KR102149133B1 - 배열 회수 장치, 내연 기관 시스템과 선박 및 배열 회수 방법 - Google Patents

배열 회수 장치, 내연 기관 시스템과 선박 및 배열 회수 방법 Download PDF

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Abstract

디젤 주기 본체로부터 배출된 배기 가스로부터 열회수함으로써 주증기를 생성하는 배기 가스 이코노마이저이와, 주증기에 의하여 구동되는 증기 터빈과, 배기 가스 이코노마이저의 열회수 온도보다 저온인 저온 열원으로부터 열회수함으로써 유기 유체의 증기를 생성하는 유기 유체 열교환기와, 유기 유체 열교환기에서 생성된 유기 유체의 증기에 의하여 구동되는 유기 유체 터빈과, 증기 터빈 및 유기 유체 터빈으로부터의 출력에 의하여 발전하는 발전기를 구비하고, 유기 유체 터빈은, 증기 터빈의 속도 조정에 종속된 속도로 운전되며, 배기 가스 이코노마이저에서 생성되는 증기의 압력이 임곗값 이하가 된 경우에, 보조 보일러에서 생성된 보조 증기가 증기 터빈에 공급된다.

Description

배열 회수 장치, 내연 기관 시스템과 선박 및 배열 회수 방법{WASTE HEAT RECOVERY EQUIPMENT, INTERNAL COMBUSTION ENGINE SYSTEM, SHIP, AND WASTE HEAT RECOVERY METHOD}
본 발명은 배열 회수 장치, 내연 기관 시스템과 선박 및 배열 회수 방법에 관한 것이다.
종래부터, 선박의 추진용으로 대형 디젤 엔진(내연 기관)을 이용한 시스템에서는, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 열에너지를 배기 가스 이코노마이저에서 열회수하여 증기를 생성하고, 증기 터빈을 구동시켜 발전을 행하는 배열 회수 시스템이 알려져 있다.
또, 배기 가스 이코노마이저에서 열회수하는 온도보다 낮은 배열 온도에서도 열회수하여, 더 유효하게 배열 에너지를 회수하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는, 디젤 엔진의 재킷을 냉각하는 재킷 냉각수로부터, 물보다 저비점인 유기 유체에 의하여 배열을 회수하는 유기 랭킨 사이클(ORC; Organic Rankine Cycle)이 개시되어 있다.
또, 특허문헌 2에는, 내연 기관의 배기 가스로부터 열회수하여 구동되는 수증기 터빈과, 재킷 냉각수로부터 펜테인 등의 저비점 매체에 의하여 열회수하여 구동되는 증기 터빈을 콤바인드시켜 발전시키는 구성이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2013-160132호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2006-057597호
그러나, 저비점 매체인 유기 유체를 이용하는 유기 랭킨 사이클에서는, 이용하는 재킷 냉각수 등의 저온 열원이 내연 기관의 부하 변동 등의 영향을 받아 안정적이지 않다는 문제가 있다. 이로 인하여, 유기 랭킨 사이클에서 이용하는 유기 유체 터빈과 증기 터빈을 동일한 축에 접속하는 운용을 생각할 수 있다. 그러나, 특허문헌 2에서는, 증기 터빈측과 유기 유체 터빈측 중 어느 하나를 제어 대상으로 하고, 내연 기관의 부하 변동, 특히 내연 기관의 저부하 시에 대하여 안정적인 회전 구동으로 하는 제어 방법에 대해서는 언급되어 있지 않다.
한편, 디젤 엔진의 열효율은 해마다 개선되고 있기 때문에, 배기 가스 이코노마이저에서 배기 가스로부터 열회수할 수 있는 열량이 감소되고 있다. 이로 인하여, 선내 수요 전력을 증기 터빈 발전기 단독으로 조달할 만큼의 증기량을 배기 가스 이코노마이저에서 충분히 확보할 수 없게 되었다.
또한, 최근에는, 선박의 항행에 있어서의 연료비 삭감의 관점에서, 감속 운항이 주류가 되고 있기 때문에, 배기 가스 이코노마이저에서 생성할 수 있는 증기량이 더 부족하다는 사정이 있다.
디젤 엔진의 부하가 작아져 소정값을 하회하면, 배기 가스 이코노마이저만으로는 증기 터빈의 단독 운전에 필요한 증기가 얻어지지 않기 때문에, 증기 터빈의 운전을 정지하는 제어가 행해진다. 증기 터빈의 운전이 정지되면, 증기 터빈을 마스터로 하여 제어하고 있는 경우에는, 증기 터빈에 종속되는 유기 유체 터빈도 정지하지 않을 수 없게 된다. 이것으로는, 유기 유체 터빈을 단독으로 구동시켜 발전을 행할 수 없어, 배기 가스의 열에너지를 유효하게 회수할 수 없는 경우가 있다.
이에 대하여, 증기 터빈이나 유기 유체 터빈에 의하여 선내 수요 전력을 얻을 수 없는 경우에는, 별도로 마련된 발전용 디젤 엔진에 의하여 발전하는 디젤 발전기를 기동하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 디젤 발전기의 운전은 연료비가 커지기 때문에, 비용 저감의 관점에서는 바람직하지 않다. 또, 증기 터빈 및 디젤 발전기의 쌍방을 운전하면, 디젤 발전기의 최저 부하가 우선적으로 관리됨으로써, 증기 터빈에서 잉여의 증기가 발생할 가능성이 있다. 잉여 증기는 복수기(復水器)에 덤프되기 때문에 열적인 손실을 초래한다. 따라서, 디젤 엔진의 부하가 작아져도, 가능한 한 디젤 발전기를 기동시키지 않고 선내 수요 전력을 얻는 것이 요구된다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 내연 기관의 부하가 작아져 증기 터빈의 단독 운전이 곤란한 경우이더라도, 증기 터빈의 운전을 계속하여 유기 유체 터빈과 함께 발전을 행할 수 있는 배열 회수 장치, 내연 기관 시스템과 선박 및 배열 회수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 배열 회수 장치, 내연 기관 시스템과 선박 및 배열 회수 방법은 이하의 수단을 채용한다.
