JP2010223105A - 蒸気タービンシステム、その制御方法、及びその制御プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】停止時に抽気ドレンが減圧沸騰したとしてもタービン側に逆流しない構成を容易に達成するとともに、熱効率に優れる蒸気タービンシステムを提供する。
【解決手段】蒸気タービンシステム10において、水蒸気発生部11から供給される水蒸気によって回転するタービン20と、前記水蒸気の排気g1を液体水に復水させる復水部30と、断熱膨張の過程にある抽気g2を配送する抽気配管24と、給水加熱部40を通過する前記液体水を抽気g2で加熱してから水蒸気発生部11に配給する給水加熱部40と、復水部30及び給水加熱部40を連通する連通配管35に設けられる第1開閉弁36と、抽気配管24における流動圧が順方向から逆方向に切り替ることを察知して第1開閉弁36を閉止状態から開放状態に切り替える制御部13と、を備える。
【選択図】 図1
【解決手段】蒸気タービンシステム10において、水蒸気発生部11から供給される水蒸気によって回転するタービン20と、前記水蒸気の排気g1を液体水に復水させる復水部30と、断熱膨張の過程にある抽気g2を配送する抽気配管24と、給水加熱部40を通過する前記液体水を抽気g2で加熱してから水蒸気発生部11に配給する給水加熱部40と、復水部30及び給水加熱部40を連通する連通配管35に設けられる第1開閉弁36と、抽気配管24における流動圧が順方向から逆方向に切り替ることを察知して第1開閉弁36を閉止状態から開放状態に切り替える制御部13と、を備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、蒸気タービンプラント及びその制御技術に関し、特に、蒸気タービンの運転を停止する際の技術に関する。
原子力・火力・地熱発電プラント等で使用される蒸気タービンプラントにおいては、燃焼熱により液体水から高温・高圧の水蒸気を生成し、タービンを回転させて発電を行うものである。つまり、水蒸気に蓄えられている熱エネルギーを、運動エネルギーに変換し、さらに電気エネルギーに変換し利用に供するものである。
そして、タービンを回転させる仕事をした水蒸気は、復水部で冷却されて液体水に復水してから再び水蒸気発生部に戻されて循環することになる。
さらに、復水した液体水は、水蒸気発生部に戻される前に、タービンにおける断熱膨張の途中の抽気により加熱されることにより、熱サイクルにおける熱効率の向上を図っている。
そして、タービンを回転させる仕事をした水蒸気は、復水部で冷却されて液体水に復水してから再び水蒸気発生部に戻されて循環することになる。
さらに、復水した液体水は、水蒸気発生部に戻される前に、タービンにおける断熱膨張の途中の抽気により加熱されることにより、熱サイクルにおける熱効率の向上を図っている。
一方において、タービンの負荷遮断事象や、原子炉やボイラー等の蒸気発生部のトリップ事象等の発生により、タービンへの高温・高圧の水蒸気の供給が停止すると、タービンの内部圧力が低下してしまう。
すると、抽気が凝縮して生じたドレンの蒸気圧が、タービンの内部圧力を上回る結果となる。これにより、ドレンが減圧沸騰(フラッシュ)し、発生した蒸気が抽気配管を、タービンの方向に向かって高速で逆流する現象が生じる。
すると、抽気が凝縮して生じたドレンの蒸気圧が、タービンの内部圧力を上回る結果となる。これにより、ドレンが減圧沸騰(フラッシュ)し、発生した蒸気が抽気配管を、タービンの方向に向かって高速で逆流する現象が生じる。
従来において、このようなタービンへの水蒸気の供給停止に伴うフラッシュ現象による逆流を防止する方法としては、抽気配管に逆止弁を挿入する方法などがある(例えば、特許文献1,2)。
つまり、蒸気タービンの抽気配管に逆止弁が設置されることにより、フラッシュにより逆流した高速の蒸気がタービン内部に流入することを抑制し、タービンの回転数が上昇するのを防止できる。
つまり、蒸気タービンの抽気配管に逆止弁が設置されることにより、フラッシュにより逆流した高速の蒸気がタービン内部に流入することを抑制し、タービンの回転数が上昇するのを防止できる。
しかし、近年の大容量の発電プラントにおいては、配置スペース削減の観点から、抽気ドレンが、復水部の内部に滞留するように設計される場合がある。
すると、抽気配管に設けられる逆止弁は、その保守・点検の観点から、復水部の外側に設置する必要がある。このために、大口径の抽気配管のレイアウトを復水部の外側に大きく引廻す必要があり、配管系統の構成が複雑かつ高価となる。
さらに、フラッシュによる蒸気の高速逆流を阻止するための逆止弁は、抽気の順方向の流れに対する圧損も大きいために、熱交換の効率を犠牲にする場合がある。
すると、抽気配管に設けられる逆止弁は、その保守・点検の観点から、復水部の外側に設置する必要がある。このために、大口径の抽気配管のレイアウトを復水部の外側に大きく引廻す必要があり、配管系統の構成が複雑かつ高価となる。
さらに、フラッシュによる蒸気の高速逆流を阻止するための逆止弁は、抽気の順方向の流れに対する圧損も大きいために、熱交換の効率を犠牲にする場合がある。
