JP2016194396A - 排熱回収システム、および該排熱回収システムの運用方法 - Google Patents

排熱回収システム、および該排熱回収システムの運用方法 Download PDF

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Abstract

【課題】排熱回収ボイラ装置から外部に排出されるボイラ水の量を従来よりも大幅に低減することが出来るとともに、熱回収効率にも優れる排熱回収システムを提供する。【解決手段】熱源１と、排熱回収ボイラ装置２と、蒸気タービン装置３と、復水器４と、復水器で凝縮された復水を含む給水を排熱回収ボイラ装置に供給する給水系統５と、複数のドラムの各々に貯留されるボイラ水のアンモニア濃度（又はｐＨ値）が所定濃度範囲（所定値範囲）になるように、給水のアンモニア濃度（又はｐＨ値）を調整するように構成された薬剤注入装置６と、を備える排熱回収システムであって、排熱回収ボイラ装置は、高圧ドラム２１１と低圧ドラム２３１と高圧ドラムから排出されるボイラ水を低圧ドラムに供給するためのカスケードブロー流路２５を含む。【選択図】図１

Description

本開示は、排熱回収システム、および該排熱回収システムの運用方法に関する。
高い発電効率を発揮する発電システムとして、ガスタービンから排出される高温の排気ガスから熱エネルギーを回収して蒸気を生成し、この生成した蒸気によって蒸気タービンを駆動して回転エネルギーに変換するガスタービンコンバインドサイクル（ＧＴＣＣ）が知られている（例えば特許文献１）。ガスタービンコンバインドサイクルでは、排熱回収ボイラにおいて熱エネルギーを回収して蒸気を生成する。排熱回収ボイラは、節炭器、蒸発器、過熱器、及びボイラ水が貯留されるドラム等からなる加熱ユニットを有している。この加熱ユニットは、ボイラの熱回収率を向上させるために、例えば高圧、中圧、低圧などのように発生蒸気の圧力別に多重に設けられる。
排熱回収ボイラの運転停止期間中においては、各ドラム内部の腐食や錆の発生原因となる酸素（空気）の侵入を防止するため、ドラムの水位が予め規定される水位を下回らないように管理される。排熱回収ボイラの運転停止後は、ボイラ水は冷却されるに伴って熱膨張量が小さくなるため、ドラムの水位は低下する。このため、排熱回収ボイラの運転停止後においては、各ドラムに給水を供給してドラムの水位を維持するような管理が行われる。よって、排熱回収ボイラの起動時においては、各ドラムのボイラ水は水温上昇に伴う熱膨張によってドラムの水位が上昇し、排熱回収ボイラの運転停止後よりもドラムの水位が高くなる。
一方、排熱回収ボイラは、その運転期間中、各ドラムの水位が予め規定される水位範囲内となるように管理される。このため、ボイラ起動時においてドラムの水位が上昇すると、規定される水位範囲を超えた分のボイラ水をボイラ外に排出（ブロー）する必要がある。
ここで、排熱回収ボイラの起動時にドラムより排出されるボイラ水の温度はおよそ２００℃以上であり、環境へ与える影響を考慮すると、この高温のボイラ水をそのまま外部へ排出することは出来ない。そこで、外部へ排出可能な温度（例えば６０℃）までボイラ水を冷却する必要がある。このボイラ水の簡易な冷却方法としては、一般的に、排出される高温のボイラ水を雑用水（工業用水）で希釈する方法が採られている。
特許第４２３３７４６号公報 特開昭６０−２８０３号公報
しかしながら、上述した排出されるボイラ水の冷却には大量の雑用水が必要となるため、その雑用水の確保に多大なコストを要していた。また、せっかく加熱した高温のボイラ水を外部に排出してしまうため、発電システムのエネルギー効率の面でも無駄が多かった。
上述した課題に対する対策として、例えば、特許文献２の従来例を示す第１図に記載されているように、高圧ドラム（符号1０）から排出されるボイラ水を低圧ドラム（符号５）に供給し、低圧ドラムから排出されるボイラ水を再び高圧ドラムに供給することで、ボイラ水を循環利用することが考えられるが、実際には容易に対応できるような対策ではない。すなわち、排熱回収ボイラにおいては、腐食の防止やスケール生成の抑制を目的として、ドラム内にリン酸ナトリウムを注入し、ボイラ水の性状を弱アルカリ性に保持する水処理が一般的に行われている。リン酸ナトリウムは、高温になるにつれて溶解度が低下するため、高温のボイラ水が貯留される高圧ドラム内のリン酸ナトリウム濃度は、低圧ドラム内のリン酸ナトリウム濃度よりも低く管理される。したがって、低圧ドラムから排出されるドラム水を再び高圧ドラムに供給すると、低圧ドラムから供給されるボイラ水のリン酸ナトリウム濃度が高いがために、高圧ドラムにおいてリン酸ナトリウムが析出し、アルカリ腐食を引き起こす虞がある。
このような技術的背景の下で、本発明者らが鋭意検討したところ、上述した特許文献１に記載されている水処理方法、すなわち、排熱回収ボイラに供給される給水のアンモニア濃度またはｐＨを適切に管理することで、各ドラム内のボイラ水のアンモニア濃度またはｐＨを腐食が発生しない所定の範囲に制御する、いわゆる高ｐＨ水処理方法を採用したシステムにおいて、高圧側のドラムから排出されるボイラ水を低圧側のドラムに供給し、低圧側のドラムから排出されるボイラ水を再び高圧側のドラムに供給するボイラ水の循環利用が有効であることを見出した。
本発明の少なくとも一実施形態は、上述した従来技術の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、排熱回収ボイラ装置から外部に排出されるボイラ水の量を従来よりも大幅に低減することが出来るとともに、熱回収効率にも優れる排熱回収システム、および該排熱回収システムの運用方法を提供することにある。
（１）本発明の少なくとも一実施形態にかかる排熱回収システムは、排熱を排出する熱源と、ボイラ水が貯留される複数のドラムを有し、熱源から排出される排熱によってボイラ水を蒸発させて蒸気を生成するように構成された排熱回収ボイラ装置と、排熱回収ボイラ装置で生成された蒸気によって駆動して回転エネルギーに変換する蒸気タービン装置と、蒸気タービン装置から排出される排気を凝縮する復水器と、復水器で凝縮された復水を含む給水を排熱回収ボイラ装置に供給する給水系統と、複数のドラムの各々に貯留されるボイラ水のアンモニア濃度が所定濃度範囲になるように、給水のアンモニア濃度を調整するか、又は、複数のドラムの各々に貯留されるボイラ水のｐＨ値が所定値範囲になるように、給水のｐＨ値を調整するように構成された薬剤注入装置と、を備える。
そして、上記排熱回収ボイラ装置は、所定圧力のボイラ水が貯留される高圧ドラムと、高圧ドラムよりも低圧のボイラ水が貯留される低圧ドラムと、高圧ドラムから排出されるボイラ水を低圧ドラムに供給するためのカスケードブロー流路と、カスケードブロー流路を開放または閉止するバルブユニットと、低圧ドラムから排出されるボイラ水を復水器に戻すための低圧ブロー流路と、低圧ブロー流路を開放または閉止する低圧ブローバルブと、を含む。
上記（１）に記載の実施形態によれば、排熱回収ボイラ装置が、高圧ドラムから排出されるボイラ水を低圧ドラムに供給するためのカスケードブロー流路を含んでいる。このため、高圧ドラムから排出される高温のボイラ水を低圧ドラムに供給することで、高圧ドラムから排出される高温のボイラ水を外部に排出する場合と比べて、排水される高温のボイラ水の冷却に必要となる雑用水の量を大幅に減らすことが出来る。また、高圧ドラムから排出される高温のボイラ水の熱エネルギーを低圧ドラムにおいて利用することが出来るため、発電システムのエネルギー効率の面でも優れている。
また、上記（１）に記載の実施形態によれば、排熱回収ボイラ装置が、低圧ドラムから排出されるボイラ水を復水器に戻すための低圧ブロー流路を含んでいる。このため、低圧ドラムから排出されるボイラ水を復水器に戻すことで、ボイラ水を循環利用することが出来る。これにより、排熱回収ボイラ装置から外部に排出されるボイラ水を従来よりも大幅に低減することが出来る。
また、上記（１）に記載の実施形態によれば、排熱回収システムが、上述した薬剤注入装置を備えている。このため、従来のようにドラム内にリン酸ナトリウムを注入しなくても、各ドラム内のアンモニア濃度又はｐＨを腐食が発生しない所定の範囲に制御することが出来る。したがって、低圧ドラムから排出されるドラム水を循環利用しても、高圧ドラムにおいてリン酸ナトリウムが析出し、アルカリ腐食を引き起こす虞がない。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の排熱回収システムにおいて、所定以上の水質を有する純水が貯留される純水タンクと、所定未満の水質を有する工業用水が貯留される工業用水タンクと、低圧ブロー流路における低圧ブローバルブの下流側から分岐し、低圧ブロー流路を流れるボイラ水を純水タンク又は工業用水タンクに供給するためのタンク供給流路と、低圧ブロー流路を流れるボイラ水の流入先を低圧ブロー流路又はタンク供給流路に切り替えるための流路切替弁と、タンク供給流路を流れるボイラ水の供給先を純水タンク又は工業用水タンクに切り替えるための供給先切替弁と、を含んでいる。
上記（２）に記載の実施形態によれば、流路切替弁によって、低圧ブロー流路を流れるボイラ水の流入先を低圧ブロー流路またはタンク供給流路に切り換えることが出来る。これにより、例えば復水器にボイラ水を戻すことが出来ないような場合でも、ボイラ水を回収することが出来る。また、上記（２）に記載の実施形態によれば、供給先切替弁によって、タンク供給流路を流れるボイラ水の供給先を純水タンク又は工業用水タンクに切り替えることが出来る。これにより、ボイラ水の水質が所定以上の場合はボイラ水を純水タンクに回収し、ボイラ水の水質が所定未満の場合はボイラ水を工業用タンクに回収するなど、ボイラ水の水質に応じて純水タンクまたは工業用水タンクの夫々にボイラ水を回収することが出来る。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の排熱回収システムにおいて、高圧ドラムおよび低圧ドラムの水位を制御するための制御装置をさらに備える。そして、当該制御装置は、排熱回収ボイラ装置の起動時において、高圧ドラムの水位が予め規定される高圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、バルブユニットを制御してカスケードブロー流路を開放するように構成される。また、排熱回収ボイラ装置の起動時において、低圧ドラムの水位が予め規定される低圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、低圧ブローバルブを制御して低圧ブロー流路を開放するように構成される。
排熱回収ボイラ装置の運転停止期間中においては、ドラム内部の腐食や錆の発生原因となる酸素（空気）の侵入を防止するため、各ドラムの水位が予め規定される停止水位範囲の下限水位を下回らないように管理される。排熱回収ボイラ装置の運転停止後は、ボイラ水の冷却に伴って熱膨張量が小さくなるため、各ドラムの水位は低下する。このため、排熱回収ボイラ装置の運転停止後においては、ドラムに給水を供給して各ドラムの水位を維持するような管理が行われる。よって、排熱回収ボイラ装置の起動時においては、ボイラ水の水温上昇に伴って各ドラムの水位が上昇し、排熱回収ボイラ装置の運転停止後よりも各ドラムの水位が高くなる。
一方、排熱回収ボイラ装置は、その運転期間中、各ドラムの水位が予め規定される運用水位範囲に収まるように管理される。このため、排熱回収ボイラ装置の起動時において各ドラムの水位が上昇すると、規定される運用基準水位（運用水位範囲の上限水位）を超えた分のボイラ水を排出する必要がある。
