JP2010216731A

JP2010216731A - 発電ユニット

Info

Publication number: JP2010216731A
Application number: JP2009064749A
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: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】発電ユニットの起動時に発生したエネルギーを有効に利用することにより、コスト低減を実現した発電ユニットを提供する。
【解決手段】フラッシュタンク２４と、フラッシュタンク２４のドレンを脱気器１０に導く配管２７に設けられ、脱気器１０に送り出す水量を調節する脱気器加熱ドレン弁２６と、配管２７から分岐してフラッシュタンク２４のドレンを復水器３０に導く配管２９に設けられ、水量を調節することでフラッシュタンク２４内のドレンを復水器に送り出すことで、ドレンの水位を調節するフラッシュタンク水位調節弁２８とを有する起動系統において、フラッシュタンク水位調節弁２８の開閉量が全開状態の１０％までの場合に、脱気器加熱ドレン弁２６の開放量を最大とし、脱気器加熱ドレン弁２６の開放量の上限が全開状態に対して９０％になるように、脱気器加熱ドレン弁２６及びフラッシュタンク水位調節弁２８の開閉制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電ユニットに関する。

従来より、発電ユニットの起動時においては、ボイラに水を張り、点火し、蒸気タービンへ供給する蒸気条件が成立するまで、水及び／又は蒸気からなる流体を、起動バイパス系統を使用してフラッシュタンクに通し、復水器、脱気器へ循環させる運転が行われる。そして、蒸気条件が成立した後に、蒸気を蒸気タービンに供給し、蒸気タービンを回転させることによって発電が行われる。

発電ユニットにおいては、各種の大型補機の運転時間が長いとそれだけ、多くの燃料が消費されることになる。そこで、従来、電力需要に合わせて発電ユニットを起動、停止させること、例えば週末に停止して週明けに起動（週末起動）することにより、省エネルギーを図ることが、発電所において行われている。

特開２００４−６８６４６号公報

ところで、発電ユニットの起動時においても、発電を開始するまでに時間がかかり、その状態になるまでボイラで燃焼させる燃料が必要となる。このため、燃料コストをかけることなく、しかもできるだけ早く発電ユニットを立ち上げることが望まれている。

本発明は、このような課題を解決し、発電ユニットの起動時に発生したエネルギーを有効に利用することにより、コスト低減を実現した発電ユニットを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次に記載する構成を備えている。

（１）ボイラに水を供給する給水ポンプと、前記ボイラを通過した水を回収するフラッシュタンクと、当該フラッシュタンクの高温水を脱気器に導く配管に設けられ、前記脱気器に送り出す水量を調節する脱気器加熱ドレン弁と、前記フラッシュタンクの高温水を復水器に導く配管に設けられ、前記フラッシュタンク内の高温水を前記復水器に送り出すことで、前記高温水の水位を調節するフラッシュタンク水位調節弁と、前記脱気器加熱ドレン弁及び前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉量を決定し、当該開閉量に基づいて前記脱気器加熱ドレン弁及び前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉量が全開状態の１０％までの場合に、前記脱気器加熱ドレン弁の開放量を最大とし、前記脱気器加熱ドレン弁の開放量の上限が全開状態に対して９０％になるように、前記脱気器加熱ドレン弁及び前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉制御を行うことを特徴とする。

（２）ボイラに水を供給する給水ポンプと、前記ボイラを通過した水を回収するフラッシュタンクと、当該フラッシュタンクの高温水を脱気器に導く配管に設けられ、前記脱気器に送り出す水量を調節する脱気器加熱ドレン弁と、前記フラッシュタンクの高温水を復水器に導く配管に設けられ、前記フラッシュタンク内の高温水を前記復水器に送り出すことで、前記高温水の水位を調節するフラッシュタンク水位調節弁と、前記脱気器加熱ドレン弁及び前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉量を決定し、当該開閉量に基づいて前記脱気器加熱ドレン弁及び前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記フラッシュタンク内の水位に基づいて前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉量を決定し、当該開閉量に基づいて前記脱気器加熱ドレン弁の開放量を決定し、前記脱気器加熱ドレン弁の開放量の上限が全開状態に対して９０％になるように、前記脱気器加熱ドレン弁及び前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉制御を行うことを特徴とする。

