JP7070078B2 - 発電設備 - Google Patents

Description

本発明は、発電設備に関する。

火力発電所に設置されるボイラでは、蒸気タービンを回転させるために、バーナーが燃料を燃焼させたときに発生する燃焼熱から高圧の蒸気を発生させている（例えば特許文献１）。

特開２００２－５４８０２号公報

火力発電所にボイラを設置する場合、ボイラの大きさは、蒸気タービンに供給するべき蒸気量に応じて定まる。つまり、ボイラは、蒸気タービンに供給するべき蒸気量が多くなるにつれて大きく設計される。しかし、ボイラが大きくなると、ボイラ内部の空洞領域が大きくなるため、ボイラを起動した際にボイラ内部を温めるために多くの時間と多くの燃料を要する虞があった。

そこで、本発明は、ボイラを起動した際に、少ない時間と少ない燃料でボイラ内部を効率的に加熱することが可能な発電設備を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本発明は、バーナーが燃料を燃焼させて発生する燃焼熱から蒸気タービンを回転させるための蒸気を発生するボイラを含んで構成される発電設備において、前記ボイラの内部における前記バーナーと対向する空洞領域に配置され、前記バーナーからの燃焼炎を反射する反射部材、を備え、前記反射部材は、耐熱鋼を用いて形成され、鉛直方向に延びる柱体形状を呈し、前記反射部材は、中空形状を呈し、前記ボイラの水管に供給される水の一部が流入する流入口と、中空内部を通過した後の水を節炭器に向けて流出する流出口と、を有する。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、ボイラを起動した際に、少ない時間と少ない燃料でボイラ内部を効率的に加熱することが可能となる。

本実施形態に係る発電設備の燃焼ガス系統を示すブロック図である。 本実施形態に係る発電設備の蒸気系統を示すブロック図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＝＝＝発電設備＝＝＝
図１は、本実施形態に係る発電設備の燃焼ガス系統を示すブロック図である。以下、図１を参照しつつ、発電設備における燃焼ガス系統について説明する。尚、発電設備は、例えば、石炭を燃料とする火力発電設備であることとする。

ボイラ１０１は、石炭を燃焼させたときの燃焼熱を用いて、蒸気タービンを回転させるための蒸気を発生する熱交換装置である。ホッパ１０２は、貯炭場から搬送された石炭が収容される収容器である。粉砕機１０３は、ホッパ１０２から供給された石炭を粉砕して微粉炭とする装置である。空気ブロア１０４は、燃焼用空気を生成する装置である。空気予熱器１０５は、空気ブロア１０４から供給された燃焼用空気を暖める装置である。バーナー１０６は、粉砕機１０３から供給された微粉炭を空気予熱器１０５から供給された燃焼用空気（例えば３００℃）と混合することによって安定的に燃焼させる装置である。バーナー１０６は、微粉炭を燃焼させたときの燃焼炎がボイラ１０１の内部に形成された空洞領域に放出されるように、ボイラ１０１の側壁を貫通して設置されている。そして、ボイラ１０１を形成する水冷壁やボイラ１０１の内部に設置される水管等の熱交換器は、バーナー１０６の燃焼炎から生成される燃焼ガスによって、蒸気タービンを回転させるための蒸気が得られるように加熱される。脱硝装置１０７は、燃焼ガスに含まれるＮＯ_Ｘが規制値以下となるように除去する装置である。空気予熱器１０５は、脱硝装置１０７の下流側に設置され、バーナー１０６の燃焼効率が向上するように、脱硝装置１０７を通過した後の排気ガスの余熱と熱交換を行うことによって燃焼用空気を予熱する。集塵器１０８は、燃焼用空気と熱交換された後の排気ガスに対して、排気ガス中に含まれる大粒径や小粒径のフライアッシュを除塵する装置である。脱硫装置１０９は、集塵器１０８を通過した後の排気ガスに対して、排気ガス中に含まれる硫黄酸化物を除去する装置である。脱硫装置１０９を通過した後のクリーンな排気ガスは、煙突１１０から排出される。

尚、ボイラ１０１の底部に落下したボトムアッシュや、節炭器の底部から回収されたシンダーアッシュは、ボイラ１０１のための燃料として再利用されてもよいし、集塵器１０８から除塵されたフライアッシュは、セメント材料に利用されてもよい。

