JPH0647924B2 - 複合発電プラント - Google Patents

複合発電プラント

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JPH0647924B2
JPH0647924B2 JP59193926A JP19392684A JPH0647924B2 JP H0647924 B2 JPH0647924 B2 JP H0647924B2 JP 59193926 A JP59193926 A JP 59193926A JP 19392684 A JP19392684 A JP 19392684A JP H0647924 B2 JPH0647924 B2 JP H0647924B2
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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
    • F01K23/12Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled
    • F01K23/16Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled all the engines being turbines
    • 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)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ガスタービンの排ガスに含まれている熱をガ
スボイラで回収して蒸気を発生させ、この蒸気によつて
蒸気タービンを駆動する方式の複合発電プラントに関す
るものである。
〔発明の背景〕
発電プラントの効率向上の観点より、近年ガスタービン
と蒸気タービンの複合発電プラント(コンバインドサイ
クル発電プラント)が採用されている。これはガスター
ビンの排気熱を利用し蒸気を発生させるとともにその蒸
気による蒸気タービン発電を行う方法である。すでに多
数のプラントが運転に入つており、またこれに関する数
多くの文献が発表されている。(就中、電気学会雑誌1
03巻10号 p55〜p61 1983−10に詳し
い)。
複合発電プラントの代表的な構成として (a) 一軸形コンバインドサイクル(第2図) (b) 多軸形コンバインドサイクル(第3図) の2形式があり、これを第2,第3図に示す。
一軸形コンバインドサイクルは、ガスタービン1a,発
電機2,蒸気タービン3aを一軸に直結させた構成であ
る。ガスタービン1aの排ガスは排気ダクト4aを通
り、排ガスボイラー5aに導かれて排ガスボイラー5a
で熱交換され、発生した蒸気は主蒸気ライン6aを通
り、蒸気タービン3aに流入する。更に蒸気タービン3
aで仕事を終了した蒸気はコンデンサー7aで凝縮され
水となる。この水は、給水ライン8aを通り再び排ガス
ボイラー5aに戻る。実際には以上のプラント構成を複
数ユニツト設置して発電所を構成する。
この一軸形コンバインドサイクルは、低負荷プラントの
効率の高い発電システムとなつており、毎日起動停止に
適している。
一方、多軸形コンバインドサイクル(第3図)は、複数
個のガスタービン1b,1c,1d、ガスタービン発電
機9a,9b,9c、及び排ガスボイラー5b,5c,
5dと1個の蒸気タービン3bと蒸気タービン発電機1
0より構成される。この形式の特徴はガスタービン1
b,1c,1dと蒸気タービン3bが別軸となつてお
り、複数のガスタービンに対して1基の蒸気タービンが
設置されることである。本方式は、高負荷プラントの効
率が良いため、比較的負荷率が連続的な運転に適してい
る。
しかしながら、今後、大型ガスタービンの開発に伴い、
その形式も変化する事が予想される。すなわち、単機ガ
スタービン出力の増加により、大型蒸気タービンの採用
が考えられる。
本発明者らは、複合発電プラトに課されている産業界の
要望に応えるべく、その改良について種々研究、実験を
重ねた結果、次に述べるような技術的問題が有ることを
発見した。
前述の1軸形,多軸形コンバインドサイクルの長所短所
に鑑み、低負荷効率が高くてしかも起動停止の頻繁な大
形複合発電プラントを、従来技術によつて構成しようと
すると勢い1軸形を採らざるを得ない。
