JP2013231393A - Steam turbine plant - Google Patents
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Abstract
【課題】発電出力の向上を図ることでき、余剰電力を有効に利用して、電力平準化を図ることができる蒸気タービンプラントを提供する。
【解決手段】実施形態の蒸気タービンプラント１０は、水を蒸気とするボイラ２０と、ボイラ２０からの蒸気で駆動される蒸気タービン２１と、蒸気タービン２１からのタービン排気２８を冷却水３０で冷却する復水器２３と、冷却水３０を冷却する第２の冷却器３３と、復水器２３から導かれた給水２６を加熱する給水加熱器２５とを備える。さらに、冷凍機６０と、第２の冷却器３３に循環して冷却水３０を冷却する冷却物質４０を収容し、冷凍機６０の蒸発器における吸熱を利用して冷却物質４０を冷却する冷却用蓄熱槽４４と、給水加熱器２５に循環して給水２６を加熱する加熱物質５０を収容し、冷凍機６０の凝縮器における放熱を利用して加熱物質５０を加熱する加熱用蓄熱槽５４とを備える。
【選択図】図１A steam turbine plant that can improve power generation output and can effectively use surplus power to achieve power leveling is provided.
A steam turbine plant according to an embodiment cools a boiler using water as steam, a steam turbine driven by steam from the boiler, and a turbine exhaust from the steam turbine with cooling water. A condenser 23, a second cooler 33 that cools the cooling water 30, and a feed water heater 25 that heats the feed water 26 led from the condenser 23. Furthermore, the cooling substance 40 which circulates to the refrigerator 60 and the second cooler 33 to cool the cooling water 30 is accommodated, and the cooling substance 40 is cooled by utilizing the heat absorption in the evaporator of the refrigerator 60. A heat storage tank 44 and a heating heat storage tank 54 that contains a heating substance 50 that circulates in the feed water heater 25 and heats the feed water 26 and heats the heating substance 50 using heat radiation in the condenser of the refrigerator 60. Prepare.
[Selection] Figure 1
Description
本発明の実施形態は、蒸気タービンプラントに関する。 Embodiments of the present invention relate to a steam turbine plant.
図７および図８は、従来の蒸気タービンプラントの概要を示す図である。なお、図７および図８では、一つの蒸気タービン２０４を備えた一例を示しているが、複数の蒸気タービンを備えてもよく、再熱サイクルや再生サイクルを構成してもよい。
7 and 8 are diagrams showing an outline of a conventional steam turbine plant. 7 and 8 show an example in which one
図７および図８に示すように、従来の蒸気タービンプラントでは、ボイラ給水２００は、給水ポンプ２０１によって昇圧され、ボイラ２０２に導かれ、例えば、石炭を燃料とする燃焼排ガスや太陽熱によって加熱されて蒸気２０３となる。
As shown in FIGS. 7 and 8, in a conventional steam turbine plant, the
ボイラ２０２で発生した蒸気２０３は、蒸気タービン２０４に流入し、膨張し、その圧力および温度が低下する。蒸気タービン２０４内を膨張しながら流動する蒸気２０３によって回動されるタービンロータは、発電機２０５に連結されている。発電機２０５では、タービンロータの回動を用いて発電する。
The
蒸気タービン２０４から排出されたタービン排気２０６は、復水器２０７に流入する。ここで、一般的に、タービン排気２０６のうちの一部は、凝縮していて液体となっているが、大部分は気体である。
復水器２０７に導かれたタービン排気２０６は、冷却されて水となる。図７に示した蒸気タービンプラントにおける復水器２０７では、タービン排気２０６を冷却する冷却水２０８は、海や河川から冷却水ポンプ２０９によって汲み上げられ、復水器２０７に導かれる。そして、冷却水２０８は、タービン排気２０６と熱交換した後、海や河川に排出される。
The
図８に示した蒸気タービンプラントにおける復水器２０７では、タービン排気２０６を冷却する冷却水２０８は、循環流路２１２を循環する。その循環流路２１２には、冷却水２０８を循環させるための冷却水ポンプ２１０、およびタービン排気２０６と熱交換した後の冷却水２０８を冷却するための大気用冷却器２１１が備えられている。大気用冷却器２１１において、冷却水２０８は、大気と熱交換されて冷却される。ここで、大気用冷却器２１１では、送風機などを用いて大気を強制的に送風して熱交換させてもよいし、送風機などを用いずに、大気と熱交換させてもよい。
In the
復水器２０７から排出された水は、ボイラ給水２００として、再び給水ポンプ２０１によって昇圧され、ボイラ２０２に導かれる。
The water discharged from the
電力需要は、季節や時間帯によって異なる。例えば、夏期の昼間においては、電力需要が増大し、電力が不足気味となる。電力需要が増大する夏期の昼間においては、海水や河川水の温度が高くなる。また、夏期の昼間においては、大気の温度も高くなり、さらに、特に日本では相対湿度も高い。 Electricity demand varies depending on the season and time zone. For example, during the daytime in the summer, the demand for power increases and the power becomes scarce. During the summer daytime when power demand increases, the temperature of seawater and river water rises. In addition, during summer daytime, the temperature of the atmosphere is high, and in Japan, the relative humidity is also high.
