JP2009007954A

JP2009007954A - 発電システム

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Publication number: JP2009007954A
Application number: JP2007168171A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Matsuwaka; 雅勝松若
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2027-06-26
Also published as: JP4895930B2

Abstract

【課題】既存の発電システムを大幅に改造することなく、定期検査などで比較的短期間停止した後、再起動する際に行うウォーミング時の蒸気を用いて発電することができる発電システムを提供する。
【解決手段】
蒸気管６０に接続される排出管７０を設けると共に、排出管７０に復水器４０に接続されるバイパス管８０を設け、蒸気管６０の温度と蒸気管６０内の圧力に応じて、それらの管に設けられた弁６１、７１、８１を制御して、蒸気管の圧力が所定の圧力以上になった場合に、蒸気管６０内の蒸気を排出管７０及びバイパス管８０を通して復水器に流す。その際に、バイパス管８０に設けられた発電手段９０により発電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気タービンを備えた発電システムに関する。

蒸気タービンを備えた発電システムを定期点検などで停止させた後、再起動する際には、発電システムをウォーミングする必要がある。例えば、図３に示す発電システム５００をウォーミングする場合には、ボイラ５１０によって生成された蒸気を、ボイラの上部に接続された蒸気管５６０内に流し、蒸気管５６０を暖めるようにしている。このとき、蒸気管５６０の下流側に設けられたＭＳＶ（主塞弁）５６１は閉状態となっており、蒸気管５６０内の蒸気は蒸気タービン５２０に流れ込まないようになっている。一方、蒸気管５６０の下流側には、ＭＳＶ上部ドレン弁５７１が設けられた排出管５７０が接続されており、蒸気管５６０内の蒸気を外部（例えばブロータンク）に放出することができるようになっている。ここで、蒸気管５６０内の蒸気を外部に放出する場合には、排出管５７０に設けられたＭＳＶ上部ドレン弁５７１は開状態となっているが、蒸気管５６０が所定の温度になって蒸気管５６０内の蒸気を蒸気タービン５２０に流入させる場合には、ＭＳＶ５６１が開状態になると同時にＭＳＶ上部ドレン弁５７１が閉状態となる。このようなウォーミングを、発電システム５００を再起動する際に毎回行っていたが、ウォーミングには通常３〜４時間を要していた。

したがって、ウォーミングを行っている間、すなわち蒸気管５６０が所定の温度になるまでの間は、ボイラ５１０によって生成された蒸気は発電などに利用されることなく、外部に排出されることになり、この蒸気の熱を無駄にしていたという問題があった。

このような問題に対して、発電システムを構成する蒸気タービンのウォーミングをするための加熱媒体を、蒸気管を含む主蒸気供給系統に対し分岐または独立して生成するようにして蒸気タービンの起動時間の短縮化を図ったコンバインドサイクル発電システムが提案されている（特許文献１参照）。

特開平１０−３３１６１０号公報

しかしながら、上述したコンバインドサイクル発電システムを構築するためには、発電システムを大幅に改造する必要があり、多額の費用と時間がかかるという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑み、既存の発電システムを大幅に改造することなく、定期検査などで比較的短期間停止した後、再起動する際に行うウォーミング時の蒸気を用いて発電することができる発電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、熱源からの熱によって蒸気を生成する蒸気発生部と、前記蒸気によって作動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの排気を復水する復水器と、前記蒸気発生部と前記蒸気タービンとを接続して前記蒸気発生部で生成された蒸気を前記蒸気タービンに送るための蒸気管と、前記蒸気管の途中に設けられて、前記蒸気管内の蒸気の前記蒸気タービンへの流入を制御する第１の流路制御手段と、前記蒸気管の前記第１の流路制御手段より上流側に設けられて、前記蒸気管の温度及び前記蒸気管内の圧力を測定する温度・圧力測定手段と、前記蒸気管の前記第１の流路制御手段より上流側部分に接続され、前記蒸気管内の蒸気を外部に排出するための排出管と、前記排出管に設けられて、前記蒸気管内の蒸気の外部への排出を制御する第２の流路制御手段と、前記排出管の前記第２の流路制御手段より上流側部分と前記復水器とを接続して、前記蒸気管内の蒸気を復水器に送るためのバイパス管と、前記バイパス管に設けられて、前記蒸気管内の蒸気の復水器への流入を制御する第３の流路制御手段と、前記バイパス管の前記第３の流路制御手段より下流側に設けられて、前記バイパス管内を流れる蒸気により発電する発電手段とを具備し、前記温度・圧力測定手段により測定された前記蒸気管内の圧力が所定の圧力より低い場合は、前記蒸気管内の蒸気が前記排出管を通って外部に排出されるように前記第１〜第３の流路制御手段が制御され、前記温度・圧力測定手段により測定された前記蒸気管の温度が所定の温度より低く、かつ前記蒸気管内の圧力が所定の圧力以上の場合は、前記蒸気管内の蒸気が前記排出管及び前記バイパス管を通って前記復水器に送られるように前記第１〜第３の流路制御手段が制御され、前記温度・圧力測定手段により測定された前記蒸気管の温度が所定の温度以上の場合は、前記蒸気管内の蒸気が前記蒸気タービンに送られるように前記第１〜第３の流路制御手段が制御されることを特徴とする発電システムにある。

