JPH0242102A

JPH0242102A - 熱エネルギ回収方法、及び熱エネルギ回収装置

Info

Publication number: JPH0242102A
Application number: JP63192059A
Authority: JP
Inventors: Takashi Asao; 孝志麻尾; Kazuhiro Kurosawa; 黒沢　一浩; Kazuyuki Tajima; 和幸田島; Kenji Tokunaga; 徳永　賢治; Yoshio Ueda; 上田　芳男; Tetsuzo Kuribayashi; 栗林　哲三
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd Ibaraki; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Priority date: 1988-08-02
Filing date: 1988-08-02
Publication date: 1990-02-13
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: JP2593197B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、原動機プラント、の排熱を回収する方法、及
び同装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来一般に、各種原動機プラント、及び、原動機を併設
した発電プラントにおいて、排熱の回収利用について種
々の工夫が為されていた。

例えば、従来例のガスタービンコージェネレーションシ
ステムにおいては、第１３図、第１４図に示す排熱回収
ボイラ設備９が設けられている。この従来例のガスター
ビン設備１においては、空気取入室２及びサイレンサ３
を通して取り入れられた空気が空気圧縮機４で圧縮・昇
温され、これに燃焼器５で燃料が噴射されて燃焼し、高
温・高圧の作動ガスとしてタービン６内で膨張し、前記
空気圧縮機及び発電機等負荷を駆動する機械的エネルギ
を発生させると共に発電機設備８を駆動する。

排熱回収ボイラ９においては、ガスタービン６からの排
ガスの熱エネルギを回収して蒸気を発生させる。尚、排
熱回収ボイラ出口排ガス温度は排熱回収ボイラ部で大気
温度迄は熱回収されず１００℃を超える温度で煙突１４
から排出される。

排熱回収ボイラ９は、排ガスの上流から下流に沿って蒸
発器１０、節炭器１１から構成される。■２はドラムで
ある。尚、排熱回収ボイラは、高温・高圧の蒸気を発生
させる為、蒸発器の上流側に過熱器を設置する場合があ
る。又、ガスタービン出口の排ガスのＮＯｘ値が環境規
制値を超える場合は、排熱回収ボイラ内に脱硝装置を組
み込む場合がある。

一方、ガスタービンコージェネレーション装置の軸受冷
却水系統においては、第１３図に示す如くガスタービン
６、発電機設備８並びに付帯設備の軸受等から排出され
る排熱を淡水により冷却し、さらにこの淡水を河川水や
海水を利用して冷却される。第１３図に示した従来例の
２２は冷却水を循環させる冷却水ポンプである。循環せ
しめられる冷却水は、熱交換器２３により海、河川水と
熱交換して放熱する。２５は海、河川水用ポンプである
。又、第１４図に示す如くガスタービン、発電機並びに
付帯設備の軸受等の排熱を淡水で冷却し、この淡水をク
ーリングタワー２６あるいはラジェーター等を利用して
冷却する場合もある。第１４図の従来例は。

冷却水系統の放熱手段以外の個所については第１３図の
従来例と同様ないしは類似である。

上記の如く排熱回収ボイラ出口の排ガスや軸冷却系の排
熱は、従来のガスタービンコージェネレーション装置に
おいて、有効に熱回収されていない為熱損失となってい
た。

第１５図は、蒸気タービンプラントにおける冷却水系統
の従来例を示す。第１３図の従来例がガスタービンプラ
ントであったのに比して、この第１５図の従来例は、ボ
イラ５６で発生した蒸気で蒸気タービン５７を駆動し、
発電機５８を駆動している。この従来例の蒸気タービン
プラントにおいても蒸気タービン５７や発電機５８の軸
冷却系統の冷却水が持っている熱エネルギを熱交換器２
３を介して海、河水中に捨てている。

また、ボイラ５６出口の排ガスの有する熱エネルギも有
効に活用されていない。

第１６図は、ガスタービン設備（第１３図のガスタービ
ン設備と同様）１の排熱を、排熱回収ボイラ設備９で回
収して蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービン５７（
第１５図の蒸気タービンと類似）を駆動する複合発電シ
ステムの従来例である。６０は復水器、６１は復水ポン
プ、１６は給水ポンプである。

本例においても、第１３図の従来例と同じく、冷却水の
持っている熱エネルギを、海、河水中に捨てている。な
お、第１６図において１５は脱気器１７は真空ポンプで
ある。

尚、ガスタービンコージェネレーション装置の公知例と
しては、小西六写真工業株式会社ガスタービンコージェ
ネレーションシステムパンフレット並びに配管技術（１
９８７年５月）特集：産業用コージェネレーション；産
業用コージェネレーションの現状と展望、製油所におけ
るガスタービンコージェネレーションの導入例に記載さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のガスタービンコージェネレーション装置（複合発
電システム、汽力発電システム等）は、軸受冷却水系統
等の排熱並びにボイラ出口の排ガスの熱エネルギを海や
河川、大気中へ放出し、有効に熱回収していなかった。

本発明は、ガスタービンコージェネレーションプラント
（複合発電プラント、汽力発電プラント等）において、
軸受冷却水系統１発電機本体冷却系統、及び圧縮機中間
冷却系統の排熱並びにボイラ出口の排ガスの熱エネルギ
を有効に回収・熱交換させ、プラントの総合効率向上を
図り得る熱エネルギ回収方法、及び同回収装置を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は（イ）軸受冷却水系統、発電機本体冷却系統、圧縮機中
間冷却系統、においては、ガスタービン。

発電機並びに付帯設備から排出される軸受等の排熱をヒ
ートポンプで直接又は間接的に回収し。

且つ、軸受等の排熱の媒体である冷却水をヒートポンプ
で冷却熱回収し各機器の冷却水系統に供給することによ
り、（ロ）排ガス系統においては、ボイラ出口の排ガスの熱
エネルギをヒートポンプで回収することにより。

