(57)【要約】【課題】炉内で生成された燃焼ガスの熱をより一層有効に利用し、プラント熱効率の向上を図った蒸気発生装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る蒸気発生装置１５は、炉内に供給する燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスの熱を給水に与えて蒸気を発生させる蒸気発生装置１５において、炉内に熱交換器３２を設けるとともに、この熱交換器３２に燃焼ガスから与えられる熱と熱交換して動力を発生させる原動機２９を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内に供給する燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスの熱を給水に与えて蒸気を発生させる蒸気発生装置において、前記炉内に熱交換器を設けるとともに、この熱交換器に前記燃焼ガスから与えられる熱と熱交換して動力を発生させる原動機を備えたことを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項２】
原動機は、空気圧縮機とガスエキスパンダとを備え、前記空気圧縮機からの圧縮空気を炉内に設けた熱交換器を介して加熱させ、加熱後の前記圧縮空気を前記ガスエキスパンダで膨張仕事をさせて動力を発生させる構成にしたことを特徴とする請求項１記載の蒸気発生装置。
【請求項３】
空気圧縮機は、モータを備えたことを特徴とする請求項２記載の蒸気発生装置。
【請求項４】
ガスエキスパンダは、発電機を備えたことを特徴とする請求項２記載の蒸気発生装置。
【請求項５】
ガスエキスパンダは、膨張仕事を終えた排気炉内に回収させる回収管を備えたことを特徴とする請求項２記載の蒸気発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炉内で生成された燃焼ガスの熱をあますことなく有効に活用する蒸気発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の事業用火力発電プラントでは、性能向上の強化を図ってプラント熱効率の向上が求められており、その一つに、例えばボイラ等の蒸気発生装置から生成される燃焼ガスの熱の有効利用がある。
【０００３】
火力発電プラントに適用される蒸気タービンやガスタービン等の原動機は、タービン入口の流体温度が高ければ高いほどより多くの仕事をして高出力化するとともに、熱効率もより一層増加することが知られている。このため、貫流式ボイラ等の蒸気発生装置は、臨界圧の蒸気から超臨界圧の蒸気に移行し、その建設実績も増加の一途を辿っており、その構成として図２に示すものがある。
【０００４】
事業用の火力発電プラントは、蒸気発生装置１、蒸気発生装置１からの発生した蒸気に膨張仕事をさせて発電機２を駆動する蒸気タービン３、蒸気タービン３で膨張仕事を終えたタービン排気を凝縮して復水にする復水器４、復水器４からの復水を給水加熱器５で再生（予熱）させて蒸気発生器１に戻す給水ポンプ６を備える循環閉路の構成になっている。
【０００５】
また、蒸気発生装置１は、燃焼室７を形成する炉壁に設けられ、燃焼ガスを生成するバーナ８、給水ポンプ６から節炭器９を介して供給される給水を蒸発させて飽和蒸気にする蒸発器１０、この蒸発器１０からの飽和蒸気を過熱蒸気にして蒸気タービン３に供給する過熱器１１、バーナ８に空気予熱器１２を介して燃焼用空気を供給する押込みファン１３、過熱器１１を出た燃焼ガスを大気に放出させる煙突１４を備えている。
【０００６】
このような構成を備えた火力発電所において、バーナ８に供給された燃料と押込みファン１３から空気予熱器１２を介して供給された燃焼用空気とで燃焼ガスを生成する。
【０００７】
生成された燃焼ガスは、蒸発器１０、過熱器１１、節炭器９、空気予熱器１２に順次、熱源として供給された後、煙突１４から大気に放出される。この間、蒸発器１０は、給水ポンプ６から節炭器９を介して供給された給水を温度約１５００℃の下、加熱蒸発させて飽和蒸気にさせる。飽和蒸気は、過熱器１１で温度１２００℃の下、過熱させ、約６００℃の過熱蒸気にし、蒸気タービン３に供給される。
【０００８】
