(57)【要約】【課題】冷却水リークに伴う腐食因子成分の系内持ち込みを回避することができるとともに、フラッシュ脱気を実現することができる蒸気タービンプラントを提供すること。【解決手段】管内に冷却水が流れて管外の水蒸気を冷却する非接触式冷却管２４が復水器２２に備えられている。また、非接触式冷却管２４によって冷却され凝縮した復水を空気によって冷却する空冷装置２７と、該空冷装置２７によって冷却された前記復水を前記非接触式冷却管２４内に冷却水として供給する復水循環ライン３０とを具備し、さらに、前記非接触式冷却管２４内の冷却水がボイラ２０の給水として戻されるようになっている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水を受けて水蒸気を発生させるボイラと、該ボイラからの水蒸気を利用する蒸気タービンと、真空ポンプによって排気され前記蒸気タービンから送られてくる水蒸気を冷却水によって冷却し凝縮させる復水器とを備えた蒸気タービンプラントにおいて、
管内に冷却水が流れて管外の水蒸気を冷却する非接触式冷却管が前記復水器に備えられているとともに、該非接触式冷却管によって冷却され凝縮した復水を空気によって冷却する空冷装置と、該空冷装置によって冷却された前記復水を前記非接触式冷却管内に冷却水として供給する復水循環ラインとを具備し、さらに、前記非接触式冷却管内の冷却水が前記ボイラの給水として戻されることを特徴とする蒸気タービンプラント。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気タービンプラントにおいて、
前記蒸気タービンからの水蒸気の流量と、該水蒸気の温度と、前記非接触式冷却管によって冷却されて凝縮した復水の温度と、前記空冷装置によって冷却された復水の温度と、前記空冷装置に取り込まれる空気の温度との少なくともいずれかに基づいて、前記空冷装置の冷却出力を調整する空冷装置稼働制御装置を具備していることを特徴とする蒸気タービンプラント。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蒸気タービンプラントにおいて、
前記復水器から前記空冷装置に送られる水に含まれる溶存酸素濃度を検出する溶存酸素計と、前記水を再び前記復水器内にスプレーするスプレー弁と、前記溶存酸素計により検出された溶存酸素濃度に基づいて前記スプレー弁の開度を制御するスプレー弁制御器とを具備していることを特徴とする蒸気タービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービンプラントに関し、特に復水器の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５，６に従来の発電プラント（蒸気タービンプラント）の復水器の一例について示した。図５は正面図、図６は平面図である。図において、１は蒸気入口、２は管群、３はホットウェル、４は復水出口管、５は復水ポンプ、６はグランドコンデンサ、７は弁、８は再循環管路、９は脱気器、１０は再循環水入口管、１１は海水入口、１２は海水出口、１３はバキュームポンプ、１４は空気抽出管である（海水冷却式が一般的であるが、冷却媒体が冷却塔を具備した循環冷却水（淡水）の場合と、空気冷却の場合もある）。
【０００３】
図示しない蒸気タービンを出た蒸気は、蒸気入口１から復水器内に入り、管群２を通る間に冷却され凝縮して復水となり、ホットウェル３に溜まる。その後、復水出口管４から復水ポンプ５，グランドコンデンサ６，弁７等を経て図示しないボイラに送給される。
【０００４】
一方、海水入口１１から導入された冷却用海水は、管群２を構成する伝熱管の中を流れ、管外の蒸気を冷却して凝縮させた後、海水出口１２から排出される。また蒸気中に含まれていた空気等の非凝縮性ガスは、バキュームポンプ１３により管群の中央部から空気抽出管１４を経て排出される。
【０００５】
プラント起動時においては、ボイラへ通水する復水の溶存酸素濃度を低く抑える必要がある。このため起動時には、弁７が全閉され、グランドコンデンサ６を出た復水は再循環管路８を通り脱気器９で脱気処理されつつ、再循環水入口管１０から再び復水器内に戻される。
