JP7308719B2 - 排熱回収システム - Google Patents

Description

本開示は、排熱回収システムに関する。

コジェネレーションシステムやコンバインド発電システム等の排熱回収ボイラは、排熱を利用して、蒸気を回収したり、得られた蒸気で蒸気タービンを運転することによって電気を回収するように構成されている。これにより、熱エネルギーを有効活用することができ、エネルギー利用の高効率化が図られる。特許文献１，２は、ガスタービン発電システム及び蒸気タービン発電システムを含むコジェネレーションシステムの一例を開示している。

特開２０００－１１０５１１号公報 特開２０００－０５４８０８号公報

ところで、節炭器においてボイラ給水が過剰に加熱されてしまうと、節炭器の内部に気泡が発生する。この現象は、スチーミングとも呼ばれる。スチーミングが発生すると、ボイラ給水に脈動が生じたり、ボイラ給水が流れなくなったりすることがある。そのため、特許文献１，２においては、ボイラ給水の沸点と、節炭器の出口におけるボイラ給水の温度との差（「アプローチ温度」ともいう。）が所定値以上となるように排熱回収システムを運転している。しかしながら、この場合、アプローチ温度の分の排熱を有効に利用することができない。

そこで、本開示は、排熱をエネルギーとしてより効率的に利用することが可能な排熱回収システムを説明する。

例１．本開示の一つの例に係る排熱回収システムは、排ガスが流通するように構成されたダクトと、ダクト内に配置された蒸発器と、蒸発器よりも排ガスの下流側に位置するようにダクト内に配置された節炭器と、蒸発器と節炭器との間に位置するようにダクト内に配置された給水予熱器とを備える。給水予熱器は、節炭器において加熱されたボイラ給水が導入される下端側入口と、給水予熱器において加熱されたボイラ給水を蒸発器へと排出する上端側出口と、下端側入口から導入されたボイラ給水の流向が水平よりも下向きとならないようにボイラ給水を上端側出口に導くように構成された内部流路とを含む。この場合、節炭器において加熱されたボイラ給水は、給水予熱器によってさらに加熱される。そのため、スチーミングの防止のために、節炭器の出口におけるボイラ給水の温度（出口温度）が沸点よりも低い温度に設定されている場合でも、給水予熱器においてボイラ給水の温度がさらに上昇する。しかも、給水予熱器内では、ボイラ給水は、ボイラ給水の流向が水平よりも下向きとならないように下端側入口から上端側出口まで給水予熱器の内部流路によって導かれる。そのため、給水予熱器内を流れるボイラ給水が蒸発しても、気泡は上端側出口から排出されて給水予熱器の内部流路に溜まらない。従って、排熱回収システムの運転に影響を与えることなく、排熱を効果的に回収することができる。その結果、排熱をエネルギーとしてより効率的に利用することが可能となる。

例２．例１のシステムにおいて、給水予熱器の内部流路は、垂直上向き、水平横向き又は斜め上向きに延びていてもよい。

例３．例１又は例２のシステムにおいて、節炭器は、節炭器の入口から出口に向けて蛇行しつつ延びる内部流路を含んでいてもよい。例えば、ダクトが、その延在方向に交差する交差方向において対向する一対の一側壁及び他側壁を含む場合、一側壁側から流入したボイラ給水は、他側壁側に流れる過程で排ガスと熱交換して温度上昇する。すなわち、ボイラ給水は、一側壁側において相対的に低温であり、他側壁側において相対的に高温である。その後、ボイラ給水は、他側壁側から折り返して再び一側壁側に流れる過程で、排ガスとさらに熱交換して温度上昇する。すなわち、ボイラ給水は、他側壁側において相対的に低温であり、一側壁側において相対的に高温である。このように、ボイラ給水は、蛇行状の内部流路を流れる過程で、節炭器の出口に向かいつつ一側壁側と他側壁側との間で往復して、徐々に高温となる。このとき、一側壁側においては、節炭器の入口から出口に向かうにつれて、相対的に低温のボイラ給水と相対的に高温のボイラ給水とが交互に出現する。一方、他側壁側においては、節炭器の入口から出口に向かうにつれて、相対的に高温のボイラ給水と相対的に低温のボイラ給水とが交互に出現する。そのため、交差方向において、排ガスの温度差が小さくなる。したがって、排ガスと、蛇行状の内部流路を流れるボイラ給水との間での熱交換が略均等に行われやすくなる。その結果、節炭器においてより効率的に排熱を回収することが可能となる。

