JP2008522124A - 蒸気原動設備、特に少なくとも電気エネルギを発生するための発電所の蒸気原動設備の運転方法とその蒸気原動設備 - Google Patents

Abstract

本発明は、蒸気原動設備（２）および発電所（１）の運転方法とその蒸気原動設備に関する。本発明に基づいて、蒸気原動設備（２）の少なくとも１個の圧力段（８、９、１０）から排出された水がほぼ全部集められ、蒸気原動設備（２）の水・蒸気・回路に戻される。

Description

本発明は、蒸気原動設備の運転方法および特に蒸気原動設備で少なくとも電気エネルギを発生するための発電所の運転方法に関し、その蒸気原動設備は、少なくとも１個の圧力段を備えた水・蒸気・回路を有し、必要に応じて水・蒸気・回路ないし圧力段から水が排出される。発電所は蒸気原動設備で駆動される少なくとも１機の発電機を有している。また本発明は、本発明に基づく方法が実施される少なくとも電気エネルギを発生するための蒸気原動設備に関する。

かかる蒸気原動設備は、通常、蒸気ドラム（プレッシャドラム）を備えた伝熱面（加熱器）付きの１個あるいは複数の循環ボイラを有している。その循環ボイラにより特に異なった圧力段において蒸気が発生され、その蒸気は蒸気タービンないし蒸気タービンのそれぞれの圧力段に供給される。蒸気原動設備はベンソンボイラとも呼ばれる１個あるいは複数のいわゆる貫流ボイラを有することもできるが、その貫流ボイラはたいてい高圧段に組み入れられる。

通常、蒸気原動設備においてその運転状態に応じて多かれ少なかれかなり排水される。例えば連続運転中において、復水が集められている長時間にわたり密閉された管から排水される。そのために、当該管は短時間開かれ、これにより排水される。その場合、水・蒸気・回路から水が失われ、その水は補給水いわゆる脱イオン水により再び補充されねばならない。例えば蒸気原動設備の運転停止中において水・蒸気・回路内に存在する蒸気が徐々に凝縮し、そのように生じた液状水は設備部品内に、特に伝熱面内に留まっていてはならないので、蒸気原動設備の運転始動時および運転停止時に特に多量の排水が生ずる。運転停止中において水・蒸気・回路から、最終的に全く水が補給されなくなるまで、補給水よりも多くの水が排出される。

排水を集めること、即ち、まとめて案内することが知られている。また、その排水を部分的に一時的にタンクに蓄えることも知られている。排水、即ち排出された水が、通常、ポンプを介して外界に廃棄されるので、タンクは運転時間およびポンプの運転頻度を減少するためにしか使われない。さらに、排出された水を気水分離タンクにおいて膨張することおよび水と蒸気とを分離することが知られている。その分離された蒸気は続いて大気に放出される。

この従来技術の場合には特に、高い経費をかけて製造された脱イオン水が排出され、これが再び水・蒸気・回路に戻されず、廃水の形で外界に廃棄されるという欠点がある。従って、通常の蒸気原動設備の場合、脱イオン水のために生ずる経費が、特に頻繁な運転停止・始動の場合にかなり増大する。さらに、廃水の多量の放出によって外界が大きく負荷（汚染）される。補給された脱イオン水は高い酸素・二酸化炭素含有量を有し、これは脱イオン水の脱気を必要とし、このために、蒸気原動設備の始動時間が長くなる。

本発明の課題は、従来技術の欠点を除去することにある。詳しくは、本発明の課題は、 蒸気原動設備およびかかる蒸気原動設備により電気エネルギを発生するための発電所の脱イオン水製造により生ずる運転経費（ランニングコスト）を著しく低減することにある。本発明の他の課題は、廃水による外界の負荷（汚染）および水の消費をかなり減少することにある。また本発明の課題は、蒸気原動設備の始動時間を単純な手段で短縮することにある。

この課題は本発明に基づいて請求項１に記載の特徴を有する方法によって解決される。装置に関しては請求項１２に記載の特徴を有する蒸気原動設備によって解決される。

本発明は従来技術に比べて、特に頻繁な運転停止・始動の際においても脱イオン水の調製に対する経費が著しく低減されるという利点を有する。また本発明によれば、水量がかなり少ない地域においても蒸気原動設備を稼動することができる。また本発明によれば、かなり多量の水が節約でき、外界が放出された廃水により僅かしか負荷（汚染）されない。蒸気原動設備ないし発電所の始動時間が短縮される。これは特に排出された水のほぼ全量の帰還によって達成され、その場合、これは本質的に例えば排出された水量の約９９％が戻されることを意味する。

