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JP3973412B2 - Waste heat recovery system by gas turbine - Google Patents
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア蒸気を作動流体とするガスタービンによる排熱回収システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
アンモニア蒸気(アンモニアガス)を作動流体とするガスタービン(アンモニア蒸気タービンともいう)を使用して、排気ガスの持つ熱エネルギーを動力として回収する排熱回収システムが提案されている。
【0003】
この排熱回収システムはアンモニア吸収サイクルを使用するもので、図3に示すように、アンモニア水溶液[例えば、70%濃度(アンモニア濃度、以下、同じ)]および排気ガス(例えば、500℃)を導き排気ガスの熱によりアンモニア水溶液を蒸発させる排ガス熱交換器(蒸発器に相当)(EG)51と、この排ガス熱交換器51にて発生したアンモニア蒸気(例えば、温度が300℃,圧力が3.0MPa)をアンモニア蒸気移送管61を介して導き例えば発電機(図示せず)を回転させるガスタービン(T)71と、このガスタービン71から排出された低圧のアンモニア蒸気をアンモニア蒸気移送管62を介して導き吸収液であるアンモニア水溶液に吸収させる吸収器(蒸気圧力は、例えば0.49MPa)(A)52と、この吸収器52でアンモニア蒸気を吸収して濃度が濃くなった濃アンモニア水溶液(例えば、54.4%)を濃アンモニア水移送管63を介して導き加熱する再生器(蒸気圧力が、例えば1.52MPa)(R)53と、この再生器53での加熱により発生したアンモニア蒸気(例えば、97.8%)をアンモニア蒸気移送管64を介して導き凝縮させる凝縮器(C)54と、この凝縮器54にて凝縮されたアンモニア液を排ガス熱交換器51に移送するアンモニア液移送管65と、上記再生器53にてアンモニア蒸気が分離されて濃度が薄くなった稀アンモニア水溶液(例えば、45.6%)を吸収器52に移送する稀アンモニア水移送管66と、吸収器52におけるアンモニア水溶液の濃度調整を行うために上記アンモニア液移送管65内のアンモニア液の一部を吸収器52に供給するための調整用アンモニア液移送管67と、同じく排ガス熱交換器51に導くアンモニア液の濃度調整(例えば、70%)を行うために濃アンモニア水移送管63内の濃アンモニア水溶液をアンモニア液移送管65内に供給するための調整用アンモニア水移送管68とから構成されたものであり、またアンモニア蒸気移送管62と濃アンモニア水移送管63との間、および稀アンモニア水移送管66と濃アンモニア水移送管63との間には、それぞれ熱交換器(HV)(HL)81,82が設けられ、さらに濃アンモニア水移送管63およびアンモニア液移送管65にはそれぞれポンプ83,84が設けられている。
【0004】
なお、図3中、91は排ガス熱交換器51に排気ガスを供給するための排ガス供給配管、92は再生器53の熱源として加熱水(例えば、90℃)を供給する加熱水供給配管、93は吸収器52および凝縮器53に冷却水(例えば、30℃)を供給するための冷却水供給配管である。
【0005】
上記構成において500℃程度の高温排気ガスおよび70%程度の高濃度アンモニア水溶液が排ガス熱交換器51に供給されて、排気ガスの有する熱により、温度が300℃で圧力が3.0MPaのアンモニア蒸気が発生される。
【0006】
この排ガス熱交換器51にて発生したアンモニア蒸気は作動流体としてガスタービン71に供給されて、発電機を回転させることにより電力が取り出され、排気ガスの熱エネルギーが回収される。
【0007】
このガスタービン71を駆動した後の低圧のアンモニア蒸気は、吸収器52に導かれてアンモニア水溶液に吸収された後、再生器53および凝縮器54を経てアンモニア液となり、さらに吸収器52からのアンモニア水溶液が混合されて70%の高濃度アンモニア水溶液に調整され、そして排ガス熱交換器51に供給されて、吸収サイクルが繰り返し行われる。
【0008】
ところで、上記ガスタービン71から取り出し得るエネルギーすなわち仕事量は、ガスタービン71での入口圧と出口圧との差圧に依存しており、より具体的にいえば、背圧である吸収器52内の圧力に依存している。
【0009】
すなわち、図4に示す上記吸収サイクルにおけるデューリング線図から分かるように、排ガス熱交換器(EG)51の出口圧力は3.0MPaで、吸収器(A)52内の圧力は0.49MPaであり、したがってガスタービン(T)71での仕事量は、その差圧分2.51MPaに相当する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記排熱回収システムの構成によると、ガスタービン71にて取り出すことができる仕事量は、ガスタービンの入口圧と出口圧との差に依存しており、すなわち吸収器52内での蒸気圧力に依存しているが、ガスタービン71でのさらなる仕事効率の向上が望まれている。
【0011】
