WO2017141646A1 - 排熱回収装置及びバイナリ発電装置 - Google Patents

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和雄 高橋
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust heat recovery device and a binary power generation device.
  • Patent Document 1 an exhaust heat recovery apparatus including a binary power generation apparatus is known.
  • the working medium is evaporated by the evaporator of the binary power generation apparatus by the heat of the engine cooling water, and the power turbine is driven by the evaporated working medium to generate electric power. It has become.
  • An object of the present invention is to efficiently recover heat from exhaust gas containing corrosive components.
  • An exhaust heat recovery apparatus includes a main channel through which an exhaust gas containing a corrosive component flows, a boiler that is provided in the main channel and heats a heat medium to a hot water state by the exhaust gas, and bypasses the boiler A bypass passage connected to the main flow path, an adjustment valve member for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the boiler, and a hot water pump, and the heat heated to the hot water state by the boiler A binary power generation device that has a heat medium circuit that circulates the medium and a circulation circuit that circulates the working medium, recovers heat energy from the heat medium of the heat medium circuit, and generates power, and the temperature of the exhaust gas that has passed through the boiler
  • the exhaust heat recovery apparatus includes a valve control unit that controls the opening degree of the adjustment valve member so that the temperature becomes higher than the acid dew point of the corrosive component in the exhaust gas.
  • the binary power generator according to one aspect of the present invention is a binary power generator used as a binary power generator of the exhaust heat recovery device.
  • the exhaust heat recovery apparatus 10 is an apparatus for recovering exhaust heat of a gas used as a heat source gas of the boiler 12.
  • the boiler 12, the binary power generation apparatus 14, A heat medium circuit 16 and a controller 20 are provided.
  • the boiler 12 and the binary power generator 14 are connected by a heat medium circuit 16.
  • the boiler 12 is connected to a main flow path 25 through which exhaust gas as a heat source gas flows.
  • the main flow path 25 has an upstream portion 25a located on the upstream side and a downstream portion 25b located on the downstream side with the boiler 12 connected to the heat medium circuit 16 interposed therebetween.
  • the boiler 12 has a configuration in which a pipe 12b is accommodated in a housing 12a, and a heat medium flowing through the heat medium circuit 16 flows into the pipe 12b.
  • the exhaust gas introduced into the housing 12a of the boiler 12 from the upstream portion 25a heats the heat medium in the pipe 12b and is then discharged to the downstream portion 25b.
  • the exhaust gas discharged from the downstream portion 25b is sent to, for example, an exhaust gas treatment device or discharged to the outside.
  • the exhaust gas has a temperature of, for example, about 250 ° C. to 350 ° C. before being introduced into the boiler 12. And in the boiler 12, it heats so that a heat medium may turn into hot water with waste gas (or the state of hot water is maintained). For example, the heat medium is heated by the boiler 12 so as to become hot water of about 100 ° C. to 150 ° C., for example.
  • the upstream portion 25a and the downstream portion 25b are provided with flow rate adjusting valves V2 and V3, respectively.
  • These flow rate adjusting valves V2, V3 are both constituted by valves whose opening degree can be adjusted.
  • the flow rate of the exhaust gas flowing through the main flow path 25 is adjusted by changing the opening degree of the flow rate adjusting valves V2, V3.
  • the flow rate adjustment valve V ⁇ b> 2 or the flow rate adjustment valve V ⁇ b> 3 functions as an adjustment valve member for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the boiler 12.
  • One of the flow rate adjustment valve V2 and the flow rate adjustment valve V3 can be omitted.
  • exhaust gas is used as the heat source gas.
  • the exhaust gas is not limited to this, and for example, high-temperature air may be used.
  • the air preferably has a temperature of about 250 ° C. to 350 ° C., for example.
  • a bypass passage 27 is connected to the main passage 25 so as to bypass the boiler 12.
  • the bypass passage 27 has one end connected to the upstream portion 25 a of the main flow path 25 and the other end connected to the downstream portion 25 b of the main flow path 25.
  • the bypass passage 27 is provided with a flow rate adjustment valve V1.
  • the flow rate adjustment valve V1 is configured by a valve whose opening degree can be adjusted. By changing the opening degree of the flow rate adjusting valve V1, the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass passage 27 is adjusted.
  • the flow rate adjustment valve V ⁇ b> 1 provided in the bypass path 27 functions as an adjustment valve member for adjusting the flow rate of exhaust gas flowing through the boiler 12.
  • Temperature sensors Tg1 and Tg2 are provided in the upstream portion 25a and the downstream portion 25b of the main flow path 25, respectively.
  • the temperature sensor Tg1 detects the temperature of the exhaust gas introduced into the boiler 12, and outputs a signal corresponding to the detected temperature.
  • the temperature sensor Tg2 detects the temperature of the exhaust gas discharged from the boiler 12, and outputs a signal corresponding to the detected temperature.
  • the binary power generation apparatus 14 has a working medium circulation circuit 35 provided with a working pump 31, an evaporator 32, an expander 33, and a condenser 34.
  • the operation medium circulates in the circulation circuit 35.
  • the working medium is a low boiling point refrigerant such as R245fa.
  • the working pump 31 is configured by a pump whose rotation speed can be adjusted.
  • the evaporator 32 is configured to heat the working medium with a heat medium, and evaporates the working medium.
  • the expander 33 expands the gaseous working medium obtained by the evaporator 32.
  • a power generator 36 is connected to the expander 33, and power is generated by the power generator 36 by the operation of the expander 33.
  • the condenser 34 cools the working medium expanded by the expander 33 with a cooling medium (cooling water or the like) flowing through the cooling circuit 38 to condense the gaseous working medium.
  • the cooling circuit 38 is connected to a cooler 39.
  • the heat medium circuit 16 is connected to the pipe 12 b of the boiler 12 and is also connected to the evaporator 32 of the binary power generator 14.
  • the heat medium circuit 16 is sealed so that the heat medium heated by the boiler 12 can be circulated while maintaining the state of hot water. Further, the heat medium circuit 16 is constituted by a high pressure resistant pipe line that can withstand the state of hot water.
  • the heat medium circuit 16 is provided with a hot water pump (heat medium pump) 42, a tank 43, a gas vent valve V4, and a replenishment unit 44.
  • a hot water pump heat medium pump
  • the tank 43 stores a part of the heat medium in the heat medium circuit 16.
  • the tank 43 functions as a buffer when the circulating flow rate of the heat medium fluctuates.
  • the gas vent valve V ⁇ b> 4 is used for venting air in the circuit when the heat medium circuit 16 is filled with water.
  • the supply unit 44 is a part for supplying water to the heat medium circuit 16.
  • the tank 43 is installed above the hot water pump 42. Thereby, a head differential pressure corresponding to the difference in height between the tank 43 and the hot water pump 42 is applied to the suction side of the hot water pump 42, and cavitation in the hot water pump 42 is prevented.
  • the positional relationship between the tank 43 and the hot water pump 42 is not limited to this.
  • the heat medium circuit 16 is provided with a pressure sensor Pw1 and a temperature sensor Tw1.
  • the pressure sensor Pw1 and the temperature sensor Tw1 are provided on the downstream side of the boiler 12 in the heat medium circuit 16, more specifically, between the boiler 12 and the binary power generator 14.
  • the pressure sensor Pw1 detects the pressure of the heat medium heated by the boiler 12, and outputs a signal corresponding to the detected pressure.
  • the temperature sensor Tw1 detects the temperature of the heat medium heated by the boiler 12, and outputs a signal corresponding to the detected temperature.
  • the controller 20 is a control unit for performing operation control of the exhaust heat recovery apparatus 10 and receives signals output from the temperature sensor Tg1, the temperature sensor Tg2, the pressure sensor Pw1, and the temperature sensor Tw1.
  • the controller 20 exhibits a predetermined function by executing a program stored in a storage unit (not shown).
  • This function includes an operation control unit 51, a supercooling degree derivation unit 52, and a valve control unit 53.
  • the operation control unit 51 performs control for performing start-up operation, steady operation, and stop operation.
  • the start-up operation is an operation when the exhaust heat recovery device 10 is started
  • the steady operation is an operation when the binary power generation device 14 is operating
  • the stop operation stops the exhaust heat recovery device 10.
  • the operation control unit 51 performs open / close control of the flow rate adjusting valves V1, V2, V3 and the gas vent valve V4, and drive control of the hot water pump 42 and the working pump 31.
