JP2013044310A

JP2013044310A - 発電プラントの蒸気再加熱システム

Info

Publication number: JP2013044310A
Application number: JP2011184368A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Kaneko; 文彰金子; Toshiki Kojima; 俊樹小嶋; Kentaro Tanaka; 健太郎田中; Kazusaku Fujita; 一作藤田; Katsuhiko Nagai; 勝彦長井; Hiroya Sato; 大冶佐藤
Original assignee: Mitsubishi FBR Systems Inc
Current assignee: Mitsubishi FBR Systems Inc
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2013-03-04
Anticipated expiration: 2031-08-26
Also published as: JP5872821B2

Abstract

【課題】高圧蒸気タービン排気の再加熱を蒸気発生器又はボイラなどで行うことが困難なプラントにおいて、中圧蒸気タービンの運転を乾き蒸気領域で実現することができ、且つ、できるだけ簡素な系統構成とすることができるＦＢＲ発電プラント等の発電プラントの蒸気再加熱システムを提供する。
【解決手段】蒸気再加熱手段である高圧蒸気加熱器１１３を有し、この蒸高圧蒸気加熱器１１３において、高圧蒸気タービン１１２から排気された乾き蒸気を、蒸気発生器１１５で発生した主蒸気の一部によって加熱した後、中圧蒸気タービン１１４に供給することにより、中圧蒸気タービン１１４が乾き蒸気領域での運転となるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は原子力発電プラントや火力発電プラント等の発電プラントに装備される蒸気再加熱システムに関するものである。

新型の原子力発電プラントとして、現在、ＦＢＲ（Fast Breeder Reactor：高速増殖炉）の実用化に向けて、ＦＢＲ実用炉及びＦＢＲ実証施設の開発が進められている。

そして、本願の発明者等はＦＢＲ発電プラントのＦＢＲ実用炉とＦＢＲ実証施設における水・蒸気系統の開発を行なっている。図３には参考例として、ＦＢＲ発電プラントの実証施設において従来計画されていた水・蒸気系統の構成概念を示す。また、図４には従来計画の水・蒸気系統におけるタービン膨張線図（概念図）を示す。

図３に示すとおり、従来計画の水・蒸気系統２１における蒸気再加熱システムは、湿分分離加熱器２において、中圧蒸気タービン１の排気（湿り蒸気）を、高圧蒸気タービンからの抽気等により、再加熱して乾き蒸気（過熱蒸気）とした後、低圧蒸気タービン４へ供給する構成のものであった。

詳述すると、図３に示すように、ＦＢＲ発電プラントは、ナトリウムループである１次ナトリウム系統５と２次ナトリウム系統６を有している。１次ナトリウム系統５では、中間熱交換器７に内蔵されている１次系ポンプ（図示省略）の作動により、冷却材である液体金属ナトリウムが、炉心８が収容されている原子炉容器９と中間熱交換器７との間で循環する。２次ナトリウム系統６では、２次系ポンプ１０の作動により、冷却材である液体金属ナトリウムが、中間熱交換器７と蒸気発生器１１との間で循環する。

このとき中間熱交換器７では、炉心８を冷却して高温になった１次ナトリウム系統５の液体金属ナトリウムと、２次ナトリウム系統６の液体金属ナトリウムとの熱交換が行われる。そして、蒸気発生器１１では、水・蒸気系統２１から供給される給水を、２次ナトリウム系統６の液体金属ナトリウムによって加熱することにより、高温・高圧の水蒸気である乾き蒸気（過熱蒸気）を生成する。

水・蒸気系統２１に配設されているタービン設備２２は、高圧蒸気タービン３と中圧蒸気タービン１と低圧蒸気タービン４と発電機２３とを有しており、これらの蒸気タービン１，３，４及び発電機２３が共通の回転軸１２によって結合されている。また、低圧蒸気タービン４の下側には復水器２８が配設されている。

水・蒸気系統２１の構成について更に詳述すると、蒸気発生器１１の蒸気出口１１ａは、主蒸気配管２４を介して高圧蒸気タービン３の蒸気入口３ａに接続されている。主蒸気配管２４には上流側から順に蒸気発生器出口弁７０、主蒸気止め弁２５、蒸気加減弁２６などが設けられている。主蒸気止め弁２５の上流側では、タービンバイパス配管２７が主蒸気配管２４から分岐されている。タービンバイパス配管２７は、タービン設備２２（蒸気タービン１，３，４）をバイパスして復水器２８の蒸気入口２８ａに接続されている。タービンバイパス配管２７にはタービンバイパス弁２９などが設けられている。

復水器２８の復水出口２８ｂには、復水配管５１の一端側が接続され、復水配管５１の他端側には、脱気器４１の一端側が接続されている。脱気器４１の脱気器タンク４１Ｂには、給水配管５２の一端側が接続され、給水配管５２の他端側は、蒸気発生器１１の給水入口１１ｂに接続されている。復水配管５１には、上流側から順に復水ポンプ５３、グランド蒸気復水器５４、復水ブースタポンプ５５、第１低圧給水加熱器５６、第２低圧給水加熱器５７、第３低圧給水加熱器５８、第４低圧給水加熱器５９、脱気器４１が設けられている。給水配管５２には、上流側から順に給水ブースタポンプ６０、主給水ポンプ６１、第１高圧給水加熱器４４、第２高圧給水加熱器４５、蒸気発生器入口弁７１が設けられている。

復水器２８の下部のホットウエル２８ｃに貯留されている復水（凝縮水）は、復水ポンプ５３及び復水ブースタポンプ５５の作動により、復水配管５１を介して脱気器４１へ送られ、更に給水ブースタポンプ６０及び主給水ポンプ６１の作動により、給水配管５２を介して蒸気発生器１１へ送られる。

第１〜第４の低圧給水加熱器５６，５７，５８，５９は、復水器２８内に配設されている。脱気器４１は脱気部４１Ａと、脱気器タンク４１Ｂとを有している。

高圧蒸気タービン３の蒸気出口３ｂは、配管３０を介して中圧蒸気タービン１の蒸気入口１ａに接続され、中圧蒸気タービン１の蒸気出口１ｂは、配管３１を介して低圧蒸気タービン４の蒸気入口４ａに接続されている。そして、配管３１には上流側から順に湿分分離加熱器２、再加熱蒸気止め弁３２、インターセプト弁３３が設けられている。

