本発明は、蒸気タービンプラント及びその運転方法に関する。

従来より、大容量の火力発電プラントや原子力発電プラント等の蒸気タービンプラントでは、再生サイクル方式または再生再熱サイクル方式が一般に採用されている。 再生サイクル方式は、蒸気タービン中間段より抜き出した低圧蒸気を用いて蒸気発生器への給水を加熱することで、熱効率を高めると共に、１台の蒸気タービンで発生可能な最大出力を高めること等を目的とするものである。 また、再生再熱サイクル方式とは、上記再生サイクル方式と再熱サイクル方式とを組み合わせたサイクルであり、再熱サイクル方式とは、蒸気を蒸気タービンに導き、所定の圧力まで膨張させた後、これを該蒸気タービンから抜き出し、再熱器において再熱するものであり、熱効率を向上させると共に、膨張末期の低圧蒸気の乾き度を下げないこと等を目的とするものである。

図３は、ボイラーで発生した高温高圧の蒸気で蒸気タービンを駆動して電力を得る従来の再生再熱サイクル方式を採用する蒸気タービンプラントの一例を示す系統図である。 この図において、蒸気発生器１１１で発生した高温高圧の蒸気は、主蒸気管３１２を介して高圧タービン１０１に流入し、そこで膨張して高圧タービン１０１を駆動させる。 高圧タービン１０１の排気は、その大部分が再熱器１１１ａで高圧高温の蒸気に再熱された後、高温再熱蒸気管３０５を経て中圧タービン１０２へ導入され、中圧タービン１０２を駆動させる。 中圧タービン１０２の排気はクロスオーバ管３０１を介して低圧タービン１０３に供給され、低圧タービン１０３を駆動させる。 このように、蒸気によって各タービンを駆動させ、これらタービンに直結された発電機１０４を駆動し、発電が行われる。 低圧タービン１０３の排気は、復水系統に送られ、そこで、排気は復水器１０５に送られ、冷却水によって凝縮された後、復水ポンプ１０６により圧送され、給水系統に送られる。 なお、図３では、冷却水系統を省略している。 給水加熱系統は、低圧給水加熱器１０７、脱気器１０８、給水ポンプ１０９及び高圧給水加熱器１１０を主要設備として構成され、これらの設備は復水器１０５から蒸気発生器１１１に向かって順次それぞれ直列に接続されている。 低圧給水加熱器１０７、脱気器１０８、高圧給水加熱器１１０は、それぞれ低圧タービン１０３、中圧タービン１０２、高圧タービン１０１の中間段から抽気されたタービン抽気を抽気管３０８，３０７，３０２を介して受け入れ、ボイラー給水を加熱するための設備である。 このように給水を加熱することで、プラント全体の熱効率の向上が図られており、複数段で所定の温度まで加熱された給水は、蒸気発生器１１１に戻される。

近年、隣接する他のプラントからの要求が多様化し、これらのプラントにおいて蒸気タービンプラントで発生した蒸気の一部を有効に利用したいという要請があり、蒸気タービンプラントでは、これらの要請に応えるべく、他のプラントへ蒸気を供給している。 他のプラントでは、プロセス蒸気を加熱用途等に主に使用するほか、暖房用、給湯用等にも使用しており、通常、これらの用途に用いた蒸気ドレンを蒸気タービンプラントに戻している。 このように他のプラントへ蒸気を供給する蒸気タービンプラントとして、特許文献１が知られている。

しかしながら、既設発電所において、他のプラントにプロセス蒸気を供給する場合、プロセス蒸気供給量が増大すると、蒸気タービンへの蒸気供給量が減少する結果、蒸気圧力が低下し、主蒸気流量が減少する。

そこで、既設発電所において、蒸気発生器で発生した蒸気をプロセス蒸気として系外に供給すると共に、系外への供給量と、ボイラー効率の向上及び主蒸気流量の増加とのバランスを制御することができる蒸気タービンプラント、及びその運転方法が求められている。

本発明は、既設発電所において、蒸気発生器で発生した蒸気をプロセス蒸気として系外に供給すると共に、系外への供給量と、ボイラー効率の向上及び主蒸気流量の増加とのバランスを制御することができる蒸気タービンプラント、及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明では、以下のような解決手段を提供する。

