過熱蒸気生成方法及び過熱蒸気生成システム、並びに蒸気発電方法及び蒸気発電システム
【課題】蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成するに際し、省エネルギ化を図ることができるようにした過熱蒸気生成方法及び過熱蒸気生成システム、並びに蒸気発電方法及蒸気発電システムを提供すること。
【解決手段】蒸気発生ボイラ１を生成源とする飽和水蒸気Ｓ０から、その一部を抜き出した抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’と、飽和水蒸気Ｓ０から抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’が抜き出された後の過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”とを得る工程と、抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気Ｓ１にする工程と、抜き出し過熱蒸気Ｓ１と過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”とを熱交換して抜き出し過熱蒸気Ｓ１を凝縮させて、過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”を加熱して過熱蒸気Ｓ２にする工程と、抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じたドレン水ＷＤを蒸気発生ボイラ１の給水系２に回収する工程とを含むことを特徴とする過熱蒸気生成方法。
【解決手段】蒸気発生ボイラ１を生成源とする飽和水蒸気Ｓ０から、その一部を抜き出した抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’と、飽和水蒸気Ｓ０から抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’が抜き出された後の過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”とを得る工程と、抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気Ｓ１にする工程と、抜き出し過熱蒸気Ｓ１と過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”とを熱交換して抜き出し過熱蒸気Ｓ１を凝縮させて、過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”を加熱して過熱蒸気Ｓ２にする工程と、抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じたドレン水ＷＤを蒸気発生ボイラ１の給水系２に回収する工程とを含むことを特徴とする過熱蒸気生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成するに際し、省エネルギ化を図ることができるようにした、過熱蒸気生成方法及び過熱蒸気生成システム、並びに、これらを組み入れて省エネルギ化を図って蒸気発電を行うことができるようにした、蒸気発電方法及び蒸気発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
先に本出願人は、飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成するに際し、エネルギ利用効率良く過熱蒸気を得ることができるとともに、燃焼式蒸気加熱器を用いる場合とは違って、燃料用配管や排気用配管などが不要で装置設置費用が少なくて済むようにすることを目的として、過熱蒸気生成方法を提案している（特許文献１）。
【０００３】
この従来の過熱蒸気生成方法は、図７に示すように、水蒸気供給源からの飽和水蒸気Ｓ０から、該飽和水蒸気Ｓ０の一部を抜き出した抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’と、前記飽和水蒸気Ｓ０から前記抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’が抜き出された後の過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”とを得、圧縮機５１により前記抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’を断熱圧縮して過熱蒸気Ｓ１にし、凝縮器（蒸気加熱器）５２によってこの抜き出し過熱蒸気Ｓ１と前記過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”とを熱交換して抜き出し過熱蒸気Ｓ１を凝縮させることにより、過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”を加熱して過熱蒸気Ｓ２を得るようにしている。
【０００４】
この従来の過熱蒸気生成方法によると、前記圧縮に要する電気エネルギ量に対して例えばその１０倍を上回る熱エネルギ量を過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”に供給することができ、エネルギ利用効率良く過熱蒸気Ｓ２を得ることができる。また、燃焼式蒸気加熱器とは違って、抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’を断熱圧縮するようにしたものであるから、燃料用配管や排気用配管などが不要で装置設置費用が少なくて済む。
【特許文献１】特開２００４−１９０９４９号公報（第２−５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した従来の過熱蒸気生成方法では、凝縮器（蒸気加熱器）５２において抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じた高温・高圧のドレン水（凝縮水）を回収することについて考慮されていなかった。このため、飽和水蒸気Ｓ０の生成源である蒸気発生ボイラを含めて過熱蒸気Ｓ２の生成に要するエネルギを低減して、省エネルギ化を図るという点において改善の余地があった。
【０００６】
そこで本発明の課題は、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成するに際し、省エネルギ化を図ることができるようにした、過熱蒸気生成方法及び過熱蒸気生成システム、並びに、これらを組み入れて省エネルギ化を図って蒸気発電を行うことができるようにした、蒸気発電方法及蒸気発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
請求項１の発明は、過熱蒸気を生成させる過熱蒸気生成方法において、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気から、該飽和水蒸気の一部を抜き出した抜き出し飽和水蒸気と、前記飽和水蒸気から前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の過熱化対象飽和水蒸気とを得る工程と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気と前記過熱化対象飽和水蒸気とを熱交換して前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収する工程とを含むことを特徴とする過熱蒸気生成方法である。
【０００９】
請求項２の発明は、過熱蒸気を生成させる過熱蒸気生成システムにおいて、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気を供給するための飽和水蒸気供給経路と、前記飽和水蒸気の一部を抜き出し飽和水蒸気として導出するための抜き出し飽和水蒸気導出経路と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする圧縮機と、前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の前記飽和水蒸気供給経路からの過熱化対象飽和水蒸気と前記圧縮機からの前記抜き出し過熱蒸気とを熱交換して、前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気にする蒸気加熱器と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収するドレン水回収経路とを備えていることを特徴とする過熱蒸気生成システムである。
