発電所用補助蒸気発生器システム

水・蒸気回路を有する通常の発電設備は、付加的なプロセス、特に運転モード又は動作状態に対して、事情によっては、本来の蒸気発生プロセスによって準備できない付加的な蒸気を必要とする。これらの特定の運転状態には、特に非定常運転状態、運転停止、部分負荷運転が含まれ、あるいは始動および停止過程も含まれる。例えば運転停止時には、給水の圧力維持もしくは保温のために、また蒸気タービンのシール蒸気の供給のために、補助蒸気が必要とされる。本来の蒸気発生プロセスによって生成できる蒸気は、場合によっては、給水タンクの圧力維持や、発電所設備の他の補助システムの運転にとって、十分でないか、又は完全に十分ではない。

この問題に対処するために、従来技術による通常の発電所設備の水・蒸気回路内には、付加的な補助蒸気発生器が組み込まれている。これらの補助蒸気発生器は、化石燃料式のボイラ、いわゆる補助蒸気ボイラである。これらの補助蒸気発生器はガス又は石油で運転され、あるいは他の化石燃料でも運転される。

この種の補助蒸気発生器は、発電所設備の建設時に、特に水・蒸気回路内への補助蒸気発生器の高価複雑な相互接続と補助蒸気システムとによって、高額な投資を必要とする。複雑な相互接続によって、補助蒸気発生器は大きなスペースを必要とする。さらに、補助蒸気発生器は建設時に追加の認可費用を必要とする。補助蒸気発生器は、特に特定の運転用に設けられていることから、補助蒸気発生器は、発電所設備の平常運転中には必要でないが、それにもかかわらずランニングコストもしくは効率損失を生じる。というのは、補助蒸気発生器は、電気的に、又は発電所設備の水・蒸気回路からの蒸気により、保温されなければならないからである。補助蒸気発生器は、些細とは言えない定期的メンテナンス費用も発生する。

本発明の課題は、従来技術の欠点を回避し、とりわけ設備費用を大幅に低減することができる補助蒸気発生器システムを提供することにある。さらに、本発明の課題は従来技術の欠点が回避される補助蒸気発生方法を提供することにある。

補助蒸気発生器システムの提供に向けられた本発明の課題は、装置発明としての請求項1の特徴事項によって解決される。

復水配管を有する水・蒸気回路を含み、復水配管中に復水ポンプが接続され、給水配管中に給水ポンプが接続されている発電所用の補助蒸気発生器システムを提案する。さらに、復水ポンプと給水ポンプとの間の配管中に蓄圧タンクが接続され、その蓄圧タンクの後における水・蒸気回路の分岐点に給水抜き取り配管が接続されている。本発明によれば、今や、給水抜き取り配管が蓄圧タンクに接続されており、給水抜き取り配管中に加熱装置が接続されている。

発電所の給水タンクが蓄圧タンクとして設けられ、従って、その給水タンクは、今や、水・蒸気回路のために復水もしくは給水を蓄積し、さらに発電所の補助蒸気供給のために蒸気もしくは飽和蒸気を供給する。そのために、加熱装置が、該加熱装置により給水を加熱できるように設計されているので、蓄圧タンク内において相応の圧力低減後に蒸気が発生可能である。

本発明によって、プロセス蒸気が十分にない特別運転状態においても、追加の補助蒸気発生器を必要とすることなしに、給水タンクもしくは蓄圧タンクを、必要な圧力もしくは適切な温度に維持することができる。これによって、給水タンクが蓄熱器として利用される(ルース蓄熱器)。そのために、給水タンクは、高度の要求に応じて場合によっては、付加的な蓄圧機能のない場合よりも大きく設計されている。

本発明によって、発電所において補助蒸気発生を著しく簡単に実現することができる。というのは、追加の蒸気蓄積器および化石燃料式の補助蒸気発生器を省略することができるからである。それによって、一方では補助システムのための少ない所要スペースによる利点がもたらされる。他方では本発明によってエネルギー消費も低減される。従来の補助ボイラは、電気又は蒸気により保温されなければならず、高い運転停止損失も有する。さらに、今や蓄圧タンクはエネルギー蓄積器として利用されるので、蓄圧タンクはそれゆえにいずれにせよ高温である。従って、保温のための追加のシステムおよび配管を省略することができる。さらに、本発明によって複雑さが低下するので、メンテナンス費用が低減され、有用性が著しく向上する。

蓄圧タンク内に蓄積された蒸気は、有利に補助蒸気負荷への供給に使用することができる。そのために発電所は他の補助蒸気負荷を含み、蓄圧タンクは蒸気配管を介してそれらの補助蒸気負荷に接続されている。

