JP2010106764A - 排熱利用電力の発電方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱水として回収された排ガスの熱エネルギを有効に利用して発電機出力の増大を図ることのできる排熱利用電力の発電方法を提供する。
【解決手段】排熱回収用熱交換器11,12により得られた熱水をフラッシャ13,14に供給し、フラッシャ13,14により得られた飽和蒸気を蒸気タービン16に供給して発電機15を駆動すると共に、蒸気タービン16から排出された湿り蒸気を復水器17に供給して水に戻すに際して、復水器16から排出された冷却水を冷却して復水器16に供給する手段として吸着式冷凍機19を用いると共に、吸着式冷凍機19の吸着剤29を加熱する熱源水としてフラッシャ14から排出された温水を用いる。
【選択図】図1

Description

本発明は、排ガスの熱エネルギを利用して電力を得る排熱利用電力の発電方法に関する。
近年、セメント焼成プラント、ゴミ焼却プラント、製鉄所などの各種プラントで発生した排ガスの熱エネルギを利用して電力を得る方法として、例えば、図4に示す発電設備を用いて電力を得る方法が提案されている。
図4に示す発電設備は排ガスの熱エネルギを高温の熱水として回収する排熱回収手段としての排熱回収用熱交換器11,12を備えており、これらの排熱回収用熱交換器11,12により得られた熱水はフラッシャ13に供給された後、フラッシャ13の後段に配置されたフラッシャ14に供給されるようになっている。
また、図4に示す発電設備は発電機15を備えており、この発電機15を駆動する蒸気タービン16には、フラッシャ13,14により得られた飽和蒸気が供給されるようになっている。さらに、図4に示す発電設備は復水器17を備えており、蒸気タービン16から排出された低圧湿り蒸気は復水器17で水に戻された後、給水ポンプ18により排熱回収用熱交換器11,12に供給されるようになっている。
このような発電設備では、例えば排熱回収用熱交換器11,12により得られる熱水の熱量を956kJ/kg、フラッシャ13により得られる飽和蒸気の熱量を2780kJ/kg、フラッシャ14により得られる飽和蒸気の熱量を2680kJ/kg、復水器17に供給される冷却水の温度を28℃、復水器17の真空度を0.05bar、復水器17により得られる復水の温度を33℃、復水器17により得られる復水の熱量を2310kJ/kgとして発電機15の出力を計算すると、約2546kWの発電機出力を得ることができる。
しかしながら、排熱回収用熱交換器11,12からフラッシャ13に供給される熱水の供給量を100t/h、フラッシャ13から蒸気タービン16に供給される飽和蒸気の供給量を12t/h、フラッシャ13からフラッシャ14に供給される熱水の供給量を88t/h、フラッシャ14から蒸気タービン16に供給される飽和蒸気の供給量を10.6t/hとすると、約77.4t/hの熱水が438kJ/kgの熱量を持った温水としてフラッシャ14から未利用のまま排出されるため、図4に示した発電設備では、熱水として回収された排ガスの熱エネルギ利用効率が低いという問題があった。
そこで、本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、熱水として回収された排ガスの熱エネルギを有効に利用して発電機出力の増大を図ることのできる排熱利用電力の発電方法を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明に係る排熱利用電力の発電方法は、排ガスの熱エネルギを熱水として回収する排熱回収手段により得られた熱水を複数段のフラッシャに供給し、これらのフラッシャにより得られた蒸気を蒸気タービンに供給して発電機を駆動すると共に、前記蒸気タービンから排出された湿り蒸気を復水器に供給して水に戻すに際して、前記復水器から排出された冷却水を冷却して前記復水器に供給する手段として吸着式冷凍機を用いると共に、前記吸着式冷凍機の吸着剤を加熱する熱源水として前記複数段のフラッシャのうち最終段のフラッシャから排出された温水を用いて電力を得ることを特徴とするものである。