  • the supercooling degree deriving unit 52 derives the supercooling degree Sc of the heat medium in the heat medium circuit 16 using the signals output from the pressure sensor Pw1 and the temperature sensor Tw1. Specifically, information that associates the pressure of the heat medium with the saturation temperature is stored in a storage unit (not shown) of the controller 20, and the supercooling degree deriving unit 52 uses this information to generate a pressure sensor. A saturation temperature Ts corresponding to the detected pressure of Pw1 is derived. Then, the supercooling degree deriving unit 52 derives the supercooling degree Sc of the heat medium from the difference between the derived saturation temperature Ts and the detected temperature tw1 of the temperature sensor Tw1.
  • the valve control unit 53 performs control for suppressing boiling of the heat medium. Specifically, the valve control unit 53 controls the opening / closing of the flow rate adjusting valves V1, V2 such that the degree of supercooling derived by the degree of supercooling deriving unit 52 is greater than a preset threshold e (° C.). Execute.
  • valve control unit 53 performs control for maintaining the exhaust gas temperature from the boiler 12 at or above a preset temperature f (° C.). Specifically, the valve control unit 53 performs the opening control of the flow rate adjusting valves V1, V2 so that the detected value of the temperature sensor Tg2 is larger than a preset threshold value f. The valve control unit 53 may perform the opening control of the flow rate adjustment valves V1, V2, and may perform the rotation control of the hot water pump 42.
  • step ST1 When the operation control unit 51 starts the start-up operation (step ST1), the flow rate adjustment valve V1 of the bypass path 27 is opened and the flow rate adjustment valve V2 of the main flow path 25 is closed (step ST2). Thereby, the exhaust gas as the heat source gas is not introduced into the boiler 12 but flows through the bypass path 27 and is discharged from the downstream portion 25b. Although the flow rate adjustment valve V3 in the downstream portion 25b is also closed, the flow rate adjustment valve V3 may be opened as long as the exhaust gas does not flow into the boiler 12 side.
  • the operation control unit 51 starts driving the hot water pump 42 (step ST3). Thereby, the heat medium circulates through the heat medium circuit 16. At this time, the operation control unit 51 circulates the cooling medium in the cooling circuit 38.
  • the valve control unit 53 opens the flow rate adjustment valve V2 of the main flow path 25 at the minimum opening and gradually increases the flow rate adjustment valve V2 (steps ST4 and ST5).
  • the valve control unit 53 sets the flow rate so that the temperature of the heat medium (the detected temperature tw1 of the temperature sensor Tw1) becomes the target temperature.
  • the opening degree of the regulating valve V2 is gradually increased. Note that the downstream flow rate adjustment valve V3 is also opened as the flow rate adjustment valve V2 is opened.
  • the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 While the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 is gradually increased, it is monitored whether or not the supercooling degree Sc of the heat medium is larger than a preset threshold value e (° C.) (step ST6). At this time, the degree of supercooling Sc is derived from the difference between the saturation temperature Ts corresponding to the detected pressure of the pressure sensor Pw1 and the detected temperature tw1 of the temperature sensor Tw1. If the degree of supercooling Sc is equal to or less than the threshold value e, the valve control unit 53 reduces the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 in the bypass path 27 by a predetermined opening degree (step ST7). Thereby, since the flow rate of the exhaust gas introduced into the boiler 12 is reduced, the degree of supercooling of the heat medium is increased. If the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 is the minimum opening degree, the valve control unit 53 increases the opening degree of the flow rate adjustment valve V1 of the main flow path 25 by a predetermined opening degree.
  • the operation control unit 51 activates the working pump 31 of the binary power generator 14 (steps ST8 and ST9). As a result, the binary power generation device 14 is operated and power generation is started.
  • the temperature a is the temperature of the heat medium introduced into the evaporator 32 and is a temperature set as a temperature at which the binary power generation device 14 can stably generate power.
  • the temperature of the heat medium is monitored until the operating pump 31 reaches the rated rotational speed after the operating pump 31 is started.
  • the operation control unit 51 shifts from the startup operation to the steady operation.
  • step ST10 it is determined whether or not the pump speed has reached the rated speed (step ST10), and steps ST11 to ST16 are executed until the rated speed is reached. Is done.
  • step ST11 it is determined whether or not the temperature of the heat medium (detected value tw1 of temperature sensor Tw1) exceeds a predetermined lower limit value b (° C.).
  • the valve control unit 53 increases the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 in the upstream part 25a by a predetermined opening degree (step ST12). Thereby, since the flow volume of the exhaust gas flowing into the boiler 12 increases, the temperature of the heat medium can be increased.
  • the valve control unit 53 reduces the opening degree of the flow rate adjustment valve V1 of the bypass passage 27.
  • step ST13 it is determined whether or not the degree of supercooling Sc of the heat medium is larger than a preset threshold e (° C.). If the degree of supercooling Sc of the heat medium is equal to or less than the threshold value e, the valve control unit 53 decreases the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 by a predetermined opening degree (step ST14). Thereby, since the flow rate of the exhaust gas flowing into the boiler 12 is reduced, the temperature of the heat medium can be lowered, and the degree of supercooling Sc of the heat medium can be increased.
  • the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 is the minimum opening degree
  • the valve control unit 53 increases the opening degree of the flow rate adjustment valve V1 of the bypass path 27.
  • step ST15 it is determined whether or not the temperature of the heat medium exceeds a predetermined upper limit value c (° C.) (step ST15). If the temperature of the heat medium is equal to or lower than the upper limit value c, the process returns to step ST10. On the other hand, when the temperature of the heat medium exceeds the upper limit c, the valve control unit 53 fully closes the flow rate adjustment valve V2 of the main flow path 25 and opens the flow rate adjustment valve V1 of the bypass path 27. (Step ST16). That is, when the temperature of the heat medium exceeds the upper limit value c, the exhaust gas is prevented from being introduced into the boiler 12. Thus, by ensuring that the temperature of the heat medium is within a predetermined range, the hot water is prevented from evaporating.
  • step ST21 it is determined whether or not the temperature of the heat medium (detected value tw1 of temperature sensor Tw1) exceeds a predetermined lower limit b (° C.).
  • a predetermined lower limit b ° C.
  • the process proceeds to step ST22, and the valve control unit 53 increases the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 by a predetermined opening degree.
  • the valve control unit 53 reduces the opening degree of the flow rate adjustment valve V1 of the bypass passage 27.
  • step ST23 it is determined whether or not the degree of supercooling Sc of the heat medium is larger than a threshold value e (° C.). If the degree of supercooling Sc of the heat medium is equal to or less than the threshold value e, the valve control unit 53 decreases the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 by a predetermined opening degree (step ST14). Thereby, since the flow rate of the exhaust gas flowing into the boiler 12 is reduced, the temperature of the heat medium can be lowered, and the degree of supercooling Sc of the heat medium can be increased. When the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 is the minimum opening degree, the valve control unit 53 increases the opening degree of the flow rate adjustment valve V1 of the bypass path 27.
  • e degree of supercooling Sc of the heat medium
  • step ST25 it is determined whether or not the temperature of the exhaust gas discharged from the boiler 12 (the detected value tg2 of the temperature sensor Tg2) is higher than a preset temperature f (° C.). And when the temperature of the exhaust gas discharged
  • the temperature f is set to about 150 ° C., for example.
  • the exhaust gas flows through the bypass passage 27 and the amount of heat taken from the exhaust gas to the heat medium is reduced, and the temperature of the exhaust gas is maintained at a temperature higher than about 150 ° C. Thereby, the acid dew point corrosion of the pipe line through which exhaust gas flows can be prevented.
  • step ST27 when the temperature of the exhaust gas discharged from the boiler 12 exceeds the temperature f, the process proceeds to step ST27, and whether or not the temperature of the heat medium exceeds a predetermined upper limit c (° C.). to decide.
  • a predetermined upper limit c (° C.).
  • the process returns to step ST21. Thereby, the state where the temperature of the heat medium is within a predetermined range can be ensured.
  • the process proceeds to step ST28, and the valve control unit 53 fully closes the flow rate adjustment valve V2 of the main flow path 25 and the flow rate adjustment valve of the bypass path 27. V1 is released. That is, when the temperature of the heat medium exceeds the upper limit value c, it is possible to ensure that the temperature of the heat medium is within a predetermined range by preventing the exhaust gas from being introduced into the boiler 12. .
  • Stop operation is started when the controller 20 receives a stop signal (step ST31).
