JP6620843B2

JP6620843B2 - 排熱回収システム、船舶

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Publication number: JP6620843B2
Application number: JP2018112855A
Authority: JP
Inventors: 一志桑畑; 伸也黒枝; 大祐山田
Original assignee: Mitsubishi Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2038-06-13
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Description

この発明は、排熱回収システム、船舶に関する。

例えば特許文献１には、セメント焼成プラント、金属精錬所、化学工場、ゴミ焼却炉ボイラー等で発生する排ガスの熱エネルギーによって水を加熱し、蒸気を生成する節炭器（エコノマイザー）を備えた構成が開示されている。この構成において、節炭器には、ポンプ（ボイラー給水ポンプ）により水が給水される。

特許第５４５６５２５号公報

ところで、排ガスの流路となる煙道では、例えば、排ガスに含まれる燃料の未燃分やスス等に着火し、いわゆるバックファイヤが生じる場合がある。通常時においては、節炭器は、蒸気を生成するために供給されている水によって冷却されるため、バックファイヤによる焼損は抑えられている。しかし、何らかの原因で、節炭器に供給される水の量が少ないときにバックファイヤが生じると焼損してしまう可能性がある。

また、例えば、排ガスに硫黄分が含まれる場合、排ガス温度が低下すると硫黄分が析出し、硫酸が生成される。この硫酸により、節炭器や煙道が腐食してしまう可能性がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、バックファイヤや硫黄分の析出による損傷を抑えることができる排熱回収システム、船舶を提供することを目的とする。

この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
この発明の第１態様によれば、排熱回収システムは、排ガスが流通する流路を形成する流路形成部と、前記流路内に設けられた一次熱交換器と、前記流路内における前記一次熱交換器よりも前記排ガスの流れ方向下流側に設けられた二次熱交換器と、前記一次熱交換器と前記二次熱交換器とに接続可能とされ、所定の流量が定常的に流通する第１ラインと、前記二次熱交換器に接続可能とされた第２ラインと、前記第１ラインが前記一次熱交換器に接続されるとともに前記第２ラインが前記二次熱交換器に接続された第１状態と、前記第１ラインを前記一次熱交換器と前記二次熱交換器とに接続した第２状態との間で前記第１ライン及び前記第２ラインの接続状態を切り替える切替部と、を備える。

このように構成することで、通常状態においては、第１ラインが一次熱交換器に接続されるとともに第２ラインが二次熱交換器に接続された第１状態とする。一次熱交換器よりも排ガスの流れ方向下流側に設けられた二次熱交換器において、バックファイヤや硫黄分の析出による損傷が生じそうな場合には、切替部で第１ライン及び第２ラインの接続状態を第２状態に切り替える。
例えば、第１状態で二次熱交換器を流れる水の流量が少なくなった場合、第２状態に切り替えることで、所定の流量が定常的に流通する第１ラインから二次熱交換器に水が送り込まれる。これにより、二次熱交換器でバックファイヤによる焼損が生じにくくなる。
また、排ガスは、一次熱交換器、二次熱交換器で順次熱交換を行う結果、上流側から下流側に向かって排ガスの温度が低くなる。このため、第１状態では、一次熱交換器よりも排ガスの流れ方向下流側に設けられた二次熱交換器を流れる水の温度は、一次熱交換器を流れる水の温度よりも低くなる。これに対し、第２状態において、第１ラインから一次熱交換器と二次熱交換器とに、第1ラインよりも高い温度の水を送り込めば、二次熱交換器を流れる水の温度が高くなる。すると、二次熱交換器の周囲の排ガス温度の低下が抑えられ、硫黄分の析出を抑えることができる。
このようにして、バックファイヤや硫黄分の析出による損傷を抑えることができる。

この発明の第二態様によれば、第１態様に係る前記切替部は、前記第２状態において、前記第２ラインを前記二次熱交換器から切り離すようにしてもよい。
このように構成することで、第２状態では、二次熱交換器に、第１ラインからのみ水が供給される。これにより、二次熱交換器に送り込まれる水の量を、より多くすることができる。

この発明の第三態様によれば、第一又は第二態様に係る前記切替部は、前記第２状態において、前記二次熱交換器を経た水を前記一次熱交換器に供給するようにしてもよい。
このように構成することで、第２状態では、二次熱交換器で排ガスと熱交換することで、温度が上昇した水が一次熱交換器に供給される。これにより、一次熱交換器において、水を効率良く加熱することができ、熱エネルギーの有効利用が図られる。

この発明の第四態様によれば、第一から第三態様の何れか一つの態様に係る前記第２ラインは、前記第２ラインに接続された負荷装置における負荷量に応じて流量が変動するようにしてもよい。
このように構成することで、負荷装置における負荷量によって、第２ラインにおける水の流量が減少した場合、切替部で第２状態に切り替えて第１ラインから二次熱交換器に水を供給することができる。これにより、二次熱交換器に供給される流量を増やすことができる。その結果、二次熱交換器の焼損を抑えることができる。

