JP2004036535A - 発電所主機排熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンや発電機の排熱を回収して発電効率を向上する。
【解決手段】蒸気タービン１と、タービン油冷却器４と、発電機５と、水素冷却器６と、復水器８と、復水ポンプ１２とを有する火力発電所の蒸気タービンプラントにおいて、蒸気タービン１の回転駆動に使用した使用済みの蒸気９を、復水器８で冷却凝縮して復水１１とし、得られた復水１１を復水ポンプ１２で加圧してから共通の供給配管２５，２６および個別の供給配管２７，２８を通って、タービン油冷却器４や水素冷却器６に供給し、タービン油冷却器４や水素冷却器６によってタービン油３や発電機５を冷却した使用済みの温度上昇した冷却水を、個別の回収配管２９，３０および共通の回収配管３１を通して、ボイラに供給する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電所における主機であるタービンや発電機の排熱エネルギーを効率良く回収する排熱回収装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、火力や原子力などの各種発電所、天然ガスなどの取扱い施設においては、熱エネルギーを利用している。
【０００３】
火力発電所は、石炭、石油、ガスなどの燃料の持つ熱エネルギーを、蒸気タービンやガスタービンを回転駆動させて機械エネルギーに変え、さらに、蒸気タービンやガスタービンで発電機を回転させて電気エネルギーに変換するものである。また、原子力発電所は、核燃料の持つ熱エネルギーを機械エネルギーに変え、さらに、電気エネルギーに変換するものである。
【０００４】
したがって、火力発電所や原子力発電所の発電効率は、熱エネルギーから機械エネルギーへの変換効率と、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換効率とによって決まり、それら両変換効率を高めることが必要であることは勿論であるが、特に、熱エネルギーの損失の低減は、火力発電所および原子力発電所における発電効率に係わる非常に重要なことである。
【０００５】
図２は火力発電所における蒸気タービンプラントの復水および冷却水の概略系統図で、１は石炭、石油、ガスなどの燃料によって発生させた蒸気で回転される蒸気タービンで、タービン油タンク２に収容されて蒸気タービン１の軸受に供給されるタービン油３が、タービン油冷却器４によって冷却されるようになっている。蒸気タービン１の回転軸１ａには、発電機５の回転子５ａの回転軸５ｂが同軸状に取付けられており、発電機５は蒸気タービン１の回転駆動によって回転されて発電する。発電機５には水素冷却器６が設けられている。水素冷却器６は発電機５を収容したケーシング７内に充填した水素をケーシング７内で循環させることによって発電機を冷却するもので、冷却媒体として水素を用いる理由は、水素の風損が空気の風損よりも小さく、高効率になるためである。
【０００６】
また、蒸気タービン１には復水器８が接続されている。蒸気タービン１の回転駆動に使用した蒸気９は、復水器８で海水１０によって冷却することによって凝縮して復水１１とし、得られた復水１１は復水ポンプ１２によって、配管１３を通ってボイラ（図示省略）に供給され、ボイラで再び加熱されて発生した蒸気を、蒸気タービン１に供給して蒸気タービン１を回転駆動させる。
【０００７】
冷却水ポンプ１４によって加圧された冷却水は、冷却器２１において海水２２によって冷却され、共通の供給配管１５を通り、さらに個別供給配管１６，１７を通ってタービン油冷却器４や水素冷却器６に供給されて、タービン油タンク２内のタービン油３や発電機５を冷却する。これらのタービン油冷却器４や水素冷却器６に供給されて、タービン油３や発電機５を冷却した使用済みの冷却水は、それぞれ個別の排出配管１８，１９を通り、共通の排出配管２０を通って再び冷却水ポンプ１４に送られて加圧され、冷却器２１に送られて海水２２によって冷却されて、共通の供給配管１５および個別の供給配管１６，１７を通って、タービン油冷却器４や水素冷却器６に供給されて、タービン油タンク２内のタービン油３や発電機５を冷却する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、図１に示す従来の蒸気タービンプラントの系統では、タービン油冷却器４や水素冷却器６に供給されてタービン油３や発電機５を冷却した冷却水の排熱は、冷却用の海水２２によって奪われ、温度が上昇した使用済みの海水２２ａによって海に無駄に放熱されている。
【０００９】
