(57)【要約】【課題】複数のボイラを備えた火力発電プラントにおいて、冬季などに水圧試験を行う際に、メタル温度を安全かつ効率的に上昇させることが可能な主蒸気止め弁の予熱方法を提供する。【解決手段】他のボイラの補助蒸気で加熱して脱気器５の貯留水を温水にし、この温水をボイラ給水ポンプ６の駆動により高圧給水加熱器７、過熱器スプレー弁８及び減温器９から主蒸気管１７へと流し、主蒸気止め弁１２の予熱に用いる。主蒸気止め弁１２との熱交換を終えた温水は、バイパス管２０ａ，２０ｂを経由してブロータンク１８に流れ、系統外へ排出される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラで発生した主蒸気を蒸気タービンに供給するための主蒸気管と、
この主蒸気管に設置される主蒸気止め弁と、
脱気器に貯留された給水を前記ボイラへ向けて送出するボイラ給水ポンプと、
前記給水を前記ボイラに供給するための給水管と、
この給水管から分岐して前記主蒸気管に接続されるボイラバイパス管と、
を備える火力発電プラントにおいて前記ボイラの起動時に前記主蒸気止め弁を予熱する方法であって、
前記脱気器に貯留された前記給水を加熱して温水とする工程と、
前記ボイラ給水ポンプを駆動することにより前記ボイラバイパス管を介して前記脱気器から前記温水を前記主蒸気管に供給し，前記主蒸気止め弁を予熱する工程と、
を備えたことを特徴とする主蒸気止め弁の予熱方法。
【請求項２】
前記火力発電プラントは前記ボイラの他に，稼働状態にある第２のボイラを備え、
前記脱気器に貯留された前記給水を，この第２のボイラで発生する補助蒸気を利用して加熱することを特徴とする請求項１記載の主蒸気止め弁の予熱方法。
【請求項３】
前記脱気器に貯留された前記給水を電気ヒーターによって加熱することを特徴とする請求項１記載の主蒸気止め弁の予熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電プラントを起動する際に主蒸気止め弁を予熱する方法に係り、特に、既存設備の利用により省エネルギー化を図ることが可能な主蒸気止め弁の予熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラントでは、水圧試験のために、定期的にボイラの運転が停止される。ボイラで生成された主蒸気を蒸気タービンへ送る配管には主蒸気止め弁が設けられているが、この主蒸気止め弁は配管内を流れる主蒸気のために、通常、高温状態となっている。しかし、ボイラの水圧試験中は配管内に主蒸気が存在しないため、主蒸気止め弁の温度は低下する。そして、主蒸気止め弁の温度が遷移温度よりも低くなると、水圧試験により主蒸気止め弁が脆性破壊するおそれがある。そのため、冬季に水圧試験を行う場合には、主蒸気止め弁の予熱が必要となる。
【０００３】
ここで、火力発電プラントの構成について図３を参照しながら簡単に説明する。
図３は従来の火力発電プラントの構成を示すブロック図である。なお、蒸気タービンには、高圧用、中圧用、低圧用があり、ボイラも複数基設置されることが多いが、説明を簡単にするため、図３では蒸気タービンとボイラがそれぞれ１基ずつ設置されている場合を示している。
図３に示す火力発電プラント１は、節炭器２、ボイラ３及び１次過熱器４等を備えており、燃料を燃やして得られた熱で高温高圧の蒸気を発生させるものである。また、脱気器５は、水を蒸気によって直接加熱し、水中に溶存しているガスを除去する装置である。なお、脱気器５にはボイラ３に送るための水（給水）が所定量貯留されている。
【０００４】
ボイラ給水ポンプ６の駆動により脱気器５から高圧給水加熱器７に送られた給水の一部は、高圧給水加熱器７と節炭器２を接続する給水管２２から分岐して減温器９に接続されるボイラバイパス管２１を介して減温器９に送られる。一方、大部分の給水は給水管２２により可動ノズル１０を介して節炭器２に送られ、予熱された後、ボイラ３で加熱されて高温高圧の飽和蒸気になる。そして、ボイラ３で発生した飽和蒸気は、さらに、１次過熱器４及び最終過熱器１１で過熱されて過熱蒸気となる。なお、減温器９は、１次過熱器４と最終過熱器１１を接続するボイラ蒸気出口管２３に設置されており、このボイラ蒸気出口管２３を介して１次過熱器４から最終過熱器１１に送られる過熱蒸気に水を注入して冷却するために使用される。また、ボイラ蒸気出口管２３には１次過熱器４と減温器９の間にボイラ蒸気出口弁２４が設置されており、ボイラバイパス管２１には過熱器スプレー弁８が設置されている。
【０００５】
