JP2014185532A - 蒸気タービンプラント - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の多段圧復水器よりも、再熱効率の向上を可能とする多段圧復水器を有する蒸気タービンプラント。
【解決手段】複数の蒸気タービン２，３，４と、複数の蒸気タービンに対応するように各々の蒸気タービンの下方にそれぞれ設けられて、各々の蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮させて復水として収容する複数の復水器７，８，９からなる多段圧復水器５と、蒸気タービン内の蒸気の一部を、複数の復水器７，８，９のうちの最も低圧の蒸気タービン２に対応する復水器９の復水に導入する抽気部３２と、を備える蒸気タービンプラント１を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】複数の蒸気タービン２，３，４と、複数の蒸気タービンに対応するように各々の蒸気タービンの下方にそれぞれ設けられて、各々の蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮させて復水として収容する複数の復水器７，８，９からなる多段圧復水器５と、蒸気タービン内の蒸気の一部を、複数の復水器７，８，９のうちの最も低圧の蒸気タービン２に対応する復水器９の復水に導入する抽気部３２と、を備える蒸気タービンプラント１を提供する。
【選択図】図１
Description
本発明は、蒸気タービンプラントに係り、特に多段圧復水器を有する蒸気タービンプラントに関する。
一般に、蒸気タービンプラントなどでは、蒸気タービンを駆動した蒸気がタービンから排気されて、復水器に導かれる。復水器に導かれた蒸気は、復水器に導かれた冷却水と熱交換して凝縮されて復水とされる。復水器において凝縮された復水は、給水加熱器を介して加熱されて、ボイラに供給される。ボイラに供給された加熱された復水は、蒸気とされて蒸気タービンの駆動源として用いられる。
この復水器で凝縮された復水が給水加熱器に送られる場合、復水の温度が高いほどプラントの効率面で有利となることから、圧力が異なる複数の室からなる多段圧復水器が用いられている。この多段圧復水器として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
この特許文献１に記載された多段圧復水器では、低圧室の下部に圧力隔壁によって仕切られて低圧側復水が導入されて溜められる再熱室を設け、高圧側の室である高圧室内の高圧蒸気を再熱室に導入可能とするとともに、再熱室をバイパスさせた高圧側復水と再熱室を出た低圧側復水とを合流させて復水の温度を高めるバイパス連結管を設けている。
さらに、この多段圧復水器では、復水に水没させる伝熱管を設け、この伝熱管に例えば原子炉に供給される給水の脱気を行う脱気器のベントを導入することでさらなる効率化を図る構成としている。
さらに、この多段圧復水器では、復水に水没させる伝熱管を設け、この伝熱管に例えば原子炉に供給される給水の脱気を行う脱気器のベントを導入することでさらなる効率化を図る構成としている。
しかしながら、脱気器のベントには、不凝縮ガスが多く含まれているため復水内に直接注入することができない上、脱気器のベントの量も限られるため、再熱効率の向上に限界がある。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、従来の多段圧復水器よりも、再熱効率の向上を可能とする多段圧復水器を有する蒸気タービンプラントを提供することにある。
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の蒸気タービンプラントは、複数の蒸気タービンと、前記複数の蒸気タービンに対応するように各々の蒸気タービンの下方にそれぞれ設けられて、各々の蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮させて復水として収容する複数の復水器からなる多段圧復水器と、前記蒸気タービン内の蒸気の一部を、前記複数の復水器のうちの最も低圧の蒸気タービンに対応する復水器の復水に導入する抽気部と、を備えることを特徴とする。
