ランキンサイクルによる閉ループ給水ヒーターとランキンサイクル併発電

閉鎖式給水ヒーターを使用したランキンサイクル

閉鎖式給水ヒーターを使用したランキンサイクルには利点があり、現代の発電所で最も一般的に使用されています。閉鎖式給水ヒーターは間接的な熱伝達方式を採用しており、つまりタービンから抽出された蒸気または引き抜かれた蒸気がシェル・チューブ型熱交換器を通じて給水に間接的に熱を伝達します。蒸気と水が直接混合されないため、蒸気回路と水回路は異なる圧力になっています。サイクル内の閉鎖式給水ヒーターは以下の図1に示すT-s図で表されます。

理論上または理想的には、閉鎖式給水ヒーターでの熱伝達は、給水の温度が抽出蒸気の飽和温度（給水を加熱する）まで上昇するように行われるべきです。

しかし、実際のプラント運転では、給水が到達できる最高温度は通常、蒸気の飽和温度よりもわずかに低いです。これは、効果的かつ効率的な熱伝達のために温度勾配が必要であることが理由です。


ヒーターシェルからの凝縮水または凝縮蒸気は、次のヒーター（低圧）または時にはコンデンサーに送られます。

開放式と閉鎖式給水ヒーターの違い

開放式と閉鎖式給水ヒーターの違いは以下の通りです。

現代の発電所では、開放式と閉鎖式の給水ヒーターを組み合わせて、サイクルの熱効率を最大化しています。

コジェネレーション現象

エンジニアリング熱力学は、貴重なエネルギー形態（熱）を仕事に変換することを見ています。発電所では、これを水という作動流体に移すことによって行います。つまり、蒸気タービンコンデンサーでの蒸気の熱の浪費を避けることを目的としています。これは、コンデンサーに入る低圧蒸気を利用する手段を見つけることで可能です。

コジェネレーションは、蒸気の熱を有用な目的に利用する概念であり、それを利用しない（現在はコンデンサーで無駄になっている）ことです。

コジェネレーションとは、熱と電力を同時に生成する（CHP）ことであり、プロセス加熱用蒸気を必要とする産業向けです。コジェネレーションプラントでは、熱と電力が適切に利用されるため、その効率は90％以上に達することができます。コジェネレーションはエネルギー節約を提供します。

コジェネレーションは、大量の蒸気の浪費を減らし、その蒸気を熱として多くの装置で利用することができます。紙パルプ、化学、繊維、セメントなどの多くの産業は、プロセス加熱用蒸気のためにコジェネレーションプラントに依存しています。これらの産業におけるプロセス加熱用蒸気の要求量は、温度が約150〜180℃の4〜5 kg/cm2のオーダーです。

紙、化学、繊維産業は、電力とプロセス用蒸気の両方を必要とします。この要件は、コジェネレーション発電所を設置することで容易に満たすことができます。

ボイラー内の温度は800℃から900℃のオーダーで、エネルギーは105 barの圧力と約535℃の温度を持つ蒸気を生成するために水に移されます。これらのパラメータを持つ蒸気は非常に質の高いエネルギー源とされ、まず蒸気タービンで電力を生成するために使用され、タービン排気（低品質エネルギー）はプロセス用蒸気の要件を満たするために使用されます。

コジェネレーションプラントは、産業プロセスのプロセス用蒸気の要件を満たしながら電力の要件を満たすことで知られています。

上の図2に示す理想的な蒸気タービンコジェネレーションを考えます。プロセス熱の要求量Qpが5.0 Kg/cm2で約100 kWであると仮定します。5.0 Kg/cm2のプロセス用蒸気の要件を満たすために、蒸気はタービン内で圧力が5.0 Kg/cm2まで下がるまで拡張され、約20 kWの電力を生成します。

プロセスヒーターからの凝縮液は、ボイラーに戻されて循環操作されます。サイクル内の給水の圧力を上げるために必要なポンプ作業は小さいものと考えられ、考慮されません。

ボイラー内の作動流体に移されたすべてのエネルギーは、蒸気タービンまたはプロセスプラントで使用されるため、コジェネレーションプラントの利用係数は：

ここで、
Qout コンデンサーで放散される熱
したがって、コンデンサーがない場合、コジェネレーションプラントの熱利用係数は100％です。

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