（１）、（２）によれば、フラッシュタンク内の高温水（ドレン）を、復水器よりも脱気器側により多く送るようにしたことにより、ドレンによってユニット起動時においてボイラに張られた水の温度を上昇させることが可能になる。これにより、給水温度を上昇させるための燃料量を低減することが可能となり、コスト低減を図ることが可能になる。

本発明によれば、給水温度を上昇させるための燃料量を低減することが可能となり、コスト低減を図ることが可能になる。

本発明の発電ユニットにおけるボイラの起動系統を示すブロック図である。本発明の発電ユニットにおけるボイラの起動系統に設けられた各種の弁を駆動制御させる制御系を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１はボイラの起動系統を示すブロック図である。起動系統の機器は、脱気器１０、Ｍ−ＢＦＰ１２、ボイラ５０、図示しない蒸気タービン、フラッシュタンク２４、復水器３０、復水ポンプ３２が含まれている。

脱気器１０は、脱気室と貯水タンクで構成されており、フラッシュタンク２４または復水器３０からの給水は脱気器１０によって脱気される。Ｍ−ＢＦＰ１２は、脱気器１０とボイラ５０を連結する配管に設けられ、ボイラ５０に水を送り出すものである。フラッシュタンク２４は、ボイラ５０からの水又は蒸気を回収するものである。復水器３０は、ボイラ５０で得られた蒸気を使用後に復水するものである。復水ポンプ３２は、復水器３０の水を脱気器１０に送り出すものである。

また、ボイラ５０は、水壁１３、ケージ壁１４、一次ＳＨ（過熱器）１６及び二次ＳＨ１８などによって構成される。脱気器１０によって脱気された水はＭ−ＢＦＰ１２によって送り出され、Ｍ−ＢＦＰ１２から送り出された給水は、出口側に設けられた弁によって流量が調整され、高圧ヒータを通してボイラ５０の水壁１３に入る。

ボイラ５０に供給された水は、水壁１３、ケージ壁１４を通過する際に受熱・蒸発し蒸気となり、一次ＳＨ１６、二次ＳＨ１８を通過する際に所定の蒸気温度となって、二次ＳＨ１８から蒸気タービンへ供給される。

ボイラ起動時には、蒸気タービンに供給する蒸気条件が成立するまで、起動バイパス系統を使用してフラッシュタンク２４を通し、復水器３０、脱気器１０を通って再び水壁１３に戻るといった循環運転が行われる。この起動バイパス系統には一次ＳＨバイパス系統Ａと二次ＳＨバイパス系統Ｂの２系統が装備されている。最初に初期運転として一次ＳＨ１６の入口温度が規定温度になるまでは、ケージ壁１４と一次ＳＨ１６の入口間に設けられた配管１９を有する一次ＳＨバイパス系統Ａを通して、ミニマム給水量の全量の循環運転を行う。

この初期運転状態においては、一次ＳＨ１６と二次ＳＨ１８とを連結する連絡管１７に設けられた図示しない弁及び連絡管１７から分岐してフラッシュタンク２４に連結される配管２１の所定位置に設けられた二次ＳＨバイパス弁２２は全閉状態の運転である。

起動バイパス運転における、一次ＳＨバイパス系統Ａは、配管１９と、配管１９における一次ＳＨ１６の手前の流路からフラッシュタンク２４に至るまでに設けた一次ＳＨバイパス弁２２などから構成され、ケージ壁１４を出たミニマム給水量は、配管１９を通り、一次ＳＨバイパス弁２０により一次ＳＨ１６の出口圧力が一定になるように制御調整されて、フラッシュタンク２４に供給される。

一次ＳＨ１６の入口温度が既定値に達すると、次に二次ＳＨバイパス弁２２が開き、二次ＳＨバイパス系統Ｂの運用に入り、順次起動バイパス運用がなされ、蒸気タービンに必要な蒸気条件を確立する運用がなされる。

