JP2014066169A

JP2014066169A - 発電プラントの運転方法

Info

Publication number: JP2014066169A
Application number: JP2012211415A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Watanabe; 健一渡邉; Shunichi Suzuki; 俊一鈴木; Kazunori Fukushi; 一徳福士
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2032-09-25
Also published as: JP5882869B2

Abstract

【課題】発電プラントの起動時間の短縮を図ることができる発電プラントの運転方法を提供する。
【解決手段】ボイラ１と、ボイラ１で発生した蒸気で駆動される蒸気タービン２，３，４と、蒸気タービン４から排出された蒸気を凝縮する復水器６と、復水器６で凝縮された水をボイラ１に供給する復水系統７と、復水系統７に設けられた複数の脱塩塔１５Ａ及び予備の脱塩塔１５Ｂとを備えた発電プラントの運転方法において、発電プラントの起動時に、脱塩塔１５Ａにクラッド除去用充填物Ｂを充填した状態で通水する第１手順と、脱塩塔１５Ａ，１５Ｂの上流側における水中のクラッド濃度を計測する第２手順と、脱塩塔１５Ａの上流側における水中のクラッド濃度が規定値未満になると、脱塩塔１５Ａ，１５Ｂにイオン交換樹脂を充填した状態で通水する第３手順とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば火力発電プラント等の発電プラントに係わり、特に、復水脱塩装置を備えた発電プラントの運転方法に関する。

火力発電プラント（又は原子力発電プラント）においては、ボイラ（又は原子炉）で水を加熱して蒸気を発生し、この蒸気で蒸気タービンを駆動し、蒸気タービンから排出された蒸気を復水器で凝縮し、凝縮された水を復水系統（給水系統）を介してボイラ（又は原子炉）に供給するようになっている。そして、通常運転時は、復水系統の水流量が安定しており、水中のクラッド（詳細には、酸化鉄を主成分とする懸濁状物質）の濃度も例えば２０〜５０μｇ／Ｌ程度と比較的低いレベルで安定している。そのため、復水系統には、クラッド除去処理を主目的とした濾過装置を設置しなくとも、脱塩処理を主目的とした復水脱塩装置（詳細には、イオン交換樹脂が充填された脱塩塔）だけを設置してもよい。これにより、コスト低減を図りながら、水の浄化処理を行うことが可能である。

しかし、発電プラントの起動時（初期起動時又は再起動時）は、水流量の急激な変化などにより、系統内に蓄積されていた多量のクラッドが流れて、水中のクラッド濃度が数千μｇ／Ｌに達することがある。そして、クラッド濃度が高いまま復水脱塩装置を通水すると、クラッド中の腐食生成物（鉄などの重金属元素の酸化物及び水酸化物）によってイオン交換樹脂が汚染を受けて、イオン交換樹脂の性能が低下する可能性がある。

ここで、発電プラントの起動時には、復水系統のクリーンアップ運転を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。このとき、上述したイオン交換樹脂の汚染を防止するため、例えばクラッド濃度に応じて復水脱塩装置への通水を制限する方法が採用されている。詳しく説明すると、復水脱塩装置の上流側から水をサンプリングしてクラッド濃度を測定し、そのクラッド濃度がイオン交換樹脂の通水条件である規定値（詳細には、例えば５００μｇ／Ｌ程度）未満となるまで、復水脱塩装置への通水を制限して、復水脱塩装置の上流側から系外に排水（ブロー）する。その後、復水脱塩装置の上流側における水中のクラッド濃度が規定値未満になれば、復水脱塩装置を通水する。そして、復水脱塩装置の下流側から水をサンプリングしてクラッド濃度を測定し、そのクラッド濃度が所定値未満となるまで、ボイラへの給水を制限して、復水脱塩装置の下流側から復水器に排水する。このようにして復水系統を段階的にクリーンアップする。

特開平０９−７９５０９号公報

上記従来技術では、復水脱塩装置の上流側における水中のクラッド濃度が、イオン交換樹脂の通水条件である規定値未満となるまで、復水脱塩装置への通水を制限して、復水脱塩装置の上流側から系外に排水している。すなわち、復水脱塩装置の上流側における水中のクラッド濃度が規定値未満となるまで、復水系統のクリーンアップ運転が次の段階に進めない。そのため、復水系統のクリーンアップ時間が助長し、ひいては発電プラントの起動時間が助長していた。

