JPS5828406B2 - Kariyoku Hatsuden Souchi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 作用媒体としてアルカリ金属の蒸気を使用して熱エネル
ギーを機械エネルギーに変換するための第一手段、およ
び上記第一手段より熱的に後方に配置され作用媒体とし
て水蒸気を使用して熱エネルギーを機械エネルギーに変
換するための第二手段を具えた火力発電装置に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION First means for converting thermal energy into mechanical energy using vapor of an alkali metal as the working medium, and a first means disposed thermally downstream of said first means and using water vapor as the working medium. The present invention relates to a thermal power generation device comprising second means for converting thermal energy into mechanical energy.

大規模な火力発電装置を建設する場合に燃料費、熱除去
費のほか排気および排水を清浄にするための費用がます
ます重要な意味を持つに至っている。When constructing large-scale thermal power generation equipment, fuel costs, heat removal costs, and costs for cleaning exhaust gas and wastewater are becoming increasingly important.

これらの問題の解決はまず第一に発電装置の効率を向上
することにより可能になる。The solution to these problems is made possible first of all by increasing the efficiency of the power plant.

元来熱伝導に左右されるすべての装置部分（例えば、建
物、伝熱面、凝縮器、冷水設備、燃料輸送装置等）の特
別な設備費を軽減することは発電効率を向上させること
により同時に達成されるから、発電効率を向上させる方
法が経済的に重要である。Reducing special equipment costs for all equipment parts that inherently depend on heat transfer (e.g. buildings, heat transfer surfaces, condensers, chilled water equipment, fuel transport equipment, etc.) simultaneously improves power generation efficiency. Since this is achieved, methods to improve power generation efficiency are economically important.

効率を本質的に向上させることは直列接続手段特に作用
媒体として高温のアルカリ金属の蒸気を使用して熱エネ
ルギーを機械エネルギーに変換する手段（以下アルカリ
金属エネルキー変換手段またはアルカリ金属手段と称す
る）を使用し、所要に応じて池の循環手段（例えばガス
タービン手段）と併用することによってのみ可能である
。Essentially increasing the efficiency is the use of series connection means, in particular means for converting thermal energy into mechanical energy using hot alkali metal vapors as working medium (hereinafter referred to as alkali metal energy conversion means or alkali metal means). This is possible only by the use of water and, if necessary, in conjunction with pond circulation means (for example gas turbine means).

従って近年かかる方法が屡々提案されている。Therefore, such methods have been frequently proposed in recent years.

かかる発電装置においては核反応プロセスにより、また
は化石燃料の燃焼により生成することのできる熱をアル
カリ金属特にカリウムの蒸発に利用する。In such power plants, the heat that can be generated by nuclear reaction processes or by the combustion of fossil fuels is used for the evaporation of alkali metals, especially potassium.

生成するカリウム蒸気はカリウム蒸気り−ビンで機械エ
ネルギーを得るために利用され、最後に凝縮する。The potassium vapor produced is used to obtain mechanical energy in a potassium vapor distiller and is finally condensed.

この際憂れた総合効率を得るには作用媒体としてカリウ
ム蒸気を使用して熱エネルギーを機械エネルギーに変換
するかかる手段（以下カリウムエネルギー変換手段また
はカリウム蒸気手段と称する）の排熱を更にエネルギー
を得るために利用することが必要である。In this case, in order to obtain the overall efficiency that was of concern, potassium vapor is used as the working medium to convert thermal energy into mechanical energy. It is necessary to use it in order to obtain it.

普通このことは、カリウム蒸気の凝縮熱を水の蒸発また
は水蒸気の過熱に使用し、次いでこの際生成する水蒸気
を常法により水蒸気タービンでエネルギーを得るために
利用し、最後に水の凝縮器における損失熱として周囲に
放散させることにより行われる。This usually means that the heat of condensation of the potassium vapor is used to evaporate water or to superheat the water vapor, the resulting water vapor is then used in the conventional manner to obtain energy in a steam turbine, and finally the heat of condensation is used in a water condenser. This is done by dissipating it to the surroundings as lost heat.

