(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エコノマイザーとフラッシャーと蒸気タービンを含み、前記エコノマイザーで生成される熱水を前記フラッシャーに送り、前記フラッシャーで蒸気と高温水に分離して回収し、前記フラッシャーで回収した前記蒸気を前記蒸気タービンの低圧段に供給し、前記フラッシャーで回収した前記高温水を前記エコノマイザーに給水として戻すようにした排熱発電設備において、さらに吸収冷凍機を備えて、前記フラッシャーで回収された前記高温水の一部または全部を前記吸収冷凍機に熱源として供給し、前記吸収冷凍機で温度が低下した還流高温水を前記エコノマイザーへの給水に加えて低温化することにより、前記エコノマイザーにおける熱回収量を増加させて、前記フラッシャーにおける蒸気と高温水の回収量を増大させ発電量を増加させる排熱回収装置。
【請求項２】
前記吸収冷凍機は高温水と蒸気を熱源とする二重効用吸収冷凍機であって、前記フラッシャーは、前記蒸気タービンの低圧段に蒸気を供給し前記エコノマイザーと前記吸収冷凍機に高温水を供給する第１フラッシャーと、前記吸収冷凍機に蒸気を供給し前記第１フラッシャーに高温水を供給する第２フラッシャーを備えた２段フラッシャーであることを特徴とする請求項１記載の排熱回収装置。
【請求項３】
前記エコノマイザーの下流に冷却器を設けて、前記吸収冷凍機で生成される冷水を前記冷却器に供給して排ガスを冷却することを特徴とする請求項１または２記載の排熱回収装置。
【請求項４】
エコノマイザーとフラッシャーと吸収冷凍機を含む排熱回収装置であって、前記エコノマイザーで生成される熱水を前記フラッシャーに送り、前記フラッシャーで蒸気と高温水に分離して回収し、前記フラッシャーで回収した前記高温水を前記エコノマイザーに給水として戻し、前記フラッシャーで回収された前記高温水の一部または全部を前記吸収冷凍機に熱源として供給し、前記吸収冷凍機で温度が低下した還流高温水を前記エコノマイザーへの給水に加えて低温化することにより、前記エコノマイザーにおける熱回収量を増加させて、前記フラッシャーにおける蒸気と高温水の回収量を増大させることを特徴とする排熱回収装置。
【請求項５】
前記吸収冷凍機は高温水と蒸気を熱源とする二重効用吸収冷凍機であって、前記フラッシャーは、外部に蒸気を供給し前記エコノマイザーと前記吸収冷凍機に高温水を供給する第１フラッシャーと、前記吸収冷凍機に蒸気を供給し前記第１フラッシャーに高温水を供給する第２フラッシャーを備えた２段フラッシャーであることを特徴とする請求項４記載の排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱発電設備や、給水をプロセスガスで加熱する給水加熱器を組み込んだ設備などに適用する、排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の排熱発電設備では、たとえば、図９に示すように、ボイラにエコノマイザーと蒸発器と過熱器を備え、エコノマイザーで過熱された熱水の一部がフラッシャーを介して低圧蒸気として回収されて蒸気タービンの低圧段に投入され、残りの熱水が蒸発器と過熱器で過熱された後に高圧蒸気として蒸気タービンの高圧段に投入される構成が採用されている。
【０００３】
図９は、従来技術の排熱発電設備の１例を示すプロセスフロー図である。
廃熱ボイラには熱排気が通る上流から過熱器、蒸発器、エコノマイザー（節炭器）の順に設置されている。エコノマイザーにはボイラ給水ポンプにより９０℃程度の温水が供給され、エコノマイザーで過熱された熱水は一部が汽水ドラムに供給されて汽水ドラムで分離された熱水に加えられ、残りの一部がフラッシャーに供給される。また、熱水の一部は外部の他のボイラに供給することもできる。
なお、本設備における廃熱ボイラは、セメント焼成プラント、金属精錬炉、化学工場、あるいはゴミ焼却炉ボイラなどで発生する排ガスの熱を回収する各種のボイラであってもよい。
【０００４】
汽水ドラムは、蒸発器で生成する熱水を熱水と蒸気に分離する容器で、分離された熱水は蒸発器に戻されて沸騰し、その後、再度汽水ドラムに送られて蒸気と熱水に分離する。汽水ドラムで分離された蒸気は、過熱器に送られて過熱し高圧蒸気となって、蒸気タービンの高圧段に供給される。一方、フラッシャーに供給された熱水は、フラッシャーで低圧蒸気と高温水に分離する。低圧蒸気は、蒸気タービンの低圧段に供給され、熱水は、エコノマイザーの給水に混合されエコノマイザーで再度加熱されて、再びフラッシャーに供給された後、蒸気と高温水に分離される。
蒸気タービンは、高圧段に投入された高圧蒸気と低圧段に投入された低圧蒸気のエネルギーを羽根車の回転エネルギーに変換し、回転軸同士がつながっている発電機を駆動して電力に変換する。
【０００５】