この発明の第五態様によれば、第四態様に係る排熱回収システムは、前記第２ラインにおける水の流量を検出する流量検出部をさらに備え、前記切替部は、前記第１状態であるときに、前記流量検出部で検出される前記第２ラインにおける水の流量が予め定めた閾値を下回った場合、前記第２状態に切り替えるようにしてもよい。
このように構成することで、第１状態において、流量検出部で検出される第２ラインにおける水の流量が予め定めた閾値を下回った場合、第２状態に切り替えることで、二次熱交換器に供給される流量を増やすことができる。その結果、二次熱交換器の焼損を、より確実に抑えることができる。

この発明の第六態様によれば、第一から第五態様の何れか一つの態様に係る前記切替部は、前記排ガスを生成する排ガス生成部で使用する燃料の種類に応じて、前記第１状態及び前記第２状態の何れか一方を選択的に切り替えるようにしてもよい。
このように構成することで、例えば、硫黄分の含有量が少ない燃料を用いる場合、第１状態を選択し、硫黄分の含有量が多い燃料を用いる場合には、第２状態を選択することができる。硫黄分の含有量が多い燃料を用いる場合、排ガスに含まれる硫黄分が多くなる。このような場合に第２状態を選択することで、二次熱交換器には、第１ラインを通して、一次熱交換器を流れる、より高温の水が流れる。これにより、二次熱交換器の周囲の排ガス温度の低下が抑えられ、硫黄分の析出を抑えることができる。

この発明の第七態様によれば、第六態様に係る前記切替部は、前記燃料に含まれる硫黄分が予め定めた基準値を上回る場合、前記第２状態を選択するようにしてもよい。
このように構成することで、燃料に含まれる硫黄分が予め定めた基準値を上回る場合、第２状態を選択することで、二次熱交換器の周囲における排ガス温度の低下が確実に抑えられる。これにより、硫黄分の析出を、より確実に抑えることができる。

この発明の第八態様によれば、第一から第七態様の何れか一つの態様に係る排熱回収システムは、前記切替部の動作を制御する制御部をさらに備えるようにしてもよい。
このように構成することで、第２ラインにおける水の流量や、燃料の種類等に応じて、切替部で第１状態と第２状態とを自動的に切り替えることができる。これにより、バックファイヤや硫黄分の析出による損傷を、より確実に抑えることができる。

この発明の第九態様によれば、船舶は、第一から第八態様の何れか一つの態様に係る排熱回収システムを備える。
このように構成することで、バックファイヤや硫黄分の析出による損傷を抑えることができる排熱回収システムを備えた船舶を提供できる。

この発明の第十態様によれば、第九態様に係る船舶は、燃料を燃焼させることで発生した駆動力によって駆動される発電機と、前記発電機で発生した電力によって駆動される電動機と、前記電動機の駆動力によって推進力を発生する第１推進力発生部と、前記第２ラインを介して送り込まれた水を加熱して蒸気を生成するボイラーと、前記ボイラーで生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンの駆動力によって推進力を発生する際に第２推進力発生部と、を備えるようにしてもよい。
このように構成することで、第１推進力発生部の駆動源となる発電機で駆動力を発生するために、燃料を燃焼させると、排ガスが発生する。この発生した排ガスの熱エネルギーを利用し、排熱回収システムの一次熱交換器、二次熱交換器で水を加熱する。加熱された水を、第２推進力発生部側のボイラーに送り込むことで、蒸気を効率良く生成することができる。これにより、第１推進力発生部及び第２推進力発生部を備えた船舶において、熱エネルギーを有効に利用しつつ、バックファイヤや硫黄分の析出による損傷を抑えることができる。

上記排熱回収システム、船舶によれば、バックファイヤや硫黄分の析出による損傷を抑えることができる。

この発明の一実施形態における排熱回収システムを備えた船舶の船尾部の概略構成を示す図である。図１のＡ−Ａ矢視断面図である。上記実施形態における排熱回収システムの構成を示す図である。上記実施形態の排熱回収システムの切替部を、第１状態としたときの水の流れを示す図である。上記実施形態の排熱回収システムの切替部を、第２状態としたときの水の流れを示す図である。上記切替部の切替制御の流れを示すフローチャートである。

以下、この発明の一実施形態における排熱回収システム、船舶を、図面に基づき説明する。
図１は、この実施形態における排熱回収システムを備えた船舶の船尾部の概略構成を示す図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
図１に示すように、この実施形態の船舶１０は、船体１１と、第１推進機構（第１推進力発生部）２０と、第２推進機構（第２推進力発生部）３０（図２参照）と、排熱回収システム４０と、を備えている。なお、この実施形態の説明においては、二つのスケグを有したツインスケグ船を一例にして説明するが、ツインスケグ船に限られるものでは無い。

