JP2012246892A - Power generation plant using steam compressing system, and operation method thereof - Google Patents

Power generation plant using steam compressing system, and operation method thereof Download PDF

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Koji Nanba
孝次 難波
Fumio Takahashi
文夫 高橋
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Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd
日立Geニュークリア・エナジー株式会社
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generation plant having a novel steam compressing system having heat efficiency higher than conventional heat efficiency and an operation method thereof, by solving the problem that the plant performance is decreased because a flow rate of a main steam being a working fluid of high pressure and low pressure turbines reduces compared to a generating steam quantity from a nuclear reactor pressure vessel or a boiler, owing to usage of high temperature main steam or extraction steam from the high pressure turbine for heating a moisture content separating superheater, in a conventional power generation plant.SOLUTION: The heat efficiency of the power generation plant is improved by overheating the main steam temperature by raising the temperature and increasing pressure of low temperature-low pressure main steam from the high pressure turbine to high temperature-high pressure main steam by small in-house power by arranging at least one steam compressor in the power generation plant. The power generation plant heat efficiency is improved by constituting a reheat cycle of the main steam by coaxially installing a main steam overheating steam compressor between the high pressure turbine and the low pressure turbine.

Description

本発明は蒸気圧縮機又は蒸気圧縮システムを用いた原子力または火力発電プラントに関する。   The present invention relates to a nuclear power plant or a thermal power plant using a steam compressor or a steam compression system.
蒸気発生源として原子炉圧力容器1を用いる従来の発電プラントとして、例えば沸騰水型軽水炉(BWR)は、図13に示す様に、核分裂性物質を含む炉心を収納した原子炉圧力容器1内で冷却材として水を沸騰させ、生じた蒸気を主蒸気出口弁2と主蒸気配管3と主蒸気止め弁4を経由して高圧タービン5へ送り、さらに主蒸気配管6、湿分分離器(以下、MS)7、湿分分離過熱器8A、8B、主蒸気配管9を経由して低圧タービン10へと送り、高圧タービン5、低圧タービン10の主軸11と連動した発電機12で発電している。   As a conventional power plant that uses a reactor pressure vessel 1 as a steam generation source, for example, a boiling water light water reactor (BWR) has a reactor pressure vessel 1 containing a core containing a fissile material, as shown in FIG. Water is boiled as a coolant, and the generated steam is sent to the high-pressure turbine 5 via the main steam outlet valve 2, the main steam pipe 3, and the main steam stop valve 4, and further, the main steam pipe 6 and the moisture separator (hereinafter referred to as the moisture separator). , MS) 7, moisture separation superheaters 8A and 8B, and main steam pipe 9 are sent to low-pressure turbine 10 to generate power by generator 12 linked to high-pressure turbine 5 and main shaft 11 of low-pressure turbine 10. .
13は排気蒸気管、15aは海水入口配管、15bは海水出口配管、16は海水循環ポンプ、19は給水配管、42は主蒸気配管3からの主蒸気抽気蒸気、43は高圧タービン5からの高圧抽気蒸気、45は高圧タービン5からの高圧抽気蒸気、46は低圧タービン10からの低圧抽気蒸気である。   13 is an exhaust steam pipe, 15a is a seawater inlet pipe, 15b is a seawater outlet pipe, 16 is a seawater circulation pump, 19 is a water supply pipe, 42 is a main steam extraction steam from the main steam pipe 3, and 43 is a high pressure from the high pressure turbine 5. The extraction steam, 45 is the high-pressure extraction steam from the high-pressure turbine 5, and 46 is the low-pressure extraction steam from the low-pressure turbine 10.
通常のBWR発電プラントでは、低圧タービン10出口側に設置された復水器14で発電に使用された蒸気が凝縮して水となり、その後低圧給水加熱器18a〜18dおよび高圧給水加熱器21a、21b、さらに低圧復水ポンプ17、高圧給水ポンプ20を通って昇圧、加熱されて原子炉圧力容器1内に給水される。   In a normal BWR power plant, the steam used for power generation is condensed by the condenser 14 installed on the outlet side of the low-pressure turbine 10 to become water, and then the low-pressure feed water heaters 18a to 18d and the high-pressure feed water heaters 21a and 21b. Further, the pressure is raised and heated through the low-pressure condensate pump 17 and the high-pressure feed water pump 20, and water is supplied into the reactor pressure vessel 1.
通常のプラント設計では、まず原子炉圧力容器内の炉心の熱出力を決定し、その熱出力で最高の熱効率が得られるように主蒸気配管以降の蒸気の流れを最適化している。具体的には、復水器14で蒸気を水にすると熱サイクルの原理から通常のBWR原子炉圧力容器の圧力(約7MPa)では水の潜熱は発電に用いることができずに無駄になる。そこで、主蒸気のうちの一部を抽気して給水加熱器により給水を加熱する。この場合には、主蒸気の熱はそのほとんどが回収されるため原子炉の熱効率が向上する。   In normal plant design, the thermal output of the core in the reactor pressure vessel is first determined, and the steam flow after the main steam pipe is optimized so that the highest thermal efficiency can be obtained with that thermal output. Specifically, when steam is converted into water by the condenser 14, the latent heat of water cannot be used for power generation and is wasted at the pressure of a normal BWR reactor pressure vessel (about 7 MPa) from the principle of thermal cycle. Therefore, a part of the main steam is extracted and the feed water is heated by the feed water heater. In this case, most of the heat of the main steam is recovered, so that the thermal efficiency of the reactor is improved.
一般に、再循環ポンプとジェットポンプを有する再循環系を用い、MSを備えているBWRにおいては、主蒸気のうち最終的に低圧タービン10出口から復水器14に送られる蒸気の量は約2/3弱で、残りの約1/3強の蒸気を抽気蒸気として給水の加熱に用いている。また、MSの代わりに湿分分離過熱器(以下、MSH)を設置した改良型沸騰水型軽水炉(ABWR)においては、主蒸気のうち最終的に低圧タービン出口から復水器に送られる蒸気の量はBWRと同様に約2/3弱である。ここで、各給水加熱器が6基設置されている場合に、1基当たりの抽気蒸気量は平均して主蒸気の約7%程度である。   In general, in a BWR that uses a recirculation system having a recirculation pump and a jet pump and has an MS, the amount of steam finally sent from the outlet of the low-pressure turbine 10 to the condenser 14 is about 2 of the main steam. The remaining steam is slightly less than / 3 and about 1/3 of the remaining steam is used for heating the feed water as extracted steam. In an improved boiling water light water reactor (ABWR) in which a moisture separator superheater (hereinafter referred to as MSH) is installed in place of the MS, the steam that is finally sent from the low-pressure turbine outlet to the condenser is removed from the main steam. The amount is a little less than about 2/3 like BWR. Here, when six feed water heaters are installed, the amount of extracted steam per unit averages about 7% of the main steam.
これらBWRあるいはABWR発電プラントにMSHを採用して、再熱効率によりプラントの熱効率を向上させることは一般的に知られている。しかしながら、従来はMSHで主蒸気を過熱するために、原子炉圧力容器から発生した主蒸気または高圧タービンからの高温抽気蒸気を使用しているため、タービンを回転するための作動流体である主蒸気流量が約2%少なくなっている。   It is generally known to employ MSH in these BWR or ABWR power plants to improve the thermal efficiency of the plant by reheating efficiency. However, conventionally, main steam generated from a reactor pressure vessel or high-temperature extracted steam from a high-pressure turbine is used to superheat the main steam with MSH, so that main steam that is a working fluid for rotating the turbine is used. The flow rate is about 2% lower.
また、低圧タービン10で発電機12を回すために余分に使用された低温・低圧の蒸気は復水器14へ戻さずにプラント内へリサイクルして熱回収することが望ましい。しかし、圧力バランスから見ると、この低温・低圧の蒸気は最もエンタルピが低く、圧力的にも温度的にも通常の方法ではエネルギーを回収することは困難である。   Further, it is desirable that the low-temperature / low-pressure steam extra used for rotating the generator 12 by the low-pressure turbine 10 is recycled to the plant without returning to the condenser 14 to recover heat. However, from the viewpoint of pressure balance, this low-temperature and low-pressure steam has the lowest enthalpy, and it is difficult to recover energy by the usual method both in terms of pressure and temperature.
そこで、従来から、プラントの熱効率を高めるために蒸気圧縮機を用いた蒸気ヒートポンプを適用した火力発電プラントが提案されている。例えば、特許文献1には復水器から供給した蒸気を一台の蒸気圧縮機で圧縮し、圧縮された蒸気を蒸気圧縮機の軸方向における複数個所から4基の給水加熱器に供給する火力発電プラントが記載されている。   Therefore, conventionally, a thermal power plant using a steam heat pump using a steam compressor has been proposed in order to increase the thermal efficiency of the plant. For example, Patent Document 1 discloses a thermal power in which steam supplied from a condenser is compressed by a single steam compressor, and the compressed steam is supplied from a plurality of locations in the axial direction of the steam compressor to four feed water heaters. A power plant is described.
