(57)【要約】【課題】給水加熱器と復水器とを連通するドレン排出管内に、流量調節弁やドレン冷却器を設けずに、給水加熱器と復水器の器内圧力差を利用することにより、簡潔な構成でドレンの回収を行えるようにした低圧給水加熱器のドレン制御装置を提供する。【解決手段】低圧給水加熱器１のドレンをドレン排水管２によって復水器３に排出するようにしたドレン水位制御装置において、低圧給水加熱器１の器内圧力と、復水器３の器内圧力との差圧以上のヘッド差を有し、Ｕシール機能を備えたドレン排水管２により低圧給水加熱器１と復水器３底部とを連通させ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】
低圧給水加熱器のドレンをドレン排水管によって復水器に排出するようにしたドレン水位制御装置において、
前記低圧給水加熱器の器内圧力と、前記復水器の器内圧力との差圧以上のヘッド差を有し、Ｕシール機能を備えたドレン排水管により低圧給水加熱器と復水器底部とを連通させることを特徴とした低圧給水加熱器のドレン水位制御装置。
【請求項２】
前記低圧給水加熱器に設けられ、ドレン水位が予定値以上になると動作するドレン水位検出器と、
前記ドレン排水管の最低部位よりも高い部位と前記復水器器内とを連通する弁であって、常時閉弁し、前記ドレン水位検出器の動作により開弁する開閉弁と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の低圧給水加熱器のドレン水位制御装置。
【請求項３】
前記低圧給水加熱器に設けられ、ドレン水位が予定値以上になると動作するドレン水位検出器と、
前記低圧給水加熱器の上部給水加熱器および下部給水加熱器間に設けられ、常時閉路し、前記ドレン水位検出器の動作によって開路して前記上部給水加熱器および下部給水加熱器間をバイパスする復水バイパスラインと、
前記上部給水加熱器と前記復水器器内とを連通する第２のドレン排出管に設けられ、前記ドレン水位検出器の動作により開操作される水位調整弁と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の低圧給水加熱器のドレン水位制御装置。
【請求項４】
前記低圧給水加熱器に設けられ、ドレン水位が予定値以上になると動作するドレン水位検出器と、
前記上部給水加熱器と前記復水器器内とを連通する第２のドレン排出管に設けられ、前記ドレン水位検出器の動作によって開操作される水位調整弁と、
前記第２のドレン排出管と前記低圧給水加熱器の下部給水加熱器との間を連通する第３のドレン排出管に設けられ、常時開弁し、前記ドレン水位検出器の動作によって閉弁する水位調整弁と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の低圧給水加熱器のドレン水位制御装置。
【請求項５】
前記低圧給水加熱器の上部給水加熱器および下部給水加熱器間に設けられ、常時閉路し、前記ドレン水位検出器の動作によって開路して前記上部給水加熱器および下部給水加熱器間をバイパスする復水バイパスライン、
を備えたことを特徴とする請求項４記載の低圧給水加熱器のドレン水位制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５に記載の低圧給水加熱器のドレン水位制御装置を有する蒸気タービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力または原子力発電プラント設備における低圧給水加熱器のドレン水位制御装置および蒸気タービンプラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、火力または原子力発電プラントにおいては、給水ポンプよりも復水器側の給水系に低圧給水加熱器を、給水ポンプよりもボイラ側の給水系に高圧給水加熱器をそれぞれ設置することによって、タービンプラントの熱効率向上を図っている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
低圧給水加熱器では、低圧タービン抽気で復水を加熱した際に発生したドレンを一旦ドレンタンクに貯蔵し、このドレンタンクに貯蔵内したドレンをドレン排出管により復水器内に回収するように構成している。このため、給水加熱器と復水器との差圧を大きくとることができない。
【０００４】
特に、低圧給水加熱器のうち、復水器に最も近い位置に設置されている低圧第１給水加熱器においては、復水器との差圧が微差圧となることから、ドレンタンク内のドレン水位を一定に調節するために設ける水位調節弁のサイズは非常に大口径となり、配管ルートの確保を困難にしている。
