図7,図8は、従来技術に係る蒸気タービンプラントの要部を示す概念図である。
[A]蒸気タービンプラントの全体について
まず、図7を用いて、従来技術に係る蒸気タービンプラントの全体について説明する。図7では、従来技術に係る蒸気タービンプラントを模式的に示している。
図7に示すように、従来技術に係る蒸気タービンプラントは、高圧タービン1と、再熱タービン2と、ボイラ3と、第1給水ポンプ4と、第1から第4の給水加熱器5a〜5dと、脱気器6と、第2給水ポンプ7と、復水器8とを有する。
上記の蒸気タービンプラントでは、第1給水ポンプ4によって加圧された水F4(給水)が、まず、第4給水加熱器5dで加熱される。そして、その加熱された水F5d(給水)が、第3給水加熱器5cで加熱された後、その第3給水加熱器5cで加熱された水F5c(給水)が、脱気器6で脱気される。その脱気された水F6(給水)は、第2給水ポンプ7で加圧された後、その加圧された水F7(給水)が、第2給水加熱器5bで加熱される。そして、その加熱された水F5b(給水)が、第1給水加熱器5aで加熱された後、その第1給水加熱器5aで加熱された水F5a(給水)が、ボイラ3において加熱され気化する。
ボイラ3での加熱によって生成された蒸気F3a(高圧蒸気)は、高圧タービン1の内部に作動流体として流入し、仕事を行う。そして、高圧タービン1から排気された蒸気F1は、ほとんどが、低温再熱蒸気としてボイラ3に流入する。その高圧タービン1からボイラ3へ流れる蒸気F1a(低温再熱蒸気)は、ボイラ3で再熱される。その再熱された蒸気F3b(再熱蒸気)は、再熱タービン2の内部に作動流体として流入し、仕事を行う。
再熱タービン2から排気された蒸気F2(再熱タービン排気)は、復水器8に流入し、復水器8で冷却されて凝縮される。復水器8は、例えば、冷却水ポンプ(図示省略)によって海から汲み上げた海水を冷却水(図示省略)として用いて、再熱タービン2の排気口A2cから排気された蒸気F2(再熱タービン排気)を冷却し凝縮させる。冷却水(図示省略)は、復水器8で加熱された後に、海へ戻される。復水器8での凝縮で生成された水(復水)は、第4給水加熱器5dから流入するドレン水B5dと合流し、その合流した水F8が、第1給水ポンプ4によって加圧される。
上述したように、第1給水ポンプ4で加圧された水F4(給水)は、第1から第4の給水加熱器5a〜5d、脱気器6、および、第2給水ポンプ7を介して、ボイラ3に流入し、ボイラ3で加熱される。
ボイラ3、第1から第4の給水加熱器5a〜5d、および、脱気器6のそれぞれについて、更に詳細に説明する。
ボイラ3は、例えば、石炭ボイラであって、石炭の燃焼により発生する燃焼排ガス(図示省略)を用いて、第1給水加熱器5aから流入した水F5aを加熱し、蒸発させる(石炭、燃焼排ガス、燃焼用の空気などについては、図示を省略している)。ボイラ3での加熱により生じた蒸気F3a(高圧蒸気)は、高圧タービン1の供給口A1から内部に供給された後に、高圧タービン1の内部において膨張し、圧力が低下すると共に温度が低下する。これにより、静止体であるケーシング(図示省略)の内部において、羽根車である膨張機(図示省略)が回転する。膨張機は、回転軸の両端を軸受で支えられながら回転する。膨張機の回転軸は、発電機(図示省略)に連結されており、その回転軸の回転によって発電機において発電が行われる。
この他に、ボイラ3では、燃焼排ガス(図示省略)を用いて、高圧タービン1から流入する蒸気F1a(低温再熱蒸気)を再熱する。ボイラ3で再熱された蒸気F3b(再熱蒸気)は、再熱タービン2の供給口A2から内部に供給された後に、再熱タービン2の内部において膨張し、圧力が低下すると共に温度が低下する。これにより、上記と同様に、静止体であるケーシング(図示省略)の内部において、羽根車である膨張機(図示省略)が回転する。膨張機の回転軸は、発電機(図示省略)に連結されており、その回転軸の回転によって発電機において発電が行われる。
第1給水加熱器5aでは、高圧タービン1に設けられた第1の高圧タービン抽気口A1aから抽気された蒸気B1a(抽気蒸気)と、第2給水加熱器5bから流入した水F5b(給水)との間において、熱交換が行われる。この熱交換により、第2給水加熱器5bから流入した水F5b(給水)は、第1給水加熱器5aで加熱される。この一方で、第1の高圧タービン抽気口A1aから抽気された蒸気B1a(抽気蒸気)は、第1給水加熱器5aでの熱交換により冷却されて凝縮し、ドレン水B5aとして第2給水加熱器5bへ流出する。
第2給水加熱器5bでは、高圧タービン1において第1の高圧タービン抽気口A1aよりも下流に位置する第2の高圧タービン抽気口A1bから抽気された蒸気B1b(抽気蒸気)と、第2給油ポンプ7で加圧された水F7(給水)との間において、熱交換が行われる。この熱交換により、第2給油ポンプ7で加圧された水F7(給水)は、第2給水加熱器5bで加熱される。この一方で、第2の高圧タービン抽気口A1bから流入した蒸気B1b(抽気蒸気)は、第2給水加熱器5bでの熱交換により冷却されて凝縮し、第1給水加熱器5aから流入したドレン水B5aと共に、ドレン水B5bとして脱気器6に流出する。
脱気器6では、高圧タービン1において第2の高圧タービン抽気口A1bよりも下流に位置する排出口A1cから排気された蒸気F1のうち、一部の蒸気F1b(抽気蒸気)(F1b=F1−F1a)が流入し、第3給水加熱器5cから流入した水F5cに合流する。脱気器6は、広義には給水加熱器の一種であって、第3給水加熱器5cで加熱された水F5cは、上記のように流入した蒸気F1b(抽気蒸気)によって、溶存している気体が脱気されると共に、加熱される。なお、ここでは、高圧タービン1の最下流において抜き出した蒸気F1bを脱気器6で用いているが、これに限らない。圧力が適切な蒸気であれば、高圧タービン1と再熱タービン2とのいずれの部分から抽気した蒸気を用いてもよい。
第3給水加熱器5cでは、再熱タービン2に設けられた第1の再熱タービン抽気口A2aから抽気された蒸気B2a(抽気蒸気)と、第4給水加熱器5dから流入した水F5d(給水)との間において、熱交換が行われる。この熱交換により、第4給水加熱器5dから流入した水F5d(給水)は、加熱される。この一方で、第1の再熱タービン抽気口A2aから抽気された蒸気B2a(抽気蒸気)は、第3給水加熱器5cでの熱交換により冷却されて凝縮し、ドレン水B5cとして流出する。
第4給水加熱器5dでは、再熱タービン2において第1の再熱タービン抽気口A2aよりも下流に位置する第2の再熱タービン抽気口A2bから抽気された蒸気B2b(抽気蒸気)と、第1給水ポンプ4で加圧された水F4との間において、熱交換が行われる。この熱交換により、第1給水ポンプ4で加圧された水F4は、加熱される。この一方で、第2の再熱タービン抽気口A2bから流出した蒸気B2b(抽気蒸気)は、第4給水加熱器5dでの熱交換により冷却されて凝縮し、第3給水加熱器5cから流入したドレン水B5cと共に、ドレン水B5dとして流出する。そして、第4給水加熱器5dから流出したドレン水B5dは、復水器8で凝縮された水に合流する。
上記の蒸気タービンプラントのように、蒸気タービンから抽気した抽気蒸気を用いて給水を加熱するランキンサイクルは、「再生サイクル」と呼ばれている。また、上記のように、低温再熱蒸気をボイラで再熱し、その再熱された再熱蒸気を再熱タービンに流入させるランキンサイクルは、「再熱サイクル」と呼ばれている。図7で示すランキンサイクルは、再生再熱サイクルと呼ばれている。
[B]蒸気タービンプラントの軸シール部について
つぎに、図8を用いて、上記の蒸気タービンプラントの軸シール部に関して、詳細に説明する。図8では、図7に示した蒸気タービンプラントの一部について、模式的に示している。
図8に示すように、高圧タービン1においては、第1軸シール部11と第2軸シール部12とが設けられている。第1軸シール部11は、高圧タービン1において、蒸気F3a(高圧蒸気)が流入する入口側(高圧側)に設けられている。第2軸シール部12は、高圧タービン1において、蒸気F1が流出する出口側(低圧側)に設けられている。
一方で、再熱タービン2においては、図8に示すように、第3軸シール部23と第4軸シール部24とが設けられている。第3軸シール部23は、再熱タービン2において、蒸気F3b(再熱蒸気)が流入する入口側(高圧側)に設けられている。第4軸シール部24は、図8に示すように、再熱タービン2において、蒸気F2(再熱タービン排気)が流出する出口側(低圧側)に設けられている。
図示を省略しているが、軸シール部のそれぞれにおいては、回転体である回転軸(図示省略)と静止体であるケーシング(図示省略)との間を蒸気が流通して外部へ流出することを抑制するために、グランドパッキン(図示省略)が設置され、両者の間をシールしている。それでも、外界への流出は充分に起こるので、軸シール部では蒸気フローが工夫されている。
