JP2014009624A - 廃熱利用方法、廃熱利用システム及びボイラ排ガスの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
廃熱を利用してバイナリー発電を行う廃熱利用システムにおいて、バイナリー発電設備の緊急停止時などにおいて、バイナリー発電設備の運転状況に係わりなく廃熱が回収される設備から安定的に熱回収することが可能な廃熱利用システムを提供する。
【解決手段】
排ガスの廃熱を第一媒体で熱回収する熱交換器、第一媒体と熱交換して第二媒体を蒸発させる蒸発器、蒸発器で発生した第二媒体の蒸気で駆動するタービン、タービンで仕事をした第二媒体の蒸気を第三媒体と熱交換して凝縮する凝縮器、第三媒体を第四媒体と熱交換して冷却する冷却装置とを備え、第一媒体を冷却装置でも冷却可能なように構成する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、廃熱利用方法、廃熱利用システムボイラ及び排ガスの処理方法に関する。

近年、プラント設備や工場の中低温廃熱、地熱などに代表される熱エネルギーを有効利用するため、熱エネルギーを作動媒体の加熱に用いて発電を行うバイナリー発電システムが開発されている（例えば特許文献１）。バイナリー発電システムは、例えば地熱などにより低沸点の作動媒体を蒸発させ、発生した作動媒体蒸気によりタービンを駆動して発電を行うもので、地熱水などの熱源媒体と作動媒体との熱交換を行い、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、作動媒体蒸気により駆動されるタービンと、タービンで仕事をした作動媒体蒸気を凝縮させる凝縮器などから構成される。

特許文献１では、バイナリー発電プラントのプラント緊急停止時に作動媒体が異常加熱されるのを防止するため、バイナリー発電プラントのタービンを迂回して蒸発器と凝縮器とを連絡しプラント緊急停止時に開となるバイパス配管を設置し、蒸発器へ熱源媒体を供給する配管の上流側部位にプラント緊急停止時に冷却用流体を供給する緊急冷却装置を設置することが記載されている。

特開平5-272308号公報

特許文献１のシステムでは、緊急停止時にバイナリー発電プラント内の蒸発器で連続的に作動媒体蒸気が発生することを防止し、作動媒体の熱劣化を防止する効果がある。

一方、例えば、火力発電所のボイラ排ガスの廃熱を利用してバイナリー発電を行うシステムでは、廃熱利用の他に例えばボイラ排ガスの冷却という目的を有する。このようなシステムにおいて、バイナリー発電設備内のタービンが緊急停止した場合、特許文献１のように作動媒体を迂回するバイパス配管を設けるなどして、バイナリー発電設備内を安全に運用、停止したとしても、次のような課題が残る。

即ち、ボイラ排ガスの廃熱を回収する熱源媒体の温度バランスがくずれ、ボイラ排ガスを設計通り冷却できなくなるため、火力発電システムの排煙処理設備本体の不具合の原因となる可能性がある。つまり、従来の廃熱利用システムにおいては、廃熱利用側プラントの緊急停止時、廃熱利用側プラントの設備に不具合が生じないようにすることは検討されていたが、廃熱が回収される側の設備への影響については考慮されていなかった。

また、例えば、火力発電システム本体や排煙処理設備の起動時は、ボイラ排ガス温度が十分に上昇していないため、バイナリー発電設備も定格運転に至らないことから、発電システム排煙処理設備本体の運転に支障の無いように、ボイラ排ガス温度を調整した方が望ましい場合もある。また、バイナリー発電設備の運転状態に関係なく、廃熱回収を定常状態にしたい場合もある。

本発明の目的は、廃熱を利用してバイナリー発電を行う廃熱利用システムにおいて、バイナリー発電設備の緊急停止時などにおいて、バイナリー発電設備の運転状況に係わりなく廃熱が回収される設備から安定的に熱回収することが可能な廃熱利用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に本発明は、排ガスの廃熱を第一媒体で熱回収する熱交換器、第一媒体と熱交換して第二媒体を蒸発させる蒸発器、蒸発器で発生した第二媒体の蒸気で駆動するタービン、タービンで仕事をした第二媒体の蒸気を第三媒体と熱交換して凝縮する凝縮器、第三媒体を第四媒体と熱交換して冷却する冷却装置とを備え、第一媒体を冷却装置でも冷却可能なように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、バイナリー発電設備の緊急停止時などにおいて、バイナリー発電設備の運転状況に係わりなく廃熱が回収される設備から安定的に熱回収することが可能となる。

