請求項４】
火炉において燃料を燃焼させることにより生じる熱を用いて蒸気を発生させるボイラと、
前記蒸気を用いて駆動される第１タービンと、
前記第１タービンにより駆動される発電機と、
前記燃料を燃焼させるための空気を前記火炉に送り込む吸気路と、
前記燃料の燃焼により発生した排ガスを前記火炉から排出する排気路と、
を備える火力発電設備において用いられ、
前記排気路を流れる排ガスにより駆動される第２タービンと、
前記第２タービンにより駆動され、前記吸気路から前記火炉に空気を送り込むコンプレッサと、
を備えることを特徴とする吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電設備及び吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、火力発電設備は、ボイラ、復水器、蒸気タービン、発電機等を備えた発電ユニットを備えて構成されており、ボイラ内の火炉で石炭や石油などの燃料を燃焼するときに発生する熱を用いて水から蒸気を生成し、この蒸気によって蒸気タービン及び発電機を回転させることにより電力を発生させる。
【０００３】
火力発電設備は、原子力発電設備のような他の発電設備と比較して一般的に発電コストが安く、発電量の制御も行いやすい等の利点を数多く有しており、改良も様々に進められている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３-１８９８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、火力発電設備は、燃料を燃焼させるための空気を、押込み通風機と呼ばれる装置を用いて火炉の内部に取り込んでおり、押込み通風機を駆動するための電力が別途必要となっている。
【０００６】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、押込み通風機を用いずに火炉の内部に空気を供給可能とし、火力発電設備の電力使用量を減少させることを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの側面に係る火力発電設備は、火炉において燃料を燃焼させることにより生じる熱を用いて蒸気を発生させるボイラと、前記蒸気を用いて駆動される第１タービンと、前記第１タービンにより駆動される発電機と、前記燃料を燃焼させるための空気を前記火炉に送り込む吸気路と、前記燃料の燃焼により発生した排ガスを前記火炉から排出する排気路と、前記排気路を流れる排ガスにより駆動される第２タービンと、前記第２タービンにより駆動され、前記吸気路から前記火炉に空気を送り込むコンプレッサと、を備える。
【０００８】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄の記載、及び図面の記載等により明らかにされる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、押込み通風機を用いずに火炉の内部に空気を供給可能とし、火力発電設備の電力使用量を減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る火力発電設備の全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１２】
本発明の実施形態に係る火力発電設備１００を図１に示す。この火力発電設備１００は、石油や石炭、ガスなどの燃料（固体燃料、液体燃料、気体燃料、又はそれらを組み合わせた燃料）を燃焼させて電力を生成する発電ユニット１と、発電ユニット１が発電を行う際に生じる排ガスを大気に排出する煙突５０と、を有している。
【００１３】
発電ユニット１は、後述する火炉３において燃料を燃焼させることにより生じる熱を用いて蒸気を発生させるボイラ２と、ボイラ２からの蒸気を用いて駆動され、高圧タービン３５ａ、中圧タービン３５ｂ及び低圧タービン３５ｃを有して構成される蒸気タービン（第１タービン）３５と、蒸気タービン３５によって駆動される発電機４０と、を備えて構成される。
【００１４】
