JP4127541B2 - 発電造水複合プラントおよびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力とともに淡水を製造する発電造水複合プラントおよびその運転方法に関する。

離島などにおいて電力とともに淡水を供給する設備として発電造水複合プラントが設置されている。発電造水複合プラントにおいては、蒸気タービンで発電に使われた後の排気蒸気が造水設備において海水を蒸発させるための熱源として使用され、造水で熱源として使用された後の蒸気は復水されて再び蒸気タービンのボイラに供給される（下記特許文献１参照）。

蒸気タービンの排気蒸気量は発電デマンド（発電要求量）によって決まる蒸気タービンの発電出力にほぼ比例し、一方造水側で消費する蒸気量は造水デマンド（造水要求量）にほぼ比例する。それぞれのデマンド（要求量）はお互いに独立しているため、必要蒸気量の差を調整できるダンプコンデンサの様なバッファを設置することで、幅広い運転状態に対応することが可能となる。

例えば発電デマンドに比較して造水デマンドの方が低い場合は余剰蒸気が生じるため、その余剰蒸気はダンプコンデンサに送られる。一方、造水デマンドの方が高い場合はダンプコンデンサに流入する蒸気量は減少し、双方が一致する場合はダンプコンデンサに流入する蒸気流量は0となる。更に、蒸気タービンを介さずに蒸気を供給するバイパス系統を設置しているプラントにおいては、発電デマンドに比較して更に高い造水デマンドに対応した運転が可能である。

このような発電造水プラントの運用について以下に説明する。
発電造水プラントの復水流量制御は、造水設備のホットウェルレベルを制御し、一方ダンプコンデンサにおいても同様にホットウェルレベル制御を行い、造水設備からの復水およびダンプコンデンサからの復水はそれぞれ復水ヘッダで合流し、蒸気タービンに蒸気を供給するボイラの脱気器給水タンクに導かれる。

造水設備はその特徴として常に系統リークを伴うため、常に系統にメイクアップ（新たな注水）が必要である。脱気器給水タンクにおいては、このメイクアップ（注水）流量とブロー流量のバランスを取ることによってレベル制御を行い、レベルが低下する場合はメイクアップを、レベルが上昇する場合はブローを行うことでプラント全体のメイクアップ流量を制御する。また、脱気器の入口弁は復水ヘッダの圧力制御に用いられている。
特開平１０−４７０１５号公報

上述した従来の発電造水複合プラントにおいては、運転状態が変化して系統リーク流量が変化した場合、復水ヘッダ圧力が変動するが、この圧力変動の原因となった系統リーク分のメイクアップは脱気器で行われ、脱気器でメイクアップした補給水が復水ヘッダに返ってくるまでの時定数が大きいために、プラントの規模が大きい場合は特に制御性が悪い。

また、ダンプコンデンサを負圧にするためにエジェクタを使用している場合、通常エジェクタ蒸気の冷却源としては復水を使用するが、発電造水複合プラントにおいては造水設備の復水温度が高いため、復水ヘッダの温度が100℃以上となり、一方、ダンプコンデンサ出口復水流量は運転状態によって大きく変化するためどちらも冷却源としては適さない。

更に、複数台のボイラを設置し、かつ蒸気タービンをバイパスして造水設備に蒸気を送気する系統を設置しているプラントにおいては、発電デマンドが造水デマンドに比較して小さい場合に発電に必要な蒸気流量が少なくてよいため、ボイラ運転台数を減らすことでより高い熱効率でプラントを運転することができ、一方で、造水に必要な蒸気流量を確保するためにバイパス系統を使用して造水設備に蒸気を供給して運転することができる。

