JP2000000076U - 複合ガス・蒸気タ−ビン動力プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複合ガス・蒸気タ−ビン動力プラントの始動
能力を、始動時の電気出力とは無関係に迅速にする。 【解決手段】 少なくともガスタ−ボ群１，２，３と蒸
気循環路８，９と廃熱ボイラ４とを蒸気貯え器１２に接
続し、前記ガスタ−ボ群と連動結合された前記蒸気循環
路の蒸気タ−ビンを自律運動させるために、前記蒸気貯
え器に蒸気を絶え間なく準備する。これによって、複合
ガス・蒸気タ−ビン動力プラントの始動能力を高めるこ
とができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は複合ガス・蒸気タ−ビン動力プラントであって、主として、化石燃料 を供給される少なくとも１つのガスタ−ボ群と、少なくとも１つの蒸気循環路と 、前記ガスタ−ボ群に後置された廃熱ボイラとが設けられていて、該廃熱ボイラ に前記ガスタ−ボ群の排ガスが供給可能であり、さらに発電機が設けられている 形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】

「複合ガス・蒸気タ−ビン動力プラント」（以降、省略して「複合プラント」 と呼ぶ）とは常に、ガスタ−ボ群と少なくとも１つの蒸気タ−ビン循環路とが協 働することを意味する。この場合、ガスタ−ボ群の運転から生じた排ガスは廃熱 蒸気発生器（＝発熱ボイラ）に通される。この廃熱ボイラでは、蒸気タ−ビンへ の供給に必要とされる蒸気を発生させるために前記排ガスの残留潜熱が利用され る。この付加的な蒸気出力はプラントの一層高い熱効率を生ぜしめる。この場合 にこの複合プラントは、５０％を越えるオ−ダで変動する極めて良好な変換効率 を有している。両機械形式（ガスタ−ボ群／蒸気タ−ビン循環路）の間には、そ れぞれの時間的な始動能力の点で相違が存在するので、始動時には複合プラント 全体の有効性に関して遅延が生じる。さらに、始動過程においては、この始動過 程のために大きな電気出力が提供されていないと別の不都合が生じてしまう。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の課題は、冒頭で述べた形式の複合プラント、つまり複合ガス・蒸気タ −ビン動力プラントを改良して、小さ過ぎる電力の理由で始動プログラムを通常 通り実施することができない場合でも、始動能力を迅速にすることができるよう な複合プラントを提供することである。さらに、本考案の課題は、上記の規定の もとでも、少なくとも汎用の始動能力を備えた従来の復合プラントと同じ程度の 高さにプラントの効率を保つことである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

この課題を解決するために本考案の構成では、少なくともガスタ−ボ群と蒸気 循環路と廃熱ボイラとが個々にまたは互いに組み合わされて、直接または間接的 に蒸気貯え器と接続されており、該蒸気貯え器に、前記ガスタ−ボ群と連動結合 可能な前記蒸気循環路に設けられた少なくとも１つの蒸気タ−ビンをオ−トノマ ス運転、つまり自律運転させるために蒸気が絶え間なく準備されているようにし た。

【０００５】

【考案の効果】

本考案の大きな利点は、蒸気貯え器を設けることによって蒸気タ−ビン循環路 が廃熱ボイラを含めて予熱温度に保たれるので、蒸気タ−ビン部分をガスタ−ボ 群と同様に迅速に始動させることができることにある。始動過程の間に適度な温 度に相応して蒸気貯え器から蒸気タ−ビンに蒸気を供給することも同じように作 用する。さらに、本考案の別の利点は、始動過程に対して大きな電気出力が必要 にならず、いわゆる「ブラック・スタ−ト（Ｂｌａｃｋ Ｓｔａｒｔ）」が可能 になることである。

【０００６】 本考案の利点をまとめると以下のようになる。 イ） 複合プラントの全体的な迅速始動性が与えられている。 ロ） 複合プラントがオ−トノマス始動能力を備えている。 ハ） 複合プラント全体が廉価である。その理由は、この複合プラントが、始 動能力を高めるためにコストのかかる電気的な補助装置を必要としないからであ る。