（ハ）ボイラ給水系統においては、前記（イ）項、（ロ
）項の一方又は両方で回収した軸受冷却水系統。

排ガス系統の熱エネルギをヒートポンプでボイラ給水に
付加することにより達成される。

〔作用〕

本発明に適用される第１種吸収式ヒートポンプサイクル
図を第１７図に示す。本図においては、軸受冷却水系統
の排熱を保有する冷却水が熱源水入口から流入し、蒸発
器３０にて低圧下で管外面にスプレーされた冷媒（水）
が、管内の低温の熱源水から熱を奪って蒸発する。

軸受冷却水系統の媒体である冷却水は、上記蒸発器３０
にて熱を奪われることにより冷却され、各機器（ガスタ
ービン、発電機、付帯設備）の冷却水系統へ供給される
（矢印ａ）。

第１種吸収式ヒートポンプサイクル図第１７図において
は、排熱回収ボイラ給水が温水入口から流入しく矢印ｂ
）、吸収器３１にて濃溶液が蒸発器３０からの冷媒蒸気
を吸収し、この時発生する吸収熱（主として蒸発器で蒸
発した冷媒蒸気の凝縮潜熱）により温水を加熱する。又
、冷媒を吸収して薄くなった溶液はポンプ３５により再
生器３２に送られる。

上記の再生器３２においては、蒸発器３０で発生した冷
媒蒸気を吸収した稀溶液を排ガス系統の排熱回収ボイラ
出口排ガスにより加熱すると、溶媒（リチュームブロマ
イド溶液等）は冷媒を分離し。

冷媒蒸気は凝縮器へ（矢印ｄ）、濃溶液は吸収器３１へ
と送られる。

凝縮器３１においては、再生器３２で発生した冷媒蒸気
の凝縮潜熱により温水（排熱回収ボイラ給水）を加熱し
、ｉｇ縮した冷媒液は蒸発器３３に戻る。

次に第２種吸収式ヒートポンプの説明をする。

第２種吸収式ヒートポンプサイクル図を第１８図に示す
、第１７図におけると同一の図面参照番号を付したもの
は第１７図の従来例（第１種）と同様乃至は類似の構成
部材である。

第２種吸収式ヒートポンプの再生器（第１８図）におい
ては、軸受冷却水系統の排熱を保有する冷却水が熱源水
入口から流入し、蒸発器３０で発生した冷媒蒸気を吸収
した稀溶液を低圧条件下で加温することにより溶媒（リ
チュームブロマイド溶液等）は、冷媒を分離し、分離さ
れた冷媒蒸気は凝縮器３３へ、濃溶液は吸収器３１へと
送られる。

凝縮器３３においては、再生器３２で発生した冷媒蒸気
の凝縮潜熱により、温水（排熱回収ボイラ給水）を加熱
し、凝縮した冷媒液は蒸発器３０へ戻る。

蒸発器３０においては、排熱回収ボイラ出口の排ガスが
流入しく矢印ｅ）、蒸発器３０にて管外面に高圧条件下
でスプレーされた冷媒（水）が管内の排ガスから熱を奪
って蒸発する。

排熱回収ボイラ出口の排ガスは、蒸発器３０において熱
を奪われることにより冷却され、排ガス系統へ戻る（矢
印　／）。

吸収器３１においては、凝縮器部３３で加温された排熱
回収ボイラ給水が流入しく矢印ｆ）、吸収器３１にて濃
溶液が蒸発器からの冷媒蒸気を吸収し、この時発生する
吸収熱（主として蒸発器で蒸発した冷媒蒸気の凝縮潜熱
）により排熱回収ボイラ給水を加熱する。尚、冷媒を吸
収して薄くなった溶液は、ポンプ３５により再生器３２
に送られる。

次に第１種の吸収式ヒートポンプ（第１７図）と第２種
の吸収式ヒートポンプ（第１８図）とノ違いｔ説明する
。

（第１８図参照）前記の如く再生器３２．凝縮器３３に
おいては、低圧条件下で再生器３２に低温熱源を供給し
、蒸発器３０．吸収器３１においては、高圧条件下で蒸
発器に中温熱源を供給することにより、条件の設定によ
っては、中温熱源以上の温度迄排熱回収ボイラ給水を昇
温させることか可能なヒートポンプを第２種吸収式ヒー
トポンプという。

（第１７図参照）一方、前記第１種吸収式ヒートポンプ
は、排熱回収ボイラ給水の流れがヒートポンプの吸収器
３１から凝縮器３３へとなる為、排熱回収ボイラ給水温
度は中温熱源以上にはなり得ないが、低温熱源と中温熱
源との間の温度迄は温度を増加させることが可能な為、
増湿効果があると言える。

次に圧縮式ヒートポンプの説明をする。

圧縮式ヒートポンプの基本フローを第１９図に示す。

系内には作動媒体が封じられており、蒸発器４２で液状
の媒体が加熱源（軸受冷却水系統１発電機本体冷却系統
、圧縮機中間冷却系統、タービン翼冷却空気冷却系統等
の排熱）から熱を吸収して蒸発する。蒸発器４２で吸収
した作動媒体を圧縮機４３で吸引圧縮した後、凝縮器４
４へ送り、ここで高圧の条件下で媒体を液化し、その熱
で外部流体（排熱回収ボイラ給水）を加熱する。液化し
た媒体は膨張弁４５を通って再び蒸発器４２へ戻る。こ
のようにして循環しつつ連続的に熱が運ばれる。

前記の如く軸受冷却水系統、発電機本体冷却系統、圧縮
機中間冷却系統、タービン翼冷却空気冷却系統等、排ガ
ス系統並びに排熱回収ボイラ給水系統に吸収式ヒートポ
ンプ又は圧縮式ヒートポンプを有効的に組合せることに
より、排熱回収ボイラ給水の温度を昇温せしめ、かつ、
排熱回収ボイラの節炭器出口に圧力調整弁を設置し、圧
力調整弁入口圧力を高く設定し、節炭器出口における給
水の温度上昇を抑制し、かつ、節炭器出口給水のエンタ
ルピを増加させることにより、節炭器部における排ガス
のエネルギを有効に回収することができ、排熱回収ボイ
ラの蒸発量を増加させることができる為、従来に比ベプ
ラントの総合効率向上を図り得る。