このようなことから、従来の蒸気タービンプラントの復水器２０７では、夏期の昼間における冷却水２０８の温度が十分に高くなる。大気の温度が高く、さらに相対湿度も高い場合には、図８に示した大気用冷却器２１１における冷却能力が低下するので、冷却水２０８の温度は高くなり、図７に示した海水や河川水を用いる方式よりも低温の確保は困難となる。
For this reason, in the
復水器２０７における冷却水２０８の温度が高くなると、蒸気タービン２０４の出口圧力が高くなるため、タービンロータの回転動力を発生するために利用できる蒸気２０３のエンタルピ（エンタルピ落差）は小さくなる。そのため、蒸気タービン２０４の出力は減少し、発電量を増加させたい夏期の昼間において発電出力が減少する。なお、複数の蒸気タービンを備える場合において、蒸気タービン２０４の出口圧力とは、最下流に位置し、復水器２０７と連通する蒸気タービンの出口圧力を意味する。
When the temperature of the
一方、夏期であっても夜間は電力が余剰状態となる。そのため、一部の発電所では夜間の発電を行わなくてもよい状態にあるが、ボイラ２０２の運転を停止させたり、開始させたりすることは容易に行うことができない。そのため、一部の発電所では、電力が余剰となる夜間、ボイラ２０２や蒸気タービン２０４を部分負荷運転して、発電量を減らしている。
On the other hand, even during the summer, the power is surplus at night. Therefore, although it is not necessary to generate power at night in some power plants, it is not easy to stop or start operation of the
本発明が解決しようとする課題は、電力需要が増大する際に発電出力の向上を図ることでき、余剰電力が生じる際に余剰電力を有効に利用して、電力平準化を図ることができる蒸気タービンプラントを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is that steam that can improve power generation output when power demand increases and can effectively use surplus power when surplus power is generated to achieve power leveling. It is to provide a turbine plant.
実施形態の蒸気タービンプラントは、水を加熱して蒸気とするボイラと、前記ボイラから供給された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出されたタービン排気を冷却水を用いて冷却し、水とする復水器と、前記冷却水を冷却する冷却器と、前記復水器と前記ボイラとの間に配置され、前記復水器から導かれ前記ボイラへ向かう給水を加熱する給水加熱器とを備える。 The steam turbine plant of the embodiment uses a cooling water to cool a boiler that heats water to make steam, a steam turbine driven by steam supplied from the boiler, and turbine exhaust discharged from the steam turbine. And a condenser for cooling water, a cooler for cooling the cooling water, and a water supply that is arranged between the condenser and the boiler and that heats the feed water that is led from the condenser and directed to the boiler. And a heater.
さらに、蒸気タービンプラントは、蒸発器および凝縮器を備えた冷凍機と、前記冷却器に循環して前記冷却水を冷却する冷却物質を収容し、前記冷凍機の蒸発器における吸熱を利用して前記冷却物質を冷却する冷却用蓄熱槽と、前記給水加熱器に循環して前記給水を加熱する加熱物質を収容し、前記冷凍機の凝縮器における放熱を利用して前記加熱物質を加熱する加熱用蓄熱槽とを備える。 Furthermore, the steam turbine plant contains a refrigerator having an evaporator and a condenser, and a cooling material that circulates to the cooler to cool the cooling water, and uses heat absorption in the evaporator of the refrigerator. A heat storage tank for cooling the cooling substance, a heating substance that circulates in the feed water heater and heats the feed water, and heats the heating substance by using heat radiation in the condenser of the refrigerator A heat storage tank.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の蒸気タービンプラント１０の概要を示す図である。なお、図１では、一つの蒸気タービンを備えた一例を示しているが、複数の蒸気タービンを備えてもよく、再熱サイクルや再生サイクルを構成してもよい（以下においても同じ）。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an overview of a
図１に示すように、蒸気タービンプラント１０では、ボイラ２０、蒸気タービン２１、発電機２２、復水器２３、給水ポンプ２４、給水加熱器２５を備えている。
As shown in FIG. 1, the
給水ポンプ２４によって昇圧された給水２６は、給水加熱器２５を経てボイラ２０に導かれる。ボイラ２０に導かれた給水２６は、加熱されて蒸気２７となる。
