JP2003097293A - 原動所および関連した始動方法 - Google Patents

原動所および関連した始動方法

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JP2003097293A JP2002237067A JP2002237067A JP2003097293A JP 2003097293 A JP2003097293 A JP 2003097293A JP 2002237067 A JP2002237067 A JP 2002237067A JP 2002237067 A JP2002237067 A JP 2002237067A JP 2003097293 A JP2003097293 A JP 2003097293A
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burner
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Velimir Bakran
フェリミール・バクラン
Peter Keller-Sornig
ゾルニッヒ ペーター・ケラー−
Ilja Tuschy
イリヤ・ツシー
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General Electric Switzerland GmbH
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Alstom Schweiz AG
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    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レキュペレータの臨界的な局部の熱い箇所の
危険を起こすことなく、レキュペレータを予熱すること
ができる仕方を、少なくとも１つのターボグループとレ
キュペレータを有する原動所のために見いだすことであ
る。 【解決手段】 原動所(1) は、少なくとも１つのタービ
ン(3) およびタービン(3) の上流に配置された少なくと
も１つの主バーナ(5) からなる少なくとも１つのターボ
グループ(2) と、一方ではガスをターボグループ(2) の
方へ導く第一の流路(15)にかつ他方ではガスをターボグ
ループ(2) から離れるように導く第二の流路(12)に配置
された少なくとも１つのレキュペレータ(11)と、第二の
流路（12)の外側に配置されかつ出口側がレキュペレー
タ(11)でまたはレキュペレータの上流で、第二流路(12)
に接続されている少なくとも１つの補助バーナ(19)とを
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１つの
ターボグループとレキュペレータを備えた原動所に関す
る。さらに、本発明は、この形式の原動所を始動させる
ための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】冒頭に述べた形式の原動所は、慣用的
に、少なくとも１つのタービンと、タービンの上流に配
置されかつ作用中、タービンに作用する熱いガスを発生
する少なくとも１つの主バーナとを備えたターボグルー
プを有する。電流発生のための発電機をこのターボグル
ープに駆動連結することができる。通常の運転では、一
方では、ガスをターボグループの方へ導く第一の流路に
かつ他方では、ガスをターボグループから離れるように
導く第二の流路に配置されたレキュペレータの助けで、
熱がターボグループから出現するガスから引き出され、
それによってターボグループに送り出されるガスを予熱
する。効率を増加させるために、ターボグループに送り
だされる予熱されたガスの温度レベルを追加的に増加さ
せることができる追加のバーナを、ターボグループから
出現するガスの第二の流路にあるレキュペレータに配置
することができる。
【０００３】原動所は、電流の需要の低い時間中、例え
ば夜または週末に、またはメンテナンスの目的のために
止めることができる。結果として、特に、ターボグルー
プとレキュペレータは多少冷たくなる。この場合に、通
例、レキュペレータはターボグループの構成要素より一
層急速に冷たくなる。原動所またはそれぞれのターボグ
ループがその完全な動力をできるだけ迅速に発揮できる
ように、レキュペレータを予熱するのが好都合である。
