JP2010121632A - 蒸気タービンプラントおよびその中圧タービンの冷却方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】再熱蒸気の温度を超高温化させてプラント熱効率をより一層向上させるとともに
、再熱蒸気の高温化に対処してタービン構成部品に高い強度保証を維持させる蒸気タービ
ンプラントおよび蒸気タービンプラントの冷却方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る蒸気タービンプラントは、蒸気発生器９に蒸気タービン１、復
水系１３、給水系１４を組み合せた蒸気タービンプラントにおいて、蒸気タービン部１の
中圧タービン２にノズルボックスを設け蒸気発生器９からの再熱蒸気をこのノズルボック
ス４５を介して供給するとともに、中圧タービン２のロータ３０と内側ケーシング２８の
間の空間と、前記内側ケーシング２８と外側ケーシング２７の間の空間にそれぞれ冷却蒸
気を導入し、ノズルボックス４５およびタービン段落２９のうちの少なくとも最も上流に
位置する段落を冷却する。
【選択図】 図１
、再熱蒸気の高温化に対処してタービン構成部品に高い強度保証を維持させる蒸気タービ
ンプラントおよび蒸気タービンプラントの冷却方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る蒸気タービンプラントは、蒸気発生器９に蒸気タービン１、復
水系１３、給水系１４を組み合せた蒸気タービンプラントにおいて、蒸気タービン部１の
中圧タービン２にノズルボックスを設け蒸気発生器９からの再熱蒸気をこのノズルボック
ス４５を介して供給するとともに、中圧タービン２のロータ３０と内側ケーシング２８の
間の空間と、前記内側ケーシング２８と外側ケーシング２７の間の空間にそれぞれ冷却蒸
気を導入し、ノズルボックス４５およびタービン段落２９のうちの少なくとも最も上流に
位置する段落を冷却する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、蒸気の温度を高温化させてプラント熱効率の向上を図るとともに、蒸気の高
温化に対処し、冷却蒸気を供給して構成部品の強度保証を高める蒸気タービンプラントお
よびその中圧タービンの冷却方法に関する。
温化に対処し、冷却蒸気を供給して構成部品の強度保証を高める蒸気タービンプラントお
よびその中圧タービンの冷却方法に関する。
最近の蒸気タービンプラントでは、プラント熱効率の向上の強化見直しの一環として蒸
気の高温化が検討されている。
気の高温化が検討されている。
蒸気の高温化は、ランキンサイクルの特性であり、蒸気温度を高くすればする程、プラ
ント熱効率を向上させることができるとされている。
ント熱効率を向上させることができるとされている。
このため、蒸気タービンプラントは、ひところの比較的低温、低圧の蒸気条件から蒸気
温度５３８℃／５６６℃または５３８℃／５３８℃の一段再熱にほぼ定着しつつある。
温度５３８℃／５６６℃または５３８℃／５３８℃の一段再熱にほぼ定着しつつある。
しかし、最近のように、温暖化現象や環境破壊等が地球規模レベルでクローズアップさ
れている今日、蒸気タービンプラントの分野でも燃料の消費をより一層少なくさせて単機
容量を増加させる研究開発が進められており、その一つに再熱蒸気温度を７００℃以上に
し、この超高温再熱蒸気を中圧タービンに供給することが提案されている。
れている今日、蒸気タービンプラントの分野でも燃料の消費をより一層少なくさせて単機
容量を増加させる研究開発が進められており、その一つに再熱蒸気温度を７００℃以上に
し、この超高温再熱蒸気を中圧タービンに供給することが提案されている。
６００℃程度の高温の蒸気を中圧タービンに導入する技術について、中圧タービンの主
蒸気インレット管を二重構造として蒸気冷却することなども提案されている（例えば、特
許文献１参照。）。
蒸気インレット管を二重構造として蒸気冷却することなども提案されている（例えば、特
許文献１参照。）。
しかしながら再熱蒸気温度を７００℃以上にする場合については、解決すべき多くの問
題が残されており、特にタービン構成部品の強度保証を如何にして行うかについては現在
模索中である。従来、火力発電プラントでは、蒸気タービンに使用するタービンロータ、
タービンノズル、タービン動翼、ノズルボックス（蒸気室）、蒸気供給管等のタービン構
成部品に改良された耐熱鋼を使用していたが、再熱蒸気温度が７００℃以上になると、タ
ービン構成部品の強度保証を高く維持させることが難しくなりつつある。
題が残されており、特にタービン構成部品の強度保証を如何にして行うかについては現在
模索中である。従来、火力発電プラントでは、蒸気タービンに使用するタービンロータ、
タービンノズル、タービン動翼、ノズルボックス（蒸気室）、蒸気供給管等のタービン構
成部品に改良された耐熱鋼を使用していたが、再熱蒸気温度が７００℃以上になると、タ
ービン構成部品の強度保証を高く維持させることが難しくなりつつある。
このため、蒸気タービンプラントでは、従来の改良された耐熱鋼をタービン構成部品に
そのまま使用しても強度保証を高く維持できる新たな技術の実現が望まれており、その手
段として蒸気冷却の採用が検討されている。
そのまま使用しても強度保証を高く維持できる新たな技術の実現が望まれており、その手
段として蒸気冷却の採用が検討されている。
しかし、蒸気冷却の採用と言えども、この技術分野にとっては未開発の分野であり、試
