JP3939996B2 - 排熱回収発電システムの運転方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は熱量が変動する排熱源から有効にエネルギーを回収する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
高温の排ガスなどから熱エネルギーを回収する熱回収技術は広く普及している。しかし、温度が100℃未満の低温熱源からの熱回収は設備投資に見合う熱回収が難しいことから熱回収は殆ど行われていなかった。この様な100℃未満の低温熱源からでも有効に熱回収が図れる技術が、例えば特開2000−199408公報「高温排水を用いた発電方法及び発電設備」で提案された排熱回収サイクルである。この排熱回収サイクルは水・アンモニア混合流体を熱媒体としたものであり、従来困難と思われていた98℃程度の排水からの効果的な熱回収が可能となった。
【0003】
一方、製鋼プロセスにおいて、転炉では銑鉄に純酸素を吹込み、銑鉄中の炭素(C)を一酸化炭素(CO)に替えることで鋼を得る。このときの酸化反応に伴なって大量の熱(酸化熱)が発生する。この大量の熱を回収する技術は、例えば特開平11−223417号公報「製鉄プロセスから発生する低温排熱の回収方法」に示される。
【0004】
この特開平11−223417号公報に示される吸収冷凍機を排熱回収サイクルに置き換えることによる熱回収技術は、十分に検討に値する。
【0005】
図9は従来の転炉排ガスダクトに排熱回収サイクルを組合わせたシステムの原理図である。100は転炉であり、101は転炉100に被せた転炉排ガスダクトであり、この転炉排ガスダクト101は二重壁の間に冷却水を通す水冷ダクトであり、102は冷却水入口、103は冷却水出口である。
【0006】
想像線で囲った110が排熱回収サイクルであり、この枠110は特開2000−199408公報の図1の符号11を転記した。但し、符号は振り直した。サイクル110は、蒸発器111と気液分離器112とタービン113と発電機114と第1・第2熱交換器115,116とレシーバタンク117と循環ポンプ118とからなる。
【0007】
そして、冷却水出口103から熱源流体供給管104を延ばし、これを前記蒸発器111に接続し、蒸発器111からは戻り管105を延ばし、これを冷却水入口102に接続する。106は循環ポンプである。
転炉排ガスダクト101、熱源流体供給管104及び戻り管105には沸点(100℃)未満の水を循環させる。
【0008】
一方、サイクル110では水・アンモニア混合流体を循環させる。
水・アンモニア混合流体は高温になればアンモニアの蒸発が盛んになり、アンモニア蒸気が多く、アンモニア水が少なくなる。低温になれば逆になる。
そこで、蒸発器111で受熱した水・アンモニア混合流体は気液分離器112でアンモニア蒸気とアンモニア水とに分れ、アンモニア蒸気はタービン113を駆動して低温になり、第2熱交換器116を経由してレシーバタンク117へ向う。一方、アンモニア水は熱交換器115,116を経由するもののタービン113を経由することなく直接的にレシーバタンク117へ向う。レシーバタンク117に溜まった水・アンモニア混合流体は循環ポンプ118の作用で蒸発器111に戻る。
【0009】
すなわち、蒸発器111で熱源流体の保有熱を水・アンモニア混合流体へ移動(回収)し、これにより得たアンモニア蒸気でタービン113を廻し、タービン113に繋がる発電機114により、電気エネルギーの形で熱回収を図ることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、転炉100では、一般に装入→吹錬→測定→出鋼→排滓からなる普通吹錬を実施する。このときのタイムは、装入が約3分、吹錬が約17分、測定が約5分、出鋼が約4分、排滓が約4分の合計33分となる。33分間のうちの約52%(17分間)を占める吹錬では、酸素吹込による酸化熱で高温になった多量の排ガスが発生する。しかし、その他の装入、測定、出鋼、排滓では排ガスの量はゼロ、若しくは少量となり、排ガスの保有熱も少なくなる。
