JP4898956B2 - 蒸気タービン設備 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備に関するものである。
【背景技術】
【0002】
現在、主要な発電方法として原子力、火力、水力の3つの方法が用いられており、資源量及びエネルギー密度の観点から、今後も前記3つの発電方法が主要な発電方法として用いられていくと予想される。中でも火力発電は安全で負荷変動への対応能力の高い発電方法として利用価値が高く、発電分野において今後も引き続き重要な役割を果たしていくものと予想される。
【0003】
蒸気タービンを含む石炭焚火力発電に用いられる蒸気タービン設備は、一般的に、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンを備えている。このような蒸気タービン設備においては600℃級の蒸気が用いられており、高圧タービンや中圧タービンのロータやケーシング(車室)などの高温に晒される部分には600℃級の蒸気に対する耐熱性を有し、製造性や経済性に優れたフェライト系材料が用いられている。
【0004】
しかし近年、CO2排気量削減と、更なる熱効率向上のために、650℃級、更には700℃級の蒸気条件を採用した技術が求められている。そこで、特許文献1には再熱蒸気条件が650℃以上の高温で運転することができる蒸気タービン設備が開示されている。
図14は特許文献1で開示されている従来の蒸気タービン設備の概略系統図を示したものである。図14に示された蒸気タービン発電設備110は、中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン112と、低温低圧側の第2中圧タービン114とに分離し、高圧タービン116と第2中圧タービン114とを一体化して一体化物122を形成したうえで、該一体化物122を高温高圧側の第1中圧タービン112、低圧タービン124及び発電機126とともに同一軸線上で連結している。
【0005】
ボイラ132で600℃級に過熱された主蒸気は、主蒸気管134を通って高圧タービン116に導入される。高圧タービン116に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、低温再熱管138を通ってボイラ132に戻される。該ボイラ132に戻された蒸気は、ボイラ132で再熱されて700℃級の蒸気となり、高温再熱管140を通って第1中圧タービン112に送られる。この第1中圧タービン112のロータは700℃級の高温蒸気に耐えうる材料(オーステナイト系耐熱鋼)で構成されている。第1中圧タービン112で膨張仕事を行った蒸気は550℃級まで低下して排気され、中圧部連絡管142を経て第2中圧タービン114に送られる。第2中圧タービン114に送られた蒸気は膨張仕事を行った後に排気され、クロスオーバー管144を通って低圧タービン124に導入される。低圧タービン124に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、復水器128に送られる。復水器128に送られた蒸気は復水器128で復水され、給水ポンプ130で昇圧されてボイラ132に戻される。発電機126はそれぞれのタービンの膨張仕事によって回転駆動され、発電する。
【0006】
このような蒸気タービン設備においては、中圧タービンを分割し、第1の中圧タービン112にのみ650℃以上の蒸気に耐えうる材料を用いることで、650℃以上の蒸気条件の採用を可能とするとともに、650℃以上の蒸気に耐えうる材料の使用量を減らし設備全体の製造コストを抑えている。
【0007】
しかしながら特許文献1に開示された技術では、高圧タービンには650℃以上の蒸気に耐えうる材料を使用していないため、主蒸気に650℃以上の蒸気を使用する場合には対応できない。
【0008】
さらに、大容量の蒸気タービン設備を考えると、図14に示した設備の実現は難しい。第1中圧タービン112を構成するために650℃以上の蒸気に耐えうる例えばNi基合金を使用すると、素材製造限界の観点から10t以上のタービンロータやケーシング(車室)を製造することは難しく、大型のタービンロータやケーシングが製造できないためである。
【0009】
そのため、図15に示したように第1中圧タービン112を更に第1−2中圧タービン113に分割することも考えられるが、その場合車室数の増加、それに伴う建屋や配管の増加により設備の製造コストが大きくなるという問題が発生する。さらに、軸数(分割されたタービンの数)が増加することによる振動が発生する可能性が高くなるという問題も発生する。
【0010】
また、Ni基合金を使用せずにフェライト系材料で対応することも考えられるが、その場合には車室内に多量の冷却蒸気を導入する必要があり、タービン内部効率が低下する。
【0011】
【特許文献】
【特許文献1】
特許第4074208号公報
【発明の概要】
【0012】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、650℃以上の蒸気条件を採用した場合であっても振動発生の可能性や設備コストの大幅な上昇を抑制して設備の大型化が可能である蒸気タービン設備を提供することを目的とする。
【0013】
上記課題を解決するため本発明においては、
高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備において、前記高圧タービンを高温高圧側の第1高圧タービン部と低温低圧側の第2高圧タービン部とに分離し、前記中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部とに分離し、前記第1高圧タービン部と前記第1中圧タービン部とを一体化した第1の一体化部を構成するとともに、少なくとも前記第2高圧タービン部と前記第2中圧タービン部とを一体化した第2の一体化部を構成し、前記第1高圧タービン部及び前記第1中圧タービン部の650℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方をNi基合金で形成するとともに、前記タービンのロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする。
【0014】
このようにして、650℃以上の蒸気が導入される側(蒸気導入側)のタービンのロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方(すなわち、第1高圧タービン及び第1中圧タービンの蒸気導入側のロータ及びケーシングの少なくとも一方)を、Ni基合金で形成するとともに、タービンのロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成することで、高圧タービン、中圧タービンともに650℃以上の蒸気が導入される蒸気条件であっても、車室、軸数(分割されたタービンの数)や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