行錯誤を繰り返している。
行錯誤を繰り返している。
本発明は、このような背景技術に基づいてなされたもので、再熱蒸気の温度を超高温化
させてプラント熱効率をより一層向上させるとともに、再熱蒸気の高温化に対処してター
ビン構成部品に高い強度保証を維持させる蒸気タービンおよびその冷却方法、ならびに蒸
気タービンプラントを提供することを目的とする。
させてプラント熱効率をより一層向上させるとともに、再熱蒸気の高温化に対処してター
ビン構成部品に高い強度保証を維持させる蒸気タービンおよびその冷却方法、ならびに蒸
気タービンプラントを提供することを目的とする。
また、本発明に係る蒸気タービンプラントは、請求項１に記載したように、蒸気発生器
と、当該蒸気発生器にて発生した蒸気により駆動される高圧タービンと、前記高圧タービ
ンからの排気を前記蒸気発生器にて再熱した再熱蒸気を導くノズルボックスと前記高圧タ
ービンからの抽気蒸気を冷却蒸気として案内する冷却蒸気導入部を有し当該再熱蒸気によ
って駆動される中圧タービンと、当該中圧タービンからの排気蒸気により駆動される低圧
タービンと、当該低圧タービンからの排気蒸気を凝縮させる復水器と、当該復水器にて凝
縮した復水を給水として加熱する複数の給水加熱器とを備え、前記中圧タービンは、外側
ケーシングと内側ケーシングから構成されるケーシングと、前記内側ケーシング内に収納
されて回転するロータと、前記内側ケーシング側に固定され前記ロータの回転軸に対する
円周方向に配置されたノズルおよび当該ノズルと隣接する位置にて前記ロータに植設され
前記ロータとともに回転する動翼の１対からなるタービン段落を複数配置してなる通路部
と、前記ロータと前記内側ケーシングのとの間隙に前記ロータの回転軸と同心状に配置さ
れて前記通路部に連通するとともに、再熱蒸気が供給されるノズルボックスと、 前記ロ
ータと前記内側ケーシングの間および前記内側ケーシングと外側ケーシングの間の空間に
それぞれ冷却用蒸気を通流させるように設けられた冷却蒸気導入部と、内側ケーシングに
装着されるとともにノズルの外周側を保持する環状のダイアフラム外輪と、ノズルの内周
側を保持する環状のダイアフラム内輪とを備え、前記ダイアフラム外輪と前記内側ケーシ
ングの少なくとも一つとの間隙に冷却蒸気が通流するように構成され、かつ、内側ケーシ
ングは、当該内側ケーシングとダイアフラム外輪との間隙を通流した冷却蒸気を前記内側
ケーシングと外側ケーシングの間の空間に導く流出口をさらに備えることを特徴とするも
のである。
と、当該蒸気発生器にて発生した蒸気により駆動される高圧タービンと、前記高圧タービ
ンからの排気を前記蒸気発生器にて再熱した再熱蒸気を導くノズルボックスと前記高圧タ
ービンからの抽気蒸気を冷却蒸気として案内する冷却蒸気導入部を有し当該再熱蒸気によ
って駆動される中圧タービンと、当該中圧タービンからの排気蒸気により駆動される低圧
タービンと、当該低圧タービンからの排気蒸気を凝縮させる復水器と、当該復水器にて凝
縮した復水を給水として加熱する複数の給水加熱器とを備え、前記中圧タービンは、外側
ケーシングと内側ケーシングから構成されるケーシングと、前記内側ケーシング内に収納
されて回転するロータと、前記内側ケーシング側に固定され前記ロータの回転軸に対する
円周方向に配置されたノズルおよび当該ノズルと隣接する位置にて前記ロータに植設され
前記ロータとともに回転する動翼の１対からなるタービン段落を複数配置してなる通路部
と、前記ロータと前記内側ケーシングのとの間隙に前記ロータの回転軸と同心状に配置さ
れて前記通路部に連通するとともに、再熱蒸気が供給されるノズルボックスと、 前記ロ
ータと前記内側ケーシングの間および前記内側ケーシングと外側ケーシングの間の空間に
それぞれ冷却用蒸気を通流させるように設けられた冷却蒸気導入部と、内側ケーシングに
装着されるとともにノズルの外周側を保持する環状のダイアフラム外輪と、ノズルの内周
側を保持する環状のダイアフラム内輪とを備え、前記ダイアフラム外輪と前記内側ケーシ
ングの少なくとも一つとの間隙に冷却蒸気が通流するように構成され、かつ、内側ケーシ
ングは、当該内側ケーシングとダイアフラム外輪との間隙を通流した冷却蒸気を前記内側
ケーシングと外側ケーシングの間の空間に導く流出口をさらに備えることを特徴とするも
のである。
また、本発明に係る蒸気タービンプラントの中圧タービンの冷却方法は、請求項２に記
載したように、中圧タービンの、前記ロータと前記内側ケーシングの間の空間と、前記内
側ケーシングと外側ケーシングの間の空間にそれぞれ冷却蒸気を導入し、当該冷却蒸気に
より前記ノズルボックスおよび前記タービン段落のうちの少なくとも最も上流に位置する
段落を冷却することを特徴とするものである。
載したように、中圧タービンの、前記ロータと前記内側ケーシングの間の空間と、前記内
側ケーシングと外側ケーシングの間の空間にそれぞれ冷却蒸気を導入し、当該冷却蒸気に
より前記ノズルボックスおよび前記タービン段落のうちの少なくとも最も上流に位置する
段落を冷却することを特徴とするものである。
本発明にによれば、中圧タービンの各構成高温部品を冷却蒸気によって十分に冷却する
ので、再熱蒸気の高温化に対処してタービン構成部品に高い強度保証を維持することがで
き、よって高効率な蒸気タービンプラントを提供することができる。
ので、再熱蒸気の高温化に対処してタービン構成部品に高い強度保証を維持することがで
