蒸気タービン発電システム
【課題】 １５０℃以下の低温排ガスから熱を回収して利用し、蒸気タービン発電を増加して熱利用の効率を向上させるための蒸気タービン発電システムを提供する。
【解決手段】 蒸気タービン発電システムにおいて、熱媒体と水で熱交換をさせる熱交換器６１，６２と蒸気タービン４１の真空段に蒸気を供給する真空フラッシャー６３を備えて、熱交換器６１，６２に熱媒体を供給して真空段の真空下における水沸点を超えた温度を有する水流体を生成させ、真空フラッシャー６３に供給して真空段の真空下で蒸気を発生させ、蒸気タービン４１の真空段に投入することにより発電量を増加させる。
【解決手段】 蒸気タービン発電システムにおいて、熱媒体と水で熱交換をさせる熱交換器６１，６２と蒸気タービン４１の真空段に蒸気を供給する真空フラッシャー６３を備えて、熱交換器６１，６２に熱媒体を供給して真空段の真空下における水沸点を超えた温度を有する水流体を生成させ、真空フラッシャー６３に供給して真空段の真空下で蒸気を発生させ、蒸気タービン４１の真空段に投入することにより発電量を増加させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来よりも低温の熱源を活用して発電量を増加させる蒸気タービン発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントキルン、製鉄所、金属精錬所、化学工場、ゴミ焼却炉、地熱発電所など、廃熱等の比較的冷温の熱が発生する施設では、排ガス等の熱を廃熱ボイラ等で回収あるいは生成した蒸気で蒸気タービンを駆動して発電する蒸気タービン発電設備を備えて、エネルギー資源の有効活用を図っている。
【０００３】
特許文献１には、セメント焼成プラントの廃熱を利用した発電システムが記載されている。
セメント焼成プラントでは、たとえば、サスペンションプレヒータ（以下単に「プレヒータ」または「ＰＨ」ともいう）から３００〜４００℃の排ガスが、また、エアクエンチングクーラー（以下単に「クエンチングクーラー」または「ＡＱＣ」ともいう）からほぼ２５０〜３００℃の排ガスが大量に放出されている。これらＰＨからの排ガスとＡＱＣからの排ガスは、プラントの運転状況により温度や廃熱量が大幅に異なる。特に、ＡＱＣからの排ガス温度は周期的な大幅変動を繰り返す。
【０００４】
従来のセメント焼成プラント廃熱回収発電システムでは、たとえば、ＰＨの排ガスを熱媒とするＰＨボイラとＡＱＣの排ガスを熱媒とするＡＱＣボイラを設けて、両ボイラで高圧蒸気を発生させて蒸気タービンの高圧段に投入し、またＡＱＣボイラのヒータ部で得られる余剰熱水をフラッシャーで気液分離して発生させた低圧蒸気を低圧段に投入し、蒸気タービンを駆動する。ＡＱＣヒータの排ガス出口温度は約１００℃で、ＰＨボイラの排ガス出口温度は２００〜２５０℃になる。
【０００５】
しかし、ＡＱＣボイラ設置後のセメント焼成プラントには、ＡＱＣ低温部からの排ガスや廃熱回収後の排ガスなど、さらに低温の熱源が存在するが、低温熱源からの低温媒体では蒸気タービンの適宜な段に供給できる蒸気を生成することが困難であり、熱回収の対象となっていなかった。
製鉄所における焼結クーラーにおいても、２５０〜４５０℃の高温排ガスについて廃熱回収する発電システムが利用されているが、焼結クーラーの低温側排ガスの廃熱は対象とされていない。
【０００６】
このように、従来は、たとえば工場における１５０℃以下の低温熱源については、蒸気タービンに供給できる蒸気を生成することが困難であり、利用対象となっていなかった。
しかし、近時、環境問題や費用節減や、特に東日本大震災を契機とした安全な発電手段選択の要請などの事情もあって、より高度な廃熱利用が求められ、工場等で発生するさらに低温の排ガス等からも効率よく熱利用をすることが望まれるようになってきた。
【０００７】
低温熱源から熱回収して電力を得る方法として、たとえば特許文献２に開示されたような、バイナリーサイクル発電システムがある。バイナリーサイクル発電システムは、ペンタンやトリフルオロエタノールなど、水より沸点の低い媒体を作動媒体として、低温熱源からの熱で蒸発させた媒体蒸気を使って蒸気タービンを駆動し発電する、クローズなランキンサイクル式タービン発電システムで、従来は利用できなかった低温の蒸気や熱水から熱回収をすることができる。
【０００８】
しかし、バイナリーサイクル発電システムは、低温熱源に適した発電システムであって、高温熱源が共存する状況においては、高温蒸気を使った高効率の蒸気タービンシステムを備えた上で、高価な熱媒体を使うバイナリーサイクル用の蒸気タービンシステムを追加することになり、費用対効果の観点からも満足できるものとなっていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１５７１８３号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、従来の蒸気タービン発電プラントの構成を活用して、大きな変更を加えず安価に、低温熱源からより高度な熱利用をすることを可能にする蒸気タービン発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の蒸気タービン発電システムは、蒸気タービンに大気圧以上の圧力を有する高温の水蒸気を供給して発電する蒸気タービン発電システムにおいて、蒸気タービンの真空段と接続された真空フラッシャーをさらに備えて、真空フラッシャーに温水を供給しフラッシュさせて生成した大気圧以下の水蒸気を蒸気タービンの真空段に投入するようにしたことを特徴とする。
さらに加熱器を備えて、プラント等の低温熱源から供給された熱媒で加熱して温水を生成し、真空フラッシャーに供給するようにしてもよい。
【００１２】
加熱器として熱交換器を用いて、加熱側流体として１５０℃以下常温以上の温度を有する水またはガスを供給して温水を生成させることができる。
大気圧以下の真空で水蒸気を発生させればよいので、熱交換器に供給する加熱側流体は１５０℃以下の温度であってもよい。
【００１３】
本発明の蒸気タービン発電システムは、低温熱源からの低温媒体と作動媒体の水とを熱交換して１００℃以下の温水を生成し、この温水を真空フラッシャーに供給して真空下でフラッシュさせて水蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンの真空段に供給することにより、タービン出力を増大させるので、低温熱源を有効に利用することができる。
【００１４】
