(57)【要約】【課題】火力発電プラントについて、燃焼効率に優れる縦型ボイラを用いる条件の下で主蒸気配管や再熱蒸気配管の配管長を短縮できるようにする。【解決手段】火力発電プラント１におけるボイラ建屋３を地上建屋部１１と地中建屋部１２で構成する。地中建屋部は深さＤで地中を掘り下げて形成し、これにより縦型ボイラ１３の上端部における蒸気配管接続口１７の高さ位置がタービン建屋２における主蒸気止め弁７や組合せ再熱弁８の設置高さ位置と同じとなるように縦型ボイラを設置できるようにしている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型ボイラが設置されるボイラ建屋を備え、また蒸気タービン、主蒸気止め弁、組合せ再熱弁が設置されるタービン建屋を備えた火力発電プラントにおいて、
前記ボイラ建屋は、地中を掘り下げて形成された地中建屋部を含み、前記縦型ボイラの上端部における蒸気配管接続口の高さ位置が前記タービン建屋における主蒸気止め弁や組合せ再熱弁の設置高さ位置と同じとなるように前記縦型ボイラを設置できるようにされていることを特徴とする火力発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電プラントに係り、特に主蒸気温度が例えば６７５℃以上といった高温になる蒸気タービンシステムが用いられる場合に好適な火力発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラントの発電効率は蒸気条件に大きく影響される。そのために蒸気条件の高温化に多くの開発努力がはらわれている。現在では主蒸気温度が６００℃を超えた蒸気条件の火力発電プラントが商用運転されており、さらなる発電効率を求めて、主蒸気温度６７５℃クラスあるいは主蒸気温度７００℃以上クラスといった蒸気タービンシステムについて開発を進められており、近い将来にそのような蒸気条件の蒸気タービンシステム（仮に「超々臨界圧タービンシステム」と呼ぶ）による火力発電プラント（仮に「超々臨界圧火力発電プラント」と呼ぶ）も実用化されることになる（例えば非特許文献１）。
【０００３】
こうした火力発電プラントにおける蒸気条件の高温化は蒸気配管にも大きな影響を与える。現在商用運転されている火力発電プラントで一般的に用いられている蒸気配管の材料は、その耐用温度が６５０℃程度であるとされている。したがって超々臨界圧火力発電プラントでは蒸気配管に新たな材料を用いる必要があり、例えば主蒸気温度６７５℃クラスについてはＮｉ基超合金が有力視され、主蒸気温度７００℃クラスについては固溶強化型Ｎｉ基超合金が有力視され、主蒸気温度７２０℃クラスについては析出強化型Ｎｉ基超合金が有力視されている。以下ではこれらの新たな蒸気配管の材料を仮に「超々臨界圧用蒸気配管材料」と呼ぶ。
【０００４】
超々臨界圧用蒸気配管材料は、希少金属であるＮｉを多く含むことから従来の蒸気配管材料に比べて大幅に高価なものとなり、また加工性においても従来の蒸気配管材料に比べて大幅に低下する。特に加工性については、現在の火力発電プラントにおける主蒸気配管や再熱蒸気配管で一般的である６００ｍｍ程度の管径であると長尺管の製作が困難で、そのために主蒸気配管や再熱蒸気配管の管径を小さくせざるを得ない。そして主蒸気配管や再熱蒸気配管を小径化する場合には、主蒸気配管や再熱蒸気配管をそれぞれ複数列で設ける必要があり、その結果、単位蒸気流量当たりの配管重量が増え、したがって１つの火力発電プラント当たりの超々臨界圧用蒸気配管材料の使用量が増えることになる。こうしたことから超々臨界圧火力発電プラントでは、蒸気配管に関するコスト問題が大きな比重を占めるようになる。
【０００５】
ところで、火力発電プラントは、ボイラ、蒸気タービン、発電機などを主なプラント要素としており、ボイラを設置するボイラ建屋、それに蒸気タービンや発電機などを設置するタービン建屋が主な建屋建造物として設けられる（例えば特許文献１や特許文献２）。
【０００６】
また火力発電プラントでは燃焼効率などの問題から縦型ボイラが用いられるのが通常で、一般的な火力発電プラントの場合、縦型ボイラの高さは７０ｍを超え、タービン建屋の２倍以上の高さになる。また一般的な火力発電プラントでは、タービン建屋を４〜５階建とし、蒸気タービンを３階に設置し、主蒸気止め弁と組合せ再熱弁を２階に設置するのが通常で、縦型ボイラの上端における蒸気配管接続口と主蒸気止め弁や組合せ再熱弁の間には５０ｍ程度の高低差がある。この場合、主蒸気配管や再熱蒸気配管の配管長は１００ｍ以上に及ぶことになるが、こうしたプラント構造をそのまま超々臨界圧火力発電プラントに適用するとなると、蒸気配管に関するコスト問題がますます大きな比重を占めるようになる。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２２０４１１号公報
【特許文献２】特開２００５−３１５１３７号公報
【非特許文献１】日本機械学会論文集７３巻７２５号「次世代型超々臨界圧タービンシステムの実用化研究」大地昭生他
