증기 터빈 플랜트

증기 터빈 플랜트 {STEAM TURBINE PLANT}

본 발명은, 증기 터빈 플랜트에 관한 것으로, 특히 다단압 복수기를 갖는 증기 터빈 플랜트에 관한 것이다. 본원은, 2013년 3월 22일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2013-059351호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

일반적으로, 증기 터빈 플랜트 등에서는, 증기 터빈을 구동시킨 증기가 터빈으로부터 배기되어, 복수기로 유도된다. 복수기로 유도된 증기는, 복수기로 유도된 냉각수와 열교환하여 응축되어 물(복수)로 되돌아간다. 복수기에 있어서 응축된 복수는, 급수 가열기를 통해 가열되어, 보일러에 공급된다. 보일러에 공급된 가열된 복수는, 증기로 되어, 증기 터빈의 구동원으로서 사용된다.

이 복수기에서 응축된 복수가 급수 가열기로 보내지는 경우, 복수의 온도가 높을수록 플랜트의 효율면에서 유리해지므로, 압력이 서로 다른 복수의 실로 이루어지는 다단압 복수기가 사용되고 있다. 이 다단압 복수기로서, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 복수기가 있다.

이 특허문헌 1에 기재된 다단압 복수기에서는, 저압실의 하부가 압력 격벽에 의해 구획되어 있고, 저압측 복수를 도입하여 저류되는 재열실이 설치되어 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 다단압 복수기에는, 고압측의 실인 고압실 내의 고압 증기를 재열실에 도입 가능하게 함과 함께, 재열실을 바이패스시킨 고압측 복수와 재열실을 나온 저압측 복수를 합류시켜 복수의 온도를 높이는 바이패스 연결관이 설치되어 있다.

또한, 이 다단압 복수기에서는, 복수에 수몰시키는 전열관을 설치하고, 이 전열관에 예를 들어 원자로에 공급되는 급수의 탈기를 행하는 탈기기의 벤트를 도입시킴으로써, 가일층의 효율화를 도모하는 구성으로 되어 있다.

그러나, 탈기기의 벤트에는, 불응축 가스가 많이 포함되어 있으므로 복수 내에 직접 주입할 수 없는데다가, 탈기기의 벤트의 양도 한정되므로, 재열 효율의 향상에 한계가 있다.

본 발명은, 종래의 다단압 복수기보다도, 재열 효율의 향상을 가능하게 하는 다단압 복수기를 갖는 증기 터빈 플랜트를 제공한다.

본 발명의 제1 양태에 의하면, 증기 터빈 플랜트는, 복수의 증기 터빈과, 상기 복수의 증기 터빈에 대응하도록 각각의 증기 터빈의 하방에 각각 설치되어, 각각의 증기 터빈으로부터 배출되는 증기를 응축시켜 복수로서 수용하는 복수의 복수기로 이루어지는 다단압 복수기와, 상기 증기 터빈 내의 증기의 일부를, 상기 복수의 복수기 중 가장 저압의 증기 터빈에 대응하는 복수기의 복수에 도입시키는 추기부를 구비한다.

상기 구성에 의하면, 증기 터빈의 증기의 일부를 복수의 가열원으로서 사용함으로써, 종래보다도 효율적으로 복수의 온도를 높일 수 있다.

상기 증기 터빈 플랜트에 있어서, 상기 추기부는, 상기 복수의 증기 터빈 중 적어도 2개의 증기 터빈에 설치되어 있고, 상기 적어도 2개의 증기 터빈의 추기부 중 적어도 1개의 추기부가 선택되도록 제어되어, 상기 적어도 하나의 추기부에 의해, 추기가 실시되어도 된다.

상기 구성에 의하면, 적절한 압력의 추기부의 선택이나, 복수의 추기부로부터의 증기의 혼합이 가능해지므로, 보다 적절한 증기 조건으로 한 증기를 복수에 도입시킬 수 있다.

상기 증기 터빈 플랜트에 있어서, 상기 추기부는, 적절한 압력의 추기단으로부터 추기를 행할 수 있도록 구성되어 있어도 된다.

상기 구성에 의하면, 복수의 추기단으로부터의 추기의 혼합이 가능해지므로, 보다 적절한 증기 조건으로 한 증기를 재열실에 추기할 수 있다.

