JP6188629B2 - バイナリー発電装置の運転方法 - Google Patents
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Description
上述したバイナリー発電装置のように蒸気を熱源とする発電装置では、蒸発器の内部で蒸気が凝縮してドレイン(排水)が発生する場合があり、蒸発器内に溜まったドレインを強制的に蒸発器の外部に排出するドレイン排出手段が設けられるのが一般的である。
また、特許文献2には、蒸発器(熱交換器)に蒸気を供給する蒸気供給管に、蒸気供給管を流れる蒸気の作用で吸引力を発生させる蒸気エゼクタを設け、分岐管を経由して液体圧送部材内に蓄えられた復水(ドレイン)を蒸気エゼクタの吸引室に吸引することにより、熱交換容器内の蒸気を対流させるドレイン排出手段を備えた熱交換器が開示されている。
即ち、本発明のバイナリー発電装置の運転方法は、蒸気を熱源として作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した気体の作動媒体を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機と、前記膨張機で膨張した気体の作動媒体を液体に凝縮する凝縮器と、前記凝縮器から蒸発器に向って作動媒体を循環させる循環ポンプとを備えるバイナリー発電装置の運転方法であって、前記蒸発器にて熱交換された後のドレインを排出するドレイン排出手段と、前記ドレイン排出手段で排出されたドレインを冷却するドレイン冷却熱交換器とを設けておき、 前記蒸発器で熱交換する前の作動媒体を前記ドレイン冷却熱交換器に導入して前記ドレインを冷却することを特徴とする。
なお、好ましくは、前記ドレイン冷却熱交換器から排出されたドレインの排出温度を計測する排出温度計と、前記ドレイン冷却熱交換器から排出された作動媒体を前記蒸発器側に返送する際の返送量を調整する第1流量調整バルブとを設けておき、前記排出温度計で計測した前記排出温度に基づいて前記第1流量調整バルブの開度を調整するとよい。
なお、好ましくは、前記ドレイン排出手段で排出された前記ドレインを前記ドレイン冷却熱交換器の入側で分岐し、分岐されたドレインを前記ドレイン冷却熱交換器に導入し、前記ドレイン冷却熱交換器を通過した後のドレインを、前記ドレイン分岐位置より下流側に返送するとよい。
また、本発明にかかるバイナリー発電装置の運転方法の最も好ましい形態は、蒸気を熱源として作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した気体の作動媒体を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機と、前記膨張機で膨張した気体の作動媒体を液体に凝縮する凝縮器と、前記凝縮器から蒸発器に向って作動媒体を循環させる循環ポンプとを備えるバイナリー発電装置の運転方法であって、前記蒸発器にて熱交換された後のドレインを排出するドレイン排出手段と、前記ドレイン排出手段で排出されたドレインを冷却するドレイン冷却熱交換器とを設けておき、前記蒸発器で熱交換する前の作動媒体を前記ドレイン冷却熱交換器に導入して前記ドレインを冷却し、前記循環ポンプで加圧された作動媒体を前記蒸発器の入側で分岐し、分岐された作動媒体をドレイン冷却熱交換器に導入し、前記ドレイン冷却熱交換器を通過した後の作動媒体を、前記作動媒体を分岐させた位置と蒸発器の入側との間に返送し、前記ドレイン冷却熱交換器から排出されたドレインの排出温度を計測する排出温度計と、前記ドレイン冷却熱交換器から排出された作動媒体を前記蒸発器側に返送する際の返送量を調整する第1流量調整バルブとを設けておき、前記排出温度計で計測した前記排出温度に基づいて前記第1流量調整バルブの開度を調整し、前記排出温度が予め定められた第1目標温度T1未満である場合には前記排出温度を測定した時の前記第1流量調整バルブの開度よりも当該バルブの開度を小さくし、排出温度が予め定められた第1目標温度T1より高く且つ第2目標温度T2より低い場合には第1流量調整バルブの開度を維持し、前記排出温度が第2目標温度T2を超える場合には前記排出温度を測定した時の前記第1流量調整バルブの開度よりも当該バルブの開度を大きくすることを特徴とする。
