JPH08166109A - 加圧流動床プラント - Google Patents

加圧流動床プラント

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JPH08166109A
JPH08166109A JP31059694A JP31059694A JPH08166109A JP H08166109 A JPH08166109 A JP H08166109A JP 31059694 A JP31059694 A JP 31059694A JP 31059694 A JP31059694 A JP 31059694A JP H08166109 A JPH08166109 A JP H08166109A
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JP
Japan
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air
fluidized bed
gas
pressurized
air compressor
Prior art date
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Pending
Application number
JP31059694A
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English (en)
Inventor
Satoshi Uchida
聡 内田
Katsuhiko Shinoda
克彦 篠田
Tsutomu Koga
勉 古賀
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication of JPH08166109A publication Critical patent/JPH08166109A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants 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
    • F01K23/06—Plants 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
    • F01K23/061—Plants 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 with combustion in a fluidised bed
    • F01K23/062—Plants 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 with combustion in a fluidised bed the combustion bed being pressurised

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加圧流動床プラントにおいて、空気圧縮機で
温度上昇した空気を再循環するこにより、熱量の無駄を
防止すると共に、加圧流動床ボイラーへ供給する空気量
を制御できるようにする。 【構成】 ガスタービンにより駆動される空気圧縮機4
と、石炭と空気圧縮機からの空気を燃焼することで燃焼
ガスを生成する加圧流動床ボイラー2と、通常運転時燃
焼ガスにより駆動されるガスタービン3と、ガスタービ
ン2の排ガスを給水等へ熱交換するスタックガスクーラ
ー5とスタックガスクーラー5及び流動床ボイラー2と
の熱交換で発生した蒸気により駆動する蒸気タービン6
及びプラントを構成する補機で構成される加圧流動床プ
ラントにおいて、圧縮空気を空気圧縮機入口にバイパス
するバイパス配管と同配管上に設けられた制御弁13を
備える構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は加圧流動床ボイラー、ガ
スタービン及び発電機等により構成される加圧流動床プ
ラントに関するものであり、特にプラント負荷変化時の
運用性の向上を図ることができる加圧流動床プラントに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】コンバインドプラントは、通常ガスター
ビン、蒸気タービン、排熱回収ボイラーによって構成さ
れ、ガスタービンからの排ガスを熱源として排熱回収ボ
イラーで発生させた蒸気で蒸気タービンを駆動する。こ
のコンバインドプラントにおいて、ガスタービンの燃焼
器を兼ねた加圧流動床ボイラーを用いたものを加圧流動
床プラントと称する。
【0003】この加圧流動床プラントトは、具体的には
以下のように構成される。まずガスタービンにより駆動
される空気圧縮機によって圧縮空気を得、この空気を加
圧容器に格納された加圧流動床ボイラーへ供給する。燃
料としての石炭等の化石燃料は水等の液体と混練りした
スラリー或いはペースト状態にして、或いは、乾式状態
のままボイラーに供給され燃焼される。燃焼により発生
した高温の加圧ガスは除塵装置を通り、ガスタービンへ
供給され出力を得る。一方加圧流動床ボイラーで発生し
た蒸気は蒸気タービンを駆動して複合発電として蒸気タ
ービンでも出力を得る。一般的に蒸気タービンの出力は
ガスタービンの出力に比べ6乃至7倍程度の比率とな
る。
【0004】空気圧縮機出口の空気は通常運転では加圧
流動床ボイラーへ供給されるが負荷変化時の運用方法と
して、例えば特開平5−263611号公報に記載され
たものが知られている。この特開平5−263611号
公報に記載された加圧流動床プラントについて図7,図