湿分分離加熱器２の抽気入口２ａ，２ｂは、高圧蒸気タービン３の抽気口３ｃより取り出される抽気配管３４から分岐された抽気配管３４ａ，３４ｂに接続され、湿分分離加熱器２の抽気入口２ｃ，２ｄは、配管３０より取り出された抽気配管３５から分岐された抽気配管３５ａ，３５ｂに接続されている。また、湿分分離加熱器２のドレン出口２ｇ，２ｈは、ドレン配管３７ａ，３７ｂから配管３７を介して第２高圧給水加熱器４５のドレン入口４５ａに接続され、湿分分離加熱器２のドレン出口２ｅ，２ｆは、ドレン配管３６ａ，３６ｂから、ドレン配管３６を介して第１高圧給水加熱器４４のドレン入口４４ａに接続されている。

ドレン配管３６には第１段ドレンタンク３９が設けられ、ドレン配管３７には第２段ドレンタンク４０が設けられている。また、湿分分離加熱器２のドレン出口２ｉは、ドレン配管３８を介して脱気器タンク４１Ｂのドレン入口４１Ｂ−１に接続されている。ドレン配管３８には上流側から順に湿分分離器ドレンタンク４２、湿分分離器ドレンポンプ４３が設けられている。

第２高圧給水加熱器４５のドレン出口４５ｂは、ドレン配管６２を介して第１高圧給水加熱器４４のドレン入口４４ｂに接続され、第１高圧給水加熱器４４のドレン出口４４ｃは、ドレン配管６３を介して脱気部４１Ａのドレン入口４１Ａ−１に接続されている。また、中圧蒸気タービン１の抽気口１ｃは、抽気配管８０を介して第１高圧給水加熱器４４の抽気入口４４ｄに接続されている。中圧蒸気タービン１の蒸気出口１ｂは、配管３１及び配管３１から分岐された抽気配管８１を介して脱気部４１Ａの抽気入口４１Ａ−２にも接続されている。

低圧蒸気タービン４の抽気口４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅは、抽気配管６４，６５，６６，６７を介して第１〜第４の低圧給水加熱器５６，５７，５８，５９の抽気入口５６ａ，５７ａ，５８ａ，５９ａにそれぞれ接続されている。第４低圧給水加熱器５９のドレン出口５９ｂは、ドレン配管６８を介して第３低圧給水加熱器５８のドレン入口５８ｂに接続され、第３低圧給水加熱器５８のドレン出口５８ｃは、ドレン配管６９を介して第２低圧給水加熱器５７のドレン入口５７ｂに接続されている。

第１低圧給水加熱器５６のドレン出口５６ｂと第２低圧給水加熱器５７のドレン出口５７ｃは、それぞれドレン配管７２，７３を介して低圧給水加熱器ドレンタンク７４のドレン入口７４ｂ，７４ａにそれぞれ接続されている。低圧給水加熱器ドレンタンク７４のドレン出口７４ｃは、ドレン供給管７５を介して第１低圧給水加熱器５６と第２低圧給水加熱器５７の間の復水配管５１に接続されている。ドレン供給管７５には低圧給水加熱器ドレンポンプ７６が設けられている。また、ドレン供給管７５から分岐されて復水器２８に接続された配管７７には、ドレン弁７８が設けられている。低圧給水加熱器ドレンタンク７４、低圧給水加熱器ドレンポンプ７６などによって、ヒータドレンアップシステム７９が構成されている。

このような構成の水・蒸気系統２１において、蒸気発生器１１で生成された乾き蒸気（過熱蒸気）である主蒸気は、主蒸気配管２４を介して高圧蒸気タービン３へ供給されることにより、高圧蒸気タービン３を回転させる。図４のタービン膨張線図におけるａ１部が、このときの高圧蒸気タービン３における蒸気の状態変化を示す膨張線図である。高圧蒸気タービン３から排気された乾き蒸気は、配管３０を介して中圧蒸気タービン１へ供給され、中圧蒸気タービン１を回転させる。図４のタービン膨張線図におけるａ２部が、このときの中圧蒸気タービン１における蒸気の状態変化を示す膨張線図である。このときに蒸気は飽和蒸気線よりも上側の乾き蒸気状態から、飽和蒸気線よりも下側の湿り蒸気状態へ変化する。

そして、中圧蒸気タービン１から排気された湿り蒸気は、配管３１を介して湿分分離加熱器２に流入し、この湿分分離加熱器２で再加熱されて再び乾き蒸気になる。図４のタービン膨張線図におけるａ３部が、このときの湿分分離加熱器２における蒸気の状態変化を示す膨張線図であり、蒸気は飽和蒸気線よりも下側の湿り蒸気状態から、飽和蒸気線よりも上側の乾き蒸気状態へ変化する。湿分分離加熱器２で生成された乾き蒸気は、配管３１を介して低圧蒸気タービン４へ供給されることにより、低圧蒸気タービン４を回転させる。図４のタービン膨張線図におけるａ４部が、このときの低圧蒸気タービン４における蒸気の状態変化を示す膨張線図であり、このときに蒸気は飽和蒸気線よりも上側の乾き蒸気状態から、飽和蒸気線よりも下側の湿り蒸気状態へ変化する。発電機２３は、蒸気タービン１，３，４によって回転駆動されることにより、発電する。

低圧蒸気タービン４から排気された湿り蒸気は、海水系統（図示省略）から供給され、復水器２８内の冷却管（図示省略）内に通水される海水によって冷却されることにより、凝縮水（復水）となって、復水器２８のホットウエル２８ｃに貯留される。

第１〜第４の低圧給水加熱器５６，５７，５８，５９では、復水配管５１を介して供給される復水を、低圧蒸気タービン４から抽気配管６４，６５，６６，６７を介してそれぞれに供給される抽気により、加熱する。第４低圧給水加熱器５９において前記抽気の凝縮により生じるドレン（凝縮水）は、ドレン配管６８を介して第３低圧給水加熱器５８へ供給される。第３低圧給水加熱器５８では、第４低圧給水加熱器５９から供給される前記ドレンによっても、前記給水を加熱する。更に、この給水加熱後のドレン、及び第３低圧給水加熱器５８において前記抽気の凝縮により生じたドレン（凝縮水）は、ドレン配管６９を介して第２低圧給水加熱器５７へ供給される。