蒸気タービンで仕事をして膨張し低圧低温になった蒸気は、冷却塔で製造される冷水を通した復水器で冷却され液化して復水器の底に溜まり、補給水タンクから供給される補給水と共にボイラ給水として、エコノマイザーに送水される。なお、蒸気タービンの軸封部に供給されて蒸気タービンに空気が漏れ込むことを防止するグランド蒸気（シール蒸気）は、使用後にグランド蒸気復水器で水に戻され、たとえばタービン蒸気の復水器に注入されて、ボイラ給水に加えられる。
【０００６】
この従来設備においては、エコノマイザー入り口の給水温度と給水量にしたがって排ガス温度が決まる。したがって、発電量を増やすためフラッシャーへの熱水量を増やそうとしてフラッシャー出口で回収される高温水の量を増やしても、ボイラ給水温度が上昇するためボイラ全体の排熱回収量、ひいては発電量を増やすことができず、また、排ガス温度が十分低下しなかった。
一方、これから設置されていく炭酸ガス（ＣＯ２）吸収回収設備では、排ガス温度をさらに低下させて約４０°程度まですることが求められるため、ボイラ排出ガスの温度をより低下させる技術を開発する必要がある。
【０００７】
特許文献１には、セメント焼成プラントにおいてサスペンションプレヒーター（ＰＨ）の廃熱回収率を向上させて総発電量を増大させるようにした廃熱発電システムが開示されている。
従来は、ＰＨの排ガス温度とＡＱＣの排ガス温度が異なるため、ＰＨボイラの出口ガスをセメント原料乾燥用に利用し、ＡＱＣボイラで蒸気を得て発電することが普通であった。
【０００８】
これに対して、開示された廃熱発電システムでは、エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）の排熱回収をするＡＱＣボイラにエコノマイザーを設けて、エコノマイザーで得られる熱水をフラッシャーで蒸気と熱水に分離して、蒸気を蒸気タービンの低圧段に供給する。さらに、ＰＨの廃熱を回収するＰＨボイラーの廃ガス出口側に第２蒸発器を備えて、フラッシャーの戻り熱水が蒸気ドラムを介して第２蒸発器に導入され加熱され、蒸気ドラムで分離した蒸気がフラッシャーで分離された蒸気と一緒に蒸気タービンの低圧段に投入されるようになっている。このようにして、ＰＨボイラーの廃ガスエネルギーを有効に回収して、発電量の増大を図っている。
【０００９】
しかし、特許文献１に開示されたセメント焼成プラントにおける廃熱発電システムは、ＡＱＣボイラで蒸気を得て発電する一方、ＰＨボイラの出口ガスをセメント原料乾燥用に利用する代わりに、ＰＨボイラの廃ガス出口側に第２蒸発器を設けてフラッシャーの戻り熱水を加熱して生成された蒸気をＡＱＣボイラで得る蒸気と一緒にして利用することにより熱回収率の向上を図ったものである。
すなわち、蒸気タービン外の排熱回収ボイラの熱エネルギーを汽力発電に利用するものであるので、蒸気タービンに蒸気を供給するために利用されている廃熱回収ボイラそのものの活用方法とはならない。
【００１０】
また、特許文献２には、蒸気タービンとガスタービンで構成される複合発電システムにおいて、汽力発電プラントの熱源の一部としてガスタービン排ガスの熱エネルギーを有効利用するものが開示されている。特許文献２には、ガスタービン排ガスから熱回収する排熱回収ボイラで発生させた蒸気によって冷水を生成する吸収冷凍機サイクル装置を備えた複合発電システムが示されている。
さらに、従来の複合発電システムでよく用いられる、ガスタービン排ガスの余熱エネルギーを蒸気タービン復水の加熱源として利用する手段は、復水系統を複雑にするだけでなく、低圧給水加熱器での復水の加熱に必要な蒸気タービンからの抽気蒸気量が減るため、蒸気タービンの排気量が増え、最終的には復水器伝面を増加させる結果となりうる。
【００１１】
特許文献２に開示された複合発電システムでは、復水での熱回収を代替するものとして、ガスタービン排ガスの余熱エネルギーをガスタービンの燃料を加熱するために利用することにより熱回収を行わせるようにし、さらに、吸収冷凍機の熱源として利用して冷水を生成するようにしている。
このように、従来、経済性の観点から利用が限定されてきた約２００℃以下の中低温域の排ガスを対象として熱回収するため、その領域に付加した熱交換器でエネルギーを高温水として回収して、吸収冷凍機の熱源とする方法が活用されている。
しかし、特許文献２において利用された吸収冷凍機は、発電設備の外部へ冷水を供給するために利用され、複合発電システムにおける発電効率を直接向上させるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１５７１８３号公報
【特許文献２】特開２００４−０６０５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、排熱発電設備の発電力増大と吸収冷凍機による冷熱回収を両立させる複合発電システムを実現する排熱回収装置を提供することである。