즉, 본 발명의 일 양태에 관한 배열 회수 장치는, 내연 기관 본체로부터 배출된 배기 가스로부터 열회수함으로써 주(主)증기를 생성하는 배기 가스 이코노마이저와, 주로 상기 배기 가스 이코노마이저로부터 유도된 상기 주증기에 의하여 구동되는 증기 터빈과, 상기 배기 가스 이코노마이저에서 열회수하는 온도보다 저온인 저온 열원으로부터 열회수함으로써 유기 유체의 증기를 생성하는 유기 유체 열교환기와, 상기 유기 유체 열교환기에서 생성된 상기 유기 유체의 증기에 의하여 구동되는 유기 유체 터빈과, 상기 증기 터빈 및 상기 유기 유체 터빈 중 적어도 하나로부터의 출력에 의하여 발전하는 발전기와, 연료의 연소열에 의하여 보조 증기를 생성하는 보조 보일러를 구비하고, 상기 유기 유체 터빈은, 상기 증기 터빈의 속도 조정에 종속된 속도로 운전되며, 상기 배기 가스 이코노마이저에서 생성된 상기 주증기의 압력이 임곗값 이하가 된 경우에, 상기 보조 보일러에서 생성된 상기 보조 증기가 상기 증기 터빈에 공급되는 것을 특징으로 한다.
배기 가스 이코노마이저에서 열회수하는 온도보다 저온인 저온 열원(예를 들면 재킷 냉각수)은, 내연 기관의 부하 변동 등의 영향이 크기 때문에 안정된 열원이라고는 할 수 없다. 이로 인하여, 이와 같은 저온 열원을 이용하는 유기 유체 터빈은, 안정성이 우수한 증기 터빈의 속도 조정에 종속된 속도로 운전된다. 즉, 증기 터빈을 마스터로 하고, 유기 유체 터빈을 슬레이브로 하는 운전을 행한다. 따라서, 마스터인 증기 터빈의 운전이 정지되면, 슬레이브인 유기 유체 터빈의 운전도 정지되는 제어가 된다.
한편, 내연 기관의 부하가 작아지면 배기 가스 이코노마이저에서 생성되는 주증기가 감소하여, 증기 터빈에 공급되는 증기 압력이 감소한다. 그리고, 배기 가스 이코노마이저에서 생성되는 주증기의 압력이 임곗값 이하가 된 경우, 본 발명에서는, 보조 보일러에서 생성된 보조 증기를 증기 터빈에 공급하여, 증기 터빈의 운전을 계속하는 것으로 했다. 이로써, 증기 터빈의 정지를 회피할 수 있기 때문에, 증기 터빈에 종속되어 동작하는 유기 유체 터빈의 운전도 계속하게 되어, 내연 기관이 저부하이더라도 유기 유체 터빈에 의한 발전이 가능해진다. 따라서, 디젤 발전기를 기동시킬 필요가 없어지기 때문에, 디젤 발전기를 운전하기 위한 연료비를 절약할 수 있고, 또 경우에 따라서는 디젤 발전기를 설치하지 않고 이니셜 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 양태에 관한 배열 회수 장치에서는 보조 보일러의 운전에 연료를 이용하게 되지만, 이 보조 보일러의 연료비는 디젤 발전기에서 소비하는 연료비에 비하면 훨씬 싸기 때문에, 충분히 비용 메리트가 있다.
또한, 보조 보일러로부터 보조 증기를 공급하는 타이밍을 결정하는 임곗값으로서는, 증기 터빈이 배기 가스 이코노마이저로부터 공급되는 주증기에 의하여 단독 운전할 수 있는 최소 압력을 기준으로 정해진다.
배기 가스 이코노마이저에서 생성되는 주증기의 압력으로서는, 바람직하게는, 배기 가스 이코노마이저를 구성하는 기수 분리기의 드럼 압력이 이용된다.
저온 열원으로서는, 예를 들면 80℃~90℃로 된 엔진 냉각수를 들 수 있다.
증기 터빈 및 유기 유체 터빈은 공통의 발전기에 접속되지만, 증기 터빈과 유기 유체 터빈은 공통의 회전축으로 접속되어도 되고, 각각 다른 회전축을 구비하며, 기어를 통하여 발전기에 접속되어도 된다. 요컨대, 증기 터빈의 속도에 의존하도록, 감속기나 발전기의 회전축을 통하여 유기 유체 터빈의 회전축이 증기 터빈의 회전축에 접속되어 있으면 된다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관한 배열 회수 장치에 있어서는, 상기 보조 보일러는, 상기 내연 기관에 공급되는 연료유를 가열하는 증기를 생성하는 연료 가열용 보일러로 되어 있어도 된다.
내연 기관에 공급되는 연료유(예를 들면 C 중유)의 점도를 적정하게 조정하기 위하여, 연료유를 증기에 의하여 가열한다. 이 연료 가열용 증기를 생성하기 위하여 연료 가열용 보일러는, 내연 기관의 설비에는 일반적으로 마련되어 있다. 본 발명에서는, 이 연료 가열 보일러를, 증기 터빈에 증기를 공급하는 보조 보일러로서 이용하는 것으로 했다. 이로써, 새롭게 전용 보일러를 추가할 필요없이 본 발명의 배열 회수 장치를 구성할 수 있다.
또, 본 발명의 일 양태에 관한 내연 기관 시스템은, 내연 기관 본체와, 상술한 배열 회수 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 중 어느 하나의 배열 회수 장치를 구비하고 있기 때문에, 내연 기관이 저부하이더라도 디젤 발전기를 운전시키지 않고 수요 전력을 공급할 수 있는 내연 기관 시스템을 제공할 수 있다.
또, 본 발명의 일 양태에 관한 선박은, 상기의 내연 기관 시스템을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 내연 기관 시스템을 구비하고 있는 선박으로 되어 있기 때문에, 디젤 발전기를 운전시키지 않고 선내 수요 전력을 조달할 수 있어, 연료유의 소비량을 삭감한 항행이 가능한 선박을 제공할 수 있다.
