(57)【要約】【課題】排熱利用により、さらなる効率向上を図ることが可能な循環式ボイラシステム、火力発電プラント、及び排熱回収方法を提供する。【解決手段】水蒸気Ｓによって駆動する蒸気タービン１０と、蒸気タービン１０からの水蒸気Ｓを導入する復水器１１と、復水器１１との間で水Ｗを循環させ、復水器１１で水蒸気Ｓを凝縮させて水Ｗを生成させる冷却塔１２と、復水器１１からの水Ｗを蒸発させ、蒸気タービン１０へ導入する循環式ボイラ１３と、循環式ボイラ１３から水Ｗの一部を排出するブロー配管１４と、ブロー配管１４から排出される水Ｗと、復水器１１から循環式ボイラ１３へ向かう水Ｗとの間で熱交換を行い、循環式ボイラ１３へ導入される水Ｗに熱回収させる熱交換器２０と、熱交換器２０で熱交換した後の水Ｗを冷却塔１２へ導入する冷却塔導入配管１５と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンからの排気蒸気を導入する復水器と、
前記復水器との間で流体を循環させ、前記復水器で前記排気蒸気を凝縮させて前記排気蒸気から凝縮流体を生成させる冷却塔と、
前記復水器からの前記凝縮流体を蒸発させ、前記蒸気タービンへ導入する循環式ボイラと、
前記循環式ボイラから前記凝縮流体の一部を排出するブロー配管と、
前記ブロー配管からの前記凝縮流体である排出流体と、前記復水器から前記循環式ボイラへ向かう前記凝縮流体との間で熱交換を行い、前記循環式ボイラへ導入される前記凝縮流体に熱回収させる熱交換器と、
前記熱交換器で熱交換した後の前記排出流体を前記冷却塔へ導入する冷却塔導入配管と、
を備える循環式ボイラシステム。
【請求項２】
前記ブロー配管からの前記排出流体を導入して該排出流体の温度及び圧力を低減し、該排出流体を気相と液相とに分離した後に、前記液相を前記熱交換器へ導入し、かつ、前記気相を前記循環式ボイラへ導入するフラッシュタンクをさらに備える請求項１に記載の循環式ボイラシステム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の循環式ボイラシステムと、
前記循環式ボイラシステムにおける前記循環式ボイラに排気を導入し、該排気と該循環式ボイラとの間で熱交換を行うガスタービンと、
を備える火力発電プラント。
【請求項４】
蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンからの排気蒸気を導入し、該排気蒸気を凝縮させて凝縮流体とする復水器と、
前記復水器からの前記凝縮流体を蒸発させ、前記蒸気タービンへ導入する循環式ボイラと、
前記循環式ボイラから、前記凝縮流体の一部を排出するブロー配管と、
前記ブロー配管からの前記凝縮流体である排出流体と、燃料との間で熱交換を行って、該燃料に熱回収させる熱交換器と、
を有する循環式ボイラシステムと、
前記循環式ボイラに排気を導入し、該排気と該循環式ボイラとの間で熱交換を行うとともに前記熱交換器で熱回収後の前記燃料を燃焼させるガスタービンと、
を備える火力発電プラント。
【請求項５】
前記復水器との間で流体を循環させ、前記復水器で前記排気蒸気を凝縮させて前記排気蒸気から凝縮流体を生成させる冷却塔と、
前記熱交換器で熱交換した後の前記排出流体を前記冷却塔へ導入する冷却塔導入配管をさらに備える請求項４に記載の火力発電プラント。
【請求項６】
前記循環式ボイラとして、互いに並列に前記復水器からの前記凝縮流体を蒸発させる高圧ボイラ、中圧ボイラ、及び低圧ボイラと、
前記ブロー配管として、前記高圧ボイラに設けられた高圧ブロー配管、前記中圧ボイラに設けられた中圧ブロー配管、及び前記低圧ボイラに設けられた低圧ブロー配管と、
を備え、
前記熱交換器は、前記燃料の流れの上流側から下流側に向かって低温段、中温段、及び高温段を有し、
前記低温段には、前記低圧ブロー配管からの前記排出流体が導入され、
前記中温段には、前記中圧ブロー配管からの前記排出流体が導入され、
前記高温段には、前記高圧ブロー配管からの前記排出流体が導入される請求項４又は５に記載の火力発電プラント。
【請求項７】
前記循環式ボイラとして、互いに並列に前記復水器からの前記凝縮流体を蒸発させる高圧ボイラ、中圧ボイラ、及び低圧ボイラと、
前記ブロー配管として、前記高圧ボイラに設けられた高圧ブロー配管、前記中圧ボイラに設けられた中圧ブロー配管、及び前記低圧ボイラに設けられた低圧ブロー配管と、
を備え、
前記熱交換器は、前記高圧ブロー配管及び前記中圧ブロー配管からの前記排出流体によって前記燃料に熱回収させる請求項４に記載の火力発電プラント。
【請求項８】
蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンからの排気蒸気を導入する復水器と、前記復水器との間で流体を循環させ、前記復水器で前記排気蒸気を凝縮させて前記排気蒸気から凝縮流体を生成させる冷却塔と、前記復水器からの前記凝縮流体を蒸発させ、前記蒸気タービンへ導入する循環式ボイラと、前記循環式ボイラから前記凝縮流体の一部を排出するブロー配管と、を備える循環式ボイラシステムで排熱を回収する排熱回収方法であって、