상기 증기 터빈 플랜트에 있어서, 상기 가장 저압의 증기 터빈에 대응하는 복수기는, 상기 복수에 직접 상기 증기를 분사하는 증기 분사 수단을 갖고, 상기 추기부에 의한 상기 복수기의 복수에의 상기 증기의 도입은, 상기 증기 분사 수단을 통해 행해져도 된다.

상기 구성에 의하면, 증기 터빈의 증기를 직접 도입함으로써, 확실하게 열교환을 실시할 수 있다. 또한, 복수를 교반하는 효과도 얻을 수 있다.

상기 증기 터빈 플랜트에 있어서, 상기 가장 저압의 증기 터빈에 대응하는 복수기는, 상기 복수의 내부를 통과하는 전열관을 갖고, 상기 추기부에 의한 상기 복수기의 복수에의 상기 증기의 도입은, 상기 전열관을 통해 행해지는 구성으로 해도 된다.

상기 구성에 의하면, 추기되는 증기에 불응축 가스가 포함되어 있는 경우에 있어서도, 증기 터빈의 증기를 복수의 가열원으로서 사용할 수 있다.

상기 증기 터빈 플랜트에 있어서, 상기 다단압 복수기는, 압력이 서로 다른 복수의 실과, 저압측의 상기 실인 저압실을 상하 방향으로 분할하고, 복수의 구멍을 갖는 다공판을 구비한 압력 격벽과, 상기 압력 격벽에 의해 구획된 상기 저압실의 상부에 설치되어, 냉각수가 도입되어 상기 저압실에 유도된 저압측 증기와 열교환함으로써 상기 저압측 증기를 저압측 복수로 응축시키는 냉각수 관군과, 상기 압력 격벽에 의해 구획된 상기 저압실의 하부이며, 상기 압력 격벽의 상기 구멍으로부터 흘러내리는 상기 저압측 복수가 저류되는 재열실과, 고압측의 상기 실인 고압실 내의 고압측 증기를 상기 재열실에 도입하는 고압측 증기 도입 수단을 구비해도 된다.

상기 구성에 의하면, 고압실 내의 고압측 증기에 부가하여, 증기 터빈의 증기의 일부를 복수의 가열원으로서 사용함으로써, 종래보다도 효율적으로 복수의 온도를 높일 수 있다.

상술한 증기 터빈 플랜트에 의하면, 증기 터빈의 증기의 일부를 복수의 가열원으로서 사용함으로써, 종래보다도 효율적으로 복수의 온도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 증기 터빈 플랜트의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태의 증기 터빈 플랜트의 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태에 관한 변형예의 전열관의 개략 구성도이다.

(제1 실시 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 증기 터빈 플랜트(1)는, 제1 저압 터빈(2), 제2 저압 터빈(3) 및 제3 저압 터빈(4)으로 구성되는 복수의 저압 터빈과, 복수의 저압 터빈에 대응하도록 각각의 저압 터빈의 하방에 각각 설치되어, 각각의 저압 터빈으로부터 배출되는 증기를 응축시켜 복수로서 수용하는 복수의 복수기(7, 8, 9)로 이루어지는 다단압 복수기(5)와, 보일러(도시하지 않음)를 갖고 있다.

복수의 저압 터빈(2, 3, 4)은, 배관(6)을 통해 고압 터빈(도시하지 않음)과 접속되어 있다. 다단압 복수기(5)는, 고압단 복수기(7), 중압단 복수기(8) 및 저압단 복수기(9)의 3개의 복수기(7, 8, 9)를 연결하여 구성되어 있는 3동형 다단압 복수기이다. 복수의 저압 터빈(2, 3, 4)은, 저압단 복수기(9), 중압단 복수기(8) 및 고압단 복수기(7)의 상부에 각각 탑재되어 있다.

고압단 복수기(7)에는, 고압단 복수기(7)의 상부로부터, 저압 터빈(4)으로부터의 배기 증기가 도입되는 고압동(10)이 설치되어 있다. 중압단 복수기(8)에는, 중압단 복수기(8)의 상부로부터, 저압 터빈(3)으로부터의 배기 증기가 도입되는 중압동(11)이 설치되어 있다. 저압단 복수기(9)에는, 저압단 복수기(9)의 상부로부터, 저압 터빈(2)으로부터의 배기 증기가 도입되는 저압동(12)이 설치되어 있다.