【０００５】
図５は、火力または原子力発電プラント設備に設置された一般的な低圧給水加熱器のドレン水位制御に係わるプロセス系統図である。
図５において、図示しない低圧タービンからの抽気は、低圧第１給水加熱器１内に導入されて復水と熱交換した際にドレンとなる。このドレンは低圧第１給水加熱器１内の図示しないドレンタンクに一旦貯蔵され、ドレン排出管２内を流れて復水器３で回収されるようになっている。
【０００６】
ドレン排出管２には途中に水位調節弁４が設けられている。この水位調節弁４はドレンタンクの水位を一定に調節するために設けられた弁であり、低圧第１給水加熱器１内のドレンタンクに設置されている水位検出器５からの動作信号によって弁開度を制御されるようになっている。
【０００７】
前述した低圧第１給水加熱器１内のドレン水位を一定に保つための水位調節弁４は、低圧第１給水加熱器１内のドレンタンクと復水器３との差圧を大きくとることができない分、サイズを大口径とせざるを得ない。例えばタービンの低負荷域においては、低圧第１給水加熱器１内のドレンタンクの圧力と復水器３器内圧力との差圧が約６０（ｋＰａ）のとき、約２８０（ｔ/ｈ）のドレンを流す必要があり、この条件下で配管を選定すると２５０Ａ(１０Ｂ)もの大きな口径の鋼管が必要となり、配管ルートの確保のみならず、配置計画、更には敷地計画から変更しなければならないという課題があった。ここで、２５０Ａ、１０Ｂはともに配管の呼び径を表す記号であり、Ａは外径をミリメートル表示する際、Ｂは外径をインチ表示する際に用いる記号である。因みに２５０Ａの場合、外径が２６７．４ｍｍである。
【０００８】
上述した配管に係わる課題を解決するために、図６で示すように、低圧給水加熱器１のドレンタンク６と復水器３との間を連通するドレン排出管２の途中にドレン冷却器（ドレンクーリングゾーン）７を設け、しかもドレン排出管２のうち、ドレン冷却器７と復水器３間とを連通する配管部分をＵ字形配管８に形成するとともに、その先端部に水平接続管９を接続して復水器３内に開口させ、その開口部に対向離間してバッフル（図示せず）を配置した発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この特許文献１によれば、ドレン排出管２には図５で設けた大口径の水位調節弁４を設ける必要がなく、安定したドレン排出機能を行わせることができるとされている。なお、特許文献１の技術でドレン冷却器７を設ける理由は、ドレン排出管２先端の水平接続管９が復水器３の上部胴に連通するように構成されているために、給水加熱器１で発生したドレンを飽和圧力温度以下に下げないと、復水器３の器内圧力が真空のためにドレンが蒸発して引き込まれ、その結果、蒸気流としての圧力損失が発生し、ドレン温度が高くなると蒸気流による閉塞現象によりタンク内水位が上昇して最悪の場合、ウォータインジェクションが発生する可能性があるからである。
【特許文献１】特公平２−３６８４６号公報、ｐｐ．２〜３、図２、図４、図１０
【非特許文献１】電気工学ハンドブック、昭和４３年４月発行、PP.１１６５、３８図。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術は、ドレン排出管２に大口径の水位調節弁４を設ける必要がないという特徴を有する反面、低圧給水加熱器で発生したドレンの温度を飽和圧力温度以下まで下げるためにドレン排出管２の途中に新たにドレン冷却器７を設ける必要があり、その分設備費やメンテナンス費用が嵩むという欠点がある。
【００１１】
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、低圧給水加熱器と復水器とを連通するドレン排出管内に、流量調節弁やドレン冷却器を設けずに、低圧給水加熱器と復水器の器内圧力差を利用することによって、簡潔な構成でドレンの回収することのできる低圧給水加熱器のドレン水位制御装置および蒸気タービンプラントを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、低圧給水加熱器のドレンをドレン排水管によって復水器に排出するようにしたドレン水位制御装置において、前記低圧給水加熱器の器内圧力と、前記復水器の器内圧力との差圧以上のヘッド差を有し、Ｕシール機能を備えたドレン排水管により低圧給水加熱器と復水器底部とを連通させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低圧給水加熱器と復水器とを連通するドレン排出管の流路内に、流量調節弁やドレン冷却器を設けずに、低圧給水加熱器と復水器の器内圧力差を利用して、簡潔な構成でドレンの回収を行えるようにしたので、設備費を低減させることができるとともに、メンテナンスをする場合の費用も抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図を通じて共通する部品については、同一符号若しくは関連符号を付けることにより、重複した説明を適宜省くものとする。