(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用のボイラと、前記ボイラの排ガスから熱回収を行う熱回収器と、前記熱回収器で回収した熱を、発電外の設備の熱源に用いるための熱交換器と、前記発電外の設備の熱源を蓄える蓄熱器とを備えた熱回収利用システムであって、前記熱交換器が、前記蓄熱器に蓄えられている熱源で、前記熱回収器を予熱する、熱回収利用システム。
【請求項２】
前記発電外の設備が、地域熱供給設備であり、前記熱回収器で回収した熱で、地域熱供給設備の供給水を加熱する請求項１に記載の熱回収利用システム。
【請求項３】
前記発電外の設備が、バイオマス乾燥設備であり、前記熱回収器で回収した熱で、バイオマス乾燥設備の熱媒体を加熱する請求項１に記載の熱回収利用システム。
【請求項４】
前記熱回収器で回収した熱を前記熱交換器で熱交換するために、前記熱回収器と前記熱交換器との間で、熱媒体が循環する熱媒体循環ラインを更に備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱回収利用システム。
【請求項５】
前記熱回収器で熱回収した後のボイラ排ガスの温度に基づいて、前記熱交換器において、前記熱回収器で回収した熱を前記発電外の設備の熱源とする熱交換量を制御する制御装置を更に備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱回収利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電所のボイラ排ガスから熱を回収し、その熱を再利用する熱回収利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００１−２３９１２９号公報や特開２００６−３０８２６９号公報には、ボイラ排ガスの処理ラインにおいて、脱硫装置または集塵機の上流側に、ボイラ排ガスの熱を回収する熱回収器を設けることが開示されている。特開２００１−２３９１２９号公報には、この熱回収器で回収した熱で、ボイラ給水を加熱して、ボイラの熱効率を向上することが記載されている。また、特開２００６−３０８２６９号公報には、熱回収器で回収した熱で、蒸気タービンの復水を加熱して、ボイラに給水することや、熱回収器で回収した熱で空気を予熱してからボイラに供給することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３９１２９号公報
【特許文献２】特開２００６−３０８２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱回収器でボイラ排ガスから回収した熱の利用法としては、上述したように、ボイラ給水の加熱や空気の予熱などが公知であり、これにより発電所全体の熱効率は向上してはいるものの、更なる熱効率の向上が求められている。
【０００５】
また、上記のように熱回収器を設置することで、ボイラ排ガスの処理ラインの起動時に熱回収器を暖機することが必要となった。この暖機には、当該ラインのボイラとは別のボイラの蒸気を用いたり、熱交換器やドレイン回収装置などの設備が必要で、建設コストおよび運転コストがかかるという問題がある。また、処理ライン停止後にボイラ排ガスから回収した熱の利用先がなく、回収した熱の有効利用ができないという問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、熱回収器でボイラ排ガスから回収した熱を、複雑な設備や高い運転コストをかけずに、有効利用することができる熱回収利用システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、発電用のボイラと、前記ボイラの排ガスから熱回収を行う熱回収器と、前記熱回収器で回収した熱を、発電外の設備の熱源に用いるための熱交換器と、前記発電外の設備の熱源を蓄える蓄熱器とを備えた熱回収利用システムであって、前記熱交換器が、前記蓄熱器に蓄えられている熱源で、前記熱回収器を予熱するものである。
