JP2007064048A

JP2007064048A - 発電プラントの廃熱回収設備

Info

Publication number: JP2007064048A
Application number: JP2005249079A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kariya; 謙二假屋; Hiroshi Arase; 央荒瀬; Taro Shinkawa; 太郎新川
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】
蒸気タービンからの排気廃熱を、ヒートポンプを用いて蒸気発生装置の給水の加熱に利用して回収できる発電プラントの廃熱回収設備を提供する。
【解決手段】
発電プラントの廃熱回収設備が蒸気発生装置から蒸気を動力に変換する蒸気タービン１に供給し、この排気側に空冷式復水器３を備えると共に、前記蒸気発生装置への給水をヒートポンプで加熱する際に、蒸気タービン１の排気側に、排気蒸気の熱を熱媒体に回収させる熱交換器９を設け、この熱交換器９とヒートポンプ１２との間に熱媒体が循環する循環配管１１を介在させて、循環させた熱媒体をヒートポンプ１２の熱源水として構成する。
【選択図】図１

Description

発電プラントの廃熱回収設備に係り、特に蒸気から熱回収して蒸気発生装置への給水を加熱するヒートポンプを備えた発電プラントの廃熱回収設備に関する。

発電プラントを設置する際、海水及び冷却塔による冷却水等を多量に得られない地域では、蒸気タービンの排気蒸気を凝縮させる手段として空冷式復水器を採用する場合が多くなる。この空冷式復水器を採用している発電プラントにおいては、空冷式復水器からの大気へ放熱が全体に占める割合は６０％程度と非常に大きく、この放熱熱損失を回収することができれば、発電プラント効率を向上することが可能になる。

しかしながら、空冷式復水器の冷却後の空気温度は、一般には５０〜６０℃程度であり、また空気の比熱も小さいため、熱交換器で回収するには使用する熱交換器の伝熱面積を非常に大きくする必要がある。このことから、従来では蒸気タービンの排気熱は、有効に利用されずにそのまま大気へ放熱されている。

蒸気タービンの排気熱を発電プラント内で有効に回収する一例として、特許文献１に記載の発電設備では、蒸気タービン排気蒸気を直接吸収式ヒートポンプの蒸発器に導入することで、蒸気の潜熱を熱源として有効に利用しており、凝縮後のドレンは吸収式ヒートポンプの吸収器や凝縮器で昇温され、再び蒸気発生器の給水として利用することが提案している。

特開平５−２６３６１０号公報

一般に、蒸気タービン排気管の口径は、排気管の圧力損失、振動発生限界等を考慮して、経験的に排気管内の蒸気流速が６０〜７０ｍ／ｓとなるように計画されている。また、蒸気タービン排気圧力が低いほど蒸気タービンの性能は良くなるので、蒸気タービンの排気圧力は、殆んど真空で計画されているため、蒸気タービンの排気管の口径はかなり大きなものとなる。

このため、蒸気タービンの排気蒸気を、吸収式ヒートポンプの蒸発器に直接導入している上記の特許文献１に記載の例では、この接続配管の口径はかなり大きくなるから、接続配管の引き回しを考慮せねばならない等の配置上の問題が生ずる。また、吸収式ヒートポンプの蒸発器の伝熱面積も大きくする必要があるため、配置上の問題が生ずるし、更には特殊仕様となって設備投資が増加する恐れがある。

本発明の目的は、接続配管での引き回し等の配置上の問題や、ヒートポンプが特殊仕様とせねばならないため設備投資が増加させることなく、蒸気タービンからの排気廃熱を、蒸気発生装置の給水の加熱に利用して回収できる発電プラントの廃熱回収設備を提供することにある。

