JP2014092079A - 発電ユニット停止時の冷却水供給系統 - Google Patents

Abstract

【課題】発電ユニット停止時に、冷却される冷却対象機器は、第１の冷却対象機器と、第２の冷却対象機器である。これらの機器を冷却するにあたり、２台の冷却水ポンプを運転することには無駄があり、適量の冷却水を供給できるようにした発電ユニット停止時の冷却水供給系統を提供する。
【解決手段】発電ユニット停止時に、ボイラおよび発電機に関係する第１冷却水供給系統１における、第１の冷却対象機器を、タービンに関係する第２の冷却対象機器に冷却水を供給する第２冷却水供給系統２に含むように構成する。また、第２冷却水供給系統２に対する冷却水の供給を、１台の軸受冷却ポンプ５６で行うように構成する。また、第１冷却水供給系統１と第２冷却水供給系統２とに対する冷却水の供給配分を、仕切り弁３１の開度によって調整するように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷却水を冷却対象機器に供給して循環させ、冷却対象機器を冷却し続ける発電ユニット停止時の冷却水供給系統に関する。

一般に、火力発電設備は、ボイラ、蒸気タービン、復水器、発電機等を備えた発電ユニットを複数組み合わせて構成されている。各発電ユニット５０は、図３に示すように、復水器５１及び軸受冷却水冷却器５２に第１冷却水（例えば、海水）を供給する循環ポンプ５３と、循環ポンプ５３により軸受冷却水冷却器５２に供給する第１冷却水を昇圧させる海水昇圧ポンプ５４と、循環ポンプ５３の停止時に軸受冷却水冷却器５２に第１冷却水を供給する海水ポンプ５５と、軸受冷却水冷却器５２と後述する第１および第２の冷却対象機器（主油タンク、制御コンプレッサ、所内コンプレッサ等）との間で冷却水を循環させる軸受冷却水ポンプ５６とを備えている。

上記のような構成の火力発電設備において、メンテナンス等のために何れかの発電ユニット５０を停止させる場合、タービン軸に曲がり等が発生するのを防止するため、タービン軸を低速で回転させ続けるターニング装置が必要になる。

このため、発電ユニット５０の停止時に、循環ポンプ５３から海水ポンプ５５に切り換えて、海水ポンプ５５により軸受冷却水冷却器５２に冷却水を供給し、軸受冷却水ポンプ５６により、軸受冷却水冷却器５２と、後述する第１および第２の冷却対象機器との間で冷却水を循環させている。そして、発電ユニット５０の海水ポンプ５５を次回の発電ユニット５０の起動時まで運転し続けて、前記第１および第２の冷却対象機器を冷却し続けている（特許文献１参照）。

また、火力発電設備においては、ボイラで蒸気を作り、これを蒸気タービンに送り、蒸気タービンを駆動することで、蒸気タービンに連結された発電機を駆動し、発電を行っている。蒸気タービンで仕事を行い、温度、圧力を低下させた蒸気は、復水器で冷却凝縮され復水となる。この復水は、復水ポンプを通じて復水脱塩装置に送られここで浄化された後、給水加熱器、脱気器、ボイラ給水ポンプ等を介してボイラに給水として返送される。なお、復水脱塩装置は、復水中のイオン成分（通常時のＮＨ３、鉄、銅、シリカなど、危急時のイオン成分、特に海水リークによるＮａｃｌ分など）を除去し、給水中の水質を規定値内に保つ機能を有している。

復水、給水設備には、上記以外にも種々のシステムが採用されており、復水器の出口に復水を加熱するための復水熱交換器を設けたシステムも開発されている。このシステムは、復水器の出口部に設けられた復水ポンプを介して復水を復水熱交換器に送り、この復水熱交換器で、軸冷水系統の戻りと熱交換させて温度上昇を行い、熱効率の向上を図っているシステムである。復水を加熱する熱源には、後述するボイラおよび発電機に関係する第１の冷却対象機器と、タービンに関係する第２の冷却対象機器とに供給され、冷却媒体を冷却し温度が高くなった後の所内冷却水（戻り所内冷却水）が利用される。

