JP5025497B2

JP5025497B2 - 蒸気有効利用システム

Info

Publication number: JP5025497B2
Application number: JP2008002410A
Authority: JP
Inventors: 隆前本
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2028-01-09
Also published as: JP2009162182A

Description

本発明は、火力発電プラントにおいて、ボイラーから発生した蒸気を有効に利用するためのシステムに関する。

一般に、火力発電プラントにおいては、ボイラーで発生した蒸気を蒸気タービン（以下単にタービンと呼ぶ）供給して、タービンを駆動し発電を行っている。ここで、図４を参照して、火力発電所で用いられる火力発電プラントについて説明する。図示の火力発電プラント１０は、１号機１２〜３号機１４を有しており、１号機１２〜３号機１４は同一の機器を有しているため、図４においては、２号機１３及び３号機１４の構成は省略されている。

図示の火力発電プラント１０では、燃料として、例えば、重油を用いており、重油をボイラー１１で燃焼させて水を加熱して蒸気を発生させている。ボイラー１１で発生した蒸気は、主蒸気管１５を介して１号機１２〜３号機１４に供給される。ボイラー１１の出口において、主蒸気管１５には、ボイラー蒸気出口弁１６が備えられており、このボイラー蒸気出口弁１６によってボイラー１１からの蒸気の供給及び停止が行われる。

ここで、１号機１２に注目すると、１号機１２は左主蒸気止弁（左ＭＳＶ）１７及び右主蒸気止弁（右ＭＳＶ）１８と蒸気加減弁１９とを有しており、左主蒸気止弁１７及び右主蒸気止弁１８は蒸気タービン（高圧タービン：以下単にタービンと呼ぶ）２０に対して蒸気の供給と停止を行うものであり、蒸気加減弁１９はタービン２０に対する蒸気の圧力及び流量の調整を行うものである。蒸気加減弁１９から蒸気がタービン２０に与えられ、タービン２０が駆動されることになる。

左主蒸気止弁１７は左主蒸気止弁上部ドレン弁２１を介してタービンフラッシュパイプ２２に接続され、右主蒸気止弁１８は右主蒸気止弁上部ドレン弁２３を介してタービンフラッシュパイプ２２に接続されている。さらに、左主蒸気止弁１７は、左主蒸気止弁下部シートドレン弁２４を介してコンデンサ（凝縮器）２６に接続され、右主蒸気止弁１８は、右主蒸気止弁下部シートドレン弁２５を介してコンデンサ２６に接続されている。なお、図示はしないが、２号機１３及び３号機１４も１号機１２と同様に構成されている。

ところで、上述の火力発電プラント１０においては、重油などを予熱して流動性を高めるため等のために、所謂補助蒸気が用いられる。そして、この補助蒸気は主蒸気管１５から抽出される。

図示の例では、ボイラー蒸気出口弁１６とボイラー１１との間において、補助蒸気供給管２７ａを介して１号機第１補助蒸気ヘッダ２７が接続され、この１号機第１補助蒸気ヘッダ２７には１号機第２補助蒸気ヘッダ２８が接続されている。そして、１号機第２補助蒸気ヘッダ２８には予熱を要する機器（例えば、蒸気発生器２９、サービスタンクヤード補助蒸気ヘッダ（サービス補助蒸気ヘッダ）３０、貯蔵タンクヤード補助蒸気ヘッダ（貯蔵補助蒸気ヘッダ）３１、グランド蒸気供給器（供給器）３２、及び復水器空気抽出器（抽出器）３３）が接続され、補助蒸気が供給される。

また、１号機第１補助蒸気ヘッダ２７はウォーミングアップ蒸気出口弁（出口弁）３４を介して、ウォーミングアップ配管３５に接続され、このウォーミングアップ配管３５は、タービン２０に接続されるとともに、ウォーミングアップを要する機器（例えば、抽気管３６、ベンチレータ弁３７、ブローダウン弁３８、低温再熱蒸気管３９、及び再熱器４０）に接続されている。

タービン２０を起動する際には、ボイラー１１で重油が燃焼され、これによってボイラー１１で発生した蒸気がタービン２０に供給されることになるが、主蒸気温度及び圧力が所定の温度及び圧力（例えば、温度５００℃、圧力３．４ＭＰａ）に達するまで、タービン２０には蒸気は供給されない。

つまり、起動時にはボイラー蒸気出口弁１６は開くが、左主蒸気止弁１７及び右主蒸気止弁１８は閉止された状態である。一方、タービン２０、及びウォーミングアップを要する機器に、突然高温高圧の蒸気が供給されないように、抽出器３３の出口弁を開いて、ウォーミングアップ配管３５を介して蒸気（ウォーミングアップ蒸気）をタービン２０及びウォーミングアップを要する機器に与えて、徐々加温する。

