JP2017504761A - 発電機からの廃熱を利用した熱発電プラント - Google Patents

Abstract

本発明は発電機（１０）のための冷却システム（１１）を備えた、発電機（１０）を備えた熱発電プラントに関するものであり、冷却の際に発電機（１０）から放出される廃熱は、熱発電プラントを運転するために有利に利用できる。本発明はまた関連方法にも関する。

Description

本発明は、発電機からの廃熱を利用することができる熱発電プラントに関する。

蒸気発電プラントとも呼ばれる熱発電プラントでは、化石燃料の燃焼によって、あるいは核分裂によって放出された熱を、機械的な、そして最終的には電気的なエネルギーへと変換する際に、できる限り最大限の効率を達成するために大きな努力がなされている。

このコンテクストにおける本質的なストラテジーは、蒸気の全てを完全には膨張させず、事前にその一部を取り出して、それを主として給水を予熱するために使用することである。

多くの場合、放出される熱はまた、部分的に、加熱目的のために、またはさもなければプロセス熱として使用される。また、熱のこうした利用を可能とするために、電気エネルギーの幾分減少した発生が受け容れられている。

熱がその他の目的のために除去される限り、これは、多くの場合、効率として議論されないが、効率は、通常、消費される燃焼エネルギーあるいは核分裂エネルギーに対する得られた電気エネルギーの比率である。差別化のため、ときおり、エネルギー利用の程度へ参照がなされるが、ここでは、得られた電気エネルギーに加えて、有用な熱エネルギーもまた考慮される。

特許文献１には、タービン発電機と連動して有機ランキンサイクルを用いて電気エネルギーを発生させるための装置が記載されている。当該文献では、タービン発電機の冷却ジャケットがそれを通って流れるプロセス流体を有すると共に、タービン発電機から抽出された熱が有機ランキンサイクルの作動流体にフィードバックされることが説明されている。

特許文献２には、ガスタービンの圧縮機に供給されるべき吸入空気を空冷発電機からの排気を用いて予熱することができるガスタービンプラントが開示されている。

特許文献３には、凝縮器からの廃熱を使用する燃料乾燥システムが開示されている。そのために、熱が凝縮器から冷却塔に至る流体回路から熱交換器によって抽出される。

西独国実用新案出願公開第２０２０１２００６０５５号明細書 独国特許発明第１９７５３２６４号明細書 国際公開第２００７／１３２３１２号パンフレット

本発明の目的は、効率あるいはエネルギー利用の程度におけるさらなる改善、すなわち電気エネルギーの生成増大あるいはその他の目的のための放出された熱の利用増大を実現することである。

この目的は独立請求項により達成される。有利な構成は従属請求項に見出すことができる。

発電機を備えた熱発電プラントであって、発電機のための冷却システムを有しており、冷却中に放出される、発電機の廃熱は、燃料を乾燥させるために、特に石炭を乾燥させるために使用可能である熱発電プラントを提供することが必要であることが認識された。このコンテクストでは、発電機用の冷却システムを提供することが、いかなる場合でも、通常は必要である。従来、熱は、一般に、使用されず環境へ放出されていた。廃熱を加熱目的に使用できることが分かった。今や、熱はまた熱発電プラントの運転のために有益に使用できることが認識された。そうする際、僅かな蒸気を、この蒸気が電気エネルギーを発生させるためにまたはその他の目的のために利用可能であるように、完全な膨張の前に抽出する必要がある。

可能な限り制御された、したがって有害物質に関して可能な限り低い燃焼のために、使用される燃料を乾燥させることが好都合である。乾燥に要するエネルギーは、いかなる場合にも、燃焼時に必要とされるので、エネルギーが失われることはない。乾燥に要するエネルギー、より正確には熱は、比較的低い温度で必要とされるので、燃焼温度で利用可能な熱の減少を受け容れるよりも、低い温度の熱で燃料をまず乾燥させることはまた、熱力学的により有利である。これらの理由から、燃料の乾燥は従来技術において一般的である。しかしながら、これまで、蒸気は、それが完全に膨張させられる前に、タービンから抽出されていた。本発明によれば、完全な膨張前に、蒸気が電気エネルギーを発生させるためにまたはその他の目的のために利用可能であるように、僅かな蒸気しか抽出する必要がない。

本発明の一実施形態では、冷媒回路が発電機を冷却するために存在し、ここで、冷媒回路は熱交換器を有しており、この熱交換器によって、発電機の冷却中に冷媒によって除去された廃熱は、加熱されるべき加熱物質のために放出可能である。冷媒は、各種流体であってもよい。このコンテクストでは、空気または水素といったガス状流体を使用できるが、水などの液体もまた考えられる。

本発明の一実施形態では、廃熱は給水を予熱するために使用可能である。それが完全に膨張する前にタービンから転送された蒸気による給水の予熱は、効率を増大させるための慣例的手段である。発電機からの廃熱を利用することによって、完全な膨張前に、蒸気を、この蒸気が電気エネルギーを発生させるためにまたはその他の目的のために利用可能であるように、僅かな量しか抽出する必要がない。

本発明の一実施形態では、凝縮器からの給水は、別の方法で加熱される前に、発電機の廃熱を用いて加熱することができる。これは、給水の最初の目標とする加熱は、供水が凝縮器を出た後に発電機の廃熱を利用して行われることを意味する。これは、発電機の廃熱を利用する加熱の前に、例えば周囲の熱による限定的な加熱が行われる可能性を排除するものではない。しかしながら、本実施形態では、廃熱を利用した加熱の前に、それ以外の目標とする加熱が行われるべきではないことに留意すべきである。これは、廃熱の温度が加熱のためにもはや十分ではないほど給水の温度が既に高くなるのを防止するためである。このコンテクストでは、温度差が熱の伝達のために常に必要であることに留意すべきである。したがって、温度差は、発電機から冷媒へと、そして今度は冷媒から給水へと、あるいは加熱されるべきその他の物質へと熱を伝達するために必要とされる。

