JP6487209B2 - Manufacturing method of exhaust heat power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、排熱発電システムの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an exhaust heat power generation system.
従来、我々の生活に必要な電力を供給したり、廃棄物の処理を行うために、公共又は半公共的な施設において大規模な燃焼設備が稼動している。 Conventionally, large-scale combustion facilities are operating in public or semi-public facilities in order to supply electric power necessary for our lives and to process waste.
例えば、火力発電所では、石炭やガス等の化石燃料を燃焼させて莫大な熱を発生させ、水蒸気を生成してタービンを回転させることにより電力を得ている。 For example, in a thermal power plant, fossil fuels such as coal and gas are burned to generate enormous heat, steam is generated and a turbine is rotated to obtain electric power.
また、廃棄物焼却場においては、主に可燃性の廃棄物を燃焼させることにより廃棄物の減容化を図っているが、これに伴い副次的に莫大な熱が生成される。 Moreover, in the waste incineration plant, the volume of waste is reduced mainly by burning combustible waste, but a huge amount of heat is generated as a result.
このような燃焼設備より生成される熱は、最終的には排気ガスとして大気中に放出されるのであるが、それでもこの排気ガスは未だ多くの熱エネルギーを有しており、活用することが可能である。 The heat generated by such combustion equipment is eventually released into the atmosphere as exhaust gas, but this exhaust gas still has a lot of thermal energy and can be used. It is.
そこでこれまでに、これらのような排気ガスが有する熱エネルギー（排熱）を利用して発電を行うシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 So far, a system for generating power by utilizing the thermal energy (exhaust heat) of exhaust gas such as these has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記従来の排熱発電システムは、排気ガスから熱を得て発電可能ではあるものの、排気ガス中にダイオキシン類や粒状物質、窒素酸化物（NOx）等の大気汚染物質が含まれる場合、これらの物質の低減について着目したものでは無かった。 However, although the conventional exhaust heat power generation system can generate heat by obtaining heat from the exhaust gas, if the exhaust gas contains air pollutants such as dioxins, particulate matter, nitrogen oxides (NOx), There was no focus on the reduction of these substances.
すなわち、従来の排熱発電システムでは、排気ガス中の大気汚染物質を除去するために、発電のシステムとは別個に、これらの有害物質の除去装置を設ける必要があった。 That is, in the conventional exhaust heat power generation system, in order to remove air pollutants in the exhaust gas, it is necessary to provide a removal device for these harmful substances separately from the power generation system.
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、燃焼によって生じた排気ガスから効率的に発電を行うことができ、しかも、排気ガス中の有害物質を効果的に低減できる排熱発電システムの製造方法を提供する。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can efficiently generate power from exhaust gas generated by combustion, and can effectively reduce harmful substances in the exhaust gas. A method for manufacturing a power generation system is provided.
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る排熱発電システムの製造方法では、（１）燃焼室より排出された排気ガスを流入させる流入口と、流入させた排気ガスを流出させる流出口とを備え、流入させた排気ガスを一時的に滞留可能に形成したガス貯溜室と、ガス貯溜室内にて滞留する排気ガスの熱を蓄熱する、ガス貯溜室の周辺に形成した蓄熱層と、蓄熱層の周辺に設けられ、蓄熱層に蓄えられた熱によりタービンを駆動させるための蒸気を生成する蒸気生成室と、を備えた発電用蒸気生成ユニットを有し、この発電用蒸気生成ユニットを排気ガスの排出方向下手側に向かって登り勾配状態に複数個配設して構築した。 In order to solve the above-described conventional problems, in the method for manufacturing an exhaust heat power generation system according to the present invention, (1) an inlet for flowing in exhaust gas discharged from a combustion chamber, and a flow for flowing out exhaust gas that has flowed in. A gas storage chamber formed to be capable of temporarily retaining the exhaust gas that has flowed in, and a heat storage layer formed around the gas storage chamber for storing heat of the exhaust gas remaining in the gas storage chamber; A steam generation unit for power generation provided with a steam generation chamber provided around the heat storage layer and generating steam for driving the turbine by the heat stored in the heat storage layer, and this power generation steam generation unit A plurality of slabs were arranged in a climbing gradient state toward the lower side in the exhaust gas discharge direction.
また、本発明に係る排熱発電システムの製造方法では、以下の点にも特徴を有している。
（２）前記蓄熱層は、珪素化合物を溶融させた後に、鉄、アルミニウム及びカルシウムを添加し、その後に冷却し、その後、さらに高温で再度溶融した後に冷却することによって得られる塊状の人工鉱石を粉砕した人工鉱石粉と、炭化硅素粉末とを混合し、加圧成型した後に焼成して形成した鉱石焼成体であること。
（３）前記排気ガスは、前記燃焼室にて化石燃料又はゴミを燃焼させて生成したガスであること。
（４）前記化石燃料は、石炭又は天然ガスであること。
（５）複数個配設された発電用蒸気生成ユニットは、一方の発電用蒸気生成ユニットが備える前記流出口と他方の発電用蒸気生成ユニットが備える前記流入口との間が排ガス通気管にて連結されており、同排ガス通気管は、通気させる排気ガスを鉛直方向へ導く鉛直部を備えること。
In addition, the method for manufacturing an exhaust heat power generation system according to the present invention is also characterized by the following points.
