JP4398707B2 - 火力発電プラントおよびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１台の循環水ポンプを有し、復水器を冷却する冷却水系統と、少なくとも１台の補助冷却水ポンプを有し、復水器以外の所定の要素を冷却する補助冷却水系統を備えた火力発電プラントおよびその運転方法に関する。

従来、ガスタービンと蒸気タービンを併用するコンバインド・サイクル型の火力発電プラントでは、例えば、朝起動して、夜間に停止するというＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ Ｓｔａｒｔ ａｎｄ Ｓｔｏｐ）運用が主流になってきている。

このようなＤＳＳ運用では、火力発電プラントは、夜間に停止するので、夜間に使用する所内動力が大きいほど、プラント性能が悪くなるという事態を生じる。

このような所内動力は、例えば、復水器を冷却するための冷却水系統の冷却水を循環させる循環水ポンプの動力がある。この循環水ポンプは、復水器の真空度を保持するために夜間停止時にも継続して運転されているので、この循環水ポンプの動力が大きければ大きいほど、所内動力が大きくなる。

すなわち、循環水ポンプを、通常運転時と同じ動力で運転すると、それだけ所内動力が大きくなるため、夜間停止時の低負荷時には、必要最低限の冷却水を流すことができる程度に循環水ポンプの流量を低下させ、循環水ポンプに必要な動力を低減できるようにしている。

このように、流量を可変できる循環水ポンプとして、例えば、可動羽根ポンプなどがある（非特許文献１参照）。
ポンプハンドブック、編集発行者 株式会社 電業社機械製作所、発行年月日 １９９５年３月

しかしながら、上述のように可動羽根ポンプを用いて流量調整を行うような構成としても、循環水ポンプは、基本的には、非常に大きな動力を必要とするため、所内動力を抑制することが困難であった。また、可動羽根ポンプは非常に高価であるため、これを循環水ポンプとして採用することはプラント全体のコストアップの要因ともなっていた。さらに、循環水ポンプに流量調整機能を持たせない場合には、夜間停止時にも循環水ポンプを継続運転することにより、復水器内の真空度が下がりすぎるおそれもあった。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成により所内動力を低減することができる火力発電プラントおよびその運転方法を提供すること目的とする。

本発明は、少なくとも１台の循環水ポンプを有し、復水器を冷却する冷却水系統と、少なくとも１台の補助冷却水ポンプを有し、復水器以外の所定の要素を冷却する補助冷却水系統を備えた火力発電プラントにおいて、上記冷却水系統と上記補助冷却水系統とを連絡するバイパス路と、上記バイパス路に設けられたバイパス弁と、通常運転時には、上記循環水ポンプを作動して上記バイパス弁を閉じるとともに、上記復水器に流入する蒸気が停止すると、上記バイパス弁を開き、上記循環水ポンプを停止し、上記補助冷却水系統の冷却水を上記冷却水系統へ流して、上記復水器を冷却するプラント運転手段を備えたものである。

また、蒸気を発生するボイラと、上記ボイラにて発生した蒸気により駆動される蒸気タービンと、上記蒸気タービンから排出された蒸気を冷却し凝縮させる復水器と、上記ボイラにて発生した蒸気を上記蒸気タービンを介さず直接に上記復水器に導くタービンバイパス系統と、循環水ポンプによって上記復水器へ冷却水を流通させる冷却水系統と、補助冷却水ポンプによって上記復水器以外の所定の要素へ冷却水を流通させる補助冷却水系統とを備えた火力発電プラントにおいて、上記冷却水系統と上記補助冷却水系統とを連絡するバイパス路と、上記バイパス路に設けられたバイパス弁と、上記蒸気タービンの停止に伴って上記タービンバイパス系統を流通する蒸気が停止すると、上記バイパス弁を全開して上記循環水ポンプを停止して上記補助冷却水系統から上記冷却水系統に冷却水を流通させる制御を行うプラント運転手段を備えたものである。

