JP3780789B2 - 蒸気タービン装置 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
この発明は、発電機を負荷として有すると共に抽気系統を有する蒸気タービン装置に係わり、抽気系統からの蒸気の逆流による蒸気タービンの過速を防止するための構成に関する。
【0002】
【従来の技術】
プラント(化学プラント等)などに設置される発電用の蒸気タービン装置では、発電と併せてプラントが必要とする熱エネルギー(温水など)用にプロセス用蒸気の供給を担うものが知られている。このような蒸気タービン装置ではプロセス用蒸気は蒸気タービンに供給された主蒸気の一部をタービンの翼列の途中から、抽気系統によって抽出することで行われるのが一般である。また、抽気系統から抽出できるプロセス用蒸気の蒸気量は、例えば、発電休止時には零になってしまうなど発電量に関連せざるを得ないので、プロセス用蒸気の蒸気量を発電量に関連すること無く安定に供給する必要がある場合には、抽気系統にバイパスラインが設けらることが一般である。
【0003】
以下に、発電機を負荷として有すると共にバイパスラインを持たない抽気系統を有する従来例の蒸気タービン装置を図5,図6を用いて説明する。ここで図5は従来の一例の蒸気タービン装置の概略構成を説明する説明図であり、図6は図5に示した蒸気タービン装置の抽気系統の弁類の閉じ操作に関するインターロック条件を説明する説明図である。図5において、9は、蒸気タービン91、発電装置4、主蒸気系統5、復水器58、第1の抽気系統(E1)7Aおよび第2の抽気系統(E2)7B、プロセス用の第1の熱交換器8Aおよび第2の熱交換器8Bを有する従来の一例の蒸気タービン装置である。
【0004】
発電装置4は、蒸気タービン91の負荷であり同期発電機・誘導発電機などの回転電気機械である発電機41と、発電機41の電力出力側の図示しない発電機負荷(商用電力網,プラント用所内電力ラインなど)との接続点に設置され発電機41で発電された電力の発電機負荷への供給・停止の操作を行う遮断器42と、遮断器42の動作状態検出用の継電器43とを有している。遮断器42が遮断された場合には、蒸気タービン91の負荷が急減されることになるので蒸気タービン91を緊急停止させなければならない。遮断器42の遮断を検出した際に得られる継電器43の信号は、この蒸気タービン91の緊急停止用の信号として用いられている。
【0005】
蒸気タービン91は多段の翼列を有し、主蒸気系統5から主蒸気59の供給を受けて発電機41の駆動を行う。蒸気タービン91で仕事をした主蒸気59は復水器88で水に戻された後、図示しないポンプ装置,ボイラーなどを経て主蒸気系統5に還流される。主蒸気系統5は主蒸気59の蒸気タービン91への入口部に主蒸気止め弁51と主蒸気加減弁52とを、主蒸気59の通流に関して直列に接続させて有している。主蒸気止め弁51は蒸気タービン91の運転休止時(ボイラーの運転休止時も含む)には全閉とされ、蒸気タービン91の運転開始時に全開とされ、蒸気タービン91の緊急停止時には全閉とされる。
【0006】
主蒸気加減弁52は信号用油圧によって開閉制御される加減弁であり、蒸気タービン91への主蒸気59の供給量の制御用に設置されている。主蒸気加減弁52の弁開閉用の信号用油圧の油圧値は、この事例の場合には主蒸気加減弁52の全閉時に196kPa,全開時に490kPaであり、この信号用油圧は、例えば、図示しない油圧ガバナーから供給される。蒸気タービン91では翼列の途中からプロセス用蒸気を取り出すための抽気系統(7A,7B)を、この事例の場合には次記のようにして取り出している。
【0007】
E1系統7AおよびE2系統7Bのそれぞれは、プロセス用蒸気の通流に関して互いに2個が直列に接続された抽気逆止め弁71,71と、プロセス用蒸気の通流に関して抽気逆止め弁71に直列に接続された電動操作式の抽気止め弁72とを有している。2個直列の抽気逆止め弁71はプロセス用蒸気などの蒸気タービン91への逆流の防止用に設置され、抽気止め弁72はそれぞれの抽気系統(7A,7B)からのプロセス用蒸気のプラントへの供給・停止の制御用に設置されている。熱交換器8A,熱交換器8Bは、この事例の場合には、E1系統7A,E2系統7Bから供給されるプロセス用蒸気を通流させ、プロセス用蒸気の熱エネルギーを利用してプラントが必要とする温水を生成する役目を担っている。
