(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラまたはガスタービンから排出される排ガスを加熱源とする熱交換器と、
前記熱交換器により加熱された熱媒油が循環する閉鎖循環流路と、
前記閉鎖循環流路を循環する熱媒油の熱を利用するホットプレス設備と、
前記閉鎖循環流路から分岐して再び閉鎖循環流路に合流する分岐流路と、
前記分岐流路に設けられて該分岐流路を流れる熱媒油を放熱する放熱器と、
前記ホットプレス設備に供給される前記熱媒油の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部の検出値に応じて、前記分岐流路を通って放熱器により放熱された熱媒油と前記分岐流路を通らない熱媒油とが合流する際の各熱媒油の混合比を制御する制御弁と、を有し、
前記分岐流路及び放熱器は、前記閉鎖循環流路において、該閉鎖循環流路を流れる熱媒油が前記ホットプレス設備において熱を奪われて前記熱交換器において加熱される前の熱媒油を放熱させる位置に設けられていることを特徴とする、ホットプレス設備の熱媒油温度制御システム。
【請求項２】
前記熱交換器が、前記熱媒油との熱交換によって加熱源の排ガスを３５０〜４００℃に冷却する熱交換器であり、
前記熱交換器によって冷却された排ガスを脱硝触媒によって脱硝するための脱硝装置がさらに備えられていることを特徴とする請求項１に記載の熱媒油温度制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンコジェネレーションプラント、発電用ボイラ設備、あるいは、蒸気供給を主目的とした汽力設備において発生する排ガスの熱（排熱）を利用して、木材合板工場等のプレス工程におけるホットプレス設備で循環使用される熱媒油を加熱し、該熱媒油の温度を制御するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電設備や汽力設備を備えるコジェネレーションプラントでは、燃料を使用してガスタービンや蒸気タービン等で発電し、あるいは、蒸気利用のための蒸気を蒸気ボイラで発生させる一方、その排熱を利用して給湯・暖房の熱需要をまかなうようなエネルギーの効率的な運用がなされている。
【０００３】
プラントに投入する燃料熱入力は、発電負荷あるいは蒸気負荷によって変化するため、ボイラやガスタービンから排出される排ガスの温度や量は、発電負荷あるいは蒸気負荷によって変化する。そのため、排熱を利用する給湯や暖房は、必要な電力量に応じて運転するように設計される。すなわち、消費される電力量によって供給される熱源に過不足が生じるため、蒸気放出設備や別途ボイラ設備を組み込み設計される。
【０００４】
木材合板工場等では、プレス工程において熱媒油を循環利用するホットプレス設備が使用される。ホットプレス設備の熱媒油をボイラやガスタービンの排熱から得ようとした場合、排ガスの煙道に配置した熱媒油加熱用熱交換器によって排熱回収を行うプラントにおいて、プレス工程に必要な熱媒油負荷は発電負荷あるいは蒸気負荷とは直接関係しないため、プレス工程に供給する熱媒油の温度を一定に制御するためには、発電出力あるいは蒸気出力を熱媒負荷に応じて変化させることが必要になる。これでは主目的の発電負荷制御あるいは蒸気負荷制御が成り立たなくなるため、ホットプレス設備に利用する熱媒油は、別に熱媒油加熱ボイラを設置して加熱していた。
【０００５】
例えば、ガスタービン発電機を用いたエネルギープラントでは、図３に示すように、ガスタービン発電機１で電力Ｅを発電する。発電量の制御は、発電出力制御装置３が指令に応じて燃料供給装置２の燃料調節弁２ａを調節することにより、行われる。発電の際に発生した排ガスＧ１を利用して蒸気ボイラ等の排熱回収装置４により蒸気Ｖを発生させ、蒸気を乾燥設備や加熱設備等の蒸気利用設備に利用する。排熱回収装置４を経た排ガスＧ２は、煙突８から排出される。ホットプレス設備９に用いられる熱媒油は、閉鎖循環流路３６内を循環ポンプＰの作動によって循環する途中で、熱媒油加熱ボイラ３０によって加熱される。熱媒油加熱ボイラ３０は、燃料供給装置３１から燃料が供給されている。ホットプレス設備９では、熱媒油の温度にバラツキがあると、被プレス品である合板の品質に影響を与える。そのため、温度センサ３２でホットプレス設備９へ供給される熱媒油温度を監視し、制御装置３３により燃料供給バルブ３４を制御することにより、ホットプレス設備９に供給される熱媒油の温度を設定温度の一定範囲内（例えば±５℃程度）に保っている。
