JPH01178729A - 複合サイクル発電設備 - Google Patents

複合サイクル発電設備

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JPH01178729A
JPH01178729A JP3888A JP3888A JPH01178729A JP H01178729 A JPH01178729 A JP H01178729A JP 3888 A JP3888 A JP 3888A JP 3888 A JP3888 A JP 3888A JP H01178729 A JPH01178729 A JP H01178729A
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JP
Japan
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power generation
combustor
gas turbine
steam
thermionic
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JP3888A
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English (en)
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Toshihiro Fukushima
敏博 福島
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、火力発電所等にd31ノる複合サイクル発電
設備に係り、特にガスタービンサイクルの燃焼器内部の
高温熱源を熱電子発電によって熱起電力に変換して有効
に活用し、設備全体の熱効率、11夕よび発電効率を向
上させた複合リーイクル発電設備に関する。
(従来の技術) 一般に火力発電所等において使用される蒸気タービンに
ガスタービンを組み合せた複合リイクル発電設備が、排
熱の有効利用と発電効率の向−Lど省エネルギ化とを図
る目的で゛採用されている。
従来のガスタービンサイクルと蒸気タービン4ノイクル
とから成る複合リーイクル発電設備は、一般に第4図に
示づ−ように構成される。
吸気室1からの空気は空気圧縮機2で加圧されて燃焼器
3に送給される。送給された圧縮空気は燃焼器3におい
て、例えば1−NG(天然ガス)などの液体燃料と混合
された後に燃焼される。燃焼ガスは、ガスタービン4に
送給され、ここで膨張仕事を行なってガスタービン4を
回転せしめ、さらにガスタービン4に直結したガスター
ビン用発電機5を回転させる。
ガスタービン4において仕事をし、排出された高温ガス
は排熱回収ボイラ6に導入される。導入された高温ガス
は、蒸気タービンザイクルの復水および給水を加熱蒸発
させる熱源として利用される。排熱回収ボイラ6で発生
した高温高圧の蒸気は、蒸気タービン高圧部7および蒸
気タービン中低圧部8に送給され、蒸気タービンに直結
した蒸気タービン用発電機9を回転させる。蒸気タービ
ン中低圧部8より排出された蒸気は、復水器10におい
て凝縮されて復水となり、復水は復水ポンプ11によっ
て排熱回収ボイラ6に還流される。
還流された復水は、排熱回収ボイラ6内に設りた節炭器
12によって予熱され、ドラム13に一旦貯留される。
ドラム13内の復水は高圧給水ポンプ14によって蒸発
器15に送給され、ガスタービン4の排気によって加熱
され蒸気となる。蒸気Cよドラム13を紅て、排熱回収
ボイラ6の過熱器16に供給される。過熱器16に83
いて高温度に過熱された蒸気は蒸気タービン高圧部7に
送給される。
このように複合→ノイクル発電設備においてはガスター
ビン4から排出される高温ガスが保有する熱エネルギを
排熱回収ボイラ6に導いて蒸気タービン駆動用の蒸気の
発生熱源として再利用しているため、従来の一般火力発
電の発電効率より数ポイン1〜効率が向上する。
ちなみに第4図に例示したようなガスタービンサイクル
と蒸気タービン量ナイクルとから成る複合ザイクル発電
設備において、例えばガスタービン4の入口圧力、温度
をそれぞれl 5ata 、 1200℃と設定した場
合、プランj〜の熱効率は約44%どなる。
このプラン1〜の熱効率をざらに向上させるにはガスタ
ービン4の入口温度をさらに上昇させる必要がある。
(発明が解決しようとブる課題) しかしながら、ガスタービンは高速回転を行なう構造上
、その構造部材の耐熱強度、描込強度の面で使用温度に
ついて制約を受(プており、現在の技術においては、1
300’C程度がその限界とされている。
ところが燃焼器においては、上記の限界温度よりも高い
燃焼温度を得ることが容易である。
本発明は上記の点について着目し、燃焼器にお(する高
温度の熱エネルギを熱電子発電用の高温熱源として利用
することにより、熱エネルギの有効利用を図り、熱効率
の優れた複合サイクル発電設備を提供することを目的と
り−る。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明に係る複合サイクル発電設備は、燃焼器からの燃
