特許 7095178 発電設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-24

(45)【発行日】2022-07-04

(54)【発明の名称】発電設備

(51)【国際特許分類】

   F01K 9/00 20060101AFI20220627BHJP

   F28B 11/00 20060101ALI20220627BHJP

【ＦＩ】

F01K9/00 A

F01K9/00 Z

F28B11/00

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021515924

(86)(22)【出願日】2020-03-31

(86)【国際出願番号】 JP2020014879

(87)【国際公開番号】W WO2020217885

(87)【国際公開日】2020-10-29

【審査請求日】2021-05-28

(31)【優先権主張番号】201910342594.7

(32)【優先日】2019-04-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 修示

(72)【発明者】

【氏名】竹中 幸弘

(72)【発明者】

【氏名】宮内 寛太

(72)【発明者】

【氏名】槇 健良

(72)【発明者】

【氏名】野副 拓朗

(72)【発明者】

【氏名】田中 寿典

(72)【発明者】

【氏名】雪岡 敦史

(72)【発明者】

【氏名】李 大明

(72)【発明者】

【氏名】張 皓

(72)【発明者】

【氏名】汪 寧

(72)【発明者】

【氏名】肖 杰玉

(72)【発明者】

【氏名】方 偉

(72)【発明者】

【氏名】周 健

【審査官】北村 一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０２－０１７３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－００６６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２６１６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１６４９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２７３６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０４７０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－３０５３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２２２９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８１４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１１６８９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｋ ９／００

Ｆ２８Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸気を発生するボイラー、この蒸気により動作される蒸気タービン、この蒸気タービンの排気を復水する復水器、この復水器に冷却液を送り込む冷却器、この復水器内の圧力を測定する圧力計、この復水器への排気の流量を計測するための流量計、この排気の流量に応じて前記復水器の圧力が所定の範囲となるように前記冷却器の冷却能力を制御するための制御器、及び前記復水器の入り口及び出口での前記冷却液の温度を測定する冷却液温度計を備え、
前記冷却器が、前記冷却液を冷却する少なくとも一つのファン及び前記冷却液を循環させる少なくとも一つのポンプを備え、
前記制御器が、この冷却液の温度、前記復水器の圧力、前記復水器への排気の流量、前記ポンプの稼働状況より得られる冷却液の流量から、前記復水器の故障の有無を判定しうる発電設備。

【請求項2】

蒸気を発生するボイラー、この蒸気により動作される蒸気タービン、この蒸気タービンの排気を復水する復水器、この復水器に冷却液を送り込む冷却器、この復水器内の圧力を測定する圧力計、この復水器への排気の流量を計測するための流量計、この排気の流量に応じて前記復水器の圧力が所定の範囲となるように前記冷却器の冷却能力を制御するための制御器、前記復水器の入り口及び出口での前記冷却液の温度を測定する冷却液温度計、及び前記復水器の入り口での冷却液の圧力を計測する水圧計を備え、
前記冷却器が、前記冷却液を冷却する少なくとも一つのファン及び前記冷却液を循環させる少なくとも一つのポンプを備え、
前記制御器が、これらの冷却液の温度、前記冷却液の圧力、前記復水器の圧力、前記ポンプの稼働状況より得られる冷却液の流量から、前記冷却器の故障の有無を判定しうる、発電設備。

【請求項3】

前記制御器が、稼働させる前記ファンの数又は前記ファンの回転数を制御することで前記冷却能力を制御する、請求項１又は２に記載の発電設備。

【請求項4】

前記制御器が、稼働させる前記ポンプの数又は前記ポンプの回転数を制御することで前記冷却能力を制御する、請求項１から３のいずれかに記載の発電設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電設備に関する。詳細には、本発明は、排熱を利用した発電設備に関する。

【背景技術】

【0002】

セメントプラントでは、原料となる石灰石を高熱で処理する際に、大量の熱が排出される。エネルギーの有効利用のため、この排熱のエネルギーを電力として回収するための発電設備を設置しているセメントプラントが増えている。

【0003】

この発電設備では、排熱は、ボイラーに供給される。ボイラー内で液状の熱媒体がこの熱により高圧の蒸気となり、蒸気タービンに送られる。この蒸気により蒸気タービンの羽根が回転し、発電機が駆動される。蒸気は蒸気タービンを通過し、復水器に送られる。復水器内には、冷却器から送られた冷却液が循環されている。蒸気は復水器内で冷却されて液状となる。液状となった熱媒体は、ボイラーに戻される。

【0004】

復水器で蒸気が冷却されて液化したとき、蒸気の体積は急激に小さくなり、復水器内は真空に近い状態となる。冷却器の冷却能力を上げると液化が促進されることで復水器の圧力が低下し、蒸気タービン入り口と出口とで蒸気のエネルギー落差が大きくなる。蒸気の羽根を回転させる力が大きくなり、発電量を増やすことができる。一方で、過度な冷却により発電量が過大になると、発電機が損傷することがある。また、過度な冷却により蒸気タービン内で蒸気の液化が始まると、蒸気タービンの損傷を引き起こしうる。

【0005】

特開２００７－６６８３公報で報告された発電設備では、発電機を保護しつつ有効な電気エネルギーを増大させるために、発電量が所定の値を超えないように、冷却液導入手段に送る電力量を調整している。

【0006】

特開２００３－３４３２１１公報で報告された復水器の冷却システムでは、復水器の真空度が所定の値となるように、冷却液を循環させるポンプの回転数を調整している。これにより、発電設備を安定して運転させながら、ポンプでの消費電力を低減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００７－６６８３公報