前記ブロー配管からの前記凝縮流体である排出流体と、前記復水器から前記循環式ボイラへ向かう前記凝縮流体との間で熱交換を行い、前記循環式ボイラへ導入される前記凝縮流体に熱回収させる排熱回収工程と、
前記熱交換器で熱交換した後の前記排出流体を前記冷却塔へ導入する流体回収工程と、
を含む排熱回収方法。
【請求項９】
蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンからの排気蒸気を導入し、該排気蒸気を凝縮させて凝縮流体とする復水器と、前記復水器からの前記凝縮流体を蒸発させ、前記蒸気タービンへ導入する循環式ボイラと、前記循環式ボイラに排気を導入し、該排気と該循環式ボイラとの間で熱交換を行うガスタービンと、前記循環式ボイラから、前記凝縮流体の一部を排出するブロー配管と、を備える火力発電プラントで排熱を回収する排熱回収方法であって、
前記ブロー配管からの前記凝縮流体である排出流体と、前記ガスタービンの燃料との間で熱交換を行って、該燃料に熱回収させる排熱回収工程を含む排熱回収方法。
【請求項１０】
前記火力発電プラントが、前記復水器との間で流体を循環させ、前記復水器で前記排気蒸気を凝縮させて前記排気蒸気から凝縮流体を生成させる冷却塔をさらに備え、
前記排熱回収工程で前記燃料に熱回収させた後の前記排出流体を前記冷却塔へ導入する流体回収工程をさらに含む請求項９に記載の排熱回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、循環式ボイラシステム、これを備えた火力発電プラント、及び排熱回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば火力発電所ではガスタービンの排熱を回収し、この排熱によって蒸気タービンを駆動するガスタービン・コンバインドサイクル発電プラントが用いられている。このような発電プラントでは、一般に循環式ボイラが用いられている。また、火力発電所に限らず、循環式ボイラは石炭焚きのコンベンショナル発電プラント等にも用いられている。
【０００３】
循環式ボイラでは、規格上または運用上でドラム水の不純物濃度の上限が定められており、不純物濃度がこの上限を超過してしまう場合、又は不純物濃度の濃度を低く維持しようとする場合には、連続的または定期的にドラム水を系外へ排出する必要がある。ドラム水は高温高圧の水であるためエンタルピーが高い。よって、それを排出した場合には、例えば、単位燃料に対する発電効率の低下などのエネルギーのロスの発生や、排出分の水を補給するための補給水の製造コストが発生する。さらには、高温のボイラ水をそのまま排出することで、排出位置での系外設備に悪影響をおよぼすおそれがあるため、ボイラ水を減温させる設備や、排水処理設備を配備する必要が生じる。
【０００４】
ここで特許文献１に記載の原子力発電プラントでは、原子炉で発生した熱を利用して蒸気発生器にて水を蒸気に変え、その蒸気によって蒸気タービン駆動し、発電機を作動させている。このプラントでは蒸気タービンで仕事をした排気蒸気は、復水器に送られて海水などによって冷却された後に復水器と蒸気発生器とをつなぐ復水系統を介して蒸気発生器に戻されている。この際、蒸気発生器に不純物が蓄積して濃縮されるのを防止するために、蒸気発生器の一部の水を蒸気発生器からブローダウン（排出）し、ブローダウンした水を復水系統に戻している。そして、蒸気発生器からブローダウンした水と復水系統の水とを熱交換器を用いて熱交換することで、蒸気発生器からブローダウンした水の熱を回収している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９２５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように発電プラントでは発電効率の向上が求められており、排熱を減らす様々な工夫がなされている。しかしながら、上述のように現状の循環式ボイラでは、ドラム水の排出によって十分な排熱利用を行うことができていないのが現状である。
【０００７】
そこで本発明は、排熱利用により、さらなる効率向上を図ることが可能な循環式ボイラシステム、火力発電プラント、及び排熱回収方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る循環式ボイラシステムは、蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンからの排気蒸気を導入する復水器と、前記復水器との間で流体を循環させ、前記復水器で前記排気蒸気を凝縮させて前記排気蒸気から凝縮流体を生成させる冷却塔と、前記復水器からの前記凝縮流体を蒸発させ、前記蒸気タービンへ導入する循環式ボイラと、前記循環式ボイラから前記凝縮流体の一部を排出するブロー配管と、前記ブロー配管からの前記凝縮流体である排出流体と、前記復水器から前記循環式ボイラへ向かう前記凝縮流体との間で熱交換を行い、前記循環式ボイラへ導入される前記凝縮流体に熱回収させる熱交換器と、前記熱交換器で熱交換した後の前記排出流体を前記冷却塔へ導入する冷却塔導入配管と、を備える。
