JP2007263084A - 熱電供給システム - Google Patents

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Abstract

【課題】熱と電気の供給割合を変更できる熱電供給システムを提供する。
【解決手段】ガスタービン３出口の排気ガス７を排ガスボイラ８の熱源として、給水ポンプ９により供給された供給水１０を過熱蒸気とし、蒸気タービン１１を駆動して水蒸気圧縮機１２を運転する。この水蒸気圧縮機１２は、膨脹弁１４で減圧され蒸発器１３内で排熱１８等を熱源として蒸発した水冷媒１７を圧縮して過熱蒸気を生成し、蒸気タービン１１出口の過熱蒸気と混合して蒸気利用設備に供給する。ここで、蒸気タービン１１には発電電動機１５が接続されているので、蒸気より電気の需要が増加した場合には、発電電動機１５を発電機として作動させ電気出力を増加できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱電供給システムに関するものである。
従来の圧縮機で水蒸気を圧縮し高温の水蒸気を得る熱電供給システムでは、特公平７−４２１２号公報に記載されているように蒸気の供給と電気の供給はバッチで行うように構成されている。また、蒸気タービンの復水器の排熱をヒートポンプで回収する熱電供給システムにおいても、特開２０００−２５１１２５号公報に記載されているように発電量と回収熱量の割合は最初のシステム構成で決定するよう構成されている。
特公平７−４２１２号公報 特開２０００−２５１１２５号公報
従来の熱電供給システムでは、電気と熱の供給割合が固定されていたので、夏場に電力の需要が増加した場合には発電機を駆動する原動機の出力が増加して排熱量が増加し供給熱が余剰となり、冬場に供給熱量の需要が増加した場合には、電気が余剰となって資源に無駄を生じる問題があった。
また、製造プロセスによっては、製造過程で電気と熱の需要割合が変化する場合があり、従来は電力が不足する場合には売電を購入し、余剰熱が発生する場合には廃棄する等の経済的にも無駄を生じる問題があった。
本発明の目的は、電力および熱量の需要の変化に対応可能な熱電供給システムを提供することにある。
上記目的は、発電機を駆動する原動機の排熱で生成した蒸気を動力源とする蒸気タービンで駆動される圧縮機で水蒸気を圧縮し、高温の水蒸気として該蒸気タービンの出口蒸気と共に蒸気利用設備に供給する熱電供給システムにおいて、蒸気タービンに発電電動機を接続したことにより達成される。
また上記目的は、発電電動機および圧縮機はクラッチを介して蒸気タービンで駆動するようにしたことにより達成される。
また上記目的は、大歯車にこれと噛合う複数のピニオンを配置し、各ピニオンの軸に圧縮機羽根車とタービン羽根車を取付けたことにより達成される。
また上記目的は、発電機を駆動する原動機の排熱で生成した蒸気を動力源とする蒸気タービンで駆動される圧縮機で水蒸気を圧縮し、高温の水蒸気として該蒸気タービンの出口蒸気と共に蒸気利用設備に供給する熱電供給システムにおいて、大歯車の回転軸に発電電動機の回転軸を接続し、該大歯車にこれに噛合う複数のピニオンを配置して各ピニオンの軸に圧縮機羽根車とタービン羽根車を取付けたことにより達成される。
本発明によれば、電力および熱量の需要の変化に対応可能な熱電供給システムを提供できる。
以下、本発明の実施例を説明する
図１は本発明の一実施形態に係る熱電供給システムの構成図である。図１に示すように空気圧縮機１で圧縮された外気６は燃焼器２に搬送され、投入された都市ガスや灯油等の燃料５を燃焼して高温，高圧のガスとなった後、ガスタービン３を駆動して発電機４で発電する。この時、ガスタービン３出口の排気ガス７は６４０℃程度であるので排ガスボイラ８の熱源として、給水ポンプ９により７ＭＰａ程度に加圧された３０℃程度の供給水
１０を５００℃程度の過熱蒸気とすることができる。
この過熱蒸気を蒸気タービン１１で０.４Ｍｐａ 程度まで膨脹させると、蒸気流量１kg／ｓ当り約６１０ｋＷ程度の動力を発生できるので、水蒸気圧縮機１２を駆動できる。この水蒸気圧縮機１２は、ポンプ１６により供給され膨脹弁１４で０.２０Ｍｐａ ，６０℃程度に減圧され蒸発器１３内で排熱１８等を熱源として蒸発した水冷媒１７を０.４Ｍｐa程度に圧縮して過熱蒸気を生成する。このとき、水蒸気圧縮機１２を中間冷却４段圧縮機にすると、過熱蒸気温度は２１０℃程度になるので蒸気タービン１１出口の１７０℃程度の過熱蒸気と混合して１９０℃程度の蒸気として蒸気利用設備（図示せず）に供給できる。
ここで、蒸気タービン１１には発電電動機１５が接続されているので、蒸気より電気の需要が増加した場合には、発電電動機１５を発電機として作動させ電気出力を増加できる。なお、このとき水蒸気圧縮機１２の容量を吸入ベーン（図示せず）等により制御することはいうまでもない。また電気の需要が減少する場合、通常燃焼器２に投入する燃料５を減少させるので、排気ガス７の熱量も減少し蒸気タービン１１の出力も低減する。この時、蒸気の需要が減少しない場合や増加した場合、発電電動機１５をモータとして作動させ水蒸気圧縮機１２の駆動動力を増加させて蒸気供給量の維持や増加を図ることができる。
図２は本発明の他の実施例に係る熱電供給システムの構成図である。排ガスボイラ８出口に節炭器１９を設置し、供給水１０を予熱すると共に予熱した供給水１０の一部を蒸気タービン１１と水蒸気圧縮機１２に接続した膨脹機２１へ循環し、他は高圧供給ポンプ
２０で排ガスボイラ８へ供給するように構成した点が図１に示す実施例と異なる。
