(57)【要約】【課題】熱電併給プラントの総合エネルギー利用効率を向上させ、しかも排熱回収ボイラや排熱回収ボイラ出口ダクトなどの原動機以降の後流機器をコンパクト化することと、更に該システムの起動時間を短縮し運用性を向上させることである。【解決手段】原動機３からの排ガスを排熱回収ボイラ６へ導き、排熱回収ボイラ６で排ガスの熱を回収することにより蒸気を発生させ、該蒸気を蒸気タービン１０に導き該蒸気タービン１０を駆動することにより蒸気タービン１０の回転軸出力により発電器を駆動させて電力を発生すると共に、前記蒸気の一部を抜いて他設備に供給する熱電併給プラントにおいて、前記排熱回収ボイラ６の出口排ガス流路１４に排ガスを誘引する誘引通風機１５を配置し、該誘引通風機１５の回転軸の駆動源として、前記蒸気タービン１０の回転軸の駆動力の一部又は全部を利用する構成になっていることを特徴とするものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン、ディーゼルエンジンまたはガスエンジン等の原動機の軸出力により発電器を駆動して発電し、さらに前記原動機からの排ガスを排熱回収ボイラへ導き、該排熱回収ボイラで排ガスの熱を回収することにより蒸気を発生させ、該蒸気を蒸気タービンに導き該蒸気タービンを駆動することにより蒸気タービンの回転軸の出力により発電器を駆動させて電力を発生すると共に、前記蒸気の一部を抜いて他設備に供給する熱電併給プラントにおいて、
前記排熱回収ボイラの出口排ガス流路に排ガスを誘引する誘引通風機を配置し、
該誘引通風機の回転軸の駆動源として、前記蒸気タービンの回転軸の駆動力の一部又は全部を利用する構成を備えたことを特徴とする熱電併給プラント。
【請求項２】
前記誘引通風機の回転軸の駆動源として、誘引通風機駆動用モータを利用する構成を備えたことを特徴とする請求項１記載の熱電併給プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン、ディーゼルエンジン及びガスエンジン等の原動機の軸出力で発電器を駆動させて電力供給を行う共に、原動機の排ガス熱を利用して排熱回収ボイラにより蒸気を発生して蒸気タービンを駆動し蒸気タービンの軸出力で発電すると共に前記蒸気の一部を他設備に熱併給する熱電併給プラントに関わり、特に原動機の背圧を低減させて、全体のプラント効率を向上させることに好適な熱電併給システムの排ガス通風装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱電併給プラントは、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたものが一般的であり、ガスタービンの軸動力で発電し、ガスタービンの排ガスから排熱回収ボイラで回収した蒸気で蒸気タービンを運転して発電機により発電を行うものである。電力主体のエネルギー需要の場合には複合発電プラントの例も増えており、この複合発電プラントに蒸気タービンの抽気蒸気や同タービン前の主蒸気を抜いて工場送気を実施し、熱電併給を行うことができるようになっていた（火力原子力発電Ｖｏｌ．４９、第１２０頁〜１２１頁）。
【０００３】
図３は従来の熱電併給プラントの概略系統図である。図３において、圧縮機１で発生した圧縮空気は燃焼器２に供給されて、この圧縮空気と燃料との混合体の燃焼によってガスタービン３を駆動する燃焼ガスを発生させる。この燃焼ガスはガスタービン３に供給され熱エネルギーを機械エネルギーに変換して、ガスタービン３の回転軸に直結されているガスタービン用発電機４がガスタービン３の運転に伴って発電を行う。
【０００４】
ガスタービン３内で仕事を終えた排ガスはガスダクト５を通って排熱回収ボイラ６に供給されて、排熱回収ボイラ６での蒸気発生のための熱源となる。
【０００５】
排熱回収ボイラ６への給水は給水ポンプ７により加圧されて主給水管８を通って行われる。排熱回収ボイラ６内に供給された給水は排ガスと熱交換を行い、蒸気を発生させる。この蒸気は排熱回収ボイラ６から主蒸気管９を通って蒸気タービン１０に供給される。
【０００６】
蒸気タービン１０の回転軸に直結されている蒸気タービン用発電機１１が、蒸気タービン１０の運転に伴って駆動して、発電を行う。ガスタービン用発電機４と蒸気タービン用発電機１１により生成した電気はそれぞれ送電路２４、２５を経由して需要側に供給される。
【０００７】
次に、蒸気タービン１０内で仕事を終えた蒸気は復水器１３に導かれ、熱交換されて給水となり給水ポンプ７により主給水管８へと再循環され排熱回収ボイラ６で蒸気発生用に利用される。
【０００８】
また、蒸気タービン１０の抽気蒸気をプロセス蒸気配管１２から取り出す。また、同蒸気タービン１０の前流側の主蒸気管９より分岐した主蒸気バイパス管２０から主蒸気を抜いて、これを工場送気及び地域冷暖房に利用する。
【０００９】
一方、排熱回収ボイラ６内で仕事を終えた排ガスは排熱回収ボイラ６の出口ガスダクト１４を通って煙突１９から大気に放出される。
【００１０】
以上の説明は熱電併給システムにおける排ガス、供給の流れの一般的な説明である。
【００１１】