船体１１は、その船尾部１１ｂの船底１２に、傾斜面１２ｓを有している。傾斜面１２ｓは、船首（図示無し）側から船尾部１１ｂ側に向かうにしたがって、漸次上方に傾斜している。図１、図２に示すように、船底１２の傾斜面１２ｓには、船幅方向に間隔をあけて、左右一対のスケグ１３Ａ、１３Ｂが設けられている。左右一対のスケグ１３Ａ、１３Ｂは、それぞれ、傾斜面１２ｓから後方に向けて突出するよう設けられている。

第１推進機構２０は、エンジン（排ガス生成部）２１と、発電機２２と、電動機２３と、プロペラ軸２４と、プロペラ２５と、を備えている。

エンジン２１は、燃料を燃焼させることで出力軸（図示無し）を回転駆動させる。エンジン２１の出力軸は、発電機２２に連結されている。エンジン２１は、燃料として、ＬＮＧ（ＬｉｑｕｅｆｉｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓ）、燃料油（Ｆｕｅｌｏｉｌ）等を選択して用いることができる。この実施形態では、エンジン２１は、燃料油のうち、ＨＦＯ（ＨｅａｖｙＦｕｅｌＯｉｌ：重質燃料油）を燃料として用いることができる。
発電機２２は、エンジン２１の出力軸の回転が伝達されることによって駆動され、電力を発生する。
電動機２３は、発電機２２で発生した電力により、プロペラ軸２４を、その中心軸回りに回転駆動させる。

プロペラ軸２４は、スケグ１３Ａに設けられている。プロペラ軸２４は、その一端２４ａが船体１１内で電動機２３に接続され、他端２４ｂが、船体１１内からスケグ１３Ａの後方に突出している。
プロペラ２５は、プロペラ軸２４の他端２４ｂに一体に固定され、プロペラ軸２４と一体に回転する。

図２に示すように、第２推進機構３０は、メインボイラー（ボイラー）３１と、蒸気タービン（負荷装置）３２と、プロペラ軸３４と、プロペラ３５と、を備えている。

メインボイラー３１は、水を加熱することで、蒸気を発生させる。
蒸気タービン３２は、メインボイラー３１で生成された蒸気により、プロペラ軸３４を、その中心軸回りに回転駆動させる。

プロペラ軸３４は、スケグ１３Ｂに設けられている。プロペラ軸３４は、その一端３４ａが船体１１内で蒸気タービン３２に接続され、他端３４ｂが、船体１１内からスケグ１３Ｂの後方に突出している。
プロペラ３５は、プロペラ軸３４の他端３４ｂに一体に固定され、プロペラ軸３４と一体に回転する。

このような第１推進機構２０、及び第２推進機構３０は、電動機２３及び蒸気タービン３２により、プロペラ軸２４，３４がその中心軸周りに回転駆動されることで、プロペラ２５，３５が所定方向に回転し、船舶１０の推進力を発揮する。

図１に示すように、船舶１０は、船体１１の船尾部１１ｂの上部に、ファンネル（流路形成部）１８を備えている。ファンネル１８は、筒状で、上下方向に延びている。ファンネル１８は、エンジン２１で燃料を燃焼させることによって発生する排ガスの流路１８ｒを形成する。

図３は、この実施形態における排熱回収システムの構成を示す図である。
図３に示すように、排熱回収システム４０は、節炭器４１と、高圧ライン５１と、低圧ライン（第１ライン）５２と、給水ライン（第２ライン）５３と、切替部６０と、制御部７０と、を備える。

図１に示すように、節炭器４１は、例えば、ファンネル１８内に設けられている。節炭器４１は、ファンネル１８の流路１８ｒを流れる排ガスの熱を回収して、蒸気を生成するための水を加熱する。
図３に示すように、この実施形態において、節炭器４１は、排ガスの流れ方向上流側から下流側に向かって三段の第１段熱交換器４２、第２段熱交換器（一次熱交換器）４３、第３段熱交換器（二次熱交換器）４４を備えている。

第１段熱交換器４２、第２段熱交換器４３、第３段熱交換器４４は、それぞれ、入口ヘッダー管４５、出口ヘッダー管４６、枝管４７を備えている。入口ヘッダー管４５と出口ヘッダー管４６とは、水の流れ方向に間隔をあけて配置されている。枝管４７は、入口ヘッダー管４５と出口ヘッダー管４６とを連通する。枝管４７は、複数本が並設されている。これにより、入口ヘッダー管４５に流入した水は、複数本の枝管４７に分岐して流れる。複数の枝管４７を経た水は、出口ヘッダー管４６に流入する。

