JP2010216475A - 発電プラント用の復水器 - Google Patents

Abstract

【課題】復水器を提供する。
【解決手段】本復水器（２０）は、その中にかつそれを通して蒸気タービン吐出物が流れることができる本体（５０）と、本体（５０）内に配置された第１及び第２の冷却部材（８０、９０）とを含み、第１及び第２の冷却部材（８０、９０）は各々、それぞれ第１及び第２の冷却媒体を独立して受容し、第１の冷却媒体を受容する第１の冷却部材（８０）は、少なくとも第１の冷却運転の間に吐出物を冷却するように構成され、また第２の冷却媒体を受容する第２の冷却部材（９０）は、第２の冷却運転の間に吐出物を冷却するように構成される。
【選択図】 図１

Description

本明細書に開示した主題は、発電プラント用の復水器に関する。

複合サイクル発電プラントでは、ガスタービンエンジンが、燃料及び空気の燃焼によって発生した熱から電力を発電する。熱は次に、蒸気タービン内に導入される蒸気の発生の結果として付加的電力を発生するように再利用される。蒸気タービン吐出物は次に、復水器内で液化される。一般的に、そのような復水器は、それを通して蒸気タービン吐出物が冷却部材上を流れかつその中で液化が行なわれる本体を含む。

現在、多くの複合サイクル発電プラントが、運転されており、また夜間及び週末のような低電力要求の期間の間に燃料及びエネルギー費用を節約するためにそのサイクルが運転停止される。そのようなものとして、複合サイクル発電プラントは、それらのそれぞれの計画に従って、また幾つかのケースでは予想外の電力要求に応じて、しばしば始動運転を行なう必要がある。しかしながら、始動運転は、非効率的でありかつ時間のかかるものであり、そのため、始動時間を可能な限り短縮することは一般的に、発電プラント設計者の目標である。

実例として、現在では、幾つかの複合サイクル発電プラントは、運転停止時間の間に始動可能状態に維持される。始動可能状態というのは、それに限定されないが、運転停止時間の間に蒸気タービン吐出物を冷却する複合サイクル発電プラント復水器の能力を含む幾つかの発電プラントの特性を意味する。運転停止の間における蒸気吐出物は多くの場合、復水器が真空下である間の空気侵入に対して蒸気タービンをシールするために用いられる少量に制限される。そうは言うものの、復水器の冷却部材は一般的に、運転停止時間の間に発生した少ない量の蒸気タービン吐出物を液化するには設備が不十分である。通常の復水器冷却媒体ポンプは一般的に、全開蒸気流量に対して３３％〜１００％の寸法にされているので、運転停止時間の間に冷却部材に冷却媒体を圧送するためにポンプを作動させる必要性は、費用がかかりかつ非効率的である。全開冷却水流量に合わせて復水器冷却部材（管バンク）を寸法決定することによって、小さなポンプからの流量は、熱力学的には運転停止蒸気流量を冷却するのには十分であるが、管バンク内で均等に分散されないことになる。分散が不均等であることは、幾らかの運転停止時の蒸気が冷却されずに復水器内で過度の温度及び圧力に至ることを意味する。

本発明の１つの態様によると、復水器を提供し、本復水器は、その中にかつそれを通して蒸気タービン吐出物が流れることができる本体と、本体内に配置された第１及び第２の冷却部材とを含み、第１及び第２の冷却部材は各々、それぞれ第１及び第２の冷却媒体を独立して受容し、第１の冷却媒体を受容する第１の冷却部材は、少なくとも第１の冷却運転の間に吐出物を冷却するように構成され、また第２の冷却媒体を受容する第２の冷却部材は、第２の冷却運転の間に吐出物を冷却するように構成される。

