JP5901397B2

JP5901397B2 - 発電プラント

Info

Publication number: JP5901397B2
Application number: JP2012085313A
Authority: JP
Inventors: 石原　伸夫; 伸夫石原; 正人金留
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-04-04
Also published as: JP2013213474A

Description

本発明は、発電プラントに関するものである。

一般に、火力発電所や原子力発電所等の発電プラントでは、蒸気発生器で発生した蒸気でタービンを駆動させて発電し、排出された蒸気を復水器で回収し、熱交換器で再度加熱して高温状態で蒸気発生器に戻すように循環経路が設けられている。

ここで、例えば原子力発電所の発電プラントにおいて、循環経路を循環する流体中にＮａ，Ｃｌ，ＳＯ_４等不純物が混入していると、該発電プラントを構成する設備を腐食する虞がある。よって、不純物濃度を抑えるために、復水器の下流側に浄化装置が設置されていることが一般的である。

ここで、浄化装置としては、Ｎａイオン、Ｃｌイオン及びＳＯ_４イオンの吸着が可能なカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂からなるイオン交換樹脂で構成されている技術が提案されている（下記特許文献１参照）。これにより、不純物を吸着除去することで、発電プラント中の不純物濃度を低減させることが可能となる。

特許第３７６００３３号公報

しかしながら、上記の復水器の下流側に浄化装置を設ける構成の発電プラントでは、循環経路を流通する流体の量が膨大であるために、不純物を十分に除去すべく大規模な浄化装置を設ける必要がある。よって、設備の大規模化に伴いイニシャルコストが嵩むという問題点がある。

また、イオン交換樹脂は不純物を吸着し、又は不純物が無い場合でも循環する流体中に添加されたアンモニア等のｐＨ調整剤を吸着するため、吸着量の増加にともないイオン交換樹脂の吸着性能は低下する。よって、定期的に該イオン交換樹脂を強アルカリや強酸で浄化し又は純水で洗浄して再生する必要があるため、ランニングコストが増大するという問題点がある。
さらに、イオン交換樹脂は熱や酸化により劣化するため、定期的にイオン交換樹脂自体を交換する必要があり、これもランニングコストを一層増大させる問題点となっている。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、発電プラント内における不純物を低減することができるとともに、コストを抑えることができる発電プラントを提供するものである。

ここで、本発明の発明者らがこのような発電プラントの不純物濃度について鋭意研究を重ねたところ、発電プラントの内における不純物濃度の変動と、大気中の浮遊物量との間に相関関係があるとうい知見を得るに至った。

そこで、前記課題を解決するため、この発明は上記知見に基づき以下の手段を提案している。
すなわち、本発明に係る発電プラントは、蒸気発生器と、該蒸気発生器により生成される蒸気が導入されるタービンと、該タービンを駆動した蒸気を復水として回収する復水器と、前記復水器から導出される前記復水が導入される第一脱塩装置と、前記蒸気発生器、前記タービン、前記復水器及び前記第一脱塩装置の間で前記蒸気又は前記復水を流通させる主流路とを備える発電プラントであって、前記主流路をバイパスするように接続され、前記蒸気が外気と接触する外気接触ラインを備え、該外気接触ラインは、前記蒸気が導入される第二脱塩装置を有することを特徴とする。

このような発電プラントによれば、外気が混入された蒸気中に不純物がある場合でも、該蒸気を外気接触ラインにおける第二脱塩装置に導入して、該第二脱塩装置により不純物を除去することができる。よって、不純物濃度が減少した流体を主流路に戻すことができるため、発電プラントにおける不純物を低減することができる。
また、第二脱塩装置に導入される蒸気量は大量でないため、イニシャルコスト及びランニングコストを抑えた第二脱塩装置を採用することができる。

また、本発明に係る発電プラントは、前記外気接触ラインは、前記復水器から導入された前記蒸気に前記外気を混入されて流通させるエジェクタ装置と、該エジェクタ装置の下流側に設けられ前記蒸気中のガスを除去する排ガス洗浄装置とを有する第一外気接触ラインで構成され、前記第二脱塩装置は、前記排ガス洗浄装置の下流側に設けられていることが好ましい。