そこで、本発明は、仕事効率のさらなる向上を図り得るガスタービンによる排熱回収システムを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のガスタービンによる排熱回収システムは、アンモニア水溶液および排気ガスを導き排気ガスの熱によりアンモニア水溶液を加熱してアンモニア蒸気を発生させる排ガス熱交換器と、この排ガス熱交換器にて発生したアンモニア蒸気を導き動力を得るガスタービンと、このガスタービンから排出された低圧のアンモニア蒸気を導きアンモニア水溶液に吸収させる低圧吸収器と、この低圧吸収器でアンモニア蒸気を吸収して濃度が濃くなった濃アンモニア水溶液を導き加熱してアンモニア蒸気を分離させる再生器と、この再生器にて分離されたアンモニア蒸気および上記低圧吸収器内の濃アンモニア水溶液を導き当該濃アンモニア水溶液にさらにアンモニア蒸気を吸収させる高圧吸収器とから構成し、且つ上記高圧吸収器にて濃度が高くなった高濃アンモニア水溶液を上記排ガス熱交換器に移送するとともに、上記再生器にてアンモニア蒸気が分離されて濃度が薄くなった稀アンモニア水溶液を上記低圧吸収器に移送させるようになし、さらに上記再生器から高圧吸収器に導くアンモニア蒸気の一部をガスタービンの中間段に供給させるように構成したものである。
【0013】
上記構成によると、吸収サイクルにおける凝縮器の替わりに、高圧吸収器を用いて蒸発器に相当する排ガス熱交換器に供給する高濃度のアンモニア水溶液を得るようにしたので、再生器での蒸気圧力を低くすることができ、したがって濃度が薄い稀アンモニア水溶液が得られるため、低圧吸収器内の蒸気圧力を低くすることができる。すなわち、ガスタービンの背圧が下がり、ガスタービンでの仕事量を増やすことことができる。
【0014】
さらに、再生器にて発生されるアンモニア蒸気の一部をガスタービンの中間段に供給して仕事をさせるようにしたので、例えば全て凝縮器にて凝縮させていた場合に比べて、エネルギーの回収効率の向上を図ることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るガスタービンによる排熱回収システムを、図1および図2に基づき説明する。
【0016】
この排熱回収システムは、アンモニア吸収サイクル(カリーナ発電サイクルに基づくもの)を用いて、例えばディーゼルエンジンからの排気ガスによりアンモニア蒸気(アンモニアガス)を発生させるとともに、このアンモニア蒸気にてガスタービン(アンモニア蒸気タービンともいう)を駆動して動力を得ることにより、排熱の持つ熱エネルギーを回収するようにしたものである。
【0017】
即ち、この排熱回収システムは、図1に示すように、濃度の高いアンモニア水溶液[例えば、50%程度(アンモニア濃度、以下、同じ)]および高温(例えば、500℃程度)の排気ガスを導き排気ガスの持つ熱によりアンモニア水溶液を蒸発させる排ガス熱交換器(カリーナ発電サイクルにおける蒸発器に相当)(EG)1と、この排ガス熱交換器1にて発生したアンモニア蒸気(例えば、300℃,3.0MPa程度)をアンモニア蒸気移送管11を介して導き、動力回収機器例えば発電機(図示せず)を回転させるガスタービン(T)21と、このガスタービン21から排出された低圧のアンモニア蒸気を低圧アンモニア蒸気移送管12を介して導き、吸収液であるアンモニア水溶液に吸収させる低圧吸収器(蒸気圧力が、例えば0.12MPa程度)(LA)2と、この低圧吸収器2でアンモニア蒸気を吸収して濃度が濃くなった濃アンモニア水溶液(例えば、27.7%程度)を、途中に溶液ポンプ31を有する第1濃アンモニア水移送管13を介して導くとともに高温(例えば、90℃程度)の加熱水により加熱してアンモニア蒸気を発生させる再生器(蒸気圧力が、例えば0.44MPa程度)(R)3と、この再生器3で発生したアンモニア蒸気(例えば、87.4%程度)をアンモニア蒸気移送管14を介して導くとともに、上記低圧吸収器2内の濃アンモニア水溶液を、即ち第1濃アンモニア水移送管13内の濃アンモニア水溶液を第2濃アンモニア水移送管15を介して導き、当該濃アンモニア水溶液にさらにアンモニア蒸気を吸収させる高圧吸収器(HA)4と、途中に溶液ポンプ32を有するとともにこの高圧吸収器4にてさらに濃くなった高濃アンモニア水溶液(例えば、50%程度)を排ガス熱交換器1に移送する高濃アンモニア水移送管16と、上記再生器3にてアンモニア蒸気が分離されて濃度が薄くなった稀アンモニア水溶液(例えば、21.5%程度)を上記低圧吸収器2に供給するための稀アンモニア水移送管17と、上記再生器3にて発生したアンモニア蒸気を、即ちアンモニア蒸気移送管14内のアンモニア蒸気を上記ガスタービン21の中間段に供給するためのアンモニア蒸気供給管18とから構成されており、また低圧アンモニア蒸気移送管12と第1濃アンモニア水移送管13との間、および稀アンモニア水移送管17と第1濃アンモニア水移送管13との間には、それぞれ熱回収のために、第1熱交換器(HV)33および第2熱交換器(HL)34が設けられている。
【0018】
なお、図1中、41は排ガス熱交換器1に排ガスを供給するための排ガス供給配管、42は再生器3の熱源として高温の加熱水を供給する加熱水供給配管、43は低圧吸収器2および高圧吸収器4に冷却水(例えば、30℃程度)を供給するための冷却水供給配管である。
【0019】
次に、上記排熱回収システムにおける作用について説明する。
500℃程度の高温の排気ガスおよびアンモニア濃度が50%と高い高濃アンモニア水溶液が排ガス熱交換器1に供給され、ここで、排気ガスの有する熱により、温度が300℃程度で圧力が3.0MPa程度の高圧のアンモニア蒸気が発生される。
【0020】
この排ガス熱交換器1にて発生したアンモニア蒸気は、アンモニア蒸気移送管11を介してガスタービン21に作動流体として供給され、発電機を回転させて電力が取り出される。即ち、排気ガスの熱エネルギーが回収される。
【0021】
このガスタービン21を駆動した後の低圧のアンモニア蒸気は、低圧アンモニア蒸気移送管12を介して蒸気圧力が0.12MPa程度にされた低圧吸収器2に導かれ、ここでアンモニア水溶液に吸収される。
【0022】
この低圧吸収器2にてアンモニア蒸気を吸収し、濃度が27.7%程度になった濃アンモニア水溶液は、第1濃アンモニア水移送管13を介して再生器3に供給され、ここで、90℃の加熱水により加熱されて、濃度が87.4%程度のアンモニア蒸気が発生される。なお、この再生器3内での蒸気圧力は、0.44MPa程度である。