第２低圧給水加熱器５７では、第３低圧給水加熱器５８から供給される前記ドレンによっても、前記給水を加熱する。この給水加熱後のドレンは、ドレン配管７３を介して低圧給水加熱器ドレンタンク７４へ供給され、貯留される。また、第１低圧給水加熱器５６において前記抽気の凝縮により生じるドレン（凝縮水）も、ドレン配管７２を介して低圧給水加熱器ドレンタンク７４へ供給され、貯留される。低圧給水加熱器ドレンタンク７４の貯留水は、低圧給水加熱器ドレンポンプ７６の作動により、第１低圧給水加熱器５６と第２低圧給水加熱器５７の間で復水配管５１に供給されることにより、復水配管５１を流れる復水に混合される。

一方、湿分分離加熱器２では、中圧蒸気タービン１から排気された湿り蒸気から湿分を分離し、この湿分分離後の蒸気を、湿分分離加熱器２に内蔵されている第１段加熱器と第２段加熱器（図示省略）において、高圧蒸気タービン３から抽気配管３４，３４ａ，３４ｂを介して供給される抽気と、配管３０から抽気配管３５，３５ａ，３５ｂを介して供給される抽気とにより、再加熱することによって乾き蒸気（過熱蒸気）を生成する。このときに湿分分離加熱器２において前記抽気の凝縮により生じるドレン（凝縮水）は、ドレン配管３６ａ，３６ｂ，３６及び第１段ドレンタンク３９を介して第１高圧給水加熱器４４へ供給され、且つ、ドレン配管３７ａ，３７ｂ，３７及び第２段ドレンタンク４０を介して第２高圧給水加熱器４５へも供給される。

また、湿分分離加熱器２で前記湿り蒸気から分離された湿分（ドレン）は、湿分分離器ドレンポンプ４３の作動により、ドレン配管３８及び湿分分離器ドレンタンク４２を介して脱気器タンク４１Ｂへ供給され、貯留される。

第２高圧給水加熱器４５では、給水配管５２を介して供給される給水を、配管３０から抽気配管３５を介して供給される抽気と、湿分分離加熱器２からドレン配管３７ａ，３７ｂ，３７及び第２段ドレンタンク４０を介して供給される前記ドレンによって、加熱する。その後、前記抽気及び前記ドレンの凝縮によって生じるドレン（凝縮水）は、ドレン配管６２を介して第１高圧給水加熱器４４へ供給される。第１高圧給水加熱器４４では、給水配管５２を介して供給される給水を、中圧蒸気タービン１から抽気配管８０を介して供給される抽気と、第２高圧給水加熱器４５から供給される前記ドレンと、湿分分離加熱器２からドレン配管３６ａ，３６ｂ，３６及び第１段ドレンタンク３９を介して供給される前記ドレンによって、加熱する。その後、前記抽気及び前記ドレンの凝縮によって生じるドレン（凝縮水）は、ドレン配管６３を介して脱気部４１Ａへ供給される。

脱気部４１Ａでは、復水配管５１を介して供給される復水を、中圧蒸気タービン１の配管３１から抽気配管８１を介して供給される抽気と、第１高圧給水加熱器４４から供給される前記ドレンで加熱することにより、脱気する。脱気部４１Ａで脱気された前記復水と、加熱脱気後の前記抽気の凝縮により生じるドレン（凝縮水）及び前記ドレンは、脱気器タンク４１Ｂに貯留される。脱気器タンク４１Ｂの貯留水は、給水ブースタポンプ６０及び主給水ポンプ６１の作動により、給水配管５２を介して蒸気発生器１１に供給される。

次に、図５及び図６に基づいて、従来の蒸気再加熱システムを備えた一般的な火力発電プラントの系統概要を説明する。図５には従来の蒸気再加熱システムを備えた一般的な火力発電プラントの系統構成の概要を示し、図６には前記火力発電プラントの系統構成におけるタービン膨張線図（概念図）を示す。

図５に示すように、ボイラ９１内には蒸気発生器９２と再加熱器９３が設けられている。復水ポンプ及び給水ポンプ（図示省略）の作動により、復水器９４のホットウエル９４ａに貯留されている復水が、復水配管９５及び給水配管９６を介して蒸気発生器９２に供給される。蒸気発生器９２では、この供給された復水（給水）を、ボイラ９１のバーナ（図示省略）の燃焼ガスで加熱することにより、高温・高圧の水蒸気である乾き蒸気（過熱蒸気）を生成する。

蒸気発生器９２で生成された乾き蒸気である主蒸気は、主蒸気配管９７を介して高圧蒸気タービン９８へ供給されることにより、高圧蒸気タービン９８を回転させる。図６のタービン膨張線図におけるｂ１部が、このときの高圧蒸気タービン９８における蒸気の状態変化を示す膨張線図である。そして、高圧蒸気タービン９８から排気された乾き蒸気は、配管９９を介してボイラ９１内へ導かれ、再加熱器９３に供給される。再加熱器９３では、この供給された乾き蒸気を、ボイラ９１のバーナの燃焼ガスで再加熱する。図６のタービン膨張線図におけるｂ２部が、このときの再加熱器９３における蒸気の状態変化を示す膨張線図である。

再加熱器９３で再加熱された乾き蒸気は、配管９９を介して中圧蒸気タービン１００へ供給されることにより、中圧蒸気タービン１００を回転させる。図６のタービン膨張線図におけるｂ３部が、このときの中圧蒸気タービン１００における蒸気の状態変化を示す膨張線図である。即ち、中圧蒸気タービン１００は乾き蒸気域での運転となる。

中圧蒸気タービン１００から排気された乾き蒸気は、配管１０１を介して低圧蒸気タービン１０２へ供給されることにより、低圧蒸気タービン１０２を回転させる。図６のタービン膨張線図におけるｂ４部が、このときの低圧蒸気タービン１０２における蒸気の状態変化を示す膨張線図であり、このときに蒸気は飽和蒸気線よりも上側の乾き蒸気状態から、飽和蒸気線よりも下側の湿り蒸気状態へ変化する。発電機１０３は、蒸気タービン９８，１００，１０２によって回転駆動されることにより、発電する。