【００１０】
請求項３の発明は、過熱蒸気を蒸気タービンに供給して、該蒸気タービンで発電機を駆動して発電を行う蒸気発電方法において、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気から、該飽和水蒸気の一部を抜き出した抜き出し飽和水蒸気と、前記飽和水蒸気から前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の過熱化対象飽和水蒸気とを得る工程と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気と前記過熱化対象飽和水蒸気とを熱交換して前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収する工程と、前記蒸気タービンに前記得られた過熱蒸気を供給する工程と、前記蒸気タービンからの低圧飽和水蒸気を導出する工程とを含むことを特徴とする蒸気発電方法である。
【００１１】
請求項４の発明は、過熱蒸気を蒸気タービンに供給して、該蒸気タービンで発電機を駆動して発電を行う蒸気発電システムにおいて、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気を供給するための飽和水蒸気供給経路と、前記飽和水蒸気の一部を抜き出し飽和水蒸気として導出するための抜き出し飽和水蒸気導出経路と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする圧縮機と、前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の前記飽和水蒸気供給経路からの過熱化対象飽和水蒸気と前記圧縮機からの前記抜き出し過熱蒸気とを熱交換して、前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を得る蒸気加熱器と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収するドレン水回収経路と、前記蒸気タービンに前記蒸気加熱器で得られた過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給経路と、前記蒸気タービンからの低圧飽和水蒸気を導出する低圧飽和水蒸気導出経路とを備えていることを特徴とする蒸気発電システムである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の過熱蒸気生成方法又は過熱蒸気生成システムは、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気Ｓ０から、その一部（蒸気流量で例えば５％程度）を抜き出した飽和水蒸気である抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’と、該抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’が抜き出された後の過熱化対象の飽和水蒸気Ｓ０”と得、前記抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’を断熱圧縮して過熱蒸気Ｓ１にし、この抜き出し過熱蒸気Ｓ１を凝縮させて該過熱蒸気Ｓ１の持つ蒸発潜熱を放出させることで、前記過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”を加熱して過熱蒸気Ｓ２を得るように構成されるとともに、従来とは違って、前記抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じた高温・高圧のドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収するように構成されている。したがって、蒸気発生ボイラへの投入エネルギを減らすことができて省エネルギ化を図ることができる。
【００１３】
本発明の蒸気発電方法は、過熱蒸気を蒸気タービンに供給して、該蒸気タービンで発電機を駆動して発電を行うに際し、前記過熱蒸気生成方法を組み入れて過熱蒸気を得るように構成されており、また、本発明の蒸気発電システムは、前記過熱蒸気生成システムを組み入れて過熱蒸気を得るように構成されている。したがって、本発明の蒸気発電方法又は蒸気発電システムは、従来に比べ省エネルギ化を図って蒸気発電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による過熱蒸気生成方法が実施される過熱蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【００１５】
この過熱蒸気生成システムは、図１に示すように、蒸気発生ボイラ１を生成源とする飽和水蒸気Ｓ０を供給するための飽和水蒸気供給経路１１と、この飽和水蒸気供給経路１１の途中から分岐し、前記飽和水蒸気Ｓ０の一部を抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’として導出するための抜き出し飽和水蒸気導出経路１２と、この抜き出し飽和水蒸気導出経路１２からの前記抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’を断熱圧縮して過熱蒸気Ｓ１にし、この抜き出し過熱蒸気Ｓ１を得る圧縮機４と、この圧縮機４に抜き出し過熱蒸気供給経路１３によって連絡され、前記抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’が抜き出された後の前記飽和水蒸気供給経路１１からの過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”と圧縮機４からの前記抜き出し過熱蒸気Ｓ１とを熱交換して、抜き出し過熱蒸気Ｓ１を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”を加熱して過熱蒸気Ｓ２を得る蒸気加熱器（凝縮器）６と、前記抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じたドレン水ＷＤを蒸気発生ボイラ１の給水タンク２に回収するドレン水回収経路１５とを備えている。また、図１において、３は蒸気発生ボイラ１に給水タンク２からの給水を送るための給水用ポンプ、５は圧縮機４を駆動するための圧縮機駆動用電動機、１４は蒸気加熱器６からの過熱蒸気Ｓ２を消費設備へ供給するための過熱蒸気供給経路である。なお、飽和水蒸気供給経路１１において分岐点ａに近接にし、かつ分岐点ａの上流位置にドレンセパレータを設けるようにしてよい。
【００１６】
次に、図１を参照して本発明の過熱蒸気生成方法について、蒸気流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ（Ａ：絶対圧力），温度２１６．４℃の過熱蒸気Ｓ２（飽和温度１６８℃）を生成する場合を例に説明する。
【００１７】
まず、蒸気発生ボイラ１に給水Ｗ（流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度２０℃）と後述する高温・高圧のドレン水ＷＤ（流量１６５ｋｇ／ｈ，圧力２．３０ＭＰａＡ，温度２１９．５℃）とが供給され、蒸気発生ボイラ１によって飽和水蒸気Ｓ０（流量３１６５ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度１６７．８℃）が生成される。
【００１８】
この生成された飽和水蒸気Ｓ０のうちの流量で５．２％の飽和水蒸気は、抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’（流量１６５ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度１６７．８℃）として、飽和水蒸気供給経路１１から分岐した抜き出し飽和水蒸気導出経路１２を介して圧縮機４に導入される。一方、飽和水蒸気Ｓ０のうちの残りの飽和水蒸気は、過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”（流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度１６７．８℃）として飽和水蒸気供給経路１１を介して蒸気加熱器６に導入される。
【００１９】
