JP2014009623A - 火力発電システムにおけるボイラ排ガス浄化方法及び火力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】
火力発電システムの運転制御を複雑にすることなく、ボイラ排ガスを冷却してボイラ排ガスの浄化性能を向上することができる火力発電システムを提供する。
【解決手段】
ボイラ排ガスの浄化性能を向上するためにボイラ排ガスを冷却する際にボイラ排ガスから回収した熱エネルギーを最終的に火力発電システムの復水器の冷却系に廃棄する。さらに、好ましくは、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてランキンサイクルやカリーナサイクルで発電を行う系統を付加し、ランキンサイクルやカリーナサイクルの作動媒体を冷却する際に回収した熱エネルギーを火力発電システムの復水器の冷却系に廃棄する。
【選択図】 図４

Description

本発明は火力発電システムにおけるボイラ排ガス浄化方法及び火力発電システムに関する。

火力発電システムでは、ボイラで発生させた蒸気により蒸気タービンを駆動して発電を行う。ボイラからの排ガスは排煙処理を行い煙突から排出される。排煙処理における浄化性能を向上させるために、排煙処理の前に排ガスの冷却が行われている。特許文献１では、排ガスの冷却を行う際に、排ガスが有する熱エネルギーを復水の加熱に用いて発電プラントのエネルギー効率の向上を図るようにしている。

特開2009-8365号公報

ボイラ排ガスを冷却して浄化性能を向上させるにはボイラ排ガスからの回収熱量を多くする必要がある。従来、回収した熱エネルギーは、例えば、特許文献１に記載のように、復水などの加熱に用いられることが多い。特許文献１では、ボイラ排ガスの熱エネルギーによって復水を加熱することにより蒸気タービンからの抽気蒸気量を低減し、発電効率を向上できる利点がある。しかし、一方でボイラ排ガスからの回収熱量の多少に応じて蒸気タービン側を制御する連携運転が必要になり、そのための制御が複雑になる。

本発明の目的は、火力発電システムの運転制御を複雑にすることなく、ボイラ排ガスを冷却してボイラ排ガスの浄化性能を向上することができる火力発電システムにおけるボイラ排ガス浄化方法及び火力発電システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、ボイラ排ガスを冷却する際にボイラ排ガスから回収した熱エネルギーを火力発電システムの復水器の冷却系に廃棄することを特徴とする。

本発明によれば、火力発電システムの運転制御を複雑にすることなく、ボイラ排ガスを冷却してボイラ排ガスの浄化性能を向上することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例である火力発電システムの概要を示す図で、復水器の冷却系に冷却塔を用いた火力発電システムを示す。 本発明の他の一実施例である火力発電システムの概要を示す図で、復水器の冷却系に河川水・海水を用いた場合の火力発電システムを示す。 本発明の他の一実施例である火力発電システムの概要を示す図で、復水器の冷却系の冷却媒体と、ボイラ排ガスからの熱を伝える熱回収媒体を混合しないようにした火力発電システムを示す。 本発明の他の一実施例である火力発電システムの概要を示す図で、図１の火力発電システムに、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてランキンサイクルで発電を行う系統を付加した火力発電システムを示す。 本発明の他の一実施例である火力発電システムの概要を示す図で、図２の火力発電システムに、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてランキンサイクルで発電を行う系統を付加した火力発電システムを示す。 本発明の他の一実施例である火力発電システムの概要を示す図で、図３の火力発電システムに、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてランキンサイクルで発電を行う系統を付加した火力発電システムを示す。 本発明の他の一実施例である火力発電システムの概要を示す図で、図６に示す火力発電システムの変形例を示す。 本発明の他の一実施例である火力発電システムの概要を示す図で、図５に示す火力発電システムの変形例を示す。 本発明の他の一実施例である火力発電システムの概要を示す図で、図６に示す火力発電システムの他の変形例を示す。 本発明の他の一実施例である火力発電システムの概要を示す図で、図６に示す火力発電システムの他の変形例を示す。 本発明の他の一実施例である火力発電システムの概要を示す図で、図１の火力発電システムに、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてカリーナサイクルで発電を行う系統を付加した火力発電システムを示す。 本発明の他の一実施例である火力発電システムの概要を示す図で、図４に示す火力発電システムの変形例を示す。 本発明の他の一実施例である火力発電システムの概要を示す図で、図４に示す火力発電システムの他の変形例を示す。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

本実施例の構成を図１に示す。本実施例は、蒸気タービンなどの蒸気膨張機を用いて発電を行う火力発電システムにおいて、熱交換器で熱回収媒体を介してボイラ排ガスから熱回収し、熱交換器で回収した熱を、蒸気タービンなどの蒸気膨張機の復水器の冷却系に廃棄するようにしたもので、復水器の冷却系に冷却塔を用いたものである。

火力発電システムにおいて、ボイラ（図示省略）で発生した高圧高温の蒸気は蒸気タービン１０で膨張し、それによって発生した運動エネルギーで発電機１１を駆動して発電を行う。蒸気タービン１０で仕事をしたボイラ蒸気（排気蒸気）は、復水器１２において、復水器冷却管を流れる冷却媒体と熱交換することで凝縮し、ボイラ給水送液手段（給水ポンプ）１６によって再びボイラに送られる。ボイラへの給水を行うボイラ給水系には給水ポンプの他に復水ポンプや、脱気器、給水加熱器などが設けられているが図示を省略している。

通常、復水器冷却管を流れる冷却媒体には水が用いられる。復水器１２でボイラ蒸気と熱交換して温度上昇した冷却媒体は、冷却塔１３によって外気と接触し、蒸発作用によって冷却される。温度が低下した冷却媒体は冷却媒体送液手段（ポンプ）１５によって復水器内の冷却管に送液される。