したがって、上記（３）に記載の実施形態によれば、制御装置が、排熱回収ボイラ装置の起動時において、高圧ドラムの水位が予め規定される高圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、バルブユニットを制御してカスケードブロー流路を開放するように構成される。このため、高圧ドラムから排出される高温のボイラ水を低圧ドラムに供給することで、高圧ドラムから排出される高温のボイラ水を外部に排出する場合と比べて、高温のボイラ水の冷却に必要となる雑用水の量を大幅に減らすことが出来る。また、高圧ドラムから排出される高温のボイラ水の熱エネルギーを低圧ドラムにおいて利用することが出来るため、エネルギー効率の面でも優れている。
また、上記（３）に記載の実施形態によれば、制御装置が、排熱回収ボイラ装置の起動時において、低圧ドラムの水位が予め規定される低圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、低圧ブローバルブを制御して低圧ブロー流路を開放するように構成される。このため、排熱回収ボイラ装置の起動時において、低圧ドラムから排出されるボイラ水を復水器に戻すことで、ボイラ水を循環利用することが出来る。これにより、排熱回収ボイラ装置の起動時において、排熱回収ボイラ装置から外部に排出されるボイラ水を従来よりも大幅に低減することが出来る。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）の何れかに記載の排熱回収システムにおいて、高圧ドラムおよび低圧ドラムの水位を制御するための制御装置をさらに備える。そして、当該制御装置は、排熱回収ボイラ装置の運転期間中において、高圧ドラムに貯留されるボイラ水の水質に関する検出値が予め規定される基準値よりも悪化したときに、バルブユニットを制御してカスケードブロー流路を開放するように構成される。
従来、排熱回収ボイラ装置の運転期間中において、ドラムに貯留されるボイラ水の水質が所定の基準値を超えたときには、ドラムに貯留されるボイラ水の一部を外部に排出するとともに、給水系統から給水をドラムに補給し、ボイラ水の一部を入れ替える管理が行われている。上述したように、ドラムからボイラ水を外部に排出するときには、高温のボイラ水を雑用水で希釈して冷却する必要があるため、ボイラ水の冷却には大量の雑用水が必要であった。また、せっかく加熱した高温のボイラ水を外部に排出してしまうため、エネルギー効率の面でも無駄が多かった。
一方、高圧ドラムと低圧ドラムとでは、低圧ドラムの方が水質の基準値が緩く設定されている。一例としては、高圧ドラムにおける水質の基準値（シリカ濃度）が０．２ｍｇ／ｌ以下であるのに対して、低圧ドラムにおける水質の基準値（シリカ濃度）が２ｍｇ／ｌ以下である。このため、高圧ドラムにおいて基準値を超えた（基準値よりも悪化した）ボイラ水であっても、低圧ドラムの基準値は満たしている場合がある。
したがって、上記（４）に記載の実施形態によれば、高圧ドラムから排出されるボイラ水を高圧ドラムよりも水質の基準値の緩い低圧ドラムに供給することで、排熱回収ボイラ装置の運転期間中において、排熱回収ボイラ装置から外部に排出されるボイラ水を従来よりも低減することが出来る。また、従来は外部に排出していた熱エネルギーをシステム内で再利用するため、熱回収効率に優れる排熱回収システムとすることが出来る。
（５）幾つかの実施形態では、上記（３）又は（４）に記載の排熱回収システムにおいて、上記排熱回収ボイラ装置は、高圧ドラムよりも低圧、且つ低圧ドラムよりも高圧のボイラ水が貯留される中圧ドラムをさらに有する。上記カスケードブロー流路は、高圧ドラムから排出されるボイラ水を中圧ドラムに供給するための高圧ブロー流路、及び中圧ドラムから排出されるボイラ水を低圧ドラムに供給するための中圧ブロー流路を含む。上記バルブユニットは、高圧ブロー流路を開放または閉止する高圧ブローバルブ、及び中圧ブロー流路を開放または閉止する中圧ブローバルブを含む。そして、上記制御装置は、排熱回収ボイラ装置の起動時において、中圧ドラムの水位が予め規定される中圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、中圧ブローバルブを制御して中圧ブロー流路を開放するように構成される。
上記（５）に記載の実施形態によれば、排熱回収ボイラ装置が、高圧ドラム及び低圧ドラムに加えて、中圧ドラムを有している。このため、中圧ドラムを有していない排熱回収ボイラと比べて、熱回収率の高い排熱回収ボイラ装置とすることが出来る。また、制御装置が、排熱回収ボイラ装置の起動時において、中圧ドラムの水位が予め規定される中圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、中圧ブローバルブを制御して中圧ブロー流路を開放するように構成される。このため、中圧ドラムから排出される高温のボイラ水を低圧ドラムに供給することで、中圧ドラムから排出される高温のボイラ水を外部に排出する場合と比べて、高温のボイラ水の冷却に必要となる雑用水の量を大幅に減らすことが出来る。また、中圧ドラムから排出される高温のボイラ水の熱エネルギーを低圧ドラムにおいて利用することが出来るため、エネルギー効率の面でも優れている。
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の排熱回収システムにおいて、上記カスケードブロー流路は、高圧ブロー流路における高圧ブローバルブよりも下流側の位置から分岐し、中圧ドラムをバイパスして高圧ドラムから排出されるボイラ水を低圧ドラムに供給するためのバイパスブロー流路をさらに有する。そして、上記バルブユニットは、バイパスブロー流路を開放または閉止するバイパスブローバルブをさらに有する。
上記（６）に記載の実施形態によれば、バイパスブローバルブを開放することで、高圧ドラムから排出されるボイラ水を、中圧ドラムをバイパスして低圧ドラムに供給することが出来る。
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の排熱回収システムにおいて、上記制御装置は、排熱回収ボイラ装置の起動時において、高圧ドラムの水位が予め規定される高圧ドラムの運用基準水位を超え、且つ、中圧ドラムの水位が予め規定される規定水位に達していないときに、バイパスブローバルブを制御してバイパスブロー流路を開放するように構成される。
排熱回収ボイラ装置において、高圧ドラムに貯留されるボイラ水と、中圧ドラムに貯留されるボイラ水とでは、排熱回収ボイラ装置の起動時における温度上昇速度が異なる。よって、高圧ドラムの水位が予め規定される高圧ドラムの運用基準水位を超えたときであっても、高圧ドラムから排出されるボイラ水を中圧ドラムに供給するのではなく、中圧ドラムをバイパスして、低圧ドラムに直接供給する方が良い場合がある。一例としては、中圧ドラムの水位が予め規定される規定水位よりも高い状態にある場合には、中圧ドラムをバイパスして、低圧ドラムに直接供給する方が良い。上記（７）に記載の実施形態によれば、このような場合であっても、バイパスブロー流路を介して、高圧ドラムから排出されるボイラ水を低圧ドラムに直接供給するが出来るため、中圧ドラムの水位に応じた柔軟な排熱回収システムの運用が可能となる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）から（７）の何れかに記載の排熱回収システムにおいて、上記低圧ブロー流路は、復水器に接続される。そして、上記排熱回収ボイラ装置は、低圧ブロー流路に配置される、低圧ブロー流路を流れるボイラ水を濾過するためのフィルタ装置と、低圧ブロー流路においてフィルタ装置の上流側に配置される、低圧ブロー流路を流れるボイラ水を冷却するための冷却装置と、をさらに備える。
上記（８）に記載の実施形態によれば、低圧ドラムから排出されるボイラ水に含まれる不純物をフィルタ装置によって除去することが出来る。また、低圧ドラムから排出されるボイラ水を冷却装置によって冷却することで、復水器内の温度上昇が抑制されるため、復水効率を維持することでタービン効率が低下するのを防止することが出来る。しかも、冷却装置が低圧ブロー流路においてフィルタ装置の上流側に配置されるため、耐熱性の低い安価なフィルタ装置を採用することが可能となる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載の排熱回収システムにおいて、上記冷却装置は、蒸気タービン装置に供給される軸受冷却水を冷熱源とするように構成される。
上記（９）に記載の実施形態によれば、蒸気タービン装置に供給される軸受冷却水を冷熱源として利用することで、冷却装置の冷熱源を新たに用意する必要がないことから、システム全体をシンプルに構成することが出来る。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（５）から（７）の何れかに記載の排熱回収システムにおいて、上記制御装置は、排熱回収ボイラ装置の運転期間中において、中圧ドラムからボイラ水が排出されたときに、高圧ブローバルブを制御して高圧ブロー流路を開放し、高圧ドラムに貯留されているボイラ水を中圧ドラムに供給するように構成される。
上記（１０）に記載の実施形態によれば、中圧ドラムからボイラ水が排出されたときに、給水系統から中圧ドラムに給水を補給するのではなく、高圧ドラムからボイラ水を中圧ドラムに供給するように構成される。したがって、給水系統からの給水が高圧ドラムに優先的に補給されることとなるため、高圧ドラムに貯留されるボイラ水の水質を良好に保つことが出来る。
（１１）本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの運用方法は、排熱を排出する熱源と、ボイラ水が貯留される複数のドラムを有し、熱源から排出される排熱によってボイラ水を蒸発させて蒸気を生成するように構成された排熱回収ボイラ装置と、排熱回収ボイラ装置で生成された蒸気によって駆動して回転エネルギーに変換する蒸気タービン装置と、蒸気タービン装置から排出される排気を凝縮する復水器と、復水器で凝縮された復水を含む給水を排熱回収ボイラ装置に供給する給水系統と、複数のドラムの各々に貯留されるボイラ水のアンモニア濃度が所定濃度範囲になるように、給水のアンモニア濃度を調整するか、又は、複数のドラムの各々に貯留されるボイラ水のｐＨ値が所定値範囲になるように、給水のｐＨ値を調整するように構成された薬剤注入装置と、を備える排熱回収システムの運用方法である。
蒸気排熱回収ボイラ装置は、所定圧力のボイラ水が貯留される高圧ドラムと、高圧ドラムよりも低圧のボイラ水が貯留される低圧ドラムと、高圧ドラムから排出されるボイラ水を低圧ドラムに供給するためのカスケードブロー流路と、カスケードブロー流路を開放または閉止するバルブユニットと、低圧ドラムから排出されるボイラ水を復水器に戻すための低圧ブロー流路と、低圧ブロー流路を開放または閉止する低圧ブローバルブと、を含む。
そして、上記排熱回収システムの運用方法は、排熱回収ボイラ装置の起動時において、高圧ドラムの水位が予め規定される高圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、バルブユニットを制御してカスケードブロー流路を開放する高圧ドラム起動時ブローステップと、排熱回収ボイラ装置の起動時において、低圧ドラムの水位が予め規定される低圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、低圧ブローバルブを制御して低圧ブロー流路を開放する低圧ドラム起動時ブローステップと、を備える。
上記（１１）に記載の実施形態によれば、排熱回収ボイラ装置が、高圧ドラムから排出されるボイラ水を低圧ドラムに供給するためのカスケードブロー流路を含むとともに、排熱回収システムの運用方法が、排熱回収ボイラ装置の起動時において、高圧ドラムの水位が予め規定される高圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、バルブユニットを制御してカスケードブロー流路を開放する高圧ドラム起動時ブローステップを備えている。このため、高圧ドラムから排出される高温のボイラ水を低圧ドラムに供給することで、高圧ドラムから排出される高温のボイラ水を外部に排出する場合と比べて、排水される高温のボイラ水の冷却に必要となる雑用水の量を大幅に減らすことが出来る。また、高圧ドラムから排出される高温のボイラ水の熱エネルギーを低圧ドラムにおいて利用することが出来るため、発電システムのエネルギー効率の面でも優れている。
