(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンによって発電機を駆動し、タービンの排熱を蒸気として使用するようにしたコージェネレーションシステムにおいて、
蒸気負荷が接続されるヘッダに、上記タービンの排熱から得られる蒸気を、アキュムレータを通し送給すると共に、該ヘッダに、その圧力を略一定に保持するように制御された負荷対応ボイラからの蒸気を送給するに際し、
上記ヘッダの圧力を、アキュムレータの内圧に応じて、それが高いときには高く、低いときには低く制御する、
ことを特徴とするコージェネレーションシステムにおける負荷対応蒸気の供給方法。
【請求項２】
アキュムレータの蒸気を減圧弁を介してヘッダに送給し、ヘッダの圧力を決める該減圧弁の設定圧を、アキュムレータの内圧に応じて制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステムにおける負荷対応蒸気の供給方法。
【請求項３】
タービンによって発電機を駆動し、タービンの排熱を蒸気として使用するようにしたコージェネレーションシステムにおいて、
蒸気負荷が接続されるヘッダに、上記タービンの排熱から得られる蒸気を蓄えるアキュムレータを減圧弁を介して接続すると共に、該ヘッダに、その圧力を略一定に保持するように制御された負荷対応ボイラを接続し、
上記ヘッダの圧力を決める減圧弁に、アキュムレータの内圧に基づいて該減圧弁の設定圧を制御し、その内圧が高いときには設定圧を高く、内圧が低いときには設定圧を低く制御する制御器を接続した、
ことを特徴とするコージェネレーションシステムにおける負荷対応蒸気の供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コージェネレーションシステムにおいて、蒸気負荷に変動がある場合に、それを吸収して負荷に対応する蒸気を供給できるようにした負荷対応蒸気の供給方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンなどで発電機を駆動して電力を得ると同時に、その排出ガス等に残留する熱エネルギーによって蒸気を発生させ、それを利用するようにした既知のコージェネレーションシステムにおいて、負荷の蒸気使用量に応じて負荷対応ボイラを併設し、比較的大きな蒸気負荷変動を吸収させようとする場合に、タービンの排熱を利用した排熱ボイラからの蒸気をアキュムレータ等に蓄えても、適切な制御を行わない限り、負荷変動に対応してアキュムレータからの蒸気及び負荷対応ボイラからの蒸気をバランスよく利用することは困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記コージェネレーションシステムにおいて、負荷の蒸気使用量に応じた負荷対応ボイラを併設した場合に、簡単な手段によって比較的大きな蒸気負荷変動を吸収できるようにした負荷対応蒸気の供給方法及びその装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の負荷対応蒸気の供給方法は、タービンによって発電機を駆動し、タービンの排熱を蒸気として使用するようにしたコージェネレーションシステムにおいて、蒸気負荷が接続されるヘッダに、上記タービンの排熱から得られる蒸気を、アキュムレータを通し送給すると共に、該ヘッダに、その圧力を略一定に保持するように制御された負荷対応ボイラからの蒸気を送給するに際し、上記ヘッダの圧力を、アキュムレータの内圧に応じて、それが高いときには高く、低いときには低く制御することを特徴とするものである。
上記方法においては、アキュムレータの蒸気を減圧弁を介してヘッダに送給し、ヘッダの圧力を決める該減圧弁の設定圧を、アキュムレータの内圧に応じて制御することができる。
【０００５】
また、上記課題を解決するための本発明の負荷対応蒸気の供給装置は、タービンによって発電機を駆動し、タービンの排熱を蒸気として使用するようにしたコージェネレーションシステムにおいて、蒸気負荷が接続されるヘッダに、上記タービンの排熱から得られる蒸気を蓄えるアキュムレータを減圧弁を介して接続すると共に、該ヘッダに、その圧力を略一定に保持するように制御された負荷対応ボイラを接続し、上記ヘッダの圧力を決める減圧弁に、アキュムレータの内圧に基づいて該減圧弁の設定圧を制御し、その内圧が高いときには設定圧を高く、内圧が低いときには設定圧を低く制御する制御器を接続したことを特徴とするものである。
【０００６】
上記構成を有する本発明の負荷対応蒸気の供給方法及び装置の適用は、コージェネレーションシステムにおいて、蒸気負荷に大きな変動があるが、通常は、最低の蒸気負荷がタービンの排熱を利用した排熱ボイラからの蒸気量を長時間に亘り大きく下回ることはなく、また、最大の蒸気負荷が上記排熱ボイラ及び負荷対応ボイラの最大出力の和を長時間に亘り大きく上回らないような蒸気の使用を行う場合に好適である。
【０００７】
