火力発電プラント
【課題】 既設の火力発電プラントで容易に廃棄物燃料を使用することができ、しかも発電効率を高めることができる火力発電プラントを提供することである。
【解決手段】 蒸気を発生するボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、ボイラとは別に設けられ発生した蒸気を蒸気タービンの入口に供給する別置のボイラと、別置のボイラの排ガスを処理する排ガス処理設備とを備えたことを特徴とする。
【解決手段】 蒸気を発生するボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、ボイラとは別に設けられ発生した蒸気を蒸気タービンの入口に供給する別置のボイラと、別置のボイラの排ガスを処理する排ガス処理設備とを備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備を備えた火力発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物を再利用し環境に優しいエネルギーの有効活用が図られている。例えば、外部加熱式ガスタービン、蒸気タービン、アンモニア−水混合流体タービンを備えた廃棄物を燃料とする複合発電システムがある（例えば、特許文献１参照）。この複合発電システムは、廃棄物燃料の排ガスによりガスタービンの作動流体を加熱し、蒸気ボイラで蒸気を発生し、ガスタービンの降温した排気空気によりカリーナサイクルのアンモニア−水混合流体を熱交換器で蒸発加熱し、天然ガス等の追加燃料を使用せずに、現状の材料の制約の中で、外部加熱方式廃棄物複合発電の効率向上を図るようにしたものである。
【０００３】
一方、蒸気負荷の要求がある場合に廃熱ボイラを設置し、廃熱ボイラにより得られる蒸気をプロセスに使用することによって省エネルギーを図るようにした熱電併給装置いわゆるコーゼネレーションシステムがある。例えば、廃熱ボイラの気水分離として燃焼器を有する炉筒煙管式ボイラの胴を利用することによって、廃熱ボイラにより回収される不足分の蒸気を燃焼器により補うようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
事業用の火力発電プラントには、ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生するコンベンショナルな火力発電プラントや、ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせガスタービンの排ガスで蒸気を発生させて蒸気タービンを駆動し効率を高めたコンバインドサイクル発電プラント等があり、これらの事業用の火力発電プラントにおいても、その燃料として廃棄物燃料を使用することが検討されている。
【特許文献１】特開平１１−２１８００５号公報（図１）
【特許文献２】特開平４−４８１０１号公報（第１図、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、既設の火力発電プラントは、天然ガスや石油を燃料としており、その設備も天然ガスや石油を燃料とすることを前提に構成されているので、廃棄物燃料をそのまま使用することはできない。すなわち、廃棄物燃料は塩素やアルカリ金属などを除去しきれないので、ボイラ保護のためボイラでの燃焼温度は低い温度となり、ボイラから発生する蒸気も低温の蒸気となる。このことから、既設の火力発電プラントにおける蒸気タービン発電設備の効率的な使用ができない。
【０００６】
一方、コンバインドサイクル発電においては、ガスタービン発電設備が出力を低下したときには、ガスタービンの排ガスで発生する蒸気で駆動される蒸気タービン発電設備は余力がある状態であり、蒸気タービン発電設備はガスタービン発電設備の運転状況によって発電効率が低下することがある。
【０００７】
例えば、ガスタービン発電設備は、夏期の重要負荷帯に気温の上昇とともに出力が低下する。これは、気温の上昇とともに圧縮空気の密度が低下し同一圧力に制御しても空気流量が減少するからである。夏期の重要負荷帯にガスタービン発電設備及び蒸気タービン発電設備の双方の出力が低下することは、好ましいことではない。
【０００８】
本発明の目的は、既設の火力発電プラントで容易に廃棄物燃料を使用することができ、しかも発電効率を高めることができる火力発電プラントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係わる火力発電プラントは、蒸気を発生するボイラと、前記ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、前記ボイラとは別に設けられ発生した蒸気を前記蒸気タービンの入口に供給する別置のボイラと、前記別置のボイラの排ガスを処理する排ガス処理設備とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明に係わる火力発電プラントは、燃料と圧縮空気とを混合して燃焼器で燃焼させガスタービンを駆動して発電機から電力を発生するガスタービン発電設備と、前記ガスタービンの排ガスで蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、前記排熱回収ボイラとは別に設けられ発生した蒸気を前記蒸気タービンの入口に供給する別置のボイラと、前記別置のボイラの排ガスを処理する排ガス処理設備とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明に係わる火力発電プラントは、請求項１または２の発明において、別置のボイラからの蒸気を、前記蒸気タービンの入口に代えて、蒸気タービンの抽気管に供給する。
【００１２】
請求項４の発明に係わる火力発電プラントは、請求項１または２の発明において、別置のボイラからの蒸気を、前記蒸気タービンの入口に代えて、給水配管に設けられた熱交換器に供給する。
【００１３】
請求項５の発明に係わる火力発電プラントは、請求項１または２の発明において、前記別置のボイラの燃料は、バイオマス燃料を含めた廃棄物燃料であることを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明に係わる火力発電プラントは、蒸気を発生するボイラと、前記ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、バイオマス燃料を含めた廃棄物燃料をガス化し得られたガス燃料を前記ボイラのバーナーに供給するガス化炉とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明に係わる火力発電プラントは、燃料と圧縮空気とを混合して燃焼器で燃焼させガスタービンを駆動して発電機から電力を発生するガスタービン発電設備と、前記ガスタービンの排ガスで蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、バイオマス燃料を含めた廃棄物燃料をガス化し得られたガス燃料を前記燃焼器または前記排熱回収ボイラのバーナーに供給するガス化炉とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、別置のボイラから蒸気タービン発電設備の蒸気タービンに蒸気を供給できるので、蒸気タービン発電設備に余裕がある場合には、別置のボイラからの蒸気により出力を増加できる。コンバインドサイクル発電プラントの場合には、夏期の電力需要ピークを迎えたときにガスタービン発電設備の出力が低下して蒸気タービン発電設備に余裕がある場合に、別置のボイラから蒸気タービン発電設備に蒸気を供給し発電出力を増加することができる。
【００１７】
また、別置のボイラの排ガスを処理するための排ガス処理設備を設けているので、別置のボイラの燃料として、天然ガスや石油等の化石燃料に代えて廃棄物燃料を使用できる。このように、既設の火力発電プラントに別置のボイラ及び排ガス処理施設を設け、既存の蒸気タービン発電設備に別置のボイラから蒸気を供給する構成であるので、新規に蒸気タービン発電設備を増設する必要がなく設備投資を抑制できる。
【００１８】
別置のボイラに代えてガス化炉を設けた場合にも、同様に、既設の火力発電プラントにガス化炉を設けるだけで、廃棄物燃料を使用してガスタービン発電設備や蒸気タービン発電設備に裕度がある場合には、それらの出力を増加できる。これにより設備の有効利用が図れ電力需要に応えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。ボイラ１１は化石燃料である石油や天然ガスを燃料とし蒸気を発生させるものであり、ボイラ１１で発生した蒸気は蒸気タービン発電設備に供給される。蒸気タービン発電設備は、ボイラ１１で発生した蒸気を主蒸気止め弁１２及び蒸気加減弁１３を介して高圧タービン１４に導き、さらに高圧タービン１４で仕事を終えた蒸気を低圧タービン１５に導き発電機１６を駆動して発電する設備であり、低圧タービン１５で仕事を終えた蒸気を復水器１７で凝縮して給水ポンプ１８にて給水弁１９を介して再びボイラ１１に給水する。
【００２０】
一方、別置のボイラ２０（以下、別置ボイラ２０という）が設けられ、この別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が設けられている。この別置ボイラ２０で発生した蒸気は蒸気止め弁２２及び蒸気加減弁２３を介して高圧タービン１４に導かれる。この別置ボイラ２０には給水弁２４を介して給水される。別置ボイラ２０は排ガス処理設備２１を備えていることから、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料を使用することができるようになっている。
