JP2013217342A

JP2013217342A - 蒸気タービンプラントおよびその運転方法

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Publication number: JP2013217342A
Application number: JP2012090415A
Authority: JP
Inventors: Koichi Goto; 藤功一後; Nobuo Okita; 田信雄沖
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2032-04-11
Also published as: JP5873379B2

Abstract

【課題】電力需要の大きい時間帯の発電出力の増加や、電力需要が充分に変化する１日における電力平準化を図ることのできる蒸気タービンプラントおよびその運転方法を提供する。
【解決手段】本実施形態の蒸気タービンプラントは、供給された水を蒸気２に変化させるボイラ１と、ボイラ１からの蒸気２により駆動される蒸気タービン３と、蒸気タービン３の排気４を冷却水８により冷却して水に変化させる復水器５と、復水器５によって排気４から変化した水をボイラ１に供給するポンプ７と、蒸気２の一部を熱源にして駆動され冷媒２５を冷却する冷凍機１８と、冷媒２５を貯蔵する蓄熱槽２４と、冷却水８を冷媒２５により直接的あるいは間接的に冷却する冷却器２７と、を備え、蒸気２の一部が冷凍機１８を通過した後の流出流体１９を、復水器５と前記ポンプ７との間に流入させる。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービンプラントおよびその運転方法に関する。

従来の蒸気タービンプラントの第１例を図１１に示す。この第１例の蒸気タービンプラントにおいては、給水６が給水ポンプ７によりボイラ１に供給され、ボイラ１で加熱される事で蒸気２に変化する。ボイラ１は、例えば石炭を燃料とし発生した燃焼排ガスや太陽熱によって給水６を加熱する。ボイラ１にて発生した蒸気２は蒸気タービン３に流入して膨張し、蒸気タービン３の回転軸を回転させる軸動力を発生する。この時、蒸気２は蒸気タービン３内部にて圧力、温度ともに低下し、排気となる。蒸気タービン３からの排気４は復水器５に流入する。排気４は通常、その一部が凝縮していて液体になっているが、ほとんどが気体状態である。排気４は、復水器５において冷却水８により冷却され、給水６に戻る。給水６は蒸気に変化しその後、水に戻されながら、給水ポンプ７の上流に戻り、循環する。冷却水８は冷却水ポンプ９で復水器５に搬送されており、海水や河川水を用いる事が多い。図１１に示す第１例の場合、冷却水８は復水器５により加熱された後、海や河川に排出される。すなわち、図１１に示す第１例においては、冷却水８の系統は非循環方式となっている。膨張していく蒸気によって回転する蒸気タービン３の回転軸は発電機３０に接続されており、発生した軸動力を用いて発電機３０にて発電される。

次に、従来の蒸気タービンの第２例を図１２に示す。この第２例の蒸気タービンプラントにおいては、図１１に示す第１例の蒸気タービンプラントとは、復水器５の冷却水８の系統が異なる。図１２に示す第２例では、復水器５の冷却水８は循環水であり、復水ポンプ９により復水器５に搬送される。冷却水８は復水器５にて加熱された後、冷却塔１１で大気１０により冷却される。大気１０は強制的に送風してもよいが、図１２に示す第２例では大気１０を強制的には送風させない冷却塔１１である。大気１０を搬送する送風機を図示していないが、大気を強制的に送風する冷却塔を用いてもよく、その場合は送風機が必要になる。冷却塔１１で冷却された冷却水８は復水ポンプ９により循環する。

図１１および図１２では、蒸気タービンは１台として描いているが、複数台としてもよく、再熱サイクルや再生サイクルを構成してもよい。

特開２０００−６４８１３号公報

電力需要は季節や時間帯によって異なり、夏期昼間は需要大で電力不足気味である。夏期昼間は海水や河川水の温度は高いため、図１１に示す第１例では、冷却水８がより高温になる。夏期昼間の大気１０の温度は高く、特に日本では相対湿度も高いため、図１２に示す第２例においては、冷却塔１１での冷却能力が低下し、冷却水８はより高温になる。大気１０により冷却水８を冷却する図１２に示す第２例においては、海水や河川水を冷却水８に用いる図１１に示す第１例の場合よりも、低温の冷却水８の確保が特に困難である。復水器５の冷却水８の温度が高くなると、蒸気タービン３の出口の圧力がより高くなるため、蒸気タービン３の軸動力として利用できる蒸気のエンタルピ（入口と出口のエンタルピ差）は小さくなる。なお、本明細書において、蒸気タービン３が複数台ある場合は、蒸気タービン３の出口圧力とは復水器５とつながっている蒸気タービン３の出口圧力を指す。蒸気タービン３の出力は減り、発電量を増やしたい夏期昼間こそ発電出力は減る。

夏期であっても夜間は電力余剰状態にある。一部の発電所では夜間発電しなくてもよい状態にあるが、ボイラ１は容易に停止したり運転開始したりできず、運転し続ける必要がある。そこで一部の発電所では夜間、ボイラ１や蒸気タービン３を部分負荷で運転する事で発電量を減らしている。

