JP2004278432A - 蒸気タービン発電プラント - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部とに分離するとともに、高圧タービンと第2中圧タービン部とを一体化し、第1中圧タービン部、低圧タービンおよび発電機に連結したことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンを有する蒸気タービン発電プラントに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、蒸気タービン発電プラントの高温部にはその大半に製造性や経済性に優れたフェライト系耐熱鋼が使用されいる(例えば、特許文献1ないし特許文献3参照)。しかし近年は、環境保全を背景とした火力発電設備の高効率化が積極的に進められ、600℃級程度の高温蒸気を利用した蒸気タービンが運転されており、このような蒸気タービンにおいてはフェライト系耐熱鋼の諸特性では要求特性を満足できない部品が少なからずあるため、より高温特性に優れた耐熱合金や耐熱合金鋼が使用されている場合もある。
【0003】
図8に一般的な蒸気タービンプラントの概略系統図を示す。図8において、高圧タービン1、中圧タービン2、低圧タービン3および発電機4の各軸は同一軸線上で連結され、軸系の振動に対する安定性を確保するようにしている。ところで、ボイラ5で発生した主蒸気は主蒸気管12を通して高圧タービン1に送られて膨張仕事を行ったのち低温再熱管6を経て再熱器7に送られて再熱され、高温再熱管8を経て中圧タービン2に送られる。この中圧タービン2で仕事を行った蒸気はクロスオーバー管9を通って低圧タービン3に送られる。そしてこの低圧タービン3で仕事を行った蒸気は復水器10で復水されたのち、ボイラ給水ポンプ11によってボイラ5に還流するように構成されている。
【0004】
このように構成された蒸気タービン発電プラントにおいては、再熱蒸気条件が650℃以上の高温下での運転を想定した場合は、中圧タービンロータおよび中圧タービンケーシングにも、オーステナイト系耐熱合金や耐熱合金鋼製の部品素材の使用部位が拡大することは必至である。
【0005】
しかしながら、オーステナイト系耐熱合金や耐熱合金鋼は、高温特性は優れるもののフェライト系耐熱鋼に比べて素材の製造性が劣り、所望の形状への成形や成形後に本来の特性を発揮させることが困難な場合が多いことに加え、設備コストの上昇を招くことになる。一方、650℃級以上の高温蒸気を利用した蒸気タービンの設備に対してオーステナイト系耐熱合金材料の使用量を少なくするようにした発明は、特許文献4ないし特許文献6などで提案されている。
【0006】
図9は特許文献4で提案されているシステムの概略系統図を示したものであり、図8中の要素と対応する部分には同一符号をつけている。図9において、高圧タービンは高圧側の第1高圧タービン部1aと低圧側の第2高圧タービン部1bとに分離され、同様に中圧タービンは高圧側の第1中圧タービン部2aと第2中圧タービン部2bに分離され、そして第1高圧タービン部1aと第1中圧タービン部2aとを一体化し、第2高圧タービン部1bと第2中圧タービン部2bとを一体化し、それらを低圧タービン3、発電機4と同一軸線上で連結してするように構成している。
【0007】
ところで、ボイラ5で発生した主蒸気は主蒸気管12を通して第1高圧タービン部1aに送られ、そこで膨張仕事を行ったのち高圧部連絡管13を経て第2高圧タービン部1bに送られ、さらにそこで膨張仕事を行ったのち、低温再熱管6を通して再熱器7に送られ、そこで再熱される。この再熱された蒸気は高温再熱管8を経て高圧側の第1中圧タービン部2aに送られ、この高圧側の第1中圧タービン部2aで仕事を行った蒸気は中圧部連絡管14を通って第2中圧タービン部2bに送られる。この第2中圧タービン部2bで膨張仕事を行った蒸気はクロスオーバー管9を通って低圧タービン3a、3bに送られる。そしてこの低圧タービン3a、3bで仕事を行った蒸気は復水器10で復水されたのち、ボイラ給水ポンプ11によってボイラ5に還流するように構成されている。
【0008】
このように構成されたタービン発電プラントにおいては、高圧タービン入口蒸気条件も超高温であり高圧タービン構成部材に対してもオーステナイト系材料を使用する必要がある。そこで、オーステナイト系材料の使用量を少なくし、軸数の増加を抑えるため、オーステナイト系材料で構成することが必要な第1高圧タービン部1aと第1中圧タービン部2aとを一体化し、またフェライト系材料で構成可能な第2高圧タービン部1bと第2中圧タービン部2bとを一体化した構造としている。
【0009】
【特許文献1】
特公昭60−54385号公報
【特許文献2】
特開平2−149649号公報
【特許文献3】
特開平6−306550号公報
【特許文献4】
特開平7−247806号公報
【特許文献5】
特開2000−282808号公報
【特許文献6】
特許第3095745号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高圧タービンは中圧タービンに比べて圧力が4〜6倍程度高く設定されることが多く、第1高圧タービン部を構成するケーシングや高圧タービンに蒸気を導く主蒸気管やボイラの構成部材等は高圧に耐え得るような厚肉材にせざるを得ない。このようなオーステナイト系材料の厚肉材料の使用は設備コストの上昇を招くとともに、オーステナイト系材料はフェライト系材料に比較して熱伝導率が低いため、プラント起動時やプラント停止時などの負荷変化時に熱応力が過大とならないように、負荷変化率を低く抑える必要があり、通常の蒸気発電プラントに比べて運転特性が著しく悪くなる。
【0011】
本発明は以上述べた従来技術の課題を解決するためになされたもので、超高温に耐える高級材料の使用量を少なくして設備コストの上昇を抑制するとともに、軸数の増加を抑えて軸系の振動に対する安定性を確保し、良好な運転特性を有する蒸気タービン発電プラントを提供することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に係わる蒸気タービン発電プラントの発明は、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部とに分離するとともに、高圧タービンと第2中圧タービン部とを一体化し、これを第1中圧タービン部、低圧タービンおよび発電機に連結したことを特徴とする。
