JP2018189074A

JP2018189074A - 発電装置

Info

Publication number: JP2018189074A
Application number: JP2017095159A
Authority: JP
Inventors: 充玉田; Mitsuru Tamada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2018-11-29

Abstract

【課題】脱気器からの大気放出していた蒸気をドレン化させて貯水し、貯水されたドレンの位置エネルギーを利用して発電し所内電力を補う装置を提供する。【解決手段】脱気器１は、タービンからの抽気蒸気により、復水を飽和温度まで加熱して復水の溶存ガスを除去する。この際、脱気器から放出管２に大気放出された蒸気を冷却器３に流入させる。冷却器に流入した蒸気を凝縮し発生したドレンをドレン貯水槽５に貯水する。放出管において発生したドレンは、ドレン排水管７を通ってドレン貯水槽に貯水する。ドレン貯水槽に貯水されたドレンを、このドレン貯水槽よりも低所に設置した水車発電機６に向けて落下させ、位置エネルギーの変化を利用して発電する。【選択図】図１

Description

この発明は、火力発電設備において、脱気器からの大気放出蒸気をドレン化させ、位置エネルギーの変化を利用して発電することにより、所内用電力を補う発電装置に関するものである。

従来の火力発電設備におけるマイクロ水車を駆動して発電する装置においては、脱気器大気放出系統とは系統が異なる復水器冷却水排水や放水口、復水管に水車を設置して発電しており、脱気器からの大気放出蒸気は再利用していない（例えば、特許文献１〜５参照）。

特開平８−７４５１４号公報特開２００２−３１７６０７号公報特開２００５−２５６６９９号公報特開２００８−２２３７４９号公報特開２００３−９７２２４号公報

従来の火力発電設備および火力発電所にマイクロ発電設備を備えた装置においては脱気器からの大気放出蒸気はそのまま大気へ放出されており、発電に利用されていなかった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、冷却器を設置することで大気放出していた蒸気を冷却してドレン化させて貯水し、この貯水されたドレンの位置エネルギーを利用して発電することにより、所内電力を補う装置を提供することを目的とする。

この発明に係る発電装置は、
タービンが排気する蒸気を冷却して水に戻す復水器で生成した復水に含まれる溶存ガスおよび前記蒸気を脱気する脱気器と、
この脱気器で脱気された前記溶存ガスおよび前記蒸気を前記脱気器の外部へ放出させるための放出管と、
この放出管の一の出口に接続され、前記蒸気を凝縮するため前記溶存ガスおよび前記蒸気を冷却する冷却器と、
前記放出管の他の出口および前記冷却器の出口に接続され、前記蒸気が凝縮することにより発生したドレンを排水するドレン排水管と、
前記ドレン排水管を介して排水されたドレンを貯槽する貯槽タンクと、
この貯槽タンクに接続され、当該貯槽タンクに貯槽されたドレンを前記貯槽タンクから排水する貯槽ドレン排水管と、
前記貯槽タンクに対し落差を有して前記貯槽ドレン排水管に設置されるとともに、前記貯槽ドレン排水管に排水されたドレンにより水車を回転させて発電する水車発電機と、
を備えたものである。

本発明によれば、火力発電所が運転している間、脱気器では常時復水の脱気が必要であり、放出蒸気は一定量継続して放出される。そのため、ドレン貯水槽には継続してドレンが貯水されるため、これを利用することにより、発電機により安定して発電することができる。また、本発明では、放出管に空気冷却器とドレン管を接続し、これらを介してドレン貯水槽と水車発電機を設置する装置構成が可能であるため、装置の設置が容易である。

この発明の実施の形態１に係る発電装置の一例を示す図である。この発明の実施の形態２に係る発電装置の一例を示す図である。この発明の実施の形態２に係る発電装置の他の例を示す図である。この発明の実施の形態３に係る発電装置の一例を示す図である。

実施の形態１．
以下にこの発明の実態の形態１を図１に基づいて説明する。
図１において、本実施の形態の発電装置１００は、タービンからの抽気蒸気を抽気蒸気配管８により（脱気器１に）供給するとともに、復水器で生成された復水を復水配管９を介して（脱気器１に）流入させ、この流入した復水をタービンから供給した抽気蒸気により飽和温度まで加熱することで、蒸気および復水に含まれる溶存ガスを脱気する脱気器１と、この脱気器１で除去された溶存ガスおよび蒸気を内部に取り込み、空気で冷却する空気冷却器３（図中の空気冷却器３の右方に記載した矢印は、空気冷却器３への空気の出入りを示す）の出口および放出管２の他の出口に接続され、放出管２を流れる間に蒸気が冷えて生成されるドレンを回収するとともに、上記空気冷却器３で蒸気が冷却されることにより発生したドレンを回収して排水するドレン排水管４と、このドレン排水管４を介して、排水されたドレンを貯水するドレン貯水槽５と、このドレン貯水槽５に接続され、貯水されたドレンを、例えば排水溝に、排水する貯水ドレン排水管７と、上記ドレン貯水槽５と高低差を持たせて（落差を有して）貯水ドレン排水管７の下方に設置した水車発電機６により、貯水ドレンの位置エネルギーの変化を利用して発電を行うものである。なお、ここで用いられる水車発電機６としては、数ｋＷ程度の出力を有するマイクロ水車発電機を想定している。

