WO2011065304A1 - 蒸気タービン発電システムおよびこれを備える船舶 - Google Patents

蒸気タービン発電システムおよびこれを備える船舶 Download PDF

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exhaust gas
steam
pipe
steam turbine
diesel engine
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白石 啓一
芳弘 市来
岡部 雅彦
長面川 昇司
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三菱重工業株式会社
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    • F22B1/1807Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • the present invention relates to a steam turbine power generation system and a ship equipped with the same.
  • a large ship is provided with a two-stroke diesel engine for propulsion and a four-stroke diesel engine for power generation.
  • the 2-stroke diesel engine has a larger exhaust gas flow rate than the 4-stroke diesel engine. Therefore, the exhaust gas discharged from the two-stroke diesel engine is guided to the exhaust gas boiler to generate steam, and the generated steam is guided to the steam turbine to rotate the steam turbine. Steam turbine power generation systems that generate electricity are used.
  • Patent Document 1 discloses that power generation is performed using the thermal energy of exhaust gas discharged from a two-stroke diesel engine.
  • the temperature of the exhaust gas discharged from the 2-stroke diesel engine is, for example, 200 ° C to 300 ° C. Therefore, when steam is generated using the thermal energy of exhaust gas, the temperature of the generated steam cannot be increased further. For this reason, the efficiency of the steam turbine through which the steam is guided cannot be improved. Since the efficiency of the steam turbine cannot be improved, there has been a problem that it is not possible to increase the amount of electric power that can be recovered from the generator connected to the steam turbine.
  • This invention is made
  • the steam turbine electric power generation system which can increase the electric energy obtained from the generator connected to a steam turbine, and a ship provided with the same are provided.
  • the steam turbine electric power generation system which can increase the electric energy obtained from the generator connected to a steam turbine, and a ship provided with the same are provided.
  • the steam turbine electric power generation system which can increase the electric energy obtained from the generator connected to a steam turbine, and a ship provided with the same are provided. For the purpose.
  • the steam turbine power generation system of the present invention and a ship equipped with the same employ the following means. That is, the steam turbine power generation system according to the first aspect of the present invention includes a two-stroke diesel engine, a four-stroke diesel engine, and a first boiler that generates steam by introducing exhaust gas discharged from the two-stroke diesel engine. A second boiler that generates steam when the exhaust gas discharged from the four-stroke diesel engine is guided, a steam turbine that guides the steam generated in the first boiler and the second boiler, and the steam turbine rotates. And a steam turbine generator that generates electric power by being driven.
  • the temperature of the exhaust gas discharged from the 4-stroke diesel engine is higher than the temperature of the exhaust gas discharged from the 2-stroke diesel engine. Therefore, in addition to the first boiler that generates steam using the heat of the exhaust gas discharged from the 2-stroke diesel engine, a second boiler that generates steam using the heat obtained from the exhaust gas of the 4-stroke diesel engine is provided. It was. Therefore, the amount of steam supplied to the steam turbine can be increased. Therefore, it is possible to increase the amount of power of the steam turbine power generation system by effectively using the heat of the exhaust gas of the 4-stroke diesel engine.
  • a steam turbine power generation system includes a two-stroke diesel engine, a four-stroke diesel engine, a first boiler that generates steam by introducing exhaust gas discharged from the two-stroke diesel engine, A steam generated in the first boiler is superheated by heat of exhaust gas discharged from the 4-stroke diesel engine, a steam turbine to which steam superheated by the superheater is guided, and the steam turbine rotates. And a steam turbine generator that generates steam turbine power by being driven.
  • the steam turbine power generation system may include a gas turbine that rotationally drives the steam turbine when a part of the exhaust gas discharged from the two-stroke diesel engine is guided and rotationally driven. Good.
  • a part of the exhaust gas that has passed through the second boiler or the superheater may be merged with the exhaust gas guided to the first boiler.
  • the first boiler is supplied with a part of the exhaust gas that has passed through the second boiler or the superheater. Therefore, even when the 2-stroke diesel engine is stopped, the exhaust gas discharged from the 4-stroke diesel engine can be guided to the first boiler to generate steam. Therefore, even when the two-stroke diesel engine is stopped, the steam turbine power generation system can be driven to generate power.
  • a ship includes the steam turbine power generation system according to any one of the above, a four-stroke diesel engine generator connected to the four-stroke diesel engine, and the two-stroke engine.
  • a propulsion shaft that is driven to rotate when the diesel engine is driven, and a propulsion device that is provided on the propulsion shaft and generates thrust.
  • the electric power generated by the generator for the four-stroke diesel engine and the electric power generated by the generator for the steam turbine is electrically provided on the propulsion shaft. It is good also as providing the electric motor connected.
  • the propulsion shaft is provided with a generator connected to a 4-stroke diesel engine and an electric motor electrically connected by a steam turbine generator. Therefore, electric power can be supplied to the electric motor even when the two-stroke diesel engine is stopped. Therefore, even when the two-stroke diesel engine is stopped, the propulsion device provided on the propulsion shaft can be rotationally driven by the electric motor to operate the ship.
  • the second boiler that generates steam using the heat obtained from the exhaust gas of the 4-stroke diesel engine. It was decided to provide. Therefore, the amount of steam supplied to the steam turbine can be increased. Therefore, it is possible to increase the amount of power of the steam turbine power generation system by effectively using the heat of the exhaust gas of the 4-stroke diesel engine.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a ship provided with a steam turbine power generation system according to the present embodiment.
  • the steam turbine power generation system 1 is installed in an engine room (not shown) provided under a ship deck.
  • a steam turbine power generation system 1 includes a propulsion main machine (2-stroke diesel engine) 2, a power generation auxiliary machine (4-stroke diesel engine) 3, and an exhaust gas into which exhaust gas discharged from the main machine 2 or the auxiliary machine 3 is introduced.
  • a boiler 4, a steam turbine 5 to which steam generated by the exhaust gas boiler 4 is guided, and a steam turbine generator 6 driven by the steam turbine 5 are provided.
  • Main machine 2 is a 2-stroke diesel engine.
  • the main engine 2 has a propulsion shaft 15 connected to the stern side.
  • the main machine 2 drives the propulsion unit 16 provided at the opposite end of the propulsion shaft 15 by rotating the propulsion shaft 15.
  • the marine vessel obtains a propulsive force by the propulsion unit 16 being driven to rotate.
  • the main engine 2 includes a supercharger 11, an air cooler 12, a scavenging chamber 13, and an exhaust gas collecting pipe 14.
  • the supercharger 11 is installed outside the main unit 2 main body.
  • the supercharger 11 compresses air and supplies the air to the main machine 2 main body.
  • the supercharger 11 includes a turbine 11A and a compressor 11C provided on a rotating shaft 11B connected to the turbine 11A.
  • the turbine 11A is rotationally driven by the exhaust gas discharged from the main machine 2 main body.
  • the rotating shaft 11B connected to the turbine 11A is rotationally driven to compress the air.
  • the air cooler 12 is installed outside the main machine 2 main body.
  • the air cooler 12 cools the air to increase the specific gravity of the air and supplies it to the main unit 2 main body.
  • the air cooler 12 exchanges heat between air and, for example, fresh water to lower the temperature of the air.
  • the scavenging chamber 13 temporarily stores air compressed by the supercharger 11 and having a specific gravity increased by the air cooler 12.
  • the exhaust gas collecting pipe 14 collects and temporarily stores exhaust gas discharged from each cylinder (not shown) provided in the main body 2 main body.
  • a propelling device 16 is provided at the opposite end of the propulsion shaft 15.
  • the propulsion unit 16 is rotationally driven by the propulsion shaft 15 being rotationally driven by the main machine 2. As the propulsion unit 16 rotates, a propulsive force is generated in the ship.
  • the auxiliary machine 3 is a 4-stroke diesel engine.
  • the auxiliary machine 3 includes a supercharger 18, an air cooler 19, an air supply manifold 20, and an exhaust gas collecting pipe 21.
  • the auxiliary machine 3 is connected with an auxiliary generator (four-stroke diesel engine generator) 17.
  • the auxiliary generator 17 is driven when the auxiliary machine 3 is operated to generate electricity.
  • the supercharger 18 is installed outside the auxiliary machine 3 main body.
  • the supercharger 18 compresses air and supplies it to the auxiliary machine 3 main body.
  • the supercharger 18 includes a turbine 18A and a compressor 18C provided on a rotating shaft 18B connected to the turbine 18A.
  • the turbine 18 ⁇ / b> A is rotationally driven by the exhaust gas discharged from the auxiliary machine 3.
  • the rotating shaft 18 ⁇ / b> B is rotationally driven by the turbine 18 ⁇ / b> A being rotationally driven, and the air is compressed.
  • the air cooler 19 is installed outside the auxiliary machine 3 main body.
  • the air cooler 19 cools the air to increase the specific gravity of the air and supplies it to the main body of the auxiliary machine 3.
  • the air cooler 19 reduces the temperature of the air by exchanging heat between the air and, for example, fresh water.
  • the air supply manifold 20 temporarily stores air compressed by the supercharger 18 and having a specific gravity increased by the air cooler 19.
  • the exhaust gas collecting pipe 21 collects and temporarily stores the exhaust gas from each cylinder (not shown) provided in the auxiliary machine 3 main body.
