JP5563052B2 - 排熱回収システム及び排熱回収方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、排熱回収システムにおいて、需要電力が減少して発電電力が余剰状態になったときに、ディーゼルエンジンの燃料消費を浪費することなく発電電力を抑制できるタービン発電機の制御方法及び装置に関する技術が開示されている。
すなわち、本発明に係る排熱回収システムは、エンジン部と、前記エンジン部から排出される排ガスによって駆動するガスタービンと、前記エンジン部から排出される排ガスと熱交換して蒸気を生成する熱交換部と、前記熱交換部から供給される蒸気によって駆動する蒸気タービンと、前記エンジン部から前記ガスタービンを経由して前記熱交換部へ供給される前記排ガスの流量を調整する第1流量調整弁と、前記エンジン部から前記ガスタービンを経由せずに前記熱交換部へ供給される前記排ガスの流量を調整する第2流量調整弁と、前記第1流量調整弁の開度及び前記第2流量調整弁の開度を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第1流量調整弁を閉としているとき、前記エンジン部の掃気圧に応じて、前記エンジン部の最低許容掃気圧を確保できるように、前記第2流量調整弁の開度を調整する。
図1には、本発明の一実施形態に係る排熱回収システムの概略構成が示されている。本実施形態では、メインエンジンとして船舶推進用のディーゼルエンジン3を用いている。
排熱回収システム1は、船舶推進用のディーゼルエンジン(メインエンジン)3と、ディーゼルエンジン3の排ガスによって駆動される排気ターボ過給機5と、排気ターボ過給機5の上流側から抽気されたディーゼルエンジン3の排ガスによって駆動されるパワータービン(ガスタービン)7と、ディーゼルエンジン3の排ガスによって蒸気を生成する排ガスエコノマイザ(排ガスボイラ)11と、排ガスエコノマイザ11によって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン9とを備えている。
排気ターボ過給機5は、タービン部5aと、コンプレッサ部5bと、タービン部5aとコンプレッサ部5bを連結する回転軸5cとから構成されている。
この排ガスエコノマイザ11は、排気ターボ過給機5のタービン部5aの出口側から第3排気管L3を介して排出される排ガスと、パワータービン7の出口側から第4排気管L4を介して排出される排ガスとが導入される。排ガスエコノマイザ11における熱交換部21は、排ガスの熱によって給水管23を介して供給された水を蒸発させて蒸気を発生させる。そして、排ガスエコノマイザ11で生成された蒸気は、第1蒸気管J1を介して蒸気タービン9に導入され、また、蒸気タービン9で仕事を終えた蒸気は第2蒸気管J2によって排出されて図示しないコンデンサ(復水器)に導かれる。
以上のように発電機25は、船舶推進用のディーゼルエンジン3の排ガス(燃焼ガス)の排気エネルギーを動力として駆動されるようになっており、排気エネルギー回収装置を構成している。
パワータービン7を起動するためには、パワータービン7を蒸気タービン9の回転数まで上昇させなければならない。また、パワータービン7は、運転時、最少負荷をとる必要がある。パワータービン7による出力を開始するには、多くの排ガス量が必要であり、メインエンジン(主機)負荷がある程度高いことが必要である。
例えばメインエンジン負荷が50%を超えるような運転がされており、パワータービン7の回転数が、蒸気タービン9の回転数まで上昇する場合に、パワータービン7を起動する。なお、以下では、パワータービン7に起動を開始させるメインエンジン負荷が、50%の場合について説明するが、本発明は、この例に限られず、例えば45%など、50%よりも低い場合も適用できる。
なお、メインエンジンの排気利用の安定性を図るために、メインエンジン負荷が50%以上では、排ガスバイパス量調整弁34は閉状態に維持される。
そして、メインエンジン負荷が50%未満であるとき、ディーゼルエンジン3の掃気圧力が最低許容掃気圧を維持するように、メインエンジンコントロールシステム43によって、排ガスバイパス量調整弁34の開度が調整される(図4参照)。ここで、メインエンジンコントロールシステム43及びタービンコントロールパネル44は、制御部の一例である。
3 ディーゼルエンジン(エンジン部)
7 パワータービン(ガスタービン)
9 蒸気タービン
11 排ガスエコノマイザ(熱交換部)
25 発電機
33 排ガス量調整弁(第1流量調整弁)
34 排ガスバイパス量調整弁(第2流量調整弁)
43 メインエンジンコントロールシステム(制御部)
44 タービンコントロールパネル(制御部)
Claims (6)
- エンジン部と、
前記エンジン部から排出される排ガスによって駆動するガスタービンと、
前記エンジン部から排出される排ガスと熱交換して蒸気を生成する熱交換部と、
前記熱交換部から供給される蒸気によって駆動する蒸気タービンと、
前記エンジン部から前記ガスタービンを経由して前記熱交換部へ供給される前記排ガスの流量を調整する第1流量調整弁と、
前記エンジン部から前記ガスタービンを経由せずに前記熱交換部へ供給される前記排ガスの流量を調整する第2流量調整弁と、
前記第1流量調整弁の開度及び前記第2流量調整弁の開度を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第1流量調整弁を閉としているとき、前記エンジン部の掃気圧に応じて、前記エンジン部の最低許容掃気圧を確保できるように、前記第2流量調整弁の開度を調整する排熱回収システム。 - 前記制御部は、前記第1流量調整弁を閉としているとき、前記エンジン部の掃気圧が高くになるにつれて、前記第2流量調整弁の開度を開く方向に調整し、前記第1流量調整弁を閉としているとき、前記エンジン部の掃気圧が低くになるにつれて、前記第2流量調整弁の開度を閉じる方向に調整する請求項1に記載の排熱回収システム。
- 前記制御部は、前記ガスタービンの回転数が前記蒸気タービンの回転数よりも小さいエンジン負荷域において前記第1流量調整弁を閉とし、かつ前記エンジン部の掃気圧に応じて、前記第2流量調整弁の開度を調整する請求項1又は2に記載の排熱回収システム。
- 前記制御部は、前記第1流量調整弁を開としたとき、前記第2流量調整弁を閉とする請求項1から3のいずれかに記載の排熱回収システム。
- 前記制御部は、前記ガスタービンの回転数が前記蒸気タービンの回転数よりも大きいエンジン負荷域において前記第1流量調整弁を開とし、かつ前記エンジン部の掃気圧に拘わらず、前記第2流量調整弁の開度を閉とする請求項1から4のいずれかに記載の排熱回収システム。
- エンジン部を駆動する工程と、
前記エンジン部から排出される排ガスによってガスタービンを駆動する工程と、
前記エンジン部から排出される排ガスによって熱交換部にて蒸気を生成する工程と、
前記熱交換部にて生成された蒸気によって蒸気タービンを駆動する工程と、
前記エンジン部から前記ガスタービンを経由して前記熱交換部へ供給される前記排ガスの流量を調整する工程と、
前記エンジン部から前記ガスタービンを経由せずに前記熱交換部へ供給される前記排ガスの流量を調整する工程と、
を備える排熱回収方法であって、
前記ガスタービンに排ガスを流入させずに、前記エンジン部の掃気圧に応じて、前記エンジン部の最低許容掃気圧を確保できるように、前記エンジン部から前記熱交換部へ供給される前記排ガスの流量を調整する排熱回収方法。
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