JP2023124664A - 真空維持装置、及び、蒸気タービンシステムの改造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気タービンが一時的に停止する場合において、復水器の真空を維持するための消費電力を抑制できる真空維持装置、及び、蒸気タービンシステムの改造方法を提供する。【解決手段】蒸気タービンの停止中に復水器の真空を維持するための真空維持装置であって、停止中の蒸気タービンから復水器に流入するグランド蒸気を凝縮するための凝縮ユニットに接続される第１端、及び、復水器に接続される第２端を有するグランド蒸気導管と、凝縮ユニットを真空ポンプに接続する排気管とを備える。【選択図】図６

Description

本開示は、真空維持装置、及び、蒸気タービンシステムの改造方法に関する。

従来、蒸気タービン、復水器、及びグランド蒸気コンデンサを備える蒸気タービンシステムが知られている。例えば、特許文献１に開示される蒸気タービンシステムでは、蒸気タービンを回転駆動させた蒸気を復水器が冷却海水を利用して復水すると共に、蒸気タービンから排出されるグランド蒸気をグランド蒸気コンデンサが復水を利用して凝縮する。

特開昭６０－０６９４８６号公報

蒸気タービンが停止する場合であっても、グランド蒸気が蒸気タービンに継続して供給されることが好ましい。また、グランド蒸気の少なくとも一部が復水器に流入する構成が上記の蒸気タービンシステムに採用される場合には、蒸気タービンの停止後も冷却海水を用いて復水器内のグランド蒸気を凝縮させる必要がある。しかし、冷却海水を復水器に供給する駆動源は、蒸気タービンシステムの定格運転を前提に設計されているため、電力を大きく消費する可能性がある。

本開示の目的は、蒸気タービンが一時的に停止する場合において、復水器の真空を維持するための消費電力を抑制できる真空維持装置、及び、蒸気タービンシステムの改造方法を提供することである。

本開示の少なくとも一実施形態に係る真空維持装置は、
蒸気タービンの停止中に復水器の真空を維持するための真空維持装置であって、
停止中の前記蒸気タービンから前記復水器に流入するグランド蒸気を凝縮するための凝縮ユニットに接続される第１端、及び、前記復水器に接続される第２端を有するグランド蒸気導管と、
前記凝縮ユニットを真空ポンプに接続する排気管と
を備える。

本開示の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービンシステムの改造方法は、
蒸気タービンの出口側に設けられる復水器と、停止中の前記蒸気タービンから前記復水器に流入するグランド蒸気を凝縮するための凝縮ユニットとをグランド蒸気導管を用いて接続するステップと、
真空ポンプと前記凝縮ユニットとを排気管を用いて接続するステップと
を備える。

本開示によれば、蒸気タービンが一時的に停止する場合において、復水器の真空を維持するための消費電力を抑制できる真空維持装置、及び、蒸気タービンシステムの改造方法を提供できる。

一実施形態に係る蒸気タービンシステムの概念図である。 一実施形態に係るボイラに設けられた熱交換器の概略図である。 一実施形態に係る改造前の蒸気タービンシステムを示す概念図である。 一実施形態に係る低圧給水加熱器の詳細を示す概念図である。 一実施形態に係る脱気器の詳細を示す概念図である。 第１実施形態に係る改造後の蒸気タービンシステムを示す概念図である。 一実施形態に係る蒸気タービンシステムの改造方法を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る改造後の蒸気タービンシステムを示す概念図である。 第３実施形態に係る改造後の蒸気タービンシステムを示す概念図である。 他の実施形態に係る蒸気タービンシステムの改造方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。

＜１．蒸気タービンシステムの概要＞
図１は、本開示の一実施形態に係る蒸気タービンシステム１の概略図である。本実施形態の蒸気タービンシステム１は、電力供給対象に電力を供給するための火力発電プラントである。蒸気タービンシステム１を構成するボイラ１０は、固体燃料を粉砕した微粉燃料をバーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能なボイラである。固体燃料としては、バイオマス燃料や石炭などが使用される。

ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置２０と燃焼ガス通路１２を有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置されている。火炉１１の内壁面を構成する火炉壁１０１は、複数の伝熱管と、伝熱管同士を接続するフィンとで構成され、微粉燃料の燃焼により発生した熱を、伝熱管の内部を流通する水や蒸気と熱交換して回収すると共に、火炉壁１０１の温度上昇を抑制している。

燃焼装置２０は、火炉１１の下部領域に設置されている。本実施形態では、燃焼装置２０は、火炉壁１０１に装着された複数のバーナ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ（以下、一括して「バーナ２１」と記載する場合がある。）を有している。バーナ２１は、火炉１１の周方向に沿って均等間隔で配設されたもの（例えば、四角形の火炉１１の各コーナ部に設置された４個）を１セットとして、鉛直方向に沿って複数段配置されている。なお、図１では、図示の都合上、１セットのバーナのうちの２個のみを記載し、各セットに符合２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆを付している。火炉の形状やバーナの段数、一つの段におけるバーナの数、バーナの配置などは、この実施形態に限定されるものではない。

バーナ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆは、それぞれ、複数の微粉燃料供給管２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ（以下、一括して「微粉燃料供給管２２」と記載する場合がある。）を介して、複数のミル（粉砕機）３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ（以下、一括して「ミル３１」と記載する場合がある。）に連結されている。ミル３１は、例えば、内部に粉砕テーブル（図示省略）が駆動回転可能に支持されていて、粉砕テーブルの上方に複数の粉砕ローラ（図示省略）が粉砕テーブルの回転に連動回転可能に支持されて構成されている竪型ローラミルである。粉砕ローラと粉砕テーブルが協働して粉砕された固体燃料は、ミル３１に供給される一次空気（搬送用ガス、酸化性ガス）により、ミル３１が備える分級機（図示省略）に搬送される。分級機では、バーナ２１での燃焼に適した粒径以下の微粉燃料と、該粒径より大きな粗粉燃料とに分級される。微粉燃料は、分級機を通過して、一次空気と共に微粉燃料供給管２２を介してバーナ２１に供給される。分級機を通過しなかった粗粉燃料は、ミル３１の内部で、自重により粉砕テーブル上に落下し、再粉砕される。

バーナ２１の装着位置における火炉１１の炉外側には、風箱（エアレジスタ）２３が設けられており、この風箱２３には風道（空気ダクト）２４の一端部が連結されている。風道２４の他端部には、押込通風機（ＦＤＦ：Ｆｏｒｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ）３２が連結されている。押込通風機３２から供給された空気は、風道２４に設置された空気予熱器４２で加熱され（詳細は後述する）、風箱２３を介してバーナ２１に二次空気（燃焼用空気、酸化性ガス）として供給され、火炉１１の内部に投入される。

燃焼ガス通路１２は、火炉１１の鉛直方向上部に連結されている。燃焼ガス通路１２には、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ（以下、一括して「過熱器１０２」と記載する場合がある。）、再熱器１０３Ａ、１０３Ｂ（以下、一括して「再熱器１０３」と記載する場合がある。）、節炭器１０４が設けられており、火炉１１で発生した燃焼ガスと各熱交換器の内部を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。なお、各熱交換器の配置や形状は、図１に記載した形態に限定されない。

燃焼ガス通路１２の下流側には、熱交換器で熱回収された燃焼ガスが排出される煙道１３が連結されている。煙道１３には、風道２４との間に空気予熱器（エアヒータ）４２が設けられており、風道２４を流れる空気と、煙道１３を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行い、ミル３１に供給する一次空気やバーナ２１に供給する二次空気を加熱することで、水や蒸気との熱交換後の燃焼ガスから、さらに熱回収を行う。