  • the exhaust gas boiler 4 is provided with two units 4A and 4B.
  • the exhaust gas boilers 4A and 4B generate steam by the thermal energy of the introduced exhaust gas.
  • the exhaust gas boilers 4A and 4B have water pipes 22A and 22B and steam drums 23A and 23B. Water is led from the steam drums 23A and 23B to the water pipes 22A and 22B. Water is supplied to the steam drums 23A and 23B. The water led from the steam drums 23A and 23B to the water pipes 22A and 22B becomes steam by exchanging heat with the exhaust gas passing through the exhaust gas boilers 4A and 4B.
  • the steam turbine 5 is rotationally driven by the introduction of steam.
  • the steam that rotationally drives the steam turbine 5 is guided to the condenser 24.
  • a rotary shaft 5 ⁇ / b> A is connected to the steam turbine 5.
  • a steam turbine generator 6 is connected to the opposite end of the rotating shaft 5A.
  • the condenser 24 condenses the steam guided from the steam turbine 5 and returns it to saturated water.
  • the steam turbine generator 6 generates electricity when the rotary shaft 5A connected to the steam turbine 5 is rotationally driven.
  • the supercharger 11 mounted on the main machine 2 compresses air by being driven to rotate.
  • the air compressed by the supercharger 11 is guided to the air cooler 12.
  • the compressed air guided to the air cooler 12 is heat-exchanged with fresh water by the air cooler 12 and the temperature is lowered.
  • the compressed air whose temperature has been lowered by heat exchange in the air cooler 12 has a higher specific gravity of air.
  • the compressed air whose specific gravity is increased is guided to the scavenging chamber 13.
  • the compressed air having a high specific gravity led to the scavenging chamber 13 is combusted in the main engine 2 together with the fuel supplied to the main engine 2.
  • the air and fuel combusted in the main engine 2 are discharged into the exhaust gas collecting pipe 14 as exhaust gas having a temperature of 200 ° C. to 300 ° C., for example.
  • the exhaust gas discharged to the exhaust gas collecting pipe 14 is guided to the turbine 11 ⁇ / b> A of the supercharger 11.
  • the exhaust gas guided to the turbine 11A rotates the turbine 11A.
  • the exhaust gas that rotationally drives the turbine 11 ⁇ / b> A is led out to the pipe 40.
  • the exhaust gas discharged from the main engine 2 is led to the pipe 40 through the supercharger 11.
  • the exhaust gas led out to the pipe 40 is guided into the exhaust gas boiler (first boiler) 4A.
  • the exhaust gas introduced into the exhaust gas boiler 4A exchanges heat with water in the water pipe 22A provided in the exhaust gas boiler 4A.
  • the exhaust gas whose temperature has decreased due to heat exchange with water in the water pipe 22A is led out to the pipe 41 connected to the downstream side of the exhaust gas boiler 4A.
  • the exhaust gas led out to the pipe 41 is led to a collective exhaust pipe (not shown) provided in the engine room.
  • the supercharger 18 mounted on the auxiliary machine 3 compresses air by being driven to rotate.
  • the air compressed by the supercharger 18 is guided to the air cooler 19.
  • the compressed air guided to the air cooler 19 is subjected to heat exchange with fresh water in the air cooler 19 and the temperature is lowered.
  • the compressed air whose temperature has been lowered by heat exchange by the air cooler 19 has an increased specific gravity.
  • the compressed air having an increased specific gravity is guided to the supply manifold 20.
  • the compressed air having a high specific gravity led to the air supply manifold 20 is combusted in the auxiliary machine 3 together with the fuel supplied to the auxiliary machine 3.
  • the air and fuel combusted in the auxiliary machine 3 become exhaust gas having a temperature of 250 ° C. to 350 ° C., for example, and are discharged to the exhaust gas collecting pipe 21.
  • the exhaust gas discharged to the exhaust gas collecting pipe 21 is guided to the turbine 18A of the supercharger 18.
  • the exhaust gas guided to the turbine 18A rotationally drives the turbine 18A.
  • the exhaust gas that rotationally drives the turbine 18 ⁇ / b> A is led out to the pipe 42.
  • the auxiliary generator 17 connected to the auxiliary machine 3 generates electricity.
  • the exhaust gas led out to the pipe 42 is guided into the exhaust gas boiler (second boiler) 4B.
  • the exhaust gas guided into the exhaust gas boiler 4B exchanges heat with water in the water pipe 22B provided in the exhaust gas boiler 4B.
  • the temperature of the exhaust gas discharged from the auxiliary machine 3 is about 50 ° C. higher than the temperature of the exhaust gas discharged from the main machine 2. Therefore, the exhaust gas boiler 4B to which the exhaust gas of the auxiliary machine 3 is guided can generate steam at a higher temperature than the exhaust gas boiler 4A to which the exhaust gas of the main machine 2 is guided.
  • the exhaust gas whose temperature has decreased due to heat exchange with water in the water pipe 22B is led out to the pipe 43 connected to the downstream side of the exhaust gas boiler 4B.
  • the exhaust gas led out to the pipe 43 is led to a collective exhaust pipe (not shown) provided in the engine room.
  • a pipe 44 is connected to the downstream side of the condenser 24.
  • a water supply pump 25 is connected to the downstream side of the pipe 44.
  • the pipe 44 is supplied with water from a main water supply pipe (not shown) in the engine room.
  • a pipe 45 is connected to the downstream side of the water supply pump 25.
  • the water introduced from the pipe 44 to the water supply pump 25 is boosted by the water supply pump 25 and led to the pipe 45.
  • the water led out to the pipe 45 is led to a pipe 46 that is partially branched and connected to the exhaust gas boiler 4A.
  • the water led to the exhaust gas boiler 4A by the pipe 46 is stored in the steam drum 23A.
  • Water in the steam drum 23A is guided to the water pipe 22A.
  • the water guided to the water pipe 22A is converted into steam by the thermal energy of the exhaust gas passing through the exhaust gas boiler 4A.
  • Steam generated by exchanging heat with the exhaust gas in the water pipe 22A is led to a pipe 47 connected to the exhaust gas boiler 4A.
  • the steam led out to the pipe 47 is guided to the steam turbine 5.
  • the downstream side of the pipe 45 is connected to the exhaust gas boiler 4B.
  • the water led to the exhaust gas boiler 4B by the pipe 45 is stored in the steam drum 23B.
  • the water in the steam drum 23B is guided to the water pipe 22B.
  • the water guided to the water pipe 22B is converted into steam by the heat energy of the exhaust gas passing through the exhaust gas boiler 4B.
  • Steam generated by exchanging heat with the exhaust gas in the water pipe 22B is led to a pipe 48 connected to the exhaust gas boiler 4B.
  • the steam led out to the pipe 48 is guided to the steam turbine 5.
  • the steam guided to the steam turbine 5 by the pipe 47 and the pipe 48 drives the steam turbine 5.
  • the temperature is higher than that of the steam guided from the pipe 47 to the steam turbine 5.
  • the rotating shaft 5A connected to the steam turbine 5 is rotationally driven. Since the rotating shaft 5A is rotationally driven, the steam turbine generator 6 provided on the coaxial 5A generates electricity.
  • the steam that has driven the steam turbine 5 is led to the pipe 49.
  • the steam led out to the pipe 49 is led to the condenser 24.
  • the steam guided to the condenser 24 is condensed in the condenser 24 to be converted into low-temperature water and led to the pipe 44.
  • the water led out to the pipe 44 is boosted by the water supply pump 25 and led out to the pipe 45. In this way, the circulation of water and steam is repeated.
  • the following operational effects can be obtained. Obtained from exhaust gas discharged from auxiliary machine (4-stroke diesel engine) 3 in addition to exhaust gas boiler (first boiler) 4A that generates steam using the heat of exhaust gas discharged from main engine (2-stroke diesel engine) 2 An exhaust gas boiler (second boiler) 4B that generates steam using generated heat is provided. Therefore, the amount of steam supplied to the steam turbine 5 can be increased. Therefore, the amount of electric power of the steam turbine power generation system 1 can be increased by effectively using the heat of the exhaust gas discharged from the auxiliary machine 3.
  • the amount of electric power of the steam turbine power generation system 1 can be increased by effectively using the thermal energy of the exhaust gas discharged from the auxiliary machine 3. Therefore, the amount of electric power generated in the ship can be increased. Therefore, it can be set as a ship with a high energy-saving effect.
  • a superheater 7 is connected to a pipe 42 through which exhaust gas discharged from an auxiliary machine (four-stroke diesel engine) 3 of the steam turbine power generation system 1 is guided.
  • the superheater 7 superheats the steam introduced into the superheater 7 by the heat of the exhaust gas.
  • the superheater 7 has a steam pipe 26 therein. Steam is guided to the steam pipe 26 from a pipe 50 described later.
  • exhaust gas is guided from a pipe 42 connected to the superheater 7.
  • the exhaust gas having a temperature of 250 ° C. to 350 ° C. introduced into the superheater 7 exchanges heat with the steam introduced into the steam pipe 26.
  • the heat energy of the exhaust gas is given to the steam.
  • the steam to which heat energy is given becomes superheated steam.
  • the water boosted by the water supply pump 25 is guided to the pipe 52.
  • the water guided to the pipe 52 is introduced into the exhaust gas boiler (first boiler) 4.
