JP2014112018A - 発電ユニットおよび発電ユニット起動時のフラッシュタンクドレン回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電ユニットの起動時のフラッシュタンクドレンを有効に回収できる発電ユニット及び発電ユニット起動時のフラッシュタンクドレン回収方法を提供する。
【解決手段】ボイラ２の廃蒸気を回収するフラッシュタンク３およびフラッシュタンクからのドレンを回収して復水する復水器４の間に接続される第１の配管２４と、ボイラの廃蒸気を回収するフラッシュタンクおよびフラッシュタンクと復水器のドレンを回収する脱気器５の間に接続される第２の配管２６と、脱気器およびボイラ間に接続される第３の配管３２とを備えた発電ユニットにおいて、第１の配管および第３の配管を分岐配管３４で接続し、第１の配管と分岐配管との分岐点に、発電ユニット起動時に開操作されるドレン弁３４０を設け、第３の配管と分岐配管との分岐点に熱交換器３４１を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電ユニット起動時において、フラッシュタンクから復水器に回収されるドレンを有効利用する発電ユニットおよび発電ユニット起動時のフラッシュタンクドレン回収方法に関する。

従来の発電ユニットは、例えば、ボイラの起動系統の機器として、脱気器、Ｍ−ＢＦＰ（給水ポンプ）、高圧ヒータ、ボイラ、蒸気タービン、フラッシュタンク、復水器、復水ポンプを備えている。

発電ユニットは、発電ユニット起動時においては、ボイラに水を張り、点火し、蒸気タービンへ供給する蒸気条件が成立するまで、水及び／又は蒸気からなる流体を、起動バイパス系統を使用してフラッシュタンクに通し、復水器、脱気器へ循環させる運転が行われる。そして、蒸気条件が成立した後に、蒸気を蒸気タービンに供給し、蒸気タービンを回転させることによって発電が行われている。

そして、発電ユニットの起動時、フラッシュタンクドレンは、脱気器で熱回収されているが、全量は回収されず、残りは復水器に流通される。具体的に説明すると、通常の起動時は、フラッシュタンクの水位が基準水位で脱気器に回収される。また、コールド起動時（完全オフの状態からの起動時）は、ボイラが点火された２時間後に、フラッシュタンクのドレンが全て復水器に回収されている。この理由としては、ドレンに鉄分が多く含まれているからである。

一方、高圧ヒータのドレンは、脱気器と復水器とに流通される２つの流路によって回収されるが、発電ユニットの起動時は、系外ブローされた後に、復水器に流通されている。詳細には、フラッシュタンクの圧力が０．６９ＭＰａで、熱回収が開始されると同時に、系外ブローされて、一次過熱器（以下、過熱器をＳＨという）の入口蒸気温度が３２０℃で復水器に流通されている。

また、脱気器のドレン回収は、フラッシュタンクの基準水位で脱気器に熱回収される。

特開２００４−６８６４６号公報

前記従来の発電ユニットの場合、上述したように、発電ユニット起動時におけるフラッシュタンクのドレンは、その多くが復水器に流通（系外ブロー）されており、脱気器に回収される量が少なく効率的ではない。具体的に説明すると、発電ユニットが週末に起動した場合、フラッシュタンクの水位調節弁の開度が１０〜２０％で、４時間〜５時間程度、復水器に流通されている。特に、ボイラを点火した直後は、大量の熱量が回収されずに復水器に流通（系外ブロー）されるため、大きな無駄になっている。

脱気器において、フラッシュタンクの全量のドレンが回収されない理由としては、全量のドレンを回収しようとした場合、Ｍ―ＢＦＰ（給水ポンプ）のケーシングに温度差が生じてしまい、ケーシングおよびポンプ内部に支障をきたすからである。

また、コールド起動時（完全オフの状態からの起動時）は、ボイラを点火した直後に、熱量のあるドレン全量が復水器に流通されているため、大きな無駄になっている。

そこで、本発明は、前記問題を鑑み、発電ユニットの起動時のフラッシュタンクドレンを有効に回収できる発電ユニットおよび発電ユニット起動時のフラッシュタンクドレン回収方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の発電ユニットは、ボイラの廃蒸気を回収するフラッシュタンク、および、該フラッシュタンクからのドレンを回収して復水する復水器の間に接続される第１の配管と、ボイラの廃蒸気を回収するフラッシュタンク、および、フラッシュタンクと復水器のドレンを回収する脱気器の間に接続される第２の配管と、脱気器およびボイラ間に接続される第３の配管とを備えた発電ユニットにおいて、第１の配管および第３の配管が分岐配管で接続され、第１の配管と分岐配管との分岐点に、発電ユニット起動時に開操作されるドレン弁が設けられ、かつ、第３の配管と分岐配管との分岐点に熱交換器が配置されることを特徴とする。

