JPS61250306A

JPS61250306A - 熱空気タ−ビン及び蒸気タ−ビン組合せ原動所

Info

Publication number: JPS61250306A
Application number: JP61078434A
Authority: JP
Inventors: エミル　アグエツト
Original assignee: Sulzer AG; Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1985-04-29
Filing date: 1986-04-07
Publication date: 1986-11-07
Also published as: FI861148A; DK102686A; DK102686D0; EP0199902A1; US4637212A; FI861148A0

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】イ発明の技術分野本発明は、流動層燃焼装置とその後の煙道を有する蒸気
発生炉；熱空気タービンによって駆動され、出力がこの
蒸気発生炉に配置された少なくとも一つの空気熱交換器
を経てこのタービンの入口に通じ、その熱空気タービン
が少なくとも一つの廃熱ボイラに排気する、少なくとも
一つの空気圧縮機：この蒸気発生炉の中の蒸発器システ
ムの間に配置された少なくとも一つの水・蒸気分離器容
器、及び同様にその中に配置され蒸気タービンの入口に
出力する過熱器を有する、熱空気タービン及び蒸気ター
ビン組合せ原動所に関する。

口従来の技術この種の既知の原動所の一つに於いては、タービンは発
電機に結合されて主として電気を発生し、その効率は純
ガス又は純蒸気動力所より高い。この既知の原動所の重
要な特徴は、熱空気タービンからの排気の熱エネルギー
の利用で、この排気は先ず回収熱交換器の中で空気圧縮
機で圧縮された空気に熱を与え、次に給水を予熱するた
めに電気ボイラの中で使われる。この回収熱交換器に続
く空気予熱器は３部に細分され、その第１と第３は煙道
に配置され、その第２は流動層燃焼装置に配置されてい
る。この既知の原動所の欠点は、空気圧縮機出口と熱空
気タービン入口との間の圧縮された空気が通らなければ
ならない通路が長く、多くの曲りを含み、従ってかなり
の圧力降下を生じ、更に効率が改善されるのを妨げるこ
とである。

ハ発明の目的、構成及び効果本発明の目的は、単純且つ低コストの手段を使つイア浣
ダの執の矧田を曽泪ナス７シｆｒ　／四侵τ縮機出口と
熱空気タービン入口との間の圧力降下を減することにあ
る。

従って、本発明によれば、少なくとも一つの予備過熱器
が廃熱ボイラの中に配置され、その予備過熱器の入口が
水・蒸気分離器容器の蒸気出口に通じ、この予備過熱器
が過熱器入口に出力し；且つ空気熱交換器がほぼ完全に
流動層の中に配置されている。

この新規な原動所に於いては、排気熱の多くが蒸気を予
備過熱するために使われ、圧縮された空気を完全に予熱
するために十分な熱が流動層燃焼装置から利用でき、そ
れによって従来の回収熱交換器を除去することを可能に
する。従って、空気圧縮機と熱空気ターーンとの間の圧
力降下はかなり少なくなる。本発明の他の利点は、空気
熱交換器出口での空気の温度は、既知の原動所より流動
層の温度に近いので、この流動層燃焼装置で熱がより良
く利用され、その結果この原動所全体の効率が改善され
ることにある。

本発明は、強制循環蒸気発生炉用、強制貫流蒸気発生炉
用及び対流蒸気発生炉用に有用である。

本発明は、全ての蒸気を通す熱交換器（過熱器、再過熱
器）が流動層の外側に置くことができ、従って流動層の
中の高温、化学腐食及び摩耗によっていためられること
がないので、蒸気発生炉の中の加熱面の配置にかなり自
由度を与える。従って、空気及び給水を通すあまりきゃ
しやでない熱交換器だけが流動層の中に配置される。

特許請求の範囲第２項及び第４項の機能部は、蒸気発生
炉の加熱面の好ましい配列を特徴する特許請求の範囲第
５項によれば、蒸気発生炉からの煙ガスの残留熱が流動
層に供給されるべき空気を予熱するために使われ、この
場合、特許請求の範囲第６項による熱廃空気の光供給が
空気予熱器の低温腐食を未然に防ぐ。空気予熱器の後に
配置された比較的小さな補助燃焼室という特許請求の範
囲第７項に記述した配列は、始動の際流動層材料を予熱
するために作用し、従って始動を特徴とする特許請求の範囲第８項によれば、始動の際作られた蒸気
がこの熱空気タービンを自己維持最低速度にするために
使われる。部分負荷で、この補助蒸気タービンは、熱空
気タービンの早過ぎる停止を防ぐ。

