JP4133388B2 - Evaporator using cogeneration facility - Google Patents

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JP4133388B2
JP4133388B2 JP2003025721A JP2003025721A JP4133388B2 JP 4133388 B2 JP4133388 B2 JP 4133388B2 JP 2003025721 A JP2003025721 A JP 2003025721A JP 2003025721 A JP2003025721 A JP 2003025721A JP 4133388 B2 JP4133388 B2 JP 4133388B2
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evaporator
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cogeneration
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博昭 望月
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Sasakura Engineering Co Ltd
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水溶液又は海水等を沸騰する蒸発する蒸発装置のうち、その熱源としてコージェネレーション設備を利用した蒸発装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、省エネルギー設備を目的としてコージェネレーション設備が開発されている。
【０００３】
すなわち、このコージェネレーション設備は、例えば、特許文献１及び２に記載されているように、灯油又は天然ガス等を燃料とするガスタービン又は内燃機関等の原動機により発電機を駆動することによって電力を生産（発電）して消費箇所に供給する一方、前記ガスタービン等の原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラーに導いて、この排気ガスが有する熱エネルギーにて蒸気を生産して、これを消費箇所に供給するように構成したものであり、高熱効率のもとで、電力と蒸気とを同時に生産することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２７０３４８号公報
【特許文献２】
特開２００２−４９４３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記したコージェネレーション設備は、電力を必要とする箇所には電力を、蒸気を必要とする箇所には蒸気を、これら使用する負荷側に対して各々同時に供給することができる。
【０００６】
しかし、電力を必要とする箇所における電力の使用量と、蒸気を必要とする箇所における蒸気の使用量とは、そのうち一方の使用量が多いときに他方の使用量が自動的に多くなり、また、一方の使用量が少ないときに他方の使用量が自動的に少なくなるというように、常に自動的に比例する関係であるのではなく、昼夜の別又は季節等によって、電力の使用量が減少したり、或いは、蒸気の使用量が減少したりするというように負荷変動する場合がある。
【０００７】
これに対して、前記したコージェネレーション設備においては、生産する電力と、生産する蒸気とは、そのうち一方の生産量を多くすると他方の生産量も多くなり、また、一方の生産量を減少すると他方の生産量も減少するというように常に比例する関係にあるから、生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において、蒸気の使用量が減少するというように負荷変動した場合において、前記したコージェネレーション設備は、蒸気を、その使用量が減少した分だけ余剰に生産し続けることになる。
【０００８】
また、逆に、生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において、電力の使用量が減少するというように負荷変動した場合において、前記したコージェネレーション設備は、電力を、その使用量が減少した分だけ余剰に生産し続けることになる。
【０００９】
これにより、コージェネレーション設備としては、負荷変動に応じて蒸気又は電力を余剰に生産する分だけエネルギーの使用効率が低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記コージェネレーション設備としてのエネルギーの使用効率を確実に向上できるようにした蒸発装置を提供することを技術的課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は，
「ガスタービン又は内燃機関等の原動機にて発電機を駆動して電力を生産する一方前記原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラーに導いて蒸気を生産するようにしたコージェネレーション設備と，被蒸発液に対する間接的加熱式の加熱器及びこの加熱器で加熱した被蒸発液に対する蒸発缶並びにこの蒸発缶で発生した蒸気を前記加熱器に導く蒸気ダクトを有する蒸発装置とから成り，
前記蒸気ダクト中に，前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した蒸気の駆動にて圧縮するようにした蒸気エゼクターと，前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した電力の駆動にて圧縮するようにしたヒートポンプとを並列に設け，
更に，前記蒸発装置を，前記コージェネレーション設備において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において蒸気の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合に前記蒸気エゼクターにて蒸発運転する状態と，前記コージェネレーション設備において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において電力の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合に前記ヒートポンプにて蒸発運転する状態とに切り換えるようにした手段を備えている。」
ことを特徴としている。
【００１２】
本発明の請求項２は，
「ガスタービン又は内燃機関等の原動機にて発電機を駆動して電力を生産する一方前記原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラーに導いて蒸気を生産するようにしたコージェネレーション設備と，被蒸発液に対する間接的加熱式の加熱器及びこの加熱器で加熱した被蒸発液に対する蒸発缶並びにこの蒸発缶で発生した蒸気を前記加熱器に導く蒸気ダクトを有する蒸発装置とから成り，
