JP7116692B2 - 蒸気タービン発電設備および蒸気タービン発電設備の運転方法 - Google Patents

蒸気タービン発電設備および蒸気タービン発電設備の運転方法 Download PDF

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Description

本発明は、蒸気タービン発電設備および蒸気タービン発電設備の運転方法に関する。
蒸気タービン発電設備は、蒸気タービンの回転体（ロータ）と静止体（ケーシング）との熱伸び差による軸振動を抑制しつつ起動する必要があり、起動時間を短縮するためには、回転体と静止体との熱伸び差を早期に解消する必要がある。
本技術分野の背景技術として、特開２００８－２５４２９号公報（特許文献１）がある。この公報には、動翼が取り付けられたロータと、このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、このダイヤフラム及びロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、このケーシングとロータとの軸方向における熱による伸縮差を計測する変位検出器と、フランジ部に取り付けられ、フランジ部の加熱冷却を行う加熱冷却装置と、非定常運転時に変位検出器の計測値が設定値に至るまで加熱冷却装置によってフランジ部を加熱冷却する制御部とを備えることが記載されている（要約参照）。
特開２００８－２５４２９号公報
特許文献１には、起動時間を短縮するため、フランジ部の加熱冷却を行い、回転体と静止体との熱伸び差を解消する蒸気タービンが記載されている。しかし、特許文献１には、フランジ部（車室フランジ）を加熱冷却するための媒体（蒸気）の供給源については記載されていない。この供給源からフランジ部（車室フランジ）に、加熱冷却用の媒体（蒸気）を供給するためには、エネルギの増加が必要である。フランジ部（車室フランジ）を加熱冷却する際には、このエネルギの増加により、蒸気タービンが設置される蒸気タービン発電設備の効率が低下する可能性がある。
そこで、本発明は、蒸気タービンの回転体と静止体との熱伸び差を早期に解消し、起動時間を短縮すると共に、効率の低下を抑制する蒸気タービン発電設備および蒸気タービン発電設備の運転方法を提供する。
上記課題を解決するため、本発明の蒸気タービン発電設備は、蒸気を生成するボイラと、ボイラで生成された蒸気が流入する高圧タービンと、高圧タービンで仕事をした蒸気が流入する中圧タービンと、中圧タービンで仕事をした蒸気が流入する低圧タービンと、を有し、高圧タービンおよび中圧タービンは、これらを連通して形成されるヒーティング部（後述）を有し、高圧タービンで仕事をした蒸気をヒーティング部に流入させる配管および高圧タービンで仕事をした蒸気を中圧タービンに流入させる配管を有し、高圧タービンで仕事をした蒸気をヒーティング部に流入させる配管は、高圧タービンで仕事をした蒸気を中圧タービンに流入させる配管から分岐する配管であり、中圧タービンの後段側のヒーティング部に連結され、高圧タービンで仕事をした蒸気を、中圧タービンの後段側のヒーティング部に流入させ、高圧タービンの前段側のヒーティング部から流出させることを特徴とする。
また、本発明の蒸気タービン発電設備の運転方法は、高圧タービンで仕事をした蒸気を中圧タービンに流入させる配管に設置される第１バルブと、高圧タービンで仕事をした蒸気を中圧タービンに流入させる配管から分岐され、高圧タービンで仕事をした蒸気をヒーティング部に流入させる配管に設置される第２バルブと、中圧タービンで仕事をした蒸気を低圧タービンに流入させる配管に設置される第３バルブと、中圧タービンで仕事をした蒸気を低圧タービンに流入させる配管から分岐され、中圧タービンで仕事をした蒸気をヒーティング部に流入させる配管に設置される第４バルブと、の開閉を操作するものであって、第１の負荷帯での運転では、第１バルブ、第３バルブ、および、第４バルブを閉状態、第２バルブを開状態とし、高圧タービンで仕事をした蒸気を、中圧タービンの後段側のヒーティング部に流入させ、高圧タービンの前段側のヒーティング部から流出させることを特徴とする。
本発明によれば、蒸気タービンの回転体と静止体との熱伸び差を早期に解消し、起動時間を短縮すると共に、効率の低下を抑制する蒸気タービン発電設備および蒸気タービン発電設備の運転方法を提供することができる。
なお、上記した以外の課題、構成および効果は、下記の実施例の説明により明らかにされる。
実施例１に記載する蒸気タービン発電設備の構造を表す模式図である。 実施例２に記載する蒸気タービン発電設備の構造を表す模式図である。 実施例３に記載する蒸気タービン発電設備の構造を表す模式図である。 実施例４に記載する蒸気タービン発電設備の構造を表す模式図である。
以下、本発明の実施例を、図面を使用して説明する。なお、同一または類似の構成については、同一の符号を付し、説明が重複する場合は、その説明を省略する場合がある。
図１は、実施例１に記載する蒸気タービン発電設備の構造を表す模式図である。