【0008】
次に、蒸気タービン装置9のE1系統7A,E2系統7Bがそれぞれに持つ、抽気逆止め弁71,抽気止め弁72を閉じるためのインターロック条件を図6も用いて説明する。蒸気タービン91の運転停止時に抽気系統(7A,7B)の抽気逆止め弁71および抽気止め弁72が開いたままであると抽気系統からプロセス蒸気が蒸気タービン91に逆流する可能性があり、プロセス蒸気が逆流すると蒸気タービン91が過速するおそれがある。これに対処するために、蒸気タービン装置9では蒸気タービン91の運転停止の検出用として図示しない圧力継電器(圧力スイッチ)と、主蒸気加減弁52の開閉制御用の信号用油圧値を検出する図示しない信号用油圧値検出装置を備えている。
【0009】
主蒸気加減弁52の開閉状態に対する信号用油圧値が前記の関係にあることから、信号用油圧の所定値への低下は主蒸気加減弁52が全閉されたことを意味する。蒸気タービン装置9では、蒸気タービン91の運転停止の圧力継電器(圧力スイッチ)による検出、または、主蒸気加減弁52の全閉を信号用油圧の所定値への低下による検出により、抽気系統(7A,7B)の抽気逆止め弁71および抽気止め弁72を閉じて蒸気タービン91の過速の発生を抑制している。すなわち、蒸気タービン装置9では、蒸気タービン91の運転停止(S1)と、主蒸気加減弁52の全閉(S2)とのOR(論理和)(S3)をまず得て、このOR(S3)と後記する信号(S4およびS5のそれぞれ)とのOR(論理和)(S6およびS7)をさらに得て、このOR(S6およびS7)に従って、抽気系統(7Aおよび7B)の抽気逆止め弁71および抽気止め弁72を全閉するようにしている(S8〜S11)(図6を参照)。
【0010】
また、熱交換器8A,熱交換器8Bに水位の過度の上昇が発生した場合には、熱交換器8A,熱交換器8Bの水またはその水によって発生する低温の蒸気が蒸気タービン91に逆流する可能性があり、水または低温蒸気が逆流すると蒸気タービン91に熱衝撃,ラビング,スラスト軸受損傷などの事故を発生させるおそれがある。これに対処するために、蒸気タービン装置9では熱交換器8Aおよび熱交換器8Bそれぞれの水位を検出する図示しない水位検出装置を備えている。そうして、蒸気タービン装置9では、熱交換器8A,熱交換器8Bそれぞれの水位の過度の上昇が水位検出装置により検出されると、対応する抽気系統(7Aまたは7B)の抽気逆止め弁71および抽気止め弁72を閉じて、水または低温蒸気の蒸気タービン91への逆流を阻止し、熱衝撃,ラビング,スラスト軸受損傷などの事故の発生を防止している。
【0011】
すなわち、蒸気タービン装置9では、熱交換器8A,熱交換器8Bそれぞれの水位の過度の上昇の信号(S4およびS5)と、前記OR(S3)とのOR(S6およびS7)を得て、このOR(S6およびS7)に従って、対応する抽気系統(7Aまたは7B)の抽気逆止め弁71および抽気止め弁72を閉じている(S8およびS9,またはS10およびS11)(図6を参照)。
【0012】
ところで、蒸気タービン装置9の抽気系統(7A,7B)では、抽気逆止め弁71を2個直列に接続して用いている。これは、蒸気タービン91が高速回転する装置であり、抽気逆止め弁71が動作不能になると蒸気タービン91の停止が不可能になるという大きな問題を惹起するので、抽気逆止め弁71を2個直列に接続して蒸気タービン装置9の運転の安全を図っているのである。蒸気タービン装置の分野では小容量の一部の場合を除く殆どの場合に、運転の安全を図るために蒸気タービンの停止に関わる止め弁を二重化することが基本事項として実施されている。蒸気タービン装置9において主蒸気系統5に主蒸気止め弁51と主蒸気加減弁52とを用いているのも、この止め弁の二重化に対応させたものである。
【0013】
