JP2002372206A - 熱利用システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の熱源の熱を利用して蒸気を発生させる
ボイラとボイラにて発生した蒸気から過熱蒸気を作る過
熱器を有する蒸気発生設備が複数設けられ、各過熱器の
出口側経路は共通の蒸気溜めに接続されており、蒸気溜
めには各過熱器から蒸気溜めに送られた過熱蒸気の保有
熱を利用する熱負荷が接続されており、熱負荷の下流側
には熱負荷から排出された使用済み蒸気を復水してボイ
ラに戻す復水経路が設けられている熱利用システムにお
いて、過熱器の出口側経路の温度と蒸気溜めの温度との
間に大きな差異がある場合にも蒸気を大気放出する必要
のない熱利用システムを提供する。 【解決手段】 過熱器６の出口側経路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂを
蒸気溜め１１を介さずに復水経路Ｒ３に分岐接続する蒸
気回収経路Ｒ４ａ，Ｒ４ｂを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の熱源の熱を
利用して蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラにて発
生した前記蒸気を過熱して過熱蒸気を生成する過熱器と
を有する蒸気発生設備が複数設けられており、各過熱器
の出口側経路は共通の蒸気溜めに接続されており、前記
蒸気溜めには、前記各過熱器から前記蒸気溜めに送られ
た前記過熱蒸気の保有熱を利用する熱負荷が接続されて
おり、前記熱負荷の下流側には、前記熱負荷から排出さ
れた使用済み蒸気を復水して前記ボイラの少なくとも一
つに戻す復水経路が設けられている熱利用システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】このような熱利用システムの実例として
は、図２に例示するような、複数のゴミ焼却炉１ａ，１
ｂとそれに付随するボイラとを備えた複数の蒸気発生設
備からなる熱利用システムが良く知られている。この場
合、ゴミの燃焼によって発生する高温の排ガスを搬送す
る煙道４に、汽水ドラム５を含むボイラが配置されてい
る。このボイラにて発生した蒸気は煙道４内または外部
の過熱器６によって過熱された後、例えば発電機１４に
連結された蒸気タービン１３等の熱負荷を駆動すること
で、排ガスの保有する熱エネルギーの一部が有効に回収
利用される。さらに、複数の蒸気発生設備の過熱器６か
ら生じる蒸気（または過熱蒸気）は、一旦共通の蒸気溜
め１１に蓄積後に熱負荷に供給されるので、常に平均し
た量の過熱蒸気を熱負荷に提供することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、蒸気溜めは
一般に金属製の容器によって構成されており、この蒸気
溜めの容器に過熱器の出口側経路を接続する接続部もま
た金属製である。このため、一つの過熱器の出口側経路
の温度が、蒸気溜めの容器の温度と大幅に異なれば、具
体的には、例えば、立上げ／立下げ期にある蒸気発生設
備の過熱器から生じる蒸気の温度が、蒸気溜めに既に蓄
積されている蒸気の温度より大幅に低い場合には、蒸気
溜めの容器乃至は同容器と出口側経路との接続部が、金
属の熱膨張率のギャップ（メタルマッチングの問題と呼
ばれる）に基づいて破損する虞がある。

【０００４】したがって、蒸気の従来例では、蒸気溜め
１１の容器乃至は同容器と出口側経路との接続部の破損
を防ぐ目的から、一つの過熱器６の出口側経路Ｒ１の温
度と蒸気溜め１１の容器の温度（通常は蒸気溜め内の過
熱蒸気の温度と凡そ一致すると考えられる）との間に所
定値（例えば５０℃）を超える温度差が見られる期間中
は、その温度の異なる蒸気（通常は低温側に外れている
蒸気）を過熱器の出口側経路Ｒ１に設けられた蒸気開放
手段２８ａ，２８ｂから屋外に大気放出するという手法
が採られていた。その結果、この大気放出によって失わ
れた蒸気に相当する量の水をボイラ用として補充する必
要があった。

