減温器蒸気熱回収設備
【課題】汽力発電プラントに設けられ、ボイラ起動後、通常負荷運転時まで減温器から送出される蒸気の熱を回収し有効利用する実用的な減温器蒸気熱回収設備を提供する。
【解決手段】汽力発電プラントに設けられ、ボイラ起動後、通常負荷運転時まで減温器５５から送出される蒸気の熱を回収する減温器蒸気熱回収設備であって、減温器５５とボイラ給水系統とを結び、減温器５５から送出される蒸気をボイラ給水の加熱用蒸気として脱気器３０に送出するボイラ給水加熱蒸気系統４１と、減温器５５と復水器２１とを結び、減温器５５から送出される蒸気及び／又はドレンを復水器２１に送出する復水回収系統４２と、ボイラ給水加熱蒸気系統４１及び／又は復水回収系統４２へ減温器５５から送出される蒸気を導くように前記２つの系統を切替え可能で、前記２つの系統への蒸気量を分配する三方弁４３を備える。
【解決手段】汽力発電プラントに設けられ、ボイラ起動後、通常負荷運転時まで減温器５５から送出される蒸気の熱を回収する減温器蒸気熱回収設備であって、減温器５５とボイラ給水系統とを結び、減温器５５から送出される蒸気をボイラ給水の加熱用蒸気として脱気器３０に送出するボイラ給水加熱蒸気系統４１と、減温器５５と復水器２１とを結び、減温器５５から送出される蒸気及び／又はドレンを復水器２１に送出する復水回収系統４２と、ボイラ給水加熱蒸気系統４１及び／又は復水回収系統４２へ減温器５５から送出される蒸気を導くように前記２つの系統を切替え可能で、前記２つの系統への蒸気量を分配する三方弁４３を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汽力発電プラントにおいて、ボイラ起動後、通常負荷運転時まで減温器から送出される蒸気の熱を回収する減温器蒸気熱回収設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な汽力発電プラントは、石炭、重油、ＬＮＧ等を燃料としボイラで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンに導き発電機を駆動し発電する。蒸気タービンを駆動した蒸気は、海水を冷却媒体とする復水器で冷却され復水となる。この復水はボイラ給水となり低圧給水加熱器で加熱され、さらに脱気器で給水中の溶存酸素等が除去された後、高圧給水加熱器で加熱されボイラに送られる。低圧給水加熱器、脱気器及び高圧給水加熱器の加熱には、蒸気タービンの抽気蒸気が使用される。
【０００３】
汽力発電プラントを起動する際には、ボイラの火炉水冷壁を保護するため、ボイラ定格給水量の２５％程度の給水を行う必要がある。一方でボイラを起動しても発生する蒸気を直ちに蒸気タービンに供給することはできない。蒸気タービンに蒸気を供給するには蒸気を規定の温度、圧力とする必要があり、さらに蒸気タービンに供給後も蒸気量を徐々に増加させ、最終的に発生蒸気の全量を蒸気タービンに供給することとなる。このように汽力発電プラントの起動時にはボイラの給水量と蒸気タービンへの蒸気供給量とが異なるため、汽力発電プラントには起動バイパス装置が設けられ、余剰の蒸気はフラッシュタンクを経由して復水器へ導かれる。
【０００４】
これまで汽力発電プラントにおいて、発電効率の向上、エネルギーの有効利用、省エネルギー、さらにはランニングコストの低減に関する多くの提案がなされている。このようなエネルギーの有効利用等に対する提案は、通常運転に対応するもののみならず、起動バイパス運転に対応するものもある。例えば、汽力発電プラントの起動時には、ボイラを点火し発生させた蒸気を起動バイパス装置を用い、徐々に主蒸気管など各所に送り所定の温度まで昇温させるウォーミング操作が必要となる。従来、このウォーミングに使用した蒸気は有効利用されることなく外部に排出されていたが、このウォーミングに使用した蒸気を有効に利用するための提案がなされている（例えば特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−７９５４号公報
【特許文献２】特開２００９−２９３８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
汽力発電プラントにおいて、発電効率の向上、ランニングコストの低減等は、永遠の課題と言うべきものであり、今後も更なる改善が期待されている。例えば起動バイパス装置を備える汽力発電プラントでは、起動時、起動バイパス装置を用い主蒸気管などのウォーミング操作を行うが、従来の汽力発電プラントでは、主蒸気管をウォーミングした蒸気は、減温器に導かれここで所定の温度に減温された後、復水器に送られ復水とされる。このような排気蒸気の処理方法は、簡便な処理方法であるが有効利用にはつながっていない。主蒸気管をウォーミングし排気される蒸気などは、温度が高く有効利用可能であるが、これまで減温器に排気される蒸気及び減温器から送出される蒸気については、殆ど着目されておらず、有効利用方法も提案されていない。
【０００７】
本発明の目的は、汽力発電プラントに設けられ、ボイラ起動後、通常負荷運転時まで減温器から送出される蒸気の熱を回収し有効利用する実用的な減温器蒸気熱回収設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ボイラと、前記ボイラから送出される蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの排気蒸気を復水にする復水器と、低圧給水加熱器、脱気器及び高圧給水加熱器を備え、前記復水器から送出される復水を加熱し前記ボイラに給水するボイラ給水系統と、前記ボイラ起動後、前記蒸気タービンに所定の蒸気が供給され通常負荷運転に切替わるまで水及び／又は蒸気を流通させ、排気される蒸気及び／又はドレンを減温器を経由させ前記復水器に送出し復水とする起動バイパス装置と、を備える汽力発電プラントに設けられ、前記ボイラ起動後、通常負荷運転時まで前記減温器から送出される蒸気の熱を回収する減温器蒸気熱回収設備であって、前記減温器と前記ボイラ給水系統とを結び、前記減温器から送出される蒸気をボイラ給水の加熱用蒸気として前記ボイラ給水系統に送出するボイラ給水加熱蒸気系統と、前記減温器と前記復水器とを結び、前記減温器から送出される蒸気及び／又はドレンを前記復水器に送出する復水回収系統と、前記ボイラ給水加熱蒸気系統及び／又は復水回収系統へ前記減温器から送出される蒸気を導くように前記２つの系統を切替え可能で、前記２つの系統への蒸気量を分配可能な系統制御手段と、を備えることを特徴とする減温器蒸気熱回収設備である。
【０００９】
また本発明は、前記減温器蒸気熱回収設備において、前記ボイラ給水加熱蒸気系統は、前記減温器と前記脱気器又は前記脱気器の下流側のボイラ給水系統とを結ぶことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、前記減温器蒸気熱回収設備において、前記ボイラ給水加熱蒸気系統は、途中で複数に分岐し、分岐した先端部が前記ボイラ給水系統の複数の箇所に接続し、前記ボイラ給水系統の１以上の箇所に蒸気を送出可能に形成され、さらに前記ボイラ給水加熱蒸気系統の蒸気送出先を制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、前記減温器蒸気熱回収設備において、前記制御装置は、前記複数の蒸気送出先の中から、送出先のボイラ給水温度が送出される蒸気温度以下で該蒸気温度に一番近い蒸気送出先を選定し、該蒸気送出先に蒸気を送出するように前記ボイラ給水加熱蒸気系統を制御することを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記減温器蒸気熱回収設備において、前記汽力発電プラントが、週末起動停止（ＷＳＳ）運転又は深夜起動停止（ＤＳＳ）運転対応の汽力発電プラントであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の減温器蒸気熱回収設備は、ボイラ起動後、通常負荷運転時まで減温器から送出される蒸気をボイラ給水系統に送出可能なボイラ給水加熱蒸気系統を備えるので、前記蒸気でボイラ給水を加熱可能であり、減温器から送出される蒸気を有効利用することができる。また減温器からの送出蒸気を復水器に送出可能な系統、２つの系統を切替え可能で、２つの系統への蒸気量を分配可能な系統制御手段を備えるので、減温器から送出される蒸気のうちボイラ給水加熱蒸気系統に送出されない蒸気は復水器に送出することができる。これにより減温器から送出される全ての蒸気を確実に処理することができ、汽力発電プラントの起動運転を支障なく行うことができる。
【００１４】
また本発明によれば、前記ボイラ給水加熱蒸気系統は、脱気器又は脱気器の下流側のボイラ給水系統に減温器からの送出蒸気を導くことができるので、送出される蒸気をボイラ給水と直接接触させるか、又はボイラ給水と熱交換し生成するドレンを脱気器に投入することで脱気器の水位が上昇する。この結果、脱気器への送水量が低下し、ボイラ給水を送水する復水ポンプ、復水昇圧ポンプの負荷が低下し、これらのランニングコストが低下する。
