(57)【要約】【課題】深夜起動停止時の運転コストの削減を図ることを目的とする【解決手段】発電設備は、貫流型ボイラで作った蒸気を蒸気タービン１，３に供給し、その後この蒸気を復水器５で冷却凝縮してボイラに戻すサイクルを有する。深夜起動停止時には、復水器５の真空破壊を行い、循環水ポンプ２５等の補機類の停止およびグランド蒸気の供給停止により、コスト削減を図る。この真空破壊後の真空上昇時には、復水器５と復水処理装置９との間で復水を循環させてクリーンアップを行う。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫流型ボイラで作った蒸気を蒸気タービンに供給し、その後この蒸気を復水器で冷却凝縮してボイラに戻すサイクルを有する発電設備の運転に際し、深夜起動停止時に、復水器の真空破壊を行うことを特徴とする発電設備の運転方法。
【請求項２】
上記真空破壊後の真空上昇時に、復水器と復水処理装置との間で復水を循環させてクリーンアップを行う請求項１記載の発電設備の運転方法。
【請求項３】
深夜起動停止の指令に基づいて解列から並列までの時間を求め、この時間が規定時間以上の時に真空破壊を行い、それ以外では真空保持する請求項１または２記載の発電設備の運転方法。
【請求項４】
上記深夜起動停止中の補機類冷却用の冷却水をスクリーン洗浄ポンプで供給する請求項１〜３何れか記載の発電設備の運転方法。
【請求項５】
貫流型ボイラで作った蒸気を蒸気タービンに供給し、その後この蒸気を復水器で冷却凝縮してボイラに戻すサイクルを有する発電設備の運転に用いられるコンピュータプログラムであって、
受信した深夜起動停止指令に基づいて解列から並列までの時間を求め、この時間が規定時間以上の時に真空破壊指令を送信し、それ以外の時に真空保持指令を送信することを特徴とする発電設備の運転用コンピュータプログラム。
【請求項６】
請求項５に記載したコンピュータプログラムを記録した記録媒体。
【請求項７】
請求項５に記載したコンピュータプログラムを実行する発電設備の運転システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貫流型ボイラを有する発電設備における運転方法および運転用のコンピュータプログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発電プラントの基本系統は、ボイラで高温・高圧蒸気を作り、その蒸気の力でタービンを回転させ、仕事を終えて低温・低圧になった蒸気を復水器で冷却凝縮して水（復水）に戻し、再びボイラに戻すサイクルを構成している。このサイクル中で復水器の内部は、熱効率の向上等の観点から、真空状態に保持されている。
【０００３】
発電設備で使用されるボイラは貫流型とドラム型に大別される。貫流型ボイラを有する発電設備では、その構造上、ボイラ缶水中の不純物が全て蒸気側へ持ち込まれる。この不純物はボイラおよびタービン内でスケール化し、プラント効率低下の原因となるので、復水や給水への不純物の混入は極力避ける必要がある。
【０００４】
ところで、発電設備の停止モードには、深夜起動停止（ＤＳＳ：毎日起動停止とも呼ばれる）が存在する。このモードは電力需要の少ない深夜にユニット（ボイラ、タービン等の主機を含む系統）を停止させて燃料消費量の削減を図るもので、ＷＳＳ（週末起動停止）やＬＳＳ（長期起動停止）の各モードに比べ、ユニットの停止時間が短いという特徴がある（ＷＳＳで数日、ＬＳＳで数十日〜数ヶ月であるのに対し、ＤＳＳでは数時間〜１５時間程度である）。
【０００５】
図１０は、上記深夜起動停止時における従来設備の稼動状況を示す図である。深夜起動停止中、復水器内部は、真空ポンプの稼動により真空に保持されている（真空保持）。復水は、復水ポンプおよび復水ブースタポンプを稼動し、かつ復水再循環弁を開くことにより、復水器と復水処理装置との間を循環し、クリーンアップされる。タービン軸のケーシングに対する貫通部は、主ボイラとは別のボイラで生成したグランド蒸気により、大気に対してシールされる。復水器内部に入ったグランド蒸気を冷却するため、循環水ポンプが稼動し、海水等の循環水を復水器に供給して除熱が行われる。