本実施例に記載する蒸気タービン発電設備は、蒸気を生成するボイラ２０、ボイラ２０で生成した蒸気が流入する高圧タービン（ＨＰ）３０、高圧タービン３０で仕事をした蒸気（再熱蒸気）が流入する中圧タービン（ＩＰ）４０、中圧タービン４０で仕事をした蒸気が流入する第１低圧タービン（ＬＰ１）６０、高圧タービン３０、中圧タービン４０、および／または第１低圧タービン６０によって駆動する発電機（ＧＥＮ）５０、第１低圧タービン６０で仕事をした蒸気を復水する第１復水器８０、を有する。
なお、本実施例では、高圧タービン３０、中圧タービン４０、発電機５０、第１低圧タービン６０が、この順番にて連結されているが、高圧タービン３０、中圧タービン４０、第１低圧タービン６０、発電機５０の順番にて連結されていてもよい。
なお、高圧タービン３０、中圧タービン４０、第１低圧タービン６０は、蒸気タービンである。
そして、高圧タービン３０および中圧タービン４０の回転軸近傍（車室フランジ）には、車室フランジヒーティング部（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気管）（以下「ヒーティング部」と称する場合がある）７００が形成される。このヒーティング部７００は、高圧タービン３０および中圧タービン４０を連通して形成される。このヒーティング部７００には、蒸気が流入し、高圧タービン３０の回転体（ロータ）と静止体（ケーシング）との熱伸び差、および、中圧タービン４０の回転体（ロータ）と静止体（ケーシング）との熱伸び差を解消する。これにより、蒸気タービン発電設備の起動時間を短縮することができる。
また、本実施例に記載する蒸気タービン発電設備は、ボイラ２０で生成した蒸気を高圧タービン３０の前段側に流入させる配管８００（主蒸気流入管）、高圧タービン３０で仕事をした蒸気（再熱蒸気）を中圧タービン４０の前段側に流入（高圧タービン３０の後段側から流出）させる配管９００（中圧タービン蒸気流入管）、中圧タービン４０で仕事をした蒸気を第１低圧タービン６０の前段側に流入（低圧タービン４０の後段側から流出）させる配管５００（低圧タービン蒸気流入管）、を有する。
なお、本実施例では、高圧タービン３０で仕事をした蒸気を、ボイラ２０で再熱し、中圧タービン４０に、再熱蒸気として流入させる。つまり、配管９００は、高圧タービン３０、ボイラ２０、中圧タービン４０を連結する。
更に、配管９００から分岐して、高圧タービン３０で仕事をした蒸気（再熱蒸気）を、ヒーティング部（車室フランジ）７００に流入させる配管２００（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気流入管）、ヒーティング部７００で仕事をした蒸気を第１復水器８０に流入させる配管３００（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気復水管）、配管５００から分岐して、中圧タービン４０で仕事をした蒸気を、ヒーティング部（車室フランジ）７００に流入させる配管４００（第二車室フランジヒーティング部加熱用蒸気流入管）、を有する。
つまり、本実施例では、高圧タービン３０で仕事をした蒸気をヒーティング部（車室フランジ）７００に流入させる配管２００を有し、配管２００は、高圧タービン３０で仕事をした蒸気を中圧タービン４０に流入させる配管９００から分岐する配管である。
また、本実施例では、中圧タービン４０で仕事をした蒸気をヒーティング部（車室フランジ）７００に流入させる配管４００を有し、配管４００は、中圧タービン４０で仕事をした蒸気を第１低圧タービン６０に流入させる配管５００から分岐する配管である。
更に、中圧タービン４０の温度上昇を抑制するため、中圧タービン４０で仕事をした蒸気を、中圧タービン４０の後段側から、第１低圧タービン６０をバイパスさせて、第１復水器８０に流入させる配管６００（第１復水器蒸気流入管）を有する。
配管２００（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気流入管）を流通する蒸気は、ヒーティング部７００を加熱（車室フランジヒーティング）するための蒸気（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気）であり、中圧タービン４０の後段側のヒーティング部７００から流入し、高圧タービン３０の前段側のヒーティング部７００から流出する。
つまり、高圧タービン３０で仕事をした蒸気をヒーティング部（車室フランジ）７００に流入させる配管２００は、中圧タービン４０の後段側のヒーティング部（車室フランジ）７００に、連結される。
同様に、配管４００（第二車室フランジヒーティング部加熱用蒸気流入管）を流通する蒸気は、ヒーティング部７００を加熱（車室フランジヒーティング）するための蒸気（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気）であり、中圧タービン４０の後段側のヒーティング部７００から流入し、高圧タービン３０の前段側のヒーティング部７００から流出する。
つまり、中圧タービン４０で仕事をした蒸気をヒーティング部（車室フランジ）７００に流入させる配管４００は、中圧タービン４０の後段側のヒーティング部（車室フランジ）７００に、連結される。
