特許 6963492 湿分分離設備、発電プラント、及び蒸気タービンの運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6963492

(24)【登録日】2021年10月19日

(45)【発行日】2021年11月10日

(54)【発明の名称】湿分分離設備、発電プラント、及び蒸気タービンの運転方法

(51)【国際特許分類】

   F01K 7/22 20060101AFI20211028BHJP

   F22B 37/26 20060101ALI20211028BHJP

   G21D 1/02 20060101ALI20211028BHJP

【ＦＩ】

   F01K7/22 D

   F22B37/26 A

   G21D1/02 T

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-245154(P2017-245154)

(22)【出願日】2017年12月21日

(65)【公開番号】特開2019-112966(P2019-112966A)

(43)【公開日】2019年7月11日

【審査請求日】2020年9月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱パワー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100210572

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 太一

(72)【発明者】

【氏名】藤田 一作

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 良太

【審査官】 高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２４５６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２０６５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−０８４７７２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６１−１３８８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２４２０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８１０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１１４２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｋ ７／２２

Ｆ０１Ｋ ２５／１０

Ｆ０３Ｇ ４／００

Ｆ２２Ｂ ３７／２６

Ｇ２１Ｄ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸気タービンの作動流体としての蒸気から湿分を分離する湿分分離器と、
前記湿分を分離された蒸気の一部を前記湿分分離器から抽出する蒸気抽出管と、
前記蒸気抽出管を通じて前記湿分分離器から抽出された蒸気と加熱媒体との間で熱交換を行わせて前記蒸気を加熱する第一の熱交換器と、
前記加熱媒体を加熱する加熱器と、
前記第一の熱交換器により加熱された前記蒸気を作動流体として前記蒸気タービンに導入する蒸気導入管とを備え、
前記蒸気タービンは、前記湿分分離器において湿分を分離された蒸気、及び前記第一の熱交換器によって加熱された蒸気により作動される湿分分離設備であって、
前記湿分分離器は、筒状の容器と、前記容器に導入された前記作動流体としての蒸気から湿分を分離するセパレータと、前記セパレータにより湿分を分離された蒸気を加熱する第二の熱交換器と、前記セパレータと前記第二の熱交換器との間に設けられ、前記セパレータにより湿分を分離された蒸気の一部を取得する蒸気取出管とをさらに備え、
前記蒸気取出管は前記蒸気抽出管に連通している湿分分離設備。

【請求項2】

前記加熱器は、前記加熱媒体を、系統外の熱源を用いて加熱する、請求項１に記載の湿分分離設備。

【請求項3】

前記第二の熱交換器は、前記セパレータにより湿分を分離された前記蒸気を、系統内の熱源を用いて加熱する、請求項１又は２に記載の湿分分離設備。

【請求項4】

蒸気発生器と、
前記蒸気発生器において生成された蒸気により作動する高圧蒸気タービンと、
前記高圧蒸気タービンから排出された蒸気から湿分を分離する湿分分離器と、
前記湿分分離器において湿分を分離された蒸気により作動する低圧蒸気タービンと、 前記湿分を分離された蒸気の一部を前記湿分分離器から抽出する蒸気抽出管と、
前記蒸気抽出管を通じて前記湿分分離器から抽出された蒸気と加熱媒体との間で熱交換を行わせて前記蒸気を加熱する第一の熱交換器と、
前記加熱媒体を加熱する加熱器と、
前記熱交換器により加熱された前記蒸気を作動流体として前記低圧蒸気タービンに導入する蒸気導入管と、
前記高圧蒸気タービン及び前記低圧蒸気タービンにより駆動される発電機と、
前記低圧蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮させる復水器とを備える発電プラントであって、
前記湿分分離器は、筒状の容器と、前記容器に導入された前記作動流体としての蒸気から湿分を分離するセパレータと、前記セパレータにより湿分を分離された蒸気を加熱する第二の熱交換器と、前記セパレータと前記第二の熱交換器との間に設けられ、前記セパレータにより湿分を分離された蒸気の一部を取得する蒸気取出管とを備え、
前記蒸気取出管は前記蒸気抽出管に連通している発電プラント。

