WO2015012345A1 - ボイラ用給水予熱システム及びボイラ用給水予熱方法 - Google Patents

ボイラ用給水予熱システム及びボイラ用給水予熱方法 Download PDF

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    • F22D11/00—Feed-water supply not provided for in other main groups

Definitions

  • the present invention relates to a boiler feed water preheating system and a boiler feed water preheating method.
  • the feed water is preheated (preheated) using the exhaust gas (high temperature gas) of the gas turbine and then steamed (vaporized).
  • a water supply method is used. That is, in this water supply method, the water supply is heated (preheated) with combustion exhaust gas by using a heat exchanger. In a boiler system using such a water supply method, the preheated water is steamed in the boiler body.
  • the water supply method mentioned above is one measure for improving the energy efficiency (boiler efficiency) of a boiler system.
  • the effective energy is a thermodynamic concept called exergy, and is generally known as energy that can be extracted from a certain system as dynamic work.
  • the effective energy in the present invention means energy (work amount) that can be recovered as dynamic work (power such as electricity) in the total energy of the heat source of the boiler.
  • An object of the present invention is to provide a boiler feed water preheating system and a boiler feed water preheating method in which the amount of collected effective energy is higher than that in the past.
  • a first aspect of the boiler feed water preheating system of the present invention is a boiler feed water preheating system for preheating water (boiler feed water) supplied to a boiler by a predetermined preheating means, wherein the preheating means is a predetermined one.
  • This is a heat cycle in which the heat of the waste heat source in the boiler is transferred to the boiler feed water to be preheated and electric power is generated.
  • the preheating unit performs heat exchange between the waste heat source and the boiler supply water in addition to the thermal cycle.
  • An auxiliary heat exchanger for preheating boiler feed water is provided.
  • the waste heat source is drain hot water obtained by using the steam generated by the boiler for a predetermined use.
  • the heat medium is a low boiling point heat medium having a boiling point lower than that of water.
  • the waste heat source is combustion exhaust gas generated in a combustor of the boiler.
  • the heat medium is a high boiling point heat medium having a boiling point higher than that of water.
  • the aspect which concerns on the boiler feed water preheating method of this invention is a boiler feed water preheating method which preheats the water (boiler feed water) supplied to a boiler, Comprising: In the said boiler, using a predetermined
  • the waste heat source and the boiler feed water are simply heat-exchanged to provide boiler feed water. It is possible to provide a boiler feed water preheating system and a boiler feed water preheating method in which the amount of recovered effective energy (exergy) is higher than that of the conventional technology for preheating the boiler.
  • the boiler feed water preheating system preheats water (boiler supply water W2) supplied to the boiler using the drain hot water W1, and is constituted of a Rankine cycle R and an auxiliary heat exchanger H. ing.
  • the drain hot water W1 is obtained as a result of using steam generated in a boiler for a predetermined application, and is, for example, hot water of about 100 to 130 ° C.
  • the drain hot water W1 is condensed water that is recovered by condensing steam by driving the steam turbine.
  • the boiler supply water W2 is water supplied to the boiler as described above, and is, for example, about 20 to 50 ° C., preferably about 30 ° C., depending on the system configuration of the boiler.
  • Rankine cycle R is a heat cycle using a heat medium M (low boiling point heat medium) having a boiling point lower than that of water, and as shown in FIG. 1, a first heat exchanger r1, a second heat exchanger r2, a pump r3, A turbine r4 and a generator r5 are provided.
  • the heat medium M include benzene, chlorofluorocarbons, and silicone oil.
  • the first heat exchanger r1 is a device for exchanging heat between the liquid heat medium M supplied from the pump r3 and the drain hot water W1.
  • the liquid heat medium M is heated in the first heat exchanger r1 to change into a gaseous state and is supplied to the turbine r4. That is, the first heat exchanger r1 functions as a vaporizer when viewed with respect to the heat medium M, and functions as a cooler when viewed with respect to the drain hot water W1.
  • the second heat exchanger r2 is a device that exchanges heat between the heat medium M collected from the turbine r4 and the boiler feed water W2.
  • the heat medium M is cooled in the second heat exchanger r2 to be in a completely condensed liquid state and supplied to the pump r3. That is, the second heat exchanger r2 functions as a condenser when viewed with respect to the heat medium M, and functions as a heater when viewed with respect to the boiler feed water W2.
