JP2017500492A - 液体冷却式発電機を備えた蒸気発電プラント - Google Patents

Abstract

本発明は、液体を蒸気に変換するための蒸気発生器（１）と蒸気タービン（２）と蒸気を液体に変換するための凝縮器（６）とを備えた液体／蒸気回路（８）と、発電機（７）と、発電機（７）用の液体冷却システム（１５）とを備えた蒸気発電プラントに関するものであり、液体冷却システム（１５）は、バイパス流路（９）であって、このバイパス流路（９）を通って、液体／蒸気回路（８）からの液体を液体冷却システム（１５）へと分岐でき、そして液体冷却システム（１５）から液体／蒸気回路（８）へと戻るように流すことができるバイパス流路（９）を介した液体／蒸気回路（８）への接続部を備える。

Description

本発明は、液体冷却式発電機を備えた蒸気発電プラントに関する。

電力を発生させるための蒸気発電プラントでは、流体、特に水は、液体／蒸気回路内で循環させられる。液体／蒸気回路は、ボイラー、蒸気タービンおよび凝縮器を有しており、ボイラーにおいて液体の水は蒸気へと変換される。蒸気は、続いて蒸気タービン内で膨張させられ、この蒸気タービンが蒸気発電プラントの発電機を駆動する。ここで、蒸気タービンとの用語は、たいてい複数のタービンを持つタービン設備のための同義語として使用され、第１のタービン、第２のタービンなどは、蒸気の圧力の低下に応じて、高圧、中圧および低圧タービンと呼ばれる。蒸気タービンを出た後、蒸気は凝縮器で凝縮させられる。得られた水は、凝縮液収集容器に集められ、ボイラーに戻される。このコンテクストでは、流体は、液体／蒸気回路の個々のコンポーネント間の配管を通って流れる。

水冷式発電機を有する蒸気発電プラントは、上述した液体／蒸気回路に加えて、流体、特に液体、とりわけ水を循環させるための複数の別個の回路を有することがある。このコンテクストでは、発電機の冷却液回路は、低温で冷却液を提供し、冷却器内で熱を伝達し、そして冷却液を除去するために機能する。完全水冷式発電機に加えて、ガス冷却式発電機はまた、冷却のための別個の水回路を有する。発電機を冷却するための液体回路の動作のためには、冷却液およびエネルギーを外的に提供することが必要であり、これによって蒸気発電プラントの効率が低下する。

特許文献１は熱発電プラントを開示している。特許文献２は膨張システムを説明している。

凝縮器からボイラーに至る経路上では、水の、または液体の温度は、予熱器を用いて連続的に上昇させられる。予熱器を有する液体／蒸気回路の当該セクションはまた、予熱セクションと呼ばれる。予熱の利点は、それがエネルギーを節約し、したがって、ボイラー内で冷水を加熱する必要がないので、効率を改善することである。さらに、ボイラーに温水が供給される場合、ボイラーの材料は、大きな温度変化にさらされない。液体を予熱するために、例えば、蒸気タービンから、特に中圧および／または低圧タービンから蒸気を抽出し、そして対応する熱交換器において、この蒸気を凝縮させることによって、蒸気エネルギーが使用されている。だが、タービンを駆動するために利用可能な蒸気が減少するので、蒸気抽出は発電プラントの性能を低下させる。

米国特許出願公開第２００６／０１８５３６６号明細書 欧州特許出願公開第２５１８２８３号明細書

本発明は蒸気発電プラントの効率をさらに高めることを目的とする。

この目的は請求項１の特徴によって達成される。その好ましい実施形態は、さらなる請求項に記載されている。

本発明に係る蒸気発電プラントは、液体を蒸気に変換するボイラー、蒸気タービン、蒸気を液体に変換するための凝縮器を備えた液体／蒸気回路と、発電機と、発電機用の液体冷却システムとを有し、液体冷却システムは、バイパス流路であって、このバイパス流路を通って、液体が液体冷却システムへと、そして液体冷却システムから液体／蒸気回路へと戻るように流れるように、液体を液体／蒸気回路から分岐させることができるバイパス流路を介して、液体／蒸気回路に接続される。

液体は、特に水であると理解される。換言すれば、液体／蒸気回路中の水の一部が分岐させられて発電機の直接冷却のために使用され、これは、特に、発電機の静止部分、特に発電機ステータバーの冷却として理解される。発電機から、それは、予熱セクションにおける適当なポイントにおいて、回路内へと戻るように圧送される。腐食から発電機を保護するために水を適切に処理しなければならないことは当業者には知られている。

