JP2011169207A - 蒸気タービンプラントのガス抽出システム、ガス抽出運転方法及びガス抽出システムの施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】復水器の非凝縮性ガスを抽出する際に、復水器の高真空を維持して、蒸気タービンの出力を増加させることができるタービンプラントのガス抽出システム、ガス抽出運転方法及びガス抽出システムの施工方法を提供する。
【解決手段】蒸気供給源１０から蒸気が供給される蒸気タービン１１と、該蒸気タービン１１から排出される蒸気を復水する復水器１３とを備えた蒸気タービンプラントにおける前記復水器１３から非凝縮性ガスを抽出する蒸気タービンプラントのガス抽出システムであって、前記復水器１３に非凝縮性ガスを抽出するガス抽出装置を接続し、該ガス抽出装置は、前記蒸気供給源１０から供給される駆動蒸気によって復水器から非凝縮性ガスを含む蒸気を吸引する蒸気エゼクタ３２と、該蒸気エゼクタ３２で吸引された蒸気が供給されるガス圧縮機４１とを少なくとも備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気タービン及び復水器を備えた蒸気タービンプラントの復水器から非凝縮性ガスを抽出する蒸気タービンプラントのガス抽出システム、ガス抽出運転方法及びガス抽出システムの施工方法に関する。

地熱発電設備等の蒸気タービンを備えたタービンプラントにおいては、蒸気タービンから排気される排気蒸気は復水器に導入されて、冷却水と直接接触して熱交換が行われることにより、復水される。蒸気タービンに供給される天然蒸気又は熱水から分離される飽和蒸気は、重量で１０^-2〜１０^-1％程度の非凝縮性ガスが混入していることが多い。この非凝縮性ガスが復水器内に滞留すると真空度が低下し、復水器性能に大きな影響を与えることから、復水器から非凝縮性ガスをガス抽出装置で抽出するようにしている。

このガス抽出装置としては、例えば復水器の非凝縮性ガスを排出するための多段式蒸気エゼクタを設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、復水器から１段目の蒸気エゼクタで蒸気及び非凝縮性ガスを吸引してインタクーラに供給する。このインタクーラで、凝縮水と非凝縮性ガスとに分離し、凝縮水を復水器に回収し、非凝縮ガスは第２段目の蒸気エゼクタにより吸引されて蒸気とともにアフタークーラに導かれる。このアフタークーラで、再度凝縮水と非凝縮性ガスとに分離されて、凝縮水は復水器に回収され、非凝縮性ガスは大気へ放散される。
他のガス抽出装置としては、復水器の非圧縮性ガスをスクリュー形のガス圧縮機で吸引し、ねじ部によって噛み込まれて連続的に圧縮され、大気圧状態となって外部に放出するようにした構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３６３８３２９号公報 特開昭６０−５６１８４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されている従来例にあっては、蒸気エゼクタを多段接続して復水器の非圧縮性ガスを吸引するようにしているが、通常蒸気エゼクタには駆動用の蒸気を供給する必要があり、地熱発電システムでは、蒸気タービンに供給する蒸気の一部を蒸気エゼクタに駆動用蒸気として供給することになり、この分蒸気タービンに供給する蒸気量が減少し、プラント効率が低下するという未解決の課題がある。

これに対して、上記特許文献２に記載されている従来例にあっては、地熱井から発生した熱水を気水分離装置によって飽和蒸気と飽和水とに分離し、飽和蒸気を蒸気タービンに供給し、飽和水をスクリュー形熱水タービンに供給して熱水タービンを駆動し、この熱水タービンで発生する動力で復水器から非圧縮性ガスを抽出するガス圧縮機を駆動することにより、気水分離装置で分離した飽和蒸気を全て蒸気タービンに供給することができ、蒸気タービンの効率を向上させることができる利点がある。

ところが、蒸気井が減衰し、低負荷での運用しか出来なくなっても、ガス圧縮機の供給ガス流量が不足するとサージングを生じて駆動停止状態に陥る可能性があることから、サージング防止のため入力ガス流量を維持するように吐出ガスを復水器へ再循環させて運転せざるを得なくなり、補機動力が低減できず、計画した真空度以上に良くすることが出来ない。ガス圧縮機は定格出力状態では高効率であるが、部分負荷運用のプラントにおいては、冬場などの冷却水温度の低い高真空条件下にあっても、ガス圧縮機の特性上、復水器の高真空運用が出来ないという未解決の課題がある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、復水器の非凝縮性ガスを抽出する際に、蒸気エゼクタとガス圧縮機とを併用することにより、復水器の高真空を維持して、蒸気タービンの出力を増加させることができる蒸気タービンプラントのガス抽出システム、ガス抽出運転方法及びガス抽出システムの施工方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、一の実施形態に係る蒸気タービンプラントのガス抽出システムは、蒸気供給源から蒸気が供給される蒸気タービンと、該蒸気タービンから排出される蒸気を復水する復水器とを備えた蒸気タービンプラントにおける前記復水器から非凝縮性ガスを抽出する蒸気タービンプラントのガス抽出システムであって、前記復水器に非凝縮性ガスを抽出するガス抽出装置を接続し、該非凝縮性ガス抽出装置は、前記蒸気供給源から供給される駆動蒸気によって復水器から非凝縮性ガスを含む蒸気を吸引する蒸気エゼクタと、該蒸気エゼクタで吸引された蒸気が供給されるガス圧縮機とを少なくとも備えていることを特徴としている。

