JP7518036B2 - 発電プラント - Google Patents

Description

本発明は、発電プラントに関する。

原子力発電プラントは、原子炉において発生する核分裂の熱エネルギーを使用し、原子炉において蒸気を発生させ、この蒸気を使用し、蒸気タービンを回転駆動し、この回転駆動によって、発電機に負荷を付与し、発電する。

蒸気タービンを回転駆動した蒸気は、復水器において冷却され、凝縮され、復水となる。この復水は、ポンプによって移送され、給水加熱器（熱交換器）において蒸気タービンから抽気される蒸気によって加熱され、再び、原子炉に移送される。

この蒸気と復水とのサイクルにおいて、原子炉に不純物が蓄積し、原子炉における不純物の濃縮を防止するため、原子力発電プラントには冷却材浄化系が設置される。冷却材浄化系は、原子炉水の一部をブローダウン水として、ポンプによって抽出し、このブローダウン水をブローダウン水浄化装置によって浄化し、原子炉に戻し、原子炉水の水質を維持する。

一方、設備簡素化のため、冷却材浄化系の代替として、ブローダウン水浄化装置を設置せず、ブローダウン水を復水浄化装置によって浄化し、原子炉に戻し、原子炉水の水質を維持してもよい。但し、ブローダウン水を復水浄化装置によって浄化するためには、ブローダウン水を復水浄化装置に移送する系統構成が必要となる。

なお、復水浄化装置は、復水器から低圧復水ポンプによって移送される復水に含まれる溶解性不純物や不溶解性不純物を除去し、復水から脱塩し、原子炉水の水質を維持する。

また、ブローダウン水を、直接、復水浄化装置に移送する場合、原子炉において発生する熱エネルギーの一部が、蒸気の発生に使用されず、系外に放出されるため、原子力発電プラントの熱効率が低下するという課題があった。

こうした技術分野における背景技術として、特開２００６－１３８２７８号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、ブローダウン水を、復水器からの復水を加熱する低圧給水加熱器に移送し、熱回収する蒸気タービンプラント（原子力発電プラント）が記載されている。更に、特許文献１には、フラッシュタンクからのブローダウン水を低圧給水加熱器に移送し、低圧給水加熱器を通過する復水を加熱した後、低圧給水加熱器から排出されるブローダウン水を復水器に移送し、復水脱塩装置（復水浄化装置）によって不純物を除去した後、復水として移送する原子力発電プラントが記載されている。

特開２００６－１３８２７８号公報

特許文献１には、ブローダウン水をフラッシュタンクに移送し、フラッシュタンクからのブローダウン水を低圧給水加熱器に移送し、復水を加熱した後、ブローダウン水を復水器に移送する原子力発電プラントが記載されている。つまり、特許文献１に記載される原子力発電プラントは、フラッシュタンクからのブローダウン水を低圧給水加熱器に移送し、熱回収する。

しかし、特許文献１には、ブローダウン水の熱を高効率に熱回収し、熱効率を向上させた原子力発電プラントは記載されていない。

そこで、本発明は、ブローダウン水の熱を高効率に熱回収し、熱効率を向上させた発電プラントを提供する。

上記した課題を解決するため、本発明の発電プラントは、蒸気を発生させる蒸気発生部と、蒸気発生部で発生した蒸気を使用し、回転駆動する高圧蒸気タービンと、高圧蒸気タービンから排出された蒸気を使用し、回転駆動する低圧蒸気タービンと、低圧蒸気タービンから排出された蒸気を、復水とする復水器と、復水器から移送された復水を浄化する復水浄化装置と、復水浄化装置で浄化された復水を、低圧蒸気タービンから抽気される蒸気によって加熱する低圧給水加熱器と、低圧給水加熱器で加熱された復水を、高圧蒸気タービンから抽気される蒸気によって加熱する高圧給水加熱器と、高圧給水加熱器で加熱された復水を、蒸気発生部に移送する配管系統と、を有し、蒸気発生部からのブローダウン水を、直接、高圧給水加熱器に移送する配管系統と、高圧蒸気タービンから抽気された蒸気が高圧給水加熱器で凝縮したドレン水と、ブローダウン水とを、低圧給水加熱器に移送する配管系統と、低圧蒸気タービンから抽気された蒸気が低圧給水加熱器で凝縮したドレン水と、高圧給水加熱器からのドレン水と、ブローダウン水とを、復水器に移送する配管系統又は復水浄化装置の入口側配管系統に移送する配管系統と、を有し、高圧給水加熱器で、ブローダウン水は、高圧蒸気タービンから抽気される蒸気と共に、低圧給水加熱器で加熱された復水を加熱し、低圧給水加熱器で、高圧給水加熱器からのドレン水とブローダウン水とは、低圧蒸気タービンから抽気される蒸気と共に、復水浄化装置で浄化された復水を加熱することを特徴とする。

