特許 7189603 ボイラータービン発電システムおよび発電方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-06

(45)【発行日】2022-12-14

(54)【発明の名称】ボイラータービン発電システムおよび発電方法

(51)【国際特許分類】

   F22B 33/00 20060101AFI20221207BHJP

   F01K 27/02 20060101ALI20221207BHJP

   F22B 33/18 20060101ALI20221207BHJP

   F22B 35/00 20060101ALI20221207BHJP

   F22B 1/02 20060101ALI20221207BHJP

【ＦＩ】

F22B33/00

F01K27/02 D

F22B33/18

F22B35/00 A

F22B1/02 B

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2018236097

(22)【出願日】2018-12-18

(65)【公開番号】P2020098059

(43)【公開日】2020-06-25

【審査請求日】2021-12-03

(73)【特許権者】

【識別番号】518449180

【氏名又は名称】日本エネルギーパートナーズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000475

【氏名又は名称】特許業務法人みのり特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 伸治

(72)【発明者】

【氏名】阿部 良二

【審査官】藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５４－０９９８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４９６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１７９７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３４３８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８３８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３５３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３３２６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０３１７３２０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２２Ｂ ３３／００

Ｆ２２Ｂ ３３／１８

Ｆ２２Ｂ ３５／００

Ｆ２２Ｂ １／０２

Ｆ２２Ｂ １／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１蒸気ドラムと、
第２蒸気ドラムと、
リサイクル燃料からなる第１燃料を燃焼させ、前記第１蒸気ドラム内に飽和蒸気を発生させるとともに前記第１蒸気ドラムの飽和蒸気を前記第２蒸気ドラムに送気する第１ボイラと、
前記第１蒸気ドラムから前記第２蒸気ドラムに送気される飽和蒸気の送気量を検出する送気量検出部と、
前記送気量検出部によって検出された飽和蒸気の送気量と、所定の飽和蒸気の送気量とを比較する送気量比較部と、
前記送気量比較部が比較した結果に基づいて、前記第１ボイラに対する前記第１燃料の供給量を調整することにより、前記第１蒸気ドラムから前記第２蒸気ドラムに送気される飽和蒸気の送気量を前記所定の飽和蒸気の送気量に保持する送気量保持部と、
化石燃料を燃焼させ、前記第２蒸気ドラム内に飽和蒸気を発生させる第２ボイラと、
前記第２ボイラに設けられるとともに、前記第１ボイラおよび前記第２ボイラによって発生させられた前記第２蒸気ドラムの飽和蒸気を過熱して過熱蒸気を生成する過熱器と、
前記過熱器によって生成された過熱蒸気を導入し、前記導入された過熱蒸気によって回転させられることにより動力を生成する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンによって生成された動力によって発電する発電機と、
前記蒸気タービンに導入される過熱蒸気の流量を調整する蒸気加減弁と、
前記発電機による発電量を検出する発電量検出部と、
前記発電量検出部によって検出された発電量と、所定の発電量とを比較する発電量比較部と、
前記発電量比較部が比較した結果に基づいて、前記蒸気加減弁を制御して前記蒸気タービンに導入される過熱蒸気の流量を調整することにより、前記発電機による発電量を前記所定の発電量に保持する発電量保持部と、
前記蒸気加減弁より上流に設けられ、前記蒸気加減弁の１次側の過熱蒸気の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部によって検出された過熱蒸気の圧力と、所定の過熱蒸気の圧力とを比較する圧力比較部と、
前記圧力比較部が比較した結果に基づいて、前記第２ボイラに対する前記化石燃料の供給量を調整することにより、前記蒸気加減弁の１次側の過熱蒸気の圧力を前記所定の過熱蒸気の圧力に保持する圧力保持部と、を備え、 前記送気量保持部は、前記発電量検出部によって検出された発電量にかかわらず、前記リサイクル燃料の送気量を前記所定の飽和蒸気の送気量に保持する
ことを特徴とするボイラータービン発電システム。

【請求項2】

外部の蒸気の需要に応じて、前記外部の需要に対応する量の蒸気を前記蒸気タービンから抽気するとともに、前記外部に供給する蒸気供給部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載のボイラータービン発電システム。

【請求項3】

前記第２ボイラは、微粉炭ボイラである
ことを特徴とする請求項１または２に記載のボイラータービン発電システム。

【請求項4】

前記第１ボイラは、流動床ボイラであり、
前記リサイクル燃料は、複数の種類からなり、
前記送気量保持部は、前記複数の種類のリサイクル燃料を所定の比率に保ちながら、前記流動床ボイラに供給する
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のボイラータービン発電システム。

【請求項5】

前記所定の発電量および前記所定の飽和蒸気の送気量は、発電計画に基づいて、それぞれ計画的に変動する
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のボイラータービン発電システム。

【請求項6】

前記所定の飽和蒸気の送気量は、前記過熱器が前記第２蒸気ドラムの飽和蒸気を適切に過熱することができるように、前記過熱器の過熱能力に基づいて設定されている
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のボイラータービン発電システム。