このように、本実施例では、配管２００や配管４００を設置することにより、つまり、配管２００や配管４００を流通する蒸気により、高圧タービン３０の回転体と静止体との熱伸び差、および、中圧タービン４０の回転体と静止体との熱伸び差を解消し、蒸気タービン発電設備の起動時間を短縮することができる。そして、この蒸気タービン発電設備にて生成した蒸気を使用することにより、つまり、この蒸気タービン発電設備として、蒸気を供給（生成）するための他の供給源を設置することなく、蒸気を供給するためのエネルギの増加が必要ないため、効率の低下を抑制することができる。
また、本実施例に記載する蒸気タービン発電設備は、配管８００に、高圧タービン３０に流入する蒸気の蒸気量を調整するバルブＭ（主蒸気止め弁（ＭＳＶ）１および主蒸気量調整弁（ＭＣＶ）２）、配管９００の分岐後に、中圧タービン４０に流入する蒸気の蒸気量を調整するバルブＡ（第１バルブ）（中圧タービン流入蒸気止め弁（ＡＳＶ）３および中圧タービン流入蒸気量調整弁（ＡＣＶ）４）（配管９００が分岐された後の中圧タービン４０に向かう配管に設置）、配管５００の分岐後に、第１低圧タービン６０に流入する蒸気の蒸気量を調整するバルブＥ（第３バルブ）（低圧タービン流入蒸気止め弁（ＥＳＶ）１０および低圧タービン流入蒸気量調整弁（ＥＣＶ）１１）（配管５００が分岐された後の第１低圧タービン６０に向かう配管に設置）、を有する。
更に、配管２００に、ヒーティング部７００に流入する蒸気（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気）の蒸気量を調整するバルブＢ（第２バルブ）（第一車室フランジ流入蒸気止め弁（ＢＳＶ）５および第一車室フランジ流入蒸気量調整弁（ＢＣＶ）６）（配管９００が分岐された後のヒーティング部７００に向かう配管２００に設置）、配管４００に、ヒーティング部７００に流入する蒸気（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気）の蒸気量を調整するバルブＣ（第４バルブ）（第二車室フランジ流入蒸気止め弁（ＣＳＶ）７および第二車室フランジ流入蒸気量調整弁（ＣＣＶ）８）（配管５００が分岐された後のヒーティング部７００に向かう配管４００に設置）、配管６００に、第１復水器８０に流入する蒸気の流通をＯＮ／ＯＦＦするバルブＤ（中圧タービン流出蒸気（真空）止め弁（ＤＳＶ）９）、を有する。
つまり、第１バルブ（バルブＡ）は、高圧タービン３０で仕事をした蒸気を中圧タービン４０に流入させる配管９００（分岐後）に、第２バルブ（バルブＢ）は、高圧タービン３０で仕事をした蒸気を中圧タービン４０に流入させる配管９００から分岐され、高圧タービン３０で仕事をした蒸気をヒーティング部７００に流入させる配管２００に、第３バルブ（バルブＥ）は、中圧タービン４０で仕事をした蒸気を第１低圧タービン６０に流入させる配管５００（分岐後）に、第４バルブ（バルブＣ）は、中圧タービン４０で仕事をした蒸気を第１低圧タービン６０に流入させる配管５００から分岐され、中圧タービン４０で仕事をした蒸気をヒーティング部７００に流入させる配管４００に、それぞれ設置される。
本実施例に記載する蒸気タービン発電設備の運転方法は、以下のとおりであり、バルブの開閉を操作する方法を示すものである。
低負荷帯（第１の負荷帯）での運転では、バルブＡ、バルブＣ、バルブＥは閉状態、バルブＢ、バルブＤ、バルブＭは開状態とする。
ボイラ２０から高圧タービン３０に蒸気が流入（バルブＭが開）し、高圧タービン３０の駆動によって、発電機５０は駆動する。
高圧タービン３０で仕事をした蒸気は、ボイラ２０にて再熱され、配管２００を流通（バルブＡが閉、バルブＢが開）し、ヒーティング部７００に流入する。
そして、この蒸気は、高圧タービン３０および中圧タービン４０の車室フランジにおいて、ヒーティング部７００の車室フランジヒーティング部加熱用蒸気に使用される。その後、低温度となった車室フランジヒーティングに使用された蒸気は、配管３００を流通し、第１復水器８０に流入し、復水する。
低中負荷帯（第１の負荷帯よりも負荷の大きい第２の負荷帯）での運転では、バルブＭは開状態、バルブＡ、バルブＣは閉状態から開状態に移行し、バルブＢ、バルブＤは開状態から閉状態に移行し、バルブＥは閉状態とする。
ボイラ２０から高圧タービン３０に蒸気が流入（バルブＭが開）し、高圧タービン３０で仕事をした蒸気は、ボイラ２０にて再熱され、配管９００を流通（バルブＡが開、バルブＢが閉）し、中圧タービン４０に流入し、高圧タービン３０および中圧タービン４０の駆動によって、発電機５０は駆動する。
中圧タービン４０で仕事をした蒸気は、配管４００を流通（バルブＣが開、バルブＥが閉）し、ヒーティング部７００に流入する。
そして、この蒸気は、高圧タービン３０および中圧タービン４０の車室フランジにおいて、ヒーティング部７００の車室フランジヒーティング部加熱用蒸気に使用される。その後、低温度となった車室フランジヒーティングに使用された蒸気は、配管３００を流通し、第１復水器８０に流入し、復水する。
中負荷帯（第２の負荷帯よりも負荷の大きい第３の負荷帯）での運転では、バルブＡ、バルブＭは開状態、バルブＣは開状態から閉状態に移行し、バルブＥは閉状態から開状態に移行し、バルブＢ、バルブＤは閉状態とする。
