JP7374159B2 - 火力発電プラントおよび火力発電プラントの制御方法 - Google Patents
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Description
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図3は、火力発電プラント1の蓄熱運用、即ち、低負荷運転時における高温水の貯留形態について示したものである。低負荷運転時は、ボイラ2で発生する主蒸気量が蒸気タービン4における発電に消費される主蒸気量よりも多く、余剰蒸気が生じている。また、ボイラ2は亜臨界状態で運転されており、ウォータードレンセパレータ31には連続して飽和ドレンが流入している。
図4は、火力発電プラント1の放熱運用、即ち、高負荷運転時における高温水の放出形態について示したものである。ここにおける高負荷運転とは、一般的に火力発電プラント定格負荷の30%以上の運転を指す。
図5は、火力発電プラント1に水蓄熱システム70を追設する場合の追設範囲の説明図である。水蓄熱システム70の追設範囲は、図中の太線で図示する範囲である。水蓄熱システム70は、上述のように、主に温水加熱器51、高温水タンク53、低温水タンク59および高温水ポンプ52で構成される。既設の火力発電プラント1に対して、敷地の空きスペースを活用して水蓄熱システム70を追設することで、建設コストを削減することができる。
温水加熱器 :直触式給水加熱器
高温水タンク容量:5×3300m3(0.3MPa) 計16500m3
低温水タンク容量:2×8300m3(大気圧) 計16600m3
蓄熱時間 :約6.0時間
放熱時間 :約5.0時間(100%ECR)
<従来プラント>
プラントA:最低負荷15%運転(5%所内動力、10%送電)
プラントB:DSS運用(プラント一旦停止、再起動)
プラントC:DSS運用(プラント一旦停止、再起動)
送電量合計:10%負荷相当
<本実施形態の火力発電プラント>
プラントA:並列無送電運用(最低負荷15%運転(5%所内動力、10%蓄熱))
プラントB:並列無送電運用(最低負荷15%運転(5%所内動力、10%蓄熱))
プラントC:並列無送電運用(最低負荷15%運転(5%所内動力、10%蓄熱))
送電量合計:無送電(0%負荷)
(1)再生エネルギー導入拡大への寄与
プラント最低負荷低減により、系統慣性力を維持しつつ再生エネルギー受け入れ余地拡大が可能となる。
(2)低負荷連続運転によるプラント起動費用削減
安価な石炭で低負荷連続運転することにより、DSS運用で不可避の起動用軽油費用を大幅に削減可能となる。
(3)DSS運用による機器損耗・起動トラブル回避
発電ユニットを連続運転することにより、DSS運用に伴う各種リスクを回避できる。
(4)急な負荷上昇要請等への対応
発電機5は系統並列を維持しつつ極低負荷で連続運転しているため、突発的な事故等による急な負荷上昇要請にも対応可能となる。
(5)プラント起動時の熱回収
従来起動ロスとして捨てていた熱を回収・利用することが可能となる。
なお、上記実施形態では、火力発電プラント1は、低圧給水加熱器16、および、第二高圧給水加熱器21を、それぞれ1つ備える場合を例にあげて説明したが、これらは、複数備えてもよい。
また、上記実施形態や変形例1では、放熱運用時、高温水タンク53から供給される高温水の合流点を、最下流の低圧給水加熱器16の出口側に設けている。例えば、低圧給水加熱器16を複数備える場合、合流点を複数設け、高温水の温度により切り替えるよう構成してもよい。
なお、上記実施形態では、蓄熱運用時、温水加熱器51において生成された高温水は、高温水タンク53に溜められる。本変形例では、この、温水加熱器51において生成された高温水の一部を、高温水タンク53ではなく、脱気器17へ供給するよう制御する。
上記実施形態では、高温水タンク53と、低温水タンク59との2つを設け、蓄熱時には、高温水タンク53に高温水を貯留し、放熱時は、利用後の高温水を低温水タンク59に貯留する。しかしながら、この構成に限定されない。例えば、1つのサーモクラインタンク61を備え、高温水タンク53と、低温水タンク59との機能を持たせてもよい。
