JP5183714B2

JP5183714B2 - 蒸気供給設備

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Publication number: JP5183714B2
Application number: JP2010240229A
Authority: JP
Inventors: 雅勝松若
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: JP2012093026A

Description

本発明は、汽力発電プラントに備えられる、ボイラで発生させた蒸気の一部を所定の温度に調整し外部に供給する蒸気供給設備に関する。

従来の一般的な汽力発電プラントは、石炭、重油、ＬＮＧ等を燃料としボイラで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンに導き発電機を駆動し発電する。蒸気タービンを駆動した蒸気は、冷却され復水にされた後、ボイラ給水として利用される。ボイラで発生させた蒸気は、蒸気タービンの駆動の他、一部の蒸気は所内蒸気として使用されるが基本的に蒸気は外部には供給されない。

一方、汽力発電プラントの中には、発電を行うと共に外部の顧客に蒸気を供給する蒸気供給設備を備える汽力発電プラントがある。このような蒸気供給設備を備える汽力発電プラントにおいて、顧客の要求に応じて可変かつ迅速に蒸気を供給することができる蒸気供給設備が提案されている（例えば特許文献１参照）。この発電プラントでは、顧客の要求する蒸気温度に調整するために高温再熱蒸気を減温器に導き、スプレー水により蒸気温度を調整した後、供給している。発電プラントによっては、蒸気供給を主蒸気ラインから行うものもある（例えば特許文献２参照）。

特開２００６−２４２５２２号公報特開２００２−４８０９号公報

今日、多くの発電プラントで、発電効率の向上、エネルギの有効利用、省エネルギ、さらにはランニングコストの低減に向けた取組みがなされているが、このような発電効率の向上、ランニングコストの低減等は、発電プラントにとって永遠の課題と言うべきものであり、今後も更なる改善が期待されている。この点に関しては蒸気供給設備を備える発電プラントにおいても変わるところはなく、また新設の発電プラントのみならず既設の発電プラントにおいても同じである。蒸気を所定の温度に調整し外部に供給する蒸気供給設備では、通常、ボイラで発生させた蒸気の一部を減温器に導き、ここで減温水をスプレーし所定の温度に調整する。このため減温器への蒸気及び／又は減温水の供給方法、さらには減温器での温度調整方法等を改善することで、ランニングコストを低減させることが期待できるが、これまで蒸気供給設備の効率化等に対する提案はほとんどなされていない。

本発明の目的は、汽力発電プラントに備えられる、ランニングコストを低減可能な蒸気供給設備を提供することである。

本発明は、外部に供給する蒸気を所定の温度に調整する減温器と、前記減温器に減温水を供給可能な複数の減温水供給手段と、前記減温水供給手段の中から外部に供給する蒸気の仕様に対応した減温水を一番安価に供給可能な減温水供給手段を選定し、該減温水供給手段から前記減温器に減温水を供給させるように制御する制御装置とを含む、汽力発電プラントに備えられるボイラで発生させた蒸気の一部を所定の温度に調整し外部に供給する蒸気供給設備であって、前記減温水供給手段は、それぞれ減温水を供給可能なポンプ及び該ポンプと前記減温器とを結ぶ減温水供給ラインを備え、前記制御装置は、前記ポンプの中から外部に供給する蒸気の仕様に対応した減温水を供給可能な１以上のポンプを選定し、該ポンプの中から減温水を供給するに必要な所要動力が一番小さいポンプを選定し、該ポンプを備える減温水供給手段から前記減温器に減温水を供給させるように制御することを特徴とする蒸気供給設備である。

また本発明は、前記蒸気供給設備において、前記ポンプは、必要な減温水を全量供給可能な減温水専用の減温水供給ポンプの他、前記汽力発電プラントの給水・復水系統に組み込まれたポンプであることを特徴とする。

また本発明は、前記蒸気供給設備において、前記蒸気供給設備は、減温水供給手段として前記減温水供給ポンプから減温水を供給する減温水供給手段のみを備える既設の汽力発電プラントの蒸気供給設備を改造しなされたものであることを特徴とする。

また本発明は、前記蒸気供給設備において、前記ボイラは、蒸気タービンを駆動した後の蒸気を再加熱する再熱器を備え、前記ボイラで発生させた蒸気の一部が、前記再熱器で再加熱された蒸気であることを特徴とする。