【0015】
また、このような設備においては前記第1高圧タービン及び第1中圧タービンに650℃以上の蒸気が導入される。従って、第1高圧タービンと第1中圧タービンとを一体化し、650℃未満の蒸気が導入され、フェライト系材料で構成可能な第2高圧タービンと第2中圧タービンとを一体化することで、高級材料であるNi基合金の使用量を少なくし、設備コストの大幅な上昇を抑制することができる。また、650℃以上の蒸気が導入される側(蒸気導入側)のタービンのロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方にはNi基合金を使用しているため、タービン内に多量の冷却蒸気を導入する必要はなくタービン内部効率向上にも繋がる。
【0016】
また、前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、該超高圧タービンと、前記第1の一体化部と、第2の一体化部と、低圧タービンとを同一軸線上において連結してもよい。
これにより、さらなる蒸気の高圧化が可能となる。
また、前記第1の一体化部を構成する第1高圧タービン部と第1中圧タービン部に650℃以上の蒸気を導入するとともに、前記第2の一体化部を構成する第2高圧タービン部と第2中圧タービン部に650℃未満の蒸気を導入するようにし、前記第2の一体化部と、低圧タービンとを、前記第1の一体化部とは別軸で連結するとともに、該第2の一体化部と低圧タービンとの連結体よりも、前記第1の一体化部を、前記高圧タービン及び中圧タービンに導入される蒸気を過熱するボイラに近い位置に配置してもよい。
【0017】
650℃以上の蒸気が導入される第1高圧タービン部と第1中圧タービン部とを前記ボイラの近くに配置することにより、ボイラと第1高圧タービン部及びボイラと第1中圧タービン部を接続する配管長を短くすることができ、該配管に使用する材料を低減することができる。前記ボイラと第1高圧タービン部及びボイラと第1中圧タービン部を接続する配管は650℃以上の蒸気が流通するため、高級材料であるNi基合金で製作することが必要であるが、前記配管を短くし材料使用量を削減することで設備全体の製作コストを低減することが可能となる。
【0018】
また、前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、前記第1の一体化部と、前記超高圧タービンとを同一軸線上で連結してもよい。
これにより、さらなる蒸気の高圧化が可能となる。
【0019】
また、上記何れかの構成の蒸気タービン設備における前記第2の一体化部において、さらに前記低圧タービンを一体化ししてもよい。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。
【0020】
さらに、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備において、前記高圧タービンを高温高圧側の第1高圧タービン部と低温低圧側の第2高圧タービン部とに分離し、前記中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部とに分離し、前記第1高圧タービン部と前記第1中圧タービン部とを一体化した第1の一体化部を構成するとともに、前記第1高圧タービン部及び前記第1中圧タービン部の650℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方をNi基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする。なお、第2中圧タービンと低圧タービンとを一体化してもよい。
第2高圧タービンと第2中圧タービンとを一体化しないことで、大容量化への対応が容易になる。
また、さらに第2中圧タービンと低圧タービンとを一体化すれば、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。
【0021】
さらに、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備において、650℃以上の蒸気が導入されるタービンを同一軸線上で連結するとともに、650℃未満の蒸気が導入されるタービンを、前記650℃以上の蒸気が導入されるタービンとは別の同一軸線上で連結し、前記650℃以上の蒸気が導入されるタービンを、前記650℃未満の蒸気が導入されるタービンよりも、前記高圧タービン及び中圧タービンに導入される蒸気を過熱するボイラに近い位置に配置し、前記650℃以上の蒸気が導入される側(蒸気導入側)のタービンのロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方をNi基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする。
【0022】
650℃以上の蒸気が導入されるタービンを前記ボイラの近くに配置することにより、ボイラと650℃以上の蒸気が導入されるタービンとを接続する配管長を短くすることができ、該配管に使用する材料を低減することができる。前記ボイラと650℃以上の蒸気が導入されるタービンを接続する配管は650℃以上の蒸気が流通するため、高級材料であるNi基合金で製作することが必要であるが、該配管を短くし材料使用量を削減することで設備全体の製作コストを低減することが可能となる。
また、650℃以上の蒸気が導入される側(蒸気導入側)のタービンのロータ又はケーシング部材をNi基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及びケーシング全体のいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成することで、第1中圧タービンに650℃以上の蒸気が導入される蒸気条件であっても、車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
【0023】
さらに、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備において、少なくとも前記高圧タービンと中圧タービンとを一体化し、該一体化物と、低圧タービンとを同一軸線上で連結し、前記650℃以上の蒸気が導入される側(蒸気導入側)のタービンのロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をNi基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする。なお、前記高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンとを一体化してもよい。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。
