JP2009250923A - プラントの給水温度制御方法、発電プラント及び給水温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給水温度制御の不安定性を改善できる原子力プラントの給水温度制御方法を提供する。
【解決手段】低圧給水加熱器１１、高圧給水加熱器１２及び電気ヒータ１３が、ＲＰＶ２に接続される給水配管１０に設置される。温度計３０が高圧給水加熱器１２と電気ヒータ１３の間で、温度計３８が電気ヒータ１３とＲＰＶ２の間で給水配管１０に設置される。給水温度制御装置２９は、高圧給水加熱器１２に供給する抽気蒸気の流量を調節する抽気弁１５の開度、及び電気ヒータ１３に供給する電流をそれぞれ制御し、ＲＰＶ２に供給する給水の温度を制御する。この給水温度制御には、温度計３０で計測された、高圧給水加熱器１２から排出された給水の温度Ｔ_A及び温度計３８で計測された、電気ヒータ１３で加熱された後の給水の温度Ｔ_Bも用いられる。電気ヒータ１３の利用により給水温度制御の不安定性を改善できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントの給水温度制御方法、発電プラント及び給水温度制御装置に係り、特に、沸騰水型原子力発電プラント（以下、ＢＷＲプラントという）に適用するのに好適なプラントの給水温度制御方法、発電プラント及び給水温度制御装置に関する。

ＢＷＲプラントの原子炉は、炉心を内蔵した原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）を有する。核燃料物質を有している複数の燃料集合体が炉心に装荷されている。このようなＢＷＲプラントは、制御棒操作及び炉心流量制御によって原子炉出力を制御している。制御棒は、中性子吸収材（例えば、炭化ホウ素またはハフニウム）を有しており、原子炉出力を上昇させる場合には炉心から引き抜かれる。原子炉出力を低下させる場合には、制御棒は炉心に挿入される。炉心流量制御は、再循環ポンプ（またはインターナルポンプ）によって炉心に供給する冷却水の流量を制御し、炉心内のボイド率を増減させることにより原子炉出力を制御する。原子炉出力は、炉心流量の増加によって上昇し、炉心流量の減少によって低下する。

制御棒で制御できる炉心の反応度は、炉心流量で制御できるその反応度よりも大きい。しかし、制御棒操作は炉心の反応度を局所的に変化させる。これに対し、炉心流量制御ではボイドによる反応度変化が炉心全体に及ぶので炉心内の原子炉出力分布の変化が小さい。沸騰水型原子炉は、これらの制御特性を利用して、約７０％以下の原子炉出力領域では制御棒を、それより大きい原子炉出力領域では炉心流量制御を用いることによって、原子炉出力を制御している。

一方、再循環ポンプを設置していない沸騰水型自然循環炉では、炉心とダウンカマの冷却水の密度差によって生じる自然循環流を利用して冷却水を循環させており、炉心流量制御による出力制御はできない。したがって、高い原子炉出力領域でも、制御棒を用いた原子炉出力の制御が必要となる。しかし、原子炉出力が高い領域での制御棒操作は、炉心内の原子炉出力分布の歪が大きくなり、熱的制限により制御棒操作ができない可能性がある。この場合、キセノン及びサマリウムの蓄積により出力ピーキングが低下するのを待つ必要等があり、沸騰水型原子炉の起動時間が長くなる。

また、定格出力で制御棒が炉心から引き抜かれた状態で何らかの方法で原子炉出力制御を行うことができれば、制御棒の劣化を防ぐことができ、燃料経済性を向上させることができる。このため、制御棒操作に代わる原子炉出力制御があることが望ましい。

制御棒操作に代わる出力制御方法として、ＲＰＶ内に供給する給水の温度を制御する方法が特開平８−２３３９８９号公報及び特開２００７−２２５４６１号公報に記載されている。例えば、給水温度を上昇させた場合、炉心に流入する冷却材の温度が上昇して冷却材反応度が低下する。また、ボイドが増加してボイド反応度が低下する。これらの反応度低下により原子炉出力が減少する。給水温度による原子炉出力制御は、炉心流量制御が実施できない沸騰水型自然循環炉では特に有効な原子炉出力制御方法である。

特開平８−２３３９８９号公報 特開２００７−２２５４６１号公報

給水温度を制御するために、特開平８−２３３９８９号公報及び特開２００７−２２５４６１号公報では、給水加熱器による給水の加熱量を調節している。給水加熱器は主蒸気配管等から抽気された蒸気によって給水を加熱するので、ＲＰＶに供給される給水の温度は抽気蒸気及び給水の流量及び温度に依存する。

