JPH0236761A - 磁気流体複合発電プラントの蒸気タービン起動方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は磁気流体発電プラントに係り、特に磁気流体発
電プラントから導びかれる流体によってランキンサイク
ルの作動媒体を蒸発させ、タービンを駆動せしめて電気
出力を得るように構成した磁気流体複合発電プラントに
適用される蒸気タービン起動方法およびその装置に関す
る。

（従来の技術） 直接発電、つまり熱機関によらない発電方式の一つに磁
気流体発電がある。この磁気流体発電（以下、ＭＨＤ発
電と称する）は電気伝導性を有する流体を磁場に垂直な
方向に流し、このとき電磁誘導によって生じる起電力を
取り出すようにした発電方式であり、実用化への期待は
大きいものがあるが、そのためには克服しなければ障害
が多々ある。

ところで、直接発電の有利さを活かすにはＭＨＤ発電単
独の適用から一歩進め、ＭＨＤ発電の流体が保有してい
る熱の利用を図る、いわゆる複合発電による方法が望ま
しい。これはＭＨＤ発電とランキンサイクルによる発電
とを組合わせて構成するもので、効率の飛躍的な向上が
達成されるとの期待が込められている。

第４図に示されるＭＨＤ複合発電プラントの構成はこの
ような意図を具体的に表わしたもので、ＭＨＤ発電プラ
ント１内で電気出力を発生し、外部に流れた高温のヘリ
ウムガスはＭＨＤ排熱回収熱交換器２に導かれ、高圧系
の過熱器３、蒸発器４および節炭器５を通過し、伝熱管
内を流れる蒸気あるいは給水に熱を放出して温度が下げ
られる。

さらに、この低温のヘリウムガスはＭＨＤ排熱回収熱交
換器２内にて低圧系の過熱器６、蒸発器７および節炭器
８を通って伝熱管内を流れる蒸気あるいは給水に熱を放
出し、より温度が下げられてヘリウム冷却器９に導かれ
る。へ１ナウム冷却器９には外部から冷媒が供給されて
おり、ここで低温のヘリウムガスは冷媒に熱を放出して
さらに低温となる。この後、ヘリウムガスはヘリウム圧
縮器１０に導かれて加圧され、さらにＭＨＤ排熱回収熱
交換器２の上流側に設けられたヘリウムガス再生器１１
に送られてそこを流動する間にヘリウムガスから与えら
れる熱によって所定の温度まで加熱され、ＭＨＤ発電プ
ラント１に導入される。この高温のヘリウムガスはＭＨ
Ｄプラント１内でプラズマ状態に加熱され、磁場に送ら
れて電気出力を生じ、再びＭＨＤ排熱回収熱交換器２に
送り出される。

一方、ランキンサイクル側は次の構成を備えている。す
なわち、低圧系の節炭器８に流れた給水はヘリウムガス
から与えられる熱を奪って温度上昇し、蒸気ドラム１２
を経て蒸発器７に導かれる。

給水はここでヘリウムガスから熱を奪い、一部が飽和蒸
気となって蒸気ドラム１２を経て過熱器６に送られる。

この蒸気は過熱器６を通る間にヘリウムガスから熱を奪
って過熱蒸気へと状態変化を遂げ、蒸気タービン１３の
低圧部分に導かれる。

また、蒸発器７内で蒸発しきれなかった給水は蒸気ドラ
ム１２に戻される。そして、循環ポンプ１４により抽出
されて節炭器５に送られて一定の温度となり、蒸気ドラ
ム１５を経て蒸発器４に送られて一部が飽和蒸気となる
。この蒸気は蒸気ドラム１５から過熱器３に導かれて過
熱蒸気へと状態変化を遂げ、蒸気タービン１３の高圧部
分に供給されて低圧部分に向かって膨張しつつ流れ、過
熱器６から導かれる蒸気と混合されて復水器１６に排出
される。このとき、蒸気の膨張の都度仕事がなされ、発
電機１７が回されて電気出力を生じる。