ボイラ２０から高圧タービン３０に蒸気が流入（バルブＭが開）し、高圧タービン３０で仕事をした蒸気は、ボイラ２０にて再熱され、配管９００を流通（バルブＡが開、バルブＢが閉）し、中圧タービン４０に流入し、中圧タービン４０で仕事をした蒸気は、配管５００を流通（バルブＣが閉、バルブＥが開）し、第１低圧タービン６０に流入し、高圧タービン３０、中圧タービン４０および第１低圧タービン６０の駆動によって、発電機５０は駆動する。そして、第１低圧タービン６０で仕事をした蒸気は、第１復水器８０に流入し、復水する。
なお、この中負荷帯での運転では、高圧タービン３０および中圧タービン４０の車室フランジのヒーティング部７００には、車室フランジヒーティング部加熱用蒸気は流通しない。
このように、本実施例によれば、タービンの回転体と静止体との（ヒーティング部７００における）熱伸び差を解消し、蒸気タービン発電設備の起動時間を短縮すると共に、蒸気タービン発電設備の効率の低下を抑制する蒸気タービン発電設備および蒸気タービン発電設備の運転方法を提供することができる。
図２は、実施例２に記載する蒸気タービン発電設備の構造を表す模式図である。
本実施例に記載する蒸気タービン発電設備は、蒸気を生成するボイラ２０、ボイラ２０で生成した蒸気が流入する高圧タービン（ＨＰ）３０、高圧タービン３０で仕事をした蒸気が流入する中圧タービン（ＩＰ）４０、中圧タービン４０で仕事をした蒸気が流入する第１低圧タービン（ＬＰ１）６０、高圧タービン３０、中圧タービン４０、および／または第１低圧タービン６０によって駆動する発電機（ＧＥＮ）５０、第１低圧タービン６０で仕事をした蒸気を復水する第１復水器８０、を有する。
本実施例は、高圧タービン３０で仕事をした蒸気を、ボイラ２０で再熱せず、中圧タービン４０に、直接、流入させる点で、実施例１と異なる。つまり、配管９００は、高圧タービン３０と中圧タービン４０とを連結する。
なお、他の配管は、実施例１と同様である。また、バルブの設置位置も、実施例１と同様である。
更には、本実施例に記載する蒸気タービン発電設備の運転方法も、実施例１と同様である。
このように、本実施例に記載する蒸気タービン発電設備および蒸気タービン発電設備の運転方法も、実施例１に記載する蒸気タービン設備および蒸気タービン発電設備の運転方法と同様の効果を有する。
図３は、実施例３に記載する蒸気タービン発電設備の構造を表す模式図である。
本実施例に記載する蒸気タービン発電設備は、蒸気を生成するボイラ２０、ボイラ２０で生成した蒸気が流入する高圧タービン（ＨＰ）３０、高圧タービン３０で仕事をした蒸気（再熱蒸気）が流入する中圧タービン（ＩＰ）４０、中圧タービン４０で仕事をした蒸気が流入する第１低圧タービン（ＬＰ１）６０、中圧タービン４０で仕事をした蒸気が流入する第２低圧タービン（ＬＰ２）７０、高圧タービン３０、中圧タービン４０、第１低圧タービン６０、および／または第２低圧タービン（ＬＰ２）７０によって駆動する発電機（ＧＥＮ）５０、第１低圧タービン６０で仕事をした蒸気を復水する第１復水器８０、第２低圧タービン７０で仕事をした蒸気を復水する第２復水器９０、を有する。
また、第１低圧タービン６０と第２低圧タービン７０との間にはクラッチ１００が設置される。クラッチ１００によって、第１低圧タービン６０と第２低圧タービン７０との接続状態を入り切りする。
なお、本実施例では、高圧タービン３０、中圧タービン４０、発電機５０、第１低圧タービン６０、第２低圧タービン７０が、この順番にて連結されている。
なお、高圧タービン３０、中圧タービン４０、第１低圧タービン６０、第２低圧タービン７０は、蒸気タービンである。
そして、高圧タービン３０および中圧タービン４０の回転軸近傍（車室フランジ）には、車室フランジヒーティング部（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気管）（以下「ヒーティング部」と称する場合がある）７００が形成される。このヒーティング部７００は、高圧タービン３０および中圧タービン４０を連通して形成される。このヒーティング部７００には、蒸気が流入し、高圧タービン３０の回転体（ロータ）と静止体（ケーシング）との熱伸び差、および、中圧タービン４０の回転体（ロータ）と静止体（ケーシング）との熱伸び差を解消する。これにより、蒸気タービン発電設備の起動時間を短縮することができる。
また、本実施例に記載する蒸気タービン発電設備は、ボイラ２０で生成した蒸気を高圧タービン３０の前段側に流入させる配管８００（主蒸気流入管）、高圧タービン３０で仕事をした蒸気（再熱蒸気）を中圧タービン４０の前段側に流入（高圧タービン３０の後段側から流出）させる配管９００（中圧タービン蒸気流入管）、中圧タービン４０で仕事をした蒸気を第１低圧タービン６０の前段側および／または第２低圧タービン７０の前段側に流入（低圧タービン４０の後段側から流出）させる配管（低圧タービン蒸気流入管）５００、を有する。
なお、本実施例では、高圧タービン３０で仕事をした蒸気を、ボイラ２０で再熱し、中圧タービン４０に、再熱蒸気として流入させる。つまり、配管９００は、高圧タービン３０、ボイラ２０、中圧タービン４０を連結する。