The
ここで、ボイラ２０としては、例えば、石炭を燃料とし発生した燃焼排ガスによって給水２６を加熱するボイラや、太陽熱を用いて給水２６を加熱するボイラなどを使用することができる。
Here, as the
ボイラ２０で発生した蒸気２７は、蒸気タービン２１に流入し、膨張し、その圧力および温度が低下する。蒸気タービン２１内を膨張しながら流動する蒸気２７によって回動されるタービンロータ（図示しない）は、発電機２２に連結されている。発電機２２では、タービンロータの回動を利用して発電する。
The
蒸気タービン２１から排出されたタービン排気２８は、復水器２３に流入する。復水器２３に導かれたタービン排気２８は、冷却されて水となる。復水器２３から排出された水は、給水２６として、再び給水ポンプ２４により昇圧され、ボイラ２０に導かれる。
このように、蒸気２７、タービン排気２８および給水２６が流れる環状の系統が構成されている。
Thus, an annular system through which the
次に、復水器２３においてタービン排気２８を冷却、および給水加熱器２５において給水２６を加熱する系統について説明する。
Next, a system for cooling the
タービン排気２８は、復水器２３内において冷却水３０と熱交換することで温度が低下して凝縮し、水となる。タービン排気２８を冷却する冷却水３０は、例えば、図１に示すように、循環流路３１を循環する。その循環流路３１には、冷却水３０を循環させるための冷却水ポンプ３２、およびタービン排気２８と熱交換した後の冷却水３０を冷却するための第１の冷却器３４および第２の冷却器３３が備えられている。
The
ここで、第１の冷却器３４は、冷却水３０を大気と熱交換することで冷却するものであり、大気用冷却器として機能する。なお、第１の冷却器３４では、送風機などを用いて大気を強制的に送風して熱交換させてもよいし、送風機などを用いずに、大気と熱交換させてもよい。
Here, the
また、第２の冷却器３３は、図１に示すように、第１の冷却器３４および冷却水ポンプ３２の下流側で、かつ冷却水３０が復水器２３に導入される直前の循環流路３１に配置されることが好ましい。このように第２の冷却器３３を配置するのは、第２の冷却器３３において、冷却水３０を大気温よりも十分に低温まで冷却することができるからである。
Further, as shown in FIG. 1, the
第２の冷却器３３は、冷却水３０を冷却する冷却物質４０を循環させる循環流路４１に介在している。循環流路４１には、冷却物質４０を循環させる冷却物質用ポンプ４２、循環する冷却物質４０の流量を調整する流量調節弁４３、冷却用蓄熱槽４４が備えられている。
The
冷却用蓄熱槽４４は、冷却物質４０を収容している。冷却用蓄熱槽４４に収容された冷却物質４０は、後述する冷凍機６０の蒸発器における吸熱を利用して冷却される。
The cooling
ここで、冷却物質４０として、常温で液体である物質である、例えば、水などを使用することができる。冷却物質４０は、循環する際には主として液体である。例えば、冷却物質４０として水を使用する場合、循環流路４１を循環するのは、主として水であるが、この中に氷粒が少量混在していてもよい。
Here, as the cooling
また、冷却用蓄熱槽４４の内部において、冷却物質４０の一部が相変化により凝固した固体が存在してもよい。例えば、冷却物質４０として水を使用する場合、冷却用蓄熱槽４４の内部に、水が相変化した氷が存在してもよい。
In addition, in the cooling
なお、冷却用蓄熱槽４４の内部において冷却物質４０の一部が凝固している場合でも、液体の冷却物質４０が循環する流路は確保されている。この場合、循環する冷却物質４０が、凝固した冷却物質４０によって冷却されるため、より温度の低い冷却物質４０を第２の冷却器３３に循環させることができる。相変化により凝固していた冷却物質４０は、循環する液体の冷却物質４０を冷却することで融解して液体となる。
Even when a part of the cooling
一方、給水加熱器２５は、給水２６を加熱する加熱物質５０を循環させる循環流路５１に介在している。循環流路５１には、加熱物質５０を循環させる加熱物質用ポンプ５２、循環する加熱物質５０の流量を調整する流量調節弁５３、加熱用蓄熱槽５４が備えられている。
On the other hand, the
加熱用蓄熱槽５４は、加熱物質５０を収容している。加熱用蓄熱槽５４に収容された加熱物質５０は、後述する冷凍機６０の凝縮器における放熱を利用して加熱される。ここで、加熱物質５０としては、例えば、水などの液体などが使用される。また、加熱物質５０として、加熱されることによって液体に相変化するものであれば、常温（室温）で固体を含むものでも使用できる。
The heating
また、加熱物質５０を液体とし、加熱用蓄熱槽５４の内部に、この液体と熱交換可能に加熱用蓄熱材を備え、この加熱用蓄熱材と熱交換することで加熱物質５０を加熱する構成としてもよい。この場合には、冷凍機６０の凝縮器における放熱を利用して加熱用蓄熱材が加熱される。
Moreover, the
本系統には、図１に示すように、冷凍機６０が備えられている。冷凍機６０として、例えば、ターボ冷凍機やスクリュ冷凍機などを使用することができる。冷凍機６０は、蒸気圧縮式冷凍サイクルで作動し、図示しないが、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を備えている。
As shown in FIG. 1, this system is provided with a
冷凍機６０と冷却用蓄熱槽４４との間には、冷却媒体７０を循環させる循環流路７１が備えられている。すなわち、循環流路７１に、冷凍機６０および冷却用蓄熱槽４４が介在している。また、循環流路７１には、冷却媒体７０を循環させる冷却媒体用ポンプ７２、循環する冷却媒体７０の流量を調整する流量調節弁７３が備えられている。
A
冷凍機６０の駆動時において、冷凍機６０の蒸発器（図示しない）における吸熱を利用して、循環流路７１を流れる冷却媒体７０を冷却する。そのため、冷凍機６０の内部において、冷凍機６０の蒸発器と循環流路７１との間で熱交換可能なように構成されている。そして、冷却された冷却媒体７０は、冷却用蓄熱槽４４に循環され、冷却用蓄熱槽４４内の冷却物質４０を冷却する。
When the
冷凍機６０と加熱用蓄熱槽５４との間には、加熱媒体８０を循環させる循環流路８１が備えられている。すなわち、循環流路８１に、冷凍機６０および加熱用蓄熱槽５４が介在している。また、循環流路８１には、加熱媒体８０を循環させる加熱媒体用ポンプ８２、循環する加熱媒体８０の流量を調整する流量調節弁８３が備えられている。