【請求項7】

ボイラータービン発電システムによって発電する方法であって、
第１ボイラによって、リサイクル燃料である第１燃料を燃焼させ、第１蒸気ドラム内に飽和蒸気を発生させるとともに前記第１蒸気ドラムの飽和蒸気を第２蒸気ドラムに送気し、
送気量検出部によって、前記第１蒸気ドラムから前記第２蒸気ドラムに送気される飽和蒸気の送気量を検出し、
送気量比較部によって、前記送気量検出部によって検出された飽和蒸気の送気量と、所定の飽和蒸気の送気量とを比較し、
送気量保持部によって、前記送気量比較部が比較した結果に基づいて、前記第１ボイラに対する前記第１燃料の供給量を調整することにより、前記第１蒸気ドラムから前記第２蒸気ドラムに送気される飽和蒸気の送気量を前記所定の飽和蒸気の送気量に保持し、
第２ボイラによって、化石燃料を燃焼させ、前記第２蒸気ドラム内に飽和蒸気を発生させ、
前記第２ボイラに設けられた過熱器によって、前記第１ボイラおよび前記第２ボイラによって発生させられた前記第２蒸気ドラムの飽和蒸気を過熱して過熱蒸気を生成し、
蒸気タービンによって、前記過熱器によって生成された過熱蒸気を導入するとともに、前記導入した過熱蒸気によって、前記蒸気タービンを回転させることにより、動力を生成し、
発電機によって、前記蒸気タービンが生成した動力を利用して発電し、
発電量検出部によって、前記発電機による発電量を検出し、
発電量比較部によって、前記発電量検出部によって検出された発電量と、所定の発電量とを比較し、
発電量保持部によって、前記発電量比較部が比較した結果に基づいて、蒸気加減弁を制御して前記蒸気タービンに導入される過熱蒸気の流量を調整することにより、前記発電機による発電量を前記所定の発電量に保持し、
前記蒸気加減弁より上流に設けられた圧力検出部によって、前記蒸気加減弁の１次側の過熱蒸気の圧力を検出し、
圧力比較部によって、前記圧力検出部によって検出された過熱蒸気の圧力と、所定の過熱蒸気の圧力とを比較し、
圧力保持部によって、前記圧力比較部が比較した結果に基づいて、前記第２ボイラに対する前記化石燃料の供給量を調整することにより、前記蒸気加減弁の１次側の過熱蒸気の圧力を前記所定の過熱蒸気の圧力に保持し、
前記所定の発電量および前記所定の飽和蒸気の送気量を、発電計画に基づいて、それぞれ計画的に変動させ、
かつ、前記発電量検出部によって検出された発電量にかかわらず、前記リサイクル燃料の送気量を前記所定の飽和蒸気の送気量に保持する
ことを特徴とする発電方法。

【請求項8】

さらに、蒸気供給部によって、外部の蒸気の需要に応じて、前記外部の需要に対応する量の蒸気を前記蒸気タービンから抽気するとともに、前記外部に供給する
ことを特徴とする請求項７に記載の発電方法。

【請求項9】

前記所定の発電量および前記所定の飽和蒸気の送気量を、発電計画に基づいて、それぞれ計画的に変動させる
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の発電方法。

【請求項10】

前記第２ボイラは、流動床ボイラであり、
前記リサイクル燃料は、複数の種類からなり、
前記送気量保持部によって、前記複数の種類のリサイクル燃料を所定の比率に保ちながら、前記流動床ボイラに供給する
ことを特徴とする請求項７～９のいずれか１項に記載の発電方法。

【請求項11】

前記所定の飽和蒸気の送気量は、前記過熱器が前記第２蒸気ドラムの飽和蒸気を適切に過熱することができるように、前記過熱器の過熱能力に基づいて設定されている
ことを特徴とする請求項７～１０のいずれか１項に記載の発電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リサイクル燃料を燃焼させるボイラによって生成された蒸気を蒸気タービンに導入し、蒸気タービンによって生成された動力を利用して発電するボイラータービン発電システムおよび発電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ボイラによって生成された蒸気を利用して発電するボイラータービン発電システムが知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載のボイラータービン発電システムは、蒸気発生手段と、過熱器と、第１次タービンと、第２次タービンと、再熱器と、蒸気供給手段と、を備える。この発電システムでは、蒸気発生手段が蒸気を発生させ、過熱器がこの蒸気を過熱し、第１次タービンが過熱された蒸気を導入する。次いで、再熱器が第１次タービンから供給される蒸気を導入して再過熱し、第２次タービンが再熱器によって過熱された蒸気を導入する。蒸気供給手段は、第１次タービンから供給される蒸気または再熱器から供給される蒸気の一部を外部に供給する。

【0003】

近年、発電事業においても、地球温暖化対策としてＣＯ_２排出量の削減が求められている。そこで、事業用発電ボイラの燃料としてバイオマス等の廃棄物を用いることにより、ＣＯ_２排出量削減をはかる方法がとられてきた（特許文献２参照）。特許文献２に記載の方法では、廃棄物を熱分解炉で加熱することにより塩素を含んだ熱分解ガスとチャー（炭化物）とに熱分解させ、熱分解ガスを燃焼装置で燃焼させ熱分解炉の熱源とし、塩素除去装置によって燃焼ガスから塩素分を除去し、チャーを石炭と混合し、火力発電装置の事業用ボイラで燃焼することにより、廃棄物を処理する。これにより、リサイクル燃料に含まれる塩素等が減少するため、塩素等によってボイラが損傷される可能性が低くなり、事業用ボイラにおけるリサイクル燃料の混焼率を従来よりも上昇させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－２４２５２２

【文献】特開２００５－２４１９３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、地球環境問題の観点からより高い発電効率が求められている。この点、ボイラータービン発電システムにおける発電効率の上昇には、タービンに導入される蒸気の高温化が必要とされる。したがって、タービンに導入される蒸気の高温化をはかるためにボイラの温度を高くする必要があるが、ボイラの温度を高くすると、リサイクル燃料に含まれる塩素等がボイラを損傷する可能性が高まる。そのため、特許文献２に記載の方法によっても、リサイクル燃料による他の燃料との混焼率は、高温のボイラにおいて数％に過ぎず、ＣＯ_２排出量の削減をはかるには不十分であった。