本発明の有利な実施態様は従属請求項から理解できる。

本発明の有利な実施態様において、少なくとも最高圧力段から、水が排出され、集められ、蓄えられ、水・蒸気・回路に全部戻される。即ち、最高圧力段において流れる水量が水・蒸気・回路全体の水量の大部分となっているので、排出された水の大部分が簡単に安価な費用で帰還できる。

最高圧力段のほかに、最高圧力段より低い圧力レベルの少なくとももう１つの圧力段が関与され、その場合、相応した継続方式において全圧力段を関与させることもできる。このようにして、排出された水の大部分あるいは全量が、集められ、蓄えられ、水・蒸気・回路に戻され、そのようにして、水が一層節約される。

本発明の他の有利な実施態様において、排出された水が気水分離過程を受け、その分離された蒸気は蒸気原動設備の復水器に供給される。この処置によって、分離されたきれいな蒸気は簡単に復水器で冷却され、液化される。これにより、蓄積された水における特別な冷却処置は要らなくなる。またこのようにして、集められた水の水・蒸気・回路への単純な帰還が生ずる。

本発明の他の有利な実施態様において、蒸気原動設備の運転停止中に生ずる排出水が常に、運転停止過程の終わりに、即ち、停止状態において、排出された水、即ち、排出可能な最大水量が蓄えられる限りでしか水・蒸気・回路に再び戻されない。さらにそのようにして排出された水は、次の運転始動過程において水・蒸気・回路に再び供給される。

排出された水の少なくとも一部が水調製装置を介して水・蒸気・回路に戻されることが有利である。その場合、復水器から流出する復水の少なくとも一部が同様に水調製装置を介して導かれ、その場合、両部分流を水調製装置への流入前に混合することも同様にできる。例えば、そのようにして水調製装置に導入される水の性質特に汚染度が調整される。これにより、水調製装置の負荷が過負荷から容易に防護される。

以下、図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお、同一構成要素および同一機能要素に対して同一符号が付されている。

図１に本発明に基づく蒸気原動設備２の第１実施例が示されている。この蒸気原動設備２は、例えばガス・蒸気複合タービン設備としても形成できる発電所１の構成要素である。蒸気原動設備２はこの実施例では３個の異なった圧力部位を備えた蒸気タービン４を有している。またこの実施例において、蒸気原動設備２は、主に蒸気タービン４と、復水器６と、復水ポンプ７と、３個の圧力段８、９、１０とを備えた水・蒸気・回路を有している。その各圧力段８、９、１０に蒸気タービン４のそれぞれ対応した個々の圧力部位が割り当てられる。さらに水・蒸気・回路は給水ポンプ（図示せず）も有している。圧力段８、９、１０は蒸気タービン４のそれぞれ対応した圧力部位にそれぞれ蒸気管１１によって接続されている。圧力段８、９、１０は、この実施例において、高圧段として形成された第１圧力段８と、中圧段として形成された第２圧力段９と、低圧段として形成された第３圧力段１０とに区分される。水・蒸気・回路の第１圧力段８は、貫流式伝熱面（加熱器）１６と気水分離器１５とを備えた貫流ボイラ１２を有している。第２圧力段９は、第１圧力ドラム１７と循環蒸発器として形成された第１循環伝熱面１８とを備えた第１循環ボイラ１３を有している。第２圧力段９と同じように構成された第３圧力段１０は、第２圧力ドラム１９と循環蒸発器として形成された第２循環伝熱面２０とを備えた第２循環ボイラ１４を有している。

伝熱面（加熱器）１６、１８、２０は煙道５内に配置され、この煙道５は例えばこの実施例の場合のように横形廃熱ボイラとして形成され、ガスタービン（図示せず）の排気ガスが供給される。この実施例において、ボイラ１２、１３、１４にそれぞれ過熱器２１が後置接続されている。その各過熱器２１の出口は、それぞれ蒸気管１１を介して、蒸気タービン４のそれらに対応した圧力部位に接続されている。各蒸気管１１は例えば個々の圧力段８、９、１０の構成要素である。