上記コージェネレーションシステムにおいて、アキュムレータは、定常状態においてはその内圧がほぼ設定値に保持され、常に排熱ボイラから略一定量の蒸気の供給を受けているが、それに相当する蒸気をヘッダに送出し、負荷対応ボイラからの蒸気と共に蒸気負荷に供給している。そして、アキュムレータの蒸気を減圧してヘッダに送給する減圧弁の設定圧（出力圧）は、ヘッダの圧力を決めることになるが、この減圧弁の設定圧は、アキュムレータの内圧に応じて設定されている。
【０００８】
そのため、この定常状態においてある程度蒸気負荷に変動があったときには、それに伴ってヘッダの圧力が変動し、即ち、蒸気負荷が増大すればヘッダの圧力が低下し、逆に蒸気負荷が減少すればヘッダの圧力が増大するので、該ヘッダの圧力に応じて、それを略一定に保持するように制御される負荷対応ボイラからの蒸気が増減し、また蒸気負荷が増大したときにはアキュムレータからもより多くの蒸気が送出され、必要な蒸気量が負荷に送給される。
この場合に、アキュムレータの内圧がある程度高ければ、減圧弁によりヘッダの圧力が高く設定されているので、負荷対応ボイラからの蒸気量はそのヘッダの圧力に応じて抑制され、アキュムレータからヘッダに送給される蒸気量が多くなり、逆に、アキュムレータの内圧が低ければ、ヘッダの圧力が低く設定されているので、負荷対応ボイラからの蒸気量が多くなる。
【０００９】
このような運転状態において、蒸気負荷が一時的に著しく増大し、排熱ボイラ及び負荷対応ボイラの最大出力の和を上回るようになると、アキュムレータから送給する蒸気量が増大するためにアキュムレータの内圧が低下し、それに伴って減圧弁の設定圧が低下するので、ヘッダの圧力が低下して、負荷対応ボイラがフル稼働することになる。その後、蒸気負荷が排熱ボイラ及び負荷対応ボイラの最大出力の和の範囲内まで低下すると、その時点ではアキュムレータの内圧が低くなっているので、減圧弁によるヘッダの設定圧も低く、そのため、アキュムレータからヘッダに送出される蒸気量は比較的少なく、負荷対応ボイラからの蒸気量が多くなり、アキュムレータの内圧が徐々に回復する。それに伴って減圧弁によるヘッダの設定圧も増大し、定常状態に復帰する。
【００１０】
また、蒸気負荷が一時的に大きく低下し、場合によっては排熱ボイラからの蒸気量よりも下回る程度になると、ヘッダの圧力が高くなるため、負荷対応ボイラからの蒸気量は急速に低下し、一方、アキュムレータから送出される蒸気量も少なくなるため、アキュムレータの内圧が高くなり、それに伴って減圧弁によるヘッダの設定圧も高くなって、負荷対応ボイラからの蒸気量は更に低下し、蒸気負荷には主としてアキュムレータからの蒸気が送給されるが、排熱ボイラからの蒸気の一部がアキュムレータに蓄えられる。その後、蒸気負荷が増加すると、その時点ではアキュムレータの内圧が高く、減圧弁によるヘッダの設定圧が高くなっているので、負荷対応ボイラからの蒸気量は少なく、アキュムレータの内圧がある程度低下するまで、アキュムレータに蓄えられた蒸気が負荷に送給される。
【００１１】
このように、上記コージェネレーションシステムにおいては、ヘッダの設定圧をアキュムレータの内圧に応じて制御するという簡単な手段によって、比較的大きな蒸気負荷変動を吸収させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のコージェネレーションシステムにおける負荷対応蒸気供給装置の実施の一例を示すものである。
この装置は、蒸気使用量が数１０ｔ／ｈのクラスで、蒸気使用量が比較的大きな変動比率で変動する場合などに適するもので、タービン１により発電機２を駆動して電力を得ると同時に、その排出ガス等に残留する熱エネルギーによって排熱ボイラ３で蒸気を発生させ、それを利用するコージェネレーションシステムにおいて、蒸気負荷における蒸気使用量の比較的大きな変動を吸収可能にするものである。
【００１３】
上記タービン１からの排熱は常にほぼ一定量であり、それに追焚きバーナ４を付加して、排熱ボイラ３では常に略一定量の蒸気が出力される。この排熱ボイラ３からの蒸気は、高圧ヘッダ７を介して適宜高圧の蒸気負荷８に供給することもできるが、その主流は、高圧ヘッダ７から圧力調整弁９を介してアキュムレータ１１に送入され、あるいは排熱ボイラ３からの蒸気の全量がアキュムレータ１１に送入される。上記圧力調整弁９に付設した制御器１０は、高圧ヘッダ７に設けた圧力検出器１０ａにより検出される該高圧ヘッダ７の内圧に基づき、その内圧がほぼ一定になるように圧力調整弁９の開度を調整するものである。
【００１４】
コージェネレーションシステムにおいては、このアキュムレータ１１に排熱ボイラ３からの蒸気を送入する場合、その蒸気量は通常ほぼ一定量になるが、極端に蒸気負荷が低減した場合などには、追焚きバーナ４の出力を調整し、あるいはそれを不使用にするなど、アキュムレータ１１への流入量を調整することもできる。
【００１５】
上記アキュムレータ１１は、タービン１の排熱から得られる蒸気を一時的に蓄えるものであるが、このアキュムレータ１１の出力配管１２は、各種の蒸気負荷１５が接続されるヘッダ１３に、減圧弁１４を介して接続される。また、該ヘッダ１３には、蒸気負荷に応じて運転される負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃを接続している。これらの各負荷対応ボイラは、ヘッダ１３の圧力を検出し、自動運転装置によりその圧力が略一定に保持されるように制御されるもので、ヘッダ１３に送る蒸気量に応じた数の負荷対応ボイラが運転され、あるいはそれらの燃焼量が制御される。なお、この負荷対応ボイラは単一のボイラによって構成してもよい。