8について説明すると、1は加圧容器、2は加圧流動床
ボイラー、3はガスタービン、4は空気圧縮機、5はス
タックガスクーラー、6は蒸気タービン、7はセラミッ
クフィルター、8は石炭供給装置、9は昇圧機であり、
加圧流動床ボイラー2には空気圧縮機4にて圧縮され空
気が高圧空気として導入される。また加圧流動床ボイラ
ー2には石炭供給装置8より石炭が供給され高圧空気を
用いて燃焼することにより高温の燃焼ガスを得ることが
できるようになっている。高温燃焼ガスはセラミックフ
ィルタ7を介してガスタービン3に供給されて膨張し、
空気圧縮機4と発電機10を駆動する。その後、ガスタ
ービン排ガスは、スタックガスクーラー5で給水と熱交
換したのち、最終的に低温のガスタービン排ガスとなっ
て大気に放出される。一方、スタックガスクーラー5で
加熱された高温給水は加圧流動床ボイラー2に供給さ
れ、加圧流動床ボイラー2内での石炭の燃焼熱により高
温高圧蒸気となり、蒸気タービン6へ送られ蒸気タービ
ン6を回転駆動する。さらに膨張した低温再熱蒸気を再
び加圧流動床ボイラー2に送り、熱回収させて高温再熱
蒸気とし、再び蒸気タービンに送り、蒸気タービンを回
転駆動させる。蒸気タービン6は発電機11を駆動し、
電気出力を得る。蒸気タービン6で仕事をした蒸気は低
温低圧蒸気となって復水器で海水と熱交換され、凝縮し
て復水となる。復水は復水器の出口に設置された高圧供
給ポンプにて昇圧され前記のスタックガスクーラー5へ
送られる。また前記従来の装置では、空気量を制御する
手段として、図7、図8に示す如く圧縮機出口の空気を
ガスタービン排気側、或いは大気放出或いはガスタービ
ン入口へのバイパスラインを有していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところでガスタービン
により駆動されている空気圧縮機は、IGV(Inlet Gu
ide Vane)という空気制御機構が圧縮機入口の空気吸い
込み部に設置されており、これによって空気吸い込み量
を制御していた。またIGVだけでは不十分な場合、静
翼を可動とすることで更に空気吸い込み量を絞ってい
た。このIGVは部分負荷で燃焼用空気が少なくて良い
ときは起動時に空気量を絞る必要がある時作動して、石
炭投入量などにほぼ比例或いは起動時の要求量に見合っ
た空気量を制御するが、あまり空気量を絞ると空気圧縮
機のサーシング領域に抵触することで空気量を絞ること
ができなかった。一般のガスタービンに接続された空気
圧縮機ではこの絞る量はIGVに静翼可変を追加してぼ
ぼ60%程度が最大である(図9)。そのため次の課題
が生じている。即ち、燃焼必要量に対して空気量が過大
のため燃焼時の酸素濃度が高くNOxの発生が増加す
る。また空気圧縮機がIGVで絞る限界の動力(例えば
60%)が低い負荷でも必要なため、部分負荷でのプラ
ント効率が悪かった。また前記特開平5−263611
号公報の様な方法で空気をバイパスする案では、ボイラ
ーへ供給する空気量は大気側へ捨てることで減じている
ものの、空気圧縮機で加圧されて温度が上昇した空気を
熱の下流側に捨てることでの効率の悪化を招いていると
いう問題点があった。
【0006】そこで本発明は、空気圧縮機で圧縮され温
度上昇した空気を空気圧縮機入口に再循環することで低
い負荷並びに起動時の空気圧縮機の通過空気質量を負荷
並びに起動時に目的量に応じて絞り流動床ボイラーへ供
給する空気を低減させることでNOx 発生量を減少させ
る。また空気圧縮機で温度上昇した空気を再循環するこ
とで熱量を無駄にせず、流動床ボイラーへ投入すること
でプラント効率の向上をはかることにより、前記従来の
課題を解決することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、ガス
タービンにより駆動される空気圧縮機と、石炭と空気圧
縮機からの空気を燃焼することで燃焼ガスを生成する加
圧流動床ボイラーと、通常運転時燃焼ガスにより駆動さ
れるガスタービンと、ガスタービンの排ガスを給水等へ
熱交換するスタックガスクーラーとスタックガスクーラ
ー及び流動床ボイラーとの熱交換で発生した蒸気により
駆動する蒸気タービン及びプラントを構成する補機で構
成される加圧流動床プラントにおいて、圧縮空気を空気
圧縮機入口にバイパスするバイパス配管と同配管上に設
けられた制御弁を備えてなるもので、これを課題解決の
ための手段とするものである。
【0008】
【作用】プラント負荷と加圧流動床ボイラーへの空気
量、プラント効率及びNOx 発生量を図3、図4、図5
に示す。また再循環がある場合とない場合の運転特性を
図6に示す。本発明の如く再循環弁を開けることで圧縮
機出口の高温の空気が圧縮機入口の大気温度の空気と混
じり、これによって吸い込み空気温度が上昇する。空気
圧縮機の特性は実際の空気体積流量で特性が決まるた
め、再循環空気を混ぜることで吸い込み空気温度が上昇
し、空気圧縮機の吸い込み空気風量が減少する。その結
果同じIGV開度でも圧縮機で圧縮する空気の質量は減
り、その結果再循環量を差し引いた加圧流動床ボイラー
への空気供給量は減少する。またその結果ガスタービン
へ供給されるガス量が減り、系統圧力が減少することで
圧縮機の特性上サージングに対する余裕が増え、更に運
転余裕が増える。それによりNOx 発生量が激減して後
流に設置される脱硝装置の負荷が軽くなると共に、起動
時など脱硝効果を生み出す。また負荷変化中の過渡期に
使用すればサージング領域からはずれた運用が可能で負
荷変化速度の向上にも貢献可能である。
【0009】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面について説明す