例４．例１～例３のいずれかのシステムは、節炭器の入口と節炭器の出口とを接続して節炭器をバイパスするように構成されたバイパス流路と、節炭器へと流れるボイラ給水の流量と、バイパス流路へと流れるボイラ給水の流量とをそれぞれ調整可能に構成された流量調整部と、流量調整部の動作を制御するように構成された制御部とをさらに備えていてもよい。この場合、節炭器の内部流路を流通して加熱されるボイラ給水と、バイパス流路を流通して加熱されることなく節炭器の出口に至るボイラ給水とが、節炭器の出口側において混合される。そのため、バイパス流路におけるボイラ給水の流量に応じて、節炭器の出口温度を調整することが可能となる。

例５．例４のシステムは、給水予熱器の下端側入口における圧力を測定するように構成された圧力センサをさらに備え、制御部は、圧力センサによって測定される圧力が所定の値以下となるように流量調整部の動作を制御することを含んでいてもよい。ところで、給水予熱器内におけるボイラ給水が蒸発すると、ボイラ給水の見かけ流速が上昇して、給水予熱器内の圧力が著しく上昇する場合がある。しかしながら、例５によれば、給水予熱器の下端側入口における圧力（給水予熱器の入口圧力）が所定の値以下となるように、制御部によって自動的に制御される。そのため、給水予熱器内における圧力上昇が抑制される。したがって、ボイラ給水を送出するポンプへの負荷が過大となることを抑制することが可能となる。

例６．例５のシステムは、蒸発器における圧力を測定するように構成された別の圧力センサをさらに備え、制御部は、圧力センサによって測定される圧力と別の圧力センサによって測定される圧力との差が所定の値以下となるように流量調整部の動作を制御することを含んでいてもよい。ところで、蒸発器における圧力が変動する場合には、それに応じて、給水予熱器の入口圧力も変動する。そのため、例６のシステムのように、給水予熱器の入口圧力と蒸発器における圧力との差を検知することにより、蒸発器における圧力変動の影響を除いて、給水予熱器内での実際の圧力損失の変動に基づいて、より正確に制御を行うことが可能となる。

例７．例４～例６のいずれかのシステムは、給水予熱器の下端側入口から導入されるボイラ給水の温度を測定するように構成された温度センサをさらに備え、制御部は、温度センサによって測定される温度が所定の値に近づくように流量調整部の動作を制御することを含んでいてもよい。この場合、給水予熱器の下端側入口から導入されるボイラ給水の温度（給水予熱器の入口温度）が例えばボイラ給水の沸点未満の温度となるように、制御部によって自動的に制御される。そのため、給水予熱器の入口温度が一定に維持されやすくなる。

本開示に係る排熱回収システムによれば、排熱をエネルギーとしてより効率的に利用することが可能となる。

図１は、発電プラントの一例を示す概略図である。 図２は、排熱回収システムの一例を示す概略図である。 図３は、排熱回収システムにおける排熱温度及び水温の変化の一例を示すグラフである。 図４は、排熱回収システムの他の例を示す概略図である。 図５は、排熱回収システムの他の例を示す概略図である。 図６は、排熱回収システムの他の例を示す概略図である。

以下に、本開示に係る実施形態の一例について、図面を参照しつつより詳細に説明する。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

［発電プラントの概要］
まず、図１を参照して、発電プラント１の概要を説明する。発電プラント１は、いわゆるコンバインド発電システムであり、ガスタービン発電システム１０と、蒸気タービン発電システム２０とを備える。

ガスタービン発電システム１０は、圧縮機１１と、燃焼器１２と、ガスタービン１３と、発電機１４とを含む。

圧縮機１１は、吸入した空気を圧縮して、その圧縮空気を燃焼器１２に供給するように構成されている。圧縮機１１は、シャフト１５を介してガスタービン１３及び発電機１４と接続されている。燃焼器１２は、圧縮空気に燃料を噴射して燃焼させ、これによって得られた高温高圧の燃焼ガスをガスタービン１３に供給するように構成されている。

