JPH08319805A - 火力発電プラントおよびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来に比べて熱エネルギーを有効利用し、プ
ラント起動〜停止までのプラント性能を向上させること
ができるとともに、プラントの運転状態にかかわらず、
必要な時に、必要な熱エネルギーを供給することのでき
る火力発電プラントおよびその運転方法を提供する。 【構成】 蒸気を発生させるためのボイラ１と、蒸気タ
ービン２と、復水器３と、給水ポンプ４と、蒸気加減弁
５と、タービンバイパス配管６と、タービンバイパス弁
７と、タービンバイパス減温器８と、タービンバイパス
配管６に設置された蓄熱装置９と、補供水タンク１０
と、補供水タンク１０と蓄熱装置９とを結ぶ配管１１
と、補助ボイラ１３とを具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、汽力発電プラント、コ
ンバインドサイクル発電プラント等の火力発電プラント
に係り、特にプラント系内の蒸気あるいは排熱回収ボイ
ラの排ガスの熱エネルギーにて、蓄熱材を加熱し、その
熱の有効利用を図るようにした火力発電プラントおよび
その運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、従来の火力発電プラントでは、
プラント起動・停止時において、ボイラ発生蒸気に対す
る蒸気タービンの飲み込み可能蒸気量とのミスマッチ分
を、タービンバイパス装置によりタービンをバイパスさ
せ、復水器に送るようになっているが、このようにター
ビンをバイパスさせて復水器に蒸気を送った場合、プラ
ント系内で熱利用されないまま、熱エネルギーが捨てら
れることになる。

【０００３】また、従来の火力発電プラントでは、プラ
ント起動時において、プラント起動後、充分にボイラが
立上った後にしかボイラから蒸気を発生させることがで
きないため、起動用の蒸気源としての補助ボイラが別途
必要となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
火力発電プラントでは、タービンバイパス等によって熱
エネルギーが利用されずに捨てられており、熱エネルギ
ーを有効利用できるようにすることが望まれていた。ま
た、補助ボイラ等を使用せずに必要な熱エネルギーを供
給できれば、設備コストの低減等も図ることが可能とな
る。

【０００５】そこで本発明の目的は、従来に比べて熱エ
ネルギーを有効利用し、プラント起動〜停止までのプラ
ント性能を向上させることができるとともに、プラント
の運転状態にかかわらず、必要な時に、必要な熱エネル
ギーを供給することのできる火力発電プラントおよびそ
の運転方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、蒸気あるいはガスによってター
ビンを回転させ、発電を行う火力発電プラントにおい
て、内部に蓄熱材を収容し、前記蒸気あるいはガスと前
記蓄熱材とが非接触状態にて熱交換可能に構成された蓄
熱装置を具備したことを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１記載の火力発
電プラントにおいて、前記蓄熱装置が、タービンバイパ
ス配管、ボイラの補助蒸気ヘッダ前に位置する配管、再
熱蒸気配管の少なくともいずれか１つの配管に配置され
ていることを特徴とする。

【０００８】請求項３の発明は、請求項１記載の火力発
電プラントにおいて、前記蓄熱装置が、排熱回収ボイラ
の入口部近傍、排熱回収ボイラの脱硝装置の上流側近
傍、排熱回収ボイラの出口部近傍の少なくともいずれか
１か所に配置されていることを特徴とする。

【０００９】また、請求項４の発明は、蒸気あるいはガ
スによってタービンを回転させ、発電を行う火力発電プ
ラントの運転方法において、内部に蓄熱材を収容し、前
記蒸気あるいはガスと前記蓄熱材とが非接触状態にて熱
交換可能に構成された蓄熱装置を配置し、この蓄熱装置
に前記蒸気あるいはガスの熱エネルギーを蓄え、プラン
トの起動または停止時に前記蓄熱装置に蓄えられた熱エ
ネルギーによって被加熱体を加熱することを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】本発明においては、起動時、停止時のタービン
バイパス蒸気の熱、排熱回収ボイラの排熱、火力発電プ
ラント系内の熱を蓄熱材に蓄え、必要な時にその熱エネ
ルギーを使用することが可能となる。