飽和水蒸気供給経路１１から分岐した前記抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’は、圧縮機４で断熱圧縮されることにより過熱蒸気Ｓ１となり、生成されたこの抜き出し過熱蒸気Ｓ１（流量１６５ｋｇ／ｈ，圧力２．３０ＭＰａＡ，温度２９７．８℃）は、抜き出し過熱蒸気供給経路１３を介して前記蒸気加熱器６に供給される。
【００２０】
この蒸気加熱器６において、過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”と抜き出し過熱蒸気Ｓ１との熱交換によって抜き出し過熱蒸気Ｓ１が凝縮し、これによって抜き出し過熱蒸気Ｓ１がその蒸発潜熱を放出して、過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”を加熱することにより、過熱蒸気Ｓ２（流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度２１６．４℃）が生成される。なお、蒸気加熱器６は、例えばシェル＆チューブ式の熱交換形式のものであり、伝熱管内に抜き出し過熱蒸気Ｓ１を導入し、伝熱管外側に過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”を導く構造のものである。
【００２１】
そして、蒸気加熱器６において抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じた高温・高圧のドレン水ＷＤ（流量１６５ｋｇ／ｈ，圧力２．３０ＭＰａＡ，温度２１９．５℃）が、ドレン水回収経路１５を介して蒸気発生ボイラ１の給水タンク２に回収されるようになっている。
【００２２】
この場合、過熱蒸気Ｓ２の生成に必要な本発明過熱蒸気生成方法による投入エネルギは、蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギ２４４０ｋＷと圧縮機４の動力１４ｋＷとから、合計２４５４ｋＷになる。以下、このことについて説明する。
【００２３】
まず、給水Ｗが持つ熱エネルギは、流量３０００（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×８３．９（ｋＪ／ｋｇ）≒７０ｋＷである。前記８３．９（ｋＪ／ｋｇ）は、給水Ｗ（圧力０．７５ＭＰａＡ，温度２０℃）の比エンタルピである。また、飽和水蒸気Ｓ０が持つ熱エネルギは、流量３１６５（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×２７６６（ｋＪ／ｋｇ）≒２４３１ｋＷである。前記２７６６（ｋＪ／ｋｇ）は、飽和水蒸気Ｓ０（圧力０．７５ＭＰａＡ，温度１６７．８℃）の比エンタルピである。また、飽和水蒸気Ｓ０”が持つ熱エネルギは、流量３０００（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×２７６６（ｋＪ／ｋｇ）≒２３０５ｋＷである。前記２７６６（ｋＪ／ｋｇ）は、飽和水蒸気Ｓ０”の比エンタルピである。
【００２４】
また、抜き出し過熱蒸気Ｓ１が持つ熱エネルギは、流量１６５（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×３０１０（ｋＪ／ｋｇ）≒１３８ｋＷである。前記３０１０（ｋＪ／ｋｇ）は、抜き出し過熱蒸気Ｓ１（圧力２．３０ＭＰａＡ，温度２９７．８℃）の比エンタルピである。また、過熱蒸気Ｓ２が持つ熱エネルギは、流量３０００（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×２８７９（ｋＪ／ｋｇ）≒２４００ｋＷである。前記２８７９（ｋＪ／ｋｇ）は、過熱蒸気Ｓ２（圧力０．７５ＭＰａＡ，温度２１６．４℃）の比エンタルピである。また、ドレン水ＷＤが持つ熱エネルギは、流量１６５（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×９４１（ｋＪ／ｋｇ）≒４３ｋＷである。前記９４１（ｋＪ／ｋｇ）は、ドレン水ＷＤ（圧力２．３０ＭＰａＡ，温度２１９．５℃）の比エンタルピである。
【００２５】
そして、前記したところの、飽和水蒸気Ｓ０が持つ熱エネルギ２４３１ｋＷと、給水Ｗが持つ熱エネルギ７０ｋＷと、ドレン水ＷＤが持つ熱エネルギ４３ｋＷとから、蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギは、（ボイラ出口エネルギ２４３１ｋＷ−給水エネルギ７０ｋＷ−ドレン回収エネルギ４３ｋＷ）÷ボイラ熱効率９５％の計算により、２４４０ｋＷになる。
【００２６】
また、抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’から抜き出し過熱蒸気Ｓ１を生成するのに必要な圧縮機４の動力は、流量１６５（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×（３０１０（ｋＪ／ｋｇ）−２７６６（ｋＪ／ｋｇ））÷圧縮機総合効率８０％の計算により、１４ｋＷになる。よって、前述したように、過熱蒸気Ｓ２の生成に必要な本発明過熱蒸気生成方法による投入エネルギは、蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギ２４４０ｋＷと圧縮機４の動力１４ｋＷとから、合計２４５４ｋＷになる。
【００２７】
図３は従来技術が実施される過熱蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【００２８】
従来技術（特開２００４−１９０９４９号公報）では、図３に示すように、抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じた高温・高圧のドレン水ＷＤは、エネルギ回収がなされることなく、ドレン水排出経路１６を経て排出される。この場合の蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギは、（ボイラ出口エネルギ２４３１ｋＷ−給水エネルギ７４ｋＷ）÷ボイラ熱効率９５％の計算により、２４８２ｋＷになる。また、圧縮機４の動力は、本発明の過熱蒸気生成方法と同じく１４ｋＷである。したがって、過熱蒸気Ｓ２の生成に必要な従来技術による投入エネルギは、前記２４８２ｋＷと前記１４ｋＷとから合計２４９６ｋＷになる。
【００２９】
図４は蒸気発生ボイラと燃焼式蒸気加熱器とによる過熱蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【００３０】
この場合の蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギは、（ボイラ出口エネルギ２３０５ｋＷ−給水エネルギ７０ｋＷ）÷ボイラ熱効率９５％の計算により、２３５３ｋＷになる。また、蒸気発生ボイラ１で生成された飽和水蒸気Ｓ０”から過熱蒸気Ｓ２を生成するのに必要な燃焼式蒸気加熱器９への燃料エネルギは、流量３０００（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×（２８７９（ｋＪ／ｋｇ）−２７６６（ｋＪ／ｋｇ））÷熱効率７４％の計算により、１２８ｋＷになる。したがって、蒸気発生ボイラ１及び燃焼式蒸気加熱器９による場合の過熱蒸気Ｓ２の生成に必要な投入エネルギは、前記２３５３ｋＷと前記１２８ｋＷとから合計２４８１ｋＷになる。
【００３１】
以上説明した結果を表１に示す。表１には、本発明過熱蒸気生成方法と、従来技術（特開２００４−１９０９４９号公報）と、蒸気発生ボイラ及び燃焼式蒸気加熱器による方法とにおいて、過熱蒸気Ｓ２（蒸気流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度２１６．４℃）を生成するのに要する投入エネルギを示してある。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１からわかるように、蒸気発生ボイラ１と燃焼式蒸気加熱器９とによる方法（図４）をベースとした場合、従来技術（図３）では省エネルギ効果が生じなくなっている。これに対して、本発明の過熱蒸気生成方法では、従来技術とは違って、抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じた高温・高圧のドレン水ＷＤを蒸気発生ボイラ１の給水タンク２に回収して、ドレン水ＷＤが持つ熱エネルギを有効利用するようにしているので、２７ｋＷの省エネルギとなる。
【００３４】
図２は本発明の一実施形態による蒸気発電方法が実施される蒸気発電システムのプロセスフロー図である。蒸気タービン７、発電機８及び低圧飽和水蒸気導出経路１７が付加されている点以外は、前記図１に示す構成と同一なので、図１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。