発明者らは、給水温度制御について検討を行った。この結果、給水加熱器に供給する抽気蒸気の流量調整はプラント全体の熱バランスを変化させることになり、給水の温度制御が不安定になる可能性があることが分かった。例えば、給水加熱器への抽気蒸気の流量を増やすことによって給水の加熱量を大きくできるが、タービンに流入する蒸気は減少するので、給水加熱器に流入する給水の温度が低下する。タービンに供給された蒸気が復水器で凝縮されて生成された水が、給水として給水加熱器に供給される。給水加熱器に供給されるその給水の温度は抽気蒸気の流量の変化に一定時間遅れて変化するため、抽気蒸気で加熱された給水の温度が不安定になる可能性がある。

特開平８−２３３９８９号公報及び特開２００７−２２５４６１号公報は、抽気蒸気流量の変化時に給水温度が不安定になること、及びこの不安定を改善する対策について、一切言及していない。

本発明の目的は、給水温度制御の不安定性を改善することができる原子力プラントの給水温度制御方法、発電プラント及び給水温度制御装置を提供することである。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、蒸気発生装置から排出された蒸気を凝縮して生成された給水を前記蒸気発生装置に供給するプラントの給水温度制御方法において、
その蒸気の一部を用いて給水を加熱する給水加熱器、及び電気ヒータを用いて給水を加熱し、給水の温度を制御することにある。

給水加熱器以外に電気ヒータを用いて給水を加熱するので、給水温度を変更する際における抽気蒸気量の変化に伴うプラントの熱バランスの変化に起因した給水温度制御の不安定化を改善することができる。すなわち、プラントの熱バランスが変化しても給水温度制御をより安定化することができる。

本発明によれば、給水温度制御の不安定性を改善することができ、給水温度制御性能を向上させることができる。

発明者らは、原子力プラントの給水温度制御について検討した。この検討結果を以下に詳細に説明する。復水器からＲＰＶに供給される給水は、低圧給水加熱器及び高圧給水加熱器によって加熱される。低圧給水加熱器から排出されて高圧給水加熱器に導かれる給水の温度は、タービンに供給される主蒸気の流量に依存する。主蒸気流量及び給水温度は図７に示すような関係にある。給水温度は主蒸気流量の増加に伴って上昇する。高圧給水加熱器に供給される抽気蒸気の流量と高圧給水加熱器で給水が加熱される温度（高圧給水加熱器から排出される給水の温度と高圧給水加熱器に供給される給水の温度との差）との関係は、図８に示す関係にある。給水の加熱温度は抽気蒸気流量に比例して増加する。

発明者らは、図７及び図８の特性を利用して、高圧給水加熱器を用いた給水の温度制御を検討した。主蒸気配管から抽気された蒸気は、抽気配管を通って、給水配管に設置された高圧給水加熱器に供給される。給水配管を通ってＲＰＶに供給される給水は、高圧給水加熱器に供給される抽気蒸気によって加熱される。その給水の温度は、抽気配管に設けられた抽気弁の開度を調節して抽気蒸気流量を制御することによって制御される。例えば、図９に示すように、時刻ｔ₀に給水温度制御装置から給水温度を上昇させる温度制御指令が出力されると、この温度制御指令に基づいて抽気弁の開度が増大される。給水温度制御装置は、給水温度を現在の給水温度Ｔ₀（例えば２００℃）から目標給水温度Ｔ_S（例えば２１０℃）まで上昇させる温度制御指令を出力する。抽気弁は温度制御指令に基づいて開度を増大させ、高圧給水加熱器に供給される抽気蒸気の流量が増加する。この抽気蒸気流量の増加によって給水の温度が目標給水温度Ｔ_Sまで上昇される。

高圧給水加熱器がＲＰＶから離れた位置に設置され、さらに、抽気弁の開度が増大し始めて所定流量の抽気蒸気が高圧給水加熱器までに時間遅れが生じるので、給水温度制御装置から温度制御指令が出力された時刻ｔ₀から、給水温度Ｔ₀よりも温度が上昇した給水がＲＰＶに到達するまでに時間を要する。給水温度Ｔ₀よりも温度が上昇した給水がＲＰＶに到達するのは、時刻ｔ₁である(図９参照)。その後、ＲＰＶに流入する給水の温度は、図９に示す給水温度Ｔ_fのように、目標給水温度Ｔ_Sに向って上昇する。目標給水温度Ｔ_Sに到達した給水がＲＰＶに到達するのは、時刻ｔ₁よりも後である。抽気蒸気流量の増大は、タービンに供給される蒸気の流量を減少させるので、プラントの熱バランスが変化する。抽気蒸気流量の増加、すなわち、タービンに供給される蒸気の流量の減少により、高圧給水加熱器に流入する給水の温度が影響を受ける。このため、抽気蒸気によって加熱されて、一旦、目標給水温度Ｔ_Sまで上昇した給水温度Ｔ_fは、ある時間遅れを伴って、抽気蒸気流量の増加の影響により時刻ｔ₂から減少し始める。この給水温度Ｔ_fの減少が、図７の関係に基づいて行われる。この結果、抽気蒸気の流量が再度調整されるため、給水温度Ｔ_fが不安定になる可能性がある。

