(57)【要約】      （修正有）【課題】再熱器に接続される複数設置される再熱蒸気流路を備える再熱システムにおいて、再熱蒸気流路を流れる再熱蒸気の温度を均一化する。【解決手段】蒸気を加熱して再熱蒸気として吐出する再熱器２、３と、再熱器に蒸気を供給する蒸気供給流路Ｐ１〜Ｐ５と、再熱器から吐出される再熱蒸気を案内する複数の再熱蒸気流路Ｐ６、Ｐ７とを備える再熱システム１であって、蒸気供給流路あるいは再熱蒸気流路に温度調整用蒸気を供給する温度調整機構４と、複数の再熱蒸気流路を流れる再熱蒸気の温度が均一化されるように、温度調整機構からの温度調整用蒸気の供給量を制御する制御部１５０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気を加熱して再熱蒸気として吐出する再熱器と、前記再熱器に前記蒸気を供給する蒸気供給流路と、前記再熱器から吐出される前記再熱蒸気を案内する複数の再熱蒸気流路とを備える再熱システムであって、
前記蒸気供給流路あるいは前記再熱蒸気流路に温度調整用蒸気を供給する温度調整機構と、
複数の前記再熱蒸気流路を流れる前記再熱蒸気の温度が均一化されるように前記温度調整機構からの前記温度調整用蒸気の供給量を制御する制御部と
を備えることを特徴とする再熱システム。
【請求項２】
前記温度調整機構は、
前記再熱蒸気流路の各々に設置されると共に前記再熱蒸気流路の内部に前記温度調整用蒸気を噴射するスプレ装置と、
前記スプレ装置の下流側にて前記再熱蒸気流路の各々に設置されると共に前記再熱蒸気の温度を計測して前記制御部に向けて出力する温度計と、
各々の前記スプレ装置に対して設置されると共に前記制御部の制御の下に前記スプレ装置に供給する前記温度調整用蒸気の流量を調整する流量制御バルブと
を備えることを特徴とする請求項１記載の再熱システム。
【請求項３】
共通流路から分岐されて各々が前記再熱器に接続される複数の前記蒸気供給流路を備え、
前記温度調整機構は、前記共通流路から前記蒸気を抽気して前記温度調整用蒸気とする抽気流路を備えることを特徴とする請求項１または２記載の再熱システム。
【請求項４】
直列的に接続された複数の前記再熱器を備え、
前記温度調整機構は、最も下流に配置される前記再熱器に接続された前記再熱蒸気流路に前記温度調整用蒸気を供給する
ことを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の再熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再熱システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所等では、効率的な熱利用を図るため、火炉の内部で生成された燃焼ガスにて、高圧タービンから吐出された蒸気を中低圧タービンに供給する前に加熱する再熱器が設置されている。例えば、特許文献１では、このような再熱器で加熱されて得られた再熱蒸気に対して、加熱前の蒸気を供給することにより再熱蒸気の温度を調整する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−７１４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、再熱器に対しては、再熱器から吐出される再熱蒸気を案内する再熱蒸気流路が複数接続される場合がある。これらの再熱蒸気流路に案内された再熱蒸気は後に合流されたうえで中低圧タービンに供給される。しかしながら、近年においては、中低圧タービンの効率を向上させること等のために、再熱蒸気の温度が高温化している。ここで、最終的に中低圧タービンに供給される再熱蒸気の温度が一定である場合であっても、複数の再熱蒸気流路に流れる再熱蒸気の温度の差が大きいと、いずれかの再熱蒸気流路に非常に高温の再熱蒸気が流れることになり、結果として設計時に全ての再熱蒸気流路の耐熱温度を向上させておく必要が生じる。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、再熱器に接続される複数設置される再熱蒸気流路を備える再熱システムにおいて、再熱蒸気流路を流れる再熱蒸気の温度を均一化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００７】