以下より、高圧タービン1の各軸シール部および再熱タービン2の各軸シール部において、流出入する流体(グランド蒸気など)に関して、詳細に説明する。
[B−1]高圧タービン1側について
[B−1−1]第1グランド蒸気G1について
高圧タービン1では、ケーシング(図示省略)の内部に流入した蒸気F3a(高圧蒸気)のほとんどが、膨張機(図示省略)へ流れる。
しかし、高圧タービン1の入口側(高圧側)に位置する第1軸シール部11においては、図8に示すように、高圧タービン1の内部に流入した蒸気F3a(高圧蒸気)の一部が、第1グランド蒸気G1として流れる。
第1グランド蒸気G1は、第1軸シール部11において、高圧タービン1の内部から、圧力が低い外界側へ流れる。第1グランド蒸気G1は、内部から外界側へ流れるに伴って、圧力が徐々に低下する。
[B−1−2]第2グランド蒸気G2について
高圧タービン1の出口側(低圧側)に位置する第2軸シール部12では、図8に示すように、高圧タービン1の内部に流入した蒸気F3a(高圧蒸気)の一部が、出口側まで流れていった後、第2グランド蒸気G2として流れる。
第2グランド蒸気G2は、第2軸シール部12において、高圧タービン1の内部から、圧力が低い外界側へ流れる。第2グランド蒸気G2は、高圧タービン1の出口付近であるので、膨張機を流通しながら既に充分に圧力が低下している。第2グランド蒸気G2は、第1グランド蒸気G1と同様に、内部から外界側へ流れるに伴って、圧力が徐々に低下する。
[B−1−3]第3グランド蒸気G3について
高圧タービン1の入口側(高圧側)に位置する第1軸シール部11では、図8に示すように、第3グランド蒸気G3が第1グランド蒸気G1から抜き取られる。ここでは、第3グランド蒸気G3は、第1軸シール部11において、第1グランド蒸気G1の圧力が、高圧タービン1から排気される蒸気F1よりもやや高い圧力まで低下した位置で抜き取られる。
第3グランド蒸気G3は、高圧タービン1からボイラ3(図7参照)へ流れる蒸気F1aに合流し、低温再熱蒸気としてボイラ3で再熱される。すなわち、第3グランド蒸気G3は、再熱タービン2の作動流体の一部として、有効利用される。
[B−1−4]第4グランド蒸気G4,第5グランド蒸気G5について
高圧タービン1の入口側(高圧側)に位置する第1軸シール部11では、図8に示すように、第1グランド蒸気G1の圧力が第3グランド蒸気G3よりも更に低下する位置において、第4グランド蒸気G4が第1グランド蒸気G1から抜き取られる。つまり、第4グランド蒸気G4は、第1グランド蒸気G1の流路において、第3グランド蒸気G3が抜き取られた位置よりも下流側の位置から抜き取られる。
高圧タービン1の出口側(低圧側)に位置する第2軸シール部12では、第5グランド蒸気G5が第2グランド蒸気G2から抜き取られる。第5グランド蒸気G5は、第2軸シール部12において、第2グランド蒸気G2の圧力が、第4グランド蒸気G4と同程度まで低下した位置から抜き取られる。
第4グランド蒸気G4と第5グランド蒸気G5との両者は、互いが合流した後に、第1シール流体S1(=G4+G5)として、再熱タービン2の入口側(高圧側)に設けられた第3軸シール部23に流入し、有効利用される。
[B−1−5]第6グランド蒸気G6,第7グランド蒸気G7について
高圧タービン1の入口側(高圧側)に位置する第1軸シール部11では、図8に示すように、第1グランド蒸気G1の圧力が第4グランド蒸気G4よりも更に低下した位置において、第6グランド蒸気G6が第1グランド蒸気G1から抜き取られる。つまり、第6グランド蒸気G6は、第1グランド蒸気G1の流路において、第4グランド蒸気G4が抜き取られた位置よりも下流側の位置から抜き取られる。
高圧タービン1の出口側(低圧側)に位置する第2軸シール部12では、図8に示すように、第2グランド蒸気G2の圧力が第5グランド蒸気G5よりも更に低下した位置において、第7グランド蒸気G7が第2グランド蒸気G2から抜き取られる。つまり、第7グランド蒸気G7は、第2グランド蒸気G2の流路において、第5グランド蒸気G5が抜き取られた位置よりも下流側の位置から抜き取られる。第7グランド蒸気G7は、第2軸シール部12において、第2グランド蒸気G2の圧力が第6グランド蒸気G6と圧力が同程度まで低下した位置から抜き取られる。
第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7との両者は、第2シール流体S2(=G6+G7+G12)の一部として、再熱タービン2において出口側(低圧側)に設けられた第4軸シール部24に流入し、有効利用される。
[B−1−6]第8グランド蒸気G8,第9グランド蒸気G9について
高圧タービン1の入口側(高圧側)に位置する第1軸シール部11では、図8に示すように、第1グランド蒸気G1の圧力が第6グランド蒸気G6よりも更に低下した位置において、第8グランド蒸気G8が第1グランド蒸気G1から抜き取られる。つまり、第8グランド蒸気G8は、第1グランド蒸気G1の流路において、第6グランド蒸気G6が抜き取られた位置よりも下流側の位置から抜き取られる。
高圧タービン1の出口側(低圧側)に位置する第2軸シール部12では、図8に示すように、第2グランド蒸気G2の圧力が第7グランド蒸気G7よりも更に低下した位置において、第9グランド蒸気G9が第2グランド蒸気G2から抜き取られる。つまり、第9グランド蒸気G9は、第2グランド蒸気G2の流路において、第7グランド蒸気G7が抜き取られた位置よりも下流側の位置から抜き取られる。第9グランド蒸気G9は、第2軸シール部12において、第2グランド蒸気G2の圧力が第8グランド蒸気G8と圧力が同程度まで低下した位置から抜き取られる。
図8に示すように、第8グランド蒸気G8と第9グランド蒸気G9との両者は、不要蒸気F12(=G8+G9+G13+G14)の一部として、グランド蒸気復水器9に流入する。そして、グランド蒸気復水器9において冷却されて液化し、グランド蒸気凝縮水F9として、復水器8に流入する。
上記のように、高圧タービン1では、第1軸シール部11において、第1グランド蒸気G1から、第3グランド蒸気G3と第4グランド蒸気G4と第6グランド蒸気G6とが抜き取られると共に、第2軸シール部12において、第2グランド蒸気G2から、第5グランド蒸気G5と第7グランド蒸気G7とが抜き取られ、それぞれが有効利用されている。これにより、有効利用されていない第8グランド蒸気G8と第9グランド蒸気G9との両者の流量が減少している。
なお、第1軸シール部11においては、第8グランド蒸気G8よりも圧力が低く、外界へ流出するグランド蒸気(図示省略)が更に存在する。同様に、第2軸シール部12においては、第9グランド蒸気G9よりも圧力が低く、外界へ流出するグランド蒸気(図示省略)が、更に存在する。しかし、これらのグランド蒸気(図示省略)は、ごく微量であって、圧力が大気圧に近く、また周囲から冷却されて液化している。無視できるほど微量であるため、図示を省略している。
[B−2]再熱タービン2側について
[B−2−1]第10グランド蒸気G10について
再熱タービン2では、ケーシング(図示省略)の内部に流入した蒸気F3b(再熱蒸気)のほとんどが、膨張機(図示省略)へ流れる。
しかし、再熱タービン2の入口側(高圧側)に設けられた第3軸シール部23においては、図8に示すように、再熱タービン2の内部に流入した蒸気F3b(再熱蒸気)の一部が、第10グランド蒸気G10として流れる。
第10グランド蒸気G10は、内部よりも圧力が低い外界側へ流れる。第10グランド蒸気G10は、外界側へ流れるに伴って、圧力が徐々に低下する。
再熱タービン2の入口側(高圧側)に設けられた第3軸シール部23では、第1シール流体S1(=G4+G5)が第10グランド蒸気G10に流入する。ここでは、第3軸シール部23において、第10グランド蒸気G10の圧力が第1シール流体S1よりも高い位置にて、第1シール流体S1(=G4+G5)が、第10グランド蒸気G10に合流する。
第10グランド蒸気G10において、第1シール流体S1が合流した部分は、圧力が合流前よりも高くなる。第1シール流体S1は、第10グランド蒸気G10と同様に外界側へ流れようとするだけでなく、第10グランド蒸気G10とは逆に、再熱タービン2の内部側へ流れようとする。このため、第1シール流体S1によって、第10グランド蒸気G10が内部から外界側へ流出することが抑制される。つまり、第10グランド蒸気G10は、第1シール流体S1の合流によって、上流側と下流側との圧力差が小さくなって、流量(漏れ流量)が小さくなる。
[B−2−2]第11グランド蒸気G11について
再熱タービン2において、出口側(低圧側)に設けられた第4軸シール部24では、図8に示すように、第10グランド蒸気G10と異なり、第11グランド蒸気G11が、外界側から再熱タービン2の内部へ流れる。