発明者らは、この課題を改善する案を種々検討し、電気ヒータを併用して給水を加熱することによってその課題を改善できることを見出した。

上記の検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１における原子力プラントの給水温度制御方法、具体的には、沸騰水型原子力発電プラント（ＢＷＲプラント）の給水温度制御方法を、図１〜図６を用いて以下に説明する。まず、ＢＷＲプラントの概要を説明する。

ＢＷＲプラントは、原子炉１、主蒸気配管５、タービン６,７、復水器９、給水配管１０、低圧給水加熱器１１、高圧給水加熱器１２、電気ヒータ１３、出力制御装置２１及び給水温度制御装置２９を備えている。原子炉１は蒸気発生装置である。原子炉格納容器４内に設置された原子炉１は、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）２及びＲＰＶ２内に配置された炉心３を有する。核燃料物質を有する複数の燃料集合体（図示せず）が炉心３内に装荷されている。ＲＰＶ２に接続される主蒸気配管５は、高圧タービン６及び低圧タービン７を接続する。タービン蒸気調整弁１７が主蒸気配管５に設けられる。給水配管１０が復水器9とＲＰＶ２を接続する。低圧給水加熱器１１、高圧給水加熱器１２及び電気ヒータ１３が上流よりこの順で給水配管１０に設置されている。図示されていないが、給水ポンプが給水配管１０に設けられる。主蒸気配管５及び給水配管１０が原子炉格納容器４を貫通している。復水器９に接続されるタービンバイパス配管１８が、タービン蒸気調整弁１７の上流で主蒸気配管５に接続される。バイパス弁１９がタービンバイパス配管１８に設置される。タービン蒸気調整弁１７の上流で主蒸気配管５に接続される抽気配管１４が、高圧給水加熱器１２に接続される。高圧給水加熱器１２に接続されるドレン配管２０は、低圧給水加熱器１１を経て復水器９に接続される。抽気弁１５が抽気配管１４に設けられる。抽気配管１６は、高圧タービン６と低圧給水加熱器１１を接続する。

電気ヒータ１３は、原子炉格納容器４内でＲＰＶ２にできるだけ近い位置に配置される。温度計３０，３８が給水配管１０に設置される。温度計３０は、高圧給水加熱器１２と電気ヒータ１３の間に配置される。温度計３８は、電気ヒータ１３とＲＰＶ２の間で給水配管１０に設置される。温度計３０，３８は、給水配管１０内を流れる給水の温度をそれぞれ計測する。

再循環ポンプ（図示せず）により炉心３内に供給された冷却水は、燃料集合体内の核燃料物質の核分裂によって加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気は、ＲＰＶ２内に設置された気水分離器（図示せず）及び蒸気乾燥器（図示せず）によって湿分が除去された後、ＲＰＶ２から主蒸気配管５に吐出される。この蒸気は、高圧タービン６及び低圧タービン７に導かれ、これらのタービンを回転させる。低圧タービン７に連結された発電機８も回転され、電力を発生する。低圧タービン７から排出された蒸気は、復水器９に排出されて凝縮される。復水器９で生じた凝縮水は、給水として、給水ポンプで昇圧され、給水配管１０を通ってＲＰＶ２に供給される。給水は、抽気配管１６によって高圧タービン６から抽気された蒸気が供給される低圧給水加熱器１１、及び抽気配管１４によって主蒸気配管５から抽気された蒸気が供給される高圧給水加熱器１２によって、それぞれ加熱される。

タービン蒸気調整弁１７及びバイパス弁１９は、出力制御装置２１によって開度を制御され、タービン６，７へ導く蒸気の流量を調整する。抽気弁１２は、給水温度制御装置２９によって開度を制御され、抽気配管１４を通して高圧給水加熱器１２に導かれる抽気蒸気の流量を調整する。

出力制御装置２１は、発電機８の出力を目標発電機出力に制御するために、発電機８の出力値を参照して目標給水温度Ｔ_Sを算出し、この目標給水温度Ｔ_Sを給水温度制御装置１６へ出力する。出力制御装置２１は、目標発電機出力を入力するインターフェース、及び計測された発電機出力値を表示するインターフェースを備える。また、出力制御装置２１は、制御棒駆動装置（図示せず）による制御棒の引き抜き量を調節し、原子炉出力を制御する。出力制御装置２１は、上記の再循環ポンプの回転数を制御して炉心流量を調節し、原子炉出力を制御する。このような原子炉出力の制御により、発電機出力が制御される。