また、軸受冷却水系統９発電機本体冷却系統、圧縮機中
間冷却系統等、他熱源設備系統並びに熱エネルギ利用設
備流体供給系統に吸収式ヒートポンプ又は圧縮式ヒート
ポンプを有効的に組合せることにより、熱エネルギ利用
設備で使用される流体の保有するエネルギが高められ、
熱エネルギ利用設備における熱効率向上を図ることが出
来る。

尚、本発明の適用によってプラントの総合効率が向上す
る理由について、第２０図を参照しつつ次に述べる。

この第２０図は排熱回収ボイラ（第１３図、第１４図に
おける図面参照番号９）の温度勾配曲線図である。

縦軸は温度、横軸は交換熱量である。

交換熱量を示す横軸座標についてＱｚは蒸発器（第１３
図、第１４図における図面参照番号１０）における交換
熱量である。同様に、Ｑｚ〜Ｑ３は節炭器（同じく図面
参照番号１１）における交換熱量である。

加熱する側の高温流体である排ガスは、温度Ｔ１で蒸発
器１０に流入し該蒸発器出口（節炭器１１）入口までの
間に熱量Ｑ２を奪われて、温度Ｔ２となり、更に節炭器
１１を流通する間に熱量Ｑｓ−Ｑｚを奪われて温度Ｔ３
となり、排ガス出口に至る。

一方、給水は温度ｔ３で節炭器１１に流入し、破線カー
ブに沿って昇温しつつ熱量Ｑ３　Ｑｚを与えられて温度
ｔ２となり、さらに蒸発器に流入して。

該蒸発器内で蒸発して蒸気となる。ｔｌは蒸発器出口の
蒸気温度である。

後に説明するように、本発明の適用により、給水温度は
鎖線の如く、節炭器１１に流入するまでにヒートポンプ
の作用により温度ｔ３→ｔ３′に予熱され、節炭器１１
流出時に温度ｔ４’となっている６排熱回収ボイラ９に
よる発生蒸気量は１次の（Ａ）式で与えられる。

ＭＳＦ：排熱回収ボイラ蒸発量Ｈｌ：排熱回収ボイラ入口排ガスエンタルピＨ３：排熱
回収ボイラ出口排ガスエンタルピｈＩ：排熱回収ボイラ
出口蒸気エンタルピｈ３：排熱回収ボイラ給水エンタル
ピＥＦ　：排ガス流量 α　　：ラジエーションロス係数依って、ｕ＋、　ＨＢｒ　）１１＋　ＥＦ＋　αが一定
の条件で排熱回収ボイラ給水のエンタルピをｈ３からｈ
３′に増加させると、排熱回収ボイラの蒸発量が増加す
る８一方、プラントの総合効率は、下記（Ｂ）式にて決定さ
れる。

ηＰ　　ニブラント総合効率Ｐ　　ニガスタービン出力ＭＳＦ：排熱回収ボイラ蒸発量ｈＩ＝排熱回収ボイラ出ロ蒸気エンタルピＷ　　：排熱
回収ボイラ給水流量ｈ３　　：排熱回収ボイラ給水エンタルピＬＨＶ：燃料
の低位発熱量Ｆ、Ｆ　　：燃Ｆｌ流量依って、前記（Ａ）、　（Ｂ）式に基づき、出力、ｈｈ
３．ＬＨＶ、Ｆ、Ｆが一定の条件で排熱回収ボイラ蒸発
量（ＭＳＦ）が増加すると、プラント総合効率は向上す
る。

〔実施例〕

本発明方法を実施するために構成した本発明装置の第１
の実施例を第１図に示す。

本例の装置は、ガスタービン設６１．発電機設備８．吸
収式ヒートポンプ１９．付帯設備１８．煙突１４、熱エ
ネルギ利用設備、他熱源設備、他各系統（軸受冷却水系
統、熱エネルギ利用設備への流体供給系統、他熱源設備
からの熱供給系統）設備より構成されている。

本実施例に係る熱エネルギ装置の動作に関しては下記の
如くなる。

（ａ）ガスタービン設備１においては、空気取入室２を
通して取り入れられた空気が、吸気サイレンサ３を介し
て空気圧縮機４で圧縮・昇温され。

燃焼器５で燃料が噴射されて燃焼し、高温・高圧の作動
ガスとしてタービン６内で膨張し、前記空気圧縮機４及
び発電機８を駆動する機械エネルギを発生させる。

（ｂ）一方、熱エネルギ利用設備で使用される流体は、
吸収式ヒートポンプ設備１９において軸受冷却水系統の
排熱と他熱源設備の熱エネルギとを有効に回収・熱交換
し昇温される６（ｃ）又、軸受冷却水系統の排熱の媒体である淡水は、
軸冷水ヒートポンプ用押込みポンプ２０により吸収式ヒ
ートポンプ設備１９に導かれ、該吸収式ヒートポンプ設
備１９の蒸発器３０（第１７図、第１８図について既述
）で吸収式ヒートポンプ１９内冷媒の蒸発潜熱により熱
を奪われて冷却され、各機器の冷却水系統へ供給される
。

前記の構成並びに動作により下記の如き効果を得る。

（ｉ）前記動作項目第（ｂ）項により、熱エネルギ利用
設備で使用される流体の保有するエネルギが高められ、
熱エネルギ利用設備における熱効率が向上する。

（ｊｉ）前記動作項目第（ｃ）項により、従来に比べ軸
受冷却水系統内の動力低減が可能となる。

（徂）前記動作項目第（Ｃ）項により、従来に比べ軸受
冷却水系統の温排水やクーリングタワー、ラジェータ等
の大気熱放散除去が可能となる。

第２１図は、排熱回収ボイラの蒸発量とガスタービン負
荷との関係について、本実施例（実線カーブ）と従来例
（鎖線カーブ）とを対比して示した図表である。本第２
１図の縦軸は、ガスタービンが定格負荷のときの蒸気発
生量を１００％として百分率標示しである。

