JPS5813112A - 廃熱回収発電プラント - 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】 本発明は廃熱回収発電プラントに係り、特に、廃熱回収
発電効率が良好な廃熱回収発電プラントに関する。

石油資源の枯渇が間近いと予想されることから、エネル
ギを有効に利用するための方式が種々試みられている。

例えば、鉱工業生産システム等ｃ以下生産システムと呼
ぶ）において、製品の残熱あるいは廃熱を利用して原料
の予熱を゛行うなどの省エネルギ化が図られている。さ
らに、生産システムでは利用出来ない低レベルの廃熱か
ら電気動力を回収す木だめの装置も提案されている。第
１図は、従来実施されている廃・熱回収発電プラントの
系統図である。図において、１は蒸発器、２は予熱器、
３はタービン、４は発電機、５は凝縮器、６は媒体ポン
プである。蒸発器１は、上部ドラム７、加熱管８、下部
ドラム９および下降管１０から構成されている。かか慝
゛廃熱回収発電プラントの作動媒体には、廃ガス温度が
十分高い場合には、水戸蒸気を用いることも可能である
が、通常は廃ガス源である生産システムで十分に利用さ
れて２００〜４００°Ｃの温度に低下しているため、廃
熱回収発電効率の観点から、トリクロロ）　ＩＪフルオ
ロエタン、トリクロロフルオロメタン等の低沸点媒体１
以下媒体と記す）が利用されている。媒体は予熱器２で
その供給圧力の飽和温度近くまで予熱され、さらに給、
液管１１より蒸発器１の上部ドラム７に供給される。蒸
発器１では媒体が加熱管＄で廃ガスにより加熱され、そ
の一部が気化蒸発する・それに伴９て加熱管８中には媒
体″竺泡が発生し、。下降管１０中の媒体との密度差に
よ、って、上部ドラム７、下降管１０、下部ドラム９お
よび加熱管８を系とした自然循環流が生じる。発生媒体
蒸気は上部ドラム７で分離し、主蒸気管１３よりタービ
ン３へ１給して動力を回収し、凝縮器５、媒体ポンプ６
、予熱器２へ戻る閉サイクルを形成する。

この廃熱回収プラントでは、廃ガス温度の変動時に廃熱
回収発電効率が低い欠点があった。すなわち、廃熱回収
発電プラントを設計する際には、熱源温度を生産システ
ムの廃ガス条件を見較べてほぼその平均温度に設定する
が、実機では生産シ責テムの生産状況により、廃ガス温
度が常時変動する。従来の定負荷運転プラントでは廃ガ
ス温度が設計温度より滴温になったときには、廃ガス供
給胴１５のダンパー１９とバイパス放出量２ｏのバイパ
スダンパー１８との調節により廃ガスの一部を外部放出
し、蒸発器１への廃ガス供給量を減らすことによって媒
体の蒸発量を調節し、発電量を 力を定格出力に押えている。また廃ガス温度の高温変動
時に廃ガス供給量を調節しないで蒸発器１の蒸魚量を増
加させ、タービン３の定格蒸気量以上の蒸気量をバイパ
ス蒸気管１４で凝縮器５に放出して冷却することもある
。

廃ガス温度が設計温度より低量した場合には、蒸発器１
における媒体の蒸発量は減少するが、それに伴なって、
予熱器２の廃ガスと媒体との温度差が大きくなり、予熱
器内で媒体が沸騰するように４なる。予熱器での媒体の
沸騰現象は、伝熱管の損傷を起し、プラットの安定運転
が阻害されるため、さける必要がある。従来のプラント
では、第１図に示すように予熱器２の媒体放出管を分岐
してバイパス液管１２を設け、廃ガス温度が設計温度よ
り低下した場合には、予熱器２への媒体供給量を増やし
て媒体の沸騰を防ぎ、その増加分をバイパス液管１２で
凝縮器５へ放出して冷却する。