また、他の形態に係る蒸気タービンプラントのガス抽出システムは、前記ガス抽出装置は、前記蒸気エゼクタ及び前記ガス圧縮機間に、前記蒸気エゼクタで吸引された非凝縮性ガスを含む蒸気を冷却するインタクーラと、該インタクーラから出力される蒸気から微粒子を除去して非凝縮性ガスを前記ガス圧縮機に供給するミストエリミネータとを備えていることを特徴としている。

他の形態にかかる蒸気タービンプラントのガス抽出システムは、前記ガス抽出装置は、蒸気タービンプラントの起動時に前記蒸気供給源から供給される駆動蒸気によって前記復水器の蒸気を吸引する初期吸引用の多段蒸気エゼクタを備えていることを特徴としている。
他の形態に係る蒸気タービンプラントのガス抽出システムは、前記ガス圧縮機は、出力される圧縮ガスの一部を前記復水器に戻す循環路を有することを特徴としている。

本発明の一の形態に係る蒸気タービンプラントのガス抽出運転方法は、蒸気供給源から蒸気が供給される蒸気タービンと、該蒸気タービンから排出される蒸気を復水する復水器とを備えた蒸気タービンプラントの前記復水器から非凝縮性ガスを抽出する蒸気タービンプラントのガス抽出運転方法であって、前記復水器に非凝縮性ガスを抽出するガス抽出装置を接続し、該非凝縮性ガス抽出装置は、蒸気タービンプラントの起動初期に前記蒸気供給源から供給される駆動蒸気によって前記復水器の蒸気を吸引する初期吸引用多段蒸気エゼクタと、前記蒸気供給源から供給される駆動蒸気によって復水器から非凝縮性ガスを含む蒸気を吸引する通常吸引用蒸気エゼクタと、該通常吸引用蒸気エゼクタで吸引された蒸気が供給されるインタクーラと、該インタクーラから出力される蒸気の微粒子を除去するミストエリミネータと、該ミストエリミネータで分離された非凝縮性ガスが供給され、且つ排出ガスを前記復水器及びインタクーラに個別に戻す第１及び第２のガス循環路を有するガス圧縮機とを少なくとも備え、蒸気タービンプラントの起動時に、先ず、前記初期吸引用多段蒸気エゼクタで前記復水器のガス抽出を行い、前記復水器の真空度上昇後に前記第１のガス循環路を開状態として前記蒸気タービンを起動する初期起動工程と、前記復水器の真空度安定後に前記ガス圧縮機を起動するガス圧縮機起動工程と、前記インタクーラへ通水を開始するインタクーラ通水開始工程と、前記第２のガス循環路を徐々に開きながら全開とした後前記第１の循環路を徐々に閉じて全閉としてから前記通常吸引用蒸気エゼクタに駆動蒸気を供給して通常運転とする通常運転工程とを備えたことを特徴としている。

他の形態に係る蒸気タービンプラントのガス抽出運転方法は、前記通常運転工程の開始時に前記通常吸引用蒸気エゼクタへの駆動蒸気供給を駆動蒸気弁で制御し、初期段階で前記駆動蒸気弁の低増加率で開度を前記駆動蒸気流量が変化しない所定開度まで増加させ、前記所定開度に達した後は高増率で開度を増加させて全開状態とすることを特徴としている。

本発明の一の形態に係る蒸気タービンプラントのガス抽出システムの施工方法は、蒸気供給源から蒸気が供給される蒸気タービンと、該蒸気タービンから排出される蒸気を復水する復水器とを備えた蒸気タービンプラントの前記復水器から非凝縮性ガスをガス圧縮機でミストエリミネータを介して抽出するガス抽出システムにおける前記復水器及びミストエリミネータ間に蒸気エゼクタ及びインタクーラを新設する蒸気タービンプラントにおけるガス抽出システムの施工方法であって、前記復水器と該復水器の近傍に配設されたミストエリミネータとの間を接続する蒸気管路を所定長さ分切断し、切断部の復水器側に第１の外部接続用配管を接続し、前記切断部のミストエリミネータ側に第２の外部接続用配管を接続し、前記第１及び第２の外部接続用配管の他端側に両者を連通する連通配管を接続して、前記復水器と前記ミストエリミネータとの間の蒸気通路を確保し、前記蒸気エゼクタ及びインタクーラの設置が完了した時点で、前記連通配管を取り外し、前記第１の外部接続用配管に蒸気エゼクタの入側配管を接続し、前記第２の外部接続用配管に前記インタクーラの出側配管を接続することを特徴としている。