【0024】
また、前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、前記第1の一体化部と、前記超高圧タービンとを同一軸線上で連結してもよい。
【0025】
これにより、さらなる蒸気の高圧化が可能となる。
以上記載のごとく本発明によれば、650℃級、更には700℃級の蒸気条件を採用した場合であっても振動発生の可能性や設備コストの大幅な上昇を抑制して設備の大型化が可能である蒸気タービン設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
[図1] 実施例1における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図2] 実施例1における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図3] 実施例1における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図4] 実施例1における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図5] 実施例2における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図6] 実施例2における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図7] 実施例3における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図8] 実施例3における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図9] 実施例4における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図10] 実施例4における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図11] 実施例5における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図12] 実施例6における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図13] 実施例7における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図14] 従来例における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図15] 別の従来例における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例1】
【0028】
図1は、実施例1における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
図1を参照して、実施例1に係る蒸気タービン設備により構成される発電設備について説明する。
【0029】
図1に示された蒸気タービン発電設備10は、後述するように2つに分離された高圧タービン、後述するように2つに分割された中圧タービン、低圧タービン24、発電機26、復水器28、ボイラ32から主に構成される。前記高圧タービンは、高温高圧側の第1高圧タービン16と低温低圧側の第2高圧タービン18とに分離され、前記中圧タービンは高温高圧側の第1中圧タービン12と低温低圧側の第2中圧タービン14とに分離されており、第1高圧タービン16と第1中圧タービン12とが一体化されて一体化物20を形成しており、第2高圧タービン18と第2中圧タービン14とが一体化されて一体化物22を形成している。
また、前記一体化物20、一体化物22、低圧タービン24及び発電機26は同一軸線上で連結するように構成されている。
【0030】
前記第1高圧タービン16及び第1中圧タービン12の蒸気導入側のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方は、Ni基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成されている。
【0031】
ボイラ32で650℃以上に過熱された主蒸気は、主蒸気管34を通って第1高圧タービン16に導入される。第1高圧タービン16に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、650℃未満の蒸気となって高圧部連絡管36を経て第2高圧タービン18へ導入され、該第2高圧タービンで膨張仕事を行った後に排気され、低温再熱管38を通ってボイラ32に戻される。該ボイラ32に戻された蒸気は、ボイラ32で再熱されて650℃以上の蒸気となり、高温再熱管40を通って第1中圧タービン12に送られる。第1中圧タービン12で膨張仕事を行った蒸気は550℃級まで低下して排気され、中圧部連絡管42を経て第2中圧タービン14に送られる。第2中圧タービン14に送られた蒸気は膨張仕事を行った後に排気され、クロスオーバー管44を通って低圧タービン24に送られる。低圧タービン24に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、復水器28に送られる。復水器28に送られた蒸気は復水器28で復水され、給水ポンプ30で昇圧されてボイラ32に戻される。発電機26はそれぞれのタービンの膨張仕事によって回転駆動され、発電する。
【0032】
以上のような実施例1の形態の蒸気タービン発電設備10によれば、650℃以上の蒸気が導入される側(蒸気導入側)のタービン(第1高圧タービン16、第1中圧タービン12)のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方を、Ni基合金で形成するとともに、全体としては複数の部材を溶接によって接合して構成することで、第1高圧タービン16、中圧タービン12ともに車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
【0033】
また、このような設備においては前記第1高圧タービン16及び第1中圧タービン12に650℃以上の蒸気が導入され、第2高圧タービン18及び第2中圧タービン14には650℃未満の蒸気が導入される。