カリウムエネルギー変換手段と作用媒体として水蒸気を
使用して熱エネルギーと機械エネルギーに変換する手段
（以下水エネルギー変換手段または水蒸気手段と称する
）とを組み合わせる場合には、第一に水工ネルキー変換
手段におけるエンタルピー増加の本質的な部分特に蒸発
現象自体と関連する部分がカリウム蒸気の凝縮温度より
本質的に低いレベルで起るので、カリウム蒸気の排熱を
水蒸気手段の水に伝達する際にカリウム蒸気はその凝縮
温度即ち液状カリウムの沸点より本質的に低い温度の液
状カリウムに冷却され、この液状カリウムを再び蒸発さ
せるには蒸発前に先ず液状カリウムの温度をその沸点よ
り本質的に低い温度からその沸点まで上昇させるために
大きなエネルギーが必要になり、従ってカリウム蒸気の
排熱を水蒸気手段の水に伝達することによって系に大き
なエネルギー損失が生ずるという点、および第二にカリ
ウム／水熱交換器に欠陥がある場合には高圧の水または
水蒸気がカリウム蒸気凝縮空間内に入り、圧力差によっ
てもまた凝しい化学反応の結果としても熱交換器の完全
な破壊を招くほどの著しい損傷が生ずる点において、大
きな困難がある。When combining potassium energy conversion means and means for converting into thermal energy and mechanical energy using water vapor as a working medium (hereinafter referred to as water energy conversion means or steam means), firstly, In transferring the waste heat of the potassium vapor to the water of the steam means, the potassium vapor is The liquid potassium is cooled to a temperature essentially below its condensation temperature, i.e., the boiling point of liquid potassium, and in order to re-evaporate this liquid potassium, the temperature of the liquid potassium is first lowered from a temperature essentially below its boiling point to its boiling point. secondly, the potassium/water heat exchanger is defective. in that in some cases high pressure water or steam enters the potassium vapor condensation space and significant damage is caused, both due to the pressure difference and as a result of the hot chemical reaction, leading to complete destruction of the heat exchanger; There are great difficulties.

かかる欠陥は水蒸気手段における圧力を高く選定する程
一層起り易い。Such defects are more likely to occur the higher the pressure in the steam means is selected.

この理由は、圧力と共にカリウム／水熱交換器の壁強度
を増大する必要があるため、一層大きい熱応力が特に運
転開始および終了状態において生じ、このため障害が生
じ易くなるからである。The reason for this is that, due to the need to increase the wall strength of the potassium/water heat exchanger with pressure, greater thermal stresses occur, especially in start-up and end-of-service conditions, making failure more likely.

他方熱伝達の際の上述のエネルギー損失は水蒸気手段に
おいて極めて高い圧力を選択することによってのみ著し
く減少することができる。On the other hand, the above-mentioned energy losses during heat transfer can only be significantly reduced by selecting very high pressures in the steam means.

またかかるカリウム蒸気手段と水蒸気手段とを組み合わ
せた系では、水蒸気の比容が４５０℃より低い温度にお
いて既に大きいので、４５０℃より低い温度範囲では装
置の規模が太きく ｔ、、ｉｏす、経済的な使用はほと
んど不可能である。In addition, in a system that combines potassium vapor means and water vapor means, the specific volume of water vapor is already large at temperatures lower than 450°C, so the scale of the equipment becomes large in the temperature range lower than 450°C. practical use is almost impossible.

従ってカリウム蒸気手段の循環手段温度の下限は通常的
４５０℃またはこれより高い温度である。Therefore, the lower limit of circulating means temperature for potassium vapor means is typically 450°C or higher.

本発明においては、上述の問題を、作用媒体としてアル
カリ金属の蒸気を使用して熱エネルギーを機械エネルギ
ーに変換するための第一手段と上記第一手段より熱的に
後方に配置され作用媒体として水蒸気を使用して熱エネ
ルギーを機械エネルギーに変換するための第二手段との
間に、作用媒体として有機媒体特にジフェニルの蒸気を
使用して熱エネルギーを機械エネルギーに変換するため
の第三手段を設け、上記第三手段の作動温度の上限を４
２０〜４８０℃とし、上記第二手段の熱吸収が実質的に
等温的に行われる温度範囲において上記第三手段の排熱
の上記第二手段への伝達が行われるように構成したこと
を特徴とする火力発電装置により解決する。In the present invention, the above-mentioned problem is solved by a first means for converting thermal energy into mechanical energy using an alkali metal vapor as a working medium, and a first means disposed thermally rearward from the first means as a working medium. Between the second means for converting thermal energy into mechanical energy using water vapor, there is a third means for converting thermal energy into mechanical energy using vapor of an organic medium, especially diphenyl, as the working medium. and set the upper limit of the operating temperature of the third means to 4.
The temperature is 20 to 480°C, and the waste heat of the third means is transferred to the second means in a temperature range in which the heat absorption of the second means is performed substantially isothermally. This problem can be solved by using a thermal power generation device.

