JP2558740C

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Publication number: JP2558740C
Authority: JP
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Publication date: 1998-10-15

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は二段の再熱器を有するボイラと組合わせた二段再熱式蒸気タービンプ
ラントの起動方法に関する。（従来の技術）蒸気タービンプラントの性能向上を目指す動きは近年関係者の超高圧高圧ター
ビンの開発に向けて努力が結実し、一部ユニットではこれを実現する日も間近い
状況にある。この新たに開発された超高圧高温タービンのタービン入口での蒸気
条件は従来の圧力／温度２４６kg／cm²g／５３８℃に対して３１６kg／cm²g／５
６６℃となっている。一方、目を世界に転じると、この蒸気条件をより高めた３
１６kg／cm²g／５９３℃さらには３５２kg／cm²g／５９３℃級の超高圧高温ター
ビンの開発も進められている。これらの超高圧高温タービンは基本的には二段の
再熱器を有するボイラと組合わされて二段再熱式の蒸気タービンプラントとして
構成される。以下、その典型的なものを図面を参照して説明する。すなわち、第２図において、ボイラ１で発生した主蒸気は主蒸気管２を通って
超高圧タービン３に導かれ、その内部で膨脹して仕事を行ない、排気として第１
段低温再熱蒸気管４を介して第１段再熱器５に送られる。この超高圧タービン排
気は第１段再熱器５において再び加熱され、温度の高い再熱蒸気となって第１段
高温再熱蒸気管６を通して高圧タービン７に導入され、そこで膨脹して仕事を行
ない、排気として第２段低温再熱蒸気管８を介して第２段再熱器９に送られる。
この高圧タービン排気は第２段再熱器９において加熱され、温度の高い再熱蒸気
となって第２段高温再熱蒸気１０を通して中圧タービン１１に導かれ、その内部
で膨脹して仕事を行ない、排気として低温蒸気管１２を介して低圧タービン１３
に送られる。この中圧タービン排気は低圧タービン１３内でも膨脹して仕事を行
ない、その後復水器１４に排出されて循環水ポンプ（図示せず）によって送られ
る冷却水と熱交換して復水となる。この復水は復水ポンプ１５により抽出され、
低圧給水加熱器１６、脱気器１７を経て加熱され、さらに給水ポンプ１８により
加圧されて高圧給水加熱器１９を経てボイラ１に戻り、一つのサイクルが完了す
る。なお、図中符号２０は主蒸気止め弁、２１ａ，２１ｂは再熱蒸気止め弁をそ
れぞれ示し、また、符号２２および２３ａ，２３ｂは主蒸気加減弁および再熱蒸
気加減弁であって、超高圧タービン３または高圧タービン７、中圧タービン１１および低圧タービン１３に流れる主蒸気または再熱蒸気の流量を調節してそれぞ
れの出力を制御するものである。ところで、このような二段再熱式蒸気タービンプラントにおいてはタービン起
動停止時のボイラ負荷とタービン負荷との不適合を緩和し、また、各再熱器５、
９へ冷却用蒸気を供給する等の目的からタービンバイパス系が設けられる。すな
わち、超高圧タービン３に対するものとして主蒸気管２と第１段低温再熱蒸気管
４とを結ぶ超高圧タービンバイパス弁２４を有する超高圧タービンバイパス管２
５が、また高圧タービン７には第１段高温再熱蒸気管６と第２段低温再熱蒸気管
８とを連絡する高圧タービンバイパス弁２６を備えた高圧タービンバイパス管２
７が各々設けられ、起動時に第１段再熱器５に対しては減温器２８により温度調
節された蒸気が、また第２段再熱器９に対しては減温器２９により温度調節され