【0006】

そこで、本発明の課題とするところは、ＣＯ_２排出量の削減をはかるとともに、高い発電効率を保持することができるボイラータービン発電システムおよび発電方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係るボイラータービン発電システムは、第１蒸気ドラムと、第２蒸気ドラムと、リサイクル燃料からなる第１燃料を燃焼させ、前記第１蒸気ドラム内に飽和蒸気を発生させるとともに前記送気管を介して前記第１蒸気ドラムの飽和蒸気を前記第２蒸気ドラムに送気する第１ボイラと、前記第１蒸気ドラムから前記第２蒸気ドラムに送気される飽和蒸気の送気量を検出する送気量検出部と、前記送気量検出部によって検出された飽和蒸気の送気量と所定の飽和蒸気の送気量とを比較する送気量比較部と、前記送気量比較部が比較した結果に基づいて、前記第１ボイラに対する前記第１燃料の供給量を調整することにより、前記第１蒸気ドラムから前記第２蒸気ドラムに送気される飽和蒸気の送気量を前記所定の飽和蒸気の送気量に保持する送気量保持部と、第２燃料を燃焼させ、前記第２蒸気ドラム内に飽和蒸気を発生させる第２ボイラと、前記第２ボイラに設けられるとともに、前記第１ボイラおよび前記第２ボイラによって発生させられた前記第２蒸気ドラムの飽和蒸気を過熱して過熱蒸気を生成する過熱器と、前記過熱器によって生成された過熱蒸気を導入し、前記導入された過熱蒸気によって回転させられることにより動力を生成する蒸気タービンと、前記蒸気タービンによって生成された動力によって発電する発電機と、を備えることを特徴とする。

【0008】

上記ボイラータービン発電システムは、前記蒸気タービンに導入される過熱蒸気の流量を調整する蒸気加減弁と、前記発電機による発電量を検出する発電量検出部と、前記発電量検出部によって検出された発電量と所定の発電量とを比較する発電量比較部と、前記発電量比較部が比較した結果に基づいて、前記蒸気加減弁を制御して前記蒸気タービンに導入される過熱蒸気の流量を調整することにより、前記発電機による発電量を前記所定の発電量に保持する発電量保持部と、前記蒸気加減弁より上流に設けられ、前記蒸気加減弁の１次側の過熱蒸気の圧力を検出する圧力検出部と、前記圧力検出部によって検出された過熱蒸気の圧力と所定の過熱蒸気の圧力とを比較する圧力比較部と、前記圧力比較部が比較した結果に基づいて、前記第２ボイラに対する前記第２燃料の供給量を調整することにより、前記蒸気加減弁の１次側の過熱蒸気の圧力を前記所定の過熱蒸気の圧力に保持する圧力保持部と、をさらに備えることが好ましい。

【0009】

上記ボイラータービン発電システムは、例えば、外部の蒸気の需要に応じて、前記外部の需要に対応する量の蒸気を前記蒸気タービンから抽気するとともに、前記外部に供給する蒸気供給部をさらに備えてもよい。

【0010】

上記ボイラータービン発電システムは、例えば、前記第２燃料が化石燃料であり、前記第２ボイラが微粉炭ボイラでもよい。

【0011】

上記ボイラータービン発電システムでは、前記第１ボイラが、流動床ボイラであることが好ましい。また、上記ボイラータービン発電システムでは、前記リサイクル燃料が複数の種類から構成されていてもよく、この場合、前記送気量保持部が、前記複数の種類のリサイクル燃料を所定の比率に保ちながら、前記流動床ボイラに供給してもよい。

【0012】

上記ボイラータービン発電システムでは、発電計画が存在する場合、この発電計画に基づいて、前記所定の発電量および前記所定の飽和蒸気の送気量が、それぞれ計画的に変動するように構成されることが好ましい。

【0013】

上記ボイラータービン発電システムでは、前記過熱器が前記第２蒸気ドラムの飽和蒸気を適切に過熱することができるように、前記所定の飽和蒸気の送気量が、前記過熱器の過熱能力に基づいて設定されていることが好ましい。

【0014】

上記課題を解決するために、本発明に係る発電方法は、ボイラータービン発電システムによって発電する方法であって、第１ボイラによって、リサイクル燃料である第１燃料を燃焼させ、第１蒸気ドラム内に飽和蒸気を発生させるとともに前記第１蒸気ドラムの飽和蒸気を第２蒸気ドラムに送気し、送気量検出部によって、前記第１蒸気ドラムから前記第２蒸気ドラムに送気される飽和蒸気の送気量を検出し、送気量比較部によって、前記送気量検出部によって検出された飽和蒸気の送気量と、所定の飽和蒸気の送気量とを比較し、送気量保持部によって、前記送気量比較部が比較した結果に基づいて、前記第１ボイラに対する前記第１燃料の供給量を調整することにより、前記第１蒸気ドラムから前記第２蒸気ドラムに送気される飽和蒸気の送気量を前記所定の飽和蒸気の送気量に保持し、第２ボイラによって、第２燃料を燃焼させ、前記第２蒸気ドラム内に飽和蒸気を発生させ、前記第２ボイラに設けられた過熱器によって、前記第１ボイラおよび前記第２ボイラによって発生させられた前記第２蒸気ドラムの飽和蒸気を過熱して過熱蒸気を生成し、蒸気タービンによって、前記過熱器によって生成された過熱蒸気を導入するとともに、前記導入した過熱蒸気によって、前記蒸気タービンを回転させることにより、動力を生成し、発電機によって、前記蒸気タービンが生成した動力を利用して発電することを特徴とする。

