JPH04370303A - 熱電併給プラント - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱電併給プラントに係り
、特に蒸気需要量が減少する春期および秋期のような中
間期においてもプラントの定格運転が可能となるように
余剰温熱を有効利用し得るようにした熱電併給プラント
に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱電併給プラントは、ガスタ−ビンのよ
うな熱源エンジンの排熱を蒸気発生に利用し、発生した
電力および蒸気を需要側に供給して、一次エネルギ−の
高効率利用を実現するシステムであり、すでに公知の技
術である。また、最近問題になっている地球温暖化現象
や都市のヒ−トアイランド化現象などへの有効な対策技
術としても注目され、また、都市エネルギ−供給センタ
−などの地域冷暖房プラントへの導入も増大している。

【０００３】従来の熱電併給プラントにおいて、季節の
変動によって蒸気需要量が減少すると、発生蒸気に余剰
分が生じるため、熱源エンジンを部分負荷で運転して発
生する温熱を減少させる必要があり、低効率運転を行わ
ざるをえなかった。また、環境条件（温度、湿度）の変
化によっても、熱源エンジンの性能特性が変化するとい
う問題を持っていた。

【０００４】そのような課題の解決手段の一つとして、
季節変動による運転効率の低下を排除したガスタ−ビン
利用のコンバインド発電システムにおいて、ガスタ−ビ
ンの排気により駆動される蒸気タ−ビン途中から挿気し
た蒸気により吸収式冷凍機を作動し、発生した冷熱でガ
スタ−ビン用圧縮機の吸気を任意温度に制御して年間を
通じて高効率運転を可能にしたものが知られている（特
開昭６１−２４７８０４号公報参照）。

【０００５】また、ガスタ−ビンの排気ガスを有効利用
するプラントの一例としては、ガイタ−ビンの排気ガス
を利用して動力発電設備と冷暖房設備とを作動させる複
合熱利用プラントにおいて、復水器からの復水を吸収式
冷凍機の熱源として利用し、かつ、その戻り水によって
蒸気タ−ビン排出蒸気の冷却、凝縮を行わせるようにし
て、熱利用効率の向上を図ったものが知られている（特
開平２−１４６２０８号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ガスタ
−ビンのような熱源エンジンを用いたシステムにおいて
は、熱源エンジンからの排熱をいかに有効に利用するか
によりシステムそのものの運転効率が左右される。いわ
ゆるコンバインドサイクルと呼ばれているガスタ−ビン
利用システムにおいては前記したようにいくつかの高効
率運転システムが知られているが、それらはいずれも熱
そのものの需要側への供給は目的とせず発電を主たる目
的とした大規模システムにおける余剰熱源の効率的利用
に関するものであり、余剰熱源の利用態様も単一の態様
、たとえば吸収式冷凍機を設けてガスタ−ビンへの吸気
温度を制御するあるいは蒸気タ−ビン排出蒸気の冷却、
凝縮を行うなどの一態様に限られたものでり、いずれに
しても発電用タ−ビンの効率化のみを目的としたもので
あった。

【０００７】近年にいたりコジェネレ−ションシステム
と呼ばれるシステム、すなわち単一の熱源エンジンから
の動力を電力としての供給と共に熱源として需要側へ供
給するシステムが利用されるようになってきており、そ
のための熱電併給プラントが建造されているが、そのよ
うなプラントに従来の発電を主目的としたシステムの高
効率化システムをそのまま利用することはできず、需要
側で多目的に利用される熱源の総合的な有効活用を前提
とした余熱温熱利用システムの開発が希求されている。

【０００８】本発明の目的は、上記のような要請に答え
ることを目的としており、コジェネレ−ションシステム
と呼ばれるシステムを用いた熱電併給プラントにおいて
、季節変動に拘らず部分負荷による運転を行うことなく
、電力・熱の負荷変動に対応できるプラントを得ること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成しかつ課
題を解決するために、本発明は、発電用の熱源エンジン
と該熱源エンジンの排ガスの持つ熱を回収して温熱を発
生させる排熱回収ボイラとからなる熱電併給プラントに
おいて、排熱回収ボイラから発生する温熱が分配される
熱消費手段を複数個並列に設け、需要側の蒸気需要の大
小に応じ、該熱消費手段への蒸気の分配量を制御するこ
とにより、熱源エンジンの定負荷運転を可能とした熱電
併給プラントを開示する。

