JP2007009699A - 復水器システム - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の設備改造量を少なく抑え、復水器の真空度に余裕がある場合に循環水ポンプの消費動力を低減できる復水器システムを提供することである。
【解決手段】 蒸気タービン発電プラントの蒸気タービン排気を冷却して復水にするための復水器１２と、復水器１２に冷却水を送るための循環水ポンプ２と、循環水ポンプ２を駆動する電動機８と、電動機８の極数を切り換えて循環水ポンプ２の回転数を制御する極数切換手段１７とを備え、既存の設備改造量を少なく抑えながら循環水流量を調整できるようにし、復水器１２の真空度に余裕がある場合に循環水ポンプ２の消費動力を低減する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蒸気タービン発電プラントの蒸気タービン排気を冷却して復水にする復水器などを含む復水器システムに関する。

蒸気タービン発電プラントでは、蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を復水器で冷却して凝縮し、凝縮した水を再度蒸気発生器に給水するようにしている。そのような復水器システムでは、循環水ポンプにて冷却水を復水器に供給している。

図５は、発電プラントの循環水系統及び復水器廻りの系統図である。循環水（復水器冷却水）ラインでは、取水口１から取水した海水が循環水ポンプ２にて汲み上げられ、循環水配管３を通って復水器冷却水管４に冷却水として流入し放水口５まで排出される。循環水ポンプ２は、母線６から遮断器７を介して一定周波数の電源を供給された電動機８により駆動される。遮断器７は通常は閉している。

蒸気タービン９には蒸気が供給され、蒸気により駆動されて回転する。そして、蒸気タービン９の軸に直結された発電機１０を回転させて発電する。通常運転中は、発電機１０の電力は発電機電力検出器１１により検出されて発電機電力の監視が行われ、プラント定格出力を確保するように運転されている。

復水器１２は蒸気タービン９の排気のうち、蒸気は凝縮して水に戻し復水とする。この凝縮のため、復水器１２では非凝縮性ガスを空気抽出器空気入口弁１３を介して空気抽出器１４により復水器外に排出し、復水器１２の真空度を維持する復水器空気抽出ラインを持っている。また、復水器１２の真空度は真空度検出器２７で検出される。

一般的にプラントの安定運転のためには、この復水器１２の真空度はある範囲に制限する必要があり、循環水ポンプ２と復水器冷却水管４との間に設けた復水器入口冷却水温度検出器１５からの復水器入口冷却水温度信号と、復水器冷却水管出口に設けた復水器出口冷却水温度検出器１６からの復水器出口冷却水温度信号との差を復水器冷却水出入口温度差として監視し、復水器冷却水出入口温度差が制限値を超えない範囲で、復水器冷却水管４の逆洗・ボール洗浄により変化する復水器１２の清浄度を洗浄能力の高いボール洗浄を実施するかどうかの運用と、空気抽出器空気入口弁１３の開度の手動による制御で復水器１２の真空度を制限内に収める。

空気抽出器空気入口弁１３は通常運転中は全開としているが、復水器１２が過真空状態になった場合には、弁開度を絞って真空度を下げる。また、復水器冷却水管４は洗浄を行わないと、海水に含まれる貝などの海生生物が付着し、清浄度が低下、すなわち冷却水による熱交換性能が低下する。このため、通常は定期的に復水器冷却水管４の逆洗・ボール洗浄を実施し、清浄度の維持を図っている。

近年、原子力発電所の稼働率向上が重要な課題となっており、そのための手段として所内動力低減に着目し、可変周波数電源装置を循環水ポンプ２に適用し、循環水流量を減少させることにより復水器真空度を制御し、循環水ポンプ２の消費動力を低減することができる復水器システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３４３２１１号公報

しかし、特許文献１のものでは既存の設備改造量が非常に大きくなる課題があった。すなわち、可変周波数電源装置の導入により、その設置場所の確保、工事費等のコストがかかるという課題があった。