このような発電プラントによれば、復水器から導入されガスが除去された蒸気から、第二脱塩装置により不純物を確実に除去することができる。よって、不純物濃度が減少した流体を主流路に戻すことができるため、発電プラントにおける不純物を確実に低減することができる。

また、本発明に係る発電プラントは、前記復水器から導入される前記復水を熱交換する熱交換器を有し、前記外気接触ラインは、前記タービンから漏出した前記蒸気に前記外気が混入されて前記熱交換器に導入する蒸気導入ラインと、該熱交換器で前記蒸気を熱交換して生成した凝縮水を前記排ガス洗浄装置の下流側に導入する洗浄装置側導出ラインとを有する第二外気接触ラインで構成されていてもよい。

このような発電プラントによれば、蒸気タービンから導入された蒸気及び復水器から導入されガスが除去された蒸気から、第二脱塩装置により不純物を確実に除去することができる。よって、不純物濃度が減少した流体を洗浄装置側導出ラインにより主流路に戻すことができるため、発電プラントにおける不純物を確実に低減することができる。

また、本発明に係る発電プラントは、前記復水器から導出される前記復水を熱交換する熱交換器を有し、前記外気接触ラインは、前記タービンから漏出した前記蒸気に前記外気が混入されて前記熱交換器に導入する蒸気導入ラインと、該熱交換器で前記蒸気を熱交換して生成した凝縮水を前記復水器に導入する復水器側導出ラインとを有する第三外気接触ラインで構成されていてもよい。

このような発電プラントによれば、蒸気タービンから導入された蒸気から、第二脱塩装置により不純物を確実に除去することができる。よって、不純物濃度が減少した流体を復水器側導出ラインにより主流路に戻すことができるため、発電プラントにおける不純物を確実に低減することができる。

本発明に係る発電プラントによれば、第二脱塩装置により不純物を除去し、不純物濃度が減少した流体を主流路に戻すことができるため、発電プラント内における不純物を低減することができるとともに、コストを抑えることができる。

本発明の第一実施形態に係る発電プラントの系統図である。本発明の第二実施形態に係る発電プラントの系統図である。本発明の第二実施形態の変形例に係る発電プラントの系統図である。

（第一実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第一実施形態に係る発電プラントについて説明する。
図１は、本実施形態に係る発電プラントの系統図である。

（発電プラント）
発電プラント１は、蒸気発生器２と、タービン３と、復水器４と、グランドコンデンサ５（熱交換器）と、第一脱塩装置６と、加熱器７と、主流路１０と、第一外気接触ライン１１（外気接触ライン）と、第三外気接触ライン１３（外気接触ライン）とを備えている。

蒸気発生器２は、熱交換により蒸気を発生する機器である。発電プラント１が原子力発電所の場合、原子炉から取り出した熱に基づき該蒸気発生器２にて蒸気を発生させる。また、発電プラント１が火力発電所の場合には、該蒸気発生器２はボイラーに相当する。

タービン３は、蒸気発生器２により生成される蒸気が導入されることで回転駆動する。
このタービン３が回転駆動すると、図示しない発電機に伝達され該発電機が発電動作を行う。

復水器４は、タービン３を駆動した蒸気を、海水等の冷却水を用いて冷却し復水として回収する。この復水器４には、冷却水を導入する冷却水導入ライン５１と、使用した冷却水を放出する放出ライン５２とが設けられている。

グランドコンデンサ５は、復水器４から導出された復水と、後述する第三外気接触ライン１３から導入される蒸気とを熱交換する。

第一脱塩装置６は、グランドコンデンサ５から導出された復水が導入され、該復水中に含まれる不純物を除去する。
なお、不純物としては、例えば、Ｋ^＋，Ｃａ^２＋，Ｎａ^＋，Ｍｇ^２＋，Ｃｌ⁻，ＳＯ_４ ^２−等が挙げられる。

加熱器７は、第一脱塩装置６から導出される復水と、図示しないタービン３から導入される抽気とを熱交換して、該復水の温度を上昇させて蒸気発生器２に導入する。

主流路１０は、蒸気発生器２とタービン３とを接続する第一接続管２１と、復水器４とグランドコンデンサ５とを接続する第二接続管２２と、該グランドコンデンサ５と第一脱塩装置６とを接続する第三接続管２３と、該第一脱塩装置６と加熱器７とを接続する第四接続管２４と、該加熱器７と蒸気発生器２とを接続する第五接続管２５とを有している。

