JP2007263489A - 冷却水循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】循環ポンプ槽に水位を計測する水位計を備え、その水位値に基づいて復水器の出口弁を自動的に調整することにより、復水器に常に一定の水圧が掛かるようにして、復水器の冷却効率を高め、且つ省力化を実現した冷却水循環装置を提供する。
【解決手段】この冷却水循環装置１１０は、海水（冷却水）を一時的に貯水する循環ポンプ槽７と、循環ポンプ槽７内の水位を計測する水位計６と、循環ポンプ槽７内の海水を復水器２の冷却部３に供給する循環ポンプ４と、循環ポンプ４の出口の水圧を計測する水圧計１５と、蒸気タービン１からの排蒸気１ａを冷却する冷却部３を備えた復水器２と、復水器２の出口側に備えられ、冷却部３から流出する海水量を調整する復水器出口弁５と、水位計６と水圧計１５の値に基づいて復水器出口弁５の開口率を制御する制御装置１６と、異常時に警報を発する警報器１７と、を備えて構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷却水循環装置に関し、さらに詳しくは、コンバインドサイクル発電方式に使用される蒸気タービンからの排蒸気を冷却する復水器に冷却水を循環する冷却水循環装置に関するものである。

近年の発電所では、水力発電に替わってガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたコンバインドサイクル発電が主流となっている。このコンバインドサイクル発電は、圧縮した空気の中で燃料を燃やしてガスを発生させ、その膨張力を利用して発電機を回すガスタービン発電と、このガスタービンの排ガスの余熱を回収して蒸気タービンを回す汽力発電とを組み合わせることにより、熱効率を約４０％以上まで高めることができる。また、コンバインドサイクル発電は、比較的小容量の発電機を複数組み合わせて１つの大容量発電設備を構成するのが特徴であり、各発電設備を軸と呼んでいる。そして複数の軸により１系列のコンバインド設備を構成し、この系列を複数集合させることによって一つの発電所を構築している。

また、蒸気タービンを回転する蒸気は繰り返し使用されるため、蒸気タービンから排出される排蒸気を冷却して水に戻す復水器が備えられている。この復水器には、蒸気タービンからの排蒸気を冷却する冷却部があり、この冷却部に海水等の冷却用水を循環して排蒸気を冷却している。しかし、冷却水として海水を使用する場合には、海水の取水口に設けた除塵装置にクラゲ、海草、貝類等が付着して取水量が減少したり、潮の満ち引きの影響を受けて取水量が増減する。その結果、冷却部に供給する水量が減少して内部に空気層が生じ、復水器内の熱により内部の空気が膨張して冷却部を破損するといった問題がある。この問題を解決するために、冷却部の出口に水量を調節する弁を備え、且つ海水を一旦貯水槽に貯めて水位計によりその水位を監視しながら、手動により弁の開口率を調整していた。即ち、水位計の水位値が所定値より低下すると、弁を絞って冷却部から流出する水量を減らし、冷却部に一定の水圧が掛かるようにしていた。

また、従来技術として特許文献１には、発電設備の内部に設けられた蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮させる復水器に発電設備外部からの冷却水を流入させるための取水口と、この取水口と復水器との間に設けられ冷却水を復水器に供給させる循環水ポンプと、復水器の内部に設けられた復水器チューブを延長し復水器の外部にて冷却水の温度を低下させる熱交換手段と、復水器を通過した冷却水を発電設備外部へ流出させるための放水口とを備えた発電設備について開示されている。
特開２０００−２８３６５９公報

しかしながら、従来の復水器に供給する冷却水の水量管理は手動により行なわれていたため、軸が複数ある場合、各軸ごとに復水器の弁を調整しなければならなかった。そのため、調整に手間がかかるばかりでなく、調整量も経験則により決定していたため、必ずしも最適値とはいえなかった。
また特許文献１に開示されている従来技術は、復水器チューブを延長し復水器の外部にて冷却水の温度を低下させる熱交換手段を設けるので、設備が大型化して設備に掛かるコストが高くなるといった問題がある。