【文献】特開２００３－３４３２１１公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

発電設備の損傷を抑えつつ発電効率を上げるには、復水器の圧力を調整することが重要となる。この適切な圧力の範囲は、タービンから復水器へ送られる蒸気の流量（タービン排気流量）により異なる。排熱を利用した発電設備では、プラントの稼働状況により、利用できる排熱の量は変動し、このためタービン排気流量も変動する。タービン排気流量が変動しても、損傷を抑えつつ良好な発電効率が達成された発電設備が求められている。

【0009】

本発明の目的は、タービン排気流量が変動しても、損傷を抑えつつ良好な発電効率が達成された発電設備の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る発電設備は、蒸気を発生するボイラー、この蒸気により動作される蒸気タービン、蒸気タービンの排気を復水する復水器、この復水器に冷却液を送り込む冷却器、この復水器の圧力を測定する圧力計、この復水器への排気の流量を計測するための流量計、及びこの排気の流量に応じて前記復水器の圧力が所定の範囲となるように前記冷却器の冷却能力を制御するための制御器を備える。

【0011】

好ましくは、前記冷却器は、前記冷却液を冷却する少なくとも一つのファン及び前記冷却液を循環させる少なくとも一つのポンプを備える。

【0012】

好ましくは、前記制御器は、稼働させる前記ファンの数又は前記ファンの回転数を制御することで前記冷却能力を制御する。

【0013】

好ましくは、前記制御器は、稼働させる前記ポンプの数又は前記ポンプの回転数を制御することで前記冷却能力を制御する。

【0014】

好ましくは、発電設備は前記復水器の入り口及び出口での冷却液の温度を測定する冷却液温度計をさらに備え、前記制御器は、この冷却液の温度、前記復水器の圧力、前記復水器への排気の流量、前記ポンプ稼働状況より得られる冷却液の流量から、前記復水器の故障の有無を判定しうる。

【0015】

好ましくは、発電設備は前記復水器の入り口及び出口での冷却液の温度を測定する冷却液温度計、並びに前記復水器の入り口での冷却液の圧力を計測する水圧計をさらに備え、前記制御器が、これらの冷却液の温度、前記冷却液の圧力、前記復水器の圧力、前記ポンプ稼働状況より得られる冷却液の流量から、前記冷却器の故障の有無を判定しうる。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る発電設備は、流量計での計測結果から得られたタービン排気流量に応じて、復水器の圧力が所定の範囲となるように冷却器の冷却能力を制御するための制御器を備える。これにより、タービン排気流量が変動しても、復水器の圧力は適切な範囲に制御されうる。この発電設備では、発電設備の損傷を抑えつつ良好な発電効率が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る発電設備が示されたブロック図である。

【図2】図２は、図１の冷却器が示されたブロック図である。

【図3】図３は、タービン排気流量に応じた適切な復水器の圧力の範囲が示されたグラフの一例である。

【図4】図４は、復水器の圧力制御の全体の流れが示されたフローチャートである。

【図5】図５は、図４のフローチャートの、ポンプ能力向上処理が示されたフローチャートである。

【図6】図６は、図４のフローチャートの、ファン能力向上処理が示されたフローチャートである。

【図7】図７は、図４のフローチャートの、ファン能力低減処理が示されたフローチャートである。

【図8】図８は、図４のフローチャートの、ポンプ能力低減処理が示されたフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

【0019】

図１は、本発明の一実施形態に係る発電設備２が、セメント焼成設備４とともに示されたブロック図である。これらは、セメントプラントの一部である。この発電設備２は、セメント焼成設備４からの排熱を利用して発電を行う。

【0020】

セメント焼成設備４は、セメントの原料から中間製品であるクリンカを製造する。図１で示されるように、このセメント焼成設備４は、プレヒータ６、仮焼炉８、ロータリキルン１０、エアクエンチングクーラ１２（ＡＱＣ１２）を備えている。

【0021】

セメントの原料は、プレヒータ６に投入され、予熱される。この工程において、プレヒータ６から高温のガスが排出される。図１において、符号ＧＯ１で示されるのが、プレヒータ６のガス排出口である。プレヒータ６からの排ガスの温度は、例えば３２０℃程度である。予熱された原料は、仮焼炉８で仮焼され、ロータリキルン１０で焼成される。この焼成物はＡＱＣ１２で急冷され、クリンカが得られる。この工程において、ＡＱＣ１２から高温のガスが排出される。図１において、符号ＧＯ２及びＧＯ３で示されるのが、ＡＱＣ１２のガス排出口である。ＡＱＣ１２からの排ガスの温度は、例えば３６０℃程度である。

【0022】

発電設備２では、上記の高温の排ガスにより熱媒体を蒸気とし、この蒸気により蒸気タービンを駆動して発電が行われる。典型的な熱媒体は、水である。この発電設備２は、プレヒータボイラー１４（ＰＨボイラー１４）、エアクエンチングクーラボイラー（ＡＱＣボイラー１６）、第一フラッシャ１８、第二フラッシャ２０、蒸気タービン２２、発電機２４、流量計２１、復水器２６、冷却器２８及び制御器３０を備える。図１において、矢印Ａは排ガスの流れを表す。符号のない矢印は、熱媒体の流れを表す。