【０００７】

【考案の実施の形態】

以下に、本考案の実施例を図面につき詳しく説明する。本考案を直接に理解す るためには必要でない全ての要素は省略されている。媒体の流れ方向は矢印によ って示されている。

【０００８】 図１は複合ガス・蒸気タ−ビン動力プラント（複合プラント）の回路を示して いる。この複合プラントはガスタ−ボ群と蒸気タ−ビン循環路との恊働プラント により成っており、この場合、両ブロックの間には、廃熱ボイラ４が設けられて いる。廃熱ボイラ４と蒸気タ−ビン循環路とに前置されたガスタ−ボ群は主とし て圧縮機１と、有利にはこの圧縮機と共通の軸に配置されたガスタ−ビン２と、 前記両機械の回転に連動結合された発電機１０と、圧縮機１とガスタ−ビン２と の間に配置された燃焼器３とから成っている。圧縮機１によって吸い込まれた空 気は圧縮され、引き続きこの空気は燃焼器３に流入する。この燃焼器３を運転す るための燃料としては、ガス状および／または液状の燃料が使用される。燃焼器 ３で処理された熱ガスは、続いて行なわれるプロセスにおいてガスタ−ビン２に 供給される。放圧後に、圧力消費された前記熱ガスは煙道ガスとして廃熱ボイラ ４を貫流する。後置された蒸気タ−ビン８への供給のために熱交換によって蒸気 形成を準備する場合には、前記廃熱ボイラにおいて前記煙道ガスの熱残留ポテン シャルがさらに利用される。図１に示したように、第１の蒸気タ−ビン８には別 の蒸気タ−ビン９が後置されていてよく、この別の蒸気タ−ビンはたとえば低圧 タ−ビンである。図示の廃熱ボイラ４とは、２圧力式の廃熱ボイラである。もち ろん、単圧力式の廃熱ボイラを使用することもできる。しかし、２圧力式の廃熱 ボイラは単圧力式の廃熱ボイラに比べて、煙道ガスの温度を一層低く低下させる ことができ、したがって複合プラントの効率が高められるという利点をもってい る。選択的に廃熱ボイラ４に付加燃焼装置（図示しない）を付加することができ る。この付加燃焼装置はガスタ−ビン排ガスを一層高い温度レベルにまで処理す る。このような手段は、負荷ピ−ク時に複合プラントの電流出力を高めたい場合 に有利になることが判明した。さらに、３圧力式の廃熱ボイラの使用も可能であ る。すなわち、ガスタ−ビン排ガスの熱エネルギから主として高圧蒸気と低圧蒸 気とが形成され、両蒸気は対応する蒸気タ−ビンに供給される。前記蒸気タ−ビ ンは図１から判かるように、クラッチ１４を介してガスタ−ボ群の同じ発電機１ ０に連結されると有利である。２つの蒸気圧が形成されることに基づき、ガスタ −ビン排ガスのポテンシャルを最適に利用することができ、この場合、ガスタ− ビンプロセスの終了時にはまだ約５００℃の温度を有している前記排ガスを約１ ００℃にまで低下させることができる。放圧された蒸気は最後の蒸気タ−ビン９ を去った後に凝縮器１１に流入し、この場合、冷却媒体として水または空気が使 用され得る。凝縮体はポンプによって吐出されて通常、予熱器（図示しない）に 流入し、この場所から、給水容器（図示しない）と脱ガス器（図示しない）とに 流入する。前記段を通過した後に、前記凝縮体は、導管２３を介して再び廃熱ボ イラ４に戻すことができるように処理されている。