よって、夏期昼間といった電力需要の大きい時間帯の発電出力の増加や、夏期昼夜といった時間帯によって電力需要が充分に変化する１日の電力平準化が所望されている。

本実施形態は、電力需要の大きい時間帯の発電出力増加や、時間帯によって電力需要が変化しても発電出力を平準化することのできる蒸気タービンプラントおよびその運転方法を提供する。

本実施形態による蒸気タービンプラントは、供給された水を蒸気に変化させるボイラと、前記ボイラからの蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンの排気を冷却水により冷却して水に変化させる復水器と、前記復水器によって排気から変化した水を前記ボイラに供給するポンプと、前記蒸気の一部を熱源にして駆動され冷媒を冷却する冷凍機と、前記冷媒を貯蔵する蓄熱槽と、前記冷却水を前記冷媒により直接的あるいは間接的に冷却する冷却器と、を備え、前記蒸気の一部が前記冷凍機を通過した後の流出流体を、前記復水器と前記ポンプとの間に流入させることを特徴とする。

第１実施形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。第２実施形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。第３実施形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。第４実施形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。第５実施形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。第６実施形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。第７実施形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。第８実施形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。第９実施形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。第１０実施形態による蒸気タービンプラントを示す概念図。従来の蒸気タービンプラントの第１例を示す概念図。従来の蒸気タービンプラントの第２例を示す概念図。

以下に図面を参照して実施形態を説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態による蒸気タービンプラントを図１に示す。この第１実施形態の蒸気タービンプラントは、ボイラ１と、蒸気タービン３と、復水器５と、給水ポンプ７と、冷却水ポンプ９と、冷却塔１１と、流量調節弁１５と、減圧弁１６と、冷凍機１８と、減圧弁２０と、冷媒ポンプ２１と、冷却用物質ポンプ２３と、蓄熱槽２４と、流量調節弁２６と、冷却器２７と、発電機３０と、流量調節弁３１と、開閉弁４６と、を備えている。冷凍機１８は、例えば吸収式冷凍機あるいは吸着式冷凍機である。

この第１実施形態に蒸気タービンプラントにおいて、電力需要の大きい時間帯における蒸気タービンプラント全体の運転パターンモードを運転パターンＡとする。運転パターンＡのモードを実現するために事前に、電力需要が大ではない時間帯に実施する蒸気タービンプラントの運転の運転パターンモードを運転パターンＢとする。また、運転パターンＡ、Ｂを実施しない時間帯の運転パターンモードを運転パターンＣとする。運転パターンＡによる運転パターンモードを実施しない時期、即ち電力需要が大である時間帯がない時期における運転パターンモードは運転パターンＣとなる。例えば、夏期昼間は運転パターンＡで、夏期夜間は運転パターンＢで、夏期でも運転パターンＡとＢの間の時間帯や、夏期でない時期は運転パターンＣで、蒸気タービンプラント全体を運転する。

これらの運転パターンＢ、運転パターンＡ、および運転パターンＣについて以下に順に説明する。

（運転パターンＢ）
運転パターンＢにおいては、以下のように蒸気タービンプラントを運転する。給水６が給水ポンプ７によりボイラ１に供給され、ボイラ１で加熱される事で蒸気２に変化する。ボイラ１は、例えば石炭を燃料とし発生した燃焼排ガスや太陽熱によって給水６を加熱する。ボイラ１にて発生した蒸気２は、タービン入口蒸気１２として蒸気タービン３に流入して膨張し、蒸気タービン３の回転軸を回転させる軸動力を発生する。この時、タービン入口蒸気２は蒸気タービン３内部にて圧力、温度ともに低下し、排気となる。蒸気タービン３からの排気４は復水器５に流入する。排気４は通常、その一部が凝縮していて液体になっているが、ほとんどが気体状態である。排気４は、復水器５において冷却水８により冷却され、復水１３になる。この復水１３は、後述する冷凍機１８から出力される流体１９と合流し、給水６となり、給水ポンプ７の上流に戻る。

この運転パターンＢにおいては、ボイラ１から出力された蒸気２はタービン入口蒸気１２と分岐蒸気１４に分岐される。このときの分岐流量は、流量調節弁１５により調節される。分岐蒸気１４は減圧弁１６により適切な圧力まで減圧されて冷凍機１８の入口に流入する冷凍機入口蒸気１７となる。冷凍機１８は、冷凍機入口蒸気を熱源として駆動する冷凍機であり、例えば、吸収式冷凍機あるいは吸着式冷凍機である。冷凍機１８は、冷凍機向けの冷却水や、冷凍機向けの冷却水を空冷する冷却塔、等も具備しており、それらを含めた冷凍システム全体から冷媒２５と冷媒ポンプ２１を除いた部分を冷凍機１８として図示している。冷凍機１８は冷凍機入口蒸気１７を熱源にして駆動し、冷熱を生成し冷媒２５を冷却する。冷媒２５は流量調節弁３１により流量調節され、冷媒ポンプ２１により蓄熱槽２４に搬送される。蓄熱槽２４には冷却用物質２２が貯蔵されている。冷媒２５は冷却用物質２２を冷却する。すると、冷媒２５は温度上昇し、その後、冷凍機１８に流入する。冷却用物質２２は常温で液体だが、冷却によって一部あるいは全部が固体に相変化してもよい。冷却用物質２２は例えば水であり、相変化した場合は氷になる。運転パターンＢにおいては、流量調節弁２６は全閉され、冷却用物質ポンプ２３は駆動させない。