ガス貯蔵原動所として設計されかつターボグループが主
バーナに上流に配置された追加のタービンを備えている
原動所では、それにより追加のタービンの構成要素、例
えばガイドベーンや可動ブレードの熱応力を減らすこと
ができる。熱応力の減少のおかげで、原動所の個々の構
成要素の有効寿命を増加させることができる。
【０００４】レキュペレータを予熱するために、レキュ
ペレータに配置された追加のバーナを作用させることに
より、レキュペレータを予熱することは基本的に可能で
ある。しかしながら、このためレキュペレータには特に
追加のバーナの近くに局部的に熱い領域または箇所が生
じることになり、その温度は、ターボグループを始動さ
せるために燃焼用主バーナに送り出される燃料／酸化剤
混合物の自己点火温度以上である。この種の熱い領域ま
たは箇所は、主バーナを点火しようとする試みができな
いときに不利である。なぜなら、そのとき可燃性の燃料
／酸化剤混合物がこれらの熱い領域または箇所と接触し
て、そこで望ましくない仕方で点火するからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これを改善
しようと意図している。請求項に特徴ずけられている発
明は、レキュペレータを予熱することができ、同時にレ
キュペレータに臨界的な局部的な熱い箇所の危険を起こ
すことのない仕方を、冒頭に述べた種類の原動所のため
に見出だす課題と関連している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は、独立請求項
の要旨により解決される。有利な細部は従属請求項に記
載されている。
【０００７】本発明は、第二の流路の外側に、すなわち
特にレキュペレータの外側に配置された補助バーナの助
けでレキュペレータを予熱するという概略的な思想に基
づいている。この手段によれば、第二の流路のどの箇所
でも、それ故レキュペレータにおいても、燃料／酸化剤
混合物の臨界的な自己点火温度に達しないことを、特に
簡単な仕方で確保することができる。このようにして、
本発明は、主バーナを点火しようとする試みができない
場合に、全体としてシステムで燃料／酸化剤混合物の望
ましくない自己点火の危険を減らすかまたは避けること
ができる。
【０００８】レキュペレータを予熱するために使用され
る補助バーナが第二の流路の外側に配置されているの
で、第二の流路のまたはレキュペレータの温度が、補助
バーナにより発生されかつ第二の流路に送られたガスが
有する温度よりどの箇所でも高くなることができない
し、そのときこの温度は比較的容易に制御可能である。
特に、この外側に配置された補助バーナの場合に、臨界
自己点火温度を越えるかまたは越えないで局部的にその
温度にあるかどうかは重要でない。なぜなら、外側の補
助バーナは、主バーナの不点火の場合でさえ爆発性の燃
料／酸化剤混合物と接触するはずはないからである。追
加のバーナの助けで、臨界自己点火温度以上である温度
の熱いガスを発生させることはまさに第一に好都合であ
り、その際適量の冷たいガスが第二の流路への供給前に
混合され、それによって臨界自己点火温度以下の第二の
流路へ最後に送り出されるガス混合物の温度が下げられ
る。この冷たいガスの混合は補助バーナ内で、例えば対
応する２次的なガス供給によりすでに行われるのが好ま
しい。
【０００９】本発明による提案された原動所と本発明に
よる始動方法は、「圧縮空気エネルギー貯蔵システ
ム」、要するに CAES システムとして知られるものに使
用するのに特に適する。 CAES システムの基本的思想
は、基礎的負荷時間中永続的に作動される動力ステーシ
ョンにより発生された余剰のエネルギーをピーク負荷時
間に移すことに見られる。このことは、余剰のエネルギ
ーの助けで、空気または他のガスが比較的高い圧力で貯
蔵部にポンプ輸送され、そこから空気またはガスを必要
に応じて電流発生のために引き出すことができることで
達成される。このことは、エネルギーがポテンシャルエ
ネルギーの形で回復可能に持ち合わせていることを意味
する。例えば、使い古した炭鉱、石灰石採石場または塩
鉱山が貯蔵部として役立つ。
【００１０】本発明のさらに重要な特徴と利点は、従属
請求項から、図面からおよび図面に関する添付図の記載
から集めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態を図
面に示しかつ次の記載で一層詳細に説明する。
【００１２】図１は、本発明による原動所の基本的例示
を回路図の形に示す。