【0023】
そして、この再生器3にて発生したアンモニア蒸気の一部は、アンモニア蒸気移送管14およびアンモニア蒸気供給管18を介して、ガスタービン21の途中即ち中間段に供給されてガスタービン21の駆動に供される。
【0024】
一方、再生器3からのアンモニア蒸気の残りについては、アンモニア蒸気移送管14を介して高圧吸収器4に供給され、ここで、第2濃アンモニア水移送管15を介して溶液ポンプ31により低圧吸収器2から供給される濃度が27.7%程度の濃アンモニア水溶液に吸収されて、50%程度と濃度がより高い高濃度アンモニア水溶液となり、この高濃度アンモニア水溶液が高濃度アンモニア水移送管16を介して排ガス熱交換器1に供給されて、アンモニア蒸気による吸収サイクルが行われる。
【0025】
なお、再生器3にてアンモニア蒸気が分離された濃度が21.5%程度の稀アンモニア水溶液は、低圧吸収器2に移送される。
ここで、図2に吸収サイクルにおけるデューリング線図を示しておく。この図2から分かるように、排ガス熱交換器(EG)1の出口圧力は3.0MPaで、低圧吸収器(LA)2内の蒸気圧力は0.12MPaであり、したがってガスタービン(T)21での仕事量に相当する差圧分は、2.88MPaとなり、従来の2.51MPaに比べてかなり増えている。
【0026】
上述したように、吸収サイクルにおける凝縮器の替わりに、高圧吸収器を用いて排ガス熱交換器(蒸発器に相当する)に供給する高濃度のアンモニア水溶液を得るようにしたので、再生器3での蒸気圧力を0.44MPa程度と低くすることができ、したがって従来と同じ温度(90℃)の加熱水でも、より濃度が薄い稀アンモニア水溶液を得ることができる。すなわち、図2のデューリング線図に示すように、低圧吸収器2内の蒸気圧力を、0.49MPaから0.12MPaに、かなり下げることができるので、ガスタービン21の背圧が下がり、ガスタービン21での仕事量が増加する。
【0027】
さらに、再生器3にて発生されるアンモニア蒸気の一部をガスタービン21の中間段に供給して仕事をさせるようしたので、例えば従来のように全て凝縮器に移送して凝縮させていた場合に比べて、すなわち、全て凝縮させるとともに、濃度調整用としてその一部を吸収器に戻していた分を、ガスタービンにおける仕事として取り出すようにしたので、エネルギーの回収効率の向上を図ることができる。
【0028】
例えば、熱交換器などの諸元(具体的には、伝熱面積)を同一として、上記構成に係る排熱回収システムと従来例に係る排熱回収システムとを比較すると、約1.6倍の発電量が得られる。
【0029】
ところで、上記実施の形態においては、ディーゼルエンジンからの排気ガスの熱回収を行うものとして説明したが、このものに限定されるものではなく、種々の施設から排出される排気ガスを使用することができる。
【0030】
また、上記の排熱回収システムは、第2種[排ガス熱交換器(蒸発器)と再生器の熱源として廃熱を用いて、吸収器でより高温の出力流体を得る場合]の廃熱源がある場合に、適用することができる。
【0031】
【発明の効果】
以上のように本発明の排熱回収システムの構成によると、吸収サイクルにおける凝縮器の替わりに、高圧吸収器を用いて蒸発器に相当する排ガス熱交換器に供給する高濃度のアンモニア水溶液を得るようにしたので、再生器での蒸気圧力を低くすることができ、したがって濃度が薄い稀アンモニア水溶液が得られるため、低圧吸収器内の蒸気圧力を従来の場合よりも低くすることができる。すなわち、ガスタービンの背圧を下げることができるので、ガスタービンでの仕事効率の向上を図ることができる。
【0032】
さらに、再生器にて発生されるアンモニア蒸気の一部をガスタービンの中間段に供給して仕事をさせるようにしたので、例えば従来のように全て凝縮器に移送して凝縮させていた場合に比べて、エネルギーの回収効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る排熱回収システムの概略構成を示す図である。
【図2】同排熱回収システムにおける作動流体のデューリング線図を示す。
【図3】従来例に係る排熱回収システムの概略構成を示す図である。
【図4】従来例の排熱回収システムにおける作動流体のデューリング線図を示す。
【符号の説明】
1 排ガス熱交換器
2 低圧吸収器
3 再生器
4 高圧吸収器
11 アンモニア蒸気移送管
12 低圧アンモニア蒸気移送管
13 第1濃アンモニア水移送管
14 アンモニア蒸気移送管
15 第2濃アンモニア水移送管
16 高濃度アンモニア水移送管
17 稀アンモニア水移送管
18 アンモニア蒸気供給管
21 ガスタービン
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust heat recovery system using a gas turbine using ammonia vapor as a working fluid.
[0002]
[Prior art]
There has been proposed an exhaust heat recovery system that uses a gas turbine (also referred to as an ammonia steam turbine) that uses ammonia vapor (ammonia gas) as a working fluid to recover the thermal energy of the exhaust gas as power.
[0003]