【０００６】
同様に、例えば、発電用ボイラを用いたエネルギープラントにおいても、図４に示すように、蒸気ボイラ２１で発生させた蒸気で蒸気タービン２３を回して発電機２４にて発電する。発電量の制御は、発電出力制御装置３が指令に応じて燃料供給装置２の燃料調節弁２ａまたは蒸気流量制御弁２６を調節することにより、行われる。蒸気ボイラ２１から排出された排ガスＧ１１をエコノマイザー等の排熱回収装置７によって排熱回収する。排熱回収装置７を経た排ガスＧ１３は、煙突８から排出される。ホットプレス設備９に熱利用される熱媒油は、閉鎖循環流路３６内を循環ポンプＰで循環する途中で、熱媒油加熱ボイラ３０によって加熱される。熱媒油加熱ボイラ３０は、燃料供給装置３１から燃料が供給される。温度センサ３２でホットプレス設備９へ供給される熱媒油温度を監視し、制御装置３３により燃料供給バルブ３４を制御することにより、ホットプレス設備９に供給される熱媒油の温度を設定温度の一定範囲内（例えば±５℃程度）に保っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、発電設備の発電需要量や汽力設備の蒸気需要量が変動しても、それらの変動に拘わらず、ホットプレス設備において循環使用する熱媒油を、発電設備や汽力設備からの排熱を利用して効率よく加熱し、ほぼ一定温度に保つことのできる、ホットプレス設備の熱媒油温度制御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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るホットプレス設備の熱媒油温度制御システムは、ボイラまたはガスタービンから排出される排ガスを加熱源とする熱交換器と、前記熱交換器により加熱された熱媒油が循環する閉鎖循環流路と、前記閉鎖循環流路を循環する熱媒油の熱を利用するホットプレス設備と、前記閉鎖循環流路から分岐して再び閉鎖循環流路に合流する分岐流路と、前記分岐流路に設けられて該分岐流路を流れる熱媒油を放熱する放熱器と、前記ホットプレス設備に供給される前記熱媒油の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出値に応じて、前記分岐流路を通って放熱器により放熱された熱媒油と前記分岐流路を通らない熱媒油とが合流する際の各熱媒油の混合比を制御する制御弁と、を有し、前記分岐流路及び放熱器は、前記閉鎖循環流路において、該閉鎖循環流路を流れる熱媒油が前記ホットプレス設備において熱を奪われて前記熱交換器において加熱される前の熱媒油を放熱させる位置に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
前記熱交換器は、前記熱媒油との熱交換によって、加熱源の排ガスを３５０〜４００℃に冷却する熱交換器であり、前記熱交換器によって冷却された排ガスを脱硝触媒によって脱硝するための脱硝装置を煙道中に介在させることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ホットプレス設備に用いる熱媒油の閉鎖循環流路に、燃焼ボイラやガスタービンからの排熱を加熱源とする熱交換器を設け、ホットプレス設備入口の熱媒油温度を計測し、閉鎖循環流路の分岐流路に設けた放熱器の放熱負荷を制御することによって、ホットプレス設備に供給される熱媒油の温度を自動制御することができる。よって、発電目的あるいは蒸気供給目的のエネルギープラントから経済的且つ効率的に余熱を回収するシステムにおいて、発電量あるいは蒸気発生量に拘わらず、ホットプレス設備の需要負荷に応じて、熱媒油の供給温度を制御することができる。
【００１２】
