JP6230344B2 - 蒸気タービンプラント - Google Patents

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Description

本発明の実施の形態は蒸気タービンプラントに関する。
石炭ボイラ７を用いた蒸気タービンプラントを、図１３を用いて説明する。給水４２は給水ポンプ６により石炭ボイラ７に搬送され、そこで加熱される事で蒸気２に変化する。石炭ボイラ７は石炭４３を燃焼させて発生する燃焼排ガス１３により加熱するので、化石燃料由来の熱源である。燃焼排ガス１３や、石炭ボイラ７に流入する石炭４３や燃焼用空気１２を簡単に図示している。
蒸気２は蒸気タービン１に流入し、蒸気タービン１内部にて膨張し、圧力、温度ともに低下する。タービン排気３は復水器４に流入する。タービン排気３は復水器４にて冷却水により冷却され復水５になり、後述するドレン水１０と合流して給水４２となり循環する。冷却水は図示しておらず、図示していない冷却水ポンプで海から汲み上げられ復水器４に搬送されている。冷却水は復水器４にて加熱された後、海に戻される。
膨張していく蒸気２によって回転する蒸気タービン１の回転軸は図示していない発電機に接続されており、発生した軸動力を用いて発電機にて発電される。蒸気タービン１の途中から抽気した抽気蒸気８は給水加熱器９に流入し、給水ポンプ６で搬送されている給水４２を加熱し、その際、凝縮しドレン水１０となり最終的に復水５に合流する。蒸気タービン１から抽気しない場合は、復水５はそのまま給水４２となる。
コンバインドサイクルの一部を構成する蒸気タービンプラントを、図１４を用いて説明する。図１３に示す技術と同じ部位は同じ符号を付けて説明を省略し、図１３に示す技術と異なる部分のみ説明する。図示していないガスタービンからのガスタービン排ガス１４は充分高温であり、排熱回収ボイラ１５に流入させる。給水４２は給水ポンプ６により排熱回収ボイラ１５に搬送され、そこでガスタービン排ガス１４により加熱される事で蒸気２に変化する。ガスタービンは天然ガスや都市ガスを燃焼させて発生する燃焼排ガスを発生させ、このガスタービン排ガス１４により駆動するので、排熱回収ボイラ１５は化石燃料由来の熱源の１種である。ガスタービン排ガス１４は温度低下した後、排熱回収ボイラ１５から流出する。図１４では蒸気タービン１の途中から抽気蒸気８を抽気していないが、図１３と同じように蒸気タービン１の途中から抽気蒸気８を抽気し給水加熱器９を流入させ、給水４２を加熱してもよい。
ところで、ランキンサイクルは蒸気タービン入口蒸気が高温高圧であるほど、効率即ち、加熱源からの受熱量に対する蒸気タービン出力の値が高い。この出力に発電機効率を掛けた値が発電量である。図１８に作動流体の温度、エントロピをそれぞれ縦軸、横軸にしたＴＳ線図を示す。曲線３２、３３はそれぞれ飽和液線、飽和蒸気線である。蒸気タービン入口、蒸気タービン出口（復水器入口）、復水器出口（給水ポンプ入口）、給水ポンプ出口は図上ではそれぞれｅ、ｆ、ａ、ｂであり、領域Ａ、Ｂをそれぞれ「ａｂｃｄｅｆ」「ｆｊｋａ」で囲んだ領域とする。受熱量、冷却水へ放出する熱量、蒸気タービン出力はそれぞれ領域Ａ＋Ｂ、Ｂ、Ａの面積に相当し、効率は面積比Ａ／（Ａ＋Ｂ）に相当する。
蒸気タービン入口がより高温高圧になれば、蒸気タービン入は図上でｉになり、領域Ａは「ａｂｃｇｈｉｆ」で囲んだ領域Ａ’になる。冷却水へ放出する熱量に相当する領域Ｂは変化しないままで、受熱量、蒸気タービン出力に相当する領域Ａ＋Ｂ、Ａはそれぞれ領域Ａ’＋Ｂ、Ａ’に変化するので、面積比Ａ’／（Ａ’＋Ｂ）はＡ／（Ａ＋Ｂ）より大きくなる。この理由で、効率は高くなる。
一般の廃棄物発電を図１５を用いて説明する。図１３に示す技術と同じ部位は同じ符号を付けて説明を省略し、図１３に示す技術と異なる部分のみ説明する。廃棄物ボイラ１８では廃棄物を燃焼させ、廃棄物燃焼排ガス４４により水を加熱する。廃棄物燃焼排ガス４４や、廃棄物ボイラ１８に流入する廃棄物１１や燃焼用空気１２は簡単に図示している。給水４２は給水ポンプ６により廃棄物ボイラ１８に搬送され、そこで加熱される事で蒸気２に変化する。廃棄物燃焼排ガス４４には塩化水素などの腐食性ガスが含有しており、ボイラ伝熱管を高温腐食させない温度までしか熱回収できない。多くの場合、ボイラ伝熱管の管壁温度が３２０℃程度より高くなると高温腐食の発生リスクが高くなるので、蒸気温度を例えば３００℃以下にする事が多い。そのため、蒸気タービン入口温度を例えば３００℃までしか高くできない。場合によってはもっと高温にできる事例もあるが、それでも蒸気タービン入口温度を４００℃弱までしか高くできない。ランキンサイクルは蒸気タービン入口が高温高圧であるほど効率は高いため、発電効率を高くできない。廃棄物発電は適切に廃棄物処理した後に電気を製造しているのであり、廃棄物処理に伴う排熱を無駄にしないために、効率が低くても発電を実施する。
一般の地熱発電を図１６を用いて説明する。図１３に示す技術と同じ部位は同じ符号を付けて説明を省略し、第１の従来技術と異なる部分のみ説明する。地中２１から取り出した地熱蒸気１９を汽水分離器４５に流入させ、蒸気２と熱水２０に分離する。蒸気２は蒸気タービン１に流入し、蒸気タービン１内部にて膨張し、圧力、温度ともに低下する。タービン排気３は外界に放出される。蒸気温度は３５０℃以下がほとんどであり、蒸気タービン入口温度を高くできず発電効率を高くできない。また、熱水２０の保有する熱が有効利用されていない。
一般の太陽熱発電を図１７を用いて説明する。図１３に示す技術と同じ部位は同じ符号を付けて説明を省略し、図１３に示す技術と異なる部分のみ説明する。太陽熱集熱器２３にて熱媒体２４は太陽光線の輻射熱を受けて加熱される。加熱された熱媒体２４は分岐し、一方の熱媒体は太陽熱加熱器２２へもう一方の熱媒体は蓄熱槽２５へ流入する。蓄熱槽２５の左に描いた実線の方向に流れるように熱媒体ポンプ２７を調節する。熱媒体２４の一部は太陽熱加熱器に流入し給水４２を加熱し、自身は温度低下して流出する。加熱済の熱媒体２４の残りが蓄熱槽２５に流入すると、既に入っていたより低温の熱媒体が流出していき、最終的には蓄熱槽２５に高温の熱媒体２４が貯蔵される。貯蔵し終わったら弁３０、３１を全閉する。熱媒体２４は熱媒体ポンプ２６、２７により搬送される。給水４２は給水ポンプ６により太陽熱加熱器に搬送され、そこで加熱される事で蒸気２に変化する。太陽光線のない夜や、弱い時間帯は、弁２８、２９を閉止し熱媒体ポンプ２６を停止し、弁３０、３１を開き熱媒体ポンプ２７を運転し、蓄熱槽２５の右に描いた点線の方向に流れるようにする。太陽熱集熱器２３に熱媒体２４を流通させず、蓄熱槽２５と太陽熱加熱器２２との間にて熱媒体２４を循環させる事で、給水４２を加熱する。
特開２００８−３９３６７号公報 特開２００８−１２１４８３号公報
図１５および図１６に示す技術では、蒸気タービン入口温度を高くできないため、図１３および図１４に示す技術のように発電効率が高くできないので、発電効率を向上させたい要望がある。また図１６に示す技術では、熱水２０の保有する熱を有効利用して発電に利用したい要望がある。
ところで、タービンと異なる発電方式として燃料電池があるが、燃料電池は多量の排熱を放出している。しかし、排熱温度は蒸気タービンの作動流体に適する温度より充分に低い。また、工場やオフィスからの産業排熱が、有効利用される事なく排出されているが、この温度も蒸気タービン１の作動流体に適する温度より充分に低い事が多い。これらの排熱を有効利用して発電したい。
本発明が解決しようとする課題は、蒸気タービン入口温度が高くできない熱源を用いて、効率の高い発電を実施する事と、温度が充分に低い排熱を有効利用して発電する事である。
実施の形態に係る蒸気タービンプラントは、蒸気タービンと、前記蒸気タービンに供給される作動流体を加熱する加熱部とを備え、前記加熱部は、化石燃料を用いた第１の熱源、または蒸気タービンからの抽気蒸気を用いた第２の熱源により作動流体を加熱するとともに、前記加熱部は更に、化石燃料を用いない太陽熱以外の第３の熱源により作動流体を低温領域において加熱することを特徴とする蒸気タービンプラントである。
実施の形態に係る蒸気タービンプラントは、蒸気タービンと、前記蒸気タービンに供給される作動流体を加熱する加熱部とを備え、前記加熱部は、太陽熱を用いた第４の熱源、または蒸気タービンからの抽気蒸気を用いた第２の熱源により作動流体を加熱するとともに、前記加熱部は更に太陽熱以外の第５の熱源により作動流体を低温領域において加熱し、前記第５の熱源は、産業排熱を含むことを特徴とする蒸気タービンプラントである。