本発明によれば、ブローダウン水の熱を高効率に熱回収し、熱効率を向上させた発電プラントを提供することができる。

なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明によって、明らかにされる。

実施例１に記載する原子力発電プラント１００の構成を説明する系統図である。 実施例２に記載する原子力発電プラント１００の構成を説明する系統図である。

以下、本発明の実施例を、図面を使用し、説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合には、重複する説明を省略する場合がある。

なお、下記する実施例において説明する発電プラントは、原子力発電プラントであり、特に、蒸気を原子炉で発生させる沸騰水型原子力発電プラント（ＢＷＲ）である。

先ず、実施例１に記載する原子力発電プラント１００の構成を説明する。

図１は、実施例１に記載する原子力発電プラント１００の構成を説明する系統図である。

実施例１に記載する原子力発電プラント１００は、原子炉１からのブローダウン水（原子炉１からブローダウンされる水であって、原子炉１における原子炉水（原子炉１の冷却水：液体）の一部である）から熱回収する。

＜原子力発電プラント１００の構成＞
原子力発電プラント１００は、核分裂の熱エネルギーを使用し、原子炉水を加熱し、蒸発させ、蒸気を発生させる原子炉１と、原子炉１において発生する蒸気を使用し、回転駆動する高圧蒸気タービン２と、高圧蒸気タービン２から排出される蒸気を使用し、回転駆動する低圧蒸気タービン３と、高圧蒸気タービン２の回転駆動によって負荷を付与し、発電する発電機（図示せず）と、低圧蒸気タービン３の回転駆動によって負荷を付与し、発電する発電機（図示せず）と、低圧蒸気タービン３を回転駆動した蒸気（低圧蒸気タービン３から排出される蒸気（排気蒸気））を、回収し、海水によって冷却し、凝縮し、原子炉水に戻す（復水とする）復水器４と、を有する。

また、原子力発電プラント１００は、復水器４から移送される復水を浄化する復水浄化装置６と、復水器４からの復水を復水浄化装置６に移送する低圧復水ポンプ５と、復水浄化装置６で浄化された復水を、低圧蒸気タービン３から抽気される蒸気によって、加熱する低圧給水加熱器８（高圧給水加熱器１０の低圧側の給水加熱器）と、復水浄化装置６からの復水を低圧給水加熱器８に移送する高圧復水ポンプ７と、低圧給水加熱器８で加熱された復水を、高圧蒸気タービン２から抽気される蒸気によって、加熱する高圧給水加熱器１０（低圧給水加熱器８の高圧側の給水加熱器）と、低圧給水加熱器８からの復水を高圧給水加熱器１０に移送する給水ポンプ９と、高圧給水加熱器１０で加熱された復水を原子炉１に移送する配管系統（移送配管）１１と、を有する。

なお、原子力発電プラント１００は、低圧給水加熱器８と高圧給水加熱器１０との間に脱気器を設置しない。つまり、原子力発電プラント１００は、復水浄化装置６で浄化された復水を、低圧給水加熱器８及び高圧給水加熱器１０を介して、途中で脱気せずに、直接、原子炉１に移送する。

また、実施例１に記載する原子力発電プラント１００は、原子炉１からのブローダウン水を、直接、高圧給水加熱器１０に移送する配管系統（移送配管：原子炉１からのブローダウン水を、直接、高圧給水加熱器１０に移送する設備）１５と、高圧蒸気タービン２から抽気された蒸気であって、高圧給水加熱器１０によって凝縮された蒸気を、ドレン水として、ブローダウン水と共に、低圧給水加熱器８に移送する配管系統（移送配管）１４と、低圧蒸気タービン３から抽気された蒸気であって、低圧給水加熱器８によって凝縮された蒸気を、ドレン水として、高圧給水加熱器１０からのドレン水、ブローダウン水と共に、復水器４に移送する配管系統（移送配管）１２と、を有する。