このとき、冷却水はバイパス蒸気流量に比例した流量が必要であるが、この冷却水をボイラ給水ポンプ吐出あるいは中段から抽出している場合は、仮にボイラ運転台数を５台から３台に減少したときは、ボイラ給水ポンプの運転台数も減少するため、ポンプ１台当たりが送り出す必要のある冷却水量は5/3倍に増加し、ボイラ給水ポンプの容量を大きくする必要があるという問題がある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、最小限の設備容量で発電デマンドと造水デマンドの変化に幅広く対応することのできる発電造水複合プラントおよびその運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、蒸気供給設備から蒸気を供給されて発電機を駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの排気によって海水を蒸発させて淡水を製造する造水設備と、前記蒸気タービンからの余剰蒸気を取り込むダンプコンデンサと、前記造水設備において生成される復水と前記ダンプコンデンサにおいて生成される復水を集める復水ヘッダとを備え、前記復水ヘッダから前記蒸気供給設備に設けられた脱気器の給水タンクに給水するようにした発電造水複合プラントにおいて、前記ダンプコンデンサは補給水系統とホットウェルレベル計とホットウェルレベル調節弁とを備え、前記脱気器の給水タンクはレベル計とレベル調節弁とを備え、前記復水ヘッダは圧力計とブローラインとを備えている構成とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の発電造水複合プラントにおいて、前記ダンプコンデンサのホットウェルレベルが設定値と異なるときは前記ホットウェルレベル調節弁を開閉することによって前記ホットウェルレベルを設定値に保ち、前記復水ヘッダの圧力が低下したときは前記補給水系統から前記ダンプコンデンサのホットウェルにメイクアップを行い、前記復水ヘッダの圧力が規定値より高いときは前記ブローラインより系外に復水をブローすることによってヘッダ圧力を規定値まで下げ、前記脱気器の給水タンクの入口弁は前記ダンプコンデンサのホットウェルレベルおよび前記復水ヘッダの圧力に関係なく前記給水タンクのタンクレベルを一定に保つように制御する方法とする。

請求項３の発明は、蒸気供給設備から蒸気を供給されて発電機を駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの排気によって海水を蒸発させて淡水を製造する造水設備と、前記蒸気タービンからの余剰蒸気を取り込むダンプコンデンサと、前記造水設備において生成される復水と前記ダンプコンデンサにおいて生成される復水を集める復水ヘッダとを備え、前記復水ヘッダから前記蒸気供給設備に設けられた脱気器の給水タンクに給水するようにした発電造水複合プラントにおいて、前記ダンプコンデンサの器内圧力を負圧にするエジェクタを備え、前記エジェクタの作動蒸気の冷却源として前記ダンプコンデンサの出口に接続された復水ポンプのミニマムフロー系統を利用するようにした構成とする。

請求項４の発明は、蒸気供給設備から蒸気を供給されて発電機を駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの排気によって海水を蒸発させて淡水を製造する造水設備と、前記蒸気タービンからの余剰蒸気を取り込むダンプコンデンサと、前記造水設備において生成される復水と前記ダンプコンデンサにおいて生成される復水を集める復水ヘッダとを備え、前記復水ヘッダから前記蒸気供給設備に設けられた脱気器の給水タンクに給水するようにした発電造水複合プラントにおいて、前記蒸気供給設備からの蒸気を前記蒸気タービンを経ることなく前記造水設備に供給するバイパス系統と、前記バイパス系統に設けられた減温装置とを備え、前記減温装置において蒸気を冷却するための媒体を前記復水ヘッダから供給するようにした構成とする。

本発明によれば、最小限の設備容量で発電デマンドと造水デマンドの変化に幅広く対応することのできる発電造水複合プラントおよびその運転方法を提供することができる。

以下、本発明の発電造水複合プラントの第１ないし第３の実施例を図面を参照して説明する。

まず、図１を用いて第１の実施例を説明する。本実施例の発電造水複合プラントにおいては、ガスタービン発電設備２０の排熱回収ボイラ２１から蒸気を供給される蒸気タービン１の排気系統に造水設備２とダンプコンデンサ３が並列に接続されている。造水設備２の復水とダンプコンデンサ３の復水が復水ヘッダ４に接続されており、さらに復水ヘッダ４からの復水は排熱回収ボイラ２１の脱気器給水タンク５に接続されている。ダンプコンデンサ３の出口にはダンプコンデンサホットウェルレベル調節弁６が設けられ、脱気器給水タンク５の入口には脱気器給水タンクレベル調節弁７が設けられている。更にダンプコンデンサ３にはホットウェルレベル計８と補給水系統９が接続され、脱気器給水タンク５にはレベル計１０が接続されている。また、復水ヘッダ４には圧力計１１とブローライン１２が設けられている。なお、図示していないが、蒸気タービン１には発電機が接続されている。

