JP5072935B2 - 火力発電設備、及び火力発電設備の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、火力発電設備、及び火力発電設備の運転方法に関し、より詳しくは、発電機を駆動する蒸気タービンからの蒸気を水に戻すべく、復水器に冷却水を供給する循環ポンプを備えた火力発電設備、及び火力発電設備の運転方法に関する。

一般的に、火力発電設備は、水を加熱して蒸気にするボイラと、該ボイラで発生させた蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンの駆動を受けて発電する発電機と、蒸気タービンから排出される蒸気を冷却して水（飽和水）にするための復水器と、復水器で得られた水をボイラに供給する給水ポンプと、復水器で蒸気を冷却すべく、復水器に冷却水を供給する循環ポンプとを備えている。

すなわち、この種の火力発電設備は、復水器で得られた水をボイラに供給するための復水・給水系と、ボイラで得られた蒸気を復水器にまで送る蒸気系と、復水器に冷却水を供給するための循環水系とを備えており、復水・給水系内に給水ポンプが、蒸気系内に蒸気タービンが、循環水系内に循環ポンプが設置されている。

前記給水ポンプは、二台以上設けられており、一部（少なくとも一台）の給水ポンプが電動式のポンプ（以下、電動式給水ポンプという）で構成され、残りの給水ポンプが蒸気タービン式のポンプ（以下、蒸気駆動式給水ポンプという）で構成されている。これに伴い、復水・給水系は、発電機の出力が小さなとき（復水器に対する熱負荷が小さいとき）に電動式給水ポンプでボイラに給水し、発電機の出力が大きな定格運転時（復水器に対する熱負荷が大きいとき）に蒸気駆動式給水ポンプでボイラに給水するようになっている。

また、前記循環ポンプは、二台以上設けられており、定格運転時のように発電機の出力が大きい状態（復水器に対する熱負荷が大きい状態）で、それぞれが協働して必要量の冷却水を復水器に供給するようになっている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

前記火力発電設備は、運転を開始する起動運転において、二台以上の循環ポンプのうちの一部の循環ポンプ（例えば、二台の循環ポンプが設けられている場合には一台の循環ポンプ）を駆動して復水器に冷却水を供給した上で蒸気タービンを駆動して発電機に発電させ、該発電機の出力が予め設定された定格出力域よりも低い低出力域の下限値に到達すると、発電機が発電した電力を送電する（並列状態にする）のに併せて停止状態であった残りの循環ポンプを駆動するようになっている。すなわち、該火力発電設備は、予め一部の循環ポンプを駆動して復水器で蒸気を冷却できる状態にしておき、発電機の出力が次第に大きくなる（復水器の熱負荷が大きくなる）ことを踏まえ、発電機の出力が低出力域にある状態で全ての循環ポンプを駆動して復水器に冷却水を供給するようになっている。

また、前記火力発電設備は、運転を停止する停止運転において、ボイラから蒸気タービンに供給する蒸気を徐々に減らして発電機の出力を低下させ、該出力が定格出力域よりも低い低出力域の下限値になると、発電機が発電した電力の送電を停止する（解列状態にする）のに併せて一部の循環ポンプ（例えば、二台の循環ポンプが設けられている場合には一台の循環ポンプ）を停止し、蒸気タービンが停止した後に駆動状態にあった残りの循環ポンプを停止するようになっている。すなわち、該火力発電設備は、発電機の出力が低出力域に到達しても並列状態であるため、全ての循環ポンプが駆動されており、発電機の出力が送電することのできない（並列状態を維持できない）非常に小さな出力になってから一部の循環ポンプを停止し、復水器に熱負荷が完全にかからない状態で全ての循環ポンプを停止するようなっている。

特公昭４６−２８０４６号公報 特開２００７−１０７７６１号公報 特開平６−２４９５８６号公報

ところで、起動運転及び停止運転における発電機の出力は、上述の如く、定格出力域よりも低い低出力域にあるため、起動運転時及び停止運転時の復水器の熱負荷は、通常運転（発電機の出力が定格出力域にある運転状態）よりも小さい。

しかしながら、従来の火力発電設備では、発電機の出力が低出力域にある状態（復水器に対する熱負荷が小さい状態）で全ての循環ポンプを駆動するようになっているため、起動運転及び停止運転において復水器に過剰な冷却水を供給し、循環水系を駆動するエネルギー（循環ポンプを駆動するエネルギー）を無駄に消費するといった問題があった。

そこで、本発明は、起動運転及び停止運転における循環水系でのエネルギーの無駄な消費を抑えることができ、定格運転時に安定した発電を行うことのできる火力発電設備、及び火力発電設備の運転方法を提供することを課題とする。

