JPH0364628A

JPH0364628A - ガスタービン・蒸気タービン複合サイクル方式と該方式の実施に使用する発電設備

Info

Publication number: JPH0364628A
Application number: JP2190341A
Authority: JP
Inventors: Heiko Rehwinkel; ハイコ　レーヴインケル; Horst Moellenhoff; ホルスト　メーレンホフ; Hans Joachim Meier; ハンス・ヨアヒム　マイアー
Original assignee: Deutsche Babcock Werke AG
Current assignee: Deutsche Babcock Werke AG
Priority date: 1989-07-26
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1991-03-20
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: DE59005510D1; EP0410118A1; EP0410118B1; JP3093775B2; ATE105048T1; DD295696A5; US5134841A; DE3924615A1

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、請求項１の前文に記載されている特徴を備え
たガスタービン・蒸気タービン複合サイクル方式と該方
式の実施に使用する発電設備に関する。

〔従来の技術〕

一つの公知のガスタービン・蒸気タービン複合設備（例
えば、ＤＥ−Ｏ３第３２０４６７２号参照）の場合、渦
流要式燃焼装置として構成されている加圧燃焼装置で発
生した渦流床温度を有する燃焼ガスはガスタービンの燃
焼室に流入する。

ガス化反応器で発生した可燃ガスが燃焼することにより
燃焼室内のガス温度は昇温する。ガス化反応器とガスタ
ービンに供給される燃焼用空気は加圧燃焼装置の渦流層
内に配置されている熱伝達面により予熱される。この熱
伝達面に加えて、水蒸気循環系に接続されている熱伝達
面が配置されている。このような公知の構成によれば、
発生した熱の一部は、ガスタービンと該ガスタービンに
後続して連結された蒸気タービンのサクィルからなる複
合サイクルより効率が低い蒸気タービンのサイクル部分
に供給されて了う。

純粋なガスタービン・蒸気タービンとの複合すイクル方
式にあっては、燃料の熱はすべてガスタービン入口温度
に到達することができるよう空気の過剰量が選択されて
いる。ガスタービンの廃熱だけが水−蒸気循環系の廃熱
ボイラーに伝達される。この構成によれば、ガスタービ
ンの出力は設備全体の出力の５０％以上に達する。従来
の複合サイクル方式の場合、天然ガスを燃焼させるかま
たは石油を燃焼させることによりはじめて現在使用れて
いる１１００°Ｃを上回ったガスタービンのガス入口温
度に到達することができる。

その他、燃焼熱が伝達される空冷式の熱伝達面を渦流要
式燃焼装置の中に配置する構成としたガスタービン・蒸
気タービン複合設備も公知である（ＶＧＢ発電技術５９
号（１９７９年）６３４ページから６４０ページまで：
ｖＤ■レポート第７１５号、１９８９年、１８２ページ
から６４０ページまでを参参照されたい）。この公知の
複合設備の場合、燃焼ガスと加熱された空気は、約８５
０°Ｃの燃焼温度を上回った温度でもってガスタービン
に供給される。このようにガスタービンの上流側のガス
温度が制約されているので、空冷式の循環系は水−茅気
循環系と比べると経済的ではない。

（発明が解決しようとする課題）本発明の課題は、燃料として石炭を使用するとともに、
放出された燃焼熱をできるだけ多くガスタービンサイク
ルに供給し得るように構成したガスタービン・蒸気ター
ビン複合サイクル方式及び該方式の実施に使用する発電
設備を提供することである。

（課題を解決するための手段〉上記の課題を解決するため、請求項１の特徴項に記載さ
れている構成を備えた当初に挙げた種類のガスタービン
・蒸気タービン複合サイクル方式及び請求項１４に記載
の構成を備えた発電設備が提供されたのである。

本発明の有利な実施態様については請求項２より１３ま
でと請求項１５と１６を参照されたい。

（作用と効果〉燃料として石炭を使用してガスタービンの入口温度を高
い値に調節し、ガスタービンの上流側で発生した熱を燃
焼ガスと空気に伝達することにより、燃焼熱はガスター
ビンサイクルに伝達される。

水−蒸気循環系は、ガスタービンの下流に設けられてい
る廃熱システムに応じて制限されるとともに、例えば、
加圧燃焼装置と加圧ガス化装置の支持構造や境界を限定
する壁面のごとき集合体や構成体を冷却するに必要な技
術上の要求条件に応じて制限される。発電設備全体の出
力に占めるガスタービンの出力の割合は蒸気サイクルの
コストの増加とともに増大するので、熱的な効率全体を
高めることができる。