この第一接続管２１、第二接続管２２、第三接続管２３、第四接続管２４及び第五接続管２５において、蒸気及び復水を流通されている。

第一外気接触ライン１１及び第三外気接触ライン１３は、主流路１０をバイパスするように接続され、蒸気が外気と接触する構成となっている。

（第一外気接触ライン）
本実施形態では、第一外気接触ライン１１は、両端が復水器４に接続されており、エジェクタ装置３１と、該エジェクタ装置３１の下流側に設けられた排ガス洗浄装置３２と、該排ガス洗浄装置３２の下流側に設けられた洗浄側脱塩装置３３（第二脱塩装置）と、該洗浄側脱塩装置３３の下流側に設けられた復水を貯留する復水タンク３４とを有している。

さらに、第一外気接触ライン１１は、復水器４とエジェクタ装置３１とを接続する第一バイパス管４１と、該エジェクタ装置３１と排ガス洗浄装置３２とを接続する第二バイパス管４２と、該排ガス洗浄装置３２と洗浄側脱塩装置３３とを接続する第三バイパス管４３と、該洗浄側脱塩装置３３と復水タンク３４とを接続する第四バイパス管４４と、該復水タンク３４と復水器４とを接続する第五バイパス管４５とを有している。

エジェクタ装置３１は、復水器４から導出され第一外気接触ライン１１に導入された蒸気に、フィルター（不図示。以下同じ。）で浄化された外気を混入させて真空状態として、排ガス洗浄装置３２に向かって流通させる装置である。

このエジェクタ装置３１では、機械式ポンプと空気エジェクタとが組み合わされた構成（不図示。以下同じ。）であり、低真空域では機械式ポンプによるホギング運転により大容量の空気を抽出し、高真空域では空気エジェクタを併用したホールディング運転により高真空状態を維持可能とされている。

排ガス洗浄装置３２は、エジェクタ装置３１から導出された蒸気を、水等の液体の洗浄液と接触させて、該蒸気中からアンモニア等の揮発性ガスを除去するものである。

（洗浄側脱塩装置）
洗浄側脱塩装置３３は、例えばＨ−ＯＨ型のイオン交換樹脂で構成され、排ガス洗浄装置３２から導出された蒸気中に含まれる不純物を除去する。

（第三外気接触ライン）
本実施形態では、第三外気接触ライン１３は、タービン３とグランドコンデンサ５とを接続する蒸気導入ライン６１と、グランドコンデンサ５と復水器４とを接続する復水器側導出ライン６２と、該復水器側導出ライン６２に設けられたコンデンサ側脱塩装置６３（第二脱塩装置）とを有している。

蒸気導入ライン６１は、タービン３におけるロータと軸受けとの間のシール部分（不図示。以下同じ。）から漏出する蒸気に外気が混入されて、グランドコンデンサ５に導入している。

復水器側導出ライン６２は、グランドコンデンサ５にて生成された凝縮水を復水器４に導入しており、グランドコンデンサ５とコンデンサ側脱塩装置６３とを接続する第六バイパス管４６と、該コンデンサ側脱塩装置６３と復水器４とを接続する第七バイパス管４７とを有している。

（コンデンサ側脱塩装置）
コンデンサ側脱塩装置６３は、例えばＨ−ＯＨ型のイオン交換樹脂で構成され、グランドコンデンサ５から導出された蒸気中に含まれる不純物を除去する。

次に、本実施形態に係る発電プラントにおける蒸気及び復水の流路について説明する。

蒸気発生器２で発生した蒸気は、第一接続管２１を経由してタービン３に導入されて該タービン３を稼動する。該タービン３を駆動した蒸気は、復水器４にて冷却水導入ライン５１を介して導入された冷却水により冷却されて復水として回収される。該復水器４より導出した復水は、第二接続管２２を経由してグランドコンデンサ５に導入される。

一方、タービン３から蒸気導入ライン６１を経由して外気と混ざってグランドコンデンサ５に導入された蒸気は、第二接続管２２から導入された復水と熱交換されて、温度低下した凝縮水として第六バイパス管４６に導出される。