蒸気原動設備２ないし発電所１の運転中、ボイラ１２、１３、１４にそれぞれ給水ポンプ（図示せず）によって、イオンが消された水、いわゆる脱イオン水が、単純化のために図示されていない配管を介して供給される。図示された実施例において、供給される脱イオン水の性質、特にそのｐＨ値について異なった要件を有する異なった形式のボイラ１２、１３、１４が利用されているため、脱イオン水は、それぞれのボイラ１２、１３、１４に流入する直前に、適当な装置（図示せず）によって相応して調製される。ボイラ１２、１３、１４においてそれぞれ供給された水の蒸発が行われる。貫流ボイラ１２において一般に過熱も行われる。蒸発された水は続く過熱器２１において過熱され、蒸気管１１を介して蒸気タービン４の対応した圧力部位に供給される。

蒸気タービン４の高圧部位から流出する蒸気は、通常通りに次の低い圧力段に、単純化のために図示されていない配管を介して供給される。この実施例において、蒸気タービン４の中圧部位から流出する蒸気は、第３圧力段に供給され、即ち、最終的に蒸気タービン４の最も低い圧力部位に供給される。

蒸気タービン４の低圧部位から流出する蒸気は、冷却するためおよび液化するために、排気管４１を介して復水器６に供給される。この排気管４１は蒸気タービン４と復水器６との間で蒸気原動設備２の水・蒸気・回路を終結する。

復水ポンプ７から流出する水は、給水ポンプ（図示せず）を介して主に第１圧力段８に供給される。すべての圧力段８、９、１０において流れる水量（蒸気量）のうち、運転中に第１圧力段８内を流れる水量（蒸気量）はこの実施例の場合に約７５％であり、即ち、そこで別の圧力段９、１０に比べてかなり大きな出力に転換される。

蒸気タービン４の供給された蒸気のエネルギは蒸気タービン４において回転エネルギに転換され、そして、これに接続された発電機３に与えられる。

連続運転中において、特に運転始動時にも運転停止時にも、圧力段８、９、１０から間欠的にあるいは部分的に水が排出される。その排出された水は、そのためにまず、この実施例の場合に第１管束２３と第２管束２４から構成された集合装置２２によって集められる。例えば、蒸気原動設備２の定格運転中において圧力ドラム１７と圧力ドラム１９から水が常に排出される。その過程は、除去されねばならない付着物が循環運転によって圧力ドラム１７、１９に集まるので、スラッジ廃棄とも呼ばれる。圧力ドラム１７、１９の水流量の例えば約０．５％〜１％が常に排出される。貫流ボイラ１２において定格運転中に循環運転が存在しないため、この実施例の場合、気水分離器１５から常に排水する必要はなく、通常、主に運転始動時および運転停止時に排水される。殊に過熱器２１からも排水されるが、通常、運転始動時および運転停止時にしか排水されない。この実施例において、水は蒸気管１１からも排出され、第２管束２４によって集められる。水は、実施例の単純描写のために全部が示されていない圧力段８、９、１０の他の部位ないし部分からも排出できる。

この実施例において、圧力段８、９、１０から排出され集められた水は続いて蓄えられる。そのために複数の蓄積タンク２５、２６、２７、２８が設けられている。これらの蓄積タンク２５、２６、２７、２８は発電所１の運転状態に応じて多かれ少なかれ蓄積される。この実施例において詳細には、圧力ドラム１７、１９から排出された水と、気水分離器１５から排出された水と、過熱器２１から排出された水とが、まず第１蓄積タンク２５に供給され、そこで蓄積される。第１蓄積タンク２５は、この第１蓄積タンク２５が蒸気原動設備２の運転始動時あるいは運転停止時に非常に多量に流入する排出水をまず数時間にわたり蓄積でき、そのようにして緩衝できる大きさに設計されている。第１蓄積タンク２５は、高温の排水が第１蓄積タンク２５において蒸発されるので、第１気水分離装置３２としても作用し、液状水が蒸気から分離され、その場合、不純物が除かれた蒸気が、第１帰還配管２９を介して復水器６の入口に供給され、液状水がとりあえず第１蓄積タンク２５に蓄えられる。第１蓄積タンク２５に蓄積された液状水は、必要に応じて、第１ポンプ３４によって第３蓄積タンク２７に搬送される。その搬送される水は、第１ポンプ３４の出口の下流に配置された分岐管を通して、弁（図示せず）の相応した調整によって、部分的にあるいは全部が第１冷却器３７を介して、第１蓄積タンク２５に戻される。これによって、第１蓄積タンク２５に蓄積された水の補助的冷却が可能とされる。特に第１冷却器３７の採用によって、蒸発する水量が減少され、復水器６の熱負荷が減少される。

