JP3621478B2 - Steam turbine warming equipment - Google Patents

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JP3621478B2
JP3621478B2 JP24298795A JP24298795A JP3621478B2 JP 3621478 B2 JP3621478 B2 JP 3621478B2 JP 24298795 A JP24298795 A JP 24298795A JP 24298795 A JP24298795 A JP 24298795A JP 3621478 B2 JP3621478 B2 JP 3621478B2
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warming
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電プラントの起動時において蒸気タービンの高圧・中圧ケーシングのウォーミングを行うための蒸気タービンのウォーミング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、蒸気タービンプラントにおいては、蒸気タービン冷機起動(コールドスタート)時に、蒸気タービンの高圧・中圧ケーシングのプレウォーミングを行い、引き続いて蒸気加減弁ケーシングのウォーミングを行った後、タービンの起動を行っている。
【0003】
上記高圧・中圧ケーシングのプレウォーミングは、蒸気タービン冷機起動時にタービンを予熱することにより、起動時の蒸気温度とケーシング,ロータの表面および内部金属温度との温度差、いわゆるミスマッチ温度差を低減し、起動過程における過大な熱応力を制御することにより、タービンケーシングおよびロータにクラックが発生することを防止している。
【0004】
図14は一般のタービンケーシングを示す概略図である。図14に示すように、タービンケーシングは、外部ケーシング上半体1および外部ケーシング下半体2からなり、外部ケーシング上半体1は高圧内部ケーシング上半体1aおよび中圧内部ケーシング上半体1bを有する一方、外部ケーシング下半体2は高圧内部ケーシング下半体2aおよび中圧内部ケーシング下半体2bを有している。
【0005】
このタービンケーシングには、蒸気の出入口として複数の管部が設けられており、主蒸気入口管上部3aおよび主蒸気入口管下部3bから外部ケーシング上半体1および外部ケーシング下半体2に流入した蒸気は、ケーシング内部で膨張、仕事をした後、外部ケーシング下半体2に設けられた高圧排気管4から排出され、図示しないボイラに戻され再熱される。この再熱された蒸気は再び外部ケーシング下半体2へ再熱入口管5から流入し、再び膨張、仕事をした後、中圧排気管6から排気され、図示しない低圧タービンへ送られる。
【0006】
プレウォーミング時は、高圧内部ケーシング上半体1aおよび高圧内部ケーシング下半体2a内をプレウォーミング蒸気が流れ、中間グランド7を経て中圧内部ケーシング上半体1bおよび中圧内部ケーシング下半体2b内部に流入し、中圧排気管6を通して図示しない低圧タービンに流入する。
【0007】
また、プレウォーミング時に高圧内部ケーシング上半体1aおよび高圧内部ケーシング下半体2a内には、高圧排気管4に接続された低温再熱管8の途中から分岐した補助蒸気ライン9によりプレウォーミング弁10を介し、図示しない補助蒸気ヘッダーからウォーミング蒸気が供給される。
【0008】
さらに、熱電対11a,11bは、それぞれ高圧内部ケーシング下半体2aの内面および外面の金属温度を計測し、かつプレウォーミング時の蒸気温度も監視している。
【0009】
上記プレウォーミングは、ボイラ点火直後、熱電対11aにより高圧タービン第1段ケーシング内面金属温度が計測された際、その計測温度が所定の値(150℃)以下の場合に実施され、大型火力ユニットでウォーミング開始から完了まで約6時間も要する。
【0010】
なお、一般にロータよりケーシングの方が極めて熱容量が大きく、暖まりにくいため、プレウォーミング完了時間は、ケーシングの所要加熱時間で決定されるといってもよい。
【0011】
さらに、上記タービンケーシングのプレウォーミング完了後は、蒸気加減弁ケーシングのウォーミングが実施される。これはタービン起動前に、蒸気加減弁の上流側の主蒸気止め弁を開閉動作させ、蒸気加減弁の内外面メタル温度を上昇させ、タービン起動時の蒸気加減弁の内外面メタル温度差および温度上昇率を緩和させることにより、蒸気加減弁ケーシングに発生する過大な熱応力を軽減するために実施するものである。一般に、このウォーミングは、蒸気加減弁の外面メタル温度が起動時の主蒸気圧の飽和温度に接近した時を完了時点としているが、最短でも約1時間を要する。
【0012】
以上のように、蒸気タービンプラントでは、その冷機起動過程において、そのウォーミングのため、合計7時間以上も要している。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
このように蒸気タービンプラントの冷機起動では、蒸気タービンの熱応力を軽減するため、そのプレウォーミング完了までの約6時間に加え、蒸気加減弁ケーシングのウォーミングに最低1時間かかる結果、タービン起動までにウォーミングだけで7時間以上もかかってしまう。これにより、電力需要に対するプラントの早急な立上げ要求の支障になると同時に、電力要求時間帯への対応として深夜にプラント起動準備に入らなければならないという発電所作業員の労働条件の悪化にも繋がる問題点がある。