また、煙道１３には、空気予熱器４２よりも上流側の位置に、脱硝装置４３が設けられていてもよい。脱硝装置４３は、アンモニア、尿素水等の窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を、煙道１３内を流通する燃焼ガスに供給し、還元剤が供給された燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）と還元剤との反応を、脱硝装置４３内に設置された脱硝触媒の触媒作用により促進させることで、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去、低減するものである。煙道１３の空気予熱器４２より下流側には、ガスダクト４１が連結されている。ガスダクト４１には、燃焼ガス中の灰などを除去する電気集じん機などの集じん装置４４や硫黄酸化物を除去する脱硫装置４６などの環境装置、また、それらの環境装置に排ガスを導くための誘引通風機（ＩＤＦ：Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ）４５が設けられている。ガスダクト４１の下流端部は、煙突４７に連結されており、環境装置で処理された燃焼ガスが、排ガスとして系外に排出される。

ボイラ１０において、複数のミル３１が駆動すると、粉砕、分級された微粉燃料が、一次空気と共に微粉燃料供給管２２を介してバーナ２１に供給される。また、空気予熱器４２で加熱された二次空気が、風道２４から風箱２３を介してバーナ２１に供給される。バーナ２１は、微粉燃料と一次空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に、二次空気を火炉１１に吹き込む。火炉１１に吹き込まれた微粉燃料混合気が着火し、二次空気と反応することで火炎を形成する。火炉１１内の下部領域で火炎が形成され、高温の燃焼ガスが火炉１１内を上昇し、燃焼ガス通路１２に流入する。なお、本実施形態では、酸化性ガス（一次空気、二次空気）として空気を用いるが、空気よりも酸素割合が多いものや逆に少ないものであってもよく、供給される燃料量に対する酸素量の比率を適正な範囲に調整することで、火炉１１において安定した燃焼が実現される。

燃焼ガス通路１２に流入した燃焼ガスは、燃焼ガス通路１２の内部に配置された過熱器１０２、再熱器１０３、節炭器１０４で水や蒸気と熱交換した後、煙道１３に排出され、脱硝装置４３で窒素酸化物が除去され、空気予熱器４２で一次空気及び二次空気と熱交換した後、さらにガスダクト４１に排出され、集じん装置４４で灰などが除去され、脱硫装置４６で硫黄酸化物が除去された後、煙突４７から系外に排出される。なお、燃焼ガス通路１２における各熱交換器及び煙道１３からガスダクト４１における各装置の配置は、燃焼ガス流れに対して、必ずしも上述の記載順に配置されなくともよい。

次に、熱交換器として、燃焼ガス通路１２に設けられた過熱器１０２、再熱器１０３、節炭器１０４について詳細に説明する。図２は、ボイラ１０に設けられた熱交換器を表す概略図である。
なお、図１では燃焼ガス通路１２内の各熱交換器（過熱器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、再熱器１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ、節炭器１０４）の位置を正確に示しているものではなく、各熱交換器の燃焼ガス流れに対する配置順も図１の記載に限定されるものではない。

図２に示すように、本実施形態の蒸気タービンシステム１は、ボイラ１０に設けられた熱交換器と、ボイラ１０で生成した蒸気によって回転駆動される蒸気タービン１１１と、蒸気タービン１１１に連結され蒸気タービン１１１の回転力によって発電を行う発電機１１３とを備える。

ボイラ１０で生成した蒸気により回転駆動される蒸気タービン１１１は、例えば、高圧タービン１１１Ａと中圧タービン１１１Ｂと低圧タービン１１１Ｃとから構成される。ボイラ１０の過熱器１０２で加熱された蒸気が高圧タービン１１１Ａを回転駆動した後、ボイラ１０の再熱器１０３で再過熱され、中圧タービン１１１Ｂ、及び低圧タービン１１１Ｃを回転駆動する。低圧タービン１１１Ｃには、復水器１１２が連結されており、低圧タービン１１１Ｃを回転駆動した蒸気が、この復水器１１２で冷却水との熱交換によって凝縮されて復水となる。復水器１１２は、ボイラ給水ライン６５を介して節炭器１０４に連結されている。ボイラ給水ライン６５には、例えば、復水ポンプ（ＣＰ）１２１、低圧給水加熱器１２２、ボイラ給水ポンプ（ＢＦＰ）１２３、高圧給水加熱器１２４が設けられている。低圧給水加熱器１２２と高圧給水加熱器１２４には、蒸気タービン１１１を駆動した蒸気の一部が抽気されて、抽気ライン（図示省略）を介して熱源として供給され、節炭器１０４へ供給される給水が加熱される。

例えば、ボイラ１０が貫流ボイラの場合について説明する。節炭器１０４は、火炉壁１０１を構成する伝熱管に連結されている。節炭器１０４で加熱された給水は、火炉壁１０１を構成する伝熱管を通過する際に、火炉１１内の火炎から輻射を受けて加熱され、汽水分離器１２５へと導かれる。汽水分離器１２５にて分離された蒸気は、過熱器１０２へと供給され、汽水分離器１２５にて分離されたドレン水は、汽水分離器ドレンタンク１２６へ流入し、ドレン水ラインＬ２を介して復水器１１２へと導かれる。

また、貫流ボイラの起動時や低負荷運転時等においては、節炭器１０４から供給される給水が、火炉壁１０１を構成する伝熱管を通過する際に全量が蒸発せず、汽水分離器１２５に水位が存在する運転状態（ウエット運転状態）となることがある。このウエット運転状態においては、汽水分離器１２５で分離され、汽水分離器ドレンタンク１２６に排出されたドレン水は、ボイラ循環ポンプ（ＢＣＰ）１２７を用いて循環ラインＬ６により、ボイラ給水ライン６５の途中に合流させることで、節炭器１０４から火炉壁１０１を構成する伝熱管へと循環して供給してもよい。

燃焼ガスが燃焼ガス通路１２を流れるとき、この燃焼ガスは、過熱器１０２、再熱器１０３、節炭器１０４で熱回収される。一方、ボイラ給水ポンプ（ＢＦＰ）１２３から供給された給水は、節炭器１０４で予熱された後、火炉壁１０１を構成する伝熱管を通過する際に加熱されて蒸気となり、汽水分離器１２５に導かれる。汽水分離器１２５で分離された蒸気は、第１過熱器１０２Ａ、第２過熱器１０２Ｂ、第３過熱器１０２Ｃに導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器１０２で生成された過熱蒸気は、蒸気供給ラインとしての上流供給管５６を介して高圧タービン１１１Ａに供給され、高圧タービン１１１Ａを回転駆動する。高圧タービン１１１Ａから排出された蒸気（排出蒸気）は、蒸気排出ラインとしての排出管１６０を介してボイラ１０に排出される。排出管１６０からボイラ１０に流れた蒸気は、第１再熱器１０３Ａ、第２再熱器１０３Ｂに導入されて再度過熱される。再過熱された蒸気は、蒸気供給ラインとしての下流供給管５７を介して、中圧タービン１１１Ｂを経て低圧タービン１１１Ｃに供給され、中圧タービン１１１Ｂおよび低圧タービン１１１Ｃを回転駆動する。蒸気タービン１１１の回転軸は、発電機１１３を回転駆動して、発電が行われる。低圧タービン１１１Ｃから排出された蒸気は、復水器１１２で冷却されることで復水となり、ボイラ給水ライン６５を介して、再び、節炭器１０４に送られる。