【請求項5】

前記加熱器は、前記加熱媒体を、系統外の熱源を用いて加熱する、請求項４に記載の発電プラント。

【請求項6】

前記第二の熱交換器は、前記セパレータにより湿分を分離された前記蒸気を、系統内の熱源を用いて加熱する、請求項４又は５に記載の発電プラント。

【請求項7】

請求項１から３のいずれか一項に記載の湿分分離設備を使用して行う蒸気タービンの運転方法であって、
前記湿分分離設備に含まれる湿分分離器の内部で蒸気から湿分を分離する工程と、
前記湿分を分離された蒸気の一部を前記湿分分離器から抽出する工程と、
前記湿分分離器から抽出された蒸気と加熱媒体との間で熱交換を行わせて前記蒸気を加熱する工程と、
前記湿分分離器において湿分を分離された蒸気、及び前記加熱媒体と熱交換することによって加熱された蒸気を、作動流体として蒸気タービンに導入する工程とを含む蒸気タービンの運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸気タービンの作動流体としての蒸気から湿分を分離する湿分分離設備、当該設備を含む発電プラント、及び蒸気タービンの運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

蒸気タービンを含む発電プラントでは、蒸気発生器において発生させた蒸気（主蒸気）により高圧タービンを駆動し、主蒸気が飽和状態に近い場合、高圧タービンから排出された蒸気（サイクル蒸気）により低圧タービンを駆動する。ところで、高圧タービンから排出された蒸気は高圧タービンに対して仕事をすることで熱保有量が下がり、これによって蒸気の一部が凝縮して湿分を生じる（湿り蒸気）。そのため、高圧タービンから排出された蒸気をそのまま低圧タービンに導入すると、低圧タービンのタービン翼が湿り蒸気に浸食されてしまうだけでなく、タービンの熱効率を低下させてしまう。そこで、湿り蒸気を扱う発電プラントでは、高圧タービンと低圧タービンとの間に湿分分離加熱器が設けられている。この湿分分離加熱器は、高圧タービンから排出された蒸気から湿分を分離すると共に、湿分を分離された蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する。

【0003】

発電プラントの湿分分離加熱器は、例えば特許文献１に示すように、横置きされた筒状の容器と、容器内に導入した被加熱蒸気（高圧タービンから排出された蒸気）を、主蒸気などのより高温の蒸気で加熱する加熱器とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４８４８３３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示された湿分分離加熱器では、高圧タービンから抽出された蒸気と主蒸気とを熱源として、低圧タービンに導入すべき蒸気を加熱するので、低圧タービンに導入すべき蒸気の温度を高圧タービンに導入される蒸気の温度よりも高くすることは難しい。

【0006】

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、作動流体として蒸気タービンに導入される作動流体の保有熱量を増加させることで蒸気タービンの熱効率を向上させることに寄与し、その結果として発電プラントの発電効率を高めることを可能にする湿分分離設備、発電プラント、及び蒸気タービンの運転方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る湿分分離設備は、
蒸気タービンの作動流体としての蒸気から湿分を分離する湿分分離器と、
前記湿分を分離された蒸気の一部を前記湿分分離器から抽出する蒸気抽出管と、
前記蒸気抽出管を通じて前記湿分分離器から抽出された蒸気と加熱媒体との間で熱交換を行わせて前記蒸気を加熱する第一の熱交換器と、
前記加熱媒体を加熱する加熱器と、前記熱交換器により加熱された前記蒸気を作動流体として前記蒸気タービンに導入する蒸気導入管とを備え、
前記蒸気タービンは、前記湿分分離器において湿分を分離された蒸気、及び前記熱交換器によって加熱された蒸気により作動される湿分分離設備であって、
前記湿分分離器は、筒状の容器と、前記容器に導入された前記作動流体としての蒸気から湿分を分離するセパレータと、前記セパレータにより湿分を分離された蒸気を加熱する第二の熱交換器と、前記セパレータと前記第二の熱交換器との間に設けられ、前記セパレータにより湿分を分離された蒸気の一部を取得する蒸気取出管とをさらに備え、
前記蒸気取出管は前記蒸気抽出管に連通している。

【0008】

本発明においては、湿分分離器において湿分を分離された蒸気の一部を湿分分離器から抽出し、その抽出された蒸気を加熱したうえで、蒸気タービンに導入する。蒸気タービンには、湿分分離器から抽出されて加熱器により加熱された蒸気が、湿分分離器において湿分を分離された蒸気と共に、蒸気タービンの作動流体として供給される。