焼ガスによりガスタービンおよび発電機を回転せしめ発
電を行なうガスタービン発電装dと、ガスタービンから
の排熱を排熱回収ボイラで熱回収し、発生した蒸気で蒸
気タービンおよび発電機を回転ぜしめ発電を行なう蒸気
タービン発電装置と、上記ガスタービン発電装置の燃焼
器内に多数の熱電子発素子を配設して形成した熱電子発
電装置とを備えることを特徴とり−る。
(作用) 上記構成の複合サイクル発電設備によれば、従来のガス
タービン発電装置および蒸気タービン発電装置に加えて
、熱電子発電装置が設(プられており、従来有効利用さ
れることが少なかった燃焼ガスの高温度領域の熱エネル
ギが熱電子発電装置の熱電子発素子によって効率的に熱
起電力に変換されるため、設備全体の熱効率を大幅に向
上させることができる。
(実施例) 以下本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
する。第1図は本発明に係る複合ザイクル発電設備の一
実施例を示す系統図である。なお第4図に示す従来例と
同一要素には同一符号をイ1して、その詳細説明は省略
する。
本実施例に係る複合ザイクル発電設備は、燃焼器3から
の燃焼ガスによりガスタービン4およびガスタービン用
発電機5を回転せしめ発電を行なうガスタービン発電装
置Aと、ガスタービン4からの排熱を排熱回収ボイラ6
で熱回収し、発生した蒸気で蒸気タービン7.8J5よ
び蒸気タービン用発電機9を回転せしめ発電を行なう蒸
気タービン発電装置Bと、上記ガスタービン発電装置の
燃焼器3内に多数の熱電子弁素子17を配設して形成し
た熱電子発電装置Cとから構成される。
上記熱電子弁電装@Cは、第3図に示1J:うに燃焼器
内壁3aに熱電子弁素子17の高温熱源側を配設する一
方、燃焼器内壁3aと燃焼器外壁3bとの間に形成され
る間隙部18に熱電子弁素子17の低温熱源側を配設す
るとともに、上記間隙部18に再熱用蒸気を給排する再
熱蒸気入口ノズル19および再熱蒸気出口ノズル20を
設【プで構成される。燃焼器3の頂部には燃料を燃焼さ
せるバーナ21が設りられ、底部には燃焼ガス出口ノズ
ル22が設【フられる。
ここで熱電子弁素子17は一般に第2図に示づ゛ように
構成される。すなわち、高温熱源によって加熱され電子
を放出する円筒形の電極であるエミッタ23と、エミッ
タ23の外周側に0.58程度の間隔をおいて配設され
、ゴミツタ23から放出される電子を捕集する円筒形の
電極であるコレクタ24とで構成される。
また上記エミッタ23とコレクタ24どの間に形成され
る間隙部25には、電子の流れを阻害づる空間電荷を中
和するためにセシウム金属蒸気26が封入され、またセ
シウム金属蒸気26の封入量を調整する蒸気溜め27が
コレクタ24の頂部に設けられる。
また]ニエミッタ3およびコレクタ24は絶縁体28を
介して燃焼器内壁3aに一体的に取(dけられている。
各熱電子弁素子17は第1図に示ずように蓄電池29を
介して図示しない直流電源設備に接続される一方、直流
交流変換器3oおよび変圧器31を介して図示しない補
機用電源設備に接続される。
本実施例の複合ザイクル発電設備では、燃焼器3内に燃
料と圧縮空気とが送給され、バーナ21による燃焼が進
行し、高温度の燃焼ガスが発生して約1500〜160
0℃に達する高温熱源が形成される。一方、燃焼器3の
内外壁3a、3b間に形成された間隙部18には、蒸気
タービン高圧部7から排気された蒸気が再熱蒸気入口ノ
ズル1つを通って導入され、その蒸気が間隙部18を冷
却することにより500℃前後の低温熱源が形成される
燃焼器3の内壁3aに固着された熱電子弁素子17の高
温側熱源と、間隙部18に形成された低温側熱源との熱
落差によって直流熱電流が発生づ゛る。
発生した直流熱電流は、蓄電池2つを経由して発電所内
の直流電源として利用される一方、直流交流変換器30
および変圧器31を経由して発電所内に配設された補機
駆動用電源どしで利用される。
すなわち従来のガスタービンにおいては、運転温度の制
約から有効利用することが不可能であったが、本実施例
においては高温度の燃焼ガスが保有づ−る熱エネルギを
熱発電装置によって有効に熱起電力に変換することがで
きる。そのため、複合ザイクル発電設備全体の熱効率、
発電効率を向上させることかできる。
また熱電子発電装置Cの低温熱源を形成するために蒸気
タービン高圧部7からの排気蒸気を燃焼器3内に導入し
て間隙部18を冷却している。導入された蒸気は再熱さ
れて蒸気タービン中低圧部8に供給されているため、蒸
気タービンの中低圧段落にお(プる膨張による仕事効率
がさらに改善される効果がある。
次に本発明に係る複合サイクル発電設備の概略膜31仕
様とその設備による熱効率の改善度合についての試算結
宋を説明する。
本発明に基づき25MWの複合ザイクル発電設備を片1
画した例を示す。熱電子弁素子17としては、エミッタ
23およびコレクタ24の外径が約20姻で全長が約1
00mmのものが使用される。
燃焼器3としては内壁部3aの内径が1TrLで全長が
6′IrLのものが使用され、この燃焼器3がガスター
ビン4を挟むように2筒、付設される。
熱電不発素子17の高温熱源側に位置するエミッタ23