ところが、大形の複合発電プラントを1軸形で構成する
と、その軸長が著しく長くなり、振動に対する軸系の安
定性低下や、長大な軸を整列させることの現場技術面で
の困難など種々の障害に直面する。
〔発明の目的〕
本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、軸長を長
大ならしめる虞れ無く、しかもガスタービン軸と蒸気タ
ービン軸とを直結した構造で、低負荷効率の高い稼働条
件にも適合し、その上、起動停止の頻繁な条件にも適す
る複合発電プラントの構成を提供し、ガスタービンの大
形化に伴う技術的困難の解消に貢献しようとするもので
ある。
〔発明の概要〕
次に、先ず本発明の複合発電プラントの基本的原理につ
いて略述する。
本発明は、1つの軸にガスタービン,発電機,蒸気ター
ビン高圧部を配し、隣接する他の軸へ、ガスタービン,
発電機,蒸気タービン低圧部を、配し、この2軸に対
し、各1基の排ガスボイラーで1ユニツトを構成させる
ことにより、1軸当りの軸長増加を防止しようとするも
のである。
上記の原理に基づいて前記の目的を達成する為、本発明
の複合発電プラントは、ガスタービンの排ガスに含まれ
ている熱を排ガスボイラで回収し、発生した蒸気で蒸気
タービンを駆動する複合発電プラントにおいて 1台の蒸気タービンを、高圧部と低圧部との、2車室−
2車軸構成に分割するとともに、 1台のガスタービンA(21)と、上記蒸気タービン高
圧部と、1台の発電機A(22)の車軸とを連結して1
軸を構成し、 上記と別体のガスタービンB(31)と、蒸気タービン
低圧部と、前記と異なる発電機B(32)の車軸とを連
結して、前記の1軸と異なる1軸を構成し、 前記蒸気タービン高圧部で仕事をした蒸気を、別軸の蒸
気タービン低圧部に導くよう、該高圧部と低圧部との間
に蒸気配管を設置し、 全体として2台のガスタービンA(21),ガスタービ
ンB(31)と、2台の発電機A(22),発電機B
(32)と、1台の蒸気タービンの高圧部,低圧部とよ
りなる1組の発電ユニットを2軸に分割配列したことを
特徴とする。
また、本発明の、推奨される実施例においては、前記の
蒸気タービン高圧部と、蒸気タービン低圧部との間に接
続配管(クロスオーバ管)を設けるとともに、クロスオ
ーバ管からコンデンサーに接続するライン、また排ガス
ボイラー低圧部より、クロスオーバ管に接続する低圧主
蒸気ラインを設け、更にタービン高圧部へ蒸気を流入さ
せる高圧主蒸気ライン及び当該低圧主蒸気ラインより分
岐しコンデンサーに接続する各バイパスラインを設ける
ことにより、2軸それぞれのグループに区分して設置し
た2グループの系統を、必要に応じて併行運転すること
も、各軸毎に個別運転することもできる。
〔発明の実施例〕
第1図に本発明の一実施例を示す。第1軸にはガスター
ビンA21,発電機A22,蒸気タービン高圧部23,
がカツプリング24で直結される。一方第2軸には、ガ
スタービンB31,発電機B32,蒸気タービン低圧部
33が同様に直結される。各軸に対し、1基の排ガスボ
イラー25,35が設置される。以上の機器で1ユニツ
トが構成される。
ガスタービンA21,B31の排気ガスは、各軸の排気
ダクト29,39を通り、排ガスボイラー25,35に
それぞれ導かれ、ここで水との熱交換を終了した後、煙
突(図示せず)を経て、大気へ排出される。一方排ガス
を熱源として排ガスボイラー25,35において発生し
た蒸気は、排ガスボイラー出口弁26,36を有する各
主蒸気分岐ライン41,42より主蒸気ライン43,4
3′を流れ、組合せ制御弁52を経て蒸気タービン高圧
部23へ流入する。ここで仕事を終えた蒸気はクロスオ
ーバライン44を通つて、蒸気タービン低圧部33に流
入し、低圧段での仕事を終了した蒸気はコンデンサー5
0に導かれ凝縮され水となる。
上記の水は給水ポンプ51で加圧され、給水ライン45
を通つて排ガスボイラー入口弁27,37を経て、排ガ
スボイラー25,35へ給水として供給される。
このようにして、ガスタービンA21と蒸気タービン高
圧部23とによつて発電機A22を駆動して発電せしめ
るとともに、ガスタービンB31と蒸気タービン低圧部
33とによつて発電機B32を駆動して発電せしめる。
また、主蒸気ライン43,43′から高圧バイパス弁6
1を介して分岐せしめた高圧バイパスライン62をコン
デンサー50に接続する。一方、排ガスポーラー25,
35の低温低圧部から制御弁C63を介して分岐せしめ