高圧タービン1と再熱タービン2とにより構成される蒸気タービンにおいて復水器8に最も近い最下流位置では、タービン内を流れていた蒸気が、外界の大気圧よりも低い圧力にまで低下している。このため、第11グランド蒸気G11は、外界側から、より圧力の低い再熱タービン2の内部側へ流れる。
[B−2−3]第12グランド蒸気G12について
再熱タービン2の入口側(高圧側)に設けられた第3軸シール部23では、図8に示すように、第12グランド蒸気G12が第10グランド蒸気G10から抜き取られる。第12グランド蒸気G12は、第3軸シール部23において、第1シール流体S1が合流した後の第10グランド蒸気G10の圧力が、第6グランド蒸気G6および第7グランド蒸気G7と同程度の圧力に低下した位置で抜き取られる。つまり、第12グランド蒸気G12は、第10グランド蒸気G10の流路において、第1シール流体S1が合流した位置よりも下流側の位置から抜き取られる。
図8に示すように、第12グランド蒸気G12は、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7とが合流した流れに合流した後に、第2シール流体S2(=G6+G7+G12)として、第4軸シール部24に流入して、有効利用される。これにより、第4軸シール部24においては、第2シール流体S2の流入によって、大気が外界から再熱タービン2の内部へ流入することが防止される。
[B−2−4]第13グランド蒸気G13,第14グランド蒸気G14について
再熱タービン2の入口側(高圧側)に設けられた第3軸シール部23では、図8に示すように、第10グランド蒸気G10の圧力が第12グランド蒸気G12よりも更に低下した位置において、第13グランド蒸気G13が第10グランド蒸気G1から抜き取られる。つまり、第13グランド蒸気G13は、第10グランド蒸気G10の流路において、第12グランド蒸気G12が抜き取られた位置よりも下流側の位置から抜き取られる。
再熱タービン2の出口側(低圧側)に設けられた第4軸シール部24において、第2シール流体S2(=G6+G7+G12)は、図8に示すように、第11グランド蒸気G11と、第14グランド蒸気G14とに分岐する。上述したように、第4軸シール部24において、第11グランド蒸気G11は、外界側から再熱タービン2の内部へ流れる。これに対して、第14グランド蒸気G14は、第4軸シール部24において、第11グランド蒸気G11とは逆に、外界側へ流れる。
第13グランド蒸気G13と第14グランド蒸気G14との両者は、不要蒸気F12(=G8+G9+G13+G14)の一部として、グランド蒸気復水器9に流入する。そして、その不要蒸気F12は、グランド蒸気復水器9において冷却されて液化し、グランド蒸気凝縮水F9として、復水器8に流入する。
上記のように、第1シール流体S1により、第10グランド蒸気G10の流量(漏れ流量)は、減っている。もし、第2シール流体S2がなければ、第11グランド蒸気G11の代わりに、外界から大気が流入してしまうが、これが防止されている。再熱タービン2では、第3軸シール部23において、第10グランド蒸気G10から第12グランド蒸気G12が抜き取られ、有効利用されている。これにより、有効利用されていない第13グランド蒸気G13の流量を減少することができる。
なお、第3軸シール部23においては、第13グランド蒸気G13よりも圧力が低く、外界へ流出するグランド蒸気(図示省略)が存在する。同様に、第4軸シール部24においては、第14グランド蒸気G14よりも圧力が低く、外界へ流出するグランド蒸気(図示省略)が存在する。しかし、これらのグランド蒸気(図示省略)は、ごく微量であって、圧力が大気圧に近く、また周囲から冷却されて液化している。無視できるほど微量であるため、図示を省略している。
実施形態について、図面を参照して説明する。
<第1実施形態>
[A]構成など
図1は、第1実施形態に係る蒸気タービンプラントの要部を示す概念図である。
図1では、本実施形態に係る蒸気タービンプラントの要部を模式的に示している。
本実施形態の蒸気タービンプラントは、図1では一部の図示を省略しているが、図7に示したように、高圧タービン1と、再熱タービン2と、ボイラ3と、第1給水ポンプ4と、第1から第4の給水加熱器5a〜5dと、脱気器6と、第2給水ポンプ7と、復水器8とを有する。また、図8に示したように、グランド蒸気復水器9を有すると共に、高圧タービン1には第1軸シール部11と第2軸シール部12とが設けられ、再熱タービン2には第3軸シール部23と第4軸シール部24とが設けられている。
しかし、本実施形態の蒸気タービンプラントでは、図1に示すように、第4給水加熱器5dから流出したドレン水B5dの流れの一部が、上記の従来技術(図8参照)と異なっている。
本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、上記の従来技術(図7,図8参照)の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の記載と重複する個所については、適宜、説明を省略する。
図1に示すように、本実施形態において、第4給水加熱器5dでは、上記の従来技術と同様に、再熱タービン2から抽気された蒸気B2b(抽気蒸気)が流入する。そして、第4給水加熱器5dにおいては、再熱タービン2から抽気された蒸気B2b(抽気蒸気)と、第1給水ポンプ4で加圧された水F4(給水)との間において、熱交換が行われる。この熱交換により、第1給水ポンプ4で加圧された水F4(給水)は、第4給水加熱器5dで加熱される。この一方で、再熱タービン2から抽気された蒸気B2b(抽気蒸気)は、第4給水加熱器5dでの熱交換により冷却されて凝縮し、ドレン水B5dとして流出する。
しかし、本実施形態では、上記の従来技術と異なり、第4給水加熱器5dから流出したドレン水B5dは、2つに分岐して流れる。
その分岐するドレン水B5dのうち、一方のドレン水B51d(不要ドレン水)は、上記の従来技術(図8参照)と同様に、復水器8で凝縮された水に合流する。
これに対して、その分岐するドレン水B5dのうち、他方のドレン水B52d(シール水)は、上記の従来技術(図8参照)と異なり、弁VB5dを介して、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7と第12グランド蒸気G12とが合流した蒸気(G6+G7+G12)に合流する。この他方のドレン水B52d(シール水)は、弁VB5dの開度を調節することによって、合流前に、第6グランド蒸気G6、第7グランド蒸気G7、および、第12グランド蒸気G12と圧力が同じになるように調整される。そして、合流後に、第2シール流体S2(=G6+G7+G12+B52d)として、再熱タービン2の第4軸シール部24に流入する。
[B]まとめ(効果など)
以上のように、本実施形態では、再熱タービン2から抽気された蒸気B2b(抽気蒸気)が、第4給水加熱器5dで凝縮してドレン水B5dに変化した後に、そのドレン水B5dの一部(B52d)が、再熱タービン2の第4軸シール部24に流入する。これにより、本実施形態では、上記の従来技術(図8参照)の場合よりも、第6グランド蒸気G6、第7グランド蒸気G7、および、第12グランド蒸気G12が流れにくくなり、第1グランド蒸気G1(図7参照)、第2グランド蒸気G2(図8参照)、および、第10グランド蒸気G10の流量(漏れ流量)が減少する。
また、本実施形態では、上記の従来技術(図8参照)と同様に、第8グランド蒸気G8、第9グランド蒸気G9、および、第13グランド蒸気G13が、グランド蒸気復水器9(図8参照)に流れるが、これらの流量を減少させることができる。これに伴って、本実施形態では、再熱タービン2の作動媒体が増加するので、再熱タービン2の出力が増加する。
したがって、本実施形態においては、蒸気タービンプラントの発電効率を向上させることができる。
なお、本実施形態において、第2シール流体S2(=G6+G7+G12+B52d)は、ドレン水B52d(シール水)の合流によって、上記の従来技術(図8参照)の場合よりも温度が低い。しかし、流体によるシール機能は、流体の圧力が重要な因子であり、流体の温度は、特に重要な因子ではない。このため、シール機能を十分に発揮することができる。
また、本実施形態の第2シール流体S2は、液体であるドレン水B52d(シール水)が、気体である蒸気(G6+G7+G12)に合流したものであるので、液体である場合と、気体である場合と、気液混合である場合とがあり得る。第2シール流体S2が液体である場合には、第4軸シール部24に流入した後に、周囲の熱で加熱されて気化する事があり得る。しかし、仮に、その流入後の状態が液体状態や気体状態や気液混合状態であっても、グランドパッキン(図示省略)のシール性能は、悪化しない。