第二手段の熱吸収が実質的に等温的に行われる温度範囲
とは、第二手段の水が第三手段の有機媒体から熱を吸収
する際に、第三手段の有機媒体の凝縮熱が第二手段の水
の蒸発熱として利用される条件下で熱吸収の大部分が行
われる温度範囲を意味する。The temperature range in which the heat absorption of the second means is substantially isothermal means that when the water of the second means absorbs heat from the organic medium of the third means, the heat of condensation of the organic medium of the third means is It means the temperature range in which most of the heat absorption occurs under the conditions where water is used as the heat of evaporation of the second means.

本発明装置においては、第二手段におけるエンタルピー
増加の本質的な部分特に蒸気現象自体と関連する部分は
その大部分が第三手段の有機媒体の凝縮温度またはこれ
より僅か低い温度で起るので、第一手段と第二手段とを
組み合わせた系における上述の第一の欠点を解決するこ
とができるほか、上述の第二の欠点をも解決することが
できる。In the device according to the invention, the essential part of the enthalpy increase in the second means, in particular the part associated with the vapor phenomenon itself, occurs for the most part at or slightly below the condensation temperature of the organic medium of the third means; In addition to being able to solve the above-mentioned first drawback in a system that combines the first means and the second means, it is also possible to solve the above-mentioned second drawback.

即ち、本発明においては、第一手段であるアルカリ金属
手段と第二手段である水蒸気手段との間に第三の循環手
段を配置することにより高い装置効率を達成することが
でき、所要に応じて水蒸気手段の作動温度の下限を高く
することができるので、プロセスの排熱を経済的に冷却
塔特に乾燥冷却塔で空気に付与することができ、あるい
はプロセスの熱源もしくは暖房の熱源として使用するこ
とができ、しかもこの除装置効率を非経済的に大きく低
下させることがない。That is, in the present invention, high device efficiency can be achieved by arranging the third circulation means between the alkali metal means, which is the first means, and the steam means, which is the second means. Since the lower operating temperature of the steam means can be raised, the waste heat of the process can be economically applied to the air in a cooling tower, especially a dry cooling tower, or used as a heat source for the process or as a heat source for heating. Moreover, the efficiency of the removal device is not uneconomically reduced.

次に本発明を図面を参照して例につき説明する。The invention will now be explained by way of example with reference to the drawings.

第１図に示す本発明の火力発電装置の一例においては、
カリウム蒸発器１でカリウムを蒸発させ、発生した蒸気
（８９℃、３．０６ ｋｇ／ｃｒｒｉ−（３バール））
をタービン２に供給味その有効エネルキーを発電機また
は池のエネルキー消費装置に伝達する。In an example of the thermal power generation device of the present invention shown in FIG.
Vapor generated by evaporating potassium in potassium evaporator 1 (89°C, 3.06 kg/crri-(3 bar))
is supplied to the turbine 2 and transmits its useful energy to the energy consuming device of the generator or pond.

こタービンから出たカリウム蒸気（４６０℃、０．０
２ｉ＜ｇ／＝（ｏ、ｏ ２バール））は凝縮器３で凝縮
され、次いで供給ポンプ４および図示しない予熱器を経
て蒸発器１に供給される。Potassium steam (460℃, 0.0
2i<g/=(o, o 2 bar)) is condensed in a condenser 3 and then fed to the evaporator 1 via a feed pump 4 and a preheater (not shown).

凝縮器３でジフェニルが蒸発し、生成した蒸気 １（４
４０℃、１８．３６ ｋｇ／ｃＩ？Ｌ（１８バール））
はタービン５に供給される。Diphenyl evaporates in condenser 3, and the generated vapor 1 (4
40℃, 18.36 kg/cI? L (18 bar))
is supplied to the turbine 5.

次いでジフェニル蒸気は凝縮器６および７に供給される
。The diphenyl vapor is then fed to condensers 6 and 7.

この際凝縮器６は水蒸発器として作用し、凝縮器７は中
間加熱装置として作用する。In this case, the condenser 6 acts as a water evaporator, and the condenser 7 acts as an intermediate heating device.

凝縮器６においてジフエニ ｌル蒸気は２９０℃、２．
０４ ｋｇ／ｉ （２バール）で凝縮し、この際２７５
℃、６１．２ｋｇ／ｃｒ？Ｌ（６０バール）の水蒸気が
生成する。In the condenser 6, the diphenylene vapor is heated to 290°C.
04 kg/i (2 bar), in this case 275
°C, 61.2 kg/cr? L (60 bar) of water vapor is produced.

凝縮したジフェニルは供給ポンプ８および予熱器９を経
て再びジフェニル蒸発器（カルラム凝縮器）３に供給さ
れる。The condensed diphenyl is again supplied to the diphenyl evaporator (cullum condenser) 3 via a supply pump 8 and a preheater 9.