【０００９】
このような構成によれば、規格上または運用上の制約によって循環式ボイラからブロー配管を通じて凝縮流体の一部を排出しなければならなくとも、この排出される凝縮流体の熱エネルギーを系外に捨ててしまうことなく、復水器から循環式ボイラへ向かう凝縮流体に回収することができる。そしてブロー配管を通じて排出される排出流体の熱エネルギーで凝縮流体を予熱した状態で循環式ボイラへ導入することができる。したがって、システム全体の熱効率を向上することができる。さらに、ブロー配管を通じて排出される排出流体を循環式ボイラへ戻すことなく、熱交換器での熱交換の後に冷却塔へ導入するため、循環式ボイラの水質を清浄な状態に維持可能である。また、ブロー配管を通じて排出される排出流体を温度が高いまま系外に放出することがなくなるため、系外の設備への熱の影響を低減することができる。このため、ブロー配管を通じて排出される排出流体を減温させる設備や、処理設備を配備する必要もなくなり、システムの製造コストの削減や、環境負荷の低減が可能となる。
【００１０】
また、上記の循環式ボイラシステムでは、前記ブロー配管からの前記排出流体を導入して該排出流体の温度及び圧力を低減し、該排出流体を気相と液相とに分離した後に、前記液相を前記熱交換器へ導入し、かつ、前記気相を前記循環式ボイラへ導入するフラッシュタンクをさらに備えていてもよい。
【００１１】
ブロー配管を通じて排出される排出流体を、フラッシュタンクでフラッシュさせて温度及び圧力を下げる。これにより、排出流体を冷却塔へ導入する際に逆流してしまうことを回避できる。また、フラッシュタンクによってフラッシュタンクで排出流体から不純物を除去した後に、気相を循環式ボイラへ戻すことができる。よって、ブロー配管を通じて排出されることで循環式ボイラ内の凝縮流体の量が減少した場合に必要となる補給流体の供給量を減らすことができる。よって補給流体のコストを低減することができる。
【００１２】
本発明の一態様に係る火力発電プラントは、上記の循環式ボイラシステムと、前記循環式ボイラシステムにおける前記循環式ボイラに排気を導入し、該排気と該循環式ボイラとの間で熱交換を行うガスタービンと、を備える。
【００１３】
このような火力発電プラントでは、上記の循環式ボイラシステムが設けられていることで、循環式ボイラからブロー配管を通じて排出される排出流体の熱エネルギーを系外に捨ててしまうことなく、復水器から循環式ボイラへ向かう凝縮流体に回収することができる。したがって、システム全体の熱効率を向上することができる。さらに、ブロー配管を通じて排出される排出流体を熱交換器での熱交換の後に冷却塔へ導入することができる。よって不純物を含む排出流体が循環式ボイラへ導入されることがない。このため循環式ボイラの水質を清浄な状態に維持可能である。また、ブロー配管を通じて排出される排出流体を温度が高いまま系外に放出することがなくなるため、ブロー配管を通じて排出される排出流体を減温させる設備や、処理設備を配備する必要もなくなり、システムの製造コストの削減や、環境負荷の低減が可能となる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る火力発電プラントは、蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンからの排気蒸気を導入し、該排気蒸気を凝縮させて凝縮流体とする復水器と、前記復水器からの前記凝縮流体を蒸発させ、前記蒸気タービンへ導入する循環式ボイラと、前記循環式ボイラから、前記凝縮流体の一部を排出するブロー配管と、前記ブロー配管からの前記凝縮流体である排出流体と、燃料との間で熱交換を行って、該燃料に熱回収させる熱交換器と、を有する循環式ボイラシステムと、前記循環式ボイラに排気を導入し、該排気と該循環式ボイラとの間で熱交換を行うとともに前記熱交換器で熱回収後の前記燃料を燃焼させるガスタービンと、を備えている。
【００１５】
このような火力発電プラントでは、循環式ボイラからブロー配管を通じて排出される排出流体の熱エネルギーを系外に捨ててしまうことなく、ガスタービンの燃料に回収することができる。そしてブロー配管を通じて排出される排出流体の熱エネルギーでガスタービンの燃料を予熱した状態で燃料を燃焼器に導入することができる。したがって、プラント全体の熱効率を向上することができる。
【００１６】
また、上記の火力発電プラントでは、前記復水器との間で流体を循環させ、前記復水器で前記排気蒸気を凝縮させて前記排気蒸気から凝縮流体を生成させる冷却塔と、前記熱交換器で熱交換した後の前記排出流体を前記冷却塔へ導入する冷却塔導入配管をさらに備えていてもよい。
【００１７】
