(57)【要約】  多数の圧力段（２、４）において１つの流路（２）を形成し流れ媒体Ｍにより貫流される多数のエコノマイザ伝熱面、蒸発器伝熱面および過熱器伝熱面（１２、１４、１６）を有し、高圧段（２）において溢流導管（２４）が入口側で前記流路（２）に接続され、中圧段（４）において流れ媒体回路における過熱器伝熱面（１６）の前で前記流路（２）に配置された噴射弁（１８）に導かれる蒸気原動所のための化石燃料燃焼式蒸気発生器（１）は、蒸気プロセスの効率を大幅に阻害しないようにすべきである。同時に短期間の出力上昇は化石燃料燃焼式蒸気発生器の構造とは無関係にまた全系の過度の構造的修正なしに可能とされなければならない。このため溢流導管（２４）は２つの導管（２６、３０）を有し、そのうち第１の導管は流れ媒体回路における高圧予熱器（１０）の前で分岐され、第２の導管は高圧予熱器（１０）の後で分岐される。【選択図】図１
2013543573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の圧力段（２、４）において１つの流路（２）を形成し流れ媒体Ｍにより貫流される多数のエコノマイザ伝熱面、蒸発器伝熱面および過熱器伝熱面（１２、１４、１６）を有する蒸気原動所のための化石燃料燃焼式蒸気発生器（１）において、高圧段（２）において溢流導管（２４）が入口側で前記流路（２）に接続され、中圧段（４）において流れ媒体回路における過熱器伝熱面（１６）の前で前記流路（２）に配置された噴射弁（１８）に導かれ、溢流導管（２４）が２つの導管（２６、３０）を有し、そのうち第１の導管が流れ媒体回路における高圧予熱器（１０）の前で分岐され、第２の導管が流れ媒体回路における高圧予熱器（１０）の後で分岐される化石燃料燃焼式蒸気発生器。
【請求項２】
第２の導管（２６）が流れ媒体回路における全ての高圧予熱器（１０）の後で分岐される請求項１記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器（１）。
【請求項３】
第１の導管（３０）が流れ媒体回路における全ての高圧予熱器の前で分岐される請求項１または２記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器（１）。
【請求項４】
導管（２６、３０）の１つに逆止弁（２８）が配置され、他方の導管に貫流調整弁（３２）が配置される請求項１から３の１つに記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器（１）。
【請求項５】
第１の導管（２６）に逆止弁（２８）が配置され、第２の導管（３０）に貫流調整弁（３２）が配置される請求項１から４の１つに記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器（１）。
【請求項６】
第１の導管（２６）が給水ポンプ（８）から分岐される請求項５記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器（１）。
【請求項７】
流れ媒体回路の流路（２）において第２の導管（３０）の分岐点の後に貫流測定装置（３４）が配置される請求項１から６の１つに記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器（１）。
【請求項８】
請求項１から７の１つに記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器（１）を備えた蒸気原動所。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の圧力段において１つの流路を形成し流れ媒体Ｍにより貫流される多数のエコノマイザ伝熱面、蒸発器伝熱面および過熱器伝熱面を有し、高圧段において溢流導管が入口側で前記流路に接続され、中圧段において流れ媒体回路において過熱器伝熱面の前に前記流路に配置された噴射弁に導かれる蒸気原動所のための化石燃料燃焼式蒸気発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料燃焼式蒸気発生器は化石燃料の燃焼により発生される熱により過熱された蒸気を発生する。化石燃料燃焼式蒸気発生器は一般的に主として電流発生の働きをする蒸気原動所において使用される。蒸気はこの場合蒸気タービンに導かれる。
【０００３】
蒸気タービンの種々の圧力段と同様に化石燃料燃焼式蒸気発生器もそれぞれ含まれている水・蒸気混合物の熱的状態が異なっている多数の圧力段を有する。第１の（高）圧力段では流れ媒体はその流路においてまず余熱を流れ媒体の予熱に利用する働きをするエコノマイザを通流し、次いで蒸発器伝熱面および過熱器伝熱面の種々の段を通流する。蒸発器において流れ媒体は蒸発され、その後場合によって存在する残留湿気が分離装置において分離され、残りの蒸気が過熱器でさらに加熱される。その後過熱された蒸気は蒸気タービンの高圧部に流れ、そこで放流され、これに続く蒸気発生器の圧力段に導かれる。そこで蒸気は改めて過熱され、蒸気タービンの次の圧力部に導かれる。