た低圧主蒸気ライン64を設け、更に上記低圧主蒸気ラ
イン64から低圧バイパス弁65を介して分岐せしめた
低圧バイパスライン66をコンデンサー50に接続す
る。
蒸気タービン高圧部23の蒸気流出口から蒸気タービン
低圧部33の蒸気流入口に至るクロスオーバライン44
を設けるとともに、該クロスオーバライン44に制御弁
A69を設け、かつ、該クロスオーバライン44から制
御弁B67を介して分岐せしめたクロスオーババイパス
ライン68をコンデンサー50に接続する。
以上のように構成した複合発電プラントは、2軸構成で
あるため、それぞれのグループの軸長は1軸形のものに
比して数10%の短縮が可能となり、軸長の長大化を回
避している。その上、次記のようにして第1軸(発電機
A22のグループ)、又は第2軸(発電機B32のグル
ープ)をそれぞれ独立して個別に運転することもでき、
両軸のグループを併行して運転することもできる。
(イ) 第1軸(発電機A)の独立運転駆動運用 第4図に、本運用時の系統を示す。黒塗り弁は弁の閉状
態を、白抜き弁は弁の開状態を、半分黒塗りの弁は、設
定圧にセツトした状態の弁を示す。制御弁A69,制御
弁C63,低圧バイパス弁65,排ガスボイラー入口弁
37,出口弁36は閉とする。排ガスボイラー35で発
生た蒸気は、組合せ制御弁52を通り蒸気タービン高圧
部23に流入し、排出後クロスオーババイパスライン6
8,制御弁B67を経てコンデンサー50に流れる。な
お、高圧バイパス弁61は圧力調整弁によつて構成し、
その設定圧力を定格主蒸気圧力よりも若干高くしてお
く、これにより主蒸気圧が異常に上昇したとき主蒸気の
一部をコンデンサー50にバイパスして安全弁の役目が
果たされる。
(ロ) 第2軸(発電機B)の独立運転駆動運用 第5図に、第2軸独立運転用時の系統を示す。制御弁A
69,制御弁B67組合せ制御弁52,高圧バイパス弁
61,排ガスボイラー出入弁26,36、排ガスボイラ
ー入口弁27を閉とする。
排ガスボイラー35の低温低圧部で発生した蒸気は、低
圧バイパスライン64を通り蒸気タービン低圧部33に
流入し、コンデンサー50で凝縮された水は給水ライン
45を経て再び排ガスボイラー35に戻る。
低圧バイパスライン66に設置された低圧バイパス弁
は、設定圧にセツトされる。
(ハ) 第1軸,第2軸混圧運転運用 第1軸,2軸同時運用で、通常運用型であるが、低圧バ
イパスラインを利用した蒸気タービン低圧部混圧運転で
ある。
第6図に本第1軸,2軸混圧運転運用時の系統を示す。
高圧バイパス弁61,低圧バイパス弁65は設定圧にセ
ツトされ、制御弁B67以外はすべて開状態となる。
本運用は基本的には、通常運転運用と同一であるが、低
圧バイパスライン64より、低温,低圧蒸気がクロスオ
ーバライン44に合流する事に特徴があり、変則混圧方
式となつている。この場合蒸気タービン高圧部は、いわ
ゆる背圧タービンとなる。制御弁B67は、低圧バイパ
スライン圧力に設定する事で、高圧部と低圧バイパスラ
イン圧力の調整を行う。
以上が本2軸配置における特殊運用方法の基本パターン
であり、起動時,トリツプ時,機器故障時等、その状況
に応じて、各運用を選択する事ができる。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、本発明の複合発電プラントは、大
形ガスタービンを用いる場合においても1軸当りの軸長
増大を防止でき、振動的に安定した軸系が得られるとと
もに、アライメントのしやすいロータ系を得る事がで
き、その上、従来技術においては一軸形コンバインドサ
イクルでしか得られなかつた低負荷効率が高いという効
果をも奏することができ、更に、前述の如く補助的な系
統を付加することによつて、多様なプラント運用も可能
となる。
【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明の一実施例における配置及び系統を示
す系統図である。第2図は、従来の一軸形コンバインド
サイクルの構成を示す系統図である。第3図は、従来の
多軸形コンバインドサイクルの構成を示す系統図であ
る。第4図は、前記の実施例の第1軸独立運用時の系統
を示す説明図である。第5図は前記の実施例の第2軸独
立運用時の系統を示す説明図である。第6図は前記の実
施例の第1軸,第2軸混圧運転運用時の系統を示す説明
図である。 1a,1b,1c,1d……ガスタービン、2……発電