【０００５】そこで、本発明の目的は、上に例示した従
来技術による熱利用システムの持つ前述した欠点に鑑
み、蒸気発生設備の一つが立上げ／立下げ期にある場合
に代表されるような、過熱器の出口側経路の温度と蒸気
溜めの容器の温度との間に所定値を超える温度差が見ら
れる期間中でも、蒸気溜めと温度の異なる蒸気を屋外に
大気放出する必要がなく、その意味で、ボイラに必要な
水を浪費することのない熱利用システムを提供すること
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、本発明に係る熱利用システムは、特許請求の範囲の
欄の請求項１から６に記された特徴構成を備えている。

【０００７】すなわち、本発明の請求項１による熱利用
システムは、所定の熱源の熱を利用して蒸気を発生させ
るボイラと、前記ボイラにて発生した前記蒸気を過熱し
て過熱蒸気を生成する過熱器とを有する蒸気発生設備が
複数設けられており、各過熱器の出口側経路は共通の蒸
気溜めに接続されており、前記蒸気溜めには、前記各過
熱器から前記蒸気溜めに送られた前記過熱蒸気の保有熱
を利用する熱負荷が接続されており、前記熱負荷の下流
側には、前記熱負荷から排出された使用済み蒸気を復水
して前記ボイラの少なくとも一つに戻す復水経路が設け
られている熱利用システムであって、前記過熱器の前記
出口側経路を、前記蒸気溜めを介さずに前記復水経路に
分岐接続する蒸気回収経路が設けられていることを特徴
構成としている。

【０００８】このような特徴構成を備えているために、
本発明の特許請求の範囲の請求項１による熱利用システ
ムでは、例えば、蒸気発生設備の一つが立上げ／立下げ
期にある場合のように、過熱器の出口側経路の温度と蒸
気溜めの容器の温度との間に所定値を超える温度差が見
られる期間は、蒸気溜め内の過熱蒸気との温度差の大き
な蒸気（通常は低温蒸気）を、蒸気回収経路を介して復
水経路に提供することができる。したがって、過熱器か
ら生じる蒸気を屋外に大気放出する必要がなく、その意
味で、ボイラに必要な水を浪費することがない。

【０００９】尚、より具体的な構成としては、対応する
前記過熱器から得られる蒸気の全てを前記蒸気溜めに供
給する第１位置と、対応する前記過熱器から得られる蒸
気の全てを前記蒸気回収経路を介して前記復水経路に供
給する第２位置との間で切り換え可能な経路切換弁が、
前記出口側経路を前記復水経路に接続する分岐接続部に
設けられており、さらに、前記過熱器から得られる蒸気
の温度条件に応じて、対応する前記経路切換弁を前記第
１位置と第２位置の間で切り換える制御装置が設けられ
ている構成とすることができる。このように構成すれ
ば、過熱器の出口側経路の温度と蒸気溜めの容器の温度
との間に所定値を超える温度差が見られる期間中は、経
路切換弁が第２位置に切り換えられて、蒸気溜め内の過
熱蒸気との温度差の大きな過熱器からの発生蒸気は、蒸
気溜めを介することなく復水経路に供給されるので、蒸
気溜めでのメタルマッチングの問題が回避され、過熱器
の出口側経路の温度と蒸気溜めの容器の温度との間の温
度差が所定値以内にある間は、経路切換弁が第１位置に
切り換えられて、過熱器からの発生蒸気は蒸気溜めに供
給されて前記熱負荷に有効に利用される。

【００１０】さらに具体的には、前記熱負荷は蒸気ター
ビンであり、前記復水経路は、前記蒸気タービンの下流
側に接続された復水器を含み、前記蒸気回収経路は、前
記過熱器を前記復水器の上流側に接続するように構成す
ることができる。

【００１１】特に、前記蒸気回収経路に、前記過熱器に
て発生した蒸気を所定の圧力まで減圧可能な減圧弁を設
けることができる。このように構成すれば、前記過熱器
にて発生した蒸気の圧力が高過ぎる場合でも、圧力を適
当に減圧することにより、復水器における復水率を略通
常通りに維持することができる。

