JP4343610B2 - Power generation apparatus and power generation method - Google Patents

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Description

本発明は発電装置と方法に関する。   The present invention relates to a power generation apparatus and method.

火力発電システムの効率向上について説明する。   The improvement of the efficiency of the thermal power generation system will be described.

図1は、火力発電システムの熱バランスを説明する模式図である。以下の例では、基準温度(環境温度)を0℃としている。なお、火力発電装置については、下記特許文献1、2等が参照される。   FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the thermal balance of a thermal power generation system. In the following example, the reference temperature (environment temperature) is 0 ° C. In addition, the following patent documents 1, 2 grade | etc., Are referred about a thermal power generator.

図1に示すように、蒸気発生器をなすボイラ101と、ボイラ101から供給される主蒸気によって駆動される高圧タービン102と、高圧タービン102から排出されボイラ101で再熱された蒸気によって駆動される中圧タービン103と、中圧タービン103からの排出される蒸気によって駆動される低圧タービン104を備えている。低圧タービン104には、発電機105が連結されている。高圧タービン101、中圧タービン102には抽気系が設けられており、ボイラ101への給水系統に設けられる加熱機器である高圧給水加熱機107及び脱気器110にそれぞれ抽気蒸気が供給される。低圧タービン104にも抽気系が設けられており、低圧給水加熱機108に抽気蒸気が供給される。低圧タービン104の排気側には復水器106が設けられている。ボイラ給水ポンプ109で昇圧された給水は、高圧給水加熱器107で加熱され、ボイラ101の主蒸気配管で加熱された後、高圧タービン102に供給され、発電機105での発電が行われる。高圧タービンで仕事をした蒸気の一部が抽気されて高圧給水加熱107に供給され、残りは、低温再熱蒸気としてボイラ101の再熱器で加熱されたのち、中圧タービン103に供給される。中圧タービン103を出た蒸気は、低圧給水加熱器104に供給され、最終的に低圧タービンから復水器106に戻される。   As shown in FIG. 1, a boiler 101 constituting a steam generator, a high-pressure turbine 102 driven by main steam supplied from the boiler 101, and driven by steam discharged from the high-pressure turbine 102 and reheated by the boiler 101. An intermediate pressure turbine 103 and a low pressure turbine 104 driven by steam discharged from the intermediate pressure turbine 103. A generator 105 is connected to the low pressure turbine 104. The high-pressure turbine 101 and the medium-pressure turbine 102 are provided with an extraction system, and extraction steam is supplied to the high-pressure feed water heater 107 and the deaerator 110, which are heating devices provided in the water supply system to the boiler 101, respectively. The low-pressure turbine 104 is also provided with an extraction system, and extraction steam is supplied to the low-pressure feed water heater 108. A condenser 106 is provided on the exhaust side of the low-pressure turbine 104. The feed water boosted by the boiler feed pump 109 is heated by the high-pressure feed water heater 107, heated by the main steam pipe of the boiler 101, then supplied to the high-pressure turbine 102, and power generation by the generator 105 is performed. Part of the steam that has worked in the high-pressure turbine is extracted and supplied to the high-pressure feed water heater 107, and the remainder is supplied to the intermediate-pressure turbine 103 after being heated by the reheater of the boiler 101 as low-temperature reheat steam. . The steam leaving the intermediate pressure turbine 103 is supplied to the low pressure feed water heater 104 and finally returned to the condenser 106 from the low pressure turbine.

上記した給水加熱器(Feed Water Heater)に関して例えば下記非特許文献1の記載が参照される。下記非特許文献1には、以下のような説明が行われている。タービンの途中から蒸気が2段抽気され、それぞれボイラへの給水加熱器に供給されている。このようにすると、復水器で、冷却水に捨てる熱量の割合が減少するため熱効率を向上する。再生サイクルによる熱効率の向上効果は、抽出する蒸気の圧力、温度が高いほど大きい。また、抽気段数が多いほど熱効率は向上するが、段数の増加に対する熱効率向上効果は次第に緩やかになる。図2は、下記非特許文献1の図2.16に基づく図である。図2において、201はボイラ(加熱器)、202はタービン、203は発電機、204、206は給水加熱器、205は給水ポンプ、207は復水器である。タービン202から蒸気が2段抽気され、それぞれ高圧給水加熱器204、低圧給水加熱器206に供給されている   Regarding the feed water heater described above, for example, the description of Non-Patent Document 1 below is referred to. The following non-patent document 1 describes the following. Two stages of steam are extracted from the middle of the turbine, and each steam is supplied to a feed water heater to the boiler. If it does in this way, in a condenser, since the rate of the amount of heat thrown away into cooling water decreases, thermal efficiency improves. The effect of improving the thermal efficiency by the regeneration cycle increases as the pressure and temperature of the steam to be extracted increase. Further, although the thermal efficiency is improved as the number of extraction stages is increased, the effect of improving the thermal efficiency with respect to the increase in the number of stages is gradually reduced. FIG. 2 is a diagram based on FIG. 2.16 of Non-Patent Document 1 below. In FIG. 2, 201 is a boiler (heater), 202 is a turbine, 203 is a generator, 204 and 206 are feed water heaters, 205 is a feed water pump, and 207 is a condenser. Two-stage steam is extracted from the turbine 202 and supplied to the high-pressure feed water heater 204 and the low-pressure feed water heater 206, respectively.

