JP5137593B2 - 発電システム及び給水系統の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラ、タービン等の各種燃焼装置を熱源として発電を行う発電システム及び給水系統の制御方法に関する。

従来から、発電所などの各種設備を維持管理するに際し、設備内の機器の故障や不具合などの発生を低減させるための様々な対策が採用されている。例えば、休止状態にある給水ポンプを緊急起動できる待機状態にしておくための給水ポンプ暖機方法（特許文献１参照）がある。このような方法によれば、給水ポンプをウォーミングする工程を取り入れて、管路内に滞留する給水の温度を効果的に低減して規定温度以下に管理することで、ウォータハンマーやキャビティションを発生させることなく、給水ポンプを直ちに起動できる待機状態に保持することを可能にしている。

しかしながら、特許文献１の方法では、温度に応じてウォーミング弁を開閉しているため、給水ポンプ吸込管内の給水の温度を常時管理しておくことが必要であり、複雑な制御や設備の改造等の手間を要していた。

特開平１０−３０００１３号公報（特許請求の範囲等）

本発明はかかる事情に鑑み、発電を行う際の給水系統及び給水系統を制御する際の各機器の負担を容易に低減して、設備全体を正常且つ安全に維持管理することができる発電システム及び給水系統の制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、ボイラからの蒸気供給により駆動するタービンを備える燃焼系統と、前記タービンで使用された蒸気を凝縮する復水器を備える復水系統と、前記復水器で凝縮された復水を脱気処理して給水する脱気器を備える脱気系統と、前記脱気系統と前記燃焼系統の間に設けられて、モータで駆動するモータ駆動用給水ポンプを備えるモータ駆動給水系統及びタービンで駆動するタービン駆動用給水ポンプを備えるタービン駆動給水系統からなる給水系統と、前記給水系統内に構成された各流路を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記モータ駆動用給水ポンプを起動する際の起動指令に基づいて、そのモータ駆動用給水ポンプを介して前記タービン駆動給水系統と合流することで構成される流路の途中に設置されている弁を閉止するようにしたことを特徴とする発電システムにある。

かかる第１の態様では、モータ駆動用給水ポンプを起動する際の起動指令に基づいて、モータ駆動用給水ポンプを介してタービン駆動給水系統と合流することで構成される流路の途中に設置されている弁を閉止させる。これにより、モータ駆動用給水ポンプをウォーミングする経路が遮断されるため、タービン駆動給水系統への逆流を防止することができる。

本発明の第２の態様は、前記モータ駆動給水系統は、前記脱気系統からの給水を圧送する循環ポンプを備えるバイパス流路をさらに備え、前記タービンが駆動していない場合に前記脱気系統からの給水がバイパス流路を介して循環するように構成されたことを特徴とする第１の態様に記載の発電システムにある。

かかる第２の態様では、タービンが駆動していない場合に、脱気系統からの給水がバイパス流路を介して循環するようになる。これにより、各種ポンプ動作、弁の開閉制御に応じて生じる管路内の圧力差などに応じて、脱気系統からの給水が循環する流路が形成される。

本発明の第３の態様は、前記タービン駆動給水系統は二系統からなり、各系統は前記モータ駆動給水系統にそれぞれ連結されて構成されたことを特徴とする第１又は２の態様に記載の発電システムにある。

かかる第３の態様では、設備の状況や維持管理の目的に応じて駆動させる機器を適宜選択しながら制御を行うことができる。

本発明の第４の態様は、前記タービン駆動給水系統を構成する流路の一部は、前記モータ駆動用給水ポンプを介して給水系統内を循環する循環流路を含んで形成されたことを特徴とする第１〜３の何れか一つの態様に記載の発電システムにある。

かかる第４の態様では、タービン駆動給水系統を構成する流路の一部を、モータ駆動用給水ポンプをウォーミングする際の経路の一部として使用することができる。このため、維持管理の目的に応じて、容易に且つ低コストに設備全体を制御することができる。