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述のような超々臨界圧火力発電プラントにおける蒸気配管のコスト問題に着目してなされたものであり、燃焼効率に優れる縦型ボイラを用いる条件の下で主蒸気配管や再熱蒸気配管の配管長を短縮できるようにすることで、超々臨界圧火力発電プラントにおける蒸気配管コスト問題の効果的な解消を可能とする火力発電プラントの提供を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するために、縦型ボイラが設置されるボイラ建屋を備え、また蒸気タービン、主蒸気止め弁、組合せ再熱弁が設置されるタービン建屋を備えた火力発電プラントにおいて、前記ボイラ建屋は、地中を掘り下げて形成された地中建屋部を含み、前記縦型ボイラの上端部における蒸気配管接続口の高さ位置が前記タービン建屋における主蒸気止め弁や組合せ再熱弁の設置高さ位置と同じとなるように前記縦型ボイラを設置できるようにされていることを特徴としている。なお、ここでいう「高さ位置が同じ」とは、厳密な意味でなく、後述のように、蒸気配管接続口の高さ位置と主蒸気止め弁や組合せ再熱弁の高さ位置が実質的に同一なレベルになることを意味する。
【００１０】
このような火力発電プラントによれば、縦型ボイラの蒸気配管接続口の高さ位置が主蒸気止め弁や組合せ再熱弁の設置高さ位置と同じレベルになる。このため縦型ボイラの蒸気配管接続口と主蒸気止め弁や組合せ再熱弁が直線的に結ばれる状態となり、蒸気配管接続口と主蒸気止め弁や組合せ再熱弁の距離を大幅に短縮でき、実質的に最短化することができる。したがって主蒸気配管や再熱蒸気配管の配管長を実質的に最短化することができ、超々臨界圧火力発電プラントに関する蒸気配管のコスト問題を効果的に解消することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のような本発明によれば、燃焼効率に優れる縦型ボイラを用いる条件の下で主蒸気配管や再熱蒸気配管の配管長を効果的に短縮することができ、超々臨界圧火力発電プラントにおける蒸気配管のコスト問題を効果的に解消することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１と図２に、第１の実施形態による火力発電プラントの構成を模式化して示す。本実施形態の火力発電プラント１は、タービン建屋２とボイラ建屋３を主な建屋建造物とする建屋構造を有する。
【００１３】
タービン建屋２は、図の例では４階建とされ、タービン４（高圧タービン４Ｈ、中圧タービン４Ｉ、低圧タービン４Ｌ）をはじめとした各種の設備機器がそれぞれの特性に応じて各階に設置される。図の例では、タービン４の他に給水ポンプ５、復水器６、主蒸気止め弁７、組合せ再熱弁８、及び脱気器９を示してあり、一般的な火力発電プラントにおけるのと同様に、タービン４は３階に設置し、給水ポンプ５は１階に設置し、主蒸気止め弁７と組合せ再熱弁８は２階に設置し、脱気器９は４階に設置し、そして復水器６は１階から２階に突き抜けるようにして設置する場合となっている。
【００１４】
ボイラ建屋３は、地上建屋部１１と地中建屋部１２で構成され、縦型ボイラ１３が設置される。地上建屋部１１は、タービン建屋２と同様に地面を基礎としてタービン建屋２に隣接するようにして建造された建造物である。一方、地中建屋部１２は、地上建屋部１１の下方で地中を所定の深さＤで掘り下げて形成する。
【００１５】
この地中建屋部１２の深さＤは、縦型ボイラ１３の高さに応じて設定する。具体的には以下のとおりである。縦型ボイラ１３は、その下端部１３ｂに接続される給水管１４などの配置スペース１５を下端部１３ｂと地中建屋部１２の床面１６（これはボイラ建屋３の床面でもある）の間に設けるようにしてボイラ建屋３に設置するとする。そしてこの設置状態にあって、縦型ボイラ１３の上端部１３ｔにおける蒸気配管接続口１７（主蒸気用蒸気配管接続口１７ｍと再熱蒸気用蒸気配管接続口１７ｃ）の高さ位置がタービン建屋２における主蒸気止め弁７や組合せ再熱弁８の設置高さ位置と同じとなるように深さＤを設定する。なお、ここでいう「高さ位置が同じ」とは、厳密な意味でなく、図１から分かるように、蒸気配管接続口１７の高さ位置と主蒸気止め弁７や組合せ再熱弁８の高さ位置が実質的に同一なレベルになることを意味するものである。即ち、本発明では、ボイラ建屋の床面１６を地中に掘り下げて設けてボイラの設置高さをタービン建屋との関係で相対的に低くすることにより、ボイラの蒸気配管接続口１７と主蒸気止め弁７や組合せ再熱弁８との間の距離を短くするものであるので、従来の距離に比べて短くなるのであれば、本発明の効果を奏していると言える。従って、配管の熱膨張や建屋等との関係で、配管のレイアウトは変更されることになるが、タービン建屋２の１〜２階程度の高さの差は、高さ位置が実質的に同一なレベルの範囲内にあると言える。尚、主蒸気止め弁７や再熱弁８と一体的に設けられた蒸気配管の中心線と、縦型ボイラ１３の上端部１３ｔにおける蒸気配管接続口１７から最短で曲げが施された場合の主蒸気配管１８や再熱蒸気配管１９の中心線とが同一高さの場合には、実質的に距離（配管長）が最短になっている。
【００１６】