最終過熱器１１で温度調節された過熱蒸気は、最終過熱器１１と蒸気タービン１３を接続するとともに，主蒸気止め弁１２が設置された主蒸気管１７を介して蒸気タービン１３に送られ、仕事を終えた後、復水器１４で凝縮されて水に戻される。そして、復水器１４で凝縮された水は、復水ポンプ１５の駆動により低圧給水加熱器１６を経て脱気器５に供給され、ボイラ３で蒸気の発生に用いられる給水として貯留される。なお、主蒸気止め弁１２が設置される主蒸気管１７は、最終過熱器１１と主蒸気止め弁１２の間で分岐してブロータンク１８へ繋がっている。すなわち、主蒸気管１７とブロータンク１８は、主蒸気管ドレン弁１９ａ及び主蒸気止め弁座前ドレン弁１９ｂをそれぞれ有するドレン管２０ａ，２０ｂによって接続されており、ブロータンク１８に送られた蒸気は系統外へ排出される構造となっている。
【０００６】
火力発電プラント１において水圧試験のためにボイラ３の運転を停止すると、前述したように、主蒸気止め弁１２の温度が低下する。このとき、主蒸気止め弁１２の温度が遷移温度を下回っていると、水圧試験により脆性破壊を起こす危険性がある。従って、冬季に水圧試験を行う場合には、通常、電気ヒーター等を用いて主蒸気止め弁１２が予熱される。しかしながら、このような方法では、電気ヒーターを主蒸気止め弁１２に直に取り付けねばならず、予熱の前に主蒸気止め弁１２から保温材を取り外すとともに、予熱後に再び保温材を主蒸気止め弁１２に取り付けなければならないため、復旧作業に時間を要するという課題があった。そこで、このような課題を解決するべく、火力発電プラントにおける機器の予熱方法について、従来、様々な検討が行われている。そして、それに関し、既に幾つかの発明や考案が開示されている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、「蒸気弁および発電設備」という名称で、蒸気タービンの起動時に効率良く予熱することが可能な蒸気弁とそれを備えた発電設備に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明である蒸気弁は、弁ケーシングの弁座よりも上流と底部にそれぞれ入口部と出口座を有し、この出口座と終端部が連通するように，弁ケーシングの出口と干渉しない部位に形成された複数個のウォーミング用貫通孔からなるウォーミング用蒸気通路が設けられたことを特徴とする。
このような構造によれば、蒸気タービンを起動する前にウォーミング用蒸気通路に蒸気を流すことで蒸気弁を予熱することが可能である。
【０００８】
特許文献２には、「蒸気有効利用システム」という名称で、火力発電プラントにおいて、蒸気タービンの停止に伴って主蒸気管に滞留する蒸気の利用方法に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、主蒸気から抽出された補助蒸気を供給する補助蒸気管と、蒸気供給止弁を有し，主蒸気管に滞留する主蒸気を回収する回収パイプラインを備え、蒸気タービンを停止した際、回収パイプラインの蒸気供給止弁を開くことにより、予熱を必要とする機器に対し、主蒸気管に滞留する主蒸気を供給することを特徴とする。
このような構成によれば、蒸気タービンの停止中であっても機器の予熱が可能なため、蒸気タービンの再起動を速やかに行うことができる。また、ボイラを稼働して補助蒸気を生成する必要がないため、燃料を削減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１６２１７７号公報
【特許文献２】特開２００９−１６２１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の従来技術である特許文献１に開示された発明を主蒸気止め弁に適用した場合、ウォーミング用蒸気通路に蒸気を流すことにより、弁体と弁座が全閉状態であっても主蒸気止め弁を予熱することができる。しかしながら、ボイラ等の運転停止に伴ってメタル温度が低下した主蒸気止め弁を高温の蒸気で急に加熱すると、熱サイクル上望ましくなく、熱応力による破壊を起こすおそれがある。
【００１１】
また、特許文献２に開示された発明においては、蒸気タービンの停止に伴って主蒸気管に滞留する主蒸気を有効に利用することができるものの、蒸気タービンを停止した直後の高温の主蒸気を用いて主蒸気止め弁を予熱した場合、メタル温度の急激な上昇に伴って、熱応力により主蒸気止め弁が破壊してしまうおそれがある。