本発明の第５の態様は、ボイラで生成した蒸気の供給により駆動するタービンで発電を行い、タービンで使用された蒸気を復水器で凝縮して復水とし、復水を脱気器で脱気処理して給水とし、給水をタービンからボイラへ還流するタービン駆動給水系統を有するとともに、前記タービン駆動給水系統を構成する流路の一部が、モータ駆動用給水ポンプを介して給水系統内を循環する循環流路を含んで形成される発電システムにおいて、前記脱気器からの給水が前記モータ駆動用給水ポンプを介して供給される前に、タービン駆動用給水ポンプを介して循環する流路の一部を遮断するようにしたことを特徴とする給水系統の制御方法にある。

かかる第５の態様では、タービン駆動用給水ポンプ側に連結する流路にかかる圧力を低減させることができるため、タービン駆動用給水ポンプを備える系統に設置されている機器の無駄な作動などを防止することができる。

本発明によれば、発電を行う際の給水系統及び給水系統を制御する際の各機器の負担を容易に低減して、設備全体を正常且つ安全に維持管理することができる発電システム及び給水系統の制御方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。

図１は、本実施形態に係る発電システムの概略図である。本実施形態では、ボイラ、タービン等の各種燃焼装置を熱源として発電を行う火力発電プラントに適用する場合を想定している。

図１に示すように、発電システム１は、主に、燃焼系統１０、復水系統２０、脱気系統３０、及びモータ駆動給水系統４１を一部に含む給水系統４０から構成されている。

燃焼系統１０は、ボイラ１２からの蒸気供給により駆動する各種タービン１１、１３〜１５を備えている。各種タービン１１、１３〜１５は、ボイラ１２から供給される主蒸気で駆動する高圧タービン１１、高圧タービン１１を介してボイラ１２から供給される再熱蒸気で駆動する中圧タービン１３、中圧タービン１３から供給される蒸気で駆動する低圧タービン１４及び１５からなり、各々が同軸上に直列に接続されている。そして、その同軸上には発電を行う発電機１６が設置されている。本実施形態では、発電機１６が高圧タービン１１と低圧タービン１５のそれぞれに直結するようにして設置されている。

復水系統２０は、低圧タービン１５で使用された蒸気を凝縮する復水器２１を備えており、燃焼系統１０の下流側と脱気系統３０の上流側の間を連結して蒸気を復水として所定の装置に流入させるための各管路、弁、ポンプ等（以下、流路構成という）を含み構成されている。なお、具体的な流路構成については特に限定されず、例えば、一般的なプラントで採用されている構成及び改造した後の構成の何れであってもよい。

脱気系統３０は、復水器２１で凝縮された復水を脱気処理して給水する脱気器３１を備えており、復水系統２０の下流側と給水系統４０の上流側の間を連結して復水を給水として所定の装置に流入させるための各管路、弁、ポンプ等（以下、流路構成という）を含み構成されている。上述した復水系統２０と同様に、具体的な流路構成については特に限定されず、例えば、一般的なプラントで採用されている構成及び改造した後の構成の何れであってもよい。

給水系統４０は、脱気系統３０と燃焼系統１０の間に設けられて、モータで駆動するモータ駆動用給水ポンプを備えるモータ駆動給水系統４１（Ｍ−ＢＦＰ系統）の他に、タービンで駆動するタービン駆動用給水ポンプを備えるタービン駆動給水系統（Ｔ−ＢＦＰ系統；図示せず）が並列に接続されて構成されている。具体的な要部の構成については後述するが、復水系統２０及び脱気系統３０と同様に、要部以外の構成については特に限定されず、一般的なプラントで採用されている構成及び改造した後の構成の何れであってもよい。

上述した各系統１０〜４０の流路構成は、図示しない制御手段によって制御される。このような制御手段としては、所定の入力信号又は出力信号に基づいて設備の全体あるいは一部の動作を制御することが可能な機能を有するものであれば、その構成は問わない。本実施形態では、少なくとも給水系統４０のみを制御することができるものであればよく、勿論、各系統１０〜４０を全体的に制御することができるものであってもよい。

上述のような各系統１０〜４０が順次接続されて所定の流路が形成されることにより、ボイラ１２で生成した蒸気の供給により駆動する各種タービン１１、１３〜１５及び発電機１６で発電を行い、各種タービン１１、１３〜１５で使用された蒸気を復水器２１で凝縮して復水とし、復水を脱気器３１で脱気処理して給水とし、給水を低圧タービン１５からボイラ１２へ還流する発電システム１が構成される。