前記蒸気ダクト中に，前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した蒸気の駆動にて圧縮するようにした蒸気エゼクターと，前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した電力の駆動にて圧縮するようにしたヒートポンプとを並列に設け，
更に，前記蒸発装置を，前記コージェネレーション設備において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において蒸気の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合に前記蒸気エゼクターにて蒸発運転する状態と，前記コージェネレーション設備において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において電力の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合に前記ヒートポンプにて蒸発運転する状態と，前記コージェネレーション設備において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において蒸気及び電力の両方の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合に前記蒸気エゼクター及び前記ヒートポンプの両方にて蒸発運転する状態とに切り換えるようにした手段を備えている。」
ことを特徴としている。
【００１３】
本発明の請求項３は、
「前記請求項１又は２の記載において、前記蒸気エゼクターが、その複数台を並列に設けた形態であり、前記複数台の蒸気エゼクターのうち駆動する台数を、前記蒸発装置に使用できる蒸気量に増減に応じて増減するようにした手段を備えている。」
ことを特徴としている。
【００１４】
本発明の請求項４は、
「前記請求項１〜３のいずれかの記載において、前記ヒートポンプが、その複数台を並列に設けた形態であり、前記複数台のヒートポンプのうち駆動する台数を、前記蒸発装置に使用できる電力の増減に応じて増減するようにした手段を備えている。」
ことを特徴としている。
【００１５】
本発明の請求項５は、
「前記請求項１〜４のいずれかの記載において、蒸発装置は、前記コージェネレーション設備にて生産した電力による電気ヒータを備えている。」
ことを特徴としている。
【００１６】
【発明の作用・効果】
前記請求項１に記載した構成において、前記コージェネレーション設備において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において、蒸気の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合には、前記蒸発装置を、前記ヒートポンプによる蒸発運転を停止して、蒸気エゼクターのみによる蒸発運転に切り換える。
【００１７】
また、逆に、電力及び蒸気を使用する負荷側において、電力の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合には、前記蒸発装置を、前記蒸気エゼクターによる蒸発運転を停止して、ヒートポンプのみによる蒸発運転に切り換える。
【００１８】
これにより、前記コージェネレーション設備において、その負荷側における電力及び蒸気消費量の負荷変動に応じて余剰に生産される電力又は蒸気を利用して、蒸発装置による水の蒸発を行うことができる。
【００１９】
従って、本発明によると、蒸発装置を、前記コージェネレーション設備にて運転するきるものでありながら、前記コージェネレーション設備におけるエネルギーの使用効率を大幅に向上することができる効果を有する。
【００２０】
この場合において，請求項２の記載によると，前記コージェネレーション設備における電力及び蒸気の生産量に，これらを使用する側における使用量に対して余裕があるときにおいて，前記蒸発装置を，蒸気エゼクターとヒートポンプとの両方によって蒸発運転することができるから，前記コージェネレーション設備におけるエネルギーの使用効率を更に向上できる。
【００２１】
また，請求項３又は４に記載した構成とすることにより，前記コージェネレーション設備にて余剰に生産される電力又は蒸気にて駆動されるヒートポンプ又は蒸気エゼクターの台数を，前記電力又は蒸気の余剰生産量の増減に応じて増減することができるから，生産した電力又は蒸気を消費する負荷側における負荷変動に対して，高い精度で的確に対応できる利点がある。
【００２２】
更にまた，請求項５に記載した構成によると，前記コージェネレーション設備にて生産される電力に更なる余剰ができた場合に，この更なる余剰の電力を，蒸発装置での蒸発に利用できるから，前記コージェネレーション設備におけるエネルギーの使用効率をより向上できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
【００２４】
図１は、第１の実施の形態を示す。
【００２５】
この図において、符号１は、コージェネレーション設備を示し、このコージェネレーション設備は、前記した特許文献１及び２等において従来から良く知られているように、灯油又は天然ガス等を燃料とするガスタービン又は内燃機関等の原動機２により発電機３を駆動することによって電力を生産（発電）し、この電力を、これに使用する負荷側４に送電線５を介して送る一方、前記ガスタービン等の原動機２から排出される排気ガスを排熱ボイラー６に導いて、この排気ガスが有する熱エネルギーにて蒸気を生産して、この蒸気を、これを使用する前記負荷側４に蒸気移送管路７を介して送り出すように構成されている。
【００２６】
また、符号８は、蒸発装置を示し、この蒸発装置８は、その下部に蒸発濃縮を行うための水溶液又は海水等の被蒸発液が管路９より供給される蒸発缶１０と、多数本の伝熱管１１ａを備えた加熱器１１から成り、この加熱器１１は、前記蒸発缶１０内の上部に当該加熱器１１における各伝熱管１１ａが略水平になるように設けられ、この加熱器１１における各伝熱管１１ａの一端には、入口ヘッダー１１ｂが、他端には出口ヘッダー１１ｃが各々設けられている。
【００２７】
一方、前記蒸発缶１０内の上部には、散布器１２を設けて、蒸発缶１０内の底に溜まる被蒸発液をポンプ１３にて汲み出して前記散布器１２から前記加熱器１１における各伝熱管１１ａの外表面に散布するという循環を行うように構成する。
【００２８】
前記蒸発缶１０における蒸気出口１０ａからの蒸気を前記加熱器１１における入口ヘッダー１１ｂ内に導くための蒸気ダクト１４，１５中に、蒸気エゼクター１６と、ブロワー圧縮機等のヒートポンプ１７とを並列に設ける。
【００２９】
前記蒸気エゼクター１６に、前記コージェネレーション設備１において生産され蒸気移送管路５を介して送り出される蒸気の一部又は全部を、蒸気供給弁１９を備えた蒸気供給管路１８より供給することにより、前記蒸発缶１０内で発生した蒸気を前記蒸気エゼクター１６にて吸気して圧縮したのち前記加熱器１１における各伝熱管１１ａ内に供給し、前記蒸発缶１０内において、前記加熱器１１における各伝熱管１１ａの外表面に散布されている被蒸発液を加熱して、これを沸騰・蒸発するように構成する。
【００３０】