一方、ボイラで燃焼した排ガス１は、ボイラ排ガス浄化システムに送られる。ボイラ排ガス浄化システムでは、排ガス１は、浄化装置である脱塵装置３によって灰分などガス中の固体成分が除去され、後流側の浄化装置である脱硫装置や煙突に送られる。脱塵装置３の性能を向上させるために、脱塵装置３の入口でボイラ排ガス１の温度を排ガスの酸露点未満とすることが行われている。そのために脱塵装置３の上流側に排ガス熱交換器２を設置して、熱回収媒体（排ガス側から見れば冷却媒体）に熱を伝えることで排ガス１を冷却することが行われている。

本実施例では排ガス熱交換器２で排ガスから熱を受け取る熱回収媒体（冷却媒体）として、蒸気タービン１０で仕事をしたボイラ蒸気を冷却凝縮させる冷却媒体の流通系から冷却媒体を一部分岐して使用する。即ち、本実施例では、復水器１２の冷却系の冷却媒体を復水器入側の上流側で分岐し排ガス熱交換器２に送液する管路を有し、ボイラ蒸気の冷却媒体送液手段１５から輸送された冷却媒体は、流量調節手段２００によって一部が排ガス熱交換器２に送られる。流量調節手段には例えばオリフィスやバルブを用いることができる。冷却媒体（熱回収媒体）は排ガス熱交換器２で熱を受け取り温度上昇する一方、ボイラ排ガス１は酸露点未満の温度に冷却される。排ガス熱交換器２で温度上昇した冷却媒体（熱回収媒体）は、復水器１２でボイラ蒸気と熱交換し熱を与えられた冷却媒体と合流して冷却塔１３で冷却される。即ち、本実施例では、排ガス熱交換器において熱回収した媒体を復水器１２の冷却系の復水器出側に合流させる管路を有する。

本実施例においては、ボイラ蒸気、あるいはボイラ給水系が有する熱と、ボイラ排ガス１から廃棄される熱がそれぞれ直接影響し合う部分がないために、蒸気タービン１０による発電の制御において、ボイラ排ガス１から廃棄される熱を考慮する必要がない。従って、本実施例によれば、蒸気タービン側に複雑な制御が必要となる連携運転を行うことなく、ボイラ排ガスの温度を熱交換により低下して脱塵効率を向上させることができる。また、本実施例によれば、既存のシステムを用いて排ガスの熱エネルギーを廃棄することができるので、新たに冷却設備を設置することなく、脱塵効率を向上させるためにボイラ排ガスを効果的に冷却することができる。

本実施例の構成を図２に示す。本実施例は、基本的には上述の実施例１と同様であり、実施例１と相違する点は、復水器の冷却系に流す冷却媒体として海水または河川水を用いた点である。なお、図１に示す構成と同一のものについては、同一の符号を付しており、また、説明を省略する。

本実施例では復水器１２の冷却管に流す冷却媒体として、海または河川から取水した海水または河川水１４を用いている。冷却媒体である海水または河川水１４は、実施例１と同様に、一部が排ガス熱交換器２に送液され、排ガス熱交換器２においてボイラ排ガス１と熱交換する。ボイラ排ガス１から熱回収し温度上昇した冷却媒体（熱回収媒体）は、復水器１２においてボイラ蒸気（排気蒸気）と熱交換し温度上昇した冷却媒体と合流して海や河川に放流される。冷却媒体として湖水を用いても良い。

本実施例においても、実施例１と同様に、ボイラ蒸気、あるいはボイラ給水系が有する熱と、ボイラ排ガス１から廃棄される熱がそれぞれ直接影響し合う部分がないために、蒸気タービン１０による発電の制御において、ボイラ排ガス１から廃棄される熱を考慮する必要がない。従って、本実施例においても実施例１と同様な効果が得られる。

本実施例の構成を図３に示す。本実施例は、基本的には上述の実施例２と同様であり、実施例２と相違する点は、復水器の冷却系の冷却媒体とボイラ排ガスからの熱を伝える冷却媒体（熱回収媒体）を混合しないようにした点である。なお、図１や図２に示す構成と同一のものについては、同一の符号を付しており、また、説明を省略する。なお、後述の実施例との関係を明確化するため、本実施例では排ガス熱交換器２においてボイラ排ガス１の熱を受け取る冷却媒体（熱回収媒体）を第一媒体とする。第一媒体は復水器の冷却系の冷却媒体と同一の物質でも良いし、異なる物質でも良い。

第一媒体は第一媒体送液手段（ポンプ）４によって輸送され、排ガス熱交換器２においてボイラ排ガス１から熱を受け取って温度上昇する。一方でボイラ排ガス１の温度は酸露点未満となる。温度上昇した第一媒体が流れる配管系（第一媒体流通管５）は復水器１２内を通過するように配置されている。

復水器１２において、排ガス熱交換器２から送られてきた第一媒体は復水器の冷却系の冷却媒体との間で熱交換することよって冷却され、再び第一媒体送液手段４により排ガス熱交換器２へ輸送される。実施例１や実施例２では回収した熱エネルギーを冷却媒体に直接廃棄していると言えるのに対して、本実施例では回収した熱エネルギーを冷却媒体に間接的に廃棄していると言える。即ち、本実施例においてもボイラ排ガスから回収した熱エネルギーを火力発電システムの復水器の冷却系に廃棄している。なお、復水器１２における第一媒体の冷却は、例えば第一媒体流通管５を復水器の冷却管と熱伝達が容易であるように接触して敷設することにより達成可能である。また、冷却された第一媒体は第一媒体送液手段４を用いて送液するために、全て液体であることが必要である。

本実施例において、ボイラ蒸気（排気蒸気）が冷却凝縮した液の温度は、第一媒体の流通の有無で大きく変わらない。これはボイラ蒸気（排気蒸気）の凝縮潜熱に比べて、第一媒体の有するボイラ排ガス１からもたらされた熱がはるかに小さいことによる。このため本実施例においても、実施例１や実施例２と同様、蒸気タービン１０による発電の制御において、ボイラ排ガス１から廃棄される熱を考慮する必要がない。従って、本実施例においても実施例１や実施例２と同様な効果が得られる。また、本実施例では第一媒体が復水器の冷却媒体と直接接しないので、復水器の冷却媒体に含まれる不純物によって劣化しない。従って、不純物による排ガス熱交換器２の劣化を防止することができる。