【００１１】また、蒸気あるいはガスと蓄熱材とが非接
触状態にて熱交換可能に構成されているので、従来の火
力プラントに蓄熱装置を追設しても、蒸気系等に対し、
なんら影響を与えることなくプラント運用をすることが
可能となる。

【００１２】なお、蓄熱材として、適当な融点を持つ潜
熱・顕熱利用蓄熱材を用い、また、必要に応じてこれら
を組合せて用いることで、蓄熱装置のコンパクト化を図
ることができ、また、蓄熱材の融点の選定により、排熱
エネルギーの温度レベル、蓄熱された熱エネルギーの用
途に合わせて、有効な熱利用が可能となる。

【００１３】また、請求項２の発明では、蓄熱装置が、
タービンバイパス配管、ボイラの補助蒸気ヘッダ前に位
置する配管、再熱蒸気配管の少なくともいずれか１つの
配管に配置されている。

【００１４】蓄熱装置をタービンバイパス配管に設けた
場合、前述したように従来の火力発電プラントでは未回
収のまま復水器に捨てられていたタービンバイパス蒸気
の熱エネルギーを蓄熱装置にて回収し、利用することで
プラント全体の熱利用率を上げることが可能となる。特
に蓄熱材を利用することで、プラント起動・停止時の中
で、ある限られた時間帯にのみ発生するタービンバイパ
ス蒸気の熱エネルギーを、任意の必要な時に使用するこ
とが可能となる。

【００１５】蓄熱装置をボイラの補助蒸気ヘッダ前に位
置する配管に設けた場合、従来、ボイラ補助蒸気ヘッダ
前では高い温度レベルの系内蒸気を減温器で低い温度レ
ベルまで減温していたが、その減温に蓄熱装置を活用す
ることで、高温レベルの熱エネルギーの有効活用が可能
となる。すなわち、従来、ボイラから発生する蒸気を系
統内の補助蒸気の適性温度にするために、スプレー等に
よって温度低下させていたが、蓄熱装置により温度を低
下させることにより、高温での熱エネルギー回収が可能
となり、有効活用が実現できる。

【００１６】蓄熱装置を再熱蒸気配管に設けた場合、温
度レベルも充分高く、通常運転時においてプラント熱効
率的にも高いレベルで使用されている熱エネルギーを、
蓄熱装置にて蓄熱し、起動時、火力プラントの自立起動
が可能な熱エネルギーとして利用することができる。そ
のため、従来火力プラントの補助ボイラ等が不要とな
り、設備の合理化が図れる。

【００１７】また、請求項３の発明では、蓄熱装置が、
排熱回収ボイラの入口部近傍、排熱回収ボイラの脱硝装
置の上流側近傍、排熱回収ボイラの出口部近傍の少なく
ともいずれか１か所に配置されている。

【００１８】蓄熱装置を排熱回収ボイラの入口部近傍に
設けた場合、温度レベルも充分高く、通常運転時におい
てプラント熱効率的にも高いレベルで使用されている熱
エネルギーを、蓄熱装置にて蓄熱し、起動時、火力プラ
ントの自立起動が可能な熱エネルギーとして利用するこ
とができる。そのため、従来火力プラントの補助ボイラ
等が不要となり、設備の合理化が図れる。

【００１９】蓄熱装置を排熱回収ボイラの脱硝装置の上
流側近傍に設けた場合、起動時にガスタービン排ガス温
度あるいはボイラ排気温度を、脱硝装置設置場所にて通
常運転時と同様に高い温度に保つことができる。それに
より、起動時においても高い脱硝効率の維持が可能とな
る。一般的に脱硝効率は温度に大きく依存しており、約
400℃にて最高効率となり、 400℃からの温度低下にと
もない脱硝効率が著しく低下する傾向にある。コンバイ
ンドサイクル発電プラントにおいては、通常運転時約 4
00℃となるボイラ内に脱硝装置が設置されているが、起
動時、ガスタービンの排気温度が低い場合は、脱硝装置
での排ガス温度は著しく低下してしまい、同時に脱硝効
率も低下することになる。そのため起動時の排出ＮＯ_x
濃度が高くなり問題となるが、本発明によれば、起動時
における排ガス温度を通常運転時と同程度に高め、高い
脱硝効率を維持することが可能となる。