特開2000−240404号公報(第4図)JP 2000-240404 A (FIG. 4) 特開平11−229820号公報(第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 11-229820 (FIG. 1) 特開2001−140657号公報(第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 2001-140657 (FIG. 1) 電気学会編、瀬間徹監修、「火力発電総論」、図2、第33頁、オーム社刊、2002年10月The Institute of Electrical Engineers, supervised by Toru Sema, “General Thermal Power Generation”, FIG. 2, page 33, published by Ohmsha, October 2002 BWR 原子力発電所(電気出力800MWe, 社団法人火力原子力発電技術協会、「原子力発電所講座」、第33頁、第36頁, 昭和57 年5 月。BWR Nuclear Power Plant (Electric power 800MWe, Thermal Nuclear Power Technology Association, “Nuclear Power Plant Course”, p. 33, p. 36, May 1982. (社)火力原子力発電技術協会編、「タービン・発電機(改訂版)」、第8図、第9頁、平成2年1月刊(Incorporated) Thermal Power Generation Technology Association, “Turbine / Generator (Revised)”, FIG. 8, page 9, published in January 1990

本発明の目的は、エクセルギー損の点で有利な発電装置及び方法を提供することにある。本発明は、エネルギー効率とエクセルギー損に基づき最適化設計を可能とする全く新規な発電装置及び方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a power generation apparatus and method that are advantageous in terms of exergy loss. An object of the present invention is to provide a completely new power generation apparatus and method that enables optimization design based on energy efficiency and exergy loss.

本発明者は、エクセルギーに基づき、抽気系の構成を解析・検討した結果、第2種エクセルギー損の点で有利な全く新規な装置構成を見出し、本発明を完成するにいたった。すなわち、前記目的を達成する本発明に係る1つのアスペクトに係る方法は、タービンから蒸気を抽気せずに、前記タービンの回転に用いて発電を行い、前記タービンへ給水する給水加熱器に、タービンからの蒸気を抽気して供給しないようにすることで、前記給水加熱器での熱交換によるエクセルギー損を低減する、ことを特徴とするものである。   As a result of analyzing and examining the configuration of the extraction system based on exergy, the present inventor found a completely new device configuration advantageous in terms of the second type exergy loss, and completed the present invention. That is, the method according to one aspect of the present invention for achieving the above object is to provide a feed water heater for generating power using rotation of the turbine without supplying steam from the turbine and supplying water to the turbine. It is characterized in that exergy loss due to heat exchange in the feed water heater is reduced by not extracting and supplying steam from the water.

本発明の他のアスペクトに係る装置は、ボイラ給水ポンプで昇圧された給水を加熱する給水加熱器と、前記給水加熱器からの蒸気を加熱するボイラと、前記ボイラからの蒸気又は前記ボイラからの再加熱蒸気が供給される、1つ又はタービンと、前記タービンに連結し発電を行う発電機と、前記タービンからの蒸気が戻される復水器とを備え、前記タービンの蒸気を抽気して前記給水加熱器に供給する系を具備せず、その代わりに、前記タービンを回すことができる蒸気を抽気せずに前記タービンに回して発電を行うことで、第2種エクセルギー損の低減を図るものである。   An apparatus according to another aspect of the present invention includes: a feed water heater that heats feed water that has been boosted by a boiler feed pump; a boiler that heats steam from the feed water heater; and steam from the boiler or from the boiler One or a turbine to which reheated steam is supplied, a generator connected to the turbine to generate electric power, and a condenser to which the steam from the turbine is returned, and the steam from the turbine is extracted and extracted Instead of providing a system for supplying water to the feed water heater, instead of extracting steam that can turn the turbine to the turbine and generating electricity, the second type exergy loss is reduced. Is.