蒸気タービン３は、過熱蒸気に膨張仕事をさせ、その際、発生する動力（回転トルク）で発電機２を駆動するとともに、膨張仕事を終えたタービン排気を復水器４で凝縮させて復水にし、その復水を給水加熱器５で再生（予熱）した後、給水ポンプ６を介して蒸気発生装置１に戻している。
【０００９】
このように、従来の火力発電所では、蒸気発生装置１に設けた過熱器１１から発生する蒸気を超臨界圧にし、その超臨界圧の蒸気を蒸気タービン３に供給し、高出力化を図っていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の蒸気和発生装置１において、蒸発器１０に熱源として供給される燃焼ガスの温度は約１５００℃になっているのに対し、給水の臨界温度は３７４℃を超えることがない。つまり、蒸発器１０では、１１００℃前後の温度差の下で、燃焼ガスと給水との熱移動が行われている。
【００１１】
また、過熱器１１では、蒸発器１０を通過した温度１２００℃程度の燃焼ガスが熱源として供給されるのに対し、発生する過熱蒸気の温度が６００℃程度に抑えられている。これは、構成部品の強度を高く維持させていることに基づく。
【００１２】
したがって、過熱器１１は、６００℃程度の温度差で、燃焼ガスと飽和蒸気との熱移動を行わせている。
【００１３】
そして、熱精算を行う場合、熱力学によれば、不可逆過程で発生したエントロピに復水器４に供給される冷却水の絶対温度を乗じた熱量を無効エネルギとして扱っている。このため、蒸気発生装置１では、燃焼ガスの熱がまだまだ有効に利用されずに排熱として大気に放出されていた。この排熱の大気への放出はプラント熱効率を低下させる要因の一つになっていた。
【００１４】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、炉内で生成された燃焼ガスの熱をより一層有効に利用し、プラント熱効率の向上を図った蒸気発生装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る蒸気発生装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、炉内に供給する燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスの熱を給水に与えて蒸気を発生させる蒸気発生装置において、前記炉内に熱交換器を設けるとともに、この熱交換器に前記燃焼ガスから与えられる熱と熱交換して動力を発生させる原動機を備えたものである。
【００１６】
また、本発明に係る蒸気発生装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、原動機は、空気圧縮機とガスエキスパンダとを備え、前記空気圧縮機からの圧縮空気を炉内に設けた熱交換器を介して加熱させ、加熱後の前記圧縮空気を前記ガスエキスパンダで膨張仕事をさせて動力を発生させる構成にしたものである。
【００１７】
また、本発明に係る蒸気発生装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、空気圧縮機は、モータを備えたものである。
【００１８】
また、本発明に係る蒸気発生装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、ガスエキスパンダは、発電機を備えたものである。
【００１９】
また、本発明に係る蒸気発生装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、ガスエキスパンダは、膨張仕事を終えた排気炉内に回収させる回収管を備えたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蒸気発生装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２１】
図１は、火力発電プラントに組み込んだ本発明に係る蒸気発生装置の実施形態を示す概略系統図である。
【００２２】
本実施形態に係る火力発電プラントは、例えば、事業用に適用するもので、蒸気発生装置１５、蒸気タービン１６、発電機１７、復水器１８、給水加熱器１９、給水ポンプ２０を備え、作動流体を循環させるランキンサイクルとして構成されている。なお、蒸気発生装置１５は、例えば貫流式ボイラである。
【００２３】