た蒸気がそれぞれ供給されるようになっている。さらに、起動時の上記冷却用蒸
気の排出、さらにプラント負荷しゃ断等が発生したときに主蒸気等を中圧タービ
ン１１および低圧タービン１３を経由せず、直接復水器１４に逃がすために第２
段高温再熱蒸気管１０と復水器１４とを結ぶ中，低圧タービンバイパス弁３０を
有する中，低圧タービンバイパス管３１が設けられる。なお、図中符号３２は減
温器であって、復水器１４に排出される蒸気を適温に冷却するために設けられる
。さらに、符号３３，３４は逆止弁を、また符号３５は発電機をそれぞれ示して
いる。（発明が解決しようとする問題点）上記構成による二段再熱式蒸気タービンプラントは超高圧高温タービンの最も
典型的なものであるが、タービン入口蒸気条件がより高い圧力に変遷するときに
は超高圧タービン３の排気圧力の上昇について考慮しておく必要がある。この超
高圧タービン３における排気圧力の上昇は、たとえば超高圧タービン３の以外の
高圧タービン７の再熱蒸気加減弁２３ａの開操作により回転数を上げて行くとき
などに、超高圧タービン３の主蒸気加減弁２２のシート面から漏洩して主蒸気が
超高圧タービン３の内部に流れてそこに滞留することから発生する。先に述べた
例の主蒸気圧力が３５２kg／cm²g級ではこの排気圧力は従来の水準と比べ約２倍
にもなる。こうした排気圧力のもとでは高速で回される超高圧タービン３の羽根車と残留蒸気との間の摩擦が激しくなり、メタル温度が著しく上昇するいわゆる
風損による発熱が引き起こされ、特に、羽根車の周速の速い部分では材料強度に
大きな不安が生じてくる。この風損による発熱に対処する一つの方策は超高圧タービン３に冷却用蒸気を
導く方法である。すなわち、起動初期から主蒸気加減弁２２を開けて主蒸気を超
高圧タービン３に導入し、羽根車等が冷却用蒸気により冷却されるような起動方
法を採用することが考えられる。しかしながら、このような起動の進め方においては、たとえば導入蒸気とメタ
ル温度とのマッチングのために超高圧タービン３、高圧タービン７、中圧タービ
ン１１および低圧タービン１３の全部が監視の対象から外せなくなり、メタル温
度等を同時に監視しながら蒸気量を調節するなどの操作が極めて複雑化し、制御
性が低下するのを免れ難いという問題がある。そこで、本発明の目的はタービン起動に臨んで、同時に監視の対象となるター
ビン数を少なくして制御性を高め、しかも超高圧タービンの排気圧力が上昇する
のを抑制することのできる二段再熱式蒸気タービンプラントの起動方法を提供す
ることにある。〔発明の構成〕（問題点を解決するための手段）上記課題を解決するために本発明に係る起動方法は超高圧タービンと高圧ター
ビンと中圧タービンと低圧タービンとからなるタービン系、第１段再熱器と第２
段再熱器とからなる再熱系、超高圧タービンをバイパスして第１段再熱器の上流
側に蒸気を導く超高圧タービンバイパス系と高圧タービンをバイパスして第２段
再熱器の上流側に蒸気を導く高圧タービンバイパス系と中，低圧タービンをバイ
パスして復水器に蒸気を導く中，低圧タービンバイパス系とからなるタービンバ
イパス系、各々出力制御に用いられる超高圧タービン用の第１の制御弁、高圧タ
ービン用の第２の制御弁、中，低圧タービン用の第３の制御弁を有する二段再熱
式蒸気タービンプラントの起動方法において、タービン停止状態から回転数が定
速に達するまで第１および第２の制御弁を閉止した状態で超高圧タービンバイパ
ス系および高圧タービンバイパス系を介して超高圧タービンおよび高圧タービンをバイパスさせて第２段再熱器に蒸気を導き、中圧および低圧タービンに第２段
再熱器から送られる再熱蒸気の一部を導くように第１および第２の制御弁を閉止
