JP2011157855A - 発電設備及び発電設備の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気発生装置が備えられていなくても、封水回収タンクに貯留された封水を熱エネルギのロスなく、ボイラに供給することができるようにした発電設備及び発電設備の運転方法を提供する。
【解決手段】発電設備は、ボイラ１０、蒸気タービン２０、発電機３０、復水器４０、脱塩塔５０、復水昇圧ポンプ１０３、グランド復水器６３、低圧給水加熱器６５、給水ポンプ１０４、封水回収タンク７０を備え、復水器４０、脱塩塔５０、復水昇圧ポンプ１０３、グランド復水器６３、低圧給水加熱器６５、給水ポンプ１０５が復水系統管路６０によって直列に接続されている。そして、脱塩塔５０と復水昇圧ポンプ１０３との間の復水系統管路６０と封水回収タンク７０とが封水注入管路７５によって接続され、封水回収タンク７０内の封水を復水系統管路６０内に定格運転時に注入する封水注入弁７６が封水注入管路７５に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気によって駆動される給水ポンプ、この給水ポンプの回転部などをシールするための蒸気を回収して封水とした貯留する封水回収タンクなどを備え、封水を有効利用するようにした火力発電所その他の発電設備及び発電設備の運転方法に関する。

火力発電所などの発電設備には、基本的に図２に示すように、ボイラ１０、蒸気タービン２０、発電機３０、復水器４０、脱塩塔５０、復水熱交換器６１、エゼクタ６２、グランド復水器６３、ドレンクーラ６４、低圧給水加熱器６５、脱気器６６、給水ポンプ１０４、高圧給水加熱器９０、封水回収タンク７０などが配備されている。

そして、ボイラ１０、蒸気タービン２０、復水器４０にわたるラインのことが蒸気系統Ａとも呼ばれる。また、復水器４０から給水ポンプ１０４にわたるラインのことが復水系統Ｂとも呼ばれ、これら４０〜１０４が復水系統管路６０によって直列に接続されている。また、給水ポンプ１０４、高圧給水加熱器９０、ボイラ１０にわたるラインのことが給水系統Ｃとも呼ばれる。

そして、蒸気タービン２０は、直列に配列された高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３、低圧タービン２４を備え、それぞれの出力軸２５が同軸になるように連結され、出力軸２５からの回転力が発電機３０に伝達され、発電機３０を作動させる。

そして、ボイラ１０は、給水系統Ｃの配管から供給される水を蒸発させる蒸発器１１と、この蒸発器１１で蒸発させた飽和蒸気を過熱する過熱器１２と、蒸気タービン２０のうちの高圧タービン２１からの蒸気を過熱する再熱器１３とを備えている。過熱器１２によって過熱された蒸気は、第１蒸気管路１によって高圧タービン２１に供給される。また、高圧タービン２１からの蒸気は、第２蒸気管路２によって再熱器１３に供給される。

そして、再熱器１３によって過熱された蒸気は、第３蒸気管路３によって中圧タービン２２に供給される。また、中圧タービン２２と２台の低圧タービン２３，２４とが第４蒸気管路４によって接続されている。また、２台の低圧タービン２３，２４と復水器４０とが第５蒸気管路５によって接続されている。さらに、第１蒸気管路１の途中には、バルブ７が取り付けられ、このバルブ７と復水器４０とがバイパス管路６によって接続されている。

そして、復水器４０は、蒸気タービン２０から排出された蒸気と海水とを熱交換させる、すなわち、蒸気を凝縮して水（復水）に戻す凝縮器で、外部空間と蒸気が導入される内部空間とを画定するハウジング４１と、ハウジング４１の内外に配管される冷却管４２とを備えている。ハウジング４１内は、運転中において真空状態とされる。

また、冷却管４２の上流端と下流端には、それぞれ水源につながる取水路４３と放水路４４が接続されている。取水路４３には、冷却管４２に冷却水を供給するための循環ポンプ１０１が取り付けられている。なお、取水路４３、冷却管４２、放水路４４のラインのことが循環系統Ｄとも呼ばれる。