【００３５】
この蒸気発電システムは、図２に示すように、前記図１に示す構成に加え、蒸気加熱器６からの過熱蒸気Ｓ２が過熱蒸気供給経路１４を介して供給される蒸気タービン７と、この蒸気タービン７を駆動源として発電を行う発電機８と、蒸気タービン７からの低圧飽和水蒸気Ｓ３を導出し、図示しない消費設備に供給するための低圧飽和水蒸気導出経路１７とを備えている。
【００３６】
次に、図２を参照して本発明の蒸気発電方法について、蒸気流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度２１６．４℃の過熱蒸気Ｓ２を生成して、蒸気タービン７を駆動源として発電を行い、蒸気タービン７で仕事をした蒸気流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．２５ＭＰａＡ，温度１２７．４℃の低圧飽和水蒸気Ｓ３を図示しない消費設備に供給する場合を例に説明する。なお、過熱蒸気Ｓ２の生成方法については、前記図１の場合と同じであるから説明を省略する。
【００３７】
図２に示すように、蒸気加熱器６からの過熱蒸気Ｓ２は、蒸気タービン７に供給されて仕事した後、低圧飽和水蒸気Ｓ３として低圧飽和水蒸気導出経路１７を介して図示しない消費設備に供給されるようになっている。蒸気タービン７は圧力比３にて作動される。低圧飽和水蒸気Ｓ３が持つ熱エネルギは、流量３０００（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×２７１６（ｋＪ／ｋｇ）≒２２６３ｋＷである。前記２７１６（ｋＪ／ｋｇ）は、低圧飽和水蒸気Ｓ３（圧力０．２５ＭＰａＡ，温度１２７．４℃）の比エンタルピである。
【００３８】
この場合、発電出力は、流量３０００（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×（２８７９（ｋＪ／ｋｇ）−２７１６（ｋＪ／ｋｇ））×（減速機機械効率８９％）×（発電機効率９３％）の計算により、１１３ｋＷになる。
【００３９】
そして、本発明の蒸気発電方法による場合、発電出力１１３ｋＷと低圧飽和水蒸気Ｓ３とを得るのに必要な投入エネルギは、蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギ２４４０ｋＷと圧縮機４の動力１４ｋＷとから合計２４５４ｋＷである。
【００４０】
図５は従来技術が実施される蒸気発電システムのプロセスフロー図である。
【００４１】
従来技術（特開２００４−１９０９４９号公報）による発電の場合、発電出力１１３ｋＷと低圧飽和水蒸気Ｓ３とを得るのに必要な投入エネルギは、蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギ２４８２ｋＷと圧縮機４の動力１４ｋＷとから合計２４９６ｋＷである。
【００４２】
図６は蒸気発生ボイラのみによる飽和蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【００４３】
この場合、低圧飽和水蒸気Ｓ３を得るのに必要な投入エネルギは、蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギであって、（ボイラ出口エネルギ２２６３ｋＷ−給水エネルギ７０ｋＷ）÷ボイラ熱効率９５％の計算により、２３０９ｋＷである。
【００４４】
以上説明したところの、本発明の蒸気発電方法の場合、従来技術による発電の場合、及び蒸気発生ボイラのみによる低圧飽和水蒸気Ｓ３を生成する場合のそれぞれの投入エネルギを、表２に示してある。そして、蒸気発生ボイラのみで飽和水蒸気を生成する場合に対して、飽和水蒸気をいったん過熱蒸気にし、該過熱蒸気にて蒸気タービンによる発電を行ってから最終的に飽和水蒸気（蒸気タービンからの使用済み蒸気）を生成する場合の効率をリパワリング効率と定義する。すなわち、リパワリング効率（％）＝（発電出力）/（発電するために追加投入したエネルギ）×１００とする。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２からわかるように、従来技術（特開２００４−１９０９４９号公報）による発電の場合では、リパワリング効率が６０％となっている。これに対して、本発明の蒸気発電方法では、リパワリング効率が７８％となり、従来技術に比べ省エネルギ化を図って蒸気発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態による過熱蒸気生成方法が実施される過熱蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【図２】本発明の一実施形態による蒸気発電方法が実施される蒸気発電システムのプロセスフロー図である。
【図３】従来技術が実施される過熱蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【図４】蒸気発生ボイラと燃焼式蒸気加熱器とによる過熱蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【図５】従来技術が実施される蒸気発電システムのプロセスフロー図である。
【図６】蒸気発生ボイラのみによる飽和蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【図７】従来の過熱蒸気生成方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…蒸気発生ボイラ
２…給水タンク
３…給水用ポンプ
４…圧縮機
５…圧縮機駆動用電動機
６…蒸気加熱器
７…蒸気タービン
８…発電機
１１…飽和水蒸気供給経路
１２…抜き出し飽和水蒸気導出経路
１３…抜き出し過熱蒸気供給経路
１４…過熱蒸気供給経路
１５…ドレン水回収経路
１７…低圧飽和水蒸気導出経路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成するに際し、省エネルギ化を図ることができるようにした、過熱蒸気生成方法及び過熱蒸気生成システム、並びに、これらを組み入れて省エネルギ化を図って蒸気発電を行うことができるようにした、蒸気発電方法及び蒸気発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
先に本出願人は、飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成するに際し、エネルギ利用効率良く過熱蒸気を得ることができるとともに、燃焼式蒸気加熱器を用いる場合とは違って、燃料用配管や排気用配管などが不要で装置設置費用が少なくて済むようにすることを目的として、過熱蒸気生成方法を提案している（特許文献１）。
【０００３】
この従来の過熱蒸気生成方法は、図７に示すように、水蒸気供給源からの飽和水蒸気Ｓ０から、該飽和水蒸気Ｓ０の一部を抜き出した抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’と、前記飽和水蒸気Ｓ０から前記抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’が抜き出された後の過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”とを得、圧縮機５１により前記抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’を断熱圧縮して過熱蒸気Ｓ１にし、凝縮器（蒸気加熱器）５２によってこの抜き出し過熱蒸気Ｓ１と前記過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”とを熱交換して抜き出し過熱蒸気Ｓ１を凝縮させることにより、過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”を加熱して過熱蒸気Ｓ２を得るようにしている。
【０００４】
この従来の過熱蒸気生成方法によると、前記圧縮に要する電気エネルギ量に対して例えばその１０倍を上回る熱エネルギ量を過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”に供給することができ、エネルギ利用効率良く過熱蒸気Ｓ２を得ることができる。また、燃焼式蒸気加熱器とは違って、抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’を断熱圧縮するようにしたものであるから、燃料用配管や排気用配管などが不要で装置設置費用が少なくて済む。