本発明の目的は、発電プラントの起動時間の短縮を図ることができる発電プラントの運転方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、蒸気発生器と、前記蒸気発生器で発生した蒸気で駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、前記復水器で凝縮された水を前記蒸気発生器に供給する復水系統と、前記復水系統に設けられた脱塩塔とを備えた発電プラントの運転方法において、前記発電プラントの起動時に、前記脱塩塔にクラッド除去用充填物を充填した状態で通水する第１手順と、前記脱塩塔の上流側における水中のクラッド濃度を計測する第２手順と、前記脱塩塔の上流側における水中のクラッド濃度が規定値未満になると、前記脱塩塔にイオン交換樹脂を充填した状態で通水する第３手順とを有する。

本発明においては、まず、脱塩塔にクラッド除去用充填物を充填するので、例えばイオン交換樹脂を充填する場合と比べ、脱塩塔の通水条件を緩和することができる。これにより、発電プラントの起動時に、脱塩塔の上流側における水中のクラッド濃度が規定値（イオン交換樹脂の通水条件）以上であっても、脱塩塔を通水することができる。したがって、例えば脱塩塔への通水を制限する場合よりも、復水系統のクリーンアップ時間の短縮を図ることができる。また、脱塩塔にクラッド除去用充填物を充填した状態で通水するので、例えば脱塩塔にクラッド除去用充填物を充填しない状態で通水したり、脱塩塔をバイパスしたりする場合よりも、復水系統における水中のクラッド濃度の低減を促進することができる。したがって、このような観点からも、復水系統のクリーンアップ時間の短縮を図ることができる。その結果、発電プラントの起動時間の短縮を図ることができる。

本発明によれば、発電プラントの起動時間の短縮を図ることができる。

本発明の一実施形態における火力発電プラントの構成を表す概略図である。本発明の一実施形態における復水脱塩装置の構成を関連設備とともに表す概略図であり、通常運転中の動作状態を示す。本発明の一実施形態における復水脱塩装置の構成を関連設備とともに表す概略図であり、イオン交換樹脂を再生する場合の動作状態を示す。本発明の一実施形態における復水脱塩装置の構成を関連設備とともに表す概略図であり、イオン交換樹脂を再生する場合の動作状態を示す。本発明の一実施形態における発電プラントの運転方法を表すフローチャートである。本発明の一実施形態における復水脱塩装置の構成を関連設備とともに表す概略図であり、発電プラントの起動時の動作状態を示す。本発明の一実施形態における復水脱塩装置の構成を関連設備とともに表す概略図であり、発電プラントの起動時の動作状態を示す。本発明の一実施形態における発電プラントの起動時のクラッド濃度の経時変化を表す図である。本発明の一変形例における発電プラントの運転方法を表すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、火力発電プラントに適用した場合を例にとり、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における火力発電プラントの構成を表す概略図である。図２〜図４は、本実施形態における復水脱塩装置の構成を関連設備とともに表す概略図であり、図２は通常運転中の動作状態を示し、図３及び図４は、イオン交換樹脂を再生する場合の動作状態を示す。なお、図中の黒塗りの弁は閉弁状態を示し、図中の白抜きの弁は閉弁状態を示している。

図１で示すように、火力発電プラントは、ボイラ１、高圧蒸気タービン２、中圧蒸気タービン３、低圧蒸気タービン４、発電機５、及び復水器６を備えている。蒸気タービン２，３，４及び発電機５は、それらの回転軸が互いに連結されている。ボイラ１で発生した蒸気は、例えば高圧蒸気タービン２、中圧蒸気タービン３、及び低圧蒸気タービン４の順に流通して、蒸気タービン２，３，４を駆動させる。すなわち、蒸気タービン２，３，４は、流体エネルギーを機械エネルギーに変換する。発電機５は、蒸気タービン２，３，４で発生した機械エネルギーを電気エネルギーに変換する（すなわち、電気を発生する）。

復水器６は、低圧蒸気タービン４から排出された蒸気を冷却して凝縮する。復水器６で凝縮された水は、復水系統（給水系統）７を介してボイラ１に供給される。復水系統７には、流れ方向に沿う順序で、復水ポンプ８、復水脱塩装置９、復水ブースタポンプ１０、低圧給水加熱器１１、脱気器１２、給水ポンプ１３、及び高圧給水加熱器１４が設けられている。