そして、脱塩塔（デミネ）５０は、水（復水）に含まれている陽イオン、陰イオンをイオン交換樹脂によって除去し、また、アンモニア、鉄、銅、シリカなどの不純物を除去するための装置で、常時、２塔運転されるが、起動時は３塔運転される（２塔のみ図示する。）。

そして、復水熱交換器６１は、復水と蒸気タービン２０の軸受冷却水として使用された水を熱交換させて、復水の温度を上昇させる装置である。また、エゼクタ６２は、蒸気噴流によるジェット作用によって復水から空気を抽出し、復水器４０の真空状態を維持するための装置である。また、グランド復水器６３は、蒸気タービン２０のグランドシール部をシールするために使用したシール蒸気（グランド蒸気）を空気とともに回収し、この混合ガスと復水とを熱交換させ、水（復水）の温度を上昇させる装置である。

そして、ドレンクーラ６４は、低圧給水加熱器６５において、タービン抽気が冷却されて生成されたドレンと復水とを熱交換させて、復水の温度を上昇させるとともに、このドレンを冷却するための装置である。また、低圧給水加熱器６５は、復水器４０から送り出された水を蒸気タービン２０から抽出された低圧の蒸気と熱交換して加熱する装置である。また、脱気器６６は、低圧給水加熱器６５で加熱された水内の溶存ガスを分離除去する装置である。

なお、復水器４０からの水（復水）は、復水ポンプ１０２，１０２によって吸引され、脱塩塔５０に送り出される。また、脱塩塔５０と復水熱交換器６１との間の復水系統管路６０には、水（復水）の圧力を上昇させるための復水昇圧ポンプ１０３，１０３が設けられている。すなわち、復水器４０から送り出された水（復水）は、脱塩塔５０によって圧力が大きく損失するため、水（復水）の循環力を高めるために復水昇圧ポンプ１０３，１０３が設けられている。なお、復水ポンプ１０２，１０２も復水昇圧ポンプ１０３，１０３も必要量だけ安定して送水することができるように、２台以上設けられている。

そして、高圧給水加熱器９０は、脱気器６６から送り出された水（復水）を蒸気タービン２０からの抽出された低圧の蒸気と熱交換して加熱する装置であり、この加熱された水はボイラ１０に供給される。また、脱気器６６と高圧給水加熱器９０との間の配管には、給水ポンプ１０４が設けられ、この給水ポンプ１０４によって脱気器６６からの水（復水）が高圧給水加熱器９０に送り出される。

なお、低圧給水加熱器６５と高圧給水加熱器９０とは、同種の給水加熱器であるが、給水ポンプ１０４の配置を基準にし、給水ポンプ１０４よりも復水器４０側を低圧給水加熱器６５、給水ポンプ１０４よりもボイラ１０側を高圧給水加熱器９０と命名されている。

そして、封水回収タンク７０は、グランド復水器６３などで回収されたシール蒸気や給水ポンプ１０４の回転部をシールするために使用された蒸気などを封水として貯留する装置で、封水回収管路７１，７１によってグランド復水器６３や給水ポンプ１０４などと接続されている。また、封水が復水として使用されるように復水器４０に送られ、循環するようにするため、封水回収タンク７０と復水器４０とが封水供給管路７２によって接続されている。

この封水供給管路７２には、封水回収タンク７０の水位によって封水を復水器４０に送る流量を調節するための封水回収タンク水位調節弁７３が設けられている。この封水回収タンク水位調節弁７３は、封水回収タンク７０の水位が高いときに大きく開き、低いときに絞るようにされている。

また、封水回収タンク７０内の封水は、復水器４０内が真空とされることによって、復水器４０内に引っ張られる、換言すれば、復水器４０内が真空でないと復水器４０内に引っ張られない。このため、起動時や復水器４０内が真空でないときにおいて、封水回収タンク７０内の封水を復水器４０に供給するための封水回収ポンプ１０５を設けた封水バイパス管路７４が封水回収タンク７０と封水回収タンク水位調節弁７３より下流側（封水回収タンク７０寄り）の封水供給管路７２との間に接続されている。