また、上記（１１）に記載の実施形態によれば、排熱回収ボイラ装置が、低圧ドラムから排出されるボイラ水を復水器に戻すための低圧ブロー流路を含むとともに、排熱回収システムの運用方法が、排熱回収ボイラ装置の起動時において、低圧ドラムの水位が予め規定される低圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、低圧ブローバルブを制御して低圧ブロー流路を開放する低圧ドラム起動時ブローステップを備えている。このため、低圧ドラムから排出されるボイラ水を復水器に戻すことで、ボイラ水を循環利用することが出来る。これにより、排熱回収ボイラ装置から外部に排出されるボイラ水を従来よりも大幅に低減することが出来る。
また、上記（１１）に記載の実施形態によれば、排熱回収システムが、上述した薬剤注入装置を備えている。このため、従来のようにドラム内にリン酸ナトリウムを注入しなくても、ドラム内のアンモニア濃度又はｐＨを腐食が発生しない所定の範囲に制御することが出来る。したがって、低圧ドラムから排出されるドラム水を循環利用しても、高圧ドラムにおいてリン酸ナトリウムが析出し、アルカリ腐食を引き起こす虞がない。
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）に記載の排熱回収システムの運用方法において、上記排熱回収システムの運用方法は、排熱回収ボイラ装置の運転期間中において、高圧ドラムに貯留されるボイラ水の水質に関する検出値が予め規定される基準値よりも悪化したときに、バルブユニットを制御してカスケードブロー流路を開放する水質保全ブローステップをさらに備える。
従来、排熱回収ボイラ装置の運転期間中において、ドラムに貯留されるボイラ水の水質が所定の基準値よりも悪化したときには、ドラムに貯留されるボイラ水の一部を外部に排出するとともに、給水系統から給水をドラムに補給し、ボイラ水の一部を入れ替える管理が行われている。上述したように、ドラムからボイラ水を外部に排出するときには、高温のボイラ水を雑用水で希釈して冷却する必要があるため、ボイラ水の冷却には大量の雑用水が必要であった。また、せっかく加熱した高温のボイラ水を外部に排出してしまうため、発電システムのエネルギー効率の面でも無駄が多かった。
一方、高圧ドラムと低圧ドラムとでは、低圧ドラムの方が水質の基準値が緩く設定されている。一例としては、高圧ドラムにおける水質の基準値（シリカ濃度）が０．２ｍｇ／ｌ以下であるのに対して、低圧ドラムにおける水質の基準値（シリカ濃度）が２ｍｇ／ｌ以下である。このため、高圧ドラムにおいて基準値を超えた（基準値よりも悪化した）ボイラ水であっても、低圧ドラムの基準値は満たしている場合がある。
したがって、上記（１２）に記載の実施形態によれば、排熱回収システムの運用方法が、上述した水質保全ブローステップをさらに備えるため、排熱回収ボイラ装置の運転期間中において、排熱回収ボイラ装置から外部に排出されるボイラ水を従来よりも大幅に低減することが出来る。また、従来は外部に排出していた熱エネルギーをシステム内で再利用するため、熱回収効率に優れる。
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）に記載の排熱回収システムの運用方法において、上記水質保全ブローステップは、高圧ドラムに貯留されるボイラ水の水質に関する検出値が予め規定される基準値よりも悪化したときに、カスケードブロー流路を所定時間だけ開放する所定時間ブローステップと、所定時間ブローステップの後、又は所定時間ブローステップと並行して、給水系統から高圧ドラムに給水を供給する給水供給ステップと、給水供給ステップの後、高圧ドラムに貯留されるボイラ水の水質に関する検出値を取得する検査ステップと、を含む。そして、上記検査ステップにおいて取得されたボイラ水の水質に関する検出値が、予め規定される第２基準値まで改善していないときに、所定時間ブローステップ及び給水ステップを再び実施するように構成される。
上記（１３）に記載の実施形態によれば、高圧ドラムに貯留されるボイラ水の水質に関する検出値が予め規定される第２基準値に改善するまで、水質保全ブローステップ及び給水ステップが繰り返し実施される。これにより、ブロー１回当たりの排出量を小さく設定することが出来るため、水質を改善するのに必要な量だけをブローすることが出来る。なお、この第２基準値は、例えば、上述した基準値から余裕を差し引くこと（加味する）で設定される基準値である。
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１１）から（１３）の何れかに記載の排熱回収システムの運用方法において、上記排熱回収ボイラ装置は、高圧ドラムよりも低圧、且つ低圧ドラムよりも高圧のボイラ水が貯留される中圧ドラムをさらに有する。上記カスケードブロー流路は、高圧ドラムから排出されるボイラ水を中圧ドラムに供給するための高圧ブロー流路、及び中圧ドラムから排出されるボイラ水を低圧ドラムに供給するための中圧ブロー流路を含む。上記バルブユニットは、高圧ブロー流路を開放または閉止する高圧ブローバルブ、及び中圧ブロー流路を開放または閉止する中圧ブローバルブを含む。
そして、上記排熱回収システムの運用方法は、排熱回収ボイラ装置の起動時において、中圧ドラムの水位が予め規定される中圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、中圧ブローバルブを制御して中圧ブロー流路を開放する中圧ドラム起動時ブローステップをさらに備える。
上記（１４）に記載の実施形態によれば、排熱回収ボイラ装置が、高圧ドラム及び低圧ドラムに加えて、中圧ドラムを有している。このため、中圧ドラムを有していない排熱回収ボイラと比べて、熱回収率の高い排熱回収ボイラ装置とすることが出来る。また、排熱回収システムの運用方法が、排熱回収ボイラ装置の起動時において、中圧ドラムの水位が予め規定される中圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、中圧ブローバルブを制御して中圧ブロー流路を開放する中圧ドラム起動時ブローステップをさらに備える。このため、中圧ドラムから排出される高温のボイラ水を低圧ドラムに供給することで、中圧ドラムから排出される高温のボイラ水を外部に排出する場合と比べて、高温のボイラ水の冷却に必要となる雑用水の量を大幅に減らすことが出来る。また、中圧ドラムから排出される高温のボイラ水の熱エネルギーを低圧ドラムにおいて利用することが出来るため、エネルギー効率の面でも優れている。
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１４）に記載の排熱回収システムの運用方法において、上記カスケードブロー流路は、高圧ブロー流路における高圧ブローバルブよりも下流側の位置から分岐し、中圧ドラムをバイパスして高圧ドラムに貯留されるボイラ水を前記低圧ドラムに供給するためのバイパスブロー流路をさらに有する。上記バルブユニットは、バイパスブロー流路を開放または閉止するバイパスブローバルブをさらに有する。
そして、上記排熱回収システムの運用方法は、排熱回収ボイラ装置の起動時において、高圧ドラムの水位が予め規定される高圧ドラムの運用基準水位を超え、且つ、中圧ドラムの水位が予め規定される規定水位に達していないときに、バイパスブローバルブを制御して前記バイパスブロー流路を開放する中圧ドラムバイパスブローステップをさらに備える。
排熱回収ボイラ装置において、高圧ドラムに貯留されるボイラ水と、中圧ドラムに貯留されるボイラ水とでは、排熱回収ボイラ装置の起動時における温度上昇速度が異なる。よって、高圧ドラムの水位が予め規定される高圧ドラムの運用基準水位を超えたときであっても、高圧ドラムから排出されるボイラ水を中圧ドラムに供給するのではなく、中圧ドラムをバイパスして、低圧ドラムに直接供給する方が良い場合がある。上記（１５）に記載の実施形態によれば、このような場合であっても、バイパスブロー流路を介して、高圧ドラムから排出されるボイラ水を低圧ドラムに直接供給することが出来るため、中圧ドラムの水位に応じて柔軟に排熱回収システムを運用することが出来る。
（１６）幾つかの実施形態では、上記排熱回収システムの運用方法は、中圧ドラムに貯留されるボイラ水が排出されたときに、高圧ブローバルブを制御して高圧ブロー流路を開放し、高圧ドラムに貯留されているボイラ水を中圧ドラムに供給する高圧ドラム優先ブローステップをさらに備える。
上記（１６）に記載の実施形態によれば、中圧ドラムからボイラ水が排出されたときに、給水系統から中圧ドラムに給水を補給するのではなく、高圧ドラムからボイラ水を中圧ドラムに供給する。したがって、給水系統からの給水が高圧ドラムに優先的に補給されるため、高圧ドラムに貯留されるボイラ水の水質を良好に保つことが出来る。
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、排熱回収ボイラ装置から外部に排出されるボイラ水を従来よりも大幅に低減することが出来るとともに、熱回収効率にも優れる排熱回収システム、および該排熱回収システムの運用方法を提供することが出来る。
本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの構成を示したシステム構成図である。 本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの構成を示したシステム構成図である。 本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの構成を示したシステム構成図である。 本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの構成を示したシステム構成図である。 本発明の一実施形態に対する比較形態にかかる排熱回収システムの構成を示したシステム構成図である。 本発明の一実施形態にかかる制御装置の機能を説明するためのブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの運用方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの運用方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの運用方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの運用方法を示すフロー図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
また、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。また、比較形態を示す図においては、対応する実施形態の構成の符号に「´」を付してその詳細な説明を省略する場合がある。
＜排熱回収システム１０＞
図１〜図４は、本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの構成を示したシステム構成図である。図５は、本発明の一実施形態に対する比較形態の排熱回収システムの構成を示したシステム構成図である。
図１〜図４に示すように、本発明の一実施形態にかかる排熱回収システム１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）は、熱源１と、排熱回収ボイラ装置２と、蒸気タービン装置３と、復水器４と、給水系統５と、薬剤注入装置６と、を備える。