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。

火力発電プラントのボイラ排煙処理設備に本発明の廃熱利用システムを設置した場合のフロー図。 本発明の実施例に係るシステム構成図。 本発明の他の実施例に係るシステム構成図。 本発明の他の実施例に係るシステム構成図。 本発明の他の実施例に係るシステム構成図。 本発明の他の実施例に係るシステム構成図。 本発明の他の実施例に係るシステム構成図。 本発明の他の実施例に係るシステム構成図。 本発明の他の実施例に係るシステム構成図。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、以下の説明では、火力発電プラントの微粉炭焚きボイラ排ガスの廃熱を回収して利用するバイナリー発電設備を備えた廃熱利用システムについて記述しているが、廃熱の熱源は同等な熱エネルギーを回収できればよく、排ガスはボイラ排ガスに限定するものではない。

図１は、廃熱が回収される装置を火力発電プラントのボイラ排煙処理装置とし、このボイラ排煙処理装置に本発明の廃熱利用システムを設置した場合の全体フローを示す。

ボイラ1で発生した燃焼排ガス2は、窒素酸化物（NOx）を除去する脱硝装置3、燃焼用空気を熱交換で加熱するエアヒータ4を経て、熱交換器5に導入される。熱交換器5で熱回収されたあとの排ガス2は、さらに煤塵を除去する集塵装置6、硫黄酸化物（SOx）を除去する脱硫装置7を経て煙突8から大気へ放出される。熱交換器5では第一媒体（熱源媒体）で排ガスの熱を回収し、この第一媒体をバイナリー発電設備9へ流通する。燃焼排ガス2の廃熱を回収する熱交換器5は、図1のように集塵装置6の上流に設置すると、集塵装置入口ガス温度を下げることで集塵装置の脱塵性能が高くなる効果がある。熱交換器5は、燃焼排ガス2の廃熱を回収することが目的であり、ボイラ排煙処理装置の構成により、その設置位置は特に限定されない。

このような廃熱利用システムにおいて、排煙処理装置が定格で稼動中にバイナリー発電設備にトラブルが発生した場合、排煙処理設備を稼動継続するには、燃焼排ガス2の廃熱を回収する第一媒体を、バイナリー発電設備に流通することなく、冷却できればよい。以下、本発明の廃熱利用システムの実施例の詳細について説明する。

図2に、本実施例に係る廃熱利用システム構成を示す。燃焼排ガス2の排ガス流路に熱交換器5を設置する。熱交換器5は、第一媒体（バイナリー発電設備における熱源媒体）で熱交換し燃焼排ガス2の廃熱を回収する。熱交換器5出口排ガス配管には温度検出器25が設置されている。第一媒体としては水が広く用いられるが、特にこれに限定されるものではない。

第一媒体は、第一媒体配管11を介して熱交換器5からバイナリー発電設備9に導入され、バイナリー発電設備9内でその熱エネルギーを回収された後、ポンプ18により第一媒体配管12を介して熱交換器5へ戻される。第一媒体配管12の熱交換器5入口付近には、温度検出器26が設置されている。第一媒体配管11と第一媒体配管12を接続する第一媒体配管13は、バイナリー発電設備9から戻る第一媒体の熱交換器5への流量調整のために設置されたバイパス配管である。第一媒体配管13には、流量調節バルブ21が設置されており、熱交換器5を迂回して第一媒体を第一媒体配管11へ戻す量を調整する。第一媒体配管12の熱交換器5入口に設置されたバルブ22により、第一媒体の熱交換器への流通を調整する。

バイナリー発電設備9では、第一媒体を蒸発器31へ導入し第二媒体（バイナリー発電設備における作動媒体）と熱交換することで第二媒体の蒸気を発生させ、第二媒体の蒸気をタービン32に導入してタービン32を駆動して発電機33で発電する。タービン32出口の第二媒体蒸気（タービン32で仕事をした第二媒体蒸気）は、第二媒体配管36を経由し凝縮器34へ導入されて冷却されて凝縮液となり、この第二媒体凝縮液はポンプ35により、蒸発器31へ戻される。蒸発器31出口の第二媒体蒸気は、第二媒体バイパス配管37を通ることでタービン32を迂回して凝縮器34へ導入することもできる。

