火力発電プラント
【課題】蒸気タービンの出力や効率の低下を抑制するために、太陽熱を集熱して蒸気を発生し、その蒸気を火力発電所の補助蒸気として活用する補助蒸気系統を備えた火力発電システムを提供する。
【解決手段】化石燃料を焚いて蒸気を生成する主ボイラ１と、該主ボイラ１で生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンを駆動した蒸気を復水する復水器５と、復水器５から出た復水を主ボイラ１に供給する給水系統と、蒸気タービンから抽気した蒸気を用いて駆動する補助機器とを有する蒸気タービン設備と、太陽熱を用いて熱媒体を加熱する太陽熱集熱装置とを備えた火力発電プラントにおいて、給水系統から抜き出した給水の一部を太陽熱集熱装置で加熱して補助蒸気を生成し、この補助蒸気を補助機器に駆動用蒸気として供給する。
【解決手段】化石燃料を焚いて蒸気を生成する主ボイラ１と、該主ボイラ１で生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンを駆動した蒸気を復水する復水器５と、復水器５から出た復水を主ボイラ１に供給する給水系統と、蒸気タービンから抽気した蒸気を用いて駆動する補助機器とを有する蒸気タービン設備と、太陽熱を用いて熱媒体を加熱する太陽熱集熱装置とを備えた火力発電プラントにおいて、給水系統から抜き出した給水の一部を太陽熱集熱装置で加熱して補助蒸気を生成し、この補助蒸気を補助機器に駆動用蒸気として供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電プラント、特にボイラと蒸気タービンと太陽熱集熱装置とを有する火力発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に火力発電プラントは、主な構成機器として、石炭等の化石燃料を焚いて給水を加熱し、蒸気を生成する主ボイラと、主ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、蒸気タービンを駆動した蒸気を復水する復水器と、復水器で復水化した復水を主ボイラに給水として供給する給水系統と、蒸気タービンから取り出した動力で発電する発電機とを有する蒸気タービン設備を備える。
【０００３】
また、上述した従来の蒸気タービン設備では、給水系統に給水を加熱する給水加熱器を設け、この給水加熱器に蒸気タービンから抽気した抽気蒸気を導き、この抽気蒸気で給水を加熱している。
【０００４】
またさらに、蒸気タービン設備に太陽熱集熱装置を併設した火力発電プラントが提案されている（特許文献１参照）。この火力発電プラントは、蒸気タービン設備の給水加熱器に太陽熱集熱装置を併設するものである。即ち、太陽熱集熱装置で太陽熱にて熱媒体を加熱し、高温となった熱媒体を主ボイラに供給する給水の一部と熱交換させることで、太陽熱を蒸気タービンの熱サイクルに取り込むものである。
【０００５】
一方、上記のような蒸気タービン設備を備える火力発電プラントでは、蒸気タービン設備を稼動させるために多種多様な補助機器類を要する。これらの補助機器類のなかには、蒸気を利用して駆動するものがあり、例えば、復水器の真空度を常時保つために、復水器内の空気を復水器外に抽出する蒸気式空気抽出器（別名エジェクターまたは、ジェットポンプ）が広く用いられている（例として特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５１−４４２９号公報
【特許文献２】特許第４５７９４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の太陽熱を利用する発電システムでは、給水を太陽熱集熱装置の熱媒体と熱交換して予熱し、温度上昇した給水を蒸気タービン設備の給水系統に戻し、主ボイラに供給している。この構成によれば、給水加熱器への抽気蒸気の供給量を減らすことができ、出力と効率とを向上させることができる。
【０００８】
しかしながら、従来の方式は、太陽熱エネルギーの用途が、給水の予熱に留まるため、太陽熱エネルギーの蒸気タービン設備に対する用途は限られてしまい、出力と効率の向上効果も限定的である。
【０００９】
また、従来の給水を太陽熱集熱装置の熱媒体と熱交換して予熱し、温度上昇した給水を蒸気タービン設備の給水系統に直接戻す蒸気タービンヒートサイクルでは、天気の変化により太陽熱回収熱量が変動し、蒸気タービンサイクルへの回収蒸気流量が時事刻々変化することによる、蒸気タービン出力制御が困難となる課題がある。
【００１０】
さらに、電力系統が弱い地域に送電する場合、蒸気タービン出力制御と同時に系統周波数を一定に制御することが困難となる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、蒸気タービン設備における太陽熱エネルギーの用途の範囲を広げ、蒸気タービンの出力と効率を向上させるとともに、天候の変化による蒸気タービンの出力の変動を小さくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、化石燃料を焚いて蒸気を生成するボイラと、該ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンを駆動した蒸気を復水する復水器と、復水器から出た復水をボイラに供給する給水系統と、蒸気タービンから抽気した蒸気を用いて駆動する補助機器とを有する蒸気タービン設備と、太陽熱を用いて熱媒体を加熱する太陽熱集熱装置とを備えた火力発電プラントにおいて、給水系統から抜き出した給水の一部と太陽熱集熱装置で加熱した熱媒体とを熱交換させて補助蒸気を生成し、該補助蒸気を補助機器に駆動用蒸気として供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、太陽熱エネルギーを用いて給水系統から抜き出した一部の給水から蒸気を生成し、生成した蒸気を蒸気タービン設備の補助蒸気として活用することで、蒸気タービン設備における太陽熱エネルギーの用途の範囲を広げることができる。その結果、主ボイラが発生した蒸気の一部または所内ボイラの発生蒸気を補助蒸気として使用する割合が大幅に下がり、その分蒸気タービンの出力増加や発電効率の向上に回せることができる。
【００１４】
また、本発明では、間接的に蒸気タービンヒートサイクルに蒸気を提供する。すなわち、ボイラ給水を太陽熱で加熱し蒸気タービンヒートサイクルの補助蒸気として間接的に太陽熱由来の蒸気を蒸気タービンヒートサイクルの中で利用する。これにより天気の変化による、太陽熱由来の補助蒸気発生量の変動はボイラ本体由来の補助蒸気抽気量の加減により補償できる。この結果、蒸気タービン出力の変動を少なくできる。
【００１５】
よって、本発明によれば蒸気タービン設備に対する太陽熱エネルギーの利用範囲を広げ、蒸気タービンの出力と効率を向上させることができるとともに、天候の変化による蒸気タービンの出力の変動を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係る火力発電プラントのシステム系統を説明する概略図である。
【図２】図１に記載の火力発電プラントの制御系統を説明した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
一般に、蒸気タービン設備を備える火力発電プラントでは、蒸気タービン設備を稼動させるために多種多様な補助機器類を要する。これらの補助機器類のなかには、蒸気を利用して駆動するものがあり、従来は、主ボイラが発生した蒸気の一部または所内ボイラの発生蒸気を駆動用蒸気として用いていた。
【００１８】