【0023】

ＰＨボイラー１４は、プレヒータ６からの排熱を利用して、過熱蒸気を発生させる。ＰＨボイラー１４は、本体３２及び蒸気ドラム３４を備える。図１で示されるように、プレヒータ６の排気口ＧＯ１からの排ガスは、本体３２の入口３２ａから本体３２に投入され、本体３２の出口３２ｂから排出される。本体３２内部には、プレヒータ６からの高温の排ガスが流されている。蒸気ドラム３４には、液状の熱媒体３６が格納されている。蒸気ドラム３４から液状の熱媒体３６が本体３２内部に送られ、排ガスと熱交換をして高圧の過熱蒸気となる。この過熱蒸気は、ＰＨボイラー１４の蒸気出力口３８から、蒸気タービン２２に送られる。

【0024】

ＡＱＣボイラー１６は、ＡＱＣ１２からの排熱を利用して、過熱蒸気を発生させる。ＡＱＣボイラー１６は、本体４０及び蒸気ドラム４２を備える。図１で示されるように、ＡＱＣ１２の排気口ＧＯ２からの排ガスは、本体４０の入口４０ａから本体４０に投入され、本体４０の出口４０ｂから排出される。本体４０内部には、ＡＱＣ１２からの高温の排ガスが流されている。ＡＱＣ１２の蒸気ドラム４２には、液状の熱媒体３６が格納されている。蒸気ドラム４２から液状の熱媒体３６が本体４０内部に送られ、排ガスと熱交換をして高圧の過熱蒸気となる。過熱蒸気は、ＡＱＣボイラー１６の蒸気出力口４４から、蒸気タービン２２に送られる。

【0025】

ＡＱＣボイラー１６は、復水器２６から戻された液状の熱媒体３６を予熱する機能も有する。復水器２６からＡＱＣボイラー１６の本体４０内部に送られた熱媒体３６は排ガスと熱交換をして予熱され、ＡＱＣボイラー１６の蒸気ドラム４２、ＰＨボイラー１４の蒸気ドラム３４及び第一フラッシャ１８に送られている。

【0026】

第一フラッシャ１８には、ＡＱＣボイラー１６で予熱された熱媒体３６の一部が送られる。第一フラッシャ１８は、この熱媒体３６を汽水分離する。第一フラッシャ１８で生成された蒸気は、蒸気タービン２２に供給され、残った熱媒体３６は、第二フラッシャ２０に送られる。第二フラッシャ２０は、この熱媒体３６を汽水分離する。第二フラッシャ２０で生成された蒸気は、蒸気タービン２２に供給され、残った熱媒体３６は、ＡＱＣボイラー１６に戻される。

【0027】

蒸気タービン２２には、蒸気が送り込まれる。この蒸気タービン２２は、多段式である。この蒸気タービン２２の高圧段には、ＰＨボイラー１４及びＡＱＣボイラー１６からの高圧の蒸気が供給される。この蒸気タービン２２の低圧段には、第一フラッシャ１８及び第二フラッシャ２０からの比較的低圧な蒸気が供給される。図示されないが、蒸気タービン２２は、羽根を備える。この羽根が蒸気により回転される。

【0028】

流量計２１は、蒸気タービン２２に送り込まれる蒸気の流量を測定する。この実施形態では、ＰＨボイラー１４からの蒸気の流量の測定、ＡＱＣボイラー１６からの蒸気の流量の測定、第一フラッシャ１８からの蒸気の流量の測定、及び第二フラッシャ２０からの蒸気の流量の測定用に、４つの流量計２１が存在する。これらの流量計２１で測定された値の合計が、蒸気タービン２２に供給される蒸気の流量である。この蒸気タービン２２では、この合計が、蒸気タービン２２から復水器２６に流れ込む蒸気の流量（タービン排気流量と称される）となる。換言すれば、これらの流量計２１は、タービン排気流量を測定するための流量計である。

【0029】

図示されないが、抽気口を有する蒸気タービンが使用されることがある。この場合は、タービン排気流量は、蒸気タービンに送り込まれる蒸気の流量から、この抽気口から排出される蒸気の流量を減じた値となる。

【0030】

発電機２４には、蒸気タービン２２の羽根の回転軸が接続されている。羽根が回転することで、発電機２４が発電する。発電機２４は、蒸気タービン２２の羽根の回転エネルギーを電力に変換している。

【0031】

復水器２６には、蒸気タービン２２を通過した蒸気が送られる。復水器２６内には、冷却器２８から送られた冷却液が循環されている。この蒸気は冷却液で冷却され、液化される。復水器２６は、蒸気タービン２２の排気を復水する。この蒸気は、液状の熱媒体３６となる。蒸気が液化すると体積が急激に小さくなり、復水器２６内は、真空に近い状態となる。液化した熱媒体３６は、復水ポンプ４５により外部に汲み出され、さらにポンプ４６を介してＡＱＣボイラー１６に戻される。

【0032】

図２には、図１の冷却器２８及び制御器３０の詳細が、復水器２６及び蒸気タービン２２と共に示されている。図１では描かれていなかったが、図２で示されるとおり、この発電設備２は、圧力計４８をさらに備えている。

【0033】

冷却器２８は、復水器２６内の蒸気を冷却する。冷却器２８は、復水器２６の内部と外部との間で冷却液５２を循環させる。図２において、矢印Ｂは冷却液５２の流れを示している。典型的な冷却液５２は、水である。図２で示されるように、冷却器２８は、熱交換部５４、外壁部５６、散水パイプ５８、ファン６０、モーター６２、水槽６４、ポンプ６６、外気湿球温度計６８、冷却液温度計７０及び水圧計７１を備える。この冷却器２８は、冷却塔である。