続いて、発電機を負荷として有すると共にバイパスラインを持つ抽気系統を有する従来例の蒸気タービン装置を図7を用いて説明する。ここで図7は従来の異なる例の蒸気タービン装置の概略構成を説明する説明図である。なお以降の説明においては、図5,図6に示した従来例の蒸気タービン装置と同一部分には同じ符号を付しその説明を省略する。また、以後の説明に用いる図中には、図5,図6で付した符号については、極力代表的な符号のみを記すようにしている。
【0014】
図7において、9Aは、図5,図6に示した従来例による蒸気タービン装置9に対し、第1のバイパスライン6Aおよび第2のバイパスライン6Bを追加して備えた蒸気タービン装置である。第1のバイパスライン6Aおよび第2のバイパスライン6Bのそれぞれは、第1の抽気系統(E1)7Aおよび第2の抽気系統(E2)7Bのそれぞれに対応させ、発電機41の発電休止時などにプラントが必要とするプロセス用蒸気を供給するために設置されている。それぞれのバイパスライン6Aおよびバイパスライン6Bは、バイパス止め弁61とバイパス加減弁62とをプロセス用蒸気の通流に関して互いに直列に接続される関係で有し、一端は主蒸気系統5に接続され、他端は抽気系統(7A,7B)が持つ抽気逆止め弁71と抽気止め弁72とで構成された直列接続体のプロセス用蒸気の供給側に接続されている。
【0015】
なお、蒸気タービン装置9AにおけるE1系統7A,E2系統7Bの抽気逆止め弁71,抽気止め弁72を閉じるためのインターロック条件は、蒸気タービン装置9の場合と全く同一である。蒸気タービン装置9Aは前述のように構成されているので、発電機41の発電休止時などにE1系統7A,E2系統7Bに代わってプラントが必要とするプロセス用蒸気はバイパスライン6A,6Bが供給する。前述の説明では、蒸気タービン装置9,9Aは2系統の抽気系統を備えるとしてきたが、抽気系統の系統数としては1系統や3系統以上のものも知られていることを付記しておく。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術による蒸気タービン装置9,9Aでは、電気と熱の併給を可能にしながら二重化された止め弁を備えることで、安全性の高い蒸気タービン装置を得ることができているが、近年次記することが問題とされその解決が望まれるようになってきている。すなわち、E1系統7A,E2系統7Bでは、止め弁の二重化に対応するために、2個直列接続された抽気逆止め弁71を採用している。この構成は蒸気タービン装置の安全性の面から必須のものであるが、それぞれの抽気系統毎に2個の抽気逆止め弁71が必要なことからその設置に広いスペースが必要であり、発電所の建設費の低減努力を大きく阻害する要因になっている。また、抽気逆止め弁71の操作には油圧などの操作源が必要であるので、その操作エネルギーを大きくさせている。そうして抽気系統数が多い場合には、これ等の問題の解決が一層重要な課題になっている。
【0017】
この発明は前述の従来技術の問題点に鑑みなされ、その目的は、蒸気タービンの過速防止機能を維持しながら設置スペースの縮小などが図れる、発電機を負荷として有すると共に抽気系統を有する蒸気タービン装置を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
この発明では前述の目的は、電力出力側に遮断器が接続された発電機と、この発電機を負荷として有すると共に,バイパスラインを持つ抽気系統を有する蒸気タービンとを備え、前記抽気系統は抽気逆止め弁と前記遮断器の遮断を条件として閉じられる抽気止め弁とを直列状態に接続し、この直列接続体を介してプロセス用蒸気を供給し、前記バイパスラインは蒸気の通流用にバイパス止め弁とバイパス加減弁とを互いに直列状態に接続して有して抽気系統が持つ前記直列接続体のプロセス用蒸気の供給側に接続され、バイパス止め弁およびバイパス加減弁は抽気止め弁および抽気逆止め弁が共に開かれていることを条件に閉じられると共に抽気逆止め弁または抽気止め弁の内の少なくともいずれか一方が閉じられることを条件に開かれることにより達成される。