JP5137694B2 - フラッシュタンク装置および蒸気制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、発電所において非常時に蒸気を流すフラッシュタンク装置および蒸気制御方法に関する。

火力発電所などは、石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料をボイラー内で燃焼し、得られる熱で蒸気を作り、蒸気をタービンの羽根にぶつけて回転させ発電している。そして、火力発電所などは、例えば、ボイラーと、タービンと、復水器と、発電機などから構成されていている。

ところで、火力発電所などでは、ボイラーの圧力が上昇する場合やタービンに蒸気を送りたくない場合などがある。そのような非常時には、ボイラー内の過熱器の温度を下げたりしてボイラーの圧力を低下させている。また、発生した蒸気がタービンに流れないようにするため、ボイラーからタービンまでの間にある別の流路の弁を開き、この流路を経て蒸気をフラッシュタンクに送り、ボイラーの圧力を調整している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１８３４９３号公報

しかしながら、フラッシュタンクに非常時だけ蒸気を送るので、通常時は、フラッシュタンクおよび配管（流路）の温度は低い状態にある。一方、ユニットトリップなどの非常時には、ボイラーで発生した高温、高圧の蒸気が、弁を開放することによって、急速に配管を通ってフラッシュタンクに流れ込む。その結果、温度差によって大きな熱応力が発生し、ウォーターハンマーなどの現象が起きて、フラッシュタンクや配管などの設備に損傷や破損が発生するおそれがあった。

そこで本発明は、フラッシュタンク周りの設備の損傷や破損を防ぐことが可能なフラッシュタンク装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の記載の発明は、フラッシュタンクと、蒸気を生成して負荷側に供給する蒸気供給系と前記フラッシュタンクとを接続する第１の流路と、を備え、ボイラー本体の圧力上昇やユニットトリップを含む非常時に、前記蒸気供給系からの蒸気を前記第１の流路を介して前記フラッシュタンクに流すフラッシュタンク装置において、前記蒸気供給系と前記フラッシュタンクとを接続する第２の流路を備え、通常時に前記蒸気供給系からの蒸気を前記第２の流路を介して前記フラッシュタンクに、該フラッシュタンクを予熱するための所定量だけ流すとともに、昼間運転夜間停止を含む発電ユニットの運転を一時的に停止する場合には、前記蒸気を前記フラッシュタンクの上流側の流路内に停滞させる制御装置を備える、ことを特徴としている。

請求項２の記載の発明は、請求項１に記載のフラッシュタンク装置において、第２の流路に、蒸気の流量を調整するオリフィスを備えたことを特徴としている。

請求項３の記載の発明は、蒸気を生成して負荷側に供給する蒸気供給系からの蒸気を、ボイラー本体の圧力上昇やユニットトリップを含む非常時に、フラッシュタンクに流す蒸気制御方法において、通常時に前記蒸気供給系からの蒸気を、前記負荷側に供給するとともに前記フラッシュタンクに、該フラッシュタンクを予熱するための所定量だけ流すとともに、昼間運転夜間停止を含む発電ユニットの運転を一時的に停止する場合には、前記蒸気を前記フラッシュタンクの上流側の流路内に停滞させる、ことを特徴としている。

請求項１の記載の発明によれば、通常時（通常発電時）に、第２の流路を介して蒸気供給系からフラッシュタンクに所定量の蒸気を流すことで、フラッシュタンクの温度が高温状態となる。このため、非常時に、蒸気供給系から第１の流路を介してフラッシュタンクに蒸気が流れてきても、急激な熱応力がフラッシュタンクに負荷されるのを防止することが可能となる。

請求項２の記載の発明によれば、オリフィスを介することによって、第２の流路を流れる蒸気の量を調整することができる。つまり、所定のオリフィスを備えることで、所定（所望）量のフラッシュタンクに流すことができる。

請求項３の記載の発明によれば、通常時に、蒸気供給系からフラッシュタンクに所定量の蒸気を流すことで、フラッシュタンクの温度が高温状態となる。このため、非常時に、蒸気供給系からフラッシュタンクに蒸気が流れてきても、急激な熱応力がフラッシュタンクに負荷されるのを防止することが可能となる。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係わるフラッシュタンク装置２０が発電ユニットに配設された状態を示す概略構成図である。ここで、発電ユニットは、後述するフラッシュタンク装置２０を除き、広く一般に使用されている発電ユニットと同等の構成であり、ここでは詳細な説明を省略するが、主として、ポンプ１と、ヒータ２と、エコノマイザ（ＥＣＯ）３と、ボイラー本体７と、１次過熱器８ａと、２次過熱器８ｂと、過熱器止弁９と、タービン（負荷）１０と、フラッシュタンク装置２０と、フラッシュタンクダンプ蒸気弁１６と、フラッシュタンク水位コントロール弁１７および復水器１８を備えている。

