コージェネレーション システムとしても知られる熱電併給 (CHP) システムは、単一の燃料源から電気と有用な熱を同時に生成する高効率のエネルギー システムです。 CHP システムの主な利点の 1 つは、従来の発電では無駄になっていた廃熱を回収して利用できることです。 CHP サプライヤーとして、私は CHP システムのさまざまな熱回収方法に精通しています。このブログでは、CHP 設置の効率を最大化する方法を理解していただくために、これらの方法について詳しく説明します。
1. 排ガス熱回収
ガスタービンや内燃エンジンなどの CHP システムの原動機からの排気ガスは、かなりの量の熱を運びます。この熱を回収することは、CHP システムの全体的な効率を向上させる最も一般的で効果的な方法の 1 つです。
1.1 熱交換器
熱交換器は、排ガス熱回収に使用される主要な機器です。高温の排気ガスから水や蒸気などの作動流体に熱を伝達します。熱交換器には、シェルアンドチューブ熱交換器やプレート熱交換器など、さまざまなタイプがあります。
シェルアンドチューブ熱交換器は、シェル (大きな円筒形の容器) とチューブの束で構成されます。排気ガスはチューブを通って流れ、作動流体はシェルを通って流れます。熱は排気ガスから管壁を通って作動流体に伝達されます。一方、プレート式熱交換器は、一連の薄いプレートを積み重ねて構成されています。排気ガスと作動流体はプレート間の交互のチャネルを通って流れ、プレート間で熱伝達が発生します。
回収された熱は、暖房、給湯、工業プロセスなどのさまざまな目的に使用できます。たとえば、商業ビルでは、熱交換器で生成された温水をラジエーターとして使用して室内空間を暖房することができます。工業環境では、生成された蒸気は食品加工工場などの製造プロセスで調理や殺菌に使用できます。
1.2 廃熱ボイラー
廃熱ボイラーは、排ガス中の熱から蒸気を生成するように特別に設計されています。これらは、大規模な CHP システム、特にガスタービンを備えたシステムでよく使用されます。排気ガスは廃熱ボイラーに入り、ボイラーチューブ内の水を加熱します。水は加熱されると蒸気に変わり、蒸気タービン (複合サイクル CHP システム) での発電やその他の産業用途に使用できます。
2. 冷却水熱回収
排気ガスの熱に加えて、CHP システムで使用される冷却水にもかなりの量の熱が含まれています。内燃エンジンなどの CHP システムの原動機は動作中に大量の熱を発生します。この熱を除去し、エンジンを最適な動作温度に維持するために冷却水が使用されます。
2.1 吸収式冷凍機
吸収式冷凍機は、冷却水の熱を利用して空調用の冷水を生成します。吸収式冷凍機は、従来の蒸気圧縮式冷凍機とは異なる原理で動作します。熱源 (この場合は熱い冷却水) を使用して冷凍サイクルを駆動します。
吸収式冷凍機の基本コンポーネントには、吸収器、発生器、凝縮器、蒸発器が含まれます。熱い冷却水は発生器内の溶液を加熱するために使用され、冷媒蒸気が放出されます。次に、冷媒蒸気は凝縮器を通過し、そこで凝縮されて液体になります。次に、液体冷媒は蒸発器に入り、そこで蒸発して水から熱を吸収して冷却されます。冷却された水は建物内の空調システムを循環します。
2.2 地域暖房
冷却水の熱は地域暖房システムにも利用できます。地域暖房は、熱が中央の場所で生成され、パイプのネットワークを通じて地区内の複数の建物に分配されるシステムです。 CHP システムからの温冷却水は、地域暖房ネットワークで直接使用することも、ネットワーク内で循環する二次流体の加熱に使用することもできます。
3. 潤滑油の熱回収
潤滑油は、可動部品間の摩擦と摩耗を軽減するために CHP システムの原動機に使用されます。作動中、潤滑油は高温になります。潤滑油から熱を回収すると、CHP システムの全体的な効率をさらに向上させることができます。
潤滑油からの熱は熱交換器を使用して回収できます。排気ガス熱交換器と同様に、熱交換器の一方の側には高温の潤滑油が流れ、もう一方の側には作動流体（水など）が流れます。熱は潤滑油から作動流体に伝達されます。