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお以降の説明では、 HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig7" 図7に示した従来例の蒸気タービン装置と同一部分には同じ符号を付しその説明を省略する。まず、 HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig1" 図1, HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig2" 図2を用いて、この発明の前提となる蒸気タービン装置として、発電機を負荷として有すると共にバイパスラインを持たない抽気系統を有する蒸気タービン装置について説明する。 HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig1" 図1は、この発明の前提となる蒸気タービン装置の概略構成を説明する説明図であり、 HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig2" 図2は HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig1" 図1に示した蒸気タービン装置において抽気系統の弁類の閉じ操作に関し従来例に対して追加したインターロック条件を説明する説明図である。
【0020】
図1において、1は、図5,図6に示した従来例による蒸気タービン装置9に対し、第1の抽気系統(E1)7Aおよび第2の抽気系統(E2)7Bのそれぞれに代えて、第1の抽気系統(E1)2Aおよび第2の抽気系統(E2)2Bを用いるようにした蒸気タービン装置である。E1系統2AおよびE2系統2Bのそれぞれは、従来例のE1系統7AおよびE2系統7Bと対比すると、抽気逆止め弁71の使用個数を1個のみにすると共に、抽気止め弁72を閉じるための新たなインターロック条件を追加していることが相異している。E1系統2AおよびE2系統2Bにおいて、抽気止め弁72を閉じるために追加したインターロック条件を図2も用いて説明する。
【0021】
蒸気タービン装置1では、図2に示したように遮断器42の負荷遮断を検出した際に得られる継電器43の信号(遮断器42の負荷遮断の信号)により、抽気止め弁72を閉じるようにしている。すなわち、蒸気タービン装置1では、遮断器42の負荷遮断(S21)を条件として、E1系統2A,E2系統2Bの抽気止め弁72を全閉するようにしている(S22)。発明者は、従来例の蒸気タービン装置9において各抽気系統の止め弁を二重化するために2個の抽気逆止め弁71を用いなければならない理由が、蒸気タービン91の運転停止(S1)と主蒸気加減弁52の全閉(S2)とを用いて抽気止め弁72を全閉していることにあることに着目した。
【0022】
抽気止め弁72は電動操作弁であり、弁を閉じるのに、例えば、1min程度の時間を要し緊急閉止用として適用できないので、蒸気タービン装置9では抽気逆止め弁71を2個用いなければならない。このことに関して発明者は、継電器43の遮断器42の遮断信号を抽気止め弁72の緊急閉止用に用いれば、蒸気タービン91への主蒸気59の供給が停止状態になるのを蒸気タービン91の運転停止信号を用いる場合よりも早期に検出できて、電動操作弁の抽気止め弁72を緊急閉止用に適用できるようになることを見出した。
【0023】
すなわち、遮断器42が遮断されると、継電器43の遮断器42の負荷遮断の信号を用いて蒸気タービン91は非常停止されるが、高速回転している蒸気タービン91が停止するまでにはかなりの時間を要するので、継電器43の遮断器42の負荷遮断の信号により抽気止め弁72を閉止させれば、抽気止め弁72を緊急閉止用に適用できるのである。したがって、この蒸気タービン装置1では、1個の抽気逆止め弁71と1個の抽気止め弁72とを組み合わせることで、抽気系統の止め弁の二重化に対処でき、従来例と対比して各抽気系統毎の抽気逆止め弁71の使用個数を1個削減することができる。
【0024】