かかる構成によれば、発電ユニット起動時にドレン弁が開操作されるので、フラッシュタンクから熱交換器にドレンが流通されるようになり、復水器に流通される全量のドレンが熱交換器によって熱回収される。したがって、ボイラを点火した直後、および、コールド起動時（完全オフの状態からの起動時）における、フラッシュタンクのドレンを有効に利用できる。

また、本発明によれば、前記第３の配管には、脱気器のドレンを前記ボイラに供給するための給水ポンプと、該給水ポンプによって供給されるドレンを加熱する高圧給水加熱器とが順に配置され、前記熱交換器は、前記給水ポンプと前記高圧給水加熱器との間に配置されることが好ましい。

かかる構成によれば、給水ポンプの下流側に熱交換器が配置されることになるので、給水ポンプのケーシング温度差を生じさせることがない。したがって、給水ポンプのケーシングおよび内部に支障をきたすことがない。

また、本発明によれば、前記高圧給水加熱器には、復水器にドレンを戻す帰還用配管が接続されており、この帰還用配管に、前記熱交換器からのドレンを回収するドレン回収用配管が接続されることが好ましい。

かかる構成によれば、既存の流路を用いて、熱回収した脱気器からのドレンを復水器に戻すことができる。

また、本発明に係る発電ユニット起動時のフラッシュタンクドレン回収方法は、発電ユニットの起動時におけるボイラの廃蒸気を回収したことによるフラッシュタンクのドレンを復水器で回収する一方、フラッシュタンクおよび復水器からのドレンを脱気器で回収し、脱気器のドレンを、脱気器とボイラの間の流路で回収するようにした、発電ユニット起動時のフラッシュタンクドレン回収方法において、前記フラッシュタンクから復水器に回収されるドレンを、フラッシュタンクから、前記流路に配置される熱交換器に流通させて熱回収するようにしたことを特徴とする。

かかる構成によれば、脱気器からのドレンを熱回収した後に、復水器に戻すことができる。

本発明によれば、発電ユニットの起動時（ボイラを点火した直後、および、コールド起動時）のフラッシュタンクドレンを有効に回収できる。

本発明の一実施形態に係る発電ユニットにおけるボイラの起動系統を示す概略構成図。 図１のボイラの起動系統に設けられた各種弁を制御する制御回路を示す概略図。 同実施形態に係る発電ユニットの変形例を示す概略構成図。

以下、本発明の一実施形態に係る発電ユニットについて、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態に係る発電ユニット１は、図１に示すように、起動系統の機器として、化石などの燃料を燃焼して蒸気を発生させるボイラ２と、該ボイラ２の廃蒸気を回収するフラッシュタンク３と、該フラッシュタンク３からのドレンを回収して復水する復水器４と、フラッシュタンク３および復水器４のドレンを回収する脱気器５とを備えている。

ボイラ２は、水壁２０、ケージ壁２１、一次過熱器（以下、過熱器をＳＨという）２２および二次ＳＨ２３などによって構成される。また、ボイラ２の一次ＳＨ２２の入口とフラッシュタンク３との間を接続する第１のバイパス配管２４には、１次ＳＨバイパス弁２５が配置されている。また、ボイラ２の一次ＳＨ２２の出口とフラッシュタンク３とを接続する第２のバイパス配管には、２次ＳＨバイパス弁２７が配置されている。

フラッシュタンク３は、ボイラ２からの水又は蒸気を回収するものである。復水器４は、ボイラ２で得られた蒸気を使用後に復水する。脱気器５は、脱気室と貯水タンクとで構成されている（図示せず）。そして、フラッシュタンク３または復水器４からの給水は脱気器５によって脱気される。

そして、フラッシュタンク３と復水器４との間を接続する第１の配管３０と、フラッシュタンク３と脱気器５との間を接続する第２の配管３１と、脱気器５とボイラ２との間に接続される第３の配管３２とを備えている。