【０００８】
前記発電外の設備は、地域熱供給設備が好ましく、この場合、前記熱回収器で回収した熱で、地域熱供給設備の供給水を加熱する。また、前記発電外の設備は、バイオマス乾燥設備が好ましく、前記熱回収器で回収した熱で、バイオマス乾燥設備の熱媒体を加熱する。前記発電外の設備は、地域熱供給設備とバイオマス乾燥設備とを併設することもできる。
【０００９】
本発明の熱回収利用システムは、前記熱回収器で回収した熱を前記熱交換器で熱交換するために、前記熱回収器と前記熱交換器との間で、熱媒体が循環する熱媒体循環ラインを更に備えることが好ましい。また、本発明の熱回収利用システムは、前記熱回収器で熱回収した後のボイラ排ガスの温度に基づいて、前記熱交換器において、前記熱回収器で回収した熱を前記発電外の設備の熱源とする熱交換量を制御する制御装置を更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
このように本発明によれば、熱回収器で回収した熱を、地域熱供給設備の供給水の加熱源や、バイオマス乾燥設備の熱源といった、発電外の設備の熱源に用いる熱交換器を設けることで、従来の発電所内の設備にとらわれず、熱回収器で回収した熱を有効に利用することができる。また、発電外の設備の熱源を蓄える蓄熱器を用い、前記熱交換器によって、この蓄熱器に蓄えられている熱源で熱回収器を予熱することで、従来の蒸気を用いることなく、熱回収器を予熱することができ、また、蒸気で熱回収器を予熱するための熱交換器やドレイン回収装置などの設備を設ける必要もない。したがって、本発明によれば、熱回収器でボイラ排ガスから回収した熱を、複雑な設備や高い運転コストをかけずに、有効利用することができる熱回収利用システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る熱再利用システムの一実施の形態を示す模式図であって、起動時の運転を説明する図である。
【図２】本発明に係る熱再利用システムの一実施の形態を示す模式図であって、通常時の運転を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る熱回収利用システムの一実施の形態について説明する。なお、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態の熱回収利用システムは、発電用のボイラ１１と、このボイラの排ガスから熱を回収する熱回収器１３と、熱回収した後の排ガスから煤塵を除去する集塵装置１４と、除塵後の排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫装置１５と、脱硫後の排ガスを大気中へ放出する煙突１７とを備える。また、これらボイラ１１、熱回収器１３、脱硫装置１５および煙突１７の各間に、ボイラ排ガスが流れる排ガス流路１２を備える。
【００１４】
なお、図示しないが、本システムは、ボイラ１１からの蒸気によって稼働する蒸気タービンと、この蒸気タービンからの動力によって発電する発電機とを備える。また、蒸気タービンからの排気を冷却して凝縮するコンデンサと、この凝縮水を加熱してボイラ１１へ供給するヒータとを備えることもできる。ヒータは、蒸気タービンからの低圧抽気蒸気で加熱する第１のヒータと、蒸気タービンからの高圧抽気蒸気で加熱する第２のヒータとを備えることもできる。
【００１５】
また、図示しないが、排ガス流路１２には、ボイラ１１と熱回収器１３との間に、排ガスを熱源として、ボイラ１１に供給する空気を予熱するための空気予熱器を設けることもできる。なお、集塵装置１４は、図示とは異なり、ボイラ１１（空気予熱器を設ける場合は空気予熱器）と熱回収器１３との間に設けることもできる。