本発明の蒸気タービン発電システムは、従来の蒸気タービン発電システムに対して真空フラッシャーあるいはさらに加熱器を増設することで構成することができる。作動媒体として、バイナリーサイクル発電システムで使う高価な熱媒体でなく、安価でありながら優れた熱媒特性を有する水が使えるので、製作コストと運転コストを抑制できる。特に蒸気タービン発電システムが既存の場合には、追加投資も僅かで済み経済的である。なお、熱交換器を低温熱源の近傍に設置し真空フラッシャーを蒸気タービンの近傍に設置すれば、排ガスなどの廃熱を熱搬送能力の高い水により伝達し蒸気タービンのそばで蒸気にして供給するので、両者間の熱エネルギーの搬送を比較的細い配管により行うことができ、設備費を抑制することができる。
【００１５】
本発明の蒸気タービン発電システムをセメント焼成プラントに適用する場合は、熱交換器に導入する低温媒体として、セメント焼成プラントにおけるサスペンションプレヒータ（ＰＨ）で発生してＰＨボイラで熱回収した後の低温排ガス、エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）で発生してＡＱＣボイラで熱回収した後の低温排ガス、さらにＡＱＣの低温部から排出される排ガスなどを利用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の蒸気タービン発電システムにより、水を作動媒体とした蒸気タービン発電装置を利用して、高温熱源からの熱回収に加えて、低温熱源から放出される熱エネルギーを有効に回収して、高効率の熱利用を経済的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の１実施例に係る蒸気タービン発電システムのブロック図である。
【図２】本実施例を適用する廃熱回収発電プラントの例を示すブロック図である。
【図３】本実施例を適用するセメント焼成プラント排ガス処理設備を示すブロック図である。
【図４】本発明の別の実施例に係る蒸気タービン発電システムのブロック図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例に係る蒸気タービン発電システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施例を用いて本発明の蒸気タービン発電システムについて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は第１実施例の蒸気タービン発電システムのブロック図、図２は本実施例を適用する廃熱回収発電プラントのブロック図、図３は本実施例を適用するセメント焼成プラント排ガス処理設備のブロック図である。なお、図面において、同じ機能を表す要素には同じ参照番号を当てて説明を省略する場合がある。
【００２０】
本実施例の蒸気タービン発電システムは、図１に示すように、本発明の蒸気タービン発電システムを、図３に示したセメント焼成プラントの排ガス処理設備に適用した例を示すものである。
図３に示したセメント焼成プラントでは、キルン１のプレヒータ（ＰＨ）２から３００〜４００℃の排ガスが発生し、原料粉砕工程６の原料ミル７で原料を予熱するために利用した後、電気集塵機（ＥＰ）１０を通して煙突１２から大気に放出される。また、キルン１のクエンチングクーラー（ＡＱＣ）３から平均温度で２５０〜３００℃のテールガスが発生する。ＡＱＣ３からの排ガスは電気集塵機（ＥＰ）１６を通して煙突１８から大気に放出される。なお、図中、参照番号５，９，１１，１７はファン、参照番号８はサイクロン、参照番号１４は除塵槽を示す。
【００２１】
このように、セメント焼成プラントからは、排ガスに搬送されて大量の熱が放棄されている。このため、従来、たとえば図２に示すような廃熱回収発電プラントを装備することにより高温の排ガスから廃熱の大きな部分を回収してきた。
【００２２】
図２に示す従来技術の廃熱回収発電プラントは、ある条件におけるセメント焼成プラント排ガス処理設備に適用したもので、ＰＨの排ガスを加熱媒体とするＰＨボイラ２１と、ＡＱＣの高温部からの排ガスを加熱媒体とするＡＱＣボイラ３１を備え、さらに、ＡＱＣボイラ３１から温水の供給を受けて気水分離するフラッシャー５１を備えている。そして、ＰＨボイラ２１とＡＱＣボイラ３１で発生する高圧蒸気を蒸気タービン４１の高圧段に、フラッシャー５１で発生する低圧蒸気を蒸気タービン４１の低圧段に投入させて蒸気タービン４１を駆動し、発電機４２により廃熱のエネルギーを電力として効率よく回収するものである。
【００２３】
ＰＨボイラ２１には、内部に過熱器２２と蒸発器２３が設けられ、外に汽水ドラム２４とポンプ２５と調節弁２６が設けられている。ＰＨからの、温度３２５℃、流量３８９，０００Ｎｍ３／ｈの排ガスは、ＰＨボイラ２１に加熱側流体として供給される。汽水ドラム２４の水がポンプ２５で蒸発器２３に供給され蒸気を含んだ混合水となって汽水ドラム２４に戻って蒸気と熱水に分離する。汽水ドラム２４の蒸気は、過熱器２２で過熱蒸気になって、配管２７に供給される。調節弁２６は、汽水ドラム２４の水頭を確保するように供給水量を調節する。ＰＨボイラ２１から排出された排ガスは、図３に示すように、原料粉砕工程６で原料を予熱する熱源として利用された後に、電気集塵機１０に通して煙突１２から大気に放出される。
【００２４】
ＡＱＣボイラ３１には、内部に過熱器３２、蒸発器３３、予熱器３４が設けられ、外に汽水ドラム３５と調節弁３６が設けられている。ＡＱＣで発生するテールガスのうち高温領域から平均３６０℃の排ガス２０６，２５０Ｎｍ３／ｈを取り出してＡＱＣボイラ３１に加熱側流体として供給する。ボイラ給水ポンプ３８によりＡＱＣボイラ３１に供給される温水は、予熱器３４で加熱され熱水となってＰＨボイラ２１に供給される。予熱器３４で生成された熱水の一部は、調節弁３６を介して汽水ドラム３５に供給され、蒸発器３３と過熱器３２を介して過熱蒸気となって、配管３７に供給される。また、予熱器３４で生成された熱水の残りは、フラッシャー５１に供給される。
配管２７の過熱蒸気と配管３７の過熱蒸気は蒸気配管２８で合流して、蒸気タービン４１の高圧段に供給される。
【００２５】
フラッシャー５１は調節弁５２を備え、ＡＱＣボイラ３１から供給される熱水を槽内にフラッシュして気液分離し発生した大気圧以上の蒸気を、配管５３を介して蒸気タービン４１の低圧段に供給し、分離された温水は配管５４を介して蒸気タービン４１の復水に合流し、ボイラ給水ポンプ３８によりＡＱＣボイラ３１に戻される。
【００２６】
蒸気タービン発電機は、蒸気タービン４１と発電機４２を主機として構成される。
蒸気タービン４１は、高圧段に投入された高圧蒸気と低圧段に投入された低圧蒸気で駆動され、回転軸同士が変速機構を介してつながる発電機４２を駆動して電力を発生させる。この条件下では、発電機４２から９１００ｋＷの電力を得ることができる。
【００２７】
