JP5050010B2

JP5050010B2 - 地熱蒸気タービンプラント及びその運転方法

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Publication number: JP5050010B2
Application number: JP2009160701A
Authority: JP
Inventors: 泉松尾
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: JP2009222066A

Description

本発明は、地熱蒸気タービンの出力を高めることができるようにした地熱蒸気タービンプラント及びその運転方法に関する。

従来の地熱蒸気タービンプラントを図５に例示して説明する。図示しない地熱蒸気井戸からの地熱蒸気は、地熱蒸気入口弁１０３から地熱蒸気タービン１０１に流入し、当該地熱蒸気タービン１０１で膨張して回転軸を回転させることにより、この回転軸に連結された発電機１０２を駆動する。

そして、地熱蒸気タービン１０１で仕事をした排気蒸気は復水器１０４に流入し、該復水器１０４内で雨状の冷却水と直接熱接触して冷却されて復水する。

復水器１０４に貯まった復水した水や冷却水は、循環水ポンプ１０５により圧送され復水器水位調整弁１０６で流量調整されてクーリングタワー１０７に運ばれる。

この復水器水位調整弁１０６の弁開度は、水位調整弁制御装置１０９により復水器１０４の水位を検出して、その検出結果に基づき制御される。

クーリングタワー１０７に運ばれた水は、ここで外気と熱交換して冷却され、冷却水量調整弁１０８で流量調整されて復水器１０４に冷却水として供給される。なお、冷却水量調整弁１０８は手動弁で、通常は例えば弁開度が７０％に固定されている。

このような冷却水量調整弁１０８を介してクーリングタワー１０７から復水器１０４に流れる冷却水は、このクーリングタワー１０７と復水器１０４のヘッド差とをドライビングフォースとして流れる。

そして、復水器１０４に供給される冷却水量を多くすると、排気蒸気の復水量が増えるため、その分復水器内の真空度絶対圧が高真空となって、地熱蒸気タービン１０１での膨張仕事量が増大して当該地熱蒸気タービン１０１の出力が増大する。

このような構成で、起動操作時と負荷運転中における、冷却水量調整弁１０８と復水器水位調整弁１０６の動きの動作図を図６を参照して説明する。

地熱蒸気タービンプラントを起動する際には、まず循環水ポンプ１０５を起動して冷却水をクーリングタワー１０７と復水器１０４との間を循環させ、復水器１０４の真空度を到達最高真空度にして、その真空状態を保持する。

この到達最高真空度の状態では、復水器１０４に引込まれる冷却水の流量は最大となり、復水器水位調整弁１０６の弁開度も最大となって、例えば水位調整可能範囲の最大値である９０％となる。

この到達最高真空状態に保持される頃には、冷却水量は、クーリングタワー１０７と復水器１０４とのヘッド差に加えて、復水器１０４内が大気圧より低いため冷却水流量は最大量に増加しており、この状態に達すると地熱蒸気タービン１０１が起動され、負荷が併入される。

地熱蒸気タービン１０１が起動されると復水器１０４に排気蒸気が流入するので、その分復水器の真空度が下がると共に、排気蒸気が復水するため、水位調整弁制御装置１０９が復水器１０４の水位を一定にすべく復水器水位調整弁１０６の弁開度を制御した結果冷却水量が少なくなる。

そして、運転負荷に到達する頃には、地熱蒸気タービン１０１から多量の排気蒸気が復水器１０４へ流入するため、復水器１０４の真空度はさらに下がって、一定の真空度を示すようになり、復水器水位調整弁１０６の弁開度は例えば６０％に制御される。

しかしながら、上記構成の地熱蒸気タービンプラントにおいては、後述する理由により地熱蒸気タービン１０１の出力を増加させることが困難である問題があった。

即ち、地熱蒸気タービン１０１の出力を増大させるためには、冷却水量調整弁１０８の弁開度を例えば７０％から９０％にして冷却水量を増やし、これにより復水器１０４の真空度をより高真空にして地熱蒸気タービン１０１への蒸気供給量を増大させて当該地熱蒸気タービン１０１の出力を増加させることが可能である。