上述した実施形態では、本発明のボイラを、燃料に固体燃料を使用するボイラとして説明した。ボイラに使用される固体燃料としては、石炭、バイオマス燃料、石油コークス（ＰＣ：Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｃｏｋｅ）燃料、石油残渣などが使用される。
なお、ボイラの燃料としては、固体燃料に限らず、重油、軽油、重質油などの石油類や工場廃液などの液体燃料も使用することができる。また、天然ガスや各種石油ガス、製鉄プロセスなどで発生する副生ガスなどの気体燃料も使用することができる。
さらに、これらの各種燃料を組み合わせて使用する混焼ボイラにも適用することができる。本設備は蒸気タービンを使用する設備であれば、ボイラの型式に関わらず仕様が出来るため、ガスタービンの排ガスを利用して排熱回収ボイラにより蒸気を発生させて蒸気タービンを駆動させるＧＴＣＣや原子力発電所においても適用することが出来る。

＜２．蒸気タービンシステム１の一時的な停止＞
図３は、本開示の一実施形態に係る蒸気タービンシステム１を示す概念図である。本実施形態では、太陽光エネルギーであってもよい再生可能エネルギーによって発電された電力が電力供給対象に供給されるタイミングで、蒸気タービンシステム１による発電は一時的に停止し、蒸気タービン１１１の運転（回転）も一時的に停止する。このとき、蒸気タービン１１１のタービン車室に外気が流入しないよう、グランド蒸気の供給が蒸気タービン１１１の停止後も継続されることが望ましい。グランド蒸気の少なくとも一部が復水器１１２に流入する実施形態において、グランド蒸気の供給を継続するのであれば、グランド蒸気を凝縮する処理も継続し、復水器１１２の真空を維持することが望ましい。これにより、蒸気タービンシステム１による発電を再開する際の所要時間を短縮できるためである。しかし、蒸気タービンシステム１の定格運転を前提に設計された、復水器１１２の管巣に冷却水を供給するための冷却水系統１７０（後述）を、蒸気タービン１１１の停止後も稼働し続けるのは消費電力の観点から好ましくない。そこで、本発明者らは、蒸気タービン１１１の停止時において、復水器１１２とは別の熱交換器を利用してグランド蒸気を凝縮する着想を得た。本着想によれば蒸気タービン１１１の停止中、復水器１１２と該熱交換器は互いに連通し、該熱交換器を真空にできれば復水器１１２の真空は維持される。本発明者らはさらに検討を深め、上記の着想を実現するための真空維持装置５０を想到するに至った。真空維持装置５０は、復水器１１２とは別の熱交換器である凝縮ユニット６０を真空にするように構成される。この凝縮ユニット６０は、停止中の蒸気タービン１１１から復水器１１２に流入するグランド蒸気を凝縮するように構成される（詳細は後述する）。

本開示の一実施形態に係る真空維持装置５０は、既存の蒸気タービンシステム１に改造を施すことで追設可能である。図３は、本開示の一実施形態に係る改造前の蒸気タービンシステム１の概念図である。なお、図３では、図１または図２の少なくとも一方で示される構成要素の一部が図示されていないが、図示されていない構成要素が図３で示される蒸気タービンシステム１から除外される訳ではない。図示されていない構成要素は、図３で例示される構成要素に適宜組み込まれても何ら問題ない（図６、図９、図８も同様である）。

＜３．改造前の蒸気タービンシステム１の詳細の例示＞
図３を参照し、改造前の蒸気タービンシステム１の詳細を例示する。蒸気タービンシステム１は、復水器１１２の管巣に冷却水を供給するための冷却水系統１７０を備える。冷却水系統１７０は、例えば海または真水であってもよい冷却水を給水源（図示外）から管巣に供給するための冷却水ポンプ１７１を備える。給水源は海または冷却塔などである。詳細な図示は省略するが、冷却水系統１７０は、冷却水ポンプ１７１と復水器１１２の間に設けられる給水用ポンプ、または、復水器１１２の下流側に設けられる排水用ポンプの少なくとも一方をさらに備えてもよい。

蒸気タービンシステム１は、グランド蒸気コンデンサ５５、復水器１１２から排出される復水をグランド蒸気コンデンサ５５に導く復水導管３０１、及び、復水導管３０１に設けられる復水ポンプ３０２を備える。グランド蒸気コンデンサ５５は、復水ポンプ３０２によって供給される復水を利用してグランド蒸気を凝縮するように構成される。グランド蒸気の供給系について説明すると、グランド蒸気は、グランド蒸気ヘッダ１９５から蒸気タービン１１１のシール部１１５に供給される。より具体的には、グランド蒸気ヘッダ１９５から高圧タービン１１１Ａ、中圧タービン１１１Ｂ、及び低圧タービン１１１Ｃのシール部１１５にグランド蒸気が供給されて、供給されるグランド蒸気の一部がグランド蒸気コンデンサ５５へと導かれる。本例では、低圧タービン１１１Ｃのシール部１１５から低圧タービン１１１Ｃのタービン車室に流入したグランド蒸気が復水器１１２に流入し、蒸気タービン１１１に供給される他のグランド蒸気は、復水器１１２に流入することなくグランド蒸気コンデンサ５５に流れる。なお、シール部１１５は、タービン車室を収容するケーシングの軸支部とタービンロータとの間に形成される空間をシールする機構である。また、グランド蒸気ヘッダ１９５では、蒸気タービン１１１が定格運転する時と、一時的に停止する時とで、供給される蒸気が異なる。具体的な一例として、蒸気タービン１１１の定格運転時、グランド蒸気ヘッダ１９５には、蒸気タービン１１１（より具体的には高圧タービン１１１Ａ）から抽気された蒸気が供給される。他方で、蒸気タービン１１１の一時的な停止時、グランド蒸気ヘッダ１９５には、ボイラ１０の内部で残留する蒸気、または、所内ボイラ（図示外）から供給される蒸気が供給される。

グランド蒸気コンデンサ５５に貯留される復水をボイラ給水としてボイラ１０に導く給水ラインは、ボイラ給水ライン６５である。ボイラ給水ライン６５には、ボイラ給水を加熱するための給水加熱器１２０と、ボイラ給水を送るためのボイラ給水ポンプ１２３とが設けられる。給水加熱器１２０は、ボイラ給水ポンプ１２３よりも上流に位置する低圧給水加熱器１２２と、ボイラ給水ポンプ１２３よりも下流に位置する高圧給水加熱器１２４とを含む。低圧給水加熱器１２２には、抽出蒸気が給水と熱交換することで生成される凝縮水を復水器１１２に導くための導管２２８が接続される。高圧給水加熱器１２４にも、同様の機能を有する導管（図示外）が接続されている。さらに、ボイラ給水ポンプ１２３と低圧給水加熱器１２２との間のボイラ給水ライン６５には、脱気器１２９が設けられる。脱気器１２９は、抽出蒸気が給水と熱交換することで生成される凝縮水を復水器１１２に導くための導管１１９が接続される。低圧給水加熱器１２２と脱気器１２９の構成の詳細は後述する。