また本発明は、前記蒸気供給設備において、前記外部に供給する蒸気の流量及び／又は温度を可変可能なことを特徴とする。

本発明に係る蒸気供給設備は、ポンプ及び該ポンプと減温器とを結ぶ減温水供給ラインを有する複数の減温水供給手段を備え、制御装置は、前記ポンプの中から外部に供給する蒸気の仕様に対応した減温水を供給するに必要な所要動力が一番小さいポンプを選定し、該ポンプを備える減温水供給手段から前記減温器に減温水を供給させるように制御する。このとき制御装置は、必ずしも１つの減温水供給手段から減温水を供給させるように制御するのではなく、２つ以上の減温水供給手段から減温水を供給するケースが、ポンプの所要動力が一番小さければ、この２つ以上の減温水供給手段から減温水を供給させるように制御する。このように制御装置は、ポンプの所要動力に基づき減温水供給手段を選定するので、ランニングコストの一番小さい減温水供給手段が選定され、蒸気温度を調整するためのランニングコストを低減させることができる。

また本発明によれば、減温水を供給するポンプは、必要な減温水を全量供給可能な減温水専用の減温水供給ポンプ及び汽力発電プラントの給水・復水系統に組み込まれたポンプからなる。ポンプの所要動力は、吐出量が零、つまり締切り状態でも比較的多くの所要動力を必要とする一方で、吐出流量の増加に伴う所要動力の増加は小さい。よって性能曲線及び運転データに基づき稼働中の給水・復水系統に組み込まれたポンプを選定し、該ポンプから減温水を供給させることで蒸気温度を調整するためのランニングコストを低減させることができる。外部に供給する蒸気の仕様により、稼働中の給水・復水系統に組み込まれたポンプを使用できないときは、減温水供給ポンプから減温水を供給できるので、減温水を確実に供給することができる。

また本発明によれば、蒸気供給設備は、減温水供給手段として減温水供給ポンプから減温水を供給する減温水供給手段のみを備える既設の汽力発電プラントの蒸気供給設備を改造しなされたものである。減温水供給ポンプからのみ減温水を供給する蒸気供給設備の場合、設計時に比べ外部に供給する蒸気の条件が変化した場合、特に蒸気量が減少した場合、又は温度が低下した場合には、減温水供給ポンプの吐出量を低下させた状態で使用する必要があるが、適正な容量の減温水供給ポンプと比較しポンプ所要動力は大きく、動力の浪費と言える。このような既設の蒸気供給設備を備える汽力発電プラントに本願発明を適用することは非常に効果的である。

また本発明によれば、外部に供給する蒸気の蒸気源は、ボイラの再熱器で再加熱された蒸気であるので、主蒸気に比較して圧力が低く、給水・復水系統に組み込まれたポンプのうち多くのポンプが吐出圧条件を満足しやすい。よって主蒸気を蒸気源とする場合に比較して、減温水供給手段の選択肢が多く蒸気温度を調整するためのランニングコストを低減させ易い。

また本発明によれば、蒸気供給設備は、外部に供給する蒸気の流量及び／又は温度を可変可能である。蒸気量及び／又は蒸気温度の変更が要求される蒸気供給設備において、減温水供給手段を１つしか備えない場合、例えば減温水供給ポンプのみから減温水を供給する場合、最大蒸気量及び／又は最高蒸気温度の蒸気を減温するに必要な減温水を供給可能な容量のポンプを使用する必要がある。蒸気量及び／又は蒸気温度が固定されている場合には、それに見合った減温水供給ポンプを使用することで効率的な運転が可能となるが、蒸気量及び／又は蒸気温度の低下要求があると、減温水供給ポンプの吐出量を低下させた状態で使用する必要があり、適正な容量の減温水供給ポンプと比較し、ポンプ所要動力は大きく動力の浪費と言える。これに対して本発明に係る蒸気供給設備は、複数の減温水供給手段を備えるので、外部に供給する蒸気の流量及び／又は温度が変更されても、その条件に適した減温水供給手段を選定可能であり、蒸気温度を調整するためのランニングコストを低減させることができる。