ところで、従来の太陽熱エネルギーをボイラ給水の予熱に利用する方式では、予熱後の給水を給水系統に戻す必要がある。そのため、給水は液体のままで留まるため、蒸気を利用して駆動する補助機器の駆動源に用いたりすることができない。その結果、蒸気タービン設備に対する太陽熱エネルギーの利用範囲は限定的となる。
【００１９】
本発明は、給水の予熱に留まらず、給水の一部を太陽熱エネルギーを利用して積極的に蒸気とし、さらに蒸気を蒸気タービン設備の補助蒸気として活用することで、蒸気タービン設備に対する太陽熱エネルギーの利用範囲を広げるものである。本発明の実施例について図を用いて以下に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１に本実施例に係る火力発電プラントのシステム系統の概略図を示す。本実施例の火力発電プラントは、主要な構成要素として、蒸気タービン設備と太陽熱集熱装置とを備える。
【００２１】
蒸気タービン設備は、その主な構成要素として、石炭等の化石燃料を焚いて給水を加熱し蒸気を生成する主ボイラ１と、主ボイラ１で生成した蒸気で回転駆動する蒸気タービンと、蒸気タービンを回転駆動した蒸気を凝縮して復水する復水器５と、復水器５から出た復水を主ボイラ１に供給する給水系統と、蒸気タービンの回転力を電力に変換する発電機４とを備える。蒸気タービンは、高圧タービン２と、中低圧タービン３とを備える。なお中低圧タービン３は、中圧タービンと低圧タービンとに別体で構成されていても良い。
【００２２】
復水器５は循環水取水槽９０から循環水ポンプ９１を使って冷却水を取り出す。冷却水は、循環水入口配管９２を通過して復水器５に送られ、低圧タービン排気蒸気を冷却して復水に戻す。復水器５を出た冷却水は循環水出口配管９３を通過して循環水排水槽９４に流入する。
【００２３】
また、給水系統は、復水器５から主ボイラ１に向って順に、復水ポンプ６と、互いに並列に設置されたインタークーラ９７及びアフタークーラ９８と、低圧給水加熱器１８と、脱気器４４と、ボイラ給水ポンプ５０と、高圧給水加熱器５１ａ，５１ｂ，５１ｃとを有する。低圧給水加熱器１８および脱気器４４には、中低圧タービン３から抽気された抽気蒸気が加熱源として供給されている。また、高圧給水加熱器５１には、高圧タービン２から抽気された抽気蒸気が加熱源として供給されている。なお、低圧および高圧給水加熱器の設置数は図示したものに限定されない。
【００２４】
給水系統から主ボイラ１に供給された給水は、主ボイラ１内に設置されたボイラ１次過熱器５７，ボイラ２次過熱器５８を順次通過する際に加熱され、気化して蒸気となる。主ボイラ１で生成された蒸気は、主蒸気配管８０を流下して高圧タービン２に供給され、高圧タービン２を回転駆動させる。高圧タービン２を回転駆動した蒸気は、再度主ボイラ１に戻されボイラ再熱器８２で加熱され、再熱蒸気として高温再熱蒸気配管８３を流下して中低圧タービン３に供給される。中低圧タービン３に供給された蒸気は、中低圧タービン３を回転駆動した後、復水器５に導かれ、冷却されて凝縮し、復水化する。復水器５で復水化された復水は、復水ポンプ６に供給され昇圧された後、主空気抽出器入口復水配管７を流下する。主空気抽出器入口復水配管７は、途中でインタークーラ入口空気配管７ａと、アフタークーラ入口空気配管７ｂとに分岐しており、主空気抽出器入口復水配管７を流下した復水は、インタークーラ入口空気配管７ａと、アフタークーラ入口空気配管７ｂとに夫々流入し、インタークーラ９７とアフタークーラ９８とに供給され加熱される。インタークーラ９７とアフタークーラ９８を出た復水は合流し、低圧給水加熱器入口復水配管１７を流下して低圧給水加熱器１８，脱気器４４に導入される。低圧給水加熱器１８，脱気器４４で順次加熱された復水は、給水として高圧給水加熱器５１ａ，５１ｂ，５１ｃに導入され順次加熱されて昇温し、その後主ボイラ１に給水として導入される。
【００２５】
さらに本実施例の蒸気タービン設備は、蒸気タービン設備の作動に必要な補助蒸気を生成する所内ボイラ１０７を備える。
【００２６】
また、本実施例の蒸気タービン設備は、蒸気タービンから抽気した蒸気を用いて駆動する補助機器として１段目主空気抽出器１３と、２段目主空気抽出器１５と、起動空気抽出器１２とを備える。
【００２７】
１段目主空気抽出器１３と、２段目主空気抽出器１５は、復水器５内の真空度を保つために、エジェクター効果にて復水器５内の空気を復水器外に抽出する機器である。この１段目主空気抽出器１３と、２段目主空気抽出器１５には駆動蒸気として主ボイラ１で生成した主蒸気、または所内ボイラ１０７で生成した補助蒸気が供給される。主蒸気配管８０を流下する主蒸気の一部は、主蒸気配管８０から分岐する主空気抽出器駆動蒸気取り出し配管８５，減圧弁入口配管７ｃを流下し、減圧弁７９で減圧された後、１段目主空気抽出器１３と、２段目主空気抽出器１５に夫々供給される。
【００２８】
また、所内ボイラ１０７で生成された補助蒸気は、所内ボイラ出口弁１０８，補助蒸気配管１０９を流下して一度補助蒸気母管１１０に供給された後、補助蒸気母管１１０から配管３８，減圧弁入口配管７ｃ，減圧弁７９を流下して１段目主空気抽出器１３と、２段目主空気抽出器１５とに夫々供給される。
【００２９】
１段目主空気抽出器１３のエジェクター効果により復水器５から抽出された空気は、配管９を流下して１段目主空気抽出器１３に導かれ、１段目主空気抽出器１３で水蒸気との混合気体となって、さらに配管９５を流下してインタークーラ９７に流入する。インタークーラ９７に流入した混合気体は、復水との熱交換によって冷却された後、インタークーラ９７をでて配管１４を通過して２段目主空気抽出器１５に導かれる。２段目主空気抽出器１５に導かれた混合気体は、水蒸気と混合された後、配管９６を通過してアフタークーラ９８に流入する。アフタークーラ９８に流入した混合気体の水蒸気分は、復水との熱交換によって冷却されてドレンとなって配管１０５を通過して復水器５に回収される。一方、復水器５から抽出された空気は、アフタークーラ９８からアフタークーラ出口空気配管１６を通過して大気に戻される。
【００３０】
起動空気抽出器１２は、蒸気タービンの起動時にエジェクター効果により復水器５内にある空気を復水器５外に取り出す補助機器である。この起動空気抽出器１２は、補助蒸気配管７１，配管３９を介して補助蒸気母管１１０と繋がっており、駆動用蒸気として所内ボイラ１０７で生成した補助蒸気が供給される。
【００３１】
蒸気タービン起動の際に、所内ボイラ１０７で生成した補助蒸気が起動空気抽出器１２に供給され、起動空気抽出器１２が駆動する。起動した起動空気抽出器１２のエジェクター作用により、復水器５内の空気が復水器空気抽出器配管９，起動空気抽出器入口空気抽出配管１０，起動空気抽出器１２を順次通過し、起動空気抽出器出口消音器６９に送られ大気中に排出される。これにより蒸気タービン起動時の復水器５の真空度が上昇する。
【００３２】
その他にも、補助蒸気母管１１０からはタ−ビン補助蒸気分岐配管３７にて補助蒸気が取り出され、補助蒸気は、タ−ビン補助蒸気弁４５を抜けてタ−ビン補助蒸気圧力調整弁４６を通過した後タービン補助蒸気系へ流れる。その後、補助蒸気は、タービン各機器の補助蒸気、例えばタービングランドシールや復水脱塩装置の再生用蒸気などのタービン補助蒸気として用いられる。
【００３３】
同様に、補助蒸気母管１１０からはボイラ補助蒸気分岐配管３６にて補助蒸気が取り出され、補助蒸気は、ボイラ補助蒸気弁６５を抜けてボイラ補助蒸気圧力調整弁６６を通過した後ボイラ補助蒸気系へ流れる。その後、補助蒸気は、ボイラ各機器の補助蒸気、例えばボイラスートブロワ蒸気や、バーナアトマイズ蒸気、または重油加熱用蒸気などのボイラ補助蒸気として用いられる。