また、本発明においては、放熱器を分岐流路に設け、温度検出部の検出値に応じて、前記分岐流路を通って放熱器により放熱された熱媒油と前記分岐流路を通らない熱媒油とが合流する際の各熱媒油の混合比を制御弁によって制御する。閉鎖循環流路は、熱媒油の流出及び補給がなく、閉鎖循環流路内を流れる熱媒油の総流量が変動しないため安定しており、制御弁によって放熱器を通る熱媒油と通らない熱媒油の混合比を流量制御することにより、放熱器へ流す熱媒油の流量を正確に制御でき、循環する熱媒油の温度制御性に優れる。
【００１３】
また、排ガスを脱硝するのに使用される脱硝装置を備える場合、脱硝装置の脱硝触媒により排ガス中の窒素酸化物を除去するのに適した温度域は、３５０〜４００℃である。従って、熱交換器によって熱媒油と熱交換した排ガスの温度が３５０〜４００℃に冷却されると、脱硝装置における排ガスの脱硝効率が高まる。ホットプレス設備では熱媒油を加熱するのに必要な排ガス温度も同様の温度域（３５０〜４００℃程度）であるため、脱硝設備のために別個の冷却設備を備えなくても済む。
【００１４】
さらに、熱媒油は、境膜温度を超えると熱分解により劣化するため、境膜温度（例えば３７０℃）を超えないように運転する必要がある。ホットプレス設備の負荷が小さいと、熱交換器で加熱された直後の熱媒油の温度が境膜温度上限に達する恐れがあるが、ホットプレス設備において熱を奪われた熱媒油を、熱交換器において加熱される前に放熱器で放熱させることにより、熱交換器において境膜温度の上限に達しないように制御することが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係るホットプレス設備の熱媒油温度制御システムについて、以下に図１及び図２を参照して説明する。
【００１６】
図１は、ガスタービン発電機のコジェネレーションプラントを示すブロック図であり、そこに、本発明に係るホットプレス設備の熱媒油温度制御システムの実施形態が組み込まれている。
【００１７】
ガスタービン発電機１は、燃料供給装置２から供給される燃料を燃焼させて、高温高圧のガスによりガスタービン１ａを回転させ、その回転力により発電機１ｂから電力Ｅを発生させる。発電電力は、発電出力制御装置３によって制御される。発電出力制御装置３は、発電出力の増加または減少に関する指令を受けると、その指令に応じて燃料供給装置２の燃料調節弁２ａの開度を調節し、ガスタービン１ａに供給する燃料の量を調節する。
【００１８】
ガスタービン発電機１から排出される燃焼排ガスＧ１は、蒸気ボイラ等の第１の排熱回収装置４において蒸気Ｖを発生させ、発生した蒸気は、乾燥設備や加熱設備等の蒸気利用設備（図示せず。）において利用され、排熱回収される。排熱回収装置４において生じる排ガスＧ２は、熱交換器５によってさらに余熱を回収される。熱交換器５は、閉鎖循環流路６内を流れる熱媒油と排ガスＧ２とを熱交換させ、該熱媒油を加熱する。閉鎖循環流路６内の熱媒油は、循環ポンプＰの作動により循環する。熱交換器５において熱交換に利用されて排出される排ガスＧ３は、エコノマイザー等の第２の排熱回収装置７によってさらに余熱を回収され得る。第２の排熱回収装置７から排出される排ガスＧ４は、煙突８から放出される。
【００１９】
閉鎖循環流路６には、熱媒油の熱を利用する公知のホットプレス設備９が組み込まれている。ホットプレス設備９は、木材合板製造工場のプレス工程において広く使用される設備である。ホットプレス設備９は、熱プレス板（図示せず。）を熱媒油で加熱し、木材合板を熱プレスするための装置である。熱媒油は、閉鎖循環流路６を循環し、熱交換器５において加熱され、熱プレス板に必要な熱量を与える。ホットプレス設備９に供給される熱媒油は、３００〜３２０℃の範囲内の所望温度に設定される。ホットプレス設備９に供給される熱媒油は、設定温度に対して、望ましくは±５℃の範囲で制御される。
【００２０】
閉鎖循環流路６から分岐して再び閉鎖循環流路６に合流する分岐流路６ａが設けられている。分岐流路６ａには、分岐流路６ａを流れる熱媒油から熱量Ｑを放熱するための放熱器１０が接続されている。放熱器１０は、空冷式あるいは水冷式とすることができる。
【００２１】
