(57)【要約】【課題】簡易な設備にて、タービンのスプレーノズルへ供給される復水中の腐食性イオンを除去するように構成された蒸気タービン発電システムを提供する。【解決手段】タービン６，７，８を有する蒸気タービン発電システム１であって、該タービン６，７，８にグランド蒸気減温用スプレーノズル又は過昇温防止用スプレーノズルが設けられ、蒸気タービン発電システムの復水を復水ラインから分岐させて該スプレーノズルに供給する供給手段が設けられている蒸気タービン発電システムにおいて、該復水ラインの復水ヘッダー１４から分岐してスプレーノズルに供給される復水をイオン交換処理するイオン交換装置３０を備える。イオン交換処理水に余剰が生じた場合には、ホットウェル１２に戻す。【選択図】図１
2015102060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンを有する蒸気タービン発電システムであって、該タービンにグランド蒸気減温用スプレーノズル又は過昇温防止用スプレーノズルが設けられ、蒸気タービン発電システムの復水を復水ラインから分岐させて該スプレーノズルに供給する供給手段が設けられている蒸気タービン発電システムにおいて、
該復水ラインから分岐してスプレーノズルに供給される復水をイオン交換処理するイオン交換手段と、
前記復水ラインに設けられたホットウェルと、
前記イオン交換装置で生じた余剰のイオン交換処理水を該ホットウェルへ返送する手段と
を備えたことを特徴とする蒸気タービン発電システム。
【請求項２】
請求項１において、前記イオン交換装置は、直列に接続された複数のイオン交換樹脂塔を備えていることを特徴とする蒸気タービン発電システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
復水の水質の検知手段と、
該検知手段で検知された復水の水質が所定水質よりも良好なときには前記イオン交換装置を迂回して前記スプレーノズルに復水を供給するバイパス手段と
を備えたことを特徴とする蒸気タービン発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸気タービン発電システムに係り、特にタービンの軸部、翼部又は排気室などに、温度の過度な上昇を防止するために水をスプレーする機構を備えた蒸気タービン発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電用蒸気タービンは、運転中や停止時にタービンの軸部に供給される気密シール用のグランド蒸気の減温用として冷却水が使用され、また停止時に翼部や排気室の過度な温度上昇を抑制するために、冷却水をスプレーノズルにより散布する（例えば特許文献１〜４）。冷却水は、復水ポンプ出口から分岐されスプレーノズルに給水される。
【０００３】
復水は運転状態が健全であれば、腐食性のイオン類（Ｎａ，Ｃｌ，ＳＯ４）を含むものではないが、復水器の冷却管の破損により海水が漏洩し、腐食性イオンが復水に混入することがある。このような腐食性イオンが混入した復水がタービンの軸部、翼部、又は排気室などにスプレーされた場合、注入場所で腐食性イオンが濃縮し、急速に腐食が進行してしまう。このような事態を避けるには、海水漏洩を感知してプラントを停止することが必要であるが、微量の海水漏洩を検知することは難しく、運転を継続した結果、定検時に初めてタービンの腐食に気づくこともある。
【０００４】
海水が漏洩（リーク）した復水の全量をイオン交換処理することも考えられるが、イオン交換塔の容量が膨大なものとなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２４８２０３
【特許文献２】特開平６−１３７１１１
【特許文献３】特開平７−２５３００６
【特許文献４】特開２００３−３５１０８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、簡易な設備にて、タービンのスプレーノズルへ供給される復水中の腐食性イオンを除去するように構成された蒸気タービン発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の蒸気タービン発電システムは、タービンを有する蒸気タービン発電システムであって、該タービンにグランド蒸気の減温用スプレー又は過昇温防止用スプレーノズルが設けられ、蒸気タービン発電システムの復水を復水ラインから分岐させて該スプレーノズルに供給する供給手段が設けられている蒸気タービン発電システムにおいて、該復水ラインから分岐してスプレーノズルに供給される復水をイオン交換処理するイオン交換手段と、前記復水ラインに設けられたホットウェルと、前記イオン交換装置で生じた余剰のイオン交換処理水を該ホットウェルへ返送する手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