また、本発明が解決しようとする別の課題は、中低温の排ガスを熱源とした排熱回収ボイラを使って、より高効率な排熱回収装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の排熱回収装置は、エコノマイザーとフラッシャーと蒸気タービンを含み、エコノマイザーで生成される熱水をフラッシャーに送り、フラッシャーで蒸気と高温水を回収し、フラッシャーで回収した蒸気を蒸気タービンの低圧段に供給すると共に、フラッシャーで回収した高温水をエコノマイザーに給水として戻すようにした排熱発電設備において、さらに吸収冷凍機を備えて、フラッシャーで回収された高温水の一部または全部を吸収冷凍機に熱源として供給し、吸収冷凍機で温度が低下した還流温水をエコノマイザーへの給水に加えて給水を低温化することにより、エコノマイザーにおける熱回収量を増加させて、フラッシャーにおける蒸気と高温水の回収量を増大させて、結果として発電量を増加させることを特徴とする。
【００１５】
フラッシャーの高温水を全量、そのまま高温でエコマイザーに供給する従来の方式では、エコノマイザーにおける熱回収量を増大させようとすると、さらに高温化した高温水がエコノマイザーに帰還するようになって、排ガス温度との温度差を確保できないために、熱回収量は結局所定の値に留まることになる。
本発明の排熱回収装置では、フラッシャーからエコノマイザーに帰還する高温水の一部または全部を吸収冷凍機のために引き出し、熱源として使用して温度が低下した後の温水をエコノマイザーに戻す。このため、給水温度が低下するのでエコマイザーにおける熱回収量を増大させることができる。
【００１６】
エコノマイザーにおける熱水製造量が増えるとフラッシャーにおける蒸気量が増加し、蒸気タービンの低圧段に供給される熱エネルギーが増加して発電量が増加する。一方、フラッシャーで発生する高温水は一部または全部が吸収冷凍機の熱源として取り出されて、製造する冷水の量を増大させる。また、吸収冷凍機でエネルギーを提供して低温化した高温水は、エコノマイザーの給水に混同され給水の温度を低下させて、エコノマイザーにおける熱回収を増進する。
こうして、本発明の排熱回収装置では、フラッシャーで発生する回収蒸気量と高温水量の両方を増加させることができる。
【００１７】
なお、吸収冷凍機は、１２０〜１５０℃程度の比較的低温な高温水を熱源とする単効用吸収冷凍機を使って、エコノマイザーで生成する低温熱水を有効に活用することができるが、冷凍機でより高い効率を求める場合は、７〜９ａｔｇ程度の蒸気も用いて高い効率で冷水を製造する二重効用吸収冷凍機を用いることが好ましい。
【００１８】
また、吸収冷凍機で製造する低温水は、各所の空調用冷熱源として供給することができるが、タービン室の空調用として利用すれば発電所内の電力消費量を減らすことが可能である。また、ガスタービンの吸気冷却に利用すれば、蒸気タービンの効率を向上させて発電量を増やすことができる。さらに、エコノマイザーの排ガス出口近くに冷却器を設けて、吸収冷凍機で生成される冷水を冷却器に供給して排熱ボイラの排ガスを冷却して、たとえば供給ガス温度が４０℃程度であることが好ましい炭酸ガス回収処理装置に適合するようにすることができる。
【００１９】
また、本発明の第２の排熱回収装置は、エコノマイザーとフラッシャーと吸収冷凍機を含み、エコノマイザーで生成される熱水をフラッシャーに送り、フラッシャーで蒸気と高温水を回収し、フラッシャーで回収した高温水をエコノマイザーに給水として戻し、フラッシャーで回収された高温水の一部または全部を吸収冷凍機に熱源として供給し、吸収冷凍機で温度が低下した還流温水をエコノマイザーへの給水に加えて低温化することにより、エコノマイザーにおける熱回収量を増加させて、フラッシャーにおける蒸気と高温水の回収量を増大させることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第２の排熱回収装置は、必ずしも蒸気タービンを付帯しなくても、エコノマイザーの熱水を受け入れるフラッシャーで回収された高温水の一部または全部を引き出して吸収冷凍機の熱源として使用し、温度が低下した高温水をエコノマイザーの給水に戻して混合するようにすれば、エコノマイザーへの給水の温度が低下するので、熱回収量が増大して、フラッシャーから外部に供給される高温水と蒸気の量が増大する結果になる。
【発明の効果】
【００２１】
本願発明の排熱回収装置を用いることにより、排熱発電設備の発電力増大と吸収冷凍機による冷熱回収を両立させる複合発電システムを実現することができる。また、排熱回収ボイラにより、中低温の排ガスを熱源とした、さらに高効率な排熱回収装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例に係る排熱回収装置のプロセスフロー図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る排熱回収装置のプロセスフロー図である。
【図３】本発明の第３実施例に係る排熱回収装置のプロセスフロー図である。
【図４】本発明の第４実施例に係る排熱回収装置のプロセスフロー図である。