ると、図1,図2は本発明の実施例に係るプラント系統
図である。図において、加圧流動床プラントは加圧容器
1、加圧流動床ボイラー2、ガスタービン3、空気圧縮
機4、スタックガスクーラー5、蒸気タービン6、セラ
ミックフィルター7、並びに石炭供給装置8を主たる機
器として構成されている。10はガスタービンに直結さ
れた発電機であり起動時などガスタービンの出力が空気
圧縮機の動力を下回るときは電動機として機能する。ま
た11は蒸気タービンに直結している発電機である。加
圧流動床ボイラー2には空気圧縮機4にて加圧された空
気が導入される。また石炭供給装置8からは昇圧機9を
通して昇圧された空気と共に石炭が供給される。また石
炭供給がスラリー等の湿式供給の場合は直接流動床内へ
供給される。加圧流動床ボイラーは石炭石などの流動材
がベッド材として入っていて流動床を構成している。流
動床内には蒸気を発生又は加圧するチューブが入ってい
て、発生した蒸気は蒸気タービン6を駆動する。加圧流
動床ボイラー2で発生した高温高圧のガスはセラミック
フィルター7で除塵された後ガスタービンを回転させ熱
エネルギーを機械エネルギーに変換して圧力が大気圧に
近くなり、かつ温度が低くなったガスがスタックガスク
ーラー5で水、蒸気系と熱交換して煙突12から排出さ
れる。空気圧縮機出口の加圧された空気は空気制御弁1
3を通して空気フィルター15の入口又は出口に再循環
され混合後、IGVを経由して空気圧縮機4で加圧され
る。図1はガスタービンの起動方式が発電機の周波数制
御による例であるが、図2のようにガスタービン起動用
コンバスタ16を設置することもある。図2に示すもの
ではガスタービン起動時にライン17の弁18を開けて
空気圧縮機4からの燃焼用空気を一部分岐させ、コンバ
スタ16の燃焼用空気に供する。
【0010】
【発明の効果】以上詳細に説明した如く本発明によれ
ば、空気圧縮機の出口部から空気制御弁を通して空気吸
い込み口へ循環することでIGVを通過して圧縮機に導
入する空気温度は上昇して、加圧流動床ボイラーへ供給
される空気質量の関係は図3の通り減少させることがで
き、再循環することで負荷に見合った空気量の供給が可
能となった。またこの結果例えばプラント最低負荷のN
Ox 発生量が約20%減る結果が得られることになる。
また負荷と効率の関係を図4に示すと最低負荷から50
%負荷の間で数%の効率向上を招いている。更に低い負
荷だけでなく起動時は加圧流動床ボイラーでの燃焼は通
常運転に比べ更に酸素濃度の高い運転、即ち、石炭投入
量に比べ空気量が多い状態となる。このような起動時で
も本発明により空気を空気圧縮機入口に再循環する事で
ガス系の運転圧力を下げ流動床の空塔速度を維持しなが
らも、低き空気量での運転が可能となる。また付随的な
利点として本発明による再循環空気の混合口を空気圧縮
機入口に設置される空気フィルター凍結防止も兼ねるこ
とが可能である等の優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラント系統図である。
【図2】他の実施例としての本発明のプラント系統図で
ある。
【図3】プラント負荷と流動床ボイラーへの空気量を示
した図である。
【図4】プラント負荷とプラント効率を示した図であ
る。
【図5】プラント負荷とNOx 発生量を示した図であ
る。
【図6】圧縮機の運転特性を示した図である。
【図7】従来技術によるプラント系統図である。
【図8】従来技術によるプラント系統図である。
【図9】絞り段数と空気量の図である。
【符号の説明】
1 加圧容器 2 加圧流動床ボイラー 3 ガスタービン 4 空気圧縮機 5 スタークガスクーラー 6 蒸気タービン 7 セラミックフィルター 8 石炭供給装置 9 昇圧機 10,11 発電機 13 空気制御弁

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスタービンにより駆動される空気圧縮
    機と、石炭と空気圧縮機からの空気を燃焼することで燃
    焼ガスを生成する加圧流動床ボイラーと、通常運転時燃
    焼ガスにより駆動されるガスタービンと、ガスタービン
    の排ガスを給水等へ熱交換するスタックガスクーラーと
    スタックガスクーラー及び流動床ボイラーとの熱交換で
    発生した蒸気により駆動する蒸気タービン及びプラント
    を構成する補機で構成される加圧流動床プラントにおい
    て、圧縮空気を空気圧縮機入口にバイパスするバイパス
    配管と同配管上に設けられた制御弁を備えてなること特
    徴とする加圧流動床プラント。
JP31059694A 1994-12-14 1994-12-14 加圧流動床プラント Pending JPH08166109A (ja)

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ID=18007162

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JP (1) JPH08166109A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999000586A1 (en) * 1997-06-27 1999-01-07 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Pressurized fluidized-bed combined cycle power generation system
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