【0034】

熱交換部５４は、復水器２６の内部に位置する。熱交換部５４の内部に冷却液５２が流されている。蒸気は、この冷却液５２と熱交換をして、冷却される。これにより、蒸気は液化される。この熱交換で、冷却液５２の温度は上昇する。

【0035】

散水パイプ５８は、熱交換部５４の出力部７２と接続している。散水パイプ５８は、外壁部５６の内側に位置する。図２で示されるように、この実施形態では、３つの散水パイプ５８が存在する。それぞれの散水パイプ５８は、冷却液５２を水槽６４に向けて散水させることができる。それぞれの散水パイプ５８の間には、バルブ７４が設けられており、どの散水パイプ５８から散水させるかが制御できるようになっている。

【0036】

ファン６０は、散水パイプ５８の上方に位置する。図２に示されるように、この実施形態では、第一ファン６０ａ、第二ファン６０ｂ及び第三ファン６０ｃの、三つのファン６０が設けられている。ファン６０が回転することで、外壁部５６と水槽６４との間から空気が外壁部５６内に流れ込む。この空気は、冷却液５２が散水されている場所で上昇し、ファン６０を通して外部に放出される。ファン６０が回転することで、冷却液５２が散水されている場所において、空気の流れが起こる。これにより、冷却液５２は空冷される。これにより、熱交換部５４で上昇した冷却液５２の温度は、低下する。

【0037】

モーター６２は、ファン６０を回転させる。この実施形態では、それぞれのファン６０に対応して、３つのモーター６２が設けられている。それぞれのモーター６２では、制御信号によって起動及び停止が制御できる。換言すれば、この制御信号により、ファン６０の起動及び停止が制御できる。それぞれのモーター６２では、制御信号によって回転数を変動させることができる。換言すれば、この制御信号により、ファン６０の回転数を変動させることができる。モーター６２は、通常外壁部５６の外側に配置されている。

【0038】

水槽６４には、冷却液５２が貯められている。水槽６４は、散水パイプ５８の下に位置している。それぞれの散水パイプ５８から散水された冷却液５２は、この水槽６４に入るようになっている。

【0039】

ポンプ６６の入口は水槽６４と接続し、出口は熱交換部５４と接続している。ポンプ６６は、水槽６４内の冷却液５２を、熱交換部５４に送る。ポンプ６６は、冷却液５２を循環させている。図２で示されるように、この実施形態では、第一ポンプ６６ａ及び第二ポンプ６６ｂの、二つのポンプ６６が設けられている。それぞれのポンプ６６では、制御信号によって起動及び停止が制御できる。それぞれのポンプ６６では、制御信号によって回転数を変動させることができる。

【0040】

冷却液温度計７０は、冷却液５２の温度を測定する。この実施形態では、復水器２６の入り口での冷却液５２の温度を計測する第一温度計７０ａ及び復水器２６の出口での冷却液５２の温度を計測する第二温度計７０ｂが存在する。水圧計７１は、復水器２６の入り口での冷却液５２の水圧を計測する。外気湿球温度計６８は冷却器２８の外部の湿球温度を計測する。これらの計測結果は、制御器３０に送られる。

【0041】

圧力計４８は、復水器２６内の圧力を測定する。換言すれば、圧力計４８は、復水器２６の真空度を測定する。この測定結果は、制御器３０に送られる。

【0042】

図２の符号Ｉは、制御器３０への入力信号である。図２で示されるように、制御器３０には、圧力計４８、冷却液温度計７０、水圧計７１及び外気湿球温度計６８での測定結果が入力される。符号Ｃは、制御器３０からの制御信号である。制御器３０からの制御信号は、それぞれのモーター６２及びポンプ６６に送られている。制御器３０は、この制御信号により、稼働するファン６０の数及びファン６０の回転数を制御できる。制御器３０は、この制御信号により、稼働するポンプ６６の数及びポンプ６６の回転数を制御できる。

【0043】

制御器３０は、冷却器２８の冷却能力を制御できる。制御器３０は、冷却器２８の冷却能力を上げるとき、稼働するファン６０の数を増やすこと、もしくはファン６０の回転数を上げることを行う。ファン６０が冷却液５２を空冷する能力が上がり、冷却液５２の温度は下がる。これにより、冷却器２８の冷却能力は上がる。制御器３０は、冷却器２８による冷却能力を下げるとき、稼働するファン６０の数を減らすこと、もしくはファン６０の回転数を下げることを行う。ファン６０による冷却液５２の空冷能力が下がり、冷却液５２の温度は上昇する。これにより、冷却器２８の冷却能力は下がる。

【0044】

また、制御器３０は、冷却器２８の冷却能力を上げるとき、稼働するポンプ６６の数を増やすこと、もしくはポンプ６６の回転数を上げることを行う。熱交換部５４に流れる冷却液５２の流量が増加して、冷却器２８の冷却能力が上がる。制御器３０は、冷却器２８の冷却能力を下げるとき、稼働するポンプ６６の数を減らすこと、もしくはポンプ６６の回転数を下げることを行う。熱交換部５４に流れる冷却液５２の流量が減少して、冷却器２８の冷却能力が下がる。

【0045】

この発電設備２では、タービン排気流量に応じた、設定すべき復水器２６の圧力の範囲が決められている。これは、発電設備２の損傷を防ぎつつ、効率的な発電をするための範囲である。図３は、タービン排気流量に応じた、設定すべき復水器２６の圧力の範囲が示されたグラフの一例である。この範囲の下限値は、蒸気タービン２２から排気される蒸気の湿り度の限界値から決められる。この範囲の上限値は、蒸気タービン２２の羽根の強度から決められる。このグラフにおいて、符号Ｘで示されるのが運転可能領域であり、符号Ｙで示されるのが条件付き運転可能領域である。図３で示されるように、設定すべき復水器２６の圧力は、タービン排気流量が小さくなるほど小さくなる傾向にある。設定すべき復水器２６の圧力の範囲は、タービン排気流量が小さくなるほど狭くなる。