또, 본 발명의 일 양태에 관한 배열 회수 방법은, 내연 기관 본체로부터 배출된 배기 가스로부터 열회수함으로써 주증기를 생성하는 주증기 생성 공정과, 상기 주증기 생성 공정에서 얻어진 주증기에 의하여 증기 터빈을 구동하는 증기 터빈 구동 공정과, 상기 주증기 생성 공정에서 열회수하는 온도보다 저온인 저온 열원으로부터 열회수함으로써 유기 유체의 증기를 생성하는 유기 유체 증기 생성 공정과, 상기 유기 유체 증기 생성 공정에서 얻어진 상기 유기 유체의 증기에 의하여 유기 유체 터빈을 구동하는 유기 유체 터빈 구동 공정과, 상기 증기 터빈 구동 공정 및 상기 유기 유체 터빈 구동 공정 중 적어도 하나의 공정에서 얻어진 출력에 의하여 발전을 행하는 발전 공정과, 연료의 연소열에 의하여 보조 증기를 생성하는 보조 증기 생성 공정을 갖고, 상기 유기 유체 터빈을, 상기 증기 터빈의 속도 조정에 종속된 속도로 운전하며, 상기 주증기 생성 공정에서 생성되는 주증기의 압력이 임곗값 이하가 된 경우에, 상기 보조 증기 생성 공정에서 생성된 상기 보조 증기를 상기 증기 터빈에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 내연 기관의 부하가 작아져 배기 가스 이코노마이저에 의한 증기 터빈의 단독 운전이 곤란한 경우이더라도 유기 유체 터빈과 함께 발전을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 내연 기관 시스템의 일 실시형태를 나타낸 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 내연 기관 시스템의 제어 방법을 나타낸 그래프이다.
이하에, 본 발명에 관한 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 선박에 설치된 디젤 기관 시스템(1)은, 디젤 주기(主機)(내연 기관)(3)와, 디젤 주기(3)로부터 배출되는 열을 회수하는 배열 회수 장치(4)를 구비하고 있다.
배열 회수 장치(4)는, 디젤 주기(3)가 배출하는 고온의 배기 가스에 의하여 증기를 생성하는 배기 가스 이코노마이저(5)와, 주로 배기 가스 이코노마이저(5)에서 발생한 증기(이하, 배기 가스 이코노마이저(5)에서 발생한 증기를 "주증기" 라고 함)에 의하여 구동되는 증기 터빈(7)을 구비하고 있다. 또한, 배열 회수 장치(4)는, 디젤 주기(3)의 재킷 냉각기를 흐르는 재킷 냉각수(저온 열원)와 유기 유체 열교환기(75)에서 열교환하여 가열된 유기 유체의 증기에 의하여 구동되는 유기 유체 터빈(9)을 구비하고 있다. 증기 터빈(7)과 유기 유체 터빈(9)은, 각각, 공통의 발전기(11)를 구동하도록 되어 있다.
디젤 주기(3)는, 예를 들면 정격으로 200rpm 이하로 운전되는 저속 2스트로크 1사이클의 유니 플로 소기 방식으로 되어 있으며, 선박 추진용 프로펠러(13)를 구동한다. 디젤 주기(3)에 공급되는 압축 공기(소기)는, 디젤 주기(3)의 배기 가스에 의하여 구동되는 과급기(15)로부터 유도된다.
과급기(15)는, 동일한 축 상에 마련된 배기 터빈(17)과 컴프레서(19)를 갖고 있다.
배기 터빈(17)은, 디젤 주기(3)로부터 배출된 배기 가스에 의하여 회전 구동되도록 되어 있다. 배기 터빈(17)이 구동되면, 동일한 축 상에 마련된 컴프레서(19)가 회전하여 공기를 압축한다. 컴프레서(19)에 의하여 압축된 공기는, 공기 냉각기(20)에서 냉각된 후에, 디젤 주기(3)의 소기 트렁크(도시하지 않음)로 유도된다.
배기 터빈(17)의 하류 측은, 배기 가스관(21)을 통하여 배기 가스 이코노마이저(5)에 접속되어 있다.
디젤 주기(3)의 배기 가스의 일부가 추기(抽氣)되어 과급기(15)를 바이패스하도록, 배기 가스 바이패스관(23)이 마련되어 있다. 배기 가스 바이패스관(23)은, 그 상류단이 배기 터빈(17)의 상류 측에 접속되고, 그 하류단이 과급기(15)의 배기 가스관(21)에 접속되어 있다. 배기 가스 바이패스관(23)에는, 배기 가스 바이패스 밸브(25)가 마련되어 있다. 배기 가스 바이패스 밸브(25)는, 도시하지 않은 제어부에 의하여 그 개방도가 제어되도록 되어 있다.
제어부는, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 및 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체 등으로 구성되어 있다. 그리고, 각종 기능을 실현하기 위한 일련의 처리는, 일례로서, 프로그램의 형식으로 기억 매체 등에 기억되어 있어, 이 프로그램을 CPU가 RAM 등에 읽어내고, 정보의 가공·연산 처리를 실행함으로써, 각종 기능이 실현된다. 또한, 프로그램은, ROM이나 그 외의 기억 매체에 미리 인스톨해 두는 형태나, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 기억된 상태로 제공되는 형태, 유선 또는 무선에 의한 통신 수단을 통하여 전달되는 형태 등이 적용되어도 된다. 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체란, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등이다.
배기 가스 이코노마이저(5)는, 그 연도(煙道) 내에 과열기(27)와 제1 증발기(29)와 제2 증발기(31)를 갖고 있다. 이들 과열기(27), 제1 증발기(29) 및 제2 증발기(31)는, 배기 가스 이코노마이저(5)의 연도 내를 아래에서 위(배기 가스 흐름의 상류 측으로부터 하류 측)를 향하여 차례로 설치된 전열관군으로 되어 있다. 배기 가스 이코노마이저(5)의 연도 내에는, 과급기(15) 측으로부터 유도된 고온의 배기 가스가 흐르도록 되어 있고, 연도 내를 흐른 후, 배기 가스는, 하류 측에 접속된 굴뚝(도시하지 않음)을 거쳐 대기로 방출된다.
과열기(27)에는, 고압 기수 분리기(33)의 상방의 기상부(氣相部)로부터 포화 증기가 유도된다. 제1 증발기(29)에는, 고압 기수 분리기(33)의 하방의 액상부(液相部)로부터 물이 유도된다. 제2 증발기(31)에는, 저압 기수 분리기(35)의 하방의 액상부로부터 물이 유도된다.