き、よって高効率な蒸気タービンプラントを提供することができる。
以下、本発明に係る蒸気タービンプラントおよび蒸気タービンプラントの冷却方法の実
施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
図１は、本発明に係る蒸気タービンプラントおよび蒸気タービンプラントの冷却方法の
第１実施例を示す系統図である。
第１実施例を示す系統図である。
本実施例に係る蒸気タービンプラントは、蒸気タービン１，蒸気発生器であるボイラ９
，復水系１３，および給水系１４から構成されている。
蒸気タービン１は、中圧タービン２，高圧タービン３，複流タイプの低圧タービン７，
および発電機８が互いに軸結合され一軸として構成されている。蒸気発生器であるボイラ
９は主蒸気を発生させ、この主蒸気は高圧タービン３に導かれ高圧タービン３内を膨張し
ながら流れることで膨張仕事をして高圧タービンを駆動する。また、高圧タービン３には
、その中間段落から蒸気を抽気する高圧タービン抽気系５が設けられている。
，復水系１３，および給水系１４から構成されている。
蒸気タービン１は、中圧タービン２，高圧タービン３，複流タイプの低圧タービン７，
および発電機８が互いに軸結合され一軸として構成されている。蒸気発生器であるボイラ
９は主蒸気を発生させ、この主蒸気は高圧タービン３に導かれ高圧タービン３内を膨張し
ながら流れることで膨張仕事をして高圧タービンを駆動する。また、高圧タービン３には
、その中間段落から蒸気を抽気する高圧タービン抽気系５が設けられている。
高圧タービン３内で膨張仕事を終えた高圧タービン排気は低温排熱系１０により再びボ
イラ９に導かれ、ボイラ９の再熱器１１に供給され、ここで温度７００℃以上の再熱蒸気
となる。この再熱蒸気は中圧タービン２へと供給され、膨張仕事をして中圧タービン２を
駆動する。さらに中圧タービン２には、高圧タービン３からの抽気蒸気の一部を高圧ター
ビン抽気系５から分岐させて冷却蒸気として導く蒸気冷却系４が当該中圧タービンの上流
部に接続されている。また、中圧タービン２の中間段落から蒸気を抽気する抽気配管が接
続されている。
イラ９に導かれ、ボイラ９の再熱器１１に供給され、ここで温度７００℃以上の再熱蒸気
となる。この再熱蒸気は中圧タービン２へと供給され、膨張仕事をして中圧タービン２を
駆動する。さらに中圧タービン２には、高圧タービン３からの抽気蒸気の一部を高圧ター
ビン抽気系５から分岐させて冷却蒸気として導く蒸気冷却系４が当該中圧タービンの上流
部に接続されている。また、中圧タービン２の中間段落から蒸気を抽気する抽気配管が接
続されている。
そして中圧タービン２で膨張仕事を終えた中圧タービン排気は低圧タービン７へ導かれ
、さらにここでも膨張仕事をして低圧タービン７を駆動する。このようにして高圧タービ
ン３，中圧タービン２，低圧タービン７がそれぞれ駆動され、これにより発電機８を駆動
している。低圧タービン７にもその中間段落から蒸気を抽気する抽気配管が接続されてい
る。
、さらにここでも膨張仕事をして低圧タービン７を駆動する。このようにして高圧タービ
ン３，中圧タービン２，低圧タービン７がそれぞれ駆動され、これにより発電機８を駆動
している。低圧タービン７にもその中間段落から蒸気を抽気する抽気配管が接続されてい
る。
復水系１３は、復水の流れに沿って復水器１５、復水ポンプ１６、第１低圧給水加熱器
１７、第２低圧給水加熱器１８、第３低圧給水加熱器１９、第４低圧給水加熱器２０を備
え、低圧タービン７からの低圧タービン排気を復水器１５で凝縮して復水にし、この復水
を復水ポンプ１６で昇圧させ、第１〜第４低圧給水加熱器１７，１８，１９，２０で低圧
タービン７から抽気配管を介して供給される低圧抽気蒸気を熱源として順次予熱（再生）
させている。
１７、第２低圧給水加熱器１８、第３低圧給水加熱器１９、第４低圧給水加熱器２０を備
え、低圧タービン７からの低圧タービン排気を復水器１５で凝縮して復水にし、この復水
を復水ポンプ１６で昇圧させ、第１〜第４低圧給水加熱器１７，１８，１９，２０で低圧
タービン７から抽気配管を介して供給される低圧抽気蒸気を熱源として順次予熱（再生）
させている。
一方、給水系１４は、給水の流れに沿って脱気器２１、給水ポンプ２２、第１高圧給水
加熱器２３、第２高圧給水加熱器２４、第３高圧給水加熱器２５、過熱低減器２７を備え
る。脱気器２１は、復水系１３の第４低圧給水加熱器２０から供給される復水を蒸気ター
ビン１の中圧タービン２の下流部からの抽気蒸気を熱源として加熱脱気させて給水として
いる。過熱低減器２７は、蒸気タービン１の中圧タービン２の比較的上流側に接続された
抽気配管から供給される過熱度の高い過熱蒸気の顕熱により給水を加熱するものであり、
給水系１４の最下流部に設けられている。
加熱器２３、第２高圧給水加熱器２４、第３高圧給水加熱器２５、過熱低減器２７を備え
る。脱気器２１は、復水系１３の第４低圧給水加熱器２０から供給される復水を蒸気ター
ビン１の中圧タービン２の下流部からの抽気蒸気を熱源として加熱脱気させて給水として
いる。過熱低減器２７は、蒸気タービン１の中圧タービン２の比較的上流側に接続された
抽気配管から供給される過熱度の高い過熱蒸気の顕熱により給水を加熱するものであり、
給水系１４の最下流部に設けられている。
脱気器２１にて得られた給水は、給水ポンプ２２で昇圧され、第１〜第３高圧給水加熱
器２３，２４，２５で順次予熱され、最後に過熱低減器６に導かれてさらに予熱される。
