JPH07270096A - 冷却水冷却器バイパス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コンバインドサイクルプラントの過大容量化を
防止し全軸運転の通常運転中に対する過大余裕による冷
却水の火冷却を防止し信頼性を向上させる。また、冷却
水冷却器の小型化による設備コスト増加の回避とそれに
伴う配置スペースの有効活用、及び軸冷ポンプ海水ポン
プの容量低減による軸動力削減を図ることを目的とす
る。 【構成】複数軸で構成されたコンバインドサイクルプラ
ントにおいて、冷却水系統を共通設備に持ち、冷却水冷
却器の前後に止弁を配し、冷却水冷却器の上流から下流
にバイパス管及び過大に冷却水冷却器に流入する流量を
バイパス制御する制御装置およびバイパス調節弁を設置
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発電所の各機器の冷却水
系統の冷却水冷却器バイパス制御装置に係り、特に発電
設備の運転台数により冷却水の流量を調節する機構を持
つバイパス管及びバイパス流量調節弁を具備することに
よって、冷却水冷却器に過大に流入する冷却水をバイパ
ス管制御機構を用いることにより冷却水の流路を確保す
る冷却水冷却器バイパス管制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境保護の観点から、プラント効
率に優れたガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた
コンバインドサイクルプラントの計画が進められてきて
いる。このコンバインドサイクルプラントは１台のガス
タービン設備と１台の蒸気タービン設備の組み合わせを
１軸型、複数台のガスタービン設備と１台の蒸気タービ
ン設備の組み合わせを多軸型と称しており、１軸型の場
合、１軸当たりの発電容量が小さいことから複数軸によ
って発電所を構成しているのが一般的である。このよう
なコンバインドサイクルプラントの発電所補機冷却系に
おいては、海水等により一次冷却水を冷却水冷却器で冷
却し、各補機へ供給している。また、複数軸から構成さ
れる１軸型コンバインドサイクルプラントの場合、この
１次冷却系をプラント共通設備とし、冷却水冷却器を冷
却する海水系は各軸設備としているのが一般的な構成で
ある。一方、冷却水冷却器はいかなる運転においても規
定値以下まで一次冷却水を冷却するため、通常は最高海
水温度に余裕をとった温度を設計海水温度とし、この設
計海水温度時においても発電所補機の最大熱負荷を熱交
換できる仕様を選定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この従来技術コンバイ
ンドサイクルプラントの場合、特に夜間等の電力需要の
少ない時は、複数軸の中から特定の軸を停止した運用が
行われる。この場合、停止軸に対しても停止中の補機熱
負荷に相当する冷却水は供給する必要があり、冷却水冷
却器は自軸の補機冷却水の他に停止軸の補機冷却水も供
給する必要がある。一方、補機冷却系は主要な機器につ
いては温度調節弁によって熱負荷相当量に冷却水を絞っ
て供給しているが、その他の機器については非制御にて
供給しているのが一般的である。そのため冷却水の容量
は自軸冷却水量に加え停止軸冷却水量も加味して決定さ
れるため、全軸が運転している通常運転時の所要に対し
て過大の容量となり、通常運転時の過冷却の問題があっ
た。

【０００４】本発明の目的は、上記による冷却水冷却器
の過大容量化を抑制することにより通常運転中の過冷却
を防止すると共に、冷却水冷却器の大型化(含むコスト
増加)の回避および配置スペースの有効活用化、さらに
夜間軸停止時における補機冷却水を確保することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】課題は発電所内の冷却水
冷却器バイパス管と冷却水冷却器バイパス管に発電設備
の運転台数、または冷却水量によって調節される調節弁
を設け停止軸がある場合にはバイパス側へ規定量以上を
流し、冷却水冷却器側への通水量を規定量以上にならな
い様にすることによって解決される。

【０００６】

【作用】冷却水冷却器は、夏期最高海水温度に余裕をと
った海水温度をベースに、自軸の補機冷却系必要冷却水
量及び熱負荷に、停止軸の補機冷却系必要冷却水量及び
熱負荷を加味した冷却水を規定の温度まで冷却できる機
能が必要となる。停止軸の補機冷却水系の必要熱負荷は
運転中の概ね１０％以下であり、必要冷却水量は、水量
非制御機器があるため２０％程度となる。例えば運転軸
が１軸、停止軸が３軸ある場合においては、自軸の冷却
水量（１００％）に加え停止軸の２０％×３＝６０％を
考慮して設計するのが通例である。このため４軸通常運
転中は冷却水冷却器にとって前記の停止軸の熱負荷相当
の伝熱面積は余裕となる。さらに設計海水温度は夏期の
最高海水温度に余裕を取り決定される。これより、実最
高海水温度はこれより低いため、冷却水冷却器出口冷却
水温度も前記余裕分低くなる。したがって冷却水を多大
に必要とする１軸運転３軸停止時等は、前記伝熱面積の
余裕分および冷却水冷却器バイパス装置（含むバイパス
弁）を停止軸数等によって開度制御することにより、冷
却水冷却器に流入する過大な冷却水量を抑制しながら、
規定温度の所要冷却水量を各機器冷却器に供給できる。