なお、復水循環ラインに設置される脱気器は起動用脱気器と呼ばれ、稀にしか設置されていない。一般的には給水系統に設置されており、ユニット起動時には酸素リッチの状態で送水されることのほうが多い。
【０００６】
【特許文献１】
実開平７−３２３７１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の復水器においては、管群２内を流動する海水を用いて蒸気の冷却を行っているため、管群２にピンホールが生じて海水が復水に混入してしまう恐れがある。そのため、海水リークを防止・監視する水質監視機器、リークした場合の腐食因子除去のための薬注設備を設ける必要がある。
【０００８】
不純物混入を防止するために、蒸気を冷却する手段として空冷式を採用することもできる。しかしながら、空冷式では冷却速度が遅く、フラッシュ脱気効果があまり期待できない。そのため、ＨＲＳＧ（Ｈｅａｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｔｅａｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；  排熱回収ボイラ）では、復水器そのものが真空引きされているため、脱気器を設けなくとも脱気が行われる。したがって近年脱気器を設けない傾向にある（ＨＲＳＧとコンベンショナルの区別無く復水器は真空に引かれている）。しかしながら、空冷式では上記したようにフラッシュ脱気効果がほとんど期待できないため、ＨＲＳＧに対して空冷式を採用するためには、新たに脱気器を設けなくてはいけないという問題があった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、冷却水リークに伴う腐食因子成分の系内持ち込みを回避することができるとともに、フラッシュ脱気を実現することができる蒸気タービンプラントを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、給水を受けて水蒸気を発生させるボイラと、該ボイラからの水蒸気を利用する蒸気タービンと、真空ポンプによって排気され前記蒸気タービンから送られてくる水蒸気を冷却水によって冷却し凝縮させる復水器とを備えた蒸気タービンプラントにおいて、管内に冷却水が流れて管外の水蒸気を冷却する非接触式冷却管が前記復水器に備えられているとともに、該非接触式冷却管によって冷却され凝縮した復水を空気によって冷却する空冷装置と、該空冷装置によって冷却された前記復水を前記非接触式冷却管内に冷却水として供給する復水循環ラインとを具備し、さらに、前記非接触式冷却管内の冷却水が前記ボイラの給水として戻されることを特徴とする。
【００１１】
この発明においては、ボイラから吐出した水蒸気は、蒸気タービンに導入される。蒸気タービンから排出された蒸気は、復水器に流入する。復水器では、蒸気が非接触式冷却管内の冷却水により冷却されて凝縮する。復水器は真空ポンプにより真空引きされているため、蒸気が非接触式冷却管の管壁に触れて凝縮する際に、蒸気が急激に冷却されることにより、フラッシュ脱気効果を得ることができる。
凝縮した復水は、空冷装置において空冷される。空冷装置において冷却された復水は、復水循環ラインを経て冷却水として非接触式冷却管に送られる。したがって、非接触式冷却管では、蒸気が自らの復水によって冷却されることとなる。非接触式冷却管を出た復水は、再びボイラに給水され、蒸気となって蒸気タービンに導入される。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蒸気タービンプラントにおいて、前記蒸気タービンからの水蒸気の流量と、該水蒸気の温度と、前記非接触式冷却管によって冷却されて凝縮した復水の温度と、前記空冷装置によって冷却された復水の温度と、前記空冷装置に取り込まれる空気の温度との少なくともいずれかに基づいて、前記空冷装置の冷却出力を調整する空冷装置稼働制御装置を具備していることを特徴とする。
【００１３】
運転負荷の変動によって蒸気量が低下した場合や、外気温に変動があった場合などにおいて、空冷装置の冷却能力を落としてもよい場合がある。本発明においては、空冷装置稼働制御装置が空冷装置の出力を制御することで、より経済的な運転を行うことができる。