出力制御装置２１が備えている目標給水温度設定のロジックを、図２を用いて詳細に説明する。出力制御装置２１は、発電機出力設定器２２、加算器２４、比例器２５、積分器２６、変換係数算出器２７及び給水温度算出器２８を備えている。発電機出力設定器２２は目標発電機出力を記憶する。この目標発電機出力は、運転員がインターフェースを介して発電機出力設定器２２に入力する。目標発電機出力は、運転員または自動制御によって設定される。発電機出力計測装置２３が、発電機８が出力している現在の発電機出力を計測する。発電機出力計測装置２３から出力された発電機出力計測値が加算器２４に入力される。加算器２４は、発電機出力設定器２２から出力された目標発電機出力と発電機出力計測値の偏差ΔＰを計算する。算出された偏差ΔＰは、比例器２５及び積分器２６に入力される。比例器２５は、偏差ΔＰに基づいて比例利得Ｋｐ１を算出する。積分器２６は、その偏差に基づいて積分利得Ｋｉ１を算出する。変換係数算出器２７は、あらかじめ設定された変換係数Ｋ１を参照し、給水温度算出器２８は比例利得Ｋｐ１と積分利得Ｋｉ１の和に変換係数Ｋ１を掛けて目標給水温度Ｔ_Sを算出する。求められた目標給水温度Ｔ_Sは、上記したように、給水温度制御装置２９に出力される。

図２に示すロジック、すなわち、加算器２４、比例器２５、積分器２６、変換係数算出器２７及び給水温度算出器２８のそれぞれの機能は、プログラムによっても実現することができる。この場合、発電機出力設定器２２はメモリとなる。

給水温度制御装置２９は、入力した目標給水温度Ｔ_Sに基づいて、最も下流に位置する給水加熱器である高圧給水加熱器１２に供給する抽気蒸気の流量を調節する抽気弁１５の開度、及び電気ヒータ１３に供給する電流をそれぞれ制御し、ＲＰＶ２に供給する給水の温度を制御する。この給水温度制御を行うため、給水温度制御装置２９は、温度計３０で計測された、高圧給水加熱器１２から排出された給水の温度（以下、給水温度Ｔ_Aという）及び温度計３８で計測された、電気ヒータ１３で加熱された後の給水の温度（以下、給水温度Ｔ_Bという）を入力する。給水温度Ｔ_Bは実質的にＲＰＶ２に流入する時点での給水の温度である。給水温度制御装置２９は、給水温度制御に関する第１制御ロジック及び第２制御ロジックを備えている。この第１制御ロジックは、抽気弁１５の開度を調整して高圧給水加熱器１２に供給する抽気蒸気の流量を制御して給水温度Ｔ_Aを制御する。その第２制御ロジックは、電気ヒータ１３を制御して給水温度Ｔ_Bを制御する。この電気ヒータ１３の制御は、実質的に、電気ヒータ１３に供給する電流を調節することである。

給水温度制御装置２９は、第１制御ロジックを実行する第１給水温度制御器３１（図３参照）及び第２制御ロジックを実行する第２給水温度制御器３９（図４参照）を有する。第１給水温度制御器３１及び第２給水温度制御器３９を、図３及び図４を用いて詳細に説明する。まず、第１給水温度制御器３１について説明する。第１給水温度制御器３１は、第１給水温度設定器３２、加算器３３、比例器３４、積分器３５、変換係数算出器３６及び弁開度算出器３７を備えている（図３参照）。

出力制御装置２１から出力された目標給水温度Ｔ_Sは、第１給水温度設定器３２に記憶される。温度計３０で計測された給水温度Ｔ_Aが加算器３３に入力される。加算器３３は、給水温度Ｔ_Aと目標給水温度Ｔ_Sの偏差ΔＴ１を計算する。算出された偏差ΔＴ１は、比例器３４及び積分器３５に入力される。比例器３４は、偏差ΔＴ１に基づいて比例利得Ｋｐ２を算出する。積分器３５は、その偏差ΔＴ１に基づいて積分利得Ｋｉ２を算出する。変換係数算出器３６は、あらかじめ設定された変換係数Ｋ２を参照し、弁開度算出器３７は比例利得Ｋｐ２と積分利得Ｋｉ２の和に変換係数Ｋ２を掛けて目標弁開度Ｄ_Sを算出する。第１給水温度制御器３１の機能は、プログラムによっても実現することができる。この場合、第１給水温度設定器３２はメモリとなる。

給水温度制御装置２９は、算出された目標弁開度Ｄ_Sに基づいて抽気弁１５の開度を調節し、高圧給水加熱器１２に供給する抽気蒸気の流量を制御する。高圧給水加熱器１２から排出される給水は抽気蒸気によって加熱され、給水温度Ｔ_Aが目標給水温度Ｔ_Sになるように制御される。