一実施形態に係る蒸気タービンシステム１は、補給水タンク１８１と、ボイラ給水ライン６５から分岐して補給水タンク１８１と連通するように設けられる流入ライン１８７と、補給水タンク１８１から流出する補給水を復水器１１２とに導くための流出ライン１８８と、流出ライン１８８に設けられる給水ポンプ１８９とを備える。ボイラ給水ライン６５から流入ライン１８７を流れるボイラ給水は、補給水として補給水タンク１８１に流入する。補給水タンク１８１に貯留される補給水は、給水ポンプ１８９の駆動により流出ライン１８８を流れて復水器１１２に流入する。

蒸気タービンシステム１の定格運転時におけるボイラ給水の流れを説明すると、グランド蒸気コンデンサ５５から排出されるボイラ給水は、低圧給水加熱器１２２、脱気器１２９、及び高圧給水加熱器１２４を経由してボイラ１０に供給される。ボイラ給水がボイラ１０にて過熱されることで得られる過熱蒸気は、蒸気タービン１１１などを経由して復水器１１２に戻る。復水器１１２にて生成される復水はグランド蒸気コンデンサ５５に戻る。また、ボイラ給水ライン６５を流れるボイラ給水に余剰がある場合は、補給水タンク１８１に流入して復水器１１２に補給水として供給される。このように、ボイラ給水ライン６５を流れるボイラ給水は、蒸気タービンシステム１を流れる。

蒸気タービン１１１の出口側に設けられる復水器１１２は、開閉弁１０６が設けられる復水器排気管１０５を介して真空ポンプ８９と連通する。定格運転中、開閉弁１０６は開いており、真空ポンプ８９の駆動によって、復水器１１２内は真空にされる。

＜４．低圧給水加熱器１２２の詳細の例示＞
図４は、一実施形態に係る低圧給水加熱器１２２の詳細を示す概念図である。本例では、複数の低圧給水加熱器１２２が、ボイラ給水ライン６５に直列に設けられる。同図で図示される低圧給水加熱器１２２の個数は２個であるが、３個、４個、または５個以上であってよい。各低圧給水加熱器１２２は、互いに仕切られた給水入口室と給水出口室とが内部に形成される給水容器２２７と、蒸気タービン１１１の運転中に抽出蒸気が流入するように構成される胴体２２４と、胴体２２４の内部と給水容器２２７の内部とを仕切るように設けられる管板２２５と、胴体２２４によって収容される伝熱管２２１とを備える。伝熱管２２１の入口は、給水入口室に連通するよう管板２２５に接続されており、伝熱管２２１の出口は、給水出口室に連通するよう管板２２５に接続されている。ボイラ給水ライン６５を流れるボイラ給水は、給水入口室を経由して伝熱管２２１を流れる過程で、胴体２２４に流入する抽出蒸気によって加熱される。加熱されたボイラ給水は給水出口室を経由して低圧給水加熱器１２２から流出する。胴体２２４内で抽出蒸気の凝縮により生成される凝縮水は、胴体２２４に接続される導管２２８に排出される。なお、給水加熱器１２０を構成する高圧給水加熱器１２４も、低圧給水加熱器１２２と同様の構成を有する。説明の重複を避けるためその具体的構成の説明を割愛する。

＜５．脱気器１２９の詳細の例示＞
図５は、一実施形態に係る脱気器１２９の詳細を示す概念図である。脱気器１２９は、ボイラ給水と抽出蒸気とが流入する脱気塔１２８と、ボイラ給水ライン６５から供給されるボイラ給水を脱気塔１２８内部でスプレーする給水スプレー管１３１と、脱気塔１２８と連通する貯水タンク１２７と、蒸気タービン１１１の抽出蒸気を脱気塔１２８内部及び貯水タンク１２７の内部でスプレーする蒸気スプレー管１３２とを含む。脱気塔１２８内では、スプレーされたボイラ給水と抽出蒸気とが攪拌されてボイラ給水の加熱が行われる。また、脱気塔１２８の下方に位置する貯水タンク１２７に貯留されるボイラ給水内で蒸気スプレー管１３２が抽出蒸気を噴射することでボイラ給水はさらに加熱される。上述の導管１１９は、貯水タンク１２７に接続されており、抽出蒸気の凝縮により生成される凝縮水をボイラ給水と共に復水器１１２に導くように構成される。
なお、図５で例示される脱気器１２９は二胴型であるが、脱気塔１２８と貯水タンク１２７と互いに一体的に形成される単胴型が採用されてもよい。

＜６．改造後の蒸気タービンシステム２の第１の例示＞
図６は、第１実施形態に係る改造後の蒸気タービンシステム２Ａ（２）を示す概略図である。蒸気タービンシステム２Ａは、既存の蒸気タービンシステム１に真空維持装置５０Ａ（５０）を追設することで実現される。即ち、蒸気タービンシステム２は、蒸気タービンシステム１（図３参照）の構成要素に加えて、真空維持装置５０Ａ（５０）を備える。停止中の蒸気タービン１１１から復水器１１２に流入するグランド蒸気は、凝縮ユニット６０によって凝縮される。後述するように、凝縮ユニット６０は蒸気タービンシステム１の既存の構成要素を改造することで実現されてもよいし（図６、図８参照）、蒸気タービンシステム１の改造に伴って新設される構成要素であってもよい（図９参照）。いずれの実施形態においても真空維持装置５０は、復水器１１２と連通する凝縮ユニット６０の内部を真空にすることで、復水器１１２内部の真空を蒸気タービン１１１の停止後も維持する。

第１実施形態に係る凝縮ユニット６０Ａ（６０）は、既存の給水加熱器１２０（より詳細な一例として低圧給水加熱器１２２）を改造することで実現される。以下の説明では、低圧給水加熱器１２２を凝縮ユニット６０Ａという場合がある。

真空維持装置５０Ａ（５０）は、復水器１１２から凝縮ユニット６０Ａ（６０）にグランド蒸気を導くためのグランド蒸気導管７０Ａ（７０）を備える。このグランド蒸気導管７０は、凝縮ユニット６０Ａに接続される第１端７１Ａ（７１）、及び、復水器１１２に接続される第２端７２Ａ（７２）を有する。より詳細には、第１端７１Ａは、低圧給水加熱器１２２（凝縮ユニット６０Ａ）の胴体２２４に接続される。また、真空維持装置５０Ａは、凝縮ユニット６０Ａを真空ポンプ８９に接続する排気管７５Ａ（７７）をさらに備える。より詳細には、排気管７５Ａの上流端は、低圧給水加熱器１２２（凝縮ユニット６０Ａ）の胴体２２４に接続され、排気管７５Ａの下流端は復水器排気管１０５に接続されており、真空維持装置５０と復水器１１２は、排気管７５Ａと復水器排気管１０５とによって接続される。

また、本実施形態に係るグランド蒸気導管７０Ａと排気管７５Ａにはそれぞれ、蒸気タービン１１１の停止中に開くように構成される蒸気弁７９Ａ（７９）と排気弁７８Ａ（７８）とが設けられている。