また、ボイラ起動時には蒸気タービンへ供給する蒸気条件が成立するまで、水及び／又は蒸気からなる流体を、一次、二次ＳＨ起動バイパス系統Ａ、Ｂを使用してフラッシュタンク２４に通し、復水器３０、脱気器１０へ循環させる運転が行われる。さらに、フラッシュタンク２４からの水及び／又は蒸気が、フラッシュタンク水位調節弁２８を備えた配管２９を経由して復水器３０に供給される。また、フラッシュタンク２４からの水及び／又は蒸気は、配管２９から分岐して脱気器１０に連結し、脱気器加熱ドレン弁２６を備えた配管２７から、脱気器１０に供給される。

このように２つの起動バイパス系統は、ボイラ水張りとボイラ昇圧から始まり、蒸気タービン通気と蒸気タービン併入までの間に、給水あるいは復水を２つのバイパス系統を通してフラッシュタンク２４から復水器３０に回収・循環する系統である。

図２は、ボイラの起動系統に設けられた各種の弁を駆動制御させる制御系を示すブロック図である。図２において、制御装置１００には、全体を制御するＣＰＵ１１０と、各種のデータが記憶されているメモリ１２０が備えられている。また、制御装置１００には、フラッシュタンク２４に設けられた水位レベル検出器５４、脱気器加熱ドレン弁２６及びフラッシュタンク水位調節弁２８を開閉制御する駆動アクチュエータ（図示せず）を駆動させる駆動回路５２が接続されている。

制御装置１００は、水位レベル検出器５４の検出結果を監視してフラッシュタンク２４の水位レベルを求める制御を行う。また、制御装置１００は、水位レベルが所定の範囲内に維持されるように脱気器加熱ドレン弁２６及びフラッシュタンク水位調節弁２８の開放量を決定する制御を行う。

メモリ１２０には、フラッシュタンク水位調節弁２８の開放量に対応した脱気器加熱ドレン弁２６の開放量のデータが記憶されている。制御装置１００は、水位レベル検出器５４の検出結果に基づいてフラッシュタンク水位調節弁２８の開放量を決定する。フラッシュタンク水位調節弁２８の開放量が決定すると、制御装置１００はメモリ１２０を参照して脱気器加熱ドレン弁２６の開放量を決定する。そして、制御装置１００から駆動回路５２に、脱気器加熱ドレン弁２６及びフラッシュタンク水位調節弁２８の開放量のデータが送信され、駆動回路５２は、開放量のデータに基づいて脱気器加熱ドレン弁２６及びフラッシュタンク水位調節弁２８を自動開閉させる。このように、脱気器加熱ドレン弁２６及びフラッシュタンク水位調節弁２８は、制御装置１００によるカスケード制御によって開閉される。具体的には、フラッシュタンク水位調節弁２８の開放が１０％までの場合には、脱気器加熱ドレン弁２６を最大限まで開放し、熱回収に努める。また、フラッシュタンク水位調節弁２８の開放が１０％〜４０％までの場合には、脱気器加熱ドレン弁２６をフラッシュタンク水位調節弁２８の開放が９０％〜６０％の範囲で開放させる。これにより、ドレンを復水器３０側よりも脱気器１０側に多く流すことが可能になり、ドレンを利用して脱気器１０の復水温度（給水温度）を上昇させることが可能になる。

例えば、起動時において、脱気器加熱ドレン弁２６及びフラッシュタンク水位調節弁２８は同じタイミングで開放され、フラッシュタンク水位調節弁２８は最初に大きく開放されてから開放量が小さくなるように制御される。脱気器加熱ドレン弁２６は最初に小さく開放されてから開放量が大きくなるように制御される。従来、フラッシュタンク水位調節弁２８を開いてから閉じるまでフラッシュタンク水位調節弁２８は平均して４０％開いていた。この時の脱気器加熱ドレン弁２６の開放量上限は６０％であった。それに対して、本実施形態においては、脱気器加熱ドレン弁２６の開放量上限を９０％にすることが可能になり、熱回収を最大限に行うことが可能になる。