ここで、蒸気管の第１の流路制御手段より上流側部分に接続されるとは、第１の流路制御手段を介して蒸気管に接続されることを含み、排出管の第２の流路制御手段より上流側部分と復水器とを接続するとは、第２の流路制御手段を介して排出管と復水器とを接続することを含むものとする。

かかる第１の態様では、定期検査などで比較的短期間停止した後、再起動する際に行うウォーミング時の蒸気を用いて発電することができるので、結果として発電システムのプラント効率を向上させることができる。

本発明の第２の態様は、前記温度・圧力測定手段及び前記第１〜第３の流路制御手段のそれぞれに接続されて、前記温度・圧力測定手段により測定された前記蒸気管の温度と前記蒸気管内の圧力とに基づいて前記第１〜第３の流路制御手段を制御する流路制御部をさらに具備することを特徴とする第１の態様に記載の発電システムにある。

かかる第２の態様では、より容易に発電システムを制御することができる。

本発明に係る発電システムによれば、定期検査などで比較的短期間停止した後、再起動する際に行うウォーミング時の蒸気を用いて発電することができるので、結果としてプラント効率を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る発電システムを示す概略図である。図１に示すように、本実施形態に係る発電システム１は、蒸気を生成する蒸気発生部であるボイラ１０と、ボイラ１０で生成された蒸気により回転駆動させられる蒸気タービン２０と、蒸気タービン２０の回転駆動力により発電を行う発電機３０と、蒸気タービン２０の排気を冷却して復水する復水器４０と、復水器４０内の水を再度ボイラ１０に供給する給水ポンプ５０とを具備している。

そして、ボイラ１０と蒸気タービン２０との間にはボイラ１０で生成された蒸気を蒸気タービン２０へと導く蒸気管６０が設けられている。この蒸気管６０の下流側には、第１の流路制御手段であるＭＳＶ（主塞弁）６１が設けられており、蒸気管６０内の蒸気が蒸気タービン２０に流れ込むのを制御することができるようになっている。また、この蒸気管６０のＭＳＶ６１よりも上流側には温度・圧力測定手段６２が設けられている。なお、温度・圧力測定手段６２としては、例えば市販されている温度計及び圧力計を組み合わせたものなどが挙げられる。

蒸気管６０のＭＳＶ６１及び温度・圧力測定手段６２より上流側の部分には、排出管７０が接続されている。そして、排出管７０の下流側には、第２の流路制御手段であるＭＳＶ上部ドレン弁７１が設けられており、蒸気管６０内の蒸気が排出管７０を通ってブロータンクに排出されるのを制御することができるようになっている。

排出管７０のＭＳＶ上部ドレン弁７１より上流側の部分には、復水器４０に接続されたバイパス管８０が接続されている。そして、バイパス管８０には、上流側から順に、第３の流路制御手段である流路切替弁８１と、発電手段９０とが設けられている。流路切替弁８１は、蒸気管６０内の蒸気が排出管７０とバイパス管８０とを通って復水器４０に流れ込むのを制御することができる。そして、発電手段９０は例えばエネルギーダンパなどのように蒸気を用いて発電することができる装置であり、バイパス管８０を通る蒸気から発電することができる。