復水器５で用いられる冷却水８は冷却塔１１で大気１０により冷却された後、冷却水ポンプ９により冷却器２７を通過して復水器５に流入する。しかし、運転パターンＢにおいては、冷却用物質２２は冷却器２７を流れていないので冷却器２７では冷却水８は冷却されない。冷凍機１８に流入した冷凍機入口蒸気１７は冷凍機１８にて温度低下して冷凍機出口にて流体１９となる。この流体１９は、減圧弁２０により適切な圧力まで減圧された後、復水１３と合流し、給水６になる。なお、開閉弁４６は全開している。流体１９が復水１３と合流する地点は復水器５と給水ポンプ７との間であるが、仮に複数の給水ポンプ７が直列に配置されている場合は、合流する地点は、最も下流に配置している給水ポンプ７と復水器５との間のどこでもよい。冷凍機１８から出力された流体１９は復水１３との合流時点で水のみである事が多いが、仮に水と蒸気の混合状態あるいは蒸気のみの状態であるとしても、復水１３と混合された後、少量の気体は凝縮し液体のみの状態になるので、給水ポンプ７に支障はない。

この運転パターンＢにおいては、蒸気タービン３に流入する蒸気流量が少なくなるため蒸気タービン３による発電出力は小さくなる。また冷媒ポンプ２１や冷凍機１８が具備している搬送機等が電力を消費するが、夜間は電力余剰状態なので支障はない。また蒸気タービン３に流入しないエネルギの多くを冷熱の形で蓄熱槽２４に貯蔵しており、無駄にしているエネルギは少ない。

（運転パターンＡ）
上記運転パターンＢに対して運転パターンＡは以下のように蒸気タービンプラントを運転する。流量調節弁１５、流量調節弁２０、流量調節弁３１、および開閉弁４６を全閉し、冷媒ポンプ２１を停止する。ボイラ１から流出した蒸気２は分岐しないで全量、タービン入口蒸気１２として蒸気タービン３に流入し、復水１３へ合流する流体１９はなく、復水１３はそのまま給水６になる。蓄熱槽２４において冷却された状態で貯蔵されている冷却用物質２２は、流量調節弁２６で流量調節しながら冷却用物質ポンプ２３により冷却器２７に搬送される。冷却水８は、冷却器２７にて冷却用物質２２により冷却されてから、復水器５に流入する。冷却用物質２２は冷却器２７にて温度上昇した後、蓄熱槽２４に流入し循環する。冷却用物質２２が例えば水の場合、蓄熱槽２４には相変化した氷が存在してもよく、冷却用物質ポンプ２３に搬送される段階でも氷粒が少量混在していてもよい。蓄熱槽２４内の氷より、冷却器２７から戻った冷却用物質２２は高温なので、氷は融解して水となり、冷却用物質ポンプ２３で搬送できる状態になる。

冷却水８は、冷却用物質２２による冷却器２７での冷却によって、より低温になっている。このため、蒸気タービン３からの排気４は、冷却水２７による復水器５での冷却によって、より低温に冷却される。そのため、排気４を凝縮させる復水器５における凝縮温度はより低くなる。よって凝縮圧力は低くなり、即ち真空度がより高くなる。これにより蒸気タービン３の出口圧力がより低くなる。これにより、蒸気タービン３が利用できる蒸気のエンタルピ落差は大きくなり、蒸気タービン３の出力は増え、発電量が増える。

なお、運転パターンＡで冷却用物質ポンプ２６を用いて運転しているが、冷却用物質ポンプ２６の消費電力は、増加する発電量と比較すると微量である。

（運転パターンＣ）
運転パターンＣでは、流量調節弁１５、流量調節弁２６、および開閉弁４６を全閉し、冷媒ポンプ２１および冷却用物質ポンプ２６を停止し、図１２に示す従来の第２例の蒸気タービンプラントと実質的に同じ状態にする。

第１実施形態によれば、電力需要に応じた３種類の運転パターンのいずれかで運転するので、夏期昼間といった電力需要の大きい時間帯の発電出力の増加や、夏期昼夜といった時間帯によって電力需要が充分に変化する１日における電力平準化を図ることができる。

なお、図１では、蒸気タービン３は１台として描いているが、複数台としてもよく、再熱サイクルや再生サイクルを構成してもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態による蒸気タービンプラントを図２に示す。この第２実施形態の蒸気タービンプラントは、図１に示す第１実施形態の蒸気タービンプラントにおいて、１台の蒸気タービン３を、直列に接続された２台の蒸気タービン３ａ、３ｂに置き換えた構成となっている。

この第２実施形態においては、蒸気タービン３は直列に接続された上流側タービン３ａと下流側タービン３ｂから構成されている。ボイラ１から出力された蒸気２はタービン入口蒸気１２として上流側タービン３ａに流入する。