本発明は、かかる課題に鑑み、循環ポンプ槽に水位を計測する水位計を備え、その水位値に基づいて復水器の出口弁を自動的に調整することにより、復水器に常に一定の水圧が掛かるようにして、復水器の冷却効率を高め、且つ省力化を実現した冷却水循環装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、蒸気タービンからの排蒸気を冷却する冷却部を備えた復水器に冷却水を循環する冷却水循環装置であって、水源からの冷却水を一時的に貯水する循環ポンプ槽と、該循環ポンプ槽内の水位を計測する水位計と、前記循環ポンプ槽内の冷却水を前記復水器の冷却部に供給する循環ポンプと、前記冷却部の出口側に備えられ、該冷却部から流出する冷却水量を調整する復水器出口弁と、該復水器出口弁の開口率を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記水位計により計測した水位値が所定値以下に達したことを検出した場合、該水位計により計測された水位値に基づいて、前記復水器出口弁の開口率を設定することを特徴とする。

復水器の内部は、高温の排蒸気が直接冷却部に接触している。そのような復水器の冷却部に冷却水を供給する場合、冷却部に流入する水量に比べて流出する水量が多いと冷却部内部に空隙が生じる虞がある。この空隙が生じると外部から高熱の排蒸気により温められ、空気が膨張して冷却部を破損してしまう。そこで本発明では、常に冷却部に一定の水圧を掛けるようにするため、冷却部に流入する水量が流出する水量より多くなるように水位値に基づいて出口弁の開口率を自動的に調整するものである。

請求項２は、前記制御装置は、前記水位計により計測した水位値が所定値以下に達したことを検出した場合、該水位計により計測された水位値に基づいて、前記復水器出口弁の開口率を段階的に設定することを特徴とする。
水位値と出口弁の開口率は、必ずしも比例するものではない。即ち、循環ポンプ槽内の水位がある程度変動しても循環ポンプからは一定の冷却水が冷却部に供給される。従って、水位値が所定のレベルまで変化するまでは出口弁の開口率を変えず、段階的に変化させるようにしても支障はない。

請求項３は、前記循環ポンプの出口側に備えられ、該循環ポンプから流出する冷却水の水圧を計測する水圧計を更に備え、前記制御装置は、前記水圧計の値を監視し、該水圧計の値が所定値を超過した場合に、警報を発して前記冷却部の逆洗を実施することを特徴とする。
循環ポンプは一定の水圧で冷却部に冷却水を送っている。また冷却部は冷却表面積を広くするために、１本のパイプから複数の細いパイプに分岐している。冷却水は外部の除塵装置により、海水内に含まれる塵を取り除いて供給しているが、細かい塵までは取りきれない場合がある。そのため、永い間には細いパイプに塵が詰まる可能性もあり、その結果、負荷が増大して循環ポンプから流出する水圧が高くなる。本発明は、この水圧の異常値を検知して警報を発して前記冷却部の逆洗を実施するものである。

請求項４は、同一の前記循環ポンプ槽から複数の復水器に冷却水が供給される場合、前記制御装置は、前記水位計により計測した水位値が所定値以下に達したことを検出した場合、該水位計により計測された水位値に基づいて、前記各復水器出口弁の開口率を同一に設定することを特徴とする。
一般的には、１つの循環ポンプ槽から複数の復水器に冷却水が供給される。そして循環ポンプ槽には１つの水位計が備えられているので、水位計の水位値は複数の復水器にとっては共通の値である。そこで本発明では、水位計により計測された水位値に基づいて、各復水器出口弁の開口率を同一に設定するものである。

