JP4782661B2 - 熱発生設備の冷却方法及び熱発生設備の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は火力や原子力発電プラント又は建屋内の空気調節設備等の熱発生源を冷却媒体によって間接的に冷却する熱発生設備の冷却方法及び熱発生設備の冷却装置に係り、特に、冷却塔を備え、複数の熱交換部のうち特定の熱交換部の冷却温度を所定範囲に維持する必要がある熱発生設備の冷却方法及び熱発生設備の冷却装置に関する。

例えば、冷却塔を備えて熱発生源を間接的に冷却する熱発生設備の冷却装置において、大気温度が上昇した場合、当然、冷却能力が低下する。そこで、冷却塔の冷却能力が低下しないように工夫した熱発生設備の冷却装置として、例えば特許文献１に示すような熱発生設備の冷却装置が、既に提案されている。

特開昭６２−２２９９８号公報

上記背景技術によれば、冷却塔の冷却能力の低下を防止するために、大気温度の上昇に伴って冷却塔のファンの運転台数を増加したり、冷却媒体の循環ポンプの運転台数を増加させたりして対応するものである。その結果、冷却塔の冷却能力は維持されて各熱交換部で正規の冷却を行うことができる。しかし、そのためには、多数のファンの台数や循環ポンプの台数を増設しなければならず、また、これらの運転に費やされる電力も増大し、経済性に問題がある。

本発明の目的は、大気温度の上昇によっても経済的に冷却塔の冷却能力を維持できる熱発生設備の冷却方法及び熱発生設備の冷却装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、複数の熱交換部と冷却塔との間に冷却媒体を循環させる冷却媒体循環系統を形成し、前記複数の熱交換部のうち一部の熱交換部の冷却温度を所定範囲に維持するようにして熱発生設備の冷却を行うようにした熱発生設備の冷却方法において、前記冷却塔の出口の冷却媒体温度が規定値を超えたとき、前記一部の熱交換部を通過する冷却媒体流量を維持しつつ前記冷却塔の冷却媒体通過量を減少させるようにしたのである。

以上説明したように、大気温度の上昇により冷却塔の出口の冷却媒体温度が規定値を超えたとき、複数の熱交換部のうち一部の熱交換部を通過する冷却媒体流量を維持しつつ前記冷却塔の冷却媒体通過量を減少させることで、前記冷却塔を通過する冷却媒体を十分に冷却することができる。即ち、前記冷却塔を通過する冷却媒体の流量を制限することで、前記冷却塔による冷却媒体を効率よく冷却することができるので温度上昇を抑えることができる。他方、前記冷却塔を通過する冷却媒体の流量を制限することで、冷却媒体の流量が減少する熱交換部が存在し、本来ならこの熱交換部に接続される熱発生設備の負荷を低下させる必要があるが、冷却媒体の流量が減少しても必要な冷却温度に維持された冷却媒体を通過させることができるので、昇温した冷却媒体による冷却に比べて冷却能力を維持することができ、その結果、熱発生設備の大幅な負荷の低下を防止することができる。

以上から、本発明によれば、冷却塔の冷却能力を維持させるために、多数のファンや循環ポンプを増設して運転する必要はなく、その結果、大気温度の上昇によっても経済的に冷却塔の冷却能力を維持できる熱発生設備の冷却方法及び熱発生設備の冷却装置を得ることができる。

以下本発明による熱発生設備の冷却装置の第１の実施の形態として、図１に示す発電プラントの冷却装置に基づいて説明する。

発電機１に連結された熱発生設備である蒸気タービン２は、図示しない蒸気発生器から過熱蒸気ａが供給されることで回転駆動され、これによって発電機１を回転駆動して電力を発生している。蒸気タービン２で仕事を終えた蒸気は、復水器３で冷却されて水ｂに戻り、その水ｂは再度蒸気発生器によって過熱蒸気ａになる。

前記復水器３は、蒸気を冷やして水に戻すための一種の熱交換部となっている。そのために、冷却塔４を設置し、この冷却塔４から冷却媒体、例えば工業用水や浄化した河川水等の冷却水を冷却水供給管５で前記復水器３に供給して仕事を終えた蒸気を間接的に冷却して水に戻している。そして、前記復水器３で蒸気を水に戻して昇温された水冷却水は、冷却水戻り管６で再び冷却塔４に戻されて冷却される。冷却塔４に戻って冷却された冷却水は、底部に設けられた下部タンク４Ｔに溜められる。そして、この下部タンク４Ｔに溜まった冷却水を前記冷却水供給管５によって前記復水器３に供給するために、前記冷却水供給管５に第１の循環ポンプ７が設けられている。