（実　施　例）以下、本発明の実施例を図解した添付図面を参照しなが
ら本発明の詳細な説明する。

図示のガスタービン・蒸気タービン複合発電設備は、固
体物質の還流系を有するダスト燃焼装置として構成され
ているかまたは、好適には加圧渦流要式燃焼装置として
構成されている加圧燃焼装置を含有している。加圧燃焼
装置１は、水または蒸気が貫流するようにされたガスタ
イトに互いに溶接されている複数の管体から構成された
管壁を備えている。加圧燃焼装置１は断熱状態にライニ
ングされたセラミンク製の壁面により内部スペースが限
定されている。加圧燃焼装置１は２つの通路２と３を備
えていて、渦流層を含有した反応領域が第１の通路２内
に配置されている。また、加圧燃焼装置１は、第１の通
路２に接続された再燃焼領域と、セパレーター４と、固
体物質の層として機能する第２の通路３内で捕集された
分離ずみの固体物質を冷却する冷却領域とを備えている
。

加圧燃焼装置１と並列に加圧ガス化装置５が設けられて
いる。加圧ガス化装置５と加圧燃焼装置１は同じ構成要
素を使用して構成されている。加圧ガス化装置５は、渦
流層を含有した第１の通路２と、濾過作用を行うフィル
ター４と、第２の通路３を備えている。フィルター４の
固体物質側の排出部は第２の通路３に開口しており、分
離された固体状のガス化王程の残渣（コークス）は第２
の通路３内で捕集される。

加圧ガス化装置５の第２の通路３にコークス管路６が接
続されており、該コークス管路６は加圧燃焼装置１の第
１の通路２と接続されているとともに、加圧燃焼装置１
の反応領域に開口している。

空気供給管路７をへて燃焼用空気が加圧燃焼装置１の反
応領域に供給されていて、必要な場合、燃料供給管路８
をへて新鮮な燃料が加圧燃焼装置１の反応領域に供給さ
れる。乾燥した石炭または褐炭あるいは湿った石炭また
は褐炭のごとき固体状の化石燃料が燃料として使用され
ており、これらの化石燃料は機械的、空気圧的にまたは
液体と石炭の懸濁物として移送される。

空気供給管路７は空気管路９に接続されていて、該空気
管路９をへてコンプレッサー１０から圧縮圧空気が供給
される。加圧燃焼装置１の空気係数は約１．３に調節さ
れている。燃焼ガスは、再燃焼領域を出た後、８００か
ら１０００″Ｃの温度でセパレター４に流入する。

セパレーター４は濾過作用を行う高温ガス・セパレータ
ーとして構成されていて、セラくツク類のフィルター・
カートリッジを含有している。セパレーター４のガス側
の排出部は燃焼ガス管路１１と接続されており、一方、
固体物質側の排出部は第２の通路３に開口している。セ
パレーター４で分離された固体物質は第２の通路３内で
捕集され、該第２の通路３の中で固体物質の層を形成す
る。

第２の通路３の固体物質層の中に熱伝達面１２が設けら
れており、第１図に示されている実施例によれば、空気
管路９と空気供給管路１４をへて供給された空気が熱伝
達面１２を貫流するようになっている。

第２図に示されている実施例によれば、ガス状または液
状の熱交換媒体が熱伝達面１２を貫流するようになって
いる。この実施例の場合、熱交換面１２から受は取った
熱交換媒体の熱は別の熱交換器１３内で空気供給管路９
から供給された空気に間接的に伝達される。固体物質と
の熱交換により空気流は８５０″Ｃの温度まで加熱され
る。

第２図に示されている実施例においては、第２の通路３
は別の空気供給管路１４を介して空気管路９と接続され
ており、空気供給管路１４をへて固体物質層の中に吹き
込まれた空気が固体物質層を貫流するようになっている
。固体物質層を貫流した空気といっしょになって運ばれ
た固体物質はセパレーター４内で空気から分離され、固
体物質が分離された空気は燃焼ガスといっしょになって
燃焼ガス管路１１をへて排出される。空気との熱交換に
より冷却された固体物質は、固体物質貫流管路１５をへ
て第１の通路２の渦流層に貫流される。

固体燃料または液体燃料は加圧状態のもとて加圧ガス化
装置５の中でガス化されるかまたは部分的にガス化され
る。燃料として、例えば、石炭または褐炭が使用される
。必要な場合、水を添加し濃い液状の褐炭と水との懸濁
物の形で燃料供給管路８をへて褐炭が供給される。使用
される燃料の当初の湿潤状態によっては乾燥状態のまま
流入させるのが有利な場合もある。

わずかではあるが燃焼ガスと可燃ガスの中に含まれてい
る硫化酸素の量を調節するため、硫黄と結合する添加物
、例えば、石炭または石灰石を燃料といっしょに加圧燃
焼装置１または加圧ガス化装置５の中に供給することが
有利である。添加物と硫黄との反応により加圧ガス化装
置５内で形成される硫化物と亜硫酸塩はコークスといっ
しょになってコークス管路６をへて加圧燃焼装置ｌ内に
流入し、該加圧燃焼装置１で酸化されて硫酸塩が生成さ
れる。