그리고, 이 고압동(10), 중압동(11), 저압동(12)의 내부에는, 고압실(13), 중압실(14), 저압실(15)이 형성되어 있다. 그리고, 고압실(13), 중압실(14), 저압실(15)을 관통하도록, 다수의 전열관으로 구성되는 냉각수 관군(17)이 배치되어 있다. 냉각수 관군(17) 내의 냉각수는, 저압실(15), 중압실(14), 고압실(13)의 순으로 흐르므로, 각 실의 압력은, 높은 순으로, 고압실(13), 중압실(14), 저압실(15)로 설정된다.

중압동(11)의 하부에는, 중압동(11)의 저면에 대해 수평을 이루는 제1 압력 격벽(18)이 고정되어 있다. 중압동(11)은, 상방의 중압실(14)과 하방의 제1 재열실(19)로 상하 방향으로 분할되어 있다. 또한, 저압동(12)의 하부에는, 저압동(12)의 저면에 대해 수평을 이루는 제2 압력 격벽(20)이 고정되어 있다. 저압동(12)은, 상방의 저압실(15)과 하방의 제2 재열실(21)로 구획되어 있다. 각 압력 격벽(18, 20)은, 다공판이며, 중앙부의 소정의 영역에 복수 도입 구멍(18a, 20a)이 형성되어 있다.

그리고, 고압실(13)은, 제1 증기 덕트(23)(고압측 증기 도입 수단)에 의해 중압동(11)의 제1 재열실(19)에 연통되어, 고압실(13)의 고압 증기가 이 제1 증기 덕트(23)를 통해 제1 재열실(19)로 보내진다. 또한, 중압동(11)은 제2 증기 덕트(24)에 의해 저압동(12)의 제2 재열실(21)에 연통되어, 고압실(13)의 고압 증기가 제1 증기 덕트(23), 중압동(11)의 제1 재열실(19), 제2 증기 덕트(24)를 통해 제2 재열실(21)로 보내진다.

중압동(11)의 제1 재열실(19) 내에는, 수용 부재인 제1 트레이(25)가, 중압동(11)의 저면에 대해 수평을 이루어 배치되어 있다. 이 제1 트레이(25)는, 제1 압력 격벽(18)에 있어서의 복수 도입 구멍(18a)이 형성된 영역의 하방에, 이 영역보다 넓게 설정되고, 이 복수 도입 구멍(18a)으로부터 적하한 중압 복수를 받아냄 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 이 제1 트레이(25)는, 받아낸 중압 복수를 외주부로부터 오버플로우시켜 낙하시켜, 이 중압 복수를 제1 재열실(19)에 복수로서 저류하도록 구성되어 있다.

또한, 저압동(12)의 제2 재열실(21) 내에는, 제2 트레이(26)가, 저압동(12)의 저면에 대해 수평을 이루어 배치되어 있다. 이 제2 트레이(26)는, 제2 압력 격벽(20)에 있어서의 복수 도입 구멍(20a)이 형성된 영역의 하방에, 이 영역보다 넓게 설정되고, 이 복수 도입 구멍(20a)으로부터 적하한 저압 복수를 받아냄 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 이 제2 트레이(26)는, 받아낸 저압 복수를 외주부로부터 오버플로우시켜 낙하시켜, 이 저압 복수를 제2 재열실(21)에 복수로서 저류하도록 구성되어 있다.

또한, 고압실(13)과 중압동(11)의 제1 재열실(19)이 제1 연결관(27)에 의해 연결되고, 중압동(11)의 제1 재열실(19)과 저압동(12)의 제2 재열실(21)이 제2 연결관(28)에 의해 연결되고, 고압실(13)의 하부에 설치된 배출부(29)에 냉각수 배관(30)이 연결되어 있다.

그리고, 본 실시 형태의 제1 저압 터빈(2)에는, 제1 저압 터빈(2)을 구동시키는 증기의 일부를 추기하는 추기부인 추기 유로(32)의 제1 단부가 접속되어 있다. 또한, 저압단 복수기(9)의 제2 재열실(21)의 하방에는, 증기 분사 수단으로서 기능하는 벤트 주입관(33)이 배치되어 있다. 벤트 주입관(33)은, 그 내부에 도입된 유체를 외부에 분사 가능하게 구성된 노즐이며, 제2 재열실(21)에 저류된 복수 중에 수몰하는 위치에 배치되어 있다.

그리고, 추기 경로의 제2 단부는 벤트 주입관(33)에 접속되어 있다. 즉, 본 실시 형태의 증기 터빈 플랜트(1)는, 벤트 주입관(33)을 통해, 제1 저압 터빈(2)의 추기를 제2 재열실(21)의 복수에 도입시킬 수 있다.