【００１５】
また本発明によれば、前記ボイラ給水加熱蒸気系統は、途中で複数に分岐し、ボイラ給水系統の１以上の箇所に蒸気を送出可能に形成され、さらに前記ボイラ給水加熱蒸気系統の蒸気送出先を制御する制御装置を備えるので、ボイラ給水系統の複数個所に減温器から送出される蒸気を送ることが可能である。ボイラ給水系統の複数個所に蒸気を送出することで蒸気消費量が増加し、復水器に送出する蒸気量が低下するので、減温器から送出される蒸気をより有効に利用することができる。
【００１６】
また本発明によれば、制御装置が複数の蒸気送出先の中から、送出先のボイラ給水温度が送出される蒸気温度以下で該蒸気温度に一番近い蒸気送出先に蒸気を送出するようにボイラ給水加熱蒸気系統を制御するので、減温器から送出される蒸気の熱をボイラ給水の加熱により効率的に利用することができる。温度の低いボイラ給水は、温度の低い蒸気でも加熱できるが、温度の高いボイラ給水は、温度の低い蒸気では加熱できないことを考えれば、可能な限り温度の近いボイラ給水を加熱することが効率的である。
【００１７】
また本発明によれば、本発明の減温器蒸気熱回収設備は、汽力発電プラントの起動時に排気される蒸気の処理に関するものであるから、起動停止の多い週末起動停止（ＷＳＳ）運転、深夜起動停止（ＤＳＳ）運転を行う汽力発電プラントに好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態としての減温器蒸気熱回収設備を備える汽力発電プラントの概略的構成を示すプロセスフロー図である。
【図２】本発明の第２実施形態としての減温器蒸気熱回収設備の概略的構成を示すプロセスフロー図である。
【図３】本発明の第３実施形態としての減温器蒸気熱回収設備の概略的構成を示すプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態としての減温器蒸気熱回収設備を備える汽力発電プラントの概略的構成を示すプロセスフロー図である。まず汽力発電プラントの全体構成を通常運転（通常負荷運転）時の蒸気及び復水・給水の流れに従って説明し、その後、起動バイパス装置の構成、汽力発電プラント起動時の運転要領と減温器蒸気熱回収設備の使用方法を説明する。
【００２０】
ボイラ１は、燃料であるＬＮＧ（液化天然ガス）を燃焼させる火炉２、燃焼ガスによりボイラ給水を加熱する節炭器３、水冷壁４、ゲージ壁５さらには飽和蒸気を過熱蒸気とする１次過熱器６及び２次過熱器７を備える。２次加熱器７から送出される過熱蒸気は、主蒸気止弁１１及び蒸気加減弁１２が設けられた主蒸気管１３を通じて高圧タービン１４に送られ高圧タービン１４を駆動する。高圧タービン１４を駆動した蒸気は、ボイラの再熱器（図示を省略）で再加熱された後、図示を省略した中圧タービン及び低圧タービンを駆動する。発電機（図示を省略）は、高圧タービン１４、中圧タービン、低圧タービンと連結しこれらタービンにより駆動され発電を行う。
【００２１】
低圧タービンから排出される蒸気は、復水器２１で冷却され凝縮し復水となる。復水は、復水ポンプ２２を介して脱塩装置２３に送られ、復水中の塩類が除去される。塩類が除去された復水は、復水昇圧ポンプ２４で昇圧された後、復水熱交換器２５で軸冷水と熱交換し温度を上昇させる。その後、復水は、空気抽出装置２６のクーラーの冷媒として使用され、グランドコンデンサ２７、ドレンクーラ２８の順に送られ、さらに低圧給水加熱器２９で加熱された後、脱気器３０に送られる。
【００２２】
低圧給水加熱器２９は、表面接触式の熱交換器であり、低圧タービン（ＬＰ）の抽気蒸気で加熱される。低圧給水加熱器２９は、３基直列に設けられており、図１では１基のみ示した。脱気器３０に送られた給水は、中圧タービンの抽気蒸気（脱気用蒸気）で加熱され、給水中の溶存酸素等不凝縮性ガスが除去された後、ボイラ給水ポンプ３１により昇圧された後、高圧給水加熱器３２に送られ、ここで高圧タービン１４の抽気蒸気によりさらに加熱される。高圧給水加熱器３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）は、表面接触式の熱交換器であり、高圧タービン１４の抽気蒸気で加熱された給水は、節炭器３に送られる。復水器２１から節炭器３に至るまでの系統が、復水・給水系統である。
【００２３】
減温器蒸気熱回収設備は、ボイラ１起動後、通常負荷運転時まで後述の起動バイパス装置の減温器５５から送出される蒸気をボイラ給水の加熱に使用するための設備である。減温器蒸気熱回収設備は、起動バイパス装置の減温器５５から送出される蒸気を脱気器３０に導くボイラ給水加熱蒸気系統４１、減温器５５から送出されるドレン及び／又は蒸気を復水器２１に導く復水回収系統４２、減温器５５から送出される蒸気をボイラ給水加熱蒸気系統４１及び／又は復水回収系統４２に導く三方弁４３を備える。減温器５５の出口部と三方弁４３の入口部とが管路４４で、三方弁４３の一方の出口と脱気器３０とが管路４５で、三方弁４３の他方の出口と復水器２１とが管路４６で結ばれ、三方弁４３を間に挟み管路４４と管路４５とでボイラ給水加熱蒸気系統４１が形成され、三方弁４３を間に挟み管路４４と管路４６とで復水回収系統４２が形成されている。三方弁４３は、汽力発電プラントの運転を制御する運転制御装置（図示を省略）からの指令に基づき、脱気器３０内の給水温度が所定の温度となるようにボイラ給水加熱蒸気系統４１に送出する蒸気量を調整する。なお、三方弁４３に代え、管路４５及び管路４６に流量調整弁を設け、ボイラ給水加熱蒸気系統４１及び復水回収系統４２への蒸気量を調整してもよい。
【００２４】
上記汽力発電プラントには、起動する際に使用する起動バイパス装置が設けられている。起動バイパス装置は、１次過熱器６をバイパスする１次過熱器バイパス系統５１、２次過熱器７をバイパスする２次過熱器バイパス系統５２、１次過熱器バイパス系統５１及び２次過熱器バイパス系統５２と接続し、１次過熱器６をバイパスするように配置されたフラッシュタンク５３、高圧タービン１４の上流側に配置されたタービンバイパス系統５４、フラッシュタンク５３から排気される余剰の蒸気及びタービンバイパス系統５４から排気される蒸気を減温する減温器５５を備える。
【００２５】
１次過熱器バイパス系統５１は、１次過熱器６の上流側とフラッシュタンク５３とを結ぶ１次過熱器バイパス管５６を有し、管路の途中に調整弁５７を備える。２次過熱器バイパス系統５２も１次過熱器バイパス系統５１と同様に、２次過熱器７の上流側とフラッシュタンク５３とを結ぶ２次過熱器バイパス管５８を有し、管路の途中に調整弁５９を備える。さらに２次過熱器バイパス系統５２は、フラッシュタンク５３から送出される蒸気で２次過熱器７をウォーミングする、加熱器通気弁６０が介装された２次加熱器ウォーミング管６１を備える。
【００２６】
フラッシュタンク５３は、１次過熱器バイパス管５６及び２次過熱器バイパス管５８を通じて排気される蒸気を受け入れ、蒸気を所定の圧力に調整する圧力容器であり、蒸気を２次過熱器７に送出すると共に、ボイラ給水を加熱する調整弁６７、６８が設けられた加熱蒸気管６２を介して脱気器３０及び高圧給水加熱器３２ｃに加熱蒸気を送る。フラッシュタンク５３には、所定の圧力以上で開き蒸気を逃すダンプ蒸気弁６３が設けられ、ダンプ蒸気は、減温器５５と接続する遮断弁６９が設けられたダンプ蒸気送出管６４を通じて減温器５５に送られる。加熱蒸気管６２は、ダンプ蒸気弁６３の上流側でダンプ蒸気送出管６４に接続する。さらにフラッシュタンク５３は、発生したドレンを復水器２１及び脱気器３０に送出する調整弁７０、７１が設けられたドレン送出管６５、６６を備える。またドレン送出管６５にはブロータンクと連絡する調整弁７２を備える分岐管７３が設けられている。
【００２７】
タービンバイパス系統５４は、タービンバイパス弁７５が設けられたタービンバイパス管７６を有し、一端を主蒸気止弁１１の上流側の主蒸気管１３に他端を減温器５５に接続する。
【００２８】
減温器５５は、フラッシュタンク５３のダンプ蒸気及びタービンバイパス管７６を通じて排気される主蒸気管１３のウォーミング蒸気を減温する装置である。減温器５５には、復水昇圧ポンプ２４の出口部に設けられた、調整弁７８を有する減温水供給管７７を介して減温用の水として復水が供給される。減温器５５には温度検出器８０が装着され、調整弁７８は、温度検出器８０と接続する温度調節器８１からの信号により減温水量を調整する。これにより減温器５５から排出される蒸気を所定の温度に調整する。
【００２９】
次に汽力発電プラント起動時の運転要領と減温器５５から送出される蒸気によるボイラ給水加熱方法を説明する。なお、以下の説明に使用する数値は例示であり、本発明はこの数値に拘束されるものではない。
【００３０】