ここで、ボイラおよび発電機に関係する第１の冷却対象機器と、タービンに関係する第２の冷却対象機器とについて図４および図５を参照して説明する。まず、発電機に関係する第１の冷却対象機器は、温度の上昇した水素ガスを冷却するタービン発電機用水素冷却器１０と、交流励磁機を冷却する励磁機冷却器１１と、発電機の固定子を冷却し、温度の上昇した冷却水を冷却する固定子冷却水装置１２と、発電機から変圧器の間の導線を冷却する空気を冷却する離相母線冷却器１３とである。

つぎに、ボイラに関係する第１の冷却対象機器は、脱硝通風機（ＤＮＦ）１４と、押込通風機（ＦＤＦ）１５と、ユングストローム式エアヒータ（熱交換器）１６と、ガス混合ファン（ＧＭＦ）１７と、ガス再循環ファン（ＧＲＦ）１８と、所内コンプレッサ１９とである。なお、脱硝通風機（ＤＮＦ）１４は、図示しない脱硝反応器設置による風煙通の圧力バランスをとるために設けられた、煙道ガスを煙突に送り込むファンである。

つにぎ、タービンに関係する第２の冷却対象機器は、オイルクーラとしての主油タンク２０と、制御コンプレッサ（ＡＰＣ ＣＭＰ）２１と、給水ポンプ（ＢＦＰ ＢＰ）２２と、電動給水ポンプ（Ｍ−ＢＦＰ）２３と、脱気器循環ポンプ（ＤＣＰ）２４と、復水昇圧ポンプ（ＣＢＰ）２５と、タービンポンプ（Ａ−ＢＦＰ）２６と、タービンポンプ（Ｂ−ＢＦＰ）２７とである。

そして、上述した戻り所内冷却水は、第１の冷却対象機器１０〜１９、および、第２の冷却対象機器２０〜２７に供給される。すなわち、発電ユニット運転中は、図４に示すように、２台の軸受冷却ポンプ５６，５６が駆動して、戻り所内冷却水が、上述したボイラおよび発電機に関係する第１の冷却対象機器１０〜１９と、タービンに関係する第２の冷却対象機器２０〜２７とに供給される。

一方、発電ユニット停止時は、図５に示すように、２台の軸受冷却ポンプ５６，５６が継続して駆動し、前記と同様に、戻り所内冷却水が、第１の冷却対象機器１０〜１９、および、第２の冷却対象機器２０〜２７に供給される。そして、第１の冷却対象機器１０〜１９、および、第２の冷却対象機器２０〜２７を冷却し、温度が高くなった後の所内冷却水は、図３に示す２台の軸受冷却水ポンプ５６，５６に戻される。そして、２台の軸受冷却水ポンプ５６，５６を介して軸受冷却水冷却器５２，５２に送られ、ここで温度を低下させた後、再び第１の冷却対象機器１０〜１９、および、第２の冷却対象機器２０〜２７へ送られる（特許文献２参照）。

特開２００７−２４００４９号公報 特開２０１０−１６４００４号公報

しかしながら、発電ユニット停止時に、主として冷却される冷却対象機器は、ボイラの補機である所内コンプレッサ（第１の冷却対象機器）１９と、主油タンク（第２の冷却対象機器）２０と、タービンの補機である制御コンプレッサ（第２の冷却対象機器）２１とである。したがって、発電ユニット停止時の冷却対象機器は、２つの系統に存在しつつもその数は少なく、冷却水の使用量も少ない。よって、これらの機器を冷却するにあたり、２台の軸受冷却水ポンプ５６，５６を運転することには無駄がある。

そこで、本発明は、発電ユニット停止時に、第１冷却水供給系統におけるタービンに関係する第１の冷却対象機器を、ボイラおよび発電機に関係する第２の冷却対象機器に冷却水を供給する第２冷却水供給系統に含めるようにして、該第２冷却水供給系統に適量の冷却水を供給できるようにした発電ユニット停止時の冷却水供給系統を提供することを課題とする。

