(57)【要約】【課題】発電プラント内における不純物を簡易な構成で低減することが可能な脱塩装置を提供する。【解決手段】脱塩装置１０は、流体が導入されて、該流体と冷媒との間で熱交換を行うことで該流体の温度を低下させる第一熱交換器６１と、該第一熱交換器６１を経た流体が導入されて、該流体中の不純物が除去される脱塩装置本体７１と、該脱塩装置本体７１を経た流体が導入されて、該流体と前記冷媒との間で熱交換を行うことで該流体の温度を上昇させる第二熱交換器６２と、前記第一熱交換器６１と前記第二熱交換器６２との間を接続するとともに、該第一熱交換器６１と該第二熱交換器６２との間で前記冷媒を循環させる循環流路とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が導入されて、該流体と冷媒との間で熱交換を行うことで該流体の温度を低下させる第一熱交換器と、
該第一熱交換器を経た流体が導入されて、該流体中の不純物を除去する脱塩装置本体と、
該脱塩装置本体を経た流体が導入されて、該流体と前記冷媒との間で熱交換を行うことで該流体の温度を上昇させる第二熱交換器と、
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間を接続するとともに、該第一熱交換器と該第二熱交換器との間で前記冷媒を循環させる循環流路とを備えることを特徴とする脱塩装置。
【請求項２】
請求項１に記載の脱塩装置において、
前記循環流路は、
前記冷媒を前記第一熱交換器から導出させて前記第二熱交換器に導入させる第一循環流路と、
前記冷媒を前記第二熱交換器から導出させて前記第一熱交換器に導入させる第二循環流路とを有し、
前記第一循環流には加熱器が設けられていることを特徴とする脱塩装置。
【請求項３】
蒸気発生器と、
該蒸気発生器により生成される蒸気が導入されるタービンと、
前記タービンを駆動した蒸気を復水として回収する復水器と、
該復水器から導出される前記復水が導入される第二脱塩装置と、
該第二脱塩装置から導出される復水が導かれる蒸気発生器との間に配置された熱交換器と、
前記タービンと前記熱交換器とを接続する抽気管と、
一端が前記熱交換器に接続され、他端が前記熱交換器と前記第二脱塩装置との間を接続された抽気ドレン管と、
請求項１または請求項２に記載の脱塩装置とを備え、
前記脱塩装置は、前記抽気ドレン管の途中部分に設けられていることを特徴とする発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱塩装置及びこれを備える発電プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、火力発電所や原子力発電所等の発電プラントでは、蒸気発生器で発生した蒸気でタービンを駆動させて発電し、排出された蒸気を復水器で回収し、熱交換器で再度加熱して高温状態で蒸気発生器に戻すように循環経路が設けられている。
【０００３】
ここで、発電プラントを一時的に停止した場合には、該停止中に上記の循環経路内に、例えばカリウム、カルシウム、ナトリウム等の不純物が混入している可能性がある。そこで、発電プラントの再稼動時には、該不純物が循環経路内を循環しないように、また該不純物が蒸気発生器中に混入して蓄積しないように厳重に管理する必要がある。
【０００４】
これに対して、例えば特許文献１には、復水器の上流側に設けられたフィルターにおいて、蒸気中に懸濁した固形物を除去する技術が開示されている（下記特許文献１参照）。
【０００５】
また、上記の他に、発電プラントの再稼動時に、熱交換器で熱交換した蒸気は凝縮水となり段階的に循環経路に戻す以下に示す方法が採用されている。
まず、凝縮水を熱交換器から外部に放出する第一工程を実行する。次に、第一工程において凝縮水中の不純物濃度が閾値以下になれば、熱交換器から流出した凝縮水を再び復水器に戻す第二工程に移行する。これにより、復水器の下流に設けられた脱塩装置で蒸気及び凝縮水に含まれていた不純物が除去される。そして、凝縮水中の不純物濃度が更に低い閾値以下になれば、熱交換器から流出した凝縮水を脱塩装置と熱交換器との間に導入する第三工程に移行する。このように、段階的に工程を実行することで、プラント系統中の不純物濃度を低減することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−４４７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の不純物を除去する方法では、懸濁物質及び固形物質を除去することは可能であるが、イオン状態の物質を除去することができないという問題点がある。