【0015】

上記発電方法は、さらに、発電量検出部によって、前記発電機による発電量を検出し、発電量比較部によって、前記発電量検出部によって検出された発電量と、所定の発電量とを比較し、発電量保持部によって、前記発電量比較部が比較した結果に基づいて、蒸気加減弁を制御して前記蒸気タービンに導入される過熱蒸気の流量を調整することにより、前記発電機による発電量を前記所定の発電量に保持し、前記蒸気加減弁より上流に設けられた圧力検出部によって、前記蒸気加減弁の１次側の過熱蒸気の圧力を検出し、圧力比較部によって、前記圧力検出部によって検出された過熱蒸気の圧力と、所定の過熱蒸気の圧力とを比較し、圧力保持部によって、前記圧力比較部が比較した結果に基づいて、前記第２ボイラに対する前記第２燃料の供給量を調整することにより、前記蒸気加減弁の１次側の過熱蒸気の圧力を前記所定の過熱蒸気の圧力に保持することが好ましい。

【0016】

上記発電方法は、例えば、さらに、蒸気供給部によって、外部の蒸気の需要に応じて、前記外部の需要に対応する量の蒸気を前記蒸気タービンから抽気するとともに、前記外部に供給してもよい。

【0017】

上記発電方法では、発電計画が存在する場合、その発電計画に基づいて、前記所定の発電量および前記所定の飽和蒸気の送気量を、それぞれ計画的に変動させることが好ましい。

【0018】

上記発電方法では、前記第２ボイラが流動床ボイラであることが好ましい。また、上記発電方法では、前記リサイクル燃料が複数の種類からなる場合、前記送気量保持部によって、前記複数の種類のリサイクル燃料を所定の比率に保ちながら、前記流動床ボイラに供給してもよい。

【0019】

上記発電方法では、前記過熱器が前記第２蒸気ドラムの飽和蒸気を適切に過熱することができるように、前記所定の飽和蒸気の送気量が、前記過熱器の過熱能力に基づいて設定されていることが好ましい。

【発明の効果】

【0020】

本発明のボイラータービン発電システムおよび発電方法は、ＣＯ_２排出量の削減をはかるとともに、高い発電効率を保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係るボイラータービン発電システムの概要を示す全体図である。

【図2】図１に示した発電システムにおける飽和蒸気の送気量の制御方法を示すフローチャートである。

【図3】図１に示した発電システムにおける発電量の制御方法を示すフローチャートである。

【図4】図１に示した発電システムにおける過熱蒸気の圧力の制御方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係るボイラータービン発電システムおよびその発電方法の一実施形態について説明する。

【0023】

図１は、本実施形態に係るボイラータービン発電システム（以下、単に「発電システム」という）Ｓの概要を示す図である。図１に示すように、発電システムＳは、給水部１と、第１蒸気ドラム２と、第２蒸気ドラム３と、第１燃料供給部６と、流動床ボイラ７（第１ボイラ）と、第２燃料供給部８と、微粉炭ボイラ９（第２ボイラ）と、送気管１０と、過熱器１１と、主蒸気管１２と、蒸気タービン１３と、蒸気供給部１４と、復水器１５と、発電機１６と、給水タンク２７と、を備える。

【0024】

給水部１は、給水弁１ａ、１ｂと、給水弁制御部１ｃ、１ｄと、水位検出部１ｅ、１ｆと、を有する。給水弁制御部１ｃ、１ｄは、給水弁１ａ、１ｂを制御することにより、第１蒸気ドラム２および第２蒸気ドラム３に水を供給する。この水は、発電システムＳによって生成された蒸気によって、予め加熱されている。本実施形態では、第１蒸気ドラム２および第２蒸気ドラム３は、単胴式であるが、水ドラムを有する２胴式や３胴式でもよく、特に限定されない。

【0025】

水位検出部１ｅは、第１蒸気ドラム２における現在の水位と所定の水位との差を検出し、検出した水位の差を給水弁制御部１ｃに送信する。水位検出部１ｆも同様に、第２蒸気ドラム３における現在の水位と所定の水位との差を検出し、検出した水位の差を給水弁制御部１ｄに送信する。給水弁制御部１ｃ、１ｄは、それぞれ受信した水位の差に基づいて、給水弁１ａ、１ｂを制御して第１蒸気ドラム２、第２蒸気ドラム３に供給する水の量を調整する。これにより、第１蒸気ドラム２および第２蒸気ドラム３の水位は、それぞれ所定の水位に保たれる。

【0026】

第１燃料供給部６は、流動床ボイラ７に第１燃料Ｒを供給する。第１燃料Ｒは、１つまたは複数の種類のリサイクル燃料からなる。本実施形態では、第１燃料Ｒは、ＲＰＦ（Refuse Paper & Plastic Fuel）である２種類のリサイクル燃料Ｒ１、Ｒ２からなるが、単なる一例であってこれに限定されない。第１燃料供給部６は、燃料供給手段６ａ、６ｂを有する。燃料供給手段６ａ、６ｂは、それぞれ第１燃料Ｒ１、Ｒ２を供給する。

【0027】

流動床ボイラ７は、第１蒸気ドラム２の下方に設けられている。本発明に係る第１ボイラを流動床ボイラ７とすることで、多種の廃棄物からなるリサイクル燃料を燃焼することができる。流動床ボイラ７は、第１蒸気ドラム２の水を導入し、加熱することにより、第１蒸気ドラム２に飽和蒸気を発生させる。具体的には、第１蒸気ドラム２の水が、第１蒸気ドラム２に設けられた降水管（図示しない）によって流動床ボイラ７に導入され加熱されて蒸気となり、蒸発管（図示しない）によって第１蒸気ドラム２に戻される。