請求項５は、前記制御装置は、前記水位計により計測した水位値が所定値以上であることを検出した場合、前記復水器出口弁の開口率を前記水圧計の値が所定の範囲内になるように設定することを特徴とする。
循環ポンプ槽の水位が所定値以上の場合、冷却部に掛かる水圧は定常値にしても構わない。即ち、水圧を監視することにより出口弁の開口率を決定することができる。そこで本発明では、水圧値と開口率の関係を予め調べておくことにより、水圧値から開口率を一義的に決定することができる。

請求項６は、前記水位計は超音波センサにより構成されていることを特徴とする。
物体までの距離を測定する手段として超音波がよく使用される。超音波センサは、超音波を発信する送信器と、物体から反射する超音波を受信する受信機を備えている。即ち、発信した超音波が受信されるまでの時間から物体までの距離を演算するものである。

本発明によれば、冷却部に流入する水量が流出する水量より多くなるように水位値に基づいて出口弁の開口率を自動的に調整するので、冷却部に一定の水圧が掛かるようにして冷却部の破損を防止すると共に、装置の管理を自動化して省力化に寄与することができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明の一実施形態に係る冷却水循環装置の概略構成図である。尚、図１では、１軸の構成のみ表しており各軸は同様の構成である。この冷却水循環装置１００は、海（水源）１３の海水を取水口１２から取水して海水に含まれるクラゲ、海草、貝類等の塵を取り除く除塵装置１１と、塵を取り除いた後の海水を導く取水路１０と、取水路１０から流入する海水（冷却水）を一時的に貯水する循環ポンプ槽７と、循環ポンプ槽７内の水位を計測する水位計６と、循環ポンプ槽７内の海水を復水器２の冷却部３に供給する循環ポンプ４と、蒸気タービン１からの排蒸気１ａを冷却する冷却部３を備えた復水器２と、復水器２の出口側に備えられ、冷却部３から流出する海水量を調整する復水器出口弁５と、復水器出口弁５から流出する海水を海１３に放流するための放水路８と、を備えて構成されている。尚、取水口１２と循環ポンプ槽７の位置関係は、循環ポンプ槽７の位置が取水口１２より若干低くなるように配置して、海水が循環ポンプ槽７に流入するように構成されている。また循環ポンプ４はパイプ５を循環ポンプ槽７に挿入して、循環ポンプ槽７に貯水した海水を吸い上げる構造になっている。また、復水器２内の復水はポンプ９により図示を省略した排熱回収ボイラに供給されて加熱され、再び高圧蒸気となって蒸気タービン１に供給される。また、冷却部３は冷却面積を広くするために、複数の細い冷却パイプ３ａにより分岐され再び１箇所に絞られた構成になっている。

次に本発明の冷却水循環装置１００の概略動作について説明する。通常の潮位のときは、海１３から海水が取水口１２から流入して除塵装置１１を介して取水路１０内を流れる。そして循環ポンプ槽７に流入する。通常は、循環ポンプ４により常時海水が吸い上げられている。水位計６により計測された水位値は図示しない制御装置に送られて常時監視される。循環ポンプ４により吸い上げられた海水は、復水器２内の冷却部３に供給される。冷却部３には蒸気タービン１の排蒸気１ａが吹きつけられるが、冷却部３により冷却されて水滴（復水）になって下部に溜まる。復水はポンプ９により矢印Ｅの方向に流れ、図示を省略した排熱回収ボイラに供給されて加熱され、再び高圧蒸気となって蒸気タービン１に供給される。一方、冷却部３により排蒸気を冷却した海水は、復水器出口弁５により水量が調整されて放水路８に放流されて、再び海１３に戻される。