そして、主蒸気の温度及び圧力が所定の温度及び圧力となると、左主蒸気止弁１７及び右主蒸気止弁１８を開くとともに、抽出器３３の出口弁を閉じてタービン２０に主蒸気を供給し、タービン２０を駆動する。

なお、前述のように、１号機第２補助蒸気ヘッダ２８から予熱を要する機器に主蒸気管１５から抽出された補助蒸気が供給される。また、ボイラー蒸気出口弁１６の下流において、主蒸気管１５には、２号機補助蒸気ヘッダ４１及び３号機補助蒸気ヘッダ４２が接続されて、補助蒸気が抽出され、２号機及び３号機に係る予熱を要する機器に補助蒸気が補給される。

駆動中のタービン２０を停止させる際には、ボイラー１１の燃焼を停止するとともに、ボイラー蒸気出口弁１６と左主蒸気止弁１７及び右主蒸気止弁１８とを閉止する。さらに、左主蒸気止弁上部ドレン弁２１、右主蒸気止弁上部ドレン弁２３と、左主蒸気止弁下部シートドレン弁２４、右主蒸気止弁下部シートドレン弁２５を全開状態として、タービンフラッシュパイプ２２及びコンデンサ２６に対して、主蒸気管１５内の蒸気の排出を行う。コンデンサ２６に排出された蒸気は復水されることになり、タービンフラッシュパイプ２２に排出された蒸気は、ここから屋外に排出される。

ところで、発電効率を向上するため、蒸気タービンの回転駆動に使用した使用済みの蒸気を、復水器で冷却凝縮して復水とし、復水をタービン油冷却器等に供給して、タービン油冷却器によって、タービン油３を冷却した使用済みの温度上昇した冷却水を、ボイラーに供給するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３６５３５号公報

上述の火力発電プラントにおいては、駆動中のタービン２０を停止した後においても、ボイラー蒸気出口弁１６の下流において、主蒸気管１５には高温高圧の蒸気（例えば、温度５５０℃、圧力１５．５ＭＰａ（停止直後））の蒸気が滞留している。このため、前述したように、タービンフラッシュパイプ２２及びコンデンサ２６を用いて、この滞留蒸気を排出するようにしている。

しかしながら、タービン２０を停止した直後において、主蒸気管１５内に滞留する蒸気は高温であり、このような蒸気を屋外に排出するなどして捨ててしまうことは、エネルギーコスト上大変無駄なことである。つまり、この滞留蒸気を、熱源として用いることができれば、エネルギーコスト上大変有利である。

本発明は、主蒸気管に滞留する蒸気を有効に利用することのできる蒸気有効利用システムを提供することを目的とする。

（１）本発明は、燃料の燃焼によって蒸気を発生させるボイラーと、前記ボイラーからの蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記ボイラーと前記蒸気タービンとの間に配置され前記ボイラーからの蒸気を主蒸気として前記蒸気タービンに与えるための主蒸気管と、前記ボイラー近傍に配置され前記主蒸気管への停止するボイラー出口弁と、前記主蒸気の前記蒸気タービンへの供給を停止するためのタービン蒸気止弁とを有する火力発電プラントで用いられ、前記蒸気タービンを停止した際に前記主蒸気管に滞留する主蒸気を有効利用するための蒸気有効利用システムであって、前記ボイラー出口弁が開かれた際予熱を必要とする機器に前記主蒸気から抽出された補助蒸気を供給する補助蒸気供給管と、前記ボイラー出口弁及び前記タービン蒸気止弁が閉じられて前記蒸気タービンを停止した際に、前記主蒸気管に滞留する主蒸気を回収する回収パイプラインと、前記回収パイプラインに備えられた蒸気供給止弁とを有し、前記ボイラー出口弁及び前記タービン蒸気止弁が閉じられて前記蒸気タービンを停止した際、前記蒸気供給止弁が開かれて、前記主蒸気管に滞留する主蒸気を補助蒸気として前記回収パイプラインによって前記予熱を必要とする機器に供給するようにしたことを特徴とするものである。

（１）に記載の蒸気有効利用システムでは、蒸気タービンを停止した際に、主蒸気管に滞留する蒸気を排出することなく、回収パイプラインを介して予熱を必要とする機器に供給しているので、蒸気タービンの停止中にも関わらず、予熱を必要とする機器の予熱を行うことができる。そして、このようにして予熱を必要とする機器を予熱するようにすれば、蒸気タービンの再起動の際に、速やかな再起動を行うことができるばかりでなく、補助蒸気を得るために、ボイラーを稼動する必要がなくなり、重油等の燃料を削減するねことができる。