【００１０】そのようなプラントにおいて、さらに熱源
エンジンへの給気条件調節器を設け、また、該熱消費手
段しては圧縮式冷凍機、吸収式冷凍機および純水製造装
置などの手段を持たせるようにするとともに、その冷凍
器で発生した冷熱を前記の給気条件調節器に導入するよ
うにして吸気される空気の質量流量を増大させ、また、
純水製造装置で製造された純水の一部を熱源エンジンの
燃焼室へ供給することにより、燃焼温度を制御してＮ０
ｘの低減を図るようにすることは、本発明の好ましい態
様である。

【００１１】さらに、そのようなプラントにおいて、排
熱回収ボイラの発生温熱の持つ運動エネルギを動力源と
する背圧タ−ビンを設け、前記の熱消費手段のうち圧縮
式冷凍器を該背圧タ−ビンの動力の一部により作動させ
、他の熱消費手段は背圧タ−ビンの排温熱を作動熱源と
するよう構成することにより、その背圧タービンの運動
エネルギの一部を熱源エンジン燃料供給用ガスコンプレ
ッサの動力源としても用いることができ、本発明のより
好ましい態様である。

【００１２】さらに、そのようなプラントにおいて、排
熱回収ボイラを、高圧過熱蒸気発生器およびその下流に
直列に置かれた低圧飽和蒸気発生器とにより構成すると
ともに、熱源エンジンからの排ガスを高圧過熱蒸気発生
器および低圧飽和蒸気発生器とに選択的に供給できるよ
うに構成し、さらに、低圧飽和蒸気発生器で発生した飽
和蒸気を高圧過熱蒸気発生器内に導入し得るように構成
することにより、熱需要の大幅な変動に対する対応をよ
り適切に行うことが可能となる。

【００１３】本発明は、さらに、そのようなプラントに
おいて用いるのに特に有効な新規な給気条件調節器をも
開示する。その給気条件調節器は、外気流入口と冷却空
気排出口とを有し、流入口から排出口の間には上流側か
ら、該冷凍機からの冷水を空気通路に噴霧するための噴
霧手段および空気中のダストを含んだ水分を除去するた
め水分除去手段とが設けられていることを特徴とする。 そして、そこに用いる水分除去手段は、屈曲する複数の
板部材およびその下流側のメッシュ状部材とから構成さ
れていることは、特に好ましい態様である。

【００１４】

【作用】本発明によれば、蒸気需要の少ない春や秋など
の中間期においても、熱電併給プラントを部分負荷運転
することなく定格運転でき、更に、環境温度の変化によ
る熱源エンジンの性能低下を抑えることによって、熱電
併給システムプラントの高効率運転が可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、添付の図面に示したいくつかの実施例
の説明に基づき本発明をより詳細に説明する。図１は、
高圧のガスを排出する熱源エンジン（例としてガスタ−
ビン１０）の排ガスを熱源とする熱電併給プラントの一
実施例を示した系統図である。

【００１６】主な構成機器を列記すると、ガスタ−ビン
１０、ガスタ−ビン１０に連結した発電機２０、タ−ビ
ンの排熱を回収する排熱回収ボイラ３０、排熱回収ボイ
ラ３０からの熱源により駆動される背圧タ−ビン４０、
背圧タ−ビン４０により駆動されるガスコンプレッサ６
０および電機／インダクションモ−タ１００、および圧
縮式冷凍機５０、吸収式冷凍機７０、純水製造装置８０
、給気条件調節器９０、煙突１１０、並びにそれらの機
器を接続する各種の配管、ダクト、ポンプなどから成っ
ている。

【００１７】この実施例のプラントは以下のように作動
する。なお作動を詳述するに当たり、一例として熱源エ
ンジンであるガスタ−ビン１０を定格で運転した場合に
ついて述べる。該ガスタ−ビン１０への給気は、大気よ
りダクト１１により給気条件調節器９０へ導入される。 該給気条件調節器９０内では、後述する圧縮式冷凍機５
０で発生した冷水を噴霧しており、ダクト１１からの当
該空気を露点温度以下まで冷却して空気中の水分を結露
させ、その水滴で当該空気中のダストを回収する。ダス
トを回収した冷水は、当該空気から温熱をもらった後に
回収され、水処理後に管９２によって該圧縮式冷凍機５
０へ戻される。ダストを回収され、冷却された当該空気
はダクト１２によりガスタ−ビン１０へ導入される。こ
の際、冷却された当該空気は密度が高くなっており、ガ
スタ−ビン１０のコンプレッサ動力の軽減を実現する。

