JP2003240207A - 汽力発電プラントおよびその稼動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高圧側ヒータからのドレン水の回収ラインに
おけるウォーターハンマー現象の発生を防止し、メンテ
ナンスを軽減することのできる汽力発電プラントおよび
その稼動方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 汽力発電プラントの負荷が低い状態で
は、高圧側ヒータ１８からのドレン水は復水器側回収ラ
イン２０Ａを介し復水器１２へと送り込まれる。この状
態で、脱気器側回収ライン２０Ｂ内に滞り、稼動の停止
中に温度が低下したドレン水に対し、汽力発電プラント
の稼動再開後、注水ライン３０を介して高温の復水を注
水することによって、脱気器側回収ライン２０Ｂ内のド
レン水を加熱する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、汽力発電プラント
およびその稼動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の火力、原子力等により蒸気を発生
させて発電を行う汽力発電プラントでは、復水器の中に
ある水（復水）を低圧側ヒータに送ってこの水を加熱し
た後、脱気器にて復水中に含まれる溶存酸素を除去す
る。さらにこの水をボイラー給水ポンプで昇圧し、高圧
側ヒータでさらに加熱した後、ボイラーに送り込む。ボ
イラーではこの水を蒸発させ、その蒸気を蒸気タービン
に送り込み、これによって蒸気タービンを回転させ、発
電機を駆動して発電を行うようになっている。

【０００３】図３に示すものは、高圧側ヒータ１からの
ドレン水の回収ラインの構成を示すものである。高圧側
ヒータ１は、第一ヒータ１Ａ、第二ヒータ１Ｂ、第三ヒ
ータ１Ｃのように、複数段の構成となっている。そして
ボイラー給水ポンプ２によって高圧側ヒータ１に送り込
まれる給水は、第一ヒータ１Ａ、第二ヒータ１Ｂ、第三
ヒータ１Ｃを連続して通るヒータチューブ３内で順次加
熱されるようになっている。これら第一ヒータ１Ａ、第
二ヒータ１Ｂ、第三ヒータ１Ｃには、それぞれ、蒸気タ
ービンからの蒸気が熱源として送り込まれるようになっ
ている。このような高圧側ヒータ１では、第三ヒータ１
Ｃで、蒸気タービンからの蒸気を熱源として給水が通る
ヒータチューブ３との熱交換により、ヒータチューブ３
内の復水を加熱する。そして、第三ヒータ１Ｃは、給水
が通るヒータチューブ３との熱交換により発生したドレ
ン水を、第二ヒータ１Ｂに送り込んでいる。第二ヒータ
１Ｂでは、蒸気タービンからの蒸気と、第三ヒータ１Ｃ
から送り込まれた熱交換後のドレン水の熱エネルギを利
用し、給水が通るヒータチューブ３と熱交換を行う。そ
して第二ヒータ１Ｂ内で発生したドレン水は、第一ヒー
タ１Ａに送り込むようになっている。第一ヒータ１Ａで
は、蒸気タービンからの蒸気と第二ヒータ１Ｂからの熱
交換後のドレン水とを熱源として、給水が通るヒータチ
ューブ３との熱交換を行っている。このようにして、第
三ヒータ１Ｃ、第二ヒータ１Ｂ、第一ヒータ１Ａを経た
ドレン水は、回収ライン５を介し、復水器（図示無し）
や脱気器６に送り込まれるようになっている。

【０００４】回収ライン５は、復水器に繋がる復水器側
回収ライン５Ａと、脱気器６に繋がる脱気器側回収ライ
ン５Ｂとに分岐している。回収ライン５では、通常の稼
働時等、汽力発電プラントの負荷が高く、回収ライン５
内のドレン水の圧力が高い状態では、ドレン水を脱気器
側回収ライン５Ｂを介して脱気器６へと送り込み、この
ドレン水の熱エネルギを脱気器６で熱回収している。一
方、汽力発電プラントの稼動を停止させた後に、稼動を
再開した直後など、汽力発電プラントの負荷が低くドレ
ン水の圧力が低い状態では、回収ライン５では、ドレン
水を復水器側回収ライン５Ａを介して復水器へと送り込
むようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような構成の従来の汽力発電プラントでは、特にプラ
ントの稼動開始時等に、高圧側ヒータ１から回収したド
レン水を脱気器６に送り込むと、脱気器側回収ライン５
Ｂにてウォーターハンマー現象が発生し、脱気器側回収
ライン５Ｂ〜脱気器６への系統に設けられた逆止弁が破
損したり、脱気器側回収ライン５Ｂの配管が振動したり
するという問題が生じていた。