【0014】
一方、プレウォーミングのために補助蒸気ボイラを長期間に亘って運転させた場合には、プラント起動段階での発電所の経済性を低下させるという問題点もある。
【0015】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、発電プラントの起動時において蒸気タービンのウォーミング時間を短縮するとともに、熱応力を軽減可能な蒸気タービンのウォーミング装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項1は、蒸気タービン冷機起動時に高圧・中圧ケーシングの不均等な厚肉部、蒸気流れの滞留しやすい部位、および経験的にクラックの発生し易い部位にヒータを取り付けるとともに、このヒータの取付部位に、前記ケーシングの内外面金属温度を測定する温度測定手段を設け、この温度測定手段による温度データと予め決められた目標予熱完了温度との温度差を求め、この温度差が予め決められたプラス側の許容偏差より大きいかマイナス側の許容偏差より大きいかをそれぞれ演算する比較演算器と、前記ヒータを前記温度差がプラス側の許容偏差より大きい場合にはオフ操作を、マイナス側の許容偏差より大きい場合はオン操作を行ない蒸気タービンのウォーミングを行なう蒸気タービンのウォーミング装置において、前記比較演算器からの信号を分岐し、前記温度差がプラス側およびマイナス側の許容偏差に収まっている場合にのみ、その信号をタイマーに入力し、このタイマーで予め決められた経過時間の後、前記ケーシング内に蒸気を導入するために弁を開にすることを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0023】
図1は本発明に係る蒸気タービンのウォーミング装置の第1実施形態を示す斜視図である。なお、従来の構成と同一または対応する部分には、図14と同一の符号を用いて説明する。
【0024】
図1に示すように、タービンケーシングは、外部ケーシング上半体1および外部ケーシング下半体2からなり、メンテナンス性を考慮して水平に上下2分割可能な構造になっており、多数のナット12により締結されている。
【0025】
このタービンケーシングには、蒸気の出入口として複数の管部が設けられ、主蒸気入口管上部3aおよび主蒸気入口管下部3bから外部ケーシング上半体1および外部ケーシング下半体2に流入した蒸気は、ケーシング内部で膨張、仕事をした後、外部ケーシング下半体2に設けられた高圧排気管4から排出され、図示しないボイラに戻され再熱される。この再熱された蒸気は再び外部ケーシング下半体2へ再熱入口管5から流入し、再び膨張、仕事をした後、中圧排気管6から排気され、図示しない低圧タービンへ送られる。
【0026】
外部ケーシング上半体1において、不均等な厚肉部、蒸気流れの滞留しやすい部位、経験的にクラックの発生し易い部位に、それぞれ電気抵抗型ヒータ13a,13bおよび13cが取り付けられ、これらは既存の保温材固定金具により固定されている。
【0027】
上記不均等な厚肉部とは、図2に示す高圧タービンにおいてケーシング胴とケーシングフランジの曲率部A、ケーシング胴とケーシング胴(またはケーシング胴とケーシングフランジ、ケーシング胴と短管)との溶接接続部B、図3に示す中圧タービンにおいて配管開口部(ケーシングから突出した短管接続部)Cが挙げられる。
【0028】
また、蒸気流れの滞留し易い部位とは、例えば外部ケーシングと内部ケーシングとの間に形成された空間や、蒸気通路部でケーシング内面に凹凸が形成された部分である。さらに、クラックの発生し易い部位とは、上記不均等な厚肉部および蒸気流れの滞留し易い部位で具体的に挙げた部分である。
【0029】
図4は図1の全体構造の縦断面を概略的に示しており、外部ケーシング上半体1は高圧内部ケーシング上半体1aおよび中圧内部ケーシング上半体1bを有する一方、外部ケーシング下半体2は高圧内部ケーシング下半体2aおよび中圧内部ケーシング下半体2bを有している。
【0030】
プレウォーミング時は、従来と同様に、図4中の矢印に従ってまず高圧内部ケーシング上半体1aおよび高圧内部ケーシング下半体2a内をプレウォーミング蒸気が流れ、中間グランド7を介して中圧内部ケーシング上半体1bおよび中圧内部ケーシング下半体2b内部に流入し、中圧排気管6を通して図示しない低圧タービンへ流入する。
【0031】
また、熱電対11a,11bはそれぞれ高圧内部ケーシング下半体2aの内面および外面の金属温度を計測し、かつプレウォーミング時の温度も監視している。そして、高圧排気管4に接続された低温再熱管8の途中から分岐された補助蒸気ライン9によりプレウォーミング弁10を介し、図示しない補助蒸気ヘッダーからウォーミング蒸気が供給される。
【0032】
図5は電気抵抗型ヒータ13a,13bおよび13cを示し、これらのヒータ13a,13bおよび13cは、それぞれ可撓性を有する耐熱布14内にニクロム線などからなるヒータエレメント15が織り込まれており、これらのヒータエレメント15はそれぞれヒータケーブル16を介して端子箱17に電気的に接続され、この端子箱17は図示しない電源に通電されている。
【0033】
次に、上記第1実施形態の作用を図6に基づいて説明する。
【0034】
プラント停止後、図6中の自然冷却曲線tに示すように直ちにタービン部品の冷却が始まるが、次回の再起動に備えてある時期にヒータ電源を投入し、ケーシング各部を局部的に加熱・保温しておく。
【0035】