実施の形態に係る蒸気タービンプラントは、蒸気タービンと、前記蒸気タービンに供給される作動流体を加熱する加熱部とを備え、前記加熱部は、太陽熱を用いた第４の熱源、または蒸気タービンからの抽気蒸気を用いた第２の熱源により作動流体を加熱するとともに、前記加熱部は更に太陽熱以外の第５の熱源により作動流体を低温領域において加熱し、前記第５の熱源は、燃料電池または内燃機関の排熱を含むことを特徴とする蒸気タービンプラントである。
図１は、第１の実施の形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。 図２は、第２の実施の形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。 図３は、第３の実施の形態および第４の実施の形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。 図４は、第５の実施の形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。 図５は、第６の実施の形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。 図６は、第７の実施の形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。 図７は、第８の実施の形態および第９の実施の形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。 図８は、第１０の実施の形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。 図９は、第１１の実施の形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。 図１０は、第１２の実施の形態および第１３の実施の形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。 図１１は、第１４の実施の形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。 図１２は、第１５の実施の形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。 図１３は、石炭ボイラを用いた蒸気タービンを示す概念図。 図１４は、コンバインドサイクルの蒸気タービンを示す概念図。 図１５は、廃棄物発電の技術を示す概念図。 図１６は、地熱発電の技術を示す概念図。 図１７は、太陽発電の技術を示す概念図。 図１８は、ランキンサイクルのＴＳ線図。 図１９（ａ）（ｂ）は、本実施の形態の作用効果を示す概念図。
第１の実施の形態
次に第１の実施の形態による蒸気タービンについて、図１により説明する。
図１に示すように、図示していないガスタービンからのガスタービン排ガス１４は充分高温であり、排熱回収ボイラ１５に流入させる。給水４２は給水ポンプ６により排熱回収ボイラ１５に搬送され、そこでガスタービン排ガス１４により加熱される事で蒸気２に変化する。ガスタービンは天然ガスや都市ガスを燃焼させて発生する燃焼排ガスを発生させ、このガスタービン排ガス１４により駆動するので、排熱回収ボイラ１５は化石燃料由来の熱源（第１の熱源）である。
ガスタービン排ガス１４は温度低下した後、排熱回収ボイラ１５から流出する。蒸気２は蒸気タービン１に流入し、蒸気タービン１内部にて膨張し、圧力、温度ともに低下する。蒸気タービン１からのタービン排気３は復水器４に流入する。タービン排気３は復水器４にて冷却水により冷却され復水５になる。冷却水は図示しておらず、図示していない冷却水ポンプで海から汲み上げられ復水器４に搬送されている。冷却水は復水器４にて加熱された後、海に戻される。膨張していく蒸気２によって回転する蒸気タービン１の回転軸は図示していない発電機に接続されており、発生した軸動力を用いて発電機にて発電される。
ところで、図１に示すように、加熱器として廃棄物ボイラ１８が設置されている。具体的には、給水４２は第２の給水３５と第３の給水３６に分岐し、第２の給水３５は排熱回収ボイラ１５に搬送され、そこでガスタービン排ガス１４により加熱される事で温度がより高くなる。第３の給水３６は加熱器である廃棄物ボイラ１８に流入し、廃棄物１１と燃焼用空気１２とを熱焼させて生成された廃棄物燃焼排ガス（第３の熱源）４４により加熱される事で温度がより高くなる。第３の給水３６の圧力は高温高圧タービン向けの第２の給水３５の圧力と等しく、廃棄物発電の場合より高いため基本的に沸騰しないので、廃棄物ボイラ１８は温水ボイラのみとして機能する。その後、第３の給水３６は排熱回収ボイラ１５の途中に流入し、排熱回収ボイラ１５により加熱された第２の給水３５と合流点３４にて合流する。第３の給水３６は高温腐食の都合で温度に制約があるが、合流点３４において第２の給水３５と第３の給水３６の温度はほぼ同じであるように合流点３４を設けるように設計しておくのが望ましいが、そうである必要はない。
廃棄物ボイラ１８は廃棄物１１の組成や処理量の変動が充分にあるが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば給水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。
このため蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調節し、かつ弁３７、３８の開度により第２の給水３５と第３の給水３６の流量比を調節し、また場合によっては廃棄物１１の処理量を増減させることが好ましい。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流流量節弁を設置し、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。廃棄物ボイラ１８の作動流体である第３の給水３６の圧力は給水ポンプ６により調節するが、図１４に示す技術と同じ高温高圧タービン向けの圧力であり、図１５に示す技術より高く、合流点３４は図１８上ではｌで示される。なお仮に、合流点３４での圧力がより高く、第３の給水３６が飽和蒸気に変化していれば湿り度がほぼ同じである事が望ましいが、そうである必要はない。合流した水はさらに排熱回収ボイラ１５により加熱され蒸気２に変化した後、蒸気タービン１に流入する。図１８ではｂからｌまで並列で２種の熱源にて加熱され、ｌからｉまで１種の熱源で加熱する事になる。廃棄物ボイラ１８が停止中である等の理由で第３の給水３６を流通させない場合は、弁３７、３８を全閉する。一般的に廃棄物発電の蒸気流量はコンバインドサイクルの蒸気流量より充分に小さいので、蒸気２の流量が少々低下する事になっても蒸気タービン１は運転可能である。
仮に排熱回収ボイラ１５と廃棄物ボイラ１８が、水に関して直列に接続されていたら、廃棄物ボイラ１８出口の水温度まではガスタービン排ガス１４は温度低下しないので、その温度から下はガスタービン排ガス１４から熱回収できなくなる。これに対して本実施の形態によれば給水に関して排熱回収ボイラ１５の上流側と廃棄物ボイラ１８は並列にしているので、その存在のためにガスタービン排ガス１４からの熱回収が制約される事はない。また排熱回収ボイラ１５の排ガスの出口温度は図１４に示す技術と等しくなるので、排熱回収ボイラ１５からの受熱量も図１４に示す技術と同じである。このためランキンサイクルとしては、受熱量は廃棄物ボイラ１８からの受熱の分、増加し、蒸気タービン入口温度が同じままで蒸気２の流量が増え、出力が増加する。ランキンサイクルの効率は流量に関係なく、ＴＳ線図上の面積比のみで決まる。蒸気の全てが高温高圧のランキンサイクルを構成しているので、本実施の形態による効率は図１４に示す技術と同じである。また本実施の形態によれば、図１４に示す技術と図１５に示す技術とが別々に存在するのと比較して、同じ受熱量でありながら出力は大きく、効率は高い。このため効率の高い発電ができなかった廃棄物ボイラ１８からの熱を用いて、効率の高い発電が実施できる。なお、ガスタービンの運転には影響はないので、ガスタービンの発電出力や効率が悪化する事はない。
なお、図１の構成は一例にすぎず、第２の給水３５と第３の給水３６が合流する合流点は、排熱回収ボイラ１５の途中ではなく出口より下流でもよい。また、図１３と同じように蒸気タービン１の途中から抽気蒸気８を抽気し給水加熱器９を流入させ、給水４２を加熱してもよい。