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る低圧給水加熱器のドレン水位制御を行うプロセス系統図である。
【００１６】
図１において、１は低圧給水加熱器のうち、一番復水器に近い流路に設けられる低圧第１給水加熱器であって、復水器３の上部胴部に設置されて図示しない低圧タービンからの抽気を導入して復水された給水を加熱するものである。この低圧給水加熱器１内の熱交換チューブで給水と熱交換した抽気はドレンとなり、低圧給水加熱器１内の図示しないドレンタンクに一旦貯蔵され、ドレン排出管２を通って復水器３に導かれ回収されるようになっている。
【００１７】
本実施形態における低圧給水加熱器のドレン水位制御装置は、例えば定格運転時における低圧第１給水加熱器１の器内圧力が約−３２（ｋＰａ）、復水器３の器内圧力が約−９２（ｋＰａ）である場合、低圧第１給水加熱器１の器内圧力と復水器３の器内圧力との差圧、すなわち、６０（ｋＰａ）以上のヘッド差が生じるような長さを有するドレン排出管２を用意し、その一端部２−１を低圧第１給水加熱器１器内の図示しないドレンタンクの下部に連通させ、中間部２−３をＵ字形に撓ませた状態で他端部２−２をドレン水Ｄに水没するように復水器３の底部に連通させるように構成したものである。
【００１８】
これにより、本実施形態では、低負荷から定格負荷までをＵシール機能を備えたドレン排出管２によってドレンを排出させることが可能となる。また、低圧第１給水加熱器１内の熱交換チューブから給水が漏れた場合、低圧第１給水加熱器１側の圧力が高くなることにより、過剰なドレンはドレン排出管２を通って復水器３に流れ込むので、蒸気タービンプラントを良好な運転を保つことができる。
【００１９】
以上述べたように、特許文献１に記載の技術であれば、給水加熱器の附帯設備としてドレン冷却器を設け、このドレン冷却器によりドレンを過冷却して次段の給水加熱器か復水器へと流すように構成する必要があったが、本実施形態によれば、低圧第１給水加熱器１の器内圧力と、復水器３の器内圧力との差圧に以上のヘッド差を有するＵシール機能を備えたドレン排出管２によって、低圧第１給水加熱器１と復水器３とを連通させるように構成したので、低圧給水加熱器１と復水器３との器内圧力差を利用した圧力バランス方式を採用することができる。  
この結果、大口径のドレン排出管、ドレン水位調節弁、ドレンを過冷却するためのドレン冷却器等を設ける必要がなく、構成機器の最適化を図ることができる。
【００２０】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る低圧給水加熱器のドレン水位制御を行うプロセス系統図である。
【００２１】
本実施形態は、図２で示すように、第１の実施形態のドレン排出管２と復水器３との間に、ドレン排出管２の底部に滞留した汚泥を復水器３内に排出するための開閉弁１０を追加したことを特徴とするものである。なお、この開閉弁１０は常閉弁しており、後述する水位検出器５の動作により開弁するようになっている。
【００２２】
ドレン排出管２は中間部分２−３をＵ字形に撓ませているので、運転中にその最低部分すなわち底部に汚泥が徐々に滞留する場合がある。汚泥の滞留によってドレン排出流路が閉塞されると、低圧第１給水加熱器１の図示していないドレンタンクの水位が上昇する。
【００２３】
このドレンタンクの水位が予定の設定値以上に上昇した場合、水位検出器５が動作して常時閉路している開閉弁１０を開弁することによって、汚泥等の滞留物を復水器３内に排出する。
【００２４】
このように、本実施形態によれば、第１の実施形態の奏する効果に加えて、Ｕ字形のドレン排出管２の底部に汚泥等の滞留によってドレン水位が上昇した場合、開閉弁１０を開弁させてドレンを復水器３内に排出するようにしたので、ドレンタンクの水位上昇を回避することが可能である。
【００２５】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る低圧給水加熱器のドレン水位制御を行うプロセス系統図である。