つまり、ヒータ13a,13bおよび13cの作動時期は、再起動までの時間次第であり、図6では完全に常温まで冷却した状態、すなわち比較的長時間停止後の再起動の場合で起動準備(ウォーミング開始)に先立ってヒータ13a,13bおよび13cを作動させている。これにより、金属面温度は内表面、外表面ともに常温での金属温度tからヒータによる昇温値tに温度上昇曲線tに沿って上昇させることができ、ウォーミングはこの温度から始めればよいので、従来のウォーミング所要時間T1(従来例として6時間)がT2に短縮される。ここで、tはウォーミング完了温度である。
【0036】
このとき、従来技術での金属内面温度tim、金属外面温度tomを、本実施形態での同温度tim1、tom1と比較して図中に示している。これから明らかなように、ウォーミング中の金属内面温度tim1と金属外面温度tom1との差dt1(=tim1−tom1)は、従来技術の差dt(=tim−tom)と比較して小さく、これらの温度差に比例した内外面温度差による熱応力σ1も従来の熱応力σと比較して低く抑えることができる。
【0037】
なお、本実施形態において、ヒータ13a,13bおよび13cはケーシングに局部的に配置されているため、その容量を大容量にした場合には他の部位と温度差が大きくなり好ましくないので、容量を調整する必要がある。
【0038】
このように本第1実施形態によれば、ヒータ13a,13bおよび13cによる予熱により蒸気ウォーミング開始温度を完全冷機起動よりも上昇させたことにより、ウォーミング時間の短縮を図るとともに、ウォーミング時の熱応力を低減することができ、また起動の度に繰り返し負荷されることによる熱疲労損傷、すなわちクラックの発生、その進展を防止することができる。
【0039】
図7は本発明に係る蒸気タービンのウォーミング装置の第2実施形態を示す斜視図、図8は図7におけるA−A線断面図である。なお、前記第1実施形態と同一または対応する部分には、同一の符号を付して説明する。以下の各実施形態でも同様である。
【0040】
この第2実施形態では、電気抵抗型ヒータ13が外部ケーシング1,2の高温部位のほぼ全面に取り付けられている。これにより、ケーシング全体を均一に予熱できるため、予熱温度を一段と上昇させることができる。
【0041】
この作用を図9に基づいて説明する。
【0042】
図9では、ウォーミング中の金属内面温度tim2と金属外面温度tom2との差dt2(=tim2−tom2)、これらの温度差に比例した内外面温度差による熱応力σ2を、図4と同様に従来の内外面温度差dt(=tim−tom)、温度差に比例した内外面温度差による熱応力σと比較した図を示している。
【0043】
図9に示すように、ウォーミング時間を一段と短縮するとともに、ウォーミング時の熱応力を低減させることができ、場合によって電気抵抗型ヒータ13の容量を増加させれば、蒸気ウォーミングを完全に省略することができる。
【0044】
図10は本発明に係る蒸気タービンのウォーミング装置の第3実施形態におけるヒータを示す断面図である。前記第1,第2実施形態が電気抵抗型ヒータ13をケーシング表面に取り付けていたのに対し、本実施形態の電気抵抗型ヒータ13は保温材18の内面に固定金具19により取り付けられている。これにより、電気抵抗型ヒータ13の分解・点検が容易になり、保守性を向上させることができる。
【0045】
図11は本発明に係る蒸気タービンのウォーミング装置の第4実施形態を示す説明図である。本実施形態では、第1実施形態において電気抵抗型ヒータ13a,13bおよび13cの取付部位に、外部ケーシング上半体1または外部ケーシング下半体2の各内外面金属温度を測定するため、温度測定手段としての金属内面温度測定用の熱電対20aおよび金属外面温度測定用の熱電対20bが取り付けられている。なお、温度測定手段としては、熱電対に限らず他のものでもよい。
【0046】
したがって、本実施形態によれば、金属内面温度測定用の熱電対20aおよび金属外面温度測定用の熱電対20bを取り付けたことにより、ヒータ13a,13bおよび13cの取付部位である上記した不均等な厚肉部、内部蒸気流れの滞留しやすい部位、経験的にクラックの発生しやすい部位の内外面金属温度差が所定の許容温度差内にあることを監視・制御することができ、ヒータ予熱開始、終了時を確実に把握することが可能になる。その結果、装置としての信頼性を向上させることができる。
【0047】
図12は本発明に係る蒸気タービンのウォーミング装置の第5実施形態を示す説明図である。本実施形態では、第4実施形態の金属内面温度測定用の熱電対20aおよび金属外面温度測定用の熱電対20bからの温度データtを予め設定したヒータの目標予熱完了温度tと比較し、t−tをある許容偏差δtと演算手段としての比較演算器21,21で演算処理してサーボモータ22を作動させ、スイッチ23を自動的にオン、オフさせることで、電気抵抗型ヒータ13のオン、オフ操作を行っている。このサーボモータ22は双方向タイプであれば、油圧駆動,エア駆動,電動弁タイプのいずれでもよい。
【0048】
したがって、本実施形態によれば、電気抵抗型ヒータ13に電源オン、オフ機能を設け、所定の保持温度、すなわち目標ウォーミング開始温度を自動的に維持することができる。その結果、ウォーミング開始までの操作の無人化が可能となり、省力化を図ることができる。
【0049】
図13は本発明に係る蒸気タービンのウォーミング装置の第6実施形態を示す説明図である。本実施形態では、前記第5実施形態のヒータ予熱システムの自動化に補助蒸気によるウォーミング装置を連動させたものである。
【0050】