復水器１６に流れた排気はそこに導かれる冷媒によって
冷却され、凝縮させられる。この復水はポンプ１８によ
って抽出され、再び給水として節炭器８に送られるよう
になっている。なお、図中符号１９は蒸気止め弁、符号
２０は蒸気加減弁を各々示している。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記したＭＨＤ発電とランキンサイクルによ
る発電とを組合わせたＭＨＤ複合発電プラントにおいて
はプラント起動時に比較的低温のヘリウムガスがＭＨＤ
発電プラント１からＭＨＤ排熱回収熱交換器２にかけて
流される、いわゆる暖機運転が実施される。このとき、
ＭＨＤ排熱回収熱交換器２ではそれぞれ蒸気ドラム１５
．１２に溜められた給水が循環させられるが、ＭＨＤ発
電プラント１を暖機した後のヘリウムガスは温度が低く
、しかも流量も少ないために給水に与えられる熱量は極
く限られたものとなる。このため、高圧蒸気ドラム１５
での発生蒸気が蒸気タービン１３の通気に適した蒸気条
件となるまでに長い時間を必要とし、蒸気タービン１３
の起動が円滑に進められないという問題がある。

また、この間、蒸気ドラム１５での発生蒸気の大部分は
蒸気タービンの１３の通気に使用できないために復水器
１６に導いて冷媒により冷却されるが、蒸気が保有して
いる熱が有効に利用されてなく、エネルギーの損失が大
きいという問題がある。

そこで、本発明の目的は蒸気タービンの通気のための蒸
気を早期に確保して蒸気タービンの起動を円滑に進め得
るようにした磁気流体複合発電プラントの蒸気タービン
起動方法およびその装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために磁気流体発電プラン
トより放出されるヘリウムガスが循環する閉じた経路に
設けられた磁気流体排熱回収熱交換器を備え、ヘリウム
ガスが磁気流体排熱回収熱交換器に送られる給水と接触
して熱を放出し、二方給水がその熱を奪って蒸発し、そ
の場合、圧力水準の高い高圧系およびそれよりも圧力の
低い低圧系にてそれぞれ蒸発が得られ、その蒸気が蒸気
タービンの高圧および低圧部分に各々独立した経路を通
して導かれて動力を生じさせるようになっている磁気流
体複合発電プラントの蒸気タービン起動方法において、
磁気流体排熱回収熱交換器の高圧系の蒸気ドラムで生成
される蒸気を過熱器を迂回し、あるいは過熱器の一部を
通して蒸気タービンの低圧部分に導くように抽気連絡管
を抽気止め弁を介して設け、蒸気タービンの起動に臨ん
で、初めに、高圧系の蒸気ドラムで生成される蒸気を蒸
気タービンの低圧部分に通気するように抽気止め弁を開
放し、そのとき、低圧系は過熱器の出口側に備えられる
蒸気止め弁を全閉に保持し、次に、低圧系の蒸気ドラム
で生成される蒸気を過熱器を通して蒸気タービンの低圧
部分に流すように蒸気止め弁を開放し、この後、高圧系
の蒸気ドラムで生成される蒸気を過熱器を通して蒸気タ
ービンの高圧部分に通気するようにしたことを特徴とす
るものである。　　　　　、（ また、上記目的を達成するために本発明は磁気流体発電
プラントより放出されるヘリウムガスが循環する閉じた
経路に設けられた磁気流体排熱回収熱交換器を備え、ヘ
リウムガスが磁気流体排熱回収熱交換器に送られる給水
と接触して熱を放出し、一方給水がその熱を奪って蒸発
し、その場合、圧力水準の高い高圧系およびそれよりも
圧−力の低い低圧系にてそれぞれ蒸気が得られ、その蒸
気が蒸気タービンの高圧および低圧部分に各々独立した
経路を通して導かれて動力を生じさせるようになってい
る磁気流体複合発電プラントにおいて、磁気流体排熱回
収熱交換器の高圧系の蒸気ドラムで生成される蒸気を過
熱器を迂回し、あるいは過熱器の一部を通して蒸気ター
ビンの低圧部分に導くように抽気連絡管を抽気止め弁を
介して設けたことを特徴とするものである。