고압 기수 분리기(33)에는, 고압 기수 분리기(33) 내의 수위를 조정하는 고압 레벨 조정 밸브(37)를 통하여 공기 냉각기(20)로부터 유도된 물이 공급된다. 고압 기수 분리기(33) 내의 물은, 고압 순환수 펌프(39)에 의하여 제1 증발기(29)에 유도된다. 고압 기수 분리기(33)에는, 제1 증발기(29)로부터의 수분을 포함한 습증기가 유도되고, 물과 증기로 분리된다. 분리된 포화 증기는, 과열기(27)에 유도되어 과열 증기가 된다. 과열기(27)에서 생성된 과열 증기는, 과열 증기 공급관(41)을 통하여 증기 터빈(7)으로 유도된다.
고압 기수 분리기(33)에는, 고압 기수 분리기(33) 내의 드럼 압력을 검출하는 압력 센서(26)가 마련되어 있다. 압력 센서(26)의 검출 출력은, 제어부로 송신된다.
고압 기수 분리기(33)의 기상부와 과열기(27)의 사이에는, 고압 증기 추기 밸브(44)를 통하여 과열기(27)를 향하는 포화 증기를 추기하여 취출하는 고압 증기 추기 배관(43)이 마련되어 있다. 고압 증기 추기 배관(43)을 통하여 취출된 고압 증기는, 선내 잡용 증기로서 이용된다.
또, 고압 기수 분리기(33)의 기상부와 과열기(27)의 사이에는, 과열기(27)를 향하는 포화 증기를 취출하여 복수기(34)로 유도하는 고압 증기 덤프 배관(36)이 마련되어 있다. 고압 증기 덤프 배관(36)에는, 제어부에 의하여 제어되는 고압 덤프 밸브(38)가 마련되어 있다. 고압 덤프 밸브(38)가 개방됨으로써, 증기 터빈(7)에 공급하기에는 과잉인 증기가 증기 터빈(7)을 바이패스하여 복수기(34)로 배기된다. 고압 덤프 밸브(38)가 개방되는 타이밍은, 상술한 압력 센서(26)에 의하여 얻어지는 드럼 압력이 소정의 임곗값을 넘는 경우가 된다.
고압 기수 분리기(33)에는, 연료를 연소시키는 버너(45)가 마련되어 있다. 이 버너(45)는, 고압 기수 분리기(33) 내의 물을 가열시켜 증기를 생성하기 위한 것이다. 이 버너(45)에 의하여 생성된 증기는, 디젤 주기(3)에 공급하는 연료유(예를 들면 C 중유)의 점도 조정을 행하기 위하여 가열하는 연료 가열기로 공급된다. 이와 같이, 버너(45)와 고압 기수 분리기(33)에 의하여 보조 보일러(47)가 구성되어 있다. 이 보조 보일러(47)는, 콤퍼짓 보일러(composite boiler)나 동키 보일러(donkey boiler)라고도 칭해지고, 디젤 기관 시스템(1)에 표준적으로 탑재되는 것이다. 또, 보조 보일러(47)는, 거주 구역의 난방용으로서의 증기를 공급할 수도 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 보조 보일러(47)의 버너(45)에 의하여 생성된 보조 증기를 증기 터빈(7)으로 유도할 수 있도록 되어 있다. 증기 터빈(7)에 보조 증기를 유도할 때의 버너(45)의 점화 타이밍은, 고압 기수 분리기(33)에 마련된 압력 센서(26)의 출력에 근거하여 제어부에 의하여 결정된다.
저압 기수 분리기(35)에는, 저압 기수 분리기(35) 내의 수위를 조정하는 저압 레벨 조정 밸브(49)를 통하여 공기 냉각기(20)로부터 유도된 물이 공급된다. 저압 기수 분리기(35) 내의 물은, 저압 순환수 펌프(51)에 의하여 제2 증발기(31)에 유도된다.
저압 기수 분리기(35)에는, 제2 증발기(31)로부터의 수분을 포함한 습증기가 유도되고 물과 증기로 분리된다. 분리된 포화 증기는, 저압 증기 공급관(53)을 통하여 증기 터빈(7)의 중간단으로 유도된다.
저압 증기 공급관(53)에는, 포화 증기를 추기하여 취출하는 저압 증기 추기 배관(55)이 마련되어 있다. 저압 증기 추기 배관(55)에는 저압 증기 추기 밸브(56)가 마련되어 있다. 저압 증기 추기 배관(55)을 통하여 취출된 저압 증기는, 선내 잡용 증기로서 이용된다.
또, 저압 증기 공급관(53)에는, 증기 터빈(7)의 중간단을 향하는 포화 증기를 취출하여 복수기(34)로 유도하는 저압 증기 덤프 배관(57)이 마련되어 있다. 저압 증기 덤프 배관(57)에는, 제어부에 의하여 제어되는 저압 덤프 밸브(59)가 마련되어 있다. 이 저압 증기 덤프 배관(57)에 의하여, 증기 터빈(7)의 중간단에 공급하기에는 과잉인 증기가 증기 터빈(7)을 바이패스하여 복수기(34)로 배기된다.
증기 터빈(7)의 상류 측(고압 측)에 과열 증기를 유도하는 과열 증기 공급관(41)에는, 고압 증기 스톱 밸브(61)와 속도 조정 밸브(63)가 마련되어 있다. 고압 증기 스톱 밸브(61)와 속도 조정 밸브(63)는, 제어부에 의하여 제어된다. 증기 터빈(7)을 운용하는 경우에는, 개폐 밸브인 고압 증기 스톱 밸브(61)가 완전 개방되고, 증기 터빈(7)을 운용하지 않는 경우에는 고압 증기 스톱 밸브(61)가 완전 폐쇄된다. 속도 조정 밸브(63)는, 제어부의 지시에 근거하여, 선내 계통의 주파수와 발전량 요구에 대응하도록 개방도가 조정된다.
증기 터빈(7)의 중간단에 저압 증기를 유도하는 저압 증기 공급관(53)에는, 저압 증기 스톱 밸브(65)와 저압 증기 제어 밸브(67)가 마련되어 있다. 저압 증기 스톱 밸브(65)와 저압 증기 제어 밸브(67)는, 제어부에 의하여 제어된다. 증기 터빈(7)을 운용하는 경우에는, 개폐 밸브인 저압 증기 스톱 밸브(65)가 완전 개방되고, 증기 터빈(7)을 운용하지 않는 경우에는 저압 증기 스톱 밸브(65)가 완전 폐쇄된다. 저압 증기 제어 밸브(67)는, 제어부의 지시에 근거하여 개방도가 조정된다.