本発明によれば、復水器のガス抽出装置を、蒸気エゼクタとガス圧縮機とを併用した構成としたので、蒸気タービンに供給される蒸気量が少なくなってガス圧縮機による復水器の真空度が低下した場合に、蒸気エゼクタで復水器の非凝縮性ガスを含む蒸気を吸引することにより、復水器の真空度を確保して、蒸気タービンの出力を増加させるという効果が得られる。
また、本発明の運転方法によれば、ガス吐出量の変動の影響が大きいガス圧縮機に対して蒸気エゼクタを起動する際に、ガス圧縮機のガス吐出量を変動させることなく起動して、復水器から安定したガス抽出を行うことができるという効果が得られる。
さらに、本発明の施工方法によれば、既設のガス圧縮機を使用したガス抽出装置に対して、蒸気エゼクタ及びインタクーラを新設する際に、蒸気プラントの休止時間を短縮することができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態を示すシステム系統図である。 起動時の各制御弁の制御状態を示すタイムチャートである。 運転停止時の各制御弁の制御状態を示すタイムチャートである。 エゼクタ駆動蒸気弁の開度制御を示す特性線図である。 ガス抽出システムの施工前後の状態を示すシステム系統図である。 ガス抽出システムの施工状態のシステム構成を示す平面図である。 ガス抽出システムの施工後のシステム構成を示す平面図である。 図７のＡ−Ａ線断面図である。 図７のＢ−Ｂ線断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明を地熱発電システムに適用した場合の一実施形態を示すシステム系統図である。
図１において、１０は蒸気供給源であって、図示しないが地中に掘削した生産井から噴出する地熱蒸気が高圧セパレータで蒸気と熱水とに分離し、分離した蒸気が出力される。
この蒸気供給源１０から出力される蒸気は、蒸気タービン１１に供給されて回転力に変換されて発電機１２を回転駆動する。

また、蒸気タービン１１から排出される蒸気は、復水器１３に供給されて蒸気を凝縮して復水し、その復水は揚水ポンプ１４で加圧されて図示しない冷水塔に供給されて冷却される。
復水器１３の上部側には、ガス抽出装置１５が接続されている。このガス抽出装置１５は、初期吸引用多段蒸気エゼクタ１７、通常吸引用蒸気エゼクタ３２、インタクーラ３４、ミストエリミネータ３７、ガス圧縮機４１を備えている。

復水器１３の上部にガス抽出口１３ａが設けられ、このガス抽出口１３ａはエゼクタ入口弁ＭＶ１を介装したガス配管１６を介して初期吸引用多段蒸気エゼクタ１７に接続されている。この初期吸引用多段蒸気エゼクタ１７は、蒸気供給源１０から供給される蒸気の一部が補助蒸気入口弁ＭＶ２を通じて駆動蒸気として供給されて復水器１３の非凝縮性ガスを含む蒸気を吸引する第１の蒸気エゼクタ１８と、この第１の蒸気エゼクタ１８から出力される非凝縮性ガスを含む蒸気が供給されて冷却するガスクーラ１９と、補助蒸気入口弁ＭＶ２を通じて駆動蒸気として供給されて、ガスクーラ１９で冷却された非凝縮性ガスを含む蒸気を吸引する第２の蒸気エゼクタ２０とから構成されている。そして、第２の蒸気エゼクタ２０で吸引された非凝縮性ガスはガス配管２１を通じて図示しない冷却塔へ供給される。

また、ガス配管１６のエゼクタ入口弁ＭＶ１の復水器１３側に圧縮機入口弁ＭＶ３を介装した分岐配管３１が配設され、この分岐配管３１が通常吸引用蒸気エゼクタ３２の吸引口３２ａに接続されている。この通常吸引用蒸気エゼクタ３２には、補助蒸気入口弁ＭＶ２の蒸気供給源１０側に接続された分岐配管３３を通じて駆動蒸気が供給され、この駆動蒸気によって復水器１３の非凝縮性ガスを含む蒸気を吸引する。分岐配管３３には、エゼクタ駆動蒸気元弁Ｖ１及びエゼクタ駆動蒸気弁ＭＶ４が介挿されている。