提案された火力発電プラントは、ボイラで発生した蒸気を高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンに順次供給し、これらのタービンの回転軸に連結された発電機を回転させて発電を行っている。低圧タービンから排出された蒸気は、復水器で凝縮されて水になる。この水は、給水として給水配管を通してボイラに供給される。   In the proposed thermal power plant, steam generated in a boiler is sequentially supplied to a high-pressure turbine, an intermediate-pressure turbine, and a low-pressure turbine, and power is generated by rotating a generator connected to the rotating shafts of these turbines. The steam discharged from the low-pressure turbine is condensed into water by the condenser. This water is supplied to the boiler through a water supply pipe as water supply.
給水は、給水配管を通る間に、4段の給水加熱器によって加熱されて温度が高められている。復水器から抽気された蒸気が蒸気圧縮機によって圧縮されて温度が上昇し、この圧縮された蒸気が、蒸気圧縮機の軸方向における複数個所から抽気されて各給水加熱器に供給される。給水は、各給水加熱器に供給された蒸気によって加熱される。蒸気は各給水加熱器で凝縮水となり、この凝縮水が給水に供給される。また、蒸気圧縮機は、蒸気を断熱圧縮するために内部エネルギーが上昇して過熱状態となるので、これを防ぎ所要電力をセーブするために復水を上記蒸気圧縮機内にミスト状に噴霧している。   The feed water is heated by a four-stage feed water heater while passing through the feed water pipe to increase the temperature. Steam extracted from the condenser is compressed by the steam compressor and the temperature rises, and the compressed steam is extracted from a plurality of locations in the axial direction of the steam compressor and supplied to each feed water heater. The feed water is heated by the steam supplied to each feed water heater. The steam becomes condensed water in each feed water heater, and this condensed water is supplied to the feed water. Further, since the steam compressor adiabatically compresses the steam, the internal energy rises and becomes overheated. To prevent this and conserve the required power, the condensate is sprayed into the steam compressor in the form of a mist. Yes.
また、特許文献2には、熱併給蒸気タービンプラントが記載されている。この熱併給蒸気タービンプラントは、ボイラで発生した蒸気をタービンに供給して発電機を回転させて発電し、タービンから排出された蒸気を高圧プロセス蒸気供給先及び低圧プロセス蒸気供給先にそれぞれ供給する。高圧プロセス蒸気供給先に供給される蒸気は、タービンから排気された蒸気を蒸気圧縮機で圧縮している。   Patent Document 2 describes a combined heat and steam turbine plant. This co-heat steam turbine plant supplies steam generated in a boiler to a turbine, rotates a generator to generate power, and supplies steam discharged from the turbine to a high-pressure process steam supply destination and a low-pressure process steam supply destination, respectively. . The steam supplied to the high-pressure process steam supply destination compresses the steam exhausted from the turbine with a steam compressor.
実開平1−123001号公報Japanese Utility Model Publication No. 1-123001 特開平5−65808号公報JP-A-5-65808
一般にランキンサイクルにおいては、高圧タービンで仕事の終わった湿り蒸気である主蒸気を過熱蒸気にすることで熱効率を向上する。つまり、高圧タービンと低圧タービンの間に湿分分離過熱器を設置して再熱サイクルを採用する必要がある。湿分分離過熱器内で、被加熱流体である主蒸気を加熱するために、高温の熱源である主蒸気の一部あるいは高圧タービンからの抽気蒸気を利用する。これにより、本来は高圧タービンや低圧タービンで仕事をするために使用されるはずの主蒸気の流量が減少し、その分だけ仕事量が低下することになる。   Generally, in the Rankine cycle, the main steam, which is the wet steam that has finished work in the high-pressure turbine, is converted into superheated steam to improve the thermal efficiency. In other words, it is necessary to install a moisture separation superheater between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine and adopt a reheat cycle. In order to heat the main steam, which is a fluid to be heated, in the moisture separation superheater, a part of the main steam, which is a high-temperature heat source, or extracted steam from a high-pressure turbine is used. As a result, the flow rate of the main steam that is supposed to be used for working in the high-pressure turbine and the low-pressure turbine is reduced, and the work amount is reduced accordingly.
そこで、高圧タービンで膨張して湿り蒸気になった主蒸気を蒸気圧縮機を用いて圧縮し過熱蒸気とし、次に低圧タービンで再度湿り蒸気まで膨張して主軸を回転させて発電機で仕事をする。これによって、本来の高圧および低圧タービンで仕事をする主蒸気流量を約2%減らさずに、しかも仕事の終わった低熱源蒸気を再び高温化して再利用することでサイクル効率を向上することができる。それには、高圧タービンと低圧タービンの間に主軸上に蒸気圧縮機を設置して、これにより小さな所内動力で主蒸気の温度・圧力を上昇させればよい。   Therefore, the main steam that has been expanded by the high-pressure turbine into wet steam is compressed using a steam compressor to form superheated steam, and then expanded again to wet steam by the low-pressure turbine to rotate the main shaft and work on the generator. To do. As a result, the cycle efficiency can be improved by reducing the temperature of the main heat source working in the original high-pressure and low-pressure turbines by about 2% and reusing the low-temperature heat source steam that has finished work again. . For this purpose, a steam compressor may be installed on the main shaft between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine, thereby increasing the temperature and pressure of the main steam with a small in-house power.
本発明では、発電プラント内にある高圧タービンと低圧タービンと発電機を連結する主軸の、特に高圧タービンと低圧タービンの間にコンパクトな蒸気圧縮機を少なくとも一つ設置・接続して、高圧タービンで仕事の終わった低温・低圧の蒸気を昇温・昇圧して低圧タービンへ供給することにより、作動媒体である主蒸気の温度を過熱して低圧タービンへ供給することで、定格運転時のプラント熱効率を向上させることができる。さらに、低圧タービンからの排気蒸気を海水へ大量に排出することなくプラント内で再利用できるため、環境の観点からも有効活用できる。またコンパクトで高性能な蒸気圧縮機を設置することにより、タービン建屋スペースおよび配管配置空間等、他のプラント機器への影響も無い。   In the present invention, at least one compact steam compressor is installed and connected to the main shaft connecting the high-pressure turbine, the low-pressure turbine and the generator in the power plant, particularly between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine. The temperature of the low-temperature and low-pressure steam that has finished work is raised and increased, and then supplied to the low-pressure turbine, so that the temperature of the main steam, which is the working medium, is superheated and supplied to the low-pressure turbine. Can be improved. Furthermore, since the exhaust steam from the low-pressure turbine can be reused in the plant without discharging it to seawater in large quantities, it can be effectively used from the viewpoint of the environment. In addition, by installing a compact and high-performance steam compressor, there is no influence on other plant equipment such as a turbine building space and a piping arrangement space.
すなわち、本発明はプラント内の熱源を利用して蒸気圧縮機で湿り蒸気を過熱蒸気にすることにより、熱効率向上を可能とする蒸気圧縮システムを用いた原子力発電プラントあるいは火力発電プラントを提供することを目的とする。   That is, the present invention provides a nuclear power plant or a thermal power plant using a steam compression system that can improve thermal efficiency by using a heat source in the plant to convert wet steam into superheated steam with a steam compressor. With the goal.
本発明は、冷却材を蒸気発生器に供給する給水配管及び復水配管と、冷却材を昇圧する低圧復水ポンプ及び高圧給水ポンプと、冷却材を加熱する低圧給水加熱器及び高圧給水加熱器と、冷却材を蒸気にまで加熱する炉心または蒸気発生器と、蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、高圧タービンおよび低圧タービンに主軸で連結された発電機と、低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器を有する発電プラントにおいて、高圧タービンと低圧タービンの間に少なくとも1つの蒸気圧縮機を主軸で連結して、高圧タービンで仕事をした後の低温・低圧の湿り蒸気を圧縮して昇温・昇圧し、低圧タービンで仕事をするために主蒸気を飽和蒸気あるいは過熱蒸気として低圧タービンへ供給することを特徴とする。かかる構成によると、蒸気圧縮機により低温になった湿り蒸気の主蒸気温度を過熱することができ発電プラントの熱効率を向上し、また復水器から海水へ放出される排熱量を減少させることができる。   The present invention relates to a feed water pipe and a condensate pipe for supplying a coolant to a steam generator, a low pressure condensate pump and a high pressure feed water pump for boosting the coolant, a low pressure feed water heater and a high pressure feed water heater for heating the coolant. And a core or steam generator that heats the coolant to steam, a high-pressure turbine and a low-pressure turbine that recover energy from the steam, a generator connected to the high-pressure turbine and the low-pressure turbine by a main shaft, and a low-pressure turbine In a power plant having a condenser that cools and condenses the steam, at least one steam compressor is connected between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine with a main shaft, and the low-temperature and low-pressure after working in the high-pressure turbine Compress wet steam to increase the temperature and pressure, and supply main steam as saturated steam or superheated steam to the low-pressure turbine to work in the low-pressure turbine. And butterflies. According to such a configuration, the main steam temperature of the wet steam, which has been lowered by the steam compressor, can be overheated, the thermal efficiency of the power plant can be improved, and the amount of exhaust heat released from the condenser to seawater can be reduced. it can.