低圧蒸気タービン１０２から排気された湿り蒸気は、海水系統（図示省略）から復水器９４内の冷却管（図示省略）に通水される海水によって冷却されることにより、凝縮水（復水）となって復水器９４のホットウエル９４ａに貯留される。

なお、原子力発電プラントの水・蒸気系統が開示されている先行技術文献としては、例えば次のものがある。

特開２００９−２４３９２４号公報

上記の如く、従来計画の水・蒸気系統２１における蒸気再加熱システムは、湿分分離加熱器２において、中圧蒸気タービン１の排気（湿り蒸気）を、高圧蒸気タービンからの抽気等により、再加熱して乾き蒸気（過熱蒸気）とした後、低圧蒸気タービン４へ供給する構成のものであった。また、プラント熱効率を向上させるため、従来計画の水・蒸気系統２１には、低圧給水加熱器ドレンタンク７４や低圧給水加熱器ドレンポンプ７６などによって構成されたヒータドレンアップシステム７９も、装備されている。

一方、ＦＢＲ発電プラントの主蒸気条件は、亜臨界火力発電プラントの主蒸気条件と同等である。従って、ＦＢＲ発電プラントの蒸気タービンには、プラント熱効率や機器の信頼性などの観点から、できるだけ、実績のある火力発電プラントの蒸気タービンを採用することが望ましい。また、この火力発電プラントの蒸気タービンの採用は、現在計画されているＦＢＲ発電プラントの実証施設の竣工時期が比較的早いことからも、望ましい。

しかしながら、上記の如く、火力発電プラントの蒸気再加熱システムは、高圧蒸気タービン９８から排気された乾き蒸気を、ボイラ９１内へ導き、再加熱器９３において、ボイラ９１のバーナの燃焼ガスにより再加熱した後、中圧蒸気タービン１００へ供給する方式のものが一般的であり、蒸気の再加熱ポイントが、ＦＢＲ発電プラントの水・蒸気系統２１における蒸気再加熱システムとは異なっている。即ち、火力発電プラントの蒸気再加熱システムでは高圧蒸気タービン９８の排気（乾き蒸気）を再加熱するのに対して、ＦＢＲ発電プラントの蒸気再加熱システムでは中圧蒸気タービン１の排気（湿り蒸気）を再加熱する。

このような蒸気再加熱ポイントの相違により、ＦＢＲ発電プラントの中圧蒸気タービン１の蒸気条件（主として蒸気の温度及び湿り度）は、火力発電プラントの中圧蒸気タービン１００の蒸気条件と異なる。従って、火力発電プラントの中圧蒸気タービン１００を単にＦＢＲ発電プラントの中圧蒸気タービン１に適用することはできず、湿り蒸気領域に適した中圧蒸気タービン１の詳細検討が必要である。

このため、ＦＢＲ発電プラントにおける蒸気再加熱ポイントを、中圧蒸気タービン１の排気から高圧蒸気タービン３の排気に変更することにより、中圧蒸気タービン１を、火力発電プラントの中圧蒸気タービン１００と同様の乾き蒸気領域（図６のタービン膨張線図におけるｂ３部参照）で運転することができるようにすること望ましい。

しかし、火力発電プラントでは蒸気の熱源が燃焼ガスであるのに対して、ＦＢＲ発電プラントでは蒸気の熱源が液体金属ナトリウムである。従って、火力発電プラントと同等の蒸気再加熱システムをＦＢＲ発電プラントで実現するには、液体金属ナトリウムによって蒸気を再加熱する再加熱器を、蒸気発生器１１の部分に設けることが必要であるため、蒸気発生器１１の大幅な設計変更が必要になる。このため、火力発電プラントと同等の蒸気再加熱システムをＦＢＲ実証施設に採用することは非常に困難であり、現実的ではない。

また、従来計画の水・蒸気系統２１は、抽気配管３４，３４ａ，３４ｂ，３５，３５ａ，３５ｂやドレン配管３６，３６ａ，３６ｂ，３７，３７ａ，３７ｂ，３８などを要する複雑な構成の湿分分離加熱器２や、ヒータドレンアップシステム７９などを備えているため、系統全体の構成も複雑なものなっている。

従って本発明は上記の事情に鑑み、蒸気の再加熱を蒸気発生器又はボイラなどで行うことが困難なプラントにおいて、中圧蒸気タービンの運転を乾き蒸気領域で実現し、且つ、できるだけ簡素な系統構成とすることができる発電プラントの蒸気再加熱システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の発電プラントの蒸気再加熱システムは、蒸気発生器で発生した乾き蒸気である主蒸気を高圧蒸気タービンに供給し、この高圧蒸気タービンの排気を中圧蒸気タービンに供給し、この中圧蒸気タービンの排気を低圧蒸気タービンに供給するように構成された発電プラントに装備されている蒸気再加熱システムであって、
蒸気再加熱手段を有し、この蒸気再加熱手段において、前記高圧蒸気タービンから排気された乾き蒸気を、前記蒸気発生器で発生した前記主蒸気の一部によって加熱した後、前記中圧蒸気タービンに供給することにより、前記中圧蒸気タービンが乾き蒸気領域での運転となるようにしたことを特徴とする。

本発明の発電プラントの蒸気再加熱システムによれば、蒸気発生器で発生した乾き蒸気である主蒸気を高圧蒸気タービンに供給し、この高圧蒸気タービンの排気を中圧蒸気タービンに供給し、この中圧蒸気タービンの排気を低圧蒸気タービンに供給するように構成された発電プラントに装備されている蒸気再加熱システムであって、蒸気再加熱手段を有し、この蒸気再加熱手段において、前記高圧蒸気タービンから排気された乾き蒸気を、前記蒸気発生器で発生した前記主蒸気の一部によって加熱した後、前記中圧蒸気タービンに供給することにより、前記中圧蒸気タービンが乾き蒸気領域での運転となるようにしたことを特徴としているため、ＦＢＲ発電プラントで課題としていた乾き蒸気領域での中圧蒸気タービンの運転を実現することができる。このため、蒸気発生器の設計変更などを要することなく、実績のある火力発電プラントの蒸気タービンの適用が可能になる。
また、乾き蒸気領域で中圧蒸気タービンの運転を行うことによって、プラント熱効率が改善される。このため、発電プラントの発電電力を増加させることができる。或いは、発電電力を増加させる必要がない場合には、原子炉やボイラの熱出力を低減することができる。
また、従来計画の水・蒸気系統が有していた複雑な抽気配管やドレン配管などを要する湿分分離加熱器やヒータドレンアップシステムを削減し、抽気系統やドレン系統の合理化を図ることができるため、従来計画の水・蒸気系統に比べて、水・蒸気系統の構成を簡素化することができる。