  • the water guided to the exhaust gas boiler 4 is stored in the steam drum 23.
  • the water in the steam drum 23 is guided to the water pipe 22.
  • the water guided to the water pipe 22 is converted into steam by the thermal energy of the exhaust gas discharged from the main engine 2 flowing in the exhaust gas boiler 4. Steam generated by heat exchange with the exhaust gas in the water pipe 22 is led to a pipe 50 connected to the exhaust gas boiler 4.
  • the steam led out to the pipe 50 is led to the superheater 7.
  • the exhaust gas discharged from the auxiliary machine 3 is guided into the superheater 7 from the pipe 42.
  • the exhaust gas introduced into the superheater 7 exchanges heat with the steam introduced into the steam pipe 26 of the superheater 7 through the pipe 50.
  • the steam that exchanges heat with the exhaust gas in the steam pipe 26 is high-temperature superheated steam.
  • the superheated steam is led out to a pipe 51 connected to the steam pipe 26 of the superheater 7.
  • the superheated steam led out to the pipe 51 is supplied to the steam turbine 5.
  • the exhaust gas boiler (first boiler) 4 that generates steam by the heat of the exhaust gas discharged from the main engine (2-stroke diesel engine) 2 and the steam generated in the exhaust gas boiler 4 are discharged from the auxiliary machine (4-stroke diesel engine) 3 And a superheater 7 that is heated by the heat of the exhaust gas. Therefore, the thermal energy of the steam generated in the exhaust gas boiler 4 can be further increased and supplied to the steam turbine 5. Therefore, the amount of electricity of the steam turbine power generation system 1 can be increased by effectively using the heat of the exhaust gas of the auxiliary machine 3.
  • a superheater 7 is connected to a pipe 42 through which exhaust gas discharged from an auxiliary machine (four-stroke diesel engine) 3 of the steam turbine power generation system 1 is guided.
  • the superheater 7 superheats the steam introduced into the superheater 7 by the heat of the exhaust gas.
  • the superheater 7 has a steam pipe 26 therein. Steam is guided to the steam pipe 26 by a pipe 50 described later.
  • exhaust gas is guided from a pipe 42 connected to the superheater 7. For example, the exhaust gas having a temperature of 250 ° C. to 350 ° C. introduced into the superheater 7 exchanges heat with the steam introduced into the steam pipe 26.
  • a gas turbine 8 is connected to the rotating shaft 5A of the steam turbine 5 at the opposite end to which the steam turbine generator 6 is connected.
  • the exhaust gas discharged from the main engine (two-stroke diesel engine) 2 is led to the pipe 40 through the supercharger 11.
  • a part of the exhaust gas stored in the exhaust gas collecting pipe 14 of the main engine 2 is led out to the pipe 53 connected to the gas turbine 8.
  • the exhaust gas from the main engine 2 guided to the gas turbine 8 from the pipe 53 rotates the gas turbine 8.
  • the steam turbine 5 and the steam turbine generator 6 provided on the coaxial 5A are rotationally driven.
  • the exhaust gas guided to the gas turbine 8 is led to the pipe 54 after the gas turbine 8 is rotationally driven.
  • the exhaust gas led out to the pipe 54 is joined to the pipe 40 and led to the exhaust gas boiler 4 (first boiler).
  • the water pressurized by the water supply pump 25 is guided to the pipe 52.
  • the water guided to the pipe 52 is introduced into the exhaust gas boiler 4.
  • the water guided to the exhaust gas boiler 4 is stored in the steam drum 23.
  • the water in the steam drum 23 is guided to the water pipe 22.
  • the water in the water pipe 22 is converted into steam by the heat energy of the exhaust gas passing through the exhaust gas boiler 4. Steam generated by heat exchange with the exhaust gas in the water pipe 22 is led to a pipe 50 connected to the exhaust gas boiler 4.
  • the steam led out to the pipe 50 is led to the superheater 7.
  • the exhaust gas discharged from the auxiliary machine 3 is guided into the superheater 7 through the pipe 42.
  • the exhaust gas introduced into the superheater 7 exchanges heat with the steam introduced into the steam pipe 26 connected to the pipe 50.
  • the steam that exchanges heat with the exhaust gas in the steam pipe 26 is high-temperature superheated steam.
  • the superheated steam is led out to the pipe 51 connected to the steam pipe 26.
  • the superheated steam led out to the pipe 51 is supplied to the steam turbine 5.
  • the rotational drive by the gas turbine 8 mentioned above is added to the steam turbine 5.
  • the steam turbine generator 6 provided on the rotating shaft 5 ⁇ / b> A of the steam turbine 5 is driven by the steam turbine 5 and the gas turbine 8 to generate electricity.
  • the steam turbine power generation system and the ship including the same according to the present embodiment the following operational effects can be obtained.
  • the gas turbine 8 to which the exhaust gas discharged from the main engine (2-stroke diesel engine) 2 is guided is provided. Therefore, the steam turbine 5 can be rotationally driven by the gas turbine 8 being driven. Therefore, the rotational force of the steam turbine 5 can be increased, and the amount of power of the steam turbine power generation system 1 can be increased.
  • a superheater 7 is connected to a pipe 42 through which exhaust gas discharged from an auxiliary machine (four-stroke diesel engine) 3 of the steam turbine power generation system 1 is guided.
  • the superheater 7 superheats water or steam introduced into the superheater 7 by the heat of the exhaust gas.
  • the superheater 7 has a steam pipe 26 therein.
  • a pipe 50 described later is connected to the steam pipe 26.
  • exhaust gas is guided from a pipe 42 connected to the superheater 7.
  • the exhaust gas having a temperature of 250 ° C. to 350 ° C. introduced into the superheater 7 exchanges heat with water or steam introduced into the steam pipe 26.
  • the heat energy of the exhaust gas is given to water or steam by heat exchange between the exhaust gas and the steam in the superheater 7. Water or steam given thermal energy becomes steam or superheated steam.
  • a branch pipe 55 is connected to the pipe 43 connected to the downstream side of the superheater 7.
  • An on-off valve 9A is provided on the pipe 43 after branching to the branch pipe 55.
  • the branch pipe 55 connects the pipe 43 and the pipe 40 connected to the upstream side of the exhaust gas boiler (first boiler) 4.
  • the branch pipe 55 is provided with an on-off valve 9B on the upstream side.
  • An on-off valve 9C is provided on the upstream side of the pipe 40 where the branch pipe 55 is joined.
  • the operation state of the main engine, the flow of exhaust gas, steam, and water supply will be described.
  • the operation of the main machine 2 is stopped. Since the operation of the main machine 2 is stopped, the exhaust gas is not led to the pipe 40 from the supercharger 11 and the exhaust gas collecting pipe 14 of the main machine 2.
  • the on-off valve 9C provided on the pipe 40 is in a closed state. By closing the on-off valve 9C, the exhaust gas led to the exhaust gas boiler (first boiler) 4 is prevented from flowing back to the main engine 2.
  • the on-off valve 9A provided on the pipe 43 is in a closed state, and the on-off valve 9B provided on the branch pipe 55 is in an open state.
  • the water pressurized by the water supply pump 25 is guided to the pipe 52.
  • the water guided to the pipe 52 is introduced into the exhaust gas boiler 4.
  • the water guided to the exhaust gas boiler 4 is stored in the steam drum 23.
  • the water in the steam drum 23 is guided to the water pipe 22. Since the on-off valve 9 ⁇ / b> C on the pipe 40 is closed, the exhaust gas from the main engine 3 is not introduced into the exhaust gas boiler 4. Therefore, the water guided into the exhaust gas boiler 4 is led out from the exhaust gas boiler 4 to the pipe 50 without performing heat exchange.
  • the water led out to the pipe 50 is led to the superheater 7.
  • the exhaust gas discharged from the auxiliary machine 3 is guided into the superheater 7 from the pipe 42.
  • the exhaust gas introduced into the superheater 7 exchanges heat with water introduced into the steam pipe 26 provided in the superheater 7 through the pipe 50.
  • the water that has exchanged heat with the exhaust gas in the steam pipe 26 is converted into steam.
  • the steam generated in the superheater 7 is led out to a pipe 51 connected to the steam pipe 26 of the superheater 7.
  • the steam led out to the pipe 51 is supplied to the steam turbine 5.
  • the exhaust gas whose temperature has been reduced by heat exchange in the superheater 7 is led out to the pipe 43.
  • the exhaust gas led out to the pipe 43 is led to the branch pipe 55 because the on-off valve 9A is closed and the on-off valve 9B is opened.
  • the exhaust gas guided to the branch pipe 55 is joined to the pipe 40 on the downstream side of the on-off valve 9 ⁇ / b> C provided on the pipe 40.
  • the exhaust gas guided to the pipe 40 on the downstream side of the on-off valve 9 ⁇ / b> C is guided to the exhaust gas boiler 4.
  • the exhaust gas of the auxiliary machine 3 led from the branch pipe 55 to the exhaust gas boiler 4 through the pipe 40 is boosted by the water supply pump 25 and exchanges heat with the water led from the pipe 52 to the water pipe 22 of the exhaust gas boiler.
  • the water in the water pipe 22 is converted into steam by the heat energy of the exhaust gas flowing in the exhaust gas boiler 4.