本発明に係る発電ユニット停止時の冷却水供給系統は、ボイラおよび発電機に関係する第１の冷却対象機器に冷却水を供給する第１冷却水供給系統と、タービンに関係する第２の冷却対象機器に冷却水を供給する第２冷却水供給系統と、第１冷却水供給系統および第２冷却水供給系統に供給される冷却水を冷却する軸受冷却水冷却器と、発電ユニット起動時に軸受冷却水冷却器に冷却水供給を行う一方、発電ユニット停止時に軸受冷却水冷却器への冷却水供給を停止する循環ポンプと、発電ユニット停止時に、循環ポンプに切り替わって軸受冷却水冷却器に冷却水供給を行う海水ポンプと、発電ユニット停止時に、第１冷却水供給系統および第２冷却水供給系統を通って軸受冷却水冷却器に戻される戻り所内冷却水を供給する軸受冷却水ポンプとを備えた発電ユニット停止時の冷却水供給系統において、発電ユニット停止時に、第１冷却水供給系統において冷却対象となる機器が、前記第２冷却水供給系統に含まれるように構成されることを特徴とする。

かかる構成によれば、発電ユニット停止時において、第１冷却水供給系統の冷却対象機器が、第２冷却水供給系統に含められることで、冷却対象機器が１つの冷却水供給系統にまとめられることで、効率よく冷却水を供給することができる。

また、本発明によれば、冷却対象となる機器が含められた前記第２冷却水供給系統に対する冷却水の供給が、１台の軸受冷却ポンプで行えるように構成されることが好ましい。

かかる構成によれば、１台の軸受冷却ポンプで冷却水を供給できるので、ポンプの使用台数を低減できて、省エネ効果がある。

また、本発明によれば、前記第１冷却水供給系統と、前記第２冷却水供給系統とに対する冷却水の供給配分が、仕切り弁の開度によって調整されるように構成されることが好ましい。

かかる構成によれば、仕切り弁の開度が調整されることで、冷却対象となる機器がまとめられた第２冷却水供給系統に、十分な量の冷却水が供給配分される。

また、本発明によれば、前記仕切り弁は、循環ポンプによる冷却水供給停止完了後に閉動作するように構成される一方、循環ポンプによる冷却水供給開始前に開動作するように構成されることが好ましい。

かかる構成によれば、発電ユニット起動時および発電ユニット停止時のタイミングに応じて、仕切り弁を開閉することで、第１冷却水供給系統と第２冷却水冷却水供給系統とに、発電ユニット起動時および発電ユニット停止時に応じた適量の冷却水を供給することができる。

本発明によれば、発電ユニット停止時に、第１冷却水供給系統におけるタービンに関係する第１の冷却対象機器を、ボイラおよび発電機に関係する第２の冷却対象機器に冷却水を供給する第２冷却水供給系統に含めるようにして、該第２冷却水供給系統に適量の冷却水を供給することができる。

本発明の一実施形態に係る発電ユニット運転中の冷却水供給系統を示す概略構成図。 同実施形態に係る発電ユニット停止時の冷却水供給系統を示す概略構成図。 発電ユニットの全体の概略構成図。 従来の発電ユニット運転中の冷却水供給系統を示す概略構成図。 従来の発電ユニット停止時の冷却水供給系統を示す概略構成図。

本発明に係る発電ユニット停止時の冷却水供給系統の一実施形態について説明するが、運転中の発電ユニットの冷却水供給系統について図１を参照して、停止時の発電ユニットの冷却水供給系統について図２を参照して順次説明する。なお、これらの図において、図４および図５と同一符号は同一もしくは相当するものを示す。また、本実施形態においては、火力発電設備の発電ユニットを例にとって説明する。この発電ユニットの全体の概略構成は、図３と同一であるため、詳細な説明は省略する。また、図３に示す軸受冷却水冷却器、循環ポンプ、海水ポンプ、および軸受冷却水ポンプについては、図１および図２にも含まれるものとする。また、冷却水としては、海水を使用する。