従って、高圧タービン、中圧タービンの何れも2つに分離し、650℃以上の蒸気が導入される側(蒸気導入側)のロータ及びケーシングの少なくとも一方がNi基合金で形成され、全体としては複数の部材を溶接によって接合して構成した第1高圧タービン16と第1中圧タービン12とを一体化して一体化物20を構成し、650℃未満の蒸気が導入され、従来と同様にフェライト系材料で構成可能な第2高圧タービン18と第2中圧タービン14とを一体化して一体化物を構成することで、高級材料であるNi基合金の使用量を少なくし、設備コストの大幅な上昇を抑制することができる。なお、第2高圧タービン18と第2中圧タービン14は、導入される蒸気温度が560℃を超える場合には、ロータやケーシングに異材(例えば12Cr鋼と2.25Cr鋼、12Cr鋼とCrMoV鋼など)の溶接構造を採用することで、高温強度が必要な部分にのみ高級材を使用し、高温強度を必要としない部分は安価な材料を使用できるので、高級材の使用量を最小化することができる。
【0034】
また、図2に示すように、第2高圧タービン18と第2中圧タービン14と低圧タービン24を一体化して一体化物21を構成することで、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物21のロータやケーシングに異材(例えば12Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼、9Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼など)溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【0035】
一方、大容量化により、図3に示したように第2高圧タービン18と第2中圧タービン14を一体化させない構造とすることもできる。
また、図3に示した例に対し、図4に示すように、第2中圧タービン14と低圧タービン24を一体化して一体化物23を構成することで、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物23のロータやケーシングに異材(例えば12Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼、9Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼など)溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例2】
【0036】
図5は、実施例2における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
図5に示された蒸気タービン発電設備10は、図1に示した実施例1の形態の蒸気タービン発電設備と一部を変更した形態であり、一体化物22、低圧タービン24及び発電機26が同一軸線上で連結するように構成されており、それよりもボイラ32に近い位置に一体化物20と発電機27とが同一軸線上で連結するように構成されて配置されている。一体化物20はボイラ32に近いほど好ましい。
その他は全て実施例1の形態の蒸気タービン発電設備と同じである。
【0037】
以上のような実施例2の形態の蒸気タービン発電設備10によれば、実施例1の形態の効果に加えて、650℃以上の蒸気が導入される第1高圧タービン16と第1中圧タービン12を前記ボイラ32の近くに配置することにより、ボイラ32と第1高圧タービン16及びボイラ32と第1中圧タービン12を接続する配管長を短くすることができ、該配管に使用する材料を低減することができる。前記ボイラ32と第1高圧タービン16及びボイラ32と第1中圧タービン12を接続する配管は650℃以上の蒸気が流通するため、高級材料であるNi基合金で製作することが必要であるが、前記配管を短くし材料使用量を削減することで設備全体の製作コストを低減することが可能となる。
【0038】
また、図2に示した例と同様に、第2高圧タービン18と第2中圧タービン14と低圧タービン24を一体化して一体化物を構成することができる(図示せず)。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物21のロータやケーシングに異材(例えば12Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼、9Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼など)溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【0039】
一方、大容量化により、図6に示したように第2高圧タービン18と第2中圧タービン14を一体化させない構造とすることもできる。
また、図6に示した例に対し、図4に示した例と同様に、第2中圧タービン14と低圧タービン24を一体化して一体化物を構成することができる(図示せず)。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物23のロータやケーシングに異材(例えば12Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼、9Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼、など)溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例3】
【0040】
図7は、実施例3における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
図7を参照して、実施例3に係る蒸気タービン設備により構成される発電設備について説明する。
【0041】
図7に示された蒸気タービン発電設備10は、超高圧タービン19、後述するように2つに分離された高圧タービン、後述するように2つに分割された中圧タービン、低圧タービン24、発電機26、復水器28、ボイラ32から主に構成される。前記高圧タービンは、高温高圧側の第1高圧タービン16と低温低圧側の第2高圧タービン18とに分離され、前記中圧タービンは高温高圧側の第1中圧タービン12と低温低圧側の第2中圧タービン14とに分離されており、第1高圧タービン16と第1中圧タービン12とが一体化されて一体化物20を形成しており、第2高圧タービン18と第2中圧タービン14とが一体化されて一体化物22を形成している。
また、超高圧タービン19、前記一体化物20、一体化物22、低圧タービン24及び発電機26は同一軸線上で連結するように構成されている。
【0042】
前記超高圧タービン19、第1高圧タービン16及び第1中圧タービン12のロータは、蒸気導入側をNi基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成されている。
【0043】