【００２１】
以上の説明では、蒸気タービン発電設備は高圧タービン１４と低圧タービン１５とを備えた場合について説明したが、中圧タービンを備えたものであっても良い。また、別置ボイラ２０で使用する燃料は、固体燃料、液体燃料、スラリ状燃料、エマルジョン燃料等のバイオマス燃料を含む廃棄物燃料であり、これら廃棄物燃料の燃焼により発生する排ガスは排ガス処理設備２１により処理される。例えば、排ガス処理設備２１は、窒素酸化物ＮＯｘ、硫黄酸化物ＳＯｘ、ダイオキシン等の分解処理を行う。なお、別置ボイラ２０で使用する燃料として化石燃料を使用しても良い。
【００２２】
このように既設のボイラ１１及び蒸気タービン発電設備に対して、別置ボイラ２０及び排ガス処理設備２１を設け、蒸気タービン発電設備の高圧タービン１４に蒸気止め弁２２及び蒸気加減弁２３を介して蒸気を供給するように構成するので、既存の蒸気タービン発電設備に大きな変更を加える必要がない。
【００２３】
第１の実施の形態によれば、既存の蒸気タービン発電設備に大きな変更を加えることがないので設備費用が低減できる。また、別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が備えられているので、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料の使用が可能となり、ボイラ１１で使用する化石燃料を節約できる。
【００２４】
また、ボイラ１１の点検時においても、別置ボイラ２０を運転することにより蒸気タービン発電設備を運転することができる。一般に、ボイラ１１の点検周期は蒸気タービンの点検周期より短く、ボイラ１１の点検時には、点検対象になっていない蒸気タービンも停止することになるが、別置ボイラ２０を運転することにより、点検対象になっていない蒸気タービン発電設備の運転を継続することができ、ボイラ１１の点検時においても電力の安定供給が図れる。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図２は本発明の第２の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、別置ボイラ２０からの蒸気を高圧タービン１４の入口に代えて、高圧タービン１４の抽気管２５に供給するようにしたものである。図１に示した第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２６】
通常、蒸気タービン発電設備では、高圧タービン１４の出口から抽気管２５を通して蒸気が抽気され、蒸気タービンの軸封部へのグランド蒸気や給水の加熱等に使用されている。そこで、別置ボイラ２０を設け、別置ボイラ２０で発生した蒸気を蒸気弁２６を介して抽気管２５に供給し抽気蒸気として使用する。これにより、高圧タービン１４からの抽気量が減少するので、高圧タービン１４から低圧タービン１５に供給する蒸気流量が増える。これにより、ボイラ１１で発生する蒸気流量を軽減することができボイラ１１で使用する化石燃料を節約できる。
【００２７】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、既存の蒸気タービン発電設備に大きな変更を加えることなく別置ボイラ２０を設けるので設備費用が低減できる。また、別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が備えられているので、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料の使用が可能となり、ボイラ１１で使用する化石燃料を節約できる。別置ボイラ２０で発生した蒸気を抽気蒸気として使用するので、高圧タービン１４の抽気量を軽減できボイラ１１で発生する蒸気流量を軽減することができる。
【００２８】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図３は本発明の第３の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。この第３の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、別置ボイラ２０からの蒸気を高圧タービン１４の入口に代えて、給水配管２７に設けられた熱交換器２８に供給するようにしたものである。図１に示した第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２９】
通常、蒸気タービン発電設備では、給水配管２７に熱交換器２８が設けられ、高圧タービン１４の出口からの抽気により給水を加熱するようにしている。そこで、別置ボイラ２０を設け、その別置ボイラ２０で発生した蒸気を蒸気弁２６を介して熱交換器２８に供給し給水の加熱用蒸気として使用する。これにより、高圧タービン１４からの抽気量が減少するので、高圧タービン１４から低圧タービン１５に供給する蒸気流量が増え、ボイラ１１で発生する蒸気流量を軽減することができる。
【００３０】
第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、既存の蒸気タービン発電設備に大きな変更を加えることがなく別置ボイラ２０を設けるので設備費用が低減できる。また、別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が備えられているので、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料の使用が可能となり、ボイラ１１で使用する化石燃料を節約できる。別置ボイラ２０で発生した蒸気を給水の加熱用蒸気として使用するので、高圧タービン１４の抽気量を軽減できボイラ１１で発生する蒸気流量を軽減することができる。
【００３１】
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。図４は本発明の第４の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。ボイラ１１は化石燃料である石油や天然ガスを燃料として蒸気を発生させるものであり、ボイラ１１で発生した蒸気は蒸気タービン発電設備に供給される。蒸気タービン発電設備は、ボイラ１１で発生した蒸気を主蒸気止め弁１２及び蒸気加減弁１３を介して高圧タービン１４に導き、さらに高圧タービン１４で仕事を終えた蒸気を低圧タービン１５に導き発電機１６を駆動して発電する設備であり、低圧タービン１５で仕事を終えた蒸気を復水器１７で凝縮して給水ポンプ１８にて給水弁１９を介して再びボイラ１１に給水する。
【００３２】
一方、ガス化炉２９が設けられ、このガス化炉２９は燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料を炭化処理して熱分解ガスをガス燃料として発生するものであり、ガス化炉２９で発生したガス燃料はボイラ１１のバーナーに供給されボイラ１１で燃焼する。これにより、ボイラ１１で使用する化石燃料を軽減できる。
【００３３】
第４の実施の形態によれば、既設のボイラ１１及び蒸気タービン発電設備に対してガス化炉２９を設けるだけであるので、既存の蒸気タービン発電設備に大きな変更を加える必要がなく設備費用が低減できる。また、ガス化炉はバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料をガス化してガス燃料を生成し、そのガス燃料をボイラ１１で使用するので、ボイラ１１で使用する化石燃料を節約できる。
【００３４】
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。図５は本発明の第５の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。この第５の実施の形態は、ガスタービン発電設備と蒸気タービン発電設備とを有したコンバインドサイクル発電設備に対して、図１に示した第１の実施の形態における別置ボイラ２０及び排ガス処理設備を設けたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３５】
ガスタービン発電設備は、空気圧縮機３０で得られた圧縮空気と燃料とを混合して燃焼器３１で燃料を燃焼させ、その燃焼ガスでガスタービン３２を駆動し発電機１６を駆動する。図５では、ガスタービン３２に発電機１６が連結されているように図示しているが、通常はガスタービン３２と高圧タービン１４及び低圧タービン１５は一軸で連結されており、発電機１６は低圧タービン１５に連結されている。
【００３６】
ガスタービン３２で仕事を終えた排ガスは排熱回収ボイラ３３に導かれ、排熱回収ボイラ３３で発生した蒸気は蒸気タービン発電設備に供給される。蒸気タービン発電設備は、排熱回収ボイラ３３で発生した蒸気を主蒸気止め弁１２及び蒸気加減弁１３を介して高圧タービン１４に導き、さらに高圧タービン１４で仕事を終えた蒸気を低圧タービン１５に導き発電機１６を駆動して発電する。そして、低圧タービン１５で仕事を終えた蒸気は復水器１７で凝縮され給水ポンプ１８にて給水弁１９を介して再び排熱回収ボイラ３３に給水される。
【００３７】