（２）本発明は、（１）に記載の蒸気有効利用システムにおいて、前記火力発電プラントは、前記主蒸気管に滞留した主蒸気を排出するドレン管と、該ドレン管に備えられたドレン弁とを有し、前記回収パイプラインは前記ドレン弁の近傍でかつ上流側で前記ドレン管に接続されていることを特徴とするものである。

（２）に記載の蒸気有効利用システムでは、回収パイプラインを、ドレン弁の近傍でかつ上流側でドレン管に接続するようにしたので、有効に主蒸気管に滞留する主蒸気を回収することができる。

（３）本発明は、（２）に記載の蒸気有効利用システムにおいて、前記主蒸気管に滞留する主蒸気の温度及び圧力が予め規定された温度及び圧力以下となった際、前記蒸気供給止弁を閉じて、前記ドレン弁を開くようにしたことを特徴とするものである。

（３）に記載の蒸気有効利用システムでは、主蒸気管に滞留する主蒸気の温度及び圧力が予め規定された温度及び圧力以下となるまで、予熱を必要とする機器を予熱するようにしたので、主蒸気管に滞留する主蒸気を有効の利用することができる。

（４）本発明は、（１）〜（３）のいずれかに記載の蒸気有効利用システムにおいて、前記火力発電プラントは、ウォーミングアップを必要とする機器及び前記蒸気タービンに前記主蒸気管内の蒸気をウォーミングアップ蒸気として供給するウォーミングアップ配管と、前記ウォーミングアップ配管に備えられたウォーミングアップ蒸気出口弁とを有し、前記タービン蒸気止弁が開かれるまで前記ウォーミングアップ蒸気出口弁を開とするとともに、前記蒸気供給止弁を開状態として前記回収パイプラインを介して前記予熱を必要とする機器に前記ウォーミングアップ蒸気を供給するようにしたことを特徴とするものである。

（４）に記載の蒸気有効利用システムでは、回収パイプラインによってウォーミングアップ蒸気を予熱を必要とする機器に供給するようにしたので、予熱を必要とする機器を早期に所定の温度にすることができる。

以上のように、本発明によれば、蒸気タービンを停止した際に、主蒸気管に滞留する蒸気を排出することなく、回収パイプラインを介して予熱を必要とする機器に供給しているので、蒸気タービン停止後に主蒸気管に滞留する蒸気を有効に利用することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態による蒸気有効利用システムの一例について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態による蒸気有効利用システムが用いられた火力発電プラントの一例を示す図であり、図１において図４に示す火力発電プラントと同一の構成要素については同一の参照番号が付し、説明を省略する。

図１において、左主蒸気止弁１７とタービンフラッシュパイプ（ドレンパイプ）２２とを連結するドレン配管５０と、右主蒸気止弁１８とタービンフラッシュパイプ（ドレンパイプ）２２とを連結するドレン配管５１には、左主蒸気止弁上部ドレン弁２１及び右主蒸気止弁上部ドレン弁２３の手前において回収パイプライン（回収配管）５２が接続されており、この回収パイプライン５２には、補助蒸気供給止弁５３及び補助蒸気圧力調整弁５４が備えられている。

そして、図示の例では、回収パイプライン５２は１号機第２補助蒸気ヘッダ２８に接続されている。また、必要に応じて、回収パイプライン５２を２号機補助蒸気ヘッダ４１及び３号機補助蒸気ヘッダ４２に接続するようにしてもよい。

ここで、図２も参照して、いま、ボイラー１１からタービン２０に蒸気が供給され、タービン２０が駆動中であるとする（つまり、発電が行われている）。このような状況下で、タービン２０を停止させる事態が生じた場合には（ステップＳ１）、ボイラー１１の燃焼を停止するとともに、ボイラー蒸気出口弁１６と左主蒸気止弁１７及び右主蒸気止弁１８とを閉止する（第１の閉弁動作：ステップＳ２）。これによって、タービン２０には蒸気が供給されなくなって、タービンが停止する（ステップＳ３）。

一方、ボイラー蒸気出口弁１６、左主蒸気止弁１７、右主蒸気止弁１８を閉弁した際には、主蒸気管１５には蒸気が滞留することなる。前述のように、従来においては、主蒸気管１５に滞留する蒸気は、コンデンサ２６で復水されるか及び／又はタービンフラッシュパイプ２２において屋外に排出されるが、本実施の形態では、主蒸気管１５に滞留する蒸気を、予熱を必要とする機器の予熱に用いることとする。

