JP7123650B2 - 復水設備、及びこれを備える蒸気タービンプラント - Google Patents

Description

本発明は、復水設備、及びこれを備える蒸気タービンプラントに関する。

蒸気タービンプラントは、一般的に、蒸気を発生するボイラーと、このボイラーからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、蒸気タービンから排気された蒸気を凝縮させて水に戻す復水器と、復水器内の水をボイラーに導く給水ラインと、この給水ラインに設けられている給水ポンプと、を備える。

復水器には、復水器内の真空度を高めるために、真空ポンプが設けられていることが多い。例えば、以下の特許文献１には、復水器と、真空ポンプと、気液分離タンクと、を備えた設備が開示されている。気液分離タンクには、真空ポンプから吐出された流体が流入する。この気液分離タンクでは、この流体中の気体と液体とが分離される。気液分離タンクと復水器とは、戻しラインで接続されている。気液分離タンク内の液体の一部は、この戻しラインを介して、復水器内に戻る。

特開２００７－２８５６１０号公報 (図３)

多くの場合、給水ラインには、アンモニア等の薬液が注入される。給水ラインを流れる水は、ボイラーで蒸気となり、復水器で水に戻る。このため、復水器内の水にも、アンモニア等の薬液が含まれる。さらに、気液分離タンク内の液体にも、アンモニア等の薬液が含まれることになる。

このように、気液分離タンク内の液体にも、アンモニア等の薬液が含まれるので、この気液分離タンクから液体がオーバーフローすることを避けることが好ましい。

そこで、本発明は、気液分離タンクから液体がオーバーフローすることを抑制できる復水設備、及びこれを備える蒸気タービンプラント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発明に係る一態様の復水設備は、
蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器内を吸引する真空ポンプと、前記真空ポンプで吸引され、前記真空ポンプから排気された前記復水器内の流体が貯まるタンクと、前記復水器内の水をボイラーに導く給水ラインとは異なる位置で前記復水器に接続されていると共に、前記タンクに接続されている吸引ラインと、前記タンクと前記復水器とを接続し、前記タンク内の前記流体のうちの液体を前記復水器内に戻すための戻しラインと、前記戻しライン中に設けられ、前記タンク内の前記液体を吸い込み、前記液体を昇圧して、前記復水器内に送るポンプと、を備える。前記真空ポンプは、前記吸引ラインに設けられている。

真空ポンプの駆動中、タンク内の圧力は、復水器内の圧力より高い。このため、タンクと復水器とが戻しライン等の配管で接続されていれば、タンク内の液体は、タンク内と復水器内との圧力差により、復水器内に流入する。しかしながら、復水器内の圧力は、蒸気タービンから排気される蒸気の流量や圧力の変化や、復水器の伝熱管を流れる冷却媒体の温度の変化等により、変化する。また、タンクが大気開放されていれば、大気圧の変化により、タンク内の圧力も変化する。このため、タンクと復水器とが配管等で接続されただけでは、タンクから復水器内に流入する液体の流量が不安定になる。さらに、流入する液体中に含まれる気体が配管内に溜まり、液体の流れを阻害する可能性もある。

本態様では、液戻しライン中に、ポンプが設けられているので、復水器内の圧力変化等に変わらず、ポンプの駆動により、タンク内の液体を復水器内に流入させることができる。よって、本態様によれば、気液分離タンクから液体がオーバーフローすることを抑制できる。

ここで、前記一態様の復水設備において、前記戻しライン中で前記ポンプよりも前記復水器側の位置と前記真空ポンプの軸封装置とを接続するシール液ラインを備えてもよい。
また、上記目的を達成するための発明に係る他の態様の復水設備は、
蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器内を吸引する真空ポンプと、前記真空ポンプで吸引され、前記真空ポンプから排気された前記復水器内の流体が貯まるタンクと、前記タンクと前記復水器とを接続し、前記タンク内の前記流体のうちの液体を前記復水器内に戻すための戻しラインと、前記戻しライン中に設けられ、前記タンク内の前記液体を吸い込み、前記液体を昇圧して、前記復水器内に送るポンプと、前記戻しライン中で前記ポンプよりも前記復水器側の位置と前記真空ポンプの軸封装置とを接続するシール液ラインと、を備える。