特許請求の範囲第９項の機能部は、給水量又は蒸気量と
排気量との間の有利な比を保証する好ましい相対空気量
を記述し、それによって作動媒体に対して及び加熱され
る媒体に対して満足な温度パターンを特徴する特許請求の範囲第１０項の吹出し装置は、熱空気タービ
ンの速度を始動の際中間速度から同期速度まで制御状態
に保つことを可能にする。

一実施例以下に、本発明による原動所の線図である図面を参照し
て、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

熱空気タービンと蒸気動力装置の組合せは、制御循環蒸
気発生炉１０、共通軸によって空気圧縮機２１及び第１
発電機７に結合された熱空気タービン２０、排気ボイラ
３０、高圧段４０′と低圧段４０′とを含み第２発電機
８に結合された蒸気タービン４０、蒸気トラップ５０及
び空気予熱器６０を含む。この蒸気発生炉１０は、排気
ガスを清浄にするための固体添加薬品と共に供給スクリ
ュ１３によって送り込まれる市販の化石燃料を燃やす流
動層１１によって加熱される。この流動層は、空気室１
２から孔あきベース９１に通して供給される流動空気に
よって作られる。このようにして供給される空気は、燃
焼支援空気としても作用する◎即ち、燃焼条件を良くす
るために、二次空気もこの流動層の中又はその上に導入
することができるが、この機構は図示してない。この流
動層１１の後に上方向に配置されているのは、煙道１４
である。空気熱交換器１５とその上の第１蒸発器１７−
エ、この流動層１１の最下地域に配置されている。

過熱器１６は、煙道１４の最下で最高温の地域に配置さ
れ、第２蒸発器１８は、この過熱器１６の上に配置され
、且つ作動媒体に関して考えるとき、第１蒸発器１７と
直列に結合され、−万博過熱器１９は、この煙道１４の
最上で最冷の地域に配置されている。

空気圧縮機２１は、空気供給管路２２を経て大気に通じ
、その出口は、吐出し管路を経て直接空気熱交換器１５
に通じる。又、この管路２３ｔＩ工、吹出し弁２７の作
用を介して圧力を減するためら大気に逃げることができ
る。熱空気管路２４Ｇ工、この空気熱交換器１５の出口
を熱空気タービン２０に結合し、そのタービンは垂直排
気ボイラ３０に空気を排出する。そのボイラは、その最
高温地域に蒸気予備過熱器３３を、その最冷地域に復水
予熱器３１を、その中間に給水予熱器３２を有する。空
気抜き管路３４は、ボイラ３０の最上地域を大気か又は
、他の、例えば建物の暖房システムのような、排気、に
残された残留熱消費装置に結合する。空気圧縮機２１は
、この原動所の高効率運転が保証されるように、その空
気吐出し量が流動層での燃焼に必要な空気の理論量より
約２．５倍大きいよ５に設計されている。

蒸気管路４１は、水・蒸気トラップ５０の蒸気出口を予
備過熱器３３０入口に結合し、その予備過熱器は蒸気過
熱器１６の入口に出力する。タービン弁４３′ヲ有する
蒸気管路４３は、この過熱器１６の出口から蒸気タービ
ンの高圧段４０′まで延びる。中間過熱器１９は、高圧
段４０′と低圧段４０’の間に配置されている。低圧段
４ｏ’＆Ｓ、復水器４Ｔに排気する。

復水器４７は、復水ポンプ５６を含む管路５５を経て復
水予熱器３１に通じ、この復水予熱器３１の出口は、管
路５Ｔを経てガス抜き装置３の上部に通じる。弁２′を
有する補給管路２もこのガス抜き装置３の上部の中へ延
び、そのガス抜き装置の下部地域は、給水ポンプ５を含
む給水管路４を経て給水予熱器３２に結合されている。