一方、前記ヒートポンプ１７を、前記コージェネレーション設備１において生産した電力にて駆動することにより、前記蒸発缶１０内で発生した蒸気を前記ヒートポンプ１７にて吸気して圧縮したのち前記加熱器１１における各伝熱管１１ａに供給し、前記蒸発缶１０内において、前記加熱器１１における各伝熱管１１ａの外表面に散布されている被蒸発液を加熱して、これを沸騰・蒸発するように構成する。
【００３１】
前記蒸気エゼクター１６及び前記ヒートポンプ１７の出口の各々には、切換弁２０，２１を設けて、この両切換弁２０，２１を同時に開くことによって、前記蒸気エゼクター１６及び前記ヒートポンプ１７の両方が同時に作動する状態と、前記両切換弁２０，２１のうち蒸気エゼクター１６に対する切換弁１２０開く一方ヒートポンプ１７に対する切換弁２１を閉じることによって、前記蒸気エゼクター１６のみを作動する状態と、ヒートポンプ１７に対する切換弁２１を開く一方蒸気エゼクター１６に対する切換弁２０を閉じることによって、前記ヒートポンプ１４のみを作動する状態とに選択的に切り換えることができるように構成する。
【００３２】
この場合において、前記蒸気エゼクター１６のみを作動するときには、前記ヒートポンプ１７に対する電力の給電を遮断し、前記ヒートポンプ１７のみを作動するするときには、前記蒸気エゼクター１６に対する蒸気供給弁１９を閉じるように構成する。
【００３３】
また、前記加熱器１１には、前記コージェネレーション設備１において生産した電力にて発熱する電熱ヒータ２２を設ける。
【００３４】
符号２３は、冷却水を冷却源とする間接熱交換式の凝縮器を示し、この凝縮器２０に、前記蒸発缶１０内で発生した蒸気の一部を導入して凝縮するとともに、前記加熱器１１における各伝熱管１１ａ内における凝縮水を管路２４を介して導入し、この凝縮器２３内における凝縮水をポンプ２５に取り出す一方、前記凝縮器２３内における不凝縮製ガスを真空ポンプ２６等の真空発生装置にて抽出することにより、前記蒸発缶１０内を、大気圧により低い減圧の状態にして、この減圧の状態で沸騰蒸発するように構成する。
【００３５】
この構成において、前記コージェネレーション設備１において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側４において、これら電力及び蒸気の使用量に、これらの生産量に対して余裕があるときには、蒸気エゼクター１６及びヒートポンプ１７を、これらに対する切換弁２０，２１を開くとともに、前記蒸気エゼクター１６に対する蒸気供給弁１９を開いて、同時に駆動することにより、蒸発装置８を、これら蒸気エゼクター１６及びヒートポンプ１７の両方の作動によって蒸発運転する状態にする。
【００３６】
前記コージェネレーション設備１において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側４において、蒸気の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合には、前記ヒートポンプ１７に対する切換弁２１を閉じるとともにヒートポンプ１７の駆動を停止する一方、前記蒸気エゼクター１６に対する切換弁２０及び蒸気供給弁１９を開いて蒸気エゼクター１６を駆動することにより、前記蒸発装置８を、前記蒸気エゼクター１６のみによる蒸発運転に切り換える。
【００３７】
また、逆に、電力及び蒸気を使用する負荷側４において、電力の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合には、前記蒸気エゼクター１６に対する切換弁２０及び蒸気供給弁１９を閉じて蒸気エゼクター１６の作動を停止する一方、前記ヒートポンプ１７に対する切換弁２１を開いてこのヒートポンプ１７を駆動することにより、前記蒸発装置８を、前記ヒートポンプ１７のみによる蒸発運転に切り換える。
【００３８】
これにより、前記コージェネレーション設備１において、その負荷側４における電力及び蒸気消費量の負荷変動に応じて余剰に生産される電力又は蒸気を利用して、蒸発装置８による水の蒸発を行うことができるから、前記コージェネレーション設備１におけるエネルギーの使用効率を大幅に向上することができる。
【００３９】
また、前記コージェネレーション設備１において生産した電力に、そのときにおける負荷側４の使用量に対して更に余剰があるときには、この更なる余剰電力を電熱ヒータ２２に供給することにより、前記更なる余剰電力を蒸発装置８における蒸発に利用することができるから、前記コージェネレーション設備１におけるエネルギーの使用効率をより向上できる。
【００４０】
なお、前記蒸発装置８の容量は、前記蒸気エゼクター１６及びヒートポンプ１７の両方を駆動した場合に１００％の能力を発揮するように設定されている。
【００４１】
また、前記蒸気エゼクター１６及びヒートポンプ１７としては、その容量を少なくとも、前記コージェネレーション設備１の定常運転時において生産する蒸気量及び電力量と略等しいかこれ以上の値に設定したものを使用することが好ましい。
【００４２】
すなわち、例えば、前記コージェネレーション設備１が、その定格出力が５０ｋＷで、この定格出力時における燃料消費量がＬＰＧで１５．６Ｎｍ3 ／Ｈ、灯油で４１．８ｌ／Ｈであるマイクロタービン式のコージェネレーション設備である場合、このコージェネレーション設備における発電電力と、発生蒸気量との関係は、図２に示すようになっており、更に、このコージェネレーション設備は、図２に点線で示すように、燃料消費比率（定格出力時における燃料消費量を１．０としたときの比率）が約０．７９のところで定常運転されるから、前記ヒートポンプ１７としては、その容量を、少なくとも、前記定常運転時における発電電力３８ｋＷと略等しいかこれ以上の値に設定したものにする一方、前記蒸気エゼクター１６としては、これに対する供給蒸気量を、少なくとも、前記定常運転時における発生蒸気量２６０ｋｇ／Ｈと等しいか或いはこれ以上の値に設定したものにする。
【００４３】
次に、図３は、第２の実施の形態を示す。
【００４４】
この第２の実施の形態は、前記した蒸発装置８を前提として、その蒸気エゼクター及びヒートポンプのうちいずれか一方又は両方を、複数台にして並列に設ける形態としたものである。
【００４５】
但し、図は、蒸気エゼクターを、第１蒸気エゼクター１６ａと、第２蒸気エゼクター１６ｂとを並列に並べた構成にする一方、ヒートポンプを、第１ヒートポンプ１７ａと、第２ヒートポンプ１７ｂにしたものである。
【００４６】
前記第１蒸気エゼクター１６ａ及び第２蒸気エゼクター１６ｂの両方に対して、蒸気供給弁１９ａ，１９ｂ及び切換弁２０ａ，２０ｂを設けることにより、蒸発装置８に使用することができる蒸気量の増大に応じて、先ず、第１蒸気エゼクター１６ａを駆動し、次いで、この第１蒸気エゼクター１６ａに加えて前記第２蒸気エゼクター１６ｂを駆動する一方、前記蒸発装置８に使用することができる蒸気量の減少に応じて、先ず、前記第２蒸気エゼクター１６ｂの駆動を停止し、次いで、前記第１蒸気エゼクター１６ａの駆動を停止するというように、前記複数台の蒸気エゼクターのうち駆動する台数を、前記蒸発装置８に使用することができる蒸気量の増減に応じて増減するように構成する。
【００４７】
