JP2012057615A - 蒸気タービンプラント - Google Patents

Abstract

【課題】様々な運転モードを通じてプラントの高圧蒸気タービンを通過するピーク軸トルクを制限する、中間蒸気抽出のために構成された、一軸形蒸気タービンプラントを提供する。
【解決手段】第１の端部及び第２の端部を備えた軸２２と、軸２２の前記第１の端部及び前記第２の端部のそれぞれに配置された第１の低圧蒸気タービン３０ａ及び第２の低圧蒸気タービン３０ｂと、第１の蒸気タービン３０ａと第２の低圧蒸気タービン３０ｂとの間において軸２２上に配置された発電機１０と、少なくとも１つの高圧蒸気タービン（１４）を含む、第１の低圧蒸気タービン３０ａと低圧蒸気タービン３０ｂとの間において軸２２上に配置された蒸気タービン列１２とが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して蒸気タービンプラント、特に断続的高需要蒸気消費部へ中間蒸気を供給するために設計及び配置された蒸気タービンプラントに関する。

高需要使用部のための蒸気取出し部を有する一軸形蒸気タービンプラントが直面する課題の一つは、軸ピークトルク応力を最小限に抑制しながらどのように効率的に運転するかということである。このピークトルクは、一般的に軸上に配置されている発電機によって生ぜしめられる抵抗と、一連の蒸気タービンとの差によって生ぜしめられる。

高需要蒸気消費部の例、この場合には炭素捕捉及び隔離ユニットが、欧州特許第１６８８１７３号明細書に記載されている。高需要蒸気消費部へのエネルギ及び蒸気の効率的な供給のための様々な蒸気タービンプラント装置が、さらに、Zachary, J（２００８年６月）"Options for reducing a coal-fired plant's carbon foot print: Part I" POWER 28-33 (Zachary）に記載されている。記載された装置は、複数の低圧蒸気タービンと直列に配置された一軸形蒸気タービンを有している。

このような蒸気プラントのさらに別の例は、米国特許出願第２０１０／００３８９１７号明細書に記載されている。高需要使用部のための中間取出し部を有する一軸形蒸気タービンプラントが記載されている。

欧州特許第１６８８１７３号明細書 米国特許出願第２０１０／００３８９１７号明細書

Zachary, J（２００８年６月）"Options for reducing a coal-fired plant's carbon foot print: Part I" POWER 28-33 (Zachary）

様々な運転モードを通じてプラントの高圧蒸気タービンを通るピーク軸トルクを制限する、中間蒸気抽出のために構成された、一軸形蒸気タービンプラントが提供される。

本発明は、独立請求項の主体によってこの課題を解決する。有利な実施の形態は従属請求項に記載されている。

発明の一態様は、軸のそれぞれの端部に低圧蒸気タービンを備えた一軸形蒸気タービンを提供する。発電機及び高圧蒸気タービンは、低圧蒸気タービンの間に配置されている。この構成は、低圧蒸気タービンからの全トルクが高圧蒸気タービンを通過しないことを保証し、これにより、高圧蒸気タービンを通る軸部分を、より低いトルクに合わせて設計することができる。

別の態様は、運転及びメンテナンスにおける柔軟性を提供する、クラッチ及び中間使用部取出し部配列を提供する。

本発明の別の態様及び利点は、例として実施の形態が開示されている添付の図面に関連した以下の説明から明らかになるであろう。

例えば、本発明の実施の形態は、添付図面に関連して以下により詳細に説明される。

蒸気タービンプラントの典型的な実施の形態の概略図である。 図１の蒸気タービンを有しかつ３つの軸位置を備えた軸を有する蒸気タービンプラントの概略図である。 図１の蒸気タービンプラントを有しかつ、１つの軸部分を備えた軸と、２つの取出し部とを有する蒸気タービンプラントの概略図である。

以下の記載では説明のために、典型的な実施の形態の十分な理解を提供するための多くの特定の詳細が示される。しかしながら、実施の形態はこれらの特定の詳細を用いずに実施されてもよいことが明らかである。他の例においては、典型的な実施の形態の記載を容易にするために、構造体及び装置は四角で示されている。

本明細書を通じて、「蒸気タービン列」が言及される。本明細書において、「蒸気タービン列」は、一つの軸２２におけるそれぞれ異なる圧力構成の一連の蒸気タービンであると定義される。蒸気タービン列１２は、一つの軸２２に配置された一連の蒸気タービンのうちの幾つか又は全てを含んでいる。

本明細書を通じて、「高需要蒸気消費部」が言及される。「高需要蒸気消費部」は、蒸気プラント内の低圧蒸気タービンと等しい蒸気量（steam rate）を要求することができる蒸気消費部であると定義される。このような蒸気消費部の例は、炭素捕捉ユニットである。

ここで典型的な実施の形態の詳細に言及するが、実施の形態の例は添付の図面に示されている。可能である場合には、同一の部材を示すために同一の参照符号を全体を通じて使用する。

