JP4889552B2 - 発電設備の運用方法 - Google Patents

Description

本発明は、深夜起動停止中の発電設備の運用方法に関する。

図２に示すように、火力発電所などの発電設備１００にあっては、ボイラ１で高温・高圧の蒸気を生成し、その蒸気の力で蒸気タービン２を回転させるとともに、その回転力を利用して発電機３を作動させることにより、発電を行っている。そして、仕事を終えて低温・低圧となった蒸気を復水器４で冷却凝縮して水（復水）に戻し、これを再びボイラ１に戻している（例えば、特許文献１〜４参照）。このようなサイクル中において、復水器４の内部は、熱交換効率の向上などの観点から、真空状態に保持されている。なお、同図に示す発電設備１００には、後述するように、低圧給水加熱器９、ドレンクーラ１０、復水器高水位調整弁５０、復水器水位調整弁５１などが設けられている。

ところで、発電設備１００における停止モードには、深夜起動停止（ＤＳＳ：Daily Start and Stop）モードがある。この深夜起動停止モードは、電力需要の少ない深夜にユニット（ボイラ１、蒸気タービン２などの高圧系統に属する装置）を停止させて燃料消費量の削減を図り、早朝にはユニットを再び起動させて発電設備１００の運転を再開するというものである。かかる発電設備１００にあっては、ユニットの起動時間を短縮するために、深夜起動停止中においても、復水器４の内部が真空ポンプや空気抽出器７などにより真空状態に保持され続けている。さらに、復水脱塩装置５、グランド蒸気復水器８などの低圧系統に属する各装置も待機状態に保持されており、例えば、空気抽出器７やグランド蒸気復水器８などの装置には、高温の蒸気が供給され続けている。そのため、これらの装置に復水が流れなくなると、装置が過熱された状態になり、故障等の原因となってしまう。

そこで、発電設備１００にあっては、グランド蒸気復水器８の出口と復水器４とを接続する再循環ライン６０を設けている。そして、蒸気タービン２の起動停止中には、ユニットに通じる調整弁（同図の場合には、脱気器水位調整弁３０および脱気器水位調整前弁３１）を閉じて、再循環ライン６０に設けた復水再循環弁４０を開けておき、復水を復水器４と各装置５〜８との間に循環させている。その際、従来の発電設備１００においては、復水再循環弁４０と並列に設けられたバイパス弁４１を閉じたままの状態にして、復水ポンプ２０および復水昇圧ポンプ２１をともに稼働し続けている。このように、従来の深夜起動停止モードでは、復水器４を真空状態に保持するとともに、復水器４の復水を再循環ライン６０に循環させることにより、各装置を冷却して待機状態に保持している。これにより、ユニット起動中と同等の高い水質を保持しつつ、ユニットの起動時間の短縮を図り、起動時の即応性を高めている。
特開２００３−１８４５１１号公報 特開２００３−２０６７０５号公報 特開２００４−６８６４６号公報 特開２００４−９２４０８号公報

しかしながら、従来の深夜起動停止モードにあっては、ユニット起動中と同様に、復水ポンプ２０のみならず復水昇圧ポンプ２１をも稼働し続けている。そのため、深夜起動停止時の運転コストが高くなってしまうという問題があった。

また、このような従来の深夜起動停止モードにあっては、再循環ライン６０を流れる復水の循環流量を十分に確保することができないという問題もあった。すなわち、深夜起動停止モードにおいて、復水を低圧系統の再循環ライン６０に循環させる場合には、復水を高圧系統に循環させる場合と異なり、復水昇圧ポンプ２１を停止して復水ポンプ２０のみを稼働すれば足りる。ところが、復水昇圧ポンプ２１を単に停止しただけでは、再循環弁４０が復水の抵抗となって、復水の循環流量を十分に確保することができなくなってしまう。具体的には、例えば、復水の循環流量が１３０ｔ／Ｈから５０ｔ／Ｈに減少して、グランド蒸気復水器８の最低流量（１００ｔ／Ｈ）を確保することができなくなり、前述した装置の過熱の問題が生じることとなる。

本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蒸気タービンの起動停止時において、再循環ラインを流れる復水の循環流量を十分に確保することが可能な発電設備の運用方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、ボイラと、ボイラで発生した蒸気により駆動する蒸気タービンと、蒸気タービンの駆動力により発電を行う発電機と、蒸気タービンで仕事をした蒸気を凝縮して復水にする復水器と、復水器から復水を汲み出してボイラ側に送水する復水ポンプと、復水ポンプから送水された復水の圧力を上昇させるための復水昇圧ポンプと、復水昇圧ポンプから送水された復水と蒸気タービンから供給されたグランド蒸気とを熱交換させるためのグランド蒸気復水器と、グランド蒸気復水器からボイラ側へ復水を送水するための送水ラインと、送水ラインに設けられる調整弁と、グランド蒸気復水器と復水器との間に復水を循環させるための再循環ラインと、再循環ラインに設けられる再循環弁と、を有する発電設備の運用方法であって、前記蒸気タービンの起動停止中に、前記調整弁を閉じて前記再循環弁を開くとともに、この再循環弁と並列に設けられたバイパス弁を開放し、前記復水ポンプを稼働し続ける一方で、前記復水昇圧ポンプを停止することを特徴とする。