ボイラ２は、底部にアッシュ出口４が設けられるとともに、上部に排ガス出口５が設けられた、内部で燃料を燃焼させる火炉３と、火炉３の下部側面に設けられたバーナ部１８と、上部が火炉３の排ガス出口５に接続され、底部側面に排ガス出口８が設けられた後部煙道７と、火炉３の内壁面６及び後部煙道７の内壁面９に所定のパターンで設けられた蒸発管１１と、火炉３と後部煙道７との接続部１０、及び後部煙道７の内部に設けられた過熱器２５及び再熱器２６と、後部煙道７の内部に設けられた節炭器２８と、を有して構成される。
【００１５】
またボイラ２は、燃料を燃焼させるための空気（例えば外気）を取り込んで火炉３に送り込む吸気路３９と、燃料の燃焼により発生した排ガスを火炉３から排出する排気路３８と、排気路３８から分岐して、排ガスの一部をアッシュ出口４に戻すための通風系統３０と、減温器２７と、高圧ヒータ２０と、給水ポンプ１９と、脱硝脱硫装置３７と、空気予熱器３２と、ガス再循環通風機３３と、空気取り込み装置（吸気制御装置）３６と、を有している。
【００１６】
なお、吸気路３９はバーナ部１８において火炉３に接続されており、空気はバーナ部１８を通じて火炉３内に取り込まれる。また排気路３８は排ガス出口８において火炉３に接続されており、火炉３内の排ガスは、排ガス出口８を通じて排気路３８に排出され、煙突５０から大気に排出される。
【００１７】
排気路３８には、脱硝脱硫装置３７、空気予熱器３２、空気取り込み装置３６、煙突５０が設けられている。また吸気路３９には、空気取り込み装置３６及び空気予熱器３２が設けられている。
【００１８】
脱硝脱硫装置３７は、火炉３から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物や硫黄化合物等の各種の有害物質を除去し、排ガスを無害化する装置である。
【００１９】
空気予熱器３２は、排気路３８と吸気路３９との間で熱交換を行い、排気路３８を通過する排ガスの熱によって、吸気路３９を通過する空気を予熱する装置である。
【００２０】
空気取り込み装置３６は、排気路３８を流れる排ガスによって駆動され、排気路３８に設けられる排気タービン（第２タービン）３６ａと、吸気路３９に設けられ、排気タービン３６ａによって駆動されるコンプレッサ３６ｂと、を有して構成され、排気路３８を流れる排ガスによって排気タービン３６ａを回転させることによって、吸気路３９内のコンプレッサ３６ｂを回転させ、吸気路３９内の空気を火炉３に送り込む装置である。
【００２１】
このような態様によって、押込み通風機のような電力を使用する装置を用いなくとも、排ガスの運動エネルギーを利用して排気タービン３６ａを回転させることで、火炉３の内部に効率的に空気（例えば外気）を供給可能とし、火力発電設備１００の電力使用量を減少させることが可能となる。
【００２２】
なお本実施形態では、図１に示すように、排気路３８は、空気取り込み装置３６を通過しない（迂回する）第１排気路３８ａと、空気取り込み装置３６を通過する第２排気路３８ｂと、を有して構成されており、第１排気路３８ａから分岐した第２排気路３８ｂが空気取り込み装置３６を通過後に再び第１排気路３８ａに合流するように形成されている。そして、図１には示されていないが、第２排気路３８ｂは、第１排気路３８ａの内径よりも細い部分を有するように形成されている。
【００２３】
このような態様により、第２排気路３８ｂを通過する排ガスの流速を第１排気路３８ａを通過する排ガスの流速よりも上昇させることができ、排気タービン３６ａの回転速度を高速化することが可能となるため、吸気路３９に設けられるコンプレッサ３６ｂの回転速度を上昇させ、より効率的に吸気路３９に空気を取り込み、火炉３に送り込むことが可能となる。
【００２４】
また本実施形態のように空気取り込み装置３６を用いて火炉３内に空気を取り込むようにした場合には、火力発電設備１００の運転開始直後のように排ガスの量が少ない間は火炉３内に送り込まれる空気の量も少なくなるが、火炉３内に当初より存在する空気によって燃料の燃焼は可能であるので、特に問題は生じない。
【００２５】
もちろん、火力発電設備１００の運転開始直後に火炉３内に取り込む空気の量を増加したい場合には、空気取り込み装置３６（コンプレッサ３６ｂ）によって吸気路３９に取り込まれる空気の量が増加するまでの間、押込み通風機を一時的に用いることも可能である。このような態様であっても、火力発電設備１００の電力使用量を減少させることが可能となる。