A
冷凍機６０の駆動時において、冷凍機６０の凝縮器（図示しない）における放熱を利用して、循環流路８１を流れる加熱媒体８０を加熱する。そのため、冷凍機６０の内部において、冷凍機６０の凝縮器と循環流路８１との間で熱交換可能なように構成されている。そして、加熱された加熱媒体８０は、加熱用蓄熱槽５４に循環され、加熱用蓄熱槽５４内の加熱物質５０を加熱する。
When the
上記した蒸気タービンプラント１０において、電力需要や発電量に応じて、次の運転パターンが採用される。
In the
第１の運転パターンでは、冷凍機６０を運転し、冷却用蓄熱槽４４に収容された冷却物質４０を第２の冷却器３３へ循環させずに、冷却用蓄熱槽４４において冷却し、加熱用蓄熱槽５４に収容された加熱物質５０を給水加熱器２５へ循環させずに、加熱用蓄熱槽５４において加熱する。
In the first operation pattern, the
第２の運転パターンでは、冷凍機６０の運転を停止し、冷却用蓄熱槽４４に収容された冷却物質４０を第２の冷却器３３へ循環させ、加熱用蓄熱槽５４に収容された加熱物質５０を給水加熱器２５へ循環させる。
In the second operation pattern, the operation of the
第３の運転パターンでは、冷凍機６０の運転を停止し、冷却用蓄熱槽４４に収容された冷却物質４０の第２の冷却器３３への循環および加熱用蓄熱槽５４に収容された加熱物質５０の給水加熱器２５への循環を停止させる。
In the third operation pattern, the operation of the
ここで、少なくとも上記した第２の運転パターンを実行する前には、事前に第１の運転パターンが実行される。すなわち、第２の運転パターンを実行する際には、冷却用蓄熱槽４４に収容された冷却物質４０が冷却され、加熱用蓄熱槽５４に収容された加熱物質５０が加熱された状態となっている。
Here, at least before the second operation pattern is executed, the first operation pattern is executed in advance. That is, when executing the second operation pattern, the cooling
蒸気タービンプラント１０では、電力需要や発電量に応じて、上記した各運転パターンが次のように実行される。
In the
まず、電力需要に応じて、蒸気タービンプラント１０を運転する際の一例を次に示す。電力需要が、第１の規定値よりも小さい場合に、第１の運転パターンを実行し、電力需要が、第１の規定値以上である第２の規定値を超える場合に、第２の運転パターンを実行し、第１の運転パターンおよび第２の運転パターンを実行していない場合に、第３の運転パターンを実行する。
First, an example at the time of operating the
例えば、夏期において、電力需要が第１の規定値よりも小さくなる夜間は、第１の運転パターン、電力需要が増大して第２の規定値を上回る昼間は、第２の運転パターン、その他の時間帯は、第３の運転パターンで蒸気タービンプラント１０を運転する。
For example, during the summer, when the power demand is lower than the first specified value, the first driving pattern, during the day when the power demand increases and exceeds the second specified value, the second driving pattern, In the time zone, the
次に、発電量に応じて、蒸気タービンプラント１０を運転する際の一例を次に示す。発電量が、第３の規定値よりも大きい場合に、第１の運転パターンを実行し、発電量が、第３の規定値以下である第４の規定値を下回る場合に、第２の運転パターンを実行し、第１の運転パターンおよび第２の運転パターンを実行していない場合に、第３の運転パターンを実行する。
Next, an example at the time of operating the
例えば、夏期において、発電量が第３の規定値よりも大きい場合に、第１の運転パターンを、発電量が低下する昼間にて発電量が第４の規定値を下回る場合に、第２の運転パターンを、その他の場合は、第３の運転パターンで蒸気タービンプラント１０を運転する。
For example, in the summer, when the power generation amount is larger than the third specified value, the first operation pattern is changed to the second operation when the power generation amount falls below the fourth predetermined value in the daytime when the power generation amount decreases. In other cases, the
また、電力需要が十分に大きい時間帯を有さない季節は、第３の運転パターンで蒸気タービンプラント１０を運転する。
Further, during a season when the power demand is not sufficiently large, the
なお、上記した第１の規定値〜第４の規定値は、蒸気タービンプラント１０の仕様、季節、時間帯などに基づいて、任意に設定される。
The first to fourth specified values described above are arbitrarily set based on the specification, season, time zone, and the like of the
ここで、上記した各運転パターンを実行する際の、蒸気タービンプラント１０における動作について説明する。なお、ここでは、復水器２３においてタービン排気２８を冷却、および給水加熱器２５において給水２６を加熱する系統における動作について説明する。また、各運転パターンを実行時において、蒸気タービン２１は運転されており、復水器２３には、タービン排気２８が流入している。
Here, the operation | movement in the
（第１の運転パターン）
