(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンおよびガス・タービンと、前記タービンにより駆動される発電機と、前記ガス・タービンからの排熱を回収して蒸気タービンにエネルギーを供給する排熱回収ボイラと、および煙道が、それぞれ垂直方向に一連に配置された組み合わせを一組の発電設備として構成され、下層から上層に向かって蒸気タービン室、発電機室、ガス・タービン室および廃熱回収ボイラ室並びに煙道室をそれぞれ垂直方向に一連の配置として構成した建屋内に、前記発電設備の組が、平面的に見て複数組並設され、前記各組の発電設備を構成する煙道が上方の煙突と接続されていることを特徴とする、火力発電所。
【請求項２】
タービンは、発電機を中間に挟んでその上下に、垂直方向の回転軸を介して一連に設置されたガス・タービンと蒸気タービンとから成ることを特徴とする、請求項１に記載した火力発電所。
【請求項３】
複数組の発電設備における煙道が共通の単一の煙突と接続されていることを特徴とする、請求項１に記載した火力発電所。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、タービンで駆動される発電機と、タービンの排熱を回収してタービンへ戻す排熱回収ボイラとを具えた火力発電所の技術分野に属し、特に、建設用地面積を大幅に縮小できるように縦型（垂直型）に構成した火力発電所に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所は、ＬＮＧ、石油、石炭などを主要な燃料としてタービンを回転させ、このタービンの回転を発電機に伝えて発電を行っている。最近では、タービンにガス・タービンを用い、このガス・タービンの排熱を排熱回収ボイラで回収して蒸気を発生し、この蒸気により蒸気タービンを駆動して、更に発電機を駆動することによりエネルギー効率を高めている。また、ガス・タービン及び排熱回収ボイラからの排気、即ち、排煙を地上一定の高さに放出するための煙突も必要である。煙突は、環境問題解決などのために、地上高さが約２００メートルもある。
【０００３】
このように、従来の火力発電所は、ガス・タービン及び蒸気タービンが設置されたタービン室と、発電機が設置された発電機室と、排熱回収ボイラと、煙突と、これらを制御する中央操作室とが、それぞれ平面的な配置で広い面積に建設されている。しかも地上２００ｍにも及ぶ高い煙突の存在により、極めて大きな立体空間に建設されている。なお、発電機をタービン室に配置している場合もある。
【０００４】
現状の火力発電所の一例を図１０及び図１１に示す。図１０は火力発電所の平面図で、図１１は図１０の線Ａ−Ａに沿った側面図である。
【０００５】
タービン室（タービン用建屋）１０内には、ＬＮＧガスなどで回転駆動されるガス・タービンと、蒸気タービンと、これらガス・タービン及び蒸気タービンで駆動される発電機との組み合わせが複数組（図では８組）配置されている。８組のタービン及び発電機の組み合わせの各々には、排熱回収ボイラ１２が１個ずつ配置されている。排熱回収ボイラ１２は、ガス・タービンからの排熱を回収して、この熱により水を蒸気に変換し、この蒸気をエネルギーとして蒸気タービンを駆動する。タービン及び排熱回収ボイラ１２からの排煙は、４個の排熱回収ボイラ１２が１組となって煙突１４から排気される。
【０００６】
次に、実開昭６４−５１７０４号公報には、敷地面積を節約する構成の火力発電所が記載されている。この火力発電所は、中央操作室の両側の各々にタービン及び発電機用建屋と、ボイラ用建屋とを一線上に設置し、これら一直線状の建屋にそって、２組のボイラに結合された煙道を設置し、中央操作室近傍に設置された単一の煙突から排煙を行っている。
【０００７】
また、特開昭４９−２８７２８号公報には、複数のボイラを中央に設置し、これらボイラの外側に設置された機械室内に発電機が配置され、共通の煙突がボイラの上に配置された火力発電所を記載している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の火力発電所は、タービン室、発電機室、排熱回収ボイラ、煙突及び制御室が平面的な配置に建設されているため、火力発電所の建設には、例えば１辺が３００ｍにも及ぶほど広大な建設用地が必要となり、用地コストを含んだ建設コストが高くなっている。火力発電所は、タービン室、発電機室、排熱回収ボイラ及び煙突が１単位（即ち、１組）で構成され、通例はこうした単位を複数用いる多単位火力発電所として建設されるので、更にコストを上昇させている。よって、火力発電所の建設コストを低減させることが従来から望まれ、種々の提案がなされている。