本発明の実施の一形態としての蒸気供給設備を備える汽力発電プラントのプロセスフロー図である。一般的なポンプの性能曲線である。図１のスプレー水供給系統制御装置のスプレー水供給系統の選定手順を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施の一形態としての蒸気供給設備を備える汽力発電プラントのプロセスフロー図である。汽力発電プラントは、発電設備と蒸気供給設備とを備え、ボイラで発生させた蒸気で蒸気タービンを駆動し、蒸気タービンに連結される発電機により発電を行うと共に、顧客の要求に応じて、ボイラで発生させた蒸気の一部を顧客の要求する蒸気仕様に調整し送出する。

ボイラ１は、燃料であるＬＮＧ（液化天然ガス）を燃焼させる火炉３、飽和蒸気を過熱蒸気とする過熱器５及びタービンを駆動した後の蒸気を加熱する再熱器７を有し、火炉３で発生した蒸気は、過熱器５で過熱蒸気とされ、主蒸気管９、主蒸気管９に設けられた主蒸気加減弁１１を通じて高圧タービン１３に送られ高圧タービン１３を駆動する。高圧タービン１３を駆動し温度の低下した蒸気は、低温再熱蒸気管１５を通して再熱器７に送られ、ここで過熱蒸気となる。この過熱蒸気は、再熱蒸気弁１７が設けられた高温再熱蒸気管１９を通じて中圧タービン２１に送られ、中圧タービン２１を駆動する。この高温再熱蒸気管１９には再熱蒸気弁１７の上流側に、蒸気を減温器６１に送る蒸気供給管２３が連結し、再熱器７から送出される過熱蒸気の一部は、中圧タービン２１を駆動することなく外部に供給される蒸気として使用される。

中圧タービン２１を駆動した蒸気は、クロスオーバー管２５を通じて低圧タービン２７に送られ低圧タービン２７を駆動する。発電機２９は、高圧タービン１３、中圧タービン２１、低圧タービン２７と連結し、これらタービンにより駆動され発電を行う。低圧タービン２７から排出される蒸気は、復水器３１で冷却され凝縮し復水となる。この復水は、復水ポンプ３３で昇圧された後、復水脱塩装置３５で浄化される。復水脱塩装置３５で浄化された復水は、復水昇圧ポンプ３７により昇圧され給水となり、低圧給水加熱器３９に送られる。低圧給水加熱器３９は、表面接触式の熱交換器であり、抽気管４１を通じて供給される低圧タービン２７の抽気蒸気で加熱される。給水を加熱した蒸気はドレンとなり、ドレンポンプ４３を介して給水管４５に送られ、給水と混合された後、脱気器４７へ送られる。脱気器４７に送られた給水は、抽気管４９を通じて供給される中圧タービン２１の抽気蒸気（脱気用蒸気）で加熱され、給水中の溶存酸素等不凝縮性ガスが除去される。

脱気器４７で不凝縮性ガスが除去された給水は、ボイラ給水ポンプ５１で昇圧された後、高圧給水加熱器５３に送られる。高圧給水加熱器５３に送られた給水は、ここで抽気管５５を通じて供給される高圧タービン１３の抽気蒸気で加熱された後、ボイラ１に送られる。この汽力発電プラントでは、復水器３１からボイラ１入口までの管路及びその管路に介装された各装置が給水・復水系統に該当し、給水・復水系統に組み込まれたポンプは、復水ポンプ３３、復水昇圧ポンプ３７、ドレンポンプ４３、ボイラ給水ポンプ５１が該当する。

ボイラ１、蒸気タービン、発電機２９、ポンプ、その他機器、弁等の運転又は制御は、運転制御装置１０１が行う。ボイラ１、蒸気タービン、発電機２９を始め各装置及び各装置を結ぶ管路には、図示した弁以外に運転、制御に必要な多くの弁が設けられ、さらに温度、圧力、流量、ポンプの電流値等を検出する検出器（図示を省略）が設けられている。運転制御装置１０１には検出器から各種データが送られ、運転制御装置１０１は、発電要求に応じてボイラ１、蒸気タービン等の運転を制御し、要求される発電を行う。

