JP3939996B2

JP3939996B2 - 排熱回収発電システムの運転方法

Info

Publication number: JP3939996B2
Application number: JP2002026069A
Authority: JP
Inventors: 稔束岡; 正人榊原; 郁磨佐藤
Original assignee: Ebara Corp; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: JP2003227313A

Description

【０００１】
【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

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。