【０００４】
種々の外部からの影響により過熱器に伝達される熱出力は大きく変動する恐れがある。それゆえしばしば過熱温度を調整する必要がある。通常はこれは高圧段でも中間過熱のための中圧段でも大抵の場合給水の噴射により個々の過熱器伝熱面の前後において冷却されることにより達成される。すなわち溢流導管が流れ媒体の主流から分岐され、そこに相応して配置された噴射弁に導かれるようにされる。この場合噴射は通常はそれぞれの圧力段の過熱器の出口における所定の温度設定値からの温度偏差に関連して調整される。
【０００５】
最近の原動所には高効率のみが要求されるのではなく、できるだけ柔軟な運転様式が要求される。これには短い起動時間や高い負荷変化速度のほかに電流供給網における周波数障害を補償できるようにすることも含まれる。これらの要求を満足させるために原動所は、数秒内でたとえば５％以上の付加出力を得られるようにしなければならない。
【０００６】
この種の秒単位の原動所ブロックの出力変動は蒸気発生器と蒸気タービンの調合された協同作用によってのみ可能である。化石燃料燃焼式蒸気発生器をこのように作動させるためには、その蓄積器、すなわち蒸気及び燃料の蓄積器の利用並びに給水、噴射水、燃料および空気の調整量の迅速な変化が必要である。
【０００７】
これはたとえば蒸気タービンの部分的に絞られているタービン弁またはいわゆる段弁の開放によって行うことができ、これにより蒸気圧は蒸気タービンの前で低下される。前置接続された化石燃料燃焼式蒸気発生器の蒸気蓄積器からの蒸気はこれにより追い出されて蒸気タービンに導かれる。この処置により数秒内で出力上昇が達成される。
【０００８】
リザーブを持たせるためタービン弁を常時絞ることはしかしながら常に効率の損失を導くので、経済的な運転のためには絞りを絶対的に必要な程度に低く抑えなければならないであろう。そのうえ化石燃料燃焼式蒸気発生器のいくつかの構造形態、たとえば強制貫流蒸気発生器は場合によってはたとえば自然循環蒸気発生器よりも著しく小さい蓄積量を有する。蓄積器の大きさの差は上述の方式では原動所ブロックの出力変動の状態に影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
それゆえ本発明の課題は、蒸気プロセスの効率を過度に阻害することのないようにした上述の形式の化石燃料燃焼式蒸気発生器を提供することにある。同時に短時間での出力上昇を化石燃料燃焼式蒸気発生器の構造形式とは無関係に全系における過度の構造的修正なしに可能にする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は本発明によれば、溢流導管が２つの導管を有し、そのうち第１の導管は流れ媒体回路において高圧予熱器の前で分岐され、第２の導管は高圧予熱器の後で分岐されることにより解決される。
【００１１】
この場合本発明は、給水の噴射が迅速な出力変化のためにさらなる寄与をなすことができるという考察から出発している。すなわち過熱器の範囲における付加的な噴射により蒸気質流を高めることができる。この場合調整技術的には、噴射は、各圧力段の出口における温度設定値が減少させられるようにして惹起される。噴射水のエンタルピレベルが高ければ高いほど、新しく要求された温度設定値に達するためにより多くの噴射質流が必要とされる。これにより噴射水の比較的高いエンタルピレベルから比較的大きな蒸気量が結果として生じる。
【００１２】
エンタルピのこのような増大は、水が給水ポンプ自体から、すなわち高圧予熱器の前で取り出されるのではなく、高圧予熱器の後で取り出されることにより可能となる。このような構成において温度設定値が減少させられれば、これは従って比較的大きな蒸気量およびそれとともに比較的大きな出力の放出を結果として生ずる。この場合勿論注意しなければならないことは、全負荷範囲において噴射水が蒸気の沸騰線から十分な距離を置き、従って十分満足できる非沸騰冷却を生ずることである。まさに中間過熱において下側の負荷範囲では、高圧予熱器の後のエンタルピは噴射水の所望の非沸騰冷却に関して過大すぎ、噴射弁が開かれると噴射個所で場合によっては湿気蒸気が形成されることがありうる。この蒸気は最悪の場合噴射弁をブロックするので、噴射質流を維持できなくなるおそれがある。
【００１３】
これに対しては、噴射水のエンタルピを必要に応じて調整できるようにする必要があろう。これは、高圧予熱器の後で取られる噴射水を高圧予熱器の前で取られる噴射水のごく僅かな成分と混合させ、この経路で噴射水の所望のエンタルピを調整できるようにすることにより達成される。このためそれぞれ高圧予熱器の前後において流れ媒体回路における２つの導管が溢流導管および中間過熱用の噴射弁に導かれる。