蒸気タービン１１１が停止することに伴って、蒸気タービンシステム２Ａは以下のように作動する。蒸気タービン１１１の回転が減速（あるいは停止）したのち、復水器１１２に流入する蒸気がグランド蒸気のみになったと判断したオペレータは、蒸気タービンシステム２のコントローラに所定の指令を入力する。そして、コントローラによる制御により、蒸気弁７９Ａが開き、その後、冷却水ポンプ１７１が停止する。さらにコントローラによる制御により、排気弁７８Ａが開き、開閉弁１０６が閉じる。真空ポンプ８９は蒸気タービン１１１の減速前から駆動をしており、蒸気タービン１１１の停止中に復水器１１２に流入するグランド蒸気は、グランド蒸気導管７０Ａを介して凝縮ユニット６０Ａ（低圧給水加熱器１２２）の胴体２２４に導かれる。このとき、コントローラによる制御により給水ポンプ１８９と復水ポンプ３０２が駆動しており、グランド蒸気コンデンサ５５から凝縮ユニット６０Ａに十分なボイラ給水が供給されて、凝縮ユニット６０Ａ内でグランド蒸気は凝縮される。凝縮水は導管２２８に排出されて復水器１１２に戻る。また、凝縮ユニット６０Ａ内のガスは、真空ポンプ８９の駆動により排気管７５Ａに排出されるので、凝縮ユニット６０Ａの内部は真空にされる。従って、蒸気タービン１１１の停止後も復水器１１２の真空は維持される。なお、凝縮ユニット６０Ａを通過したボイラ給水は、脱気器１２９と導管１１９を経由して復水器１１２に戻る。

図７は、真空維持装置５０を追設するための蒸気タービンシステム１の改造方法を示すフローチャートである。以下の説明では、ステップを「Ｓ」と略記する場合がある。

はじめに、蒸気タービン１１１の出口側に設けられる復水器１１２と、凝縮ユニット６０Ａ（６０）とをグランド蒸気導管７０Ａ（７０）を用いて接続する（Ｓ１１）。具体的には、グランド蒸気導管７０Ａの第１端７１Ａ（７１）を凝縮ユニット６０Ａの胴体２２４に接続し、グランド蒸気導管７０Ａの第２端７２Ａ（７２）を復水器１１２に接続する。上述した蒸気弁７９Ａ（７９）がグランド蒸気導管７０Ａ（７０）に設けられるタイミングは、グランド蒸気導管７０Ａ（７０）を凝縮ユニット６０Ａ（６０）と復水器１１２とに接続する前であってもよいし後であってもよい。

次いで、真空ポンプ８９と凝縮ユニット６０Ａ（６０）とを排気管７５Ａ（７７）を用いて接続する（Ｓ１３）。具体的には、排気管７５Ａの上流端を凝縮ユニット６０Ａ（６０）の胴体２２４に接続し、下流端を復水器排気管１０５に接続する。上述した排気弁７８Ａ（７８）が排気管７５Ａ（７７）に設けられるタイミングは、排気管７５Ａ（７７）を凝縮ユニット６０Ａ（６０）と復水器排気管１０５に接続する前であってもよいし後であってもよい。これにより、真空維持装置５０Ａ（５０）の追設が完了する。なお、Ｓ１１とＳ１３の順番は入れ替わってもよい。

上記構成によれば、蒸気タービン１１１の一時的な停止後も蒸気タービン１１１の真空を維持しようとする場合には、真空ポンプ８９が駆動することにより、蒸気タービン１１１のシール部１１５に流入したグランド蒸気の一部は復水器１１２内に流入し、凝縮ユニット６０に導かれて凝縮される。そして、凝縮ユニット６０内のガスは真空ポンプ８９の駆動により排気管７５に排出され、復水器１１２内の真空は維持される。このように、蒸気タービン１１１の停止時に真空ポンプ８９が駆動すれば、蒸気タービン１１１を回転駆動させた蒸気を定格運転時でも冷却できる冷却水系統１７０は、グランド蒸気を凝縮するために作動する必要がない。従って、蒸気タービン１１１が一時的に停止する場合において、復水器１１２の真空を維持するための消費電力を抑制できる。また、既設の蒸気タービンシステム１に、真空維持装置５０を追設する場合には、グランド蒸気導管７０の第２端７２を復水器１１２に接続させればよいので、例えば第２端７２を蒸気タービン１１１のシール部１１５に接続させる場合に比べて追設工事を容易化することができる。
なお後述するように、凝縮ユニット６０は、脱気器１２９であってもよいし（図８参照）、新設の構成要素であってもよい（図９参照）。また、凝縮ユニット６０は、低圧給水加熱器１２２に代えて高圧給水加熱器１２４であってもよいし、蒸気タービンシステム２の系外にある海水または真水を用いてグランド蒸気を凝縮させる熱交換器であってもよい。いずれの実施形態であっても上記利点は得られる。
また、真空ポンプ（８９）は復水器と共用することに限定されず、独立した真空ポンプを別途設置してもよい。

上述したように、低圧給水加熱器１２２である凝縮ユニット６０Ａ（６０）は、蒸気タービン１１１の停止中においてもボイラ給水を用いてグランド蒸気を凝縮するように構成される。上記構成によれば、蒸気タービン１１１の定格運転時にも使用されるボイラ給水がグランド蒸気の凝縮に利用されるので、凝縮ユニット６０の冷却系統の構成を簡易化できる。また、例えば、真空維持装置５０が既存の蒸気タービンシステム１に追設される場合には、追設工事を簡易化できる。
なお後述するように、凝縮ユニット６０は、脱気器１２９であってもよいし（図８参照）、新設の構成要素であってもよい（図９参照）。また、凝縮ユニット６０は、低圧給水加熱器１２２に代えて高圧給水加熱器１２４であってもよい。いずれの実施形態であっても上記利点は得られる。

上述したように、低圧給水加熱器１２２である凝縮ユニット６０Ａ（６０）は、蒸気タービン１１１の運転中に、蒸気タービン１１１の抽出蒸気とボイラ給水とが流入するように構成される。凝縮ユニット６０は、蒸気タービン１１１の停止中にボイラ給水を用いて凝縮させる機能に加えて、蒸気タービン１１１の運転中に抽気蒸気を用いてボイラ給水を加熱する機能を備える。従って、凝縮ユニット６０がグランド蒸気を凝縮させる専用ユニットである場合に比べて、蒸気タービンシステム２の構成を簡易化できる。また、例えば真空維持装置５０が既存の蒸気タービンシステム１に追設される場合には、抽気蒸気とボイラ給水とが流入する既存の熱交換器である低圧給水加熱器１２２を改造すればよく、追設工事を簡易化できる。
なお後述するように、凝縮ユニット６０は、脱気器１２９であってもよいし（図８参照）、新設の構成要素であってもよい（図９参照）。いずれの実施形態であっても、上記利点は得られる。

上述したように、凝縮ユニット６０Ａは給水加熱器１２０であり、より具体的には低圧給水加熱器１２２である。上記構成によれば、蒸気タービン１１１の回転中に抽気蒸気を用いてボイラ給水を加熱するように構成される給水加熱器１２０が、蒸気タービン１１１の停止中にボイラ給水を用いてグランド蒸気を凝縮させる凝縮ユニット６０として機能する。従って、真空維持装置５０が組み込まれる蒸気タービンシステム２の構成を簡易化できる。また、例えば真空維持装置５０が既存の蒸気タービンシステム１に追設される場合には、既存の給水加熱器１２０を改造すればよく、追設工事を簡易化できる。

一実施形態に係る凝縮ユニット６０Ａは低圧給水加熱器１２２である。つまり、グランド蒸気導管７０の第１端７１と排気管７５の上流端は低圧給水加熱器１２２の胴体２２４に接続される。上記構成によれば、低圧給水加熱器１２２が凝縮ユニット６０であることにより、例えば高圧給水加熱器１２４が凝縮ユニット６０である場合に比べて、復水器１１２と凝縮ユニット６０との間で循環するボイラ給水の流路長を短くすることが可能となる。より具体的には、低圧給水加熱器１２２を通過したボイラ給水は、高圧給水加熱器１２４よりも上流に位置する脱気器１２９と、導管１１９とを経由して復水器１１２に戻るので、ボイラ給水の流路長を短くすることができる。