また、タービン油３や発電機５を復水系統とは独立した別ルートの冷却系統の冷却器２１で冷却する場合、これらの発熱量の変動に応じた冷却能力を担保するため、冷却水温度を温度調整装置で管理する必要があった。このため、タービン油冷却器４や水素冷却器６に供給される冷却水の温度を調整するために、個別の供給配管１６，１７には、それぞれ温度調節弁２３，２４を接続する必要があり、構成が複雑になる。
【００１０】
なお、上記の説明は、蒸気タービンプラントについて説明したが、ガスタービンプラントに蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合わせて発電機を回転駆動させるコンバインドサイクル発電プラントなどにおいても同様の問題点がある。
【００１１】
そこで、本発明は、上記従来の蒸気タービンプラントや、コンバインドサイクル発電プラントなどの発電系統における熱エネルギーの損失を低減して、発電効率を高めることが出来る、発電所主機排熱回収装置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】
本発明の請求項１に記載された発電所主機排熱回収装置は、上記課題を解決するために、タービンと、タービンによって回転される発電機と、タービン油冷却器および発電機冷却器などの冷却手段と、復水系統とを含んで構成され、前記タービン油排熱および発電機排熱を復水系統に回収することを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、上記の「タービン」なる用語は、蒸気タービンプラントにおける蒸気タービン、あるいはガスタービンプラントに蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントにおける蒸気タービンなどを総称するものである。
【００１４】
また、「タービン油冷却器」は、タービン油、すなわち、タービンを支持する軸受の潤滑油を冷却するためのものである。ここでの軸受は、軸受形式（滑り軸受もしくは転がり軸受）を問わない。タービン油には、蒸気タービンのタービン油のみならず、他のタービン、例えばガスタービンのタービン油も含まれる。したがって、例えば蒸気タービンとガスタービンを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントの場合、蒸気タービンのタービン油だけでなく、ガスタービンのタービン油も含まれる。
【００１５】
さらに、「発電機冷却器」の形式や構造は任意であり、例えば水素を冷却媒体とする水素冷却器を使用することが出来る。水素冷却器は、冷却媒体として空気よりも風損が小さい水素を用いるため、効率が高くなる。
【００１６】
上記の発電所主機排熱回収装置によれば、タービン油冷却器および発電機冷却器などの冷却手段によって冷却水の温度を上昇させたタービンや発電機の排熱エネルギーが、復水系統に回収され再利用されることによって、復水の加熱エネルギーを低減することが出来、発電効率を向上することが出来る。
【００１７】
特に、タービン油冷却器および発電機冷却器などの冷却手段において使用済みの冷却水の温度は、復水器によって得られた復水の温度よりも、タービン油冷却器および発電機冷却器によってタービン油や発電機からの排熱分だけ高温になっているので、復水を直接回収して加熱する従来システムに比較して、その温度上昇分だけ復水系統の加熱エネルギーを低減することができ、加熱効率を向上することが出来る。また、高純度の冷却水の使用量が低減出来、資材費の低減が可能で、運転コストを低減することが出来る。また、タービン油冷却器および発電機冷却器などの冷却手段への冷却水ポンプ設備や配管設備をなくすことが出来る。
【００１８】
なお、タービン油冷却器および発電機冷却器などの冷却手段に冷却水として供給される復水は、復水器において海水で冷却されており、タービン油冷却器および発電機冷却器での発熱量に比べて十分な冷却能力を有するので、これら冷却器での冷却機能を損なうことはない。
【００１９】
また、一般に、発電所においては、タービン油や発電機での発熱量は、発電量に比例して増大する。従来のように、タービン油や発電機を独立した別ルートの冷却系統で冷却する場合、これらの発熱量の変動に応じた冷却能力を担保するため、冷却水温度を温度調整装置で管理する必要があった。
【００２０】
これに対し、本発明のように、タービン油や発電機の排熱を復水で回収する場合、復水温度は発電量によらず一定であり、また、発電量に比例して復水流量が増大し、その冷却能力が高まる自己制御性も発揮される。したがって、冷却水温度の厳密な管理が不要となり、その温度調整装置も省略可能となって、プラント設備の簡略化、発電コストの低減を図ることが出来る。
【００２１】
本発明の請求項２に記載された発電所主機排熱回収装置は、前記タービン油冷却器および水素冷却器などの冷却手段に使用した冷却水の排熱エネルギーをボイラ給水の加熱に利用することを特徴とするものである。