（作用） 本発明に係る蒸気タービン起動方法においては、初めに
高圧系の蒸気ドラムにて生成される蒸気がある程度にな
ったときに蒸気タービンの低圧部分に通気し、蒸気ター
ビンの暖機を経て後回転数が定速まで上昇させられる。

次に、低圧系の蒸気ドラムにて生成される蒸気が所定の
温度になったところで過熱器に導いて過熱蒸気を得て、
これを高圧系の蒸気と混合させて蒸気タービンの低圧部
分に導入せしめる。この後、高圧系の蒸気ドラムで生成
される蒸気を低圧系のそれよりも高く保って、圧力、温
度共に蒸気タービンの高圧部分の通気に適した条件とな
ったところで過熱器に導いて過熱蒸気とし、これを蒸気
タービンの高圧部分に導入せしめる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図を参照して説明する。な
お、第１図中、第４図に示される構成と同一のものには
同一の符号を付している。

第１図において、本実施例では高圧系の蒸気ドラム１５
から過熱器３に至る経路から分岐され、過熱器６から蒸
気タービン１３に至る経路に接続された抽気連絡管２２
が抽気止め弁２１を介して設けられ、これにより蒸気ド
ラム１５から抽出される蒸気が蒸気タービン１３の低圧
部分に導入されるようになっている。

次に、上記実施例を適用する蒸気タービンの起動方法に
ついて説明する。初めに、プラントの起動に臨んでヘリ
ウムガスの循環運転が閉ループを使用して行なわれる。

このとき、ＭＨＤ排熱回収熱交換器２にはＭＨＤ発電プ
ラント１のヘリウムガスが導かれ、温度の低下している
ヘリウムガスと、高圧系の蒸発器４を流れる給水との間
で熱のやり取りが行なわれる。この結果、給水の温度が
上昇し始め、さらにヘリウムガスの放出する熱が増加す
ると、ある蒸気ドラム１５の器内圧力のちとに蒸発が始
まる。そして、この後蒸気ドラム１５にて生成される蒸
気がある温度に達したところで、抽気止め弁２１が開か
れる。この抽気止め弁２１の開放により蒸気ドラム１５
で生成された蒸気は抽気連絡管２２を流れ、さらに蒸気
止め弁１９の下流側の経路を経て蒸気タービン１３の低
圧部分に導かれ、通気が開始される。これにより、蒸気
タービン１３は暖機を経て、その後回転数が定速まで上
昇させられる。なお、この間、低圧系の過熱器６の出口
に備えられる蒸気止め弁１９は全閉されている。また、
このとき、蒸気タービン１３の回転上昇に併せてポンプ
１８を立ち上げ、低圧系に対する給水の供給を開始する
。この結果、冷たい給水が節炭器８を通って蒸気ドラム
１２に流れ、内部に溜められた給水に混ぜられ、蒸発器
７に送られてヘリウムガスとの間で熱交換が行なわれ、
給水の温度が上昇して行く。

次に、低圧系の圧力が上昇して蒸気ドラム１２で所定の
温度の蒸気が安定に生成されるようになったならば、蒸
気を過熱器６に導いて過熱蒸気とする。この過熱蒸気は
蒸気止め弁１９を全開することにより、蒸気ドラム１５
からの抽気と混ぜられて蒸気タービン１３の低圧部分に
導入される。

次に、蒸気ドラム１５の器内圧力を徐々に高めて行き、
生成される蒸気の圧力が蒸気ドラム１２にて生成される
蒸気の圧力よりも高く保つようにする。そして、圧力、
温度共に蒸気タービン１３の高圧部分の通気に適した条
件となった時点で蒸気加減弁２０を開き、過熱器３を介
して蒸気タービン１３の高圧部分に過熱蒸気を導くよう
にする。