本発明の蒸気タービンプラントは、複数の蒸気タービンと、前記複数の蒸気タービンに対応するように各々の蒸気タービンの下方にそれぞれ設けられて、各々の蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮させて復水として収容する複数の復水器からなる多段圧復水器と、前記蒸気タービン内の蒸気の一部を、前記複数の復水器のうちの最も低圧の蒸気タービンに対応する復水器の復水に導入する抽気部と、を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、蒸気タービンの蒸気の一部を復水の加熱源として用いることにより、従来よりも効率よく復水の温度を高めることができる。
上記蒸気タービンプラントにおいて、前記抽気部は、前記複数の蒸気タービンのうち少なくとも二つの蒸気タービンに設けられており、抽気を実施する抽気部を、少なくとも一つの前記抽気部から選択する制御を行うことが好ましい。
上記構成によれば、適切な圧力の抽気部からの選択や、複数の抽気部からの蒸気の混合が可能となるため、より適切な蒸気条件にしたものを復水に導入することができる。
上記蒸気タービンプラントにおいて、前記抽気部は、適切な圧力の抽気段から抽気が行えるように構成されていることが好ましい。
上記構成によれば、複数の抽気段からの抽気の混合が可能となるため、より適切な蒸気条件にしたものを再熱室に抽気することができる。
上記蒸気タービンプラントにおいて、前記最も低圧の蒸気タービンに対応する復水器は、前記復水に直接前記蒸気を噴射する蒸気噴射手段を有し、前記抽気部による前記復水器の復水への前記蒸気の導入は、前記蒸気噴射手段を介して行われることが好ましい。
上記構成によれば、蒸気タービンの蒸気を直接導入することで、確実に熱交換を実施することができる。また、復水を撹拌する効果も得ることができる。
上記蒸気タービンプラントにおいて、前記最も低圧の蒸気タービンに対応する復水器は、前記復水の内部を通過する伝熱管を有し、前記抽気部による前記復水器の復水への前記蒸気の導入は、前記伝熱管を介して行われる構成としてもよい。
上記構成によれば、抽気される蒸気に不凝縮ガスが含まれている場合においても、蒸気タービンの蒸気を復水の加熱源として用いることができる。
上記蒸気タービンプラントにおいて、前記多段圧復水器は、圧力が異なる複数の室と、低圧側の前記室である低圧室を上下方向に分割し、複数の孔を有する多孔板を備えた圧力隔壁と、前記圧力隔壁によって仕切られた前記低圧室の上部に設けられて、冷却水が導入されて前記低圧室に導かれた低圧側蒸気と熱交換することにより前記低圧側蒸気を低圧側復水に凝縮する冷却水管群と、前記圧力隔壁によって仕切られた前記低圧室の下部であって、前記圧力隔壁の前記孔から流下する前記低圧側復水が溜まる再熱室と、高圧側の前記室である高圧室内の高圧側蒸気を前記再熱室に導入する高圧側蒸気導入手段と、を備えることが好ましい。
上記構成によれば、高圧室内の高圧側蒸気に加え、蒸気タービンの蒸気の一部を復水の加熱源として用いることにより、従来よりも効率よく復水の温度を高めることができる。
本発明によれば、蒸気タービンの蒸気の一部を復水の加熱源として用いることにより、従来よりも効率よく復水の温度を高めることができる。
（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の蒸気タービンプラント１は、第一低圧タービン２と第二低圧タービン３と、第三低圧タービン４とからなる複数の低圧タービンと、複数の低圧タービンに対応するように各々の低圧タービンの下方にそれぞれ設けられて、各々の低圧タービンから排出される蒸気を凝縮させて復水として収容する複数の復水器７，８，９からなる多段圧復水器５と、ボイラ（図示せず）を有している。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の蒸気タービンプラント１は、第一低圧タービン２と第二低圧タービン３と、第三低圧タービン４とからなる複数の低圧タービンと、複数の低圧タービンに対応するように各々の低圧タービンの下方にそれぞれ設けられて、各々の低圧タービンから排出される蒸気を凝縮させて復水として収容する複数の復水器７，８，９からなる多段圧復水器５と、ボイラ（図示せず）を有している。