蒸気タービン４１の末端は復水器４３に接続されている。蒸気タービン４１の蒸気が復水器４３で冷却され凝縮して低温の復水になるため、蒸気タービン４１の末端部は減圧して真空状態になり、蒸気タービン４１の最終段から上流側の数段については、真空状態の真空段となっている。なお、蒸気タービン４１の末端部における真空度が高いほどタービン出力が大きくなる。
復水器４３の冷却には、冷却塔４６で製造され冷水ポンプ４７で供給される冷却水が使用される。なお、冷却水は、一部を取り出してタービンや発電機などの補機４８に使用する。
【００２８】
復水器４３で生成した復水は、復水ポンプ４４によりグランド蒸気復水器４５を介してＡＱＣボイラ３１の予熱器３４に送水される。
蒸気タービン４１の軸封部シール用蒸気はグランド蒸気復水器４５で蒸気タービン４１の復水と熱交換して凝縮しＡＱＣボイラ３１の給水に注入される。
また、補給水は、補給水タンク４９から復水器４３に補給することができる。
【００２９】
ところで、図３に示したように、セメント焼成プラントでは、従来も効果的な回収が図られてきたＰＨ２あるいはＡＱＣ３の高温部から放出される比較的高温な排ガスの他に、熱回収の難しい１５０℃以下の低温熱源が存在する。たとえば、従来法によりＰＨ２の排ガスから熱回収した後のガスは、電気集塵機１０を通過する前後において１００℃の温度を保っており、また、ＡＱＣ３の高温領域から抜き出した残りの排ガスも平均温度が１１０℃程度あり、またＡＱＣ３の高温部からの排ガスから熱回収した後のガスを合流させた後で電気集塵機１６を通過する前後の排ガスも９０℃になっている。
【００３０】
図１に示す本実施例の蒸気タービン発電システムは、図２に示した従来技術に係る廃熱回収発電プラントに対して、さらに上記のような１５０℃以下の低温熱源の熱を回収するために、必要な要素を付加することにより構成したものである。
本発明の蒸気タービン発電システムは、蒸気タービンに真空段が存在することに注目して、その真空に対応する水蒸気を温水から生成させて真空段に投入して蒸気タービンの回転を助勢することにより、高価な熱媒体を使用することなく、発電機出力を増加させることを可能にしたものである。
【００３１】
本実施例における上記付加要素は、図１において太線で示した通り、ＰＨ熱交換器６１、ＡＱＣ熱交換器６２、真空フラッシャー６３、熱交給水ポンプ６４とこれらに付帯する配管である。
ＰＨ熱交換器６１は、図３に示すように、サスペンションプレヒータ（ＰＨ）２の排気ガス処理設備における電気集塵機１０と煙突１２の間に設けられ、１００℃の排ガスの供給を受けて熱を回収する。
また、ＡＱＣ熱交換器６２は、エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）３の排気ガス処理設備における電気集塵機１６と煙突１８の間に設けられ、９０℃の排ガスの供給を受けて熱を回収する。
【００３２】
ＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２で得られた温水は、真空フラッシャー６３に搬送され、ここで低真空でフラッシュされて水蒸気となり、蒸気配管６５を介して蒸気タービン４１の真空段に投入され、発電機４２の出力を増大させて、復水器４３で復水し、グランド蒸気復水器４５を通ってＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２の熱交回路に戻ってくる。
熱交給水ポンプ６４は、真空フラッシャー６３で分離された温水とグランド蒸気復水器４５を介して戻る温水を熱交回路中に循環させる機能を有する。
【００３３】
真空フラッシャー６３で発生させる真空下の蒸気は、蒸気タービン４１の投入段における真空雰囲気に対して大きな圧力差がとれないため、蒸気を搬送する蒸気配管６５は大きな管径をもった、できるだけ短い配管であることが求められる。また、エネルギーを搬送する媒体として蒸気より液体の方が優れているので、ＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２から真空フラッシャー６３までの温水配管を延ばしても、蒸気配管６５を短くすることで効率が高くなる。このため、真空フラッシャー６３は、蒸気タービン４１の機側に配置することが好ましい。
【００３４】
図２に示した運転条件と同じ条件で検討すると、ＰＨ熱交換器６１では、電気集塵機１０の下流から１００℃の排ガス３４０，０００Ｎｍ３／ｈを取って、熱交換により８２℃に冷却した後に煙突１２から放出させる。一方、ＰＨ熱交換器６１は、熱交給水ポンプ６４により供給される７３℃の温水を８５℃に昇温させて真空フラッシャー６３に供給する。
また、ＡＱＣ熱交換器６２では、電気集塵機１６の下流から９０℃の排ガス２００，０００Ｎｍ３／ｈを取って、熱交換により８２℃まで冷却して煙突１８から放出する。ＡＱＣ熱交換器６２では、７３℃の温水を８０℃に昇温させて真空フラッシャー６３に供給することができる。
【００３５】
真空フラッシャー６３では、温水から０．３５ｂａｒＡの真空蒸気を４．３７ｔ／ｈ生成して、蒸気配管６５を通じて蒸気タービン４１の真空段に投入することができる。
こうして、本実施例の蒸気タービン発電システムを用いることにより、従来技術では利用しなかった低温熱源から熱エネルギーを回収して、２６０ｋＷの電力を増加させて、廃熱回収発電プラントの出力を９３６０ｋＷとすることができる。
【００３６】
本実施例の蒸気タービン発電システムは、ペンタンやトリフルオロエタノールなど高価な低沸点熱媒体を使用することなく、従来から使用する水蒸気を使った蒸気タービン発電機の構成をそのまま活用し、真空フラッシャーを利用して低温熱源から低圧蒸気を発生させ適宜な真空段に投入して発電量を増加させて、熱エネルギーを回収するので、設備費も運転費も節減できて、費用対効果の優れた廃熱回収発電が可能になる。
なお、廃熱回収蒸気タービン発電装置が既設の場合には、僅かな改修を施すことで、より低温の熱源から熱回収できるようにすることができる。
【実施例２】
【００３７】
図４は本発明の第２実施例に係る蒸気タービン発電システムのブロック図である。図中の太線部分は、図２に示した従来技術の廃熱回収発電プラントと異なる部分を示す。
本実施例では、第１実施例の構成機器と同じ機器を使うが、機器同士を接続する配管が相違する。すなわち、本実施例の蒸気タービン発電システムを第１実施例のものと対比すると、ＰＨの低温熱源から熱回収するＰＨ熱交換器６１と真空フラッシャー６３の関係は変更がないが、ＡＱＣの低温熱源から熱回収するＡＱＣ熱交換器６２に係る配管および真空フラッシャー６３に係る配管が異なるので、以下において相違点に関してのみ詳しく説明する。
【００３８】