汽力発電プラントを起動する際には、ボイラ１の水冷壁４を保護するため、ボイラ定格給水量の２５％程度の給水を行う必要がある。一方でボイラ１を起動しても発生する蒸気を直ちに蒸気タービンに供給することはできないので、起動バイパス装置を使用した起動バイパス運転により汽力発電プラントが起動される。ボイラ１には、起動バイパス運転が終了するまでボイラ定格給水量の２５％程度の給水が行われる。
【００３１】
ボイラ１の水張り後、ボイラ１、１次過熱器バイパス系統５１、フラッシュタンク５３、復水・給水系統を通じた系統水循環が行われる。このとき１次過熱器６と２次過熱器７とを連絡する過熱器止弁８、過熱器加減弁９、２次過熱器バイパス系統５２は閉止されている。ボイラ点火後、蒸気を１次過熱器バイパス系統５１を通じてフラッシュタンク５３へ送り、１次過熱器６の入口温度が１６０℃に達すると２次過熱器バイパス系統５２の調整弁５９が開き、１次過熱器６が加熱される。以降、フラッシュタンク５３に送られる蒸気のうち、ウォーミング等に使用される以外の蒸気は、一部がドレンとなり復水器２１、脱気器３０に送られ、余剰の蒸気は、脱気器３０、高圧給水過熱器３２に送られ、ボイラ給水の加熱に使用される。さらにフラッシュタンク圧力が３．５ＭＰａを超えるとダンプ蒸気弁６３が開き、余剰の蒸気は減温器５５へ送られる。
【００３２】
フラッシュタンク圧力が０．９８ＭＰａになると、加熱器通気弁６０及びタービンバイパス弁７５が開き、２次過熱器７及び主蒸気管１３に蒸気が流れ込みこの部分がウォーミングされる。この主蒸気管１３のウォーミングは、フラッシュタンク圧力が約３．５ＭＰａとなるまで継続される。主蒸気管１３をウォーミングした蒸気は、タービンバイパス管７６から減温器５５に送られる。
【００３３】
主蒸気管１３のウォーミングが終了すると、タービンバイパス弁７５は閉止し、蒸気は蒸気タービン１４に送られ並列される。蒸気タービン並列後、過熱器減圧弁９を開け、過熱器減圧弁９を経由し蒸気を供給し、徐々に加熱器減圧弁９の開度を増し、主蒸気圧力を１５．５７６ＭＰａとする。この操作をランピング操作と言う。なお、この状態でも蒸気の一部はフラッシュタンク５３へ送られている。この操作の段階で過熱器止弁８が全開となる。その後、蒸気の制御を主蒸気止弁１１から蒸気加減弁１２により行う弁切替が行われ、蒸気は全て高圧タービン１４に送られる。この時点で起動バイパス系統に蒸気を流す必要はなくなるので、１次過熱器バイパス系統５１の調整弁５７が閉じ、起動バイパス運転が終了し通常運転（通常負荷運転）へと移行する。起動バイパス系統を使用する運転をローロードオペレーションとも言う。
【００３４】
減温器５５に送られるフラッシュタンク５３からの余剰蒸気及びタービンバイパス管７６から送られ主蒸気管１３をウォーミングした蒸気は、蒸気温度が減温器５５の設定温度を超えるときは、減温器５５で設定温度、例えば１７０℃に調整された後、ボイラ給水加熱蒸気系統４１を通じて脱気器３０に送られ、給水を設定された温度に加熱する。脱気器３０の給水の加熱に必要な蒸気量が少なく、減温器５５から送出される蒸気を全て脱気器３０に送出できないときは、余剰の蒸気は復水回収系統４２を通じて復水器２１に送られ復水になる。ボイラ給水加熱蒸気系統４１、復水回収系統４２への蒸気の送出の調整は、三方弁４３が行い、減温器５５から送出される蒸気は全て、ボイラ給水加熱蒸気系統４１及び／又は復水回収系統４２を通じて処理される。
【００３５】
主蒸気管１３のウォーミングの初期などには、減温器５５に送られる蒸気の温度が低い、又は蒸気がドレンとなり減温器５５に送られる場合もある。減温器５５の温度と脱気器３０内の給水温度を比較して、減温器５５の温度が低い場合には、減温器５５に送られる蒸気及び／又はドレンを全て復水器２１に送出するように三方弁４３を切り替える。
【００３６】
従来の汽力発電プラントでは、起動バイパス運転時に減温器５５に排気される蒸気は、最終的に全て復水器２１に送られ復水とされ、熱回収は行われていなかった。これに対して、本実施形態に示す汽力発電プラントでは、起動バイパス運転時に減温器５５に排気され必要に応じて減温された、減温器５５から送出される蒸気を給水加熱に使用するので、排気蒸気の保有する熱エネルギーを有効利用することができる。また脱気器３０に送られる蒸気は、減温器５５で温度が調整された蒸気であり、さらにフラッシュタンク５３のダンプ蒸気及びタービンバイパス管７６を通じて排気される主蒸気管１３のウォーミング蒸気を、減温器５５を経由し脱気器３０に送出することで蒸気流量の変動も緩和され、脱気器３０の給水加熱の制御性も容易となる。また脱気器３０の給水の加熱に必要な蒸気量が少ない場合には、余剰の蒸気は復水器２１に送られるので、汽力発電プラントの起動バイパス運転を支障なく行える。また脱気器３０は、直接加熱式ゆえ、脱気器３０に送られた蒸気は給水で冷却され復水となる。この結果、脱気器３０の水位が上昇し、脱気器３０への送水量が低下する。これにより脱気器３０に給水を送る復水ポンプ２２、復水昇圧ポンプ２４の負荷が低下し、これらのランニングコストが低下する。
【００３７】
図２は、本発明の第２実施形態としての減温器蒸気熱回収設備の概略的構成を示すプロセスフロー図である。第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
第２実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備も第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と同様、起動バイパス運転時、起動バイパス装置の減温器５５に排気され必要に応じて減温された、減温器５５から送出される蒸気を給水加熱に使用するための設備であり、ボイラ給水加熱蒸気系統４７、復水回収系統４２及び三方弁４３を備える。但し、第２実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備では、ボイラ給水加熱蒸気系統４７が複数設けられ、複数のボイラ給水加熱蒸気系統４７への蒸気の送出を制御する制御装置１００を備える点が第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と異なる。以下、第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備との相違点を中心に説明する。
【００３９】
ボイラ給水加熱蒸気系統４７は、三方弁４３の出口部の管路４５が４つに分岐し、分岐した先端部に第１から第４の管路４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄが設けられ、４つのボイラ給水加熱蒸気系統４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄが形成されている。第１の管路４９ａは、端部に遮断弁５０ａを備え、遮断弁５０ａを介して管路４５と接続し、他端部を脱気器３０と接続する。第２の管路４９ｂは、端部に遮断弁５０ｂを備え、遮断弁５０ｂを介して管路４５と接続し、他端部を高圧給水加熱器３２ａと接続する。第３の管路４９ｃは、端部に遮断弁５０ｃを備え、遮断弁５０ｃを介して管路４５と接続し、他端部を高圧給水加熱器３２ｂと接続する。第４の管路４９ｄは、端部に遮断弁５０ｄを備え、遮断弁５０ｄを介して管路４５と接続し、他端部を高圧給水加熱器３２ｃと接続する。ボイラ給水加熱蒸気系統４７ａは、三方弁４３を挟み管路４４、管路４５、遮断弁５０ａ及び管路４９ａで形成されている。他のボイラ給水加熱蒸気系統４７ｂ、４７ｃ、４７ｄも同様であり、三方弁４３を挟む管路４４及び管路４５は共用部分である。遮断弁５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ）は、制御装置１００からの信号で開閉する。
【００４０】
制御装置１００は、汽力発電プラントの運転を制御する運転制御装置（図示を省略）と信号を送受信可能に接続し、運転制御装置と協働し、複数のボイラ給水加熱蒸気系統４７（４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ）の中から蒸気を供給するボイラ給水加熱蒸気系統４７を選定し、選定したボイラ給水加熱蒸気系統４７に蒸気を送出するように三方弁４３及び遮断弁５０を制御する。制御装置１００は、運転制御装置から温度データを取得し、この温度データから送出先の給水温度が、減温器５５以下の温度でかつ減温器５５に一番近いボイラ給水加熱蒸気系統４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄを選定し、このボイラ給水加熱蒸気系統４７に蒸気を送出するように制御する。さらに先に選定したボイラ給水加熱蒸気系統４７のみに蒸気を供給しても、減温器５５から送出される蒸気が余るときは、減温器５５以下の温度でかつ次に減温器５５に近い給水温度のボイラ給水加熱蒸気系統４７を選定し、このボイラ給水加熱蒸気系統４７へも蒸気を送出するように制御する。以下同様に、第３、第４番目のボイラ給水加熱蒸気系統４７に蒸気を送出するように制御することもできる。なお、減温器５５から送出される蒸気を全て脱気器３０及び／又は高圧給水加熱器３２ａ、３２ｂ、３２ｃに送出できないときは、余剰の蒸気を復水回収系統４２に送出する点は第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と同様である。