一実施形態に係るグランド蒸気導管７０Ａの第１端７１Ａと、排気管７５Ａの上流端は、直列に配置される複数の低圧給水加熱器１２２（図４参照）の最も上流に位置する低圧給水加熱器１２２の胴体２２４に接続される。上記構成によれば、復水器１１２と凝縮ユニット６０との間で接続するグランド蒸気導管７０Ａ（７０）の流路長を短くすることが可能となる。

＜７．改造後の蒸気タービンシステム２の第２の例示＞
図８は、第２実施形態に係る改造後の蒸気タービンシステム２Ｂ（２）を示す概念図である。蒸気タービンシステム２Ｂは、真空維持装置５０Ａに代えて、真空維持装置５０Ｂを備える。蒸気タービンシステム２Ｂの凝縮ユニット６０Ｂ（６０）は、既存の脱気器１２９を改造することによって実現される。以下の説明では、脱気器１２９を凝縮ユニット６０Ｂという場合がある。

真空維持装置５０Ｂ（５０）のグランド蒸気導管７０Ｂ（７０）は、凝縮ユニット６０Ｂに接続される第１端７１Ｂ（７１）、及び、復水器１１２に接続される第２端７２Ｂ（７２）を有する。本例の第１端７１Ｂは貯水タンク１２７に接続される。第１端７１Ｂは、貯水タンク１２７の内部でスプレーするためのグランド蒸気スプレー管（図示外）に接続される。グランド蒸気スプレー管は、既存設備としての上述の蒸気スプレー管１３２（図５参照）と同一でもよいし、追設により設けられるスプレー管でもよい。また、真空維持装置５０Ｂは、貯水タンク１２７と復水器１１２とを接続する排気管７５Ｂ（７７）を備える。排気管７５Ｂの上流端は、貯水タンク１２７に接続される。排気管７５Ｂの下流端は、排気管７５Ａの下流端と同様の接続構造を有しており、復水器排気管１０５に接続される。なお、第１端７１Ｂは、貯水タンク１２７に代えて脱気塔１２８に接続されてもよい。

また、本実施形態に係るグランド蒸気導管７０Ｂと排気管７５Ｂにはそれぞれ、蒸気タービン１１１の停止中に開くように構成される蒸気弁７９Ｂ（７９）と排気弁７８Ｂ（７８）とが設けられている。

蒸気タービン１１１が停止することに伴って、蒸気タービンシステム２Ｂは以下のように作動する（蒸気タービンシステム２Ａと同様の作動については説明を簡略化または割愛する）。復水器１１２に流入する蒸気がグランド蒸気のみになったと判断されると、コントローラによる制御により、蒸気弁７９Ｂが開き、その後、冷却水ポンプ１７１が停止する。さらにコントローラによる制御により、排気弁７８Ｂが開き、開閉弁１０６が閉じる。真空ポンプ８９の駆動により、蒸気タービン１１１の停止中に復水器１１２に流入するグランド蒸気は、グランド蒸気導管７０Ｂを介して凝縮ユニット６０Ｂ（脱気器１２９）に導かれる。給水ポンプ１８９と復水ポンプ３０２の駆動により凝縮ユニット６０Ｂ（脱気器１２９）に十分なボイラ給水が供給されて、凝縮ユニット６０Ｂ内でグランド蒸気は凝縮されて、導管１１９に排出される。なお、ボイラ給水ライン６５から脱気器１２９に流入したボイラ給水も、導管１１９を介して復水器１１２に戻される。

真空維持装置５０Ｂを追設するための蒸気タービンシステム１の改造方法は、図７を用いて説明可能である。以下では、第１の例示で説明した改造方法とは異なる改造に絞って説明する。Ｓ１１では、グランド蒸気導管７０の第１端７１Ｂ（７１）は、低圧給水加熱器１２２に代えて脱気器１２９（より具体的には貯水タンク１２７）に接続される。Ｓ１３では、排気管７５Ｂ（７５）の上流端は低圧給水加熱器１２２に代えて、脱気器１２９（より具体的には貯水タンク１２７）に接続される。

＜８．改造後の蒸気タービンシステム２の第３の例示＞
図９は、第３実施形態に係る改造後の蒸気タービンシステム２Ｃ（２）を示す概念図である。蒸気タービンシステム２Ｃは、真空維持装置５０Ａに代えて、真空維持装置５０Ｃを備える。蒸気タービンシステム２Ｃの凝縮ユニット６０Ｃ（６０）は、蒸気タービンシステム１を改造することによって新設される構成要素である。

真空維持装置５０Ｃは、蒸気弁７９Ｃ（７９）が設けられるグランド蒸気導管７０Ｃ（７０）と、排気弁７８Ｃ（７８）が設けられる排気管７５Ｃ（７５）とを含み、凝縮ユニット６０Ｃはタンク６１を含む。グランド蒸気導管７０Ｃは、タンク６１に接続される第１端７１Ｃ（７１）と、復水器１１２とに接続される第２端７２Ｃ（７２）とを含む。また、排気管７５Ｃの上流端はタンク６１に接続される。排気管７５Ｃの下流端は、排気管７５Ａの下流端と同様の接続構造を有し、復水器排気管１０５に接続される。

本実施形態の真空維持装置５０Ｃは、ボイラ給水ライン６５から分岐してタンク６１と連通するように設けられ、タンク６１にボイラ給水を導くための分岐管８５と、分岐管８５にもうけられる弁８６とを備える。弁８６は、蒸気タービン１１１の停止時に開くように構成されており、ボイラ給水ライン６５を流れるボイラ給水が蒸気タービン１１１の停止時にタンク６１に流入することができる。また、真空維持装置５０は、タンク６１から排出される凝縮水が流れる排水管８０をさらに備える。排水管８０は、タンク６１に接続される一端８１、及び、復水器１１２に接続される他端８２を含む。

蒸気タービン１１１が停止することに伴って、蒸気タービンシステム２Ｃは以下のように作動する（蒸気タービンシステム２Ａと同様の作用については説明を簡略化または割愛する）。復水器１１２に流入する蒸気がグランド蒸気のみになったと判断されると、コントローラによる制御により、蒸気弁７９Ｃが開き、その後、冷却水ポンプ１７１が停止する。さらにコントローラによる制御により、排気弁７８Ｃが開き、開閉弁１０６が閉じる。真空ポンプ８９の駆動により、蒸気タービン１１１の停止中に復水器１１２に流入するグランド蒸気は、グランド蒸気導管７０Ｃを介して凝縮ユニット６０Ｃ（タンク６１）に導かれる。また、コントローラの制御により弁８６が開く。給水ポンプ１８９の駆動により分岐管８５を介してタンク６１に十分なボイラ給水が供給されて、凝縮ユニット６０Ｃ内でグランド蒸気は凝縮されて、排水管８０に排出される。