また、蒸気発生装置１５は、燃焼室２１を形成する炉壁に設けられ、燃焼ガスを生成するバーナ２２、給水ポンプ２０から節炭器２３を介して供給される給水を蒸発させて飽和蒸気にする蒸発器２４、この蒸発器２４からの飽和蒸気を過熱蒸気にして蒸気タービン１６に供給する過熱器２５、バーナ２２に空気予熱器２６を介して燃焼用空気を供給する押込みファン２７、過熱器２５を出た燃焼ガスを大気に放出させる煙突２８のほかに、原動機２９を備えている。
【００２４】
この原動機２９は、モータ３０で駆動される空気圧縮機３１、熱交換器３２、発電機３３を駆動するガスエキスパンダ３４等で構成されており、ガスエキスパンダ３４で膨張仕事を終えたガスタービン排気を蒸気発生器１５に回収させる回収管３５を備えている。
【００２５】
このような構成を備える火力発電プラントにおいて、バーナ２２に供給された燃料と押込みファン２７から空気予熱器２６を介して供給された燃焼用空気とで燃焼ガスを生成する。
【００２６】
生成された燃焼ガスの残りは、初めに蒸気発生装置１に収容された熱交換器３２に供給される。熱交換器３２は、原動機２９の空気圧縮機３１からの供給される圧縮空気を高温化させ、高温の燃焼ガスのエネルギの有効利用を図っている。すなわち、原動機２９は、モータ３０で空気圧縮機３１を駆動し、大気から吸い込んだ空気を圧縮し、その圧縮空気を熱交換器３２で加熱し、約１０００℃以上の温度にした後、ガスエキスパンダ３４に送っている。
【００２７】
ガスエキスパンダ３４は、高温・高圧の圧縮空気に膨張仕事をさせ、その際に発生する動力で発電機３３を駆動する。膨張仕事を終えたガスタービン排気（排ガス）は、約５００℃の高温になっているので、回収管３５を介して蒸気発生装置１５に回収させ、ここでより一層早く、かつ多量に発生させる蒸気促進用の熱源として利用される。
【００２８】
次に、熱交換器３２と熱交換した燃焼ガスは、蒸発器２４、過熱器２５、節炭器２３、空気予熱器２６に順次、熱源として供給された後、煙突２８から大気に放出される。この間、蒸発器２４は、給水ポンプ２０から節炭器２３を介して供給された給水を加熱蒸発させて飽和蒸気にさせる。飽和蒸気は、過熱器２５で過熱され、約６００℃の過熱蒸気にし、蒸気タービン１６に供給する。
【００２９】
蒸気タービン１６は、過熱蒸気に膨張仕事をさせ、その際、発生する動力で発電機１７を駆動するとともに、膨張仕事を終えたタービン排気を復水器１８で凝縮させて復水にし、その復水を給水加熱器１９で再生した後、給水ポンプ６を介して蒸気発生装置１５に戻している。
【００３０】
このように、本実施形態は、蒸気発生装置１５で生成される燃焼ガスの熱を巧みに利用する原動機２９を設けてより多くの動力を発生させるとともに、原動機２９からのガスタービン排気（排ガス）を蒸気発生装置１５に戻す回収管３５を設けてより一層の蒸気発生促進用の熱源として利用することで、エネルギの有効利用を図ってプラント熱効率をより一層向上させることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る蒸気発生装置は、炉内で生成される燃焼ガスの熱を利用して動力を発生させる原動機を設けるとともに、原動機の排気を回収してより一層蒸気の発生を促進させる回収手段を設けたもので、エネルギの有効利用を図ってプラント熱効率をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気発生装置を組み込んだ火力発電プラントの実施形態を示す概略系統図。
【図２】従来の火力発電プラントを示す概略系統図。
【符号の説明】
１  蒸気発生装置
２  発電機
３  蒸気タービン
４  復水器
５  給水加熱器
６  給水ポンプ
７  燃焼室
８  バーナ
９  節炭器
１０  蒸発器
１１  過熱器
１２  空気予熱器
１３  押込みファン
１４  煙突
１５  蒸気発生装置
１６  蒸気タービン
１７  発電機
１８  復水器
１９  給水加熱器
２０  給水ポンプ
２１  燃焼室
２２  バーナ
２３  節炭器
２４  蒸発器
２５  過熱器
２６  空気予熱器
２７  押込みファン
２８  煙突
２９  原動機
３０  モータ
３１  空気圧縮機
３２  熱交換器
３３  発電機
３４  ガスエキスパンダ
３５  回収管
【図１】
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【図２】
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