本発明に係る火力発電設備は、水を加熱して蒸気にするボイラと、該ボイラで発生させた蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンの駆動を受けて発電する発電機と、蒸気タービンから排出される蒸気を冷却して水にするための復水器と、該復水器で得られた水をボイラに供給する二台以上の給水ポンプと、復水器で蒸気を冷却すべく、復水器に冷却水を供給する二台以上の循環ポンプとを備えた火力発電設備において、二台以上の給水ポンプのうちの一部の給水ポンプが電動で駆動する電動式給水ポンプで構成され、残りの給水ポンプがボイラからの蒸気で駆動する蒸気駆動式給水ポンプで構成され、発電機の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときに、電動式給水ポンプを駆動し、発電機の出力が前記低出力域と定格出力域との間の出力域内に設定された設定値以上であるときに、蒸気駆動式給水ポンプを駆動するように構成され、発電機の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときに、二台以上の循環ポンプのうちの一部の循環ポンプを駆動し、発電機の出力が前記低出力域よりも高い定格出力域を包括した高出力域にあるときに、発電機の出力が低出力域にあるときよりも多い台数の循環ポンプを駆動する上で、電動式給水ポンプが駆動しているときに、二台以上の循環ポンプのうちの一部の循環ポンプを駆動し、蒸気駆動式給水ポンプが駆動しているときに、電動式給水ポンプを駆動しているときよりも多い台数の循環ポンプを駆動するように構成されていることを特徴とする。なお、ここで「定格出力域」とは、火力発電設備の設計仕様である発電機の定格（安定）運転時の出力範囲を意味する。また、「高出力域」とは、低出力域に対して高出力側で連続する範囲であって、定格出力域を含んだ範囲を意味する。すなわち、「高出力域」とは、高出力域自体が定格出力域であることを意味する他、低出力域と定格出力域との間に設定される中間出力域と定格出力域とを合わせた出力域であることを含めた概念である。

上記構成の火力発電設備は、発電機の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときに電動式給水ポンプを駆動し、該電動式給水ポンプが駆動しているときに、二台以上の循環ポンプのうちの一部の循環ポンプを駆動するため、復水器に対する熱負荷が小さいときに、必要最小限の循環ポンプを駆動して復水器の熱負荷に応じた必要最小限の冷却水を供給することができる。

また、上記火力発電設備は、発電機の出力が前記低出力域よりも高い定格出力域を包括した高出力域にあるときに蒸気駆動式給水ポンプを駆動し、該蒸気駆動式給水ポンプが駆動しているときに、発電機の出力が低出力域にあるときよりも多い台数の循環ポンプを駆動するため、復水器に対する熱負荷が大きいときに該復水器の熱負荷に対して必要な冷却水を供給することができる。

従って、上記構成の火力発電設備によれば、発電機の出力が定格出力域よりも低い低出力域にある状態で循環水系を駆動するエネルギー（循環ポンプを駆動するエネルギー）を無駄に消費することを防止でき、また、発電機の出力が定格出力域にある状態で、復水器の熱負荷が過大になることを防止して安定した発電を行うことができる。

本発明に係る火力発電設備の運転方法は、水を加熱して蒸気にするボイラと、該ボイラで発生させた蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンの駆動を受けて発電する発電機と、蒸気タービンから排出される蒸気を冷却して水にするための復水器と、該復水器で得られた水をボイラに供給する二台以上の給水ポンプと、復水器で蒸気を冷却すべく、復水器に冷却水を供給する二台以上の循環ポンプとを備えた火力発電設備の運転方法において、二台以上の給水ポンプのうちの一部の給水ポンプが電動で駆動する電動式給水ポンプで構成され、残りの給水ポンプがボイラからの蒸気で駆動する蒸気駆動式給水ポンプで構成され、発電機の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときに、電動式給水ポンプを駆動させ、発電機の出力が前記低出力域と定格出力域との間の出力域内に設定された設定値以上であるときに、蒸気駆動式給水ポンプを駆動させ、発電機の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときに、二台以上の循環ポンプのうちの一部の循環ポンプを駆動させ、発電機の出力が前記低出力域よりも高い定格出力域を包括した高出力域にあるときに、発電機の出力が低出力域にあるときよりも多い台数の循環ポンプを駆動させる上で、電動式給水ポンプが駆動しているときに、二台以上の循環ポンプのうちの一部の循環ポンプを駆動させ、蒸気駆動式給水ポンプが駆動しているときに、電動式給水ポンプを駆動しているときよりも多い台数の循環ポンプを駆動させることを特徴とする。なお、ここで「定格出力域」とは、火力発電設備の運転方法の設計仕様である発電機の定格（安定）運転時の出力範囲を意味する。また、「高出力域」とは、低出力域に対して高出力側で連続する範囲であって、定格出力域を含んだ範囲を意味する。すなわち、「高出力域」とは、高出力域自体が定格出力域であることを意味する他、低出力域と定格出力域との間に設定される中間出力域と定格出力域とを合わせた出力域であることを含めた概念である。

上記構成の火力発電設備の運転方法は、発電機の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときに電動式給水ポンプを駆動させ、該電動式給水ポンプが駆動しているときに、二台以上の循環ポンプのうちの一部の循環ポンプを駆動させるため、復水器に対する熱負荷が小さいときに、必要最小限の循環ポンプを駆動して復水器の熱負荷に応じた必要最小限の冷却水を供給することができる。