以下に示す条件を想定して見積もった結果、水車発電機６の発電量として５ｋＷ程度が見込まれることがわかった。この発電量は、照明用電源や運転員の休憩室の電力供給用として、十分活用できる量であり、本発明による発電装置は実現可能なものであると考えられる。

＜計算条件および記号の定義＞
ここでは、タービンを備える火力発電所としては、出力６００ＭＷ級のものを想定し、以下の記号を用いて見積もりを行うとともに、以下に示す条件を仮定して、発電量を具体的に見積もることとする。
Ｑｍ:蒸気吹出量（計算して求める。単位はｋｇ/ｈ）、
Ｋ:蒸気の吹出係数（０．８０とする）、
Ｃ:蒸気の性質による係数（１ＭＰａ、飽和温度の条件下において、０．９８５とする
）、
Ａ:配管面積（１２５Ａ配管を仮定し、１２２６６ｍｍ²とする）、
Ｐ：脱気器内の圧力（１ＭＰａを仮定）、
Ｑｖ:ドレン量（計算して求める。単位はｍ³／ｈ）、
ｑ:ドレン密度（１０００ｋｇ／ｍ³とする）、
Ｌ₁：脱気器および放出管での損失（０．１とする）、
Ｌ₂：冷却器での損失（０．１とする）、
Ｗ:発電量（見積もる値。単位はｋＷ）、
Ｈ:ドレン貯水槽と水車発電機との高低差（５０ｍとする）、
η：発電効率(０．８とする)。

＜計算結果＞
脱気器１から放出される蒸気吹出量Ｑｍは、ＪＩＳＢ８２２６の蒸気吹出量の式より、上記の記号Ｋ、Ｃ、Ａ、Ｐ、Ｌ₁、及びこれらの上記に示した値を用いて、以下のように
求まる。
Ｑｍ＝５．２５ＫＣＡ（Ｐ＋０．１）×（１− Ｌ₁）≒５０×１０³（ｋｇ/ｈ）
また、ドレン貯水槽５に貯水されるドレン量Ｑｖは、上記Ｑｍの値、記号ｑ、Ｌ₂を用い
て、
Ｑｖ＝（Ｑｍ／ｑ）×（１− Ｌ₂）＝４５（ｍ³／ｈ）
と計算される。

＜見積った発電量＞
以上により、水車発電機６における発電量Ｗは、上記のＱｖの値、上記の記号Ｈ、η、及びこれらの上記に示した値を用いて、
Ｗ＝９．８×Ｈ×Ｑｖ×η／３６００≒５（ｋＷ）
と求められる。

次に動作について説明する。
図１において、脱気器１は、タービンから、抽気蒸気配管８により供給した抽気蒸気により、復水を飽和温度まで加熱して復水の溶存ガスを除去する。この際に、脱気器１から放出管２に大気放出された蒸気を空気冷却器３に流入させる。空気冷却器３に流入した蒸気は凝縮して、発生したドレンをドレン排水管４を介してドレン貯水槽５に貯水する。放出管２において発生したドレンはドレン排水管４を通ってドレン貯水槽５に貯水される。ドレン貯水槽５に貯水されたドレンを落下させ、ドレンの位置エネルギーの差を利用して（ドレン貯水槽と水車発電機の位置の高低差を利用して）、水車発電機６の水車を回転させて発電する。なお、脱気器１からボイラへの給水は給水配管１０により行う。また、貯水ドレンは排水溝などを介して外部に排出される。図中の矢印（空気を除く）は、該当する管を流れる各流体の主な流れ方向を示す（図１参照）。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、脱気器１からの放出蒸気を用いて発電する場合について述べた。
本実施の形態２では、図２に示すように、放出管弁１３および大気放出管弁１２、大気放出管１１を設け（ここでの例は、いずれの弁も二方弁の場合）、目的とする発電量に応じ、これらの弁の開閉量を適宜に調節することで、脱気器１からの放出蒸気を大気放出管１１側へ放出する分と空気冷却器３側へ流入させる分とを案分することにより、ドレン生成量を調節し目的とする発電量に設定可能な発電装置２００とすることができる。この図においても、図中の矢印（空気を除く）は、上記と同様、該当する管を流れる各流体の主な流れ方向を示す。