여기서, 본 실시 형태의 증기 터빈 플랜트(1)의 작용에 대해 상세하게 설명한다.

증기 터빈 플랜트(1)에 있어서의 저압 터빈(2, 3, 4)으로부터의 배기 증기는, 다단압 복수기(5)에 있어서의 고압실(13), 중압실(14), 저압실(15)로 보내진다. 이 고압실(13), 중압실(14), 저압실(15)을 하방으로 이동하는 배기 증기는, 냉각수 관군(17)과 접촉함으로써 응축된다. 그리고, 고압실(13)에서 응축된 고압 복수는, 이 고압실(13)의 하부에 저류된다. 또한, 중압실(14)에서 응축된 중압 복수는, 이 중압실(14)의 하부에 저류된다. 저압실(15)에서 응축된 저압 복수는, 이 저압실(15)의 하부에 저류된다.

이때, 중압실(14)에서 응축된 중압 복수는, 제1 압력 격벽(18) 상에 일시적으로 저류되고, 복수 도입 구멍(18a)으로부터 적하하여 제1 재열실(19)의 제1 트레이(25) 상에 낙하하여 저류된다. 그리고, 제1 트레이(25) 상의 중압 복수는, 오버플로우하여 제1 재열실(19) 내를 낙하한다. 이 제1 재열실(19)은, 고압실(13)의 고압 증기가 제1 증기 덕트(23)를 통해 보내지고 있고, 복수 도입 구멍(18a)으로부터 제1 트레이(25)에 적하하는 중압 복수가, 고압 증기 중을 적하함으로써 접촉 전열에 의해 가열된다. 또한, 제1 트레이(25)를 오버플로우하는 중압 복수가 고압 증기 중을 적하함으로써 접촉 전열에 의해 가열된다.

또한, 마찬가지로, 저압실(15)에서 응축된 저압 복수는, 제2 압력 격벽(20) 상에 일시적으로 저류되고, 복수 도입 구멍(20a)으로부터 적하하여 제2 재열실(21)의 제2 트레이(26) 상에 낙하하여 저류된다. 그리고, 제2 트레이(26) 상의 저압 복수는, 오버플로우하여 제2 재열실(21) 내를 낙하한다. 이 제2 재열실(21)은, 중압실(14)의 고압 증기가 제2 증기 덕트(24)를 통해 보내지고 있고, 복수 도입 구멍(20a)으로부터 제2 트레이(26)에 적하하는 저압 복수가, 고압 증기 중을 적하함으로써 접촉 전열에 의해 가열된다. 또한, 제2 트레이(26)를 오버플로우하는 저압 복수가 고압 증기 중을 적하함으로써 접촉 전열에 의해 가열된다.

그리고, 저압동(12)의 제2 재열실(21)에 저류된 저압 복수는, 제2 연결관(28)을 통해 중압동(11)의 제1 재열실(19)로 흐른다. 다음으로, 이 제1 재열실(19)에서 저압 복수와 중압 복수가 혼합된 복수는, 제1 연결관(27)을 통해 고압실(13)로 흐른다. 그리고, 이 고압실(13)에서 저압 복수와 중압 복수와 고압 복수가 혼합된 복수는, 배출부(29)로부터 냉각수 배관(30)으로 배출된다.

한편, 제1 저압 터빈(2)의 증기의 일부가 추기 유로(32)를 통해 제2 재열실(21)로 보내진다. 이 증기의 일부는, 벤트 주입관(33)에 의해 제2 재열실(21) 내의 복수에 분사된다. 제2 재열실(21)에 저류된 복수는, 벤트 주입관(33)으로부터 분사된 증기에 의해 가열된다.

상기 실시 형태에 따르면, 고압단 복수기(7)의 증기에 부가하여, 저압 터빈(2)의 추기를 복수의 가열원으로서 사용함으로써, 종래보다도 효율적으로 복수의 온도를 높일 수 있다.

또한, 복수를 교반하는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 추기하는 저압 터빈은, 저압실(15)의 터빈이지만, 중압실(14), 고압실(13)의 저압 터빈으로부터의 추기라도 상관없다.