前記イオン交換装置は、直列に接続された複数のイオン交換樹脂塔を備えていることが好ましい。
【０００９】
本発明の蒸気タービン発電システムは、復水の水質の検知手段と、該検知手段で検知された復水の水質が所定水質よりも良好なときには前記イオン交換装置を迂回して前記スプレーノズルに復水を供給するバイパス手段とを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の蒸気タービン発電システムでは、復水ラインから分岐させた水をイオン交換してスプレーノズルに供給することができる。そのため、復水中に海水が微量リークしていても、腐食性イオンが除去されてスプレーされるので、タービンの腐食が防止される。また、復水ラインから分岐させた復水のみをイオン交換処理するので、イオン交換手段の容量が小さくて済む。また、復水ラインにホットウェルが設けられており、前記イオン交換装置で生じた余剰のイオン交換処理水を該ホットウェルへ返送する手段が設けられているので、余剰のイオン交換処理水を有効利用することができる。
【００１１】
復水の水質の検知手段と、該検知手段で検知された復水の水質が所定水質よりも良好なときには前記イオン交換装置を迂回して前記スプレーノズルに復水を供給するバイパス手段とを備えた構成とした場合には、イオン交換樹脂の再生又は交換頻度を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態に係る蒸気タービン発電システムの構成図である。
【図２】イオン交換装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１，２を参照して実施の形態について説明する。
【００１４】
この蒸気タービン発電システム１においては、ボイラ２からの主蒸気３は、高圧蒸気タービン６に供給されて膨張仕事を行う。高圧蒸気タービン６にて膨張仕事を終えて排出された排気蒸気は、再びボイラ２に導かれて再熱され再熱蒸気４となる。ボイラ２からの再熱蒸気４は、中圧蒸気タービン７および低圧蒸気タービン８に供給されて順次膨張仕事を行う。この間、高圧蒸気タービン６、中圧蒸気タービン７、および低圧蒸気タービン８が回転駆動され、発電機９から電力系統１０に電力が供給される。
【００１５】
低圧蒸気タービン８にて膨張仕事を終えて排出された排気蒸気は復水器１１に導かれて凝縮し、復水となる。復水器１１にて凝縮した復水は、復水器ホットウェル１２に貯留され、復水ポンプ１３により復水ヘッダー１４及び復水調整弁２１を介して低圧給水加熱器１８に供給される。低圧給水加熱器１８において、復水は、低圧蒸気タービン８から低圧抽気管１８を介して抽気された低圧抽気蒸気により加熱される。その後、加熱された復水は脱気器１５に供給される。
【００１６】
脱気器１５において、復水は、中圧蒸気タービン７から中圧抽気管２６を介して抽気された中圧抽気蒸気により加熱されて脱気され、給水タンク１６に貯留される。
【００１７】
給水タンク１６に貯留された給水は、給水ポンプ１９により昇圧され、高圧給水加熱器２０に供給される。高圧給水加熱器２０において、給水は、高圧蒸気タービン６から高圧抽気管２５を介して抽気された高圧抽気蒸気により加熱される。その後、加熱された給水はボイラ２に供給される。
【００１８】
蒸気タービン発電システム１の通常運転が行われている間、復水調整弁２１により、脱気器１５の液面レベル計測器１７からのレベル信号に基づいて、脱気器１５の給水タンク１６に貯留された給水の液面レベルが一定に維持されている。
【００１９】
タービン６，７，８の軸部には気密シール用のグランド蒸気の減温用スプレー（図示略）が設けられ、翼部及び排気室にはそれぞれ過昇温防止用のスプレー（図示略）が設けられている。復水ヘッダー１４から復水の一部が分岐され、イオン交換装置３０（図２）でイオン交換処理された後、各スプレーノズルに供給可能とされている。
【００２０】
このイオン交換装置３０は、図２の通り、複数塔（この実施の形態では２塔）のイオン交換樹脂塔Ａ，Ｂを備えており、復水をイオン交換樹脂塔に直列に通水してスプレーノズルへ供給するようにしている。
【００２１】