ここで、第１高圧給水加熱器における給水の加熱源は過熱低減器６にて顕熱をほぼ奪われ
て飽和蒸気に近づいた蒸気であり、第２高圧給水加熱器，第３高圧給水加熱器における給
水の加熱源はそれぞれ、高圧タービン３からの高圧タービン排気，高圧タービン３からの
高圧抽気蒸気である。これらの第１〜第３高圧給水加熱器２３〜２５，および過熱低減器
６を通過して順次予熱された給水はボイラ９に戻される。
器２３，２４，２５で順次予熱され、最後に過熱低減器６に導かれてさらに予熱される。
ここで、第１高圧給水加熱器における給水の加熱源は過熱低減器６にて顕熱をほぼ奪われ
て飽和蒸気に近づいた蒸気であり、第２高圧給水加熱器，第３高圧給水加熱器における給
水の加熱源はそれぞれ、高圧タービン３からの高圧タービン排気，高圧タービン３からの
高圧抽気蒸気である。これらの第１〜第３高圧給水加熱器２３〜２５，および過熱低減器
６を通過して順次予熱された給水はボイラ９に戻される。
本実施例では、蒸気タービン１において高圧タービン抽気系５，蒸気冷却系４を介して
中圧タービン２ａに供給された冷却蒸気が、中圧タービン２のタービンロータ、ノズルボ
ックス、ケーシング、グランド部、再熱蒸気管等のタービン構成部品を冷却させ、材料の
強度保証を高く維持させている。
中圧タービン２ａに供給された冷却蒸気が、中圧タービン２のタービンロータ、ノズルボ
ックス、ケーシング、グランド部、再熱蒸気管等のタービン構成部品を冷却させ、材料の
強度保証を高く維持させている。
なお、蒸気タービン１において、中圧タービン２に温度７００℃以上の再熱蒸気に膨張
仕事をさせるのは、中圧タービン２のほうが高圧タービン３と比較して容量（タービン段
落数）が多く、その多い分だけ蒸気により多くの膨張仕事をさせることができるからであ
り、高圧タービン３の入口温度を高くするよりも中圧タービン２の入口温度を高くしたほ
うが結果としてプラント熱効率が高くなるためことに基づく。
仕事をさせるのは、中圧タービン２のほうが高圧タービン３と比較して容量（タービン段
落数）が多く、その多い分だけ蒸気により多くの膨張仕事をさせることができるからであ
り、高圧タービン３の入口温度を高くするよりも中圧タービン２の入口温度を高くしたほ
うが結果としてプラント熱効率が高くなるためことに基づく。
このように、本実施例の蒸気タービンプラントは、蒸気タービン１の高圧タービン３か
らの高圧タービン抽気を冷却蒸気として供給する蒸気冷却系４を第１中圧タービン２に設
けて中圧タービン２の構成部品の材料強度保証を高く維持させることができる。
らの高圧タービン抽気を冷却蒸気として供給する蒸気冷却系４を第１中圧タービン２に設
けて中圧タービン２の構成部品の材料強度保証を高く維持させることができる。
また、本実施例では中圧タービン２の中間段落からの過熱度の高い抽気蒸気を給水系１
４の給水の予熱（再生）に有効に活用するために、過熱低減器６を用いて中圧タービン抽
気蒸気の持つ熱量のうち、顕熱のみを熱交換する過熱低減器６を設けた。これによって、
プラント熱効率をより一層向上させることができ、７００℃程度の高温の再熱蒸気でも蒸
気冷却による高い材料強度の維持し、かつ高効率な運転を行わせることができる。
４の給水の予熱（再生）に有効に活用するために、過熱低減器６を用いて中圧タービン抽
気蒸気の持つ熱量のうち、顕熱のみを熱交換する過熱低減器６を設けた。これによって、
プラント熱効率をより一層向上させることができ、７００℃程度の高温の再熱蒸気でも蒸
気冷却による高い材料強度の維持し、かつ高効率な運転を行わせることができる。
図２は、本実施例におけるボイラ９の再熱器１１から供給される温度７００℃以上の再
熱蒸気に膨張仕事をさせる中圧タービン２の一部切欠縦断面図である。
熱蒸気に膨張仕事をさせる中圧タービン２の一部切欠縦断面図である。
中圧タービン２は、外部ケーシング２７と内部ケーシング２８との二重ケーシング構造
の軸流タイプに構成するとともに、内部ケーシング２８にタービン段落２９を備えたター
ビンロータ３０を収容している。
の軸流タイプに構成するとともに、内部ケーシング２８にタービン段落２９を備えたター
ビンロータ３０を収容している。
タービンロータ３０は、両端を軸受（図示せず）で軸支させるとともに、再熱蒸気上流
側の外部ケーシング２７、内部ケーシング２８のそれぞれとの間に外部ケーシング用グラ
ンド部３１、内部ケーシング用グラント部３２をそれぞれ設けるとともに、タービンノズ
ル３３とタービン動翼３４を組み合せたタービン段落２９を再熱蒸気管３５側のタービン
初段落からタービン排気室３６側のタービン最終段落まで複数段落に亘って備えており、
この部分を蒸気の通路部として構成している。
側の外部ケーシング２７、内部ケーシング２８のそれぞれとの間に外部ケーシング用グラ
ンド部３１、内部ケーシング用グラント部３２をそれぞれ設けるとともに、タービンノズ
ル３３とタービン動翼３４を組み合せたタービン段落２９を再熱蒸気管３５側のタービン
初段落からタービン排気室３６側のタービン最終段落まで複数段落に亘って備えており、
この部分を蒸気の通路部として構成している。
タービン段落２９を構成するタービンノズル３３とタービン動翼３４とのうち、タービ
ンノズル３３は、両端をダイアフラム外輪３６とダイアフラム内輪３７とで支持させると
ともに、ダイアフラム外輪３６を内部ケーシング２８に係合させることで、タービンロー
タ３０の円周方向に沿って配置されている。また、タービン動翼３４は、タービンロータ