複数の低圧タービン２，３，４は、配管６を介して高圧タービン（図示せず）と接続されている。多段圧復水器５は、高圧段復水器７、中圧段復水器８、及び低圧段復水器９の三つの復水器７，８，９を連結して構成されている三胴型の多段圧復水器である。複数の低圧タービン２，３，４は、低圧段復水器９、中圧段復水器８、及び高圧段復水器７の上部にそれぞれ搭載されている。
高圧段復水器７、中圧段復水器８、低圧段復水器９は、上部から低圧タービン２，３，４からの排気蒸気が導入される高圧胴１０、中圧胴１１、低圧胴１２が設けられている。そして、この高圧胴１０、中圧胴１１、低圧胴１２の内部には、高圧室１３、中圧室１４、低圧室１５が形成されている。そして、高圧室１３、中圧室１４、低圧室１５を貫通するように、多数の伝熱管からなる冷却水管群１７が配置されている。冷却水管群１７内の冷却水は、低圧室１５、中圧室１４、高圧室１３の順に流れることから、各室の圧力は、高い順に、高圧室１３、中圧室１４、低圧室１５に設定される。
中圧胴１１には、下部に水平をなす第一圧力隔壁１８が固定されており、中圧胴１１は、上方の中圧室１４と下方の第一再熱室１９とに上下方向に分割されている。また、低圧胴１２には、下部に水平をなす第二圧力隔壁２０が固定されており、上方の低圧室１５と下方の第二再熱室２１とに区画されている。各圧力隔壁１８，２０は、多孔板であって、中央部の所定の領域に復水導入孔１８ａ，２０ａが形成されている。
そして、高圧室１３は、第一蒸気ダクト２３（高圧側蒸気導入手段）により中圧胴１１の第一再熱室１９に連通され、高圧室１３の高圧蒸気がこの第一蒸気ダクト２３を通して第一再熱室１９に送られる。また、中圧胴１１は、第二蒸気ダクト２４により低圧胴１２の第二再熱室２１に連通され、高圧室１３の高圧蒸気が第一蒸気ダクト２３、中圧胴１１の第一再熱室１９、第二蒸気ダクト２４を通して第二再熱室２１に送られる。
中圧胴１１の第一再熱室１９内には、受け部材である第一トレイ２５が水平をなして配置されている。この第一トレイ２５は、第一圧力隔壁１８における復水導入孔１８ａが形成された領域の下方にこの領域より広く設定され、この復水導入孔１８ａから滴下した中圧復水を受け止め可能となっている。そして、この第一トレイ２５は、受け止めた中圧復水を外周部からオーバーフローさせて落下させ、この中圧復水を第一再熱室１９に復水として溜めるように構成されている。
また、低圧胴１２の第二再熱室２１内には、第二トレイ２６が水平をなして配置されている。この第二トレイ２６は、第二圧力隔壁２０における復水導入孔２０ａが形成された領域の下方にこの領域より広く設定され、この復水導入孔２０ａから滴下した低圧復水を受け止め可能となっている。そして、この第二トレイ２６は、受け止めた低圧復水を外周部からオーバーフローさせて落下させ、この低圧復水を第二再熱室２１に復水として溜めるように構成されている。
また、高圧室１３と中圧胴１１の第一再熱室１９とが第一連結管２７により連結され、中圧胴１１の第一再熱室１９と低圧胴１２の第二再熱室２１とが第二連結管２８により連結され、高圧室１３の下部に設けられた排出部２９に冷却水配管３０が連結されている。
そして、本実施形態の第一低圧タービン２には、第一低圧タービン２を駆動する蒸気の一部を抽気する抽気部である抽気流路３２の一端が接続されている。また、低圧段復水器９の第二再熱室２１の下方には、蒸気噴射手段として機能するベント注入管３３が配置されている。ベント注入管３３は、その内部に導入された流体を外部に噴射可能に構成されたノズルであり、第二再熱室２１に溜められた復水の中に水没するような位置に配置されている。