本実施形態に係る運転中の発電ユニットの冷却水供給系統Ａは、図１に示すように、第１冷却水供給系統１と、第２冷却水供給系統２と、軸受冷却水冷却器５２と、循環ポンプ５３と、海水ポン５５プと、軸受冷却水ポンプ５６とを備えている。

第１冷却水供給系統１は、発電機に関係する第１の冷却対象機器である、タービン発電機用水素冷却器１０、励磁機冷却器１１、固定子冷却水装置１２、離相母線冷却器１３を冷却する。また、ボイラに関係する第１の冷却対象機器である、脱硝通風機（ＤＮＦ）１４、押込通風機（ＦＤＦ）１５、ユングストローム式エアヒータ（熱交換器）１６、ガス混合ファン（ＧＭＦ）１７、ガス再循環ファン（ＧＲＦ）１８、所内コンプレッサ１９を冷却する。

第２冷却水供給系統２は、タービンに関係する第２の冷却対象機器である、オイルクーラとしての主油タンク２０、制御コンプレッサ（ＡＰＣ ＣＭＰ）２１、給水ポンプ（ＢＦＰ ＢＰ）２２、電動給水ポンプ（Ｍ−ＢＦＰ）２３、脱気器循環ポンプ（ＤＣＰ）２４、復水昇圧ポンプ（ＣＢＰ）２５、タービンポンプ（Ａ−ＢＦＰ）２６、タービンポンプ（Ｂ−ＢＦＰ）２７を冷却する。そして、主油タンク２０は、補助用、非常用、ターニング用の３つのポンプ２０ａ〜２０ｃが設けられている。さらに、主油タンク２０の出口が復水熱交換器３０の入口に接続される一方、発電機に関係する第１の冷却対象機器の出口が１つにまとめられて、復水熱交換器３０の入口に接続されている。また、復水熱交換器３０の出口は、軸受冷却ポンプ５６，５６の入口に接続される。

そして、第１冷却水供給系統１と第２冷却水供給系統２との分岐点Ｘには、仕切り弁３１が設けられている。該仕切り弁３１は、第１冷却水供給系統１と第２冷却水供給系統２とに対する冷却水の供給配分が、仕切り弁３１の開度によって調整されるように構成されている。また、仕切り弁３１は、循環ポンプ５３による冷却水供給停止完了後に閉動作するように構成される一方、循環ポンプ５３による冷却水供給開始前に開動作するように構成されている。発電ユニット運転中においては、仕切り弁３１は、開状態になっている。

軸受冷却水冷却器５２は、図１〜図３に図示されている機器であり、軸受冷却水ポンプ５６を介して第１冷却水供給系統１および第２冷却水供給系統２に供給される冷却水を冷却する。

循環ポンプ５３は、図３に図示されている機器であり、発電ユニット起動時に軸受冷却水冷却器５２に冷却水供給を行う一方、発電ユニット停止時に軸受冷却水冷却器５２への冷却水供給を停止する。

海水ポンプ５５は、図１〜図３に図示されている機器であり、発電ユニット停止時に、循環ポンプ５３から切り替わって軸受冷却水冷却器５２に冷却水供給を行う。

軸受冷却水ポンプ５６は、図１〜図３に図示されている機器であり、発電ユニット停止時に、第１冷却水供給系統１および第２冷却水供給系統２を通って軸受冷却水冷却器５２に戻される戻り所内冷却水を供給する。

そして、軸受冷却水冷却器５２で温度を低下させた戻り所内冷却水は、第１の冷却対象機器１０〜１９、および、第２の冷却対象機器２０〜２７に送られる。ここで熱交換し温度の高くなった戻り所内冷却水は、最終的に軸受冷却水ポンプ５６に返送される。