第１段熱交換器４２、第２段熱交換器４３、第３段熱交換器４４は、それぞれ、ファンネル１８の流路１８ｒを流れる排ガスの熱エネルギーにより、入口ヘッダー管４５から複数の枝管４７を経て出口ヘッダー管４６へと流れる水を加熱する。ここで、第１段熱交換器４２、第２段熱交換器４３、第３段熱交換器４４のそれぞれで水との熱交換を行うことにより、ファンネル１８の流路１８ｒ内の排ガスは、その温度が徐々に低下する。すなわち、第１段熱交換器４２、第２段熱交換器４３、第３段熱交換器４４は、排ガスの流れ方向最上流側の第１段熱交換器４２が高温側、流れ方向最下流側の第３段熱交換器４４が低温側となる。

高圧ライン５１は、高圧入口側ライン５１Ａと、高圧出口側ライン５１Ｂとを備えている。高圧入口側ライン５１Ａは、セパレータ１９で蒸気と分離された水を、ポンプ１９ｐを介して第１段熱交換器４２の入口ヘッダー管４５に供給する。
高圧出口側ライン５１Ｂは、第１段熱交換器４２で排ガスと熱交換することで加熱されて蒸気と水とが混在した水を、出口ヘッダー管４６からセパレータ１９に供給する。セパレータ１９は、第１段熱交換器４２で加熱された水と蒸気とを分離する。セパレータ１９で分離された蒸気は、船内蒸気として供給される。このように、第１段熱交換器４２で加熱された水をセパレータ１９に供給することによって、セパレータ１９で蒸気を生成するのに必要なエネルギー量が抑えられる。なお、上記セパレータ１９に代えて、補助ボイラーを用いるようにしてもよい。

低圧ライン５２は、低圧入口側ライン５２Ａと、低圧出口側ライン５２Ｂとを備えている。
低圧入口側ライン５２Ａは、セパレータ５５で蒸気と分離された水を、ポンプ５６を介して第２段熱交換器４３の入口ヘッダー管４５に供給する。
低圧出口側ライン５２Ｂは、第２段熱交換器４３で加熱されることで蒸気と水とが混在した水を、出口ヘッダー管４６からセパレータ５５に供給する。セパレータ５５は、第２段熱交換器４３で加熱された水と蒸気とを分離する。このようにして、セパレータ５５で分離された蒸気は、蒸気タービン３２や船内蒸気として供給される。また、蒸気の生成にともなって減少した分の水は、外部からの給水により補給される。

給水ライン５３は、給水入口側ライン５３Ａと、給水出口側ライン５３Ｂとを備える。
給水入口側ライン５３Ａは、蒸気タービン３２から排出され、復水器３３、ヒーター（図示無し）を経た水を第３段熱交換器４４の入口ヘッダー管４５に送り込む。ヒーター（図示無し）は、例えば、第２段熱交換器４３で加熱された水（蒸気）を熱源として、給水入口側ライン５３Ａの水を加熱する。
給水出口側ライン５３Ｂは、第３段熱交換器４４で排ガスと熱交換することによって加熱された水を、脱気器３６に供給する。脱気器３６では、第３段熱交換器４４で加熱された水から酸素を除去する。脱気器３６を経た水は、ポンプ３８、ヒーター３９を経て、メインボイラー３１に供給される。ヒーター３９は、第１段熱交換器４２で加熱された水（蒸気）を熱源として、給水出口側ライン５３Ｂの水を加熱する。このように、第３段熱交換器４４で加熱された水をメインボイラー３１に供給することによって、メインボイラー３１で蒸気を生成するのに必要なエネルギー量が抑えられる。

切替部６０は、低圧ライン５２と、給水ライン５３との接続状態を切り替える。切替部６０は、第１三方弁６１と、第２三方弁６２と、第３三方弁６３と、第１バイパスライン６４と、第２バイパスライン６５と、第３バイパスライン６６と、を備えている。

第１三方弁６１は、低圧入口側ライン５２Ａに設けられている。第２三方弁６２は、給水入口側ライン５３Ａに設けられている。第３三方弁６３は、給水出口側ライン５３Ｂに設けられている。

第１バイパスライン６４は、第１三方弁６１と第２段熱交換器４３の入口ヘッダー管４５との間の低圧入口側ライン５２Ａと、給水入口側ライン５３Ａに設けられた第２三方弁６２とを接続している。
第２バイパスライン６５は、第３三方弁６３と第３段熱交換器４４の出口ヘッダー管４６との間の給水出口側ライン５３Ｂと、低圧入口側ライン５２Ａに設けられた第１三方弁６１とを接続している。
第３バイパスライン６６は、第２三方弁６２よりも蒸気タービン３２側に位置する給水入口側ライン５３Ａと、給水出口側ライン５３Ｂに設けられた第３三方弁６３とを接続している。

切替部６０は、第１三方弁６１、第２三方弁６２、及び第３三方弁６３を切り替えることで、低圧ライン５２と、給水ライン５３との接続状態を、第１状態と第２状態と切り替える。