【０００７】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は本発明の４軸から構成されるコンバインドサ
イクルプラントに適用した一実施例を示す。プラント共
通設備の軸冷水ポンプ１，２，３から吐出された冷却水
は、各軸設備の冷却水冷却器８，９，１０，１１で海水
と熱交換される。前記海水と熱交換された冷却水は、各
軸の機器冷却器群２４，２５，２６，２７へ供給され熱
交換によって機器を冷却した後、軸冷水ポンプ１，２，
３に導かれる閉サイクルを構成に流れている。各軸各機
器冷却器群２４，２５，２６，２７は運転中と停止中で
は必要冷却水量が異なる。

【０００８】本実施例においては、冷却水冷却器上流よ
り下流に流量調節弁１２，１３，１４，１５（流量遮断
装置、流量絞り装置であればよい）を備えたバイパス管
１６，１７，１８，１９を配している。また、冷却水冷
却器バイパス管１６，１７，１８，１９の前後には、冷
却水を遮断する前弁４，５，６，７、及び後弁２０，２
１，２２，２３を設ける。

【０００９】本発明の運転方法は以下の通りである。

【００１０】通常運転中冷却水は、軸冷水ポンプ１，
２，３、により昇圧され各軸の冷却水冷却器１６，１
７，１８，１９に全量通水され、各軸の海水ポンプ（図
示外）によってくみあげられた海水との熱交換によって
規定温度以下に冷却される。各軸の冷却水冷却器１６，
１７，１８，１９によって冷却された冷却水は冷却水配
管を介して各軸の補機冷却器群２４，２５，２６，２７
へ供給され、各軸の補機冷却器を熱交換によって冷却し
ている。各軸の補機冷却器にて昇温した冷却水は再び軸
冷水ポンプへ戻される。

【００１１】次に夜間等、電力需要に対応して停止軸が
ある場合を図２を用いて説明する。本例では、１軸運転
３軸停止時について述べる。この場合、停止軸の海水ポ
ンプ（図示外）は停止される。そのため冷却水冷却器は
冷却能力が無くなるため、冷却水側の前弁、または後弁
（前後弁両方でも良い）を閉じ冷却水が通水されない様
にする。軸冷水ポンプ１，２，３により昇圧された冷却
水は全量、運転軸側の冷却水冷却器へ通水される。この
ような運転が行われるコンバインドプラントの冷却水冷
却器容量は冷却水冷却器１台補修時でも３台の冷却水冷
却器でプラントの運転に支障がないよう下式で選定され
るのが一般的である。

【００１２】

【数１】

【００１３】

【数２】

【００１４】停止軸の必要冷却水量は主要補機について
は温度調節弁により水量制御されるため、停止中は極少
量まで絞られる。但し、その他の機器については冷却水
量は非制御運用されているため、停止中も通常運転と同
一の流量が流れる。その結果１軸当たりの停止中必要冷
却水量は概ね運転中の２０％程度となる。また停止軸の
交換熱量は機器が停止しているため極めて小さく通常運
転中の１０％未満である。そのため冷却水冷却器所要容
量は数３及び数４より求まる。