【0011】
一方、熱源流体(湯水)の流量は、熱的に最も厳しくなる吹錬時に冷却水出口103での温度が沸点を越えぬ量に定め、定めた「流量」は基本的に変更しない。
この結果、転炉排ガスダクト101、熱源流体供給管104及び戻り管105を流れる熱源流体(湯水)の「温度」は大いに変動する。
【0012】
熱源流体の温度が下がると、蒸発器111での水・アンモニア混合流体の吸収熱量が減少し、結果としてアンモニア蒸気が減少し、アンモニア水が増加する。アンモニア蒸気は低密度の気体であり、アンモニア水は高密度の液体であるから、蒸発器111内の蒸発管119において、この蒸発管119に貯溜する水・アンモニア混合流体の重量は大きくなる。
【0013】
サイクル110を循環する水・アンモニア混合流体の重量は一定であるから、上述の様に蒸発管119に貯溜する水・アンモニア混合流体が増加すると、その代償としてレシーバタンク117の水・アンモニア混合流体が減少して、レシーバタンク117における液レベルが下がる。
すなわち、熱源流体の温度が下がると、レシーバタンク117における液レベルが下がる。
【0014】
同様に、熱源流体の温度が上がると、蒸発器111での水・アンモニア混合流体の吸収熱量が増加し、結果としてアンモニア蒸気が増加し、アンモニア水が減少する。
【0015】
循環する水・アンモニア混合流体の重量は一定であるから、上述の様に蒸発管119に貯溜する水・アンモニア混合流体が減少すると、その代償としてレシーバタンク117の水・アンモニア混合流体が増加して、レシーバタンク117における液レベルが上がる。
すなわち、熱源流体の温度が上がると、レシーバタンク117における液レベルが上がる。
【0016】
このように、従来は、作動流体(水・アンモニア混合流体)の液レベルの上昇/下降を十分に吸収し得る大きさのレシーバタンク117が必要となる。
すなわち、転炉排ガスダク101の様に熱源流体の温度が変化する場合は、大型のレシーバタンク117を設備する必要があった。しかも、温度変化が大きいほどタンク容量を増す必要がある。レシーバタンク117は圧力容器であるから高価な機器であり、レシーバタンク117の大型化は設備費の低減並びに設備のコンパクト化を妨げるものであり、好ましくない。
【0017】
そこで、本発明の目的はレシーバタンクの大型化を伴わずに、温度変化の著しい熱源からエネルギーを回収することのできる技術を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1は、熱量が変動する排熱源から排熱を回収した熱源流体を、一時的に貯蓄槽に溜め、この貯蓄槽の熱源流体を所定量蒸発器へ供給すると共に、水・アンモニア混合流体などの多成分混合媒体からなる作動流体を蒸発器に供給することで、熱源流体の保有熱を作動流体へ移動し、この作動流体で発電タービンを廻して、電気エネルギーの形で排熱を回収する排熱回収発電システムにおいて、貯蓄槽に溜まった熱源流体の液レベルに応じて、熱源流体並びに作動流体の流量制御を実施することを特徴とする。
【0019】
貯蓄槽における熱源流体の液レベルに注目すると、この液レベルが低ければ貯蓄槽が空になる虞れがあり、これを避けるために蒸発器へ供給する熱源流体の流量を低めに設定する。逆に、貯蓄槽における熱源流体の液レベルが十分に高ければ、蒸発器へ供給する熱源流体の流量を高めに設定することができる。