  • the pump r3 is provided between the first heat exchanger r1 and the second heat exchanger r2 as illustrated in order to circulate the heat medium M in the Rankine cycle R.
  • the turbine r4 is a power source that rotates using the gaseous heat medium M supplied from the first heat exchanger r1 as a driving medium.
  • the first heat exchanger r1 and the second heat exchanger r2 It is provided between. That is, the gaseous heat medium M supplied to the turbine r4 is a compressed gas vaporized by the first heat exchanger r1, and causes the turbine r4 to generate rotational power.
  • the generator r5 has a rotating shaft that is axially coupled to the turbine r4, and generates AC power P when rotated by the turbine r4.
  • the heat medium M in the liquid state is supplied from the second heat exchanger r2 to the first heat exchanger r1 via the pump r3, and the heat medium M in the gaseous state is supplied to the first heat exchanger. It is supplied from r1 to the second heat exchanger r2 via the turbine r4.
  • the heat medium M circulates through the second heat exchanger r2, the pump r3, the first heat exchanger r1, and the turbine r4 while repeating the state change between liquid and gas.
  • Rankine cycle R moves the heat of the drain hot water W1 to the boiler feed water W2 through the heat medium M to heat (heats up) the boiler feed water W2, and the turbine r4 by the heat medium M.
  • the Rankine cycle R in the present embodiment has both a heat transport function and a power generation function.
  • the auxiliary heat exchanger H is a device for exchanging heat between the drain hot water W1 passing through the first heat exchanger r1 and the boiler feed water W2 passing through the second heat exchanger r2.
  • the temperature of the drain hot water W1 supplied from the first heat exchanger r1 to the auxiliary heat exchanger H is higher than the temperature of the boiler supply water W2 supplied from the second heat exchanger r2 to the auxiliary heat exchanger H. is there. Therefore, the boiler feed water W2 is further heated (heated up) in the auxiliary heat exchanger H.
  • the boiler feed water W2 that passes through the auxiliary heat exchanger H is warm water that is primarily preheated by the Rankine cycle R and secondarily preheated by the auxiliary heat exchanger H, and is supplied to the boiler as preheated water. Supplied.
  • the drain hot water W1 that has passed through the auxiliary heat exchanger H is primarily cooled by the Rankine cycle R, and further supplied to the wastewater treatment apparatus in a state of being secondarily cooled by the auxiliary heat exchanger H.
  • the drain hot water W1 is supplied to the wastewater treatment apparatus after first passing through the first heat exchanger r1 and further passing through the auxiliary heat exchanger H.
  • the boiler feed water W2 is supplied to the boiler as preheated water after first passing through the second heat exchanger r2 and further passing through the auxiliary heat exchanger H.
  • the drain hot water W1 is cooled to, for example, 80 to 90 ° C. by heat exchange with the liquid heat medium M in the first heat exchanger r1, while the boiler feed water W2 is cooled in the second heat exchanger r2.
  • it is heated (preheated) to near 40 ° C. by heat exchange with the heat medium M in a gaseous state.
  • the drain hot water W1 is cooled to, for example, near 50 ° C. by heat exchange with the boiler supply water W2 in the auxiliary heat exchanger H, while the boiler supply water W2 is cooled with the drain hot water W1 in the auxiliary heat exchanger H. It is heated (preheated) to, for example, close to 65 ° C. by heat exchange. That is, when the heat of the drain warm water W1 is transferred to the boiler feed water W2 by the Rankine cycle R and the auxiliary heat exchanger H, the boiler feed water W2 is heated (preheated) to, for example, close to 65 ° C.
  • FIG. 2 is a characteristic diagram showing a mutual heat exchange state in the drain hot water W1, the boiler feed water W2, and the heat medium M in relation to the exchange heat quantity (horizontal axis) and the temperature (vertical axis).
  • the solid line indicates the heat exchange state of the drain hot water W1
  • the alternate long and short dash line indicates the heat exchange state of the boiler supply water W2
  • the broken line indicates the heat exchange state of the heat medium M.