【００１６】
上記ヘッダ１３の圧力を決める減圧弁１４は、出力配管１２における該減圧弁１４の上流側に設けた圧力検出器１８ａで検出したアキュムレータ１１の内圧に基づき、設定器１８において該減圧弁１４の設定圧を求め、制御器１９を介して出力側（ヘッダ１３）がその設定圧になるように制御されるものである。
【００１７】
この設定器１８は、アキュムレータ１１の内圧Ｐが高いときには減圧弁１４の設定圧（ヘッダ１３の内圧ｐ）を高く、内圧Ｐが低いときには減圧弁１４の設定圧（ｐ）を低く制御するものである。内圧Ｐと内圧ｐとの関係は、内圧Ｐの上昇に応じて内圧ｐが比例的に上昇するようにしてもよいし、内圧Ｐがある高レベルを超えても更に上昇しているときには内圧ｐを上昇させ、内圧Ｐがある低レベルを超えても更に下降をし続けているときには内圧ｐを上昇させるなど、少なくとも内圧Ｐの上昇に応じて内圧ｐも上昇する（部分的には上昇しなくてもよい）ような関数関係を持たせればよい。ヘッダ１３の内圧の設定は、アナログ的に変動するものであっても、デジタル的に変動するものであってもよい。
【００１８】
また、上記設定器１８においては、上述した減圧弁１４の設定圧の決定に加えて、アキュムレータ１１の内圧Ｐに応じて決めるヘッダ１３の内圧ｐを高低に調整することにより、定常状態にあるときのアキュムレータ１１の内圧Ｐを高または低に調整することができる。この調整は、蒸気負荷１５の変動が、排熱ボイラ３からの蒸気量を長時間に亘り大きく下回る可能性がある場合に、定常状態のアキュムレータ１１の内圧を低く設定し、また、蒸気負荷１５の変動が排熱ボイラ３及び負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの最大出力の和を長時間に亘り大きく上回る可能性がある場合に、定常状態のアキュムレータ１１の内圧を高く設定しておくのに有効である。
【００１９】
上記設定器１８から減圧弁１４の設定圧（ヘッダ１３の内圧）についての信号を受ける制御器１９は、ヘッダ１３に設けた圧力検出器１９ａにおいて検出した該ヘッダ１３の内圧をその設定圧と比較し、ヘッダ１３の内圧が上記設定圧になるように減圧弁１４の開度を制御するものであり、それによってヘッダ１３の内圧がアキュムレータ１１の内圧に応じた所要の圧力に設定される。
【００２０】
なお、図１中において、符号２２は検水口、２３は初期給水口、２４はオーバーフロー口、２５は排水口、２６はレベルゲージ、２７は吹き込みノズル、２８は水面上の集気器を示している。
【００２１】
上記構成を有する装置は、上記コージェネレーションシステムにおける蒸気負荷１５に大きな変動があるが、通常は、蒸気負荷１５が最低でも排熱ボイラ３からの蒸気量を長時間に亘り大きく下回ることはなく、また、蒸気負荷１５が最大でも上記排熱ボイラ３及び負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの最大出力の和を長時間に亘り大きく上回らないような蒸気の使用を行う場合に適用され、逆に言えば、上記負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの最大出力は、蒸気負荷１５に応じて定められることになる。
【００２２】
次に、図１及び図２を参照し、上記装置における負荷対応蒸気の供給の態様について説明する。
図２のＡは、上記システムにおける負荷変動の一例を、同図Ｂは該負荷変動に応じたアキュムレータの内圧、同図Ｃは同ヘッダ１３の設定圧、同図Ｄは同追焚きバーナの蒸発量、同図Ｅは同負荷対応ボイラの蒸発量の変動例を示すものである。
【００２３】
上記コージェネレーションシステムにおいては、蒸気負荷の変動が、排熱ボイラ３からアキュムレータ１１に供給される蒸気量と、それに負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃにおける最大蒸気発生量を加えた蒸気量の範囲内にある定常状態においては、アキュムレータ１１の内圧がほぼ一定値に保持される。この状態においては、アキュムレータ１１が常に排熱ボイラ３から略一定量の蒸気の供給を受けているが、設定器１８においてはアキュムレータ１１の内圧に基づいて減圧弁１４の設定圧が一定に保持され、それにより供給された蒸気量に対応する蒸気をヘッダ１３に送出している。
【００２４】
しかしながら、蒸気負荷は上述した範囲内で変動し、それに伴ってヘッダ１３の内圧が変動し、即ち、蒸気負荷が増大すればヘッダ１３の内圧が低下し、逆に蒸気負荷が減少すればヘッダ１３の内圧が増大するので、その変動に対応して、アキュムレータ１１からの蒸気量も増減するが、主として、ヘッダ１３の圧力を略一定に保持するように制御される負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃが稼働され、結果的に、アキュムレータ１１からの蒸気量と負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの蒸気量により、蒸気負荷１５の需要がまかなわれる。
