JP2655227B2 - 吸収式二重効用発電装置 - Google Patents

吸収式二重効用発電装置

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JP2655227B2 JP28411592A JP28411592A JP2655227B2 JP 2655227 B2 JP2655227 B2 JP 2655227B2 JP 28411592 A JP28411592 A JP 28411592A JP 28411592 A JP28411592 A JP 28411592A JP 2655227 B2 JP2655227 B2 JP 2655227B2
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    • Y02E20/12Heat utilisation in combustion or incineration of waste

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、二段階で発電を行う二
重効用発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、大規模の発電に際しては、化
石燃料を燃焼させて高温高圧の蒸気を発生させ、過熱し
て蒸気タービン内でエンタルピー落差を有する状態で機
械的エネルギーに変換し、発電を行っている。
【0003】一方、近年は、廃熱ボイラーからの高温ガ
スを用いて、あるいは都市ごみ、都市下水、産業有機物
を含む廃棄物、産業固形廃棄物などを焼却して、その焼
却排ガスの持っている熱を利用して発電を行うことも一
般化している。
【0004】いずれの場合も、飽和蒸気を過熱器に通
し、過熱状態で蒸気タービンを駆動させて発電を行って
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、焼却に伴う排
ガスの熱により蒸気を得て、これを利用する発電におい
ては、排ガス中にHClやSOxを含有するので、たと
えば飽和蒸気でそこにHClを含む場合には、塩酸の凝
縮による腐食が生じるので、廃熱ボイラの管壁側の温度
を300 〜350 ℃以上に保持する必要があり、その結果、
加熱される飽和蒸気自体は当初から約150 ℃以上の温度
とすることが要求され、このために低圧蒸気を用いるこ
とができず、蒸気発生源側が高温高圧であることが必要
とされる。
【0006】そこで、本発明の課題は、作動蒸気として
高温高圧であることを必要とせず、低圧または常圧の高
温蒸気であっても、腐食の問題を回避して、蒸気タービ
ンを駆動して発電を行うようにすることにある。他の課
題は、第1効用系で持っている熱をさらに回収して2段
階目の発電を行うことで、全体としての発電効率を高め
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題は、冷媒として
の水および吸収剤を含む溶液を収容する第1発生器と、
この第1発生器中に加熱媒体を通す手段と、前記第1発
生器からの発生ベーパーにより駆動される蒸気タービン
と、これに連結された第1発電機と、前記蒸気タービン
の排気が導かれる復水器と、この復水器から前記発生器
へ希薄溶液を、発生器から復水器へ濃厚溶液を移動させ
る溶液循環路と、冷媒を収容する第2発生器と、この第
2発生器内の冷媒を前記復水器との間で循環させて、第
2発生器内の冷媒の蒸発を行うための循環路と、第2発
生器からの発生ベーパーにより駆動される第2タービン
と、これに連結された第2発電機と、冷媒の排気を凝縮
させる凝縮器と、その凝縮液を第2発生器に戻す返送路
と、を備えたことで解決できる。
【0008】
【作用】本発明では、第1発生器内において、たとえば
冷媒−吸収剤として、水−リチュウムブロマイド溶液を
用いる場合、そのリチュウムブロマイド濃度を50〜65%
程度にすると、この第1発生器の操作温度が常圧〜4kg
/m2Gの低い圧力であっても、発生する過熱ベーパーの
温度として160 〜170 ℃程度のものが得られる。
【0009】このとき、ベーパーは30〜60℃程度の沸点
上昇を示した過熱蒸気となり、蒸気タービンを十分駆動
できるものとなる。また、後述の、KNO3 またはNa
NO3の水溶液の場合には、さらに高温のものを得るこ
とができ、たとえば過熱度が約80℃の250℃の過熱
ベーパーを得ることができる。一方で、高温ガスが接触
する管の内表面温度は、300 〜350 ℃以上に保持できる
ので、腐食を生じることはない。
【0010】他方で、この第1効用系のみでの発電効率
はエンタルピー落差が小さいので、さらに発電効率を高
める必要がある。そこで、復水器での凝縮温度はたとえ