図１は典型的な蒸気タービンを示している。蒸気タービンは、軸２２を有しており、この軸２２には一連の蒸気タービンと、発電機１０とが配置されている。蒸気タービンは、蒸気タービン列１２と、第１及び第２の低圧蒸気タービン３０ａ，３０ｂとを含んでいる。低圧蒸気タービン３０ａ，３０ｂは、蒸気タービンプラントのそれぞれの端部に配置されており、供給ライン２７によって蒸気タービン列に接続されていて蒸気を流通させるようになっている。高需要蒸気消費部のための取出し部２４は、この供給ライン２７に配置されている。

低圧蒸気タービン３０ａと発電機１０とをそれぞれ軸２２の反対側の端部に配置することによって、高圧蒸気タービン１４を通るトルク負荷が減じられる。高圧蒸気タービン１４を通るトルクを更に減じるために、図２に示された蒸気タービン列１２においては、高圧蒸気タービン１４と中圧蒸気タービン１６との位置は、高圧蒸気タービン１４ではなく中圧蒸気タービン１６が発電機１０に隣接して配置されるように、交替して配置されていてもよい。

図２は、典型的な蒸気タービンプラントを示しており、この蒸気タービンプラントは軸２２を有しており、この軸は、第１のクラッチ２０ａ及び第２のクラッチ２０ｂによって接続された３つの部分２２ａ，２２ｂ，２２ｃを有している。第１のクラッチ２０ａは第１の軸部分２２ａと第２の軸部分２２ｂとを接続しており、第２のクラッチ２０ｂは第１の軸部分２２ａと第３の軸部分２２ｃとを接続している。第２の軸部分２２ｂと第３の軸部分２２ｃとは、これらの軸部分にそれぞれ配置された第１の低圧蒸気タービン３０ａと第２の低圧蒸気タービン３０ｂとを有しており、第１の軸部分２２ａは、発電機１０と、蒸気タービン列１２とを有している。典型的な実施の形態において、蒸気タービン列１２は、発電機１０と、第１の低圧蒸気タービン３０ａとの間に配置されている。クラッチ２０ａ，２０ｂを使用することによって、低圧蒸気タービン３０ａ，３０ｂのいずれか一方を停止させてメンテナンスしつつ、他方の蒸気プラントを運転することが可能である。これは、例えば蒸気が取出し部２４を通じて抽出される場合に行われてよい。

図２に示された典型的な実施の形態において、第１の低圧蒸気タービン３０ａから延びた、中圧蒸気タービン１６と高圧蒸気タービン１４とを有する一連のタービンを有している。個々の供給ライン２７ａ，２７ｂは、中圧蒸気タービン１６を低圧蒸気タービン３０ｂ，３０ａに接続している。一般的に、これらのラインはそれぞれ、個々の低圧タービン３０ａ，３０ｂへの蒸気流を絞り込むための絞り弁２６ａ，２６ｂを有しており、絞り弁は、取出し部２４ａ，２４ｂ（図３に示されている）に操作可能に接続されている場合に、低圧蒸気タービン３０ａ，３０ｂの間の負荷を効率的に平衡させるための手段を提供する。

図３は、別の典型的な蒸気タービンプラントを示しており、この蒸気タービンプラントは、クラッチを備えた軸２２を有しており、この軸２２のそれぞれの端部に２つの低圧蒸気タービン３０ａ，３０ｂが配置されている。発電機１０と、中圧蒸気タービン１６及び高圧蒸気タービン１４を含む蒸気タービン列１２とは、軸２２のそれぞれの端部に配置された低圧蒸気タービン３０ａ，３０ｂの間に配置されている。個々の供給ライン２７ａ，２７ｂが、中圧蒸気タービン１６を低圧蒸気タービン３０ａ，３０ｂに接続している。第２の供給ライン２７ｂは、個々の低圧蒸気タービン３０ｂへの蒸気流を絞り込むための絞り弁２６ｂを有している。供給ライン２７ａ，２７ｂのうちの少なくとも一方には、高需要蒸気消費部のための取出し部２４ａ，２４ｂが取り付けられている。

別の典型的な実施の形態は、電気式の供給プラントを運転する方法を提供する。この方法はまず、前記のように図１から図３に示された蒸気タービンプラントを提供し、最大電気価格の時間、例えば最大電気価格が基本負荷運転の間よりも１０倍高くなる昼食時、夕方及び平日、を特定する。これらの特定された時間の間、高需要蒸気消費部、例えばＣＯ₂捕捉プラントのための取出し部２４ａ，２４ｂは閉鎖され、全ての蒸気タービンの負荷を生ぜしめ、これにより最大電気出力を可能にする。

対照的に、より中程度の電気価格の時間が特定された場合、高需要蒸気消費部への取出し部２４ａ，２４ｂが開放され、例えばＣＯ₂捕捉ユニットに供給する。この運転モードの間、低圧蒸気タービン３０ａ，３０ｂのうちの少なくとも１つから蒸気が逸らされるので、発電プラントの電気出力が減じられる。