次に図１９により本実施の形態の作用効果について述べる。図１９（ａ）に示すように、給水を復水温度から蒸気タービン入口温度まで加熱する際、より低温である低温領域については化石燃料由来の熱源（第１の熱源）を用いた排熱回収ボイラ１５と、化石燃料以外の熱源（第３の熱源）である廃棄物燃焼排ガスにより給水を加熱し、より高温である高温領域については化石燃料由来の熱源（第１の熱源）を用いた排熱回収ボイラ１５により給水を加熱する。
このように低温領域について給水を廃棄物燃焼排ガスも用いて加熱し、かつ蒸気タービン１に流入する高温蒸気を化石燃料由来の排熱回収ボイラ１５により確実に生成することにより、今まで蒸気タービン１では効率の高い発電としては、用いられなかった低温の廃棄物燃焼排ガスの有効利用を図り、発電効率を高めることができる。
第２の実施の形態
次に図２により第２の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
図２に示す蒸気タービンプラントにおいて、図１に示す蒸気タービンプラントと同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図２のように地熱蒸気１９により蒸気２を加熱する加熱器４７が設置されている。図１６に示す技術と異なり、図２において、地中２１から取出した地熱蒸気１９（第３の熱源）をそのまま加熱器４７に流入させる。第３の給水３６は加熱器４７に流入し、地熱蒸気１９により加熱される事で温度がより高くなる。第３の給水３６の圧力は高温高圧タービン向けの第２の給水３５の圧力と等しく、基本的に沸騰しない。その後、第３の給水３６は排熱回収ボイラ１５の途中に流入し、排熱回収ボイラ１５により加熱された第２の給水３５と合流する。第３の給水３６は地熱蒸気１９の温度までは温度上昇しないが、合流点３４において第２の給水３５と第３の給水３６の温度はほぼ同じであるように合流点３４を設けるように設計しておくのが望ましいが、そうである必要はない。
地熱蒸気１９の流量や温度は変動が充分にあるが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。
このため蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調整し、かつ弁３７、３８の開度により第２の給水３５と第３の給水３６の流量比を調節し、また場合によっては図示していない流量調整弁によって地熱蒸気１９の流量を増減させることが好ましい。その際、図示してないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置し、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。第３の給水３６の圧力は給水ポンプ６により調節するが、図１４に示す技術と同じ高温高圧タービン向けの圧力であり、図１６に示す技術における地熱蒸気１９の圧力より高いため第３の水３６は部分的にも沸騰せず、合流点３４は図１８上ではｍで示される。合流した水はさらに排熱回収ボイラ１５により加熱された蒸気２に変化した後、蒸気タービン１に流入する。図１８にて、合流点３４を仮にｍとすると、ｂからｍまで並列で２種の熱源にて加熱され、ｍからｉまで１種の熱源で加熱する事になる。何らかの理由で第３の給水３６を加熱器４７に流通させない場合は、弁３７、３８を全閉する。第３の給水３６は第２の給水３５より流量が充分に小さいので、蒸気２の流量が少々低下する事になっても蒸気タービン１は運転可能である。
図１６に示す技術において、汽水分離器４５で分離した蒸気２は地熱蒸気１９と同じ温度である。それに対して本実施の形態によれば、地熱蒸気１９で第３の給水３６を加熱しているので、第３の給水３６は地熱蒸気１９より温度が低い。しかし、図１６に示す技術では捨てていた熱水２０からも本実施の形態では熱回収しているので、地熱蒸気１９からの熱回収量は大きくなる。また本実施の形態によれば、蒸気の全てが高温高圧のランキンサイクルを構成しているので、本実施の形態による効率は図１４に示す技術と同じである。また本実施の形態によれば図１４に示す技術と図１５に示す技術とが別々に存在するのと比較して、仮に同じ受熱量であっても出力は大きく、効率は高い。さらに受熱量は実施例２の方が大きい。このため効率の高い発電ができなかった地熱蒸気を用いて、効率の高い発電が実施できる。なお、ガスタービンの運転には影響はないので、ガスタービンの発電出力や効率が悪化する事はない。
なお、図２の構成は一例にすぎず、第２の給水３５と第３の給水３６が合流する合流点３４は、排熱回収ボイラ１５の途中ではなく出口より下流でもよい。
次に図１９により本実施の形態の作用効果について述べる。図１９（ａ）に示すように、給水を復水温度から蒸気タービン入口温度まで加熱する際、低温領域については化石燃料由来の熱源（第１の熱源）を用いた排熱回収ボイラ１５と、化石燃料以外の熱源（第３の熱源）である地熱蒸気により給水を加熱し、高温領域については化石燃料由来の熱源（第１の熱源）を用いた排熱回収ボイラ１５により給水を加熱する。
このように低温領域について給水を地熱蒸気も用いて加熱し、かつ蒸気タービン１に流入する高温蒸気を化石燃料由来の排熱回収ボイラ１５により確実に生成することにより、今まで蒸気タービン１では効率の高い発電としては、用いられなかった低温の地熱蒸気の有効利用を図り、発電効率を高めることができる。
第３の実施の形態
次に図３により第３の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
図３に示す蒸気タービンプラントにおいて、図１に示す蒸気タービンプラントと同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図３のように加熱器４７が設けられている。図３において、加熱器４７は、産業排熱を回収した排熱回収水（第３の加熱源）４０により第３の給水３６を加熱する。産業排熱は、工場やオフィスビルから発生する排熱であり、冷却塔までを循環する排熱回収水４０で回収され、冷却塔にて大気に放出される事が多い。この排熱回収水４０を冷却塔ではなく加熱器４７に流通させる。産業排熱源３９から熱回収した排熱回収水４０は回収水ポンプ４１で循環する。産業排熱回収時の排熱回収水４０の温度は循環流量が大きいほど低くなるが、給水４２よりなるべく高くなるような流量にするのが望ましい。なお、排熱回収水４０の圧力は高温高圧タービン向けの圧力であり高いので、その圧力での沸点まで昇温されない事が多い。第３の給水３６は加熱器４７に流入し、排熱回収水４０から加熱される事で温度がより高くなる。その後、第３の給水３６は排熱回収ボイラ１５の途中に流入し、排熱回収ボイラ１５により加熱された第２の給水３５と合流する。合流点３４において第２の給水３５と第３の給水３６の温度はほぼ同じであるように合流点３４を設けるように設計しておくのが望ましいが、そうである必要はない。
産業排熱の熱量は変動が充分にあるが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。
このため、蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調整し、弁３７、３８の開度により第２の給水３５と第３の給水３６の流量比を調節し、また場合によっては回収水ポンプ４１出力によって排熱回収水４０の流量を増減させることが好ましい。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置し、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。合流した水はさらに排熱回収ボイラ１５により加熱され蒸気２に変化した後、蒸気タービン１に流入する。図１８では、ｂからｎまで並列で２種の熱源にて加熱され、ｎからｉまで１種の熱源で加熱する事になる。何らかの理由で第３の給水３６を加熱器４７に流通させない場合は、弁３７、３８を全閉する。第３の給水３６は第２の給水３５より流量が充分に小さいので、蒸気２の流量が少々低下する事になっても蒸気タービン１は運転可能である。