【００１４】
この場合、第２の導管が流れ媒体回路において全ての高圧予熱器の後で分岐されると有利である。これにより噴射水に対する最大限のエンタルピが保証されるので、蒸気量および出力の放出に関する最適化が達成される。さらに有利な実施形態では、第１の導管が流れ媒体回路において全ての高圧予熱器の前で分岐される。すなわち最も冷たい範囲での取り出しにより既に小さい混合量においても噴射媒体の温度の減少が達成されるので、沸騰線に対する十分な距離が保証される。全体として全ての高圧予熱器の前後での取り出しにより最大限の温度ヴァリアンスが達成可能となる。
【００１５】
有利な実施態様では導管の１つに逆止弁が配置され、他方の導管に貫流調整弁が配置される。この場合混合は一方では、噴射調整弁により調整され部分的に逆止弁を備えた導管を介して得られる噴射量の規定により特に簡単に得られ、この場合逆止弁は高圧路から低圧路への逆流を妨げる。他方では他方の導管の貫流調整弁によりそれぞれ異なる温度の媒体の混合が調整される。
【００１６】
特に有利な実施態様ではこの場合第１の導管に逆止弁が配置され、第２の導管に貫流調整弁が配置される。すなわち逆止弁は比較的低い温度レベルの媒体を有する導管内にある。さらに第１の導管が給水ポンプから分岐されると有利である。この状態では貫流調整弁の上流側にのみ流れ媒体は比較的高い圧力を有するので、噴射装置の全水路は比較的低い圧力レベルにあることが可能である。さらにこの種の装置は調製が簡単であり、そのうえ今日一般的に使用されている適当な分岐を備えた給水ポンプを中間過熱噴射に使用することが可能となる。なぜならこの事例においても冷たい媒体を同一個所で取り出すことができるからである。
【００１７】
さらに有利な実施態様では第２の導管の分岐後の流体媒体側の流路に貫流測定装置が配置される。取り出し量はすなわちこの事例では給水調整に対して付加的な測定や別々のバランス取りに関して考慮する必要がない。
【００１８】
有利な実施態様では蒸気原動所はこの種の化石燃料燃焼式蒸気発生器を有する。
【００１９】
本発明により得られる利点は特に、一方では高圧予熱器の前後の導管から中間過熱用の噴射水の混合により常に十分な噴射水の非沸騰冷却が保証され、他方では蒸気形成なしの絶対的に安全な噴射運転における即時リザーブの用意に関して最大限の付加的出力放出が相対的に高められた噴射量にわたって実現できることにある。代替的に従来様式と同じ出力放出において噴射個所、伝熱面やタービンなどの全該当部材の負荷が減ぜられる。なぜなら同じ出力放出に対して蒸気の比較的少ない温度降下が予期されるからである。
【００２０】
さらに噴射システムを利用する構成およびそれに伴う出力放出の増大は他の処置とは無関係なので、たとえば絞られたタービン弁も蒸気タービンの出力増大をさらに強めるために付加的に放出できる。方法の有効性はこの並列処置によって大部分がそのままに留まる。
【００２１】
この場合強調すべきことは、付加出力に対する予め固く規定された要求において噴射系が出力増大に用いられたとしてもタービン弁の絞り度を減少できることである。所望の出力放出はこのような事例では僅かな絞りでも、最良の場合全く付加的な絞りなしで達成可能である。従って即時リザーブを用意しなければならない通常の負荷運転において装置は比較的大きな効率で運転できるので、運転コストは減少される。
【００２２】
本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は最適化された噴射水導管を備えた化石燃料燃焼式蒸気発生器の高圧および中圧部の流れ媒体回路の概略図である。
【図２】図２は代替的実施態様における噴射水導管を備えた化石燃料燃焼式蒸気発生器の高圧および中圧部の流れ媒体回路の概略図である。
【図３】図３は上側の負荷範囲における中間過熱の噴射水エンタルピの増大による化石燃料燃焼式蒸気発生器の即時リザーブを改良するためのシミュレーション結果のダイアグラムである。
【図４】図４は下側の負荷範囲における中間過熱の噴射水エンタルピの増大による化石燃料燃焼式蒸気発生器の即時リザーブを改良するためのシミュレーション結果のダイアグラムである。
【００２４】
同一部分はすべての図において同一符号を付けられている。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１には化石燃料燃焼式蒸気発生器１の高圧部２と中圧部４が示されている。図１は流れ媒体Ｍの流路６の一部を概略的に示す。流れ媒体Ｍはまず給水ポンプ８により高圧部２に供給される。そこで流れ媒体はまず、たとえば抽気蒸気により加熱される複数の高圧予熱器１０により高められた温度にもたらされる。これらの予熱器の後には、流れ媒体のさらなる加熱のために煙道ガスの廃熱が通常使用されるエコノマイザ伝熱面１２と、流れ媒体が化石燃料から得られる熱により蒸発される蒸発器伝熱面１４とが続く。高温ガスチャネル内の個々の伝熱面１２、１４の空間的配置は示されておらず変更も可能である。図示の伝熱面１２、１４はそれぞれ多数の直列接続された伝熱面と置換可能であるが、簡略化のため細かくは示していない。