なお、本実施例では、復水器の冷却系を流れる冷却媒体として実施例２と同様に海水または河川水１４を用いているが、復水器の冷却系として実施例１と同様な冷却塔を用いた場合にも適用可能である。

本実施例の構成を図４に示す。本実施例は、ボイラ排ガスから回収した熱エネルギーを復水器の冷却系に最終的に廃棄する点では、上述の実施例１と同様であり、実施例１と相違する点は、実施例１の火力発電システムに、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてランキンサイクルで発電を行う系統を付加した点である。なお、図１に示す構成と同一のものについては、同一の符号を付しており、また、説明を省略する。

本実施例で付加した系統では、排ガス熱交換器で第一媒体を介してボイラ排ガスから熱回収し、さらに別の熱交換器（第二媒体蒸発器）を用いて第一媒体から第二媒体に熱を移動させ、第二媒体を用いて発電を行い、残った熱を蒸気タービンの復水器の冷却系に廃棄するようにしている。

本実施例では、ボイラ排ガスから回収した熱に由来する熱を最終的に復水器の冷却系に廃棄していると言える。言い換えれば、排ガス熱交換器で回収した熱は別の熱交換器（及び別の媒体）を介して間接的に復水器の冷却系に廃棄していると言える。即ち、本発明において、ボイラ排ガスから回収した熱エネルギーを復水器の冷却系に廃棄するということは、火力発電システム（蒸気タービン）の運転制御に直接関係しない範囲において、回収した熱エネルギーを有効利用して、ボイラ排ガスから回収した熱に由来する熱として最終的に復水器の冷却系に廃棄する場合も含むものである。

本実施例では、排ガス熱交換器２においてボイラ排ガス１から熱を受け取る第一媒体は、第一媒体送液手段（ポンプ）４によって、排ガス熱交換器２と第二媒体蒸発器１００の間で循環する。排ガス熱交換器２において第一媒体はボイラ排ガス１から熱を受け取り温度上昇する。その一方で、ボイラ排ガス１の温度は酸露点未満に低下する。そして、排ガス熱交換器２で熱を受け取り温度上昇した第一媒体は、第二媒体蒸発器１００において、持っている熱を第二媒体に受け渡して第二媒体を蒸発させる。一方、第一媒体自身は温度が低下する。温度が低下した第一媒体は再度第一媒体送液手段４によって排ガス熱交換器２に送液される。

本実施例において、第二媒体には比較的沸点が低い物質、例えば炭化水素や代替フロン等の含フッ素化合物などを用いることができる。

第二媒体蒸発器１００で蒸発した気体の第二媒体は、タービンなどの第二媒体膨張機１０１で膨張し、それによって生じた運動エネルギーによって第二媒体膨張機に接続した発電機１１を駆動して発電を行う。膨張した第二媒体は、第二媒体凝縮器１０２において、復水器の冷却系からの冷却媒体によって冷却凝縮され液体となる。冷却されて液体となった第二媒体は第二媒体送液手段（ポンプ）１０３によって昇圧され、第二媒体蒸発器１００に送られる。

本実施例において、第二媒体によるランキンサイクルは、第二媒体蒸発器１００、第二媒体膨張機１０１、第二媒体凝縮器１０２、第二媒体送液手段１０３、およびこれらを接続する第二媒体流通管１１０で構成される。

また、ランキンサイクル中で、付随する熱のやりとりがある場合も考えられる。例えば、第二媒体送液手段１０３と第二媒体蒸発器１００の間に予熱器を設けて第二媒体を加熱することも可能である。

なお、図４に示す実施例では、第二媒体のランキンサイクルを用いて発電する例を示しているが、第二媒体膨張機１０１に接続した発電機１１の代わりに、第二媒体膨張機１０１に機械装置を接続し第二媒体膨張機の運動エネルギーをそのまま動力として回収することも可能である（後述の実施例５〜１３も同様）。

第二媒体凝縮器１０２において第二媒体を冷却する冷却媒体は、実施例１と同様に冷却媒体送液手段１５を用いて輸送され、その一部が流量調節手段２００を介して第二媒体凝縮器１０２に送られる。第二媒体凝縮器１０２において第二媒体から熱を受け取り温度上昇した冷却媒体は、復水器１２においてボイラ蒸気（排気蒸気）と熱交換した冷却媒体と合流したのち、冷却塔１３に入って冷却される。冷却された冷却媒体は再度冷却媒体送液手段１５によって循環輸送される。

本実施例においても、ボイラ蒸気、あるいはボイラ給水系が有する熱と、ボイラ排ガス１から廃棄される熱がそれぞれ直接影響し合う部分がないために、蒸気タービン１０による発電の制御において、ボイラ排ガス１から廃棄される熱を考慮する必要がない。従って、本実施例においても実施例１と同様な効果が得られる。

また、通常、ランキンサイクルにおいては冷却温度が変動することによって取り出せるエネルギーが大きく変動する。本実施例においては、ボイラ排ガス１から与えられる熱（ボイラ排ガスの廃熱量）に比べて、復水器１２で熱交換される熱（蒸気タービンの復水器の冷却系で扱う熱量）がはるかに大きい。従って、第二媒体凝縮器１０２に入る冷却媒体の温度は変動が極めて小さい。このため、本実施例においては第二媒体のランキンサイクルを用いた発電や動力回収を安定的に実施することができる。また、第二媒体による発電や動力回収を行う場合には、通常、第二媒体専用の冷却設備が必要であるが、本実施例では蒸気タービンの復水器の冷却系を使用するために、冷却設備の数を削減することができる。

本実施例の構成を図５に示す。本実施例は、図２に示す実施例２の火力発電システムに、図４の実施例と同様に、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてランキンサイクルで発電を行う系統を付加したものである。なお、図１、図２、図４に示す構成と同一のものについては、同一の符号を付しており、また、説明を省略する。