本発明の実施の形態例に係る蒸気再加熱システムを備えたＦＢＲ発電プラントの水・蒸気系統の構成を示す概念図である。本発明の実施の形態例に係る蒸気再加熱システムを備えたＦＢＲ発電プラントの水・蒸気系統におけるタービン膨張線図（概念図）と、従来の蒸気再加熱システムを備えたＦＢＲ発電プラントの水・蒸気系統におけるタービン膨張線図（概念図）とを比較して示すグラフである。従来の蒸気再加熱システムを備えたＦＢＲ発電プラントの水・蒸気系統の構成を示す概念図である。従来の蒸気再加熱システムを備えたＦＢＲ発電プラントの水・蒸気系統におけるタービン膨張線図（概念図）を示すグラフである。従来の蒸気再加熱システムを備えた一般的な火力発電プラントの系統構成の概要を示す概念図である。従来の蒸気再加熱システムを備えた一般的な火力発電プラントの系統構成におけるタービン膨張線図（概念図）を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すとおり、本発明の実施の形態例に係るＦＢＲ発電プラントの水・蒸気系統１１１における蒸気再加熱システムは、蒸気再加熱手段としての高圧蒸気加熱器１１３を有し、この高圧蒸気加熱器１１３において、高圧蒸気タービン１１２の排気（乾き蒸気）を、蒸気発生器１１５で生成した乾き蒸気（過熱蒸気）である主蒸気の一部によって加熱した後、中圧蒸気タービン１１４に供給することにより、中圧蒸気タービン１１４が乾き蒸気領域での運転となるようにしたこと特徴とするものである。

また、本実施の形態例の水・蒸気系統１１１は、給水加熱手段である第１高圧給水加熱器１３６及び第２高圧給水加熱器１３７において、蒸気発生器１１５へ供給する給水を、高圧蒸気加熱器１１３で前記乾き蒸気の再加熱に使用した前記主蒸気のドレン（凝縮水）により、加熱することによって、このドレンの熱を回収する熱回収システムも有している。

詳述すると、図１に示すように、本実施の形態例のＦＢＲ発電プラントは、ナトリウムループである１次ナトリウム系統１２１と２次ナトリウム系統１２２を有している。１次ナトリウム系統１２１では、中間熱交換器１２３に内蔵されている１次系ポンプ（図示省略）の作動により、冷却材である液体金属ナトリウムが、炉心１２４が収容されている原子炉容器１２５と中間熱交換器１２３との間で循環する。２次ナトリウム系統１２２では、２次系ポンプ１２６の作動により、冷却材である液体金属ナトリウムが、中間熱交換器１２３と蒸気発生器１１５との間で循環する。

このときに中間熱交換器１２３では、炉心１２４を冷却して高温になった１次ナトリウム系統１２１の液体金属ナトリウムと、２次ナトリウム系統１２２の液体金属ナトリウムとの熱交換が行われる。そして、蒸気発生器１１５では、水・蒸気系統１１１から供給される給水を、２次ナトリウム系統１２２の液体金属ナトリウムによって加熱することにより、高温・高圧の水蒸気である乾き蒸気（過熱蒸気）を生成する。

水・蒸気系統１１１に配設されているタービン設備１３１は高圧蒸気タービン１１２と中圧蒸気タービン１１４と低圧蒸気タービン１３２と発電機１３３とを有しており、これらの蒸気タービン１１２，１１４，１３２及び発電機１３３が共通の回転軸１３４によって結合されている。また、低圧蒸気タービン１３２の下側には復水器１３５が配設されている。

水・蒸気系統１１１の構成について更に詳述すると、蒸気発生器１１５の蒸気出口１１５ａは、主蒸気配管１３８を介して高圧蒸気タービン１１２の蒸気入口１１２ａに接続されている。主蒸気配管１３８には上流側から順に蒸気発生器出口弁１３９、主蒸気止め弁１４０、蒸気加減弁１４１が設けられている。主蒸気止め弁１４０の上流側では、タービンバイパス配管１４２が主蒸気配管１３８から分岐されている。タービンバイパス配管１４２は、タービン設備１３１（蒸気タービン１１２，１１４，１３２）をバイパスして復水器１３５の蒸気入口１３５ａに接続されている。タービンバイパス配管１４２にはタービンバイパス弁１４３が設けられている。

復水器１３５の復水出口１３５ｂには、復水配管１４４の一端側が接続され、復水配管１４４の他端側には、脱気器１５３の一端側が接続されている。脱気器１５３の脱気器タンク１５３Ｂには給水配管１４５の一端側が接続され、給水配管１４５の他端側は、蒸気発生器１１５の給水入口１１５ｂに接続されている。復水配管１４４には、上流側から順に復水ポンプ１４６、グランド蒸気復水器１４７、復水ブースタポンプ１４８、第１低圧給水加熱器１４９、第２低圧給水加熱器１５０、第３低圧給水加熱器１５１、第４低圧給水加熱器１５２、脱気器１５３が設けられている。給水配管１４５には、上流側から順に給水ブースタポンプ１５４、主給水ポンプ１５５、第１高圧給水加熱器１３６、第２高圧給水加熱器１３７、蒸気発生器入口弁１５６が設けられている。

復水器１３５の下部のホットウエル１３５ｃに貯留されている復水（凝縮水）は、復水ポンプ１４６及び復水ブースタポンプ１４８の作動により、復水配管１４４を介して脱気器１５３へ送られ、更に給水ブースタポンプ１５４及び主給水ポンプ１５５の作動により、給水配管１４５を介して蒸気発生器１１５へ送られる。