また、本実施形態の第2シール流体S2は、上述したように、上記の従来技術(図8参照)の場合よりも温度が低いが、その差は小さい。このため、回転軸(図示省略)を冷却することはない。さらに、上記の従来技術(図8参照)と同様に、第11グランド蒸気G11は、再熱タービン2の膨張機(図示省略)に対して影響がない場所に流入するため、再熱タービン2の性能は悪化しない。
[C]変形例
本実施形態では、蒸気タービンプラントは、上記の従来技術(図7,図8参照)と同様に、高圧タービン1と再熱タービン2とを有し、再生サイクルと共に再熱サイクルを構成しているが、これに限らない。再熱サイクルを構成しないが、再生サイクルを構成した蒸気タービンプラントであってもよい。この場合には、再熱タービン2が存在せずに、再熱タービン2が高圧タービン1に替わり、再熱蒸気(蒸気F3b)が高圧蒸気(蒸気F3a)に替わる。さらに、第6グランド蒸気G6、第7グランド蒸気G7、および、第1シール流体S1が存在しないことになる。
本実施形態では、5つの給水加熱器(第1から第4の給水加熱器5a〜5d、および、脱気器6)を有する場合について説明しているが、これに限らない。給水加熱器が5つよりも多くてもよく、また、5つよりも少なくてもよい。
<第2実施形態>
[A]構成など
図2は、第2実施形態に係る蒸気タービンプラントの要部を示す概念図である。
図2では、図1と同様に、本実施形態に係る蒸気タービンプラントの要部を模式的に示している。
本実施形態の蒸気タービンプラントは、図2では一部の図示を省略しているが、図7に示したように、高圧タービン1と、再熱タービン2と、ボイラ3と、第1給水ポンプ4と、第1から第4の給水加熱器5a〜5dと、脱気器6と、第2給水ポンプ7と、復水器8とを有する。また、図8に示したように、グランド蒸気復水器9を有すると共に、高圧タービン1には第1軸シール部11と第2軸シール部12とが設けられ、再熱タービン2には第3軸シール部23と第4軸シール部24とが設けられている。
さらに、本実施形態の蒸気タービンプラントは、図2に示すように、第1実施形態の場合(図1参照)と同様に、第4給水加熱器5dから流出したドレン水B5dの一部(B52d)が、再熱タービン2に設けられた第4軸シール部24に流入するように構成されている。
しかし、本実施形態の蒸気タービンプラントでは、図2に示すように、第12グランド蒸気G12の流れが、上記の第1実施形態(図1参照)の場合と異なっている。
本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、第1実施形態(図1参照)の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の記載と重複する個所については、適宜、説明を省略する。
図2に示すように、第12グランド蒸気G12は、上記の従来技術(図8参照)および第1実施形態(図1参照)と同様に、再熱タービン2の入口側(高圧側)に設けられた第3軸シール部23から取り出される。しかし、上記の従来技術(図8参照)および第1実施形態(図1参照)と異なり、第12グランド蒸気G12は、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7とが合流した流れに合流しない。
図2に示すように、本実施形態では、第12グランド蒸気G12は、再熱タービン2から抽気された蒸気B2b(抽気蒸気)に合流する。そして、第12グランド蒸気G12は、その再熱タービン2から抽気された蒸気B2b(抽気蒸気)と共に、加熱蒸気(G12+B2b)として、第4給水加熱器5dに流入する。
そして、第4給水加熱器5dにおいては、その流入した加熱蒸気(G12+B2b)と、第1給水ポンプ4で加圧された水F4との間において、熱交換が行われる。この熱交換により、第1給水ポンプ4で加圧された水F4は、第4給水加熱器5dで加熱される。この一方で、加熱蒸気(G12+B2b)は、第4給水加熱器5dでの熱交換により冷却されて凝縮し、ドレン水B5dとして流出する。
第4給水加熱器5dから流出したドレン水B5dは、上記の第1実施形態と同様に、2つに分岐して流れる。そして、その分岐するドレン水B5dのうち、一方のドレン水B51d(不要ドレン水)は、復水器8で凝縮された水に合流する。これに対して、その分岐するドレン水B5dのうち、他方のドレン水B52d(シール水)は、弁VB5dを介して、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7とが合流した流体(G6+G7)に合流する。この他方のドレン水B52d(シール水)は、弁VB5dの開度を調節することによって、合流前に、第6グランド蒸気G6、および、第7グランド蒸気G7と圧力が同じになるように調整される。そして、合流後に、第2シール流体S2(=G6+G7+B52d)として、再熱タービン2において出口側(低圧側)に設けられた第4軸シール部24に流入する。
[B]まとめ(効果など)
以上のように、本実施形態では、再熱タービン2(蒸気タービン)において入口側(高圧側)に設けられた第3軸シール部23から取り出した第12グランド蒸気G12と、その再熱タービン2から抽気した蒸気B2b(抽気蒸気)とを用いて、第4給水加熱器5dで水F4(給水)を加熱する。そして、その第4給水加熱器5dでの凝縮によって生成されたドレン水B5dの一部(B52d)が、再熱タービン2において出口側(低圧側)に設けられた第4軸シール部24に流入する。
このように、本実施形態では、上記の従来技術(図7,図8参照)および第1実施形態(図1参照)の場合と異なり、第4給水加熱器5dにおいて、第12グランド蒸気G12が保有する潜熱が、熱回収され、第1給水ポンプ4で加圧された水F4(給水)の加熱に利用される。上記の従来技術(図7,図8参照)においては、第12グランド蒸気G12が保有する潜熱は、最終的には、第11グランド蒸気G11の一部になって復水器8に捨てられると共に、第14グランド蒸気G14の一部になってグランド蒸気復水器9に捨てられている。しかし、本実施形態では、上記したように、第12グランド蒸気G12が保有する潜熱を、給水加熱のために有効利用している。
このため、本実施形態では、ボイラ3(図7参照)に流入する水F5a(給水)の温度を、上記の従来技術(図7,図8参照)などの場合よりも高温にすることができる。
したがって、本実施形態では、ボイラ3で消費する燃料の消費量を低減することができ、蒸気タービンプラントの発電効率を向上することができる。
なお、本実施形態において、第2シール流体S2(=G6+G7+B52d)は、第1実施形態の場合と同様に、上記の従来技術(図8参照)の場合よりも温度が低い。しかし、流体によるシール機能は、流体の圧力が重要な因子であり、流体の温度は、特に重要な因子ではない。このため、シール機能において、問題はない。
また、本実施形態の第2シール流体S2は、第1実施形態の場合と同様に、液体である場合と、気体である場合と、気液混合である場合とがあり得る。第2シール流体S2が液体である場合には、第4軸シール部24に流入した後に、周囲の熱によって加熱されて気化する事があり得る。しかし、仮に、その流入後の状態が液体状態や気体状態や気液混合状態であっても、グランドパッキン(図示省略)のシール性能は、悪化しない。
また、本実施形態の第2シール流体S2は、上述したように、上記の従来技術(図8参照)の場合よりも温度が低いが、第1実施形態の場合と同様に、その差は小さい。このため、回転軸(図示省略)を冷却することはない。さらに、上記の従来技術(図8参照)と同様に、第11グランド蒸気G11は、再熱タービン2の膨張機(図示省略)に対して影響がない場所に流入するため、再熱タービン2の性能は悪化しない。
[C]変形例
本実施形態では、蒸気タービンプラントは、上記の従来技術(図7,図8参照)と同様に、高圧タービン1と、再熱タービン2とを有し、再生サイクルと共に、再熱サイクルを構成しているが、これに限らない。第1実施形態の場合と同様に、再熱サイクルを構成しないが、再生サイクルを構成した蒸気タービンプラントであってもよい。この場合には、再熱タービン2が存在せずに、再熱タービン2が高圧タービン1に替わり、再熱蒸気(蒸気F3b)が高圧蒸気(蒸気F3a)に替わる。さらに、第6グランド蒸気G6、第7グランド蒸気G7、および、第1シール流体S1が存在しないことになる。
本実施形態では、5つの給水加熱器(第1から第4の給水加熱器5a〜5d、および、脱気器6)を有する場合について説明しているが、これに限らない。上記の実施形態と同様に、給水加熱器が5つよりも多くてもよく、また、5つよりも少なくてもよい。
なお、本実施形態では、給水加熱器で凝縮して変化したドレン水の一部を軸シール部に流入させない形態にしてもよい。
<第3実施形態>
[A]構成など
図3は、第3実施形態に係る蒸気タービンプラントの要部を示す概念図である。