また、上記火力発電設備の運転方法は、発電機の出力が前記低出力域よりも高い定格出力域を包括した高出力域にあるときに蒸気駆動式給水ポンプを駆動させ、該蒸気駆動式給水ポンプが駆動しているときに、発電機の出力が低出力域にあるときよりも多い台数の循環ポンプを駆動させるため、復水器に対する熱負荷が大きいときに該復水器の熱負荷に対して必要な冷却水を供給することができる。

従って、上記構成の火力発電設備の運転方法によれば、発電機の出力が定格出力域よりも低い低出力域にある状態で循環水系を駆動するエネルギー（循環ポンプを駆動するエネルギー）を無駄に消費することを防止でき、また、発電機の出力が定格出力域にある状態で、復水器の熱負荷が過大になることを防止して安定した発電を行うことができる。

以上のように、本発明に係る火力発電設備によれば、起動運転及び停止運転における循環水系でのエネルギーの無駄な消費を抑えることができ、定格運転時に安定した発電を行うことができるという優れた効果を奏し得る。

また、本発明に係る火力発電設備の運転方法によれば、起動運転及び停止運転における循環水系でのエネルギーの無駄な消費を抑えることができ、定格運転時に安定した発電を行うことができるという優れた効果を奏し得る。

本発明の一実施形態に係る火力発電設備の概略概念図を示す。 同実施形態に係る火力発電設備の復水器及び循環水系の概念図を示す。

以下、本発明の一実施形態に係る火力発電設備について添付図面を参照しつつ説明する。

かかる火力発電設備は、図１に示す如く、水を加熱して蒸気にするボイラ１０と、該ボイラ１０で発生させた蒸気で駆動する蒸気タービン２０，２１，２２，２３と、該蒸気タービン２０，２１，２２，２３の駆動を受けて発電する発電機３０と、蒸気タービン２０，２１，２２，２３から排出される蒸気を冷却して水（飽和水）にするための復水器４０と、復水器４０で得られた水をボイラ１０に供給する二台以上の給水ポンプ５０，５１と、復水器４０で蒸気を冷却すべく、復水器４０に冷却水を供給する二台以上の循環ポンプ６０，６１とを備えている。

すなわち、該火力発電設備１は、復水器４０で得られた水をボイラ１０に供給するための復水・給水系ＷＬと、ボイラ１０で得られた蒸気を復水器４０にまで送る蒸気系ＳＬと、復水器４０に冷却水を供給するための循環水系ＲＬとを備えている。そして、該火力発電設備１は、復水・給水系ＷＬ内に給水ポンプ５０，５１が、蒸気系ＳＬ内に蒸気タービン２０，２１，２２，２３が、循環水系ＲＬ内に循環ポンプ６０，６１が設置されている。

前記ボイラ１０は、復水・給水系ＷＬから供給される水を蒸発させる蒸発器１１と、蒸発器１１で蒸発させた飽和蒸気を過熱する過熱器１２と、蒸発タービン（後述する高圧タービン）２０の排気を過熱する再熱器１３とを備えている。そして、本実施形態に係るボイラ１０は、過熱器１２よって過熱した蒸気を蒸気タービン（高圧タービン）２０に供給し、再熱器１３によって過熱した蒸気を別の蒸気タービン（後述する一段目の中圧タービン）２１に供給するようになっている。

本実施形態に係る火力発電設備１は、蒸気タービン２０，２１，２２，２３として、高圧タービン２０、中圧タービン２１，２２、及び低圧タービン２３を備えており、高圧タービン２０、及び低圧タービン２３が一台ずつ設けられ、中圧タービン２１，２２が二台設けられている。

そして、これらの蒸気タービン２０，２１，２２，２３は、高圧タービン２０、中圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３の順でそれぞれの出力軸が同軸になるように並列に配置され、出力軸が隣り合う蒸気タービン２０，２１，２２，２３の出力軸に連結されている。そして、前記発電機３０は、蒸気タービン２０，２１，２２，２３に対して横並びに配置されており、入力軸が低圧タービン２３の出力軸に接続されている。これにより、発電機３０は、高圧タービン２０、中圧タービン２１，２２、及び低圧タービン２３の駆動を受けて発電するようになっている。

前記復水器４０は、蒸気タービン２２，２３の排気（蒸気）を冷却して水にするもので、本実施形態においては、図２に示す如く、蒸気タービン２２，２３（二段目の中圧タービン２２及び低圧タービン２３）からの蒸気が導入される内部空間を画定するハウジング４００と、該ハウジング４００内に配設され、前記循環水系ＲＬからの冷却水を流通させる冷却管４０１とを備え、ハウジング４００内に導入された蒸気を冷却管４０１内の冷却水によって間接的に冷却し、これによって蒸気を凝縮させて水にするようになっている。すなわち、本実施形態に係る復水器４０には、表面復水器が採用されている。