そして、熱源流体の流量が増加するときには作動流体の流量を増加させ、又熱源流体の流量が減少するときには作動流体の流量を減少させことにより、アンモニア蒸気とアンモニア水との配分を一定に保つ。
【0020】
アンモニア蒸気とアンモニア水との配分が一定であれば、レシーバタンクで吸収させるべき液レベルの変動は殆ど発生せず、結果的にレシーバタンクの容量を抑えることができ、レシーバタンクの小型化が容易に達成できる。
【0021】
請求項2は、貯蓄槽の液レベルを複数に区分し、これらの区分に応じて熱源流体並びに作動流体の流量を段階的に制御することを特徴とする。
【0022】
貯蓄槽に溜まった熱源流体の液レベルに応じて、熱源流体並びに作動流体の流量を連続的に制御することは望ましいが、PID制御などが可能な高級で高価な制御系が必要となる。
しかし、請求項2では、例えば貯蓄槽の液レベルをA,B,Cの3つに区分し、液レベルAのときには熱源流体並びに作動流体の流量をa、同様に液レベルBのときには流量をb、同様に液レベルCのときには流量をcに割り付ける。この結果、制御系は簡単になり、制御部の低コスト化が達成できる。
【0023】
請求項3は、熱源流体並びに作動流体の流量を段階的に制御するときに、熱源流体並びに作動流体の変更所要時間を合致させることを特徴とする。
【0024】
熱源流体の流量変化に作動流体の流量変化が追従しないと、アンモニア蒸気とアンモニア水との配分比率が大きく変動し、小容量のレシーバタンクでは変動を吸収できなくなる。そこで、請求項3では熱源流体並びに作動流体の変更所要時間を合致させることで、アンモニア蒸気とアンモニア水との配分比率を一定化した。
【0025】
請求項4は、熱量が変動する排熱源から排熱を回収した熱源流体を、一時的に貯蓄槽に溜め、この貯蓄槽の熱源流体を所定量蒸発器へ供給すると共に、レシーバタンクに貯溜した水・アンモニア混合流体などの多成分混合媒体からなる作動流体を蒸発器に供給することで、熱源流体の保有熱を作動流体へ移動し、この作動流体で発電タービンを廻して、電気エネルギーの形で排熱を回収する排熱回収発電システムにおいて、熱源流体並びに作動流体の流量を増加させるときには、先ず熱源流体の流量を増加させ、この増加完了情報に基づいて作動流体の流量を増加させるシリーズ制御を行い、熱源流体並びに作動流体の流量を減少させるときには、先ず作動流体の流量を減少させ、この減少完了情報に基づいて熱源流体の流量を減少させるシリーズ制御を行うことを特徴とする。
【0026】
ここでのシリーズ制御は、ある制御を行った後に、続いて別の制御を実施するごとくに、制御を順次実施すること意味する。
作動流体をそのままとし、熱源流体の流量を増加させると、作動流体の温度が上り、作動流体中のアンモニア蒸気の割合が増加し、蒸発器内の蒸発管に貯溜可能な作動流体の重量が減少する。この結果、レシーバタンクにおける液レベルは上がる。
次に熱源流体の流量の増加完了情報に基づいて作動流体の流量を増加させる。作動流体が増加したので、作動流体の温度上昇は頭打ちになる若しくは下降に転し、結果としてレシーバタンクにおける液レベルの上昇も頭打ちになる若しくは下降に転する。
【0027】
すなわち、熱源流体並びに作動流体の流量を増加させるときには、先ず熱源流体の流量を増加させ、この増加完了情報に基づいて作動流体の流量を増加させるシリーズ制御を行えば、レシーバタンクの液レベルは上り、且つこの上り程度を軽度に抑えることができる。
【0028】
又、熱源流体並びに作動流体の流量を減少させるときには、先ず作動流体の流量を減少させ、この減少完了情報に基づいて熱源流体の流量を減少させるシリーズ制御を行う。
すなわち、熱源流体をそのままとし、作動流体の流量を減少させれば、作動流体の温度が上り、作動流体中のアンモニア蒸気の割合が増加し、蒸発器内の蒸発管に貯溜可能な作動流体の重量が減少する。この結果、レシーバタンクにおける液レベルは上がる。次に、熱源流体の流量を減少させるれば、作動流体の温度上昇は頭打ち若しくは下降に転じ、結果としてレシーバタンクにおける液レベルの上昇も頭打ちになる若しくは下降に転する。。