なお、空冷装置が複数のファンを備える場合には、ファンの稼働数を変えることで空冷能力を制御してもよいし、ファンの回転出力を変えることで空冷能力を制御してもよい。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の蒸気タービンプラントにおいて、前記復水器から前記空冷装置に送られる水に含まれる溶存酸素濃度を検出する溶存酸素計と、前記水を再び前記復水器内にスプレーするスプレー弁と、前記溶存酸素計により検出された溶存酸素濃度に基づいて前記スプレー弁の開度を制御するスプレー弁制御器とを具備していることを特徴とする。
【００１５】
復水器に対して補給水を供給する場合において、復水器の補給水率が高い場合、補給水には溶存酸素が多量に含まれているために復水中の溶存酸素濃度も高くなる場合がある。このため、溶存酸素計で溶存酸素濃度をスプレー弁制御器に取り込むことで、復水中の溶存酸素濃度が高くなる場合（溶存酸素濃度＞７ｐｐｂ）、スプレー弁制御器にてスプレー弁を制御し、復水の一部を再度復水器内にスプレーする。復水器は真空ポンプによって真空引きされているから、復水を復水器内にスプレーすることにより真空脱気効果が得られ、酸素が脱気される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の蒸気タービンプラントの第１実施形態としての発電プラントについて示した図である。
図において、符号２０はボイラ、２１はボイラ２０からの水蒸気を利用する蒸気タービン、２２は蒸気タービン２１からの水蒸気を冷却水によって冷却し凝縮させる復水器である。復水器２２は真空ポンプ２３によって脱気されている。また、復水器２２の内部には、管内に冷却水が流れて管外の水蒸気を冷却する非接触式冷却管２４が設けられている。符号２５は復水器２２内に凝縮した一次復水である。
また、符号２６は一次復水２５を復水器２２内から取り出す復水ポンプである。復水ポンプ２６によって取り出された一次復水２５は、空冷装置２７に導入される。空冷装置２７は、一次復水２５が供給される熱交換器２８と、該熱交換器２８に送風する空冷ファン２９とにより構成されている。
符号３０は熱交換器２８を通過して冷却された復水を非接触式冷却管２４に冷却水として供給する復水循環ラインである。
非接触式冷却管２４に冷却水として供給された復水は、復水器２２を経て再びボイラ２０に給水されるようになっている。
【００１７】
次に、上記のように構成された発電プラントの動作について説明する。
ボイラ２０から吐出した水蒸気は、蒸気タービン２１に導入される。蒸気タービン２１から排出された蒸気は、復水器２２に流入する。復水器２２では、蒸気が非接触式冷却管２４内の冷却水により冷却されて凝縮する。復水器２２は真空ポンプ２３により真空引きされているため、蒸気が非接触式冷却管２４の管壁に触れて凝縮する際に、蒸気が急激に冷却されることにより、フラッシュ脱気効果を得ることができる。
凝縮した水は一次復水２５として復水器２２底部に溜まる。一次復水２５は復水ポンプ２６によって取り出され、続いて空冷装置２７に供給される。一次復水２５は熱交換器２８に供給され、熱交換器２８は空冷ファン２９により送風されることで、冷却空気が熱交換器２８の管周囲を流れる際に管内の復水を冷却する。冷却された復水は、復水循環ライン３０を通って冷却水として非接触式冷却管２４に送られる。非接触式冷却管２４では、蒸気が自らの復水によって冷却されることとなる。
非接触式冷却管２４を出た復水は、再びボイラ２０に給水され、蒸気とされて蒸気タービン２１に導入される。
【００１８】
以上のように構成された本実施形態においては、以下の効果を得ることができる。
復水を空冷するだけでは冷却速度が遅いために十分な脱気効果は得られない。しかしながら、本実施形態のように空冷後の復水を復水器２２に導入し、復水によって蒸気を冷却することで、蒸気が急激に冷却され、フラッシュ脱気を行うことができる。したがって、高い脱気効果を得ることができる。