【0009】

本発明においては、筒状容器に導入された作動流体としての蒸気からセパレータにより湿分が分離され、その湿分が分離された乾き蒸気が、第二の加熱器によって加熱されたうえで蒸気タービンに導入される。このとき、湿分が分離された乾き蒸気の一部が蒸気取出管を通じて蒸気抽出管に導入され、第一の加熱器によって加熱されたうえで蒸気タービンに導入される。

【0010】

また、本発明に係る湿分分離設備において、前記加熱器は、前記加熱媒体を、系統外の熱源を用いて加熱してもよい。本発明においては、加熱器に系統外の熱源を用いることで、系内で得られる熱源を利用する場合と比較して、作動流体の保有熱量を増加させることが可能であり、それによって蒸気タービンの熱効率の向上が図れる。
また、前記第二の熱交換器は、前記セパレータにより湿分を分離された前記蒸気を、系統内の熱源を用いて加熱してもよい。

【0011】

本発明に係る発電プラントのある態様は、
蒸気発生器と、
前記蒸気発生器において生成された蒸気により作動する高圧蒸気タービンと、
前記高圧蒸気タービンから排出された蒸気から湿分を分離する湿分分離器と、
前記湿分分離器において湿分を分離された蒸気により作動する低圧蒸気タービンと、 前記湿分を分離された蒸気の一部を前記湿分分離器から抽出する蒸気抽出管と、
前記蒸気抽出管を通じて前記湿分分離器から抽出された蒸気と加熱媒体との間で熱交換を行わせて前記蒸気を加熱する第一の熱交換器と、
前記加熱媒体を加熱する加熱器と、
前記熱交換器により加熱された前記蒸気を作動流体として前記低圧蒸気タービンに導入する蒸気導入管と、
前記高圧蒸気タービン及び前記低圧蒸気タービンにより駆動される発電機と、
前記低圧蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮させる復水器とを備える発電プラントであって、
前記湿分分離器は、筒状の容器と、前記容器に導入された前記作動流体としての蒸気から湿分を分離するセパレータと、前記セパレータにより湿分を分離された蒸気を加熱する第二の熱交換器と、前記セパレータと前記第二の熱交換器との間に設けられ、前記セパレータにより湿分を分離された蒸気の一部を取得する蒸気取出管とを備え、
前記蒸気取出管は前記蒸気抽出管に連通している。

【0012】

本発明に係る発電プラントのある態様において、前記加熱器は、前記加熱媒体を、系統外の熱源を用いて加熱してもよい。
また、前記第二の熱交換器は、前記セパレータにより湿分を分離された前記蒸気を、系統内の熱源を用いて加熱してもよい。

【0014】

本発明に係る蒸気タービンの運転方法は、前記湿分分離設備を使用して行う上記タービンの運転方法であって、
前記湿分分離設備に含まれる湿分分離器の内部で蒸気から湿分を分離する工程と、
前記湿分を分離された蒸気の一部を前記湿分分離器から抽出する工程と、
前記湿分分離器から抽出された蒸気と加熱媒体との間で熱交換を行わせて前記蒸気を加熱する工程と、
前記湿分分離器において湿分を分離された蒸気、及び前記加熱媒体と熱交換することによって加熱された蒸気を、作動流体として蒸気タービンに導入する工程とを含む。

【0015】

本発明においては、湿分分離器において湿分を分離された蒸気の一部を湿分分離器から抽出し、その抽出された蒸気を加熱したうえで、蒸気タービンに導入する。蒸気タービンには、湿分分離器から抽出され第一の加熱器により加熱された蒸気が、湿分分離器において湿分を分離された蒸気と共に、蒸気タービンの作動流体として供給される。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、湿分分離器から蒸気の一部を抽出し、その抽出された蒸気を、別途設けた第一の加熱器を使って加熱したうえでその蒸気を蒸気タービンに導入することで、作動流体として蒸気タービンに導入される作動流体の保有熱量を増加させることが可能であり、蒸気タービンの熱効率が向上する。その結果、発電システムの発電効率が増す。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明を含む発電プラントの第一実施形態を示すブロック図である。