また、発電プラントにおいて、高圧タービンと低圧タービンの間に中圧タービンを設置し、高圧タービンと中圧タービンの間に少なくとも1つの高圧蒸気圧縮機を主軸で連結し、中圧タービンと低圧タービンの間に少なくとも1つの中圧蒸気圧縮機を主軸で連結して設置することを特徴とする。かかる構成によっても、プラント熱効率を向上し、海水へ放出される排熱量を減少させることができる。   In the power plant, an intermediate pressure turbine is installed between the high pressure turbine and the low pressure turbine, and at least one high pressure steam compressor is connected between the high pressure turbine and the intermediate pressure turbine with a main shaft, and the intermediate pressure turbine and the low pressure turbine are connected. It is characterized in that at least one intermediate pressure steam compressor is connected and installed by a main shaft. Such a configuration can also improve plant thermal efficiency and reduce the amount of exhaust heat released to seawater.
また、発電プラントにおいて、高圧タービンと低圧タービンの間に中圧タービンを設置し、高圧タービンと中圧タービンの間に少なくとも1つの高圧蒸気圧縮機を、中圧タービンと低圧タービンの間に少なくとも1つの中圧蒸気圧縮機を、低圧タービンと発電機の間に少なくとも1つの低圧蒸気圧縮機を各々主軸で連結して設置することを特徴とする。かかる構成によっても、プラント熱効率を向上し海水へ放出される排熱量を減少させることができる。   In the power plant, an intermediate pressure turbine is installed between the high pressure turbine and the low pressure turbine, at least one high pressure steam compressor is provided between the high pressure turbine and the intermediate pressure turbine, and at least one is provided between the intermediate pressure turbine and the low pressure turbine. One intermediate pressure steam compressor is installed by connecting at least one low pressure steam compressor with a main shaft between a low pressure turbine and a generator. Even with such a configuration, the plant thermal efficiency can be improved and the amount of exhaust heat released to seawater can be reduced.
また、発電プラントにおいて、高圧タービンと蒸気圧縮機の間に湿分分離器を設置し、高圧タービン排気蒸気を飽和蒸気にして蒸気圧縮機へ供給することを特徴とする。かかる構成によっても、プラント熱効率を向上し、海水へ放出される排熱量を減少させることができる。   The power plant is characterized in that a moisture separator is installed between the high-pressure turbine and the steam compressor, and the high-pressure turbine exhaust steam is made saturated steam and supplied to the steam compressor. Such a configuration can also improve plant thermal efficiency and reduce the amount of exhaust heat released to seawater.
また、発電プラントにおいて、高圧タービンと蒸気圧縮機の間に湿分分離過熱器を設置し、高圧タービン排気蒸気を過熱蒸気にして蒸気圧縮機へ供給することを特徴とする。かかる構成によっても、プラント熱効率を向上し、海水へ放出される排熱量を減少させることができる。   Moreover, in a power plant, a moisture separation superheater is installed between the high-pressure turbine and the steam compressor, and the high-pressure turbine exhaust steam is supplied as superheated steam and supplied to the steam compressor. Such a configuration can also improve plant thermal efficiency and reduce the amount of exhaust heat released to seawater.
また、発電プラントにおいて、高圧タービンと低圧タービンの間に湿分分離過熱器を設置し、高圧タービンからの排気蒸気を主蒸気配管から分岐してバイパス流として蒸気圧縮機へ供給し、蒸気圧縮機で圧縮加熱した過熱蒸気を低圧タービンへ供給する主蒸気配管へ合流させて低圧タービンへ供給することを特徴とする。かかる構成によっても、プラント熱効率を向上し海水へ放出される排熱量を減少させることができる。   In a power plant, a moisture separator superheater is installed between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine, and the exhaust steam from the high-pressure turbine is branched from the main steam pipe and supplied to the steam compressor as a bypass flow. The superheated steam that is compressed and heated in step 1 is joined to a main steam pipe that supplies the low-pressure turbine to be supplied to the low-pressure turbine. Even with such a configuration, the plant thermal efficiency can be improved and the amount of exhaust heat released to seawater can be reduced.
さらに、発電プラントにおいて、発電プラントに沸騰水型原子力発電プラント、加圧水型原子力発電プラントまたは高速増殖炉型原子力発電プラント、汽水型火力発電プラントまたはガスタービン複合型火力発電プラントを使用する蒸気圧縮機を備えた発電プラントによっても、プラント熱効率を向上し、海水へ放出される排熱量を減少させることができる。   Furthermore, in a power plant, a steam compressor that uses a boiling water nuclear power plant, a pressurized water nuclear power plant or a fast breeder reactor nuclear power plant, a brackish water thermal power plant or a gas turbine combined thermal power plant is used. The power plant provided can also improve plant thermal efficiency and reduce the amount of exhaust heat released to seawater.
本発明によれば、特に原子力あるいは火力発電プラントにおいて、高圧タービンで仕事をした湿り蒸気を、蒸気圧縮機により高温・高圧の過熱蒸気に再熱して低圧タービンへ主蒸気として供給することができるため、従来必要とされていた湿分分離過熱器や、主蒸気を過熱するための高圧タービンや主蒸気からの加熱用抽気蒸気が不要となり、発電プラントの熱効率を向上することが可能となる。   According to the present invention, particularly in a nuclear power plant or a thermal power plant, wet steam that has worked in a high-pressure turbine can be reheated to high-temperature and high-pressure superheated steam by a steam compressor and supplied to the low-pressure turbine as main steam. Thus, the moisture separation superheater, which has been conventionally required, the high-pressure turbine for superheating the main steam, and the extraction steam for heating from the main steam become unnecessary, and the thermal efficiency of the power plant can be improved.
また、蒸気圧縮機は高圧タービンと低圧タービンに連結された主軸に同軸で設置されるため、蒸気圧縮機を回転するための余分な所内動力を必要とせずコンパクトな構成で再生および再熱サイクルによる熱効率および電気出力の向上を可能にする。   In addition, since the steam compressor is installed coaxially on the main shaft connected to the high-pressure turbine and the low-pressure turbine, it does not require extra in-house power to rotate the steam compressor, and it has a compact configuration with a regeneration and reheat cycle. Enables improved thermal efficiency and electrical output.
本発明の実施例1における沸騰水型原子力発電プラントの系統図。1 is a system diagram of a boiling water nuclear power plant according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1における沸騰水型原子力発電プラントの熱効率の説明図。Explanatory drawing of the thermal efficiency of the boiling water nuclear power plant in Example 1 of this invention. 本発明の実施例2における沸騰水型原子力発電プラントの系統図。The system diagram of the boiling water nuclear power plant in Example 2 of this invention. 本発明の実施例2における沸騰水型原子力発電プラントの熱効率の説明図。Explanatory drawing of the thermal efficiency of the boiling water nuclear power plant in Example 2 of this invention. 本発明の実施例3における沸騰水型原子力発電プラントの系統図。The system diagram of the boiling water nuclear power plant in Example 3 of this invention. 本発明の実施例4における沸騰水型原子力発電プラントの系統図。The system diagram of the boiling water nuclear power plant in Example 4 of this invention. 本発明の実施例5における沸騰水型原子力発電プラントの系統図。The system diagram of the boiling water nuclear power plant in Example 5 of this invention. 本発明の実施例6における沸騰水型原子力発電プラントの系統図。The system diagram of the boiling water nuclear power plant in Example 6 of this invention. 本発明の実施例7における火力発電プラントの系統図。The systematic diagram of the thermal power plant in Example 7 of this invention. 本発明の実施例8における加圧水型原子力発電プラントの系統図。The systematic diagram of the pressurized water nuclear power plant in Example 8 of this invention. 本発明の実施例9における高速増殖炉型原子力発電プラントの系統図。The systematic diagram of the fast breeder reactor nuclear power plant in Example 9 of this invention. 本発明の実施例10におけるコンバインド型ガスタービン・火力発電プラントの系統図。The system diagram of the combined gas turbine and thermal power plant in Example 10 of this invention. 従来例である沸騰水型原子力発電プラントの系統図。The system diagram of the boiling water nuclear power plant which is a prior art example.
以下に、本発明の実施例を図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1の主蒸気過熱用蒸気圧縮機を有する沸騰水型原子力発電プラント(BWR)の系統図を示す。発電プラントは、冷却材を原子炉圧力容器1に供給する給水配管19と、冷却材を昇圧する低圧復水ポンプ17及び高圧給水ポンプ20と、冷却材を加熱する低圧給水加熱器18a〜18d及び高圧給水加熱器21a、21bと、冷却材を蒸気にまで加熱する原子炉圧力容器1と、蒸気からエネルギーを回収する高圧タービン(以下、HPT)5および低圧タービン(以下、LPT)10と、HPT5およびLPT10に主軸11で連結された発電機12と、LPT10から排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器14とを有する。   FIG. 1 shows a system diagram of a boiling water nuclear power plant (BWR) having a steam compressor for main steam superheating according to Embodiment 1 of the present invention. The power plant includes a feed water pipe 19 for supplying coolant to the reactor pressure vessel 1, a low pressure condensate pump 17 and a high pressure feed water pump 20 for boosting the coolant, low pressure feed water heaters 18a to 18d for heating the coolant, and High pressure feed water heaters 21a and 21b, a reactor pressure vessel 1 for heating the coolant to steam, a high pressure turbine (hereinafter referred to as HPT) 5 and a low pressure turbine (hereinafter referred to as LPT) 10 for recovering energy from the steam, and HPT 5 And a generator 12 connected to the LPT 10 via a main shaft 11 and a condenser 14 that cools and condenses the steam discharged from the LPT 10.