【０００６】
このように、従来の深夜起動停止モードでは、復水に不純物が混入しないよう復水器の真空を保持する一方、復水を復水器と復水処理装置との間で循環させ、タービン運転中と同等の高い水質を保ってユニットの再起動時の時間短縮を図り、給電部門からの起動指令に対する即応性を高めている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように深夜起動停止時に復水器を真空保持状態とすると、グラント蒸気を生成するための燃料費が必要となり、かつ循環水ポンプ、真空ポンプ、復水ポンプ、および復水ブースタポンプ等の補機動力が必要となる。そのため、深夜起動停止時の運転コストが増大し、これが発電コストの高騰を招く一因となる。
【０００８】
そこで、本発明は、深夜起動停止時の運転コストの削減を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的の達成のため、本発明では、貫流型ボイラで作った蒸気を蒸気タービンに供給し、その後この蒸気を復水器で冷却凝縮してボイラに戻すサイクルを有する発電設備の運転に際し、深夜起動停止時に、復水器の真空破壊を行うこととした（請求項１）。
【００１０】
真空破壊は、復水器内の真空状態を破壊し、内部圧力を大気圧と同程度まで高める操作である。このように深夜起動停止時に真空破壊を行うことにより、復水器の真空状態を保持する必要がなくなるので、真空ポンプ２３を停止することができ、その運転コストを削減することができる。また、グランド蒸気によるタービン軸貫通部におけるシールが不要となるので、グランド蒸気自体が不要となり、これを生成するための燃料が不要となる。さらには、グランド蒸気冷却用の循環水も不要となるので、循環水ポンプ２５を停止してその動力削減を図ることができる。
【００１１】
ところで、真空破壊は、従来からＷＳＳやＬＳＳでも行われている。真空破壊は空気との接触による水質悪化を招くものであるから、ＷＳＳやＬＳＳでは、水質管理対策として、真空破壊後のプラント起動に先立って復水系統Ａ、低圧給水系統Ｂ、高圧給水系統Ｃの各系統ごとに順次クリーンアップ循環を行うようにしている。また、機器内部の酸化腐食を防止するため、真空破壊中は低圧給水系Ｂの低圧ヒータや高圧給水系Ｃの高圧ヒータに窒素を充填するようにしている。
【００１２】
しかしながら、これらの水質管理対策は、何れもその実行に長時間を要するものであるため、発生頻度の高いＤＳＳの真空破壊でも同様の対策を行ったのでは、発電設備の稼動効率を大幅低下を招く。従って、ＤＳＳの真空破壊に適合した独自の水質管理手段を検討する必要がある。
【００１３】
以上の観点から、本発明では、ＤＳＳ時において、真空破壊後の真空上昇時に、復水器と復水処理装置との間で復水を循環させてクリーンアップを行うこととした。この場合、復水・給水系統のクリーンアップは、復水系統でのみ行われ、低圧給水系統および高圧給水系統のクリーンアップ、および低・高圧ヒータへの窒素充填は行わないこととした。
【００１４】
また、復水系統のクリーンアップは、真空上昇時に行うこととし、真空破壊開始後、真空上昇開始に至るまでの間は、クリーンアップしないこととした。従来の真空保持によるＤＳＳでは、その全期間を通じて復水系統のクリーンアップが行われていたが、少なくとも真空破壊開始後、真空上昇開始までの間のクリーンアップを廃止することにより、この間の復水ポンプ７や復水ブースタポンプ１３の運転コストを削減することができ、真空破壊コストの低減が可能となる。
【００１５】
ところで、このように真空破壊を行った場合には、以下の問題が懸念される。
【００１６】
▲１▼復水器冷却水系統の停止に伴う問題点