증기 터빈(7)은, 고압 증기 스톱 밸브(61) 및 속도 조정 밸브(63)를 통하여 유도된 과열 증기와, 저압 증기 스톱 밸브(65) 및 저압 증기 제어 밸브(67)를 통하여 유도된 저압 증기에 의하여 회전 구동되고, 이 회전 출력이 증기 터빈측 감속기(69)를 통하여 발전기(11)로 전달된다.
증기 터빈(7)에서 워크(work)를 끝낸 증기는, 복수기(34)로 유도되고, 해수나 청수에 의하여 냉각되어 응축 액화된다. 응축 액화된 복수는, 복수 펌프(71)에 의하여 대기압 드레인 탱크(73)로 유도되어, 기액이 분리된다. 대기압 드레인 탱크(73)에서 탈기된 물이 급수 펌프(76)에 의하여 공기 냉각기(20)로 유도된다. 공기 냉각기(20)에서는, 급수 펌프(76)에 의하여 유도된 물에 의하여, 과급기(15)의 컴프레서(19)에서 압축되어 온도 상승한 압축 공기가 냉각된다.
디젤 주기(3)에는, 각 실린더를 냉각하는 재킷 냉각기를 흐르는 재킷 냉각수와 열교환하는 유기 유체 열교환기(75)가 마련되어 있다. 재킷 냉각수의 온도는, 80℃~90℃로 되어 있다. 유기 유체 열교환기(75)는, 유기 유체 및 유기 유체의 증기가 순환하는 유기 유체 경로(77) 내에 마련되어 있다. 유기 유체로서는, 재킷 냉각수의 열원으로 증발하는 저비점 매체가 바람직하고, 아이소펜테인, 뷰테인, 프로페인 등의 저분자 탄화 수소나, 냉매로서 이용되는 R134a, R245fa 등을 이용할 수 있다.
유기 유체 경로(77)는 폐회로로 되어 있고, 유기 유체를 순환시키기 위한 유기 유체 펌프(79)가 마련되어 있다. 유기 유체는, 유기 유체 열교환기(75), 유기 유체 입구 밸브(80), 유기 유체 터빈(9), 응축기(81)를 통과하도록 상 변화를 반복하면서 순환한다.
유기 유체 입구 밸브(80)는, 제어부에 의하여 제어되어, 유기 유체 터빈(9)을 운용하는 경우에는 완전 개방되고, 유기 유체 터빈(9)을 운용하지 않는 경우에는 완전 폐쇄된다.
유기 유체 터빈(9)은, 유기 유체 열교환기(75)에 의하여 생성된 유기 유체의 증기에 의하여 회전 구동된다. 유기 유체 터빈(9)의 회전 동력은, 유기 유체측 감속기(83)에서 감속된 후에, 자동 접속/차단 클러치(84)를 통하여 발전기(11)에 전달되도록 되어 있다. 자동 접속/차단 클러치(84)는, 싱크로·셀프 시프팅·클러치 또는 SSS(스리에스) 클러치라고도 칭해지고, 유기 유체 터빈(9) 측의 출력축의 회전수가 자동 접속/차단 클러치(84)의 입력축의 회전수에 도달했을 때에 클로가 서로 맞물려 끼워 맞춰져 회전력을 전달하는 것이다.
유기 유체 터빈(9)에서 워크를 끝낸 유기 유체의 증기는, 응축기(81)에서 해수나 청수에 의하여 냉각되어 응축 액화한다. 응축 액화한 유기 유체는, 유기 유체 펌프(79)에 의하여 유기 유체 열교환기(75)로 보내진다.
이와 같이, 유기 유체 경로(77)는, 유기 유체 열교환기(75), 유기 유체 터빈(9), 응축기(81) 및 유기 유체 펌프(79)와 함께 유기 랭킨 사이클(ORC; Organic Rankine Cycle)을 구성한다.
유기 유체 터빈(9)은, 증기 터빈(7)과 같은 속도 조정 밸브(63)를 갖고 있지 않아, 속도 조정을 행하도록 되어 있지 않다. 이것은, 유기 유체 열교환기(75)에서 열회수하는 재킷 냉각수로부터의 열량이 디젤 주기의 부하 변동에 크게 의존하여, 열회수량이 안정적이지 않기 때문에 유기 유체의 증기의 유량을 제어한 속도 조정이 곤란하기 때문이다. 따라서, 본 실시형태에서는, 증기 터빈(7)과 공통의 발전기(11)에 유기 유체 터빈(9)을 접속하는 것으로 한 후에, 증기 터빈(7)의 속도 제어에 유기 유체 터빈(9)을 종속시키는 것으로 했다. 즉, 증기 터빈(7)을 마스터로 하고, 유기 유체 터빈(9)을 슬레이브로 하는 제어를 행한다. 이로써, 증기 터빈(7)이 운전되고 있는 동안은, 유기 유체 터빈(9)도 운전 가능해지고, 증기 터빈(7) 및 유기 유체 터빈(9) 양쪽 모두를 이용한 발전이 발전기(11)에서 가능해진다. 증기 터빈(7)의 구동력에 유기 유체 터빈(9)의 구동력을 합한 합계 구동력이 발전기(11)에 전달된다. 이 합계 구동력은, 속도 조정 밸브(63)에 의하여 안정적으로 제어되게 된다. 발전기(11)에서 얻어진 전기 출력은, 출력 전선(87) 및 차단기(89)를 통하여 선내 전력 계통(90)으로 유도된다.
다음으로, 상술한 디젤 기관 시스템(1)의 운전 방법에 대하여 설명한다.
디젤 주기(3)가 운전을 개시하면, 과급기(15)에서 압축된 압축 공기가 공기 냉각기(20)에서 냉각된 후에 디젤 주기(3)로 공급된다. 디젤 주기(3)의 통 내에서는, 공급된 압축 공기와 연료유에 의하여 연소가 행해진다. 연료유는, 보조 보일러(47)에 의하여 생성된 증기에 의하여 연료유 가열 장치에서 점도 조정된 것이 이용된다.