図２は本発明の一実施形態に係る冷却水循環装置の機能ブロック図である。同じ構成要素には図１と同じ参照番号を付して説明する。この冷却水循環装置１１０は、海水（冷却水）を一時的に貯水する循環ポンプ槽７と、循環ポンプ槽７内の水位を計測する水位計６と、循環ポンプ槽７内の海水を復水器２の冷却部３に供給する循環ポンプ４と、循環ポンプ４の出口の水圧を計測する水圧計１５と、蒸気タービン１からの排蒸気１ａを冷却する冷却部３を備えた復水器２と、復水器２の出口側に備えられ、冷却部３から流出する海水量を調整する復水器出口弁５と、水位計６と水圧計１５の値に基づいて復水器出口弁５の開口率を制御する制御装置１６と、異常時に警報を発する警報器１７と、を備えて構成されている。尚、本実施形態では、第１系列として循環ポンプ槽７ａから複数の復水器２ａに海水が供給され、第２系列として循環ポンプ槽７ｂから複数の復水器２ｂに海水が供給されるものとする。また、制御装置１６の入力端子に水位計６ａ、６ｂ及び複数の水圧計１５ａ、１５ｂが個別に接続され、出力端子には、複数の循環ポンプ４ａ、４ｂ及び復水器出口弁５ａ、５ｂが接続され、個別に制御が可能となっている。

図３は本発明の第１の実施形態に係る冷却水循環装置の動作を説明するフローチャートである。このフローチャートは前提条件として、冷却水循環装置１１０が正常に稼動している状態からスタートするものとする。まず制御装置１６は水位計６ａの値を読み込み、循環ポンプ槽７ａの水位が正常か否かをチェックする（Ｓ１）。制御装置１６には予め正常値が記憶されており、その値と比較して判断する。水位が正常であると判断すると（Ｓ１でＹＥＳのルート）、第１系列の全ての復水器出口弁５ａの開口率を例えば５０％になるように制御する（Ｓ２）。一方、ステップＳ１で水位が低下していた場合は（Ｓ１でＮＯのルート）、そのときの水位計６ａのレベルを測定し（Ｓ９）、その水位値に基づいて第１系列の全ての復水器出口弁５ａの開口率を少なくなるように絞る（Ｓ１０）。即ち、水位値が低いほど開口率を少なくしていく。このとき、開口率を連続的に絞っても良いし、段階的に絞っても構わない。次に開口率を決定した後に循環ポンプ４ａの出口の水圧を調べるために各水圧計１５ａの値を読み込む（Ｓ４）。ステップＳ４で水圧が全て正常であれば、第２系列を制御するためにステップＳ１１に進む。一方、ステップＳ４で何れかの水圧計が異常値を示した場合は（Ｓ４でＮＯのルート）、警報を発して警報器１７を鳴らす（Ｓ５）。そして逆洗（循環ポンプ出口の圧力が上昇したときは、復水器２の冷却管入口部にゴミ等が付着したと考えられるので、循環ポンプ４を停止するのではなく、逆流させてゴミを押し流すこと）を実施して（Ｓ６）、循環ポンプ槽７aの圧力が正常であると（Ｓ８でＹＥＳのルート）ステップＳ１に戻って繰り返す。

一方、ステップＳ１１に進むと、制御装置１６は水位計６ｂの値を読み込み、循環ポンプ槽７ｂの水位が正常か否かをチェックする（Ｓ１１）。制御装置１６には予め正常値が記憶されており、その値と比較して判断する。水位が正常であると判断すると（Ｓ１１でＹＥＳのルート）、第２系列の全ての復水器出口弁５ｂの開口率を例えば５０％になるように制御する（Ｓ１２）。一方、ステップＳ１１で水位が低下していた場合は（Ｓ１１でＮＯのルート）、そのときの水位計６ｂのレベルを測定し（Ｓ１９）、その水位値に基づいて第２系列の全ての復水器出口弁５ｂの開口率を少なくなるように絞る（Ｓ２０）。即ち、水位値が低いほど開口率を少なくしていく。このとき、開口率を連続的に絞っても良いし、段階的に絞っても構わない。次に開口率を決定した後に循環ポンプ４ｂの出口の水圧を調べるために各水圧計１５ｂの値を読み込む（Ｓ１４）。ステップＳ１４で水圧が全て正常であれば、第１系列を制御するためにステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ１４で何れかの水圧計が異常値を示した場合は（Ｓ１４でＮＯのルート）、警報を発して警報器１７を鳴らす（Ｓ１５）。そして逆洗を実施して（Ｓ１６）、循環ポンプ槽７ｂの圧力が正常であると（Ｓ１８でＹＥＳのルート）ステップＳ１に戻って繰り返す。