  • the BD region on the horizontal axis shows the heat exchange process between the boiler feed water W2 and the gaseous heat medium M in the second heat exchanger r2, and the total amount of heat QBD is the heat in the gaseous state. It moves from the medium M to the boiler feed water W2. That is, in this BD region, the boiler feed water W2 is heated from about 30 ° C. (initial temperature) to nearly 40 ° C., while the gaseous heat medium M is sequentially changed from gas to liquid at a predetermined condensation temperature. To do.
  • the DC region on the horizontal axis indicates a heat exchange process in which the gaseous heat medium M is cooled to near the condensation temperature by the turbine r4.
  • the B-C region on the horizontal axis shows the heat exchange process between the drain hot water W1 and the liquid heat medium M in the first heat exchanger r1, and the total amount of heat QBC is the liquid heat from the drain hot water W1.
  • the AB region on the horizontal axis shows the heat exchange process between the drain hot water W1 and the boiler feed water W2 in the auxiliary heat exchanger H, and the total amount of heat Q AB is changed from the drain hot water W1 to the boiler feed water W2.
  • the boiler feed water W2 that has been heated to nearly 40 ° C. by the second heat exchanger r2 is further heated to nearly 65 ° C. by the drain hot water W1, while the first heat exchanger r1
  • the drain hot water W1 cooled to 80 to 90 ° C is cooled to close to 50 ° C.
  • the Rankine cycle R power is generated by the heat medium M acting dynamically on the turbine r4 as a drive medium, and the generator r5 is rotated by the power of the turbine r4, whereby AC power is generated. P is generated. That is, in the boiler feed water preheating system of the present invention, the Rankine cycle R is provided to generate AC power P in addition to preheating the boiler feed water W2.
  • the Rankine cycle R is Naturally, a larger effective energy can be obtained than when the boiler feed water W2 is heated to 65 ° C. (preheated) using only the auxiliary heat exchanger H.
  • the Rankine cycle R is configured to heat (heat up) the boiler feed water W2 using the drain hot water W1, but the present invention is not limited to this.
  • waste heat generated in the boiler in addition to the drain hot water W1.
  • the combustion exhaust gas generated in the combustor is a waste heat source having a higher temperature (several hundred degrees Celsius) than the drain hot water W1, and may be used instead of the boiler feed water W2.
  • the Rankine cycle is configured to heat (heat up) the boiler feed water W2 using combustion exhaust gas
  • the auxiliary heat exchanger H uses the boiler hot water W1 as in the above embodiment. It is conceivable to heat (heat up) the feed water W2.
  • the Rankine cycle R is configured using the heating medium M (low boiling point heating medium) whose boiling point is lower than that of water, but the present invention is not limited to this.
  • a heat medium other than the heat medium exemplified as the low boiling point heat medium may be used, and further, a high boiling point heat medium having a boiling point higher than that of water may be used instead of the low boiling point heat medium.
  • a high boiling point heating medium can be used because the temperature of the combustion exhaust gas is several hundred degrees C. which is considerably higher than the boiling point of water.
  • a plurality of Rankine cycles are provided from the upstream side to the downstream side of the combustion exhaust gas and boiler feed water W2, and a high boiling point heat medium is used in the upstream side, that is, the Rankine cycle in which the temperature of the combustion exhaust gas is relatively high.
  • a low boiling point heating medium can be used.
  • Rankine cycle efficiency is defined as 1- (TC / TH), where the maximum temperature of the heating medium M is “TH” and the condensation temperature of the heating medium M is “TC”. The higher the is, the better the cycle efficiency.
  • the auxiliary heat exchanger H that preheats the boiler feed water W2 is provided, but the present invention is not limited to this. You may delete the auxiliary heat exchanger H as needed.
  • the boiler feed water W2 is the target of heating (preheating), but the present invention is not limited to this.
  • the combustion air supplied to the boiler combustor may be subject to heating (preheating).
  • the drain hot water W1 supplied from the auxiliary heat exchanger H to the waste water treatment device is used as the boiler feed water W2. May be reused as In this case, the entire boiler supply water W2 may be covered with the drain hot water W1, or a part of the boiler supply water W2 may be covered with the drain hot water W1. Thus, by reusing the drain hot water W1 as the boiler supply water W2, the amount of heat retained in the drain hot water W1 can be used effectively. When a part of the boiler feed water W2 is covered with the drain hot water W1, it is desirable that the temperature of the boiler feed water W2 is mixed at the same temperature as the drain hot water W1 during the heating of the boiler feed water W2.