復水ポンプ８は、復水器６からの水を復水脱塩装置９へ送る。復水脱塩装置９は、図２等で示すように、複数の（図中では代表して１つのみ示す）脱塩塔１５Ａと、予備である１つの脱塩塔１５Ｂとを備えている。これら脱塩塔１５Ａ，１５Ｂは、復水ポンプ８と復水ブースタポンプ１０との間で、互いに並列となるように配管接続されている。そして、発電プラントの通常運転中は、例えば図２で示すように複数の脱塩塔１５Ａにイオン交換樹脂Ａ（詳細には、カチオン樹脂Ａ１及びアニオン樹脂Ａ２を混合したもの）を充填し、複数の入口弁１６Ａ及び複数の出口弁１７Ａを開いて複数の脱塩塔１５Ａに通水する。これにより、イオン交換樹脂Ａによる水の浄化処理を（詳細には、主として脱塩処理であるが、クラッド除去処理も）行うようになっている。

復水脱塩装置９で浄化された水は、復水ブースタポンプ１０で加圧され、低圧給水加熱器１１で加熱される。脱気器１２は、低圧給水加熱器１１からの水を加熱して脱気する。脱気器１２で脱気された水は、給水ポンプ１３で加圧され、高圧給水加熱器１４で加熱される。

図２等で示すように、脱塩塔１５Ａ，１５Ｂとカチオン再生塔１８の間には配管が接続されており、イオン交換樹脂Ａ（又は後述するクラッド除去用充填物Ｂ）を移送可能としている。カチオン再生塔１８は、脱塩塔１５Ａ又は１５Ｂから取出したイオン交換樹脂Ａを逆洗可能とし、比重差によってカチオン樹脂Ａ１とアニオン樹脂Ａ２に分離可能としている。また、カチオン再生塔１８とアニオン再生塔１９の間には配管が接続されており、アニオン樹脂Ａ２を移送可能としている。

次に、使用されたイオン交換樹脂Ａを再生する場合の動作手順を説明する。例えば複数の脱塩塔１５Ａのうちのいずれか１つの脱塩塔１５Ａ内のイオン交換樹脂Ａを再生する場合、まず、１つの脱塩塔１５Ａの通水を、予備の脱塩塔１５Ｂの通水に切替える。すなわち、図３で示すように、入口弁１６Ｂ及び出口弁１７Ｂを開いて脱塩塔１５Ｂを通水し、その後、１組の入口弁１６Ａ及び出口弁１７Ａを閉じて１つの脱塩塔１５Ａの通水を停止する。そして、対応する樹脂出口弁２０Ａを開いて、通水停止状態の脱塩塔１５Ａからカチオン再生塔１８へイオン交換樹脂Ａを移送する。そして、洗浄弁２１を開き、カチオン再生塔１８内に水及び空気を供給して、イオン交換樹脂Ａを洗浄（逆洗）する。その後、図３で示すように、洗浄弁２１を閉じ、比重差によってカチオン樹脂Ａ１とアニオン樹脂Ａ２に分離する。そして、アニオン入口弁２２を開いて、カチオン再生塔１８からアニオン再生塔１９へアニオン交換樹脂Ａ２を移送する。そして、図４で示すように、カチオン再生弁２３を開き、ディストリビュータ２４を介してカチオン再生塔１８内に再生剤（例えば硫酸）を供給して、カチオン交換樹脂Ａ１を再生する。また、アニオン再生弁２５を開き、ディストリビュータ２６を介してアニオン再生塔１９内に再生剤（例えば苛性ソーダ）を供給してアニオン交換樹脂Ａ２を再生する。その後、アニオン出口弁２７を開いて、アニオン再生塔１９からカチオン再生塔１８へ再生後のアニオン交換樹脂Ａ２を移送する。そして、洗浄弁２１を開き、カチオン再生塔１８内に水及び空気を供給して、カチオン交換樹脂Ａ１及びアニオン交換樹脂Ａ２を洗浄するとともに、混合する。その後、カチオン出口弁２８、切替弁２９、及び対応する樹脂入口弁３０Ａを開いて、カチオン再生塔１８から脱塩塔１５Ａへ再生後のイオン交換樹脂Ａを戻す。