【００１２】また特に、前記蒸気回収経路には、前記過
熱器にて発生した蒸気を所定温度まで冷却可能な冷却手
段が設けられている構成とすることができる。このよう
に構成すれば、前記過熱器にて発生した蒸気の温度が復
水器によって直接復水するには高過ぎる場合でも、これ
を冷却手段によって適当に冷却した上で復水器に提供す
ることにより、前記復水器における復水率を略通常通り
に維持することができる。

【００１３】本発明によるその他の特徴および利点は、
以下図面を用いた実施形態の説明により明らかになるで
あろう。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明による熱利用システムにつ
いて以下に図面を参照しながら解説する。本発明の一実
施形態として図１に示された熱利用システムは、複数の
蒸気発生設備を備えている。ここでは、図と説明の簡略
化のために、２つの蒸気発生設備４０ａ，４０ｂが示さ
れているが、実際には３つ以上の任意の数の蒸気発生設
備を含むことができる。

【００１５】（熱利用システムの全体的構成）各蒸気発
生設備４０ａ，４０ｂの主体を構成するのは２基のゴミ
焼却炉１ａ，１ｂであり、これらのゴミ焼却炉１ａ，１
ｂはいずれも、被焼却物としてのゴミを投入するための
ホッパー２と、投入されたゴミを乾燥、燃焼、後燃焼の
各工程を経て焼却する燃焼室３とを備えている。燃焼室
３の上部からは、燃焼室３で発生する高温の排ガス（所
定の熱源の一例）を最終段の煙突１０に向けて導く煙道
４が延びている。煙道４は、燃焼室３側から上方に延び
た第１煙道４ａ、第１煙道４ａの上端から下に延びた第
２煙道４ｂ、および、第２煙道４ｂの下端から再び上方
に延びた第３煙道４ｃからなり、第３煙道４ｃから更に
下流に排出された排ガスは、節炭器７を備えた下流側煙
道４ｄを介して、集塵用のバグフィルタ８へ送られ、白
煙化防止装置９を経て各煙突１０，１０から大気放出さ
れる。

【００１６】そして、各煙道４，４において、第１煙道
４ａと第２煙道４ｂの上方には、主に第１煙道４ａと第
２煙道４ｂを流れる排ガスの熱によって蒸気を生成する
廃熱回収ボイラの汽水ドラム５，５が配置されている。
また、第３煙道４ｃには、前記廃熱回収ボイラの汽水ド
ラム５から取出された蒸気を、燃焼室３から流れてくる
排ガスの熱によって過熱するための過熱器６が設けられ
ている。尚、節炭器７では、前記廃熱回収ボイラに供給
される水の予熱が行われる。過熱器６で得られた過熱蒸
気は、各過熱器６の下流側から延びた出口側経路Ｒ１
ａ，Ｒ１ｂを介して一基の共通の高圧蒸気溜め１１に送
られる。過熱器６からの過熱蒸気は、圧力調整弁２６
ａ，２６ｂによって約４０ｋｇで、且つ、約４００℃の
温度条件に調整された上で高圧蒸気溜め１１に送られ
る。高圧蒸気溜め１１内に蓄積された過熱蒸気の一部
は、過熱蒸気経路Ｒ２を介して蒸気タービン１３（熱負
荷の一例）に送られ、過熱蒸気の有する熱エネルギーの
一部は、蒸気タービン１３に連結された発電機１４によ
って電気エネルギーに変換される。蒸気タービン１３か
ら排出される排気、すなわち膨張後の蒸気は、復水器１
５によって復水され、大気開放型の復水タンク１６に蓄
積される。復水タンク１６に貯留された水は、復水経路
Ｒ３を介して脱気器１８に導かれ、この脱気器１８から
節炭器７を経て廃熱回収ボイラの汽水ドラム５に戻され
る。復水経路Ｒ３は、復水タンク１６から脱気器１８ま
で延びており途中にポンプ１７を備えている。