また、少なくとも１台の循環水ポンプを有し、復水器を冷却する冷却水系統と、少なくとも１台の補助冷却水ポンプを有し、復水器以外の所定の要素を冷却する補助冷却水系統を備えた火力発電プラントの運転方法において、上記冷却水系統と上記補助冷却水系統とを連絡するバイパス路と、上記バイパス路に設けられたバイパス弁を設け、通常運転時には、上記循環水ポンプを作動して上記バイパス弁を閉じるとともに、上記復水器に流入する蒸気が停止すると、上記バイパス弁を開き、上記循環水ポンプを停止し、上記補助冷却水系統の冷却水を上記冷却水系統へ流して、上記復水器を冷却するようにしたものである。

また、蒸気を発生するボイラと、上記ボイラにて発生した蒸気により駆動される蒸気タービンと、上記蒸気タービンから排出された蒸気を冷却し凝縮させる復水器と、上記ボイラにて発生した蒸気を上記蒸気タービンを介さず直接に上記復水器に導くタービンバイパス系統と、循環水ポンプによって上記復水器へ冷却水を流通させる冷却水系統と、補助冷却水ポンプによって上記復水器以外の所定の要素へ冷却水を流通させる補助冷却水系統と、上記補助冷却水系統と上記復水器の上流側の上記冷却水系統を連絡するバイパス路を備えた火力発電プラントの運転方法において、上記蒸気タービンの停止に伴って上記タービンバイパス系統を流通する蒸気が停止したとき、上記循環水ポンプを停止し、上記補助冷却水系統の冷却水を上記バイパス路によって上記冷却水系統に導き上記復水器へ流通させるようにしたものである。

したがって、本発明によれば、夜間等、プラントの運転が停止したときには、循環水ポンプを停止して、より動力の小さい冷却水ポンプを用いて復水器を冷却することができるので、プラント停止時の所内動力を大幅に低減でき、プラント性能を向上することができるという効果を得る。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例にかかる火力発電プラントの概略構成例を示している。

同図において、３基のガスタービンＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３は、それぞれ発電機ＧＧ１，ＧＧ２，ＧＧ３を駆動するとともに、その排ガスは、排熱回収ボイラＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３へ供給され、排熱回収ボイラＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３の熱源となる。

排熱回収ボイラＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３は、ガスタービンＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３より供給される排ガスを熱源として蒸気を発生し、その発生した蒸気は、蒸気タービンＳＴへと送られ、蒸気タービンＳＴを駆動し、それにより、発電機ＧＧ４が駆動される。

また、蒸気タービンＳＴから排出される低圧蒸気は、復水器ＣＣへ送られ、復水器ＣＣで冷却されて水へ戻り、復水器ＣＣから排出される水は、排熱回収ボイラＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３へ戻される。

また、排熱回収ボイラＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３から発生する蒸気を分岐させ、例えば、起動時などに復水器ＣＣへ直接導くためのタービンバイパス系統ＢＰｔが設けられている。

図２は、図１の火力発電プラントにおける冷却水系統の一例を示している。

同図において、冷却塔１から供給される冷却水は、３つの循環水ポンプＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３、および、２つの補助冷却水ポンプＳＰ１，ＳＰ２へと送られる。ここで、循環水ポンプＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３は、補助冷却水ポンプＳＰ１，ＳＰ２よりも多くの動力を必要とするものである。

循環水ポンプＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３は、冷却水系統ＳＳａへと冷却水を供給するためのものであり、循環水ポンプＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３より送り出される冷却水は、出口弁ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３を介して、冷却水系統ＳＳａへと通水される。

冷却水系統ＳＳａでは、入口弁ＣＶａを介して復水器ＣＣへ冷却水が供給され、復水器ＣＣを冷却した冷却水は、出口弁ＣＶｂを介して冷却水系統ＳＳａへ送り出され、冷却塔ＣＴへと送られ、これにより、冷却水系統ＳＳａにおける冷却水の循環が完成する。

また、補助冷却水ポンプＳＰ１，ＳＰ２は、補助冷却水系統ＳＳｂおよび冷却水系統ＳＳａへと冷却水を供給するためのものであり、また、補助冷却水系統ＳＳｂは、バイパス系統ＢＰｓを介して、冷却水系統ＳＳａと連絡される。また、このバイパス系統ＢＰｓには、バイパス弁ＢＶが設けられている。