図４は本発明の第２の実施形態に係る冷却水循環装置の動作を説明するフローチャートである。このフローチャートは前提条件として、冷却水循環装置１１０が正常に稼動している状態からスタートするものとする。まず制御装置１６は水位計６ａの値を読み込み、循環ポンプ槽７ａの水位が正常か否かをチェックする（Ｓ２１）。制御装置１６には予め正常値が記憶されており、その値と比較して判断する。水位が正常であると判断すると（Ｓ２１でＹＥＳのルート）、水圧計１５ａの値が所定値になるように（Ｓ２３）第１系列の全ての復水器出口弁５ａの開口率を開放する（Ｓ２２）。一方、ステップＳ２１で水位が低下していた場合は（Ｓ２１でＮＯのルート）、そのときの水位計６ａのレベルを測定し（Ｓ２９）、その水位値に基づいて第１系列の全ての復水器出口弁５ａの開口率を少なくなるように絞る（Ｓ３０）。即ち、水位値が低いほど開口率を少なくしていく。このとき、開口率を連続的に絞っても良いし、段階的に絞っても構わない。次に開口率を決定した後に循環ポンプ４ａの出口の水圧を調べるために各水圧計１５ａの値を読み込む（Ｓ２４）。ステップＳ２４で水圧が全て正常であれば、第２系列を制御するためにステップＳ３１に進む。一方、ステップＳ２４で何れかの水圧計が異常値を示した場合は（Ｓ２４でＮＯのルート）、警報を発して警報器１７を鳴らす（Ｓ２５）。そして逆洗を実施して（Ｓ２６）、循環ポンプ槽７aの圧力が正常であると（Ｓ２８でＹＥＳのルート）ステップＳ２１に戻って繰り返す。

一方、ステップＳ３１に進むと、制御装置１６は水位計６ｂの値を読み込み、循環ポンプ槽７ｂの水位が正常か否かをチェックする（Ｓ３１）。制御装置１６には予め正常値が記憶されており、その値と比較して判断する。水位が正常であると判断すると（Ｓ３１でＹＥＳのルート）、水圧計１５ｂの値が所定値になるように（Ｓ３３）第１系列の全ての復水器出口弁５ａの開口率を開放する（Ｓ３２）。一方、ステップＳ３１で水位が低下していた場合は（Ｓ３１でＮＯのルート）、そのときの水位計６ｂのレベルを測定し（Ｓ３９）、その水位値に基づいて第２系列の全ての復水器出口弁５ｂの開口率を少なくなるように絞る（Ｓ４０）。即ち、水位値が低いほど開口率を少なくしていく。このとき、開口率を連続的に絞っても良いし、段階的に絞っても構わない。次に開口率を決定した後に循環ポンプ４ｂの出口の水圧を調べるために各水圧計１５ｂの値を読み込む（Ｓ３４）。ステップＳ３４で水圧が全て正常であれば、第１系列を制御するためにステップＳ２１に戻る。一方、ステップＳ３４で何れかの水圧計が異常値を示した場合は（Ｓ３４でＮＯのルート）、警報を発して警報器１７を鳴らす（Ｓ３５）。そして逆洗を実施して（Ｓ３６）、循環ポンプ槽７ｂの圧力が正常であると（Ｓ３８でＹＥＳのルート）ステップＳ２１に戻って繰り返す。