反射部材１１１は、ボイラ１０１が蒸気タービンを回転させるための蒸気を効率的に発生するように、バーナー１０６と対向するボイラ１０１の内部の空洞領域１１２に配置され、バーナー１０６が燃料を燃焼させたときの燃焼炎を反射する部材である。

反射部材１１１は、鉛直方向に延びる柱体形状を呈し、耐熱鋼（例えばオーステナイト系耐熱鋼）を用いて形成されている。更に、反射部材１１１は、燃焼炎の熱影響を受けにくくなるように、耐熱鋼を用いて形成された外壁に対してセラミック又は耐熱煉瓦等の外壁材を張り付けて形成されている。例えば、バーナー１０６がボイラ１０１の四隅に設置される場合、四隅のバーナー１０６の燃焼炎が一定方向に旋回することから、燃焼炎を効率的に反射するために、反射部材１１１は円柱形状を呈することとする。又、例えば、バーナー１０６がボイラ１０１の対向側面に配置される場合、燃焼炎を効率的に反射するために、反射部材１１１は四角柱形状を呈することとする。

反射部材１１１は、耐熱鋼の温度が必要以上に上昇することを抑制するための冷却機能を備えている。反射部材１１１は、中空形状を呈し、ボイラ１０１の水管に供給される水の一部が流入する下部流入口１１３と、中空内部を通過した後の水を節炭器に向けて流出する上部流出口１１４と、を有している。下部流入口１１３から流入した水は、反射部材１１１の中空内部を満水とした後に上部流出口１１４から流出する。耐熱配管１１５は、下部流入口１１３に水を供給する配管であって、例えば汽水分離器の分離水や復水器の復水等が冷却水として供給される。耐熱配管１１５は、ボイラ１０１の底部に接するように折り曲げられて配置され、反射部材１１１を支える役割を果たす。耐熱配管１１６は、上部流出口１１４から流出する熱交換後の水を節炭器に供給する配管である。このようにして、節炭器は、復水器から供給される水を効率的に予熱することが可能となる。

吊下部材１１７は、ボイラ１０１の天井から反射部材１１１を吊り下げるための紐形状を呈する部材であって、耐熱鋼を用いて形成されている。

図２は、本実施形態に係る発電設備の蒸気系統を示すブロック図である。以下、図２を参照しつつ、発電設備の蒸気系統について説明する。

ボイラ１０１は、粉砕機１０３から供給された微粉炭を空気予熱器１０５から供給された燃焼用空気と混合して燃焼ガスを生成し、燃焼ガスの燃焼熱を用いてボイラ１０１内部の水管を通る水を高圧の蒸気に変える熱変換装置である。ボイラ１０１には、バーナー１０６、反射部材１１１、水冷壁２０１、節炭器２０２、過熱器２０３、再熱器２０４が設けられている。

水冷壁２０１は、ボイラ１０１のハウジングを形成し、例えば給水源から供給された水を飽和蒸気にして過熱器２０３に供給する。又、ボイラ１０１によって生成される燃焼ガスは、水冷壁２０１を含むボイラ１０１内部の水管を加熱した後に排気ガスとなって煙突１１０から放出される。節炭器２０２は、煙突１１０から放出される前の排気ガスの余熱によって、例えば復水器から供給された水を予熱して水冷壁２０１に供給する。過熱器２０３は、水冷壁２０１から供給された飽和蒸気を更に加熱して過熱蒸気にする。蒸気弁２０５は、過熱器２０３で生成される過熱蒸気の流量を調整する調整弁である。

高圧タービン２０６、中圧タービン２０７、低圧タービン２０８の回転軸２０９は同一であって、発電機２１０の回転軸２１１と結合されている。高圧タービン２０６には、過熱器２０３で生成される過熱蒸気（第１蒸気）が蒸気弁２０５を介して供給される。高圧タービン２０６は、第１蒸気を膨張させ、膨張後の蒸気（第２蒸気）をボイラ１０１内の再熱器２０４に供給する。再熱器２０４は、第２蒸気を再熱し、再熱蒸気（第３蒸気）として中圧タービン２０７に供給する。中圧タービン２０７は、第３蒸気を膨張させ、膨張後の蒸気（第４蒸気）を低圧タービン２０８に供給する。低圧タービン２０８は、第４蒸気を膨張させる。

