(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発生器で発生した蒸気をガスタービンの排熱を利用する排熱回収ボイラで加熱した後、蒸気タービンに供給するようにしたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、蒸気タービンの主蒸気入口ノズル部を高温蒸気入口ノズル部と低温蒸気入口ノズル部に２分割するとともに、主蒸気系統を上記高温蒸気入口ノズル部と低温蒸気入口ノズル部にそれぞれ接続された２つの系統に分岐し、その両系統にそれぞれ蒸気温度に対応して上記２つの系統のいずれか一方に蒸気を供給する切替え弁を設けたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項２】
低温蒸気入口ノズル部に接続された主蒸気系統を排熱回収ボイラの上流側で分岐させたことを特徴とする、請求項１記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項３】
蒸気発生器で発生した蒸気をガスタービンの排熱を利用する排熱回収ボイラで加熱した後、蒸気タービンに供給するようにしたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの過熱器の中間段から抽気し、その抽気を蒸気タービンの中間段落に供給するようにしたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項４】
蒸気発生器で発生した蒸気をガスタービンの排熱を利用する排熱回収ボイラで加熱した後、蒸気タービンに供給するようにしたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、上記蒸気発生器で発生した蒸気の一部を減圧器を介して蒸気タービンの中間段落に供給するようにしたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項５】
蒸気発生器で発生した蒸気をガスタービンの排熱を利用する排熱回収ボイラで加熱した後、蒸気タービンに供給するようにしたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、蒸気発生器発生蒸気量及び蒸気加減弁の開度に対応して蒸気タービン入口蒸気圧の圧力設定値を変更する前圧制御装置を設けたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項６】
ガスタービン、発電機及び蒸気タービンを一軸上に配設し、ガスタービンと発電機、及び発電機と蒸気タービンとをそれぞれ自動嵌脱装置を介して連結したことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のコンバインドサイクル発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばごみ焼却炉で発生した蒸気をガスタービンの排熱を利用する排熱回収ボイラで加熱した後、蒸気タービンに供給するようにしたコンバインドサイクル発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ごみ焼却炉を利用した発電設備では、清掃工場の所内電力を賄うことのみを目的として計画されており、発電に使用する蒸気量以外の余剰蒸気は蒸気タービンをバイパスさせ復水器などに回収することが行なわれており、ごみが有するエネルギーは必ずしも有効利用されていない。
【０００３】
しかしながら、近年の逼迫する電力需要に対応するとともに二酸化炭素の排出量の抑制を目的とし、大型分散型電源として蒸気量の全量を発電に利用したり、一歩進めてより高効率をめざして、ガスタービンとその排熱を利用する排熱回収ボイラと蒸気タービン設備をもつコンバインドサイクルプラントとすることが多くなってきている。
【０００４】
図８は、ごみ焼却炉１で発生した蒸気で発電するようにしたプラントにガスタービンの排熱を利用する排熱回収ボイラを組合わせたコンバインドサイクル発電プラントの概略系統図であって、上記ごみ焼却炉１で発生した蒸気が排熱回収ボイラ２に供給されそこで過熱されるようにしてある。
【０００５】
