JP6269937B2 - 複数熱源蓄熱材によるバイナリー発電装置及びその制御方法。 - Google Patents
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Description
〔1〕高温ガスによる高温熱源に含まれる熱エネルギー、及び該高温ガスを湿式洗浄した洗浄排水による低温熱源に含まれる熱エネルギーを利用する複数熱源発電装置において、さらに、前記低温熱源に含まれる熱エネルギーを蓄熱する低温蓄熱手段、前記高温熱源に含まれる熱エネルギーを蓄熱する高温蓄熱手段、前記低温熱源から前記低温蓄熱手段に、及び前記高温熱源から前記高温蓄熱手段に、それぞれ熱エネルギーを伝達する熱エネルギー伝達手段(1)、前記低温蓄熱手段及び前記高温蓄熱手段からそれぞれ前記複数熱源発電装置に熱エネルギーを伝達する熱エネルギー伝達手段(2)、前記熱エネルギー伝達手段(1)又は(2)のいずれかを選択し前記低温蓄熱手段及び前記高温蓄熱手段の蓄熱、放熱を切り換える手段、を備えたことを特徴とする複数熱源発電装置。
〔2〕前記高温熱源と複数熱源発電装置との間及び/又は低温熱源と複数熱源発電装置との間、にそれぞれ熱回収手段を設け、前記伝達手段(1)は、該熱回収手段で回収された熱エネルギーを前記高温蓄熱手段又は前記低温蓄熱手段へ伝達するものである〔1〕の複数熱源発電装置。
〔3〕高温ガスによる高温熱源に含まれる熱エネルギー、及び該高温ガスを湿式洗浄した洗浄排水による低温熱源に含まれる熱エネルギーを利用する複数熱源発電装置において、予め設定された熱エネルギーを低温蓄熱手段、及び高温蓄熱手段に蓄熱しておき、所定の期間、前記低温蓄熱手段及び前記高温蓄熱手段に蓄熱されている低温熱エネルギー及び高温熱エネルギーを前記複数熱源発電装置の低温熱源及び高温熱源として利用することを特徴とする複数熱源発電装置の制御方法。
〔4〕前記高温熱源に含まれる熱エネルギー及び/又は低温熱源に含まれる熱エネルギーをそれぞれ熱回収手段により回収し、該熱回収手段で回収された熱エネルギーを前記高温蓄熱手段又は前記低温蓄熱手段へ伝達する〔3〕の複数熱源発電装置の制御方法。
〔5〕所定の期間が、高温ガスを発生させる施設、該高温ガスを湿式洗浄する施設を含むプラント全体の消費電力量が所定値を超える期間であり、前記プラントの消費電力量が所定値を超えないように、前記低温蓄熱手段に蓄熱されている低温熱エネルギー及び/又は前記高温蓄熱手段に蓄熱されている高温熱エネルギーを前記複数熱源発電装置の低温熱源及び高温熱源として利用することを特徴とする〔3〕又は〔4〕の複数熱源発電装置の制御方法。
低温蓄熱装置の蓄熱材としては、溶融凝固時の潜熱を利用する、パラフィンC18〜C30(操作温度:30〜60℃)、キシリトール(操作温度:94℃)が例示でき、高温蓄熱装置の蓄熱材としては、水和脱水反応時の給放熱を利用するマグネシウム(操作温度:350℃)、カルシウム(操作温度:500℃)が例示できる。
前記熱エネルギー伝達手段(2)によって高温蓄熱装置7に導入される流体としては、高温蓄熱装置7で蓄熱された蓄熱材よりも低温の流体であれば種類を問わないが、常温の空気(外気)が簡便に使用できる。
また、前記熱エネルギー伝達手段(2)によって低温蓄熱装置6に導入される流体も、低温蓄熱装置6で蓄熱された蓄熱材よりも低温の流体であれば種類を問わず、水道水のほか、各部署からの低温排水、例えば前記複数熱源発電装置5の蒸発器53において、作動媒体の蒸発のために顕熱が奪われ降温した循環水が利用できる。
なお、各流体の配管には、前記蓄熱装置の蓄熱量や放熱量を調整することができるよう、各流体の流量の調節手段が設けておく必要がある。
1 流動焼却炉
2 余剰熱交換器
3 集塵装置
4 排ガス洗浄塔
5 複数熱源発電装置
6 低温蓄熱装置
7 高温蓄熱装置
8 ブロワー
9 煙突
10,11,12,13 弁
