JP4795794B2

JP4795794B2 - 蒸気タービンプラント

Info

Publication number: JP4795794B2
Application number: JP2006002954A
Authority: JP
Inventors: 元岡崎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2026-01-10
Also published as: JP2007182863A

Description

本発明は、原子力プラントに使用される蒸気タービンプラントに関するものである。

例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：PressurizedWaterReactor）では、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電するものである。そして、この加圧水型原子炉では、高温高圧の一次冷却水（軽水）の熱を蒸気発生器を介して二次冷却水に伝え、発生した二次冷却水の水蒸気によりタービンを駆動して発電し、復水器で冷却した後に蒸気発生器に戻している。

即ち、加圧水型原子炉における蒸気タービンプラントでは、タービンを駆動した蒸気が復水器で海水などを用いて冷却された後、復水ポンプで送り出され、脱塩装置で処理してから複数段の低圧給水加熱器により加熱される。そして、高温の給水から脱気器で溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去された後、給水ポンプで送り出され、高圧給水加熱器により加熱されてから蒸気発生器に給水される。

この場合、脱気器で除去された不純物を有する高温ガスは、ここで系外に排出されるか、または、回収ラインを通して復水器に戻され、ここで排気装置により系外に排出される。

なお、このような蒸気タービンプラントとしては、下記特許文献１に記載されている。

特開２００４−０７６６５１号公報

上述した蒸気タービンプラントでは、上述したように、復水器で冷却された復水を低圧給水加熱器で低圧タービンからの低圧抽気により加熱した後、脱気器で高圧タービンからの高圧抽気により脱気し、高圧給水加熱器で高圧タービンからの高圧抽気により再び加熱してから蒸気発生器に給水しており、熱回収効率が非常に重要となる。ところが、脱気器で脱気された不純物を有する高温ガスは、この脱気器または復水器で系外に排出されており、熱回収が不十分となって熱回収効率を低下させる要因となっている。

本発明は上述した課題を解決するものであり、熱回収効率の向上を図った蒸気タービンプラントを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１の発明の蒸気タービンプラントは、蒸気発生器で発生した蒸気によりタービンを駆動し、該タービンを駆動した蒸気が復水器で冷却された後、脱気器により不純物が除去されてから前記蒸気発生器に給水される蒸気タービンプラントにおいて、前記脱気器で脱気された不純物を含んだ蒸気を該脱気器より上流側に設けられた低圧給水加熱器に回収する回収ラインが設けられ、前記低圧給水加熱器は、前記復水器からの復水を段階的に加熱する複数の低圧給水加熱部を有し、前記回収ラインは最下流側の前記低圧給水加熱部に連結されたことを特徴とするものである。

請求項２の発明の蒸気タービンプラントでは、前記回収ラインに減圧手段が設けられたことを特徴としている。

請求項１の発明の蒸気タービンプラントによれば、蒸気発生器で発生した蒸気によりタービンを駆動し、このタービンを駆動した蒸気が復水器で冷却された後、脱気器により不純物が除去されてから蒸気発生器に給水されるように構成し、脱気器で脱気された不純物を含んだ蒸気を脱気器より上流側に設けられた低圧給水加熱器に回収する回収ラインを設けたので、脱気器で脱気された蒸気が回収ラインを通して低圧給水加熱器に回収されることとなり、ここで熱回収を行うことができ、熱回収効率を向上することができる。
また、請求項１の発明の蒸気タービンプラントによれば、低圧給水加熱器として復水器からの復水を段階的に加熱する複数の低圧給水加熱部を設け、回収ラインを最下流側の低圧給水加熱部に連結したので、脱気器で脱気された蒸気を最下流側の低圧給水加熱器に回収することとなり、脱気器からの復水とほぼ同じ圧力及び温度である復水器からの復水に戻すことで、適正に且つ効率良く熱回収を行うことができる。