しかし、上述したように冷却水量調整弁１０８は手動弁で常時一定の弁開度で運用されるため、例えば冷却水量調整弁１０８の弁開度を９０％に設定して冷却水量を増加させると、復水器１０４が到達最高真空度に達した際には復水器水位調整弁１０６の弁開度を１００％以上にしても当該復水器１０４の水位制御が困難となってしまう事態が生じる。

そこで、本発明は、復水器の水位制御を常に行えるようにしながら地熱蒸気タービンの出力を増加させることができるようにした地熱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。

上記目的を達成するための本発明に係る地熱蒸気タービンプラントは、地熱蒸気タービンから排気される排気蒸気を冷却水と熱交換させて復水させる復水器と、該復水器に貯留した冷却水を冷却するクーリングタワーと、前記復水器から前記クーリングタワーに供給される冷却水量を調整する復水器水位調整弁と、前記クーリングタワーから前記復水器に供給される冷却水量を調整する冷却水量調整弁とを有する地熱蒸気タービンプラントにおいて、起動時に前記冷却水量調整弁の弁開度を一定な起動弁開度に設定して、負荷運転を開始して目標負荷に到達した後に、前記復水器に供給される冷却水量が起動時より多く、かつ、目標負荷到達時より多くなるように前記弁開度を制御するととともに、前記弁開度を前記起動弁開度よりも大きい他の一定な弁開度となるように、前記復水器水位調整弁の弁開度が水位調整可能範囲内で最大の弁開度になるように制御して、前記地熱蒸気タービンの出力を増加可能に構成された冷却水量調整弁制御装置を設けたことを特徴とする。

また、本発明に係る地熱蒸気タービンプラントの運転方法は、地熱蒸気タービンから排気される排気蒸気を冷却水と熱交換させて復水させる復水器と、該復水器に貯留した冷却水を冷却するクーリングタワーと、前記復水器から前記クーリングタワーに供給される水量を調整する復水器水位調整弁と、前記クーリングタワーから前記復水器に供給される冷却水量を調整する冷却水量調整弁とを有する地熱蒸気タービンプラントを運転する際に、起動時に前記冷却水量調整弁の弁開度を一定な起動弁開度に設定し、負荷運転を開始して目標負荷に到達した後に、前記復水器に供給される冷却水量が起動時より多く、かつ、目標負荷到達時より多くなるように前記弁開度を制御するとともに、前記冷却水量調整弁の弁開度を前記起動弁開度より大きい他の一定な弁開度に、前記復水器水位調整弁の弁開度が水位調整可能範囲内で最大の弁開度になるように設定して前記復水器の真空度を大きくして、前記地熱蒸気タービンの出力を増加させることを特徴とする。

本発明によれば、冷却水量調整弁の弁開度をプラントの運転状況に応じて変えるように制御するので、復水器の水位制御を行えるようにしながら地熱蒸気タービンの出力を増加させることができる。

本発明の第１の実施の形態の説明に適用される地熱蒸気プラントの構成図である。図１のプラントの起動、負荷運転の運転手順を示す動作図である。本発明の第２の実施の形態の説明に適用される地熱蒸気プラントの構成図である。図３のプラントの起動、負荷運転の運転手順を示す動作図である。従来の技術の説明に適用される地熱蒸気プラントの構成図である。図５のプラントの起動、負荷運転の運転手順を示す動作図である。

本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本実施の形態の説明に適用される地熱蒸気プラントの概略構成を示す図である。

当該地熱蒸気プラントは、地熱蒸気により駆動されて発電機２を回転させる地熱蒸気タービン１、該地熱蒸気タービン１からの排気蒸気を冷却水と熱交換させて復水させる復水器４、該復水器４に貯留した水を圧送する循環水ポンプ５、該循環水ポンプ５により圧送される水量を調整する復水器水位調整弁６、復水器４に貯留される水が所定量になるように、当該水位を検出して、その検出結果に基づき復水器水位調整弁６の弁開度を制御する水位調整弁制御装置９、循環水ポンプ５により圧送された水を冷却して冷却水とするクーリングタワー７、クーリングタワー７から復水器４に供給される冷却水量を調整する冷却水量調整弁１１、該冷却水量調整弁１１の弁開度を制御する冷却水量調整弁制御装置１０等を有している。