更に、配管９００から分岐して、高圧タービン３０で仕事をした蒸気（再熱蒸気）を、ヒーティング部（車室フランジ）７００に流入させる配管２００（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気流入管）、ヒーティング部７００で仕事をした蒸気を第１復水器８０に流入させる配管３００（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気腹水管）、配管５００から分岐して、中圧タービン４０で仕事をした蒸気を、ヒーティング部（車室フランジ）７００に流入させる配管４００（第二車室フランジヒーティング部加熱用蒸気流入管）、を有する。
つまり、本実施例では、高圧タービン３０で仕事をした蒸気をヒーティング部（車室フランジ）７００に流入させる配管２００を有し、配管２００は、高圧タービン３０で仕事をした蒸気を中圧タービン４０に流入させる配管９００から分岐する配管である。
また、本実施例では、中圧タービン４０で仕事をした蒸気をヒーティング部（車室フランジ）７００に流入させる配管４００を有し、配管４００は、中圧タービン４０で仕事をした蒸気を第１低圧タービン６０および／または第２低圧タービン７０に流入させる配管５００から分岐する配管である。
更に、中圧タービン４０の温度上昇を抑制するため、中圧タービン４０で仕事をした蒸気を、中圧タービン４０の後段側から、第１低圧タービン６０をバイパスさせて、第１復水器８０に流入させる配管６００（第１復水器流入管）を有する。
配管２００（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気流入管）を流通する蒸気は、ヒーティング部７００を加熱（車室フランジヒーティング）するための蒸気（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気）であり、中圧タービン４０の後段側のヒーティング部７００から流入し、高圧タービン３０の前段側のヒーティング部７００から流出する。
つまり、高圧タービン３０で仕事をした蒸気をヒーティング部（車室フランジ）７００に流入させる配管２００は、中圧タービン４０の後段側のヒーティング部（車室フランジ）７００に、連結される。
同様に、配管４００（第二車室フランジヒーティング部加熱用蒸気流入管）を流通する蒸気は、ヒーティング部７００を加熱（車室フランジヒーティング）するための蒸気（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気）であり、中圧タービン４０の後段側のヒーティング部７００から流入し、高圧タービン３０の前段側のヒーティング部７００から流出する。
つまり、中圧タービン４０で仕事をした蒸気をヒーティング部（車室フランジ）７００に流入させる配管４００は、中圧タービン４０の後段側のヒーティング部（車室フランジ）７００に、連結される。
このように、本実施例では、配管２００や配管４００を設置することにより、つまり、配管２００や配管４００を流通する蒸気により、高圧タービン３０の回転体と静止体との熱伸び差、および、中圧タービン４０の回転体と静止体との熱伸び差を解消し、蒸気タービン発電設備の起動時間を短縮することができる。そして、この蒸気タービン発電設備にて生成した蒸気を使用することにより、つまり、この蒸気タービン発電設備として、蒸気を供給（生成）するための他の供給源を設置することなく、蒸気を供給するためのエネルギの増加が必要ないため、効率の低下を抑制することができる。
また、本実施例に記載する蒸気タービン発電設備は、配管８００に、高圧タービン３０に流入する蒸気の蒸気量を調整するバルブＭ（主蒸気止め弁（ＭＳＶ）１および主蒸気量調整弁（ＭＣＶ）２）、配管９００の分岐後に、中圧タービン４０に流入する蒸気の蒸気量を調整するバルブＡ（第１バルブ）（中圧タービン流入蒸気止め弁（ＡＳＶ）３および中圧タービン流入蒸気量調整弁（ＡＣＶ）４）（配管９００が分岐された後の中圧タービン４０に向かう配管に設置）、配管５００の分岐後に、第１低圧タービン６０に流入する蒸気の蒸気量を調整するバルブＥ（第３バルブ）（低圧タービン流入蒸気止め弁（ＥＳＶ）１０および低圧タービン流入蒸気量調整弁（ＥＣＶ）１１）（配管５００が分岐された後の第１低圧タービン６０に向かう配管に設置）、第２低圧タービン７０に流入する蒸気の蒸気量を調整するバルブＦ（第２低圧タービン流入蒸気（クロスオーバー）止め弁（ＦＳＶ）１２および第２低圧タービン流入蒸気量（クロスオーバー）調整弁（ＦＣＶ）１３）、を有する。
なお、バルブＦは、第２低圧タービン７０に流入する蒸気の蒸気量を調整するものであり、特に、第１低圧タービン６０に流入する蒸気が少ない場合に、第１低圧タービン６０と第２低圧タービン７０との間における蒸気の分配を停止するものである。これにより、第１低圧タービン６０に流入する蒸気が少ない状態を防止することができる。