本実施例は、実施例２による効果と実施例４による効果を併せ持つ。なお、第二媒体送液手段１０３と第二媒体蒸発器１００の間に予熱器を設けて第二媒体を加熱することなど、図示した構成からの一部変更は、実施例４と同様に可能である。

本実施例の構成を図６に示す。本実施例は、図３に示す実施例３の火力発電システムに、図４の実施例と同様に、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてランキンサイクルで発電を行う系統を付加したものである。なお、図１、図３、図４に示す構成と同一のものについては、同一の符号を付しており、また、説明を省略する。

本実施例では、ボイラ排ガス１に由来する熱を廃棄するために使用する媒体を、復水器の冷却系の冷却媒体とは別の媒体（本実施例においては第三媒体）とし、復水器の冷却系の冷却媒体と第三媒体を混合しないようにしたものである。

本実施例では、第二媒体は第二媒体凝縮器１０２において第三媒体によって冷却、凝縮される。第二媒体の熱を受け取って温度上昇した第三媒体は、復水器１２において、冷却媒体によって冷却され、第三媒体送液手段（ポンプ）３００によって再び第二媒体凝縮器１０２に循環輸送される。

ここで第三媒体は第一媒体、第二媒体、冷却媒体のいずれかと同一の物質であっても良いし、またいずれとも異なっていても良い。

復水器１２における第三媒体の冷却は、実施例３と同様に、例えば第三媒体流通管３０１を復水器の冷却管と熱伝達が容易であるように接触して敷設することにより達成可能である。また、冷却された第三媒体は第三媒体送液手段３００を用いて送液するために、全て液体であることが必要である。

本実施例においては、実施例３と同様に、ボイラ蒸気が冷却凝縮した液の温度は、第三媒体の流通の有無で大きく変わらない。これはボイラ蒸気の凝縮潜熱に比べて、第三媒体の有するボイラ排ガス１に由来する熱がはるかに小さいことによる。このため本実施例においても、蒸気タービン１０による発電の制御において、ボイラ排ガス１から廃棄される熱を考慮する必要がない。従って、本実施例においても実施例３と同様な効果が得られる。

また本実施例においては、実施例４と同様に、ボイラ排ガス１から与えられる熱に比べて、復水器１２で熱交換される熱がはるかに大きいので、第二媒体凝縮器１０２に入る第三媒体の温度は変動が極めて小さい。このため、本実施例においても第二媒体のランキンサイクルを用いた発電や動力回収を安定的に実施することができる。

なお、本実施例は、復水器の冷却系として実施例１や実施例４と同様な冷却塔を用いた場合にも適用可能である。また、第二媒体送液手段１０３と第二媒体蒸発器１００の間に予熱器を設けて第二媒体を加熱することなど、図示した構成からの一部変更は、実施例４や実施例５と同様に可能である。

本実施例の構成を図７に示す。本実施例は、図３に示す実施例３の火力発電システムに、実施例４〜実施例６と同様に、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてランキンサイクルで発電を行う系統を付加したものである。なお、図１、図３〜６に示す構成と同一のものについては、同一の符号を付しており、また、説明を省略する。

本実施例で付加した系統は、実施例４〜実施例６と同様に、排ガス熱交換器で第一媒体を介してボイラ排ガスから熱回収し、さらに別の熱交換器（第二媒体蒸発器）を用いて第一媒体から第二媒体に熱を移動させ、第二媒体を用いて発電を行い、残った熱を蒸気タービンの復水器の冷却系に廃棄するようにしている。実施例４〜実施例６と異なる点は、ランキンサイクルの作動媒体（本実施例では第二媒体）の冷却、凝縮を、第二媒体凝縮器１０２ではなく、復水器１２において行うことである。

即ち、第二媒体膨張機で仕事をした第二媒体は、復水器１２において、冷却媒体によって冷却、凝縮される。液体となった第二媒体は、第二媒体送液手段１０３によって昇圧され第二媒体蒸発器１００に送られる。

復水器１２における第二媒体の冷却は、実施例３や実施例６と同様に、例えば第二媒体流通管１１０を復水器の冷却管と熱伝達が容易であるように接触して敷設することにより達成可能である。また、冷却された第二媒体は第二媒体送液手段１０３を用いて送液するために、全て液体であることが必要である。

本実施例においては、実施例３や実施例６と同様に、ボイラ蒸気が冷却凝縮した液の温度は、第二媒体の流通の有無で大きく変わらない。これはボイラ蒸気の凝縮潜熱に比べて、第二媒体の有するボイラ排ガス１に由来する熱がはるかに小さいことによる。このため本実施例においても、蒸気タービン１０による発電の制御において、ボイラ排ガス１から廃棄される熱を考慮する必要がない。従って、本実施例においても実施例３や実施例６と同様な効果が得られる。

また本実施例においては、実施例４と同様に、ボイラ排ガス１から与えられる熱に比べて、復水器１２で熱交換される熱がはるかに大きいので、復水器１２を通過した後の第二媒体の温度（第二媒体凝縮器１０２に入る第二媒体の温度）は変動が極めて小さい。このため、本実施例においても第二媒体のランキンサイクルを用いた発電や動力回収を安定的に実施することができる。

なお、本実施例は、復水器の冷却系として実施例１や実施例４と同様な冷却塔を用いた場合にも適用可能である。また、第二媒体送液手段１０３と第二媒体蒸発器１００の間に予熱器を設けて第二媒体を加熱することなど、図示した構成からの一部変更は、実施例４〜実施例６と同様に可能である。

本実施例の構成を図８に示す。本実施例は、図２に示す実施例２の火力発電システムに、実施例４〜実施例７と同様に、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてランキンサイクルで発電を行う系統を付加したものである。なお、図１、図２、図４〜７に示す構成と同一のものについては、同一の符号を付しており、また、説明を省略する。