This exhaust heat recovery system uses an ammonia absorption cycle. As shown in FIG. 3, an aqueous ammonia solution [eg, 70% concentration (ammonia concentration, hereinafter the same)] and exhaust gas (eg, 500 ° C.) are introduced. An exhaust gas heat exchanger (equivalent to an evaporator) (EG) 51 that evaporates an aqueous ammonia solution by the heat of exhaust gas, and ammonia vapor generated in the exhaust gas heat exchanger 51 (for example, a temperature of 300 ° C. and a pressure of 3. 0 MPa) through the ammonia vapor transfer pipe 61, for example, a gas turbine (T) 71 for rotating a generator (not shown), and low-pressure ammonia vapor discharged from the gas turbine 71 through the ammonia vapor transfer pipe 62. An absorber (vapor pressure is, for example, 0.49 MPa) (A) 52 which is guided through and absorbed in an aqueous ammonia solution which is an absorbing solution, A regenerator (steam pressure of, for example, 1.52 MPa) that guides and heats a concentrated aqueous ammonia solution (for example, 54.4%) that has been concentrated by absorbing ammonia vapor in the collector 52 through the concentrated ammonia water transfer pipe 63. ) (R) 53, a condenser (C) 54 for guiding and condensing ammonia vapor (for example, 97.8%) generated by heating in the regenerator 53 through the ammonia vapor transfer pipe 64, and the condenser Ammonia liquid transfer pipe 65 for transferring the ammonia liquid condensed in 54 to the exhaust gas heat exchanger 51, and a dilute aqueous ammonia solution (for example, 45.6) whose concentration has been reduced by separation of ammonia vapor in the regenerator 53. %) In the ammonia liquid transfer pipe 65 in order to adjust the concentration of the aqueous ammonia solution in the absorber 52. Ammonia liquid transfer pipe 67 for supplying a part of the ammonia liquid to the absorber 52, and concentrated ammonia water transfer for adjusting the concentration of the ammonia liquid led to the exhaust gas heat exchanger 51 (for example, 70%). It is composed of an adjusting ammonia water transfer pipe 68 for supplying the concentrated ammonia aqueous solution in the pipe 63 into the ammonia liquid transfer pipe 65, and the ammonia vapor transfer pipe 62 and the concentrated ammonia water transfer pipe 63 are connected to each other. And between the diluted ammonia water transfer pipe 66 and the concentrated ammonia water transfer pipe 63 are respectively provided heat exchangers (HV) (HL) 81, 82, and further, the concentrated ammonia water transfer pipe 63 and the ammonia liquid transfer. The pipes 65 are provided with pumps 83 and 84, respectively.