第１〜第４の低圧給水加熱器１４９，１５０，１５１，１５２は、復水器１３５内に配設されている。脱気器１５３は脱気部１５３Ａと、脱気器タンク１５３Ｂとを有している。

高圧蒸気タービン１１２の蒸気出口１１２ｂは、配管１５７を介して中圧蒸気タービン１１４の蒸気入口１１４ａに接続され、中圧蒸気タービン１１４の蒸気出口１１４ｂは、配管１５８を介して低圧蒸気タービン１３２の蒸気入口１３２ａに接続されている。そして、配管１５７には上流側から順に高圧蒸気加熱器１１３、再加熱蒸気止め弁１５９、インターセプト弁１６０が設けられている。

また、タービンバイパス配管１４２の分岐部の上流側では、主蒸気分流配管１６１が主蒸気配管１３８から分岐されている。主蒸気分流配管１６１の下流側端部は、高圧蒸気加熱器１１３内に設けられている加熱管１１３ａの入口側端部１１３ａ−１に接続されている。加熱管１１３ａの出口側端部１１３ａ−２は、ドレン配管１６２を介して第２高圧給水加熱器１３７のドレン入口１３７ａに接続されている。ドレン配管１６２には高圧蒸気加熱器ドレンタンク１７５が設けられている。

第２高圧給水加熱器１３７のドレン出口１３７ｂは、ドレン配管１６５を介して第１高圧給水加熱器１３６のドレン入口１３６ｂに接続され、第１高圧給水加熱器１３６のドレン出口１３６ｃは、ドレン配管１６６を介して脱気部１５３Ａのドレン入口１５３Ａ−２に接続されている。また、中圧蒸気タービン１１４の抽気口１１４ｃは、抽気配管１６３を介して第１高圧給水加熱器１３６の抽気入口１３６ａに接続されている。中圧蒸気タービン１１４の蒸気出口１１４ｄは、抽気配管１６４を介して脱気部１５３Ａの抽気入口１５３Ａ−１に接続されている。

低圧蒸気タービン１３２の抽気口１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄ，１３２ｅは、抽気配管１６７，１６８，１６９，１７０を介して第１〜第４の低圧給水加熱器１４９，１５０，１５１，１５２の抽気入口１４９ａ，１５０ａ，１５１ａ，１５２ａにそれぞれ接続されている。第４低圧給水加熱器１５２のドレン出口１５２ｂは、ドレン配管１７１を介して第３低圧給水加熱器１５１のドレン入口１５１ｂに接続され、第３低圧給水加熱器１５１のドレン出口１５１ｃは、ドレン配管１７２を介して第２低圧給水加熱器１５０のドレン入口１５０ｂに接続され、第２低圧給水加熱器１５０のドレン出口１５０ｃは、ドレン配管１７３を介して第１低圧給水加熱器１４９のドレン入口１４９ｂに接続されている。第１低圧給水加熱器１４９のドレン出口１４９ｃは、ドレン配管１７４を介して復水器１３５のホットウエル１３５ｃに通じている。

このような構成の水・蒸気系統１１１において、蒸気発生器１１５で生成された乾き蒸気（過熱蒸気）である主蒸気は、主蒸気配管１３８を介して高圧蒸気タービン１１２へ供給されることにより、高圧蒸気タービン１１２を回転させる。図２の太い実線で示したタービン膨張線図におけるｃ１部が、このときの高圧蒸気タービン１１２における蒸気の状態変化を示す膨張線図である。なお、図２には太い実線で本実施の形態例の水・蒸気系統１１１におけるタービン膨張線図（概念図）を示し、細い実線で従来の水・蒸気系統２１（図３）におけるタービン膨張線図（概念図）を示している。

そして、高圧蒸気タービン１１２から排気された乾き蒸気は、配管１５７を介して高圧蒸気加熱器１１３へ送られる。一方、蒸気発生器１１５で生成された主蒸気（乾き蒸気）の一部が、主蒸気配管１３８から主蒸気分流配管１６１へ分流され、主蒸気分流配管１６１を介して高圧蒸気加熱器１１３へ供給される。高圧蒸気加熱器１１３内では、主蒸気分流配管１６１を介して供給される主蒸気が加熱管１１３ａ内を流れる一方、高圧蒸気タービン１１２の排気（乾き蒸気）が加熱管１１３ａの外側を流れる。その結果、前記主蒸気によって前記排気（乾き蒸気）が加熱される。図２の太い実線で示したタービン膨張線図におけるｃ２部が、このときの高圧蒸気加熱器１１３における蒸気の状態変化を示す膨張線図である。

本発明の蒸気再加熱システムでは、高圧蒸気タービン１１２から排気される乾き蒸気を再加熱するため、湿分分離機能は不要である。即ち、本発明の蒸気再加熱システムにおける蒸気再加熱手段（高圧蒸気加熱器１１３）は、湿分分離機能を介さない（高圧蒸気タービン１１２の排気に対して湿分分離を実施する必要のない）ものである。高圧蒸気タービン１１２の排気（乾き蒸気）は、湿分分離機能を介さずに直接、蒸気再加熱手段（高圧蒸気加熱器１１３）において加熱される。

高圧蒸気加熱器１１３で再加熱された乾き蒸気は、配管１５７を介して中圧蒸気タービン１１４へ供給され、中圧蒸気タービン１１４を回転させる。図２の太い実線で示したタービン膨張線図におけるｃ３部が、このときの中圧蒸気タービン１１４における蒸気の状態変化を示す膨張線図である。即ち、中圧蒸気タービン１１４は乾き蒸気領域での運転となる。

中圧蒸気タービン１１４から排気された乾き蒸気は、配管１５８を介して低圧蒸気タービン１３２へ供給されることにより、低圧蒸気タービン１３２を回転させる。図２の太い実線で示したタービン膨張線図におけるｃ４部が、このときの低圧蒸気タービン１３２おける蒸気の状態変化を示す膨張線図であり、このときに蒸気は飽和蒸気線よりも上側の乾き蒸気状態から、飽和蒸気線よりも下側の湿り蒸気状態へ変化する。発電機１３３は、蒸気タービン１１２，１１４，１３２によって回転駆動されることにより、発電する。

低圧蒸気タービン１３２から排気された湿り蒸気は、海水系統（図示省略）から復水器１３５内の冷却管（図示省略）に通水される海水によって冷却されることにより、凝縮水（復水）となって、復水器１３５のホットウエル１３５ｃに貯留される。