ガスタービン１３は、燃焼器１２から供給された燃焼ガスによって回転し、シャフト１５を通じて圧縮機１１及び発電機１４を回転させる。これにより、発電機１４において発電が行われると共に、圧縮機１１において連続的に吸気及び圧縮を行える。ガスタービン１３から排出される高温の排ガスは、蒸気タービン発電システム２０の排熱回収システム１００（後述する）に供給される。

蒸気タービン発電システム２０は、排熱回収システム１００と、蒸気タービン２１と、発電機２２と、復水器２３と、ポンプ２４と、給水タンク２５と、ポンプ２６と、煙突２７とを含む。

蒸気タービン２１は、シャフト２８を介して発電機２２と接続されている。蒸気タービン２１は、排熱回収システム１００において排ガスとの熱交換によって生じた蒸気によって回転し、シャフト２８を通じて発電機２２を回転させる。これにより、発電機２２において発電が行われる。

復水器２３は、蒸気タービン２１から排出される蒸気を冷却して水に凝縮させる。ポンプ２４は、復水器２３内に貯留されている水を給水タンク２５に送り出すように構成されている。ポンプ２６は、給水タンク２５内に貯留されている水をボイラ給水として排熱回収システム１００に向けて送り出すように構成されている。煙突２７は、排熱回収システム１００と接続されており、排熱回収システム１００においてボイラ給水との間で熱交換された後の排ガスを大気に放出する。なお、給水タンク２５は、復水器２３からの水に加えて、他の水源から補給される補給水を貯留するようにしてもよい。

［排熱回収システムの構成］
続いて、図２を参照して、排熱回収システム１００の構成についてより詳細に説明する。排熱回収システム１００は、ダクト１１０と、節炭器１２０と、給水予熱器１４０と、蒸発器１５０と、バルブ１６０（流量調整部）と、温度センサ１７０と、圧力センサ１８０，１９０と、コントローラＣｔｒ（制御部）とを含む。

ダクト１１０は、ガスタービン１３及び煙突２７と流体的に接続する躯体である。ダクト１１０は、ガスタービン１３から排出される高温の排ガスが煙突２７に向けて流通するように構成されている。図２の例では、ダクト１１０は水平方向に沿って延びているが、鉛直方向に沿って延びていてもよいし、斜め方向に沿って延びていてもよい。

ダクト１１０内には、節炭器１２０、給水予熱器１４０及び蒸発器１５０が配置されている。蒸発器１５０、給水予熱器１４０及び節炭器１２０は、ダクト１１０の上流側から下流側にかけて、この順で並んでいる。

節炭器１２０は、排熱との間の熱交換により、ポンプ２６によって給水タンク２５から供給されるボイラ給水を沸点に至らない温度まで加熱するように構成されている。節炭器１２０は、入口流路１２１と、出口流路１２２と、内部流路１２３とを含む。

入口流路１２１は、ダクト１１０の外側から内側にかけて延びている。入口流路１２１は、給水タンク２５からボイラ給水が供給される入口として機能する。出口流路１２２は、入口流路１２１よりもダクト１１０の上流側に配置されており、ダクト１１０の内側から外側にかけて延びている。出口流路１２２は、節炭器１２０における排熱との熱交換によって加熱されたボイラ給水を、後続の給水予熱器１４０に向けて流すための出口として機能する。

内部流路１２３は、ダクト１１０内に配置されており、入口流路１２１と出口流路１２２とを接続するようにこれらの間に延びている。内部流路１２３は、図２に例示されるように、入口流路１２１と出口流路１２２との間を水平方向に沿って延びていてもよい。

給水予熱器１４０は、排熱との間の熱交換により、節炭器１２０から供給されるボイラ給水を加熱するように構成されている。給水予熱器１４０は、節炭器１２０の出口温度よりも高温となるようにボイラ給水を加熱してもよいし、沸点に至るまでボイラ給水を加熱してもよい。給水予熱器１４０は、入口流路１４１（下端側入口）と、出口流路１４２（上端側出口）と、内部流路１４３とを含む。