  • Steam generated by exchanging heat with exhaust gas in the water pipe 22 is led to a pipe 50 connected to the water pipe 22 of the exhaust gas boiler 4.
  • the steam led out to the pipe 50 is led to the superheater 7.
  • the steam introduced into the steam pipe 26 of the superheater 7 by the pipe 50 exchanges heat with the exhaust gas introduced from the auxiliary machine 3 to the superheater 7 and is superheated to become superheated steam.
  • This superheated steam is led out to a pipe 51 connected to the steam pipe 26 of the superheater 7.
  • the superheated steam led out to the pipe 51 is supplied to the steam turbine 5.
  • the steam turbine power generation system and the ship including the same according to the present embodiment the following operational effects can be obtained.
  • a part of the exhaust gas that has passed through the superheater 7 joins and is supplied to the exhaust gas boiler (first boiler) 4. Therefore, even when the main engine (2-stroke diesel engine) 2 is stopped, the exhaust gas discharged from the auxiliary machine (4-stroke diesel engine) 3 can be guided to the exhaust gas boiler 4 to generate steam. Therefore, even if the main engine 2 is stopped, the steam turbine power generation system 1 can be driven to generate power.
  • an exhaust gas boiler (2nd boiler) may be sufficient.
  • a superheater 7 is connected to a pipe 42 through which exhaust gas discharged from an auxiliary machine (four-stroke diesel engine) 3 of the steam turbine power generation system 1 is guided.
  • the superheater 7 superheats water or steam introduced into the superheater 7 by the heat of the exhaust gas.
  • the superheater 7 has a steam pipe 26 therein.
  • a pipe 50 is connected to the steam pipe 26.
  • exhaust gas is guided from a pipe 42 connected to the superheater 7.
  • the exhaust gas having a temperature of 250 ° C. to 350 ° C. introduced into the superheater 7 exchanges heat with water or steam introduced into the steam pipe 26.
  • the heat energy of the exhaust gas is given to water or steam by heat exchange between the exhaust gas and the steam in the superheater 7. Water or steam given thermal energy becomes steam or superheated steam.
  • a branch pipe 55 is connected to the pipe 43 connected to the downstream side of the superheater 7.
  • An on-off valve 9A is provided on the downstream side of the pipe 43 to which the branch pipe 55 is connected.
  • the branch pipe 55 connects the pipe 43 and the pipe 40 connected to the upstream side of the exhaust gas boiler (first boiler) 4.
  • the branch pipe 55 is provided with an on-off valve 9B on the upstream side.
  • An on-off valve 9C is provided on the upstream side of the pipe 40 where the branch pipe 55 is joined.
  • the propulsion shaft 15 is provided with an electric motor 10.
  • the electric motor 10 is electrically connected as indicated by a dotted line by an auxiliary generator 17 connected to the auxiliary machine 3 and a steam turbine generator 6 connected to the steam turbine 5.
  • the operation state of the main engine, the flow of exhaust gas, steam, and water supply will be described.
  • the operation of the main machine 2 is stopped. Since the operation of the main machine 2 is stopped, the exhaust gas is not led to the pipe 40 from the supercharger 11 and the exhaust gas collecting pipe 14 of the main machine 2.
  • the on-off valve 9C provided on the pipe 40 is in a closed state. By closing the on-off valve 9 ⁇ / b> C, the exhaust gas guided to the exhaust gas boiler 4 is prevented from flowing back to the main engine 2.
  • the on-off valve 9A provided on the pipe 43 is in a closed state, and the on-off valve 9B provided on the branch pipe 55 is in an open state.
  • the water pressurized by the water supply pump 25 is guided to the pipe 52.
  • the water guided to the pipe 52 is introduced into the exhaust gas boiler (first boiler) 4.
  • the water guided to the exhaust gas boiler 4 is stored in the steam drum 23.
  • the water in the steam drum 23 is guided to the water pipe 22. Since the on-off valve 9 ⁇ / b> C on the pipe 40 is closed, the exhaust gas is not introduced from the main engine 2 into the exhaust gas boiler 4. Therefore, the water guided into the exhaust gas boiler 4 is led out from the exhaust gas boiler 4 to the pipe 50 without performing heat exchange.
  • the water led out to the pipe 50 is led to the superheater 7.
  • the exhaust gas discharged from the auxiliary machine 3 is guided into the superheater 7 from the pipe 42.
  • the exhaust gas introduced into the superheater 7 exchanges heat with water introduced into the steam pipe 26 of the superheater 7 through the pipe 50.
  • the water that has exchanged heat with the exhaust gas in the steam pipe 26 is converted into steam.
  • the steam is led out to a pipe 51 connected to the steam pipe 26 of the superheater 7.
  • the steam led out to the pipe 51 is supplied to the steam turbine 5.
  • the exhaust gas whose temperature has been reduced by heat exchange in the superheater 7 is led out to the pipe 43.
  • the exhaust gas led out to the pipe 43 is led to the branch pipe 55 because the on-off valve 9A is closed and the on-off valve 9B is opened.
  • the exhaust gas guided to the branch pipe 55 is joined to the pipe 40 on the downstream side of the on-off valve 9C.
  • the exhaust gas guided to the pipe 40 is guided to the exhaust gas boiler 4.
  • the exhaust gas of the auxiliary machine 3 led from the branch pipe 55 to the exhaust gas boiler 4 through the pipe 40 is boosted by the feed water pump 25 and exchanges heat with the water led from the pipe 52 to the water pipe 22 of the exhaust gas boiler 4. .
  • the water in the water pipe 22 is converted into steam by the heat energy of the exhaust gas flowing in the exhaust gas boiler 4.
  • Steam generated by exchanging heat with the exhaust gas in the water pipe 22 is led to a pipe 50 connected to the water pipe 22 of the exhaust gas boiler 4.
  • the steam led out to the pipe 50 is led to the superheater 7.
  • the steam introduced into the steam pipe 26 of the superheater 7 by the pipe 50 exchanges heat with the exhaust gas introduced from the auxiliary machine 3 to the superheater 7 and is superheated to become superheated steam.
  • the superheated steam is led out to a pipe 51 connected to the steam pipe 26 of the superheater 7.
  • the superheated steam led out to the pipe 51 is supplied to the steam turbine 5.
  • Electricity is supplied to the electric motor 10 provided on the propulsion shaft 15 from the auxiliary generator 17 connected to the auxiliary 3 and the steam turbine generator 6 connected to the steam turbine 5. .
  • the electric motor 10 supplied with electricity rotates the propulsion shaft 15.
  • the propulsion unit 16 is rotated by driving the propulsion shaft 15 to rotate.
  • the marine vessel obtains a propulsive force by rotating the propulsion device 16.
  • the propulsion shaft 15 is electrically powered by an auxiliary generator (4-stroke diesel engine generator) 17 driven by an auxiliary machine (4-stroke diesel engine) 3 and a steam turbine generator 6 connected to the steam turbine 5.
  • An electrically connected motor 10 is provided. Therefore, electric power can be supplied to the electric motor 10 even when the main engine (two-stroke diesel engine) 2 is stopped. Therefore, even when the main engine 2 is stopped, the propulsion unit 16 provided on the propulsion shaft 15 can be rotationally driven by the electric motor 10 to operate the ship.