本発明の別の態様によると、発電プラントを提供し、本発電プラントは、その中にかつそれを通して蒸気タービン吐出物が流れることができ、その中に第１及び第２の冷却部材が配置され、また第１及び第２の冷却部材が各々、それぞれ第１及び第２の冷却媒体を独立して受容しかつ少なくとも第１の冷却運転及び第２の冷却運転の間に蒸気タービン吐出物をそれぞれ冷却するように構成された本体と、冷却媒体源と、冷却媒体源及び第１の冷却部材に結合され、少なくとも第１の冷却運転の間に第１の冷却媒体を第１の冷却部材に圧送するように構成された第１のポンプと、冷却媒体源及び第２の冷却部材に結合され、第２の冷却運転の間に第２の冷却媒体を第２の冷却部材に圧送するように構成された第２のポンプとを含む。

本発明のさらに別の態様によると、それを通して蒸気タービン吐出物が流れることができる復水器本体を備えた発電プラントを運転する方法を提供し、本方法は、少なくとも第１の冷却運転の間に復水器本体内に配置された第１の冷却部材に第１の冷却媒体を供給して蒸気タービン吐出物を冷却するステップと、第２の冷却運転の間に復水器本体内に配置された第２の冷却部材に第２の冷却媒体を供給して蒸気タービン吐出物を冷却するステップと、第１及び第２の冷却運転の各々の継続時間を時間設定するステップと、時間設定、事前選択計画及び現状に従って、第１及び第２の冷却運転の関与を交代させるステップとを含む。

これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させて行った以下の説明から一層明らかになるであろう。

本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させて行った以下の説明から明らかである。

複合サイクル発電プラントの概略図。 複合サイクル発電プラントを運転する方法を示す流れ図。

詳細な説明は、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。

図１を参照すると、蒸気サイクルを使用する複合サイクル発電プラント又はその他のあらゆるプラント１０のための蒸気サイクル冷却サブシステムを示している。発電プラント１０は、ガスタービンエンジンと、蒸気タービン又は蒸気を発生するその他の手段とを含む。蒸気タービンは、蒸気から発電し、過剰蒸気のような蒸気タービン吐出物を生成し、この蒸気タービン吐出物は、液化（凝縮）される。複合サイクル発電プラントのケースでは、以下で説明するように、発電プラント１０は、継続的に運転することができ、或いは比較的急速な始動特性を備えた状態でアクティブ及び運転停止状態のサイクルとして運転することができる。急速始動が可能である発電プラント１０は、アクティブ状態における大きな負荷を達成するのに僅かな時間しか必要とせず、従ってより効率的である。

通常状態の間に液化される蒸気タービン吐出物のために、発電プラント１０は、復水器真空が維持された復水器２０を含む。復水器２０は、入口４０と、復水器本体５０と、温水だめ６０とを含む。蒸気タービン吐出物は、入口４０を通って復水器２０に流入し、復水器本体５０の内部を通って流れるように進み、ここで調整されかつ冷却される。蒸気タービン吐出物は、復水器本体５０内で調整されかつ冷却されると、蒸気タービン吐出物は、温水だめ６０内に液体水として液化されかつ収集され、発電プラント１０でのさらなる使用に利用可能となる。

一般的に、通常状態というのは、その間には発電プラント１０がアクティブ状態である期間を意味する。しかしながら、発電プラント１０が運転停止状態にある時には、蒸気タービン吐出物は、復水器２０に流入し続け、発電プラント１０が急速始動特性を示すことが可能である始動可能状態を維持するためには、復水器真空を依然として維持することが必要である。そのようなものとして、発電プラント１０が運転停止である間であっても、復水器本体５０内で蒸気タービン吐出物を液化し続けることが必要である。

第１の冷却部材８０は、復水器本体５０内に配置され、かつ始動可能状態の維持のような少なくとも第１の冷却運転の間に蒸気タービン吐出物を冷却するように構成される。同様に、第２の冷却部材９０もまた、復水器本体５０内に配置され、かつアクティブ状態での発電プラント１０の運転のような第２の冷却運転の間に蒸気タービン吐出物を冷却するように構成される。