また、本発明によれば、復水器でのエクセルギー損と加熱給水器でのエクセルギー損を比較し、加熱給水器でのエクセルギー損が大となる場合、前記タービンの蒸気を抽気して前記給水加熱器に供給しない。   Further, according to the present invention, the exergy loss in the condenser and the exergy loss in the heating water supply are compared, and when the exergy loss in the heating water supply becomes large, the steam of the turbine is extracted. The feed water heater is not supplied.

かかる本発明によれば、ボイラの蒸気を給水加熱器に供給する抽気系を具備したシステムよりも、エクセルギー損の点で有利であり、熱効率とエクセルギー損に基づく、システムの最適化設計を実現可能としている。   According to the present invention, it is advantageous in terms of exergy loss over a system having an extraction system for supplying boiler steam to a feed water heater, and the optimization design of the system based on thermal efficiency and exergy loss can be achieved. It is feasible.

以下に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。本発明の好適な一実施形態は、図7を参照すると、給水加熱器204は、給水ポンプ205からの給水を加熱し、ボイラ(加熱器)201からの蒸気によりタービン202を回し発電機203で発電するにあたり、タービン202から蒸気を抽気せずに、タービンの回転に用いて発電を行う。かかる構成により、給水加熱器(204、206)に抽気した蒸気を供給しないことで給水加熱器での熱交換によるエクセルギー損を低減している。   The best mode for carrying out the present invention will be described below. In a preferred embodiment of the present invention, referring to FIG. 7, a feed water heater 204 heats feed water from a feed water pump 205, rotates a turbine 202 with steam from a boiler (heater) 201, and generates power in a generator 203. When generating electric power, steam is not extracted from the turbine 202 but is used for rotating the turbine to generate electric power. With this configuration, exergy loss due to heat exchange in the feed water heater is reduced by not supplying the extracted steam to the feed water heater (204, 206).

あるいは、本発明の一実施形態においては、タービン202からの蒸気が戻される復水器207でのエクセルギー損と、給水加熱器204、206でのエクセルギー損とを比較し、給水加熱器でのエクセルギー損の方が大きい場合、蒸気をタービンから抽気しない。   Alternatively, in one embodiment of the present invention, the exergy loss in the condenser 207 where steam from the turbine 202 is returned is compared with the exergy loss in the feed water heaters 204 and 206, and the feed water heater If the exergy loss is greater, steam is not extracted from the turbine.

本発明の一実施形態においては、タービンと給水加熱器の組のうち、少なくとも1つ、又は全ての組において、タービンから蒸気を抽気し前記給水加熱器へ供給する抽気系を具備しない構成とされる。   In one embodiment of the present invention, at least one or all of the turbine and feed water heater pairs are configured not to include an extraction system for extracting steam from the turbine and supplying the steam to the feed water heater. The

本実施形態では、湿り度が零の蒸気を抽気しない。   In this embodiment, steam with a wetness of zero is not extracted.

本実施形態では、タービンが、第1のタービン(例えば高圧タービン)と、第1のタービンよりも低圧の蒸気が供給される第2のタービン(中圧又は低圧タービン)とを備え、第2のタービンには、第1のタービンからの蒸気を、ボイラ201で再加熱した蒸気を供給する構成としてもよい。   In the present embodiment, the turbine includes a first turbine (for example, a high-pressure turbine) and a second turbine (medium-pressure or low-pressure turbine) to which steam having a lower pressure than that of the first turbine is supplied. It is good also as a structure which supplies the steam which reheated the steam from the 1st turbine with the boiler 201 to a turbine.

発電所の効率向上を行う本発明の原理作用について説明する。   The principle operation of the present invention for improving the efficiency of the power plant will be described.

エクセルギーの導入と第2種エクセルギー損について説明しておく。熱力学や熱機関の効率を検討する場合、熱量の他に、エントロピーあるいはエンタルピーを利用することが一般的である。熱力学で利用されるエントロピーは、次元無しのパラメータ(dimensionless parameter)である。1953年に、Z. Rant によってエクセルギーEが導入されている。   The introduction of exergy and type 2 exergy loss will be described. When examining thermodynamics and efficiency of a heat engine, it is common to use entropy or enthalpy in addition to the amount of heat. The entropy used in thermodynamics is a dimensionless parameter. In 1953, Exergy E was introduced by Z. Rant.