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、停止時に抽気ドレンが減圧沸騰したとしてもタービン側に逆流しない構成を容易に達成するとともに、熱効率に優れる蒸気タービンシステム及びその制御技術を提供することを課題とする。
本発明に係る蒸気タービンシステムは、水蒸気発生部から供給される水蒸気が断熱膨張することによって回転するタービンと、前記水蒸気が断熱膨張した後に排出される排気を液体水に復水させる復水部と、前記断熱膨張の過程にある抽気を配送する抽気配管と、前記液体水を前記抽気で加熱してから前記水蒸気発生部に配給する給水加熱部と、前記復水部及び前記給水加熱部を連通する連通配管に設けられる第1開閉弁と、前記抽気配管における流動圧が、前記タービンから前記給水加熱部に向く順方向から逆方向に切り替ることを察知して前記第1開閉弁を閉止状態から開放状態に切り替える制御部と、を備えることを特徴とする。
さらに、前記給水加熱部に冷却水を注入する冷水配管に第3開閉弁設け、前記制御部は、前記抽気配管における流動圧が、前記タービンから前記給水加熱部に向く順方向から逆方向に切り替ることを察知して前記第3開閉弁を閉止状態から開放状態に切り替えることを特徴とするものである。
本発明によれば、停止時に抽気ドレンが減圧沸騰したとしてもタービン側に逆流しない構成を容易に達成するとともに、熱効率に優れる蒸気タービンシステム及びその制御技術が提供される。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1に示されるように第1実施形態に係る蒸気タービンシステム10(以下、単に「システム10」という)は、水蒸気発生部11と、発電部12と、制御部13と、タービン20と、抽気配管24と、復水部30と、第1開閉弁36と、給水加熱部40と、から構成される。
なお、蒸気タービンシステム10における図示した各機能部は、プラグラムに基づく処理を実行するコンピュータによって、その動作が制御されるものである。
(第1実施形態)
図1に示されるように第1実施形態に係る蒸気タービンシステム10(以下、単に「システム10」という)は、水蒸気発生部11と、発電部12と、制御部13と、タービン20と、抽気配管24と、復水部30と、第1開閉弁36と、給水加熱部40と、から構成される。
なお、蒸気タービンシステム10における図示した各機能部は、プラグラムに基づく処理を実行するコンピュータによって、その動作が制御されるものである。
このように構成される蒸気タービンシステム10は、水蒸気発生部11から供給される高温・高圧の水蒸気を断熱膨張させることによって、タービン20を回転させて熱エネルギーを運動エネルギーに変換し、さらに発電部12において電気エネルギーに変換するものである。
さらに、タービン20を回転させる仕事をし終えた水蒸気の排気g1は、復水部30において潜熱が奪われて液体水に戻る。そして、この液体水は、給水加熱部40で抽気配管24から供給される抽気g2により再加熱されて水蒸気発生部11に戻されることになる。
さらに、タービン20を回転させる仕事をし終えた水蒸気の排気g1は、復水部30において潜熱が奪われて液体水に戻る。そして、この液体水は、給水加熱部40で抽気配管24から供給される抽気g2により再加熱されて水蒸気発生部11に戻されることになる。
そして、水蒸気発生部11から高温・高圧の水蒸気の供給が停止した場合は、タービン20の内部圧力が急激に低下し、給水加熱部40内部のドレンの蒸気圧よりもさらに低下する場合がある。このときは、閉止状態にあった第1開閉弁36が開放状態に切り替り、ドレン蒸気を復水部30の内部に逃がし、このドレン蒸気がタービン20の内部へ侵入するのを防止する。
水蒸気発生部11は、原子炉やボイラー等の熱源から液体水に熱エネルギーを付与して高温・高圧の水蒸気を発生させるものである。
この水蒸気発生部11により発生した水蒸気は、第2開閉弁22が設けられている供給配管21を介してタービン20に供給され発電部12に仕事をさせる。
この水蒸気発生部11により発生した水蒸気は、第2開閉弁22が設けられている供給配管21を介してタービン20に供給され発電部12に仕事をさせる。
発電部12は、シャフト23を介してタービン20と同軸に連結しており、このタービン20の回転の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。
このシャフト23には、発電部12に伝達させるタービン20側の回転を、連結/遮断するクラッチ(図示略)が設けられ、遮断状態においてタービン20の回転運動は、無負荷の状態となる。
このシャフト23には、発電部12に伝達させるタービン20側の回転を、連結/遮断するクラッチ(図示略)が設けられ、遮断状態においてタービン20の回転運動は、無負荷の状態となる。
第2開閉弁22は、水蒸気発生部11からタービン20に水蒸気を供給する供給配管21に設けられ、この水蒸気の供給の開放状態/閉止状態を切り替えるものである。
第2開閉弁22の開放状態/閉止状態を切り替えは、制御部13によって実行され、システム10の通常運転中は常に開放状態となっており、この運転を停止させるときは閉止状態に切り替える。