【特許文献１】特開２００４−１９０９４９号公報（第２−５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した従来の過熱蒸気生成方法では、凝縮器（蒸気加熱器）５２において抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じた高温・高圧のドレン水（凝縮水）を回収することについて考慮されていなかった。このため、飽和水蒸気Ｓ０の生成源である蒸気発生ボイラを含めて過熱蒸気Ｓ２の生成に要するエネルギを低減して、省エネルギ化を図るという点において改善の余地があった。
【０００６】
そこで本発明の課題は、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成するに際し、省エネルギ化を図ることができるようにした、過熱蒸気生成方法及び過熱蒸気生成システム、並びに、これらを組み入れて省エネルギ化を図って蒸気発電を行うことができるようにした、蒸気発電方法及蒸気発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
請求項１の発明は、過熱蒸気を生成させる過熱蒸気生成方法において、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気から、該飽和水蒸気の一部を抜き出した抜き出し飽和水蒸気と、前記飽和水蒸気から前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の過熱化対象飽和水蒸気とを得る工程と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気と前記過熱化対象飽和水蒸気とを熱交換して前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収する工程とを含むことを特徴とする過熱蒸気生成方法である。
【０００９】
請求項２の発明は、過熱蒸気を生成させる過熱蒸気生成システムにおいて、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気を供給するための飽和水蒸気供給経路と、前記飽和水蒸気の一部を抜き出し飽和水蒸気として導出するための抜き出し飽和水蒸気導出経路と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする圧縮機と、前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の前記飽和水蒸気供給経路からの過熱化対象飽和水蒸気と前記圧縮機からの前記抜き出し過熱蒸気とを熱交換して、前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気にする蒸気加熱器と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収するドレン水回収経路とを備えていることを特徴とする過熱蒸気生成システムである。
【００１０】
請求項３の発明は、過熱蒸気を蒸気タービンに供給して、該蒸気タービンで発電機を駆動して発電を行う蒸気発電方法において、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気から、該飽和水蒸気の一部を抜き出した抜き出し飽和水蒸気と、前記飽和水蒸気から前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の過熱化対象飽和水蒸気とを得る工程と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気と前記過熱化対象飽和水蒸気とを熱交換して前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収する工程と、前記蒸気タービンに前記得られた過熱蒸気を供給する工程と、前記蒸気タービンからの低圧飽和水蒸気を導出する工程とを含むことを特徴とする蒸気発電方法である。
【００１１】
請求項４の発明は、過熱蒸気を蒸気タービンに供給して、該蒸気タービンで発電機を駆動して発電を行う蒸気発電システムにおいて、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気を供給するための飽和水蒸気供給経路と、前記飽和水蒸気の一部を抜き出し飽和水蒸気として導出するための抜き出し飽和水蒸気導出経路と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする圧縮機と、前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の前記飽和水蒸気供給経路からの過熱化対象飽和水蒸気と前記圧縮機からの前記抜き出し過熱蒸気とを熱交換して、前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を得る蒸気加熱器と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収するドレン水回収経路と、前記蒸気タービンに前記蒸気加熱器で得られた過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給経路と、前記蒸気タービンからの低圧飽和水蒸気を導出する低圧飽和水蒸気導出経路とを備えていることを特徴とする蒸気発電システムである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の過熱蒸気生成方法又は過熱蒸気生成システムは、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気Ｓ０から、その一部（蒸気流量で例えば５％程度）を抜き出した飽和水蒸気である抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’と、該抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’が抜き出された後の過熱化対象の飽和水蒸気Ｓ０”と得、前記抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’を断熱圧縮して過熱蒸気Ｓ１にし、この抜き出し過熱蒸気Ｓ１を凝縮させて該過熱蒸気Ｓ１の持つ蒸発潜熱を放出させることで、前記過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”を加熱して過熱蒸気Ｓ２を得るように構成されるとともに、従来とは違って、前記抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じた高温・高圧のドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収するように構成されている。したがって、蒸気発生ボイラへの投入エネルギを減らすことができて省エネルギ化を図ることができる。
【００１３】
本発明の蒸気発電方法は、過熱蒸気を蒸気タービンに供給して、該蒸気タービンで発電機を駆動して発電を行うに際し、前記過熱蒸気生成方法を組み入れて過熱蒸気を得るように構成されており、また、本発明の蒸気発電システムは、前記過熱蒸気生成システムを組み入れて過熱蒸気を得るように構成されている。したがって、本発明の蒸気発電方法又は蒸気発電システムは、従来に比べ省エネルギ化を図って蒸気発電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による過熱蒸気生成方法が実施される過熱蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【００１５】