この予熱器３２は、管路６を経て蒸気トラップ５０に通
じる。循環ポンプ５２は、水・蒸気ドラム５０の下部地
域を第１蒸発器１７に結合する管路５１に酊３、置され
、第２蒸発器１８は、管路５４を介して４４水・蒸気ド
ラム５０に出力する。

空気予熱器６０は、煙ガス管路を経て煙道１４の上端と
、そして煙ガス送風機６３を含む煙ガス吐出管路６２を
経て大気か又はこの煙ガスに含まれる残留熱の更なる利
用のための設備（図示せず）に通じ、中間に煙ガス浄化
施設を置くこともできる。燃焼支援空気を運び且つその
空気予熱器６０の空気側上流に空気送風機６５を、そし
て、この空気予熱器６０の中に、加熱面６６を有する管
路６４は、空気室１２まで延びる。この空気室１２と加
熱面６６０間に、管路６４は補助燃焼室６７を含む。こ
の空気送風機６５の上流で、管路６４補助蒸気タービン
７０は、蒸気弁７２が配置されている補助蒸気管路７１
ｆ、経て、過熱器１６とタービン弁４３′の間で、蒸気
管路４３に通じる。

又、このタービンＴＯは、軸継手７３によって熱空気タ
ービン２０に″結合することができる。

ホ作用通常の運転では、この原動所は次のように動作する、即
ち、タービン弁４３′は開き、蒸気弁７２は閉状態にあ
り、且つ補助燃焼室６７は不作動である。送風機６５は
、大気から空気を吸込み、それを燃焼支援空気管路６４
及び予熱器加熱面６６を介して空気室１２へ送り、制御
要素３６は、空気吐出管路３４ｆｔ流れる空気のいくら
かが分肢管路３５を通って管路６４へ流れ、吸込まれた
燃焼支援空気を空気送風機６５及び空気予熱器６０の中
の低温腐食を防ぐに十分に加熱するように設定されてい
る。この燃焼支援空気は、孔あきベース９を通って流動
層の中へ流れる。供給スクリュ１３は、必要量の燃料と
薬品を流動層の中へ入れ、その薬品は燃焼の際にできる
有害物質を結合する。

煙ガス送風機６３は、煙ガスを煙道１４及び空気予熱器
６０を通して煙ガス吐出管路６２へ運び、煙ガスはその
熱を途中で加熱面１Ｂ、１８．１９の作動媒体に及び加
熱面６６の空気に与える。

空気圧縮機２１も空気供給管路２２を介して大気から空
気を取り入れ、このようにして取り入れた空気を圧縮し
、そして吹出し弁２７が閉状態にあるので、それを管路
２３を介して空気熱交換器１５へ送る。圧縮された空気
は、熱交換器１５の中で流動層から熱を受け、それから
熱空気管路２４を通り熱空気タービン２０へ流れる。そ
こでの膨張後、空気は、廃熱ボイラ３０へ流れ、そこで
空気は加熱面３３，３２．３１の中の作動媒体に順次与
え、その後それは、今度は殆んど周囲温度まで冷却され
、管路３４を通ってこのボイラ３０から離れる。

復水ポンプ５６は、復水を管路５５と復水予熱器３１を
通してガス抜き装置３まで運ぶ。上記の原動所内の水及
び／又は蒸気の損失は、弁２′が水を補給管路２を通し
て供給できるように作動するので、ガス抜き装置３に加
えられる新鮮な水によって置き換えられる。給水ポンプ
５は、このガス抜き装置３の中でガス抜きされた水を給
水加熱器３２を通して水・蒸気ドラム５０の中へ送る。

循環ポンプ５２は、この給水をドラム５０から第１蒸発
器１７へ運び、その中でこの水は流動層１１から熱を受
け、蒸発を始める。この水は次に第２蒸発器１８へ行き
、そこでそれは煙ガスから熱を受けることによって更に
蒸発し、最後に管路５４を通って水・蒸気ドラム５０へ
戻り、そこで水Ｖ。