このように、実施例１に記載する原子力発電プラント１００は、原子炉１からのブローダウン水を、直接、高圧給水加熱器１０の加熱源側に移送する。

そして、高圧給水加熱器１０において、原子炉１からのブローダウン水（約２８０℃）と、高圧給水加熱器１０における加熱源（加熱蒸気）であり、高圧蒸気タービン２から抽気される蒸気（約２３０℃）が凝縮したドレン水と、を合流させ、低圧給水加熱器８の加熱源側に移送する。

そして、低圧給水加熱器８において、ブローダウン水と合流した高圧給水加熱器１０からのドレン水（約１４０℃）と、低圧給水加熱器８における加熱源（加熱蒸気）であり、低圧蒸気タービン３から抽気される蒸気（約１４０℃）が凝縮したドレン水と、を合流させ、復水器４に移送する。

このように、実施例１によれば、ブローダウン水を、先ず高圧給水加熱器１０へ、次に低圧給水加熱器８へ、と段階的に移送することによって、ブローダウン水の熱（保有熱）を段階的に復水に熱回収させることができる。

また、実施例１によれば、高圧給水加熱器１０及び低圧給水加熱器８で、それぞれに、ブローダウン水の熱を復水に熱回収させることによって、高圧蒸気タービン２から抽気される蒸気量（高圧給水加熱１０において使用するタービン抽気量）及び低圧蒸気タービン３から抽気される蒸気量（低圧給水加熱８において使用するタービン抽気量）を低減することができ、原子力発電プラント１００の熱効率を向上させることができる。

そして、実施例１によれば、原子力発電プラント１００に、ブローダウン水の熱を高効率に熱回収するブローダウン水の熱回収システム（ブローダウン水の熱回収装置）を設置することができる。

＜原子力発電プラント１００の機能＞
実施例１に記載する原子力発電プラント１００は、以下のように、機能する。

原子炉１において、核分裂の熱エネルギーを使用し、原子炉水を加熱し、蒸発させ、蒸気を発生させる。

そして、原子炉１において発生した蒸気を使用し、高圧蒸気タービン２を回転駆動させ、発電機に負荷を付与し、発電し、高圧蒸気タービン２から排出された蒸気を使用し、低圧蒸気タービン３を回転駆動させ、発電機に負荷を付与し、発電する。

そして、復水器４において、低圧蒸気タービン３を回転駆動した蒸気を、移送し、回収し、海水によって冷却し、凝縮し、復水（凝縮水：復水給水）に戻す。

そして、復水浄化装置６において、復水器４から移送される復水を浄化し、復水に含まれる不純物を除去する。なお、この際、復水浄化装置６では、復水を浄化すると共に、ドレン水やブローダウン水も浄化し、ドレン水やブローダウン水に含まれる不純物も除去する。

そして、復水浄化装置６において不純物が除去された復水、ドレン水及びブローダウン水（以下、単に「復水」と呼称する場合がある）は、高圧復水ポンプ７によって昇圧され、低圧給水加熱器８に移送され、低圧給水加熱器８において加熱（約４０℃から約１３０℃に）され、その後、更に、給水ポンプ９によって昇圧され、高圧給水加熱器１０に移送され、高圧給水加熱器１０において加熱（約１３０℃から約２３０℃に）され、その後、原子炉１に移送される。

一方、低圧給水加熱器８において、低圧蒸気タービン３から抽気される蒸気（復水を加熱したタービン抽気）は、熱交換による冷却によって凝縮し、ドレン水となり、また、高圧給水加熱器１０において、高圧蒸気タービン２から抽気される蒸気（復水を加熱したタービン抽気）は、熱交換による冷却によって凝縮し、ドレン水となる。

また、原子炉１からのブローダウン水は、直接、高圧給水加熱器１０に移送され、高圧給水加熱器１０において、高圧蒸気タービン２から抽気される蒸気と共に、復水の加熱源として使用される。