第2開閉弁22の開放状態/閉止状態を切り替えは、制御部13によって実行され、システム10の通常運転中は常に開放状態となっており、この運転を停止させるときは閉止状態に切り替える。
さらに第2開閉弁22は、発電部12との連結が外れてタービン20の負荷が遮断されたとき又は水蒸気発生部11がトリップしたときにも閉止状態になり、タービン20への蒸気の供給を遮断する。
つまり、制御部13は、水蒸気発生部11からのトリップ信号S1又はタービン20からのトリップ信号S2を受信して、これらのトリップ状態を認識すると、第2開閉弁22を閉止状態にする信号S4を出力する。
つまり、制御部13は、水蒸気発生部11からのトリップ信号S1又はタービン20からのトリップ信号S2を受信して、これらのトリップ状態を認識すると、第2開閉弁22を閉止状態にする信号S4を出力する。
タービン20は、水蒸気発生部11から供給される高圧水蒸気が断熱膨張することによって回転するものである。タービン20は、図示されない水蒸気の流路に複数の回転羽が配列し、回転軸に固定されている。
これら回転羽は、供給配管21の先端孔21aから導入され軸方向に流れる水蒸気を受けて、回転トルクを生じさせる。この水蒸気が流れる流路は、供給された水蒸気が断熱膨張しながら軸方向に一定の流速で進むように、下流に行くに従って流路断面が大きくなるように構成されている。
そして、タービン20の流路を断熱膨張しながら流動し、含まれる熱エネルギーを運動エネルギーに変換させた水蒸気は、その末端20aにおいて排気g1として排出されることになる。
これら回転羽は、供給配管21の先端孔21aから導入され軸方向に流れる水蒸気を受けて、回転トルクを生じさせる。この水蒸気が流れる流路は、供給された水蒸気が断熱膨張しながら軸方向に一定の流速で進むように、下流に行くに従って流路断面が大きくなるように構成されている。
そして、タービン20の流路を断熱膨張しながら流動し、含まれる熱エネルギーを運動エネルギーに変換させた水蒸気は、その末端20aにおいて排気g1として排出されることになる。
復水部30は、内部の冷却空間Tに、循環ポンプ31の駆動により冷媒(海水等)を循環させる冷媒循環路32が配置されている。
これにより、復水部30は、高圧水蒸気が断熱膨張した後に排出される排気g1を冷却空間Tにおいて液体水に復水させるものである。
つまり、タービン20の末端20aから排出された排気g1は、冷媒循環路32を循環する冷媒(海水)と熱交換し、凝縮して液体水に戻り、復水部30の下部に滞積する。
このように、復水部30の下部に滞積した液体水は、配給ポンプ33によって昇圧され、配管34から給水加熱部40を経由して水蒸気発生部11に戻される。
これにより、復水部30は、高圧水蒸気が断熱膨張した後に排出される排気g1を冷却空間Tにおいて液体水に復水させるものである。
つまり、タービン20の末端20aから排出された排気g1は、冷媒循環路32を循環する冷媒(海水)と熱交換し、凝縮して液体水に戻り、復水部30の下部に滞積する。
このように、復水部30の下部に滞積した液体水は、配給ポンプ33によって昇圧され、配管34から給水加熱部40を経由して水蒸気発生部11に戻される。
給水加熱部40は、密閉された導入空間41に内部配管42が配置され、この内部配管42の始端と終端の両端は、それぞれ導入空間41の外側に向けて開口している。
この内部配管42は、始端が復水部30内に滞積している復水(液体水)を導く配管34に接続し、終端が水蒸気発生部11の沸騰水に通じる配管45に接続している。
さらに、給水加熱部40の導入空間41には、抽気配管24が接続している。
この内部配管42は、始端が復水部30内に滞積している復水(液体水)を導く配管34に接続し、終端が水蒸気発生部11の沸騰水に通じる配管45に接続している。
さらに、給水加熱部40の導入空間41には、抽気配管24が接続している。
抽気配管24は、始端24aがタービン20における水蒸気流路の途中経路に開口し、終端が給水加熱部40の導入空間41に開口している。
これにより、抽気配管24は、高温・高圧の水蒸気が断熱膨張する過程にある抽気g2を、圧力差により、その始端24aから取り込んで、給水加熱部40の導入空間41に配送する。
そして、給水加熱部40は、導入空間41を通過する液体水を、抽気g2で加熱してから水蒸気発生部11に配給する。
これにより、抽気配管24は、高温・高圧の水蒸気が断熱膨張する過程にある抽気g2を、圧力差により、その始端24aから取り込んで、給水加熱部40の導入空間41に配送する。
そして、給水加熱部40は、導入空間41を通過する液体水を、抽気g2で加熱してから水蒸気発生部11に配給する。
一方で、導入空間41に導入された抽気g2は、内部配管42を流れる液体水と熱交換を行うことにより冷却されて凝縮し、ドレンとして内部に滞留する。
そして、導入空間41の内部にドレンとして滞留した液体水は、ドレン弁44を開放すると、抽気g2の圧力により、ドレン配管43を経由して内部配管42の上流に注入される。
このドレン弁44は、給水加熱部40内に滞留するドレンの水位が、所定の範囲に保たれるよう所定の開度で開かれる。