従来の復水器真空度制御系統においては、循環水ポンプ２は夏場の海水温度にあわせた定格回転速度での一定運転をしており、海水温度の低い冬場など復水器１２の真空度に余裕がある場合に空気抽出器空気入口弁１３の開度を絞って真空度を調整したとしても、循環水配管３や復水器冷却水管４の流路抵抗が一定、すなわち復水器１２の清浄度が一定の場合、循環水ポンプ２の消費する動力はほとんど変化しない。

復水器１２の真空度は冷却水量が多ければ上昇するが、逆に真空度に余裕があれば、冷却水量を低下させることで、循環水ポンプ２の消費動力を低下させることができる。それにもかかわらず一定の回転速度で運転し、一定の流量を流し続ける循環水ポンプ２は無駄な動力を消費していることになる。

本発明の目的は、既存の設備改造量を少なく抑え、循環水ポンプの消費動力を低減できる復水器システムを提供することである。

本発明の復水器システムは、蒸気タービン発電プラントの蒸気タービン排気を冷却して復水にするための復水器と、前記復水器に前記冷却水を送るための循環水ポンプと、前記循環水ポンプを駆動する電動機と、前記電動機の極数を切り換えて前記循環水ポンプの回転数を制御する極数切換手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、極数切換型電動機で循環水ポンプ駆動するので、既存の設備改造量を少なく抑えながら循環水流量を調整でき、循環水ポンプの消費動力を低減できる。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる復水器システムの構成図である。この第１の実施の形態は、図５に示した従来例に対し、復水器１２の冷却能力を調整するためのプロセス制御手段１８と、プロセス制御手段１８からの指令に基づき電動機８の極数を切り換えて循環水ポンプ２の回転数を制御する極数切換手段１７とを追加して設けたものである。

図１において、循環水ポンプ駆動用の電動機８として、多速度電動機を適用している。多速度電動機の原理および一般的な用途について以下に簡単に説明する。まず、誘導電動機の回転速度ｎは（１）式で示され、同期速度ｎｓは（２）式で表される。

ｎ＝（１−ｓ）ｎｓ …（１）
ｎｓ＝ｆ／ｐ …（２）
ｎ：誘導電動機の回転速度
ｎｓ：同期速度
ｆ：電源周波数
ｐ：極数
ｓ：すべり
すべりｓが一定であると、誘導電動機の回転速度ｎは同期速度ｎｓに比例するが、同期速度ｎｓは極数ｐの逆数に比例し、極数ｐを変化させれば同期速度ｎｓおよび誘導電動機の回転速度ｎが変化する。このように極数ｐを切り換えることにより誘導電動機の回転速度ｎを変更させることが多速度電動機の原理である。

理論上、極数ｐは何段階にも変えることができるが、電動機８も極数切換手段１７も複雑なものとなるため、連続的な回転速度制御は不可能であるが、制御装置が簡単にできるため、工作機械やエレベータ、ポンプ、送風機など使用上段階的回転速度がそれほど問題とならず、しかも設備費の低減を計る場合に適している。

本発明の第１の実施の形態では、循環水ポンプ駆動用の電動機８の極数ｐをプロセス制御手段１８からの指令信号に基づき所定の極数に切り換えることで、循環水ポンプ２の回転速度を多段階に調整する。海水温度の低い冬場など復水器真空度に余裕がある場合には、プロセス制御手段１８からの指令信号に基づき極数変換手段１７により極数を増加させることにより、循環水ポンプ駆動用の電動機８の回転速度を減少させ循環水流量を減少させる。これにより復水器真空度を調整する。

図２は、循環水ポンプ駆動用の電動機８の運転特性図であり、図２（ａ）は従来例における運転特性図、図２（ｂ）は本発明の第１の実施の形態における運転特性図である。図２（ａ）において、従来例においては循環水ポンプ２は一定回転速度で運転しているため、通常運転中は循環水ポンプ流量は変化しない。また、運転点１９は固定されているため軸動力は一定である。循環水ポンプ流量が変化した場合も循環水ポンプ軸動力はその特性曲線２０に示すように、ほぼ変化なくほぼ一定の循環水ポンプ軸動力が必要となる。ここで、運転点１９は循環水系流路抵抗２１及び循環水ポンプ全揚程２２の交点として決まる。