蒸気供給設備は、高温再熱蒸気管１９の過熱蒸気を顧客の要求する蒸気仕様に調整し、その蒸気を顧客に供給するための設備であり、蒸気温度を調整する減温器６１、減温器６１に減温用のスプレー水（減温水）を供給する３つのスプレー水供給系統、３つのスプレー水供給系統の中からスプレー水を供給するスプレー水供給系統を選定し、選定したスプレー水供給系統からスプレー水を供給させるように制御するスプレー水供給系統制御装置６３を備える。このほか過熱蒸気を減温器６１に導く蒸気供給管２３、調整後の蒸気を送出する蒸気供給管６５、蒸気供給管２３、６５に装着された供給蒸気の温度、流量等を検出する検出器、温度、流量等を調節する調節計等を有する。

減温器６１は、蒸気供給管２３を通じて送られる過熱蒸気（高温再熱蒸気）に、スプレー水供給系統から送られる減温用の水をスプレーし、蒸気を顧客の要求する蒸気温度に調整するための装置である。蒸気供給管２３には、上流側に蒸気供給元弁６７、その下流側に蒸気供給流量調整弁６９、蒸気供給管６５には、蒸気供給弁７１が設けられている。また蒸気供給管６５には、蒸気供給弁７１の上流側に流量計７３、温度計７５が装着され、蒸気供給流量調整弁６９は、流量計７３と接続する流量調節計７４、温度計７５と接続する温度調節計７６の信号に基づき過熱蒸気の流量を調整する。

スプレー水供給系統は、蒸気温度の調整に必要なスプレー水を全量供給することができるスプレー水のみを供給する減温スプレー水ポンプ７７を備える減温スプレー水ポンプスプレー水系統７９、ボイラ給水ポンプ５１を通じて給水の一部をスプレー水として供給するボイラ給水ポンプスプレー水系統８１、復水昇圧ポンプ３７を通じて給水の一部をスプレー水として供給する復水昇圧ポンプスプレー水系統８３の３つの系統からなる。

減温スプレー水ポンプスプレー水系統７９は、管路を通じて脱気器４７と接続し、減温スプレー水ポンプ７７の吐出部と減温器６１を結ぶスプレー水供給管８５を通じて、減温器６１に減温水を圧送する。スプレー水供給管８５には、スプレー水供給弁８７、スプレー水調整弁８９が設けられており、スプレー水調整弁８９は、流量調節計７４、温度調節計７６の信号に基づきスプレー水量を調整する。減温スプレー水ポンプ７７は、電流計（図示を省略）さらには吐出部に流量計（図示を省略）を備え、検出された電流値、流量は、運転制御装置１０１に送られる。

ボイラ給水ポンプスプレー水系統８１は、ボイラ給水ポンプ５１の吐出部に接続する給水管４５を分岐するように設けられたスプレー水供給管９１を介して減温器６１に給水の一部を圧送する。スプレー水供給管９１は、一端をボイラ給水ポンプ５１の吐出部と流量調整弁５２とを結ぶ給水管４５に、他端をスプレー水調整弁８９の上流側のスプレー水供給管８５に接続させる。スプレー水供給管９１には、スプレー水供給弁９３の他、給水の圧力を減圧させる圧力調整弁９５が設けられている。

復水昇圧ポンプスプレー水系統８３は、復水昇圧ポンプ３７の吐出部に接続する給水管４５を分岐するように設けられたスプレー水供給管９７を介して減温器６１に低圧給水加熱器３９で加熱する前の給水の一部を圧送する。スプレー水供給管９７は、一端を復水昇圧ポンプ３７の吐出部と流量調整弁３８とを結ぶ給水管４５に、他端をスプレー水調整弁８９の上流側のスプレー水供給管８５に接続させる。スプレー水供給管９７には、スプレー水供給弁９９が設けられている。

減温スプレー水ポンプ７７の運転、スプレー水供給に伴うボイラ給水ポンプ５１及び／又は復水昇圧ポンプ３７の吐出量制御、スプレー水供給弁８７、９３、９９の開閉は、運転制御装置１０１がスプレー水供給系統制御装置６３の指令に基づき行う。

スプレー水供給系統制御装置６３は、運転制御装置１０１と信号を送受信可能に接続しており、運転制御装置１０１から各スプレー水供給系統の運転データを入手し、３つのスプレー水供給系統の中からスプレー水供給コストが最も小さいスプレー水供給系統を選定し、運転制御装置１０１に選定したスプレー水供給系統から減温用のスプレー水を供給するように指令を発する。運転制御装置１０１は、スプレー水供給系統制御装置６３からの指令に基づき、復水昇圧ポンプ３７、ボイラ給水ポンプ５１、スプレー水供給ポンプ７７の運転及びスプレー水供給弁８７、９３、９９の開閉を制御する。スプレー水供給系統制御装置６３には、コンピュータ、プログラマブルロジックコントローラを使用することができる。スプレー水供給系統制御装置６３のスプレー水供給系統の選定要領については、後述する。