（１） 蒸気の一部をプロセス蒸気としてプロセス蒸気供給管を介して供給すると共に、残部を蒸気タービンの駆動に使用し、該蒸気タービンからの抽気を給水加熱器及び脱気器に抽気管を介して導く再生サイクル方式の蒸気タービンプラントにおいて、前記抽気管を流れる抽気の流量を調整可能な抽気調整弁と、前記給水加熱器の給水の出口の温度を測定する出口給水温度計と、前記出口給水温度計によって測定された温度に基づいて、前記抽気調整弁を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする蒸気タービンプラント。

（１）の構成によれば、本発明に係る蒸気タービンプラントは、蒸気の一部をプロセス蒸気としてプロセス蒸気供給管を介して供給すると共に、残部を蒸気タービンの駆動に使用し、該蒸気タービンからの抽気を給水加熱器及び脱気器に抽気管を介して導く再生サイクルを行い、抽気管を流れる抽気の流量を調整可能な抽気調整弁と、給水加熱器の給水の出口の温度を測定する出口給水温度計と、を備えている。 そして、出口給水温度計によって測定された温度に基づいて、抽気調整弁を制御する。

すなわち、本発明に係る蒸気タービンプラントは、給水加熱器の出口温度を、抽気調整弁を制御することによって所定の温度にする。 したがって、蒸気発生器への給水温度を上げることができるので、本発明に係る蒸気タービンプラントは、既設発電所において、蒸気発生器で発生した蒸気をプロセス蒸気として系外に供給すると共に、系外への供給量と、ボイラー効率の向上及び主蒸気流量の増加とのバランスを制御することができる。

（２） 前記プロセス蒸気供給管を流れるプロセス蒸気の流量を調整可能なプロセス蒸気調整弁と、前記蒸気タービンに流入する蒸気の圧力を測定するタービン蒸気圧力計と、を更に備え、前記制御手段は、前記タービン蒸気圧力計によって測定された圧力に基づいて、前記プロセス蒸気調整弁を、更に制御することを特徴とする（１）に記載の蒸気タービンプラント。

（２）の構成によれば、（１）に記載の蒸気タービンプラントは、プロセス蒸気供給管を流れるプロセス蒸気の流量を調整可能なプロセス蒸気調整弁と、蒸気タービンに流入する蒸気の圧力を測定するタービン蒸気圧力計と、を更に備える。 そして、制御手段は、タービン蒸気圧力計によって測定された圧力に基づいて、プロセス蒸気調整弁を、更に制御する。

すなわち、本発明に係る蒸気タービンプラントは、給水加熱器の出口温度を、抽気調整弁を制御することによって所定の温度にし、更に、プロセス蒸気調整弁を制御することによって蒸気タービンの駆動に使用する蒸気流量と、プロセス蒸気の供給量とのバランスを制御する。 したがって、蒸気流量と、プロセス蒸気の供給量とを制御するので、本発明に係る蒸気タービンプラントは、既設発電所において、蒸気発生器で発生した蒸気をプロセス蒸気として系外に供給すると共に、系外への供給量と、ボイラー効率の向上及び主蒸気流量の増加とのバランスを制御することができる。

（３） 蒸気の一部をプロセス蒸気としてプロセス蒸気供給管を介して供給すると共に、残部を蒸気タービンの駆動に使用し、該蒸気タービンからの抽気を給水加熱器及び脱気器に抽気管を介して導く再生サイクル方式の蒸気タービンプラントにおいて、前記抽気管を流れる抽気の流量を調整可能な抽気調整弁と、前記給水加熱器の給水の出口の温度を測定する出口給水温度計と、を備える前記蒸気タービンプラントの運転方法であって、前記出口給水温度計によって測定された温度に基づいて、前記抽気調整弁を制御するステップ、を備えることを特徴とする運転方法。

すなわち、本発明に係る蒸気タービンプラントの運転方法は、給水加熱器の出口温度を、抽気調整弁を制御することによって所定の温度にする。 したがって、ボイラーへの給水温度を上げることができるので、本発明に係る蒸気タービンプラントの運転方法は、既設発電所において、蒸気発生器で発生した蒸気をプロセス蒸気として系外に供給すると共に、系外への供給量と、ボイラー効率の向上及び主蒸気流量の増加とのバランスを制御することができる。