これによって蒸気タービン装置1では、抽気逆止め弁71の設置個数の半減に伴って設置スペースが削減され、また、抽気逆止め弁71の設置個数が半減することにより抽気逆止め弁71の配置位置・配管方法を見直すことができるようになって抽気逆止め弁71にかかわる配置・配管のスペースファクターが向上でき、これ等が総合されることで発電所が省スペース化されてその建設費を削減することができる。また、抽気逆止め弁71の設置個数が半減されることによってその操作エネルギーを大幅に削減することができることで、省エネルギー化を図ることができる。
【0025】
この発明は、このような蒸気タービン装置における技術を、発電機を負荷として有すると共にバイパスラインを持つ抽気系統を有する蒸気タービン装置に適用するに際して、バイパスラインに設けられたバイパス止め弁、バイパス加減弁とのインターロック条件を考慮してなされたものであり、発電機を負荷として有すると共にバイパスラインを持つ抽気系統を有するこの発明の実施の形態の一例の蒸気タービン装置を HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig3" 図3, HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig4" 図4を用いて説明する。ここで HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig3" 図3はこの発明の実施の形態の一例による蒸気タービン装置の概略構成を説明する説明図であり、 HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig4" 図4は HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig3" 図3に示した蒸気タービン装置において抽気系統の弁類の閉じ操作およびバイパスラインの弁類の開閉操作に関し従来例に対して追加したインターロック条件を説明する説明図である。なお以降の説明においては、 HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig1" 図1, HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig2" 図2に示した蒸気タービン装置と同一部分には同じ符号を付しその説明を省略する。
【0026】
図3において、3は、図5,図6に示した従来例による蒸気タービン装置9Aに対し、E1抽気系統7AおよびE2抽気系統7Bのそれぞれに代えて、E1抽気系統2AおよびE2抽気系統2Bを用いると共に、バイパスライン6A,バイパスライン6Bのバイパス止め弁61およびバイパス加減弁62の開閉操作に関し、インターロック条件を追加していることが相異している。なお、E1抽気系統2A,E2抽気系統2Bの構成および図4(イ)に示した抽気止め弁72を閉じるインターロック条件は、蒸気タービン装置1の場合と同一であるのでその説明を省略する。次に、この発明の蒸気タービン装置3のバイパス止め弁61,バイパス加減弁62の開閉操作に関するインターロック条件を図4を用いて説明する。
【0027】
蒸気タービン装置3では、図4(ロ)に示すように、E1抽気系統2A,E2抽気系統2Bからプロセス蒸気が供給される条件では、バイパス止め弁61およびバイパス加減弁62が全閉とされてバイパスラインからプロセス蒸気の供給を行えないようにしている。このようにすることで、E1抽気系統2A,E2抽気系統2Bからプロセス蒸気が供給される条件では、蒸気タービン装置3はバイパスラインを持たない蒸気タービン装置と全く同等に動作する。そうして、蒸気タービン91の非常停止時に、バイパスラインから供給されるプロセス蒸気がE1抽気系統2A,E2抽気系統2B内を逆流する懸念を絶無にすることができる。したがって蒸気タービン装置3では、バイパスラインから供給されるプロセス蒸気のE1抽気系統2A,E2抽気系統2B内への逆流を防止する見地からの、抽気逆止め弁71の二重化を不要にできる。また、E1抽気系統2A,E2抽気系統2Bからのプロセス蒸気の供給が行われない条件では、バイパス止め弁61およびバイパス加減弁62が開かれてバイパスラインからのプロセス蒸気の供給を可能にし、プラントのプロセスの運転を支障無く継続させることができる。