本実施例で付加した系統は、実施例４〜実施例７と同様に、排ガス熱交換器でボイラ排ガスから熱回収し、回収した熱を利用して発電を行い、残った熱を蒸気タービンの復水器の冷却系に廃棄するようにしている。実施例４〜実施例７と異なる点は、別の熱交換器（第二媒体蒸発器）を用いることなく、排ガス熱交換器においてランキンサイクルの作動媒体（本実施例では第二媒体）を直接蒸発させることである。従って、本実施例では、排ガス熱交換器は、排ガス熱交換器兼第二媒体蒸発器１０４となる。また、本実施例においては、作動媒体（第二媒体）の冷却、凝縮を、実施例４〜６と同様に、第二媒体凝縮器１０２で行っている。

ボイラ排ガス１は、排ガス熱交換器兼第二媒体蒸発器１０４において、第二媒体と熱交換して温度が酸露点未満に低下する。一方で第二媒体は排ガス熱交換器兼媒第二体蒸発器１０４において蒸発して気体になり、第二媒体膨張機１０１で膨張し、それによって生じた運動エネルギーによって第二媒体膨張機に接続した発電機１１を駆動して発電を行う。

第二媒体膨張機１０１で仕事をした第二媒体は第二媒体凝縮器１０２において冷却媒体によって冷却凝縮され液体となる。冷却されて液体となった第二媒体は第二媒体送液手段１０３によって昇圧され、排ガス熱交換器兼第二媒体蒸発器１０４に送られる。

本実施例において、第二媒体には実施例４と同様比較的沸点が低い物質、例えば炭化水素や代替フロン等の含フッ素化合物などが用いられるが、ボイラ排ガスの温度が高い場合にはそれよりも沸点が高い水などの物質を用いることも可能である。

本実施例においては、実施例４や実施例５と同様に、ボイラ蒸気、あるいはボイラ給水系が有する熱と、ボイラ排ガス１から廃棄される熱がそれぞれ直接影響し合う部分がないために、蒸気タービン１０による発電の制御において、ボイラ排ガス１から廃棄される熱を考慮する必要がない。従って、本実施例においても実施例４や実施例５と同様な効果が得られる。

また本実施例においては、ボイラ排ガス１から与えられる熱に比べて、復水器１２で熱交換される熱がはるかに大きいので、第二媒体凝縮器１０２に入る冷却媒体の温度は変動が極めて小さい。このため、本実施例においても第二媒体のランキンサイクルを用いた発電や動力回収を安定的に実施することができる。

なお、本実施例は、復水器の冷却系として実施例１や実施例４と同様な冷却塔を用いた場合にも適用可能である。また、第二媒体送液手段１０３と排ガス熱交換器兼第二媒体蒸発器１０４の間に予熱器を設けて第二媒体を加熱することなど、図示した構成からの一部変更は、実施例４〜実施例７と同様に可能である。

本実施例の構成を図９に示す。本実施例は、図３に示す実施例３の火力発電システムに、実施例４〜実施例８と同様に、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてランキンサイクルで発電を行う系統を付加したものである。なお、図１、図３、図４〜８に示す構成と同一のものについては、同一の符号を付しており、また、説明を省略する。

本実施例で付加した系統は、実施例４〜実施例８と同様に、排ガス熱交換器でボイラ排ガスから熱回収し、回収した熱を利用して発電を行い、残った熱を蒸気タービンの復水器の冷却系に廃棄するようにしている。本実施例では、実施例８と同様に、別の熱交換器（第二媒体蒸発器）を用いることなく、排ガス熱交換器兼第二媒体蒸発器１０４においてランキンサイクルの作動媒体（本実施例では第二媒体）を直接蒸発させている。また、本実施例においては、作動媒体（第二媒体）の冷却、凝縮を、実施例４〜６と同様に、第二媒体凝縮器１０２で行っている。そして、本実施例においては、実施例６と同様に、ボイラ排ガス１に由来する熱を廃棄するために使用する媒体を、復水器の冷却系の冷却媒体とは別の媒体（本実施例においては第三媒体）とし、復水器の冷却系の冷却媒体と第三媒体を混合しないようにしたものである。本実施例においも、第三媒体は、実施例６と同様に、第一媒体、第二媒体、冷却媒体のいずれかと同一の物質であっても良いし、またいずれとも異なっていても良い。

本実施例においても、実施例３や実施例６と同様に、ボイラ蒸気が冷却凝縮した液の温度は、第三媒体の流通の有無で大きく変わらない。従って、本実施例においても実施例３や実施例６と同様な効果が得られる。

また本実施例においては、実施例６と同様に、ボイラ排ガス１から与えられる熱に比べて、復水器１２で熱交換される熱がはるかに大きいので、第二媒体凝縮器１０２に入る第三媒体の温度は変動が極めて小さい。このため、本実施例においても第二媒体のランキンサイクルを用いた発電や動力回収を安定的に実施することができる。

なお、本実施例は、復水器の冷却系として実施例１や実施例４と同様な冷却塔を用いた場合にも適用可能である。また、第二媒体送液手段１０３と排ガス熱交換器兼第二媒体蒸発器１０４の間に予熱器を設けて第二媒体を加熱することなど、図示した構成からの一部変更は、実施例４〜実施例８と同様に可能である。

本実施例の構成を図１０に示す。本実施例は、図３に示す実施例３の火力発電システムに、実施例４〜実施例９と同様に、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてランキンサイクルで発電を行う系統を付加したものである。なお、図１、図３、図４〜９に示す構成と同一のものについては、同一の符号を付しており、また、説明を省略する。

本実施例で付加した系統は、実施例４〜実施例９と同様に、排ガス熱交換器でボイラ排ガスから熱回収し、回収した熱を利用して発電を行い、残った熱を蒸気タービンの復水器の冷却系に廃棄するようにしている。本実施例では、別の熱交換器（第二媒体蒸発器）を用いることなく、実施例８や実施例９と同様に、排ガス熱交換器兼第二媒体蒸発器１０４においてランキンサイクルの作動媒体（本実施例では第二媒体）を直接蒸発させている。そして、本実施例においては、作動媒体（第二媒体）の冷却、凝縮を、第二媒体凝縮器１０２を用いることなく、復水器２内で行っている。復水器２内における作動媒体（第二媒体）の冷却、凝縮は、実施例３と同様に、復水器の冷却系の冷却媒体と第二媒体を混合しないようにして行っている。