そして、高圧給水加熱器１０のドレン水は、ブローダウン水と共に、低圧給水加熱器８に移送され、低圧給水加熱器８において、低圧蒸気タービン３から抽気される蒸気と共に、復水の加熱源として使用される。

そして、低圧給水加熱器８に移送された高圧給水加熱器１０のドレン水とブローダウン水は、低圧給水加熱器１０のドレン水と共に、復水器４に移送される。

そして、復水器４に移送されたドレン水とブローダウン水は、復水器４において、低圧蒸気タービン３から排気される蒸気が凝縮した凝縮水と混合し、その後、ドレン水、ブローダウン水及び凝縮水は、復水として、復水浄化装置６に移送される。

これにより、復水に含まれる不純物が除去され、つまり、ブローダウン水に含まれる不純物も除去され、原子炉水の水質（純度）を維持することができる。

このように、実施例１によれば、原子炉１からのブローダウン水を、直接、高圧給水加熱器１０に移送することによって、高圧給水加熱器１０において、ブローダウン水は、高圧蒸気タービン２から抽気される蒸気と共に、復水を加熱することができる。そして、更に、低圧給水加熱器８において、ブローダウン水は、高圧給水加熱器１０のドレン水と低圧蒸気タービン３から抽気される蒸気と共に、復水を加熱することができる。

このように、ブローダウン水を、先ず高圧給水加熱器１０へ、次に低圧給水加熱器８へ、と段階的に移送することによって、段階的に復水を加熱することができ、ブローダウン水の熱を段階的に復水に熱回収させることができ、ブローダウン水の熱を高効率に熱回収することができる。そして、原子炉１からのブローダウン水を、直接、高圧給水加熱器１０に移送することによって、ブローダウン水の熱を高効率に熱回収することができる。

また、実施例１では、原子炉１からのブローダウン水（常時、全体の２％程度）を、高圧給水加熱器１０に移送する配管系統１５に、配管系統１５を移送するブローダウン水の流量を計測する流量計１７と、配管系統１５を移送するブローダウン水の流量を調節する流量調節弁１６と、が設置される。更に、原子炉１からのブローダウン水を、高圧給水加熱器１０に移送する配管系統１５に、配管系統１５を移送するブローダウン水の流量を制御するインターロックを設置してもよい。

これにより、原子炉１の起動停止時や過渡事象時においても、適切にブローダウン水を移送することができる。

＜加圧水型原子力発電プラント（ＰＷＲ）への適用＞
なお、上記した実施例では、本発明を、沸騰水型原子力発電プラントに使用し、説明したが、本発明を、高温高圧水を原子炉で発生させ、この高温高圧水を使用し、蒸気を蒸気発生器で発生させる加圧水型原子力発電プラントに使用することもできる。

つまり、上記した実施例では、沸騰水型原子力発電プラントにおける原子炉１からのブローダウン水から熱回収したが、加圧水型原子力発電プラントでは、加圧水型原子力発電プラントにおける蒸気発生器からのブローダウン水（蒸気発生器⇒蒸気タービン⇒復水器⇒蒸気発生器を循環する水の一部）から熱回収する。

＜火力発電プラントへの適用＞
また、上記した実施例では、本発明を、沸騰水型原子力発電プラントに使用し、説明したが、本発明を、蒸気をボイラ（火力発電プラントにおける蒸気を発生させる設備）で発生させる火力発電プラントに使用することもできる。

つまり、上記した実施例では、沸騰水型原子力発電プラントにおける原子炉１からのブローダウン水から熱回収したが、火力発電プラントでは、火力発電プラントにおけるボイラからのブローダウン水（ボイラ⇒蒸気タービン⇒復水器⇒ボイラを循環する水の一部）から熱回収する。