この過熱蒸気生成システムは、図１に示すように、蒸気発生ボイラ１を生成源とする飽和水蒸気Ｓ０を供給するための飽和水蒸気供給経路１１と、この飽和水蒸気供給経路１１の途中から分岐し、前記飽和水蒸気Ｓ０の一部を抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’として導出するための抜き出し飽和水蒸気導出経路１２と、この抜き出し飽和水蒸気導出経路１２からの前記抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’を断熱圧縮して過熱蒸気Ｓ１にし、この抜き出し過熱蒸気Ｓ１を得る圧縮機４と、この圧縮機４に抜き出し過熱蒸気供給経路１３によって連絡され、前記抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’が抜き出された後の前記飽和水蒸気供給経路１１からの過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”と圧縮機４からの前記抜き出し過熱蒸気Ｓ１とを熱交換して、抜き出し過熱蒸気Ｓ１を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”を加熱して過熱蒸気Ｓ２を得る蒸気加熱器（凝縮器）６と、前記抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じたドレン水ＷＤを蒸気発生ボイラ１の給水タンク２に回収するドレン水回収経路１５とを備えている。また、図１において、３は蒸気発生ボイラ１に給水タンク２からの給水を送るための給水用ポンプ、５は圧縮機４を駆動するための圧縮機駆動用電動機、１４は蒸気加熱器６からの過熱蒸気Ｓ２を消費設備へ供給するための過熱蒸気供給経路である。なお、飽和水蒸気供給経路１１において分岐点ａに近接にし、かつ分岐点ａの上流位置にドレンセパレータを設けるようにしてよい。
【００１６】
次に、図１を参照して本発明の過熱蒸気生成方法について、蒸気流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ（Ａ：絶対圧力），温度２１６．４℃の過熱蒸気Ｓ２（飽和温度１６８℃）を生成する場合を例に説明する。
【００１７】
まず、蒸気発生ボイラ１に給水Ｗ（流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度２０℃）と後述する高温・高圧のドレン水ＷＤ（流量１６５ｋｇ／ｈ，圧力２．３０ＭＰａＡ，温度２１９．５℃）とが供給され、蒸気発生ボイラ１によって飽和水蒸気Ｓ０（流量３１６５ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度１６７．８℃）が生成される。
【００１８】
この生成された飽和水蒸気Ｓ０のうちの流量で５．２％の飽和水蒸気は、抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’（流量１６５ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度１６７．８℃）として、飽和水蒸気供給経路１１から分岐した抜き出し飽和水蒸気導出経路１２を介して圧縮機４に導入される。一方、飽和水蒸気Ｓ０のうちの残りの飽和水蒸気は、過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”（流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度１６７．８℃）として飽和水蒸気供給経路１１を介して蒸気加熱器６に導入される。
【００１９】
飽和水蒸気供給経路１１から分岐した前記抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’は、圧縮機４で断熱圧縮されることにより過熱蒸気Ｓ１となり、生成されたこの抜き出し過熱蒸気Ｓ１（流量１６５ｋｇ／ｈ，圧力２．３０ＭＰａＡ，温度２９７．８℃）は、抜き出し過熱蒸気供給経路１３を介して前記蒸気加熱器６に供給される。
【００２０】
この蒸気加熱器６において、過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”と抜き出し過熱蒸気Ｓ１との熱交換によって抜き出し過熱蒸気Ｓ１が凝縮し、これによって抜き出し過熱蒸気Ｓ１がその蒸発潜熱を放出して、過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”を加熱することにより、過熱蒸気Ｓ２（流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度２１６．４℃）が生成される。なお、蒸気加熱器６は、例えばシェル＆チューブ式の熱交換形式のものであり、伝熱管内に抜き出し過熱蒸気Ｓ１を導入し、伝熱管外側に過熱化対象飽和水蒸気Ｓ０”を導く構造のものである。
【００２１】
そして、蒸気加熱器６において抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じた高温・高圧のドレン水ＷＤ（流量１６５ｋｇ／ｈ，圧力２．３０ＭＰａＡ，温度２１９．５℃）が、ドレン水回収経路１５を介して蒸気発生ボイラ１の給水タンク２に回収されるようになっている。
【００２２】
この場合、過熱蒸気Ｓ２の生成に必要な本発明過熱蒸気生成方法による投入エネルギは、蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギ２４４０ｋＷと圧縮機４の動力１４ｋＷとから、合計２４５４ｋＷになる。以下、このことについて説明する。
【００２３】
まず、給水Ｗが持つ熱エネルギは、流量３０００（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×８３．９（ｋＪ／ｋｇ）≒７０ｋＷである。前記８３．９（ｋＪ／ｋｇ）は、給水Ｗ（圧力０．７５ＭＰａＡ，温度２０℃）の比エンタルピである。また、飽和水蒸気Ｓ０が持つ熱エネルギは、流量３１６５（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×２７６６（ｋＪ／ｋｇ）≒２４３１ｋＷである。前記２７６６（ｋＪ／ｋｇ）は、飽和水蒸気Ｓ０（圧力０．７５ＭＰａＡ，温度１６７．８℃）の比エンタルピである。また、飽和水蒸気Ｓ０”が持つ熱エネルギは、流量３０００（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×２７６６（ｋＪ／ｋｇ）≒２３０５ｋＷである。前記２７６６（ｋＪ／ｋｇ）は、飽和水蒸気Ｓ０”の比エンタルピである。
【００２４】
また、抜き出し過熱蒸気Ｓ１が持つ熱エネルギは、流量１６５（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×３０１０（ｋＪ／ｋｇ）≒１３８ｋＷである。前記３０１０（ｋＪ／ｋｇ）は、抜き出し過熱蒸気Ｓ１（圧力２．３０ＭＰａＡ，温度２９７．８℃）の比エンタルピである。また、過熱蒸気Ｓ２が持つ熱エネルギは、流量３０００（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×２８７９（ｋＪ／ｋｇ）≒２４００ｋＷである。前記２８７９（ｋＪ／ｋｇ）は、過熱蒸気Ｓ２（圧力０．７５ＭＰａＡ，温度２１６．４℃）の比エンタルピである。また、ドレン水ＷＤが持つ熱エネルギは、流量１６５（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×９４１（ｋＪ／ｋｇ）≒４３ｋＷである。前記９４１（ｋＪ／ｋｇ）は、ドレン水ＷＤ（圧力２．３０ＭＰａＡ，温度２１９．５℃）の比エンタルピである。
【００２５】
そして、前記したところの、飽和水蒸気Ｓ０が持つ熱エネルギ２４３１ｋＷと、給水Ｗが持つ熱エネルギ７０ｋＷと、ドレン水ＷＤが持つ熱エネルギ４３ｋＷとから、蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギは、（ボイラ出口エネルギ２４３１ｋＷ−給水エネルギ７０ｋＷ−ドレン回収エネルギ４３ｋＷ）÷ボイラ熱効率９５％の計算により、２４４０ｋＷになる。
【００２６】
また、抜き出し飽和水蒸気Ｓ０’から抜き出し過熱蒸気Ｓ１を生成するのに必要な圧縮機４の動力は、流量１６５（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×（３０１０（ｋＪ／ｋｇ）−２７６６（ｋＪ／ｋｇ））÷圧縮機総合効率８０％の計算により、１４ｋＷになる。よって、前述したように、過熱蒸気Ｓ２の生成に必要な本発明過熱蒸気生成方法による投入エネルギは、蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギ２４４０ｋＷと圧縮機４の動力１４ｋＷとから、合計２４５４ｋＷになる。
【００２７】
図３は従来技術が実施される過熱蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【００２８】
従来技術（特開２００４−１９０９４９号公報）では、図３に示すように、抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じた高温・高圧のドレン水ＷＤは、エネルギ回収がなされることなく、ドレン水排出経路１６を経て排出される。この場合の蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギは、（ボイラ出口エネルギ２４３１ｋＷ−給水エネルギ７４ｋＷ）÷ボイラ熱効率９５％の計算により、２４８２ｋＷになる。また、圧縮機４の動力は、本発明の過熱蒸気生成方法と同じく１４ｋＷである。したがって、過熱蒸気Ｓ２の生成に必要な従来技術による投入エネルギは、前記２４８２ｋＷと前記１４ｋＷとから合計２４９６ｋＷになる。