(2) The heat storage layer is obtained by melting a silicon compound, adding iron, aluminum, and calcium, then cooling, and then cooling again after melting again at a high temperature. It is an ore fired body formed by mixing pulverized artificial ore powder and silicon carbide powder, press-molding, and firing.
(3) The exhaust gas is a gas generated by burning fossil fuel or garbage in the combustion chamber.
(4) The fossil fuel is coal or natural gas.
(5) A plurality of the power generation steam generation units disposed between the outlet provided in one power generation steam generation unit and the inlet provided in the other power generation steam generation unit is an exhaust gas vent pipe. It is connected, and the exhaust gas vent pipe has a vertical portion that guides exhaust gas to be vented in the vertical direction.
本発明に係る排熱発電システムの製造方法では、燃焼室より排出された排気ガスを流入させる流入口と、流入させた排気ガスを流出させる流出口とを備え、流入させた排気ガスを一時的に滞留可能に形成したガス貯溜室と、ガス貯溜室内にて滞留する排気ガスの熱を蓄熱する、ガス貯溜室の周辺に形成した蓄熱層と、蓄熱層の周辺に設けられ、蓄熱層に蓄えられた熱によりタービンを駆動させるための蒸気を生成する蒸気生成室と、を備えた発電用蒸気生成ユニットを有し、この発電用蒸気生成ユニットを排気ガスの排出方向下手側に向かって登り勾配状態に複数個配設して構築したため、燃焼によって生じた排気ガスから効率的に発電を行うことができ、しかも、排気ガス中の有害物質を効果的に低減できる排熱発電システムの製造方法を提供することができる。 In the method for manufacturing an exhaust heat power generation system according to the present invention, the exhaust gas exhaust system has an inflow port for flowing in exhaust gas discharged from the combustion chamber, and an outflow port for flowing out exhaust gas that has flowed in. A gas storage chamber formed to be able to stay in the heat storage layer, a heat storage layer formed around the gas storage chamber that stores the heat of the exhaust gas staying in the gas storage chamber, and a heat storage layer provided around the heat storage layer. And a steam generation chamber for generating steam for driving the turbine by the generated heat, and the power generation steam generation unit has an upward slope toward the lower side in the exhaust gas discharge direction. since built with a plurality disposed state, it is possible to perform efficiently power from the exhaust gases produced by the combustion, moreover, the manufacturing method of the exhaust heat power generation system that can effectively reduce the harmful substances in the exhaust gas It can be provided.
また、前記蓄熱層は、珪素化合物を溶融させた後に、鉄、アルミニウム及びカルシウムを添加し、その後に冷却し、その後、さらに高温で再度溶融した後に冷却することによって得られる塊状の人工鉱石を粉砕した人工鉱石粉と、炭化硅素粉末とを混合し、加圧成型した後に焼成して形成した鉱石焼成体であることとすれば、前記蓄熱層の機能を飛躍的に向上させることができる。 In addition, the heat storage layer pulverizes massive artificial ore obtained by adding iron, aluminum and calcium after the silicon compound is melted, then cooling, and then cooling again after melting again at a high temperature. If it is an ore fired body formed by mixing the artificial ore powder and the silicon carbide powder, press-molded and then fired, the function of the heat storage layer can be dramatically improved.
また、前記排気ガスは、前記燃焼室にて化石燃料又はゴミを燃焼させて生成したガスであることとすれば、例えば火力発電所やゴミ焼却場にて燃焼により生じた高温の排気ガスから効率的に発電を行うことができ、さらに、排気ガスによる大気汚染等を可及的に防止することができる。 Further, if the exhaust gas is a gas generated by burning fossil fuel or garbage in the combustion chamber, for example, it is efficient from high-temperature exhaust gas generated by combustion in a thermal power plant or a garbage incinerator. It is possible to generate electric power and to prevent air pollution caused by exhaust gas as much as possible.
また、前記化石燃料は、石炭又は天然ガスであることとすれば、例えば火力発電所等において高効率な発電を行いつつ、本排熱発電システムによって副次的でありながら比較的規模の大きな発電を行うことができ、しかも、排気ガスによる大気汚染等を可及的に防止することができる。 In addition, if the fossil fuel is coal or natural gas, for example, while generating highly efficient power at a thermal power plant or the like, the waste heat power generation system is secondary but relatively large scale power generation. In addition, air pollution caused by exhaust gas can be prevented as much as possible.
また、複数個配設された発電用蒸気生成ユニットは、一方の発電用蒸気生成ユニットが備える前記流出口と他方の発電用蒸気生成ユニットが備える前記流入口との間が排ガス通気管にて連結されており、同排ガス通気管は、通気させる排気ガスを鉛直方向へ導く鉛直部を備えることとすれば、ガス通気間を通気する排気ガスを鉛直部において対流により混合することができ、排気ガスの温度分布を均一化して蓄熱層に対して効率的な熱交換を行うことができる。 In addition, a plurality of power generation steam generation units arranged in the exhaust gas vent pipe connect between the outlet provided in one power generation steam generation unit and the inlet provided in the other power generation steam generation unit. If the exhaust gas vent pipe includes a vertical portion that guides the exhaust gas to be vented in the vertical direction, the exhaust gas vented between the gas vents can be mixed by convection in the vertical portion. The heat distribution can be made uniform and efficient heat exchange can be performed for the heat storage layer.