【００１８】ガスタ−ビン１０で発電後の排ガスは、ダ
クト１３により排熱回収ボイラ３０へ導入される。排熱
回収ボイラ３０内には伝熱部３１が収納されており、該
排ガスにより過熱蒸気を発生さす。この時に温度が低下
した当該ガスは、ダクト１４を経て煙突１１０に導かれ
、大気中に放出される。該排熱回収ボイラ３０で発生し
た過熱蒸気は、管４１により背圧タ−ビン４０に導入さ
れる。該背圧タ−ビン４０で任意の飽和圧力まで膨張し
た当該蒸気は、一部は管７１によって吸収式冷凍機７０
へ導入され、一部は管８１によって純水製造装置８０へ
導入され、残りは管９１によって需要側へ温熱として供
給される。該吸収式冷凍機７０に導入された飽和蒸気は
、作動熱源として利用されて冷熱を発生させ、発生した
冷熱を需要側に供給する。冷熱を発生させ、ドレンとな
った該蒸気は管７２によって該排熱回収ボイラ３０への
給水として戻される。また、該純水製造装置８０に導入
された飽和蒸気は、作動熱源として利用されて純水を発
生させ、発生した純水を該熱源エンジン燃焼室へ排ガス
ＮＯｘ低減または、排熱回収ボイラ３０へ給水として供
給する。純水を発生させ、ドレンとなった該蒸気は管８
２によって該排熱回収ボイラ３０への給水として戻され
る。

【００１９】該背圧タ−ビン４０で発生した動力は、一
部を該ガスタ−ビン１０の燃料供給用ガスコンプレッサ
６０の作動動力として利用し、一部を該圧縮式冷凍機５
０の駆動に利用し、残りの動力は該背圧タ−ビン４０の
軸に連結した発電機／インダクションモ−タ１００を駆
動して発電に利用する。この際に発生した電力を需要側
に供給することにより、プラント全体の発電効率向上を
実現する。

【００２０】該燃料供給用ガスコンプレッサ６０は、管
６１から導入される１気圧のＮＧを該ガスタ−ビン１０
のタ−ビン入口圧力まで圧縮し、管６２によって該ガス
タ−ビン１０の燃焼器へ導入される。図２は、本発明に
よる熱電併給プラントの他の実施例を示す系統図であり
、図１のものと同様に熱源エンジンとしてガスタ−ビン
１０を用いている。

【００２１】主な構成機器は、ガスタ−ビン１０、ガス
タ−ビンに連結した発電機２０、タ−ビンの排熱を回収
する排熱回収ボイラ３０、燃料ガス用ガスコンプレッサ
６０およびそれを駆動する電機／インダクションモ−タ
１００、排熱回収ボイラからの熱源を利用する吸収式冷
凍機７０、純水製造装置８０、給気条件調節器９０、お
よび煙突１１０、並びに当該機器を接発お続する各種の
配管、ダクト、ポンプなどから成っている。

【００２２】この実施例のプラントは以下のように作動
する。該ガスタ−ビン１０への給気は、大気よりダクト
１１を介して給気条件調節器９０へ導入される。該給気
条件調節器９０内では、後述する吸収式冷凍機７０で発
生した冷水を噴霧しており、ダクト１１からの当該空気
を露点温度以下まで冷却して空気中の水分を結露させ、
その水滴で当該空気中のダストを回収する。ダストを回
収した冷水は、当該空気から温熱をもらった後に回収さ
れ、水処理後に管９２によって該圧縮式冷凍機７０へ戻
される。ダストを回収され、冷却された当該空気はダク
ト１２によりガスタ−ビン１０へ導入される。この際、
冷却された当該空気は密度が高くなっており、ガスタ−
ビン１０のコンプレッサ動力の軽減を実現する。