ブロー配管を通じて排出される排出流体を熱交換器での熱交換の後に冷却塔へ導入することができる。よって不純物を含む排出流体が循環式ボイラへ導入されることがない。このため循環式ボイラの水質を清浄な状態に維持可能である。また、ブロー配管を通じて排出される排出流体を温度が高いまま系外に放出することがなくなるため、ブロー配管を通じて排出される排出流体を減温させる設備や、処理設備を配備する必要もなくなり、システムの製造コストの削減や、環境負荷の低減が可能となる。
【００１８】
また、上記の火力発電プラントでは、前記循環式ボイラとして、互いに並列に前記復水器からの前記凝縮流体を蒸発させる高圧ボイラ、中圧ボイラ、及び低圧ボイラと、前記ブロー配管として、前記高圧ボイラに設けられた高圧ブロー配管、前記中圧ボイラに設けられた中圧ブロー配管、及び前記低圧ボイラに設けられた低圧ブロー配管と、を備え、前記熱交換器は、前記燃料の流れの上流側から下流側に向かって低温段、中温段、及び高温段を有し、前記低温段には、前記低圧ブロー配管からの前記排出流体が導入され、前記中温段には、前記中圧ブロー配管からの前記排出流体が導入され、前記高温段には、前記高圧ブロー配管からの前記排出流体が導入されてもよい。
【００１９】
各ボイラからの排出流体の温度が異なっている。排出流体の温度レベルに合わせて熱交換器の各段が設けられているので、排出流体の熱エネルギーを用いて段階的に効率よく燃料を加熱することができる。
【００２０】
また、上記の火力発電プラントでは、前記循環式ボイラとして、互いに並列に前記復水器からの前記凝縮流体を蒸発させる高圧ボイラ、中圧ボイラ、及び低圧ボイラと、前記ブロー配管として、前記高圧ボイラに設けられた高圧ブロー配管、前記中圧ボイラに設けられた中圧ブロー配管、及び前記低圧ボイラに設けられた低圧ブロー配管と、を備え、前記熱交換器は、前記高圧ブロー配管及び前記中圧ブロー配管からの前記排出流体によって前記燃料に熱回収させてもよい。
【００２１】
このような構成によれば、比較的温度が低い（低エンタルピーの）低圧ブロー配管からの排出流体の熱エネルギーは燃料には回収されず、比較的温度が高い（高エンタルピーの）高圧ブロー配管及び中圧ブロー配管からの排出流体の熱エネルギーのみが燃料に回収される。したがって、効率的に燃料の予熱が可能となる。
【００２２】
また、本発明の一態様に係る排熱回収方法は、蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンからの排気蒸気を導入する復水器と、前記復水器との間で流体を循環させ、前記復水器で前記排気蒸気を凝縮させて前記排気蒸気から凝縮流体を生成させる冷却塔と、前記復水器からの前記凝縮流体を蒸発させ、前記蒸気タービンへ導入する循環式ボイラと、前記循環式ボイラから前記凝縮流体の一部を排出するブロー配管と、を備える循環式ボイラシステムで排熱を回収する排熱回収方法であって、前記ブロー配管からの前記凝縮流体である排出流体と、前記復水器から前記循環式ボイラへ向かう前記凝縮流体との間で熱交換を行い、前記循環式ボイラへ導入される前記凝縮流体に熱回収させる排熱回収工程と、前記熱交換器で熱交換した後の前記排出流体を前記冷却塔へ導入する流体回収工程と、を含んでいる。
【００２３】
このような構成によれば、循環式ボイラからブロー配管を通じて排出される排出流体の熱エネルギーを系外に捨ててしまうことなく、復水器から循環式ボイラへ向かう凝縮流体に回収することができる。したがって、システム全体の熱効率を向上することができる。さらに、ブロー配管を通じて排出される排出流体を熱交換器での熱交換の後に冷却塔へ導入することができる。よって不純物を含む排出流体が循環式ボイラへ導入されることがない。このため循環式ボイラの水質を清浄な状態に維持可能である。また、ブロー配管を通じて排出される凝縮流体を温度が高いまま系外に放出することがなくなるため、ブロー配管を通じて排出される凝縮流体を減温させる設備や、処理設備を配備する必要もなくなり、システムの製造コストの削減や、環境負荷の低減が可能となる。
【００２４】
また、本発明の一態様に係る排熱回収方法は、蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンからの排気蒸気を導入し、該排気蒸気を凝縮させて凝縮流体とする復水器と、前記復水器からの前記凝縮流体を蒸発させ、前記蒸気タービンへ導入する循環式ボイラと、前記循環式ボイラに排気を導入し、該排気と該循環式ボイラとの間で熱交換を行うガスタービンと、前記循環式ボイラから、前記凝縮流体の一部を排出するブロー配管と、を備える火力発電プラントで排熱を回収する排熱回収方法であって、前記ブロー配管からの前記凝縮流体である排出流体と、前記ガスタービンの燃料との間で熱交換を行って、該燃料に熱回収させる排熱回収工程を含んでいる。
【００２５】
