JPS59126005A - 熱併給発電システム - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は電力と同時に熱を供給するプラント構成に係す
、特に総合熱利用率の向上に好適な熱併給発電システム
に関する。

〔従来技術〕

従来考えられていた原子力用熱併給発電プラントの１つ
の実施例を第１図に示す。第１図で、１１０は原子炉、
１２０は熱交換器、１３０はタービン、１４０は給水加
熱器、１５０は復水器を示す。

第１図に示したシステムでは、タービン系と熱供給系と
が独立に設置されている。このときのタービン系ハ復水
タービンであり、復水器１５０で熱を放出している。こ
のため、原子力発電プラントのように、タービン蒸気と
して飽和蒸気を用いる場合には発電熱効率は低い。これ
を改善する目的で、通常は多段の給水加熱器１４０を設
置してタービンからの抽気蒸気で給水を加熱している。

このように給水加熱を実施することにより、復水器で放
水していた熱量の一部を回収することが可能となり、熱
効率の向上に結びつく。

一方、第１図に示したように、熱供給系の使用蒸気とし
て主蒸気音用いると、熱利用温度に比べて主蒸気温度が
高温であることから、温度を低めて利用することになる
。このように、一方で高温。

高圧の蒸気が要求されるのに対し、一方では比較的低温
の蒸気が要求されていることから、タービン系と熱供給
系會独立に構成したシステムでは熱利用率の面からは好
ましくない。

従来、工場等で使用されていた多目的熱併給発電システ
ムでは、タービンの抽気蒸気、あるいは背圧タービンの
排気蒸気を直接プロセス蒸気として使用することにより
、システムの熱利用率を向。

上させていた。このようなシステムでは、蒸気の高温、
高圧部分でタービンを駆動し、比較的低温低圧となった
蒸気を熱供給に用いている。

従来から考えられていた原子力用熱併給発電プラントの
他の実施例では、復水タービンから抽気した蒸気により
熱交換器を用いて熱供給用熱媒体を作り出している。通
常の火力プラントでは抽気した蒸気を直接、熱供給端へ
送ることが可能である。しかし、原子カプラントで発生
させた蒸気を熱供給用に利用する場合には利用端末との
間に多重の熱交換ループを設置することが望ましい。

上記の点から、原子力を熱供給に利用する場合には必然
的に熱交換器の数が増加する。１このことはプラントの
製造コストの面からは好ましくない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、熱併給発電プラントにおいて、熱利用
率の向上と製造コストの低減が可能なタービン系と熱供
給系を提供するものである。

〔発明の概要〕

従来技術の項で説明したように、電力供給系と熱供給系
が独立に構成されている熱併給発電システムｑ、熱利用
率の面からはメリットが生じない。

こｔ′Ｌヲ改善するためには、タービンで仕事をさせた
あとの、比較的低温な蒸気を熱利用に使用する方式を採
用すれば良い。このときの熱利用率改善効果を第２図に
より説明する。

第２図は、縦軸が温度、横軸がエントロピーであり、曲
線は水と蒸気の飽和液線と飽和蒸気線である。通常のタ
ービンサイクルでは、Ａ−）Ｂ→Ｃ→Ｄ＋Ａという過程
をとる。Ｃ−）Ｄはタービン中での断熱膨張過程である
が、内部摩擦等の不可逆性により、エントロピーが増大
する。

タービン熱効率は各点のエンタルピーｈを用いて次のよ
うに表わされる（給水加熱なしの場合）。

ηｔは熱出力に対する・電気出力の比であり、最後の式
は、復水器で捨てる熱量の、熱出方に対する比を１から
引いたものが熱効率であることを示している。ここで、
復水器で放出する熱量はｈＤ−ｈ人で表わされ、第２図
でいえは、面積ＤＩＧＡＤに対応する。但し、Ｇ、Ｈ，
Ｉに対応する温度は環境温度であると考える。電気出力
は面積ＡＥＢＣＦＪＡから面積ＤＩＨＪＤｔ差し引いた
部分に対応する。但し、ＣＦＪは直線と考える。

通常のタービンでは、タービン内部５Ｑ４が８０チ程度
であり、ｈｃ−ｈＤは断熱膨張の場合に比べて約２０係
減少する。このことは、復水器で放出する熱量がこの割
合で増加することを示す。これは膨張に伴い、蒸気の湿
り度が増し、タービンブレードに悪影響を与えることが
主な原因である。