この実施例において、圧力段８、９、１０の蒸気管１１から排出された水は、第２管束２４を介して排出され、第２蓄積タンク２６に蓄えられる。第１蓄積タンク２５と同様に、第２蓄積タンク２６にも、第２ポンプ３５と第２冷却器３８から成る冷却回路が付属されている。また第２蓄積タンク２６は第１蓄積タンク２５と同様に調達された第２気水分離装置３３を有し、ここでも、きれいな水蒸気が第２帰還配管３０を介して復水器６の入口に供給される。第２蓄積タンク２６に蓄積された液状水は、ここでも必要に応じて第２ポンプ３５を介して第３蓄積タンク２７に供給される。

第３蓄積タンク２７に蓄積された液状水は、この実施例の場合、必要に応じて、第３冷却器３９と、第３ポンプ３６と、水調製装置４０とを介して、復水ポンプ７の入口に第３帰還配管３１を通して供給される。

水調製装置４０は、排出された水の全液状水が蒸気原動設備２の水・蒸気・回路に戻される前に、その全液状水が水調製装置４０に供給され調製されるように接続され配列されている。第３蓄積タンク２７から流出する全水量は水調製装置４０を介して案内され、そこで調製される。この実施例において、水調製装置４０は水・蒸気・回路のバイパス回路に配置され、その場合、復水集合容器として形成された第４蓄積タンク２８から流出する水の部分流が、第３ポンプ３６を介して水調製装置４０に供給される。その部分流は、この実施例において、この部分流が水調製装置４０に達する前に、第３蓄積タンク２７から来る液状水と混合される。特に蒸気原動設備２の定格運転中において、復水器６から流出する水全部を、水調製装置４０を介して案内することもでき、その場合、水調製装置４０は復水器６から流出する水の主流内に置かれる。

本発明に基づいて、この実施例において、所定の時間にわたり生ずる全排水量が、所定の量蓄積されるまで集められ、それから水・蒸気・回路に戻される。この実施例において、全圧力段８、９、１０から排出された水が集められ、蓄えられ、そして戻される。図示されていない実施例において、特に最高圧力段８だけから排出された水が、このようして集められ、蓄えられ、戻されるようにすることもできる。

運転停止時、即ち、蒸気原動設備２が運転停止されようとするとき、多量の排水が生ずる。これは、始動時の場合にも定格運転にとって必要な蒸気パラメータが徐々に達成されるだけで済むので当てはまる。水・蒸気・回路は、運転停止中においても、圧力段８、９、１０から循環水により熱を取り出さねばならないので維持されねばならない。運転停止過程の終わりに、排出すべき水の発生量が最大となる。従って、排出された水の帰還は運転停止過程中も行うことができるが、これは、運転停止過程の終わりに全水量が蓄積されているように行われる。蓄積タンクはその大きさないし受容容量が相応して設計されている。ポンプ３４、３５、３６、７は相応して制御される。このようにして特に再始動の際、水・蒸気・回路にほんの少量の新脱イオン水を供給するだけで済む。そのようにして水は節約され、減少された廃水放出により環境負荷（汚染）が低減される。

実施例における水調製装置４０の本発明に基づく配置と利用は、この実施例において最高圧力段８に貫流ボイラ１２が利用されているので特に有利である。貫流ボイラ１２は水質について厳しい要求を課せられ、この要求は、通常、水調製装置４０でしか形成されず保証されない。循環ボイラ１３、１４の要件に比べて異なった水質についての要件は、特にｐＨ値と酸素含有量である。水調製装置４０が貫流ボイラ１２のためにともかく必要であるので、循環ボイラ１３、１４から排出された比較的僅かな水量を、同様に水調製装置４０を介して水・蒸気・回路に戻すことが、これを棄却する場合よりも有利である。これは、通常、圧力ドラム１７、１９から廃水された比較的大きく負荷された水ないし運転始動時および運転停止時に気水分離器１５から廃水された水にも当てはまる。しかし水調製装置４０を負荷軽減するために、循環ボイラ１３、１４の圧力ドラム１７、１９からの廃水を水・蒸気・回路に戻さないことも考えられる。それにもかかわらず、この廃水に対して蒸気と液状水の分離が可能であり、その場合、発生するきれいな蒸気が水・蒸気・回路に、特に復水器６の入口に戻される。