本実施の形態によれば、排熱回収ボイラ１５のガスタービン排ガス１４の出口温度を図１４に示す技術と等しくした場合、排熱回収ボイラ１５からの受熱量も同じである。このためランキンサイクルとしては、受熱量は排熱回収水４０からの受熱の分、増加し、蒸気タービン入口温度が同じままで蒸気２の流量が増え、出力が増加する。ランキンサイクルの効率は流量に関係なく、ＴＳ線図上の面積比のみで決まる。また本実施の形態によれば、蒸気の全てが高温高圧のランキンサイクルを構成しているので、本実施の形態における効率は図１４に示す技術と同じである。また本実施の形態によれば、有効利用される事なく排出されている産業排熱を用いて、効率の高い発電が実施できる。なお、ガスタービンの運転には影響はないので、ガスタービンの発電出力や効率が悪化する事はない。
次に図１９により本実施の形態の作用効果について述べる。図１９（ａ）に示すように、給水を復水温度から蒸気タービン入口温度まで加熱する際、低温領域については化石燃料由来の熱源（第１の熱源）を用いた排熱回収ボイラ１５と、化石燃料以外の熱源（第３の熱源）である排熱回収水により給水を加熱し、高温領域については化石燃料由来の熱源（第１の熱源）を用いた排熱回収ボイラ１５により給水を加熱する。
このように低温領域について給水を排熱回収水も用いて加熱し、かつ蒸気タービン１に流入する高温蒸気を化石燃料由来の排熱回収ボイラ１５により確実に生成することにより、今まで蒸気タービン１に用いられなかった低温の排熱回収水の有効利用を図り、発電効率を高めることができる。
第４の実施の形態
次に図３により第４の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
第３の実施の形態において排熱回収水（第３の熱源）４０は産業排熱を回収していたが、第４の実施の形態においては燃料電池４６の排熱の全部あるいは一部を回収している。図３に示すように、燃料電池４６は化石燃料を用いて発電するがその際、大量の排熱が発生する。大容量の発電を実施するような大型の燃料電池４６の排熱は排熱回収水４０で回収され、排熱回収水４０は、種々の利用先で利用され温度低下していき、最終的には冷却塔にて大気に放出され循環する事が多い。この排熱回収水４０を冷却塔ではなく加熱器４７に流通させる。この時、排熱回収水４０は種々の利用先で利用させずに、そのまま加熱器４７に流通させてもよい。排熱回収時の排熱回収水４０の温度は循環流量が大きいほど低くなるが、給水４２よりなるべく高くなるような流量にするのが望ましい。なお、排熱回収水４０の圧力は高温高圧タービン向けの圧力であり高いので、その圧力での沸点まで昇温されない事が多い。燃料電池４５の排熱の熱量は燃料電池４５の運転に合わせて変動するが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば給水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。このため、蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調整し、弁３７、３８の開度により第２の給水３５と第３の給水３６の流量比を調節し、また場合によっては回収水ポンプ４１出力によって排熱回収水４０の流量を増減させることが好ましい。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置して、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。
第３の実施の形態と同様に、有効利用される事なく排出されている燃料電池４６の排熱の全部あるいは一部を用いて、効率の高い発電が実施できる。なお、ガスタービンの運転には影響はないので、ガスタービンの発電出力や効率が悪化する事はない。
第５の実施の形態
次に図４により第５の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
図４に示す蒸気タービンプラントにおいて、図３に示す蒸気タービンプラントと同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図４のように加熱器４７が設けられている。図５において加熱器４７は産業排熱を回収した排熱回収水４０により蒸気２を加熱する加熱器である。給水４２は加熱器４７に搬送され、そこで排熱回収水（第３の熱源）４０により加熱される事で温度がより高くなる。加熱器４７を流出した給水４２は排熱回収ボイラ１５に流入し、ガスタービン排ガス１４により加熱される事で蒸気２に変化する。
ガスタービン排ガス１４は給水４２を加熱する事で温度低下するが、排熱回収ボイラ１５がガスタービン排ガス１４と接する金属の表面温度が低温腐食温度域まで低下してはいけない。天然ガスや都市ガスの組成に依るが例えば１５０℃である。仮に産業排熱がその温度より高温ならば、排熱回収ボイラ１５と加熱器４７が、給水４２に関して直列に接続されていたら、加熱器４７出口での給水４２温度まではガスタービン排ガス１４は温度低下しないので、それ以降、ガスタービン排ガス１４から受熱できなくなる。しかしながら、産業排熱は低温腐食温度域より低温である事が多いため、ガスタービン排ガス１４からの受熱が低減される事はない。産業排熱は比較的低温だが量は多いので、給水４２との温度差を充分確保しながら給水４２と熱交換させる事が望ましく、この加熱器４７の配置は効果的である。
産業排熱の熱量は変動が充分にあるが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば給水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。このため、蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調整し、また場合によっては回収水ポンプ４１出力によって排熱回収水４０の流量を増減させることが好ましい。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置して、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。
なお、本実施の形態では産業排熱を利用したが、利用する熱はそれに限らない。また給水加熱器９は１個でもよい。
第６の実施の形態
次に図５により第６の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
図５に示す蒸気タービンプラントにおいて、図１に示す蒸気タービンプラントと同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図５に示すように加熱器として廃棄物ボイラ１８が設置されている。給水４２は第２の給水３５と第３の給水３６に分岐し、第２の給水３５は直列に接続した１個以上の給水加熱器９の群（図５では２個）に搬送され、そこで抽気蒸気８により加熱される事で温度がより高くなる。第３の給水３６は加熱器４７である廃棄物ボイラ１８に流入し、廃棄物燃焼排ガス４４により加熱される事で温度がより高くなる。
第３の給水３６の圧力は高温高圧タービン向けの第２の給水３５の圧力と等しく、廃棄物発電の場合より高いため基本的に沸騰しないので、廃棄物ボイラ１８は温水ボイラのみとして機能する。その後、第３の給水３６は給水加熱器９の群の出口または途中に流入し、それより上流に配置された給水加熱器９により加熱された第２の給水３５と合流する。
第３の給水３６は高温腐食の都合で温度に制約があるが、合流点３４において第２の給水３５と第３の給水３６の温度はほぼ同じであるように合流点３４を設けるように設計しておくのが望ましいが、そうである必要はない。
廃棄物ボイラ１８は廃棄物１１の組成や処理量の変動が充分にあるが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば給水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。このため、蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調整し、弁３７、３８の開度により第２の給水３５と第３の給水３６の流量比を調節する。また石炭ボイラ７の出力を増減させたり、また場合によっては廃棄物１１の処理量を増減させることが好ましい。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置して、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。