第２給水温度制御器３９は、第２給水温度設定器４０、加算器４１、比例器４２、積分器４３、変換係数算出器４４及び電気ヒータ出力算出器４５を備えている（図４参照）。出力制御装置２１から出力された目標給水温度Ｔ_Sは、第２給水温度設定器４０に記憶される。温度計３８で計測された給水温度Ｔ_Bが加算器４１に入力される。加算器４１は、給水温度Ｔ_Bと目標給水温度Ｔ_Sの偏差ΔＴ２を計算する。算出された偏差ΔＴ２は、比例器４２及び積分器４３に入力される。比例器４２は、偏差ΔＴ２に基づいて比例利得Ｋｐ３を算出する。積分器４３は、その偏差ΔＴ２に基づいて積分利得Ｋｉ３を算出する。変換係数算出器４４は、あらかじめ設定された変換係数Ｋ３を参照し、電気ヒータ出力算出器４５は比例利得Ｋｐ３と積分利得Ｋｉ３の和に変換係数Ｋ３を掛けて目標電気ヒータ出力Ｈ_Sを算出する。第２給水温度制御器３９の機能は、プログラムによっても実現することができる。この場合、第２給水温度設定器４０はメモリとなる。

給水温度制御装置２９は、算出された目標電気ヒータ出力Ｈ_Sに基づいて電気ヒータ１３を調節し、温度計で計測された給水温度Ｔ_Bが目標給水温度Ｔ_Sになるように制御される。

電気ヒータ１３は高圧給水加熱器１２の下流に設置されており、温度計３８も温度計３０よりも下流に配置されているので、給水温度制御装置２９は、目標給水温度Ｔ_Sと給水温度Ｔ_Aの差分を補償するように電気ヒータ１３を制御して給水を加熱する。したがって、高圧給水加熱器１２を用いた給水温度制御では、電気ヒータ１３を用いた給水温度制御の影響を考慮しなくてもよい。

電気ヒータ１３は、高圧給水加熱器１２から排出された給水の温度Ｔ_Aと目標給水温度Ｔ_Sとの偏差が０になるように、高圧給水加熱器１２よりも下流で給水配管１０内を流れる給水を加熱する。高圧給水加熱器１２、電気ヒータ１３及び給水温度制御装置２９を備えた原子力プラント、すなわち、ＢＷＲプラントの給水温度制御を、図５を用いて具体的に説明する。２００℃の給水がＲＰＶ２内に供給されている状態で、時刻ｔ₀において給水温度制御装置２９が、その給水の温度を１０℃高い目標給水温度Ｔ_S（２１０℃）に上昇させる給水温度制御を実行する。電気ヒータ１３は、１０℃の給水温度変化幅に対して給水温度を１℃だけ変化させる加熱容量を有している。

時刻ｔ₀で、出力制御装置２１は算出した目標給水温度Ｔ_S（２１０℃）を給水温度制御装置２９に入力する。給水温度制御装置２９の第１給水温度制御器３１及び第２給水温度制御器３９は、目標給水温度Ｔ_Sである２１０℃に対応した目標弁開度Ｄ_S及び目標電気ヒータ出力Ｈ_Sを算出する。給水温度制御装置２９は、目標弁開度Ｄ_Sに基づいて抽気弁１５の開度を増大させ、高圧給水加熱器１２に供給する抽気蒸気の流量を増加する。このようにして、高圧給水加熱器１２による給水温度の上昇制御が開始される。給水温度制御装置２９は、目標弁開度Ｄ_Sの出力と同時に、目標電気ヒータ出力Ｈ_Sを出力し、電気ヒータ１３による給水の加熱制御を開始する。

電気ヒータ１３は高圧給水加熱器１２よりもＲＰＶ２の近くに位置し、電気ヒータ１３による制御の応答性が高圧給水加熱器１２のそれよりも早いので、電気ヒータ１３は、高圧給水加熱器１２よりも早く給水温度の上昇に貢献する。高圧給水加熱器１２による給水の加熱に起因した給水温度Ｔ_Aの上昇は時刻ｔ₁から開始される。しかしながら、電気ヒータ１３加熱による給水温度Ｔ_C（図５参照）の上昇は、時刻ｔ₁よりも前、すなわち、時刻ｔ₀のほぼ直後から始まる。温度計３８で計測される給水温度Ｔ_Bは、給水温度Ｔ_Aと給水温度Ｔ_Cの合計値である。給水温度Ｔ_Bが目標給水温度Ｔ_Sに近づくと、偏差ΔＴ２が減少するので、給水温度制御装置２９の制御により電気ヒータ１３の出力は低下する。給水温度Ｔ_Bが目標給水温度Ｔ_Sに到達したとき、電気ヒータ１３による給水の加熱は停止される。