第１の配管３０には、フラッシュタンク水位調節弁３００が配置されている。第２の配管３１には、脱気器加熱ドレン弁３１０が配置されている。第３の配管３２には、脱気器５のドレンをボイラ２に供給するための給水ポンプ（Ｍ―ＢＦＰ）３２０と、該給水ポンプ３２０によって供給されるドレンを加熱する高圧給水加熱器３２１とが順に配置されている。そして、復水器４と脱気器５とを接続する復水配管３３には、復水ポンプ３３０が配置されている。また、給水ポンプ３２０と高圧給水加熱器３２１との間には、後述する熱交換器３４１が配置されている。高圧給水加熱器３２１には、給水ポンプ３２０からのドレンを加熱した後、復水器４へ帰還させる帰還用配管３２２が接続されている。そして、この帰還用配管３２２に、後述する熱交換器３４１のドレン回収用配管３４２が接続されている。

また、第１の配管３０および第３の配管３２は、分岐配管３４によって接続されている。そして、第１の配管３０と分岐配管３４との分岐点Ａに、発電ユニット１の起動時に開操作されるドレン弁３４０が設けられている。また、第３の配管３２と分岐配管３４との分岐点Ｂ、すなわち、給水ポンプ３２０と高圧給水加熱器３２１との間に、ヒータにより構成される熱交換器３４１が配置されている。

そして、ボイラ２の起動時には、図示しない蒸気タービンに供給する蒸気条件が成立するまで、第１および第２のバイパス配管２４，２６、フラッシュタンク３を通り、さらに、復水器４、脱気器５を通ってボイラ２の水壁２０に再び戻るといった循環運転が行われる。最初に初期運転として一次ＳＨ２２の入口温度が規定温度になるまでは、ケージ壁２１と一次ＳＨ２２の入口間に設けられた第１のバイパス配管２４を有する一次ＳＨバイパス系統を通して、ミニマム給水量の全量の循環運転が行われる。

この初期運転状態においては、一次ＳＨ２２と二次ＳＨ２３とを連結する連絡管２８に設けられた図示しない弁と、連絡管２８から分岐されてフラッシュタンク３に接続される第２のバイパス配管２６の所定位置に設けられた二次ＳＨバイパス弁２７は全閉状態になっている。

起動バイパス運転における、一次ＳＨバイパス系統は、第１のバイパス配管２４と、一次ＳＨバイパス弁２７などから構成され、ケージ壁２１を出たミニマム給水量は、第１のバイパス配管２４を通り、一次ＳＨバイパス弁２７により一次ＳＨ２２の出口圧力が一定になるように制御調整されて、フラッシュタンク３に供給される。

一次ＳＨ２２の入口温度が既定値に達すると、つぎに、二次ＳＨバイパス弁２３が開き、二次ＳＨバイパス系統の運用に入り、順次起動バイパス運用がなされ、蒸気タービンに必要な蒸気条件を確立する運用がなされる。

また、ボイラ２の起動時には蒸気タービンへ供給する蒸気条件が成立するまで、ボイラの廃蒸気を、一次、二次ＳＨ起動バイパス系統を使用してフラッシュタンク３に通し、復水器４、脱気器５へ循環させる運転が行われる。さらに、フラッシュタンク３のドレンが、フラッシュタンク水位調節弁３００を備えた第１の配管３０を経由して復水器４に供給される。また、フラッシュタンク３のドレンは、脱気器加熱ドレン弁３１０を備えた第２の配管３１から、脱気器５に供給される。

このように２つの起動バイパス系統は、ボイラ水張りとボイラ昇圧から始まり、蒸気タービン通気と蒸気タービン併入までの間に、給水あるいは復水を２つのバイパス系統を通してフラッシュタンク３から復水器４に回収・循環する系統である。

つぎに、ボイラ２の起動系統に設けられた各種の弁を駆動制御させる制御回路について図２を参照して説明する。該制御回路６は、制御装置６０と、駆動回路６１とを備えている。制御装置６０は、全体を制御するＣＰＵ６００と、各種のデータが記憶されているメモリ６０１とを有している。また、制御装置６０には、フラッシュタンク３に設けられた水位レベル検出器６０２、脱気器加熱ドレン弁３１０、フラッシュタンク水位調節弁３００、第１の配管３０と分岐配管３４との分岐点Ａに配置されるドレン弁３４０を開閉制御する駆動アクチュエータ（図示せず）を駆動させる駆動回路６１が接続されている。