【００４１】
温度の低い給水は、温度の低い蒸気でも加熱できるが、温度の高い給水は、温度の低い蒸気では加熱できないことは改めて言うまでもない。温度の高い給水は、それ以上の温度を有する蒸気でなければ加熱できないのであるから、本実施形態に示すボイラ給水の加熱方法は効率的な方法と言える。さらに本実施形態のように送出先の給水温度が減温器５５以下の温度でかつ減温器５５に一番近いボイラ給水加熱系統４７に蒸気を供給すると、給水温度と蒸気温度との温度差が小さく、温度差に伴う装置への悪影響、例えば熱変形等を回避又は抑制することができ好ましい。また同時に２つ以上のボイラ給水加熱蒸気系統４７、例えば、脱気器３０と高圧給水加熱器３２ａとに同時に蒸気を送るように制御してもよいので、蒸気送出量が増加し、復水器２１に逃がす蒸気を減少させることができ、送出蒸気をより有効に利用することができる。
【００４２】
図３は、本発明の第３実施形態としての減温器蒸気熱回収設備の概略的構成を示すプロセスフロー図である。第１実施形態及び第２実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
第３実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備も第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と同様、起動バイパス運転時、起動バイパス装置の減温器５５に排気され必要に応じて減温された、減温器５５から送出される蒸気を給水加熱に使用するための設備であり、ボイラ給水加熱蒸気系統４１、復水回収系統４２、三方弁４３を備える。但し、第３実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備では、ボイラ給水ポンプ３１と高圧給水加熱器３２ａとの間に新たに熱回収用の熱交換器９０を設け、この熱交換器９０に減温器５５から送出される蒸気を導くようにボイラ給水加熱蒸気系統４１を設ける。以下、第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備との相違点を中心に説明する。
【００４４】
熱交換器９０は、表面接触式の熱交換器であり、ボイラ給水加熱蒸気系統４１を通じて送られた蒸気は、ボイラ給水を加熱し、ドレンとなりドレンタンク９１に送られる。ドレンタンク９１にはドレンを、ドレン加熱器２８を経由して復水器２１に送るドレン管９３が接続する。ドレン管９３にはドレンポンプ９２、流量調整弁９４が設けられ、ドレンは、ドレン加熱器２８で給水と熱交換し、給水を加熱した後、復水器２１に送られる。減温器５５から送出される蒸気の熱交換器９０への供給要領、ボイラ給水加熱蒸気系統４１の構成なども第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と変わるところはない。
【００４５】
第３実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備は、第１実施形態及び第２実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と異なり、脱気器３０又は高圧給水加熱器３２に蒸気を供給しないので、これら機器を改造する必要がなく、また運転要領も変更する必要がない。
【００４６】
上記実施形態で示すように本発明に係る減温器蒸気熱回収設備は、汽力発電プラントの起動時に減温器から送出される蒸気をボイラの給水加熱に有効利用することができると共に、ボイラの給水加熱に利用できないときは復水として回収する系統も備えるので、起動バイパス運転に支障を与えることもなく実用的な設備である。また構成も比較的簡単なので、新設の汽力発電プラントはもちろん、既設の汽力発電プラントにも容易に適用することができる。
【００４７】
深夜起動停止（ＤＳＳ）運転、週末起動停止（ＷＳＳ）運転を頻繁に行う汽力発電プラントでは、通常運転に対する起動バイパス運転の割合が大きく、減温器５５に排気される蒸気量も多くなるので、このような汽力発電プラントに対して本発明の減温器蒸気熱回収設備を設けることは効果的である。
【００４８】
なお本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で種々の実施形態に変更し使用することができる。上記実施形態では、減温器５５に減温水を供給し、減温器５５から送出される蒸気を所定の温度に調整した後に送出する例を示したが、必要に応じて減温水の供給を停止し、温度の高い蒸気をボイラ給水加熱蒸気系統に送るようにしてもよい。さらに低圧給水加熱器２９に蒸気を送るボイラ給水加熱蒸気系統を設け、ここで熱回収するようにしてもよい。また上記実施形態では、減温器５５に排気される蒸気がフラッシュタンク５３からの余剰蒸気及びタービンバイパス系統５４からの排気蒸気であったが、減温器５５に排気される蒸気はこれに限定されるものではない。例えば、空気抽出装置２６に蒸気エゼクタを使用する場合、通常、蒸気エゼクタに主蒸気管１３から駆動用蒸気を送るエゼクタ主蒸気管が設けられ、このエゼクタ主蒸気管は、起動バイパス運転時、蒸気ブローが行われる。このブロー蒸気が減温器５５に排気される汽力発電プラントでは、このような排気蒸気も本発明に係る減温器蒸気熱回収設備で熱回収し有効利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ ボイラ
１４ 高圧タービン
２１ 復水器
２９ 低圧給水加熱器
３０ 脱気器
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ 高圧給水加熱器
４１ ボイラ給水加熱蒸気系統
４２ 復水回収系統
４３ 三方弁
４４ 管路
４５ 管路
４６ 管路
４７、４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ ボイラ給水加熱蒸気系統
４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ 管路
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ 遮断弁
５５ 減温器
７７ 減温水供給管
７８ 調整弁
８０ 温度検出器
８１ 温度調節器
９０ 熱交換器
１００ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汽力発電プラントにおいて、ボイラ起動後、通常負荷運転時まで減温器から送出される蒸気の熱を回収する減温器蒸気熱回収設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な汽力発電プラントは、石炭、重油、ＬＮＧ等を燃料としボイラで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンに導き発電機を駆動し発電する。蒸気タービンを駆動した蒸気は、海水を冷却媒体とする復水器で冷却され復水となる。この復水はボイラ給水となり低圧給水加熱器で加熱され、さらに脱気器で給水中の溶存酸素等が除去された後、高圧給水加熱器で加熱されボイラに送られる。低圧給水加熱器、脱気器及び高圧給水加熱器の加熱には、蒸気タービンの抽気蒸気が使用される。
【０００３】
汽力発電プラントを起動する際には、ボイラの火炉水冷壁を保護するため、ボイラ定格給水量の２５％程度の給水を行う必要がある。一方でボイラを起動しても発生する蒸気を直ちに蒸気タービンに供給することはできない。蒸気タービンに蒸気を供給するには蒸気を規定の温度、圧力とする必要があり、さらに蒸気タービンに供給後も蒸気量を徐々に増加させ、最終的に発生蒸気の全量を蒸気タービンに供給することとなる。このように汽力発電プラントの起動時にはボイラの給水量と蒸気タービンへの蒸気供給量とが異なるため、汽力発電プラントには起動バイパス装置が設けられ、余剰の蒸気はフラッシュタンクを経由して復水器へ導かれる。
【０００４】
これまで汽力発電プラントにおいて、発電効率の向上、エネルギーの有効利用、省エネルギー、さらにはランニングコストの低減に関する多くの提案がなされている。このようなエネルギーの有効利用等に対する提案は、通常運転に対応するもののみならず、起動バイパス運転に対応するものもある。例えば、汽力発電プラントの起動時には、ボイラを点火し発生させた蒸気を起動バイパス装置を用い、徐々に主蒸気管など各所に送り所定の温度まで昇温させるウォーミング操作が必要となる。従来、このウォーミングに使用した蒸気は有効利用されることなく外部に排出されていたが、このウォーミングに使用した蒸気を有効に利用するための提案がなされている（例えば特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−７９５４号公報