好ましくは、本発明に係る蒸気発電プラントはまた、液体／蒸気回路内に、その中で液体が予熱される一つ以上の予熱器と、生成された蒸気が高圧タービンに流入する前に過熱される過熱器と、部分的に膨張させられた蒸気がその中で中圧および／または低圧タービンへの流入前に再度過熱される一つ以上の中間加熱器と、ボイラーの上流側にあってボイラーへの流入前に液体の圧力を高める一つ以上の供給液体ポンプとを有する。本発明に係る蒸気発電プラントはまた、好ましくは、液体／蒸気回路内に、凝縮液から窒素、二酸化炭素および酸素のような非凝縮性ガスを分離し除去するためのデガッサー（脱ガス装置）を有する。

バイパス流路は発電機を冷却するために冷却水回路を別個に作動させる必要性を排除するので本発明は有利である。本発明の別の利点は、発電機の冷却中に水から除去された熱を、ボイラー内への流入前に、水を予熱するために利用できることである。したがって、予熱は、その熱エネルギーが、さもなければ廃熱として環境に使用されずに排出されるであろうエネルギー源を用いて行うことができる。したがって、予熱は、蒸気タービンから抽気されなければならない通常量の蒸気を必要としない。したがって、より多くの蒸気をエネルギー生成のために利用可能である。換言すれば、ボイラーの前で水の温度を上昇させるために発電機の廃熱を利用することは、液体／蒸気回路においてエネルギーを節約し、物資を節約し、発電プラントの全体効率を向上させる。

以下、本発明について、図面を参照して、さらに詳しく説明する。

液体／蒸気回路および発電機を有する蒸気発電プラントの概略図であり、液体／蒸気回路は、それを通って液体の水を流すことができるバイパス流路を介して発電機のための冷却システムに接続される。

このコンテクストでは、バイパス流路９は発電機７を冷却するための液体を提供し、ここで、液体／蒸気回路８からの水は冷却のために使用することができる。発電機７の冷却中に水によって除去された熱は、ボイラー１内に入る前に水を予熱するために使用される。したがって、このようして実現される熱の供給の結果として、相応に僅かな蒸気だけを、蒸気タービン２の中圧タービン４および／または低圧タービン５から抽出して、蒸気ライン１４を介して予熱器１１および／または予熱器１２へと供給すればよい。

バイパス流路９が、凝縮器６の下流側であってかつ液体／蒸気回路８のボイラー１の上流側に配置された分岐液体ライン９ａを有し、かつ、それを介して液体／蒸気回路８からの液体が発電機の液体冷却システム１５へと流れるようにすることができれば有利である。言い換えれば、バイパス流路の分岐部分９ａは、凝縮器６の下流側でかつボイラー１の上流側に配置された、液体／蒸気回路８からの分岐ポイント１８を有する。

好ましくは、分岐液体ライン９ａは、それが予熱器１１，１２の上流側で分岐するように配置される。好ましくは、分岐ポイント１８に弁を配置することができる。これは、水の質量流量を制御するために制御弁であってもよく、かつ／または冷却のために提供された水が液体／蒸気回路８内に戻るように流れるのを防止するためにチェック弁であってもよい。複数の弁を、分岐ポイント１８に、そして液体ライン９ａ中の両方に配置することもまた可能である。

液体／蒸気回路８が、凝縮器６の下流側で、かつ、バイパス流路の分岐ポイント１８の上流側に、少なくとも一つ復水ポンプ１０を有することもまた好ましい。この位置に復水ポンプ１０を配置することは有利である。なぜなら、これは、凝縮液または液体の水に、バイパス流路９内へと十分な量で流れるのに十分な流動力を与えるからである。

バイパス流路９は、好ましくは、液体／蒸気回路８へと戻るようにつながりかつそれを介して液体冷却システム１５から液体を液体／蒸気回路８へと戻るように輸送することができる、収束液体ライン９ｂとも呼ばれる部分を有する。このコンテクストでは、バイパス流路９の収束液体ライン９ｂは、バイパス流路の分岐ポイント１８の下流側でかつボイラー１の上流側に配置された、液体／蒸気回路８との収束ポイント１９を有する。バイパス流路９と液体／蒸気回路８との間の収束接続部が予熱器１１および／または１２の上流側に配置されるならば有利である。なぜなら、これによって、水流の温度を検出することが、したがって蒸気タービン２からの蒸気を使用して、それをどの程度まで、さらに加熱することが必要であるかを決定することができるからである。

しかしながら、収束液体ライン９ｂはまた、予熱セクション上の別な適切なポイントにおいて、例えば、予熱器１１および１２間で、あるいはまた予熱器と供給液ポンプ１７との間で、液体／蒸気回路８に接続することができる。

バイパス流路９は、好ましくは、少なくとも一つのバイパスポンプ１６を有する。この実施形態は有利である。というのは、液体の水は、この場合、液体／蒸気回路８内へと十分な量で流れるために必要な流動力を有するからである。この理由から、少なくとも一つのバイパスポンプ１６が発電機冷却システム１５と液体／蒸気回路８との間に配置されることが特に好ましい。少なくとも一つのポンプ１０が、液体／蒸気回路からの分岐ポイント１８と発電機冷却システム１５との間で下流側に配置されることもまた好ましい。複数のバイパスポンプ１６をバイパス流路９内に配置することもまた可能である。