  • the operation control unit 51 opens the flow rate adjustment valve V1 of the bypass path 27 until it is fully opened, while maintaining the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 of the main flow path 25 as it is (step ST32). .
  • the hot water pump 42 continues to be driven (step ST33), and the operation pump 31 is stopped (step ST34).
  • step ST35 it is determined whether or not the temperature of the heat medium (detected value tw1 of temperature sensor Tw1) exceeds a predetermined lower limit value b (° C.) (step ST35).
  • the process proceeds to step ST36, and the valve control unit 53 increases the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 by a predetermined opening degree.
  • the valve control unit 53 reduces the opening degree of the flow rate adjustment valve V1 of the bypass passage 27.
  • step ST37 it is determined whether or not the degree of supercooling Sc of the heat medium is larger than a preset threshold value e (° C.). If the degree of supercooling Sc of the heat medium is equal to or less than the threshold value e, the valve control unit 53 decreases the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 by a predetermined opening degree (step ST38). Thereby, since the flow rate of the exhaust gas flowing into the boiler 12 is reduced, the temperature of the heat medium can be lowered, and the degree of supercooling Sc of the heat medium can be increased. When the opening degree of the flow rate adjustment valve V2 is the minimum opening degree, the valve control unit 53 increases the opening degree of the flow rate adjustment valve V1 of the bypass path 27.
  • e a preset threshold value
  • the controller 20 confirms whether the operation pump 31 has stopped, and then the temperature of the heat medium is set to a predetermined upper limit value c (° C.). Is determined (steps ST39 and ST40). If the operating pump 31 has not yet stopped and the temperature of the heat medium is equal to or lower than the upper limit c, the process returns to step ST35. Steps ST35 to ST40 are repeated until the working pump 31 stops.
  • step ST35 It is determined whether the temperature of the heat medium exceeds the lower limit b (° C.) when stopping the binary power generation device 14 (that is, stopping the operation pump 31) (step ST35).
  • the reason for determining whether or not the subcooling degree Sc of the medium is larger than the threshold value e (step ST37) is as follows. That is, when the binary power generation device is stopped, the working medium in the evaporator 32 may evaporate and the heat load may not be accepted. In that case, the temperature in the heat medium system increases. In order to prevent this, the temperature is controlled to a certain level or higher and the degree of supercooling to a certain level. Even when the binary power generation device 14 is stopped, the binary power generation device 14 is controlled so that the cooling water continues to flow into the condenser 34 and the working medium is continuously condensed.
  • Step ST41 when the temperature of the heat medium exceeds the upper limit c, the valve control unit 53 fully closes the flow rate adjustment valve V2 of the main flow path 25 and opens the flow rate adjustment valve V1 of the bypass path 27. That is, when the temperature of the heat medium exceeds the upper limit value c, the exhaust gas is prevented from being introduced into the boiler 12. Thereby, the state where the temperature of the heat medium is within a predetermined range can be ensured.
  • step ST41 the operation control unit 51 fully closes the flow rate adjustment valve V2 of the main flow path 25 and opens the flow rate adjustment valve V1 of the bypass path 27. . This stops the stop operation.
  • thermal energy is recovered in the binary power generation apparatus 14 using a heat medium in the form of hot water as a heat source.
  • the thermal energy of exhaust gas at 350 ° C. or lower can be efficiently recovered. That is, since the binary power generation device 14 receives thermal energy through the heat medium in the hot water state, the amount of heat input to the binary power generation device 14 can be increased. For this reason, sufficient power generation can be performed even when the temperature of the heat source gas is, for example, 350 ° C. or lower.
  • the boiling of the heat medium is suppressed and the heat medium is maintained in the state of hot water, so that not only sufficient power generation can be secured, but also the pressure in the pipe such as in the boiler 12 increases. It is no longer necessary to take measures to cope with this.
  • valve control unit 53 controls the opening degree of the regulating valve members V1 and V2 so that the temperature of the exhaust gas that has passed through the boiler 12 is equal to or higher than the acid dew point of the corrosive component in the exhaust gas. For this reason, the temperature of the exhaust gas after heat recovery is controlled to be higher than the acid dew point, and the corrosion components are prevented from being condensed and corroding the piping and the like.
  • the degree of supercooling of the heat medium is maintained in a state equal to or higher than a preset threshold e (° C.), so that boiling of the heat medium can be suppressed. .
  • a preset threshold e ° C.
  • the heat of the heat medium can be efficiently transmitted to the binary power generator 14.
  • the temperature of the heat medium is controlled within a preset range even when the hot water pump 42 is stopped, the heat recovery efficiency by the binary power generator 14 can be increased.
  • the valve control unit 53 increases the inflow amount of the exhaust gas to the bypass passage 27 by causing at least a part of the exhaust gas flowing toward the boiler 12 to flow to the bypass passage 27. It is configured. That is, the amount of heat input to the heat medium can be suppressed only by flowing the heat source gas so as to bypass the boiler 12 via the bypass path 27 instead of flowing into the boiler 12. Therefore, boiling of the heat medium can be suppressed without requiring complicated control such as adjusting the flow rate of the exhaust gas itself.
  • the amount of exhaust gas flowing into the boiler 12 can be limited by reducing the opening degree of the flow rate adjustment valve V2, so that the exhaust gas can be efficiently bypassed to the bypass path 27. .
  • the supercooling degree deriving unit 52 for deriving the supercooling degree of the heat medium since the supercooling degree deriving unit 52 for deriving the supercooling degree of the heat medium is provided, the supercooling degree of the heat medium is derived and the supercooling degree is equal to or higher than a preset value. Maintained. For this reason, boiling of a heat carrier can be controlled more certainly.
  • boiling of the heat medium is suppressed during start-up operation.
  • the heat of the heat medium is not absorbed by the binary power generation device 14, and the heat medium may boil. For this reason, it is effective to perform control to suppress boiling of the heat medium during start-up operation.
  • the heat medium is not absorbed by the binary power generation device 14 in the heat medium circuit 16 in accordance with the stop operation of the binary power generation device 14, and the heat medium may boil. For this reason, it is effective to perform control for suppressing boiling of the heat medium during the stop operation.
  • the amount of heat input to the binary power generation device 14 can be increased, and sufficient power generation can be performed.
  • the hot water pump 42 may be a pump driven at a constant rotational speed, or may be configured by a pump capable of adjusting the rotational speed.
  • the controller 20 performs control to increase the rotation speed of the hot water pump 42 when the supercooling degree Sc of the heat medium is equal to or less than the threshold value e.
  • the pump control part 55 to perform may be provided.
  • step ST23 is NO when the degree of supercooling Sc of the heat medium is equal to or less than the threshold value e, the pump control unit 55 performs control to increase the rotation speed of the hot water pump 42 as shown in FIG. (Step ST29). Further, in this case, the controller 20 may perform the rotational speed control of the hot water pump 42 in conjunction with the opening degree control of the flow rate adjustment valve V2, or the hot water without performing the opening degree control of the flow rate adjustment valve V2. The rotational speed control of the pump 42 may be performed. In this embodiment, the amount of heat medium flowing into the boiler 12 is increased by increasing the number of rotations of the hot water pump 42, thereby suppressing boiling of the heat medium in the boiler 12.
  • the hot water pump 42 is composed of a pump that is driven at a constant rotational speed
  • the tank 43 can be omitted.
  • the controller 20 may include an operating pump control unit 56 that performs control to increase the rotational speed of the operating pump 31 when the supercooling degree Sc of the heat medium is equal to or less than the threshold value e. Good.
  • the controller 20 may perform the rotational speed control of the working pump 31 together with the opening degree control of the flow rate adjusting valve V2, or the operating pump 31 without performing the opening degree control of the flow rate adjusting valve V2. Rotational speed control may be performed.
  • the exhaust heat recovery apparatus includes a main flow path through which an exhaust gas containing a corrosive component flows, a boiler that is provided in the main flow path and heats a heat medium to a hot water state using the exhaust gas, and the boiler.
  • a bypass path connected to the main flow path so as to bypass, an adjustment valve member for adjusting the flow rate of exhaust gas flowing through the boiler, and a hot water pump, and heated to a hot water state by the boiler
  • a heat generating circuit that circulates the heat medium; a circuit that circulates the working medium; a binary power generation device that recovers heat energy from the heat medium of the heat medium circuit and generates power; and exhaust gas that has passed through the boiler.