また、冷却水として不純物を含まない復水自身を使用しているから、非接触式冷却管２４にピンホールが生じて冷却水が復水に混入してしまった場合であっても、冷却水として海水を用いた場合と異なり腐食因子成分の系内持ち込みを回避することができ、復水を高純度に維持することができる。したがって、従来海水リーク対策用に設けられていた水質監視機器、薬注設備の削減等、水質管理の簡略化が可能である。
このように、本実施形態の発電プラントにおいては海水が不要であるから、海岸沿い以外での内陸部および山岳部、または、海岸沿いであっても海水冷却方式を採用できない地域において有効な手段となりうる。
【００１９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図２は本実施形態に係る発電プラントである。なお、上記第１実施形態と概略構成は同一であるので、同一構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
図において、符号３２は、蒸気タービン２１における蒸気流量、蒸気温度を示す運転データである。符号３３は非接触式冷却管２４によって冷却されて凝縮した一次復水２５の温度を検出する温度計、３４は熱交換器２８によって冷却された復水温度（以下、熱交換器出口温度と呼ぶ。）を検出する温度計、３５は空冷ファン２９に取り込まれる空気の温度（以下、冷却空気温度と呼ぶ。）を検出する温度計である。
符号３６は、上記の運転データ３２、温度計３３，３４，３５により検出されたそれぞれ一次復水温度、熱交換器出口温度、冷却空気温度が取り込まれる空冷ファン稼働制御盤（空冷装置稼働制御装置）である。本実施形態において空冷ファン２９は複数台設けられており、空冷ファン稼働制御盤３４は、取り込まれた上記各データに応じて、空冷ファン２９の稼働数を変える制御を行う。
また、符号３７は再循環量制御弁である。
【００２０】
次に、本実施形態の動作について説明する。
空冷ファン稼働制御盤３６は、プラントの運転データ（蒸気の流量と温度）３２を取り込み、また、各所に設けられた温度計３３，３４，３５により検出された温度を取り込む。これら蒸気の流量、温度、および各所の温度（一次復水温度、熱交換器出口温度、冷却空気温度）に基づいて、空冷ファン２９の稼働数を制御する。
空冷ファン稼働制御盤３６は、具体的には以下のように空冷ファン２９の稼働数を制御する。
図３のように、蒸気流量、温度、一次復水温度、熱交換器出口温度、および、冷却空気温度が低下した場合には、空冷ファン２９の稼働数を減らしても復水を十分低温に冷却することができる。このため、一部の空冷ファン２９を停止させる。蒸気流量、温度、一次復水温度、熱交換器出口温度、および、冷却空気温度が増加した場合には、空冷ファン２９の稼働数を増加させて復水の冷却を促進させる。
例えば、ユニットの運転負荷が低下した場合は、蒸気量が減るため、空冷ファン稼働制御盤３６は空冷ファン２９の稼働数を減らす。また、季節・昼夜の温度差により冷却空気温度が低下した場合は、多数の冷却ファン２９を稼働させる必要がないので、一部を停止させることができる。
【００２１】
このように、本実施形態においては上記第１実施形態の効果に加え、適宜空冷ファン２９を停止させることができるため、より経済的な運転を実現することができる。
なお、複数台設けられた空冷ファン２９の稼働数を変えることのほか、ファン２９の回転出力を変える制御を行うようにしてもよい。要は熱交換器２８に対する冷却能力を変更することができればよい。
また、本実施形態においては空冷ファン稼働制御盤３６は、蒸気流量、蒸気温度、一次復水温度、熱交換器出口温度、および、冷却空気温度のすべてを要素として空冷ファン２９の稼働を制御していたが、これらの要素の選択は適宜変更してもよい。
【００２２】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図４は本実施形態に係る発電プラントである。なお、上記第１実施形態と概略構成は同一であるので、同一構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
符号４０は復水器２２に補給される補給水である。符号４１は、復水ポンプ２６によって復水器２２から取り出された一次復水２５に含まれる溶存酸素濃度を検出する溶存酸素計である。