【0046】

この発電設備２では、制御器３０は、タービン排気流量に応じて、復水器２６の圧力が図３で示された範囲となるように冷却器２８の冷却能力を制御する。図４－８は、この制御器３０による冷却能力の制御の方法が示されたフローチャートである。以下、これらについて、詳細に説明される。

【0047】

図４には、制御器３０による制御の全体の流れが示されている。制御器３０は、工程Ｓ１において、タービン排気流量と復水器２６の圧力との値から、復水器２６の圧力が図３の領域Ｘの範囲内か否かを判断する。範囲内であるときは、所定の時間間隔で、この工程Ｓ１を繰り返す。すなわち、制御器３０は、常時復水器２６の圧力を監視する。復水器２６の圧力が領域Ｘで示された上限よりも大きい場合、工程Ｓ２のポンプ能力向上処理が実施される。これにより、冷却器２８の冷却能力が向上される。この処理においてもなお圧力が領域Ｘで示された上限よりも大きい場合、工程Ｓ３のファン能力向上処理が実施される。これにより、さらに冷却器２８の冷却能力が向上される。工程Ｓ２又は３の処理により、復水器２６の圧力が領域Ｘで示された上限以下となったときは、工程Ｓ１に戻り、同様の処理が繰り返される。上限以下とならないときは、異常状態として、例えば設備管理者に警告が発せられ、管理者が必要な処理を行う。例えば管理者は、圧力が領域Ｙの範囲内であれば、所定の時間この状態が継続した段階で、設備２を停止する。管理者は、圧力が領域Ｙの範囲外であれば、ただちに設備２を停止する。

【0048】

上記工程Ｓ１の判断において、復水器２６の圧力が領域Ｘで示された下限よりも小さい場合、工程Ｓ４の、ファン能力低減処理が実施される。これにより、冷却器２８の冷却能力が低減される。この処理においてもなお圧力が領域Ｘよりも小さい場合、工程Ｓ５のポンプ能力低減処理が実施される。これにより、さらに冷却器２８の冷却能力が低減される。工程Ｓ４又は５の処理により、復水器２６の圧力が領域Ｘで示された下限以上となったときは、工程Ｓ１に戻り、同様の処理が繰り返される。下限以上とならないときは、異常状態として、例えば設備管理者に警告が発せられ、管理者が必要な処理を行う。

【0049】

図５には、工程Ｓ２の、ポンプ能力向上処理の詳細が示されている。この処理では、工程Ｓ２－１において、制御の対象となるポンプ６６の回転数が、最大回転数の１００％未満か否かが判断される。ここで制御の対象となるポンプ６６とは、例えば最近にこの制御器３０が制御したポンプ６６である。図２の実施形態において、第一ポンプ６６ａが制御部により最大回転数の５０％の回転数で稼働させられ、第二ポンプ６６ｂが未稼働で停止しているとき、第一ポンプ６６ａが制御の対象となる。ポンプ６６の回転数が最大回転数の１００％未満の場合には工程Ｓ２－２が実施され、１００％の場合には工程Ｓ２－４が実施される。

【0050】

工程Ｓ２－２では、ポンプ６６の回転数の上昇処理が実施される。ポンプ６６の回転数が所定の値だけ、上昇される。例えば、制御器３０は、第一ポンプ６６ａの回転数を最大回転数の５０％から７５％に上昇させる。

【0051】

工程Ｓ２－３では、復水器２６の圧力が、工程Ｓ２－２の処理により、領域Ｘの上限値以下になったか否かが判断される。これは、工程Ｓ２－２の処理をした後、安定状態になるのを待つために、一定の時間（例えば１時間）をおいて判断される。領域Ｘの上限値以下になった場合は、工程Ｓ２の処理を終了し、工程Ｓ１に戻る。領域Ｘの上限値以下になっていない場合は、工程Ｓ２－１に戻る。

【0052】

工程Ｓ２－４では、ポンプ６６が全数稼働されているかが判断される。稼働されていないポンプ６６があるときは、工程Ｓ２－５において、制御器３０は、これらのうちの一つを稼働させる対象として追加し、これを制御する。例えば、先ほどの例では、停止している第二ポンプ６６ｂが稼働させるポンプ６６として追加される。この追加後に、工程Ｓ２－１に戻る。既にポンプ６６が全数稼働されているときは、制御部は、ポンプ６６の制御によって復水器２６の圧力を領域Ｘの上限値以下とすることはできないと判断して、工程Ｓ２を終了する。工程Ｓ３のファン能力向上処理が実施される。

【0053】

図６には、工程Ｓ３の、ファン能力向上処理の詳細が示されている。この処理では、工程Ｓ３－１において、制御の対象となるファン６０の回転数が最大回転数の１００％未満かどうかが判断される。ここで制御の対象となるファン６０とは、例えば最近に稼働させたファン６０である。図２の実施形態において、第一ファン６０ａが最大回転数の１００％で稼働しており、第一ファン６０ａの後に稼働させた第二ファン６０ｂが最大回転数の５０％で稼働しており、第三ファン６０ｃが未稼働で停止しているとき、第二ファン６０ｂが制御の対象となる。ファン６０の回転数が最大回転数の１００％未満の場合には工程Ｓ３－２が実施され、１００％の場合には工程Ｓ３－４が実施される。