第１及び第２の冷却部材８０及び９０は各々、蒸気タービン吐出物がそれら冷却部材のそれぞれの表面と接触状態になるように復水器本体５０内に配置される。加えて、第１及び第２の冷却部材は各々、それぞれ水のような第１及び第２の冷却媒体供給を独立して受容する。従って、蒸気タービン吐出物が、復水器本体５０を通って進みかつ第１及び第２の冷却部材８０及び９０の表面に接触すると、該第１及び第２の冷却部材８０及び９０に供給された冷却媒体によって、蒸気タービン吐出物から熱が除去される。従って、蒸気タービン吐出物は、液化されかつ温水だめ６０に収集された液体水を形成する。

図１に示すように、第１の冷却部材８０は、第２の冷却部材９０の位置の上流である位置において復水器本体５０内に配置することができる。しかしながら、この配置は、単なる例示に過ぎず、第１の冷却部材８０はまた、第２の冷却部材９０の下流に配置することができ、或いは別の実施形態によると、第１及び第２の冷却部材８０及び９０は、それらが第１及び第２の冷却媒体供給を独立して受容する状態である限り、互いにオーバラップさせることができることを理解されたい。

復水器本体５０はまた、ダミー部材７０を含むことができる。ダミー部材７０は一般的に、第１及び第２の冷却部材８０及び９０の上流に配置され、かつ蒸気タービン吐出物を調整及び／又は最初に冷却するように構成される。ダミー部材７０は、それを上流に設置した場合には、例えば非常に高温の蒸気タービン吐出物、蒸気バイパスシステムからの吐出物、及び／又は復水器本体５０に流入するあらゆるその他の危険物質などとの接触により生じる損傷から第１及び第２の冷却部材８０及び９０を保護する働きをする。

ダミー部材７０並びに第１及び第２の冷却部材８０及び９０は各々、それぞれ複数の管７１、８１及び９１を含み、これら管は、互いに対して同様な及び／又は多様な構成で配置することができる。つまり、ダミー部材７０は、水平に配置した管の組を含むことができ、第１の冷却部材８０は、垂直及び水平に整列させた管の組を含むことができ、また第２の冷却部材９０は、垂直及び水平に千鳥配置した管の組を含むことができる。管は一般的に、中空であり、かつ少なくとも第１及び第２の冷却部材８０及び９０のケースでは、その中に第１及び第２の冷却媒体供給を受容することになる内部を形成する。本発明の実施形態によると、第１の冷却部材８０の管は、作動可能状態保持管を含み、また第２の冷却部材９０の管は、主冷却水管を含む。

発電プラント１０が運転停止状態にある時には、復水器２０に流入する蒸気タービン吐出物の量は、発電プラント１０のアクティブ状態の間に復水器２０に流入する量から比較的大きく減少する。従って、第１の冷却部材８０の寸法は、第２の冷却部材９０の寸法よりも著しく小さくすることができる。同様に、第１の冷却媒体供給量は、第２の冷却媒体供給量に等しい必要はなく、実際には著しく少ない。そのようなものとして、第１の冷却部材８０に第１の冷却媒体供給を供給するのに必要な動力は、対応して低減可能である。

つまり、実施形態によると、第１の冷却部材８０の寸法は、蒸気タービン運転停止の間に比較的良好な水分配でかつ主冷却媒体ポンプに優る大幅な動力節減をもたらす優位な寸法のポンプを使用して蒸気を冷却するのに十分適している。

本発明の別の態様によると、発電プラントはさらに、冷却媒体源１００と、それによって第１及び第２の冷却部材８０及び９０に第１及び第２の冷却媒体供給を送給可能であるシステムとを含むことができる。冷却媒体源１００は、それから第１及び第２の冷却媒体供給が引き出される冷却媒体の供給を行なう。このように、冷却媒体源１００は、図１に示すような冷却塔、或いは湖、川又は海のようなトラフ源を含むことができる。