本発明は、火力発電所や廃棄物焼却場等で行われる燃焼に伴って生じた排気ガスから熱エネルギーを回収して発電する排熱発電システムに関するものである。 The present invention relates to an exhaust heat power generation system that generates heat by recovering thermal energy from exhaust gas generated by combustion performed in a thermal power plant, a waste incineration plant, or the like.
特に、本実施形態に係る排熱発電システムでは、燃焼室より排出された排気ガスを流入させる流入口と、流入させた排気ガスを流出させる流出口とを備え、流入させた排気ガスを一時的に滞留可能に形成したガス貯溜室と、ガス貯溜室内にて滞留する排気ガスの熱を蓄熱する、ガス貯溜室の周辺に形成した蓄熱層と、蓄熱層の周辺に設けられ、蓄熱層に蓄えられた熱によりタービンを駆動させるための蒸気を生成する蒸気生成室と、を備えた発電用蒸気生成ユニットを有し、この発電用蒸気生成ユニットを排気ガスの排出方向下手側に向かって登り勾配状態に複数個連通させた状態で配設して構築している。 In particular, the exhaust heat power generation system according to the present embodiment includes an inflow port through which the exhaust gas discharged from the combustion chamber flows in and an outflow port through which the exhaust gas that has flowed in flows out. A gas storage chamber formed to be able to stay in the heat storage layer, a heat storage layer formed around the gas storage chamber that stores the heat of the exhaust gas staying in the gas storage chamber, and a heat storage layer provided around the heat storage layer. And a steam generation chamber for generating steam for driving the turbine by the generated heat, and the power generation steam generation unit has an upward slope toward the lower side in the exhaust gas discharge direction. Arranged in a state where a plurality of states communicate with each other.
ここで、燃焼室にて燃焼させるものは特に限定されるものではない。燃焼させるものとしては、例えば、ガソリンや軽油、灯油、重油等の石油類や、石炭、天然ガス、ＬＰガス、メタンハイドレート、木炭、材木、木の葉、紙類、パルプ、家庭用ゴミ、産業用ゴミ、水素、硫化水素、ロケット燃料、ニトロ化合物、アンモニア、ジアミン等を挙げることができる。 Here, what is burned in the combustion chamber is not particularly limited. As combustibles, for example, petroleum such as gasoline, light oil, kerosene, heavy oil, coal, natural gas, LP gas, methane hydrate, charcoal, timber, leaves, paper, pulp, household waste, industrial use Examples include trash, hydrogen, hydrogen sulfide, rocket fuel, nitro compounds, ammonia, and diamine.
また、家庭用ゴミとしては、例えば野菜や果物、肉類、プラスチック類、衣類、発泡スチロール等を挙げることができ、産業用ゴミとしては、例えば建造物の解体により出た木材、壁材、天井材、床材、カーテン、断熱材、フローリング材、機械設備から出たオイル、タイヤ、シート断熱材等を挙げることができる。 Examples of household waste include vegetables, fruits, meats, plastics, clothing, polystyrene foam, etc., and industrial waste includes, for example, wood, wall materials, ceiling materials, Examples include flooring materials, curtains, heat insulating materials, flooring materials, oils from tires, tires, and heat insulating materials.
そして、このような排熱発電システムによれば、排気ガスは各発電用蒸気生成ユニットを通気してあたかも登り窯のような状態で徐々に上方へ運ばれ、また、中途部に設けた各発電用蒸気生成ユニット中で断続的に熱が奪われることとなる。 According to such an exhaust heat power generation system, the exhaust gas is passed through each power generation steam generation unit and gradually conveyed upward as if it were in a climbing kiln, and each power generation provided in the middle part Heat will be dissipated intermittently in the steam generation unit.
このとき、発電用蒸気生成ユニット内に形成されたガス貯溜室は、流入させた排気ガスを滞留可能に形成しているため、蓄熱層との間で効率的に熱交換を行うことができる。 At this time, since the gas storage chamber formed in the power generation steam generation unit is formed so that the exhaust gas that has flowed in can be retained, heat exchange can be efficiently performed with the heat storage layer.
ガス貯溜室におけるガスを滞留可能とする構造としては特に限定されるものではないが、一例として、流入口と流出口とを備える箱状とすることで実現することができる。 The structure capable of retaining gas in the gas storage chamber is not particularly limited, but can be realized by, for example, a box shape including an inflow port and an outflow port.
また、熱交換により排気ガスの熱を蓄熱する蓄熱層は、人工鉱石の粉砕物と炭化硅素の粉砕物とを混合し焼成して形成した鉱石焼成体にて形成している。 The heat storage layer for storing the heat of the exhaust gas by heat exchange is formed of an ore fired body formed by mixing and firing a pulverized product of artificial ore and a pulverized product of silicon carbide.