このように本実施形態によれば、ドレンを利用して脱気器１０の復水温度（給水温度）を上昇させることが可能になる。この作用効果を燃料コストとして表した場合、例えば、ボイラ５０の最小流量が３００ｔであり、ＬＮＧ（天然ガス）を燃料として給水温度を１℃上昇させるための燃料量コストは、
ＬＮＧは１ｔあたり２５，０４０円
ＬＮＧの熱容量は、４３．４６ＭＪ／Ｎｍ^３、０．７９９１Ｋｇ／Ｎｍ^３
すなわち、３００ｔの水を１℃上げるために必要な燃料の重さは、
３００ｔ／ｈ×１０３×４．２ｋＪ／ｋｇ÷４３．４６ＭＪ／Ｎｍ３×１０３＝２９Ｎｍ^３×０．７９９Ｋｇ／Ｎｍ^３＝２３Ｋｇ
※給水温度を５℃〜７℃上昇を６時間達成（回収）できた場合
２３Ｋｇ×６℃×６Ｈ＝８３０Ｋｇ＝０．８３ｔ
０．８３ｔ×２５，０４０円／ｔ＝２０，７８３円≠２万円
すなわち、１回のユニット起動において２万円のコスト削減が図れる。さらに、週末起動を４回／月とした場合には、年間９６万円のコスト低減につながる。

なお、本実施形態においては、フラッシュタンク２４の熱回収可能なドレンが、脱気器加熱ドレン弁２６を介して脱気器１０に送っているが、ドレンの送り先は脱気器１０に限るものではなく、熱を利用する施設であればドレンを送ってドレンの熱を利用するようにしてもよい。

１０脱気器
１２Ｍ−ＢＦＰ
１３水壁
１４ケージ壁
１６一次ＳＨ
１７連絡管
１８二次ＳＨ
１９、２１、２７、２９配管
２０一次ＳＨバイパス弁
２２一次ＳＨバイパス弁
２４フラッシュタンク
２６脱気器加熱ドレン弁
２８フラッシュタンク水位調節弁
３０復水器
３２復水ポンプ
５０ボイラ
５２駆動回路
５４水位レベル検出器
１００制御装置
１１０ＣＰＵ
１２０メモリ

Claims

ボイラに水を供給する給水ポンプと、
前記ボイラを通過した水を回収するフラッシュタンクと、
当該フラッシュタンクの高温水を脱気器に導く配管に設けられ、前記脱気器に送り出す水量を調節する脱気器加熱ドレン弁と、
前記フラッシュタンクの高温水を復水器に導く配管に設けられ、前記フラッシュタンク内の高温水を前記復水器に送り出すことで、前記高温水の水位を調節するフラッシュタンク水位調節弁と、
前記脱気器加熱ドレン弁及び前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉量を決定し、当該開閉量に基づいて前記脱気器加熱ドレン弁及び前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉量が全開状態の１０％までの場合に、前記脱気器加熱ドレン弁の開放量を最大とし、前記脱気器加熱ドレン弁の開放量の上限が全開状態に対して９０％になるように、前記脱気器加熱ドレン弁及び前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉制御を行うことを特徴とする発電ユニット。
ボイラに水を供給する給水ポンプと、
前記ボイラを通過した水を回収するフラッシュタンクと、
当該フラッシュタンクの高温水を脱気器に導く配管に設けられ、前記脱気器に送り出す水量を調節する脱気器加熱ドレン弁と、
前記フラッシュタンクの高温水を復水器に導く配管に設けられ、前記フラッシュタンク内の高温水を前記復水器に送り出すことで、前記高温水の水位を調節するフラッシュタンク水位調節弁と、
前記脱気器加熱ドレン弁及び前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉量を決定し、当該開閉量に基づいて前記脱気器加熱ドレン弁及び前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記フラッシュタンク内の水位に基づいて前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉量を決定し、当該開閉量に基づいて前記脱気器加熱ドレン弁の開放量を決定し、前記脱気器加熱ドレン弁の開放量の上限が全開状態に対して９０％になるように、前記脱気器加熱ドレン弁及び前記フラッシュタンク水位調節弁の開閉制御を行うことを特徴とする発電ユニット。