このような構成によれば、循環式ボイラからブロー配管を通じて排出される排出流体の熱エネルギーを系外に捨ててしまうことなく、ガスタービンの燃料に回収することができる。そしてブロー配管を通じて排出される排出流体の熱エネルギーでガスタービンの燃料を予熱した状態で燃料をタービンに導入することができる。したがって、プラント全体の熱効率を向上することができる。
【００２６】
また、上記の排熱回収方法では、前記火力発電プラントが、前記復水器との間で流体を循環させ、前記復水器で前記排気蒸気を凝縮させて前記排気蒸気から凝縮流体を生成させる冷却塔をさらに備え、前記排熱回収工程で前記燃料に熱回収させた後の前記排出流体を前記冷却塔へ導入する流体回収工程をさらに含んでいてもよい。
【００２７】
ブロー配管を通じて排出される排出流体を熱交換の後に冷却塔へ導入することができる。よって、不純物を含む排出流体が循環式ボイラへ導入されることがない。このため循環式ボイラの水質を清浄な状態に維持可能である。また、ブロー配管を通じて排出される排出流体を温度が高いまま系外に放出することがなくなるため、ブロー配管を通じて排出される排出流体を減温させる設備や、処理設備を配備する必要もなくなり、システムの製造コストの削減や、環境負荷の低減が可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
上記の循環式ボイラシステム、火力発電プラント、及び排熱回収方法によれば、排熱利用により、さらなる効率向上を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第一実施形態の火力発電プラントの全体構成図である。
【図２】本発明の第二実施形態の火力発電プラントの全体構成図である。
【図３】本発明の第三実施形態の火力発電プラントの全体構成図である。
【図４】本発明の第三実施形態の第一変形例に係る火力発電プラントの全体構成図である。
【図５】本発明の第三実施形態の第二変形例に係る火力発電プラントの全体構成図である。
【図６】本発明の第四実施形態に係る火力発電プラントの全体構成図である。
【図７】本発明の第四実施形態の変形例に係る火力発電プラントの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の火力発電プラント１について説明する。
図１に示すように、火力発電プラント１は、水蒸気Ｓによって駆動される蒸気タービン１０、復水器１１、冷却塔１２、蒸気タービン１０へ水蒸気Ｓを導入する循環式ボイラ１３、循環式ボイラ１３に接続されたブロー配管１４、ブロー配管１４に接続された熱交換器２０、及び、熱交換器２０と冷却塔１２とを接続する冷却塔導入配管１５を有する循環式ボイラシステム２を備えている。さらに火力発電プラント１は、循環式ボイラ１３に排気ガスＥＧを導入するガスタービン２１を備えている。
【００３１】
ガスタービン２１は、詳細な図示は省略するが、圧縮機２２、燃焼器２３、及びタービン２４を有し、燃料Ｆと、圧縮機２２で生成した圧縮空気ＣＡとともに燃焼器２３で燃焼させ、高温高圧のガスをタービン２４へ導入することでタービン２４を駆動する。これにより発電機１００を回転させて発電を行う。
【００３２】
燃焼器２３には、燃焼器２３へ導入される燃料Ｆをあらかじめ加熱する加熱器２６が設けられている。
圧縮機２２には、抽気した空気Ａを冷却する空気冷却器２７が設けられている。抽気した空気Ａが空気冷却器２７で冷却された後に、タービン２４へ導入されて高温部品の冷却等が行われる。なお空気冷却器２７は必ずしも設けられなくともよい。
タービン２４には不図示のディフューザが設けられている。このディフューザから排気ガスＥＧが排出される。
【００３３】
蒸気タービン１０は、水蒸気Ｓによって駆動され、発電機１０１を回転させることで発電を行う。
【００３４】
復水器１１は、蒸気タービン１０に接続されて、蒸気タービン１０からの水蒸気（排気蒸気）Ｓを凝縮させて水Ｗとする。
【００３５】
冷却塔１２は、復水器１１に接続されて復水器１１との間で水（流体）Ｗを循環させ、復水器１１内の水蒸気Ｓを凝縮させ、復水器１１によって水蒸気Ｓから水Ｗを生成させる。
【００３６】
循環式ボイラ１３はいわゆる自然循環式、強制循環式のボイラであって、ボイラ本体３１と、ボイラ本体３１に接続された蒸発器３２とを有している。本実施形態の循環式ボイラ１３はドラム型のボイラである。
ボイラ本体３１は、水（凝縮流体）Ｗ及び水蒸気Ｓを貯留している。また、ボイラ本体３１と蒸気タービン１０との間は蒸気導入配管３４によって接続され、ボイラ本体３１内の水蒸気Ｓを蒸気タービン１０へ導入可能となっている。
【００３７】
蒸発器３２は、タービン２４と接続され、タービン２４からの排気ガスＥＧとボイラ本体３１の水Ｗとの間で熱交換を行い、水Ｗを加熱して水蒸気Ｓとしてボイラ本体３１へ戻す。
【００３８】
ここで本実施形態では、循環式ボイラ１３として、互いに並列に復水器１１からの水Ｗを蒸発させる高圧ボイラ１３Ｈ、中圧ボイラ１３Ｉ、及び低圧ボイラ１３Ｌが設けられている。ガスタービン２１の排気ガスＥＧは、高圧ボイラ１３Ｈ、中圧ボイラ１３Ｉ、低圧ボイラ１３Ｌの順に、各ボイラ１３の蒸発器３２に導入される。即ち、各ボイラ１３の蒸発器３２に直列的に排気ガスＥＧが流通する。