【図５】本発明の第５実施例に係る排熱回収装置のプロセスフロー図である。
【図６】本発明の第６実施例に係る排熱回収装置のプロセスフロー図である。
【図７】本発明の第７実施例に係る排熱回収装置のプロセスフロー図である。
【図８】本発明の第８実施例に係る排熱回収装置のプロセスフロー図である。
【図９】従来技術による排熱回収装置の１例を示すプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、実施例を用いて本発明の排熱回収装置について詳細に説明する。なお、各実施例において、同じ機能を有する構成要素には同じ参照番号を振って、説明の重複を避けている。
【実施例１】
【００２４】
図1は本発明の第１実施例を説明するプロセスフロー図である。
本実施例の排熱回収装置は、図９に示した従来技術による排熱回収装置と比較すると、吸収冷凍機を設け、フラッシャーからエコノマイザーへの熱水の帰還路に三方弁を設けて、従来全量エコノマイザーに戻していたフラッシャーで分離された高温水の一部を吸収冷凍機の熱源として利用し、温度低下した温水をエコノマイザーへの給水に混入するようにしたところが相違する。
【００２５】
図１を用いて、本実施例の排熱回収装置の構成を説明する。
廃熱ボイラ１０には高温の排ガスが供給され、過熱器１１、蒸発器１２、エコノマイザー（節炭器）１３の順に設置された熱交換器に熱を与えて低温の排ガスとして排出される。エコノマイザー１３にはボイラ給水ポンプ１５により温水が供給され、エコノマイザー１３で製造された熱水はボイラ給水流量制御弁１４ａにより一部が汽水ドラム１４に供給され、一部がフラッシャー補給熱水流量調節弁１６ａによりフラッシャー１６に供給される。また、熱水の一部は外部ボイラへの給水流量調節弁１４ｂにより外部の他のボイラに供給することもできる。
【００２６】
汽水ドラム１４は、蒸発器１２で生成する熱水を熱水と蒸気に分離する。汽水ドラム１４で分離された熱水およびエコノマイザー１３から給水された熱水は蒸発器１２への給水となる。汽水ドラム１４で分離された蒸気は、過熱器１１に送られて過熱し高圧過熱蒸気となって、蒸気タービン２１の高圧段に供給される。
【００２７】
一方、エコノマイザー１３からフラッシャー１６に供給された熱水は、フラッシャー１６で低圧蒸気と高温水に分離する。高温水は、フラッシャー出口三方流量調節弁１６ｃで分配されて、一部がエコノマイザー１３の給水に混合され、エコノマイザー１３で加熱されて熱水になり、残りが吸収冷凍機３１の熱源として供給される。本実施例では、たとえば１２０〜１５０℃の高温水を熱源として使用する吸収冷凍機を利用することができる。吸収冷凍機３１の熱源として使用され温度が低下した戻りの高温水をエコノマイザー１３に給水する。エコノマイザー１３の給水圧力に抗する必要がある場合は、適宜温水移送ポンプ３２で加圧することができる。なお、吸収冷凍機３１には、クーリングタワー２６の冷却水を供給しており、使用により昇温した冷却水はクーリングタワー２６に戻して大気に放熱することができる。
【００２８】
また、フラッシャー１６で分離された低圧蒸気は、蒸気タービン２１の低圧段に供給される。
蒸気タービン２１は、高圧段に投入された高圧蒸気と低圧段に投入された低圧蒸気で駆動され、回転軸同士が変速機構を介してつながる発電機２２を駆動して電力を発生させる。
蒸気タービン２１から放出される蒸気は、復水器２３で冷却され液化して、復水ポンプ２４と補給水流量調節弁１６ｂを介してエコノマイザー１３への給水として送水される。
復水器２３の冷却には、冷却塔２６で製造される冷却水が使用される。
【００２９】
蒸気タービン２１の軸封部シール用蒸気はグランド蒸気復水器２５で蒸気タービン２１の復水と熱交換して凝縮し廃熱ボイラ１０の給水に注入される。
また、廃熱ボイラ１０の給水が不足するときは、補給水ポンプ２７により補給水タンク２８から復水器２３に補給する。
【００３０】
本実施例の排熱回収装置では、フラッシャー１６で回収した高温水を吸収冷凍機３１の熱源として供給し、温度が低下した戻りの温水をエコノマイザー１３に給水するので、排ガス温度と給水の温度の差が大きくなって、エコノマイザー１３における熱回収量が増加する。
したがって、エコノマイザー１３からフラッシャー１６への熱水量が増えて、フラッシャー１６における蒸気回収量が増えて発電機２２の発電量が増える。また、フラッシャー１６における回収高温水量も増えて吸収冷凍機３１への供給熱量も増える。
たとえば、１２０〜１５０℃の熱源を使う単効用高温水吸収冷凍機であれば、フラッシャー１６の運転圧力を２〜３ａｔｇとすれば、回収高温水を熱源として利用できる。
【００３１】
本願発明の排熱回収装置を用いることにより、排熱発電設備の発電量増大と吸収冷凍機による冷熱回収を両立させる複合発電システムを実現することができる。
また、排熱回収ボイラにより、中低温の排ガスを熱源とした、さらに高効率な排熱回収装置を提供することができる。