【0028】

第２燃料供給部８は、微粉炭ボイラ９に第２燃料Ｃを供給する。第２燃料Ｃは、本実施形態では、石炭からなる。第２燃料供給部８は、石炭バンカ８ａと、給炭機８ｂと、ミル（微粉炭機）８ｃと、バーナ８ｄと、を有する。第２燃料Ｃは、石炭バンカ８ａから給炭機８ｂによってミル８ｃに供給され、ミル８ｃによって微粉砕され、燃焼用空気とともにバーナ８ｄから微粉炭ボイラ９内に噴射される。

【0029】

微粉炭ボイラ９は、第２蒸気ドラム３の下方に設けられている。発電システムＳは、第２ボイラを微粉炭ボイラ９とすることで、高い発電効率を実現するとともにガス、油および種類の異なる石炭同士を混焼することができる。微粉炭ボイラ９は、第２蒸気ドラム３の水を導入し、加熱することにより、第２蒸気ドラム３内に飽和蒸気を発生させる。具体的には、第２蒸気ドラム３の水が、第２蒸気ドラム３に設けられた降水管（図示しない）によって微粉炭ボイラ９に導入され加熱されて蒸気となり、蒸発管（図示しない）によって第２蒸気ドラム３に戻される。

【0030】

送気管１０は、一端部が第１蒸気ドラム２に連結され、他端部が第２蒸気ドラム３に連結されている。流動床ボイラ７は、第１蒸気ドラム２内の飽和蒸気の圧力が第２蒸気ドラム３内の飽和蒸気の圧力よりも高くなるように飽和蒸気を生成することにより、送気管１０を介して第１蒸気ドラム２内の飽和蒸気を第２蒸気ドラム３に送気する。これにより、第２蒸気ドラム３には、流動床ボイラ７によって生成された飽和蒸気と、微粉炭ボイラ９によって生成された飽和蒸気とが混在することとなる。

【0031】

過熱器１１は、長い鋼管と管寄からなり、微粉炭ボイラ９に設けられている。過熱器１１は、第２蒸気ドラム３の飽和蒸気を導入するとともに飽和温度以上に過熱して、過熱蒸気を生成する。過熱器１１の過熱温度は、微粉炭ボイラ９の温度に依存するので、微粉炭ボイラ９に対する第２燃料Ｃの供給量に比例する。

【0032】

主蒸気管１２は、一端部が過熱器１１に連結され、他端部が蒸気タービン１３に連結されている。

【0033】

蒸気タービン１３は、主蒸気管１２を介して過熱器１１によって生成された過熱蒸気を導入するとともに、導入した過熱蒸気によって回転させられることにより、動力を生成する。

【0034】

蒸気供給部１４は、蒸気タービン１３に導入された蒸気を抽気するとともに、外部の需要に対応する量の外部用蒸気ＶＯを外部に供給する。外部は、例えば、工場でもよい。さらに、蒸気供給部１４は、抽気した蒸気の所定量を発電システムＳ内用蒸気ＶＩとして発電システムＳ内に供給する。

【0035】

復水器１５は、蒸気タービン１３によって利用された過熱蒸気を水に戻して給水タンク２７に供給する。給水タンク２７に供給された水は、ポンプによって給水部１に供給される。給水部１は、脱気器１ｇと、給水加熱器１ｈと、をさらに有する。給水部１に供給された水は、脱気器１ｇによって非凝縮性ガスを除去され、ポンプによって給水加熱器１ｈに供給され、給水加熱器１ｈによって加熱される。蒸気タービン１３によって、発電システムＳ内に供給された発電システムＳ内用蒸気ＶＩは、脱気器１ｇおよび給水加熱器１ｈにおいて使用される。

【0036】

発電機１６は、蒸気タービン１３に接続されている。発電機１６は、蒸気タービン１３によって生成された動力によって発電し、発電した電力を電力系統に送電する。

【0037】

上述のように、発電システムＳでは、過熱器１１が設けられていない流動床ボイラ７においてのみリサイクル燃料Ｒ１、Ｒ２が燃焼されることにより、リサイクル燃料Ｒ１、Ｒ２が高温で燃焼されリサイクル燃料Ｒ１、Ｒ２に含まれる塩素等によって、流動床ボイラ７が損傷させられることが防止される。また、過熱器１１が設けられた微粉炭ボイラ９には、リサイクル燃料Ｒ１、Ｒ２が供給されないので、微粉炭ボイラ９は、リサイクル燃料Ｒ１、Ｒ２に含まれる塩素等によって損傷させられることがない。このように、発電システムＳは、リサイクル燃料Ｒ１、Ｒ２によって設備が損傷させられることを防止することができるので、リサイクル燃料を他の燃料と混焼する従来の発電システムに比して、塩素、硫黄成分等の濃度が高いリサイクル燃料を使用することができ、しかも、発電システムＳ全体の燃料におけるリサイクル燃料Ｒ１、Ｒ２の割合を大幅に高めることもできる。

【0038】

次に、図１および図２を参照して、発電システムＳにおける第１蒸気ドラム２から第２蒸気ドラム３に送気される飽和蒸気の送気量の制御について説明する。図１に示すように、発電システムＳは、送気量検出部２４と、送気量比較部２５と、送気量保持部２６と、をさらに備える。