そして、通常吸引用蒸気エゼクタ３２で吸引された非凝縮性ガスを含む蒸気がインタクーラ３４に供給されて冷却される。このインタクーラ３４には、その頂部の冷却水入口３４ａに冷却水入口弁Ｖ２を介挿した冷却水配管３５を介して冷却水ポンプ（図示せず）から冷却水が供給され、下部のドレン口３４ｂにドレン弁Ｖ３を介挿したドレン配管３４ｆが接続されている。また、インタクーラ３４の中間部のガス循環口３４ｃにガス圧縮機ミニマムフロー受入れ弁Ｖ４を介挿した後述する第２のガス循環配管４４が接続されている。

また、インタクーラ３４の上部のガス排出口３４ｄがガス配管３６を介してガス中の微粒子を除去するミストエリミネータ３７に接続されている。このミストエリミネータ３７で微粒子が除去された非凝縮ガスがガス配管３８を介して２段のガス圧縮機４１に供給されて圧縮される。このガス圧縮機４１は、２段のスクリュー圧縮機４１ａ及び４１ｂで構成され、これらスクリュー圧縮機４１ａ及び４１ｂが動力伝達部材４１ｃを介して電動モータ４１ｄに連結されて駆動される。スクリュー圧縮機４１ａから出力される圧縮ガスはインタクーラ４１ｅで冷却されてからスクリュー圧縮機４１ｂに入力されてさらに圧縮される。

そして、ガス圧縮機４１のスクリュー圧縮機４１ｂから出力される圧縮ガスがガス排出配管４２を通じて冷却塔へ供給されるとともに、その一部が第１のガス循環配管４３を通じて復水器１３へ戻される。この第１のガス循環配管４３には、復水器１３のガス循環口１３ｂの近傍にガス圧縮機循環弁Ｖ７が介挿されている。
また、第１のガス循環配管４３のガス圧縮機循環弁Ｖ７とガス排出配管４２との間から第２のガス循環配管４４が分岐され、この第２のガス循環配管４４がインタクーラ３４のガス循環口３４ｃに接続されている。第１のガス循環配管４３で循環される非凝縮性ガス流量は、ガス排出配管４２の近傍に並列に配設された電動弁ＭＶ５及びバイパス弁ＭＶ６の開度によって決定される。また、多段蒸気エゼクタ１７からのガス配管２１とガス圧縮機４１からのガス排出配管４２との連結部に圧縮機出口弁ＭＶ７が配設されている。
次に、上記実施形態の運転方法を図２及び図３を伴って説明する。

先ず、蒸気タービンプラントを起動するには、通常吸引用蒸気エゼクタ３２及びミストエリミネータ３７間に介挿されたインタクーラ３４のドレインラインの水張りを行う。この水張りは、インタクーラドレン弁Ｖ３を全閉状態とし、次いでインタクーラ３４に設けたレベルセンサ３４ｅの元弁Ｖ５及びＶ６を全開状態とする。このとき、レベルセンサ３４ｅが作動していないことを確認する。

次いで、インタクーラ冷却水入口弁Ｖ２を微開状態とし、インタクーラ３４の水張りを開始する。これにより、インタクーラ３４の水位が上昇し、レベルセンサ３４ｅが作動したらインタクーラ冷却水入口弁Ｖ２を全閉状態とする。次いで、インタクーラドレン弁Ｖ３を開状態とし、レベルセンサ３４ｅが非作動状態に復帰した後にインタクーラドレン弁Ｖ３を全閉状態としてインタクーラ３４の水張りを完了する。

次に、復水器１３の真空上昇前に、弁開閉状態の確認を行う。この確認は、エゼクタ入口弁ＭＶ１が閉状態、補助蒸気入口弁ＭＶ２が閉状態、圧縮機入口弁ＭＶ３が閉状態、エゼクタ駆動蒸気弁ＭＶ４が閉状態、圧縮機出口弁ＭＶ７が閉状態、エゼクタ駆動蒸気元弁Ｖ１が開状態、ガス圧縮機ミニマムフロー受入れ弁Ｖ４が閉状態、インタクーラ冷却水入口弁Ｖ２が閉状態、インタクーラドレン弁Ｖ３が閉状態、ガス圧縮機循環弁Ｖ７が閉状態であることを確認する。

その後、復水器１３の真空への昇圧を開始する。エゼクタ入口弁ＭＶ１を開状態とするとともに、補助蒸気入口弁ＭＶ２を開状態とすることにより、多段蒸気エゼクタ１７を起動して、復水器１３内の気体を第１の蒸気エゼクタ１８及び第２の蒸気エゼクタ２０で吸引して復水器１３の真空度を上昇させ、所定の真空度に達したら蒸気タービン１１を起動し、負荷上昇を実施する。