上記実施形態では、ボイラ2として、低負荷条件以外では超臨界状態で超臨界ボイラを用いる場合を例にあげて説明しているが、ボイラ種はこれに限定されない。例えば、全ての負荷において亜臨界状態で運用される亜臨界ボイラを用いてもよい。
温水加熱器51の熱源は、タービンバイパス蒸気に限定されない。例えば、再熱蒸気ラインを通過する再熱蒸気であってもよいし、各蒸気タービン4からの抽気や排気であってもよい。
2 ボイラ
4 蒸気タービン
4A 高圧タービン
4B 中圧タービン
4C 低圧タービン
5 発電機
6 主蒸気ライン
7 タービンバイパスライン
8 タービンバイパス弁
9 再熱蒸気ライン
10 低圧タービンバイパスライン
11 低圧タービンバイパス弁
12 中圧タービン排気ライン
13 復水器
14 復水ポンプ
15 復水ライン
16 低圧給水加熱器
16A 低圧給水加熱器
16B 低圧給水加熱器
16C 低圧給水加熱器
16D 低圧給水加熱器
17 脱気器
18 給水ポンプ
19 送水ライン
20 第一高圧給水加熱器
21 第二高圧給水加熱器
31 ウォータードレンセパレータ
32 ウォータードレンセパレータドレン制御弁
33 ウォータードレンセパレータドレンライン
34 蒸気ドラム
35 再熱器
36 過熱器
37 連続ブロータンク
38 フラッシュタンク
39 間欠ブローライン
49 低温水給水ライン
50 低温水流量制御弁
51 温水加熱器
52 高温水ポンプ
52A 第一高温水ポンプ
52B 第二高温水ポンプ
53 高温水タンク
54 蓄熱蒸気流量制御弁
55 蓄熱蒸気ライン
56 蓄熱ドレン流量制御弁
57 蓄熱ドレンライン
58 低温水貯水ライン
59 低温水タンク
60 補給水ライン
61 サーモクラインタンク
62 低温水戻りライン
63 第二低温水給水ライン
64 高温水供給ライン
70 水蓄熱システム
71 高温水合流ライン
72 温度センサ
72A 温度センサ
72B 温度センサ
72C 温度センサ
72D 温度センサ
72E 温度センサ
73A 切換弁
73B 切換弁
73C 切換弁
73D 切換弁
74 分岐点
74A 分岐点
74B 分岐点
74C 分岐点
75 合流点
75A 合流点
75B 合流点
75C 合流点
75D 合流点
76 流量制御弁
80 制御装置
81 制御卓
Claims (12)
- ボイラと、前記ボイラからの蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンをバイパスする蒸気を送るためのタービンバイパスラインと、前記蒸気タービンの排気を冷却し復水を生成する復水器と、前記復水を前記蒸気タービンからの抽気蒸気により加熱する低圧給水加熱器と、前記復水を前記抽気蒸気により脱気する脱気器と、を備える火力発電プラントであって、
前記タービンバイパスラインの主蒸気を熱源として前記復水器から供給される前記復水を高温水とする温水加熱器と、
当該高温水を貯留する高温水タンクと、
前記高温水タンクで貯留された前記高温水を前記低圧給水加熱器の後流または前記脱気器に送水する高温水ポンプと、
を備え、
前記ボイラは、蒸気と飽和水とを分離する蒸気ドラムを備え、
前記温水加熱器は、前記蒸気ドラムからの間欠ブローも前記熱源とする火力発電プラント。 - ボイラと、前記ボイラからの蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンをバイパスする蒸気を送るためのタービンバイパスラインと、前記蒸気タービンの排気を冷却し復水を生成する復水器と、前記復水を前記蒸気タービンからの抽気蒸気により加熱する低圧給水加熱器と、前記復水を前記抽気蒸気により脱気する脱気器と、を備える火力発電プラントであって、
前記タービンバイパスラインの主蒸気を熱源として前記復水器から供給される前記復水を高温水とする温水加熱器と、
当該高温水を貯留する高温水タンクと、
前記高温水タンクで貯留された前記高温水を前記低圧給水加熱器の後流または前記脱気器に送水する高温水ポンプと、
