(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生産井から主蒸気管を介して送られる地熱蒸気を主蒸気として蒸気タービンに導いて膨張させ、さらに仕事を終えた蒸気を復水器に排出して凝縮させ、得られた凝縮水を循環水と共に該復水器から循環水ポンプで抽出して冷却塔に導くようにした地熱発電プラントのタービン注水装置において、
スプレー水を微細化して前記主蒸気管内を通る主蒸気中に注入する少なくとも２個の注入ノズルと、
前記注入ノズルにかけてスプレー水を昇圧して供給するポンプを備えたスプレー水系統と、
前記スプレー水系統内にあって前記主蒸気管内を通る主蒸気の流量が減少したとき該スプレー水系統のスプレー水を止める注水弁と、
前記主蒸気管内を流れる主蒸気の流量を検出する流量計と、
前記流量計からの信号に基づき前記注水弁を閉止させる制御器と
を備え、
前記スプレー水の流量と前記主蒸気管内の主蒸気流量との間の平衡状態を保持して、前記流量計によって検出した前記主蒸気流量に見合うスプレー水量および所望の粒子径とするためにいずれか１個ないし複数個の該注入ノズルを選択して使用するとともに、スプレー水量と主蒸気流量との間の前記平衡状態が失われたとき、前記制御器からの信号に基づいて前記注水弁を閉止するようにしたことを特徴とする地熱発電プラントのタービン注水装置。
【請求項２】
前記復水器から抽出される循環水を前記ポンプで昇圧してスプレー水として前記注入ノズルに供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の地熱発電プラントのタービン注水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地熱蒸気をタービン駆動用蒸気として用いる地熱発電プラントに係り、特にノズル、羽根等の蒸気通路部にスケール等が付着するのを効果的に防止するタービン注水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地熱発電プラントでは蒸気源が地熱井から取り出した地熱蒸気であることから、蒸気中のスケールが蒸気タービン内で膨張する過程で析出し、結晶としてノズルおよび羽根の蒸気通路部に付着することが知られている。この蒸気通路部に付着するスケールが多量になると、蒸気の通路面積が著しく減少し、蒸気タービンへの流入蒸気量の減少によりタービン出力が大きく低下する。このため、地熱発電プラントは定期的に停止して蒸気タービンを分解のうえ、ノズル、羽根等からスケールを除去する必要がある。
【０００３】
従来の地熱発電プラントの一例を図４を参照して説明する。タービン駆動用蒸気は地中の高温熱水が蓄えられている貯留層と呼ばれる場所から生産井１を通して取り出される。この蒸気はセパレータ２に流入し、そこで蒸気中のスケールが除去された後、主蒸気管３から主塞止弁４、蒸気加減弁５を経て蒸気タービン６に導かれ、そこで膨張して仕事を行う。
【０００４】
蒸気タービン６を通過した蒸気は復水器７に排出され、そこで凝縮して循環水となる。この循環水は循環水ポンプ８で抽出されて冷却塔９に送られ、そこで外気によって冷却される。冷却された循環水は復水器７と冷却塔９下部の水槽との圧力差により復水器７に流入し、蒸気タービン６内で仕事を終えた蒸気の冷却水として使用される。なお、図中、符号１０は蒸気タービン６により駆動される発電機を示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したようにタービン駆動用蒸気として用いる地熱蒸気にはスケールが含まれ、これが蒸気の膨張する過程で析出し、ノズルおよび羽根等の蒸気通路部に付着する。とりわけノズルに多量のスケールが付着すると、通路面積の減少により蒸気タービン６への流入蒸気量が減少し、タービン出力が低下する。
【０００６】
地熱蒸気中に含まれる比較的大きなスケールはセパレータ８で蒸気タービン６に流入する前に除去するようにしているが、細かいスケールはセパレータ８において完全に除去することは難しく、これが蒸気タービン６に流入してノズルおよび羽根等の蒸気通路部に付着することが避けられない。
【０００７】