図４は、上記実施形態の排熱回収システムの切替部を、第１状態としたときの水の流れを示す図である。図５は、上記切替部を、第２状態としたときの水の流れを示す図である。
図４に示すように、第１状態では、第１三方弁６１、第２三方弁６２、第３三方弁６３は、低圧入口側ライン５２Ａ、給水入口側ライン５３Ａ、給水出口側ライン５３Ｂを連通させて通水可能な状態とする。すなわち、第１三方弁６１、第２三方弁６２、第３三方弁６３は、第１バイパスライン６４、第２バイパスライン６５を、低圧入口側ライン５２Ａ、給水入口側ライン５３Ａ、給水出口側ライン５３Ｂから遮断する。これにより、低圧ライン５２においては、ポンプ５６によって所定の流量が定常的に、セパレータ５５から低圧入口側ライン５２Ａを経て第２段熱交換器４３に供給される。第２段熱交換器４３で加熱された水（蒸気）は、低圧出口側ライン５２Ｂを経てセパレータ５５に供給される。また、給水ライン５３においては、給水入口側ライン５３Ａから第３段熱交換器４４に送り込まれて加熱された水は、給水出口側ライン５３Ｂを経て脱気器３６に供給される。

図５に示すように、第２状態では、第１三方弁６１、第２三方弁６２、第３三方弁６３は、第１バイパスライン６４を、低圧入口側ライン５２Ａと給水入口側ライン５３Ａに連通させ、第２バイパスライン６５を、給水出口側ライン５３Ｂと低圧入口側ライン５２Ａとに連通させる。これにより、ポンプ５６によってセパレータ５５から所定の流量で送り出される水は、低圧入口側ライン５２Ａ、第１三方弁６１、第２バイパスライン６５、給水出口側ライン５３Ｂを経て、第３段熱交換器４４の出口ヘッダー管４６に送り込まれる。第３段熱交換器４４で排ガスと熱交換することで加熱された水は、第３段熱交換器４４の入口ヘッダー管４５から、給水入口側ライン５３Ａ、第２三方弁６２、第１バイパスライン６４、低圧入口側ライン５２Ａを経て、第２段熱交換器４３の入口ヘッダー管４５に送り込まれる。第２段熱交換器４３で排ガスと熱交換することで加熱された水は、第２段熱交換器４３の出口ヘッダー管４６から低圧出口側ライン５２Ｂを経てセパレータ５５に供給される。また、この第２状態において、蒸気タービン３２から復水器３３を経て給水入口側ライン５３Ａに送り込まれた水は、第３段熱交換器４４を通ることなく、第３バイパスライン６６から給水出口側ライン５３Ｂに送り込まれ、そのまま脱気器３６に供給される。

制御部７０は、第１三方弁６１、第２三方弁６２、及び第３三方弁６３の切替動作を制御することで、低圧ライン５２と給水ライン５３との接続状態を切り替える。この実施形態において、制御部７０は、例えば、給水出口側ライン５３Ｂに設けられた流量センサ（流量検出部）７１で検出される、給水出口側ライン５３Ｂの流量に基づいて、第１状態又は第２状態を選択する。制御部７０は、通常時には、低圧ライン５２と給水ライン５３との接続状態が上記第１状態となるように、第１三方弁６１、第２三方弁６２、及び第３三方弁６３の切替動作を制御する。流量センサ７１で検出される給水出口側ライン５３Ｂの流量が、予め定めた閾値を下回った場合、制御部７０は、第１三方弁６１、第２三方弁６２、及び第３三方弁６３の切替動作を制御し、低圧ライン５２と給水ライン５３との接続状態が第２状態となるようにする。この第２状態において、第３段熱交換器４４には、ポンプ５６によって所定の流量の水が供給される。このため、第３段熱交換器４４において、水の流量が不足することを抑制できる。
なお、給水出口側ライン５３Ｂの流量は、上記のように流量センサ７１で検出してもよいが、メインボイラー３１の給水量、蒸気発生量のデータに基づいて取得してもよい。

制御部７０は、例えば、エンジン２１で燃焼させる燃料の種類に応じて、第１状態又は第２状態を選択する。具体的には、エンジン２１で燃焼させる燃料に含まれる硫黄分の量（濃度）に応じて、制御部７０は、第１状態又は第２状態を選択する。そのため、制御部７０では、エンジン２１で燃焼させる燃料の種類を、予め外部から登録された燃料情報等から取得する。制御部７０は、通常時（硫黄分の少ない燃料を用いる場合）には、低圧ライン５２と給水ライン５３との接続状態が上記第１状態となるように、第１三方弁６１、第２三方弁６２、及び第３三方弁６３の切替動作を制御する。また、ＨＦＯ等、硫黄分が予め定められた基準値以上である燃料を用いる場合、制御部７０は、第１三方弁６１、第２三方弁６２、及び第３三方弁６３の切替動作を制御し、低圧ライン５２と給水ライン５３との接続状態が第２状態となるようにする。この第２状態において、第３段熱交換器４４には、セパレータ５５から水が供給される。セパレータ５５からは、第２段熱交換器４３で加熱された高温の水が供給される。したがって、第３段熱交換器４４の温度が過度に下がるのを抑え、第３段熱交換器４４の周囲で、排ガスの温度低下による硫黄分の析出を抑制できる。