補助冷却水系統ＳＳｂは、復水器真空ポンプＰＣを冷却するとともに、冷却水冷却器ＣＫを冷却する。また、冷却水冷却器ＣＫの前後には、入口弁ＫＶａおよび出口弁ＫＶｂが設けられている。

そして、復水器真空ポンプＰＣ、および、冷却水冷却器ＣＫを冷却した後の冷却水は、冷却水系統ＳＳａへと合流して、冷却塔ＣＴへ送られ、これにより、補助冷却水系統ＳＳｂにおける冷却水の循環が完成する。

図３は、本実施例にかかるプラント運転システムの概略例を示している。

同図において、プラント入力装置１は、火力発電プラントの各部からのデータを入力するためのものであり、プラント入力装置１により入力された各種データは、プラント運転装置２へと送られる。

プラント運転装置２は、プラント入力装置１により入力した各種データに基づいて、所定の運転制御手順に従って、火力発電プラントを運転するための運転データを作成するものであり、その運転データは、データ出力装置３を介して、火力発電プラントの各部へと出力される。

以上の構成で、プラント定格負荷運転時には、ガスタービンＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３、排熱回収ボイラＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３、および、蒸気タービンＳＴは、それぞれ定格負荷で運転される。

一方、冷却水系統では、バイパス系統ＢＰｓのバイパス弁ＢＶは全閉状態にされ、この状態で、例えば、循環水ポンプＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３が３台運転され、補助冷却水ポンプＳＰ１のみが運転され、復水器ＣＣの入口弁ＣＶａおよび出口弁ＣＶｂは、全開状態にされる。また、冷却水冷却器ＣＫの入口弁ＫＶａおよび出口弁ＫＶｂは、全開状態にされる。

これにより、冷却水系統ＳＳａには、循環水ポンプＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３から送り出される冷却水が循環するとともに、補助冷却水系統ＳＳｂでは、補助冷却水ポンプＳＰ１から送り出される冷却水が循環する。

また、プラント部分負荷運転時には、ガスタービンＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３、排熱回収ボイラＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３、および、蒸気タービンＳＴは、それぞれ定められた負荷分担の状態で部分負荷運転される。

一方、冷却水系統では、バイパス系統ＢＰｓのバイパス弁ＢＶは全閉状態にされ、この状態で、例えば、循環水ポンプＰＰ１のみが運転され、補助冷却水ポンプＳＰ１のみが運転され、復水器ＣＣの入口弁ＣＶａおよび出口弁ＣＶｂは、そのときの冷却水の流量に応じて絞られた状態にされる。また、冷却水冷却器ＣＫの入口弁ＫＶａおよび出口弁ＫＶｂは、全開状態にされる。

これにより、冷却水系統ＳＳａには、循環水ポンプＰＰ１から送り出される冷却水が循環するとともに、補助冷却水系統ＳＳｂでは、補助冷却水ポンプＳＰ１から送り出される冷却水が循環する。

また、プラント停止状態では、ガスタービンＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３、排熱回収ボイラＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３、および、蒸気タービンＳＴの運転は、それぞれ停止される。

一方、冷却水系統では、バイパス系統ＢＰｓのバイパス弁ＢＶが全開状態にされ、この状態で、循環水ポンプＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３は全て停止される。また、補助冷却水ポンプＳＰ１，ＳＰ２がともに運転され、復水器ＣＣの入口弁ＣＶａおよび出口弁ＣＶｂは、そのときの冷却水の流量に応じて絞られた状態にされる。また、冷却水冷却器ＣＫの入口弁ＫＶａおよび出口弁ＫＶｂは、全開状態にされる。

これにより、冷却水系統ＳＳａには、補助冷却水ポンプＳＰ１，ＳＰ２より送り出される冷却水がバイパス系統ＢＰｓのバイパス弁ＢＶを介して流入し、この冷却水が復水器ＣＣを冷却するとともに、冷却水系統ＳＳａを循環する。また、補助冷却水系統ＳＳｂでは、補助冷却水ポンプＳＰ１，ＳＰ２から送り出される冷却水が循環する。