第二媒体膨張機１０１で仕事をした第二媒体は復水器２の冷却系の冷却媒体によって冷却凝縮され液体となる。冷却されて液体となった第二媒体は第二媒体送液手段１０３によって昇圧され、排ガス熱交換器兼第二媒体蒸発器１０４に送られる。

復水器１２における第二媒体の冷却は、実施例３などと同様に、例えば第二媒体流通管１１０を復水器の冷却管と熱伝達が容易であるように接触して敷設することにより達成可能である。なお、復水器１２で冷却された後の第二媒体は第二媒体送液手段１０３を用いて送液するために、全て液体となっていることが必要である。

本実施例においても、実施例３などと同様に、ボイラ蒸気が冷却凝縮した液の温度は、第二媒体の流通の有無で大きく変わらない。従って、本実施例においても実施例３などと同様な効果が得られる。

また本実施例においては、実施例４などと同様に、ボイラ排ガス１から与えられる熱に比べて、復水器１２で熱交換される熱がはるかに大きいので、復水器１２を通過した後の第二媒体の温度は変動が極めて小さい。このため、本実施例においても第二媒体のランキンサイクルを用いた発電や動力回収を安定的に実施することができる。

なお、本実施例は、復水器の冷却系として実施例１や実施例４と同様な冷却塔を用いた場合にも適用可能である。また、第二媒体送液手段１０３と排ガス熱交換器兼第二媒体蒸発器１０４の間に予熱器を設けて第二媒体を加熱することなど、図示した構成からの一部変更は、実施例４〜実施例９と同様に可能である。

本実施例の構成を図１１に示す。本実施例は、図４に示す実施例４における、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてランキンサイクルで発電を行う系統に代えて、実施例１の火力発電システムに、ボイラ排ガスから回収した熱を用いてカリーナサイクルで発電を行う系統を付加したものである。なお、図１や図４に示す構成と同一のものについては、同一の符号を付しており、また、説明を省略する。

本実施例のカリーナサイクルで発電を行う系統では、第二媒体蒸発器１００において第二媒体が一部蒸発気化される。即ち、本実施例においては、第二媒体には沸点の異なる二成分以上の物質が混合された溶液が用いられる。例としてはアンモニア水が知られている。

第二媒体蒸発器１００において、第二媒体は低沸点成分が優勢に蒸発し、低沸点成分が多く占める気相を生成する。気相と液相が混合した第二媒体は気液分離器１０５に入って、気相が上部から、液相が下部から排出される。

気液分離器１０５上部から出た第二媒体の気相成分は第二媒体膨張機１０１で膨張し、それによって生じた運動エネルギーによって第二媒体膨張機に接続した発電機１１を駆動して発電を行う。

一方、気液分離器１０５下部から排出される第二媒体の液相は、有している熱を予熱器１０６で、温度の低い第二媒体に与え、自身は温度低下する。予熱器を出た第二媒体液相は、圧力調節手段（バルブ）１０７によって減圧され、第二媒体膨張機１０１で仕事をした第二媒体気相と合流する。圧力調節手段１０７による減圧は、第二媒体膨張機１０１を通過した第二媒体気相の圧力と同程度になるように調節される。

合流した第二媒体の液相と気相は、第二媒体凝縮器１０２において冷却媒体によって冷却されるとともに、気相が液相に吸収されて液体となる。このことでわかるように、第二媒体は第二媒体凝縮器１０２において比較的容易に全て液化が可能であるような二成分以上の物質の組み合わせである必要がある。

液化された第二媒体は、第二媒体送液手段１０３によって昇圧され、予熱器１０６に送られて高温の第二媒体液相から熱を受けて温度上昇した後、第二媒体蒸発器１００に至る。

以上の説明から明らかなように、本実施例において、カリーナサイクルは、第二媒体を作動媒体とし、第二媒体送液手段１０３、予熱器１０６、第二媒体蒸発器１００、気液分離器１０５、第二媒体膨張機１０１、圧力調節手段１０７、第二媒体凝縮器１０２、およびこれらの構成間を接続する第二媒体流通管１１０によって構成される。また、カリーナサイクル中で、予熱器１０６のように付随する熱のやりとりを、別の部分に挿入して熱を有効利用することもできる。

本実施例においても、ボイラ蒸気、あるいはボイラ給水系が有する熱と、ボイラ排ガス１から廃棄される熱がそれぞれ直接影響し合う部分がない。従って、本実施例においても実施例１や実施例４などと同様な効果が得られる。

また、カリーナサイクルにおいても、通常、冷却温度が変動することによって取り出せるエネルギーが大きく変動する。本実施例においても、ボイラ排ガス１から与えられる熱に比べて、復水器１２で熱交換される熱がはるかに大きいので、第二媒体凝縮器１０２に入る冷却媒体の温度は変動が極めて小さい。このため、本実施例においても第二媒体のカリーナサイクルを用いた発電や動力回収を安定的に実施することができる。また、第二媒体による発電や動力回収を行う場合には、通常、第二媒体専用の冷却設備が必要であるが、本実施例でも蒸気タービンの復水器の冷却系を使用するために、冷却設備の数を削減することができる。

なお、本実施例は、復水器の冷却系に流す冷却媒体として海水または河川水を用いた場合にも適用可能である。また、カリーナサイクルを用いた本実施例に、上述したランキンサイクルを用いた数々の実施例を適用することができる。例えば、実施例６、実施例９のように復水器１２の冷却系の冷却媒体の代わりに第三媒体を用いて第二媒体の冷却液化を行ったり、実施例７、実施例１０のように第二媒体膨張機１０１で仕事をした第二媒体を復水器１２内において液化したり、実施例８〜１０のように排ガス熱交換器兼第二媒体蒸発器１０４において第二媒体の一部を蒸発気化させることも可能である。

