(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧縮機と、同空気圧縮機と同軸で回転する空気膨張機および発電機と、燃焼炉と、熱交換器とを備え、前記空気圧縮機の出口空気を前記熱交換器で加熱して前記空気膨張機へ送給するとともに、同空気膨張機の出口空気と燃料とを前記燃焼炉に送給して燃焼させ、同燃焼炉の排ガスを前記熱交換器へ送給して前記空気圧縮機の出口空気と熱交換させ、同熱交換器の出口排ガスを排熱回収ボイラに送給して生成蒸気により発電する蒸気発電サイクルを併設し、かつ、前記空気膨張機の出口空気の一部を前記燃焼炉をバイパスさせて前記排熱回収ボイラに送給するように構成したことを特徴とする発電設備。
【請求項２】
前記排熱回収ボイラに替えて燃料を燃焼させるボイラを設置したことを特徴とする請求項１に記載の発電設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭や重質油等、腐食成分、灰分を多く含む燃料を用いることのできる発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発電設備として、石炭や重質油をガス化した燃料をガスタービンで燃焼させるようにした複合発電設備があり、その系統を図３に示してあり、以下それについて説明する。
【０００３】
図３において、２５はガス化炉、２７は熱交換器である。２８はフィルタ、３１は脱硫装置で、これらはガス化ガスに対するクリーンアップシステムを構成している。２９はガスタービン３０の燃焼器、１３は排熱回収ボイラを示し、５は発電機、１５は蒸気タービンを示している。
【０００４】
このような構成を有する図３の発電設備において、燃料１０が空気２３と共にガス化炉２５に投入される。ガス化炉２５で生成されたガス化ガス２６は熱交換器２７に導かれて冷却されたのち、フィルタ２８、脱硫装置３１で除塵と脱硫が行われてクリーンガスとなってガスタービン３０の燃焼器２９へ供給される。
【０００５】
燃焼器２９では、別途供給される空気２４によって上記ガス化ガスが燃焼し、ガスタービン３０が駆動される。ガスタービン３０は発電機５を駆動し、ガスタービン３０の燃焼ガス３２は排熱回収ボイラ１３へ導入される。
【０００６】
排熱回収ボイラ１３で発生する蒸気により蒸気タービン１５が駆動され、発電機５を駆動して発電を行い、排熱回収ボイラ１３の燃焼ガス３２は煙突１７から放出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
石炭や重質油は腐食成分と灰分を多く含む燃料であり、ガスタービンに直接導いて燃焼することができないため、前記したように従来のガス化複合発電設備では、それらの燃料をガス化し、ガス化ガスをフィルタ２８と脱硫装置３１を有するクリーンアップシステムに通してガスタービンに導く構成としており、システムが複雑となっていた。
【０００８】
本発明は、石炭や重質油等の腐食成分、灰分を多く含む燃料を用いながらも、生成ガスのクリーンアップシステムを必要とせずに発電可能な発電設備を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、次の構成をもつ発電設備を提供する。すなわち、本発明による発電設備は空気圧縮機と、同空気圧縮機と同軸で回転する空気膨張機および発電機と、燃焼炉と、熱交換器とを備える。
【００１０】
そして前記空気圧縮機の出口空気を前記熱交換器で加熱して前記空気膨張機へ送給するとともに、同空気膨張機の出口空気と燃料とを前記燃焼炉に送給して燃焼させる。同燃焼炉の排ガスは前記熱交換器へ送給して前記空気圧縮機の出口空気と熱交換させ、同熱交換器の出口排ガスを排熱回収ボイラに送給して生成蒸気により発電する蒸気発電サイクルを併設し、かつ、前記空気膨張機の出口空気の一部を前記燃焼炉をバイパスさせて前記排熱回収ボイラに送給するように構成する。
【００１１】
本発明による発電設備は前記した構成を有しており、石炭や重質油などの腐食成分、灰分を多く含む燃料は独立した燃焼炉で燃焼させ、その燃焼生成ガスを熱交換器に導いて空気と熱交換させその高温化した空気を空気膨張機に導いて仕事をさせる。
【００１２】
その熱交換器を、セラミックス管製としたり、或いは、例えばメタル温度６５０〜７００℃以上の領域部分をセラミックス管、６００〜７００℃以下はステンレス鋼、炭素鋼管を用いて構成し、高温腐食に強い構造とすることによって、腐食成分、灰分を多く含む石炭や重質油を用いても何らの問題を生じない発電設備となる。
【００１３】
このように、本発明の発電設備では、例えば１３００〜１６００℃の高温燃焼ガスを用いて１０００℃以上の高温空気を生成させ、効率の良い発電を行わせることができる。
【００１４】
本発明による発電設備では、熱交換器で空気を加熱したあとの熱交換器出口排ガスを排熱回収ボイラに導いて蒸気を発生させ蒸気発電サイクルを併設した構成とすることにより更に高効率の発電設備とする。
【００１５】
更にまた、本発明による発電設備では、空気膨張機を出た空気のうち、燃焼炉に導かれる空気以外の余剰分を、燃焼炉をバイパスさせて排熱回収ボイラや燃料を燃焼させるボイラへ燃焼用空気として導いて有効に活用する。