ば74〜78℃と高いことに着目して、その熱により第2効
用系を付加して発電を行うことにより、発電効率を高め
ることができる。
【0011】
【実施例】以下本発明を図1にフローシートで示す実施
例によりさらに詳説する。本発明では、冷媒としての水
および吸収剤としてのたとえば無機塩類からなる二作動
流体、たとえば水−リチュウムブロマイド溶液を収容す
る第1発生器1と、この第1発生器1中に配され、高温
ガスGが通される加熱器2と、第1発生器1からの発生
ベーパーにより駆動される蒸気タービン3と、これに連
結された第1発電機4と、蒸気タービン3の排気が導か
れる復水器5と、この復水器5から第1発生器1へ希薄
溶液を、第1発生器1から復水器5へ濃厚溶液を移動さ
せる溶液循環路6とを備えている。
【0012】また、溶液循環路6の途中には循環ポンプ
6Aが設けられ、この循環ポンプ6Aにより濃厚溶液が
供給路6Bを通り、希薄溶液が返送路6Cを通るように
なっており、それらの途中には、第1発生器1の負荷を
軽減させるための熱交換器6Dが設けられている。
【0013】一方、第2効用系として、冷媒を収容する
第2発生器10と、ここで発生した冷媒のベーパーを過
熱する過熱器11と、過熱ベーパーにより駆動される第
2タービン12と、これに連結された第2発電機13
と、第2タービン12の排気を凝縮させる凝縮器14
と、その凝縮液を第2発生器10に循環ポンプ15によ
り戻す返送路16が構成されている。
【0014】さらに、第2発生器10と前記復水器5と
の間には循環ポンプ17により冷媒を循環させる冷媒循
環路18が構成されている。
【0015】このように構成された発電装置において
は、たとえば都市ごみの焼却排ガスGが第1発生器1の
加熱器2中に通され、水−リチュウムブロマイド溶液を
加熱し、過熱された160 〜170 ℃程度のベーパーを発生
させる。この発生ベーパーは、蒸気タービン3に直接導
かれ、第1発電機4を駆動させる。蒸気タービン3の排
気は、復水器5に供給され、供給路6Bを通る濃厚溶液
と接触混合され、吸収凝縮が行われる。このとき、同じ
温度の冷却水による凝縮温度があっても、吸収操作を伴
うので、凝縮圧力が低下する。たとえば、40℃の凝縮温
度であるとき、凝縮圧力は40℃における飽和より低いと
ころで、運転できるようになる。その結果、蒸気タービ
ン3の入口圧力と出口圧力との差が大きくなる。このこ
とは、蒸気タービンにおけるエンタルピー落差を大きく
することになり、蒸気タービンを回転させるために十分
なものとなる。
【0016】以上の操作を行う本発明の効果を、図2の
デューリング線図上で説明すると、第1発生器Gで濃縮
され、たとえば62%から64%のリチュウムブロマイド濃
度となった水溶液は、吸収式復水器Aに導かれ、蒸気タ
ービンの排気と混合され、58〜62%の濃度となる。第1
発生器Gの操作圧力を大気圧付近とすると、発生ベーパ
ーの温度は162 ℃である。この発生ベーパーは蒸気ター
ビンを経て、その排気が0.035 kg f/cm2 (26mmHg)で
運転されている復水器Aに導かれ、74〜78℃で凝縮す
る。この場合、吸収凝縮に伴う沸点上昇があるために、
復水器Aは0.035kg f/cm2 の低圧で運転でき、もって
蒸気タービンの入口と出口との圧力を大きくなり、エン
タルピーの落差が大きなものとなる。
【0017】図3に示すモーリエ線図上では、圧力1kg
f/cm2 の等圧線図上で162 ℃で過熱されたベーパー
は、蒸気タービンを経て操作圧力0.035 kg f/cm2 で運
転されている復水器Aにおける乾き度0.932 の点で冷却
される。この図からも、エンタルピーの落差が大きなも
のとなることが判明しよう。
【0018】これらは、第1発生器1の操作圧力を常圧
とした例であるが、たとえば2〜3kg f/cm2 とすれ
ば、よりエンタルピーの落差が大きなものとなる。
【0019】一方、第2効用系の冷媒は、復水器5の冷
却管部を通るとき、水の凝縮熱が与えられ、第2発生器
10での冷媒の蒸発を行う。未蒸発の冷媒を残して、蒸
発ベーパーは過熱器11に移行する。この過熱器11に
おいては、前述の焼却排ガスGの冷却に伴う中温水19
を用いることができる。この過熱ベーパーによって、第
2タービン12が駆動されて、第2発電機13が運転さ
れる。第2タービン12の排気は、凝縮器14にてたと
えば冷却水により凝縮され、その凝縮液が循環ポンプ1
5により返送路16を通して第2発生器10に戻され
る。
【0020】ところで、本発明において、リチュウムブ
ロマイド濃度は、45〜65%の範囲内で適宜選択できる。
さらに、本発明における第1効用で用いる冷媒として
は、第1効用では水が望ましい。そのときの吸収剤とし
てはリチュウムブロマイドのほか、LiCl、ZnCl