[0004]
In FIG. 3, 91 is an exhaust gas supply pipe for supplying exhaust gas to the exhaust gas heat exchanger 51, 92 is a heated water supply pipe for supplying heated water (for example, 90 ° C.) as a heat source for the regenerator 53, 93. Is a cooling water supply pipe for supplying cooling water (for example, 30 ° C.) to the absorber 52 and the condenser 53.
[0005]
In the above configuration, high temperature exhaust gas of about 500 ° C. and high concentration aqueous ammonia solution of about 70% are supplied to the exhaust gas heat exchanger 51, and the ammonia vapor having a temperature of 300 ° C. and a pressure of 3.0 MPa is generated by the heat of the exhaust gas. Is generated.
[0006]
The ammonia vapor generated in the exhaust gas heat exchanger 51 is supplied to the gas turbine 71 as a working fluid, and electric power is taken out by rotating the generator, and the thermal energy of the exhaust gas is recovered.
[0007]
The low-pressure ammonia vapor after driving the gas turbine 71 is guided to the absorber 52 and absorbed by the aqueous ammonia solution, then becomes an ammonia liquid through the regenerator 53 and the condenser 54, and further the ammonia from the absorber 52. The aqueous solution is mixed and adjusted to a 70% high-concentration aqueous ammonia solution and supplied to the exhaust gas heat exchanger 51, and the absorption cycle is repeated.
[0008]
By the way, the energy that can be extracted from the gas turbine 71, that is, the work amount, depends on the differential pressure between the inlet pressure and the outlet pressure in the gas turbine 71, and more specifically, in the absorber 52 that is the back pressure. Depends on the pressure.
[0009]
That is, as can be seen from the dueling diagram in the absorption cycle shown in FIG. 4, the outlet pressure of the exhaust gas heat exchanger (EG) 51 is 3.0 MPa, and the pressure in the absorber (A) 52 is 0.49 MPa. Therefore, the work amount in the gas turbine (T) 71 corresponds to a differential pressure component of 2.51 MPa.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
According to the configuration of the exhaust heat recovery system, the amount of work that can be taken out by the gas turbine 71 depends on the difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the gas turbine, that is, the steam pressure in the absorber 52. Although it depends, further improvement in work efficiency in the gas turbine 71 is desired.
[0011]
Then, an object of this invention is to provide the exhaust-heat recovery system by the gas turbine which can aim at the further improvement of work efficiency.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an exhaust heat recovery system using a gas turbine according to the present invention includes an exhaust gas heat exchanger that introduces an aqueous ammonia solution and exhaust gas, heats the aqueous ammonia solution with the heat of the exhaust gas, and generates ammonia vapor. A gas turbine that guides the ammonia vapor generated in the exhaust gas heat exchanger to obtain power, a low-pressure absorber that introduces the low-pressure ammonia vapor discharged from the gas turbine into the aqueous ammonia solution, and ammonia vapor that is absorbed by the low-pressure absorber Regenerator that absorbs concentrated ammonia aqueous solution that has been absorbed and becomes concentrated by heating and separates the ammonia vapor, and ammonia vapor separated by this regenerator and the concentrated ammonia aqueous solution in the low-pressure absorber are led to the concentrated ammonia A high-pressure absorber that further absorbs ammonia vapor into the aqueous solution, and A high-concentration aqueous ammonia solution whose concentration has been increased by the high-pressure absorber is transferred to the exhaust gas heat exchanger, and a dilute aqueous ammonia solution whose concentration has been reduced by separation of the ammonia vapor by the regenerator is transferred to the low-pressure absorber. Further, a part of the ammonia vapor led from the regenerator to the high pressure absorber is supplied to the intermediate stage of the gas turbine .