更に、配管２００に、ヒーティング部７００に流入する蒸気（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気）の蒸気量を調整するバルブＢ（第２バルブ）（第一車室フランジ流入蒸気止め弁（ＢＳＶ）５および第一車室フランジ流入蒸気量調整弁（ＢＣＶ）６）（配管９００が分岐された後のヒーティング部７００に向かう配管２００に設置）、配管４００に、ヒーティング部７００に流入する蒸気（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気）の蒸気量を調整するバルブＣ（第４バルブ）（第二車室フランジ流入蒸気止め弁（ＣＳＶ）７および第二車室フランジ流入蒸気量調整弁（ＣＣＶ）８）（配管５００が分岐された後のヒーティング部７００に向かう配管４００に設置）、配管６００に、第１復水器８０に流入する蒸気の流通をＯＮ／ＯＦＦするバルブＤ（蒸気止め弁（ＤＳＶ）９）、を有する。
つまり、第１バルブ（バルブＡ）は、高圧タービン３０で仕事をした蒸気を中圧タービン４０に流入させる配管９００（分岐後）に、第２バルブ（バルブＢ）は、高圧タービン３０で仕事をした蒸気を中圧タービン４０に流入させる配管９００から分岐され、高圧タービン３０で仕事をした蒸気をヒーティング部７００に流入させる配管２００に、第３バルブ（バルブＥ）は、中圧タービン４０で仕事をした蒸気を第１低圧タービン６０および／または第２低圧タービン７０に流入させる配管５００（分岐後）に、第４バルブ（バルブＣ）は、中圧タービン４０で仕事をした蒸気を第１低圧タービン６０および／または第２低圧タービン７０に流入させる配管５００から分岐され、中圧タービン４０で仕事をした蒸気をヒーティング部７００に流入させる配管４００に、それぞれ設置される。
本実施例に記載する蒸気タービン発電設備の運転方法は、以下のとおりであり、バルブの開閉を操作する方法を示すものである。
低負荷帯（第１の負荷帯）での運転では、バルブＡ、バルブＣ、バルブＥは閉状態、バルブＢ、バルブＤ、バルブＦ、バルブＭは開状態とする。
ボイラ２０から高圧タービン３０に蒸気が流入（バルブＭが開）し、高圧タービン３０の駆動によって、発電機５０は駆動する。
高圧タービン３０で仕事をした蒸気は、ボイラ２０にて再熱され、配管２００を流通（バルブＡが閉、バルブＢが開）し、ヒーティング部７００に流入する。
そして、この蒸気は、高圧タービン３０および中圧タービン４０の車室フランジにおいて、ヒーティング部７００の車室フランジヒーティング部加熱用蒸気に使用される。その後、低温度となった車室フランジヒーティングに使用された蒸気は、配管３００を流通し、第１復水器８０に流入し、復水する。
低中負荷帯（第１の負荷帯よりも負荷の大きい第２の負荷帯）での運転では、バルブＭは開状態、バルブＡ、バルブＣは閉状態から開状態に移行し、バルブＢ、バルブＤは開状態から閉状態に移行し、バルブＥ、バルブＦは閉状態とする。
ボイラ２０から高圧タービン３０に蒸気が流入（バルブＭが開）し、高圧タービン３０で仕事をした蒸気は、ボイラ２０にて再熱され、配管９００を流通（バルブＡが開、バルブＢが閉）し、中圧タービン４０に流入し、高圧タービン３０および中圧タービン４０の駆動によって、発電機５０は駆動する。
中圧タービン４０で仕事をした蒸気は、配管４００を流通（バルブＣが開、バルブＥが閉）し、ヒーティング部７００に流入する。
そして、この蒸気は、高圧タービン３０および中圧タービン４０の車室フランジにおいて、ヒーティング部７００の車室フランジヒーティング部加熱用蒸気に使用される。その後、低温度となった車室フランジヒーティングに使用された蒸気は、配管３００を流通し、第１復水器８０に流入し、復水する。
中負荷帯（第２の負荷帯よりも負荷の大きい第３の負荷帯）での運転では、バルブＡ、バルブＭは開状態、バルブＣは開状態から閉状態に移行し、バルブＥは閉状態から開状態に移行し、バルブＢ、バルブＤ、バルブＦは閉状態とする。
ボイラ２０から高圧タービン３０に蒸気が流入（バルブＭが開）し、高圧タービン３０で仕事をした蒸気は、ボイラ２０にて再熱され、配管９００を流通（バルブＡが開、バルブＢが閉）し、中圧タービン４０に流入し、中圧タービン４０で仕事をした蒸気は、配管５００を流通（バルブＣが閉、バルブＥが開、バルブＦが閉）し、第１低圧タービン６０に流入し、高圧タービン３０、中圧タービン４０および第１低圧タービン６０の駆動によって、発電機５０は駆動する。そして、第１低圧タービン６０で仕事をした蒸気は、第１復水器８０に流入し、復水する。
なお、この中負荷帯での運転では、高圧タービン３０および中圧タービン４０の車室フランジのヒーティング部７００には、車室フランジヒーティング部加熱用蒸気は流通しない。
高負荷帯（第３の負荷帯よりも負荷の大きい第４の負荷帯）での運転では、バルブＡ、バルブＥ、バルブＭは開状態、バルブＦは閉状態から開状態に移行し、バルブＢ、バルブＣ、バルブＤは閉状態とする。
ボイラ２０から高圧タービン３０に蒸気が流入（バルブＭが開）し、高圧タービン３０で仕事をした蒸気は、ボイラ２０にて再熱され、配管９００を流通（バルブＡが開、バルブＢが閉）し、中圧タービン４０に流入し、中圧タービン４０で仕事をした蒸気は、配管５００を流通（バルブＣが閉、バルブＥが開、バルブＦが開）し、第１低圧タービン６０、第２低圧タービン７０に流入し、高圧タービン３０、中圧タービン４０、第１低圧タービン６０および第２低圧タービン７０によって、発電機５０は駆動する。そして、第１低圧タービン６０で仕事をした蒸気は、第１復水器８０に、および、第２低圧タービン７０で仕事をした蒸気は、第２復水器９０に、流入し、復水する。