図１０は、本開示の一実施形態に係る真空維持装置５０Ｃを追設するための蒸気タービンシステム１の改造方法を示すフローチャートである。はじめに、凝縮ユニット６０Ｃが設置される（Ｓ２０）。その後、Ｓ２１が実行される。なお、Ｓ２１は、Ｓ１１（図７参照）と類似するステップである。具体的には、復水器１１２と、凝縮ユニット６０Ｃとをグランド蒸気導管７０Ｃを用いて接続する（Ｓ２１）。より詳細には、グランド蒸気導管７０Ｃの第１端７１Ｃを凝縮ユニット６０Ｃのタンク６１に接続し、グランド蒸気導管７０Ｃの第２端７２Ｃを復水器１１２に接続する。

次いで、Ｓ２３が実行される。Ｓ２３は、Ｓ１３（図７参照）と類似するステップである。具体的には、真空ポンプ８９と凝縮ユニット６０Ｃとを排気管７５Ｃを用いて接続する（Ｓ２３）。より詳細には、排気管７５Ｃの上流端を凝縮ユニット６０Ｃのタンク６１に接続し、排気管７５Ｃの下流端を復水器排気管１０５に接続する。

次いで、排水管８０を設置する（Ｓ２５）。具体的には、排水管８０の一端８１をタンク６１に接続し、他端８２を復水器１１２に接続する。次いで、ボイラ給水ライン６５と凝縮ユニット６０Ｃのタンク６１とを分岐管８５を用いて接続する（Ｓ２７）。上述した弁８６が分岐管８５に設けられるタイミングは、分岐管８５をタンク６１とボイラ給水ライン６５に接続する前であってもよいし後であってもよい。これにより、真空維持装置５０Ｃ（５０）の追設が完了する。なお、Ｓ２５は、Ｓ２１またはＳ２３のいずれかの前に実行されてもよいし、Ｓ２７は、Ｓ２１～Ｓ２５のいずれかの前に実行されてもよい。

上記構成によれば、蒸気タービン１１１が停止することに伴って弁８６が開くと、ボイラ給水の一部が分岐管８５を流れてタンク６１に流入し、グランド蒸気を凝縮させることができる。そして、ボイラ給水とタンク６１内で生成される凝縮水は、排水管８０から排出される。また、タンク６１内のガスは、真空ポンプ８９の駆動によって排気管７５に排出されるので、復水器１１２の真空は維持される。以上のように、蒸気タービン１１１の停止中にグランド蒸気を凝縮する専用の凝縮ユニット６０が設けられるので、グランド蒸気の凝縮に特化した凝縮ユニット６０を設計しやすい。従って、蒸気タービン１１１の停止時においてグランド蒸気を凝縮する性能を向上することができる。

上述したように、排水管８０は、タンク６１に接続される一端８１、及び、復水器１１２に接続される他端８２を含む。上記構成によれば、タンク６１から排出されるボイラ給水及び凝縮水を復水器１１２に回収させることができる。

＜９．まとめ＞
上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握されるものである。

１）本開示の少なくとも一実施形態に係る真空維持装置（５０）は、
蒸気タービン（１１１）の停止中に復水器（１１２）の真空を維持するための真空維持装置であって、
停止中の前記蒸気タービンから前記復水器に流入するグランド蒸気を凝縮するための凝縮ユニット（６０）に接続される第１端（７１）、及び、前記復水器に接続される第２端（７２）を有するグランド蒸気導管（７０）と、
前記凝縮ユニットを真空ポンプ（８９）に接続する排気管（７５）と
を備える。

上記１）の構成によれば、蒸気タービンの一時的な停止後も蒸気タービンの真空を維持しようとする場合には、真空ポンプが駆動することにより、蒸気タービンのシール部（１２５）に流入したグランド蒸気の一部は復水器内に流入し、凝縮ユニットに導かれて凝縮される。そして、凝縮ユニット内のガスは真空ポンプの駆動により排気管に排出され、復水器内の真空は維持される。このように、蒸気タービンの停止時に真空ポンプが駆動すれば、蒸気タービンを回転駆動させた蒸気を定格運転時であっても冷却できる設計がなされた復水器用の冷却水系統（１７０）は、グランド蒸気を凝縮するために作動する必要がない。従って、蒸気タービンが一時的に停止する場合において、復水器の真空を維持するための消費電力を抑制できる。また、既設の蒸気タービンシステム（１）に、真空維持装置を追設する場合には、グランド蒸気導管の第２端を復水器に接続させればよいので、例えば第２端を蒸気タービンのシール部に接続させる場合に比べて追設工事を容易化することができる。

２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の真空維持装置であって、
前記凝縮ユニットは、前記復水器から排出される復水を含むボイラ給水を用いて前記グランド蒸気を凝縮するように構成される。

上記２）の構成によれば、蒸気タービンの定格運転時にも使用されるボイラ給水がグランド蒸気の凝縮に利用されるので、凝縮ユニットの冷却系統の構成を簡易化できる。また、例えば、真空維持装置が既存の蒸気タービンシステムに追設される場合には、追設工事を簡易化できる。

３）幾つかの実施形態では、上記２）に記載の真空維持装置であって、
前記凝縮ユニットは、前記蒸気タービンの運転中に、前記蒸気タービンの抽気蒸気とボイラ給水とが流入するように構成される。

上記３）の構成によれば、凝縮ユニットは、蒸気タービンの停止中にボイラ給水を用いて凝縮させる機能に加えて、蒸気タービンの運転中に抽気蒸気を用いてボイラ給水を加熱する機能を備える。従って、凝縮ユニットがグランド蒸気を凝縮させる専用ユニットである場合に比べて、真空維持装置が組み込まれる蒸気タービンシステム（２）の構成を簡易化できる。また、例えば真空維持装置が既存の蒸気タービンシステムに追設される場合には、抽気蒸気とボイラ給水とが流入する既存の熱交換器を改造すればよく、追設工事を簡易化できる。

４）幾つかの実施形態では、上記３）に記載の真空維持装置であって、
前記凝縮ユニットは、ボイラ給水が流れる伝熱管（２２１）と、前記伝熱管を収容すると共に前記抽気蒸気が流入するように構成される胴体（２２４）とを含む給水加熱器（１２０）であり、
前記グランド蒸気導管と前記排気管は、前記胴体に接続される。

上記４）の構成によれば、蒸気タービンの回転中に抽気蒸気を用いてボイラ給水を加熱するように構成される給水加熱器が、蒸気タービンの停止中にボイラ給水を用いてグランド蒸気を凝縮させる凝縮ユニットとして機能する。従って、真空維持装置が組み込まれる蒸気タービンシステムの構成を簡易化できる。また、例えば真空維持装置が既存の蒸気タービンシステムに追設される場合には、既存の給水加熱器を改造すればよく、追設工事を簡易化できる。

５）幾つかの実施形態では、上記４）に記載の真空維持装置であって、
前記給水加熱器は、前記ボイラ給水を送るためのポンプの上流に配置される低圧給水加熱器（１２２）であり、
前記グランド蒸気導管と前記排気管は、前記低圧給水加熱器の前記胴体に接続される。

上記５）の構成によれば、低圧給水加熱器が凝縮ユニットであることにより、復水器と凝縮ユニットとの間で循環するボイラ給水の流路長を短くすることが可能となる。

６）幾つかの実施形態では、上記５）に記載の真空維持装置であって、
前記グランド蒸気導管と前記排気管は、直列に配置される複数の前記低圧給水加熱器のうち最も上流に位置する前記低圧給水加熱器の前記胴体に接続される。