バイナリー発電設備9を構成する主要な機器は、蒸発器31、タービン32、発電機33及び凝縮器34である。これ以外の機器は適宜用いられるものである。また、バイナリー発電設備内の第二媒体蒸気のタービンを迂回する流路についても必須ではない。

バイナリー発電設備9に使用する第二媒体は、中低温排ガスの廃熱を回収した第一媒体との熱交換で、蒸発する性質の低沸点媒体を使用する。低沸点媒体としては、HCFC、HFC、HFE、HFOやこれらフロン類の混合媒体、プロパン、ブタン、ペンタンなどの炭化水素類、フロン類と炭化水素類の混合媒体、アンモニア水などがある。

バイナリー発電設備9の凝縮器34は第三媒体で冷却される。第三媒体は、別途設置された冷却装置10から第三媒体配管42を経由してポンプ43により凝縮器34へ送られる。凝縮器34で第二媒体の熱をうばった第三媒体は、第三媒体配管41から冷却装置10へ戻され、第四媒体により冷却される。第三媒体としては水が広く用いられるが、特にこれに限定されない。冷却装置10には、第四媒体として空気を用いる密閉式冷却塔や開放式冷却塔、第四媒体として水などの冷媒を用いる熱交換器が適用できる。

熱交換器5からバイナリー発電設備9へ第一媒体を導入する第一媒体配管11は、バイナリー発電設備9の凝縮器34を循環する第三媒体の出口から冷却装置10への流路である第三媒体配管41と、第一媒体バイパス配管14で接続されている。なお、第一媒体バイパス配管14は冷却装置10に直接導入するようにしても良い。

また、バイナリー発電設備9から熱交換器5へ第一媒体を導入する第一媒体配管12は、冷却装置10から凝縮器34へ第三媒体を導入する第三媒体配管42と第一媒体バイパス配管15で接続されている。なお、第一媒体バイパス配管15は冷却装置10から直接取り出すようにしても良い。

第一媒体バイパス配管14及び15を有することによって、第一媒体は、冷却装置10へ導入され、冷却装置10において第四媒体で冷却された後、ポンプ19で第一媒体配管12に戻され、そして、第一媒体配管12を介して熱交換器5へ戻される。これによって、第一媒体をバイナリー発電設備9に導入することなく、冷却することが可能である。

熱交換器5において第一媒体が燃焼排ガス2から熱回収して温度上昇しているが、バイナリー発電設備9が緊急停止した場合や、定格運転に至らない場合などは、ポンプ18を停止し、ポンプ19を稼働させることにより、第一媒体をバイナリー発電設備9に導入することなく冷却することができる。

つまり、バイナリー発電設備9が緊急停止した場合や、定格運転に至らない場合などは、ボイラ排ガスの廃熱を回収する熱源媒体の温度バランスがくずれ、ボイラ排ガスを設計通り冷却できなくなるが、本実施例では、第一媒体（熱源媒体）をバイナリー発電設備9に導入することなく、冷却することが可能であるので、バイナリー発電設備9が緊急停止した場合や、定格運転に至らない場合などにおいても排煙処理設備本体への影響が出ないようにすることができる。

なお、タービン32に不具合が生じてバイナリー発電設備9が緊急停止した場合、第二媒体バイパス配管37を通すことでタービン32を迂回して凝縮器34へ導入する方法も考えられる。しかし、タービンで仕事をしていない第二媒体を凝縮させるためには大きな凝縮器とする必要があり、また、第二作動媒体を必要以上に加熱する可能性もあるので、本実施例のように、第一媒体をバイナリー発電設備9に導入することなく、冷却するようにすることの効果は大きい。

また、第一媒体をバイナリー発電設備9に導入することなく、冷却することが可能であるので、タービン32だけでなくバイナリー発電設備9内全体の不具合に対応することができる。

また、本実施例では、第一媒体バイパス配管14及び15を有することによって、第一媒体を冷却する手段として、バイナリー発電設備の凝縮器へ冷却用の第三冷媒を供給している冷却装置10を使用しているので、第一媒体冷却専用の冷却装置または熱交換器を別途設置する必要がなく、装置コストが低減できる。

なお、第一媒体をバイナリー発電設備9に導入せず、冷却装置10へ導入して冷却する本実施例のシステムでは、第一媒体の保有する熱エネルギー分、冷却装置10での冷却量が増加するが、その分凝縮器34での第二媒体の冷却量が減少して第三媒体の使用量が減少するので、冷却装置10における総冷却量は大きくは変化しない。