３０に一体削り出しのタービンディスク３８に植設され、タービンノズル３３と隣接する
位置にタービンロータ３０の円周方向に配置されている。
ンノズル３３は、両端をダイアフラム外輪３６とダイアフラム内輪３７とで支持させると
ともに、ダイアフラム外輪３６を内部ケーシング２８に係合させることで、タービンロー
タ３０の円周方向に沿って配置されている。また、タービン動翼３４は、タービンロータ
３０に一体削り出しのタービンディスク３８に植設され、タービンノズル３３と隣接する
位置にタービンロータ３０の円周方向に配置されている。
また、中圧タービン２は、ボイラ９の再熱器１１から供給される再熱蒸気をノズルボッ
クス（蒸気室）４５を介してタービン初段落のタービンノズル３３に供給する蒸気供給管
である再熱蒸気管３５を備えている。
ノズルボックス４５は、タービンロータ３０と内部ケーシング２８のとの間隙にタービ
ンロータ３０の回転軸と同心状に配置されており、再熱蒸気管３５から供給された約７０
０℃の高温蒸気を蒸気の通路部であるタービン段落２９に導入させる部材であり、高温の
蒸気が中圧タービンの構成部品に直接あたることを防ぎ、また、蒸気温度を保ったままタ
ービン通路部２９へと蒸気を導くことで効率の低下を防止している。
クス（蒸気室）４５を介してタービン初段落のタービンノズル３３に供給する蒸気供給管
である再熱蒸気管３５を備えている。
ノズルボックス４５は、タービンロータ３０と内部ケーシング２８のとの間隙にタービ
ンロータ３０の回転軸と同心状に配置されており、再熱蒸気管３５から供給された約７０
０℃の高温蒸気を蒸気の通路部であるタービン段落２９に導入させる部材であり、高温の
蒸気が中圧タービンの構成部品に直接あたることを防ぎ、また、蒸気温度を保ったままタ
ービン通路部２９へと蒸気を導くことで効率の低下を防止している。
再熱蒸気管３５は、図３に示すように、外管３９と内管４０との二重管構造に構成し、
同心状に配置された外管３９と内管４０との間に冷却蒸気通路４１を形成して冷却蒸気が
通流可能に構成するとともに、外管３９と外部ケーシング２７のフランジ４２との間に外
部ケーシング用シール装置４３を装着している。
同心状に配置された外管３９と内管４０との間に冷却蒸気通路４１を形成して冷却蒸気が
通流可能に構成するとともに、外管３９と外部ケーシング２７のフランジ４２との間に外
部ケーシング用シール装置４３を装着している。
この外部ケーシング用シール装置４３は、外部ケーシング２７のフランジ４２との間に
外管３９の管軸に沿ってリング片４４を層状に装着し、リング片４４から漏出する冷却蒸
気を流出口４６を介して例えば熱交換器に回収させている。
外管３９の管軸に沿ってリング片４４を層状に装着し、リング片４４から漏出する冷却蒸
気を流出口４６を介して例えば熱交換器に回収させている。
また、再熱蒸気管３５は、図４に示すように、内部ケーシング２８との挿通部分に内部
ケーシング用シール装置４７を装着している。なお、再熱蒸気管３５は、再熱蒸気の熱に
よる伸びを考慮して他端を無拘束の自由端にしている。
ケーシング用シール装置４７を装着している。なお、再熱蒸気管３５は、再熱蒸気の熱に
よる伸びを考慮して他端を無拘束の自由端にしている。
この内部ケーシング用シール装置４７は、再熱蒸気管３５の管軸に沿ってリング片４８
を層状に装着し、リング片４８から漏出する冷却蒸気をタービン段落２９の後流側、外部
ケーシングや再熱蒸気管３５に向って流出させている。
を層状に装着し、リング片４８から漏出する冷却蒸気をタービン段落２９の後流側、外部
ケーシングや再熱蒸気管３５に向って流出させている。
一方、内部ケーシング２８は、タービン初段落との間に空間室４９を形成し、ここに案
内された冷却蒸気をタービン２段落のダイアフラム外輪３６の側面側および頭部側のそれ
ぞれを通過させた後、流出口５０から外部ケーシング側に向って流出させている。
内された冷却蒸気をタービン２段落のダイアフラム外輪３６の側面側および頭部側のそれ
ぞれを通過させた後、流出口５０から外部ケーシング側に向って流出させている。
他方、タービンロータ３０から一体削り出しのタービンディスク３８は、タービン初段
落とタービン２段落とのそれぞれにバランスホール５１を形成し、ノズルボックス４５を
冷却させた冷却蒸気をバランスホール５１を介してタービン次段落に順次供給するととも
に、タービン前段落とタービン後段落との間に、例えば鉤形状のシール片５２を備えてい
る。
落とタービン２段落とのそれぞれにバランスホール５１を形成し、ノズルボックス４５を
冷却させた冷却蒸気をバランスホール５１を介してタービン次段落に順次供給するととも
に、タービン前段落とタービン後段落との間に、例えば鉤形状のシール片５２を備えてい
る。
次に、蒸気タービンプラントの冷却方法を説明する。
蒸気タービン１に配置された中圧タービン２には、プラント熱効率をより一層向上させ
るために、温度７００℃以上の超高温再熱蒸気が供給される。
るために、温度７００℃以上の超高温再熱蒸気が供給される。
このため、中圧タービン２には、図１に示すように、各構成高温部品に蒸気タービン部
１の高圧タービン３の中間段落から抽気する高圧タービン抽気が冷却蒸気として高圧ター
ビン抽気系５から分岐する蒸気冷却系４を介して供給される。本実施例においては、冷却
蒸気は内部ケーシング内の内部ケーシング用グランド部３２近傍に設けられた冷却蒸気導
入部１００から導入され、タービンロータ３０と内部ケーシング２８の間の空間に導かれ