【００１３】図１によれば、本発明による原動所１は少
なくとも１つのターボグループ２を有し、このターボグ
ループ２は、タービン３、追加のタービン４および主バ
ーナ５からなる。この場合には、図示の原動所１はガス
貯蔵部１７を有するガス貯蔵原動所として設計され、ガ
ス貯蔵部１７に貯蔵されたガスをターボグループ２に導
く第一流路１５が設けられている。このように示された
原動所１は CAES システムの一体部分を形成する。この
CAESシステムは慣用的には空気を貯蔵媒体として作用す
る。
【００１４】タービン３は主バーナ５の次に来ておりか
つ慣用のガスタービンとして設計されている。これと対
照をなして、追加のタービン４は主バーナ５に先んじて
おりかつ蒸気タービン技術に基づいている。追加のター
ビン４が空気により作用される限りにおいては、追加の
タービンを空気タービンとして設計することもできる。
タービン３は共通の駆動軸６を経て追加のタービン４に
駆動連結されている。さらにタービン３と追加のタービ
ン４は同様に駆動軸６により、電流発生のために役立つ
発電機７に駆動連結されている。主バーナ５はターボグ
ループ２への内側流路８に配置され、前記流路は追加の
タービン４の出口９をタービン３の入口１０に接続す
る。主バーナ５への燃料の供給は通常の仕方で行われ、
それ故この燃料供給の対応する構成要素の図示はここで
はしないで済ました。
【００１５】さらに、原動所１は、ターボグループ２に
割り当てられているレキュペレータ１１を有し、このレ
キュペレータは一方では第二流路１２に配置され、この
第二流路１２はタービン３の出口１３に出現するガスを
タービン３から離れるように輸送して、ガスをレキュペ
レータ１１の下流へ１４で、例えば排ガス浄化装置また
は周囲へ送り出す。
【００１６】さらに、他方では、レキュペレータ１１は
第一の流路１５に配置され、この第一の流路１５を経て
追加のタービン４の入口１６にガスが供給される。この
場合に、第一の流路１５は追加のタービン４をレキュペ
レータ１１を経てガス貯蔵部１７に接続する。レキュペ
レータ１１は熱交換器として作用し、かつ通常の作用
中、タービン３に源を発するガスから熱を取り出して、
この熱を追加のタービン４のために意図されたガスに引
き渡す。レキュペレータ１１のエネルギーレベルを増加
させるために、レキュペレータ１１はその中に追加のバ
ーナ１８が配置され、この追加のバーナ１８によりター
ビン３に源を発するガスの温度を増加させることができ
る。その結果として、レキュペレータ１１により、追加
のタービン４に送り出されるガスの温度も上昇する。こ
こでも、追加のバーナ１８のための燃料供給は明瞭にす
るために図示されてない。
【００１７】さらに、本発明により、原動所１は、ター
ボグループ２の流路８、１２、１５の外側に配置された
補助バーナ１９を有する。この補助バーナ１９は出口側
でレキュペレータ１１の上流の第二の流路１２に送出し
ライン２０を経て接続されている。補助バーナ１９は入
口側で補助送風機または補助コンプレッサ２１の出口側
に接続され、この補助コンプレッサ２１の入口側は例え
ば周囲２３にライン２２を経て接続されている。
【００１８】第一のバイパスライン２４がレキュペレー
タ１１の下流の第一の流路１５を、レキュペレータ１１
の上流の第二の流路１２に接続している。第二のバイパ
スライン２５がレキュペレータ１１の下流の第一の流路
１５を、主バーナ５の上流の内側流路１８に接続してい
る。バイパスライン２４と２５は制御弁２６、２７、２
８および２９の助けで活動化させたり不活動化させるこ
とができる。
【００１９】本発明による原動所１は次のように作用す
る。
【００２０】通常の作用中、弁２６と２８が閉塞されて
いるとともに、弁２７と２９が開いている。レキュペレ
ータ１１では、ターボグループ２に与えられるガスは追
加のタービン４に導入される前に加熱される。ここで
は、駆動軸６へのエネルギーの最初の膨張と排出が行わ
れる。主バーナ５では、ガスがタービン３に導入される
前にガスの温度が増加される。タービン３では、ガスが
膨張され、その際発電機７を駆動するためのさらなる駆
動エネルギーが釈放される。それから、まず、膨張され
たガスがさらにレキュペレータ１１で追加のバーナ１８
により加熱され、そして引き続き、ガス貯蔵部１７から
送り出されたガスへの熱の伝達により冷却され、それに
よって追加のタービン４に送り出されるガスの温度レベ
ルを上げる。
【００２１】ここに示した原動所１を始動させるため
に、まず主バーナ５と追加のバーナ１８が止められる。