これらのバイパス廃ガス放出量あるいはバイパス蒸気放
出量、また、バイパス液放出量は廃ガス温度と設計温度
との差が大きくなるほど多く、高温廃ガスの一部を排棄
し、または、せっかく廃ガス熱を熱エネルギとして回収
しながら動力化することなく凝縮器で排棄していること
になる。

このような廃ガス潟度の変動時の従来プラントの運転状
況を試算した結果を第２図に示す。試算条件として、設
計廃ガス温度２５０°Ｃ１廃ガス量４８０００ＯＮｍ　
３　／ｈ　、熱回収媒体として前記トリクロロトリフル
オロエタンを使用し、作動圧力１４ｋｇ々が、蒸発器の
ピンチポイント２４°Ｃ１予熱器出口の媒体サブクール
温度１０’Ｃとした。この条件で廃熱回収発電プラント
を設計し、廃ガス温度が±３０°Ｃの幅でｓｉｎ形状に
変動した場合のヒートバランスを予熱器出ロ媒体すブク
ール温度１０°Ｃ以上走して求めた。ここで廃ガスのサ
イクル時間は１時間として試算した。廃ガス温度θが定
格設計温度θ、である２５０°Ｃでは約２８１０ｋｗの
発電出力Ｈ，が得られ、バイパス蒸気放出流量あるいは
それ相当の廃ガスバイパス放出量Ｑ、’＞よびバイパス
液放出流量Ｑｋは零であった。

廃ガス温度が設計温度２５０°Ｃ以上になると、蒸発器
１の蒸発量が増えるが、その増加分はバイパス蒸気管１
４で凝縮器５に放出しＣバイパス蒸気流量）、あるいは
それ相当の廃ガス量をダンパー１９およびバイパスダン
パー１８の調節によって外部に放出する。これによって
主蒸気流量Ｑ１を一定にシントロールし、発電出力Ｈ１
を一定に押えている。一方、廃ガス温度の低下時には媒
体蒸発量および発電出力Ｈ１が減少するのは当然である
が、それに伴なってバイパス放出液が流れ出し、この量
は廃ガス温度が低温なほど多量になる。

このように、従来の廃熱回収発電プラントでは、生産シ
ステムの生産状況によって発生する廃ガス温度の変動時
に、その高温廃ガスの一部神棄したり、せっかく熱゛エ
ネルギを回収しながら電気動゛　力に変換することなく
冷却源に放熱している。

本発明の目的は上記従来の欠点を除き、廃ガス温度の変
動時の有効エネルギを利用して発電出力の増加を図り、
廃熱回収発電効率の良好な廃熱回収発電プラントを提供
するものである。

本発明は、廃ガス温度が設計温度以上に上昇したときに
余剰蒸気を蓄圧器に圧力液として貯え、廃ガス温度が設
計温度以下に低下したときに蓄圧的に流さなければなら
ない予熱器バイパス液をフラッシュさせて発生蒸気によ
り発電出力を増加さ本発明の実施例を第３図により説明
し、本発明の発明効果を第４図および第５図により説明
する。

トの系統を示すものである二第３図において３０は混圧
タービン、３１は蓄圧１器、３３は主蒸気管１３から媒
体蒸気の一部を蓄圧器３１に導びく蒸気管、３４は蓄圧
器３１から媒体蒸気を混圧タービン３０に供給する蒸気
管である。

本システムでも廃ガス温度が定格設計温度とほと同一で
ある。熱源である生産システムの生産状況の変化により
廃ガス温度が変動したとき、すな蒸発器１の蒸発量が増
加したときには、その増加分を蒸気管３３で蓄圧器３１
に導びき、圧力液３２として貯える。次に廃ｊス温度が
設、耐温度より低下したときには、蓄圧器３１を減圧し
て内部において媒体が沸騰しないように媒体供給量を増
やし、その増加分をバイパス液管１２で蓄圧器３１に導
びいて、減圧フラッシュさせ、それらの発生蒸気を蒸気
管３４より混圧タービン３０へ供給して電気動力を得る
。