【０００９】
その上、火力発電所も例外なく、寿命になる前に立て替えなければならない。その際には、現状の電力供給を維持する使命のため、現在の火力発電所を解体して更地にし、その後に新たな火力発電所を建設する余裕はない。即ち、現在の火力発電所に匹敵する同等大きさの立て替え用地を確保して、そこに新規の同等能力以上の火力発電所を建設し、電力供給を間断なく続行することが要求される。
【００１０】
しかしながら、日本のように土地が狭く限られたところでは、現在の火力発電所に隣接する場所に現在の火力発電所と同等以上の立て替え用地を確保すること自体がそもそも至難のことであり、しかも用地獲得の費用は巨大となり、新規火力発電所の建設コストを圧迫することになる。
【００１１】
この点、上記実開昭６４−５１７０４号公報に記載された火力発電所は、一直線状の建屋に対して直角方向に煙道を延ばす構成に比して敷地を有効活用できることは認められるが、総ての設備が依然として平面的に広がっており、敷地面積の節約に限度がある。
【００１２】
上記特開昭４９−２８７２８号公報に記載された火力発電所は、ボイラと煙突とが垂直方向に配置されているため、やはり敷地を有効に利用できることは認めるが、ボイラ及び煙突以外の設備は、やはり平面的な広がりをもって設置されており、敷地面積の節約にも限度がある。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、狭い建築面積に有効に建設でき、建設コストを低減できる縦型の火力発電所を提供することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、高い煙突を別途建設する必要のない構成の縦型火力発電所を提供することにある。
【００１５】
本発明の更に異なる目的は、維持コストを低減できる火力発電所を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する手段として、請求項１に記載した火力発電所は、
蒸気タービン２３およびガス・タービン２７と、前記タービンにより駆動される発電機２５と、前記ガス・タービン２７からの排熱を回収して蒸気タービン２３にエネルギーを供給する排熱回収ボイラ３１と、および煙道２９、３３が、それぞれ垂直方向に一連に配置された組み合わせを一組の発電設備として構成され、下層から上層に向かって蒸気タービン室２４と発電機室２６、ガスタービン室２８、および廃熱回収ボイラ室３２並びに煙道室３０、３３をそれぞれ垂直方向に一連の配置として構成した建屋内に、前記発電設備の組が、平面的に見て複数組並設され、前記各組の発電設備を構成する煙道３３が上方の煙突３６と接続されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した火力発電所において、
タービンは、発電機２５を中間に挟んでその上下に、垂直方向の回転軸を介して一連に設置されたガス・タービン２７と蒸気タービン２３とから成ることを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載した火力発電所において、
複数組の発電設備における煙道３３が共通の単一の煙突３６と接続されていることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図９に基いて、本発明に係る火力発電所の実施形態を説明する。
【００２４】
図１〜図３は、請求項１〜３に記載した発明の実施形態を示している。図１が概略的な立面図であり、図２は図１の線Ａ−Ａに沿った平面図、図３は図１の線Ｂ−Ｂに沿った平面図である。
【００２５】
この実施形態では、「４単位」、即ち、４組の発電設備で火力発電所が構成されている。火力発電所の建屋は、矩形平面の４隅に夫々配置された４本のメガ柱２０と、４辺のメガ梁２２とを主要素とするメガフレーム架構形式で構築されている。この建屋は、下層から上層に向かって、蒸気タービン２３が設置される蒸気タービン室（及び復水器室）２４と、発電機２５が設置される発電機室２６と、ガス・タービン２７が設置されるガス・タービン室２８と、第１煙道２９が設置される第１煙道室３０と、排熱回収ボイラ３１が固定設置される排熱回収ボイラ室３２と、第２煙道３３が設置される第２煙道室３４とをそれぞれ、垂直方向へ一連の配置とした「４単位」の集合で構成されている。