【０００６】上述したように、汽力発電プラントの負荷
が低く、復水器側回収ライン５Ａを介して復水器へとド
レン水が送り込まれるような状態では、脱気器側回収ラ
イン５Ｂ内にもドレン水が残っており、稼働の停止後、
その温度は徐々に冷えることになる。一方、脱気器６に
は、蒸気タービン(図示無し)からの蒸気が熱源として送
り込まれており、この蒸気は一部が脱気器側回収ライン
５Ｂ内に入り込むことがある。稼働が再開され、汽力発
電プラントの負荷が高まるに伴なってドレン水の圧力が
徐々に上昇すると、脱気器側回収ライン５Ｂ内のドレン
水の水位が上がる。そして、その水位が、脱気器側回収
ライン５Ｂの配管が水平になっている部分５ｈに達する
と、配管内で高温の蒸気との接触面積が大きくなる。す
ると、この部分で高温の蒸気が急激に凝縮してその体積
が減少するために配管内に真空状態が生じ、これが原因
となってウォーターハンマー現象が発生していると考え
られるのである。

【０００７】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、高圧側ヒータからのドレン水の回収ライン
におけるウォーターハンマー現象の発生を防止し、メン
テナンスを軽減することのできる汽力発電プラントおよ
びその稼動方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的のもと、本発
明の汽力発電プラントは、発電機を駆動する蒸気タービ
ンと、蒸気タービンからの排気を凝縮し、復水を生成す
る復水器と、復水中の溶存酸素を脱気する脱気器と、脱
気後の給水を加熱するヒータと、ヒータで加熱された給
水を蒸発させて蒸気を生成し、蒸気タービンに供給する
ボイラーと、ヒータにて給水の加熱時に発生するドレン
水を脱気器の熱源として供給するドレン水供給ライン
と、ドレン水供給ラインに対し、ドレン水供給ライン内
のドレン水よりも高いエンタルピを有した水を注入する
注入ラインと、を備えることを特徴とする。このよう
に、高いエンタルピを有した水をドレン水供給ライン内
のドレン水に注入することにより、ドレン水の温度が上
昇する。このような汽力発電プラントでは、負荷に応
じ、より詳しくは汽力発電プラントの稼動停止時等、負
荷が低いときに、復水器側供給ラインを介してドレン水
を復水器に送給する。このときに、脱気器に供給するべ
くドレン水供給ライン内に滞っているドレン水に対して
水を注入することにより、汽力発電プラントの稼動を再
開した直後等、温度が低下したドレン水供給ライン内の
ドレン水を加熱することが有効に行える。また、注入ラ
インには、ドレン水供給ラインに対する水の注入をオン
・オフする切換弁を備えることができる。さらに、注入
ラインは、脱気器で脱気された給水をヒータの前段側で
加圧するブースターポンプとヒータの間から復水を取り
出してドレン水供給ラインに供給するようにするのが好
ましい。さらに、ブースターポンプとヒータの間に復水
をさらに加圧する給水ポンプを備える場合、注入ライン
は、ブースターポンプと給水ポンプの間から復水を取り
出すのが好ましい。このようにすれば、ドレン水の加熱
に必要なエンタルピと、ドレン水供給ライン内に注入す
るのに必要な圧力とを有した水を得ることができる。

【０００９】本発明の汽力発電プラントの稼動方法は、
汽力発電プラントの負荷に応じ、例えば負荷が低いとき
に、ヒータからのドレン水を加熱し、この加熱されたド
レン水を脱気器において熱回収することを特徴とする。
より詳しくは、脱気器に供給されるドレン水が、脱気器
に熱源として別途供給される蒸気タービンからの蒸気と
接触する前に、ドレン水を加熱するのが好ましい。ま
た、ドレン水を脱気器以外の例えば復水器等に送給して
いる状態から、脱気器の熱源として供給する状態に切り
換える前に、ドレン水を加熱する、という捉え方をする
こともできる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
に基づいてこの発明を詳細に説明する。図１は、本実施
の形態における汽力発電プラントの概略構成を示すもの
である。この汽力発電プラントは、発電機１０を駆動さ
せるための蒸気タービン１１、蒸気タービン１１の駆動
源として用いられた蒸気を復水する復水器１２、復水器
１２で復水された復水（給水）を送り出すポンプ１３、
ポンプ１３で送り出された復水を加熱する低圧側ヒータ
１４、低圧側ヒータ１４で加熱された復水に含まれる溶
存酸素を除去する脱気器１５、脱気器１５を経た給水を
２段階に加圧する給水ブースターポンプ（ブースターポ
ンプ）１６、ボイラー給水ポンプ（給水ポンプ）１７、
給水をさらに加熱する高圧側ヒータ（ヒータ）１８、給
水を蒸発させることによって蒸気を発生させ、その蒸気
を蒸気タービン１１に送り込むボイラー１９、を備えて
いる。