廃棄物ボイラ１８の作動流体である第３の水３６の圧力はポンプにより調節するが、図１３に示す技術と同じ高温高圧タービン向けの圧力であり、図１５に示す技術より高く、合流点３４は図１８上ではｌである。合流した水は、合流点３４より下流に給水加熱器９があればそれにより加熱された後、石炭ボイラ７に流入し、石炭ボイラ７により加熱され蒸気２に変化した後、蒸気タービン１に流入する。何らかの理由で第３の給水３６を流通させない場合は、弁３７、３８を全閉する。第３の給水３６は第２の給水３５より流量が充分に小さいので、蒸気２の流量が少々低下する事になっても蒸気タービン１は運転可能である。
図１に示す実施の形態と同様に、蒸気の全てが高温高圧のランキンサイクルを構成しているので、本実施の形態による効率は図１３に示す技術と同じである。また本実施の形態によれば、図１３に示す技術と図１５に示す技術が別々に存在するのと比較して、仮に同じ受熱量であっても出力は大きく、効率は高い。よって、効率の高い発電ができなかった廃棄物ボイラ１８からの熱を用いて、効率の高い発電が実施できる。
なお、図５の構成は一例にすぎず、第２の給水３５と第３の給水３６が合流する合流点３４は、最も下流の給水加熱器と石炭ボイラ７の間ではなく、２個以上ある給水加熱器９の群の途中でもよい。即ち、合流点３４より下流に給水加熱器が存在していてもよい。また給水加熱器９は１個でもよい。
また、第２の給水３５と第３の給水３６の分岐点の上流側だけでなく、下流側に１個以上の給水加熱器９を設けてもよい。
第７の実施の形態
次に図６により第７の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
図６に示す蒸気タービンプラントにおいて、図５に示す蒸気タービンプラントと同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図６のように地熱蒸気１９により蒸気２を加熱する加熱器４７が設置されている。本実施の形態によれば、地熱蒸気１９（第３の熱源）が、そのまま加熱器４７に流入する。第３の給水３６は加熱器４７に流入し、地熱蒸気１９により加熱される事で温度がより高くなる。第３の給水３６の圧力は高温高圧タービン向けの第２の給水３５の圧力と等しく、基本的に沸騰しない。その後、第３の給水３６は給水加熱器９の群の出口または途中に流入し、それより上流に配置された給水加熱器９により加熱された第２の給水３５と合流する。第３の給水３６は地熱蒸気１９の温度までは温度上昇しないが、合流点３４において第２の給水３５と第３の給水３６の温度はほぼ同じであるように合流点３４を設けるように設計しておくのが望ましいが、そうである必要はない。
地熱蒸気１９の流量や温度は変動が充分にあるが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば給水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。このため、蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調整し、弁３７、３８の開度により第２の給水３５と第３の給水３６の流量比を調節する。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置して、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。また石炭ボイラ７の出力を増減させたり、また場合によっては図示していない流量調整弁によって地熱蒸気１９の流量を増減させることが好ましい。第３の給水３６の圧力は給水ポンプ６により調節するが、図１３に示す技術と同じ高温高圧タービン向けの圧力であり、図１６に示す技術における地熱蒸気１９の圧力より高いため第３の給水３６は部分的にも沸騰せず、合流点３４は図１８上ではｍである。合流した水は、合流点３４より下流に給水加熱器９があればそれにより加熱された後、石炭ボイラ７に流入し、石炭ボイラ７により加熱され蒸気２に変化した後、蒸気タービン１に流入する。何らかの理由で第３の給水３６を加熱器に流通させない場合は、弁３７、３８を全閉する。第３の給水３６は第２の給水３５より流量が充分に小さいので、蒸気２の流量が少々低下する事になっても蒸気タービン１は運転可能である。
図１６に示す技術において、汽水分離器４５で分離した蒸気２は地熱蒸気１９と同じ温度である。それに対して本実施の形態によれば、地熱蒸気１９で第３の給水３６を加熱しているので、第３の給水３６は地熱蒸気１９より温度が低い。しかし、図１６に示す技術では捨てていた熱水２０からも熱回収しているので、本実施の形態によれば、地熱蒸気１９からの熱回収量は大きくなる。また図５に示す実施の形態と同様に、蒸気の全てが高温高圧のランキンサイクルを構成しているので、本実施の形態による効率は図１３に示す技術と同じである。また本実施の形態によれば、図１３に示す技術と図１５に示す技術とが別々に存在するのと比較して、仮に同じ受熱量であっても出力は大きく、効率は高い。よって、効率の高い発電ができなかった地熱蒸気を用いて、効率の高い発電が実施できる。
なお、図６の構成は一例にすぎず、第２の給水３５と第３の給水３６が合流する合流点３４は、最も下流の給水加熱器と石炭ボイラ７の間ではなく、２個以上ある給水加熱器９の群の途中でもよい。即ち、合流点３４より下流に給水加熱器が存在していてもよい。また給水加熱器９は１個でもよい。
また、第２の給水３５と第３の給水３６の分岐点の上流側だけでなく、下流側に１個以上の給水加熱器９を設けてもよい。
第８の実施の形態
次に図７により第８の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
図７に示す蒸気タービンプラントにおいて、図５に示す蒸気タービンプラントと同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図７に示すように加熱器４７が設けられている。図７に示す加熱器４７は産業排熱を回収した排熱回収水（第３の熱源）４０により第３の給水３６を加熱する加熱器４７である。産業排熱回収時の排熱回収水４０の温度は循環流量が大きいほど低くなるが、給水４２よりなるべく高くなるような流量にするのが望ましい。第３の給水３６は加熱器４７に流入し、排熱回収水４０から加熱される事で温度がより高くなる。その後、第３の給水３６は給水加熱器９の群の出口または途中に流入し、それより上流に配置された給水加熱器９により加熱された第２の給水３５と合流する。第３の給水３６は地熱蒸気１９の温度までは温度上昇しないが、合流点３４において第２の給水３５と第３の給水３６の温度はほぼ同じであるように合流点３４を設けるように設計しておくのが望ましいが、そうである必要はない。
産業排熱の熱量は変動が充分にあるが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば給水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。
このため蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調整し、弁３７、３８の開度により第２の給水３５と第３の給水３６の流量比を調節する。また石炭ボイラ７の出力を増減させたり、また場合によっては回収水ポンプ４１出力によって排熱回収水４０の流量を増減させることが好ましい。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置して、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。
合流した水は、図７に示すように合流点３４より給水加熱器９があればそれにより加熱された後、石炭ボイラ７に流入し、石炭ボイラ７により加熱され蒸気２に変化した後、蒸気タービン１に流入する。図１８では、ｂからｎまで並列で２種の熱源にて加熱され、ｎからｉまで１種の熱源で加熱する事になる。何らかの理由で第３の給水３６を加熱器４７に流通させない場合は、弁３７、３８を全閉する。第３の給水３６は第２の給水３５より流量が充分に小さいので、蒸気２の流量が少々低下する事になっても蒸気タービン１は運転可能である。
ランキンサイクルとしては、受熱量は排熱回収水４０からの受熱の分、増加し、蒸気タービン入口温度が同じままで蒸気１の流量が増え、出力が増加する。ランキンサイクルの効率は流量に関係なく、ＴＳ線図上の面積比のみで決まる。抽気蒸気８と第２の給水３５との温度差が少し変化しているが、蒸気の全てが高温高圧のランキンサイクルを構成しており、実施例８の効率は第１の従来技術とほぼ同じである。有効利用される事なく排出されている産業排熱を用いて、効率の高い発電が実施できる。