本発明の適用により、定格負荷時における蒸気発生量が
約１１％増加したことが解る。

第２２図は、プラントの総合効率とガスタービン負荷と
の関係について、本実施例（実線カーブ）と従来例（鎖
線カーブ）とを対比して示した図表である。

本第２２図の縦軸は、最高効率点の値を１００％として
百分率標示しである。

本発明の適用により、最高効率が約５％向上したことが
解る。

第２３図乃至第２６図は、本発明の適用による相当建設
突差単価特性を示す図表である。これらの図に共通して
縦軸は相当建設突差単価（Ｋ￥／ＫＷ）を示し、で表わされる。

ただし。

蒸発量率差二本発明の適用による排熱回収ボイラの蒸発
量率の差（向上分）単位；−ＴＯＮ／ＫＷＨであり、固定比率は１５％として算出した。

第２３図は１００％負荷状態における相当建設突差単価
と蒸気単価との関係について、利用率をパラメータとし
て、利用率７０％の場合、同じ＜８０％の場合、同じ＜
９０％の場合をそれぞれ示した。

本第２３図により、１００％負荷で、利用率８０％のと
き、蒸気単価を４に￥／ＴＯＮとすると、４１に￥／Ｋ
Ｗａ！できることが解る。

第２４図は、前記第２３図と同様にして負荷率７５％の
場合を示す。

この場合は、利用率８０％のとき、蒸気単価を４に￥／
ＴＯＮとすると５０に￥／ＫＷの低減になることが解る
。

第２５図は同様に負荷率５０％の場合を示す。この場合
は利用率８０％、蒸気単価４に￥／ＴＯＮとして、５５
に￥／ＫＷの低減になることが解る。

第２６図は同様に負荷率２５％の場合を示す。この場合
ハ、利ＪＴ１８０％、ｉ気単価４ＫＹ／ＫＴＯＮとして
、４７に￥／ＫＷの低減になることが解る。

本実施例によれば、以上に説明したように、プラントの
蒸気発生量を増加さしぬ、プラント総合効率を上昇せし
めることが出来る。その結果、蒸気単価に対するプラン
トの相当建設費を低減することが出来る。

第２図は、本発明を適用したガスタービンコージェネレ
ーション装置の実施例２であり、ガスタービン設備１２
発電機設備８．排熱回収ボイラ設備９．吸収式ヒートポ
ンプ１９．付帯設備１ｇ、煙突１４他各系統（軸受冷却
水系統、排熱回収ボイラ給水系統、排ガス系統）設備よ
り構成されている。

軸受冷却水系統及び排ガス系統を熱源とする吸収式ヒー
トポンプ設備１９を設ける。その他の構成部材で・第１
図と同一の図面参照番号を付したものは、前記第１の実
施例におけると同様乃至類似の構成部材である。

本実施例２に係るガスタービンコージェネレーション装
置の動作に関しては、下記の如くなる。

（ａ）ガスタービン設備１においては、空気取入室２を
通して取り入れられた空気が、吸気サイレンサ３を介し
て空気圧縮機４で圧縮・昇温され燃焼器５で燃料が噴射
されて燃焼し、高温・高圧の作動ガスとしてタービン６
内で膨張し、前記空気圧縮機４、発電機８を駆動する機
械エネルギを発生させる。

（ｂ）排熱回収ボイラ設備９においては、ガスタービン
設備１からの排ガスが排気サイレンサ７を介し排熱回収
ボイラ設備９に流入し、排ガスと給水の熱交換により蒸
気を発生させる。尚、排熱回収ボイラ設備９出口の排ガ
ス温度は通常１００℃を超える温度で排出され、大気温
度迄は熱回収されない。

排熱回収ボイラ設備９は、排ガスの上流から下流に沿っ
て蒸発器１０２節炭器１１の順に配列され、蒸発器１０
で発生した蒸気は、ドラム１２に流入した後、プロセス
へと送気される。尚、節炭器１１出口に圧力調整弁Ｉ３
を設置し、圧力調整弁１３人口圧力を弁出口圧力に比べ
高く設定することにより、節炭器１１における排ガスエ
ネルギの有効回収を図っている。

（ｃ）一方、排熱回収ボイラ給水は、脱気器１５を介し
て供給され、吸収式ヒートポンプ１９を介して排熱回収
ボイラに圧送される。そして該ヒートポンプ１９におい
て、軸受冷却水系統の排熱と排熱回収ボイラ設備９出口
の排ガスの熱エネルギとを有効に回収・熱交換し昇温さ
れる。尚、排熱回収ボイラ給水系統において、真空ポン
プ１７゜脱気器１５により脱気された給水は、給水ポン
プ１６を介して吸収式ヒートポンプ１９に流入し、吸収
式ヒートポンプ１９部で有効に熱交換・昇温されて排熱
回収ボイラ設備９に供給される。

（ｄ）又、軸受冷却水系統の排熱の媒体である淡水は、
軸冷水ヒートポンプ用押込みポンプ２０により吸収式ヒ
ートポンプ１９に導かれ、吸収式ヒートポンプ１９の蒸
発器３０で、吸収式ヒートポンプ１９内冷却水の蒸発潜
熱により熱を奪われて冷却され、各機器の冷却水系統へ
供給される。

前記構成並びに動作により下記の如き効果を得る。

（ｉ）前記動作項目筒（ｂ）項、第（ｃ）項により、排
熱回収ボイラの蒸発量が増加し、従来に比ベプラントの
総合効率向上が図れる。

（ｉｉ）前記動作項目筒（ｄ）項により、従来に比べ軸
受冷却水系統内の動作低減が可能となる。

（市）前記動作項目筒（ｄ）項により、従来に比べ軸受
冷却水系統の温排水やクーリングタワー、ラジェータ等
の大気熱放散除去が可能となる。

第２０図を参照して１本実施例（第２図）の効果を具体
的に説明すると、従来例における給水の昇温状態は、既述の如く破線に沿
ってｔ３→ｔ２→１．の如くになる。

而して、本実施例においては、給水が熱交換器１１に流
入するまでに吸収式ヒートポンプ１９によって温度１３
／に昇温しでいるにの昇温により、第２０図に示したｈ５に相当するエント
ロピの上昇が得られる。