디젤 주기(3)에서 연소가 행해진 후의 배기 가스는, 과급기(15)의 배기 터빈(17)을 거쳐 배기 가스관(21)을 통과하여 배기 가스 이코노마이저(5)로 유도된다. 배기 가스는, 배기 가스 이코노마이저(5) 내를 통과할 때에 과열기(27), 제1 증발기(29) 및 제2 증발기(31)와 열교환을 한다.
제1 증발기(29) 내의 물은, 배기 가스와 열교환함으로써 습증기가 된다. 이 습증기는, 고압 기수 분리기(33)에 유도되어 수분이 분리된 후, 과열기(27)에 유도된다. 과열기(27) 내의 증기는, 배기 가스와 열교환함으로써 과열 증기가 된다. 이와 같이 생성된 과열 증기는, 과열 증기 공급관(41)을 통과하고, 고압 증기 스톱 밸브(61) 및 속도 조정 밸브(63)를 거쳐 증기 터빈(7)에 공급된다.
제2 증발기(31) 내의 물은, 배기 가스와 열교환함으로써 습증기가 된다. 이 습증기는, 저압 기수 분리기(35)에 유도되어 수분이 분리된 후, 분리된 저압 증기는, 저압 증기 공급관(53)을 통과하고, 저압 증기 스톱 밸브(65) 및 저압 증기 제어 밸브(67)를 거쳐 증기 터빈(7)의 중단에 공급된다.
증기 터빈(7)은, 상술과 같이 유도된 과열 증기 및 저압 증기에 의하여 회전 구동되고, 이 회전 출력이 발전기(11)로 전달된다.
한편, 디젤 주기(3)의 재킷 냉각기에서 실린더를 냉각한 재킷 냉각수는, 유기 유체 열교환기(75)로 유도되고, 유기 유체 경로(77)를 순환하는 유기 유체와 열교환한다. 유기 유체는, 유기 유체 열교환기(75)에서 재킷 냉각수의 현열에 의하여 가열되고 증발 기화한다. 증발 기화하여 고엔탈피가 된 유기 유체의 증기는, 유기 유체 터빈(9)으로 유도되고, 그 열락(熱落) 차에 의하여 유기 유체 터빈(9)을 회전 구동시킨다. 유기 유체 터빈(9)의 회전 출력은, 유기 유체 터빈(9)의 회전수가 소정값 이상이 된 경우에 자동 접속/차단 클러치(84)가 연결되어, 발전기(11)로 전달된다. 그 후의 유기 유체 터빈(9)의 회전수는, 마스터인 증기 터빈(7)의 속도 조정에 의존한 것이 된다.
유기 유체 터빈(9)에서 워크를 끝낸 유기 유체의 증기는, 응축기(81)로 유도되고, 해수나 청수에 의하여 냉각됨으로써 응축 액화한다. 응축 액화한 유기 유체는, 유기 유체 펌프(79)에 의하여 다시 유기 유체 열교환기(75)로 유도된다.
발전기(11)에서는, 증기 터빈(7) 및 유기 유체 터빈(9)으로부터 얻어진 회전 출력에 의하여 발전하고, 그 발전 출력을 출력 전선(87) 및 차단기(89)를 통하여 선내 전력 계통(90)으로 공급한다.
그리고, 본 실시형태에서는, 디젤 주기(3)의 부하가 감소하여, 배기 가스 이코노마이저(5)에서 발생하는 증기의 압력이 감소하고, 임곗값 이하가 된 경우에, 이하와 같은 제어를 행한다.
디젤 주기(3)의 부하가 감소하면, 배기 가스 에너지가 감소하기 때문에, 배기 가스 이코노마이저(5)에서 생성되는 고압 증기의 압력이 감소한다. 이 고압 증기의 압력은, 고압 기수 분리기(33)에 마련된 압력 센서(26)에 의하여 검출되어, 제어부로 보내진다. 제어부에서는, 압력 센서(26)로부터 얻어진 압력이 임곗값 이하가 된 경우, 보조 보일러(47)의 버너(45)에 점화 지령을 송신하여, 버너(45)를 점화시킨다. 또한, 버너(45)의 점화를 행하는 압력의 임곗값은, 증기 터빈(7)이 배기 가스 이코노마이저(5)로부터 공급되는 증기에 의하여 단독으로 운전할 수 있는 최소 압력을 기준으로 정해진다.
보조 보일러(47)의 버너(45)가 점화되면, 버너(45)의 연소열에 의하여 고압 기수 분리기(33)에서 증기가 생성되고, 생성된 증기가 속도 조정 밸브(63)를 통하여 증기 터빈(7)으로 유도된다. 이로써, 증기 터빈(7)의 운전이 계속되고, 동시에 증기 터빈(7)에 종속되는 유기 유체 터빈(9)의 운전도 계속된다.
그 후, 디젤 주기(3)의 부하가 상승하여, 배기 가스 이코노마이저(5)로부터 얻어지는 증기의 압력이 회복되고, 소정값 이상이 된 경우에는, 배기 가스 이코노마이저(5)로부터의 증기에 의해서만 증기 터빈의 단독 운전이 가능해진다. 이 경우에는, 제어부로부터의 지령에 의하여 보조 보일러(47)의 버너(45)의 점화를 정지해도 되고, 선내 수요 전력과의 관계에서 버너(45)의 점화를 계속해도 된다. 버너(45)의 점화를 계속하는 경우에는, 예를 들면 고압 기수 분리기(33) 내의 압력이 상승하여 고압 덤프 밸브(38)가 개방되는 압력이 될 때까지 계속해도 된다. 이로써, 보조 보일러(47)로부터의 증기에 의하여, 배기 가스 이코노마이저(5)로부터의 증기만으로는 부족한 선내 수요 전력을 보완할 수 있다.
도 2에는, 본 실시형태의 배열 회수 장치(4)의 제어 방법이 비교예와 함께 나타나 있다. 또한, 동일 도면에 있어서의 각 수치는 발명을 이해하기 쉽게 하기 위하여 든 예시이며, 발명을 한정하는 것은 아니다.
동일 도면에 있어서, 가로축은 디젤 주기 출력(%), 세로축은 전력(kW)을 나타낸다. 디젤 주기 출력 100%는 디젤 주기의 정격 출력을 의미하고, Q(kW)는 선내 수요 전력을 의미한다.
