JP2001107706A - 蒸気プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度差のある２種類の蒸気を、翼段の圧力に
影響されることなく円滑に供給可能とするとともに、翼
段の熱応力が抑制されて、従来技術よりもタービン性能
が向上し、強度の向上がなされ、さらには、全運転域に
おいて高温、低温蒸気の切り替え手段を必要としない簡
単な構造の蒸気プラントを得る。 【解決手段】 低温蒸気とこれよりも高温に保持され
た高温蒸気とを併用して蒸気タービンを駆動するように
した蒸気プラントにおいて、前記蒸気タービンは、ター
ビンケーシング内に、前記低温蒸気が導入される低温蒸
気室と前記高温蒸気が導入される高温蒸気室とを独立し
て設けるとともに、該低温蒸気室から第１段翼列に前記
低温蒸気を噴出する低温蒸気供給口と、前記高温蒸気室
から前記第１段翼列に前記高温蒸気を噴出する高温蒸気
供給口とを併設してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度の異なる２種
類の蒸気、例えばごみ焼却プラントの廃熱ボイラで発生
した比較的低温の蒸気とこれを加熱装置で加熱して生成
された高温蒸気とを併用して駆動される蒸気タービンを
備えた蒸気プラントに関する。

【０００２】

【従来の技術】ごみ焼却プラントにおいては、ごみ焼却
炉の廃熱を利用した廃熱ボイラで発生した比較的低温の
蒸気を加熱装置で加熱して高温蒸気を生成し、かかる低
温蒸気と高温蒸気とを併用して蒸気タービンを駆動する
方式が採用されている。

【０００３】かかる低温蒸気と高温蒸気とを併用して蒸
気タービンを駆動する場合、低温蒸気と高温蒸気とを蒸
気タービンの入口配管において混合させる手段が考えら
れるが、前記高温蒸気が約５００°Ｃ、低温蒸気が約３
００°Ｃと、最大２００°Ｃ程度の温度差があるため、
配管の混合部において高い熱応力が発生し、配管に亀裂
が生じ易い。

【０００４】図４はかかる問題点を解決する技術とし
て、本件出願人が特開平１０−１６０１１０号において
提案した発明の構成図である。図４において、５はごみ
焼却炉、３は廃熱ボイラであり、該廃熱ボイラで発生さ
せた蒸気をガスタービン１０からの排ガスを用いた加熱
器２で加熱して昇温し、この高温蒸気を発電機０１１駆
動用の蒸気タービン１に供給して、該蒸気タービン１を
駆動した後、該蒸気タービン１の途中の段落から抽出さ
れる蒸気を再度加熱器２にて加熱して、蒸気タービン１
の後段側に供給している。これにより、加熱器の熱効率
を向上させることができる。尚、７は煙突、１３は復水
器である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】かかるごみ焼却プラン
トにおいては、該プラントの起動時には廃熱ボイラで発
生した比較的低温低圧の蒸気で蒸気タービンを駆動し、
通常運転に入ると、ガスタービンの排ガス熱で加熱され
た高温過熱蒸気を、前記低温蒸気と併用するように切り
替えるようになっている。

【０００６】従って、かかる従来技術にあっては、起動
時と通常運転時とで低温及び高温の２種類の温度の蒸気
を使い分けているため、蒸気の切り替え手段を必要とす
るとともに、切り替え時期の設定が面倒である。このた
めプラントの構造が複雑となるとともに、蒸気タービン
の運転が煩雑となる。

【０００７】また、図４に示されている特開平１０−１
６０１１０号の技術にあっては、低温蒸気を蒸気タービ
ンの定格出力の性能仕様によって設定された翼段に投入
するように構成されているため、運転域によっては投入
される低温蒸気の圧力あるいは温度が当該翼段におけ
る、圧力あるいは温度とマッチングせず、低温蒸気の圧
力が当該翼段における圧力よりも低くなって、低温蒸気
の投入が円滑になされず、蒸気タービンの性能低下を来
す。また、運転域によっては、低温蒸気と当該翼段との
間に温度差を生ずることがあり、当該翼段において前記
温度差による熱応力が発生し、動翼やロータの破損を招
く、等の問題点を有する。