【００３４】
また、火力発電所起動時に必要となる脱気器４４の加熱用の補助蒸気も同様に補助蒸気母管１１０から脱気器補助蒸気分岐配管４０を使って取り出し、脱気器補助蒸気弁４２を流下して、次に脱気器補助蒸気圧力調整弁４３通過して脱気器４４に供給される。
【００３５】
補助蒸気母管１１０には、所内ボイラ１０７の他に、主ボイラ１からも補助蒸気が供給される。主ボイラ１は、ボイラ補助蒸気取り出し配管７４，ボイラ補助蒸気供給配管７７と介して補助蒸気母管１１０と接続しており、火力発電プラント通常運用時は、主ボイラ１から補助蒸気が補助蒸気母管１１０に供給される。
【００３６】
次に、本実施例の太陽熱集熱装置について説明する。
【００３７】
本実施例の太陽熱集熱装置は、主な構成要素として太陽熱集熱装置本体２２と、熱媒体熱交換器２０と、熱媒体冷却器２６と、熱媒体循環系統１１３とを備える。
【００３８】
太陽熱集熱装置本体２２は、主な構成要素として太陽熱集熱鏡を有するが、太陽熱集熱鏡の型式としてはトラフ式，タワー式，フレネル式等数種類あるが、本実施例ではどの型式の太陽熱集熱鏡にも対応できる。図１の例はフレネル型をモデル化している。また熱媒体循環系統１１３内を流れる熱媒体は、溶融塩または油を成分とする。
【００３９】
本実施例では、太陽熱集熱鏡で集めた太陽熱で熱媒体循環系統１１３内を流れる熱媒体を加熱する。太陽熱集熱装置本体２２で加熱され高温となった熱媒体は、圧力調整弁２３，弁２４ａを通過して熱媒体熱交換器２０に導入される。熱媒体熱交換器２０に導入された熱媒体は、給水系統から供給された復水または給水の一部と熱交換して冷却される。
【００４０】
万一、熱媒体熱交換器２０に異常が発生した場合に備えて、本実施例では、熱媒体熱交換器２０をバイパスするバイパス系統１１４を熱媒体循環系統１１３に設けている。またバイパス系統１１４の下流側に熱媒体冷却器２６を設けている。熱媒体熱交換器２０をバイパス運用する際には、バイパス系統１１４に設けられたバイパス弁２５を開け、熱媒体熱交換器２０の上流側，下流側の熱媒体循環系統１１３に設けられた弁２４ａと弁２４ｂを閉める。次に弁２７を開けて冷却水を熱媒体冷却器２６に供給し弁２８を開けて太陽熱エネルギーを系外に排出する。
【００４１】
熱媒体冷却器２６を通過した熱媒体は、太陽熱集熱装置本体２２に熱媒体循環ポンプ２１にて送られる。以上が本実施例の太陽熱集熱装置の主な構成である。
【００４２】
本実施例の火力発電プラントは、蒸気タービン設備の給水系統から抜き出した復水または給水の一部を太陽熱集熱装置に導入し、加熱させて補助蒸気を生成し、この補助蒸気を補助機器に作動用蒸気として供給する補助蒸気供給系統を備える。
【００４３】
補助蒸気供給系統は、復水ポンプ６で昇圧された復水の一部を主空気抽出器入口復水配管７から取り出す送水管８と、送水管８と熱媒体熱交換器２０とを接続する給水配管１１２と、ボイラ給水ポンプ５０で昇圧された給水の一部を給水系統から取り出して、給水配管１１２に合流させる送水管１１１と、熱媒体熱交換器２０と太陽熱発生補助蒸気汽水分離器１００とを接続する配管３０と、太陽熱発生補助蒸気汽水分離器１００から蒸気を補助蒸気母管１１０に導入する蒸気配管１０２，補助蒸気供給配管３４と、補助蒸気供給配管３４を流下する蒸気の一部を、高圧タービン２から高圧給水加熱器５１へ抽気蒸気を供給する高圧蒸気タービン抽気配管６１に合流させる蒸気配管６３と、太陽熱発生補助蒸気汽水分離器１００で分離した水分を復水器５に導入するドレン配管１０４とを備える。なお、熱媒体熱交換器２０へ脱気器４４から取り出したボイラ給水を送水する方法として、ボイラ給水ポンプ５０と並列に小型専用給水ポンプ（図示せず）を設置しても良い。または、ボイラ給水ポンプ５０の吸い込み側に設置されるボイラ給水ポンプ５０の専用昇圧ポンプ（図示せず）を設置して本ポンプから、熱媒体熱交換器２０へボイラ給水を送水できる。
【００４４】
図２は図１に示した本実施例に係る火力発電プラントの補助蒸気ローカル制御の説明図である。主空気抽出器駆動蒸気検出計７９ｐにて検出された圧力信号により、主空気抽出器駆動蒸気減圧弁７９の出口圧力を制御することにより、１段目主空気抽出器１３と２段目主空気抽出器１５の駆動蒸気圧力制御を行う。
【００４５】
タ−ビン補助蒸気圧力検出計４６ｐにてタービン補助蒸気圧力を検出して、タ−ビン補助蒸気圧力調整弁４６の弁解度を制御してタ−ビン補助蒸気圧力調整弁４６の出口圧力をタービン補助蒸気系統が必要とする圧力制御を行う。
【００４６】
ボイラ補助蒸気圧力検出計６６ｐにてボイラ補助蒸気圧力を検出して、ボイラ補助蒸気圧力調整弁６６の弁解度を調整してボイラ補助蒸気圧力調整弁６６の出口圧力をボイラ補助蒸気系統が必要とする圧力制御を行う。
【００４７】
脱気器補助蒸気圧力検出計４３ｐにて脱気器４４が必要とする補助蒸気圧力を検出して、脱気器補助蒸気圧力調整弁４３の弁解度を調整して脱気器補助蒸気圧力調整弁４３の出口圧力を脱気器４４が必要とする圧力制御を行う。
【００４８】
熱媒体熱交換器出口高温水圧力検出計３２ｐにて圧力を検出して、熱媒体熱交換器出口高温水圧力調整弁３２の弁解度を調整して太陽熱発生補助蒸気汽水分離器１００に適合した同汽水分離器の圧力制御を行い汽水分離を行い飽和蒸気とドレンに分離する。
【００４９】
太陽熱発生補助蒸気汽水分離器出口圧力検出器１０１ｐにて補助蒸気母管１１０が必要とする補助蒸気圧力を検出して、太陽熱発生補助蒸気汽水分離器出口圧力調整弁１０１の弁解度を調整して補助蒸気圧力制御を行う。
【００５０】
ボイラ補助蒸気圧力検出計７６ｐにて補助蒸気母管１１０が必要とする補助蒸気圧力を検出して、ボイラ補助蒸気圧力調整弁７６の弁解度を調整して補助蒸気母管１１０の圧力制御を行う。
【００５１】
以上が本実施例の火力発電プラントの主な構成である。次に本実施例の火力発電プラントの作用効果について説明する。
【００５２】
火力発電プラント起動時は、まず所内ボイラ１０７を起動して補助蒸気を発生させ、この補助蒸気を、所内ボイラ出口弁１０８，補助蒸気配管１０９を通して補助蒸気母管１１０へ導入する。
【００５３】
火力プラント通常運用時には高圧第３給水加熱器出口ボイラ給水配管５６を通過したボイラ給水は節炭器（図示せず）や火炉やドラムを通過してボイラ１次過熱器５７に導入される。ボイラ１次過熱器５７を通過したボイラ発生蒸気の一部をボイラ補助蒸気取り出し配管７４にて取り出しボイラ補助蒸気弁７５を流下して、ボイラ補助蒸気圧力調整弁７６を通過し、ボイラ補助蒸気供給配管７７にて補助蒸気母管１１０へ供給する。
【００５４】
本発明では、これら２箇所の補助蒸気供給源に加え太陽熱で発生した蒸気も補助蒸気母管１１０へ導入され補助蒸気として有効活用される。
【００５５】
復水ポンプ６で昇圧された復水の一部を送水管８で取り出し送水弁６８を流下して給水配管１１２を通過し弁２９を通過して熱媒体熱交換器２０に導入する。またはボイラ給水ポンプ５０から主ボイラ１に送水される主ボイラ１の給水の一部を送水管１１１にて取り出し弁６７を流下して給水配管１１２を通過し弁２９を通過して熱媒体熱交換器２０に導入する。
【００５６】
熱媒体熱交換器２０にて太陽熱から熱エネルギーをもらい高温となった熱媒体により、給水は加熱され高温かつ高圧の汽水混合物となって熱媒体熱交換器出口高温水配管３０から出てくる。さらに、この汽水混合物は弁３１を流下して、次に圧力調整弁３２を通過して太陽熱発生補助蒸気汽水分離器１００に流入し、ここで汽水混合物は減圧され飽和蒸気成分と飽和ドレン成分に分離される。この飽和蒸気成分は圧力調整弁１０１を流下して、蒸気配管１０２を通過し一部は蒸気配管３３を流下して蒸気弁３５を通過して蒸気配管６３により配管６４に導入される。配管６４を出た加熱蒸気は高圧給水加熱器５１ｂに流入しボイラ給水を加熱する。