(제2 실시 형태)

이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 증기 터빈 플랜트(1B)를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 서술하고, 마찬가지의 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 증기 터빈 플랜트(1B)는, 제1 실시 형태의 증기 터빈 플랜트(1)가 제1 저압 터빈(2)만으로부터 추기하고 있는 것과 비교하여, 제1 저압 터빈(2), 제2 저압 터빈(3) 및 제3 저압 터빈(4) 중 적어도 1개의 저압 터빈으로부터 선택하여 추기의 제어를 행하는 것이 가능한 구성으로 되어 있다.

구체적으로는, 제1 저압 터빈(2)에는, 제1 추기 유로(32)의 제1 단부가, 접속되어 있다. 제2 저압 터빈(3)에는, 제2 추기 유로(35)의 제1 단부가, 접속되어 있다. 제3 저압 터빈(4)에는, 제3 추기 유로(36)의 제1 단부가, 접속되어 있다. 추기 유로(32, 35, 36)의 제2 단부는, 하나에 접속되며, 벤트 주입관(33)과 접속되어 있다.

또한, 저압 터빈의 추기는, 적절한 압력의 추기단(압력단)으로부터 추기를 행할 수 있도록 구성되어 있다. 예를 들어, 저압 터빈(2, 3, 4)의 출구측으로부터 2단 정도 거슬러 올라간 추기단이, 추기 유로(32, 35, 36)와의 차압 등을 감안하면 바람직하다. 또한, 추기단의 선정은, 추기 효율을 고려하여 설계되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 드레인(응축된 증기)을 가능한 한 하류로 흘리지 않고, 또한 추기측으로 말려들어가는 증기가 적어지도록 설계되는 것이 바람직하다.

상기 실시 형태에 따르면, 복수의 추기단으로부터의 추기의 혼합이 가능해지므로, 보다 적절한 증기 조건으로 한 증기를 재열실에 추기할 수 있다.

여기서, 상기 각 실시 형태의 변형예에 대해 설명한다.

이 변형예에 있어서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 복수를 통과하도록 전열관(38)을 설치하여, 추기된 증기가 이 전열관(38)에 도입되도록 구성되어 있다. 즉, 저압 터빈의 증기의 일부가 직접 복수에 도입되는 구성으로 되어 있지 않고, 전열관(38)을 통해 증기의 열이 복수에 전달되도록 되어 있다. 전열관(38)에 도입된 증기는, 진공 펌프(39) 등의 펌프에 의해 뽑아내도 되고, 소정의 플래시 박스에 공급되도록 해도 된다.

상기 변형예에 의하면, 추기되는 증기에 불응축 가스가 포함되어 있는 경우에 있어서도, 증기 터빈의 증기를 복수의 가열원으로서 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 기술 범위는 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 다양한 변경을 가하는 것이 가능하다. 또한, 상기 복수의 실시 형태에서 설명한 특징을 임의로 조합한 구성이어도 된다.

예를 들어, 상기 각 실시 형태에 있어서는, 3동형 다단압 복수기로서 설명하였지만, 저압단 복수기와 고압단 복수기로 구성되는 2동형 다단압 복수기나, 4동 이상의 복수기로 구성되는 다단압 복수기라도, 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.

또한, 상기 각 실시 형태에 있어서, 필요에 따라서 팽창 밸브 등에 의해 추기를 적절한 압력까지 감압하는 구성을 추가해도 된다.

상술한 증기 터빈 플랜트에 의하면, 증기 터빈의 증기의 일부를 복수의 가열원으로서 사용함으로써, 종래보다도 효율적으로 복수의 온도를 높일 수 있다.

1 : 증기 터빈 플랜트
2 : 제1 저압 터빈(증기 터빈)
3 : 제2 저압 터빈(증기 터빈)
4 : 제3 저압 터빈(증기 터빈)
5 : 다단압 복수기
6 : 배관
7 : 고압단 복수기
8 : 중압단 복수기
9 : 저압단 복수기
10 : 고압동
11 : 중압동
12 : 저압동
13 : 고압실
14 : 중압실
15 : 저압실
17 : 냉각수 관군
18 : 제1 압력 격벽
19 : 제1 재열실
20 : 제2 압력 격벽
21 : 제2 재열실
23 : 제1 증기 덕트(고압측 증기 도입 수단)
24 : 제2 증기 덕트(고압측 증기 도입 수단)
25 : 제1 트레이
26 : 제2 트레이
27 : 제1 연결관
28 : 제2 연결관
29 : 배출부
30 : 냉각수 배관
32 : 추기 유로(추기부)
33 : 벤트 주입관(증기 분사 수단)