Figure 0004343610
… (1)
Figure 0004343610
… (1)

ここで、Tは物体の絶対温度、Tは外界の基準条件絶対温度である。また、Qは、熱量である。エクセルギーは、熱量(エネルギー)にカルノー効率を乗算したものである。熱機関が外界に対してできる仕事効率は、カルノー効率が上限値を与える。エクセルギーは、熱、化学エネルギー等各種保有エネルギーのうち、力学的に変換し得る最大の仕事量をいう。すなわち、標準の状態と平衡するまでに可逆的状態変化させる際に得られる力学的仕事量を表す(エクセルギーは「有効エネルギー」とも呼ばれる)。エクセルギーは、投入熱から外界条件を考慮した損失を差し引き、Q−T×ΔS(ΔSはエントロピー増加量)で表される。燃料のエクセルギーは、単位燃料を大気圧の酸素で完全燃焼し、その燃焼ガスが周囲温度となるまでに得られる可逆仕事をいう。 Here, T 1 is the absolute temperature of the object, and T 0 is the reference condition absolute temperature of the outside world. Q is the amount of heat. Exergy is the amount of heat (energy) multiplied by the Carnot efficiency. Carnot efficiency gives the upper limit of the work efficiency that the heat engine can do to the outside world. Exergy refers to the maximum amount of work that can be converted dynamically among various types of stored energy such as heat and chemical energy. That is, it represents the amount of mechanical work obtained when reversible state change is achieved before equilibration with the standard state (exergy is also referred to as “effective energy”). Exergy subtracts the loss in consideration of the ambient condition from the input heat, Q-T 0 × ΔS ( ΔS is entropy increment) represented by. Fuel exergy refers to the reversible work that is obtained until the unit fuel is completely burned with atmospheric oxygen and the combustion gas reaches ambient temperature.

エクセルギーは、エネルギーと同じユニットを持っている上に、エクセルギーの増大が有効エネルギーの増大になるので、量的に理解しやすい。エクセルギーを利用してエネルギーの質を説明する。図3に、その一例を示す。これは、温度の異なった水を混合するプロセスである。この時、エネルギー的には保存系であり、何ら損失は発生しないが、エクセルギーでは損失があり、これを「第2種エクセルギー損」という。なお、第1種エクセルギー損はエネルギーもエクセルギーも損失がある場合をいう。図2に示す例では、基準温度は0℃としている。従来のエントロピーを使った説明では、異なった温度の水を混合すれば、エントロピー生産があり、新たなエントロピー生産分だけ、エネルギーの質が劣化する。16.7℃の水50kgから100℃の水1kgを創り出すには、追加のエネルギーが必要である。   Exergy has the same units as energy and is easy to understand quantitatively because the increase in exergy becomes the increase in effective energy. Explain the quality of energy using exergy. An example is shown in FIG. This is a process of mixing water at different temperatures. At this time, it is a conservation system in terms of energy and no loss occurs, but there is a loss in exergy, which is referred to as “second-type exergy loss”. The first type exergy loss means a case where both energy and exergy are lost. In the example shown in FIG. 2, the reference temperature is 0 ° C. In the description using conventional entropy, if water of different temperatures is mixed, there is entropy production, and the quality of energy deteriorates by the amount of new entropy production. To create 1 kg of 100 ° C. water from 50 kg of 16.7 ° C. water, additional energy is required.

温度の異なった媒体を混合するときには、損失が発生する。熱機関で広く利用される熱交換器では、そのプロセスの前後において、熱量は変化しないが、エネルギーの質の損失を生じる。これを、エクセルギーを用いて定量的に表現できる。これは、そのまま熱機関として利用できるエネルギーの損失を意味する。   Loss occurs when mixing media with different temperatures. In heat exchangers widely used in heat engines, the amount of heat does not change before and after the process, but there is a loss of energy quality. This can be expressed quantitatively using exergy. This means a loss of energy that can be directly used as a heat engine.

なお、エクセルギーを用いて発電効率の解析した上記特許文献3には、ガスタービン・コージェネレーション装置で部分負荷における発電効率を高める構成が開示され、蒸気発生量、有効エクセルギー効率、発電効率、総合熱効率の変化が示されている。   In addition, in the above-mentioned Patent Document 3 in which the power generation efficiency is analyzed using exergy, a configuration for increasing the power generation efficiency at the partial load by the gas turbine cogeneration apparatus is disclosed, and the steam generation amount, the effective exergy efficiency, the power generation efficiency, Changes in overall thermal efficiency are shown.

