JP5977504B2 - 蒸気駆動発電プラント - Google Patents

Description

本明細書に開示した主題は、蒸気駆動発電プラントに関する。より具体的には、本主題の開示は、複合サイクル発電プラントの蒸気タービン内への蒸気導入の制御に関する。

一般的な複合サイクル発電プラントでは、ガスタービンからの高温排出ガスを排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）に導入して、水を蒸気に変換して蒸気タービン内に導入させるようにする。蒸気タービンは、高圧（ＨＰ）タービンセクション、中圧（ＩＰ）タービンセクション及び低圧（ＬＰ）タービンセクションを含む。蒸気は、導入パイプを通してタービンセクションにおける１以上の導入バルブを介してこれらのタービンセクション内に導入される。フロア圧力として知られているＨＲＳＧの最低作動圧力が、導入パイプ寸法及び所望のＨＲＳＧコスト考慮事項に基づいて決定される。システムの作動時には、ＬＰタービンセクション内の圧力をＬＰ導入パイプ圧力に等しく又はそれ以下に維持することが望ましい。ＨＲＳＧ内のＬＰ導入フロア圧力は一般的に、全出力運転時におけるＬＰ圧力より約５％低い。全出力運転時には、このことは、ＬＰフロア圧力がＬＰセクション内の圧力よりも低くなるので問題ではない。例えば４０％出力のような蒸気タービンの部分出力時には、ＬＰセクション圧力は、全負荷におけるＬＰセクション圧力から比例的に低下する。しかしながら、ＨＲＳＧは、部分出力ＬＰセクション圧力よりも大きいＬＰフロア圧力でＬＰ導入バルブに圧力を依然として供給している。このような状況では、ＬＰ導入バルブは、該ＬＰ導入バルブ及びＬＰ導入パイプを通る流れを絞って、ＬＰ圧力に等しく又はそれよりも高くなるようにしなければならない。ＬＰ導入バルブのこの絞りは、ＨＲＳＧ及び蒸気タービンシステムに対する性能低下を表している。

欧州特許出願第０１１６４３５４号明細書

本発明の１つの態様によると、蒸気駆動発電プラントは、所望の圧力で蒸気を供給する蒸気源と、蒸気源に作動可能に連結された蒸気タービンとを含む。蒸気タービンは、低圧セクション及び中圧セクションを含む。低圧導入導管が、蒸気源から低圧セクションの入口に蒸気を搬送するように構成され、また中圧導入導管が、蒸気源から中圧セクションの中間蒸気通路ポイントに蒸気を搬送するように構成される。１以上のバルブが、蒸気源及び蒸気タービン間に設置されて、該蒸気源から低圧導入導管及び／又は中圧導入導管を通る蒸気の流れを制御する。

本発明の別の態様によると、複合サイクル発電プラントは、発電装置と、発電装置に作動可能に連結されて、該発電装置からの熱排出がそれに入力される排熱回収ボイラとを含む。蒸気タービンが、排熱回収ボイラに作動可能に連結されかつ低圧セクション及び中圧セクションを含む。低圧導入導管が、排熱回収ボイラから低圧セクションの入口に蒸気を搬送するように構成され、また中圧導入導管が、排熱回収ボイラから中圧セクションの中間蒸気通路ポイントに蒸気を搬送するように構成される。１以上のバルブが、排熱回収ボイラ及び蒸気タービン間に設置されて、該排熱回収ボイラから低圧導入導管及び／又は中圧導入導管を通る蒸気の流れを制御する。

本発明のさらに別の態様によると、蒸気タービン内に蒸気を導入する方法は、蒸気源に蒸気を準備するステップと、蒸気導管を通して蒸気タービンに向けて蒸気を搬送するステップとを含む。蒸気は、蒸気タービンの運転条件に応じて低圧導入導管を通して該蒸気タービンの低圧セクションの入口に及び／又は中圧導入導管を通して該蒸気タービンの中圧セクションの中間蒸気通路ポイントに送られる。

これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させて行った以下の説明から一層明らかになるであろう。

本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させて行った以下の説明から明らかである。

複合サイクル発電プラントの実施形態の概略図。 複合サイクル発電プラントの実施形態の部分概略図。 複合サイクル発電プラントの別の実施形態の概略図。

詳細な説明では、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。

図１に示すのは、複合サイクル発電プラント１０の概略図である。複合サイクル発電プラント１０は、ガスタービン１２、又は原子炉のようなその他の発電システムを含む。燃料及び空気の混合気が、ガスタービン１２内で燃焼されかつガスタービンシャフト１４の回転を駆動する。ガスタービンシャフト１４は、第１の発電機１６に連結されて、該ガスタービンシャフト１４の回転により第１の発電機１６を駆動し、それによって電力を生成する。ガスタービン１２からの排出熱が、ストリーム２０により排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１８に導入される。ＨＲＳＧ１８は、排出熱を利用して蒸気を発生させて、蒸気タービン２２を駆動する。蒸気タービン２２は、第２の発電機２４に連結されて、該蒸気タービン２２の回転により第２の発電機２４を駆動し、それによって電力を生成する。