人工鉱石は、珪素化合物やトルマリン、セラミックスから選ばれる少なくともいずれか１つを溶融させた後に、鉄、アルミニウム、カルシウム等を添加し、その後冷却して固化させ、この固化物を再度さらに高温で溶融した後に冷却して塊状としたものであり、例えば国際公開第２００２／０７９０９３号に記載されている人工鉱石を好適に用いることができる。 For artificial ore, at least one selected from silicon compounds, tourmaline, and ceramics is melted, and then iron, aluminum, calcium, etc. are added, and then cooled and solidified. This solidified material is melted again at a higher temperature. Then, it is cooled to form a block, and for example, an artificial ore described in International Publication No. 2002/079093 can be suitably used.
人工鉱石の具体的な製造例としては、製造する人工鉱石の重量を１００重量％とした場合、まず、略真空状態下で１６５０℃〜１６８０℃に加熱した真空溶融炉に８０〜８５重量％の粉末状の珪素を投入し、その後、５〜１０重量％の粉末状の鉄と５〜１０重量％の粉末状のアルミニウムと５〜１０重量％のカルシウムとを３〜５分間隔で順に投入するとともに撹拌混合し、その後、真空溶融炉から溶融物を取出し、常温中で自然冷却することによって固化物を得る。 As a specific example of production of artificial ore, when the weight of the artificial ore to be produced is 100% by weight, first, 80 to 85% by weight is applied to a vacuum melting furnace heated to 1650 ° C. to 1680 ° C. in a substantially vacuum state. Powdered silicon is charged, and then 5 to 10% by weight of powdered iron, 5 to 10% by weight of powdered aluminum, and 5 to 10% by weight of calcium are sequentially charged at intervals of 3 to 5 minutes. Then, the mixture is stirred and mixed, and then the melt is taken out from the vacuum melting furnace and naturally cooled at room temperature to obtain a solidified product.
次に、上記固化物を、略真空状態下で１７５０℃〜１８００℃に加熱した真空溶融炉で再度溶融し、その後、溶融物を取出し、常温中で自然冷却することによって塊状の人工鉱石が得られる。 Next, the solidified product is melted again in a vacuum melting furnace heated to 1750 ° C. to 1800 ° C. in a substantially vacuum state, and then the molten product is taken out and naturally cooled at room temperature to obtain a massive artificial ore. It is done.
また必要に応じて、上記塊状の人工鉱石を、略真空状態下で２０００℃〜２０５０℃に加熱した真空溶融炉で再度溶融し、その後、溶融物を取出し、常温中で自然冷却することによって人工鉱石を生成しても良い。 Further, if necessary, the massive artificial ore is melted again in a vacuum melting furnace heated to 2000 ° C. to 2050 ° C. in a substantially vacuum state, and then the melt is taken out and naturally cooled at room temperature. Ore may be generated.
このように、溶融後に冷却し、さらに高温で溶融するといったように、徐々に高温下で溶融を繰り返し行うことで、良好な熱伝導性を有する人工鉱石を形成することができる。 Thus, the artificial ore having good thermal conductivity can be formed by repeatedly performing melting at a high temperature such as cooling after melting and further melting at a high temperature.
鉱石焼成体は、この人工鉱石を粉砕して粉状としたもの（以下、人工鉱石粉という。）と、炭化硅素の粉砕物（以下、炭化硅素粉という。）とを大凡70：30〜50：50の割合で混合し、この混合粉体に水分を含ませた上で圧縮成型し、さらにこの成型物を乾燥させた後に約1200℃〜1600℃で焼成して形成したものである。 The ore fired body is obtained by pulverizing the artificial ore into a powder form (hereinafter referred to as artificial ore powder) and a pulverized product of silicon carbide (hereinafter referred to as silicon carbide powder). : The mixture is mixed at a ratio of 50, and the mixed powder is compressed and molded with moisture. Further, the molded product is dried, and then fired at about 1200 ° C to 1600 ° C.
このように形成した鉱石焼成体は、極めて優れた熱伝導性を有しながらも、耐熱性に優れており、良好な熱交換を実現することができる。 The ore fired body thus formed has excellent heat conductivity while having extremely excellent thermal conductivity, and can realize good heat exchange.
蒸気生成室は、表面に蓄熱層を設けたガス貯溜室を入れ子状に収容する耐圧性を備えた箱状の空間形成体であり、蓄熱層と蒸気生成室内壁との間の空間には、水を貯溜可能としている。すなわち、蓄熱層に水を接触させて水に熱を与え、沸騰させるようにしている。 The steam generation chamber is a box-shaped space forming body with pressure resistance that accommodates a gas storage chamber having a heat storage layer on the surface in a nested manner, and in the space between the heat storage layer and the steam generation chamber wall, Water can be stored. That is, water is brought into contact with the heat storage layer to heat the water and boil it.
また、蒸気生成室には、沸騰により生じた蒸気を送出する蒸気送出管が備えられており、同蒸気送出管により蒸気を蒸気生成室より導出して、蒸気タービンに等に供給し発電を行うようにしている。 Further, the steam generation chamber is provided with a steam delivery pipe for delivering steam generated by boiling, and the steam is led out from the steam production chamber through the steam delivery pipe and supplied to a steam turbine or the like for power generation. I am doing so.