【００２６】
蒸気タービン室（及び復水器室）２４は、地下に配置されている。各階フロアの境界位置に大梁３８を設けて、メガフレーム架構形式の建屋を強固に構築している。４組の発電設備の各々において、蒸気タービン２３、発電機２５及びガス・タービン２７の回転軸は、それぞれ垂直方向の向きに一線状をなしている。なお、ガス・タービン２７には、燃料供給路（図示せず）を介して外部から天然ガスなどの燃料が供給される。ガス・タービン２７からの排煙は、煙道２９を通じて上昇し、排熱回収ボイラ３１に供給される。この排熱回収ボイラ３１の上端には、給水管（図示せず）を通じて外部から水が供給され、この水がガス・タービン２７の排熱により蒸気に変換される。この蒸気は、蒸気管（図示せず。）を通じて蒸気タービン２３へ供給され、蒸気タービンを回転させる。こうして発電機２５はガス・タービン２７及び蒸気タービン２３の両方で回転され、燃料を効率的に使用する。その後、蒸気は復水器で水となり、循環される。発電機２５で発電された電気は、変圧器を介して外部に送電される。
【００２７】
排熱回収ボイラ３１を通過した排気（排煙）は、煙道３３を通じて煙突３６へ供給され、高い大気中へ放出される。この実施例では、単一の煙突３６が４組の排熱回収ボイラ３１に共用されている。とはいえ、蒸気タービン２３と、発電機２５、ガス・タービン２７、第１煙道２９、排熱回収ボイラ３１、第２煙道３３とをそれぞれ垂直方向へ一連の配置とした構成部分の高さだけで既に地上１８０ｍ近くにもなるので、煙突３６の高さは実質２０ｍ前後でしかない。
【００２８】
蒸気タービン２３及びガス・タービン２７の保守作業は各々の室内で行われる。図２にガス・タービン室２８を示したように、建屋の平面配置は室内中央部にゆとりの空間が空いているので、例えば略中央に作業ロボット４０を配置し、この作業ロボット４０により４個のガスタービン２７を必要に応じて縦型配置のまま順に出し入れして保守点検を行う。また、メガ柱２０，２０の間の大梁３８の上に、機械室４２及び保守ステージ４４を設けている。
【００２９】
次に、図４〜図６は、請求項１〜３に記載した発明の異なる実施形態を示す。図４が概略的な断面図であり、図５は図４の線Ａ−Ａに沿った平面図である。図６は図４の線Ｂ−Ｂに沿った平面図である。
以下、上記図１〜図３の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３０】
上記の第１実施形態では、蒸気タービン室（及び復水器室）２４が地下の同一フロアに設けられていたが、この第２実施形態では、最下階に復水器室４６が設けられ、その上階に蒸気タービン室４８が分離独立して設けられており、復水器室４６が地下になっている。
【００３１】
排熱回収ボイラ室３２において、排熱回収ボイラ３１は、メガ梁２２から吊りロッド５０により吊り下げられて吊り免震構造に構成され、その下端付近に制御ダンパー５２がメガ柱２０及びメガ梁２２に対して設けられている。排熱回収ボイラ３１が吊り下げられているため、煙突３６は、各排熱回収ボイラ３１に対して個別に設けられている。図５に示したように、各タービンの保守作業は、作業ロボット４０が各階フロアにて行う。
【００３２】
次に、図７〜図９は、請求項１〜３に記載した発明の第３の実施形態を示している。図７が概略的な断面図であり、図８は図７の線Ａ−Ａに沿った平面図、図９は図７の線Ｂ−Ｂに沿った平面図である。
【００３３】
上述の第１及び第２実施形態と異なる点は、建屋の構造が鉄筋コンクリート構造（ＲＣ）であり、ＲＣ壁６０とＲＣ床６２とで各フロアの機器類を支持する形式である。第２煙道室３４の上の大梁６１の上に、排熱を利用した地域共生施設として、熱帯ビオトーブ／温水プール／展望室６３を設けている。
【００３４】
以上要するに、本発明の火力発電所は、その「一単位」を構成するタービン、発電機、排熱回収ボイラ及び煙突が、垂直方向に一連の配置で縦型の構成されているため、その建設用地は、例えば蒸気タービン室の平面積で足りることになり、発電所建設に必要な用地面積を従来に比べて例えば約４分の１といったように大幅に縮小化できる。
【００３５】