このように地中建屋部１２の深さＤを設定することにより、縦型ボイラ１３の蒸気配管接続口１７はタービン建屋２における主蒸気止め弁７や組合せ再熱弁８と同じレベルになり、したがって、図２に示すように、蒸気配管接続口１７と主蒸気止め弁７や組合せ再熱弁８が直線的に結ばれる状態となる。このため蒸気配管接続口１７と主蒸気止め弁７や組合せ再熱弁８の距離を実質的に最短化することができる。したがって主蒸気用蒸気配管接続口１７ｍと主蒸気止め弁７の間に配設される主蒸気配管１８、それに再熱蒸気用蒸気配管接続口１７ｃと組合せ再熱弁８の間に配設される再熱蒸気配管１９それぞれの配管長を実質的に最短化することができる。そしてこのような主蒸気配管１８や再熱蒸気配管１９の配管長最短化により、火力発電プラント１が超々臨界圧火力発電プラントである場合に起こり得る蒸気配管のコスト問題を効果的に解消することが可能となる。
【００１７】
ここで、上述のように蒸気配管接続口１７と主蒸気止め弁７や組合せ再熱弁８は直線的に結ばれる状態となるが、主蒸気配管１８や再熱蒸気配管１９の実際の配設では、主蒸気配管１８や再熱蒸気配管１９に生じる熱的な膨張・収縮を吸収するための曲折部を適宜に設けた配設とすることになる。
【００１８】
図３に、第２の実施形態による火力発電プラントの構成を模式化して示す。本実施形態の火力発電プラント２１では、ボイラ建屋３の地中建屋部１２に給水ポンプ５を設置するようにしている。このようにすることにより、給水ポンプ５と脱気器９の水頭差を大きくすることができる。すなわち、ボイラ建屋３は地中建屋部１２を有することでその床面１６が地中化している。このため床面１６と脱気器設置床面（タービン建屋２の４階床面）には大きな高低差が得られるが、給水ポンプ５を地中建屋部１２に設置することで、この高低差を活用でき、それにより給水ポンプ５と脱気器９の水頭差を大きくすることができる。そして給水ポンプ５と脱気器９の水頭差を大きくすることにより、給水ポンプ５に必要な昇圧能力が小さくなり、給水ポンプ５を小型化することが可能となる。
【００１９】
以上が第２の実施形態による火力発電プラント２１の特徴であり、この他の構成などについては第１の実施形態の火力発電プラント１と同様である。したがって火力発電プラント１と共通する構成については上での説明を援用するものとする。
【００２０】
図４に示すのは第３の実施形態による火力発電プラント２２におけるボイラ建屋３とタービン建屋２の平面的な配置関係である。第１、第２の各実施形態では、タービン建屋２に対し直列するようにしてボイラ建屋３を配置していた、つまりタービン建屋２における高圧、中圧、低圧の各タービン４Ｈ、４Ｉ、４Ｌの配列方向でボイラ建屋３がタービン建屋２に並ぶように配置していた。本実施形態ではこれに代えて、ボイラ建屋３をタービン建屋２に対し並列するように配置している。このようにすることにより、タービン建屋２の一般的な構造との関係にあって蒸気配管接続口１７を主蒸気止め弁７や組合せ再熱弁８に対し、より近接させることができ、蒸気配管接続口１７と主蒸気止め弁７や組合せ再熱弁８の距離をさらに短くすることができる。またタービン建屋２における主蒸気止め弁７と組合せ再熱弁８の配列との関係にあって、主蒸気配管１８と再熱蒸気配管１９の配管長をほぼ同じにすることができ、主蒸気配管１８と再熱蒸気配管１９の合計配管長をさらに短くすることができる。
【００２１】
以上が第３の実施形態による火力発電プラント２２の特徴であり、この他の構成などについては第１の実施形態の火力発電プラント１と同様である。したがって火力発電プラント１と共通する構成については上での説明を援用するものとする。
【００２２】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、これらは代表的な例に過ぎず、本発明はその趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。例えば上記実施形態では、ボイラ建屋が地上建屋部と地中建屋部を有する場合あったが、地上建屋部は必ずしも必要でなく、省略することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態による火力発電プラントの構成を縦断面の状態で示す図である。
【図２】第１の実施形態による火力発電プラントの平面的な構成を示す図である。
【図３】第２の実施形態による火力発電プラントの構成を縦断面の状態で示す図である。
【図４】第３の実施形態による火力発電プラントの平面的な構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１、２１、２２    火力発電プラント
２    タービン建屋
３    ボイラ建屋
４    蒸気タービン
７    主蒸気止め弁
８    組合せ再熱弁
１１    地上建屋部
１２    地中建屋部
１３    縦型ボイラ
１７    蒸気配管接続口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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