ここで、本実施形態の特徴の一つとして、クラッド除去用充填物Ｂ（詳細には、例えば不活性樹脂、又は正規のイオン交換樹脂Ａより性能が低いか若しくは劣化したイオン交換樹脂）を保管する複数の保管槽３１Ａ及び１つの保管槽３１Ｂを備えており、これら保管槽３１Ａ，３１Ｂは、脱塩塔１５Ａ，１５Ｂ及びカチオン再生塔１８に対して配管接続されている。複数の保管槽３１Ａは、複数の脱塩塔１５Ａにそれぞれ対応するものであり、脱塩塔１５Ａとの間でイオン交換樹脂Ａとクラッド除去用充填物Ｂを入れ替え可能としている。同様に、保管槽３１Ｂは、脱塩塔１５Ｂに対応するものであり、脱塩塔１５Ｂとの間でイオン交換樹脂Ａとクラッド除去用充填物Ｂを入れ替え可能としている。

そして、本実施形態の最も大きな特徴として、発電プラントの起動時は、まず、複数の脱塩塔１５Ａにクラッド除去用充填物Ｂを充填した状態で通水する。このような発電プラントの運転方法を、図５〜図７を用いて説明する。図５は、本実施形態における発電プラントの運転方法を表すフローチャートである。

この図５において、まず、ステップ１００にて、発電プラントの起動を開始する。このとき、図６で示すように、複数の脱塩塔１５Ａにはクラッド除去用充填物Ｂが予め充填され、複数の保管槽３１Ａにはイオン交換樹脂Ａが保管されている。なお、予備の脱塩塔１５Ｂにはイオン交換樹脂Ａが予め充填され、保管槽３１Ｂにはクラッド除去用充填物Ｂが保管されている。そして、ステップ１１０にて、複数の入口弁１６Ａ及び出口弁１６Ｂを開いて、複数の脱塩塔１５Ａを通水する。

その後、ステップ１２０に進み、復水系統７における復水脱塩装置９の上流側のサンプリングポイント（水質監視ポイント）３２Ａ又は３２Ｂ（前述の図１参照）にて水をサンプリングし、水中のクラッド濃度等を計測する。そして、ステップ１３０に進み、クラッド濃度が規定値（詳細には、イオン交換樹脂Ａの通水条件であって、例えば５００μｇ／Ｌ程度）未満であるかどうかを判定する。例えばクラッド濃度が規定値以上である場合は、ステップ１３０の判定が満たされず、前述のステップ１２０に戻って上記同様の手順を繰り返す。すなわち、例えば所定時間の経過後に、サンプリングポイント３１Ａ又は３１Ｂにて水を再サンプリングし、水中のクラッド濃度等を計測する。そして、例えばクラッド濃度が規定値未満になれば、ステップ１３０の判定が満たされ、ステップ１４０に移る。

ステップ１４０では、複数の脱塩塔内にイオン交換樹脂Ａを充填して通水する。

詳しく説明すると、まず、クラッド除去用充填物Ｂが充填された１つの脱塩塔１５Ａの通水を、イオン交換樹脂Ａが充填された予備の脱塩塔１５Ｂの通水に切替える。すなわち、入口弁１６Ｂ及び出口弁１７Ｂを開いて脱塩塔１５Ｂを通水し、その後、１組の入口弁１６Ａ及び出口弁１７Ａを閉じて１つの脱塩塔１５Ａの通水を停止する。そして、対応する樹脂出口弁２０Ａを開いて、通水停止状態の脱塩塔１５Ａからカチオン再生塔１８へクラッド除去用充填物Ｂを移送する。そして、図７で示すように、洗浄弁２１を開き、カチオン再生塔１８に水及び空気を供給して、クラッド除去用充填物Ｂを洗浄（逆洗）する。その一方で、１つの保管出口弁３３Ａ、切替弁３４、及び対応する樹脂入口弁３０Ａを開いて、１つの保管槽３１Ａから脱塩塔１５Ａへイオン交換樹脂Ａを移送する。その後、カチオン出口弁２８及び保管入口弁３５Ａを開いて、カチオン再生塔１８から保管槽３１Ａへ洗浄後のクラッド除去用充填物Ｂを移送する。

その後、同様の手順により、クラッド除去用充填物Ｂが充填された１つの脱塩塔１５Ａの通水を、イオン交換樹脂Ａが充填された脱塩塔１５Ａの通水に順次切替える。また、脱塩塔１５Ａから順次取出したクラッド除去用充填物Ｂをカチオン再生塔１８で洗浄して、保管槽３１Ａで保管する。