このようなコンバインドサイクル発電設備に対し、別置ボイラ２０が設けられ、この別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が設けられている。この別置ボイラ２０で発生した蒸気は蒸気止め弁２２及び蒸気加減弁２３を介して蒸気タービン発電設備の高圧タービン１４に導かれ、また、別置ボイラ２０には給水弁２４を介して給水が供給される。別置ボイラ２０は排ガス処理設備２１を備えていることから、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料を使用することができるようになっている。
【００３８】
ここで、ガスタービン３２は空気温度が上昇すると出力が低下する。すなわち、空気温度が上昇すると空気の密度が小さくなり、空気圧縮機３０で圧縮された圧縮空気の圧力が同一圧力であっても燃焼器３１に供給される圧縮空気流量が減少するので、圧縮空気と所定の比率で混合される燃料流量も減少することからガスタービン３２の出力は低下する。
【００３９】
ガスタービン３２の出力が低下すると、ガスタービン３２の排ガス流量も低下し、排熱回収ボイラ３３から発生する蒸気流量も減少する。従って、夏期の周囲温度が高いときには、ガスタービン３２の出力低下に起因して蒸気タービン発電設備の出力も低下し、蒸気タービン発電設備は余裕のある状態での運転となる。なお、空気温度が上昇してガスタービン３２の出力が低下したときにガスタービン３２の出力を増加させると、排ガス温度が上昇するのでガスタービン３２の保護のために出力を増加させることは制限されている。
【００４０】
このように、夏期の周囲温度が高いときには、蒸気タービン発電設備は余裕のある状態での運転となっているので、その際に、別置ボイラ２０を起動して余裕のあるタービン発電設備の蒸気系統に蒸気を供給する。すなわち、別置ボイラ２０で発生した蒸気を蒸気止め弁２２及び蒸気加減弁２３を介して高圧タービン１４に導き、高圧タービン１４を駆動するとともに高圧タービン１４で仕事を終えた蒸気で低圧タービン１５を駆動する。これにより、発電機１６からの出力電力を増加させることができる。
【００４１】
第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、既存のガスタービン発電設備や蒸気タービン発電設備に大きな変更を加えることなく別置ボイラ２０を設置できるので設備費用が低減できる。また、別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が備えられているので、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料の使用が可能となり、燃焼器３１で使用する化石燃料を節約できる。
【００４２】
また、夏期の電力需要がピークになる時期に発電機の出力を増加させることができるので、電力系統に連系される他の火力発電プラントの定期検査を実施することも可能となる。すなわち、電力系統に連系される個々の火力発電プラントがぞれそれ夏期であっても出力を増加させることができるので、停止した火力発電プラントの出力分を補うことが可能となり、夏期であっても火力発電プラントの定期検査が可能となる。これにより、夏期の電力需要のピーク時においても定期検査が可能となり定期検査の均平化が図れる。
【００４３】
また、ガスタービン発電設備の点検時においても、別置ボイラ２０を運転することにより蒸気タービン発電設備を運転することができる。一般に、ガスタービン発電設備の点検周期は蒸気タービン発電設備の点検周期より短く、ガスタービン発電設備の点検時には、点検対象になっていない蒸気タービンも停止することになるが、別置ボイラ２０を運転することにより、点検対象になっていない蒸気タービン発電設備の運転を継続することができ、ガスタービン発電設備の点検時においても電力の安定供給が図れる。
【００４４】
次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。図６は本発明の第６の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。この第６の実施の形態は、図５に示した第５の実施の形態に対し、別置ボイラ２０からの蒸気を高圧タービン１４の入口に代えて、高圧タービン１４の抽気管２５に供給するようにしたものである。図５に示した第５の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４５】
第２の実施の形態で述べたように、通常、蒸気タービン発電設備では、高圧タービン１４の出口から抽気管２５を通して蒸気が抽気され、蒸気タービンの軸封部へのグランド蒸気や給水の加熱等に使用されている。そこで、別置ボイラ２０で発生した蒸気を蒸気弁２６を介して抽気管２５に供給し抽気蒸気として使用する。これにより、高圧タービン１４からの抽気量が減少するので、高圧タービン１４から低圧タービン１５に供給する蒸気流量が増える。これにより、排熱回収ボイラ３３で発生する蒸気流量を、余裕のある状態での運転となっている蒸気タービン発電設備に供給できる。
【００４６】
すなわち、別置ボイラ２０で発生した蒸気を蒸気止め弁２２及び蒸気加減弁２３を介して蒸気タービン発電設備の高圧タービン１４に導き、高圧タービン１４を駆動するとともに高圧タービン１４で仕事を終えた蒸気で低圧タービン１５を駆動する。これにより、余裕のある発電機１６の出力を増加させることができる。
【００４７】
第６の実施の形態によれば、第５の実施の形態と同様に、既存のガスタービン発電設備や蒸気タービン発電設備に大きな変更を加えることなく別置ボイラ２０を設置できるので設備費用が低減できる。また、別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が備えられているので、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料の使用が可能となり、燃焼器３１で使用する化石燃料を節約できる。
【００４８】
また、夏期の電力需要がピークになる時期に発電機の出力を増加させることができるので、電力系統に連系される他の火力発電プラントの定期検査を実施することも可能となる。すなわち、電力系統に連系される個々の火力発電プラントがぞれそれ夏期であっても出力を増加させることができるので、停止した火力発電プラントの出力分を補うことが可能となり、夏期であっても火力発電プラントの定期検査が可能となる。これにより、夏期の電力需要のピーク時においても定期検査が可能となり定期検査の均平化が図れる。
【００４９】
次に、本発明の第７の実施の形態を説明する。図７は本発明の第７の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。この第７の実施の形態は、図５に示した第５の実施の形態に対し、別置ボイラ２０からの蒸気を高圧タービン１４の入口に代えて、給水配管２７に設けられた熱交換器２８に供給するようにしたものである。図５に示した第５の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００５０】
第３の実施の形態で述べたように、通常、蒸気タービン発電設備では、給水配管２７に熱交換器２８が設けられ、高圧タービン１４の出口からの抽気により給水を加熱するようにしている。そこで、別置ボイラ２０で発生した蒸気を蒸気弁２６を介して熱交換器２８に供給し給水の加熱用蒸気として使用する。これにより、高圧タービン１４からの抽気量が減少するので、高圧タービン１４から低圧タービン１５に供給する蒸気流量が増え、余裕のある状態での運転となっている蒸気タービン発電設備に蒸気を供給できる。従って、発電機１６の出力電力を増加させることができる。
【００５１】
第７の実施の形態によれば、第５の実施の形態と同様に、既存の蒸気タービン発電設備に大きな変更を加えることがなく別置ボイラ２０を設置できるので設備費用が低減できる。また、別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が備えられているので、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料の使用が可能となり、燃焼器３１で使用する化石燃料を節約できる。別置ボイラ２０で発生した蒸気を給水の加熱用蒸気として使用するので、排熱ボイラ３３で発生する蒸気流量をすべて蒸気タービン発電設備に供給でき、発電機の出力を増加させることができる。
【００５２】
また、夏期の電力需要がピークになる時期に発電機の出力を増加させることができるので、電力系統に連系される他の火力発電プラントの定期検査を実施することも可能となる。すなわち、電力系統に連系される個々の火力発電プラントがぞれそれ夏期であっても出力を増加させることができるので、停止した火力発電プラントの出力電力分を補うことが可能となり、夏期であっても火力発電プラントの定期検査が可能となる。これにより、夏期の電力需要のピーク時においても定期検査が可能となり定期検査の均平化が図れる。
【００５３】
次に、本発明の第８の実施の形態を説明する。図８は本発明の第８の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。ガスタービン発電設備は、空気圧縮機３０で得られた圧縮空気と燃料とを混合して燃焼器３１で燃料を燃焼させ、その燃焼ガスでガスタービン３２を駆動し発電機１６を駆動する。図５では、ガスタービン３２に発電機１６が連結されているように図示しているが、通常はガスタービン３２と高圧タービン１４及び低圧タービン１５は一軸で連結されており、発電機１６は低圧タービン１５に連結されている。