また、前記第１ヒートポンプ１７ａ及び第２ヒートポンプ１７ｂの両方に対して、切換弁２１ａ，２１ｂを設けることにより、蒸発装置８に使用することができる電力量の増大に応じて、先ず、第１ヒートポンプ１７ａを駆動し、次いで、この第１ヒートポンプ１７ａに加えて前記第２ヒートポンプ１７ｂを駆動する一方、前記蒸発装置８に使用することができる電力量の減少に応じて、先ず、前記第２ヒートポンプ１７ｂの駆動を停止し、次いで、前記第１ヒートポンプ１７ａの駆動を停止するというように、前記複数台のヒートポンプのうち駆動する台数を、蒸発装置８に使用することができる電力量の増減に応じて増減するように構成する。
【００４８】
これにより、前記コージェネレーション設備１において生産した電力又は蒸気を消費する負荷側４における負荷変動に対して、高い精度で的確に対応できる。
【００４９】
この第２の実施の形態においては、前記各蒸気エゼクター１６ａ，１６ｂにおける容量の各々を、定常運転時における発生蒸気量２６０ｋｇ／Ｈの略半分の１３０ｋｇ／Ｈにするというように、複数台の合計容量を、少なくとも、前記コージェネレーション設備１の定常運転時において生産する蒸気量と略等しいかこれ以上の値に設定する一方、前記各ヒートポンプ１７ａ，１７ｂにおける容量の各々を、定常運転時における発電電力３８ｋＷの略半分の１９ｋＷにするというように、複数台の合計容量を、少なくとも、前記コージェネレーション設備１の定常運転時において生産する電力量と略等しいかこれ以上の値に設定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施の形態を示す図である。
【図２】マイクロタービン式コージェネレーション設備において発電電力と発生蒸気量との関係を示す図である。
【図３】本発明における第２の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１ コージェネレーション設備
２ 原動機
３ 発電機
４ 負荷側
６ 排熱ボイラー
８ 蒸発装置
１１ 加熱器
１４，１５ 蒸気ダクト
１６，１６ａ，１６ｂ 蒸気エゼクター
１７，１７ａ，１７ｂ ヒートポンプ
１８ 蒸気供給管路
１９，１９ａ，１９ｂ 蒸気供給弁
２０，２０ａ，２０ｂ 蒸気エゼクターの切換弁
２１，２１ａ，２１ｂ ヒートポンプの切換弁
２２ 電熱ヒータ
２３ 凝縮器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an evaporation apparatus using a cogeneration facility as a heat source among evaporation apparatuses that boil an aqueous solution or seawater.
[0002]
[Prior art]
Recently, cogeneration facilities have been developed for the purpose of energy saving facilities.
[0003]
That is, for example, as described in Patent Documents 1 and 2, this cogeneration facility generates electric power by driving a generator with a prime mover such as a gas turbine or an internal combustion engine using kerosene or natural gas as fuel. While producing (power generation) and supplying it to the consumption point, exhaust gas discharged from the prime mover such as the gas turbine is guided to the exhaust heat boiler, and steam is produced with the thermal energy of the exhaust gas. It is configured to be supplied to a consumption point, and can produce electric power and steam at the same time with high thermal efficiency.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-270348 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-4943
[Problems to be solved by the invention]
The cogeneration facility described above can simultaneously supply power to locations that require power and steam to locations that require steam, respectively, to the load side to be used.
[0006]
However, the amount of power used in locations where power is required and the amount of steam used in locations where steam is required are automatically increased when one of them is large. The amount of power used is not automatically proportional when the amount of one used is low, but the amount of power used is reduced depending on whether the day or night is different or the season. Or the load may fluctuate such that the amount of steam used decreases.
[0007]
On the other hand, in the above-described cogeneration facility, when one of the electric power to be produced and the steam to be produced is increased, the other is also increased, and when one is reduced, the other is reduced. Therefore, when the load fluctuates so that the amount of steam used decreases on the load side that uses the generated power and steam, the above-mentioned cogeneration equipment Will continue to produce excess steam as much as its usage is reduced.