すなわち、上記排熱回収ボイラ２にはガスタービン３の排ガスダクト４が接続されており、ガスタービン３の排ガスが上記排ガスダクト４を介して排熱回収ボイラ２に供給されるとともに、排熱回収ボイラ２内には節炭器５、蒸発器６、及び過熱器７が設けられ、その過熱器７に上記ごみ焼却炉１の主蒸気管８が接続されている。
【０００６】
しかして、ごみ焼却炉１で発生した蒸気は、上記過熱器７でガスタービン３からの排ガスと熱交換して過熱された後、主蒸気止め弁９及び蒸気加減弁１０を経て蒸気タービン１１に供給される。蒸気タービン１１に供給された蒸気はそこで仕事を行ない発電機１２を作動させ、一方蒸気タービン１１で仕事を行なった蒸気は復水器１３で復水された後、復水ポンプ１４及び給水管１５を介して前記ごみ焼却炉１に還流される。
【０００７】
上記給水管１５には復水ポンプ１４の下流側からボイラ給水管１６が分岐導出されており、そのボイラ給水管１５がボイラ給水ポンプ１７を介して前記節炭器５に接続されている。節炭器５には蒸気ドラム１８が接続されており、その蒸気ドラム１８には蒸発器６が接続され、循環ポンプ１９によって蒸気ドラム１８内の給水が蒸発器６に供給されるようにしてある。
【０００８】
したがって、復水ポンプ１４によって給水管１５に送給された給水の一部はボイラ給水管１６を経て節炭器５で予熱された後蒸気ドラム１８に流入し、さらに蒸発器６で加熱される。そして、そこで発生した蒸気が前記主蒸気管８内のごみ焼却炉１で発生した蒸気と合流される。
【０００９】
一方、前記主蒸気管８には主蒸気止め弁９の上流側からタービンバイパス系２０が分岐導出され、減圧弁２１及び減温器２２を介して余剰蒸気を復水器１３に放出するようにしてある。
【００１０】
ところで、上記ごみ焼却炉を利用するコンバインドサイクルプラントにおけるガスタービン発電設備はピーク電力需要に協力するため、昼間のみ運用し夜間は停止することが要求され、連続運転よりもＤＳＳ（Daily Start Stop）運転またはＷＳＳ（Weekly Start Stop)運転の運用となることが一般的である。
【００１１】
また、ごみ焼却炉の蒸気温度は排ガス温度と腐食の関係から安全な範囲としては１５０〜３３０℃程度に限定される。したがってごみ発電の蒸気タービン蒸気条件としては、ほぼ２００〜３００℃程度に設定するのが一般的である。
【００１２】
上記ごみ焼却炉利用のコンバインドサイクルプラントは、ごみ焼却炉からの蒸気（約２００〜３００℃程度の蒸気温度）をさらにガスタービンの排熱を利用する排熱回収ボイラから発生する蒸気と合流させた後、排熱回収ボイラの過熱器で約４００〜５００℃程度の蒸気に加熱して蒸気タービンに導き運転するが、夜間等はガスタービンを停止し、ごみ焼却炉からの蒸気（約２００〜３００℃程度の蒸気温度）を上記蒸気タービンに導き運転するため、昼・夜間の運用において、蒸気条件の異なる２種類の主蒸気を同一の主蒸気系統によって蒸気タービンに導き運転する必要がある。
【００１３】
ところが、この場合には昼間から夜間への切替え運転の時、ガスタービンを夜間停止することで、蒸気タービンの主蒸気温度が約４００〜５００℃程度の蒸気温度から約２００〜３００℃程度の蒸気温度へ瞬時（約１〜２分）で変化するため、ガスタービンと排熱回収ボイラの負荷を蒸気タービン入口温度許容変化率に準じて減少させた後に、ガスタービンを停止させざるを得ない。そのため、停止に要する時間が約５０〜７０分程度と長くなる。また、ガスタービン非常停止時は一旦蒸気タービンを停止して再起動する手順を踏んでいた。
【００１４】
一方、ごみ焼却炉からの蒸気量は、ごみの投入量やごみ質の変化などによって瞬間的に変動するため、その変動蒸気量は蒸気タービンに流入されず、蒸気タービンをバイパスして復水器へ回収することが多い。また、ごみ焼却炉利用発電プラントを計画した時点の、ごみ焼却量、ごみ発熱量は将来的には必ず増加し、ごみ焼却炉からの蒸気量も増加する。
【００１５】
しかし、計画時において蒸気タービン流入蒸気量は決定されているため、蒸気量の増加分は復水器へバイパスさせて回収している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにごみ焼却炉を利用するコンバインドサイクル発電プラントは、運用面からみると余剰小電力を電力会社へ売電する場合と卸電気事業のように全量売電する場合があり、安定した電源設備として機能しなくてはならないことと、ＤＳＳ及びＷＳＳ運転に対応することにより、起動・停止運転の繰返しによって生じる機器の熱疲労による寿命低下を軽減させる必要がある。また、未利用エネルギーの有効利用・高効率化という観点から設置される発電プラントであるにもかかわらず、瞬時のごみ蒸気量変化、将来のごみ焼却量、ごみ発熱量の変動による蒸気量の増加を有効利用できない等の問題がある。
