(57)【要約】【課題】必要な発生蒸気量を確保した上で発生蒸気を十分に有効活用することができるようにする。【解決手段】この発明の複合発電装置は、ごみ焼却炉排ガスを利用する焼却炉ボイラ２１〜２ｎと、ガスタービン７に連結されたガスタービン発電機６と、発生蒸気量を調整するための助燃設備８ａを有する、ガスタービン７の排ガスを利用する排熱ボイラ８と、焼却炉ボイラ及び排熱ボイラの発生蒸気により共通の蒸気ヘッダ３を介して駆動される蒸気タービン４と、この蒸気タービン４に連結された蒸気タービン発電機５とを備え、要求電力の一部を蒸気タービン発電機５から供給し、その不足分をガスタービン発電機６で補いつつ蒸気ヘッダ３の蒸気圧をほぼ一定にするように助燃設備８ａを制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみ焼却炉排ガスを利用する焼却炉ボイラと、この焼却炉ボイラで発生された蒸気を導入する蒸気ヘッダと、この蒸気ヘッダから供給される蒸気によって駆動される蒸気タービンと、この蒸気タービンに連結され、要求電力の一部を負担する蒸気タービン発電機と、ガスタービンと、このガスタービンに連結され、前記要求電力の残部を負担するガスタービン発電機と、前記ガスタービンの排ガス熱を利用して発生した蒸気を前記蒸気ヘッダに導入する排熱ボイラとを備えた複合発電装置において、
前記排熱ボイラの発生蒸気量を調整するために前記排熱ボイラに設けられた助燃設備と、前記蒸気ヘッダの蒸気圧をほぼ一定に維持するように前記助燃設備の発生熱量を制御する助燃制御手段とを具備したことを特徴とする複合発電装置。
【請求項２】
前記助燃設備の燃料は流体燃料であり、前記助燃制御手段は前記助燃設備への供給燃料の流量を制御する助燃燃料流量制御手段であることを特徴とする請求項１に記載の複合発電装置。
【請求項３】
前記ガスタービン発電機に対する電力設定値の変化分に所定の係数を乗じた値を前記助燃制御手段にフィードフォワードで与える手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の複合発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複合発電装置に関する。より詳細には、本発明は、ごみ焼却炉排ガスを利用する焼却炉ボイラと、この焼却炉ボイラで発生された蒸気を導入する蒸気ヘッダと、この蒸気ヘッダから供給される蒸気によって駆動される蒸気タービンと、この蒸気タービンに連結され、要求電力の一部を負担する蒸気タービン発電機と、ガスタービンと、このガスタービンに連結され、要求電力の残部を負担するガスタービン発電機と、ガスタービンの排ガス熱を利用して発生した蒸気を蒸気ヘッダに導入する排熱ボイラとを備えた複合発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の複合発電装置は、ごみ焼却炉で発生する少なからぬ発生熱を有効利用する手段として着目されている。公知技術（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）においては、ごみ焼却炉の発生熱を利用する焼却炉ボイラで発生させた蒸気を、ガスタービンの排ガスを利用した排熱ボイラの過熱器に導入することにより、効率の高いボイラ式発電設備を実現している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３２１６１１号公報  （図１とその説明）
【特許文献２】
特開平６−３１７１０９号公報  （図１とその説明）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、公知の装置では、ごみ発電の特徴である発生蒸気量を任意に制御することができないこと、それに関連して、蒸気タービンに連結された発電機の発電電力を任意に制御することができないことの問題点が存在する。発電機出力をできるだけ一定値にするために蒸気タービンの入口圧力を制御しようとすると、蒸気圧力基準値つまりは発電機出力の基準値を相当低い所に設定し、タービンバイパス設備を用いて基準値を超えた分の蒸気をバイパスすることによって一定値にするほかなく、それでは、基準値を超える比較的大量の蒸気を、バイパス設備を通してバイパスすなわち捨てることによって圧力制御することになり、ごみ焼却炉で発生した発生蒸気を無駄にし、有効活用できないことになる。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、必要な発生蒸気量を確保した上で発生蒸気を十分に有効活用することができる複合発電装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、ごみ焼却炉排ガスを利用する焼却炉ボイラと、この焼却炉ボイラで発生された蒸気を導入する蒸気ヘッダと、この蒸気ヘッダから供給される蒸気によって駆動される蒸気タービンと、この蒸気タービンに連結され、要求電力の一部を負担する蒸気タービン発電機と、ガスタービンと、このガスタービンに連結され、要求電力の残部を負担するガスタービン発電機と、ガスタービンの排ガス熱を利用して発生した蒸気を蒸気ヘッダに導入する排熱ボイラとを備えた複合発電装置において、排熱ボイラの発生蒸気量を調整するために排熱ボイラに設けられた助燃設備と、蒸気ヘッダの蒸気圧をほぼ一定に維持するように助燃設備の発生熱量を制御する助燃制御手段とを具備したことを特徴とする。