ホットプレス設備９の熱媒油供給口には、熱媒油の温度を検出するための温度検出部１１が設けられている。温度検出部１１の検出値に応じて、温度検出部１１と電気的に接続された温度制御装置１２が制御弁１３を制御する。
【００２２】
制御弁１３は、図示例のように、分岐流路６ａの合流位置に接続された電空式の三方弁とすることが好ましいが、これに限らず、例えば、図示しないが、分岐流路６ａの分岐位置に接続された三方弁、あるいは、分岐流路６ａに設けられて分岐流路６ａを流れる熱媒油のみを流量制御する電空式開閉弁、または、分岐流路６ａから分岐せずに分岐点と合流点との間の閉鎖循環流路６を流れる熱媒油の流量を制御する電空式開閉弁であってもよい。
【００２３】
制御弁１３は、分岐流路６ａを通って放熱器１０により放熱された熱媒油と分岐流路６ａを通らない熱媒油とが合流する際の各熱媒油の混合比を、温度制御装置１２の制御指令に基づいて制御する。温度制御装置１２は、温度検出部１１からの検出値に基づいて、制御弁１３をＰＩＤ制御する。温度制御装置１２は、ホットプレス設備９に供給される熱媒油の温度を上げる場合は、制御弁１３である三方弁を、分岐流路６ａ側の開度を減じて放熱器１０からの放熱量を減らし、逆に、温度を下げる場合は、分岐流路６ａ側の開度を開いて放熱器１０からの放熱量を増やす。このように制御弁１３を制御することにより、ホットプレス設備９に供給される熱媒油の温度をほぼ一定に保つように制御する。
【００２４】
分岐流路６ａ及び放熱器１０は、閉鎖循環流路６において、図１に示すように、好ましくは、閉鎖循環流路６を流れる熱媒油がホットプレス設備９において熱を奪われて熱交換器５において加熱される前の熱媒油を放熱させる位置に設けられている。分岐流路６ａ及び放熱器１０を斯かる位置に接続することにより、ホットプレス設備９を出た熱媒油が、熱交換器５で加熱される前に放熱器１０において放熱されるので、熱交換器５において熱媒油の温度が境膜温度の上限に近付くことを防止することができる。なお、境膜温度とは、液層循環使用可能な温度のことである。図示例では、最高境膜温度３７０℃の高沸点高温度用熱媒体油を使用している。
【００２５】
仮に、分岐流路及び放熱器が、循環する熱媒油が熱交換器で加熱されてホットプレス設備９に供給される前の位置（図１の矢印Ｘの位置）に接続されていると、たとえば、ホットプレス設備９での熱利用を急激にストップした際に、熱交換器で加熱された熱媒油が、放熱器に達するまでの間で、場合によってはオーバーシュートして境膜温度の上限に達する恐れがあり、熱媒油の温度制御が容易でない。
【００２６】
熱交換器５から排出される排ガスを煙突８に導く煙道には、脱硝装置１４が介在され得る。脱硝装置１４は、熱交換器５によって冷却された排ガスを脱硝触媒によって脱硝する。脱硝装置１４は、３００〜４００℃の適度なガス温度の排ガス中にアンモニア（ＮＨ３）を添加して脱硝触媒層を通すことにより、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を無害な窒素(Ｎ２)と水蒸気（Ｈ２Ｏ）に変換する。熱交換器５は、熱媒油との熱交換によって、加熱源の排ガスを３５０〜４００℃に冷却するが、この温度領域は、脱硝触媒の触媒反応が活発になる温度領域であるため、脱硝装置１４との相性が良い。脱硝装置１４は、選択的還元法（ＳＣＲ法）を採用した装置を使用することができる。脱硝装置１４は、脱硝効果が高くなる排ガス温度域に設置することが好ましく、図示例のように熱交換器５と第２の排熱回収装置７との間の煙道が当該温度域であるならばその場所に設けてもよいし、第２の排熱回収装置７と煙突８との間の煙道が前記温度域であるならばその場所に設けてもよい。
【００２７】
上記説明から分かるように、上記構成の熱媒油温度制御システムによれば、発電電力の変動によってガスタービン１ａに供給される燃料が変化し、ガスタービン１ａから排出される排ガスＧ１の温度・流量が変化しても、温度制御装置１２によって制御弁１３を制御することにより、循環する熱媒油の一部を放熱器１０から放熱させるので、ホットプレス設備９に供給される熱媒油の温度をほぼ一定温度に保つことが可能となる。
【００２８】