高圧給水加熱器21a、21bには高圧抽気蒸気45a、45bが供給され、低圧給水加熱器18a〜18dには低圧抽気蒸気46a〜46dが供給される。   The high pressure feed water heaters 21a and 21b are supplied with high pressure extraction steam 45a and 45b, and the low pressure feed water heaters 18a to 18d are supplied with low pressure extraction steam 46a to 46d.
HPT5とLPT10の間に少なくとも1つの蒸気圧縮機(以下、SC)30を設置して、HPT5の排気管から供給された低温・低圧の主蒸気を断熱圧縮して昇温・昇圧し、湿り蒸気を過熱蒸気の主蒸気としてLPT10へ供給する。これにより、主蒸気温度は過熱されて再熱サイクル強化により熱効率が向上する。   At least one steam compressor (hereinafter referred to as SC) 30 is installed between the HPT 5 and the LPT 10, and the low temperature / low pressure main steam supplied from the exhaust pipe of the HPT 5 is adiabatically compressed to increase / decrease the temperature and pressurize the steam. Is supplied to the LPT 10 as the main steam of the superheated steam. Thereby, the main steam temperature is overheated, and the thermal efficiency is improved by strengthening the reheat cycle.
一方、復水器14内では、LPT10から排出された蒸気を冷却して凝縮させるため、海水を海水入口配管15aから海水循環ポンプ16で伝熱管内へ供給し、ここで熱交換して海水出口配管15bから海水中へ排出する。   On the other hand, in the condenser 14, in order to cool and condense the steam discharged from the LPT 10, seawater is supplied from the seawater inlet pipe 15 a into the heat transfer pipe by the seawater circulation pump 16, where heat is exchanged to the seawater outlet. It discharges into the seawater from the pipe 15b.
BWRでは核分裂性物質を含む原子炉圧力容器1内の炉心で水を沸騰させ、沸騰によって生じた蒸気を主蒸気配管3へ通してHPT5、LPT10へと送り、HPT5、LPT10の主軸11と連動した発電機12で発電している。通常のBWRではLPT10の出口側に設置された復水器14で蒸気は凝縮して水となり、その後、6基ある低圧給水加熱器18a〜18d及び高圧給水加熱器21a、21b、および低圧復水ポンプ17、高圧給水ポンプ20を通って昇圧、加熱されて原子炉圧力容器1内に給水される。   In BWR, water is boiled in the core of the reactor pressure vessel 1 containing the fissile material, and steam generated by the boiling is sent to the HPT 5 and LPT 10 through the main steam pipe 3, and interlocked with the main shaft 11 of the HPT 5 and LPT 10. Power is generated by the generator 12. In a normal BWR, the steam is condensed into water in a condenser 14 installed on the outlet side of the LPT 10, and then there are six low-pressure feed water heaters 18 a to 18 d, high-pressure feed water heaters 21 a and 21 b, and low-pressure condensate. The pressure is increased and heated through the pump 17 and the high-pressure water supply pump 20, and water is supplied into the reactor pressure vessel 1.
一般に、BWR及びABWRでは、主蒸気及びタービンからの抽気蒸気を給水の加熱に用いている。ここで、各給水加熱器は6基設置されているので1基当たりの抽気蒸気量は平均して主蒸気の約7%程度である。BWRあるいはABWRの熱効率を向上させるために湿分分離加熱器MSHを採用すると再熱効率により性能が向上することは従来知られている。しかし、MSHでは主蒸気を加熱するための加熱蒸気を抽気するため、主蒸気流量が約2%減少し全体のプラント効率が低下してしまうという課題がある。   Generally, in BWR and ABWR, main steam and extracted steam from a turbine are used for heating feed water. Here, since six feed water heaters are installed, the amount of extracted steam per unit averages about 7% of the main steam. It has been conventionally known that when the moisture separation heater MSH is employed to improve the thermal efficiency of BWR or ABWR, the performance is improved by the reheat efficiency. However, in MSH, since the heating steam for heating the main steam is extracted, there is a problem that the main steam flow rate is reduced by about 2% and the overall plant efficiency is lowered.
実施例1では、MSHを使用せず、HPT5で仕事をした主蒸気を直接に蒸気圧縮機SC30で断熱圧縮して過熱蒸気にするため、作動流体の主蒸気流量が低下することがないので熱効率は向上する。   In Example 1, since MSH is not used and the main steam worked at HPT5 is directly adiabatically compressed by the steam compressor SC30 to be superheated steam, the main steam flow rate of the working fluid does not decrease, so the thermal efficiency Will improve.
しかも、SC30を駆動するのに、HPT5及びLPT10と直接連結した主軸11を用いるため、特別な圧縮機駆動力は不要となり、その分所内動力が小さくて済む。それゆえ、LPT抽気蒸気を多めに再生用に使用できるため、復水器14内での熱交換量は従来よりも低減され、排熱量が少なくなり効率向上を図ることができる。   In addition, since the main shaft 11 directly connected to the HPT 5 and the LPT 10 is used to drive the SC 30, no special compressor driving force is required, and the power in the station can be small. Therefore, since a large amount of LPT extraction steam can be used for regeneration, the amount of heat exchange in the condenser 14 is reduced as compared with the conventional case, and the amount of exhaust heat is reduced to improve efficiency.
SC30は、HPT5で仕事をした後の低温・低圧の排気蒸気6を断熱圧縮して昇温・昇圧し、主蒸気を圧縮された過熱蒸気35として供給する。この時、SC30は主軸11を通じてタービン駆動力により駆動する。また、SC30の吸込み側で湿り度が大きい場合はMSを追設してもよい。さらに、SC30の吐出側で飽和蒸気が圧縮されて急激に温度上昇が生じて乾き度が大きい場合は、微小水滴を噴霧化して過熱度を下げることも可能である。   The SC 30 adiabatically compresses the low-temperature / low-pressure exhaust steam 6 after working at the HPT 5 to increase the temperature and pressure, and supplies the main steam as the compressed superheated steam 35. At this time, the SC 30 is driven by the turbine driving force through the main shaft 11. Further, when the wetness is large on the suction side of SC30, an MS may be additionally provided. Further, when the saturated vapor is compressed on the discharge side of the SC 30 and the temperature suddenly rises and the dryness is large, it is possible to atomize fine water droplets to lower the superheat degree.
SC30は、既に開発されている単段遠心式蒸気圧縮機を用いても良く、これらを多段にして使用することも可能である。また、多段の軸流圧縮機を用いても良い。SC30を発電プラント内の二次系タービン建屋内へタービンと同軸で連結して設置する。実施例1は、SC30の回転にタービン主軸駆動力を利用するため所内動力が少なく、さらにSC30により過熱蒸気を生成して再熱サイクルを有効利用することができるため、熱効率の優れたランキンサイクルを構成する。   The SC30 may use a single-stage centrifugal steam compressor that has already been developed, and these can be used in multiple stages. A multistage axial compressor may be used. SC30 is installed coaxially with the turbine in the secondary turbine building in the power plant. In Example 1, since the turbine main shaft driving force is used for the rotation of SC30, the in-house power is small, and the superheated steam can be generated by SC30 and the reheat cycle can be effectively used. Constitute.
この際、複数のSC30を直列に配置して使用することができる。例えば、複数のSC30を多軸で直列に接続して、最終段での圧縮比を増大することも可能である。また、圧縮比はLPT入口内の圧力になるように制御弁あるいはSC30の回転数制御で調整すればよい。   At this time, a plurality of SCs 30 can be arranged and used in series. For example, it is possible to increase the compression ratio at the final stage by connecting a plurality of SCs 30 in series on multiple axes. Further, the compression ratio may be adjusted by controlling the rotational speed of the control valve or SC30 so as to be the pressure in the LPT inlet.
通常、SC30の昇圧割合が大きくなると圧縮仕事も大きくなり、その結果、出力増加分を所内動力として無駄に消費することになる。言い換えれば発電端出力は向上しても送電端出力が低下する。例えば圧縮比10の場合には、モータ駆動によるSC設置による全出力の所内動力割合は試算すると最大で約5%程度に達する。そのため、適切な圧縮比を選択し、熱効率向上分を無駄に所内動力として電気出力を低下させないように、システムバランスの最適化を図る必要がある。   Usually, when the boosting ratio of the SC 30 increases, the compression work also increases, and as a result, the increased output is wasted as in-house power. In other words, even if the power generation end output improves, the power transmission end output decreases. For example, in the case of a compression ratio of 10, the in-house power ratio of all outputs by SC installation by motor drive reaches about 5% at maximum. For this reason, it is necessary to select an appropriate compression ratio and to optimize the system balance so as not to reduce the electrical output by using the increased thermal efficiency as an in-house power.
例えば、従来の再生サイクル利用方式として、原子力プラントではHPT、LPTからの抽気蒸気を給水の加熱用に用いて、給水を加熱した後の凝縮水は圧力差を利用して高圧系から低圧系給水加熱器、さらには復水器へと熱回収している。さらに、ABWRでは高圧系ポンプドレーンアップシステム(High Pressure Pump Drain-up system:HPPD)と、低圧系ポンプドレーンアップシステム(Low Pressure Pump Drain-up system:LPPD)を採用して、各々再生サイクルにより熱効率を向上させている。   For example, as a conventional regeneration cycle utilization system, extraction steam from HPT and LPT is used for heating feed water in a nuclear power plant, and condensed water after heating feed water uses a pressure difference from a high pressure system to a low pressure system feed water. Heat is recovered to the heater and further to the condenser. Furthermore, ABWR adopts a high pressure pump drain-up system (HPPD) and a low pressure pump drain-up system (LPPD), and each of them has thermal efficiency by regeneration cycle. Has improved.