熱源１は、排熱を排出するように構成される。図示した実施形態では、熱源１は、圧縮機１ａで圧縮した空気を燃焼器１ｃで燃料と燃焼させて燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによってタービン１ｂを駆動して回転エネルギーに変換するように構成されるガスタービンからなる。タービン１ｂを駆動した高温の排気ガスｅ（排熱）は、後述する排熱回収ボイラ装置２に供給される。なお、熱源１としては、ガスタービン以外にも、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）などの、高温のガス（排熱）を排出する燃料電池を採用することが出来る。
排熱回収ボイラ装置２は、ボイラ水が貯留される複数のドラムを有し、熱源１から排出される排熱によってボイラ水を蒸発させて蒸気を生成するように構成される。排熱回収ボイラ装置２の詳細な構成については後述する。
蒸気タービン装置３は、排熱回収ボイラ装置で生成された蒸気によって駆動して回転エネルギーに変換するように構成される。図示した実施形態では、蒸気タービン装置３には、温度及び圧力の異なる複数系統の蒸気が導入されるように構成されている。
復水器４は、蒸気タービン装置３から排出される排気を凝縮するように構成される。排気を凝縮するための冷熱源としては、例えば、冷却塔（不図示）などから供給される冷却水が使用される。また、図示した実施形態では、復水器４は、蒸気タービン装置３の鉛直下方側に配置されているが、蒸気タービン装置３と復水器４との配置は、特に限定されない。
給水系統５は、復水器４で凝縮された復水を含む給水を排熱回収ボイラ装置２に供給するように構成される。図１〜図４に示した実施形態では、給水系統５は、復水器４に接続される給水流路５１と、給水流路５１を流れる給水を加圧するための復水ポンプ５２と、復水ポンプ５２から供給される給水を後述する低圧ドラム２３１に供給するための節炭器循環ポンプ５３と、復水ポンプ５２から供給される給水を後述する高圧ドラム２１１に供給するための高圧給水ポンプ５４とを有している。さらに、図２〜図４に示した実施形態では、復水ポンプ５２から供給される給水を、後述する中圧ドラム２２１に供給するための中圧給水ポンプ５５をさらに有している。
薬剤注入装置６は、給水系統５を流れる給水にアンモニアを含有する薬剤を注入するための装置である。薬剤注入装置６は、ドラム内に貯留されるボイラ水のアンモニア濃度が所定濃度範囲になるように、給水のアンモニア濃度を調整するか、又は、ドラム内に貯留されるボイラ水のｐＨ値が所定値範囲になるように、給水のｐＨ値を調整するように構成される。図示した実施形態では、薬剤注入装置６は、復水ポンプ５２の下流側、脱気器８の上流側に配置されている。
この薬剤注入装置６の存在によって、各ドラムに貯留されるボイラ水にリン酸ナトリウムを注入する水処理を行わずとも、ボイラ水をアルカリ性に保持することが可能となった。すなわち、図５に示す比較形態の排熱回収システム１０´では、復水ポンプ５２´の下流側、脱気器８´の上流側の位置よりアンモニアが注入されている。この点は、本実施形態の薬剤注入装置６も同様である。しかしながら、図５に示す比較形態の排熱回収システム１０´では、一定のアンモニア濃度又はｐＨ値の給水を各ボイラに供給し、不足分を各ドラムにリン酸ナトリウムを注入することで補っているのに対し、本実施形態の薬剤注入装置６は、上述したように、ドラム内に貯留されるボイラ水のアンモニア濃度又はｐＨ値が所定範囲になるように、給水に注入するアンモニアの量を調整する。例えば、アンモニアｐＨ値は、各ドラムより排出されるアンモニアの量を考慮し、給水のｐＨが凡そ１０となるような所定の範囲にアンモニアの注入量を調整する。アンモニアは蒸発しやすく、圧力が低い程に気相側に混合し易いが、本実施形態の薬剤注入装置６は、この分配率［ＮＨ３（Ｖ：気相）／ＮＨ３（Ｌ：液相）］をも考慮して、給水に注入するアンモニアの量を調整している（なお、薬剤注入装置の詳細については、特許文献１を参照のこと）。
そして、上述した排熱回収ボイラ装置２は、図１〜図４に示すように、所定圧力のボイラ水が貯留される高圧ドラム２１１と、高圧ドラム２１１よりも低圧のボイラ水が貯留される低圧ドラム２３１と、高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を低圧ドラム２３１に供給するためのカスケードブロー流路２５と、カスケードブロー流路２５を開放または閉止するバルブユニット２６と、低圧ドラム２３１から排出されるボイラ水を復水器４に戻すための低圧ブロー流路２７１と、低圧ブロー流路２７１を開放または閉止する低圧ブローバルブ２８１と、を含む。
図１〜図４に示した実施形態では、排熱回収ボイラ装置２は、排気ガスｅの流れ方向における上流側の位置に、高圧蒸気を生成するための高圧過熱ユニット２１が配置されている。高圧過熱ユニット２１は、高圧ドラム２１１と、高圧ドラム２１１に供給される給水を加熱するための高圧節炭器２１２と、高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水を蒸発させるための高圧蒸発器２１３と、高圧ドラム２１１から蒸気タービン装置３に供給される高圧蒸気を過熱する高圧過熱器２１４と、高圧ドラム２１１内の水位を計測するための高圧水位計２１５と、を有する。
また、図１〜図４に示した実施形態では、排熱回収ボイラ装置２は、排気ガスｅの流れ方向における下流側の位置に、低圧蒸気を生成するための低圧過熱ユニット２３が配置されている。低圧過熱ユニット２３は、低圧ドラム２３１と、低圧ドラム２３１に供給される給水を加熱するための低圧節炭器２３２と、低圧ドラム２３１に貯留されるボイラ水を蒸発させるための低圧蒸発器２３３と、低圧ドラム２３１から蒸気タービン装置３に供給される低圧蒸気を過熱する低圧過熱器２３４と、低圧ドラム２３１内の水位を計測するための低圧水位計２３５と、を有する。
また、図２〜図４に示した実施形態では、排熱回収ボイラ装置２は、排気ガスｅの流れ方向において、上述した高圧過熱ユニット２１と低圧過熱ユニット２３の間の位置に、高圧蒸気よりも低圧で、且つ、低圧蒸気よりも高圧な中圧蒸気を生成するための中圧過熱ユニット２２が配置されている。中圧過熱ユニット２２は、中圧ドラム２２１と、中圧ドラム２２１に供給される給水を加熱するための中圧節炭器２２２と、中圧ドラム２２１に貯留されるボイラ水を蒸発させるための中圧蒸発器２２３と、中圧ドラム２２１から蒸気タービン装置３に供給される中圧蒸気を過熱する中圧過熱器２２４と、中圧ドラム２３１内の水位を計測するための中圧水位計２２５と、を有する。
また、図１〜図４に示した実施形態では、排熱回収システム１０は、蒸気を蒸気タービン装置３に供給するための蒸気系統９を備えている。蒸気系統９は、高圧蒸気が流れる高圧蒸気流路９１と、低圧蒸気が流れる低圧蒸気流路９２と、蒸気タービン装置３から排出されて再熱器２４で再び過熱された蒸気、及び中圧蒸気の少なくとも何れか一方が流れる中圧蒸気流路９３と、を有する。
また、図２〜図４に示した実施形態では、カスケードブロー流路２５は、高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水を中圧ドラム２２１に供給するための高圧ブロー流路２５１、及び中圧ドラム２２１に貯留されるボイラ水を低圧ドラム２３１に供給するための中圧ブロー流路２５２を含む。このように、カスケードブロー流路２５が、高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を、中圧ドラム２２１を介して、低圧ドラム２３１に供給するように構成されていても、上述した実施形態で規定するところの「高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を低圧ドラム２３１に供給するためのカスケードブロー流路２５」に含まれる。
また、バルブユニット２６は、高圧ブロー流路２５１を開放または閉止する高圧ブローバルブ２６１、及び中圧ブロー流路２５２を開放または閉止する中圧ブローバルブ２６２を含む。
また、図１〜図４に示した実施形態では、低圧ブロー流路２７１は、復水器４に接続されている。そして、復水器４を介して、低圧ドラム２３１から排出されるボイラ水を給水系統５に戻すように構成されている。
また、図１に示した実施形態では、カスケードブロー流路２５は、低圧節炭器２３２と低圧ドラム２３１とを接続する給水流路に接続されている。この構成により、カスケードブロー流路２５と低圧ドラム２３１とを直接接続する場合と比べて、低圧ドラム２３１に対する加工箇所を少なくすることが出来る。
同様に、図２〜４に示した実施形態では、高圧ブロー流路２５１は、中圧節炭器２２２と中圧ドラム２２１とを接続する給水流路に接続されている。また、中圧ブロー流路２５２は、低圧節炭器２３２と低圧ドラム２３１とを接続する給水流路に接続されている。この構成により、高圧ブロー流路２５１と中圧ドラム２２１とを直接接続する場合、及び中圧ブロー流路２５２と低圧ドラム２３１とを直接接続する場合と比べて、中圧ドラム２２１、低圧ドラム２３１に対する加工箇所を少なくすることが出来る。
このように構成される本発明の一実施形態にかかる排熱回収システム１０によれば、排熱回収ボイラ装置２が、高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を低圧ドラム２３１に供給するためのカスケードブロー流路２５を含んでいる。このため、高圧ドラム２１１から排出される高温のボイラ水を低圧ドラム２３１に供給することで、高圧ドラム２１１から排出される高温のボイラ水を外部に排出する場合と比べて、排出される高温のボイラ水の冷却に必要となる雑用水の量を大幅に減らすことが出来る。また、高圧ドラム２１１から排出される高温のボイラ水の熱エネルギーを低圧ドラム２３１において利用することが出来るため、発電システムのエネルギー効率の面でも優れている。
また、上記の実施形態によれば、排熱回収ボイラ装置２が、低圧ドラム２３１から排出されるボイラ水を復水器４に戻すための低圧ブロー流路２７１を含んでいる。このため、低圧ドラム２３１から排出されるボイラ水を復水器４に戻すことで、ボイラ水を循環利用することが出来る。これにより、排熱回収ボイラ装置２から外部に排出されるボイラ水を従来よりも大幅に低減することが出来る。
また、上記の実施形態によれば、排熱回収システム１０が、上述した薬剤注入装置６を備えている。このため、従来のようにドラム内にリン酸ナトリウムを注入しなくても、各ドラム内のアンモニア濃度又はｐＨを腐食が発生しない所定の範囲に制御することが出来る。したがって、リン酸ナトリウムを用いる場合は、高温になるにつれて溶解度が低下するリン酸ナトリウムが、高温のボイラ水が貯留される高圧ドラム内での析出が懸念されていたが、リン酸ナトリウムを注入しないため、低圧ドラム２３１から排出されるドラム水を循環利用しても、高圧ドラム２１１においてリン酸ナトリウムが析出し、アルカリ腐食を引き起こす虞がない。
また、排熱回収システム１０は、図１〜図４に示したように、高圧ドラム２１１および低圧ドラム２３１の水位を制御するための制御装置７をさらに備える。
制御装置７は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、およびＩ／Ｏインターフェイスなどからなるマイクロコンピュータとして構成される。図６Ａは、本発明の一実施形態にかかる制御装置７の機能を説明するためのブロック図である。制御装置７は、図６Ａに示すように、水位制御部７１と、水質保全部７２と、ブローバルブ制御部７３と、給水系統制御部７４と、を有している。
水位制御部７１は、上述した高圧水位計２１５、中圧水位計２２５、低圧水位計２３５で計測された各ドラムの水位に関する信号ａが入力されるように構成されている。また、水位制御部７１は、排熱回収ボイラ装置２の運転時（起動時も含む）における各ドラムの水位を制御するための演算ロジック部である運転時水位制御部７１１と、排熱回収ボイラ装置２の運転停止時における各ドラムの水位を制御するための演算ロジック部である停止時水位制御部７１２と、を有している。