本実施例の蒸気タービン発電システムでは、図４に示すように、第１実施例で高温熱源の熱回収をするＡＱＣボイラ３１の予熱器３４に供給されていた復水の全量を、ＡＱＣ熱交換器６２を通して供給するようにすると共に、予熱器３４から供給される熱水から低圧蒸気を生成するフラッシャー５１の分離水を真空フラッシャー６３に供給するようにしている。真空フラッシャー６３の分離水は復水器４３で生成する低温の復水と合流させた後に、ＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２に分配するようになっている。
【００３９】
本実施例の構成によれば、ＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２に供給する水媒体の温度が低温化し、熱交換器の熱媒入り口と熱媒出口の温度差が大きくなるため、低温熱源からの熱回収効率が向上する。すなわち、第１実施例における条件下では熱交換器６１，６２の水の入り口温度が７３℃とされていたが、本実施例では同じ条件で５５℃になっている。このため、発電機４２の出力も増加することになる。
【実施例３】
【００４０】
図５は本発明の第３実施例に係る蒸気タービン発電システムのブロック図である。
本実施例は、従来の蒸気タービン発電システムに真空フラッシャーを付設することにより、従来利用できなかったシステム内の低温熱源から熱回収して効率を向上させたものである。
【００４１】
本実施例の蒸気タービン発電システムでは、ボイラ等の熱源７１で熱水を生成して気水分離器７２に供給し、気水分離器７２で生成した高圧蒸気を蒸気タービン７５の高圧段に送入する。また、気水分離器７２で分離された水は、フラッシャー７３に供給してフラッシュして低圧蒸気と温水を生成し、低圧蒸気は蒸気タービン７５の低圧段に送入する。
蒸気タービン７５が、発電機７６を駆動して発電させる。蒸気タービン７５の最終段は復水器７７につながっていて、中の水蒸気が冷水で冷却され凝縮して真空に減圧される。
復水器７７で凝縮した復水は、復水ポンプで熱源７１に送られ熱水になり、蒸気タービン７５の作動媒体として再び利用される。
【００４２】
フラッシャー７３で生成する温水は、従来は低温のため熱回収が困難として、そのまま循環水に加えて再度ボイラ等の熱源７１で加熱されるものであったが、本実施例では、真空下でフラッシュするようにした真空フラッシャー７４に供給される。真空フラッシャー７４で分離された温水は、蒸気タービン７５の復水器７７から還流する復水と混ぜられて、作動流体として熱源７１で再加熱されて利用される。
真空フラッシャー７４の蒸気配管が蒸気タービン７５の真空段につながれていて、真空フラッシャー７４で発生した真空蒸気は真空段に供給されて、発電機７６の出力を増大させる。
【００４３】
本実施例の蒸気タービン発電システムでは、大気圧以下の真空状態で沸点が１００℃より低下することに注目して、真空フラッシャー７４を設けてシステム内に存在する低温熱源を利用し、発電能力を増大させることができる。
なお、本実施例の熱源７１は、蒸気タービン発電システムの外部に存在する各種熱源そのものであっても、また外部熱源から供給される熱媒体から熱を与えられて熱水を発生する加熱器や熱交換器などであってもよい。また、たとえば、地下に存在する熱水源などであってもよい。
【００４４】
本発明の蒸気タービン発電システムでは、蒸気タービンの真空段を利用して、真空フラッシャーで生成した低温の水蒸気を投入して発電量を増大するので、従来利用しきれなかった各種プラントの低温廃熱や自然界の低温熱源から熱の回収が可能である。
上記実施例では、セメント焼成プラントのサスペンションプレヒータとエアクエンチングクーラーに適用して排ガス処理装置の電気集塵機を通った、比較的低温の排ガスから熱回収する場合を主として説明したが、これらに限られないことはいうまでもない。たとえば、エアクエンチングクーラーの低温部から排出される排ガスから直接に熱回収することもできる。また、事情によって、サスペンションプレヒータとエアクエンチングクーラーのいずれか一方に対して適用することも可能である。
【００４５】
また、同じ技術的思想は、たとえば、ゴミ焼却場の焼却炉や製鉄所の焼結クーラーなど、他のプラントにおける、より低温な廃熱源を対象にする場合にも適用することができる。さらに、地熱発電プラントなどにおいても、従来利用し難かった低温熱源を活用するために適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の蒸気タービン発電システムは、各種プラントあるいは自然界において、利用が難しかった低温の熱源から熱回収して電力化することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ キルン
２ サスペンションプレヒータ（ＰＨ）
３ エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）
５，９，１１，１７ ファン
６ 原料粉砕工程
７ 原料ミル
８ サイクロン
１０ 電気集塵機
１２，１８ 煙突
１４ 除塵槽
１６ 電気集塵機
２１ ＰＨボイラ
２２ 過熱器
２３ 蒸発器
２４ 気水ドラム
２５ ポンプ
２６ 調節弁
２７ 配管
２８ 蒸気配管
３１ ＡＱＣボイラ
３２ 過熱器
３３ 蒸発器
３４ 予熱器
３５ 汽水ドラム
３６ 調節弁
３７ 配管
３８ ボイラ給水ポンプ
４１ 蒸気タービン
４２ 発電機
４３ 復水器
４４ 復水ポンプ
４５ グランド蒸気復水器
４６ 冷却塔
４７ 冷水ポンプ
４８ 補機
４９ 補給水タンク
５１ フラッシャー
５２ 調節弁
５３ 配管
５４ 配管
６１ ＰＨ熱交換器
６２ ＡＱＣ熱交換器
６３ 真空フラッシャー
６４ 熱交給水ポンプ
６５ 蒸気配管
７１ 熱源
７２ 気水分離器
７３ フラッシャー
７４ 真空フラッシャー
７５ 蒸気タービン
７６ 発電機
７７ 復水器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来よりも低温の熱源を活用して発電量を増加させる蒸気タービン発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントキルン、製鉄所、金属精錬所、化学工場、ゴミ焼却炉、地熱発電所など、廃熱等の比較的冷温の熱が発生する施設では、排ガス等の熱を廃熱ボイラ等で回収あるいは生成した蒸気で蒸気タービンを駆動して発電する蒸気タービン発電設備を備えて、エネルギー資源の有効活用を図っている。
【０００３】
特許文献１には、セメント焼成プラントの廃熱を利用した発電システムが記載されている。
セメント焼成プラントでは、たとえば、サスペンションプレヒータ（以下単に「プレヒータ」または「ＰＨ」ともいう）から３００〜４００℃の排ガスが、また、エアクエンチングクーラー（以下単に「クエンチングクーラー」または「ＡＱＣ」ともいう）からほぼ２５０〜３００℃の排ガスが大量に放出されている。これらＰＨからの排ガスとＡＱＣからの排ガスは、プラントの運転状況により温度や廃熱量が大幅に異なる。特に、ＡＱＣからの排ガス温度は周期的な大幅変動を繰り返す。