[0008]
Conversely, when the load changes such that the amount of power used decreases on the load side that uses the generated power and steam, the above-mentioned cogeneration facility reduces the amount of power used. Only surplus production will continue.
[0009]
As a result, the cogeneration facility has a problem that the use efficiency of energy is reduced by the amount of surplus steam or electric power produced according to the load fluctuation.
[0010]
This invention makes it a technical subject to provide the evaporator which made it possible to improve reliably the use efficiency of the energy as said cogeneration facility.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this technical problem, claim 1 of the present invention provides:
“A cogeneration facility in which a generator is driven by a prime mover such as a gas turbine or an internal combustion engine to produce electric power, while exhaust gas discharged from the prime mover is led to a waste heat boiler to produce steam, An indirect heating type heater for the evaporating liquid, an evaporating can for the evaporating liquid heated by the heater, and an evaporating apparatus having a vapor duct for guiding the vapor generated in the evaporating can to the heater,
In the steam duct, steam generated in the evaporator is compressed by driving steam generated in the cogeneration facility, and steam generated in the evaporator is generated in the cogeneration facility. A heat pump that is compressed by driving electric power is installed in parallel.
Further, when the evaporator is in a load fluctuation state in which the amount of steam used decreases on the load side using the electric power and steam produced in the cogeneration facility, , Means for switching to a state of evaporating operation by the heat pump when a load fluctuation state occurs in which the amount of power used decreases on the load side using the power and steam produced in the cogeneration facility. I have. "
It is characterized by that.
[0012]
Claim 2 of the present invention includes:
“A cogeneration facility in which a generator is driven by a prime mover such as a gas turbine or an internal combustion engine to produce electric power, while exhaust gas discharged from the prime mover is led to a waste heat boiler to produce steam, An indirect heating type heater for the evaporating liquid, an evaporating can for the evaporating liquid heated by the heater, and an evaporating apparatus having a vapor duct for guiding the vapor generated in the evaporating can to the heater,
In the steam duct, steam generated in the evaporator is compressed by driving steam generated in the cogeneration facility, and steam generated in the evaporator is generated in the cogeneration facility. A heat pump that is compressed by driving electric power is installed in parallel.
Further, when the evaporator is in a load fluctuation state in which the amount of steam used decreases on the load side using the electric power and steam produced in the cogeneration facility, , The state where the heat pump evaporates when there is a load fluctuation state in which the amount of power used is reduced on the load side using steam and steam produced by the cogeneration facility, and the production at the cogeneration facility When the load side that uses both electric power and steam is reduced, both the steam and electric power are used, and when the load fluctuates, the steam ejector and the heat pump are both switched to the state of evaporating operation. Provided with the means . "
It is characterized by that.
[0013]
Claim 3 of the present invention provides
“In the description of claim 1 or 2, the steam ejector is a form in which a plurality of steam ejectors are provided in parallel, and the number of steam ejectors out of the plurality of steam ejectors is set to an amount of steam that can be used in the evaporator. There is a means to increase or decrease according to the increase or decrease. "
It is characterized by that.
[0014]
Claim 4 of the present invention provides
“In any one of claims 1 to 3, the heat pump is a form in which a plurality of the heat pumps are provided in parallel, and the number of the heat pumps to be driven among the plurality of heat pumps can be used for the evaporator. There is a means to increase or decrease according to the increase or decrease. "
It is characterized by that.
[0015]
Claim 5 of the present invention provides
“In any one of claims 1 to 4, the evaporation apparatus includes an electric heater using electric power produced in the cogeneration facility.”
It is characterized by that.
[0016]
[Operation and effect of the invention]
In the configuration described in claim 1, when a load fluctuation state occurs in which the amount of steam used decreases on the load side that uses the power and steam produced in the cogeneration facility, the evaporator is Then, the evaporation operation by the heat pump is stopped, and the operation is switched to the evaporation operation only by the steam ejector.
[0017]
On the contrary, on the load side using electric power and steam, when it becomes a load fluctuation state in which the amount of electric power used is reduced, the evaporation operation by the vapor ejector is stopped, Switch to evaporation operation using only a heat pump.
[0018]
Thus, in the cogeneration facility, water can be evaporated by the evaporator using the power or steam produced excessively according to the load fluctuation of the power and steam consumption on the load side.
[0019]
Therefore, according to the present invention, there is an effect that the efficiency of energy use in the cogeneration facility can be greatly improved while the evaporation apparatus can be operated by the cogeneration facility.
[0020]
In this case, according to the second aspect of the present invention, when there is a surplus in the amount of power and steam produced in the cogeneration facility with respect to the amount used on the side where these are used, the evaporator is designated as a steam ejector. Since the evaporative operation can be performed by both the heat pump and the cogeneration facility, the energy use efficiency can be further improved.
[0021]
Further, by adopting the configuration described in claim 3 or 4 , the number of heat pumps or steam ejectors driven by electric power or steam that is excessively produced in the cogeneration facility is determined by surplus production of the electric power or steam. Since it can be increased or decreased according to the increase or decrease of the amount, there is an advantage that it can accurately and accurately cope with the load fluctuation on the load side that consumes the produced electric power or steam.
[0022]
Furthermore, according to the structure according to claim 5, when that could further surplus electricity produced by the cogeneration facility, the power of this additional surplus, because available evaporation in evaporator , The energy use efficiency in the cogeneration facility can be further improved.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 shows a first embodiment.