より具体的には、蒸気タービン２２からの排出蒸気２６が、復水器２８内で凝縮（復水）されかつ復水導管３０によりＨＲＳＧ１８に強制的に送られる。幾つかの実施形態では、ポンプ３２を設けて、復水をＨＲＳＧ１８に圧送する。ＨＲＳＧ１８は、蒸気タービン２２の部分に対応するドラム３４内で蒸気を発生させる。蒸気は、高圧ドラム３４ａ内で発生されかつ蒸気タービン２２の高圧セクション３６への入口において該蒸気タービン２２に導入される。同様に、蒸気は、中圧ドラム３４ｂ内で発生されかつ中圧セクション３８への入口において蒸気タービン２２に導入される。最後に、蒸気は、低圧ドラム３４ｃ内で発生されかつ蒸気タービン２２に導入される。蒸気タービン２２への蒸気の導入により、蒸気タービン２２の回転を駆動し、それによって第２の発電機２４を駆動して電力を生成する。

次に図２を参照すると、蒸気は、蒸気導管４０により低圧ドラム３４ｃから蒸気タービン２２に導入される。蒸気導管４０は、低圧導入バルブ４２に連結され、低圧導入バルブ４２は、蒸気導管４０から低圧導入導管５６により蒸気タービン２２の低圧セクション４４への入口において蒸気を導入するように構成される。蒸気導管４０はさらに、中圧中間蒸気通路バルブ４６に連結され、中圧中間蒸気通路バルブ４６は、蒸気導管４０から中圧導入導管５８により中間蒸気通路ポイント４８において中圧セクション３８内に蒸気を導入するように構成される。中間蒸気通路ポイント４８は、ほぼ中圧セクション入口５０及び中圧セクション出口５２間に位置決めされる。低圧導入バルブ４２及び中圧中間蒸気通路バルブ４６は、制御装置５４に連結され、制御装置５４は、複合サイクル発電プラント１０の運転条件に応じて、低圧導入バルブ４２及び中圧中間蒸気通路バルブ４６を開放及び閉鎖させる。

蒸気は、低圧ドラム３４ｃ内で発生され、幾つかの実施形態では全出力時において約５０〜６０ｐｓｉａの範囲内にある。複合サイクル発電プラント１０が全出力で又はその近くにおいて運転している時には、低圧セクション４４内の圧力は、およそフロア圧力（最低作動圧力）であるか又はそれ以上である。そのような運転条件では、制御装置５４は、低圧導入バルブ４２を開放しかつ中圧中間蒸気通路バルブ４６を閉鎖し、従って低圧ドラム３４ｃから低圧導入導管５６を通してかつ低圧セクション４４への入口において蒸気タービン２２内に蒸気を導く。

他方、複合サイクル発電プラント１０が例えば約４０％出力のような部分出力で運転している時には、低圧セクション４４内の圧力は、フロア圧力よりも大幅に低い。例えば、４０％部分出力において、低圧セクション４４内の圧力は、５０〜６０ｐｓｉａのフロア圧力と比較して、約２９ｐｓｉａとなる可能性がある。これらの運転条件では、蒸気が低圧ドラム３４ｃから低圧セクション４４の入口に導入された場合に、低圧セクション４４の入口に導入される蒸気の圧力を低下させるために低圧導入バルブ４２を絞る必要がある。そのような絞りは、システムに対する損失を引き起こす。損失を回避しかつ蒸気による付加的な仕事を産生するために、低圧導入バルブ４２を閉鎖しかつ中圧中間蒸気通路バルブ４６を開放して、低圧ドラム３４ｃから中圧導入導管５８により中間蒸気通路ポイント４８において蒸気を導入して中圧セクション３８内の圧力がフロア圧力に等しくなるか又はそれよりも低くなるようにする。低圧ドラム３４ｃから低圧セクション４４への入口の上流のポイントにおいて蒸気を導入することにより、低圧ドラム３４ｃ蒸気により付加的な仕事を産生することができ、かつシステムにおける損失が防止され、それによって複合サイクル発電プラント１０の効率が増大する。

幾つかの実施形態では、中圧セクション３８に沿った異なるポイントに設置した状態で１つよりも多い中圧中間蒸気通路バルブ４６を設けることができる。複合サイクル発電プラント１０が部分出力運転条件下にある時、制御装置は、複合サイクル発電プラント１０が作動している特定の部分出力条件下にある中圧セクション３８内の特定のポイントにおける圧力に基づいて、適切な中圧中間蒸気通路バルブ４６及び導入導管５８を選択する。これにより、中圧セクション３８圧力に対して蒸気圧力を一致させることを可能にしてシステム損失をさらに減少させる。