る。これとともに、冷却蒸気の一部は冷却蒸気導入部１００から内部ケーシング用グラン
ド部３２を通過して減圧され、内部ケーシング２８と外部ケーシング２７との間の空間に
も導かれれる。
１の高圧タービン３の中間段落から抽気する高圧タービン抽気が冷却蒸気として高圧ター
ビン抽気系５から分岐する蒸気冷却系４を介して供給される。本実施例においては、冷却
蒸気は内部ケーシング内の内部ケーシング用グランド部３２近傍に設けられた冷却蒸気導
入部１００から導入され、タービンロータ３０と内部ケーシング２８の間の空間に導かれ
る。これとともに、冷却蒸気の一部は冷却蒸気導入部１００から内部ケーシング用グラン
ド部３２を通過して減圧され、内部ケーシング２８と外部ケーシング２７との間の空間に
も導かれれる。
冷却蒸気導入部１００から中圧タービン２に供給された冷却蒸気のうちタービンロータ
３０と内部ケーシング２８の間の空間に導かれ冷却蒸気は、図２に示すように、ノズルボ
ックス４５の外周面、再熱蒸気管３５、内部ケーシング２８、外部ケーシング２７、ター
ビンディスク３８、タービンノズル３３を支持するダイアフラム外輪３６、ダイアフラム
内輪３７などを冷却する。また、冷却蒸気導入部１００から内部ケーシング用グランド部
３２を介して内部ケーシング２８と外部ケーシング２７との間の空間に供給された冷却蒸
気は、内部ケーシング用グランド部３２、外部ケーシング用グランド部３１、再熱蒸気管
３５、内部ケーシング２８、外部ケーシング２７などを冷却する。これによって、中圧タ
ービン２の各構成部品の強度保証を行っている。
３０と内部ケーシング２８の間の空間に導かれ冷却蒸気は、図２に示すように、ノズルボ
ックス４５の外周面、再熱蒸気管３５、内部ケーシング２８、外部ケーシング２７、ター
ビンディスク３８、タービンノズル３３を支持するダイアフラム外輪３６、ダイアフラム
内輪３７などを冷却する。また、冷却蒸気導入部１００から内部ケーシング用グランド部
３２を介して内部ケーシング２８と外部ケーシング２７との間の空間に供給された冷却蒸
気は、内部ケーシング用グランド部３２、外部ケーシング用グランド部３１、再熱蒸気管
３５、内部ケーシング２８、外部ケーシング２７などを冷却する。これによって、中圧タ
ービン２の各構成部品の強度保証を行っている。
まず、再熱蒸気管３５からノズルボックス４５に供給される再熱蒸気が温度７００℃以
上になっているのに対し、蒸気冷却系４から供給される冷却蒸気は、温度５００℃以下で
ある。さらに、圧力に関しても、蒸気冷却系から供給される冷却蒸気は高圧タービン３か
らの抽気蒸気であって８０気圧程度の圧力を有する。中圧タービン２に供給される再熱蒸
気は５０気圧程度の圧力であり、冷却蒸気はこれよりも数十気圧高い圧力を有している。
このため、蒸気冷却系４から供給されるこれらの冷却蒸気によりノズルボックス４５を充
分に冷却して強度保証することができる。
上になっているのに対し、蒸気冷却系４から供給される冷却蒸気は、温度５００℃以下で
ある。さらに、圧力に関しても、蒸気冷却系から供給される冷却蒸気は高圧タービン３か
らの抽気蒸気であって８０気圧程度の圧力を有する。中圧タービン２に供給される再熱蒸
気は５０気圧程度の圧力であり、冷却蒸気はこれよりも数十気圧高い圧力を有している。
このため、蒸気冷却系４から供給されるこれらの冷却蒸気によりノズルボックス４５を充
分に冷却して強度保証することができる。
ノズルボックス４５の外表面を冷却した冷却蒸気は、内部ケーシング２８および外部ケ
ーシング２７を挿通する再熱蒸気管３５、内部ケーシング２８、外部ケーシング２７、タ
ービンディスク３８を冷却し、各構成部品の高温部を冷却するとともに、内部ケーシング
用グランド部３２を介して内部ケーシング２８と外部ケーシング２７との間の空間に供給
され、外部ケーシング用グランド部３１、また再熱蒸気管３５を冷却する。
ーシング２７を挿通する再熱蒸気管３５、内部ケーシング２８、外部ケーシング２７、タ
ービンディスク３８を冷却し、各構成部品の高温部を冷却するとともに、内部ケーシング
用グランド部３２を介して内部ケーシング２８と外部ケーシング２７との間の空間に供給
され、外部ケーシング用グランド部３１、また再熱蒸気管３５を冷却する。
内部ケーシング２８を挿通する再熱蒸気管３５に供給される冷却蒸気は、図４に示すよ
うに、一部を再熱蒸気管３５と内部ケーシング２８との間に装着する内部ケーシング用シ
ール装置４７のリング片４８を通って再熱蒸気管３５を冷却させるとともに、残りをター
ビン初段落と内部ケーシング２８との間に形成する空間室４９に供給される。空間室４９
に供給された蒸気はタービン段落２９のタービンノズル３３を支持するダイアフラム外輪
３６の側面および頭部側と内部ケーシング２８との間隙を通流し、この部分を介して内部
ケーシング２８に形成する流出口５０から外部ケーシング側に流出し、ダイアフラム外輪
３６および内部ケーシング２８の内径側を冷却させている。
うに、一部を再熱蒸気管３５と内部ケーシング２８との間に装着する内部ケーシング用シ
ール装置４７のリング片４８を通って再熱蒸気管３５を冷却させるとともに、残りをター
ビン初段落と内部ケーシング２８との間に形成する空間室４９に供給される。空間室４９
に供給された蒸気はタービン段落２９のタービンノズル３３を支持するダイアフラム外輪
３６の側面および頭部側と内部ケーシング２８との間隙を通流し、この部分を介して内部
ケーシング２８に形成する流出口５０から外部ケーシング側に流出し、ダイアフラム外輪