また１節炭器１１の出口、蒸発器１０の入口においては
前記圧力調整弁１３の効果により、従来例における温度
ｔ２に比して本例では温度ｔｚ′に昇温しでいる（これ
に伴って、圧力も従来例に比して高くなっている）。こ
れにより、図示ｈ４に相当するエンタルピ上昇が得られ
る。

第３図は１本発明を適用したガスタービンコージェネレ
ーションシステムの実施例３であり、ガスタービン設備
１７発電機設備８．排熱回収ボイラ設備９．吸収式ヒー
トポンプ１９．付帯設備１８゜煙突１４他各系統（軸受
冷却水系統、排熱回収ボイラ給水系統、排ガス系統）設
備より構成されている。

実施例１と異なる点は、軸受冷却水系統において、軸冷
水供給ポンプ２２、海水、河川水−淡水熱交換器２３．
流量調整弁２４．海水、河川水ポンプ２５を追加したこ
とである。

本実施例３に係るガスタービンコージェネレーション装
置の動作に関しては、下記の如くなる。

（ａ）ガスタービン設備１における動作に関しては、実
施例２の動作項目（ａ）と同様である。

（ｂ）排熱回収ボイラ設備９における動作に関しては、
実施例２の動作項目（ｂ）と同様である。

（ｃ）排熱回収ボイラ給水系統における動作に関しては
、実施例２の動作項目（ｃ）と同様である。

（ｄ）軸受冷却水系統の動作に関しては、軸受冷却水系
統の排熱の媒体である淡水を吸収式ヒートポンプ１９と
海水、河川水−淡水熱交換器２３を併用して冷却し、各
機器の冷却水系統へ供給する。

前記構成並びに動作により、この実施例３は下記の如き
効果を得る。

（ｉ）前記実施例２の効果（ｉ）と同様な効果を得る（
ｉｉ）前記動作項目筒（ｄ）項において、軸受冷却水系
統の排熱が吸収式ヒートポンプ１９の熱回収能力を上回
る場合に有効であり、従来に比べ温排水の低減が可能と
なる。

第４図は、本発明を適用したガスタービンコージェネレ
ーションシステムの実施例４であり、ガスタービン設備
１１発電機設備８．排熱回収ボイラ設備９．吸収式ヒー
トポンプ１９．付帯設備１８゜煙突１４他各系統（軸受
冷却水系統、排熱回収ボイラ給水系統、排ガス系統）設
備より構成されており、実施例３（第３図）と異なる点
は、軸受冷却水系統において、軸冷水供給ポンプ２２．
クーリングタワー２６を追加したことである。

本実施例４に係るガスタービンコージェネレーション装
置の動作に関しては、下記の如くなる。

（ａ）ガスタービン設備１における動作に関しては。

実施例２の動作項目（ａ）と同様である。

（ｄ）軸受冷却水系統の動作に関しては、軸受冷却水系
統の排熱の媒体である淡水を吸収式ヒートポンプ１９と
クーリングタワー２６を併用して冷却し、各機器の冷却
水系統へ供給する。

前記構成並びに動作により、この実施例４は下記の如き
効果を得る。

（ｉ）前記実施例２の効果（ｉ）と同様な効果を得る・
（ｉｔ）前記動作項目筒（ｄ）項において、軸受冷却水
系統の排熱が吸収式ヒートポンプ１９の熱回収能力を上
回る場合に有効であり、従来に比べ大気放熱の低減が可
能となる。

第５図は、本発明を適用したガスタービンコージェネレ
ーション装置の排熱回収ボイラ系統構成の実施例５であ
る。

本実施例５に係るガスタービンコージェネレーションシ
ステムの動作に関しては、下記の如くなる。

（ａ）排熱回収ボイラ給水系統においては、真空ポンプ
１７．脱気器１５により脱気された給水が、給水ポンプ
１６を介し吸収式ヒートポンプ１９で有効に昇温され、
排熱回収ボイラ設備９に流入する。

（ｂ）排熱回収ボイラ内系統に関しては、排熱回収ボイ
ラに流入した給水が節炭器１１でガスタービン設備１か
ら排出される排ガスと熱交換することによって加熱され
、且つ、圧力調整弁１３人口圧力を弁出口圧力より高く
設定しておくことにより、圧力調整弁１３出口で等エン
タルピ変化によってフラッシュドラム１２に流入する。

ドラム内ではターゲツト板２７に気水混合水が衝突し気
水分離され、給水は蒸発器１０に流入し蒸発器１゜で蒸
発し蒸気となってドラム１２に流入する。

ターゲツト板２７で分離された蒸気は、蒸発器１０で発
生した蒸気と混合しプロセスへと送気される。

前記構成並びに動作により、この実施例５は下記の如き
効果を得る。

（ｉ）前記動作項目筒（ａ）項、第（ｂ）項により排熱
回収ボイラ９の蒸発量が増加し、従来に比ベプラントの
総合効率向上が図れる。

（ｉｔ）前記動作項目筒（ｂ）項により、従来に比べ蒸
発器１０の伝熱面積を低減可能となる。

第６図は、本発明を適用したガスタービンコージェネレ
ーション装置の排熱回収ボイラ系統構成の実施例６であ
る。

本実施例６に係るガスタービンコージェネレーションシ
ステムの動作に関しては、下記の如くなる。

（ａ）排熱回収ボイラ給水系統に関しては、実施例５の
動作項目（ａ）と同様である。

（ｂ）排熱回収ボイラ内系統に関しては、排熱回収ボイ
ラに流入した給水が節炭器１１でガスタービン設備１か
ら排出される排ガスと熱交換することによって加熱され
、且つ、圧力調整弁１３人口圧力を弁出口圧力より高く
設定しておくことにより、圧力調整弁１３出口で等エン
タルピ変化によってフラッシュし、中間過熱器２８を介
してドラムに流入する。ドラム内では、ターゲツト板２
７に気水混合水が衝突し気水分離され、給水は蒸発器１
０で蒸発し蒸気となってドラム１２に流入する。ターゲ
ツト板２７で分離された蒸気は、蒸発器１０で発生した
蒸気と混合しプロセスへと送気される。