第２実施形態の運転パターンＢにおいては、上流側タービン３ａの排気である上流側タービン排気３４は下流側タービン３ｂの入口蒸気である下流側タービン入口蒸気３５と分岐蒸気１４に分岐される。分岐流量は、流量調節弁１５により調節される。下流側タービン入口蒸気３５は下流側タービン３ｂに流入し、下流側タービン３ｂの排気４は、復水器５に流入する。第２実施形態における運転パターンＡ、Ｂ、Ｃは、第１実施形態で説明したパターンＡ、Ｂ、Ｃとそれぞれ同じように行う。

第２実施形態では蒸気タービン３は直列に接続された２台の蒸気タービン３ａ、３ｂから構成されているが、直列に接続された３台以上の蒸気タービン３から構成されてよいし、並列接続の部分が存在してもよい。

第１実施形態では分岐蒸気１４と冷凍機入口蒸気１７との圧力差が大きく、減圧弁１６での減圧量が大きい。そのため、蒸気の高い圧力が無駄になる。

これに対して、第２実施形態においては、上流側タービン排気３４と冷凍機入口蒸気１７との圧力差はより小さい。このため、蒸気の高い圧力を無駄にする度合いは、第２実施形態のほうが、第１実施形態より小さくなる。また、冷凍機１８の制約で冷凍機入口蒸気１７には温度の上限値があり、ボイラ１からの蒸気２の温度によっては、第１実施形態では運転パターンＢができない場合があるのに対して、上流側タービン排気３４はボイラ１からの蒸気２より低温であり温度の上限値より低くなりやすい。このため第２実施形態は、第１実施形態より運転パターンＢが成立しやすい。

この第２実施形態も、第１実施形態と同様に、電力需要の大きい時間帯の発電出力の増加や、電力需要が充分に変化する１日における電力平準化を図ることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態による蒸気タービンプラントを図３に示す。この第３実施形態の蒸気タービンプラントは、図１に示す第１実施形態の蒸気タービンプラントにおいて、１台の蒸気タービン３を、並列に配置された２台の蒸気タービン３ｃ、３ｄに置き換えた構成となっている。

この第３実施形態においては、蒸気タービン３は、並列に配置された蒸気タービン３ｃと蒸気タービン３ｄとから構成されており、それぞれの蒸気タービン３ｃ、３ｄには発電機３０ａ、３０ｂが接続されている。ボイラ１からの蒸気２は蒸気タービン３ｄの入口蒸気である第２のタービン入口蒸気３７と、蒸気タービン３ｃの入口蒸気である第１のタービン入口蒸気４３と、分岐蒸気１４に分岐される。なお、蒸気タービン３ｄの入口側に流量調節弁３６が設けられ、この流量調節弁３６を流量調節弁１５とともに用いて、蒸気タービン３ｃ、３ｄの入口蒸気の流量を調節する。

蒸気タービン３ｄの排気である第２の排気４０と、蒸気タービン３ｃの排気である第１の排気４４は合流し、排気４になる。第３実施形態では蒸気タービン３は２台の並列に配置された蒸気タービンから構成されているが、３台以上でもよいし直列接続の部分が存在してもよい。なお、蒸気タービン３ｄの排気側に、開閉弁３８が設けられている。

第３実施形態における運転パターンＢは、流量調節弁１５と流量調節弁３６により分岐流量を調節すること以外は、第１実施形態の運転パターンＢと同じように行う。流量調節弁３６を全閉した場合は、開閉弁３８を全閉し、蒸気タービン３ｄと発電機３０ｂは運転しない。並列に配置された蒸気タービン３が３台以上の場合は、運転している蒸気タービンが１台以上存在すれば運転しない蒸気タービン３は１台より多くてもよい。

第３実施形態における運転パターンＡは、流量調節弁１５と流量調節弁２０を全閉し、流量調節弁３６と開閉弁３８を全開すること以外は第１実施形態の運転パターンＡと同じように行う。この場合、２台の蒸気タービン３ｃ、３ｄは運転される。

また、第３実施形態における運転パターンＣは第１実施形態の運転パターンＣと同じように行う。

第１実施形態ではタービン入口蒸気１２の流量をある程度確保し、第２実施形態では下流側タービン入口蒸気３５の流量をある程度確保しないと、健全なタービン運転が保てなく、冷凍機１８の入口蒸気１７を多くできない。これに対して、第３実施形態では蒸気タービン３ｄの入口蒸気である第２のタービン入口蒸気３７の流量をゼロにする事ができ、冷凍機入口蒸気１７を多くすることができる。

この第３実施形態も、第１実施形態と同様に、電力需要の大きい時間帯の発電出力の増加や、電力需要が充分に変化する１日における電力平準化を図ることができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態による蒸気タービンプラントを図４に示す。この第４実施形態の蒸気タービンプラントは、図１に示す第１実施形態の蒸気タービンプラントにおいて、冷凍機１８への分岐蒸気として、蒸気タービン３のタービン翼列の途中段から抽気蒸気２９を抽気した構成となっている。流量調節弁１５により分岐流量は調節される。抽気蒸気２９は、流量調節弁１５により流量が調節された後、減圧弁１６により適切な圧力まで減圧され冷凍機入口蒸気１７になり、冷凍機１８に流入する。