入口流路１４１は、ダクト１１０の下部においてダクト１１０の外側から内側にかけて延びている。入口流路１４１は、ダクト１１０の外側を延びる接続流路１４４を介して出口流路１２２と流体的に接続されている。そのため、入口流路１４１は、節炭器１２０からボイラ給水が供給される入口として機能する。

出口流路１４２は、ダクト１１０の上部においてダクト１１０の内側から外側にかけて延びている。すなわち、出口流路１２２は、入口流路１４１よりも上方に位置している。出口流路１４２は、給水予熱器１４０における排熱との熱交換によって加熱されたボイラ給水を、後続の蒸発器１５０に向けて流すための出口として機能する。

内部流路１４３は、ダクト１１０内に配置されており、入口流路１４１と出口流路１４２とを接続するようにこれらの間に延びている。内部流路１４３は、入口流路１４１から導入されたボイラ給水の流向が水平よりも下向きとならないように、ボイラ給水を出口流路１４２に導くように構成されている。すなわち、内部流路１４３は、水平に延びる部分又は水平よりも上向きに延びる部分を含みうるが、水平よりも下向きに延びる部分を含んでいない。

内部流路１４３は、図２に例示されるように、入口流路１４１と出口流路１４２との間を鉛直方向に沿って延びていてもよい。内部流路１４３は、例えば、入口流路１４１と出口流路１４２との間を斜め上向きに延びていてもよい。内部流路１４３は、例えば、入口流路１４１と出口流路１４２との間を鉛直方向に沿って延びる部分と、入口流路１４１と出口流路１４２との間を斜め上向きに延びる部分とを含んでいてもよい。

内部流路１４３は、例えば、入口流路１４１と出口流路１４２との間を鉛直方向に沿って延びる部分と、水平横向きに延びる部分とを含んでいてもよい。内部流路１４３は、例えば、入口流路１４１と出口流路１４２との間を斜め上向きに延びる部分と、水平横向きに延びる部分とを含んでいてもよい。内部流路１４３は、例えば、入口流路１４１と出口流路１４２との間を鉛直方向に沿って延びる部分と、入口流路１４１と出口流路１４２との間を斜め上向きに延びる部分と、水平横向きに延びる部分とを含んでいてもよい。このように、内部流路１４３は、入口流路１４１と出口流路１４２との間を直線状に延びていてもよいし、上り階段状に延びていてもよいし、蛇行しながら延びていてもよいし、螺旋状に延びていてもよい。

蒸発器１５０は、排熱との間の熱交換により、給水予熱器１４０から供給されるボイラ給水を加熱し、蒸気を発生させるように構成されている。出口流路１４２から蒸発器１５０に流入したボイラ給水が蒸発して蒸気になると、当該蒸気は蒸気タービン２１に供給される。こうして、図１に示されるように、ボイラ給水は、蒸気タービン２１、復水器２３、ポンプ２４、節炭器１２０、給水予熱器１４０及び蒸発器１５０を循環する。

図２に戻って、バルブ１６０は、復水器２３と、節炭器１２０と、接続流路１４４に接続されたバイパス流路１６１との間に配置されている。バルブ１６０は、節炭器１２０へと流れるボイラ給水の流量と、バイパス流路１６１へと流れるボイラ給水の流量とをそれぞれ調節可能に構成されている。バルブ１６０は、図２に例示されるように三方弁であってもよいし、入口流路１２１とバイパス流路との比率を独立して配置された２つのバルブの組み合わせであってもよい。

バルブ１６０は、節炭器１２０にボイラ給水が流れている場合にバイパス流路１６１にボイラ給水が流れず、バイパス流路１６１にボイラ給水が流れている場合に節炭器１２０にボイラ給水が流れないように構成されていてもよい。あるいは、バルブ１６０は、入口流路１２１及びバイパス流路１６１の一方における開度が大きくなるにつれて、入口流路１２１及びバイパス流路１６１の他方における開度が小さくなるように構成されていてもよい。

温度センサ１７０は、給水予熱器１４０の入口流路１４１に流入するボイラ給水の温度、すなわち、給水予熱器１４０の入口温度を測定するように構成されている。温度センサ１７０は、例えば、節炭器１２０の出口流路１２２と給水予熱器１４０の入口流路１４１との間に設けられていてもよい。温度センサ１７０によって測定された給水予熱器１４０の入口温度のデータは、コントローラＣｔｒに送信される。