本態様では、タンク内の液体を復水器内に戻すためのポンプが、真空ポンプの軸封装置に液体を供給するためのポンプとしても機能する。このため、真空ポンプの軸封装置に液体を供給するポンプを別途設ける必要がなくなり、設備コストを抑えることができる。

以上のいずれかの態様の復水設備において、前記戻りラインに設けられ、前記復水器内に流入する前記液体の流量を調節する調節弁を備えてもよい。

本態様では、タンクから復水器内に流入する液体の流量を調節弁で制御することができる。

前記調節弁を備える態様の復水設備において、前記タンク内の前記液体の量を検知する液量計を備えてもよい。この場合、前記調節弁は、前記液量計で検知された前記液体の量に応じて開度を変える。

本態様では、液量計で検知されたタンク内の液量に応じて、調節弁の開度が変わるので、タンク内の正確な液量管理を行うことができる。

上記目的を達成するための発明に係る一態様の蒸気タービンプラントは、
以上のいずれかの態様の復水設備と、蒸気を発生するボイラーと、前記ボイラーからの蒸気で駆動する前記蒸気タービンと、前記復水器内の水を前記ボイラーに導く給水ラインと、前記給水ラインに設けられ、前記復水器内の水を前記ボイラーに送るポンプと、前記復水器内の水又は前記給水ライン中の水に薬液を注入する薬液装置と、前記復水器内の水又は前記給水ライン中の水を受け入れて、前記水に含まれる薬液の濃度を低下させる水処理装置と、を備える。
また、上記目的を達成するための発明に係る他の態様の蒸気タービンプラントは、
蒸気を発生するボイラーと、前記ボイラーからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器を有する復水設備と、前記復水器内の水を前記ボイラーに導く給水ラインと、前記給水ラインに設けられ、前記復水器内の水を前記ボイラーに送るポンプと、を備える。前記復水設備は、前記復水器の他に、前記復水器内を吸引する真空ポンプと、前記真空ポンプで吸引され、前記真空ポンプから排気された前記復水器内の流体が貯まるタンクと、前記タンクと前記復水器とを接続し、前記タンク内の前記流体のうちの液体を前記復水器内に戻すための戻しラインと、前記戻しライン中に設けられ、前記タンク内の前記液体を吸い込み、前記液体を昇圧して、前記復水器内に送るポンプと、を備える。

本発明の一態様によれば、気液分離タンクから液体がオーバーフローすることを抑制できる。

本発明に係る一実施形態における蒸気タービンプラントの系統図である。

以下、本発明に係る蒸気タービンプラントの一実施形態について、図１を用いて説明する。

本実施形態の蒸気タービンプラントは、図１に示すように、蒸気を発生するボイラー１２と、ボイラー１２からの蒸気で駆動する蒸気タービン１３と、蒸気タービン１３から排気された蒸気を水に戻す復水器２１を含む復水設備２０と、復水器２１内の水をボイラー１２に導く給水ライン１０と、給水ライン１０に設けられている給水ポンプ１１と、給水ライン１０中の水に薬液を注入する薬液装置１７と、復水器２１内の水を受け入れて、この水に含まれる薬液の濃度を低下させる水処理装置１８と、を備える。

蒸気タービン１３は、タービンロータ１４と、このタービンロータ１４を覆うタービンケーシング１５と、を有する。タービンロータ１４には、例えば、発電機１９のロータが接続されている。ボイラー１２とタービンケーシング１５の蒸気入口とは、主蒸気ライン１６で接続されている。