別の実施形態では、システムは、第１及び／又は第２の配管１３０及び１３５と共に第１のポンプ１１０及び／又は第２のポンプ１２０を含むことができる。第１のポンプ１１０は、冷却媒体源１００に結合されまた任意選択弁１５０を介して第１の冷却部材８０に結合される。この構成の場合には、第１のポンプ１１０は、少なくとも第１の冷却運転の間に第１の冷却部材８０に第１の冷却媒体を圧送するように構成される。第２のポンプ１２０は、冷却媒体源１００に結合されまた任意選択弁１５１を介して第２の冷却部材９０に結合され、かつ第２の冷却運転の間に第２の冷却部材９０に第２の冷却媒体を圧送するように構成される。第１の配管１３０は、第１及び第２の冷却部材８０及び９０と冷却媒体源１００とに一緒に及び／又は別個に結合され、かつ冷却媒体源１００に冷却媒体を戻すように構成される。第２の配管１３５は、冷却媒体源１００と第１及び第２のポンプ１１０及び１２０とに一緒に及び／又は別個に結合され、かつ冷却媒体源１００からポンプ１１０及び１２０に冷却媒体を輸送するように構成される。

第２のポンプ１２０は、第１のポンプ１１０よりも大きな容量を有し、従って発電プラント１０のアクティブ状態の間に第２の冷却部材９０に第２の冷却媒体供給を圧送するために使用される。他方、第１のポンプ１１０は、作動するのに第２のポンプよりも少ない動力しか必要としない。従って、第１のポンプ１１０を使用して第１の冷却部材８０に第１の冷却媒体供給を圧送することによって、発電プラント１０運転停止の場合に、少ない運転費用で復水器真空を維持することができる。

図２を参照すると、また本発明の別の態様によると、それを通して蒸気タービン吐出物が流れることができる復水器本体５０を備えた発電プラント１０を運転する方法を提供する。本方法は、少なくとも第１の冷却運転の間に復水器本体５０内に配置された第１の冷却部材８０に第１の冷却媒体を供給して蒸気タービン吐出物を冷却するステップと、第２の冷却運転の間に復水器本体５０内に配置された第２の冷却部材９０に第２の冷却媒体を供給して蒸気タービン吐出物を冷却するステップと、第１及び第２の冷却運転の各々の継続時間を時間設定するステップと、時間設定、事前選択計画及び現状に従って、第１及び第２の冷却運転の関与を交代させるステップとを含む。

つまり、図２に示すように、発電プラント１０は、例えば週当たり５日かつそれら作動日に１日当たり１６時間アクティブ状態を実行するようにして、運転停止及びアクティブ状態のサイクルで運転することができる。そのようなものとして、発電プラント１０は、ある時点において、最初にアクティブ状態で運転され（動作２００）、その間には第２の冷却媒体が第２の冷却部材９０に供給される（動作２０５）ようになることを理解することができる。アクティブ状態の時間が終了した判断されると（動作２１０）、発電プラント１０運転停止状態が開始し（動作２２０）、運転停止状態の継続期間においては、第１の冷却媒体供給が第１の冷却部材８０に供給される（動作２３０）。運転停止状態の間において、又はその他の電源、或いは幾つかのその他の代替発電装置の場合のような現状が、発電プラント１０がアクティブ状態に戻ることを必要とする場合（動作２４０）には、制御は動作２００に戻る。

限られた数の実施形態に関してのみ本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１０ 発電プラント
２０ 復水器
４０ 入口
５０ 復水器本体
６０ 温水だめ
７０ ダミー部材
７１ 管
８０ 第１の冷却部材
８１ 管
９０ 第２の冷却部材
９１ 管
１００ 冷却媒体源
１１０ 第１のポンプ
１２０ 第２のポンプ
１３０ 第１の配管
１３５ 第２の配管
１５０、１５１ 任意選択弁
２００ 最初にアクティブ状態で運転する
２０５ 第２の冷却部材に供給された第２の冷却媒体
２１０ アクティブ状態の時間が終了した
２２０ 運転停止状態が開始した
２３０ 第１の冷却部材に供給された第１の冷却媒体供給
２４０ アクティブ状態に戻る