第４実施形態における運転パターンＢは、分岐蒸気として、蒸気タービン３のタービン翼列の途中段から抽気した抽気蒸気２９を用いること以外は、第１実施形態における運転パターンＢと同じように行う。また、第４実施形態における運転パターンＡ、Ｃはそれぞれ、第１実施形態の運転パターンＡ、Ｃと同じように行う。

第１実施形態では、分岐蒸気１４と冷凍機入口蒸気１７との圧力差が大きく、減圧弁１６での減圧量が大きい。そのため、蒸気の高い圧力が無駄になる。第４実施形態では、抽気蒸気２９と冷凍機入口蒸気１７との圧力差はより小さいので、蒸気の高い圧力の無駄にする度合いは、第１実施形態より小さくなる。場合によっては減圧の必要がなく、蒸気圧力の利用に無駄がない。また、冷凍機１８の制約で冷凍機入口蒸気１７の温度に上限値があるので、ボイラ１から出力される蒸気２の温度によっては、第１実施形態では運転パターンＢが成立しない可能性がある。これに対して、第４実施形態では、抽気蒸気２９はボイラ１から出力される蒸気２より低温であるので、冷凍機入口蒸気１７の温度の上限値より低くなりやすく、第１実施形態よりプラントの運転が成立しやすい。

この第４実施形態も、第１実施形態と同様に、電力需要の大きい時間帯の発電出力の増加や、電力需要が充分に変化する１日における電力平準化を図ることができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態による蒸気タービンプラントを図５に示す。この第５実施形態の蒸気タービンプラントは、図４に示す第４実施形態の蒸気タービンプラントにおいて、復水器５に用いられる冷却水８の系統を従来の第２例と同様の循環方式から従来の第１例と同様の非循環方式に換えた構成となっている。このため、第１乃至第４実施形態で用いられた、冷却水８を冷却する冷却塔１１は不用となる。

第５実施形態においては、冷却水８としては例えば海水または河川水が用いられる。この冷却水８は、冷却水ポンプ９により海または河川から取り込まれ、冷却器２７で冷却された後、復水器５に流入する。復水器５において排気４と熱交換し温度上昇した後、海あるいは河川に排出される。蒸気タービンプラントが海や河川に近接していない場合は、第１乃至第４実施形態のように冷却水８を冷却塔１１で空冷するので、冷却水８を循環させる。これに対して、蒸気タービンプラントが海や河川に近接している場合は、第５実施形態のように冷却水８に海水または河川水を用いるので冷却水８を非循環方式とすることが多い。

なお、第１乃至第３実施形態においても、冷却水８の系統を第５実施形態のように非循環方式にしてもよく、蒸気タービンプラントが海や河川に近接しているか否かで使い分ける。

この第５実施形態も、第４実施形態と同様に、電力需要の大きい時間帯の発電出力の増加や、電力需要が充分に変化する１日における電力平準化を図ることができる。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態による蒸気タービンプラントを図６に示す。この第６実施形態の蒸気タービンプラントは、図４に示す第４実施形態の蒸気タービンプラントにおいて、冷凍機出口流体１９の給水系統への合流点を復水器５の出口側から入口側に変更した構成となっている。

すなわち、第４実施形態の運転パターンＢにおいては、冷凍機出口流体１９は復水器５から流出する復水１３と合流して給水６になるが、第６実施形態の運転パターンＢにおいては、冷凍機出口流体１９は排気４と合流して、復水器５の入口蒸気である復水器入口蒸気２８になる。この復水器入口蒸気２８は復水器５において冷却水８により冷却され、給水６となる。

第６実施形態の運転パターンＡ、Ｃは、第４実施形態の運転パターンと同じように行う。

一般に、冷凍機出口流体１９は減圧弁２０を通過した時点で、水のみである事が多いが、水と蒸気の混合状態あるいは蒸気のみの状態である場合もある。このため、プラントの運転状況によっては合流後、液体のみの状態になり切れない可能性がある。仮に給水６に気体が混在していると給水ポンプ７の運転が健全でなくなる可能性がある。しかし、第６実施形態においては、給水ポンプ７に気体が混合した流体が流入する事はなくなるので、給水ポンプ７の健全性が確保できる効果がある。

なお、第６実施形態において、復水器入口蒸気２８は排気４より流量が大きくかつ高温となる。このため、第６実施形態は、第４実施形態よりも運転パターンＢにおける復水器５の真空度は低くなり、蒸気タービン３の出力はより低くなるが、運転パターンＢでは、需要電力が余剰状態であるので支障ない。

なお、この第６実施形態は、第１乃至第３実施形態にも適用可能である。

また、第６実施形態では、第１乃至第４実施形態のように冷却水８を循環させた方式を採用しているが、第５実施形態のように、冷却水８の系統を非循環方式にしてもよい。

この第６実施形態も、第４実施形態と同様に、電力需要の大きい時間帯の発電出力の増加や、電力需要が充分に変化する１日における電力平準化を図ることができる。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態による蒸気タービンプラントを図７に示す。この第７実施形態の蒸気タービンプラントは、図４に示す第４実施形態の蒸気タービンプラントにおいて、冷凍機出口流体１９を分岐し、復水器５の入口に向かう分岐流路を設け、その分岐流路に開閉弁４７を設けた構成となっている。この開閉弁４７は、減圧弁２０を通過した冷凍機出口流体１９を流量調整弁４６の上流にて分岐し、分岐された一方の流体である第２の分岐流体４５を復水器５の入口側にて、排気４と合流させる。なお、分岐された他方の流体である第１の分岐流体３９は、流量調節弁４６を通過した後、復水器５から流出する復水１３と合流し、給水６となる。