そして、導入空間41の内部にドレンとして滞留した液体水は、ドレン弁44を開放すると、抽気g2の圧力により、ドレン配管43を経由して内部配管42の上流に注入される。
このドレン弁44は、給水加熱部40内に滞留するドレンの水位が、所定の範囲に保たれるよう所定の開度で開かれる。
連通配管35は、第1開閉弁36を経路上に備え、抽気配管24から分岐して復水部30に接続している。
これにより、連通配管35は、第1開閉弁36の開放/閉止の動作に応じて、復水部30の冷却空間Tと給水加熱部40の導入空間41とを連通/遮断するものである。
これにより、連通配管35は、第1開閉弁36の開放/閉止の動作に応じて、復水部30の冷却空間Tと給水加熱部40の導入空間41とを連通/遮断するものである。
ここで、システム10の通常運転中において、給水加熱部40の導入空間41の圧力は、抽気配管24の始端24aの近傍における抽気g2の圧力よりも低く、復水部30の冷却空間Tの圧力よりも高いのが一般的である。
しかし、第2開閉弁22が閉止状態になる等して高温・高圧の水蒸気の供給が遮断されると、給水加熱部40の内部圧力は、急激に低下する抽気g2の圧力を上回るようになる。 そして、抽気配管24における流動圧が、タービン20から給水加熱部40に向く順方向から逆方向に切り替ることになる。
すると、給水加熱部40に滞留するドレンが減圧沸騰(フラッシュ)し、生成した蒸気が、抽気配管24を逆流してタービン20に流入し、内部の構成部材を損傷する虞が生じる。
しかし、第2開閉弁22が閉止状態になる等して高温・高圧の水蒸気の供給が遮断されると、給水加熱部40の内部圧力は、急激に低下する抽気g2の圧力を上回るようになる。 そして、抽気配管24における流動圧が、タービン20から給水加熱部40に向く順方向から逆方向に切り替ることになる。
すると、給水加熱部40に滞留するドレンが減圧沸騰(フラッシュ)し、生成した蒸気が、抽気配管24を逆流してタービン20に流入し、内部の構成部材を損傷する虞が生じる。
そこで第1開閉弁36は、システム10の通常運転中は常に閉止状態となっているが、抽気配管24の流動圧が逆方向に切り替ることを察知すると、開放状態に切り替わる。 そうすると、給水加熱部40でフラッシュにより生成した蒸気は、連通配管35を経由して復水部30に逃がされて、タービン20の損傷の虞が解消される。
このように、第1開閉弁36を閉止状態から開放状態へ切り替える必要は、システム10の運転を停止させる場合、発電部12との連結が外れてタービン20の負荷が遮断された場合、及び水蒸気発生部11がトリップした場合などが挙げられる。
つまり、制御部13は、水蒸気発生部11からのトリップ信号S1又はタービン20からのトリップ信号S2の受信、若しくは第2開閉弁22を閉止状態にする信号S4の発信をした場合は、抽気配管24の流動圧が逆方向に切り替ることを察知して、第1開閉弁36を開放状態にする信号S3を出力する。
つまり、制御部13は、水蒸気発生部11からのトリップ信号S1又はタービン20からのトリップ信号S2の受信、若しくは第2開閉弁22を閉止状態にする信号S4の発信をした場合は、抽気配管24の流動圧が逆方向に切り替ることを察知して、第1開閉弁36を開放状態にする信号S3を出力する。
このように、本発明の第1実施形態において、タービン20又は水蒸気発生部11でトリップが発生したとする。
そして、タービン20内の圧力が給水加熱部40の内部圧力よりも低くなり、給水加熱部40に滞留するドレンがフラッシュしても、第1開閉弁36が開放状態になる。
これにより、発生したフラッシュ蒸気は、連通配管35を介して、タービン20よりも内部圧力が低い復水部30に逃がされて、抽気配管24を逆流してタービン20を損傷させることがない。
そして、タービン20内の圧力が給水加熱部40の内部圧力よりも低くなり、給水加熱部40に滞留するドレンがフラッシュしても、第1開閉弁36が開放状態になる。
これにより、発生したフラッシュ蒸気は、連通配管35を介して、タービン20よりも内部圧力が低い復水部30に逃がされて、抽気配管24を逆流してタービン20を損傷させることがない。
(第2実施形態)
図2は、本発明の第2実施形態に係る蒸気タービンシステム10を示すブロック図である。
第2実施形態における第1実施形態との相違点は、システム10の通常運転状態における第1開閉弁36(閉止状態)、及び第2開閉弁22(開放状態)の設定を切り替えるトリガを、トリップ信号S1,S2(図1参照)から、第1圧力計測部25及び第2圧力計測部26(図2参照)の検出信号S1´,S2´とした点にある。
なお、図2に記載されている機能部のうち、図1に記載されているものと共通するものについては、同一の符号を付し前記した説明を引用して記載を省略する。
図2は、本発明の第2実施形態に係る蒸気タービンシステム10を示すブロック図である。
第2実施形態における第1実施形態との相違点は、システム10の通常運転状態における第1開閉弁36(閉止状態)、及び第2開閉弁22(開放状態)の設定を切り替えるトリガを、トリップ信号S1,S2(図1参照)から、第1圧力計測部25及び第2圧力計測部26(図2参照)の検出信号S1´,S2´とした点にある。