ボイラ32で650℃以上に過熱された主蒸気は、主蒸気管33を通って超高圧タービン19に導入される。超高圧タービン19に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、650℃未満の蒸気となって低温再熱管35を通ってボイラ32に戻される。該ボイラ32に戻された蒸気は、ボイラ32で再熱されて650℃以上の蒸気となり、高温再熱管34を通って第1高圧タービン16に導入される。第1高圧タービン16に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、650℃未満の蒸気となって高圧部連絡管36を経て第2高圧タービン18へ導入され、該第2高圧タービンで膨張仕事を行った後に排気され、低温再熱管38を通ってボイラ32に戻される。該ボイラ32に戻された蒸気は、ボイラ32で再熱されて650℃以上の蒸気となり、高温再熱管40を通って第1中圧タービン12に送られる。第1中圧タービン12で膨張仕事を行った蒸気は550℃級まで低下して排気され、中圧部連絡管42を経て第2中圧タービン14に送られる。第2中圧タービン14に送られた蒸気は膨張仕事を行った後に排気され、クロスオーバー管44を通って低圧タービン24に送られる。低圧タービン24に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、復水器28に送られる。復水器28に送られた蒸気は復水器28で復水され、給水ポンプ30で昇圧されてボイラ32に戻される。発電機26はそれぞれのタービンの膨張仕事によって回転駆動され、発電する。
【0044】
以上のような実施例3の形態の蒸気タービン発電設備10によれば、650℃以上の蒸気が導入される側のタービン(超高圧タービン19、第1高圧タービン16、第1中圧タービン12)のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方を、Ni基合金で形成された複数の部材を溶接によって接合して構成することで、超高圧タービン、第1高圧タービン16、中圧タービン12何れも車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。また超高圧タービン19を設けたことでより高い圧力の蒸気を使用することが可能である。
【0045】
また、このような設備においては前記超高圧タービン19、第1高圧タービン16及び第1中圧タービン12に650℃以上の蒸気が導入され、第2高圧タービン18及び第2中圧タービン14には650℃未満の蒸気が導入される。
従って、高圧タービン、中圧タービンの何れも2つに分離し、650℃以上の蒸気が導入される側(蒸気導入側)のロータ及びケーシングの少なくとも一方がNi基合金で形成され、全体としては複数の部材を溶接によって接合して構成した第1高圧タービン16及び第1中圧タービン12とを一体化して一体化物20を構成して超高圧タービン19と連結し、650℃未満の蒸気が導入され、従来と同様にフェライト系材料で構成可能な第2高圧タービン18と第2中圧タービン12とを一体化して一体化物22を構成することで、高級材料であるNi基合金の使用量を少なくし、設備コストの大幅な上昇を抑制することができる。なお、第2高圧タービン18と第2中圧タービン14は、導入される蒸気温度が560℃を超える場合には、ロータやケーシングに異材(例えば12Cr鋼と2.25Cr、12CrとCrMoV鋼)の溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化する。
また、図2で示した例と同様に、第2高圧タービン18と第2中圧タービン14と低圧タービン24を一体化して一体化物を構成することができる(図示せず)。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材(例えば12Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼、9Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼など)溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【0046】
一方、大容量化により、図8に示したように第2高圧タービン18と第2中圧タービン14を一体化させない構造とすることもできる。
また、図8に示した例に対し、図4で示した例と同様に、第2中圧タービン14と低圧タービン24を一体化して一体化物を構成することができる(図示せず)。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材(例えば12Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼、9Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼など)溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例4】
【0047】
図9は、実施例4における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
図9に示された蒸気タービン発電設備10は、図7に示した実施例3の形態の蒸気タービン発電設備と一部を変更した形態であり、一体化物22、低圧タービン24及び発電機26が同一軸線上で連結するように構成されており、それよりもボイラ32に近い位置に超高圧タービン19、一体化物20及び発電機27とが同一軸線上で連結するように構成されて配置されている。超高圧タービン19及び一体化物20はボイラ32に近いほど好ましい。
その他は全て実施例3の形態の蒸気タービン発電設備と同じである。
【0048】
以上のような実施例4の形態の蒸気タービン発電設備10によれば、実施例3の形態の効果に加えて、650℃以上の蒸気が導入される超高圧タービン19、第1高圧タービン16及び第1中圧タービン12を前記ボイラ32の近くに配置することにより、ボイラ32と超高圧タービン19、ボイラ32と第1高圧タービン16及びボイラ32と第1中圧タービン12を接続する配管長を短くすることができ、該配管に使用する材料を低減することができる。前記ボイラ32と超高圧タービン19、ボイラ32と第1高圧タービン16及びボイラ32と第1中圧タービン12を接続する配管は650℃以上の蒸気が流通するため、高級材料であるNi基合金で製作することが必要であるが、前記配管を短くし材料使用量を削減することで設備全体の製作コストを大幅に低減することが可能となる。
【0049】