【００３９】
低圧ボイラ１３Ｌにおける蒸発器３２には、排気ガス配管３５が接続されている。本実施形態では排気ガス配管３５は蒸発器３２の下流で二股に分岐して加熱器２６と空気冷却器２７に接続されている。これにより、蒸発器３２を通過した排気ガスＥＧは、加熱器２６での燃料Ｆの予熱、及び圧縮機２２から抽気した空気Ａの予熱に供される。排気ガスＥＧは燃料Ｆ及び空気Ａを予熱した後、系外へ排出される。
【００４０】
各ボイラ１３におけるボイラ本体３１と復水器１１との間は、ボイラ配管３６で接続されている。ボイラ配管３６は途中で三股に分岐し、各ボイラ１３におけるボイラ本体３１に接続されている。これにより、復水器１１からの水Ｗは、各ボイラ１３におけるボイラ本体３１に並列に導入される。
【００４１】
ブロー配管１４は、各ボイラ１３におけるボイラ本体３１に接続されて、ボイラ本体３１内の水Ｗの一部を排水（排出流体）ＥＷとして排出する。本実施形態では、ブロー配管１４として、高圧ボイラ１３Ｈに設けられた高圧ブロー配管１４Ｈ、中圧ボイラ１３Ｉに設けられた中圧ブロー配管１４Ｉ、及び低圧ボイラ１３Ｌに設けられた低圧ブロー配管１４Ｌが設けられている。また、各ボイラ１３における各ブロー配管１４は、合流配管１７によって接続されて、各ブロー配管１４からの排水ＥＷを纏めて下流側へ送る。
【００４２】
熱交換器２０は、合流配管１７に接続されて各ブロー配管１４からの排水ＥＷを導入可能となっている。また、熱交換器２０は、ボイラ配管３６における復水器１１とボイラ本体３１との間の中途位置から分岐する熱交換配管３７に接続されている。これにより熱交換器２０には、復水器１１から循環式ボイラ１３へ向かう水Ｗを導入可能となっている。そして熱交換器２０は、各ブロー配管１４からの排水ＥＷと、復水器１１からの水Ｗとの間で熱交換を行って水Ｗに熱回収させて水Ｗを加熱し（排熱回収工程）、排水ＥＷを冷却する。熱交換器２０で熱交換した後の水Ｗは、熱交換器２０と高圧ボイラ１３Ｈとを接続する予熱水配管３８を通じて、高圧ボイラ１３Ｈにおけるボイラ本体３１に導入される。
【００４３】
冷却塔導入配管１５は、冷却塔１２と熱交換器２０とを接続している。熱交換器２０で熱交換した後の排水ＥＷは、冷却塔導入配管１５を通じて冷却塔１２へ導入される（流体回収工程）。
【００４４】
以上説明した火力発電プラント１では、規格上または運用上の制約によって循環式ボイラ１３からブロー配管１４を通じて水Ｗの一部を排水ＥＷとして排出しなければならなくとも、この排水ＥＷの熱エネルギーを系外に捨ててしまうことなく、熱交換器２０によって復水器１１から循環式ボイラ１３へ向かう水Ｗに回収することができる。そしてブロー配管１４を通じて排出される排水ＥＷの熱エネルギーで、復水器１１からの水Ｗを予熱し、高圧ボイラ１３Ｈに導入することができる。
【００４５】
したがって、循環式ボイラシステム２全体の熱効率を向上することができ、排熱利用により、火力発電プラント１でのさらなる発電効率向上を図ることが可能となる。
【００４６】
ここで一般に循環式ボイラ１３内の水Ｗに要求される水質のレベルに比べて、冷却塔１２内の水Ｗに要求される水質のレベルは低くともよい。本実施形態では、ブロー配管１４を通じて排出される排水ＥＷを循環式ボイラ１３へ戻すことなく、熱交換器２０での熱交換の後に冷却塔１２へ導入すること、で排水ＥＷを系外に排出することなく有効に利用できる。そして、循環式ボイラ１３内の水Ｗの水質を清浄な状態に維持可能である。
【００４７】
また、ブロー配管１４を通じて排出される排水ＥＷを温度が高いまま系外に放出することがなくなるため、系外の設備への熱の影響を低減することができる。このため、ブロー配管１４を通じて排出される排水ＥＷを減温させる設備や、排水ＥＷの処理設備を配備する必要もなくなり、循環式ボイラシステム２の製造コストの削減や、環境負荷の低減が可能となる。
【００４８】
本実施形態では、熱交換器２０での熱交換後の水Ｗを、高圧ボイラ１３Ｈに導入しているが、これに限定されない。例えば、熱交換後の水Ｗの温度や圧力に応じて中圧ボイラ１３Ｉや低圧ボイラ１３Ｌに導入してもよい。
【００４９】
さらに、蒸発器３２を通過した後の排気ガスＥＧは、加熱器２６及び空気冷却器２７に導入されなくともよい。
【００５０】
さらに、本実施形態ではガスタービン２１の排気ガスＥＧの熱によって蒸発器３２で水Ｗを加熱しているが、例えば他の熱源によって蒸発器３２で水Ｗを加熱してもよい。即ちこの場合、ガスタービン２１以外の熱源に本実施形態の循環式ボイラシステム２を適用してもよい。具体的には石炭焚きのコンベンショナル発電プラント等にも本実施形態の循環式ボイラシステム２を適用してもよい