【0054】

工程Ｓ３－２では、制御対象のファン６０の回転数の上昇処理が実施される。ファン６０の回転数が所定の値だけ、上昇される。例えば、制御器３０は、第二ファン６０ｂの回転数を最大回転数の５０％から７５％に上昇させる。

【0055】

工程Ｓ３－３では、復水器２６の圧力が、工程Ｓ３－２の処理により、領域Ｘの上限値以下になったか否かが判断される。これは、工程Ｓ３－２の処理をした後、安定状態になるのを待つために、一定の時間（例えば１時間）をおいて判断される。領域Ｘの上限値以下になった場合は、工程Ｓ３の処理を終了し、工程Ｓ１に戻る。領域Ｘの上限値以下になっていない場合は、工程Ｓ３－１に戻る。

【0056】

工程Ｓ３－４では、ファン６０が全数稼働されているかが判断される。稼働されていないファン６０があるときは、工程Ｓ３－５の工程において、制御器３０は、これらのうちの一つを稼働させる対象として追加し、これを制御する。例えば、先ほどの例では、稼働していない第三ファン６０ｃが稼働対象として追加される。この追加後に、工程Ｓ３－１に戻る。既にファン６０が全数稼働されているときは、制御部は、復水器２６の圧力を領域Ｘの上限値以下とすることはできないと判断して、工程Ｓ３の処理を終了する。前述の異常状態として、例えば設備管理者に警告が発せられ、管理者が必要な処理を行う。

【0057】

図７には、工程Ｓ４の、ファン能力低減処理の詳細が示されている。この処理では、工程Ｓ４－１において、制御の対象となるファン６０の回転数が最大回転数の０％より大きいか否か（停止していないか否か）が判断される。ここで制御の対象となるファン６０とは、例えば最近に稼働させたファン６０である。図２の実施形態において、先に稼働された第一ファン６０ａが最大回転数の１００％の回転数で稼働し、後に稼働された第二ファン６０ｂが５０％の回転数で稼働しているとき、第二ファン６０ｂが制御の対象となる。ファン６０の回転数が最大回転数の０％より大きい場合には工程Ｓ４－２が実施され、０％の場合には工程Ｓ４－４が実施される。

【0058】

工程Ｓ４－２では、ファン６０の回転数の低減処理が実施される。ファン６０の回転数が所定の値だけ、低減される。例えば、制御器３０は、第二ファン６０ｂの回転数を最大回転数の５０％から２５％に低減させる。

【0059】

工程Ｓ４－３では、復水器２６の圧力が、工程Ｓ４－２の処理により、領域Ｘの下限値以上になったか否かが判断される。これは、工程Ｓ４－２の処理をした後、安定状態になるのを待つために、一定の時間（例えば１時間）をおいて判断される。領域Ｘの下限値以上になった場合は、工程Ｓ４の処理を終了し、工程Ｓ１に戻る。領域Ｘの下限値以上になっていない場合は、工程Ｓ４－１に戻る。

【0060】

工程Ｓ４－４では、ファン６０が全数停止されているか否かが判断される。停止されていないファン６０があるときは、工程Ｓ４－５の工程において、これらのうちの一つが回転数を低減する対象として追加される。例えば、先ほどの例では、最大回転数の１００％の回転数で稼働していた第一ファン６０ａが制御対象として追加される。この追加後に、工程Ｓ４－１に戻る。既にファン６０が全数停止されているときは、制御部は、ファン６０の制御によって復水器２６の圧力を領域Ｘの下限値以上とすることはできないと判断して、工程Ｓ４の処理を終了する。工程Ｓ５のポンプ能力低減処理が実施される。

【0061】

図８には、工程Ｓ５の、ポンプ能力低減処理の詳細が示されている。この処理では、工程Ｓ５－１において、制御の対象となるポンプ６６の回転数が、最大回転数の０％より大きいか否か（停止していないか否か）が判断される。ここで制御の対象となるポンプ６６とは、例えば最近に稼働させたポンプ６６である。図２の実施形態において、先に稼働された第一ポンプ６６ａが最大回転数の１００％の回転数で稼働し、後に稼働された第二ポンプ６６ｂが５０％の回転数で稼働しているとき、第二ポンプ６６ｂが制御の対象となる。ポンプ６６の回転数が最大回転数の０％より大きい場合には工程Ｓ５－２が実施され、０％の場合には工程Ｓ５－４が実施される。

【0062】

工程Ｓ５－２では、ポンプ６６の回転数の低減処理が実施される。ポンプ６６の回転数が所定の値だけ、低減される。例えば、制御器３０は、第二ポンプ６６ｂの回転数を最大回転数の５０％から２５％に低減させる。

【0063】

工程Ｓ５－３では、復水器２６の圧力が、工程Ｓ５－２の処理により、領域Ｘの下限値以上になったか否かが判断される。これは、工程Ｓ５－２の処理をした後、安定状態になるのを待つために、一定の時間（例えば１時間）をおいて判断される。領域Ｘの下限値以上になった場合は、工程Ｓ５の処理を終了し、工程Ｓ１に戻る。領域Ｘの下限値以上になっていない場合は、工程Ｓ５－１に戻る。