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Abstract

 蒸気タービンに接続される発電機から得られる出力を増大させる。2ストロークディーゼル機関(2)と、4ストロークディーゼル機関(3)と、2ストロークディーゼル機関(2)から排出された排ガスが導かれて蒸気を発生する第1ボイラ(4A)と、4ストロークディーゼル機関(3)から排出された排ガスが導かれて蒸気を発生する第2ボイラ(4B)と、両ボイラ(4A,4B)において発生した蒸気が導かれる蒸気タービン(5)と、蒸気タービン(5)に接続され、蒸気タービン(5)が回転駆動されることによって発電する蒸気タービン用発電機(6)と、を備える。

Description

蒸気タービン発電システムおよびこれを備える船舶
 本発明は、蒸気タービン発電システムおよびこれを備える船舶に関するものである。
 一般に、大型の船舶には、推進用の2ストロークディーゼル機関と、発電用の4ストロークディーセル機関とが設けられている。2ストロークディーゼル機関は、4ストロークディーゼル機関に比べて、排出する排ガスの流量が多い。そのため、2ストロークディーゼル機関から排出される排ガスを排ガスボイラに導いて蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンに導いて蒸気タービンを回転駆動させることによって、蒸気タービンに接続されている発電機により発電する蒸気タービン発電システムが用いられている。
 特許文献1には、2ストロークディーゼル機関から排出される排ガスの熱エネルギーを利用して発電することが開示されている。
特表2009-532614号公報
 しかしながら、2ストロークディーゼル機関から排出される排ガスの温度は、例えば、200℃から300℃である。そのため、排ガスの熱エネルギーを利用して蒸気を発生させる場合には、それ以上に発生蒸気の温度を高くすることができない。そのため、蒸気が導かれる蒸気タービンの効率を改善することができない。蒸気タービンの効率改善を図ることができないため、蒸気タービンに接続されている発電機から回収可能な電力量の増大を図ることができないという問題があった。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、蒸気タービンに接続される発電機から得られる電力量を増大させることが可能な蒸気タービン発電システムおよびこれを備える船舶を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために、本発明の蒸気タービン発電システムおよびこれを備える船舶は、以下の手段を採用する。
 すなわち、本発明の第1の態様に係る蒸気タービン発電システムは、2ストロークディーゼル機関と、4ストロークディーゼル機関と、前記2ストロークディーゼル機関から排出された排ガスが導かれて蒸気を発生する第1ボイラと、前記4ストロークディーゼル機関から排出された排ガスが導かれて蒸気を発生する第2ボイラと、前記第1ボイラおよび前記第2ボイラにおいて発生した蒸気が導かれる蒸気タービンと、前記蒸気タービンが回転駆動されることによって発電する蒸気タービン用発電機と、を備える。
 4ストロークディーゼル機関から排出される排ガスの温度は、2ストロークディーゼル機関から排出される排ガスの温度よりも高温である。そこで、2ストロークディーゼル機関から排出される排ガスの熱を用いて蒸気を発生する第1ボイラに加えて、4ストロークディーゼル機関の排ガスから得られる熱を用いて蒸気を発生する第2ボイラを設けることとした。そのため、蒸気タービンに供給される蒸気量を増加させることができる。したがって、4ストロークディーゼル機関の排ガスの熱を有効に利用して、蒸気タービン発電システムの電力量を増大させることができる。
 本発明の第2の態様に係る蒸気タービン発電システムは、2ストロークディーゼル機関と、4ストロークディーゼル機関と、前記2ストロークディーゼル機関から排出された排ガスが導かれて蒸気を発生する第1ボイラと、前記第1ボイラにおいて発生した蒸気が、前記4ストロークディーゼル機関から排出された排ガスの熱によって過熱される過熱器と、前記過熱器によって過熱された蒸気が導かれる蒸気タービンと、前記蒸気タービンが回転駆動されることによって蒸気タービン発電する蒸気タービン用発電機と、を備える。
 2ストロークディーゼル機関から排出される排ガスの熱によって蒸気を発生する第1ボイラと、第1ボイラにおいて発生した蒸気を4ストロークディーゼル機関から排出された排ガスの熱によって過熱する過熱器とを設けることとした。そのため、第1ボイラにおいて発生した蒸気の熱エネルギーをさらに増加させて蒸気タービンに供給することができる。したがって、4ストロークディーゼル機関の排ガスの熱を有効に利用して、蒸気タービン発電システムの電力量を増大させることができる。
 本発明の上記態様に係る蒸気タービン発電システムは、前記2ストロークディーゼル機関から排出された排ガスの一部が導かれて回転駆動されることによって前記蒸気タービンを回転駆動するガスタービンを備えることとしてもよい。
 2ストロークディーゼル機関から排出される排ガスが導かれるガスタービンを設けることとした。そのため、ガスタービンが回転駆動することによって蒸気タービンを回転駆動させることができる。したがって、蒸気タービンの回転力を増大させ、蒸気タービン発電システムの電力量を増大させることができる。
 本発明の上記態様に係る蒸気タービン発電システムは、前記第2ボイラまたは前記過熱器を通過した排ガスの一部を前記第1ボイラに導かれる排ガスに合流させることとしてもよい。
 第1ボイラには、第2ボイラまたは過熱器を通過した排ガスの一部が合流して供給される。そのため、2ストロークディーゼル機関が停止している場合であっても、4ストロークディーゼル機関から排出された排ガスを第1ボイラに導いて蒸気を発生させることができる。したがって、2ストロークディーゼル機関が停止した場合であっても、蒸気タービン発電システムを駆動させて発電を行うことができる。
 本発明の第3の態様に係る船舶は、上記のいずれかに記載の前記蒸気タービン発電システムと、前記4ストロークディーゼル機関に接続されて駆動される4ストロークディーゼル機関用発電機と、前記2ストロークディーゼル機関が駆動されることによって回転駆動する推進軸と、前記推進軸上に設けられて推力を発生する推進器と、を備える。
 4ストロークディーゼル機関から排出される排ガスの熱エネルギーを有効に利用して、蒸気タービン発電システムの電力量を増大させることができる。そのため、船舶内で発生される電力量を増大させることができる。したがって、省エネルギー効果の高い船舶とすることができる。
 上記本発明の第3の態様に係る船舶においては、前記推進軸に設けられ、前記4ストロークディーゼル機関用発電機によって発生される電力および前記蒸気タービン用発電機によって発生される電力が電気的に接続される電動機を備えることとしてもよい。
 推進軸には、4ストロークディーゼル機関に接続されて駆動される発電機および蒸気タービン用発電機によって電気的に接続される電動機が設けられる。そのため、電動機には、2ストロークディーゼル機関が停止した場合であっても、電力を投入することができる。したがって、2ストロークディーゼル機関が停止した場合であっても、電動機によって推進軸に設けられた推進器を回転駆動させて船舶を運航することができる。
 本発明によると、2ストロークディーゼル機関から排出される排ガスの熱を用いて蒸気を発生する第1ボイラに加えて、4ストロークディーゼル機関の排ガスから得られる熱を用いて蒸気を発生する第2ボイラを設けることとした。そのため、蒸気タービンに供給される蒸気量を増加させることができる。したがって、4ストロークディーゼル機関の排ガスの熱を有効に利用して、蒸気タービン発電システムの電力量を増大させることができる。
本発明の第1実施形態に係る蒸気タービン発電システムを備えた船舶の概略構成図である。 本発明の第2実施形態に係る蒸気タービン発電システムを備えた船舶の概略構成図である。 本発明の第3実施形態に係る蒸気タービン発電システムを備えた船舶の概略構成図である。 本発明の第4実施形態に係る蒸気タービン発電システムを備えた船舶の概略構成図である。 本発明の第5実施形態に係る蒸気タービン発電システムを備えた船舶の概略構成図である。
[第1実施形態]
 以下、本発明の第1実施形態について、図1を用いて説明する。
 図1には、本実施形態に係る蒸気タービン発電システムを備えた船舶の概略構成図が示されている。
 蒸気タービン発電システム1は、船舶の甲板下に設けられている機関室(図示せず)内に設置されている。
 蒸気タービン発電システム1は、推進用の主機(2ストロークディーゼル機関)2と、発電用の補機(4ストロークディーゼル機関)3と、主機2または補機3から排出される排ガスが導入される排ガスボイラ4と、排ガスボイラ4によって発生された蒸気が導かれる蒸気タービン5と、蒸気タービン5によって駆動される蒸気タービン用発電機6とを備えている。
 主機2は、2ストロークディーゼル機関である。主機2は、船尾側に推進軸15が接続されている。主機2は、推進軸15を回転駆動させることによって、推進軸15の反対端に設けられている推進器16を回転駆動する。推進器16が回転駆動することにより、船舶は、推進力を得る。主機2は、過給機11と、空気冷却器12と、掃気室13と、排ガス集合管14とを有している。
 過給機11は、主機2本体の外部に設置されている。過給機11は、空気を圧縮して主機2本体に給気するものである。過給機11は、タービン11Aと、タービン11Aに接続されている回転軸11B上に設けられている圧縮機11Cとを備えている。タービン11Aは、主機2本体から排出された排ガスによって回転駆動される。圧縮機11Cは、タービン11Aが回転駆動されることによって、タービン11Aに接続されている回転軸11Bが回転駆動されて空気を圧縮する。
 空気冷却器12は、主機2本体の外部に設置されている。空気冷却器12は、空気を冷却して空気の比重を高めて主機2本体に供給するものである。空気冷却器12は、空気と、例えば清水とを熱交換させて空気の温度を下げる。
