(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラから供給された蒸気により蒸気タービンを駆動する発電プラントであって、
廃熱により得られた蒸気が第１段目に供給され、多段圧縮を行って前記ボイラに対する給水の加熱を行う給水加熱手段としての多段型の蒸気圧縮ヒートポンプと、
前記給水加熱手段と前記ボイラとの間に介装され、前記給水加熱手段を介して供給される高温水を貯留する高温水貯留槽と、を備え、
前記蒸気圧縮ヒートポンプの停止時に前記高温水を前記ボイラに供給し、当該ボイラにより加熱し、前記蒸気タービンを駆動するための前記蒸気を得ることを特徴とする発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギポテンシャルの低い低温低圧蒸気の有効利用を図り、もって蒸気タービンによる発電効率の向上、昼間の電力ピークカット及び燃料節約等を実現する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気発生プラントでは、ボイラやスーパヒータ（蒸気過熱器）を用いて高温・高圧の蒸気を生成させ、発電機が連結された蒸気タービンをこの蒸気により駆動することで発電が行われる。蒸気タービンには、多くの場合、熱効率の高い抽気復水型が用いられている。すなわち、蒸気タービン駆動後の排気は、復水器に送給されて凝縮・液化して復水となり、これにより、蒸気タービンの排圧が減少して熱効率の向上が図られる。また、蒸気タービンの各段では、膨張過程にある蒸気が抽出され、その蒸気の有する顕熱や凝縮潜熱によってボイラに対する給水加熱が行われる。この場合、蒸気タービンで得られる仕事量は当然に減少するが、復水器に廃棄される熱量が低減するため、全体としての発電効率は向上する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常、蒸気発生プラントを含めた発電施設は、最大電力需要に合わせて設置されるため、夏期昼間における冷房負荷の増大等に伴い年々増設することを余儀なくなされている。また、発電した電力を蓄えることが殆どできないため、特に夏期においては夜間に大きな余剰電力の発生が避けられず、その有効利用が求められていた。一方、ごみ焼却施設や石油処理プラント等では、比較的大量の排気や廃蒸気が発生するが、これらは排気塔等から大気中に放出されている。これは、排気や廃蒸気の温度や圧力が低く、動力や給湯等としての利用が難しいためであるが、熱エネルギを有効利用する点からはそれらの利用も望まれていた。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みなされたもので、エネルギポテンシャルの低い低温低圧蒸気の有効利用を図り、もって蒸気タービンによる発電効率の向上等を実現した発電プラントを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明では、ボイラから供給された蒸気により蒸気タービンを駆動する発電プラントであって、廃熱により得られた蒸気が第１段目に供給され、多段圧縮を行って前記ボイラに対する給水の加熱を行う給水加熱手段としての多段型の蒸気圧縮ヒートポンプと、前記給水加熱手段と前記ボイラとの間に介装され、前記給水加熱手段を介して供給される高温水を貯留する高温水貯留槽と、を備え、前記蒸気圧縮ヒートポンプの停止時に前記高温水を前記ボイラに供給し、当該ボイラにより加熱し、前記蒸気タービンを駆動するための前記蒸気を得るものを提案する。
【０００６】
本発明によれば、例えば、夜間の余剰電力により給水加熱手段としての多段型の蒸気圧縮ヒートポンプを駆動し、ごみ焼却施設や背球処理プラントなどの廃熱により得られた低温低圧の蒸気が第１段目に供給され、多段圧縮を行ってボイラに対する給水の加熱を行い、高温貯留槽に給水加熱手段を介して供給される高温水を貯留し、昼間において蒸気圧縮ヒートポンプの停止時に高温貯留槽に貯留した高温水をボイラに供給し、当該ボイラにより加熱し、蒸気タービンを駆動するための蒸気を得る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る蒸気発電プラントの一実施形態を示す概略構成図であり、同図中の符号１は多段復水型の蒸気タービンを示し、符号２１は２段型の蒸気圧縮機を示している。蒸気タービン１は、その出力軸に発電機２が連結され、上流側に高温水貯留槽３と給水ポンプ１３とボイラ５とスーパヒータ７とが配管４１〜４４を介して接続され、下流側に復水器９と給水タンク１０とポンプ１４と給水加熱器２８と脱気器１１とが配管４５〜４７を介して接続されている。給水タンク１０に溜まる凝縮水は給水加熱器２８に送られ、蒸気タービン１の抽気配管６７からの抽気により加熱されて脱気器１１に供給される。