本発明によれば、蒸気タービンの起動停止中において、復水ポンプを稼働する一方で、復水昇圧ポンプを停止することにより、これらのポンプをともに稼働し続ける従来の場合と比べて、発電設備の運転コストを削減することが可能となる。また、復水昇圧ポンプを停止する際に、再循環弁およびバイパス弁をともに開放することにより、再循環ラインを流れる復水の循環流量を十分に確保することも可能となる。

本発明によれば、蒸気タービンの起動停止時において、再循環ラインを流れる復水の循環流量を十分に確保することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態における発電設備１００を示す図である。同図に示す発電設備１００は、ボイラ１、蒸気タービン２、発電機３、復水器４、復水脱塩装置５、復水熱交換器６、空気抽出器７、グランド蒸気復水器８、低圧給水加熱器９、ドレンクーラ１０、脱気器１１、復水タンク１２、復水ポンプ２０、復水昇圧ポンプ２１、脱気器水位調整弁３０、脱気器水位調整前弁３１、再循環弁４０、バイパス弁４１、復水器高水位調整弁５０、復水器水位調整弁５１を備えている。

ボイラ１は、水を蒸発させて高温・高圧の蒸気を生成する蒸発器である。蒸気タービン２は、ボイラ１で発生した蒸気により回転駆動する装置である。発電機３は、蒸気タービン２の回転駆動により発電を行う装置である。

復水器４は、海水と蒸気タービン２から排出された蒸気とを熱交換させて、この蒸気を凝縮して水（復水）に戻す凝縮器である。復水脱塩装置５は、復水に含まれているアンモニア、鉄、銅、シリカなどの不純物を除去するための装置であり、その内部にイオン交換樹脂が備えられている。復水熱交換器６は、復水と蒸気タービン２の軸受け冷却水として使用された水とを熱交換させて、復水の温度を上昇させる装置であり、具体的には、軸受冷却水戻り側の水が保有する熱量を復水に熱回収する機能を有する。空気抽出器７は、蒸気噴流によるジェット作用によって復水から空気を抽出して、復水器４の真空状態を保持するための装置である。但し、復水器４の真空状態を保持する際に、真空ポンプを使用する場合には、空気抽出器７は不要である。グランド蒸気復水器８は、蒸気タービン２のグランドシール部をシールするために使用したシール蒸気（グランド蒸気）を空気とともに回収し、復水とこの混合ガスとを熱交換させて、復水の温度を上昇させる装置である。

低圧給水加熱器９は、復水と蒸気タービン２から抽出された低圧の蒸気（タービン抽気）とを熱交換させて、復水の温度を上昇させる装置である。ドレンクーラ１０は、復水と低圧給水加熱器９においてタービン抽気が冷却されて生成されたドレンとを熱交換させて、復水の温度を上昇させるとともに、このドレンを冷却するための装置である。また、脱気器１１は、復水から空気を除去するための装置であり、グランド蒸気復水器８からボイラ１側への送水ライン中に設けられる。なお、復水タンク１２は、復水器４の補給水を貯留するための装置であり、グランド蒸気復水器８を通過した復水の一部を補給水として貯留するものである。

復水ポンプ２０は、復水器４から復水を汲み出して脱気器１１およびボイラ１１側に送水するポンプである。復水昇圧ポンプ２１は、復水ポンプ２０から送水された復水の圧力をさらに上昇させるためのポンプである。脱気器水位調整弁３０は、前述した送水ラインに設けられ脱気器１１への復水の供給を制御する調整弁の一種であり、脱気器１１のレベル（復水量）に応じて弁（図１の場合には電動弁）が開閉するように制御されている。なお、この脱気器水位調整弁３０は、ＤＳＳ期間中は全閉状態になっている。脱気器水位調整前弁３１は、復水漏れを防止するために脱気器水位調整弁３０の前方に設けられる調整弁である。再循環弁４０は、グランド蒸気復水器８と復水器４との間に復水を循環させるために再循環ライン６０に設けられる弁である。そして、脱気器水位調整弁３０が全閉状態になると送水ラインを流れる復水の流量が低下し、再循環弁４０は、この復水の流量の低下に伴って、自動的に開くように制御されている。より具体的には、送水ラインを流れる復水の流量が２５０ｔ／Ｈ以上の場合には、再循環弁４０が全閉状態となり、この復水の流量が１００ｔ／Ｈ以下の場合には、再循環弁４０が全開状態となるように自動制御されている。このようにして、再循環ライン６０を流れる復水の循環流量が十分に確保されるようになっている。