なお、図７の構成は一例にすぎず、第２の給水３５と第３の給水３６が合流する合流点３４は、２個以上ある給水加熱器９の群の途中ではなく、最も下流の給水加熱器と石炭ボイラ７の間でもよい。また給水加熱器９は１個でもよい。
また、第２の給水３５と第３の給水３６の分岐点の上流側だけでなく、下流側に１個以上の給水加熱器９を設けてもよい。
第９の実施の形態
次に図７により第９の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
第８の実施の形態において排熱回収水４０は産業排熱を回収していたが、本実施の形態においては燃料電池または内燃機関４６の排熱の全部あるいは一部を回収している。ここで内燃機関とは、例えばガスエンジンやディーゼルエンジンをいう。燃料電池または内燃機関４６は化石燃料を用いて発電するがその際、大量の排熱が発生する。大容量の発電を実施するような大型の燃料電池または内燃機関４６の排熱は排熱回収水４０で回収され、排熱回収水４０は、種々の利用先で利用され温度低下していき、最終的には冷却塔にて大気に放出され循環する事が多い。この排熱回収水４０を冷却塔ではなく加熱器４７に流通させる。この時、排熱回収水４０は種々の利用先で利用させずに、そのまま加熱器４７に流通させてもよい。排熱回収時の排熱回収水４０の温度は循環流量が大きいほど低くなるが、給水４２よりなるべく高くなるような流量にするのが望ましい。なお、排熱回収水４０の圧力は高温高圧タービン向けの圧力であり高いので、その圧力での沸点まで昇温されない事が多い。燃料電池または内燃機関４６の排熱の熱量は燃料電池または内燃機関４６の運転に合わせて変動するが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば給水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。
このため蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調整し、弁３７、３８の開度により第２の給水３５と第３の給水３６の流量比を調節する。また石炭ボイラ７の出力を増減させたり、また場合によっては回収水ポンプ４１出力によって排熱回収水４０の流量を増減させることが好ましい。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置して、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。
本実施の形態によれば、有効利用される事なく排出されている燃料電池４６の排熱の全部あるいは一部を用いて、効率の高い発電が実施できる。
なお、図７の構成は一例にすぎず、第２の給水３５と第３の給水３６が合流する合流点３４は、２個以上ある給水加熱器９の群の途中ではなく、最も下流の給水加熱器と石炭ボイラ７の間でもよい。また給水加熱器９は１個でもよい。
また、第２の給水３５と第３の給水３６の分岐点の上流側だけでなく、下流側に１個以上の給水加熱器９を設けてもよい。
第１０の実施の形態
次に図８により第１０の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
図８に示す蒸気タービンプラントにおいて、図７に示す蒸気タービンプラントと同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図８に示すように加熱器４７が給水４２に関して給水加熱器９の群と直列に設けられている。本実施の形態において加熱器４７は産業排熱を回収した排熱回収水４０により給水４２を加熱する加熱器４７である。給水４２は加熱器４７に搬送され、そこで排熱回収水４０により加熱される事で温度がより高くなる。加熱器４０を流出した給水４２は順に給水加熱器９の群、石炭ボイラ７に流入しそれぞれ抽気蒸気８と燃焼排ガス１３により加熱される事で蒸気２になる。
産業排熱は比較的低温だが量は多いので、給水４２との温度差を充分確保しながら給水４２と熱交換させる事が望ましく、この加熱器の配置は効果的である。
産業排熱の熱量は変動が充分にあるが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば給水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。このため、蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調節し、石炭ボイラ７の出力を増減させたり、また場合によっては回収水ポンプ４１出力によって排熱回収水４０の流量を増減させることが好ましい。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置して、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。
なお、第１０の実施の形態では産業排熱を利用したが、利用する熱はそれに限らない。
また加熱器４７は２個以上ある給水器９の群の途中に設けてもよく、給水器９の群の下流側に設けてもよい。
また第２の給水３５と第３の給水３６の分岐点の上流側だけでなく、下流側に１個以上の給水加熱器９を設けてもよい。
第１１の実施の形態
次に図９により第１１の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
図９に示す蒸気タービンプラントにおいて、図８に示す蒸気タービンプラントと同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図９に示すように加熱器として廃棄物ボイラ１８が設置されている。図９において、蒸気タービン１から抽気せず給水加熱器９は含まれていない。給水４２は加熱器である廃棄物ボイラ１８に流入し、廃棄物燃焼排ガス１３により加熱される事で温度がより高くなる。廃棄物ボイラ１８の出口水は高温腐食の都合で温度に制約がある。廃棄物発電の場合より高いため基本的に沸騰しないので、廃棄物ボイラ１８は温水ボイラのみとして機能する。
廃棄物ボイラ１８の作動流体の圧力はポンプにより調節するが、図１４に示す技術と同じ高温高圧タービン向けの圧力であり、図１５に示す技術より高く、廃棄物ボイラ１８出口は図１８上ではｌである。
給水４２はその後、石炭ボイラ７に流入し、石炭ボイラ７により加熱された後、蒸気タービン１に流入する。廃棄物ボイラ１８は廃棄物１１の組成や処理量の変動が充分にあるが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば給水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。
このため、蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調節し、石炭ボイラ７の出力を増減させ、また場合によっては廃棄物１１の処理量を増減させることが好ましい。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置して、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。
図８に示す実施の形態と同様に、蒸気の全てが高温高圧のランキンサイクルを構成しているので、本実施の形態による効率は図１３に示す技術と同じである。本実施の形態によれば、抽気していない蒸気タービン１についても適用できる。
なお、実施例１１では加熱器として廃棄物ボイラ１８としたが、異なる熱源に由来する熱を利用して加熱してもよい。
第１２の実施の形態
次に図１０により第１２の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