このように構成すると排ガスボイラ８出口の１８０℃程度の排ガスから更に熱を回収し蒸気タービン１１を駆動できると共に、膨脹機２１で動力を回収できるのでシステムの熱効率を向上できる。なおこの時、膨脹機２１入口は０.２Ｍｐａ，１２０℃程度である。
図３は本発明の他の実施例に係る熱電供給システムの構成図である。蒸気タービン１１と発電電動機１５とをクラッチ２２を介して接続し、蒸気タービン１１と水蒸気圧縮機
１２とをクラッチ２３を介して接続すると共に水蒸気圧縮機１２の出口に弁２４を設けた点が図１に示した実施例と異なる。
このように構成すると、電気の需要が極端に高い場合にはクラッチ２２を接続し発電電動機１５を発電機として作動させると共に、クラッチ２３を遮断し、弁２４を閉じて水蒸気圧縮機１２の運転を停止できるので、蒸気タービン１１は発電にのみ使用でき発電量を増加できる。また、発電電動機１５をモータとして使用する必要がない場合には、クラッチ２２を遮断することにより、発電電動機１５を空転させる際に生じる損失をなくすことができる。
図４は本発明の他の実施例に係る熱電供給システムの構成図である。排ガスボイラ８出口に節炭器１９を設置し、供給水１０を予熱すると共に予熱した供給水１０の一部を蒸気タービン１１と水蒸気圧縮機１２に接続した膨脹機２１へ循環し、他は高圧供給ポンプ
２０で排ガスボイラ８へ供給するように構成し、水蒸気圧縮機１２出口に弁２４を、膨脹機２１入口に弁２５を設置した点が図３に示す実施例と異なる。
このように構成すると電気の需要が極端に高い場合にはクラッチ２２を接続し発電電動機１５を発電機として作動させると共に、クラッチ２３を遮断し、弁２４と弁２５を閉じて水蒸気圧縮機１２の運転を停止できるので、蒸気タービン１１は発電にのみ使用でき発電量を増加できる。また排ガスボイラ８出口の１８０℃程度の排ガスから更に熱を回収し蒸気タービン１１を駆動すると共に、水蒸気圧縮機１２を駆動する際には膨脹機２１で動力を回収できるのでシステムの熱効率を向上できる。
図５は本発明の他の実施例に係る熱電供給システムの構成図である。水蒸気圧縮機12ａ，１２ｂ，１２ｃを多段に設置し、各段間に噴霧冷却用のノズル２９ａ，２９ｂを設けてポンプ２８で噴霧水を供給すると共に、大歯車２６に噛合うピニオン２７ａ，２７ｂ，
２７ｃを介して蒸気タービン１１の動力を水蒸気圧縮機１２ａ，１２ｂ，１２ｃに伝達するように構成した点が図３の実施例と異なる。
このように構成すると、水蒸気圧縮機の駆動動力を低減できると共に、大歯車２６とピニオン２７ａおよび２７ｂのギヤ比を任意に設定できるので各段における水蒸気圧縮機を最適回転速度で運転でき更なる熱効率の向上が図れる。なお圧縮機段数は、運転状況に応じて任意に設定できることはいうまでもない。
図６は本発明の他の実施例に係る熱電供給システムの構成図である。水蒸気圧縮機12ａ，１２ｂ，１２ｃを多段に設置し、各段間に噴霧冷却用のノズル２９ａ，２９ｂを設けてポンプ２８で噴霧水を供給すると共に、大歯車２６に噛合うピニオン２７ａ，２７ｂ，
２７ｃを介して蒸気タービン１１の動力を水蒸気圧縮機１２ａ，１２ｂ，１２ｃに伝達するように構成した点が図４の実施例と異なる。
このように構成すると、水蒸気圧縮機の駆動動力を低減できると共に、大歯車２６とピニオン２７ａおよび２７ｂのギヤ比を任意に設定できるので各段における水蒸気圧縮機を最適回転速度で運転でき更なる熱効率の向上が図れる。
図７は本発明の他の実施例に係る熱電供給システムの構成図である。水蒸気圧縮機12ａ，１２ｂ，１２ｃを多段に設置し、各段間に噴霧冷却用のノズル２９ａ，２９ｂを設けてポンプ２８で噴霧水を供給すると共に、大歯車２６の回転軸に発電電動機１５の回転軸を接続し、大歯車２６に噛合うピニオン２７ａに蒸気タービン１１を、ピニオン２７ｂに水蒸気圧縮機１２ａを、ピニオン２７ｃに水蒸気圧縮機１２ｂ，１２ｃを取付けた点が図１の実施例と異なる。
このように構成すると、水蒸気圧縮機の駆動動力を低減でき、大歯車２６とピニオン
２７ａおよび２７ｂのギヤ比を任意に設定できるので各段における水蒸気圧縮機を最適回転速度で運転できると共に、低速の発電電動機１５を使用できるため信頼性が向上できる。
図８は本発明の他の実施例に係る熱電供給システムの構成図である。大歯車２６と発電電動機１５をクラッチ２２を介して結合し、蒸気タービン１１とピニオン２７ａをクラッチ２３を介して結合した点が、図７に示した実施例と異なる。
このように構成すると、発電電動機１５をモータとして使用する必要がない場合には、クラッチ２２を遮断することにより、発電電動機１５を空転させる際に生じる損失をなくすことができると共に、ガスタービンのメンテナンス時にもクラッチ２３を遮断してクラッチ２２を接続し発電電動機１５をモータとして作動させることにより水蒸気を発生できる。
本発明の一実施形態に係る熱電供給システムの構成図である。 本発明の一実施形態に係る熱電供給システムの構成図である。 本発明の一実施形態に係る熱電供給システムの構成図である。 本発明の一実施形態に係る熱電供給システムの構成図である。 本発明の一実施形態に係る熱電供給システムの構成図である。 本発明の一実施形態に係る熱電供給システムの構成図である。 本発明の一実施形態に係る熱電供給システムの構成図である。 本発明の一実施形態に係る熱電供給システムの構成図である。
符号の説明
１…空気圧縮機、２…燃焼器、３…ガスタービン、４…発電機、８…排ガスボイラ、
１１…蒸気タービン、１２…水蒸気圧縮機、１３…蒸発器、１４…膨脹弁、１５…発電電動機、１７…水冷媒。