【００１５】

【数３】 冷却水量＝１軸必要冷却水量＋停止軸必要冷却水量×３ …（数３）

【００１６】

【数４】 交換熱量＝１軸必要交換熱量＋停止軸必要交換熱量×３ …（数４） ここで、

【００１７】

【数５】 停止軸必要冷却水量＝１軸必要冷却水量×２０％＝１６０％ …（数５）

【００１８】

【数６】 停止軸必要交換熱量＝１軸必要交換熱量×１０％＝１３０％ …（数６） で表わすことができる。この結果冷却水量は４軸通常運
転時の１６０％、交換熱量は１３０％となりこれを冷却
水冷却器の設計点とした場合数１及び数２に決定される
冷却水冷却器仕様に対して、冷却水量の面から過大仕様
となってしまう。また、図４に冷却水冷却器の性能を示
すが、通例冷却水冷却器の設計に当たっては図３に示す
様に夏期最高海水温度に余裕をとった温度を設計海水温
度として設計される。本実施例は前記の海水温度の余裕
に着目し冷却水冷却器の過大容量を防止するものであ
る。図４によれば実際の最高温度は２６℃であり、この
場合は冷却水冷却器出口冷却水温度は、３２.５℃ とな
る。また、数１から、１軸運転中３軸停止時の冷却水量
は冷却水冷却器の仕様に対して２７％オーバーするので
本発明ではこの過大分を冷却水冷却器をバイパスさせ
る。この場合のヒ−トバランスを図５に示す。バイパス
弁の制御と運用方法を図６により説明する。計算機から
の停止軸数を入力信号として演算器に入力し冷却水冷却
器の冷却水通水量が規定流量（設計流量）を超える場
合、図７のようなバイパス弁開度の信号をバイパス弁１
２へ出力し弁開度を設定する。これにより冷却水冷却器
を過大容量とすることなく、１軸運転３軸停止の運用を
達成できる。さらに冷却水冷却器の容量過大を回避でき
るため通常運転時の過冷却が防止できプラントの信頼性
を向上させることができる。尚、バイパス弁の開度信号
を出力するための演算器の入力信号として停止軸数を用
いたが運転軸数または、冷却水量を信号とすることも可
能である。また、バイパス水量の制御を行う上で弁開度
を連続的に制御するかわりに、段階的に開度を設定して
もよい。例えば、ある一定水量となったらバイパス弁を
全開または中間開度まで開してもよい。また、図８のよ
うに各軸冷却水冷却器の入口に流量調節弁を設け、運転
軸の冷却水量が設計流量を超える場合、停止軸の冷却水
冷却器入口流量調節弁を開調節し通水するようにしても
よい。

【００１９】

【発明の効果】以上より、冷却水冷却器バイパス制御装
置で設計点以上の流量をバイパスする運用を行うことに
よって、通常運転中における冷却水冷却器仕様点に対す
る過大余裕に起因する冷却水の過冷却を防止し、プラン
ト信頼性の向上が可能となる。また、冷却水冷却器の小
型化、それに伴う配置スペースのコンパクト化及び設備
費の低減及び軸冷ポンプ，海水ポンプも容量低減できる
ため軸動力低下による運転コストの向上にも効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の冷却水系統構成図である。

【図２】本発明の実施例、１軸運転３軸停止時の冷却水
系統構成図である。

【図３】本発明の実施例の年間最高海水温度を示す図で
ある。

【図４】本発明の実施例、冷却水冷却器性能線図であ
る。

【図５】本発明の実施例の熱平衡線図である。

【図６】本発明の制御系統図である。

【図７】本発明のバイパス弁の冷却水量に対する弁開度
を示す図である。

【図８】本発明の他の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１，２，３…軸冷水ポンプ、４…第１軸冷却水冷却器前
弁、５…第２軸冷却水冷却器前弁、６…第３軸冷却水冷
却器前弁、７…第４軸冷却水冷却器前弁、８…第１軸冷
却水冷却器、９…第２軸冷却水冷却器、１０…第３軸冷
却水冷却器、１１…第４軸冷却水冷却器、１２…第１軸
冷却水冷却器バイパス調節弁、１３…第２軸冷却水冷却
器バイパス調節弁、１４…第３軸冷却水冷却器バイパス
調節弁、１５…第４軸冷却水冷却器バイパス調節弁、１
６…第１軸冷却水冷却器バイパス管、１７…第２軸冷却
水冷却器バイパス管、１８…第３冷却水冷却器バイパス
管、１９…第４冷却水冷却器バイパス管、２０…第１軸
冷却水冷却器後弁、２１…第２軸冷却水冷却器後弁、２
２…第３軸冷却水冷却器後弁、２３…第４軸冷却水冷却
器後弁、２４…第１軸各機器冷却器群、２５…第２軸各
機器冷却器群、２６…第３軸各機器冷却器群、２７…第
４軸各機器冷却器群。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の複合サイクル発電設備から構成され
   る発電所の発電設備各機器冷却器に１次冷却水を供給す
   る系統、１次冷却水を２次冷却水と熱交換を行う冷却水
   冷却器を有し、さらに本設備の１次冷却水系統が複数の
   発電設備の冷却水系統と共用している発電所において、
   冷却水冷却器の１次冷却水側上流と下流とを絞り機構を
   具備したバイパス設備により連通し、発電設備の所要１
   次冷却水量により該バイパス設備に備わる絞り機構を調
   節することを特徴とする冷却水冷却器バイパス制御装
   置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記冷却水冷却器の１
   次冷却水側上流または下流に絞り機構を備え、発電設備
   の所要１次冷却水量により該絞り機構を調節ことを特徴
   とする冷却水冷却器バイパス制御装置。