【００５１】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態の火力発電プラント１Ａについて説明する。第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
図２に示すように、火力発電プラント１Ａは、循環式ボイラシステム２Ａが、合流配管１７の中途位置に設けられたフラッシュタンク４０をさらに備えている点で、第一実施形態とは異なっている。
【００５２】
フラッシュタンク４０は、ボイラ本体３１と、熱交換器２０との間で合流配管１７に設けられている。フラッシュタンク４０は、ブロー配管１４からの排水ＥＷの温度及び圧力を低減させる。また、フラッシュタンク４０は、各ボイラ１３のボイラ本体３１に接続されたブロー配管１４からの排水ＥＷを導入して、排水ＥＷを気相Ｇと液相Ｌとに分離する。そして液相Ｌが熱交換器２０へ導入され、かつ、気相Ｇが気相導入配管４５を通じて中圧ボイラ１３Ｉ及び低圧ボイラ１３Ｌにおけるボイラ本体３１へ導入される。なお、気相Ｇの導入箇所は、気相Ｇの状態に応じて適宜変更可能である。
【００５３】
以上説明した本実施形態の火力発電プラント１Ａでは、ブロー配管１４を通じて排出される排水ＥＷを、フラッシュタンク４０でフラッシュさせて温度（１００℃程度）及び圧力を下げる。これにより、排水ＥＷを冷却塔へ導入する際に逆流してしまうことを回避できる。また、フラッシュタンク４０で不純物を除去した後に、循環式ボイラ１３へ排水ＥＷの気相Ｇを戻すことができる。よって、ブロー配管１４を通じて排出されることで、循環式ボイラ１３での水Ｗの量が減少した場合に必要となる補給水の供給量を減らすことができる。よって補給水のコストを低減することができる。
【００５４】
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態の火力発電プラント１Ｂについて説明する。第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
図３に示すように、火力発電プラント１Ｂは、循環式ボイラシステム２Ｂが熱交換器２０に代えて熱交換器５０を備えている点、及び冷却塔１２を備えていない点で、第一実施形態及び第二実施形態とは異なっている。
【００５５】
熱交換器５０は、合流配管１７によって各ブロー配管１４に接続されている。これにより、熱交換器５０には、各ブロー配管１４からの排水ＥＷが纏めて導入される。また熱交換器５０にはガスタービン２１の燃料Ｆが導入される。そして、排水ＥＷと燃料Ｆとの間で熱交換が行われ、排水ＥＷが冷却され、かつ燃料Ｆに熱回収させて燃料Ｆが加熱される（排熱回収工程）。熱交換器５０で冷却された排水ＥＷは系外へ排出される。
【００５６】
さらに、熱交換器５０と加熱器２６とは、燃料導入配管５５によって接続されている。燃料導入配管５５を通じて、熱交換器５０で加熱された燃料Ｆが加熱器２６へ導入されてさらに加熱される。
【００５７】
以上説明した本実施形態の火力発電プラント１Ｂでは、各ボイラ１３から各ブロー配管１４を通じて排出される排水ＥＷの熱エネルギーを系外に捨ててしまうことなく、熱交換器５０によってガスタービン２１の燃料Ｆに回収することができる。そしてブロー配管１４を通じて排出される排水ＥＷの熱エネルギーでガスタービン２１の燃料Ｆを予熱した状態で燃料Ｆを、加熱器２６を通じて燃焼器２３に導入することができる。したがって、プラント全体の熱効率を向上することができる。
【００５８】
また、ブロー配管１４からの排水ＥＷは、熱交換器５０で冷却された後に系外へ排出されるが、この排水ＥＷの温度は比較的低い。したがって、排水ＥＷを系外へ排出したとしても、排水ＥＷを減温させる設備は必要なくなり、システムの製造コストの削減や、環境負荷の低減が可能となる。
【００５９】
ここで、図４に示すように本実施形態では、熱交換器６０が燃料Ｆの流れの上流側から下流側に向かって低温段６１、中温段６２、及び高温段６３を有していてもよい。そして、図４の例では合流配管１７は設けられず、低温段６１には、低圧ブロー配管１４Ｌが直接接続されて低圧ブロー配管１４Ｌからの排水ＥＷが導入される。また、中温段６２には、中圧ブロー配管１４Ｉが直接接続されて中圧ブロー配管１４Ｉからの排水ＥＷが導入される。高温段６３には、高圧ブロー配管１４Ｈが直接接続されて高圧ブロー配管１４Ｈからの排水ＥＷが導入される。
【００６０】
各ボイラ１３におけるボイラ本体３１からの排水ＥＷは温度が互いに異なっている。図４の例では、排水ＥＷの温度レベルに合わせて熱交換器６０の各段が設けられているので、排水ＥＷの熱エネルギーを用いて段階的に効率よく燃料Ｆを加熱することができる。
【００６１】
また、図５に示すように本実施形態では、合流配管１７は高圧ブロー配管１４Ｈと中圧ブロー配管１４Ｉとを接続し、低圧ブロー配管１４Ｌには接続されていなくともよい。そしてこの場合、熱交換器５０には、高圧ブロー配管１４Ｈ及び中圧ブロー配管１４Ｉからの排水ＥＷが纏めて導入され、燃料Ｆを加熱する。低圧ブロー配管１４Ｌからの排水ＥＷは系外へ排出される。