図13に示すように、比較演算器21,21とサーボモータ22との間は、それぞれ分岐されて否定演算器24,24が接続され、これらの否定演算器24,24はAND回路25に接続される。このAND回路25はタイマー26に接続され、このタイマー26の設定時間DTに基づいてプレウォーミング弁10が開になる。
【0051】
すなわち、金属内面温度測定用の熱電対20aおよび金属外面温度測定用の熱電対20bからの温度データtを予め設定したヒータの目標予熱完了温度tと比較し、t−tをある許容偏差δtと比較演算器21,21で演算処理してサーボモータ22を作動させ、スイッチ23を自動的にオン、オフさせる。
【0052】
そして、プレウォーミングの開始時期Tbは、ヒータ予熱システムの運用開始時間Taにおいて設定した目標予熱完了温度tに達したときであり、この予熱完了信号S1によりプレウォーミング弁10が開けられ、ウォーミングが開始される。ここで、予熱完了信号S1は電気抵抗型ヒータ13による予熱温度tがその最終目標値tとの許容偏差δt内に収まって静定したことを確認した後に発せられる。
【0053】
具体的には、タイマー26の設定時間DTの間、電気抵抗型ヒータ13のオン、オフ操作がなければ、静定したと判断し、プレウォーミング弁10が自動的に開けられる。この判断のため、制御手段としての上記2つの否定演算器24,24と、これらのAND条件をとるAND回路25が設けられている。
【0054】
したがって、本実施形態によれば、ウォーミング開始を含む起動準備が自動化され、かつ最適化・最短化されるため、信頼性を向上させるとともに、省力化が実現可能となる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項1によれば、ケーシングの不均等な厚肉部、蒸気流れの滞留しやすい部位、および経験的にクラックの発生し易い部位に、ヒータを取り付け、タービンの長期間停止によるケーシング温度の低下を抑え、または一定値に保持しておくことにより、ウォーミング時間の短縮を図るとともに、ウォーミング時の熱応力を低減することができ、ケーシングの長期運用における信頼性を高めることができる。
また、本発明の請求項1によれば、ヒータによる予熱と補助蒸気によるウォーミングとを連動するように制御する制御手段を設けたことにより、ウォーミング開始を含む起動準備が自動化され、かつ最適化・最短化されるため、信頼性を向上させるとともに、省力化が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る蒸気タービンのウォーミング装置の第1実施形態を示す斜視図。
【図2】高圧タービンにおいて不均等な厚肉部を示す構成図。
【図3】中圧タービンにおいて不均等な厚肉部を示す構成図。
【図4】図1の全体構造の縦断面構造を示す概略図。
【図5】図1の電気抵抗型ヒータを示す構成図。
【図6】第1実施形態において予熱実施時の金属面温度および熱応力を示す説明図。
【図7】本発明に係る蒸気タービンのウォーミング装置の第2実施形態を示す斜視図。
【図8】図7におけるA−A線断面図。
【図9】第2実施形態において予熱実施時の金属面温度および熱応力を示す説明図。
【図10】本発明に係る蒸気タービンのウォーミング装置の第3実施形態におけるヒータを示す断面図。
【図11】本発明に係る蒸気タービンのウォーミング装置の第4実施形態を示す説明図。
【図12】本発明に係る蒸気タービンのウォーミング装置の第5実施形態を示す説明図。
【図13】本発明に係る蒸気タービンのウォーミング装置の第6実施形態を示す説明図。
【図14】一般のタービンケーシングを示す概略図。
【符号の説明】
1 外部ケーシング上半体
1a 高圧内部ケーシング上半体
1b 中圧内部ケーシング上半体
2 外部ケーシング下半体
2a 高圧内部ケーシング下半体
2b 中圧内部ケーシング下半体
3a 主蒸気入口管上部
3b 主蒸気入口管下部
4 高圧排気管
5 再熱入口管
6 中圧排気管
7 中間グランド
8 低温再熱管
9 補助蒸気ライン
10 プレウォーミング弁
11a,11b 熱電対
12 ナット
13a,13b,13c 電気抵抗型ヒータ
14 耐熱布
15 ヒータエレメント
16 ヒータケーブル
17 端子箱
18 保温材
19 固定金具
20a 金属内面温度測定用の熱電対(温度測定手段)
20b 金属外面温度測定用の熱電対(温度測定手段)
21 比較演算器(演算手段)
22 サーボモータ
23 スイッチ
24 否定演算器(制御手段)
25 AND回路(制御手段)
26 タイマー
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steam turbine warming device for warming a high-pressure / intermediate-pressure casing of a steam turbine at the time of starting a power plant.
[0002]
[Prior art]
In general, in a steam turbine plant, when the steam turbine cooler is started (cold start), the high-pressure / medium-pressure casing of the steam turbine is pre-warmed, and then the steam control valve casing is warmed, and then the turbine is started. It is carried out.
