JP7154278B2 - 熱電併給システムと操作方法 - Google Patents
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Description
本明細書の1つまたは複数の実施形態では、廃有機資源を利用し、それを熱システムに結合されたガスタービンを駆動するために使用される熱エネルギーに変換して、電力および高レベルの有用な排熱を低温および高温熱用途の両方のために生成することを熱電併給システムである。
Claims (28)
- 熱電併給(Combined Heat and Power、CHP)システムであって、該CHPシステムは次のもので構成される:
燃焼チャンバー、および固体燃料を燃焼チャンバーに供給するように構成された供給機構を有する燃焼システムであって、燃焼チャンバーは、燃焼および燃焼ガス排気用のガス入口を有し、燃焼チャンバーは固体燃料の燃焼のための燃焼空気入口に膨張加熱二次ガスを受けるように構成されており;
ガス入口と直列に動作可能に結合され、膨張加熱二次ガスの流れを制御するように動作可能である比例バルブ;
燃焼チャンバーに動作可能に接続され、高温燃焼ガスを受けるように構成された排気プレナムを有する粒子分離器であって、排気プレナムは、高温燃焼ガスと混合するために膨張加熱二次ガスを排気プレナムに方向付けるように動作可能な二次ガスポートを含み;
排気プレナムに動作可能に結合され、混合燃焼ガスを受けるように構成された高温熱交換器であって、高温熱交換器は、混合燃焼ガスから圧縮二次ガスに熱を伝達するように動作可能であり;
駆動シャフト上に動作可能に接続された圧縮セクションおよび膨張セクションを有するガスタービンであって、ガスタービンは、圧縮セクションへの入口で二次ガスを受け、二次ガスを圧縮し、圧縮された二次ガスを高温熱交換器の入口に方向付けるように構成され、ガスタービンは、膨張セクションへの入口で加熱圧縮二次ガスを受け、加熱圧縮二次ガスを膨張させ、仕事を生成するように構成され、ガスタービンの膨張セクションの出力は、排気プレナムの二次ガスポートおよび燃焼チャンバーの燃焼入口へ動作可能に結合されており;
ガスタービンの駆動軸に動作可能に接続され、生成される仕事で電気を生成するように構成された発電機;および
コントローラーに動作可能に接続され、膨張加熱二次ガスの流れを制御して高温燃焼ガスと混合するように構成されたさらなる比例バルブ
を含む、熱電併給システム。 - 燃焼チャンバーへの固体燃料の供給速度を制御するための制御機構をさらに含む、請求項1に記載のCHPシステム。
- 制御機構が供給機構および制御バルブを含む、請求項2に記載のCHPシステム。
- 燃焼ガス排気部において燃焼ガスの温度を感知するように動作可能な温度センサーをさらに含む、請求項1~3のいずれか1項に記載のCHPシステム。
- 温度センサーが、熱電対、赤外線検出器、および半導体検出器のうちの少なくとも1つである、請求項4に記載のCHPシステム。
- 入口および排気部を有する高温粒子分離器をさらに含み、分離器が燃焼チャンバーに動作可能に接続され、高温燃焼ガスを受けるように構成され、排気部が排気プレナムを含む、請求項1~5のいずれか1項に記載のCHPシステム。
- 高温粒子分離器がサイクロン分離器を含み、該サイクロン分離器が粒子状物質の除去のためにホッパーに動作可能に結合されている、請求項6に記載のCHPシステム。
- サイクロン分離器が、5ミクロンより大きいすべての微粒子の約99%を除去する、請求項7に記載のCHPシステム。
- ガス入口と直列に動作可能に結合され、膨張加熱二次ガスの流れを制御するように動作可能である比例バルブが、膨張加熱二次ガス、高温燃焼ガス、および混合燃焼ガスの少なくとも1つの温度に基づいて、高温燃焼ガスと混合する膨張加熱二次ガスの流れを制御する、請求項1に記載のCHPシステム。
- 比例バルブが、コントローラーに動作可能に接続され、燃焼チャンバーへの膨張加熱二次ガスの流れを制御するように構成される、請求項1に記載のCHPシステム。