【００５７】
一方、蒸気配管１０２を通過した補助蒸気は蒸気供給配管３４を通過して補助蒸気母管１１０に流入し、主空気抽出器，起動空気抽出器，タービン補助蒸気，ボイラ補助蒸気等の補助蒸気として活用される。太陽熱発生補助蒸気汽水分離器１００のドレンはドレン弁１０３を流下してドレン配管１０４を通過して復水器５へ流れる。
【００５８】
図１で示した例では、高圧タービン２から２箇所および中低圧タービン３から１箇所抽気された抽気により高圧給水加熱器５１ａと高圧給水加熱器５１ｂと高圧給水加熱器５１ｃを加熱するタービン抽気構成のケースを表示している。太陽熱から取り出した補助蒸気は、高圧給水加熱器５１ｂにて熱交換した後でドレンとなり、ドレン配管５２を流下して水位調整弁５３を通過して高圧給水加熱器５１ａに導入される。高圧給水加熱器５１ａを出たドレンは水位調整弁５４を通過して脱気器４４に熱回収される。低圧給水加熱器１８のドレンは低圧給水加熱器ドレン配管５９を通過して復水器５へ回収される。
【００５９】
従来の火力発電所では発電所専用の所内ボイラを設置して火力発電所を起動する。即ち、所内ボイラを最初に起動してボイラやタービン起動に必要となる補助蒸気を確保しプラントが起動したら自らのボイラ発生蒸気に切り替えていた。
【００６０】
しかし、本実施例は補助蒸気供給系統を備えることにより、給水の予熱に留まらず、給水の一部を太陽熱エネルギーを利用して積極的に蒸気とし、さらに蒸気を蒸気タービン設備の補助蒸気として起動時から活用できる。さらに起動完了後の通常運転においても、太陽熱回収により蒸気を発生させ、その蒸気を火力プラント通常運転中のボイラまたはタービンプラントが要求する補助蒸気として活用できる。
【００６１】
通常プラント運転中にボイラプラントが必要とする補助蒸気としてボイラスートブロワ蒸気，ボイラバーナアトマイズ蒸気，重油加熱器蒸気，蒸化器用加熱蒸気、等がある。またタービンプラントが必要とする補助蒸気として空気抽出器駆動蒸気，タービングランドシール蒸気，起動時の脱気器の加熱用蒸気がある。これら各機器が必要とする補助蒸気の一部を、太陽熱回収により生れる蒸気にてまかなえれば大幅な発電効率の改善や発電単価の節減効果が生まれ、同時に火力発電所から出す二酸化炭素発生量も下げられる。
【００６２】
火力発電所で使用される復水器の主空気抽出器の駆動蒸気としては一般的に主蒸気を減圧して用いる。しかし、本実施例では、太陽熱で生じた蒸気を主空気抽出器の駆動蒸気源として活用できるので、従来では主空気抽出器の駆動蒸気源としていた主蒸気を減圧しないで、蒸気タービンの飲み込み蒸気として使用できるので蒸気タービンの出力向上や性能向上が達成できる。また、主空気抽出器の代わりに復水器真空ポンプを使用していた場合、復水器真空ポンプを主空気抽出器に代えてその動力源を太陽熱から発生させた蒸気を用いることで、復水器真空ポンプの駆動動力の節約効果が生れる。さらに、太陽熱から発生させた蒸気を用いた主空気抽出器で復水器真空ポンプよりも復水器真空度をより真空側に上げることにより、蒸気タービンの出力増加や効率改善効果も生じる。
【００６３】
よって、通常運用時の給水の予熱に留まらず、起動時，通常運用時を通して蒸気タービン設備に対する太陽熱エネルギーの利用範囲を広げることができ、蒸気タービンの出力と効率を向上させることができる。
【００６４】
また補助蒸気を、高圧給水加熱器の抽気蒸気の一部として活用することもできる。
【００６５】
また、従来の給水を太陽熱集熱装置の熱媒体と熱交換して予熱し、温度上昇した給水を蒸気タービン設備の給水系統に直接戻す蒸気タービンヒートサイクルでは、天気の変化により太陽熱回収熱量が変動し、蒸気タービンサイクルへの回収蒸気流量が時事刻々変化することによる、蒸気タービン出力制御が困難となる課題がある。さらに、電力系統が弱い地域に送電する場合、蒸気タービン出力制御と同時に系統周波数を一定に制御することが困難となる。一方、本発明では、蒸気タービンサイクルに間接的に蒸気タービンヒートサイクルに蒸気を提供する。すなわち、ボイラ給水を太陽熱で加熱し蒸気タービンヒートサイクルの補助蒸気として間接的に太陽熱由来の蒸気を蒸気タービンヒートサイクルの中で利用する。例えば、復水器の主空気抽出機の駆動蒸気として間接的にこの蒸気活用する。すなわち、ボイラ本体からの補助蒸気も復水器の主空気抽出機の駆動蒸気として使う為に、天気の変化による、太陽熱由来の補助蒸気発生量の変動はボイラ本体由来の補助蒸気抽気量の加減により常に補償される。この結果、復水器の真空度が保たれ蒸気タービン出力の変動を少なくできる。
【００６６】
火力発電の一形態である汽力発電所における、補助蒸気の蒸気発生源として自らのボイラ蒸気発生系統からの抽気蒸気と、所内ボイラ発生蒸気と、太陽熱集熱装置で太陽熱エネルギーにより発生した水蒸気を活用した火力発電所の補助蒸気系統の例を説明した。なお、汽力発電所の代わりにガスタービンと蒸気タービンを用いた複合発電所の補助蒸気システムの場合でも同様である。また、給水を太陽熱エネルギー回収の熱媒体として直接的に用いて、熱媒体熱交換器２０を不要として活用するシステムでも同様である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 主ボイラ
２ 高圧タ−ビン
３ 中低圧タ−ビン
４ 発電機
５ 復水器
６ 復水ポンプ
１２ 起動空気抽出器
１３ １段目主空気抽出器
１５ ２段目主空気抽出器
１８ 低圧給水加熱器
２０ 熱媒体熱交換器
２１ 熱媒体循環ポンプ
２２ 太陽熱集熱装置本体
２６ 熱媒体冷却器
４４ 脱気器
５０ ボイラ給水ポンプ
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ 高圧給水加熱器
５７ ボイラ１次過熱器
５８ ボイラ２次過熱器
６９ 起動空気抽出器出口消音器
８２ ボイラ再熱器
９７ インタークーラ
９８ アフタークーラ
１０７ 所内ボイラ
１１０ 補助蒸気母管
１１３ 熱媒体循環系統
１１４ バイパス系統
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電プラント、特にボイラと蒸気タービンと太陽熱集熱装置とを有する火力発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に火力発電プラントは、主な構成機器として、石炭等の化石燃料を焚いて給水を加熱し、蒸気を生成する主ボイラと、主ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、蒸気タービンを駆動した蒸気を復水する復水器と、復水器で復水化した復水を主ボイラに給水として供給する給水系統と、蒸気タービンから取り出した動力で発電する発電機とを有する蒸気タービン設備を備える。
【０００３】
また、上述した従来の蒸気タービン設備では、給水系統に給水を加熱する給水加熱器を設け、この給水加熱器に蒸気タービンから抽気した抽気蒸気を導き、この抽気蒸気で給水を加熱している。
【０００４】
またさらに、蒸気タービン設備に太陽熱集熱装置を併設した火力発電プラントが提案されている（特許文献１参照）。この火力発電プラントは、蒸気タービン設備の給水加熱器に太陽熱集熱装置を併設するものである。即ち、太陽熱集熱装置で太陽熱にて熱媒体を加熱し、高温となった熱媒体を主ボイラに供給する給水の一部と熱交換させることで、太陽熱を蒸気タービンの熱サイクルに取り込むものである。
【０００５】