【００１２】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであって、冬季などに水圧試験を行う際に、メタル温度を安全かつ効率的に上昇させることが可能な主蒸気止め弁の予熱方法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】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である主蒸気止め弁の予熱方法は、ボイラで発生した主蒸気を蒸気タービンに供給するための主蒸気管と、この主蒸気管に設置される主蒸気止め弁と、脱気器に貯留された給水をボイラへ向けて送出するボイラ給水ポンプと、給水をボイラに供給するための給水管と、この給水管から分岐して主蒸気管に接続されるボイラバイパス管と、を備える火力発電プラントにおいてボイラの起動時に主蒸気止め弁を予熱する方法であって、脱気器に貯留された給水を加熱して温水とする工程と、ボイラ給水ポンプを駆動することによりボイラバイパス管を介して脱気器から温水を主蒸気管に供給し，主蒸気止め弁を予熱する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
このような主蒸気止め弁の予熱方法においては、高温の蒸気によって主蒸気止め弁を直接加熱する場合に比べて、メタル温度が緩やかに上昇するという作用を有する。また、主蒸気管内を流れる温水によって主蒸気止め弁が内部から加熱されるという作用を有する。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の主蒸気止め弁の予熱方法において、火力発電プラントはボイラの他に，稼働状態にある第２のボイラを備え、脱気器に貯留された給水を，この第２のボイラで発生する補助蒸気を利用して加熱することを特徴とするものである。
このような主蒸気止め弁の予熱方法においては、既存設備をそのまま利用できるため、新たな機器を追加する必要がない。
【００１５】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の主蒸気止め弁の予熱方法において、脱気器に貯留された給水を電気ヒーターによって加熱することを特徴とするものである。
このような主蒸気止め弁の予熱方法においては、請求項２に記載の発明のように他のボイラの補助蒸気を利用できない場合であっても、請求項１に記載の発明と同様の作用を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１に記載の発明によれば、主蒸気止め弁の脆性破壊を防ぎつつ、その予熱作業を安全に行うことができる。また、主蒸気止め弁に覆設される保温材の着脱作業や新たな配管等の敷設、あるいは主蒸気止め弁を加熱する機器の設置等の作業が不要なため、主蒸気止め弁の予熱作業を短時間で効率良く行うことが可能である。
【００１７】
本発明の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、水圧試験後の復旧作業に要する時間やコストが削減されるという効果を奏する。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明とは異なり他のボイラの補助蒸気を利用できない場合であっても、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る主蒸気止め弁の予熱方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】本実施例の主蒸気止め弁の予熱方法が適用される火力発電プラントの構成を示すブロック図である。
【図３】従来の火力発電プラントの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の主蒸気止め弁の予熱方法の実施例について、図１及び図２を参照しながら具体的に説明する。
【実施例】
【００２１】
本発明の主蒸気止め弁の予熱方法は、従来の火力発電プラントにおける既存設備をそのまま利用するものであるため、図２に示す火力発電プラントの構成は図３に示したものと同一である。
従って、図３を用いて既に説明した構成要素については説明を省略する。また、本発明が適用される火力発電プラントは、図２に示されるボイラの他にもボイラを備えており、図２に示したボイラが稼働していない場合でも他のボイラの補助蒸気を利用できる状態となっている。そして、本実施例では、特に、他のボイラの補助蒸気により脱気器の貯留水を加温できる場合について説明する。なお、図２に示す火力発電プラント１において、水圧試験等の理由でボイラ３が稼働していない場合には、蒸気タービン１３に主蒸気が供給されないため、主蒸気止め弁１２は閉じられている。
【００２２】