図２は、本実施形態に係る給水系統の要部を示す構成図である。

図２に示すように、脱気器３１は、脱気された給水を貯える脱気器貯水タンク３２と連結されており、脱気器貯水タンク３２を介して給水系統４０内に構成されているモータ駆動給水系統４１（Ｍ−ＢＦＰ系統）へと接続されている。そして、モータ駆動給水系統４１は、タービン駆動給水系統４２（Ｔ−ＢＦＰ系統）と接続されていると共に、その下流側は高圧タービン１１及びボイラ１２を備える燃焼系統１０へと接続されている。ここで、本実施形態では、モータ駆動給水系統４１は一系統からなり、各タービン駆動給水系統４２は二系統から構成されているものとし、タービン駆動給水系統４２はそれぞれモータ駆動給水系統４１に連結されて構成される。

具体的には、脱気器貯水タンク３２の下流側がブースターポンプ４１０（Ｍ−ＢＦＰ−ＢＰ）の一方の流入口に接続されていると共に、他方の流入口がモータ駆動用給水ポンプ４１１（Ｍ−ＢＦＰ）の一方の流入口に接続されている。そして、モータ駆動用給水ポンプ４１１の他方の流入口がボイラ１２へ連通するように接続されている。

そして、モータ駆動用給水ポンプ４１１とブースターポンプ４１０の間は、モータ駆動用給水ポンプ４１１から順次、流体継手４１２、モータ４１３及び４１４が直列に接続されている。これにより、ブースターポンプ４１０はモータ４１４によって駆動され、モータ駆動用給水ポンプ４１１は流体継手４１２を介してモータ４１３によって駆動される。

また、モータ駆動用給水ポンプ４１１は、ウォーミング弁４１５を介してタービン駆動給水系統４２と接続されており、ウォーミング弁４１５が開閉動作されることにより、給水がモータ駆動用給水ポンプ４１１側へと流入されるようになるか、あるいはタービン駆動給水系統４２側へと流入されるようになっている。つまり、各種ポンプの動作や弁の開閉制御によって生じる管路内の圧力差などに応じて、ウォーミング弁４１５が開放しているときはモータ駆動用給水ポンプ４１１側へと流入される流路が形成される。そして、モータ駆動用給水ポンプ４１１とブースターポンプ４１０を接続する流路の一部が分岐してウォーミング弁４１５とタービン駆動給水系統４２間を接続する流路に合流するようになっている。このような構成により、モータ駆動用給水ポンプ４１１を介して循環できる循環流路４２０が形成されて、モータ駆動用給水ポンプ４１１をウォーミングすることができるようになっている。この循環流路４２０は、タービン駆動給水系統４２に備わる安全弁４２１が設けられている流路と連結されている。

さらに、脱気器貯水タンク３２とブースターポンプ４１０を接続する流路の一部から分岐して、ウォーミング弁４１５とモータ駆動用給水ポンプ４１１間を接続する流路に合流するようにバイパス流路４３０が形成されている。そして、バイパス流路４３０の上流側には脱気系統３０からの給水を圧送する脱気器循環ポンプ４３１が設けられていると共に、下流側にはバイパス弁４３２が設けられている。このような構成により、タービンが駆動していない場合に、脱気系統３０からの給水がバイパス流路４３０を介して循環できるようになっている。なお、ここでいうタービンは、燃焼系統１０の一部を構成する各種タービン１１、１３〜１５の何れかであってもよいし、別途専用に設けられたタービンであってもよい。

上述した各流路の組み合わせにより、給水系統４０内には、タービン駆動用給水ポンプの故障時やモータ駆動用給水ポンプ４１１の定期的な点検時などにおいて、モータ駆動用給水ポンプ４１１をウォーミングするためのウォーミング経路を形成することができる。このようなウォーミング経路は、循環流路４２０がタービン駆動給水系統４２と合流することで形成され、タービン駆動給水系統４２からのポンプ圧で流体が循環されるようになっている。ここで、ウォーミング経路とは、何れか一方のタービン駆動給水系統４２と合流するように形成されてもよいし、二系統のタービン駆動給水系統４２とそれぞれ合流するように形成されてもよい。