【００２３】ガスタ−ビン１０で発電後の排ガスは、ダ
クト１３により排熱回収ボイラ３０へ導入される。排熱
回収ボイラ３０内には伝熱部３１が収納されており、該
排ガスにより飽和蒸気を発生さす。この時に温度が低下
した当該ガスは、ダクト１４を経て煙突１１０に導かれ
、大気中に放出される。該排熱回収ボイラ３０で発生し
た飽和蒸気は、一部は管７１により吸収式冷凍機７０へ
導入され、一部は管８１によって純水製造装置８０へ導
入され、残りは管４１によって需要側へ温熱として供給
される。該吸収式冷凍機７０に導入された飽和蒸気は、
作動熱源として利用されて冷熱を発生させる。発生した
冷熱の一部は管７３によって該給気条件調節器９０へ導
入され、前述した動作により該ダクト１１から導入され
る空気の冷却とダスト除去を行い、管９２によって回収
され、水処理後に該吸収式冷凍機７０に戻り、残りの冷
熱は需要側に供給する。冷熱を発生させ、ドレンとなっ
た該蒸気は管７２によって該排熱回収ボイラ３０への給
水として戻される。また、該純水製造装置８０に導入さ
れた飽和蒸気は、作動熱源として利用されて純水を発生
させ、発生した純水を該熱源エンジン燃焼室へ排ガスＮ
Ｏｘ低減または、排熱回収ボイラ３０へ給水として供給
する。純水を発生させ、ドレンとなった該蒸気は管８２
によって該排熱回収ボイラ３０への給水として戻される
。

【００２４】自給の電力により起動する電機／インダク
ションモ−タ１００により駆動される該燃料供給用ガス
コンプレッサ６０は、管６１から導入される１気圧のＮ
Ｇを該ガスタ−ビン１０のタ−ビン入口圧力まで圧縮し
、管６２によって該ガスタ−ビン１０の燃焼器へ導入さ
れる。図３は、本発明による熱電併給プラントのさらに
他の実施例を示す系統図であり、熱源エンジンとして高
圧のガスを排出するガスタ−ビン１０を用いた場合の例
を示している。

【００２５】主な構成機器は、図１に示した実施例のも
のとほぼ同一であるが、タ−ビンの排熱を回収する排熱
回収ボイラ３０が、高圧過熱蒸気発生器１３０および低
圧飽和蒸気発生器１３５とから構成されている点で異な
っている。この実施例のプラントの作動において、蒸気
需要の少ない場合には、ガスタ−ビン１０からの排ガス
はダクト１３から高圧過熱蒸気発生器１３０に導入され
、そこからダクト１４を介して低圧飽和蒸気発生器１３
５へ導入される。該低圧飽和蒸気発生器１３５内には伝
熱部３３が収納されており、該排ガスにより飽和蒸気を
発生さす。この時に温度が低下した当該ガスは、ダクト
１５を経て煙突１１０に導かれ、大気中に放出される。 該低圧飽和蒸気発生器１３５で発生した飽和蒸気は、ダ
クト３２を介して高圧過熱蒸気発生器１３０へ導入し、
ダクト１３から導入される排ガスによりさらに熱交換を
行い過熱蒸気を発生させる。この過熱蒸気を管４１によ
って需要側へ熱源として供給し、以下、図１の実施例の
ものと同様な作動を行う蒸気需要が多い場合は、管３２
から導入される該高圧過熱蒸気発生器３０への給水を減
少させるとともに、該ガスタ−ビン１０からの排ガスを
ダクト１３からダクト１４へバイパスして該低圧飽和蒸
気発生器１３５へ導入する。該低圧飽和蒸気発生器１３
５で発生した飽和蒸気は、管３４によって需要側へ温熱
として供給される。

【００２６】図４は、本発明による熱電併給プラントの
運転に用いて特に有効な給気条件調節器９０およびその
周辺機器を示している。この給気条件調節器９０は、密
閉されたケーシング９６を有し、ケーシングの一方端に
は空気流入ダクト１１が接続し、他方側には空気流出ダ
クト１２が接続している。また、ケーシング９６の上流
側には複数のノズル９３が位置しており、その下流側に
は屈曲する複数の板部材からなるスクラバ９４およびさ
らにその下流側には篩い状のメッシュ部材を複数枚重ね
併せた形状のワイヤメッシュ９５が設けられている。

【００２７】空気は、ダクト１１により上記の給気条件
調節器９０へ導入される。該給気条件調節器９０内には
、前記した圧縮式冷凍機５０から管９１によって導入さ
れた冷水が該ノズル９３により空気通路内に噴霧されて
おり、当該空気は露点温度以下に冷却されて余剰水分が
結露し、同時に当該空気中のダストは、前述の結露した
水滴により回収される。当該空気は、更に該スクラバ９
４および該ワイヤメッシュ９５によって、ダストを含ん
だ水分を回収され、管１２によって該熱源エンジン１０
へ導入される。

【００２８】圧縮式冷凍機５０から管９１によって導入
された当該冷水は、空気を冷却しダスト除去した後、管
９２によって集められて水処理装置１２０へ導入されて
処理された後、該圧縮式冷凍機５０に戻る。なお、この
給気条件調節器はその作動に際しての圧力損失が極めて
小さいという特徴があり、空気の冷却および徐塵を必要
とする他の多くの装置中においても有効に用いうるもの
であることは容易に理解されよう。