【００２６】
蒸発器伝熱面１４から出た後に場合によって存在する残留湿気は図示しない水分離装置内で分離され、残存する蒸気は図示しない過熱器伝熱面に導かれる。過熱された蒸気は続いて蒸気タービンの高圧部内で放流させられる。一方では流れ媒体Ｍは蒸気発生器の中圧部４に流れ、そこで媒体は多数の中間過熱器伝熱面１６で再度過熱され、続いて蒸気タービンの中圧部に導かれる。
【００２７】
中間過熱器伝熱面の前には流れ媒体回路に噴射弁１８が配置される。ここでは比較的冷たい未蒸発の流れ媒体Ｍが化石燃料燃焼式蒸気発生器１の中圧部４の出口２０における出口温度の調整のために噴射される。噴射弁１８にもたらされる流れ媒体Ｍの量は噴射調整弁２２を介して調整される。流れ媒体Ｍはこの場合予め流路２内で分岐された溢流導管２４を介して導かれる。
【００２８】
噴射系を出口温度の調整だけでなく出力リザーブを即時に用意するためにも利用できるようにするために、噴射系は噴射水のエンタルピを必要に応じて高めるように設計されている。このため溢流導管２４は第１の導管２６を有しており、この導管は給水ポンプ８から直接分岐され、流れ媒体Ｍは比較的低い温度で溢流導管２４に導かれる。これにより噴射媒体の常に十分な非沸騰冷却が保証される。第１の導管２６は噴射系からの媒体の逆流を防ぐ逆止弁２８も備えている。
【００２９】
さらに溢流導管は第２の導管３０を有しており、その貫流は貫流調整弁３２を介して調整される。第２の導管はすべての高圧予熱器１０の後でかつエコノマイザ伝熱面１２の前で分岐されるので、ここでは流れ媒体Ｍは比較的高い温度で溢流導管２４にもたらされる。これにより比較的大きな噴射でかなりの蒸気量の増大が達成され、後続の蒸気タービンの出力は高められる。貫流測定装置３４はこの場合流路６において導管２６、３０の後に配置されているので、分岐された流れ媒体Ｍの量は給水調整用としてはここでは考慮する必要はない。
【００３０】
図２は図１の実施例にほぼ相当する代替的実施例を示し、ここでは貫流調整弁３２と逆止弁２８の個所が交換されている。すなわち第１の導管２６が調整弁３２を、第２の導管３０が逆止弁２８を有している。この実施形態は同様に可能であり、とくに全噴射路が比較的高い圧力に設計可能である。さらに第１の導管２６に対しては付加的な分岐点３６が設けられている。これは比較的高い圧力レベルのために流れ媒体Ｍを給水ポンプ８から任意の個所で取り出すことができないからである。
【００３１】
図３は上記の回路を利用したシミュレーション結果を示すダイアグラムである。９５％の負荷、２０℃の中圧部４の出口２０における温度に対する温度設定値の急激な減少後の秒単位の時間４０に対する全負荷に関連した付加出力３８が％で表わされている。この場合曲線４２は噴射流体の加熱のない、すなわち通常の系による結果を示し、曲線４４は上述のような回路を有する噴射系による結果を示す。図２から、曲線４４の最大値が曲線４２のそれより大きいことが見て取れる。従って付加的に放出された出力はより大きい。
【００３２】
図４は図３をごく僅か修正したもので、４０％の負荷に対するシミュレート曲線４２，４４を示し、そのほかのパラメータはすべて図３の場合と一致し、同様に曲線４２，４４の意味も同じである。ここでは両曲線４２，４４は平坦な経過を示すとともに、付加的に設定値の変化後約６０秒で比較的高い出力上昇を示し、これはその後急激に低下し平坦な経過の最大値を形成する。全体として曲線４４はどの時間範囲でも曲線４２より高いところにある。従ってここでもより高い出力放出が可能であるが、わずか４０％の負荷にも拘わらず噴射媒体の十分な非沸騰冷却が保証される。
【００３３】
このような化石燃料燃焼式蒸気発生器１を備えた蒸気原動所は、蒸気タービンの即時出力放出を介して、結合電流網の周波数を支えるのに役立つ出力上昇を迅速に行うことが可能となる。出力リザーブが通常の温度調整と並んで噴射弁の二重使用により達成されることにより、リザーブを用意するための蒸気タービン弁の永久的な絞りを減少または完全になくすことができ、これにより通常運転中の特に高い効率が達成される。
【符号の説明】
【００３４】
１      化石燃料燃焼式蒸気発生器
２      高圧部
４      中圧部
６      流れ媒体Ｍの流路
８      給水ポンプ
１０    高圧予熱器
１２    エコノマイザ伝熱面
１４    蒸発器伝熱面
１６    中間過熱器伝熱面
１８    噴射弁
２０    出口