このように、冷却塔４−下部タンク４Ｔ−冷却水給管５−第１の循環ポンプ７−復水器３−冷却水戻り管６によって第１の冷却媒体循環系統８が形成される。

一方、発電プラントには、例えば、蒸気タービン２の軸受やその他の熱発生部を冷却するために、複数の補機冷却器９（９Ａ〜９Ｃ）が設けられている。そして、この補機冷却器９が、複数の熱交換部のうちの一部の熱交換部を構成している。そのために、冷却塔４から冷却水を補機冷却器９に供給するために補機用冷却水供給管１０が接続されており、供給された冷却水によって例えば軸受の熱発生部から運ばれてきた昇温した潤滑油を補機冷却器９で間接的に冷却している。潤滑油を冷却し終えて昇温した冷却水は補機冷却器９から補機用冷却水戻り管１１によって前記冷却水戻り管６に戻すようにしている。そして、前記下部タンク４Ｔに溜まった冷却水を前記補機用冷却水供給管１０によって前記補機冷却器９に供給するために、前記補機用冷却水供給管１０に第２の循環ポンプ１２が設けられている。ところで、補機冷却器９は、潤滑油の昇温による潤滑能力の低下を無くすために、潤滑油の温度を所定の範囲に維持すべく、略一定の冷却温度の冷却水を供給する必要があり、そのために、補機冷却器９の冷却温度を所定範囲に維持するように通過する冷却媒体流量を一定に維持する必要がある。

このように、冷却塔４−下部タンク４Ｔ−補機用冷却水給管１０−第２の循環ポンプ１２−補機冷却器９−補機用冷却水戻り管１１によって第２の冷却媒体循環系統１３が形成される。

上記構成において、冷却水戻り管６の補機用冷却水戻り管１１との接続部よりも上流側に、冷却媒体流量調節手段となる電磁式流量調節弁１４を設け、この電磁式流量調節弁１４に駆動指令を出力する制御手段１５を設け、さらに、この制御手段１５に下部タンク４Ｔ内の冷却水温度、云い代えれば冷却塔４の出口の冷却水温度を測定して出力する温度検出手段１６を設けている。

上記構成の発電プラント（熱発生設備）が稼動中に、大気温度が上昇した場合には、当然、冷却塔４による冷却能力が低下し、下部タンク４Ｔから各熱交換部である復水器３及び補機冷却器９に供給される冷却水の温度も上昇する。そこで、下部タンク４Ｔ内の冷却水の温度を温度検出手段１６で検出し、その検出信号を制御手段１５で演算し、冷却水の温度が補機冷却器９に必要な冷却水温度の所定範囲の最高値を超えた場合には、電磁式流量調節弁１４に駆動指令を出力して第１の冷却媒体循環系統８を循環する冷却水の流量を制限する方向に駆動させる。

第１の冷却媒体循環系統８を循環する冷却水の流量が制限されると、当然、復水器３及び冷却塔４を通過する冷却水の流量が減少する。

冷却塔４は、冷却塔４内に導入した大気と冷却水とを接触させることで昇温した冷却水の温度を低下させる設備であるので、冷却塔４を通過する冷却水の流量が減少すると、減少させた分、冷却水を効率よく冷却することができ、昇温した冷却水を所定範囲内に低下させることができる。その結果、復水器３及び補機冷却器９での熱交換量は一定であるのに対し、冷却塔４での熱交換量が増加するので、大気温度が上昇したにも拘らず、復水器３及び補機冷却器９での熱交換能力の低下を防止することができる。

そして、補機冷却器９を含む第２の冷却媒体循環系統１３における冷却水の流量は、制限されることがないので、規定の温度範囲内での冷却を継続することができる。

一方、第１の冷却媒体循環系統８においては、冷却水の流量が制限されるので、制限された分、蒸気ａを水に戻す復水能力が低下し、それに伴って蒸気タービン２の出力は低下する。しかしながら、通水量制限によって復水器３での昇温した冷却水が効率よく冷却されるので、冷却塔４での冷却能力の大幅な低下を抑制できるので、蒸気タービン２の出力の低下率を僅かに押さえることができる。

因みに、本実施の形態において、蒸気タービン１の出力が２８ＭＷ、復水器３の熱負荷が２１５×１０^６ｋJ／ｈ、復水器３の通過許容水量が４７００ｍ^３／ｈ、冷却塔４の熱負荷が２５０×１０^６ｋJ／ｈ、冷却塔４の通過許容水量が５９００ｍ^３／ｈの発電プラントにおいて、冷却塔４を通過する冷却水の流量、云い代えれば、復水器３を通過する冷却水の流量を約３０％低減させると、冷却塔４の下部タンク４Ｔから供給される冷却水の温度を約２℃低下させることができ、そのときの蒸気タービン２の出力は約２％低下するに過ぎない。