そして、本実施形態に係る火力発電設備１は、上記構成の復水器４０，４０が二台並列に配置されており、それぞれの復水器４０に対して蒸気タービン２２，２３の排気（蒸気）が導入され、また、それぞれの復水器４０から蒸気を凝縮させた水（飽和水）を復水・給水系ＷＬに向けて供給できるようになっている。

図１に戻り、前記復水・給水系ＷＬは、上述の如く、復水器４０からの水をボイラ１０に供給する系統であり、上述の如く、二台以上の給水ポンプ５０，５１を備えている。ここで、復水・給水系ＷＬについて具体的に説明すると、本実施形態に係る復水・給水系ＷＬは、復水器４０から水を吸引して下流側に送り出す復水ポンプ５２と、復水ポンプ５２によって送り出された水を加熱する低圧給水加熱器（低圧ヒータ）５３と、低圧給水加熱器５３で加熱された水内の溶存ガスを分離除去する脱気器５４と、脱気器５４からの水を下流側に送り出す前記二台以上の給水ポンプ５０，５１と、給水ポンプ５０，５１で送り出された水を加熱する高圧給水加熱器（高圧ヒータ）５５とを備えており、高圧給水加熱器５５で加熱した水をボイラ１０に供給するようになっている。

前記低圧給水加熱器５３及び高圧給水加熱器５５は、同種の給水加熱器であり、蒸気タービン２０，２１，２２，２３からの排気で水を加熱するようになっている。なお、これらの給水加熱器５３，５５は、給水ポンプ５０，５１の配置を基準にして命名されており、通常、給水ポンプ５０，５１よりも復水器４０側にある給水加熱器５３を低圧給水加熱器といい、給水ポンプ５０，５１よりもボイラ１０側にある給水加熱器５５を高圧給水加熱器という。

前記給水ポンプ５０，５１は、上述の如く、二台以上設けられており、その一部の給水ポンプ５０が電動で駆動する電動式のポンプで構成され、残りの給水ポンプ５１が蒸気で駆動する蒸気タービン式のポンプで構成されている。本実施形態において、給水ポンプ５０，５１が二台設けられており、そのうちの一台の給水ポンプ５０が電動で駆動する電動式のポンプ（以下、この給水ポンプ５０を電動式給水ポンプという）で構成され、残りの一台の給水ポンプ５１が蒸気で駆動する蒸気タービン式のポンプ（以下、この給水ポンプ５１を蒸気駆動式給水ポンプという）で構成されている。

そして、電動式給水ポンプ５０は、発電機３０の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときに駆動するようになっている。これに対し、蒸気駆動式給水ポンプ５１は、発電機３０の出力が前記低出力域と定格出力域との間の出力域内に設定された設定値以上であるときに駆動するようになっている。すなわち、蒸気駆動式給水ポンプ５１は、発電機の出力が前記低出力域よりも高い定格出力域を包括した高出力域の下限域内に予め設定された設定値以上であるときに駆動するようになっている。なお、ここで「定格出力域」とは、火力発電設備１の設計仕様である発電機３０の定格（安定）運転時の出力範囲を意味し、本実施形態において、「高出力域」とは、低出力域に対して高出力側で連続する範囲であって、低出力域と定格出力域との間に設定される中間出力域と定格出力域とを合わせた出力域を意味する。

従って、本実施形態に係る火力発電設備１の復水・給水系ＷＬは、起動運転時や停止運転時のように発電機３０の出力が小さく、復水器４０に対する熱負荷が小さいときに、電動式給水ポンプ５０でボイラ１０に給水し、定格運転時のように発電機３０の出力が大きく、復水器４０に対する熱負荷が大きいときに、蒸気駆動式給水ポンプ５１でボイラ１０に給水するようになっている。すなわち、本実施形態に係る復水・給水系ＷＬは、発電機３０の出力が低出力域と定格出力域との間の出力域内に設定された設定値になったときに、駆動する給水ポンプ５０，５１を電動式給水ポンプ５０から蒸気駆動式給水ポンプ５１に、或いは、蒸気駆動式給水ポンプ５１から電動式給水ポンプ５０に切り換えるようになっている。

前記蒸気系ＳＬは、蒸気タービン２０，２１，２２，２３が上述のように配列されることを前提に、ボイラ１０と高圧タービン２０の吸気側とを接続した第一スチーム管路ＳＬ１、高圧タービン２０の排気側とボイラ１０内の再熱器１３とを接続した第二スチーム管路ＳＬ２、再熱器１３と一方（一段目）の中圧タービン２１の吸気側とを接続した第三スチーム管路ＳＬ３、一方（一段目）の中圧タービン２１の排気側と他方（二段目）の中圧タービン２２の吸気側、及び低圧タービン２３の吸気側とを接続した第四スチーム管路ＳＬ４、他方（二段目）の中圧タービン２２の排気側、及び低圧タービン２３の排気側と復水器４０とを接続する第五スチーム管路ＳＬ５を備えている。