선 A는, 비교예로서의 Case1이며, 배기 가스 이코노마이저(5)로부터 얻어진 증기에 의해서만 구동되는 증기 터빈(STG)(7)의 발전량을 나타낸다. 동일 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 디젤 주기 출력이 100%인 경우에는 선내 수요 전력을 얻을 수 있지만, 상용 운전 부하인 디젤 주기 출력이 85%에서는, a(kW)만큼 전력이 부족하게 된다. 또, 디젤 주기 출력이 30%까지 감소하면, 배기 가스 이코노마이저(5)로부터의 증기만으로는 증기 터빈(7)에 의한 단독 운전이 불가능해져 발전량은 제로가 된다.
선 B는, 비교예로서의 Case2이며, Case1의 증기 터빈(7)에 더하여 유기 유체 터빈(9)을 이용한 유기 랭킨 사이클(ORC)에 의한 발전을 조합한 경우의 발전량을 나타낸다. 이 Case2도 Case1과 동일하게, 증기 터빈(7)은 배기 가스 이코노마이저(5)로부터의 증기에 의해서만 운전된다. 동일 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상용 운전 부하인 디젤 주기 출력이 85%에서는, 유기 유체 터빈(9)에 의한 어시스트에 의하여 선내 수요 전력을 얻을 수 있다. 그러나, 디젤 주기 출력이 75%를 하회하면, 증기 터빈(7) 및 유기 유체 터빈(9)만으로는 선내 수요 전력을 얻을 수 없다. 또한, 디젤 주기 출력이 30%까지 감소하면, 증기 터빈(7)에 의한 단독 운전이 불가능해지고, 증기 터빈(7)에 종속되어 제어되는 유기 유체 터빈(9)도 동시에 정지하기 때문에 발전량은 제로가 된다.
선 C는, 본 실시형태를 나타내는 Case3이며, Case2의 증기 터빈(7)과 유기 유체 터빈(9)의 조합에 더하여, 보조 보일러(47)를 이용한 경우의 발전량을 나타낸다. 동일 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 보조 보일러(47)로부터의 증기에 의하여 증기 터빈(7)이 어시스트되고 있기 때문에, 디젤 주기 출력이 50%를 하회할 때까지는, 선내 수요 전력을 얻을 수 있다. 또, 디젤 주기 출력이 30%를 하회하고, 배기 가스 이코노마이저(5)로부터의 증기만에 의한 증기 터빈(7)의 단독 운전이 불가능해져도, 보조 보일러(47)로부터의 증기에 의하여 증기 터빈(7)의 운전이 계속되기 때문에, 유기 유체 터빈(9)의 운전도 계속되어, 디젤 주기 출력이 10%가 될 때까지 발전을 하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 이하의 작용 효과를 나타낸다.
보조 보일러(47)에서 생성된 증기를 증기 터빈(7)에 공급하여, 증기 터빈(7)의 운전을 계속하는 것으로 했다. 이로써, 디젤 주기(3)의 부하가 저하되어도 증기 터빈(7)의 정지를 회피할 수 있기 때문에, 증기 터빈에 종속되어 동작하는 유기 유체 터빈(9)의 운전도 계속하게 되어, 유기 유체 터빈(9)에 의한 발전이 가능해진다. 따라서, 디젤 발전기를 기동시킬 필요가 없어지기 때문에, 디젤 발전기를 운전하기 위한 연료비를 절약할 수 있고, 또 경우에 따라서는 디젤 발전기를 설치하지 않아 이니셜 비용을 저감시킬 수 있다.
디젤 주기(3)의 연료유를 가열하는 보조 보일러(47)를 증기 터빈(7)에 증기를 공급하는 보일러로서 겸용시키는 것으로 했기 때문에, 새롭게 전용 보일러를 추가할 필요없이 본 실시형태의 배열 회수 장치(4)를 구성할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 선박에 적용하는 내연 기관 시스템을 전제로 하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 육상에 설치되는 내연 기관 시스템에도 적용할 수 있는 것이다.
또, 저온 열원으로서 재킷 냉각수를 일례로서 설명했지만, 배기 가스 이코노마이저에서 열회수하는 온도보다 낮고, 나아가서는 100℃ 이하의 온도의 저온 열원이어도, 유기 유체에 의하여 열회수하여 유기 유체 터빈을 운전할 수 있으면, 재킷 냉각수 이외의 저온 열원을 이용할 수도 있다.
1 디젤 기관 시스템(내연 기관 시스템)
3 디젤 주기(내연 기관)
4 배열 회수 장치
5 배기 가스 이코노마이저
7 증기 터빈
9 유기 유체 터빈
11 발전기
15 과급기
20 공기 냉각기
26 압력 센서
27 과열기
29 제1 증발기
31 제2 증발기
33 고압 기수 분리기
35 저압 기수 분리기
45 버너
47 보조 보일러
63 속도 조정 밸브
75 유기 유체 열교환기(저온 열원)
77 유기 유체 경로
79 유기 유체 펌프
80 유기 유체 입구 밸브
81 응축기
90 선내 전력 계통

Claims (5)

  1. 내연 기관 본체로부터 배출된 배기 가스로부터 열회수함으로써 주증기를 생성하는 배기 가스 이코노마이저와,
    주로 상기 배기 가스 이코노마이저로부터 유도된 상기 주증기에 의하여 구동되는 증기 터빈과,
    상기 배기 가스 이코노마이저에서 열회수하는 온도보다 저온인 저온 열원으로부터 열회수함으로써 유기 유체의 증기를 생성하는 유기 유체 열교환기와,
    상기 유기 유체 열교환기에서 생성된 상기 유기 유체의 증기에 의하여 구동되는 유기 유체 터빈과,
    상기 증기 터빈 및 상기 유기 유체 터빈 중 적어도 하나로부터의 출력에 의하여 발전하는 발전기와,
    연료의 연소열에 의하여 보조 증기를 생성하는 보조 보일러를 구비하고,
    상기 유기 유체 터빈은, 상기 증기 터빈의 속도 조정에 종속된 속도로 운전되며,
    상기 배기 가스 이코노마이저에서 생성된 상기 주증기의 압력이 임곗값 이하가 된 경우에, 상기 보조 보일러의 버너가 점화되고, 상기 버너의 점화에 따라서 상기 보조 보일러에서 생성된 상기 보조 증기가 상기 증기 터빈에 공급되고,
    상기 임곗값은, 상기 증기 터빈이 상기 배기 가스 이코노마이저로부터 공급되는 주증기에 의하여 단독 운전할 수 있는 최소 압력을 기준으로 정해지고,
    상기 단독 운전이 불가능해져도, 보조 보일러로부터의 증기에 의하여 상기 증기 터빈의 운전이 계속되는 것을 특징으로 하는 배열 회수 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조 보일러는, 상기 내연 기관에 공급되는 연료유를 가열하는 증기를 생성하는 연료 가열용 보일러로 되어 있는 것을 특징으로 하는 배열 회수 장치.