【0029】
このように、熱源流体並びに作動流体の流量を減少させるときには、先ず作動流体の流量を減少させ、この減少完了情報に基づいて熱源流体の流量を減少させるシリーズ制御を行えば、レシーバタンクの液レベルは上り、且つこの上り程度を軽度に抑えることができる。
【0030】
以上に述べた通り、請求項4によれば、液レベルの下降を考慮しなくて済み液レベルは上昇のみを考慮すればよいこと並びにこの上昇の程度は軽度であることから、レシーバタンクの大幅な小型化が可能となる。
【0031】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明に係る排熱回収発電システムの原理図であり、原理のベースは従来の技術で述べたものと同じである。すなわち、10は転炉であり、11は転炉10に被せた転炉排ガスダクトであり、この転炉排ガスダクト11は二重壁の間に冷却水を通す水冷ダクトであり、12は冷却水入口、13は冷却水出口である。
【0032】
想像線で囲った20が排熱回収サイクルであり、サイクル20は、蒸発器21と気液分離器22とタービン23と発電機24と第1・第2熱交換器25,26とレシーバタンク27と作動流体の循環路29とこの循環路29に介設した循環ポンプ31、流量制御弁32及び流量計33とからなる。34は蒸発器21内の蒸発管、35は制御部である。
【0033】
そして、冷却水出口13から熱源流体供給管41を延ばし、これを蒸発器21に接続するとともに、この熱源流体供給管41に熱源流体を一時的に蓄える貯蓄槽42、この貯蓄槽42から熱源流体を圧送する循環ポンプ43、熱源流体の流量を制御する流量制御弁44及び同流量を計測する流量計45を介設する。46は貯蓄槽42に付設したレベル計であり、レベル計46で貯蓄槽42に一時的に蓄える熱源流体のレベルを計測することができる。
【0034】
また、蒸発器21からは戻り管47を延ばし、これを冷却水入口12に接続すとともに、この戻り管47に補助貯蓄槽48及び補助ポンプ49を介設する。また、51はオーバーフロー管であり、貯蓄槽42が溢れたときにはこのオーバーフロー管51で溢れた熱源流体を直接的に補助貯蓄槽48へ逃す。
以上の構成により、転炉排ガスダクト11、熱源流体供給管41及び戻り管47には沸点(100℃)未満の水を循環させる。
【0035】
一方、枠内のサイクル20では作動流体としての水・アンモニア混合流体を循環させる。
水・アンモニア混合流体は高温になればアンモニアの蒸発が盛んになり、アンモニア蒸気が多く、アンモニア水が少なくなる。低温になれば逆になる。
そこで、蒸発器21で受熱した水・アンモニア混合流体は気液分離器22でアンモニア蒸気とアンモニア水とに分れ、アンモニア蒸気はタービン23を駆動して低温になり、第2熱交換器26を経由してレシーバタンク27へ向う。一方、アンモニア水は熱交換器25,26を経由するもののタービン23を経由することなく直接的にレシーバタンク27へ向う。レシーバタンク27に溜まった水・アンモニア混合流体は循環ポンプ31の作用で蒸発器21に戻る。
【0036】
すなわち、蒸発器21で熱源流体の保有熱を水・アンモニア混合流体へ移動(回収)し、これにより得たアンモニア蒸気でタービン23を廻し、タービン23に繋がる発電機24により、電気エネルギーの形で熱回収を図ることができる。
【0037】
ただし、転炉10は、一般に装入→吹錬→測定→出鋼→排滓の工程からなる普通吹錬を実施し、各工程毎に発生排気ガスの量及び温度が激しく変る。転炉排ガスダクト11の適切な冷却管理を行う上で、排気ガスの量や温度の変化に対応して熱源流体の流量を変化させることは望ましい。加えて、熱源流体の流量の変化に対応して作動流体の流量を変化させることも望ましいことである。