【0064】

工程Ｓ５－４では、ポンプ６６が全数停止されているか否かが判断される。停止されていないポンプ６６があるときは、工程Ｓ５－５の工程において、これらのうちの一つが回転数低減対象として追加される。例えば、先ほどの例では、最大回転数の１００％の回転数で稼働していた第一ポンプ６６ａが回転数低減の制御対象として追加される。この追加後に、工程Ｓ５－１に戻る。既にポンプ６６が全数停止されているときは、制御部は、復水器２６の圧力を領域Ｘの下限値以上とすることはできないと判断して、工程Ｓ５の処理を終了する。前述の異常状態として、例えば設備管理者に警告が発せられ、管理者が必要な処理を行う。

【0065】

上記で説明された実施形態では、ポンプ６６の回転数は可変であった。回転数が可変ではないポンプ６６が使用されることがある。このポンプ６６は、停止（回転数が最大回転数の０％）及び稼働（回転数が最大回転数の１００％）のいずれかの状態となる。この場合、制御器３０は、工程Ｓ２の工程Ｓ２－２（回転数の上昇の処理）では停止していたポンプ６６を稼働させ、工程Ｓ５の工程Ｓ５－２（回転数の低減の処理）では稼働していたポンプ６６を停止させる。

【0066】

上記で説明された実施形態では、ファン６０を駆動させるモーター６２の回転数は可変であった。回転数が可変ではないモーター６２が使用されることがある。このとき、ファン６０は、停止（回転数が最大回転数の０％）及び稼働（回転数が最大回転数の１００％）のいずれかの状態となる。この場合は、制御器３０は、工程Ｓ３の工程Ｓ３－２（回転数の上昇の処理）では停止していたファン６０を稼働させ、工程Ｓ４の工程Ｓ４－２（回転数の低減の処理）では稼働していたファン６０を停止させる。

【0067】

上記で説明された実施形態では、ポンプ６６の回転数の変更及び稼働させるポンプ６６の数の変更、並びにファン６０の回転数の変更及び稼働させるファン６０の数の変更は、制御器３０が実施していた。制御器３０が、復水器２６の圧力が領域Ｘの範囲外であることを運転者に知らせ、これらの変更は運転者が実施してもよい。この場合、この制御器３０は、タービン排気流量に応じて復水器２６の圧力が所定の範囲となるように冷却器２８の冷却能力を制御するための、運転支援の機能を果たす。

【0068】

この発電設備２では、制御器３０は、前述の冷却能力の制御機能に加えて、発電設備２の運転状況を示すパラメータから、復水器２６の故障の有無を判定する機能を有する。
この機能による故障診断は、
（Ｃ１）運転状況を示すパラメータと、復水器２６の圧力範囲との関係を規定する工程
及び
（Ｃ２）制御器３０が、実際の運転時に計測している上記のパラメータと復水器２６の圧力とから、故障の有無を判断する工程
を実施することで行われる。

【0069】

上記Ｃ１の工程では、タービン排気流量、冷却液５２の温度、及びポンプ６６の稼働数と回転数（冷却液５２の流量）を変えつつこの発電設備２を試運転し、これらのパラメータの値に対応した復水器２６の圧力の範囲が計測される。これにより正常運転時の、これらのパラメータの値に応じた復水器２６の圧力の範囲が設定される。試運転での値と、シミュレーションで求めた値を併せて、復水器２６の圧力の範囲が設定されてもよい。

【0070】

上記Ｃ２の工程では、実際の発電設備２の運転において、制御器３０は、前述のタービン排気流量、冷却液温度計７０からの復水器２６の入り口及び出口での冷却液５２の温度、ポンプ６６の稼働状況からの冷却液５２の流量、圧力計４８からの復水器２６の圧力から、この圧力が上記Ｃ１の工程で求めた範囲内かをチェックする。この範囲から外れていれば、制御器３０は、運転者に警告を発する。例えば、復水器２６の圧力が上記Ｃ１の範囲より大きいとき、外部から復水器２６内への空気の流入が疑われる。制御器３０は、復水器２６の密閉度が劣化している可能性があるとの警告を出す。

【0071】

なお、故障判定は、図４で示された制御フローによっても実現されうる。例えば、前述のＳ３の工程を実施しても復水器２６の圧力が図３で示される上限値よりも大きい場合、外部から復水器２６内への空気の流入が疑われる。この場合、制御器３０は、復水器２６の密閉度が劣化している可能性があるとの警告を出す。

【0072】

この発電設備２では、制御器３０は、さらに冷却器２８の故障の有無を判定する機能を有する。以下に示す実施形態では、冷却器２８の熱交換部５４の汚れの蓄積が診断される。この機能では、圧力計４８で計測された復水器２６の圧力Ｐｃ、冷却液温度計７０で計測された復水器２６の入り口での冷却液温度ｔｉ及び復水器２６の出口での冷却液温度ｔｏ、水圧計７１で計測された復水器２６の入り口での冷却液５２の水圧ｐｗ、及びポンプ６６の稼働状況から得られる冷却液５２の流量ｖｗが使用される。

【0073】

この機能では、復水器２６の圧力Ｐｃから、復水器２６内の蒸気の飽和温度Ｔｃが計算される。これと、冷却液温度ｔｉ及び冷却液温度ｔｏから、復水器２６での対数平均温度差ΔＴが、以下の式で計算される。
ΔＴ＝（θ１－θ２）／Ｉｎ（θ１／θ２）
ここで、
θ１＝Ｔｃ－ｔｏ、 θ２＝Ｔｃ－ｔｉ
である。
この対数平均温度差ΔＴから、復水器２６での熱交換量Ｑ［Ｗ］は、以下の式となる。
Ｑ＝Ｋ×Ｃ×Ａ×ΔＴ ・・・・（１）
ここで、
Ｋ：熱交換部の基準熱貫流率に、材質、厚み、冷却液温度による補正をした値
Ｃ：熱交換部の熱貫流率の、冷却器２８の管の清浄度による補正係数
Ａ：熱交換部の伝熱面積
である。上記のＫの値は、事前の評価と冷却液温度から求められる。上記のＡの値は、既知である。Ｃは、熱交換部に汚れの蓄積の問題がないときは、所定の値（例えば１）である。