そして、抽気経路の他端はベント注入管３３に接続されている。即ち、本実施形態の蒸気タービンプラント１は、第一低圧タービン２の抽気をベント注入管３３を介して第二再熱室２１の復水に導入することができる。
ここで、本実施形態の蒸気タービンプラント１の作用について詳細に説明する。
蒸気タービンプラント１における低圧タービン２，３，４からの排気蒸気は、多段圧復水器５における高圧室１３、中圧室１４、低圧室１５に送られる。この高圧室１３、中圧室１４、低圧室１５を下方に移動する排気蒸気は、冷却水管群１７と接触することにより凝縮される。そして、高圧室１３で凝縮した高圧復水は、この高圧室１３の下部に溜められる。また、中圧室１４で凝縮した中圧復水は、この中圧室１４の下部に溜められ、低圧室１５で凝縮した低圧復水は、この低圧室１５の下部に溜められる。
蒸気タービンプラント１における低圧タービン２，３，４からの排気蒸気は、多段圧復水器５における高圧室１３、中圧室１４、低圧室１５に送られる。この高圧室１３、中圧室１４、低圧室１５を下方に移動する排気蒸気は、冷却水管群１７と接触することにより凝縮される。そして、高圧室１３で凝縮した高圧復水は、この高圧室１３の下部に溜められる。また、中圧室１４で凝縮した中圧復水は、この中圧室１４の下部に溜められ、低圧室１５で凝縮した低圧復水は、この低圧室１５の下部に溜められる。
このとき、中圧室１４で凝縮した中圧復水は、第一圧力隔壁１８上に一時的に溜められ、復水導入孔１８ａから滴下して第一再熱室１９の第一トレイ２５上に落下して溜められる。そして、第一トレイ２５上の中圧復水は、オーバーフローして第一再熱室１９内を落下する。この第一再熱室１９は、高圧室１３の高圧蒸気が第一蒸気ダクト２３を通して送られており、復水導入孔１８ａから第一トレイ２５に滴下する中圧復水が、高圧蒸気中を滴下することで接触伝熱により加熱される。更に、第一トレイ２５をオーバーフローする中圧復水が高圧蒸気中を滴下することで接触伝熱により加熱される。
また、同様に、低圧室１５で凝縮した低圧復水は、第二圧力隔壁２０上に一時的に溜められ、復水導入孔２０ａから滴下して第二再熱室２１の第二トレイ２６上に落下して溜められる。そして、第二トレイ２６上の低圧復水は、オーバーフローして第二再熱室２１内を落下する。この第二再熱室２１は、中圧室１４の高圧蒸気が第二蒸気ダクト２４を通して送られており、復水導入孔２０ａから第二トレイ２６に滴下する低圧復水が、高圧蒸気中を滴下することで接触伝熱により加熱される。更に、第二トレイ２６をオーバーフローする低圧復水が高圧蒸気中を滴下することで接触伝熱により加熱される。
そして、低圧胴１２の第二再熱室２１に溜められた低圧復水は、第二連結管２８を通って中圧胴１１の第一再熱室１９に流れ、この第一再熱室１９で低圧復水と中圧復水が混合した復水は、第一連結管２７を通って高圧室１３に流れ、この高圧室１３で低圧復水と中圧復水と高圧復水が混合した復水は、排出部２９から冷却水配管３０に排出される。
一方、第一低圧タービン２の蒸気の一部が抽気流路３２を介して第二再熱室２１に送られる。この蒸気の一部は、ベント注入管３３によって第二再熱室２１内の復水に噴射される。第二再熱室２１に溜められた復水は、ベント注入管３３より噴射された蒸気によって加熱される。
上記実施形態によれば、高圧段復水器７の蒸気に加え、低圧タービン２の抽気を復水の加熱源として用いることにより、従来よりも効率よく復水の温度を高めることができる。また、復水を撹拌する効果も得ることができる。
なお、本実施形態では、抽気する低圧タービンは、低圧室１５のものであるが、中圧室１４、高圧室１３の低圧タービンからの抽気でも構わない。
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンプラント１Ｂを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の蒸気タービンプラント１Ｂは、第一実施形態の蒸気タービンプラント１が第一低圧タービン２のみから抽気しているのと比較して、第一低圧タービン２、第二低圧タービン３、及び第三低圧タービン４の少なくとも一つの低圧タービンから選択して抽気の制御を行うことが可能な構成とされている。