制御装置６０は、水位レベル検出器６０２の検出結果を監視してフラッシュタンク３の水位レベルを求める制御を行う。また、制御装置６０は、水位レベルが所定の範囲内に維持されるように脱気器加熱ドレン弁３１０、フラッシュタンク水位調節弁３００、ドレン弁３４０の開度を決定する制御を行う。

メモリ６０１には、フラッシュタンク水位調節弁３００およびドレン弁３４０の開度に対応した脱気器加熱ドレン弁３１０の開度のデータが記憶されている。制御装置６０は、水位レベル検出器６０２の検出結果に基づいて、フラッシュタンク水位調節弁３００およびドレン弁３４０の開度を決定する。フラッシュタンク水位調節弁３００およびドレン弁３４０の開度が決定されると、制御装置６０はメモリ６０１を参照して脱気器加熱ドレン弁３１０の開度が決定される。そして、制御装置６０から駆動回路６１に、脱気器加熱ドレン弁３１０、フラッシュタンク水位調節弁３００、ドレン弁３４０の開度のデータが送信され、駆動回路６１は、開放量のデータに基づいて脱気器加熱ドレン弁３１０、フラッシュタンク水位調節弁３００、ドレン弁３４０を自動開閉する。

つぎに、発電ユニット起動時のフラッシュタンクドレン回収方法について説明する。発電ユニットの起動時、ボイラ２の廃蒸気がフラッシュタンク３により回収される。そして、制御回路６によって、フラッシュタンク水位調節弁３００およびドレン弁３４０の開度が制御されて、分岐配管３４に連通する流路が開放されて、フラッシュタンク３のドレンが、第１の配管３０、分岐配管３４を通って熱交換器３４１へ流通する一方、フラッシュタンク３のドレンが第２の配管３１を通って脱気器５へ流通する。

そして、脱気器５によって脱気されたドレンは、給水ポンプ３２０によって送り出され、給水ポンプ３２０から送り出されたドレンは、熱交換器３４１において熱回収された後、高圧給水加熱器３２１の帰還用配管３２２を通って復水器４へ戻される。この際、給水ポンプ３２０のケーシングに対する温度差はなく、ケーシングおよびポンプ内部に支障をきたすことがない。したがって、給水ポンプ３２０の下流側にドレンを円滑に送り出すことができる。

一方、給水ポンプ３２０から送り出されたドレンは、高圧給水加熱器３２１を通してボイラ２の水壁２０に入る。そして、ボイラ２に供給されたドレンは、水壁２０、ケージ壁２１を通過する際に受熱・蒸発し蒸気となり、一次ＳＨ２２、二次ＳＨ２３を通過する際に所定の蒸気温度となって、二次ＳＨ２３から、図示しない蒸気タービンへ供給される。

以上説明したように、本実施形態によれば、フラッシュタンク３から復水器４へ回収されるドレンを、熱交換器３４１で熱回収した後、復水器４へ戻すようにしたので、発電ユニット起動時（ボイラを点火した直後、および、コールド起動時を含む）のフラッシュタンク３のドレンを有効に回収することができる。この作用効果を燃料コストとして表した場合、例えば、ボイラ２の最小流量が３００ｔであり、ＬＮＧ（天然ガス）を燃料として給水温度を１℃上昇させるための燃料量コストは、
ＬＮＧは１ｔあたり２５，０４０円
通常起動の場合
給水温度を８℃〜１０℃上昇を５時間達成（回収）できた場合
２３Ｋｇ×１０℃×５Ｈ＝１．１５ｔ×２０５４０円／ｔ＝２０１５７円＝２．９万円
すなわち、１回のユニット起動において２．９万円のコスト削減が図れる。
さらに、週末起動を４回／月とした場合には、年間１１６万円のコスト低減につながる。
冷機起動の場合
点火後、２時間で全量熱回収できたとして、
給水温度を３０℃上昇を２時間達成（回収）できた場合
２３Ｋｇ×１０℃×２Ｈ＝１．３８ｔ×２５０４０円／ｔ＝３４５５５円＝３．６万円
その後は、ウォーム起動の状態を加算する
起動１回当たり、３．５万＋２．９万＝６０４万円のコスト低減につながる。
昇温時間が短縮できて、補機類の動力費およびグランド・エゼクタなどの補助排気量が削減できる。