図3では、図1等と同様に、本実施形態に係る蒸気タービンプラントの要部を模式的に示している。
本実施形態の蒸気タービンプラントは、図3では一部の図示を省略しているが、図7に示したように、高圧タービン1と、再熱タービン2と、ボイラ3と、第1給水ポンプ4と、第1から第4の給水加熱器5a〜5dと、脱気器6と、第2給水ポンプ7と、復水器8とを有する。また、図8に示したように、グランド蒸気復水器9を有すると共に、高圧タービン1には第1軸シール部11と第2軸シール部12とが設けられている。
しかし、本実施形態では、図3に示すように、再熱タービン2として、第1再熱タービン2Aと、第2再熱タービン2Bとが設けられている。第1再熱タービン2Aは、単流タービンであって、入口側(高圧側)に第3軸シール部23Aが設けられていると共に、出口側(低圧側)に第4軸シール部24Aが設けられている。これに対して、第2再熱タービン2Bは、複流タービンであって、一方の出口側に第5軸シール部25Bが設けられていると共に、他方の出口側に第6軸シール部26Bが設けられている。
本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、上記の従来技術(図7,図8参照)等の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の記載と重複する個所については、適宜、説明を省略する。
図3に示すように、本実施形態においては、ボイラ3(図7参照)で再熱された蒸気F3b(再熱蒸気)は、第1再熱タービン2Aに流入し、仕事を行う。そして、第1再熱タービン2Aから排気された蒸気F2A(第1再熱タービン排気)は、第2再熱タービン2Bに流入し、仕事を行う。そして、第2再熱タービン2Bから排気された蒸気F2(第2再熱タービン排気)は、復水器8に流入し、上記の実施形態と同様に、復水器8で冷却されて凝縮される。その後、復水器8での凝縮によって生成された水は、第4給水加熱器5dから流入するドレン水B5dの一部(B51d)と合流し、その合流した水F8が、第1給水ポンプ4によって加圧される。第1給水ポンプ4で加圧された水F4(給水)は、上記の実施形態と同様に、第1から第4の給水加熱器5a〜5dのそれぞれにおいて加熱されると共に脱気器6で脱気された後に、ボイラ3で加熱される。
第1再熱タービン2Aでは、入口側(高圧側)に設けられた第3軸シール部23Aにおいて、第10グランド蒸気G10が内部から外界側へ流れると共に、出口側(低圧側)に設けられた第4軸シール部24Aにおいて、第11グランド蒸気G11が内部から外界側へ流れる。
第3軸シール部23Aにおいては、第10グランド蒸気G10に第1シール流体S1(=G4+G5)が合流した後に、その第10グランド蒸気G10から第12グランド蒸気G12と第13グランド蒸気G13とが順次抜き取られる。一方で、第4軸シール部24Aにおいては、第11グランド蒸気G11から第14グランド蒸気G14が抜き取られる。
また、第1再熱タービン2Aでは、第1の再熱タービン抽気口A2aから蒸気B2a(抽気蒸気)が抽気される。この抽気された蒸気B2a(抽気蒸気)は、図3では図示を省略しているが、第3給水加熱器5c(図8参照)に流入し、上記の実施形態と同様に、第4給水加熱器5dから流入した水F5d(給水)との間において、熱交換が行われる。
さらに、第1再熱タービン2Aでは、第1の再熱タービン抽気口A2aよりも下流に位置する第2の再熱タービン抽気口A2bから蒸気B2b(抽気蒸気)が抽気される。この抽気された蒸気B2b(抽気蒸気)は、第3軸シール部23Aから取り出された第12グランド蒸気G12に合流し、加熱蒸気(G12+B2b)として、第4給水加熱器5dに流入する。
そして、第4給水加熱器5dにおいては、その流入した加熱蒸気(G12+B2b)と、第1給水ポンプ4で加圧された水F4との間において、熱交換が行われる。この熱交換により、第1給水ポンプ4で加圧された水F4は、第4給水加熱器5dで加熱される。この一方で、加熱蒸気(G12+B2b)は、第4給水加熱器5dでの熱交換により冷却されて凝縮し、ドレン水B5dとして流出する。
第4給水加熱器5dから流出したドレン水B5dは、上記の実施形態と同様に、2つに分岐して流れる。そして、その分岐するドレン水B5dのうち、一方のドレン水B51d(不要ドレン水)は、復水器8で凝縮された水に合流する。これに対して、その分岐するドレン水B5dのうち、他方のドレン水B52d(シール水)は、弁VB5dを介して、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7とが合流した流体(G6+G7)に合流する。この他方のドレン水B52d(シール水)は、弁VB5dの開度を調節することによって、合流前に、第6グランド蒸気G6、および、第7グランド蒸気G7と圧力が同じになるように調整される。そして、合流後に、第2シール流体S2(=G6+G7+B52d)として、第2再熱タービン2Bに設けられた第5軸シール部25Bと第6軸シール部26Bとのそれぞれに流入する。
第2再熱タービン2Bにおいて、第5軸シール部25Bでは、流入した第2シール流体S2(=G6+G7+B52d)が、第15グランド蒸気G15と第16グランド蒸気G16とに分岐する。第5軸シール部25Bにおいて、第15グランド蒸気G15は、外界側から第2再熱タービン2Bの内部へ流れる。これに対して、第16グランド蒸気G16は、第5軸シール部25Bにおいて、第16グランド蒸気G16とは逆に、外界側へ流れる。
第2再熱タービン2Bにおいて、第6軸シール部26Bでは、流入した第2シール流体S2(=G6+G7+B52d)が、第17グランド蒸気G17と第18グランド蒸気G18とに分岐する。第6軸シール部26Bにおいて、第17グランド蒸気G17は、外界側から第2再熱タービン2Bの内部へ流れる。これに対して、第18グランド蒸気G18は、第6軸シール部26Bにおいて、第17グランド蒸気G17とは逆に、外界側へ流れる。
第13グランド蒸気G13と第14グランド蒸気G14と第16グランド蒸気G16と第18グランド蒸気G18とのそれぞれは、図3では図示を省略しているが、不要蒸気F12(図8参照)として、グランド蒸気復水器9(図8参照)に流入する。そして、その不要蒸気F12は、グランド蒸気復水器9において冷却されて液化し、グランド蒸気凝縮水F9として、復水器8に流入する。
なお、第3軸シール部23Aにおいては、第13グランド蒸気G13よりも圧力が低く、外界へ流出するグランド蒸気(図示省略)が存在し、第4軸シール部24においては、第14グランド蒸気G14よりも圧力が低く、外界へ流出するグランド蒸気(図示省略)が存在する。同様に、第5軸シール部25Bにおいては、第16グランド蒸気G16よりも圧力が低く、外界へ流出するグランド蒸気(図示省略)が存在し、第6軸シール部26Bにおいては、第18グランド蒸気G18よりも圧力が低く、外界へ流出するグランド蒸気(図示省略)が存在する。しかし、これらのグランド蒸気(図示省略)は、ごく微量であって、圧力が大気圧に近く、また周囲から冷却されて液化している。無視できるほど微量であるため、図示を省略している。
[B]まとめ(効果など)
以上のように、本実施形態では、第1再熱タービン2A(第1蒸気タービン)の第3軸シール部23Aから取り出した第12グランド蒸気G12と、第1再熱タービン2Aから抽気した蒸気B2b(抽気蒸気)とを用いて、第4給水加熱器5dで水F4(給水)を加熱する。そして、その第4給水加熱器5dでの凝縮によって生成されたドレン水B5dの一部(B52d)が、第2再熱タービン2B(第2蒸気タービン)の第5軸シール部25Bおよび第6軸シール部26Bに流入する。
このように、本実施形態では、第2実施形態(図2参照)の場合と同様に、第4給水加熱器5dにおいて、第12グランド蒸気G12が保有する潜熱が、熱回収され、第1給水ポンプ4で加圧された水F4(給水)の加熱に利用される。
このため、本実施形態では、ボイラ3(図7参照)に流入する水F5a(給水)の温度を、上記の従来技術(図7,図8参照)などの場合よりも高温にすることができる。
したがって、本実施形態では、ボイラ3で消費する燃料の消費量を低減することができ、蒸気タービンプラントの発電効率を向上することができる。
[C]変形例
本実施形態では、第1再熱タービン2Aにおいて入口側に設けた第3軸シール部23Aから抜き出した第12グランド蒸気G12が保有する潜熱を、給水の加熱で利用する場合について説明したが、これに限らない。第1再熱タービン2Aにおいて出口側に設けた第4軸シール部24Aから抜き出したグランド蒸気(図示なし)が保有する潜熱を、給水の加熱で利用するように構成してもよい。