また、本実施例では、第一媒体バイパス配管14,15を設置することによって、第一媒体は第三媒体と混合されて冷却装置10で冷却され、熱交換器5に戻される。冷却装置10が開放式冷却塔の場合、媒体の汚れが発生し、熱交換器5に不具合を発生する可能性もある。冷却装置10は第四媒体として空気を用いる場合は、第三媒体と第四媒体が直接接触しない構造（密閉式冷却塔）が好ましい。

図3に、本実施例に係る廃熱利用システムの構成図を示す。本実施例は、図2に示す実施例1の廃熱利用システム構成において、第一媒体バイパス配管14に流量調節バルブ23を設置したものである。

本実施例によれば、上述した実施例１の効果に加えて、次の効果を奏することができる。即ち、バイナリー発電設備9内で不具合が発生して、第一媒体の保有する熱がバイナリー発電設備で消費できなくなった場合（温度検出器26で検出される第一媒体温度が計画温度よりも高くなった場合）、流量調節バルブ23で第一媒体バイパス配管14に流通する第一媒体の流量を調節し、冷却装置10で冷却する第一媒体量を調節することによって、温度検出器26で検出される第一媒体温度が計画温度になるように調整することが可能である。

図4に、本実施例に係る廃熱利用システム構成図を示す。本実施例は、図3に示す実施例2の廃熱利用システム構成において、さらに、第一媒体配管11の第一媒体バイパス配管14への分岐点よりも下流にバルブ24を設置したものである。

本実施例によれば、上述の実施例の効果に加えて、次の効果を奏することができる。即ち、バイナリー発電設備9内で不具合発生時や熱交換器5にかかわる不具合発生時などに、バルブ24を用いてバイナリー発電設備への熱供給を遮断することができる。

次に、廃熱として火力発電所のボイラ燃焼排ガスを用いる場合を例にして、本実施例の廃熱利用システムの具体的な運用方法について説明する。以下説明において、温度検出器25で検出される熱交換器5出口の排ガス2の温度をTg、定格運転時のTgの計画値をTg_ｐ、時間ｔにおけるTgをTg_tと表記する。また、温度検出器26で検出される熱交換器5入口の第一媒体の温度をTw、定格運転時のTwの計画値をTw_ｐ、時間ｔにおけるTwをTw_tと表記する。

本実施例では、バイナリー発電設備の運転状況に係わりなく第一媒体の熱を冷却装置に回収するステップを有する。

先ず、火力発電所のボイラまたは排煙処理設備の起動時で、かつバイナリー発電設備9の起動時について説明する。

温度検出器25で検出されるTg_tがTg_t＜Tg_pで、かつ温度検出器26で検出されるTw_tがTw_t＜Tw_pのときは、流量調節バルブ23を閉、ポンプ18を停止、バルブ22を閉にする。温度検出器25で検出される排ガスの温度がTg_t＝Tg_pに上昇するまで、第一媒体の循環を停止する。続いて、Tw_t＜Tw_pであるがTg_t＝Tg_pに上昇したら、バルブ22、24を開、ポンプ18を稼動させて、第一媒体を熱交換器5へ循環させて、排ガス2の廃熱回収を開始する。バルブ24を開にしたことで、第一媒体はバイナリー発電設備9内へ循環する。

このときはまだTw_t＜Tw_pであるため、バイナリー発電設備9の蒸発器31入口における第一媒体温度が低く熱量不足で第二媒体の蒸発が定常状態に至らない。そのため、ひとつの方法として、温度検出器26で監視しながらTw_t＝Tw_pに上昇するまでは、バイパス配管37に設けたバルブ（図示省略）を開き、第二媒体配管36のバイパス配管37への分岐点の下流に設けたバルブ（図示省略）を閉じて、蒸発器31出口の第二媒体蒸気を、タービン32を迂回させて、第二媒体蒸気を循環させる。Tw_t＝Tw_pに上昇するとバイナリー発電設備9が運転開始できる状態になるので、バイパス配管37に設けたバルブ（図示省略）を閉じ、第二媒体配管36のバイパス配管37への分岐点の下流に設けたバルブ（図示省略）を開いて、第二媒体をタービン32へ導入して、タービン32を稼動させる。