本実施形態に示す蒸気供給設備は、より少ないランニングコストで蒸気温度を調整すべく、減温器６１にスプレー水を送水するポンプの所要動力に着目しなしたものであり、より詳細には、同じ量のスプレー水を送水する場合であっても、ポンプの使用状態によって所要動力が異なることに着目しなしたものである。

復水昇圧ポンプ３７、ボイラ給水ポンプ５１、減温スプレー水ポンプ７７は、いずれも遠心ポンプであり、遠心ポンプの所要動力（軸動力）Ｗは、式（１）で示され、吐出量Ｑ及び全揚程（圧力）Ｈに比例し、ポンプ効率ηに逆比例する。
Ｗ＝ρ・ｇ・Ｈ・Ｑ／η・・・（１）
ここでＨ：全揚程（ｍ）
Ｑ：吐出量（ｍ^３／ｓ）
ｇ：重力加速度９．８（ｍ／ｓ^２）
ρ：液密度（ｋｇ／ｍ^３）
η：ポンプ効率（−）

ポンプ効率は、吐出量に対して一定ではなく、締切り点（吐出量＝０）が一番小さく、吐出量が増加するに従って上昇し、通常、ポンプの定格容量あるいはその近傍で最大となる。このためポンプは、定格容量付近で使用するのが一番効率的である。吐出量と軸動力（所要動力）との関係を、図２を用いて説明する。図２は、遠心ポンプの一般的な性能曲線である（例えば、社団法人電気学会，火力発電総論，２００２年１０月２５日，第１５４頁）。吐出量Ｑ_１（図中Ａ点）の軸動力は、Ｗ_１である。一方、吐出量Ｑ_２の状態（図中Ｂ点）から流量をＱ_１だけ増加させ吐出量をＱ_３（図中Ｃ点）とした場合、軸動力はＷ_２からＷ_３に増加する。このとき増加した軸動力ΔＷ_３２は、ΔＷ_３２＝Ｗ_３−Ｗ_２となるが、この軸動力ΔＷ_３２は、締切り状態から流量Ｑ_１を送水するときの軸動力Ｗ_１に比較し圧倒的に小さい。

図３は、スプレー水供給系統制御装置６３のスプレー水供給系統の選定手順を示すフローチャートである。以下、図３を用いてスプレー水供給系統の選定手順を説明する。なお、復水昇圧ポンプ３７、ボイラ給水ポンプ５１及び減温スプレー水ポンプ７７の仕様及び性能曲線は、予めスプレー水供給系統制御装置６３に入力されているものとする。また外部に供給する蒸気の仕様と必要なスプレー水圧力Ｐ_Ｓ及びスプレー水量Ｑ_Ｓとの関係が取得され、これらの関係もスプレー水供給系統制御装置６３に入力されているものとする。さらにスプレー水供給系統制御装置６３は、運転制御装置１０１から必要な運転データを入手可能であるとする。

スプレー水供給系統制御装置６３は、まず、外部に供給する蒸気の仕様に基づきスプレー水供給に必要なスプレー水圧力Ｐ_Ｓ及びスプレー水量Ｑ_Ｓを取得する（ステップＳ１）。外部に供給する蒸気の仕様と必要なスプレー水圧力Ｐ_Ｓ及びスプレー水量Ｑ_Ｓとの関係が予め取得されており、蒸気の仕様を入力することで簡単に必要なスプレー水圧力Ｐ_Ｓ及びスプレー水量Ｑ_Ｓを算出することができる。スプレー水圧力Ｐ_Ｓは、スプレー水調整弁８９の入口部における圧力である。