ポンプ１は、取水路から送られてきた水を圧力によってヒータ２などに送るものであり、ヒータ２は、取水路からポンプ１によって送られてきた水を加熱するものである。エコノマイザ３は、ヒータ２の下流側に配設され、煙道に水管が設けられ、廃棄の余熱を利用してヒータ２から送られてきた水を更に加熱するものである。ボイラー本体７は、水冷壁４と、天井壁５およびケージ壁６から構成され、エコノマイザ３から送られてきた水を加熱し、蒸気を発生させるものである。１次過熱器８ａは、ボイラー本体７の下流側に設置され、ボイラー本体７から送られてきた蒸気を熱エネルギーによって密閉器内で加熱し高温、高圧にするものである。２次過熱器８ｂは、１次過熱器８ａの下流側に過熱器止弁９を介して設置され、１次過熱器８ａから送られてきた蒸気を更に熱エネルギーによって密閉器内で加熱し高温、高圧にするものである。本実施の形態においては、上記のボイラー本体７と１次過熱器８ａと２次過熱器８ｂが蒸気供給系を構成する。過熱器止弁９は、１次過熱器８ａの下流側と２次過熱器８ｂの上流側との間の流路上に設置され、１次過熱器８ａから２次過熱器８ｂに送られる高温、高圧の蒸気の流れを、弁の開閉によって調整するものである。タービン１０は、２次過熱器８ｂの下流側に設置され、ボイラー本体７、１次過熱器８ａ、２次過熱器８ｂで生成された高温、高圧の蒸気を羽根車で受け、流体のエネルギーを回転運動に変換し動力を得るものである。

フラッシュタンク装置２０は、フラッシュタンク１５と、第１のコントロール弁１１ａと、第２のコントロール弁１１ｂと、第１のコントロール子弁１２ａと、第２のコントロール子弁１２ｂと、第１のオリフィス１３ａと、第２のオリフィス１３ｂと、制御装置１４と、第１の主配管２１（第１の流路）と、第２の主配管２２（第１の流路）と、第１の分枝配管２３（第２の流路）および第２の分枝配管２４（第２の流路）から構成される。第１の主配管２１は、ボイラー本体７と１次過熱器８ａとの間の配管とフラッシュタンク１５側とを接続し、後述するように非常時に、ボイラー本体７で発生した蒸気をフラッシュタンク１５に流すものである。ここで非常時とは、ボイラー本体７の圧力が上昇したりユニットトリップが発生したりなどして、タービン１０への蒸気供給を休止させる場合である。

第１のコントロール弁１１ａは、第１の主配管２１上に設置され、後述する制御装置１４からの制御に基づいて、フラッシュタンク１５への蒸気の流れを制御するものである。第１の分枝配管２３は、第１の主配管２１と並列に配設され、ボイラー本体７で発生する蒸気を所定量だけフラッシュタンク１５に流すものである。ここで所定量とは、発電等に影響を与えず、かつ、非常時にフラッシュタンク１５に過大な熱応力がかからないように、フラッシュタンク１５を予熱するのに十分な量のことである。第１のコントロール子弁１２ａは、第１の分枝配管２３上に設置され、フラッシュタンク１５への蒸気の流れを制御するものである。第１のオリフィス１３ａは、第１のコントロール子弁１２ａの下流側に配設され、フラッシュタンク１５への蒸気の流量を調整するものである。

第２の主配管２２は、１次過熱器８ａと２次過熱器８ｂとの間の配管とフラッシュタンク１５側とを接続し、非常時に１次過熱器８ａの下流側の蒸気をフラッシュタンク１５に流すものである。第２のコントロール弁１１ｂは、第２の主配管２２上に設置され、後述する制御装置１４からの制御に基づいて、フラッシュタンク１５への蒸気の流れを制御するものである。第２の分枝配管２４は、第２の主配管２２と並列に配設され、１次過熱器８ａの下流側の蒸気を所定量だけフラッシュタンク１５に流すものである。第２のコントロール子弁１２ｂは、第２の分枝配管２４上に設置され、フラッシュタンク１５への蒸気の流れを制御するものである。第２のオリフィス１３ｂは、第２のコントロール子弁１２ｂの下流側に配設され、フラッシュタンク１５への蒸気の流量を調整するものである。