この第７実施形態の運転パターンＢにおいて、通常、流量調節弁４６は全開し開閉弁４７は全閉する。すると、冷凍機出口流体１９は全量が復水１３に合流する。冷凍機出口流体１９は減圧弁２０の通過時点で水のみである事が多いが、水と蒸気の混合状態あるいは蒸気のみの状態である場合もある。このため、プラントの運転状況によっては排気４との混合後、液体のみの状態になり切れない可能性がある。仮に給水６に気体が混在していると給水ポンプ７の運転が健全でなくなる可能性がある。このような場合、第７実施形態においては、流量調節弁４７の開度により分岐の度合いを調節しながら冷凍機出口流体１９を分岐させる。この時、開閉弁４６は全開でなくてもよく、また減圧弁２０の減圧度合いを必要ならば変更する。冷凍機出口流体１９の一部である第２の分岐流体４５は、排気４と合流し復水器５の入口蒸気である復水器入口蒸気２８になり、復水器５において冷却水８により冷却され、復水１３となる。

第７実施形態の運転パターンＡ、Ｃにおいては、流量調節弁４７も全閉すること以外は、第４実施形態と同じように行う。

この第７実施形態においては、給水ポンプ７に気体が混合した流体が流入する事を防ぐ事ができ、給水ポンプ７の健全性が確保できる効果がある。第２の分岐流体４５の流量がゼロでない時、復水器入口蒸気２８は排気４より流量が大きくかつ高温なので、第４実施形態より運転パターンＢにおける復水器５の真空度は低くなり、蒸気タービン３の出力はより低くなるが、運転パターンＢでは電力余剰状態なので支障ない事が多い。仮に支障があった場合でも、第６実施形態では冷凍機出口流体１９の全量が常時、排気４と合流しているのに対して、時間の観点でも流量の観点でも部分的に蒸気タービン３の排気４と合流しているので、タービン３の出力の低下度合いは第６実施形態より小さい。

なお、この第７実施形態は、第１乃至第３実施形態にも適用可能である。

また、第７実施形態では、第１乃至第４実施形態および第６実施形態のように冷却水８を循環させた方式を採用しているが、第５実施形態のように、冷却水８の系統を非循環方式にしてもよい。

この第７実施形態も、第４実施形態と同様に、電力需要の大きい時間帯の発電出力の増加や、電力需要が充分に変化する１日における電力平準化を図ることができる。

（第８実施形態）
次に、第８実施形態による蒸気タービンプラントを図８に示す。この第８実施形態の蒸気タービンプラントは、図４に示す第４実施形態の蒸気タービンプラントにおいて、復水器５の冷却水８の冷却に用いていた冷却器２７を、蒸気タービン３の排気側と、復水器５の入口側との間に設け、排気４の冷却に用いるようにした構成となっている。このため、この第８実施形態においては、復水器５の冷却水８は冷却塔１１によって冷却される。

第８実施形態の運転パターンＢにおいて、第４実施形態における冷却用物質２２は冷却器２７にて冷却水８を冷却するが、第８実施形態では冷却器２７にて蒸気タービン３の排気４を冷却する。排気４は冷却用物質２２により冷却された後、復水器５に流入する。冷却水８は、冷却塔１１によって冷却され、冷却ポンプ９、復水器５、冷却塔１１のループを循環する。

なお、第８実施形態に第６実施形態または第７実施形態を適用してもよい。この場合は、冷凍機出口流体１９あるいは第２の分岐流体４５が排気４に合流する地点は、冷却器２７より上流でも下流でもよい。

第８実施形態の運転パターンＡ、Ｃにおいては、第４実施形態と同じく冷却用物質２２は流れないので、復水４は冷却器２７で冷却される事なく復水器５に流入する。

第８実施形態においては、蒸気タービン３の排気４は冷却用物質２２により冷却器２７において冷却された後、さらに冷却水８により復水器５において冷却される。そのため、第８実施形態における、排気４を凝縮させる復水器５における凝縮温度は、従来の第１および第２例の蒸気タービンプラントの場合よりも低くなる。よって凝縮圧力は低くなり、即ち真空度がより高くなる。これにより蒸気タービン３の出口圧力がより低くなるため、蒸気タービン３が利用できる蒸気のエンタルピ落差は大きくなる。蒸気タービン３の出力は増え、発電量が増える。上記のように、夏期昼間といった電力需要の大きい時間帯の発電出力増加や、夏期昼夜といった時間帯によって電力需要が充分に変化する１日の電力平準化が図られる。

なお、この第８実施形態は、第１乃至第３実施形態にも適用可能である。第８実施形態に第６または第７実施形態の技術を適用することが可能であるが、この時、冷凍機出口流体１９あるいは第２の冷凍機出口流体３９は、蒸気タービン３と冷却器２７の間に合流させても、冷却器２７と復水器５の間に合流させてもよい。