給水温度制御装置２９が、前述したように、目標弁開度Ｄ_Sに基づいて抽気蒸気流量を増大させて給水温度Ｔ_Aを上昇させるため、タービン６，７に供給される蒸気の流量が減少する。この蒸気流量の減少によりプラントの熱バランスが変化し、前述したように、給水温度Ｔ_Bが目標給水温度Ｔ_Sに到達した後の時刻ｔ₂以降で、給水温度Ｔ_A、すなわち、給水温度Ｔ_Bが低下する。このため、偏差ΔＴ２が再び増加するので、電気ヒータ１３による給水の加熱が開始され、給水温度Ｔ_Bが上昇する。電気ヒータ１３は、目標給水温度Ｔ_Sと給水温度Ｔ_Aの差分を補償するように給水を加熱する。偏差ΔＴ１も増加するので、給水温度制御装置２９は抽気弁１５の開度を増大させ、高圧給水加熱器１２に供給する抽気蒸気の流量を再調整する。これによって、給水温度Ｔ_Aが再び目標給水温度Ｔ_Sに達したとき、電気ヒータ１３による給水の加熱が停止される。本実施例は、電気ヒータ１３及び高圧給水加熱器１２を併用した給水の加熱を行うので、給水温度を変更させる場合における抽気蒸気流量の増加に伴うプラントの熱バランスの変化に起因した給水温度の制御が不安定になることを抑制することができる。すなわち、本実施例は、給水温度の制御性をより安定化させることができる。

本実施例は、電気ヒータ１３を原子炉格納容器４内に設置しているので、加熱された給水をより早くＲＰＶ２内に供給することができる。すなわち、電気ヒータ１３は、原子炉格納容器４の外側に配置された高圧給水加熱器１２よりも、ＲＰＶ２に近い位置にある。このため、電気ヒータ１３で加熱された給水は、高圧給水加熱器１２で加熱された給水よりも、電気ヒータ１３がＲＰＶ２に近い分、より早くＲＰＶ２に供給することができる。特に、給水温度の変化幅が、電気ヒータ１３の加熱容量で実現可能な程度に小さい場合には、電気ヒータ１３で一時的に給水を加熱することにより、温度変化の応答を速くすることができる（図６参照）。高圧給水加熱器１２によって加熱された給水がＲＰＶ２に到達するまでに数分程度の時間遅れが生じる。本実施例は、原子炉格納容器４内に電気ヒータ１３を設置しているので、その時間遅れを短縮することができる。

高圧給水加熱器１２への抽気蒸気の供給が不可能になった場合等の給水加熱喪失の際には、高圧給水加熱器１２から排出される給水温度が低下する。しかしながら、本実施例は、電気ヒータ１３を備えているので、給水がＲＰＶ２に到達する前に電気ヒータ１３で給水を加熱することができる。したがって、本実施例は、電気ヒータ１３の設置により、給水加熱喪失の影響を緩和することができる。

本実施例は、給水加熱器による給水温度制御と電気ヒータによる給水温度制御を併用しているので、給水温度を変更する場合における抽気蒸気量の変化に伴うプラントの熱バランスの変化に起因した給水温度制御の不安定化を改善することができる。このため、本実施例は、プラントの熱バランスが変化しても給水温度制御をより安定化することができる。本実施例は、さらに、給水の加熱の時間遅れを短縮することができる。これらにより、本実施例は、給水温度制御性能を向上させることができる。

本発明の他の実施例である実施例２における原子力プラントの給水温度制御方法を以下に説明する。本実施例の給水温度制御方法もＢＷＲプラントに適用されている。本実施例で用いられるＢＷＲプラントは、実施例１で用いられるＢＷＲプラントと実質的に同じ構成を有するが、電気ヒータ１３及び温度計３８の設置位置が異なっている。本実施例で用いられるＢＷＲプラントでは、電気ヒータ１３は、高圧給水加熱器１２の上流、例えば、図１において低圧給水加熱器１１と高圧給水加熱器１２の間で給水配管１０に設置される。このとき、温度計３８は、電気ヒータ１３の下流に位置して電気ヒータ１３に最も近い高圧給水加熱器１２と電気ヒータ１３の間で給水配管１０に設置される。