３６および内部ケーシング２８の内径側を冷却させている。
本実施例では、内部ケーシング２８に形成された流出口５０は中圧タービン２の２段落
のタービンノズル３３を支持するダイアフラム外輪３６の頭部側付近に設けられているが
、これは中圧タービン２内において再熱蒸気が膨張仕事をして蒸気温度が従来の蒸気ター
ビンと同程度まで下がることによる。つまり、中圧タービン２の構成部分のうち高温部分
だけを効果的に冷却するように構成している。
のタービンノズル３３を支持するダイアフラム外輪３６の頭部側付近に設けられているが
、これは中圧タービン２内において再熱蒸気が膨張仕事をして蒸気温度が従来の蒸気ター
ビンと同程度まで下がることによる。つまり、中圧タービン２の構成部分のうち高温部分
だけを効果的に冷却するように構成している。
また、ノズルボックス４５の外表面を冷却した冷却蒸気は、タービン初段落およびター
ビン２段落のそれぞれに設けたタービンディスク３８，３８のバランスホール５１，５１
にタービンディスク３８，３８の回転に伴って発生するポンピング力によって誘引される
。
ビン２段落のそれぞれに設けたタービンディスク３８，３８のバランスホール５１，５１
にタービンディスク３８，３８の回転に伴って発生するポンピング力によって誘引される
。
ポンピング力のよって誘引された冷却蒸気は、バランスホール５１，５１を出た後、半
径方向（外側）に向って流れようとするが、鉤状のシール片５２，５２によって封止され
、この間に高温再熱蒸気に晒されているタービンディスク３８、およびタービンノズル３
３を支持するのダイアフラム内輪３７を冷却する。
径方向（外側）に向って流れようとするが、鉤状のシール片５２，５２によって封止され
、この間に高温再熱蒸気に晒されているタービンディスク３８、およびタービンノズル３
３を支持するのダイアフラム内輪３７を冷却する。
他方、内部ケーシング２８を挿通する再熱蒸気管３５、内部ケーシング用グランド部３
２、外部ケーシング用グランド部３１のそれぞれを冷却した冷却蒸気は、図３に示すよう
に、外部ケーシング２７を挿通する再熱蒸気管３５の外管３９に装着した外部ケーシング
用シール装置４３と再熱蒸気管３５の外管３９と内管４０とで形成する冷却蒸気通路４１
に供給される。
２、外部ケーシング用グランド部３１のそれぞれを冷却した冷却蒸気は、図３に示すよう
に、外部ケーシング２７を挿通する再熱蒸気管３５の外管３９に装着した外部ケーシング
用シール装置４３と再熱蒸気管３５の外管３９と内管４０とで形成する冷却蒸気通路４１
に供給される。
外部ケーシング用シール装置４３に供給された冷却蒸気は、再熱蒸気管３５の外管３９
を冷却する。この間に、外部ケーシング用シール装置４３から漏出する冷却蒸気は、フラ
ンジ４２に形成する流出口４６から、例えば熱交換器に熱源として供給される。
を冷却する。この間に、外部ケーシング用シール装置４３から漏出する冷却蒸気は、フラ
ンジ４２に形成する流出口４６から、例えば熱交換器に熱源として供給される。
また、冷却通路４１に供給された冷却蒸気は、外管３９、内管４０を冷却した後、噴出
口５３から他の機器に供給される。
口５３から他の機器に供給される。
このように、本実施例の蒸気タービンの冷却方法は、蒸気タービン１の中圧タービン２
に、高圧タービン３からの高圧タービン抽気を冷却蒸気として冷却蒸気導入部１００から
供給し、供給された冷却蒸気をタービンロータ３０と内部ケーシング２８の間の空間と内
部ケーシング２８と外部ケーシング２７の間の空間とにそれぞれ導入し、ノズルボックス
４５、タービンディスク３８、タービンノズル３３を支持するダイアフラム外輪３６、ダ
イアフラム内輪３７内部ケーシング用グランド部３２、外部ケーシング用グランド部３１
、再熱蒸気管３５、内部ケーシング２８、外部ケーシング２７などの各構成高温部品を冷
却するので、再熱蒸気管３５に供給される温度７００℃以上の高温の再熱蒸気であっても
各構成高温部品の強度保証を充分に維持させることができる。
に、高圧タービン３からの高圧タービン抽気を冷却蒸気として冷却蒸気導入部１００から
供給し、供給された冷却蒸気をタービンロータ３０と内部ケーシング２８の間の空間と内
部ケーシング２８と外部ケーシング２７の間の空間とにそれぞれ導入し、ノズルボックス
４５、タービンディスク３８、タービンノズル３３を支持するダイアフラム外輪３６、ダ
イアフラム内輪３７内部ケーシング用グランド部３２、外部ケーシング用グランド部３１
、再熱蒸気管３５、内部ケーシング２８、外部ケーシング２７などの各構成高温部品を冷
却するので、再熱蒸気管３５に供給される温度７００℃以上の高温の再熱蒸気であっても
各構成高温部品の強度保証を充分に維持させることができる。
１ 蒸気タービン
２ 中圧タービン
３ 高圧タービン
４ 蒸気冷却系
５ 高圧タービン抽気系
６ 過熱器
７ 低圧タービン
８ 発電機
９ ボイラ
１０ 低温再熱系
１１ 再熱器
１２ 中圧タービン排気系
１３ 復水系
１４ 給水系
１５ 復水器
１６ 復水ポンプ
１７ 第１低圧給水加熱器
１８ 第２低圧給水加熱器
１９ 第３低圧給水加熱器
２０ 第４低圧給水加熱器
２１ 脱気器
２２ 給水ポンプ
２３ 第１高圧給水加熱器
２４ 第２高圧給水加熱器
２５ 第３高圧給水加熱器
２７ 外部ケーシング
２８ 内部ケーシング
２９ タービン段落
３０ タービンロータ
３１ 外部ケーシング用グラント部
３２ 内部ケーシング用グラント部
３３ タービンノズル