復水設備２０は、前述の復水器２１と、吸引ライン２４と、真空ポンプ２５と、気液分離タンク３０と、液戻しライン４０と、液戻しポンプ４１と、戻し量調節弁４２と、シール液ライン４３と、シール液クーラー４４と、を備える。

復水器２１は、冷却媒体が流れる伝熱管２２と、伝熱管２２を覆う復水器ケーシング２３と、を有する。復水器ケーシング２３の蒸気入口とタービンケーシング１５の排気口とは接続されている。復水器ケーシング２３には、補給水ライン３５が接続されている。この補給水ライン３５には、この補給水ライン３５を流れる補給水の流量を調節する補給水調節弁３６が設けられている。復水器ケーシング２３と気液分離タンク３０とは、吸引ライン２４で接続されている。真空ポンプ２５は、この吸引ライン２４に設けられている。真空ポンプ２５は、復水器ケーシング２３内の真空度を高めるために、復水器ケーシング２３内の流体を吸引して、この流体を気液分離タンク３０に送る。この真空ポンプ２５は、回転軸２６と、回転軸２６に取り付けられているロータ又はインペラ２７と、これらを覆うポンプケーシング２８と、軸封装置２９と、を有する。軸封装置２９は、回転軸２６とポンプケーシング２８との隙間に液体を導入することで、この隙間を封止する役目を担う。

気液分離タンク３０内には、デミスター３１が配置されている。このデミスター３１は、例えば、複数のワイヤーが編み込まれて形成されたワイヤーメッシュデミスターである。このデミスター３１は、気液分離タンク３０内を上下二室に仕切るように、気液分離タンク３０内に配置されている。気液分離タンク３０内の二室のうち下室には、吸引ライン２４、液戻しライン４０、及びタンク補給水ライン３７が接続されている。この下室には、下室内に貯まる液体の量を検知する液量計３３が設けられている。また、気液分離タンク３０内の二室のうち上室には、排気ライン３４が接続されている。さらに、上室内には、水散布器３２が配置されている。タンク補給水ライン３７は、例えば、前述の補給水ライン３５から分岐したラインである。タンク補給水ライン３７には、タンク補給水調節弁３８が設けられている。タンク補給水ライン３７中で、タンク補給水調節弁３８よりも気液分離タンク３０側の位置から散布水ライン３９が分岐している。散布水ライン３９は、水散布器３２に接続されている。

液戻しライン４０は、復水器ケーシング２３に接続されている。この液戻しライン４０に、液戻しポンプ４１及び戻し量調節弁４２が設けられている。戻し量調節弁４２は、液戻しライン４０中で、液戻しポンプ４１よりも復水器ケーシング２３側に配置されている。液戻しライン４０中で、液戻しポンプ４１と戻し量調節弁４２との間からは、シール液ライン４３が分岐している。このシール液ライン４３は、真空ポンプ２５の軸封装置２９に接続されている。このシール液ライン４３には、このシール液ライン４３を通る液体を冷却するシール液クーラー４４、及び、このシール液ライン４３を通る液体の流量を検知する流量計４５が設けられている。

復水器ケーシング２３とボイラー１２とは、給水ライン１０で接続されている。給水ポンプ１１は、この給水ライン１０に設けられている。薬液装置１７は、アンモニア等の薬液を給水ライン１０に注入する。水処理装置１８は、復水器ケーシング２３内の水を受け入れて、この水に含まれる薬液の濃度を低下させる公知の水処理装置である。なお、本実施形態の薬液装置１７は、給水ライン１０中に薬液を注入するが、薬液装置は、復水器ケーシング２３内に薬液を注入してもよい。また、本実施形態の水処理装置１８は、復水器ケーシング２３内の水を受け入れるが、水処理装置は、給水ライン１０内の水を受け入れ、この水を処理してもよい。