【００１６】
熱回収器１３は、ボイラ排ガスから熱を回収するために、ボイラ排ガスの流路内に、熱媒体が流れる伝熱管を備える。そして、本システムは、この回収した熱を地域熱供給設備の熱源として利用するために、上記の熱媒体と地域熱供給設備用の供給水とで熱交換を行うための熱交換器２１と、この熱交換器２１と熱回収器１３の間で熱媒体が循環して流れる熱媒体循環配管２２と、熱交換器２１を通過するように地域熱供給設備用の供給水が流れる供給水配管３２とを備える。
【００１７】
熱媒体循環配管２２には、熱媒体を圧送する再循環ポンプ２３と、この循環配管に熱媒体を供給する熱媒体タンク２５とを設ける。供給水配管３２には、供給水（低温水４１）を熱交換器側へと圧送する低温水ポンプ３３と、熱交換器２１で加熱された供給水（高温水）を貯留して蓄熱する蓄熱器３１と、蓄熱器３１からの高温水４３を地域へ供給する等のために圧送する高温水ポンプ３４とを設ける。
【００１８】
蓄熱器３１は、蓄熱用に上記の高温水が供給される高温水入口と、所定の温度に達しない供給水が供給される低温水入口とを備える。この蓄熱器３１の低温水入口には、供給水（低温水４１）を熱交換器２１で加熱せずに蓄熱器３１へと流す低温水バイパス管３７を備える。そして、供給水配管３２の熱交換器２１の下流側に、熱交換器２１を通過後の供給水を、この低温水バイパス管３７に流す起動用排水管３５を設ける。また、供給水配管３２の高温水ポンプ３４の下流側から、高温水を熱交換器２１へと流す起動用給水管３６を設ける。
【００１９】
供給水配管３２には、低温水ポンプ３３の上流側に、熱交換器２１に供給水（低温水）を供給する量を制御するバルブ５１と、低温水ポンプ３３と熱交換器２１との間に、地域熱供給設備用の低温水４１を熱交換器１に供給する量を制御する供給量調整バルブ５２と、起動用排水管３５との接続点と蓄熱器３１との間に、蓄熱器３１の高温水入口への供給水の供給を制御するバルブ５３とを設ける。また、起動用排水管３５には、蓄熱器３１の低温水入口への供給水の供給を制御するバルブ５４を設ける。起動用給水管３６には、熱交換器２１への蓄熱器３１からの高温水の供給を制御するバルブ５５を設ける。
【００２０】
排ガス流路１２には、熱回収器１３と脱硫装置１５との間に、排ガスの温度を測定する排ガス温度計５６と、この排ガス温度計の温度を監視制御する遠隔監視制御装置５７を設ける。また、熱媒体循環配管２２には、熱交換器２１の下流側に、熱媒体の温度を測定する熱媒体温度計５８と、この熱媒体温度計の温度を監視制御する遠隔監視制御装置５９を設ける。さらに、供給水配管３２には、熱交換器２１の下流側に、供給水（高温水）の温度を測定する供給水温度計６０と、この供給水温度計の温度を監視制御する遠隔監視制御装置６１を設ける。そして、本システムは、これら遠隔監視制御装置と通信可能に接続し、起動用給水バルブ５２の給水量を制御する中央監視制御装置５０を備える。
【００２１】
このような構成によれば、先ず、本システムの起動時において、図１に示すように、バルブ５１及びバルブ５３を閉じ、バルブ５４及びバルブ５５を開けて、蓄熱器３１に貯留されている、例えば、７５〜１００℃の温度を有する高温水を、高温水ポンプ３４により、熱交換器２１に供給する。これにより、起動前の熱媒体循環配管２２中の熱媒体は、例えば、２０〜４０℃の低い温度を有しているが、熱交換器２１において、例えば、少なくとも７０℃、好ましくは７０〜９０℃の温度まで加熱して、熱回収器１３を暖気することができる。
【００２２】