そのために、蒸気圧力および蒸気温度のような蓄圧タンク内の蒸気パラメータは、供給される側の補助蒸気負荷に応じて調整される。その調整は加熱、復水再供給又は給水ポンプ、および/又は絞り弁により行われる。補助蒸気発生システムの有利な発展形態では、加熱装置と蓄圧タンクとの間の給水抜き取り配管中に圧力保持弁が接続されており、その圧力保持弁によって、その都度の運転温度において運転圧力が媒体の蒸気圧力に対して十分に高い間隔内にある限り、加熱装置と蓄圧タンクとの間の圧力が高められる。

補助蒸気発生システムの好ましい実施形態においては、給水抜き取り配管が水・蒸気回路の復水配管に接続されており、加熱装置の前の給水抜き取り配管中に循環ポンプが接続されている。その循環ポンプによって、流量、加熱によりかつ減圧弁位置に応じて間接的に蒸気パラメータを調整することができる。さらに、発電所の実施形態に応じて、給水抜き取り配管が、給水ポンプの取り出し点又は給水ポンプの後に接続されていると有利である。そのためには特別に構成された給水ポンプが必要である。

補助蒸気発生器システムの格別に有利な実施形態では加熱装置が電気式である。本発明によって、特に発電所設備費用が低減される。というのは、補助蒸気発生器のために電気加熱される加熱装置を採用することによって、そうでなければ設置が必要であった、複雑かつ高価な補助蒸気発生器を省略することができるからである。本発明を太陽発電所において使用する場合に、電気式加熱装置の使用によって、完全な「再生エネルギー生成」を実現することができる。電気加熱される加熱装置はエミッションフリーの動作をするので、太陽発電所設備に対して少ない認可費用を計算に入れることができる。化石燃料による補助蒸気発生の省略によって、燃料の貯蔵および分配のための燃料システムが必要でない。

補助蒸気発生器システムは、有利にガス・蒸気タービン複合発電所において使用される。しかし、その他の化石燃料による蒸気発電所設備においても、補助蒸気発生器システムの利点を利用することができる。補助蒸気発生器システムは、太陽熱を利用して蒸気発生を行うCSP(Concentrating Solar Power、集光型太陽熱発電)蒸気発電所においても非常に有利に使用される。

補助蒸気発生方法に向けられた本発明の課題は、方法発明としての請求項9の特徴事項によって解決される。

発電所プロセスにおける本発明による補助蒸気発生方法では、水・蒸気回路中に接続された蓄積器が設けられ、蓄積器内に水・蒸気回路から復水が運び込まれる。その復水が、蓄積器内に蓄積され、混合され、脱気され、引き続いて給水として蓄積器から導き出され、その導き出された給水の部分流が抜き取られる。本発明によれば、今や、その部分流が加熱プロセスにおいて加熱されて、再び蓄積器内へ戻される。

その蓄積器は、水・蒸気回路用の流体の体積を中間蓄積することができる給水用の蓄積タンクに相当する。それによって、この蓄積タンクは給水のための緩衝器としても役立つ。

部分流が沸点の下方又は沸点の上方の十分な間隔にある温度に加熱される。その加熱された部分流を蓄積器に戻すことによって、蓄積器内の圧力が高められる。それによって蓄積器は付加的にプロセス蒸気のための蓄圧器として利用できる。

それゆえ、プロセス蒸気のための追加の蓄圧器と、さもなければ必要な、複雑かつ高価な補助蒸気発生器とを省略することができるので、本発明による方法によって発電所プロセスの設備費用を低減することができる。しかも、本発明による方法によって、複雑性を著しく少なくした補助蒸気発生プロセスを実現することができる。そのために、有利な実施形態では、蒸気が蓄積器から引き出されて発電所プロセスの補助蒸気プロセスに供給される。

その際に蒸気は異なる方法によって発生させることができる。好ましい実施形態では、給水の部分流が加熱プロセスにおいて先ず給水の沸点すれすれまで加熱され、そして蓄積器内で給水の膨張により運ばれ蒸発させられる。給水が加熱される温度の沸点までの間隔が十分に大きいので、蓄積器への導入前にはまだ蒸発は起きない。その際に、加熱された給水がポンププロセスによって蓄積器へ運ばれと有利である。ポンププロセスは、特に循環ポンプと、場合によって弁とから構成される。

代替実施例では、給水の部分流が加熱プロセスにおいて給水の沸点まで又は沸点以上に加熱され、蒸気が圧力上昇下で形成され、蒸気と給水との間の密度差の利用により蒸気が蓄積器内で運ばれる。この場合に追加のポンプが省略できる。

給水の部分流が加熱プロセスにおいて電気的に加熱されると、格別に有利である。それによってエミッションフリーの蒸気発生を実現することができる。

本発明による補助蒸気発生方法は、発電所が運転停止中、又は部分負荷運転中、又は始動/停止中の非定常運転状態にある場合に、発電所プロセスに蒸気を供給するのに、有利に動作させられる。その場合に、発電所プロセスが、とりわけ水・蒸気回路を有するガス・蒸気タービン複合プロセスを含み、補助蒸気発生方法がガス・蒸気タービン複合プロセスの水・蒸気回路に組み込まれているとよい。