次に、上記制御部７０における切替部６０の切り替え制御の流れについて説明する。
図６は、上記切替部の切替制御の流れを示すフローチャートである。
この図６に示すように、まず、制御部７０は、エンジン２１で燃焼させる燃料の種類を示す情報を、予め外部から登録された燃料情報等から取得する（ステップＳ１）。取得した情報に基づき、使用される燃料が、硫黄分の予め定めた基準値以上の材料であるか否かを判定する（ステップＳ２）。その結果、硫黄分が予め定めた基準値以上ではなければ、制御部７０は、低圧ライン５２と給水ライン５３との接続状態を、第１状態とする（ステップＳ３）。

一方、ステップＳ２において、使用される燃料の硫黄分の量が、予め定められた基準値以上のものである場合、制御部７０は、低圧ライン５２と給水ライン５３との接続状態を、第２状態に切り替える（ステップＳ４）。これにより、第２段熱交換器４３で加熱されることで生成された蒸気とともに混在する高温の水がセパレータ５５から第３段熱交換器４４に供給される。したがって、硫黄分が多い燃料を燃焼させた場合であっても、第３段熱交換器４４の温度が過度に下がるのが抑えられ、第３段熱交換器４４の周囲で、排ガスの温度低下により硫黄分が析出することを抑制できる。

ステップＳ２、Ｓ３によって、低圧ライン５２と給水ライン５３との接続状態が第１状態とされた場合、制御部７０は、流量センサ７１によって給水出口側ライン５３Ｂの水の流量を監視する（ステップＳ５）。

ここで、給水出口側ライン５３Ｂの流量は、給水出口側ライン５３Ｂから供給される水を利用して蒸気を生成するメインボイラー３１の負荷に応じて変動する。例えば、船舶１０の航行速度を低下させるべく第２推進機構３０で発生する推進力を低くする際、プロペラ軸３４の回転数を低下させる。プロペラ軸３４の回転数が低下すれば、これに伴って、蒸気タービン３２の負荷が低下し、メインボイラー３１の負荷も低下する。

制御部７０は、流量センサ７１による検出した給水出口側ライン５３Ｂの流量が、予め定めた閾値を下回ったか否かを判定する（ステップＳ６）。この判定の結果、給水出口側ライン５３Ｂの流量が、予め定めた閾値を下回らなければ（ステップＳ６でＮｏ）、ステップＳ５に戻り、流量の監視を一定時間毎に繰り返す。

一方、ステップＳ６において、給水出口側ライン５３Ｂの流量が、予め定めた閾値を下回った場合（ステップＳ６でＹｅｓ）、制御部７０は、低圧ライン５２と給水ライン５３との接続状態を、第２状態に切り替える（ステップＳ７）。これにより、第３段熱交換器４４には、ポンプ５６によって所定の流量の水が供給される。その結果、第３段熱交換器４４において、水の流量が不足することが抑えられる。

上述した実施形態の排熱回収システム４０では、低圧ライン５２が第２段熱交換器４３に接続されるとともに給水ライン５３が第３段熱交換器４４に接続された第１状態と、低圧ライン５２を第２段熱交換器４３と第３段熱交換器４４とに接続した第２状態との間で低圧ライン５２及び給水ライン５３の接続状態を切り替える切替部６０を備えている。
このように構成することで、通常状態においては、低圧ライン５２が第２段熱交換器４３に接続されるとともに給水ライン５３が第３段熱交換器４４に接続された第１状態とすることができる。

一方で、第２段熱交換器４３よりも排ガスの流れ方向下流側に設けられた第３段熱交換器４４において、バックファイヤや硫黄分の析出による損傷が生じそうな場合には、切替部６０で低圧ライン５２及び給水ライン５３の接続状態を第２状態に切り替えることができる。そのため、例えば、第１状態で第３段熱交換器４４を流れる水の流量が少なくなった場合、第２状態に切り替えることで、所定の流量が定常的に流通する低圧ライン５２から第３段熱交換器４４に水が送り込まれる。これにより、第３段熱交換器４４でバックファイヤによる焼損が生じ難くなる。