第六バイパス管４６に導出された凝縮水はコンデンサ側脱塩装置６３に導入され、該コンデンサ側脱塩装置６３において不純物が除去されて、第七バイパス管４７を介して復水器４に導入される。

他方、グランドコンデンサ５にて熱交換された復水は、グランドコンデンサ５における熱交換により温度上昇した状態で第三接続管２３を経由して第一脱塩装置６に導入される。該第一脱塩装置６において不純物を除去された復水は、第四接続管２４を経由して加熱器７に導入され、該加熱器７にて温度上昇されて蒸気発生器２に導入される。

また、復水器４から第一バイパス管４１を経由してエジェクタ装置３１に導入された蒸気は、外気と混ざり第二バイパス管４２を経由して排ガス洗浄装置３２に導入さる。該排ガス洗浄装置３２においてガスが除去された蒸気は、第三バイパス管４３を経由して洗浄側脱塩装置３３に導入される。

そして、洗浄側脱塩装置３３において不純物が除去された蒸気は、第四バイパス管４４を経由して復水タンク３４に貯留され、第五バイパス管４５を経由して復水器４に導入される。

次に、このように構成され発電プラント１の作用・効果について説明する。
このように構成された発電プラント１では、外気が混入された蒸気中に不純物がある場合でも、該蒸気を第一外気接触ライン１１における洗浄側脱塩装置３３及び第三外気接触ライン１３におけるコンデンサ側脱塩装置６３に導入することができる。そして、洗浄側脱塩装置３３及びコンデンサ側脱塩装置６３において、不純物を確実に除去することができる。よって、不純物濃度が減少した流体を主流路１０に戻すことができるため、発電プラント１における不純物を確実に低減することができる。

また、洗浄側脱塩装置３３及びコンデンサ側脱塩装置６３に導入される蒸気量は大量でないため、イニシャルコスト及びランニングコストを抑えることができる。

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態に係る発電プラント２０１について、図２を用いて説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

第一実施形態における外気接触ラインは、第一外気接触ライン１１と第三外気接触ライン１３とで構成されている。一方、本実施形態における外気接触ラインは、第一外気接触ライン１１と第二外気接触ライン１２とで構成されている。

すなわち、第二外気接触ライン１２は、タービン３とグランドコンデンサ５とを接続する蒸気導入ライン６１と、グランドコンデンサ５と第一外気接触ライン１１とを接続する洗浄装置側導出ライン６４とを有している。

洗浄装置側導出ライン６４は、一端がグランドコンデンサ５に接続され、他端が第一外気接触ライン１１における第三バイパス管４３に接続されている。この洗浄装置側導出ライン６４は、グランドコンデンサ５にて生成された凝縮水を、排ガス洗浄装置３２の下流側に導入している。

このように構成された発電プラント２０１では、外気が混入された蒸気中に不純物がある場合でも、該蒸気を第一外気接触ライン１１における洗浄側脱塩装置３３に導入することができる。そして、洗浄側脱塩装置３３において、不純物を確実に除去することができる。よって、不純物濃度が減少した流体を主流路１０に戻すことができるため、発電プラント２０１における不純物を確実に低減することができる。

さらに、外気が混入される系統は第一外気接触ライン１１と第二外気接触ライン１２との２系統であるものの、設置される脱塩装置としては洗浄側脱塩装置３３のみであるため、第一実施形態よりも一層コストを抑えることができる。

（第二実施形態の変形例）
また、図３に示すように、第二実施形態の変形例として、第一外気接触ライン１１における洗浄側脱塩装置３５の位置を復水タンク３４の下流側に設けた発電プラント３０１であっても良い。

この場合でも、蒸気を第一外気接触ライン１１における洗浄側脱塩装置３５に導入することができるため、不純物を確実に除去することができる。よって、不純物濃度が減少した流体を主流路１０に戻すことができるため、発電プラント３０１における不純物を確実に低減することができる。

なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、第一外気接触ライン１１、第二外気接触ライン１２及び第三外気接触ライン１３には海水が混入される虞がないため、洗浄側脱塩装置３３，３５及びコンデンサ側脱塩装置６３をアンモニア型のイオン交換樹脂で構成しても良い。この場合、イオン交換樹脂の交換が不要となるため、ランニングコストを更に低減することができる。