【００２９】
図４は蒸気発生ボイラと燃焼式蒸気加熱器とによる過熱蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【００３０】
この場合の蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギは、（ボイラ出口エネルギ２３０５ｋＷ−給水エネルギ７０ｋＷ）÷ボイラ熱効率９５％の計算により、２３５３ｋＷになる。また、蒸気発生ボイラ１で生成された飽和水蒸気Ｓ０”から過熱蒸気Ｓ２を生成するのに必要な燃焼式蒸気加熱器９への燃料エネルギは、流量３０００（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×（２８７９（ｋＪ／ｋｇ）−２７６６（ｋＪ／ｋｇ））÷熱効率７４％の計算により、１２８ｋＷになる。したがって、蒸気発生ボイラ１及び燃焼式蒸気加熱器９による場合の過熱蒸気Ｓ２の生成に必要な投入エネルギは、前記２３５３ｋＷと前記１２８ｋＷとから合計２４８１ｋＷになる。
【００３１】
以上説明した結果を表１に示す。表１には、本発明過熱蒸気生成方法と、従来技術（特開２００４−１９０９４９号公報）と、蒸気発生ボイラ及び燃焼式蒸気加熱器による方法とにおいて、過熱蒸気Ｓ２（蒸気流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度２１６．４℃）を生成するのに要する投入エネルギを示してある。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１からわかるように、蒸気発生ボイラ１と燃焼式蒸気加熱器９とによる方法（図４）をベースとした場合、従来技術（図３）では省エネルギ効果が生じなくなっている。これに対して、本発明の過熱蒸気生成方法では、従来技術とは違って、抜き出し過熱蒸気Ｓ１の凝縮により生じた高温・高圧のドレン水ＷＤを蒸気発生ボイラ１の給水タンク２に回収して、ドレン水ＷＤが持つ熱エネルギを有効利用するようにしているので、２７ｋＷの省エネルギとなる。
【００３４】
図２は本発明の一実施形態による蒸気発電方法が実施される蒸気発電システムのプロセスフロー図である。蒸気タービン７、発電機８及び低圧飽和水蒸気導出経路１７が付加されている点以外は、前記図１に示す構成と同一なので、図１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。
【００３５】
この蒸気発電システムは、図２に示すように、前記図１に示す構成に加え、蒸気加熱器６からの過熱蒸気Ｓ２が過熱蒸気供給経路１４を介して供給される蒸気タービン７と、この蒸気タービン７を駆動源として発電を行う発電機８と、蒸気タービン７からの低圧飽和水蒸気Ｓ３を導出し、図示しない消費設備に供給するための低圧飽和水蒸気導出経路１７とを備えている。
【００３６】
次に、図２を参照して本発明の蒸気発電方法について、蒸気流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．７５ＭＰａＡ，温度２１６．４℃の過熱蒸気Ｓ２を生成して、蒸気タービン７を駆動源として発電を行い、蒸気タービン７で仕事をした蒸気流量３０００ｋｇ／ｈ，圧力０．２５ＭＰａＡ，温度１２７．４℃の低圧飽和水蒸気Ｓ３を図示しない消費設備に供給する場合を例に説明する。なお、過熱蒸気Ｓ２の生成方法については、前記図１の場合と同じであるから説明を省略する。
【００３７】
図２に示すように、蒸気加熱器６からの過熱蒸気Ｓ２は、蒸気タービン７に供給されて仕事した後、低圧飽和水蒸気Ｓ３として低圧飽和水蒸気導出経路１７を介して図示しない消費設備に供給されるようになっている。蒸気タービン７は圧力比３にて作動される。低圧飽和水蒸気Ｓ３が持つ熱エネルギは、流量３０００（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×２７１６（ｋＪ／ｋｇ）≒２２６３ｋＷである。前記２７１６（ｋＪ／ｋｇ）は、低圧飽和水蒸気Ｓ３（圧力０．２５ＭＰａＡ，温度１２７．４℃）の比エンタルピである。
【００３８】
この場合、発電出力は、流量３０００（ｋｇ／ｈ）÷３６００（ｓ）×（２８７９（ｋＪ／ｋｇ）−２７１６（ｋＪ／ｋｇ））×（減速機機械効率８９％）×（発電機効率９３％）の計算により、１１３ｋＷになる。
【００３９】
そして、本発明の蒸気発電方法による場合、発電出力１１３ｋＷと低圧飽和水蒸気Ｓ３とを得るのに必要な投入エネルギは、蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギ２４４０ｋＷと圧縮機４の動力１４ｋＷとから合計２４５４ｋＷである。
【００４０】
図５は従来技術が実施される蒸気発電システムのプロセスフロー図である。
【００４１】
従来技術（特開２００４−１９０９４９号公報）による発電の場合、発電出力１１３ｋＷと低圧飽和水蒸気Ｓ３とを得るのに必要な投入エネルギは、蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギ２４８２ｋＷと圧縮機４の動力１４ｋＷとから合計２４９６ｋＷである。
【００４２】
図６は蒸気発生ボイラのみによる飽和蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【００４３】
この場合、低圧飽和水蒸気Ｓ３を得るのに必要な投入エネルギは、蒸気発生ボイラ１への燃料エネルギであって、（ボイラ出口エネルギ２２６３ｋＷ−給水エネルギ７０ｋＷ）÷ボイラ熱効率９５％の計算により、２３０９ｋＷである。
【００４４】
以上説明したところの、本発明の蒸気発電方法の場合、従来技術による発電の場合、及び蒸気発生ボイラのみによる低圧飽和水蒸気Ｓ３を生成する場合のそれぞれの投入エネルギを、表２に示してある。そして、蒸気発生ボイラのみで飽和水蒸気を生成する場合に対して、飽和水蒸気をいったん過熱蒸気にし、該過熱蒸気にて蒸気タービンによる発電を行ってから最終的に飽和水蒸気（蒸気タービンからの使用済み蒸気）を生成する場合の効率をリパワリング効率と定義する。すなわち、リパワリング効率（％）＝（発電出力）/（発電するために追加投入したエネルギ）×１００とする。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２からわかるように、従来技術（特開２００４−１９０９４９号公報）による発電の場合では、リパワリング効率が６０％となっている。これに対して、本発明の蒸気発電方法では、リパワリング効率が７８％となり、従来技術に比べ省エネルギ化を図って蒸気発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態による過熱蒸気生成方法が実施される過熱蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【図２】本発明の一実施形態による蒸気発電方法が実施される蒸気発電システムのプロセスフロー図である。
【図３】従来技術が実施される過熱蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【図４】蒸気発生ボイラと燃焼式蒸気加熱器とによる過熱蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【図５】従来技術が実施される蒸気発電システムのプロセスフロー図である。
【図６】蒸気発生ボイラのみによる飽和蒸気生成システムのプロセスフロー図である。
【図７】従来の過熱蒸気生成方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…蒸気発生ボイラ
２…給水タンク
３…給水用ポンプ
４…圧縮機
５…圧縮機駆動用電動機
６…蒸気加熱器
７…蒸気タービン
８…発電機
１１…飽和水蒸気供給経路
１２…抜き出し飽和水蒸気導出経路
１３…抜き出し過熱蒸気供給経路
１４…過熱蒸気供給経路
１５…ドレン水回収経路