第一媒体の温度を定格まで昇温する過程で、第一媒体をバイナリー発電設備9へ循環させると、第一媒体と第二媒体とで熱授受が行われるので、第一媒体の温度上昇が遅くなる、あるいは第一媒体の温度制御が複雑になる。また、バイナリー発電設備9の運転状態に関係なく、熱交換器5の廃熱回収を定常状態にしたい場合がある。そこで、もうひとつの方法として本実施例の廃熱利用システムの構成が効果的に操作される。即ち、温度検出器26で検出される第一媒体液温がTw_t＜Tw_pであるが、温度検出器25で検出される排ガスの温度がTg_t＝Tg_pに上昇したら、バルブ22を開、流量調節バルブ23を開、バルブ24を閉、ポンプ19を稼動させて、第一媒体を第一媒体バイパス配管14経由で冷却装置10へ導入し、第一媒体バイパス配管15を介して第一媒体配管12へ戻すよう循環させる。温度検出器26で検出されるTw_tに対し流量調節バルブ23の流量を調整して第一媒体の温度Tw_tを計画温度Tw_pに調整する。このように操作することにより第一媒体をバイナリー発電設備9へ循環させることなく、熱交換器5において第一媒体で排ガス2の廃熱を回収して、第一媒体の温度Tw_tを計画温度Tw_pに上昇することが可能である。このとき、冷却装置10の冷却機能を停止していれば、Tw_tの制御がより容易になる。

次に、本体の発電設備、排煙処理設備、及びバイナリー発電設備が定格で運転中における操作方法について説明する。

いずれの設備も定格で安定して運転中は、バルブ22とバルブ24は開、流量調節バルブ21と流量調節バルブ23は閉の状態にある。ここで、温度検出器26で検出される第一媒体の温度Tw_tが計画温度Tw_pより高くなった場合は、熱交換器5においてTg_tを計画温度Tg_pに制御できなくなり、排ガス処理設備に不具合が発生する。例えば、図1に示すように熱交換器5が集塵装置6の上流に設置されている例では、Tg_t＞Tg_pになることで煤塵除去性能が低下する。そこで、Tw_t＞Tw_pになった場合は、流量調節バルブ21を開けて、第一媒体の一部を熱交換器5を迂回させることにより、Tw_tを調整する。温度検出器26で検出されるTw_tに対し流量調節バルブ21の流量を調整して第一媒体の温度Tw_tを計画温度Tw_pに調整する。

この方法でTw_t及びTg_tを調整困難な場合は、流量調節バルブ23を開け、第一媒体の一部を冷却装置10へ循環させることで、Tw_t及びTg_tを調整することが可能である。温度検出器26で検出されるTw_tに対し流量調節バルブ23の流量を調整して第一媒体の温度Tw_tを計画温度Tw_pに調整する。

第一媒体の温度Tw_tが計画温度Tw_pより低くなった場合も、熱交換器5においてTg_tを計画温度Tg_pに制御できなくなり、排煙処理設備に不具合が発生する。例えば、図1に示すように熱交換器5が集塵装置6の上流に設置されている例では、Tg_t＜Tg_pになると熱交換器5内に排ガス2に含まれる水が凝縮して灰が熱交換器内に固着するといった不具合が発生する。そこで、Tw_t＜Tw_pになった場合は、バルブ22を閉め、第一媒体の熱交換器5への流通を一時停止し、Tw_tの温度上昇を待つ。このとき、バイナリー発電設備9への第一媒体の循環も停止させる場合は、ポンプ18を停止する。バイナリー発電設備9への第一媒体の循環を継続しながら、バイナリー発電設備9の運転状態も同時に調整する場合は、流量調節バルブ21を開け、バイナリー発電設備9への第一媒体の循環流量を調節して、Tw_tの温度上昇を待つ。

本体の火力発電設備、排ガス処理設備、及びバイナリー発電設備が定格で運転中において、Tw_tは正常であるがTg_t＞Tg_pまたはTg_t＜Tg_pなる場合は、排ガス処理設備に不具合が発生した場合である。Tg_t＞Tg_pの場合は、Tw_tを下げて排ガス温度を下げる必要がある。従って、第一媒体温度が高い場合Tw_t＞Tw_pと同じ操作を行えばよい。Tg_t＜Tg_pの場合は、Tw_tをあげて排ガス温度を上昇させる必要がある。従って、第一媒体温度が低い場合Tw_t＜Tw_pと同じ操作を行えばよい。