また、第８実施形態では、第１乃至第４実施形態のように冷却水８を循環させた方式を採用しているが、第５実施形態のように、冷却水８の系統を非循環方式にしてもよい。

この第８実施形態も、第４実施形態と同様に、電力需要の大きい時間帯の発電出力の増加や、電力需要が充分に変化する１日における電力平準化を図ることができる。

（第９実施形態）
次に、第９実施形態による蒸気タービンプラントを図９に示す。この第９実施形態の蒸気タービンプラントは、図８に示す第８実施形態の蒸気タービンプラントにおいて、冷却器２７を復水器５の内部に設けた構成となっている。

第８実施形態においては、冷却器２７は、復水器５の上流に配置され、排気４を冷却している。しかし、第９実施形態においては、復水器５の内部に冷却器２７が配置される。

第９実施形態においては、蒸気タービン３の排気４は復水器５内の冷却器２７において冷却用物質２２により冷却されながら、冷却水８により復水器５にて冷却される。そのため、第９実施形態においては、排気４を凝縮させる復水器５における凝縮温度は従来の第１および第２例の蒸気タービンプラントより低くなる。このため、第８実施形態と同様に、夏期昼間といった電力需要が大きい時間帯の発電出力増加や、夏期昼夜といった時間帯によって電力需要が充分に変化する１日の電力平準化が図られる。

なお、第９実施形態に第６実施形態または第７実施形態を適用してもよく、その場合は冷凍機出口流体１９あるいは第２の分岐流体４５が排気４に合流する地点は、冷却器２７より上流でも下流でもよい。

なお、この第９実施形態は、第１乃至第４実施形態にも適用可能である。第９実施形態は、第６または第７実施形態の技術を適用することもできる。

また、第９実施形態では、第１乃至第４実施形態のように冷却水８を循環させた方式を採用しているが、第５実施形態のように、冷却水８の系統を非循環方式にしてもよい。

この第９実施形態も、第８実施形態と同様に、電力需要の大きい時間帯の発電出力の増加や、電力需要が充分に変化する１日における電力平準化を図ることができる。

（第１０実施形態）
次に、第１０実施形態による蒸気タービンプラントを図１０に示す。この第１０実施形態の蒸気タービンプラントは、図８に示す第８実施形態の蒸気タービンプラントにおいて、冷却器２７を復水器５の下流に設けた構成となっている。第８実施形態においては、冷却器２７は、復水器５の上流に配置され、排気４を冷却している。しかし、第１０実施形態においては、冷却器２７は復水器５の直後の下流に配置される。

第１０実施形態においては、蒸気タービン３の排気４は冷却水８により復水器５において冷却された後、冷却用物質２２により冷却器２７において冷却される。この時、冷却器２７は復水器５の一部であるかのように振る舞い、排気４の凝縮温度は従来の第１および第２例の蒸気タービンプラントよりも低くなる。このため、第１０実施形態は、第８実施形態と同様に、夏期昼間といった電力需要が大きい時間帯の発電出力増加や、夏期昼夜といった時間帯によって電力需要が充分に変化する１日の電力平準化が図られる。第８および第９実施形態と同じ効果が得られる。

なお、この第１０実施形態は、第１乃至第４実施形態にも適用可能である。第１０実施形態は、第６または第７実施形態の技術を適用することが可能であるが、この時、冷凍機出口流体１９または第２の冷凍機出口流体３９は蒸気タービン３と復水器５との間に合流させても、復水器５と冷却器２７との間に合流させてもよい。

また、第１０実施形態では、第１乃至第４実施形態のように冷却水８を循環させた方式を採用しているが、第５実施形態のように、冷却水８の系統を非循環方式にしてもよい。

この第１０実施形態も、第８実施形態と同様に、電力需要の大きい時間帯の発電出力の増加や、電力需要が充分に変化する１日における電力平準化を図ることができる。

（第１１実施形態）
次に、第１１実施形態について説明する。この第１１実施形態は、第１乃至第１０実施形態のいずれかの蒸気タービンプラントの運転方法である。この第１１実施形態の運転方法は、第１乃至第１０実施形態のいずれかの蒸気タービンプラントの運転を以下のようにする。夏期昼間は電力需要が大きくなるが、電力需要が第１の所定値より大きい時は運転パターンＡのモードで蒸気タービンプラントを運転する。運転パターンＡのモードでの蒸気タービンプラントの運転を実現するために事前に、電力需要が第２の所定値より小さい時間帯に運転パターンＢのモードで蒸気タービンプラントを運転する。運転パターンＡ、Ｂのモードを実施していない時は運転パターンＣのモードで蒸気タービンプラントを運転する。第２の所定値は第１の所定値より小さいか同じである。電力需要に設定値を設けて、運転パターンモードの切替えの指標として用いる。

（第１２実施形態）
次に、第１２実施形態について説明する。この第１２実施形態は、第１乃至第１０実施形態のいずれかの蒸気タービンプラントの運転方法である。この第１２実施形態の運転方法は、第１乃至第１０実施形態のいずれかの蒸気タービンプラントの運転を以下のようにする。