ここで、以上のような発電設備の起動運転について説明する。運転を開始する起動運転において、まず、循環系統Ｄの循環ポンプ１０１を駆動し、復水器４０に冷却水を供給した後、復水ポンプ１０２，１０２を駆動するとともに、２台以上の復水昇圧ポンプ１０３，１０３のうちの一部（例えば１台）の復水昇圧ポンプ１０３を駆動し、復水器４０内にある水（復水）を下流側へ送水する。

そして、復水器４０の真空度が高められ、所定の真空度に到達すると、給水ポンプ１０４を駆動して、復水系統Ｂからの水（復水）をボイラ１０に供給する。ボイラ１０で蒸気が発生し、この蒸気が蒸気タービン２０に送られることによって、蒸気タービン２０が回転し、発電機３０が作動する。蒸気タービン２０から排出された蒸気は、復水器４０に送られ、冷却されることによって水（復水）となり、循環する。

そして、発電機３０が発電を開始すると、発電機３０の出力が次第に増加する。発電機３０の出力が定格出力域よりも低い低出力域の下限値に到達すると、発電した電力の送電が開始される。これに伴って、発電機３０の負荷（出力）が徐々に高まることになるため、復水系統Ｂにおいて発電機３０の出力に応じた水量で復水器４０の水を給水ポンプ１０４に向けて送り、復水器４０の真空度を発電機３０の出力（負荷）に対応させる。

そして、蒸気タービン２０のグランドシール部をシールするために使用されたシール蒸気が封水回収タンク７０に回収される。また、給水ポンプ１０４の回転部などをシールするために用いられた蒸気が封水回収タンク７０に回収され、封水として貯留される。

この封水回収タンク７０内の封水は、封水供給管路７２から真空にされている復水器４０（例えば−９５．１ＫＰａ）に圧力差によって供給される。そして、封水回収タンク７０内の封水の水位が高いときは、封水回収タンク水位調節弁７３が大きく開かれ、封水が封水回収タンク７０から溢れないようにされている。また、封水回収タンク７０内の封水の水位が低いときは、封水回収タンク水位調節弁７３が絞られ、封水が封水回収タンク７０内から枯渇しないようにされている。このようにして、封水回収タンク７０から復水器４０に供給される封水の水量が調節される。

ただし、復水器４０の真空度が低いときや、起動時においては、封水供給管路７２から復水器４０に自動的に供給されないため、封水回収ポンプ１０５を駆動し、封水回収タンク７０内の封水を封水バイパス管路７４から復水器４０へ強制的に供給している。したがって、封水回収ポンプ１０５は通常、駆動されていない。

ところで、封水回収タンク７０内の封水の温度は５０〜５５℃であり、復水器４０内の温度は３４℃である。したがって、封水回収タンク７０内の封水は、復水器４０内に供給されると、降温し、復水として送り出される。しかし、この復水は、復水器４０から脱塩塔５０を経由して、復水熱交換器６１へ送られ、昇温される。したがって、従来の発電設備は、封水回収タンク７０に回収された封水が熱エネルギを有していながら、この熱エネルギを有効利用していないものとなっている。

そこで、封水回収タンクに回収された封水の熱エネルギを有効に回収し、発電設備の効率を向上するようにした封水回収設備及び封水回収方法についての発明が特許文献１に記載されている。

この封水回収設備は、復水器の復水を給水系に圧送する復水供給手段と、復水供給手段からの復水の一部を蒸気発生手段の給水として貯留する給水タンクと、封水回収タンク内の封水を給水タンクに圧送する封水供給系と、復水供給手段の出口側の給水の温度よりも封水回収タンクに貯留された水の温度が高くなった際に封水供給系に水が流通することを許容する流通規制弁とを備えている。