一方、上記のような蒸気タービン設備を備える火力発電プラントでは、蒸気タービン設備を稼動させるために多種多様な補助機器類を要する。これらの補助機器類のなかには、蒸気を利用して駆動するものがあり、例えば、復水器の真空度を常時保つために、復水器内の空気を復水器外に抽出する蒸気式空気抽出器（別名エジェクターまたは、ジェットポンプ）が広く用いられている（例として特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５１−４４２９号公報
【特許文献２】特許第４５７９４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の太陽熱を利用する発電システムでは、給水を太陽熱集熱装置の熱媒体と熱交換して予熱し、温度上昇した給水を蒸気タービン設備の給水系統に戻し、主ボイラに供給している。この構成によれば、給水加熱器への抽気蒸気の供給量を減らすことができ、出力と効率とを向上させることができる。
【０００８】
しかしながら、従来の方式は、太陽熱エネルギーの用途が、給水の予熱に留まるため、太陽熱エネルギーの蒸気タービン設備に対する用途は限られてしまい、出力と効率の向上効果も限定的である。
【０００９】
また、従来の給水を太陽熱集熱装置の熱媒体と熱交換して予熱し、温度上昇した給水を蒸気タービン設備の給水系統に直接戻す蒸気タービンヒートサイクルでは、天気の変化により太陽熱回収熱量が変動し、蒸気タービンサイクルへの回収蒸気流量が時事刻々変化することによる、蒸気タービン出力制御が困難となる課題がある。
【００１０】
さらに、電力系統が弱い地域に送電する場合、蒸気タービン出力制御と同時に系統周波数を一定に制御することが困難となる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、蒸気タービン設備における太陽熱エネルギーの用途の範囲を広げ、蒸気タービンの出力と効率を向上させるとともに、天候の変化による蒸気タービンの出力の変動を小さくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、化石燃料を焚いて蒸気を生成するボイラと、該ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンを駆動した蒸気を復水する復水器と、復水器から出た復水をボイラに供給する給水系統と、蒸気タービンから抽気した蒸気を用いて駆動する補助機器とを有する蒸気タービン設備と、太陽熱を用いて熱媒体を加熱する太陽熱集熱装置とを備えた火力発電プラントにおいて、給水系統から抜き出した給水の一部と太陽熱集熱装置で加熱した熱媒体とを熱交換させて補助蒸気を生成し、該補助蒸気を補助機器に駆動用蒸気として供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、太陽熱エネルギーを用いて給水系統から抜き出した一部の給水から蒸気を生成し、生成した蒸気を蒸気タービン設備の補助蒸気として活用することで、蒸気タービン設備における太陽熱エネルギーの用途の範囲を広げることができる。その結果、主ボイラが発生した蒸気の一部または所内ボイラの発生蒸気を補助蒸気として使用する割合が大幅に下がり、その分蒸気タービンの出力増加や発電効率の向上に回せることができる。
【００１４】
また、本発明では、間接的に蒸気タービンヒートサイクルに蒸気を提供する。すなわち、ボイラ給水を太陽熱で加熱し蒸気タービンヒートサイクルの補助蒸気として間接的に太陽熱由来の蒸気を蒸気タービンヒートサイクルの中で利用する。これにより天気の変化による、太陽熱由来の補助蒸気発生量の変動はボイラ本体由来の補助蒸気抽気量の加減により補償できる。この結果、蒸気タービン出力の変動を少なくできる。
【００１５】
よって、本発明によれば蒸気タービン設備に対する太陽熱エネルギーの利用範囲を広げ、蒸気タービンの出力と効率を向上させることができるとともに、天候の変化による蒸気タービンの出力の変動を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係る火力発電プラントのシステム系統を説明する概略図である。
【図２】図１に記載の火力発電プラントの制御系統を説明した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
一般に、蒸気タービン設備を備える火力発電プラントでは、蒸気タービン設備を稼動させるために多種多様な補助機器類を要する。これらの補助機器類のなかには、蒸気を利用して駆動するものがあり、従来は、主ボイラが発生した蒸気の一部または所内ボイラの発生蒸気を駆動用蒸気として用いていた。
【００１８】
ところで、従来の太陽熱エネルギーをボイラ給水の予熱に利用する方式では、予熱後の給水を給水系統に戻す必要がある。そのため、給水は液体のままで留まるため、蒸気を利用して駆動する補助機器の駆動源に用いたりすることができない。その結果、蒸気タービン設備に対する太陽熱エネルギーの利用範囲は限定的となる。
【００１９】
本発明は、給水の予熱に留まらず、給水の一部を太陽熱エネルギーを利用して積極的に蒸気とし、さらに蒸気を蒸気タービン設備の補助蒸気として活用することで、蒸気タービン設備に対する太陽熱エネルギーの利用範囲を広げるものである。本発明の実施例について図を用いて以下に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１に本実施例に係る火力発電プラントのシステム系統の概略図を示す。本実施例の火力発電プラントは、主要な構成要素として、蒸気タービン設備と太陽熱集熱装置とを備える。
【００２１】
蒸気タービン設備は、その主な構成要素として、石炭等の化石燃料を焚いて給水を加熱し蒸気を生成する主ボイラ１と、主ボイラ１で生成した蒸気で回転駆動する蒸気タービンと、蒸気タービンを回転駆動した蒸気を凝縮して復水する復水器５と、復水器５から出た復水を主ボイラ１に供給する給水系統と、蒸気タービンの回転力を電力に変換する発電機４とを備える。蒸気タービンは、高圧タービン２と、中低圧タービン３とを備える。なお中低圧タービン３は、中圧タービンと低圧タービンとに別体で構成されていても良い。
【００２２】
復水器５は循環水取水槽９０から循環水ポンプ９１を使って冷却水を取り出す。冷却水は、循環水入口配管９２を通過して復水器５に送られ、低圧タービン排気蒸気を冷却して復水に戻す。復水器５を出た冷却水は循環水出口配管９３を通過して循環水排水槽９４に流入する。
【００２３】
また、給水系統は、復水器５から主ボイラ１に向って順に、復水ポンプ６と、互いに並列に設置されたインタークーラ９７及びアフタークーラ９８と、低圧給水加熱器１８と、脱気器４４と、ボイラ給水ポンプ５０と、高圧給水加熱器５１ａ，５１ｂ，５１ｃとを有する。低圧給水加熱器１８および脱気器４４には、中低圧タービン３から抽気された抽気蒸気が加熱源として供給されている。また、高圧給水加熱器５１には、高圧タービン２から抽気された抽気蒸気が加熱源として供給されている。なお、低圧および高圧給水加熱器の設置数は図示したものに限定されない。
【００２４】