一方、本発明では上記方式に対して、高圧主蒸気系に用いるシステムを高圧系蒸気ヒートアップシステム(High Pressure Compressor Steam-up system:HPCS)システムと呼ぶ。本発明は、原子炉1次系のみの直接式である沸騰水型原子力発電プラントまたは改良型沸騰水型原子力発電プラント内の運転にも適用することが可能である。従って、蒸気供給系以外の既設BOPシステム(Balance of Plant system)を大幅に変更せずに、HPTとLPTの間にSCを設置して再熱サイクルにより、プラント熱効率を向上させることができる。   On the other hand, in the present invention, a system used for the high-pressure main steam system is referred to as a high-pressure steam heat-up system (HPCS) system in contrast to the above system. The present invention can also be applied to operation in a boiling water nuclear power plant or an improved boiling water nuclear power plant that is a direct type of only a primary reactor system. Therefore, the plant thermal efficiency can be improved by installing a SC between the HPT and the LPT and performing a reheat cycle without significantly changing an existing BOP system (Balance of Plant system) other than the steam supply system.
図2は、実施例1の発電プラントの熱効率の概要図を示す。横軸はエントロピs、縦軸は温度Tを示す。点線が従来例を示し実線が実施例1を示す。   FIG. 2 shows a schematic diagram of the thermal efficiency of the power plant according to the first embodiment. The horizontal axis represents entropy s, and the vertical axis represents temperature T. A dotted line indicates the conventional example, and a solid line indicates the first embodiment.
まず従来の熱効率について、図2の点線によって説明する。復水器から供給された給水を1から2まで給水ポンプや給水加熱器で昇温して原子炉圧力容器内へ供給する。原子炉圧力容器内で原子核燃料から受熱して給水が飽和水から飽和蒸気へと加熱されて2から3へと変化する。ここで発生した主蒸気は3から4へとHPTで熱膨張して主軸を回転駆動して仕事をする。   First, the conventional thermal efficiency will be described with reference to the dotted line in FIG. The feed water supplied from the condenser is heated from 1 to 2 with a feed water pump or feed water heater and supplied into the reactor pressure vessel. In the reactor pressure vessel, heat is received from the nuclear fuel, and the feed water is heated from saturated water to saturated steam to change from 2 to 3. The main steam generated here is thermally expanded from 3 to 4 by HPT, and the main shaft is rotated to work.
ここで、4は飽和蒸気よりも湿り度の多い湿り蒸気のため、従来は主蒸気をMSHへ供給して、まずはMS内で4から5へと湿り度を削除して飽和蒸気にし、次に過熱器内で5から6へと飽和蒸気から過熱蒸気にする。そして、過熱された主蒸気は6から7へとLPTで熱膨張して、HPTと連結された主軸を回転駆動して仕事をする。これら仕事の終わった低温・低圧の主蒸気は復水器内で7から1へと海水側へ除熱して凝縮されて復水する。   Here, 4 is a wet steam having a higher wetness than the saturated steam, so conventionally, the main steam is supplied to the MSH, first the wetness is removed from 4 to 5 in the MS, and then the saturated steam is obtained. From saturated steam to superheated steam from 5 to 6 in the superheater. Then, the overheated main steam is thermally expanded from 6 to 7 by LPT, and the main shaft connected to the HPT is rotationally driven to work. The low-temperature and low-pressure main steam after the completion of work is condensed in the condenser by removing heat from 7 to 1 to the seawater side.
一方、実施例1の場合は、湿り蒸気の主蒸気をSC30へ供給して、SC30内で圧縮加熱して4から6’へと一気に過熱蒸気にする点が異なる。ここで、従来は過熱された蒸気の温度は炉内の主蒸気温度以下であるのに対して、実施例1は主蒸気温度以上に過熱される。これにより、再熱サイクルの熱効率を大きく向上することができる。   On the other hand, the first embodiment is different in that the main steam of the wet steam is supplied to the SC 30 and is compressed and heated in the SC 30 to be superheated steam from 4 to 6 'at a stretch. Here, conventionally, the temperature of the superheated steam is equal to or lower than the main steam temperature in the furnace, whereas in the first embodiment, the temperature is higher than the main steam temperature. Thereby, the thermal efficiency of the reheat cycle can be greatly improved.
その上、タービン主軸による回転力を利用することで、所内動力の増加はほとんどない。また、従来例のBWR用のMSやABWR用のMSHの容積に比べても、実施例1のSCはコンパクトに構成されることがわかる。   Moreover, there is almost no increase in in-house power by utilizing the rotational force of the turbine main shaft. In addition, it can be seen that the SC of Example 1 is configured to be more compact than the volumes of the BWR MS and ABWR MSH of the conventional example.
図3は、本発明の実施例2の発電プラントの系統図を示す。実施例2では、図3に示すように、HPT5とLPT10の間に中圧タービン(以下、IPT)22を設置した。それに加えて、HPT5とIPT22の間に高圧蒸気圧縮機(以下、HSC)31を設置し、IPT22とLPT10の間に中圧蒸気圧縮機(以下、ISC)32を設置した。   FIG. 3 shows a system diagram of the power plant according to the second embodiment of the present invention. In Example 2, as shown in FIG. 3, an intermediate pressure turbine (hereinafter, IPT) 22 was installed between the HPT 5 and the LPT 10. In addition, a high pressure steam compressor (hereinafter referred to as HSC) 31 was installed between HPT 5 and IPT 22, and an intermediate pressure steam compressor (hereinafter referred to as ISC) 32 was installed between IPT 22 and LPT 10.
HSC31でヒートポンプ作用により蒸気圧縮して昇温・昇圧し、HPT5排気蒸気の温度を増加させてIPT22へ供給する。また、ISC32でヒートポンプにより蒸気圧縮して昇温・昇圧し、IPT22排気蒸気の温度を増加させてLPT10へ供給する。これにより、HPT5及びLPT10で仕事をする主蒸気が過熱蒸気となり、再熱サイクルによる熱効率向上が可能となる。   The HSC 31 is vapor-compressed by a heat pump action to increase the temperature and pressure, and the temperature of the HPT5 exhaust vapor is increased and supplied to the IPT 22. In addition, the ISC 32 compresses the vapor with a heat pump to increase the temperature and pressure, and increases the temperature of the IPT 22 exhaust vapor to supply to the LPT 10. As a result, the main steam working in the HPT 5 and the LPT 10 becomes superheated steam, and the thermal efficiency can be improved by the reheat cycle.
この場合、図3に示すHPT5、HSC31、IPT22、ISC32、LPT10は、発電機12に連結された主軸11に全て同軸で連結されている。従って、上記駆動力を利用して圧縮機駆動力とすることができるため、所内動力は低減する。以下の図において、特に言及しない限り図1の実施例と同じ符号の部材は同一の構成を有する。   In this case, the HPT 5, HSC 31, IPT 22, ISC 32, and LPT 10 shown in FIG. 3 are all coaxially connected to the main shaft 11 connected to the generator 12. Therefore, since the compressor driving force can be obtained by using the driving force, the in-house power is reduced. In the following drawings, members having the same reference numerals as those in the embodiment of FIG. 1 have the same configuration unless otherwise specified.
実施例2では、中圧主蒸気系に用いるシステムを中圧系蒸気ヒートアップシステム(Intermediate Pressure Compressor Steam-up system:IPCS)と呼ぶ。これにより、BWRプラントの熱効率を向上させることも可能になる。なお、実施例2は沸騰水型軽水炉プラントを例にしたが、加圧水型軽水炉の2次系やその他の形式の原子力発電プラントにも適用可能である。   In Example 2, the system used for the medium-pressure main steam system is called an intermediate-pressure steam heat-up system (IPCS). This also makes it possible to improve the thermal efficiency of the BWR plant. In addition, although Example 2 used the boiling water type light water reactor plant as an example, it is applicable also to the secondary system of a pressurized water type light water reactor, and other types of nuclear power plants.
図4は、図2と同様に発電プラントの熱効率の概要図を示す。横軸はエントロピs、縦軸は温度Tを示す。点線は従来例を示し、実線は実施例2を示す。従来例の性能は図2で説明した通りである。   FIG. 4 shows a schematic diagram of the thermal efficiency of the power plant as in FIG. The horizontal axis represents entropy s, and the vertical axis represents temperature T. A dotted line shows a conventional example, and a solid line shows Example 2. The performance of the conventional example is as described in FIG.
一方、実施例2の場合は、湿り蒸気の主蒸気4をHSC31へ供給して圧縮加熱し、主蒸気4から6’へと一気に加熱して過熱蒸気にし、さらにIPT22で6’から6’’へと熱膨張して、またISC32内で圧縮加熱して6’’から6’’’へと一気に過熱蒸気にする点が異なる。   On the other hand, in the case of Example 2, the main steam 4 of the wet steam is supplied to the HSC 31 and compressed and heated, and the main steam 4 to 6 'is heated at once to be superheated steam, and further 6' to 6 '' by the IPT 22. It is different in that it is expanded into a superheated steam from 6 ″ to 6 ′ ″ by compression heating in the ISC 32.