掃気作用の助けで、流路８、１２と、これらの流路に配
置された原動所１の構成要素とが掃気され、それによっ
てそこに蓄積していたであろう多量の可燃性の燃料／酸
化剤混合物が追い出される。この掃気作用後、補助バー
ナ１９が活動化されるが、その目的のために補助送風機
２１もスイッチオンされる。それから、補助バーナ１９
は加熱されたガスを送出しライン２０を経て第二の流路
１２に導入するように作用され、その間このようにして
レキュペレータ１１に送り出されたガスについては、タ
ーボグループ２を始動させるために主バーナ５に送り出
された燃料／酸化剤混合物の自己点火温度以下である温
度が設定され、特に調整される。これにより、レキュペ
レータ１１、および適当ならば、それに接続されたガス
案内システム全体を、多くて、補助バーナ１９により送
り出されるガスのこの非臨界温度まで加熱できることが
確保される。この予熱中、その流れは流路１５に沿って
レキュペレータ１１も通り、それによってレキュペレー
タ１１で温度の層化が達成される。レキュペレータ１１
で流路１５に沿って加熱されたガスは流路２４でターボ
グループ２の周りを導かれ、そして流路２５と８で追加
のタービン４を通ってタービン３に導かれるか、または
流路１２に入る前にターボグループ２を通る。レキュペ
レータ１１の所望の予熱温度に達するや否や、ターボグ
ループ２の始動相中主バーナ５を点火させようとする試
みがなされる。この点火させる試みができない場合に
は、主バーナ５に送り出された燃料／酸化剤混合物が燃
焼しないで、第二流路１２を経てレキュペレータ１１の
中へ進む。非臨界温度のみが本発明による予熱のために
レキュペレータにゆきわたっているので、この場合には
レキュペレータ１１でこの燃料／酸化剤混合物の自己点
火はない。
【００２２】主バーナ５の点火が首尾よくいった後にの
み、追加のバーナ１８も始動され、それによってターボ
グループ２に送りだされるガスの温度レベルが増加す
る。
【００２３】追加のバーナ１８の助けでレキュペレータ
１１を予熱することは危険なしにはできない。なぜな
ら、この場合には、レキュペレータ１１に、特に追加の
バーナ１８に、前記自己点火温度以上である温度の領域
または箇所で起こる状況を避けることができないからで
ある。補助バーナ１９でも、前記自己点火温度より著し
く高い温度がバーナ１９内に起こり得る。しかしなが
ら、補助バーナ１９は本発明により外側に配置されてい
るので、一方では、可燃性燃料／酸化剤混合物が補助バ
ーナ１９と接触するはずがない。他方では、送出しライ
ン２０を経て第二の流路１２へまたは直接レキュペレー
タ１１へ送り出されるガスの温度を、冷たいガスと相互
混合することにより相応して比較的簡単な仕方で下げる
ことができる。特に、直接補助バーナ１９により発生し
た熱いガスを一層冷たいガスとそのように相互混合する
ことは、まさに内部的に補助バーナ１９内で実施するこ
とができ、そのとき補助バーナ１９は相応する二次的空
気供給装置を含む。同様に、冷たいガスを補助バーナ１
９の下流でのみ送出しライン２０に混合させることがで
き、それによってレキュペレータ１１へ送り出されるガ
スの温度が所望の値に下げられる。
【００２４】ここに記載された好ましい実施の形態で
は、原動所１がガス貯蔵原動所として設計されているけ
れども、本発明による原動所は、原則として、慣用の原
動所として設計することもでき、そのときそのターボグ
ループ２はタービン３に駆動連結されるコンプレッサを
有する。原動所１の始動挙動は本発明による特徴により
改善することができるので、本発明はガス貯蔵原動所に
適用するのに特に適している。というのは、ガス貯蔵原
動所では、CAESシステムの基本的概念により、始動作用
は比較的頻繁に、例えば毎日起こり、それにより電流需
要のピーク負荷に役に立つからである。それ故、改善さ
れた、特に短くされた始動挙動が特にガス貯蔵原動所で
は有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による原動所の基本的例示を回路図の形
で示す図である。
【符号の説明】
１ 貯蔵原動所 ２ ターボグループ ３ タービン／ガスタービン ４ 追加のタービン／空気タービン ５ 主バーナ ６ 駆動軸 ７ 発電機 ８ 内側流路 ９ ４の出口 １０ ３の入口 １１ レキュペレータ １２ 第二の流路 １３ ３の出口 １４ 排ガス浄化装置または周囲 １５ 第一の流路 １６ ４の入口 １７ ガス貯蔵部 １８ 追加のバーナ １９ 補助バーナ ２０ 送出しライン ２１ 補助送風機／補助コンプレッサ ２２ ライン ２３ 周囲 ２４ 第一のバイパスライン ２５ 第二のバイパスライン ２６ 弁 ２７ 弁 ２８ 弁 ２９ 弁