多単位の火力発電所を建築する場合でも、用地の大幅な縮小化ができる。また、タービン、発電機及び排熱回収ボイラの「単位」が垂直方向に一線状に配置されているため、排熱回収ボイラ３１の上端は、地上からかなりの高さの位置になるので、煙突３６を設置する必要がなくなるか、又は煙突の長さを著しく短くでき、それでいて排煙口は充分な地上高さにできる。さらに、この火力発電所を、メガ柱２０及びメガ梁２２で構成されたメガフレーム架構形式の建屋内に設置することにより、建設コストを一層低減できると共に、維持管理コストも低減できる。
【００３６】
【実施例】
上記の各実施形態において、煙突３６の先端部の地上高さは約２００メートルであるが、煙突自体の実質長さは、火力発電所を構成する「一単位」の高さ、ないしはこれを支持する排熱回収ボイラ３１の上端の地上高さと、前記２００メートルとの差でよい。必要とする排煙の高さがさほど高くなくて良い実施例の場合、煙突が不要になることもある。蒸気タービン室２４又は４８などが地下に潜る場合、その深さは、約２０メートルである。タービン室の平面形状は、一辺の長さが約７０メートルの大きさである。断面が矩形のメガ柱２０の一辺の長さは約１０メートルである。２８０万キロワット出力の「従来の火力発電所」の敷地は、３００メートル×３００メートル程度必要であったが、本発明によれば、同規模の発電能力を有する火力発電所の敷地は１００メートル×１４０メートルに減少できる。従って、本発明の実施例で必要な敷地面積は、従来の６分の１〜４分の１に削減でき、用地コストを大幅に低減できる。
【００３７】
以上に本発明の好適な実施形態、及び実施例について説明したが、本発明の要旨を逸脱することなく種々の変形、変更の実施が可能である。例えば、発電所の単位を、垂直方向に下から上に向かって、蒸気タービン、発電機及びガス・タービンの順序に配置した構成を示したが、発電機、蒸気タービン及びガス・タービンの順序でもよい。しかし、排煙は、下から上に上がるため、ガス・タービンの直ぐ上に排熱回収ボイラを配置することがエネルギー効率の点から重要である。また、必要に応じて、中央操作室及び事務本館を、メガ柱の傍に設けてもよい。
【００３８】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜３記載の発明によれば、火力発電所を構成する「一単位」のタービン、発電機及び排熱回収ボイラが垂直方向に一連に配置された縦型の構成とされているため、小さな敷地面積の上に効率的に建設でき、用地面積の縮小化とそれに伴う建設コストの大幅な低減を達成できる。従って、老朽化した火力発電所の立て替えを容易に安価に行うことができる。
【００３９】
また、煙突を排熱回収ボイラの上に設置するため、煙突の長さを短くできるし、排熱回収ボイラまでの高さが排煙に必要な高さに達していれば、煙突を不要にもできる。さらに、保守作業を各階フロアで集中的に行なえるので、維持コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の火力発電所の第１実施形態を示した概略的側面図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿って切断した平面図である。
【図３】図１の線Ｂ−Ｂに沿って切断した平面図である。
【図４】本発明の火力発電所の第２実施形態を示した概略的側面図である。
【図５】図４の線Ａ−Ａに沿って切断した平面図である。
【図６】図４の線Ｂ−Ｂに沿って切断した平面図である。
【図７】本発明の火力発電所の第３実施形態を示した概略的側面図である。
【図８】図７の線Ａ−Ａに沿って切断した平面図である。
【図９】図７の線Ｂ−Ｂに沿って切断した平面図である。
【図１０】従来の火力発電所の平面図である。
【図１１】図１０の線Ａ−Ａに沿って切断した側面図である。
【符号の説明】
２０  メガ柱
２２  メガ梁
２３  蒸気タービン
２４  蒸気タービン室／復水器室
２５  発電機
２６  発電機室
２７  ガス・タービン
２８  ガス・タービン室
２９  第１煙道
３１  排熱回収ボイラ
３２  排熱回収ボイラ室
３３  第２煙道
３６  煙突
３８  大梁
４６  復水器室
４８  蒸気タービン室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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