バイパス弁４１は、再循環ライン６０に対して再循環弁４０と並列に設けられたバイパス弁であり、本来、再循環弁４０の開閉が不調の場合に、再循環ライン６０にバイパスを形成して、この再循環ライン６０に復水を循環させるためのものである。

なお、復水器高水位調整弁５０は、グランド蒸気復水器８と復水タンク１２との間のライン中に設けられる弁であり、グランド蒸気復水器８から復水タンク１２へ供給される復水の流量を調節するものである。具体的には、復水器４のレベル（復水量）が上昇すれば、復水器高水位調整弁５０がこれに応じて開き、グランド蒸気復水器８から復水タンク１２へ復水が戻るようになっている。

一方、復水器水位調整弁５１は、復水タンク１２と復水器４との間のライン中に設けられる弁であり、復水タンク１２から復水器４へと供給される補給水の流量を調節し、復水器４の水位を調整するためのものである。

このような発電設備１００にあっては、前述した深夜起動停止モードにおいて、復水の循環経路が、高圧系統の送水ラインから低圧系統の再循環ライン６０に切り替わり、この再循環ライン６０を復水が循環するようになる。

すなわち、蒸気タービン２の深夜起動停止中においては、脱気器水位調整弁３０および脱気器水位調整前弁３１を閉じて、再循環弁４０およびバイパス弁４１を開く。なお、同図に示す実施形態の場合には、脱気器水位調整前弁３１が閉じると、再循環弁４０がこれに連動して自動的に開くように制御されている。但し、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、再循環弁４０の開閉を脱気器水位調整前弁３１の開閉に連動させることなく、手動で行うように構成したものであってもよい。

これにより、前述した送水ライン側への復水の供給が停止し、この送水ラインに設けられている低圧給水加熱器９、ドレンクーラ１０、脱気器１１に復水が流れなくなる。そして、復水器４からボイラ１への復水の供給が停止する。また、復水器水位調整弁５１を開放したままの状態で、復水器高水位調整弁５０を閉じる。その結果、復水タンク１２から復水器４への復水の供給が継続する一方で、グランド蒸気復水器８から復水タンク１２への復水の供給が停止する。このようにして、復水の循環経路が、高圧系統の送水ラインから低圧系統の再循環ライン６０に切り替わり、復水がこの再循環ライン６０を循環するようになる。

その上で、復水ポンプ２０を稼働し続けたままにして、復水昇圧ポンプ２１を停止し、復水ポンプ２０のみの稼働力によって再循環ライン６０に復水を循環させる。このようにすれば、復水を再循環ライン６０に循環させる際に復水ポンプ２０および復水昇圧ポンプ２１をともに稼働し続ける場合と比べて、発電設備１００の運転コストを削減することが可能となる。また、復水昇圧ポンプ２１を停止する際に再循環弁４０およびバイパス弁４１をともに開放することにより、再循環弁４０による復水の抵抗が大幅に解消されるので、再循環ライン６０を流れる復水の循環流量を十分に確保することも可能となる。具体的には、再循環ライン６０を流れる復水の循環流量が、空気抽出器７およびグランド蒸気復水器８の最低流量（１００ｔ／Ｈ）を超えた状態で保持されるようになる。

本実施形態の発電設備におけるＤＳＳ中の運転状況を示す図である。 従来の発電設備におけるＤＳＳ中の運転状況を示す図である。

符号の説明

４ 復水器
５ 復水脱塩装置
６ 復水熱交換器
７ 空気抽出器
８ グランド蒸気復水器
２０ 復水ポンプ
２１ 復水昇圧ポンプ
３０ 脱気器水位調整弁
３１ 脱気器水位調整前弁
４０ 再循環弁
４１ バイパス弁
５０ 復水器高水位調整弁
５１ 復水器水位調整弁
６０ 再循環ライン
１００ 発電設備

Claims (1)

1. ボイラと、ボイラで発生した蒸気により駆動する蒸気タービンと、蒸気タービンの駆動力により発電を行う発電機と、蒸気タービンで仕事をした蒸気を凝縮して復水にする復水器と、復水器から復水を汲み出してボイラ側に送水する復水ポンプと、復水ポンプから送水された復水の圧力を上昇させるための復水昇圧ポンプと、復水昇圧ポンプから送水された復水と蒸気タービンから供給されたグランド蒸気とを熱交換させるためのグランド蒸気復水器と、グランド蒸気復水器からボイラ側へ復水を送水するための送水ラインと、送水ラインに設けられる調整弁と、グランド蒸気復水器と復水器との間に復水を循環させるための再循環ラインと、再循環ラインに設けられる再循環弁と、を有する発電設備の運用方法であって、
   前記蒸気タービンの起動停止中に、前記調整弁を閉じて前記再循環弁を開くとともに、この再循環弁と並列に設けられたバイパス弁を開放し、前記復水ポンプを稼働し続ける一方で、前記復水昇圧ポンプを停止することを特徴とする発電設備の運用方法。

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