[0003]
Pre-warming of the above high-pressure / medium-pressure casing reduces the temperature difference between the starting steam temperature and the casing, rotor surface and internal metal temperature, so-called mismatch temperature difference, by preheating the turbine when the steam turbine cooler is started. By controlling excessive thermal stress in the starting process, cracks are prevented from occurring in the turbine casing and the rotor.
[0004]
FIG. 14 is a schematic view showing a general turbine casing. As shown in FIG. 14, the turbine casing includes an outer casing upper half 1 and an outer casing lower half 2, and the outer casing upper half 1 is a high-pressure inner casing upper half 1a and a medium-pressure inner casing upper half 1b. On the other hand, the outer casing lower half 2 has a high pressure inner casing lower half 2a and an intermediate pressure inner casing lower half 2b.
[0005]
The turbine casing is provided with a plurality of pipe portions as steam inlets and flows into the outer casing upper half 1 and the outer casing lower half 2 from the main steam inlet pipe upper part 3a and the main steam inlet pipe lower part 3b. After the steam expands and works inside the casing, the steam is discharged from the high-pressure exhaust pipe 4 provided in the lower half 2 of the outer casing, returned to a boiler (not shown), and reheated. The reheated steam again flows into the outer casing lower half 2 from the reheat inlet pipe 5, expands again and works, and is then exhausted from the intermediate pressure exhaust pipe 6 and sent to a low-pressure turbine (not shown).
[0006]
During pre-warming, pre-warming steam flows in the high pressure inner casing upper half 1a and the high pressure inner casing lower half 2a, and passes through the intermediate gland 7 so that the medium pressure inner casing upper half 1b and the medium pressure inner casing lower half It flows into the body 2b and flows into the low-pressure turbine (not shown) through the intermediate pressure exhaust pipe 6.
[0007]
Further, during pre-warming, pre-warming is performed in the high-pressure inner casing upper half 1a and the high-pressure inner casing lower half 2a by the auxiliary steam line 9 branched from the middle of the low-temperature reheat pipe 8 connected to the high-pressure exhaust pipe 4. Warming steam is supplied from an auxiliary steam header (not shown) through the valve 10.
[0008]
Further, each of the thermocouples 11a and 11b measures the metal temperatures of the inner surface and the outer surface of the lower half body 2a of the high-pressure inner casing, and also monitors the steam temperature during pre-warming.
[0009]
The pre-warming is carried out immediately after the boiler is ignited, when the metal temperature of the first stage casing inner surface of the high-pressure turbine is measured by the thermocouple 11a, and the measured temperature is equal to or lower than a predetermined value (150 ° C.). It takes about 6 hours from the start of warming to completion.
[0010]
In general, the casing has a much larger heat capacity than the rotor and is less likely to be warmed. Therefore, the prewarming completion time may be determined by the required heating time of the casing.
[0011]
Further, after the pre-warming of the turbine casing is completed, the warming of the steam control valve casing is performed. This is because the main steam stop valve on the upstream side of the steam control valve is opened and closed before the turbine is started, and the metal temperature on the inner and outer surfaces of the steam control valve is increased. This is carried out in order to reduce excessive thermal stress generated in the steam control valve casing by reducing the rate of increase. Generally, this warming is completed when the outer surface metal temperature of the steam control valve approaches the saturation temperature of the main steam pressure at the time of startup, but it takes about one hour at the shortest.
[0012]
As described above, in the steam turbine plant, it takes 7 hours or more in total for warming in the cold start process.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, when the steam turbine plant is cold-started, in order to reduce the thermal stress of the steam turbine, in addition to about 6 hours until the completion of the pre-warming, the warming of the steam control valve casing takes at least one hour. It takes more than 7 hours to warm up alone. This hinders the prompt start-up of the plant for power demand, and at the same time leads to deterioration of the working conditions of power plant workers who must enter the plant start-up preparation at midnight in response to the power demand time zone. There is a problem.
[0014]
On the other hand, when the auxiliary steam boiler is operated for a long period of time for pre-warming, there is also a problem that the economic efficiency of the power plant is reduced at the plant start-up stage.
[0015]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a steam turbine warming device that can reduce the warming time of the steam turbine and reduce the thermal stress when the power plant is started up. And
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, claim 1 of the present invention is that the high- and medium-pressure casings of the high-pressure / medium-pressure casing, the portion where steam flow tends to stay, and the occurrence of cracks empirically at the start of the steam turbine cooler A heater is attached to a portion that is easy to perform, and a temperature measuring means for measuring the inner and outer surface metal temperatures of the casing is provided at the heater attaching portion, and temperature data by the temperature measuring means and a predetermined target preheating completion temperature are provided. A comparator for calculating a temperature difference and calculating whether the temperature difference is greater than a predetermined plus-side allowable deviation or a minus-side allowable deviation, and the heater with the temperature difference being a plus-side allowable deviation If it is larger, the off operation is performed, and if it is larger than the negative tolerance, the on operation is performed to warm the steam turbine. In the forming device, the signal from the comparison operation unit is branched, and only when the temperature difference is within the allowable deviation on the plus side and the minus side, the signal is input to the timer, and this timer determines in advance After the elapsed time, the valve is opened to introduce steam into the casing .