イオン交換樹脂塔Ａ→Ｂの順に通水するときには、復水は配管３１，３２、イオン交換樹脂塔Ａ、配管３３，３４，３５、イオン交換樹脂塔Ｂ、配管３６，３７，３８，３９の順に流れてスプレーノズルへ供給される。イオン交換樹脂塔Ｂ→Ａの順に通水するときには、復水は配管３１，４０，３５、イオン交換樹脂塔Ｂ、配管３６，４１，３２、イオン交換樹脂塔Ａ、配管３３，４２，３８，３９の順に流れてスプレーノズルへ供給される。スプレーノズルへの給水量がイオン交換処理水量よりも少ないときには、配管３８から分岐した配管４３を介して余剰のイオン交換処理水をホットウェルへ返送する。
【００２２】
なお、配管３３，３６からはブロー排水４４，４５が分岐しており、ブローライン４６に接続されている。
【００２３】
イオン交換樹脂塔Ａ，Ｂは、好ましくは強酸性カチオン交換樹脂（カチオン樹脂）と強塩基性アニオン交換樹脂（アニオン樹脂）の混床とする。カチオン樹脂とアニオン樹脂の混合割合は、原水水質により調整されるが、通常は、カチオン樹脂：アニオン樹脂の比率が、３：１〜１：３の範囲とされる。
【００２４】
復水は、タービン軸部のグランド蒸気減温用スプレーノズルには発電運転中、定量で連続的に給水される。また、復水は、翼部のスプレーノズルには起動時に供給され、排気室のスプレーノズルには停止時にのみ供給される。定格出力が１５６〜１０５０ＭＷの発電システムのタービンの場合、軸部のスプレーノズルへは給水量０．１〜２．０ｔ／Ｈｒで連続給水され、翼部および排気室のスプレーノズルには、それぞれ１〜２０ｔ／ｈｒで起動時および停止時の数時間給水される。イオン交換樹脂塔１塔あたりの通水速度は、最低通水時で、通水速度（ＳＶ）が、１〜５Ｈｒ−１を確保するようにし、最大通水時で、通水速度（ＳＶ）が１０〜５０Ｈｒ−１となるように樹脂塔サイズを決定するのが好ましい。
【００２５】
タービンへの給水量は、連続的に給水される軸部への給水量が最低必要量になる。タービンへの給水量が、最低必要ＳＶ未満の場合、イオン交換樹脂塔Ａ，Ｂに最低ＳＶで通水し、タービンへの給水に使用されなかった余剰水をホットウェル１２に戻すのが好ましい。ＬＶとしては、最大ＬＶが５０ｍ／Ｈｒを超えないことが望ましい。イオン交換樹脂塔は２塔以上をシリーズ（直列）で設置し、処理水の導電率を管理し、最後段の塔の前段の塔の処理水が規定の導電率に達した時点で、導電率オーバーした塔を再生済み塔に交換し、この塔を最後段になるような運転を行うのが好ましい。導電率がオーバーしたイオン交換樹脂塔は、塔全体を取り外して場外再生するか、又は塔内のイオン交換樹脂を新品のイオン交換樹脂と全交換する。
【００２６】
このように、復水を復水ラインから分岐させ、イオン交換処理してから軸部、翼部、及び排気室のスプレーノズルに給水することにより、海水リークにより混入した腐食性イオンがタービンに直接持ち込まれることが防止され、タービンの腐食トラブルが大幅に軽減される。また、復水全量を処理する場合に比べて、処理水量は極めて少ないため、設備費用が少なくて済む。さらに、イオン交換処理水に余剰が生じるときには、この余剰のイオン交換処理水をホットウェルに戻して再利用するので、無駄とならない。本発明は、特に、復水脱塩装置が設置されていない排熱回収タービンに適用すると、効果が大きい。
なお、本発明においては、余剰のイオン交換処理水を直接、ホットウェルに返送する態様以外に、復水回収タンクを経由して返送する態様も含まれる。
【００２７】
上記実施の形態では、復水ヘッダー１４から復水を分岐させてイオン交換装置に導入するようにしているが、他の部位から復水を分岐させてもよい。
【００２８】
また、上記実施の形態では、分岐させた復水を常にイオン交換装置３０によってイオン交換処理するようにしているが、復水の水質を検知し、この水質が所定値よりも低いときにはイオン交換装置３０によってイオン交換処理した後、スプレーノズルに供給するようにし、復水の水質が該所定値よりも良好なときには、イオン交換装置３０を迂回するバイパスラインを介してスプレーノズルに供給するようにしてもよい。復水をイオン交換装置３０に流す流路選択とバイパスラインに流す流路選択とは、例えば三方弁によって切り替えられる。上記の水質としては、Ｃｌ−などの腐食性イオン濃度や酸電気伝導率などが挙げられる。腐食性イオンの代わりにＮａ＋などの海水由来イオンの濃度を検知してもよい。
【００２９】
水質として酸電気伝導率を検知する場合、前記所定値としては０．０３〜０．２ｍＳ／ｍ特に０．０３〜０．０５ｍＳ／ｍの間から選んだ値を採用するのが好ましい。
【００３０】
復水水質を検知して上記流路選択を切り替える制御方式とする場合には、例えば、復水の水質が所定値よりも良好なときには、バイパスラインに流すが、ただし間欠的にイオン交換装置３０に復水を通水し、イオン交換樹脂塔内を洗浄するようにしてもよい。この場合の洗浄水量はイオン交換樹脂量の１〜１０倍、特に２〜４倍程度が好ましく、通水ＳＶは１０〜５０ｈ−１程度が好ましい。