このような構成でプラントの起動、負荷運転の運転手順を図２に示す冷却水量調整弁１１や復水器水位調整弁６の動の動作図を参照して説明する。

先ず、プラントの起動を開始すると、冷却水量調整弁制御装置１０は冷却水量調整弁１１の弁開度を予め設定された起動弁開度（例えば７０％の弁開度）に設定する。

このような状態で循環水ポンプ５が起動されて、復水器４に貯留した水をクーリングタワー７に圧送し、またクーリングタワー７で冷却されてなる冷却水を復水器４に送るサイクルを行わせる。

復水器４内は徐々に高真空状態になり、これに伴い当該復水器４に供給される冷却水量も増加する。

このとき、復水器４に貯留される水が所定量を保つように水位調整弁制御装置９が当該水位を検出して、その検出結果に基づき復水器水位調整弁６の弁開度を制御しているので、当該復水器水位調整弁６の弁開度は冷却水量の増加に伴い大きくなる。

そして、復水器４内の真空状態が到達最高真空状態に達して、冷却水量と真空度がバランスした状態となる。

このときの復水器水位調整弁６の弁開度は、例えば９０％であり復水器４の水位制御が十分可能な範囲となっている。

このような状態に達した後、地熱蒸気タービン１が起動される。地熱蒸気タービン１の起動は、地熱蒸気入口弁３を弁開することにより当該地熱蒸気タービン１に地熱蒸気を供給して行われる。

従って、地熱蒸気タービン１の起動と同時に復水器４には排気蒸気が流入するようになり、これが冷却水により冷却されて復水する。

復水器４に排気蒸気が流入すると、当該復水機内の真空度が下がるので、これに応じて冷却水量も減少すると共に、復水器水位調整弁６の弁開度が小さくなる。

そして、地熱蒸気タービン１への地熱蒸気の供給量を増大させながら負荷運転を開始し、目標負荷に到達すると、冷却水流量、タービン蒸気量、復水器４の真空度、復水器水位調整弁６の弁開度等は一定する。この状態をタービン蒸気一定状態と記載する。

従来はこのような状態で通常運転となるが、本発明ではこの状態に達した後、冷却水量調整弁制御装置１０により起動弁開度に設定されている冷却水量調整弁１１の弁開度を大きくする。例えば、起動弁開度が７０％に設定されているような場合には８０％にする。

これにより、復水器４に供給される冷却水流量が増加して当該復水器４内の真空度がより高真空状態になるので地熱蒸気タービン１での地熱蒸気の仕事量が増大して地熱タービン出力が増加するようになる。

冷却水量が増えると、復水器４に貯留する水量が増えるので、これを予め設定された量に保つために復水器水位調整弁６の弁開度を大きくする必要がある。

冷却水量調整弁１１の弁開度を７０％から８０％に上げたために、復水器水位調整弁６の弁開度を３０％増大させる必要が生じたとすると、タービン蒸気一定状態では復水器水位調整弁６の弁開度が６０％であるので９０％となり、復水器４の水位制御が十分可能な範囲となっている。

なお、上記説明では、冷却水量調整弁１１の弁開度を７０％から８０％に上げ、そのときの復水器水位調整弁６の弁開度が９０％となる場合を例に説明したが、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、復水器水位調整弁６で復水器４の水位が調整可能な範囲まで冷却水量調整弁１１の弁開度を大きくすることが可能である。

即ち、復水器水位調整弁６の弁開度が９５％まで復水器４の水位制御が可能な場合には、当該復水器水位調整弁６の弁開度が９５％になるまで冷却水量調整弁１１の弁開度を上げるようにしてもよい。

以上説明したように、起動時と負荷運転時とで復水器４の水位が調整できる範囲で冷却水量調整弁１１の弁開度を変えるように制御することで、負荷運転時における地熱蒸気タービン１の出力を増加させることが可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態の説明を図を参照して説明する。なお、上記実施の形態と同一構成に関しては同一符号を用いて説明を適宜省略する。

先の、実施の形態においては、冷却水量調整弁１１の弁開度をプラントの起動時と負荷運転時とで変える場合について説明した。この場合は、負荷運転時においても冷却水量調整弁１１の弁開度は一定で、復水器水位調整弁６の弁開度を調整して復水器４の水位が所定水位を保つようにした。