運転時水位制御部７１１では、各ドラムの水位が、運転時における運用水位範囲内に収まるように、各ドラム水位の変化量を基に各ドラムへの給水量および各ドラムからの排出量を演算する。また、停止時水位制御部７１２でも同様に、各ドラムの水位が、停止時における停止水位範囲内に収まるように、各ドラム水位の変化量を基に各ドラムへの給水量および各ドラムからの排出量を演算する。そして、運転時水位制御部７１１および停止時水位制御部７１２で演算された各ドラムからの排出量に対応する信号ｂが、ブローバルブ制御部７３において生成され、制御装置７から各ブローバルブ２６（２６１、２６２）、２８１に送信される。各ブローバルブ２６（２６１、２６２）、２８１は、この信号ｂに基づいて、各々のバルブ開度が制御される。同様に、運転時水位制御部７１１および停止時水位制御部７１２で演算された各ドラムへの給水量に対応する信号ｃが、給水系統制御部７４において生成され、制御装置７から各ポンプ５２、５３、５４、５５に送信される。各ポンプ５２、５３、５４、５５は、この信号ｃに基づいて、各々の運転状態（例えばポンプ吐出量）が制御される。なお、一例としてブローバルブ２６（２６１、２６２）および２８１は流量調節弁と説明したが、これに限定されず、例えばブローバルブ２６（２６１、２６２）および２８１は開閉弁としてもよい。
そして、幾つかの実施形態では、図１〜図４に示す排熱回収システム１０において、制御装置７は、排熱回収ボイラ装置２の起動時において、高圧ドラム２１１の水位が予め規定される高圧ドラム２１１の運用基準水位を超えたときに、バルブユニット２６を制御してカスケードブロー流路２５を開放するように構成される。また、排熱回収ボイラ装置２の起動時において、低圧ドラム２３１の水位が予め規定される低圧ドラム２３１の運用基準水位を超えたときに、低圧ブローバルブ２８１を制御して低圧ブロー流路２７１を開放するように構成される。
排熱回収ボイラ装置２の運転停止期間中においては、ドラム内部の腐食や錆の発生原因となる酸素（空気）の侵入を防止するため、各ドラムの水位が予め規定される停止水位範囲の下限水位を下回らないように管理される。排熱回収ボイラ装置２の運転停止後は、ボイラ水の冷却に伴って熱膨張量が小さくなるため、各ドラムの水位は低下する。このため、排熱回収ボイラ装置２の運転停止後においては、ドラムに給水を供給して各ドラムの水位を維持するような管理が行われる。よって、排熱回収ボイラ装置２の起動時においては、ボイラ水の水温上昇があり、例えば、各ドラムにおいて２００℃程度〜３５０℃程度の所定の運転時温度へとボイラ水の水温を上昇させるに伴って熱膨張量が大きくなるため、各ドラムの水位が上昇し、排熱回収ボイラ装置２の運転停止後よりも各ドラムの水位が高くなる。
一方、排熱回収ボイラ装置２は、その運転期間中、各ドラムの水位が予め規定される運用水位範囲に収まるように管理される。このため、排熱回収ボイラ装置２の起動時において各ドラムの水位が上昇すると、各ドラムに対応する各過熱器へボイラ水が流入して過熱蒸気の生成を妨げ、タービンの発電効率の低下や腐食を発生させる虞がある。従い、各ドラムで規定される運用基準水位（運用水位範囲の上限水位）を超えた分のボイラ水は排熱回収ボイラ装置２の外部に排出する必要がある。
したがって、このような実施形態によれば、高圧ドラム２１１から排出される高温のボイラ水を低圧ドラム２３１に供給することで、高圧ドラム２１１から排出される高温のボイラ水を外部に排出する場合と比べて、排出される高温のボイラ水の冷却に必要となる雑用水の量を大幅に減らすことが出来る。また、高圧ドラム２１１から排出される高温のボイラ水の熱エネルギーを低圧ドラム２３１において利用することが出来るため、発電システムのエネルギー効率の面でも優れている。
また、このような実施形態によれば、排熱回収ボイラ装置２の起動時において、低圧ドラム２３１から排出されるボイラ水を復水器４に戻すことで、ボイラ水を循環利用することが出来る。これにより、排熱回収ボイラ装置２の起動時において、排熱回収ボイラ装置２から外部に排出されるボイラ水を従来よりも大幅に低減することが出来る。
幾つかの実施形態では、図１〜図４に示す排熱回収システム１０において、制御装置７は、排熱回収ボイラ装置２の運転期間中において、高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水の水質に関する検出値が予め規定される基準値よりも悪化したときに、バルブユニット２６を制御してカスケードブロー流路２５を開放するように構成される。
図６Ａに示すように、制御装置７は、高圧ドラム２１１の水質を保全するための演算ロジック部である水質保全部７２を有している。水質保全部７２には、高圧ドラム２１１に貯留されているボイラ水の水質に関する検出値（例えばシリカ濃度）が入力されるように構成されている。また、水質保全部７２では、高圧ドラム２１１の水質が予め規定される基準値よりも悪化しないように、高圧ドラム２１１への給水量および高圧ドラム２１１からの排出量を演算する。一例として、高圧ドラム２１１への給水量は、高圧ドラム２１１におけるカスケードブロー流路２５への排出量と高圧過熱器２１４への排出量との合計と略同量となるよう制御される。
そして、水質保全部７２で演算された高圧ドラム２１１からの排出量に対応する信号ｂが、ブローバルブ制御部７３において生成され、制御装置７から各ブローバルブ２６（２６１、２６２）、２８１に送信される。各ブローバルブ２６（２６１、２６２）、２８１は、この信号ｂに基づいて、各々のバルブ開度が制御される。同様に、水質保全部７２で演算された高圧ドラム２１１への給水量に対応する信号ｃが、給水系統制御部７４において生成され、制御装置７から各ポンプ５２、５３、５４、５５に送信される。各ポンプ５２、５３、５４、５５は、この信号ｃに基づいて、各々の運転状態（例えばポンプ吐出量）が制御される。
従来、排熱回収ボイラ装置２の運転期間中において、高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水の水質が所定の基準値を超えたときには、高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水の一部を外部に排出するとともに、給水系統５から給水を高圧ドラム２１１に補給し、ボイラ水の一部を入れ替える管理が行われている。上述したように、高圧ドラム２１１からボイラ水を外部に排出するときには、排出する高温のボイラ水を雑用水で希釈して冷却する必要があるため、ボイラ水の冷却には大量の雑用水が必要であった。また、せっかく加熱した高温のボイラ水を外部に排出してしまうため、発電システムのエネルギー効率の面でも無駄が多かった。
一方、高圧ドラム２１１と中圧ドラム２２１及び低圧ドラム２３１とでは、中圧ドラム２２１及び低圧ドラム２３１の方が水質の基準値が緩く設定されている。一例としては、高圧ドラム２１１における水質の基準値（シリカ濃度）が０．２ｍｇ／ｌ以下であるのに対して、中圧ドラム２２１及び低圧ドラム２３１における水質の基準値（シリカ濃度）は２ｍｇ／ｌ以下である。このため、高圧ドラム２１１において基準値を超えた（基準値よりも悪化した）ボイラ水であっても、中圧ドラム２２１及び低圧ドラム２３１の基準値は満たしている場合がある。なお、ボイラ水の水質検査方法として、電気伝導率計やシリカ計（自動分析計）などを用いて各ドラムに貯留されているボイラ水を連続的にサンプリング抽出して自動で水質を検査してもよい。
したがって、このような実施形態によれば、高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を、高圧ドラム２１１よりも水質の基準値の緩い低圧ドラム２３１に供給することで、排熱回収ボイラ装置２の運転期間中において、排熱回収ボイラ装置２から外部に排出されるボイラ水を従来よりも低減することが出来る。また、従来は外部に排出していた熱エネルギーをシステム内で再利用するため、熱回収効率に優れる排熱回収システム１０とすることが出来る。
幾つかの実施形態では、図２〜図４に示す排熱回収システム１０（１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）において、上述した制御装置７は、排熱回収ボイラ装置２の起動時において、中圧ドラム２２１の水位が予め規定される中圧ドラム２２１の運用基準水位を超えたときに、中圧ブローバルブ２６２を制御して中圧ブロー流路２５２を開放するように構成される。
このような実施形態によれば、排熱回収ボイラ装置２が、高圧ドラム２１１及び低圧ドラム２３１に加えて、中圧ドラム２２１を有している。このため、中圧ドラム２２１を有していない排熱回収ボイラと比べて、熱回収率の高い排熱回収ボイラ装置２とすることが出来る。また、中圧ドラム２２１から排出される高温のボイラ水を低圧ドラム２３１に供給することで、中圧ドラム２２１から排出される高温のボイラ水を外部に排出する場合と比べて、排出される高温のボイラ水の冷却に必要となる雑用水の量を大幅に減らすことが出来る。また、中圧ドラム２２１から排出される高温のボイラ水の熱エネルギーを低圧ドラム２３１において利用することが出来るため、発電システムのエネルギー効率の面でも優れている。
幾つかの実施形態では、図３に示すように、カスケードブロー流路２５は、高圧ブロー流路２５１における高圧ブローバルブ２６１よりも下流側の位置から分岐し、中圧ドラム２２１をバイパスして高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を低圧ドラム２３１に供給するためのバイパスブロー流路２５３をさらに有する。そして、バルブユニット２６は、バイパスブロー流路２５３を開放または閉止するバイパスブローバルブ２６３(例えば三方弁)をさらに有する。
図示した実施形態では、バイパスブローバルブ２６３は、高圧ブロー流路２５１とバイパスブロー流路２５３との分岐位置に設けられている。そして、バイパスブローバルブ２６３は、高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を、高圧ブロー流路２５１を介して中圧ドラム２２１に供給する流れと、バイパスブロー流路２５３を介して低圧ドラム２３１に供給する流れとを択一的に切り替えることが出来る三方弁として構成されている。なお、図示しないが、バイパスブローバルブ２６３を、三方弁に代えて２つの切替弁より構成することも可能である。
このような実施形態によれば、バイパスブローバルブ２６３を開放することで、高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を、中圧ドラム２２１をバイパスして低圧ドラム２３１に供給することが出来る。
幾つかの実施形態では、図３に示す排熱回収システム１０（１０Ｃ）において、上述した制御装置７は、排熱回収ボイラ装置２の起動時において、高圧ドラム２１１の水位が予め規定される高圧ドラム２１１の運用基準水位を超え、且つ、中圧ドラム２２１の水位が予め規定される規定水位に達していないときに、バイパスブローバルブ２６３を制御してバイパスブロー流路２５３を開放するように構成される。
排熱回収ボイラ装置２において、高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水と、中圧ドラム２２１に貯留されるボイラ水とでは、排熱回収ボイラ装置２の起動時における温度上昇速度が異なる。よって、高圧ドラム２１１の水位が予め規定される高圧ドラム２１１の運用基準水位を超えたときであっても、高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を中圧ドラム２２１に供給するのではなく、中圧ドラム２２１をバイパスして、低圧ドラム２３１に直接供給する方が良い場合がある。したがって、上記実施形態によれば、このような場合であっても、バイパスブロー流路２５３を介して、高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を低圧ドラム２３１に直接供給するが出来るため、中圧ドラム２２１の水位に応じた柔軟な排熱回収システム１の運用が可能となる。