[0025]
In this figure, reference numeral 1 denotes a cogeneration facility, and this cogeneration facility is a gas turbine that uses kerosene, natural gas, or the like as fuel, as is well known in the above-mentioned Patent Documents 1 and 2, etc. Alternatively, the generator 3 is driven by the prime mover 2 such as an internal combustion engine to generate (generate power), and the electric power is sent to the load side 4 used for this via the power transmission line 5, while the gas turbine or the like The exhaust gas discharged from the prime mover 2 is guided to the exhaust heat boiler 6, steam is produced with the thermal energy of the exhaust gas, and the steam is transferred to the load side 4 where the steam is used. It is comprised so that it may send out via.
[0026]
Reference numeral 8 denotes an evaporator. The evaporator 8 has an evaporator 10 in which an aqueous solution or a liquid to be evaporated such as seawater for evaporating and concentration is supplied from a pipe 9 and a plurality of evaporators 10. The heater 11 is provided with a heat transfer tube 11a. The heater 11 is provided in the upper portion of the evaporator 10 so that each heat transfer tube 11a in the heater 11 is substantially horizontal. An inlet header 11b is provided at one end of each heat transfer tube 11a, and an outlet header 11c is provided at the other end.
[0027]
On the other hand, a spreader 12 is provided in the upper portion of the evaporator 10, and the liquid to be evaporated that accumulates at the bottom of the evaporator 10 is pumped out by the pump 13, and each heat transfer tube in the heater 11 is discharged from the spreader 12. It is configured so as to perform circulation such as spraying on the outer surface of 11a.
[0028]
A steam ejector 16 and a heat pump 17 such as a blower compressor are provided in parallel in the steam ducts 14 and 15 for guiding the steam from the steam outlet 10a in the evaporator 10 into the inlet header 11b in the heater 11. .
[0029]
By supplying a part or all of the steam produced in the cogeneration facility 1 and sent out through the steam transfer line 5 to the steam ejector 16 from a steam supply line 18 provided with a steam supply valve 19, The steam generated in the evaporator 10 is sucked by the steam ejector 16 and compressed, and then supplied to the heat transfer tubes 11a in the heater 11. In the evaporator 10, each of the heat transfer in the heater 11 is supplied. The liquid to be evaporated sprayed on the outer surface of the heat pipe 11a is heated so as to boil and evaporate.
[0030]
On the other hand, by driving the heat pump 17 with the electric power produced in the cogeneration facility 1, the steam generated in the evaporator 10 is sucked and compressed by the heat pump 17, and then each of the heaters 11. It supplies to the heat exchanger tube 11a, and the to-be-evaporated liquid sprayed on the outer surface of each heat exchanger tube 11a in the said heater 11 in the said evaporator 10 is heated, and this is boiled and evaporated.
[0031]
Switching valves 20 and 21 are provided at the outlets of the steam ejector 16 and the heat pump 17, respectively. By opening both the switching valves 20 and 21, the steam ejector 16 and the heat pump 17 are simultaneously operated. A state in which only the steam ejector 16 is operated by opening the switching valve 120 for the steam ejector 16 and closing the switching valve 21 for the heat pump 17 among the both switching valves 20 and 21, and a switching valve 21 for the heat pump 17. On the other hand, by closing the switching valve 20 for the steam ejector 16, it is possible to selectively switch to a state in which only the heat pump 14 is operated.
[0032]
In this case, when only the steam ejector 16 is operated, the power supply to the heat pump 17 is cut off, and when only the heat pump 17 is operated, the steam supply valve 19 for the steam ejector 16 is closed. .
[0033]
The heater 11 is provided with an electric heater 22 that generates heat with the electric power produced in the cogeneration facility 1.
[0034]
Reference numeral 23 denotes an indirect heat exchange type condenser using cooling water as a cooling source. A part of the steam generated in the evaporator 10 is introduced into the condenser 20 to condense, and the heater 11, the condensed water in each heat transfer tube 11a is introduced through a conduit 24, and the condensed water in the condenser 23 is taken out to the pump 25, while the non-condensed gas in the condenser 23 is removed from the vacuum pump 26 and the like. Thus, the inside of the evaporator 10 is brought into a reduced pressure state by the atmospheric pressure, and is boiled and evaporated in this reduced pressure state.
[0035]
In this configuration, on the load side 4 that uses the electric power and steam produced in the cogeneration facility 1, when there is a margin for the production amount of these electric power and steam, the steam ejector 16 and the heat pump 17 are used. Open the switching valves 20 and 21 for them and open the steam supply valve 19 for the steam ejector 16 and drive them at the same time, thereby evaporating the evaporator 8 by the operation of both the steam ejector 16 and the heat pump 17. Get ready to drive.
[0036]
When the load side 4 using the electric power and steam produced in the cogeneration facility 1 is in a load fluctuation state in which the amount of steam used decreases, the switching valve 21 for the heat pump 17 is closed and the heat pump 17 is closed. While the switching valve 20 and the steam supply valve 19 for the steam ejector 16 are opened to drive the steam ejector 16, the evaporator 8 is switched to the evaporation operation using only the steam ejector 16.