なお、本発明に係る発電ユニットは、前記実施の形態に限定することなく種々変更することができる。

例えば、前記実施形態の場合、熱交換器３４１のドレンを、高圧給水加熱器３２１の帰還用配管３２２を通して復水器４に戻すようにしたが、図３に示すように、高圧給水加熱器３２１の帰還用配管３２２を通さずに、復水器４にドレン回収用配管３４２を直接接続して、ドレンを復水器４に直接回収するようにしてもよい。なお、図３において、図１と同一符号は同一もしくは相当するものを示す。

また、前記実施形態の場合、熱交換器３４１として、ヒータを使用したが、これに限定されるものではなく、例えば、シェル・チューブ熱交換器やフィン・チューブ熱交換器であってもよい。要は、ドレンの熱を回収できるものであればよい。

また、前記実施形態の場合、脱気器５からのドレンを熱交換器３４１に流通するようにしたが、高圧給水加熱器３２１に流通することも考えられる。しかしながら、高圧給水加熱器３２１には、系外ブローするルートがあるため、ドレンを有効に回収することはできない。したがって、給水ポンプ３２０と高圧給水加熱器３２１との間（給水ポンプ３２０の下流側）にドレンを回収する専用の熱交換器３４１を配置しているのである。この熱交換器３４１を配置することで、脱気器５が２つあるのと同じことになる。

１…発電ユニット、２…ボイラ、２０…水壁、２１…ケージ壁、２２…一次過熱器、２３…二次過熱器、２４…第１のバイパス配管、２５…一次ＳＨバイパス弁、２６…第２のバイパス配管、２７…二次ＳＨバイパス弁、２８…連絡管、３…フラッシュタンク、３０…第１の配管、３００…フラッシュタンク水位調節弁、３１…第２の配管、３１０…脱気器加熱ドレン弁、３２…第３の配管、３２０…給水ポンプ、３２１…高圧給水加熱器、３２２…帰還用配管、３３…復水配管、３３０…復水ポンプ、３４…分岐配管、３４０…ドレン弁、３４１…熱交換器、３４２…ドレン回収用配管、４…復水器、５…脱気器、６…制御回路、６０…制御装置、６１…駆動回路、６００…ＣＰＵ，６０１…メモリ、６０２…水位レベル検出器

Claims (4)

1. ボイラの廃蒸気を回収するフラッシュタンク、および、該フラッシュタンクからのドレンを回収して復水する復水器の間に接続される第１の配管と、
   ボイラの廃蒸気を回収するフラッシュタンク、および、フラッシュタンクと復水器のドレンを回収する脱気器の間に接続される第２の配管と、
   脱気器およびボイラ間に接続される第３の配管とを備えた発電ユニットにおいて、
   第１の配管および第３の配管が分岐配管で接続され、第１の配管と分岐配管との分岐点に、発電ユニット起動時に開操作されるドレン弁が設けられ、かつ、第３の配管と分岐配管との分岐点に熱交換器が配置されることを特徴とする発電ユニット。
2. 前記第３の配管には、脱気器のドレンを前記ボイラに供給するための給水ポンプと、該給水ポンプによって供給されるドレンを加熱する高圧給水加熱器とが順に配置され、前記熱交換器は、前記給水ポンプと前記高圧給水加熱器との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の発電ユニット。
3. 前記高圧給水加熱器には、復水器にドレンを戻す帰還用配管が接続されており、この帰還用配管に、前記熱交換器からのドレンを回収するドレン回収用配管が接続されることを特徴とする請求項２に記載の発電ユニット。
4. 発電ユニットの起動時におけるボイラの廃蒸気を回収したことによるフラッシュタンクのドレンを復水器で回収する一方、フラッシュタンクおよび復水器からのドレンを脱気器で回収し、脱気器のドレンを、脱気器とボイラの間の流路で回収するようにした、発電ユニットの起動時におけるフラッシュタンクドレン回収方法において、
   前記フラッシュタンクから復水器に回収されるドレンを、フラッシュタンクから、前記流路に配置される熱交換器に流通させて熱回収するようにしたことを特徴とする、発電ユニットの起動時におけるフラッシュタンクドレン回収方法。

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