さらに、空気供給管路７をへて加圧状態にある空気が加
圧ガス化装Ｗ５に供給されるとともに、ガス化物質管路
１６をへて、例えば、水のごときガス化物質または蒸気
が加圧ガス化装置５に供給される。ガス化によりあるい
は部分的なガス化により得られた可燃ガスは、濾過作用
を行うフィルター４をＭ２ｉｔシた後、約８５０°Ｃの
温度で可燃ガス管路１７をへて排出される。加圧燃焼装
置１で生成された酸化硫黄の量を減らすため、可燃ガス
管路１７より管路１８をへてＣＯガスを含んだ可燃ガス
の部分流を加圧燃焼装置１の第１の通路２に吹き込むこ
とが有利である。

加圧ガス化装置５の第２の通路３内で捕集されたコーク
スは、固体物質貫流管路１５をへて第１の通路２に貫流
してもよく、あるいはコークス管路６をへて加圧燃焼装
置１に貫流するようにしてもよい、コークス管路６をへ
てコークスを簡単に移送することができるようにするた
め、加圧ガス化装置５の第２の通路３内でコークスが冷
却される。この冷却の目的のため、加圧燃焼装置１の熱
伝達面１２と同様、空気管路９に接続されていて。

空気を貫流させる熱伝達面１９が加圧ガス化装置５の第
２の通路３内に配置されている。さらに、再循環管路２
０が可燃ガス管路１７から分岐されていて、加圧ガス化
装置５の第２の通路３の底部を通って貫設されている。

冷却器２１と再循環用ブロワ２２が再循環管路２０に設
けられている。

このようにして空気を使用して間接的にコークスが冷却
されかつ／または貫流された冷却ずみの可燃ガスを使用
してコークスが冷却される。

加圧燃焼装置１の燃焼ガス管路１１と、加圧ガス化装置
５の可燃ガス管路１７と、間接的に加熱された空気を導
く高温空気管路２３と、熱交換器１３を含有した空気管
路９とは混合兼燃焼室２４まで延設されている。この混
合兼燃焼室１４内で高温のガス流は合流し、燃焼により
ガス混合物の温度は昇温する。ガス混合物はガス管路２
５をへてガスタービン２６に供給され、該ガスタービン
２６の中で彫版する。ガスタービン２６はコンプレフサ
−１０と発電機２７を駆動する。加圧燃焼装置ｌに供給
された空気の量と間接的に加熱された空気の量とは、ガ
スタービン２６の下流側の燃焼ガス回収系で測定してサ
イクル全体の空気係数が１．５より大きくなるよう調節
される。

ガスタービン２６の出力を調節するため、加圧燃焼装置
１に供給される燃料供給量対加圧ガス化装置５に供給さ
れる燃料供給量の比が変更される。

このとき負荷が低下すると、加圧燃焼装置１に供給され
る燃料の量と比較して加圧ガス化装置５に供給される燃
料の量が減少する。ガスタービン２６に流入するガスの
温度が低下した状態で運転ささるガスタービン２Ｇの部
分負荷の場合、加圧燃焼４゜装置１の運転を停止するかまたは加圧ガス化装置５の運
転を停止する。この場合、上記の装置のうちの一方だけ
を使用して設備全体が運転されることになる。加圧ガス
化装置５だけを運転するさいに生じるコークスは、必要
な場合、中間で取り出して貯溜しなければならない。