以下、本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンプラント１Ｂを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の蒸気タービンプラント１Ｂは、第一実施形態の蒸気タービンプラント１が第一低圧タービン２のみから抽気しているのと比較して、第一低圧タービン２、第二低圧タービン３、及び第三低圧タービン４の少なくとも一つの低圧タービンから選択して抽気の制御を行うことが可能な構成とされている。
具体的には、本実施形態の第一低圧タービン２には、第一抽気流路３２の一端が、第二低圧タービン３には第二抽気流路３５の一端が、第三低圧タービン４には第三抽気流路３６の一端が接続されている、抽気流路３２，３５，３６の他端は一つに接続され、ベント注入管３３と接続されている。
また、低圧タービンの抽気は、適切な圧力の抽気段（圧力段）から抽気が行えるように構成されている。例えば、低圧タービン２，３，４の出口側より二段程度さかのぼった抽気段が、抽気流路３２，３５，３６との差圧などを勘案すると好ましい。また、抽気段の選定は、抽気効率を考慮して設計されることが好ましい。例えば、ドレン（凝縮した蒸気）をできる限り下流に流さず、かつ、抽気側に巻き込まれる蒸気が少なくなるように設計されることが好ましい。
上記実施形態によれば、複数の抽気段からの抽気の混合が可能となるため、より適切な蒸気条件にしたものを再熱室に抽気することができる。
ここで、上記各実施形態の変形例について説明する。
この変形例においては、図３に示すように、復水を通過するように伝熱管３８を設け、抽気された蒸気がこの伝熱管３８に導入されるような構成とされている。即ち、低圧タービンの蒸気の一部が直接復水に導入される構成とされておらず、伝熱管３８を介して蒸気の熱が復水に伝達されるようになっている。伝熱管３８に導入された蒸気は、真空ポンプ３９などのポンプによって引き抜いてもよいし、所定のフラッシュボックスに供給されるようにしてもよい。
上記変形例によれば、抽気される蒸気に不凝縮ガスが含まれている場合においても、蒸気タービンの蒸気を復水の加熱源として用いることができる。
この変形例においては、図３に示すように、復水を通過するように伝熱管３８を設け、抽気された蒸気がこの伝熱管３８に導入されるような構成とされている。即ち、低圧タービンの蒸気の一部が直接復水に導入される構成とされておらず、伝熱管３８を介して蒸気の熱が復水に伝達されるようになっている。伝熱管３８に導入された蒸気は、真空ポンプ３９などのポンプによって引き抜いてもよいし、所定のフラッシュボックスに供給されるようにしてもよい。
上記変形例によれば、抽気される蒸気に不凝縮ガスが含まれている場合においても、蒸気タービンの蒸気を復水の加熱源として用いることができる。
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。また、上記複数の実施形態で説明した特徴を任意に組み合わせた構成であってもよい。
例えば、上記各実施形態においては、三胴型の多段圧復水器として説明したが、低圧段復水器と高圧段復水器で構成される二胴型の多段圧復水器や、四胴以上の復水器で構成される多段圧復水器であっても、本発明を適用することが可能である。
例えば、上記各実施形態においては、三胴型の多段圧復水器として説明したが、低圧段復水器と高圧段復水器で構成される二胴型の多段圧復水器や、四胴以上の復水器で構成される多段圧復水器であっても、本発明を適用することが可能である。
さらに、上記各実施形態において、必要に応じて膨張弁などで抽気を適切な圧まで減圧する構成を追加してもよい。
１ 蒸気タービンプラント
２ 第一低圧タービン（蒸気タービン）