図１２に示す蒸気タービンプラントにおいて、図１に示す蒸気タービンプラントと同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図１０に示すように、太陽熱集熱器２３にて熱媒体２４（第４の熱源）は、太陽光線の輻射熱を受けて加熱される。加熱された熱媒体２４は分岐し、一方の熱媒体は太陽熱加熱器２２へもう一方の熱媒体は蓄熱槽２５へ流入する。蓄熱槽２５の左に描いた実線の方向に流れるように熱媒体ポンプ２７を調節する。熱媒体２４の一部は太陽熱加熱器に流入し給水４２を加熱し、自身は温度低下して流出する。加熱済の熱媒体２４の残りが蓄熱槽２５に流入すると、既に入っていたより低温の熱媒体が流出していき、最終的には蓄熱槽２５に高温の熱媒体２４が貯蔵される。貯蔵し終わったら弁３０、３１を全閉する。熱媒体２４は熱媒体ポンプ２６、２７により搬送される。給水４２は給水ポンプ６により太陽熱加熱器に搬送され、そこで加熱される事で蒸気２に変化する。さて、太陽光線のない夜や、弱い時間帯は、弁２８、２９を閉止し熱媒体ポンプ２６を停止し、弁３０、３１を開き熱媒体ポンプ２７を運転し、蓄熱槽２５の右に描いた点線の方向に流れるようにする。太陽熱集熱器２３に熱媒体２４を流通させず、蓄熱槽２５と太陽熱加熱器２２との間にて熱媒体２４を循環させる事で、給水４２を加熱する。太陽熱により加熱された給水４２は蒸気タービン１に送られ、このタービン１を駆動させる。
このように蒸気タービン１は太陽熱由来の熱源（第４の熱源）で製造した蒸気で駆動するタービンであり、産業排熱を回収した排熱回収水（第５の熱源）４０により第３の給水３６を加熱する加熱器４７を設置する。産業排熱回収時の排熱回収水４０の温度は循環流量が大きいほど低くなるが、給水４２よりなるべく高くなるような流量にするのが望ましい。なお、排熱回収水４０の圧力はタービン向けの圧力であり高いので、その圧力での沸点まで昇温されない事が多い。昼間など太陽熱が充分に得られる場合は、以下のように運転する。
給水４２は第２の給水３５と第３の給水３６に分岐し、第２の給水３５は給水加熱器９の群に搬送され、そこで抽気蒸気８により加熱される事で温度がより高くなる。第３の給水３６は加熱器４７に流入し、排熱回収水４０から加熱される事で温度がより高くなる。その後、第３の給水３６は給水加熱器９の群の途中または下流に流入し、合流点３４より上流にある給水加熱器９により加熱された第２の給水３５と合流する。
合流点３４において第２の給水３５と第３の給水３６の温度はほぼ同じであるように合流点３４を設けるように設計しておくのが望ましいが、そうである必要はない。太陽熱の熱量と産業排熱の熱量はどちらも変動が充分にあるが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば給水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。
このため、蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、熱媒体ポンプ２６、２７の出力により熱媒体の流量を増減させたり、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調整し、弁３７、３８の開度により第２の給水３５の第３の給水３６の流量比を調節し、また場合によっては回収水ポンプ４１出力によって排熱回収水４０の流量を増減させることが好ましい。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置して、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。
合流した水は、合流点３４より下流に給水加熱器９があればそれにより加熱された後、太陽熱加熱器２２に流入し、太陽熱加熱器２２により加熱され蒸気２に変化した後、蒸気タービン１に流入する。何らかの理由で第３の給水３６を加熱器４７に流通させない場合は、弁３７、３８を全閉する。第３の給水３６は第２の給水３５より流量が充分に小さいので、蒸気２の流量が少々低下する事になっても蒸気タービン１は運転可能である。夜間など太陽熱が全くまたは充分には得られない場合は、第５の従来技術と同様の運転を実施する。
ランキンサイクルとしては、受熱量は排熱回収水４０からの受熱の分、増加し、蒸気タービン入口温度が同じままで蒸気２の流量が増え、出力が増加する。ランキンサイクルの効率は流量に関係なく、ＴＳ線図上の面積比のみで決まる。蒸気の全てが高温高圧のランキンサイクルを構成しているので、本実施の形態による効率は図１７に示す技術と同じである。
本実施の形態によれば、有効利用される事なく排出されている産業排熱を用いて、図１７に示す技術から効率を下げる事なく発電が実施できる。
なお、蓄熱槽２５はなくてもよいが、その場合は太陽熱が充分に受熱できる時しか運転できない。なお、図１０の構成は一例にすぎず、第２の給水３５と第３の給水３６が合流する合流点３４は、２個以上ある給水加熱器９の群の途中ではなく、最も下流の給水加熱器９と太陽熱加熱器２２の間でもよい。また給水加熱器９は１個でもよい。
また、第２の給水３５と第３の給水３６の分岐点の上流側だけでなく、下流側に１個以上の給水加熱器９を設けてもよい。この給水加熱器９は１個のみ設けてもよい。
次に図１９により本実施の形態の作用効果について述べる。図１９（ｂ）に示すように、給水を復水温度から蒸気タービン入口温度まで加熱する際、低温領域については抽気蒸気を用いた第２の熱源と、太陽熱以外の熱源（第５の熱源）である排熱回収水４０により給水を加熱し、高温領域については太陽熱由来の熱源（第４の熱源）を用いた太陽熱加熱器２２により給水を加熱する。
このように低温領域について給水を排熱回収水も用いて加熱し、かつ蒸気タービン１に流入する高温蒸気を太陽熱由来の太陽熱加熱器２２により確実に生成することにより、今まで蒸気タービン１に、用いられなかった低温の排熱回収水の有効利用を図り、発電効率を高めることができる。
第１３の実施の形態
次に図１０により第１３の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
第１２の実施の形態において排熱回収水４０は産業排熱を回収していたが、本実施の形態においては燃料電池または内燃機関４６の排熱の全部あるいは一部を回収している。燃料電池または内燃機関４６は化石燃料を用いて発電するがその際、大量の排熱が発生する。大容量の発電を実施するような大型の燃料電池または内燃機関４６の排熱は排熱回収水４０で回収され、排熱回収水（第５の熱源）４０は、種々の利用先で利用され温度低下していき、最終的には冷却塔にて大気に放出され循環する事が多い。この排熱回収水４０を冷却塔ではなく加熱器４７に流通させる。この時、排熱回収水４０は種々の利用先で利用させずに、そのまま加熱器４７に流通させてもよい。排熱回収時の排熱回収水４０の温度は循環流量が大きいほど低くなるが、給水４２よりなるべく高くなるような流量にするのが望ましい。
なお、排熱回収水４０の圧力はタービン向けの圧力であり高いので、その圧力での沸点まで昇温されない事が多い。太陽熱の熱量の変動は充分にありさらに燃料電池または内燃機関４６の排熱の熱量は燃料電池または内燃機関４６の運転に合わせて変動するが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば給水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。
このため、蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、熱媒体ポンプ２６、２７の出力により熱媒体の流量を増減させたり、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調整し、弁３７、３８の開度により第２の給水３５と第３の給水３６の流量比を調節し、また場合によっては回収水ポンプ４１出力によって排熱回収水４０の流量を増減させることが好ましい。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置して、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。
本実施の形態によれば、有効利用される事なく排出されている燃料電池４６の排熱の全部あるいは一部を用いて、効率の高い発電が実施できる。
なお、蓄熱槽２５はなくてもよいが、その場合は太陽熱が充分に受熱できる時しか運転できない。なお、図１０の構成は一例にすぎず、第２の給水３５と第３の給水３６が合流する合流点３４は、２個以上ある給水加熱器９の群の途中ではなく、最も下流の給水加熱器と太陽熱加熱器２２の間でもよい。また給水加熱器９は１個でもよい。
また、第２の給水３５と第３の給水３６の分岐点の上流側だけでなく、下流側に１個以上の給水加熱器９を設けてもよい。この給水加熱器９は１個のみ設けてもよい。
第１４の実施の形態
次に図１１により第１４の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