これに対し、本発明の第１の実施の形態によると、図２（ｂ）に示すように、極数変換手段１７により循環水ポンプ駆動用の電動機８の極数を増加させることにより、循環水ポンプ駆動用の電動機８の回転速度を低減した場合には、循環水ポンプ全揚程は循環水ポンプ回転速度の２乗に比例することから、回転速度低減後循環水ポンプ全揚程は特性曲線２２から特性曲線２３に低下する。これにより循環水ポンプ運転点も運転点１９から回転速度低減後運転点２４に移動し、循環水ポンプ流量が低下する。また、循環水ポンプ軸動力は循環水ポンプ回転速度の３乗に比例することから、回転速度低減後に循環水ポンプ軸動力は特性曲線２０から特性曲線２５に低下し、循環水ポンプ軸動力、すなわち循環水ポンプ２への供給電力が低下する。この場合、多速度電動機を適用した段階的な回転速度の調整であるが十分な所内動力低減の効果が得られる。

図３は第１の実施の形態の復水器システムの他の一例の構成図である。図３では、複数台の循環水ポンプ２を有する復水器システムにおける循環水系を示している。図３において、複数台の全ての循環水ポンプ駆動用の電動機８に多速度電動機を適用し循環水流量の調整効果を大きくしている。プロセス制御手段１８においては復水器真空度に基づき多速度電動機の極数を切替える指令を出力することにより、循環水ポンプ回転速度の調整が可能であり、循環水ポンプ２に供給する電力を低減することによる所内動力低減が可能となる。

また、別のプロセス信号として、復水器真空度に代えて復水器入口冷却水温度と復水器出口冷却水温度との差に基づき多速度電動機の極数を切り換えることでも循環水ポンプ回転速度の調整が可能である。これにより、循環水ポンプ２に供給する電力を低減することによる所内動力低減が可能となる。もちろん、これらの復水器真空度等の情報に基づいて、運転員がプロセス制御手段１８を介して循環水ポンプ回転速度を変更することによっても同じ効果が得られる。

第１の実施の形態によれば、プラントの生涯発電量を増加させることを目的とした定格発電容量増加に対応できる復水器システムへの移行時に、循環水ポンプ駆動用の電動機８もタービン蒸気の増加に対応した容量増化のための設備更新が必要となるが、その際に、多速度電動機とするので、より少ない追加設備投資でプラントの増出力化と同時に、所内動力低減を図ることができる。

（第２の実施の形態）
図４は第２の実施の形態の復水器システムの構成図である。図４では、複数台の循環水ポンプ２を有する復水器システムにおける循環水系を示している。この第２の実施の形態は、図３に示した第１の実施の形態に対し、循環水流量を調整させる手段として、複数台の循環水ポンプ駆動用の電動機８のうちの一部に極数変換手段１７を具備した多速度電動機を適用し、他の循環水ポンプ駆動用の電動機８に供給電力調整機能を有する可変電圧可変周波数電源装置２６を具備した電動機を適用したものである。

図４において、３台の循環水ポンプ駆動用の電動機８のうち、２台に多速度電動機を適用し、１台の循環水ポンプ駆動用の電動機８に供給電力調整機能を有する可変電圧可変周波数電源装置２６を具備した電動機を適用したものを示している。

これにより、２台の循環水ポンプ２の回転速度をプロセス制御手段１８からの指令信号に基づき多速度電動機により段階的に調整し、１台の循環水ポンプ２の回転速度をプロセス制御手段１８からの指令信号に基づき可変電圧可変周波数電源装置２６を具備した電動機８により連続的に微調整する。これにより、総合の循環水流量を連続的に調整することが可能となり、より細かな所内動力の調整が可能となる。

すなわち、プロセス制御手段１８においては多速度電動機を復水器真空度に応じた所定の極数に変換し、可変電圧可変周波数電源装置２６を復水器真空度の微調整を目的とした回転速度制御を実施するので、循環水ポンプ回転速度の連続的な微調整が可能となる。従って、総合の循環水流量を連続的に調整することが可能となるため、細かな所内動力の調整が可能となる。