【0039】

送気量検出部２４は、送気管１０を通って、第１蒸気ドラム２から第２蒸気ドラム３に送気される飽和蒸気の送気量（以下、単に「飽和蒸気の送気量」という）Ｆ１を検出する（図２のＳ１）。

【0040】

送気量比較部２５は、送気量検出部２４によって検出された飽和蒸気の送気量Ｆ１と、所定の飽和蒸気の送気量ＲＦとを比較する（図２のＳ２）。発電システムＳでは、過熱器１１の過熱能力を超えて飽和蒸気が過熱器１１に過剰に供給されると、過熱器１１が飽和蒸気を適切に過熱できず、生成される過熱蒸気の温度が低下して発電効率が低下する。そこで、高い発電効率を保持するために、発電計画および過熱器１１の過熱能力に基づいて、予め飽和蒸気の送気量を設定している。例えば、夜間における所定の飽和蒸気の送気量ＲＦは、夜間における所定の発電量ＲＱが昼間よりも低く設定されていれば、所定の発電量ＲＱと同様に昼間よりも低く設定される。

【0041】

送気量保持部２６は、送気量比較部２５が比較した結果に基づいて、流動床ボイラ７に対する第１燃料Ｒ１、Ｒ２の供給量を調整することにより、飽和蒸気の送気量Ｆ１を所定の飽和蒸気の送気量ＲＦに保持する（図２のＳ３～Ｓ５）。具体的には、送気量保持部２６は、送気量比較部２５によって飽和蒸気の送気量Ｆ１が所定の飽和蒸気の送気量ＲＦよりも少ない（すなわち、Ｆ１＜ＲＦ）と判定されると、第１燃料供給部６を制御して流動床ボイラ７に対する第１燃料Ｒ１、Ｒ２の供給量を増加させる（図２のＳ３、Ｓ４）。流動床ボイラ７に対する第１燃料Ｒ１、Ｒ２の供給量が増加すると流動床ボイラ７の温度が上昇するので、流動床ボイラ７によって生成される飽和蒸気量が増加する。一方、送気量保持部２６は、送気量比較部２５によって飽和蒸気の送気量Ｆ１が所定の飽和蒸気の送気量ＲＦよりも多い（すなわち、Ｆ１＞ＲＦ）と判定されると、第１燃料供給部６を制御して流動床ボイラ７に対する第１燃料Ｒ１、Ｒ２の供給量を減少させる（図２のＳ３、Ｓ５）。これにより、送気量保持部２６は、流動床ボイラ７に対する第１燃料Ｒ１、Ｒ２の供給量を増加させるときとは逆の作用によって、流動床ボイラ７が生成する飽和蒸気量を減少させる。

【0042】

また、送気量保持部２６は、第１燃料Ｒが複数の種類からなる場合には、第１燃料供給部６を制御し、各燃料を所定の比率に保ちながら流動床ボイラ７に供給してもよい。送気量保持部２６は、第１燃料Ｒ１、Ｒ２を所定の比率で供給することにより、第１燃料Ｒ１、Ｒ２の物性が異なっていても、流動床ボイラ７の温度を定量的に制御し、飽和蒸気の送気量Ｆ１を定量的に制御することができる。

【0043】

これらにより、送気量保持部２６は、飽和蒸気の送気量Ｆ１を所定の飽和蒸気の送気量ＲＦに保持するので、過熱器１１の過熱能力を超えて飽和蒸気が過熱器１１に過剰に供給され、生成される過熱蒸気の温度が低下することを防止することができる。したがって、発電システムＳは、高い発電効率を保持することができる。

【0044】

次に、図１および図３を参照して、発電システムＳにおける発電量の制御について説明する。図１に示すように、発電システムＳは、蒸気加減弁１７と、発電量検出部１８と、発電量比較部１９と、ガバナ２０（発電量保持部）と、をさらに備える。

【0045】

蒸気加減弁１７は、蒸気タービン１３の入口に設けられている。蒸気加減弁１７は、弁開度を調節することにより、蒸気タービン１３に導入される過熱蒸気の流量を調整する。蒸気加減弁１７は、蒸気タービン１３と一体的に構成されていてもよい。

【0046】

発電量検出部１８は、発電機１６による発電量Ｑ１を検出する（図３のＳ１）。発電機１６による発電量Ｑ１は、外部の蒸気の需要により変動する。具体的には、蒸気タービン１３によって生成される動力は、蒸気タービン１３に導入された過熱蒸気のうちの一部が復水器１５に排出される前に蒸気供給部１４によって抽気されることにより減少するので、外部の蒸気の需要が変動すると、蒸気供給部１４によって蒸気タービン１３から抽気される抽気蒸気量が変動し、これにより、蒸気タービン１３によって生成される動力が変動し、その結果、発電機１６による発電量Ｑ１も変動する。

【0047】

発電量比較部１９は、発電量検出部１８が検出した発電量Ｑ１と、所定の発電量ＲＱとを比較する（図３のＳ２）。発電システムＳによって発電した電力を売電する場合には、計画的に発電する必要がある。したがって、予め日時ごとに電力系統に送電するための発電量ＲＱが設定されている。所定の発電量ＲＱは、例えば、夜間には、昼間に比して低く設定されていてもよい。