請求項2記載の発明に係る排熱利用電力の発電方法は、排ガスの熱エネルギを熱水として回収する排熱回収手段により得られた熱水を複数段のフラッシャに供給し、これらのフラッシャにより得られた蒸気を蒸気タービンに供給して発電機を駆動すると共に、前記蒸気タービンから排出された湿り蒸気を復水器に供給して水に戻すに際して、前記復水器から排出された冷却水を冷却して前記復水器に供給する手段として吸収式冷凍機を用いると共に、前記吸収式冷凍機の吸収液を加熱する熱源水として前記複数段のフラッシャのうち最終段のフラッシャから排出された温水を用いて電力を得ることを特徴とするものである。
請求項1記載の発明に係る排熱利用電力の発電方法では、復水器から排出された冷却水を冷却して復水器に供給する手段として吸着式冷凍機を用いると共に、吸着式冷凍機の吸着剤を加熱する熱源水として最終段のフラッシャから排出された温水を用いたことにより、復水器の真空度を例えば0.05barから0.02barに高くして発電機出力の増大を図ることができると共に、熱水として回収された排ガスの熱エネルギを吸着式冷凍機の吸着剤を加熱する熱源として利用することができる。したがって、請求項1記載の発明に係る排熱利用電力の発電方法によれば、熱水として回収された排ガスの熱エネルギを有効に利用して発電機出力の増大を図ることができる。
請求項2記載の発明に係る排熱利用電力の発電方法では、復水器から排出された冷却水を冷却して復水器に供給する手段として吸収式冷凍機を用いると共に、吸収式冷凍機の吸収液を加熱する熱源水として最終段のフラッシャから排出された温水を用いたことにより、復水器の真空度を例えば0.05barから0.02barに高くして発電機出力の増大を図ることができると共に、熱水として回収された排ガスの熱エネルギを吸収式冷凍機の吸収液を加熱する熱源として利用することができる。したがって、請求項2記載の発明に係る排熱利用電力の発電方法によれば、熱水として回収された排ガスの熱エネルギを有効に利用して発電機出力の増大を図ることができる。
図1は本発明に係る排熱利用電力の発電方法を実施するための第1の実施形態を示す図であり、第1の実施形態が図4に示した発電設備と異なる点は、復水器17から排出された冷却水を冷却して復水器17に供給する手段として吸着式冷凍機19を用いると共に、吸着式冷凍機19の吸着剤29を加熱する熱源水として最終段のフラッシャ14から排出される温水を用いた点である。
吸着式冷凍機19は蒸発器20、吸着器25,26、凝縮器32を備えており、蒸発器20の内部には、復水器17からの冷却水が流れる蒸発器配管21が設けられている。また、蒸発器20の内部には冷媒散水管22が設けられ、この冷媒散水管22から蒸発器配管21に水などの冷媒が散水されると、蒸発器配管21に散水された冷媒が蒸発すると共に、蒸発器配管21内を流れる冷却水が冷媒の気化熱によって10℃未満に冷却されるようになっている。そして、蒸発器20で発生した冷媒蒸気は。蒸気ダンパ23,24のいずれかを経て吸着器25または吸着器26の内部に導入されるようになっている。
吸着器25,26の内部には吸着剤熱交換器27,28が設けられ、吸着器25,26内に導入された冷媒蒸気は吸着剤熱交換器27,28内を流れる冷水によって冷却され、液冷媒となってシリカゲルなどの吸着剤29に吸着するようになっている。そして、吸着剤29に吸着した冷媒は吸着剤熱交換器27,28内を流れる温水によって加熱され、冷媒蒸気となって蒸気ダンパ30または蒸気ダンパ31から凝縮器32内に導入されるようになっている。
凝縮器32の内部には冷媒冷却配管33が設けられ、凝縮器32の内部に導入された冷媒蒸気は冷媒冷却配管33内を流れる冷水により冷却された後、冷媒回収トレイ34により回収されて冷媒散水管22に供給されるようになっている。
吸着式冷凍機19の吸着剤熱交換器27,28には、クーリングタワー35により冷却された冷水とフラッシャ14から排出された温水(約100℃)が切替弁36を介して選択的に供給されるようになっている。この切替弁36は三つの切替ポジションを有しており、切替弁36の切替ポジションを図中最も左側の切替ポジションに切り替えると、クーリングタワー35により冷却された冷水が冷媒蒸気を冷却する冷却水として吸着器25の吸着剤熱交換器27に供給されると共に、フラッシャ14から排出された温水が吸着剤29を加熱する熱源水として吸着器26の吸着剤熱交換器28に供給されるようになっている。