【図2】発電プラントに含まれる湿分分離加熱器の長手方向に沿う側断面図である。

【図3】湿分分離加熱器の幅方向に沿う側断面図である。

【図4】湿分分離加熱器の一方の端部の側断面図である。

【図5】本発明を含む発電プラントの第二実施形態を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

（第一の実施形態）
本発明に係る湿分分離設備を含む発電プラントの第一実施形態を以下に説明する。
この発電プラントは、図１に示すように、蒸気発生器１と、高圧蒸気タービン２と、湿分分離加熱器（湿分分離器）３と、低圧蒸気タービン４と、蒸気抽出管５と、熱交換器（第一の熱交換器）６と、加熱器７と、蒸気導入管８と、発電機９と、復水器１０と、脱気器１１と、給水加熱器１２と、ドレインタンク１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃとを備えている。

【0019】

蒸気発生器１は、石油や石炭などの化石燃料とするボイラや原子炉等の熱源により水を加熱し高温蒸気を生成する。蒸気発生器１において生成された高温蒸気は、蒸気配管Ｌ１を通じて蒸気発生器１から高圧蒸気タービン２に導入される。高圧蒸気タービン２は、蒸気発生器１において生成された高温蒸気により作動する。高圧蒸気タービン２に対して仕事をした蒸気は、蒸気配管Ｌ２を通じて高圧蒸気タービン２から湿分分離加熱器３に導入される。また、高圧蒸気タービン２に導入された高圧蒸気の一部が、給水加熱器１２に蒸気配管Ｌ２ａを通じて導入される。

【0020】

湿分分離加熱器３は、横置きの筒状容器３１と、セパレータ３２と、熱交換器（第二の熱交換器）３３Ａ、３３Ｂと、蒸気取出管３４とを備えている。セパレータ３２は、高圧蒸気タービン２から容器３１に導入された作動流体としての蒸気から湿分を分離する。熱交換器３３Ａには、高圧蒸気タービン２の中間部から抽出された蒸気が、蒸気配管Ｌ３を通じて導入され、熱交換器３３Ｂには、蒸気発生器１において生成された高温蒸気が、蒸気配管Ｌ４を通じて導入される。熱交換器３３Ａ、３３Ｂはいずれも熱交換器であって、熱交換器３３Ａは、高圧蒸気タービン２の中間部から抽出された蒸気と、セパレータ３２により湿分を分離された蒸気との間で熱交換を行わせ、湿分を分離された作動流体としての蒸気を加熱する。熱交換器３３Ｂは、蒸気発生器１において生成された過熱蒸気と、熱交換器３３Ａにより加熱された蒸気との間で熱交換を行わせ、熱交換器３３Ａにより加熱された作動流体としての蒸気をさらに加熱する。

【0021】

蒸気取出管３４は、セパレータ３２と熱交換器３３Ａ、３３Ｂとの間に設けられ、セパレータ３２により湿分を分離された蒸気の一部を取得する。蒸気取出管３４は、蒸気抽出管５に連通している。湿分分離加熱器３においてセパレータ３２により湿分を分離された蒸気のうち、蒸気取出管３４には流入しなかった残りの蒸気は、筒状容器３１内で熱交換器３３Ａ、３３Ｂにより加熱された後、蒸気配管Ｌ５を通じて低圧蒸気タービン４に導入される。熱交換器３３Ａにおいて蒸気と熱交換した蒸気（凝縮水を含む）は、ドレイン配管Ｌｄ１を通じてドレインタンク１３Ａに一時的に貯留され、熱交換器３３Ｂにおいて蒸気と熱交換した蒸気（凝縮水を含む）は、ドレイン配管Ｌｄ２を通じてドレインタンク１３Ｂに一時的に貯留される。また、湿分分離加熱器３から排出される湿分の凝縮水は、ドレイン配管Ｌｄ３を通じてドレインタンク１３Ｃに一時的に貯留される。
なお、湿分分離加熱器３の構造の詳細な説明は後述する。

【0022】

低圧蒸気タービン４は、湿分分離加熱器３において湿分を分離されると共に加熱された蒸気により作動する。湿分分離加熱器３において湿分を分離された蒸気の一部は、蒸気取出管３４に流入し、蒸気抽出管５を通じて熱交換器６に導入される。熱交換器６は、蒸気抽出管５を通じて湿分分離加熱器３から抽出された蒸気と加熱媒体との間で熱交換を行わせ、湿分分離加熱器３から抽出された蒸気を加熱する。熱交換器６は、閉じた系を構成する媒体配管Ｌ６を介して加熱器７と接続されている。加熱器７は、熱交換器６に供給される加熱媒体を加熱する。加熱された媒体は媒体配管Ｌ６を通じて熱交換器６と加熱器７との間を循環する。熱交換器６において加熱された蒸気は、蒸気導入管８を通じて低圧蒸気タービン４に導入され、蒸気配管Ｌ５を通じて導入される蒸気と共に低圧蒸気タービン４を作動させる。

