JP2563375B2

JP2563375B2 - 二段再熱式蒸気タービンプラントの起動方法

Info

Publication number: JP2563375B2
Application number: JP62244037A
Authority: JP
Inventors: 悦一羽田野; 英治角田; 一郎梶谷
Original assignee: Toshiba Corp; IHI Corp
Current assignee: Toshiba Corp; IHI Corp
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1996-12-11
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: JPS6487808A

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/5
38℃に対して316kg/cm²g/566℃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316kg/cm
²g/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、こ
の内部で膨張して仕事を行ない、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、そこで膨張して
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、その内部で膨張して仕事を行ない、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内でも膨張して
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34を有する超高圧タービンバイパ
ス管25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27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、複水器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/cm³g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復雑化し、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、超高圧タービンバイパス系と高
圧タービンバイパス系と中、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高圧タ
ービンに第１段再熱器から送られる再熱蒸気の一部を、
そして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それぞれ導くように第１の制御弁
を閉止したまま、第２および第３の制御弁を制御し、か
つ残りの再熱蒸気は高圧タービンバイパス系および中、
低圧タービンバイパス系にて処理し、その場合超高圧タ
ービンの内部圧力は略真空に保持し、次に、超高圧ター
ビンに主蒸気の一部を供給するように第１の制御弁を制
御し、かつ残りの主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
転数を徐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、初めに超高圧タービン用の第２の
制御弁および中，低圧タービン用の第３の制御弁が各々
開かれて再熱蒸気の一部が高圧タービンおよび中圧ター
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、これにより超高圧タービ
ンは風損が引き起こされず、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の制御弁が開か
れる。このために主蒸気が超高圧タービンに流れて通気
と併せて負荷を増加しながらの起動が行なわれる。この
場合超高圧タービンの排気圧力は第１段再熱器の圧力と
平衡させるようにする。

（実施例）第１図は本発明の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。

（１）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600mmHg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29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圧タービン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,21
b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が全開されて
いるために超高圧タービン３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、始めに再熱蒸気加減弁23a,23bが微開さ
れる。すると、第１段再熱器５から導かれる再熱蒸気の
一部は再熱蒸気加減弁23aを通って高圧タービン７に流
れ、その羽根車を回す。その後、再熱蒸気加減弁23aの
開度が開かれるに従い高圧タービン７の回転速度は上昇
し、定速に達する。この昇速過程において排気圧力が上
昇し、閉鎖されていた逆止弁34が全開される。このた
め、高圧タービン７内で膨張を遂げた再熱蒸気は第２段
低温再熱蒸気管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に入り、そこ
で温度を回復して後、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、残りは中，低圧タービンバイパス管31を経て復
水器14に排出される。なお、このとき中，低圧タービン
バイパス弁30の開度は高圧タービン７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、この高圧タービン７等の昇速過程で各タービン
7,11,13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。このとき、監視対象となるタービン数は必らずしも
少なくはないが、超高圧タービン３が除かれていること
から比較的容易に扱える。

また、この高圧タービン７等の昇速過程においては超
高圧タービン３の羽根車が高圧タービン７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
て働く主蒸気の流れがなくとも、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が微開され、同時に
超高圧タービン排気弁42が全閉される。すると、ボイラ
１から導かれる主蒸気の一部は主蒸気加減弁22を通って
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内にて膨張を遂げた主
蒸気は第１段低温再熱蒸気管４に排出され、超高圧ター
ビンバイパス管24を流れ主蒸気と共に第１段再熱器５に
入り、そこで温度を回復して後、第１段高温再熱蒸気管
６を通して一部が再熱蒸気加減弁23aを通って高圧ター
ビン７に導入され、残りは高圧タービンバイパス管27へ
と向かう。

一方、この超高圧タービン３の通気に始まる起動の際
に超高圧タービン３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、監視対象となるタービン数は超
高圧タービン３のみであり、仮に温度条件との関係で厳
しい監視を要請される場合もそれ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。

なお、高圧タービン７に導入された再熱蒸気のその後
の挙動は再熱蒸気加減弁23aの開操作のところでのべた
内容と変わらないので、説明を省略する。

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が所定の開度まで各々開かれ、同時に超高
圧タービンバイパス管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部との
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
れるというようになっているから、排気の加熱程度が少
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

フロントページの続き (72)発明者梶谷一郎東京都江東区豊洲３丁目２番16号石川島播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内 (56)参考文献特開昭60−159311（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−102401（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、超高圧タービンバ
イパス系と高圧タービンバイパス系と中、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
るまで前記高圧タービンに前記第１段再熱器から送られ
る再熱蒸気の一部を、そして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そ
れぞれ導くように前記第１の制御弁を閉止したまま、前
記第２および第３の制御弁を制御し、かつ残りの再熱蒸
気は前記高圧タービンバイパス系および中、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タービン
の内部圧力は略真空に保持し、次に、前記超高圧タービ
ンに主蒸気の一部を供給するように前記第１の制御弁を
制御し、かつ残りの主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。