ここで、従来は過熱された蒸気の温度が炉内の主蒸気温度以下であるのに対して、実施例2は主蒸気温度以上に過熱された上に、6’及び6’’’とHPT5及びLPT10で熱膨張による仕事をするのに過熱蒸気を使用できるので、図2よりもさらに再熱サイクルにより熱効率が大きく向上する。またLPT最終段での主蒸気はほぼ飽和蒸気までで熱膨張するため、湿り度は浅くなる。   Here, the temperature of the superheated steam is conventionally equal to or lower than the main steam temperature in the furnace, whereas Example 2 is heated to a temperature higher than the main steam temperature, and 6 ′ and 6 ′ ″ and HPT5 In addition, since the superheated steam can be used to perform work due to thermal expansion in the LPT 10, the thermal efficiency is greatly improved by the reheat cycle as compared with FIG. In addition, the main steam in the last stage of LPT is thermally expanded up to substantially saturated steam, so the wetness becomes shallow.
その上、主軸のタービンによる回転力を利用することで、所内動力の増加はほとんどない。また、従来例のBWR用MSやABWR用MSHの容積に比べても、実施例2の蒸気圧縮機はコンパクトになることがわかる。   Moreover, there is almost no increase in in-house power by utilizing the rotational force of the turbine of the main shaft. Moreover, it turns out that the vapor compressor of Example 2 becomes compact also compared with the volume of MS for BWR and MSH for ABWR of a prior art example.
図5は、本発明の実施例3の発電プラントの系統図を示す。実施例3では、図3に示す実施例2に加えて、LPT10の下流側に低圧蒸気圧縮機(以下、LSC)33を設置した。LSC33でヒートポンプにより蒸気圧縮して昇温・昇圧し、LPT10の排気蒸気の温度を増加させることができる。これにより排熱の有効利用も可能となる。この場合、HPT5、HSC31、IPT22、ISC32、LPT10、LSC33は、発電機12に連結された主軸11に全て同軸で連結されており、上記駆動力を利用して圧縮機駆動力とすることができるため、所内動力は低減する。   FIG. 5 shows a system diagram of the power plant according to the third embodiment of the present invention. In Example 3, in addition to Example 2 shown in FIG. 3, a low-pressure steam compressor (hereinafter referred to as LSC) 33 was installed on the downstream side of LPT 10. It is possible to increase the temperature of the exhaust steam of the LPT 10 by vapor-compressing with a heat pump at the LSC 33 to raise and raise the pressure. This also makes it possible to use exhaust heat effectively. In this case, HPT5, HSC31, IPT22, ISC32, LPT10, and LSC33 are all coaxially connected to the main shaft 11 connected to the generator 12, and can be used as a compressor driving force by using the driving force. Therefore, in-house power is reduced.
実施例3では、低圧主蒸気系に用いるシステムを低圧系蒸気ヒートアップシステム(Low Pressure Compressor Steam-up system:LPCS)と呼ぶ。これにより、BWRプラントの熱効率を向上させることも可能になる。なお、実施例3は沸騰水型軽水炉プラントを例にしたが、加圧水型軽水炉の2次系やその他の形式の原子力発電プラントにも適用可能である。   In Example 3, a system used for the low-pressure main steam system is referred to as a low-pressure compressor steam-up system (LPCS). This also makes it possible to improve the thermal efficiency of the BWR plant. In addition, although Example 3 made the boiling water type light water reactor plant the example, it is applicable also to the secondary system of a pressurized water type light water reactor, and other types of nuclear power plants.
図6は、実施例4の発電プラントのシステム概要を示す。実施例4は、図1で説明した実施例1のBWR発電プラントにおいて、HPT5とSC30の間にMS7を設置したものである。これにより、HPT5からの排気蒸気をMS7で飽和蒸気にしてSC30内へ供給することができる。   FIG. 6 shows a system outline of the power plant according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the MS 7 is installed between the HPT 5 and the SC 30 in the BWR power plant of the first embodiment described with reference to FIG. Thereby, the exhaust steam from HPT5 can be made into saturated steam by MS7, and can be supplied in SC30.
図7は、実施例5の発電プラントのシステム概要を示す。実施例5は、図1で説明したBWR発電プラントにおいて、HPT5とSC30の間にSH7、MSH8A、8Bを設置したものである。これにより、HPT5からの排気蒸気をSH7、MSH8A、8Bで過熱蒸気にしてSC30内へ供給することができる。   FIG. 7 shows a system outline of the power plant according to the fifth embodiment. In the fifth embodiment, SH7, MSH8A, and 8B are installed between HPT5 and SC30 in the BWR power plant described with reference to FIG. Thereby, the exhaust steam from HPT5 can be supplied into SC30 as superheated steam by SH7, MSH8A, 8B.
図8は、実施例6の発電プラントのシステム概要を示す。実施例6は、図1で説明したBWR発電プラントにおいて、HPT5とLPT10の間にSH7、MSH8A、8Bを設置し、主蒸気配管から分岐したHPT5からのバイパス排気蒸気をSC30へ供給し、SC30で圧縮加熱した過熱蒸気をLPT10へ供給する主蒸気配管9へ合流させてLPT10へ供給することができる。なお、SC30へ供給するバイパス排気蒸気量は、制御弁47、48で調整される。   FIG. 8 shows a system outline of the power plant according to the sixth embodiment. Example 6 is a BWR power plant explained in FIG. 1, SH7, MSH8A, 8B are installed between HPT5 and LPT10, and the bypass exhaust steam from HPT5 branched from the main steam pipe is supplied to SC30. The compressed and heated superheated steam can be joined to the main steam pipe 9 that supplies the LPT 10 and supplied to the LPT 10. Note that the amount of bypass exhaust steam supplied to the SC 30 is adjusted by the control valves 47 and 48.
図9は、実施例7の火力発電プラントのシステム概要を示す。火力発電プラントでは主蒸気発生源としてボイラ1Aを用いている。発電プラントの二次系は、HPT5、LPT10、SC30から構成される主蒸気系、そして復水器14から出た後、低圧復水ポンプ17、低圧給水加熱器18a〜18d、高圧給水ポンプ20、高圧給水加熱器21a、21bから構成される給復水系から構成されるのは、図1と同様である。   FIG. 9 shows a system outline of a thermal power plant according to the seventh embodiment. In a thermal power plant, a boiler 1A is used as a main steam generation source. The secondary system of the power plant includes a main steam system composed of HPT5, LPT10, and SC30, and after exiting the condenser 14, a low-pressure condensate pump 17, low-pressure feed water heaters 18a to 18d, a high-pressure feed pump 20, It is the same as that of FIG. 1 that is composed of a feed and condensate system composed of high-pressure feed water heaters 21a and 21b.
ここで、従来例のHPT5、SC30、LPT10の3要素から構成されるもの以外に、図5の様にHPT5、HSC31、IPT22、ISC32、LPT10、LSC33の複数要素から構成されてもよい。この場合、火力発電プラントではボイラ1Aが蒸気を発生する主蒸気発生源となる。ボイラ1Aで発生する主蒸気系は、BWRと同様に飽和蒸気である。   Here, in addition to the conventional configuration of the three elements HPT5, SC30, and LPT10, as shown in FIG. 5, the configuration may include a plurality of elements of HPT5, HSC31, IPT22, ISC32, LPT10, and LSC33. In this case, in the thermal power plant, the boiler 1A is a main steam generation source that generates steam. The main steam system generated in the boiler 1A is saturated steam like BWR.
図10は、実施例8の加圧水型原子力発電プラント(以下、PWR)のシステム概要を示す。BWRと異なり、原子炉圧力容器1B、一次冷却系51、一次冷却系循環ポンプ52そして蒸気発生器(以下、SG)50から構成される一次系と、BWRと同様の主蒸気・給復水系の二次系から構成される。二次系内の主蒸気系には、蒸気圧縮機SC30を有する。18は低圧給水加熱器、21は高圧給水加熱器である。   FIG. 10 shows a system outline of a pressurized water nuclear power plant (hereinafter referred to as PWR) according to the eighth embodiment. Unlike the BWR, the primary system composed of the reactor pressure vessel 1B, the primary cooling system 51, the primary cooling system circulation pump 52 and the steam generator (hereinafter referred to as SG) 50, and the main steam / feed and condensate system similar to the BWR Consists of secondary system. The main steam system in the secondary system has a steam compressor SC30. 18 is a low-pressure feed water heater, and 21 is a high-pressure feed water heater.
ここで、二次系はHPT5、SC30、LPT10の3要素から構成されるもの以外に、図5の様にHPT5、HSC31、IPT22、ISC32、LPT10、LSC33の複数要素から構成されてもよい。この場合には、BWRの原子炉圧力容器1の代わりにSG50が主蒸気発生源となる。   Here, the secondary system may be composed of a plurality of elements of HPT5, HSC31, IPT22, ISC32, LPT10, and LSC33 as shown in FIG. 5 in addition to those composed of three elements of HPT5, SC30, and LPT10. In this case, SG50 becomes the main steam generation source instead of the reactor pressure vessel 1 of BWR.