次に、ボイラ１１を運転開始し、発生した蒸気によって蒸気タービン（図示省略）及び発電機（図示省略）を稼働して発電を行うとともに、非常に高い温度を有するボイラ排ガスを排ガス流路１２に排出する。ボイラ排ガスは、必要により空気予熱器（図示省略）を通過させた後、例えば、１２０〜１６０℃の温度を有する状態で、熱回収器１３に導入する。熱回収器１３では、所定の温度まで加熱された熱媒体と熱交換を行い、例えば、８０〜１１０℃の温度まで低下させた後、脱硫装置１５に導入する。そして、脱硫後のボイラ排ガスを煙突１７から大気へと排出する。
【００２３】
ボイラ排ガスを脱硫装置１５に導入する前に、熱回収器１３で排ガス温度が低くなり過ぎると、排ガス中の腐食成分（例えば、硫酸などの硫黄化合物）が露点に達し、熱回収器１３の下流側に配置される機器などが腐食するという問題が起こり得る。よって、上記のように熱媒体を予め熱交換器２１で加熱して、熱回収器１３を所定の温度まで暖機しておくことで、ボイラ排ガスの温度を所定の温度に維持することができる。また、従来、熱回収器１３を暖機するために、発電所内のボイラで蒸気を発生させていたが、本実施の形態では、このような蒸気が不要になるとともに、この蒸気で熱回収器１３の熱媒体を暖めるために使用していた熱交換器やドレイン回収装置などの機器も不要になる。
【００２４】
一方、熱交換器２１で熱媒体の加熱に使用した高温水は、例えば、３０〜５０℃の温度まで低下する。よって、起動用排水管３５および低温水バイパス管３７を介して蓄熱器３１の低温水入口に導入する。蓄熱器３１からは、上記のように熱回収器１３の暖機のために高温水を熱交換器２１に供給すると同時に、地域熱供給設備としての高温水４３を地域へ暖房等のために供給することもできる。暖房等のために使用された低温水４１は、低温水バイパス管３７を介して蓄熱器３１の低温水入口に回収する。
【００２５】
熱回収器１３の暖機が完了したら、本システムを通常運転する。図２に示すように、バルブ５１及びバルブ５３を開き、バルブ５４及びバルブ５５を閉じて、地域熱供給設備用の供給水として、例えば、３０〜５０℃の温度を有する低温水４１の一部を、低温水ポンプ３３により、熱交換器２１に導入する。通常運転時の熱交換器２１に導入される熱媒体は、熱回収器１３でボイラ排ガスによって、例えば、１００〜１２０℃の温度まで加熱されている。よって、熱交換器２１では、このように高温の熱媒体によって低温水４１を、例えば、７５〜１００℃の温度まで加熱することができる。加熱された供給水は、蓄熱器３１の高温水入口に導入する。
【００２６】
加熱された供給水は、さらに蓄熱器３１から、高温水ポンプ３４により供給水配管３２を介して、暖房等のために高温水４３として地域へと供給する。また、熱交換器２１で低温水４１を加熱した後の熱媒体は、例えば、７０〜９０℃の温度まで低下するが、熱媒体循環配管２２を介して熱回収器１３へ再び導入して、所定の温度まで加熱する。
【００２７】
熱媒体は、循環利用により減少または劣化するため、熱媒体タンク２５からフレッシュな熱媒体を熱媒体循環配管２２に供給することができる。熱媒体としては、特にこれらに限定されないが、例えば、ボイラ補給水や脱酸素剤を添加した純水（脱イオン水）などを使用することが好ましい。
【００２８】
通常運転時でも、熱媒体循環配管２２の熱交換器２１の下流側の熱媒体の温度を、起動時と同様に、例えば７０℃以上に維持することが好ましい。そのため、この位置に設けた熱媒体温度計５８とその遠隔監視制御装置５９により、熱媒体の温度を測定、監視するとともに、中央監視制御装置５０により供給量調整バルブ５２を制御して、熱交換器２１に供給される低温水４１の量を制御する。すなわち、熱媒体温度計５８で測定した温度が、所定の温度より低くなるような場合、供給量調整バルブ５２で低温水４１の流量を絞り、熱交換器２１での熱交換量を減らすことで、熱媒体の温度を所定の温度に維持することができる。
【００２９】