本発明では、蒸気発生装置から蒸気を動力に変換する蒸気タービンに供給し、前記蒸気タービンの排気側に空冷式復水器を備えると共に、前記蒸気発生装置への給水を加熱するヒートポンプを備えて発電プラントの廃熱回収設備を構成する際に、蒸気タービンの排気側には、排気蒸気の熱を熱媒体に回収させる熱交換器を設け、また熱交換器とヒートポンプとの間に熱媒体が循環する循環配管を介在させ、この循環させた熱媒体を前記ヒートポンプの熱源水としたものである。

本発明のように発電プラントの廃熱回収設備を構成すれば、空冷式復水器を用いた場合でも接続配管引き回し等の配置上の問題や、ヒートポンプを特殊仕様とすることによる設備投資の増加もなく、蒸気タービンからの排気廃熱を蒸気発生装置の給水の加熱に活用でき、廃熱を効果的に回収することができる。

本発明における発電プラントの廃熱回収設備の実施例について、以下に図に示す各実施例を用いて詳細に説明する。

本発明の第１の実施例である図１の発電プラントでは、蒸気タービン１からの排気蒸気を凝縮するため、排気側の排気管２に空冷式復水器３と排気復水タンク４を設け、また湿り蒸気中の水分は、凝縮水となって排気管２中に設けるドレンポッド５からドレンタンク６に至るようにし、ドレンポンプ７によって排気復水タンク４に排水するようにしている。

したがって、蒸気発生器（図示ぜず）から発生した蒸気は、蒸気タービン１にて仕事をしてから、排気管２を介して空冷式復水器３に流入し、この空冷式復水器３に流入した蒸気は、空気で冷却されて凝縮水となって、排気復水タンク４に排出される。排気復水タンク４に貯水された凝縮水は、排気復水ポンプ８によって蒸気発生装置に給水される。この蒸気タービン1からの排気蒸気の持つ熱量を有効に活用するため、蒸気の排気側の排気管２中に熱交換器９を設置している。そして、この熱交換器９で、排気蒸気との熱交換により昇温した熱媒体の熱量を、利用するためにヒートポンプ１２を設けており、熱交換で昇温した熱媒体は、循環配管１１の循環ポンプ１０でヒートポンプ蒸発器１３に供給している。これによって、排気蒸気の熱を熱交換器９で回収し、ヒートポンプ１２の活用で蒸気発生装置に戻る給水を加熱するようにしている。

ヒートポンプ１２では、熱媒体から吸熱し、その吸熱分を蒸気発生装置の給水を加熱するため、ヒートポンプ蒸発器１３出口の熱媒体の熱量は低下し、この出口の熱媒体を再度熱交換器９へ循環して加熱を繰返すものである。また、熱交換器９で熱回収された排気蒸気の一部は、凝縮してドレンとなってドレンタンク６を経由し、排気復水タンク４へ排出される。

本発明のように構成する場合、熱交換器９から循環配管１１でヒートポンプ１２に循環する熱媒体は、熱交換器９から受熱する熱量とヒートポンプ蒸発器１３で吸熱される熱量を、バランスさせる必要があるため、例えばヒートポンプ蒸発器１３の入口に温度計を設置しておき、この温度が一定となるように循環ポンプ１０の回転数制御による循環量の制御、流量調節弁による循環量の制御、バッファタンクの設置による温度の制御等を実施する。また、熱媒体の循環量は固定しておき、例えば調節弁等で蒸気発生装置の給水加熱量を調節することでも同様の効果が期待できる。

本発明の発電プラントでは、熱交換器９に組合せるヒートポンプ１２は、吸収式ヒートポンプや圧縮式ヒートポンプを適用でき、このような第１種ヒートポンプ１２のいずれを用いても同様な効果を達成することができる。

本発明は、新規建設の発電プラントのみならず、既に建設済みの発電プラントに容易に適用でき、しかも設備投資を抑制して実施できるため、極めて大きな効果を奏するものである。