１７…低圧飽和水蒸気導出経路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過熱蒸気を生成させる過熱蒸気生成方法において、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気から、該飽和水蒸気の一部を抜き出した抜き出し飽和水蒸気と、前記飽和水蒸気から前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の過熱化対象飽和水蒸気とを得る工程と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気と前記過熱化対象飽和水蒸気とを熱交換して前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収する工程とを含むことを特徴とする過熱蒸気生成方法。
【請求項２】
過熱蒸気を生成させる過熱蒸気生成システムにおいて、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気を供給するための飽和水蒸気供給経路と、前記飽和水蒸気の一部を抜き出し飽和水蒸気として導出するための抜き出し飽和水蒸気導出経路と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする圧縮機と、前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の前記飽和水蒸気供給経路からの過熱化対象飽和水蒸気と前記圧縮機からの前記抜き出し過熱蒸気とを熱交換して、前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気にする蒸気加熱器と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収するドレン水回収経路とを備えていることを特徴とする過熱蒸気生成システム。
【請求項３】
過熱蒸気を蒸気タービンに供給して、該蒸気タービンで発電機を駆動して発電を行う蒸気発電方法において、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気から、該飽和水蒸気の一部を抜き出した抜き出し飽和水蒸気と、前記飽和水蒸気から前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の過熱化対象飽和水蒸気とを得る工程と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気と前記過熱化対象飽和水蒸気とを熱交換して前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収する工程と、前記蒸気タービンに前記得られた過熱蒸気を供給する工程と、前記蒸気タービンからの低圧飽和水蒸気を導出する工程とを含むことを特徴とする蒸気発電方法。
【請求項４】
過熱蒸気を蒸気タービンに供給して、該蒸気タービンで発電機を駆動して発電を行う蒸気発電システムにおいて、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気を供給するための飽和水蒸気供給経路と、前記飽和水蒸気の一部を抜き出し飽和水蒸気として導出するための抜き出し飽和水蒸気導出経路と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする圧縮機と、前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の前記飽和水蒸気供給経路からの過熱化対象飽和水蒸気と前記圧縮機からの前記抜き出し過熱蒸気とを熱交換して、前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を得る蒸気加熱器と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収するドレン水回収経路と、前記蒸気タービンに前記蒸気加熱器で得られた過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給経路と、前記蒸気タービンからの低圧飽和水蒸気を導出する低圧飽和水蒸気導出経路とを備えていることを特徴とする蒸気発電システム。
【請求項１】
過熱蒸気を生成させる過熱蒸気生成方法において、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気から、該飽和水蒸気の一部を抜き出した抜き出し飽和水蒸気と、前記飽和水蒸気から前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の過熱化対象飽和水蒸気とを得る工程と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気と前記過熱化対象飽和水蒸気とを熱交換して前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収する工程とを含むことを特徴とする過熱蒸気生成方法。
【請求項２】
過熱蒸気を生成させる過熱蒸気生成システムにおいて、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気を供給するための飽和水蒸気供給経路と、前記飽和水蒸気の一部を抜き出し飽和水蒸気として導出するための抜き出し飽和水蒸気導出経路と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする圧縮機と、前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の前記飽和水蒸気供給経路からの過熱化対象飽和水蒸気と前記圧縮機からの前記抜き出し過熱蒸気とを熱交換して、前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気にする蒸気加熱器と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収するドレン水回収経路とを備えていることを特徴とする過熱蒸気生成システム。
【請求項３】
過熱蒸気を蒸気タービンに供給して、該蒸気タービンで発電機を駆動して発電を行う蒸気発電方法において、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気から、該飽和水蒸気の一部を抜き出した抜き出し飽和水蒸気と、前記飽和水蒸気から前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の過熱化対象飽和水蒸気とを得る工程と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気と前記過熱化対象飽和水蒸気とを熱交換して前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気にする工程と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収する工程と、前記蒸気タービンに前記得られた過熱蒸気を供給する工程と、前記蒸気タービンからの低圧飽和水蒸気を導出する工程とを含むことを特徴とする蒸気発電方法。
【請求項４】
過熱蒸気を蒸気タービンに供給して、該蒸気タービンで発電機を駆動して発電を行う蒸気発電システムにおいて、蒸気発生ボイラを生成源とする飽和水蒸気を供給するための飽和水蒸気供給経路と、前記飽和水蒸気の一部を抜き出し飽和水蒸気として導出するための抜き出し飽和水蒸気導出経路と、前記抜き出し飽和水蒸気を断熱圧縮し、抜き出し過熱蒸気にする圧縮機と、前記抜き出し飽和水蒸気が抜き出された後の前記飽和水蒸気供給経路からの過熱化対象飽和水蒸気と前記圧縮機からの前記抜き出し過熱蒸気とを熱交換して、前記抜き出し過熱蒸気を凝縮させることにより、前記過熱化対象飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を得る蒸気加熱器と、前記抜き出し過熱蒸気の凝縮により生じたドレン水を前記蒸気発生ボイラの給水系に回収するドレン水回収経路と、前記蒸気タービンに前記蒸気加熱器で得られた過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給経路と、前記蒸気タービンからの低圧飽和水蒸気を導出する低圧飽和水蒸気導出経路とを備えていることを特徴とする蒸気発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２１８５３０（Ｐ２００７−２１８５３０Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４１１３６（Ｐ２００６−４１１３６）
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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