さらに、本発明にかかるバイナリー発電装置の運転方法の最も好ましい形態は、蒸気を熱源として作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した気体の作動媒体を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機と、前記膨張機で膨張した気体の作動媒体を液体に凝縮する凝縮器と、前記凝縮器から蒸発器に向って作動媒体を循環させる循環ポンプとを備えるバイナリー発電装置の運転方法であって、前記蒸発器にて熱交換された後のドレインを排出するドレイン排出手段と、前記ドレイン排出手段で排出されたドレインを冷却するドレイン冷却熱交換器とを設けておき、前記蒸発器で熱交換する前の作動媒体を前記ドレイン冷却熱交換器に導入して前記ドレインを冷却し、前記ドレイン排出手段で排出された前記ドレインを前記ドレイン冷却熱交換器の入側で分岐し、分岐されたドレインを前記ドレイン冷却熱交換器に導入し、前記ドレイン冷却熱交換器を通過した後のドレインを、前記ドレイン分岐位置より下流側に返送し、前記ドレイン排出手段で排出された前記ドレインを前記ドレイン冷却熱交換器を経由せずに下流側に送るドレイン主流配管と、前記ドレイン主流配管から分岐されたドレインを前記ドレイン冷却熱交換器に送ると共に前記ドレイン冷却熱交換器から排出されたドレインを再び前記ドレイン主流配管に合流させるドレイン分岐配管と、前記ドレイン主流配管と前記ドレイン分岐配管とが合流した後のドレインの温度を計測する排出温度計と、前記ドレイン主流配管および前記ドレイン分岐配管のうち少なくとも一方に設けられて、前記ドレイン冷却熱交換器に供給されるドレインの流量を調節する第2流量調整バルブと、を設けておき、前記排出温度計で計測した前記排出温度に基づいて前記第2流量調整バルブの開度を調整することを特徴とする。
以下、本発明のバイナリー発電装置1及びこのバイナリー発電装置1の運転方法の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図1は、第1実施形態のバイナリー発電装置1を模式的に示したものである。
図1に示すように、バイナリー発電装置1は、蒸気を熱源として液体の作動媒体を蒸発させる蒸発器2と、蒸発器2で蒸発した気体の作動媒体を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機3と、膨張機3で膨張した気体の作動媒体を液体に凝縮する凝縮器4と、凝縮器4から蒸発器2に向って作動媒体を循環させる循環ポンプ5とを備えている。これらの蒸発器2、膨張機3、凝縮器4及び循環ポンプ5は作動媒体を循環させる閉ループ状の循環配管6により接続されていて、作動媒体を循環配管6の一方向(蒸発器2→膨張機3→凝縮器4→循環ポンプ5の順番に循環して蒸発器2に帰還する方向)に沿って流通できるようになっている。
蒸発器2は、1次側に供給された蒸気と、2次側に供給された作動媒体との熱交換を行う熱交換器であり、蒸気の熱を利用して液体の作動媒体を気化させるものである。蒸発器2の1次側には、この蒸発器2内に蒸気を供給する蒸気配管7が設けられており、この蒸気配管7を介して、例えば温泉やボイラなどで発生した蒸気が蒸発器2の内部に供給されている。また、蒸発器2の2次側には、上述した循環配管6を介して液体の作動媒体が供給され、1次側の蒸気との間で熱交換がなされる。1次側の蒸気との熱交換で加熱された作動媒体は、循環配管6を介して凝縮器4に向かって移送される。
図1に示すバイナリー発電装置1で発電を行う際には、まず蒸発器2の1次側に蒸気を供給すると共に蒸発器2の2次側に液体の作動媒体を導いて、蒸発器2内で両者の間に熱交換を行って、作動媒体を気化させる。
そこで、本発明では、ドレイン配管7bにドレイン冷却熱交換器20を設け、このドレイン冷却熱交換器20に作動媒体を導入することによって、ドレイン冷却熱交換器20内を通過するドレインを冷却することとしている。つまり、ドレインよりも低温であって且つ発電に用いる作動媒体を循環配管6から取り出し、取り出した低温の作動媒体をドレイン冷却熱交換器20に導入して熱交換を行うことによりドレインを冷却する。
図1に示すように、蒸発器2と循環ポンプ(作動媒体ポンプ)5との間の循環配管6には、作動媒体を分岐する分岐部21が設けられている。この分岐部21と、ドレイン冷却熱交換器20の一次側の入側との間には、循環配管6から分岐した作動媒体を当該ドレイン冷却熱交換器20に導入する導入管23が接続されている。
バイナリー発電装置1が作動し、ドレイン冷却熱交換器20からドレインが排出されると、排出温度計25によって排出温度TDを計測する。計測された排出温度TDは制御部27に入力される。ここで、計測した排出温度TDが予め定められた第1目標温度T1未満である場合、制御部27は、排出温度TDを測定した時の第1流量調整バルブ26の開度よりも、第1流量調整バルブ26の開度を排出温度TDに応じて小さくする。即ち、戻り配管24(導入管23)に流れる作動媒体の流量を少なくして、排出温度を第1目標温度T1よりも高くする。