一方、これから設置されていく炭酸ガス（ＣＯ２）吸収回収設備では、排ガス温度をさらに低下させて約４０°程度まですることが求められるため、ボイラ排出ガスの温度をより低下させる技術を開発する必要がある。
【実施例２】
【００３２】
図２は本発明の第２実施例を説明するプロセスフロー図である。
本実施例の排熱回収装置は、吸収冷凍機として蒸気と高温水を熱源とする二重効用吸収冷凍機または二重効用蒸気吸収冷凍機と単効用高温水吸収冷凍機を併設した冷凍設備を使用して、より効率の高い排熱回収を図るものである。第１実施例と比較すると、低圧フラッシャーに加えてより高い圧力で運転される中圧フラッシャーを設置して、中圧フラッシャーと低圧フラッシャーを直列に設置して、中圧フラッシャーの蒸気と低圧フラッシャーの高温水を吸収冷凍機の熱源としているところが異なるだけなので、相違点に重点を置いて説明する。
【００３３】
本実施例では、エコノマイザー１３で製造される熱水を、中圧フラッシャー圧力調節弁１７ａを介して導入して、たとえば７〜９ａｔｇの中圧蒸気と高温水に分離して回収する中圧フラッシャー１７をさらに設ける。中圧フラッシャー１７で分離された高温水は、流量調節弁１７ｂを介して、たとえば２〜３ａｔｇで運転される低圧フラッシャー１６に導入され、低圧蒸気と高温水に分離される。低圧フラッシャー１６において高温水が不足するときは、フラッシャー補給熱水流量調節弁１６ａを介してエコノマイザー１３の熱水を供給することにより、低圧蒸気と高温水の量を確保することができる。
【００３４】
中圧フラッシャー１７で得られた中圧蒸気は蒸気送気量調節弁１７ｃを介して吸収冷凍機３１の熱源として供給する。また、低圧フラッシャー１６で生成する高温水は、第１実施例と同様に、フラッシャー出口三方流量調節弁１６ｃにより一部または全部が吸収冷凍機３１の熱源として供給される。吸収冷凍機３１から戻る温度の下がった高温水は、エコノマイザー１３の給水に加えられて給水の温度を低下させるため、エコノマイザー１３における熱回収量を増大させることができる。
【００３５】
中圧フラッシャー１７で回収した中圧蒸気を二重効用吸収冷凍機３１の熱源に使用することによって、吸収冷凍機の効率が上がり省エネとなる。通常、二重効用蒸気吸収冷凍機は、単効用蒸気吸収冷凍機と比べて冷凍トンあたり蒸気消費量が４０％程度少なく、省エネ効果は大きい。
【００３６】
中圧フラッシャー１７で回収した高温水は低圧フラッシャー１６に供給して、生成した低圧蒸気は蒸気タービンの低圧段に供給して、電力で回収する。なお、中圧フラッシャー１７で回収された中圧蒸気は一部を、蒸気タービン２１の中圧段に供給してエネルギーを電力で回収するようにしてもよい。
低圧フラッシャー１６で回収した高温水は、二重効用蒸気吸収冷凍機に併置された単効用高温水吸収冷凍機の熱源（１２０〜１５０℃）として利用してもよい。
【００３７】
なお、いわゆるジェネリンク方式で使用される省エネルギータイプの二重効用吸収冷凍機を用いる場合は、一般に８５〜９５℃の温水を熱源とするので、高温水温度調節弁１６ｄによりたとえば４０℃程度の低温の給水を低圧フラッシャー１６から供給される高温水に混ぜて温度調整してから吸収冷凍機３１に供給するようにしてもよい。
【００３８】
エコノマイザーリターン流量調節弁１４ｃは、エコノマイザー１３への給水温度が下がりすぎた場合にエコノマイザー１３の出口から熱水を給水に導入して、給水温度を所定の範囲内に維持する調節弁である。この弁は、必要に応じて設置される。
中圧蒸気バックアップ流量調節弁１４ｄは、フラッシャーで発生する蒸気が不足するときに汽水ドラム１４の蒸気を中圧フラッシャー１７に補給する調節弁である。
【００３９】
本実施例の排熱回収装置によれば、エコノマイザー１３で回収する熱量の一部を使って吸収冷凍機を稼働させ、吸収冷凍機から戻る低温化した温水を混入してエコノマイザー１３の給水の温度を低下させてエコノマイザー１３における回収熱量を増大させ、同時に、蒸気タービン２１の低圧段および中圧段に供給する蒸気量を増大させて発電量を増大させることができる。さらに、効率のよい二重効用吸収冷凍機を活用することにより、排熱回収の効率も向上する。
【実施例３】
【００４０】
図３は本発明の第３実施例を説明するプロセスフロー図である。
本実施例の排熱回収装置は、第２実施例に対して、低圧フラッシャーを２段に分けて低圧蒸気を回収して利用することにより、排熱発電の効率をさらに改善したものである。
本実施例の排熱回収装置は、図３に示すとおり、第２実施例のプロセスと比較して、低圧フラッシャー１６と中圧フラッシャー１７の間に、両者の中間圧力で運転する第２低圧フラッシャー１８を直列に介装して、第２低圧フラッシャー１８と第２実施例の低圧フラッシャー１６に対応する第１低圧フラッシャー１６とが直列に接続されて形成された低圧フラッシャーを備えることのみが異なる。
以下では、第２実施例と異なる点に重点を置いて説明する。
【００４１】