また、図2で示した例と同様に、第2高圧タービン18と第2中圧タービン14と低圧タービン24を一体化して一体化物を構成することができる(図示せず)。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材(例えば12Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼、9Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼など)溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【0050】
一方、大容量化により、図10に示したように第2高圧タービン18と第2中圧タービン14を一体化させない構造とすることもできる。
また、図10に示した例に対し、図4で示した例と同様に、第2中圧タービン14と低圧タービン24を一体化して一体化物を構成することができる(図示せず)。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材(例えば12Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼、9Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼など)溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例5】
【0051】
図11は、実施例5における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
図11を参照して、実施例5に係る蒸気タービン設備により構成される発電設備について説明する。
【0052】
図11に示された蒸気タービン発電設備10は、高圧タービン16、中圧タービン12、低圧タービン24、発電機26、27、復水器28、ボイラ32から主に構成される。
また、高圧タービン16、低圧タービン24及び発電機26は同一軸線上で連結するように構成されており、それよりもボイラ32に近い位置に中圧タービン12と発電機27とが同一軸線上で連結して配置されている。中圧タービン12はボイラ32に近いほど好ましい。
また、中圧タービン12の蒸気導入側のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方は、Ni基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成されている。
【0053】
ボイラ32で650℃未満に過熱された主蒸気は、主蒸気管34を通って高圧タービン16に導入される。高圧タービン16に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、低温再熱管38を通ってボイラ32に戻される。該ボイラ32に戻された蒸気は、ボイラ32で再熱されて650℃以上の蒸気となり、高温再熱管40を通って中圧タービン12に送られる。中圧タービン12で膨張仕事を行った蒸気は排気されて、クロスオーバー管44を通って低圧タービン24に送られる。低圧タービン24に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、復水器28に送られる。復水器28に送られた蒸気は復水器28で復水され、給水ポンプ30で昇圧されてボイラ32に戻される。発電機26、27はそれぞれのタービンの膨張仕事によって回転駆動され、発電する。
【0054】
以上のような実施例5の形態の蒸気タービン発電設備10によれば、650℃以上の蒸気が導入される側の中圧タービン12のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方をNi基合金で形成するとともに、全体としては複数の部材を溶接によって接合して構成することで、中圧タービン12を車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
【0055】
さらに、650℃以上の蒸気が導入される中圧タービン12を前記ボイラ32の近くに配置することにより、ボイラ32と中圧タービン12を接続する配管長を短くすることができ、該配管に使用する材料を低減することができる。前記ボイラ32と中圧タービン12を接続する配管は650℃以上の蒸気が流通するため、高級材料であるNi基合金で製作することが必要であるが、前記配管を短くし材料使用量を削減することで設備全体の製作コストを大幅に低減することが可能となる。
【実施例6】
【0056】
図12は、実施例6における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
図12を参照して、実施例6に係る蒸気タービン設備により構成される発電設備について説明する。
【0057】
図12に示された蒸気タービン発電設備10は、高圧タービン16、中圧タービン12、低圧タービン24、発電機26、復水器28、ボイラ32から主に構成される。
また、高圧タービン16、中圧タービン12、低圧タービン24及び発電機26は同一軸線上で連結するように構成されており、また、高圧タービン16と中圧タービンは一体化され、一体化物25を構成している。
前記高圧タービン16及び中圧タービン12の蒸気導入側のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方は、Ni基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成されている。
【0058】
ボイラ32で650℃以上に過熱された主蒸気は、主蒸気管34を通って高圧タービン16に導入される。高圧タービン16に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、650℃未満の蒸気となって低温再熱管48を通ってボイラ32に戻される。該ボイラ32に戻された蒸気は、ボイラ32で再熱されて650℃以上の蒸気となり、高温再熱管40を通って中圧タービン12に導入される。中圧タービン12で膨張仕事を行った蒸気は排気されてクロスオーバー管44を通って低圧タービン24に送られる。低圧タービン24に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、復水器28に送られる。復水器28に送られた蒸気は復水器28で復水され、給水ポンプ30で昇圧されてボイラ32に戻される。発電機26はそれぞれのタービンの膨張仕事によって回転駆動され、発電する。
【0059】
以上のような実施例6の形態の蒸気タービン発電設備10によれば、650℃以上の蒸気が導入される側のタービン(高圧タービン16、中圧タービン12)のロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をNi基合金で形成し、全体としては複数の部材を溶接によって接合して構成すると共に、高圧タービン16と中圧タービン12の一体化物25を構成することで、車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