なお、図2に記載されている機能部のうち、図1に記載されているものと共通するものについては、同一の符号を付し前記した説明を引用して記載を省略する。
第1圧力計測部25は、抽気配管24の始端24a近傍に設けられ、タービン20側における抽気g2の第1圧力P1を計測するものである。
第2圧力計測部26は、給水加熱部40に設けられ、導入空間41の第2圧力P2を計測するものである。
第2圧力計測部26は、給水加熱部40に設けられ、導入空間41の第2圧力P2を計測するものである。
システム10の通常運転中は、前記説明のとおり、第1圧力計測部25及び第2圧力計測部26の計測結果においてP1>P2の関係が成立する。
そして、タービン20又は水蒸気発生部11でトリップ等が発生すると、このP1>P2の関係が不成立となり、抽気配管24における流動圧が順方向から逆方向に切り替ることが察知される。
そして、タービン20又は水蒸気発生部11でトリップ等が発生すると、このP1>P2の関係が不成立となり、抽気配管24における流動圧が順方向から逆方向に切り替ることが察知される。
このように、本発明の第2実施形態において、タービン20又は水蒸気発生部11でトリップが発生したとしても、タービン20内の圧力P1が給水加熱部40の内部圧力P2よりも低くなることを直接検出できる。
このため、給水加熱部40に滞留するドレンがフラッシュしても、この検出結果に基づいて第1開閉弁36を開放状態にすることができる。
これにより、発生したフラッシュ蒸気は、連通配管35を介して、タービン20よりも内部圧力が低い復水部30に逃がされて、逆流してタービン20を損傷させることがない。
このため、給水加熱部40に滞留するドレンがフラッシュしても、この検出結果に基づいて第1開閉弁36を開放状態にすることができる。
これにより、発生したフラッシュ蒸気は、連通配管35を介して、タービン20よりも内部圧力が低い復水部30に逃がされて、逆流してタービン20を損傷させることがない。
(第3実施形態)
図3は、本発明の第3実施形態に係る蒸気タービンシステム10を示すブロック図である。
第3実施形態における第1実施形態との相違点は、連通配管35(図1参照)及び第1開閉弁36を廃止して、冷水タンク14(図3参照)、第3開閉弁37、及び冷水配管38を設けた点にある。
なお、図3に記載されている機能部のうち、図1に記載されているものと共通するものについては、同一の符号を付し前記した説明を引用して記載を省略する。
図3は、本発明の第3実施形態に係る蒸気タービンシステム10を示すブロック図である。
第3実施形態における第1実施形態との相違点は、連通配管35(図1参照)及び第1開閉弁36を廃止して、冷水タンク14(図3参照)、第3開閉弁37、及び冷水配管38を設けた点にある。
なお、図3に記載されている機能部のうち、図1に記載されているものと共通するものについては、同一の符号を付し前記した説明を引用して記載を省略する。
冷水配管38は、その先端が冷却水を貯蔵している冷水タンク14に接続し、その終端が給水加熱部40の導入空間41に開口している。
第3開閉弁37は、冷水配管38に設けられて、閉止状態から開放状態に切り替わると冷水タンク14から給水加熱部40に冷却水を注入するものである。
第3開閉弁37は、冷水配管38に設けられて、閉止状態から開放状態に切り替わると冷水タンク14から給水加熱部40に冷却水を注入するものである。
システム10の通常運転中において、第3開閉弁37は、常に閉止状態に設定されている。そして、制御部13は、抽気配管24における流動圧が、タービン20から導入空間41に向く順方向から逆方向に切り替ることを察知して第3開閉弁37を閉止状態から開放状態に切り替える。
これにより、冷却水が混合することによって給水加熱部40に滞留しているドレンの温度が低下するために、導入空間41の蒸気圧が、タービン20近傍の抽気g2の圧力を上回ることがない。
これにより、冷却水が混合することによって給水加熱部40に滞留しているドレンの温度が低下するために、導入空間41の蒸気圧が、タービン20近傍の抽気g2の圧力を上回ることがない。
ここで、本発明の第3実施形態において、タービン20又は水蒸気発生部11でトリップが発生したとする。
そして、タービン20内の圧力が給水加熱部40の内部圧力よりも低くなり、給水加熱部40に滞留するドレンがフラッシュしても、第3開閉弁37が開放状態になる。
これにより、ドレンの温度が低下してフラッシュが停止するために、蒸気が抽気配管24を逆流してタービン20を損傷させることがなくなる。
そして、タービン20内の圧力が給水加熱部40の内部圧力よりも低くなり、給水加熱部40に滞留するドレンがフラッシュしても、第3開閉弁37が開放状態になる。
これにより、ドレンの温度が低下してフラッシュが停止するために、蒸気が抽気配管24を逆流してタービン20を損傷させることがなくなる。
(第4実施形態)
図4は、本発明の第4実施形態に係る蒸気タービンシステム10を示すブロック図である。
第4実施形態における第3実施形態との相違点は、システム10の通常運転状態における第3開閉弁37(閉止状態)、及び第2開閉弁22(開放状態)の設定を切り替えるトリガを、トリップ信号S1,S2(図3参照)から、第1圧力計測部25及び第2圧力計測部26(図4参照)の検出信号S1´,S2´とした点にある。