復水器の真空破壊に伴い、復水器の冷却水系統が早期に停止されるが、冷却水系統の停止後にボイラからの高温ドレンが流入した場合、復水器内部の温度が上昇し、復水器のエキスパンション部を損傷するおそれがある。また、復水器内部の温度上昇によって、タービンの軸位置、ロータ・羽根の伸び差、ロータ偏心に起因したラビングにより、タービン起動時に振動を発生するおそれがある。
【００１７】
▲２▼復水処理装置の停止
ＤＳＳでの真空破壊に伴い、低圧・高圧給水系のクリーンアップを廃止したこと、一定期間復水系統のクリーンアップを行わないこと、低圧・高圧ヒータへの窒素充填を廃止したことから、水質の悪化が懸念される。
【００１８】
以上の問題点に関し、本発明者等が検証したところ、以下の結論が得られた。
【００１９】
▲１▼について
実際に真空破壊中に復水器冷却水系統を停止させたところ復水器への流入ドレンは生じなかった。図５は、真空破壊中における復水温度、排気室温度、軸位置、ロータ・羽根の伸び差、ロータ偏心を測定した結果を示すものである。排気室温度はＭＡＸ６３．６℃で警報値８０℃に対して十分な余裕があり、ホットウェル復水温度は通常値であることが確認された。また、タービンの軸位置、ロータ偏心、伸び差も通常値であり、タービン起動時においても振動発生はなく、異常のないことが確認された。これより上記▲１▼は問題とならないことが判明した。
【００２０】
▲２▼について
上記水質悪化対策を採用したことによる真空破壊後の水質悪化の程度を検証するため、以下の水質試験を行った。
【００２１】
Ａ）復水クリーンアップ中の鉄濃度
真空破壊後、復水系統クリーンアップ中における復水中の鉄濃度を測定した。測定結果は図６に示す通りである。これにより、クリーンアップ中の復水の鉄濃度は最大でも１７．６ｐｐｂであり、管理値の５００ｐｐｂよりも十分に小さく、特に問題ないことが確認された。
【００２２】
Ｂ）起動工程中における濁度
上記クリーンアップ完了後のユニット起動中における復水の濁度を、クリーンアップ完了時、ＡＰＳ時（ユニット起動指令ＯＮ）、ボイラ点火時、起動完了時のそれぞれで測定したところ、図７参照に示す結果が得られた。何れの段階でも復水の濁度は、管理値である０．０４ｐｐｍよりも十分に低く、特に問題のないことが判明した。
【００２３】
Ｃ）給・復水系統の溶存酸素
真空破壊後、ＡＰＳ時、ボイラ点火時、通気時（メーンタービン通気時）、起動完了時、１時間後、および２時間後の給水系統および復水系統の溶存酸素（ｐｐｂ）を測定したところ、図８および図９に示す結果が得られた（図８は給水系統の溶存酸素、図９は復水系統の溶存酸素である）。図示のように真空破壊により給・復水中の酸素濃度は一時的に上昇するが、起動完了時から１時間後には溶存酸素は基準値（給水系統で４０ｐｐｂ、復水系統で７ｐｐｂ）を下回ることが確認された。
【００２４】
Ｄ）低・高圧抽気ドレンの鉄濃度を測定したところ、鉄濃度は高圧ヒータで７．１、低圧ヒータで９．２（ｐｐｂ）となり、管理値である５０ｐｐｂを大きく下回ることが確認された。
【００２５】
以上のＡ）〜Ｄ）の試験結果から、上述した復水系統Ａのみのクリーンアップであっても、水質は全て管理値以内となり、ユニット運転中と同等の水質を保持できることが確認された。また、この場合でも低・高圧抽気ドレンの回収時期や起動時間（ＡＰＳ「ＯＮ」〜起動完了）も現行と同等のレベルとなり、給電対応への即応性が確保されることが明らかになった。
【００２６】
上記運用の具体的態様としては、深夜起動停止指令に基づいて解列から並列までの時間を求め、この時間が規定時間以上の時に真空破壊を行い、それ以外では真空保持することが考えられる。
【００２７】
深夜起動停止指令は、発電設備に送信された深夜起動停止を行う旨の指令である。この指令にユニットの起動指令が含まれている場合は、これに基づいて解列（送電停止）から並列（送電開始）までの時間を求める。この時間が規定時間（例えば８時間）以上の時には真空破壊を行い、それ以外の時は真空保持することにより（請求項３）、発電設備の効率的な運用が可能となる。深夜起動停止指令にユニットの起動指令が含まれていない場合は、一旦真空保持を行い、その後、ユニットの起動指令が送信された時点で真空破壊を行うか否かを判断すればよい。上記規定時間は、ユニットの起動・停止に要する最低限の時間以上とし、真空破壊を行うことによるコストメリットがあるか否かに基づいて定めることができる。