 掃気室13は、過給機11によって圧縮され、かつ、空気冷却器12によって比重が高められた空気を一時的に蓄えておくものである。
 排ガス集合管14は、主機2本体に設けられている各シリンダ(図示せず)から排出される排ガスを集合して一時的に蓄えておくものである。
 推進軸15の反対端には、推進器16が設けられている。推進器16は、推進軸15が主機2によって回転駆動されることにより回転駆動される。推進器16が回転することにより、船舶には、推進力が発生する。
 補機3は、4ストロークディーゼル機関である。補機3は、過給機18、空気冷却器19と、給気マニフォールド20と、排ガス集合管21とを有している。補機3には、補機用発電機(4ストロークディーゼル機関用発電機)17が接続されている。
 補機用発電機17は、補機3が運転されることによって駆動されて電気を発生する。
 過給機18は、補機3本体の外部に設置されている。過給機18は、空気を圧縮して補機3本体に供給するものである。過給機18は、タービン18Aと、タービン18Aに接続されている回転軸18B上に設けられている圧縮機18Cとを備えている。タービン18Aは、補機3から排出される排ガスによって回転駆動される。圧縮機18Cは、タービン18Aが回転駆動されることによって回転軸18Bが回転駆動されて空気を圧縮する。
 空気冷却器19は、補機3本体の外部に設置されている。空気冷却器19は、空気を冷却して空気の比重を高めて補機3本体に供給するものである。空気冷却器19は、空気と、例えば清水とを熱交換させて空気の温度を下げる。
 給気マニフォールド20は、過給機18によって圧縮され、かつ、空気冷却器19によって比重が高められた空気を一時的に蓄えておくものである。
 排ガス集合管21は、補機3本体に設けられている各シリンダ(図示せず)からの排ガスを集合して一時的に蓄えておくものである。
 排ガスボイラ4は、2台4A,4Bが設けられている。排ガスボイラ4A,4Bは、導入される排ガスの熱エネルギーによって蒸気を発生する。排ガスボイラ4A,4Bは、水管22A,22Bと、蒸気ドラム23A,23Bとを有している。水管22A,22Bには、蒸気ドラム23A,23Bから水が導かれる。蒸気ドラム23A,23Bには、水が供給されている。蒸気ドラム23A,23Bから水管22A,22Bへと導かれた水は、排ガスボイラ4A,4B内を通過する排ガスと熱交換を行うことによって蒸気となる。
 蒸気タービン5は、蒸気が導かれることによって回転駆動される。蒸気タービン5を回転駆動させた蒸気は、復水器24へと導かれる。蒸気タービン5には、回転軸5Aが接続されている。回転軸5Aの反対端には、蒸気タービン用発電機6が接続されている。
 復水器24は、蒸気タービン5から導かれた蒸気を凝縮させて飽和水に戻すものである。
 蒸気タービン用発電機6は、蒸気タービン5に接続されている回転軸5Aが回転駆動されることによって電気を発生する。
 次に、主機2の運転方法および主機2から排出される排ガスの流れと、補機3の運転方法および補機3から排出される排ガスの流れとについて説明する。
 主機2に搭載されている過給機11は、回転駆動されることによって空気を圧縮する。過給機11によって圧縮された空気は、空気冷却器12へと導かれる。空気冷却器12に導かれた圧縮空気は、空気冷却器12によって清水と熱交換されて温度が下げられる。空気冷却器12において熱交換して温度が下げられた圧縮空気は、空気の比重が高められる。圧縮され、かつ比重が高められた空気は、掃気室13へと導かれる。掃気室13に導かれた比重の高い圧縮空気は、主機2に供給された燃料と共に主機2において燃焼される。
 主機2において燃焼された空気と燃料とは、例えば、温度が200℃から300℃の排ガスとなって排ガス集合管14へと排出される。排ガス集合管14に排出された排ガスは、過給機11のタービン11Aへと導かれる。タービン11Aに導かれた排ガスは、タービン11Aを回転駆動する。タービン11Aを回転駆動した排ガスは、配管40へと導出される。
 主機2から排出された排ガスは、過給機11を経て配管40へと導出される。配管40に導出された排ガスは、排ガスボイラ(第1ボイラ)4A内へと導かれる。排ガスボイラ4A内に導かれた排ガスは、排ガスボイラ4Aに設けられている水管22A内の水と熱交換を行う。水管22A内の水と熱交換して温度が低下した排ガスは、排ガスボイラ4Aの下流側に接続されている配管41へと導出される。配管41に導出された排ガスは、機関室内に設けられている集合排ガス管(図示せず)へと導かれる。
 補機3に搭載されている過給機18は、回転駆動されることによって空気を圧縮する。過給機18によって圧縮された空気は、空気冷却器19へと導かれる。空気冷却器19に導かれた圧縮空気は、空気冷却器19において清水と熱交換されて温度が下げられる。空気冷却器19よって熱交換して温度が下がった圧縮空気は、空気の比重が高められている。圧縮され、かつ、比重が高められた空気は、給気マニフォールド20へと導かれる。給気マニフォールド20に導かれた比重の高い圧縮空気は、補機3に供給された燃料と共に補機3において燃焼される。
 補機3において燃焼された空気と燃料とは、例えば、温度が250℃から350℃の排ガスとなって排ガス集合管21へ排出される。排ガス集合管21に排出された排ガスは、過給機18のタービン18Aへと導かれる。タービン18Aに導かれた排ガスは、タービン18Aを回転駆動する。タービン18Aを回転駆動した排ガスは、配管42へと導出される。
 また、補機3が運転されることによって、補機3に接続されている補機用発電機17が電気を発生する。
 配管42に導出された排ガスは、排ガスボイラ(第2ボイラ)4B内へと導かれる。排ガスボイラ4B内に導かれた排ガスは、排ガスボイラ4Bに設けられている水管22B内の水と熱交換を行う。補機3から排出された排ガスの温度は、主機2から排出された排ガスの温度よりも50℃程高温となっている。そのため、補機3の排ガスが導かれる排ガスボイラ4Bでは、主機2の排ガスが導かれる排ガスボイラ4Aよりも高温の蒸気を発生することができる。
 水管22B内の水と熱交換して温度が低下した排ガスは、排ガスボイラ4Bの下流側に接続されている配管43へと導出される。配管43に導出された排ガスは、機関室内に設けられている集合排ガス管(図示せず)へと導かれる。
 次に、排ガスボイラ4A,4Bへの給水と、排ガスボイラ4A,4Bにおいて発生した蒸気の流れについて説明する。
 復水器24の下流側には、配管44が接続されている。配管44の下流側には、給水ポンプ25が接続されている。配管44には、機関室内の主給水管(図示せず)から水が供給される。給水ポンプ25の下流側には、配管45が接続されている。配管44から給水ポンプ25に導かれた水は、給水ポンプ25によって昇圧されて配管45へと導出される。配管45に導出された水は、一部が分岐されて排ガスボイラ4Aに接続されている配管46へと導かれる。配管46によって排ガスボイラ4Aに導かれた水は、蒸気ドラム23A内に貯蔵される。
 蒸気ドラム23A内の水は、水管22Aへと導かれる。水管22Aに導かれた水は、排ガスボイラ4A内を通過する排ガスの熱エネルギーによって蒸気に変えられる。水管22Aにおいて排ガスと熱交換することによって発生した蒸気は、排ガスボイラ4Aに接続されている配管47へと導出される。配管47に導出された蒸気は、蒸気タービン5へと導かれる。
 一方、配管45の下流側は、排ガスボイラ4Bに接続されている。配管45によって排ガスボイラ4Bに導かれた水は、蒸気ドラム23B内に貯蔵される。
 蒸気ドラム23B内の水は、水管22Bへと導かれる。水管22Bに導かれた水は、排ガスボイラ4B内を通過する排ガスの熱エネルギーによって蒸気に変えられる。水管22Bにおいて排ガスと熱交換することによって発生した蒸気は、排ガスボイラ4Bに接続されている配管48へと導出される。配管48に導出された蒸気は、蒸気タービン5へと導かれる。
 配管47及び配管48によって蒸気タービン5に導かれた蒸気は、蒸気タービン5を駆動させる。この際、配管48から蒸気タービン5に導かれる蒸気は、補機3から導かれた排ガスによって発生させられるため、配管47から蒸気タービン5に導かれる蒸気よりも温度が高い。これらの蒸気によって蒸気タービン5が駆動されることによって、蒸気タービン5に接続されている回転軸5Aが回転駆動される。回転軸5Aが回転駆動されるので、同軸5A上に設けられている蒸気タービン用発電機6が電気を発生する。
 蒸気タービン5を駆動した蒸気は、配管49へと導出される。配管49に導出された蒸気は、復水器24へと導かれる。復水器24に導かれた蒸気は、復水器24において凝縮されて低温の水にされて配管44へと導出される。配管44に導出された水は、給水ポンプ25によって昇圧されて配管45へと導出される。このようにして、水と蒸気との循環が繰り返される。
 以上説明したように、本実施形態にかかる蒸気タービン発電システムおよびこれを備えた船舶によれば、以下の作用効果を奏する。
 主機(2ストロークディーゼル機関)2から排出された排ガスの熱を用いて蒸気を発生させる排ガスボイラ(第1ボイラ)4Aに加えて、補機(4ストロークディーゼル機関)3から排出される排ガスから得られる熱を用いて蒸気を発生させる排ガスボイラ(第2ボイラ)4Bを設けることとした。そのため、蒸気タービン5に供給される蒸気量を増加させることができる。したがって、補機3から排出される排ガスの熱を有効に利用して、蒸気タービン発電システム1の電力量を増大させることができる。
 補機3から排出される排ガスの熱エネルギーを有効に利用して、蒸気タービン発電システム1の電力量を増大させることができる。そのため、船舶内で発生される電力量を増大させることができる。したがって、省エネルギー効果の高い船舶とすることができる。
[第2実施形態]
 以下、本発明の第2実施形態について図2に基づいて説明する。