そして、本実施形態に係る排熱発電システムに特徴的には、このような構成を備える発電用蒸気生成ユニットを、排気ガスの排出方向下手側に向かって登り勾配状態に、互いに間隔を隔てつつ複数個連通させた状態で配設して構築している。 Characteristically, in the exhaust heat power generation system according to the present embodiment, the power generation steam generation unit having such a configuration is climbed toward the lower side in the exhaust gas discharge direction while being spaced apart from each other. It is constructed by arranging a plurality of communication.
従って、燃焼室より排出された高温の排気ガスは、発電用蒸気生成ユニット内を通過することにより断続的に熱が奪われることとなる。 Accordingly, the high-temperature exhaust gas discharged from the combustion chamber is intermittently deprived of heat by passing through the power generation steam generation unit.
それゆえ、所定の発電用蒸気生成ユニットから流出されたあと、次の発電用蒸気生成ユニットに流入するまでの間、すなわち、一方の発電用蒸気生成ユニットが備える前記流出口と他方の発電用蒸気生成ユニットが備える前記流入口との間を連結する排ガス通気管内にて、排気ガスが対流により混合されて温度が全体に略均一な状態とすることができ、次の発電用蒸気生成ユニットにおいて排気ガスと蓄熱層との間の熱勾配を大きくすることができるため、効率的な発電を行うことができる。 Therefore, after flowing out from a predetermined power generation steam generation unit and before flowing into the next power generation steam generation unit, that is, the outlet and the other power generation steam included in one power generation steam generation unit. The exhaust gas is mixed by convection in the exhaust gas vent pipe connected to the inlet provided in the generation unit so that the temperature can be made substantially uniform throughout the exhaust gas in the next power generation steam generation unit. Since the thermal gradient between the gas and the heat storage layer can be increased, efficient power generation can be performed.
また、排ガス通気管は、通気させる排気ガスを鉛直方向へ導く鉛直部を備えるように構成しても良い。 Further, the exhaust gas vent pipe may be configured to include a vertical portion that guides the exhaust gas to be vented in the vertical direction.
このような構成とすることにより、排気ガスをより効率良く排ガス通気管内にて混合させることができる。 With such a configuration, the exhaust gas can be mixed more efficiently in the exhaust gas vent pipe.
ところで、前述のように従来の排熱発電システムでは、発電システムとは別個にこれら汚染物質の除去装置を設ける必要があった。 As described above, in the conventional exhaust heat power generation system, it is necessary to provide a device for removing these contaminants separately from the power generation system.
仮に、除去装置を設けない場合、高温で反応性の高い排気ガスが大気中に直接放出されることとなり、大気中で汚染物質が生成されてしまうこととなる。 If a removal device is not provided, exhaust gas that is highly reactive at high temperatures is directly released into the atmosphere, and pollutants are generated in the atmosphere.
一方、本願発明では、断続的に排気ガスから熱を奪って温度を低下させることとしているため、排気ガスが高温のまま大気中に放出されることがなく、大気汚染物質の生成を堅実に抑制することができる。 On the other hand, the present invention intermittently takes heat from the exhaust gas and lowers the temperature, so the exhaust gas is not released into the atmosphere at a high temperature, and the production of air pollutants is steadily suppressed. can do.
以下、本実施形態に係る排熱発電システムについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, the exhaust heat power generation system according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図１は、本実施形態に係る排熱発電システムＡの構成を示した説明図である。本実施形態に係る排熱発電システムＡは、火力発電所１０の付帯設備として設けられている。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an exhaust heat power generation system A according to the present embodiment. The exhaust heat power generation system A according to the present embodiment is provided as an incidental facility of the thermal power plant 10.
火力発電所１０は、石炭等の化石燃料を燃焼させる燃焼室１１を備えており、同燃焼室１１にて得られた熱エネルギーで蒸気を生成し、図示しない蒸気タービンを回転させて発電を行う。 The thermal power plant 10 includes a combustion chamber 11 that combusts fossil fuel such as coal, generates steam with the thermal energy obtained in the combustion chamber 11, and generates power by rotating a steam turbine (not shown). .
また、燃焼室１１からは、化石燃料の燃焼に伴って生成する高温（例えば、1200℃程度）の排気ガスを導出して排熱発電システムＡに導くための排ガス供給管１２が延設されている。
Further, an exhaust
排熱発電システムＡは、互いに間隔を隔てて設けられた複数（本実施形態では４つ。）の発電用蒸気生成ユニットＵ（Ｕ１〜Ｕ４）と、各発電用蒸気生成ユニットＵ間に設けられ一方の発電用蒸気生成ユニットＵから他方の発電用蒸気生成ユニットＵへ排気ガスを導くための排ガス通気管１３と、最終段に設けられた発電用蒸気生成ユニットＵ（発電用蒸気生成ユニットＵ４）を経た排気ガスを大気中へ放出する大気放出管１４とを備えている。なお、以下の説明において、排気ガスの流れのうち、燃焼室１１に近い側を上手側（上流側）と称し、大気放出管１４に近い側を下手側（下流側）と称する。
The exhaust heat power generation system A is provided between a plurality of (four in this embodiment) power generation steam generation units U (U1 to U4) provided at intervals from each other and each power generation steam generation unit U. An exhaust
発電用蒸気生成ユニットＵは、排ガス供給管１２や排ガス通気管１３を経て導入された高温の排気ガスから熱を奪って蒸気を発生させるためのユニットであり、本実施形態では山などの斜面に沿って上手側から下手側へ登り勾配状態で４基配設されている。
The power generation steam generation unit U is a unit for generating heat by taking heat from the high-temperature exhaust gas introduced through the exhaust
具体的には、発電用蒸気生成ユニットＵ１は、更に下手側にある発電用蒸気生成ユニットＵ２よりも低い位置に設けられ、発電用蒸気生成ユニットＵ２は、更に下手側にある発電用蒸気生成ユニットＵ３よりも低い位置に設けられ、発電用蒸気生成ユニットＵ３は、更に下手側にある発電用蒸気生成ユニットＵ４よりも低い位置に設けられている。 Specifically, the power generation steam generation unit U1 is provided at a position lower than the power generation steam generation unit U2 on the lower side, and the power generation steam generation unit U2 is further on the lower side. The power generation steam generation unit U3 is provided at a position lower than U3, and is further provided at a position lower than the power generation steam generation unit U4 on the lower side.