給水系統から主ボイラ１に供給された給水は、主ボイラ１内に設置されたボイラ１次過熱器５７，ボイラ２次過熱器５８を順次通過する際に加熱され、気化して蒸気となる。主ボイラ１で生成された蒸気は、主蒸気配管８０を流下して高圧タービン２に供給され、高圧タービン２を回転駆動させる。高圧タービン２を回転駆動した蒸気は、再度主ボイラ１に戻されボイラ再熱器８２で加熱され、再熱蒸気として高温再熱蒸気配管８３を流下して中低圧タービン３に供給される。中低圧タービン３に供給された蒸気は、中低圧タービン３を回転駆動した後、復水器５に導かれ、冷却されて凝縮し、復水化する。復水器５で復水化された復水は、復水ポンプ６に供給され昇圧された後、主空気抽出器入口復水配管７を流下する。主空気抽出器入口復水配管７は、途中でインタークーラ入口空気配管７ａと、アフタークーラ入口空気配管７ｂとに分岐しており、主空気抽出器入口復水配管７を流下した復水は、インタークーラ入口空気配管７ａと、アフタークーラ入口空気配管７ｂとに夫々流入し、インタークーラ９７とアフタークーラ９８とに供給され加熱される。インタークーラ９７とアフタークーラ９８を出た復水は合流し、低圧給水加熱器入口復水配管１７を流下して低圧給水加熱器１８，脱気器４４に導入される。低圧給水加熱器１８，脱気器４４で順次加熱された復水は、給水として高圧給水加熱器５１ａ，５１ｂ，５１ｃに導入され順次加熱されて昇温し、その後主ボイラ１に給水として導入される。
【００２５】
さらに本実施例の蒸気タービン設備は、蒸気タービン設備の作動に必要な補助蒸気を生成する所内ボイラ１０７を備える。
【００２６】
また、本実施例の蒸気タービン設備は、蒸気タービンから抽気した蒸気を用いて駆動する補助機器として１段目主空気抽出器１３と、２段目主空気抽出器１５と、起動空気抽出器１２とを備える。
【００２７】
１段目主空気抽出器１３と、２段目主空気抽出器１５は、復水器５内の真空度を保つために、エジェクター効果にて復水器５内の空気を復水器外に抽出する機器である。この１段目主空気抽出器１３と、２段目主空気抽出器１５には駆動蒸気として主ボイラ１で生成した主蒸気、または所内ボイラ１０７で生成した補助蒸気が供給される。主蒸気配管８０を流下する主蒸気の一部は、主蒸気配管８０から分岐する主空気抽出器駆動蒸気取り出し配管８５，減圧弁入口配管７ｃを流下し、減圧弁７９で減圧された後、１段目主空気抽出器１３と、２段目主空気抽出器１５に夫々供給される。
【００２８】
また、所内ボイラ１０７で生成された補助蒸気は、所内ボイラ出口弁１０８，補助蒸気配管１０９を流下して一度補助蒸気母管１１０に供給された後、補助蒸気母管１１０から配管３８，減圧弁入口配管７ｃ，減圧弁７９を流下して１段目主空気抽出器１３と、２段目主空気抽出器１５とに夫々供給される。
【００２９】
１段目主空気抽出器１３のエジェクター効果により復水器５から抽出された空気は、配管９を流下して１段目主空気抽出器１３に導かれ、１段目主空気抽出器１３で水蒸気との混合気体となって、さらに配管９５を流下してインタークーラ９７に流入する。インタークーラ９７に流入した混合気体は、復水との熱交換によって冷却された後、インタークーラ９７をでて配管１４を通過して２段目主空気抽出器１５に導かれる。２段目主空気抽出器１５に導かれた混合気体は、水蒸気と混合された後、配管９６を通過してアフタークーラ９８に流入する。アフタークーラ９８に流入した混合気体の水蒸気分は、復水との熱交換によって冷却されてドレンとなって配管１０５を通過して復水器５に回収される。一方、復水器５から抽出された空気は、アフタークーラ９８からアフタークーラ出口空気配管１６を通過して大気に戻される。
【００３０】
起動空気抽出器１２は、蒸気タービンの起動時にエジェクター効果により復水器５内にある空気を復水器５外に取り出す補助機器である。この起動空気抽出器１２は、補助蒸気配管７１，配管３９を介して補助蒸気母管１１０と繋がっており、駆動用蒸気として所内ボイラ１０７で生成した補助蒸気が供給される。
【００３１】
蒸気タービン起動の際に、所内ボイラ１０７で生成した補助蒸気が起動空気抽出器１２に供給され、起動空気抽出器１２が駆動する。起動した起動空気抽出器１２のエジェクター作用により、復水器５内の空気が復水器空気抽出器配管９，起動空気抽出器入口空気抽出配管１０，起動空気抽出器１２を順次通過し、起動空気抽出器出口消音器６９に送られ大気中に排出される。これにより蒸気タービン起動時の復水器５の真空度が上昇する。
【００３２】
その他にも、補助蒸気母管１１０からはタ−ビン補助蒸気分岐配管３７にて補助蒸気が取り出され、補助蒸気は、タ−ビン補助蒸気弁４５を抜けてタ−ビン補助蒸気圧力調整弁４６を通過した後タービン補助蒸気系へ流れる。その後、補助蒸気は、タービン各機器の補助蒸気、例えばタービングランドシールや復水脱塩装置の再生用蒸気などのタービン補助蒸気として用いられる。
【００３３】
同様に、補助蒸気母管１１０からはボイラ補助蒸気分岐配管３６にて補助蒸気が取り出され、補助蒸気は、ボイラ補助蒸気弁６５を抜けてボイラ補助蒸気圧力調整弁６６を通過した後ボイラ補助蒸気系へ流れる。その後、補助蒸気は、ボイラ各機器の補助蒸気、例えばボイラスートブロワ蒸気や、バーナアトマイズ蒸気、または重油加熱用蒸気などのボイラ補助蒸気として用いられる。
【００３４】
また、火力発電所起動時に必要となる脱気器４４の加熱用の補助蒸気も同様に補助蒸気母管１１０から脱気器補助蒸気分岐配管４０を使って取り出し、脱気器補助蒸気弁４２を流下して、次に脱気器補助蒸気圧力調整弁４３通過して脱気器４４に供給される。
【００３５】
補助蒸気母管１１０には、所内ボイラ１０７の他に、主ボイラ１からも補助蒸気が供給される。主ボイラ１は、ボイラ補助蒸気取り出し配管７４，ボイラ補助蒸気供給配管７７と介して補助蒸気母管１１０と接続しており、火力発電プラント通常運用時は、主ボイラ１から補助蒸気が補助蒸気母管１１０に供給される。
【００３６】
次に、本実施例の太陽熱集熱装置について説明する。
【００３７】
本実施例の太陽熱集熱装置は、主な構成要素として太陽熱集熱装置本体２２と、熱媒体熱交換器２０と、熱媒体冷却器２６と、熱媒体循環系統１１３とを備える。
【００３８】
太陽熱集熱装置本体２２は、主な構成要素として太陽熱集熱鏡を有するが、太陽熱集熱鏡の型式としてはトラフ式，タワー式，フレネル式等数種類あるが、本実施例ではどの型式の太陽熱集熱鏡にも対応できる。図１の例はフレネル型をモデル化している。また熱媒体循環系統１１３内を流れる熱媒体は、溶融塩または油を成分とする。
【００３９】
本実施例では、太陽熱集熱鏡で集めた太陽熱で熱媒体循環系統１１３内を流れる熱媒体を加熱する。太陽熱集熱装置本体２２で加熱され高温となった熱媒体は、圧力調整弁２３，弁２４ａを通過して熱媒体熱交換器２０に導入される。熱媒体熱交換器２０に導入された熱媒体は、給水系統から供給された復水または給水の一部と熱交換して冷却される。
【００４０】
万一、熱媒体熱交換器２０に異常が発生した場合に備えて、本実施例では、熱媒体熱交換器２０をバイパスするバイパス系統１１４を熱媒体循環系統１１３に設けている。またバイパス系統１１４の下流側に熱媒体冷却器２６を設けている。熱媒体熱交換器２０をバイパス運用する際には、バイパス系統１１４に設けられたバイパス弁２５を開け、熱媒体熱交換器２０の上流側，下流側の熱媒体循環系統１１３に設けられた弁２４ａと弁２４ｂを閉める。次に弁２７を開けて冷却水を熱媒体冷却器２６に供給し弁２８を開けて太陽熱エネルギーを系外に排出する。
【００４１】
熱媒体冷却器２６を通過した熱媒体は、太陽熱集熱装置本体２２に熱媒体循環ポンプ２１にて送られる。以上が本実施例の太陽熱集熱装置の主な構成である。
【００４２】
本実施例の火力発電プラントは、蒸気タービン設備の給水系統から抜き出した復水または給水の一部を太陽熱集熱装置に導入し、加熱させて補助蒸気を生成し、この補助蒸気を補助機器に作動用蒸気として供給する補助蒸気供給系統を備える。
【００４３】