[第2実施形態]
さて、排出温度TDを測定した時の第1流量調整バルブ26の開度よりも、第1流量調整バルブ26の開度を小さくすることによって、戻り配管24(導入管23)に流れる作動媒体の流量を少なくした場合、圧力損失等によって分岐後の作動媒体の圧力が下がり、再び循環配管6に戻すことが難しくなる可能性がある。そこで、第2実施形態では、排出温度TDを測定した時の第1流量調整バルブ26の開度より、第1流量調整バルブ26の開度を小さくする場合でも、戻り配管24(導入管23)に流れる作動媒体が分岐前の循環配管6に容易に戻すことができるようにしたものである。
図2に示すように、バイナリー発電装置1は、ドレイン冷却熱交換器20から蒸発器側5へ返送される作動媒体の圧力を計測する第1圧力計30と、蒸発器2側の入側における作動媒体の圧力を計測する第2圧力計31とを備えている。
バイナリー発電装置1を作動させている状況下において、排出温度TDが予め定められた第1目標温度T1未満である場合、制御部27は、第1圧力計30によって計測された作動媒体の圧力(分岐圧力)P4が、第2圧力計31によって計測された作動媒体の圧力(主用圧力)P3を下回らない程度(P3<P4)に、排出温度TDを測定した時の第1流量調整バルブ26の開度よりも、第1流量調整バルブ26の開度を小さくする。即ち、分岐圧力P4>主用圧力P3を満たす範囲で、戻り配管24(導入管23)に流れる作動媒体の流量を少なくして、排出温度を第1目標温度T1よりも高くする。
[第3実施形態]
さて、排出温度TDを測定した時の第1流量調整バルブ26の開度よりも、第1流量調整バルブ26の開度を小さくして戻り配管24(導入管23)に流れる作動媒体の流量を少なくすると、分岐圧力P4が主用圧力P3を上回らなくなってしまう場合がある。そこで、第3実施形態では、ドレインの冷却に用いた作動媒体を圧力が比較的高い蒸発器2の入側に戻すのではなく、膨張機3と凝縮器4との間の圧力が低い循環配管6へ戻すこととしている。
図3に示すように、戻り配管24の中途部には、当該戻り配管24内の作動媒体を、膨張機3と凝縮器4との間の循環配管6へ戻す分岐配管33が設けられている。また、分岐配管33には、分岐配管33を開閉する開閉弁34が設けられている。この開閉弁34は、制御部27のON−OFF制御によって開閉する電磁弁で構成されている。
[第4実施形態]
次に、本発明のバイナリー発電装置の第4実施形態について説明する。
つまり、第1〜第3実施形態のバイナリー発電装置は、循環配管6を流れる作動媒体を蒸発器2の入側(上流側)で2つに分岐し、分岐した作動媒体の一方をドレイン冷却熱交換器20に導いて熱交換を行う構成となっていた。これに対し、第4実施形態のバイナリー発電装置1は、循環配管6を流れる作動媒体ではなく、蒸気配管7を流れるドレインを蒸発器2の出側(下流側)で2つに分岐し、分岐したドレインの一方をドレイン冷却熱交換器20に導いて熱交換を行っている。
このドレイン冷却熱交換器20は、1次側にドレインを供給し、2次側に循環配管6を流れる作動媒体を供給して両者の間で熱交換を行う熱交換器である。ドレイン冷却熱交換器20の2次側には、循環配管6を流れる作動媒体のすべてが導入される構成となっている。
ドレイン冷却熱交換器20で熱交換されたドレインは、上述した合流部36でドレイン主流配管38と合流しており、合流部36より下流側の蒸気配管7にはこの蒸気配管7を流れる合流後のドレインの温度を計測する排出温度計25が設けられている。また、ドレイン冷却熱交換器20から合流部36までのドレイン分岐配管37には、このドレイン分岐配管37を流通するドレインの流量を調整する分岐側調整バルブ39(第2流量調整バルブ)が設けられている。
具体的には、制御部27では、排出温度計25で計測された排出温度が予め定められた第1目標温度T1未満である場合には、排出温度を測定した時の分岐側調整バルブ39の開度よりも、分岐側調整バルブ39の開度を小さくする。このようにすれば、ドレイン冷却熱交換器20で熱交換されるドレインの流量が少なくなり、排出温度計25が設けられた位置の蒸気配管7を流れるドレインの温度を高くすることが可能となる。
さらに、排出温度計25で計測された排出温度が第2目標温度T2を超える場合には、排出温度を測定した時の分岐側調整バルブ39の開度よりも、分岐側調整バルブ39の開度を大きくする。このようにすれば、ドレイン冷却熱交換器20で熱交換されるドレインの流量が多くなり、排出温度計25が設けられた位置の蒸気配管7を流れるドレインの温度を低くすることが可能となる。