したまま、第３の制御弁のみを制御し、かつ残りの再熱蒸気は中，低圧タービン
バイパス系にて処理し、その場合超高圧および高圧タービンの内部圧力は共に略
真空に保持し、次に、超高圧タービンに主蒸気の一部を、そして高圧タービンに
第１段再熱器からの再熱蒸気の一部をそれぞれ供給するように第１の制御弁およ
び第２の制御弁を制御し、かつ残りの主蒸気および再熱蒸気はタービンバイパス
系にて処理し、その場合超高圧タービンの排気圧力が第１段再熱器の圧力と、高
圧タービンの排気圧力は第２段再熱器の圧力とそれぞれ平衡するように保持する
ことを特徴とする。（作用）タービン起動操作はタービンバイパス系を用いて起動に必要な蒸気の状態を得
る起動準備過程と、この準備ができた後に実際に蒸気を各タービンに導き、羽根
車の回転数を除々に上げて行く起動過程とに大別される。本発明の特徴とするところはこの起動過程におけるタービン系の各制御弁およ
びタービンバイパス系の各制御弁の操作手順にあり、次のように進められる。すなわち、操作は、初めに中，低圧タービン用の第３の制御弁が開かれて再熱
蒸気の一部が中圧タービンに導かれ、一定の速度に達するまで回される。なお、
このとき、タービンバイパス系はタービン系で消費される蒸気量分だけ制御弁を
閉めることになる。その場合、超高圧および高圧タービンの内部圧力は真空に保
持するのがこの発明の主眼とするところであり、これにより超高圧および高圧タ
ービンの何れも風損が引き起こされず、それらの排気の過熱現象が抑制される。
また、これは同時に監視されるタービン数が減少するために制御性を改善するの
に役立つ。次に、操作は超高圧タービン用の第１の制御弁および高圧タービン用の第２の
制御弁が開かれる。このために主蒸気あるいは再熱蒸気が各タービンに各々流れ
て通気と併せて負荷を増加しながらの起動が行なわれる。その場合、超高圧ター
ビンの排気圧力は普通に第１段再熱器の圧力と、高圧タービンの排気圧力は第２
段再熱器の圧力とそれぞれ平衡させるようにする。（実施例）第１図は本発明の第１実施例に係る装置を示している。ここで、第１図中の第
２図に示される構成と同一の構成には同一の符号が付されており、これらについ
ての説明は省略する。第１図において、超高圧タービン３の排気側と連絡している第１段低温再熱蒸
気管４から分岐された超高圧タービン排気管４１の他端は超高圧タービン排気弁
４２を介して復水器１４に、また高圧タービン７の排気側と連絡している第２段
低温再熱蒸気管８から分岐された高圧タービン排気管４３の他端は高圧タービン
排気弁４４を介して復水器１４にそれぞれ接続されている。上記装置によるところの起動操作は以下の手順にて進められる。（Ｉ）起動準備過程タービン起動に臨んで復水器１４の真空度が高められ、ある水準、例えば６０
０mmＨｇ以上になったときに超高圧タービンバイパス弁２５、高圧タービンバイ
パス弁２６および中，低圧タービンバイパス弁３０が開かれる。また、これと同
時に超高圧タービン排気弁４２および高圧タービン排気弁４４も全開される。す
ると、ボイラ１で発生した蒸気は主蒸気管２から超高圧タービンバイパス管２５
に流れ、減温器２８によって冷却されて後、第１段低温再熱蒸気管４を通って第
１段再熱器５に導かれる。なお、このとき、逆止弁３３は減温器２８から第１段
再熱蒸気管４に流れた主蒸気が超高圧タービン３および復水器１４へ流れるのを
阻止するように働く。この後、主蒸気は第１段再熱器５を通る間に温度を回復し
、第１段高温再熱蒸気管６を経て高圧タービンバイパス管２７に流れ、減温器２
９によって冷却され、その後第２段低温再熱蒸気管８を通って第２段再熱器９に
導かれる。なお、ここでも逆止弁３４により第２段低温再熱蒸気管８に流れた再
熱蒸気が高温タービン７および復水器１４に流れるのを阻止する。第２段再熱器