本実施形態では、第2再熱タービン2Bが複流タービンである場合について説明したが、これに限らない。第2再熱タービン2Bが単流タービンであってもよい。この場合には、単流タービンである第2再熱タービン2Bにおいて、入口側(高圧側)に設けた軸シール部(図示なし)に、給水加熱器からドレン水の一部を流入させてもよい。
本実施形態では、再熱タービン2が複数である場合について説明したがこれに限らない。高圧タービン1を複数設け、同様なフローを構成してもよい。
本実施形態では、蒸気タービンプラントは、再生サイクルと共に、再熱サイクルを構成しているが、これに限らない。上記の他の実施形態の場合と同様に、再熱サイクルを構成しないが、再生サイクルを構成した蒸気タービンプラントであってもよい。この場合には、複数の再熱タービン2(第1再熱タービン2A、第2再熱タービン2B)が存在せずに、直列に配置された複数の蒸気タービンに替わり、再熱蒸気(蒸気F3b)が高圧蒸気(蒸気F3a)に替わる。さらに、最上流の蒸気タービンにおいては、第6グランド蒸気G6、第7グランド蒸気G7、および、第1シール流体S1が存在しないことになる。
本実施形態では、5つの給水加熱器(第1から第4の給水加熱器5a〜5d、および、脱気器6)を有する場合について説明しているが、これに限らない。上記の実施形態と同様に、給水加熱器が5つよりも多くてもよく、また、5つよりも少なくてもよい。また、第2再熱タービン2Bから抽気し、この抽気された蒸気により加熱する給水加熱器を具備してもよい。
なお、給水加熱器で凝縮して変化したドレン水の一部を軸シール部に流入させない形態にしてもよい。
<第4実施形態>
[A]構成など
図4は、第4実施形態に係る蒸気タービンプラントの要部を示す概念図である。
図4では、図1等と同様に、本実施形態に係る蒸気タービンプラントの要部を模式的に示している。
本実施形態の蒸気タービンプラントは、図4では一部の図示を省略しているが、図7に示したように、高圧タービン1と、再熱タービン2と、ボイラ3と、第1給水ポンプ4と、第1から第4の給水加熱器5a〜5dと、脱気器6と、第2給水ポンプ7と、復水器8とを有する。また、図8に示したように、グランド蒸気復水器9を有すると共に、高圧タービン1には第1軸シール部11と第2軸シール部12とが設けられ、再熱タービン2には第3軸シール部23と第4軸シール部24とが設けられている。
また、本実施形態の蒸気タービンプラントは、図4に示すように、第1実施形態の場合(図1参照)と同様に、第4給水加熱器5dから流出したドレン水B5dの一部(B52d)が、再熱タービン2に設けられた第4軸シール部24に流入するように構成されている。
しかし、本実施形態の蒸気タービンプラントでは、図4に示すように、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7と第12グランド蒸気G12とのそれぞれが合流した流体の流れが、上記の第1実施形態の場合と異なっている(図1参照)。
本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、第1実施形態(図1参照)の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の記載と重複する個所については、適宜、説明を省略する。
図4に示すように、第12グランド蒸気G12は、上記の従来技術(図8参照)および第1実施形態(図1参照)と同様に、再熱タービン2の入口側(高圧側)に設けられた第3軸シール部23から取り出される。そして、第12グランド蒸気G12は、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7とが合流した流体に合流する。その後、第12グランド蒸気G12は、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7と共に、加熱蒸気(G6+G7+G12)として、第4給水加熱器5dに流入する。
第4給水加熱器5dにおいては、その流入した加熱蒸気(G6+G7+G12)と、第1給水ポンプ4で加圧された水F4との間において、熱交換が行われる。この熱交換により、第1給水ポンプ4で加圧された水F4は、第4給水加熱器5dで加熱される。この一方で、加熱蒸気(G6+G7+G12)は、第4給水加熱器5dでの熱交換により冷却されて凝縮し、ドレン水B5dとして流出する。
第4給水加熱器5dから流出したドレン水B5dは、上記の第1実施形態と同様に、2つに分岐して流れる。そして、その分岐するドレン水B5dのうち、一方のドレン水B51d(不要ドレン水)は、復水器8で凝縮された水に合流する。これに対して、その分岐するドレン水B5dのうち、他方のドレン水B52d(シール水)は、弁VB5dを介して、第2シール流体S2(=B52d)として、再熱タービン2において出口側(低圧側)に設けられた第4軸シール部24に流入する。この他方のドレン水B52d(シール水)は、弁VB5dの開度を調節することによって、従来技術(図8参照)の場合における第2シール流体S2と同様な圧力に調整される。
[B]まとめ(効果など)
以上のように、本実施形態では、高圧タービン1(図8参照)の第1軸シール部11および第2軸シール部12から取り出した第6グランド蒸気G6および第7グランド蒸気G7と、再熱タービン2の第3軸シール部23から取り出した第12グランド蒸気G12と、再熱タービン2から抽気した蒸気B2b(抽気蒸気)とを用いて、第4給水加熱器5dで水F4(給水)を加熱する。そして、その第4給水加熱器5dでの凝縮により生成されたドレン水B5dの一部(B52d)が、再熱タービン2の第4軸シール部24に流入する。
このように、本実施形態では、上記の従来技術(図7,図8参照)および第1実施形態(図1参照)の場合と異なり、第4給水加熱器5dにおいて、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7と第12グランド蒸気G12とが保有する潜熱が、熱回収され、第1給水ポンプ4で加圧された水F4(給水)の加熱に利用される。上記の従来技術(図7,図8参照)などにおいては、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7と第12グランド蒸気G12とのそれぞれが保有する潜熱は、最終的には、第11グランド蒸気G11の一部になって復水器8に捨てられると共に、第14グランド蒸気G14の一部になってグランド蒸気復水器9に捨てられている。しかし、本実施形態では、上記したように、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7と第12グランド蒸気G12とが保有する潜熱を、給水加熱のために有効利用している。
このため、本実施形態では、ボイラ3(図7参照)に流入する水F5a(給水)の温度を、上記の従来技術(図7,図8参照)などの場合よりも高温にすることができる。
したがって、本実施形態では、ボイラ3で消費する燃料の消費量を低減することができ、蒸気タービンプラントの発電効率を向上することができる。
なお、本実施形態において、第2シール流体S2(=B52d)は、上記の従来技術(図8参照)の場合よりも温度が低い。しかし、流体によるシール機能は、流体の圧力が重要な因子であり、流体の温度は、特に重要な因子ではない。このため、シール機能において、問題はない。
また、本実施形態の第2シール流体S2は、液体であるドレン水B52dであって、周囲の熱で加熱されて気化する事がありうるが、液体状態や気体状態や気液混合状態であっても、グランドパッキン(図示省略)のシール性能は、悪化しない。
また、本実施形態の第2シール流体S2は、上述したように、上記の従来技術(図8参照)の場合よりも温度が低いが、その差は小さい。このため、回転軸(図示省略)を冷却することはない。さらに、上記の従来技術(図8参照)と同様に、第11グランド蒸気G11は、再熱タービン2の膨張機(図示省略)に対して影響がない場所に流入するため、再熱タービン2の性能は悪化しない。
[C]変形例
本実施形態では、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7と第12グランド蒸気G12とのそれぞれが保有する潜熱を、給水の加熱で利用する場合について説明したが、これに限らない。第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7と第12グランド蒸気G12とのうち、2種類(第6グランド蒸気G6と第12グランド蒸気G12、または、第7グランド蒸気G7と第12グランド蒸気G12)の潜熱を給水の加熱で利用するように構成してもよい。また、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7と第12グランド蒸気G12とのうち、1種類の潜熱を給水の加熱で利用するように構成してもよい。