本実施例の構成を図１２に示す。本実施例は、図４に示す実施例４の火力発電システムに、復水器１２と第二媒体凝縮器１０２とに冷却媒体を分岐させる場合、それぞれに分岐する冷却媒体の流量を調節する装置を付加したものである。なお、図１、図４に示す構成と同一のものについては、同一の符号を付しており、また、説明を省略する。

冷却媒体が第二媒体凝縮器１０２で受け取る熱はボイラ排ガス１に由来するものである。すなわち、ボイラ排ガス１の熱は排ガス熱交換器２で第一媒体に移動し、第二媒体蒸発器１００で第一媒体から第二媒体に移動する。さらにこの熱は第二媒体凝縮器１０２で冷却媒体に移動する。

冷却媒体は冷却媒体送液手段１５によって２つの流路に送られる。一方はボイラ蒸気（排気蒸気）の復水器１２に送られてそこで蒸気タービン１０で仕事をしたボイラ蒸気から熱を受け取る流路であり、もう一方は第二媒体凝縮器１０２に送られてそこで第二媒体膨張機１０１で仕事をした第二媒体から熱を受け取る流路である。

２つの流路への分岐量を制御するために、流量調節手段２００が用いられる。本実施例においては、流量調節手段２００は随時流量を調節可能である、例えば流量調節バルブが用いられる。また本実施例においては、冷却媒体が第二媒体凝縮器１０２の出口から、復水器１２を経由した冷却媒体と合流するまでの間に温度計測手段（センサ）２０１を挿入する。温度計測手段２０１は計測した部位の温度を信号として信号伝達手段（有線または無線）２０４を介して演算手段（制御装置）２０３に送達する。演算手段２０３は適宜演算を実施し、信号伝達手段２０３を介して流量調節手段２００に信号を送達する。演算手段２０３から流量調節手段２００に送られる信号は、流量調節手段２００において第二媒体凝縮器１０２側に流入する冷却媒体の流量を調整するための信号であり、例えば、流量調節手段２００が流量調節バルブの場合は、バルブ開度を調節する信号である。

演算手段においては、温度計測手段２０１が計測した温度が設定した温度を上回らないように、流量調節手段２００の流量を調節する。すなわち第二媒体から受け取る熱量が一定とすると、第二媒体凝縮器１０２出口における冷媒媒体温度は、冷却媒体流量が少ないほど高くなるからであり、設定温度を上回る温度が温度計測手段２０１で検出されると、それが信号伝達手段２０４、演算手段２０３を介して結果として流量調節手段２００における、第二媒体凝縮器１０２への冷却媒体の流量を増す。

なお、本実施例は、実施例４と同様に冷却媒体が冷却媒体送液手段１５によって２つの流路に送られる実施例５、８、１１にも適用できる。

また、本実施例は冷却媒体が２つの流路に分岐する場合について述べている。冷却する側の媒体が熱を受け取り上昇する温度を計測して、それを用いて冷却する側の媒体の流量を調節するという観点からは、本実施例は、実施例１や実施例２などにおいて排ガス熱交換器２を出た冷却媒体の温度を計測して、流量調節手段２００から排ガス熱交換器２側に流入する冷却媒体の流量を調節したり、実施例３などにおいて排ガス熱交換器２を出た第一媒体の温度を計測して、第一媒体送液手段４の流量を調節したり、実施例６や実施例９などにおいて第二媒体凝縮器１０２を出た第三媒体の温度を計測して第三媒体送液手段３００の流量を調節することにも同様に適用できる。

本実施例の構成を図１３に示す。本実施例は、図４に示す実施例４の火力発電システムに、復水器１２と第二媒体凝縮器１０２とに冷却媒体を分岐させる場合、それぞれに分岐する冷却媒体の流量を調節する装置を付加したもので、実施例１２における、第二媒体凝縮器１０２の出口の温度を測定して流量調節手段２００を制御することに代えて、第二媒体凝縮器１０２側へ流れる冷却媒体の流量を測定してその値により流量調節手段２００を制御するようにしたものある。なお、図１、図４、図１２に示す構成と同一のものについては、同一の符号を付しており、また、説明を省略する。

本実施例では、流量調節手段２００から、復水器１２を経由した冷却媒体と合流するまでの間に流量計測手段２０２を挿入している。流量計測手段（センサ）２０２は計測した部分の流量を信号として信号伝達手段２０４を介して演算手段２０３に送達する。演算手段２０３においては、流量計測手段２０２が計測した流量が設定した流量の範囲に収まるように、流量調節手段２００の流量を調節する。

なお、本実施例は、実施例４と同様に冷却媒体が冷却媒体送液手段１５によって２つの流路に送られる実施例５、８、１１にも適用できる。

また、本実施例は冷却媒体が２つの流路に分岐する場合について述べている。冷却する側の媒体の流量を計測して、それを用いて冷却する側の媒体の流量を調節するという観点からは、本実施例は、実施例１や実施例２などにおいて、流量調節手段２００から、復水器１２を経由した冷却媒体と合流するまでの間のいずれかの部分の流量を計測して、排ガス熱交換器２側に流入する流量を調節したり、実施例３などにおいて第一媒体流通管５のいずれかの部分の流量を計測して、第一媒体送液手段４の流量を調節したり、実施例６や実施例９において第三媒体流通管３０１のいずれかの部分の流量を計測して第三媒体送液手段３００の流量を調節することにも同様に適用できる
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。

また、水や蒸気の流れ，熱交換などは説明上必要と考えられるものを示しており、火力発電システムにおける全ての水や蒸気の流れ，熱交換などを示しているとは限らない。実際には火力発電システムの熱効率などを向上させるために、水や蒸気の流れ、熱交換などの工夫が種々行われている。