本実施例では、第１給水温度制御器３１は実施例１と同様な制御を行う。第２給水温度制御器３９は、低圧給水加熱器１１から排出される給水温度Ｔ_Dを、低圧給水加熱器１１の目標給水温度Ｔ_Lに追従させるような制御を行う。この第２給水温度制御器３９による制御を、図４を用いて詳細に説明する。目標給水温度Ｔ_Lは、時刻ｔ₀における低圧給水加熱器１１から排出される給水温度（１９０℃）に設定され、第２給水温度設定器４０に記憶される。温度計３８で計測された給水温度Ｔ_Bが加算器４１に入力される。加算器４１は、給水温度Ｔ_Bと目標給水温度Ｔ_Lの偏差ΔＴ２を計算する。算出された偏差ΔＴ２は、比例器４２及び積分器４３に入力される。比例器４２は、偏差ΔＴ２に基づいて比例利得Ｋｐ３を算出する。積分器４３は、その偏差ΔＴ２に基づいて積分利得Ｋｉ３を算出する。変換係数算出器４４は、予め設定された変換係数Ｋ３を参照し、電気ヒータ出力算出器４５は比例利得Ｋｐ３と積分利得Ｋｉ３の和に変換係数Ｋ３を掛けて目標電気ヒータ出力Ｈ_Sを算出する。第２給水温度制御器３９の機能は、プログラムによっても実現することができる。この場合、第２給水温度設定器４０はメモリとなる。
高圧給水加熱器１２から排出される給水の温度Ｔ_Aは、ＲＰＶ２に流入する時点における給水の温度と等しい。給水温度を２００℃から目標給水温度Ｔ_Sである２１０℃に上昇させる場合、前述したプラント熱バランスの変化により、低圧給水加熱器１１から排出される給水温度Ｔ_Dは時刻ｔ₂に低下し始める（図１０参照）。
しかしながら、給水温度制御装置２９は、算出された目標電気ヒータ出力Ｈ_Sに基づいて電気ヒータ１３を調節し、温度計で計測された給水温度Ｔ_Bを目標給水温度Ｔ_Lになるように制御する。この制御によって、電気ヒータ１３によって加熱されて上昇する給水温度は図１０に示すように変化する（給水温度Ｔ_C参照）。このように、高圧給水加熱器１２の上流に配置された電気ヒータ１３によって、プラントの熱バランスの変化に起因した給水温度Ｔ_Dの低下を補償するので、高圧給水加熱器１２に供給される給水温度Ｔ_Bは安定する。この結果、高圧給水加熱器１２から排出される給水の温度Ｔ_Aは、時刻ｔ₂以降においても目標給水温度Ｔ_Sに保持される。すなわち、ＲＰＶ２に到達する給水の温度は、プラント熱バランスの変化の影響を受けず、目標給水温度Ｔ_Sに保持される。
なお、高圧給水加熱器及び低圧給水加熱器は複数設置される場合もある。この場合、電気ヒータ１３及び温度計３８の設置位置は、給水の下流側にある方が給水温度の安定制御の効果が高いが、任意の給水加熱器の下流側あるいは復水器の下流側に設置してもよい。

本実施例は、実施例１と同様に、給水温度を変更する場合における抽気蒸気量の変化に伴うプラントの熱バランスの変化に起因した給水温度制御の不安定化を改善することができる。このため、本実施例は、プラントの熱バランスが変化しても給水温度制御をより安定化することができる。このような本実施例は、給水温度制御性能を向上させることができる。ただし、本実施例は、電気ヒータ１３の設置位置が高圧給水加熱器１２よりも上流であるので、実施例１のように、給水の加熱の時間遅れを短縮することができない。

実施例１及び２の給水温度制御方法は、強制循環型のＢＷＲプラントだけでなく、沸騰水型自然循環型原子力発電プラントにも適用することができる。さらに、実施例１及び２の給水温度制御方法は、加圧水型原子力発電プラントの蒸気発生器への給水温度制御及び火力発電プラントのボイラへの給水温度制御にも適用することができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の原子力プラントの給水温度制御方法に用いられるＢＷＲプラントの構成図である。 図１に示す出力制御装置の出力制御ロジックの説明図である。 図１に示す給水温度制御装置の、高圧給水加熱器に対する第１制御ロジックを実行する第１給水温度制御器の構成図である。 図１に示す給水温度制御装置の、電気ヒータに対する第２制御ロジックを実行する第２給水温度制御器の構成図である。 図１に示すＢＷＲプラントにおける高圧給水加熱器及び電気ヒータを用いた給水温度制御を示す説明図である。 電気ヒータの設置位置の給水温度に与える影響を示す説明図である。 主蒸気流量と低圧給水加熱器から排出される給水温度の関係を示す特性図である。 抽気蒸気流量と高圧給水加熱器で加熱される給水の温度の関係を示す特性図である。 従来の給水温度制御における給水温度の変化を示す説明図である。 本発明の他の実施例である実施例２の原子力プラントの給水温度制御方法における給水温度の変化を示す説明図である。