本実施例では、たとえば７〜９ａｔｇで運転される中圧フラッシャー１７で分離された高温水は、流量調節弁１７ｂを介して、たとえば３．５〜６ａｔｇで運転される第２低圧フラッシャー１８内にフラッシュされ第２低圧蒸気と高温水に分離する。第２低圧フラッシャー１８で分離された高温水は、流量調節弁１８ｂを介して、たとえば２〜３ａｔｇで運転される第１低圧フラッシャー１６に供給されて第１低圧蒸気と高温水に分離する。第１低圧フラッシャー１６で生成された高温水はエコノマイザー１３と吸収冷凍機３１に配分して送水される。
【００４２】
なお、第１低圧フラッシャー１６と第２低圧フラッシャー１８には、それぞれエコノマイザー１３で製造される熱水を導入するフラッシャー補給熱水流量調節弁１６ａおよび第２低圧フラッシャー圧力調節弁１８ａが設けられていて、それぞれの運転圧力を維持することができるようになっている。
【００４３】
第２実施例の排熱回収装置と同様に、中圧フラッシャー１７で発生する中圧蒸気は、熱源として吸収冷凍機３１に供給され、第１低圧フラッシャー１６で発生する第１低圧蒸気は蒸気タービン２１の第１低圧段に供給される。
本実施例の排熱回収装置では、さらに第２低圧フラッシャー１８で発生する第２低圧蒸気が蒸気タービン２１の第２低圧段に供給されて、蒸気タービン２１で回収される熱エネルギーを増大させるので、回収電力量が増加し、排熱発電効率をさらに向上させる。
【実施例４】
【００４４】
図４は本発明の第４実施例を説明するプロセスフロー図である。
本実施例の排熱回収装置は、第２実施例に対して、廃熱ボイラが、ガス上流の高圧ボイラ部とガス下流の低圧ボイラからなる複数圧ボイラであることが異なる。
高圧ボイラ部は、過熱器１１と蒸発器１２とエコノマイザー１３と汽水ドラム１４で構成され、圧力と温度が高い高圧蒸気と中圧蒸気を生成して、それぞれ蒸気タービン２１の主蒸気口と中圧段に供給する。低圧ボイラ部は、低圧蒸発器４１と低圧エコノマイザー４２と低圧汽水ドラム４４で構成され、低圧蒸気を生成して蒸気タービン２１の低圧段に供給する。
【００４５】
図４に示す本実施例では、エコノマイザー１３からフラッシャー補給熱水流量調節弁１６ａを介してフラッシャー１６に熱水を供給する。たとえば７〜９ａｔｇの中圧域で運転されるフラッシャー１６で回収した中圧蒸気は、蒸気送気量調節弁１６ｅを介して吸収冷凍機３１の熱源用蒸気として利用され、余った蒸気は蒸気タービン２１に供給される。また、フラッシャー１６で回収された高温水は、フラッシャー出口三方流量調節弁１６ｃにより一部または全部を分岐させて吸収冷凍機３１の高温水熱源として利用できる。
中圧蒸気を使うときは、蒸気消費量が少なく効率が高い二重効用吸収冷凍機を採用することができ、吸収冷凍機で節約された蒸気は蒸気タービン２１の発電用蒸気として利用することができる。
【００４６】
低圧ボイラ部において、低圧エコノマイザー４２にはボイラ給水ポンプ１５により温水が供給される。エコノマイザー４２で製造された熱水は低圧ボイラ給水制御弁４４ａにより一部が低圧汽水ドラム４４に供給され、一部が低圧エコノマイザーリターン流量調節弁４４ｂを介して低圧エコノマイザー４２の給水に戻される。また、低圧汽水ドラム４４で生成する高温水は、高圧給水ポンプ４５により高圧ボイラ部のエコノマイザー１３の給水として供給される。
低圧汽水ドラム４４で分離された低圧蒸気は、蒸気タービン２１の低圧段に加えられる。
【００４７】
本実施例の排熱回収装置は、廃熱ボイラ１０において高圧ボイラ部に加えて低圧ボイラ部が設置されているため、廃熱回収をより高度に達成することができる。また、フラッシャー１６から低圧エコノマイザー４２に戻す高温水の一部または全部を抜き出して、吸収冷凍機３１の熱源として用いて温度低下した温水を低圧エコノマイザー４２の給水に合流させて供給するので、吸収冷凍機３１の運転を行うと同時に低圧エコノマイザー４２における給水温度の低下により熱回収の効率を向上させることができる。
【００４８】
さらに、図４では、廃熱ボイラ１０のガス最下流部に冷水クーラー４３を設置して、廃熱ボイラ１０から排出される排ガス温度をさらに低下させている。冷水クーラー４３に供給する冷水は、吸収冷凍機３１からたとえば７℃程度の冷水として供給し、冷水の圧力が不足するときは加圧用に冷水ポンプ４８を設置する。冷水クーラー４３へは、冷水流量調節弁４３ａを用いて必要な量を供給して、排ガス温度を調整することができる。排ガス温度を４０℃以下にすると、廃熱ボイラ１０の下流に設置する図外の炭酸ガス吸収処理装置が効率よく稼働して、排気中の炭酸ガス量を削減させることができる。
なお、排ガス中に水蒸気成分が存在して、結露によるドレンが発生する場合は、廃熱ボイラ１０の排ガス側にドレン排出口を設けて排除しやすくすることができる。
【実施例５】
【００４９】
図５は本発明の第５実施例を説明するプロセスフロー図である。