一方、切替弁36の切替ポジションを図中最も右側の切替ポジションに切り替えると、クーリングタワー35により冷却された冷水が冷媒蒸気を冷却する冷却水として吸着器26の吸着剤熱交換器28に供給されると共に、フラッシャ14から排出された温水が吸着剤29を加熱する熱源水として吸着器25の吸着剤熱交換器27に供給されるようになっている。
クーリングタワー35には、吸着剤熱交換器27,28内を流れた冷水が切替弁37を介して選択的に供給されるようになっている。この切替弁37は三つの切替ポジションを有しており、切替弁37の切替ポジションを図中最も左側の切替ポジションに切り替えると、クーリングタワー35から吸着剤熱交換器27に供給された冷水がクーリングタワー35に供給されると共に、フラッシャ14から吸着剤熱交換器28に供給された温水が給水ポンプ18に供給されるようになっている。
一方、切替弁37の切替ポジションを図中最も右側の切替ポジションに切り替えると、クーリングタワー35から吸着剤熱交換器28に供給された冷水がクーリングタワー35に供給されると共に、フラッシャ14から吸着剤熱交換器27に供給された温水が給水ポンプ18に供給されるようになっている。
上述のように、復水器17から排出された冷却水を冷却して復水器17に供給する手段として吸着式冷凍機19を用いると、復水器17から排出された冷却水が吸着式冷凍機19により10℃未満に冷却されて復水器17に供給されるため、復水器17の真空度を例えば0.05barから0.02barに高くして発電機出力の増大を図ることができる。例えば、排熱回収用熱交換器11,12により得られる熱水の熱量を956kJ/kg、フラッシャ13により得られる飽和蒸気の熱量を2780kJ/kg、フラッシャ14により得られる飽和蒸気の熱量を2680kJ/kg、吸着式冷凍機19から復水器17に供給される冷却水の温度を7℃、復水器17の真空度を0.02bar、復水器17により得られる復水の温度を17℃とすると、図2に示すように、復水器17により得られる復水の熱量は2290kJ/kgとなる。そして、このときの発電機15の出力を計算すると、約2666kWの発電機出力を得ることができ、図4に示した発電設備により得られる発電機出力を約2546kWとすると、第1の実施形態では、図4に示した発電設備により得られる発電機出力(約2546kW)より約4.7%高い発電機出力を得ることができる。
また、吸着式冷凍機19の吸着剤29を加熱する熱源水として最終段のフラッシャ14から排出された温水を用いると、熱水として回収された排ガスの熱エネルギを吸着式冷凍機19の吸着剤29を加熱する熱源として利用することができる。
したがって、上述した第1の実施形態では、熱水として回収された排ガスの熱エネルギを有効に利用して発電機出力の増大を図ることができる。
図3は本発明に係る排熱利用電力の発電方法を実施するための第2の実施形態を示す図であり、第2の実施形態が図4に示した発電設備と異なる点は、復水器17から排出された冷却水を冷却して復水器17に供給する手段として吸収式冷凍機40を用いた点である。
吸収式冷凍機40は蒸発器41、吸収器46、再生器50、凝縮器53を備えており、蒸発器41の内部には、冷媒としての水が貯溜されていると共に、復水器17からの冷却水が流れる蒸発器配管42が設けられている。また、蒸発器41の内部には冷媒散水管43が設けられ、この冷媒散水管43から蒸発器配管42に冷媒が散水されると、蒸発器配管42に散水された冷媒が蒸発すると共に、蒸発器配管42内の冷却水が冷媒の気化熱によって10℃未満に冷却されるようになっている。なお、蒸発器41内に貯溜された冷媒は冷媒ポンプ44により冷媒散水管43に供給されるようになっている。
蒸発器41で発生した冷媒蒸気は、冷媒導入ダクト45を通って吸収器46内に導入されるようになっている。この吸収器46の内部には臭化リチウム水溶液などの吸収液47が貯溜されていると共に、吸収器46内に導入された冷媒蒸気を冷却して吸収液47に吸収させるための冷媒冷却管48が設けられている。
吸収器46内に貯溜された吸収液47は、送液ポンプ49により再生器50内に供給されるようになっている。この再生器50の内部には吸収液加熱管51が設けられ、送液ポンプ49により再生器50内に供給された吸収液47は吸収液加熱管51内を流れる熱源水により加熱されるようになっている。