図1に示した火力発電システムにおいて、大きな熱交換器としての、給水加熱器(FWH)107、108が設けられている。給水加熱器ではエネルギーの損失は発生しないが、エントロピー生産に伴うエネルギーの質の劣化が生じる。すなわち第2種エクセルギー損が発生する。具体的に見積もるために、図1の構成を簡略化して、図4に示す。   In the thermal power generation system shown in FIG. 1, feed water heaters (FWH) 107 and 108 as large heat exchangers are provided. In the feed water heater, no energy loss occurs, but the quality of energy associated with entropy production deteriorates. That is, type 2 exergy loss occurs. For specific estimation, the configuration of FIG. 1 is simplified and shown in FIG.

図4を参照すると、温度が33.8℃の水が1328.9ton/hrで復水器305から給水加熱器304に入り、給水加熱器304から出ていくときは、290℃、2249ton/hrになっている。このため、ほとんどの熱量は、タービン302からの抽気蒸気から来ている。したがって、温度の異なった媒体を混合しているので、給水加熱器304では、大きな第2種エクセルギー損が発生している。   Referring to FIG. 4, when water having a temperature of 33.8 ° C. enters the feed water heater 304 from the condenser 305 and exits the feed water heater 304 at 1328.9 ton / hr, it is 290 ° C., 2249 ton / hr. It has become. For this reason, most of the heat comes from the extracted steam from the turbine 302. Accordingly, since mediums having different temperatures are mixed, a large second-type exergy loss occurs in the feed water heater 304.

図1のデータに基づいて、第2種エクセルギー損を見積もる。なお、図4において、タービン302から抽気した蒸気の温度は、過熱水蒸気の熱力学的性質から逆算される。その結果は、第2種エクセルギー損は、発電機の出力の約15%から5%程度の損失になる。   Based on the data of FIG. 1, the second type exergy loss is estimated. In FIG. 4, the temperature of the steam extracted from the turbine 302 is calculated backward from the thermodynamic properties of the superheated steam. As a result, the type 2 exergy loss is about 15% to 5% of the output of the generator.

図5は、上記非特許文献2の記載を引用したものである。   FIG. 5 cites the description of Non-Patent Document 2 above.

原子炉から出た蒸気は、
圧力=66.8kg/cmg,
温度=282.4℃,
流量=4737.7ton/hr
である(上記非特許文献2、第33頁参照)。この蒸気で800MWeの発電を行う。
The steam from the reactor
Pressure = 66.8 kg / cm 2 g,
Temperature = 282.4 ° C.
Flow rate = 4737.7 ton / hr
(See Non-Patent Document 2, page 33). The steam generates 800 MWe.

一方、図1に示した最終段の高圧給水加熱器107に行く蒸気は、
圧力=78.0kg/cmg,
温度=380(292)℃,
流量=225.3ton/hr
である。
On the other hand, the steam going to the high-pressure feed water heater 107 in the final stage shown in FIG.
Pressure = 78.0 kg / cm 2 g,
Temperature = 380 (292) ° C.,
Flow rate = 225.3 ton / hr
It is.

温度についての括弧内の値は、給水加熱器を出るときの値である。計算上は、380℃とした。最終段の高圧給水加熱器を出た水の温度が290℃であり、高圧給水加熱器の温度が292℃であるのは水を過熱できないことによる。380℃の値は、圧力が78.2気圧として、エンタルピーの値から、上記非特許文献2に基づく概略値である。   The value in parentheses for the temperature is the value when leaving the feedwater heater. In calculation, it was set to 380 ° C. The temperature of the water leaving the final high-pressure feed water heater is 290 ° C., and the high-pressure feed water heater has a temperature of 292 ° C. because the water cannot be overheated. The value of 380 ° C. is an approximate value based on the above-mentioned Non-Patent Document 2 from the enthalpy value, assuming that the pressure is 78.2 atmospheres.

このように、火力発電所のタービンから抽気して給水加熱器に行く蒸気は、原子力発電所の原子炉からでた直後の蒸気よりも質が良いことがわかる。つまり、温度と圧力が高い。   Thus, it can be seen that the steam extracted from the turbine of the thermal power plant and going to the feed water heater is better in quality than the steam immediately after leaving the reactor of the nuclear power plant. That is, temperature and pressure are high.

したがって、抽気された蒸気を利用して、蒸気タービンを回して発電ができる。抽気されて給水加熱器に供給される蒸気が同等の発電が行えるとすると、発電量出力は低めに見積ることになり、次式(2)を得る。   Therefore, power can be generated by rotating the steam turbine using the extracted steam. If the steam extracted and supplied to the feed water heater can generate the same power, the power generation output is estimated to be low, and the following equation (2) is obtained.