  • the present invention provides a boiler feed water preheating system and a boiler feed water preheating method in which the amount of collected effective energy (exergy) is higher than that of the prior art.

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Abstract

本発明は、ボイラに供給される水（ボイラ供給水（Ｗ２））を所定の予熱手段で予熱するボイラ用給水予熱システムであって、上記予熱手段は、熱媒（Ｍ）を用いることにより、ボイラにおけるドレン温水（Ｗ１）の熱をボイラ供給水（Ｗ２）に移動させて予熱すると共に発電機（ｒ５）を駆動して電力を発生させるランキンサイクル（Ｒ）（熱サイクル）である。

Description

ボイラ用給水予熱システム及びボイラ用給水予熱方法
　本発明は、ボイラ用給水予熱システム及びボイラ用給水予熱方法に関する。
本願は、２０１３年７月２６日に、日本に出願された特願２０１３－１５５７５４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ボイラの技術分野では、例えば下記特許文献１に開示された排熱回収ボイラのように、ガスタービンの排ガス（高温ガス）を利用して給水を予め加熱（予熱）した後に水蒸気化（気化）させる給水手法が行われている。すなわち、この給水手法は、熱交換器を用いることにより給水を燃焼排ガスで加熱（予熱）する。このような給水手法を用いたボイラシステムでは、この予熱後の給水をボイラ本体で水蒸気化する。
日本国特開平０８－９３４１２号公報
　ところで、上述した給水手法はボイラシステムのエネルギー効率（ボイラ効率）を向上させるための１つの方策である。しかしながら、昨今のボイラ市場では、ボイラ効率の単純な向上ではなく、ボイラシステムにおける有効エネルギの回収量の向上が要望されている。そのため、ボイラ製造メーカーとしては、このような市場の要望に的確に答えていく必要がある。
　なお、上記有効エネルギは、エクセルギとも呼ばれる熱力学的な概念であり、ある系から力学的な仕事として取り出せるエネルギとして一般に知られている。本願発明における有効エネルギは、ボイラの熱源が有する総エネルギのうち力学的な仕事（電気等の動力）として回収できるエネルギ（仕事量）を意味する。
　本発明は、有効エネルギの回収量が従来よりも高いボイラ用給水予熱システム及びボイラ用給水予熱方法を提供することを目的とする。
　本発明のボイラ用給水予熱システムに係る第１の態様は、ボイラに供給される水（ボイラ供給水）を所定の予熱手段で予熱するボイラ用給水予熱システムであって、前記予熱手段は、所定の熱媒を用いることにより、前記ボイラにおける廃熱源の熱を前記ボイラ供給水に移動させて予熱すると共に電力を発生させる熱サイクルである。
　本発明のボイラ用給水予熱システムに係る第２の態様は、上記第１の態様において、前記予熱手段は、前記熱サイクルに加えて、前記廃熱源と前記ボイラ供給水とを熱交換させて前記ボイラ供給水を予熱する補助熱交換器を備える。
　本発明のボイラ用給水予熱システムに係る第３の態様は、上記第１または第２の態様において、前記廃熱源は、前記ボイラが発生した水蒸気を所定用途に使用して得られるドレン温水である。
　本発明のボイラ用給水予熱システムに係る第４の態様は、上記第３の態様において、前記熱媒は、沸点が水よりも低い低沸点熱媒である。
　本発明のボイラ用給水予熱システムに係る第５の態様は、上記第１または第２の態様において、前記廃熱源は、前記ボイラの燃焼器で発生した燃焼排ガスである。