そこで、本発明では次の様な運転方法を実施する。
【0038】
運転方法の第1の発明を図2〜図5で説明する。
図2は排熱回収発電システムの運転方法(第1の発明)のフロー図であり、ST××はステップ番号を示す。
ST01:先ず、図1のレベル計46で貯蓄槽42の液レベル(以下、単に「レベル」とも記す。)を検出し、制御部35に読み込む。
【0039】
ST02:制御部35では読み込んだレベルと予め記憶させてあるマップ1,2(図3,4で説明する。)とから、熱源流体の流量設定値及び作動流体の流量設定値を決める。
【0040】
図3は排熱回収発電システムの運転方法(第1の発明)のためのマップ図であり、横軸が貯蓄槽のレベル、縦軸は熱源流体の流量設定値及び作動流体の流量設定値を示す。
制御部35で読み込んだ値が横軸目盛でL1であれば、矢印▲1▼の如く縦線を延ばし、曲線に交わったところから矢印▲2▼の如く横線を延ばし縦軸のQ1,q1を読取る。これで、レベルL1に対する熱源流体の流量設定値G1及び作動流体の流量設定値g1を定めることができる。
【0041】
図2に戻る。
ST03:定めた流量設定値G1になるように、図1の制御部35、流量計45及び流量制御弁44で熱源流体の流量を制御する。同様に、定めた流量設定値g1になるように、制御部35、流量計33及び流量制御弁32で作動流体の流量を制御する。
【0042】
熱源流体の流量が増加するときには作動流体の流量を増加させ、又熱源流体の流量が減少するときには作動流体の流量を減少させことにより、アンモニア蒸気とアンモニア水との配分比率を一定に保つことができる。
【0043】
アンモニア蒸気とアンモニア水との配分が一定若しくはほぼ一定であれば、レシーバタンクで吸収させるべきレベル変動は殆ど発生せず、結果的にレシーバタンクの容量を抑えることができ、レシーバタンクの小型化が容易に達成できる。
【0044】
図4は排熱回収発電システムの運転方法(第1の発明)のための別のマップ図であり、前記図3の簡易型マップと言える。
すなわち、横軸の貯蓄槽レベルを複数(図ではA,B,C)に区分し、それぞれに熱源流体の流量設定値及び作動流体の流量設定値a,b,cをステップ状に割り付ける。
制御部で読み込んだレベルが横軸の目盛でL2であれば、矢印▲3▼,▲4▼の要領で、熱源流体の流量設定値G2及び作動流体の流量設定値g2を定めることができる。同様に、次に制御部で読み込んだレベルが横軸の目盛でL3であれば、熱源流体の流量設定値G3及び作動流体の流量設定値g3を定めることができる。
【0045】
図3の如く、貯蓄槽に溜まった熱源流体のレベルに応じて、熱源流体並びに作動流体の流量を連続的に制御することは望ましいが、PID制御などが可能な高級で高価な制御系が不可欠となる。
この点、図4では、例えば貯蓄槽のレベルをA,B,Cの3つに区分し、レベルAのときには熱源流体並びに作動流体の流量をa、同様にレベルBのときには流量をb、同様にレベルCのときには流量をcに割り付ける。この結果、制御系は簡単になり、制御部の低コスト化が達成できる。なお、区分の数は任意である。
【0046】
なお、例えばG2からG3に熱源流量の流量を切換え、g2からg3へ作動流体の流量を切換えるときに、相互の切換えタイミングがずれることは好ましくない。そこで、図4のマップを使用するときには次に説明する同期制御を行うことが望ましい。
【0047】
図5は図4に連結させる流量曲線図であり、(a)の縦軸は熱源流体の流量、(b)の縦軸は作動流体の流量を示し、横軸は共に時間を示す。
(a)において、熱源流体の流量をQ2からQ3に切換えるときの変更所要時間をT23とすれば、この時間T23は図1の流量制御弁44の開閉速度と開又は閉角度とから定まる。