【０００８】
また、上記に記載の段階的に工程を実行する方法では、十分に清浄化されていない系統を蒸気又は凝縮水が通過し、さらに凝縮水流量が増加することで、不純物濃度が一時的に上昇する虞がある。系統の不純物濃度の増加により、蒸気発生器内の狭隘箇所で不純物蓄積量が増加することで、当該環境が酸性又はアルカリ性へ変化して蒸気発生器を構成する金属材料に腐食が生じる可能性があるという問題点がある。
【０００９】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、発電プラント内における不純物を簡易な構成で低減することが可能な脱塩装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る脱塩装置は、流体が導入されて、該流体と冷媒との間で熱交換を行うことで該流体の温度を低下させる第一熱交換器と、該第一熱交換器を経た流体が導入されて、該流体中の不純物を除去する脱塩装置本体と、該脱塩装置本体を経た流体が導入されて、該流体と前記冷媒との間で熱交換を行うことで該流体の温度を上昇させる第二熱交換器と、前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間を接続するとともに、該第一熱交換器と該第二熱交換器との間で前記冷媒を循環させる循環流路とを備えることを特徴とする。
【００１１】
このような脱塩装置では、流体に不純物が混入している場合でも、該流体を脱塩装置に導入することができ、該脱塩装置により不純物を除去することができるため、不純物を低減することができる。
また、第一熱交換器、第二熱交換器及び循環流路を設けるだけでよいため、簡易な構成とすることができる。
【００１２】
また、本発明に係る脱塩装置は、前記循環流路は、前記冷媒を前記第一熱交換器から導出させて前記第二熱交換器に導入させる第一循環流路と、前記冷媒を前記第二熱交換器から導出させて前記第一熱交換器に導入させる第二循環流路とを有し、前記第一循環流路には加熱器が設けられていることが好ましい。
【００１３】
このような脱塩装置では、流体を第一熱交換器で熱交換して温度を低下させて脱塩装置本体に導入することができるため、脱塩装置本体への熱負荷を低減させることができる。
また、第一熱交換器において、冷媒は流体との熱交換により温度上昇して導出し、第一循環流路に設けられた加熱器により更に高温状態となる。よって、第二熱交換器において、熱交換により流体の温度を確実に上昇させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る発電プラントは、蒸気発生器と、該蒸気発生器により生成される蒸気が導入されるタービンと、前記タービンを駆動した蒸気を復水として回収する復水器と、該復水器から導出される前記復水が導入される第二脱塩装置と、該第二脱塩装置から導出される復水が導かれる蒸気発生器との間に配置された熱交換器と、前記タービンと前記熱交換器とを接続する抽気管と、一端が前記熱交換器に接続され、他端が前記熱交換器と前記第二脱塩装置との間を接続された抽気ドレン管と、上記のいずれか一に記載の脱塩装置とを備え、前記脱塩装置は、前記抽気ドレン管の途中部分に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
このような発電プラントでは、発電プラント内における不純物を簡易な構成で低減することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る脱塩装置及びこれを備える発電プラントによれば、低温とされた流体導入させることで発電プラント内における不純物を簡易な構成で低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電プラントの系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る発電プラントについて説明する。