これに対して本実施の形態では、負荷運転時において復水器水位調整弁６により復水器４の水位が調整できる最高弁開度に固定し、冷却水量調整弁１１の弁開度をかえることで復水器４の水位が所定水位を保つようにしものであり、このため図３に示すように、冷却水量調整弁制御装置１３を設けて復水器水位調整弁６の弁開度に応じて冷却水量調整弁１１の弁開度を制御するようにしている。

即ち、図３に示す構成は、冷却水量調整弁制御装置１３が復水器水位調整弁６の弁開度を検出し、その検出結果に応じて冷却水量調整弁１１の弁開度を制御するようにしている。

このような構成の運転手順を図４に示す冷却水量調整弁１１や復水器水位調整弁６の動きの動作図を参照して説明する。

先ず、プラントの起動を開始すると、冷却水量調整弁制御装置１３は冷却水量調整弁１１の弁開度を予め設定された起動弁開度（例えば７０％の弁開度）に設定する。

そして、地熱蒸気タービン１への地熱蒸気の供給量を増大させながら負荷運転を開始し、目標負荷に到達すると、冷却水流量、タービン蒸気量、復水器４の真空度、復水器水位調整弁６の弁開度等は一定してタービン蒸気一定状態となる。

タービン蒸気一定状態となると冷却水量調整弁制御装置１３は、復水器水位調整弁６の弁開度が、水位調整可能範囲内で最大の弁開度（例えば９０％）になるように、冷却水量調整弁１１の弁開度を制御する。

これにより、復水器４の水位調整が可能な範囲で、最大の冷却水が復水器４に供給できるようになり、当該復水器４内の真空度がより高真空状態になるので地熱蒸気タービン１での地熱蒸気の仕事量が増大して地熱タービン出力が増加するようになる。

１…地熱蒸気タービン
４…復水器
６…復水器水位調整弁
９…水位調整弁制御装置
１０…冷却水量調整弁制御装置
１１…冷却水量調整弁
１３…冷却水量調整弁制御装置

Claims

地熱蒸気タービンから排気される排気蒸気を冷却水と熱交換させて復水させる復水器と、該復水器に貯留した冷却水を冷却するクーリングタワーと、前記復水器から前記クーリングタワーに供給される冷却水量を調整する復水器水位調整弁と、前記クーリングタワーから前記復水器に供給される冷却水量を調整する冷却水量調整弁とを有する地熱蒸気タービンプラントにおいて、
起動時に前記冷却水量調整弁の弁開度を一定な起動弁開度に設定して、負荷運転を開始して目標負荷に到達した後に、前記復水器に供給される冷却水量が起動時より多く、かつ、目標負荷到達時より多くなるように前記弁開度を制御するとともに、前記弁開度を前記起動弁開度よりも大きい他の一定な弁開度となるように、前記復水器水位調整弁の弁開度が水位調整可能範囲内で最大の弁開度になるように制御して、前記地熱蒸気タービンの出力を増加可能に構成された冷却水量調整弁制御装置を設けたことを特徴とする地熱蒸気タービンプラント。
地熱蒸気タービンから排気される排気蒸気を冷却水と熱交換させて復水させる復水器と、該復水器に貯留した冷却水を冷却するクーリングタワーと、前記復水器から前記クーリングタワーに供給される水量を調整する復水器水位調整弁と、前記クーリングタワーから前記復水器に供給される冷却水量を調整する冷却水量調整弁とを有する地熱蒸気タービンプラントを運転する際に、
起動時に前記冷却水量調整弁の弁開度を一定な起動弁開度に設定し、負荷運転を開始して目標負荷に到達した後に、前記復水器に供給される冷却水量が起動時より多く、かつ、目標負荷到達時より多くなるように前記弁開度を制御するとともに、前記冷却水量調整弁の弁開度を前記起動弁開度より大きい他の一定な弁開度に、前記復水器水位調整弁の弁開度が水位調整可能範囲内で最大の弁開度になるように設定して前記復水器の真空度を大きくして、前記地熱蒸気タービンの出力を増加させることを特徴とする地熱蒸気タービンプラントの運転方法。