３４ タービン動翼
３５ 再熱蒸気管
３６ ダイアフラム外輪
３７ ダイアフラム内輪
３８ タービンディスク
３９ 外管
４０ 内管
４１ 冷却蒸気通路
４２ フランジ
４３ 外部ケーシング用シール装置
４４ リング片
４５ ノズルボックス
４６ 流出口
４７ 内部ケーシング用シール装置
４８ リング片
４９ 空間室
５０ 流出口
５１ バランスホール
５２ シール片
５３ 流出口
２ 中圧タービン
３ 高圧タービン
４ 蒸気冷却系
５ 高圧タービン抽気系
６ 過熱器
７ 低圧タービン
８ 発電機
９ ボイラ
１０ 低温再熱系
１１ 再熱器
１２ 中圧タービン排気系
１３ 復水系
１４ 給水系
１５ 復水器
１６ 復水ポンプ
１７ 第１低圧給水加熱器
１８ 第２低圧給水加熱器
１９ 第３低圧給水加熱器
２０ 第４低圧給水加熱器
２１ 脱気器
２２ 給水ポンプ
２３ 第１高圧給水加熱器
２４ 第２高圧給水加熱器
２５ 第３高圧給水加熱器
２７ 外部ケーシング
２８ 内部ケーシング
２９ タービン段落
３０ タービンロータ
３１ 外部ケーシング用グラント部
３２ 内部ケーシング用グラント部
３３ タービンノズル
３４ タービン動翼
３５ 再熱蒸気管
３６ ダイアフラム外輪
３７ ダイアフラム内輪
３８ タービンディスク
３９ 外管
４０ 内管
４１ 冷却蒸気通路
４２ フランジ
４３ 外部ケーシング用シール装置
４４ リング片
４５ ノズルボックス
４６ 流出口
４７ 内部ケーシング用シール装置
４８ リング片
４９ 空間室
５０ 流出口
５１ バランスホール
５２ シール片
５３ 流出口
Claims (2)
- 蒸気発生器と、
当該蒸気発生器にて発生した蒸気により駆動される高圧タービンと、
前記高圧タービンからの排気を前記蒸気発生器にて再熱した再熱蒸気を導くノズルボッ
クスと前記高圧タービンからの抽気蒸気を冷却蒸気として案内する冷却蒸気導入部を有し
当該再熱蒸気によって駆動される中圧タービンと、
当該中圧タービンからの排気蒸気により駆動される低圧タービンと、
当該低圧タービンからの排気蒸気を凝縮させる復水器と、
当該復水器にて凝縮した復水を給水として加熱する複数の給水加熱器とを備え、
前記中圧タービンは、
外側ケーシングと内側ケーシングから構成されるケーシングと、
前記内側ケーシング内に収納されて回転するロータと、
前記内側ケーシング側に固定され前記ロータの回転軸に対する円周方向に配置されたノ
ズルおよび当該ノズルと隣接する位置にて前記ロータに植設され前記ロータとともに回転
する動翼の１対からなるタービン段落を複数配置してなる通路部と、
前記ロータと前記内側ケーシングのとの間隙に前記ロータの回転軸と同心状に配置され
て前記通路部に連通するとともに、再熱蒸気が供給されるノズルボックスと、
前記ロータと前記内側ケーシングの間および前記内側ケーシングと外側ケーシングの間
の空間にそれぞれ冷却用蒸気を通流させるように設けられた冷却蒸気導入部と、
内側ケーシングに装着されるとともにノズルの外周側を保持する環状のダイアフラム外
輪と、ノズルの内周側を保持する環状のダイアフラム内輪とを備え、前記ダイアフラム外
輪と前記内側ケーシングの少なくとも一つとの間隙に冷却蒸気が通流するように構成され
、かつ、
内側ケーシングは、当該内側ケーシングとダイアフラム外輪との間隙を通流した冷却蒸
気を前記内側ケーシングと外側ケーシングの間の空間に導く流出口をさらに備えることを
特徴とする蒸気タービンプラント。 - 請求項１に記載の蒸気タービンプラントの中圧タービンの冷却方法において、前記ロータ
と前記内側ケーシングの間の空間と、前記内側ケーシングと外側ケーシングの間の空間に
それぞれ冷却蒸気を導入し、当該冷却蒸気により前記ノズルボックスおよび前記タービン
段落のうちの少なくとも最も上流に位置する段落を冷却することを特徴とする蒸気タービ
ンプラントの中圧タービンの冷却方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010023527A JP4776729B2 (ja) | 2003-04-30 | 2010-02-04 | 蒸気タービンプラントおよびその中圧タービンの冷却方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2003125672 | 2003-04-30 | ||
| JP2003125672 | 2003-04-30 | ||
| JP2010023527A JP4776729B2 (ja) | 2003-04-30 | 2010-02-04 | 蒸気タービンプラントおよびその中圧タービンの冷却方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2004133582A Division JP4488787B2 (ja) | 2003-04-30 | 2004-04-28 | 蒸気タービンプラントおよびその中圧タービンの冷却方法 |
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| EP (1) | EP1473442B1 (ja) |
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| CN (1) | CN100406685C (ja) |
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