【０００９】 この複合プラントは蒸気貯え器１２と接続されたおり、この蒸気貯え器は以下 に説明するように、複合プラントの確実なオ−トノマス始動を可能にするという 最終的な目的をもっている。蒸気貯え器１２は複合プラントの運転時に、廃熱ボ イラ４の高圧蒸気形成部から延びる蒸気導管に配置されている弁１５を介して徐 々に蒸気を供給され、このことは蒸気の凝縮によって行なわれる。付加的に、加 熱装置１３を介して蒸気貯え器１２に異質エネルギを供給することが可能になる 。次に、複合プラントを始動させたい場合、廃熱ボイラ４から延びる蒸気導管に 設けられた弁１７が閉鎖された状態において、弁１５を介して蒸気貯え器１２か ら蒸気が弁１６の手前に与えられる。この弁１６は蒸気タ−ビン８に対する蒸気 供給導管に設けられている。この弁１６を僅かに開放し、かつ蒸気タ−ビン８の 排気導管に位置する別の弁１８を完全に開放することにより、蒸気タ−ビン８に よってガスタ−ボ群１，２に合わせて所要始動出力を形成することができる。こ の始動出力は、両蒸気タ−ビン８，９によって標準的に放出される出力の約５％ である。蒸気タ−ビン８の手前に配置された弁１６を数バ−ルにまで著しく絞る ことによって、排気導管に配置された別の弁１８を介して自由な排気を実施する ことができることに基づき、蒸気タ−ビン８は良好な熱力学的状況のもとで作動 する。閉鎖された各１つの弁２０，２１が、蒸気タ−ビン部分からの排気と、燃 焼器３ならびに廃熱ボイラ４の低圧蒸気発生器束６との接続を阻止している間、 排気用の弁１８の上流側で蒸気タ−ビン８の排気導管に配置された別の弁１９の 著しく絞られた位置は、第１の蒸気タ−ビン８に後置された第２の蒸気タ−ビン ９が設けられている場合には、この第２の蒸気タ−ビンに対する所要の冷却蒸気 量の通過を可能にする。この場合、後者の蒸気タ−ビン９に後置された凝縮器１ １によって真空が形成され、この真空は通気損失を最小限に抑える。これに対し て平行して、圧縮器１が燃焼器３に空気を搬送し始めるので、徐々に燃料を加え て、着火することができる。生成した熱ガスは直ちにガスタ−ビン２に供給され て、ガスタ−ボ群を加速させるために役立つ。最終的に公称回転数が得られ、発 電機１０は電流回路網と同期化され、並列接続されて負荷され、しかもこの場合 には、第１の蒸気タ−ビン８に対する蒸気供給は中断されない。すなわち、前記 第１の蒸気タ−ビンはこのとき、ある程度は充分に予熱されており、したがって 高い圧力の蒸気が廃熱ボイラ４において充分な品質で形成されるやいなや、この ような蒸気を前記第１の蒸気タ−ビンに供給することができる。したがって、凝 縮器１１に対する接続路（図示しない）に配置されたバイパス弁２２は閉鎖され 、第１の蒸気タ−ビン８に対する蒸気供給導管に設けられた別の弁１７が開放さ れる。両蒸気タ−ビン８，９に対する各蒸気供給導管に設けられた両弁１６，１ ９を完全に開放し、かつ排出用の弁１８を閉鎖することにより、蒸気循環路全体 を運転させることができる。この移行段階の間では、相変らず蒸気貯え器１２か ら蒸気タ−ビン循環路に蒸気を供給することができる。廃熱ボイラ４の高圧蒸気 発生器束５における蒸気生産が定量的に完全に充分になるやいなや、蒸気貯え器 １２に弁１５を介して再び蒸気を供給することができる。この複合プラントのガ スタ−ビン２が蒸気吹込みタ−ビン、つまり「スチ−ム・インジェクション・ガ スタ−ビン（Ｓｔｅａｍ Ｉｎｊｅｋｔｉｏｎ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ）」（ ＳＴＩＧ）として構成されていて、したがって第２の蒸気タ−ビン９と凝縮器１ １とが存在していない場合には、唯一つの蒸気タ−ビン８の排気は直接にガスタ −ビン循環路に導入され、この場合、前記排気が燃焼器３の範囲に導入されると 有利である。その間に、前記排気の少なくと一部をガスタ−ビン用の冷却媒体と して使用することも可能である。

【００１０】 既に上で述べたように、廃熱ボイラ４において煙道ガス７をできるだけ完全に 、つまり相応する酸露点が許す限り利用するためには、ガスタ−ビンのタイプに 応じて、高圧蒸気発生器束５にさらに低圧蒸気発生器束６を後置すると有利にな り得る。この低圧蒸気発生器束で形成された蒸気の圧力は、蒸気タ−ビン循環路 から弁２０を介して燃焼器３に流入する蒸気の圧力に相当していると有利である 。