【特許文献２】特開２００９−２９３８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
汽力発電プラントにおいて、発電効率の向上、ランニングコストの低減等は、永遠の課題と言うべきものであり、今後も更なる改善が期待されている。例えば起動バイパス装置を備える汽力発電プラントでは、起動時、起動バイパス装置を用い主蒸気管などのウォーミング操作を行うが、従来の汽力発電プラントでは、主蒸気管をウォーミングした蒸気は、減温器に導かれここで所定の温度に減温された後、復水器に送られ復水とされる。このような排気蒸気の処理方法は、簡便な処理方法であるが有効利用にはつながっていない。主蒸気管をウォーミングし排気される蒸気などは、温度が高く有効利用可能であるが、これまで減温器に排気される蒸気及び減温器から送出される蒸気については、殆ど着目されておらず、有効利用方法も提案されていない。
【０００７】
本発明の目的は、汽力発電プラントに設けられ、ボイラ起動後、通常負荷運転時まで減温器から送出される蒸気の熱を回収し有効利用する実用的な減温器蒸気熱回収設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ボイラと、前記ボイラから送出される蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの排気蒸気を復水にする復水器と、低圧給水加熱器、脱気器及び高圧給水加熱器を備え、前記復水器から送出される復水を加熱し前記ボイラに給水するボイラ給水系統と、前記ボイラ起動後、前記蒸気タービンに所定の蒸気が供給され通常負荷運転に切替わるまで水及び／又は蒸気を流通させ、排気される蒸気及び／又はドレンを減温器を経由させ前記復水器に送出し復水とする起動バイパス装置と、を備える汽力発電プラントに設けられ、前記ボイラ起動後、通常負荷運転時まで前記減温器から送出される蒸気の熱を回収する減温器蒸気熱回収設備であって、前記減温器と前記ボイラ給水系統とを結び、前記減温器から送出される蒸気をボイラ給水の加熱用蒸気として前記ボイラ給水系統に送出するボイラ給水加熱蒸気系統と、前記減温器と前記復水器とを結び、前記減温器から送出される蒸気及び／又はドレンを前記復水器に送出する復水回収系統と、前記ボイラ給水加熱蒸気系統及び／又は復水回収系統へ前記減温器から送出される蒸気を導くように前記２つの系統を切替え可能で、前記２つの系統への蒸気量を分配可能な系統制御手段と、を備えることを特徴とする減温器蒸気熱回収設備である。
【０００９】
また本発明は、前記減温器蒸気熱回収設備において、前記ボイラ給水加熱蒸気系統は、前記減温器と前記脱気器又は前記脱気器の下流側のボイラ給水系統とを結ぶことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、前記減温器蒸気熱回収設備において、前記ボイラ給水加熱蒸気系統は、途中で複数に分岐し、分岐した先端部が前記ボイラ給水系統の複数の箇所に接続し、前記ボイラ給水系統の１以上の箇所に蒸気を送出可能に形成され、さらに前記ボイラ給水加熱蒸気系統の蒸気送出先を制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、前記減温器蒸気熱回収設備において、前記制御装置は、前記複数の蒸気送出先の中から、送出先のボイラ給水温度が送出される蒸気温度以下で該蒸気温度に一番近い蒸気送出先を選定し、該蒸気送出先に蒸気を送出するように前記ボイラ給水加熱蒸気系統を制御することを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記減温器蒸気熱回収設備において、前記汽力発電プラントが、週末起動停止（ＷＳＳ）運転又は深夜起動停止（ＤＳＳ）運転対応の汽力発電プラントであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の減温器蒸気熱回収設備は、ボイラ起動後、通常負荷運転時まで減温器から送出される蒸気をボイラ給水系統に送出可能なボイラ給水加熱蒸気系統を備えるので、前記蒸気でボイラ給水を加熱可能であり、減温器から送出される蒸気を有効利用することができる。また減温器からの送出蒸気を復水器に送出可能な系統、２つの系統を切替え可能で、２つの系統への蒸気量を分配可能な系統制御手段を備えるので、減温器から送出される蒸気のうちボイラ給水加熱蒸気系統に送出されない蒸気は復水器に送出することができる。これにより減温器から送出される全ての蒸気を確実に処理することができ、汽力発電プラントの起動運転を支障なく行うことができる。
【００１４】
また本発明によれば、前記ボイラ給水加熱蒸気系統は、脱気器又は脱気器の下流側のボイラ給水系統に減温器からの送出蒸気を導くことができるので、送出される蒸気をボイラ給水と直接接触させるか、又はボイラ給水と熱交換し生成するドレンを脱気器に投入することで脱気器の水位が上昇する。この結果、脱気器への送水量が低下し、ボイラ給水を送水する復水ポンプ、復水昇圧ポンプの負荷が低下し、これらのランニングコストが低下する。
【００１５】
また本発明によれば、前記ボイラ給水加熱蒸気系統は、途中で複数に分岐し、ボイラ給水系統の１以上の箇所に蒸気を送出可能に形成され、さらに前記ボイラ給水加熱蒸気系統の蒸気送出先を制御する制御装置を備えるので、ボイラ給水系統の複数個所に減温器から送出される蒸気を送ることが可能である。ボイラ給水系統の複数個所に蒸気を送出することで蒸気消費量が増加し、復水器に送出する蒸気量が低下するので、減温器から送出される蒸気をより有効に利用することができる。
【００１６】
また本発明によれば、制御装置が複数の蒸気送出先の中から、送出先のボイラ給水温度が送出される蒸気温度以下で該蒸気温度に一番近い蒸気送出先に蒸気を送出するようにボイラ給水加熱蒸気系統を制御するので、減温器から送出される蒸気の熱をボイラ給水の加熱により効率的に利用することができる。温度の低いボイラ給水は、温度の低い蒸気でも加熱できるが、温度の高いボイラ給水は、温度の低い蒸気では加熱できないことを考えれば、可能な限り温度の近いボイラ給水を加熱することが効率的である。
【００１７】
また本発明によれば、本発明の減温器蒸気熱回収設備は、汽力発電プラントの起動時に排気される蒸気の処理に関するものであるから、起動停止の多い週末起動停止（ＷＳＳ）運転、深夜起動停止（ＤＳＳ）運転を行う汽力発電プラントに好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態としての減温器蒸気熱回収設備を備える汽力発電プラントの概略的構成を示すプロセスフロー図である。
【図２】本発明の第２実施形態としての減温器蒸気熱回収設備の概略的構成を示すプロセスフロー図である。
【図３】本発明の第３実施形態としての減温器蒸気熱回収設備の概略的構成を示すプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態としての減温器蒸気熱回収設備を備える汽力発電プラントの概略的構成を示すプロセスフロー図である。まず汽力発電プラントの全体構成を通常運転（通常負荷運転）時の蒸気及び復水・給水の流れに従って説明し、その後、起動バイパス装置の構成、汽力発電プラント起動時の運転要領と減温器蒸気熱回収設備の使用方法を説明する。
【００２０】
ボイラ１は、燃料であるＬＮＧ（液化天然ガス）を燃焼させる火炉２、燃焼ガスによりボイラ給水を加熱する節炭器３、水冷壁４、ゲージ壁５さらには飽和蒸気を過熱蒸気とする１次過熱器６及び２次過熱器７を備える。２次加熱器７から送出される過熱蒸気は、主蒸気止弁１１及び蒸気加減弁１２が設けられた主蒸気管１３を通じて高圧タービン１４に送られ高圧タービン１４を駆動する。高圧タービン１４を駆動した蒸気は、ボイラの再熱器（図示を省略）で再加熱された後、図示を省略した中圧タービン及び低圧タービンを駆動する。発電機（図示を省略）は、高圧タービン１４、中圧タービン、低圧タービンと連結しこれらタービンにより駆動され発電を行う。
【００２１】
低圧タービンから排出される蒸気は、復水器２１で冷却され凝縮し復水となる。復水は、復水ポンプ２２を介して脱塩装置２３に送られ、復水中の塩類が除去される。塩類が除去された復水は、復水昇圧ポンプ２４で昇圧された後、復水熱交換器２５で軸冷水と熱交換し温度を上昇させる。その後、復水は、空気抽出装置２６のクーラーの冷媒として使用され、グランドコンデンサ２７、ドレンクーラ２８の順に送られ、さらに低圧給水加熱器２９で加熱された後、脱気器３０に送られる。
【００２２】