ここで、このようなプラント停止状態では、復水器ＣＣへ供給される冷却水の流量が、プラント運転時に比べて微量であり、システム圧力を調整するため、復水器ＣＣの出口弁ＣＶｂ、および、補助冷却水ポンプＳＰ１，ＳＰ２の出口弁ＳＶ１，ＳＶ２は、そのときの冷却水の流量に応じた開度に絞り調節される。

また、この場合には、補助冷却水ポンプＳＰ１，ＳＰ２から送り出される冷却水が、冷却水系統ＳＳａと補助冷却水系統ＳＳｂの両方へ供給されることとなるので、その供給量を調整するために、冷却水冷却器ＣＫの出口弁ＫＶｂを、そのときの冷却水の流量に応じた開度に絞り調節するとよい。

図４は、ＤＳＳ運用を適用する場合のプラント運転装置２の概略処理の一例を示している。

まず、朝の起動時には、排熱回収ボイラＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３を起動し、循環水ポンプＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３を起動し（処理１０１）、バイパス弁ＢＶを全閉する（処理１０２）。

そして、ガスタービンＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３を起動し（処理１０３）、蒸気タービンＳＴを起動し（処理１０４）、通常運転状態へ移行する（処理１０５）。

プラントの停止時には、ガスタービンＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３および蒸気タービンＳＴを停止する（処理１０６）。ここで、蒸気タービンＳＴを停止させる場合、蒸気タービンＳＴの蒸気出口に設けられた図示しない蒸気加減弁や主蒸気止弁を閉鎖して蒸気タービンＳＴへの蒸気の流入を遮断する。このとき、各蒸気系統内に残存している蒸気や排熱回収ボイラＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３から発生し続ける蒸気を復水器ＣＣに直接導入するために、タービンバイパス系統ＢＰｔを用いるため、プラント運転装置２は、タービンバイパス系統ＢＰｔから復水器ＣＣへ流入する蒸気が停止するまで待機する（判断１０７のＮＯループ）。なお、この流入蒸気の停止は、例えば、タービンバイパス系統ＢＰｔに設けられ、流量を調整する図示しないタービンバイパス弁の開度が全閉となったことをもって検出することができる。

判断１０７の結果がＹＥＳになると、バイパス弁ＢＶを全閉し（処理１０８）、循環水ポンプＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３および排熱回収ボイラＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３を停止し（処理１０９）、夜間停止状態（処理１１０）へと移行する。

このようにして、本実施例では、プラント停止状態においては、バイパス系統ＢＰｓのバイパス弁ＢＶを全開状態とし、補助冷却水ポンプＳＰ１，ＳＰ２を用いて、冷却水を冷却水系統ＳＳａおよび補助冷却水系統ＳＳｂへ供給するようにしているので、非常に大きな動力を必要とする循環水ポンプＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３を用いなくても復水器ＣＣを冷却することができ、プラント停止状態における所内動力を大幅に削減することができ、その結果、火力発電プラントのプラント性能を向上することができる。

また、複数の循環水ポンプＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３を備え、部分負荷運転時には、そのときの負荷に応じた数の循環水ポンプを運転しているため、冷却水系統における必要な動力を削減することができ、その結果、プラント性能を向上することができる。また、可動羽根ポンプを用いた場合に比べて、循環水ポンプの駆動数を調整するだけで、必要な冷却水流量を得ることができるので、制御が簡単となり、また、故障発生確率を低減することができ、火力発電プラントの信頼性を向上することができる。

なお、上述した実施例では、コンバインド・サイクル型の火力発電プラントに本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、それ以外のタイプの火力発電プラントについても、同様にして適用することができる。

本発明の一実施例にかかる火力発電プラントの概略構成例を示したブロック図。 図１の火力発電プラントにおける冷却水系統の一例を示したブロック図。 本実施例にかかるプラント運転システムの概略例を示したブロック図。 ＤＳＳ運用を適用する場合のプラント運転装置２の概略処理の一例を示したフローチャート。