＜発電プラントの構成＞
このように、実施例１に記載する発電プラントは、蒸気タービンプラントであり、以下の構成を有する。
（１）核分裂の熱エネルギーを使用し、蒸気を発生させる原子炉１（ＢＷＲの場合）、蒸気発生器（ＰＷＲの場合）、又は、ボイラ（なお、原子炉１、蒸気発生器、又はボイラを「蒸気発生部」と呼称する場合がある）。
（２）蒸気発生部で発生した蒸気を使用し、回転駆動する高圧蒸気タービン２。
（３）高圧蒸気タービン２から排出された蒸気を使用し、回転駆動する低圧蒸気タービン３。
（４）低圧蒸気タービン３から排出された蒸気を、回収し、冷却し、凝縮し、復水とする（水に戻す）復水器４。
（５）復水器４から移送された復水及びブローダウン水を浄化（復水及びブローダウン水から不純物を除去）する復水浄化装置６。
（６）復水浄化装置６で浄化された復水を、低圧蒸気タービン３から抽気される蒸気によって、加熱し、ブローダウン水の熱も回収する低圧給水加熱器８。
（７）低圧給水加熱器８で加熱された復水を、高圧蒸気タービン２から抽気される蒸気によって、加熱し、ブローダウン水の熱も回収する高圧給水加熱器１０。
（８）高圧給水加熱器１０で加熱された復水を、蒸気発生部に移送する配管系統１１。
（９）蒸気発生部における水の一部を、ブローダウン水として、つまり、蒸気発生部からのブローダウン水を、直接、高圧給水加熱器１０に移送する配管系統１５。
（１０）高圧蒸気タービン２から抽気された蒸気であって、高圧給水加熱器１０によって凝縮された蒸気を、ドレン水として、ブローダウン水と共に、低圧給水加熱器８に移送する配管系統１４。
（１１）低圧蒸気タービン３から抽気された蒸気であって、低圧給水加熱器８によって凝縮された蒸気を、ドレン水として、高圧給水加熱器１０からのドレン水、ブローダウン水と共に、復水器４に移送する配管系統１２。

このように、実施例１によれば、蒸気発生部からのブローダウン水を、直接、高圧給水加熱器１０に移送し、ブローダウン水の熱を高圧給水加熱器１０において熱回収するため、ブローダウン水の熱を高効率に熱回収することができる。

また、実施例１によれば、蒸気発生部からのブローダウン水を、先ず高圧給水加熱器１０へ、次に低圧給水加熱器８へ、と段階的に移送する（つまり、高圧給水加熱器１０及び低圧給水加熱器８において、段階的にブローダウン水と復水とで熱交換させる）ことによって、段階的に復水を加熱することができ、ブローダウン水の熱を段階的に復水に熱回収させることができ、ブローダウン水の熱を高効率に熱回収することができる。

また、実施例１によれば、高圧蒸気タービン２から抽気される蒸気量（高圧給水加熱１０において使用するタービン抽気量）及び低圧蒸気タービン３から抽気される蒸気量（低圧給水加熱８において使用するタービン抽気量）、特に、高圧蒸気タービン２から抽気される蒸気量を低減することができ、原子力発電プラント１００の熱効率を向上させることができる。

また、実施例１によれば、蒸気発生部からのブローダウン水を、直接、高圧給水加熱器１０に移送するため、例えば、ブローダウン水を貯留するフラッシュタンクのような追加設備が不要となる。

また、実施例１によれば、ブローダウン水の熱を、蒸気と復水とのサイクル内（系内を循環する水）に、熱回収することができ、つまり、系外に放出される熱エネルギーを抑制することができ、原子力発電プラント１００の熱効率を向上させることができる。

また、実施例１によれば、ブローダウン水は、復水浄化装置６において、不純物が除去されるため、系内を循環する水の不純物の濃度を低減することができる。

また、実施例１によれば、ブローダウン水を復水浄化装置６によって継続的に浄化し、蒸気発生部に戻すため、原子炉水の水質を維持することができる。

次に、実施例２に記載する原子力発電プラント１００の構成を説明する。

図２は、実施例２に記載する原子力発電プラント１００の構成を説明する系統図である。

実施例２に記載する原子力発電プラント１００は、実施例１に記載する原子力発電プラント１００と比較して、配管系統１２の接続関係が相違する。

つまり、実施例１では、配管系統１２は、低圧給水加熱器８と復水器４とを接続し、低圧給水加熱器８からのドレン水を復水器４に移送するが、実施例２では、配管系統１２は、低圧給水加熱器８と、低圧復水ポンプ５の下流側であって、復水浄化装置６の上流側である配管系統（低圧復水ポンプ５と復水浄化装置６とを接続する配管系統：復水浄化装置６の入口側配管系統）と、を接続し、低圧給水加熱器８からのドレン水を復水浄化装置６の上流側に移送する。