【００２０】蓄熱装置を排熱回収ボイラの出口部近傍に
設けた場合、排熱を有効に利用して、例えば、プラント
停止時にガスタービンのコンプレッサ洗浄用の温水を発
生させるために使用すること等ができる。

【００２１】また、請求項４の発明では、従来系外に排
出していた熱エネルギーを回収し、プラント全体の効率
を高めることができ、また、回収した熱エネルギーを起
動時等に必要な熱エネルギとして使用し、プラントの自
立起動のできる運用等が可能となる。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の詳細を実施例
について説明する。図１は、本発明の一実施例の火力発
電プラントの構成を示すもので、同図に示すように、こ
の実施例の火力発電プラントは、蒸気を発生させるため
のボイラ１と、蒸気タービン２と、復水器３と、給水ポ
ンプ４と、蒸気加減弁５と、タービンバイパス配管６
と、タービンバイパス弁７と、タービンバイパス減温器
８と、タービンバイパス配管６に設置された蓄熱装置９
と、補供水タンク１０と、補供水タンク１０と蓄熱装置
９とを結ぶ配管１１と、補助ボイラ１３とを具備してい
る。

【００２３】上記構成のこの実施例の火力発電プラント
において、起動時、ボイラ１から発生する蒸気１２は、
温度圧力が不安定なため、蒸気加減弁５は閉、タービン
バイパス弁７が開となり、蒸気は、タービンバイパス配
管６を通り、蒸気タービン２をバイパスして復水器３に
送られる。

【００２４】このとき、タービンバイパス配管６を通る
蒸気は、蓄熱装置９に導かれ、蒸気の熱エネルギーがこ
の蓄熱装置９に蓄えられる。この熱エネルギーは、起動
時以外の任意の時に任意の形で利用することが可能であ
るが、本実施例では、補供水タンク１０から送られる水
を加熱し、この水を補助ボイラ１３に送り、補助ボイラ
給水温度を高くすることで、補助ボイラ１３の燃料を節
約できるようになっている。

【００２５】図２は、蓄熱装置９の構成の一例を示すも
のである。同図に示すように、蓄熱装置９は、潜熱・顕
熱利用蓄熱材１４を具備しており、この蓄熱材１４は、
密閉容器１５内に充填されている。密閉容器１５は外形
略円筒状に構成されており、その中心に軸方向に沿って
被加熱体１６を流通させるための貫通孔部が設けられて
いる。この密閉容器１５は、加熱源１７の流通部を有し
被加熱体１６と加熱源１７とが非接触状態に保たれるよ
う構成された容器１８内に配置されている。

【００２６】そして、容器１８内に加熱源１７（蒸気）
を流通させることによって蓄熱材１４にこの加熱源１７
の熱エネルギーを蓄熱し、密閉容器１５の貫通孔部に被
加熱体１６（水）を流通させることによって、蓄熱材１
４に蓄えられた熱エネルギーを回収利用できるように構
成されている。

【００２７】図３は、蓄熱装置９の他の構成例を示すも
ので、同図に示す蓄熱装置９は、蓄熱材１４を充填した
密閉容器１５の外側を、被加熱体１６が流通するよう構
成されている。なお、この場合も、容器１８は、加熱源
１７と加熱媒体１６とが非接触となる構造とされてい
る。

【００２８】また、図４は、蓄熱装置９のさらに他の構
成例を示すもので、同図に示す蓄熱装置９では、蓄熱材
１４が充填された密閉容器１５を収容する容器１８内の
被加熱体１６の流路と加熱源１７の流路が共用とされて
いる。そして、加熱時には、止め弁１９ａが閉、止め弁
１９ｂが開となり、加熱源１７が容器１８を通過し、一
方、被加熱体１６に熱を回収する際は、止め弁１９ａを
開、止め弁１９ｂを閉として、被加熱媒体１６が容器１
８を通過するよう構成されている。