【0074】

この機能では、さらに冷却液温度ｔｉ、冷却液温度ｔｏ、冷却液５２の水圧ｐｗから、復水器２６の入り口と出口との冷却液５２のエンタルピー差ΔＥ［ｋＪ／ｋｇ］が求められる。この値と冷却液５２の流量ｖｗから、復水器２６での熱交換量Ｑ［Ｗ］は、以下の式となる。
Ｑ＝ｖｗ×ΔＥ ・・・・（２）

【0075】

式（１）の熱交換量Ｑと、式（２）の熱交換量Ｑとは、熱交換部５４に問題がない場合（例えばＣ＝１の場合）、同じ値となる。上記式（２）の熱交換量Ｑが式（１）の熱交換量Ｑより小さいとき、上記Ｃの値が１より小さくなっているとして、冷却器２８が正常でないと判断される。例えば、制御器３０は、熱交換部５４の管に汚れが蓄積しているとして、警告を出す。

【0076】

以下、本発明の作用効果が説明される。

【0077】

発電設備の損傷を抑えつつ発電効率を上げるには、復水器の真空度（圧力）を調整することが重要となる。この適切な真空度の範囲は、タービン排気流量により異なる。排熱を利用した発電設備では、プラントの稼働状況により、利用できる排熱の量は変動し、このためタービン排気流量も変動する。

【0078】

本発明に係る発電設備２は、流量計２１の計測結果から得られたタービン排気流量に応じて、復水器２６の圧力が所定の範囲となるように冷却器２８の冷却能力を制御するための制御器３０を備える。制御器３０は、タービン排気流量に応じて、復水器２６の圧力が図３の領域Ｘに入るように、冷却能力を制御する。タービン排気流量が変動しても、復水器２６の圧力を図３の領域Ｘに入れることができる。この発電設備２では、損傷を抑えつつ良好な発電効率が達成できる。

【0079】

この実施形態では、制御器３０は、冷却液５２を循環させるポンプ６６の数及び回転数を制御することで、冷却器２８の冷却能力を制御することができる。さらに、冷却液５２を冷却するファン６０の数及び回転数を制御することでも、冷却器２８の冷却能力を制御することができる。これらにより、簡易に広い範囲での冷却能力の制御が可能となっている。プラントの稼働状況の変動や、環境温度の変動等、発電設備２の周囲の状況が変動しても、容易に復水器２６の圧力を図３の領域Ｘに入れることができる。この発電設備２では、損傷を抑えつつ良好な発電効率が達成できる。

【0080】

この実施形態では、流量計２１の計測結果から得られたタービン排気流量に応じて、復水器２６の圧力が所定の範囲となるように、制御器３０が自動で冷却器２８の冷却能力を制御する。運転者が制御するのに比べて、運転者の熟練度によらず、効率的に復水器２６の圧力を図３の領域Ｘに入れることができる。この発電設備２では、損傷を抑えつつ良好な発電効率が達成できる。

【0081】

この実施形態では、制御器３０は、発電設備２の運転状況を示すパラメータから、復水器２６の故障の有無を判定する機能を有する。タービン排気流量、冷却液５２の温度、ポンプ６６の稼働数と回転数、及び復水器２６の圧力から、復水器２６の密閉度の劣化が、早期に発見されうる。この発電設備２では、メンテナンスが容易である。

【0082】

この実施形態では、制御器３０は、発電設備２の運転状況を示すパラメータから、冷却器２８の故障の有無を判定する機能を有する。圧力計４８で計測された復水器２６の圧力、冷却液温度計７０で計測された復水器２６の入り口及び出口での冷却液温度、水圧計７１で計測された復水器２６の入り口での冷却液５２の水圧、及びポンプ６６の稼働状況から得られる冷却液５２の流量から、冷却液５２を循環させるパイプの破損、汚れの蓄積等が、早期に発見されうる。この発電設備２では、メンテナンスが容易である。

【0083】

以上説明された実施形態では、この発電設備はセメントプラントの排熱を利用していた。この発電設備が適用できるのは、セメントプラントに限られない。この発電設備は、排熱が行われる種々のプラントで適用されうる。

【0084】

以上説明されたように、この発電設備では、タービン排気流量が変動しても、損傷を抑えつつ良好な発電効率が達成できる。このことから、本発明の優位性は明らかである。

【産業上の利用可能性】

【0085】

以上説明された発電設備は、種々のプラントの排熱利用に適用されうる。

【符号の説明】

【0086】

２・・・発電設備
４・・・セメント焼成設備
１４・・・ＰＨボイラー
１６・・・ＡＱＣボイラー
２１・・・流量計
２２・・・蒸気タービン
２４・・・発電機
２６・・・復水器
２８・・・冷却器
３０・・・制御器
３６・・・熱媒体
４８・・・圧力計
５２・・・冷却液
６０・・・ファン
６２・・・モーター
６４・・・水槽
６６・・・ポンプ
７０・・・冷却液温度計
７１・・・水圧計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】