[0013]
According to the above configuration, instead of the condenser in the absorption cycle, a high-concentration aqueous ammonia solution to be supplied to the exhaust gas heat exchanger corresponding to the evaporator is obtained using a high-pressure absorber, so that the vapor pressure in the regenerator Therefore, a dilute aqueous ammonia solution having a low concentration can be obtained, so that the vapor pressure in the low-pressure absorber can be lowered. That is, the back pressure of the gas turbine is reduced, and the amount of work in the gas turbine can be increased.
[0014]
Furthermore, since a part of the ammonia vapor generated in the regenerator is supplied to the intermediate stage of the gas turbine to work, for example, compared with the case where all of it is condensed in the condenser, the energy recovery Efficiency can be improved.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the exhaust heat recovery system by the gas turbine which concerns on embodiment of this invention is demonstrated based on FIG. 1 and FIG.
[0016]
This exhaust heat recovery system generates ammonia vapor (ammonia gas) from exhaust gas from a diesel engine, for example, using an ammonia absorption cycle (based on a carina power generation cycle), and a gas turbine (ammonia) with this ammonia vapor. The heat energy of exhaust heat is recovered by driving a steam turbine) to obtain power.
[0017]
That is, as shown in FIG. 1, this exhaust heat recovery system leads to a highly concentrated aqueous ammonia solution (for example, about 50% (ammonia concentration, hereinafter the same)) and a high temperature (for example, about 500 ° C.) exhaust gas. An exhaust gas heat exchanger (equivalent to an evaporator in a carina power generation cycle) (EG) 1 that evaporates an aqueous ammonia solution with the heat of exhaust gas, and ammonia vapor generated in the exhaust gas heat exchanger 1 (for example, 300 ° C., 3 Gas turbine (T) 21 for rotating a power recovery device such as a power generator (not shown) and low-pressure ammonia vapor discharged from the gas turbine 21. A low-pressure absorber (vapor pressure is 0, for example, which is guided through the low-pressure ammonia vapor transfer pipe 12 and absorbed by the ammonia aqueous solution as the absorbing liquid. (About 12 MPa) (LA) 2 and a concentrated ammonia aqueous solution (for example, about 27.7%) whose concentration has been increased by absorbing ammonia vapor by the low-pressure absorber 2, and a first concentrated solution having a solution pump 31 in the middle. A regenerator (steam pressure is, for example, about 0.44 MPa) (R) 3 that is guided through the ammonia water transfer pipe 13 and is heated with high-temperature (for example, about 90 ° C.) heated water to generate ammonia vapor, Ammonia vapor (for example, about 87.4%) generated in the regenerator 3 is guided through the ammonia vapor transfer pipe 14, and the concentrated aqueous ammonia solution in the low-pressure absorber 2, that is, the first concentrated ammonia water transfer pipe 13. The high concentration absorber (H) which guides the concentrated aqueous ammonia solution through the second concentrated aqueous ammonia transfer pipe 15 and further absorbs the ammonia vapor in the concentrated aqueous ammonia solution. 4) and a high-concentration aqueous ammonia transfer pipe 16 for transferring a high-concentration aqueous ammonia solution (for example, about 50%) further concentrated in the high-pressure absorber 4 to the exhaust gas heat exchanger 1 and having a solution pump 32 in the middle. A dilute aqueous ammonia transfer pipe 17 for supplying a dilute aqueous ammonia solution (e.g., about 21.5%) whose ammonia vapor is separated in the regenerator 3 and having a reduced concentration, to the low pressure absorber 2; The ammonia vapor generated in the regenerator 3, that is, the ammonia vapor in the ammonia vapor transfer pipe 14, is composed of an ammonia vapor supply pipe 18 for supplying the intermediate stage of the gas turbine 21, and low-pressure ammonia Between the steam transfer pipe 12 and the first concentrated ammonia water transfer pipe 13 and between the diluted ammonia water transfer pipe 17 and the first concentrated ammonia water transfer pipe 13, A first heat exchanger (HV) 33 and a second heat exchanger (HL) 34 are provided for heat recovery.