【0028】
すなわち、蒸気タービン装置3では、抽気系統(E1抽気系統2AおよびE2抽気系統2B)のそれぞれの抽気逆止め弁71,抽気止め弁72が開かれている条件(S31,S32およびS41,S42)を基に、それ等のAND(論理積)(S33およびS43)に従って、それぞれのバイパスライン(6Aおよび6B)のバイパス止め弁61およびバイパス加減弁62を閉止している(S34,S35およびS44,S45)〔図4(ロ)を参照〕。また、蒸気タービン装置3では、抽気系統のそれぞれの抽気逆止め弁71,抽気止め弁72が全閉されている条件(S51,S52およびS61,S62)を基に、それ等のOR(論理和)(S53およびS63)に従って、それぞれのバイパスライン(6Aおよび6B)のバイパス止め弁61およびバイパス加減弁62を開けるようにしている(S54,S55およびS64,S65)〔図4(ロ)を参照〕。
【0029】
そうして蒸気タービン装置3では、発電機41を負荷として有すると共にバイパスラインを持つ抽気系統を有しながらも、発電機41を負荷として有すると共にバイパスラインを持たない抽気系統を有する図1の蒸気タービン装置1が得ていると同様の作用・効果を得ることができる。
【0030】
【発明の効果】
この発明による蒸気タービン装置では、前記課題を解決するための手段の項で述べた構成とすることで、バイパスラインを持つ抽気系統を有する蒸気タービン装置であっても、抽気止め弁72を緊急閉止用に適用できるようになり、各抽気系統毎の抽気逆止め弁71の使用個数を2個から1個に半減することが可能になる。これによりこの発明による蒸気タービン装置では、抽気逆止め弁71の設置個数が半減されると共に、抽気逆止め弁71にかかわる配置・配管のスペースファクターが向上されることで発電所が省スペース化され建設費の削減が可能になる。また、抽気逆止め弁71の設置個数が半減されることによってその操作エネルギーが大幅に削減されて省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の前提となる蒸気タービン装置の概略構成を説明する説明図
【図2】図1に示した蒸気タービン装置において抽気系統の弁類の閉じ操作に関し従来例に対して追加したインターロック条件を説明する説明図
【図3】この発明の実施の形態の一例による蒸気タービン装置の概略構成を説明する説明図
【図4】図3に示した蒸気タービン装置において抽気系統の弁類の閉じ操作およびバイパスラインの弁類の開閉操作に関し従来例に対して追加したインターロック条件を説明する説明図
【図5】従来の一例の蒸気タービン装置の概略構成を説明する説明図
【図6】図5に示した蒸気タービン装置の抽気系統の弁類の閉じ操作に関するインターロック条件を説明する説明図
【図7】従来の異なる例の蒸気タービン装置の概略構成を説明する説明図
【符号の説明】
2A 抽気系統
2B 抽気系統
3 蒸気タービン装置
42 遮断器
43 継電器
61 バイパス止め弁
62 バイパス加減弁
71 抽気逆止め弁
72 抽気止め弁
Claims (1)
- 電力出力側に遮断器が接続された発電機と、この発電機を負荷として有すると共に,バイパスラインを持つ抽気系統を有する蒸気タービンとを備え、前記抽気系統は抽気逆止め弁と前記遮断器の遮断を条件として閉じられる抽気止め弁とを直列状態に接続し、この直列接続体を介してプロセス用蒸気を供給し、前記バイパスラインは蒸気の通流用にバイパス止め弁とバイパス加減弁とを互いに直列状態に接続して有して抽気系統が持つ前記直列接続体のプロセス用蒸気の供給側に接続され、バイパス止め弁およびバイパス加減弁は抽気止め弁および抽気逆止め弁が共に開かれていることを条件に閉じられると共に抽気逆止め弁または抽気止め弁の内の少なくともいずれか一方が閉じられることを条件に開かれることを特徴とする蒸気タービン装置。
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