２２    噴射調整弁
２４    溢流導管
２６    第１の導管
２８    逆止弁
３０    第２の導管
３２    貫流調整弁
３４    貫流測定装置
【図１】
2013543573.tif 000003
【図２】
2013543573.tif 000004
【図３】
2013543573.tif 000005
【図４】
2013543573.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月9日(2013.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧力段（２、４）において１つの流路（６）を形成し流れ媒体Ｍにより貫流される複数のエコノマイザ伝熱面、蒸発器伝熱面および過熱器伝熱面（１２、１４、１６）を有する蒸気原動所のための化石燃料燃焼式蒸気発生器（１）において、高圧段（２）において溢流導管（２４）が入口側で前記流路（６）に接続され、中圧段（４）において流れ媒体回路における過熱器伝熱面（１６）の前で前記流路（６）に配置された噴射弁（１８）に導かれ、溢流導管（２４）が２つの導管（２６、３０）を有し、そのうち第１の導管が流れ媒体回路における高圧予熱器（１０）の前で分岐され、第２の導管が流れ媒体回路における高圧予熱器（１０）の後で分岐される化石燃料燃焼式蒸気発生器。
【請求項２】
第２の導管（３０）が流れ媒体回路における全ての高圧予熱器（１０）の後で分岐される請求項１記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器。
【請求項３】
第１の導管（２６）が流れ媒体回路における全ての高圧予熱器の前で分岐される請求項１または２記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器。
【請求項４】
導管（２６、３０）の１つに逆止弁（２８）が配置され、他方の導管に流量調整弁（３２）が配置される請求項１から３の１つに記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器。
【請求項５】
第１の導管（２６）に逆止弁（２８）が配置され、第２の導管（３０）に流量調整弁（３２）が配置される請求項１から４の１つに記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器。
【請求項６】
第１の導管（２６）が給水ポンプ（８）から分岐される請求項５記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器。
【請求項７】
流れ媒体回路の流路（２）において第２の導管（３０）の分岐点の後に流量測定装置（３４）が配置される請求項１から６の１つに記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器。
【請求項８】
請求項１から７の１つに記載の化石燃料燃焼式蒸気発生器（１）を備えた蒸気原動所。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の圧力段において１つの流路を形成し流れ媒体Ｍにより貫流される多数のエコノマイザ伝熱面、蒸発器伝熱面および過熱器伝熱面を有し、高圧段において溢流導管が入口側で前記流路に接続され、中圧段において流れ媒体回路において過熱器伝熱面の前に前記流路に配置された噴射弁に導かれる蒸気原動所のための化石燃料燃焼式蒸気発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料燃焼式蒸気発生器は化石燃料の燃焼により発生される熱により過熱された蒸気を発生する。化石燃料燃焼式蒸気発生器は一般的に主として電流発生の働きをする蒸気原動所において使用される。蒸気はこの場合蒸気タービンに導かれる。
【０００３】
蒸気タービンの種々の圧力段と同様に化石燃料燃焼式蒸気発生器もそれぞれ含まれている水・蒸気混合物の熱的状態が異なっている多数の圧力段を有する。第１の（高）圧力段では流れ媒体はその流路においてまず余熱を流れ媒体の予熱に利用する働きをするエコノマイザを通流し、次いで蒸発器伝熱面および過熱器伝熱面の種々の段を通流する。蒸発器において流れ媒体は蒸発され、その後場合によって存在する残留湿気が分離装置において分離され、残りの蒸気が過熱器でさらに加熱される。その後過熱された蒸気は蒸気タービンの高圧部に流れ、そこで放流され、これに続く蒸気発生器の圧力段に導かれる。そこで蒸気は改めて過熱され、蒸気タービンの次の圧力部に導かれる。
【０００４】
種々の外部からの影響により過熱器に伝達される熱出力は大きく変動する恐れがある。