第１の発明は、蒸気を加熱して再熱蒸気として吐出する再熱器と、上記再熱器に上記蒸気を供給する蒸気供給流路と、上記再熱器から吐出される上記再熱蒸気を案内する複数の再熱蒸気流路とを備える再熱システムであって、上記蒸気供給流路あるいは上記再熱蒸気流路に温度調整用蒸気を供給する温度調整機構と、複数の上記再熱蒸気流路を流れる上記再熱蒸気の温度が均一化されるように上記温度調整機構からの上記温度調整用蒸気の供給量を制御する制御部とを備えるという構成を採用する。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記温度調整機構は、上記再熱蒸気流路の各々に設置されると共に上記再熱蒸気流路の内部に上記温度調整用蒸気を噴射するスプレ装置と、上記スプレ装置の下流側にて上記再熱蒸気流路の各々に設置されると共に上記再熱蒸気の温度を計測して上記制御部に向けて出力する温度計と、各々のスプレ装置に対して設置されると共に上記制御部の制御の下に上記スプレ装置に供給する上記温度調整用蒸気の流量を調整する流量制御バルブとを備えるという構成を採用する。
【０００９】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、共通流路から分岐されて各々が上記再熱器に接続される複数の上記蒸気供給流路を備え、上記温度調整機構は、上記共通流路から上記蒸気を抽気して上記温度調整用蒸気とする抽気流路を備えるという構成を採用する。
【００１０】
第４の発明は、上記第１〜３いずれかの発明において、直列的に接続された複数の上記再熱器を備え、上記温度調整機構は、最も下流に配置される上記再熱器に接続された再熱蒸気流路に温度調整用蒸気を供給するという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、温度調整機構が、温度調整用蒸気を蒸気供給流路あるいは複数の再熱蒸気流路に供給するように制御部から制御される。これにより、複数の再熱蒸気流路に流れる再熱蒸気は、それぞれ温度調整用蒸気が混合されることにより、温度が変化する。したがって、再熱蒸気流路を流れる再熱蒸気の温度を均一化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る再熱システムを有するボイラ装置の装置構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る再熱システムの構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る温度制御方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係る再熱システム１の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１４】
まず、本実施形態に係る再熱システム１を有するボイラ装置１００について説明する。図１は、本実施形態に係る再熱システム１を有するボイラ装置１００の装置構成図である。ボイラ装置１００は、図１に示すように、再熱システム１と、ボイラ本体１１０と、過熱システム１２０と、高圧タービン１３０と、中低圧タービン１４０と、制御装置１５０とを備えている。ボイラ本体１１０は、燃料が燃焼される容器であり、不図示のバーナ等によって内部に火炎が形成される。過熱システム１２０は、ボイラ本体１１０に配設された過熱器等により構成され、ボイラ本体１１０内において、内部に流通する蒸気を、高圧タービン１３０の駆動に必要な温度まで過熱させる。
【００１５】
高圧タービン１３０は、過熱システム１２０において加熱された高圧蒸気により回転されるタービンであり、不図示の発電装置と接続されている。この高圧タービン１３０において回転仕事をした蒸気は、再熱システム１へと供給される。中低圧タービン１４０は、再熱システム１から供給された再熱蒸気により回転されるタービンであり、不図示の発電装置と接続されている。制御装置１５０は、ボイラ装置１００の出力や、各部位における蒸気温度の制御を行う装置である。この制御装置１５０の一機能が、再熱システム１の一部として機能している。以下、制御装置１５０を、本発明における制御部として説明する。