[0018]
In FIG. 1, 41 is an exhaust gas supply pipe for supplying exhaust gas to the exhaust gas heat exchanger 1, 42 is a heated water supply pipe for supplying high-temperature heated water as a heat source for the regenerator 3, and 43 is a low-pressure absorber 2. And a cooling water supply pipe for supplying cooling water (for example, about 30 ° C.) to the high-pressure absorber 4.
[0019]
Next, the operation of the exhaust heat recovery system will be described.
Exhaust gas having a high temperature of about 500 ° C. and a highly concentrated aqueous ammonia solution having a high ammonia concentration of 50% are supplied to the exhaust gas heat exchanger 1, where the temperature of the exhaust gas is about 300 ° C. and the pressure is 3. A high-pressure ammonia vapor of about 0 MPa is generated.
[0020]
The ammonia vapor generated in the exhaust gas heat exchanger 1 is supplied as a working fluid to the gas turbine 21 via the ammonia vapor transfer pipe 11, and the generator is rotated to extract electric power. That is, the heat energy of the exhaust gas is recovered.
[0021]
The low-pressure ammonia vapor after driving the gas turbine 21 is guided to the low-pressure absorber 2 having a vapor pressure of about 0.12 MPa through the low-pressure ammonia vapor transfer pipe 12 and is absorbed therein by the aqueous ammonia solution. .
[0022]
The concentrated ammonia aqueous solution having the ammonia vapor absorbed by the low-pressure absorber 2 and having a concentration of about 27.7% is supplied to the regenerator 3 through the first concentrated ammonia water transfer pipe 13, where 90% When heated with heated water at 0 ° C., ammonia vapor having a concentration of about 87.4% is generated. Note that the vapor pressure in the regenerator 3 is about 0.44 MPa.
[0023]
A part of the ammonia vapor generated in the regenerator 3 is supplied to the middle of the gas turbine 21, that is, to the intermediate stage via the ammonia vapor transfer pipe 14 and the ammonia vapor supply pipe 18 to drive the gas turbine 21. Provided.
[0024]
On the other hand, the remainder of the ammonia vapor from the regenerator 3 is supplied to the high-pressure absorber 4 via the ammonia vapor transfer pipe 14, where it is absorbed by the solution pump 31 via the second concentrated ammonia water transfer pipe 15. The concentrated ammonia aqueous solution having a concentration of about 27.7% supplied from the vessel 2 is absorbed into a high concentration ammonia aqueous solution having a higher concentration of about 50%, and this high concentration ammonia aqueous solution passes through the high concentration ammonia water transfer pipe 16. To the exhaust gas heat exchanger 1 and an absorption cycle using ammonia vapor is performed.
[0025]
The dilute aqueous ammonia solution having a concentration of about 21.5% from which the ammonia vapor is separated in the regenerator 3 is transferred to the low-pressure absorber 2.
Here, FIG. 2 shows a Duhring diagram in the absorption cycle. As can be seen from FIG. 2, the outlet pressure of the exhaust gas heat exchanger (EG) 1 is 3.0 MPa, and the steam pressure in the low-pressure absorber (LA) 2 is 0.12 MPa, and therefore the gas turbine (T) 21. The differential pressure corresponding to the amount of work at 2.88 MPa is 2.88 MPa, which is a considerable increase compared to the conventional 2.51 MPa.
[0026]
As described above, instead of the condenser in the absorption cycle, a high-concentration aqueous ammonia solution to be supplied to the exhaust gas heat exchanger (equivalent to an evaporator) is obtained using a high-pressure absorber. Therefore, even with heated water at the same temperature (90 ° C.) as before, a dilute aqueous ammonia solution with a lower concentration can be obtained. That is, as shown in the dueling diagram of FIG. 2, the steam pressure in the low-pressure absorber 2 can be considerably lowered from 0.49 MPa to 0.12 MPa. The amount of work in the turbine 21 increases.
[0027]
Furthermore, since a part of the ammonia vapor generated in the regenerator 3 is supplied to the intermediate stage of the gas turbine 21 to perform work, for example, when all of the ammonia vapor is transferred to the condenser and condensed as in the conventional case. Compared to the above, in other words, the entire amount is condensed and the part that has been returned to the absorber for concentration adjustment is taken out as work in the gas turbine, so that the energy recovery efficiency can be improved. .
[0028]
For example, when the specifications of the heat exchanger and the like (specifically, the heat transfer area) are the same, the exhaust heat recovery system according to the above configuration and the exhaust heat recovery system according to the conventional example are compared with each other by about 1.6 times. Can be obtained.