上述のような構成により、制御手段は、モータ駆動用給水ポンプ４１１をウォーミングするウォーミング状態からモータ駆動用給水ポンプ４１１を起動する際に、モータ駆動用給水ポンプ４１１に対する起動指令信号の発生に基づいて、タービン駆動給水系統４２を構成する循環流路４２０の途中に設けられているウォーミング弁４１５を閉止する。これにより、安全弁４２１へ連通する流路を遮断することができるため、タービン駆動給水系統４２に対する逆流を防止することができる。

さらに、制御手段は、循環流路４２０に異常が生じた場合などは、ウォーミング弁４１５を閉止する一方、バイパス弁４３２を開放するようにして、バイパス流路４３０を介してモータ駆動用給水ポンプ４１１をウォーミングするように制御することもできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、通常運転時において脱気器３１からの給水がモータ駆動用給水ポンプ４１１を介して供給される前に、モータ駆動用給水ポンプ４１１を介して循環する流路の一部をウォーミング弁４１５を閉止して遮断するようにしたことで、安全弁４２１に連結する流路（ウォーミング経路の一部）に過大な圧力がかかることがなくなり、安全弁４２１が作動することを防止することができる。これにより、安全弁４２１が作動したことによって生じる弁のシート漏れ等を防止することもできる。

本実施形態に係る発電システムの概略図である。 本実施形態に係る給水系統の要部を示す構成図である。

符号の説明

１０ 燃焼系統
１１ 高圧タービン
１２ ボイラ
１３ 中圧タービン
１４、１５ 低圧タービン
１６ 発電機
２０ 復水系統
２１ 復水器
３０ 脱気系統
３１ 脱気器
３２ 脱気器貯水タンク
４０ 給水系統
４１ モータ駆動給水系統
４１０ ブースターポンプ
４１１ モータ駆動用給水ポンプ
４１２ 流体継手
４１３、４１４ モータ
４１５ ウォーミング弁
４２ タービン駆動給水系統
４２０ 循環流路
４２１ 安全弁
４３０ バイパス流路
４３１ 脱気器循環ポンプ
４３２ バイパス弁

Claims (5)

1. ボイラからの蒸気供給により駆動するタービンを備える燃焼系統と、
   前記タービンで使用された蒸気を凝縮する復水器を備える復水系統と、
   前記復水器で凝縮された復水を脱気処理して給水する脱気器を備える脱気系統と、
   前記脱気系統と前記燃焼系統の間に設けられて、モータで駆動するモータ駆動用給水ポンプを備えるモータ駆動給水系統及びタービンで駆動するタービン駆動用給水ポンプを備えるタービン駆動給水系統からなる給水系統と、
   前記給水系統内に構成された各流路を制御する制御手段とを具備し、
   前記制御手段は、前記モータ駆動用給水ポンプを起動する際の起動指令に基づいて、そのモータ駆動用給水ポンプを介して前記タービン駆動給水系統と合流することで構成される流路の途中に設置されている弁を閉止するようにしたことを特徴とする発電システム。
2. 前記モータ駆動給水系統は、前記脱気系統からの給水を圧送する循環ポンプを備えるバイパス流路をさらに備え、前記タービンが駆動していない場合に前記脱気系統からの給水がバイパス流路を介して循環するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
3. 前記タービン駆動給水系統は二系統からなり、各系統は前記モータ駆動給水系統にそれぞれ連結されて構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電システム。
4. 前記タービン駆動給水系統を構成する流路の一部は、前記モータ駆動用給水ポンプを介して給水系統内を循環する循環流路を含んで形成されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の発電システム。
5. ボイラで生成した蒸気の供給により駆動するタービンで発電を行い、タービンで使用された蒸気を復水器で凝縮して復水とし、復水を脱気器で脱気処理して給水とし、給水をタービンからボイラへ還流するタービン駆動給水系統を有するとともに、前記タービン駆動給水系統を構成する流路の一部が、モータ駆動用給水ポンプを介して給水系統内を循環する循環流路を含んで形成される発電システムにおいて、
   前記脱気器からの給水が前記モータ駆動用給水ポンプを介して供給される前に、タービン駆動用給水ポンプを介して循環する流路の一部を遮断するようにしたことを特徴とする給水系統の制御方法。

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