また、発電用蒸気生成ユニットＵ１と発電用蒸気生成ユニットＵ２との間と、発電用蒸気生成ユニットＵ２と発電用蒸気生成ユニットＵ３の間、発電用蒸気生成ユニットＵ３と発電用蒸気生成ユニットＵ４との間は、排ガス通気管１３によって上手側の発電用蒸気生成ユニットＵから下手側の発電用蒸気生成ユニットＵへ排気ガスを供給可能としている。
Further, between the power generation steam generation unit U1 and the power generation steam generation unit U2, between the power generation steam generation unit U2 and the power generation steam generation unit U3, between the power generation steam generation unit U3 and the power generation steam generation unit U4, During the period, exhaust gas can be supplied from the upper power generation steam generation unit U to the lower power generation steam generation unit U by the exhaust
また、排ガス通気管１３に特徴的には、その中途部に排気ガスを鉛直方向へ送給する鉛直部１３ａが形成されている。
Further, the exhaust
この鉛直部１３ａは、排ガス通気管１３の管内にて排気ガスを対流によって混合させるための部位であり、上手側の発電用蒸気生成ユニットＵにて熱が奪われて低温状態のガスが偏在している排気ガスを全体的に攪拌し、温度を均一な状態として下手側の発電用蒸気生成ユニットＵに供給するための役割を有している。
This
また、各発電用蒸気生成ユニットＵ１〜Ｕ４には、それぞれ発電ユニットＧ（Ｇ１〜Ｇ４）が設けられており、各発電用蒸気生成ユニットＵで生成した蒸気により各発電用蒸気生成ユニットＵ毎に電力を生成可能としている。 Further, each of the power generation steam generation units U1 to U4 is provided with a power generation unit G (G1 to G4), and for each power generation steam generation unit U by the steam generated by each power generation steam generation unit U. Electric power can be generated.
発電ユニットＧは、蒸気送出管２０と、蒸気タービン２１と、発電機２２と、復水器２３と、復水管２４とで構成している。
The power generation unit G includes a
蒸気送出管２０は、発電用蒸気生成ユニットＵにて生成した蒸気を導出して蒸気タービン２１に供給するための管である。
The
蒸気タービン２１は、蒸気送出管２０により送給される蒸気流で回転するタービンであり、この蒸気送出管２０の回転軸は発電機２２の入力軸に連結されている。
The
発電機２２は、蒸気タービン２１の回転力を電力に変換するための装置であり、ここで生成された電力は、送電線２２ａを介して電力需要者等に供給される。
The
復水器２３は、蒸気タービン２１を経た蒸気を液体化して再び水に戻すための装置であり、本実施形態では空冷式のものを用いている。
The condenser 23 is a device for liquefying the steam that has passed through the
復水管２４は、復水器２３で生成された水を再び発電用蒸気生成ユニットＵに戻すための配管である。
The
また、この復水管２４の中途部には、発電用蒸気生成ユニットＵと発電ユニットＧとの間で気体状や液体状に変態しながら循環する水を追加供給するための給水管２５が接続されており、給水バルブ２５ａを操作することで、循環する水の量を増加可能としている。
In addition, a
次に、図２を参照しつつ、発電用蒸気生成ユニットＵの構成について説明する。図２は、発電用蒸気生成ユニットＵの内部構成を示した説明図である。 Next, the configuration of the power generation steam generation unit U will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the internal configuration of the power generation steam generation unit U. As shown in FIG.