なお、図4に記載されている機能部のうち、図1から図3に記載されているものと共通するものについては、同一の符号を付し前記した説明を引用して記載を省略する。
図4は、本発明の第4実施形態に係る蒸気タービンシステム10を示すブロック図である。
第4実施形態における第3実施形態との相違点は、システム10の通常運転状態における第3開閉弁37(閉止状態)、及び第2開閉弁22(開放状態)の設定を切り替えるトリガを、トリップ信号S1,S2(図3参照)から、第1圧力計測部25及び第2圧力計測部26(図4参照)の検出信号S1´,S2´とした点にある。
なお、図4に記載されている機能部のうち、図1から図3に記載されているものと共通するものについては、同一の符号を付し前記した説明を引用して記載を省略する。
ここで、本発明の第4実施形態において、タービン20又は水蒸気発生部11でトリップが発生したとしても、タービン20内の圧力P1が給水加熱部40の内部圧力P2よりも低くなることを直接検出できる。
このため、給水加熱部40に滞留するドレンがフラッシュしても、この検出結果に基づいて第3開閉弁37が開放状態になる。
これにより、ドレンの温度が低下してフラッシュが停止するために、蒸気が抽気配管24を逆流してタービン20を損傷させることがなくなる。
このため、給水加熱部40に滞留するドレンがフラッシュしても、この検出結果に基づいて第3開閉弁37が開放状態になる。
これにより、ドレンの温度が低下してフラッシュが停止するために、蒸気が抽気配管24を逆流してタービン20を損傷させることがなくなる。
図5に示されるフローチャートに基づいて、蒸気タービンシステム10の動作、及びその制御方法の実施形態について説明する。
まず、システム10の運転を開始するにあたり、図1,図2に示されるシステム10においては第1開閉弁36を閉止状態に設定し、図3,図4に示されるシステム10においては第3開閉弁37を閉止状態に設定する(S11)。さらに、第2開閉弁22を開放状態に設定する(S12)。
まず、システム10の運転を開始するにあたり、図1,図2に示されるシステム10においては第1開閉弁36を閉止状態に設定し、図3,図4に示されるシステム10においては第3開閉弁37を閉止状態に設定する(S11)。さらに、第2開閉弁22を開放状態に設定する(S12)。
水蒸気発生部11の内部の水を加熱により沸騰させて高温・高圧の水蒸気を発生させ(S13)、供給配管21を経由してタービン20に供給し、この水蒸気を断熱膨張させてタービン20を回転させる(S14)。そして、このタービン回転の運動エネルギーを発電部12において電気エネルギーに変換して発電する。
一方で、タービン20において、水蒸気が断熱膨張した後に排出される排気g1を復水部30において液体水に復水させる(S15)。
一方で、タービン20において、水蒸気が断熱膨張した後に排出される排気g1を復水部30において液体水に復水させる(S15)。
またタービン20において、水蒸気が断熱膨張の過程にある抽気g2を抽気配管24で配送し、この抽気g2で給水加熱部40を通過する液体水を加熱する(S16)。そして、この液体水と熱交換することによって抽気g2が凝縮してドレンとなり、このドレンはドレン配管43を経由して復水部30から配送される液体水に合流する。
このように、復水部30からの液体水、及び抽気g2が凝縮したドレンは、給水加熱部40を通過して加熱され、水蒸気発生部11に配給される(S17)。
このように、復水部30からの液体水、及び抽気g2が凝縮したドレンは、給水加熱部40を通過して加熱され、水蒸気発生部11に配給される(S17)。
そして、システム10の連続運転を阻害する要因が発生しない限り(S18;Yes,S19;Yes,S20;No)、S13〜S17のルーチンが繰り返され、発電が継続する。
一方、水蒸気発生部11又はタービン20からのトリップ信号S1,S2が検出された場合(S18;No(図1,図3))、第1圧力計測部25及び第2圧力計測部26の計測結果においてP1>P2の関係が不成立となる場合(S19;No(図2,図4))、又はシステム10の運転の停止指令がなされた場合(S20;Yes)は、水蒸気発生部11における水蒸気の発生を停止し(S21)、第2開閉弁22を閉止状態にする(S22)。
一方、水蒸気発生部11又はタービン20からのトリップ信号S1,S2が検出された場合(S18;No(図1,図3))、第1圧力計測部25及び第2圧力計測部26の計測結果においてP1>P2の関係が不成立となる場合(S19;No(図2,図4))、又はシステム10の運転の停止指令がなされた場合(S20;Yes)は、水蒸気発生部11における水蒸気の発生を停止し(S21)、第2開閉弁22を閉止状態にする(S22)。
これら、(S18;No、S19;No、S20;Yes)のうち少なくとも一つのステップを経た段階で、抽気配管24における流動圧が、順方向から逆方向に切り替ることが察知される。
このような察知をすると、図1,図2のシステム10においては、第1開閉弁36を閉止状態から開放状態に切り替えて(S23)、復水部30及び給水加熱部40を連通する。