前記構成並びに動作により、この実施例６は下記の如き
効果を得る。

（ｉ）前記実施例５の効果第（ｉ）項目、第（ｉｔ）項
目と同様な効果を得る。

第７図は１本発明を適用したガスタービンコージェネレ
ーション装置の排熱回収ボイラ系統構成の実施例７であ
る。

本実施例７に係るガスタービンコージェネレーション装
置の動作に関しては、下記の如くなる。

（ｂ）排熱回収ボイラ内系統に関しては、排熱回収ボイ
ラに流入した給水が節炭器１１でガスタービン設備１か
ら排出される排ガスと熱交換することによって加熱され
、且つ、圧力調整弁１３人口圧力を弁出口圧力より高く
設定しておくことにより、圧力ｍ整弁１３出口で等エン
タルピ変化によってフラッシュし気水温合状態でフラッ
シュタンク２９内に流入し気水分離され、給水はドラム
１２に流入する。ドラム１２内に流入した給水は蒸発器
１０で蒸発し蒸気となってドラム内に流入する。フラッ
シュタンク２９内で分離された蒸気は、ドラム内蒸気と
混合してプロセスへと送気される。

前記構成並びに動作により、この実施例７は下記の如き
効果を得る。

Ｄ）前記実施例５の効果第（ｉ）項、第（ｉｉ）項と同
様な効果を得る。

（ｎ）前記動作項目第（ｂ）項より、従来に比ベトラム
容量を低減可能となる。

第８図は、本発明を適用したガスタービンコージェネレ
ーション装置の排熱回収ボイラ系統構成の実施例８を示
し、本例における節炭器１１付近の斜視図を第９図に示
す。

本実施例８に係るガスタービンコージェネレーションシ
ステムの動作に関しては、下記の如くなる。

（ｂ）排熱回収ボイラ内系統に関しては、排熱回収ボイ
ラに流入した給水が節炭器１１でガスタービン設備１か
ら排出される排ガスと熱交換することによって加熱され
、且つ、圧力調整弁１３人口圧力を弁出口圧力より高く
設定しておくことにより、圧力調整弁１３出口で等エン
タルピ変化によってフラッシュし気水混合状態でドラム
１２に流入する。ドラム１２内では、ターゲツト板２７
に気水温合水が衝突し気水分離され、給水は、蒸発器１
０に流入し蒸発器１０で蒸発し蒸気となってドラム１２
に流入する。

一方、圧力調整弁１３の上流に位置する節炭器前部上昇
管で発生した蒸気は、第９図に示す節炭器前部上昇管ヘ
ッダ３８並びに節炭器部蒸気バイパス圧力調整弁３７を
介してドラム１２に流入する。

蒸発器１０で発生して、前記の如くターゲツト板２７で
分離された蒸気、並びに節炭器前部上昇管３８．降水管
４０で発生した蒸気は、ドラム１２内で混合しプロセス
へと送気される。

前記構成並びに動作により、この実施例８は下記の如き
効果を得る。

（ｉ）前記実施例５の効果筒（ｉ）項、第（ｉｉ）項と
同様な効果を得る。

（ｉｉ）前記動作項目第（ｂ）項により、節炭器１１部
において発生する蒸気を節炭器前部上昇管ヘッダ３８並
びに節炭器１１内バイパス圧力調整弁３７を介しドラム
に排出することにより、節炭器１１内の給水の流れを円
滑にする効果がある。

第１Ｏ図は本発明を適用したガスタービンコージェネレ
ーション装置の実施例９であり、ガスタービン設備１２
発電機設備８．排熱回収ボイラ設備９、圧縮式ヒートポ
ンプ４１．付帯設備１ｇ、煙突１４他各系統（軸受冷却
水系統、排熱回収ボイラ給水系統、排ガス系統）設備よ
り構成されている。

本実施例９に係るガスタービンコージェネレーション装
置の動作に関しては、下記の如くなる。

（ａ）ガスタービン設備１における動作に関しては。

実施例２の動作項目（ａ）と同様である。

（ｂ）排熱回収ボイラ設備９における動作に関しては、
実施例２の動作項目（いと同様である。

（Ｃ）排熱回収ボイラ給水系統における動作に関しては
、排熱回収ボイラ給水を圧縮式ヒートポンプ４１の凝縮
器４４において、軸受冷却水系統の排熱を有効に回収・
熱交換し昇温させる。

（ｄ）軸受冷却水系統における動作に関しては、軸受冷
却水系統の冷却水が圧縮式ヒートポンプ４１の蒸発器４
２において熱を奪われることによって冷却され、各機器
の冷却水系統へ供給される。

前記構成並びに動作により下記の如き効果を得る。

（ｉ）前記動作項目第（ｂ）項、第（ｃ）項により、排
熱回収ボイラの蒸発量が増加し、従来に比ベプラントの
総合効率向上が図れる。

（ｉｔ）前記動作項目第（ｄ）項により、従来に比べ軸
受冷却水系統の温排水やクーリングタワー、ラジェータ
等の大気熱放散除去が可能となる。

第１１図は１本発明に係る熱エネルギ回収装置を適用し
たガスタービンコージェネレーション装置の実施例１０
を示す。この実施例はガスタービンの起動・停止及び負
荷変動時についても好適な構成である。

ガスタービン起動時（０〜１００％速度）は、第１２図
に示す通りガスタービンの排ガス温度が低い。

また、排熱回収ボイラ設備９が暖機中の状態であること
から、排熱回収ボイラ設備９からの蒸気発生が無く給水
量は０である。このため、吸収式ヒートポンプ設備１９
において、給水と冷却水との熱交換が行なわれないので
、給水流量検出器５１により給水流量（＝０）を検出し
、熱バランス制御装置４６を介して冷却水流量調節器４
７を作動し、冷却水を全量海水、河川水、淡水熱交換器
２３に導入し、冷却水の冷却を行なう。