請求項２の発明の蒸気タービンプラントによれば、回収ラインに減圧手段を設けたので、脱気器で脱気された蒸気を減圧手段により減圧してから低圧給水加熱器に回収することとなり、復水器からの復水に対して脱気器からの復水を適正に供給することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る蒸気タービンプラントの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施例に係る蒸気タービンプラントを表す概略構成図、図２は、本実施例の蒸気タービンプラントが適用された加圧水型原子炉を有する発電設備の概略構成図である。

本実施例の蒸気タービンプラントが適用された原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：PressurizedWaterReactor）である。

即ち、この加圧水型原子炉を有する発電設備において、図２に示すように、原子炉格納容器１１内には、加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３が格納されており、この加圧水型原子炉１２と蒸気発生器１３とは冷却水配管１４，１５を介して連結されており、冷却水配管１４に加圧器１６が設けられ、冷却水配管１５に冷却水ポンプ１７が設けられている。この場合、減速材及び一次冷却水としてとして軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器１６により１５０〜１６０気圧程度の高い圧力をかけている。従って、加圧水型原子炉１２にて、燃料として低濃縮ウランまたはＭＯＸにより一次冷却水として軽水が加熱され、高温の軽水が加圧器１６により所定の高圧に維持した状態で冷却水配管１４を通して蒸気発生器１３に送られる。この蒸気発生器１３では、高圧高温の軽水と二次冷却水としての水との間で熱交換が行われ、冷やされた軽水は冷却水配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。

蒸気発生器１３は、原子炉格納容器１１の外部に設けられたタービン１８及び復水器１９と冷却水配管２０，２１を介して連結されている。そして、タービン１８には発電機２２が接続され、復水器１９には冷却水（例えば、海水）を給排する供給管２３及び配水管２４が連結されている。従って、蒸気発生器１３にて、高圧高温の軽水と熱交換を行って生成された蒸気は、冷却水配管２０を通してタービン１８に送られ、この蒸気によりタービン１８を駆動して発電機２２により発電を行う。タービン１８を駆動した蒸気は、復水器１９で冷却された後、冷却水配管２１を通して蒸気発生器１３に戻される。

ここで、上述した加圧水型原子炉を有する発電設備の給水系について詳細に説明する。蒸気タービンプラントにおいて、図１に示すように、復水器１９から蒸気発生器１３に至る冷却水配管２１には、復水器１９側から復水ポンプ３１、グランドコンデンサ３２、復水脱塩装置３３、復水ブースタポンプ３４、４つの低圧給水加熱器（低圧ヒータ）３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ、脱気器３６が配置され、この脱気器３６は給水タンク３６ａを有している。

従って、タービン１８を駆動した蒸気は、復水器１９で海水などを用いて冷却された後、復水ポンプ３１により冷却水配管２１に送り出され、グランドコンデンサ３２により熱回収された後、復水脱塩装置３３により復水中のイオン性不純物及びクラッドが除去される。そして、復水ブースタポンプ３４により４つの低圧給水加熱器３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄに供給され、ここで復水がタービン１８を構成する低圧タービンから抽気した低圧蒸気により順に加熱され、脱気器３６にて、高温の復水から溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去される。

そして、冷却水配管２１にて、脱気器３６の下流側に、給水ブースタポンプ３７、主給水ポンプ３８、高圧給水加熱器（高圧ヒータ）３９が配置されている。

従って、脱気器３６で不純物が除去された復水は、給水タンク３６ａから給水ブースタポンプ３７及び主給水ポンプ３８により高圧給水加熱器３９に供給され、ここで復水がタービン１８を構成する高圧タービンから抽気した高圧蒸気により加熱された後、蒸気発生器１３に供給される。

また、脱気器３６には、ここで脱気された不純物を含んだ蒸気を復水器１９に回収する蒸気回収配管４１が設けられている。即ち、この脱気器３６では、高圧タービンから抽気した高圧蒸気により復水を加熱することで、不純物を蒸気と共に気化させることで分離しており、この不純物を含んだ蒸気を蒸気回収配管４１を通して復水器１９に回収している。なお、図示しないが、この復水器１９は、真空ポンプ（または、エジェクタ）により内部が負圧状態（好適には、真空状態）で維持されており、この不純物が真空ポンプの吸引力により系外に排出される。