【００１７】
一方、運転方法として、従来は蒸気タービンを運転しておいて、後にガスタービンを起動する場合、ガスタービンは８〜１５分程度で１００％負荷まで到達するため、排熱回収ボイラで過熱された主蒸気温度が急激に上昇する。さらにプラント運転中にガスタービンがトリップした場合は排熱がなくなるため、排熱回収ボイラからの主蒸気温度が急激に降下し蒸気タービン温度変化許容値を越える。したがって、一旦蒸気タービンも停止させ再起動させなければならない等の問題がある。
【００１８】
また、ＤＳＳ、ＷＳＳの運用をする場合、蒸気タービンにおいては昼・夜間の運用で蒸気条件の異なる２種類の主蒸気を同一ラインで蒸気タービンに供給させるため、熱応力に対する蒸気タービンの構造上の対応が必要となる。しかも、ごみ焼却場に隣接されるため機器配置は極力コンパクトにすることが必要となる。
【００１９】
本発明はこのような点に鑑み、蒸気量の変動時においても余剰蒸気を有効利用することができ、上記運用時においても蒸気タービンの運転を継続することができ、機器配置もコンパクトにできるコンバインドサイクル発電プラントを得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、蒸気発生器で発生した蒸気をガスタービンの排熱を利用する排熱回収ボイラで加熱した後、蒸気タービンに供給するようにしたコンバインドサイクル発電プラントにおいて、蒸気タービンの主蒸気入口ノズル部を高温蒸気入口ノズル部と低温蒸気入口ノズル部に２分割するとともに、主蒸気系統を上記高温蒸気入口ノズル部と低温蒸気入口ノズル部にそれぞれ接続された２つの系統に分岐し、その両系統にそれぞれ蒸気温度に対応して上記２つの系統のいずれか一方に蒸気を供給する切替え弁を設けたことを特徴とする。
【００２１】
第２の発明は、上記排熱回収ボイラの過熱器の中間段から抽気し、その抽気を蒸気タービンの中間段落に供給するようにしたことを特徴とする。
【００２２】
また、第３の発明は、蒸気発生器で発生した蒸気の一部を減圧器を介して蒸気タービンの中間段落に供給するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
第４の発明は、蒸気発生器発生蒸気量及び蒸気加減弁の開度に対応して蒸気タービン入口蒸気圧の圧力設定値を変更する前圧制御装置を設けたことを特徴とする。
【００２４】
さらに第５の発明は、ガスタービン、発電機及び蒸気タービンを一軸上に配設し、ガスタービンと発電機、及び発電機と蒸気タービンとをそれぞれ自動嵌脱装置を介して連結したことを特徴とする。
【００２５】
【作用】
第１の発明においては、昼夜間の主蒸気温度が異なる場合でも、その温度に対応して主蒸気系統及び主蒸気入口ノズル部を選択切り替えることにより、蒸気タービンを停止させることなく運転を継続することができる。
【００２６】
また第２の発明は、ガスタービン起動時及び停止時に過熱器の中間段からの抽気を蒸気タービンの中間段落に供給することができる。したがって、この場合も蒸気タービンをトリップさせることなく継続運転が可能となる。
【００２７】
第３の発明は、蒸気発生器で発生した蒸気が蒸気タービンの最大呑込み量以上になった場合、その余剰蒸気が蒸気タービンの中間段落に供給される。したがって、蒸気発生器からの蒸気を有効に利用できる。
【００２８】
さらに、第４の発明は、蒸気発生器からの蒸気量により蒸気タービンの前圧制御の設定値が変更される。したがって、蒸気発生器発生蒸気が増加した場合でもタービンバイパスで復水器に逃がすことなく発生蒸気の有効活用が図れる。
【００２９】
また、第５の発明のように構成することにより、設置スペースの省力化が図れる。
【００３０】
【実施の形態】
以下、図１乃至図７を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお図中図８と同一部分については同一符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００３１】