【０００４】
従来のセメント焼成プラント廃熱回収発電システムでは、たとえば、ＰＨの排ガスを熱媒とするＰＨボイラとＡＱＣの排ガスを熱媒とするＡＱＣボイラを設けて、両ボイラで高圧蒸気を発生させて蒸気タービンの高圧段に投入し、またＡＱＣボイラのヒータ部で得られる余剰熱水をフラッシャーで気液分離して発生させた低圧蒸気を低圧段に投入し、蒸気タービンを駆動する。ＡＱＣヒータの排ガス出口温度は約１００℃で、ＰＨボイラの排ガス出口温度は２００〜２５０℃になる。
【０００５】
しかし、ＡＱＣボイラ設置後のセメント焼成プラントには、ＡＱＣ低温部からの排ガスや廃熱回収後の排ガスなど、さらに低温の熱源が存在するが、低温熱源からの低温媒体では蒸気タービンの適宜な段に供給できる蒸気を生成することが困難であり、熱回収の対象となっていなかった。
製鉄所における焼結クーラーにおいても、２５０〜４５０℃の高温排ガスについて廃熱回収する発電システムが利用されているが、焼結クーラーの低温側排ガスの廃熱は対象とされていない。
【０００６】
このように、従来は、たとえば工場における１５０℃以下の低温熱源については、蒸気タービンに供給できる蒸気を生成することが困難であり、利用対象となっていなかった。
しかし、近時、環境問題や費用節減や、特に東日本大震災を契機とした安全な発電手段選択の要請などの事情もあって、より高度な廃熱利用が求められ、工場等で発生するさらに低温の排ガス等からも効率よく熱利用をすることが望まれるようになってきた。
【０００７】
低温熱源から熱回収して電力を得る方法として、たとえば特許文献２に開示されたような、バイナリーサイクル発電システムがある。バイナリーサイクル発電システムは、ペンタンやトリフルオロエタノールなど、水より沸点の低い媒体を作動媒体として、低温熱源からの熱で蒸発させた媒体蒸気を使って蒸気タービンを駆動し発電する、クローズなランキンサイクル式タービン発電システムで、従来は利用できなかった低温の蒸気や熱水から熱回収をすることができる。
【０００８】
しかし、バイナリーサイクル発電システムは、低温熱源に適した発電システムであって、高温熱源が共存する状況においては、高温蒸気を使った高効率の蒸気タービンシステムを備えた上で、高価な熱媒体を使うバイナリーサイクル用の蒸気タービンシステムを追加することになり、費用対効果の観点からも満足できるものとなっていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１５７１８３号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、従来の蒸気タービン発電プラントの構成を活用して、大きな変更を加えず安価に、低温熱源からより高度な熱利用をすることを可能にする蒸気タービン発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の蒸気タービン発電システムは、蒸気タービンに大気圧以上の圧力を有する高温の水蒸気を供給して発電する蒸気タービン発電システムにおいて、蒸気タービンの真空段と接続された真空フラッシャーをさらに備えて、真空フラッシャーに温水を供給しフラッシュさせて生成した大気圧以下の水蒸気を蒸気タービンの真空段に投入するようにしたことを特徴とする。
さらに加熱器を備えて、プラント等の低温熱源から供給された熱媒で加熱して温水を生成し、真空フラッシャーに供給するようにしてもよい。
【００１２】
加熱器として熱交換器を用いて、加熱側流体として１５０℃以下常温以上の温度を有する水またはガスを供給して温水を生成させることができる。
大気圧以下の真空で水蒸気を発生させればよいので、熱交換器に供給する加熱側流体は１５０℃以下の温度であってもよい。
【００１３】
本発明の蒸気タービン発電システムは、低温熱源からの低温媒体と作動媒体の水とを熱交換して１００℃以下の温水を生成し、この温水を真空フラッシャーに供給して真空下でフラッシュさせて水蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンの真空段に供給することにより、タービン出力を増大させるので、低温熱源を有効に利用することができる。
【００１４】
本発明の蒸気タービン発電システムは、従来の蒸気タービン発電システムに対して真空フラッシャーあるいはさらに加熱器を増設することで構成することができる。作動媒体として、バイナリーサイクル発電システムで使う高価な熱媒体でなく、安価でありながら優れた熱媒特性を有する水が使えるので、製作コストと運転コストを抑制できる。特に蒸気タービン発電システムが既存の場合には、追加投資も僅かで済み経済的である。なお、熱交換器を低温熱源の近傍に設置し真空フラッシャーを蒸気タービンの近傍に設置すれば、排ガスなどの廃熱を熱搬送能力の高い水により伝達し蒸気タービンのそばで蒸気にして供給するので、両者間の熱エネルギーの搬送を比較的細い配管により行うことができ、設備費を抑制することができる。
【００１５】
本発明の蒸気タービン発電システムをセメント焼成プラントに適用する場合は、熱交換器に導入する低温媒体として、セメント焼成プラントにおけるサスペンションプレヒータ（ＰＨ）で発生してＰＨボイラで熱回収した後の低温排ガス、エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）で発生してＡＱＣボイラで熱回収した後の低温排ガス、さらにＡＱＣの低温部から排出される排ガスなどを利用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の蒸気タービン発電システムにより、水を作動媒体とした蒸気タービン発電装置を利用して、高温熱源からの熱回収に加えて、低温熱源から放出される熱エネルギーを有効に回収して、高効率の熱利用を経済的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の１実施例に係る蒸気タービン発電システムのブロック図である。
【図２】本実施例を適用する廃熱回収発電プラントの例を示すブロック図である。
【図３】本実施例を適用するセメント焼成プラント排ガス処理設備を示すブロック図である。
【図４】本発明の別の実施例に係る蒸気タービン発電システムのブロック図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例に係る蒸気タービン発電システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施例を用いて本発明の蒸気タービン発電システムについて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は第１実施例の蒸気タービン発電システムのブロック図、図２は本実施例を適用する廃熱回収発電プラントのブロック図、図３は本実施例を適用するセメント焼成プラント排ガス処理設備のブロック図である。なお、図面において、同じ機能を表す要素には同じ参照番号を当てて説明を省略する場合がある。