次に３つのスプレー水供給系統のうち、圧力の一番低いスプレー水系統である復水昇圧ポンプ３７の吐出圧Ｐ_ＣＢＰ−αがスプレー水圧力Ｐ_Ｓ以上か否かを判定する（ステップＳ２）。このステップＳ２は、圧力の点から、復水昇圧ポンプスプレー水系統８３からスプレー水を供給可能か否か判断するステップである。ここでαは、復水昇圧ポンプ３７の吐出量を現状からスプレー水量Ｑ_Ｓだけ増加させたときの復水昇圧ポンプ３７の吐出圧低下分ΔＰ_ＣＢＰに対応する値である。復水昇圧ポンプ３７は、吐出量増加に伴い吐出圧が低下するので、現状の吐出圧Ｐ_ＣＢＰがスプレー水圧力Ｐ_Ｓ以上であったとしても、吐出量をスプレー水量Ｑ_Ｓだけ増加させると吐出圧Ｐ_ＣＢＰがスプレー水圧力Ｐ_Ｓを下回ることもある。吐出圧Ｐ_ＣＢＰがスプレー水圧力Ｐ_Ｓを下回ると復水昇圧ポンプスプレー水系統８３からスプレー水を供給できないので、スプレー水量Ｑ_Ｓだけ増加させたときの復水昇圧ポンプ３７の吐出圧低下分ΔＰ_ＣＢＰを考慮した判定を行う。αは復水昇圧ポンプ３７の性能曲線から簡単に求めることができる。なお、αは、安全を見てΔＰ_ＣＢＰより多少大きい値とする。

復水昇圧ポンプ３７の吐出圧Ｐ_ＣＢＰ−αがスプレー水圧力Ｐ_Ｓ以上であると判断すると、ステップＳ３に進み、復水昇圧ポンプ３７の増加可能な吐出量ΔＱ_ＣＢＰを算出する。この吐出量ΔＱ_ＣＢＰは、復水昇圧ポンプ３７の最大吐出量から現在の吐出量を減算することで算出する。一方、復水昇圧ポンプ３７の吐出圧Ｐ_ＣＢＰ−αがスプレー水圧力Ｐ_Ｓ未満であると判断すると、復水昇圧ポンプスプレー水系統８３からスプレー水を供給することができないので、ステップＳ４でΔＱ_ＣＢＰ＝０としてステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、ボイラ給水ポンプ５１の増加可能な吐出量ΔＱ_ＢＦＰを算出する。この吐出量ΔＱ_ＢＦＰは、ボイラ給水ポンプ５１の最大吐出量から現在の吐出量を減算することで算出する。ボイラ給水ポンプ５１は、減温スプレー水ポンプ７７以上の圧力で運転されるため、復水昇圧ポンプ３７のようにボイラ給水ポンプ５１の吐出圧とスプレー水圧力Ｐ_Ｓとを比較する必要はない。

ステップＳ６は、ボイラ給水ポンプスプレー水系統８１、復水昇圧ポンプスプレー水系統８３、又はボイラ給水ポンプスプレー水系統８１と復水昇圧ポンプスプレー水系統８３とを合算した場合、スプレー水を供給する余裕があるか否かを判断するステップであり、ステップＳ３〜Ｓ５で算出した復水昇圧ポンプ３７の増加可能な吐出量ΔＱ_ＣＢＰ、ボイラ給水ポンプ５１の増加可能な吐出量ΔＱ_ＢＦＰ及びΔＱ_ＣＢＰ＋ΔＱ_ＢＦＰのいずれかがスプレー水量Ｑ_Ｓ以上か否かを判定する。

ステップＳ７は、ステップＳ６でスプレー水量Ｑ_Ｓ以上と判定されたスプレー水系統及び減温スプレー水ポンプスプレー水系統７９のスプレー水供給コストを算出する。例えば、ステップＳ６において、ΔＱ_ＣＢＰ、ΔＱ_ＢＦＰ、ΔＱ_ＣＢＰ＋ΔＱ_ＢＦＰの全てが必要スプレー水量Ｑ_Ｓを上回ると判断されたときは、（１）復水昇圧ポンプスプレー水系統８３、（２）ボイラ給水ポンプスプレー水系統８１、（３）復水昇圧ポンプスプレー水系統８３とボイラ給水ポンプスプレー水系統８１との２つの系統から同時にスプレー水を供給する系統、（４）減温スプレー水ポンプスプレー水系統７９の４つのケースについて、スプレー水供給コストを算出する。スプレー水供給コストは、各スプレー水供給系統のポンプの所要動力から算出する。この所要動力は、ポンプの性能曲線から簡単に算出することができる。

