(57)【要約】【課題】  脱気器循環ポンプを設けることなく、プラント負荷の急減時等における脱気器のウォーターハンマーを防止する。【解決手段】  補助蒸気の圧力調節弁７が開のときに、脱気器４により脱気された復水をボイラに供給するボイラ給水ポンプ１０〜１３が停止したとき、復水戻し配管１５の自動開閉弁１４を開いて脱気器内の復水を復水器１に戻すことにより、脱気器水位調節弁２を介して脱気器４に低温の復水を供給して、脱気器内に充満している過熱蒸気との熱交換を行わせ、脱気器内の圧力を安定させて、ウォーターハンマーの発生を防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
復水器から供給される復水を自系統の抽気蒸気の他に他系統から供給される補助蒸気により加熱して脱気する脱気器のウォーターハンマー防止方法において、
前記補助蒸気の圧力調節弁が開のときに、前記脱気器により脱気された復水をボイラに供給するボイラ給水ポンプが停止したとき、前記脱気器内の復水を復水器に戻すことを特徴とする脱気器のウォーターハンマー防止方法。
【請求項２】
前記補助蒸気の圧力調節弁を絞ることを特徴とする請求項１に記載の脱気器のウォーターハンマー防止方法。
【請求項３】
復水器から供給される復水を抽気蒸気で加熱して脱気させる脱気器と、該脱気器に他系統で発生された補助蒸気を供給する補助蒸気供給管と、前記脱気器の底部に降水管を介して接続され脱気された復水をボイラに供給するボイラ給水ポンプと、前記脱気器の水位に応じて前記復水器から前記脱気器に供給する復水の流量を制御する脱気器水位調節弁と、前記補助蒸気の流量を制御する補助蒸気圧力調節弁とを備えたボイラ給水装置において、
前記脱気器と前記降水管のいずれか一方から前記復水を前記復水器に戻す復水戻し配管と、該復水戻し配管に設けられた自動開閉弁と、前記補助蒸気圧力調節弁が開で、且つ前記ボイラ給水ポンプが停止したとき、前記復水戻し配管の前記自動開閉弁を開く制御装置とを備えていることを特徴とするボイラ給水装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記補助蒸気圧力調節弁が開で、且つボイラ給水ポンプが停止したとき、前記補助蒸気圧力調節弁を絞ることを特徴とする請求項３に記載のボイラ給水装置。
【請求項５】
復水器から供給される復水を抽気蒸気で加熱して脱気させる脱気器と、該脱気器に他系統で発生された補助蒸気を供給する補助蒸気供給管と、前記脱気器の底部に降水管を介して接続され脱気された復水をボイラに供給するボイラ給水ポンプと、前記脱気器の水位に応じて前記復水器から前記脱気器に供給する復水の流量を制御する脱気器水位調節弁と、前記補助蒸気の流量を制御する補助蒸気圧力調節弁とを備えたボイラ給水装置において、
前記補助蒸気圧力調節弁が開で、且つ前記ボイラ給水ポンプが停止したとき、前記補助蒸気圧力調節弁を絞るか又は閉じる制御装置を備えていることを特徴とするボイラ給水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ給水装置に係り、具体的には、脱気器のウォーターハンマーを防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
汽力発電プラントは、ボイラで発生した蒸気を蒸気タービンに導いて発電機を駆動させた後、蒸気タービンの排気を復水器に導いて凝縮させ、その復水を再びボイラに給水するようにしている。一般に、ボイラ給水装置は、復水器で凝縮された復水を復水ポンプにより低圧給水加熱器にて低圧抽気蒸気により加熱した後、脱気器に導いてさらに加熱して脱気し、脱気された復水を給水ポンプで昇圧し、さらに高圧給水加熱器で高圧抽気蒸気で加熱してボイラに供給するように構成されている。
【０００３】
脱気器は、通常、復水を蒸気タービンの抽気蒸気により加温することにより脱気し、脱気した復水を脱気器内の底部等の貯水部に貯めるように構成されている。貯水部の復水は降水管を介してボイラ給水ポンプに導かれるようになっている。脱気器は通常運転中に飽和状態であるため、ボイラ給水ポンプの入口の有効押込み圧力を静水頭により確保するために、脱気器をボイラ給水ポンプより高い位置（例えば１５〜２５m程度）に設置している。また、プラントの起動時及び停止時等において蒸気タービンの抽気蒸気が得られないときのために、別に設けられた補助蒸気系統から補助蒸気を導入可能に形成されている。