それゆえしばしば過熱温度を調整する必要がある。通常はこれは高圧段でも中間過熱のための中圧段でも大抵の場合給水の噴射により個々の過熱器伝熱面の前後において冷却されることにより達成される。すなわち溢流導管が流れ媒体の主流から分岐され、そこに相応して配置された噴射弁に導かれるようにされる。この場合噴射は通常はそれぞれの圧力段の過熱器の出口における所定の温度設定値からの温度偏差に関連して調整される。
【０００５】
最近の原動所には高効率のみが要求されるのではなく、できるだけ柔軟な運転様式が要求される。これには短い起動時間や高い負荷変化速度のほかに電流供給網における周波数障害を補償できるようにすることも含まれる。これらの要求を満足させるために原動所は、数秒内でたとえば５％以上の付加出力を得られるようにしなければならない。
【０００６】
この種の秒単位の原動所ブロックの出力変動は蒸気発生器と蒸気タービンの調合された協同作用によってのみ可能である。化石燃料燃焼式蒸気発生器をこのように作動させるためには、その蓄積器、すなわち蒸気及び燃料の蓄積器の利用並びに給水、噴射水、燃料および空気の調整量の迅速な変化が必要である。
【０００７】
これはたとえば蒸気タービンの部分的に絞られているタービン弁またはいわゆる段弁の開放によって行うことができ、これにより蒸気圧は蒸気タービンの前で低下される。前置接続された化石燃料燃焼式蒸気発生器の蒸気蓄積器からの蒸気はこれにより追い出されて蒸気タービンに導かれる。この処置により数秒内で出力上昇が達成される。
【０００８】
リザーブ（以下、予備出力という。）を持たせるためタービン弁を常時絞ることはしかしながら常に効率の損失を導くので、経済的な運転のためには絞りを絶対的に必要な程度に低く抑えなければならないであろう。そのうえ化石燃料燃焼式蒸気発生器のいくつかの構造形態、たとえば強制貫流蒸気発生器は場合によってはたとえば自然循環蒸気発生器よりも著しく小さい蓄積量を有する。蓄積器の大きさの差は上述の方式では原動所ブロックの出力変動の状態に影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
それゆえ本発明の課題は、蒸気プロセスの効率を過度に阻害することのないようにした上述の形式の化石燃料燃焼式蒸気発生器を提供することにある。同時に短時間での出力上昇を化石燃料燃焼式蒸気発生器の構造形式とは無関係に全系における過度の構造的修正なしに可能にする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は本発明によれば、溢流導管が２つの導管を有し、そのうち第１の導管は流れ媒体回路において高圧予熱器の前で分岐され、第２の導管は高圧予熱器の後で分岐されることにより解決される。
【００１１】
この場合本発明は、給水の噴射が迅速な出力変化のためにさらなる寄与をなすことができるという考察から出発している。すなわち過熱器の範囲における付加的な噴射により蒸気質流を高めることができる。この場合調整技術的には、噴射は、各圧力段の出口における温度設定値が減少させられるようにして惹起される。噴射水のエンタルピレベルが高ければ高いほど、新しく要求された温度設定値に達するためにより多くの噴射質流が必要とされる。これにより噴射水の比較的高いエンタルピレベルから比較的大きな蒸気量が結果として生じる。
【００１２】
エンタルピのこのような増大は、水が給水ポンプ自体から、すなわち高圧予熱器の前で取り出されるのではなく、高圧予熱器の後で取り出されることにより可能となる。このような構成において温度設定値が減少させられれば、これは従って比較的大きな蒸気量およびそれとともに比較的大きな出力の放出を結果として生ずる。この場合勿論注意しなければならないことは、全負荷範囲において噴射水が蒸気の沸騰線から十分な距離を置き、従って十分満足できる非沸騰冷却を生ずることである。まさに中間過熱において下側の負荷範囲では、高圧予熱器の後のエンタルピは噴射水の所望の非沸騰冷却に関して過大すぎ、噴射弁が開かれると噴射個所で場合によっては湿気蒸気が形成されることがありうる。この蒸気は最悪の場合噴射弁をブロックするので、噴射質流を維持できなくなるおそれがある。
【００１３】
これに対しては、噴射水のエンタルピを必要に応じて調整できるようにする必要があろう。これは、高圧予熱器の後で取られる噴射水を高圧予熱器の前で取られる噴射水のごく僅かな成分と混合させ、この経路で噴射水の所望のエンタルピを調整できるようにすることにより達成される。このためそれぞれ高圧予熱器の前後において流れ媒体回路における２つの導管が溢流導管および中間過熱用の噴射弁に導かれる。
【００１４】
この場合、第２の導管が流れ媒体回路において全ての高圧予熱器の後で分岐されると有利である。これにより噴射水に対する最大限のエンタルピが保証されるので、蒸気量および出力の放出に関する最適化が達成される。さらに有利な実施形態では、第１の導管が流れ媒体回路において全ての高圧予熱器の前で分岐される。すなわち最も冷たい範囲での取り出しにより既に小さい混合量においても噴射媒体の温度の減少が達成されるので、沸騰線に対する十分な距離が保証される。全体として全ての高圧予熱器の前後での取り出しにより最大限の温度ヴァリアンスが達成可能となる。