【００２６】
本実施形態は、図３で示すように、図1で示した第１の実施形態に対して、低圧第１給水加熱器１内で上段部に位置する給水加熱器（便宜上、上段給水加熱器と称する）１Ｕと下段部に位置する給水加熱器（便宜上、下段給水加熱器と称する）１Ｄ間を復水バイパスライン１１によって連通させ、かつ、上段給水加熱器１Ｕと復水器３との間を第２のドレン排出管１２で連通させて、その第２のドレン排出管１２に水位調節弁１３を設け、さらに、第２のドレン排出管１２と給水加熱器１の下段給水加熱器１Ｄとの間を第３のドレン配水管１４で連通させてその第３のドレン配水管１４に水位調節弁１５を設けるように構成したものである。なお、本実施形態またはその他において、ドレン排出管２を、便宜上第１のドレン排出管２と称する場合がある。
【００２７】
本実施形態の場合、蒸気タービンプラントの通常運転時では復水バイパスライン１１および第２のドレン排出管１２の水位調節弁１３を閉路しており、低圧第１給水加熱器１内で生じたドレンは第１のドレン排出管２によって復水器３内に排出される。
【００２８】
しかし、低圧第1給水加熱器１内の熱交換チューブの給水漏れによってドレンタンクの水位が予定値以上に上昇した場合、水位検出器５が動作し、バイパスライン１１および水位調節弁１３を開操作するとともに、第３のドレン配水管１４の水位調節弁１５を全閉させる。
【００２９】
バイパスライン１１の全開、水位調節弁１５の全閉により、ドレンタンク内の水位上昇を抑制しつつ、通常運転のドレンの排出量よりも多量になったドレン（漏れた給水を含む）は、第１のドレン排出管２を通って復水器３に排出されるとともに、第２のドレン排出管１２および水位調節弁１３を通って復水器３内に排出される。
【００３０】
以上述べたように、本実施形態によれば、第１の実施形態の奏する効果に加えて、熱交換チューブからの給水が漏れるような緊急事態の場合であっても、給水加熱器１に設けた水位検出器の動作によって、上段給水加熱器１Ｕからのドレン流入ライン１４の水位調節弁１５を全閉させ、かつ、上段給水加熱器１Ｕから復水器３へドレンを回収するための水位調節弁１３を開操作することによって、低圧第１給水加熱器１のドレンタンクの水位上昇を回避することができ、正常に蒸気タービンプラントを運転することが可能となる。
【００３１】
（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係る低圧給水加熱器のドレン水位制御を行うプロセス系統図である。
【００３２】
本実施形態は、図４に示すように、第１の実施形態（図１）から第３の実施形態（図４）で設けた装置や部品を全て備えるように構成したもので、各実施形態の効果を全て奏することができる。
【００３３】
（その他）
以上述べた第１〜第４の実施形態では、Ｕ字形のドレン排水管を採用する例を示したが、ドレン排水管の形状はＵ字形に限定する必要はなく、Ｌ字状でもよい。要は、Ｕシール機能を備えていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る低圧給水加熱器のドレン水位制御装置のプロセス系統図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る低圧給水加熱器のドレン水位制御装置のプロセス系統図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る低圧給水加熱器のドレン水位制御装置のプロセス系統図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る低圧給水加熱器のドレン水位制御装置のプロセス系統図。
【図５】従来の発電プラント設備における一般的な低圧給水加熱器ドレン水位制御装置のプロセス系統図。
【図６】従来の発電プラント設備における改良された低圧給水加熱器ドレン水位制御装置のプロセス系統図。
【符号の説明】
【００３５】
１…低圧第1給水加熱器、１Ｕ…上段給水加熱器、１Ｄ…下段給水加熱器、２…第１のドレン排出管、３…復水器、５…水位検出器、１０…開閉弁、１１…復水バイパスライン、１２…第２のドレン排出管、１３…水位調節弁、１４…第３のドレン排出管、１５…水位調節弁。
【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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