【００１３】
蒸気圧縮機２１は、その駆動軸に電動機２２が連結されると共に、上流側にごみ焼却ボイラ２３が配管４８を介して接続され、下流側に第１，第２給水加熱器２５，２７が配管４９〜５１を介して接続されている。蒸気圧縮機２１は、その第１段目と第２段目とが飽和器２９および配管５２，５３を介して接続されている。図中、符号３１，３３は配管５０，５１に介装された蒸気トラップである。蒸気トラップ３１の下流側の配管５０と飽和器２９の下流側の配管５３とは配管５４で接続され、この配管５４は給水加熱器２７に接続されている。
【００１４】
これら蒸気圧縮機２１、ごみ焼却ボイラ２３、第１，第２給水加熱器２５，２７等は、給水加熱のための蒸気圧縮ヒートポンプ１００を構成する。
【００１５】
一方、脱気器１１は、第１，第２給水加熱器２５，２７および配管５６〜５８を介して、高温水貯留槽３に接続され、この高温水貯留槽３はポンプ１３および配管４１，４２を介してボイラ５に接続されている。
【００１６】
以下、本実施形態の作用を説明する。
【００１７】
蒸気発電プラントの通常運転時において、高温水貯留槽３内には比較的高温（256℃）の高温水が貯留されており、この高温水が給水ポンプ１３によりボイラ５に供給される。供給された高温水は、ボイラ５内で加熱されることにより気化した後（45ata）、スーパヒータ７内で過熱されて高圧、かつ高温（565℃、エンタルピ859Mc/t）の過熱蒸気となる。この蒸気は、配管４４を経由して蒸気タービン１に流入し、その各段で膨張しながらタービンロータを回転駆動し、その際に蒸気タービン１の出力軸に連結された発電機２で発電が行われる。
【００１８】
蒸気タービン１の駆動を行った蒸気は、比較的低温（33℃）、かつ低圧（0.05ata）となって排出された後、復水器９内で冷却されることにより凝縮し、水（33℃）となって給水タンク１０、給水加熱器２８を経て脱気器１１に流入する。脱気器１１に流入した温水は、蒸気タービン１の抽気配管６９からの抽気（370℃）と混合し、高温水（180℃）となって第１，第２給水加熱器２５，２７および配管５６〜５８を経由して高温水貯留槽３に環流する。
【００１９】
高温水貯留槽３内には比較的大量の高温水が貯留されており、例えば、夏期の昼間等において、この高温水を用いて給水加熱することにより蒸気圧縮機２１、ごみ焼却ボイラ２３、第１，第２給水加熱器２５，２７等を全部停止させることができる。従って、蒸気タービン１への流入蒸気は全量が凝縮器９まで流れるので発電量を増大させることができる。
【００２０】
本実施形態の蒸気発電プラントでは、夜間において以下に述べる手順で、蒸気圧縮機２１による給水加熱運転が行われる。
【００２１】
すなわち、ごみ焼却（廃熱）ボイラ２３には配管５１を介して高温水（180℃）が循環され、これがごみ焼却施設の廃熱により気化されて蒸気（103ata）となり、配管４８を介して蒸気圧縮機２１に送り込まれる。蒸気圧縮機２１は、夜間の余剰電力により駆動され、送り込まれた蒸気を第１段目で圧縮して高温（216℃）、かつ中圧（21.7ata）の蒸気とする。蒸気圧縮機２１の第１段目から排出された蒸気は、配管５２を介して飽和器２９に流入し、飽和器２９内で中温の飽和蒸気となる。飽和蒸気は、配管５３を介して蒸気圧縮機２１の第２段目に流入し、その内部で圧縮されて更に高温（325℃）、かつ高圧（45ata）の蒸気となった後、配管４９を介して第１給水加熱器２５に流入して熱を放出する。また、飽和器２９内の飽和蒸気の一部は、配管５４を経由して第２給水加熱器２７に流入し、第１給水加熱器２５を通過した蒸気と伴に、第２給水加熱器２７内で熱を放出した後、配管５１を介して再びごみ焼却ボイラ２３に供給される。
【００２２】
図２は、蒸気圧縮機２１を備えない旧来方式とこの実施形態に係る本方式との発電効率の比較を示す図である。図２ａ、ｂにおいて縦軸がエンタルピ（Mc/t）、横軸が流量（t/h）、両者掛け合わせた数値が熱量（面積）を示す。最上段がスーパヒータ７出口（蒸気タービン１入口）における蒸気のエンタルピ（Mc/t）、階段状の段が夫々の抽気のエンタルピ（Mc/t）、凝縮寸前の蒸気のエンタルピ（Mc/t）が５６６Mc/tである。２６８Mc/t以下の夫々の数値は給水加熱器の入口、出口のエンタルピ（Mc/t）である。
【００２３】