つぎに、発電ユニット停止時の冷却水供給系統Ｂにつき、図２を参照して説明する。図２において、図１と同じ符号の箇所については説明を省略する。異なる点は、ボイラの所内コンプレッサ１９が、第１冷却水供給系統１から外されて、タービンに関係する第２の冷却対象機器２０〜２７の制御コンプレッサ（第２冷却水供給系統２）２１に接続される点と、主油タンク２０のターニング用ポンプ２０ｃが運転される点と、循環ポンプ５３の運転が完全停止された時点で、仕切り弁３１の開度が最小になるように、仕切り弁３１の開度が調整される点である。

つぎに動作について図１〜図３を参照して説明する。まず、発電ユニット運転中の動作について説明する。発電ユニット運転中の動作は、図１に示すように、ボイラに関係する第１の冷却対象機器の所内コンプレッサ１９が、第１の冷却水供給系統１に接続されている。

そして、図３に示す発電ユニット５０の循環ポンプ５３が起動して、冷却水が軸受冷却ポンプ５６，５６に供給される。発電ユニット運転中は、図１に示すように、軸受冷却ポンプ５６，５６が２台で運転される一方、仕切り弁３１が循環ポンプ５３による冷却水供給開始前に開かれている。このため、冷却水が、軸受冷却水冷却器５２、仕切り弁３１を通って、第１の冷却対象機器１０〜１９、および、第２の冷却対象機器２０〜２７にそれぞれ供給されて循環され、これらの冷却対象機器１０〜１９、２０〜２７が冷却し続けられる。

つぎに発電ユニット停止時は、図示しない制御装置によって、図２に示すように、ボイラの所内コンプレッサ１９が、第１冷却水供給系統１から外されて、タービンに関係する第２の冷却対象機器２０〜２７の制御コンプレッサ（第２冷却水供給系統２）２１に接続されるように制御される。すなわち、第１の冷却対象機器１０〜１９の一部が第２冷却水供給系統２に含められるように制御される一方、主油タンク２０のターニング用ポンプ２０ｃが運転されて、タービン軸が冷却される。

また、前記制御装置によって、循環ポンプ５３の運転が完全停止された時点で、仕切り弁３１の開度が最小になるように、仕切り弁３１の開度が調整される。すなわち、ボイラおよび発電機に関係する第１の冷却対象機器１０〜１９に対する冷却水の供給を少なくし、タービンに関係する第２の冷却対象機器２０〜２７に対する冷却水の供給を多くなるように、冷却水を好適に供給配分する。つまり、ボイラの補機である所内コンプレッサ１９が含まれる第２冷却水供給系統２に、十分な冷却水を供給することができる。

そして、従来、２台の軸受冷却ポンプ５６，５６を運転して、冷却水を供給していたが、冷却水が十分に必要とされる第１冷却水供給系統１の冷却対象機器１０〜１９が、冷却水が十分に必要とされる冷却対象機器が多い第２冷却水供給系統２にまとめられることから、１台の運転で、所要の冷却水の供給を賄うことができる。

以上説明したように、本実施形態に係る発電ユニット停止時の冷却水供給系統Ａは、発電ユニット停止時に、第１冷却水供給系統１におけるタービンに関係する第１の冷却対象機器を、ボイラおよび発電機に関係する第２の冷却対象機器に冷却水を供給する第２冷却水供給系統に含めるように構成するとともに、仕切り弁３１の開度が最小になるように調整したので、第２冷却水供給系統に適量の冷却水を供給することができる。

例えば、標準的な週末停止の場合、２４時間程度のユニット停止時間がある場合の軸冷ポンプ動力を削減することができる。軸冷ポンプの１時間当たりの動力をＰとした場合、
Ｐ＝１．７３×４４０^V×１４２^A×０．８５×１０^-3≒９１９^KWHとなる。
１ＫＷＨあたり１０円とすると、省エネ金額は、９１．９^KWH×１０円^/KWH＝９１９円
そして、２４時間停止したとすると、
１回当たり…９１９円×２４Ｈ≒２２，０００円となる。
そして、週末停止が一ヶ月に４回あるとすると、
２２，０００円×４回×１２か月≒１０６万円となる。
すなわち、週末停止が毎週あったとすると、年間約１０６万円の省エネとなる。
また、１回／年の重負荷期前点検でユニットが７日停止すると、１回当たり…１５４，０００円の省エネとなる。
ボイラ側の作業およびタービン側の作業によるユニット停止時も、軸冷系統は運転中のため、同様に省エネ効果がある。