第１〜第４の低圧給水加熱器１４９，１５０，１５１，１５２では、復水配管１４４を介して供給される復水を、低圧蒸気タービン１３２からの抽気配管１６７，１６８，１６９，１７０を介してそれぞれに供給される抽気により、加熱する。第４低圧給水加熱器１５２において前記抽気の凝縮により生じるドレン（凝縮水）は、ドレン配管１７１を介して第３低圧給水加熱器１５１へ供給される。第３低圧給水加熱器１５１では、第４低圧給水加熱器１５２から供給される前記ドレンによっても、前記給水を加熱する。更に、この給水加熱後のドレン、及び第３低圧給水加熱器１５１において前記抽気の凝縮により生じるドレン（凝縮水）は、ドレン配管１７２を介して第２低圧給水加熱器１５０へ供給される。

第２低圧給水加熱器１５０では、第３低圧給水加熱器１５１から供給される前記ドレンによっても、前記給水を加熱する。この給水加熱後のドレンは、ドレン配管１７３を介して第１低圧給水加熱器１４９へ供給される。第１低圧給水加熱器１４９では、第２低圧給水加熱器１５０から供給される前記ドレンによっても、前記給水を加熱する。この給水加熱後のドレンは、ドレン配管１７４を介して復水器１３５のホットウエル１３５ｃに排出される。

一方、高圧蒸気加熱器１１３では主蒸気が、高圧蒸気タービン１１２の排気（乾き蒸気）との熱交換により、凝縮してドレン（凝縮水）となる。このドレンは、ドレン配管１６２を介して高圧蒸気加熱器ドレンタンク１７５へ送られて、一旦、高圧蒸気加熱器ドレンタンク１７５に貯留された後、ドレン配管１６２を介して第２高圧給水加熱器１３７へ供給される。

第２高圧給水加熱器１３７では、給水配管１４５を介して供給される給水を、高圧蒸気加熱器１１３から供給される前記ドレンにより、加熱する。その後、このドレンは、ドレン配管１６５を介して第１高圧給水加熱器１３６へ供給される。第１高圧給水加熱器１３６では、給水配管１４５を介して供給される給水を、中圧蒸気タービン１１４から抽気配管１６３を介して供給される抽気と、第２高圧給水加熱器１３７から供給される前記ドレンとによって、加熱する。その後、前記抽気の凝縮によって生じるドレン（凝縮水）及び前記ドレンは、ドレン配管１６６を介して脱気部１５３Ａへ供給される。

脱気部１５３Ａでは、復水配管１４４を介して供給される復水を、中圧蒸気タービン１１４から抽気配管１６４を介して供給される抽気と、第１高圧給水加熱器１３６から供給される前記ドレンとで加熱することにより、脱気する。脱気部１５３Ａで脱気された前記復水及び加熱脱気後に前記抽気の凝縮によって生じるドレン（凝縮水）と、前記ドレンは、脱気器タンク１５３Ｂに貯留される。脱気器タンク１５３Ｂの貯留水は、給水ブースタポンプ１５４及び主給水ポンプ１５５の作動により、給水配管１４５を介して蒸気発生器１１５に供給される。

以上のことから、本実施の形態例のＦＢＲ発電プラントの蒸気再加熱システムによれば、蒸気発生器１１５で発生した乾き蒸気である主蒸気を高圧蒸気タービン１１２に供給し、この高圧蒸気タービン１１２の排気を中圧蒸気タービン１１４に供給し、この中圧蒸気タービン１１４の排気を低圧蒸気タービン１３２に供給するように構成されたＦＢＲ発電プラントに装備されている蒸気再加熱システムであって、蒸気再加熱手段として高圧蒸気加熱器１１３を有し、この高圧蒸気加熱器１１３において、高圧蒸気タービン１１２から排気された乾き蒸気を、蒸気発生器１１５で発生した主蒸気の一部によって加熱した後、中圧蒸気タービ１１４に供給することにより、中圧蒸気タービン１１４が乾き蒸気領域での運転となるようにしたことを特徴としているため、ＦＢＲ発電プラントで課題としていた乾き蒸気領域での中圧蒸気タービンの運転を実現することができる。このため、蒸気発生器１１５の設計変更などを要することなく、実績のある火力発電プラントの蒸気タービンの適用が可能になる。
また、乾き蒸気領域で中圧蒸気タービン１１４の運転を行うことによって、プラント熱効率が改善される。このため、ＦＢＲ発電プラントの発電電力を増加させることができる。或いは、発電電力を増加させる必要がない場合には、原子炉の熱出力を低減することができる。
また、従来計画（図３）の水・蒸気系統２１が有していた複雑な抽気配管３４ａ，３４ｂ，３４，３５ａ，３５ｂ，３５やドレン配管３６ａ，３６ｂ，３６，３７ａ，３７ｂ，３７，３８などを要する湿分分離加熱器２や、ヒータドレンアップシステム７９などを削減し、抽気系統やドレン系統の合理化を図ることができるため、従来計画の水・蒸気系統２１に比べて、水・蒸気系統１１１の構成を簡素化することができる。なお、図３に示す湿分分離加熱器２では高圧蒸気タービン３の抽気と排気の２段で蒸気再加熱を行うのに対して、本実施の形態例では主蒸気の１段で蒸気再加熱を行うため、１段分の抽気系統やドレン系統が削減されることになる。

また、本実施の形態例のＦＢＲ発電プラントの蒸気再加熱システムによれば、給水加熱手段である第１高圧給水加熱器１３６及び第２高圧給水加熱器１３７において、蒸気発生器１１５へ供給する給水を、高圧蒸気加熱器１１３で乾き蒸気（高圧蒸気タービン１１２の排気）の再加熱に使用した主蒸気のドレンにより、加熱することによって、このドレンの熱を回収する熱回収システムを有しているため、主蒸気が保有している高エネルギーを、蒸気の再加熱に用いるだけでなく、給水加熱手段である第１高圧給水加熱器１３６及び第２高圧給水加熱器１３７において給水へ熱回収することができる。