また、排ガスは、第２段熱交換器４３、第３段熱交換器４４で順次熱交換を行う結果、上流側から下流側に向かって排ガスの温度が低くなる。そのため、第１状態では、第２段熱交換器４３よりも排ガスの流れ方向下流側に設けられた第３段熱交換器４４を流れる水の温度が、第２段熱交換器４３を流れる水の温度よりも低くなる。これにより、排ガスに含まれる硫黄分の濃度が高い場合、低温側の第３段熱交換器４４で硫黄分が析出して硫酸腐食が生じやすくなる。この実施形態では、このような状況で、切替部６０で低圧ライン５２及び給水ライン５３の接続状態を第２状態に切り替える。そのため、第３段熱交換器４４には、給水ライン５３を通して、セパレータ５５から供給される高温（例えば、１５０℃程度）の水を流すことができる。したがって、第３段熱交換器４４の周囲の排ガス温度の低下が抑えられ、硫黄分の析出を抑えることができる。
その結果、バックファイヤや硫黄分の析出による損傷を抑えることができる。

上述した実施形態の切替部６０は、第２状態において、給水ライン５３を第３段熱交換器４４から切り離す。このように構成することで、第２状態では、第３段熱交換器４４に、低圧ライン５２からのみ水が供給される。これにより、第３段熱交換器４４には、より高温の水が流れることとなる。したがって、特に、排ガスに含まれる硫黄分の濃度が高い場合、第２状態に切り替えることで、低温側の第３段熱交換器４４の温度を、より有効に高めることができ、硫黄分の析出を抑えることができる。

切替部６０は、更に、第２状態において、第３段熱交換器４４を経た水を第２段熱交換器４３に供給する。このように構成することで、第２状態では、第３段熱交換器４４で排ガスと熱交換することで温度が上昇した水が第２段熱交換器４３に供給される。これにより、第２段熱交換器４３において、水を効率良く加熱することができ、熱エネルギーの有効利用が図られる。

上述した実施形態の給水ライン５３は、給水ライン５３に接続された蒸気タービン３２における負荷量に応じて流量が変動する。このように構成することで、蒸気タービン３２における負荷量によって、給水ライン５３の流量が減少した場合、切替部６０で第２状態に切り替えて低圧ライン５２から第３段熱交換器４４に水を供給することができる。これにより、第３段熱交換器４４に供給される流量を増やすことができる。その結果、特に、第３段熱交換器４４の焼損を抑えることができる。

上述した実施形態の排熱回収システム４０は、給水ライン５３の流量を検出する流量センサ７１をさらに備え、切替部６０は、第１状態であるときに、流量センサ７１で検出される給水ライン５３の流量が予め定めた閾値を下回った場合、第２状態に切り替える。
このように構成することで、第１状態において、流量センサ７１で検出される給水ライン５３の流量が予め定めた閾値を下回った場合に、第２状態に切り替えることで、第３段熱交換器４４に供給される流量を増やすことができる。その結果、第３段熱交換器４４の焼損を、より確実に抑えることができる。

上述した実施形態の切替部６０は、更に、排ガスを生成するエンジン２１で使用する燃料の種類に応じて、第１状態及び第２状態の何れか一方を選択的に切り替える。
このように構成することで、例えば、硫黄分の含有量が少ない燃料を用いる場合、第１状態を選択し、硫黄分の含有量が多い燃料を用いる場合には、第２状態を選択することができる。硫黄分の含有量が多い燃料を用いる場合、排ガスに含まれる硫黄分が多くなる。このような場合に第２状態を選択することで、第３段熱交換器４４には、給水ライン５３を通して、より高温の水が流れる。これにより、第３段熱交換器４４の周囲の排ガス温度の低下が抑えられ、硫黄分の析出を抑えることができる。

切替部６０は、更に、燃料に含まれる硫黄分が予め定めた基準値を上回る場合、第２状態を選択する。このように構成することで、燃料に含まれる硫黄分が予め定めた基準値を上回る場合、第２状態を選択することで、第３段熱交換器４４の周囲の排ガス温度の低下を確実に抑えられ、硫黄分の析出を、より確実に抑えることができる。

上述した実施形態の排熱回収システム４０は、切替部６０の動作を制御する制御部７０をさらに備えている。このように構成することで、給水ライン５３の流量や、燃料の種類等に応じて、切替部６０で第１状態と第２状態とを適切に切り替えることができる。これにより、バックファイヤや硫黄分の析出による損傷を、より確実に抑えることができる。

上述した実施形態の船舶１０は、第１推進機構２０の駆動源となるエンジン２１で燃料を燃焼させることによって発生した排ガスの熱エネルギーを利用し、排熱回収システム４０の第２段熱交換器４３、第３段熱交換器４４で水を加熱する。加熱された水を、第２推進機構３０側のメインボイラー３１に送り込むことで、蒸気を効率良く生成することができる。これにより、第１推進機構２０及び第２推進機構３０を備えた船舶において、熱エネルギーを有効に利用しつつ、バックファイヤや硫黄分の析出による損傷を抑えることができる。

（その他の変形例）
この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、第２状態において、低圧ライン５２に、第２段熱交換器４３、第３段熱交換器４４を直接に接続するようにしたが、第２段熱交換器４３、第３段熱交換器４４を並列に接続してもよい。