そして、この脱気器３６から復水器１９に連結されている蒸気回収配管４１に開閉弁４２とオリフィス４３が設けられており、このオリフィス４３により脱気器３６から復水器１９に回収する蒸気量を調整すると共に、その圧力を減圧している。

従って、脱気器３６にて、復水が高圧タービンから抽気した高圧蒸気により加熱されることで、不純物が蒸気と共に気化して分離されると、この不純物が除去された復水が給水タンク３６ａに貯留された後、冷却水配管２１を通して蒸気発生器１３に供給される。一方、復水から分離された不純物を含んだ蒸気は、この脱気器３６に溜まり、開閉弁４２を開放すると、蒸気回収配管４１を通して復水器１９に回収され、この蒸気がオリフィス４２を通過することでその流量が調整されると共に減圧される。そして、復水器１９にて、蒸気回収配管４１を通して回収された不純物が系外に排出される。

また、本実施例では、脱気器３６で脱気された蒸気を最下流側の低圧給水加熱器３５ｄに戻す回収ラインとしての蒸気戻し配管４４が設けられている。即ち、この脱気器３６では、高圧タービンから抽気した高圧蒸気により復水を加熱することで、不純物を蒸気と共に気化させることで分離しており、この不純物を含んだ蒸気を蒸気戻し配管４４を通して低圧給水加熱器３５ｄに戻すことで、熱回収を行っている。

そして、この脱気器３６から低圧給水加熱器３５ｄに連結されている蒸気戻し配管４４にオリフィス４５が設けられており、このオリフィス４５により脱気器３６から低圧給水加熱器３５ｄに戻す蒸気量を調整すると共に、その圧力を減圧している。

従って、脱気器３６にて、復水が高圧タービンから抽気した高圧蒸気により加熱されることで、不純物が蒸気と共に気化して分離されると、この不純物が除去された復水が給水タンク３６ａに貯留された後、冷却水配管２１を通して蒸気発生器１３に供給される。一方、復水から分離された不純物を含んだ蒸気は、開閉弁４２の開閉状態に拘らず蒸気戻し配管４４を通して低圧給水加熱器３５ｄに戻される。このとき、この蒸気はオリフィス４５を通過することでその流量が調整されると共に減圧され、低圧給水加熱器３５ｄでは適正に熱回収が行われる。

ここで、脱気器３６で発生した蒸気を蒸気戻し配管４４により低圧給水加熱器３５ｄに戻すことで回収される熱効率について説明する。例えば、所定のプラントにて、脱気器３６へ供給する高圧タービンからの抽気量Ｇ１＝２６０ｔ／ｈとすると、脱気器３６での蒸気量Ｇ２は、抽気量Ｇ１の０．２５％であり、エンタルピＨ＝７７４．２ｋＪ／ｋｇとすると、脱気器３６での蒸気から回収できる熱量Ｂ−ＭＷＴは、下記数式により求めることができる。なお、３６００は、時間（６０×６０秒）であり、ｈからｓへの単位換算値である。また、１０００は、熱量の単位をｋＷからＭＷにするための換算値である。
Ｂ-ＭＷＴ＝Ｇ１×０．００２５×Ｈ／（３６００×１０００）
＝１．４×１０^-1ＭＷ
従って、ＰＷＲプラントの熱出力Ｐ-ＭＷＴ＝１６５０ＭＷとすると、熱効率は下記数式のようになる。
熱効率Ｂ-ＭＷＴ／Ｐ-ＭＷＴ＝８．５×１０^-3％