  • a valve control unit that controls the opening degree of the regulating valve member so that the temperature is equal to or higher than the acid dew point of the corrosive component in the exhaust gas.
  • the binary power generation apparatus recovers thermal energy from the heat medium in the state of hot water. For this reason, for example, the heat energy of 350 ° C. or lower exhaust gas and high-temperature air can be efficiently recovered. That is, since the binary power generation apparatus receives thermal energy through the heat medium in the state of hot water, the amount of heat input to the binary power generation apparatus can be increased as compared with the case where a gaseous heat medium is used. For this reason, sufficient power generation can be performed even when the temperature of the heat source gas is, for example, 350 ° C. or lower.
  • valve control unit controls the opening degree of the regulating valve member so that the temperature of the exhaust gas that has passed through the boiler is equal to or higher than the acid dew point of the corrosive component in the exhaust gas. For this reason, it can prevent that a corrosive component condenses from the low temperature exhaust gas after heat
  • the exhaust heat recovery apparatus may include a temperature sensor that detects a temperature of the heat medium in the hot water state, and a pressure sensor that detects a pressure of the heat medium in the hot water state.
  • the valve control unit is configured so that the temperature of the heat medium is in a preset range and the supercooling degree of the heat medium is maintained in a state equal to or higher than a preset value.
  • the opening degree of the member may be controlled.
  • the degree of supercooling of the heat medium is maintained in a state equal to or higher than a preset value, boiling of the heat medium can be suppressed. For this reason, the heat of a heat carrier can be efficiently transmitted to a binary power generator.
  • the heat medium is maintained in the state of hot water by suppressing the boiling of the heat medium, not only can sufficient power generation be ensured, but also measures that can be taken when the pressure in the tube such as in the boiler rises. It is no longer necessary to apply.
  • the temperature of the heat medium is controlled within a preset range, the heat recovery efficiency by the binary power generator can be increased.
  • the exhaust heat recovery apparatus may include a temperature sensor that detects a temperature of the heat medium in the hot water state, and a pressure sensor that detects a pressure of the heat medium in the hot water state. Good.
  • the temperature of the heat medium is equal to or higher than a preset temperature, and the degree of supercooling of the heat medium is equal to or greater than a preset value.
  • the degree of opening of the regulating valve member may be controlled so as to maintain the above.
  • the degree of supercooling of the heat medium is maintained in a state equal to or higher than a preset value, so that boiling of the heat medium can be suppressed even when the hot water pump is stopped. it can. For this reason, the heat of a heat carrier can be efficiently transmitted to a binary power generator. Moreover, even when the hot water pump is stopped, the temperature of the heat medium is controlled within a preset range, so that the heat recovery efficiency by the binary power generator can be increased.
  • the adjusting valve member may include a flow rate adjusting valve provided in the bypass passage.
  • the valve control unit opens the flow rate adjustment valve so as to increase the amount of heat source gas flowing into the bypass passage so that the degree of supercooling of the heat medium is equal to or greater than a preset value. May be configured to control.
  • the amount of heat input to the heat medium can be suppressed only by flowing the heat source gas so as to bypass the boiler via the bypass path, instead of the heat source gas flowing into the boiler. Therefore, boiling of the heat medium can be suppressed without requiring complicated control such as adjusting the flow rate of the heat source gas itself.
  • the adjusting valve member may include a flow rate adjusting valve provided in the main flow path.
  • the valve control unit may be configured to reduce the opening of the flow rate adjustment valve so that the degree of supercooling of the heat medium is equal to or greater than a preset value.
  • the exhaust heat recovery device includes a temperature sensor that detects a temperature of the heat medium in the hot water state, a pressure sensor that detects a pressure of the heat medium in the hot water state, and a supercooling of the heat medium.