そして、図3,図4のシステム10においては、第3開閉弁37を閉止状態から開放状態に切り替えて(S23)、冷水タンク14から冷却水を給水加熱部40に注入する。
このような察知をすると、図1,図2のシステム10においては、第1開閉弁36を閉止状態から開放状態に切り替えて(S23)、復水部30及び給水加熱部40を連通する。
そして、図3,図4のシステム10においては、第3開閉弁37を閉止状態から開放状態に切り替えて(S23)、冷水タンク14から冷却水を給水加熱部40に注入する。
これにより、給水加熱部40の内部に滞留しているドレンの減圧沸騰(フラッシュ)の防止が図れ、タービン20が損傷を受けることがない。
本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。
例えば、実施形態において給水加熱部40は、一段ものを例示したが、複数のものを直列に接続した複数段で形成される場合もある。また、給水加熱部40は、復水部30の外部に配置されるものを例示したが、その内部に配置される場合もある。
例えば、実施形態において給水加熱部40は、一段ものを例示したが、複数のものを直列に接続した複数段で形成される場合もある。また、給水加熱部40は、復水部30の外部に配置されるものを例示したが、その内部に配置される場合もある。
さらに、第1開閉弁36が設けられる連通配管35は、抽気配管24から分岐したものを例示したが、給水加熱部40の導入空間41と、復水部30の冷却空間Tとを直接接続する場合もある。
また、給水加熱部40が復水部30の内部に配置される場合は、冷却空間Tに連通する連通配管35の一方が開口端となる場合もある。
また、給水加熱部40が復水部30の内部に配置される場合は、冷却空間Tに連通する連通配管35の一方が開口端となる場合もある。
また、実施形態において、タービン20は、一機のみが例示されているが、共通のシャフト23上に、複数のタービンが配列され、それぞれに水蒸気が分配して供給される場合もある。
さらに、供給配管21の上流に高圧タービンが設けられ、この高圧タービンの排気を導入して回転するタービン20である場合も含まれる。
さらに、供給配管21の上流に高圧タービンが設けられ、この高圧タービンの排気を導入して回転するタービン20である場合も含まれる。
また、実施形態においては、第1開閉弁36が設けられる連通配管35、及び第3開閉弁37が設けられる冷水配管38のうち、いずれか一方が配置されるものを示したが、両方が配置される蒸気タービンシステムである場合もある。
これにより、給水加熱部40でフラッシュが発生し、システム20に好ましくない影響を与えるような事態を、いち早く回避することができる。
これにより、給水加熱部40でフラッシュが発生し、システム20に好ましくない影響を与えるような事態を、いち早く回避することができる。
10…蒸気タービンシステム(システム),11…水蒸気発生部,12…発電部,13…制御部,14…冷水タンク,20…タービン,21…供給配管,22…第2開閉弁,23…シャフト,24…抽気配管,25…第1圧力計測部,26…第2圧力計測部,30…復水部,31…循環ポンプ,32…冷媒循環路,33…配給ポンプ,35…連通配管,36…第1開閉弁,37…第3開閉弁,38…冷水配管,40…給水加熱部,41…導入空間,42…内部配管,43…ドレン配管,44…ドレン弁,P1…第1圧力,P2…第2圧力,S1´,S2´…検出信号,S1,S2…トリップ信号,T…冷却空間,g1…排気,g2…抽気。
Claims (9)
- 水蒸気発生部から供給される水蒸気が断熱膨張することによって回転するタービンと、
前記水蒸気が断熱膨張した後に排出される排気を液体水に復水させる復水部と、
前記断熱膨張の過程にある抽気を配送する抽気配管と、
前記液体水を前記抽気で加熱してから前記水蒸気発生部に配給する給水加熱部と、
前記復水部及び前記給水加熱部を連通する連通配管に設けられる第1開閉弁と、
前記抽気配管における流動圧が、前記タービンから前記給水加熱部に向く順方向から逆方向に切り替ることを察知して前記第1開閉弁を閉止状態から開放状態に切り替える制御部と、を備えることを特徴とする蒸気タービンシステム。 - 前記制御部は、前記タービン又は前記水蒸気発生部からのトリップ信号を受信した時点で、前記流動圧が前記順方向から前記逆方向に切り替ると察知することを特徴とする請求項1に記載の蒸気タービンシステム。
- 前記水蒸気発生部から前記タービンへ前記水蒸気を供給する供給配管に設けられる第2開閉弁を備え、
前記制御部は、前記第2開閉弁が開放状態から閉止状態に切り替る時点で、前記流動圧が前記順方向から前記逆方向に切り替ると察知することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の蒸気タービンシステム。 - 前記タービン側における前記抽気の第1圧力P1を計測する第1圧力計測部と、
前記給水加熱部の第2圧力P2を計測する第2圧力計測部と、を備え、