なお、本発明の蒸気再加熱システムは、必ずしもＦＢＲ発電プラントに限定するものではなく、ＦＢＲ以外の原子力発電プラントにおいても、蒸気発生器で発生する主蒸気が乾き蒸気となるプラントであれば、適用することができる。例えば、新型の原子力発電プラントとして、現在、研究・開発が進められている高温ガス炉の発電プラントなどにも、本発明の蒸気再加熱システムを適用することができる。高温ガス炉発電プラントはヘリウムを冷却材として用いており、蒸気発生器において給水をヘリウムで加熱することにより、高温・高圧の乾き蒸気（過熱蒸気）を発生する。
更に、本発明の蒸気再加熱システムは、必ずしも原子力発電プラントに限定するものではなく、ボイラを用いた発電プラントにも適用することができる。例えば、火力発電プラントなどのボイラを用いた発電プラントにおいて、前記ボイラで蒸気の再加熱を行うことが困難な場合には、蒸気発生器ではボイラのバーナの燃焼ガスにより乾き蒸気（主蒸気）を生成する一方、蒸気（高圧蒸気タービンの排気）の再加熱については本発明の蒸気再加熱システムを適用すればよい。このことによって、ボイラでの蒸気再加熱が困難な発電プラントにおいても、中圧蒸気タービンを乾き蒸気領域で運転することができる。

また、図示例の蒸気発生器１１５は、給水を加熱して飽和蒸気を生成する蒸発器の部分と、前記蒸発器の部分で生成した飽和蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱器の部分とが一体になったものであるが、これに限定するものではなく、本発明の水・蒸気系統は、前記蒸発器の部分と前記加熱器の部分が分離しているタイプの蒸気発生器を備えた発電プラントにも、適用することができる。

また、低圧給水加熱器のドレンを、復水系統に回収するドレンアップシステムを設けることも可能であり、このドレンアップシステムによる低圧給水加熱器のドレン回収先は、復水配管又は復水器でもよい。

本発明は発電プラントの蒸気再加熱システムに関するものであり、ＦＢＲ発電プラントなどの原子力発電プラントや火力発電プラントにおいて、中圧蒸気タービンを乾き蒸気領域で運転する場合に適用して有用なものである。

１１１水・蒸気系統
１１２高圧蒸気タービン
１１２ａ高圧蒸気タービンの蒸気入口
１１２ｂ高圧蒸気タービンの蒸気出口
１１３高圧蒸気加熱器
１１３ａ高圧蒸気加熱器の加熱管
１１３ａ−１加熱管の入口側端部
１１３ａ−２加熱管の出口側端部
１１４中圧蒸気タービン
１１４ａ中圧蒸気タービンの蒸気入口
１１４ｂ中圧蒸気タービンの蒸気出口
１１４ｃ中圧蒸気タービンの抽気口
１１４ｄ中圧蒸気タービンの蒸気出口
１１５蒸気発生器
１１５ａ蒸気発生器の蒸気出口
１１５ｂ蒸気発生器の給水入口
１２１１次ナトリウム系統
１２２２次ナトリウム系統
１２３中間熱交換器
１２４炉心
１２５原子炉容器
１２６２次系ポンプ
１３１タービン設備
１３２低圧蒸気タービン
１３２ａ低圧蒸気タービンの蒸気入口
１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄ，１３２ｅ低圧蒸気タービンの抽気口
１３３発電機
１３４回転軸
１３５復水器
１３５ａタービンバイパスラインの復水器蒸気入口
１３５ｂ復水器の復水出口
１３５ｃ復水器のホットウエル
１３６第１高圧給水加熱器
１３６ａ第１高圧給水加熱器の抽気入口
１３６ｂ第１高圧給水加熱器のドレン入口
１３６ｃ第１高圧給水加熱器のドレン出口
１３７第２高圧給水加熱器
１３７ａ第２高圧給水加熱器のドレン入口
１３７ｂ第２高圧給水加熱器のドレン出口
１３８主蒸気配管
１３９蒸気発生器出口弁
１４０主蒸気止め弁
１４１蒸気加減弁
１４２タービンバイパス配管
１４３タービンバイパス弁
１４４復水配管
１４５給水配管
１４６復水ポンプ
１４７グランド蒸気復水器
１４８復水ブースタポンプ
１４９第１低圧給水加熱器
１４９ａ第１低圧給水加熱器の抽気入口
１４９ｂ第１低圧給水加熱器のドレン入口
１４９ｃ第１低圧給水加熱器のドレン出口
１５０第２低圧給水加熱器
１５０ａ第２低圧給水加熱器の抽気入口
１５０ｂ第２低圧給水加熱器のドレン入口
１５０ｃ第２低圧給水加熱器のドレン出口
１５１第３低圧給水加熱器
１５１ａ第３低圧給水加熱器の抽気入口
１５１ｂ第３低圧給水加熱器のドレン入口
１５１ｃ第３低圧給水加熱器のドレン出口
１５２第４低圧給水加熱器
１５２ａ第４低圧給水加熱器の抽気入口
１５２ｂ第４低圧給水加熱器のドレン出口
１５３脱気器
１５３Ａ脱気器の脱気部
１５３Ａ−１脱気部の抽気入口
１５３Ａ−２脱気部のドレン入口
１５３Ｂ脱気器の脱気器タンク
１５４給水ブースタポンプ
１５５主給水ポンプ
１５６蒸気発生器入口弁
１５７高圧蒸気タービンと中圧蒸気タービンを繋ぐ配管
１５８中圧蒸気タービンと低圧蒸気タービンを繋ぐ配管
１５９再加熱蒸気止め弁
１６０インターセプト弁
１６１主蒸気分流配管
１６２ドレン配管
１６３，１６４抽気配管
１６５，１６６ドレン配管
１６７，１６８，１６９，１７０抽気配管
１７１，１７２，１７３，１７４ドレン配管
１７５高圧蒸気加熱器ドレンタンク

Claims

蒸気発生器で発生した乾き蒸気である主蒸気を高圧蒸気タービンに供給し、この高圧蒸気タービンの排気を中圧蒸気タービンに供給し、この中圧蒸気タービンの排気を低圧蒸気タービンに供給するように構成された発電プラントに装備されている蒸気再加熱システムであって、
蒸気再加熱手段を有し、この蒸気再加熱手段において、前記高圧蒸気タービンから排気された乾き蒸気を、前記蒸気発生器で発生した前記主蒸気の一部によって加熱した後、前記中圧蒸気タービンに供給することにより、前記中圧蒸気タービンが乾き蒸気領域での運転となるようにしたことを特徴とする発電プラントの蒸気再加熱システム。