【0023】

加熱器７には、例えばヘリオスタットを採用した太陽光の集光受熱器、化石燃料、バイオマス燃料を使用するボイラなど、本実施形態の発電プラントの系統から独立した外部の熱源を利用するものが採用される。

【0024】

高圧蒸気タービン２及び低圧蒸気タービン４は、主軸１４を共有する一軸型の蒸気タービンを構成しており、主軸１４に接続された発電機９は、高圧蒸気タービン２及び低圧蒸気タービン４により駆動される。低圧蒸気タービン４に対して仕事をした蒸気は、蒸気配管Ｌ７を通じて復水器１０に導入される。復水器１０は、低圧蒸気タービン４から排出される蒸気を凝縮させる。復水器１０において凝縮した水は、復水ポンプ１８によって搬送され水配管Ｌ８を通じて脱気器１１に供給される。ドレインタンク１３Ｃに一時貯留された凝縮水も、ドレイン配管Ｌ９を通じて脱気器１１に供給される。脱気器１１は、復水器１０において凝縮された水から酸素を取り除く。脱気器１１において酸素を除去された水は、給水ポンプ１９によって搬送され水配管Ｌ１０を通じて給水加熱器１２に供給される。給水加熱器１２には、ドレインタンク１３Ａに一時貯留された凝縮水を含む蒸気がドレイン配管Ｌ１１ａを通じて導入され、ドレインタンク１３Ｂに一時貯留された凝縮水を含む蒸気がドレイン配管Ｌ１１ａ、Ｌ１１ｂを通じて導入される。給水加熱器１２も熱交換器であって、ドレインタンク１３Ａ、１３Ｂに一時貯留された凝縮水、及び高圧蒸気タービン２から蒸気配管Ｌ２ａを通じて抽出された蒸気と、脱気器１１において脱気された水との間で熱交換を行わせ、脱気された水を加熱する。給水加熱器１２において加熱された水は、水配管Ｌ１２を通じて蒸気発生器１に供給される。また、給水加熱器１２において脱気水の加熱に供して凝縮した水は、水配管L１３を通じて脱気器１１に導入される。

【0025】

湿分分離加熱器３の構造を図２から図４に示す。
容器３１には、蒸気入口１５と、蒸気出口１６と、ドレイン排出口１７とが形成されている。容器３１の内部には、蒸気受入室２１と、蒸気室２０Ａ、２０Ｂとが設けられている。蒸気室２０Ａ、２０Ｂにはそれぞれ、供給マニホールド室２２と、湿分分離室２３と、加熱室２４と、ドレイン回収室２５と、回収マニホールド室２６とが設けられている。

【0026】

蒸気入口１５は蒸気受入室２１に連通し、高圧蒸気タービン２から排出された蒸気（Ｓ）は蒸気入口１５を通じて容器３１に流入する。蒸気出口１６は回収マニホールド室２６に連通し、蒸気室２０Ａ、２０Ｂにおいて湿分を分離され加熱された蒸気（過熱蒸気ＨＳ）は蒸気出口１６を通じて容器３１から排出される。ドレイン排出口１７はドレイン回収室２５に連通し、蒸気から分離された湿分の凝縮水（Ｄ）はドレイン排出口１７を通じて容器３１から排出される。

【0027】

蒸気受入室２１は、蒸気入口１５を通じて容器３１内に流入した蒸気を蒸気室２０Ａ、２０Ｂに分配する。蒸気室２０Ａ、２０Ｂは、蒸気受入室２１から流入した蒸気から湿分を分離すると共に、湿分を分離された蒸気を加熱する。供給マニホールド室２２は蒸気受入室２１に隣接し、蒸気受入室２１には蒸気入口１５を通じて蒸気が流入する。湿分分離室２３は、供給マニホールド室２２の下方に配置されており、内部にはセパレータ３２が設けられている。湿分分離室２３は、供給マニホールド室２２から流入した蒸気から、セパレータ３２により湿分を分離する。