好ましくは、弁は、バイパス流路の収束接続部９ｂと、液体／蒸気回路８との間の収束ポイント１９に配置される。これは、水の質量流量を制御するために制御弁であってもよく、かつ／または水がバイパス流路内に戻るように流れるのを防止するためにチェック弁であってもよい。好ましくは、弁を、収束液体ライン９ｂ中に配置することもまた可能である。

バイパス流路９が液体の水を脱塩するためのデバイスを有することがさらに好ましい。溶解したミネラルが水の電気伝導度を向上させるか可能にすることがあるので、脱塩デバイスは有利である。これは、発電機に負の影響を与える可能性がある。脱塩水は腐食性が低く、したがって材料の腐食を最小限に抑えることができるので、脱塩デバイスはまた有利である。特に、水の電気伝導度を最小限に抑えるために、水の比較的完全な脱塩は、対応する液体ラインによって、発電機あるいは発電機領域内への流入前に実施されるべきである。このコンテクストでは、液体の水を脱塩するためのデバイスが発電機７の上流側に、すなわち液体ライン９ａ中に配置されることが特に有利であり、好ましい。だが、脱塩デバイスを液体／蒸気回路８中に配置することもまた原理的には可能である。だが、まさに最初から導電性を制限するために、一般に、液体／蒸気回路８内で脱塩水を使用することが有利である。

冒頭で述べたように、ガス冷却式発電機はまた、別個の水回路を使用して冷却される。したがって、説明した発明はまた、原理的に、ガス冷却式発電機を伴って実現しかつ使用することができる。

本発明を、好ましい例示的実施形態によって詳しく図示説明してきたが、本発明は開示された実施例に限定されるものではない。当業者であれば、本発明の保護範囲から逸脱することなく、本明細書からその他の変形例を得ることができる。

１ ボイラー
２ 蒸気タービン
４ 中圧タービン
５ 低圧タービン
６ 凝縮器
７ 発電機
８ 蒸気回路
９ バイパス流路
９ａ 分岐部分（分岐液体ライン）
９ｂ 収束部分（収束液体ライン）
１０ 復水ポンプ
１１ 予熱器
１２ 予熱器
１４ 蒸気ライン
１５ 液体冷却システム（発電機冷却システム）
１６ バイパスポンプ
１７ 供給液ポンプ
１８ 分岐ポイント
１９ 収束ポイント

Claims (4)

1. 蒸気発電プラントであって、
   液体を蒸気に変換するボイラー（１）と、蒸気タービン（２）と、蒸気を液体に変換するための凝縮器（６）と、を備えた液体／蒸気回路（８）と、
   発電機（７）と、
   前記発電機用の液体冷却システム（１５）と、を有し、
   前記液体冷却システム（１５）は、
   バイパス流路（９）であって、このバイパス流路（９）を通って、液体が前記液体冷却システム（１５）へと、そして前記液体冷却システム（１５）から前記液体／蒸気回路（８）へと戻るように流れるように、液体を前記液体／蒸気回路（８）から分岐させることができる前記バイパス流路（９）を介して、前記液体／蒸気回路（８）に接続されており、
   前記バイパス流路（９）は、少なくとも一つのバイパスポンプ（１６）を有しており、
   前記少なくとも一つのバイパスポンプ（１６）は、前記発電機冷却システム（１５）の下流側であって、かつ、前記バイパス流路および前記液体／蒸気回路の収束ポイント（１９）の上流側に配置されており、
   前記バイパス流路（９）は、液体を脱塩するためのデバイスを有しており、前記デバイスは前記発電機（７）の上流側に配置される、蒸気発電プラント。
2. 前記バイパス流路の前記分岐部分（９ａ）は、前記凝縮器（６）の下流側でかつ前記ボイラー（１）の上流側に配置された、前記液体／蒸気回路からの分岐ポイント（１８）を有する、請求項１に記載の蒸気発電プラント。
3. 前記液体／蒸気回路（８）は、前記凝縮器（６）の下流側で、かつ、前記バイパス流路の、前記液体／蒸気回路からの前記分岐ポイント（１８）の上流側に配置された少なくとも一つの復水ポンプ（１０）を有する、請求項２に記載の蒸気発電プラント。
4. 前記バイパス流路の前記収束部分（９ｂ）は、前記バイパス流路の前記分岐ポイント（１８）の下流側でかつ前記ボイラー（１）の上流側に配置された、前記液体／蒸気回路との収束ポイント（１９）を有する、請求項２または請求項３に記載の蒸気発電プラント。

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