JP2016223316A - 蒸気タービン用冷却装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気タービン用冷却装置の復水器への冷却水を適切に循環させる。
【解決手段】実施形態における蒸気タービン用冷却装置は、蒸気タービンから排気された蒸気にスプレーノズルからの冷却水を直接接触させる復水器と、前記復水器からの復水を蓄積することで前記冷却水を生成する冷却塔と、前記冷却塔で生成された冷却水を前記復水器に供給する戻り循環水管と、前記戻り循環水管内に設けられて弁閉時に前記冷却水を遮断する復水器入口弁と、前記戻り循環水管における前記復水器入口弁をバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインに配置され、前記戻り循環水管より小さい径を有するバイパス弁とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービン用冷却装置およびその制御方法に関する。

地熱発電プラント軸流排気型の蒸気タービン用循環水管冷却装置において、蒸気配管からの蒸気は、蒸気タービンに流入し、この蒸気タービンで仕事をした後で排気されて、スプレー式直接接触式の復水器へ流入する。
この復水器の内部にはスプレーノズルが配置されており、冷却塔から戻り循環水管及び復水器入口弁を介して復水器に供給された冷却水がスプレーノズルから噴霧され、蒸気と直接接触する。これにより、蒸気タービンから排気された蒸気が復水器で凝縮されて復水となり、冷却水と共に復水器の下部に蓄積する。

この蓄積した水は、復水器と冷却塔との間の循環水管における循環水ポンプにより昇圧されて調節弁により流量が調節されつつ、冷却塔の上部に設置された冷却塔散水管へ送られたのち、この散水管により冷却塔内に散水されて空冷により冷却され、冷却塔の下部の貯水槽に蓄積する。
この冷却塔の貯水槽に蓄積した水は、戻り循環水管を介して復水器へ冷却水として戻る。

特開平４−７６２０４号公報

上記の戻り循環水管には、例えば電源喪失時におけるタービンのトリップ時に冷却塔から復水器への冷却水を遮断するための復水器入口弁が設置される。
しかし、上記の復水器入口弁を急閉することで復水器への冷却水を短時間で遮断した場合、戻り循環水管における復水器入口弁の部分にウォーターハンマーが発生し、戻り循環水管が破損する可能性がある。

このウォーターハンマーを抑制するには、例えば復水器入口弁が急閉しないように、この復水器入口弁の微開調節機構を設けることが考えられる。しかし、このような機構を設けることで、この復水器入口弁の開閉を制御するための例えば空気制御装置を別途設けることが必要となるため、コストが増大する。

本発明が解決しようとする課題は、蒸気タービン用冷却装置の復水器への冷却水を適切に循環させることが可能な蒸気タービン用冷却装置およびその制御方法を提供することである。

実施形態における蒸気タービン用冷却装置は、蒸気タービンから排気された蒸気にスプレーノズルからの冷却水を直接接触させる復水器と、前記復水器からの復水を蓄積することで前記冷却水を生成する冷却塔と、前記冷却塔で生成された冷却水を前記復水器に供給する戻り循環水管と、前記戻り循環水管内に設けられて弁閉時に前記冷却水を遮断する復水器入口弁と、前記戻り循環水管における前記復水器入口弁をバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインに配置され、前記戻り循環水管より小さい径を有するバイパス弁とを有する。

実施形態における蒸気タービン用冷却装置の制御方法は、蒸気タービンから排気された蒸気にスプレーノズルからの冷却水を直接接触させる復水器と、前記復水器からの復水を蓄積することで前記冷却水を生成する冷却塔と、前記冷却塔で生成された冷却水を前記復水器に供給する戻り循環水管と、前記戻り循環水管内に設けられて弁閉時に前記冷却水を遮断する復水器入口弁とを有する蒸気タービン用冷却装置に適用される方法であって、前記蒸気タービンのトリップ時に前記復水器入口弁を閉じ、また、前記戻り循環水管における前記復水器入口弁をバイパスするバイパスラインに配置されて前記戻り循環水管より小さい径を有するバイパス弁を開く。

本発明によれば、蒸気タービン用冷却装置の復水器への冷却水を適切に循環させることができる。

実施形態における蒸気タービン用循環水管冷却装置の構成例を示す図。 実施形態における蒸気タービン用循環水管冷却装置の復水器入口弁、バイパスライン及びバイパス弁の一例を示す断面図。 実施形態における蒸気タービン用循環水管冷却装置の動作手順の一例を示すフローチャート。