本実施形態では、5つの給水加熱器(第1から第4の給水加熱器5a〜5d、および、脱気器6)を有する場合について説明しているが、これに限らない。上記の実施形態と同様に、給水加熱器が5つよりも多くてもよく、また、5つよりも少なくてもよい。
なお、給水加熱器で凝縮して変化したドレン水の一部を軸シール部に流入させない形態にしてもよい。
<第5実施形態>
[A]構成など
図5は、第5実施形態に係る蒸気タービンプラントの要部を示す概念図である。
図5では、図1等と同様に、本実施形態に係る蒸気タービンプラントの要部を模式的に示している。
本実施形態の蒸気タービンプラントは、図5では一部の図示を省略しているが、図7に示したように、高圧タービン1と、再熱タービン2と、ボイラ3と、第1給水ポンプ4と、第1から第4の給水加熱器5a〜5dと、脱気器6と、第2給水ポンプ7と、復水器8とを有する。また、図8に示したように、グランド蒸気復水器9を有すると共に、高圧タービン1には第1軸シール部11と第2軸シール部12とが設けられている。
しかし、本実施形態では、図5に示すように、第3実施形態の場合(図3参照)と同様に、再熱タービン2として、第1再熱タービン2Aと、第2再熱タービン2Bとが設けられている。第1再熱タービン2Aは、単流タービンであって、入口側(高圧側)に第3軸シール部23Aが設けられていると共に、出口側(低圧側)に第4軸シール部24Aが設けられている。これに対して、第2再熱タービン2Bは、複流タービンであって、一方の出口側に第5軸シール部25Bが設けられていると共に、他方の出口側に第6軸シール部26Bが設けられている。
本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、上記の従来技術(図7,図8参照)および上記の実施形態(図1から図4参照)の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の記載と重複する個所については、適宜、説明を省略する。
図5に示すように、本実施形態においては、ボイラ3(図7参照)で再熱された蒸気F3b(再熱蒸気)は、第1再熱タービン2Aに流入し、仕事を行う。そして、第1再熱タービン2Aから排気された蒸気F2A(第1再熱タービン排気)は、第2再熱タービン2Bに流入し、仕事を行う。そして、第2再熱タービン2Bから排気された蒸気F2(第2再熱タービン排気)は、復水器8に流入し、上記の実施形態と同様に、復水器8で冷却されて凝縮される。その後、復水器8での凝縮によって生成された水は、第4給水加熱器5dから流入するドレン水B5dの一部(B51d)と合流し、その合流した水F8が、第1給水ポンプ4によって加圧される。第1給水ポンプ4で加圧された水F4(給水)は、上記の実施形態と同様に、第1から第4の給水加熱器5a〜5dのそれぞれにおいて加熱されると共に脱気器6で脱気された後に、ボイラ3で加熱される。
第1再熱タービン2Aでは、入口側(高圧側)に設けられた第3軸シール部23Aにおいて、第10グランド蒸気G10が内部から外界側へ流れると共に、出口側(低圧側)に設けられた第4軸シール部24Aにおいて、第11グランド蒸気G11が内部から外界側へ流れる。第3軸シール部23Aにおいては、第10グランド蒸気G10に第1シール流体S1(=G4+G5)が合流した後に、その第10グランド蒸気G10から第12グランド蒸気G12と第13グランド蒸気G13とが順次抜き取られる。第12グランド蒸気G12は、第5グランド蒸気G5と第6グランド蒸気G6とが合流した流体(G5+G6)に、合流する。一方で、第4軸シール部24Aにおいては、第11グランド蒸気G11から第14グランド蒸気G14が抜き取られる。
また、第1再熱タービン2Aでは、第1の再熱タービン抽気口A2aから蒸気B2a(抽気蒸気)が抽気される。この抽気された蒸気B2a(抽気蒸気)は、図3では図示を省略しているが、第3給水加熱器5c(図8参照)に流入し、上記の実施形態と同様に、第4給水加熱器5dから流入した水F5d(給水)との間において、熱交換が行われる。
さらに、第1再熱タービン2Aでは、第1の再熱タービン抽気口A2aよりも下流に位置する第2の再熱タービン抽気口A2aから蒸気B2b(抽気蒸気)が抽気される。この抽気された蒸気B2b(抽気蒸気)は、第5グランド蒸気G5と第6グランド蒸気G6と第12グランド蒸気G12とが合流した流体(G5+G6+G12)に合流し、加熱蒸気(G5+G6+G12+B2b)として、第4給水加熱器5dに流入する。
そして、第4給水加熱器5dにおいては、その流入した加熱蒸気(G5+G6+G12+B2b)と、第1給水ポンプ4で加圧された水F4との間において、熱交換が行われる。この熱交換により、第1給水ポンプ4で加圧された水F4は、第4給水加熱器5dで加熱される。この一方で、加熱蒸気(G5+G6+G12+B2b)は、第4給水加熱器5dでの熱交換により冷却されて凝縮し、ドレン水B5dとして流出する。
第4給水加熱器5dから流出したドレン水B5dは、上記の実施形態と同様に、2つに分岐して流れる。そして、その分岐するドレン水B5dのうち、一方のドレン水B51d(不要ドレン水)は、復水器8で凝縮された水に合流する。これに対して、その分岐するドレン水B5dのうち、他方のドレン水B52d(シール水)は、弁VB5dを介して、第2シール流体S2(=B52d)として、第2再熱タービン2Bに設けられた第5軸シール部25Bと第6軸シール部26Bとのそれぞれに流入する。この他方のドレン水B52dは、弁VB5dの開度を調節することにより、第2シール流体S2として適切な圧力に調整される。
第2再熱タービン2Bにおいて、第5軸シール部25Bでは、流入した第2シール流体S2(=B52d)が、第15グランド蒸気G15と第16グランド蒸気G16とに分岐する。第5軸シール部25Bにおいて、第15グランド蒸気G15は、外界側から第2再熱タービン2Bの内部へ流れる。これに対して、第16グランド蒸気G16は、第5軸シール部25Bにおいて、第16グランド蒸気G16とは逆に、外界側へ流れる。
第2再熱タービン2Bにおいて、第6軸シール部26Bでは、流入した第2シール流体S2(=B52d)が、第17グランド蒸気G17と第18グランド蒸気G18とに分岐する。第6軸シール部26Bにおいて、第17グランド蒸気G17は、外界側から第2再熱タービン2Bの内部へ流れる。これに対して、第18グランド蒸気G18は、第6軸シール部26Bにおいて、第17グランド蒸気G17とは逆に、外界側へ流れる。
第13グランド蒸気G13と第14グランド蒸気G14と第16グランド蒸気G16と第18グランド蒸気G18とのそれぞれは、図5では図示を省略しているが、不要蒸気F12(図8参照)として、グランド蒸気復水器9(図8参照)に流入する。そして、その不要蒸気F12は、グランド蒸気復水器9において冷却されて液化し、グランド蒸気凝縮水F9として、復水器8に流入する。
なお、第3軸シール部23Aにおいては、第13グランド蒸気G13よりも圧力が低く、外界へ流出するグランド蒸気(図示省略)が存在し、第4軸シール部24においては、第14グランド蒸気G14よりも圧力が低く、外界へ流出するグランド蒸気(図示省略)が存在する。同様に、第5軸シール部25Bにおいては、第16グランド蒸気G16よりも圧力が低く、外界へ流出するグランド蒸気(図示省略)が存在し、第6軸シール部26Bにおいては、第18グランド蒸気G18よりも圧力が低く、外界へ流出するグランド蒸気(図示省略)が存在する。しかし、これらのグランド蒸気(図示省略)は、ごく微量であって、圧力が大気圧に近く、また周囲から冷却されて液化している。無視できるほど微量であるため、図示を省略している。
[B]まとめ(効果など)
以上のように、本実施形態では、高圧タービン1(図8参照)の第1軸シール部11および第2軸シール部12から取り出した第6グランド蒸気G6および第7グランド蒸気G7と、第1再熱タービン2Aの第3軸シール部23から取り出した第12グランド蒸気G12と、第1再熱タービン2Aから抽気した蒸気B2b(抽気蒸気)とを用いて、第4給水加熱器5dで水F4(給水)を加熱する。そして、その第4給水加熱器5dでの凝縮によって生成されたドレン水B5dの一部(B52d)が、第2再熱タービン2Bの第5軸シール部25Bおよび第6軸シール部26Bに流入する。
このように、本実施形態では、第4実施形態(図4参照)の場合と同様に、第4給水加熱器5dにおいて、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7と第12グランド蒸気G12とが保有する潜熱が、熱回収され、第1給水ポンプ4で加圧された水F4(給水)の加熱に利用される。
このため、本実施形態では、ボイラ3(図7参照)に流入する水F5a(給水)の温度を、上記の従来技術(図7,図8参照)などの場合よりも高温にすることができる。