本体の火力発電設備、排煙処理装置、及びバイナリー発電設備が定格で運転中において、突然バイナリー発電設備9のタービン32がトリップする、あるいはその他の機器の不具合が発生し、バイナリー発電設備9が緊急停止する場合がある。しかし、その場合でも本体の火力発電設備、排煙処理装置は定常で運転を行っているので、熱交換器5における排ガスからの廃熱回収は継続されなければならない。そこで、本実施例の廃熱利用システムの構成が効果的に操作される。即ち、バルブ24を閉めてポンプ18を停止してバイナリー発電設備9への第一媒体の循環を停止し、同時に流量調節バルブ23を開けてポンプ19を稼動し第一媒体を冷却装置10へ循環させる。温度検出器26で検出されるTw_tに対し流量調節バルブ21の流量を調整して、第一媒体の温度Tw_tを計画温度Tw_pに維持するよう調整する。これにより、バイナリー発電設備9の運転状態にかかわり無く、熱交換器5を定常運転条件で運用することができる。バイナリー発電設備9が緊急停止したとき、バイナリー発電設備9の運用上、蒸発器31へ第一媒体を流通させる必要がある場合は、バルブ24を開けてポンプ18は稼動したまま、流量調節バルブ23の流量を調節し、Tw_tを調整する。

次に停止操作について説明する。本体の火力発電設備、排煙処理設備よりも先にバイナリー発電設備が停止している場合の操作は、バイナリー発電設備9が緊急停止したときと同じ操作を行う。バルブ24を閉めてポンプ18を停止してバイナリー発電設備9への第一媒体の循環を停止し、流量調節バルブ23を開けてポンプ19を稼動し第一媒体を冷却装置10へ循環させる。温度検出器25で検出されるTgと温度検出器26で検出されるTwが排煙処理装置を停止させるために設定した温度になるまで、流量調節バルブ23の流量を調節しながら第一媒体を冷却装置10へ循環させて冷却したあと、第一媒体の流通を停止する。

本実施例に係る廃熱利用システム構成図を図5に示す。本実施例は、図4に示す実施例3の廃熱利用システム構成において、制御装置27を設置したものである。即ち、温度検出器25と温度検出器26の検出信号を制御装置27に取り込み、流量調節バルブ21と流量調節バルブ23の開度を制御装置27において算出して、第一媒体を熱交換器5へ流通させる流量、及び冷却装置10へ流通する流量を制御することを自動化するようにしている。

即ち、上述の実施例３で説明した、Tg_tとTg_pの大小関係、Tw_tとTw_pの大小関係及びTg_tとTw_tの値と、流量調節バルブ21及び流量調節バルブ23の開閉及び開度との関係を制御装置27に設定しておき、Tg_tとTw_tを温度検出器25と温度検出器26により検出して制御装置27に取り込み、制御装置27に基づき流量調節バルブ21及び流量調節バルブ23の開閉及び開度を調整する。例えば、火力発電所のボイラまたは排煙処理設備の起動時で、かつバイナリー発電設備9の起動時に、温度検出器25と温度検出器26の信号を制御装置27へ取り込み、温度検出器26で検出される第一媒体液温がTw_t＜Tw_pでかつ温度検出器25で検出される排ガス温度がTg_t＝Tg_pに上昇したら、バルブ22を開、制御装置27の信号で流量調節バルブ23を開、バルブ24を閉、ポンプ19を稼動させて、第一媒体を第一媒体バイパス配管14経由で冷却装置10へ導入し、第一媒体バイパス配管15から第一媒体配管12へ戻すよう循環させる。温度検出器26で検出されるTw_tに対し、制御装置27で流量調節バルブ23の流量を算出し、第一媒体の温度Tw_tを計画温度Tw_pに制御する。また、制御装置27へ取り込んでいる温度検出器26の第一媒体温度が異常な値を示すことでバイナリー発電設備9の緊急停止なども認識できる。

図6に、本実施例に係る廃熱利用システム構成を示す。本実施例は、図2に示す実施例1の廃熱利用システム構成において、第一媒体バイパス配管14及び15は、冷却装置10の第三媒体配管41及び42への接続に替えて、新に設けられた第二熱交換器51と接続されている。そして、第二熱交換器51は冷却装置10の第三媒体配管41及び42と接続されている。