図１において、ごみ焼却炉１で発生した蒸気を蒸気タービン１１に導く主蒸気管８が排熱回収ボイラ２の過熱器７の下流側において２つの蒸気管２５ａ，２５ｂに分岐されており、その各蒸気管２５ａ，２５ｂの先端が蒸気タービン１１の互いに２分割された主蒸気入口ノズル部に接続されている。
【００３２】
すなわち、蒸気タービン１１の主蒸気入口ノズル部は、蒸気温度が高温の場合にもできる限り絞る必要がないようにした高温蒸気入口ノズル部２６ａと、低温の蒸気を導入し得る低温蒸気入口ノズル部２６ｂに２分割されており、蒸気管２５ａが高温蒸気入口ノズル部２６ａに接続され、蒸気管２５ｂが低温蒸気入口ノズル部２６ｂに接続されている。そして、両蒸気管２５ａ，２５ｂにそれぞれ切替弁２７ａ，２７ｂ、主蒸気止め弁９ａ，９ｂ、蒸気加減弁１０ａ，１０ｂが設けられている。
【００３３】
しかして、昼間の運用においては切替弁２７ａが開、切替弁２７ｂが閉とされ、ごみ焼却炉１で発生した主蒸気がガスタービン３の運転により発生する排ガスを利用する排熱回収ボイラ２で高温化された後、主蒸気止め弁９ａ及び蒸気加減弁１０ａを経て、高温蒸気入口ノズル部２６ａから蒸気タービン１１に導入される。
【００３４】
一方、夜間の運用においてはガスタービン３とその排ガスを利用する排熱回収ボイラ２が停止されるため排熱回収ボイラ２から出る蒸気温度が低温となる。そのため、切替弁２７ａ，２７ｂが切替えられ、切替弁２７ａが閉、切替弁２７ｂが開とされ、低温の主蒸気は上記切替弁２７ｂ、主蒸気止め弁９ｂ及び蒸気加減弁１０ｂを経て、低温蒸気入口ノズル部２６ｂから蒸気タービン１１に導入される。
【００３５】
したがって、昼間運用から夜間運用への切替え時においても、蒸気加減弁を大幅に絞るような作動をさせる必要もなく蒸気タービン入口温度の急変に対応することができる。したがって、ガスタービン３が非常停止した場合でも切替弁２７ａ，２７ｂの操作により蒸気タービン１１の運転を継続することができる。すなわち、昼・夜間における２種類の主蒸気をそれぞれの体積流量に見合った昼夜間用の２系統の主蒸気ラインを介して蒸気タービンに導入することができる。
【００３６】
しかも、この場合には冬期等の夜間時に排熱回収ボイラ２が停止した状態においても、その中をごみ焼却炉１で発生した蒸気が流通するので、排熱回収ボイラ２の凍結防止効果を奏する。
【００３７】
なお、上記実施例においては主蒸気管が排熱回収ボイラ２より下流側で分岐したものを示したが、図２に示すように、排熱回収ボイラ２の上流側で分岐させてもよい。この場合には、夜間運用時に圧力損失が大きな排熱回収ボイラ２を介さずに直接蒸気を蒸気タービン１１に導入させることができ、その分効率アップを図ることができる。
【００３８】
図３は本発明のさらに他の実施の形態を示す図であり、排熱回収ボイラ２の過熱器７から蒸気タービン１１に蒸気を供給する主蒸気管８には排熱回収ボイラ出口弁４２を設けるとともに、上記過熱器７の中間段と蒸気タービン１１の中間段落とが混圧系統４３によって接続されており、その混圧系統４３には排熱回収ボイラ中段出口弁４４及び減圧弁４５が設けられている。
【００３９】
ところで、前述のように通常の運転中から、ガスタービン３を停止する場合には、ガスタービン３の排熱がなくなるため、蒸気タービン入口温度が急速に降下することになり、蒸気タービン温度変化率を越えることとなり、蒸気タービン１１としては多大な熱応力を発生し好ましくない。
【００４０】
そこで、本実施の形態においては、通常運転時にガスタービン３がトリップした場合には排熱回収ボイラ出口弁４２を閉じ排熱回収ボイラ中段出口弁４４を開く。しかして、ごみ焼却炉１からの蒸気は過熱器７の中間段から減圧弁４５を介して蒸気タービン１１の中間段落に導入される。したがって、蒸気タービン１１は上記中間段落に供給された蒸気によって回転駆動することができ、運転を継続させることができる。
【００４１】
図４は、本発明のさらに他の実施の形態を示す図であり、ごみ焼却炉１から蒸気を排熱回収ボイラ２に導入する主蒸気管８の途中から混圧蒸気管４６が分岐導出され、その混圧蒸気管４６が、調節弁４７、混圧蒸気止め弁４８及び混圧蒸気加減弁４９を介して蒸気タービン１１の中間段落に接続されている。そして、上記調節弁４７の上流側には圧力検出器５０が設けられており、その圧力検出器５０により検出された、ごみ焼却炉１で発生した蒸気圧信号によって上記調節弁４７が制御されるようにしてある。