21,22,23,24,25,26,27,28 配管
51 ポンプ
52 再生器
53 蒸発器
54 分離器
55 蒸気過熱器
56 タービン発電機
57 吸収器
58 凝縮器
59 タンク
洗浄塔4の最上段の充填層部には、後述する複数熱源発電装置5における作動媒体用冷却水(図1※1)が供給され、燃焼排ガスを所定温度まで冷却する。
下段の充填層部では循環洗浄水が、燃焼排ガスと気液接触して有害成分を除去するとともに、燃焼排ガスが保有する熱エネルギーを回収する。燃焼排ガス中の熱エネルギーを回収して昇温した循環水は、後述する複数熱源発電装置5及び/又は低温蓄熱装置6に送られ、洗浄排水による低温熱源に含まれる熱エネルギーが複数熱源発電装置5で回収されるか低温蓄熱装置6に蓄熱される。複数熱源発電装置5で熱エネルギーが回収され、あるいは低温蓄熱装置6に蓄熱されて、温度が低下した燃焼排ガス洗浄排水は燃焼排ガス洗浄塔4に還流され、再び燃焼排ガスの洗浄及び熱エネルギーの回収に利用される。
低温蓄熱装置6に蓄熱された熱エネルギーを放熱するには、弁10を閉止して、洗浄塔4からの昇温した循環水の低温蓄熱装置6への流入を止め、弁12を開き、複数熱源発電装置5の蒸発器53より流出する循環水の一部を低温蓄熱装置6へ導入し、前記低温蓄熱装置6の蓄熱材に蓄熱された熱エネルギーを回収し再び昇温させて、複数熱源発電装置5に還流させる。本実施例では、前記洗浄塔4からの循環水と合流させて複数熱源発電装置に還流しているが、別々に還流させてもよい。
なお、洗浄排水中の有害成分により、直接、発電装置や蓄熱装置で使用すると不都合が生じる場合は、別に熱回収手段を設け、洗浄排水が保有する低温熱エネルギーを別の媒体に伝達し、該媒体を介して低温熱エネルギーを発電装置や蓄熱装置に送ればよい。
なお、図1では、余剰熱交換器として、白煙防止用空気加熱器が例示されているが、これに限定されず、燃焼用空気予熱器、流動用空気予熱器からの高温空気の一部が利用可能である。
また、高温排ガスに有害成分や粉じんなどが含まれない場合は、高温排ガスを直接、発電装置や蓄熱装置に送るようにしてもよい。
本実施例では、作動流体として沸点が−33℃の液体アンモニアと水との混合流体を使用している。
弁12を閉じた状態で弁10を開き、配管21を通して洗浄装置4から排出される約75℃に昇温した洗浄排水の一部を低温蓄熱装置6に送り、洗浄排水が有する低温熱エネルギーを低温蓄熱装置6に蓄熱する。低温蓄熱装置6で熱エネルギーが回収され約60℃に冷却された洗浄排水は、配管22を通して洗浄装置4に還流される。
また、弁13を閉じた状態で弁11を開き、白煙防止用空気加熱器(余剰熱交換器)2からの約400℃高温空気の一部を配管23を通して高温蓄熱装置7に送り、高温空気が有する高温熱エネルギーを高温蓄熱装置7に蓄熱する。高温蓄熱装置7で熱エネルギーが回収され約100℃に冷却された空気は、配管24を通して煙突9内の排ガスに添加され、該排ガスの昇温に利用される。
下水処理施設の想定消費電力(デマンド)が所定値(例えば1000kwh)を超過する期間となった場合、弁10を閉じるとともに弁12を開き、複数熱源発電装置5の蒸発器53で低温熱エネルギーが回収され約60℃に冷却された洗浄排水を、配管25を通して低温蓄熱装置6に送り、低温蓄熱装置6に蓄熱された低温熱エネルギーを回収して約75℃に昇温させ、配管26を通して複数熱源発電装置5の蒸発器53に導入する。
また、弁11を閉じるとともに弁13を開き、配管27を通して約20℃の外気を高温熱蓄熱装置7に導入し、高温熱蓄熱装置7に蓄熱された高温熱エネルギーを回収して約400℃に昇温させ、配管28を通して複数熱源発電装置5の蒸気過熱器55に導入する。また、低温蓄熱装置6及び高温蓄熱装置7から放熱される熱エネルギーの配分は、高温排ガスの温度や含水率などにより適宜決定する。