このように構成された本実施例の発電造水複合プラントにおいては、ダンプコンデンサ３のホットウェルレベルが高い場合にはダンプコンデンサホットウェルレベル調節弁６が開き、ホットウェルレベルを一定に保つことができる。また、復水ヘッダ４の圧力が低下した場合は、補給水系統９からダンプコンデンサ３のホットウェルにメイクアップを行うことによってホットウェルレベルを所定値に回復させることができる。

一方、復水ヘッダ４の圧力が高い場合にはブローライン１２を開くことによって復水ヘッダ圧力を規定値まで下げることができる。更に、脱気器給水タンク５の入口弁は、ダンプコンデンサ３のホットウェルレベルおよび復水ヘッダ４の圧力に関係なくタンクレベルを一定に制御し続けながら運転することができる。

このように本実施例の発電造水複合プラントにおいては、造水設備２および発電設備の運転状態によらず適切に系統リーク水の補給を行うことができ、また、復水ヘッダ４の圧力については、系統リーク分の補償を復水ヘッダ４のすぐ上流のダンプコンデンサ３へのメイクアップにて行うことができるため、時定数が短く安定した制御を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施例を図２を用いて説明する。本実施例の発電造水複合プラントにおいては、ガスタービン発電設備２０の排熱回収ボイラ２１から蒸気を供給される蒸気タービン１の排気に造水設備２とダンプコンデンサ３が接続されている。造水設備２とダンプコンデンサ３からの復水が復水ヘッダ４に接続されており、さらに復水ヘッダ４からの復水は排熱回収ボイラ２１の脱気器給水タンク５に接続されている。ダンプコンデンサ３には器内圧力を負圧にするエジェクタ２２が接続され、ダンプコンデンサ３の出口に接続された復水ポンプ２３のミニマムフローライン１３を利用してエジェクタ２２に供給される蒸気の冷却を行う系統構成となっている。なお、図示していないが、蒸気タービン１には発電機が接続されている。

このように構成された本実施例の発電造水複合プラントにおいては、復水ポンプ２３のミニマムフローを利用し、エジェクタ２２を作動させることができる。したがって、ダンプコンデンサ３への蒸気流量によらず安定してエジェクタ２２を動作させることでき、発電デマンドと造水デマンドの変化に幅広く対応することができる。

次に、本発明の第３の実施例を図３を用いて説明する。本実施例の発電造水複合プラントは、蒸気タービン１に蒸気を供給する複数のボイラＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを備えている。ボイラＡはガスタービン発電設備２０の排熱回収ボイラ２１である。複数のボイラＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの出力はまた、バイパス系統１４および減温装置２４を経て造水設備２およびダンプコンデンサ３の入側に接続されている。また、造水設備２で生成された復水とダンプコンデンサ３で生成された復水を集める復水ヘッダ４から減温装置２４までスプレ水系統１５が設けられ、減温装置２４において蒸気を冷却するためのスプレ水を供給する。

通常、蒸気タービンバイパス系統の冷却水は脱気後の系統から取り出すためにボイラ給水ポンプ吐出あるいは中段から抽水するが、本実施例の発電造水複合プラントにおいては、ある程度まで脱気された補給水をダンプコンデンサ３に補給しているので、脱気器下流からスプレ水を取り出す必要がなく、そのためバイパス系統１４へスプレ水を供給するスプレ水系統１５を復水ヘッダ４から接続している。

このように構成された本実施例の発電造水複合プラントにおいては、バイパス系統１４の蒸気を冷却する冷却水がボイラ給水ポンプを使わずに供給されるため、ボイラの運転台数によってボイラ給水ポンプの通過流量に対するスプレ水量の割合が変化することなくプラントを運転することができる。

例えば、ある計画例においては定格点として発電デマンド100％、造水デマンド100％に対してボイラを５台運転した場合にはボイラ給水ポンプを通過する給水流量が150kg/sである。このプラントにおいて、発電デマンド30％、造水デマンド100％時にはボイラ運転台数は３台で十分となるが、造水設備にバックアップ蒸気を供給する必要がある。この際、スプレ水をボイラ給水ポンプから抽水するとボイラ給水ポンプ通過流量が210kg/sとなるのに対して、本実施例の構成を採用した場合は170kg/sとなる。従ってボイラ給水ポンプの容量は復水ヘッダからスプレを取ることにより210kg/sから170kg/sへと小さくすることが可能となり、かつ定格点近くでボイラ給水ポンプを選定することができるため、広い運転範囲においてポンプを効率よく運転でき、また、ボイラの収熱をより有効に活用できるためプラントを効率よく運転することができる。