３予熱器９はタービン５から取出された抽気蒸気によ
り熱の供給を受け、この際生成する凝縮液は供給ポンプ
１０により循環導管内を導かれる。3. The preheater 9 is supplied with heat by the extracted steam extracted from the turbine 5, and the condensate produced at this time is guided in a circulation conduit by a supply pump 10.

凝縮したジフェニルの予熱は第１図には簡単に示したが
、一段ではなく多段で実施する。The preheating of the condensed diphenyl is shown briefly in FIG. 1, but is carried out in multiple stages rather than in one stage.

２゜ジフェニル凝縮器６で生成した水蒸
気は水蒸気タービン１１の高圧部に供給される。The steam generated in the 2° diphenyl condenser 6 is supplied to the high pressure section of the steam turbine 11.

排蒸気は中間加熱装置７において１０．２ｋｇ／Ｃｒ？
Ｌ（１０バール）で２７０℃まで中間過熱され、タービ
ン１１の双回転羽根の低圧部に供給される。Exhaust steam is 10.2 kg/Cr in intermediate heating device 7?
It is intermediately superheated to 270° C. at L (10 bar) and fed to the low pressure section of the twin rotary blades of the turbine 11.

最後の両タービン段を離れた蒸気（３３℃、０．０５
ｋｇ／ｃｒ？ｔ （０，０５バール））は凝縮器１２で
凝縮し、供給ポンプ１３により２個の予熱器１４および
１５を経て水蒸発器（ジフェニル凝縮器）６に導かれる
。Steam leaving both last turbine stages (33°C, 0.05
kg/cr? t (0.05 bar)) is condensed in a condenser 12 and guided by a feed pump 13 via two preheaters 14 and 15 to a water evaporator (diphenyl condenser) 6.

予熱器１４および１５はタービン１１の高圧部または低
圧部の抽気蒸気により作動する。The preheaters 14 and 15 are operated by extracted steam from the high pressure section or the low pressure section of the turbine 11.

生成する凝縮液は減圧弁１６および１７を経て供給ポン
プ１３に供給される。The resulting condensate is fed to the feed pump 13 via pressure reducing valves 16 and 17.

ジフェニル蒸気タービン５および水蒸気タービン１１に
より発電機１８を駆動する。A generator 18 is driven by the diphenyl steam turbine 5 and the steam turbine 11.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の装置の一例のフローシートである。 １・・・・・・カリウム蒸発器、２，５．１１・・・・
・・タービン、３・・・・・・カリウム凝縮器（ジフェ
ニル蒸発器）、４．８，１０，１３・・・・・・供給ポ
ンプ、６・・・・・・ジフェニル凝縮器（水蒸発器）、
７・・・・・・ジフェニル凝縮器（中間加熱装置）、９
，１４．１５・・・・・・予熱器、１２・・・・・・水
蒸気凝縮器、１６，１７・・・・・・減圧弁、１８・・
・・・・発電機。FIG. 1 is a flow sheet of an example of the apparatus of the present invention. 1... Potassium evaporator, 2,5.11...
... Turbine, 3... Potassium condenser (diphenyl evaporator), 4.8, 10, 13... Supply pump, 6... Diphenyl condenser (water evaporator) ),
7...Diphenyl condenser (intermediate heating device), 9
, 14.15... Preheater, 12... Steam condenser, 16, 17... Pressure reducing valve, 18...
····Generator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 作用媒体としてアルカリ金属の蒸気を使用して熱エ
ネルギーを機械エネルギーに変換するための第一手段、
および上記第一手段より熱的に後方に配置され作用媒体
として水蒸気を使用して熱エネルギーを機械エネルギー
に変換するための第二手段を具えた火力発電装置におい
て、上記両手段の間に、作用媒体として有機媒体の蒸気
を使用して熱エネルギーを機械エネルギーに変換するた
めの第三手段を設け、上記第三手段の作動温度の上限を
４２０〜４８０℃とし、上記第二手段の熱吸収が実質的
に等温的に行われる温度範囲において上記第三手段の排
熱の上記第二手段への伝達が行われるように構成したこ
とを特徴とする火力発電装置。1. A first means for converting thermal energy into mechanical energy using vapors of alkali metals as working medium,
and a thermal power generation device comprising a second means disposed thermally rearward of the first means and for converting thermal energy into mechanical energy using water vapor as a working medium, wherein an action is provided between the two means. A third means for converting thermal energy into mechanical energy using vapor of an organic medium as a medium is provided, the upper limit of the operating temperature of the third means is 420 to 480°C, and the heat absorption of the second means is A thermal power generation device characterized in that the exhaust heat of the third means is transferred to the second means in a substantially isothermal temperature range.