【００１１】図２に示すものは高圧側ヒータ１８からの
ドレン水の回収ライン２０の構成を示すものである。従
来に示したものと同様、高圧側ヒータ１８は、蒸気ター
ビン１１から供給される蒸気を熱源とする第一ヒータ１
８Ａ、第二ヒータ１８Ｂ、第三ヒータ１８Ｃを備えてい
る。そしてボイラー給水ポンプ１７によって高圧側ヒー
タ１８に送り込まれる給水は、第一ヒータ１８Ａ、第二
ヒータ１８Ｂ、第三ヒータ１８Ｃを連続して通るヒータ
チューブ２１内で順次加熱されるようになっている。第
三ヒータ１８Ｃは、給水が通るヒータチューブ２１との
熱交換により発生したドレン水を、第二ヒータ１８Ｂに
送り込んでいる。第二ヒータ１８Ｂは、蒸気タービン１
１からの蒸気と、第三ヒータ１８Ｃから送り込まれた熱
交換後のドレン水の熱エネルギを利用して、給水が通る
ヒータチューブ２１と熱交換し、これによって発生した
ドレン水を、第一ヒータ１８Ａに送り込むようになって
いる。第一ヒータ１８Ａでは、蒸気タービン１１からの
蒸気と第二ヒータ１８Ｂからの熱交換後のドレン水とを
熱源として、給水が通るヒータチューブ２１との熱交換
を行い、そのドレン水を回収ライン２０に排出するよう
になっている。

【００１２】このようにして高圧側ヒータ１８から排出
されるドレン水の回収ライン２０は、復水器１２（図１
参照）へと至る復水器側回収ライン（復水器側供給ライ
ン）２０Ａと、脱気器１５へと至る脱気器側回収ライン
（ドレン水供給ライン）２０Ｂとに分岐している。そし
て、復水器側回収ライン２０Ａ、脱気器側回収ライン２
０Ｂには、仕切弁２２、２３、制御弁２４、２５が備え
られ、これらを開閉することによってドレン水の回収先
を復水器側回収ライン２０Ａと脱気器側回収ライン２０
Ｂとで切り換えられるようになっている。また、脱気器
側回収ライン２０Ｂには、逆止弁２６が設けられ、これ
によって脱気器側回収ライン２０Ｂ内のドレン水の逆流
を防止する。この回収ライン２０では、通常の稼働時
等、汽力発電プラントの負荷が高く、回収ライン２０内
のドレン水の圧力が高い状態では、脱気器側回収ライン
２０Ｂを介してドレン水を脱気器１５へと送り込み、そ
の熱エネルギを脱気器１５で熱回収している。また、汽
力発電プラントの稼動を停止させた後に、稼動を再開し
た直後など、汽力発電プラントの負荷が低くドレン水の
圧力が低い状態では、回収ライン２０では、復水器側回
収ライン２０Ａを介してドレン水を復水器１２へと送り
込むようになっている。

【００１３】さて、本実施の形態において、脱気器１５
と高圧側ヒータ１８との間の復水ライン２７に設けられ
ている給水ブースターポンプ１６の後段側から、注水ラ
イン３０が分岐して設けられている。この注水ライン３
０は脱気器側回収ライン２０Ｂの所定の位置に接続され
ている。この注水ライン３０には、脱気器側回収ライン
２０Ｂへの注水を制御するための制御弁（切換弁）３１
と、その注水圧力を調整するための減圧オリフィス３２
とが設けられている。このような注水ライン３０によっ
て、脱気器１５側から復水ライン２７を介して送出され
た高温の復水の一部を、脱気器側回収ライン２０Ｂ内の
ドレン水に注水することにより、特に稼動が停止された
後に徐々に温度が低下する脱気器側回収ライン２０Ｂ内
のドレン水を加熱する。

【００１４】このような注水ライン３０では脱気器側回
収ライン２０Ｂ内のドレン水を有効に加熱するため、脱
気器側回収ライン２０Ｂ内に滞っているドレン水の熱エ
ネルギと圧力とに応じ、所定のエンタルピと圧力を有し
た水を注水する必要がある。このため本実施の形態で
は、これらの条件を満たすため、注水ライン３０は、脱
気器１５と高圧側ヒータ１８との間に設けられた給水ブ
ースターポンプ１６の後段側から復水を取り出すように
した。すなわち、給水ブースターポンプ１６によって所
定の圧力に昇圧され、かつ脱気器１５を経ることによっ
て所定以上の温度に加熱された復水を注水ライン３０で
取り出すようにしたのである。