ステップＳ８は、ステップＳ７で算出されたスプレー水供給コストが最小のスプレー水系統を選定し、ステップＳ９において、ステップＳ８で選定されたスプレー水系統を通じてスプレー水を供給するように運転制御装置１０１に指令を発する。スプレー水の供給は必ずしも１つの系統から行う必要はなく、復水昇圧ポンプスプレー水系統８３とボイラ給水ポンプスプレー水系統８１との２つの系統から同時にスプレー水を供給してもよい。

ステップＳ６において、この条件を満足しない場合、つまりボイラ給水ポンプ５１等にスプレー水を供給する余裕がないときは、スプレーの専用供給系統である減温スプレー水ポンプスプレー水系統７９からスプレー水を供給するように運転制御装置１０１に指令を発する（ステップＳ１０）。

スプレー水供給系統の選定要領は、大略的に次のように整理することができる。
（１）必要なスプレー水圧力Ｐ_Ｓ以上の吐出圧を有するポンプを備えるスプレー水系統のみが選定される。よって外部に供給する蒸気の圧力が高い場合には、減温器６１に供給するスプレー水の圧力も高くなることから、復水昇圧ポンプスプレー水系統８３は選択されず、ボイラ給水ポンプスプレー水系統８１又は減温スプレー水ポンプスプレー水系統７９が選択されることとなる。

（２）必要なスプレー水圧力Ｐ_Ｓ以上の吐出圧を有するポンプを備えるスプレー水系統であっても、吐出量にスプレー水を供給する余裕がないスプレー水系統は選択されない。このため汽力発電プラントの運転、特にボイラ、タービンを含む発電に支障をきたすことはない。

（３）必要なスプレー水圧力Ｐ_Ｓ以上でかつ必要なスプレー水量Ｑ_Ｓを供給可能なスプレー水供給系統が複数ある場合には、コストミニマムのスプレー水供給系統が選択される。スプレー水を供給するに必要なポンプの所要動力は、式（１）で示すように、吐出量Ｑ及び全揚程（圧力）Ｈに比例し、ポンプ効率ηに逆比例するから、復水昇圧ポンプスプレー水系統８３とボイラ給水ポンプスプレー水系統８１とが共に必要なスプレー水圧力Ｐ_Ｓとスプレー水量Ｑ_Ｓとの条件を満足するときには、吐出圧の低い復水昇圧ポンプスプレー水系統８３が選択される可能性が高い。ポンプ効率が同じならば吐出圧の低い復水昇圧ポンプ３７の方が、吐出圧の高いボイラ給水ポンプ５１に比べ、スプレー水を供給するに必要な所要動力は小さいからである。またポンプ効率ηは、締切り点近傍では非常に小さいので、スプレー水量Ｑ_Ｓが少ない場合には、減温スプレー水ポンプスプレー水系統７９よりも、復水昇圧ポンプスプレー水系統８３又はボイラ給水ポンプスプレー水系統８１が選択される可能性が高い。

（４）以上のことから、スプレー水圧力Ｐ_Ｓ以上の吐出圧でかつスプレー水圧力Ｐ_Ｓに近い起動中のポンプを有するスプレー水供給系統からスプレー水を供給することが効率的と言える。

上記実施形態で示す蒸気供給設備は、複数のスプレー水供給系統の中から外部に供給する蒸気の仕様に対応したスプレー水を一番安価に供給できるスプレー水供給系統として、スプレー水を供給可能な条件を満たしかつスプレー水供給に必要なポンプの所要動力が一番小さいスプレー水供給系統を選定し、そのスプレー水供給系統から減温水を供給するので、従来の蒸気供給設備に比較し、蒸気温度を調整するためのランニングコストを低減させることができる。また減温水を供給するポンプも汽力発電プラントの給水・復水系統に組み込まれたポンプを使用するので、既設の汽力発電プラントに蒸気供給設備が設けられているときはもちろん、蒸気供給設備が設けられていない既設の汽力発電プラントであっても簡単な改造で本発明の蒸気供給設備を得ることができる。また新設の汽力発電プラントにも容易に適することができる。また外部に供給する蒸気の仕様により、稼働中の給水・復水系統に組み込まれたポンプを使用できないときは、減温水専用のポンプである減温スプレー水ポンプからスプレー水を供給できるので、スプレー水を確実に供給することができる。