【0060】
また、高圧タービン16と中圧タービン12と低圧タービン24を一体化して一体化物を構成することができる(図示せず)。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材(例えば12Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼、9Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼など)溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例7】
【0061】
図13は、実施例7における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
図13を参照して、実施例7に係る蒸気タービン設備により構成される発電設備について説明する。
【0062】
図13に示された蒸気タービン発電設備10は、超高圧タービン19、高圧タービン16、中圧タービン12、低圧タービン24、発電機26、復水器28、ボイラ32から主に構成される。
また、超高圧タービン19、高圧タービン16、中圧タービン12、低圧タービン24及び発電機26は同一軸線上で連結するように構成されている。
前記超高圧タービン19、高圧タービン16及び中圧タービン12の蒸気導入側のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方は、Ni基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成されている。
【0063】
ボイラ32で650℃以上に過熱された主蒸気は、主蒸気管33を通って超高圧タービン19に導入される。超高圧タービン19に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、650℃未満の蒸気となって低温再熱管35を通ってボイラ32に戻される。該ボイラ32に戻された蒸気は、ボイラ32で再熱されて650℃以上の蒸気となり、高温再熱管34を通って高圧タービン16に導入される。高圧タービン16に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、650℃未満の蒸気となって低温再熱管38を通ってボイラ32に戻される。該ボイラ32に戻された蒸気は、ボイラ32で再熱されて650℃以上の蒸気となり、高温再熱管40を通って中圧タービン12に送られる。中圧タービン12で膨張仕事を行った蒸気は排気されてクロスオーバー管44を通って低圧タービン24に送られる。低圧タービン24に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、復水器28に送られる。復水器28に送られた蒸気は復水器28で復水され、給水ポンプ30で昇圧されてボイラ32に戻される。発電機26はそれぞれのタービンの膨張仕事によって回転駆動され、発電する。
【0064】
以上のような実施例7の形態の蒸気タービン発電設備10によれば、650℃以上の蒸気が導入される側のタービン(超高圧タービン19、高圧タービン16、中圧タービン12)のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方を、Ni基合金で形成するとともに、全体としては複数の部材を溶接によって接合して構成することで、超高圧タービン19、高圧タービン16、中圧タービン12何れも車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。また超高圧タービン19を設けたことでより高い圧力の蒸気を使用することが可能である。
【0065】
一方、高圧タービン16と中圧タービン12と低圧タービン24を一体化して一体化物を構成してもよい(図示せず)。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材(例えばNi基合金と12Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼、Ni基合金と9Cr鋼と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼、Ni基合金と2.25Cr鋼と3.5Ni鋼など)溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【産業上の利用可能性】
【0066】
650℃級、更には700℃級の蒸気条件を採用した場合であっても振動発生の可能性や設備コストの大幅な上昇を抑制してタービン設備の大型化が可能である蒸気タービン設備として利用することができる。
Claims (13)
- 高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備において、
前記高圧タービンを高温高圧側の第1高圧タービン部と低温低圧側の第2高圧タービン部とに分離し、
前記中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部とに分離し、
前記第1高圧タービン部と前記第1中圧タービン部とを一体化した第1の一体化部を構成するとともに、
少なくとも前記第2高圧タービン部と前記第2中圧タービン部とを一体化した第2の一体化部を構成し、
前記第1の一体化部を構成する第1高圧タービン部と第1中圧タービン部に650℃以上の蒸気を導入するようにし、
前記第2の一体化部を構成する第2高圧タービン部と第2中圧タービン部に650℃未満の蒸気を導入するようにし、
前記第2の一体化部と、低圧タービンとを、前記第1の一体化部とは別軸で連結するとともに、
該第2の一体化部と低圧タービンとの連結体よりも、前記第1の一体化部を、前記高圧タービン及び中圧タービンに導入される蒸気を過熱するボイラに近い位置に配置するとともに、
前記第1高圧タービン部及び前記第1中圧タービン部の650℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方をNi基合金で形成するとともに、前記タービンのロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする蒸気タービン設備。 - 前記第1の一体化部と、第2の一体化部と、低圧タービンとを同一軸線上において連結したことを特徴とする請求項1記載の蒸気タービン設備。
- 前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、
該超高圧タービンと、前記第1の一体化部と、第2の一体化部と、低圧タービンとを同一軸線上において連結したことを特徴とする請求項1記載の蒸気タービン設備。 - 前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、
