(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ装置を備えている少なくとも一つの大型ディーゼル機関と、排気ガスの熱エネルギを利用することにより加圧された蒸気を発生するために内部にディーゼル機関からの排気ガスがターボ装置の下流側に導かれる第１排気ガスボイラと、発生した蒸気をさらに加熱するための第２排気ガスボイラと、発生した蒸気を電気に変換するための蒸気タービンとを含む総合発電所内の廃熱を利用することにより全効率比を高めるための方法において、ディーゼル機関が高い出力率で運転されているときに、第１排気ガスボイラユニット内に発生した蒸気を蒸気タービンの中に供給する前に蒸気を精製するためにディーゼル機関の全排気ガス流量の２０％以下、好ましくは、全排気ガス流量の１５％以下である側流が排気ガスを前記第２排気ガスボイラユニットの中に導くためにターボ装置の中に供給する上流側の排気ガスの流れから取り出されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記側流がディーゼル機関の全排気ガス流量の８−１４％であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
側流の量が各々の場合におけるディーゼル機関の負荷により別個に制御されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ディーゼル機関が部分負荷、例えば、７５％の出力率以下のみにおいて運転されているときに前記側流が遮断されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２排気ガスボイラからの排気ガスが付加的な電気を発生するためにユーティリティタービンの中に導かれかつ／または付加的な蒸気を発生するために排気ガスボイラの中に導かれることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
いくつかのディーゼル機関が使用されるときに、前記側流の大部分、好ましくは、前記側流のすべてが前記第２排気ボイラユニットの中に導かれ、この場合には、第２排気ボイラユニットが問題のディーゼル機関のために共通であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の方法を実施するための総合発電所であって、ターボ装置（４，４´）を備えている少なくとも一つの大型ディーゼル機関（１，１´）と、排気ガスの熱エネルギを利用することにより加圧された蒸気を発生するために内部にディーゼル機関からの排気ガスがターボ装置（４，４´）の下流側に導かれる第１排気ガスボイラユニット（６，６´）と、発生した蒸気をさらに加熱するための第２排気ガスボイラユニット（１１）と、発生した蒸気を発電機（１７）により電気に変換するための蒸気タービン（１６）とを含む総合発電所において、前記第２排気ガスボイラユニット（１１）がターボ装置（４，４´）の上流側のディーゼル機関の排気管と連結され、それによりディーゼル機関が高い出力率で運転されているときに、ディーゼル機関の全排気ガス流量（３，３´）の２０％以下、好ましくは、全排気ガスの流量の１５％以下である側流が前記連結部を通じて排気管内の排気ガスの流れ（３，３´）から前記第２排気ガスボイラユニット（１１）の中に導かれるように配置され、かつ前記第２排気ガスボイラユニット（１１）から精製された蒸気が前記蒸気タービン（１６）の中に導かれるように構成されていることを特徴とする総合発電所。
【請求項８】
前記側流がディーゼル機関の排気ガス流量（３，３´）の８−１４％であることを特徴とする請求項７に記載の総合発電所。
【請求項９】
側流（８，８´）の量が各々の場合におけるディーゼル機関（１，１´）の負荷により別個に制御されるように構成されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の総合発電所。
【請求項１０】
ディーゼル機関（１，１´）が部分負荷、例えば、７５％の出力率のみにおいて運転されているときに、前記側流（８，８´）が遮断されるように構成されていることを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の総合発電所。