フロントページの続き (72)発明者 ペーター・ケラー− ゾルニッヒ スイス国、バーデン、オーバーシュタット ストラーセ、11 (72)発明者 イリヤ・ツシー ドイツ連邦共和国、ハイデルベルク、ゲル ハルト− ハウプトマン− ストラーセ、 16

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 原動所において、 - 少なくとも１つのタービン(3) およびこのタービン
    (3) の上流に配置された少なくとも１つの主バーナ(5)
    を備え、 - 少なくとも１つのレキュペレータ(11)を備え、前記レ
    キュペレータは、一方ではガスをターボグループ(2) の
    方へ導く第一の流路(15)に配置されかつ他方ではガスを
    ターボグループ(2) から離れるように導く第二の流路(1
    2)に配置されており、 - 少なくとも１つの補助バーナ(19)を備え、前記補助バ
    ーナは第二の流路(12)の外側に配置されかつその出口側
    がレキュペレータ(11)でまたはレキュペレータの上流で
    第二の流路(12)に接続されていることを特徴とする原動
    所。
  2. 【請求項２】 補助バーナ(19)に加熱すべきガスを供給
    するために、補助送風機または補助コンプレッサ(21)が
    補助バーナ(19)の上流に配置されていることを特徴とす
    る請求項１に記載の原動所。
  3. 【請求項３】 原動所がガス貯蔵原動所(1) として設計
    され、第一の流路(15)はレキュペレータ(11)の上流でガ
    ス貯蔵部(17)に接続されていることを特徴とする請求項
    １または２に記載の原動所。
  4. 【請求項４】 ターボグループ(2) は、主バーナ(5) の
    上流に配置された少なくとも１つの追加のバーナ(4) を
    有することを特徴とする請求項３に記載の原動所。
  5. 【請求項５】 タービン(3) が追加のタービン(4) に駆
    動連結されていることを特徴とする請求項４に記載の原
    動所。
  6. 【請求項６】 請求項１から５までのうちのいずれか一
    つに記載の原動所を始動させるための方法において、作
    用されている補助バーナ(19)により、加熱されたガスが
    発生され、それによりターボグループ(2) が始動される
    前にレキュペレータ(11)が予熱されることを特徴とする
    方法。
  7. 【請求項７】 予熱中、その流れも、通常の運転中、加
    熱すべきガスをガス貯蔵部(17)から導く流路(15)に沿っ
    てレキュペレータ(11)を通って進むことを特徴とする請
    求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 ターボグループ(2) の始動前に、レキュ
    ペレータ(11)は、ターボグループ(2) の始動中主バーナ
    (5) に送り出される燃料／酸化剤混合物の自己点火温度
    以下である温度に予熱されることを特徴とする請求項６
    または７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 補助バーナ(19)により発生した加熱ガス
    のために、ターボグループ(2) の始動中主バーナ(5) に
    送り出される燃料／酸化剤混合物の自己点火温度以下で
    ある温度が設定されることを特徴とする請求項６から請
    求項８までのうちのいずれか一つに記載の方法。
  10. 【請求項１０】 このように形成されたガス混合物が第
    二の流路(12)に送られる前に、一層冷たいガスが、補助
    バーナ(19)により発生されたかつ前記自己点火温度以上
    である熱いガスと混合されることで、加熱されたガスの
    温度が設定されることを特徴とする請求項９に記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】 前記混合はまさに内部的に補助バーナ
    (19)内で行われることを特徴とする請求項１０に記載の
    方法。
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