- 比例バルブが、膨張加熱二次ガス、高温燃焼ガス、混合燃焼ガスの少なくとも1つの温度、および加熱圧縮二次ガスの温度に基づいて、燃焼チャンバーへの膨張加熱二次ガスの流れを制御する、請求項10に記載のCHPシステム。
- 比例バルブが、加熱圧縮二次ガスの温度に基づいて、燃焼チャンバーへの膨張加熱二次ガスの流れを制御する、請求項11に記載のCHPシステム。
- 混合燃焼ガスの温度を感知するように動作可能な第2の温度センサーをさらに含む、請求項1~12のいずれか1項に記載のCHPシステム。
- 膨張加熱二次ガスの温度を感知するように動作可能な第3の温度センサーをさらに含む、請求項1~13のいずれか1項に記載のCHPシステム。
- 第1温度センサー、第2温度センサー、および第3温度センサーの少なくとも1つに動作可能に接続されたコントローラーをさらに含み、コントローラーは制御機構、比例バルブおよびガスバルブの少なくとも1つに動作可能に接続され、コントローラーは燃焼チャンバーへの固体燃料の供給速度、燃焼チャンバーへの膨張加熱二次ガスの流れ、および混合燃焼ガスの温度の少なくとも1つを制御する方法を実行するように構成される、請求項14に記載のCHPシステム。
- 燃焼チャンバーに動作可能に接続されたブロワーおよびヒーターをさらに含み、ブロワーおよびヒーターは、燃焼チャンバー中の固体燃料の燃焼開始のために動作するように構成される、請求項1に記載のCHPシステム。
- 燃焼チャンバーに動作可能に接続されたドラフト誘導排気ファンをさらに含み、ドラフト誘導排気ファンは、燃焼チャンバーを膨張加熱二次ガスよりも低い圧力に維持するように構成される、請求項1に記載のCHPシステム。
- 高温熱交換器が単一の向流熱交換器として構成される、請求項1記載のCHPシステム。
- 高温熱交換器に動作可能に接続され、冷却された混合燃焼ガスを受けるように構成された低温熱交換器をさらに含み、低温熱交換器が二次低温用途のために冷却した混合燃焼ガスから二次低温作動流体へ熱を伝達するのに動作可能である、請求項1に記載のCHPシステム。
- 熱電併給システム(CHP)を動作する方法であって、
燃焼チャンバーで燃焼プロセスを開始し、膨張加熱二次ガスで固体燃料を燃焼させ、高温燃焼ガスを生成し;
高温燃焼ガスの温度を膨張加熱二次ガスで調整して、混合燃焼ガスを得;
二次ガスを圧縮し;
混合燃焼ガスから圧縮二次ガスに熱を伝達し;
圧縮加熱二次ガスを膨張させ、それによって仕事(work)を生成し;ついで
生成した仕事を使用し;および
燃焼チャンバーへの固体燃料の供給速度を制御すること、燃焼チャンバーへの膨張加熱二次ガスの流速を制御すること、および膨張加熱二次ガスの温度、混合燃焼ガスの温度、高温燃焼ガスの温度および生成した仕事の少なくとも1つに基づいて調整を制御すること、の少なくとも1つ
を含む、方法。 - 高温燃焼ガスの温度を調節することが、膨張加熱二次ガスの流れを制御し、粒子分離後に高温燃焼ガスと混合することを含む、請求項20に記載のCHPシステムを動作する方法。
- 高温燃焼ガスの温度を測定することをさらに含む、請求項20または21に記載のCHPシステムを動作する方法。
- 混合燃焼ガスの温度を測定することをさらに含む、請求項20~22のいずれか1項に記載のCHPシステムを動作する方法。
- 膨張加熱二次ガスの温度を測定することをさらに含む、請求項20~23のいずれか1項に記載のCHPシステムを動作する方法。
- 伝達が向流熱交換器で生じる、請求項20に記載のCHPシステムを動作する方法。
- 膨張加熱二次ガスが約600℃の温度であり、燃焼プロセスに直接適用される、請求項20に記載のCHPシステムを動作する方法。
- 燃焼プロセスが、1000℃、1050℃、1100℃、および1150℃の少なくとも1つの温度を達成する、請求項20に記載のCHPシステムを動作する方法。
- 高温粒子分離器を用いて高温燃焼ガスから粒子状物質を除去することをさらに含む、請求項20に記載のCHPシステムを動作する方法。
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