また、この際吸収式ヒートポンプ設備１９においても排
熱回収ボイラ給水と排ガスとの熱交換が行なわれないた
め、熱バランス制御装置４６からの信号によりダンパー
５４を閉にし、吸収式ヒートポンプ設備１９に流入する
排ガス量をＯとする。

ガスタービン１の起動及び排熱回収ボイラ設備９の暖機
が完了し、さらにガスタービン１の負荷が上昇すると、
第１２図に示す様にガスタービン排ガス温度が上昇し、
排熱回収ボイラ酸（ｆｉ９から蒸気が発生し、排熱回収
ボイラ給水量が増加する。

この排熱回収ボイラ給水量を給水流量検出器５１により
、また温度を給水温度検出器５０により、それぞれ検出
しこの信号を熱バランス制御装置４６に送信する。熱バ
ランス制御装置４６においては、前記入力信号により、
吸収式ヒートポンプ設備１９の出口における排熱回収ボ
イラ給水温度を適正温度とするための入熱量を演算する
。

さらに、冷却水温度検出器４８により冷却水温度を検出
し、前記吸収式ヒートポンプ設備１９の出口における排
熱回収ボイラ給水温度を適正温度とするための冷却水量
を熱バランス制御装置４６にて演算し、冷却水量調節器
４７を制御することにより。

吸収式ヒートポンプ設備１９に適量の冷却水を供給する
。冷却水量は冷却水流量検出器により検出され、フィー
ドバック制御される。

また、排ガス系においても、排ガス温度検出器５２によ
り排ガス温度を検出し、前記吸収式ヒートポンプ設備１
９の出口における排熱回収ボイラ給水温度を適正温度と
するための排ガス量を熱バランス制御装置４６にて演算
し、ダンパー５４を制御することにより、吸収式ヒート
ポンプ設備１９に適量の排ガスを供給する。排ガス量は
排ガス流量検出器５３により検出され、フィードバック
制御される。

ガスタービンの負荷が変動した場合、第１２図に示す様
に排熱回収ボイラ排ガス温度も変動する。

このため、排ガス温度を排ガス温度検出器５２にて検出
し、前記ガスタービン負荷上昇時と同様な方法により吸
収式ヒートポンプ設備１９への排ガス量を制御し、吸収
式ヒートポンプ設備１９おける排熱回収ボイラ給水の加
熱を最適なものにしている。

ガスタービン停止時においては、第１２図に示す様にガ
スタービンの負荷降下と共にガスタービン排ガス温度が
降下し、蒸気量が減少するので、これに伴って排熱回収
ボイラ給水量が減少する。この場合においても、ガスタ
ービン起動時及び負荷上昇時と同様に、排熱回収ボイラ
給水の加熱に必要な熱量が冷却水及び排ガスから回収で
きる様に。

熱バランス制御装置により冷却水及び排ガス量を調整す
る。

以上の様に、本実施例１０は吸収式ヒートポンプ設備１
９における各流体の熱バランスを取る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の熱エネルギ回収方法は、
発電プラントにおける温度の異なる２つの熱源（例えば
タービン排気と軸受冷却系）の熱エネルギを、ヒートポ
ンプによって熱交換せしめ、排熱の回収を図ったので、
プラントの総合効率を向上せしめることが出来、具体的
には従来例に比して発生蒸気量の増加、軸受冷却系統の
冷却容量の軽減を可能ならしめる。本発明方法は蒸気タ
ービンプラント及び、ガスタービンと蒸気タービンとの
コゼネレーションプラントに適用することが出来、上述
の効果の結果として蒸気単価に対するプラントの相当建
設費を低減して、原動機プラントの経済性向上に貢献し
得る。

また、本発明の熱エネルギ回収装置によれば。

ヒートポンプの低熱源回収口を循環冷却系の冷媒流路に
設けてここから熱を汲み上げて冷媒を冷却することや、
熱源供給口をボイラ給水系統に設けて給水に熱を与える
ことができ、廃熱を有効に回収してプラントの総合効率
を高め得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の熱エネルギ回収法を実施するために
構成した本発明に係る熱エネルギ回収装置の実施例１を
示す系統図である。第２図乃至第８図は、それぞれ実施例２乃至実施例８を
示す系統図である。第９図は上記実施例８における節炭器付近の斜視図であ
る。第１０図は本発明に係る熱エネルギ回収装置における実
施例９の系統図、第１１図は同様に実施例１゜の系統図
である。第１２図は、ガスタービンコージェネレーション装置に
おけるガスタービン回転数、負荷割合に対する排熱回収
ボイラ出口排ガス温度特性を示す図表である。第１３図は、従来のガスタービンコージェネレーション
装置を示す系統図である。第１４図は、従来のガスタービンコージェネレーション
装置を示す系統図である。第１５図は汽力発電プラントの従来例を示す系統図であ
る。第１６図は複合発電プラントの従来例を示す系統図であ
る。第１７図は、第１種吸収式ヒートポンプのサイクル図、
第１８図は第２種吸収式ヒートポンプのサイクル図であ
る。第１９図は圧縮式ヒートポンプのサイクル図である。第２０図は排熱回収ボイラの温度勾配線図である。第２１図は従来例と実施例とを対比して示したガスター
ビン負荷に対する排熱回収ボイラ蒸発量特性を示す図表
である。第２２図は従来例と実施例とを比較して示したガスター
ビン負荷に対するプラント総合効率特性を示す図表であ
る。第２３図は、従来例と実施例とを比較して示したガスタ
ービンコージェネレーション装置の、性能による相当建
設突差単価特性（ガスタービン負荷１００％時）を示す
図表である。第２４図は、従来例と実施例とを比較して示したガスタ
ービンコージェネレーション装置の性能による相当建設
費差単価特性（ガスタービン負荷７５％時）を示す図表
である。第２５図は、従来例と実施例とを比較して示したガスタ
ービンコージェネレーション装置の性能による相当建設
費差単価特性（ガスタービン負荷５０％時）を示す図表
である。第２６図は、従来例と実施例とを比較して示したガスタ
ービンコージェネレーション装置の性能による相当建設
費差単価特性（ガスタービン負荷２５％時）を示す図表
である。１・・・ガスタービン設備、２・・・空気取入室、３・
・・吸気サイレンサ、４・・・空気圧縮機、５・・・燃
焼器、６・・・タービン、７・・・排気サイレンサ、８
・・・発電機設備、９・・・排熱回収ボイラ設備、１０
・・・排熱回収ボイラ用蒸発器、１１・・・節炭器、１
２・・・ドラム、１３・・・圧力調整弁、１４・・・煙
突、１５・・・脱気器、１６・・・給水ポンプ、１７・
・・真空ポンプ、１８・・・付帯設備、１９・・・吸収
式ピー１−ポンプ設備、２０・・・軸冷却水ヒートポン
プ用押込みポンプ、２１・・・排ガス送気ファン、２２
・・・軸冷却水供給ポンプ、２３・・・海水、河水、淡
水熱交換器、２４・・・流量調整弁、２５・・・海水、
河川水ポンプ、２６・・・クーリングタワー、２７・・
・ターゲツト板、２８・・・中間過熱器、２９・・・フ
ラッシュタンク、３０・・・吸収式ヒートポンプ用蒸発
器、３１・・・吸収器、３２・・・再生器、３３・・凝
縮器、３４・・・冷媒ポンプ、３５・・・溶液ポンプ、
３６・・・吸収式ヒートポンプ用熱交換器、３７・・・
節炭器部蒸気バイパス圧力調整弁、３８・・・節炭器前
部上昇管ヘッダ、３９・・・節炭器前部上昇管、４０・
・・節炭器前部降水管、４１・・・圧縮式ヒートポンプ
、４２・・・圧縮式ヒートポンプ用蒸発器、４３・・・
圧縮式ヒートポンプ用圧縮器、４５・・・膨張弁、４６
・・・熱バランス制御装置、４７・・・冷却水流量調節
器、４８・・・冷却水温度検出器、４９・・・冷却水流
量調節器、５０・・・給水温度検出器、５１・・・給水
流量検出器、５２・・・排ガス温度検出器、５３・・・
排ガス流量検出器、５４・・・ダンパ、５５・・・押込
ファン。５６・・・ボイラ、５７・・・蒸気タービン、５８・・
・蒸気タービン発電機、５９・・・ヘッダ、６０・・・
復水器、６１・・・復水ポンプ、６２・・・熱源流体供
給ポンプ。第５図