なお、この際、第１低圧タービン６０と第２低圧タービン７０との間に設置されるクラッチ１００によって、第１低圧タービン６０と第２低圧タービン７０との接続状態は入りの状態である。
なお、この高負荷帯での運転でも、高圧タービン３０および中圧タービン４０の車室フランジのヒーティング部７００には、車室フランジヒーティング部加熱用蒸気は流通しない。
なお、本実施例では、配管５００は、中圧タービン４０で仕事をした蒸気を第１低圧タービン６０の前段側および／または第２低圧タービン７０の前段側に流入させるクロスオーバー（ＸＯ）管である。
このように、本実施例によれば、タービンの回転体と静止体との（ヒーティング部７００における）熱伸び差を解消し、蒸気タービン発電設備の起動時間を短縮すると共に、蒸気タービン発電設備の効率の低下を抑制する蒸気タービン発電設備および蒸気タービン発電設備の運転方法を提供することができる。
図４は、実施例４に記載する蒸気タービン発電設備の構造を表す模式図である。
本実施例に記載する蒸気タービン発電設備は、蒸気を生成するボイラ２０、ボイラ２０で生成した蒸気が流入する高圧タービン（ＨＰ）３０、高圧タービン３０で仕事をした蒸気が流入する中圧タービン（ＩＰ）４０、中圧タービン４０で仕事をした蒸気が流入する第１低圧タービン（ＬＰ１）６０、中圧タービン４０で仕事をした蒸気が流入する第２低圧タービン（ＬＰ２）７０、高圧タービン３０、中圧タービン４０、第１低圧タービン６０、および／または第２低圧タービン７０によって駆動する発電機（ＧＥＮ）５０、第１低圧タービン６０で仕事をした蒸気を復水する第１復水器８０、第２低圧タービン７０で仕事をした蒸気を復水する第２復水器９０、を有する。
本実施例は、高圧タービン３０で仕事をした蒸気を、ボイラ２０で再熱せず、中圧タービン４０に、直接、流入させる点で、実施例３と異なる。つまり、配管９００は、高圧タービン３０と中圧タービン４０とを連結する。
なお、他の配管は、実施例３と同様である。また、バルブの設置位置も、実施例３と同様である。
更には、本実施例に記載する蒸気タービン発電設備の運転方法も、実施例３と同様である。
このように、本実施例に記載する蒸気タービン発電設備および蒸気タービン発電設備の運転方法も、実施例３に記載する蒸気タービン設備および蒸気タービン発電設備の運転方法と同様の効果を有する。
このように、これら実施例では、タービン車室のフランジ部（ヒーティング部）を、蒸気（車室フランジヒーティング部加熱用蒸気）を使用して、加熱（車室フランジヒーティング）するものである。そして、この蒸気に、高圧タービンまたは中圧タービンから流出する蒸気を使用することにより、蒸気タービン発電設備の起動時間（低負荷帯及び低中負荷帯の時間）を短縮すると共に、蒸気タービン発電設備の効率の低下を抑制することができる。
また、これら実施例では、蒸気量に応じて（負荷帯に応じて）効率の良い蒸気タービンの組合せを実現すると共に、低負荷帯または低中負荷帯に、高圧タービンまたは中圧タービンで仕事をした高温の蒸気（余剰蒸気）を、有効に、車室フランジヒーティング部加熱用蒸気として使用することができるため、蒸気タービン発電設備の起動時間を短縮すると共に、蒸気タービン発電設備の効率の低下を抑制することができる。
つまり、蒸気タービンの起動過程（低負荷帯及び低中負荷帯）の回転体と静止体との熱伸び差による軸振動や両者の接触を防止するための対応が、蒸気タービンの起動時間を遅延させており、起動時間を短縮するためには、回転体と静止体との熱伸び差を早期に解消する必要があった。これら実施例では、温度上昇の時間的変化が回転体に対して緩慢な静止体（特に、車室のうち相対的に体積の大きな車室フランジ）を、蒸気タービンの起動過程で加熱することにより、回転体と静止体との熱伸び差を早期に解消することができ、蒸気タービンの起動時間の遅延を抑制することができる。
また、回転体と静止体との熱伸び差を解消するために使用する蒸気を、外部から供給するのではなく、クローズした一つの蒸気タービン発電設備から供給することにより、車室フランジヒーティング中であっても、その蒸気タービン発電設備の効率を維持することができる。
また、これら実施例では、低出力運転（蒸気タービンの起動過程）においては、翼長の長い低圧タービン（第１低圧タービン６０及び／又は第２低圧タービン７０）に蒸気を流入させないため、低圧タービンにおいては、蒸気の流入（流速や流量）による影響を受けることがない。つまり、低圧タービンの翼面における蒸気流の剥離などによる翼の損失がなく、低圧タービンの性能が低下することがない。
これら実施例によれば、安定した電力供給のために、低負荷から高負荷までの幅広い領域に、バルブ操作を対応させ、それぞれの領域において、それぞれの蒸気タービンの性能を維持することができる。そして、起動時間を短縮し、効率低下を抑制し、低負荷帯から高負荷帯までの幅広い領域において、それぞれの蒸気タービンの性能を維持することができる。
なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
１…主蒸気止め弁、２…主蒸気量調節弁、３…中圧タービン流入蒸気止め弁、４…中圧タービン流入蒸気量調整弁、５…車室フランジ流入蒸気止め弁、６…車室フランジ流入蒸気量調節弁、７…車室フランジ流入蒸気止め弁、８…車室フランジ流入蒸気量調整弁、９…中圧タービン流出蒸気止め弁、１０…低圧タービン流入蒸気止め弁、１１…低圧タービン流入蒸気量調節弁、１２…第２低圧タービン流入蒸気止め弁、１３…第２低圧タービン流入蒸気量調節弁、２０…ボイラ、３０…高圧タービン、４０…中圧タービン、５０…発電機、６０…第１低圧タービン、７０…第２低圧タービン、８０…第１復水器、９０…第２復水器、１００…クラッチ、７００…ヒーティング部

Claims (9)

  1. 蒸気を生成するボイラと、前記ボイラで生成された蒸気が流入する高圧タービンと、前記高圧タービンで仕事をした蒸気が流入する中圧タービンと、前記中圧タービンで仕事をした蒸気が流入する低圧タービンと、を有し、
    前記高圧タービンおよび前記中圧タービンは、これらを連通して形成されるヒーティング部を有し、
    前記高圧タービンで仕事をした蒸気を前記ヒーティング部に流入させる配管および前記高圧タービンで仕事をした蒸気を前記中圧タービンに流入させる配管を有し、
    前記高圧タービンで仕事をした蒸気を前記ヒーティング部に流入させる配管は、前記高圧タービンで仕事をした蒸気を前記中圧タービンに流入させる配管から分岐する配管であり、前記中圧タービンの後段側のヒーティング部に連結され、前記高圧タービンで仕事をした蒸気を、前記中圧タービンの後段側のヒーティング部に流入させ、前記高圧タービンの前段側のヒーティング部から流出させることを特徴とする蒸気タービン発電設備。
  2. 前記中圧タービンで仕事をした蒸気を前記ヒーティング部に流入させる配管を有することを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン発電設備。
  3. 前記中圧タービンで仕事をした蒸気を前記ヒーティング部に流入させる配管は、前記中圧タービンの後段側のヒーティング部に、連結されることを特徴とする請求項２に記載の蒸気タービン発電設備。
  4. 前記中圧タービンで仕事をした蒸気を前記低圧タービンに流入させる配管を有し、
    前記中圧タービンで仕事をした蒸気を前記ヒーティング部に流入させる配管は、前記中圧タービンで仕事をした蒸気を前記低圧タービンに流入させる配管から分岐する配管であることを特徴とする請求項３に記載の蒸気タービン発電設備。
  5. 前記高圧タービンで仕事をした蒸気を前記中圧タービンに流入させる配管、および、前記高圧タービンで仕事をした蒸気を前記中圧タービンに流入させる配管から分岐し、前記高圧タービンで仕事をした蒸気を前記ヒーティング部に流入させる配管には、蒸気量を調整するバルブを有することを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン発電設備。
  6. 前記中圧タービンで仕事をした蒸気を前記低圧タービンに流入させる配管、および、前記中圧タービンで仕事をした蒸気を前記低圧タービンに流入させる配管から分岐し、前記中圧タービンで仕事をした蒸気を前記ヒーティング部に流入させる配管には、蒸気量を調整するバルブを有することを特徴とする請求項５に記載の蒸気タービン発電設備。
  7. 高圧タービンで仕事をした蒸気を中圧タービンに流入させる配管に設置される第１バルブと、前記高圧タービンで仕事をした蒸気を前記中圧タービンに流入させる配管から分岐され、前記高圧タービンで仕事をした蒸気をヒーティング部に流入させる配管に設置される第２バルブと、前記中圧タービンで仕事をした蒸気を低圧タービンに流入させる配管に設置される第３バルブと、前記中圧タービンで仕事をした蒸気を前記低圧タービンに流入させる配管から分岐され、前記中圧タービンで仕事をした蒸気を前記ヒーティング部に流入させる配管に設置される第４バルブと、の開閉を操作する蒸気タービン発電設備の運転方法であって、
    第１の負荷帯での運転では、第１バルブ、第３バルブ、および、第４バルブを閉状態、第２バルブを開状態とし、前記高圧タービンで仕事をした蒸気を、前記中圧タービンの後段側のヒーティング部に流入させ、前記高圧タービンの前段側のヒーティング部から流出させることを特徴とする蒸気タービン発電設備の運転方法。
  8. 前記第１の負荷帯よりも負荷の大きい第２の負荷帯での運転では、第１バルブ、および、第４バルブを開状態、第２バルブ、および、第３バルブを閉状態とすることを特徴とする請求項７に記載の蒸気タービン発電設備の運転方法。
  9. 前記第２の負荷帯よりも負荷の大きい第３の負荷帯での運転では、第１バルブ、および、第３バルブを開状態、第２バルブ、および、第４バルブを閉状態とすることを特徴とする請求項８に記載の蒸気タービン発電設備の運転方法。
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