この典型的な方法の目的は、低い電気価格の間はＣＯ₂捕捉を最大化しながら最大電気価格の間は電気発生を最大化することによって、蒸気タービンプラントの運転する利益を最適化することである。

択一的に、低効率運転につながる中圧蒸気タービン１６及び／又は高圧蒸気タービン１４への減じられた供給量で運転する代わりに、低い送電需要の間は取出し部２４及びＣＯ₂捕捉プラントが運転される。この運転構成は、プラントへの蒸気量を増大させる必要なく、取出し部２４を閉鎖しかつ蒸気を低圧蒸気タービン３０ａ，３０ｂへ送ることによって電力出力が極めて急速に増大されるという別の利点を有している。

本発明は、最も実用的で典型的な実施の形態であると考えられるものについて図示及び説明されたが、本発明は、本質的な特徴から逸脱することなくその他の特定の形態で具体化することができることが当業者によって認められるであろう。例えば、前記蒸気タービンは、単流又は複流蒸気であってよい。択一的に、低圧蒸気タービン３０ａ，３０ｂは、低圧蒸気タービン間の質量流分配が蒸気消費部の需要に適合させられるように飲み込み能力（swallowing capacity）を提供するために互いに異なる寸法を有していてもよい。従って、本明細書において開示された実施の形態は、全ての点で例示的でありかつ制限されないと考えられる。発明の範囲は前記説明ではなく添付の請求の範囲によって示され、発明の意味及び範囲及び均等物に該当する全ての変更はそれに含まれることが意図されている。

１０ 発電機、 １２ 蒸気タービン列、 １４ 高圧蒸気タービン、 １６ 中圧蒸気タービン、 ２０ａ，２０ｂ クラッチ、 ２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 軸、 ２４，２４ａ，２４ｂ 取出し部、 ２６ａ，２６ｂ 絞り弁、 ２７，２７ａ，２７ｂ 供給ライン、 ３０ａ，３０ｂ 低圧蒸気タービン

Claims (7)

1. 蒸気タービンプラントにおいて、
   第１の端部及び第２の端部を備えた軸（２２）と、
   該軸（２２）の前記第１の端部及び前記第２の端部のそれぞれに配置された第１の低圧蒸気タービン（３０ａ）及び第２の低圧蒸気タービン（３０ｂ）と、
   前記第１の低圧蒸気タービン（３０ａ）と前記第２の低圧蒸気タービン（３０ｂ）との間において軸（２２）上に配置された発電機（１０）と、
   少なくとも１つの高圧蒸気タービン（１４）を含む、前記第１の低圧蒸気タービン（３０ａ）と前記第２の低圧蒸気タービン（３０ｂ）との間において軸（２２）上に配置された蒸気タービン列（１２）とが設けられていることを特徴とする、蒸気タービンプラント。
2. 前記蒸気タービン列（１２）を前記第１の低圧蒸気タービン（３０ａ）に接続する第１の供給ライン（２７ａ）と、
   高需要蒸気消費部に供給するために働く、前記第１の供給ライン（２７ａ）に配置された第１の取出し部（２４ａ）とが設けられている、請求項１記載の蒸気タービンプラント。
3. 前記蒸気タービン列（１２）を前記第２の低圧蒸気タービン（３０ｂ）に接続する第２の供給ライン（２７ｂ）と、
   高需要蒸気消費部に供給するために働く、前記第２の供給ライン（２７ｂ）に配置された第２の取出し部（２４ｂ）とが設けられている、請求項１又は２記載の蒸気タービンプラント。
4. 前記第１の低圧蒸気タービンと前記発電機（１０）との間において前記軸（２２）上に配置された第１のクラッチ（２０ａ）と、
   前記第２の低圧蒸気タービンと前記蒸気タービン列（１２）との間において前記軸（２２）上に配置された第２のクラッチ（２０ｂ）とが設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の蒸気タービンプラント。
5. 前記軸（２２）が、クラッチを有さない、請求項１から３までのいずれか１項記載の蒸気タービンプラント。
6. 前記第１の取出し部（２４ａ）の下流において前記第１の供給ライン（２７ａ）に配置された第１の絞り弁（２６ａ）と、
   前記第１の取出し部（２４ａ）の下流において前記第２の供給ライン（２７ｂ）に配置された第２の絞り弁（２６ｂ）とが設けられている、請求項２から４までのいずれか１項記載の蒸気タービンプラント。
7. 前記第１の取出し部（２４ａ）の下流において前記第１の供給ライン（２７ａ）に配置された第１の絞り弁（２６ａ）と、
   前記第２の取出し部（２４ｂ）の下流において前記第２の供給ライン（２７ｂ）に配置された第２の絞り弁（２６ｂ）とが設けられている、請求項５記載の蒸気タービンプラント。

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