そして、ステップ１５０にて、発電プラントを停止すると、ステップ１６０に進み、脱塩塔１５Ａからイオン交換樹脂Ａを順次取出すとともに、脱塩塔１５Ａにクラッド除去用充填物Ｂを順次充填する。すなわち、発電プラントの再起動に備え、図６で示す状態に戻す。その後、ステップ１００に進み、発電プラントを再起動すると、ステップ１１０に進み、複数の入口弁１６Ａ及び出口弁１６Ｂを開いて、複数の脱塩塔１５Ａを通水する。

以上のように本実施形態においては、まず、複数の脱塩塔１５Ａにクラッド除去用充填物Ｂを充填するので、例えばイオン交換樹脂Ａを充填する場合と比べ、脱塩塔１５Ａの通水条件を緩和することができる。これにより、発電プラントの起動時に、脱塩復水装置９の上流側における水中のクラッド濃度が規定値（イオン交換樹脂Ａの通水条件）以上であっても、脱塩塔１５Ａを通水することができる。したがって、例えば脱塩塔１５Ａへの通水を制限する場合（詳細には、復水脱塩装置９の上流側のブローポイント３６（前述の図１参照）から系外に排水する場合）よりも、復水系統７のクリーンアップ時間の短縮を図ることができる。また、脱塩塔１５Ａにクラッド除去用充填物Ｂを充填した状態で通水するので、例えば脱塩塔１５Ａにクラッド除去用充填物Ｂを充填しない状態で通水したり、脱塩塔１５Ａをバイパスしたりする場合よりも、復水系統７における水中のクラッド濃度の低減を促進することができる（図８参照）。したがって、このような観点からも、復水系統７のクリーンアップ時間の短縮を図ることができる。その結果、発電プラントの起動時間の短縮を図ることができる。

また、本実施形態においては、クラッド除去用充填物Ｂは、不活性樹脂、又は正規のイオン交換樹脂Ａより性能が低いか若しくは劣化したイオン交換樹脂を用いる。すなわち、イオン交換樹脂Ａと類似のものを用いる。これにより、イオン交換樹脂Ａを対象とした再生塔１８，１９及び配管を利用することができる。

なお、上記一実施形態においては、使用後のクラッド除去用充填物Ｂを再生塔１８に移送して洗浄し、洗浄後のクラッド除去用充填物Ｂを保管槽３１Ａ，３１Ｂで保管し、発電プラントの再起動時に再使用する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば図９で示す変形例のように、使用後のクラッド除去用充填物Ｂを系外に取出して廃棄してもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

１蒸気発生器
２高圧蒸気タービン
３中圧蒸気タービン
４低圧蒸気タービン
６復水器
７復水系統
１５Ａ，１５Ｂ脱塩塔
Ａイオン交換樹脂
Ｂクラッド除去用充填物

Claims

蒸気発生器と、前記蒸気発生器で発生した蒸気で駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、前記復水器で凝縮された水を前記蒸気発生器に供給する復水系統と、前記復水系統に設けられた脱塩塔とを備えた発電プラントの運転方法において、
前記発電プラントの起動時に、前記脱塩塔にクラッド除去用充填物を充填した状態で通水する第１手順と、
前記脱塩塔の上流側における水中のクラッド濃度を計測する第２手順と、
前記脱塩塔の上流側における水中のクラッド濃度が規定値未満になると、前記脱塩塔にイオン交換樹脂を充填した状態で通水する第３手順とを有することを特徴とする発電プラントの運転方法。
請求項１記載の発電プラントの運転方法において、
前記脱塩塔から取出したクラッド除去用充填物を洗浄する第４手順と、
前記発電プラントの再起動時に、前記脱塩塔に洗浄後のクラッド除去用充填物を充填した状態で通水する第５手順とを有することを特徴とする発電プラントの運転方法。
請求項１記載の発電プラントの運転方法において、
前記脱塩塔から取出したクラッド除去用充填物を廃棄する第４手順を有することを特徴とする発電プラントの運転方法。
請求項１〜３のいずれか１項記載の発電プラントの運転方法において、
前記クラッド除去用充填物は、不活性樹脂、又は前記イオン交換樹脂より性能が低いか若しくは劣化したイオン交換樹脂であることを特徴とする発電プラントの運転方法。