2 、ZnBr2 、CaCl2 、NaSCN、LiSC
N、KNO3 およびNaNO3 の群から選ばれた一種以
上を含む無機塩類なども用いることもできる。
【0021】第2効用における冷媒としては、水、アン
モニア系、有機冷媒や有機溶剤系の中で適宜選択でき
る。フロン系冷媒を用いる場合には、134aが好適で
ある。
【0022】なお、第1効用において、第2効用の二作
動体より温度の高い領域で作動するものであれば、TE
F−E181などの組み合わせも用いることができる。
また、システムの作動用の加熱媒体、すなわち第1発生
器の加熱媒体としては、高温ガスのみならず、170 ℃以
上の他の熱媒も用いることができる。
【0023】(実施例) 次に図1に示す、高温ガス源として都市ゴミの燃焼排ガ
スを利用したフローシートの従う実施例を示して、本発
明の効果を明らかにする。水分35%、発熱量2000Kcal/
kgの都市ゴミを65t/日で流動焼却炉に投入し、発生す
る885 ℃の燃焼排ガス量13270 kg/hrを、第1発生器1
に通した。このときの加熱器2の入口温度は350 ℃あっ
た。第1発生器1での圧力は2.70〜2.75kg f/cm2 ab、
温度165 ℃、リチュウムブロマイド濃度50〜54%で運転
した。また、復水器5は0.075 〜0.076 kg f/cm2ab、
凝縮温度67〜68℃で運転した。循環液量は約85Ton /hr
とした。第1発生器1では発生したベーパーは、4900〜
4950kg/hrで、これを蒸気タービン3に供給し、500 〜
508 kW/hrの電力を得た。
【0024】復水器5に対して、第2発生器10のアン
モニア冷媒が入口温度60℃、出口温度63℃で流通してお
り、結果として第2発生器10においてアンモニアが圧
力26.6kg f/cm2 ab、温度58〜60℃で7440〜7500kg/hr
で発生し、これを焼却炉での70℃の冷却温水で過熱さ
れ、アンモニアタービン12が駆動された。このアンモ
ニアタービン12の出力は216 kW/hrであった。凝縮器
14の温度は32℃で、圧力12.626.6kg f/cm2 abで操作
された。
【0025】全体としての発電効率は、入熱に対して2
0.8%となり、高いものであることが確認された。
【0026】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、高温高圧
のボイラーを用いなくとも、常圧または低圧で操作する
発生器で発生したベーパーを利用して、そこでの腐食の
虞れ無しに、高い運転効率をもって発電を行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明法を実施するための一例を示すフローシ
ートである。
【図2】デューリング線図上での操作例を示す図であ
る。
【図3】モーリエ線図上での操作例を示す図である。
【符号の説明】
1…第1発生器、2…加熱器、3…蒸気タービン、4…
第1発電機、5…復水器、10…第2発生器、11…過
熱器、12…第2タービン、13…第2発電機、14…
凝縮器、G…高温ガス、W…冷却水。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷媒としての水および吸収剤を含む溶液を
    収容する第1発生器と、この第1発生器中に加熱媒体を
    通す手段と、前記第1発生器からの発生ベーパーにより
    駆動される蒸気タービンと、これに連結された第1発電
    機と、前記蒸気タービンの排気が導かれる復水器と、こ
    の復水器から前記発生器へ希薄溶液を、発生器から復水
    器へ濃厚溶液を移動させる溶液循環路と、 冷媒を収容する第2発生器と、この第2発生器内の冷媒
    を前記復水器との間で循環させて、第2発生器内の冷媒
    の蒸発を行うための循環路と、第2発生器からの発生ベ
    ーパーにより駆動される第2タービンと、これに連結さ
    れた第2発電機と、冷媒の排気を凝縮させる凝縮器と、
    その凝縮液を第2発生器に戻す返送路と、 を備えたことを特徴とする吸収式二重効用発電装置。
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WO2017127010A1 (en) * 2016-01-20 2017-07-27 Climeon Ab A heat recovery system and a method using a heat recovery system to convert heat into electrical energy

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