Figure 0004343610
… (2)

Figure 0004343610
… (2)

上式(2)より、エクセルギー損は700MWeの発電機の5.4%になる。   From the above equation (2), the exergy loss is 5.4% of the 700 MWe generator.

すなわち、抽気され最終段の高圧給水加熱器へ行く蒸気だけで、タービンを回してこれだけ(700MWeの発電機の5.4%)の発電が行える。したがって、エクセルギー損が発電機出力の5%から15%であるという当初の計算値は、妥当といえる。   That is, only steam that is extracted and goes to the high-pressure feed water heater in the final stage can rotate the turbine to generate power (5.4% of the 700 MWe generator). Therefore, the initial calculated value that the exergy loss is 5% to 15% of the generator output is reasonable.

図1等に示した設計方式のシステムでは、十分にタービンを回すことが出来る蒸気を抽気して水に混ぜ、これによって大きな損失が発生している。そして、これは非特許文献1の記載内容(「再生サイクルによる熱効率向上効果は、抽出する蒸気の圧力、温度が高いほど大きい」)とは、全く逆である。上記非特許文献1記載の構成では、蒸気の圧力温度が高ければ高いほどエクセルギー損失が増大する。   In the system of the design method shown in FIG. 1 and the like, steam that can sufficiently turn the turbine is extracted and mixed with water, which causes a large loss. This is completely opposite to the contents described in Non-Patent Document 1 (“The effect of improving the thermal efficiency by the regeneration cycle is greater as the pressure and temperature of the steam to be extracted is higher”). In the configuration described in Non-Patent Document 1, exergy loss increases as the steam pressure temperature increases.

図6は、上記非特許文献3から引用したものであり、原子力、火力発電での比エンタルピーと比エントロピー図を示す。火力発電は、原子力発電より条件の良い蒸気を利用していることが分かる。即ち、原子力発電ではほぼ飽和蒸気を利用して発電を行っているが、火力発電では過熱蒸気を利用している。図6において、y は湿り度を示していて、y = 0, 5, 10, 15%が示されている。   FIG. 6 is cited from Non-Patent Document 3 and shows specific enthalpies and specific entropy diagrams for nuclear power and thermal power generation. It can be seen that thermal power generation uses steam with better conditions than nuclear power generation. That is, in nuclear power generation, power is generated almost using saturated steam, whereas in thermal power generation, superheated steam is used. In FIG. 6, y represents the wetness and y = 0, 5, 10, 15%.

原子力では蒸気タービンは、ほとんど湿り度があるなかで使われている。火力タービンのほとんどが湿り度ゼロで運転されているため、タービンの設計も楽になる。損傷も少なく長期間利用することができる。   In nuclear power, steam turbines are used almost wet. Since most thermal turbines are operated at zero wetness, turbine design is also easier. It can be used for a long time with little damage.

図6から分かるように、原子力発電では、十分にタービンで発電できる質の蒸気であることが分かる。したがって、十分にタービンを回すことが出来る蒸気を、抽気せずに、タービンに回して、発電を行う。その分、ボイラーに還元する水の温度は低下する。燃料消費が増大するが、エクセルギーの計算はそれらを含んでネットでどれだけ利得があるかを計算している。第2種エクセルギー損は、エネルギー(熱量)保存プロセスであるためである。   As can be seen from FIG. 6, in nuclear power generation, it is understood that the steam is of sufficient quality that can be generated by a turbine. Accordingly, steam that can sufficiently turn the turbine is turned to the turbine without extraction to generate electricity. Accordingly, the temperature of the water that is reduced to the boiler decreases. Although fuel consumption increases, exergy calculations include how much gain there is in the net including them. This is because the second type exergy loss is an energy (calorie) storage process.

上記したように、従来の装置では、全ての蒸気を復水器に排気すると、外部に捨てる熱量が大きくなるので、抽気する構成とされている(非特許文献1参照)。しかし、タービンの最終段を出た蒸気温度は低くなっているので、熱機関としては、多くの仕事ができるわけではない。即ち、有効エネルギーとしてのエクセルギーは大きくない。よって、大きな熱量を捨てても、効率は、低下しない。これは、タービン出口温度と環境温度が極めて近くなっているためである。   As described above, in the conventional apparatus, when all the steam is exhausted to the condenser, the amount of heat to be thrown out is increased, so that the structure is extracted (see Non-Patent Document 1). However, the steam temperature leaving the final stage of the turbine is low, so the heat engine cannot do much work. That is, exergy as effective energy is not large. Therefore, even if a large amount of heat is thrown away, the efficiency does not decrease. This is because the turbine outlet temperature and the ambient temperature are very close.