以上で説明した蒸気タービンプラントの動作について説明する。

ボイラー１２で発生した蒸気は、主蒸気ライン１６を介して、タービンケーシング１５内に流入する。この蒸気は、タービンケーシング１５内を流れる過程で、タービンロータ１４を回転させる。この結果、発電機１９のロータが回転し、発電機１９が発電する。この蒸気は、タービンケーシング１５の排気口から排気され、復水器ケーシング２３内に流入する。復水器ケーシング２３内に流入した蒸気は、伝熱管２２内を流れる冷却媒体と熱交換して、冷却されて水に戻る。この水は、復水器ケーシング２３内に一時的に貯まる。復水器ケーシング２３内の水は、給水ライン１０を経て、ボイラー１２に送られる。水は、ボイラー１２内で加熱されて蒸気となり、前述したように、主蒸気ライン１６を介して蒸気タービン１３に送られる。

本実施形態の蒸気タービンプラントでは、各種ライン内が錆びるのを抑制等するため、薬液装置１７からアンモニア等の薬液を給水ライン１０に注入する。復水器ケーシング２３内又は給水ライン１０内における水中の薬液濃度が、例えば、予め定められた濃度以上になると、復水器ケーシング２３内の水の一部を水処理装置１８に流入させる。水処理装置１８では、この水に含まれる薬液の濃度を低下させる。復水器ケーシング２３内の水量が減ると、補給水調節弁３６が開き、補給水ライン３５から復水器２１内に純水が供給される。

蒸気タービン１３の駆動中、復水器ケーシング２３内の真空度を高めるために、真空ポンプ２５は駆動している。この結果、復水器ケーシング２３内の流体（気体及び液体を含む）は、吸引ライン２４を介して気液分離タンク３０の下室に流入する。下室内に流入した流体のうちの液体は、この下室内に一時的貯まる。一方、下室内に流入した流体のうちの気体は、デミスター３１を経て、上室に流入する。上室内では、水散布器３２から純水が散布される。水散布器３２から散布された水は、デミスター３１及び上室内を気体が流れる過程で、この気体に含まれているアンモニアガスを吸収する。アンモニアガスを吸収した水は、下室内に一時的貯まる。アンモニアガスの一部が吸収された気体は、排気ライン３４を介して外部へ排気される。このため、本実施形態では、気液分離タンク３０から大気放出されるアンモニアガスの流量を減らすことができる。

気液分離タンク３０の下室に貯まった液体には、アンモニア等の薬液が含まれている。この液体は、液戻しポンプ４１により昇圧されて、液戻しライン４０を介して、一部が復水器ケーシング２３内に戻る。また、残りの一部の液体は、シール液クーラー４４で冷却された後、真空ポンプ２５の軸封装置２９に送られる。

少なくとも、真空ポンプ２５の駆動中、液戻しポンプ４１が駆動している。従って、真空ポンプ２５の駆動中、真空ポンプ２５の軸封装置２９には、気液分離タンク３０の下室に貯まった液体の一部が常時供給される。真空ポンプ２５の駆動中、液戻しポンプ４１の吐出量は、流量計４５で検知された液体の流量が予め定められた範囲内になるよう、液戻しポンプ４１の駆動量が制御される。ここでは、液戻しポンプ４１の駆動量を制御することで、シール液ライン４３を流れる液体の流量を予め定められた範囲内にしている。しかしながら、シール液ライン４３に、シール液調節弁を設け、シール液ライン４３を流れる液体の流量が予め定められた範囲内になるよう、シール液調節弁の開度を制御してもよい。

気液分離タンク３０に設けられている液量計３３で検知された液量が予め定めた上限値になると、戻し量調節弁４２の開度が大きくなる。この結果、気液分離タンク３０の下室に貯まった液体のうち、復水器ケーシング２３内に流入する流量が多くなり、気液分離タンク３０内の液量が低下する。なお、液量計３３で検知された液量が予め定めた上限値に至る前、戻し量調節弁４２は閉じていても開いていてもよい。気液分離タンク３０に設けられている液量計３３で検知された液量が予め定めた下限値になると、タンク補給水調節弁３８の開度が大きくなる。この結果、タンク補給水ライン３７から気液分離タンク３０内に流入する純水の量が増加し、気液分離タンク３０内の液量が増加する。