復水器１３の真空度が安定したことを確認した後に、ガス圧縮機循環弁Ｖ７を全開にし、電動弁ＭＶ５を２５％開にする。次いで、図２に示すように、時点ｔ１で圧縮機入口弁ＭＶ３を開状態とするとともに、圧縮機出口弁ＭＶ７を開状態とする。次いで、時点ｔ１より遅れた時点ｔ２でバイパス弁ＭＶ６を開状態とし、さらに時点ｔ２より所定時間遅れた時点ｔ３でエゼクタ入口弁ＭＶ１の開度を比較的速い速度で閉状態に移行させるとともに、ガス圧縮機４１の電動モータ４１ｄを駆動してガス圧縮機４１を起動する。

エゼクタ入口弁ＭＶ１が全閉状態となった時点ｔ４で補助蒸気入口弁ＭＶ２の開度を比較的速い速度で閉状態に移行させる。
その後、時点ｔ５でインタクーラ３４への冷却水の通水を開始する。このインタクーラ３４への通水開始は、先ず、インタクーラドレン弁Ｖ３を徐々に開状態として全開状態とする。このときのインタクーラドレン弁Ｖ３の弁操作過程及び全開後に異常が無いことを確認する。

次に、インタクーラ冷却水入口弁Ｖ２を徐々に開状態とし、通水確認後に全開状態とする。このときにも、インタクーラ冷却水入口弁Ｖ２の弁操作過程及び全開後に異常が無いことを確認する。インタクーラドレン弁Ｖ３及びインタクーラ冷却水入口弁Ｖ２の全開後に、各機器に問題が生じていないことを確認して、インタクーラ３４の通水開始処理を終了する。

その後、通常吸引用蒸気エゼクタ３２の運転を開始する。このとき、先ず、ガス圧縮機４１が正常運転状態であることを確認する。次いで、ガス圧縮機ミニマムフロー受入れ弁Ｖ４をガス圧縮機４１の吐出流量が変動しないように徐々に開状態として全開状態とする。この状態では、ガス圧縮機４１で圧縮された圧縮ガスがガス排出配管４２、バイパス弁ＭＶ６、第１の循環配管４３、第２の循環配管４４、インタクーラ３４、ガス配管３６及びミストエリミネータ３７、ガス配管３８を通じてガス圧縮機４１に戻る循環路が形成される。このため、ガス圧縮機４１の吐出流量変動を殆ど生じない状態で駆動が継続される。

次に、ガス圧縮機循環弁Ｖ７をガス圧縮機４１の吐出流量が変動しないように徐々に閉状態として全閉状態とする。このガス圧縮機循環弁Ｖ７の全閉状態で、ガス圧縮機４１が正常運転状態であることを確認する。
続いて、エゼクタ駆動蒸気弁ＭＶ４を自動制御して全開状態とする。このエゼクタ駆動蒸気弁ＭＶ４の自動制御は、図４に示すように、初期段階では、開度θを全閉状態から時間の経過に伴って緩やかに増加させる特性線Ｌ１が設定され、開度θが蒸気流量（圧力）の変化が殆どなくなる所定開度θｓ（例えば１５％）に達すると、特性線Ｌ１より勾配の大きい特性線Ｌ２で開度増加が継続されて全開状態に移行する。

このように、初期状態では勾配の緩やかな特性線Ｌ１で開度を増加させ、開度θが所定開度θｓ以上となると、勾配の急な特性線Ｌ２で開度を増加させることにより、復水器１３の器内圧が大きく変動することなく通常吸引用蒸気エゼクタ３２を起動することができ、ガス圧縮機４１の吐出圧力変動を抑制することができ、ガス圧縮機４１でサージングが発生することを確実に防止することができる。

因みに、エゼクタ駆動蒸気弁ＭＶ４の開度θを特性線Ｌ１の勾配より大きな例えば倍程度の勾配で増加させる実験を行ったところ、開側制御を行う場合には復水器１３の器内圧が大きく変動することはないが、同様の勾配で閉側制御を行う場合には復水器１３の器内圧が大きく変動し（真空度低下）、警報レベルまで変動し、ガス圧縮機４１でサージングが発生して停止する可能性が高くなった。

したがって、上述した特性線Ｌ１及びＬ２でエゼクタ駆動蒸気弁ＭＶ４の開度を自動制御することにより、通常吸引用蒸気エゼクタ３２の起動時及び動作終了時の双方で復水器１３の器内圧が大きく変動することを確実に防止することができる。
一方、蒸気タービンプラントを停止させる場合には、図３に示すように、時点ｔ１１で、ガス圧縮機４１を停止させるとともに、バイパス弁ＭＶ６を比較的急勾配で開状態から全閉状態に移行させる。これと同時に補助蒸気入口弁ＭＶ２を徐々に開いて全開状態とする。

次いで、時点ｔ１２で、エゼクタ入口弁ＭＶ１を徐々に開いて全開状態とする。これにより、復水器１３の非凝縮ガスを含む蒸気が多段蒸気エゼクタ１７によって吸引される初期状態と同様の状態となる。
次に、時点ｔ１３で、圧縮機入口弁ＭＶ３を徐々に閉じて全閉状態とするとともに、エゼクタ駆動蒸気弁ＭＶ４を徐々に閉じて全閉状態とする。これによって、通常吸引用蒸気エゼクタ３２が停止される。