【請求項１１】
前記第２排気ガスボイラユニット（１１）からの排気ガスが付加的な電気（１３）を発生するためにユーティリティタービン（１２）の中に導かれかつ／または付加的な蒸気を発生するために排気ガスボイラ（１９）の中に導かれることを特徴とする請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載の総合発電所。
【請求項１２】
総合発電所がいくつかのディーゼル機関（１，１´）を含み、該ディーゼル機関の大部分の排気管、好ましくは、該ディーゼル機関の排気管のすべてが前記側流（８，８´）を導くために前記第２排気ガスボイラユニット（１１）と連結され、前記第２排気ガスボイラユニット（１１）が問題のディーゼル機関（１，１´）のために共用されていることを特徴とする請求項７から請求項１１までのいずれか１項に記載の総合発電所。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は総合発電所（ｃｏｍｂｉ  ｐｏｗｅｒ  ｐｌａｎｔ）の全効率比（ｔｏｔａｌ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｒａｔｅ）を改良するための請求項１の序文に記載の方法およびこの方法を実施するための総合発電所に関する。
【０００２】
ここで大型ディーゼル機関は、例えば、船の主推進機関または補助機関として適用することができ、または熱および／または電気を発生するための発電所に適用することができるこのような機関をいう。
【０００３】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
大型ディーゼル機関は、機械的エネルギに加えて、かなりの量の廃熱を発生する。この理由から、ディーゼル機関は、特に原動機として利用され、それによりエネルギを発生するための一次回路がディーゼル機関により発生された機械的エネルギを発電機により電気に変換することに関連する。それに加えて、二次回路が蒸気タービンに利用され、それにより付加的な電気を発電機により発生することができ、または異なる目的のために、例えば、プロセス産業に直接に利用されるために、蒸気を発生するために回収されるべき廃熱のために提供される。この場合には、総合発電所は、特にこれらの種類の発電所をいう。
【０００４】
上記の種類のエネルギを発生する場合の基本的な問題は、ディーゼル機関により発生された排気ガスの温度が二次回路において比較的に低いことである。回収された熱エネルギが蒸気を発生するために利用されるときに、比較的に低い温度もまた、発生されるべき蒸気の温度を制限し、その理由から蒸気タービンの効率比がそれに相応してどちらかといえば低い。
【０００５】
この問題のために、異なる型式のいくつかの解決方法が知られており、それにより一つの方法は、排気ガスをターボ装置に導く前に排気ガスの温度を高めるように排気ガスを付加的に燃焼させるために計画しかつ実施することである。しかしながら、この解決方法は、どちらかといえば、複雑でありかつ高価でありかつ付加的な燃焼のために付加的な燃料を供給することが必要である。
【０００６】
前記の問題のための別の既知の解決方法がフィンランド特許第８９９６９号（米国特許第５１３３２９８号に相当する）に表示され、この特許によれば、廃棄エネルギの回収は二つの位相で行われ、それにより第１位相においては、ディーゼル機関の排気ガスをターボ装置に送る前に、排気ガスが第１排気ガスボイラの中に導かれ、該ボイラ内で熱エネルギの一部分が回収される。もしもディーゼル機関が最大出力率（ｆｕｌｌ  ｏｕｔｐｕｔ  ｒａｔｅ）で運転されていなければ、排気ガスの一部分を前記排気ガスボイラを越えて導くことができる。この場合における問題は、特殊の解決方法に関することであり、その理由は、前記排気ガスボイラがターボ装置の上流側の排気管と一体に構成され、それによりこの解決方法を実施するためのコストを増大させるからである。それに加えて、このような問題は、ターボ装置の寸法を考慮に入れるべきであることと同様に理解されてきたとはいうものの、この解決方法は排気ガスボイラ、バイパス管および一次回路におけるエネルギの発生に関するその作用によりひき起こされた効果、損失（ｅｆｆｅｃｔ  ｌｏｓｓ）を考慮していない。