【0048】

ガバナ２０は、発電量比較部１９が比較した結果に基づいて、蒸気加減弁１７の弁開度を制御することにより、蒸気タービン１３に導入される過熱蒸気量を制御する（図３のＳ３～Ｓ５）。具体的には、ガバナ２０は、発電量検出部１８によって検出された発電量Ｑ１が所定の発電量ＲＱよりも下回っている（すなわち、Ｑ１＜ＲＱ）ときには、蒸気加減弁１７の弁開度を大きくすることで蒸気タービン１３に供給される過熱蒸気量を増加させ（図３のＳ３、Ｓ４）、発電量検出部１８によって検出された発電量Ｑ１が所定の発電量ＲＱよりも上回っている（すなわち、Ｑ１＞ＲＱ）ときには、蒸気加減弁１７の弁開度を小さくする（図３のＳ３、Ｓ５）ことで蒸気タービン１３に供給される過熱蒸気量を減少させる。これにより、ガバナ２０は、発電機１６による発電量Ｑ１を所定の発電量ＲＱに保持する。

【0049】

以上のように、発電機１６による発電量Ｑ１は、ガバナ２０によって所定の発電量ＲＱに調整されるので、発電システムＳは、外部による蒸気の需要が変動しても、発電計画に基づいて、電力系統に電力を送電することができる。

【0050】

次に、図１および図４を参照して、発電システムＳにおける過熱蒸気の圧力の制御について説明する。図１に示すように、発電システムＳは、圧力検出部２１と、圧力比較部２２と、圧力保持部２３と、をさらに備える。

【0051】

圧力検出部２１は、主蒸気管１２、すなわち、蒸気加減弁１７より上流に設けられている。圧力検出部２１は、蒸気加減弁１７の１次側の過熱蒸気の圧力Ｐ１を検出する（図４のＳ１）。

【0052】

圧力比較部２２は、圧力検出部２１が検出した圧力Ｐ１と、所定の過熱蒸気の圧力ＲＰとを比較する（図４のＳ２）。

【0053】

発電システムＳの発電効率を高く保持するためには、蒸気タービン１３に導入される過熱蒸気が所定の温度に保持されなければならない。この点、蒸気タービン１３に導入される過熱蒸気の流量が変動すると、過熱蒸気の圧力Ｐ１が変動するとともに蒸気加減弁１７の１次側の過熱蒸気の温度も変動する。そこで、発電システムＳは、目標とする発電効率に基づいて、予め過熱蒸気の圧力ＲＰが設定されており、過熱蒸気の圧力Ｐ１を所定の圧力ＲＰに保持することにより、蒸気タービン１３に導入される過熱蒸気の温度を所定の温度に保持し、高い発電効率を保持する。

【0054】

なお、蒸気加減弁１７の１次側の過熱蒸気の圧力Ｐ１は、具体的には、過熱器１１が生成する過熱蒸気量と、蒸気タービン１３に導入される過熱蒸気量との差に基づいて変動する。蒸気タービン１３に導入される過熱蒸気量は、所定の発電量ＲＱに対する発電機１６の発電量Ｑ１に基づいて、ガバナ２０によって調整されるところ、発電機１６の発電量Ｑ１は、外部における蒸気の需要に基づく蒸気供給部１４による蒸気の抽気量によって変動する。したがって、蒸気加減弁１７の１次側の過熱蒸気の圧力Ｐ１は、過熱器１１が生成する過熱蒸気量と、外部における蒸気の需要と、所定の発電量ＲＱと、に基づいて変動する。また、過熱器１１が生成する過熱蒸気量は、第１蒸気ドラム２からの飽和蒸気の送気量Ｆ１と、微粉炭ボイラ９によって生成される飽和蒸気量と、の総飽和蒸気量に基づく。飽和蒸気の送気量Ｆ１は、送気量保持部２６によって送気量ＲＦに保持されているので、過熱器１１が生成する過熱蒸気量は、微粉炭ボイラ９が生成する飽和蒸気量によって変動させられる。

【0055】

圧力保持部２３は、圧力比較部２２が比較した結果に基づいて、蒸気加減弁１７の１次側の過熱蒸気の圧力Ｐ１を所定の圧力ＲＰに保持する（図４のＳ３～Ｓ５）。具体的には、圧力保持部２３は、圧力比較部２２によって、過熱蒸気の圧力Ｐ１が所定の圧力ＲＰよりも低い（すなわち、Ｐ１＜ＲＰ）と判定されると、給炭機８ｂを制御して微粉炭ボイラ９に対する第２燃料Ｃの供給量を増加させる（図４のＳ３、Ｓ４）。これにより、微粉炭ボイラ９の温度が上昇するので、微粉炭ボイラ９によって生成される飽和蒸気量が増加するとともに過熱器１１に供給される飽和蒸気量も増加し、その結果、過熱器１１によって生成される過熱蒸気量が増加する。また、微粉炭ボイラ９の温度が上昇するとともに過熱器１１の温度も上昇するので、過熱器１１によって生成される過熱蒸気の温度も維持される。一方、圧力保持部２３は、圧力比較部２２によって、過熱蒸気の圧力Ｐ１が所定の圧力ＲＰよりも高い（すなわち、Ｐ１＞ＲＰ）と判定されると、給炭機８ｂを制御して微粉炭ボイラ９に対する第２燃料Ｃの供給量を減少させる（図４のＳ３、Ｓ５）。これにより、圧力保持部２３は、微粉炭ボイラ９に対する第２燃料Ｃの供給量を増加させるときとは逆の作用によって、過熱器１１によって生成される過熱蒸気の圧力を維持しつつ、過熱器１１によって生成される過熱蒸気量を減少させる。これらにより、圧力保持部２３は、過熱蒸気の圧力Ｐ１を所定の圧力ＲＰに保持する。