【００２９】

【発明の効果】以上、本発明によれば中間期の蒸気需要
減少による低負荷運転を行うことなく、定格状態での運
転が可能となり、高効率の運転が実現できる。すなわち
、従来のコ−ジェネレ−ションプラントに背圧タ−ビン
、圧縮式冷凍機、吸収式冷凍機、純水製造装置、発電機
／インダクションモ−タおよび熱源エンジン給気条件調
節器等の多くの種類の熱消費手段を付加し、それらによ
り発生蒸気を適宜分配して利用し、例えば冷熱、純水お
よび動力を作り、これらをプラントの運転に活用するこ
とにより、定格状態での運転が可能となることに加え熱
源エンジンの高性能化、熱源エンジン排ガスのＮＯｘ減
少化、熱源エンジン燃料供給用ガスコンプレッサ所要動
力の低減化および発電によるプラントの高効率発電化等
に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱電併給プラントの一実施例を示
す系統を示す図。

【図２】本発明による熱電併給プラントの他の実施例を
示す系統を示す図。

【図３】本発明による熱電併給プラントのさらに他の実
施例を示す系統を示す図。

【図４】本発明による熱電併給プラントに用いて特に好
適な給気条件調節器を示す概略断面図。

【符号の説明】

１０…ガスタ−ビン ２０…発電機 ３０…排熱回収ボイラ、 ４０…背圧タ−ビン ５０…圧縮式冷凍機 ６０…ガスコンプレッサ、 ７０…吸収式冷凍機 ８０…純水製造装置 ９０…給気条件調節器、 １００…発電機／インダクションモ−タ１１０…煙突 ９３…ノズル、 ９４…スクラバ ９５…ワイヤメッシュ １２０…水処理装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　発電用の熱源エンジンと該熱源エンジ
   ンの排ガスの持つ熱を回収して温熱を発生させる排熱回
   収ボイラとからなる熱電併給プラントにおいて、排熱回
   収ボイラから発生する温熱が分配される熱消費手段を複
   数個並列に設け、需要側の蒸気需要の大小に応じ、該熱
   消費手段への蒸気の分配量を制御することにより、熱源
   エンジンの定負荷運転を可能とした熱電併給プラント。
2. 【請求項２】　　該プラントはさらに、熱源エンジンへ
   の給気条件調節器を有しており、また、該熱消費手段は
   圧縮式冷凍機、吸収式冷凍機および純水製造装置を含ん
   でいて、該冷凍器で発生した冷熱を該給気条件調節器に
   導入するようになっており、また、純水製造装置で製造
   された純水の一部を熱源エンジンの燃焼室へ供給できる
   ようになっていることを特徴とする、請求項１記載の熱
   電併給プラント。
3. 【請求項３】　　該プラントはさらに、排熱回収ボイラ
   の発生温熱の持つ運動エネルギを動力源とする背圧タ−
   ビンを有しており、該熱消費手段のうち圧縮式冷凍器は
   該背圧タ−ビンの動力の一部で作動され、他の熱消費手
   段は背圧タ−ビンの排温熱を作動熱源とするよう構成さ
   れていることを特徴とする、請求項２記載の熱電併給プ
   ラント。
4. 【請求項４】　　該排熱回収ボイラを、高圧過熱蒸気発
   生器およびその下流に直列に置かれた低圧飽和蒸気発生
   器とにより構成するとともに、熱源エンジンからの排ガ
   スを高圧過熱蒸気発生器および低圧飽和蒸気発生器とに
   選択的に供給できるように構成し、さらに、低圧飽和蒸
   気発生器で発生した飽和蒸気を高圧過熱蒸気発生器内に
   導入し得るように構成していることを特徴とする、請求
   項１ないし３いずれか記載の熱電併給プラント。
5. 【請求項５】　　該給気条件調節器が、外気流入口と冷
   却空気排出口とを有し、流入口から排出口の間には上流
   側から、該冷凍機からの冷水を空気通路に噴霧するため
   の噴霧手段および空気中のダストを含んだ水分を除去す
   るため水分除去手段とが設けられていることを特徴とす
   る、請求項２ないし４のいずれか記載の熱電併給プラン
   ト。
6. 【請求項６】　　該水分除去手段が、屈曲する複数の板
   部材およびその下流側のメッシュ状部材とから構成され
   ている、請求項５記載の熱電併給プラント。