【００６２】
図５の例では、比較的温度が低い（低エンタルピーの）低圧ブロー配管１４Ｌからの排水ＥＷの熱エネルギーは燃料Ｆには回収されず、比較的温度が高く（高エンタルピーの）高圧ブロー配管１４Ｈ及び中圧ブロー配管１４Ｉからの排水ＥＷの熱エネルギーのみが燃料Ｆに回収される。したがって、効率的に燃料Ｆの予熱が可能となる。なお、高圧ブロー配管１４Ｈからの排水ＥＷの熱エネルギーのみを燃料Ｆに回収してもよい。
【００６３】
〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態の火力発電プラント１Ｃについて説明する。第一実施形態から第三実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
図６に示すように、火力発電プラント１Ｃは、循環式ボイラシステム２Ｃが、さらに冷却塔１２、及び冷却塔導入配管１５を備えている点で、第三実施形態とは異なっている。
【００６４】
冷却塔導入配管１５は、冷却塔１２と熱交換器５０とを接続している。熱交換器５０で燃料Ｆと熱交換を行って冷却された排水ＥＷは、冷却塔導入配管１５を通じて冷却塔１２へ導入される（流体回収工程）。
【００６５】
以上説明した本実施形態の火力発電プラント１Ｃでは、ブロー配管１４を通じて排出される排水ＥＷを循環式ボイラ１３へ戻すことなく、熱交換器５０での熱交換の後に冷却塔１２へ導入することで排水ＥＷを系外に排出することなく有効に利用でき、循環式ボイラ１３内の水Ｗの水Ｗ質を清浄な状態に維持可能である。
【００６６】
ここで、図７に示すように、本実施形態でも図４に示す第三実施形態の例と同じように、熱交換器６０が、低温段６１、中温段６２、及び高温段６３を有していてもよい。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００６８】
例えば、上述の各実施形態では循環式ボイラ１３は三個設けられていたが、循環式ボイラ１３の数量は三個に限定されず、一個や二個であってもよいし、四個以上であってもよい。
【００６９】
また、蒸気タービン１０に代えて、作動流体を水Ｗよりも沸点の低い低沸点媒体を作動流体とした低沸点媒体タービンを有する低沸点媒体ランキンサイクルを、上述の実施形態に適用してもよい。ここで低沸点媒体としては、例えば下記の物質が知られている。
・トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、パーフルオロデカリン等の有機ハロゲン化合物
・ブタン、プロパン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン等のアルカン
・シクロペンタン、シクロヘキサン等の環状アルカン
・チオフェン、ケトン、芳香族化合物
・Ｒ１３４ａ、Ｒ２４５ｆａ等の冷媒
・以上を組み合わせたもの
なおこの場合、低沸点媒体は、冷却塔１２と復水器１１との間を循環する流体にも用いられる。
【００７０】
また、冷却塔１２へ戻される水Ｗの温度に応じて、熱交換器２０、５０、６０の容量を設計してもよい。
また、熱交換器２０、５０、６０での熱交換量が大きくなりすぎる場合には、バイパスラインを設けて、熱交換器２０、５０、６０へ導入される排水ＥＷの流量を調整してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…火力発電プラント
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…循環式ボイラシステム
１０…蒸気タービン
１１…復水器
１２…冷却塔
１３…循環式ボイラ
１３Ｈ…高圧ボイラ
１３Ｉ…中圧ボイラ
１３Ｌ…低圧ボイラ
１４…ブロー配管
１４Ｈ…高圧ブロー配管
１４Ｉ…中圧ブロー配管
１４Ｌ…低圧ブロー配管
１５…冷却塔導入配管
１７…合流配管
２０…熱交換器
２１…ガスタービン
２２…圧縮機
２３…燃焼器
２４…タービン
２６…加熱器
２７…空気冷却器
３１…ボイラ本体
３２…蒸発器
３４…蒸気導入配管
３５…排気ガス配管
３６…ボイラ配管
３７…熱交換配管
３８…予熱水配管
４０…フラッシュタンク
４５…気相導入配管
５０…熱交換器
５５…燃料導入配管
６０…熱交換器
６１…低温段
６２…中温段
６３…高温段
１００…発電機
１０１…発電機
Ｓ…水蒸気
Ｗ…水
ＥＷ…排水
ＥＧ…排気ガス
Ｆ…燃料
ＣＡ…圧縮空気
Ａ…空気
Ｇ…気相
Ｌ…液相
【図１】
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【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】
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【図７】
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