フラッシュタンク１５は、蒸気供給系で発生した蒸気を必要に応じて受け入れ、低圧蒸気と低圧凝縮水に分離し復水器１８に送るものである。フラッシュタンクダンプ蒸気弁１６は、フラッシュタンク１５と復水器１８を接続する上方の配管上に設置され、弁の開閉によって復水器１８への低圧蒸気の流れを制御するものである。フラッシュタンク水位コントロール弁１７は、フラッシュタンク１５と復水器１８を接続する下方の配管上に設置され、弁の開閉によって復水器１８への低圧凝縮水の流れを制御するものである。また復水器１８は、フラッシュタンク１５から送られてきた低圧凝縮水と低圧蒸気を水に戻すものである。

制御装置１４は、過熱器止弁９と、第１のコントロール弁１１ａと、第２のコントロール弁１１ｂと、第１のコントロール子弁１２ａおよび第２のコントロール子弁１２ｂの開閉を制御する装置である。具体的には、通常時（通常発電時）に、第１のコントロール弁１１ａおよび第２のコントロール弁１１ｂを閉じ、第１のコントロール子弁１２ａと、第２のコントロール子弁１２ｂおよび過熱器止弁９を開くように制御する。これにより、１次過熱器８ａからの蒸気が２次過熱器８ｂ側に供給されるとともに、第１の分枝配管２３および第２の分枝配管２４を介して、フラッシュタンク１５に所定量の蒸気が流れる。次に、非常時ではなく、ＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ Ｓｔａｒｔ Ｓｔｏｐ、昼間運転夜間停止）などの一時的に運転を停止するときには、第１のコントロール弁１１ａ、第２のコントロール弁１１ｂ、第１のコントロール子弁１２ａ、第２のコントロール子弁１２ｂおよび過熱器止弁９のすべての弁を閉じるように制御する。次に、ユニットトリップなどの非常時には、第１のコントロール弁１１ａおよび第２のコントロール弁１１ｂを開き、過熱器止弁９を閉じるように制御する。

次に、このような構成のフラッシュタンク装置２０の作用および、フラッシュタンク装置２０を用いた蒸気制御方法について説明する。

まず、通常運転時には、図２に示すように、ボイラー本体７で発生した蒸気が１次過熱器８ａ側およびフラッシュタンク装置２０側に流れる。そしてフラッシュタンク装置２０内において、第１の分枝配管２３内を第１のコントロール子弁１２ａおよび第１のオリフィス１３ａを介して、所定量の蒸気がフラッシュタンク１５に流れる。ここで、第１のコントロール弁１１ａは閉じているので、第１のコントロール弁１１ａを経て大量の蒸気がフラッシュタンク１５に送られることは無い。次に、１次過熱器８ａに送られた蒸気が、１次過熱器８ａ内でさらに加熱され、２次過熱器８ｂ側およびフラッシュタンク装置２０側に流れる。そしてフラッシュタンク装置２０内において、第２の分枝配管２４内を第２のコントロール子弁１２ｂおよび第２のオリフィス１３ｂを介して、所定量の蒸気がフラッシュタンク１５に流れる。ここで、第２のコントロール弁１１ｂが閉じているので、第２のコントロール弁１１ｂを経て大量の蒸気がフラッシュタンク１５に送られることは無い。そして、フラッシュタンク１５に所定量の蒸気が流れることによって、フラッシュタンク１５内の温度が例えば２００度〜３００度以上の高温状態となる。一方、過熱器止弁９を経て２次過熱器８ｂに送られた蒸気が、２次過熱器８ｂ内でさらに加熱され、タービン１０に供給される。

次に、ユニットトリップなどの非常時の作用などついて、図３に基づいて説明する。

まず、非常時には、制御装置１４によって第１のコントロール弁１１ａおよび第２のコントロール弁１１ｂの弁が開かれ、過熱器止弁９が閉じられる。なお、第１のコントロール子弁１２ａおよび第２のコントロール子弁１２ｂは開いたたままの状態となっている。これによりボイラー本体７側から１次過熱器８ａ側に流れる蒸気および、１次過熱器８ａから２次過熱器８ｂに流れる蒸気が第１の主配管２１および第２の主配管２２を経由して、フラッシュタンク１５に大量に流れる。一方、過熱器止弁９が閉じられているため、２次過熱器８ｂには蒸気が流れない。