実施例8は、原子炉1次系と2次系に分かれた間接式である加圧水型原子力発電プラントまたは改良型加圧水型原子力発電プラントにも適用することが可能である。   Example 8 can also be applied to a pressurized water nuclear power plant or an improved pressurized water nuclear power plant that is an indirect type divided into a primary system and a secondary system of a nuclear reactor.
図11は、実施例9の高速増殖炉型原子力発電プラント(以下、FBR)のシステム概要を示す。BWRと異なり、原子炉圧力容器1C、一次冷却系61、一次冷却系循環ポンプ62そして中間熱交換器63の一次系と、二次冷却系64、二次冷却系循環ポンプ65そして蒸気発生器60の二次系とから構成される。FBRでは、一次系も二次系も冷却材はナトリウムを用いる。二次系内の主蒸気系には、SC30を有する。   FIG. 11 shows a system outline of a fast breeder reactor nuclear power plant (hereinafter referred to as FBR) according to the ninth embodiment. Unlike the BWR, the reactor pressure vessel 1C, the primary cooling system 61, the primary cooling system circulation pump 62, the primary system of the intermediate heat exchanger 63, the secondary cooling system 64, the secondary cooling system circulation pump 65, and the steam generator 60 It consists of a secondary system. In FBR, sodium is used as the coolant for both the primary and secondary systems. The main steam system in the secondary system has SC30.
ここで、二次系は従来例のHPT5、SC30、LPT10の3要素から構成されるもの以外に、図5の様にHPT5、HSC31、IPT22、ISC32、LPT10、LSC33の複数要素から構成されてもよい。この場合、BWRの原子炉圧力容器1の代わりに蒸気発生器60が主蒸気発生源となる。   Here, the secondary system may be composed of a plurality of elements of HPT5, HSC31, IPT22, ISC32, LPT10, and LSC33 as shown in FIG. Good. In this case, the steam generator 60 is the main steam generation source instead of the BWR reactor pressure vessel 1.
実施例9は、原子炉1次系、2次系及び主蒸気系に分かれた間接式である高速増殖炉型原子力発電プラント内の運転方法にも適用することが可能である。   Embodiment 9 can also be applied to an operating method in a fast breeder reactor nuclear power plant that is an indirect type divided into a primary reactor system, a secondary system, and a main steam system.
図12は、実施例10の火力コンバインド発電プラント(以下、火力C/C)のシステム概要を示す。この場合、高温流体側として、圧縮機72へ吸い込まれた空気71を圧縮し、燃焼器76で圧縮空気と燃料77を混合して着火・燃焼し、高温ガスとしてガスタービン(以下、GT)74で膨張させる。この時、圧縮機72とGT74は主軸73に連結されて回転し、これに連動して発電機75で発電する。   FIG. 12 shows a system outline of a thermal combined power plant (hereinafter referred to as thermal C / C) according to the tenth embodiment. In this case, the air 71 sucked into the compressor 72 is compressed as the high-temperature fluid side, and the compressed air and the fuel 77 are mixed and ignited and burned by the combustor 76, and a gas turbine (hereinafter referred to as GT) 74 is used as the high-temperature gas. Inflate with. At this time, the compressor 72 and the GT 74 are connected to the main shaft 73 and rotate, and the generator 75 generates power in conjunction with the rotation.
さらに、GT74を回転させた排ガス78を加熱源として、排熱回収用蒸気発生器(以下、HRSG)70で給水が熱交換して主蒸気を発生する。あとは、BWRの主蒸気系、給復水系と同様のシステムとなる。二次系内の主蒸気系には、SC30を有する。   Further, the exhaust gas 78 obtained by rotating the GT 74 is used as a heating source, and the feed water is heat-exchanged in a waste heat recovery steam generator (hereinafter referred to as HRSG) 70 to generate main steam. The rest is the same system as the BWR main steam system and feed / condensate system. The main steam system in the secondary system has SC30.
ここで、二次系は従来例のHPT5、SC30、LPT10の3要素から構成されるもの以外に、HPT5、HSC31、IPT22、ISC32、LPT10、LSC33の複数要素から構成されてもよい。この場合、BWRの原子炉圧力容器1の代わりにHRSG70が主蒸気発生源となる。   Here, the secondary system may be configured by a plurality of elements of HPT5, HSC31, IPT22, ISC32, LPT10, and LSC33 in addition to the conventional system including three elements of HPT5, SC30, and LPT10. In this case, instead of the BWR reactor pressure vessel 1, the HRSG 70 becomes the main steam generation source.
また、再生可能エネルギーシステムとして、太陽熱を一度蓄熱器に溜めて、この熱源を利用して蒸気を発生させる自然界の熱エネルギーを有効に利用したランキンサイクル発電プラントにも使用できる。   In addition, as a renewable energy system, solar heat can be once stored in a regenerator and used in a Rankine cycle power plant that effectively uses natural heat energy to generate steam using this heat source.
実施例10は、原子力発電と同様にランキンサイクルを構成する火力発電についても、当該高圧及び低圧タービンを有する火力発電プラントまたはGTとの火力コンバインド発電プラント内の運転方法にも適用することが可能である。   The tenth embodiment can also be applied to the thermal power generation that constitutes the Rankine cycle as in the case of nuclear power generation, in the thermal power plant having the high-pressure and low-pressure turbines or the operation method in the thermal power combined power plant with GT. is there.
本発明は、沸騰水型原子力発電プラント及び加圧水型原子力プラント等の原子力発電プラント、及び火力発電プラントのような発電プラントに適用することができる。   The present invention can be applied to nuclear power plants such as boiling water nuclear power plants and pressurized water nuclear power plants, and power plants such as thermal power plants.
1…原子炉圧力容器、1A…ボイラ、2…主蒸気出口弁、3…主蒸気配管、4…主蒸気止め弁、5…高圧タービン(HPT)、6…主蒸気配管、7…湿分分離器(MS)、8…湿分分離過熱器(MSH)、8A、8B…湿分分離過熱器、9…主蒸気配管、10…低圧タービン(LPT)、11…主軸、12…発電機、13…排気蒸気管、14…復水器、17…低圧復水ポンプ、18、18a〜18d…低圧給水加熱器、19…給水配管、20…高圧給水ポンプ、21、21a、21b…高圧給水加熱器、22…中圧タービン(IPT)、
30…蒸気圧縮機(SC)、31…高圧蒸気圧縮機(HSC)、32…中圧蒸気圧縮機(ISC)、33…低圧蒸気圧縮機(LSC)、35…過熱蒸気、42…主蒸気抽気蒸気、43…高圧タービン抽気蒸気、45…高圧抽気蒸気、46…低圧抽気蒸気、47…制御弁、48…制御弁、50…蒸気発生器(SG)、51…一次冷却系、52…一次冷却系循環ポンプ、
60…蒸気発生器、61…一次冷却系、62…一次主循環ポンプ、63…中間熱交換器、64…二次冷却系、65…二次主循環ポンプ、70…排熱回収用蒸気発生器(HRSG)、71…空気、72…圧縮機、73…主軸、74…ガスタービン(GT)、75…発電機、76…燃焼器、77…燃料、78…高温排ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reactor pressure vessel, 1A ... Boiler, 2 ... Main steam outlet valve, 3 ... Main steam piping, 4 ... Main steam stop valve, 5 ... High pressure turbine (HPT), 6 ... Main steam piping, 7 ... Moisture separation (MS), 8 ... moisture separator superheater (MSH), 8A, 8B ... moisture separator superheater, 9 ... main steam pipe, 10 ... low pressure turbine (LPT), 11 ... main shaft, 12 ... generator, 13 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Exhaust steam pipe, 14 ... Condenser, 17 ... Low pressure condensate pump, 18, 18a-18d ... Low pressure feed water heater, 19 ... Feed water pipe, 20 ... High pressure feed water pump, 21, 21a, 21b ... High pressure feed water heater 22 ... Intermediate pressure turbine (IPT),
30 ... Steam compressor (SC), 31 ... High pressure steam compressor (HSC), 32 ... Medium pressure steam compressor (ISC), 33 ... Low pressure steam compressor (LSC), 35 ... Superheated steam, 42 ... Main steam extraction Steam, 43 ... High-pressure turbine extraction steam, 45 ... High-pressure extraction steam, 46 ... Low-pressure extraction steam, 47 ... Control valve, 48 ... Control valve, 50 ... Steam generator (SG), 51 ... Primary cooling system, 52 ... Primary cooling System circulation pump,
60 ... Steam generator, 61 ... Primary cooling system, 62 ... Primary main circulation pump, 63 ... Intermediate heat exchanger, 64 ... Secondary cooling system, 65 ... Secondary main circulation pump, 70 ... Steam generator for recovering exhaust heat (HRSG), 71 ... air, 72 ... compressor, 73 ... main shaft, 74 ... gas turbine (GT), 75 ... generator, 76 ... combustor, 77 ... fuel, 78 ... high temperature exhaust gas

Claims (12)

  1. 冷却材を蒸気発生器に供給する給水配管及び復水配管と、前記冷却材を昇圧する低圧復水ポンプ及び高圧給水ポンプと、前記冷却材を加熱する低圧給水加熱器及び高圧給水加熱器と、前記冷却材を蒸気にまで加熱する炉心または蒸気発生器と、主蒸気配管を介して供給される蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、前記高圧タービンおよび前記低圧タービンに主軸で連結された発電機と、前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器を有する発電プラントにおいて、
    前記高圧タービンと前記低圧タービンの間に少なくとも1つの蒸気圧縮機を前記主軸に設置し、前記高圧タービンで仕事をした後の低温・低圧の湿り蒸気を前記蒸気圧縮機で圧縮して昇温・昇圧し、主蒸気を飽和蒸気あるいは過熱蒸気として前記低圧タービンへ供給することを特徴とする蒸気圧縮システムを有する発電プラント。
    A feed water line and a condensate pipe for supplying the coolant to the steam generator, a low pressure condensate pump and a high pressure feed water pump for boosting the coolant, a low pressure feed water heater and a high pressure feed water heater for heating the coolant, A core or steam generator that heats the coolant to steam, a high-pressure turbine and a low-pressure turbine that recover energy from steam supplied through a main steam pipe, and a main shaft connected to the high-pressure turbine and the low-pressure turbine. In a power plant having a generator and a condenser that cools and condenses steam discharged from the low-pressure turbine,
    At least one steam compressor is installed on the main shaft between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine, and the low-temperature / low-pressure wet steam after working in the high-pressure turbine is compressed by the steam compressor to increase the temperature. A power plant having a steam compression system that is pressurized and supplies main steam as saturated steam or superheated steam to the low-pressure turbine.