【００４２】
しかして、蒸気タービン１１の入口蒸気量が蒸気タービン最大呑み込み量を越え、主蒸気圧力が上昇すると、これが圧力検出器５０によって検出され、調節弁４７が開かれる。したがって、余剰蒸気が混圧蒸気止め弁４８及び混圧蒸気加減弁４９を介して蒸気タービン１１に導入され、余剰蒸気の活用が図られる。
【００４３】
また、通常運転時からガスタービン停止時には、主蒸気止め弁９を閉とし、混圧蒸気系統すなわち混圧蒸気管４６から蒸気タービンの中間段落に蒸気を供給することに切り替えることで蒸気タービンの運転を継続することができる。
【００４４】
図５は本発明のさらに他の実施の形態を示す図であり、ごみ焼却炉１からの蒸気量が蒸気タービンの計画値以上に増加した場合に対応するため、蒸気タービン１１の前圧を調整する前圧制御装置５１が設けられている。
【００４５】
すなわち、排熱回収ボイラ２で加熱された蒸気を蒸気タービン１１に導入する主蒸気管８には、その主蒸気の流量を検出する流量検出器５２及び圧力検出器５３が設けられるとともに、蒸気加減弁１０にはその開度検出器５４が設けられている。上記流量検出器５２、及び開度検出器５４からの検出信号はそれぞれ前圧制御装置５１の関数発生器５５に入力され、そこで蒸気タービン１１に流入する蒸気量及び蒸気加減弁１０の開度に応じて、図６に示すように蒸気タービンの前圧の設定値が変更され、その設定値と圧力検出器５３で検出される圧力とによって蒸気タービンの前圧が制御される。
【００４６】
しかして、ごみ焼却炉１からの蒸気が増加し、蒸気タービン１１の蒸気加減弁１０が規定開度に到達したら蒸気タービン前圧制御の設定値が上げられ、タービンバイパス系統から復水器１３に逃げる蒸気量が制限される。したがって、ごみ焼却炉からの蒸気の有効活用が図られる。
【００４７】
図７は、上述の如きプラントにおけるガスタービン３、発電機１２及び蒸気タービン１１の配置関係を示す図であり、ガスタービン３、発電機１２及び蒸気タービン１１が同一軸上に配置されており、ガスタービン３と発電機１２が自動嵌脱装置５６によって連結され、また発電機１２と蒸気タービン１１が自動嵌脱装置５７によって連結されている。しかして、この場合、図１等に示すようにガスタービン３と蒸気タービン１１とを別軸にするものに比し、設置スペースを狭くすることができ、設置スペースの省力化を図ることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したので、ごみ質、量の変化にも十分対応することができ、ごみ焼却炉の如き蒸気発生器で発生する蒸気を有効にエネルギーとして利用することができる。しかも昼・夜の運用の変化時、ガスタービン非常停止時にも蒸気タービン入口蒸気温度変化の緩和ができ、蒸気タービン運転を継続することができる。また、一軸に設置した場合には設置スペースの省力化も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のコンバインドサイクル発電プラントの一実施の形態を示す図。
【図２】  図１の他の実施の形態を示す図。
【図３】  本発明の他の実施の形態を示す図。
【図４】  図３の他の実施の形態を示す図。
【図５】  本発明のさらに他の実施の形態を示す図。
【図６】  前圧制御装置の圧力設定値変更説明図。
【図７】  ガスタービン等の配置の一例を示す図。
【図８】  従来のごみ焼却炉利用コンバインドサイクル発電プラントの概略系統図。
【符号の説明】
１  ごみ焼却炉
２  排熱回収ボイラ
３  ガスタービン
７  過熱器
８  主蒸気管
９，９ａ，９ｂ  主蒸気止め弁
１０，１０ａ，１０ｂ  蒸気加減弁
１３  復水器
２０  タービンバイパス系
２６ａ  高温蒸気入口ノズル部
２６ｂ  低温蒸気入口ノズル部
２７ａ，２７ｂ  切替弁
４４  排熱回収ボイラ中段出口弁
４６  混圧蒸気管
４７  調節弁
５１  前圧制御装置
５５  関数発生器
５６，５７  自動嵌脱装置
【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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