前記第1の一体化部と、前記超高圧タービンとを同一軸線上で連結したことを特徴とする請求項1記載の蒸気タービン設備。 - 高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備において、
前記高圧タービンを高温高圧側の第1高圧タービン部と低温低圧側の第2高圧タービン部とに分離し、
前記中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部とに分離し、
前記第1高圧タービン部と前記第1中圧タービン部とを一体化した第1の一体化部を構成し、
少なくとも前記第2高圧タービン部と前記第2中圧タービン部とを一体化した第2の一体化部を構成し、
前記第2の一体化部において、さらに前記低圧タービンを一体化するとともに、
前記第1高圧タービン部及び前記第1中圧タービン部の650℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方をNi基合金で形成するとともに、前記タービンのロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする蒸気タービン設備。 - 高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備において、
前記高圧タービンを高温高圧側の第1高圧タービン部と低温低圧側の第2高圧タービン部とに分離し、
前記中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部とに分離し、
前記第1高圧タービン部と前記第1中圧タービン部とを一体化した第1の一体化部を構成し、
前記第2高圧タービンと、前記第2中圧タービンと、前記低圧タービンとを連結して連結体を構成し、該連結体は前記第1の一体化部とは別軸で連結し、
該連結体よりも、前記第1の一体化部を、前記高圧タービン及び前記中圧タービンに導入される蒸気を過熱するボイラに近い位置に配置するとともに、
前記第1高圧タービン部及び前記第1中圧タービン部の650℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方をNi基合金で形成するとともに、前記タービンロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする蒸気タービン設備。 - 前記第1の一体化部と、前記第2高圧タービンと、前記第2中圧タービンと、低圧タービンとを同一軸線上において連結したことを特徴とする請求項6記載の蒸気タービン設備。
- 前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、
該超高圧タービンと、前記第1の一体化部と、前記第2中圧タービンと、前記低圧タービンとを同一軸線上において連結したことを特徴とする請求項6記載の蒸気タービン設備。 - 前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、
前記第1の一体化部と、前記超高圧タービンとを同一軸線上で連結したことを特徴とする請求項6記載の蒸気タービン設備。 - 高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備において、
前記高圧タービンを高温高圧側の第1高圧タービン部と低温低圧側の第2高圧タービン部とに分離し、
前記中圧タービンを高温高圧側の第1中圧タービン部と低温低圧側の第2中圧タービン部とに分離し、
前記第1高圧タービン部と前記第1中圧タービン部とを一体化した第1の一体化部を構成し、
前記第2中圧タービン部と前記低圧タービンとを一体化するとともに、
前記第1高圧タービン部及び前記第1中圧タービン部の650℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方をNi基合金で形成するとともに、前記タービンロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする蒸気タービン設備。 - 高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備において、
650℃以上の蒸気が導入されるタービンを同一軸線上で連結するとともに、
650℃未満の蒸気が導入されるタービンを、前記650℃以上の蒸気が導入されるタービンとは別の同一軸線上で連結し、
前記650℃以上の蒸気が導入されるタービンを、前記650℃未満の蒸気が導入されるタービンよりも、前記高圧タービン及び中圧タービンに導入される蒸気を過熱するボイラに近い位置に配置し、
前記650℃以上の蒸気が導入される側のタービンのロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方をNi基合金で形成するとともに、前記タービンのロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする蒸気タービン設備。 - 高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備において、
少なくとも、前記高圧タービンと中圧タービンとを一体化し、
該一体化物と、低圧タービンとを同一軸線上で連結し、
前記一体化物において、さらに前記低圧タービンを一体化するとともに、
650℃以上の蒸気が導入される側のタービンのロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方をNi基合金で形成するとともに、前記タービンのロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする蒸気タービン設備。 - 前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、前記超高圧タービンを前記高圧タービンと中圧タービンを一体化した一体化物及び前記低圧タービンと同一軸線上で連結するとともに、
前記超高圧タービン及び前記高圧タービンの蒸気導入側のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方をNi基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及びケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材又はケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする請求項12記載の蒸気タービン設備。
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