真空ポンプ２５の駆動中、気液分離タンク３０内の圧力は、復水器ケーシング２３内の圧力より高い。このため、気液分離タンク３０と復水器ケーシング２３とが配管等で接続されていれば、気液分離タンク３０内の液体は、気液分離タンク３０内と復水器ケーシング２３内との圧力差により、復水器ケーシング２３内に流入する。しかしながら、復水器ケーシング２３内の圧力は、蒸気タービン１３から排気される蒸気の流量や圧力の変化や、復水器２１の伝熱管２２を流れる冷却媒体の温度の変化等により、変化する。また、気液分離タンク３０内の圧力は、大気圧の変化により変化する。このため、気液分離タンク３０と復水器ケーシング２３とが配管等で接続されただけでは、気液分離タンク３０から復水器ケーシング２３内に流入する液体の流量が不安定になる。しかも、真空ポンプ２５が停止すると、気液分離タンク３０内と復水器ケーシング２３内との圧力差が実質的になくなり、気液分離タンク３０から復水器ケーシング２３内に流入する液体の流量がほぼ０になる。よって、気液分離タンク３０と復水器ケーシング２３とが配管等で接続されただけでは、気液分離タンク３０内の液量管理が極めて困難で、気液分離タンク３０から液体がオーバーフローするおそれがある。

本実施形態では、液戻しライン４０中に、液戻しポンプ４１が設けられているので、復水器ケーシング２３内の圧力変化等に変わらず、ポンプの駆動により、タンク内の液体を復水器２１内に流入させることができる。よって、本実施形態によれば、気液分離タンク３０から液体がオーバーフローすることを抑制できる。しかも、本実施形態では、気液分離タンク３０に設けられている液量計３３で検知された液量が予め定めた上限値になると、戻し量調節弁４２の開度が大きくなり、前述したように、気液分離タンク３０内の液量が低下する。よって、本実施形態によれば、気液分離タンク３０内の液量管理の精度が高まり、気液分離タンク３０から液体がオーバーフローすることをより抑制できる。

以上のように、本実施形態では、気液分離タンク３０内の液体を液戻しポンプ４１で昇圧して復水器ケーシング２３内に戻し、気液分離タンク３０から液体がオーバーフローすることをより抑制している。このため、本実施形態では、気液分離タンク３０からオーバーフローした液体を処理する水処理装置１８を別途設ける、又は、既設の水処理装置１８にオーバーフロー液を導くラインを追加する必要がなく、設備コストを抑えることができる。

また、本実施形態では、液戻しポンプ４１が、真空ポンプ２５の軸封装置２９に液体を供給するためのポンプとしても機能する。このため、真空ポンプ２５の軸封装置２９に液体を供給するポンプを別途設ける必要がなくなり、設備コストを抑えることができる。なお、予め、気液分離タンク３０と軸封装置２９とを接続するシール液ラインが設けられて、このシール液ライン中にシール液ポンプが設けられている場合、このシール液ライン中で、シール液ポンプよりも下流側の位置から分岐して、復水器ケーシング２３に接続するラインを設けることで、以上で説明した復水設備２０を構成することができる。この場合、シール液ポンプが液戻しポンプ４１として機能する。また、この場合、シール液ポンプよりも下流側の位置から分岐して、復水器ケーシング２３に接続するライン中に、戻し量調節弁４２を設けることになる。