の温度は1400〜1500℃とし、また低温熱源側に
位置する]レクタ24の温度は再熱蒸気流量によって5
00℃前後に設定する。また熱電不発素子17の性能指
定を1eVとし、変換効率を40%とすることにより約
30 W / crAの出力密度を得ることがでさ′る
この熱電不発素子17は第3図に示すように燃焼器内壁
3aに相互に約150#の間隔を[1′3いて配設され
る。2簡の燃焼器3内に配設される熱電不発素子17の
総数は約i ooo個に達する。
上記仕様により、熱電子発電装置Cの31電出力として
約1.8〜2MWを得ることができる。また熱収支の計
算結果から発電出力が約15MWのガスタービン発電装
置Aと、発電出力が約8MWの蒸気タービン発電装置1
3とが得られ、総出力25MWの複合リーイクル発電設
備を得ることができる。
この複合υイクル発電設備によれば、燃焼器3内に発生
する高温度の燃焼ガスの熱エネルギの一部が熱起電力に
交換されるため、従来のガスタービン発電装置と蒸気タ
ービン発電装置とから成る従来設備と比較して、さらに
熱効率お」;び発電効率を3〜4%向上させることがで
きる。
〔発明の効果〕
以上説明の通り、本発明に係る複合サイクル発電設備に
J:れば、従来のガスタービン発電装置および蒸気ター
ビン発電装置に加えて、燃焼器に熱電不発素子を配設し
て形成した熱電子発電装置を設けているため、燃焼器に
J3いて生成される燃焼ガスの高温度領域の熱エネルギ
が4.1効に利用される。すなわち熱エネルギの一部が
熱電不発素子によって効率的に熱起電力に変換される。
したがって、発電設備仝休の熱効率を大幅に向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る複合リーイクル発電設備の一実施
例を示J系統図、第2図は本実施例にて使用される熱電
不発素子の構造を示す断面図、第3図は本実施例にて使
用される燃焼器の構造を示づ一断面図、第4図は従来の
複合リイクル発N設備の構成を示す系統図である。 1・・・吸気室、2・・・空気圧縮機、3・・・燃焼器
、3a・・・内壁、3b・・・外壁、4・・・ガスター
ビン、5・・・ガスタービン用発電機、6・・・排熱回
収ボイラ、7・・・蒸気タービン高圧部、8・・・蒸気
タービン中低圧部、9・・・蒸気タービン用発電機、1
0・・・復水器、11・・・復水ポンプ、12・・・節
炭器、13・・・ドラム、14・・・高圧給水ポンプ、
15・・・蒸発器、16・・・過熱器、17・・・熱電
不発素子、18・・・間隙部、19・・・再熱蒸気入口
ノズル、20・・・再熱蒸気出口ノズル、21・・・バ
ーナ、22・・・燃焼ガス出口ノズル、23・・・エミ
ッタ、24・・・コレクタ、25・・・間隙部、26・
・・セシウム金属蒸気、27・・・蒸気溜め、28・・
・絶縁体、29・・・蓄電池、30・・・直流交流変換
器、31・・・変圧器、A・・・ガスタービン発電装置
、8・・・蒸気タービン発電装置、C・・・熱電子発電
装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、燃焼器からの燃焼ガスによりガスタービンおよび発
    電機を回転せしめ発電を行なうガスタービン発電装置と
    、ガスタービンからの排熱を排熱回収ボイラで熱回収し
    、発生した蒸気で蒸気タービンおよび発電機を回転せし
    め発電を行なう蒸気タービン発電装置と、上記ガスター
    ビン発電装置の燃焼器内に多数の熱電子発素子を配設し
    て形成した熱電子発電装置とを備えることを特徴とする
    複合サイクル発電設備。 2、熱電子発電装置は、燃焼器内壁に熱電子発素子の高
    温熱源側を配設する一方、燃焼器内壁と燃焼器外壁との
    間に形成される間隙部に熱電子発素子の低温熱源側を配
    設するとともに、上記間隙部に再熱用蒸気を給排する蒸
    気ノズルを設けて構成した請求項1記載の複合サイクル
    発電設備。
JP3888A 1988-01-04 1988-01-04 複合サイクル発電設備 Pending JPH01178729A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06272516A (ja) * 1993-03-16 1994-09-27 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 水素・酸素混合燃焼発電方法
EP1245796A3 (en) * 2001-03-30 2003-09-24 Siemens Westinghouse Power Corporation Hybrid combustion power system

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JPH06272516A (ja) * 1993-03-16 1994-09-27 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 水素・酸素混合燃焼発電方法
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