本実施例の排熱回収装置は、第４実施例と同じく複数圧ボイラに適用するもので、第４実施例に対して、フラッシャーに供給する熱水をエコノマイザー１４から取る代わりに低圧エコノマイザー４２から取るようにしたもので、また、廃熱ボイラ１０の排ガス排出部において、吸収冷凍機３１で製造する低温の冷水を用いた冷水クーラー４３の上流に、クーリングタワー２６で冷却された水を用いる冷却水クーラー４６を設けて、冷水の消費量を節約し、廃熱ボイラ１０の排ガスをさらに低温にしたところが異なる。
冷却クーラー４３は冷水流量調節弁４３ａにより、冷却水クーラー４６は冷却水流量調節弁４６ａにより、排ガス温度の低減に必要な、それぞれの冷媒供給量を調整する。
【００５０】
低圧フラッシャー１６で回収する高温水も、低圧エコノマイザー４２に由来するため、より低温になるが、いわゆるジェネリンク方式の単効用吸収冷凍機の熱源として利用することができる。
低圧フラッシャー１６で回収する低圧蒸気は、蒸気タービン２１の低圧段に供給したり吸収冷凍機３１の蒸気熱源として利用したりすることができる。
【００５１】
本実施例の廃熱回収装置では、低圧エコノマイザー４２における熱回収量を増大することにより廃熱ボイラ１０の排ガス温度を４０℃以下に低下させて、炭酸ガス回収を容易にさせている。また、冷却水クーラー４６と冷水クーラー４３により、排ガス温度をさらに低下させて、炭酸ガス回収効率を向上さることができる。
冷却水クーラー４６を採用して、冷水クーラー４３の負荷を軽減しているので、廃熱回収装置における冷水消費量を低減して、冷水を外部に供給して活用することができる。
なお、これらクーラーにより結露が生じるときは、ドレンを排除するドレン排出口をガス排出部に設けることができる。
【実施例６】
【００５２】
図６は本発明の第６実施例を説明するプロセスフロー図である。
第５実施例では廃熱ボイラ１０の排ガス排出口部に冷水クーラー４３と冷却水クーラー４６が設けられていたのに対して、本実施例の排熱回収装置では、冷却水クーラー４６のみとした代わりに、冷却水クーラー４６の冷却水供給配管に熱交換器４７を設けて、排ガスを冷却する冷却水を吸収冷凍機３１の冷水で冷却するようにしたものである。冷却水クーラー４６に供給される冷却水量は冷却水流量調節弁４６ａで調整され、熱交換器４７に供給する冷水の量は冷水流量調節弁４７ａにより調整される。
冷水は冷却水よりグレードが高いため、排ガス中のＳＯ２などの腐食性ガスを含む場合などには、冷水配管を廃熱ボイラ１０の内に直接組み込むより、冷却水を間接冷却することにより冷熱エネルギーを供給する構成の方が保全上は好ましい。
【実施例７】
【００５３】
図７は本発明の第７実施例を説明するプロセスフロー図である。
本実施例の排熱回収装置は、独立のエコノマイザーから効率的な熱回収を行って、冷水と蒸気を供給する廃熱回収装置である。エコノマイザーとフラッシャーと吸収冷凍機を主な構成要素として構成され、主要構成は第１実施例の主要構成と共通している。
【００５４】
図７を参照すると、高温の排ガスが廃熱ボイラ５０に供給され、ボイラ給水ポンプ５５によりエコノマイザー５１に供給される給水が加熱されて、補給熱水流量調節弁５２ａを介して熱水として低圧フラッシャー５２に供給される。余った熱水は、外部ボイラへの給水流量調節弁５６ａを介して他のボイラに熱水として供給することができる。
低圧フラッシャー５２に供給された熱水は、低圧フラッシャー５２で低圧蒸気と高温水に分離する。
【００５５】
低圧フラッシャー５２で分離回収される低圧蒸気は、低圧蒸気圧力調節弁５２ｅにより低圧フラッシャー５２の内部を、たとえば２〜３ａｔｇなど、所定の圧力に維持するように流量制御される。低圧蒸気圧力調節弁５２ｅを通過した低圧蒸気は、装置内または外部の蒸気タービンや吸収冷凍機に、あるいは外部の低圧蒸気需要装置に供給される。
【００５６】
また、低圧フラッシャー５２で分離回収された高温水は、三方流量調節弁５２ｃで分配されて、一部または全部が熱源として吸収冷凍機５３に供給され、残りがエコノマイザー５１の給水とされてエコノマイザー５１で加熱されて熱水にされる。
なお、吸収冷凍機５３に供給された、たとえば１１０℃の高温水は、吸収冷凍機５３で熱エネルギを提供して、温度をたとえば９０℃に低下させた後に、移送ポンプ５４を介してエコノマイザー５１の給水に混入される。
【００５７】
エコノマイザー５２への給水は、吸収冷凍機５３からの戻り高温水がなければ低圧フラッシャー５２で分離されたときの温度、たとえば１１０℃になるはずであるが、吸収冷凍機５３から戻って低温になった高温水を混合することにより、温度を低下させる。このため、エコノマイザー５１における熱回収量が増大し、低圧フラッシャー５２への熱水量を増大させることができる。
したがって、本実施例の排熱回収装置では、吸収冷凍機５３に供給する高温水の量を増加させると、低圧フラッシャー５２で発生する低圧蒸気の量を増大させることになり、蒸気供給量と冷水供給量の両方を増加させることができる。
【００５８】