次に、ＤＳＳなどにおいて発電ユニットの運転を一時的に停止する場合には、図４に示すように、制御装置１４によって過熱器止弁９と、フラッシュタンク装置２０内にある第１のコントロール弁１１ａと第２のコントロール弁１１ｂと第１のコントロール子弁１２ａおよび第２のコントロール子弁１２ｂが閉じられる。これによりフラッシュタンク１５には蒸気が流れず、ボイラー本体７から１次過熱器８ａ側、および１次過熱器８ａから過熱器止弁９に存する蒸気は、各配管内等に停滞する。この結果、発電を停止している間でも、各配管内等の温度が急激に低下せず次に発電を再開した際に、高温状態から発電が開始されることになり、短時間で正常な発電を行うことが可能となる。

以上のように、このフラッシュタンク装置２０および蒸気制御方法によれば、通常運転時に、第１のコントロール子弁１２ａおよび第２のコントロール子弁１２ｂが開いていることによって、フラッシュタンク１５内に高温の蒸気が所定量流れ、フラッシュタンク１５内がウォーミング（予熱）される。このため、ユニットトリップなどの非常時に第１のコントロール弁１１ａおよび第２のコントロール弁１１ｂが開き、高温の蒸気が大量に流れてきても、フラッシュタンク１５内の温度変化が小さく、従って、それによる熱応力も小さく、フラッシュタンク装置２０の損傷や破損を抑制することができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、第１のコントロール子弁１２ａおよび第２のコントロール子弁１２ｂの下流側に、それぞれ第１のオリフィス１３ａおよび第２のオリフィス１３ｂを設置して流量を調整しているが、第１の分枝配管２３および第２の分枝配管２４の内径などによっては、設けなくてもよい。また、上記の実施の形態では、負荷はタービンとなっているが、被乾燥物を乾燥させるシリンダ乾燥機などであってもよい。

本発明の実施の形態に係わるフラッシュタンク装置が発電ユニットに配設された状態を示す概略構成図である 図１のフラッシュタンク装置の通常運転時の蒸気の流れを示す図である。 図１のフラッシュタンク装置の非常時の蒸気の流れを示す図である。 図１のフラッシュタンク装置の発電ユニット一時停止時の蒸気の流れを示す図である。

符号の説明

１ ポンプ
２ ヒータ
３ エコノマイザ
４ 水冷壁
５ 天井壁
６ ケージ壁
７ ボイラー本体
８ａ １次過熱器
８ｂ ２次過熱器
９ 過熱器止弁
１０ タービン（負荷）
１１ａ 第１のコントロール弁
１１ｂ 第２のコントロール弁
１２ａ 第１のコントロール子弁
１２ｂ 第２のコントロール子弁
１３ａ 第１のオリフィス
１３ｂ 第２のオリフィス
１４ 制御装置
１５ フラッシュタンク
１６ フラッシュタンクダンプ蒸気弁
１７ フラッシュタンク水位コントロール弁
１８ 復水器
２０ フラッシュタンク装置
２１ 第１の主配管（第１の流路）
２２ 第２の主配管（第１の流路）
２３ 第１の分岐配管（第２の流路）
２４ 第２の分岐配管（第２の流路）

Claims (3)

1. フラッシュタンクと、蒸気を生成して負荷側に供給する蒸気供給系と前記フラッシュタンクとを接続する第１の流路と、を備え、ボイラー本体の圧力上昇やユニットトリップを含む非常時に、前記蒸気供給系からの蒸気を前記第１の流路を介して前記フラッシュタンクに流すフラッシュタンク装置において、
   前記蒸気供給系と前記フラッシュタンクとを接続する第２の流路を備え、通常時に前記蒸気供給系からの蒸気を前記第２の流路を介して前記フラッシュタンクに、該フラッシュタンクを予熱するための所定量だけ流すとともに、昼間運転夜間停止を含む発電ユニットの運転を一時的に停止する場合には、前記蒸気を前記フラッシュタンクの上流側の流路内に停滞させる制御装置を備える、
   ことを特徴とするフラッシュタンク装置。
2. 前記第２の流路に、前記蒸気の流量を調整するオリフィスを備えたことを特徴とする請求項１に記載のフラッシュタンク装置。
3. 蒸気を生成して負荷側に供給する蒸気供給系からの蒸気を、ボイラー本体の圧力上昇やユニットトリップを含む非常時に、フラッシュタンクに流す蒸気制御方法において、
   通常時に前記蒸気供給系からの蒸気を、前記負荷側に供給するとともに前記フラッシュタンクに、該フラッシュタンクを予熱するための所定量だけ流すとともに、昼間運転夜間停止を含む発電ユニットの運転を一時的に停止する場合には、前記蒸気を前記フラッシュタンクの上流側の流路内に停滞させる、
   ことを特徴とする蒸気制御方法。
   

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