【００１６】
このようなボイラ装置１００において、過熱システム１２０に供給された蒸気は、熱交換により加熱され、高温高圧状態で高圧タービン１３０に供給される。さらに、高圧タービン１３０に供給された蒸気は、高圧タービン１３０を回転駆動させることにより、内部エネルギが減少し、温度及び圧力が低下した低温蒸気となる。高圧タービン１３０から回収された低温蒸気は、再熱システム１において再び高温状態となり、中低圧タービン１４０へと供給され、中低圧タービン１４０を駆動させる。
【００１７】
図２は、本実施形態に係る再熱システム１の構成図である。なお、以下の説明においては、図２における上側を右、下側を左として説明する。再熱システム１は、図２に示すように、１次再熱器２と、２次再熱器３と、温度調整機構４とを備えている。また、再熱システムは、蒸気が流通する配管Ｐ１〜７を有している。このうち、配管Ｐ１は、高圧タービン１３０と接続されており、本発明における共通流路を形成している。この配管Ｐ１から配管Ｐ２及び配管Ｐ３が分岐されている。この配管Ｐ２及び配管Ｐ３は、本発明における蒸気供給流路を形成している。また、配管Ｐ６及び配管Ｐ７は、２次再熱器３に接続され、２次再熱器３から吐出される再熱蒸気を案内する再熱蒸気流路をそれぞれ形成している。
【００１８】
１次再熱器２は、入口ヘッダ管２ａと、複数の伝熱管２ｂと、出口ヘッダ管２ｃとを備えている。入口ヘッダ管２ａは、配管Ｐ１から分岐した配管Ｐ２及び配管Ｐ３と、複数の伝熱管２ｂとに接続され、高圧タービン１３０から回収された蒸気を複数の伝熱管２ｂに分配している。複数の伝熱管２ｂは、ボイラ本体１１０の内部に配置され、ボイラ本体１１０内の高温の燃焼ガスと熱交換されることで内部の蒸気を加熱する。出口ヘッダ管２ｃは、複数の伝熱管２ｂと、配管Ｐ４及び配管Ｐ５とに接続されている。複数の伝熱管２ｂにて加熱された蒸気は、この出口ヘッダ管２ｃにおいて合流され、再び配管Ｐ４及び配管Ｐ５に分配される。なお、この配管Ｐ４は、出口ヘッダ管２ｃの右側に接続され、入口ヘッダ管３ａの左側に接続されている。また、配管Ｐ５は、出口ヘッダ管２ｃの左側に接続され、入口ヘッダ管３ａの右側に接続されている。すなわち、配管Ｐ４と配管Ｐ５とは、左右方向において交差している。
【００１９】
２次再熱器３は、１次再熱器２の下流側に直列的に接続されており、入口ヘッダ管３ａと、複数の伝熱管３ｂと、出口ヘッダ管３ｃとを有している。すなわち、２次再熱器３は、再熱システム１において、最も下流に配置された再熱器である。入口ヘッダ管３ａは、配管Ｐ４及び配管Ｐ５と、複数の伝熱管３ｂとに接続され、１次再熱器２を通過した蒸気を複数の伝熱管３ｂに分配している。複数の伝熱管３ｂは、ボイラ本体１１０の内部に配置され、ボイラ本体１１０内の高温の燃焼ガスと熱交換されることで内部の蒸気を加熱する。出口ヘッダ管３ｃは、複数の伝熱管３ｂに接続されると共に、右側出口３ｃ１において配管Ｐ６に、左側出口３ｃ２において配管Ｐ７に接続されている。複数の伝熱管３ｂにて加熱された蒸気は、この出口ヘッダ管３ｃにおいて合流され、再び配管Ｐ６及び配管Ｐ７に分配される。このような２次再熱器３は、熱交換により、１次再熱器２を通過した蒸気をさらに加熱する熱交換器である。
【００２０】
温度調整機構４は、バイパス配管４ａと、右側流量制御バルブ４ｂと、右側スプレ装置４ｃと、右側温度計４ｄと、左側流量制御バルブ４ｅと、左側スプレ装置４ｆと、左側温度計４ｇとを有している。バイパス配管４ａは、配管Ｐ１に接続されると共に、下流側において二手に分岐し、右側スプレ装置４ｃと、左側スプレ装置４ｆとに接続される。このバイパス配管４ａは、内部に配管Ｐ１から流入した低温蒸気が流通し、本発明における抽気流路を形成している。
【００２１】
右側流量制御バルブ４ｂは、バイパス配管４ａの分岐点より下流であって、右側の流路に設けられており、制御装置１５０により弁開度が制御される。この右側流量制御バルブ４ｂの弁開度が制御されることにより、右側スプレ装置４ｃが噴射する低温蒸気の量が調整される。右側スプレ装置４ｃは、バイパス配管４ａに流通する蒸気を、配管Ｐ６の管内に噴射する装置である。右側温度計４ｄは、配管Ｐ６に設けられ、配管Ｐ６内部の蒸気温度を計測しており、この蒸気温度を制御装置１５０へと出力している。