代替方法では、発電所プロセスが、太陽熱蒸気発生プロセスを有するCSP蒸気発電所プロセスであり、補助蒸気発生方法がCSP蒸気発電所プロセスの水・蒸気回路に組み込まれている。

以下において、本発明の実施例を例に基づいてさらに詳細に説明する。

図1は発電所用の補助蒸気発生器システムを示す。

図2は発電所プロセス用の補助蒸気発生方法を示す。

図1には、化石燃料発電所又は太陽発電所に組み込むことができる補助蒸気発生器システム1が示されている。その発電所は水・蒸気回路2を含むが、その水・蒸気回路のうち、ここでは復水配管3の部分だけが示されている。

復水配管3中には主に復水ポンプ4、蓄圧タンク6が接続され、給水配管16中には給水ポンプ5が接続されている。復水ポンプ4によって、復水が蓄圧タンク6へ運び込まれる。蓄圧タンク内では復水が脱気、混合および蓄積され、それから腹水が給水ポンプ5によって給水配管16を通して再び水・蒸気回路2へ送り出される。

本発明によれば、蓄圧タンク6と給水ポンプ5との間の給水配管16における分岐点7に接続された給水抜き取り配管8が設けられている。給水抜き取り配管8が直接に給水ポンプ5に又は給水ポンプ5の後に接続されている代替的な実施形態が、ここには示されていない。

給水抜き取り配管8は給水配管16を蓄圧タンク6に接続する。給水抜き取り配管8中には主に循環ポンプ13および加熱器9が接続されている。加熱装置9によって、抜き取られた給水部分流が加熱可能である。さらに給水抜き取り配管8中には部分流を制御するための弁が接続されている。加熱装置9と蓄圧タンク6との間に調圧弁12が接続されており、この調圧弁12によって蓄圧タンク内の圧力が調整可能に保持される。

単独の循環ポンプ13によって蓄圧タンク6から給水の或る量が取り出され、加圧され、電気加熱装置9において沸点に対して十分な余裕がある温度にまで加熱され、最終的に調圧弁12もしくは調整弁を介して蓄圧タンクの中へ解放される。加熱されて高圧力下にある給水が蓄圧タンク6の圧力へ解放されることによって、その一部が蒸発する。

循環ポンプ13の後方において給水抜き取り配管8に戻し配管14が接続されている。従って、循環ポンプ13とその循環ポンプ14の最低量導管とによって給水の循環を可能にする回路がもたらされる。

蓄圧タンク6には蒸気を導き出すために蒸気配管11が接続されている。蒸気配管11は蓄圧タンク6を補助蒸気負荷10に接続する。蒸気の調節および絞りのために、蒸気配管11中には電動操作式又は空気圧操作式の調節弁が接続されている。それゆえ、補助蒸気負荷は必要な補助蒸気を専ら蓄圧タンク6から受け取る。

さらに、水・蒸気回路2の復水配管3の部分は平衡配管15を有し、この平衡配管15は、復水ポンプ4と蓄圧タンク6との間の復水配管3の部分を、蓄圧タンク6と循環ポンプ13との間の給水抜き取り配管8の部分に接続する。その平衡配管中に電動操作式又は空気圧操作式の調節弁が接続されているとよい。

図2は、化石燃料発電所プロセス又は太陽発電所プロセスに組み込み得る補助蒸気発生方法を示す。ここでは、発電所プロセスにおいて凝縮後に発生するような復水23の形での給水24のための水・蒸気回路2の部分が示されている。

この補助蒸気発生方法は、主に蓄積器22および過熱プロセス26を含む。蓄積器22に、先ず復水23が水・蒸気回路2から供給される。蓄積器22内に、復水23、つまり給水24が蓄積され、混合され、脱気される。続いて給水24が再び導き出され、水・蒸気回路2へ蒸発のために導入される。

導き出された給水24から、今や部分流25が抜き取られて、加熱プロセス26に導かれる。この加熱プロセスにおいて給水24が加熱され、再び蓄積器22に戻される。部分流25を蓄積器22へ運び戻すために、ポンププロセス29が設けられている。

加熱プロセス26での給水24の加熱によって、蓄積器22内で蒸気27が生成され、その蒸気は、今や蓄積器22から補助蒸気プロセスに供給することができる。

蓄積器22からの蒸気27の供給によって、付加的な化石燃料式の補助蒸気発生装置を省略することができる。

1 補助蒸気発生器システム 2 水・蒸気回路 3 復水配管 4 復水ポンプ 5 給水ポンプ 6 蓄圧タンク 7 分岐点 8 給水抜き取り配管 9 加熱装置 10 補助蒸気負荷 11 蒸気配管 12 圧力保持弁 13 循環ポンプ 14 戻し配管 15 平衡配管 16 給水配管 20 補助蒸気発生方法 21 発電所プロセス 22 蓄積器 23 復水 24 給水 25 部分流 26 加熱プロセス 27 蒸気 28 補助蒸気プロセス 29 ポンププロセス