【0056】

このように、発電システムＳは、外部の蒸気の需要の変動に基づいて蒸気タービン１３に導入される過熱蒸気量を変動させても、圧力保持部２３によって過熱蒸気の圧力Ｐ１を所定の圧力ＲＰに保持するので、高い発電効率を保持することができる。

【0057】

さらに、発電システムＳは、所定の発電量ＲＱとともに所定の飽和蒸気の送気量ＲＦも発電計画に基づいて設定されているので、発電計画に基づき、ガバナ２０によって蒸気タービン１３に導入される過熱蒸気量を変動させた場合、圧力保持部２３によって微粉炭ボイラ９が生成する飽和蒸気量を変動させるとともに送気量保持部２６によって飽和蒸気の送気量Ｆ１を変動させることにより、過熱器１１によって生成され蒸気タービン１３に導入される過熱蒸気の温度を所定の温度に保持するので、高い発電効率を保持することができる。すなわち、発電システムＳは、夜間等において低く設定された所定の発電量ＲＱに基づいて微粉炭ボイラ９の温度を低下させた場合にも、第１蒸気ドラム２から第２蒸気ドラム３に飽和蒸気が過剰に送気されることを防止するので、過熱器１１によって生成する過熱蒸気の温度が下がり発電効率が低下することを防止することができる。

【0058】

以上のように、発電システムＳおよびその発電方法によれば、第１燃料Ｒ１、Ｒ２を過熱器１１が設けられていない流動床ボイラ７において燃焼させることにより、リサイクル燃料を他の燃料と混焼する従来の発電システムに比して、ＣＯ_２排出量を大きく削減することができる。

【0059】

また、発電システムＳおよびその発電方法では、外部の蒸気の需要の変動による発電量Ｑ１の変動に対しては、ガバナ２０による過熱蒸気の流量の制御および圧力保持部２３による第２燃料Ｃの供給量の制御によって対応し、発電計画による所定の発電量ＲＱの変動に対しては、上記２つの制御に加えて送気量保持部２６による第１燃料Ｒ１、Ｒ２の供給量の制御によって対応することにより、所定の発電量ＲＱを保持するとともに高い発電効率を保持することができる。

【0060】

さらに、発電システムＳおよびその発電方法では、高精度の制御が可能な微粉炭ボイラ９を第２ボイラとし、かつ、物性の安定している化石燃料のうちの石炭を第２燃料Ｃとして使用することにより、所定の発電量ＲＱおよび高い発電効率を保持するとともに、安定した運転制御を得ることができる。

【0061】

以上、本発明に係る発電システムＳおよびその発電方法の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

【0062】

（１）第１燃料Ｒは、例えば、木質バイオマス燃料（間伐材、建築廃材等）、ＰＫＳ（Palm Kernel Shell）、といったバイオマス燃料、スラッジまたはＲＤＦ（Refuse Derived Fuel）といった廃棄物からなる燃料でもよい。

【0063】

（２）第２ボイラは、微粉炭ボイラ９に限定されず、例えば、油焚きボイラでもよい。この場合、第２燃料Ｃは、重油でもよい。また、第２ボイラは、ガス焚ボイラでもよい。この場合、第２燃料Ｃは、ＬＰＧ（液化石油ガス）やＬＮＧ（液化天然ガス）などのガスでもよい。

【0064】

（３）蒸気加減弁１７は、蒸気タービン１３に導入される過熱蒸気の流量を調節できるのであれば、例えば、主蒸気管１２に設けられていてもよい。

【0065】

（４）送気量保持部２６は、第１燃料Ｒが複数の種類からなる場合には、第１燃料供給部６を制御し、第１燃料Ｒのうちの一部の燃料の供給量を固定し、他の燃料の供給量を変動させて、飽和蒸気の送気量Ｆ１を所定の飽和蒸気の送気量ＲＦに保持してもよい。この場合、送気量保持部２６は、供給量を変動する側の燃料供給手段のみを制御することにより、飽和蒸気の送気量Ｆ１を調整する。このように、発電システムＳは、送気量検出部２４、送気量比較部２５および送気量保持部２６を備えていることにより、各燃料間の比率を変動させながら第１燃料Ｒを流動床ボイラ７に供給しつつ、飽和蒸気の送気量Ｆ１を所定の飽和蒸気の送気量ＲＦに保持することができる。

【符号の説明】

【0066】

１ 給水部
１ａ、１ｂ 給水弁
１ｃ、１ｄ 給水弁制御部
１ｅ、１ｆ 水位検出部
１ｇ 脱気器
１ｈ 給水加熱器
２ 第１蒸気ドラム
３ 第２蒸気ドラム
６ 第１燃料供給部
６ａ、６ｂ 燃料供給手段
７ 流動床ボイラ（第１ボイラ）
８ 第２燃料供給部
８ａ 石炭バンカ
８ｂ 給炭機
８ｃ ミル（微粉炭機）
８ｄ バーナ
９ 微粉炭ボイラ（第２ボイラ）
１０ 送気管
１１ 過熱器
１２ 主蒸気管
１３ 蒸気タービン
１４ 蒸気供給部
１５ 復水器
１６ 発電機
１７ 蒸気加減弁
１８ 発電量検出部
１９ 発電量比較部
２０ ガバナ（発電量保持部）
２１ 圧力検出部
２２ 圧力比較部
２３ 圧力保持部
２４ 送気量検出部
２５ 送気量比較部
２６ 送気量保持部
２７ 給水タンク
Ｓ ボイラータービン発電システム
ＶＩ 発電システムＳ内用蒸気
ＶＯ 外部用蒸気
Ｃ 第２燃料
Ｒ１、Ｒ２ 第１燃料（リサイクル燃料）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】