図２に示すように、発電用蒸気生成ユニットＵは、ガス貯溜室３０と、蓄熱層３１と、蒸気生成室３２とを備えている。
As shown in FIG. 2, the power generation steam generation unit U includes a
ガス貯溜室３０は、排気ガスを一時的に滞留させて効率的な熱交換を行うための部位であり、排気ガスの流入口３０ａと流出口３０ｂとを備えている。
The
流入口３０ａは、ガス貯溜室３０内部に排気ガスを流入させるための部位であり、上手側の排ガス通気管１３（発電用蒸気生成ユニットＵ１の場合は、排ガス供給管１２）に接続されている。
The
流出口３０ｂは、ガス貯溜室３０内部の排気ガスを流出させるための部位であり、下手側の排ガス通気管１３（発電用蒸気生成ユニットＵ４の場合は、大気放出管１４）に接続されている。
The
また、ガス貯溜室３０は、排気ガスを一時的に滞留させるために、その形状を流入口３０ａや流出口３０ｂの間口の径よりも大径に形成している。
Further, the
蓄熱層３１は、ガス貯溜室３０の外表面に前述の鉱石焼成体を貼着して層状に形成した部位であり、排気ガスの熱を蓄えると共に、蒸気生成室３２内に収容した後述の水３３に熱を与え沸騰させる役割を果たす。なお、本実施形態ではガス貯溜室３０の表面に鉱石焼成体を貼着することで蓄熱層３１を形成したがこれに限定されるものではなく、例えば、ガス貯溜室３０の壁部自体を鉱石焼成体にて形成して蓄熱層３１としての機能を発揮するようにしても良い。
The
蒸気生成室３２は、内部に収容した水３３を蓄熱層３１に接触させて熱エネルギーを付与し、沸騰させて蒸気３４を生成する圧力容器である。
The
また、蒸気生成室３２には、その上部に蒸気３４が蓄積される蒸気貯溜空間３２ａを形成しており、同蒸気貯溜空間３２ａと連通するように、前述の蒸気送出管２０を臨ませて配設している。なお、図２中において符号２１ａは、蒸気タービン２１を収容するケーシングを示している。
Further, the
また、蒸気生成室３２の水３３が貯溜される部分には、前述の復水管２４を臨ませて配設しており、復水器２３にて生成した水を還元可能としている。
Further, the portion of the
そして、このような構成を備える発電用蒸気生成ユニットＵにおいて、上手側の排ガス通気管１３を流れる排気ガスは、図２中にて矢印で示すように、流入口３０ａを介してガス貯溜室３０内に導入される。
In the power generation steam generation unit U having such a configuration, the exhaust gas flowing through the exhaust
導入された高温の排気ガスは、ガス貯溜室３０内で一時的に滞留し、蓄熱層３１に熱エネルギーを付与する。
The introduced high-temperature exhaust gas temporarily stays in the
熱エネルギーを付与した後の排気ガスは、やがて流出口３０ｂから流出し、下手側の排ガス通気管１３を介して次の下手側の発電用蒸気生成ユニットＵに導入されることとなる。
The exhaust gas after the application of thermal energy eventually flows out from the
またこのとき、流出口３０ｂを介して送出される排気ガスは、蓄熱層３１に熱を十分に与えて温度が低下した排気ガスと、蓄熱層３１に対して殆ど熱を付与することなく温度が低下していない排気ガスとが偏在している状態となっているが、排ガス通気管１３の鉛直部１３ａを通気することで対流によりこれら温度の異なる排気ガスが混合されて略均一な温度の排気ガスとなる。
Further, at this time, the exhaust gas delivered through the
従って、下手側の発電用蒸気生成ユニットＵにおいても、蓄熱層３１に対して安定して熱を付与することができ、多段階に設けたいずれの発電用蒸気生成ユニットＵにおいても、安定した蒸気の発生を期待することができる。
Therefore, even in the lower power generation steam generation unit U, heat can be stably applied to the
一方、排気ガスより熱を奪った蓄熱層３１は、蒸気生成室３２内に収容された水３３中に浸漬した状態で配設されているため、水３３に熱を付与して沸騰させる。
On the other hand, since the
沸騰に伴って生成した蒸気は、蒸気貯溜空間３２ａに蓄積され蒸気送出管２０を介して発電ユニットＧに供給され、発電が行われることとなる。
Steam generated as a result of boiling is accumulated in the
特に、本実施形態に係る排熱発電システムＡでは、図１に示したように、このような発電用蒸気生成ユニットＵ（Ｕ１〜Ｕ４）を、下手側に向かって登り勾配状態に複数個配設して構築していることから、燃焼室１１から排出された高温の排気ガスは、例えば1200℃（排ガス供給管１２）→950℃（発電用蒸気生成ユニットＵ１の流出口３０ｂ温度）→700℃（発電用蒸気生成ユニットＵ２の流出口３０ｂ温度）→450℃（発電用蒸気生成ユニットＵ３の流出口３０ｂ温度）→200℃（発電用蒸気生成ユニットＵ４の流出口３０ｂ温度）と徐々に低下し、大気放出管１４を介して大気中に放出されることとなる。
In particular, in the exhaust heat power generation system A according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of such power generation steam generation units U (U1 to U4) are arranged in an upward gradient state toward the lower side. Therefore, the high-temperature exhaust gas discharged from the combustion chamber 11 is, for example, 1200 ° C. (exhaust gas supply pipe 12) → 950 ° C. (temperature of the
それゆえ、高温の排気ガスが直接大気中に放出されることがないため、反応性の高い高温の排気ガスが常温の大気と接触することにより生成する大気汚染物質、すなわち、ダイオキシン類やPM2.5等の粒子状物質、NOx等の窒素酸化物の生成を可及的に抑制することができる。 Therefore, high-temperature exhaust gas is not directly released into the atmosphere, so air pollutants generated by contact of highly reactive high-temperature exhaust gas with normal temperature air, i.e. dioxins and PM2. Generation of particulate matter such as 5 and nitrogen oxides such as NOx can be suppressed as much as possible.