　本発明のボイラ用給水予熱システムに係る第６の態様は、上記第５の態様において、前記熱媒は、沸点が水よりも高い高沸点熱媒である。
　また、本発明のボイラ用給水予熱方法に係る態様は、ボイラに供給される水（ボイラ供給水）を予熱するボイラ用給水予熱方法であって、所定の熱サイクルを用いることにより、前記ボイラにおける廃熱源の熱を前記ボイラ供給水に移動させて予熱すると共に電力を発生させる。
　本発明によれば、ボイラにおける廃熱源の熱をボイラ供給水に移動させて予熱すると共に電力を発生させる熱サイクルを有するので、廃熱源とボイラ供給水とを単純に熱交換してボイラ供給水を予熱する従来技術よりも有効エネルギ（エクセルギ）の回収量が高いボイラ用給水予熱システム及びボイラ用給水予熱方法を提供することが可能である。
本発明の一実施形態に係るボイラ用給水予熱システムのシステム構成図である。 本発明の一実施形態に係るボイラ用給水予熱システムの動作を示す特性図である。
　以下、上記図面を参照して本発明の一実施形態に係るボイラ用給水予熱システムについて説明する。
　本発明のボイラ用給水予熱システムは、図１に示すようにドレン温水Ｗ１を用いてボイラに供給される水（ボイラ供給水Ｗ２）を予熱し、ランキンサイクルＲ及び補助熱交換器Ｈから構成されている。上記ドレン温水Ｗ１は、ボイラで発生させた水蒸気を所定用途に使用した結果得られ、例えば１００～１３０℃程度の温水である。例えば、蒸気タービンを駆動するための水蒸気を生成するボイラの場合、上記ドレン温水Ｗ１は、蒸気タービンを駆動することによって水蒸気が凝縮して回収される凝縮水である。上記ボイラ供給水Ｗ２は、上述したようにボイラに供給される水であり、ボイラのシステム構成にも依るが例えば２０～５０℃、好ましくは３０℃程度である。
　ランキンサイクルＲは、沸点が水よりも低い熱媒Ｍ（低沸点熱媒）を用いる熱サイクルであり、図１に示すように第１熱交換器ｒ１、第２熱交換器ｒ２、ポンプｒ３、タービンｒ４及び発電機ｒ５を備えている。上記熱媒Ｍは、例えばベンゼンやフロン類、シリコーンオイル等である。
　第１熱交換器ｒ１は、ポンプｒ３から供給される液体状態の熱媒Ｍとドレン温水Ｗ１とを熱交換させる装置である。上記液体状態の熱媒Ｍは、この第１熱交換器ｒ１において加熱されることにより気体状態に状態変化してタービンｒ４に供給される。すなわち、第１熱交換器ｒ１は、熱媒Ｍについて見ると気化器として機能し、一方、ドレン温水Ｗ１について見ると冷却器として機能する。
　第２熱交換器ｒ２は、上記タービンｒ４から回収された熱媒Ｍとボイラ供給水Ｗ２とを熱交換させる装置である。上記熱媒Ｍは、この第２熱交換器ｒ２において冷却されることにより完全に凝縮した液体状態となってポンプｒ３に供給される。すなわち、第２熱交換器ｒ２は、熱媒Ｍについて見ると凝縮器として機能し、一方、ボイラ供給水Ｗ２について見ると加熱器として機能する。
　ポンプｒ３は、熱媒ＭをランキンサイクルＲ内で循環させるために、図示するように上記第１熱交換器ｒ１と第２熱交換器ｒ２との間に設けられている。タービンｒ４は、第１熱交換器ｒ１から供給された気体状態の熱媒Ｍを駆動媒体として回転する動力源であり、図示するように上記第１熱交換器ｒ１と第２熱交換器ｒ２との間に設けられている。すなわち、タービンｒ４に供給される気体状態の熱媒Ｍは、第１熱交換器ｒ１で気化した圧縮ガスであり、タービンｒ４に回転動力を発生させる。発電機ｒ５は、回転軸が上記タービンｒ４と軸結合しており、タービンｒ４によって回転することによって交流電力Ｐを発生する。
　このようなランキンサイクルＲでは、液体状態の熱媒Ｍが第２熱交換器ｒ２からポンプｒ３を介して第１熱交換器ｒ１に供給され、また気体状態の熱媒Ｍが第１熱交換器ｒ１からタービンｒ４を介して第２熱交換器ｒ２に供給される。換言すると、ランキンサイクルＲでは、熱媒Ｍが液体と気体とに状態変化を繰り返しつつ、第２熱交換器ｒ２、ポンプｒ３、第１熱交換器ｒ１及びタービンｒ４を循環する。