ガスタービン１６の下流側に廃熱システム２８が設けら
れており、該廃熱システム２８は発電機２９を駆動する
蒸気タービンを含有した水−蒸気循環系を備えている。

ガスタービン２６の廃ガスは、加圧燃焼装置ｌに供給さ
れる燃料をあらかしめ乾燥するために使用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に従って構成されたガスター
ビン・蒸気タービン複合サイクル方式を図解した概要図
、第２図は本発明の別の実施例に従って構成てれたガス
タービン・蒸気タービン複合サイクル方式を図解した概
要図。１・・・加圧燃焼装置、　２．３・・・通路、４・・・
セパレーター　　５・・加圧ガス化装置、６・・・コー
クス管路、　７・・空気供給管路、８・・・燃料管路、
　　　９・・・空気管路、１０・・・コンプレッサー、
１１・・燃焼ガス管路、１２．１９・・・熱伝達面、　
１３・・・熱交換器、１４・・・空気供給管路、１５・
・固体物質貫流管路、１６・・ガス化物質管路、　１７
・・・可燃ガス管路、１８・・・管　路、　　　　２ｏ
・・・再循環管路２１・・・冷却器、　　　　２１・・
再循環用ブロワ２３・・・高温空気管路、　２４・・・
混合兼燃焼室２５・・・ガス管！、　　　２６・・・ガ
スタービン、２７．２９・・発電機、　　　２８・・・
廃熱システム。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水−蒸気循環系を有する廃熱システムがガスター
ビンの下流側に設けられているとともに、加圧燃焼装置
と燃焼室がガスタービンの上流側に設けられており、空
気を加熱するために熱伝達面が加圧燃焼装置内に配置さ
れていて、加圧ガス化装置が加圧燃焼装置と並列に設け
られており、加圧燃焼装置で発生した燃焼ガスと、予熱
された燃焼用空気と、加圧ガス化装置で発生した可燃ガ
スとが燃焼室に供給されるよう構成されたガスタービン
・蒸気タービン複合サイクル方式において、燃焼温度を
越えて加圧燃焼装置内で燃焼ガスが加熱されることによ
り生じた燃焼熱が燃焼室に供給された燃焼用空気に伝達
されることを特徴とするガスタービン・蒸気タービン複
合サイクル方式。
（２）濾過作用を行うセパレーター内で固体物質が加圧
燃焼装置内で発生した燃焼ガスから分離されることと、
固体物質が加圧燃焼装置の第２の通路内で捕集されるこ
とと、燃焼ガスから分離された固体物質と熱交換するこ
とにより燃焼用空気が加熱されることとを特徴とする請
求項１記載の複合サイクル方式。
（３）燃焼用空気が固体物質との間接的な熱交換により
加熱されることを特徴とする請求項１または２記載の複
合サイクル方式。
（４）燃焼用空気が固体物質と熱伝達媒体との熱交換に
より加熱されることを特徴とする請求項１または２記載
の複合サイクル方式。
（５）燃焼用空気が固体物質を貫流して吹き込まれて、
セパレーターをへて燃焼ガスといっしょになって排出さ
れることを特徴とする請求項１より４までのいずれか１
項記載の複合サイクル方式。
（６）ガスタービンの出力を調節たるため、加圧ガス化
装置に供給される燃料の供給量対加圧燃焼装置に供給さ
れる燃料の供給量の比が変更されることを特徴とする請
求項１より５までのいずれか１項記載の複合サイクル方
式。
（７）ガスタービンが部分負荷で運転されるとき、加圧
燃焼装置または加圧ガス化装置の運転が停止されること
を特徴とする請求項１より５までのいずれか１項記載の
複合サイクル方式。
（８）加圧燃焼装置で生じる窒素酸化物を減少させるた
め、加圧ガス化装置から取り出された可燃ガスが加圧燃
焼装置に導入されることを特徴とする請求項１より７ま
でのいずれか１項記載の複合サイクル方式。
（９）必要な場合は水が添加された褐炭が湿った状態で
加圧燃焼装置に供給されることを特徴とする請求項１よ
り８までのいずれか１項記載の複合サイクル方式。
（１０）燃料がガスタービンの廃ガスにより乾燥される
ことを特徴とする請求項１より７までのいずれか１項記
載の複合サイクル方式。
（１１）硫黄と結合する添加物が加圧燃焼装置と加圧ガ
ス化装置に供給されることを特徴とする請求項１より１
０までのいずれか１項記載の複合サイクル方式。
（１２）加圧ガス化装置で生じた硫黄化合物が加圧燃焼
装置に供給されて、該加圧燃焼装置内で酸化されること
を特徴とする請求項１１記載複合サイクル方式。
（１３）固体燃料を燃焼させるとき必要なサイクル全体
の空気係数が、ガスタービンの下流における燃焼ガス系
で測定して１．５より大きい値に調節されていることを
特徴とする請求項１より１２までのいずれか１項記載の
複合サイクル方式。
（１４）請求項１記載のガスタービン・蒸気タービン複
合サイクル方式の実施に使用する発電設備であって、加
熱燃焼装置（１）が、渦流層を含有した第１の通路（２
）と、燃焼ガスから固体物質を分離するセパレーター（
４）と、分離された固体物質を含有していて、固体物質
を冷却する冷却器として機能する第２の通路（３）とを
備えていることと、燃焼室（２４）に供給された空気の
部分流が固体物質の層を貫流することと、燃焼用空気と
熱交換を行う熱伝達面（１２）が固体物質の層内に配置
されていることとを特徴とする発電設備
（１５）発電設備が熱伝達媒体を貫流させる熱交換器（
１３）を備えていて、該熱伝達面の一方の側が加圧燃焼
装置（１）の第２の通路（３）の固体物質層内に配置さ
れており、他方の側が燃焼用空気を導入す空気管路（９
）内に配置されていることを特徴とする請求項１４記載
の発電設備。
（１６）加圧燃焼装置（１）と加圧ガス化装置（５）が
同じ種類の構成要素から構成されていることを特徴とす
る請求項１４記載の発電設備。