蒸気と分離し、その蒸気は管路４１を通って予備過熱器
３３へ流れ、そこでその温度は排気から熱を受けること
によって上昇する。この蒸気（工、蒸気過熱器１６の中
で煙ガスから更に熱を受け、その最終温度で高圧段４０
′へ流れる。そこでの部分膨張の後、この蒸気は再過熱
器１９の中で煙ガスから熱を受けることによって再過熱
され、次に低圧段４０′で更に膨張する。そこから出た
蒸気は、復水器４７の中で凝結し、そして、前記のよう
に、そこから復水の形でこのプロセスに戻る。蒸気ター
ビン４０は、第２発電機８を駆動し、その発電機は、第
１発電機７同様、一般使用のための電気を発生する。

始動の際は、先ず煙ガス送風機６３と空気送風機６５と
櫂助燃焼室６７が作動を始め、流動層１１が作られ、予
熱される。その後、その結果として、循環ポンプ５２が
始動し、流動層１１が点火され、供給スクリュ１３が始
動する。補助燃焼室６７はそこで止めることができる。

一旦十分な蒸気が得られると、蒸気弁Ｔ２が開かれ、タ
ービン弁４３′は少なくともある程度閉じられる。従っ
て、蒸気は補助蒸気管路７１を通って神助蒸気タービン
７０に供給され、そのタービンは軸継手７３によって熱
空気タービン２０と連結され、蒸気はこのタービンをそ
の最高速度になるまで駆動し、これらの状態では、空気
圧縮機２１によって作られた圧縮空気の少なくともいく
らかは空気熱交換器１５を流れるのではなく大気に戻る
よ５に、吹出し弁２７は、少なくとも部分的に、開かれ
る。

これは、この圧縮空気による冷却のために流動層１１の
暖機が遅れないことを保証し、又、補助蒸気タービン７
０の負荷が軽域される。熱空気タービン２０がその最高
速度になったとき、補助蒸気タービン７０は切離−され
、蒸気弁Ｔ２は閉じられ、そしてタービン弁４３′は必
要なら開かれ、吹出し弁２７は少し閉じるが、熱空気タ
ービン２０の速度を制御状態に保つために、Ｗ、１発電
機７が同期速度に達するまで、作動状態をつづける。

この原動所の残りの構成要素は全て既知の方法で作動す
るようになるので、ここではこれ以上説明しない。

上記の実施例の変形として、蒸気発生炉１０と排気ボイ
ラ３０の両方の中の加熱面の数と分布は、設計パラメー
タによって変えることができる。蒸気タービン４０は、
２段ではなく１段でも３段でよいし、再過熱があっても
なくてもよい。他の可能性は、例えば、始動の際比較的
遅いフェーズにだけ給水予熱器又は蒸発器が作動するよ
うになるように、ある加熱面を作動から切離すための側
路を設けることである。ポンプは、この原動所の運転の
性質及び設計に従って省くことも加えることもできる。

静的流動層の代りに循環流動層を使うことができる。供
給スクリュ１３以外の手段で固体粒子を流動層１１の中
へ導入することができる。

ある場合には、流動層に供給する空気は、図示の供給源
以外の供給源から得ることができ、燃焼支援空気と流動
化空気を別々に供給することが可能である。煙ガス送風
機６３は、必要なら、省くことができる。熱空気タービ
ン２０を起動するために補助蒸気タービン７０を使用す
る代りに、この目的のために何か他の型式の駆動を使う
ことができる、即ち、更に詳しく言えば、発電機７をこ
の目的のために電動機として動作させることができる。

安全のために、ポンプと制御要素は多重に冗長な形で設
け、直列又は並列に接続することができる。

都合よく、蒸発器１７．１８ｔｚ、蒸気発生炉１０の中
の対流加熱面である代りに、ウェブによって相互結合さ
れた管を有する壁体加熱面の形をとり、その壁体加熱面
が流動層１１及び煙道１４の境界壁を形成することがで
きる。

補助蒸気タービン７（Ｈｚ、熱空気タービンの早過ぎる
停止を防ぐため、始動用同様非常な低負荷にも使われ、
それで負荷を急速に増加することができる。

もし、蒸気発生炉が貫流ボイラの形であるなら、水・蒸
気ドラムは水出口を、例えば、給水システムのガス抜き
装置につなぐことができる水分離器によって置換えられ
る。複合循環蒸気発生炉の場合は、水分離器で分離され
た水の少なくともいくらかは、循環ポンプによって供給
ポンプと蒸発器入口の間に戻される。