[0037]
Conversely, when the load side 4 that uses electric power and steam is in a load fluctuation state in which the amount of electric power used decreases, the switching valve 20 and the steam supply valve 19 for the steam ejector 16 are closed. While the operation of the steam ejector 16 is stopped, the switching valve 21 for the heat pump 17 is opened and the heat pump 17 is driven to switch the evaporator 8 to the evaporation operation using only the heat pump 17.
[0038]
Thus, in the cogeneration facility 1, evaporation of water by the evaporation device 8 can be performed using surplus power or steam produced in accordance with load fluctuations of the power and steam consumption on the load side 4. Therefore, the energy use efficiency in the cogeneration facility 1 can be greatly improved.
[0039]
In addition, when the electric power produced in the cogeneration facility 1 has a surplus with respect to the usage amount on the load side 4 at that time, the additional surplus power is supplied to the electric heater 22, whereby the further surplus is supplied. Since electric power can be used for evaporation in the evaporator 8, energy use efficiency in the cogeneration facility 1 can be further improved.
[0040]
The capacity of the evaporator 8 is set so as to exhibit 100% capacity when both the steam ejector 16 and the heat pump 17 are driven.
[0041]
Further, as the steam ejector 16 and the heat pump 17, those whose capacities are set to values at least equal to or greater than the amount of steam and the amount of electric power produced during the steady operation of the cogeneration facility 1 should be used. Is preferred.
[0042]
That is, for example, the cogeneration facility 1 has a rated output of 50 kW, and the fuel consumption at this rated output is 15.6 Nm 3 / H for LPG and 41.8 l / H for kerosene. In the case of a generation facility, the relationship between the generated power in this cogeneration facility and the amount of generated steam is as shown in FIG. 2, and further, this cogeneration facility is as shown by the dotted line in FIG. Since the fuel consumption ratio (ratio when the fuel consumption amount at the rated output is 1.0) is about 0.79, the heat pump 17 has a capacity at least during the steady operation. On the other hand, the steam ejector 16 is set to a value substantially equal to or higher than the generated power 38 kW at The supply amount of steam relative to Les, at least, to those set equal to or more values and the generated amount of steam 260 kg / H during the steady operation.
[0043]
Next, FIG. 3 shows a second embodiment.
[0044]
In the second embodiment, on the premise of the evaporator 8 described above, one or both of the steam ejector and the heat pump are provided in parallel as a plurality.
[0045]
However, in the figure, the steam ejector has a configuration in which the first steam ejector 16a and the second steam ejector 16b are arranged in parallel, and the heat pumps are the first heat pump 17a and the second heat pump 17b. .
[0046]
By providing the steam supply valves 19a and 19b and the switching valves 20a and 20b for both the first steam ejector 16a and the second steam ejector 16b, according to the increase in the amount of steam that can be used in the evaporator 8 First, the first steam ejector 16a is driven, and then the second steam ejector 16b is driven in addition to the first steam ejector 16a, while the amount of steam that can be used in the evaporator 8 is reduced. Accordingly, the number of the plurality of steam ejectors to be driven is determined by stopping the driving of the second steam ejector 16b and then stopping the driving of the first steam ejector 16a. 8 is configured to increase or decrease in accordance with the increase or decrease of the amount of steam that can be used.
[0047]
Further, by providing switching valves 21a and 21b for both the first heat pump 17a and the second heat pump 17b, first, according to an increase in the amount of electric power that can be used for the evaporator 8, first the first heat pump 17a is driven, and then the second heat pump 17b is driven in addition to the first heat pump 17a. On the other hand, according to the decrease in the amount of power that can be used for the evaporator 8, first, the second heat pump 17b Of the plurality of heat pumps according to the increase / decrease in the amount of power that can be used for the evaporator 8, such as stopping the driving of the first heat pump 17 a. Configure to increase or decrease.
[0048]
Thereby, it is possible to accurately cope with the load fluctuation on the load side 4 that consumes the electric power or steam produced in the cogeneration facility 1 with high accuracy.
[0049]
In the second embodiment, the capacity of each of the steam ejectors 16a and 16b is set to 130 kg / H, which is approximately half of the generated steam amount of 260 kg / H during normal operation. The capacity is set to a value that is at least approximately equal to or greater than the amount of steam produced during steady operation of the cogeneration facility 1, while the capacity of each of the heat pumps 17a and 17b is set to the generated power during steady operation. The total capacity of a plurality of units is set to a value that is at least approximately equal to or greater than the amount of electric power produced during steady operation of the cogeneration facility 1 so that 19 kW, which is approximately half of 38 kW, is set.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the generated power and the amount of generated steam in a microturbine cogeneration facility.