【００１１】 しかし、第２の蒸気タ−ビン９と凝縮器１１との存在によって複合プラントが 構成されている場合でも、ＮＯｘ対策の理由であれ、冷却の目的であれ、または その他の理由であれ、適当な圧力の蒸気の一部を弁２０を介して、または別の軌 道でガスタ−ビン循環路に供給することが有利になり得る。

【００１２】 このように構成されたプラントは蒸気貯え器１２によって廃熱ボイラ４を含め て蒸気タ−ビン循環路を予熱温度に保つことができるので、蒸気タ−ビン８をガ スタ−ビン２と同様に迅速に始動させることができる。すなわち、このことはガ スタ−ビンの迅速な始動能力と、複合プラントの良好な効率とを合わせることで あり、この場合、場合によってはガスタ−ボ群への蒸気導入（ＳＴＩＧ）に基づ いて生ぜしめられる付加的な利点が付随する。始動過程自体に対しては、上記構 成から明らかであるように大きな電気出力を提供する必要はない。いわゆる「ブ ラック・スタ−ト（Ｂｌａｃｋ Ｓｔａｒｔ）」が可能になる。

【００１３】 ガスタ−ボ群と蒸気タ−ビン循環路との間に設けられた、たとえばオ−バラン ニングクラッチとして構成されたクラッチ１４はいわゆる「シンプルＳＴＩＧ（ ＳＩＭＰＬＥ ＳＴＩＧ）」としての複合プラントの運転、つまり蒸気タ−ビン ８の使用なしの複合プラントの運転を可能にする。この場合、このような蒸気タ −ビンは背圧タ−ビンではなく、たんに始動タ−ビンとして構成されている。す なわち、この蒸気タ−ビンは始動の行なわれた後に再び停止される。蒸気発生器 として働く廃熱ボイラ４はこの場合、燃料室への吹込みに使用されるような低圧 蒸気だけを発生させればよい。このような構成では、蒸気貯え器１２もこの圧力 レベルに制限されている。しかし、この蒸気貯え器は異質エネルギによって一層 高いポテンシャルにまで負荷され、このことは既に述べた加熱装置１３を介して 間接的に行なわれるか、または蒸気によって直接に行なわれ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による複合ガス・蒸気タ−ビン動力プラ
ントの回路図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ ガスタ−ビン ３ 燃焼器 ４ 廃熱ボイラ ５ 高圧蒸気発生器束 ６ 低圧蒸気発生器束 ７ 煙道ガス ８，９ 蒸気タ−ビン １０ 発電機 １１ 凝縮器 １２ 蒸気貯え器 １３ 加熱装置 １４ クラッチ １５，１６，１７，１８，１９，２０，２１ 弁 ２２ バイパス弁 ２３ 導管

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 複合ガス・蒸気タ−ビン動力プラントで
   あって、主として、化石燃料を供給される少なくとも１
   つのガスタ−ボ群と、少なくとも１つの蒸気循環路と、
   前記ガスタ−ボ群に後置された廃熱ボイラとが設けられ
   ていて、該廃熱ボイラに前記ガスタ−ボ群の排ガスが供
   給可能であり、さらに発電機が設けられている形式のも
   のにおいて、少なくともガスタ−ボ群（１，２，３）と
   蒸気循環路（８，９）と廃熱ボイラ（４）とが個々にま
   たは互いに組み合わされて、直接または間接的に蒸気貯
   え器（１２）と接続されており、該蒸気貯え器に、前記
   ガスタ−ボ群と連動結合可能な前記蒸気循環路の少なく
   とも１つの蒸気タ−ビン（８，９）を自律運転させるた
   めに蒸気が絶え間なく準備されていることを特徴とする
   複合ガス・蒸気タ−ビン動力プラント。
2. 【請求項２】 蒸気貯え器（１２）が廃熱ボイラ（４）
   から蒸気を供給されている、請求項１記載の複数ガス・
   蒸気タ−ビン動力プラント。
3. 【請求項３】 蒸気貯え器（１２）に異質エネルギを負
   荷可能な異質エネルギ供給装置（１３）が設けられてい
   る、請求項１記載の複合ガス・蒸気タ−ビン動力プラン
   ト。