　また、このようなランキンサイクルＲは、熱媒Ｍを介することによりドレン温水Ｗ１の熱をボイラ供給水Ｗ２に移動させてボイラ供給水Ｗ２を加熱（昇温）すると共に、熱媒Ｍによってタービンｒ４を駆動することによって発電する。すなわち、本実施形態におけるランキンサイクルＲは、熱輸送の機能と発電機能とを併せ持つ。
　補助熱交換器Ｈは、上記第１熱交換器ｒ１を経由したドレン温水Ｗ１と上記第２熱交換器ｒ２を経由したボイラ供給水Ｗ２とを熱交換させる装置である。第１熱交換器ｒ１から補助熱交換器Ｈに供給されるドレン温水Ｗ１の温度は、上記第２熱交換器ｒ２から補助熱交換器Ｈに供給されるボイラ供給水Ｗ２の温度よりも高温である。したがって、ボイラ供給水Ｗ２は、補助熱交換器Ｈにおいてさらに加熱（昇温）される。
　このような補助熱交換器Ｈを経由したボイラ供給水Ｗ２は、ランキンサイクルＲによって一次的に予熱され、さらに補助熱交換器Ｈによって二次的に予熱された温水であり、予熱水としてボイラに供給される。一方、補助熱交換器Ｈを経由したドレン温水Ｗ１は、ランキンサイクルＲによって一次的に冷却され、さらに補助熱交換器Ｈによって二次的に冷却された状態で廃水処理装置に供給される。
　次に、このように構成された本発明のボイラ用給水予熱システムの動作について、図２をも参照して詳しく説明する。
　本発明のボイラ用給水予熱システムでは、ドレン温水Ｗ１は、第１熱交換器ｒ１を最初に経由し、さらに補助熱交換器Ｈを経由した後に廃水処理装置に供給される。一方、ボイラ供給水Ｗ２は、第２熱交換器ｒ２を最初に経由し、さらに補助熱交換器Ｈを経由した後に予熱水としてボイラに供給される。例えば、ドレン温水Ｗ１は、第１熱交換器ｒ１における液体状態の熱媒Ｍとの熱交換によって、例えば８０～９０℃まで冷却され、一方、ボイラ供給水Ｗ２は、第２熱交換器ｒ２における気体状態の熱媒Ｍとの熱交換によって例えば４０℃近くまで加熱（予熱）される。
　そして、ドレン温水Ｗ１は、補助熱交換器Ｈにおけるボイラ供給水Ｗ２との熱交換によって、例えば５０℃近くまで冷却され、一方、ボイラ供給水Ｗ２は、補助熱交換器Ｈにおけるドレン温水Ｗ１との熱交換によって例えば６５℃近くまで加熱（予熱）される。すなわち、ランキンサイクルＲと補助熱交換器Ｈとによってドレン温水Ｗ１の熱がボイラ供給水Ｗ２に移動することにより、ボイラ供給水Ｗ２は、例えば６５℃近くまで加熱（予熱）される。
　図２は、上記ドレン温水Ｗ１、ボイラ供給水Ｗ２及び熱媒Ｍにおける相互の熱交換状態を交換熱量（横軸）と温度（縦軸）との関係で示す特性図である。この図２において、実線はドレン温水Ｗ１の熱交換状態を示し、一点鎖線はボイラ供給水Ｗ２の熱交換状態を示し、また破線は熱媒Ｍの熱交換状態を示している。
　最初に、横軸のＢ-Ｄ領域は、第２熱交換器ｒ２におけるボイラ供給水Ｗ２と気体状態の熱媒Ｍとの熱交換過程を示しており、トータルとして熱量ＱＢＤが気体状態の熱媒Ｍからボイラ供給水Ｗ２に移動する。すなわち、このＢ-Ｄ領域では、ボイラ供給水Ｗ２が３０℃程度（初期温度）から４０℃近くまで昇温する一方、気体状態の熱媒Ｍが所定の凝縮温度で気体から液体に順次状態変化する。なお、横軸のＤ-Ｃ領域は、タービンｒ４によって気体状態の熱媒Ｍが凝縮温度近傍まで冷却される熱交換過程を示している。
　横軸のＢ-Ｃ領域は、第１熱交換器ｒ１におけるドレン温水Ｗ１と液体状態の熱媒Ｍとの熱交換過程を示しており、トータルとして熱量ＱＢＣがドレン温水Ｗ１から液体状態の熱媒Ｍに移動する。すなわち、このＢ-Ｃ領域では、ドレン温水Ｗ１が液体状態の熱媒Ｍが徐々に昇温すると共に所定の蒸発温度で液体から気体に順次状態変化する一方、ドレン温水Ｗ１が１００～１３０℃から８０～９０℃まで冷却される。