上記６）の構成によれば、復水器と凝縮ユニットとの間で循環するボイラ給水の流路長をより短くすることが可能となる。

７）幾つかの実施形態では、上記３）に記載の真空維持装置であって、
前記凝縮ユニットは、脱気塔と、前記脱気塔の内部で前記ボイラ給水をスプレーするための給水スプレー管（１３１）と、前記脱気塔と連通すると共に前記ボイラ給水を貯留する貯水タンク（１２７）と、前記脱気塔及び前記貯水タンクの内部で抽出蒸気をスプレーする抽出蒸気スプレー管（１３２）とを含む脱気器（１２９）であり、
前記グランド蒸気導管の前記第１端は、前記脱気塔または前記貯水タンクに接続され、
前記排気管は、前記貯水タンクに接続される。

上記７）の構成によれば、蒸気タービンの回転中に抽気蒸気を用いてボイラ給水を脱気するように構成される脱気器が、蒸気タービンの停止中にボイラ給水を用いてグランド蒸気を凝縮させる凝縮ユニットとして機能する。従って、真空維持装置が組み込まれる蒸気タービンシステムの構成を簡易化できる。また、例えば真空維持装置が既存の蒸気タービンシステムに追設される場合には、既存の脱気器を改造すればよく、追設工事を簡易化できる。

８）幾つかの実施形態では、上記２）に記載の真空維持装置であって、
前記凝縮ユニットは、前記グランド蒸気導管と前記排気管とが接続されるタンク（６１）を含み、
前記真空維持装置は、
ボイラ給水ライン（６５）から分岐して前記タンクと連通するように設けられ、前記タンクに前記ボイラ給水を導くための分岐管（８５）と、
前記分岐管に設けられる弁（８６）と、
前記タンクから排出される凝縮水が流れる排水管（８０）とを備える。

上記８）の構成によれば、蒸気タービンが停止することに伴って弁が開くと、ボイラ給水の一部が分岐管を流れてタンクに流入し、グランド蒸気を凝縮させることができる。そして、ボイラ給水とタンク内で生成される凝縮水は、排水管から排出される。また、タンク内のガスは、真空ポンプの駆動によって排気管に排出されるので、復水器の真空は維持される。以上のように、蒸気タービンの停止中にグランド蒸気を凝縮する専用の凝縮ユニットが設けられるので、グランド蒸気の凝縮に特化した凝縮ユニットを設計しやすい。従って、蒸気タービンの停止時においてグランド蒸気を凝縮する性能を向上することができる。

９）幾つかの実施形態では、上記８）に記載の真空維持装置であって、
前記排水管は、前記タンクに接続される一端（８１）、及び、前記復水器に接続される他端（８２）を含む。

上記９）の構成によれば、タンクから排出されるボイラ給水及び凝縮水を復水器に回収させることができる。

１０）本開示の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービンシステム（１）の改造方法は、
蒸気タービン（１１１）の出口側に設けられる復水器（１１２）と、停止中の前記蒸気タービンから前記復水器に流入するグランド蒸気を凝縮するための凝縮ユニット（６０）とをグランド蒸気導管（７０）を用いて接続するステップ（Ｓ１１、Ｓ２１）と、
真空ポンプと前記凝縮ユニットとを排気管を用いて接続するステップ（Ｓ１３、Ｓ２３）と
を備える。

上記１０）の構成によれば、上記１）と同様の理由によって、蒸気タービンの一時的な停止時において復水器の真空を維持するための消費電力を抑制できる蒸気タービンシステムの改造方法が実現される。

１、２ ：蒸気タービンシステム
１０ ：ボイラ
５０ ：真空維持装置
６０ ：凝縮ユニット
６１ ：タンク
６５ ：ボイラ給水ライン
７０ ：グランド蒸気導管
７１ ：第１端
７２ ：第２端
７５ ：排気管
８０ ：排水管
８１ ：一端
８２ ：他端
８５ ：分岐管
８６ ：弁
８９ ：真空ポンプ
１１１ ：蒸気タービン
１１２ ：復水器
１１９ ：導管
１２０ ：給水加熱器
１２２ ：低圧給水加熱器
１２７ ：貯水タンク
１２８ ：脱気塔
１２９ ：脱気器
１３１ ：給水スプレー管
１３２ ：蒸気スプレー管
１６０ ：排出管
１７０ ：冷却水系統
１９５ ：グランド蒸気ヘッダ
２２１ ：伝熱管
２２４ ：胴体
２２８ ：導管

Claims (10)

1. 蒸気タービンの停止中に復水器の真空を維持するための真空維持装置であって、
   停止中の前記蒸気タービンから前記復水器に流入するグランド蒸気を凝縮するための凝縮ユニットに接続される第１端、及び、前記復水器に接続される第２端を有するグランド蒸気導管と、
   前記凝縮ユニットを真空ポンプに接続する排気管と
   を備える真空維持装置。
2. 前記凝縮ユニットは、前記復水器から排出される復水を含むボイラ給水を用いて前記グランド蒸気を凝縮するように構成される
   請求項１に記載の真空維持装置。
3. 前記凝縮ユニットは、前記蒸気タービンの運転中に、前記蒸気タービンの抽気蒸気とボイラ給水とが流入するように構成される
   請求項２に記載の真空維持装置。
4. 前記凝縮ユニットは、ボイラ給水が流れる伝熱管と、前記伝熱管を収容すると共に前記抽気蒸気が流入するように構成される胴体とを含む給水加熱器であり、
   前記グランド蒸気導管と前記排気管は、前記胴体に接続される
   請求項３に記載の真空維持装置。
5. 前記給水加熱器は、前記ボイラ給水を送るためのポンプの上流に配置される低圧給水加熱器であり、
   前記グランド蒸気導管と前記排気管は、前記低圧給水加熱器の前記胴体に接続される
   請求項４に記載の真空維持装置。
6. 前記グランド蒸気導管と前記排気管は、直列に配置される複数の前記低圧給水加熱器のうち最も上流に位置する前記低圧給水加熱器の前記胴体に接続される
   請求項５に記載の真空維持装置。
7. 前記凝縮ユニットは、脱気塔と、前記脱気塔の内部でボイラ給水をスプレーするための給水スプレー管と、前記脱気塔と連通すると共にボイラ給水を貯留する貯水タンクと、前記脱気塔及び前記貯水タンクの内部で抽出蒸気をスプレーする抽出蒸気スプレー管とを含む脱気器であり、
   前記グランド蒸気導管の前記第１端は、前記脱気塔または前記貯水タンクに接続され、
   前記排気管は、前記貯水タンクに接続される
   請求項３に記載の真空維持装置。
8. 前記凝縮ユニットは、前記グランド蒸気導管と前記排気管とが接続されるタンクを含み、
   前記真空維持装置は、
   ボイラ給水ラインから分岐して前記タンクと連通するように設けられ、前記タンクに前記ボイラ給水を導くための分岐管と、
   前記分岐管に設けられる弁と、
   前記タンクから排出される凝縮水が流れる排水管と
   を備える請求項２に記載の真空維持装置。
9. 前記排水管は、前記タンクに接続される一端、及び、前記復水器に接続される他端を含む
   請求項８に記載の真空維持装置。
10. 蒸気タービンの出口側に設けられる復水器と、停止中の前記蒸気タービンから前記復水器に流入するグランド蒸気を凝縮するための凝縮ユニットとをグランド蒸気導管を用いて接続するステップと、
    真空ポンプと前記凝縮ユニットとを排気管を用いて接続するステップと
    を備える蒸気タービンシステムの改造方法。

Images