また、燃焼室１１から排出された高温の排気ガスは、発電用蒸気生成ユニットＵ及び排ガス通気管１３を通過する毎に、放熱と混合が繰り返し行われることとなるため、排気ガスからの熱を奪う能力の高い鉱石焼成体にて形成した蓄熱層３１を採用しながらも、排ガス中の温度ムラを抑制し、安定した発電を期待することができる。
Moreover, since the high-temperature exhaust gas discharged from the combustion chamber 11 is repeatedly radiated and mixed every time it passes through the power generation steam generation unit U and the exhaust
上述してきたように、本実施形態に係る排熱発電システムＡによれば、燃焼室（例えば、燃焼室１１）より排出された排気ガスを流入させる流入口（例えば、流入口３０ａ）と、流入させた排気ガスを流出させる流出口（例えば、流出口３０ｂ）とを備え、流入させた排気ガスを一時的に滞留可能に形成したガス貯溜室（例えば、ガス貯溜室３０）と、ガス貯溜室内にて滞留する排気ガスの熱を蓄熱する、ガス貯溜室の周辺に形成した蓄熱層（例えば、蓄熱層３１）と、蓄熱層の周辺に設けられ、蓄熱層に蓄えられた熱によりタービン（例えば、蒸気タービン２１）を駆動させるための蒸気を生成する蒸気生成室（蒸気生成室３２）と、を備えた発電用蒸気生成ユニット（例えば、発電用蒸気生成ユニットＵ）を有し、この発電用蒸気生成ユニットを排気ガスの排出方向下手側に向かって登り勾配状態に複数個配設して構築したため、燃焼によって生じた排気ガスから効率的に発電を行うことができ、しかも、排気ガス中の有害物質を効果的に低減できる排熱発電システムを提供することができる。
As described above, according to the exhaust heat power generation system A according to the present embodiment, the inflow port (for example, the
最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。 Finally, the description of each embodiment described above is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. For this reason, it is a matter of course that various modifications can be made in accordance with the design and the like as long as they do not depart from the technical idea according to the present invention other than the embodiments described above.
本実施形態に係る排熱発電システムＡでは、燃焼により生じた排気ガスの熱を蓄熱層によって奪い、蒸気を発生させて発電を行うこととしているが、これに限定されるものではない。 In the exhaust heat power generation system A according to the present embodiment, heat of exhaust gas generated by combustion is taken away by the heat storage layer and steam is generated to generate power, but the present invention is not limited to this.
例えば、燃焼によらず、ウランやプルトニウム、セシウム、ストロンチウム等の放射性核種の崩壊熱を蓄熱層によって奪い、蒸気を発生させて発電を行うようにしても良い。 For example, power generation may be performed by generating the steam by removing the decay heat of radionuclides such as uranium, plutonium, cesium, and strontium by the heat storage layer regardless of combustion.
１１ 燃焼室
１３ 排ガス通気管
１３ａ 鉛直部
２０ 蒸気送出管
２１ 蒸気タービン
３０ ガス貯溜室
３０ａ 流入口
３０ｂ 流出口
３１ 蓄熱層
３２ 蒸気生成室
３３ 水
３４ 蒸気
Ａ 排熱発電システム
Ｇ 発電ユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
Claims (4)
ガス貯溜室内にて滞留する排気ガスの熱を蓄熱する、ガス貯溜室の周辺に形成した蓄熱層と、
蓄熱層の周辺に設けられ、蓄熱層に蓄えられた熱によりタービンを駆動させるための蒸気を生成する蒸気生成室と、を備えた発電用蒸気生成ユニットを有し、
この発電用蒸気生成ユニットを排気ガスの排出方向下手側に向かって登り勾配状態に複数個配設して構築する排熱発電システムの製造方法であって、
前記蓄熱層は、珪素化合物を溶融させた後に、鉄、アルミニウム及びカルシウムを添加し、その後に冷却し、その後、さらに高温で再度溶融した後に冷却することによって得られる塊状の人工鉱石を粉砕した人工鉱石粉と、炭化硅素粉末とを混合し、加圧成型した後に焼成して形成した鉱石焼成体であることを特徴とする排熱発電システムの製造方法。 A gas storage chamber having an inflow port through which the exhaust gas discharged from the combustion chamber flows in, and an outflow port through which the exhaust gas that has flowed in flows out;
A heat storage layer formed around the gas storage chamber for storing heat of the exhaust gas staying in the gas storage chamber;
A steam generation unit for power generation provided with a steam generation chamber provided around the heat storage layer and generating steam for driving the turbine by the heat stored in the heat storage layer;
A method for manufacturing an exhaust heat power generation system in which a plurality of steam generation units for power generation are arranged in a climbing gradient state toward the lower side of the exhaust gas discharge direction .
The heat storage layer is an artificial material obtained by pulverizing a massive artificial ore obtained by melting a silicon compound, adding iron, aluminum and calcium, then cooling, and then melting again at a high temperature and then cooling. and ore powder was mixed with silicon carbide powder, a manufacturing method of the exhaust heat power generation system that being a ore sintered body formed by sintering after pressure molding.
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