しかし、同じ発電プラントにおいて、復水器３及び冷却塔４を通過する冷却水の流量を一定として冷却塔４の下部タンク４Ｔから供給される冷却水の温度を約２℃低下させようとすると、蒸気タービンの負荷を約３０％低減させる必要がある。

このように、大気温度上昇による冷却水温度の上昇に対しては、冷却塔４を通過する冷却水の流量を制限することで、補機冷却器９に供給する冷却水温度を規定の範囲内に維持しつつ、蒸気タービン２の出力の僅かな低下を図ったほうが望ましく、周囲への影響を最小限にすることができる。

そして、本実施の形態によれば、冷却塔４の冷却能力を向上させるために、多数のファンや循環ポンプを増設して運転する必要はなく、経済的である。

図２は、本発明による熱発生設備の冷却装置の第２の実施の形態を示すもので、図１（第１の実施の形態）と同符号は同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、２つあり、その第１点は、第２の冷却媒体循環系統１３の補機冷却器９の入口側における冷却水の温度を温度検出手段１６によって検出するようにした点である。

前述のように、補機冷却器９は、規定温度の範囲内に冷却する必要があるために、冷却塔４の下部タンク４Ｔ内の冷却水温度を測定するよりも、正確に冷却水温度を測定することができる。即ち、下部タンク４Ｔ内の冷却水温度が規定値に維持されていても、下部タンク４Ｔと補機冷却器９とが離れていて補機用冷却水給管１０が長く敷設され、そこに補機用冷却水給管１０の温度を積極的に上げる要因が存在した場合、下部タンク４Ｔから補機冷却器９に至る間に冷却水温度が上昇する可能性がある。その場合、冷却塔４での冷却水の温度を基準として冷却塔４を通過する冷却水流量を制限すると、補機冷却器９には規定以内の温度の冷却水を供給することができなくなり、補機冷却に支障をきたす虞がある。そこで、補機冷却器９の入口側における冷却水の温度を測定して冷却水温度が規定内にあるか否かを正確に測定し、これに基づいて制御手段１５によって冷却塔４を通過する冷却水流量を制限することで、補機冷却器９に常に規定内の温度の冷却水を供給することができるのである。

第１の実施の形態と異なる第２点は、第１の実施の形態においては、冷却媒体流量調節手段として専用の電磁式流量調節弁１４を設けたが、本実施の形態においては、第１の循環ポンプ７を可変速型循環ポンプとし、この可変速型循環ポンプを冷却媒体流量調節手段として利用することで、冷却塔４を通過する冷却水流量を制限するようにしたのである。

このように、第１の循環ポンプ７を可変速型循環ポンプとして利用することで、冷却水流量を制限する場合には、ポンプ駆動用モータの回転数を低減させればよく、回転数の低減によりポンプ駆動用モータの電力消費量を低減させることができる。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同じ効果を奏する外、補機冷却器９への冷却水温度を正確に管理できると共に、冷却水流量制限時にポンプ駆動用モータの電力消費量を低減させる効果を有し、さらに、専用の冷却媒体流量調節手段を設ける必要がないと云う効果を有する。

図３は、本発明による熱発生設備の冷却装置の第３の実施の形態を示すもので、図１（第１の実施の形態）と同符号は同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

通常、第１の冷却媒体循環系統８における復水器３の入口側と出口側とには、復水器３を含めた保守点検時に、冷却水給管５内及び冷却水戻り管６内の冷却水が流出しないように、入口側弁１７と出口側弁１８が設けられている。本実施の形態においては、この出口側弁１８を電磁式流量調節弁とし、この電磁式流量調節弁を制御手段１５の指令によって駆動して冷却水の冷却塔４の通水量を制限するようにしたのである。

尚、本実施例において出口側弁１８を電磁式流量調節弁としたが、入口側弁１７を電磁式流量調節弁とし、２点鎖線で示すように、制御手段１５で開度を制御するようにしてもよい。

本実施の形態によっても、第１に実施の形態と同様な効果を奏する外、専用の冷却媒体流量調節手段を設ける必要がないと云う効果を有する。

このように各実施の形態によれば、大気温度の上昇によって、冷却塔の出口の冷却水温度が規定値を超えたとき、補機冷却器の冷却水温度を維持しつつ冷却塔を通過する冷却水を十分に冷却することができるので、熱発生設備の負荷を大幅に低下させずに復水器の冷却を行うことができる。

ところで、各実施の形態は、一例として熱発生設備として発電プラントの冷却装置について説明したが、これに特定されるものではなく、熱交換部を有する冷却媒体循環系統が冷却塔を経由して複数設けられている例えば、建屋内の空気調節設備等の熱発生設備にも適用することができる。