補助蒸気供給系統は、復水ポンプ６で昇圧された復水の一部を主空気抽出器入口復水配管７から取り出す送水管８と、送水管８と熱媒体熱交換器２０とを接続する給水配管１１２と、ボイラ給水ポンプ５０で昇圧された給水の一部を給水系統から取り出して、給水配管１１２に合流させる送水管１１１と、熱媒体熱交換器２０と太陽熱発生補助蒸気汽水分離器１００とを接続する配管３０と、太陽熱発生補助蒸気汽水分離器１００から蒸気を補助蒸気母管１１０に導入する蒸気配管１０２，補助蒸気供給配管３４と、補助蒸気供給配管３４を流下する蒸気の一部を、高圧タービン２から高圧給水加熱器５１へ抽気蒸気を供給する高圧蒸気タービン抽気配管６１に合流させる蒸気配管６３と、太陽熱発生補助蒸気汽水分離器１００で分離した水分を復水器５に導入するドレン配管１０４とを備える。なお、熱媒体熱交換器２０へ脱気器４４から取り出したボイラ給水を送水する方法として、ボイラ給水ポンプ５０と並列に小型専用給水ポンプ（図示せず）を設置しても良い。または、ボイラ給水ポンプ５０の吸い込み側に設置されるボイラ給水ポンプ５０の専用昇圧ポンプ（図示せず）を設置して本ポンプから、熱媒体熱交換器２０へボイラ給水を送水できる。
【００４４】
図２は図１に示した本実施例に係る火力発電プラントの補助蒸気ローカル制御の説明図である。主空気抽出器駆動蒸気検出計７９ｐにて検出された圧力信号により、主空気抽出器駆動蒸気減圧弁７９の出口圧力を制御することにより、１段目主空気抽出器１３と２段目主空気抽出器１５の駆動蒸気圧力制御を行う。
【００４５】
タ−ビン補助蒸気圧力検出計４６ｐにてタービン補助蒸気圧力を検出して、タ−ビン補助蒸気圧力調整弁４６の弁解度を制御してタ−ビン補助蒸気圧力調整弁４６の出口圧力をタービン補助蒸気系統が必要とする圧力制御を行う。
【００４６】
ボイラ補助蒸気圧力検出計６６ｐにてボイラ補助蒸気圧力を検出して、ボイラ補助蒸気圧力調整弁６６の弁解度を調整してボイラ補助蒸気圧力調整弁６６の出口圧力をボイラ補助蒸気系統が必要とする圧力制御を行う。
【００４７】
脱気器補助蒸気圧力検出計４３ｐにて脱気器４４が必要とする補助蒸気圧力を検出して、脱気器補助蒸気圧力調整弁４３の弁解度を調整して脱気器補助蒸気圧力調整弁４３の出口圧力を脱気器４４が必要とする圧力制御を行う。
【００４８】
熱媒体熱交換器出口高温水圧力検出計３２ｐにて圧力を検出して、熱媒体熱交換器出口高温水圧力調整弁３２の弁解度を調整して太陽熱発生補助蒸気汽水分離器１００に適合した同汽水分離器の圧力制御を行い汽水分離を行い飽和蒸気とドレンに分離する。
【００４９】
太陽熱発生補助蒸気汽水分離器出口圧力検出器１０１ｐにて補助蒸気母管１１０が必要とする補助蒸気圧力を検出して、太陽熱発生補助蒸気汽水分離器出口圧力調整弁１０１の弁解度を調整して補助蒸気圧力制御を行う。
【００５０】
ボイラ補助蒸気圧力検出計７６ｐにて補助蒸気母管１１０が必要とする補助蒸気圧力を検出して、ボイラ補助蒸気圧力調整弁７６の弁解度を調整して補助蒸気母管１１０の圧力制御を行う。
【００５１】
以上が本実施例の火力発電プラントの主な構成である。次に本実施例の火力発電プラントの作用効果について説明する。
【００５２】
火力発電プラント起動時は、まず所内ボイラ１０７を起動して補助蒸気を発生させ、この補助蒸気を、所内ボイラ出口弁１０８，補助蒸気配管１０９を通して補助蒸気母管１１０へ導入する。
【００５３】
火力プラント通常運用時には高圧第３給水加熱器出口ボイラ給水配管５６を通過したボイラ給水は節炭器（図示せず）や火炉やドラムを通過してボイラ１次過熱器５７に導入される。ボイラ１次過熱器５７を通過したボイラ発生蒸気の一部をボイラ補助蒸気取り出し配管７４にて取り出しボイラ補助蒸気弁７５を流下して、ボイラ補助蒸気圧力調整弁７６を通過し、ボイラ補助蒸気供給配管７７にて補助蒸気母管１１０へ供給する。
【００５４】
本発明では、これら２箇所の補助蒸気供給源に加え太陽熱で発生した蒸気も補助蒸気母管１１０へ導入され補助蒸気として有効活用される。
【００５５】
復水ポンプ６で昇圧された復水の一部を送水管８で取り出し送水弁６８を流下して給水配管１１２を通過し弁２９を通過して熱媒体熱交換器２０に導入する。またはボイラ給水ポンプ５０から主ボイラ１に送水される主ボイラ１の給水の一部を送水管１１１にて取り出し弁６７を流下して給水配管１１２を通過し弁２９を通過して熱媒体熱交換器２０に導入する。
【００５６】
熱媒体熱交換器２０にて太陽熱から熱エネルギーをもらい高温となった熱媒体により、給水は加熱され高温かつ高圧の汽水混合物となって熱媒体熱交換器出口高温水配管３０から出てくる。さらに、この汽水混合物は弁３１を流下して、次に圧力調整弁３２を通過して太陽熱発生補助蒸気汽水分離器１００に流入し、ここで汽水混合物は減圧され飽和蒸気成分と飽和ドレン成分に分離される。この飽和蒸気成分は圧力調整弁１０１を流下して、蒸気配管１０２を通過し一部は蒸気配管３３を流下して蒸気弁３５を通過して蒸気配管６３により配管６４に導入される。配管６４を出た加熱蒸気は高圧給水加熱器５１ｂに流入しボイラ給水を加熱する。
【００５７】
一方、蒸気配管１０２を通過した補助蒸気は蒸気供給配管３４を通過して補助蒸気母管１１０に流入し、主空気抽出器，起動空気抽出器，タービン補助蒸気，ボイラ補助蒸気等の補助蒸気として活用される。太陽熱発生補助蒸気汽水分離器１００のドレンはドレン弁１０３を流下してドレン配管１０４を通過して復水器５へ流れる。
【００５８】
図１で示した例では、高圧タービン２から２箇所および中低圧タービン３から１箇所抽気された抽気により高圧給水加熱器５１ａと高圧給水加熱器５１ｂと高圧給水加熱器５１ｃを加熱するタービン抽気構成のケースを表示している。太陽熱から取り出した補助蒸気は、高圧給水加熱器５１ｂにて熱交換した後でドレンとなり、ドレン配管５２を流下して水位調整弁５３を通過して高圧給水加熱器５１ａに導入される。高圧給水加熱器５１ａを出たドレンは水位調整弁５４を通過して脱気器４４に熱回収される。低圧給水加熱器１８のドレンは低圧給水加熱器ドレン配管５９を通過して復水器５へ回収される。
【００５９】
従来の火力発電所では発電所専用の所内ボイラを設置して火力発電所を起動する。即ち、所内ボイラを最初に起動してボイラやタービン起動に必要となる補助蒸気を確保しプラントが起動したら自らのボイラ発生蒸気に切り替えていた。
【００６０】
しかし、本実施例は補助蒸気供給系統を備えることにより、給水の予熱に留まらず、給水の一部を太陽熱エネルギーを利用して積極的に蒸気とし、さらに蒸気を蒸気タービン設備の補助蒸気として起動時から活用できる。さらに起動完了後の通常運転においても、太陽熱回収により蒸気を発生させ、その蒸気を火力プラント通常運転中のボイラまたはタービンプラントが要求する補助蒸気として活用できる。
【００６１】
通常プラント運転中にボイラプラントが必要とする補助蒸気としてボイラスートブロワ蒸気，ボイラバーナアトマイズ蒸気，重油加熱器蒸気，蒸化器用加熱蒸気、等がある。またタービンプラントが必要とする補助蒸気として空気抽出器駆動蒸気，タービングランドシール蒸気，起動時の脱気器の加熱用蒸気がある。これら各機器が必要とする補助蒸気の一部を、太陽熱回収により生れる蒸気にてまかなえれば大幅な発電効率の改善や発電単価の節減効果が生まれ、同時に火力発電所から出す二酸化炭素発生量も下げられる。
【００６２】
火力発電所で使用される復水器の主空気抽出器の駆動蒸気としては一般的に主蒸気を減圧して用いる。しかし、本実施例では、太陽熱で生じた蒸気を主空気抽出器の駆動蒸気源として活用できるので、従来では主空気抽出器の駆動蒸気源としていた主蒸気を減圧しないで、蒸気タービンの飲み込み蒸気として使用できるので蒸気タービンの出力向上や性能向上が達成できる。また、主空気抽出器の代わりに復水器真空ポンプを使用していた場合、復水器真空ポンプを主空気抽出器に代えてその動力源を太陽熱から発生させた蒸気を用いることで、復水器真空ポンプの駆動動力の節約効果が生れる。さらに、太陽熱から発生させた蒸気を用いた主空気抽出器で復水器真空ポンプよりも復水器真空度をより真空側に上げることにより、蒸気タービンの出力増加や効率改善効果も生じる。