を備え、
前記復水を前記復水器から前記脱気器に送水する復水ラインに、前記低圧給水加熱器を複数、直列に備え、
前記高温水を、当該高温水の温度である高温水温度に応じて、複数の前記低圧給水加熱器のうち、出口側の前記復水の温度を最も下げない合流点で合流させる高温水合流ラインをさらに備え、
前記合流点は、複数の前記低圧給水加熱器の出口側の前記復水ラインに、それぞれ、設けられる火力発電プラント。 - 前記温水加熱器は、前記復水と前記主蒸気とを混合する直触式給水加熱器である、
請求項1または2に記載の火力発電プラント。 - 前記ボイラは、火炉出口の汽水混合水を汽水分離するウォータードレンセパレータを備え、
前記温水加熱器は、前記ウォータードレンセパレータで汽水分離された飽和ドレンも前記熱源とする、
請求項1または2に記載の火力発電プラント。 - 前記ボイラは、蒸気と飽和水とを分離する蒸気ドラムを備え、
前記温水加熱器は、前記蒸気ドラムからの間欠ブローも前記熱源とする、
請求項2に記載の火力発電プラント。 - 前記復水器における余剰水を前記復水器への補給水用に貯留する低温水タンクであって、前記高温水タンクの貯水量と同等以上の貯水量を有する低温水タンクをさらに備える、
請求項1から5のいずれか1項に記載の火力発電プラント。 - 前記高温水タンクは、前記高温水と、低温水とを、温度躍層を挟んで貯留可能なサーモクラインタンクであり、前記低温水として、前記復水器における余剰水を前記復水器への補給水用に貯留する、
請求項1から5のいずれか1項に記載の火力発電プラント。 - 前記復水を前記復水器から前記脱気器に送水する復水ラインに、前記低圧給水加熱器を複数、直列に備え、
前記高温水を、当該高温水の温度である高温水温度に応じて、複数の前記低圧給水加熱器のうち、出口側の前記復水の温度を最も下げない合流点で合流させる高温水合流ラインをさらに備え、
前記合流点は、複数の前記低圧給水加熱器の出口側の前記復水ラインに、それぞれ、設けられる、
請求項1から5のいずれか1項に記載の火力発電プラント。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の火力発電プラントの制御方法であって、
前記火力発電プラントの低負荷運転時に、前記ボイラの発生蒸気と前記蒸気タービンでの消費蒸気との差に相当する主蒸気を前記熱源として前記高温水を生成して前記高温水タンクに貯留し、
前記火力発電プラントの高負荷運転時に、前記高温水タンクに貯留した前記高温水を前記脱気器へ供給する、火力発電プラントの制御方法。 - 前記蒸気タービンの低負荷運転時に、さらに、前記温水加熱器において生成された前記高温水の一部を前記脱気器の温度に応じて前記脱気器に供給する、請求項9に記載の火力発電プラントの制御方法。
- 前記火力発電プラントは、前記復水を前記復水器から前記脱気器に送水する復水ラインに、前記低圧給水加熱器を複数、直列に備えるとともに、前記高温水を、合流する、複数の前記低圧給水加熱器の出口側の前記復水ラインに、それぞれ、設けられた、前記高温水を合流する合流点を、さらに備え、
前記火力発電プラントの高負荷運転時に、前記高温水の温度に応じて、複数の前記低圧給水加熱器のうち、出口側の前記復水の温度を最も下げない合流点で合流させる、請求項9または10に記載の火力発電プラントの制御方法。 - 複数の前記低圧給水加熱器のうちの最下流の低圧給水加熱器を比較対象加熱器として、前記高温水を合流させる前記合流点を、当該比較対象加熱器の出口側の合流点に設定し、
所定の時間間隔で、前記高温水の温度と、当該比較対象加熱器の出口側の前記復水の温度と、を比較し、予め定めた期間、前記高温水の温度が前記復水の温度未満である場合、前記高温水を合流させる前記合流点を、前記比較対象加熱器の一段上流側の前記低圧給水加熱器の出口側に切り替え、一段上流側の当該低圧給水加熱器を前記比較対象加熱器とする処理を繰り返す、請求項11に記載の火力発電プラントの制御方法。
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