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a warming device for a steam turbine according to the present invention. Parts that are the same as or correspond to those in the conventional configuration will be described using the same reference numerals as in FIG.
[0024]
As shown in FIG. 1, the turbine casing includes an outer casing upper half 1 and an outer casing lower half 2, and has a structure that can be horizontally divided into two in consideration of maintainability. It is concluded by.
[0025]
The turbine casing is provided with a plurality of pipes as steam inlets and outlets, and the steam flowing into the outer casing upper half 1 and the outer casing lower half 2 from the main steam inlet pipe upper part 3a and the main steam inlet pipe lower part 3b Then, after expanding and working inside the casing, it is discharged from the high-pressure exhaust pipe 4 provided in the lower half 2 of the outer casing, returned to a boiler (not shown), and reheated. The reheated steam again flows into the outer casing lower half 2 from the reheat inlet pipe 5, expands again and works, and is then exhausted from the intermediate pressure exhaust pipe 6 and sent to a low-pressure turbine (not shown).
[0026]
In the outer casing upper half 1, electrical resistance heaters 13a, 13b, and 13c are attached to uneven thick portions, portions where steam flow tends to stay, and portions where cracks are likely to occur empirically, respectively. It is fixed by existing heat insulation fixing brackets.
[0027]
In the high-pressure turbine shown in FIG. 2, the uneven thickness portion is a welded connection between a casing cylinder and a casing flange curvature portion A, a casing cylinder and a casing cylinder (or a casing cylinder and a casing flange, a casing cylinder and a short pipe). Part B, a pipe opening (short pipe connecting part protruding from the casing) C in the intermediate pressure turbine shown in FIG.
[0028]
Further, the portion where the steam flow is likely to stay is, for example, a space formed between the outer casing and the inner casing, or a portion in which irregularities are formed on the inner surface of the casing in the steam passage portion. Furthermore, the part where cracks are likely to occur is a part specifically mentioned in the above-mentioned uneven thick part and part where steam flow tends to stay.
[0029]
4 schematically shows a longitudinal section of the overall structure of FIG. 1, wherein the outer casing upper half 1 has a high pressure inner casing upper half 1a and a medium pressure inner casing upper half 1b, while the outer casing lower half. The body 2 has a high pressure inner casing lower half 2a and a medium pressure inner casing lower half 2b.
[0030]
At the time of pre-warming, pre-warming steam first flows in the high pressure inner casing upper half 1a and the high pressure inner casing lower half 2a according to the arrows in FIG. It flows into the inner casing upper half 1b and the medium pressure inner casing lower half 2b, and flows into the low pressure turbine (not shown) through the medium pressure exhaust pipe 6.
[0031]
Further, each of the thermocouples 11a and 11b measures the metal temperatures of the inner surface and the outer surface of the lower half body 2a of the high-pressure inner casing, and also monitors the temperature during pre-warming. Then, warming steam is supplied from an auxiliary steam header (not shown) through an auxiliary steam line 9 branched from the middle of a low-temperature reheat pipe 8 connected to the high-pressure exhaust pipe 4 via a pre-warming valve 10.
[0032]
FIG. 5 shows electric resistance type heaters 13a, 13b and 13c, and heaters 15 made of nichrome wire or the like are woven into heat-resistant cloth 14 having flexibility, respectively. Each of these heater elements 15 is electrically connected to a terminal box 17 via a heater cable 16, and the terminal box 17 is energized by a power source (not shown).
[0033]
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to FIG.
[0034]
After plant shutdown, the cooling immediately turbine components as shown in the natural cooling curve t N in FIG. 6 starts, the heater power is turned on timing that is provided on the next reboot, locally heating the casing each section, Keep warm.
[0035]
That is, the operation timing of the heaters 13a, 13b and 13c depends on the time until the restart, and in FIG. 6, in the state of being completely cooled to room temperature, that is, in the case of restart after a relatively long stop, The heaters 13a, 13b and 13c are operated prior to the start of the ming. As a result, the metal surface temperature can be raised along the temperature rise curve t h from the metal temperature t 1 at normal temperature on both the inner and outer surfaces to the temperature rise value t 2 by the heater, and warming can be started from this temperature. Therefore, the conventional warming time T1 (6 hours as the conventional example) is shortened to T2. Here, t w is the warming completion temperature.
[0036]
At this time, the metal inner surface temperature t im and the metal outer surface temperature t om in the prior art are shown in the drawing in comparison with the same temperatures t im 1 and t om 1 in the present embodiment. As is clear from this, the difference dt1 (= t im 1−t om 1) between the metal inner surface temperature t im 1 and the metal outer surface temperature tom 1 during warming is equal to the difference dt (= t im −t in the prior art). om ), which is smaller than that of the conventional thermal stress σ1 due to the temperature difference between the inner and outer surfaces proportional to the temperature difference.
[0037]
In the present embodiment, since the heaters 13a, 13b and 13c are locally arranged on the casing, if the capacity is increased, the temperature difference with other parts increases, which is not preferable. It needs to be adjusted.
[0038]
As described above, according to the first embodiment, the warming start temperature is increased by the preheating by the heaters 13a, 13b, and 13c from the start of the complete cooler, so that the warming time is shortened and the warming time is increased. Thermal fatigue damage due to repeated loading at every start-up, that is, generation of cracks and their progress can be prevented.