【0048】
(b)において、制御部35(図1参照)の流量制御弁32を開又は閉制御を実施するときに、作動流体の流量がq2からq3へ変化するまでの時間t23を前記時間T23に合致若しくはほぼ合致するように開閉速度を調節する。
この結果、流量の切換え時に発生しやすい熱源流体と作動流体の流量アンバランスを実害のない程度に微小化することができる。流量アンバランスが無ければレシーバタンク26でのレベルの急変が発生しない。
【0049】
(a),(b)の時間軸の後半では、熱源流体の流量をQ3からQ4に切換えるときの変更所要時間T34に、作動流体の流量をq3からq4に切換えるときの変更所要時間t34を合致若しくはほぼ合致さたことを示す。
【0050】
次に、運転方法の第2の発明を図6〜図8で説明するが、先ず、図1において、流量Qの熱源流体が転炉排ガスダクト11、貯蓄槽42、蒸発器21、補助貯蓄槽48の順に循環し、流量qの作動流体がサイクル20を循環していたとする。そのときの転炉10の操業形態は、過去のデータの蓄積と、転炉10の容量、性能、そこへ投入する銑鉄の重量、温度などにから、所謂コンピュータ(図示せぬ)で工程を精度よく予測することができる。
【0051】
この予測に基づいて、コンピュータは制御部35へ適宜熱源流体の流量Qの変更指示を発する。例えば、吹錬が始まれば排ガスの量は急増する。そこで、吹錬の開始前に熱源流体の流量Qを増加し始める様なプログラムをコンピュータにインストールしておけば、熱源流体の流量Qの変更指示(変更指示信号)を制御部35へ発することができる。
【0052】
図6は排熱回収発電システムの運転方法(第2の発明)のフロー図であり、ST××はステップ番号を示す。
ST10:熱源流体の流量Qの変更指示の有無を調べる。変更指示があった場合にST11に進む。
ST11:変更指示には、現在の流量Qに対する修正値ΔQが含まれていとする。ここで修正値ΔQに対応する作動流体の流量qの修正値Δqを定める。
この修正値Δqは、例えばΔQを横軸、Δqを縦軸としたマップを用意しておき、このマップによってΔqを定めることができる。
【0053】
ST12:修正値ΔQが正であるか否かを調べる。正は流量を増加する。負は流量を減少することを意味する。なお、ST10でYesであればΔQは0(ゼロ)ではない。
ST13:ST12でYesであれば、熱源流体の流量をQから(Q+ΔQ)に変更する。この変更は図1の制御部35、流量計45及び流量制御弁44で実施する。
【0054】
ST14:図1の流量計45で熱源流体の流量の増加が完了したことを確認したら、ST15に進む。
ST15:作動流体の流量をqから(q+Δq)に変更する。この変更は図1の制御部35、流量計33及び流量制御弁32で実施する。
【0055】
図7は図6の補足説明図であり、上述のST13〜ST15をグラフで補足説明すると、(a)の熱源流体の流量グラフにおいて、流量変更指示(ここでは流量増加指示)を受けたポイントP1で熱源流体の流量をQから(Q+ΔQ)に向って増加させる。この増加が完了したポイントP2の時点で増加完了情報(増加完了信号)を発する。
(b)の作動流体の流量グラフにおいて、増加完了信号を受けたポイントP2で作動流体がqから(q+Δq)に増加させる。
【0056】
(c)はレシーバタンクのレベルを示すグラフであり、ポイントP1から液レベルが上り始める。これは、熱源流体のみが増量して作動流体の温度が上昇し、これによりレベルが上がることによる。時間遅れがあるため上昇は緩慢になる。ポイントP2で作動流体が増加し始め、熱源流体と作動流体との流量アンバランスが解消の方向に向う。そのため、液レベルの上昇は停止し、下降に転ずる。従って、ST13〜ST15の制御を実施すると、レシーバタンクにおける液レベルが上昇すること、及びこの上昇量ΔL1は比較的小さいことが、分かる。