符号の説明

１…原子炉、２…原子炉圧力容器、３…炉心、５…主蒸気配管、６…高圧タービン、７…低圧タービン、９…復水器、１０…給水配管、１１…低圧給水加熱器、１２…高圧給水加熱器、１３…電気ヒータ、１４，１６…抽気配管、１５…抽気弁、２１…出力温度制御装置、２９…給水温度制御装置、３０，３８…温度計、３１…第１給水温度制御器、３９…第２給水温度制御器。

Claims (20)

1. 蒸気発生装置から排出された蒸気を凝縮して生成された給水を前記蒸気発生装置に供給するプラントの給水温度制御方法において、
   前記蒸気の一部を用いて前記給水を加熱する給水加熱器、及び電気ヒータを用いて前記給水を加熱し、前記給水の温度を制御することを特徴とするプラントの給水温度制御方法。
2. 最も下流に位置する前記給水加熱器による前記給水の温度制御は、この給水加熱器に供給する前記蒸気の流量を調節することによって行われる請求項１に記載のプラントの給水温度制御方法。
3. 前記蒸気の流量調節は、前記給水加熱器から排出された前記給水の温度に基づいて行われる請求項２に記載のプラントの給水温度制御方法。
4. 前記電気ヒータは、目標給水温度と最も下流に位置する前記給水加熱器から排出された前記給水の温度の差分を補償する請求項２または３に記載のプラントの給水温度制御方法。
5. 前記電気ヒータによる前記給水の温度制御は、最も下流に位置する前記給水加熱器から排出された前記給水を前記電気ヒータで加熱することによって行われる請求項２または３に記載のプラントの給水温度制御方法。
6. 前記電気ヒータによる前記給水の温度制御は、前記給水加熱器に供給される前記給水を前記電気ヒータで加熱することによって行われる請求項２または３に記載のプラントの給水温度制御方法。
7. 前記蒸気発生装置を取り囲む原子炉格納容器内に配置された前記電気ヒータによって前記給水加熱器から排出された前記給水を加熱する請求項２または５に記載のプラントの給水温度制御方法。
8. 前記電気ヒータによる前記給水の加熱量の調節は、前記電気ヒータで加熱された前記給水の温度に基づいて行われる請求項５ないし７のいずれか１項に記載のプラントの給水温度制御方法。
9. 蒸気発生装置で発生した蒸気が供給されるタービンと、前記タービンから排出された前記蒸気を凝縮する復水器と、前記復水器から排出される給水を前記蒸気発生装置に導く給水配管と、前記給水配管に設けられ、前記蒸気の一部を用いて前記給水を加熱する給水加熱器と、前記給水配管に設けられ、前記給水を加熱する電気ヒータと、前記給水加熱器に供給する前記蒸気の流量を制御し、前記電気ヒータによる前記給水の加熱量を制御する給水温度制御装置とを備えたことを特徴とする発電プラント。
10. 前記電気ヒータが、最も下流に位置する前記給水加熱器よりも下流に配置されている請求項９に記載の発電プラント。
11. 前記電気ヒータが、前記蒸気発生装置を取り囲む原子炉格納容器内に配置されている請求項１０に記載の発電プラント。
12. 前記蒸気発生装置が原子炉である請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の発電プラント。
13. 前記電気ヒータが、前記給水加熱器よりも上流に配置されている請求項９に記載の発電プラント。
14. 前記給水温度制御装置が、前記蒸気の流量調節を、最も下流に位置する前記給水加熱器から排出された前記給水の温度に基づいて行う請求項９ないし１３のいずれか１項に記載の発電プラント。
15. 前記給水温度制御装置は、前記電気ヒータの加熱量を制御し、前記電気ヒータによって目標給水温度と前記給水加熱器から排出された前記給水の温度の差分を補償する請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の発電プラント。
16. 前記給水温度制御装置は、前記電気ヒータによる前記給水の加熱量の調節を、前記電気ヒータで加熱された前記給水の温度に基づいて行う請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の発電プラント。
17. 蒸気発生装置から排出された蒸気を凝縮して生成された給水であって前記蒸気発生装置に供給される前記給水の温度を制御する給水温度制御装置において、
    前記給水を加熱する給水加熱器に供給される前記蒸気の流量を制御し、電気ヒータによる前記給水の加熱量を制御することを特徴とする給水温度制御装置。
18. 前記蒸気の流量調節を、最も下流に位置する前記給水加熱器から排出された前記給水の温度に基づいて行う請求項１７に記載の給水温度制御装置。
19. 前記電気ヒータによって目標給水温度と最も下流に位置する前記給水加熱器から排出された前記給水の温度の差分を補償する請求項１７または１８に記載の給水温度制御装置。
20. 前記電気ヒータによる前記給水の加熱量の調節を、前記電気ヒータで加熱された前記給水の温度に基づいて行う請求項１７または１８に記載の給水温度制御装置。

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