【0013】
また、請求項2に係わる蒸気タービン発電プラントの発明は、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部とに分離するとともに、高圧タービンと第1中圧タービン部とを一体化し、これを第2中圧タービン部、低圧タービンおよび発電機に連結し、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を中圧タービン部に導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする。
【0014】
また、請求項3係わる蒸気タービン発電プラントの発明は、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部に分離するとともに、高圧タービンと第2中圧タービン部と低圧タービンとを一体化し、これらを第1中圧タービン部および発電機に連結したことを特徴とする。
【0015】
また、請求項4係わる蒸気タービン発電プラントの発明は、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部に分離するとともに、高圧タービンと第1中圧タービン部をと一体化し、第2中圧タービン部と低圧タービンとを一体化し、それらを発電機に連結し、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を第1中圧タービン部に導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする。
【0016】
さらに、請求項6係わる蒸気タービン発電プラントの発明は、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンと発電機を連結するとともに、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を中圧タービンに導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする。
【0017】
請求項7係わる蒸気タービン発電プラントの発明は、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、高圧タービンと中圧タービンを一体化するとともに、これを低圧タービンおよび発電機に連結し、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を中圧タービンに導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図を通して対応する部分には同一符号を付けて説明を省略する。
【0019】
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態を示す図である。図1において、本実施の形態は、高圧タービンを分離せずに、中圧タービンのみを高温高圧側の中圧第1タービン部2aと低温低圧側の第2中圧タービン部2bとに分離し、高圧タービン1と第2中圧タービン部2bを一体化したうえで、高温高圧側の第1中圧タービン部2a、低圧タービン3および発電機4とともに同一軸線上で連結するように構成している。
【0020】
ボイラ5で600℃級まで高められて流出する主蒸気は、主蒸気管12を通して高圧タービン1に送られ、ここで膨張仕事を行ったのち低温再熱管6を通り再熱器7に流入する。この再熱器7は流入した蒸気を例えば700℃級に再熱し、高温再熱管8を経て第1中圧タービン部2aに供給する。この第1中圧タービン部2aのロータは700℃級の高温蒸気に耐え得るオーステナイト系耐熱鋼で構成されている。第1中圧タービン部2aのタービン翼を例えば4段落で構成するとすれば、この第1中圧タービン2aで膨張仕事をした蒸気は550℃級まで低下して第4段落出口から排気され、中圧部連絡管14を経て第2中圧タービン部2bに供給される。
【0021】
第2中圧タービン部2bでさらに膨張仕事をした蒸気はクロスオーバ管9を通り、低圧タービン3に供給され、ここで膨張仕事をしたのち復水器10で復水され、ボイラ給水ポンプ11で昇圧されてボイラ5に還流される。ボイラ5に還流された復水は、前述した通りタービン材料にフェライト系耐熱鋼が使用可能な温度領域、例えば600℃級まで加熱され、主蒸気管12を経て高圧タービン1に供給される。なお、発電機4は各蒸気タービンの膨張仕事によって回転駆動され、発電する。
【0022】
以上述べたように、第1の実施の形態によれば、中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部2aと低温低圧側の第2中圧タービン部2bとに分離することにより、オーステナイト系耐熱合金材料の超高温に耐える高級材料の使用が必要となる部位は、650℃級以上の蒸気に晒される第1中圧タービン部に限定されるので、高圧タービン、第2中圧タービン部および低圧タービンは従来と同様にフェライト系材料で構成することができる。
【0023】
その結果、本実施の形態は、650℃級以上の超高温に耐え得るオーステナイト系耐熱合金材料の使用量を少なくして設備コストの上昇を抑制することができる。しかもオーステナイト系耐熱合金材料の使用範囲は蒸気圧力の低い中圧部に限定できるため、比較的薄肉材料で構成することが可能となる。
【0024】
また、中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部2aと低温低圧側の第2中圧タービン部2bとに分離したうえで、高圧タービン1と第2中圧タービン部2bを一体化するようにしたので、軸構成も従来の蒸気タービン発電プラント並みに抑えることができ、軸系の振動に対する安定性を確保することができるという特長を備えている。