【００２８】
以上の運転方法は、受信した深夜起動停止指令に基づいて解列から並列までの時間を求め、この時間が規定時間以上の時に真空破壊指令を送信し、それ以外の時に真空保持指令を送信するコンピュータプログラムおよびこのプログラムを実行する運転システムによって行うことができる（請求項５および６）。このコンピュータプログラムは、記録媒体にも記録され得る（請求項７）。
【００２９】
従来、発電所において補機類を冷却する冷却水クーラは循環水ポンプで圧送した循環水で冷却されている（図１０参照）。しかしながら、上記のように真空破壊を行った場合、循環水ポンプを停止させるため、循環水ポンプによる冷却水クーラの冷却が行えず、その冷却方法が問題となる。
【００３０】
そこで、本発明では、真空破壊中の補機類冷却用の冷却水をスクリーン洗浄ポンプ３１で供給することとした（請求項４）。スクリーン洗浄ポンプ３１は、本来、海、河川等の取水口に取付けられたスクリーンを洗浄する際に使用されるものであるが、真空破壊中は循環水系統が停止状態にあるため、取水口からの取水もなく、スクリーン洗浄ポンプ３１は停止状態にある。従って、このスクリーン洗浄ポンプ３１を真空破壊中の冷却水クーラ３５の冷却用に転用することができ、これにより新たにポンプ類を新設することなく既設の設備を用いて真空破壊を行うことが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、発電設備の一例として、再熱サイクルを使用したプラントを例示している。図示しないボイラから高中圧タービン１を経て低圧タービン３に流入した蒸気は、復水系統Ａに送られる。復水系統Ａでは、低圧タービン３からの蒸気が復水器５に排出され、冷却凝縮されて復水となる。復水は、復水ポンプ７、復水処理装置９、グランドコンデンサ１１、および復水ブースタポンプ１３を経て低圧給水系統Ｂに送られる。復水処理装置９は、ろ過装置および脱塩装置からなり、復水中の不純物や腐食生成物を除去する。
【００３３】
低圧給水系統Ｂでは、低圧ヒータ１５で給水加熱を行い、さらに脱気器１７にて残存ガスを物理的に分離除去する。その後、給水は蒸気タービン駆動のボイラ給水ポンプ１９（ＢＦＰ）によって高圧給水系統Ｃに送られ、高圧ヒータ２１に加熱された上でボイラに供給される。低圧ヒータ１５および高圧ヒータ２１は何れも中高圧タービン１からの抽気蒸気で給水加熱を行う。
【００３４】
なお、図１中で、２３は復水器５に接続された真空ポンプ、２５は、復水器５に冷却水（例えば海水）を圧送する循環水ポンプ（ＣＷＰ）で、本実施形態の発電設備では循環水ポンプが二台設置されている。２７は脱気器循環ポンプである。
【００３５】
高中圧タービン１、低圧タービン３、およびボイラ給水ポンプ１９（ＢＦＰ）の駆動用タービン２９（ＢＦＰ・Ｔ）の各軸貫通部は、それぞれグランド蒸気によってシールされている。
【００３６】
本発明では、深夜起動停止時（ＤＳＳ）に復水器５の真空破壊を行う。なお、ここでの深夜起動停止は、解列（送電停止）から並列（送電開始）までの時間が８時間以上で１５時間以下となるものをいう。
【００３７】
図１には、真空破壊中の各系統の稼動状況が表されており、図中の破線部分は停止状態の系統を、太い実線が稼動中の系統を表す（図１０も同様）。
【００３８】