本発明の効果を前記従来例と１−条件のもとに試算し、
その結果を一４図に示す。本計算では、蓄圧器３１の最
高貯液電力を蒸発器１の媒体作動圧１４　ｋ　ｇ／ｃが
とし、その最終使用圧力を５ｋｇ／２−として試算した
。第４図にお込て蒸発器発生蒸気流量Ｑ、は、蒸発器１
で廃ガスの加熱により発生した蒸気量であり、廃ガス温
度が定格設計温度２５０°Ｃ（θ４）以上では多量の蒸
発量がある。

り′−ビ／主蒸気流量Ｑｔは°蒸発器で発生した蒸気量
の中でタービン発電機を駆動するために使用される主蒸
気流量であり、廃ガス温度が設計温度以上のときけ定格
流量（すなわち定格出力）に押えられる。蒸発器発生蒸
気流量Ｑ、とタービン主蒸気流量Ｑａとの差が蓄圧器に
貯えられる蒸気量ＱＡであり、廃ガス温度が上昇するほ
どその蒸気量は増える。有効貯液量Ｑｒは蓄圧器３１に
貯えられた利用可能な貯液量、すなわち、蓄圧器３１が
最終使用圧力５ｋｇ／ｃｒｎ２以上を保持する貯液量で
ある。蓄圧器３１の必要容積は、最高有効貯液量を貯え
ることが可能な容積を必要とし、本試算の場合、すなわ
ち、最高貯液圧力１４　ｋ　ｇ／ｃＷｔ’、最終使用圧
力５ｋｇ々が、最高有効貯液量約３４０００ｋｇでは約
７０ｍ３必要とする。さらに、蓄圧器放出蒸気流量Ｑｃ
は、廃ガス温度が定格設計温度２５０°Ｃ以下に低下し
たときに蓄圧器３１の圧力液３２が減圧自己蒸発した蒸
気量である。また、予熱バイパス液の減圧蒸発流量Ｑ、
は、廃ガス温度が低下したときに予熱器２のバイノくス
液を蓄圧器３１で減圧フラッシュさせて得られた蒸気量
である。本発明では、これらの蓄圧器放出蒸気流量Ｑｃ
と予熱バイパス液の減圧蒸気流量Ｑ１により発電出力が
増加する。なお、蓄・圧器３１の有効貯液量Ｑ、は、プ
ラントを運転開始した直後には貯液圧が低いため零であ
るが、連続運転゛めもとでは最終使用圧力を下限として
第４図に示すように連続的に使用することが出来る。

本実施例における発電出力Ｈ，／は第５図に示すように
従来プラントの発電出力Ｈ１′（点線）より増加してい
ることがわかる。、廃ガス温度変動１サイクル（本試算
では１時間）当シの発電量は、本発明では約２６８０ｋ
ｗ、ｈとなり、従来例の約２４６０３、ｗ　＊　ｈより
約８．９係増加する。°この増加割り合いΔＨ／は廃ガ
ス温度の変動幅により異なり、廃ガス温度が定格設計温
度に対して±３０°Ｃ１±４０’Ｃ。

±５０°Ｃ変動したときには、従来に較べてそれぞ６．
７チの発電量増加が 見込める。なお、上記説明では蓄圧器の放出蒸気流量Ｑ
ｃを廃ガス温度が低下するほど多ぐ示したが、蓄圧器の
場合には蓄圧器減圧速度を調節１来るので、任意の蒸気
量を得ることが出来る。しかし、その場合でも、発電出
力の増加量は上記計算結果とほぼ同一になる。

このように本発明あ実施例によれば、生産システムの生
産状況の変化に伴なう廃ガス温度の変動時における有効
エネルギを利用して、発電出力の増加が図れ、廃熱回収
発電効率の良好な廃熱回収発電プラントを提供すること
が出来る。