水調製装置４０は特に機械式浄化装置と陽イオン／陰イオン交換器を有することができる。水調製装置４０はそこに供給された水を特にその化学特性について調製する。

水・蒸気・回路全体、特に集合装置２２、蓄積タンク２５、２６、２７および帰還配管２９、３０、３１は、排出された水への手に負えない空気の侵入を防止するために、外界に対して密封されている。

この実施例の特徴は互いに組み合わせることができる。

３個の圧力段を備えた本発明に基づく蒸気原動設備の実施例の系統図。

符号の説明

１ 発電所
２ 蒸気原動設備
３ 発電機
４ 蒸気タービン
６ 復水器
８ 圧力段
９ 圧力段
１０ 圧力段
２２ 集合装置
２５ 蓄積タンク
２６ 蓄積タンク
２７ 蓄積タンク
２８ 蓄積タンク
２９ 帰還配管
３０ 帰還配管
３２ 気水分離装置
３３ 気水分離装置
４０ 水調製装置

Claims (18)

1. 少なくとも１個の圧力段（８、９、１０）、蒸気タービン（４）および復水器（６）とを備えた水・蒸気・回路を有し、少なくとも１個の圧力段（８、９、１０）から水が排出される、蒸気原動設備（２）の運転方法において、
   少なくとも１個の圧力段（８、９、１０）から排出された水がほぼ全量が集められ、蓄えられ、その集められ蓄えられた排出水がほぼ全部水・蒸気・回路に戻されることを特徴とする蒸気原動設備の運転方法。
2. 圧力段（８、９、１０）が水・蒸気・回路の最高圧力段（８）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 少なくとももう１つの低い圧力段（９、１０）が関与されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 排出された水が気水分離過程を経ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
5. 分離された蒸気が水・蒸気・回路の復水器（６）に供給されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 排出された水が少なくとも１個の蓄積タンク（２５、２６、２７、２８）に蓄えられることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
7. 蒸気原動設備（２）の運転停止中に生ずる排出水が常に、運転停止の終わりに排出可能なほぼ全水量が蓄えられる限りでしか再び戻されず、そのようにして蓄えられた水量が、運転始動時に再び水・蒸気・回路に供給されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法。
8. 排出された水の少なくとも一部が、水調製装置（４０）を介して水・蒸気・回路に戻されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の方法。
9. 復水器（６）から流出する復水の少なくとも部分流が、水調製装置（４０）を介して導かれることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 水調製装置（４０）を介して水・蒸気・回路に戻される排出水が、水調製装置（４０）への流入前に、復水器（６）から来る部分流と混合されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 少なくとも電気エネルギを発生するための発電所（１）の運転方法において、
    発電所（１）が蒸気原動設備（２）を有し、該蒸気原動設備（２）により発電機（３）が駆動され、蒸気原動設備（２）が請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の方法で運転されることを特徴とする発電所の運転方法。
12. 少なくとも１個の圧力段（８、９、１０）と蒸気タービン（４）と復水器（６）とを備えた水・蒸気・回路を有し、水が少なくとも１個の圧力段（８、９、１０）から排出できる、蒸気原動設備（２）において、
    少なくとも１個の圧力段（８、９、１０）から排出された水の全量に対する少なくとも１個の集合装置（２２）および少なくとも１個の蓄積タンク（２５、２６、２７、２８）が設けられ、そのように集められ蓄積された全排出水量が水・蒸気・回路に戻されることを特徴とする蒸気原動設備。
13. 。
    少なくとも１個の圧力段（８、９、１０）が最高圧力段（８）であることを特徴とする請求項１２に記載の蒸気原動設備。
14. 液状水と蒸気とを分離するための少なくとも１個の気水分離装置（３２、３３）を有していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の蒸気原動設備。
15. 気水分離装置（３２、３３）の蒸気側が復水器（６）の入口に少なくとも１本の帰還配管（２９、３０）を介して接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の蒸気原動設備。
16. 気水分離装置（３２、３３）が少なくとも１個の蓄積タンク（２５、２６、２７、２８）の構成要素として形成されていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の蒸気原動設備。
17. 少なくとも１個の蓄積タンク（２５、２６、２７、２８）が、該蓄積タンクが蒸気原動設備（２）の運転停止過程の終わりに生ずる全排出水量を蓄積できる大きさに形成されていることを特徴とする請求項１２ないし１６のいずれか１つに記載の蒸気原動設備。
18. そこに導入された水を特に化学的に調製し状態を整える少なくとも１個の水調製装置（４０）を有していることを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれか１つに記載の蒸気原動設備。

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