【００５４】
ガスタービン３２で仕事を終えた排ガスは排熱回収ボイラ３３に導かれ、排熱回収ボイラ３３で発生した蒸気は蒸気タービン発電設備に供給される。蒸気タービン発電設備は、排熱回収ボイラ３３で発生した蒸気を主蒸気止め弁１２及び蒸気加減弁１３を介して高圧タービン１４に導き、さらに高圧タービン１４で仕事を終えた蒸気を低圧タービン１５に導き発電機１６を駆動して発電する設備であり、低圧タービン１５で仕事を終えた蒸気を復水器１７で凝縮して給水ポンプ１８にて給水弁１９を介して再び排熱回収ボイラ３３に給水する。
【００５５】
一方、ガス化炉２９が設けられ、このガス化炉２９は燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料を炭化処理して熱分解ガスをガス燃料として発生するものであり、ガス化炉２９で発生したガス燃料は燃焼器３１のバーナーまたは排熱回収ボイラ３３に設けられたダクトバーナー３４に供給される。これにより、燃焼器３１での化石燃料を低減できるとともに、タービン発電設備に余裕があるときは、排熱回収ボイラ３３からの蒸気流量を増やすことができる。
【００５６】
第８の実施の形態によれば、既設のガスタービン発電設備及び蒸気タービン発電設備に対して、ガス化炉２９を設けるだけであるので、既存のガスタービン発電設備や蒸気タービン発電設備に大きな変更を加える必要がなく設備費用が低減できる。また、ガス化炉２９はバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料をガス化してガス燃料を生成し、そのガス燃料を燃焼器３１または排熱回収ボイラ３３で使用するので、燃焼器３１で使用する化石燃料を節約でき、タービン発電設備に余裕があるときは、排熱回収ボイラ３３からの蒸気流量を増やすことができる。
【００５７】
以上の説明では、一つの蒸気タービン発電設備に対し一つの別置ボイラ２０を設ける場合について説明したが、複数の蒸気タービン発電設備に対し一つの別置ボイラ２０を設けることも可能である。この場合は、別置ボイラ２０は、各々の蒸気タービン発電設備に供給した蒸気流量に見合う復水を各々の蒸気タービン発電設備から回収することになる。
【００５８】
図９は、ガスタービン発電設備と蒸気タービン発電設備とを有した複数のコンバインドサイクル発電設備に対して、一つの別置ボイラ２０及び排ガス処理設備２１を設けた場合の火力発電プラントの構成図である。図９では二つのコンバインドサイクル発電設備に対し共用の一つの別置ボイラ２０を設けた場合を示している。
【００５９】
ガスタービン発電設備３５ａ、３５ｂは、圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させた燃焼ガスでガスタービンを駆動し、ガスタービンで仕事を終えた排ガスは排熱回収ボイラ３３ａ、３３ｂに導かれ、排熱回収ボイラ３３ａ、３３ｂで発生した蒸気は蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂに供給される。蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂは、排熱回収ボイラ３３ａ、３３ｂで発生した蒸気で蒸気タービンを駆動し、蒸気タービンで仕事を終えた蒸気は復水器で凝縮され、復水・給水設備３７ａ、３７ｂにより再び給水弁１９ａ、１９ｂを介して排熱回収ボイラ３３ａ、３３ｂに戻される。
【００６０】
一方、排ガス処理設備２１を備えた一つの別置ボイラ２０が二つのコンバインドサイクル発電設備に対し共用で設けられており、別置ボイラ２０で発生した蒸気は蒸気分配弁３８ａ、３８ｂを介して各々の蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂに供給される。蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂでは、別置ボイラ２０から供給された蒸気を、前述したように、蒸気タービンの駆動用蒸気、抽気用蒸気、または熱交換用蒸気として使用する。そして、蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂで仕事を終えた蒸気は、復水器で凝縮され、復水・給水設備３７ａ、３７ｂにより再び給水弁２４ａ、２４ｂを介して別置ボイラ２０に戻される。
【００６１】
この場合、別置ボイラ２０から各々の蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂに供給された蒸気流量に見合う復水を回収するために、蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂに供給される蒸気流量を蒸気流量検出器３９ａ、３９ｂで検出するとともに、復水・給水設備３７ａ、３７ｂから別置ボイラ２０に供給される給水流量を流量検出器４０ａ、４０ｂで検出し、同時同量計量調節器４１ａ、４１ｂに入力する。同時同量計量調節器３９ａ、３９ｂは、これらの検出値に基づいて、別置ボイラ２０から各々の蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂに供給された蒸気流量に見合う復水を別置ボイラ２０の復水・給水設備４２に回収する。これにより、一方のコンバインドサイクル発電設備から他方のコンバインドサイクル発電設備に余分な給水が流れ込むことを防止し、各々のコンバインドサイクル発電設備の給水流量を一定に保つようにしている。
【００６２】
図９では、二つのコンバインドサイクル発電設備に対し共用の一つの別置ボイラ２０を設けた場合について説明したが、コンベンショナルな火力発電プラントに対しても同様に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図７】本発明の第７の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図８】本発明の第８の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図９】複数のコンバインドサイクル発電設備に対して共用の一つの別置ボイラ及び排ガス処理設備を設けた場合の火力発電プラントの構成図。
【符号の説明】
【００６４】
１１…ボイラ、１２…主蒸気止め弁、１３…蒸気加減弁、１４…高圧タービン、１５…低圧タービン、１６…発電機、１７…復水器、１８…給水ポンプ、１９…給水弁、２０…別置ボイラ、２１…排ガス処理設備、２２…蒸気止め弁、２３…蒸気加減弁、２４…給水弁、２５…抽気管、２６…蒸気弁、２７…給水配管、２８…熱交換器、２９…ガス化炉、３０…空気圧縮機、３１…燃焼器、３２…ガスタービン、３３…排熱回収ボイラ、３４…ダクトバーナー、３５…ガスタービン発電設備、３６…蒸気タービン発電設備、３７…復水・給水設備、３８…蒸気分配弁、３９…蒸気流量検出器、４０…流量検出器、４１…同時同量計量調節器、４２…復水・給水設備
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備を備えた火力発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物を再利用し環境に優しいエネルギーの有効活用が図られている。例えば、外部加熱式ガスタービン、蒸気タービン、アンモニア−水混合流体タービンを備えた廃棄物を燃料とする複合発電システムがある（例えば、特許文献１参照）。この複合発電システムは、廃棄物燃料の排ガスによりガスタービンの作動流体を加熱し、蒸気ボイラで蒸気を発生し、ガスタービンの降温した排気空気によりカリーナサイクルのアンモニア−水混合流体を熱交換器で蒸発加熱し、天然ガス等の追加燃料を使用せずに、現状の材料の制約の中で、外部加熱方式廃棄物複合発電の効率向上を図るようにしたものである。
【０００３】
一方、蒸気負荷の要求がある場合に廃熱ボイラを設置し、廃熱ボイラにより得られる蒸気をプロセスに使用することによって省エネルギーを図るようにした熱電併給装置いわゆるコーゼネレーションシステムがある。例えば、廃熱ボイラの気水分離として燃焼器を有する炉筒煙管式ボイラの胴を利用することによって、廃熱ボイラにより回収される不足分の蒸気を燃焼器により補うようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
事業用の火力発電プラントには、ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生するコンベンショナルな火力発電プラントや、ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせガスタービンの排ガスで蒸気を発生させて蒸気タービンを駆動し効率を高めたコンバインドサイクル発電プラント等があり、これらの事業用の火力発電プラントにおいても、その燃料として廃棄物燃料を使用することが検討されている。
【特許文献１】特開平１１−２１８００５号公報（図１）
【特許文献２】特開平４−４８１０１号公報（第１図、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、既設の火力発電プラントは、天然ガスや石油を燃料としており、その設備も天然ガスや石油を燃料とすることを前提に構成されているので、廃棄物燃料をそのまま使用することはできない。すなわち、廃棄物燃料は塩素やアルカリ金属などを除去しきれないので、ボイラ保護のためボイラでの燃焼温度は低い温度となり、ボイラから発生する蒸気も低温の蒸気となる。このことから、既設の火力発電プラントにおける蒸気タービン発電設備の効率的な使用ができない。