この供給量調整バルブ５２は、起動時の運転でも使用することができる。例えば、熱媒体温度計５８で測定した熱媒体の温度が、低温から所定の温度まで上昇するのに合わせて、供給量調整バルブ５２により、熱交換器２１に供給される高温水の流量を制御することができる。これによって、蓄熱器３１に貯留されている高温水を、効率的に使用することができる。
【００３０】
また、排ガス流路１２の熱回収器１３の下流側のボイラ排ガスの温度を、例えば８０℃以上に維持することが好ましい。そのため、この位置に設けた排ガス温度計５６とその遠隔監視制御装置５７により、熱回収器１３の下流側の排ガス温度を測定、監視する。そして、排ガス温度計５６で測定した温度が、所定の温度より低くなるような場合、熱媒体の温度を上げるため、上記と同様に、中央監視制御装置５０により供給量調整バルブ５２を制御して、熱交換器２１に供給される低温水４１の流量を絞り、熱交換器２１での熱交換量を減らすことで、ボイラ排ガスの温度を所定の温度に維持することができる。
【００３１】
このように、本実施の形態では、熱回収器１３の下流側のボイラ排ガスの温度制御を、熱交換器２１での低温水４１の流量制御で行うため、従来、熱媒体循環配管内に設けていた熱媒体のバイパス管や、バイパス流量の制御バルブが不要となる。
【００３２】
なお、本発明は、図１及び図２に示すように、上述した地域熱供給設備に加えて、供給水配管３２の高温水ポンプ３４の下流側に、乾燥器４５を備えることもできる。乾燥器４５は、間伐材、チップ、籾殻、パルプ、生ごみ、下水汚泥などのバイオマスを乾燥する設備である。乾燥器４５には、乾燥器４５から排出された供給水を蓄熱器３１の低温水入口に戻す乾燥器排水管３８と、乾燥器４５へ高温水の供給を制御するバルブ３９とを設ける。
【００３３】
このような構成により、所定の温度を有する高温水を、地域へ供給する他、乾燥器４５に供給することで、その地域で発生するバイオマスの乾燥の熱源としても使用することができる。また、図面には、地域熱供給設備と乾燥器とを併設する場合を示したが、本発明は、乾燥器のみでもよい。
【実施例】
【００３４】
図１及び図２に示したシステムを用いて熱収支をシミュレーションした。ボイラ排ガスの熱回収器１３導入時の温度を１３０℃、当初の熱媒体循環配管２２内の熱媒体の温度を３５℃、地域熱供給設備用の低温水４１の温度を４０℃、当初の蓄熱器３１に貯留されている高温水の温度を８５℃とした。ボイラ排ガスの流量を１，２００，０００Ｎｍ３／ｈ、熱媒体循環配管２２内の熱媒体の流量を５１０ｍ３／ｈ、蓄熱器３１に貯留されている高温水の容量を１００ｍ３とした。
【００３５】
システム起動時において、蓄熱器３１の高温水を１２分間使用したところで、７０℃の熱媒体を熱回収器１３に供給することができた。次に、システムを通常運転に切り替えた。熱回収器１３の下流側のボイラ排ガスの温度を８５℃に維持するには、７５℃の熱媒体を熱回収器１３に供給し、ボイラ排ガスとの熱交換により熱媒体は１１０℃にまで加熱された。１１０℃の熱媒体を熱交換器２１に導入することで、４００ｍ３／ｈの流量の４０℃の低温水を、地域熱供給設備用の高温水として十分な８５℃にまで加熱することができた。
【符号の説明】
【００３６】
１１  ボイラ
１３  熱回収器
１４  集塵装置
１５  脱硫装置
１７  煙突
２１  熱交換器
２２  熱媒体循環配管
２３  再循環ポンプ
２５  熱媒体タンク
３１  蓄熱器
３２  供給水配管
３３  低温水ポンプ
３４  高温水ポンプ
３５  起動用排水管
３６  起動用給水管
３７  低温水バイパス管
３８  乾燥器排水管
３９  バルブ
４１  低温水
４３  高温水
４５  乾燥器
５０  中央監視制御装置
５１、５３、５４、５５  バルブ
５２  供給量調整バルブ
５６  排ガス温度計
５７、５９、６１  遠隔監視制御装置
５８  熱媒体温度計
６０  供給水温度計
【図１】
0005636955.tif 000002
【図２】
0005636955.tif 000003