復水ポンプ２６によって復水器２２から取り出された一次復水２５の一部は、復水ポンプ２６と熱交換器２８との間で一部分岐し、スプレー弁４２によって再び復水器２２内にスプレーされるようになっている。
符号４３はスプレー弁制御器であり、溶存酸素計４１により検出された溶存酸素濃度が入力されているとともに、該溶存酸素濃度に基づいてスプレー弁４２の開度を制御するようになっている。
【００２３】
このように構成された本実施形態の発電プラントにおいては、補給水率が高いユニットや、溶存酸素濃度を低下させる必要がある起動時に適用することが特に有効である。
復水器２２の補給水率が高い場合、補給水中には多量に溶存酸素が含まれるために復水中の溶存酸素濃度が高くなる場合がある。このため、復水ポンプ２６出口に設けた溶存酸素計４１で溶存酸素濃度の濃度をスプレー弁制御器４３に取り込む。そして、復水中の溶存酸素濃度が高くなる場合（溶存酸素濃度＞７ｐｐｂ）、スプレー弁制御器４３にてスプレー弁４２を制御し、復水の一部を再度復水器内にスプレーする。復水器２２は真空ポンプ２３によって真空引きされているから、復水を復水器２２内にスプレーすることにより真空脱気効果が得られ、酸素が脱気される。
【００２４】
以上のように、本実施形態においては上記第１実施形態の効果に加え、酸素を脱気することができるから、脱気器を設けることなく、復水中の酸素濃度を基準値以下に抑えることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の蒸気タービンプラントにおいては以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載の発明によれば、復水を空冷するだけでなく、非接触式冷却管によってフラッシュ脱気を行うことができるため、高い脱気効果を得ることができる。
また、冷却水として不純物を含まない復水自身を使用しているから、非接触式冷却管にピンホールが生じて、冷却水が復水に混入してしまった場合であっても、冷却水として海水を用いている従来技術と異なり、腐食因子成分の系内持ち込みを回避することができ、復水を高純度に維持することができる。したがって、海水リーク対策用の水質監視機器、薬注設備の削減等、水質管理の簡略化が可能である。
このように、本発明の蒸気タービンプラントにおいては海水が不要であるから、海岸沿い以外での内陸部および山岳部、または、海岸沿いであっても海水冷却方式を採用できない地域において有効な手段となりうる。
【００２６】
請求項２に記載の発明によれば、適宜空冷装置の出力を変えることができるため、より経済的な運転を実現することができる。
請求項３に記載の発明によれば、酸素を脱気することができるから、復水中の酸素濃度を基準値以下に抑えることができ、補給水率の高いユニットや、ユニットの起動時など、溶存酸素濃度を低下させる必要がある場合に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発電ユニットの構成を示した図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る発電ユニットの構成を示した図である。
【図３】同発電ユニットにおける、空冷ファン稼働制御盤による空冷ファン稼働数の制御について示した図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る発電ユニットの構成を示した図である。
【図５】従来の発電プラントの復水器を示した正面図である。
【図６】従来の発電プラントの復水器を示した平面図である。
【符号の説明】
２０  ボイラ
２１  蒸気タービン
２２  復水器
２３  真空ポンプ
２４  非接触式冷却管
２５  一次復水
２６  復水ポンプ
２７  空冷装置
３０  復水循環ライン
３６  空冷ファン稼働制御盤（空冷装置稼働制御装置）
４１  溶存酸素計
４２  スプレー弁
４３  スプレー弁制御器
【図１】
2004156517.tif 000003
【図２】
2004156517.tif 000004
【図３】
2004156517.tif 000005
【図４】
2004156517.tif 000006
【図５】
2004156517.tif 000007
【図６】
2004156517.tif 000008