続いて、時点ｔ１４で、圧縮機出口弁ＭＶ７を徐々に閉じて全閉状態とし、その後所定時間遅れた時点ｔ１５でガス圧縮機４１を停止させる。次いで、時点ｔ１６で冷却水の供給を停止し、その後しばらく多段蒸気エゼクタ１７の運転状態を継続してから補助蒸気入口弁ＭＶ２及びエゼクタ入口弁ＭＶ１を閉じて、多段蒸気エゼクタ１７の作動を停止させる。

このように、上記実施形態によると、通常吸引用蒸気エゼクタ３２で蒸気供給源１０の蒸気の一部が消費されることになるが、復水器１３の非凝縮性ガスを含む蒸気を１段の通常吸引用蒸気エゼクタ３２で吸引し、インタクーラ３４で冷却し、ミストエリミネータ３７で微粒子を除去してからガス圧縮機４１で圧縮することにより、復水器１３の器内圧を高真空度に上昇させることができ、蒸気タービン１１の出力をガス圧縮機４１のみで吸引する場合に対して例えば１０％増加させることができた。

しかも、復水器１３の器内圧の真空度を上昇させるためには、従来例で説明したように、運転性の良い多段蒸気エゼクタを適用するか高効率のガス圧縮機を適用するかの何れかで行うようにしているが、効率を重視するとガス圧縮機を採用するのが一般的である。しかしながら、このガス圧縮機を高効率運転するには、復水器１３の器内圧を高真空度で安定した状態とする必要があり、このために、蒸気供給源１０からの蒸気供給量が減少した場合には、ガス圧縮機４１の第１の循環路４３を介するガス循環量を増加させるため復水器１３の器内圧が低下して効率が低下することになる。この器内圧の低下分を通常吸引用蒸気エゼクタ３２で吸引することにより補ってガス圧縮機４１を高効率で運転することができ、ガス抽出システム全体の効率を増加させて、蒸気タービン１１の出力を増加させることができる。

次に、上述した蒸気タービンシステムを既存の蒸気タービンシステムを利用して構築するガス抽出システム施工方法について説明する。
この場合の既存の蒸気タービンシステムとしては、図５に示すように、分岐配管３１が直接ミストエリミネータ３７に接続されて復水器１３の非凝縮性ガスを含む蒸気をミストエリミネータ３７で微粒子を除去した後にガス圧縮機４１に供給する構成とされている。この構成によると、復水器１３から非凝縮性ガスを含む蒸気をガス圧縮機４１で吸引しているので、多段蒸気エゼクタで構成されるガス抽出システムを構成する場合に比較して蒸気供給源１０から供給される蒸気を消費することなく、高効率で復水器１３から非凝縮ガスを含む蒸気を吸引することができる。

しかしながら、ガス圧縮機４１の性能低下がない状態で、蒸気供給源１０を構成する生産井から噴出する蒸気流量が減少することに伴い、ガス流量も減少した場合には、前述したようにガス圧縮機４１のサージング防止のためガス流量を維持するようにガス圧縮機４１から吐出された吐出ガスを復水器１３に再循環させて運転する必要がある。このとき、最低ガス流量を維持しなければならないガス圧縮機の特性により、ガス流量が減少しているものの、タービン排気において高真空が得られない状況に陥る。このため、蒸気タービン１１の出力が低下して発電効率が低下する。

このため、前述した実施形態のように、復水器１３とミストエリミネータ３７との間に通常吸引用蒸気エゼクタ３２及びインタクーラ３４を介挿することにより、復水器１３の器内圧を高真空状態に維持することができ、蒸気タービン１１の出力を増加させることができる。
このためには、既設の蒸気タービンプラントに通常吸引用蒸気エゼクタ３２及びインタクーラ３４を新設して連結する必要がある。この場合、図５の系統図においては、通常吸引用蒸気エゼクタ３２及びインタクーラ３４を新設した状態で、ミストエリミネータ３７に接続される分岐配管３１の中間部３１ａを切り離して、分岐配管３１のエゼクタ入口弁ＭＶ１側を通常吸引用蒸気エゼクタ３２に接続するとともに、分岐配管３１のミストエリミネータ３７側をインタクーラ３４に接続されたガス配管３６に接続すれば良いことになる。