【０００４】
このようなボイラ給水装置において、プラント負荷が急減した場合、蒸気タービンに入る主蒸気が急減し、これに応じて脱気器に導入される抽気蒸気も急減する。このとき、低圧給水加熱器から脱気器に流入される復水の温度も低下するため、補助蒸気系統から十分な量の補助蒸気が導入されないと、脱気器内の圧力が急激に下がることになる。これにより、脱気器からボイラ給水ポンプに至る降水管の圧力も急激に下がる。しかし、降水管内の復水の温度は急激には低下しないから、飽和状態がくずれて降水管内の復水が蒸発するフラッシュが生ずる。その結果、ボイラ給水ポンプがキャビテーションを起こしたり、降水管でウォーターハンマーが発生することがある。
【０００５】
このような問題を解決するため、特許文献１に記載のボイラ給水装置では、脱気器をバイパスして低圧給水加熱器の上流側の低温の復水を降水管に注入する冷水注入管を設け、プラント負荷の急減時に、降水管にプラント負荷に応じた量の冷水を注入して、ボイラ給水ポンプ入口部の給水の飽和圧力が脱気器内の圧力を上回らないようにしてフラッシュの発生を防止することが提案されている。
【０００６】
一方、特許文献２に記載のように、降水管から脱気器に給水を循環させる脱気器循環ポンプを備えているボイラ給水装置の場合は、脱気器循環ポンプを運転して、降水管内の給水を絶えず置換することにより、降水管内の給水温度を脱気器内の圧力の飽和温度を上回らないようにすることができる。したがって、プラント負荷の急減時にあっても、ボイラ給水ポンプでのキャビテーションや、降水管におけるウォーターハンマーを防止することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２１３０５号公報
【特許文献２】特開平８−１７０８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載のボイラ給水装置においては、脱気器に補助蒸気を供給する補助蒸気圧力調節弁が開で、且つボイラ給水ポンプが停止した場合に、脱気器内でウォーターハンマーが発生することについて配慮されていない。
【０００９】
すなわち、ボイラ給水ポンプが停止すると、脱気器から降水管及びボイラへの給水の流れが停止する。また、脱気器の水位調節制御によって復水器から脱気器への復水の流れも停止する。このとき、補助蒸気圧力調節弁が開いていると、流れが停止している脱気器内に過熱蒸気が継続して供給されるから、熱交換能力が失われた脱気器に過熱蒸気が充満する。この状態のときに、ボイラ給水ポンプが起動されると、過熱蒸気の充満した脱気器にボイラ給水ポンプのミニマムフロー、あるいは復水器から低温の復水が急激に導入されることになる。その結果、脱気器内部で急激な熱凝縮が発生し、圧力の急変によるウォーターハンマーを発生するおそれがある。
【００１０】
このような問題は、特許文献２のように、脱気器循環ポンプが設置されている場合は、脱気器の補助蒸気圧力調節弁が開で、且つボイラ給水ポンプが停止しても、脱気器循環ポンプを運転して降水管及び脱気器内の給水を置換することにより、脱気器内の過熱蒸気と循環水とで熱交換することができるから生じない。
【００１１】
しかし、特許文献２に記載の脱気器循環ポンプを設ける場合、特許文献１のように冷水注入によるボイラ給水ポンプ入口の有効押込み圧力の増加が得られないために、冷水注入管を備えた場合よりも脱気器を高い位置に設置しなければならず、プラント建屋の高さの縮小、配管物量の減少、プラント建設費削減の観点から望ましくない。
【００１２】
本発明は、脱気器循環ポンプを設けることなく、プラント負荷の急減時等における脱気器のウォーターハンマーを防止することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は、復水器から供給される復水を自系統の抽気蒸気の他に他系統から供給される補助蒸気により加熱して脱気する脱気器のウォーターハンマー防止方法において、前記補助蒸気の圧力調節弁が開のときに、前記脱気器により脱気された復水をボイラに供給するボイラ給水ポンプが停止したとき、前記脱気器内の復水を復水器に戻すことを特徴とする。また、この場合において、補助蒸気の圧力調節弁を絞ることが好ましい。