【００１７】また、高圧蒸気溜め１１内に蓄積された過
熱蒸気の残りの一部は、蒸気路２１を介して、燃焼空気
予熱器２０に送られる。燃焼空気予熱器２０にて過熱蒸
気の熱によって予熱された空気は、一次燃焼空気として
各焼却炉１ａ，１ｂの燃焼室３に供給される。また、燃
焼空気予熱器２０で冷却・復水された水は脱気器１８に
導かれる。さらに、高圧蒸気溜め１１には、減圧弁２２
を介して低圧蒸気溜め１２が接続されており、低圧蒸気
溜め１２内に蓄積された蒸気の保有する熱は、熱交換器
１９によって取出されて白煙防止装置９、或いは、例え
ば焼却施設外の温室用等と言った熱利用施設に送られて
利用される。尚、低圧蒸気溜め１２から送られた蒸気自
身は熱交換器１９にて復水化され、復水タンク１６に戻
される。

【００１８】（蒸気回収経路の構成）尚、本熱利用シス
テムでは、各過熱器６，６の出口側経路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ
の途中にそれぞれ経路切換弁３０ａ，３０ｂが設けられ
ている。そして、この経路切換弁３０ａ，３０ｂには、
各過熱器６，６の出口側経路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂを、高圧蒸
気溜め１１を介すことなく復水経路Ｒ３（具体的には復
水器１５の上流側の箇所）に分岐接続する蒸気回収経路
Ｒ４ａ，Ｒ４ｂが接続されている。各経路切換弁３０
ａ，３０ｂは電動三方弁、若しくは、電磁三方弁によっ
て構成されており、対応する過熱器６から得られる蒸気
の全てを高圧蒸気溜め１１に供給する第１位置と、対応
する過熱器６から得られる蒸気の全てを蒸気回収経路を
介して復水経路Ｒ３に供給する第２位置との間で切り換
え可能となっている。

【００１９】また、各過熱器６，６の出口側経路Ｒ１
ａ，Ｒ１ｂには、経路切換弁３０ａ，３０ｂの上流側に
隣接する位置に、過熱器６から出口側経路Ｒ１ａ，Ｒ１
ｂに排出される蒸気の温度を測定する温度センサＳａ，
Ｓｂが配置されている。そして、経路切換弁３０ａ，３
０ｂは、過熱器６から出口側経路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂに排出
される蒸気の温度条件に応じて図示されない制御装置に
よって切り換えられる。すなわち、具体的には、ゴミ焼
却炉１ａ，１ｂと過熱器６が安定した稼動状態に入って
いる場合など、温度センサＳａ，Ｓｂによる蒸気の温度
検出結果が、３５０℃から４５０℃までの範囲内に納ま
っている場合には、温度差が５０℃以内であり、基本的
に約４００℃の温度条件に保たれている高圧蒸気溜め１
１にて、高圧蒸気溜め１１乃至は高圧蒸気溜め１１と出
口側経路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂの間の接続部で破損が生じない
程度のメタルマッチングが得られので、対応する経路切
換弁３０ａ，３０ｂが前記第１位置に切り換えられ、過
熱器６から出口側経路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂに排出される過熱
蒸気は全て高圧蒸気溜め１１に提供され、その過熱蒸気
が保有する熱は有効に回収される。

【００２０】他方、ゴミ焼却炉１ａ，１ｂ自身或いは過
熱器６の立上げ乃至は立下げ期間中の場合などで、温度
センサＳａ，Ｓｂによる蒸気の温度検出結果が３５０℃
を下回る場合、又は、何等かの原因で４５０℃を上回る
場合には、対応する経路切換弁３０ａ，３０ｂが前記第
２位置に切り換えられ、過熱器６から出口側経路Ｒ１
ａ，Ｒ１ｂに排出される蒸気は全て高圧蒸気溜め１１を
介することなく、蒸気回収経路Ｒ４ａ，Ｒ４ｂを介して
復水経路Ｒ３に提供されるので、約４０ｋｇ及び約４０
０℃に保たれた高圧蒸気溜め１１でのメタルマッチング
の問題が事前に解消され、しかも、過熱器６から出口側
経路Ｒ１ａ，Ｒ１ｂに排出される低温蒸気は大気放出さ
れず、復水経路Ｒ３を介して、廃熱回収ボイラに戻され
るので、純水を浪費することがなく、このような浪費に
よって不足する廃熱回収ボイラにて必要な水を補充する
必要がない。温度センサＳａ，Ｓｂによる蒸気の温度検
出結果が、３５０℃から４５０℃までの範囲内になった
ら、対応する経路切換弁３０ａ，３０ｂを早速前記第１
位置に切り換えれば良い。