ところが、新設した通常吸引用蒸気エゼクタ３２及びインタクーラ３４と分岐配管３１の切断部とを接続するためには蒸気タービンプラントを長期間停止させなければならず、この間地熱発電を行うことができず、損失が発生する。
このため、本発明では、蒸気タービンプラントの停止期間を短縮するために、先ず、図６及び図９に示すように、復水器１３及びミストエリミネータ３７とを連結する分岐配管３１の切断想定位置における復水器１３側の切断部に接続する第１の外部接続用配管５１と、ミストエリミネータ３７側の切断部（この実施例ではミストエリミネータ３７の蒸気入力口３７ａ）に接続する第２の外部接続用配管５２と、これら第１及び第２の外部接続用配管５１及び５２の他端に接続するＵ字状の連通配管５３とで構成される連結部材５４を製作しておく。ここで、第１及び第２の外部接続用配管５１及び５２の他端は、分岐配管３１の切断部に接続した状態で、互いに所定間隔を保って平行で、且つ同一高さ位置でさらに同一垂直面に位置するように形成されている。また、第１及び第２の外部接続用配管５１及び５２の両端にはそれぞれ連結用フランジ５５が形成され、同様に連通配管５３の両端にも連結用フランジ５６が形成されている。

そして、蒸気タービンプラントを停止させた状態で、分岐配管３１を切断し、その切断部に連結用フランジ５７を溶接し、この連結用フランジ５７に連結部材５４の第１の外部接続用配管５１を連結するとともに、ミストエリミネータ３７の蒸気入力口３４ｇに連結部材５４の第２の外部接続用配管５２を連結する。この連結部材５４の装着は、１日もかからない程度の短時間で行うことができ、連結部材５４を装着した状態では、この連結部材５４を介して復水器１３に接続されたガス配管１６から分岐された分岐配管３１とミストエリミネータ３７との間が直接連結された状態を維持するので、蒸気タービンプラントの運転を再開することができる。

この状態で、図７〜図９に示すように、復水器１３の脇に、例えば１〜２カ月掛けて、通常吸引用蒸気エゼクタ３２及びインタクーラ３４を設置するとともに、両者間の配管接続を行う。この通常吸引用蒸気エゼクタ３２及びインタクーラ３４の設置が完了した時点で、再度蒸気タービンプラントを停止させた状態で、連結部材５４の連通配管５３を取り外す。次いで、図７に示すように、第１の外部接続用配管５１に通常吸引用蒸気エゼクタ３２の吸引口３２ａに接続された連結配管６１を接続し、第２の外部接続用配管５２にインタクーラ３４のガス排出口３４ｄに接続された連結配管６２を接続する。これによって、復水器１３からガス配管１６、分岐配管３１、第１の外部接続用配管５１、連結配管６１を介して通常吸引用蒸気エゼクタ３２に達するガス通路が形成されるとともに、インタクーラ３４から連結配管６２及び第２の外部接続用配管５２を介してミストエリミネータ３７に達するガス通路が形成される。この状態で、前述した手順で蒸気タービンプラントを起動する。

このように、連結部材５４を使用して、通常吸引用蒸気エゼクタ３２及びインタクーラ３４の接続を行うことにより、既存の蒸気タービンプラントに短期間で通常吸引用蒸気エゼクタ３２及びインタクーラ３４の接続を行うことができ、蒸気タービンプラントの休止時間を短縮して、地熱発電の停止による損失を最小限に抑制することができる。
なお、分岐配管３１への連結部材５４の装着時期は、上記に限定されるものではなく、通常吸引用蒸気エゼクタ３２及びインタクーラ３４の設置が完了するまでの間に連結部材５４を分岐配管３１に装着するようにすれば良いものである。

また、第１の外部接続用配管５１及び第２の外部接続用配管５２の連通配管５３を接続する端部位置は上記位置に限定されるものではなく、連通配管５３の形状を変更することにより、任意の位置は端部配置することができ、通常吸引用蒸気エゼクタ３２及びインタクーラ３４の連結配管６１及び６２の位置に応じて任意に設定することができる。
また、上記実施形態においては、本発明を地熱発電プラントに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、蒸気タービン及び復水器を使用する蒸気タービンプラントに適用することができる。

１０…蒸気供給源、１１…蒸気タービン、１２…発電機、１３…復水器、１６…ガス配管、１７…初期吸引用多段蒸気エゼクタ、１８，２０…蒸気エゼクタ、３２…通常吸引用蒸気エゼクタ、３４…インタクーラ、３７…ミストエリミネータ、４１…ガス圧縮機、４３…第１の循環配管、４４…第２の循環配管、５１…第１の外部接続用配管、５２…第２の外部接続用配管、５３…連通配管、５４…連結部材、６１，６２…連結配管

Claims (7)