まず、循環流路７１における流量調節弁７３および循環流路８１における流量調節弁８３を開く。この際、冷凍機６０、冷却媒体用ポンプ７２、加熱媒体用ポンプ８２を運転する。
(First operation pattern)
First, the flow
その一方で、循環流路４１における流量調節弁４３および循環流路５１における流量調節弁５３を全閉とする。この際、冷却物質用ポンプ４２および加熱物質用ポンプ５２は、停止している。
On the other hand, the flow
循環流路７１を循環する冷却媒体７０は、冷凍機６０の内部において、冷凍機６０の蒸発器（図示しない）における吸熱を利用して冷却される。冷却された冷却媒体７０は、流量調節弁７３で流量が調節されながら、冷却媒体用ポンプ７２によって、冷却用蓄熱槽４４に循環される。そして、冷却媒体７０は、冷却用蓄熱槽４４内の冷却物質４０を冷却する。冷却物質４０を冷却した冷却媒体７０は温度上昇するが、再び冷凍機６０の内部に循環され、冷却される。
The cooling
循環流路８１を循環する加熱媒体８０は、冷凍機６０の内部において、冷凍機６０の凝縮器（図示しない）における放熱を利用して加熱される。加熱された加熱媒体８０は、流量調節弁８３で流量が調節されながら、加熱媒体用ポンプ８２によって、加熱用蓄熱槽５４に循環される。そして、加熱媒体８０は、加熱用蓄熱槽５４内の加熱物質５０を加熱する。加熱物質５０を加熱した加熱媒体８０は温度低下するが、再び冷凍機６０の内部に循環され、加熱される。
The
第１の運転パターンにおいては、冷却物質４０が循環流路４１を循環していないため、循環流路３１を循環する冷却水３０は、第２の冷却器３３では冷却されない。そのため、冷却水３０は、第１の冷却器３４のみで冷却される。また、第１の運転パターンにおいては、加熱物質５０が循環流路５１を循環していないため、給水加熱器２５を流れる給水２６は、給水加熱器２５では加熱されない。
In the first operation pattern, since the cooling
第１の運転パターンにおいて、冷凍機６０、冷却媒体用ポンプ７２、加熱媒体用ポンプ８２は、商用電源または発電機２２によって発電された電力によって作動するが、第１の運転パターンの際には、電力余剰状態なので支障はない。換言すると、第１の運転パターンを実行することで、余剰電力を有効に利用することができる。
In the first operation pattern, the
（第２の運転パターン）
まず、循環流路７１における流量調節弁７３および循環流路８１における流量調節弁８３を全閉とする。この際、冷凍機６０、冷却媒体用ポンプ７２および加熱媒体用ポンプ８２を停止させる。
(Second operation pattern)
First, the flow
その一方で、循環流路４１における流量調節弁４３および循環流路５１における流量調節弁５３を開く。この際、冷却物質用ポンプ４２および加熱物質用ポンプ５２を運転する。
On the other hand, the flow
冷却用蓄熱槽４４内の冷却された冷却物質４０は、流量調節弁４３で流量が調節されながら、冷却物質用ポンプ４２によって、第２の冷却器３３に循環する。冷却物質４０は、第２の冷却器３３において、循環流路３１を循環する冷却水３０を冷却する。その時、冷却水３０を冷却した冷却物質４０は温度上昇した後、冷却用蓄熱槽４４に循環される。ここで、例えば、冷却用蓄熱槽４４の内部で、冷却物質４０の一部が相変化により凝固している場合には、循環する冷却物質４０は、凝固した冷却物質４０によって冷却される。
The cooled cooling
冷却水３０は、冷却物質４０によって冷却されてより冷温となるため、タービン排気２８は、この冷却水３０によって冷却されることで、より低温となる。これによって、第２の冷却器３３によって冷却水３０を冷却しない場合に比べて、タービン排気２８を凝縮させる復水器２３における凝縮温度がより低くなるため、凝縮圧力は低くなり、すなわち真空度がより高くなる。そのため、蒸気タービン２１の出口圧力がより低くなり、蒸気タービン２１が利用できる蒸気のエンタルピが増加する。結果として、蒸気タービン２１における出力は増加し、発電量が増える。
Since the cooling
加熱用蓄熱槽５４内の加熱された加熱物質５０は、流量調節弁５３で流量が調節されながら、加熱物質用ポンプ５２によって、給水加熱器２５に循環する。加熱物質５０は、給水加熱器２５において、給水加熱器２５を流れる給水２６を加熱する。その時、給水２６を加熱した加熱物質５０は温度上昇した後、加熱用蓄熱槽５４に循環される。
The
加熱された給水２６は、ボイラ２０に流入する。給水２６は、給水加熱器２５において加熱されることで、より高温になるため、ボイラ２０における加熱量を減らすことができる。ボイラ２０を、例えば、石炭を燃料とし発生した燃焼排ガスによって給水２６を加熱するボイラで構成する場合には、燃料消費量を低減することができる。
The
一方、ボイラ２０における加熱量を減らさない場合には、ボイラ２０において発生させる蒸気量を増加することができる。そのため、蒸気タービン２１の出力が増加し、発電量を増やすことができる。
On the other hand, when the heating amount in the
なお、第２の運転パターンにおいては、従来の蒸気タービンプラントには設けられていない、冷却物質用ポンプ４２および加熱物質用ポンプ５２を作動させるための電力を消費している。しかしながら、これらのポンプを作動させるために必要な電力量は、蒸気タービンプラント１０を第２の運転パターンで運転することで得られる発電量の増加分に比べて微量である。したがって、第２の運転パターンを実行することで、電力需要が増大する際に発電出力の向上を図ることできる。
In the second operation pattern, power for operating the cooling
（第３の運転パターン）
循環流路７１における流量調節弁７３および循環流路８１における流量調節弁８３を全閉とする。この際、冷凍機６０、冷却媒体用ポンプ７２および加熱媒体用ポンプ８２を停止させる。さらに、循環流路４１における流量調節弁４３および循環流路５１における流量調節弁５３を全閉とする。この際、冷却物質用ポンプ４２および加熱物質用ポンプ５２を停止させる。
(Third driving pattern)
The flow
第３の運転パターンにおいては、冷却物質４０が循環流路４１を循環していないため、循環流路３１を循環する冷却水３０は、第２の冷却器３３では冷却されない。そのため、冷却水３０は、第１の冷却器３４で冷却される。また、第３の運転パターンにおいては、加熱物質５０が循環流路５１を循環していないため、給水加熱器２５を流れる給水２６は、給水加熱器２５では加熱されない。