【００２９】さらに、図５に示す例では、図２〜４に示
したような構成の蓄熱装置９ａ、９ｂ、９ｃを複数組合
せて構成されている。このとき加熱源が、蓄熱装置９
ａ、９ｂ、９ｃの順に通過していく場合、各蓄熱装置９
ａ、９ｂ、９ｃ内に収容された蓄熱材１４ａ、１４ｂ、
１４ｃの融点をＴａ、Ｔｂ、Ｔｃとすると、Ｔａ＞Ｔｂ
＞Ｔｃとしてもよい。これにより、熱源１７の熱エネル
ギーを、高温熱エネルギーと低温熱エネルギーとに分け
て回収することが可能となり、さらに熱の有効利用を図
れる。さらに、被加熱体１６の流通経路を適宜変更可能
とする制御弁２０ａ〜２０ｅを設けることによって、例
えば被加熱体１６を蓄熱装置９ｃ、９ｂ、９ａの順に流
通させる等して被加熱体１６の様々な利用が可能とな
る。

【００３０】図６は、他の実施例の火力発電プラントの
構成を示すもので、同図に示すように、この実施例の火
力発電プラントは、再熱蒸気配管２０と並列に設置され
るバイパス管２１Ａと、バイパス管２１Ａに設置される
蓄熱装置９Ａと、止め弁１９Ａを具備している。そし
て、通常運転時、止め弁１９Ａを開として、蓄熱装置９
Ａに熱を蓄えておき、起動時に必要となる蒸気を蓄熱装
置９Ａより発生させることで、補助ボイラを持たなくと
も自立起動することができる構成とされている。

【００３１】また、図６の火力発電プラントにおいて、
ボイラ１から抽出される蒸気は、抽出蒸気配管２２から
補助蒸気ヘッダ２３に接続されている。この抽出蒸気
は、減温器２４によって減温されるよう構成されている
が、減温器２４の前に、温度調整弁２４Ｂと、バイパス
管２１Ｂと、蓄熱装置９Ｂ及び止め弁１９Ｂを配置した
構成とされている。なお、減温器２４の代わりに、上記
機構を設けてもよい。

【００３２】上記構成とすることにより、従来、減温器
２４によって捨てられていた熱エネルギーを蓄熱装置９
Ｂにより回収することが可能となり、プラントとしての
熱有効活用を実現することができる。

【００３３】図７は、さらに他の実施例のコンバインド
サイクル火力発電プラントの構成を示すものである。同
図に示すように、コンバインドサイクル火力発電プラン
トは、排熱回収ボイラ１、蒸気タービン２、復水器３、
給水ポンプ４、ガスタービン２５、脱硝装置２６、煙突
２７等から構成されている。

【００３４】そして、この実施例では、排熱回収ボイラ
１の脱硝装置２６の排ガス上流側に蓄熱装置９−２が設
けられ、排熱回収ボイラ１の入口部付近に蓄熱装置９−
３、９−４が設けられ、排熱回収ボイラ１の出口部付近
に蓄熱装置９−５が設けられている。

【００３５】上記蓄熱装置９−２等は、図８に示すよう
に、潜熱・顕熱利用蓄熱材１４が密閉容器１５内に充填
されて構成されており、密閉容器１５内には、潜熱利用
蓄熱材１４が固体から液体に変わり体積増加した場合で
も収まるのに充分な空間２８が設けられ、かつこの空間
２８は真空とされている。なお、粉末の潜熱・顕熱利用
蓄熱材１４を用いることもできる。

【００３６】この実施例では、通常運転時に蓄熱装置９
−２に熱が蓄えられ、蓄熱材１４が、周囲の排ガス温度
と同じになると、それ以上熱を貯えることはできなくな
り、排ガスの熱エネルギーは、蓄熱装置９−２が存在し
ない場合と全く同じ条件で、排熱回収ボイラ１にて熱回
収することができる。