【0057】
図6に戻る。
ST16:ST12でNoであれば、作動流体の流量をqから(q+Δq)に変更する。この変更は図1の制御部35、流量計33及び流量制御弁32で実施する。なお、Δqは負であるから、作動流体の流量は減少する。
ST17:図1の流量計33で作動流体の流量の減少が完了したことを確認したら、ST15に進む。
ST18:熱源流体の流量をQから(Q+ΔQ)に変更する。この変更は図1の制御部35、流量計45及び流量制御弁44で実施する。なお、ΔQは負であるから、熱源流体の流量は減少する。
【0058】
図8は図6の別の補足説明図であり、上述のST16〜ST18をグラフで補足説明すると、先ず、(b)の作動流体の流量グラフにおいて、流量変更指示(ここでは流量減少信号)を受けたポイントP3で作動流体をqから(q+Δq)に減少させる。この減少が完了したポイントP4の時点で減少完了情報(減少完了信号)を発する。
(a)の熱源流体の流量グラフにおいて、減少完了信号を受けるたポイントP4で熱源流体は流量がQから(Q+ΔQ)に向って減少させる。
【0059】
(c)はレシーバタンクのレベルを示すグラフであり、ポイントP3から液レベルが上り始める。これは、作動流体のみが減少したため作動流体の温度が上昇し、これによりレベルが上がることによる。時間遅れがあるため上昇は緩慢になる。
ポイントP4で熱源流体が減少し始め、熱源流体と作動流体との流量アンバランスが解消の方向に向う。そのため、液レベルの上昇は停止し、下降に転ずる。従って、ST16〜ST18の制御を実施すると、レシーバタンクにおける液レベルが上昇すること、及びこの上昇量ΔL2は比較的小さいことが、分かる。
【0060】
以上に述べた図7(c)及び図8(c)から明らかな如く、液レベルの下降を考慮しなくて済み液レベルは上昇のみを考慮すればよいこと並びにこの上昇の程度は軽度であることから、図1のレシーバタンク26の大幅な小型化が可能となる。
【0061】
尚、運転方法の第1の発明と第2の発明は、何れかを独立して実施することの他、第1の発明と第2の発明とを組合わせて実施することは差支えない。
【0062】
また、本発明の排熱回収発電システムの運転方法は、適用対象を転炉として説明したが、熱量が変動する排熱源であれば適用対象は任意であり、格別に転炉に限定するものではない。
【0063】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項1は、排熱回収発電システムにおいて、貯蓄槽に溜まった熱源流体の液レベルに応じて、熱源流体並びに作動流体の流量制御を実施することを特徴とし、熱源流体の流量が増加するときには作動流体の流量を増加させ、又熱源流体の流量が減少するときには作動流体の流量を減少させことにより、作動流体蒸気と作動流体液との配分を一定に保つことができ、蒸気と液との配分が一定であれば、レシーバタンクで吸収させるべき液レベルの変動は殆ど発生せず、結果的にレシーバタンクの容量を抑えることができ、レシーバタンクの小型化が容易に達成できる。
【0064】
請求項2では、例えば貯蓄槽の液レベルをA,B,Cの3つに区分し、液レベルAのときには熱源流体並びに作動流体の流量をa、同様に液レベルBのときには流量をb、同様に液レベルCのときには流量をcに割り付ける。この結果、制御系は簡単になり、制御部の低コスト化が達成できる。
【0065】
請求項3は、熱源流体並びに作動流体の流量を段階的に制御するときに、熱源流体並びに作動流体の変更所要時間を合致させることを特徴とする。
熱源流体の流量変化に作動流体の流量変化が追従しないと、アンモニア蒸気とアンモニア水との配分が変動し、小容量のレシーバタンクでは変動を吸収できなくなる。そこで、請求項3では熱源流体並びに作動流体の変更所要時間を合致させることで、アンモニア蒸気とアンモニア水との配分を一定に保つようにした。