本発明によれば、既設発電所において、蒸気発生器で発生した蒸気をプロセス蒸気として系外に供給すると共に、系外への供給量と、ボイラー効率の向上及び主蒸気流量の増加とのバランスを制御することができる蒸気タービンプラント、及びその運転方法を提供することができる。

本発明の蒸気タービンプラント１０の実施形態の一例を示す系統図である。

図２は、高圧給水加熱器１１０の出口給水温度を制御した場合の一例を示す図である。

ボイラーで発生した高温高圧の蒸気で蒸気タービンを駆動して電力を得る従来の再生再熱サイクル方式を採用する蒸気タービンプラントの一例を示す系統図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。

図１は、本発明の蒸気タービンプラント１０の実施形態の一例を示す系統図である。 本発明の蒸気タービンプラント１０は、主に蒸気発生器１１１（再熱器１１１ａを含む）、高圧タービン１０１、中圧タービン１０２、低圧タービン１０３、発電機１０４、復水器１０５、復水ポンプ１０６、低圧給水加熱器１０７、脱気器１０８、給水ポンプ１０９、高圧給水加熱器１１０等から構成され、再生再熱サイクルを構成している。 そして、蒸気タービンプラント１０は、抽気調整弁２０１と、出口給水温度計２０２と、プロセス蒸気調整弁２０３と、タービン蒸気圧力計２０７と、制御器１２１を備え、高圧給水加熱器１１０の給水の出口温度を、所定の温度にすると共に、蒸気タービンの駆動に使用する蒸気流量と、プロセス蒸気の供給量とのバランスを制御する。

これらの設備以外に、復水設備に供給される冷却水を冷却する冷却水設備、給水復水処理設備やその他の付帯設備等を備えていてもよい。 図１では、蒸気タービンは高圧タービン１０１、中圧タービン１０２及び低圧タービン１０３を組み合わせて設置するが、これらに限られず、蒸気タービンプラント１０の発電能力等を勘案して、超高圧タービン、超高圧・高圧タービン、高中圧タービン、中低圧タービン等を組み合わせて構成することもできる。

蒸気発生器１１１としては、ボイラーや原子炉の蒸気発生器等が挙げられる。 この蒸気発生器１１１において発生した高温高圧の蒸気は、高圧タービン１０１に流入し、そこで断熱膨張し高圧タービン１０１を駆動させる。 この高圧タービン１０１の中間段からは、蒸気の一部が抽気され、抽気管３０２を介して高圧給水加熱器１１０に供給されている。

高圧タービン１０１の排気は、低温再熱蒸気管３０３内を流れ、再熱器１１１ａで高圧高温の蒸気に再熱される。 図１では、再熱の方式として１段再熱方式を示すが、２段再熱方式であってもよい。 この再熱蒸気の蒸気温度は、通常、蒸気発生器１１１で発生した主蒸気温度とほぼ同等とされる。

再熱器１１１ａで再熱された再熱蒸気は、ここから高温再熱蒸気管３０５内を流出する。 この高温再熱蒸気管３０５は、プロセス蒸気供給管３０４と、中圧タービン１０２へ向かう配管３０６とに分岐されており、再熱蒸気の一部がプロセス蒸気として他のプラントに供給されると共に、残部は中圧タービン１０２に流入する。

上記分岐点から圧力調整弁２０５を介して中圧タービン１０２に流入した蒸気は、ここで膨張して中圧タービン１０２を駆動させ、一部は、中圧タービン１０２の中間段から蒸気として抽気され、抽気管３０７を介して脱気器１０８に送られる。 蒸気の残部は、クロスオーバ管３０１を経て低圧タービン１０３に排気される。

クロスオーバ管３０１は、低圧タービン１０３の中間位置にその一端が接続されており、クロスオーバ管３０１を介して低圧タービン１０３に流入する蒸気は、その内部を低圧タービンの軸方向両側に向かって更に低圧となるまで膨張していき、低圧タービン１０３を駆動させる。 低圧タービン１０３の中間段には、抽気点が設けられており、これらの抽気点から抽気される蒸気が抽気管３０８を介して低圧給水加熱器１０７に流入している。 また、低圧タービン１０３の排気は、復水器１０５に送られる。