９に流れた主蒸気はそこを通る間に加熱され、温度を回復して第２段高温再熱蒸
気管１０を経て中，低圧タービンバイパス管３１に流れ、減温器３０によって冷
却されて後、その全量が復水器１４に排出される。この間、主蒸気止め弁２０および再熱蒸気止め弁２１ａ，２１ｂは全開され、
主蒸気または再熱蒸気によって予熱が行なわれる。また、超高圧タービン排気弁４２および高圧タービン排気弁４４が全開されているために超高圧タービン３お
よび高圧タービン７の内部圧力は復水器１４の器内圧力と平衡した圧力、すなわ
ちほぼ真空に近い状態に保持される。なお、いうまでもなくこの起動準備中には
主蒸気加減弁２２および再熱蒸気加減弁２３ａ，２３ｂの開操作は行なわれない
。（II）起動過程起動操作は、初めに再熱蒸気加減弁２３ｂが微開される。すると、第２段高温
再熱蒸気管１０を流れている再熱蒸気の一部が再熱蒸気加減弁２３ｂを通って中
圧タービン１１に流れ、その羽根車を回す。その後、再熱蒸気加減弁２３ｂの開
度が開かれるに従い中圧タービン１１の回転速度は上昇し、定速に達する。同時
に低圧タービン１３も中圧タービン１１の排気で回されて定速に達する。なお、
このとき、中，低圧タービンバイパス弁３０の開度は中圧タービン１１に導入さ
れる再熱蒸気の流量に見合う分が閉じられる。一方、この中圧タービン１１等の昇速過程で中圧タービン１１および低圧ター
ビン１３のメタル温度、伸び差等が正確に捉えられ、他の監視項目と併せて運転
に支障がないように調整される。ここでの監視は最も難しい対象の超高圧タービ
ン３が除かれ、またタービン数も少ないことから比較的容易に扱える。また、この中圧タービン１１等の昇速過程においては超高圧タービン３および
高圧タービン７の羽根車が中圧タービン１１の回転数と同じ速度で回される。し
かし、このとき、超高圧タービン３および高圧タービン７の内部はほぼ真空に近
い状態にあり、冷却用蒸気として働く主蒸気または再熱蒸気の流れがなくても、
風損が生じないために羽根車等が発熱することはない。次に、起動操作は主蒸気加減弁２２および再熱蒸気加減弁２３ａが微開され、
同時に超高圧タービン排気弁４２および高圧タービン排気弁４４が全閉される。
すると、ボイラ１からの主蒸気の一部は主蒸気管２から超高圧タービン３に流れ
、その羽根車を回す。その後、負荷に見合うように主蒸気加減弁２２の開度が開
かれるに従い超高圧タービン３に流入する主蒸気量が増して排気圧力が高くなり
、閉鎖されていた逆止弁３３が全開される。このため、超高圧タービン３内で膨
張を遂げた主蒸気は第１段低温再熱蒸気管５に排出され、超高圧タービンバイパス管２４を流れた主蒸気と共に第１段再熱器５に流れ、そこで温度を回復して後
、第１段高温再熱蒸気管６を通して一部は再熱蒸気加減弁２３ａを通って高圧タ
ービン７に導入されてその羽根車を回し、残りは高圧タービンバイパス管２７へ
と向かう。しかして、再熱蒸気加減弁２３ａが開かれるに従い高圧タービン７に流入する
再熱蒸気量が増し、その排気圧力が高くなる。このため、閉鎖されていた逆止弁
３４が全開され、再熱蒸気が第２段低温再熱蒸気８に排出され、高圧タービンバ
イパス管２７を流れた再熱蒸気と共に第２段再熱器９に流入する。そして、そこ
を通る間に温度を回復して第２段高温再熱蒸気管１０を通して一部が再熱蒸気加
減弁２３ｂを通って中圧タービン１１に導入されてその羽根車を回し、残りは中
，低圧タービンバイパス管３１を通して復水器１４に排出される。一方、この超高圧タービン３および高圧タービン７の通気に始まる起動の際に
それぞれのメタル温度、伸び差等が正確に捉えられ、他の監視項目と併せて運転
に支障がないように調整される。このとき、監視の対象となるタービン数は２台のみであり仮に温度条件との関