【0066】
請求項4は、熱源流体並びに作動流体の流量を増加させるときには、先ず熱源流体の流量を増加させ、この増加完了情報に基づいて作動流体の流量を増加させるシリーズ制御を行う。この結果、レシーバタンクの液レベルは上り、この上り程度を軽度に抑えることができる。
又、請求項4は、熱源流体並びに作動流体の流量を減少させるときには、先ず作動流体の流量を減少させ、この減少完了情報に基づいて熱源流体の流量を減少させるシリーズ制御を行う。この結果、レシーバタンクの液レベルは上り、この上り程度を軽度に抑えることができる。
【0067】
以上に述べた通り、請求項4によれば、液レベルの下降を考慮しなくて済み液レベルは上昇のみを考慮すればよいこと並びにこの上昇の程度は軽度であることから、レシーバタンクの大幅な小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る排熱回収発電システムの原理図
【図2】排熱回収発電システムの運転方法(第1の発明)のフロー図
【図3】排熱回収発電システムの運転方法(第1の発明)のためのマップ図
【図4】排熱回収発電システムの運転方法(第1の発明)のための別のマップ図
【図5】図4に連結させる流量曲線図
【図6】排熱回収発電システムの運転方法(第2の発明)のフロー図
【図7】図6の補足説明図
【図8】図6の別の補足説明図
【図9】従来の転炉排ガスダクトに排熱回収サイクルを組合わせたシステムの原理図
【符号の説明】
10…熱量が変動する排熱源としての転炉、21…蒸発器、23…タービン、24…発電機、32,44…流量制御弁、33,45…流量計、34…蒸発器内の蒸発管、35…制御部、42…貯蓄槽、46…レベル計。
Claims (4)
- 熱量が変動する排熱源から排熱を回収した熱源流体を、一時的に貯蓄槽に溜め、この貯蓄槽の熱源流体を所定量蒸発器へ供給すると共に、水・アンモニア混合流体などの多成分混合媒体からなる作動流体を前記蒸発器に供給することで、熱源流体の保有熱を作動流体へ移動し、この作動流体で発電タービンを廻して、電気エネルギーの形で排熱を回収する排熱回収発電システムにおいて、
前記貯蓄槽に溜まった熱源流体の液レベルに応じて、熱源流体並びに作動流体の流量制御を実施することを特徴とする排熱回収発電システムの運転方法。 - 前記貯蓄槽の液レベルを複数に区分し、これらの区分に応じて熱源流体並びに作動流体の流量を段階的に制御することを特徴とする請求項1記載の排熱回収発電システムの運転方法。
- 熱源流体並びに作動流体の流量を段階的に制御するときに、熱源流体並びに作動流体の変更所要時間を合致させることを特徴とする請求項2記載の排熱回収発電システムの運転方法。
- 熱量が変動する排熱源から排熱を回収した熱源流体を、一時的に貯蓄槽に溜め、この貯蓄槽の熱源流体を所定量蒸発器へ供給すると共に、レシーバタンクに貯溜した水・アンモニア混合流体などの多成分混合媒体からなる作動流体を前記蒸発器に供給することで、熱源流体の保有熱を作動流体へ移動し、この作動流体で発電タービンを廻して、電気エネルギーの形で排熱を回収する排熱回収発電システムにおいて、
熱源流体並びに作動流体の流量を増加させるときには、先ず熱源流体の流量を増加させ、この増加完了情報に基づいて作動流体の流量を増加させるシリーズ制御を行い、
熱源流体並びに作動流体の流量を減少させるときには、先ず作動流体の流量を減少させ、この減少完了情報に基づいて熱源流体の流量を減少させるシリーズ制御を行うことを特徴とする排熱回収発電システムの運転方法。
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