前述したように、タービン２０を停止した後、補助蒸気供給止弁５３が開弁される（第１の開弁動作：ステップＳ４）、これによって、主蒸気管１５に滞留する蒸気（一般に、タービン２０の停止直後においては、蒸気温度は５５０℃、蒸気圧力１５．５ＭＰａである）が補助蒸気として回収パイプライン５２に流れる。この補助蒸気は、補助蒸気圧力調整弁５４によって圧力調整された後、１号機第２補助蒸気ヘッダ２８等に供給される（補助蒸気供給：ステップＳ５）。

なお、回収パイプライン５２が２号機補助蒸気ヘッダ４１及び３号機補助蒸気ヘッダ４２に接続されている際には、補助蒸気は、２号機補助蒸気ヘッダ４１及び３号機補助蒸気ヘッダ４２にも供給されることになる。

これによって、ボイラー１１から主蒸気管１５への蒸気の供給が停止されても、主蒸気管１５に滞留する多量の蒸気が、回収パイプライン５２を介して、補助蒸気として１号機第２補助蒸気ヘッダ２８等に供給されることになって、予熱を必要とする機器（例えば、蒸気発生器２９、サービスタンクヤード補助蒸気ヘッダ３０、貯蔵タンクヤード補助蒸気ヘッダ３１、グランド蒸気供給器３２、及び復水器空気抽出器３３）に補助蒸気が与えられ、タービン２０の停止中にも関わらず、予熱を必要とする機器の予熱を行うことができる。

従って、短時間のタービン停止であれば、主蒸気管１５に滞留する蒸気によって、予熱を必要とする機器の予熱を行うことができ、補助蒸気を得るために、ボイラー１１を稼動する必要がなくなり、重油等の燃料を削減できる。そして、二酸化炭素等の排ガス量も削減することができる。特に、頻繁に稼動・停止を繰り返す火力発電プラントにおいては、燃料削減効果が大きい。

なお、補助蒸気としては、蒸気温度２４０℃、蒸気圧力１．４ＭＰａとなるまで利用することができる。つまり、主蒸気管１５に滞留する主蒸気の温度及び圧力がそれぞれ予め規定された温度及び圧力である２４０℃及び１．４ＭＰａとなると、補助蒸気供給止弁５３が閉じられ、左主蒸気止弁下部シートドレン弁２４及び右主蒸気止弁下部シートドレン弁２５が開かれて、主蒸気管１５に滞留する蒸気が排出される。

上述のようにして、タービン２０を停止した後、タービン２０を再起動する際には（ステップＳ６）、まず、補助蒸気供給止弁５３が閉弁される（第２の閉弁動作：ステップＳ７）、その後、ボイラー１１で重油を燃焼し、蒸気を発生させる（ステップＳ８）。そして、ボイラー蒸気出口弁１６を開弁する（第２の開弁動作：ステップＳ９）。

続いて、主蒸気管１５内の主蒸気温度及び圧力が所定の温度及び圧力（例えば、温度５００℃、圧力３．４ＭＰａ）に達したか否かを監視し（ステップＳ１０）、主蒸気温度及び圧力が所定の温度に達していないと（つまり、主蒸気温度及び圧力が所定に温度に達するまで）、抽出器３３の出口弁を開いて（第３の開弁動作：ステップＳ１１）、ステップＳ１０に戻る。

抽出器３３の出口弁の開弁によって、ウォーミングアップ配管３５を介してウォーミングアップ蒸気をタービン２０及びウォーミングアップを要する機器（例えば、抽気管３６、ベンチレータ弁３７、ブローダウン弁３８、低温再熱蒸気管３９、及び再熱器４０）に与えて、徐々加温する。

ステップＳ１０において、主蒸気温度及び圧力が所定の温度に達すると、左主蒸気止弁１７及び右主蒸気止弁１８が開弁して（第４の開弁動作：ステップＳ１２）、タービン２０に主蒸気を供給し、タービン２０を駆動させる（ステップＳ１３）。その後、抽出器３３の出口弁３を閉じて（第３の閉弁動作：ステップＳ１４）、ウォーミングアップ蒸気の供給を停止する。