【0025】
(第2の実施の形態)
図2は本発明の第2の実施形態を示す図である。本実施の形態は図2で示すように、第1の実施の形態の1部を変更したものであり、高圧タービン1と、第2中圧タービン部2bと、低圧タービン3とを一体化して、第1中圧タービン部2aおよび発電機4と同一軸線上で連結するように構成したものである。この実施の形態は、比較的小容量のタービンの場合に実現可能である。
【0026】
この実施の形態によれば、高圧タービンと第2中圧タービン部と低圧タービンとを一体化したので、第1の実施の形態の特長に加え、第1の実施の形態よりも軸数を抑えることができる分だけ、軸系の振動に対するより一層の安定性を確保することができるという特長を備えている。
【0027】
(第3の実施の形態)
図3は本発明の第3の実施形態を示す図である。本実施の形態の場合も、中圧タービンのみを高温高圧側の中圧第1タービン部2aと低温低圧側の第2中圧タービン部2bとに分離したもので、高圧タービン1と第1中圧タービン部2aとを一体化したうえで、第2中圧タービン部2bと、低圧タービン3と発電機4とを同一軸線上で連結したものである。
【0028】
そして、高圧タービン1の排気の一部または高圧タービン1から抽気した蒸気の一部をクーリング蒸気管15を通して第1中圧タービン部2aにクーリング蒸気として供給し、この第1中圧タービン部2aのロータおよびケーシングを冷却するように構成したものである。この場合第1中圧タービン部2aのクーリング蒸気条件は、第1中圧タービン部2aに導入される高温再熱蒸気よりも高圧でかつ低温である必要があるが、高圧タービン排気蒸気または高圧タービンから抽気される蒸気はこの冷却蒸気条件を満足するものである。しかも、第1中圧タービン部2aにクーリング蒸気を導入することにより、第1中圧タービン部2aのロータおよびケーシングはフェライト系材料の使用が可能な温度域にまで冷却されるので、高圧タービン1との一体化が可能となる。
【0029】
また、本実施の形態の場合、高圧タービン1と第1中圧タービン部2aとは隣接して設置されるため、クーリング蒸気管15の管長を短くすることができるという特長を備えている。
【0030】
(第4の実施の形態)
図4は本発明の第4の実施形態を示す図である。本実施の形態は図4で示すように、第3の実施の形態の1部を変更したものであり、中圧タービンのみを高温高圧側の中圧第1タービン部2aと、低温低圧側の第2中圧タービン部2bとに分離したうえで、一方の第1中圧タービン部2aを高圧タービン1と一体化し、他方の第2中圧タービン部2bと低圧タービン3とを一体化し、これらを発電機4とともに同一軸線上で連結するように構成し、また、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部をクーリング蒸気管15を通して第1中圧タービン部2aに供給し、第1中圧タービン部2aのロータおよびケーシングのクーリング蒸気として使用するように構成したものである。
この実施の形態は、第2中圧タービン部2bと低圧タービン3とを一体化可能な比較的小容量のタービンで実現可能である。
【0031】
この実施の形態によれば、第2中圧タービン部と低圧タービンとを一体化したので、第3の実施の形態の特長に加えて、第3の実施の形態よりも軸数を抑えることができる分だけ、軸系の振動に対するより一層の安定性を確保することができるという特長を備えている。
【0032】
(第5の実施の形態)
図5は本発明の第5の実施形態を示す図である。本実施の形態は、図1で示す第1の実施の形態に対して、第1中圧タービン部2aの排気を第2中圧タービン部2bに供給する中圧部連絡管14の途中に再熱蒸気止め弁16およびインターセプト弁17を設置するように構成したものである。
【0033】
第1中圧タービン部2aに蒸気を導く高温再熱管8は内部の蒸気が650℃級以上の温度であるためオーステナイト系材料を用いざるを得ないが、第1中圧タービン部2aで仕事した後の蒸気は例えば600℃級以下となり、フェライト系材料の使用範囲温度まで低下する。
【0034】
したがって、第1中圧タービン部2aの排気を第2中圧タービン部2bに導く中圧部連絡管14およびその途中に設置する再熱蒸気弁16、インターセプト弁17は、フェライト系耐熱鋼を使用することが可能となり、設備コストを抑制することができる。
【0035】
(第6の実施の形態)
図6は本発明の第6の実施形態を示す図である。本実施の形態は、図6で示すように、高圧タービン1と中圧タービン2と低圧タービン3とを発電機4と同一軸線上で連結するように構成し、さらに、高圧タービン1から排気した蒸気の一部または高圧タービン1から抽気した蒸気の一部をクーリング蒸気管15を通して中圧タービン2に供給するように構成することにより、中圧タービン2のロータおよびケーシングを蒸気冷却するようにしたものである。
【0036】
このように、中圧タービン2にクーリング蒸気を導入して冷却することにより、中圧タービン2のロータおよびケーシングをフェライト系材料が使用可能な温度にまで冷却することができる。
【0037】
この結果、中圧タービン2のロータおよびケーシングを全てフェライト系材料とすることが可能であり、中圧タービン2にオーステナイト系材料を用いる場合に比べ設備コストを抑制することができる。
【0038】
(第7の実施の形態)
図7は本発明の第7の実施形態を示す図である。本実施の形態は図7で示すように、第6の実施の形態の1部を変更したものであり、高圧タービン1と中圧タービン2とを一体化し、これに低圧タービン3と発電機4を同一軸線上で連結するように構成し、さらに、高圧タービン1から排気した蒸気の一部または高圧タービン1から抽気した蒸気の一部をクーリング蒸気管15を通して中圧タービン2に供給するように構成することにより、中圧タービン2のロータおよびケーシングを蒸気冷却するように構成したものである。
【0039】