[0039]
FIG. 7 is a perspective view showing a second embodiment of a warming device for a steam turbine according to the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the part which is the same as that of the said 1st Embodiment, or respond | corresponds. The same applies to the following embodiments.
[0040]
In the second embodiment, the electric resistance heater 13 is attached to almost the entire high temperature portion of the outer casings 1 and 2. Thereby, since the whole casing can be preheated uniformly, preheat temperature can be raised further.
[0041]
This operation will be described with reference to FIG.
[0042]
In FIG. 9, the difference dt2 (= t im 2−t om 2) between the metal inner surface temperature t im 2 and the metal outer surface temperature t om 2 during warming, and the thermal stress due to the temperature difference between the inner and outer surfaces proportional to these temperature differences. FIG. 5 shows a comparison of σ2 with the conventional internal / external surface temperature difference dt (= t im −t om ) and the thermal stress σ due to the internal / external surface temperature difference proportional to the temperature difference, as in FIG.
[0043]
As shown in FIG. 9, the warming time can be further shortened, the thermal stress during warming can be reduced, and if the capacity of the electric resistance heater 13 is increased in some cases, the steam warming can be completely achieved. Can be omitted.
[0044]
FIG. 10 is a sectional view showing a heater in a third embodiment of the warming device for a steam turbine according to the present invention. Whereas in the first and second embodiments, the electric resistance heater 13 is attached to the casing surface, the electric resistance heater 13 of this embodiment is attached to the inner surface of the heat insulating material 18 by a fixing bracket 19. Thereby, disassembly and inspection of the electric resistance heater 13 can be facilitated, and maintainability can be improved.
[0045]
FIG. 11 is an explanatory view showing a fourth embodiment of the steam turbine warming device according to the present invention. In the present embodiment, the temperature measurement is performed in order to measure the inner and outer surface metal temperatures of the outer casing upper half 1 or the outer casing lower half 2 at the attachment portions of the electric resistance heaters 13a, 13b and 13c in the first embodiment. A thermocouple 20a for measuring the metal inner surface temperature and a thermocouple 20b for measuring the metal outer surface temperature are attached as means. Note that the temperature measuring means is not limited to a thermocouple, and other means may be used.
[0046]
Therefore, according to this embodiment, by attaching the thermocouple 20a for measuring the metal inner surface temperature and the thermocouple 20b for measuring the metal outer surface temperature, the above-mentioned non-uniformity which is the attachment site of the heaters 13a, 13b, and 13c. It is possible to monitor and control that the metal temperature difference between the inner and outer surfaces of the thick-walled part, the part where the internal steam flow tends to stay, and the part where the crack is likely to occur empirically, and the heater preheating starts. It becomes possible to grasp the end time reliably. As a result, the reliability as a device can be improved.
[0047]
FIG. 12 is an explanatory view showing a fifth embodiment of the warming device for a steam turbine according to the present invention. In this embodiment, as compared with the target completion of preheating temperature t 2 of the heater to a preset temperature data t h from the fourth embodiment of the metal inner surface temperature thermocouple 20a of the measurement and the metal outer surface temperature measurement of the thermocouple 20b , T h -t 2 and a certain allowable deviation δt and the comparison calculators 21 and 21 as calculation means are operated to operate the servo motor 22 to automatically turn on and off the switch 23, so that the electric resistance type The heater 13 is turned on and off. As long as this servo motor 22 is a bidirectional type, any of a hydraulic drive, an air drive, and an electric valve type may be sufficient.
[0048]
Therefore, according to the present embodiment, the electric resistance heater 13 can be provided with a power on / off function to automatically maintain a predetermined holding temperature, that is, a target warming start temperature. As a result, unmanned operations until the start of warming can be performed, and labor saving can be achieved.
[0049]
FIG. 13 is an explanatory view showing a sixth embodiment of a warming device for a steam turbine according to the present invention. In this embodiment, the warming device using auxiliary steam is linked to the automation of the heater preheating system of the fifth embodiment.
[0050]
As shown in FIG. 13, the comparison operation units 21 and 21 and the servo motor 22 are branched to connect negative operation units 24 and 24, and these negative operation units 24 and 24 are connected to an AND circuit 25. Is done. The AND circuit 25 is connected to a timer 26, and the prewarming valve 10 is opened based on a set time DT of the timer 26.
[0051]
That is, compared with a target completion of preheating temperature t 2 of the heater set to a temperature data t h from the thermocouple 20a and the metal outer surface temperature thermocouple 20b of the measuring of the metal inner surface temperature measurement in advance, certain t h -t 2 The servomotor 22 is operated by processing the allowable deviation δt and the comparison calculators 21 and 21, and the switch 23 is automatically turned on and off.
[0052]
The start time Tb of the pre-warming is when it reaches the target completion of preheating temperature t 2 which is set in the operation starting time Ta of the heater preheating system, the pre-warming valve 10 is opened by the completion of preheating signals S1, Warming starts. Here, the preheating completion signal S1 is generated after confirming that the preheating temperature t h by the electric resistance type heater 13 was settled falls within the allowable deviation δt of its final target value t 2.