以下、実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、実施形態における蒸気タービン用循環水管冷却装置の構成例を示す図である。図２は、実施形態における蒸気タービン用循環水管冷却装置の復水器入口弁、バイパスライン及びバイパス弁の一例を示す断面図である。
図１に示すように、実施形態における蒸気タービン用循環水管冷却装置は、地熱発電プラント軸流排気型の蒸気タービン用循環水管冷却装置であり、蒸気が与えられる蒸気タービン１、スプレー式直接接触式の復水器２、ポンプ（循環水ポンプ）３、冷却塔４、戻り循環水管５、復水器入口弁６、制御装置２０を備える。この蒸気タービン用循環水管冷却装置は、地熱発電プラント以外の発電プラントでも適用が可能である。

復水器２は、蒸気タービン１で仕事をした蒸気に、この復水器２内のスプレーノズルから噴出される冷却水を直接接触させることで復水する。冷却塔４は、復水器２により復水された水及び冷却水を蓄積して冷却水を生成する。当該復水器２により復水された水は、循環水管を介して冷却塔４に与えられる。図２のｈは水の水位である。
戻り循環水管５は、冷却塔４が生成した冷却水を復水器２に戻す。ポンプ３および調節弁９は復水器２と冷却塔４との間の循環水管に設けられる。復水器入口弁６は、戻り循環水管５内における、復水器２の入口部に設けられる。

戻り循環水管５における復水器入口弁６が設けられる部分には、この部分のバイパス路であるバイパスライン７が設けられる。このバイパスライン７にはバイパス弁８が配置される。図２に示すように、このバイパスライン７の径は戻り循環水管５の径より小さい。戻り循環水管５の径とバイパスライン７の径の比率は例えば１０：１である。バイパスライン７の径は、例えば電源喪失時における蒸気タービン１のトリップ時に冷却塔４から復水器２へ戻る冷却水の流量がトリップ時に許容される流量となる径であれば特に限られないが、できるだけ小さい方が望ましい。
図示しない蒸気配管からの蒸気は、蒸気タービン１に流入し、この蒸気タービン１で仕事をした後で排気されて、復水器２へ蒸気として流入する。

冷却塔４から戻り循環水管５及び復水器入口弁６を介して復水器２内に供給された冷却水は、復水器２内のスプレーノズルから噴霧されて復水器２内の蒸気と直接接触する。このスプレーノズルは戻り循環水管５における復水器２側の出口に接続されている。これにより、蒸気タービン１から排気された蒸気が復水器２で凝縮されて復水となり、スプレーノズルからの冷却水と共に復水器２の下部に蓄積される。

復水器２の下部に蓄積した水は、復水器２と冷却塔４との間の循環水管内のポンプ３による昇圧、および調節弁９による流量の調節を経て、冷却塔４の上部に設置された冷却塔散水管へ送られる。この送られた水は、この冷却塔散水管により冷却塔４内に散水されて空冷により冷却され、冷却塔４の下部の貯水槽に蓄積される。

この貯水槽に蓄積した水は、戻り循環水管５に設置された復水器入口弁６または、この復水器入口弁６をバイパスするバイパスライン７及びバイパス弁８を介して冷却水として復水器２へ戻る。この復水器２へ流入した冷却水は、復水器２内の蒸気と直接接触しながら復水器２の下部に蓄積される。このように、蒸気タービン用循環水管冷却装置の復水系統は閉回路を構成し、復水または冷却水は、この閉回路の中を循環している。
ここで、図１に示した復水器入口弁６の弁閉時は、戻り循環水管５における、復水器入口弁６が設けられる部分、つまりバイパスライン７に並列する部分に流れた冷却水が短時間に遮断される。

図３は、実施形態における蒸気タービン用循環水管冷却装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
本実施形態では、復水器入口弁６やバイパス弁８は、弁閉または弁開するための駆動部、例えば空気作動装置を備える。また、蒸気タービン１の運転時は、制御装置２０は、例えば上記の空気作動装置を制御する空気制御により復水器入口弁６を弁開とし、バイパス弁８を空気制御により弁閉としている。この場合、冷却塔４から戻り循環水管５に流れた冷却水は、バイパスライン７ではなく、復水器入口弁６を通って、復水器２へ冷却水として戻る。なお、復水器入口弁６やバイパス弁８は電動などにより作動する構成であってもよい。

一方、例えば電源喪失時における蒸気タービン１のトリップ時（Ａ１１）は、制御装置２０は、空気制御により復水器入口弁６を弁閉（急閉）とし（Ａ１２）、空気制御によりバイパス弁８を弁開とする（Ａ１３）。