【００２１】尚、各蒸気回収経路Ｒ４ａ，Ｒ４ｂには、
過熱器６にて発生した蒸気の圧力条件が、復水器１５で
の円滑な復水操作に適応しないほど高い場合に、これを
円滑な復水操作に適応した所定の圧力まで減圧可能な減
圧弁３１ａ，３１ｂが設けられている。さらに、各蒸気
回収経路Ｒ４ａ，Ｒ４ｂには、過熱器６にて発生した蒸
気の温度条件が、復水器１５での円滑な復水操作には適
応しないほど高い場合に、これを円滑な復水操作に適応
した所定の温度まで冷却可能な冷却手段として、冷却水
注入用の注水バルブ３２ａ，３２ｂが設けられている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱利用システムを示す略図

【図２】従来の熱利用システムを示す略図

【符号の説明】

１ 焼却炉 ３ 燃焼室 ４ 煙道 ５ 汽水ドラム ６ 過熱器 １１ 高圧蒸気溜め １３ 蒸気タービン １４ 発電機 １５ 復水器 １６ 復水タンク ３０ａ，３０ｂ 経路切換弁 ３１ａ，３１ｂ 減圧弁 ３２ａ，３２ｂ 注水バルブ Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ 出口側経路 Ｒ２ 過熱蒸気経路 Ｒ３ 復水経路 Ｒ４ａ，Ｒ４ｂ 蒸気回収経路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の熱源の熱を利用して蒸気を発生さ
   せるボイラと、前記ボイラにて発生した前記蒸気を過熱
   して過熱蒸気を生成する過熱器とを有する蒸気発生設備
   が複数設けられており、各過熱器の出口側経路は共通の
   蒸気溜めに接続されており、前記蒸気溜めには、前記各
   過熱器から前記蒸気溜めに送られた前記過熱蒸気の保有
   熱を利用する熱負荷が接続されており、前記熱負荷の下
   流側には、前記熱負荷から排出された使用済み蒸気を復
   水して前記ボイラの少なくとも一つに戻す復水経路が設
   けられている熱利用システムであって、 前記過熱器の前記出口側経路を、前記蒸気溜めを介さず
   に前記復水経路に分岐接続する蒸気回収経路が設けられ
   ている熱利用システム。
2. 【請求項２】 対応する前記過熱器から得られる蒸気の
   全てを前記蒸気溜めに供給する第１位置と、対応する前
   記過熱器から得られる蒸気の全てを前記蒸気回収経路を
   介して前記復水経路に供給する第２位置との間で切り換
   え可能な経路切換弁が、前記出口側経路を前記復水経路
   に接続する分岐接続部に設けられており、さらに、前記
   過熱器から得られる蒸気の温度条件に応じて、対応する
   前記経路切換弁を前記第１位置と第２位置の間で切り換
   える制御装置が設けられている請求項１に記載の熱利用
   システム。
3. 【請求項３】 前記熱負荷は蒸気タービンであり、前記
   復水経路は、前記蒸気タービンの下流側に接続された復
   水器を含み、前記蒸気回収経路は、前記過熱器を前記復
   水器の上流側に接続するように構成されている請求項１
   または２に記載の熱利用システム。
4. 【請求項４】 前記蒸気回収経路には、前記過熱器にて
   発生した蒸気を所定の圧力まで減圧可能な減圧弁が設け
   られている請求項１から３のいずれか１項に記載の熱利
   用システム。
5. 【請求項５】 前記蒸気回収経路には、前記過熱器にて
   発生した蒸気を所定温度まで冷却可能な冷却手段が設け
   られている請求項１から４のいずれか１項に記載の熱利
   用システム。
6. 【請求項６】 前記熱源は複数のゴミ焼却施設内での燃
   焼によって発生する高温の排ガスであり、前記ボイラ
   は、前記排ガスを搬送するために前記各ゴミ焼却施設に
   設けられた煙道に配置された廃熱回収ボイラである請求
   項１から５のいずれか１項に記載の熱利用システム。