  • a pump control unit that increases the number of rotations of the hot water pump so as to maintain a degree equal to or higher than a preset value. In this aspect, the amount of flow of the heat medium into the boiler is increased by increasing the number of rotations of the hot water pump, thereby suppressing boiling of the heat medium in the boiler.
  • the binary power generation device of the embodiment is a binary power generation device used as a binary power generation device of the exhaust heat recovery device.

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Abstract

排熱回収装置（１０）は、腐食成分を含む排ガスが流れる主流路（２５）と、排ガスによって熱媒体を加熱するボイラー（１２）と、ボイラー（１２）を迂回するように主流路（２５）に接続されたバイパス路（２７）と、ボイラー（１２）を流れる排ガスの流量を調整するための調整弁部材（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）と、熱水ポンプ（４２）を有し、ボイラー（１２）によって熱水の状態に加熱された熱媒体を循環させる熱媒体回路（１６）と、熱媒体回路（１６）の熱媒体から熱エネルギーを回収して発電を行うバイナリ発電装置（１４）と、ボイラー（１２）を通過した排ガスの温度が、排ガス中の腐食成分の酸露点以上の温度となるように調整弁部材（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）の開度を制御する弁制御部（５３）と、を備えている。

Description

排熱回収装置及びバイナリ発電装置
　本発明は、排熱回収装置及びバイナリ発電装置に関する。
　従来、例えば下記特許文献１に開示されているように、バイナリ発電装置を備えた排熱回収装置が知られている。下記特許文献１に開示された排熱回収装置では、エンジンの冷却水の熱により、バイナリ発電装置の蒸発器で作動媒体を蒸発させ、この蒸発した作動媒体によってパワータービンを駆動して発電するようになっている。
　前記特許文献１に開示された排熱回収装置では、バイナリ発電装置の作動媒体を蒸発させる熱源としてエンジンの冷却水が用いられている。一方で、熱源として、排ガスの熱を利用することも考えられる。この場合において、硫黄などの腐食成分を含む排ガスから熱を回収しようとすると、熱回収後の低温の排ガスから腐食成分が結露し、配管等を腐食してしまう虞がある。このため、過度に排ガスの熱を回収することはできず、効率よく発電を行うことができないという問題がある。
特開２０１３－１６０１３２号公報
　本発明の目的は、腐食成分を含む排ガスから効率よく熱回収を行うことである。
　本発明の一局面に従う排熱回収装置は、腐食成分を含む排ガスが流れる主流路と、前記主流路に設けられ、前記排ガスによって熱媒体を熱水の状態に加熱するボイラーと、前記ボイラーを迂回するように前記主流路に接続されたバイパス路と、前記ボイラーを流れる排ガスの流量を調整するための調整弁部材と、熱水ポンプを有し、前記ボイラーによって熱水の状態に加熱された熱媒体を循環させる熱媒体回路と、作動媒体が循環する循環回路を有し、前記熱媒体回路の熱媒体から熱エネルギーを回収して発電を行うバイナリ発電装置と、前記ボイラーを通過した排ガスの温度が、排ガス中の腐食成分の酸露点以上の温度となるように前記調整弁部材の開度を制御する弁制御部と、を備えた排熱回収装置である。
　また、本発明の一局面に従うバイナリ発電装置は、前記排熱回収装置のバイナリ発電装置として用いられるバイナリ発電装置である。
本発明の実施形態に係る排熱回収装置の全体構成を概略的に示す図である。 前記排熱回収装置における立ち上げ運転を説明するためのフロー図である。 前記排熱回収装置における定常運転を説明するためのフロー図である。 前記排熱回収装置における停止運転を説明するためのフロー図である。 本発明のその他の実施形態に係る排熱回収装置の全体構成を概略的に示す図である。 図５の排熱回収装置における定常運転を説明するためのフロー図である。 本発明のその他の実施形態に係る排熱回収装置の全体構成を概略的に示す図である。
　以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１に示すように、本実施形態に係る排熱回収装置１０は、ボイラー１２の熱源ガスとして用いられるガスの排熱を回収するための装置であり、ボイラー１２と、バイナリ発電装置１４と、熱媒体回路１６と、コントローラ２０と、を備えている。ボイラー１２とバイナリ発電装置１４とは、熱媒体回路１６によって接続されている。
　ボイラー１２には、熱源ガスとしての排ガスが流れる主流路２５が接続されている。この主流路２５は、熱媒体回路１６に接続されるボイラー１２を挟んで、上流側に位置する上流部２５ａと、下流側に位置する下流部２５ｂとを有している。ボイラー１２は、ハウジング１２ａ内に配管１２ｂが収容された構成であって、配管１２ｂには、熱媒体回路１６を流れる熱媒体が流入する。一方、上流部２５ａからボイラー１２のハウジング１２ａ内に導入された排ガスは、配管１２ｂ内の熱媒体を加熱し、その後、下流部２５ｂに排出される。下流部２５ｂから排出された排ガスは、例えば排ガスの処理装置に送られたり、あるいは外部に排出される。
　排ガスは、ボイラー１２に導入する前には、例えば２５０℃～３５０℃程度の温度を有している。そして、ボイラー１２では、熱媒体が排ガスによって熱水になるように（又は熱水の状態が維持されるように）加熱される。例えば、熱媒体は、例えば１００℃～１５０℃程度の熱水になるように、ボイラー１２で加熱される。
　上流部２５ａ及び下流部２５ｂには、それぞれ流量調整弁Ｖ２，Ｖ３が設けられている。これら流量調整弁Ｖ２，Ｖ３は、何れも開度調整可能な弁によって構成されている。流量調整弁Ｖ２，Ｖ３の開度が変わることにより、主流路２５を流れる排ガスの流量が調整される。流量調整弁Ｖ２又は流量調整弁Ｖ３は、ボイラー１２に流れる排ガスの流量を調整するための調整弁部材として機能する。なお、流量調整弁Ｖ２及び流量調整弁Ｖ３の一方を省略することができる。
　なお、本実施形態では、熱源ガスとして排ガスが用いられているが、これに限られるものはなく、例えば、高温の空気等が用いられていてもよい。この空気は、例えば２５０℃～３５０℃程度の温度を有しているのが好ましい。
　主流路２５には、ボイラー１２を迂回するようにバイパス路２７が接続されている。バイパス路２７は、一端部が主流路２５の上流部２５ａに接続され、他端部が主流路２５の下流部２５ｂに接続されている。バイパス路２７には、流量調整弁Ｖ１が設けられている。流量調整弁Ｖ１は、開度調整可能な弁によって構成されている。流量調整弁Ｖ１の開度が変わることにより、バイパス路２７を流れる排ガスの流量が調整される。バイパス路２７に設けられた流量調整弁Ｖ１は、ボイラー１２に流れる排ガスの流量を調整するための調整弁部材として機能する。
　主流路２５の上流部２５ａ及び下流部２５ｂには、それぞれ温度センサＴｇ１，Ｔｇ２が設けられている。温度センサＴｇ１は、ボイラー１２に導入される排ガスの温度を検知し、検知温度に応じた信号を出力する。温度センサＴｇ２は、ボイラー１２から排出された排ガスの温度を検知し、検知温度に応じた信号を出力する。
　バイナリ発電装置１４は、作動ポンプ３１と蒸発器３２と膨張機３３と凝縮器３４とが設けられた作動媒体の循環回路３５を有している。作動ポンプ３１が駆動することにより、作動媒体が循環回路３５内を循環する。作動媒体はＲ２４５ｆａ等の低沸点冷媒である。作動ポンプ３１は、回転数を調整可能なポンプによって構成されている。
　蒸発器３２は、熱媒体によって作動媒体を加熱するように構成されており、作動媒体を蒸発させる。膨張機３３は、蒸発器３２で得られたガス状の作動媒体を膨張させる。膨張機３３には、発電機３６が接続されていて、膨張機３３の動作によって発電機３６による発電が行われる。凝縮器３４は、膨張機３３で膨張した作動媒体を、冷却回路３８を流れる冷却媒体（冷却水等）によって冷却し、ガス状の作動媒体を凝縮させる。冷却回路３８は冷却器３９に接続されている。
　熱媒体回路１６は、ボイラー１２の配管１２ｂに接続されるとともに、バイナリ発電装置１４の蒸発器３２にも接続されている。熱媒体回路１６は、ボイラー１２で加熱された熱媒体が熱水の状態を維持しながら循環できるように密閉状態となっている。また、熱媒体回路１６は、熱水の状態に耐え得る高耐圧の管路によって構成されている。
　熱媒体回路１６には、熱水ポンプ（熱媒体ポンプ）４２とタンク４３とガス抜き弁Ｖ４と補給部４４とが設けられている。熱水ポンプ４２が駆動することにより、熱媒体が加圧された状態で熱媒体回路１６内を循環する。タンク４３は、熱媒体回路１６内の一部の熱媒体を貯留する。タンク４３は、熱媒体の循環流量が変動する場合のバッファとしての機能を有する。ガス抜き弁Ｖ４は、熱媒体回路１６内に水を充填する際の回路内の空気を抜くために用いられる。補給部４４は、熱媒体回路１６に水を補給するための部位である。
　なお、タンク４３は、熱水ポンプ４２よりも上方に設置されている。これにより、熱水ポンプ４２の吸引側には、タンク４３と熱水ポンプ４２との高さの差に応じたヘッド差圧がかかり、熱水ポンプ４２でのキャビテーションが防止されている。ただし、タンク４３と熱水ポンプ４２の位置関係はこれに限られるものではない。
　熱媒体回路１６には、圧力センサＰｗ１と、温度センサＴｗ１とが設けられている。圧力センサＰｗ１及び温度センサＴｗ１は、熱媒体回路１６におけるボイラー１２の下流側、より具体的には、ボイラー１２とバイナリ発電装置１４との間に設けられている。圧力センサＰｗ１は、ボイラー１２で加熱された熱媒体の圧力を検知し、検知圧力に応じた信号を出力する。温度センサＴｗ１は、ボイラー１２で加熱された熱媒体の温度を検知し、検知温度に応じた信号を出力する。
　コントローラ２０は、排熱回収装置１０の運転制御を行うための制御部であり、温度センサＴｇ１、温度センサＴｇ２、圧力センサＰｗ１及び温度センサＴｗ１から出力された信号が入力される。