【０００７】
また、フィンランド特許第９４８９５号に開示された解決方法によれば、ディーゼル機関の排気ガスのすべては、排気ガスをターボ装置に供給する前に先ず蒸気を発生するための排気ガスボイラの中に取り入れられる。それにより、電気を発生するための全効率比（ｔｏｔａｌ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｘｙ  ｒａｔｅ）を高めることが可能であるとはいえ、ターボ装置の上流側に実質的な装置を設けることが必要であるので、この装置は、実施するために扱いにくくかつ高価である。主要部分については、同じ装置が日本特許出願公告６２−７９０５号公報に開示された解決方法を採用している。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの目的は、簡単にかつ容易に実施できる解決方法を提供することにより総合発電所においてエネルギを発生するための全効率比を改良することにある。この解決方法は、構造体の単純な装置を可能にしかつそのコストについて有利であり、かつこの解決方法から既知の技術の欠点が本質的になくされる。一つの目的は、特に、一つまたはいくつかのディーゼル機関に基づいた総合発電所において本発明を実施することにある。
【０００９】
本発明の目的は、請求項１およびその他の請求項に開示された方法により達成することができる。本発明によれば、ディーゼル機関が高い出力率（ｏｕｔｐｕｔ  ｒａｔｅ）で運転されているときに、第１排気ガスボイラユニット内で発生した蒸気を蒸気タービンの中に供給する前に蒸気を精製するために、ディーゼル機関の全排気ガス流量の２０％以下、好ましくは、全排気ガス流量の２０％以下である側流が排気ガスを前記第２排気ガスボイラの中に導くためにターボ装置の中に供給する上流側の排気ガスの流れから取り出される。この場合には、蒸気の精製（ｒｅｆｉｎｉｎｇ）は、特に、蒸気をさらに加熱することにより、飽和蒸気および／または過熱蒸気の温度を増大することを指す。
【００１０】
側流においては、排気ガスの温度は、一般に、ターボ装置の上流側の排気ガスの温度に相当し、従って、排気ガスの温度は、ターボ装置の下流側の排気ガスの温度よりも実質的に高い。それに加えて、側流から蒸気への熱伝達は、排気ガスの流れの圧力の下で効果的に起きる。それにより、発生した蒸気の温度の達成された上昇は、蒸気タービンの出力率を実質的に増大する。しかしながら、他方、ターボ装置の上流側の排気ガスから取り出されるべき側流が既知の解決方法と比較してむしろ小さくかつこの解決方法が排気ガスの主な流れ内で圧力損失を発生しないので、ターボ装置の出力に関するその影響と、従って、ディーゼル機関の一次回路におけるエネルギ発生に関するその影響とは、特に蒸気の発生および電気の発生に関する二次回路からの装置により得られる出力率の増大と比較してどちらかといえば小さい。それにより、全効率比は、本発明により本質的に改良することができる。
【００１１】
従って、側流がターボ装置それ自体の中に導かれるべき主な流れ内に圧力損失を発生しないので、排気ガスボイラがディーゼル機関とターボ装置との間に配置された解決方法と比較して、より大きい圧力損失を側流に取り付けられるべき第２排気ガスボイラユニット内で許容することができる。この結果として、第２排気ガスボイラユニットを通じての排気ガスの流れの速度をより大きくすることができ、自己精製解決方法が可能になる。それに加えて、本発明による解決方法により、第２排気ガスボイラユニットのサイズを減少することができ、従ってそのコストを低減することができる。
【００１２】
側流をターボ装置の上流側に導くことは、標準型ディーゼル機関それ自体およびターボ装置を実質的に変更することなく容易に実施することができるので、本発明による解決方法もまた、簡単に実施することができる。それに加えて、この解決方法は、必要なときに、ディーゼル機関を発電所のボイラスペースから容易に絶縁することが可能である。
【００１３】
実際問題として、側流は、ディーゼル機関の全排気ガス流量の８％−１４％であると有利である。そのときに、側流から得られる利点は、主な流れの減少から生ずるターボ装置の出力の低下と比較して最適である。
【００１４】