上述のように、タービン中で蒸気を膨態させると、低圧
、低温側では急速にタービン内部効率が低下し、システ
ムの熱効率悪化の原因となる。一方、熱供給用の蒸気温
度はタービン主蒸気温度に比べて低いため、システムの
熱効率向上策とじて高温側の蒸気はタービンで利用し、
比較的低温とｈ なった蒸気を熱供給用に利用することが考えられる。例
えば、第２図においてＦ点に対応した温度の点で抽気し
熱供給に用いる場合、熱供給量は面ｆＪｔＢ’ＪＨＧＡ
ＥＦに対応する。従って、タービン系のみの場合に復水
器で廃棄していた無効エネルギーを回収することが可能
となる。

上記方法の具体案として、熱利用蒸気は、タービンから
の抽気蒸気か、背圧タービンの排気蒸気を使用すれば良
い。

第３図は抽気復水タービンを使用した例であり、第４図
は背圧タービンを用いた例である。各々の図において、
熱供給は熱交換器１２０’ｅ通して実施している。前述
したように、原子力利用の熱供給プラ゛ントでは熱交換
器を通す必要がある。一方、再生サイクルにおいてはタ
ービンからの抽気蒸気を給水加熱器に導き給水を加熱し
ている。

上述のように、同じ機能を有した２つの熱交換器を別置
する必要はなく、１つの熱交換器により２つの役割リヲ
持たせた方が、経済性、熱効率の面でメリツ）ｆ有する
。この考え方に基づき、本発明では給水加熱器により熱
供給用熱媒を生成する。

し発明の実施例〕 以下、実施例を用いて本発明を説明する。

第５図ハ′亀気出力１９３　ＭＷｅ　、熱供給量２００
ＭＷｔで熱供給温度が１２０℃の場合である。この場合
、熱交換は給水加熱器にて実施する。給水加熱器は表面
型を用いており、最終温度差が４．４Ｃ、ドレンクーラ
温度が８℃とした。システムの熱バランスはタービン内
の蒸気膨張勝図を決ぬることにより決まる。

本実施例では、原子炉は沸騰水型であり、炉心ＥＥ力Ｕ
７１　ｋｇ／ｃｍ”　、熱出力は６８０１ｖｌＷｔであ
る。タービン系は間接サイクル方式とする。

第５図に示したタービン系は、高圧タービンと低圧ター
ビンに分離し、中間に湿゛分分離器１７０を設置するこ
とにより低圧タービンに入いる蒸気の湿り度を下げてい
る。給水加熱器は高圧から低圧まで５段設置した。熱供
給量に、低圧側の２段の給水加熱器を使用する。熱供給
系の入口温度は約５０℃、出口温度は１２０℃である。

第５図に示した実施例では、熱供給用蒸気は低圧側ター
ビンから抽気したものを使用している。

低圧側タービンでは湿り度が犬となり、タービン内部効
率の低下を生じることヲ考えると、低圧側からの多量な
蒸気抽気はタービン内部効率の増加に、むすびつく。同
時に、比体積の大きい低圧側の蒸気量を低減できること
はタービン車室を小型化できるというメリットも生じる
。

熱利用率η”全欠のように定義し、本システムの効果を
評価する。

本実施例における熱バランスによれば、上記の熱利用率
ηゝは５８チであり、第１図に示したタービン系と熱供
給系が独立となっているシステムの熱利用率５３チに比
べて約９％、利用率が向上している。但し、比較の条件
として電気出力、熱供給量は同一であるとしている。

本実施例で示したように、熱供給用熱媒を給水加熱器に
より生成させる方式では、専用の熱交換器を設置する必
要がない。このことはプラントの製造コストを低減する
ことにもつながる。

第５図に示した実施例では熱供給温度は１２０℃の一種
類としている。しかし、より高温の温度全もった熱媒が
必要である場合には、高温、高圧側の給水加熱器を使用
すれば良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、熱併給発電システムにおいて、タービ
ン系の給水加熱器を用いて熱供給熱媒を生成するため、
システムの熱利用率の向上と製造コストの低減が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来考えられていた原子力用熱併給発電システ
ムを示す図、第２図はシステムの熱利用率を説明するエ
ントロピ一温度関係図、第３図と第４図は抽気タービン
方式と背圧タービン方式音用いた熱供給の例を示す図、
第５図は本発明の実施例を示す図である。 １１０・・・原子炉、１２０・・・熱交換器、１３０・
・・タービン、１４０・・・給水加熱器、１５０・・・
復水器、１６０・・・発電機、１７０・・・湿分分離器
。 Ｊ１７　　目 ￥２目 エニトロピー 茅３　目 茅４−目

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、原子炉の炉心で発生するエネルギーあるいは化石燃
   料のエネルギーを利用して、電力と同時に熱エネルギー
   を供給する原子力あるいは火力プラントにおいて、熱供
   給用の熱媒体をタービン系ノ給水加熱器ケ用いて、ター
   ビンからの抽気蒸気により加熱することを特徴とする熱
   併給発電システム。