低圧給水加熱器２９は、表面接触式の熱交換器であり、低圧タービン（ＬＰ）の抽気蒸気で加熱される。低圧給水加熱器２９は、３基直列に設けられており、図１では１基のみ示した。脱気器３０に送られた給水は、中圧タービンの抽気蒸気（脱気用蒸気）で加熱され、給水中の溶存酸素等不凝縮性ガスが除去された後、ボイラ給水ポンプ３１により昇圧された後、高圧給水加熱器３２に送られ、ここで高圧タービン１４の抽気蒸気によりさらに加熱される。高圧給水加熱器３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）は、表面接触式の熱交換器であり、高圧タービン１４の抽気蒸気で加熱された給水は、節炭器３に送られる。復水器２１から節炭器３に至るまでの系統が、復水・給水系統である。
【００２３】
減温器蒸気熱回収設備は、ボイラ１起動後、通常負荷運転時まで後述の起動バイパス装置の減温器５５から送出される蒸気をボイラ給水の加熱に使用するための設備である。減温器蒸気熱回収設備は、起動バイパス装置の減温器５５から送出される蒸気を脱気器３０に導くボイラ給水加熱蒸気系統４１、減温器５５から送出されるドレン及び／又は蒸気を復水器２１に導く復水回収系統４２、減温器５５から送出される蒸気をボイラ給水加熱蒸気系統４１及び／又は復水回収系統４２に導く三方弁４３を備える。減温器５５の出口部と三方弁４３の入口部とが管路４４で、三方弁４３の一方の出口と脱気器３０とが管路４５で、三方弁４３の他方の出口と復水器２１とが管路４６で結ばれ、三方弁４３を間に挟み管路４４と管路４５とでボイラ給水加熱蒸気系統４１が形成され、三方弁４３を間に挟み管路４４と管路４６とで復水回収系統４２が形成されている。三方弁４３は、汽力発電プラントの運転を制御する運転制御装置（図示を省略）からの指令に基づき、脱気器３０内の給水温度が所定の温度となるようにボイラ給水加熱蒸気系統４１に送出する蒸気量を調整する。なお、三方弁４３に代え、管路４５及び管路４６に流量調整弁を設け、ボイラ給水加熱蒸気系統４１及び復水回収系統４２への蒸気量を調整してもよい。
【００２４】
上記汽力発電プラントには、起動する際に使用する起動バイパス装置が設けられている。起動バイパス装置は、１次過熱器６をバイパスする１次過熱器バイパス系統５１、２次過熱器７をバイパスする２次過熱器バイパス系統５２、１次過熱器バイパス系統５１及び２次過熱器バイパス系統５２と接続し、１次過熱器６をバイパスするように配置されたフラッシュタンク５３、高圧タービン１４の上流側に配置されたタービンバイパス系統５４、フラッシュタンク５３から排気される余剰の蒸気及びタービンバイパス系統５４から排気される蒸気を減温する減温器５５を備える。
【００２５】
１次過熱器バイパス系統５１は、１次過熱器６の上流側とフラッシュタンク５３とを結ぶ１次過熱器バイパス管５６を有し、管路の途中に調整弁５７を備える。２次過熱器バイパス系統５２も１次過熱器バイパス系統５１と同様に、２次過熱器７の上流側とフラッシュタンク５３とを結ぶ２次過熱器バイパス管５８を有し、管路の途中に調整弁５９を備える。さらに２次過熱器バイパス系統５２は、フラッシュタンク５３から送出される蒸気で２次過熱器７をウォーミングする、加熱器通気弁６０が介装された２次加熱器ウォーミング管６１を備える。
【００２６】
フラッシュタンク５３は、１次過熱器バイパス管５６及び２次過熱器バイパス管５８を通じて排気される蒸気を受け入れ、蒸気を所定の圧力に調整する圧力容器であり、蒸気を２次過熱器７に送出すると共に、ボイラ給水を加熱する調整弁６７、６８が設けられた加熱蒸気管６２を介して脱気器３０及び高圧給水加熱器３２ｃに加熱蒸気を送る。フラッシュタンク５３には、所定の圧力以上で開き蒸気を逃すダンプ蒸気弁６３が設けられ、ダンプ蒸気は、減温器５５と接続する遮断弁６９が設けられたダンプ蒸気送出管６４を通じて減温器５５に送られる。加熱蒸気管６２は、ダンプ蒸気弁６３の上流側でダンプ蒸気送出管６４に接続する。さらにフラッシュタンク５３は、発生したドレンを復水器２１及び脱気器３０に送出する調整弁７０、７１が設けられたドレン送出管６５、６６を備える。またドレン送出管６５にはブロータンクと連絡する調整弁７２を備える分岐管７３が設けられている。
【００２７】
タービンバイパス系統５４は、タービンバイパス弁７５が設けられたタービンバイパス管７６を有し、一端を主蒸気止弁１１の上流側の主蒸気管１３に他端を減温器５５に接続する。
【００２８】
減温器５５は、フラッシュタンク５３のダンプ蒸気及びタービンバイパス管７６を通じて排気される主蒸気管１３のウォーミング蒸気を減温する装置である。減温器５５には、復水昇圧ポンプ２４の出口部に設けられた、調整弁７８を有する減温水供給管７７を介して減温用の水として復水が供給される。減温器５５には温度検出器８０が装着され、調整弁７８は、温度検出器８０と接続する温度調節器８１からの信号により減温水量を調整する。これにより減温器５５から排出される蒸気を所定の温度に調整する。
【００２９】
次に汽力発電プラント起動時の運転要領と減温器５５から送出される蒸気によるボイラ給水加熱方法を説明する。なお、以下の説明に使用する数値は例示であり、本発明はこの数値に拘束されるものではない。
【００３０】
汽力発電プラントを起動する際には、ボイラ１の水冷壁４を保護するため、ボイラ定格給水量の２５％程度の給水を行う必要がある。一方でボイラ１を起動しても発生する蒸気を直ちに蒸気タービンに供給することはできないので、起動バイパス装置を使用した起動バイパス運転により汽力発電プラントが起動される。ボイラ１には、起動バイパス運転が終了するまでボイラ定格給水量の２５％程度の給水が行われる。
【００３１】
ボイラ１の水張り後、ボイラ１、１次過熱器バイパス系統５１、フラッシュタンク５３、復水・給水系統を通じた系統水循環が行われる。このとき１次過熱器６と２次過熱器７とを連絡する過熱器止弁８、過熱器加減弁９、２次過熱器バイパス系統５２は閉止されている。ボイラ点火後、蒸気を１次過熱器バイパス系統５１を通じてフラッシュタンク５３へ送り、１次過熱器６の入口温度が１６０℃に達すると２次過熱器バイパス系統５２の調整弁５９が開き、１次過熱器６が加熱される。以降、フラッシュタンク５３に送られる蒸気のうち、ウォーミング等に使用される以外の蒸気は、一部がドレンとなり復水器２１、脱気器３０に送られ、余剰の蒸気は、脱気器３０、高圧給水過熱器３２に送られ、ボイラ給水の加熱に使用される。さらにフラッシュタンク圧力が３．５ＭＰａを超えるとダンプ蒸気弁６３が開き、余剰の蒸気は減温器５５へ送られる。
【００３２】
フラッシュタンク圧力が０．９８ＭＰａになると、加熱器通気弁６０及びタービンバイパス弁７５が開き、２次過熱器７及び主蒸気管１３に蒸気が流れ込みこの部分がウォーミングされる。この主蒸気管１３のウォーミングは、フラッシュタンク圧力が約３．５ＭＰａとなるまで継続される。主蒸気管１３をウォーミングした蒸気は、タービンバイパス管７６から減温器５５に送られる。
【００３３】
主蒸気管１３のウォーミングが終了すると、タービンバイパス弁７５は閉止し、蒸気は蒸気タービン１４に送られ並列される。蒸気タービン並列後、過熱器減圧弁９を開け、過熱器減圧弁９を経由し蒸気を供給し、徐々に加熱器減圧弁９の開度を増し、主蒸気圧力を１５．５７６ＭＰａとする。この操作をランピング操作と言う。なお、この状態でも蒸気の一部はフラッシュタンク５３へ送られている。この操作の段階で過熱器止弁８が全開となる。その後、蒸気の制御を主蒸気止弁１１から蒸気加減弁１２により行う弁切替が行われ、蒸気は全て高圧タービン１４に送られる。この時点で起動バイパス系統に蒸気を流す必要はなくなるので、１次過熱器バイパス系統５１の調整弁５７が閉じ、起動バイパス運転が終了し通常運転（通常負荷運転）へと移行する。起動バイパス系統を使用する運転をローロードオペレーションとも言う。
【００３４】
減温器５５に送られるフラッシュタンク５３からの余剰蒸気及びタービンバイパス管７６から送られ主蒸気管１３をウォーミングした蒸気は、蒸気温度が減温器５５の設定温度を超えるときは、減温器５５で設定温度、例えば１７０℃に調整された後、ボイラ給水加熱蒸気系統４１を通じて脱気器３０に送られ、給水を設定された温度に加熱する。脱気器３０の給水の加熱に必要な蒸気量が少なく、減温器５５から送出される蒸気を全て脱気器３０に送出できないときは、余剰の蒸気は復水回収系統４２を通じて復水器２１に送られ復水になる。ボイラ給水加熱蒸気系統４１、復水回収系統４２への蒸気の送出の調整は、三方弁４３が行い、減温器５５から送出される蒸気は全て、ボイラ給水加熱蒸気系統４１及び／又は復水回収系統４２を通じて処理される。
【００３５】
主蒸気管１３のウォーミングの初期などには、減温器５５に送られる蒸気の温度が低い、又は蒸気がドレンとなり減温器５５に送られる場合もある。減温器５５の温度と脱気器３０内の給水温度を比較して、減温器５５の温度が低い場合には、減温器５５に送られる蒸気及び／又はドレンを全て復水器２１に送出するように三方弁４３を切り替える。