熱交換器5出口の第一媒体は、第一媒体バイパス配管14を介して第二熱交換器51へ導入され、第三媒体と熱交換することによって冷却され、ポンプ19によって第一媒体バイパス配管15を通って、第一媒体配管12へ戻される。第二熱交換器51で使用する第三媒体は、冷却装置10出口の第三媒体配管42から第三媒体配管52を経由してポンプ53により第二熱交換器51へ送られ、第二熱交換器51で第一媒体と熱交換した後、第三媒体配管41へ戻される。

これによって、第一媒体をバイナリー発電設備9に導入することなく、冷却することが可能である。従って、本実施例においても実施例１と同様な効果を奏することができる。本実施例では、第二熱交換器を設置することによって、第一媒体は第三媒体と間接的に熱交換を行うので、冷却装置10が第三媒体の汚れが発生する構造であっても、第一媒体を汚すことなく冷却することができ、熱交換器5の不具合発生を防止することができる。

図7に、本実施例に係る廃熱利用システム構成図を示す。本実施例は、図6に示す実施例5の廃熱利用システム構成において、図３に示す実施例２と同様に、第一媒体バイパス配管14に流量調節バルブ23を設置したものである。本実施例によれば、実施例５による効果に加えて実施例２における効果と同様な効果を奏することができる。

図8に、本実施例に係る廃熱利用システム構成図を示す。本実施例は、実施例6の廃熱利用システム構成において、図４に示す実施例３と同様に、第一媒体配管11の第一媒体バイパス配管14への分岐点よりも下流にバルブ24を設置したものである。本実施例によれば、実施例６による効果に加えて実施例３における効果と同様な効果を奏することができる。

また、本実施例の廃熱利用システムの具体的な運用については、実施例３と同様に行うことができる。即ち、実施例３における冷却装置10を第二熱交換器51と読み替えれば良い。なお、本実施例では、実施例３にはないポンプ53の操作が加わる。例えば、火力発電所のボイラまたは排ガス処理設備の起動時で、かつバイナリー発電設備9の起動時、第一媒体をバイナリー発電設備9へ循環させることなく、熱交換器5において第一媒体で排ガス2の廃熱を回収して、第一媒体の温度Tw_tを計画温度Tw_pに上昇させるとき、第二熱交換器51に循環する第三媒体のポンプ53を停止すると、第一媒体の温度Tw_tを計画温度Tw_pに上昇することがより容易になる。

また、本実施例において、バイナリー発電設備の運転状況に係わりなく、第一媒体の熱を冷却装置に回収するステップは、第三媒体を介した回収ステップとなる。即ち、実施例３では冷却装置において第四媒体との熱交換により第一媒体の熱を回収するステップであるが、本実施例では、第二熱交換器において第三媒体との熱交換により第一媒体の熱を回収するとともに、第一媒体から熱回収した第三媒体を冷却装置において第四媒体との熱交換により冷却している。言い換えれば、第一媒体を、第三媒体を介して冷却装置の第四媒体により冷却するようにしている。何れにしても、バイナリー発電設備の運転状況に係わりなく、第一媒体の熱を最終的に冷却装置の第四媒体で回収するようになっている。

図9に、本実施例に係る廃熱利用システム構成図を示す。本実施例は、図8に示す実施例7の廃熱利用システム構成において、図５に示す実施例４と同様に、制御装置27を設置し、温度検出器25と温度検出器26の検出信号を制御装置27に取り込み、流量調節バルブ21と流量調節バルブ23の流量（開度）を制御装置27において算出して、第一媒体を熱交換器5へ流通させる流量、及び第二熱交換器51へ流通する流量を制御することを自動化したものである。

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、プラント上必ずしも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。実際にはプラント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、2…燃焼排ガス、3…脱硝装置、4…エアヒータ、5…熱交換器、6…集塵装置、7…脱硫装置、8…煙突、9…バイナリー発電設備、10…冷却装置、11，12，13…第一媒体配管、14，15…第一媒体バイパス配管、18，19…第一媒体ポンプ、21，23…流量調節バルブ、22，24…バルブ、25，26…温度検出器、27…制御装置、31…蒸発器、32…タービン、33…発電機、34…凝縮器、35…ポンプ、36…第二媒体配管、37…第二媒体バイパス配管、41，42…第三媒体配管、43…第三媒体ポンプ、51…第二熱交換器、52…第三媒体配管、53…第三媒体ポンプ。

Claims (9)