【０００６】
一方、コンバインドサイクル発電においては、ガスタービン発電設備が出力を低下したときには、ガスタービンの排ガスで発生する蒸気で駆動される蒸気タービン発電設備は余力がある状態であり、蒸気タービン発電設備はガスタービン発電設備の運転状況によって発電効率が低下することがある。
【０００７】
例えば、ガスタービン発電設備は、夏期の重要負荷帯に気温の上昇とともに出力が低下する。これは、気温の上昇とともに圧縮空気の密度が低下し同一圧力に制御しても空気流量が減少するからである。夏期の重要負荷帯にガスタービン発電設備及び蒸気タービン発電設備の双方の出力が低下することは、好ましいことではない。
【０００８】
本発明の目的は、既設の火力発電プラントで容易に廃棄物燃料を使用することができ、しかも発電効率を高めることができる火力発電プラントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係わる火力発電プラントは、蒸気を発生するボイラと、前記ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、前記ボイラとは別に設けられ発生した蒸気を前記蒸気タービンの入口に供給する別置のボイラと、前記別置のボイラの排ガスを処理する排ガス処理設備とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明に係わる火力発電プラントは、燃料と圧縮空気とを混合して燃焼器で燃焼させガスタービンを駆動して発電機から電力を発生するガスタービン発電設備と、前記ガスタービンの排ガスで蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、前記排熱回収ボイラとは別に設けられ発生した蒸気を前記蒸気タービンの入口に供給する別置のボイラと、前記別置のボイラの排ガスを処理する排ガス処理設備とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明に係わる火力発電プラントは、請求項１または２の発明において、別置のボイラからの蒸気を、前記蒸気タービンの入口に代えて、蒸気タービンの抽気管に供給する。
【００１２】
請求項４の発明に係わる火力発電プラントは、請求項１または２の発明において、別置のボイラからの蒸気を、前記蒸気タービンの入口に代えて、給水配管に設けられた熱交換器に供給する。
【００１３】
請求項５の発明に係わる火力発電プラントは、請求項１または２の発明において、前記別置のボイラの燃料は、バイオマス燃料を含めた廃棄物燃料であることを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明に係わる火力発電プラントは、蒸気を発生するボイラと、前記ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、バイオマス燃料を含めた廃棄物燃料をガス化し得られたガス燃料を前記ボイラのバーナーに供給するガス化炉とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明に係わる火力発電プラントは、燃料と圧縮空気とを混合して燃焼器で燃焼させガスタービンを駆動して発電機から電力を発生するガスタービン発電設備と、前記ガスタービンの排ガスで蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、バイオマス燃料を含めた廃棄物燃料をガス化し得られたガス燃料を前記燃焼器または前記排熱回収ボイラのバーナーに供給するガス化炉とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、別置のボイラから蒸気タービン発電設備の蒸気タービンに蒸気を供給できるので、蒸気タービン発電設備に余裕がある場合には、別置のボイラからの蒸気により出力を増加できる。コンバインドサイクル発電プラントの場合には、夏期の電力需要ピークを迎えたときにガスタービン発電設備の出力が低下して蒸気タービン発電設備に余裕がある場合に、別置のボイラから蒸気タービン発電設備に蒸気を供給し発電出力を増加することができる。
【００１７】
また、別置のボイラの排ガスを処理するための排ガス処理設備を設けているので、別置のボイラの燃料として、天然ガスや石油等の化石燃料に代えて廃棄物燃料を使用できる。このように、既設の火力発電プラントに別置のボイラ及び排ガス処理施設を設け、既存の蒸気タービン発電設備に別置のボイラから蒸気を供給する構成であるので、新規に蒸気タービン発電設備を増設する必要がなく設備投資を抑制できる。
【００１８】
別置のボイラに代えてガス化炉を設けた場合にも、同様に、既設の火力発電プラントにガス化炉を設けるだけで、廃棄物燃料を使用してガスタービン発電設備や蒸気タービン発電設備に裕度がある場合には、それらの出力を増加できる。これにより設備の有効利用が図れ電力需要に応えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。ボイラ１１は化石燃料である石油や天然ガスを燃料とし蒸気を発生させるものであり、ボイラ１１で発生した蒸気は蒸気タービン発電設備に供給される。蒸気タービン発電設備は、ボイラ１１で発生した蒸気を主蒸気止め弁１２及び蒸気加減弁１３を介して高圧タービン１４に導き、さらに高圧タービン１４で仕事を終えた蒸気を低圧タービン１５に導き発電機１６を駆動して発電する設備であり、低圧タービン１５で仕事を終えた蒸気を復水器１７で凝縮して給水ポンプ１８にて給水弁１９を介して再びボイラ１１に給水する。
【００２０】
一方、別置のボイラ２０（以下、別置ボイラ２０という）が設けられ、この別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が設けられている。この別置ボイラ２０で発生した蒸気は蒸気止め弁２２及び蒸気加減弁２３を介して高圧タービン１４に導かれる。この別置ボイラ２０には給水弁２４を介して給水される。別置ボイラ２０は排ガス処理設備２１を備えていることから、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料を使用することができるようになっている。
【００２１】
以上の説明では、蒸気タービン発電設備は高圧タービン１４と低圧タービン１５とを備えた場合について説明したが、中圧タービンを備えたものであっても良い。また、別置ボイラ２０で使用する燃料は、固体燃料、液体燃料、スラリ状燃料、エマルジョン燃料等のバイオマス燃料を含む廃棄物燃料であり、これら廃棄物燃料の燃焼により発生する排ガスは排ガス処理設備２１により処理される。例えば、排ガス処理設備２１は、窒素酸化物ＮＯｘ、硫黄酸化物ＳＯｘ、ダイオキシン等の分解処理を行う。なお、別置ボイラ２０で使用する燃料として化石燃料を使用しても良い。
【００２２】
このように既設のボイラ１１及び蒸気タービン発電設備に対して、別置ボイラ２０及び排ガス処理設備２１を設け、蒸気タービン発電設備の高圧タービン１４に蒸気止め弁２２及び蒸気加減弁２３を介して蒸気を供給するように構成するので、既存の蒸気タービン発電設備に大きな変更を加える必要がない。
【００２３】
第１の実施の形態によれば、既存の蒸気タービン発電設備に大きな変更を加えることがないので設備費用が低減できる。また、別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が備えられているので、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料の使用が可能となり、ボイラ１１で使用する化石燃料を節約できる。
【００２４】
また、ボイラ１１の点検時においても、別置ボイラ２０を運転することにより蒸気タービン発電設備を運転することができる。一般に、ボイラ１１の点検周期は蒸気タービンの点検周期より短く、ボイラ１１の点検時には、点検対象になっていない蒸気タービンも停止することになるが、別置ボイラ２０を運転することにより、点検対象になっていない蒸気タービン発電設備の運転を継続することができ、ボイラ１１の点検時においても電力の安定供給が図れる。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図２は本発明の第２の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、別置ボイラ２０からの蒸気を高圧タービン１４の入口に代えて、高圧タービン１４の抽気管２５に供給するようにしたものである。図１に示した第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２６】
通常、蒸気タービン発電設備では、高圧タービン１４の出口から抽気管２５を通して蒸気が抽気され、蒸気タービンの軸封部へのグランド蒸気や給水の加熱等に使用されている。そこで、別置ボイラ２０を設け、別置ボイラ２０で発生した蒸気を蒸気弁２６を介して抽気管２５に供給し抽気蒸気として使用する。これにより、高圧タービン１４からの抽気量が減少するので、高圧タービン１４から低圧タービン１５に供給する蒸気流量が増える。これにより、ボイラ１１で発生する蒸気流量を軽減することができボイラ１１で使用する化石燃料を節約できる。