 本実施形態の蒸気タービン発電システムおよびこれを備えた船舶は、過熱器を有する点で第1実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、各ディーゼル機関の運転方法、排ガス、給水および蒸気の流れについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
 蒸気タービン発電システム1の補機(4ストロークディーゼル機関)3から排出された排ガスが導かれる配管42には、過熱器7が接続されている。
 過熱器7は、排ガスの熱によって過熱器7に導入される蒸気を過熱するものである。過熱器7は、その内部に蒸気管26を有している。蒸気管26には、後述する配管50から蒸気が導かれる。過熱器7内には、過熱器7に接続されている配管42から排ガスが導かれる。過熱器7内に導かれた、例えば、温度が250℃から350℃の排ガスは、蒸気管26内に導かれた蒸気と熱交換する。過熱器7における排ガスと蒸気との熱交換によって、排ガスの熱エネルギーが蒸気に与えられる。熱エネルギーが与えられた蒸気は、過熱蒸気となる。
 次に、排ガスと、蒸気と、給水との流れについて説明する。
 給水ポンプ25によって昇圧された水は、配管52へと導かれる。配管52に導かれた水は、排ガスボイラ(第1ボイラ)4へと導入される。排ガスボイラ4に導かれた水は、蒸気ドラム23内に貯蔵される。蒸気ドラム23内の水は、水管22へと導かれる。水管22に導かれた水は、排ガスボイラ4内を流れる主機2から排出された排ガスの熱エネルギーによって蒸気に変えられる。水管22において排ガスと熱交換して発生した蒸気は、排ガスボイラ4に接続されている配管50へと導出される。配管50に導出された蒸気は、過熱器7へと導かれる。
 補機3から排出された排ガスは、配管42から過熱器7内へと導かれる。過熱器7内に導かれた排ガスは、配管50によって過熱器7の蒸気管26に導入された蒸気と熱交換を行う。蒸気管26において排ガスと熱交換した蒸気は、高温の過熱蒸気とされる。過熱蒸気は、過熱器7の蒸気管26に接続されている配管51へと導出される。配管51に導出された過熱蒸気は、蒸気タービン5へと供給される。
 以上説明したように、本実施形態にかかる蒸気タービン発電システムおよびこれを備える船舶によれば、以下の作用効果を奏する。
 主機(2ストロークディーゼル機関)2から排出された排ガスの熱によって蒸気を発生する排ガスボイラ(第1ボイラ)4と、排ガスボイラ4において発生した蒸気を補機(4ストロークディーゼル機関)3から排出された排ガスの熱によって過熱する過熱器7とを設けることとした。そのため、排ガスボイラ4において発生した蒸気の熱エネルギーをさらに上昇させて蒸気タービン5に供給することができる。したがって、補機3の排ガスの熱を有効に利用して、蒸気タービン発電システム1の電気量を増大させることができる。
[第3実施形態]
 以下、本発明の第3実施形態について図3に基づいて説明する。
 本実施形態の蒸気タービン発電システムおよびこれを備えた船舶は、ガスタービンと、過熱器とを有する点で第1実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、各ディーゼル機関の運転方法、排ガス、給水および蒸気の流れについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
 蒸気タービン発電システム1の補機(4ストロークディーゼル機関)3から排出された排ガスが導かれる配管42には、過熱器7が接続されている。
 過熱器7は、排ガスの熱によって過熱器7に導入される蒸気を過熱するものである。過熱器7は、その内部に蒸気管26を有している。蒸気管26には、後述する配管50により蒸気が導かれる。過熱器7内には、過熱器7に接続されている配管42から排ガスが導かれる。過熱器7内に導かれた、例えば、温度が250℃から350℃の排ガスは、蒸気管26内に導かれた蒸気と熱交換する。過熱器7における排ガスと蒸気との熱交換によって、排ガスの熱エネルギーが蒸気に与えられる。熱エネルギーが与えられた蒸気は、過熱蒸気となる。
 蒸気タービン5の回転軸5Aには、蒸気タービン用発電機6が接続されている反対端にガスタービン8が接続されている。
 次に、排ガスと、蒸気と、給水との流れについて説明する。
 主機(2ストロークディーゼル機関)2から排出された排ガスは、過給機11を経て配管40へと導出される。また、主機2の排ガス集合管14に蓄えられている排ガスの一部は、ガスタービン8に接続されている配管53へと導出される。
 配管53からガスタービン8に導かれた主機2の排ガスは、ガスタービン8を回転駆動する。ガスタービン8が回転駆動されることによって、同軸5A上に設けられている蒸気タービン5と蒸気タービン用発電機6とが回転駆動される。
 ガスタービン8に導かれた排ガスは、ガスタービン8を回転駆動した後に配管54へと導出される。配管54に導出された排ガスは、配管40に合流されて排ガスボイラ4(第1ボイラ)へと導かれる。
 給水ポンプ25によって昇圧された水は、配管52へと導かれる。配管52に導かれた水は、排ガスボイラ4へと導入される。排ガスボイラ4に導かれた水は、蒸気ドラム23内に貯蔵される。蒸気ドラム23内の水は、水管22へと導かれる。水管22内の水は、排ガスボイラ4内を通過する排ガスの熱エネルギーによって蒸気に変えられる。水管22において排ガスと熱交換することによって発生した蒸気は、排ガスボイラ4に接続されている配管50へと導出される。配管50に導出された蒸気は、過熱器7へと導かれる。
 補機3から排出された排ガスは、配管42から過熱器7内へと導かれる。過熱器7内に導かれた排ガスは、配管50に接続されている蒸気管26内に導入された蒸気と熱交換を行う。蒸気管26において排ガスと熱交換した蒸気は、高温の過熱蒸気とされる。過熱蒸気は、蒸気管26に接続されている配管51へと導出される。配管51に導出された過熱蒸気は、蒸気タービン5へと供給される。
 蒸気タービン5には、過熱蒸気による回転駆動に加えて上述したガスタービン8による回転駆動も加わる。蒸気タービン5の回転軸5A上に設けられている蒸気タービン用発電機6は、蒸気タービン5とガスタービン8とによって駆動されて電気を発生する。
 以上説明したように、本実施形態にかかる蒸気タービン発電システムおよびこれを備えた船舶によれば、以下の作用効果を奏する。
 主機(2ストロークディーゼル機関)2から排出された排ガスが導かれるガスタービン8を設けることとした。そのため、ガスタービン8が駆動することによって蒸気タービン5を回転駆動させることができる。したがって、蒸気タービン5の回転力を増大させ、蒸気タービン発電システム1の電力量を増大させることができる。
[第4実施形態]
 以下、本発明の第4実施形態について図4に基づいて説明する。
 本実施形態の蒸気タービン発電システムおよびこれを備えた船舶は、過熱器と、開閉弁とを有する点で第1実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、各ディーゼル機関の運転方法、排ガス、給水および蒸気の流れについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
 蒸気タービン発電システム1の補機(4ストロークディーゼル機関)3から排出された排ガスが導かれる配管42には、過熱器7が接続されている。
 過熱器7は、排ガスの熱によって過熱器7に導入される水または蒸気を過熱するものである。過熱器7は、その内部に蒸気管26を有している。蒸気管26には、後述する配管50が接続されている。過熱器7内には、過熱器7に接続されている配管42から排ガスが導かれる。過熱器7内に導かれた、例えば、温度が250℃から350℃の排ガスは、蒸気管26内に導かれた水または蒸気と熱交換する。過熱器7における排ガスと蒸気との熱交換によって、排ガスの熱エネルギーが水または蒸気に与えられる。熱エネルギーが与えられた水または蒸気は、蒸気または過熱蒸気となる。
 過熱器7の下流側に接続されている配管43には、分岐配管55が接続されている。分岐配管55に分岐後の配管43上には、開閉弁9Aが設けられている。
 分岐配管55は、配管43と排ガスボイラ(第1ボイラ)4の上流側に接続されている配管40との間を接続している。分岐配管55には、その上流側に開閉弁9Bが設けられている。
 分岐配管55が合流している配管40の上流側には、開閉弁9Cが設けられている。
 次に、主機の運転状態と、排ガスと、蒸気と、給水との流れについて説明する。
 主機2は、運転が停止されている。主機2の運転が停止されているため、過給機11および主機2の排ガス集合管14から配管40には、排気ガスが導出されない。
 配管40上に設けられている開閉弁9Cは、閉状態とされている。開閉弁9Cが閉状態とされることによって、排ガスボイラ(第1ボイラ)4に導かれた排ガスが主機2へと逆流することが防止されている。
 配管43上に設けられている開閉弁9Aは、閉状態に、分岐配管55上に設けられている開閉弁9Bは、開状態にされている。
 給水ポンプ25によって昇圧された水は、配管52へと導かれる。配管52に導かれた水は、排ガスボイラ4へと導入される。排ガスボイラ4に導かれた水は、蒸気ドラム23内に貯蔵される。蒸気ドラム23内の水は、水管22へと導かれる。配管40上の開閉弁9Cが閉状態とされているため、排ガスボイラ4内には主機3からの排ガスが導入されない。そのため、排ガスボイラ4内に導かれた水は、熱交換を行うことなく排ガスボイラ4から配管50へと導出される。配管50に導出された水は、過熱器7へと導かれる。
 補機3から排出された排ガスは、配管42から過熱器7内へと導かれる。過熱器7内に導かれた排ガスは、配管50によって過熱器7に設けられている蒸気管26内に導入された水と熱交換を行う。蒸気管26において排ガスと熱交換した水は、蒸気とされる。過熱器7において発生した蒸気は、過熱器7の蒸気管26に接続されている配管51へと導出される。配管51に導出された蒸気は、蒸気タービン5へと供給される。
 過熱器7において熱交換されて温度が低下した排ガスは、配管43へと導出される。配管43に導出された排ガスは、開閉弁9Aが閉状態とされ、開閉弁9Bが開状態とされるため、分岐配管55へと導かれる。分岐配管55に導かれた排ガスは、配管40上に設けられている開閉弁9Cの下流側の配管40に合流される。開閉弁9Cの下流側の配管40に導かれた排ガスは、排ガスボイラ4へと導かれる。