【００１６】
以上のように、本発明によれば、石炭や重質油等の腐食成分、灰分を多く含む燃料を用いながらも、生成ガスのクリーンアップシステムを必要とせずに発電可能な発電設備が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の発電設備を図１〜図２に示した実施の形態に基づいて具体的に説明する。なお、以下の各実施形態において、同一部分には同じ符号を付し重複する説明は省略する。
【００１８】
（実施の第１形態）
まず、図１に示した実施の第１形態による発電設備について説明する。図１において、１はセラミックス熱交換器、２は燃焼炉である。３はガスタービン圧縮機で、４はガスタービン膨張機で、両者は同軸で回転する。
【００１９】
ガスタービン圧縮機３は本発明にいう空気圧縮機を構成し、ガスタービン膨張機４は本発明にいう空気膨張機を構成する。５は発電機で、ガスタービン膨張機４と同軸で回転する。
【００２０】
このように構成された図１の発電設備において、燃焼炉２には石炭や重質油などの燃料１０とガスタービン膨張機４から出る空気が供給されて燃焼し、燃焼炉２よりの排ガス１１はセラミックス熱交換器１に至る。
【００２１】
セラミックス熱交換器１にてガスタービン圧縮機３より供給された高圧の空気７を１０００℃以上に加熱し、その熱交換器１出口の空気８をガスタービン膨張機４に供給、駆動する。これにより発電機５で発電が行われる。ガスタービン膨張機４より排出される空気９は余熱を利用し燃焼炉２で燃料１０を燃焼する為の燃焼用空気として利用される。
【００２２】
１３は排熱回収ボイラを示し、セラミックス熱交換器１を出た燃焼炉２の排ガス１２が導かれる。
【００２３】
１５は蒸気タービン、１６は排煙処理設備を示している。図１に示した発電設備は、セラミックス熱交換器１から出る燃焼炉排ガス１２を用いる排熱回収システムを付設した構成を有している。
【００２４】
図１の設備では、セラミックス熱交換器１から出る燃焼炉排ガス１２と、ガスタービン膨張機４から出る排気（空気）のうち燃焼炉２に使用されない余剰空気が過剰空気バイパス１８を通して排熱回収ボイラ１３へ供給される。排熱回収ボイラ１３で発生した蒸気１４は蒸気タービン１５へ供給され発電機５を駆動して電力を発生する。
【００２５】
（実施の第２形態）
次に、図２に示した実施の第２形態による発電設備について説明する。図２において、２１はダンパ、２２は通常のボイラを示している。図２に示す発電設備は、図１における排熱回収ボイラ１３に代えてボイラ２２を設置したものである。ボイラ２２は従来のボイラであってよい。
【００２６】
すなわち、この図２に示した発電設備では、セラミックス熱交換器１を出た排ガス１２をボイラ２２の火炉に投入し熱回収を計るものである。また、ガスタービン膨張機４からの余剰空気が過剰空気バイパス１８を経てボイラ２２の火炉へバーナ部から排気再熱用の燃焼空気として投入される。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による燃焼設備は独立した燃焼炉で燃料を燃焼し、その燃焼炉で生成した排ガスにより空気を加熱し、その加熱空気を空気膨張機に供給して動力を取り出す。
【００２８】
従って、従来の技術である石炭ガス化複合発電あるいは重質油複合発電システムにおいて必要としていたようなガス化ガスからフィルタ及び脱硫装置を用いて腐食成分、灰分を除去する、所謂、クリーンアップシステムを本発明の発電設備では必要としない。
【００２９】
本発明では、駆動用の気体は空気を用いており、駆動系統の信頼性に優れる。これはまた、熱源としての燃焼器用の燃料に左右されないため、石炭、重質油をはじめ多様な燃料が可能である。
【００３０】
更にまた、本発明の発電設備では、熱交換器を出た燃焼炉排ガスを排熱回収ボイラや通常のボイラに導く構成とすることにより熱効率の高い設備とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の第１態様に係る発電設備の構成を示す系統図。
【図２】  本発明の実施の第２態様に係る発電設備の構成を示す系統図。
【図３】  従来の石炭、重質油ガス化複合発電設備の構成を示す系統図。
【符号の説明】
１  セラミックス熱交換器
２  燃焼炉
３  ガスタービン圧縮機
４  ガスタービン膨張機
５  発電機
６  空気（圧縮機入口）
７  空気（圧縮機出口）
８  空気（熱交出口）
９  空気（膨張機出口）
１０  燃料
１１  燃焼炉排ガス（熱交換器入口）
１２  燃焼炉排ガス（熱交換器出口）
１３  排熱回収ボイラ
１４  蒸気
１５  蒸気タービン
１６  排煙処理設備
１７  煙突
１８  過剰空気バイパス
１９  燃料
２１  ダンパ
２２  ボイラ
【図１】
0003782552.tif 000002
【図２】
0003782552.tif 000003
【図３】
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