この第7の実施の形態によれば、第6の実施の形態よりも高圧タービン1と中圧タービン2とを一体化した分だけ軸数の増加を抑えることができ、軸系の振動に対する安定性をより一層確保するとともに、良好な運転特性を有する蒸気タービン発電プラントを提供することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、第1の発明によれば、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンとを発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、中圧タービンを高温高圧側の第1の中圧タービン部と、低温低圧側の第2の中圧タービン部とに分離するように構成したので、超高温に耐える高級材料の使用量が少なく設備コストの上昇を抑制することができ、しかも軸数の増加を抑えることにより軸系の振動に対する安定性を確保して、良好な運転特性を有する蒸気タービン発電プラントを提供することができる。
【0041】
また、第2の発明によれば高圧タービンから抽気した蒸気を中圧タービンにクーリング蒸気として導入するように構成したので、650℃級以上の超高温に耐える高級材料の使用量が少なく設備コストの上昇を抑制することのできる蒸気タービン発電プラントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す系統図。
【図2】本発明の第2の実施の形態を示す系統図。
【図3】本発明の第3の実施の形態を示す系統図。
【図4】本発明の第4の実施の形態を示す系統図。
【図5】本発明の第5の実施の形態を示す系統図。
【図6】本発明の第6の実施の形態を示す系統図。
【図7】本発明の第7の実施の形態を示す系統図。
【図8】一般的な蒸気タービンプラントの概略系統図。
【図9】従来の高温蒸気タービンプラントの概略系統図。
【符号の説明】
1…高圧タービン、1a…第1高圧タービン部、1b…第2高圧タービン部、2…中圧タービン、2a…第1中圧タービン部、2b…第2中圧タービン部、3…低圧タービン、4…発電機、5…ボイラ、6…低温再熱管、7…再熱器、8…高温再熱管、9…クロスオーバー管、10…復水器、11…ボイラ給水ポンプ、12…主蒸気管、13…高圧部連絡管、14…中圧部連絡管、15…クーリング蒸気管、16…再熱蒸気止め弁、17…インターセプト弁。
Claims (7)
- 高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、
中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部とに分離するとともに、高圧タービンと第2中圧タービン部とを一体化し、これを第1中圧タービン部、低圧タービンおよび発電機に連結したことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。 - 高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、
中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部とに分離するとともに、高圧タービンと第1中圧タービン部とを一体化し、これを第2中圧タービン部、低圧タービンおよび発電機に連結し、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を中圧タービン部に導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。 - 高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、
中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部に分離するとともに、高圧タービンと第2中圧タービン部と低圧タービンとを一体化し、これらを第1中圧タービン部および発電機に連結したことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。 - 高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、
中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部に分離するとともに、高圧タービンと第1中圧タービン部をと一体化し、第2中圧タービン部と低圧タービンとを一体化し、それらを発電機に連結し、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を第1中圧タービン部に導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。 - 前記第1中圧タービン部の排気を前記第2中圧タービン部に供給する中圧部連絡管を設け、この中圧部連絡管の途中に再熱蒸気止め弁とインターセプト弁を挿入したことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の蒸気タービン発電プラント。
- 高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、
高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンと発電機を連結するとともに、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を中圧タービンに導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。 - 高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、
高圧タービンと中圧タービンを一体化するとともに、これを低圧タービンおよび発電機に連結し、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を中圧タービンに導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。
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