Claims (10)

1. その中にかつそれを通して蒸気タービン吐出物が流れることができる本体（５０）と、
   前記本体（５０）内に配置された第１及び第２の冷却部材（８０、９０）と、を含み、
   前記第１及び第２の冷却部材（８０、９０）が各々、それぞれ第１及び第２の冷却媒体を独立して受容し、
   前記第１の冷却媒体を受容する前記第１の冷却部材（８０）が、少なくとも第１の冷却運転の間に前記吐出物を冷却するように構成され、また
   前記第２の冷却媒体を受容する前記第２の冷却部材（９０）が、第２の冷却運転の間に前記吐出物を冷却するように構成される、
   復水器（２０）。
2. 前記第１の冷却部材（８０）が、前記第２の冷却部材（９０）の上流に配置される、請求項１記載の復水器（２０）。
3. 前記本体（５０）内にかつ前記第１の冷却部材（８０）の上流に配置され、前記吐出物を調整するように構成されたダミー部材（７０）をさらに含む、請求項２記載の復水器（２０）。
4. 前記ダミー部材（７０）並びに前記第１及び第２の冷却部材（８０、９０）が各々、複数の管（７１、８１、９１）を含む、請求項３記載の復水器（２０）。
5. 前記第１の冷却部材（８０）の複数の管（８１）が、作動可能状態保持管を含み、また
   前記第２の冷却部材（９０）の複数の管（９１）が、主冷却水管を含む、
   請求項４記載の復水器（２０）。
6. 前記第１の冷却媒体の量が、前記第２の冷却媒体の量よりも少ない、請求項１乃至５のいずれか１項記載の復水器（２０）。
7. 前記第１及び第２の冷却運転が、それぞれ発電プラント運転停止サイクル及びアクティブ発電プラントサイクルの間に行なわれる、請求項１乃至６のいずれか１項記載の復水器（２０）。
8. 前記第１の冷却運転の間に冷却される前記吐出物の量が、前記第２の冷却運転の間に冷却される前記吐出物の量よりも少ない、請求項１乃至７のいずれか１項記載の復水器（２０）。
9. その中にかつそれを通して蒸気タービン吐出物が流れることができ、その中に第１及び第２の冷却部材（８０、９０）が配置され、また前記第１及び第２の冷却部材（８０、９０）が各々、それぞれ第１及び第２の冷却媒体を独立して受容しかつ少なくとも第１の冷却運転及び第２の冷却運転の間に前記蒸気タービン吐出物をそれぞれ冷却するように構成された本体（５０）と、
   冷却媒体源（１００）と、
   前記冷却媒体源（１００）及び第１の冷却部材（８０）に結合され、少なくとも前記第１の冷却運転の間に前記第１の冷却媒体を前記第１の冷却部材（８０）に圧送するように構成された第１のポンプ（１１０）と、
   前記冷却媒体源（１００）及び第２の冷却部材（９０）に結合され、前記第２の冷却運転の間に前記第２の冷却媒体を前記第２の冷却部材（９０）に圧送するように構成された第２のポンプ（１２０）と、
   を含む、発電プラント（１０）。
10. それを通して蒸気タービン吐出物が流れることができる復水器本体（５０）を備えた発電プラント（１０）を運転する方法であって、
    少なくとも第１の冷却運転の間に前記復水器本体（５０）内に配置された第１の冷却部材（８０）に第１の冷却媒体を供給して前記蒸気タービン吐出物を冷却するステップと、
    第２の冷却運転の間に前記復水器本体（５０）内に配置された第２の冷却部材（９０）に第２の冷却媒体を供給して前記蒸気タービン吐出物を冷却するステップと、
    前記第１及び第２の冷却運転の各々の継続時間を時間設定するステップと、
    前記時間設定、事前選択計画及び現状に従って、前記第１及び第２の冷却運転の関与を交代させるステップと、を含む、
    方法。

Images