また、本発明の複数熱源発電装置は、災害による緊急停電時の補助電源としても利用できる。
通常、下水処理施設では、昼間に汚泥の脱水機などの設備が稼働するので昼間の消費電力量は増加する。
例えば、ピークカット時のデマンドの設定値を1000kwh/hとした場合、9時から14時までの折れ線グラフ(常時発電)と消費電力=1000kwh/hとで区切られる網線部分が不足電力の積算量となる。ピークカット時以外に蓄熱を行う場合の必要蓄熱量は、前記不足電力の積算量に相当する熱エネルギーで、発電装置や熱エネルギー伝達手段の効率を勘案して計算される。
図3は、ピークカット時以外の期間(15時から翌日8時)に、常時一定の電力量(斜線部分)に相当する熱エネルギーを蓄熱する場合を示しているが、夜間の特定時間帯に集中的に蓄熱することも可能である。
Claims (4)
- 焼却排ガス又は焼却排ガスと熱交換して得られた高温空気による高温熱源に含まれる熱エネルギー、及び前記焼却排ガスを湿式洗浄した洗浄排水による低温熱源に含まれる熱エネルギーを利用する複数熱源発電装置であって、前記低温熱源に含まれる熱エネルギーを蓄熱する低温蓄熱手段と、前記高温熱源に含まれる熱エネルギーを蓄熱する高温蓄熱手段と、前記低温熱源から前記低温蓄熱手段に、及び前記高温熱源から前記高温蓄熱手段に、それぞれ熱エネルギーを伝達する熱エネルギー伝達手段(1)と、前記低温蓄熱手段及び前記高温蓄熱手段からそれぞれ前記複数熱源発電装置に熱エネルギーを伝達する熱エネルギー伝達手段(2)と、前記熱エネルギー伝達手段(1)又は(2)のいずれかを選択し前記低温蓄熱手段及び前記高温蓄熱手段の蓄熱、放熱を切り換える手段と、を備え、
前記高温蓄熱手段は、高温熱源で操作可能な蓄熱材を使用し、前記エネルギー伝達手段(1)を介して供給される前記高温熱源に含まれる熱エネルギーを、前記高温熱源で操作可能な蓄熱材に蓄熱し、前記熱エネルギー伝達手段(2)を介して前記高温熱源で操作可能な蓄熱材に蓄積された熱エネルギーを回収し、
前記低温蓄熱手段は、低温熱源で操作可能な蓄熱材を使用し、前記エネルギー伝達手段(1)を介して供給される前記低温熱源に含まれる熱エネルギーを、前記前記低温熱源で操作可能な蓄熱材に蓄熱し、前記熱エネルギー伝達手段(2)を介して前記低温熱源で操作可能な蓄熱材に蓄積された熱エネルギーを回収する
ことを特徴とする複数熱源発電装置。 - 前記高温熱源と複数熱源発電装置との間及び/又は低温熱源と複数熱源発電装置との間、にそれぞれ熱回収手段を設け、前記伝達手段(1)は、該熱回収手段で回収された熱エネルギーを前記高温蓄熱手段又は前記低温蓄熱手段へ伝達するものである請求項1記載の複数熱源発電装置。
- 焼却排ガス又は焼却排ガスと熱交換して得られた高温空気による高温熱源に含まれる熱エネルギー、及び前記焼却ガスを湿式洗浄した洗浄排水による低温熱源に含まれる熱エネルギーを利用する複数熱源発電装置において、予め設定された熱エネルギーを、低温熱源で操作可能な蓄熱材を使用した低温蓄熱手段、及び高温熱源で操作可能な蓄熱材を使用した高温蓄熱手段に蓄熱しておき、前記焼却排ガスを発生させる施設、前記焼却排高温ガスを湿式洗浄する施設を含むプラント全体の消費電力量が所定値を超える期間、前記プラントの消費電力量が所定値を超えないように、前記低温蓄熱手段及び前記高温蓄熱手段に蓄熱されている低温熱エネルギー及び高温熱エネルギーを前記複数熱源発電装置の低温熱源及び高温熱源として利用することを特徴とする複数熱源発電装置の制御方法。
- 前記高温熱源に含まれる熱エネルギー及び/又は低温熱源に含まれる熱エネルギーをそれぞれ熱回収手段により回収し、該熱回収手段で回収された熱エネルギーを前記高温蓄熱手段又は前記低温蓄熱手段へ伝達する請求項3記載の複数熱源発電装置の制御方法。
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