これら高圧タービン１０１、中圧タービン１０２及び低圧タービン１０３が駆動されることにより、発電機１０４が駆動され、発電が行われる。

復水器１０５では、低圧タービン１０３から排気された蒸気がドレンとなって回収される。 更に、復水器１０５には、水処理された工業用水を新たに補給することもできる。 この復水器１０５の下流側には、復水ポンプ１０６が設けられ、凝縮したドレンがこれによって圧送され、復水管３０９を介して給水加熱系統に送られる。 この復水管３０９には、その途中に不図示の水素冷却器、空気抽出器、グランドコンデンサ等を設けることができる。

給水加熱系統は、低圧給水加熱器１０７、脱気器１０８、給水ポンプ１０９及び高圧給水加熱器１１０で構成され、この系統で蒸気発生器１１１への給水が加熱される。 低圧給水加熱器１０７は、直列に複数段、例えば、第１給水加熱器、第２給水加熱器、第３給水加熱器等から構成されていてもよい。 同様に、高圧給水加熱器１１０も、直列に複数段、例えば、第５給水加熱器、第６給水加熱器、第７給水加熱器等から構成されていてもよい。 複数段で所定の温度まで給水を加熱することによって、プラント全体の熱効率の向上を図ることができる。

脱気器１０８において加熱された給水は、給水ポンプ１０９によって給水管３１０を経て高圧給水加熱器１１０に送られる。

この給水は、高圧タービン１０１の中間段から抽気管３０２によって抽気された蒸気によって加熱される。

この高圧給水加熱器１１０において、例えば、２４０℃から２６０℃程度まで加熱された給水は、給水管３１１を介して蒸気発生器１１１に送られ、更に加熱されて、蒸気が生成される。

制御器１２１は、高圧給水加熱器１１０の給水出口側に備えられた出口給水温度計２０２から、測定結果である出口給水温度を取得する。 そして、制御器１２１は、抽気管３０２の途中に設けられた抽気調整弁２０１を制御することによって、出口給水温度が設定された温度になるように制御する。 例えば、制御器１２１は、測定した出口給水温度が設定された温度よりも低い場合には、抽気調整弁２０１を開く方向に制御し、測定した出口給水温度が設定された温度よりも高い場合には、抽気調整弁２０１を閉じる方向に制御する。 抽気調整弁２０１の開閉は、所定の制限内で制御される。

更に、制御器１２１は、高温再熱蒸気管３０５がプロセス蒸気供給管３０４と分岐し、中圧タービン１０２へ向かう配管３０６に備えられたタービン蒸気圧力計２０７から、測定結果である再熱蒸気圧力を取得する。 制御器１２１は、再熱蒸気圧力に基づいて、プロセス蒸気供給管３０４の途中に設けられたプロセス蒸気調整弁２０３を制御することによって、再熱蒸気圧力が所定の蒸気圧力となるように制御する。 例えば、制御器１２１は、測定した再熱蒸気圧力が所定の蒸気圧力よりも低い場合には、プロセス蒸気調整弁２０３の弁開度を閉じる方向に制御する。 そして、測定した再熱蒸気圧力が所定の蒸気圧力よりも高い場合であって、所定のプロセス蒸気供給量を満たしていない場合は、所定のプロセス蒸気供給量を満たすようにプロセス蒸気調整弁２０３の弁開度を開く方向に制御し、所定のプロセス蒸気供給量を満たしている場合は、プロセス蒸気調整弁２０３の弁開度を維持する。 プロセス蒸気調整弁２０３の弁開度は、所定の制限内で制御される。 その結果、蒸気タービンの駆動に使用する主蒸気流量と、プロセス蒸気の供給量とのバランスを制御することができる。