In the third operation pattern, since the cooling
第３の運転パターンにおいては、上記した各ポンプは作動していないため、蒸気タービンプラント１０の動作は、従来の蒸気タービンプラントにおける動作と同様となる。
In the third operation pattern, since the above-described pumps are not operated, the operation of the
上記したように、第１の実施の形態の蒸気タービンプラント１０によれば、電力需要が増大する際に発電出力の向上を図ることでき、余剰電力が生じる際に余剰電力を有効に利用することができる。そして、電力需要が変化する１日の電力の平準化を図ることができる。
As described above, according to the
ここで、第１の実施の形態の蒸気タービンプラント１０は、上記した構成に限られるものではない。図２および図３は、第１の実施の形態の蒸気タービンプラント１０の他の構成の概要を示す図である。
Here, the
図２に示すように、給水加熱器２５を給水ポンプ２４の上流側に配置してもよい。すなわち、給水加熱器２５を復水器２３と給水ポンプ２４との間に配置してもよい。給水２６が給水ポンプ２４を通過する際、給水２６は加熱されて温度が上昇する。そのため、第２の運転パターンにおいて、給水加熱器２５における給水２６と加熱物質５０との温度差は、給水加熱器２５を給水ポンプ２４の下流側に配置する場合と比べて大きくなり、熱交換量が増加する。
As shown in FIG. 2, the
そして、給水加熱器２５における給水２６の加熱量が多い分、ボイラ２０で加熱する熱量を低減することができるので、給水加熱器２５を給水ポンプ２４の下流側に配置する場合と比べて、蒸気タービン２１の出力に対するボイラ２０の入熱量を削減できる。ボイラ２０を、例えば、石炭を燃料とし発生した燃焼排ガスによって給水２６を加熱するボイラで構成する場合には、燃料消費量を低減することができる。
And since the amount of heat heated by the
一方、ボイラ２０における加熱量を減らさない場合には、ボイラ２０において発生させる蒸気量を増加することができる。そのため、蒸気タービン２１の出力が増加し、発電量を増やすことができる。
On the other hand, when the heating amount in the
但し、真空近くの圧力である給水２６を給水加熱器２５で加熱する際、給水ポンプ２４の上流において給水２６が液体のみの状態である必要がある。給水２６に気体が混在するあるいは気体のみの状態であると、給水ポンプ２４が適切に動作しなくなるので、給水２６を加熱しすぎることは避けなければならない。そのため、給水加熱器２５において、給水２６を液体のみの状態に維持したまま加熱する。
However, when the
図３に示すように、復水器２３に冷却水３０を導入する循環流路３１に換えて、循環流路を構成しない、両端が開口された流路９０で構成してもよい。この流路９０には、大気を利用した第１の冷却器３４は備えられていない。なお、図３には、給水加熱器２５を給水ポンプ２４の下流側に配置した構成が示されているが、給水加熱器２５を給水ポンプ２４の上流側に配置した構成においても、流路９０を適用することができる。
As shown in FIG. 3, instead of the
流路９０の端部のうち、少なくとも冷却水３０を汲み上げる一端部は、海中または河川中に配置される。冷却水ポンプ３２によって流路９０を搬送され、復水器２３においてタービン排気２８を冷却した冷却水３０は、流路９０の他端部から外部に排出される。例えば、第２の運転パターンでは、冷却水３０は、第２の冷却器３３において冷却物質４０によって冷却される。
Of the end portions of the
復水器２３に冷却水３０を導入する流路を、図１および図２に示すように、循環流路３１とする場合は、蒸気タービンプラントが海や河川に近接していないときに採用されることが多い。また、復水器２３に冷却水３０を導入する流路を、図３に示すように、循環流路で構成しない場合は、蒸気タービンプラントが海や河川に近接しているときに採用されることが多い。すなわち、復水器２３に冷却水３０を導入する流路を、循環流路とするかしないかは、蒸気タービンプラントが海や河川に近接しているか否かによって適宜選択される。
When the flow path for introducing the cooling
海水、河川水と比較して大気の温度変化は大きいため、例えば、夏期の昼間における蒸気タービン２１の出力の低下は、大気を利用した第１の冷却器３４を備える循環流路３１を使用した方式が、流路９０を使用する方式よりも大きくなる。よって、第２の運転パターンにおける出力回復量も、大気を利用した第１の冷却器３４を備える循環流路３１を使用した方式が流路９０を使用する方式よりも大きくなる。
Since the temperature change of the atmosphere is large compared to seawater and river water, for example, the decrease in the output of the
上記図２および図３に示した蒸気タービンプラント１０においても、電力需要が増大する際に発電出力の向上を図ることでき、余剰電力が生じる際に余剰電力を有効に利用することができる。そして、電力需要が変化する１日の電力の平準化を図ることができる。
In the
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態の蒸気タービンプラント１１の概要を示す図である。また、第１の実施の形態の蒸気タービンプラント１０の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a diagram illustrating an outline of the
第２の実施の形態の蒸気タービンプラント１１では、第２の冷却器３３の配置構成が、第１の実施の形態の蒸気タービンプラント１０と異なる。ここでは、この異なる構成について主に説明する。
In the
なお、第２の実施の形態の構成は、前述した第１の実施の形態のいずれの構成（図１〜図３）においても適用することができ、いずれにおいても同様の作用効果が得られる。ここでは、図２に示した構成に基づいて、第２の冷却器３３の配置構成を変えている。