また、閉鎖循環流路６を循環する熱媒油は、給湯設備のように循環供給路から流出することがなく、閉鎖循環流路６内を流れる熱媒油の総流量が変動しないため、制御弁１３によって放熱器１０を通る熱媒油と放熱器１０を通らない熱媒油の混合比を流量制御することにより、放熱器１０へ流す熱媒油の流量を正確に制御でき、循環する熱媒油の温度制御性に優れる。
【００２９】
さらに、熱媒油は、境膜温度を超えると熱分解により劣化するため、境膜温度（例えば３７０℃）を超えないように運転する必要があるが、ホットプレス設備９において熱を奪われた熱媒油を、熱交換器５において加熱される前に放熱器１０で放熱させることにより、熱交換器５において境膜温度の上限に達しないように制御することが容易となる。
【００３０】
次に、本発明に係るホットプレス設備の熱媒油温度制御システムをボイラータービン発電機のコジェネレーションプラントに組み込んだ例を、図２を参照して説明する。
【００３１】
なお、図２に示された例は、本発明に係るホットプレス設備の熱媒油温度制御システムをボイラータービン発電機のコジェネレーションプラントに組み込んだ点が図１に示した形態と異なり、その他の構成及び作用効果は同様であるので、同様一の構成部分には同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００３２】
蒸気ボイラ２１は、燃料供給装置２２から供給される燃料を燃焼させて、高温高圧の蒸気により蒸気タービン２３を回転させ、その回転力により発電機２４から電力Ｅを発生させる。発電電力は、発電出力制御装置２５によって制御される。発電出力制御装置２５は、発電出力の増加または減少に関する指令を受けると、その指令に応じて燃料供給装置２２の燃料調節弁２２ａ及び／又は蒸気流量制御弁２６の開度を調節し、蒸気ボイラ２１に供給する燃料の量及び／又は蒸気タービン２３に供給する蒸気の量を調節する。
【００３３】
蒸気タービン２３から排出される蒸気は、乾燥設備や加熱設備等の蒸気利用設備（図示せず。）において利用され、排熱回収される。
【００３４】
蒸気ボイラ２１から排出された燃焼排ガスＧ１１は、熱交換器５によってさらに余熱を回収される。熱交換器５は、閉鎖循環流路６内を流れる熱媒油と排ガスＧ１１とを熱交換させ、該熱媒油を加熱する。閉鎖循環流路６内の熱媒油は、循環ポンプＰの作動により循環する。熱交換器５において熱交換に利用されて排出される排ガスＧ１２は、エコノマイザー等の排熱回収装置７によってさらに余熱を回収され得る。排熱回収装置７から排出される排ガスは、煙突８から放出される。熱交換器５の下流の煙道には、脱硝装置１４が設けられ得る。
【００３５】
図１に示した例と同様、熱交換器５によって加熱された熱媒油は、循環ポンプＰの作用により、閉鎖循環流路６内を循環し、ホットプレス設備９に供給される。ホットプレス設備９の熱媒油供給口において、温度検出部１１がホットプレス設備９に供給される熱媒油の温度を検出し、その検出値に基づいて、温度制御装置１２が制御弁１３を制御し、熱媒油の放熱量を制御することにより、ホットプレス設備９に供給される熱媒油の温度を所望の温度に制御する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るホットプレス設備の温度制御システムを組み込んだガスタービンコジェネレーションプラントを示すブロック図である。
【図２】本発明に係るホットプレス設備の温度制御システムを組み込んだ他のコジェネレーションプラントを示すブロック図である。
【図３】従来のガスタービン発電機を用いたエネルギープラントを示すブロック図である。
【図４】従来の発電用ボイラを用いたエネルギープラントを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
５  熱交換器
６  閉鎖循環流路
９  ホットプレス設備
６ａ  分岐流路
１０  放熱器
１１  温度検出部
１３  制御弁
【図１】
0005346478.tif 000002
【図２】
0005346478.tif 000003
【図３】
0005346478.tif 000004
【図４】
0005346478.tif 000005