　コントローラ２０は、図略の記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより、所定の機能を発揮する。この機能には、運転制御部５１、過冷却度導出部５２及び弁制御部５３が含まれる。
　運転制御部５１は、立ち上げ運転、定常運転及び停止運転を行うための制御を行う。立ち上げ運転は、排熱回収装置１０を起動するときの運転であり、定常運転は、バイナリ発電装置１４が稼働しているときの運転であり、停止運転は、排熱回収装置１０を停止するときの運転である。いずれの運転の場合においても、運転制御部５１は、流量調整弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３及びガス抜き弁Ｖ４の開閉制御、熱水ポンプ４２及び作動ポンプ３１の駆動制御を行う。
　過冷却度導出部５２は、圧力センサＰｗ１及び温度センサＴｗ１から出力された信号を用いて、熱媒体回路１６内の熱媒体の過冷却度Ｓｃを導出する。具体的には、コントローラ２０の図略の記憶部には、熱媒体の圧力と飽和温度とを関連付けた情報が記憶されていて、過冷却度導出部５２は、この情報を用いて、圧力センサＰｗ１の検知圧力に相当する飽和温度Ｔｓを導出する。そして、過冷却度導出部５２は、導出された飽和温度Ｔｓと温度センサＴｗ１の検出温度ｔｗ１との差分から、熱媒体の過冷却度Ｓｃを導出する。
　弁制御部５３は、熱媒体の沸騰を抑制するための制御を行う。具体的には、弁制御部５３は、過冷却度導出部５２によって導出された過冷却度が予め設定された閾値ｅ（℃）よりも大きくなるように、流量調整弁Ｖ１，Ｖ２の開閉制御を実行する。
　また、弁制御部５３は、ボイラー１２からの排出ガス温度を予め設定された温度ｆ（℃）以上に維持するための制御を行う。具体的には、弁制御部５３は、温度センサＴｇ２の検出値が予め設定された閾値ｆよりも大きくなるように、流量調整弁Ｖ１，Ｖ２の開度制御を実行する。なお、弁制御部５３は、流量調整弁Ｖ１，Ｖ２の開度制御を行うとともに、熱水ポンプ４２の回転制御を行ってもよい。
　続いて、本実施形態に係る排熱回収装置１０の運転動作について説明する。まず、排熱回収装置１０の立ち上げ運転の制御動作について、図２を参照しつつ説明する。
　運転制御部５１が立ち上げ運転を開始すると（ステップＳＴ１）、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１が開放されるとともに主流路２５の流量調整弁Ｖ２が閉鎖される（ステップＳＴ２）。これにより、熱源ガスとしての排ガスは、ボイラー１２に導入されずに、バイパス路２７を流れて、下流部２５ｂから排出される。なお、下流部２５ｂの流量調整弁Ｖ３も閉鎖されるが、排ガスがボイラー１２側に流れ込まないようであれば、流量調整弁Ｖ３は開放されていてもよい。
　続いて、運転制御部５１は、熱水ポンプ４２の駆動を開始する（ステップＳＴ３）。これにより、熱媒体は熱媒体回路１６を循環する。なお、このとき、運転制御部５１は、冷却回路３８に冷却媒体を循環させる。
　その後、弁制御部５３は、主流路２５の流量調整弁Ｖ２の開度を最低開度で開くとともに、流量調整弁Ｖ２の開度を徐々に大きくする（ステップＳＴ４，ＳＴ５）。このとき、熱媒体回路１６を流れる熱媒体の温度を温度センサＴｗ１で監視しつつ、弁制御部５３は、熱媒体の温度（温度センサＴｗ１の検出温度ｔｗ１）が目標温度になるように、流量調整弁Ｖ２の開度を徐々に大きくする。なお、流量調整弁Ｖ２を開けるのに合わせて、下流側の流量調整弁Ｖ３も開放しておく。
　流量調整弁Ｖ２の開度を徐々に大きくしている間、熱媒体の過冷却度Ｓｃが予め設定された閾値ｅ（℃）よりも大きいか否か監視している（ステップＳＴ６）。このとき、過冷却度Ｓｃは、圧力センサＰｗ１の検出圧力に相当する飽和温度Ｔｓと温度センサＴｗ１の検出温度ｔｗ１との差分から導出される。弁制御部５３は、過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下であれば、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ小さくする（ステップＳＴ７）。これにより、ボイラー１２に導入される排ガスの流量が低減されるため、熱媒体の過冷却度は大きくなる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が最低開度であれば、弁制御部５３は、主流路２５の流量調整弁Ｖ１の開度を所定開度だけ大きくする。
　そして、温度センサＴｗ１の検出値ｔｗ１が予め設定された温度ａ（℃）よりも大きくなると、運転制御部５１は、バイナリ発電装置１４の作動ポンプ３１を起動する（ステップＳＴ８，ＳＴ９）。これにより、バイナリ発電装置１４が稼働して、発電が開始される。なお、温度ａは、蒸発器３２に導入される熱媒体の温度であって、バイナリ発電装置１４が安定して発電できる温度として設定された温度である。
　作動ポンプ３１が起動した後、作動ポンプ３１が定格回転数になるまでの間も、熱媒体の温度が監視される。そして、作動ポンプ３１が定格回転数に達すると、運転制御部５１は、立ち上げ運転から定常運転に移行する。
　立ち上げ運転において、作動ポンプ３１の起動後は、ポンプ回転数が定格回転数に達したか否か判断されており（ステップＳＴ１０）、定格回転数に達するまでの間、ステップＳＴ１１～ＳＴ１６が実行される。ステップＳＴ１１では、熱媒体の温度（温度センサＴｗ１の検出値ｔｗ１）が予め定められた下限値ｂ（℃）を超えているか否かが判断される。熱媒体の温度が下限値ｂ以下の場合には、弁制御部５３は、上流部２５ａの流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ大きくする（ステップＳＴ１２）。これにより、ボイラー１２に流入する排ガスの流量が増大するため、熱媒体の温度を上昇させることができる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が全開の場合には、弁制御部５３は、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１の開度を小さくする。
　一方、熱媒体の温度が下限値ｂを超えている場合には、ステップＳＴ１３に移行し、熱媒体の過冷却度Ｓｃが予め設定された閾値ｅ（℃）よりも大きいか否か判断する。弁制御部５３は、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下であれば、流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ小さくする（ステップＳＴ１４）。これにより、ボイラー１２に流入する排ガスの流量が低減されるため、熱媒体の温度を低くさせることができて、熱媒体の過冷却度Ｓｃを大きくすることができる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が最低開度の場合には、弁制御部５３は、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１の開度を大きくする。
　熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅよりも大きな値であれば、熱媒体の温度が予め定められた上限値ｃ（℃）を超えているか否か判断する（ステップＳＴ１５）。熱媒体の温度が上限値ｃ以下であれば、ステップＳＴ１０に戻る。一方、熱媒体の温度が上限値ｃを超えている場合には、弁制御部５３は、主流路２５の流量調整弁Ｖ２を全閉にするとともに、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１を開放する（ステップＳＴ１６）。すなわち、熱媒体の温度が上限値ｃを超えるような場合には、ボイラー１２に排ガスが導入されるのを防止する。このように、熱媒体の温度が所定範囲に収まった状態を確保することにより、熱水が蒸発してしまうことが防止される。
　続いて、図３を参照しつつ、定常運転の制御動作について説明する。
　定常運転においても、熱媒体回路１６を流れる熱媒体の温度が監視されており、熱媒体の温度が所定範囲内に収まるように制御がなされている。具体的には、ステップＳＴ２１において、熱媒体の温度（温度センサＴｗ１の検出値ｔｗ１）が予め定められた下限値ｂ（℃）を超えているか否かが判断される。熱媒体の温度が下限値ｂ以下の場合には、ステップＳＴ２２に移行して、弁制御部５３は、流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ大きくする。これにより、ボイラー１２に流入する排ガスの流量が増大するため、熱媒体の温度を上昇させることができる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が全開の場合には、弁制御部５３は、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１の開度を小さくする。
　一方、熱媒体の温度が下限値ｂを超えている場合には、ステップＳＴ２３に移行し、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ（℃）よりも大きいか否か判断する。弁制御部５３は、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下であれば、流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ小さくする（ステップＳＴ１４）。これにより、ボイラー１２に流入する排ガスの流量が低減されるため、熱媒体の温度を低くさせることができて、熱媒体の過冷却度Ｓｃを大きくすることができる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が最低開度の場合には、弁制御部５３は、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１の開度を大きくする。
　熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅよりも大きな値であれば、ステップＳＴ２５に移行する。ステップＳＴ２５において、ボイラー１２から排出された排ガスの温度（温度センサＴｇ２の検出値ｔｇ２）が予め設定された温度ｆ（℃）よりも大きいか否か判定する。そして、ボイラー１２から排出された排ガスの温度が、温度ｆ以下の場合には、ステップＳＴ２４に移行し、弁制御部５３は、流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ小さくする。温度ｆは、例えば、１５０℃程度に設定されている。これにより、排ガスがバイパス路２７により流れることとなって排ガスから熱媒体に奪われる熱量が減少し、排ガスの温度が１５０℃程度よりも高い温度に維持される。これにより、排ガスが流れる管路の酸露点腐食を防止することができる。