なお、本発明に係る発電ユニットは、前記実施の形態に限定することなく種々変更することができる。

例えば、前記実施形態の場合、火力発電設備を例にとって説明したが、例えば、汽力発電設備にも適用するようにしてもよい。この場合、火力発電設備と汽力発電設備とで、冷却対象機器が異なったとしても、適用できると考えられる。すなわち、発電ユニット停止時に、冷却水が十分に必要とされる冷却対象機器と、少量の冷却水で足りる冷却対象機器とに分離し、さらに、これら冷却対象機器に応じて、仕切り弁の開度を調整して、冷却水の供給配分を調整すれば、冷却水供給ポンプの駆動台数を減らすことができて、前記と同様の作用効果が得られる。

１…第１冷却水供給系統、２…第２冷却水供給系統、１０…タービン発電機用水素冷却器、１１…励磁機冷却器、１２…固定子冷却水装置、１３…離相母線冷却器、１４…脱硝通風機（ＤＮＦ）、１５…押込通風機（ＦＤＦ）、１６…ユングストローム式エアヒータ（熱交換器）、１７…ガス混合ファン（ＧＭＦ）、１８…ガス再循環ファン（ＧＲＦ）、１９…所内コンプレッサ、２０…主油タンク、２１…制御コンプレッサ（ＡＰＣ ＣＭＰ）、２２…給水ポンプ（ＢＦＰ ＢＰ）、２３…電動給水ポンプ（Ｍ−ＢＦＰ）、２４…脱気器循環ポンプ（ＤＣＰ）、２５…復水昇圧ポンプ（ＣＢＰ）、２６…タービンポンプ（Ａ−ＢＦＰ）、２７…タービンポンプ（Ｂ−ＢＦＰ）、３０…復水器熱交換器、３１…仕切り弁、５０…発電ユニット、５１…復水器、５２…軸受冷却水冷却器、５３…循環ポンプ、５４…海水昇圧ポンプ、５５…海水ポンプ、５６…軸受冷却水ポンプ

Claims (4)

1. ボイラおよび発電機に関係する第１の冷却対象機器に冷却水を供給する第１冷却水供給系統と、タービンに関係する第２の冷却対象機器に冷却水を供給する第２冷却水供給系統と、第１冷却水供給系統および第２冷却水供給系統に供給される冷却水を冷却する軸受冷却水冷却器と、発電ユニット起動時に軸受冷却水冷却器に冷却水供給を行う一方、発電ユニット停止時に軸受冷却水冷却器への冷却水供給を停止する循環ポンプと、発電ユニット停止時に、循環ポンプから切り替わって軸受冷却水冷却器に冷却水供給を行う海水ポンプと、発電ユニット停止時に、第１冷却水供給系統および第２冷却水供給系統を通って軸受冷却水冷却器に戻される戻り所内冷却水を供給する軸受冷却水ポンプとを備えた発電ユニット停止時の冷却水供給系統において、
   発電ユニット停止時に、前記第１冷却水供給系統において冷却対象となる機器が、前記第２冷却水供給系統に含まれるように構成されることを特徴とする発電ユニット停止時の冷却水供給系統。
2. 冷却対象となる機器が含められた前記第２冷却水供給系統に対する冷却水の供給が、１台の軸受冷却ポンプで行えるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の発電ユニット停止時の冷却水供給系統。
3. 前記第１冷却水供給系統と、前記第２冷却水供給系統とに対する冷却水の供給配分が、仕切り弁の開度によって調整されるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の発電ユニット停止時の冷却水供給系統。
4. 前記仕切り弁は、循環ポンプによる冷却水供給停止完了後に閉動作するように構成される一方、循環ポンプによる冷却水供給開始前に開動作するように構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電ユニット停止時の冷却水供給系統。

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