なお、本実施形態に係る火力発電設備１の蒸気系ＳＬは、上述のスチーム管路ＳＬ１〜ＳＬ５に加え、ボイラ１０と高圧タービン２０とを接続する第一スチーム管路ＳＬ１からバルブＢを介して分岐し、復水器４０に繋がるバイパス管路ＳＬ６を備えている。

前記循環水系ＲＬは、上述の如く、二台以上の循環ポンプ６０，６１を備えており、本実施形態においては、二台の循環ポンプ６０，６１を備えている。ここで、循環水系ＲＬについて具体的に説明すると、本実施形態に係る循環水系ＲＬは、図２に示す如く、水源（本実施形態においては海）に繋がる取水路６２と、水源から取水路６２に取り入れた冷却水を復水器４０に供給する前記二台の循環ポンプ６０，６１と、復水器４０で熱交換（蒸気の冷却）に利用された冷却水を水源に戻す放水路６３とを備えており、前記二台の循環ポンプ６０，６１は取水路６２上に設けられている。

そして、本実施形態に係る循環水系ＲＬは、上述の如く、循環ポンプ６０，６１が二台設けられているため、前記取水路６２は、水源から冷却水を取り入れるための取水口を有する二本の一次取水路６２ａ，６２ｂと、各一次取水路６２ａ，６２ｂが合流し、復水器４０に繋がる二次取水路６２ｃとを備えており、前記一次取水路６２ａ，６２ｂのそれぞれの途中位置に循環ポンプ６０，６１が介設されている。なお、本実施形態において循環水系ＲＬの水源は海であるが、発電設備１の立地条件によっては、河川が循環水系ＲＬの水源とされる場合がある。

該火力発電設備１は、上述の如く、復水器４０，４０が二台並列に設けられているため、前記二次取水路６２ｃは、各復水器４０に冷却水を供給すべく、各復水器４０の冷却管４０１に繋がっている。すなわち、本実施形態に係る循環水系ＲＬの取水路６２は、二次取水路６２ｃが一本の管路で構成されており、その両端が各復水器４０の冷却管４０１の入口端部に繋がっており、該二次取水路６２ｃの途中位置に二本の一次取水路６２ａ，６２ｂのそれぞれが流体的に接続されている。これにより、各一次取水路６２ａ，６２ｂからの冷却水が二次取水路６２ｃで合流した上で、各復水器４０（冷却管４０１）に供給されるようになっている。これに対し、放水路６３は、二本の管路で構成されており、それぞれが各復水器４０の冷却管４０１の出口端部に流体的に接続されている。

そして、該火力発電設備１は、電動式給水ポンプ５０が駆動しているときに、一部の循環ポンプ６０を駆動し、蒸気駆動式給水ポンプ５１が駆動しているときに、電動式給水ポンプ５０が駆動しているときよりも多い台数の循環ポンプ６０，６１を駆動させるように構成されている。すなわち、本実施形態に係る火力発電設備１は、起動運転や停止運転のように電動式給水ポンプ５０が駆動している状態（発電機３０の出力が低出力域にある状態）で、一台の循環ポンプ６０だけを駆動して冷却水を復水器４０に供給するが、蒸気駆動式給水ポンプ５１が駆動している状態（発電機３０の出力が定格出力域を含んだ高出力域にある状態）で、全ての循環ポンプ６０，６１を駆動して冷却水を復水器４０に供給するようになっている。

本実施形態に係る火力発電設備１は、以上の通りであり、次に、上記火力発電設備１の運転方法について図１を参照して説明する。なお、以下の説明においては、発電機３０の定格出力域を１０５ＭＷ以上で３２０ＭＷ以下に、高出力域を７５ＭＷ以上で３２０ＭＷ以下に、低出力域を１０．５ＭＷ以上で７５ＭＷ未満に設定し、これに伴って、低出力域と定格出力域との間にある中間出力域を７５ＭＷ以上で１０５ＭＷ未満に設定した場合を一例に、循環水系ＲＬにおける運転に関連する事項を重点に説明することとする。

まず、火力発電設備１の運転を開始する起動運転について説明する。起動前の火力発電設備１は、送電線に対して解列状態になっている。そして、該火力発電設備１は、ボイラ１０が停止しているため、復水器４０には熱負荷がかかっていないが、ボイラ１０で発生させた蒸気が蒸気系ＳＬを介して復水器４０に供給されたときに該蒸気を凝縮させることのできるように、予め循環水系ＲＬの循環ポンプ６０を駆動する。このとき、本実施形態においては、一方の循環ポンプ６０のみが駆動され、取水路６２を介して復水器４０内の冷却管４０１内に冷却水（海水）を供給し、冷却管４０１を通った冷却水が放水路６３を介して水源（海）に戻される。