【００６３】
よって、通常運用時の給水の予熱に留まらず、起動時，通常運用時を通して蒸気タービン設備に対する太陽熱エネルギーの利用範囲を広げることができ、蒸気タービンの出力と効率を向上させることができる。
【００６４】
また補助蒸気を、高圧給水加熱器の抽気蒸気の一部として活用することもできる。
【００６５】
また、従来の給水を太陽熱集熱装置の熱媒体と熱交換して予熱し、温度上昇した給水を蒸気タービン設備の給水系統に直接戻す蒸気タービンヒートサイクルでは、天気の変化により太陽熱回収熱量が変動し、蒸気タービンサイクルへの回収蒸気流量が時事刻々変化することによる、蒸気タービン出力制御が困難となる課題がある。さらに、電力系統が弱い地域に送電する場合、蒸気タービン出力制御と同時に系統周波数を一定に制御することが困難となる。一方、本発明では、蒸気タービンサイクルに間接的に蒸気タービンヒートサイクルに蒸気を提供する。すなわち、ボイラ給水を太陽熱で加熱し蒸気タービンヒートサイクルの補助蒸気として間接的に太陽熱由来の蒸気を蒸気タービンヒートサイクルの中で利用する。例えば、復水器の主空気抽出機の駆動蒸気として間接的にこの蒸気活用する。すなわち、ボイラ本体からの補助蒸気も復水器の主空気抽出機の駆動蒸気として使う為に、天気の変化による、太陽熱由来の補助蒸気発生量の変動はボイラ本体由来の補助蒸気抽気量の加減により常に補償される。この結果、復水器の真空度が保たれ蒸気タービン出力の変動を少なくできる。
【００６６】
火力発電の一形態である汽力発電所における、補助蒸気の蒸気発生源として自らのボイラ蒸気発生系統からの抽気蒸気と、所内ボイラ発生蒸気と、太陽熱集熱装置で太陽熱エネルギーにより発生した水蒸気を活用した火力発電所の補助蒸気系統の例を説明した。なお、汽力発電所の代わりにガスタービンと蒸気タービンを用いた複合発電所の補助蒸気システムの場合でも同様である。また、給水を太陽熱エネルギー回収の熱媒体として直接的に用いて、熱媒体熱交換器２０を不要として活用するシステムでも同様である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 主ボイラ
２ 高圧タ−ビン
３ 中低圧タ−ビン
４ 発電機
５ 復水器
６ 復水ポンプ
１２ 起動空気抽出器
１３ １段目主空気抽出器
１５ ２段目主空気抽出器
１８ 低圧給水加熱器
２０ 熱媒体熱交換器
２１ 熱媒体循環ポンプ
２２ 太陽熱集熱装置本体
２６ 熱媒体冷却器
４４ 脱気器
５０ ボイラ給水ポンプ
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ 高圧給水加熱器
５７ ボイラ１次過熱器
５８ ボイラ２次過熱器
６９ 起動空気抽出器出口消音器
８２ ボイラ再熱器
９７ インタークーラ
９８ アフタークーラ
１０７ 所内ボイラ
１１０ 補助蒸気母管
１１３ 熱媒体循環系統
１１４ バイパス系統
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化石燃料を焚いて蒸気を生成するボイラと、該ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンを駆動した蒸気を復水する復水器と、該復水器から出た復水を前記ボイラに供給する給水系統と、前記蒸気タービンから抽気した蒸気を用いて駆動する補助機器とを有する蒸気タービン設備と、太陽熱を用いて熱媒体を加熱する太陽熱集熱装置とを備えた火力発電プラントであって、
前記給水系統から抜き出した給水の一部と前記太陽熱集熱装置で加熱した前記熱媒体とを熱交換させて補助蒸気を生成し、前記補助蒸気を前記補助機器に駆動用蒸気として供給する補助蒸気供給系統を備えたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項２】
請求項１に記載の火力発電プラントにおいて、
前記蒸気タービン設備は、前記補助機器として前記復水器内の空気を抽出する主空気抽出器を備えることを特徴とする火力発電プラント。
【請求項３】
請求項２に記載の火力発電プラントにおいて、
前記給水系統は、前記復水器から出た復水を昇圧する復水ポンプと、前記蒸気タービンから抽気した抽気蒸気で復水を加熱する低圧給水加熱器と、復水を脱気する脱気器と、脱気器出口ボイラ給水を昇圧するボイラ給水ポンプと、前記蒸気タービンから抽気した抽気蒸気でボイラ給水ポンプ出口給水を加熱する高圧給水加熱器とを備え、
前記補助蒸気供給系統は、前記補助蒸気を前記蒸気タービンから抽気した抽気蒸気と共に前記高圧給水加熱器に供給することを特徴とする火力発電プラント。
【請求項４】
請求項３に記載の火力発電プラントにおいて、
前記蒸気タービン設備は、前記補助蒸気供給系統から供給された前記補助蒸気を、ボイラ補助蒸気として用いることを特徴とする火力発電プラント。
【請求項５】
請求項３に記載の火力発電プラントにおいて、
前記蒸気タービン設備は、前記補助蒸気供給系統から供給された前記補助蒸気をタービン機器の補助蒸気として用いることを特徴とする火力発電プラント。
【請求項１】
化石燃料を焚いて蒸気を生成するボイラと、該ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンを駆動した蒸気を復水する復水器と、該復水器から出た復水を前記ボイラに供給する給水系統と、前記蒸気タービンから抽気した蒸気を用いて駆動する補助機器とを有する蒸気タービン設備と、太陽熱を用いて熱媒体を加熱する太陽熱集熱装置とを備えた火力発電プラントであって、
前記給水系統から抜き出した給水の一部と前記太陽熱集熱装置で加熱した前記熱媒体とを熱交換させて補助蒸気を生成し、前記補助蒸気を前記補助機器に駆動用蒸気として供給する補助蒸気供給系統を備えたことを特徴とする火力発電プラント。
【請求項２】
請求項１に記載の火力発電プラントにおいて、
前記蒸気タービン設備は、前記補助機器として前記復水器内の空気を抽出する主空気抽出器を備えることを特徴とする火力発電プラント。
【請求項３】
請求項２に記載の火力発電プラントにおいて、
前記給水系統は、前記復水器から出た復水を昇圧する復水ポンプと、前記蒸気タービンから抽気した抽気蒸気で復水を加熱する低圧給水加熱器と、復水を脱気する脱気器と、脱気器出口ボイラ給水を昇圧するボイラ給水ポンプと、前記蒸気タービンから抽気した抽気蒸気でボイラ給水ポンプ出口給水を加熱する高圧給水加熱器とを備え、
前記補助蒸気供給系統は、前記補助蒸気を前記蒸気タービンから抽気した抽気蒸気と共に前記高圧給水加熱器に供給することを特徴とする火力発電プラント。
【請求項４】
請求項３に記載の火力発電プラントにおいて、
前記蒸気タービン設備は、前記補助蒸気供給系統から供給された前記補助蒸気を、ボイラ補助蒸気として用いることを特徴とする火力発電プラント。
【請求項５】
請求項３に記載の火力発電プラントにおいて、
前記蒸気タービン設備は、前記補助蒸気供給系統から供給された前記補助蒸気をタービン機器の補助蒸気として用いることを特徴とする火力発電プラント。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１８９００８（Ｐ２０１２−１８９００８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３６９２（Ｐ２０１１−５３６９２）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
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