【００３７】プラント運用上、運転から停止、そして再
び起動ということになるが、起動時の排熱回収ボイラ１
の内部温度は低くなっている。一方、脱硝装置２６の脱
硝効率は、温度に大きく依存しており、低温状態では脱
硝効率が著しく低下することになる。この実施例では、
蓄熱装置９−２が設置されているので、起動時に、脱硝
装置２６での排ガス温度を、通常運転時と同程度まで高
めることが可能となり、起動時においても高い脱硝効率
を維持することができる。

【００３８】また、入口部付近に設けられた蓄熱装置９
−３、９−４は、通常運転時の熱を蓄えておき、起動時
に蒸気タービン２の駆動用補助蒸気の発生用熱源等とし
て使用するものである。これにより、補助ボイラあるい
は、別系列のボイラを持たなくとも、プラントの自立起
動が可能となる。蓄熱装置９−４は、排熱回収ボイラ１
の一部をバイパスするバイパス配管に設けられており、
必要な排ガスだけを蓄熱装置９−４に送ることができる
よう構成されている。

【００３９】また、排熱回収ボイラ１の出口付近に設け
られた蓄熱装置９−５は、通常運転時等の熱を蓄えてお
くものであり、この熱を例えば、プラント停止時にガス
タービンのコンプレッサ洗浄用の温水を発生させるため
の熱源等として利用することができる。これにより、70
〜90℃程度の温水をプラント停止時に供給することが可
能となる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラント起動・停止時等に従来捨てられていた熱エネル
ギーを有効活用することができる。また、熱エネルギー
を蓄熱材に蓄えることで、起動時等の熱エネルギーを必
要とする際に熱源として使用することができ、起動のた
めの補助ボイラを削除したり、脱硝装置の起動時の運転
特性を向上させること等が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の火力発電プラントの構成を
示す図。

【図２】図１の火力発電プラントの蓄熱装置の構成例を
示す図。

【図３】蓄熱装置の他の構成例を示す図。

【図４】蓄熱装置の他の構成例を示す図。

【図５】蓄熱装置の他の構成例を示す図。

【図６】本発明の他の実施例の火力発電プラントの構成
を示す図。

【図７】本発明の他の実施例のコンバインドサイクル火
力発電プラントの構成を示す図。

【図８】蓄熱装置の他の構成例を示す図。

【符号の説明】

１…ボイラ ２…蒸気タービン ３…復水器 ４…給水ポンプ ５…蒸気加減弁 ６…タービンバイパス配管 ７…タービンバイパス弁 ８…タービンバイパス減温器 ９…蓄熱装置 １０…補供水タンク １１…配管 １２…蒸気 １３…補助ボイラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気あるいはガスによってタービンを回
   転させ、発電を行う火力発電プラントにおいて、 内部に蓄熱材を収容し、前記蒸気あるいはガスと前記蓄
   熱材とが非接触状態にて熱交換可能に構成された蓄熱装
   置を具備したことを特徴とする火力発電プラント。
2. 【請求項２】 請求項１記載の火力発電プラントにおい
   て、 前記蓄熱装置が、タービンバイパス配管、ボイラの補助
   蒸気ヘッダ前に位置する配管、再熱蒸気配管の少なくと
   もいずれか１つの配管に配置されていることを特徴とす
   る火力発電プラント。
3. 【請求項３】 請求項１記載の火力発電プラントにおい
   て、 前記蓄熱装置が、排熱回収ボイラの入口部近傍、排熱回
   収ボイラの脱硝装置の上流側近傍、排熱回収ボイラの出
   口部近傍の少なくともいずれか１か所に配置されている
   ことを特徴とする火力発電プラント。
4. 【請求項４】 蒸気あるいはガスによってタービンを回
   転させ、発電を行う火力発電プラントの運転方法におい
   て、 内部に蓄熱材を収容し、前記蒸気あるいはガスと前記蓄
   熱材とが非接触状態にて熱交換可能に構成された蓄熱装
   置を配置し、この蓄熱装置に前記蒸気あるいはガスの熱
   エネルギーを蓄え、プラントの起動または停止時に前記
   蓄熱装置に蓄えられた熱エネルギーによって被加熱体を
   加熱することを特徴とする火力発電プラントの運転方
   法。