さらに、側流の量は、各々の場合におけるディーゼル機関の負荷に従って別個に制御することができる。このようにして、発電所の全効率比を各々の場合の状況に応じて適正化することができる。それに加えて、ディーゼル機関が部分負荷、例えば、７５％の出力率以下で運転されているときのみに、側流を遮断することができる。そのときに、ディーゼル機関は、標準型機関のように運転され、それにより該機関の始動および停止は、既知の技術による装置の発停よりも容易である。
【００１５】
前記第２排気ガスボイラユニットからの排気ガスは、付加的な電気を発生するためのユーティリティタービンの中に導かれかつ／または付加的な蒸気を発生するための排気ガスボイラの中に導かれると有利である。付加的な蒸気は、さらに、蒸気タービン内で利用することができる。
【００１６】
いくつかのディーゼル機関が使用されるときに、前記側流の大部分、好ましくは、前記側流のすべてが前記第２排気ガスボイラユニットの中に導かれる。この場合には、第２排気ガスボイラユニットは、問題のディーゼル機関のために共通である。各々のディーゼル機関の側流を各々の場合における問題のディーゼル機関の負荷に従って制御することができるときに、効率比の観点からの最適の結果に達することができる。蒸気を精製するための発電所のすべてのディーゼル機関のために共通の排気ガスボイラユニットおよび該排気ガスボイラユニットと連結されるべき（ａ）蒸気タービンは、発電所の投資コストにおけるかなりの節減額を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を添付図面を参照して以下に説明する。
図面において、符号１、１´等は、発電機２、２´等により電気に変換されるための機械的なエネルギを発生するいくつかの大型ディーゼル機関を示す。ディーゼル機関からの排気ガスの流れ３、３´が部分的に導かれまたはディーゼル機関が部分負荷、例えば、７５％の出力率以下で運転されているときに、排気ガスは、完全にターボ装置４、４´等を通じて、第１排気ガスボイラ６、６´等の中に導かれる。ターボ装置等４、４´等から排気ガスボイラ６、６´中への排気ガスの流れは、符号５、５´により示してある。それに加えて、装入空気（ｃｈａｒｇｅ  ａｉｒ）７、７´等がターボ装置４、４´等のターボチャージャー部分を通じてディーゼル機関１、１´中に供給される。
【００１８】
排気ガスボイラ６、６´等は、該排気ボイラを通じて蒸気発生回路１４、１４´等および１５、１５´等を配置することにより蒸気を発生するために利用されている。蒸気発生回路１４、１４´等および１５、１５´等は、第２排気ガスボイラまたは実際問題として過熱器１１を通じて発電機１７を運転する蒸気タービン１６の中に導かれ、蒸気タービン１６からさらに復水器１８の中に導かれる。本発明の基本的な概念によれば、ディーゼル機関が例えば７５％の出力率以上の全負荷または殆ど全負荷に近い負荷で運転されているときに、側流８、８´等が各々の機関の排気ガスの流れ３、３´等から取り出され、発生した蒸気を蒸気タービン１６に供給する前に発生した蒸気の温度を実質的に上昇することにより蒸気発生回路１４および１５内の蒸気を精製するために制御弁９、９´等を通じて過熱器１１の中に導かれる。このようにして、蒸気タービン１６の効率を実質的に高めることができ、従って、発電所の全効率比（ｔｏｔａｌ  ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｒａｔｅ）もまた高めることができる。その理由は、ディーゼル機関の排気ガスの流れから取り出される側流８、８´等がすべての状態においてターボ装置４、４´等を通じて導かれる排気ガスの流れ５、５´等に対してどちらかといえば小量であり、従って、ターボ装置４、４´等の効率に対する側流８、８´の影響は非常に大きくないからである。制御弁９、９´等により、各々の側流８、８´等を各々の場合における該ディーゼル機関の出力率に従って別個に制御することができ、それにより個々のディーゼル機関の負荷の起こり得る変動と関係なく、発電所の順応性のある運転が可能になることに特に留意すべきである。
【００１９】