【００１５】
有利な実施態様では導管の１つに逆止弁が配置され、他方の導管に流量調整弁が配置される。この場合混合は一方では、噴射調整弁により調整され部分的に逆止弁を備えた導管を介して得られる噴射量の規定により特に簡単に得られ、この場合逆止弁は高圧路から低圧路への逆流を妨げる。他方では他方の導管の流量調整弁によりそれぞれ異なる温度の媒体の混合が調整される。
【００１６】
特に有利な実施態様ではこの場合第１の導管に逆止弁が配置され、第２の導管に流量調整弁が配置される。すなわち逆止弁は比較的低い温度レベルの媒体を有する導管内にある。さらに第１の導管が給水ポンプから分岐されると有利である。この状態では流量調整弁の上流側にのみ流れ媒体は比較的高い圧力を有するので、噴射装置の全水路は比較的低い圧力レベルにあることが可能である。さらにこの種の装置は調製が簡単であり、そのうえ今日一般的に使用されている適当な分岐を備えた給水ポンプを中間過熱噴射に使用することが可能となる。なぜならこの事例においても冷たい媒体を同一個所で取り出すことができるからである。
【００１７】
さらに有利な実施態様では第２の導管の分岐後の流体媒体側の流路に流量測定装置が配置される。取り出し量はすなわちこの事例では給水調整に対して付加的な測定や別々のバランス取りに関して考慮する必要がない。
【００１８】
有利な実施態様では蒸気原動所はこの種の化石燃料燃焼式蒸気発生器を有する。
【００１９】
本発明により得られる利点は特に、一方では高圧予熱器の前後の導管から中間過熱用の噴射水の混合により常に十分な噴射水の非沸騰冷却が保証され、他方では蒸気形成なしの絶対的に安全な噴射運転における即時予備出力の用意に関して最大限の付加的出力放出が相対的に高められた噴射量にわたって実現できることにある。代替的に従来様式と同じ出力放出において噴射個所、伝熱面やタービンなどの全該当部材の負荷が減ぜられる。なぜなら同じ出力放出に対して蒸気の比較的少ない温度降下が予期されるからである。
【００２０】
さらに噴射システムを利用する構成およびそれに伴う出力放出の増大は他の処置とは無関係なので、たとえば絞られたタービン弁も蒸気タービンの出力増大をさらに強めるために付加的に放出できる。方法の有効性はこの並列処置によって大部分がそのままに留まる。
【００２１】
この場合強調すべきことは、付加出力に対する予め固く規定された要求において噴射系が出力増大に用いられたとしてもタービン弁の絞り度を減少できることである。所望の出力放出はこのような事例では僅かな絞りでも、最良の場合全く付加的な絞りなしで達成可能である。従って即時予備出力を用意しなければならない通常の負荷運転において装置は比較的大きな効率で運転できるので、運転コストは減少される。
【００２２】
本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は最適化された噴射水導管を備えた化石燃料燃焼式蒸気発生器の高圧および中圧部の流れ媒体回路の概略図である。
【図２】図２は代替的実施態様における噴射水導管を備えた化石燃料燃焼式蒸気発生器の高圧および中圧部の流れ媒体回路の概略図である。
【図３】図３は上側の負荷範囲における中間過熱の噴射水エンタルピの増大による化石燃料燃焼式蒸気発生器の即時予備出力を改良するためのシミュレーション結果のダイアグラムである。
【図４】図４は下側の負荷範囲における中間過熱の噴射水エンタルピの増大による化石燃料燃焼式蒸気発生器の即時予備出力を改良するためのシミュレーション結果のダイアグラムである。
【００２４】
同一部分はすべての図において同一符号を付けられている。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１には化石燃料燃焼式蒸気発生器１の高圧部２と中圧部４が示されている。図１は流れ媒体Ｍの流路６の一部を概略的に示す。流れ媒体Ｍはまず給水ポンプ８により高圧部２に供給される。そこで流れ媒体はまず、たとえば抽気蒸気により加熱される複数の高圧予熱器１０により高められた温度にもたらされる。これらの予熱器の後には、流れ媒体のさらなる加熱のために煙道ガスの廃熱が通常使用されるエコノマイザ伝熱面１２と、流れ媒体が化石燃料から得られる熱により蒸発される蒸発器伝熱面１４とが続く。高温ガスチャネル内の個々の伝熱面１２、１４の空間的配置は示されておらず変更も可能である。図示の伝熱面１２、１４はそれぞれ多数の直列接続された伝熱面と置換可能であるが、簡略化のため細かくは示していない。
【００２６】