【００２２】
上記の発電所主機排熱回収装置によれば、タービン油冷却器および発電機冷却器などの冷却手段に使用した使用済みの温度上昇した冷却水をボイラの加熱に利用することによって、ボイラの加熱エネルギーを低減することが出来、発電効率が向上出来る。
【００２３】
本発明の請求項３に記載された発電所主機排熱回収装置は、復水器によって得られた復水を、タービン油冷却器および発電機冷却器の少なくとも一方の冷却水として利用することを特徴とすものである。
【００２４】
このような発電所主機排熱回収装置によると、タービン油冷却器および発電機冷却器の少なくとも一方に復水を供給することによって、新しい冷却水を供給しなくてもよいため、冷却水を節減することが出来るのみならず、冷却水ポンプが省略出来、また、この冷却水ポンプへの冷却水の供給配管を省略することが出来る。
【００２５】
本発明の請求項４に記載された発電所主機排熱回収方法は、前記復水器によって得られた復水を復水ポンプで加圧して、タービン油冷却器および発電機冷却器の少なくとも一方の冷却水として利用することを特徴とするものである。
【００２６】
このような発電所主機排熱回収装置によると、タービン油冷却器および発電機冷却器などの冷却手段へ高圧の冷却水が供給されるため、万一、タービン油冷却器や発電機冷却器への配管接続部などのシール部分から、タービン油や発電機冷却器の冷却媒体が、冷却水の供給配管側に流入することがない。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の発電所主機排熱回収装置を火力発電所の蒸気タービンプラントに採用した実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は本発明の火力発電所の蒸気タービンプラントにおける主機排熱回収装置の系統図で、１は石炭、石油、ガスなどの燃料によって発生させた蒸気で回転駆動される蒸気タービンで、タービン油タンク２に収容されているタービン油３が、タービン油冷却器４によって冷却されて、蒸気タービン１の軸受に供給されるようになっている。蒸気タービン１の回転軸１ａには、発電機５の回転子５ａの回転軸５ｂが同軸状に取付けられており、蒸気タービン１の回転駆動によって、発電機５が３，６００ｒｐｍ（６０Ｈｚ地区）または３，０００ｒｐｍ（５０Ｈｚ地区）の回転速度で回転されて発電する。
【００２９】
発電機５には発電機冷却器６が設けられている。発電機冷却器６は、発電機５を収容したケーシング７内に充填した冷却媒体の循環によって発電機５を冷却するもので、冷却媒体として空気よりも風損が小さい水素を用いる水素冷却器が好適するので、以下、水素冷却器６として説明する。
【００３０】
また、蒸気タービン１には復水器８が接続されている。蒸気タービン１の回転駆動に使用した使用済みの蒸気９は、復水器８で海水１０によって冷却することによって凝縮して復水１１とし、得られた復水１１は復水ポンプ１２によって、共通の回収配管２５，２６および個別の供給配管２７，２８を通って前記タービン油冷却器４や水素冷却器６に供給されて、タービン油タンク２内に収容されているタービン油３や発電機５を冷却する。
【００３１】
これらのタービン油冷却器４や水素冷却器６に供給されて、タービン油３や発電機５を冷却した使用済みの冷却水は、個別の回収配管２９，３０で回収されて、共通の回収配管３１を通ってボイラ（図示省略）に供給される。
【００３２】
なお、以上の説明は、復水の全量をタービン油冷却器４や水素冷却器６に供給する場合のものであるが、これらの冷却器４，６で必要とされる冷却能力に比べ、復水の有する冷却能力に余裕がある場合は、復水の一部のみを冷却器４，６に供給し、残りは冷却器４，６を経由することなく配管３２にて直接ボイラに供給するようにしてもよい。
【００３３】
ここで、従来の図２の系統と図１の本発明の系統とを比較すると明らかなように、本発明では、復水ポンプ１２とタービン油冷却器４および水素冷却器６との間に、供給配管２５，２６が設けられており、その一方で、タービン油冷却器４および水素冷却器６で使用済みの冷却水を加圧して冷却器２１に送る冷却水ポンプ１４と、冷却器２１と、この冷却器２１によって冷却された冷却水をタービン油冷却器４および水素冷却器６に供給する共通の供給配管１５が省略されている。
【００３４】
したがって、本発明によれば、タービン１を回転駆動させた使用済みの蒸気９は、復水器８において海水１０によって冷却され凝縮されて復水１１となり、その復水１１が復水ポンプ１２によって加圧され、共通の回収配管２５，２６および個別の供給配管２７，２８を通って、タービン油冷却器４および水素冷却器６に冷却水として供給されて、これらタービン油冷却器４および水素冷却器６で、タービン油３および発電機５を冷却する。