【０００７】
本発明による複合発電装置においては、焼却炉ボイラから発生する蒸気により蒸気タービンを介して発電するとともに、ガスタービンにおいても発電する複合発電システムを採用する。焼却炉においては、燃料である一般ゴミの発生熱量は均一でなく、電気負荷の変動に必ずしも迅速には応動できないという特質を持っている。一方、発電設備としては、需要家の要求電力に応じた、制御された高品質の電力を供給することが要求される。したがって、負荷調整設備としてガスタービンによる発電が併用されるわけである。また、蒸気負荷においては、ガスタービン負荷に応じてガスタービン排熱ボイラから発生される蒸気量が変動し、蒸気タービン発電電力へ影響を及ぼす。これらの影響を吸収して安定な発電運転を可能とするために、本発明においては、ガスタービン排熱ボイラに助燃設備を設け、蒸気ヘッダの蒸気圧力を一定にするように助燃設備の発生熱量を制御することにより、蒸気タービンに供給するトータル蒸気量を可及的に一定にするものである。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の複合発電装置において、助燃設備の燃料は流体燃料であり、助燃制御手段は助燃設備への供給燃料の流量を制御する助燃燃料流量制御手段であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の複合発電装置において、ガスタービン発電機に対する電力設定値の変化分に所定の係数を乗じた値を助燃制御手段にフィードフォワードで与える手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による複合発電装置のプラント系統図である。ごみを焼却するために複数の焼却炉１１〜１ｎが設けられており、各焼却炉にはそれぞれ１対１の関係で焼却炉ボイラ２１〜２ｎが設けられている。焼却炉ボイラ２１〜２ｎは焼却炉１１〜１ｎのごみ焼却熱により蒸気を発生し、発生した蒸気を、蒸気ヘッダ３を介して蒸気タービン４に供給しそれを駆動する。蒸気タービン４には蒸気タービン発電機５が連結されている。図１には１台の蒸気タービン４が示されているが、蒸気タービン４は１台であっても良いし複数台であっても良い。それに対応して、蒸気タービン発電機５も１台または複数台であり得る。
【００１１】
他方、蒸気タービン発電機５の発電電力を補うために、ガスタービン７によって駆動されるガスタービン発電機６が設けられている。ガスタービン７の排ガスは排熱ボイラ８に導入される。排熱ボイラ８で発生された蒸気は蒸気ヘッダ３に送られ、ここで、焼却炉ボイラ２１〜２ｎからの蒸気と合流される。排熱ボイラ８は助燃設備８ａを有する。この助燃設備８ａは、燃料源９から燃料流量制御装置１０を介して供給される重油やガスなどの流体燃料により助燃される。ガスタービン７及びガスタービン発電機６も１台に限られることなく、場合によっては複数台であっても良い。
【００１２】
蒸気タービン発電機５には、需要家からの要求電力Ｐｃのうち、発電可能な電力に相当する電力設定値Ｐｓがまず設定され、ガスタービン発電機６には、その残余の部分に相当する電力設定値Ｐｇ（＝Ｐｃ−Ｐｓ）が設定される。両タービン発電機５，６の発電電力は図示していない電力回線を介して需要家に供給される。焼却炉１１〜１ｎのごみ焼却量に多少の変動を生じても、蒸気タービン発電機５ができるだけ一定電力を発生できるように、排熱ボイラ８の助けを借りて蒸気ヘッダ３の蒸気圧力はできるだけ一定に維持されるように制御される。そのため、排熱ボイラ８には助燃設備８ａが設けられ、その発生熱が燃料流量制御装置１０によって制御される。
【００１３】
図２は、蒸気タービン４に蒸気を供給する蒸気ヘッダ３の蒸気圧力をできるだけ一定に維持できるように制御する制御装置の系統図を示すものである。需要家から要求電力Ｐｃが与えられると、蒸気タービン発電機発電電力設定手段３１において、要求電力Ｐｃ及びごみ焼却炉２１〜２ｎの稼働状況を考慮して、まず蒸気タービン発電機５が発電すべき発電電力Ｐｓを決定し、それをヘッダ圧力設定手段３２及び蒸気タービン発電機発電電力制御手段３３に蒸気タービン発電機発電電力設定値として送出する。他方、要求電力Ｐｃから蒸気タービン発電機発電電力設定値Ｐｓを差し引いた値、Ｐｃ−Ｐｓ＝Ｐｇ  を減算器３４において算出し、これをガスタービン発電機発電電力設定値としてガスタービン発電機発電電力制御手段３５に与える。