以上、本発明の代表的実施例について説明したが、本発
明の範囲内で他の実施方法が考えられる。

すなわち前記説明では、定負荷運転プランドの廃ガス温
度が定格設計温度との差が生じたときの運転方法につい
て示したが、負荷追従運転プラントでは蒸発器の媒体作
動圧力の測定によっても同様の運転が出来、同様の効果
がある。タービン発電機にかかる負荷が廃ガスの保有熱
量（すなわち蒸発器の蒸発量）より少ない場合には蒸発
器の作動圧力が上昇する傾向にあり、その圧力が上昇し
ないように媒体蒸気の一部を蓄圧器に貯える。逆に負荷
の方が多い場合は蒸発器の作動圧力が低下する傾向にあ
り、その圧力が低下しないように蒸発器の蒸発量を押え
るとともに、蓄圧器を減圧して発生蒸気をタービン発電
機に供給して発電出力の増力ｄが図れる。

本発明の実施例および発明効果の説明には、トリクロロ
トリフルオロエタンを媒体とし、試算条件を定めて示し
た。しかし、本発明の応用は廃ガスの温度レベルによっ
ては他の低沸点媒体および作動条件でも良い。さらに第
４図に示す本発明の効果の試算では、廃、、ガス温度の
変動サイクルを１時間としたが、さらに長時間あるいは
短時間のサイクルでも発明の効果は同一である。この場
合には蓄圧器の容積をそδサイクル時間および温度変動
幅に相応した量咳する必要がある。また、前記説明では
予熱バイパス液の減圧フラッシュを蓄圧器で行うよう記
述したが、図示説明を省略するがフラッシュタンクを別
置した構造であっても良い。

さらに、前記説明では蓄圧器の最終使用圧力を５ｋ　ｇ
　／ｃｍ　”として示したが、タービン側のゆるす範囲
で他の圧力値であっても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の廃熱回収発電プラントのシステム系統図
、第２図は従来プラントの廃ガス温度変−動時における
発電出力試算結果を示す図、第３図は本発明を実施した
廃熱回収発電プラントのシステム系統図、第４図は本発
明を実施したプラントの廃ガス温度変動時の発電出力試
算結果を示す図、第５図は本発明の効果を従来例と比較
して示した図である。 １・・・蒸発器、２・・・予熱器、３・・・タービン、
４・・・発電機、５・・・凝縮器、６・・・媒体ポンプ
、７・・・上部ドラム、８・・・加熱管、９・・・下部
ドラム、１０・・・下降管、１１・・・給液管、１２・
・・バイパス液管、１３・・・主蒸気管、１４・・・バ
イパス蒸気管、１５・・・廃ガス供給胴、１６・・・廃
ガス胴、１７・・・廃ガス胴、１８、、、バイパスダン
パー、１９−０．ダンパー、２０．、、バイパス放出胴
、３０・・・混圧タービン、３１・・・蓄圧器、３２・
・・圧力液、３３・・・蒸気管、３４・・・蒸気管、第
　　２　　国 級通吟廟　（り 騒糞時簡　（わ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、低沸点媒体を使用し、その供給圧力のほぼ飽和温度
   まで媒体を加熱する予熱器、さらにその媒体を気化蒸発
   させる蒸発器、低沸点媒体駆動のタービン発電機、媒体
   蒸気を冷却液化する凝縮器および媒体ポンプを設置し、
   廃ガス熱を熱源として前記予熱器、蒸発器により低沸点
   媒体を加熱蒸発させ、発生蒸気により前記タービン発電
   機を駆動して廃熱より電気動力を回収するシステムにお
   いて、媒体蒸気を圧力液として貯える蓄圧器と、蓄圧器
   に蒸発器発生蒸気の一部を供給する配管と、予熱器出口
   媒体液の一部を導びくための配管と、蓄圧器より媒体蒸
   気を前記タービン発電機へ供給するための蒸気管とを備
   えたことを特徴とする廃熱回収発電プラント。