Claims (4)

  1. 発電機を駆動する原動機の排熱で生成した蒸気を動力源とする蒸気タービンで駆動される圧縮機で水蒸気を圧縮し、高温の水蒸気として該蒸気タービンの出口蒸気と共に蒸気利用設備に供給する熱電供給システムにおいて、蒸気タービンに発電電動機を接続したことを特徴とする熱電供給システム。
  2. 請求項１記載の熱電供給システムにおいて、
    発電電動機および圧縮機はクラッチを介して蒸気タービンで駆動するようにしたことを特徴とする熱電供給システム。
  3. 請求項１若しくは２のいずれかに記載の熱電供給システムにおいて、
    大歯車にこれと噛合う複数のピニオンを配置し、各ピニオンの軸に圧縮機羽根車とタービン羽根車を取付けたことを特徴とする熱電供給システム。
  4. 発電機を駆動する原動機の排熱で生成した蒸気を動力源とする蒸気タービンで駆動される圧縮機で水蒸気を圧縮し、高温の水蒸気として該蒸気タービンの出口蒸気と共に蒸気利用設備に供給する熱電供給システムにおいて、大歯車の回転軸に発電電動機の回転軸を接続し、該大歯車にこれに噛合う複数のピニオンを配置して各ピニオンの軸に圧縮機羽根車とタービン羽根車を取付けたことを特徴とする熱電供給システム。

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