実施の形態２の発電装置２００としては、上記ではドレン発生量を調節するために用いる弁として、放出管弁１３および大気放出管弁１２を用いる例を示したが、これに限らず、図３に示したように、いずれも三方弁方式の弁である、ドレン排水管４に設けたドレン排水管弁１４、あるいは、貯水ドレン排水管７に設けた貯水ドレン排水管弁１５のうち、少なくとも１つの弁を用いて、該当する弁の開閉量を調節することにより、ドレン生成量を調節して目的とする発電量を設定することも可能である。なお、この図においても、図中の矢印（空気を除く）は、上記と同様、該当する管を流れる各流体の主な流れ方向を示し、これらの三方弁方式の弁を用いた場合には、各弁の開閉量の大小により、発電に用いられない残余のドレンは、下方に設置した排水溝に捨てることになる。

実施の形態２の発電装置２００としては、さらに、上記の大気放出管弁１２、放出管弁１３、ドレン排水管弁１４、貯水ドレン排水管弁１５のうちのいずれか１つ、または、これらから適宜に選択した２つ以上の弁を用いて（ただし、以前の段落で説明したケースは除く）、ドレン生成量を調節して目的とする発電量を設定することも可能である。

実施の形態３．
上記実施の形態１では、脱気器１からの放出蒸気を、空気冷却器３を用いてドレンを生成させ、このドレンを用いて発電する場合について述べた。
本実施の形態３では、図４に示すように、冷却器として、空気冷却器３を用いる代わりに、復水配管９ａから流入する復水を冷却水として用いる水冷却器１６とし、これを用いることで、実施の形態１と同様に、脱気器１からの放出蒸気を冷却させてドレンを発生させて、水車発電機６において発電する発電装置３００とすることができる。なお、図中の矢印は、該当する管を流れる各流体の主な流れ方向を示す。

また、この水冷却器１６に入った復水は、水冷却器１６で暖められた後、復水配管９ｂを介して脱気器１に流入するので、ボイラに供給する給水温度を上げることができる。また、抽気蒸気配管８を介して脱気器１に流入する抽気蒸気量を減少させることができるため、タービンを含む火力発電プラント全体としての熱効率は上昇傾向となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することができる。例えば、水車発電機としては、出力が数ｋＷ程度のマイクロ水車発電機を想定して、具体的な発電量を見積もったが、これに限らず、火力発電所の出力の大きさに比例した発電量をもつ水車発電機を同様に設定することが可能である。

また、ドレン生成量を調節するための開閉弁を用いる場合の冷却器としては、空気冷却器を備えた発電装置の場合を例に説明したが、これに限らず、実施の形態３で説明した、復水配管９から流入する復水を冷却水として用いる水冷却器１６を備えた発電装置についても、同様に適用することが可能である。

１脱気器、２放出管、３空気冷却器、４ドレン排水管、５ドレン貯水槽、６
水車発電機、７貯水ドレン排水管、８抽気蒸気配管、９復水配管、９ａ復水配管（水冷却器入口側）、９ｂ復水配管（水冷却器出口側）、１０給水配管、１１大気放出管、１２大気放出管弁、１３放出管弁、１４ドレン排水管弁、１５貯水ドレン排水管弁、１６水冷却器、１００、２００、３００発電装置

Claims

タービンが排気する蒸気を冷却して水に戻す復水器で生成した復水に含まれる溶存ガスおよび前記蒸気を脱気する脱気器と、
この脱気器で脱気された前記溶存ガスおよび前記蒸気を前記脱気器の外部へ放出させるための放出管と、
この放出管の一の出口に接続され、前記蒸気を凝縮するため前記溶存ガスおよび前記蒸気を冷却する冷却器と、
前記放出管の他の出口および前記冷却器の出口に接続され、前記蒸気が凝縮することにより発生したドレンを排水するドレン排水管と、
前記ドレン排水管を介して排水されたドレンを貯槽する貯槽タンクと、
この貯槽タンクに接続され、当該貯槽タンクに貯槽されたドレンを前記貯槽タンクから排水する貯槽ドレン排水管と、
前記貯槽タンクに対し落差を有して前記貯槽ドレン排水管に設置されるとともに、前記貯槽ドレン排水管に排水されたドレンにより水車を回転させて発電する水車発電機と、
を備えた発電装置。
前記冷却器は、前記溶存ガスおよび前記蒸気を空気により冷却する空気冷却器であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
前記冷却器は、前記復水器で生成された復水を前記脱気器に送出する復水配管に接続され、この復水配管を介して流入する復水を冷却水として、前記溶存ガスおよび前記蒸気を冷却する水冷却器であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
前記放出管、前記ドレン排水管、あるいは前記貯槽ドレン排水管のうち、少なくとも１つに開閉弁が設けられ、この開閉弁の開閉量を変えることにより、前記貯槽ドレン排水管を流れる貯槽ドレンの排水量を調節することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発電装置。
前記復水配管のみに設けられるか、または、前記放出管、前記ドレン排水管、前記貯槽ドレン排水管のうちの少なくとも１つに設けられるとともに前記復水配管にも設けられた開閉弁の開閉量を変えることにより、前記貯槽ドレン排水管を流れる貯槽ドレンの排水量を調節することを特徴とする請求項３に記載の発電装置。