図１は、本実施形態に係る発電プラント１の系統図である。
発電プラント１は、蒸気発生器２と、タービン３と、復水器４と、第二脱塩装置５と、熱交換器６と、タービン３と熱交換器６とを接続する抽気管７と、熱交換器６に接続された抽気ドレン管８と、本実施形態に係る第一脱塩装置（脱塩装置）１０とを備えている。
【００１９】
蒸気発生器２は、熱交換により蒸気を発生する機器である。発電プラント１が原子力発電所の場合、原子炉から取り出した熱に基づき該蒸気発生器２にて蒸気を発生させる。また、火力発電所ならば、この蒸気発生器２がボイラーに相当する。
【００２０】
タービン３は、高圧タービン１１と低圧タービン１２とを有しており、高圧タービン１１及び低圧タービン１２は蒸気発生器２により生成される蒸気が導入されることで回転駆動する。また、原子力発電所の場合、高圧タービン１１と低圧タービン１２との間には湿分分離加熱器１３が設けられており、該湿分分離加熱器１３は高圧タービン１１から導出される蒸気から湿分を除去してさらに過熱した蒸気を低圧タービン１２に導入する。なお、火力発電所の場合は、湿分分離加熱器１３はなく、中圧タービンが設置されていることもある。
【００２１】
また、蒸気発生器２と高圧タービン１１とは第一接続管２１で接続され、高圧タービン１１と湿分分離加熱器１３とは第二接続管２２で接続され、湿分分離加熱器１３と低圧タービン１２とは第三接続管２３で接続されている。
また、高圧タービン１１が回転駆動すると、該回転により図示しない発電機に伝達され、発電機が発電動作を行う。
【００２２】
復水器４は、低圧タービン１２を駆動した蒸気を、海水等の冷却水を用いて冷却し復水として回収する。
【００２３】
第二脱塩装置５は、復水器４から導出された復水が導入され、該腹水中に含まれる不純物を除去する。
また、復水器４と第二脱塩装置５とは第四接続管２４で接続されており、第二脱塩装置５には図示しないポンプが設けられている。
なお、不純物としては、例えば、Ｋ＋，Ｃａ２＋，Ｎａ＋，Ｍｇ２＋，Ｃｌ−，ＳＯ４２−等が挙げられる。
【００２４】
熱交換器６は、第二脱塩装置５から導出される腹水が導かれる蒸気発生器２との間に配置され、低圧熱交換器１４と高圧熱交換器１５とを有しており、抽気管７でタービン３から導入される抽気と第二脱塩装置５から導入される復水とを熱交換して、該復水の温度を上昇させる。
【００２５】
また、低圧熱交換器１４と高圧熱交換器１５との間には脱気器１６が設けられており、該脱気器１６は復水中の酸素等を除去する。
また、第二脱塩装置５と低圧熱交換器１４とは第五接続管２５で接続され、低圧熱交換器１４と脱気器１６とは第六接続管２６で接続され、脱気器１６と高圧熱交換器１５とは第七接続管２７で接続され、高圧熱交換器１５と蒸気発生器２とは第八接続管２８で接続されている。
【００２６】
抽気管７は、高圧タービン１１と高圧熱交換器１５とを接続する第一抽気管３１と、低圧タービン１２と低圧熱交換器１４とを接続する第二抽気管３２とを有している。
第一抽気管３１は高圧タービン１１中の蒸気を抽気として導出して高圧熱交換器１５に導入し、第二抽気管３２は低圧タービン１２中の蒸気を抽気として導出して低圧熱交換器１４に導入する。
【００２７】
抽気ドレン管８は、第七接続管２７から導入された復水と高圧熱交換器１５で熱交換されるとともに第一抽気管３１から導入される抽気（流体）を凝縮水（流体）として、高圧熱交換器１５から導出する。また、抽気ドレン管８は、第二脱塩装置５と高圧熱交換器１５との間に接続され、本実施形態では、脱気器１６と高圧熱交換器１５との間に設けられて、凝縮水を脱気器１６に導入している。
【００２８】
また、抽気ドレン管８は、高圧熱交換器１５に接続された第一抽気ドレン管４１と、該第一抽気ドレン管から分岐された第二抽気ドレン管４２及び第三抽気ドレン管４３と、第二抽気ドレン管４２及び第三抽気ドレン管４３とが合流した箇所から脱気器１６までを接続している第四抽気ドレン管４４とを有している。
また、第二抽気ドレン管４２には第二弁５２が設けられ、第三抽気ドレン管４３には第三弁５３がそれぞれ設けられている。