【００１５】このような汽力発電プラントでは、従来と
同様、通常稼働時等、負荷が高い状態では、高圧側ヒー
タ１８からのドレン水は、脱気器側回収ライン２０Ｂを
経て脱気器１５へと供給され、ドレン水の熱エネルギが
脱気器１５で回収される。このときは、汽力発電プラン
トが稼動中であるために脱気器側回収ライン２０Ｂ内の
ドレン水も温度が高く、特に脱気器側回収ライン２０Ｂ
の配管が水平になっている部分２０ｈにおいてウォータ
ーハンマー現象等が生じる心配もない。一方、汽力発電
プラントの稼動を一時停止させた後、稼動を再開させる
と、はじめは汽力発電プラントの負荷が低く、高圧側ヒ
ータ１８からのドレン水の圧力も低いために、ドレン水
は復水器側回収ライン２０Ａを介し復水器１２へと送り
込まれる。この状態で、脱気器側回収ライン２０Ｂ内に
は、稼動の停止中に温度が低下したドレン水が滞ってお
り、汽力発電プラントの稼動再開後、注水ライン３０を
介してここに高温の復水を注水することによって、脱気
器側回収ライン２０Ｂ内のドレン水を加熱するのであ
る。

【００１６】これによって、稼動再開後、汽力発電プラ
ントの負荷が高まるにつれ、脱気器側回収ライン２０Ｂ
内の水位があがり、蒸気タービン１１から脱気器１５を
介して脱気器側回収ライン２０Ｂに入り込んだ高温の蒸
気と接触しても、ドレン水の温度が高められているため
に、ウォーターハンマー現象の発生を防ぐことができ
る。その結果、逆止弁の破損や配管の振動などの発生を
防いで、汽力発電プラントのメンテナンスを軽減するこ
とが可能となるのである。なお、ドレン水の加熱には給
水の熱エネルギを用いるので、特に他の熱エネルギを別
途用いることなく、汽力発電プラントの系内の熱エネル
ギを有効に利用して上記効果を得ることができる。

【００１７】ところで注水ライン３０から脱気器側回収
ライン２０Ｂへの注水は、制御弁３１によって制御され
る構成となっている。本実施の形態では、注水ライン３
０を介して、高温の給水を常に脱気器側回収ライン２０
Ｂに注水するようにすることもできる。すなわち汽力発
電プラントの稼動中、常時給水の一部をドレン水に注水
するのである。また注水ライン３０から脱気器側回収ラ
イン２０Ｂへの注水を、例えば、汽力発電プラントの負
荷が低く、ドレン水を復水器側回収ライン２０Ａで回収
している間のみ行うよう、制御弁３１を制御することも
できる。またこれに限らず汽力発電プラントの負荷が一
定以下のとき、注水ライン３０から脱気器側回収ライン
２０Ｂへの注水を行うように制御することも可能であ
る。また、本発明の目的からして、脱気器側回収ライン
２０Ｂ内のドレン水の水位が上昇するよりも前の段階
で、脱気器側回収ライン２０Ｂ内のドレン水を加熱する
よう、制御弁３１を制御するのが好ましい。

【００１８】上記したような実施の形態において、制御
弁３１は、あらかじめ定められた条件でその作動を自動
的に制御するようにしても良いし、人が汽力発電プラン
トの稼働状況に応じ、制御弁３１の切り換えを行うよう
にすることもできる。上記実施の形態において、注水ラ
イン３０を給水ブースターポンプ１６の後段側から分岐
させる構成としたが、これに限るものではなく、脱気器
側回収ライン２０Ｂ内のドレン水の圧力と温度との関係
に基づいて、他の箇所、例えばボイラー給水ポンプ１７
の後段側など復水を取り出す構成とすることもできる。
さらに、所定のエンタルピを有した水を注水ライン３０
で取り出し、これを別途設けたポンプによって脱気器側
回収ライン２０Ｂに注入できる圧力まで水を加圧して注
入も良い。加えて、脱気器１５後段側以外のさらに他の
箇所から熱源となる水を脱気器側回収ライン２０Ｂに注
水する構成としてもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高圧側ヒータからのドレン水の回収ラインにおけるウォ
ーターハンマー現象の発生を防止し、汽力発電プラント
のメンテナンスを軽減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施の形態における汽力発電プラントの概
略構成を示す図である。