特開２００８−１８０１５９号公報

特許文献１に記載された封水回収設備では、封水回収タンクに貯留された比較的温度の高い封水を給水タンクに圧送するようにされている。給水タンクは、ボイラへの給水の一部を貯留し、蒸気発生装置へ給水する。蒸気発生装置は、蒸気タービン以外の機器を駆動させるための蒸気を発生させる。したがって、特許文献１に記載された封水回収設備は、蒸気発生装置を備えていない発電設備において実施することができないだけでなく、封水回収タンクに貯留された封水をボイラに供給するようにされていない。

そこで、本発明は、蒸気発生装置が備えられていなくても、封水回収タンクに貯留された封水を熱エネルギのロスなく、ボイラに供給することができるようにした発電設備及び発電設備の運転方法を提供することを課題とする。

本発明に係る発電設備は、蒸気タービンに供給する蒸気を発生させるボイラと、発電機を駆動して蒸気タービンから排出された蒸気を水に戻す復水器と、蒸気タービンのグランドシール部をシールするために使用したシール蒸気を空気とともに回収し、復水の温度を上昇させるグランド復水器と、復水器から送り出された水を蒸気タービンから抽出された低圧の蒸気と熱交換して加熱する低圧給水加熱器と、低圧給水加熱器で加熱された水をボイラに供給する給水ポンプと、グランド復水器や給水ポンプで使用された蒸気を封水として貯留し、該封水を復水器に供給する封水回収タンクとを備え、前記復水器、グランド復水器、低圧給水加熱器、給水ポンプが復水系統管路によって直列に接続されている発電設備であって、前記復水器から前記低圧給水加熱器までの復水系統管路の任意の部位と前記封水回収タンクとが封水注入管路によって接続され、封水回収タンク内の封水を前記復水系統管路内に必要時に注入するための封水注入弁が前記封水注入管路に設けられていることを特徴としている。

この発電設備によれば、復水器から低圧給水加熱器までの復水系統管路の任意の部位と封水回収タンクとが封水注入管路によって接続され、封水回収タンク内の封水を前記復水系統管路内に必要時に注入するための封水注入弁が前記封水注入管路に設けられていることにより、封水回収タンクに貯留され、高温（例えば５０〜５５℃程度）状態にある封水は、復水器に送られることなく、復水系統管路内に注入されることにより、封水の熱エネルギがロスすることなく、ボイラに供給される。

なお、封水注入管路に封水注入弁が設けられていることにより、発電設備の起動時や停止時など封水が低温状態にあるときは、封水注入弁を閉じて、封水回収タンク内の封水を復水器に供給することができるようにされている。

また、前記本発明に係る発電設備において、前記復水器で得られた水に含まれる不純物を除去するための脱塩塔と、脱塩塔内の水を昇圧させてボイラの方に送る復水昇圧ポンプとが備えられ、該脱塩塔と復水昇圧ポンプとの間の復水系統管路に前記封水注入管路が接続されていることが好ましい。

この発電設備によれば、脱塩塔と復水昇圧ポンプとの間の復水系統管路に封水注入管路が接続されていることにより、復水昇圧ポンプによって昇圧した水（復水）よりも、封水を水（復水）に容易に注入することができる。また、脱塩塔には、イオン交換樹脂が備えられているため、復水が脱塩塔よりも上流側の復水系統管路に注入されると、高温の復水によってイオン交換樹脂が損傷することもあり得るが、脱塩塔と復水昇圧ポンプとの間の復水系統管路に復水が注入されることにより、脱塩塔に備えられたイオン交換樹脂を損傷させないようにすることができる。

また、本発明に係る発電設備の運転方法は、前記の本発明に係る発電設備に備えられた封水回収タンク内の封水を復水径管路内に注入する発電設備の運転方法であって、前記封水注入弁を定格運転時に開くことを特徴としている。

この発電設備の運転方法によれば、封水注入弁が定格運転時に開かれることにより、封水が高温（例えば５０〜５５℃程度）状態になり、熱エネルギを有しているときに、復水器に供給されず、復水系統管路内に注入することができる。