幾つかの実施形態では、図１〜図４に示すように、低圧ブロー流路２７１は、復水器４に接続される。そして、排熱回収ボイラ装置２は、図１または図２に示すように、低圧ブロー流路２７１に配置される、低圧ブロー流路２７１を流れるボイラ水を濾過するためのフィルタ装置２９１と、低圧ブロー流路２７１においてフィルタ装置２９１の上流側に配置される、低圧ブロー流路２７１を流れるボイラ水を冷却するための冷却装置２９２と、をさらに備える。
このような実施形態によれば、低圧ドラム２３１から排出されるボイラ水に含まれる不純物をフィルタ装置２９１によって除去した後に復水器４に排出することが出来る。また、低圧ドラム２３１から排出されるボイラ水を冷却装置２９２によって冷却することで、復水器４内の温度上昇が抑制されるため、復水効率を維持することでタービン効率が低下するのを防止することが出来る。しかも、冷却装置２９２が低圧ブロー流路２７１においてフィルタ装置２９１の上流側に配置されるため、耐熱性を必要としない安価なフィルタ装置２９１を採用することが可能となる。
幾つかの実施形態では、図１または図２、図４に示すように、上述した冷却装置２９２は、蒸気タービン装置３のタービン軸受（不図示）に供給される軸受冷却水を冷熱源とするように構成される。
このような実施形態によれば、蒸気タービン装置３のタービン軸受に供給される軸受冷却水を冷熱源として利用することで、冷却装置２９２の冷熱源を新たに用意する必要がないことから、システム全体をシンプルに構成することが出来る。
幾つかの実施形態では、図２〜図４に示す排熱回収システム１０（１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）において、制御装置７は、排熱回収ボイラ装置２の運転期間中において、中圧ドラム２２１からボイラ水が排出されたときに、高圧ブローバルブ２６１を制御して高圧ブロー流路２５１を開放し、高圧ドラム２１１に貯留されているボイラ水を中圧ドラム２２１に供給するように構成される。
このような実施形態によれば、中圧ドラム２２１からボイラ水が排出されたときに、給水系統５から中圧ドラム２２１に給水を補給するのではなく、高圧ドラム２１１からボイラ水を中圧ドラム２２１に供給するように構成される。したがって、給水系統５からの給水が高圧ドラム２１１に優先的に補給されることとなるため、中圧ドラム２２１や低圧ドラム２３１よりも高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水の水質を優先して良好に保つことが出来る。このため水質は中圧ドラム２２１や低圧ドラム２３１を優先して監視すればよく、発電システムの運用性が向上する。
また、図４に示す排熱回収システム１０（１０Ｄ）は、所定以上の水質を有する純水が貯留される純水タンク１１と、所定未満の水質を有する工業用水が貯留される工業用水タンク１２と、低圧ブロー流路２７１におけるフィルタ装置２９１の下流側から分岐し、低圧ブロー流路２７１を流れるボイラ水を純水タンク１１又は工業用水タンク１２に供給するためのタンク供給流路２７２と、を備えている。低圧ブロー流路２７１におけるタンク供給流路２７２との分岐位置の下流側には、流路切替弁２９３が配置されている。また、タンク供給流路２７２には、流路切替弁２９４が配置されている。そして、流路切替弁２９３，２９４を夫々開閉することで、低圧ブロー流路２７１を流れるボイラ水の流入先を低圧ブロー流路２７１又はタンク供給流路２７２に択一的に切り替えることが出来るようになっている。なお、図示した実施形態では、２つの流路切替弁２９３，２９４が配置されているが、２つの流路切替弁２９３，２９４に替えて、１つの三方弁を配置して、低圧ブロー流路を流れるボイラ水の流入先を低圧ブロー流路２７１又はタンク供給流路２７２に択一的に切り替えるようにしてもよい。
また、タンク供給流路２７２には、流路切替弁２９４よりも下流側に、タンク供給流路２７２を流れるボイラ水を冷却するための冷却装置２９２が配置されている。また、タンク供給流路２７２には、冷却装置２９２よりも下流側に、タンク供給流路２７２を流れるボイラ水の供給先を純水タンク１１又は工業用水タンク１２に択一的に切り替えるための供給先切替弁２８２，２８３が配置されている。なお、図示した実施形態では、２つの供給先切替弁２８２，２８３が配置されているが、２つの供給先切替弁２８２，２８３に替えて、１つの三方弁を配置して、タンク供給流路２７２を流れるボイラ水の供給先を純水タンク１１又は工業用水タンク１２に択一的に切り替えるようにしてもよい。
このような実施形態によれば、低圧ドラム２３１から排出されるボイラ水の不純物濃度が高圧ドラム２１１における水質の基準値（シリカ濃度）より高い場合や復水器４の所定の水位を超える場合など、低圧ボイラ２３１から排出されるボイラ水を復水器４に供給できないような状況下においても、低圧ドラム２３１から排出されるボイラ水を純水タンク１１または工業用水タンク１２において回収することが出来るため、排熱回収ボイラ装置２から外部に排出されるボイラ水の量を低減することが可能となる。なお、タンク供給流路２７２を流れるボイラ水の供給先は、排出されるボイラ水の水質に基づいて切り替えられる。なお、一例として、低圧ドラム２３１から排出されるボイラ水の不純物濃度が高圧ドラム２１１における水質の基準値（シリカ濃度）より低い場合は純水タンク１１へ供給され、また、低圧ドラム２３１から排出されるボイラ水の不純物濃度が高圧ドラム２１１における水質の基準値（シリカ濃度）より高い場合は工業用水タンク１２へ供給されるように供給先を切り替えてもよい。
＜排熱回収システム１０の運用方法＞
本発明の一実施形態は、図１〜図４に示す排熱回収システム１０の運用方法である。本実施形態の排熱回収システム１０の運用方法は、上述した排熱回収ボイラ装置２の起動時において、高圧ドラム２１１の水位が予め規定される高圧ドラム２１１の運用基準水位を超えたときに、バルブユニット２６を制御してカスケードブロー流路２５を開放する高圧ドラム起動時ブローステップと、排熱回収ボイラ装置２の起動時において、低圧ドラム２３１の水位が予め規定される低圧ドラム２３１の運用基準水位を超えたときに、低圧ブローバルブ２８１を制御して低圧ブロー流路２７１を開放する低圧ドラム起動時ブローステップと、を備える。
図６Ｂは、本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの運用方法を示すフロー図である。図６Ｂに示すように、上述した高圧ドラム起動時ブローステップでは、高圧ドラム２１１の水位が高圧ドラム２１１の運用基準水位を超えたかどうかを判定し（Ｓ１１）、運用基準水位を超えた場合には、カスケードブロー流路２５に設けられたバルブユニット２６を所定のバルブ開度で開放する（Ｓ１２）。その後、高圧ドラム２１１の水位が高圧ドラム２１１の第２運用基準水位（第２運用基準水位≦運用基準水位）を下回ったかどうかを判定し（Ｓ１３）、下回っていない場合には（Ｓ１３において「ＮＯ」）、カスケードブロー流路２５の開放を継続する。Ｓ１３において、第２運用基準水位を下回った場合には（Ｓ１３において「ＹＥＳ」）、カスケードブロー流路２５に設けられたバルブユニット２６を閉止し（Ｓ１４）、一連のステップは終了する。
同様に、上述した低圧ドラム起動時ブローステップでは、低圧ドラム２３１の水位が低圧ドラム２３１の運用基準水位を超えたかどうかを判定し（Ｓ１１）、運用基準水位を超えた場合には、低圧ブロー流路２７１に設けられた低圧ブローバルブ２８１を所定のバルブ開度で開放する（Ｓ１２）。その後、低圧ドラム２３１の水位が低圧ドラム２３１の第２運用基準水位（第２運用基準水位≦運用基準水位）を下回ったかどうかを判定し（Ｓ１３）、下回っていない場合には（Ｓ１３において「ＮＯ」）、低圧ブロー流路２７１の開放を継続する。一方、Ｓ１３において、第２運用基準水位を下回った場合には（Ｓ１３において「ＹＥＳ」）、低圧ブロー流路２７１に設けられた低圧ブローバルブ２８１を閉止し（Ｓ１４）、一連のステップは終了する。
ところで、一度にブローされるボイラ水の排水量は、カスケードブロー流路２５、及び低圧ブロー流路２７１の配管径や、復水ポンプ５２、節炭器循環ポンプ５３、及び高圧給水ポンプ５４に掛かる負荷等を考慮して設定される。一例としては、一度にブローされるボイラ水の排水量は、給水ポンプの最大流量の１／５０〜１／１００程度として設定され、給水ポンプの最大流量を５０ｍ３／ｈｒとしたときに、一度にブローされるボイラ水の排水量は１ｍ３と設定される。したがって、例えば、起動時において５０ｍ３のボイラ水を排出する場合には、一度に１ｍ３ずつ計５０回のブローを行うこととなる。上述した図６Ｂにおける「ブロー流路を開放（Ｓ１２）」とは、ブロー流路を連続的に開放する状態だけでなく、複数回のステップでブローを繰り返す状態（ブロー流路を断続的に開放する状態）も含んでいる。
このような実施形態によれば、排熱回収システム１０の運用方法が、上述した高圧ドラム起動時ブローステップを備えている。このため、高圧ドラム２１１から排出される高温のボイラ水を低圧ドラム２３１に供給することで、高圧ドラム２１１から排出される高温のボイラ水を外部に排出する場合と比べて、排出される高温のボイラ水の冷却に必要となる雑用水の量を大幅に減らすことが出来る。また、高圧ドラム２１１から排出される高温のボイラ水の熱エネルギーを低圧ドラム２３１において利用することが出来るため、発電システムのエネルギー効率の面でも優れている。
また、このような実施形態によれば、排熱回収システム１０の運用方法が、上述した低圧ドラム起動時ブローステップを備えている。このため、低圧ドラム２３１から排出されるボイラ水を復水器４に戻すことで、ボイラ水を循環利用することが出来る。これにより、排熱回収ボイラ装置２から外部に排出されるボイラ水を従来よりも大幅に低減することが出来る。
また、本発明の一実施形態は、図１〜図４に示す排熱回収システム１０の運用方法である。本実施形態の排熱回収システム１０の運用方法は、排熱回収ボイラ装置２の運転期間中において、高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水の水質に関する検出値が予め規定される基準値よりも悪化したときに、バルブユニット２６を制御してカスケードブロー流路２５を開放する水質保全ブローステップをさらに備える。
図６Ｃは、本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの運用方法を示すフロー図である。図６Ｃに示すように、上述した水質保全ブローステップでは、高圧ドラム２１１の水質が基準値よりも悪化（例えば、シリカ濃度が０．２ｍｇ／ｌを超過）したかどうかを判断し（Ｓ２１）、基準値よりも悪化した場合には、カスケードブロー流路２５を所定時間だけ開放する所定時間ブローステップを実行し、高圧ドラム２１１に貯留されているボイラ水をカスケードブロー流路２５に排出する（Ｓ２２）。
このような実施形態によれば、排熱回収システム１０の運用方法が、上述した水質保全ブローステップをさらに備えるため、排熱回収ボイラ装置２の運転期間中において、排熱回収ボイラ装置２から外部に排出されるボイラ水を従来よりも大幅に低減することが出来る。また、従来は外部に排出していた熱エネルギーをシステム内で再利用するため、熱回収効率に優れる。