３ 第二低圧タービン（蒸気タービン）
４ 第三低圧タービン（蒸気タービン）
５ 多段圧復水器
６ 配管
７ 高圧段復水器
８ 中圧段復水器
９ 低圧段復水器
１０ 高圧胴
１１ 中圧胴
１２ 低圧胴
１３ 高圧室
１４ 中圧室
１５ 低圧室
１７ 冷却水管群
１８ 第一圧力隔壁
１９ 第一再熱室
２０ 第二圧力隔壁
２１ 第二再熱室
２３ 第一蒸気ダクト（高圧側蒸気導入手段）
２４ 第二蒸気ダクト（高圧側蒸気導入手段）
２５ 第一トレイ
２６ 第二トレイ
２７ 第一連結管
２８ 第二連結管
２９ 排出部
３０ 冷却水配管
３２ 抽気流路（抽気部）
３３ ベント注入管（蒸気噴射手段）
２ 第一低圧タービン（蒸気タービン）
３ 第二低圧タービン（蒸気タービン）
４ 第三低圧タービン（蒸気タービン）
５ 多段圧復水器
６ 配管
７ 高圧段復水器
８ 中圧段復水器
９ 低圧段復水器
１０ 高圧胴
１１ 中圧胴
１２ 低圧胴
１３ 高圧室
１４ 中圧室
１５ 低圧室
１７ 冷却水管群
１８ 第一圧力隔壁
１９ 第一再熱室
２０ 第二圧力隔壁
２１ 第二再熱室
２３ 第一蒸気ダクト（高圧側蒸気導入手段）
２４ 第二蒸気ダクト（高圧側蒸気導入手段）
２５ 第一トレイ
２６ 第二トレイ
２７ 第一連結管
２８ 第二連結管
２９ 排出部
３０ 冷却水配管
３２ 抽気流路（抽気部）
３３ ベント注入管（蒸気噴射手段）
Claims (6)
- 複数の蒸気タービンと、
前記複数の蒸気タービンに対応するように各々の蒸気タービンの下方にそれぞれ設けられて、各々の蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮させて復水として収容する複数の復水器からなる多段圧復水器と、
前記蒸気タービン内の蒸気の一部を、前記複数の復水器のうちの最も低圧の蒸気タービンに対応する復水器の復水に導入する抽気部と、
を備えることを特徴とする蒸気タービンプラント。 - 前記抽気部は、前記複数の蒸気タービンのうち少なくとも二つの蒸気タービンに設けられており、
抽気を実施する抽気部を、少なくとも一つの前記抽気部から選択する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンプラント。 - 前記抽気部は、適切な圧力の抽気段から抽気が行えるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の蒸気タービンプラント。
- 前記最も低圧の蒸気タービンに対応する復水器は、
前記復水に直接前記蒸気を噴射する蒸気噴射手段を有し、
前記抽気部による前記復水器の復水への前記蒸気の導入は、前記蒸気噴射手段を介して行われることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の蒸気タービンプラント。 - 前記最も低圧の蒸気タービンに対応する復水器は、
前記復水の内部を通過する伝熱管を有し、
前記抽気部による前記復水器の復水への前記蒸気は、前記伝熱管に導入されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の蒸気タービンプラント。 - 前記多段圧復水器は、
圧力が異なる複数の室と、
低圧側の前記室である低圧室を上下方向に分割し、複数の孔を有する多孔板を備えた圧力隔壁と、
前記圧力隔壁によって仕切られた前記低圧室の上部に設けられて、冷却水が導入されて前記低圧室に導かれた低圧側蒸気と熱交換することにより前記低圧側蒸気を低圧側復水に凝縮する冷却水管群と、
前記圧力隔壁によって仕切られた前記低圧室の下部であって、前記圧力隔壁の前記孔から流下する前記低圧側復水が溜まる再熱室と、
高圧側の前記室である高圧室内の高圧側蒸気を前記再熱室に導入する高圧側蒸気導入手段と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の蒸気タービンプラント。
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