図２ａの旧来方式では、昼間に連続フル発電運転し、夜間には例えば発電量半減、或いは運転停止するのが一般的であるので、図２ａには昼間の発電量だけを示し、図２ｂの本実施形態に係る本方式では、昼夜間連続フル発電運転するので、図２ｂには昼夜間の発電量を示す。
【００２４】
すなわち、本実施形態に係る本方式では、昼夜間共にボイラ５、蒸気タービン１および発電機２を連続フル運転させる。そして、夜間は、抽気配管６７，６９からの抽気を多くして、蒸気圧縮機２１、ごみ焼却ボイラ２３、脱気器１１、給水加熱器２５，２７，２８を運転させ、高温水貯留槽３に大量の高温水を貯留する。昼間は、蒸気圧縮機２１、ごみ焼却ボイラ２３、脱気器１１、給水加熱器２５，２７，２８の運転、並びに抽気配管６７，６９からの抽気を全て停止し、高温水貯留槽３の高温水で給水加熱しながら、スーパーヒータ７で過熱された蒸気を全量蒸気タービン１に供給し、凝縮させる。
【００２５】
この実施形態では、蒸気圧縮機２１、ごみ焼却ボイラ２３等の利用により、図２を参照して、例えばボイラ給水温度を２２３℃から２５６℃に上げることにより、燃料消費量を６８，２２２ＭＣから６５，６６７ＭＣに削減すると共に、特に昼間の発電効率を例えば３３．９％から４４．６％に向上させ、昼間の電力ピークカットに貢献する。
【００２６】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では蒸気圧縮機に２段型を用いたが、３段型以上のものを用いれば更に効率を向上させることが可能となる。また上記実施形態では蒸気圧縮ヒートポンプによる給水加熱を夜間の余剰電力を用いて行うようにしたが、高温水貯留槽の容量等によっては昼間にこれを行ってもよい。また上記実施形態では、廃熱としてごみ焼却施設の廃熱を用いたが、石油処理プラントの廃熱やディーゼルエンジンの排気熱等を用いるようにしてもよい。また蒸気発電プラントの全体レイアウトやその構成要素の接続形態等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ボイラから供給された蒸気により蒸気タービンを駆動する発電プラントであって、廃熱により得られた蒸気が第１段目に供給され、多段圧縮を行って前記ボイラに対する給水の加熱を行う給水加熱手段としての多段型の蒸気圧縮ヒートポンプと、前記給水加熱手段と前記ボイラとの間に介装され、前記給水加熱手段を介して供給される高温水を貯留する高温水貯留槽と、を備え、前記蒸気圧縮ヒートポンプの停止時に前記高温水を前記ボイラに供給し、当該ボイラにより加熱し、前記蒸気タービンを駆動するための前記蒸気を得るようにしたため、例えば、夜間の余剰電力により給水加熱手段としての多段型の蒸気圧縮ヒートポンプを駆動し、ごみ焼却施設や背球処理プラントなどの廃熱により得られた低温低圧の蒸気が第１段目に供給され、多段圧縮を行ってボイラに対する給水の加熱を行い、高温貯留槽に給水加熱手段を介して供給される高温水を貯留し、昼間において蒸気圧縮ヒートポンプの停止時に高温貯留槽に貯留した高温水をボイラに供給し、当該ボイラにより加熱し、蒸気タービンを駆動するための蒸気を得ることにより、蒸気発電プラント全体としての発電能力を高めることができる。
【００２８】
また、請求項２の発明によれば、請求項１の発電プラントにおいて、前記蒸気圧縮ヒートポンプに供給される蒸気を廃熱により得るようにしたため、熱エネルギの有効利用が実現されると共に、化石燃料等の消費を抑制することができる。
【００２９】
また、請求項３の発明によれば、請求項１または２の発電プラントにおいて、前記給水加熱手段と前記ボイラとの間に高温水貯留槽を介装させたため、例えば、高温水貯留槽内に夜間に蒸気圧縮ヒートポンプを駆動して得られた高温水を貯留し、昼間に高温水貯留槽内の高温水を蒸気タービンに供給すること等で、夏期におけるピークカットを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気発電プラントの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】蒸気圧縮ヒートポンプを備えない旧来方式と本実施形態に係る本方式との発電効率の比較を示す図であり、ａは旧来方式、ｂは本方式を示す。
【符号の説明】
１  蒸気タービン
２  発電機
３  高温水貯留槽
５  ボイラ
７  スーパーヒータ
９  復水器
１１  脱気器
２１  蒸気圧縮機
２２  電動機
２３  廃熱ボイラ
２５  第１給水加熱器
２７  第２給水加熱器
２９  飽和器
６７，６９  抽気配管
１００  蒸気圧縮ヒートポンプ
【図１】
0003961653.tif 000002
【図２】
0003961653.tif 000003