なお、ボイラ給水ポンプ５５は、エコノマイザー５１に給水を流すために用いられる。また、補給水流量調節弁５２ｂは、エコノマイザー５５の給水が蒸気化などにより減少するときに、図外の補給水タンクから給水の補給を行う調節弁である。さらに、蒸気送気量調節弁５２ｆは、吸収冷凍機５３が低圧蒸気を熱源とする冷凍機である場合あるいは低圧蒸気を熱源とする吸収冷凍機を含む冷凍装置である場合に、低圧蒸気供給配管からそのような冷凍機に低圧蒸気を供給する調節弁である。
また、吸収冷凍機５３に使用する冷却水は、廃熱回収装置内あるいは外部のしかるべき冷却水供給設備から供給すればよい。
【実施例８】
【００５９】
図８は本発明の第８実施例を説明するプロセスフロー図である。
本実施例の排熱回収装置は、第７実施例の廃熱回収装置に対して、中圧フラッシャーを増設して、中圧蒸気を生成して効率が高い二重効用吸収冷凍機を使用できるようにしたところが相違するもので、他の構成には特段の相違がない。
【００６０】
すなわち、本実施例では、エコノマイザー５１で製造される熱水を、中圧フラッシャー圧力調節弁５７ａを介して導入して、たとえば７〜９ａｔｇの中圧蒸気と高温水に分離して回収する中圧フラッシャー５７をさらに設けている。中圧フラッシャー５７で分離された高温水は、流量調節弁５７ｂを介して、たとえば２〜３ａｔｇで運転される低圧フラッシャー５２に導入され、低圧蒸気と高温水に分離される。低圧フラッシャー５２において高温水が不足するときは、補給熱水流量調節弁５２ｂを介してエコノマイザー５１の熱水を供給することにより、低圧蒸気と高温水の量を確保することができる。
【００６１】
中圧フラッシャー５７で得られた中圧蒸気は蒸気送気量調節弁５７ｃを介して吸収冷凍機５３の熱源として供給する。また、中圧フラッシャー５７から供給する中圧蒸気量が不足するときは、外部の適宜な中圧蒸気供給源から中圧蒸気バックアップ流量調節５６ｂを介して中圧蒸気を補給することができる。
この他の構成については、第７実施例の排熱回収装置と変わらない。
本実施例の廃熱回収装置は、効率のよい二重効用吸収冷凍機を活用することにより、第７実施例の装置と比較して排熱回収の効率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の廃熱回収装置により、排熱発電設備の発電力増大と吸収冷凍機による冷熱回収を両立させる複合発電システムを実現することができる。また、排熱回収ボイラにより、各種プラントから放出される中低温の排ガスを熱源とした、さらに高効率な排熱回収装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０  廃熱ボイラ
１１  過熱器
１２  蒸発器
１３  エコノマイザー
１４  汽水ドラム
１４ａ  ボイラ給水流量制御弁
１４ｂ  外部ボイラへの給水流量調節弁
１４ｃ  エコノマイザーリターン流量調節弁
１４ｄ  中圧蒸気バックアップ流量調節弁
１５  ボイラ給水ポンプ
１６  （第１）（低圧）フラッシャー
１６ａ  フラッシャー補給熱水流量調節弁
１６ｂ  補給水流量調節弁
１６ｃ  フラッシャー出口三方流量調節弁
１６ｄ  高温水温度調節弁
１６ｅ  蒸気送気量調節弁
１７  中圧フラッシャー
１７ａ  中圧フラッシャー圧力調節弁
１７ｂ  流量調節弁
１７ｃ  蒸気送気量調節弁
１８  第２低圧フラッシャー
１８ａ  第２低圧フラッシャー圧力調節弁
１８ｂ  流量調節弁
２１  蒸気タービン
２２  発電機
２３  復水器
２４  復水ポンプ
２５  グランド蒸気復水器
２６  クーリングタワー
２７  補給水ポンプ
２８  補給水タンク
３１  吸収冷凍機
３２  温水移送ポンプ
４１  低圧蒸発器
４２  低圧エコノマイザー
４３  冷水クーラー
４３ａ  冷水流量調節弁
４４  低圧汽水ドラム
４４ａ  低圧ボイラ給水制御弁
４４ｂ  低圧エコノマイザーリターン流量調節弁
４５  高圧給水ポンプ
４６  冷却水クーラー
４６ａ  冷却水流量調節弁
４７  熱交換器
４７ａ  冷水流量調節弁
４８  冷水ポンプ
５０  廃熱ボイラ
５１  エコノマイザー
５２  低圧フラッシャー
５２ａ  補給熱水流量調節弁
５２ｂ  補給水流量調節弁
５２ｃ  三方流量調節弁
５２ｄ  高温水温度調節弁
５２ｅ  低圧蒸気圧力調節弁
５２ｆ  蒸気送気量調節弁
５３  吸収冷凍機
５４  移送ポンプ
５５  ボイラ給水ポンプ
５６ａ  外部ボイラへの給水流量調節弁
５６ｂ  中圧蒸気バックアップ流量調節弁
５６ｃ  エコノマイザーリターン流量調節弁
５７  中圧フラッシャー
５７ａ  中圧フラッシャー圧力調節弁
５７ｂ  流量調節弁
５７ｃ  蒸気送気量調節弁
【図１】
0005456525.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005456525.tif 000007
【図７】
0005456525.tif 000008
【図８】
0005456525.tif 000009
【図９】
0005456525.tif 000010