【００２５】
この場合に、アキュムレータ１１の内圧がある程度高く、あるいは、次第に高くなれば、減圧弁によりヘッダ１３の圧力が高く設定されるので、負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの蒸気量はそのヘッダ１３の圧力に応じて抑制され、アキュムレータ１１からヘッダ１３に送給される蒸気量が多くなり、逆に、アキュムレータの内圧が低く、あるいは次第に低くなるときには、ヘッダ１３の圧力が低く設定されるので、負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの蒸気量が多くなる。
【００２６】
このような運転状態において、蒸気負荷が一時的に著しく増大し、排熱ボイラ３及び負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの最大出力の和を上回るようになると、負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃが大出力で運転されても、ヘッダ１３の内圧が次第に低下し、それによりアキュムレータ１１から送給する蒸気量が増大するためにアキュムレータ１１の内圧が低下する。この内圧の低下に伴って、減圧弁１４の設定圧が低下するので、ヘッダ１３の圧力が低下して、負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃがフル稼働することになるが、蒸気の不足分はアキュムレータ１１からの放出によりまかなわれる。
【００２７】
その後、蒸気負荷が排熱ボイラ３及び負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの最大出力の和の範囲内まで低下すると、その時点ではアキュムレータ１１の内圧が低くなっているので、減圧弁１４によるヘッダ１３の設定圧も低く、そのため、アキュムレータ１１からヘッダ１３に送出される蒸気量は比較的少なく、負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの蒸気量が多くなって、それが蒸気負荷１５における需要をまかなうので、アキュムレータ１１の内圧が徐々に回復する。それに伴って、減圧弁１４によるヘッダ１３の設定圧も増大し、定常状態に復帰する。
【００２８】
また、蒸気負荷が一時的に大きく低下し、排熱ボイラ３からの蒸気量よりも下回ると、必要に応じて追焚きバーナ４による蒸発量を制御することもできるが、いずれにしてもヘッダ１３の圧力が高くなるため、負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの蒸気量が低下し、一方、アキュムレータ１１から送出される蒸気量も少なくなるため、アキュムレータ１１の内圧が高くなり、それに伴って減圧弁１４によるヘッダ１３の設定圧も高くなって、負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの蒸気量は更に低下し、蒸気負荷１５には主としてアキュムレータ１１からの蒸気が送給される。この場合、可能な範囲内で排熱ボイラ３からの蒸気の一部がアキュムレータ１１に蓄えられる。
【００２９】
その後、蒸気負荷が増加すると、その時点ではアキュムレータ１１の内圧が高く、減圧弁１４によるヘッダ１３の設定圧が高くなっているので、負荷対応ボイラ１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの蒸気量は０または少ない状態に保持され、アキュムレータ１１の内圧がある程度低下するまで、アキュムレータ１１に蓄えられた蒸気が負荷に送給される。
【００３０】
このように、上記コージェネレーションシステムにおいては、ヘッダ１３の設定圧をアキュムレータ１１の内圧に応じて制御するという簡単な手段によって、比較的大きな蒸気負荷変動を吸収させることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明によれば、コージェネレーションシステムにおいて負荷の蒸気使用量に応じた負荷対応ボイラを併設した場合に、簡単な手段によって比較的大きな蒸気負荷変動を吸収させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成図である。
【図２】本発明のシステムにおける負荷変動に応じた各部動作の変動例を示すグラフである。
【符号の説明】
１    タービン
２    発電機
３    排熱ボイラ
１１    アキュムレータ
１３    ヘッダ
１４    減圧弁
１５    蒸気負荷
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ    負荷対応ボイラ
１９    制御器
【図１】
0003776697.tif 000002
【図２】
0003776697.tif 000003