【図２】 本実施の形態における高圧側ヒータの回収ラ
インの構成を示す図である。

【図３】 従来の高圧側ヒータにおける回収ラインの構
成を示す図である。

【符号の説明】

１５…脱気器、１６…給水ブースターポンプ（ブースタ
ーポンプ）、１７…ボイラー給水ポンプ（給水ポン
プ）、１８…高圧側ヒータ（ヒータ）、２０…回収ライ
ン、２０Ａ…復水器側回収ライン（復水器側供給ライ
ン）、２０Ｂ…脱気器側回収ライン（ドレン水供給ライ
ン）、３０…注水ライン、３１…制御弁（切換弁）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝江 正志 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電機を駆動する蒸気タービンと、 前記蒸気タービンからの排気を凝縮し、復水を生成する
   復水器と、 復水中の溶存酸素を脱気する脱気器と、 脱気後の復水を加熱するヒータと、 前記ヒータで加熱された復水を蒸発させて蒸気を生成
   し、前記蒸気タービンに供給するボイラーと、 前記ヒータにて復水の加熱時に発生するドレン水を前記
   脱気器の熱源として供給するドレン水供給ラインと、 前記ドレン水供給ラインに対し、当該ドレン水供給ライ
   ン内のドレン水よりも高いエンタルピを有した水を注入
   する注入ラインと、を備えることを特徴とする汽力発電
   プラント。
2. 【請求項２】 前記ドレン水供給ラインは、前記汽力発
   電プラントの負荷に応じて、ドレン水を前記復水器に送
   給する復水器側供給ラインを備え、 前記注入ラインは、ドレン水を前記復水器側供給ライン
   で前記復水器に送給しているときに、前記脱気器に供給
   するべく前記ドレン水供給ライン内に滞っているドレン
   水に対して水を注入することを特徴とする請求項１記載
   の汽力発電プラント。
3. 【請求項３】 前記注入ラインは、前記ドレン水供給ラ
   インに対する水の注入をオン・オフする切換弁を備える
   ことを特徴とする請求項１記載の汽力発電プラント。
4. 【請求項４】 前記脱気器で脱気された給水を前記ヒー
   タの前段側で加圧するブースターポンプをさらに備え、 前記注入ラインは、前記ブースターポンプと前記ヒータ
   の間から復水を取り出して前記ドレン水供給ラインに供
   給することを特徴とする請求項１記載の汽力発電プラン
   ト。
5. 【請求項５】 前記ブースターポンプと前記ヒータの間
   に、給水をさらに加圧する給水ポンプを備え、 前記注入ラインは、前記ブースターポンプと前記給水ポ
   ンプの間から復水を取り出すことを特徴とする請求項４
   記載の汽力発電プラント。
6. 【請求項６】 発電機を駆動するための蒸気タービンか
   らの排気を凝縮して生成された復水を脱気器で脱気し、
   脱気後の復水をヒータで加熱し、加熱された復水をボイ
   ラーで蒸発させることによって生成した蒸気を蒸気ター
   ビンに供給して発電機の駆動エネルギー源とする汽力発
   電プラントの稼動方法であって、 前記汽力発電プラントの負荷に応じ、前記ヒータで給水
   を加熱するときに発生するドレン水を加熱するステップ
   と、 加熱されたドレン水を前記脱気器の熱源として供給する
   ステップと、を有することを特徴とする汽力発電プラン
   トの稼動方法。
7. 【請求項７】 前記ドレン水を加熱するステップでは、
   前記脱気器に供給されるドレン水が当該脱気器に熱源と
   して別途供給される前記蒸気タービンからの蒸気と接触
   する前に、ドレン水を加熱することを特徴とする請求項
   ６記載の汽力発電プラントの稼動方法。
8. 【請求項８】 前記汽力発電プラントの負荷に応じ、ド
   レン水を前記脱気器以外に送給するステップをさらに備
   え、 前記ドレン水を加熱するステップは、ドレン水を前記脱
   気器以外に送給するステップから前記脱気器の熱源とし
   て供給するステップに切り換える前に実行されることを
   特徴とする請求項６記載の汽力発電プラントの稼動方
   法。
9. 【請求項９】 前記ドレン水を加熱するステップでは、
   ドレン水よりも高いエンタルピを有した水を注入するこ
   とによってドレン水を加熱することを特徴とする請求項
   ６記載の汽力発電プラントの稼動方法。
10. 【請求項１０】 前記ドレン水よりも高いエンタルピを
    有した水を、前記復水器の後段側から取り出すことを特
    徴とする請求項９記載の汽力発電プラントの稼動方法。