蒸発器伝熱面１４から出た後に場合によって存在する残留湿気は図示しない水分離装置内で分離され、残存する蒸気は図示しない過熱器伝熱面に導かれる。過熱された蒸気は続いて蒸気タービンの高圧部内で放流させられる。一方では流れ媒体Ｍは蒸気発生器の中圧部４に流れ、そこで媒体は多数の中間過熱器伝熱面１６で再度過熱され、続いて蒸気タービンの中圧部に導かれる。
【００２７】
中間過熱器伝熱面の前には流れ媒体回路に噴射弁１８が配置される。ここでは比較的冷たい未蒸発の流れ媒体Ｍが化石燃料燃焼式蒸気発生器１の中圧部４の出口２０における出口温度の調整のために噴射される。噴射弁１８にもたらされる流れ媒体Ｍの量は噴射調整弁２２を介して調整される。流れ媒体Ｍはこの場合予め流路６内で分岐された溢流導管２４を介して導かれる。
【００２８】
噴射系を出口温度の調整だけでなく出力リザーブを即時に用意するためにも利用できるようにするために、噴射系は噴射水のエンタルピを必要に応じて高めるように設計されている。このため溢流導管２４は第１の導管２６を有しており、この導管は給水ポンプ８から直接分岐され、流れ媒体Ｍは比較的低い温度で溢流導管２４に導かれる。これにより噴射媒体の常に十分な非沸騰冷却が保証される。第１の導管２６は噴射系からの媒体の逆流を防ぐ逆止弁２８も備えている。
【００２９】
さらに溢流導管は第２の導管３０を有しており、その貫流は流量調整弁３２を介して調整される。第２の導管はすべての高圧予熱器１０の後でかつエコノマイザ伝熱面１２の前で分岐されるので、ここでは流れ媒体Ｍは比較的高い温度で溢流導管２４にもたらされる。これにより比較的大きな噴射でかなりの蒸気量の増大が達成され、後続の蒸気タービンの出力は高められる。流量測定装置３４はこの場合流路６において導管２６、３０の後に配置されているので、分岐された流れ媒体Ｍの量は給水調整用としてはここでは考慮する必要はない。
【００３０】
図２は図１の実施例にほぼ相当する代替的実施例を示し、ここでは流量調整弁３２と逆止弁２８の個所が交換されている。すなわち第１の導管２６が調整弁３２を、第２の導管３０が逆止弁２８を有している。この実施形態は同様に可能であり、とくに全噴射路が比較的高い圧力に設計可能である。さらに第１の導管２６に対しては付加的な分岐点３６が設けられている。これは比較的高い圧力レベルのために流れ媒体Ｍを給水ポンプ８から任意の個所で取り出すことができないからである。
【００３１】
図３は上記の回路を利用したシミュレーション結果を示すダイアグラムである。９５％の負荷、２０℃の中圧部４の出口２０における温度に対する温度設定値の急激な減少後の秒単位の時間４０に対する全負荷に関連した付加出力３８が％で表わされている。この場合曲線４２は噴射流体の加熱のない、すなわち通常の系による結果を示し、曲線４４は上述のような回路を有する噴射系による結果を示す。図３から、曲線４４の最大値が曲線４２のそれより大きいことが見て取れる。従って付加的に放出された出力はより大きい。
【００３２】
図４は図３をごく僅か修正したもので、４０％の負荷に対するシミュレート曲線４２，４４を示し、そのほかのパラメータはすべて図３の場合と一致し、同様に曲線４２，４４の意味も同じである。ここでは両曲線４２，４４は平坦な経過を示すとともに、付加的に設定値の変化後約６０秒で比較的高い出力上昇を示し、これはその後急激に低下し平坦な経過の最大値を形成する。全体として曲線４４はどの時間範囲でも曲線４２より高いところにある。従ってここでもより高い出力放出が可能であるが、わずか４０％の負荷にも拘わらず噴射媒体の十分な非沸騰冷却が保証される。
【００３３】
このような化石燃料燃焼式蒸気発生器１を備えた蒸気原動所は、蒸気タービンの即時出力放出を介して、結合電流網の周波数を支えるのに役立つ出力上昇を迅速に行うことが可能となる。予備出力が通常の温度調整と並んで噴射弁の二重使用により達成されることにより、予備出力を用意するための蒸気タービン弁の永久的な絞りを減少または完全になくすことができ、これにより通常運転中の特に高い効率が達成される。
【符号の説明】
【００３４】
１      化石燃料燃焼式蒸気発生器
２      高圧部
４      中圧部
６      流れ媒体Ｍの流路
８      給水ポンプ
１０    高圧予熱器
１２    エコノマイザ伝熱面
１４    蒸発器伝熱面
１６    中間過熱器伝熱面
１８    噴射弁
２０    出口
２２    噴射調整弁
２４    溢流導管
２６    第１の導管
２８    逆止弁
３０    第２の導管
３２    流量調整弁
３４    流量測定装置
【国際調査報告】
2013543573.tif 000007
2013543573.tif 000008
2013543573.tif 000009
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