この場合、冷却塔４から戻り循環水管５に流れた冷却水は、復水器入口弁６ではなく、バイパスライン７を通って、復水器２へ冷却水として戻る。上記のように、このバイパスライン７の径は戻り循環水管５の径より小さいので、戻り循環水管５における復水器入口弁６の微開調節などを行わずとも、蒸気タービン１のトリップ時に冷却塔４から復水器２へ戻る冷却水の流量をトリップ前の流量より少なくすることができる。

これにより、トリップ時における、冷却塔４から復水器２への戻り循環水管５内での冷却水の流れが、トリップ時に許容される流量に制限した上で維持されるので、蒸気タービン１のトリップに伴う復水器入口弁６の急閉時に、戻り循環水管５内部におけるウォーターハンマーの発生を抑制することができる。

また、本実施形態のように、戻り循環水管５における復水器入口弁６をバイパスするバイパスライン７及びバイパス弁８を設ける構成とすれば、戻り循環水管５におけるウォーターハンマーの発生を抑制するために復水器入口弁６に微開調節機構を設ける構成とする必要がなく、復水器入口弁６として一般弁を用いることができる。よって、ウォーターハンマーの発生を抑制するためのコストを低減することができる。

また、上記のように復水器入口弁６の微開調節機構を設ける必要がないので、復水器入口弁６の駆動部、例えば空気作動装置を設けずに、復水器入口弁６として、手動で操作可能な弁を用いる構成とすることもできる。この場合、他の弁、例えば調節弁９を空気制御により駆動していても、蒸気タービン１のトリップ時における蒸気タービン用循環水管冷却装置全体の制御空気量を低減することができる。

さらに、本実施形態により、図２に示すように、バイパスライン７及びバイパス弁８により、小流量の冷却水を復水器入口弁６の下流側に通水することができるので、蒸気タービン１のトリップ時であっても戻り循環水管５の下流側の配管を封水することができる。

なお、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

また、実施形態に記載した制御装置により実現する手法は、計算機（コンピュータ）に実行させることができるプログラム（ソフトウエア手段）として、例えば磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＭＯ等）、半導体メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等）等の記録媒体に格納し、また通信媒体により伝送して頒布することもできる。なお、媒体側に格納されるプログラムには、計算機に実行させるソフトウエア手段（実行プログラムのみならずテーブルやデータ構造も含む）を計算機内に構成させる設定プログラムをも含む。本装置を実現する計算機は、記録媒体に記録されたプログラムを読み込み、また場合により設定プログラムによりソフトウエア手段を構築し、このソフトウエア手段によって動作が制御されることにより上述した処理を実行する。なお、本明細書でいう記録媒体は、頒布用に限らず、計算機内部あるいはネットワークを介して接続される機器に設けられた磁気ディスクや半導体メモリ等の記憶媒体を含むものである。

１…蒸気タービン、２…復水器、３…ポンプ、４…冷却塔、５…戻り循環水管、６…復水器入口弁、７…バイパスライン、８…バイパス弁、９…調節弁、２０…制御装置。

Claims (3)

1. 蒸気タービンから排気された蒸気にスプレーノズルからの冷却水を直接接触させる復水器と、
   前記復水器からの復水を蓄積することで前記冷却水を生成する冷却塔と、
   前記冷却塔で生成された冷却水を前記復水器に供給する戻り循環水管と、
   前記戻り循環水管内に設けられて弁閉時に前記冷却水を遮断する復水器入口弁と、
   前記戻り循環水管における前記復水器入口弁をバイパスするバイパスラインと、
   前記バイパスラインに配置され、前記戻り循環水管より小さい径を有するバイパス弁と
   を備えたことを特徴とする蒸気タービン用冷却装置。
2. 前記蒸気タービンのトリップ時に前記復水器入口弁を閉じ、前記バイパス弁を開く制御装置をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン用冷却装置。
3. 蒸気タービンから排気された蒸気にスプレーノズルからの冷却水を直接接触させる復水器と、前記復水器からの復水を蓄積することで前記冷却水を生成する冷却塔と、前記冷却塔で生成された冷却水を前記復水器に供給する戻り循環水管と、前記戻り循環水管内に設けられて弁閉時に前記冷却水を遮断する復水器入口弁とを有する蒸気タービン用冷却装置に適用される方法であって、
   前記蒸気タービンのトリップ時に前記復水器入口弁を閉じ、また、前記戻り循環水管における前記復水器入口弁をバイパスするバイパスラインに配置されて前記戻り循環水管より小さい径を有するバイパス弁を開く
   ことを特徴とする蒸気タービン用冷却装置の制御方法。