また本出願人は、先に、排熱回収ボイラの出口排ガス流路に排ガスを誘引する誘引通風機を配置し、該誘引通風機を蒸気タービンの出口蒸気の一部を使用して回転駆動する構成を備えた熱電併給プラントについて特許第８１２５３４号を取得している。
【００１２】
【非特許文献１】
社団法人火力原子力発電技術協会発行、「火力原子力発電」、Ｖｏｌ．４９、第１２０頁〜１２１頁
【００１３】
【特許文献１】
特許第２８１２５３４号
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示す排ガスのドラフトにおいては、排熱回収ボイラ６の性能には直接影響しないが、排ガス圧力損失が増大すると、ガスタービン３の背圧が高くなり、それだけガスタービン３の出力が減少し、熱電併給プラントの総合発電効率が低下するので好ましくない。
【００１５】
また、従来の熱電併給プラントの起動時は、ガスタービン３の燃焼器２の点火前に、煙突１９を含む排気装置の全容積を少なくとも３回置換するのに十分な時間をかけてパージ操作をしなければならない。また、そのパージ時には外部の動力を補助動力として用いる必要があり、さらに圧縮機１に低回転での軸動力を伝達するため、風圧が上がらずパージ完了までに長時間を要していた。また、ガスタービン３の燃焼器２の点火後もガスタービン３の昇速途中まで外部の動力による補助が必要であり、排ガス温度の制御のため過大の燃料投入を防ぐガスタービン３の独自の制御が必要である。
【００１６】
また、特許第２８１２５３４号の発明は、排熱回収ボイラの出口に配置した誘引通風機を蒸気タービンの出口蒸気の一部を使用して回転駆動する構成を備えているが、前記誘引通風機の駆動能力をより高めることが要請されている。
【００１７】
本発明の課題は、熱電併給プラントの総合効率を向上させ、しかも排熱回収ボイラや排熱回収ボイラ出口ガスダクトなどの原動機以降の後流機器をコンパクト化することと、更に熱電併給プラントの起動時間を短縮し、運用性を向上させることである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を達成するために、排熱回収ボイラの出口に排ガスを吸引する誘引通風機を配置し、その誘引通風機を蒸気タービンの軸出力の一部または全部を使用して回転駆動する構成を特徴とするものである。
【００１９】
すなわち、本発明はガスタービン、ディーゼルエンジンまたはガスエンジン等の原動機の軸出力により発電器を駆動して発電し、さらに前記原動機からの排ガスを排熱回収ボイラへ導き、該排熱回収ボイラで排ガスの熱を回収することにより蒸気を発生させ、該蒸気を蒸気タービンに導き該蒸気タービンを駆動することにより蒸気タービンの回転軸出力により発電器を駆動させて電力を発生すると共に、前記蒸気の一部を抜いて他設備に供給する熱電併給プラントにおいて、前記排熱回収ボイラの出口排ガス流路に排ガスを誘引する誘引通風機を配置し、該誘引通風機の回転軸の駆動源として、前記蒸気タービンの回転軸の駆動力の一部又は全部を利用する構成を備えた熱電併給プラントである。
【００２０】
このとき、誘引通風機の回転軸の駆動源として、さらに誘引通風機駆動用モータを利用することができる。
【００２１】
【作用】
誘引通風機は、常時原動機出口排ガス圧力を大気に放出する程度に排ガスを誘引する。それによって、原動機の背圧は低下するので原動機の出力が向上する。前記誘引通風機を当該熱電併給プラントで発電した電気を使用して回転駆動することも考えられるが、そうすると電力の消費量が増え、結果的には熱電併給プラントの熱効率が下がることになる。これに対して、本発明は、誘引通風機を蒸気タービン回転軸出力の一部または全部を使用して回転駆動して制御する構成になっているから、誘引通風機の回転駆動のための電力の消費が不要で結果的に熱電併給プラントの熱効率を高く維持することができる。
【００２２】
また、特許第２８１２５３４号の発明のおける誘引通風機を蒸気タービンの出口蒸気の一部を使用して回転駆動する構成に比べて、蒸気タービンの回転軸の出力の一部または全部を直接誘引通風機の駆動に利用するのでよりエネルギー効率が優れた熱電併給プラントとすることができる。
【００２３】
また、蒸気タービンの緊急停止時には、誘引通風機の動力を誘引通風機駆動用モータに切り替えることにより蒸気タービンの前流側の設けた主蒸気バイパス管から蒸気を抜いても、熱電併給プラントの停止を防止することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態に関わる熱電併給プラントの概略系統図である。    図１において、符号１から符号１４までは図３に示す従来のものと同一のものを示す。
【００２５】
排熱回収ボイラ６の出口に誘引通風機１５を設け、該誘引通風機１５には誘引通風機駆動用モータ１６と誘引通風機軸動力伝達装置１７をそれぞれ接続し、誘引通風機１５の排気は煙突入口ダクト１８を経由して煙突１９から排気する。
【００２６】
誘引通風機１５は誘引通風機軸動力伝達装置１７を介して蒸気タービン１０を駆動源として駆動される。該誘引通風機軸動力伝達装置１７が停止したときは、誘引通風機駆動用モータ１６を誘引通風機１５の駆動源とする。
【００２７】