１０：給水ライン
１１：給水ポンプ
１２：ボイラー
１３：蒸気タービン
１４：タービンロータ
１５：タービンケーシング
１６：主蒸気ライン
１７：薬液装置
１８：水処理装置
１９：発電機
２０：復水設備
２１：復水器
２２：伝熱管
２３：復水器ケーシング
２４：吸引ライン
２５：真空ポンプ
２６：回転軸
２７：ロータ又はインペラ
２８：ポンプケーシング
２９：軸封装置
３０：気液分離タンク（又は、単にタンク）
３１：デミスター
３２：水散布器
３３：液量計
３４：排気ライン
３５：補給水ライン
３６：補給水調節弁
３７：タンク補給水ライン
３８：タンク補給水調節弁
３９：散布水ライン
４０：液戻しライン（又は、単に戻しライン）
４１：液戻しポンプ（又は、単にポンプ）
４２：戻し量調節弁
４３：シール液ライン
４４：シール液クーラー
４５：流量計

Claims (7)

1. 蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、
   前記復水器内を吸引する真空ポンプと、
   前記真空ポンプで吸引され、前記真空ポンプから排気された前記復水器内の流体が貯まるタンクと、
   前記復水器内の水をボイラーに導く給水ラインとは異なる位置で前記復水器に接続されていると共に、前記タンクに接続されている吸引ラインと、
   前記タンクと前記復水器とを接続し、前記タンク内の前記流体のうちの液体を前記復水器内に戻すための戻しラインと、
   前記戻しライン中に設けられ、前記タンク内の前記液体を吸い込み、前記液体を昇圧して、前記復水器内に送るポンプと、
   を備え、
   前記真空ポンプは、前記吸引ラインに設けられている、
   復水設備。
2. 請求項１に記載の復水設備において、
   前記戻しライン中で前記ポンプよりも前記復水器側の位置と前記真空ポンプの軸封装置とを接続するシール液ラインを備える、
   復水設備
3. 蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、
   前記復水器内を吸引する真空ポンプと、
   前記真空ポンプで吸引され、前記真空ポンプから排気された前記復水器内の流体が貯まるタンクと、
   前記タンクと前記復水器とを接続し、前記タンク内の前記流体のうちの液体を前記復水器内に戻すための戻しラインと、
   前記戻しライン中に設けられ、前記タンク内の前記液体を吸い込み、前記液体を昇圧して、前記復水器内に送るポンプと、
   前記戻しライン中で前記ポンプよりも前記復水器側の位置と前記真空ポンプの軸封装置とを接続するシール液ラインと、
   を備える、
   復水設備。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の復水設備において、
   前記戻しラインに設けられ、前記復水器内に流入する前記液体の流量を調節する調節弁を備える、
   復水設備。
5. 請求項４に記載の復水設備において、
   前記タンク内の前記液体の量を検知する液量計を備え、
   前記調節弁は、前記液量計で検知された前記液体の量に応じて開度を変える、
   復水設備。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の復水設備と、
   蒸気を発生するボイラーと、
   前記ボイラーからの蒸気で駆動する前記蒸気タービンと、
   前記復水器内の水を前記ボイラーに導く給水ラインと、
   前記給水ラインに設けられ、前記復水器内の水を前記ボイラーに送るポンプと、
   前記復水器内の水又は前記給水ライン中の水に薬液を注入する薬液装置と、
   前記復水器内の水又は前記給水ライン中の水を受け入れて、前記水に含まれる薬液の濃度を低下させる水処理装置と、
   を備える蒸気タービンプラント。
7. 蒸気を発生するボイラーと、
   前記ボイラーからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器を有する復水設備と、
   
   前記復水器内の水を前記ボイラーに導く給水ラインと、
   前記給水ラインに設けられ、前記復水器内の水を前記ボイラーに送るポンプと、
   を備え、
   前記復水設備は、前記復水器の他に、
   前記復水器内を吸引する真空ポンプと、
   前記真空ポンプで吸引され、前記真空ポンプから排気された前記復水器内の流体が貯まるタンクと、
   前記タンクと前記復水器とを接続し、前記タンク内の前記流体のうちの液体を前記復水器内に戻すための戻しラインと、
   前記戻しライン中に設けられ、前記タンク内の前記液体を吸い込み、前記液体を昇圧して、前記復水器内に送るポンプと、
   を備える蒸気タービンプラント。

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