1. 排ガスの廃熱を第一媒体で熱回収する熱交換器、前記第一媒体と熱交換して第二媒体を蒸発させる蒸発器、前記蒸発器で発生した前記第二媒体の蒸気で駆動するタービン、前記タービンで仕事をした前記第二媒体の蒸気を第三媒体と熱交換して凝縮する凝縮器を備えたバイナリー発電設備と、前記第三媒体を第四媒体と熱交換して冷却する冷却装置とを備えた廃熱利用システムにおける廃熱利用方法であって、
   前記バイナリー発電設備の運転状況に係わりなく、前記第一媒体の熱を、前記第四媒体との熱交換により、または前記第三媒体との熱交換を介して、前記冷却装置に回収するステップを有することを特徴とする廃熱利用方法。
2. 排ガスの廃熱を第一媒体で熱回収する熱交換器と、前記第一媒体と熱交換して第二媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で発生した前記第二媒体の蒸気で駆動するタービンと、前記タービンで仕事をした前記第二媒体の蒸気を第三媒体と熱交換して凝縮する凝縮器とを備えたバイナリー発電設備と、
   前記第三媒体を第四媒体と熱交換して冷却する冷却装置と、
   前記熱交換器出口から前記蒸発器までの前記第一媒体が流れる配管の途中から分岐した配管であって前記凝縮器から前記冷却装置へ前記第三媒体が流れる配管又は前記冷却装置に接続した第一媒体バイパス配管と、
   前記冷却装置から前記凝縮器まで前記第三媒体を供給する配管の途中から分岐した配管又は前記冷却装置から前記第三媒体を取り出す配管であって前記熱交換器入口に前記第一媒体を供給する配管に接続した第一媒体バイパス配管を有することを特徴とする廃熱利用システム。
3. 排ガスの廃熱を第一媒体で熱回収する熱交換器と、前記第一媒体と熱交換して第二媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で発生した前記第二媒体の蒸気で駆動するタービンと、前記タービンで仕事をした前記第二媒体の蒸気を第三媒体と熱交換して凝縮する凝縮器とを備えたバイナリー発電設備と、
   前記第三媒体を第四媒体と熱交換して冷却する冷却装置と、
   前記第一媒体と熱交換して前記第一媒体を冷却する第二の熱交換器と、
   前記熱交換器出口から前記蒸発器までの前記第一媒体が流れる配管の途中から分岐し前記第二の熱交換器に接続した第一媒体バイパス配管と、
   前記熱交換器入口に前記第一媒体を供給する配管に前記第二の熱交換器から接続した第一媒体バイパス配管を有することを特徴とする廃熱利用システム。
4. 請求項3の廃熱利用システムにおいて、前記第二の熱交換器は、前記第三媒体を利用して前記第一媒体を冷却することを特徴とする廃熱利用システム。
5. 請求項2または3記載の廃熱利用システムにおいて、前記熱交換器出口から前記蒸発器までの前記第一媒体が流れる配管の途中から分岐した前記第一媒体バイパス配管に流量調節バルブを有することを特徴とする廃熱利用システム。
6. 請求項5記載の廃熱利用システムにおいて、前記熱交換器出口の排ガス温度を検出するセンサと、前記熱交換器の入口における第一媒体温度を検出するセンサと、前記排ガス温度と前記第一媒体温度の検出結果を取り込み、前記熱交換器の入口における第一媒体温度が設定した温度になるように前記流量調節バルブの開度を制御する制御装置を有することを特徴とする廃熱利用システム。
7. 請求項2または3記載の廃熱利用システムにおいて、前記熱交換器出口から前記蒸発器までの前記第一媒体が流れる配管の前記第一媒体バイパス配管の分岐した箇所よりも下流にバルブを有することを特徴とする廃熱利用システム。
8. 請求項2または3記載の廃熱利用システムにおいて、前記冷却装置は、前記三媒体と前記第四媒体が直接接触しない構造であることを特徴とする廃熱利用システム。
9. 請求項2または3記載の廃熱利用システムを用いたボイラ排ガス処理方法であって、前記廃熱が回収される設備は、ボイラで発生した燃焼排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置、前記燃焼排ガスから煤塵を除去する集塵装置、燃焼排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫装置を備えた排煙処理設備であり、前記集塵装置の上流において前記熱交換器により廃熱を回収するようにしたことを特徴とするボイラ排ガス浄化方法。

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