このため、地熱発電プラントは定期的に停止してこの蒸気通路部に付着したスケールをタービン性能に影響がない程度に除去しなければならない。しかし、この停止中における発電は不可能であり、停止回数を減少させることが求められている。また、一度ノズルおよび羽根等に付着したスケールは容易に取り除くことができず、スケールの除去のために多大な労力および費用を費やすことになる。そこで、本発明の目的はノズルおよび羽根へのスケールの付着によって生じるタービンの低下を防止し、また、スケールの除去のためのプラントの停止回数を少なくするようにした地熱発電プラントのタービン注水装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、生産井から主蒸気管を介して送られる地熱蒸気を主蒸気として蒸気タービンに導いて膨張させ、さらに仕事を終えた蒸気を復水器に排出して凝縮させ、得られた凝縮水を循環水と共に該復水器から循環水ポンプで抽出して冷却塔に導くようにした地熱発電プラントのタービン注水装置において、スプレー水を微細化して前記主蒸気管内を通る主蒸気中に注入する少なくとも２個の注入ノズルと、前記注入ノズルにかけてスプレー水を昇圧して供給するポンプを備えたスプレー水系統と、前記スプレー水系統内にあって前記主蒸気管内を通る主蒸気の流量が減少したとき該スプレー水系統のスプレー水を止める注水弁と、前記主蒸気管内を流れる主蒸気の流量を検出する流量計と、前記流量計からの信号に基づき前記注水弁を閉止させる制御器とを備え、前記スプレー水の流量と前記主蒸気管内の主蒸気流量との間の平衡状態を保持して、前記流量計によって検出した前記主蒸気流量に見合うスプレー水量および所望の粒子径とするためにいずれか１個ないし複数個の該注入ノズルを選択して使用するとともに、スプレー水量と主蒸気流量との間の前記平衡状態が失われたとき、前記制御器からの信号に基づいて前記注水弁を閉止するようにしたことを特徴とする地熱発電プラントのタービン注水装置である。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、復水器から抽出される循環水をポンプで昇圧してスプレー水として注入ノズルに供給するようにしたことを特徴とする地熱発電プラントのタービン注水装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図４に示した従来技術による構成と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００１２】
図１において、セパレータ２と蒸気タービン６とを結ぶ主蒸気管３の経路に蒸気中のスプレー水を微細化して吹き出す注入ノズル１１が設けられている。本実施の形態における注入ノズル１１は全部で４個（１個は図示省略）備えられ、これらは等間隔を保って配置されている。各注入ノズル１１にスプレー水を供給するために循環水ポンプ８の吐出側から分岐して注入ノズル１１に至るスプレー水管１２が接続されている。このスプレー水管１２の経路にはスプレー水を主蒸気管３の圧力よりも高い圧力に昇圧して送るインジェクションポンプ１３が設けられている。さらに、このインジェクションポンプ１３の吐出側に後記の制御器からの信号により自動開閉する注水弁１４が設けられている。
【００１３】
また、主蒸気管３の蒸気加減弁５の下流側には流量計１５が設けられており、検出される蒸気流量が制御器１６に入力されている。後記の論理回路を有する制御器１６は制御信号を注入弁１４の駆動部に出力している。
【００１４】
さらに、スプレー水管１２の経路にはストレーナ１７が介装され、循環水から抽出されるスプレー水に含まれる異物を除去するようになっている。また、ストレーナ１７の下流側には流量計１８が設けられており、監視のためにスプレー水流量が検出される。なお、符号１９は逆止弁であり、地熱蒸気のスプレー水管１２への流入を防ぐためのものである。
【００１５】
次に、上記構成からなるタービン注水装置の作用を説明する。
【００１６】
プラント運転中、復水器７のホットウェルに貯留された循環水は循環水ポンプ８によって冷却塔９に供給されている。ノズルおよび羽根の洗浄にあたり、インジェクションポンプ１３が始動されると、循環水ポンプ８の吐出側からスプレー水管１２に抽出された循環水はスプレー水としてストレーナ１７および注水弁１４を経て各注入ノズル１１にかけて流動する。この注入ノズル１１に流れたスプレー水は予め決められた粒子径を保って主蒸気管３を流れる蒸気中に吹き出す。
この微細化されたスプレー水は蒸気と共にノズルおよび羽根にかけて流動し、蒸気通路部の表面においてスケールが固形化する前にこれを洗浄する。これにより、タービン運転中においてもノズルおよび羽根にスケールが付着するのを防止することができる。
【００１７】