【００２７】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、既存の蒸気タービン発電設備に大きな変更を加えることなく別置ボイラ２０を設けるので設備費用が低減できる。また、別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が備えられているので、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料の使用が可能となり、ボイラ１１で使用する化石燃料を節約できる。別置ボイラ２０で発生した蒸気を抽気蒸気として使用するので、高圧タービン１４の抽気量を軽減できボイラ１１で発生する蒸気流量を軽減することができる。
【００２８】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図３は本発明の第３の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。この第３の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、別置ボイラ２０からの蒸気を高圧タービン１４の入口に代えて、給水配管２７に設けられた熱交換器２８に供給するようにしたものである。図１に示した第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２９】
通常、蒸気タービン発電設備では、給水配管２７に熱交換器２８が設けられ、高圧タービン１４の出口からの抽気により給水を加熱するようにしている。そこで、別置ボイラ２０を設け、その別置ボイラ２０で発生した蒸気を蒸気弁２６を介して熱交換器２８に供給し給水の加熱用蒸気として使用する。これにより、高圧タービン１４からの抽気量が減少するので、高圧タービン１４から低圧タービン１５に供給する蒸気流量が増え、ボイラ１１で発生する蒸気流量を軽減することができる。
【００３０】
第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、既存の蒸気タービン発電設備に大きな変更を加えることがなく別置ボイラ２０を設けるので設備費用が低減できる。また、別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が備えられているので、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料の使用が可能となり、ボイラ１１で使用する化石燃料を節約できる。別置ボイラ２０で発生した蒸気を給水の加熱用蒸気として使用するので、高圧タービン１４の抽気量を軽減できボイラ１１で発生する蒸気流量を軽減することができる。
【００３１】
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。図４は本発明の第４の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。ボイラ１１は化石燃料である石油や天然ガスを燃料として蒸気を発生させるものであり、ボイラ１１で発生した蒸気は蒸気タービン発電設備に供給される。蒸気タービン発電設備は、ボイラ１１で発生した蒸気を主蒸気止め弁１２及び蒸気加減弁１３を介して高圧タービン１４に導き、さらに高圧タービン１４で仕事を終えた蒸気を低圧タービン１５に導き発電機１６を駆動して発電する設備であり、低圧タービン１５で仕事を終えた蒸気を復水器１７で凝縮して給水ポンプ１８にて給水弁１９を介して再びボイラ１１に給水する。
【００３２】
一方、ガス化炉２９が設けられ、このガス化炉２９は燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料を炭化処理して熱分解ガスをガス燃料として発生するものであり、ガス化炉２９で発生したガス燃料はボイラ１１のバーナーに供給されボイラ１１で燃焼する。これにより、ボイラ１１で使用する化石燃料を軽減できる。
【００３３】
第４の実施の形態によれば、既設のボイラ１１及び蒸気タービン発電設備に対してガス化炉２９を設けるだけであるので、既存の蒸気タービン発電設備に大きな変更を加える必要がなく設備費用が低減できる。また、ガス化炉はバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料をガス化してガス燃料を生成し、そのガス燃料をボイラ１１で使用するので、ボイラ１１で使用する化石燃料を節約できる。
【００３４】
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。図５は本発明の第５の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。この第５の実施の形態は、ガスタービン発電設備と蒸気タービン発電設備とを有したコンバインドサイクル発電設備に対して、図１に示した第１の実施の形態における別置ボイラ２０及び排ガス処理設備を設けたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３５】
ガスタービン発電設備は、空気圧縮機３０で得られた圧縮空気と燃料とを混合して燃焼器３１で燃料を燃焼させ、その燃焼ガスでガスタービン３２を駆動し発電機１６を駆動する。図５では、ガスタービン３２に発電機１６が連結されているように図示しているが、通常はガスタービン３２と高圧タービン１４及び低圧タービン１５は一軸で連結されており、発電機１６は低圧タービン１５に連結されている。
【００３６】
ガスタービン３２で仕事を終えた排ガスは排熱回収ボイラ３３に導かれ、排熱回収ボイラ３３で発生した蒸気は蒸気タービン発電設備に供給される。蒸気タービン発電設備は、排熱回収ボイラ３３で発生した蒸気を主蒸気止め弁１２及び蒸気加減弁１３を介して高圧タービン１４に導き、さらに高圧タービン１４で仕事を終えた蒸気を低圧タービン１５に導き発電機１６を駆動して発電する。そして、低圧タービン１５で仕事を終えた蒸気は復水器１７で凝縮され給水ポンプ１８にて給水弁１９を介して再び排熱回収ボイラ３３に給水される。
【００３７】
このようなコンバインドサイクル発電設備に対し、別置ボイラ２０が設けられ、この別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が設けられている。この別置ボイラ２０で発生した蒸気は蒸気止め弁２２及び蒸気加減弁２３を介して蒸気タービン発電設備の高圧タービン１４に導かれ、また、別置ボイラ２０には給水弁２４を介して給水が供給される。別置ボイラ２０は排ガス処理設備２１を備えていることから、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料を使用することができるようになっている。
【００３８】
ここで、ガスタービン３２は空気温度が上昇すると出力が低下する。すなわち、空気温度が上昇すると空気の密度が小さくなり、空気圧縮機３０で圧縮された圧縮空気の圧力が同一圧力であっても燃焼器３１に供給される圧縮空気流量が減少するので、圧縮空気と所定の比率で混合される燃料流量も減少することからガスタービン３２の出力は低下する。
【００３９】
ガスタービン３２の出力が低下すると、ガスタービン３２の排ガス流量も低下し、排熱回収ボイラ３３から発生する蒸気流量も減少する。従って、夏期の周囲温度が高いときには、ガスタービン３２の出力低下に起因して蒸気タービン発電設備の出力も低下し、蒸気タービン発電設備は余裕のある状態での運転となる。なお、空気温度が上昇してガスタービン３２の出力が低下したときにガスタービン３２の出力を増加させると、排ガス温度が上昇するのでガスタービン３２の保護のために出力を増加させることは制限されている。
【００４０】
このように、夏期の周囲温度が高いときには、蒸気タービン発電設備は余裕のある状態での運転となっているので、その際に、別置ボイラ２０を起動して余裕のあるタービン発電設備の蒸気系統に蒸気を供給する。すなわち、別置ボイラ２０で発生した蒸気を蒸気止め弁２２及び蒸気加減弁２３を介して高圧タービン１４に導き、高圧タービン１４を駆動するとともに高圧タービン１４で仕事を終えた蒸気で低圧タービン１５を駆動する。これにより、発電機１６からの出力電力を増加させることができる。
【００４１】
第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、既存のガスタービン発電設備や蒸気タービン発電設備に大きな変更を加えることなく別置ボイラ２０を設置できるので設備費用が低減できる。また、別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が備えられているので、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料の使用が可能となり、燃焼器３１で使用する化石燃料を節約できる。
【００４２】
また、夏期の電力需要がピークになる時期に発電機の出力を増加させることができるので、電力系統に連系される他の火力発電プラントの定期検査を実施することも可能となる。すなわち、電力系統に連系される個々の火力発電プラントがぞれそれ夏期であっても出力を増加させることができるので、停止した火力発電プラントの出力分を補うことが可能となり、夏期であっても火力発電プラントの定期検査が可能となる。これにより、夏期の電力需要のピーク時においても定期検査が可能となり定期検査の均平化が図れる。