そして、ボイラ１０を駆動するのに併せて電動式給水ポンプ５０を駆動し、蒸気系ＳＬ（バイパス管路ＳＬ５）を介してボイラ１０で発生させた蒸気を復水器４０に供給して復水器４０の真空度を高める。そして、復水器４０が所定の真空度になるとボイラ１０からの蒸気が蒸気タービン２０，２１，２２，２３（高圧、中圧、低圧の各蒸気タービン２０，２１，２２，２３）に供給され、該蒸気タービン２０，２１，２２，２３の駆動で発電機３０が発電を開始する。そして、発電機３０の出力が低出力域の下限値（１０．５ＭＷ）に到達すると、当該火力発電設備１（発電機３０）が送電線との関係において並列状態にされ、発電機３０で発電した電力が送電されることになる。

そして、発電機３０の出力が徐々に大きくなるが、発電機３０の出力が定格出力域よりも低い低出力域（１０．５ＭＷ以上で７５ＭＷ未満）である状態では、復水・給水系ＷＬにおいては起動当初と同様に電動式給水ポンプ５０が復水器４０からの水をボイラ１０に供給し、循環水系ＲＬにおいては一台の循環ポンプ６１が冷却水を復水器４０に供給する。

そして、蒸気タービン２０，２１，２２，２３から排出される蒸気の冷却に伴って復水器４０内の真空度がさらに高まると、この真空度の上昇に対応して発電機３０の発電量が多くなり、その発電量（発電機３０の出力）が前記低出力域（１０．５ＭＷ以上で７５ＭＷ未満）から脱し、該低出力域（１０．５ＭＷ以上で７５ＭＷ未満）と定格出力域（１０５ＭＷ以上で３２０ＭＷ以下）との間の中間出力域（７５ＭＷ以上で１０５ＭＷ未満）内に予め設定された設定値（例えば、８０ＭＷ）になると、ボイラ１０に水を供給する給水ポンプ５０，５１が電動式ものから蒸気駆動式ものに切り替わる。すなわち、発電機３０の出力が高出力域（７５ＭＷ以上で３２０ＭＷ以下）の下限域にある設定値（例えば、８０ＭＷ）になると、電動式給水ポンプ５０が停止して蒸気駆動式給水ポンプ５１が駆動する。そして、発電機３０の出力が高出力域（７５ＭＷ以上で３２０ＭＷ以下）にある状態で、蒸気駆動式給水ポンプ５１が駆動し続けてボイラ１０に給水を行う。

そして、本実施形態に係る火力発電設備１は、発電機３０の出力が低出力域（１０．５ＭＷ以上で７５ＭＷ未満）から脱した後、上述のように給水ポンプ５０，５１が電動式のものから蒸気駆動式のものに切り換えられる前において、全ての循環ポンプ６０，６１が駆動される。すなわち、本実施形態において、発電機３０の出力値が高出力域（７５ＭＷ以上で３２０ＭＷ以下）の下限値（７５ＭＷ）になると、蒸気駆動式給水ポンプ５１の駆動に先だって全ての循環ポンプ６０，６１が駆動される。

これにより、蒸気駆動式給水ポンプ５１が駆動しているとき（蒸気駆動式給水ポンプ５１の駆動状態にあるとき）の全期間において、電動式給水ポンプ５０が駆動しているときよりも多い台数の循環ポンプ６０，６１が駆動するため、復水器４０の熱負荷に応じた必要量の冷却水が供給される。すなわち、発電機３０の出力が定格出力域（１０５ＭＷ以上で３２０ＭＷ以下）に到達してその出力域（１０５ＭＷ以上で３２０ＭＷ以下）内にある状態になっても、復水器４０に必要な最大量の冷却水を供給することができる。従って、発電機３０の負荷が最大となる定格運転時に復水器４０で蒸気を確実且つ適正に冷却することができ、復水器４０に対する熱負荷のバランスを崩すことなく良好に発電することができる。

これに対し、火力発電を停止する停止運転を行う場合には、まず、ボイラ１０の蒸気の供給量を少なくする。そうすると、発電機３０の出力が定格出力域（１０５ＭＷ以上で３２０ＭＷ以下）から下方域（低出力域（１０．５ＭＷ以上で７５ＭＷ未満））に向けて低下することになる。そして、発電機３０の出力が中間出力域（７５ＭＷ以上で１０５ＭＷ未満）に設定された設定値（例えば、８０ＭＷ）になるまで、復水・給水系ＷＬにおいて蒸気駆動式給水ポンプ５１でボイラ１０に給水する。この状態で、蒸気駆動式給水ポンプ５１が駆動していることから、循環水系ＲＬにおいては、二台の循環ポンプ６０，６１が駆動して冷却水を復水器４０に供給する。

そして、発電機３０の出力が中間出力域（７５ＭＷ以上１０５ＭＷ未満）内の設定値（８０ＭＷ）に到達すると、ボイラ１０に給水する給水ポンプ５０，５１が蒸気駆動式ものから電動式ものに切り替わる。そして、循環水系ＲＬにおいては、引き続き二台の循環ポンプ６０，６１で復水器４０に冷却水を供給し、発電機３０の出力が中間出力域（７５ＭＷ以上１０５ＭＷ未満）の下限値（７５ＭＷ）、すなわち、高出力域（７５ＭＷ以上３２０ＭＷ以下）の下限値（７５Ｍ）になると、一台の循環ポンプ６０を停止し、残りの一台の循環ポンプ６１のみを駆動させる。