前記制御部は、第1圧力計測部及び第2圧力計測部の計測結果においてP1>P2の関係が不成立となる時点で、前記流動圧が前記順方向から前記逆方向に切り替ると察知することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の蒸気タービンシステム。 - 水蒸気発生部から供給される水蒸気が断熱膨張することによって回転するタービンと、
前記水蒸気が断熱膨張した後に排出される排気を液体水に復水させる復水部と、
前記断熱膨張の過程にある前記抽気を配送する抽気配管と、
前記液体水を前記抽気で加熱してから前記水蒸気発生部に配給する給水加熱部と、
前記給水加熱部に冷却水を注入する冷水配管に設けられる第3開閉弁と、
前記抽気配管における流動圧が、前記タービンから前記給水加熱部に向く順方向から逆方向に切り替ることを察知して前記第3開閉弁を閉止状態から開放状態に切り替える制御部と、を備えることを特徴とする蒸気タービンシステム。 - 水蒸気発生部から供給される水蒸気を断熱膨張させてタービンを回転させるステップと、
前記水蒸気が断熱膨張した後に排出される排気を復水部において液体水に復水させるステップと、
前記断熱膨張の過程にある抽気を抽気配管で配送するステップと、
給水加熱部を通過する前記液体水を前記抽気で加熱してから前記水蒸気発生部に配給するステップと、
前記抽気配管における流動圧が、前記タービンから前記給水加熱部に向く順方向から逆方向に切り替ることを察知して、前記復水部及び前記給水加熱部を連通する連通配管に設けられる第1開閉弁を閉止状態から開放状態に切り替えるステップと、を含むことを特徴とする蒸気タービンシステムの制御方法。 - 水蒸気発生部から供給される水蒸気を断熱膨張させてタービンを回転させるステップと、
前記水蒸気が断熱膨張した後に排出される排気を復水部において液体水に復水させるステップと、
前記断熱膨張の過程にある抽気を抽気配管で配送するステップと、
給水加熱部を通過する前記液体水を前記抽気で加熱してから前記水蒸気発生部に配給するステップと、
前記抽気配管における流動圧が、前記タービンから前記給水加熱部に向く順方向から逆方向に切り替ることを察知して、前記給水加熱部に冷却水を注入する冷水配管に設けられる第3開閉弁を閉止状態から開放状態に切り替えるステップと、を含むことを特徴とする蒸気タービンシステムの制御方法。 - コンピュータを、
水蒸気発生部から供給される水蒸気を断熱膨張させてタービンを回転させる手段、
前記水蒸気が断熱膨張した後に排出される排気を復水部において液体水に復水させる手段、
前記断熱膨張の過程にある抽気を抽気配管で配送する手段、
給水加熱部を通過する前記液体水を前記抽気で加熱してから前記水蒸気発生部に配給する手段、
前記抽気配管における流動圧が、前記タービンから前記給水加熱部に向く順方向から逆方向に切り替ることを察知して、前記復水部及び前記給水加熱部を連通する連通配管に設けられる第1開閉弁を閉止状態から開放状態に切り替える手段、として機能させることを特徴とする蒸気タービンシステムの制御プログラム。 - コンピュータを、
水蒸気発生部から供給される水蒸気を断熱膨張させてタービンを回転させる手段、
前記水蒸気が断熱膨張した後に排出される排気を復水部において液体水に復水させる手段、
前記断熱膨張の過程にある抽気を抽気配管で配送する手段、
給水加熱部を通過する前記液体水を前記抽気で加熱してから前記水蒸気発生部に配給する手段、
前記抽気配管における流動圧が、前記タービンから前記給水加熱部に向く順方向から逆方向に切り替ることを察知して、前記給水加熱部に冷却水を注入する冷水配管に設けられる第3開閉弁を閉止状態から開放状態に切り替える手段、として機能させることを特徴とする蒸気タービンシステムの制御プログラム。
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JP2009071544A JP2010223105A (ja) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | 蒸気タービンシステム、その制御方法、及びその制御プログラム |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2014148517A1 (ja) * | 2013-03-22 | 2014-09-25 | 三菱重工業株式会社 | 蒸気タービンプラント |
CN112523816A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-19 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种汽轮机配汽函数曲线的优化控制方法及系统 |
-
2009
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CN112523816A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-19 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种汽轮机配汽函数曲线的优化控制方法及系统 |
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