上記実施形態で示されるように本発明に係る蒸気供給設備は、特に、設計時に比べ外部に供給する蒸気の条件が変化したような蒸気供給設備を備える汽力発電プラントに好適に使用することができる。また外部に供給する蒸気の流量及び／又は温度の変更を要求される蒸気供給設備に、本発明に係る蒸気供給設備を適用することは非常に効果的である。

なお、本発明に係る蒸気供給設備は、上記実施形態に限定されるものではなく、また要旨を変更しない範囲で変更することが可能である。例えば上記実施形態では、スプレー水供給系統として、３つのスプレー水供給系統を有する例を示したが、スプレー水供給系統は上記形態に限定されるものではない。要求される蒸気仕様、特に圧力の点から復水昇圧ポンプスプレー水系統を使用する可能性がない場合は、ボイラ給水ポンプスプレー水系統と減温スプレー水ポンプスプレー水系統の２系統とすればよい。逆に要求される蒸気仕様、特に圧力が高い圧力から低い圧力まで幅広い場合には、前記３系統以外に復水ポンプからスプレー水を供給可能とする復水ポンプスプレー水系統を設け４系統としてもよい。

また上記実施形態では、外部に供給する蒸気の蒸気源を高温再熱蒸気としたが、外部に供給する蒸気の蒸気源が主蒸気であっても、低温再熱蒸気であっても本発明に係る蒸気供給設備を適用可能なことは言うまでもない。また上記実施形態では、スプレー水供給系統制御装置６３と運転制御装置１０１とを別々に設ける例を示したが、スプレー水供給系統制御装置６３を運転制御装置１０１に組み込み、一体化させてもよいことはもちろんである。

１ボイラ
１３高圧タービン
２１中圧タービン
２３蒸気供給管
２７低圧タービン
２９発電機
３７復水昇圧ポンプ
４５給水管
５１ボイラ給水ポンプ
６１減温器
６３スプレー水供給系統制御装置
６５蒸気供給管
６９蒸気供給流量調整弁
７３流量計
７５温度計
７７減温スプレー水ポンプ
７９減温スプレー水ポンプスプレー水系統
８１ボイラ給水ポンプスプレー水系統
８３復水昇圧ポンプスプレー水系統
８５スプレー水供給管
８７スプレー水供給弁
８９スプレー水調整弁
９１スプレー水供給管
９３スプレー水供給弁
９５圧力調整弁
９７スプレー水供給管
９９スプレー水供給弁
１０１運転制御装置

Claims

外部に供給する蒸気を所定の温度に調整する減温器と、前記減温器に減温水を供給可能な複数の減温水供給手段と、前記減温水供給手段の中から外部に供給する蒸気の仕様に対応した減温水を一番安価に供給可能な減温水供給手段を選定し、該減温水供給手段から前記減温器に減温水を供給させるように制御する制御装置とを含む、汽力発電プラントに備えられるボイラで発生させた蒸気の一部を所定の温度に調整し外部に供給する蒸気供給設備であって、
前記減温水供給手段は、それぞれ減温水を供給可能なポンプ及び該ポンプと前記減温器とを結ぶ減温水供給ラインを備え、
前記制御装置は、前記ポンプの中から外部に供給する蒸気の仕様に対応した減温水を供給可能な１以上のポンプを選定し、該ポンプの中から減温水を供給するに必要な所要動力が一番小さいポンプを選定し、該ポンプを備える減温水供給手段から前記減温器に減温水を供給させるように制御することを特徴とする蒸気供給設備。
前記ポンプは、必要な減温水を全量供給可能な減温水専用の減温水供給ポンプの他、前記汽力発電プラントの給水・復水系統に組み込まれたポンプであることを特徴とする請求項１に記載の蒸気供給設備。
前記蒸気供給設備は、減温水供給手段として前記減温水供給ポンプから減温水を供給する減温水供給手段のみを備える既設の汽力発電プラントの蒸気供給設備を改造しなされたものであることを特徴とする請求項２に記載の蒸気供給設備。
前記ボイラは、蒸気タービンを駆動した後の蒸気を再加熱する再熱器を備え、
前記ボイラで発生させた蒸気の一部が、前記再熱器で再加熱された蒸気であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の蒸気供給設備。
前記外部に供給する蒸気の流量及び／又は温度を可変可能なことを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の蒸気供給設備。