[0029]
By the way, in the said embodiment, although demonstrated as what heat-recovers the exhaust gas from a diesel engine, it is not limited to this, It is using exhaust gas discharged | emitted from various facilities. it can.
[0030]
In addition, the waste heat source of the second type [when waste heat is used as a heat source for the exhaust gas heat exchanger (evaporator) and the regenerator to obtain a higher-temperature output fluid with an absorber] It can be applied in some cases.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the configuration of the exhaust heat recovery system of the present invention, a high-concentration aqueous ammonia solution to be supplied to an exhaust gas heat exchanger corresponding to an evaporator is obtained using a high-pressure absorber instead of a condenser in an absorption cycle. As a result, the vapor pressure in the regenerator can be lowered, and thus a dilute aqueous ammonia solution having a low concentration can be obtained. Therefore, the vapor pressure in the low-pressure absorber can be lowered as compared with the conventional case. That is, since the back pressure of the gas turbine can be reduced, work efficiency in the gas turbine can be improved.
[0032]
Furthermore, since a part of the ammonia vapor generated in the regenerator is supplied to the intermediate stage of the gas turbine to perform work, for example, when all of the ammonia vapor is transferred to the condenser and condensed as in the past. In comparison, the energy recovery efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust heat recovery system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a dueling diagram of a working fluid in the exhaust heat recovery system.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust heat recovery system according to a conventional example.
FIG. 4 shows a dueling diagram of a working fluid in a conventional exhaust heat recovery system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust gas heat exchanger 2 Low pressure absorber 3 Regenerator 4 High pressure absorber 11 Ammonia vapor transfer pipe 12 Low pressure ammonia vapor transfer pipe 13 First concentrated ammonia water transfer pipe 14 Ammonia vapor transfer pipe 15 Second concentrated ammonia water transfer pipe 16 High Concentration ammonia water transfer pipe 17 Rare ammonia water transfer pipe 18 Ammonia vapor supply pipe 21 Gas turbine

Claims (1)

アンモニア水溶液および排気ガスを導き排気ガスの熱によりアンモニア水溶液を加熱してアンモニア蒸気を発生させる排ガス熱交換器と、この排ガス熱交換器にて発生したアンモニア蒸気を導き動力を得るガスタービンと、このガスタービンから排出された低圧のアンモニア蒸気を導きアンモニア水溶液に吸収させる低圧吸収器と、この低圧吸収器でアンモニア蒸気を吸収して濃度が濃くなった濃アンモニア水溶液を導き加熱してアンモニア蒸気を分離させる再生器と、この再生器にて分離されたアンモニア蒸気および上記低圧吸収器内の濃アンモニア水溶液を導き当該濃アンモニア水溶液にさらにアンモニア蒸気を吸収させる高圧吸収器とから構成し、
且つ上記高圧吸収器にて濃度が高くなった高濃アンモニア水溶液を上記排ガス熱交換器に移送するとともに、上記再生器にてアンモニア蒸気が分離されて濃度が薄くなった稀アンモニア水溶液を上記低圧吸収器に移送させるようになし、
さらに上記再生器から高圧吸収器に導くアンモニア蒸気の一部をガスタービンの中間段に供給させるように構成したことを特徴とするガスタービンによる排熱回収システム。
An exhaust gas heat exchanger that introduces an aqueous ammonia solution and exhaust gas and heats the aqueous ammonia solution with the heat of the exhaust gas to generate ammonia vapor, a gas turbine that derives the ammonia vapor generated in the exhaust gas heat exchanger and obtains power, and A low-pressure absorber that guides the low-pressure ammonia vapor discharged from the gas turbine and absorbs it into the aqueous ammonia solution, and a high-concentration aqueous ammonia solution that absorbs the ammonia vapor in this low-pressure absorber and concentrates it to heat and separate the ammonia vapor. And a high-pressure absorber that introduces the ammonia vapor separated in the regenerator and the concentrated aqueous ammonia solution in the low-pressure absorber and further absorbs the ammonia vapor in the concentrated aqueous ammonia solution,
In addition, the high-concentration ammonia aqueous solution whose concentration is increased by the high-pressure absorber is transferred to the exhaust gas heat exchanger, and the low-pressure absorption is performed for the dilute ammonia aqueous solution whose concentration is reduced by separation of ammonia vapor in the regenerator. Not to be transferred to the vessel ,
Furthermore, a waste heat recovery system using a gas turbine, characterized in that a part of the ammonia vapor led from the regenerator to the high pressure absorber is supplied to an intermediate stage of the gas turbine.
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