また、本実施の形態はガスタービン出口排ガスダクト５内に助燃装置を設置する排気助燃方式の排熱回収ボイラ及び燃焼器２を加圧ボイラに変更した過給ボイラにも実施可能である。
【００２８】
このような構造において、排熱回収ボイラ６出口の排ガスは、排熱回収ボイラ出口ガスダクト１４を通って誘引通風機１５でガスタービン３より排出した排ガスを誘引して煙突入口ダクト１８を通って煙突１９へ供給されて大気に放出するものである。
【００２９】
図１に示す実施の形態においては、誘引通風機１５の吸引作用によりガスタービン３の背圧を低下させることができるので、ガスタービン３での断熱膨張を有効に利用し、該ガス放出の放熱量（等圧放熱）を低下させることができる。
【００３０】
また、排熱回収ボイラ６内での排ガスの流速を上昇させることができるので、排熱回収ボイラ６の効率も向上する。
【００３１】
従って蒸気タービン１０の熱効率は低下するものの、ガスタービン３の熱効率、排熱回収ボイラ６の効率を向上させることにより、熱電併給プラントの熱効率が向上し、さらに高効率化が可能となる。
【００３２】
また、誘引通風機１５の能力を上昇させることにより、ガスタービン出口排ガスダクト５、排熱回収ボイラ６及び排熱回収ボイラ出口ガスダクト１４、煙突入口ダクト１８及び煙突１９をコンパクトにすることができる。
【００３３】
この実施の形態における熱電併給プラントの起動時は、ガスタービン出口ガスダクト５、排熱回収ボイラ６、排熱回収ボイラ出口ガスダクト１４及び煙突１９の排ガス圧力損失に関係なくガスタービン３並びに圧縮機１に好適な背圧で運転できることにより、さらに本熱電併給プラントの起動時間の短縮及び運用・制御の向上が図れる。
【００３４】
また、蒸気タービン１０の緊急停止時には、誘引通風機１５の動力を誘引通風機駆動用モータ１６に切り替えることにより蒸気タービン１０の前流側の蒸気を主蒸気バイパス管２０から抜いて、燃焼器２に積極的に噴霧し、ガスタービン用発電器４の電力出力を増加し、熱電併給プラントの停止を防止することができる。
【００３５】
このように誘引通風機１５を蒸気タービン１０の軸動力で回転させることにより、電力の消費を少なくし、さらに複合プラント熱効率を上昇させることができる。
【００３６】
図２は本発明の他の実施の形態を示すもので、符号４及び符号６から符号２５までは図１のものと同一のものを示す。
【００３７】
図１に示すガスタービン３に代えてディーゼルエンジン２１を用いる。ディーゼルエンジン２１には過給機２２が接続され、またディーゼルエンジン２１の排気は過給機出口ガスダクト２３から排熱回収ボイラ６に導入される。
【００３８】
このような構造において、図２に示すシステムが図１に示すものと異なる点は、図１のシステムにおいて、ガスタービン用発電機４をガスタービン３で回転させたが、図２のものにおいてはディーゼルエンジン２１によって主発電機４を回転させて発電するものである。
【００３９】
この図２に示す実施の形態では、過給機出口ガスダクト２３、排熱回収ボイラ６、排熱回収ボイラ出口ガスダクト１４及び煙突１９の排ガス圧力損失に関係なくディーゼルエンジン２１並びに過給機２２の最高効率点の背圧で制御及び運転できることにより、さらに熱電併給システム効率を向上させることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスタービンの背圧を低下させることにより、ガスタービン熱効率を上昇させるので、熱電併給プラントの総合効率を向上させることができる。
また、排熱回収ボイラ及びダクト内のガス流速を上昇させることにより、ガスタービン以降の機器をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に関わる熱電併給プラントの概略系統図である。
【図２】本発明の実施の形態に関わる熱電併給プラントの概略系統図である。
【図３】従来技術の熱電併給プラントの概略系統図である。
【符号の説明】
１  圧縮機                        ２  燃焼器
３  ガスタービン                  ４  ガスタービン用発電機
５  ガスタービン出口排ガスダクト
６  排熱回収ボイラ                ７  給水ポンプ
８  主給水管                      ９  主蒸気管
１０  蒸気タービン                １１  蒸気タービン用発電機
１２  プロセス蒸気配管            １３  復水器
１４  排熱回収ボイラ出口ガスダクト
１５  誘引通風機                  １６  誘引通風機駆動用モータ
１７  誘引通風機軸動力伝達装置
１８  煙突入口ダクト              １９  煙突
２０  主蒸気バイパス管            ２１  ディーゼルエンジン
２２  過給機                      ２３  過給機出口ガスダクト
２４、２５  送電路
【図１】
2004190558.tif 000003
【図２】
2004190558.tif 000004
【図３】
2004190558.tif 000005