また、これに併せて抽気止め弁２１の開度を絞り込んで
最後にこれを全閉させる。これ以後、蒸気タービン１３
は双方の蒸気ドラム１５．１２がら送られる蒸気によっ
て駆動される。

第２図には以上に述べられた起動手順による場合のヘリ
ウムガスおよび給水の温度と交換熱量との関係を示して
いる。ここで、実線３１は通常運転時にＭＨＤ発電プラ
ント１がらＭＨＤ排熱回収熱交換器２に導入される高温
ヘリウムガスが熱交換により温度降下する過程を示した
ものである。

このとき、給水あるいは蒸気の温度は節炭器８、蒸発器
７、過熱器６、節炭器５、蒸発器４、過熱器３を介する
熱交換により順次上昇し、実線３２．３３．３４．３５
．３６．３８に示されるように変化する。これに対し、
プラントの起動時はヘリウムガスの温度が低く、かつそ
の流量も少ないためにヘリウムガスは破線４１として示
されるように低温域での温度変化となる。このとき、給
水あるいは蒸気の温度は節炭器５、蒸発器４、過熱器３
においてそれぞれ熱交換し、破線４５．４６、４８に示
される過程をたどりながら上昇する。なお、本図にはヘ
リウムガス再生器１１に導かれるヘリウムガスがある温
度水準に達する過程（符号３７および４７）も併せて示
されている。

このようにヘリウムガスの温度が低い場合の起動におい
ては高圧系が中心となって給水との間で熱交換が行なわ
れる。低圧系での熱のやり取りはヘリウムガスの温度が
ある水準を超えるところまでは殆んどなく、このため給
水の温度が上昇して蒸気ドラム１２において蒸発が開始
されるまでには高圧系よりも長い時間が必要である。

かくして、本実施例の起動手順によれば、高圧系の蒸気
ドラム１５で生成される飽和蒸気を蒸気タービン１３の
低圧部分に導入して高圧部分を含む蒸気タービンのメタ
ル部分の暖機を早期に行なうようにしているので、蒸気
タービン１３の起動に要する時間を短縮することが可能
である。

また、飽和蒸気が蒸気タービン１３の暖機のために使用
される上記の蒸気タービン起動方法は高圧部分に対する
過熱蒸気が確保された後に通気を行なう従来のやり方と
比べて復水器１６に棄てられる蒸気量が大幅に少なくな
り、エネルギーの有効な利用を図ることができる。

さらに、従来ヘリウム圧縮機１０等が蒸気タービン１３
に直結されている場合に該圧縮機１０等は蒸気タービン
１３よりも先に駆動される場合があり、このとき蒸気タ
ービン１３には背圧が作用して、排気温度が高くなるこ
とがある。これを防止するには冷却蒸気を供給して冷却
効果を高めるようにしなければならないが、本実施例の
装置を使用して蒸気ドラム１５の発生蒸気を冷却蒸気と
して供給し、補助ボイラ等の利用機会を少なくすること
ができる。

また、第３図には本発明の他の実施例を示している。す
なわち、本実施例では過熱器３から分岐されて蒸気止め
弁１９の下流側経路と結ばれた抽気連絡管２３が抽気止
め弁２１を介して設けられる。