【0028】

供給マニホールド室２２は、隔壁３６によって湿分分離室２３と仕切られており、隔壁３６にはスリット３５が形成されている。湿分分離室２３はスリット３５を通じて供給マニホールド室２２と連通しており、蒸気受入室２１から供給マニホールド室２２に流入した蒸気は、スリット３５を通じて湿分分離室２３に流入し、セパレータ３２により湿分を分離される。セパレータ３２は、複数の波板を容器３１の長手方向に等間隔に配置したものである。

【0029】

湿分分離室２３は、隔壁３８によってドレイン回収室２５と仕切られており、隔壁３８には開口３９が形成されている。湿分分離室２３は開口３９を通じてドレイン回収室２５と連通しており、湿分分離室２３において蒸気から分離された湿分は凝縮してドレイン回収室２５に流入し、ドレイン排出口１７を通じて容器３１から排出され、ドレインタンク１３Ｂに流入する。

【0030】

加熱室２４は、湿分分離室２３の上方に配置されており、内部には熱交換器３３Ａ、３３Ｂが設けられている。加熱室２４は、容器３１の幅方向の両側に配置された供給マニホールド室２２、及び供給マニホールド室２２の下方に配置された湿分分離室２３と、２枚の縦仕切板４０によって仕切られており、これら２枚の縦仕切板４０間に熱交換器３３Ａ、３３Ｂが配置されている。熱交換器３３Ａは熱交換器３３Ｂよりも下側に配置されており、湿分分離室２３において湿分を分離された蒸気は、加熱室２４を下から上に向けて流通し、熱交換器３３Ａ、３３Ｂを順に通過する過程で加熱される。

【0031】

ドレイン回収室２５は、湿分分離室２３及び加熱室２４の下方に配置され、湿分分離室２３と連通し、蒸気から分離された湿分の凝縮水を回収する。ドレイン回収室２５にはドレイン配管Ｌｄ１が接続されており、ドレイン回収室２５に回収された凝縮水は、ドレイン配管Ｌｄ１を通じてドレインタンク１３Ｂに回収される。
回収マニホールド室２６は、蒸気室２０Ａ、２０Ｂの上方に配置され、加熱室２４から流入した蒸気を、蒸気出口１６を通じて送り出す。加熱室２４を区画する２枚の縦仕切板４０の上端に連続する傾斜板４１によって供給マニホールド室２２及び加熱室２４と仕切られている。加熱室２４において加熱された蒸気は回収マニホールド室２６に流入し、蒸気出口１６を通じて容器３１から排出され、蒸気配管Ｌ５を通じて低圧蒸気タービン４に導入される。

【0032】

熱交換器３３Ａには、Ｕ字管で形成されている伝熱管４２と、伝熱管４２の端部が固定されているヘッダ４３と、ヘッダ４３の内部を蒸気受入室４３ａと蒸気回収室４３ｂとに仕切る仕切板４４とが設けられている。ヘッダ４３には、高圧蒸気タービン２の中間部から抽出された蒸気を蒸気受入室４３ａを通じて伝熱管４２に供給する蒸気配管Ｌ３と、伝熱管４２を流通した蒸気及びその凝縮水を蒸気回収室４３ｂを通じてヘッダ４３から回収するドレイン配管Ｌｄ２とが接続されている。

【0033】

熱交換器３３Ｂには、Ｕ字管で形成されている伝熱管４５と、伝熱管４５の端部が固定されているヘッダ４６と、ヘッダ４６の内部を蒸気受入室４６ａと蒸気回収室４６ｂとに仕切る仕切板４７とが設けられている。ヘッダ４６には、蒸気発生器１において生成された過熱蒸気を、蒸気受入室４６ａを通じて伝熱管４５に供給する蒸気配管Ｌ４と、伝熱管４５を流通した蒸気及び凝縮水を蒸気回収室４６ｂを通じてヘッダ４６から回収するドレイン配管Ｌｄ２とが接続されている。
熱交換器３３Ａの蒸気回収室４３ｂ、及び熱交換器３３Ｂの蒸気回収室４６ｂに流入した蒸気及びその凝縮水は、ドレイン配管Ｌｄ２を通じてドレインタンク１３Ａに回収される。