プラントによりエンタルピ、流量、ＰＷＲプラントの熱出力などに違いがあるものの、脱気器３６での蒸気量Ｇ２を抽気量Ｇ１の０．２５％と設定した場合、熱効率は、８〜１０×１０^-6％上昇するものと考えられる。この場合、低圧給水加熱器３５ｄで回収される熱出力はプラント全体の熱出力に対して小さいが、プラントの運用を考えた場合、プラントとして余裕分が発生するため、各種機器のトラブルに対して僅かでも熱効率を上昇させることはプラントとして望ましく、脱気器３６から蒸気戻し配管４４により低圧給水加熱器３５ｄに蒸気を戻すことで熱回収することは、プラントの熱効率を上昇させる点で非常に有効的である。

このように本実施例の蒸気タービンプラントにあっては、蒸気発生器１３で発生した蒸気によりタービン１８を駆動し、このタービン１８を駆動した蒸気が復水器１９で冷却された後、脱気器３６により不純物が除去されてから蒸気発生器１３に給水されるように構成し、脱気器３６で脱気された不純物を含んだ蒸気を脱気器３６より上流側に設けられた低圧給水加熱器３５ｄに戻す蒸気戻し配管４４を設けている。

従って、脱気器３６で脱気された不純物を含んだ蒸気が蒸気戻り配管４４を通して低圧給水加熱器３５ｄに回収されることとなり、低圧給水加熱器３５ｄでは、戻された蒸気により熱回収を行うことができ、熱回収効率を向上することができる。

また、本実施例の蒸気タービンプラントでは、蒸気戻り配管４４にオリフィス４５を設けている。従って、脱気器３６で脱気された蒸気をオリフィス４５により減圧してから低圧給水加熱器３５ｄに戻すこととなり、復水器１９からの復水に対して脱気器３６からの復水を適正に供給することができる。

更に、本実施例の蒸気タービンプラントでは、複数の低圧給水加熱器３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄを設け、蒸気戻り配管４４を最下流側に設けられた低圧給水加熱器（低圧給水加熱部）３５ｄに連結している。従って、脱気器３６で脱気された蒸気を、ほぼ同じ圧力及び温度である最下流側の低圧給水加熱器３５ｄに戻すこととなり、蒸気の温度差による振動の発生を抑制することができると共に、蒸気を適正に回収して熱効率を向上することができる。

なお、上述した実施例では、蒸気戻り配管４４を最下流側の低圧給水加熱器３５ｄに連結したが、別の低圧給水加熱器３５ａ，３５ｂ，３５ｃであってもよい。

また、蒸気戻り配管４４にオリフィス４５を設けたが、このオリフィス４５の数は２つ以上であってもよい。

本発明に係る蒸気タービンプラントは、脱気器から低圧給水加熱器への回収ラインの設けることで熱回収効率を向上させるものであり、いずれの種類の蒸気タービンプラントにも適用することができる。

本発明の一実施例に係る蒸気タービンプラントを表す概略構成図である。本実施例の蒸気タービンプラントが適用された加圧水型原子炉を有する発電設備の概略構成図である。

符号の説明

１２加圧水型原子炉
１３蒸気発生器
１８タービン
１９復水器
２１冷却水配管
２２発電機
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ低圧給水加熱器
３６脱気器
３９高圧給水加熱器
４１蒸気回収配管
４２開閉弁
４３オリフィス
４４蒸気戻し配管（回収ライン）
４５オリフィス

Claims

蒸気発生器で発生した蒸気によりタービンを駆動し、該タービンを駆動した蒸気が復水器で冷却された後、脱気器により不純物が除去されてから前記蒸気発生器に給水される蒸気タービンプラントにおいて、前記脱気器で脱気された不純物を含んだ蒸気を該脱気器より上流側に設けられた低圧給水加熱器に回収する回収ラインが設けられ、前記低圧給水加熱器は、前記復水器からの復水を段階的に加熱する複数の低圧給水加熱部を有し、前記回収ラインは最下流側の前記低圧給水加熱部に連結されたことを特徴とする蒸気タービンプラント。
請求項１に記載の蒸気タービンプラントにおいて、前記回収ラインに減圧手段が設けられたことを特徴とする蒸気タービンプラント。