吸収液47に吸収された冷媒は、フラッシャ14から吸収液加熱管51に熱源水として供給された温水により吸収液47が加熱されることによって再生器50内で蒸発した後、冷媒導入ダクト52を通って凝縮器53に導入されるようになっている。そして、凝縮器53内に導入された冷媒は冷媒冷却管54内を流れる冷水により冷却され、液冷媒となって凝縮器53内に貯溜されるようになっている。なお、凝縮器53内に貯溜された冷媒は冷媒戻し管55を経て蒸発器41内に戻されるようになっている。
上述のように、復水器17から排出された冷却水を冷却して復水器17に供給する手段として吸収式冷凍機40を用いると、復水器17から排出された冷却水が吸収式冷凍機40により10℃未満に冷却されて復水器17に供給されるため、復水器17の真空度を例えば0.05barから0.02barに高くして発電機出力の増大を図ることができる。
また、吸収式冷凍機40の吸収液47を加熱する熱源水として最終段のフラッシャ14から排出される温水を用いると、熱水として回収された排ガスの熱エネルギを吸収式冷凍機40の吸収液47を加熱する熱源として利用することができる。
したがって、上述した第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に、熱水として回収された排ガスの熱エネルギを有効に利用して発電機出力の増大を図ることができる。
上述した第1及び第2の実施形態では、排ガスの熱エネルギを排熱回収用熱交換器11,12により熱水として回収するようにしたが、例えば排ガスの熱エネルギを排熱回収用ボイラにより熱水として回収するようにしてもよい。
本発明に係る排熱利用電力の発電方法を実施するための第1の実施形態を示す図である。 本発明に係る排熱利用電力の発電方法によって得られる発電機出力を説明するための図である。 本発明に係る排熱利用電力の発電方法を実施するための第2の実施形態を示す図である。 従来の排熱利用電力の発電方法を説明するための図である。
符号の説明
11,12 排熱回収用熱交換器
13,14 フラッシャ
15 発電機
16 蒸気タービン
17 復水器
18 給水ポンプ
19 吸着式冷凍機
20 蒸発器
21 蒸発器配管
22 冷媒散水管
23,24,30,31 蒸気ダンパ
25,26 吸着器
27,28 吸着剤熱交換器
29 吸着剤
32 凝縮器
33 冷媒冷却配管
34 冷媒回収トレイ
35 クーリングタワー
36,37 切替弁
40 吸収式冷凍機
41 蒸発器
42 蒸発器配管
43 冷媒散水管
44 冷媒ポンプ
45,51 冷媒導入ダクト
46 吸収器
47 吸収液
48 冷媒冷却管
49 送液ポンプ
50 再生器
51 吸収液加熱管
53 凝縮器
54 冷媒冷却管
55 冷媒戻し管

Claims (2)

  1. 排ガスの熱エネルギを熱水として回収する排熱回収手段により得られた熱水を複数段のフラッシャに供給し、これらのフラッシャにより得られた蒸気を蒸気タービンに供給して発電機を駆動すると共に、前記蒸気タービンから排出された湿り蒸気を復水器に供給して水に戻すに際して、
    前記復水器から排出された冷却水を冷却して前記復水器に供給する手段として吸着式冷凍機を用いると共に、前記吸着式冷凍機の吸着剤を加熱する熱源水として前記複数段のフラッシャのうち最終段のフラッシャから排出された温水を用いて電力を得ることを特徴とする排熱利用電力の発電方法。
  2. 排ガスの熱エネルギを熱水として回収する排熱回収手段により得られた熱水を複数段のフラッシャに供給し、これらのフラッシャにより得られた蒸気を蒸気タービンに供給して発電機を駆動すると共に、前記蒸気タービンから排出された湿り蒸気を復水器に供給して水に戻すに際して、
    前記復水器から排出された冷却水を冷却して前記復水器に供給する手段として吸収式冷凍機を用いると共に、前記吸収式冷凍機の吸収液を加熱する熱源水として前記複数段のフラッシャのうち最終段のフラッシャから排出された温水を用いて電力を得ることを特徴とする排熱利用電力の発電方法。
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