【図面の簡単な説明】

図は本発明による原動所の線図である。１０・・・蒸気発生炉、１１・・・流動層燃焼装置、１
４−・・煙道、１５・・・空気熱交換器、１６・・・過
熱器、１７．１８・・・蒸発器、１９・・・再過熱器、
２０・・・熱空気タービン、２１・・・空気圧縮機、２
７・・・吹出し装置、３０・・・廃熱ボイラ、３３・・
・予備過熱器、３６・・・制御要素、４０−・・蒸気タ
ービン、５０−・・水・蒸気分離器、６０−・・空気予
熱器、６５・・・送風機、６７−・・補助燃焼室、ＴＯ
・・・補助蒸気タービン、７２・・・制御要素。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）流動層燃焼装置（１１）とその後の煙道（１４）
を有する蒸気発生炉；熱空気タービン（２０）によって
駆動され、出力がこの蒸気発生炉に配置された少なくと
も一つの空気熱交換器（１５）を経てこのタービンの入
口に通じ、その熱空気タービンが少なくとも一つの廃熱
ボイラ（３０）に排気する、少なくとも一つの空気圧縮
機（２１）；この蒸気発生炉（１０）の中の蒸発器シス
テムの間に配置された少なくとも一つの水・蒸気分離器
（５０）、及び同様にその中に配置され蒸気タービン（
４０）の入口に出力する過熱器（１６）を有する、熱空
気タービン及び蒸気タービン組合せ原動所に於いて、少
なくとも一つの予備過熱器（３３）が廃熱ボイラ（３０
）の中に配置され、その予備過熱器の入口が水・蒸気分
離器（５０）容器の蒸気出口に通じ、この予備過熱器が
過熱器（１６）入口に出力し；且つこの空気熱交換器（
１５）がほぼ完全に流動層（１１）の中に配置されてい
ることを特徴とする動力所。
（２）特許請求の範囲第１項記載の原動所に於いて、予
備過熱器（３３）が廃熱ボイラ（３０）の最高温地域に
配置されていることを特徴とする原動所。
（３）特許請求の範囲第１項又は第２項記載の原動所に
於いて、少なくとも一つの再過熱器（１９）が煙道（１
４）に配置されていることを特徴とする原動所。
（４）特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか一つ
に記載の原動所に於いて、蒸発器システムが、作動媒体
が最初に貫流し、流動層（１１）の中に配置された少な
くとも一つの蒸発器（１７）と；煙道（１４）に配置さ
れた少なくとも一つの第２蒸発器（１８）を含むことを
特徴とする原動所。
（５）特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか一つ
に記載された原動所に於いて、送風機（６５）が空気を
大気から空気予熱器（６０）の一次側を経て流動層（１
１）の中へ送り、且つその空気予熱器の二次側が煙道の
出口に接続されていることを特徴とする原動所。
（６）特許請求の範囲第５項記載の原動所に於いて、廃
熱ボイラ（３０）の出口が制御要素（３６）を経て送風
機（６５）の入口に通じることを特徴とする原動所。
（７）特許請求の範囲第５項又は第６項記載の原動所に
於いて、補助燃焼室（６７）が空気予熱器（６０）と流
動層燃焼装置（１１）の間に配置されていることを特徴
とする原動所。
（８）特許請求の範囲第１項から第７項のいずれか一つ
に記載の原動所に於いて、過熱器（１６）の出口が蒸気
タービン（４０）にだけでなく、制御要素（７２）を経
て、熱空気タービン（２０）と連結するようにされた補
助蒸気タービン（７０）にも接続されていることを特徴
とする原動所。
（９）特許請求の範囲第１項から第８項のいずれか一つ
に記載の原動所に於いて、空気圧縮機（２１）が、その
空気吐出し量が流動層燃焼装置（１１）での燃料の燃焼
に必要な空気の理論量の少なくとも２倍であるように設
計されていることを特徴とする原動所。
（１０）特許請求の範囲第１項から第９項のいずれか一
つに記載の原動所に於いて、圧縮された空気の大気への
制御された吹出しをするための装置（２７）が圧縮機（
２１）出口と熱空気タービン（２０）入口との間に配置
されていることを特徴とする原動所。