  2. 請求項1に記載の蒸気圧縮システムを有する発電プラントにおいて、前記高圧タービンと低圧タービンの間に中圧タービンを設置し、前記蒸気圧縮機は、前記高圧タービンと前記中圧タービンの間に前記主軸に設置した少なくとも1つの高圧蒸気圧縮機と、前記中圧タービンと前記低圧タービンの間に前記主軸に設置した少なくとも1つの中圧蒸気圧縮機を有することを特徴とする蒸気圧縮システムを有する発電プラント。   2. The power plant having the steam compression system according to claim 1, wherein an intermediate pressure turbine is installed between the high pressure turbine and the low pressure turbine, and the steam compressor includes the main shaft between the high pressure turbine and the intermediate pressure turbine. A power plant having a vapor compression system, comprising: at least one high-pressure steam compressor installed on the main shaft; and at least one intermediate-pressure steam compressor installed on the main shaft between the intermediate-pressure turbine and the low-pressure turbine. .
  3. 請求項2に記載の蒸気圧縮システムを有する発電プラントにおいて、前記低圧タービンと前記発電機の間に少なくとも1つの低圧蒸気圧縮機を前記主軸に設置したことを特徴とする蒸気圧縮システムを有する発電プラント。   3. A power plant having a vapor compression system according to claim 2, wherein at least one low-pressure steam compressor is installed on the main shaft between the low-pressure turbine and the generator. .
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載の蒸気圧縮システムを有する発電プラントにおいて、前記高圧タービンと前記蒸気圧縮機の間に湿分分離器を設置し、前記高圧タービンの排気蒸気を飽和蒸気にして前記蒸気圧縮機へ供給することを特徴とする蒸気圧縮システムを有する発電プラント。   The power plant having the steam compression system according to any one of claims 1 to 3, wherein a moisture separator is installed between the high-pressure turbine and the steam compressor, and the exhaust steam of the high-pressure turbine is saturated steam. A power plant having a vapor compression system, wherein the power plant is supplied to the vapor compressor.
  5. 請求項1乃至3のいずれかに記載の蒸気圧縮システムを有する発電プラントにおいて、前記高圧タービンと前記蒸気圧縮機の間に湿分分離過熱器を設置し、前記高圧タービンの排気蒸気を過熱蒸気にして前記蒸気圧縮機へ供給することを特徴とする蒸気圧縮システムを有する発電プラント。   The power plant having the steam compression system according to any one of claims 1 to 3, wherein a moisture separation superheater is installed between the high pressure turbine and the steam compressor, and the exhaust steam of the high pressure turbine is converted to superheated steam. A power plant having a vapor compression system, wherein the vapor compressor is supplied to the vapor compressor.
  6. 請求項1乃至5のいずれかに記載の蒸気圧縮システムを有する発電プラントにおいて、前記高圧タービンと前記低圧タービンの間に湿分分離過熱器を設置し、前記高圧タービンからの排気蒸気を前記主蒸気配管から分岐して前記蒸気圧縮機へ供給するバイパスを設け、前記蒸気圧縮機で圧縮加熱した過熱蒸気を前記低圧タービンへ供給する前記主蒸気配管へ合流させて前記低圧タービンへ供給することを特徴とする蒸気圧縮システムを有する発電プラント。   A power plant having the steam compression system according to any one of claims 1 to 5, wherein a moisture separation superheater is installed between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine, and the exhaust steam from the high-pressure turbine is used as the main steam. A bypass branched from a pipe is provided to supply to the steam compressor, and superheated steam compressed and heated by the steam compressor is joined to the main steam pipe supplied to the low-pressure turbine and supplied to the low-pressure turbine. A power plant having a vapor compression system.
  7. 請求項1乃至6のいずれかに記載の蒸気圧縮システムを有する発電プラントにおいて、前記発電プラントは、沸騰水型原子力発電プラント、加圧水型原子力発電プラントまたは高速増殖炉型原子力発電プラント、汽水型火力発電プラントまたはガスタービン複合型火力発電プラントのいずれかを使用することを特徴とする蒸気圧縮システムを有する発電プラント。   The power plant having the vapor compression system according to any one of claims 1 to 6, wherein the power plant is a boiling water nuclear power plant, a pressurized water nuclear power plant or a fast breeder reactor nuclear power plant, brackish water thermal power generation. A power plant having a vapor compression system, characterized by using either a plant or a gas turbine combined thermal power plant.
  8. 冷却材を蒸気発生器に供給する給水配管及び復水配管と、前記冷却材を昇圧する低圧復水ポンプ及び高圧給水ポンプと、前記冷却材を加熱する低圧給水加熱器及び高圧給水加熱器と、前記冷却材を蒸気にまで加熱する炉心または蒸気発生器と、蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、前記高圧タービンおよび前記低圧タービンに主軸で連結された発電機と、前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器を有する発電プラントの運転方法において、
    前記高圧タービンで仕事をした後の低温・低圧の湿り蒸気を圧縮して昇温・昇圧し、飽和蒸気あるいは過熱蒸気として、前記低圧タービンへ供給することを特徴とする蒸気圧縮システムを有する発電プラントの運転方法。
    A feed water line and a condensate pipe for supplying the coolant to the steam generator, a low pressure condensate pump and a high pressure feed water pump for boosting the coolant, a low pressure feed water heater and a high pressure feed water heater for heating the coolant, A core or steam generator for heating the coolant to steam, a high-pressure turbine and a low-pressure turbine for recovering energy from the steam, a generator connected to the high-pressure turbine and the low-pressure turbine by a main shaft, and the low-pressure turbine In a method of operating a power plant having a condenser that cools and condenses discharged steam,
    A power plant having a vapor compression system, wherein the low-temperature / low-pressure wet steam after working in the high-pressure turbine is compressed, heated and pressurized, and supplied to the low-pressure turbine as saturated steam or superheated steam. Driving method.
  9. 請求項8に記載の蒸気圧縮システムを有する発電プラントの運転方法において、前記高圧タービンの排気蒸気を飽和蒸気にして前記蒸気圧縮機へ供給することを特徴とする蒸気圧縮システムを有する発電プラントの運転方法。   The operation method of a power plant having a vapor compression system according to claim 8, wherein the exhaust steam of the high-pressure turbine is made saturated steam and supplied to the steam compressor. Method.
  10. 請求項8または9に記載の蒸気圧縮システムを有する発電プラントの運転方法において、前記高圧タービンの排気蒸気を過熱蒸気にして前記蒸気圧縮機へ供給することを特徴とする蒸気圧縮システムを有する発電プラントの運転方法。   The power plant having a steam compression system according to claim 8 or 9, wherein the exhaust steam of the high-pressure turbine is converted into superheated steam and supplied to the steam compressor. Driving method.
  11. 請求項8乃至10のいずれかに記載の蒸気圧縮システムを有する発電プラントの運転方法において、前記高圧タービンからの排気蒸気を分岐して前記蒸気圧縮機へ供給し、圧縮加熱した過熱蒸気を低圧タービンへ供給することを特徴とする蒸気圧縮システムを有する発電プラントの運転方法。   11. A method for operating a power plant having the steam compression system according to claim 8, wherein the exhaust steam from the high-pressure turbine is branched and supplied to the steam compressor, and the compressed and heated superheated steam is supplied to the low-pressure turbine. A method for operating a power plant having a vapor compression system.
  12. 請求項8乃至11のいずれかに記載の蒸気圧縮システムを有する発電プラントの運転方法において、前記発電プラントは、沸騰水型原子力発電プラント、加圧水型原子力発電プラント、高速増殖炉型原子力発電プラント、汽水型火力発電プラントまたはガスタービン複合型火力発電プラントのいずれかを使用することを特徴とする蒸気圧縮システムを有する発電プラントの運転方法。   12. A method for operating a power plant having the vapor compression system according to claim 8, wherein the power plant is a boiling water nuclear power plant, a pressurized water nuclear power plant, a fast breeder reactor nuclear power plant, brackish water. A method for operating a power plant having a vapor compression system, characterized by using either a thermal power plant or a gas turbine combined thermal power plant.
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