【００１４】
これにより、本発明によれば、補助蒸気の圧力調節弁が開の状態で、ボイラ給水ポンプが停止したとき、脱気器の復水が復水器に戻される。これにより、脱気器水位調節弁が動作して脱気器に復水が供給されるから、脱気器内の給水の置換が行われ、脱気器内に充満している過熱蒸気との熱交換が行われる。その結果、脱気器内部で急激な熱凝縮の発生が抑制されて圧力の急変が抑制されるから、ウォーターハンマーの発生を防止することができる。ここで、脱気器の復水を復水器に戻す配管として、一般に脱気器の起動時に給水を浄化するために用いられるクリーンアップ配管を適用することができる。
【００１５】
本発明の脱気器のウォーターハンマー防止方法を実施するボイラ給水装置は、復水器から供給される復水を抽気蒸気で加熱して脱気させる脱気器と、該脱気器に他系統で発生された補助蒸気を供給する補助蒸気供給管と、前記脱気器の底部に降水管を介して接続され脱気された復水をボイラに供給するボイラ給水ポンプと、前記復水器から前記脱気器に供給する復水の流量を前記脱気器の水位に応じて制御する脱気器水位調節弁と、前記補助蒸気の流量を制御する補助蒸気圧力調節弁とを備えたボイラ給水装置を対象とし、前記脱気器と前記降水管のいずれか一方から前記復水を前記復水器に戻す復水戻し配管と、該復水戻し配管に設けられた自動開閉弁と、前記補助蒸気圧力調節弁が開で、且つ前記ボイラ給水ポンプが停止したとき、前記復水戻し配管に設置された自動開閉弁を開く制御装置とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
このように構成することにより、ボイラ給水ポンプが停止したとき、脱気器と降水管のいずれか一方から復水を復水器に戻す復水戻し配管の自動開閉弁が開かれるから、脱気器又は降水管の復水が復水器に戻る流路が確保される。これにより、脱気器水位調節弁が作動して脱気器に復水が供給されるから、脱気器内の給水の置換が行われ、脱気器内充満している過熱蒸気との熱交換が行われる。その結果、脱気器内部で急激な熱凝縮の発生が抑制されて圧力の急変が抑制されるから、ウォーターハンマーの発生を防止することができる。
【００１７】
なお、復水戻し配管は、通常、脱気器内の給水のブロー、あるいは復水器から脱気器までの系統のクリーンアップ運転時に使用される配管を用いることができる。
【００１８】
また、上記の制御に加えて、あるいは単独に、ウォーターハンマー発生の元々の要因である脱気器内の補助蒸気の充満を防ぐために、補助蒸気圧力調節弁を絞るか、又は閉じて補助蒸気の流入を制限することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、脱気器循環ポンプを設けることなく、プラント負荷の急減時等における脱気器のウォーターハンマーを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。
（実施形態1）
図1に、本発明の脱気器のウォーターハンマー防止方法を適用している一実施形態のボイラ給水装置の系統構成図を示す。図示のように、本実施形態のボイラ給水装置は、復水器１から供給される復水は脱気器水位調節弁2を介して、低圧抽気蒸気により加熱する低圧給水加熱器3に導かれ、一定の加熱を受けた復水が脱気器4に供給される。脱気器4には、図示していない蒸気タービンから抽気蒸気供給管５を介して抽気蒸気が導入されている。また、プラントの起動時や停止時のように、抽気蒸気が得られないときの脱気を行うため、他系統で発生された補助蒸気が補助蒸気供給管６を介して脱気器4に導入されるようになっている。この補助蒸気の量は、補助蒸気圧力調節弁7によって制御されるようになっている。したがって、脱気器4は、抽気蒸気と補助蒸気により復水を加熱して脱気させるようになっている。また、脱気器４の水位は、図示していない制御系により、脱気器水位調節弁2を制御することによって一定に制御されるようになっている。
【００２１】
脱気器4の底部には、本実施形態の場合、３本の降水管９が接続されている。２本の降水管9は、タービン抽気によって駆動されるそれぞれ２台のボイラ給水ブースタポンプ１０及びボイラ給水ポンプ１１に連結され、脱気器4によって脱気された復水をボイラ給水として図示していないボイラに供給するようになっている。また、ボイラ給水ブースタポンプ１２及びボイラ給水ポンプ１３は、タービン抽気の減少する低負荷時に電動機により駆動されるようになっている。