 分岐配管55から配管40を経て排ガスボイラ4へと導かれた補機3の排ガスは、給水ポンプ25によって昇圧されて配管52から排ガスボイラの水管22へと導かれた水と熱交換を行う。水管22内の水は、排ガスボイラ4内を流れる排ガスの熱エネルギーによって蒸気に変えられる。水管22において排ガスと熱交換することによって発生した蒸気は、排ガスボイラ4の水管22に接続されている配管50へと導出される。配管50に導出された蒸気は、過熱器7へと導かれる。
 配管50によって過熱器7の蒸気管26内に導入された蒸気は、補機3から過熱器7へと導入された排ガスと熱交換を行い過熱されて過熱蒸気とされる。この過熱蒸気は、過熱器7の蒸気管26に接続されている配管51へと導出される。配管51に導出された過熱蒸気は、蒸気タービン5へと供給される。
 以上説明したように、本実施形態にかかる蒸気タービン発電システムおよびこれを備えた船舶によれば、以下の作用効果を奏する。
 排ガスボイラ(第1ボイラ)4には、過熱器7を通過した排ガスの一部が合流して供給される。そのため、主機(2ストロークディーゼル機関)2が停止している場合であっても、補機(4ストロークディーゼル機関)3から排出された排ガスを排ガスボイラ4に導いて蒸気を発生させることができる。したがって、主機2が停止した場合であっても、蒸気タービン発電システム1を駆動させて発電を行うことができる。
 なお、本実施形態では、過熱器7を用いて説明したが、排ガスボイラ(第2ボイラ)であっても良い。
[第5実施形態]
 以下、本発明の第5実施形態について図5に基づいて説明する。
 本実施形態の蒸気タービン発電システムおよびこれを備えた船舶は、過熱器と、開閉弁と、電動機とを有する点で第1実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、各ディーゼル機関の運転方法、排ガス、給水および蒸気の流れについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
 蒸気タービン発電システム1の補機(4ストロークディーゼル機関)3から排出された排ガスが導かれる配管42には、過熱器7が接続されている。
 過熱器7は、排ガスの熱によって過熱器7に導入される水または蒸気を過熱するものである。過熱器7は、その内部に蒸気管26を有している。蒸気管26には、配管50が接続されている。過熱器7内には、過熱器7に接続されている配管42から排ガスが導かれる。過熱器7内に導かれた、例えば、温度が250℃から350℃の排ガスは、蒸気管26内に導かれた水または蒸気と熱交換する。過熱器7における排ガスと蒸気との熱交換によって、排ガスの熱エネルギーが水または蒸気に与えられる。熱エネルギーが与えられた水または蒸気は、蒸気または過熱蒸気となる。
 過熱器7の下流側に接続されている配管43には、分岐配管55が接続されている。分岐配管55が接続されている配管43の下流側には、開閉弁9Aが設けられている。
 分岐配管55は、配管43と排ガスボイラ(第1ボイラ)4の上流側に接続されている配管40との間を接続している。分岐配管55には、その上流側に開閉弁9Bが設けられている。
 分岐配管55が合流している配管40の上流側には、開閉弁9Cが設けられている。
 推進軸15には、電動機10が設けられている。電動機10は、補機3に接続されている補機用発電機17と、蒸気タービン5に接続されている蒸気タービン用発電機6とによって点線で示すように電気的に接続されている。
 次に、主機の運転状態と、排ガスと、蒸気と、給水との流れについて説明する。
 主機2は、運転が停止されている。主機2の運転が停止されているため、過給機11および主機2の排ガス集合管14から配管40には、排気ガスが導出されない。
 配管40上に設けられている開閉弁9Cは、閉状態とされている。開閉弁9Cが閉状態とされることによって、排ガスボイラ4に導かれた排ガスが主機2へと逆流することが防止されている。
 配管43上に設けられている開閉弁9Aは、閉状態に、分岐配管55上に設けられている開閉弁9Bは、開状態にされている。
 給水ポンプ25によって昇圧された水は、配管52へと導かれる。配管52に導かれた水は、排ガスボイラ(第1ボイラ)4へと導入される。排ガスボイラ4に導かれた水は、蒸気ドラム23内に貯蔵される。蒸気ドラム23内の水は、水管22へと導かれる。配管40上の開閉弁9Cが閉状態とされているため、排ガスボイラ4内には、主機2から排ガスが導入されない。そのため、排ガスボイラ4内に導かれた水は、熱交換を行うことなく排ガスボイラ4から配管50へと導出される。配管50に導出された水は、過熱器7へと導かれる。
 補機3から排出された排ガスは、配管42から過熱器7内へと導かれる。過熱器7内に導かれた排ガスは、配管50によって過熱器7の蒸気管26内に導入された水と熱交換を行う。蒸気管26において排ガスと熱交換した水は、蒸気とされる。蒸気は、過熱器7の蒸気管26に接続されている配管51へと導出される。配管51に導出された蒸気は、蒸気タービン5へと供給される。
 過熱器7において熱交換されて温度が低下した排ガスは、配管43へと導出される。配管43に導出された排ガスは、開閉弁9Aが閉状態とされ、開閉弁9Bが開状態とされるため、分岐配管55へと導かれる。分岐配管55に導かれた排ガスは、開閉弁9Cの下流側の配管40に合流される。配管40に導かれた排ガスは、排ガスボイラ4へと導かれる。
 分岐配管55から配管40を経て排ガスボイラ4へと導かれた補機3の排ガスは、給水ポンプ25によって昇圧されて配管52から排ガスボイラ4の水管22へと導かれた水と熱交換を行う。水管22内の水は、排ガスボイラ4内を流れる排ガスの熱エネルギーによって蒸気に変えられる。水管22において排ガスと熱交換することによって発生した蒸気は、排ガスボイラ4の水管22に接続されている配管50へと導出される。配管50に導出された蒸気は、過熱器7へと導かれる。
 配管50によって過熱器7の蒸気管26内に導入された蒸気は、補機3から過熱器7へと導入された排ガスと熱交換を行い過熱されて過熱蒸気とされる。過熱蒸気は、過熱器7の蒸気管26に接続されている配管51へと導出される。配管51に導出された過熱蒸気は、蒸気タービン5へと供給される。
 推進軸15に設けられている電動機10には、補機3に接続されている補機用発電機17と、蒸気タービン5に接続されている蒸気タービン用発電機6とから電気が供給される。電気が供給された電動機10は、推進軸15を回転駆動させる。推進軸15が回転駆動されることによって、推進器16が回転される。推進器16が回転されることによって、船舶は、推進力を得る。
 以上説明したように、本実施形態にかかる蒸気タービン発電システムおよびこれを備えた船舶によれば、以下の作用効果を奏する。
 推進軸15は、補機(4ストロークディーゼル機関)3によって駆動される補機用発電機(4ストロークディーゼル機関用発電機)17および蒸気タービン5に接続されている蒸気タービン用発電機6によって電気的に接続されている電動機10が設けられている。そのため、電動機10には、主機(2ストロークディーゼル機関)2が停止した場合であっても、電力を投入することができる。したがって、主機2が停止した場合であっても、電動機10によって推進軸15に設けられた推進器16を回転駆動させて、船舶を運航することができる。
1 蒸気タービン発電システム
2 2ストロークディーゼル機関(主機)
3 4ストロークディーゼル機関(補機)
4A 第1ボイラ(排ガスボイラ)
4B 第2ボイラ(排ガスボイラ)
5 蒸気タービン
6 蒸気タービン用発電機
7 過熱器

Claims (6)

  1.  2ストロークディーゼル機関と、
     4ストロークディーゼル機関と、
     前記2ストロークディーゼル機関から排出された排ガスが導かれて蒸気を発生する第1ボイラと、
     前記4ストロークディーゼル機関から排出された排ガスが導かれて蒸気を発生する第2ボイラと、
     前記第1ボイラおよび前記第2ボイラにおいて発生した蒸気が導かれる蒸気タービンと、
     前記蒸気タービンが回転駆動されることによって発電する蒸気タービン用発電機と、を備える蒸気タービン発電システム。
  2.  2ストロークディーゼル機関と、
     4ストロークディーゼル機関と、
     前記2ストロークディーゼル機関から排出された排ガスが導かれて蒸気を発生する第1ボイラと、
     前記第1ボイラにおいて発生した蒸気が、前記4ストロークディーゼル機関から排出された排ガスの熱によって過熱される過熱器と、
     前記過熱器によって過熱された蒸気が導かれる蒸気タービンと、
     前記蒸気タービンが回転駆動されることによって発電する蒸気タービン用発電機と、を備える蒸気タービン発電システム。
  3.  前記2ストロークディーゼル機関から排出された排ガスの一部が導かれて回転駆動されることによって前記蒸気タービンを回転駆動するガスタービンを備える請求項1または請求項2に記載の蒸気タービン発電システム。
  4.  前記第2ボイラまたは前記過熱器を通過した排ガスの一部を前記第1ボイラに導かれる排ガスに合流させる請求項1から請求項3のいずれかに記載の蒸気タービン発電システム。
  5.  請求項1から請求項4のいずれかに記載の蒸気タービン発電システムと、
     前記4ストロークディーゼル機関に接続されて駆動される4ストロークディーゼル機関用発電機と、
     前記2ストロークディーゼル機関が駆動されることによって回転駆動する推進軸と、
     前記推進軸上に設けられて推力を発生する推進器と、を備える船舶。
  6.  前記推進軸に設けられ、前記4ストロークディーゼル機関用発電機によって発生される電力および前記蒸気タービン用発電機によって発生される電力が電気的に接続される電動機を備える請求項5に記載の船舶。
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