夏期昼間は発電量が低下するが、蒸気タービンプラント全体の発電量が第３の所定値より小さい時は運転パターンＡのモードで蒸気タービンプラントを運転する。運転パターンＡのモードにおける運転を実現するために、事前に、発電量が第４の所定値より大きい時間帯に運転パターンＢのモードで蒸気タービンプラントを運転する。運転パターンＡ、Ｂのモードを実施していない時は運転パターンＣのモードで蒸気タービンプラントを運転する。第４の所定値は第３の所定値より大きいか同じである。発電量に設定値を設けて、運転パターンモードの切替えの指標として用いる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ボイラ
２蒸気
３蒸気タービン
４排気
５復水器
６給水
７給水ポンプ
８冷却水
９冷却水ポンプ
１０大気
１１冷却塔
１２タービン入口蒸気
１３復水
１４分岐蒸気
１５流量調節弁
１６減圧弁
１７冷凍機入口蒸気
１８冷凍機
１９冷凍機出口流体
２０減圧弁
２１冷媒ポンプ
２２冷却用物質
２３冷却用物質ポンプ
２４蓄熱槽
２５冷媒
２６流量調節弁
２７冷却器
２８復水器の入口蒸気
２９抽気蒸気
３０発電機
３１流量調節弁
４６開閉弁
４７流量調節弁

Claims

供給された水を蒸気に変化させるボイラと、
前記ボイラからの蒸気により駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの排気を冷却水により冷却して水に変化させる復水器と、
前記復水器によって排気から変化した水を前記ボイラに供給するポンプと、
前記蒸気の一部を熱源にして駆動され冷媒を冷却する冷凍機と、
前記冷媒を貯蔵する蓄熱槽と、
前記冷却水を前記冷媒により直接的あるいは間接的に冷却する冷却器と、
を備え、
前記蒸気の一部が前記冷凍機を通過した後の流出流体を、前記復水器と前記ポンプとの間に流入させることを特徴とする蒸気タービンプラント。
供給された水を蒸気に変化させるボイラと、
前記ボイラからの蒸気により駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの排気を冷却水により冷却して水に変化させる復水器と、
前記復水器によって排気から変化した水を前記ボイラに供給するポンプと、
前記蒸気の一部を熱源にして駆動され冷媒を冷却する冷凍機と、
前記冷媒を貯蔵する蓄熱槽と、
前記冷却水を前記冷媒により直接的あるいは間接的に冷却する冷却器と、
を備え、
前記蒸気の一部が前記冷凍機を通過した後の流出流体を、前記蒸気タービンと前記復水器との間に流入させることを特徴とする蒸気タービンプラント。
前記流出流体の一部あるいは全部を、前記蒸気タービンと前記復水器との間に流入させることができることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンプラント。
前記冷却器は、前記復水器において前記排気を冷却するための冷却水を冷却することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸気タービンプラント。
前記冷却器は、前記蒸気タービンと前記復水器との間に設けられ前記排気を冷却することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸気タービンプラント。
前記冷却器は、前記復水器の内部に設けられ前記排気を冷却することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸気タービンプラント。
前記冷却器は、前記復水器と前記ポンプとの間に設けられ前記復水器から流出した流体を冷却することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸気タービンプラント。
前記冷凍機は、前記蒸気タービンの上流から分岐した分岐蒸気を用いて駆動されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の蒸気タービンプラント。
前記蒸気タービンは直列に接続された複数の蒸気タービンを含み、前記冷凍機は、最下流でない蒸気タービンの排気蒸気から分岐した分岐蒸気を用いて駆動されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の蒸気タービンプラント。
前記蒸気タービンは並列に配置された複数の蒸気タービンを含み、並列に配置された蒸気タービンの内の１台以上のタービンに蒸気を流通させない状態にする調節機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の蒸気タービンプラント。
前記冷凍機は、前記蒸気タービンの途中段から抽気した抽気蒸気を用いて駆動されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の蒸気タービンプラント。
前記冷却水が大気を利用した冷却塔により冷却されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の蒸気タービンプラント。
前記冷凍機に蒸気を流入して前記冷凍機を駆動しかつ前記蓄熱槽から前記冷媒を流さない第１の運転パターンと、前記冷凍機に蒸気を流入させないでかつ前記蓄熱槽から前記冷媒を流す第２の運転パターンと、前記冷凍機に蒸気を流入させないでかつ前記蓄熱槽から前記冷媒を流さない第３の運転パターンを切替えるように構成したことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の蒸気タービンプラント。
請求項１３記載の蒸気タービンプラントの運転方法であって、
電力需要が第１の所定値より大きい時は前記第２の運転パターンで運転し、前記第２の運転パターンの運転前の時間帯でかつ電力需要が第２の所定値より小さい時は前記第１の運転パターンで運転することを特徴とする蒸気タービンプラントの運転方法。
請求項１３記載の蒸気タービンプラントの運転方法であって、
発電量が第１の所定値より小さい時は前記第２の運転パターンで運転し、前記第２の運転パターンの運転前の時間帯でかつ電力需要が第２の所定値より大きい時は前記第１の運転パターンで運転することを特徴とする蒸気タービンプラントの運転方法。