  3. 내연 기관 본체와,
    청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 배열 회수 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관 시스템.
  4. 청구항 3에 기재된 내연 기관 시스템을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 선박.
  5. 내연 기관 본체로부터 배출된 배기 가스로부터 열회수함으로써 주증기를 생성하는 주증기 생성 공정과,
    상기 주증기 생성 공정에서 얻어진 주증기에 의하여 증기 터빈을 구동하는 증기 터빈 구동 공정과,
    상기 주증기 생성 공정에서 열회수하는 온도보다 저온인 저온 열원으로부터 열회수함으로써 유기 유체의 증기를 생성하는 유기 유체 증기 생성 공정과,
    상기 유기 유체 증기 생성 공정에서 얻어진 상기 유기 유체의 증기에 의하여 유기 유체 터빈을 구동하는 유기 유체 터빈 구동 공정과,
    상기 증기 터빈 구동 공정 및 상기 유기 유체 터빈 구동 공정 중 적어도 하나의 공정에서 얻어진 출력에 의하여 발전을 행하는 발전 공정과,
    연료의 연소열에 의하여 보조 증기를 생성하는 보조 증기 생성 공정을 갖고,
    상기 유기 유체 터빈을, 상기 증기 터빈의 속도 조정에 종속된 속도로 운전하며,
    상기 주증기 생성 공정에서 생성되는 주증기의 압력이 임곗값 이하가 된 경우에, 상기 보조 증기 생성 공정에 있어서 버너가 점화되고, 상기 버너의 점화에 따라서 상기 보조 증기 생성 공정에서 생성된 상기 보조 증기를 상기 증기 터빈에 공급하는 배열 회수 방법으로서,
    상기 임곗값은, 상기 증기 터빈이 상기 주증기에 의하여 단독 운전할 수 있는 최소 압력을 기준으로 정해지고,
    상기 단독 운전이 불가능해져도, 보조 보일러로부터의 증기에 의하여 상기 증기 터빈의 운전이 계속되는 것을 특징으로 하는 배열 회수 방법.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6620843B2 (ja) * 2018-06-13 2019-12-18 三菱造船株式会社 排熱回収システム、船舶
CN109252910A (zh) * 2018-10-30 2019-01-22 中船动力研究院有限公司 一种废气余热利用系统
UA141780U (uk) * 2019-10-21 2020-04-27 Іван Іванович Котурбач Дизель-парова електростанція
US11371392B1 (en) * 2021-01-07 2022-06-28 General Electric Company System and method for improving startup time in a fossil-fueled power generation system
NO347043B1 (en) * 2021-01-12 2023-04-24 Karbon Ccs Ltd Vessel with a Carbon dioxide Capture System
JP2023086318A (ja) * 2021-12-10 2023-06-22 三菱重工マリンマシナリ株式会社 排熱回収システム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006057597A (ja) * 2004-08-24 2006-03-02 Osaka Gas Co Ltd 排熱回収システム
JP2015514179A (ja) * 2012-03-28 2015-05-18 アルストム テクノロジー リミテッドＡＬＳＴＯＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ コンバインドサイクル発電プラントおよびコンバインドサイクル発電プラントを運転する方法
JP2015113084A (ja) * 2013-12-13 2015-06-22 三井造船株式会社 舶用蒸気システム及びその制御方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6226304A (ja) * 1985-07-29 1987-02-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 蒸気−バイナリ−複合地熱発電システム
CN101663377B (zh) * 2007-02-12 2013-05-01 沙索技术有限公司 电力与烃的联产
EP2212524A4 (en) * 2007-10-04 2012-04-18 United Technologies Corp CASCADED ORGANIC RANKINE CYCLE (ORC) SYSTEM USING RESIDUAL HEAT FROM AN ALTERNATIVE ENGINE
US8850814B2 (en) * 2009-06-11 2014-10-07 Ormat Technologies, Inc. Waste heat recovery system
JP5578907B2 (ja) * 2010-03-29 2014-08-27 三菱重工業株式会社 石炭ガス化複合発電プラント
JP2011231636A (ja) * 2010-04-26 2011-11-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排熱回収発電装置およびこれを備えた船舶
JP2012082750A (ja) * 2010-10-12 2012-04-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排熱回収発電装置およびこれを備えた船舶
JP5167326B2 (ja) * 2010-11-05 2013-03-21 三菱重工業株式会社 エンジン排気エネルギー回収装置
JP2012149541A (ja) * 2011-01-17 2012-08-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排熱回収発電装置および船舶
JP5829814B2 (ja) * 2011-02-09 2015-12-09 川崎重工業株式会社 舶用発電システム
JP2013160132A (ja) 2012-02-03 2013-08-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排熱回収利用システム
US9551241B2 (en) * 2012-07-02 2017-01-24 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Waste heat recovery power generation plant for sintering facility
CN103161607A (zh) * 2013-03-04 2013-06-19 西安交通大学 一种基于内燃机余热利用的联合发电系统
CN103967648B (zh) * 2014-05-21 2015-10-28 哈尔滨工程大学 一种船舶低速柴油机余热综合回收系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006057597A (ja) * 2004-08-24 2006-03-02 Osaka Gas Co Ltd 排熱回収システム
JP2015514179A (ja) * 2012-03-28 2015-05-18 アルストム テクノロジー リミテッドＡＬＳＴＯＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ コンバインドサイクル発電プラントおよびコンバインドサイクル発電プラントを運転する方法
JP2015113084A (ja) * 2013-12-13 2015-06-22 三井造船株式会社 舶用蒸気システム及びその制御方法

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