[0053]
More specifically, if the electric resistance heater 13 is not turned on / off during the set time DT of the timer 26, it is determined that the electric heater has settled and the pre-warming valve 10 is automatically opened. In order to make this determination, the above two negation calculators 24 and 24 as control means and an AND circuit 25 that takes these AND conditions are provided.
[0054]
Therefore, according to the present embodiment, since the start-up preparation including the warming start is automated and optimized / minimized, it is possible to improve reliability and save labor.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to claim 1 of the present invention, a heater is attached to an uneven thick wall portion of a casing, a portion where steam flow is likely to stay, and a portion where cracks are likely to occur empirically. Suppressing the decrease in casing temperature due to long-term shutdown or maintaining a constant value can shorten the warming time and reduce the thermal stress during warming. Reliability can be increased.
Further, according to claim 1 of the present invention, by providing the control means for controlling the preheating by the heater and the warming by the auxiliary steam to be interlocked, the start-up preparation including the warming start is automated and optimized. Therefore, it is possible to improve the reliability and save labor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a warming device for a steam turbine according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an uneven thick portion in a high-pressure turbine.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an uneven thick portion in an intermediate pressure turbine.
4 is a schematic diagram showing a longitudinal sectional structure of the entire structure of FIG.
5 is a configuration diagram showing the electric resistance heater of FIG. 1. FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing metal surface temperature and thermal stress when preheating is performed in the first embodiment.
FIG. 7 is a perspective view showing a second embodiment of the steam turbine warming device according to the present invention.
8 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing metal surface temperature and thermal stress when preheating is performed in the second embodiment.
FIG. 10 is a sectional view showing a heater in a third embodiment of a steam turbine warming device according to the present invention.
FIG. 11 is an explanatory view showing a fourth embodiment of the steam turbine warming device according to the present invention.
FIG. 12 is an explanatory view showing a fifth embodiment of a warming device for a steam turbine according to the present invention.
FIG. 13 is an explanatory view showing a sixth embodiment of a warming device for a steam turbine according to the present invention.
FIG. 14 is a schematic view showing a general turbine casing.
[Explanation of symbols]
1 External casing upper half 1a High pressure inner casing upper half 1b Medium pressure inner casing upper half 2 External casing lower half 2a High pressure inner casing lower half 2b Medium pressure inner casing lower half 3a Main steam inlet pipe upper part 3b Main Steam inlet pipe lower part 4 High pressure exhaust pipe 5 Reheat inlet pipe 6 Medium pressure exhaust pipe 7 Intermediate ground 8 Low temperature reheat pipe 9 Auxiliary steam line 10 Prewarming valves 11a, 11b Thermocouple 12 Nuts 13a, 13b, 13c Electric resistance heater 14 Heat-resistant cloth 15 Heater element 16 Heater cable 17 Terminal box 18 Insulating material 19 Fixing bracket 20a Thermocouple for temperature measurement of metal inner surface (temperature measuring means)
20b Thermocouple for temperature measurement of metal outer surface (temperature measuring means)
21 Comparison calculator (calculation means)
22 Servo motor 23 Switch 24 Negative calculator (control means)
25 AND circuit (control means)
26 Timer

Claims (1)

蒸気タービン冷機起動時に高圧・中圧ケーシングの不均等な厚肉部、蒸気流れの滞留しやすい部位、および経験的にクラックの発生し易い部位にヒータを取り付けるとともに、
このヒータの取付部位に、前記ケーシングの内外面金属温度を測定する温度測定手段を設け、
この温度測定手段による温度データと予め決められた目標予熱完了温度との温度差を求め、この温度差が予め決められたプラス側の許容偏差より大きいかマイナス側の許容偏差より大きいかをそれぞれ演算する比較演算器と、
前記ヒータを前記温度差がプラス側の許容偏差より大きい場合にはオフ操作を、マイナス側の許容偏差より大きい場合はオン操作を行ない蒸気タービンのウォーミングを行なう蒸気タービンのウォーミング装置において、
前記比較演算器からの信号を分岐し、前記温度差がプラス側およびマイナス側の許容偏差に収まっている場合にのみ、その信号をタイマーに入力し、
このタイマーで予め決められた経過時間の後、前記ケーシング内に蒸気を導入するために弁を開にする
ことを特徴とする蒸気タービンのウォーミング装置。
At the start of the steam turbine cooler, heaters are attached to the uneven and thick parts of the high-pressure / medium-pressure casing, the part where steam flow tends to stay, and the part where cracks are likely to occur empirically,
A temperature measuring means for measuring the inner and outer surface metal temperature of the casing is provided at the heater mounting site,
Find the temperature difference between the temperature data from this temperature measurement means and the predetermined target preheating completion temperature, and calculate whether this temperature difference is greater than the predetermined plus or minus tolerance A comparison operation unit,
In the warming device for a steam turbine, the heater is turned off when the temperature difference is larger than the plus-side allowable deviation, and is turned on when the temperature difference is larger than the minus-side allowed deviation.
Branch the signal from the comparator and input the signal to the timer only when the temperature difference is within the plus and minus tolerances,
After a predetermined elapsed time with this timer, the valve is opened to introduce steam into the casing
A warming device for a steam turbine.
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