さらに、第一外気接触ライン１１、第二外気接触ライン１２及び第三外気接触ライン１３に流通させる蒸気の量を増加させて、洗浄側脱塩装置３３，３５及びコンデンサ側脱塩装置６３で処理する蒸気量を増大させても良い。この場合、第一脱塩装置６で処理する蒸気量を減少させることができるため、該第一脱塩装置６を小規模化して、発電プラント１，２０１，３０１全体としてのコストを低減することができる。

また、洗浄側脱塩装置３３，３５及びコンデンサ側脱塩装置６３を、ゼオライト型吸着剤の構成を採用することも可能である。この場合、ゼオライト型吸着剤は耐久性が高いため、メンテナンス性を向上させるとともにランニングコストを低減することができる。

また、洗浄側脱塩装置３３，３５及びコンデンサ側脱塩装置６３を、ＲＯ膜（逆浸透膜）の構成を採用することも可能である。この場合、樹脂を再生させるために強アルカリや強酸による処理が不要となるため、環境面において良好である。

さらに、エジェクタ装置３１の入口側やタービン３におけるシール部分にフィルターを多数設けたり、高性能のフィルターも設けたりまたは排ガス洗浄装置３２を設けても良い。これにより、第一外気接触ライン１１、第二外気接触ライン１２及び第三外気接触ライン１３に混入される外気量を低減することが可能となり、不純物を低減することができる。

１…発電プラント
２…蒸気発生器
３…タービン
４…復水器
５…グランドコンデンサ（熱交換器）
６…第一脱塩装置
１０…主流路
１１…第一外気接触ライン（外気接触ライン）
１２…第二外気接触ライン（外気接触ライン）
１３…第三外気接触ライン（外気接触ライン）
３１…エジェクタ装置
３２…排ガス洗浄装置
３３…洗浄側脱塩装置（第二脱塩装置）
６１…蒸気導入ライン
６２…復水器側導出ライン
６３…コンデンサ側脱塩装置（第二脱塩装置）
６４…洗浄装置側導出ライン

Claims

蒸気発生器と、
該蒸気発生器により生成される蒸気が導入されるタービンと、
該タービンを駆動した蒸気を復水として回収する復水器と、
前記復水器から導出される前記復水が導入される第一脱塩装置と、
前記蒸気発生器、前記タービン、前記復水器及び前記第一脱塩装置の間で前記蒸気又は前記復水を流通させる主流路とを備える発電プラントであって、
前記主流路をバイパスするように接続され、前記蒸気が外気と接触する外気接触ラインを備え、
該外気接触ラインは、前記蒸気が導入される第二脱塩装置を有することを特徴とする発電プラント。
請求項１に記載の発電プラントにおいて、
前記外気接触ラインは、前記復水器から導入された前記蒸気に前記外気を混入させて流通させるエジェクタ装置と、該エジェクタ装置の下流側に設けられ前記蒸気中のガスを除去する排ガス洗浄装置とを有する第一外気接触ラインで構成され、
前記第二脱塩装置は、前記排ガス洗浄装置の下流側に設けられていることを特徴とする発電プラント。
請求項２に記載の発電プラントにおいて、
前記復水器から導入される前記復水を熱交換する熱交換器を有し、
前記外気接触ラインは、前記タービンから漏出した前記蒸気に前記外気が混入されて前記熱交換器に導入する蒸気導入ラインと、該熱交換器で前記蒸気を熱交換して生成した凝縮水を前記排ガス洗浄装置の下流側に導入する洗浄装置側導出ラインとを有する第二外気接触ラインで構成されていることを特徴とする発電プラント。
請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の発電プラントにおいて、
前記復水器から導出される前記復水を熱交換する熱交換器を有し、
前記外気接触ラインは、前記タービンから漏出した前記蒸気に前記外気が混入されて前記熱交換器に導入する蒸気導入ラインと、該熱交換器で前記蒸気を熱交換して生成した凝縮水を前記復水器に導入する復水器側導出ラインとを有する第三外気接触ラインで構成されていることを特徴とする発電プラント。