図1において、ボイラ出口での熱量をQとし、温度を560℃とする。そして、全体の62%の流量が復水器に導かれるとする。この時、外気温(基準温度)が30℃で、タービン出口温度が60℃とする。   In FIG. 1, the amount of heat at the boiler outlet is Q, and the temperature is 560.degree. Then, assume that 62% of the flow rate is led to the condenser. At this time, the outside air temperature (reference temperature) is 30 ° C., and the turbine outlet temperature is 60 ° C.

本実施例は、図2においてタービン202から抽気され給水加熱器204、206に供給する蒸気を、タービンを回して全て復水器207に戻る構成としている。かかる構成の本実施例において、新たに発生するエクセルギー損は、元々の蒸気が持っているエクセルギーに対して3.4%しかない。   In the present embodiment, the steam extracted from the turbine 202 and supplied to the feed water heaters 204 and 206 in FIG. 2 is all returned to the condenser 207 by turning the turbine. In this embodiment having such a configuration, the newly generated exergy loss is only 3.4% with respect to the exergy of the original steam.

一方、従来の装置のように、給水加熱器で熱交換することによって損失するエクセルギー損は、全体の5%から15%である。   On the other hand, the exergy loss lost by exchanging heat with the feed water heater as in the conventional apparatus is 5% to 15% of the whole.

以上から、本実施例の方が、エクセルギーが利得することは明らかである。   From the above, it is clear that exergy gains in this embodiment.

図1の最下段の給水加熱器108から出る水の温度は72.2℃であり、熱交換後の温度有るため、タービン出口温度は60℃よりも高い。なお、実際、抽気は、タービン最下段からではない。   The temperature of the water exiting from the lowermost feed water heater 108 in FIG. 1 is 72.2 ° C., and since there is a temperature after heat exchange, the turbine outlet temperature is higher than 60 ° C. Actually, the extraction is not from the lowest stage of the turbine.

図5は、原子力発電所の熱バランスがある。これは最終段の給水加熱器から復水器に行く温度は42.5℃であり、72.2℃よりも30℃ほど低い。これは、原子力発電所の蒸気の質が悪いため、発電効率を上げるため蒸気温度がかなり低いところまで利用しているからである。したがって、この例では、復水器からのエクセルギー損失の割合は、火力発電所より小さくなっている。   FIG. 5 shows the thermal balance of the nuclear power plant. The temperature going from the feed water heater in the final stage to the condenser is 42.5 ° C, which is about 30 ° C lower than 72.2 ° C. This is because the steam quality of the nuclear power plant is poor and the steam temperature is used to a considerably low temperature in order to increase the power generation efficiency. Therefore, in this example, the rate of exergy loss from the condenser is smaller than that of the thermal power plant.

図7は、本実施例の構成を示す図である。図7を参照すると、給水加熱器204からの蒸気を加熱するボイラ201と、ボイラ201からの蒸気又はボイラ201からの再加熱蒸気が供給されるタービン202と、タービン202に連結し発電を行う発電機203と、タービン202からの蒸気が戻される復水器207と、を備え、タービン202からの蒸気を給水加熱器204、206に供給する抽気系を具備しない。すなわち、タービンを回すことができる蒸気を抽気せずにタービン202の回転に用いて発電を行う。少なくとも湿り度が零の蒸気は抽気されない。なお、給水加熱器での抽気蒸気の熱交換は行われないが、高圧タービンからの蒸気をボイラ201で再加熱し中圧タービンに供給する構成としてもよい。   FIG. 7 is a diagram showing the configuration of this embodiment. Referring to FIG. 7, a boiler 201 that heats steam from the feed water heater 204, a turbine 202 that is supplied with steam from the boiler 201 or reheated steam from the boiler 201, and power generation that is connected to the turbine 202 and generates power. Machine 203 and a condenser 207 to which steam from the turbine 202 is returned, and a bleed system for supplying the steam from the turbine 202 to the feed water heaters 204 and 206 is not provided. That is, power generation is performed by using steam that can turn the turbine to rotate the turbine 202 without extracting the steam. At least steam with a wetness of zero is not extracted. Note that heat extraction of the extracted steam in the feed water heater is not performed, but the steam from the high pressure turbine may be reheated by the boiler 201 and supplied to the intermediate pressure turbine.