また、可変電圧可変周波数電源装置２６による微調整の対象として、復水器真空度ではなく復水器入口冷却水温度と復水器出口冷却水温度の差を用いることでも循環水ポンプ回転速度の連続的な微調整が可能であり、総合の循環水流量を連続的に調整することが可能となるため、細かな所内動力の調整が可能となる。

また、プロセス制御手段１８により、可変電圧可変周波数電源装置２６は復水器真空度信号をフィードバックした回転速度制御を実施し、多速度電動機の極数変換手段１７は循環水ポンプ回転速度差が所定値以上になった場合に動作させることにより、循環水ポンプ２が閉め切り運転状態になることを回避する機能を実現できる。

本発明の第１の実施の形態に係わる復水器システムの構成図。 本発明の第１の実施の形態における循環水ポンプ駆動用の電動機の運転特性図。 本発明の第１の実施の形態に係わる復水器システムの他の一例の構成図。 本発明の第２の実施の形態に係わる復水器システムの構成図。 従来例における発電プラントの循環水系統及び復水器廻りの系統図。

符号の説明

１…取水口、２…循環水ポンプ、３…循環水配管、４…復水器冷却水管、５…放水口、６…母線、７…遮断器、８…電動機、９…蒸気タービン、１０…発電機、１１…発電機電力検出器、１２…復水器、１３…空気抽出器空気入口弁、１４…空気抽出器、１５…復水器入口冷却水温度検出器、１６…復水器出口冷却水温度検出器、１７…極数切換手段、１８…プロセス制御手段、２６…可変電圧可変周波数電源装置、２７…真空度検出器

Claims (5)

1. 蒸気タービン発電プラントの蒸気タービン排気を冷却して復水にするための復水器と、前記復水器に前記冷却水を送るための循環水ポンプと、前記循環水ポンプを駆動する電動機と、前記電動機の極数を切り換えて前記循環水ポンプの回転数を制御する極数切換手段とを備えたことを特徴とする復水器システム。
2. 蒸気タービン発電プラントの蒸気タービン排気を冷却して復水にするための復水器と、前記復水器に前記冷却水を送るための循環水ポンプと、前記循環水ポンプを駆動する電動機と、前記復水器の冷却能力を調整するためのプロセス制御手段と、前記プロセス制御手段からの指令に基づき前記電動機の極数を切り換えて前記循環水ポンプの回転数を制御する極数切換手段とを備えたことを特徴とする復水器システム。
3. 蒸気タービン発電プラントの蒸気タービン排気を冷却して復水にするための復水器と、前記復水器に前記冷却水を送るための複数台の循環水ポンプと、複数台の循環水ポンプの一部を駆動する電動機の極数を切り換えて前記循環水ポンプの回転数を制御する極数切換手段と、複数台の循環水ポンプの残りを駆動する電動機への供給電圧および周波数を調整して前記循環水ポンプの回転数を制御する可変電圧可変周波数制御手段とを備えたことを特徴とする復水器システム。
4. 蒸気タービン発電プラントの蒸気タービン排気を冷却して復水にするための復水器と、前記復水器に前記冷却水を送るための複数台の循環水ポンプと、前記復水器の冷却能力を調整するためのプロセス制御手段と、前記プロセス制御手段からの指令に基づき複数台の循環水ポンプの一部を駆動する電動機の極数を切り換えて前記循環水ポンプの回転数を制御する極数切換手段と、前記プロセス制御手段からの指令に基づき複数台の循環水ポンプの残りを駆動する電動機への供給電圧および周波数を調整して前記循環水ポンプの回転数を制御する可変電圧可変周波数電源装置とを備えたことを特徴とする復水器システム。
5. 前記プロセス制御手段は、複数台の前記循環水ポンプの回転速度差が所定値以上となった場合に極数切換手段に指令を出力することを特徴とする請求項４に記載の復水器システム。

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