【００２２】
左側流量制御バルブ４ｅは、バイパス配管４ａの分岐点より下流であって、左側に形成された流路に設けられており、制御装置１５０により弁開度が制御される。この左側流量制御バルブ４ｅの弁開度が制御されることにより、左側スプレ装置４ｆが噴射する低温蒸気の量が調整される。左側スプレ装置４ｆは、バイパス配管４ａに流通する蒸気を、配管Ｐ７の管内に噴射する装置である。左側温度計４ｇは、配管Ｐ７に設けられ、配管Ｐ７内部の蒸気温度を計測しており、この蒸気温度を制御装置１５０へと出力している。
【００２３】
このような温度調整機構４は、制御装置１５０（制御部）から制御されることにより、配管Ｐ６及び配管Ｐ７（再熱蒸気流路）へと、低温蒸気（温度調整用蒸気）を供給している。
【００２４】
このような本実施形態に係る再熱システム１の動作を説明する。
高圧タービン１３０より回収された低温蒸気は、配管Ｐ１から分岐した配管Ｐ２及び配管Ｐ３を介して、１次再熱器２へと供給される。低温蒸気は、複数の伝熱管２ｂを通過される際に、ボイラ本体１１０の高温燃焼ガスによって加熱される。このとき、ボイラ本体１１０内の高温燃焼ガスの流れ等により、複数の伝熱管２ｂにおいて、蒸気温度にバラツキが発生する。伝熱管２ｂを通過した蒸気は、出口ヘッダ管２ｃにおいて合流し、配管Ｐ４と配管Ｐ５とに分配される。この配管Ｐ４と配管Ｐ５とを通過した蒸気は、２次再熱器３へと供給されることでさらに加熱される。伝熱管３ｂを通過した蒸気は、出口ヘッダ管３ｃにおいて合流し、再び配管Ｐ６と配管Ｐ７とに分配される。
【００２５】
続いて、このような本実施形態に係る再熱システム１の温度制御方法を、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に係る温度制御方法のフローチャートである。
まず、制御装置１５０は、配管Ｐ６及び配管Ｐ７における蒸気温度を右側温度計及び左側温度計より取得する（ステップＳ１）。さらに、制御装置１５０は、配管Ｐ６の蒸気温度と配管Ｐ７の蒸気温度とを比較し、異なっているかを判断する（ステップＳ２）。
【００２６】
ステップＳ２において、制御装置１５０は、配管Ｐ６の蒸気温度と配管Ｐ７の蒸気温度とが等しいと判断した場合、すなわち判断がＮＯの場合、温度制御を終了する。
ステップＳ２において、制御装置１５０が配管Ｐ６の蒸気温度と配管Ｐ７の蒸気温度とが異なっていると判断した場合、すなわち、判断がＹＥＳの場合、制御装置１５０は、右側スプレ装置４ｃ及び左側スプレ装置４ｆの噴射量（供給量）をそれぞれ個別に決定する（ステップＳ３）。この各噴射量は、配管Ｐ６の蒸気温度と配管Ｐ７との蒸気温度との差、及び、目標とする蒸気温度との差に基づいて決定される。
【００２７】
そして、制御装置１５０は、決定された噴射量に基づいて、右側流量制御バルブ４ｂ及び左側流量制御バルブ４ｅの弁開度を制御し、低温蒸気を配管Ｐ６及び配管Ｐ７に噴射させる（ステップＳ４）。このような制御によって、配管Ｐ１に流れる低温蒸気の一部が、バイパス配管４ａへと流れ込む。バイパス配管４ａを通過した低温蒸気は、右側スプレ装置４ｃ及び左側スプレ装置４ｆから、配管Ｐ６及び配管Ｐ７へと高速で噴射される。これにより、２次再熱器３から配管Ｐ６及び配管Ｐ７へと流れる再熱蒸気には、それぞれ異なる量の低温蒸気が流入する。これにより、配管Ｐ６における蒸気温度と配管Ｐ７における蒸気温度とが等しくなる。
【００２８】
本実施形態に係る再熱システム１によれば、温度調整機構４が、低温蒸気を配管Ｐ６及び配管Ｐ７に供給するように制御装置１５０から制御される。これにより、配管Ｐ６及び配管Ｐ７に流れる再熱蒸気は、制御装置１５０からの制御に従ってそれぞれに低温蒸気が混合されることで、温度が変化する。したがって、配管Ｐ６及び配管Ｐ７を流れる再熱蒸気の温度を均一化することが可能である。
【００２９】
また、本実施形態に係る再熱システム１によれば、制御装置１５０は、右側温度計４ｄ及び左側温度計４ｇが検出した蒸気温度に基づいて、右側流量制御バルブ４ｂ及び左側流量制御バルブ４ｅを制御し、右側スプレ装置４ｃ及び左側スプレ装置４ｆの噴射量を調整している。これにより、制御装置１５０は、配管Ｐ６及び配管Ｐ７における蒸気温度に基づいて、即時的に蒸気温度の制御を行うことができる。