本実施例の装置は蒸気ドラム１５の発生蒸気を過熱器３
に導いてヘリウムガスと交換せしめ、乾き蒸気とした後
に蒸気タービン１３に通気するように構成したものであ
る。この乾き蒸気は過熱度も小さく蒸気タービン１３に
通気したときメタル部分が急激に加熱されて熱衝撃が生
じるのを防止することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明においては蒸気タービンの起
動に臨んで、初めに、高圧系の蒸気ドラムで生成される
蒸気を蒸気タービンの低圧部分に通気し、次に、低圧系
の蒸気ドラムで生成される蒸気を過熱器を通して蒸気タ
ービンの低圧部分に導入し、この後高圧系の蒸気ドラム
にて生成される蒸気を過熱器を通して蒸気タービンの高
圧部分に通気するようにしているので、蒸気タービンの
通気のための蒸気を早期に確保することができ、蒸気タ
ービンの起動を円滑に進められるという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る蒸気タービン起動方法に適用され
る装置の実施例を示す構成図、第２図はＭＨＤ排熱回収
熱交換器におけるヘリウムガスおよび給水の温度と交換
熱量との関係を示す線図、第３図は本発明の他の実施例
を示す構成図、第４図は従来のＭＨＤ複合発電プラント
の一例を示す構成図である。 １・・・・・・・・・ＭＨＤ発電プラント２・・・・・
・・・・ＭＨＤ排熱回収熱交換器３．６・・・過熱器 ４．７・・・蒸発器 ５．８・・・節炭器 １１・・・・・・・・・ヘリウムガス再生器１２．１５
・・・蒸気ドラム １９・・・・・・・・・蒸気止め弁 ２０・・・・・・・・・蒸気加減弁 ２１・・・・・・・・・抽気止め弁 ２２．２３・・・抽気連絡管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁気流体発電プラントより放出されるヘリウムガ
   スが循環する閉じた経路に設けられた磁気流体排熱回収
   熱交換器を備え、ヘリウムガスが前記磁気流体排熱回収
   熱交換器に送られる給水と接触して熱を放出し、一方給
   水がその熱を奪って蒸発し、その場合、圧力水準の高い
   高圧系およびそれよりも圧力の低い低圧系にてそれぞれ
   蒸気が得られ、その蒸気が蒸気タービンの高圧および低
   圧部分に各々独立した経路を通して導かれて動力を生じ
   させるようになっている磁気流体複合発電プラントの蒸
   気タービン起動方法において、前記磁気流体排熱回収熱
   交換器の高圧系の蒸気ドラムで生成される蒸気を過熱器
   を迂回し、あるいは過熱器の一部を通して前記蒸気ター
   ビンの低圧部分に導くように抽気連絡管を抽気止め弁を
   介して設け、該蒸気タービンの起動に臨んで、初めに、
   前記高圧系の蒸気ドラムで生成される蒸気を前記蒸気タ
   ービンの低圧部分に通気するように前記抽気止め弁を開
   放し、そのとき、前記低圧系は過熱器の出口側に備えら
   れる蒸気・止め弁を全閉に保持し、次に、前記低圧系の
   蒸気ドラムで生成される蒸気を過熱器を通して前記蒸気
   タービンの低圧部分に流すように前記蒸気止め弁を開放
   し、この後、前記高圧系の蒸気ドラムで生成される蒸気
   を過熱器を通して前記蒸気タービンの高圧部分に通気す
   るようにしたことを特徴とする磁気流体複合発電プラン
   トの蒸気タービン起動方法。
2. （２）磁気流体発電プラントより放出されるヘリウムガ
   スが循環する閉じた経路に設けられた磁気流体排熱回収
   熱交換器を備え、ヘリウムガスが前記磁気流体排熱回収
   熱交換器に送られる給水と接触して熱を放出し、一方給
   水がその熱を奪って蒸発し、その場合、圧力水準の高い
   高圧系およびそれよりも圧力の低い低圧系にてそれぞれ
   蒸気が得られ、その蒸気が蒸気タービンの高圧および低
   圧部分に各々独立した経路を通して導かれて動力を生じ
   させるようになっている磁気流体複合発電プラントにお
   いて、前記磁気流体排熱回収熱交換器の高圧系の蒸気ド
   ラムで生成される蒸気を過熱器を迂回し、あるいは過熱
   器の一部を通して前記蒸気タービンの低圧部分に導くよ
   うに抽気連絡管を抽気止め弁を介して設けたことを特徴
   とする磁気流体複合発電プラントの蒸気タービン起動装
   置。