したがって、本実施形態では、ボイラ3で消費する燃料の消費量を低減することができ、蒸気タービンプラントの発電効率を向上することができる。
[C]変形例
本実施形態では、5つの給水加熱器(第1から第4の給水加熱器5a〜5d、および、脱気器6)を有する場合について説明しているが、これに限らない。上記の実施形態と同様に、給水加熱器が5つよりも多くてもよく、また、5つよりも少なくてもよい。また、第2再熱タービン2Bから抽気し、この抽気された蒸気により加熱する給水加熱器を具備してもよい。
本実施形態では、第1再熱タービン2Aにおいて入口側に設けた第3軸シール部23Aから抜き出した第12グランド蒸気G12が保有する潜熱を、給水の加熱で利用する場合について説明したが、これに限らない。第1再熱タービン2Aにおいて出口側に設けた第4軸シール部24Aから抜き出したグランド蒸気(図示なし)が保有する潜熱を、給水の加熱で利用するように構成してもよい。
上記のように、本実施形態では、第2再熱タービン2Bが複流タービンである場合について説明したが、これに限らない。第2再熱タービン2Bが単流タービンであってもよい。この場合には、単流タービンである第2再熱タービン2Bにおいて、入口側(高圧側)に設けた軸シール部(図示なし)に、給水加熱器からドレン水の一部を流入させてもよい。
上記のように、本実施形態では、再熱タービン2が複数である場合について説明したがこれに限らない。高圧タービン1を複数設け、同様なフローを構成してもよい。
上記のように、本実施形態では、蒸気タービンプラントは、再生サイクルと共に、再熱サイクルを構成しているが、これに限らない。上記の実施形態の場合と同様に、再熱サイクルを構成しないが、再生サイクルを構成した蒸気タービンプラントであってもよい。この場合には、複数の再熱タービン2(第1再熱タービン2A、第2再熱タービン2B)が存在せずに、直列に配置された複数の蒸気タービンに替わり、再熱蒸気(蒸気F3b)が高圧蒸気(蒸気F3a)に替わる。さらに、最上流の蒸気タービンにおいては、第6グランド蒸気G6、第7グランド蒸気G7、および、第1シール流体S1が存在しないことになる。
上記のように、本実施形態では、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7と第12グランド蒸気G12とのそれぞれが保有する潜熱を、給水の加熱で利用する場合について説明したが、これに限らない。第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7と第12グランド蒸気G12とのうち、2種類の潜熱を給水の加熱で利用するように構成してもよい。また、第6グランド蒸気G6と第7グランド蒸気G7と第12グランド蒸気G12とのうち、第6グランド蒸気G6または第7グランド蒸気G7の潜熱を給水の加熱で利用するように構成してもよい。
なお、給水加熱器で凝縮して変化したドレン水の一部を軸シール部に流入させない形態にしてもよい。
<第6実施形態>
[A]構成など
図6は、第6実施形態に係る蒸気タービンプラントの要部を示す概念図である。
図6では、図8と同様に、本実施形態に係る蒸気タービンプラントの要部を模式的に示している。
本実施形態の蒸気タービンプラントは、図6では一部の図示を省略しているが、図7に示したように、高圧タービン1と、再熱タービン2と、ボイラ3と、第1給水ポンプ4と、第1から第4の給水加熱器5a〜5dと、脱気器6と、第2給水ポンプ7と、復水器8とを有する。また、図8に示したように、グランド蒸気復水器9を有し、高圧タービン1には第1軸シール部11と第2軸シール部12とが設けられ、再熱タービン2には第3軸シール部23と第4軸シール部24とが設けられている。
しかし、本実施形態の蒸気タービンプラントでは、図6に示すように、第4グランド蒸気G4と第5グランド蒸気G5との流れが、上記の従来技術の場合と異なっている(図8参照)。
本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、上記の従来技術(図8参照)の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の記載と重複する個所については、適宜、説明を省略する。
図6に示すように、第4グランド蒸気G4と第5グランド蒸気G5とのそれぞれは、上記の従来技術(図8参照)の場合と異なり、高圧タービン1において抽気された蒸気B1a(抽気蒸気)と共に、加熱流体(G4+G5+B1a)として第1給水加熱器5aに流入する。
そして、第1給水加熱器5aでは、その加熱流体(G4+G5+B1a)と、第2給水加熱器5bから流入した水F5b(給水)との間において、熱交換が行われる。この熱交換により、第2給水加熱器5bから流入した水F5b(給水)は、第1給水加熱器5aで加熱される。この一方で、加熱流体(G4+G5+B1a)は、第1給水加熱器5aでの熱交換により冷却されて凝縮し、ドレン水B5aとして流出する。
第1給水加熱器5aから流出したドレン水B5aは、上記の第1実施形態と異なり、2つに分岐して流れる。そして、その分岐するドレン水B5aのうち、一方のドレン水B51aは、第2給水加熱器5bで凝縮された水に合流する。これに対して、その分岐するドレン水B5aのうち、他方のドレン水B52a(シール水)は、弁VB5aを介して、第1シール流体S1(=B52a)として、再熱タービン2において入口側(高圧側)に設けられた第3軸シール部23に流入する。この他方のドレン水B52a(シール水)は、弁VB5aの開度を調節することによって、従来技術(図8参照)の場合における第1シール流体S1と同様な圧力に調整される。
[B]まとめ(効果など)
以上のように、本実施形態では、高圧タービン1の第1軸シール部11および第2軸シール部12から取り出した第4グランド蒸気G4および第5グランド蒸気G5と、高圧タービン1から抽気した蒸気B1a(抽気蒸気)とを用いて、第1給水加熱器5aで水F5b(給水)を加熱する。そして、その第1給水加熱器5aでの凝縮により生成されたドレン水B5aの一部(B52a)が、再熱タービン2の第3軸シール部23に流入する。
このように、本実施形態では、上記の従来技術(図8参照)の場合と異なり、第1給水加熱器5aにおいて、第4グランド蒸気G4と第5グランド蒸気G5とが保有する潜熱が、熱回収され、第2給水加熱器5bから流入した水F5b(給水)の加熱に利用される。上記の従来技術(図7,図8参照)などにおいては、第4グランド蒸気G4と第5グランド蒸気G5のそれぞれが保有する潜熱は、最終的には、第11グランド蒸気G11の一部になって復水器8に捨てられると共に、第14グランド蒸気G14の一部になってグランド蒸気復水器9に捨てられている。しかし、本実施形態では、上記したように、第4グランド蒸気G4と第5グランド蒸気G5とが保有する潜熱を、給水加熱のために有効利用している。
このため、本実施形態では、ボイラ3(図7参照)に流入する水F5a(給水)の温度を、上記の従来技術(図7,図8参照)などの場合よりも高温にすることができる。
したがって、本実施形態では、ボイラ3で消費する燃料の消費量を低減することができ、蒸気タービンプラントの発電効率を向上することができる。
なお、本実施形態において、第1シール流体S1(=B52a)は、上記の従来技術(図8参照)の場合よりも温度が低い。しかし、流体によるシール機能は、流体の圧力が重要な因子であり、流体の温度は、特に重要な因子ではない。このため、シール機能において、問題はない。
また、本実施形態の第1シール流体S1は、液体であるドレン水B52aが周囲の熱で加熱されて気化する事がありうるが、液体状態や気体状態や気液混合状態であっても、グランドパッキン(図示省略)のシール性能は、悪化しない。
また、本実施形態の第1シール流体S1は、上述したように、上記の従来技術(図8参照)の場合よりも温度が低いが、その差は、小さい。このため、回転軸(図示省略)を冷却することはない。さらに、第1シール流体S1は、高圧タービン1の内部に流入しないので、高圧タービン1の性能が悪化しない。
[C]変形例
本実施形態においては、上記した他の実施形態の技術の少なくとも1つを適用してもよい。
本実施形態では、5つの給水加熱器(第1から第4の給水加熱器5a〜5d、および、脱気器6)を有する場合について説明しているが、これに限らない。上記の実施形態と同様に、給水加熱器が5つよりも多くてもよく、また、5つよりも少なくてもよい。
本実施形態では、第4グランド蒸気G4と第5グランド蒸気G5とのそれぞれが保有する潜熱を、給水の加熱で利用する場合について説明したが、これに限らない。第4グランド蒸気G4と第5グランド蒸気G5とのいずれか一方の潜熱を給水の加熱で利用するように構成してもよい。
<その他>
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。