この注入ノズル１１の特性を図２を参照して詳しく説明する。縦軸はスプレー水の平均粒子径およびスプレー流量を示し、横軸は注水差圧、つまり主蒸気管３内の圧力とスプレー水のノズル吐出圧力との差を示している。図に示すように、スプレー水の平均粒子径は注水差圧が増加するに従い小さくなり、逆にスプレー流量は注水差圧が増加するに従い大きくなっている。本図は注入ノズル１台当たりを示している。複数個注水ノズルを用いる場合の特性は平均粒子径の値は変わらないものの、スプレー流量はその増加させた分、比例して増加する特性を備えている。
【００１８】
一方、蒸気タービン６にとってスプレー水の流入量ならびに粒子径の羽根、およびノズルの浸食におよぼす影響は極めて大きく、最善の配慮が要求される。
【００１９】
スプレー水の流入量に関しては蒸気流入量に比例した値とする必要があり、また粒子径については図中の粒子径ａからｂが許容範囲となる。これにより、注水差圧の範囲が粒子径ｃからｄに定まる。この注水差圧により注入ノズル１１のスプレー水流量はｅからｆとなる。このため、本実施の形態においては注入ノズル１１を少なくとも２個主蒸気管３に配置し、使用する注入ノズル１１を適宜選択するようにしている。これにより、主蒸気流量に見合うスプレー水量と所望の粒子径とを保つことが可能になる。
【００２０】
さらに、本実施の形態においては、主蒸気流量は流量計１５で検出し、予め決められたスプレー水量とタービン負荷（蒸気流量）との平衡が保たれるようにしている。仮に、何らかの原因により平衡状態が失われてスプレー水量が著しく過剰になったときは制御器１６からの信号により注水弁１４を閉止する。これにより、スプレー水の流れを止めることができる。
【００２１】
注水弁１４を制御する論理回路の一例を図３に示す。本実施の形態ではタービン負荷（蒸気流量）９０％以上において平衡が取れるようにスプレー水量を設定している。注水弁１４が全開状態で蒸気流量が９０％以下に低下したことが流量計１５で検出されたとき、制御器１６からの制御信号で注水弁１４を全閉させるようにしている。
【００２２】
また、本実施の形態においては循環水をインジェクションポンプ１３によって昇圧してスプレー水として供給するようにしており、スプレー水の必要とする圧力を保持するポンプの全揚程を小さくすることができる。
【００２３】
このように、上記のタ−ビン注水装置においては蒸気タービン６に流入する蒸気流量が変動してもスプレー水量を適切に保ち、かつ望ましい粒子径を保持して注入することができ、羽根およびノズルに浸食が生じるのを防ぐことが可能である。
【００２４】
なお、上記の実施の形態におけるスプレー水管１２は循環水ポンプ８の吐出側で抽出した循環水をスプレー水として導くものであるが、これ以外の別の水源から得られるスプレー水を各注入ノズル１１に導いてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係る発明は任意の水源と結ばれる注入ノズルによって主蒸気管内にスプレー水を注入するようにしたので、ノズルおよび羽根にスケールが付着することによるタービン出力の低下を防止することができ、また、スケールの除去のためのプラントの停止頻度を少なくすることが可能である。
【００２６】
また、請求項１に係る発明においては、注入ノズルを少なくとも２個設けているので、これらの注入ノズルを選択して使用し、蒸気流量に見合う適切なスプレー水量および所望の粒子径を保持することができ、羽根およびノズルが浸食を受けるのを防止することが可能である。
【００２７】
また、請求項１に係る発明は、主蒸気管に配置した流量計によって地熱蒸気流量を検出するようにしたので、スプレー水量と蒸気流量との平衡状態が失われたとき、注水弁を閉止することができ、過大な量のスプレー水が蒸気タービンに流入してタービン構成部材が損傷するのを防ぐことが可能である。
【００２８】
さらに、請求項２に係る発明においては、復水器から抽出される循環水をポンプで昇圧してスプレー水として供給するようにしたので、スプレー水の必要とする圧力を保持するポンプの全揚程を小さくすることができ、簡便にタービン注水装置を構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるタービン注水装置の実施の形態を示す構成図。
【図２】注入ノズルの特性を示す線図。
【図３】注水弁の制御に用いる論理回路を示す回路図。
【図４】従来の地熱発電プラントを示す系統図。
【符号の説明】
１  生産井
３  主蒸気管
６  蒸気タービン
１１  注入ノズル
１３  インジェクションポンプ
１４  注水弁
１５、１８  流量計
１６  制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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