【００２６】
吸気路３９に取り込まれた空気は、上述したようにバーナ部１８から火炉３の内部に供給される。
【００２７】
また通風系統３０は、排気路３８から分岐して、アッシュ出口４から火炉３内に排ガスを戻すように構成される。通風経路３０にはガス再循環通風機３３が設けられており、ガス再循環通風機３３を駆動することにより、排ガスの一部がアッシュ出口４を通じて火炉３の内部に取り込まれる。
【００２８】
このガス再循環通風機３３によって火炉３の内部に排ガスの一部を戻すことにより、火炉３の内壁面６及び後部煙道７の内壁面９の蒸発管１１（特に、火炉３の内壁面６の蒸発管１１）を冷却し、蒸発管１１が熱により損傷するのを防止することができる。また、蒸気タービン３５（高圧タービン３５ａ）から回収した蒸気を再熱器２６により加熱する際の温度を調整することができる。
【００２９】
一方、火炉３の内壁面６及び後部煙道７の内壁面には、蒸発管１１が所定のパターンで設けれており、この蒸発管１１内を水又は蒸気が流通するようになっている。
【００３０】
ボイラ２の外部には給水ポンプ１９が設けられ、この給水ポンプ１９の駆動により、脱気器（図示せず）に貯留されている水が、高圧ヒータ２０及び後部煙道７の節炭器２８を経て、予熱された後に、火炉３の蒸発管１１に供給される。
【００３１】
火炉３の蒸発管１１に供給された水は、火炉３の蒸発管１１内を流通する際に、火炉３の内部で燃料を燃焼することによって発生した燃焼ガスにより加熱されて高圧蒸気となる。この高圧蒸気は、火炉３と後部煙道７との接続部１０、及び後部煙道７の内部に設けられた過熱器２５で加熱されることによって過熱蒸気となり、減温器２７で温度調整された後に、蒸気系統４１を介して蒸気タービン３５（高圧タービン３５ａ）に導かれ、高圧タービン３５ａを介して蒸気タービン３５（高圧タービン３５ａ、中圧タービン３５ｂ、及び低圧タービン３５ｃ）を回転させる。
【００３２】
また、蒸気タービン３５（高圧タービン３５ａ）を回転させた後の蒸気は、再びボイラ２の後部煙道７に戻され、後部煙道８の再熱器２６で加熱されて再び過熱蒸気（再熱蒸気）となり、減温器２７で温度調整された後に蒸気タービン３５（中圧タービン３５ｂ）に導かれ、中圧タービン３５ｂを介して蒸気タービン３５（高圧タービン３５ａ、中圧タービン３５ｂ、及び低圧タービン３５ｃ）を回転させる。
【００３３】
以上、本実施形態に係る空気取り込み装置（吸気制御装置）３６及びこの空気取り込み装置３６を用いた火力発電設備１００について説明したが、本実施形態に係る空気取り込み装置３６及び火力発電設備１００によれば、押込み通風機を用いずに火炉３の内部に空気を供給可能とし、火力発電設備１００の電力使用量を減少させることが可能となる。
【００３４】
なお上述した実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【００３５】
例えば、吸気路３９の経路上に流量制御弁（不図示）を設けることにより、火炉３に送り込まれる空気の量を制御するようにしても良い。このような態様によって、火炉３内における燃料の燃焼状態に応じて、火炉３に送り込まれる空気の量を適切な量に制御する事が可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１  発電ユニット
２  ボイラ
３  火炉
４  アッシュ出口
５  排ガス出口
６  内壁面
７  後部煙道
８  排ガス出口
９  内壁面
１０  接続部
１１  蒸発管
１６  天井壁
１８  バーナ部
１９  給水ポンプ
２０  高圧ヒータ
２５  過熱器
２６  再熱器
２７  減温器
２８  節炭器
３０  通風系統
３２  空気予熱器
３３  ガス再循環通風機
３５  蒸気タービン（第１タービン）
３５ａ  高圧タービン
３５ｂ  中圧タービン
３５ｃ  低圧タービン
３６  空気取り込み装置（吸気制御装置）
３６ａ  排気タービン（第２タービン）
３６ｂ  コンプレッサ
３７  脱硝脱硫装置
３８  排気路
３８ａ  第１排気路
３８ｂ  第２排気路
３９  吸気路
４０  発電機
４１  蒸気系統
５０  煙突
１００  火力発電設備
【図１】
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