本発明は一つまたはいくつかのディーゼル機関が含まれることとは関係なく利用することができる。図１から明らかであるように、各々の機関は、それ自体のターボ装置４、４´等と、該ターボ装置等の下流側のそれ自体の排気ガスボイラ６、６´等とを有し、かつこれらの排気ガスボイラ６、６´等、それ自体の別個の蒸気発生回路１４、１４´等および１５、１５´等のそれぞれと組み合わされている。しかしながら、いくつかの機関の場合には、過熱器１１および蒸気タービン１６がすべての機関のために共通であり、それにより発電所の投資コストを減少する傾向がある。この場合には、一方において蒸気発生回路１４、１４´等と、他方において蒸気発生回路１５、１５´等が過熱器１１の中に延在する前に前記回路１４、１４´等および１５、１５´が２つの回路１４および１５と連結されることが好ましい。同様に、側流８、８´等は、過熱器１１の中に延在する前に共通の流れ１０と合流することが好ましい。過熱器１１の利用に関するいくつかの代替装置を以下に説明するが、この説明は各々の場合のすべての機関に共通である。
【００２０】
図１の場合には、排気ガスが過熱器１１から発電機１３を運転するユーティリティタービン１２中に導かれる。排気ガスは、ユーティリティタービン１２からさらに回路２０内で付加的な蒸気を発生するために排気ガスボイラ１９の中に導くことができ、さらに蒸気発生回路１５の中に供給される。
【００２１】
図２の解決方法は、図１の装置とは、ユーティリティタービン１２と排気ガスボイラ１９との間に過熱器２１が配置され、蒸気発生回路１５が蒸気タービン１６の中に流入する前に過熱器２１を通じて導かれる点で異なっている。従って、この場合には、過熱器１１は、側流８の排気ガスの熱エネルギの部分がユーティリティタービン１２の上流側の回路１４により回収されかつ熱エネルギの部分がユーティリティタービン１２の下流側の回路１５により回収されるようにある意味で二つの部分に分離されている。
【００２２】
それと対応して、図３の解決方法は、図１の装置とは、過熱器１１と排気ガスボイラ１９との間のユーティリティタービン１２が完全に取り外され、それにより排気ガスの熱エネルギがこの状態においてさらに蒸気タービン１６に供給されるべき付加的な蒸気を発生するためにのみ利用される点で異なっている。
【００２３】
これらの異なる代替解決方法は、発電機１３に対して発電機１７により発電されるべき電気の度合に影響をおよぼす。発電するためのさらに一つの解決方法は、発電機１７および１３を同じ軸上に配置することであろう。すべての場合において、発電所の全効率比の改良および最適化に関する影響は重要である。
【００２４】
本来、排気ガスボイラ６、６´等および蒸気を発生するための該排気ガスボイラの利用は、多数の異なる方法で構成することができる。従って、例えば、人々が一方において飽和蒸気を発生しかつ他方において過熱蒸気を発生することを所望する度合に応じて一つまたはそれ以上の蒸気発生回路を設けることができよう。同様に、一つの排気ガスボイラのかわりに、必要なときに、連続して配置されたいくつかの排気ガスボイラのそれぞれを利用することができる。
【００２５】
従って、本発明は図示した実施例に限定されず、いくつかの実施例が特許請求の範囲内で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による解決方法の一実施例を略図で示した図。
【図２】図１の実施例の変型を略図で示す図。
【図３】図１の実施例の別の一つの変型を略図で示す図。
【符号の説明】
１  大型ディーゼル機関
１´  大型ディーゼル機関
２  発電機
２´  発電機
３  排気ガスの流れ
３´  排気ガスの流れ
４  ターボ装置
４´  ターボ装置
５  排気ガスの流れ
５´  排気ガスの流れ
６  排気ガスボイラ
６´  排気ガスボイラ
７  装入空気
７´  装入空気
８  側流
８´  側流
９  制御弁
９´  制御弁
１０  共通の流れ
１１  過熱器
１２  ユーティリティタービン
１３  発電機
１４  蒸気発生回路
１４´  蒸気発生回路
１５  蒸気発生回路
１５´  蒸気発生回路
１６  蒸気タービン
１７  発電機
１８  復水器
１９  排気ガスボイラ
２０  回路
２１  過熱器
【図１】
0004060959.tif 000002
【図２】
0004060959.tif 000003
【図３】
0004060959.tif 000004