1. 蒸気供給源から蒸気が供給される蒸気タービンと、該蒸気タービンから排出される蒸気を復水する復水器とを備えた蒸気タービンプラントにおける前記復水器から非凝縮性ガスを抽出する蒸気タービンプラントのガス抽出システムであって、
   前記復水器に非凝縮性ガスを抽出するガス抽出装置を接続し、該非凝縮性ガス抽出装置は、前記蒸気供給源から供給される駆動蒸気によって復水器から非凝縮性ガスを含む蒸気を吸引する蒸気エゼクタと、該蒸気エゼクタで吸引された蒸気が供給されるガス圧縮機とを少なくとも備えていることを特徴とする蒸気タービンプラントのガス抽出システム。
2. 前記ガス抽出装置は、前記蒸気エゼクタ及び前記ガス圧縮機間に、前記蒸気エゼクタで吸引された非凝縮性ガスを含む蒸気を冷却するインタクーラと、該インタクーラから出力される蒸気から微粒子を除去して非凝縮性ガスを前記ガス圧縮機に供給するミストエリミネータとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンプラントのガス抽出システム。
3. 前記ガス抽出装置は、蒸気タービンプラントの起動時に前記蒸気供給源から供給される駆動蒸気によって前記復水器の蒸気を吸引する初期吸引用の多段蒸気エゼクタを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸気タービンプラントのガス抽出システム。
4. 前記ガス圧縮機は、出力される圧縮ガスの一部を前記復水器に戻す循環路を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蒸気タービンプラントのガス抽出システム。
5. 蒸気供給源から蒸気が供給される蒸気タービンと、該蒸気タービンから排出される蒸気を復水する復水器とを備えた蒸気タービンプラントの前記復水器から非凝縮性ガスを抽出する蒸気タービンプラントのガス抽出運転方法であって、
   前記復水器に非凝縮性ガスを抽出するガス抽出装置を接続し、該非凝縮性ガス抽出装置は、蒸気タービンプラントの起動初期に前記蒸気供給源から供給される駆動蒸気によって前記復水器の蒸気を吸引する初期吸引用多段蒸気エゼクタと、前記蒸気供給源から供給される駆動蒸気によって復水器から非凝縮性ガスを含む蒸気を吸引する通常吸引用蒸気エゼクタと、該通常吸引用蒸気エゼクタで吸引された蒸気が供給されるインタクーラと、該インタクーラから出力される蒸気の微粒子を除去するミストエリミネータと、該ミストエリミネータで分離された非凝縮性ガスが供給され、且つ排出ガスを前記復水器及びインタクーラに個別に戻す第１及び第２のガス循環路を有するガス圧縮機とを少なくとも備え、
   蒸気タービンプラントの起動時に、先ず、前記初期吸引用多段蒸気エゼクタで前記復水器のガス抽出を行い、前記復水器の真空度上昇後に前記第１のガス循環路を開状態として前記蒸気タービンを起動する初期起動工程と、
   前記復水器の真空度安定後に前記ガス圧縮機を起動するガス圧縮機起動工程と、
   前記インタクーラへ通水を開始するインタクーラ通水開始工程と、
   前記第２のガス循環路を徐々に開きながら全開とした後前記第１の循環路を徐々に閉じて全閉としてから前記通常吸引用蒸気エゼクタに駆動蒸気を供給して通常運転とする通常運転工程と
   を備えたことを特徴とする蒸気タービンプラントのガス抽出運転方法。
6. 前記通常運転工程の開始時に前記通常吸引用蒸気エゼクタへの駆動蒸気供給を駆動蒸気弁で制御し、初期段階で前記駆動蒸気弁の低増加率で開度を前記駆動蒸気流量が変化しない所定開度まで増加させ、前記所定開度に達した後は高増率で開度を増加させて全開状態とすることを特徴とする請求項５に記載の蒸気タービンプラントのガス抽出運転方法。
7. 蒸気供給源から蒸気が供給される蒸気タービンと、該蒸気タービンから排出される蒸気を復水する復水器とを備えた蒸気タービンプラントの前記復水器から非凝縮性ガスをガス圧縮機でミストエリミネータを介して抽出するガス抽出システムにおける前記復水器及びミストエリミネータ間に蒸気エゼクタ及びインタクーラを新設する蒸気タービンプラントにおけるガス抽出システムの施工方法であって、
   前記復水器と該復水器の近傍に配設されたミストエリミネータとの間を接続する蒸気管路を所定長さ分切断し、
   切断部の復水器側に第１の外部接続用配管を接続し、前記切断部のミストエリミネータ側に第２の外部接続用配管を接続し、
   前記第１及び第２の外部接続用配管の他端側に両者を連通する連通配管を接続して、前記復水器と前記ミストエリミネータとの間の蒸気通路を確保し、
   前記蒸気エゼクタ及びインタクーラの設置が完了した時点で、前記連通配管を取り外し、前記第１の外部接続用配管に蒸気エゼクタの入側配管を接続し、前記第２の外部接続用配管に前記インタクーラの出側配管を接続する
   ことを特徴とする蒸気ガスタービンプランにおけるガス抽出システムの施工方法。

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