[第5実施形態]
次に、本発明のバイナリー発電装置の第5実施形態について説明する。
すなわち、第5実施形態のバイナリー発電装置1では、分岐部35〜合流部36までの間のドレイン主流配管38に、第4実施形態の分岐側調整バルブ39と同様な主流側調整バルブ40(第2流量調整バルブ)が設けられており、この主流側調整バルブ40に制御部(コントローラ)27から制御信号が入力されている。そして、主流側調整バルブ40は、ドレイン主流配管38およびドレイン分岐配管37のうち、ドレイン主流配管38側に設けられている。
さらに、排出温度が第2目標温度T2を超える場合は、排出温度を測定した時の主流側調整バルブ40の開度よりも、主流側調整バルブ40の開度を小さくする。このようにすれば、ドレイン冷却熱交換器20で熱交換されるドレインの流量が多くなり、排出温度計25が設けられた位置の蒸気配管7を流れるドレインの温度を低くすることが可能となる。
[第6実施形態]
次に、本発明のバイナリー発電装置の第6実施形態について説明する。
上述した第6実施形態のバイナリー発電装置1は、ドレイン分岐配管37に流れるドレインの流量を調整する分岐側調整バルブ39と、ドレイン主流配管38に流れるドレインの流量を調整する主流側調整バルブ40とをいずれも有したものとなっている。
これらの分岐側調整バルブ39及び主流側調整バルブ40のそれぞれに制御部(コントローラ)27から制御信号が入力されている。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
2 蒸発器
3 膨張機
4 凝縮器
5 循環ポンプ
6 循環配管
7 蒸気配管
8 減圧弁
9 スチームトラップ
10 冷却塔
11 冷却水配管
13 発電機
18 駆動軸
20 ドレイン冷却熱交換器
21 分岐部
22 合流部
23 導入管
24 戻り配管
25 排出温度計
26 第1流量調整バルブ(流量調整バルブ)
27 制御部(コントローラ)
30 第1圧力計
31 第2圧力計
33 分岐配管
34 開閉弁
35 蒸気配管の分岐部
36 蒸気配管の合流部
37 ドレイン分岐配管
38 ドレイン主流配管
39 分岐側調整バルブ(第2流量調整バルブ)
40 主流側調整バルブ(第2流量調整バルブ)
Claims (7)
- 蒸気を熱源として作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した気体の作動媒体を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機と、前記膨張機で膨張した気体の作動媒体を液体に凝縮する凝縮器と、前記凝縮器から蒸発器に向って作動媒体を循環させる循環ポンプとを備えるバイナリー発電装置の運転方法であって、
前記蒸発器にて熱交換された後のドレインを排出するドレイン排出手段と、前記ドレイン排出手段で排出されたドレインを冷却するドレイン冷却熱交換器とを設けておき、
前記蒸発器で熱交換する前の作動媒体を前記ドレイン冷却熱交換器に導入して前記ドレインを冷却し、
前記循環ポンプで加圧された作動媒体を前記蒸発器の入側で分岐し、分岐された作動媒体をドレイン冷却熱交換器に導入し、
前記ドレイン冷却熱交換器を通過した後の作動媒体を、前記作動媒体を分岐させた位置と蒸発器の入側との間に返送し、
前記ドレイン冷却熱交換器から排出されたドレインの排出温度を計測する排出温度計と、前記ドレイン冷却熱交換器から排出された作動媒体を前記蒸発器側に返送する際の返送量を調整する第1流量調整バルブとを設けておき、
前記排出温度計で計測した前記排出温度に基づいて前記第1流量調整バルブの開度を調整し、
前記排出温度が予め定められた第1目標温度T1未満である場合には前記排出温度を測定した時の前記第1流量調整バルブの開度よりも当該バルブの開度を小さくし、排出温度が予め定められた第1目標温度T1より高く且つ第2目標温度T2より低い場合には第1流量調整バルブの開度を維持し、前記排出温度が第2目標温度T2を超える場合には前記排出温度を測定した時の前記第1流量調整バルブの開度よりも当該バルブの開度を大きくする
ことを特徴とするバイナリー発電装置の運転方法。 - 前記ドレイン冷却熱交換器から前記蒸発器側へ返送される作動媒体の圧力を計測する第1圧力計と、前記蒸発器側の入側における作動媒体の圧力を計測する第2圧力計とを設けておき、