【０００８】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、温
度差のある２種類の蒸気を、翼段の圧力に影響されるこ
となく円滑に供給可能とするともに、翼段の熱応力が抑
制されて、従来技術よりもタービン性能が向上し、強度
の向上がなされ、さらには、全運転域において高温、低
温蒸気の切り替え手段を必要としない簡単な構造の蒸気
プラントを得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、請求項１記載の発明として、低温蒸気とこ
れよりも高温に保持された高温蒸気とを併用して蒸気タ
ービンを駆動するようにした蒸気プラントにおいて、前
記蒸気タービンは、タービンケーシング内に、前記低温
蒸気が導入される低温蒸気室と前記高温蒸気が導入され
る高温蒸気室とを独立して設けるとともに、該低温蒸気
室から第１段翼列に前記低温蒸気を噴出する低温蒸気供
給口と、前記高温蒸気室から前記第１段翼列に前記高温
蒸気を噴出する高温蒸気供給口とを併設したことを特徴
とする蒸気プラントを提案する。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１におい
て、前記高温蒸気供給口は、前記第１段翼列に、その下
部寄りの一定範囲の部位から前記高温蒸気を供給するよ
うに、該第１段翼列に対向して円周方向に複数個設けら
れ、前記低温蒸気供給口は、前記第１段翼列に前記高温
蒸気とは異なる一定範囲の部位から低温蒸気を供給する
ように、該第１段翼列に対向して円周方向に複数個設け
られてなる。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１におい
て、前記複数個の高温蒸気供給口の形状及び該供給口か
ら供給される高温蒸気の流量、並びに前記複数個の低温
蒸気供給口の形状及び該供給口から供給される低温蒸気
の流量を、前記第１段翼列出口における前記高温蒸気及
び低温蒸気の圧力がほぼ同一になるように設定してな
る。

【００１２】かかる発明によれば、低温蒸気と高温蒸気
とを蒸気タービンの第１段翼列に作用させて、該蒸気タ
ービンを回転駆動するので、低温蒸気と高温蒸気とはタ
ービン翼車の回転により適度に混合せしめられて前記第
１段翼列に作用し、所定の圧力まで膨張した後、第２段
翼列に流入せしめられる。

【００１３】従って、かかる発明によれば、高温蒸気と
低温蒸気とを常時第１段翼列に流し、タービン翼車の回
転によって混合させるので、起動時と通常運転時とで格
別な蒸気の切り替え手段を必要とせず、２種類の温度の
蒸気による運転を常時円滑になすことができる。

【００１４】また、高温蒸気及び低温蒸気を常時第１段
翼列に供給するので、従来技術のような、低温蒸気投入
翼段の圧力が該低温蒸気の圧力よりも高くなって低温蒸
気の供給不良が生じたり、低温蒸気投入翼段と低温蒸気
との温度差による熱応力の発生をみる、等の不具合の発
生が防止される

【００１５】また、温度差のある高温蒸気と低温蒸気と
を第１段翼車の回転によって混合せしめるので、第１段
翼列における前記高温、低温蒸気の温度差が緩和され、
かかる温度差による熱応力が抑制され、また、第２段翼
列以降については前記高温蒸気と低温蒸気とが完全に混
合された蒸気が供給されるので、前記のような熱応力の
発生はない。

【００１６】従って、かかる発明によれば、第１段翼列
に別個に供給した高温蒸気と低温蒸気とを、第１段翼車
の回転を利用して混合させることにより、常時２つの蒸
気を翼段の圧力に影響されることなく円滑に供給できる
とともに、翼段の熱応力が抑制される。これにより、従
来技術よりもタービン性能が向上し、強度の向上がなさ
れ、さらには、全運転域において高温、低温蒸気の切り
替え手段を必要としない簡単な構造の蒸気プラントを得
ることができる。

【００１７】請求項４記載の発明は、請求項１ないし３
記載の発明を、ごみ焼却プラントにおける廃熱ボイラか
らの蒸気により駆動される蒸気タービンに適用したもの
で、ごみの焼却熱により蒸気を発生する廃熱ボイラと、
ガスタービン等の第２の熱源からの加熱流体により前記
廃熱ボイラからの低温蒸気を加熱して高温蒸気を生成す
る加熱装置と、前記低温蒸気と高温蒸気とを併用して駆
動される蒸気タービンとを備えた蒸気プラントにおい
て、前記蒸気タービンは、タービンケーシング内に、前
記廃熱ボイラからの低温蒸気が導入される低温蒸気室
と、前記加熱装置からの高温蒸気が導入される高温蒸気
室とを独立して設けるとともに、該低温蒸気室から第１
段翼列に前記低温蒸気を噴出する低温蒸気供給口と、前
記高温蒸気室から前記第１段翼列に前記高温蒸気を噴出
する高温蒸気供給口とを併設したことを特徴とする蒸気
プラントにある。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００１９】図１は、本発明の実施形態に係るごみ焼却
プラント用蒸気タービンの蒸気入口近傍のロータ軸心線
に沿う断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図
３は上記ごみ焼却プラントの主要部構成図である。