本発明による熱発生設備の冷却装置の第１の実施の形態を示す発電プラントの冷却装置のブロック図。 本発明による熱発生設備の冷却装置の第２の実施の形態を示す発電プラントの冷却装置のブロック図。 本発明による熱発生設備の冷却装置の第３の実施の形態を示す発電プラントの冷却装置のブロック図。

符号の説明

１…発電機、２…蒸気タービン、３…復水器、４…冷却塔、４Ｔ…下部タンク、５…冷水供給管、６…冷却水戻り管、７…第１の循環ポンプ、８…第１の冷却媒体循環系統、９（９Ａ〜９Ｃ）…補機冷却器、１０…補機用冷却水供給管、１１…補機用冷却水戻り管、１２…第２の循環ポンプ、１３…第２の冷却媒体循環系統、１４…電磁式流量調節弁、１５…制御手段、１６…温度検出手段、１７…入口側弁、１８…出口側弁。

Claims (8)

1. 熱発生設備の復水器及び熱発生設備の補機冷却器と冷却塔との間に冷却媒体を循環させる冷却媒体循環系統を形成し、前記補機冷却器の冷却温度を所定範囲に維持するようにして熱発生設備を冷却するようにした熱発生設備の冷却方法において、前記冷却塔の出口から前記補機冷却器の入口間の冷却媒体温度が規定値を超えたとき、前記補機冷却器を通過する冷却媒体流量を維持しつつ前記復水器を通過する冷却媒体流量を制限して前記冷却塔の冷却媒体通過量を減少させるようにしたことを特徴とする熱発生設備の冷却方法。
2. 前記冷却媒体温度の規定値は、前記補機冷却器の冷却温度の最高値であることを特徴とする請求項１記載の熱発生設備の冷却方法。
3. 熱発生設備の復水器及び熱発生設備の補機冷却器と冷却塔との間に冷却媒体を循環させる冷却媒体循環系統を有し、前記補機冷却器の冷却温度を所定範囲に維持するように構成した熱発生設備の冷却装置において、前記冷却媒体循環系統に設けられ前記補機冷却器を通過する冷却媒体流量を維持しつつ前記冷却塔を通過する冷却媒体流量を制限する冷却媒体流量調節手段と、前記冷却塔の出口の冷却媒体温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段によって測定された温度が規定値を超えたとき、前記冷却媒体流量調節手段に前記冷却塔を通過する冷却媒体流量の制限指令を出力する制御手段とを備え、かつ前記冷却媒体流量調節手段は、前記復水器を通過する冷却媒体流量を制限して前記冷却塔の冷却媒体通過量を減少させるようにしたことを特徴とする熱発生設備の冷却装置。
4. 前記冷却媒体流量調節手段は、前記冷却塔からの冷却媒体を前記復水器に循環させる循環ポンプであることを特徴とする請求項３記載の熱発生設備の冷却装置。
5. 前記冷却媒体流量調節手段は、前記復水器の上流側及び／又は下流側に設置され前記制御手段の指令によって作動する絞り弁であることを特徴とする請求項３記載の熱発生設備の冷却装置。
6. 前記温度検出手段は、前記補機冷却器の入口側に設置されていることを特徴とする請求項３，４又は５記載の熱発生設備の冷却装置。
7. 前記冷却媒体温度の規定値は、前記補機冷却器の冷却温度の最高値であることを特徴とする請求項３，４又は５記載の熱発生設備の冷却装置。
8. 熱発生設備の復水器と、熱発生設備の補機冷却器と、これら復水器と補機冷却器とを通過させる冷却媒体を冷却する冷却塔と、前記復水器と前記冷却塔との間に冷却媒体を循環させる第１の循環ポンプを設置した第１の冷却媒体循環系統と、前記補機冷却器と前記冷却塔との間に冷却媒体を循環させる第２の循環ポンプを設置した第２の冷却媒体循環系統とを備え、前記補機冷却器の冷却温度を所定範囲に維持するように構成した熱発生設備の冷却装置において、前記第１の循環ポンプを可変速型循環ポンプとし、かつ、前記第２の冷却媒体循環系統に設置され前記補機冷却器の入口側の冷却媒体温度を検出する温度検出手段を設けると共に、この温度検出手段によって測定された温度が規定値を超えたとき、前記補機冷却器を通過する冷却媒体流量を維持しつつ、前記可変速型循環ポンプに前記冷却塔を通過する冷却媒体通過量を減少させる制限指令を出力する制御手段とを備えたことを特徴とする熱発生設備の冷却装置。

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