また、第三抽気ドレン管４３の途中部分には、後述する脱塩装置１０が設けられている。
【００２９】
脱塩装置１０は、第一熱交換器６１と、脱塩装置本体７１と、第二熱交換器６２と、循環流路９０とを備えている。
【００３０】
第一熱交換器６１は、第三弁５３の下流側に設けられ、第三抽気ドレン管４３ａから導入された凝縮水と冷媒との間で熱交換をして、該凝縮水の温度を低下させて第三抽気ドレン管４３ｂを経由して脱塩装置本体７１に導出する。
なお、冷媒としては、本実施形態では有機溶媒が採用されている。
【００３１】
脱塩装置本体７１は、第一熱交換器６１から導入され第三抽気ドレン管４３ｂを経由して導入された凝縮水中の不純物を除去して、第三抽気ドレン管４３ｃを経由して第二熱交換器６２に導出する。
また、脱塩装置本体７１は、例えば、多数のイオン交換樹脂（不図示）から構成され、該イオン交換樹脂が抽気中の不純物を吸着することにより、不純物を除去する。
【００３２】
第二熱交換器６２は、脱塩装置本体７１から導入され第三抽気ドレン管４３ｃを経由して導入された凝縮水と冷媒との間で熱交換して、該凝縮水の温度を上昇させて第三抽気ドレン管４３ｄ、第四抽気ドレン管４４を経由して脱気器１６に導出する。
【００３３】
循環流路９０は、第一熱交換器６１と第二熱交換器６２との間を接続するとともに、第一熱交換器６１と第二熱交換器６２との間で冷媒を循環させている。また、循環流路９０は、第一熱交換器６１から導出した冷媒を第二熱交換器６２に導入する第一循環流路９１と、第二熱交換器６２から導出した冷媒を第一熱交換器６１に導入する第二循環流路９２とを有している。
また、第一循環流路９１には加熱器８１が設けられ、該加熱器８１は第一熱交換器６１から導出した冷媒の温度を上昇させて第二熱交換器６２に導入する。
【００３４】
次に、本実施形態に係る発電プラント１における蒸気、復水、抽気及び凝縮水の流路について説明する。
まず、通常状態（以下、状態Ｘと称する）における蒸気、復水、抽気及び凝縮水の流路について説明する。
【００３５】
状態Ｘでは、蒸気発生器２で発生した蒸気は、第一接続管２１を経由して高圧タービン１１に導入されて該高圧タービン１１を稼動する。該高圧タービン１１から導出した蒸気は、第二接続管２２を経由して湿分分離加熱器１３に導入され、該湿分分離加熱器１３に導入される。該湿分分離加熱器１３にて湿分を除去された蒸気は、第三接続管２３を経由して低圧タービン１２に導入されて該低圧タービン１２を稼動する。該低圧タービン１２を駆動した蒸気は、復水器４にて冷却水により冷却されて復水として回収される。該復水器４より導出した復水は、第四接続管２４を経由して第二脱塩装置５に導入される。該第二脱塩装置５にて不純物を除去された復水は、第五接続管２５を経由して低圧熱交換器１４に導入される。該低圧熱交換器１４に導入された復水は、低圧タービン１２から抽気として導出されるとともに第二抽気管３２を経由して該低圧熱交換器１４に導入された該抽気と熱交換される。これにより温度上昇した復水は、第六接続管２６を経由して脱気器１６に導入される。該脱気器１６にて酸素等が除去された復水は、第七接続管２７を経由して高圧熱交換器１５に導入される。該高圧熱交換器１５に導入された復水は、高圧タービン１１から抽気として導出されるとともに第一抽気管３１を経由して該高圧熱交換器１５に導入された該抽気と熱交換される。これにより更に温度上昇した復水は、第八接続管２８を経由して蒸気発生器２に戻される。ここで、当該流路を第一流路と称する。
【００３６】
一方、高圧熱交換器１５にて復水と熱交換された抽気は凝縮水とされ、第一抽気ドレン管４１を経由して第二弁５２に導入される。ここで、第二弁５２は開いており、凝縮水は第二抽気ドレン管４２、第四抽気ドレン管４４を経由して脱気器１６に戻される。なお、状態Ｘでは第三弁５３は閉じている。ここで、当該流路を第二流路と称する。
【００３７】
なお、第二流路にて脱気器１６に戻された凝縮水は、第一流路にて脱気器１６に導入された復水と合流して、高圧熱交換器１５に導入されることとなる。
【００３８】
次に、例えば発電プラント１を一時的に停止した後に再稼動する状態（以下、状態Ｙと称する）における蒸気及び抽気の流路について説明する。
【００３９】