【００３０】
また、本実施形態に係る再熱システム１によれば、温度調整機構４は、配管Ｐ１にバイパス配管４ａを接続することにより、共通流路から低温蒸気を抽気している。これにより、配管Ｐ２及び配管Ｐ３に流れる低温蒸気の量が、いずれかに偏ることを防止している。したがって、配管Ｐ２及び配管Ｐ３に流れる蒸気は、１次再熱器２及び２次再熱器３に左右均等に供給され、１次再熱器２及び２次再熱器３において左右方向において均一に加熱されやすくなる。
【００３１】
また、本実施形態に係る再熱システム１によれば、温度調整機構４は、２次再熱器に接続された配管Ｐ６及び配管Ｐ７に対して低温蒸気を供給している。したがって、温度調整機構４は、１次再熱器２及び２次再熱器３を通過することにより発生した蒸気温度の偏りについても、調整することができ、再熱システム１の出口における蒸気温度を均一とすることができる。
【００３２】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施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、本発明の趣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。
【００３３】
例えば、上記実施形態において、再熱システム１の２次再熱器３は、出口ヘッダ管３ｃを１つ有し、この出口ヘッダ管３ｃに配管Ｐ６及び配管Ｐ７が接続されるものとした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、２次再熱器３は、出口ヘッダ管３ｃを複数有する構成を採用することも可能である。この場合、２次再熱器３には、複数の出口ヘッダ管３ｃに対して、それぞれ２つずつ再熱蒸気流路を形成する配管が接続される。また、流量調整バルブ、スプレ装置及び温度計は、２次再熱器３の出口ヘッダ管３ｃに接続される再熱蒸気流路のそれぞれに接続されるものとする。このような構成とすると、複数の出口ヘッダ管３ｃに流量が分配されるので各出口ヘッダ管３ｃの外径を小さくすることができ、製作性が向上する。
【００３４】
また、再熱システム１は、１次再熱器２と、２次再熱器３との２つの再熱器を有するものとした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、再熱システム１は、２次再熱器３を有さず、１次再熱器のみを有する構成を採用することも可能である。
【００３５】
また、上記実施形態においては、再熱システム１は、温度制御を行う制御部として、ボイラ装置１００の制御装置１５０の一機能を有する構成とした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、再熱システム１が制御装置を別途備えるものとしてもよい。
【００３６】
また、温度調整機構４は、バイパス配管４ａが配管Ｐ４及び配管Ｐ５に対して接続され、配管Ｐ４及び配管Ｐ５に低温蒸気を供給する構成を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１  再熱システム
２  次再熱器
２ａ  入口ヘッダ管
２ｂ  伝熱管
２ｃ  出口ヘッダ管
３  次再熱器
３ａ  入口ヘッダ管
３ｂ  伝熱管
３ｃ  出口ヘッダ管
３ｃ１  右側出口
３ｃ２  左側出口
４  温度調整機構
４ａ  バイパス配管
４ｂ  右側流量制御バルブ
４ｃ  右側スプレ装置
４ｄ  右側温度計
４ｅ  左側流量制御バルブ
４ｆ  左側スプレ装置
４ｇ  左側温度計
１００  ボイラ装置
１１０  ボイラ本体
１２０  過熱システム
１３０  高圧タービン
１４０  中低圧タービン
１５０  制御装置
【図１】
2017219248.tif 000003
【図２】
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【図３】
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