ここで、流路切替弁８１はさらに流路制御部８５に接続されている。流路制御部８５は、上述したＭＳＶ６１、温度・圧力測定手段６２、ＭＳＶ上部ドレン弁７１及び流路切替弁８１に接続されており、温度・圧力測定手段６２により測定される蒸気管６０の温度と蒸気管６０内の圧力とに基づいて各弁の開閉状態を制御する制御信号をそれぞれ送信し、各弁の開閉状態を制御することができるようになっている。具体的には、蒸気管６０に蒸気を流し始めたような状態の場合、すなわち蒸気管６０内の圧力が所定の圧力よりも低い場合には、流路制御部８５はＭＳＶ６１及び流路切替弁８１を閉状態にすると共にＭＳＶ上部ドレン弁７１を開状態にする制御信号を各弁に送信する。この場合には、蒸気管６０内の蒸気は排出管７０を通ってブロータンクに流れることになる。

そして、蒸気管６０にある程度蒸気を流し続けたような状態の場合、すなわち蒸気管６０の温度が所定の温度以下であり、かつ蒸気管６０内の圧力が所定の圧力よりも高くなった場合には、流路制御部８５はＭＳＶ６１及びＭＳＶ上部ドレン弁７１を閉状態にすると共に流路切替弁８１を開状態にする制御信号を各弁に送信する。この場合には、蒸気管６０内の蒸気は排出管７０及びバイパス管８０を通って復水器４０に流れることになる。

さらに、蒸気管６０が暖まった場合、すなわち蒸気管６０の温度が所定の温度以上になった場合には、流路制御部８５はＭＳＶ６１を開状態にすると共にＭＳＶ上部ドレン弁７１及び流路切替弁８１を閉状態にする制御信号を各弁に送信する。この場合には、蒸気管６０内の蒸気は蒸気タービン２０に流れ込むことになる。

なお、流路制御部８５としては、例えば上記機能を有する一般的なパーソナルコンピュータや専用計算機が挙げられる。また、各弁の状態を変更する際の条件となる蒸気管６０の温度及び蒸気管６０内の圧力は、発電システム１を構成する各構成要素に応じて適宜変更することができる。

次に、本実施形態に係る発電システム１の動作について説明する。発電システム１は、定期検査などで比較的短期間停止した後、再起動する際に行うウォーミングで利用されるものである。したがって、以下では、蒸気管６０が暖められていない状態を前提として説明する。

まず、ボイラ１０を稼動させて蒸気を生成し、その蒸気を蒸気管６０に流す。このとき、蒸気管６０の温度は低く、かつ蒸気管６０内の圧力も低いので、流路制御部８５は制御信号を各弁に送信して、ＭＳＶ６１及び流路切替弁８１を閉状態にすると共にＭＳＶ上部ドレン弁７１を開状態にする。その結果、蒸気管６０内の蒸気は排出管７０を通ってブロータンクに流れる。

そして、そのままボイラ１０により生成された蒸気を蒸気管６０に流し続けると、蒸気管６０の温度が上昇すると共に、蒸気管６０内の圧力が上昇する。そして、蒸気管６０の圧力が所定の圧力を超えると、流路制御部８５は各弁に制御信号を送信して、ＭＳＶ６１及びＭＳＶ上部ドレン弁７１を閉状態にすると共に流路切替弁８１を開状態にする。その結果、蒸気管６０内の蒸気は排出管７０及びバイパス管８０を通って復水器４０に流れる。この際に、発電手段９０により、バイパス管８０を通る蒸気から発電することができる。

さらに、ボイラ１０により生成された蒸気を蒸気管６０に流し続けると、蒸気管６０の温度がさらに上昇する。そして、蒸気管６０の温度が所定の温度を超えると、流路制御部８５は各弁に制御信号を送信して、流路制御部８５はＭＳＶ６１を開状態にすると共にＭＳＶ上部ドレン弁７１及び流路切替弁８１を閉状態にする。その結果、蒸気管６０内の蒸気は蒸気タービン２０に流れ込み、通常どおり発電機３０によって発電されることになる。

以上、説明したように、従来ウォーミングで利用された高品質の蒸気は単に外部（ブロータンク）に排出されていたが、本実施形態に係る発電システム１によれば、その高品質の蒸気を利用して発電することができると共に、その蒸気を回収することができるので、結果として発電システムのプラント効率を向上させることができるという効果を奏する。