回収された熱は、原動機内の燃料または燃焼用空気の予熱に使用できます。燃料を予熱すると燃焼効率が向上し、燃焼用空気を予熱するとエンジン全体の熱効率が向上します。
4. CHP システムにおける熱回収の利点
CHP システムに熱回収方法を導入すると、いくつかの利点が得られます。
4.1 エネルギー効率
廃熱を回収して利用することにより、CHP システムは従来の発電システムと比較してはるかに高い総合エネルギー効率を達成できます。従来の発電所では、燃料に含まれるエネルギーの大部分が熱として無駄にされます。効果的な熱回収を備えた CHP システムでは、廃熱が有効利用され、熱と電力の需要を満たすために必要な追加燃料の量が削減されます。
4.2 コスト削減
エネルギー効率の向上はコスト削減につながります。同じ量の熱と電力を生成するのに必要な燃料が少なくなるため、CHP システムの運用コストが削減されます。さらに、一部の地域では、エネルギー効率の高い CHP システムの使用に対する奨励金や補助金があり、ユーザーの経済的負担がさらに軽減される場合があります。
4.3 環境上の利点
熱回収機能を備えた CHP システムは、温室効果ガスの排出を大幅に削減できます。同じ量のエネルギーを生成するために使用する燃料の量を減らすことで、大気中に放出される二酸化炭素やその他の汚染物質の量が減少します。これにより、CHP システムはエネルギー需要を満たす環境に優しいオプションになります。
5. さまざまな産業における熱回収の応用
CHP システムの熱回収はさまざまな産業に応用できます。
5.1 製造
製造業では、熱回収機能を備えた CHP システムにより、製造プロセスに電力と熱の両方を供給できます。たとえば、繊維産業では、排ガス熱回収から生成された蒸気を染色や仕上げ工程に使用できます。化学産業では、熱は蒸留および反応プロセスに使用できます。化学工業で使用される化学物質の一部には、次のものがあります。BIBP | CAS 25155 - 25 - 3 |ビス(tert-ブチルジオキシイソプロピル)ベンゼン、DTAP | CAS 10508-09-5 |ジ-tert-アミルペルオキシド、 そして過酸化ジベンゾイル、製造中に特定の温度条件が必要であり、回収された熱はこれらの条件を維持するために使用できます。
5.2 商業ビル
オフィス、ホテル、病院などの商業ビルは、熱回収を備えた CHP システムの恩恵を受けることができます。回収した熱は暖房、給湯、空調などに利用できます。たとえば、ホテルでは、熱回収によって生成された温水は客室に使用でき、吸収式冷凍機からの冷水は公共エリアの空調に使用できます。
5.3 地域エネルギーシステム
地域エネルギー システムは、CHP システムと熱回収を統合して、地域内の複数の建物に信頼性の高い効率的な熱と電力源を提供できます。 CHP システムから回収された熱は地域暖房ネットワークを通じて分配することができ、電気は地域で使用したり、送電網に供給したりすることができます。
結論
CHP サプライヤーとして、私は CHP システムの効率と性能を最大化する上での熱回収の重要性を理解しています。排ガス熱回収、冷却水熱回収、潤滑油熱回収などのさまざまな熱回収方法は、エネルギー効率、コスト削減、環境保護の観点から大きなメリットをもたらします。
商業ビル、工業プラント、地域エネルギーシステムなど、施設内で効果的な熱回収を行う CHP システムの導入にご興味がございましたら、詳細なご相談のために当社にお問い合わせいただくことをお勧めします。当社は、お客様の特定の熱および電力要件に基づいてカスタマイズされたソリューションを提供できます。より持続可能でコスト効率の高いエネルギーの未来を実現するために協力しましょう。
参考文献
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