【００２２】
また、脱気器４の液相部には、自動開閉弁１４を備えた復水戻し配管１５が接続され、この復水戻し配管１５は復水器１に連結されている。また、補助蒸気圧力調節弁７と自動開閉弁１４は、制御装置１６によって開閉制御されるようになっている。
【００２３】
このように構成されるボイラ給水装置の動作について説明する。復水器１の図示していない復水ポンプから供給される復水は、低圧給水加熱器３によって加熱された後、脱気器４に導かれ、通常は抽気蒸気によって加熱されて脱気される。脱気器４への復水流量の調節は脱気器４の水位を一定に保持する脱気器水位調節弁２で行われる。脱気器４の貯留水は降水管9により導かれて、ボイラ給水ブースタポンプ１０及びボイラ給水ポンプ１１によって昇圧され、ボイラに給水される。また、プラント起動時においては、脱気器４に流入された復水は、自動開閉弁１４を有する復水戻し配管１５を介して復水器１に戻され、給水の水質等がボイラの給水条件を満たすまで循環して浄化される。この復水戻し配管１５は、低圧クリーンアップ管とも称されている。
【００２４】
次に、本実施形態の特徴部の制御装置１６について、図２の機能ブロック図を参照しながら説明する。いま、補助蒸気圧力調節弁７が開いた状態で、ブースタポンプを含む全てのボイラ給水ポンプ１０，１１，１２，１３が停止したとする。このとき、補助蒸気圧力調節弁７の開信号、つまり全閉ＮＯＴ信号が制御装置１６に入力される。また、全てのボイラ給水ポンプ１０，１１，１２，１３の停止信号も制御装置１６に入力される。これらの条件が全て満たされると、制御装置１６から自動開閉弁１４を開ける開指令信号が、また、補助蒸気圧力調節弁７を閉じる閉指令信号が出力される。
【００２５】
これにより、自動開閉弁１４が開くと、復水戻し配管１５を介して脱気器４から復水器１への流路が確保され、脱気器４と復水器１との静水頭の差により脱気器４内の復水が復水器１に戻される。一方、脱気器４の水位が低下することにより、脱気器水位調節弁２が開いて復水器１から脱気器４に低温の復水が供給される。これにより、脱気器４内が低温の復水に置換されるから、脱気器４内に充満している過熱蒸気との熱交換が行われ、脱気器４の内部のウォーターハンマーの発生を防止することができる。
【００２６】
さらに、制御装置１６から補助蒸気圧力調節弁７に閉指令信号が出力されると、補助蒸気圧力調節弁７が閉じ、これによって過熱蒸気の脱気器４への流入が停止され、ウォーターハンマー発生を速やかに防止できる。このとき、補助蒸気圧力調節弁７は必ずしも全閉にする必要はなく、脱気器４への補助蒸気の流入量を制限する小さな開度でもよい。
【００２７】
脱気器４等におけるウォーターハンマー発生の現象について、図３を参照して説明する。図３において、横軸は時間を示し、（ａ）の縦軸はプラントの負荷制御指令値、（ｂ）の縦軸は脱気器内圧力、（ｃ）の縦軸は脱気器内の給水温度を示している。また、図（ａ）において、実線は負荷制御指令値を示し、二点鎖線は実際の負荷を示している。また、図（ｂ）において、実線は脱気器内の圧力を、二点鎖線は脱気器内の給水温度における飽和圧力を示している。
【００２８】
いま、負荷降下の必要が生じて（ａ）に示すような負荷制御指令値が出されると、実際の負荷は応答性の関係から図示のように少し遅れて下がっていく。このとき、タービン抽気及び補助蒸気が脱気器４に導入されないと、脱気器４内の給水を加熱する熱源が無くなるから、復水器１から脱気器４に低温の復水が流入されることによって、図（ｂ）のように脱気器４内の圧力が下がる。しかし、脱気器４内に貯留されている給水が持つ保熱量は大きいから、（ｃ）に示すように、給水温度の低下速度は緩やかになり、（ｂ）に示す脱気器４内の圧力の降下速度の方が大きい。そのため、脱気器４内の給水温度における飽和圧力（（ｂ）の二点鎖線）が、脱気器４内の圧力（(ｂ)の実線）を上回るので、両者が平衡に達する分（（ｂ）の斜線部）だけ給水がフラッシュすることになる。その結果、ボイラ給水ポンプ１０、１１、１２，１３の入口で過渡的なフラッシュによりポンプ有効押込圧力が確保されず、ポンプキャビテーションが発生したり、降水管９でウォーターハンマーが発生する可能性がある。このようなポンプキャビテーションや降水管でのウォーターハンマーは、特許文献１の技術により回避することができる。