この状態において、発電機３０の出力が低出力域（１０．５ＭＷ以上で７５ＭＷ未満）にあり、該火力発電設備１が送電線との関係で並列状態になっているが、運転を停止させる過程（解列に向かう過程）であるため、復水器４０に供給される蒸気量が漸減することから、一台の循環ポンプ６１で給水しても復水器４０に必要十分な冷却水が供給される。

そして、発電機３０の出力が低出力域から脱すると、火力発電設備１が送電線との関係で解列状態にされた後、蒸気タービン２０，２１，２２，２３が停止し、復水器４０の熱負荷が無くなると、給水ポンプ５０を停止するとともに、循環ポンプ６０，６１を停止する。

このように、本実施形態に係る火力発電設備１は、電動式給水ポンプ５０が駆動している状態で一部（一台）の循環ポンプ６０を駆動し、蒸気駆動式給水ポンプ５１が駆動している状態で、前記一部の循環ポンプ６０に加えて残りの循環ポンプ６１を駆動させるように構成されているので、発電機３０の出力が定格出力域よりも低い低出力域となる運転状態で循環水系ＲＬを駆動するエネルギー（循環ポンプ６０，６１を駆動するエネルギー）を無駄に消費することを防止でき、また、発電機３０の出力が定格出力域にある運転状態で、復水器４０の熱負荷が過大になることを防止して安定した発電を行うことができる

従って、本実施形態に係る火力発電設備１によれば、起動運転及び停止運転における循環水系ＲＬでのエネルギーの無駄な消費を抑えることができ、定格運転時に安定した発電を行うことができるという優れた効果を奏し得る。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することは可能である。

上記実施形態において、循環水系ＲＬの循環ポンプ６０，６１を二台設けるようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、循環ポンプ６０，６１を三台以上設けるようにしてもよい。この場合、電動式給水ポンプ５０が駆動しているときや、発電機３０の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときに、一部（最低一台）の循環ポンプ６０を駆動し、蒸気駆動式給水ポンプ５１が駆動しているときや、発電機３０の出力が定格出力域を含んだ前記低出力域よりも高い高出力域にあるときに、前記一部の循環ポンプ６０に加えて他の循環ポンプ６１を駆動する（駆動する循環ポンプ６０，６１の台数を増やす）ようにしてもよい。

上記実施形態において、復水・給水系ＷＬの給水ポンプ５０，５１の運転状態に合わせて循環水系ＲＬの循環ポンプ６０，６１の駆動台数を変更するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、発電機３０の出力値（発電量）を基準にして循環水系ＲＬの循環ポンプ６０，６１の駆動台数を変更するようにしてもよい。すなわち、発電機３０の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときに、一部の循環ポンプ６０を駆動し、発電機３０の出力が前記低出力域よりも高い定格出力域を包括した高出力域にあるときに、発電機３０の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときよりも多い台数の循環ポンプ６０，６１を駆動するようにしてもよい。

このようにすれば、起動運転や停止運転のように発電機３０の出力が所定の定格出力域よりも低い出力域にあるときに、必要最小限の循環ポンプ６０，６１を駆動して復水器４０の熱負荷に応じた必要最小限の冷却水を供給し、発電機３０の出力が低出力域よりも高い高出力域にあるときに、多くの循環ポンプ６０，６１を駆動して復水器４０の熱負荷に対して必要な冷却水を供給するため、発電機３０の出力が定格出力域よりも低い低出力域にある運転状態で循環水系ＲＬを駆動するエネルギー（循環ポンプ６０，６１を駆動するエネルギー）を無駄に消費することを防止でき、また、発電機３０の出力が定格出力域にある状態で、復水器４０の熱負荷が過大になることを防止して安定した発電を行うことができる。

この場合、上記実施形態と同様に、高出力域を中間出力域と定格出力域とを合わせた範囲に設定してもよいが、給水ポンプ５０，５１の切換のタイミングに拘束されないため、高出力域と定格出力域とを一致させる、すなわち、定格出力域を高出力域として設定してもよい。また、循環ポンプ６０，６１の駆動台数の切り替えを復水・給水系ＷＬの給水ポンプ５０，５１の動作に起因させる必要がないため、給水ポンプ５０，５１を複数設ける場合、何れも電動のものにしてもよい。但し、エネルギーの消費を抑える点において、上記実施形態と同様に給水ポンプ５０，５１で電動式ものと蒸気駆動式ものとの組み合わせにすることが好ましいことは言うまでもない。

上記実施形態において、発電機３０の出力が高出力域にあるときに、全ての循環ポンプ６０，６１を駆動するようにしたが、例えば、循環ポンプを複数台設け、そのうちの一台又は複数台が予備的に設けられている場合には、全ての循環ポンプを駆動する必要はない。すなわち、発電機３０の出力が定格出力域を含んだ前記低出力域よりも高い高出力域にあるときに、発電機３０の出力が低出力域にあるときよりも多い台数の循環ポンプを駆動すればよい。