本発明によれば、封水回収タンクに貯留され、高温状態にある封水が復水器に送られることなく、復水系統管路内に注入されることにより、封水の熱エネルギを有効利用することができるため、蒸気発生装置が備えられていなくても、ボイラで蒸気を発生させるための燃料を節減することが可能な発電設備及び発電設備の運転方法を提供することができる。

本発明に係る発電設備の要部を示す概念図である。 従来の発電設備の全体を示す概念図である。

本発明に係る発電設備及び発電設備の運転方法の一実施の形態について図１を参照しながら説明する。なお、背景技術において説明した従来の装置については、同一符合を付して、その説明を省略する。

この実施形態の発電設備は、封水回収タンク７０と復水系統管路６０とを封水注入管路７５によって接続したことを特徴としている。ただし、封水注入管路７５は、封水回収タンク７０に貯留された封水の熱エネルギを利用するため、低圧給水加熱器６５までの復水系統管路６０に接続される。

さらに、復水昇圧ポンプ１０３の下流側の復水は、復水昇圧ポンプ１０３によって昇圧されていることから、封水を復水系統管路６０内に注入するため、ハイパワーの高性能のポンプを封水注入管路７５に設けなければならなくなる。また、脱塩塔５０には、耐熱温度が約６０℃のイオン交換樹脂が備えられているため、復水が復水ポンプ１０２，１０２と脱塩塔５０との間の復水系統管路６０に注入されると、封水が６０℃程度に高温にされた場合にイオン交換樹脂が損傷することもあり得る。

そこで、封水注入管路７５は、脱塩塔５０と復水昇圧ポンプ１０３との間の復水系統管路６０に接続することが好ましい。この場合であっても、封水注入管路７５には、封水回収タンク７０に貯留された封水を復水系統管路６０内に注入するための加圧ポンプ１０６が設けられている。ただし、この加圧ポンプは、復水昇圧ポンプ１０３によって昇圧されていない復水に注入することができる、すなわち高性能でないものを使用することができる。

そして、封水注入管路７５には、加圧ポンプ１０６と復水系統管路６０との接続部との間において、封水注入弁７６が設けられている。この封水注入弁７６は、封水回収タンク７０内の封水を復水系統管路６０内に必要時に注入するためのもので、具体的には、定格運転時に開かれ、定格運転時以外は閉じるようにされている。

他の装置については従来と同じであるため、次に、このような発電設備の運転方法について説明する。運転を開始する起動運転において、循環系統Ｄの循環ポンプ１０１を駆動し、復水器４０に冷却水を供給した後、復水ポンプ１０２，１０２を駆動するとともに、２台以上の復水昇圧ポンプ１０３，１０３のうちの一部（例えば１台）の復水昇圧ポンプ１０３を駆動し、復水器４０内にある水を下流側へ送水する。

この起動運転時においては、復水器４０内の真空度が低いため、封水注入弁７６が閉じられ、封水回収タンク７０に貯留された復水が復水系統管路６０内に注入されない。また、封水回収タンク水位調節弁７３を開け、封水回収ポンプ１０５を駆動することにより、封水回収タンク７０内の封水が復水器４０内に供給される。

そして、エゼクタ６２を作動させ、復水器４０内の真空度を高める。復水器４０の真空度が所定の真空度に到達すると、給水ポンプ１０４を駆動して、復水系統Ｂからの水をボイラ１０に供給する。そうすると、ボイラ１０内に水が溜り、その水が蒸気となり、この蒸気が蒸気タービン２０に供給され、蒸気タービン２０の出力軸からの回転力が発電機３０に伝達されることにより、発電機３０が作動する。

発電機３０の出力は、次第に増していき、その出力が予め設定された出力値に到達すると、送電が開始される。そして、復水器４０内が真空にされることにより、封水回収ポンプ１０５を停止する。また、封水回収タンク７０に貯留された封水の量に応じて、封水回収タンク水位調節弁７３の開度が調節される。