【００４３】
また、ガスタービン発電設備の点検時においても、別置ボイラ２０を運転することにより蒸気タービン発電設備を運転することができる。一般に、ガスタービン発電設備の点検周期は蒸気タービン発電設備の点検周期より短く、ガスタービン発電設備の点検時には、点検対象になっていない蒸気タービンも停止することになるが、別置ボイラ２０を運転することにより、点検対象になっていない蒸気タービン発電設備の運転を継続することができ、ガスタービン発電設備の点検時においても電力の安定供給が図れる。
【００４４】
次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。図６は本発明の第６の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。この第６の実施の形態は、図５に示した第５の実施の形態に対し、別置ボイラ２０からの蒸気を高圧タービン１４の入口に代えて、高圧タービン１４の抽気管２５に供給するようにしたものである。図５に示した第５の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４５】
第２の実施の形態で述べたように、通常、蒸気タービン発電設備では、高圧タービン１４の出口から抽気管２５を通して蒸気が抽気され、蒸気タービンの軸封部へのグランド蒸気や給水の加熱等に使用されている。そこで、別置ボイラ２０で発生した蒸気を蒸気弁２６を介して抽気管２５に供給し抽気蒸気として使用する。これにより、高圧タービン１４からの抽気量が減少するので、高圧タービン１４から低圧タービン１５に供給する蒸気流量が増える。これにより、排熱回収ボイラ３３で発生する蒸気流量を、余裕のある状態での運転となっている蒸気タービン発電設備に供給できる。
【００４６】
すなわち、別置ボイラ２０で発生した蒸気を蒸気止め弁２２及び蒸気加減弁２３を介して蒸気タービン発電設備の高圧タービン１４に導き、高圧タービン１４を駆動するとともに高圧タービン１４で仕事を終えた蒸気で低圧タービン１５を駆動する。これにより、余裕のある発電機１６の出力を増加させることができる。
【００４７】
第６の実施の形態によれば、第５の実施の形態と同様に、既存のガスタービン発電設備や蒸気タービン発電設備に大きな変更を加えることなく別置ボイラ２０を設置できるので設備費用が低減できる。また、別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が備えられているので、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料の使用が可能となり、燃焼器３１で使用する化石燃料を節約できる。
【００４８】
また、夏期の電力需要がピークになる時期に発電機の出力を増加させることができるので、電力系統に連系される他の火力発電プラントの定期検査を実施することも可能となる。すなわち、電力系統に連系される個々の火力発電プラントがぞれそれ夏期であっても出力を増加させることができるので、停止した火力発電プラントの出力分を補うことが可能となり、夏期であっても火力発電プラントの定期検査が可能となる。これにより、夏期の電力需要のピーク時においても定期検査が可能となり定期検査の均平化が図れる。
【００４９】
次に、本発明の第７の実施の形態を説明する。図７は本発明の第７の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。この第７の実施の形態は、図５に示した第５の実施の形態に対し、別置ボイラ２０からの蒸気を高圧タービン１４の入口に代えて、給水配管２７に設けられた熱交換器２８に供給するようにしたものである。図５に示した第５の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００５０】
第３の実施の形態で述べたように、通常、蒸気タービン発電設備では、給水配管２７に熱交換器２８が設けられ、高圧タービン１４の出口からの抽気により給水を加熱するようにしている。そこで、別置ボイラ２０で発生した蒸気を蒸気弁２６を介して熱交換器２８に供給し給水の加熱用蒸気として使用する。これにより、高圧タービン１４からの抽気量が減少するので、高圧タービン１４から低圧タービン１５に供給する蒸気流量が増え、余裕のある状態での運転となっている蒸気タービン発電設備に蒸気を供給できる。従って、発電機１６の出力電力を増加させることができる。
【００５１】
第７の実施の形態によれば、第５の実施の形態と同様に、既存の蒸気タービン発電設備に大きな変更を加えることがなく別置ボイラ２０を設置できるので設備費用が低減できる。また、別置ボイラ２０には排ガス処理設備２１が備えられているので、燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料の使用が可能となり、燃焼器３１で使用する化石燃料を節約できる。別置ボイラ２０で発生した蒸気を給水の加熱用蒸気として使用するので、排熱ボイラ３３で発生する蒸気流量をすべて蒸気タービン発電設備に供給でき、発電機の出力を増加させることができる。
【００５２】
また、夏期の電力需要がピークになる時期に発電機の出力を増加させることができるので、電力系統に連系される他の火力発電プラントの定期検査を実施することも可能となる。すなわち、電力系統に連系される個々の火力発電プラントがぞれそれ夏期であっても出力を増加させることができるので、停止した火力発電プラントの出力電力分を補うことが可能となり、夏期であっても火力発電プラントの定期検査が可能となる。これにより、夏期の電力需要のピーク時においても定期検査が可能となり定期検査の均平化が図れる。
【００５３】
次に、本発明の第８の実施の形態を説明する。図８は本発明の第８の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図である。ガスタービン発電設備は、空気圧縮機３０で得られた圧縮空気と燃料とを混合して燃焼器３１で燃料を燃焼させ、その燃焼ガスでガスタービン３２を駆動し発電機１６を駆動する。図５では、ガスタービン３２に発電機１６が連結されているように図示しているが、通常はガスタービン３２と高圧タービン１４及び低圧タービン１５は一軸で連結されており、発電機１６は低圧タービン１５に連結されている。
【００５４】
ガスタービン３２で仕事を終えた排ガスは排熱回収ボイラ３３に導かれ、排熱回収ボイラ３３で発生した蒸気は蒸気タービン発電設備に供給される。蒸気タービン発電設備は、排熱回収ボイラ３３で発生した蒸気を主蒸気止め弁１２及び蒸気加減弁１３を介して高圧タービン１４に導き、さらに高圧タービン１４で仕事を終えた蒸気を低圧タービン１５に導き発電機１６を駆動して発電する設備であり、低圧タービン１５で仕事を終えた蒸気を復水器１７で凝縮して給水ポンプ１８にて給水弁１９を介して再び排熱回収ボイラ３３に給水する。
【００５５】
一方、ガス化炉２９が設けられ、このガス化炉２９は燃料としてバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料を炭化処理して熱分解ガスをガス燃料として発生するものであり、ガス化炉２９で発生したガス燃料は燃焼器３１のバーナーまたは排熱回収ボイラ３３に設けられたダクトバーナー３４に供給される。これにより、燃焼器３１での化石燃料を低減できるとともに、タービン発電設備に余裕があるときは、排熱回収ボイラ３３からの蒸気流量を増やすことができる。
【００５６】
第８の実施の形態によれば、既設のガスタービン発電設備及び蒸気タービン発電設備に対して、ガス化炉２９を設けるだけであるので、既存のガスタービン発電設備や蒸気タービン発電設備に大きな変更を加える必要がなく設備費用が低減できる。また、ガス化炉２９はバイオマス燃料を含めた廃棄物燃料をガス化してガス燃料を生成し、そのガス燃料を燃焼器３１または排熱回収ボイラ３３で使用するので、燃焼器３１で使用する化石燃料を節約でき、タービン発電設備に余裕があるときは、排熱回収ボイラ３３からの蒸気流量を増やすことができる。
【００５７】
以上の説明では、一つの蒸気タービン発電設備に対し一つの別置ボイラ２０を設ける場合について説明したが、複数の蒸気タービン発電設備に対し一つの別置ボイラ２０を設けることも可能である。この場合は、別置ボイラ２０は、各々の蒸気タービン発電設備に供給した蒸気流量に見合う復水を各々の蒸気タービン発電設備から回収することになる。
【００５８】
図９は、ガスタービン発電設備と蒸気タービン発電設備とを有した複数のコンバインドサイクル発電設備に対して、一つの別置ボイラ２０及び排ガス処理設備２１を設けた場合の火力発電プラントの構成図である。図９では二つのコンバインドサイクル発電設備に対し共用の一つの別置ボイラ２０を設けた場合を示している。
【００５９】
ガスタービン発電設備３５ａ、３５ｂは、圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させた燃焼ガスでガスタービンを駆動し、ガスタービンで仕事を終えた排ガスは排熱回収ボイラ３３ａ、３３ｂに導かれ、排熱回収ボイラ３３ａ、３３ｂで発生した蒸気は蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂに供給される。蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂは、排熱回収ボイラ３３ａ、３３ｂで発生した蒸気で蒸気タービンを駆動し、蒸気タービンで仕事を終えた蒸気は復水器で凝縮され、復水・給水設備３７ａ、３７ｂにより再び給水弁１９ａ、１９ｂを介して排熱回収ボイラ３３ａ、３３ｂに戻される。