上記実施形態において、発電機３０の定格出力域を１０５ＭＷ以上で３２０ＭＷ以下、高出力域を７５ＭＷ以上で３２０ＭＷ以下、低出力域を１０．５ＭＷ以上で７５ＭＷ未満、中間出力域を７５ＭＷ以上で１０５ＭＷ未満に設定した場合を一例に説明したが、これに限定されるものではなく、定格出力域、高出力域、低出力域、中間出力域は、火力発電設備１の設計仕様に応じて適宜決定すればよい。但し、何れの出力域においても、発電機３０が発電した電力を送電している、或いは送電できる状態（並列状態）と対応する出力域であることが前提である。

１…火力発電設備、１０…ボイラ、１１…蒸発器、１２…過熱器、１３…再熱器、２０…高圧タービン（蒸気タービン）、２１，２２…中圧タービン（蒸気タービン）、２３…低圧タービン（蒸気タービン）、３０…発電機、４０…復水器、５０…電動式給水ポンプ（給水ポンプ）、５１…蒸気駆動式給水ポンプ（給水ポンプ）、５２…復水ポンプ、５３…低圧給水加熱器（給水加熱器）、５４…脱気器、５５…高圧給水加熱器（給水加熱器）、６０，６１…循環ポンプ、６２…取水路、６２ａ，６２ｂ…一次取水路、６２ｃ…二次取水路、６３…放水路、４００…ハウジング、４０１…冷却管、Ｂ…バルブ、ＷＬ…復水・給水系、ＳＬ…蒸気系、ＲＬ…循環水系、ＳＬ１…第一スチーム管路、ＳＬ２…第二スチーム管路、ＳＬ３…第三スチーム管路、ＳＬ４…第四スチーム管路、ＳＬ５…第五スチーム管路、ＳＬ６…バイパス管路

Claims (2)

1. 水を加熱して蒸気にするボイラと、該ボイラで発生させた蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンの駆動を受けて発電する発電機と、蒸気タービンから排出される蒸気を冷却して水にするための復水器と、該復水器で得られた水をボイラに供給する二台以上の給水ポンプと、復水器で蒸気を冷却すべく、復水器に冷却水を供給する二台以上の循環ポンプとを備えた火力発電設備において、二台以上の給水ポンプのうちの一部の給水ポンプが電動で駆動する電動式給水ポンプで構成され、残りの給水ポンプがボイラからの蒸気で駆動する蒸気駆動式給水ポンプで構成され、発電機の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときに、電動式給水ポンプを駆動し、発電機の出力が前記低出力域と定格出力域との間の出力域内に設定された設定値以上であるときに、蒸気駆動式給水ポンプを駆動するように構成され、発電機の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときに、二台以上の循環ポンプのうちの一部の循環ポンプを駆動し、発電機の出力が前記低出力域よりも高い定格出力域を包括した高出力域にあるときに、発電機の出力が低出力域にあるときよりも多い台数の循環ポンプを駆動する上で、電動式給水ポンプが駆動しているときに、二台以上の循環ポンプのうちの一部の循環ポンプを駆動し、蒸気駆動式給水ポンプが駆動しているときに、電動式給水ポンプを駆動しているときよりも多い台数の循環ポンプを駆動するように構成されていることを特徴とする火力発電設備。
2. 水を加熱して蒸気にするボイラと、該ボイラで発生させた蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンの駆動を受けて発電する発電機と、蒸気タービンから排出される蒸気を冷却して水にするための復水器と、該復水器で得られた水をボイラに供給する二台以上の給水ポンプと、復水器で蒸気を冷却すべく、復水器に冷却水を供給する二台以上の循環ポンプとを備えた火力発電設備の運転方法において、二台以上の給水ポンプのうちの一部の給水ポンプが電動で駆動する電動式給水ポンプで構成され、残りの給水ポンプがボイラからの蒸気で駆動する蒸気駆動式給水ポンプで構成され、発電機の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときに、電動式給水ポンプを駆動させ、発電機の出力が前記低出力域と定格出力域との間の出力域内に設定された設定値以上であるときに、蒸気駆動式給水ポンプを駆動させ、発電機の出力が定格出力域よりも低い低出力域にあるときに、二台以上の循環ポンプのうちの一部の循環ポンプを駆動させ、発電機の出力が前記低出力域よりも高い定格出力域を包括した高出力域にあるときに、発電機の出力が低出力域にあるときよりも多い台数の循環ポンプを駆動させる上で、電動式給水ポンプが駆動しているときに、二台以上の循環ポンプのうちの一部の循環ポンプを駆動させ、蒸気駆動式給水ポンプが駆動しているときに、電動式給水ポンプを駆動しているときよりも多い台数の循環ポンプを駆動させることを特徴とする火力発電設備の運転方法。

Images