【００２０】
本実施例の蒸気タービン発電システムは、図１に示すように、本発明の蒸気タービン発電システムを、図３に示したセメント焼成プラントの排ガス処理設備に適用した例を示すものである。
図３に示したセメント焼成プラントでは、キルン１のプレヒータ（ＰＨ）２から３００〜４００℃の排ガスが発生し、原料粉砕工程６の原料ミル７で原料を予熱するために利用した後、電気集塵機（ＥＰ）１０を通して煙突１２から大気に放出される。また、キルン１のクエンチングクーラー（ＡＱＣ）３から平均温度で２５０〜３００℃のテールガスが発生する。ＡＱＣ３からの排ガスは電気集塵機（ＥＰ）１６を通して煙突１８から大気に放出される。なお、図中、参照番号５，９，１１，１７はファン、参照番号８はサイクロン、参照番号１４は除塵槽を示す。
【００２１】
このように、セメント焼成プラントからは、排ガスに搬送されて大量の熱が放棄されている。このため、従来、たとえば図２に示すような廃熱回収発電プラントを装備することにより高温の排ガスから廃熱の大きな部分を回収してきた。
【００２２】
図２に示す従来技術の廃熱回収発電プラントは、ある条件におけるセメント焼成プラント排ガス処理設備に適用したもので、ＰＨの排ガスを加熱媒体とするＰＨボイラ２１と、ＡＱＣの高温部からの排ガスを加熱媒体とするＡＱＣボイラ３１を備え、さらに、ＡＱＣボイラ３１から温水の供給を受けて気水分離するフラッシャー５１を備えている。そして、ＰＨボイラ２１とＡＱＣボイラ３１で発生する高圧蒸気を蒸気タービン４１の高圧段に、フラッシャー５１で発生する低圧蒸気を蒸気タービン４１の低圧段に投入させて蒸気タービン４１を駆動し、発電機４２により廃熱のエネルギーを電力として効率よく回収するものである。
【００２３】
ＰＨボイラ２１には、内部に過熱器２２と蒸発器２３が設けられ、外に汽水ドラム２４とポンプ２５と調節弁２６が設けられている。ＰＨからの、温度３２５℃、流量３８９，０００Ｎｍ３／ｈの排ガスは、ＰＨボイラ２１に加熱側流体として供給される。汽水ドラム２４の水がポンプ２５で蒸発器２３に供給され蒸気を含んだ混合水となって汽水ドラム２４に戻って蒸気と熱水に分離する。汽水ドラム２４の蒸気は、過熱器２２で過熱蒸気になって、配管２７に供給される。調節弁２６は、汽水ドラム２４の水頭を確保するように供給水量を調節する。ＰＨボイラ２１から排出された排ガスは、図３に示すように、原料粉砕工程６で原料を予熱する熱源として利用された後に、電気集塵機１０に通して煙突１２から大気に放出される。
【００２４】
ＡＱＣボイラ３１には、内部に過熱器３２、蒸発器３３、予熱器３４が設けられ、外に汽水ドラム３５と調節弁３６が設けられている。ＡＱＣで発生するテールガスのうち高温領域から平均３６０℃の排ガス２０６，２５０Ｎｍ３／ｈを取り出してＡＱＣボイラ３１に加熱側流体として供給する。ボイラ給水ポンプ３８によりＡＱＣボイラ３１に供給される温水は、予熱器３４で加熱され熱水となってＰＨボイラ２１に供給される。予熱器３４で生成された熱水の一部は、調節弁３６を介して汽水ドラム３５に供給され、蒸発器３３と過熱器３２を介して過熱蒸気となって、配管３７に供給される。また、予熱器３４で生成された熱水の残りは、フラッシャー５１に供給される。
配管２７の過熱蒸気と配管３７の過熱蒸気は蒸気配管２８で合流して、蒸気タービン４１の高圧段に供給される。
【００２５】
フラッシャー５１は調節弁５２を備え、ＡＱＣボイラ３１から供給される熱水を槽内にフラッシュして気液分離し発生した大気圧以上の蒸気を、配管５３を介して蒸気タービン４１の低圧段に供給し、分離された温水は配管５４を介して蒸気タービン４１の復水に合流し、ボイラ給水ポンプ３８によりＡＱＣボイラ３１に戻される。
【００２６】
蒸気タービン発電機は、蒸気タービン４１と発電機４２を主機として構成される。
蒸気タービン４１は、高圧段に投入された高圧蒸気と低圧段に投入された低圧蒸気で駆動され、回転軸同士が変速機構を介してつながる発電機４２を駆動して電力を発生させる。この条件下では、発電機４２から９１００ｋＷの電力を得ることができる。
【００２７】
蒸気タービン４１の末端は復水器４３に接続されている。蒸気タービン４１の蒸気が復水器４３で冷却され凝縮して低温の復水になるため、蒸気タービン４１の末端部は減圧して真空状態になり、蒸気タービン４１の最終段から上流側の数段については、真空状態の真空段となっている。なお、蒸気タービン４１の末端部における真空度が高いほどタービン出力が大きくなる。
復水器４３の冷却には、冷却塔４６で製造され冷水ポンプ４７で供給される冷却水が使用される。なお、冷却水は、一部を取り出してタービンや発電機などの補機４８に使用する。
【００２８】
復水器４３で生成した復水は、復水ポンプ４４によりグランド蒸気復水器４５を介してＡＱＣボイラ３１の予熱器３４に送水される。
蒸気タービン４１の軸封部シール用蒸気はグランド蒸気復水器４５で蒸気タービン４１の復水と熱交換して凝縮しＡＱＣボイラ３１の給水に注入される。
また、補給水は、補給水タンク４９から復水器４３に補給することができる。
【００２９】
ところで、図３に示したように、セメント焼成プラントでは、従来も効果的な回収が図られてきたＰＨ２あるいはＡＱＣ３の高温部から放出される比較的高温な排ガスの他に、熱回収の難しい１５０℃以下の低温熱源が存在する。たとえば、従来法によりＰＨ２の排ガスから熱回収した後のガスは、電気集塵機１０を通過する前後において１００℃の温度を保っており、また、ＡＱＣ３の高温領域から抜き出した残りの排ガスも平均温度が１１０℃程度あり、またＡＱＣ３の高温部からの排ガスから熱回収した後のガスを合流させた後で電気集塵機１６を通過する前後の排ガスも９０℃になっている。
【００３０】
図１に示す本実施例の蒸気タービン発電システムは、図２に示した従来技術に係る廃熱回収発電プラントに対して、さらに上記のような１５０℃以下の低温熱源の熱を回収するために、必要な要素を付加することにより構成したものである。
本発明の蒸気タービン発電システムは、蒸気タービンに真空段が存在することに注目して、その真空に対応する水蒸気を温水から生成させて真空段に投入して蒸気タービンの回転を助勢することにより、高価な熱媒体を使用することなく、発電機出力を増加させることを可能にしたものである。
【００３１】
本実施例における上記付加要素は、図１において太線で示した通り、ＰＨ熱交換器６１、ＡＱＣ熱交換器６２、真空フラッシャー６３、熱交給水ポンプ６４とこれらに付帯する配管である。