【００６０】
一方、排ガス処理設備２１を備えた一つの別置ボイラ２０が二つのコンバインドサイクル発電設備に対し共用で設けられており、別置ボイラ２０で発生した蒸気は蒸気分配弁３８ａ、３８ｂを介して各々の蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂに供給される。蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂでは、別置ボイラ２０から供給された蒸気を、前述したように、蒸気タービンの駆動用蒸気、抽気用蒸気、または熱交換用蒸気として使用する。そして、蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂで仕事を終えた蒸気は、復水器で凝縮され、復水・給水設備３７ａ、３７ｂにより再び給水弁２４ａ、２４ｂを介して別置ボイラ２０に戻される。
【００６１】
この場合、別置ボイラ２０から各々の蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂに供給された蒸気流量に見合う復水を回収するために、蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂに供給される蒸気流量を蒸気流量検出器３９ａ、３９ｂで検出するとともに、復水・給水設備３７ａ、３７ｂから別置ボイラ２０に供給される給水流量を流量検出器４０ａ、４０ｂで検出し、同時同量計量調節器４１ａ、４１ｂに入力する。同時同量計量調節器３９ａ、３９ｂは、これらの検出値に基づいて、別置ボイラ２０から各々の蒸気タービン発電設備３６ａ、３６ｂに供給された蒸気流量に見合う復水を別置ボイラ２０の復水・給水設備４２に回収する。これにより、一方のコンバインドサイクル発電設備から他方のコンバインドサイクル発電設備に余分な給水が流れ込むことを防止し、各々のコンバインドサイクル発電設備の給水流量を一定に保つようにしている。
【００６２】
図９では、二つのコンバインドサイクル発電設備に対し共用の一つの別置ボイラ２０を設けた場合について説明したが、コンベンショナルな火力発電プラントに対しても同様に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図７】本発明の第７の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図８】本発明の第８の実施の形態に係わる火力発電プラントの構成図。
【図９】複数のコンバインドサイクル発電設備に対して共用の一つの別置ボイラ及び排ガス処理設備を設けた場合の火力発電プラントの構成図。
【符号の説明】
【００６４】
１１…ボイラ、１２…主蒸気止め弁、１３…蒸気加減弁、１４…高圧タービン、１５…低圧タービン、１６…発電機、１７…復水器、１８…給水ポンプ、１９…給水弁、２０…別置ボイラ、２１…排ガス処理設備、２２…蒸気止め弁、２３…蒸気加減弁、２４…給水弁、２５…抽気管、２６…蒸気弁、２７…給水配管、２８…熱交換器、２９…ガス化炉、３０…空気圧縮機、３１…燃焼器、３２…ガスタービン、３３…排熱回収ボイラ、３４…ダクトバーナー、３５…ガスタービン発電設備、３６…蒸気タービン発電設備、３７…復水・給水設備、３８…蒸気分配弁、３９…蒸気流量検出器、４０…流量検出器、４１…同時同量計量調節器、４２…復水・給水設備
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気を発生するボイラと、前記ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、前記ボイラとは別に設けられ発生した蒸気を前記蒸気タービンの入口に供給する別置のボイラと、前記別置のボイラの排ガスを処理する排ガス処理設備とを備えたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項２】
燃料と圧縮空気とを混合して燃焼器で燃焼させガスタービンを駆動して発電機から電力を発生するガスタービン発電設備と、前記ガスタービンの排ガスで蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、前記排熱回収ボイラとは別に設けられ発生した蒸気を前記蒸気タービンの入口に供給する別置のボイラと、前記別置のボイラの排ガスを処理する排ガス処理設備とを備えたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項３】
別置のボイラからの蒸気を、前記蒸気タービンの入口に代えて、蒸気タービンの抽気管に供給することを特徴とする請求項１または２記載の火力発電プラント。
【請求項４】
別置のボイラからの蒸気を、前記蒸気タービンの入口に代えて、給水配管に設けられた熱交換器に供給することを特徴とする請求項１または２記載の火力発電プラント。
【請求項５】
前記別置のボイラの燃料は、バイオマス燃料を含めた廃棄物燃料であることを特徴とする請求項１または２記載の火力発電プラント。
【請求項６】
蒸気を発生するボイラと、前記ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、バイオマス燃料を含めた廃棄物燃料をガス化し得られたガス燃料を前記ボイラのバーナーに供給するガス化炉とを備えたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項７】
燃料と圧縮空気とを混合して燃焼器で燃焼させガスタービンを駆動して発電機から電力を発生するガスタービン発電設備と、前記ガスタービンの排ガスで蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、バイオマス燃料を含めた廃棄物燃料をガス化し得られたガス燃料を前記燃焼器または前記排熱回収ボイラのバーナーに供給するガス化炉とを備えたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１】
蒸気を発生するボイラと、前記ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、前記ボイラとは別に設けられ発生した蒸気を前記蒸気タービンの入口に供給する別置のボイラと、前記別置のボイラの排ガスを処理する排ガス処理設備とを備えたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項２】
燃料と圧縮空気とを混合して燃焼器で燃焼させガスタービンを駆動して発電機から電力を発生するガスタービン発電設備と、前記ガスタービンの排ガスで蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、前記排熱回収ボイラとは別に設けられ発生した蒸気を前記蒸気タービンの入口に供給する別置のボイラと、前記別置のボイラの排ガスを処理する排ガス処理設備とを備えたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項３】
別置のボイラからの蒸気を、前記蒸気タービンの入口に代えて、蒸気タービンの抽気管に供給することを特徴とする請求項１または２記載の火力発電プラント。
【請求項４】
別置のボイラからの蒸気を、前記蒸気タービンの入口に代えて、給水配管に設けられた熱交換器に供給することを特徴とする請求項１または２記載の火力発電プラント。
【請求項５】
前記別置のボイラの燃料は、バイオマス燃料を含めた廃棄物燃料であることを特徴とする請求項１または２記載の火力発電プラント。
【請求項６】
蒸気を発生するボイラと、前記ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、バイオマス燃料を含めた廃棄物燃料をガス化し得られたガス燃料を前記ボイラのバーナーに供給するガス化炉とを備えたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項７】
燃料と圧縮空気とを混合して燃焼器で燃焼させガスタービンを駆動して発電機から電力を発生するガスタービン発電設備と、前記ガスタービンの排ガスで蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動し発電機から電力を発生する蒸気タービン発電設備と、バイオマス燃料を含めた廃棄物燃料をガス化し得られたガス燃料を前記燃焼器または前記排熱回収ボイラのバーナーに供給するガス化炉とを備えたことを特徴とする火力発電プラント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−９５７４（Ｐ２００６−９５７４Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８３２３９（Ｐ２００４−１８３２３９）
【出願日】平成１６年６月２２日（２００４．６．２２）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２２日（２００４．６．２２）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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