【００３５】
また、タービン油冷却器４および水素冷却器６に供給されて、タービン油３および発電機５を冷却して温度上昇した冷却水は、個別の回収配管２９，３０で回収され、共通の回収配管３１を通って、従来のように冷却水ポンプ１４で加圧され冷却器２１で海水２２により冷却されること無く、ボイラに供給される。
【００３６】
したがって、タービン油冷却器４および水素冷却器６に供給され、タービン油３および発電機５を冷却して奪い取った冷却水に含まれる排熱エネルギーは、回収されボイラの加熱のために再利用されるので、ボイラの加熱エネルギーを低減することが出来、発電効率を向上することが出来る。
【００３７】
また、タービン油冷却器４および水素冷却器６に供給される復水は、上記実施形態に示したように、復水ポンプ１２で加圧された後のものであることが望ましい。すなわち、復水ポンプ１２の２次側に共通の供給配管２５を接続することが望ましい。その理由は、復水ポンプ１２による加圧前の復水は、真空状態で復水圧が極めて低いため、これをタービン油冷却器４および水素冷却器６に供給すると、圧力差によってタービン油冷却器４および水素冷却器６のシール部分からタービン油や冷却媒体（水素）が漏れ出す恐れがあるからである。
【００３８】
本発明者の試算結果によると、火力発電所の発電効率が３８〜４０％程度であるのに対して、発電効率を０．１〜０．２％向上出来ることがわかった。この発電効率の向上は、各種の効率向上施策によってこれ以上の効率向上が非常に困難な現況下にあって、かなり大きな効率向上である。この効率向上による費用低減額は、発電電力が大きくなるほど、顕著になる。
【００３９】
なお、上記の実施形態は火力発電所における蒸気タービンプラントにおいて本発明を実施した場合について説明したが、ガスタービンプラントに蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラント、さらには原子力発電所においても同様に実施出来るものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の発電所主機排熱回収装置は、発電所の主機であるタービンと、タービンによって回転される発電機と、タービン油冷却器および水素冷却器などの冷却手段と、復水系統とを含んで構成され、前記タービン油の排熱および発電機の排熱を復水系統に回収することを特徴とするものであるから、従来海に無駄に廃棄されていた冷却水に含まれる排熱エネルギーが、復水系統に回収されてボイラに供給されて、ボイラの加熱エネルギーを低減することが出来るので、冷却水の熱損失が低減されて、ボイラの加熱効率を向上することが出来、発電効率を向上することが出来る。また、復水温度は発電量によらず一定であり、また、発電量に比例して復水流量が増大し、その冷却能力が高まる自己制御性も発揮されるので、冷却水温度の厳密な管理が不要となり、その温度調整装置も省略可能となって、プラント設備の簡略化、発電コストの低減を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る火力発電所における蒸気タービンプラントの主機排熱回収装置の系統図である。
【図２】従来の火力発電所における蒸気タービンプラントの概略系統図である。
【符号の説明】
１　（蒸気）タービン
２　タービン油タンク
３　タービン油
４　タービン油冷却器
５　発電機
６　発電機冷却器（水素冷却器）
７　ケーシング
８　復水器
９　使用済み蒸気
１０　冷却用海水
１１　復水
１２　復水ポンプ
２５，２６　共通の供給配管
２７，２８　個別の供給配管
２９，３０　個別の回収配管
３１，３２　共通の回収配管

Claims (4)

1. タービンと、タービンによって回転される発電機と、タービン油冷却器および発電機冷却器などの冷却手段と、復水系統とを含んで構成され、前記タービン油排熱および発電機の排熱を復水系統に回収することを特徴とする発電所主機排熱回収装置。
2. 前記タービン油冷却器および発電機冷却器などの冷却手段に使用した冷却水の排熱エネルギーをボイラ給水の加熱に利用することを特徴とする請求項１に記載の発電所主機排熱回収装置。
3. 復水器によって得られた復水を、タービン油冷却器および発電機冷却器の少なくとも一方の冷却水として利用することを特徴とする請求項１または２に記載の発電所主機排熱回収装置。
4. 前記復水器によって得られた復水を復水ポンプで加圧して、タービン油冷却器および発電機冷却器の少なくとも一方の冷却水として利用することを特徴とする請求項３に記載の発電所主機排熱回収装置。

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