ＰＨ熱交換器６１は、図３に示すように、サスペンションプレヒータ（ＰＨ）２の排気ガス処理設備における電気集塵機１０と煙突１２の間に設けられ、１００℃の排ガスの供給を受けて熱を回収する。
また、ＡＱＣ熱交換器６２は、エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）３の排気ガス処理設備における電気集塵機１６と煙突１８の間に設けられ、９０℃の排ガスの供給を受けて熱を回収する。
【００３２】
ＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２で得られた温水は、真空フラッシャー６３に搬送され、ここで低真空でフラッシュされて水蒸気となり、蒸気配管６５を介して蒸気タービン４１の真空段に投入され、発電機４２の出力を増大させて、復水器４３で復水し、グランド蒸気復水器４５を通ってＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２の熱交回路に戻ってくる。
熱交給水ポンプ６４は、真空フラッシャー６３で分離された温水とグランド蒸気復水器４５を介して戻る温水を熱交回路中に循環させる機能を有する。
【００３３】
真空フラッシャー６３で発生させる真空下の蒸気は、蒸気タービン４１の投入段における真空雰囲気に対して大きな圧力差がとれないため、蒸気を搬送する蒸気配管６５は大きな管径をもった、できるだけ短い配管であることが求められる。また、エネルギーを搬送する媒体として蒸気より液体の方が優れているので、ＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２から真空フラッシャー６３までの温水配管を延ばしても、蒸気配管６５を短くすることで効率が高くなる。このため、真空フラッシャー６３は、蒸気タービン４１の機側に配置することが好ましい。
【００３４】
図２に示した運転条件と同じ条件で検討すると、ＰＨ熱交換器６１では、電気集塵機１０の下流から１００℃の排ガス３４０，０００Ｎｍ３／ｈを取って、熱交換により８２℃に冷却した後に煙突１２から放出させる。一方、ＰＨ熱交換器６１は、熱交給水ポンプ６４により供給される７３℃の温水を８５℃に昇温させて真空フラッシャー６３に供給する。
また、ＡＱＣ熱交換器６２では、電気集塵機１６の下流から９０℃の排ガス２００，０００Ｎｍ３／ｈを取って、熱交換により８２℃まで冷却して煙突１８から放出する。ＡＱＣ熱交換器６２では、７３℃の温水を８０℃に昇温させて真空フラッシャー６３に供給することができる。
【００３５】
真空フラッシャー６３では、温水から０．３５ｂａｒＡの真空蒸気を４．３７ｔ／ｈ生成して、蒸気配管６５を通じて蒸気タービン４１の真空段に投入することができる。
こうして、本実施例の蒸気タービン発電システムを用いることにより、従来技術では利用しなかった低温熱源から熱エネルギーを回収して、２６０ｋＷの電力を増加させて、廃熱回収発電プラントの出力を９３６０ｋＷとすることができる。
【００３６】
本実施例の蒸気タービン発電システムは、ペンタンやトリフルオロエタノールなど高価な低沸点熱媒体を使用することなく、従来から使用する水蒸気を使った蒸気タービン発電機の構成をそのまま活用し、真空フラッシャーを利用して低温熱源から低圧蒸気を発生させ適宜な真空段に投入して発電量を増加させて、熱エネルギーを回収するので、設備費も運転費も節減できて、費用対効果の優れた廃熱回収発電が可能になる。
なお、廃熱回収蒸気タービン発電装置が既設の場合には、僅かな改修を施すことで、より低温の熱源から熱回収できるようにすることができる。
【実施例２】
【００３７】
図４は本発明の第２実施例に係る蒸気タービン発電システムのブロック図である。図中の太線部分は、図２に示した従来技術の廃熱回収発電プラントと異なる部分を示す。
本実施例では、第１実施例の構成機器と同じ機器を使うが、機器同士を接続する配管が相違する。すなわち、本実施例の蒸気タービン発電システムを第１実施例のものと対比すると、ＰＨの低温熱源から熱回収するＰＨ熱交換器６１と真空フラッシャー６３の関係は変更がないが、ＡＱＣの低温熱源から熱回収するＡＱＣ熱交換器６２に係る配管および真空フラッシャー６３に係る配管が異なるので、以下において相違点に関してのみ詳しく説明する。
【００３８】
本実施例の蒸気タービン発電システムでは、図４に示すように、第１実施例で高温熱源の熱回収をするＡＱＣボイラ３１の予熱器３４に供給されていた復水の全量を、ＡＱＣ熱交換器６２を通して供給するようにすると共に、予熱器３４から供給される熱水から低圧蒸気を生成するフラッシャー５１の分離水を真空フラッシャー６３に供給するようにしている。真空フラッシャー６３の分離水は復水器４３で生成する低温の復水と合流させた後に、ＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２に分配するようになっている。
【００３９】
本実施例の構成によれば、ＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２に供給する水媒体の温度が低温化し、熱交換器の熱媒入り口と熱媒出口の温度差が大きくなるため、低温熱源からの熱回収効率が向上する。すなわち、第１実施例における条件下では熱交換器６１，６２の水の入り口温度が７３℃とされていたが、本実施例では同じ条件で５５℃になっている。このため、発電機４２の出力も増加することになる。
【実施例３】
【００４０】
図５は本発明の第３実施例に係る蒸気タービン発電システムのブロック図である。
本実施例は、従来の蒸気タービン発電システムに真空フラッシャーを付設することにより、従来利用できなかったシステム内の低温熱源から熱回収して効率を向上させたものである。
【００４１】
本実施例の蒸気タービン発電システムでは、ボイラ等の熱源７１で熱水を生成して気水分離器７２に供給し、気水分離器７２で生成した高圧蒸気を蒸気タービン７５の高圧段に送入する。また、気水分離器７２で分離された水は、フラッシャー７３に供給してフラッシュして低圧蒸気と温水を生成し、低圧蒸気は蒸気タービン７５の低圧段に送入する。
蒸気タービン７５が、発電機７６を駆動して発電させる。蒸気タービン７５の最終段は復水器７７につながっていて、中の水蒸気が冷水で冷却され凝縮して真空に減圧される。
復水器７７で凝縮した復水は、復水ポンプで熱源７１に送られ熱水になり、蒸気タービン７５の作動媒体として再び利用される。
【００４２】
フラッシャー７３で生成する温水は、従来は低温のため熱回収が困難として、そのまま循環水に加えて再度ボイラ等の熱源７１で加熱されるものであったが、本実施例では、真空下でフラッシュするようにした真空フラッシャー７４に供給される。真空フラッシャー７４で分離された温水は、蒸気タービン７５の復水器７７から還流する復水と混ぜられて、作動流体として熱源７１で再加熱されて利用される。