本発明の他の実施例を示す図２の例では、蒸気タービン１の排気管２に分岐配管１５、１６を追加し、この分岐配管１５、１６部分に熱交換器９を設置したもので、他の部分は図１と同様に構成しており、この例においても図１の例と同様な効果を達成できる。しかも、このように構成すると、図１の例のように排気管２に設置する熱交換器９の伝熱面積が大きい場合には圧力損失が大きくなることから、蒸気タービン１の排気圧力が高くなって、蒸気タービン１の性能が悪化するのに対して、これを避けることができる。

本発明の別の実施例を示す図３では、蒸気タービン１に蒸気を供給する主蒸気管１７に、バイパス弁１８を介在させるバイパス管１９を設けて排気管２に至るようにし、このバイパス管１９に熱交換器９を設けたもので、他の部分は図１と同様に構成しており、これによっても図１の例と同様な効果を達成できる。また、この実施例では、図２の例と異なり熱交換器９をタービンバイパス管１９に設置することで、蒸気タービン１の排気圧力が高くなることを防止でき、更に通常運転中は蒸気タービン１の排気管２から熱交換器９に蒸気が流れるため、通常運転中におけるバイパス管１９のウォーミングを兼ねることができる。

本発明の更に別の実施例を示す図４では、図１から３の実施例が第１種ヒートポンプを用いて排気蒸気の廃熱を回収しているのに対して、廃熱の回収に第２種ヒートポンプを用いたものである。排気蒸気のもつ熱量を第２種ヒートポンプの駆動熱源として利用するため、蒸気の例と同様に排気管２に熱交換器９を設置し、蒸気タービン排気蒸気との熱交換により昇温した熱媒体を、循環ポンプ１０でヒートポンプ蒸発器２０とヒートポンプ発生器２２に供給し、ヒートポンプ凝縮器２３には冷却水を循環させたもので、このような構成であっても、図１の例と同様な効果を達成できる。

本発明の一実施例である発電プラントの廃熱回収設備を示す構成図である。本発明の他の実施例である発電プラントの廃熱回収設備を示す構成図である。本発明の別実施例である発電プラントの廃熱回収設備を示す構成図である。本発明の更に別実施例である発電プラントの廃熱回収設備を示す構成図である。

符号の説明

１…蒸気タービン、２…排気管、３…空冷式復水器、４…排気復水タンク、５…ドレンポッド、６…ドレンタンク、７…ドレンポンプ、８…排気復水ポンプ、９…熱交換器、１０…循環ポンプ、１１…循環配管、１２…ヒートポンプ、１３、２０…ヒートポンプ蒸発器、１４…ポンプ、１５…分岐配管、１６…ドレン配管、１７…主蒸気管、１８…バイパス弁、１９…バイパス管、２１…ヒートポンプ吸収器、２２…ヒートポンプ発生器、２３…ヒートポンプ凝縮器。

Claims

蒸気発生装置から蒸気を動力に変換する蒸気タービンに供給し、前記蒸気タービンの排気側に空冷式復水器を備えると共に、前記蒸気発生装置への給水を加熱するヒートポンプを備えた発電プラントの廃熱回収設備において、前記蒸気タービンの排気側には、排気蒸気の熱を熱媒体に回収させる熱交換器を設け、前記熱交換器とヒートポンプとの間に熱媒体が循環する循環配管を介在させ、前記循環させた熱媒体を前記ヒートポンプの熱源水として構成したことを特徴とする発電プラントの廃熱回収設備。
請求項１において、前記熱交換器は、蒸気タービンの排気側から分岐して排気復水タンクに至る分岐配管を設けて構成したことを特徴とする発電プラントの廃熱回収設備。
請求項１において、前記熱交換器は、蒸気発生装置からの蒸気を蒸気タービンの排気側の排気管に接続する分岐配管に設けて構成したことを特徴とする発電プラントの廃熱回収設備。
請求項1において、前記熱交換器から循環させた熱媒体を第２種ヒートポンプの熱源水として構成したことを特徴とする発電プラントの廃熱回収設備。