圧力センサ１８０は、給水予熱器１４０の入口流路１４１側の圧力、すなわち、給水予熱器１４０の入口圧力を測定するように構成されている。圧力センサ１８０は、節炭器１２０の出口流路１２２と給水予熱器１４０の入口流路１４１との間に設けられていてもよい。圧力センサ１８０によって測定された給水予熱器１４０の入口圧力のデータは、コントローラＣｔｒに送信される。

圧力センサ１９０（別の圧力センサ）は、蒸発器１５０において生じた蒸気の圧力を測定するように構成されている。圧力センサ１９０は、例えば、蒸発器１５０の出口側に設けられていてもよいし、気水ドラムに設けられていてもよい。圧力センサ１９０によって測定された蒸気の圧力のデータは、コントローラＣｔｒに送信される。

コントローラＣｔｒは、温度センサ１７０及び／又は圧力センサ１８０，１９０から受信したデータに基づいてバルブ１６０を動作させるための指示信号を生成し、当該指示信号をバルブ１６０に送信するように構成されている。

コントローラＣｔｒは、給水予熱器１４０の入口温度が所定の値Ｔ（図３参照）に近づくように、バルブ１６０を制御してもよい。当該所定の値は、例えば、ボイラ給水の沸点よりも３℃～３０℃程度低い温度であってもよい。

発電プラント１が定格負荷で運転している場合には、コントローラＣｔｒは、全てのボイラ給水を節炭器１２０に流し、且つ、バイパス流路１６１にボイラ給水を流さないように、バルブ１６０を制御するようにしてもよい。この場合、ボイラ給水は、節炭器１２０において排ガスと連続的に熱交換する。そのため、ボイラ給水の温度は、下流に向かうにつれて徐々に増加する（図３の細実線を参照）。

その後、ボイラ給水は、蒸発に至るまで給水予熱器１４０によってさらに加熱される。このときも、相対的に少量のボイラ給水が直ちに排ガスで加熱され、給水予熱器１４０内において気泡が発生する。すなわち、給水予熱器１４０内のボイラ給水は気液混合状態にある。蒸発器１５０においては、ボイラ給水が蒸発した状態が維持され、生成された蒸気が蒸気タービン２１へと供給される。

ところで、給水予熱器１４０内においてボイラ給水が過剰に蒸発すると、給水予熱器１４０内におけるボイラ給水の見かけ流速が上昇して、圧力損失が高まる懸念がある。この場合、ポンプ２４によってボイラ給水を送液しても、排熱回収システム１００内においてボイラ給水が流れ難くなる。

節炭器１２０から出たボイラ給水の温度（給水予熱器１４０の入口温度）は、コントローラＣｔｒによって値Ｔに近づくように制御されている。すなわち、節炭器１２０内のボイラ給水は全て液体の状態にある。その後、ボイラ給水は、蒸発に至るまで給水予熱器１４０によってさらに加熱される。すなわち、給水予熱器１４０内のボイラ給水は気液混合状態にある。蒸発器１５０においては、ボイラ給水が蒸発した状態が維持され、生成された蒸気が蒸気タービン２１へと供給される。

一方、発電プラント１の負荷が変動し、定格負荷よりも低い負荷で発電プラント１が運転している場合には、燃焼器１２における発熱量が小さくなり、これに伴い排ガスの温度が低くなる（図３の太破線を参照）。そのため、排ガスとの熱交換が減退し、蒸発器１５０における蒸気の発生量が少なくなるので、排熱回収システム１００を循環するボイラ給水の量が少なくなる。このとき、バルブ１６０を介して全てのボイラ給水が節炭器１２０に流れると、相対的に少量のボイラ給水が直ちに排ガスで加熱される。これに伴い、給水予熱器１４０の入口温度が上昇し、給水予熱器１４０内においてボイラ給水が過剰に蒸発することが懸念される。