図示のように、真空破壊中は、真空保持中とは異なり、真空ポンプ２３、循環水ポンプ２５、復水ポンプ７、復水ブースタポンプ１３がそれぞれ停止状態にある。また、グランド蒸気によるタービン軸貫通部におけるシールが不要となるので、グランド蒸気自体が不要となり、これを生成するための燃料費も不要となる。従って、ＤＳＳでも真空保持していた従来に比べ、ＤＳＳコストの大幅な削減を図ることができる。特に循環水ポンプ２５の動力消費量は補機類の中で最も大きいので、これを停止させることによる運転コストの削減効果は大きい。一方、真空破壊中に稼動するのは、スクリーン洗浄ポンプ３１、海水ブースタポンプ３３、およびＢＦＰシール水ポンプ３５に限られ、一般にこれらのポンプ出力は小さい。従って、ＤＳＳの真空破壊化で新たに必要となる動力はごく僅かで、この動力分を考慮しても循環水ポンプ２５等の停止によるコスト削減効果の方が大きくなる。
【００３９】
図２は、本発明におけるＤＳＳ時の停止工程（同図ａ）と起動工程（同図ｂ）の実際の手順を示すものである（図中の数値は所要時間（分）を表す。図３も同様）。復水器５の真空破壊は、ユニットの停止工程中、一方の循環水ポンプ２５を停止させる一方、他方の循環水ポンプを稼動させた状態で行われる。真空破壊完了後、復水系統を停止（復水ポンプ７および復水ブースタポンプ１３の停止）させ、さらに循環水ポンプ２５を全台停止させてスクリーン切替が行われる。スクリーン切替は、循環水ポンプ２５の停止に伴い、補機類の冷却用クーラ３５に冷却水を供給するポンプを循環水ポンプ２５からスクリーン洗浄ポンプ３１に切換える工程である。真空破壊での停止中は、取水口からの取水が停止されるので、取水口のスクリーンを洗浄するスクリーン洗浄ポンプ３１は特に必要とされない。従って、このポンプ３１を冷却水クーラ３５の冷却用に転用することにより、ポンプを新設することなく、ＤＳＳ時の真空破壊が行えるようになる。
【００４０】
その後のユニットの起動時には、同図（ｂ）に示すように、真空破壊による水質管理対策として、復水系統Ａのクリーンアップが行われる。このクリーンアップは、復水ポンプ７および復水ブースタポンプ１３を起動させ、かつ復水再循環弁３７を開いて復水を復水器５と復水処理装置９との間で循環させる工程である。この復水系統クリーンアップと並行して、復水器５の真空上昇が行われ（例えば真空上昇開始と共にクリーンアップを開始し、真空上昇完了と共にクリーンアップを終了する）、真空ポンプ２３が起動すると共に、タービン軸貫通部へのグランド蒸気の供給が開始される。その後、ユニットが再起動し、並列に移行する。
【００４１】
この工程を、従来より行われていたＷＳＳやＬＳＳでの真空破壊工程と比較すると（図３（ａ）（ｂ）参照）、上記ＤＳＳでは、ユニット停止工程での低圧ヒータ１５および高圧ヒータ２１への窒素封入、並びにユニット起動工程での低圧給水系統Ｂおよび高圧給水系統Ｃのクリーンアップが省略されている。従って、これらの工程の所要時間（低・高圧ヒータ１５，１７への窒素封入工程として約２０分、低圧および高圧給水系統Ｂ，Ｃのクリーンアップ工程として約１５０分）分を省略でき、ＤＳＳ時のユニットの停止および起動時間を短縮して、給電部門からの起動指令に対して迅速な対応が可能となる。
【００４２】
このように復水系統Ａのみのクリーンアップを行う場合、復水・給水の水質低下が懸念されるところであるが、上述の通り本発明者らの検証によれば、特段の水質悪化は認められず、ユニット運転中と同等の高い水質が維持されることが明らかにされた。
【００４３】
図４は、ＤＳＳの停止・起動工程における各補機の稼動状況を示すものである。図中の黒塗り部分が運転中を、それ以外は停止中を表す。図示のように、真空破壊後、真空上昇までは、循環水ポンプ２５をはじめ、多くの補機類を停止できるので、ＤＳＳに要するコストを大幅に減じることができる。
【００４４】
ＤＳＳ時の停止時間（解列から並列まで）が長くなると、上記補機類の運転停止期間が長くなり、真空破壊によるコスト低減効果がより顕著なものとなるため、上記停止時間は規定時間以上とするのが好ましい。この規定時間は、個々の発電設備における起動および停止工程の所要時間等によって異なる値となるが、例えば本実施形態にかかる発電設備の場合、上記規定時間が８時間以上であれば、コスト評価に最も影響を及ぼす循環水ポンプ２５を少なくとも２時間停止させることができ、顕著なコスト低減効果が得られるので好ましい。一方、８時間未満であれば、水質維持および起動命令に対する即応性確保の観点からも、真空破壊ではなく真空保持を行うのが好ましい。