本発明の第１の実施例の発電造水複合プラントを示す系統図。 本発明の第２の実施例の発電造水複合プラントを示す系統図。 本発明の第３の実施例の発電造水複合プラントを示す系統図。

符号の説明

１…蒸気タービン、２…造水設備、３…ダンプコンデンサ、4…復水ヘッダ、５…脱気器給水タンク、６…ダンプコンデンサホットウェルレベル調節弁、７…脱気器給水タンクレベル調節弁、８…ダンプコンデンサホットウェルレベル計、９…補給水系統、１０…脱気器給水タンクレベル計、１１…復水ヘッダ圧力計、１２…復水ヘッダブローライン、１３…復水ポンプミニマムフローライン、１４…バイパス系統、１５…スプレ水系統、２０…ガスタービン発電設備、２１…排熱回収ボイラ、２２…エジェクタ、２３…復水ポンプ、２４…減温装置。

Claims (4)

1. 蒸気供給設備から蒸気を供給されて発電機を駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの排気によって海水を蒸発させて淡水を製造する造水設備と、前記蒸気タービンからの余剰蒸気を取り込むダンプコンデンサと、前記造水設備において生成される復水と前記ダンプコンデンサにおいて生成される復水を集める復水ヘッダとを備え、前記復水ヘッダから前記蒸気供給設備に設けられた脱気器の給水タンクに給水するようにした発電造水複合プラントにおいて、前記ダンプコンデンサは補給水系統とホットウェルレベル計とホットウェルレベル調節弁とを備え、前記脱気器の給水タンクはレベル計とレベル調節弁とを備え、前記復水ヘッダは圧力計とブローラインとを備えていることを特徴とする発電造水複合プラント。
2. 請求項１記載の発電造水複合プラントにおいて、前記ダンプコンデンサのホットウェルレベルが設定値と異なるときは前記ホットウェルレベル調節弁を開閉することによって前記ホットウェルレベルを設定値に保ち、前記復水ヘッダの圧力が低下したときは前記補給水系統から前記ダンプコンデンサのホットウェルにメイクアップを行い、前記復水ヘッダの圧力が規定値より高いときは前記ブローラインより系外に復水をブローすることによってヘッダ圧力を規定値まで下げ、前記脱気器の給水タンクの入口弁は前記ダンプコンデンサのホットウェルレベルおよび前記復水ヘッダの圧力に関係なく前記給水タンクのタンクレベルを一定に保つように制御することを特徴とする発電造水複合プラントの運転方法。
3. 蒸気供給設備から蒸気を供給されて発電機を駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの排気によって海水を蒸発させて淡水を製造する造水設備と、前記蒸気タービンからの余剰蒸気を取り込むダンプコンデンサと、前記造水設備において生成される復水と前記ダンプコンデンサにおいて生成される復水を集める復水ヘッダとを備え、前記復水ヘッダから前記蒸気供給設備に設けられた脱気器の給水タンクに給水するようにした発電造水複合プラントにおいて、前記ダンプコンデンサの器内圧力を負圧にするエジェクタを備え、前記エジェクタの作動蒸気の冷却源として前記ダンプコンデンサの出口に接続された復水ポンプのミニマムフロー系統を利用するようにしたことを特徴とする発電造水複合プラント。
4. 蒸気供給設備から蒸気を供給されて発電機を駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの排気によって海水を蒸発させて淡水を製造する造水設備と、前記蒸気タービンからの余剰蒸気を取り込むダンプコンデンサと、前記造水設備において生成される復水と前記ダンプコンデンサにおいて生成される復水を集める復水ヘッダとを備え、前記復水ヘッダから前記蒸気供給設備に設けられた脱気器の給水タンクに給水するようにした発電造水複合プラントにおいて、前記蒸気供給設備からの蒸気を前記蒸気タービンを経ることなく前記造水設備に供給するバイパス系統と、前記バイパス系統に設けられた減温装置とを備え、前記減温装置において蒸気を冷却するための媒体を前記復水ヘッダから供給するようにしたことを特徴とする発電造水複合プラント。
   
   

Images