また、本発明の一実施形態は、図１〜図４に示す排熱回収システム１０の運用方法である。本実施形態の排熱回収システム１０の運用方法において、上述した水質保全ブローステップは、高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水の水質に関する検出値が予め規定される基準値よりも悪化したときに、カスケードブロー流路２５を所定時間だけ開放する所定時間ブローステップと、所定時間ブローステップの後、又は所定時間ブローステップと並行して、給水系統５から高圧ドラム２１１に給水を供給する給水供給ステップと、給水供給ステップの後、高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水の水質に関する検出値を取得する検査ステップと、を含む。そして、検査ステップにおいて取得されたボイラ水の水質に関する検出値が、予め規定される第２基準値まで改善していないときに、所定時間ブローステップ及び給水ステップを再び実施するように構成される。
具体的には、上述した図６Ｃに示すように、所定時間ブローステップでは、高圧ドラム２１１の水質が基準値よりも悪化（例えば、シリカ濃度が０．２ｍｇ／ｌを超過）したかどうかを判断し（Ｓ２１）、基準値よりも悪化した場合には、カスケードブロー流路２５に設けられたバルブユニット２６を所定のバルブ開度で所定時間だけ開放し、高圧ドラム２１１に貯留されているボイラ水をカスケードブロー流路２５に排出する（Ｓ２２）。給水供給ステップでは、所定時間ブローステップの後、又は所定時間ブローステップと並行して、給水系統５から高圧ドラム２１１に、排出したボイラ水に相当する量の給水を供給する（Ｓ２３）。検査ステップでは、給水供給ステップの後、高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水の水質に関する検出値を取得する（Ｓ２４）。そして、高圧ドラム２１１の水質が第２基準値（例えば、シリカ濃度で０．２ｍｇ／ｌ以下）まで改善したかどうかを判定し（Ｓ２５）、第２基準値まで改善していない場合には（Ｓ２５において「ＮＯ」）、上述した所定時間ブローステップ（Ｓ２２）及び給水供給ステップ（Ｓ２３）を再び実施する。一方、Ｓ２５において、第２基準値まで改善した場合には（Ｓ２５において「ＹＥＳ」）、カスケードブロー流路２５に設けられたバルブユニット２６を閉止し（Ｓ２６）、一連のステップは終了する。
このような実施形態によれば、高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水の水質に関する検出値が予め規定される第２基準値に改善するまで、水質保全ブローステップ及び給水ステップが繰り返し実施される。これにより、ブロー１回当たりの排出量を小さく設定することが出来るため、水質を改善するのに必要な量だけをブローすることが出来る。なお、この第２基準値は、例えば、上述した基準値から余裕を差し引くこと（加味する）で設定される基準値である。例えば、上述した基準値がシリカ濃度で０．２ｍｇ／ｌの場合は、第２基準値はシリカ濃度で０．２ｍｇ／ｌ以下である。
また、本発明の一実施形態は、図２〜図４に示す排熱回収システム１０（１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）の運用方法である。本実施形態の排熱回収ボイラシステム１０の運用方法は、排熱回収ボイラ装置２の起動時において、中圧ドラム２２１の水位が予め規定される中圧ドラム２２１の運用基準水位を超えたときに、中圧ブローバルブ２６２を制御して中圧ブロー流路２５２を開放する中圧ドラム起動時ブローステップをさらに備える。
具体的には、上述した図６Ｂに示すように、上述した中圧ドラム起動時ブローステップでは、中圧ドラム２２１の水位が中圧ドラム２２１の運用基準水位を超えたかどうかを判定し（Ｓ１１）、運用基準水位を超えた場合には、中圧ブロー流路２５２に設けられた中圧ブローバルブ２６２を所定のバルブ開度で開放する（Ｓ１２）。その後、中圧ドラム２２１の水位が中圧ドラム２２１の第２運用基準水位（第２運用基準水位≦運用基準水位）を下回ったかどうかを判定し（Ｓ１３）、下回っていない場合には（Ｓ１３において「ＮＯ」）、中圧ブロー流路２５２の開放を継続する。Ｓ１３において、下第２基準運用水位を下回った場合には（Ｓ１３において「ＹＥＳ」）、中圧ブロー流路２５２に設けられた中圧ブローバルブ２６２を閉止し（Ｓ１４）、一連のステップが終了される。
このような実施形態によれば、排熱回収システム１０の運用方法が、上述した中圧ドラム起動時ブローステップをさらに備える。このため、中圧ドラム２２１から排出される高温のボイラ水を低圧ドラム２３１に供給することで、中圧ドラム２２１から排出される高温のボイラ水を外部に排出する場合と比べて、高温のボイラ水の冷却に必要となる雑用水の量を大幅に減らすことが出来る。また、中圧ドラム２２１から排出される高温のボイラ水の熱エネルギーを低圧ドラム２３１において利用することが出来るため、エネルギー効率の面でも優れている。
また、本発明の一実施形態は、図３に示す排熱回収システム１０（１０Ｃ）の運用方法である。本実施形態の排熱回収ボイラシステム１０の運用方法は、排熱回収ボイラ装置２の起動時において、高圧ドラム２１１の水位が予め規定される高圧ドラム２１１の運用基準水位を超え、且つ、中圧ドラム２２１の水位が予め規定される規定水位に達していないときに、バイパスブローバルブ２６３を制御してバイパスブロー流路２５３を開放する中圧ドラムバイパスブローステップをさらに備える。
図６Ｄは、本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの運用方法を示すフロー図である。図６Ｄに示すように、上述した中圧ドラムバイパスブローステップでは、高圧ドラム２１１の水位が高圧ドラム２１１の運用基準水位を超えたかどうかを判定し（Ｓ３１）、運用基準水位を超えた場合には、次に中圧ドラム２２１の水位が規定水位に達していないかを判定する（Ｓ３２）。そして、規定水位に達していない場合には（Ｓ３２において「ＹＥＳ」）、高圧ブロー流路２５１に設けられた高圧ブローバルブ２６１を所定のバルブ開度で開放するとともに、バイパスブロー流路２５３に設けられたバイパスブローバルブ２６３を開放し、高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を低圧ドラム２３１に直接供給する（Ｓ３３）。その後、高圧ブローバルブ２６１及びバイパスブローバルブ２６３を閉止し（Ｓ３５）、一連のステップは終了する。一方、規定水位に達している場合には（Ｓ３２において「ＮＯ」）、高圧ブロー流路２５１に設けられた高圧ブローバルブ２６１を所定のバルブ開度で開放し、高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を中圧ドラム２２１に供給する（Ｓ３４）。その後、高圧ブローバルブ２６１を閉止し（Ｓ３６）、一連のステップは終了する。
排熱回収ボイラ装置２において、高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水と、中圧ドラム２２１に貯留されるボイラ水とでは、排熱回収ボイラ装置２の起動時における温度上昇速度が異なる。よって、高圧ドラム２１１の水位が予め規定される高圧ドラム２１１の運用基準水位を超えたときであっても、高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を中圧ドラム２２１に供給するのではなく、中圧ドラム２２１をバイパスして、低圧ドラム２３１に直接供給する方が良い場合がある。本実施形態によれば、このような場合であっても、バイパスブロー流路２５３を介して、高圧ドラム２１１から排出されるボイラ水を低圧ドラム２３１に直接供給するが出来るため、中圧ドラム２２１の水位に応じて柔軟に排熱回収システム１０を運用することが出来る。
また、本発明の一実施形態は、図２〜４に示す排熱回収システム１０（１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）の運用方法である。本実施形態の排熱回収ボイラシステム１０の運用方法は、中圧ドラム２２１に貯留されるボイラ水が排出されたときに、高圧ブローバルブ２６１を制御して高圧ブロー流路２５１を開放し、高圧ドラム２１１に貯留されているボイラ水を中圧ドラム２２１に供給する高圧ドラム優先ブローステップをさらに備える。
図６Ｅは、本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムの運用方法を示すフロー図である。図６Ｅに示すように、上述した高圧ドラム優先ブローステップでは、中圧ドラム２２１からボイラ水が排出されたかどうかを判定し（Ｓ４１）、ボイラ水が排出された場合には、高圧ブロー流路２５１に設けられた高圧ブローバルブ２６１を所定のバルブ開度で開放し、高圧ドラム２１１に貯留されているボイラ水を高圧ブロー流路２５１に排出する（Ｓ４３）。そして、このＳ４３の後、又はＳ４３と並行して、給水系統５から高圧ドラム２１１に、排出したボイラ水に相当する量の給水を供給する（Ｓ４４）。そして、高圧ブロー流路２５１に設けられた高圧ブローバルブ２６１を閉止し（Ｓ４５）、一連のステップは終了する。
このような実施形態によれば、中圧ドラム２２１からボイラ水が排出されたときに、給水系統５から中圧ドラム２２１に給水を補給するのではなく、高圧ドラム２１１からボイラ水を中圧ドラム２２１に供給する。したがって、給水系統５からの給水が高圧ドラム２１１に優先的に補給されるため、高圧ドラム２１１に貯留されるボイラ水の水質を良好に保つことが出来る。
また、上述した実施形態において、Ｓ４１の次に、高圧ドラム２１１の水質が予め規定される第３基準値よりも悪化しているかどうかを判定するようにしてもよい（Ｓ４２）。そして、高圧ドラム２１１の水質が第３基準値よりも悪化している場合は、高圧ブロー流路２５１に設けられた高圧ブローバルブ２６１は開放せずに、給水系統５から中圧ドラム２２１に給水を供給するようにしてもよい（Ｓ４６）。このようにすることで、高圧ドラム２１１から水質の悪化したドラム水が中圧ドラム２２１に供給されるのを防ぐことが出来る。なお、ここで第３基準値とは、中圧ドラム２２１に供給するボイラ水として水質的に不適格と考えられるような水質に関する指標値であり、中圧ドラム２２１における水質の基準値に基づき、プラント毎に適宜設定される。
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
１ 熱源（例えばガスタービン）
１ａ 圧縮機
１ｂ タービン
１ｃ 燃焼器
２ 排熱回収ボイラ装置
３ 蒸気タービン装置
４ 復水器
５ 給水系統
５１ 給水流路
５２ 復水ポンプ
５３ 節炭器循環ポンプ
５４ 高圧給水ポンプ
５５ 中圧給水ポンプ
６ 薬剤注入装置
７ 制御装置
７１ 水位制御部
７１１ 運転時水位制御部
７１２ 停止時水位制御部
７２ 水質保全部
７３ ブローバルブ制御部
７４ 給水系統制御部
８ 脱気器
９ 蒸気系統
９１ 高圧蒸気流路
９２ 低圧蒸気流路
９３ 中圧蒸気流路
１０ 排熱回収ボイラシステム
１１ 純水タンク
１２ 工業用水タンク
２１ 高圧過熱ユニット
２１１ 高圧ドラム
２１２ 高圧節炭器
２１３ 高圧蒸発器
２１４ 高圧過熱器
２１５ 高圧水位計
２２ 中圧過熱ユニット
２２１ 中圧ドラム
２２２ 中圧節炭器
２２３ 中圧蒸発器
２２４ 中圧過熱器
２２５ 中圧水位計
２３ 低圧過熱ユニット
２３１ 低圧ドラム
２３２ 低圧節炭器
２３３ 低圧蒸発器
２３４ 低圧過熱器
２３５ 低圧水位計
２４ 再熱器
２５ カスケードブロー流路
２５１ 高圧ブロー流路
２５２ 中圧ブロー流路
２５３ バイパスブロー流路
２６ バルブユニット
２６１ 高圧ブローバルブ
２６２ 中圧ブローバルブ
２６３ バイパスブローバルブ
２７１ 低圧ブロー流路
２７２ タンク供給流路
２８１ 低圧ブローバルブ
２８２，２８３ 供給先切替弁
２９１ フィルタ装置
２９２ 冷却装置
２９３，２９４ 流路切替弁

Claims (16)

  1. 排熱を排出する熱源と、
    ボイラ水が貯留される複数のドラムを有し、前記熱源から排出される前記排熱によって前記ボイラ水を蒸発させて蒸気を生成するように構成された排熱回収ボイラ装置と、