例えば、プロセス蒸気を供給しない場合は、主蒸気流量が４７０ｔ／ｈ、出力が１５６ＭＷである。 プロセス蒸気を供給すると、例えば、低圧給水加熱器１０７への給水の入口温度が３８．６℃、出口温度が１１８．０℃、高圧給水加熱器１１０への給水の入口温度が１３０．０℃、出口温度が２４２．７℃で、主蒸気流量が４５７ｔ／ｈ、高圧タービン１０１から高圧給水加熱器１１０への抽気量が２８．３ｔ／ｈ、再熱蒸気流量が３７４ｔ／ｈ、となり、プロセス蒸気の供給量が１８２．７ｔ／ｈ、中圧タービン１０２に流入する蒸気の量である再熱タービン呑込み量が１４０ｔ／ｈ、発電機１０４の出力が９８．７ＭＷである。 この場合に、制御器１２１が抽気調整弁２０１を制御することにより、高圧タービン１０１から高圧給水加熱器１１０への抽気量を４５．４ｔ／ｈ、高圧給水加熱器１１０の出口温度を２５９．３℃とすることができ、主蒸気流量が４７４ｔ／ｈとなり、再熱蒸気流量が３７４ｔ／ｈ、プロセス蒸気の供給量が１８２．５ｔ／ｈ、再熱タービン呑込み量が１４０ｔ／ｈを確保する結果、発電機１０４の出力は９９．７ＭＷとなる。 更に、制御器１２１がプロセス蒸気調整弁２０３を制御することにより、再熱タービン呑込み量を確保することができ、蒸気タービンの駆動に使用する蒸気流量と、プロセス蒸気の供給量とのバランスを保つことができる。

図２は、高圧給水加熱器１１０の出口給水温度を制御した場合の一例を示す図である。 図２において、縦軸は時間あたりの主蒸気流量（ｔ／ｈ）及び出力（ＭＷ）を示し、横軸は高圧給水加熱器１１０の出口給水温度（℃）を示している。 高圧給水加熱器１１０の出口給水温度は、抽気管３０２に設けられた抽気調整弁２０１の弁開度の増大によって上昇し、弁開度の減少によって下降する。

図２に示すように、出口給水温度が２４０℃付近から２６０℃付近まで上昇することにより、主蒸気流量は４５５ｔ／ｈ付近から４７５ｔ／ｈ付近まで増大し、出力は９８．７ＭＷ付近から９９．７ＭＷ付近まで増大していることを示している。 この場合において、再熱タービン呑込み量は１４０ｔ／ｈ、プロセス蒸気供給量は平均１８２．５ｔ／ｈ付近を確保している。

本実施例によれば、本発明に係る蒸気タービンプラント１０は、蒸気の一部をプロセス蒸気としてプロセス蒸気供給管３０４を介して供給すると共に、残部を蒸気タービン１０１，１０２，１０３の駆動に使用し、該蒸気タービン１０１，１０２，１０３からの抽気を高圧給水加熱器１１０、脱気器１０８、及び低圧給水加熱器１０７に抽気管３０２，３０７，３０８を介して導く再生サイクルを行い、抽気管３０２を流れる抽気の流量を調整可能な抽気調整弁２０１と、給水加熱器の給水の出口の温度を測定する出口給水温度計２０２と、制御器１２１とを備えている。 そして、制御器１２１は、出口給水温度計２０２によって測定された温度に基づいて、抽気調整弁２０１を制御する。

更に、プロセス蒸気供給管３０４を流れるプロセス蒸気の流量を調整可能なプロセス蒸気調整弁２０３と、蒸気タービン１０２に流入する蒸気の圧力を測定するタービン蒸気圧力計２０７と、を備える。 そして、制御器１２１は、タービン蒸気圧力計２０７によって測定された圧力に基づいて、プロセス蒸気調整弁２０３を、更に制御する。 したがって、蒸気発生器１１１への給水温度を上げることができ、蒸気流量と、プロセス蒸気の供給量とを制御することができるので、本発明に係る蒸気タービンプラント１０は、既設発電所において、蒸気発生器１１１で発生した蒸気をプロセス蒸気として系外に供給すると共に、系外への供給量と、ボイラー効率の向上及び主蒸気流量の増加とのバランスを制御することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。 また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施例に記載されたものに限定されるものではない。

１０ 蒸気タービンプラント １０１ 高圧タービン １０２ 中圧タービン １０３ 低圧タービン １０４ 発電機 １０５ 復水器 １０７ 低圧給水加熱器 １１０ 高圧給水加熱器 １１１ 蒸気発生器 １２１ 制御器