前記第1圧力計で計測された作動媒体の圧力と、前記第2圧力計で計測された作動媒体の圧力とに基づいて第1流量調整バルブの開度を調整することを特徴とする請求項1に記載のバイナリー発電装置の運転方法。 - 前記第1圧力計で計測された作動媒体の圧力P4が、前記第2圧力計で計測された作動媒体の圧力P3より高い場合には、当該作動媒体を凝縮器側に返送することを特徴とする請求項2に記載のバイナリー発電装置の運転方法。
- 蒸気を熱源として作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した気体の作動媒体を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機と、前記膨張機で膨張した気体の作動媒体を液体に凝縮する凝縮器と、前記凝縮器から蒸発器に向って作動媒体を循環させる循環ポンプとを備えるバイナリー発電装置の運転方法であって、
前記蒸発器にて熱交換された後のドレインを排出するドレイン排出手段と、前記ドレイン排出手段で排出されたドレインを冷却するドレイン冷却熱交換器とを設けておき、
前記蒸発器で熱交換する前の作動媒体を前記ドレイン冷却熱交換器に導入して前記ドレインを冷却し、
前記ドレイン排出手段で排出された前記ドレインを前記ドレイン冷却熱交換器の入側で分岐し、分岐されたドレインを前記ドレイン冷却熱交換器に導入し、
前記ドレイン冷却熱交換器を通過した後のドレインを、前記ドレイン分岐位置より下流側に返送し、
前記ドレイン排出手段で排出された前記ドレインを前記ドレイン冷却熱交換器を経由せずに下流側に送るドレイン主流配管と、前記ドレイン主流配管から分岐されたドレインを前記ドレイン冷却熱交換器に送ると共に前記ドレイン冷却熱交換器から排出されたドレインを再び前記ドレイン主流配管に合流させるドレイン分岐配管と、前記ドレイン主流配管と前記ドレイン分岐配管とが合流した後のドレインの温度を計測する排出温度計と、前記ドレイン主流配管および前記ドレイン分岐配管のうち少なくとも一方に設けられて、前記ドレイン冷却熱交換器に供給されるドレインの流量を調節する第2流量調整バルブと、を設けておき、
前記排出温度計で計測した前記排出温度に基づいて前記第2流量調整バルブの開度を調整する
ことを特徴とするバイナリー発電装置の運転方法。 - 前記第2流量調整バルブが、前記ドレイン分岐配管上に設けられていて、
前記排出温度計で計測された前記排出温度が予め定められた第1目標温度T1未満である場合には、前記排出温度を測定した時の前記第2流量調整バルブの開度よりも当該バルブの開度を小さくし、
前記排出温度が予め定められた第1目標温度T1より高く且つ第2目標温度T2より低い場合には、前記第2流量調整バルブの開度を維持し、
前記排出温度が第2目標温度T2を超える場合には、前記排出温度を測定した時の前記第2流量調整バルブの開度よりも当該バルブの開度を大きくする
ことを特徴とする請求項4に記載のバイナリー発電装置の運転方法。 - 前記第2流量調整バルブが、前記ドレイン主流配管上に設けられていて、
前記排出温度計で計測された前記排出温度が予め定められた第1目標温度T1未満である場合には、前記排出温度を測定した時の前記第2流量調整バルブの開度よりも当該バルブの開度を大きくし、
前記排出温度が予め定められた第1目標温度T1より高く且つ第2目標温度T2より低い場合には、前記第2流量調整バルブの開度を維持し、
前記排出温度が第2目標温度T2を超える場合には、前記排出温度を測定した時の前記第2流量調整バルブの開度よりも当該バルブの開度を小さくする
ことを特徴とする請求項4に記載のバイナリー発電装置の運転方法。 - 前記第2流量調整バルブが、前記ドレイン主流配管上と前記分岐配管上とのそれぞれに設けられていて、
前記排出温度計で計測された前記排出温度が予め定められた第1目標温度T1未満である場合には、前記分岐配管側の前記第2流量調整バルブの開度を前記排出温度を測定した時よりも小さくすると共に、前記ドレイン主流配管側の前記第2流量調整バルブの開度を前記排出温度を測定した時よりもを大きくし、
前記排出温度が予め定められた第1目標温度T1より高く且つ第2目標温度T2より低い場合には、前記分岐配管側及び前記ドレイン主流配管側の前記第2流量調整バルブの開度をいずれも維持し、
前記排出温度が第2目標温度T2を超える場合は、前記分岐配管側の前記第2流量調整バルブの開度を前記排出温度を測定した時よりも大きくすると共に、前記ドレイン主流配管側の前記第2流量調整バルブの開度を前記排出温度を測定した時よりも小さくすることを特徴とする請求項4に記載のバイナリー発電装置の運転方法。
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