係でこれらが厳しい監視を要請される場合もそこに注意を集中させることが可能
であり無難に対処できるものである。この後、起動操作は主蒸気加減弁２２および再熱蒸気加減弁２３ａ，２３ｂが
所定の開度に各々開かれ、同時に超高圧タービンバイパス弁２４および高圧ター
ビンバイパス弁２６、中，低圧タービンバイパス弁３０がそれぞれ閉じられる。
これにより、ボイラ１から主蒸気管２を通って流れる主蒸気の全量が超高圧ター
ビン３に向かい、これ以後の蒸気の流量調節はすべて主蒸気加減弁２２に委ねら
れる。〔発明の効果〕以上説明したように本発明に係る二段再熱式蒸気タービンプラントの起動方法
によれば、同時に監視の対象となるタービン数が少なく、たとえば導入蒸気とメ
タル温度とのマッチングを図り、あるいは静止部と回転数との間の伸び差を適正
な範囲に保つ蒸気量の調節等が容易であるから、二段再熱式蒸気タービンプラン
トの制御性を高めることができる。しかも、超高圧タービンの内部圧力は真空の好条件下に置かれ、風損による発熱が抑えられるようになっているから、排気の
過熱程度が少ないという有用な効果を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明方法に適用される装置を含む二段再熱式蒸気タービンプラント
の系統図、第２図は従来の二段再熱式蒸気タービンプラントを示す系統図である
。１…ボイラ３…超高圧タービン５…第１段再熱器７…高圧タービン９…第２段再熱器１１…中圧タービン１３…低圧タービン２２…主蒸気加減弁２３ａ，２３ｂ…再熱蒸気加減弁２４…超高圧タービンバイパス弁２６…高圧タービンバイパス弁３０…中，低圧タービンバイパス弁３３，３４…逆止弁４１…超高圧タービン排気管４２…超高圧タービン排気弁４３…高圧タービン排気管４４…高圧タービン排気弁

Claims

【特許請求の範囲】（１）超高圧タービンと高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンとからな
るタービン系、第１段再熱器と第２段再熱器とからなる再熱系、前記超高圧ター
ビンをバイパスして前記第１段再熱器の上流側に蒸気を導く超高圧タービンバイ
パス系と前記高圧タービンをバイパスして前記第２段再熱器の上流側に蒸気を導
く高圧タービンバイパス系と中，低圧タービンをバイパスして復水器に蒸気を導
く中，低圧タービンバイパス系とからなるタービンバイパス系、各々出力制御に
用いられる超高圧タービン用の第１の制御弁、高圧タービン用の第２の制御弁、
中，低圧タービン用の第３の制御弁を有する二段再熱式蒸気タービンプラントの
起動方法において、タービン停止状態から回転数が定速に達するまで前記第１お
よび第２の制御弁を閉止した状態で前記超高圧タービンバイパス系および高圧タ
ービンバイパス系を介して超高圧タービンおよび高圧タービンをバイパスさせて
第２段再熱器に蒸気を導き、前記中圧および低圧タービンに前記第２段再熱器か
ら送られる再熱蒸気の一部を導くように前記第１および第２の制御弁を閉止した
まま、前記第３の制御弁のみを制御し、かつ残りの再熱蒸気は前記中，低圧ター
ビンバイパス系にて処理し、その場合前記超高圧および高圧タービンの内部圧力
は共に略真空に保持し、次に、前記超高圧タービンに主蒸気の一部を、そして前
記高圧タービンに前記第１段再熱器からの再熱蒸気の一部をそれぞれ供給するよ
うに前記第１の制御弁および第２の制御弁を制御し、かつ残りの主蒸気および再
熱蒸気は前記タービンバイパス系にて処理し、その場合前記超高圧タービンの排
気圧力が前記第１段再熱器の圧力と、前記高圧タービンの排気圧力は第２段再熱
器の圧力とそれぞれ平衡するように保持することを特徴とする二段再熱式蒸気タ
ービンプラントの起動方法。