　一方、ボイラー１２から排出された排ガスの温度が、温度ｆを超えている場合には、ステップＳＴ２７に移行し、熱媒体の温度が予め定められた上限値ｃ（℃）を超えているか否か判断する。熱媒体の温度が上限値ｃ以下の場合には、ステップＳＴ２１に戻る。これにより、熱媒体の温度が所定範囲に収まった状態を確保することができる。一方、熱媒体の温度が上限値ｃを超えている場合、ステップＳＴ２８に移行し、弁制御部５３は、主流路２５の流量調整弁Ｖ２を全閉にするとともに、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１を開放する。すなわち、熱媒体の温度が上限値ｃを超えるような場合には、ボイラー１２に排ガスが導入されるのを防止することにより、熱媒体の温度が所定範囲に収まった状態を確保することができる。
　次に、停止運転時の制御動作について、図４を参照しつつ説明する。
　停止運転は、コントローラ２０が停止信号を受けることにより開始される（ステップＳＴ３１）。コントローラ２０が停止信号を受けると、運転制御部５１は、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１を全開まで開放する一方で、主流路２５の流量調整弁Ｖ２を開度はそのまま維持する（ステップＳＴ３２）。また、熱水ポンプ４２はそのまま駆動を継続し（ステップＳＴ３３）、作動ポンプ３１の停止運転に入る（ステップＳＴ３４）。
　そして、作動ポンプ３１が停止するまでの間においても、熱媒体の温度を監視し、弁制御部５３は、熱媒体の温度を所定範囲に収めるための制御を行う。具体的には、まず、熱媒体の温度（温度センサＴｗ１の検出値ｔｗ１）が予め定められた下限値ｂ（℃）を超えているか否かが判断される（ステップＳＴ３５）。熱媒体の温度が下限値ｂ以下の場合には、ステップＳＴ３６に移行して、弁制御部５３は、流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ大きくする。これにより、ボイラー１２に流入する排ガスの流量が増大するため、熱媒体の温度を上昇させることができる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が全開の場合には、弁制御部５３は、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１の開度を小さくする。
　一方、熱媒体の温度が下限値ｂを超えている場合には、ステップＳＴ３７に移行し、熱媒体の過冷却度Ｓｃが予め設定された閾値ｅ（℃）よりも大きいか否か判断する。弁制御部５３は、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下であれば、流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ小さくする（ステップＳＴ３８）。これにより、ボイラー１２に流入する排ガスの流量が低減されるため、熱媒体の温度を低くさせることができて、熱媒体の過冷却度Ｓｃを大きくすることができる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が最低開度の場合には、弁制御部５３は、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１の開度を大きくする。
　熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅよりも大きな値であれば、コントローラ２０は、作動ポンプ３１が停止したかを確認したうえで、熱媒体の温度が予め定められた上限値ｃ（℃）を超えているか否か判断する（ステップＳＴ３９，ＳＴ４０）。作動ポンプ３１がまだ停止していない場合において、熱媒体の温度が上限値ｃ以下であれば、ステップＳＴ３５に戻る。作動ポンプ３１が停止するまでの間、ステップＳＴ３５～ＳＴ４０が繰り返される。
　なお、バイナリ発電装置１４を停止する（すなわち、作動ポンプ３１の駆動を止める）際に熱媒体の温度が下限値ｂ（℃）を超えているかどうかの判断を行い（ステップＳＴ３５）、また、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅよりも大きいか否かの判断を行う（ステップＳＴ３７）のは、以下の理由による。すなわち、バイナリ発電装置を停止すると、蒸発器３２内の作動媒体が全て蒸発して熱負荷の受け入れができなくなってしまう虞がある。その場合には、熱媒体系内の温度が上昇する方向に働いてしまう。これを防止するために、一定以上の温度、かつ、一定以上の過冷却度になるように制御している。なお、バイナリ発電装置１４の停止時であっても、バイナリ発電装置１４では、凝縮器３４に冷却水が流れ続け、作動媒体は凝縮され続けるように制御されている。
　一方、熱媒体の温度が上限値ｃを超えている場合には、弁制御部５３は、主流路２５の流量調整弁Ｖ２を全閉にするとともに、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１を開放する（ステップＳＴ４１）。すなわち、熱媒体の温度が上限値ｃを超えるような場合には、ボイラー１２に排ガスが導入されるのを防止する。これにより、熱媒体の温度が所定範囲に収まった状態を確保することができる。
　そして、作動ポンプ３１が停止した場合には、ステップＳＴ４１に移行し、運転制御部５１は、主流路２５の流量調整弁Ｖ２を全閉にするとともに、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１を開放する。これで停止運転が終了する。
　以上説明したように、本実施形態では、熱水の状態の熱媒体を熱源として、バイナリ発電装置１４において熱エネルギーを回収する。このため、例えば３５０℃以下の排ガスの熱エネルギーを効率的に回収することができる。すなわち、バイナリ発電装置１４が、熱水の状態の熱媒体を介して熱エネルギーを受けるため、バイナリ発電装置１４への入熱量を大きくすることができる。このため、熱源ガスの温度が例えば３５０℃以下の場合であっても、十分な発電を行うことができる。しかも、本実施形態では、熱媒体の沸騰を抑制して、熱媒体が熱水の状態に維持されるため、十分な発電を確保できるだけでなく、ボイラー１２内等の管内の圧力が上昇した場合に対処できるための対策を施しておく必要がなくなる。
　また、弁制御部５３が、ボイラー１２を通過した排ガスの温度が、排ガス中の腐食成分の酸露点以上の温度となるように調整弁部材Ｖ１，Ｖ２の開度を制御する。このため、熱回収後の排ガスの温度が酸露点以上に制御され、腐食成分が結露して配管等を腐食してしまうことが抑制される。
　また、本実施形態では、熱媒体の過冷却度が予め設定された閾値ｅ（℃）以上の状態に維持されるため、熱媒体の沸騰を抑制することができる。このため、熱媒体の熱を効率的にバイナリ発電装置１４に伝達することができる。また、熱媒体の沸騰を抑制することができるため、蒸発器３２において作動媒体が効率的に蒸発する状態を維持することができ、熱回収効率が低下するのを防止することができる。また、熱媒体が流れる管内の圧力が上昇した場合の対策を施しておく必要もない。しかも、熱媒体の温度が予め設定された範囲にコントロールされるため、バイナリ発電装置１４による熱回収効率を上げることができる。
　また、本実施形態では、熱水ポンプ４２の停止時に、熱媒体の過冷却度が予め設定された閾値ｅ（℃）以上の状態に維持されるため、熱媒体の沸騰を抑制することができる。このため、熱水ポンプ４２の停止時においても、熱媒体の熱を効率的にバイナリ発電装置１４に伝達することができる。しかも、熱水ポンプ４２の停止時においても、熱媒体の温度が予め設定された範囲にコントロールされるため、バイナリ発電装置１４による熱回収効率を上げることができる。
　また、本実施形態では、弁制御部５３が、ボイラー１２に向かって流れる排ガスの少なくとも一部をバイパス路２７に流れるようにすることによって、バイパス路２７への排ガスの流入量を増大させるように構成されている。すなわち、排ガスがボイラー１２に流入するのではなく、バイパス路２７を介してボイラー１２を迂回するように熱源ガスを流すだけで、熱媒体への入熱量を抑制することができる。したがって、排ガス自体の流量を調整する等の複雑な制御を要することなく、熱媒体の沸騰を抑制することができる。
　また、本実施形態では、流量調整弁Ｖ２の開度を小さくすることにより、ボイラー１２への排ガスの流入量を制限することができるため、排ガスをバイパス路２７に効率的に迂回させることができる。
　また、本実施形態では、熱媒体の過冷却度を導出する過冷却度導出部５２を有しているので、熱媒体の過冷却度が導出されて、過冷却度が予め設定された値以上に維持される。このため、熱媒体の沸騰をより確実に抑制することができる。
　また、本実施形態では、立ち上げ運転時に熱媒体の沸騰を抑制する。立ち上げ運転時においては、バイナリ発電装置１４が稼働していないため、熱媒体回路１６において、熱媒体の熱がバイナリ発電装置１４によって吸熱されず、熱媒体が沸騰してしまう虞がある。このため、立ち上げ運転時に熱媒体の沸騰を抑制する制御を行えば、効果的である。
　また、停止運転時において、バイナリ発電装置１４の停止運転に伴い、熱媒体回路１６において、熱媒体がバイナリ発電装置１４によって吸熱されないこととなり、熱媒体が沸騰してしまう虞がある。このため、停止運転時に熱媒体の沸騰を抑制する制御を行えば、効果的である。
　また定常運転時にも熱媒体の沸騰を抑制するため、バイナリ発電装置１４への入熱量を大きくすることができ、十分な発電を行うことができる。
　また、本実施形態では、ボイラー１２からの排出ガス温度を予め設定された温度以上に維持するため、熱源ガスとして例えば排気ガス等が用いられる場合であっても、酸露点腐食を防止することができる。
　なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、熱水ポンプ４２は、一定回転数で駆動されるポンプであってもよく、回転数を調整可能なポンプによって構成されていてもよい。熱水ポンプ４２が回転数を調整可能なポンプで構成されている場合、コントローラ２０は、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下のときに、熱水ポンプ４２の回転数を増大させる制御を行うポンプ制御部５５を備えていてもよい。すなわち、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下のときにステップＳＴ２３がＮＯとなるため、図６に示すように、ポンプ制御部５５は、熱水ポンプ４２の回転数を増大させる制御を行う（ステップＳＴ２９）。またこの場合、コントローラ２０は、流量調整弁Ｖ２の開度制御と併せて熱水ポンプ４２の回転数制御を行ってもよく、あるいは、流量調整弁Ｖ２の開度制御を行うことなく、熱水ポンプ４２の回転数制御を行ってもよい。この形態では、熱水ポンプ４２の回転数を増大させることによってボイラー１２への熱媒体の流入量を増大させ、それにより、ボイラー１２での熱媒体の沸騰を抑制することができる。