上述した実施形態では、第２状態において、給水ライン５３を第３段熱交換器４４から切り離すようにしたが、これに限らない。第２状態において、給水ライン５３を第３段熱交換器４４に接続したままとし、給水ライン５３における水の流量の不足分を、低圧ライン５２から供給するようにしてもよい。

上述した実施形態では、第１状態から第２状態への切り替えは、制御部７０の制御によって自動的に行うようにしたが、手動で切り替え作業を行ってもよい。

上述した実施形態では、排熱回収システム４０を、船舶１０の節炭器４１を対象として備えるようにしたが、船舶１０に限らず、この発明は、他のプラント等の排熱回収システムに適用することもできる。

１０船舶
１１船体
１１ｂ船尾部
１２船底
１２ｓ傾斜面
１３Ａ、１３Ｂスケグ
１８ファンネル（流路形成部）
１８ｒ流路
１９セパレータ
２０第１推進機構（第１推進力発生部）
２１エンジン（排ガス生成部）
２２発電機
２３電動機
２４プロペラ軸
２４ａ一端
２４ｂ他端
２５プロペラ
３０第２推進機構（第２推進力発生部）
３１メインボイラー（ボイラー）
３２蒸気タービン（負荷装置）
３３復水器
３４プロペラ軸
３４ａ一端
３４ｂ他端
３５プロペラ
３６脱気器
３８ポンプ
３９ヒーター
４０排熱回収システム
４１節炭器
４２第１段熱交換器
４３第２段熱交換器（一次熱交換器）
４４第３段熱交換器（二次熱交換器）
４５入口ヘッダー管
４６出口ヘッダー管
４７枝管
５１高圧ライン
５１Ａ高圧入口側ライン
５１Ｂ高圧出口側ライン
５２低圧ライン（第１ライン）
５２Ａ低圧入口側ライン
５２Ｂ低圧出口側ライン
５３給水ライン（第２ライン）
５３Ａ給水入口側ライン
５３Ｂ給水出口側ライン
５５セパレータ
５６ポンプ
６０切替部
６１第１三方弁
６２第２三方弁
６３第３三方弁
６４第１バイパスライン
６５第２バイパスライン
６６第３バイパスライン
７０制御部
７１流量センサ（水量検出部）

Claims

排ガスが流通する流路を形成する流路形成部と、
前記流路内に設けられた一次熱交換器と、
前記流路内における前記一次熱交換器よりも前記排ガスの流れ方向下流側に設けられた二次熱交換器と、
前記一次熱交換器と前記二次熱交換器とに接続可能とされ、所定の流量が定常的に流通する第１ラインと、
前記二次熱交換器に接続可能とされた第２ラインと、
前記第１ラインが前記一次熱交換器に接続されるとともに前記第２ラインが前記二次熱交換器に接続された第１状態と、前記第１ラインを前記一次熱交換器と前記二次熱交換器とに接続した第２状態との間で前記第１ライン及び前記第２ラインの接続状態を切り替える切替部と、を備える、
排熱回収システム。
前記切替部は、前記第２状態において、前記第２ラインを前記二次熱交換器から切り離す、
請求項１に記載の排熱回収システム。
前記切替部は、前記第２状態において、前記二次熱交換器を経た水を前記一次熱交換器に供給する、
請求項１又は２に記載の排熱回収システム。
前記第２ラインは、前記第２ラインに接続された負荷装置における負荷量に応じて流量が変動する、
請求項１から３の何れか一項に記載の排熱回収システム。
前記第２ラインにおける水の流量を検出する流量検出部をさらに備え、
前記切替部は、前記第１状態であるときに、前記流量検出部で検出される前記第２ラインにおける水の流量が予め定めた閾値を下回った場合、前記第２状態に切り替える、
請求項４に記載の排熱回収システム。
前記切替部は、前記排ガスを生成する排ガス生成部で使用する燃料の種類に応じて、前記第１状態及び前記第２状態の何れか一方を選択的に切り替える、
請求項１から５の何れか一項に記載の排熱回収システム。
前記切替部は、
前記燃料に含まれる硫黄分が予め定めた基準値を上回る場合、前記第２状態を選択する、
請求項６に記載の排熱回収システム。
前記切替部の動作を制御する制御部をさらに備える、
請求項１から７の何れか一項に記載の排熱回収システム。
請求項１から８の何れか一項に記載の排熱回収システムを備える船舶。
燃料を燃焼させることで発生した駆動力によって駆動される発電機と、
前記発電機で発生した電力によって駆動される電動機と、
前記電動機の駆動力によって推進力を発生する第１推進力発生部と、
前記第２ラインを介して送り込まれた水を加熱して蒸気を生成するボイラーと、
前記ボイラーで生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの駆動力によって推進力を発生する際に第２推進力発生部と、
を備える請求項９に記載の船舶。