The configuration of the second embodiment can be applied to any configuration (FIGS. 1 to 3) of the first embodiment described above, and the same operational effects can be obtained in any case. Here, the arrangement configuration of the
図４に示すように、第２の冷却器３３は、タービン排気２８が復水器２３に向かって流れる流路に介在している。換言すれば、第２の冷却器３３は、蒸気タービン２１と復水器２３との間に配置されている。すなわち、第２の実施の形態において、第２の冷却器３３は、タービン排気２８を冷却するものである。そのため、復水器２３に導入される冷却水３０は、従来技術と同様に、第１の冷却器３４のみによって冷却される。
As shown in FIG. 4, the
第１の運転パターンから第３の運転パターンにおける、冷凍機６０、各ポンプ、各流量調節弁の動作は、前述したとおりである。ここでは、第１の運転パターンから第３の運転パターンにおいて、作用の異なる点について説明する。
The operations of the
第１の運転パターンにおいては、冷却物質４０が循環流路４１を循環していないため、タービン排気２８は、第２の冷却器３３で冷却されずに、復水器２３に流入する。そして、タービン排気２８は、復水器２３において冷却水３０によって冷却され、凝縮して水となる。この第１の運転パターンにおける効果は、前述したとおりである。
In the first operation pattern, since the cooling
第２の運転パターンにおいては、冷却用蓄熱槽４４内の冷却された冷却物質４０は、流量調節弁４３で流量を調節されながら、冷却物質用ポンプ４２によって、第２の冷却器３３に循環する。冷却物質４０は、第２の冷却器３３において、タービン排気２８を冷却する。タービン排気２８を冷却した冷却物質４０は、冷却用蓄熱槽４４に循環される。
In the second operation pattern, the cooled cooling
第２の冷却器３３において冷却されたタービン排気２８は、復水器２３に流入し、さらに冷却水３０によって冷却される。これによって、タービン排気２８を凝縮させる復水器２３における凝縮温度は、第２の冷却器３３を備えない場合に比べて低くなるため、凝縮圧力は低くなり、すなわち真空度がより高くなる。そのため、蒸気タービン２１の出口圧力がより低くなり、蒸気タービン２１が利用できる蒸気のエンタルピが増加する。結果として、蒸気タービン２１における出力は増加し、発電量が増える。この第２の運転パターンにおける他の効果は、前述したとおりである。
The
第３の運転パターンにおいては、冷却物質４０が循環流路４１を循環していないため、タービン排気２８は、第２の冷却器３３では冷却されない。そのため、タービン排気２８は、第２の冷却器３３で冷却されずに、復水器２３に流入する。そして、タービン排気２８は、復水器２３において冷却水３０によって冷却され、凝縮して水となる。
In the third operation pattern, the
上記したように、第２の実施の形態の蒸気タービンプラント１１によれば、電力需要が増大する際に発電出力の向上を図ることでき、余剰電力が生じる際に余剰電力を有効に利用することができる。そして、電力需要が変化する１日の電力の平準化を図ることができる。
As described above, according to the
ここで、第２の実施の形態の蒸気タービンプラント１１は、上記した構成に限られるものではない。図５および図６は、第２の実施の形態の蒸気タービンプラント１１の他の構成の概要を示す図である。
Here, the
図５に示すように、第２の冷却器３３を復水器２３の内部に配置してもよい。復水器２３内に流入したタービン排気２８は、第２の冷却器３３において冷却物質４０によって冷却されるとともに、復水器２３に導入された冷却水３０によっても冷却される。
As shown in FIG. 5, the
これによって、タービン排気２８を凝縮させる復水器２３内における凝縮温度は、第２の冷却器３３を備えない場合に比べて低くなるため、凝縮圧力は低くなり、すなわち真空度がより高くなる。そのため、上記した図４に示した構成によって得られる効果と同様の効果を得ることができる。
As a result, the condensing temperature in the
図６に示すように、第２の冷却器３３を復水器２３の直下流側に配置してもよい。すなわち、第２の冷却器３３を復水器２３と給水加熱器２５との間に配置してもよい。なお、給水加熱器２５が、給水ポンプ２４よりも下流側に備えられる場合には、第２の冷却器３３は、復水器２３と給水ポンプ２４との間に配置される。この時、復水器２３の直下流側に配置される第２の冷却器３３は、復水器２３としての機能も有している。
As shown in FIG. 6, the
タービン排気２８は、復水器２３において冷却水３０によって冷却された後、第２の冷却器３３に流入する。第２の冷却器３３に流入したタービン排気２８は、冷却物質４０によって冷却される。この場合、復水器２３の下流側において、冷却水３０の温度よりも低い温度の冷却物質４０で冷却することができる。
The
これによって、タービン排気２８を凝縮させる凝縮温度は、第２の冷却器３３を備えない場合に比べて低くなるため、凝縮圧力は低くなり、すなわち真空度がより高くなる。そのため、上記した図４に示した構成によって得られる効果と同様の効果を得ることができる。
As a result, the condensation temperature for condensing the
以上説明した実施形態によれば、電力需要が増大する際に発電出力の向上を図ることでき、余剰電力が生じる際に余剰電力を有効に利用して、電力平準化を図ることが可能となる。 According to the embodiment described above, it is possible to improve the power generation output when the power demand increases, and when surplus power is generated, the surplus power can be effectively used to achieve power leveling. .