通常、唯一の選択肢が、完全な膨張の前に比較的低い圧力で、したがって低温で抽出された蒸気であるように、廃熱は比較的低温の熱であることを、この時点で言及すべきである。したがって、発電機の廃熱の利用は、機械的な仕事への、そして電力への、無視し得る貢献のみを提供し得る蒸気を節約する。にもかかわらず、本発明は、熱発電プラントの効率向上に有意義な貢献をもたらす。

別な加熱方法の前に廃熱を用いて給水の加熱を生み出す本発明の一実施形態では、凝縮器からの給水は、冷媒から給水への熱の交換のために、直接、熱交換器に輸送できる。直接輸送とは、ラインおよび可能性のあるポンプおよびバルブを無視して、重要なコンポーネントが存在しないことを意味すると理解すべきである。既に上述したように、この意図された結果は、凝縮器からの給水の最初の重要な加熱は発電機の廃熱を利用して、すなわちこの場合には熱交換器内で行われることである。

だが、凝縮器から、直接、熱交換器に給水を供給することは全く必要ではない。したがって、別なタイプの処置、例えば浄化を最初に実施することができる。しかしながら、一般に、発電機の廃熱を利用した加熱の前に、それ以外の加熱が起きないことが不可避であるべきである。なぜなら、さもなければ、廃熱の温度が過度に低くなるからである。

本発明の一実施形態では、廃熱は燃焼空気を予熱するために利用することができる。燃焼に必要な空気、すなわち燃焼に必要な酸素を含む空気は、ときどき予熱される。燃焼温度で利用可能な熱の減少を受け容れるよりも、低温の熱で空気をまず予熱することが熱力学的により有利である。燃焼空気は熱発電プラントの周囲温度で、すなわち比較的低温で供給されるので、発電機の廃熱を利用した予熱は廃熱の好都合な利用を体現する。実用的な具現化のために熱交換器が一般に設けられるべきである。

本発明はまた、関連方法にも関する。

以下、さらなる詳細について図を参照して詳しく説明する。

熱発電プラントの概略図である。

図は熱発電プラントを非常に単純化して示したものである。給水はボイラー１内で加熱され、蒸発させられる。蒸気はラインを経て高圧タービン２に供給される。高圧タービン２内での蒸気の膨張後、ライン３は中圧タービン４へと至る。プロセス中、ライン３にジグザグで示すように、蒸気は中間過熱を受ける。中圧タービン４から、蒸気はライン５を経て低圧タービン６に供給される。低圧タービン６内での膨張後、既に比較的湿っている蒸気は、ライン７を経て凝縮器８に供給される。高圧タービン２、中圧タービン４、そして低圧タービン６は、機械エネルギーが電気エネルギーに変換される発電機１０を駆動する共通シャフト９上に存在する。これは冷媒回路１１によって除去される廃熱を生成する。冷媒回路１１は熱交換器１２に至る。凝縮器８内での蒸気の凝縮から得られた給水はまた、給水ライン１３によって熱交換器１２を経て供給される。プロセスにおいて、冷媒回路１１によって発生器１０から除去された廃熱は給水に伝達される。図１に示されていないのは、給水ライン１３のさらなる進路に配置された予熱ステージであり、当該ステージにおいて給水は蒸気を使用して予熱される。そのために、そしてまた図示していないが、蒸気は、完全な膨張の前に、低圧タービン６から抽気される。熱交換器１２内での予熱は、僅かな蒸気がこのために必要なだけであることを意味し、したがって効率を向上させることができる。

本発明を好ましい例示的な実施形態によって詳しく図示説明したが、本発明は開示された実施例に限定されるものではなく、当業者は本発明の保護の範囲から逸脱することなくその他の変形をここから得ることができる。

１ ボイラー
２ 高圧タービン
３ ライン
４ 中圧タービン
５ ライン
６ 低圧タービン
７ ライン
８ 凝縮器
９ 共通シャフト
１０ 発電機
１１ 冷媒回路
１２ 熱交換器
１３ 給水ライン

Claims (7)

1. 発電機（１０）を備えた熱発電プラントであって、前記発電機（１０）のための冷却システム（１１）を有しており、冷却中に放出される、前記発電機（１０）の廃熱は、燃料を乾燥させるために、特に石炭を乾燥させるために使用可能である、熱発電プラント。
2. 冷媒回路（１１）が前記発電機（１０）を冷却するために存在し、
   前記冷媒回路（１１）は熱交換器（１２）を有しており、この熱交換器（１２）によって、前記発電機（１０）の冷却中に冷媒によって除去された廃熱は、加熱されるべき加熱物質のために放出可能であることを特徴とする請求項１に記載の熱発電プラント。
3. 廃熱は給水を予熱するために使用可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱発電プラント。
4. 凝縮器（８）からの給水は、他の方法で加熱される前に、前記発電機（１０）の廃熱を用いて加熱可能であることを特徴とする請求項３に記載の熱発電プラント。
5. 前記凝縮器（８）からの給水は、冷媒から給水への熱の交換のために、直接、前記熱交換器（１２）内に輸送可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の熱発電プラント。
6. 廃熱は燃焼空気を予熱するために使用可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の熱発電プラント。
7. 熱発電プラントの、特に請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の熱発電プラントの発電機（１０）の廃熱を利用するための方法であって、前記発電機（１０）の廃熱は、燃料を乾燥させるために、特に石炭を乾燥させるために使用される方法。

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