【００２０】図３において、５はごみ焼却炉、３は該ご
み焼却炉５の廃熱により蒸気を発生する廃熱ボイラ、６
は集塵装置、７は煙突である。１０はガスタービン、２
は加熱器であり、該加熱器２においては、前記廃熱ボイ
ラ３で発生し低温蒸気管４を経て導入された蒸気を、前
記ガスタービン１０から排ガス管３０を経て導入された
排ガスにより加熱して、高温蒸気を生成する。

【００２１】１は蒸気タービン、０１１は該蒸気タービ
ン１により駆動される発電機、９は復水管である。前記
蒸気タービン１の第１段翼列入口には、前記加熱器２か
らの高温蒸気が高温蒸気管０３を通って供給されるとと
もに、前記廃熱ボイラ３からの低温蒸気が低温蒸気管４
を通って供給されている。また、必要に応じて、前記低
温蒸気管４から分岐された蒸気管４ａから中間の段落に
低温蒸気を供給するようにしても良い。

【００２２】前記蒸気タービン１の詳細を示す図１、図
２において、２２はタービンロータ、２１は該タービン
ロータ２２に複数植設された第１段動翼である。１７は
タービンケ−シング、１８は該タービンケ−シング１７
内に形成された蒸気入口室であり、該蒸気入口室１８は
前記低温蒸気管４に接続されて、前記廃熱ボイラ３から
の低温蒸気が導入されている。

【００２３】１９は前記タービンケ−シング１７内の第
１段翼列の入口側に、環状に形成された蒸気室、０２は
前記蒸気入口室１８と蒸気室１９との間に１個あるいは
複数（この場合は３個）設けられて、蒸気流量を制御す
る蒸気加減弁である。

【００２４】１５は低温蒸気ダクトで、前記蒸気室１９
と第１段動翼２１との間に、該第１段動翼２１のほぼ上
半分に設けられ、前記蒸気室１９を通った低温蒸気が導
入されている。１３は前記低温蒸気ダクト１５に設けら
れた低温蒸気供給口で、前記第１段動翼２１の入口に向
けて円周方向に沿って複数個開設され、該低温蒸気ダク
ト１５内の低温蒸気を前記第１段動翼２１に噴出するよ
うになっている。

【００２５】１４は高温蒸気ダクトで、前記蒸気室１９
内のほぼ下半分に、前記低温蒸気ダクト１５とは独立し
て設けられており、これの高温蒸気入口１１は前記高温
蒸気管０３に接続されて、前記加熱器２からの高温蒸気
が導入されている。１２は前記高温蒸気ダクト１４に設
けられた高温蒸気供給口で、前記第１段動翼２１の入口
に向けて円周方向に沿って複数個開設され、該高温蒸気
ダクト１４内の高温蒸気を前記第１段動翼２１に噴出す
るようになっている。

【００２６】前記低温蒸気供給口１３及び高温蒸気供給
口１２の設置数、設置割合、分布等は前記態様に限ら
ず、適宜設定する。また、前記低温蒸気供給口１３及び
高温蒸気供給口１２は、それらの数及び通路形状を、第
１段動翼２１出口の蒸気圧力が全周において同一になる
ように設定する。

【００２７】かかる構成からなる蒸気プラントにおい
て、廃熱ボイラ３で発生した蒸気即ち低温蒸気は、低温
蒸気管４を通って加熱器２に入り、ここでガスタービン
１０からの排ガスと熱交換することにより加熱されて、
高温蒸気となり、高温蒸気管０３を通って蒸気タービン
１に導かれる。一方、前記廃熱ボイラ３からの低温蒸気
は、加熱器２の上流で分岐されて前記蒸気タービン１に
導かれる。

【００２８】前記蒸気タービン１に導かれた低温蒸気
は、蒸気入口室１８に入り、蒸気加減弁０２により流量
を調整されて蒸気室１９に流入する。そして、該低温蒸
気は低温蒸気ダクト１５にて円周方向に広がり、複数の
低温蒸気供給口１６から第１段動翼２１に向けて噴出せ
しめられる。

【００２９】一方、前記蒸気タービン１に導かれた高温
蒸気は、高温蒸気入口１１から高温蒸気ダクト１４に入
り、ここで円周方向に広がり、複数の高温蒸気供給口１
２から第１段動翼２１に向けて噴出せしめられる。

【００３０】前記のような低温蒸気及び高温蒸気の第１
段動翼２１への供給により、タービンロータ２２が回転
駆動せしめられる。この際において、複数の低温蒸気供
給口１６から供給される低温蒸気と、複数の高温蒸気供
給口１２から供給される高温蒸気とは、前記タービンロ
ータ２２の回転力により円周方向に移動しつつ混合せし
められる。

【００３１】従って、かかる混合により、第１段動翼２
１及びその翼車における高温、低温蒸気の温度差が緩和
され、該温度差による熱応力が抑制される。また、第２
段翼列以降においては、高温、低温蒸気が完全に混合さ
れることとなり、かかる温度差による熱応力の発生は阻
止される。