上述のとおり、本発明は、脱気器５に貯留された給水を温水にし、この温水によって主蒸気止め弁１２を加熱するものである。従って、稼働していないボイラ３に対して、脱気器５の温水が供給されないように、まず、ステップＳ１において、可動ノズル１０とボイラ蒸気出口弁２４が閉じられ、給水管２２及びボイラ蒸気出口管２３が遮断されていることを確認する。また、脱気器５に貯留された給水を効率良く加熱するためには、脱気器５に対する水の出入りを遮断することが望ましい。そこで、ステップＳ２では、ボイラ給水ポンプ６と復水ポンプ１５が稼働していないこと、及び過熱器スプレー弁８が閉じられていることを確認する。その後、ステップＳ３において、他のボイラの補助蒸気を利用して脱気器５の貯留水を加熱する。さらに、ステップＳ４において、脱気器５の貯留水の温度が７０℃以上の場合には、ステップＳ５に進み、主蒸気管ドレン弁１９ａ及び主蒸気止め弁座前ドレン弁１９ｂの開閉状態を確認し、両者が閉じられている場合にはともに開状態にする。なお、脱気器５の貯留水の温度が７０℃に達していない場合は、ステップＳ３の状態を維持する。
ステップＳ６では、過熱器スプレー弁８を開くとともに、ボイラ給水ポンプ６及び復水ポンプ１５を起動させる。その結果、脱気器５に貯留されている温水がボイラ給水ポンプ６の駆動により高圧給水加熱器７、過熱器スプレー弁８及び減温器９を介して主蒸気管１７に送られる。そして、この温水は主蒸気止め弁１２を予熱した後、ドレン管２０ａ，２０ｂを通ってブロータンク１８へ流れ込み、系統外へ排出される。すなわち、脱気器５から送出された温水は、図２に太い実線で示すような流路を形成し、この流路を流れる温水との熱交換によって、主蒸気止め弁１２の温度は徐々に上昇する。
なお、ステップＳ６の工程は、主蒸気止め弁１２のメタル温度が１５℃に達するまで継続する。そして、ステップＳ７において、主蒸気止め弁１２のメタル温度が１５℃に達した場合には、ステップＳ８でボイラ給水ポンプ６及び復水ポンプ１５を停止し、過熱器スプレー弁８を閉じる。
【００２３】
このような方法によれば、高温の蒸気を用いて主蒸気止め弁１２を直接加熱する場合に比べてメタル温度が緩やかに上昇するという作用を有する。従って、主蒸気止め弁１２の熱応力による破壊を防ぎつつ、主蒸気止め弁１２の予熱作業を安全に行うことができる。また、主蒸気管１７を流れる温水によって主蒸気止め弁１２が内部から加熱されるという作用を有する。さらに、主蒸気止め弁１２を外部から加熱する場合、主蒸気止め弁１２に覆設されている保温材を取り外す必要があるが、本発明の方法によれば、このような作業は発生しない。加えて、新たに配管等を敷設したり、主蒸気止め弁１２を加熱する機器として電気ヒーター等を設置したりする必要がない。従って、主蒸気止め弁１２の予熱作業を短時間で効率良く行うことが可能である。そして、本実施例に示したように他のボイラの補助蒸気を利用して脱気器５の貯留水を加熱する場合には、既存設備をそのまま利用できるため、新たな機器を追加する必要がない。従って、水圧試験後の復旧作業に要する時間やコストを削減することができる。
【００２４】
本実施例では、脱気器５の給水を加熱する際に他のボイラの補助蒸気を利用しているが、本発明は、このような方法に限定されるものではない。すなわち、他のボイラの補助蒸気を利用する代わりに、電気ヒーター等を用いて脱気器５の貯留水を加熱することもできる。このような方法によれば、他のボイラの補助蒸気を利用できない場合でも、上述の作用及び効果が同様に発揮される。また、脱気器５の貯留水の温度の目標値や、主蒸気止め弁１２のメタル温度の目標値は、図１のステップＳ４やステップＳ７に示した場合に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の請求項１乃至請求項３に記載された発明は、主蒸気止め弁に限らず、主蒸気管に設置される他の蒸気弁を予熱する場合にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１…火力発電プラント  ２…節炭器  ３…ボイラ  ４…１次過熱器  ５…脱気器  ６…ボイラ給水ポンプ  ７…高圧給水加熱器  ８…過熱器スプレー弁  ９…減温器  １０…可動ノズル  １１…最終過熱器  １２…主蒸気止め弁  １３…蒸気タービン  １４…復水器  １５…復水ポンプ  １６…低圧給水加熱器  １７…主蒸気管  １８…ブロータンク  １９ａ…主蒸気管ドレン弁  １９ｂ…主蒸気止め弁座前ドレン弁  ２０ａ，２０ｂ…ドレン管  ２１…ボイラバイパス管  ２２…給水管  ２３…ボイラ蒸気出口管  ２４…ボイラ蒸気出口弁  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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