図１１に示す蒸気タービンプラントにおいて、図１０に示す蒸気タービンプラントと同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図１１に示すように加熱器４７が、給水４２に関して太陽熱加熱器２２や給水加熱器９の群と直列に設けられている。図１１に示すように、加熱器４７は産業排熱を回収した排熱回収水４０により蒸気２を加熱する加熱器４７である。給水４２は加熱器４７に搬送され、そこで排熱回収水４０により加熱される事で温度がより高くなる。加熱器４７を流出した給水４２は順に、給水加熱器９の群、太陽熱加熱器２２に流入しそれぞれ抽気蒸気９、熱媒体２４により加熱される事で蒸気２になる。
産業排熱は比較的低温だが量は多いので、給水４２との温度差を充分確保しながら水４２と熱交換させる事が望ましく、この加熱器４７の配置は効果的である。
太陽熱の熱量と産業排熱の熱量はどちらも変動が充分にあるが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば給水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。
このため、蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、熱媒体ポンプ２６、２７の出力により熱媒体の流量を増減させたり、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調節したり、また場合によっては回収水ポンプ４１出力によって排熱回収水４０の流量を増減させることが好ましい。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置して、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。
なお、本実施の形態において産業排熱を利用したが、利用する熱はそれに限らない。また、実施例１１のように給水加熱器はなくてもよい。蓄熱槽２５はなくてもよいが、その場合は太陽熱が充分に受熱できる時しか運転できない。
また加熱器４７は２個以上ある給水器９の群の途中に設けてもよく、給水器９の群の下流側に設けてもよい。
また第２の給水３５と第３の給水３６の分岐点の上流側だけでなく、下流側に１個以上の給水加熱器９を設けてもよい。
第１５の実施の形態
次に図１２により第１５の実施の形態による蒸気タービンプラントについて説明する。
図１２に示す蒸気タービンプラントにおいて、図１０に示す蒸気タービンプラントと同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
昼間など太陽熱が充分に得られる場合は、以下のように運転する。給水４２は第２の給水３５と第３の給水３６に分岐し、第２の給水３５は太陽熱加熱器２２に搬送され、そこで加熱される事で温度がより高くなる。第３の給水３６は加熱器４７に流入し、排熱回収水４０から加熱される事で温度がより高くなる。その後、第３の給水３６は太陽熱加熱器２２の途中に流入し、太陽熱加熱器２２の合流点３４より上流部分にて加熱された第２の給水３５と合流する。
合流点３４において第２の給水３５と第３の給水３６の温度はほぼ同じであるように合流点３４を設けるように設計しておくのが望ましいが、そうである必要はない。太陽熱の熱量と産業排熱の熱量はどちらも変動が充分にあるが、蒸気タービン１に流入する蒸気２の性状の変動が充分にあってはいけない。通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の温度や圧力を計測しているが、その温度や圧力の変動が充分にあってはならない。また、通常の蒸気タービンプラントでは蒸気２の流量を、例えば給水４２の流量を計測する事で得ているが、その流量の変動が充分にあってはならない。
このため、蒸気２の温度、圧力、流量の変動が充分には大きくならないように、熱媒体ポンプ２６、２７の出力により熱媒体の流量を増減させたり、給水ポンプ６出力を調節し、給水４２の流量および圧力を調整し、弁３７、３８の開度により第２の給水３５の第３の給水３６の流量比を調節したり、また場合によっては回収水ポンプ４１出力によって排熱回収水４０の流量を増減させる。その際、図示していないが、給水ポンプ６の下流に流量調節弁を設置して、その開度により給水４２の流量および圧力を調節してもよい。合流した水は、合流点３４より下流部分にて太陽熱加熱器２２により加熱され蒸気２に変化した後、蒸気タービン１に流入する。何らかの理由で第３の給水３６を加熱器４７に流通させない場合は、弁３７、３８を全閉する。第３の給水３６は第２の給水３５より流量が充分に小さいので、蒸気２の流量が少々低下する事になっても蒸気タービン１は運転可能である。夜間など太陽熱が全くまたは充分には得られない場合は、図１７に示す技術と同様の運転を実施する。
ランキンサイクルとしては、受熱量は排熱回収水４０からの受熱の分、増加し、蒸気タービン入口温度が同じままで蒸気２の流量が増え、出力が増加する。ランキンサイクルの効率は流量に関係なく、ＴＳ線図上の面積比のみで決まる。蒸気の全てが高温高圧のランキンサイクルを構成しているので、本実施の形態による効率は図１７に示す技術と同じである。
本実施の形態によれば有効利用される事なく排出されている産業排熱を用いて、図１７に示す技術から効率を下げる事なく発電が実施できる。
図１２において、蒸気タービン１からの抽気蒸気９がなく給水加熱器８がないが、あってもよい。なお、蓄熱槽２５はなくてもよいが、その場合は太陽熱が充分に受熱できる時しか運転できない。
なお、上記各実施の形態は例示であって、発明の範囲はそれに限定されない。
１ 蒸気タービン、２ 蒸気、３ タービン排気、４ 復水器、５ 復水、６ 給水ポンプ、７ 石炭ボイラ、８ 抽気蒸気、９ 給水加熱器、１０ ドレン水、１１ 廃棄物、１２ 燃焼用空気、１３ 燃焼排ガス、１４ ガスタービン排気、１５ 排熱回収ボイラ、１８ 廃棄物ボイラ、１９ 地熱蒸気、２０ 熱水、２１ 地中、２２ 太陽熱加熱器、２３ 太陽熱集熱器、２４ 熱媒体、２５ 蓄熱槽、２６ 熱媒体ポンプ、２７ 熱媒体ポンプ、２８ 弁、２９ 弁、３０ 弁、３１ 弁、３２ 飽和水線、３３ 飽和蒸気線、３４ 合流点、３５ 第２の給水、３６ 第３の給水、３７ 弁、３８ 弁、３９ 排熱源、４０ 排熱回収水、４１ 排熱回収水ポンプ、４２ 給水、４３ 石炭、４４ 廃棄物燃焼排ガス、４６ 燃料電池または内燃機関、４７ 加熱器

Claims (7)

  1. 蒸気タービンと、
    前記蒸気タービンに供給するための蒸気を水から生成する加熱部と、
    前記加熱部の上流側で前記水を一方の水と他方の水とに分岐する分岐部と、を備え、
    前記加熱部は、
    化石燃料を用いた第１の熱源により前記一方の水を加熱して蒸気に変換し、この蒸気を前記蒸気タービンに供給する第１の加熱器と、
    化石燃料を用いない太陽熱以外の第３の熱源により前記他方の水を加熱して液体状態のまま温度上昇させ、この温度上昇した他方の水を、前記第１の加熱器の中を液体状態で流れる前記一方の水に合流させる第３の加熱器とからなることを特徴とする蒸気タービンプラント。
  2. 前記第３の熱源は、廃棄物燃焼炉の燃焼排ガスを含むことを特徴とする、請求項１記載の蒸気タービンプラント。
  3. 前記第３の熱源は、地中から取り出した蒸気または熱水を含む、ことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンプラント。
  4. 前記第３の熱源は、産業排熱を含むことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンプラント。
  5. 前記第３の熱源は、燃料電池または内燃機関の排熱を含むことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンプラント。
  6. 前記第１の熱源は、化石燃料を燃焼させて駆動させるガスタービンの排ガスを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の蒸気タービンプラント。
  7. 前記第１の熱源は、石炭ボイラ内の燃焼排ガスを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の蒸気タービンプラント。
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