そして、定格運転され、封水回収タンク７０に貯留された封水が高温（例えば５０〜５５℃程度）になると、封水回収タンク水位調節弁７３を閉じ、封水注入弁７６を開けるとともに、加圧ポンプ１０６を駆動する。すると、封水回収タンク７０内の高温の封水が封水注入管路７５から復水系統管路６０内に注入される。

復水系統管路６０内には、復水器４０から送り出された水（復水）が脱塩塔５０によって不純物を除去した状態とされて送水されている。この水（復水）は、封水が注入されることにより、約４０℃から例えば４０．５℃程度に僅かに昇温する。

そして、この水は、復水熱交換器６１、エゼクタ６２、グランド復水器６３、ドレンクーラ６４、低圧給水加熱器６５、脱気器６６へと復水系統管路６０内を流れる。さらに、この水は、給水ポンプ１０４によって昇圧され、高圧給水加熱器９０からボイラ１０に送られる。ボイラ１０に送られた水は、封水が復水器４０内に供給されていたときよりも昇温しているため、ボイラを駆動する燃料を節減し、蒸気を発生させることができる。

なお、本発明は、前記の実施形態に限定することなく種々変更することができる。例えば、脱塩塔５０に備えられたイオン交換樹脂の耐熱温度が約６０℃であり、封水が５５℃程度まで高温とされていることから、余裕をみて、封水注入管路７５を脱塩塔５０よりも下流側に接続したが、理論的には脱塩塔５０の上流側の復水系統管路６０に封水注入管路７５を接続することができる。逆に、封水注入管路７５は、復水昇圧ポンプ１０３，１０３よりも下流側で低圧給水加熱器６５までであれば、任意の部位に接続することもできる。

また、図示した発電設備は、一例であり、封水回収タンク７０を備えていれば、ほかに種々の装置を備えた発電設備においても実施することができ、封水は、グランド復水器６３や給水ポンプ１０４以外で使用された蒸気を封水回収タンク７０に回収したものであってもよい。さらに、本発明は、火力発電所だけでなく、原子力発電所などでも実施することができる。

１０………ボイラ
２０………蒸気タービン
３０………発電機
４０………復水器
５０………脱塩塔
６０………復水系統管路
６３………グランド復水器
６５………低圧給水加熱器
７０………封水回収タンク
７５………封水注入管路
１０３……復水昇圧ポンプ
１０４……給水ポンプ

Claims (3)

1. 蒸気タービンに供給する蒸気を発生させるボイラと、発電機を駆動して蒸気タービンから排出された蒸気を水に戻す復水器と、蒸気タービンのグランドシール部をシールするために使用したシール蒸気を空気とともに回収し、復水の温度を上昇させるグランド復水器と、復水器から送り出された水を蒸気タービンから抽出された低圧の蒸気と熱交換して加熱する低圧給水加熱器と、低圧給水加熱器で加熱された水をボイラに供給する給水ポンプと、グランド復水器や給水ポンプで使用された蒸気を封水として貯留し、該封水を復水器に供給する封水回収タンクとを備え、前記復水器、グランド復水器、低圧給水加熱器、給水ポンプが復水系統管路によって直列に接続されている発電設備であって、
   前記復水器から前記低圧給水加熱器までの復水系統管路の任意の部位と前記封水回収タンクとが封水注入管路によって接続され、封水回収タンク内の封水を前記復水系統管路内に必要時に注入するための封水注入弁が前記封水注入管路に設けられていることを特徴とする発電設備。
2. 前記復水器で得られた水に含まれる不純物を除去するための脱塩塔と、脱塩塔内の水を昇圧させてボイラの方に送る復水昇圧ポンプとが備えられ、該脱塩塔と復水昇圧ポンプとの間の復水系統管路に前記封水注入管路が接続されていることを特徴とする請求項１記載の発電設備。
3. 請求項１又は２に記載の発電設備に備えられた封水回収タンク内の封水を復水径管路内に注入する発電設備の運転方法であって、
   前記封水注入弁を定格運転時に開くことを特徴とする発電設備の運転方法。

Images