そこで、コントローラＣｔｒは、一部のボイラ給水を節炭器１２０に流し、且つ、残部のボイラ給水をバイパス流路１６１に流すように、バルブ１６０を制御するようにしてもよい。この場合、節炭器１２０において加熱されたボイラ給水は、バイパス流路１６１を流れて加熱されなかったボイラ給水と、接続流路１４４において混合され、温度がいったん低下する（図３のＡ部分を参照）。そのため、節炭器１２０側に流れるボイラ給水の流量と、バイパス流路１６１側に流れるボイラ給水の流量とをバルブ１６０によって調節することにより、節炭器１２０から出たボイラ給水の温度が値Ｔに近づくようにボイラ給水の温度が制御される。すなわち、発電プラント１の負荷変動時においても、給水予熱器１４０内における圧力上昇が抑制される。

また、コントローラＣｔｒは、給水予熱器１４０の入口圧力が所定の値以下となるように、バルブ１６０を制御してもよい。具体的には、コントローラＣｔｒは、一部のボイラ給水を節炭器１２０に流し、且つ、残部のボイラ給水をバイパス流路１６１に流すように、バルブ１６０を制御するようにしてもよい。この場合、上記と同様に節炭器１２０の出口温度（給水予熱器１４０の入口温度）が低下するので、給水予熱器１４０内における気泡の発生が抑制される。そのため、給水予熱器１４０の入口圧力が小さくなる。なお、蒸発器１５０における蒸気圧の変動が懸念される場合には、コントローラＣｔｒは、給水予熱器１４０の入口圧力と蒸発器１５０における蒸気圧との差が所定の値となるように、バルブ１６０を制御してもよい。

［作用］
以上の例によれば、節炭器１２０において加熱されたボイラ給水は、給水予熱器１４０によってさらに加熱される。そのため、スチーミングの防止のために、節炭器１２０の出口におけるボイラ給水の温度（出口温度）が沸点よりも低い温度に設定されている場合でも、給水予熱器１４０においてボイラ給水の温度がさらに上昇する。しかも、給水予熱器１４０内では、ボイラ給水は、ボイラ給水の流向が水平よりも下向きとならないように、内部流路１４３によって入口流路１４１から出口流路１４２まで導かれる。そのため、給水予熱器１４０内を流れるボイラ給水が蒸発しても、気泡は出口流路１４２から排出されて内部流路１４３に溜まらない。従って、排熱回収システム１００の運転に影響を与えることなく、排熱を効果的に回収することができる。その結果、排熱をエネルギーとしてより効率的に利用することが可能となる。

以上の例によれば、節炭器１２０の入口流路１４１と出口流路１４２との間をバイパスするバイパス流路１６１が設けられている。そのため、コントローラＣｔｒによるバルブ１６０の制御に応じて、節炭器１２０の内部流路１２３を流通して加熱されるボイラ給水と、バイパス流路１６１を流通して加熱されることなく節炭器１２０の出口側に至るボイラ給水とが、節炭器１２０の出口側（接続流路１４４）において混合される。したがって、バイパス流路１６１におけるボイラ給水の流量に応じて、節炭器１２０の出口温度を調整することが可能となる。

以上の例によれば、コントローラＣｔｒによって、給水予熱器１４０の入口圧力が所定の値以下となるように制御される。そのため、給水予熱器１４０内における圧力上昇が抑制される。したがって、ボイラ給水を送出するポンプ２４への負荷が過大となることを抑制することが可能となる。

以上の例によれば、コントローラＣｔｒは、給水予熱器１４０の入口圧力と蒸発器１５０における蒸気圧との差が所定の値となるように、バルブ１６０を制御しうる。この場合、蒸発器１５０における圧力変動の影響を除いて、給水予熱器１４０内での実際の圧力損失の変動に基づいて、より正確に制御を行うことが可能となる。

以上の例によれば、コントローラＣｔｒによって、給水予熱器１４０の入口温度が所定の値Ｔ（例えば、ボイラ給水の沸点未満の温度）に近づくように制御される。

［変形例］
本明細書における開示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。特許請求の範囲及びその要旨を逸脱しない範囲において、以上の例に対して種々の省略、置換、変更などが行われてもよい。