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cogeneration equipment 2 Engine 3 Generator 4 Load side 6 Waste heat boiler 8 Evaporator 11 Heater 14, 15 Steam duct 16, 16a, 16b Steam ejector 17, 17a, 17b Heat pump 18 Steam supply line 19, 19a, 19b Steam supply valve 20, 20a, 20b Steam ejector switching valve 21, 21a, 21b Heat pump switching valve 22 Electric heater 23 Condenser

Claims (5)

ガスタービン又は内燃機関等の原動機にて発電機を駆動して電力を生産する一方前記原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラーに導いて蒸気を生産するようにしたコージェネレーション設備と，被蒸発液に対する間接的加熱式の加熱器及びこの加熱器で加熱した被蒸発液に対する蒸発缶並びにこの蒸発缶で発生した蒸気を前記加熱器に導く蒸気ダクトを有する蒸発装置とから成り，
前記蒸気ダクト中に，前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した蒸気の駆動にて圧縮するようにした蒸気エゼクターと，前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した電力の駆動にて圧縮するようにしたヒートポンプとを並列に設け，
更に，前記蒸発装置を，前記コージェネレーション設備において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において蒸気の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合に前記蒸気エゼクターにて蒸発運転する状態と，前記コージェネレーション設備において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において電力の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合に前記ヒートポンプにて蒸発運転する状態とに切り換えるようにした手段を備えていることを特徴とするコージェネレーション設備を利用した蒸発装置。A cogeneration facility that generates electric power by driving a generator with a prime mover such as a gas turbine or an internal combustion engine, while producing steam by directing exhaust gas discharged from the prime mover to a waste heat boiler; An indirect heating heater for the liquid, an evaporator for the liquid to be evaporated heated by the heater, and an evaporator having a vapor duct for guiding the vapor generated in the evaporator to the heater,
In the steam duct, steam generated in the evaporator is compressed by driving steam generated in the cogeneration facility, and steam generated in the evaporator is generated in the cogeneration facility. A heat pump that is compressed by driving electric power is installed in parallel.
Further, when the evaporator is in a load fluctuation state in which the amount of steam used decreases on the load side using the electric power and steam produced in the cogeneration facility, , Means for switching to a state of evaporating operation by the heat pump when a load fluctuation state occurs in which the amount of power used decreases on the load side using the power and steam produced in the cogeneration facility. Evaporator using cogeneration equipment characterized by having. ガスタービン又は内燃機関等の原動機にて発電機を駆動して電力を生産する一方前記原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラーに導いて蒸気を生産するようにしたコージェネレーション設備と，被蒸発液に対する間接的加熱式の加熱器及びこの加熱器で加熱した被蒸発液に対する蒸発缶並びにこの蒸発缶で発生した蒸気を前記加熱器に導く蒸気ダクトを有する蒸発装置とから成り，
前記蒸気ダクト中に，前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した蒸気の駆動にて圧縮するようにした蒸気エゼクターと，前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した電力の駆動にて圧縮するようにしたヒートポンプとを並列に設け，
更に，前記蒸発装置を，前記コージェネレーション設備において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において蒸気の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合に前記蒸気エゼクターにて蒸発運転する状態と，前記コージェネレーション設備において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において電力の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合に前記ヒートポンプにて蒸発運転する状態と，前記コージェネレーション設備において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において蒸気及び電力の両方の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合に前記蒸気エゼクター及び前記ヒートポンプの両方にて蒸発運転する状態とに切り換えるようにした手段を備えていることを特徴とするコージェネレーション設備を利用した蒸発装置。A cogeneration facility that generates electric power by driving a generator with a prime mover such as a gas turbine or an internal combustion engine, while producing steam by directing exhaust gas discharged from the prime mover to a waste heat boiler; An indirect heating heater for the liquid, an evaporator for the liquid to be evaporated heated by the heater, and an evaporator having a vapor duct for guiding the vapor generated in the evaporator to the heater,
In the steam duct, steam generated in the evaporator is compressed by driving steam generated in the cogeneration facility, and steam generated in the evaporator is generated in the cogeneration facility. A heat pump that is compressed by driving electric power is installed in parallel.
Further, a state in which the evaporation apparatus and evaporated operated in the steam ejector when the amount of vapor in the load side to use the power and steam produced in the cogeneration facility is ready for a load variation of reducing , The state where the heat pump evaporates when there is a load fluctuation state in which the amount of power used is reduced on the load side using steam and steam produced by the cogeneration facility, and the production at the cogeneration facility When the load side that uses both electric power and steam is reduced, both the steam and electric power are used, and when the load fluctuates, the steam ejector and the heat pump are both switched to the state of evaporating operation. cogeneration, characterized in that it comprises a by means Evaporation apparatus using the Bei. 前記請求項１又は２の記載において，前記蒸気エゼクターが，その複数台を並列に設けた形態であり，前記複数台の蒸気エゼクターのうち駆動する台数を，前記蒸発装置に使用できる蒸気量の増減に応じて増減するようにした手段を備えていることを特徴とするコージェネレーション設備を利用した蒸発装置。  The steam ejector according to claim 1 or 2, wherein the steam ejectors are provided in parallel, and the number of driven steam ejectors out of the plurality of steam ejectors is increased or decreased in the amount of steam that can be used in the evaporator. Evaporation apparatus using cogeneration equipment, characterized by comprising means adapted to increase or decrease according to 前記請求項１〜３のいずれかの記載において，前記ヒートポンプが，その複数台を並列に設けた形態であり，前記複数台のヒートポンプのうち駆動する台数を，前記蒸発装置に使用できる電力の増減に応じて増減するようにした手段を備えていることを特徴とするコージェネレーション設備を利用した蒸発装置。  In any one of the said Claims 1-3, the said heat pump is a form which provided the multiple units | sets in parallel, The increase / decrease in the electric power which can be used for the said evaporation apparatus is the number of the drive units among these multiple heat pumps. Evaporation apparatus using cogeneration equipment, characterized by comprising means adapted to increase or decrease according to 前記請求項１〜４のいずれかの記載において，蒸発装置は，前記コージェネレーション設備にて生産した電力による電気ヒータを備えていることを特徴とするコージェネレーション設備を利用した蒸発装置。  5. The evaporator using a cogeneration facility according to any one of claims 1 to 4, wherein the evaporator includes an electric heater using electric power produced by the cogeneration facility.
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