【0034】

図３に示すように、蒸気取出管３４は、容器３１の底部から湿分分離室２３と加熱室２４との間に突き出すように設けられている。蒸気取出管３４は容器３１の外板及び隔壁３８を貫通し、上端の開口を熱交換器３３Ａ、３３Ｂに向けて取り付けられ、下端には蒸気抽出管５が接続されている。供給マニホールド室２２から湿分分離室２３に流入した蒸気は、湿分分離室２３内において隔壁３８に沿って流れの方向を変え、セパレータ３２において湿分が分離されて乾き蒸気となる。次に、容器３１の幅方向の中央に集まって流れ方向を上向きに転じ、加熱室２４に流れ込む。このとき、蒸気取出管３４の開口端は上向きなので、湿分の凝縮水が流れ込みにくい。加熱室２４に流れ込んだ蒸気は、熱交換器３３Ａ、３３Ｂを順に通過する過程で加熱される。

【0035】

上記のように構成された発電プラントにおいては、高圧蒸気タービン２から排出された蒸気を湿分分離加熱器３に導入し、湿分分離加熱器３において湿分を分離された蒸気の一部を湿分分離加熱器３から抽出し、その抽出された蒸気を熱交換器６により加熱する。熱交換器６の加熱媒体は加熱器７において加熱される。加熱器７の熱源は、例えばヘリオスタットを採用した太陽光の集光受熱器、化石燃料、バイオマス燃料を使用するボイラ等、本実施形態の発電プラントの系統から独立した外部の熱源が採用される。

【0036】

低圧蒸気タービン４には、湿分分離加熱器３において湿分を分離された残りの蒸気が、低圧蒸気タービン４の作動流体として導入されると共に、熱交換器６により加熱された蒸気が低圧蒸気タービン４の作動流体として供給される。熱交換器６の熱源には、蒸気発生器１由来の蒸気ではない外部熱源を採用することができる。これにより、上記発電プラントによれば、作動流体として低圧蒸気タービン４に導入される作動流体としての蒸気の保有熱量を、閉じた系内で得られる蒸気等の熱源を加熱器７の熱源として利用する場合と比較して増加させることが可能であり、蒸気タービンの熱効率を向上させることができる。

【0037】

（第二の実施形態）
本発明に係る湿分分離設備を含む発電プラントの第二実施形態を以下に説明する。
本実施形態の発電プラントは地熱を利用する発電プラントであって、図５に示すように、湿分分離器７１と、蒸気タービン７２と、蒸気抽出管７３と、熱交換器７４と、加熱器（第一の加熱器）７５と、蒸気導入管７６と、発電機７７と、復水器７８と、冷却塔７９とを備えている。

【0038】

湿分分離器７１には、地熱により生成される蒸気の生産井Ｗ１から噴出する蒸気が、蒸気配管Ｌ２１を通じて導入される。湿分分離器７１は、縦置きの筒状容器７１ａと、蒸気取出管７１ｂとを備えている。湿分分離器７１に導入された蒸気は、筒状容器７１ａ内において湿分を分離される。縦置きの容器７１ａの底面には、蒸気取出管７１ｂが立設されており、容器７１ａの頂部には、蒸気抽出管７３が接続されている。蒸気抽出管７３は、容器７１ａ内で湿分を分離された蒸気の一部を取得する。容器７１ａ内で湿分を分離された蒸気のうち、蒸気抽出管７３に流入しなかった残りの蒸気は、蒸気取出管７１ｂから蒸気配管Ｌ２２を通じて蒸気タービン７２に導入される。容器７１ａの底には、湿分の凝縮水が一時的に貯留される。

【0039】

蒸気タービン７２は、湿分分離器７１において湿分を分離された蒸気により作動する。湿分分離器７１において湿分を分離された蒸気の一部は、蒸気抽出管７３を通じて熱交換器７４に導入される。熱交換器７４は、蒸気抽出管７３を通じて湿分分離器７１から抽出された蒸気と加熱媒体との間で熱交換を行わせ、湿分分離器７１から抽出された蒸気を加熱する。加熱媒体は、閉じた系を構成する媒体配管Ｌ２３を介して加熱器７５と接続されている。加熱器７５は、熱交換器７４に供給される加熱媒体を加熱する。加熱された媒体は媒体配管Ｌ２３を通じて熱交換器７４と加熱器７５との間を循環する。熱交換器７４において加熱された蒸気は、蒸気導入管７６を通じて蒸気タービン７２に導入され、蒸気配管Ｌ２２を通じて導入される蒸気と共に蒸気タービン７２を作動させる。