（１）内部流路１２３は、入口流路１２１から出口流路１２２に向けて蛇行しつつ延びていてもよい。例えば、図４に示されるように、内部流路１２３は、ダクト１１０の下流側に位置する入口流路１２１からダクト１１０の上流側に位置する出口流路１２２に向けて、蛇行しつつ延びていてもよい。また、例えば、図５に示されるように、入口流路１２１及び出口流路１２２は、ダクト１１０の延在方向及び側壁１１１，１１２の対向方向の双方に交差する方向に並ぶように位置していてもよい。これらの場合、ダクト１１０の一方の側壁１１１側から流入したボイラ給水は、ダクト１１０の延在方向に交差する方向において側壁１１１と対向する他方の側壁１１２側に流れる過程で、排ガスと熱交換して温度上昇する。すなわち、ボイラ給水は、側壁１１１側において相対的に低温であり、側壁１１２側において相対的に高温である。その後、ボイラ給水は、側壁１１２側から折り返して再び側壁１１１側に流れる過程で、排ガスとさらに熱交換して温度上昇する。すなわち、ボイラ給水は、側壁１１２側において相対的に低温であり、側壁１１１側において相対的に高温である。このように、ボイラ給水は、蛇行状の内部流路１２３を流れる過程で、節炭器１２０の出口に向かいつつ側壁１１１側と側壁１１２側との間で往復して、徐々に高温となる。このとき、側壁１１１側においては、節炭器１２０の入口から出口に向かうにつれて、相対的に低温のボイラ給水と相対的に高温のボイラ給水とが交互に出現する。一方、側壁１１２側においては、節炭器１２０の入口から出口に向かうにつれて、相対的に高温のボイラ給水と相対的に低温のボイラ給水とが交互に出現する。そのため、交差方向において、排ガスの温度差が小さくなる。したがって、排ガスと、蛇行状の内部流路１２３を流れるボイラ給水との間での熱交換が略均等に行われやすくなる。その結果、節炭器１２０においてより効率的に排熱を回収することが可能となる。

（２）ダクト１１０内に配置される節炭器の数は、一つ以上であってもよい。ダクト１１０内に複数の節炭器が配置される場合には、バイパス流路１６１の下流端は、複数の節炭器の出口流路のうち少なくともいずれか一つに接続されていてもよい。

（３）ダクト１１０内に一つ以上の節炭器が配置されている場合には、給水予熱器１４０の入口温度を測定するため、温度センサ１７０は、最後段の節炭器の出口流路と給水予熱器１４０との間に配置されていてもよい。同様に、給水予熱器１４０の入口圧力を測定するため、圧力センサ１８０は、最後段の節炭器の出口流路と給水予熱器１４０との間に配置されていてもよい。

（４）例えば、図６に示されるように、排熱回収システム１００は、バルブ１６０及びバイパス流路１６１を含んでいなくてもよい。

１…発電プラント、１０…ガスタービン発電システム、２０…蒸気タービン発電システム、１１０…ダクト、１２０…節炭器、１２３…内部流路、１４０…給水予熱器、１４１…入口流路（下端側入口）、１４２…出口流路（上端側出口）、１４３…内部流路、１５０…蒸発器、１６０…バルブ（流量調整部）、１６１…バイパス流路、１７０…温度センサ、１８０…圧力センサ、１９０…圧力センサ（別の圧力センサ）、Ｃｔｒ…コントローラ（制御部）。

Claims (10)