状態Ｙにおける蒸気の流路は、上記に示す第一流路は状態Ｘと同様であり、第二流路が異なり以下に示す第三流路となる。
すなわち、第三流路では、高圧熱交換器１５にて復水と熱交換された抽気は凝縮水とされ、第一抽気ドレン管４１を経由して第三弁５３に導入される。ここで、第三弁５３は開いており、凝縮水は第三抽気ドレン管４３ａを経由して第一熱交換器６１に導入されて冷媒との間で熱交換される。これにより、温度低下した凝縮水は、第三抽気ドレン管４３ｂを経由して脱塩装置本体７１に導入される。該脱塩装置本体７１にて不純物を除去された凝縮水は、第三抽気ドレン管４３ｃを経由して第二熱交換器６２に導入される。該第二熱交換器６２にて冷媒との間で熱交換されて温度上昇した凝縮水は、第三抽気ドレン管４３ｄ、第四抽気ドレン管４４を経由して脱気器１６に戻される。なお、状態Ｙでは第二弁５２は閉じている。ここで、当該流路を第三流路と称する。
【００４０】
なお、第三流路において脱気器に戻された凝縮水は、第一流路にて脱気器１６に導入された復水と合流して、高圧熱交換器１５に導入されることとなる。
【００４１】
次に、このように構成され発電プラント１の作用・効果について説明する。
本実施形態では、発電プラント１の起動時等凝縮水に不純物が混入している可能性がある場合には、第二弁５２を閉じるとともに第三弁５３を開くことにより、上記の状態Ｙに示す第一流路及び第三流路を選択することができる。これにより、凝縮水を脱塩装置本体７１に導入することができ、該脱塩装置本体７１により不純物を除去することができるため、不純物を低減することができる。
【００４２】
また、既存の発電プラントに対して、抽気ドレン管８、第一熱交換器６１、脱塩装置本体７１、第二熱交換器６２及び循環流路９０を設けるだけという簡易な構成であるため、即時実施可能である。
【００４３】
また、脱塩装置本体７１が例えばイオン交換樹脂から構成されて耐熱性が低い場合であっても、該脱塩装置本体７１に導入される凝縮水は、第一熱交換器６１にて温度低下しているため、該脱塩装置本体７１が熱により故障する虞がない。さらに、熱負荷を抑えることで耐久性を向上させることができる。
【００４４】
また、脱塩装置本体７１から導出した凝縮水は第二熱交換器６２にて温度上昇して脱気器１６に戻されるため、発電プラント１としての熱効率を向上させることができる。
【００４５】
また、第一循環流路９１及び第二循環流路９２内を冷媒を循環させることで、第一熱交換器６１及び第二熱交換器６２において熱交換が可能であるため、熱効率を良好とすることができる。
さらに、冷媒は有機溶媒であるため、凝縮水が高温であっても安定的に熱交換することができる。
【００４６】
また、第一熱交換器６１で凝縮水と熱交換して温度上昇した冷媒は、第一循環流路９１に設けられた加熱器８１で温度上昇して第二熱交換器６２に導入される。よって、該第二熱交換器６２における熱交換にて、凝縮水の温度を確実に上昇させることができる。
【００４７】
また、通常時は、第二弁５２を開くとともに第三弁５３を閉じることにより、上記の状態Ｘに示す第二流路と状態Ｙに示す第三流路を選択することができる。よって、いずれの場合も凝縮水を高温状態のまま脱気器１６に導入することができるため、発電プラント１としての熱効率を高く維持することができる。
【００４８】
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４９】
例えば、第一循環流路９１に加熱器８１を設けずに、第一熱交換器６１から導出した冷媒を直接第二熱交換器６２に導入する構成であってよい。このような構成でも、高圧熱交換器１５から導出した凝縮水を脱塩装置本体７１に導入し、該凝縮水中の不純物を除去することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…発電プラント  ２…蒸気発生器  ３…タービン  ４…復水器  ５…第二脱塩装置  ６…熱交換器  ７…抽気管  ８…抽気ドレン管  １０…第一脱塩装置（脱塩装置）  ６１…第一熱交換器  ６２…第二熱交換器  ７１…脱塩装置本体  ８１…加熱器  ９０…循環流路  ９１…第一循環流路  ９２…第二循環流路
【図１】
2013163151.tif 000003