以上のとおり本発明によれば、冷却部３に流入する水量が流出する水量より多くなるように水位値に基づいて復水器出口弁５の開口率を自動的に調整するので、冷却部３に一定の水圧が掛かるようにして冷却部３の破損を防止すると共に、装置の管理を自動化して省力化に寄与することができる。
また、水位計６により計測した水位値が所定値以下に達したことを検出した場合、この水位計６により計測された水位値に基づいて、復水器出口弁５の開口率を段階的に設定するので、制御を頻繁に行なう必要がなくなり、制御装置１６の負担を軽くすることができる。
また、水圧計６の値を監視し、この水圧計６の値が所定値を超過した場合に、警報を発して循環ポンプ４を停止するので、循環ポンプ４に異常な負荷を与えることを未然に防止することができる。

また、同一の循環ポンプ槽７から複数の復水器２に冷却水が供給される場合、水位計６により計測した水位値が所定値以下に達したことを検出すると、この水位計６により計測された水位値に基づいて、各復水器出口弁５の開口率を同一に設定するので、同じ条件の復水器を同時に制御することができる。
また、水位計６により計測した水位値が所定値以上であることを検出した場合、復水器出口弁５の開口率を水圧計６の値が所定の範囲内になるように設定するので、水位が正常な場合に適正な水圧により復水器２に冷却水を供給することができる。
また、水位計６は超音波センサにより構成されているので、簡単な構成で確実に正確な水位を計測することができる。

本発明の一実施形態に係る冷却水循環装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る冷却水循環装置の機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却水循環装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る冷却水循環装置の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 蒸気タービン、１ａ 排蒸気、２ 復水器、３ 冷却部、３ａ 冷却パイプ、４ 循環ポンプ、５ 復水器出口弁、６ 水位計、７ 循環ポンプ槽、８ 放水路、９ ポンプ、１０ 取水路、１１ 除塵装置、１２ 取水口、１３ 海、１５ 水圧計、１６ 制御装置、１７ 警報器、１１０ 冷却水循環装置

Claims (6)

1. 蒸気タービンからの排蒸気を冷却する冷却部を備えた復水器に冷却水を循環する冷却水循環装置であって、
   水源からの冷却水を一時的に貯水する循環ポンプ槽と、該循環ポンプ槽内の水位を計測する水位計と、前記循環ポンプ槽内の冷却水を前記復水器の冷却部に供給する循環ポンプと、前記冷却部の出口側に備えられて該冷却部から流出する冷却水量を調整する復水器出口弁と、該復水器出口弁の開口率を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記水位計により計測した水位値が所定値以下に達したことを検出した場合、該水位計により計測された水位値に基づいて、前記復水器出口弁の開口率を設定することを特徴とする冷却水循環装置。
2. 前記制御装置は、前記水位計により計測した水位値が所定値以下に達したことを検出した場合、該水位計により計測された水位値に基づいて、前記復水器出口弁の開口率を段階的に設定することを特徴とする請求項１に記載の冷却水循環装置。
3. 前記循環ポンプの出口側に備えられ、該循環ポンプから流出する冷却水の水圧を計測する水圧計を更に備え、
   前記制御装置は、前記水圧計の値を監視し、該水圧計の値が所定値を超過した場合に、警報を発して前記冷却部の逆洗を実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却水循環装置。
4. 同一の前記循環ポンプ槽から複数の復水器に冷却水が供給される場合、前記制御装置は、前記水位計により計測した水位値が所定値以下に達したことを検出した場合、該水位計により計測された水位値に基づいて、前記各復水器出口弁の開口率を同一に設定することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の冷却水循環装置。
5. 前記制御装置は、前記水位計により計測した水位値が所定値以上であることを検出した場合、前記復水器出口弁の開口率を前記水圧計の値が所定の範囲内になるように設定することを特徴とする請求項１、３又は４に記載の冷却水循環装置。
6. 前記水位計は超音波センサにより構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の冷却水循環装置。

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