機、3a,3b……蒸気タービン、4a……排気ダク
ト、5a,5b,5c,5d……排ガスボイラー、6a
……主蒸気ライン、7a……コンデンサー、8a……給
水ライン、9a,9b,9c……ガスタービン発電機、
10……蒸気タービン発電機、21……ガスタービン
A、22……発電機A、23……蒸気タービン高圧部、
24……カツプリング、25,35……排ガスボイラ
ー、26,36……排ガスボイラー出口弁弁、27,3
7……排ガスボイラー入口弁、29,39……排気ダク
ト、31……ガスタービンB、32……発電機B、33
……蒸気タービン低圧部、41,42……主蒸気分岐ラ
イン、43,43′……主蒸気ライン、44……クロス
オーバライン、45……給水ライン、50……コンデン
サー、51……給水ポンプ、61……高圧バイパス弁、
62……高圧バイパスライン、63……制御弁C、64
……低圧主蒸気ライン、65……低圧バイパス弁、66
……低圧バイパスライン、67……制御弁B、68……
クロスオーババイパスライン、69……制御弁A。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガスタービンの排ガスに含まれている熱を
    排ガスボイラで回収し、発生した蒸気で蒸気タービンを
    駆動する複合発電プラントにおいて、 1台の蒸気タービンを、高圧部と低圧部との、2車室−
    2車軸構成に分割するとともに、 1台のガスタービンA(21)と、上記蒸気タービン高
    圧部と、1台の発電機A(22)の車軸とを連結して1
    軸を構成し、 上記と別体のガスタービンB(31)と、蒸気タービン
    低圧部と、前記と異なる発電機B(32)の車軸とを連
    結して、前記の1軸と異なる1軸を構成し、 前記蒸気タービン高圧部で仕事をした蒸気を、別軸の蒸
    気タービン低圧部に導くよう、該高圧部と低圧部との間
    に蒸気配管を設置し、 全体として2台のガスタービンA(21),ガスタービ
    ンB(31)と、2台の発電機A(22),発電機B
    (32)と、1台の蒸気タービンの高圧部,低圧部とよ
    りなる1組の発電ユニットを2軸に分割配列したことを
    特徴とする複合発電プラント。
  2. 【請求項2】前記の蒸気タービン高圧部は、その入口蒸
    気配管から分岐せしめてコンデンサに接続した蒸気配管
    を有し、かつ、前記の蒸気タービン低圧部はその入口蒸
    気配管から分岐せしめてコンデンサに接続した蒸気配管
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
    の複合発電。
  3. 【請求項3】前記の、入口蒸気配管からの分岐せしめて
    コンデンサに接続した蒸気配管は、1個以上の弁を設け
    たものであることを特徴とする特許請求の範囲第2項に
    記載の複合発電。
  4. 【請求項4】前記の蒸気タービン高圧部出口と同低圧部
    入口とを接続した蒸気配管は、該配管から分岐してコン
    デンサに接続した蒸気配管を備えたものとし、かつ、高
    圧部出口と低圧部入口とを接続した上記の蒸気配管は制
    御弁を設けたものとし、上記の制御弁を閉弁して発電機
    Aを含む1軸に属する機器のみの稼動を行い得るように
    構成したことを特徴とする特許請求の範囲第3項に記載
    の複合発電プラント。
  5. 【請求項5】前記の蒸気タービン高圧部は、その入口蒸
    気管および出口蒸気管にそれぞれ制御弁を設けたものと
    し、上記双方の弁を閉弁して発電機Bを含む1軸に属す
    る機器のみを稼動せしめ得るように構成したことを特徴
    とする特許請求の範囲第3項に記載の複合発電プラン
    ト。
  6. 【請求項6】前記の蒸気タービン高圧部出口と同低圧部
    入口とを接続した蒸気配管は圧力調整弁を備えたものと
    し、前記タービン高圧部からのタービン低圧部に供給さ
    れる蒸気の圧力と、低圧蒸気源からタービン低圧部に供
    給される蒸気の圧力とを整合し得るように構成したこと
    を特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の複合発電プ
    ラント。
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