幾つかの実施形態では、図３に示すように、蒸気タービン２２は、高圧セクション３６及び低圧セクション４４を含み、また中圧セクションは設けられない。そのような実施形態では、中間蒸気通路ポイント４８は、高圧セクション３６に設置され、また蒸気は、中間蒸気通路ポイント４８において導入導管５８から導入されて、システム損失を減少させる。

限られた数の実施形態に関してのみ本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１０ 複合サイクル発電プラント
１２ ガスタービン
１４ ガスタービンシャフト
１６ 第１の発電機
１８ 排熱回収ボイラ
２０ ストリーム
２２ 蒸気タービン
２４ 第２の発電機
２６ 排出蒸気
２８ 復水器
３０ 復水道管
３２ ポンプ
３４ ドラム
３４ａ 高圧ドラム
３４ｂ 中圧ドラム
３４ｃ 低圧ドラム
３６ 高圧セクション
３８ 中圧セクション
４０ 蒸気導管
４２ 低圧導入バルブ
４４ 低圧セクション
４６ 中圧中間蒸気通路バルブ
４８ 中間蒸気通路ポイント
５０ 中圧セクション入口
５２ 中圧セクション出口
５４ 制御装置
５６ 低圧導入導管
５８ 中圧導入導管

Claims (7)

1. 中圧蒸気および低圧蒸気を供給する蒸気源と、
   前記蒸気源に作動可能に連結されかつ低圧セクション（４４）及び中圧セクション（３８）を備えた蒸気タービン（２２）と、
   前記蒸気源から前記低圧セクション（４４）の入口に前記低圧蒸気を搬送するように構成された低圧導入導管（５６）と、
   前記蒸気源から前記中圧セクション（３８）の入口に前記中圧蒸気を搬送するように構成された第１の中圧導入導管と、
   前記低圧導入導管（５６）から分かれて延びる第２の中圧導入導管（５８）であって、前記低圧セクション（４４）内の作動圧力が前記蒸気源からの低圧蒸気のフロア圧力よりも低い場合に前記低圧導入導管（５６）からの低圧蒸気の少なくとも一部を前記中圧セクション（３８）の中間蒸気通路ポイント（４８）に分流する第２の中圧導入導管（５８）と、
   前記蒸気源及び蒸気タービン（２２）間に配置されて、該蒸気源から前記低圧導入導管（５６）及び／又は第２の中圧導入導管（５８）を通る蒸気の流れを制御する１以上のバルブと、
   を備え、
   前記中間蒸気通路ポイント（４８）は、前記低圧セクション（４４）の入口と前記中圧セクション（３８）の入口との間に位置する、
   蒸気駆動発電プラント（１０）。
2. 前記１以上のバルブが、
   前記低圧導入導管（５６）に配置された低圧導入バルブ（４２）と、
   前記第２の中圧導入導管（５８）に配置された中圧バルブと、
   を含む、請求項１に記載の発電プラント（１０）。
3. 前記１以上のバルブが、前記低圧導入導管（５６）及び前記第２の中圧導入導管（５８）に連結された三方弁である、請求項１に記載の発電プラント（１０）。
4. 前記蒸気源が排熱回収ボイラである、請求項１から３のいずれかに記載の発電プラント（１０）。
5. 前記蒸気源が前記排熱回収ボイラ（１８）の低圧ドラムである、請求項４に記載の発電プラント（１０）。
6. 蒸気タービン（２２）内に蒸気を導入する方法であって、
   蒸気源に中圧蒸気および低圧蒸気を準備するステップと、
   第１の蒸気導管（４０）を通して前記蒸気タービン（２２）に向けて前記低圧蒸気を搬送するステップと、
   第２の蒸気導管を通して前記蒸気タービン（２２）の中圧セクション（３８）の入口に向けて前記中圧蒸気を搬送するステップと、
   前記第１の蒸気導管（４０）からの前記低圧蒸気を低圧導入導管（５６）を通して該蒸気タービン（２２）の低圧セクション（４４）の入口に送るステップと、
   前記低圧セクション（４４）内の作動圧力が前記蒸気源からの低圧蒸気のフロア圧力よりも低い場合に、前記低圧蒸気の少なくとも一部を中圧導入導管（５８）を通して蒸気タービン（２２）の前記中圧セクション（３８）の中間蒸気通路ポイント（４８）に分流するステップと、
   を含み、
   前記中間蒸気通路ポイント（４８）は、前記低圧セクション（４４）の入口と前記中圧セクション（３８）の入口との間に位置する、
   方法。
7. 前記蒸気導管（４０）に配置された１以上のバルブを開放及び／又は閉鎖して、前記低圧蒸気を前記低圧導入導管（５６）及び／又は中圧導入導管（５８）に導くステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。