　さらに、横軸のＡ-Ｂ領域は、補助熱交換器Ｈにおけるドレン温水Ｗ１とボイラ供給水Ｗ２との熱交換過程を示しており、トータルとして熱量ＱＡＢがドレン温水Ｗ１からボイラ供給水Ｗ２に移動する。すなわち、このＡ-Ｂ領域では、第２熱交換器ｒ２によって４０℃近くまで昇温されたボイラ供給水Ｗ２がドレン温水Ｗ１によってさらに６５℃近くまで昇温する一方、第１熱交換器ｒ１によって８０～９０℃まで冷却されたドレン温水Ｗ１が５０℃近くまで冷却される。
　また、これと並行して、ランキンサイクルＲでは、熱媒Ｍが駆動媒体としてタービンｒ４に力学的に作用することにより動力が発生し、タービンｒ４の動力によって発電機ｒ５が回転することによって交流電力Ｐが発生する。すなわち、本発明のボイラ用給水予熱システムでは、ランキンサイクルＲを設けることによってボイラ供給水Ｗ２を予熱することに加えて、交流電力Ｐを発生させる。
　ここで、電力の有効エネルギ効率（エクセルギ効率）を「１」とした場合、周知のように熱エネルギは、１００％電力に変換することができないので、有効エネルギ効率が電力よりも低い。仮に、ランキンサイクルＲを削除して補助熱交換器Ｈのみを用いてボイラ供給水Ｗ２を６５℃まで加熱（予熱）した場合、ボイラ供給水Ｗ２がドレン温水Ｗ１から獲得する有効エネルギは、試算例として１５０５ｋＷ（＝ｋＪ/ｓ）である。ドレン温水Ｗ１の温度を例えば１０２℃とすると、ドレン温水Ｗ１の最大有効エネルギは例えば３４７８ｋＷ（＝ｋＪ/ｓ）なので、有効エネルギ利用率は、４３．３％（＝１５０５／３４７８）となる。
　これに対して、本発明のボイラ用給水予熱システムでは、上記有効エネルギ「１５０５ｋＷ（＝ｋＪ/ｓ）」に加えて交流電力Ｐの有効エネルギがドレン温水Ｗ１から獲得されるので、ランキンサイクルＲを削除して補助熱交換器Ｈのみを用いてボイラ供給水Ｗ２を６５℃まで加熱（予熱）した場合よりも当然に大きな有効エネルギを獲得することができる。例えば発電機ｒ５によって５７７ｋＷの交流電力Ｐが得られた場合、有効エネルギ利用率は、５９．９％（＝２０８２／３４７８）となる。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されず、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、ドレン温水Ｗ１を用いてボイラ供給水Ｗ２を加熱（昇温）するようにランキンサイクルＲを構成したが、本発明はこれに限定されない。ボイラで発生する廃熱には、ドレン温水Ｗ１の他に様々なものがある。例えば燃焼器で発生する燃焼排ガスは、ドレン温水Ｗ１よりも高温（数百℃）な廃熱源であり、ボイラ供給水Ｗ２に代えて用いることが考えられる。
　また、必要に応じて燃焼排ガスとボイラ供給水Ｗ２とを廃熱源として供用することが考えられる。この場合、例えば燃焼排ガスを用いてボイラ供給水Ｗ２を加熱（昇温）するようにランキンサイクルを構成し、また補助熱交換器Ｈにおいては、上記実施形態と同様にドレン温水Ｗ１を用いてボイラ供給水Ｗ２を加熱（昇温）することが考えられる。
（２）上記実施形態では、沸点が水よりも低い熱媒Ｍ（低沸点熱媒）を用いてランキンサイクルＲを構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、低沸点熱媒として例示した熱媒以外のものを用いても良く、さらには低沸点熱媒に代えて沸点が水よりも高い高沸点熱媒を用いてもよい。特に、上述した燃焼排ガスを廃熱源として用いる場合には、燃焼排ガスの温度が水の沸点よりもかなり高い数百℃なので、高沸点熱媒を用いることが可能である。