また、本実施例において、復水器207でのエクセルギー損と加熱給水器204、あるいは206でのエクセルギー損を比較し、加熱給水器204、206でのエクセルギー損が大となる場合、タービン202の蒸気を抽気しないようにしてもよい。   In this embodiment, when the exergy loss in the condenser 207 is compared with the exergy loss in the heating water supply 204 or 206, and the exergy loss in the heating water supply 204 or 206 is large, The steam from the turbine 202 may not be extracted.

以上本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ限定されず、本発明の原理に基づく範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。   Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiments, the present invention is not limited only to the configuration of the above-described embodiments, and various modifications that can be made by those skilled in the art within the scope based on the principle of the present invention, Of course, modifications are included.

以上、エクセルギーの観点から火力発電所の熱バランス設計を見直し、効率向上の可能性の検討を行った。本発明は、タービンから抽気した蒸気を給水加熱器で熱交換することで生じるエクセルギー損の低減する構成の発電装置を提案した。本発明は、エネルギー効率とエクセルギーとに基づき発電システムの最適化設計を可能としている。   From the viewpoint of exergy, we reviewed the thermal balance design of thermal power plants and examined the possibility of improving efficiency. The present invention has proposed a power generation apparatus configured to reduce exergy loss caused by heat exchange of steam extracted from a turbine with a feed water heater. The present invention enables optimization design of a power generation system based on energy efficiency and exergy.

火力発電装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of a thermal power generator. 火力発電装置における再生サイクルの基本構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the basic composition of the regeneration cycle in a thermal power generator. 温度の異なった水の混合によるエクセルギー損失を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the exergy loss by mixing of the water from which temperature differs. 火力発電装置の熱バランスを簡略化して示す図である。It is a figure which simplifies and shows the heat balance of a thermal-power-generation apparatus. 800MWeの原子力発電所の熱バランスを簡略化して示す図である。It is a figure which simplifies and shows the heat balance of a nuclear power plant of 800 MWe. 火力タービン及び原子力タービンの蒸気膨張を示す図である。It is a figure which shows the steam expansion of a thermal turbine and a nuclear power turbine. 本実施例の火力発電装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the thermal-power-generation apparatus of a present Example.

符号の説明Explanation of symbols

101 ボイラ
102 高圧タービン
103 中圧タービン
104 低圧タービン
105 発電機
106 復水器
107 高圧給水加熱器
108 低圧給水加熱器
109 給水ポンプ
201 ボイラ
202 タービン
203 発電機
204 給水加熱器
205 給水ポンプ
206 給水加熱器
207 復水器
301 ボイラ
302 タービン
303 発電機
304 給水加熱器
305 復水器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Boiler 102 High pressure turbine 103 Medium pressure turbine 104 Low pressure turbine 105 Generator 106 Condenser 107 High pressure feed water heater 108 Low pressure feed water heater 109 Feed water pump 201 Boiler 202 Turbine 203 Generator 204 Feed water heater 205 Feed water pump 206 Feed water heater 207 Condenser 301 Boiler 302 Turbine 303 Generator 304 Feed water heater 305 Condenser

Claims (2)

ボイラからの蒸気によりタービンを回し発電する方法において、
前記タービンからの蒸気が戻される復水器でのエクセルギー損と、前記タービンへ給水する給水加熱器でのエクセルギー損とを比較し、
前記給水加熱器でのエクセルギー損の方が大きい場合、蒸気を前記タービンから抽気せずに、前記タービンの回転に用いて発電を行う、ことを特徴とする発電方法。
In a method of generating electricity by turning a turbine with steam from a boiler,
Comparing the exergy loss in the condenser where the steam from the turbine is returned to the exergy loss in the feed water heater supplying water to the turbine;
When the exergy loss in the feed water heater is larger, steam is not extracted from the turbine, and power is generated using the rotation of the turbine.
ボイラからの蒸気によりタービンを回し発電する発電装置において、In a power generator that generates electricity by turning a turbine with steam from a boiler,
前記タービンからの蒸気が戻される復水器でのエクセルギー損と、前記タービンへ給水する給水加熱器でのエクセルギー損とを比較し、Comparing the exergy loss in the condenser where the steam from the turbine is returned to the exergy loss in the feed water heater supplying water to the turbine;
前記給水加熱器でのエクセルギー損の方が大きい場合、蒸気を前記タービンから抽気せずに、前記タービンの回転に用いて発電を行う手段を備えた、ことを特徴とする発電装置。When the exergy loss in the feed water heater is larger, the power generator is provided with means for generating electric power by using steam to rotate the turbine without extracting steam from the turbine.
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