（実施形態２）
実施形態１では、排出管７０を蒸気管６０のＭＳＶ６１より上流側の部分に接続させたが、図２に示すように、ＭＳＶ６１Ａを介して排出管７０を蒸気管６０に接続するようにしてもよい。このようにしても、実施形態１と同様の効果が得られる。なお、このように発電システム１Ａを構成する場合には、ＭＳＶ６１Ａは蒸気管６０内の蒸気の流入先を蒸気タービン２０又は排出管７０の何れか切り替えることができる切替弁でなければならないのはいうまでもない。

また、ＭＳＶ上部ドレン弁を介してバイパス管を排出管に接続するようにしてもよい。この場合も同様に考えることができる。

（他の実施形態）
実施形態１及び２では、温度・圧力測定手段６２は、排出管７０が接続されている部分とＭＳＶ６１との間に設けられていたが、蒸気管６０のＭＳＶ６１よりも上流側に設けられていればよい。

また、実施形態１及び２では、熱源としてボイラ１０を用いたが、蒸気を生成することができるものであれば特に限定されない。

さらに、実施形態１及び２では、流路制御部８５を用いて各弁を制御するようにしたが、流路制御部８５を設けず、作業員が各弁を制御してもよいのはいうまでもない。

実施形態１に係る発電システムの概略図である。実施形態２に係る発電システムの概略図である。従来の発電システムの概略図である。

符号の説明

１、１Ａ、５００発電システム
１０、５１０ボイラ
２０、５２０蒸気タービン
３０、５３０発電機
４０、５４０復水器
５０、５５０給水ポンプ
６０、５６０蒸気管
６１、６１Ａ、５６１ＭＳＶ
６２温度・圧力測定手段
７０、５７０排出管
７１、５７１ＭＳＶ上部ドレン弁
８０バイパス管
８１流路切替弁
８５流路制御部
９０発電手段

Claims

熱源からの熱によって蒸気を生成する蒸気発生部と、
前記蒸気によって作動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの排気を復水する復水器と、
前記蒸気発生部と前記蒸気タービンとを接続して前記蒸気発生部で生成された蒸気を前記蒸気タービンに送るための蒸気管と、
前記蒸気管の途中に設けられて、前記蒸気管内の蒸気の前記蒸気タービンへの流入を制御する第１の流路制御手段と、
前記蒸気管の前記第１の流路制御手段より上流側に設けられて、前記蒸気管の温度及び前記蒸気管内の圧力を測定する温度・圧力測定手段と、
前記蒸気管の前記第１の流路制御手段より上流側部分に接続され、前記蒸気管内の蒸気を外部に排出するための排出管と、
前記排出管に設けられて、前記蒸気管内の蒸気の外部への排出を制御する第２の流路制御手段と、
前記排出管の前記第２の流路制御手段より上流側部分と前記復水器とを接続して、前記蒸気管内の蒸気を復水器に送るためのバイパス管と、
前記バイパス管に設けられて、前記蒸気管内の蒸気の復水器への流入を制御する第３の流路制御手段と、
前記バイパス管の前記第３の流路制御手段より下流側に設けられて、前記バイパス管内を流れる蒸気により発電する発電手段とを具備し、
前記温度・圧力測定手段により測定された前記蒸気管内の圧力が所定の圧力より低い場合は、前記蒸気管内の蒸気が前記排出管を通って外部に排出されるように前記第１〜第３の流路制御手段が制御され、
前記温度・圧力測定手段により測定された前記蒸気管の温度が所定の温度より低く、かつ前記蒸気管内の圧力が所定の圧力以上の場合は、前記蒸気管内の蒸気が前記排出管及び前記バイパス管を通って前記復水器に送られるように前記第１〜第３の流路制御手段が制御され、
前記温度・圧力測定手段により測定された前記蒸気管の温度が所定の温度以上の場合は、前記蒸気管内の蒸気が前記蒸気タービンに送られるように前記第１〜第３の流路制御手段が制御されることを特徴とする発電システム。
前記温度・圧力測定手段及び前記第１〜第３の流路制御手段のそれぞれに接続されて、前記温度・圧力測定手段により測定された前記蒸気管の温度と前記蒸気管内の圧力とに基づいて前記第１〜第３の流路制御手段を制御する流路制御部をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。