【００２９】
しかし、脱気器４に補助蒸気を供給する補助蒸気圧力調節弁７が開いているときが問題となる。つまり、ボイラ給水ポンプ１０、１１、１２，１３が停止すると、脱気器４から降水管９及びボイラへの給水の流れが停止するとともに、脱気器水位調節弁２が閉じられて復水器１から脱気器４への復水の流れも停止する。このとき、補助蒸気圧力調節弁７が開いていると、流れが停止している脱気器４内に過熱蒸気が継続して供給されるから、熱交換能力が失われた脱気器４に過熱蒸気が充満する。この状態のときに、ボイラ給水ポンプ１０、１１、１２，１３が再び起動されると、過熱蒸気の充満した脱気器４にボイラ給水ポンプのミニマムフロー、あるいは復水器１から低温の復水が急激に導入されることになる。その結果、脱気器４内部で急激な熱凝縮が発生し、圧力の急変によるウォーターハンマーを発生するおそれがある。
【００３０】
これに対し、本実施形態によれば、図２で説明したように、補助蒸気圧力調節弁７が開いた状態で、全てのボイラ給水ポンプ１０，１１，１２，１３が停止すると、制御装置１６から自動開閉弁１４を開ける開指令信号が、また、補助蒸気圧力調節弁７を閉じる閉指令信号が出力される。これにより、復水戻し配管１５を介して脱気器４内の復水が復水器１に戻されるとともに、脱気器水位調節弁２が開いて復水器１から脱気器４に低温の復水が供給される。その結果、脱気器４内に充満している過熱蒸気との熱交換が行われ、脱気器４内の圧力が安定するのでウォーターハンマーの発生を防止することができる。
【００３１】
また、制御装置１６から補助蒸気圧力調節弁７に閉指令信号を出力するようにすれば、過熱蒸気の脱気器４への流入が停止され、ウォーターハンマー発生を速やかに防止できる。このとき、補助蒸気圧力調節弁７は必ずしも全閉にする必要はなく、脱気器４への補助蒸気の流入量を制限する小さな開度でもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、復水戻し配管１５を脱気器４の液相部に接続したが、本発明はこれに限らず、降水管９に接続して復水を復水器１に戻すようにすることができる。
（実施形態２）
図４に、本発明の他の実施形態のボイラ給水装置の系統構成図を示す。本実施形態が、図１の実施形態と相違する点は、脱気器水位調節弁２の入口側の復水配管から分岐して、降水管９に接続された冷水注入管２０と、降水管9に注入する冷水の流量を調節する冷水注入量調節弁２１とを設けたことにある。その他は、図１と同一の構成を有することから、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
本実施形態によれば、特許文献１に記載された技術と同様に、図３で説明したとおり、補助蒸気圧力調節弁７が閉じているときに、負荷制御指令値が急激に低下したときに発生するボイラ給水ポンプ１０、１１、１２，１３のキャビテーションや、降水管９でのウォーターハンマーを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態のボイラ給水装置の系統構成図である。
【図２】図１実施形態の制御装置の特徴部の機能ブロックを示す図である。
【図３】脱気器等におけるウォーターハンマー発生の現象を説明する図である。
【図４】本発明の他の実施形態のボイラ給水装置の系統構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
1  復水器
２  脱気器水位調節弁
３  低圧給水加熱器
４  脱気器
５  抽気蒸気供給管
６  補助蒸気供給管
７  補助蒸気圧力調節弁
９  降水管
１０、１２  ボイラ給水ブースタポンプ
１１，１３  ボイラ給水ポンプ
１４  自動開閉弁
１５  復水戻し配管
１６  制御装置
２０  冷水注入管
２１  冷水注入量調節弁
【図１】
2006220393.tif 000003
【図２】
2006220393.tif 000004
【図３】
2006220393.tif 000005
【図４】
2006220393.tif 000006