復水器２１２は、低圧タービン２０８が第４蒸気を膨張させた後の排気を凝縮して腹水に変える。給水ポンプ２１３は、復水器２１２で生成される腹水を昇圧して給水としてボイラ１０１内の節炭器２０２や反射部材１１１に供給する。

そして、発電機２１０は、電力が発電されるように、第４蒸気が膨張した際に発生する動力で駆動される。

＝＝＝まとめ＝＝＝
以上説明したように、本実施形態に係る発電設備は、バーナー１０６が燃料を燃焼させて発生する燃焼熱から蒸気タービン２０６～２０８を回転させるための蒸気を発生するボイラ１０１を含んで構成され、ボイラ１０１の内部におけるバーナー１０６と対向する空洞領域１１２に、バーナー１０６からの燃焼炎を反射する反射部材１１１を配置して構成されている。そして、本実施形態によれば、バーナー１０６の燃焼炎から生成される燃焼ガスと熱交換を行うためのボイラ１０１の内部容積が反射部材１１１の分だけ減少し、更に、反射部材１１１がバーナー１０６の燃焼炎を反射するため、水冷壁２０１、過熱器２０３、再熱器２０４等の熱交換効率を向上させることが可能となる。従って、ボイラ１０１を起動した際に、少ない時間と少ない燃料でボイラ１０１の内部を効率的に加熱することが可能となる。

又、本実施形態に係る発電設備において、反射部材１１１は、耐熱鋼（例えばオーステナイト系耐熱鋼）を用いて形成され、鉛直方向に延びる柱体（円柱又は四角柱）の形状を呈している。

又、本実施形態に係る発電設備において、反射部材１１１は、耐熱鋼を用いて形成される外壁に対してセラミック又は耐熱煉瓦を張り付けて形成されている。

又、本実施形態に係る発電設備において、反射部材１１１は、中空形状を呈し、ボイラ１０１の水管に供給される水の一部が流入する下部流入口１１３と、中空内部を通過した後の水を節炭器２０２に向けて流出する上部流出口１１４と、を有している。そして、本実施形態によれば、反射部材１１１の中空内部を満水として冷却することによって燃焼炎から保護することが可能となる。

又、本実施形態に係る発電設備において、ボイラ１０１の水管に供給される水の一部が反射部材１１１の下部に設けられる下部流入口１１３に流入するように下部流入口１１３と結合され、反射部材１１１を支える耐熱配管１１５を備え、更に、耐熱鋼を用いて形成され、ボイラ１０１の天井から反射部材１１１を吊り下げるための吊下部材１１７を備えている。そして、本実施形態によれば、ボイラ１０１の内部に反射部材１１１を安定的に設置することが可能となる。

尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１０１ ボイラ
１０６ バーナー
１１１ 反射部材
１１２ 空洞領域
１１３ 下部流入口
１１４ 上部流出口
１１５，１１６ 耐熱配管
１１７ 吊下部材
２０１ 水冷壁
２０２ 節炭器
２０３ 過熱器
２０４ 再熱器
２０６ 高圧タービン
２０７ 中圧タービン
２０８ 低圧タービン
２１０ 発電機
２１２ 復水器

Claims (5)

1. バーナーが燃料を燃焼させて発生する燃焼熱から蒸気タービンを回転させるための蒸気を発生するボイラを含んで構成される発電設備において、
   前記ボイラの内部における前記バーナーと対向する空洞領域に配置され、前記バーナーからの燃焼炎を反射する反射部材、を備え、
   前記反射部材は、耐熱鋼を用いて形成され、鉛直方向に延びる柱体形状を呈し、
   前記反射部材は、中空形状を呈し、前記ボイラの水管に供給される水の一部が流入する流入口と、中空内部を通過した後の水を節炭器に向けて流出する流出口と、を有する
   ことを特徴とする発電設備。
2. 前記反射部材は、耐熱鋼を用いて形成される外壁に対してセラミック又は耐熱煉瓦を張り付けて形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電設備。
3. 前記反射部材は、円柱又は四角柱の形状を呈する
   ことを特徴とする請求項２に記載の発電設備。
4. 前記ボイラの水管に供給される水の一部が前記反射部材の下部に設けられる前記流入口に流入するように前記流入口と結合され、前記反射部材を支える耐熱配管
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の発電設備。
5. 耐熱鋼を用いて形成され、前記ボイラの天井から前記反射部材を吊り下げるための吊下部材
   を備えたことを特徴とする請求項４に記載の発電設備。

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