【0040】

加熱器７には、第一実施形態と同様に、例えばヘリオスタットを採用した太陽光の集光受熱器、化石燃料、バイオマス燃料を使用するボイラなど、本実施形態の発電プラントの系統から独立した熱源を利用するものが採用される。

【0041】

蒸気タービン７２の主軸に接続された発電機７７は、蒸気タービン７２により駆動される。蒸気タービン７２に対して仕事をした蒸気は、蒸気配管Ｌ２４を通じて復水器７８に導入される。復水器７８は、蒸気タービン７２から排出された蒸気を凝縮させる。冷却塔７９は、復水器７８において凝縮された高温の水を冷却する。復水器７８の内部には、冷却塔７９において冷却された水と、蒸気タービン７２から排出された蒸気との間で熱交換を行わせ、蒸気を凝縮させる熱交換器７８ａが設けられている。冷却塔７９の内部には、復水器７８において凝縮された高温の水を散布するヘッダ７９ａが設けられている。復水器７８において凝縮した水は、水配管Ｌ２５を通じて冷却塔７９に供給される。冷却塔７９に供給された高温の凝縮水は、ヘッダ７９ａから散布され、塔内を上昇する空気との間で熱交換して冷却される。冷却塔７９において冷却された水は、水配管Ｌ２６を通じて復水器７８に供給されて熱交換器７８ａに導入され、蒸気タービン７２から排出された蒸気と熱交換して蒸気を凝縮させる。

【0042】

湿分分離器７１において容器７１ａの底に一時貯留された凝縮水は、水配管Ｌ２７を通じて還元井Ｗ２に導入され、地下に還元される。また、冷却塔７９において塔内の底にたまった冷却水も、水配管Ｌ２８を通じて還元井Ｗ２に導入されて地下に還元される。

【0043】

上記のように構成された発電プラントにおいては、生産井Ｗ１から噴出する蒸気を湿分分離器７１に導入し、湿分分離器７１において湿分を分離された蒸気の一部を湿分分離器７１から抽出し、その抽出された蒸気を熱交換器７４により加熱する。熱交換器７４の加熱媒体は加熱器７５において加熱されるが、その熱源には、例えばヘリオスタットを採用した太陽光の集光受熱器、化石燃料、バイオマス燃料を使用するボイラなど、本実施形態の発電プラントの系統から独立した外部の熱源が採用される。

【0044】

蒸気タービン７２には、湿分分離器７１において湿分を分離された残りの蒸気が、蒸気タービン７２の作動流体として導入されると共に、熱交換器７４により加熱された蒸気が蒸気タービン７２の作動流体として供給される。熱交換器７４の熱源には、生産井Ｗ１から噴出する蒸気ではない外部熱源を採用することができる。これにより、上記発電プラントによれば、作動流体として蒸気タービン７２に導入される作動流体としての蒸気の保有熱量を、増加させることが可能であり、蒸気タービンの熱効率が向上する。

【0045】

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された事項によってのみ限定される。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明は、蒸気タービンの作動流体としての蒸気から湿分を分離する湿分分離設備、当該設備を含む発電プラント、及び蒸気タービンの運転方法に関する。
本発明によれば、作動流体として蒸気タービンに導入される作動流体の保有熱量を増加させることで蒸気タービンの熱効率を向上させることに寄与し、その結果として発電プラントの発電効率を高めることができる。

【符号の説明】

【0047】

１ 蒸気発生器、２ 高圧蒸気タービン、３ 湿分分離加熱器（湿分分離器）、４ 低圧蒸気タービン、５ 蒸気抽出管、６ 熱交換器（第一の熱交換器）、７ 加熱器、８ 蒸気導入管、９ 発電機、１０ 復水器、１１ 脱気器、１２ 給水加熱器、１３Ａ、１３Ｂ ドレインタンク、３２ セパレータ、３３Ａ、３３Ｂ 熱交換器（第二の熱交換器）、３４ 蒸気取出管、７１ 湿分分離器、７２ 蒸気タービン、７３ 蒸気抽出管、７４ 熱交換器、７５ 加熱器、７６ 蒸気導入管、７７ 発電機、７８ 復水器、７９ 冷却塔、Ｗ１ 生産井、Ｗ２ 還元井

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】