　熱水ポンプ４２が一定回転数で駆動されるポンプで構成される場合には、タンク４３を省略することが可能である。
　また、コントローラ２０は、図７に示すように、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下のときに、作動ポンプ３１の回転数を増大させる制御を行う作動ポンプ制御部５６を備えていてもよい。またこの場合、コントローラ２０は、流量調整弁Ｖ２の開度制御と併せて作動ポンプ３１の回転数制御を行ってもよく、あるいは、流量調整弁Ｖ２の開度制御を行うことなく、作動ポンプ３１の回転数制御を行ってもよい。
　ここで、前記実施形態について概説する。
　（１）前記実施形態の排熱回収装置は、腐食成分を含む排ガスが流れる主流路と、前記主流路に設けられ、前記排ガスによって熱媒体を熱水の状態に加熱するボイラーと、前記ボイラーを迂回するように前記主流路に接続されたバイパス路と、前記ボイラーを流れる排ガスの流量を調整するための調整弁部材と、熱水ポンプを有し、前記ボイラーによって熱水の状態に加熱された熱媒体を循環させる熱媒体回路と、作動媒体が循環する循環回路を有し、前記熱媒体回路の熱媒体から熱エネルギーを回収して発電を行うバイナリ発電装置と、前記ボイラーを通過した排ガスの温度が、排ガス中の腐食成分の酸露点以上の温度となるように前記調整弁部材の開度を制御する弁制御部と、を備えた排熱回収装置である。
　前記実施形態の排熱回収装置では、バイナリ発電装置において、熱水の状態の熱媒体から熱エネルギーを回収する。このため、例えば３５０℃以下の排ガスや高温空気の熱エネルギーを効率的に回収することができる。すなわち、バイナリ発電装置が、熱水の状態の熱媒体を介して熱エネルギーを受けるため、ガス状の熱媒体が用いられる場合に比べ、バイナリ発電装置への入熱量を大きくすることができる。このため、熱源ガスの温度が例えば３５０℃以下の場合であっても、十分な発電を行うことができる。しかも、弁制御部が、ボイラーを通過した排ガスの温度が、排ガス中の腐食成分の酸露点以上の温度となるように調整弁部材の開度を制御する。このため、熱媒体によって熱が回収された後の低温の排ガスから腐食成分が結露することを防止することができる。したがって、配管等の腐食を防止することができる。
　（２）前記排熱回収装置は、前記熱水の状態の熱媒体の温度を検出する温度センサと、前記熱水の状態の熱媒体の圧力を検出する圧力センサと、を備えていてもよい。この場合において、前記弁制御部は、前記熱媒体の温度が予め設定された範囲となり、かつ、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持するように、前記調整弁部材の開度を制御してもよい。
　この態様では、熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態に維持されるため、熱媒体の沸騰を抑制することができる。このため、熱媒体の熱を効率的にバイナリ発電装置に伝達することができる。また、熱媒体の沸騰を抑制して、熱媒体が熱水の状態に維持されるため、十分な発電を確保できるだけでなく、ボイラー内等の管内の圧力が上昇した場合に対処できるための対策を施しておく必要がなくなる。また、熱媒体の温度が予め設定された範囲にコントロールされるため、バイナリ発電装置による熱回収効率を上げることができる。
　（３）また前記排熱回収装置は、前記熱水の状態の熱媒体の温度を検出する温度センサと、前記熱水の状態の熱媒体の圧力を検出する圧力センサと、を備えていてもよい。この場合、前記弁制御部は、前記熱水ポンプを停止させる際に、前記熱媒体の温度が予め設定された温度以上となり、かつ前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持するように、前記調整弁部材の開度を制御してもよい。
　この態様では、熱水ポンプの停止時に、熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態に維持されるため、熱水ポンプの停止時においても、熱媒体の沸騰を抑制することができる。このため、熱媒体の熱を効率的にバイナリ発電装置に伝達することができる。しかも、熱水ポンプの停止時においても、熱媒体の温度が予め設定された範囲にコントロールされるため、バイナリ発電装置による熱回収効率を上げることができる。
　（４）前記調整弁部材は、前記バイパス路に設けられた流量調整弁を含んでいてもよい。この場合、前記弁制御部は、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上になるように、前記バイパス路への熱源ガスの流入量を増大させるように前記流量調整弁の開度を制御するように構成されていてもよい。この態様では、熱源ガスがボイラーに流入するのではなく、バイパス路を介してボイラーを迂回するように熱源ガスを流すだけで、熱媒体への入熱量を抑制することができる。したがって、熱源ガス自体の流量を調整する等の複雑な制御を要することなく、熱媒体の沸騰を抑制することができる。
　（５）前記調整弁部材は、前記主流路に設けられた流量調整弁を含んでいてもよい。この場合、前記弁制御部は、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上になるように、前記流量調整弁の開度を小さくするように構成されていてもよい。この態様では、流量調整弁の開度を小さくすることにより、ボイラーへの流入量を制限することができるため、熱源ガスをバイパス路に効率的に迂回させることができる。
　（６）前記排熱回収装置は、前記熱水の状態の熱媒体の温度を検出する温度センサと、前記熱水の状態の熱媒体の圧力を検出する圧力センサと、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持するように、前記熱水ポンプの回転数を増大させるポンプ制御部と、を備えていてもよい。この態様では、熱水ポンプの回転数を増大させることによってボイラーへの熱媒体の流入量を増大させ、それにより、ボイラーでの熱媒体の沸騰を抑制することができる。
　（７）前記実施形態のバイナリ発電装置は、前記排熱回収装置のバイナリ発電装置として用いられるバイナリ発電装置である。
　以上説明したように、前記実施形態によれば、腐食成分を含む排ガスから効率よく熱回収を行うことができる。

Claims (9)

  1. 　腐食成分を含む排ガスが流れる主流路と、
    　前記主流路に設けられ、前記排ガスによって熱媒体を熱水の状態に加熱するボイラーと、
    　前記ボイラーを迂回するように前記主流路に接続されたバイパス路と、
    　前記ボイラーを流れる排ガスの流量を調整するための調整弁部材と、
    　熱水ポンプを有し、前記ボイラーによって熱水の状態に加熱された熱媒体を循環させる熱媒体回路と、
    　作動媒体が循環する循環回路を有し、前記熱媒体回路の熱媒体から熱エネルギーを回収して発電を行うバイナリ発電装置と、
    　前記ボイラーを通過した排ガスの温度が、排ガス中の腐食成分の酸露点以上の温度となるように前記調整弁部材の開度を制御する弁制御部と、を備えた排熱回収装置。
  2. 　前記熱水の状態の熱媒体の温度を検出する温度センサと、
    　前記熱水の状態の熱媒体の圧力を検出する圧力センサと、を備え、
    　前記弁制御部は、前記熱媒体の温度が予め設定された範囲となり、かつ、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持するように、前記調整弁部材の開度を制御する請求項１に記載の排熱回収装置。
  3. 　前記熱水の状態の熱媒体の温度を検出する温度センサと、
    　前記熱水の状態の熱媒体の圧力を検出する圧力センサと、を備え、
    　前記弁制御部は、前記熱水ポンプを停止させる際に、前記熱媒体の温度が予め設定された温度以上となり、かつ前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持するように、前記調整弁部材の開度を制御する請求項１に記載の排熱回収装置。
  4. 　前記調整弁部材は、前記バイパス路に設けられた流量調整弁を含み、
    　前記弁制御部は、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上になるように、前記バイパス路への熱源ガスの流入量を増大させるように前記流量調整弁の開度を制御するように構成されている請求項２に記載の排熱回収装置。
  5. 　前記調整弁部材は、前記バイパス路に設けられた流量調整弁を含み、
    　前記弁制御部は、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上になるように、前記バイパス路への熱源ガスの流入量を増大させるように前記流量調整弁の開度を制御するように構成されている請求項３に記載の排熱回収装置。
  6. 　前記調整弁部材は、前記主流路に設けられた流量調整弁を含み、
    　前記弁制御部は、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上になるように、前記流量調整弁の開度を小さくするように構成されている請求項２に記載の排熱回収装置。
  7. 　前記調整弁部材は、前記主流路に設けられた流量調整弁を含み、
    　前記弁制御部は、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上になるように、前記流量調整弁の開度を小さくするように構成されている請求項３に記載の排熱回収装置。
  8. 　前記熱水の状態の熱媒体の温度を検出する温度センサと、
    　前記熱水の状態の熱媒体の圧力を検出する圧力センサと、
    　前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持するように、前記熱水ポンプの回転数を増大させるポンプ制御部と、を備えている請求項１に記載の排熱回収装置。
  9. 　請求項１から８の何れか１項に記載されている排熱回収装置のバイナリ発電装置として用いられるバイナリ発電装置。
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