符号の説明

ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３ ガスタービン
ＳＴ 蒸気タービン
ＣＣ 復水器
ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３ 排熱回収ボイラ
ＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３ 循環水ポンプ
ＳＰ１，ＳＰ２ 補助冷却水ポンプ
ＢＰｓ バイパス系統
ＢＶ バイパス弁

Claims (4)

1. 少なくとも１台の循環水ポンプを有し、復水器を冷却する冷却水系統と、少なくとも１台の補助冷却水ポンプを有し、復水器以外の所定の要素を冷却する補助冷却水系統を備えた火力発電プラントにおいて、
   上記冷却水系統と上記補助冷却水系統とを連絡するバイパス路と、
   上記バイパス路に設けられたバイパス弁と、
   通常運転時には、上記循環水ポンプを作動して上記バイパス弁を閉じるとともに、上記復水器に流入する蒸気が停止すると、上記バイパス弁を開き、上記循環水ポンプを停止し、上記補助冷却水系統の冷却水を上記冷却水系統へ流して、上記復水器を冷却するプラント運転手段を備えたことを特徴とする火力発電プラント。
2. 蒸気を発生するボイラと、上記ボイラにて発生した蒸気により駆動される蒸気タービンと、上記蒸気タービンから排出された蒸気を冷却し凝縮させる復水器と、上記ボイラにて発生した蒸気を上記蒸気タービンを介さず直接に上記復水器に導くタービンバイパス系統と、循環水ポンプによって上記復水器へ冷却水を流通させる冷却水系統と、補助冷却水ポンプによって上記復水器以外の所定の要素へ冷却水を流通させる補助冷却水系統とを備えた火力発電プラントにおいて、
   上記冷却水系統と上記補助冷却水系統とを連絡するバイパス路と、
   上記バイパス路に設けられたバイパス弁と、
   上記蒸気タービンの停止に伴って上記タービンバイパス系統を流通する蒸気が停止すると、上記バイパス弁を全開して上記循環水ポンプを停止して上記補助冷却水系統から上記冷却水系統に冷却水を流通させる制御を行うプラント運転手段を備えたことを特徴とする火力発電プラント。
3. 少なくとも１台の循環水ポンプを有し、復水器を冷却する冷却水系統と、少なくとも１台の補助冷却水ポンプを有し、復水器以外の所定の要素を冷却する補助冷却水系統を備えた火力発電プラントの運転方法において、
   上記冷却水系統と上記補助冷却水系統とを連絡するバイパス路と、
   上記バイパス路に設けられたバイパス弁を設け、
   通常運転時には、上記循環水ポンプを作動して上記バイパス弁を閉じるとともに、上記復水器に流入する蒸気が停止すると、上記バイパス弁を開き、上記循環水ポンプを停止し、上記補助冷却水系統の冷却水を上記冷却水系統へ流して、上記復水器を冷却するようにしたことを特徴とする火力発電プラントの運転方法。
4. 蒸気を発生するボイラと、上記ボイラにて発生した蒸気により駆動される蒸気タービンと、上記蒸気タービンから排出された蒸気を冷却し凝縮させる復水器と、上記ボイラにて発生した蒸気を上記蒸気タービンを介さず直接に上記復水器に導くタービンバイパス系統と、循環水ポンプによって上記復水器へ冷却水を流通させる冷却水系統と、補助冷却水ポンプによって上記復水器以外の所定の要素へ冷却水を流通させる補助冷却水系統と、上記補助冷却水系統と上記復水器の上流側の上記冷却水系統を連絡するバイパス路を備えた火力発電プラントの運転方法において、
   上記蒸気タービンの停止に伴って上記タービンバイパス系統を流通する蒸気が停止したとき、上記循環水ポンプを停止し、上記補助冷却水系統の冷却水を上記バイパス路によって上記冷却水系統に導き上記復水器へ流通させることを特徴とする火力発電プラントの運転方法。

Images