【００３６】
従来の汽力発電プラントでは、起動バイパス運転時に減温器５５に排気される蒸気は、最終的に全て復水器２１に送られ復水とされ、熱回収は行われていなかった。これに対して、本実施形態に示す汽力発電プラントでは、起動バイパス運転時に減温器５５に排気され必要に応じて減温された、減温器５５から送出される蒸気を給水加熱に使用するので、排気蒸気の保有する熱エネルギーを有効利用することができる。また脱気器３０に送られる蒸気は、減温器５５で温度が調整された蒸気であり、さらにフラッシュタンク５３のダンプ蒸気及びタービンバイパス管７６を通じて排気される主蒸気管１３のウォーミング蒸気を、減温器５５を経由し脱気器３０に送出することで蒸気流量の変動も緩和され、脱気器３０の給水加熱の制御性も容易となる。また脱気器３０の給水の加熱に必要な蒸気量が少ない場合には、余剰の蒸気は復水器２１に送られるので、汽力発電プラントの起動バイパス運転を支障なく行える。また脱気器３０は、直接加熱式ゆえ、脱気器３０に送られた蒸気は給水で冷却され復水となる。この結果、脱気器３０の水位が上昇し、脱気器３０への送水量が低下する。これにより脱気器３０に給水を送る復水ポンプ２２、復水昇圧ポンプ２４の負荷が低下し、これらのランニングコストが低下する。
【００３７】
図２は、本発明の第２実施形態としての減温器蒸気熱回収設備の概略的構成を示すプロセスフロー図である。第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
第２実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備も第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と同様、起動バイパス運転時、起動バイパス装置の減温器５５に排気され必要に応じて減温された、減温器５５から送出される蒸気を給水加熱に使用するための設備であり、ボイラ給水加熱蒸気系統４７、復水回収系統４２及び三方弁４３を備える。但し、第２実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備では、ボイラ給水加熱蒸気系統４７が複数設けられ、複数のボイラ給水加熱蒸気系統４７への蒸気の送出を制御する制御装置１００を備える点が第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と異なる。以下、第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備との相違点を中心に説明する。
【００３９】
ボイラ給水加熱蒸気系統４７は、三方弁４３の出口部の管路４５が４つに分岐し、分岐した先端部に第１から第４の管路４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄが設けられ、４つのボイラ給水加熱蒸気系統４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄが形成されている。第１の管路４９ａは、端部に遮断弁５０ａを備え、遮断弁５０ａを介して管路４５と接続し、他端部を脱気器３０と接続する。第２の管路４９ｂは、端部に遮断弁５０ｂを備え、遮断弁５０ｂを介して管路４５と接続し、他端部を高圧給水加熱器３２ａと接続する。第３の管路４９ｃは、端部に遮断弁５０ｃを備え、遮断弁５０ｃを介して管路４５と接続し、他端部を高圧給水加熱器３２ｂと接続する。第４の管路４９ｄは、端部に遮断弁５０ｄを備え、遮断弁５０ｄを介して管路４５と接続し、他端部を高圧給水加熱器３２ｃと接続する。ボイラ給水加熱蒸気系統４７ａは、三方弁４３を挟み管路４４、管路４５、遮断弁５０ａ及び管路４９ａで形成されている。他のボイラ給水加熱蒸気系統４７ｂ、４７ｃ、４７ｄも同様であり、三方弁４３を挟む管路４４及び管路４５は共用部分である。遮断弁５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ）は、制御装置１００からの信号で開閉する。
【００４０】
制御装置１００は、汽力発電プラントの運転を制御する運転制御装置（図示を省略）と信号を送受信可能に接続し、運転制御装置と協働し、複数のボイラ給水加熱蒸気系統４７（４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ）の中から蒸気を供給するボイラ給水加熱蒸気系統４７を選定し、選定したボイラ給水加熱蒸気系統４７に蒸気を送出するように三方弁４３及び遮断弁５０を制御する。制御装置１００は、運転制御装置から温度データを取得し、この温度データから送出先の給水温度が、減温器５５以下の温度でかつ減温器５５に一番近いボイラ給水加熱蒸気系統４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄを選定し、このボイラ給水加熱蒸気系統４７に蒸気を送出するように制御する。さらに先に選定したボイラ給水加熱蒸気系統４７のみに蒸気を供給しても、減温器５５から送出される蒸気が余るときは、減温器５５以下の温度でかつ次に減温器５５に近い給水温度のボイラ給水加熱蒸気系統４７を選定し、このボイラ給水加熱蒸気系統４７へも蒸気を送出するように制御する。以下同様に、第３、第４番目のボイラ給水加熱蒸気系統４７に蒸気を送出するように制御することもできる。なお、減温器５５から送出される蒸気を全て脱気器３０及び／又は高圧給水加熱器３２ａ、３２ｂ、３２ｃに送出できないときは、余剰の蒸気を復水回収系統４２に送出する点は第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と同様である。
【００４１】
温度の低い給水は、温度の低い蒸気でも加熱できるが、温度の高い給水は、温度の低い蒸気では加熱できないことは改めて言うまでもない。温度の高い給水は、それ以上の温度を有する蒸気でなければ加熱できないのであるから、本実施形態に示すボイラ給水の加熱方法は効率的な方法と言える。さらに本実施形態のように送出先の給水温度が減温器５５以下の温度でかつ減温器５５に一番近いボイラ給水加熱系統４７に蒸気を供給すると、給水温度と蒸気温度との温度差が小さく、温度差に伴う装置への悪影響、例えば熱変形等を回避又は抑制することができ好ましい。また同時に２つ以上のボイラ給水加熱蒸気系統４７、例えば、脱気器３０と高圧給水加熱器３２ａとに同時に蒸気を送るように制御してもよいので、蒸気送出量が増加し、復水器２１に逃がす蒸気を減少させることができ、送出蒸気をより有効に利用することができる。
【００４２】
図３は、本発明の第３実施形態としての減温器蒸気熱回収設備の概略的構成を示すプロセスフロー図である。第１実施形態及び第２実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
第３実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備も第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と同様、起動バイパス運転時、起動バイパス装置の減温器５５に排気され必要に応じて減温された、減温器５５から送出される蒸気を給水加熱に使用するための設備であり、ボイラ給水加熱蒸気系統４１、復水回収系統４２、三方弁４３を備える。但し、第３実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備では、ボイラ給水ポンプ３１と高圧給水加熱器３２ａとの間に新たに熱回収用の熱交換器９０を設け、この熱交換器９０に減温器５５から送出される蒸気を導くようにボイラ給水加熱蒸気系統４１を設ける。以下、第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備との相違点を中心に説明する。
【００４４】
熱交換器９０は、表面接触式の熱交換器であり、ボイラ給水加熱蒸気系統４１を通じて送られた蒸気は、ボイラ給水を加熱し、ドレンとなりドレンタンク９１に送られる。ドレンタンク９１にはドレンを、ドレン加熱器２８を経由して復水器２１に送るドレン管９３が接続する。ドレン管９３にはドレンポンプ９２、流量調整弁９４が設けられ、ドレンは、ドレン加熱器２８で給水と熱交換し、給水を加熱した後、復水器２１に送られる。減温器５５から送出される蒸気の熱交換器９０への供給要領、ボイラ給水加熱蒸気系統４１の構成なども第１実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と変わるところはない。
【００４５】
第３実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備は、第１実施形態及び第２実施形態に示す減温器蒸気熱回収設備と異なり、脱気器３０又は高圧給水加熱器３２に蒸気を供給しないので、これら機器を改造する必要がなく、また運転要領も変更する必要がない。