【００３２】また、前記のように、低温蒸気供給口１３
及び高温蒸気供給口１２は、それらの数及び通路形状
を、第１段動翼２１出口の蒸気圧力が全周において同一
になるように設定されているので、第１段動翼２１出口
の圧力分布は円周方向に均一となり、スムーズな蒸気流
動がえられる。

【００３３】

【発明の効果】以上記載のごとく、本発明によれば、第
１段翼列に別個に供給した高温蒸気と低温蒸気とを、第
１段翼車の回転を利用して混合させることにより、常時
２つの蒸気を翼段の圧力に影響されることなく円滑に供
給できるとともに、翼段の熱応力が抑制される。これに
より、従来技術よりもタービン性能が向上し、強度の向
上がなされ、さらには、全運転域において高温、低温蒸
気の切り替え手段を必要としない簡単な構造の蒸気プラ
ントを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係るごみ焼却プラント用
蒸気タービンの蒸気入口近傍のロータ軸心線に沿う断面
図である。

【図２】 図１のＡーＡ線に沿う断面図である。

【図３】 上記ごみ焼却プラントの主要部構成図であ
る。

【図４】 従来技術に係るごみ焼却プラントの主要部構
成図である。

【符号の説明】

１ 蒸気タービン ２ 加熱器 ０２ 蒸気加減弁 ３ 廃熱ボイラ ０３ 高温蒸気管 ４ 低温蒸気管 ５ ごみ焼却炉 １０ ガスタービン １１ 高温蒸気入口 ０１１ 発電機 １２ 高温蒸気供給口 １３ 低温蒸気供給口 １４ 高温蒸気ダクト １５ 低温蒸気ダクト １６ 低温蒸気入口 １７ タービンケーシング １８ 蒸気入口室 １９ 蒸気室 ２１ 第１段動翼 ２２ タービンロータ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｇ 5/46 Ｆ２３Ｇ 5/46 Ｚ (72)発明者 清水 和広 横浜市中区錦町12番地 三菱重工業株式会 社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 3G081 BB00 BC07 BC13 BD00 DA04 3K065 AA24 AB01 AC01 BA01 JA05 JA18 JA23

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低温蒸気とこれよりも高温に保持された
   高温蒸気とを併用して蒸気タービンを駆動するようにし
   た蒸気プラントにおいて、前記蒸気タービンは、タービ
   ンケーシング内に、前記低温蒸気が導入される低温蒸気
   室と前記高温蒸気が導入される高温蒸気室とを独立して
   設けるとともに、該低温蒸気室から第１段翼列に前記低
   温蒸気を噴出する低温蒸気供給口と、前記高温蒸気室か
   ら前記第１段翼列に前記高温蒸気を噴出する高温蒸気供
   給口とを併設したことを特徴とする蒸気プラント。
2. 【請求項２】 前記高温蒸気供給口は、前記第１段翼列
   に、その下部寄りの一定範囲の部位から前記高温蒸気を
   供給するように、該第１段翼列に対向して円周方向に複
   数個設けられ、前記低温蒸気供給口は、前記第１段翼列
   に前記高温蒸気とは異なる一定範囲の部位から低温蒸気
   を供給するように、該第１段翼列に対向して円周方向に
   複数個設けられてなる請求項１記載の蒸気プラント。
3. 【請求項３】 前記複数個の高温蒸気供給口の形状及び
   該供給口から供給される高温蒸気の流量、並びに前記複
   数個の低温蒸気供給口の形状及び該供給口から供給され
   る低温蒸気の流量を、前記第１段翼列出口における前記
   高温蒸気及び低温蒸気の圧力がほぼ同一になるように設
   定してなる請求項１記載の蒸気プラント。
4. 【請求項４】 ごみの焼却熱により蒸気を発生する廃熱
   ボイラと、ガスタービン等の第２の熱源からの加熱流体
   により前記廃熱ボイラからの低温蒸気を加熱して高温蒸
   気を生成する加熱装置と、前記低温蒸気と高温蒸気とを
   併用して駆動される蒸気タービンとを備えた蒸気プラン
   トにおいて、前記蒸気タービンは、タービンケーシング
   内に、前記廃熱ボイラからの低温蒸気が導入される低温
   蒸気室と、前記加熱装置からの高温蒸気が導入される高
   温蒸気室とを独立して設けるとともに、該低温蒸気室か
   ら第１段翼列に前記低温蒸気を噴出する低温蒸気供給口
   と、前記高温蒸気室から前記第１段翼列に前記高温蒸気
   を噴出する高温蒸気供給口とを併設したことを特徴とす
   る蒸気プラント。