1. 排ガスが流通するように構成されたダクトと、
   前記ダクト内に配置された蒸発器と、
   前記蒸発器よりも前記排ガスの下流側に位置するように前記ダクト内に配置された節炭器と、
   前記蒸発器と前記節炭器との間に位置するように前記ダクト内に配置された給水予熱器とを備え、
   前記給水予熱器は、
   前記節炭器において加熱されたボイラ給水が導入される下端側入口と、
   前記給水予熱器において加熱された前記ボイラ給水を前記蒸発器へと排出する上端側出口と、
   前記下端側入口から導入された前記ボイラ給水の流向が水平よりも下向きとならないように前記ボイラ給水を前記上端側出口に導くように構成された内部流路とを含み、
   前記内部流路は上向きに延びる部分を含む、排熱回収システム。
2. 前記給水予熱器の内部流路の一部は、垂直上向き、水平横向き又は斜め上向きに延びている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記節炭器は、前記節炭器の入口から出口に向けて蛇行しつつ延びる内部流路を含む、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記節炭器の入口と前記節炭器の出口とを接続して前記節炭器をバイパスするように構成されたバイパス流路と、
   前記節炭器へと流れる前記ボイラ給水の流量と、前記バイパス流路へと流れる前記ボイラ給水の流量とをそれぞれ調整可能に構成された流量調整部と、
   前記流量調整部の動作を制御するように構成された制御部とをさらに備える、請求項１～３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記給水予熱器の前記下端側入口における圧力を測定するように構成された圧力センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記圧力センサによって測定される圧力が所定の値以下となるように前記流量調整部の動作を制御することを含む、請求項４に記載のシステム。
6. 前記蒸発器における圧力を測定するように構成された別の圧力センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記圧力センサによって測定される圧力と前記別の圧力センサによって測定される圧力との差が所定の値以下となるように前記流量調整部の動作を制御することを含む、請求項５に記載のシステム。
7. 前記給水予熱器の前記下端側入口から導入される前記ボイラ給水の温度を測定するように構成された温度センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記温度センサによって測定される温度が所定の値に近づくように前記流量調整部の動作を制御することを含む、請求項４～６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 排ガスが流通するように構成されたダクトと、
   前記ダクト内に配置された蒸発器と、
   前記蒸発器よりも前記排ガスの下流側に位置するように前記ダクト内に配置された節炭器と、
   前記蒸発器と前記節炭器との間に位置するように前記ダクト内に配置された給水予熱器と、
   前記節炭器の入口と前記節炭器の出口とを接続して前記節炭器をバイパスするように構成されたバイパス流路と、
   前記節炭器へと流れるボイラ給水の流量と、前記バイパス流路へと流れる前記ボイラ給水の流量とをそれぞれ調整可能に構成された流量調整部と、
   圧力センサと、
   前記流量調整部の動作を制御するように構成された制御部とを備え、
   前記給水予熱器は、
   前記節炭器において加熱された前記ボイラ給水が導入される下端側入口と、
   前記給水予熱器において加熱された前記ボイラ給水を前記蒸発器へと排出する上端側出口と、
   前記下端側入口から導入された前記ボイラ給水の流向が水平よりも下向きとならないように前記ボイラ給水を前記上端側出口に導くように構成された内部流路とを含み、
   前記圧力センサは、前記給水予熱器の前記下端側入口における圧力を測定するように構成されており、
   前記制御部は、前記圧力センサによって測定される圧力が所定の値以下となるように前記流量調整部の動作を制御することを含む、排熱回収システム。
9. 前記蒸発器における圧力を測定するように構成された別の圧力センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記圧力センサによって測定される圧力と前記別の圧力センサによって測定される圧力との差が所定の値以下となるように前記流量調整部の動作を制御することを含む、請求項８に記載のシステム。
10. 排ガスが流通するように構成されたダクトと、
    前記ダクト内に配置された蒸発器と、
    前記蒸発器よりも前記排ガスの下流側に位置するように前記ダクト内に配置された節炭器と、
    前記蒸発器と前記節炭器との間に位置するように前記ダクト内に配置された給水予熱器と、
    前記節炭器の入口と前記節炭器の出口とを接続して前記節炭器をバイパスするように構成されたバイパス流路と、
    前記節炭器へと流れるボイラ給水の流量と、前記バイパス流路へと流れる前記ボイラ給水の流量とをそれぞれ調整可能に構成された流量調整部と、
    温度センサと、
    前記流量調整部の動作を制御するように構成された制御部とを備え、
    前記給水予熱器は、
    前記節炭器において加熱された前記ボイラ給水が導入される下端側入口と、
    前記給水予熱器において加熱された前記ボイラ給水を前記蒸発器へと排出する上端側出口と、
    前記下端側入口から導入された前記ボイラ給水の流向が水平よりも下向きとならないように前記ボイラ給水を前記上端側出口に導くように構成された内部流路とを含み、
    前記温度センサは、前記給水予熱器の前記下端側入口から導入される前記ボイラ給水の温度を測定するように構成されており、
    前記制御部は、前記温度センサによって測定される温度が所定の値に近づくように前記流量調整部の動作を制御することを含む、排熱回収システム。

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