    前記排熱回収ボイラ装置で生成された前記蒸気によって駆動して回転エネルギーに変換する蒸気タービン装置と、
    前記蒸気タービン装置から排出される排気を凝縮する復水器と、
    前記復水器で凝縮された復水を含む給水を前記排熱回収ボイラ装置に供給する給水系統と、
    前記複数のドラムの各々に貯留される前記ボイラ水のアンモニア濃度が所定濃度範囲になるように、前記給水のアンモニア濃度を調整するか、又は、前記複数のドラムの各々に貯留される前記ボイラ水のｐＨ値が所定値範囲になるように、前記給水のｐＨ値を調整するように構成された薬剤注入装置と、を備える排熱回収システムであって、
    前記排熱回収ボイラ装置は、
    所定圧力の前記ボイラ水が貯留される高圧ドラムと、
    前記高圧ドラムよりも低圧の前記ボイラ水が貯留される低圧ドラムと、
    前記高圧ドラムから排出される前記ボイラ水を前記低圧ドラムに供給するためのカスケードブロー流路と、
    前記カスケードブロー流路を開放または閉止するバルブユニットと、
    前記低圧ドラムから排出される前記ボイラ水を前記復水器に戻すための低圧ブロー流路と、
    前記低圧ブロー流路を開放または閉止する低圧ブローバルブと、を含む
    排熱回収システム。
  2. 所定以上の水質を有する純水が貯留される純水タンクと、
    所定未満の水質を有する工業用水が貯留される工業用水タンクと、
    前記低圧ブロー流路における前記低圧ブローバルブの下流側から分岐し、前記低圧ブロー流路を流れるボイラ水を前記純水タンク又は前記工業用水タンクに供給するためのタンク供給流路と、
    前記低圧ブロー流路を流れるボイラ水の流入先を前記低圧ブロー流路又は前記タンク供給流路に切り替えるための流路切替弁と、
    前記タンク供給流路を流れるボイラ水の供給先を前記純水タンク又は前記工業用水タンクに切り替えるための供給先切替弁と、を含む
    請求項１に記載の排熱回収システム。
  3. 前記高圧ドラムおよび前記低圧ドラムの水位を制御するための制御装置をさらに備え、
    前記制御装置は、
    前記排熱回収ボイラ装置の起動時において、前記高圧ドラムの水位が予め規定される高圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、前記バルブユニットを制御して前記カスケードブロー流路を開放するように構成されるとともに、
    前記排熱回収ボイラ装置の起動時において、前記低圧ドラムの水位が予め規定される低圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、前記低圧ブローバルブを制御して前記低圧ブロー流路を開放するように構成される
    請求項１又は２に記載の排熱回収システム。
  4. 前記高圧ドラムおよび前記低圧ドラムの水位を制御するための制御装置をさらに備え、
    前記制御装置は、前記排熱回収ボイラ装置の運転期間中において、前記高圧ドラムに貯留される前記ボイラ水の水質に関する検出値が予め規定される基準値よりも悪化したときに、前記バルブユニットを制御して前記カスケードブロー流路を開放するように構成される
    請求項１から３の何れか一項に記載の排熱回収システム。
  5. 前記排熱回収ボイラ装置は、前記高圧ドラムよりも低圧、且つ前記低圧ドラムよりも高圧の前記ボイラ水が貯留される中圧ドラムをさらに有し、
    前記カスケードブロー流路は、前記高圧ドラムに貯留される前記ボイラ水を前記中圧ドラムに供給するための高圧ブロー流路、及び前記中圧ドラムに貯留される前記ボイラ水を前記低圧ドラムに供給するための中圧ブロー流路を含み、
    前記バルブユニットは、前記高圧ブロー流路を開放または閉止する高圧ブローバルブ、及び前記中圧ブロー流路を開放または閉止する中圧ブローバルブを含み、
    前記制御装置は、
    前記排熱回収ボイラ装置の起動時において、前記中圧ドラムの水位が予め規定される中圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、前記中圧ブローバルブを制御して前記中圧ブロー流路を開放するように構成される
    請求項３又は４に記載の排熱回収システム。
  6. 前記カスケードブロー流路は、前記高圧ブロー流路における前記高圧ブローバルブよりも下流側の位置から分岐し、前記中圧ドラムをバイパスして前記高圧ドラムに貯留される前記ボイラ水を前記低圧ドラムに供給するためのバイパスブロー流路をさらに有し、
    前記バルブユニットは、前記バイパスブロー流路を開放または閉止するバイパスブローバルブをさらに有する
    請求項５に記載の排熱回収システム。
  7. 前記制御装置は、
    前記排熱回収ボイラ装置の起動時において、前記高圧ドラムの水位が予め規定される高圧ドラムの運用基準水位を超え、且つ、前記中圧ドラムの水位が予め規定される規定水位に達していないときに、前記バイパスブローバルブを制御して前記バイパスブロー流路を開放するように構成される
    請求項６に記載の排熱回収システム。
  8. 前記低圧ブロー流路は、前記復水器に接続され、
    前記排熱回収ボイラ装置は、
    前記低圧ブロー流路に配置される、前記低圧ブロー流路を流れる前記ボイラ水を濾過するためのフィルタ装置と、
    前記低圧ブロー流路において前記フィルタ装置の上流側に配置される、前記低圧ブロー流路を流れる前記ボイラ水を冷却するための冷却装置と、をさらに備える
    請求項１から７の何れか一項に記載の排熱回収システム。
  9. 前記冷却装置は、前記蒸気タービン装置に供給される軸受冷却水を冷熱源とするように構成される
    請求項８に記載の排熱回収システム。
  10. 前記制御装置は、前記排熱回収ボイラ装置の運転期間中において、前記中圧ドラムから前記ボイラ水が排出されたときに、前記高圧ブローバルブを制御して前記高圧ブロー流路を開放し、前記高圧ドラムに貯留されている前記ボイラ水を前記中圧ドラムに供給するように構成される
    請求項５から７の何れか一項に記載の排熱回収システム。
  11. 排熱を排出する熱源と、
    ボイラ水が貯留される複数のドラムを有し、前記熱源から排出される前記排熱によって前記ボイラ水を蒸発させて蒸気を生成するように構成された排熱回収ボイラ装置と、
    前記排熱回収ボイラ装置で生成された前記蒸気によって駆動して回転エネルギーに変換する蒸気タービン装置と、
    前記蒸気タービン装置から排出される排気を凝縮する復水器と、
    前記復水器で凝縮された復水を含む給水を前記排熱回収ボイラ装置に供給する給水系統と、
    前記複数のドラムの各々に貯留される前記ボイラ水のアンモニア濃度が所定濃度範囲になるように、前記給水のアンモニア濃度を調整するか、又は、前記複数のドラムの各々に貯留される前記ボイラ水のｐＨ値が所定値範囲になるように、前記給水のｐＨ値を調整するように構成された薬剤注入装置と、を備える排熱回収システムの運用方法であって、
    前記排熱回収ボイラ装置は、
    所定圧力の前記ボイラ水が貯留される高圧ドラムと、
    前記高圧ドラムよりも低圧の前記ボイラ水が貯留される低圧ドラムと、
    前記高圧ドラムから排出される前記ボイラ水を前記低圧ドラムに供給するためのカスケードブロー流路と、
    前記カスケードブロー流路を開放または閉止するバルブユニットと、
    前記低圧ドラムから排出される前記ボイラ水を前記復水器に戻すための低圧ブロー流路と、
    前記低圧ブロー流路を開放または閉止する低圧ブローバルブと、を含み、
    前記排熱回収システムの運用方法は、
    前記排熱回収ボイラ装置の起動時において、前記高圧ドラムの水位が予め規定される高圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、前記バルブユニットを制御して前記カスケードブロー流路を開放する高圧ドラム起動時ブローステップと、
    前記排熱回収ボイラ装置の起動時において、前記低圧ドラムの水位が予め規定される低圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、前記低圧ブローバルブを制御して前記低圧ブロー流路を開放する低圧ドラム起動時ブローステップと、を備える
    排熱回収システムの運用方法。
  12. 前記排熱回収システムの運用方法は、
    前記排熱回収ボイラ装置の運転期間中において、前記高圧ドラムに貯留される前記ボイラ水の水質に関する検出値が予め規定される基準値よりも悪化したときに、前記バルブユニットを制御して前記カスケードブロー流路を開放する水質保全ブローステップをさらに備える
    請求項１１に記載の排熱回収システムの運用方法。
  13. 前記水質保全ブローステップは、
    前記高圧ドラムに貯留される前記ボイラ水の水質に関する検出値が予め規定される基準値よりも悪化したときに、前記カスケードブロー流路を所定時間だけ開放する所定時間ブローステップと、
    前記所定時間ブローステップの後、又は前記所定時間ブローステップと並行して、前記給水系統から前記高圧ドラムに前記給水を供給する給水供給ステップと、
    前記給水供給ステップの後に、前記高圧ドラムに貯留される前記ボイラ水の水質に関する検出値を取得する検査ステップと、を含み、
    前記検査ステップにおいて取得された前記ボイラ水の水質に関する検出値が、予め規定される第２基準値まで改善していないときに、前記所定時間ブローステップ及び前記給水ステップを再び実施するように構成される
    請求項１２に記載の排熱回収システムの運用方法。
  14. 前記排熱回収ボイラ装置は、前記高圧ドラムよりも低圧、且つ前記低圧ドラムよりも高圧の前記ボイラ水が貯留される中圧ドラムをさらに有し、
    前記カスケードブロー流路は、前記高圧ドラムから排出される前記ボイラ水を前記中圧ドラムに供給するための高圧ブロー流路、及び前記中圧ドラムから排出される前記ボイラ水を前記低圧ドラムに供給するための中圧ブロー流路を含み、
    前記バルブユニットは、前記高圧ブロー流路を開放または閉止する高圧ブローバルブ、及び前記中圧ブロー流路を開放または閉止する中圧ブローバルブを含み、
    前記排熱回収システムの運用方法は、
    前記排熱回収ボイラ装置の起動時において、前記中圧ドラムの水位が予め規定される中圧ドラムの運用基準水位を超えたときに、前記中圧ブローバルブを制御して前記中圧ブロー流路を開放する中圧ドラム起動時ブローステップをさらに備える
    請求項１１から１３の何れか一項に記載の排熱回収システムの運用方法。
  15. 前記カスケードブロー流路は、前記高圧ブロー流路における前記高圧ブローバルブよりも下流側の位置から分岐し、前記中圧ドラムをバイパスして前記高圧ドラムに貯留される前記ボイラ水を前記低圧ドラムに供給するためのバイパスブロー流路をさらに有し、
    前記バルブユニットは、前記バイパスブロー流路を開放または閉止するバイパスブローバルブをさらに有し、
    前記排熱回収システムの運用方法は、
    前記排熱回収ボイラ装置の起動時において、前記高圧ドラムの水位が予め規定される高圧ドラムの運用基準水位を超え、且つ、前記中圧ドラムの水位が予め規定される規定水位に達していないときに、前記バイパスブローバルブを制御して前記バイパスブロー流路を開放する中圧ドラムバイパスブローステップをさらに備える
    請求項１４に記載の排熱回収システムの運用方法。
  16. 前記排熱回収システムの運用方法は、
    前記中圧ドラムに貯留される前記ボイラ水が排出されたときに、前記高圧ブローバルブを制御して前記高圧ブロー流路を開放し、前記高圧ドラムに貯留されている前記ボイラ水を前記中圧ドラムに供給する高圧ドラム優先ブローステップをさらに備える
    請求項１４又は１５に記載の排熱回収システムの運用方法。
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