また、実施例２に記載する原子力発電プラント１００は、高圧給水加熱器１０からのドレン水、低圧給水加熱器８からのドレン水、ブローダウン水を、復水浄化装置６の入口側配管系統に移送するドレンポンプ１３を有する。

このように、実施例２によれば、ブローダウン水の熱を、蒸気と復水とのサイクル内に、熱回収することができ、つまり、系外に放出される熱エネルギーを最小限にすることができ、原子力発電プラント１００の熱効率を向上させることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。

また、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成の一部に置換することもできる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を追加することもできる。また、各実施例の構成の一部について、それを削除し、他の構成の一部を追加し、他の構成の一部と置換することもできる。

１…原子炉
２…高圧蒸気タービン
３…低圧蒸気タービン
４…復水器
５…低圧復水ポンプ
６…復水浄化装置
７…高圧復水ポンプ
８…低圧給水加熱器
９…給水ポンプ
１０…高圧給水加熱器
１１、１２、１４、１５…配管系統
１３…ドレンポンプ
１６…流量調節弁
１７…流量計
１００…原子力発電プラント

Claims (5)

1. 蒸気を発生させる蒸気発生部と、
   前記蒸気発生部で発生した蒸気を使用し、回転駆動する高圧蒸気タービンと、
   前記高圧蒸気タービンから排出された蒸気を使用し、回転駆動する低圧蒸気タービンと、
   前記低圧蒸気タービンから排出された蒸気を、復水とする復水器と、
   前記復水器から移送された復水を浄化する復水浄化装置と、
   前記復水浄化装置で浄化された復水を、前記低圧蒸気タービンから抽気される前記蒸気によって加熱する低圧給水加熱器と、
   前記低圧給水加熱器で加熱された復水を、前記高圧蒸気タービンから抽気される前記蒸気によって加熱する高圧給水加熱器と、
   前記高圧給水加熱器で加熱された復水を、前記蒸気発生部に移送する配管系統と、
   を有し、
   前記蒸気発生部からのブローダウン水を、直接、前記高圧給水加熱器に移送する配管系統と、
   前記高圧蒸気タービンから抽気された蒸気が前記高圧給水加熱器で凝縮したドレン水と、前記ブローダウン水とを、前記低圧給水加熱器に移送する配管系統と、
   前記低圧蒸気タービンから抽気された蒸気が前記低圧給水加熱器で凝縮したドレン水と、前記高圧給水加熱器からのドレン水と、前記ブローダウン水とを、前記復水器に移送する配管系統又は前記復水浄化装置の入口側配管系統に移送する配管系統と、
   を有し、
   前記高圧給水加熱器で、前記ブローダウン水は、前記高圧蒸気タービンから抽気される蒸気と共に、前記低圧給水加熱器で加熱された復水を加熱し、
   前記低圧給水加熱器で、前記高圧給水加熱器からのドレン水と前記ブローダウン水とは、前記低圧蒸気タービンから抽気される蒸気と共に、前記復水浄化装置で浄化された復水を加熱することを特徴とする発電プラント。
2. 請求項１に記載する発電プラントであって、
   前記高圧給水加熱器は、前記ブローダウン水における熱も回収することを特徴とする発電プラント。
3. 請求項１に記載する発電プラントであって、
   前記低圧給水加熱器は、前記ブローダウン水における熱も回収することを特徴とする発電プラント。
4. 請求項１に記載する発電プラントであって、
   前記復水浄化装置は、前記復水及び前記ブローダウン水を浄化することを特徴とする発電プラント。
5. 請求項１に記載する発電プラントであって、
   前記蒸気発生部からのブローダウン水を、直接、前記高圧給水加熱器に移送する前記配管系統は、前記ブローダウン水の流量を計測する流量計と、前記ブローダウン水の流量を調節する流量調節弁と、を有することを特徴とする発電プラント。

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