なお、上述の説明では、タービン２０の再起動に際、補助蒸気供給止弁５３を閉弁する例について説明したが、ウォーミングアップ期間中、補助蒸気供給止弁５３を開弁するようにしてもよい。このようにすれば、回収パイプライン５２を通って１号機第２補助蒸気ヘッダ２８等にウォーミングアップ蒸気を供給することができ、予熱を必要とする機器を効果的に予熱することができる。そして、ウォーミングアップ期間を過ぎると、つまり、主蒸気温度及び圧力が所定の温度に達すると、補助蒸気供給止弁５３を閉弁することになる。

さらに、図２で説明した各ステップを制御装置によって行わせるようにしてもよい。図３に示すように、制御装置６０には、タービン停止指令又はタービン駆動指令が与えられる。また、制御装置６０には、主蒸気管１５内の蒸気温度を検知する温度センサ６１及び蒸気圧力を検知する圧力センサ６２が接続されている。

さらに、制御装置６０によって、ボイラー蒸気出口弁１６、左主蒸気止弁１７、右主蒸気止弁１８、補助蒸気供給止弁５３、補助蒸気圧力調整弁５４、及び抽出器３３の出口弁が開閉制御又は開度調整されることになる。つまり、制御装置６０は、タービン停止指令又はタービン駆動指令を受けると、前述のステップＳ１〜Ｓ１４を実行することになる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施例に記載されたものに限定されるものではない。

本発明の実施の形態による蒸気有効利用システムが用いられる火力発電プラントの一例を示す図である。図１に示す蒸気有効利用システムの動作を説明するためのフロー図である。図１に示す蒸気有効利用システムの制御系を示すブロック図である。従来の火力発電プラントの一例を示す図である。

符号の説明

１１ボイラー
１５主蒸気管
１６ボイラー蒸気出口弁
１７左主蒸気止弁
１８右主蒸気止弁
２０蒸気タービン（高圧タービン）
２１左主蒸気止弁上部ドレン弁
２２タービンフラッシュパイプ（ドレンパイプ）
２３右主蒸気止弁上部ドレン弁
５０，５１ドレン配管
５２回収パイプライン
５３補助蒸気供給止弁
５４補助蒸気圧力調整弁

Claims

燃料の燃焼によって蒸気を発生させるボイラーと、前記ボイラーからの蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記ボイラーと前記蒸気タービンとの間に配置され前記ボイラーからの蒸気を主蒸気として前記蒸気タービンに与えるための主蒸気管と、前記主蒸気管に備えられ前記ボイラー近傍に配置されたボイラー出口弁と、前記主蒸気の前記蒸気タービンへの供給を停止するためのタービン蒸気止弁とを有する火力発電プラントで用いられ、前記蒸気タービンを停止した際に前記主蒸気管に滞留する主蒸気を有効利用するための蒸気有効利用システムであって、
前記ボイラー出口弁が開かれた際予熱を必要とする機器に前記主蒸気管から抽出された補助蒸気を供給する補助蒸気供給管と、
前記ボイラー出口弁及び前記タービン蒸気止弁が閉じられて前記蒸気タービンを停止した際に、前記主蒸気管に滞留する主蒸気を回収する回収パイプラインと、
前記回収パイプラインに備えられた蒸気供給止弁とを有し、
前記ボイラー出口弁及び前記タービン蒸気止弁が閉じられて前記蒸気タービンを停止した際、前記蒸気供給止弁が開かれて、前記主蒸気管に滞留する主蒸気を補助蒸気として前記回収パイプラインによって前記予熱を必要とする機器に供給するようにしたことを特徴とする蒸気有効利用システム。
前記火力発電プラントは、前記主蒸気管に滞留した主蒸気を排出するドレン管と、該ドレン管に備えられたドレン弁とを有し、
前記回収パイプラインは前記ドレン弁の近傍でかつ上流側で前記ドレン管に接続されていることを特徴とする請求項１記載の蒸気有効利用システム。
前記主蒸気管に滞留する主蒸気の温度及び圧力が予め規定された温度及び圧力以下となった際、前記蒸気供給止弁を閉じて、前記ドレン弁を開くようにしたことを特徴とする請求項２記載の蒸気有効利用システム。
前記火力発電プラントは、ウォーミングアップを必要とする機器及び前記蒸気タービンに前記主蒸気管内の蒸気をウォーミングアップ蒸気として供給するウォーミングアップ配管と、
前記ウォーミングアップ配管に備えられたウォーミングアップ蒸気出口弁とを有し、
前記タービン蒸気止弁が開かれるまで前記ウォーミングアップ蒸気出口弁を開とするとともに、前記蒸気供給止弁を開状態として前記回収パイプラインを介して前記ウォーミングアップを必要とする機器に前記ウォーミングアップ蒸気を供給するようにしたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の蒸気有効利用システム。