１ ボイラ排ガス
２ 排ガス熱交換器
３ 脱塵装置
４ 第一媒体送液手段
５ 第一媒体流通管
１０ 蒸気タービン
１１ 発電機
１２ 復水器
１３ 冷却塔
１４ 海水または河川水
１５ 冷却媒体送液手段
１６ ボイラ給水送液手段
１００ 第二媒体蒸発器
１０１ 第二媒体膨張機
１０２ 第二媒体凝縮器
１０３ 第二媒体送液手段
１０４ 排ガス熱交換器兼第二媒体蒸発器
１０５ 気液分離器
１０６ 予熱器
１０７ 圧力調節手段
１１０ 第二媒体流通管
２００ 流量調節手段
２０１ 温度計測手段
２０２ 流量計測手段
２０３ 演算手段
２０４ 信号伝達手段
３００ 第三媒体送液手段
３０１ 第三媒体流通管

Claims (15)

1. ボイラと、蒸気タービンと、復水器と、ボイラ給水系、ボイラ排ガス浄化システムとを備えた火力発電システムにおけるボイラ排ガス浄化方法であって、
   前記ボイラ排ガス浄化システムの浄化装置上流側に設置された熱交換器によりボイラ排ガスから熱回収し、
   前記熱交換器において回収した熱を前記復水器の冷却系に廃棄することを特徴とする火力発電システムにおけるボイラ排ガス浄化方法。
2. 請求項１において、
   前記蒸気タービンとは別の膨張機を備え、
   前記熱交換器で回収した熱を用いて、前記膨張機の作動媒体を蒸発させ、
   前記復水器の冷却系への熱廃棄を、前記膨張機で仕事をした前記作動媒体の冷却により行うことを特徴とする火力発電システムにおけるボイラ排ガス浄化方法。
3. 請求項１において、
   前記蒸気タービンとは別の膨張機を備え、
   前記熱交換器における熱回収を、前記膨張機の作動媒体を用いて行い、
   前記復水器の冷却系への熱廃棄を、前記膨張機で仕事をした前記作動媒体の冷却により行うことを特徴とする火力発電システムにおけるボイラ排ガス浄化方法。
4. ボイラと、蒸気タービンと、復水器と、ボイラ給水系、ボイラ排ガス浄化システムとを備えた火力発電システムであって、
   前記ボイラ排ガス浄化システムの浄化装置上流側に設置されボイラ排ガスから熱回収する熱交換器と、
   前記熱交換器と直接又は間接的に接続し前記熱交換器において熱回収した媒体又は前記熱回収した媒体と熱交換した他の媒体を前記復水器の冷却系の復水器出側に合流させる管路と、
   前記復水器の冷却系の冷却媒体を復水器入側の上流側で分岐し前記熱交換器に直接又は間接的に送液する管路を有することを特徴とする火力発電システム。
5. ボイラと、蒸気タービンと、復水器と、ボイラ給水系、ボイラ排ガス浄化システムとを備えた火力発電システムであって、
   前記ボイラ排ガス浄化システムの浄化装置上流側に設置されボイラ排ガスから熱回収する熱交換器と、
   前記熱交換器と入側と出側でそれぞれ直接又は間接的に接続し、前記熱交換器で熱回収した媒体又は前記熱回収した媒体と熱交換した他の媒体と前記復水器の冷却管を流れる冷却媒体との間で熱交換を行うように前記復水器内に配置した管路を有することを特徴とする火力発電システム。
6. 請求項４において、
   前記蒸気タービンとは別の設けられた膨張機と、
   前記熱交換器で熱回収した媒体と前記膨張機の作動媒体との間で熱交換を行う作動媒体蒸発器と、
   前記膨張機で仕事をした作動媒体と前記復水器の冷却系の冷却媒体との間で熱交換を行う作動媒体凝縮器を備えることを特徴とする火力発電システム。
7. 請求項５において、
   前記蒸気タービンとは別の設けられた膨張機と、
   前記熱交換器で熱回収した媒体と前記膨張機の作動媒体との間で熱交換を行う作動媒体蒸発器と、
   前記膨張機で仕事をした作動媒体と前記復水器の冷却系の冷却媒体で冷却された媒体との間で熱交換を行う作動媒体凝縮器を備えることを特徴とする火力発電システム。
8. 請求項５において、
   前記蒸気タービンとは別の設けられた膨張機と、
   前記熱交換器で熱回収した媒体と前記膨張機の作動媒体との間で熱交換を行う作動媒体蒸発器と、
   前記膨張機で仕事をした作動媒体と前記復水器内に配置した管路を流れる媒体との間で熱交換を行う作動媒体凝縮器を備えることを特徴とする火力発電システム。
9. 請求項４において、
   前記熱交換器で熱回収した媒体により駆動する膨張機と、
   前記膨張機で仕事をした媒体と前記復水器の冷却系の冷却媒体との間で熱交換を行う作動媒体凝縮器を備えることを特徴とする火力発電システム。
10. 請求項５において、
    前記熱交換器で熱回収した媒体により駆動する膨張機と、
    前記膨張機で仕事をした媒体と前記復水器の冷却系の冷却媒体で冷却された媒体との間で熱交換を行う作動媒体凝縮器を備えることを特徴とする火力発電システム。
11. 請求項５において、
    前記熱交換器で熱回収した媒体により駆動する膨張機と、
    前記膨張機で仕事をした媒体と前記復水器内に配置した管路を流れる媒体との間で熱交換を行う作動媒体凝縮器を備えることを特徴とする火力発電システム。
12. 請求項４、５、９のいずれかにおいて、
    前記分岐した管路に前記冷却媒体の流量調節手段としてオリフィスを設置したことを特徴とする火力発電システム。
13. 請求項４、５、９のいずれかにおいて、
    前記分岐した管路に前記冷却媒体の流量調節手段として流量調節バルブを設置したことを特徴とする火力発電システム。
14. 請求項１３において、
    前記流量調節バルブの流量制御を冷却媒体の温度を測定することにより行うことを特徴とする火力発電システム。
15. 請求項１３において、
    前記流量調節バルブの流量制御を冷却媒体の流量を測定することにより行うことを特徴とする火力発電システム。

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