火力発電 平成25年度 III-14熱効率50%の火力発電所が定格出力100万kWで連続的に運転しているときに、排水の温度上昇を7度以内とするのに必要な冷却水量の最低流量に最も近い値はどれか。ただし、熱の仕事当量は4.2J/cal、水の密度は1.0g/cm3、比熱は1.0cal/(g°C)とする。 【問題解説】 平成30年度 III-14ガスタービン発電と蒸気タービン発電を組合わせた排熱回収方式コンバインドサイクル発電がある。ガスタービン発電の熱効率は30%であり、ガスタービンを駆動した後、その排熱で排熱回収ボイラを駆動する蒸気タービンの熱効率は40%である。このとき、総合熱効率に最も近い値はどれか。ただし、ガスタービン出口のすべての排熱は排熱回収ボイラで回収されるものとする。 ① 58% ② 61% ③ 64% ④ 67% ⑤ 70% ① 15 m3/s ② 25 m3/s ③ 35 m3/s ④ 45 m3/s ⑤ 55 m3/s 答え　③ 以下、設問の主旨に沿って問題を解説します。熱効率50%で発電所出力が100万kWなので、入力動力は200万kWで損失として排出される動力は100万kWです。この問題では排出される動力(熱量)はすべて冷却水で冷却されるということなので、100万kW(kJ/s)の熱量を冷却する水量を求めます。 水の持つ熱量は下記の式で求められます。熱量Q[cal] = 水の体積V[cm3 ]x 水の密度ρ[g/cm3 ] x 比熱C[cal/g]・K) x 温度T[K]・・・式(1) 従って冷却水温度が7K上昇するとして100万kWを冷却するのに必要な水量F[cm3/s]は、F[cm3/s] = (1,000,000,000 W / 4.2(J/cal) ) / (1.0 g/cm3 x 1.0[cal/g・K] x 7K ) = 34,013,605 cm3/s ≒ 35 m3/s 　 注：ここで、動力の単位Wは、W = J / s であることを知っておこくとで、このような温度上昇の計算が判りやすくなります。　 答え　① 排熱回収方式コンバインドサイクル発電の模式図を図 2に示します。ガスタービンの熱効率が30%なので、残りの熱量である70%は排ガスとして排出されます。排熱回収ボイラの熱回収は100%ですべて蒸気のエネルギーに変換され、後段の蒸気タービンの熱効率は40%。従って、全体サイクルの中での排熱回収ボイラ以降の熱効率は、70 % x 40%/100 = 28%になります。従って、総合熱効率は　30% + 28% = 58% となります。 【問題解説】 図 1 図 1は火力発電所の主な構成機器を水-蒸気配管及び燃焼ガス配管で接続した模式図です。火力発電所では石炭や重油、天然ガス等を燃焼させて燃焼ガスを発生させ、その発生熱をボイラにて熱交換し水を蒸発させて蒸気のエネルギーにします。ボイラで発生した蒸気は蒸気タービンに導かれタービンロータを回転させてエネルギーを消費した後に低圧蒸気になって復水器に入ります。復水器では低圧蒸気が二次冷却水等によって冷却され水の状態に戻ります。復水器から出た水は給水ポンプにて加圧され、再びボイラへ給水されます。 この設問では「熱効率50%の残りの損失分50%はすべて復水器にて二次冷却水にて奪われる」と言う前提で問題が作成されております。しかし実際には図 1のボイラに入る燃焼ガスが排ガスとして大気に放出される際にはある程度の熱が損失分として大気に放出されますので、実務ではこのことを念頭に置く必要があります。 図 2