なお、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、復水器２３に冷却水３０を導入する流路を循環流路で構成しなくてもよい。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the flow path for introducing the cooling
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１０，１１…蒸気タービンプラント、２０…ボイラ、２１…蒸気タービン、２２…発電機、２３…復水器、２４…給水ポンプ、２５…給水加熱器、２６…給水、２７…蒸気、２８…タービン排気、３０…冷却水、３１，４１，５１，７１，８１…循環流路、３２…冷却水ポンプ、３３…第２の冷却器、３４…第１の冷却器、４０…冷却物質、４２…冷却物質用ポンプ、４３，５３，７３，８３…流量調節弁、４４…冷却用蓄熱槽、５０…加熱物質、５２…加熱物質用ポンプ、５４…加熱用蓄熱槽、６０…冷凍機、７０…冷却媒体、７２…冷却媒体用ポンプ、８０…加熱媒体、８２…加熱媒体用ポンプ、９０…流路。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ボイラから供給された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから排出されたタービン排気を冷却水を用いて冷却し、水とする復水器と、
前記冷却水を冷却する冷却器と、
前記復水器と前記ボイラとの間に配置され、前記復水器から導かれ前記ボイラへ向かう給水を加熱する給水加熱器と、
蒸発器および凝縮器を備えた冷凍機と、
前記冷却器に循環して前記冷却水を冷却する冷却物質を収容し、前記冷凍機の蒸発器における吸熱を利用して前記冷却物質を冷却する冷却用蓄熱槽と、
前記給水加熱器に循環して前記給水を加熱する加熱物質を収容し、前記冷凍機の凝縮器における放熱を利用して前記加熱物質を加熱する加熱用蓄熱槽と
を具備することを特徴する蒸気タービンプラント。 A boiler that heats water into steam,
A steam turbine driven by steam supplied from the boiler;
A condenser that cools the turbine exhaust discharged from the steam turbine using cooling water to obtain water; and
A cooler for cooling the cooling water;
A feed water heater that is disposed between the condenser and the boiler and that heats feed water that is guided from the condenser and directed to the boiler;
A refrigerator equipped with an evaporator and a condenser;
A cooling heat storage tank that circulates in the cooler and contains a cooling substance that cools the cooling water, and cools the cooling substance by using heat absorption in an evaporator of the refrigerator;
A steam storage unit for storing a heating substance that circulates in the feed water heater and heats the feed water, and that heats the heating substance using heat radiation in a condenser of the refrigerator; Turbine plant.
前記ボイラから供給された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから排出されたタービン排気を冷却水を用いて冷却し、水とする復水器と、
タービン排気を冷却する冷却器と、
前記復水器と前記ボイラとの間に配置され、前記復水器から導かれ前記ボイラへ向かう給水を加熱する給水加熱器と、
蒸発器および凝縮器を備えた冷凍機と、
前記冷却器に循環してタービン排気を冷却する冷却物質を収容し、前記冷凍機の蒸発器における吸熱を利用して前記冷却物質を冷却する冷却用蓄熱槽と、
前記給水加熱器に循環して前記給水を加熱する加熱物質を収容し、前記冷凍機の凝縮器における放熱を利用して前記加熱物質を加熱する加熱用蓄熱槽と
を具備することを特徴する蒸気タービンプラント。 A boiler that heats water into steam,
A steam turbine driven by steam supplied from the boiler;
A condenser that cools the turbine exhaust discharged from the steam turbine using cooling water to obtain water; and
A cooler for cooling the turbine exhaust;
A feed water heater that is disposed between the condenser and the boiler and that heats feed water that is guided from the condenser and directed to the boiler;
A refrigerator equipped with an evaporator and a condenser;
A cooling heat storage tank that circulates in the cooler and contains a cooling substance that cools the turbine exhaust, and cools the cooling substance by using heat absorption in an evaporator of the refrigerator;
A steam storage unit for storing a heating substance that circulates in the feed water heater and heats the feed water, and that heats the heating substance using heat radiation in a condenser of the refrigerator; Turbine plant.
（２）前記冷凍機の運転を停止し、前記冷却用蓄熱槽に収容された前記冷却物質を前記冷却器へ循環させ、前記加熱用蓄熱槽に収容された前記加熱物質を前記給水加熱器へ循環させる第２の運転パターンと、
（３）前記冷凍機の運転を停止し、前記冷却用蓄熱槽に収容された前記冷却物質の前記冷却器への循環および前記加熱用蓄熱槽に収容された前記加熱物質の前記給水加熱器への循環を停止させる第３の運転パターンと
を備え、各前記運転パターンが切り替え可能であることを特徴する請求項１乃至６のいずれか１項記載の蒸気タービンプラント。 (1) The refrigerator is operated, and the cooling material stored in the cooling heat storage tank is cooled in the cooling heat storage tank without being circulated to the cooler, and is stored in the heating heat storage tank. A first operation pattern for heating the heating substance in the heat storage tank without circulating the heating substance to the feed water heater;
(2) Stop the operation of the refrigerator, circulate the cooling material stored in the cooling heat storage tank to the cooler, and pass the heating material stored in the heating heat storage tank to the feed water heater A second operating pattern to circulate;
(3) Stop the operation of the refrigerator, circulate the cooling substance stored in the cooling heat storage tank to the cooler, and supply the heating substance stored in the heating heat storage tank to the feed water heater. A steam turbine plant according to any one of claims 1 to 6, characterized in that each of the operation patterns is switchable.
電力需要が、第１の規定値以上の第２の規定値を上回る場合に、前記第２の運転パターンを実行し、
前記第１の運転パターンおよび前記第２の運転パターンを実行していない場合に、前記第３の運転パターンを実行することを特徴する請求項７記載の蒸気タービンプラント。 When the power demand is smaller than the first specified value, execute the first operation pattern,
When the power demand exceeds a second specified value that is equal to or higher than the first specified value, the second operation pattern is executed,
The steam turbine plant according to claim 7, wherein the third operation pattern is executed when the first operation pattern and the second operation pattern are not executed.
発電量が、第３の規定値以下の第４の規定値を下回る場合に、前記第２の運転パターンを実行し、
前記第１の運転パターンおよび前記第２の運転パターンを実行していない場合に、前記第３の運転パターンを実行することを特徴する請求項７記載の蒸気タービンプラント。 When the power generation amount is larger than the third specified value, the first operation pattern is executed,
When the power generation amount falls below a fourth specified value equal to or less than the third specified value, the second operation pattern is executed,
The steam turbine plant according to claim 7, wherein the third operation pattern is executed when the first operation pattern and the second operation pattern are not executed.
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