　また、燃焼排ガスを廃熱源として用いる場合には、複数のランキンサイクルを設けることが考えられる。すなわち、燃焼排ガス及びボイラ供給水Ｗ２の上流側から下流側にかけて複数のランキンサイクルを設け、上流側つまり燃焼排ガスの温度が比較的高いランキンサイクルでは高沸点熱媒を用い、下流側つまり燃焼排ガスの温度が比較的低いランキンサイクルでは低沸点熱媒を用いることが可能である。
　また、燃焼排ガスを廃熱源として用いる場合には、ランキンサイクルに追加の熱交換器を設けることが考えられる。すなわち、ボイラ供給水Ｗ２で熱媒Ｍを加熱した後に、燃焼排ガスを導入した熱交換器で熱媒Ｍをさらに加熱する。ランキンサイクルの効率は、熱媒Ｍの最高温度を「ＴＨ」、熱媒Ｍの凝縮温度を「ＴＣ」とすると、１－（ＴＣ/ＴＨ）で定義されるため、熱媒Ｍの最高温度ＴＨが高くなるほどサイクル効率が向上する。
（３）上記実施形態では、ボイラ供給水Ｗ２を二次的に予熱する補助熱交換器Ｈを設けたが、本発明はこれに限定されない。補助熱交換器Ｈは、必要に応じて削除してもよい。
（４）上記実施形態では、ボイラ供給水Ｗ２を加熱（予熱）の対象としたが、本発明はこれに限定されない。ボイラの燃焼器に供給する燃焼用空気を加熱（予熱）の対象としてもよい。
（５）また、高温熱源であるドレン水が十分清浄(ボイラ供給水の基準を満たす)である場合には、補助熱交換器Ｈから廃水処理装置に供給されるドレン温水Ｗ１をボイラ供給水Ｗ２として再利用してもよい。この場合、ボイラ供給水Ｗ２の全量をドレン温水Ｗ１で賄ってもよく、あるいはボイラ供給水Ｗ２の一部をドレン温水Ｗ１で賄ってもよい。このように、ドレン温水Ｗ１をボイラ供給水Ｗ２として再利用することにより、ドレン温水Ｗ１の保有熱量を有効に利用することができる。なお、ボイラ供給水Ｗ２の一部をドレン温水Ｗ１で賄う際には、ボイラ供給水Ｗ２の加熱中においてボイラ供給水Ｗ２の温度がドレン温水Ｗ１と同等温度の点で混合することが望ましい。
本発明は、有効エネルギ（エクセルギ）の回収量が従来よりも高いボイラ用給水予熱システム及びボイラ用給水予熱方法を提供する。
　Ｒ　ランキンサイクル（熱サイクル）
ｒ１　第１熱交換器
ｒ２　第２熱交換器
ｒ３　ポンプ
ｒ４　タービン
ｒ５　発電機
Ｈ　補助熱交換器
Ｗ１　ドレン温水
Ｗ２　ボイラ供給水
Ｍ　熱媒（低沸点熱媒）

Claims (7)

  1. 　ボイラに供給される水（ボイラ供給水）を所定の予熱手段で予熱するボイラ用給水予熱システムであって、
    　前記予熱手段は、所定の熱媒を用いることにより、前記ボイラにおける廃熱源の熱を前記ボイラ供給水に移動させて予熱すると共に電力を発生させる熱サイクルであるボイラ用給水予熱システム。
  2. 　前記予熱手段は、前記熱サイクルに加えて、前記廃熱源と前記ボイラ供給水とを熱交換させて前記ボイラ供給水を予熱する補助熱交換器を備える請求項１に記載のボイラ用給水予熱システム。
  3. 　前記廃熱源は、前記ボイラが発生した水蒸気を所定用途に使用して得られるドレン温水である請求項１または２に記載のボイラ用給水予熱システム。
  4. 　前記熱媒は、沸点が水よりも低い低沸点熱媒である請求項３に記載のボイラ用給水予熱システム。
  5. 　前記廃熱源は、前記ボイラの燃焼器で発生した燃焼排ガスである請求項１または２に記載のボイラ用給水予熱システム。
  6. 　前記熱媒は、沸点が水よりも高い高沸点熱媒である請求項５に記載のボイラ用給水予熱システム。
  7. 　ボイラに供給される水（ボイラ供給水）を予熱するボイラ用給水予熱方法であって、
    　所定の熱サイクルを用いることにより、前記ボイラにおける廃熱源の熱を前記ボイラ供給水に移動させて予熱すると共に電力を発生させるボイラ用給水予熱方法。
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