真空フラッシャー７４の蒸気配管が蒸気タービン７５の真空段につながれていて、真空フラッシャー７４で発生した真空蒸気は真空段に供給されて、発電機７６の出力を増大させる。
【００４３】
本実施例の蒸気タービン発電システムでは、大気圧以下の真空状態で沸点が１００℃より低下することに注目して、真空フラッシャー７４を設けてシステム内に存在する低温熱源を利用し、発電能力を増大させることができる。
なお、本実施例の熱源７１は、蒸気タービン発電システムの外部に存在する各種熱源そのものであっても、また外部熱源から供給される熱媒体から熱を与えられて熱水を発生する加熱器や熱交換器などであってもよい。また、たとえば、地下に存在する熱水源などであってもよい。
【００４４】
本発明の蒸気タービン発電システムでは、蒸気タービンの真空段を利用して、真空フラッシャーで生成した低温の水蒸気を投入して発電量を増大するので、従来利用しきれなかった各種プラントの低温廃熱や自然界の低温熱源から熱の回収が可能である。
上記実施例では、セメント焼成プラントのサスペンションプレヒータとエアクエンチングクーラーに適用して排ガス処理装置の電気集塵機を通った、比較的低温の排ガスから熱回収する場合を主として説明したが、これらに限られないことはいうまでもない。たとえば、エアクエンチングクーラーの低温部から排出される排ガスから直接に熱回収することもできる。また、事情によって、サスペンションプレヒータとエアクエンチングクーラーのいずれか一方に対して適用することも可能である。
【００４５】
また、同じ技術的思想は、たとえば、ゴミ焼却場の焼却炉や製鉄所の焼結クーラーなど、他のプラントにおける、より低温な廃熱源を対象にする場合にも適用することができる。さらに、地熱発電プラントなどにおいても、従来利用し難かった低温熱源を活用するために適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の蒸気タービン発電システムは、各種プラントあるいは自然界において、利用が難しかった低温の熱源から熱回収して電力化することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ キルン
２ サスペンションプレヒータ（ＰＨ）
３ エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）
５，９，１１，１７ ファン
６ 原料粉砕工程
７ 原料ミル
８ サイクロン
１０ 電気集塵機
１２，１８ 煙突
１４ 除塵槽
１６ 電気集塵機
２１ ＰＨボイラ
２２ 過熱器
２３ 蒸発器
２４ 気水ドラム
２５ ポンプ
２６ 調節弁
２７ 配管
２８ 蒸気配管
３１ ＡＱＣボイラ
３２ 過熱器
３３ 蒸発器
３４ 予熱器
３５ 汽水ドラム
３６ 調節弁
３７ 配管
３８ ボイラ給水ポンプ
４１ 蒸気タービン
４２ 発電機
４３ 復水器
４４ 復水ポンプ
４５ グランド蒸気復水器
４６ 冷却塔
４７ 冷水ポンプ
４８ 補機
４９ 補給水タンク
５１ フラッシャー
５２ 調節弁
５３ 配管
５４ 配管
６１ ＰＨ熱交換器
６２ ＡＱＣ熱交換器
６３ 真空フラッシャー
６４ 熱交給水ポンプ
６５ 蒸気配管
７１ 熱源
７２ 気水分離器
７３ フラッシャー
７４ 真空フラッシャー
７５ 蒸気タービン
７６ 発電機
７７ 復水器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンに大気圧以上の圧力を有する高温の水蒸気を供給して発電する蒸気タービン発電システムにおいて、該蒸気タービンの真空段と接続された真空フラッシャーをさらに備えて、該真空フラッシャーに温水を供給しフラッシュさせて生成した大気圧以下の水蒸気を前記蒸気タービンの真空段に投入するようにしたことを特徴とする蒸気タービン発電システム。
【請求項２】
さらに加熱器を備えて、該加熱器において、低温熱源から供給された熱媒で加熱して前記温水を生成することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン発電システム。
【請求項３】
前記加熱器が熱交換器であって、加熱側流体として１５０℃以下常温以上の温度を有する水またはガスを供給して前記温水を生成することを特徴とする請求項２記載の蒸気タービン発電システム。
【請求項４】
前記加熱側流体は、セメント焼成プラントにおけるサスペンションプレヒータ（ＰＨ）で発生してボイラまたは熱交換器で熱回収した後の排ガス、エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）で発生してボイラまたは熱交換器で熱回収した後の排ガス、およびＡＱＣの低温部で発生した排ガスのいずれかを含むものであることを特徴とする請求項３記載の蒸気タービン発電システム。
【請求項１】
蒸気タービンに大気圧以上の圧力を有する高温の水蒸気を供給して発電する蒸気タービン発電システムにおいて、該蒸気タービンの真空段と接続された真空フラッシャーをさらに備えて、該真空フラッシャーに温水を供給しフラッシュさせて生成した大気圧以下の水蒸気を前記蒸気タービンの真空段に投入するようにしたことを特徴とする蒸気タービン発電システム。
【請求項２】
さらに加熱器を備えて、該加熱器において、低温熱源から供給された熱媒で加熱して前記温水を生成することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン発電システム。
【請求項３】
前記加熱器が熱交換器であって、加熱側流体として１５０℃以下常温以上の温度を有する水またはガスを供給して前記温水を生成することを特徴とする請求項２記載の蒸気タービン発電システム。
【請求項４】
前記加熱側流体は、セメント焼成プラントにおけるサスペンションプレヒータ（ＰＨ）で発生してボイラまたは熱交換器で熱回収した後の排ガス、エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）で発生してボイラまたは熱交換器で熱回収した後の排ガス、およびＡＱＣの低温部で発生した排ガスのいずれかを含むものであることを特徴とする請求項３記載の蒸気タービン発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９６２４４（Ｐ２０１３−９６２４４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３７１８５（Ｐ２０１１−２３７１８５）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
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