【００４６】
上記実施形態で示すように本発明に係る減温器蒸気熱回収設備は、汽力発電プラントの起動時に減温器から送出される蒸気をボイラの給水加熱に有効利用することができると共に、ボイラの給水加熱に利用できないときは復水として回収する系統も備えるので、起動バイパス運転に支障を与えることもなく実用的な設備である。また構成も比較的簡単なので、新設の汽力発電プラントはもちろん、既設の汽力発電プラントにも容易に適用することができる。
【００４７】
深夜起動停止（ＤＳＳ）運転、週末起動停止（ＷＳＳ）運転を頻繁に行う汽力発電プラントでは、通常運転に対する起動バイパス運転の割合が大きく、減温器５５に排気される蒸気量も多くなるので、このような汽力発電プラントに対して本発明の減温器蒸気熱回収設備を設けることは効果的である。
【００４８】
なお本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で種々の実施形態に変更し使用することができる。上記実施形態では、減温器５５に減温水を供給し、減温器５５から送出される蒸気を所定の温度に調整した後に送出する例を示したが、必要に応じて減温水の供給を停止し、温度の高い蒸気をボイラ給水加熱蒸気系統に送るようにしてもよい。さらに低圧給水加熱器２９に蒸気を送るボイラ給水加熱蒸気系統を設け、ここで熱回収するようにしてもよい。また上記実施形態では、減温器５５に排気される蒸気がフラッシュタンク５３からの余剰蒸気及びタービンバイパス系統５４からの排気蒸気であったが、減温器５５に排気される蒸気はこれに限定されるものではない。例えば、空気抽出装置２６に蒸気エゼクタを使用する場合、通常、蒸気エゼクタに主蒸気管１３から駆動用蒸気を送るエゼクタ主蒸気管が設けられ、このエゼクタ主蒸気管は、起動バイパス運転時、蒸気ブローが行われる。このブロー蒸気が減温器５５に排気される汽力発電プラントでは、このような排気蒸気も本発明に係る減温器蒸気熱回収設備で熱回収し有効利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ ボイラ
１４ 高圧タービン
２１ 復水器
２９ 低圧給水加熱器
３０ 脱気器
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ 高圧給水加熱器
４１ ボイラ給水加熱蒸気系統
４２ 復水回収系統
４３ 三方弁
４４ 管路
４５ 管路
４６ 管路
４７、４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ ボイラ給水加熱蒸気系統
４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ 管路
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ 遮断弁
５５ 減温器
７７ 減温水供給管
７８ 調整弁
８０ 温度検出器
８１ 温度調節器
９０ 熱交換器
１００ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラと、
前記ボイラから送出される蒸気で駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの排気蒸気を復水にする復水器と、
低圧給水加熱器、脱気器及び高圧給水加熱器を備え、前記復水器から送出される復水を加熱し前記ボイラに給水するボイラ給水系統と、
前記ボイラ起動後、前記蒸気タービンに所定の蒸気が供給され通常負荷運転に切替わるまで水及び／又は蒸気を流通させ、排気される蒸気及び／又はドレンを減温器を経由させ前記復水器に送出し復水とする起動バイパス装置と、
を備える汽力発電プラントに設けられ、前記ボイラ起動後、通常負荷運転時まで前記減温器から送出される蒸気の熱を回収する減温器蒸気熱回収設備であって、
前記減温器と前記ボイラ給水系統とを結び、前記減温器から送出される蒸気をボイラ給水の加熱用蒸気として前記ボイラ給水系統に送出するボイラ給水加熱蒸気系統と、
前記減温器と前記復水器とを結び、前記減温器から送出される蒸気及び／又はドレンを前記復水器に送出する復水回収系統と、
前記ボイラ給水加熱蒸気系統及び／又は復水回収系統へ前記減温器から送出される蒸気を導くように前記２つの系統を切替え可能で、前記２つの系統への蒸気量を分配可能な系統制御手段と、
を備えることを特徴とする減温器蒸気熱回収設備。
【請求項２】
前記ボイラ給水加熱蒸気系統は、前記減温器と前記脱気器又は前記脱気器の下流側のボイラ給水系統とを結ぶことを特徴とする請求項１に記載の減温器蒸気熱回収設備。
【請求項３】
前記ボイラ給水加熱蒸気系統は、途中で複数に分岐し、分岐した先端部が前記ボイラ給水系統の複数の箇所に接続し、前記ボイラ給水系統の１以上の箇所に蒸気を送出可能に形成され、
さらに前記ボイラ給水加熱蒸気系統の蒸気送出先を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の減温器蒸気熱回収設備。
【請求項４】
前記制御装置は、前記複数の蒸気送出先の中から、送出先のボイラ給水温度が送出される蒸気温度以下で該蒸気温度に一番近い蒸気送出先を選定し、該蒸気送出先に蒸気を送出するように前記ボイラ給水加熱蒸気系統を制御することを特徴とする請求項３に記載の減温器蒸気熱回収設備。
【請求項５】
前記汽力発電プラントが、週末起動停止（ＷＳＳ）運転又は深夜起動停止（ＤＳＳ）運転対応の汽力発電プラントであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の減温器蒸気熱回収設備。
【請求項１】
ボイラと、
前記ボイラから送出される蒸気で駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの排気蒸気を復水にする復水器と、
低圧給水加熱器、脱気器及び高圧給水加熱器を備え、前記復水器から送出される復水を加熱し前記ボイラに給水するボイラ給水系統と、
前記ボイラ起動後、前記蒸気タービンに所定の蒸気が供給され通常負荷運転に切替わるまで水及び／又は蒸気を流通させ、排気される蒸気及び／又はドレンを減温器を経由させ前記復水器に送出し復水とする起動バイパス装置と、
を備える汽力発電プラントに設けられ、前記ボイラ起動後、通常負荷運転時まで前記減温器から送出される蒸気の熱を回収する減温器蒸気熱回収設備であって、
前記減温器と前記ボイラ給水系統とを結び、前記減温器から送出される蒸気をボイラ給水の加熱用蒸気として前記ボイラ給水系統に送出するボイラ給水加熱蒸気系統と、
前記減温器と前記復水器とを結び、前記減温器から送出される蒸気及び／又はドレンを前記復水器に送出する復水回収系統と、
前記ボイラ給水加熱蒸気系統及び／又は復水回収系統へ前記減温器から送出される蒸気を導くように前記２つの系統を切替え可能で、前記２つの系統への蒸気量を分配可能な系統制御手段と、
を備えることを特徴とする減温器蒸気熱回収設備。
【請求項２】
前記ボイラ給水加熱蒸気系統は、前記減温器と前記脱気器又は前記脱気器の下流側のボイラ給水系統とを結ぶことを特徴とする請求項１に記載の減温器蒸気熱回収設備。
【請求項３】
前記ボイラ給水加熱蒸気系統は、途中で複数に分岐し、分岐した先端部が前記ボイラ給水系統の複数の箇所に接続し、前記ボイラ給水系統の１以上の箇所に蒸気を送出可能に形成され、
さらに前記ボイラ給水加熱蒸気系統の蒸気送出先を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の減温器蒸気熱回収設備。
【請求項４】
前記制御装置は、前記複数の蒸気送出先の中から、送出先のボイラ給水温度が送出される蒸気温度以下で該蒸気温度に一番近い蒸気送出先を選定し、該蒸気送出先に蒸気を送出するように前記ボイラ給水加熱蒸気系統を制御することを特徴とする請求項３に記載の減温器蒸気熱回収設備。
【請求項５】
前記汽力発電プラントが、週末起動停止（ＷＳＳ）運転又は深夜起動停止（ＤＳＳ）運転対応の汽力発電プラントであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の減温器蒸気熱回収設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１０２７１１（Ｐ２０１２−１０２７１１Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５４３０７（Ｐ２０１０−２５４３０７）
【出願日】平成２２年１１月１２日（２０１０．１１．１２）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１２日（２０１０．１１．１２）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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