【００３１】
上記実施の形態では、イオン交換樹脂塔を２塔直列に設置しているが、１塔でもよく、３塔以上直列に設置してもよい。イオン交換樹脂塔を２塔以上直列に設置した場合はメリーゴーランド方式の運用を採用することができる。
【００３２】
本発明で使用するイオン交換装置としては、イオン交換処理を行う現場ではイオン交換樹脂の再生処理を行わない、いわゆる非再生型のイオン交換装置でカートリッジ式に交換可能なイオン交換装置であることが望ましい。この場合、メンテナンスが容易であり、再生剤が系内に残留するおそれがなく、好ましい。
【実施例】
【００３３】
［実施例１］
図１に示す蒸気タービン発電システム（定格出力４００ＭＷ）において、復水が常時、タービン６，７，８の軸部のスプレーノズルに０．２ｔ／Ｈｒで給水され、起動時に翼部冷却水として４ｔ／Ｈｒが３時間給水され、停止時に排気室冷却水として４ｔ／Ｈｒが１時間給水される運転が行われている。
【００３４】
定常時には、イオン交換装置３０に復水を０．４ｔ／Ｈｒで通水し、０．２ｔ／Ｈｒを軸部スプレーノズルへの給水に使用し、余剰水はホットウェル１２に戻した。
【００３５】
この実施の形態では、復水の酸電気伝導率が０．０５ｍＳ／ｍ未満のときには、復水をそのままスプレーノズルに供給し、酸電気伝導率が０．０５ｍＳ／ｍ以上となったときには、図２の構成の非再生型イオン交換装置によってイオン交換処理した水をスプレーノズルに供給するようにした。
【００３６】
運転開始から３１２日後に復水への海水リークが発生し、復水の酸電気伝導率が０．１８ｍＳ／ｍまで上昇した（通常時は０．０１ｍＳ／ｍ以下である。）。この復水がイオン交換装置３０でイオン交換処理されることにより、処理水の電気伝導率は０．０１ｍＳ／ｍまで低下した。イオン交換樹脂塔の各塔には、カチオン樹脂１００Ｌとアニオン樹脂５０Ｌが混床で入っており、２塔シリーズで通水した。
【００３７】
海水リーク発生から４０日目にプラント停止期間に移行し、イオン交換装置３０へ通水量４ｔ／Ｈｒで１時間流したが、処理水の電気伝導率は０．０１ｍＳ／ｍ以下を維持した。この間、イオン交換樹脂の交換は行わなかった。
【００３８】
停止後のタービン点検においては腐食は認められなかった。
【００３９】
［比較例１］
イオン交換装置３０が省略されたこと以外は実施例１と同一の発電システムにおいて、復水ヘッダー１４から復水が常時、軸部スプレーノズルに０．２ｔ／Ｈｒで給水され、起動時に翼部冷却スプレーとして４ｔ／Ｈｒで３時間給水され、停止時に排気室冷却スプレーとして４ｔ／Ｈｒで１時間給水される運転が行われている。
【００４０】
運転開始から２３６日後に海水リークが発生し、復水の酸電気伝導率が０．１８ｍＳ／ｍまで上昇した（通常時は０．０１ｍＳ／ｍ以下である。）。その後、運転は継続され、復水の酸電気伝導率０．１５〜０．２ｍＳ／ｍで推移した。海水リーク発生から４０日目にプラント停止時に移行した。
【００４１】
停止後のタービン点検においては翼部および軸部に腐食孔が認められた。
【００４２】
［実施例２］
実施例１において、復水の酸電気伝導率の上昇と関係なく、起動から停止までイオン交換装置３０に復水を通水し、イオン交換処理水を各スプレーノズルに供給した。運転中の電気伝導率は常時０．０１ｍＳ／ｍ以下であったが、復水中のアンモニア負荷により、カチオン樹脂がブレーク（破過）し、３５３日間の運転中にイオン交換樹脂３塔分を交換した。
【００４３】
停止後のタービン点検においては翼部および軸部に腐食孔は認められなかった。
【００４４】
＜結果・考察＞
復水のイオン交換処理用のイオン交換装置を用いない比較例１の運転では、海水リーク発生後からの運転期間が短いにもかかわらず、タービンの腐食が認められた。実施例１，２においては、イオン交換装置によりタービン給水の電気伝導率を極低レベルで維持することで、タービン腐食の発生が抑制された。
【００４５】
また、実施例１では、復水の酸電気伝導率を監視して運転を行うようにしたことにより、イオン交換樹脂の消耗が大幅に減少した。
【符号の説明】
【００４６】
１  蒸気タービン発電システム
２  ボイラ
３  主蒸気
４  再熱蒸気
５  タービン
６  高圧蒸気タービン
７  中圧蒸気タービン
８  低圧蒸気タービン
９  発電機
１０  電力系統
１１  復水器
１２  復水器ホットウェル
１３  復水ポンプ
１４  復水ヘッダー
１５  脱気器
１６  給水タンク
１７  液面レベル計測器
１８  低圧給水加熱器
１９  給水ポンプ
２０  高圧給水加熱器
３０  イオン交換装置
【図１】
2015102060.tif 000003
【図２】
2015102060.tif 000004