Claims

【特許請求の範囲】１、ボイラ、蒸気タービン、ガスタービン、及び発電機
の少なくとも何れか２つを主機として設置した発電プラ
ントにおいて、上記の主機、及びこれに付帯する補機器
の軸受の冷却循環系にヒートポンプの低熱源回収口を設
け、該冷却循環系の排熱をヒートポンプで回収し、かつ
、上記冷却循環系の冷媒流体をヒートポンプで冷却する
ことを特徴とする、熱エネルギ回収方法。２、ボイラ、蒸気タービン、ガスタービン、及び発電機
の少なくとも何れか２つを主機として設置した発電プラ
ントにおいて、ボイラ排ガス及びガスタービン排ガスの
少なくとも何れか一方の流路にヒートポンプの低熱源回
収口を設けて、排ガスの有する顕熱をヒートポンプで回
収することを特徴とする、熱エネルギ回収方法。３、ボイラ、蒸気タービン、ガスタービン、及び発電機
の少なくとも何れか２つを主機として設置した発電プラ
ントにおいて、（ａ）上記の主機、及びこれに付帯する補機器の軸受の
循環冷却系を設け、（ｂ）上記循環冷却系の冷媒流路内にヒートポンプの低
熱源回収口を設けたことを特徴とする、熱エネルギ回収
装置。４、ボイラ、蒸気タービン、ガスタービン、及び発電機
の少なくとも何れか２つを主機として設置した発電プラ
ントにおいて、（ａ）前記ボイラの排ガス流路、及び、（ｂ）ガスタービンの排ガス流路の少なくとも何れか一
方に、（ｃ）ヒートポンプの熱源回収口を設けたことを特徴と
する、熱エネルギ回収装置。５、前記ヒートポンプの熱源供給口を、ボイラ給水系統
に設けたことを特徴とする、請求項３又は同４に記載の
熱エネルギ回収装置。６、前記ボイラの節炭器出口給水系統に圧力調整弁を設
置し、圧力調整弁入口圧力を高く設定し、節炭器部にお
ける排ガスエネルギを有効に回収し得るように構成した
ことを特徴とする、請求項４に記載の熱エネルギ回収装
置。７、前記ヒートポンプの高熱源供給口を、ボイラの節炭
器入口からドラム入口までの給水系統に設けることを特
徴とする、請求項４に記載の熱エネルギ回収装置。８、前記のヒートポンプとして、第１種吸収式ヒートポ
ンプを用いたことを特徴とする、請求項３、同４、同５
、同６、及び同７の内の何れか一つに記載の熱エネルギ
回収装置。９、前記のヒートポンプとして、第２種吸収式ヒートポ
ンプを用いたことを特徴とする、請求項３乃至同７の内
の何れか一つに記載の熱エネルギ回収装置。１０、前記のヒートポンプとして、圧縮式ヒートポンプ
を用いたことを特徴とする、請求項３乃至同７の内の何
れか一つに記載の熱エネルギ回収装置。１１、前記のヒートポンプによって、流体を加熱する熱
交換器を設け、上記の加熱された流体を当該プラント内
の補機器に供給する管路を設けたことを特徴とする、請
求項３、同４、同８、同９、及び同１０の内の何れか一
つに記載の熱エネルギ回収装置。１２、前記のヒートポンプによって、流体を加熱する手
段を設けるとともに、加熱された流体を当該プラントの
系統外に供給する管路を設けたことを特徴とする、請求
項３、同４、同８、同９、及び同１０の内の何れか一つ
に記載の熱エネルギ回収装置。１３、上記の流体を加熱する手段は、ヒートポンプ以外
の加熱手段を併設したものであることを特徴とする、請
求項１１、又は同１２に記載の熱エネルギ回収装置。