【００１４】
蒸気タービン発電機発電電力制御手段３３は、与えられた発電電力設定値Ｐｓを達成するように、蒸気タービン発電機５の発電電力Ｐｓｒをフィードバック制御する。同様に、ガスタービン発電機発電電力制御手段３５は、与えられた発電電力設定値Ｐｇを達成するように、ガスタービン発電機６の発電電力Ｐｇｒをフィードバック制御する。
【００１５】
すでに述べたように、蒸気ヘッダ３の蒸気圧力Ｈｐｒは本来ごみ焼却炉２１〜２ｎの稼働状況や発生熱量等の影響を大きく受ける。この影響は蒸気圧力Ｈｐｒに対する外乱として作用し、蒸気タービン発電機５の発電電力を大きく変動させかねない。その外乱成分を補償し蒸気ヘッダ３の蒸気圧力Ｈｐｒをできるだけ一定に維持するために、ガスタービン７の排熱を利用する排熱ボイラ８に設けた助燃設備８ａを活用する。すなわち、蒸気タービン発電機発電電力設定手段３１によって設定された発電電力設定値Ｐｓに基づいて、ヘッダ圧力設定手段３２は発電電力設定値Ｐｓに対応するヘッダ圧力を演算し、それをヘッダ圧力設定値Ｈｐとして助燃燃料流量制御手段３６に送出する。助燃燃料流量制御手段３６は、基本的には、ヘッダ圧力設定値Ｈｐを達成するようにヘッダ圧力制御手段３７を介して助燃設備８ａの助燃燃料流量をフィードバック制御する。
【００１６】
蒸気タービン発電機５及びガスタービン発電機６による総発電電力（＝Ｐｓ＋Ｐｇ）は需要家の要求電力Ｐｃに従って適宜変更され得る。その場合、要求電力Ｐｃから蒸気タービン発電機５の発電電力Ｐｓｒを差し引いた値の電力をガスタービン発電機６の発電電力Ｐｇｒにより調節する。
【００１７】
ところが、蒸気圧力制御系及び燃焼制御系の制御応答は一般に時定数が大きいという特質を持っている。そのため、ガスタービン７の排熱を利用する排熱ボイラ８への入熱量とその蒸気発生量は、ガスタービン７の出力すなわちガスタービン発電機６の発電電力Ｐｇｒが変化すると、その変化直後は制御系が応答しきれないため、そのまま蒸気ヘッダ３の蒸気圧力Ｈｐｒを大きく変化させることになりかねない。したがって、応答性の良好な制御系を構成することは一般に難しいものとなる。
【００１８】
そこで、ガスタービン発電機６に対する電力設定値Ｐｇの変化分を迅速に捕捉し、フィードバック制御に先立って予め対策を講ずるべく、ガスタービン発電機６の発電電力設定値Ｐｇを入力としてその変化分ΔＰｇを演算するΔＰｇ演算手段３８と、そこで算出された変化分ΔＰｇに所定の係数ｋを乗算して得られた積ｋ・ΔＰｇを助燃燃料流量制御手段３６にフィードフォワード制御分として加えるｋ・ΔＰｇ演算手段３９とを設けている。
【００１９】
図２に示す制御装置によれば、蒸気ヘッダ３の蒸気圧力は助燃燃料流量制御手段３６及びヘッダ圧力制御手段３７により、蒸気圧力Ｈｐｒを用いてフィードバック制御されるとともに、ガスタービン発電機６に対する電力設定値Ｐｇの変化分を用いてフィードフォワード制御されるので、蒸気ヘッダ３の圧力を制御する制御系の応答性を改善し、電力設定値の急変時でも、電力需要の必要を満たしつつ蒸気ヘッダ３の圧力をできるだけ一定に維持し、発生蒸気を十分に有効活用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスタービン排熱ボイラに助燃設備を備え、蒸気タービン入口側の蒸気圧力をできるだけ一定値に維持し、要求電力を満たしながらガスタービン発電電力を制御し、トータルとして発生蒸気を有効活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する複合発電装置のプラント系統図。
【図２】図１の複合発電装置を制御する制御装置の制御系統図。
【符号の説明】
１１〜１ｎ  焼却炉
２１〜２ｎ  焼却炉ボイラ
３  蒸気ヘッダ
４  蒸気タービン
５  蒸気タービン発電機
６  ガスタービン発電機
７  ガスタービン
８  排熱ボイラ
８ａ  助燃設備
９  燃料源
１０  燃料流量制御装置
３１  蒸気タービン発電機発電電力設定手段
３２  ヘッダ圧力設定手段
３３  蒸気タービン発電機発電電力制御手段
３４  減算器
３５  ガスタービン発電機発電電力制御手段
３６  助燃燃料流量制御手段
３７  ヘッダ圧力制御手段
３８  ΔＰｇ演算手段
３９  ｋ・ΔＰｇ演算手段
【図１】
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【図２】
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