【００４５】
ところで、ＤＳＳを行う旨の指令（ＤＳＳ指令）が給電部門から送信された時、この指令にユニット起動指令（起動時間を指定した指令）が含まれている場合と含まれていない場合がある。含まれている場合は、解列から並列までの時間が上記規定時間以上であるか否かを判断し、規定時間以上である場合には、真空破壊を行い、規定時間未満であれば真空保持を行うように制御することができる。
【００４６】
一方、ＤＳＳ指令にユニット起動指令が含まれていない場合は、一旦真空保持を行い、その後、ユニットの起動指令を受信した時点で真空破壊を行うか否かを判断すればよい。例えば、ユニットが完全停止した後にユニットの起動指令を受信した場合は、受信時から並列までの時間が上記規定時間未満であれば、そのまま真空保持を継続し、規定時間以上であれば真空破壊に切換えるように制御する。一方、ユニットの完全停止前にユニット起動指令を受信した場合は、ユニットの完全停止〜並列までの時間が上記規定時間以上か未満かで同様に制御することができる。
【００４７】
以上の制御は、予め発電設備の監視制御装置に予めプログラミングしておくことで、自動制御が可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、深夜起動停止時に復水器の真空破壊を行うので、同停止時に真空保持を行っていた従来に比べ、停止中における補機類の運転コストやグランド蒸気の生成コストを削減することができ、深夜起動停止のコストを大きく削減し、発電コストの低減に寄与することができる。
【００４９】
また、真空破壊後のクリーンアップを復水系統でのみ行えば、ユニットの起動・停止の所要時間を短縮できるので、給電指令に対する即応性を高めることができ、発生頻度の高い深夜起動停止に適合した独自の水質管理手段を講じることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる発電設備の、ＤＳＳ真空破壊中の各系統の稼動状況を示す図である。
【図２】ＤＳＳ真空破壊時の停止工程（ａ図）と、起動工程（ｂ図）とを示すものである。
【図３】ＷＳＳ（ＬＳＳ）真空破壊時の停止工程（ａ図）と、起動工程（ｂ図）とを示すものである。
【図４】ＤＳＳ真空破壊時の停止・起動工程における各補機の稼動状況を示す図である。
【図５】ＤＳＳ真空破壊を行った際の復水温度、排気室温度、軸位置、ロータ・羽根の伸び差、ロータ偏心を測定した結果を示すものである。
【図６】ＤＳＳ真空破壊後の復水系統クリーンアップ中における復水中の鉄濃度の測定結果を示す図である。
【図７】上記クリーンアップ完了後のユニット起動中における複数の濁度の測定結果を示す図である。
【図８】ＤＳＳ真空破壊後のユニット起動工程における復水中の溶存酸素の測定結果を示す図である。
【図９】ＤＳＳ真空破壊後のユニット起動工程における給水中の溶存酸素の測定結果を示す図である。
【図１０】ＤＳＳの真空保持中における各系統の稼動状況を示す図である。
【符号の説明】
１　　高中圧タービン
３　　低圧タービン
５　　復水器
７　　復水ポンプ
９　　復水処理装置
１１　グランドコンデンサ
１３　復水ブースタポンプ
１５　低圧ヒータ
１７　脱気器
１９　ボイラ給水ポンプ
２１　高圧ヒータ
２３　真空ポンプ
２５　循環水ポンプ
２７　脱気器
２９　ボイラ給水ポンプ駆動用タービン
３１　スクリーン洗浄ポンプ
３３　海水ブースタポンプ
３５　冷却水クーラ
３７　復水再循環弁
Ａ　　復水系統
Ｂ　　低圧給水系統
Ｃ　　高圧給水系統
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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