JP7249133B2 - 蒸気タービン設備及びこれを備えたコンバインドサイクルプラント並びに蒸気タービン設備の改造方法 - Google Patents
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Description
第1タービン、および、前記第1タービンよりも入口蒸気圧が低い第2タービンを含む複数のタービンと、
前記複数のタービンのうち最も入口蒸気圧が低い低圧タービンからの排気が導かれるように構成された復水器と、
前記第1タービンの入口に接続される第1蒸気ラインと、
前記第2タービンの入口に接続される第2蒸気ラインと、
前記第2蒸気ラインに設けられる再熱器と、
前記第2蒸気ラインから分岐して、前記第2タービンを経由せずに前記復水器に至る第2バイパスライン、または、前記低圧タービンの入口に接続される低圧蒸気ラインから分岐して、前記低圧タービンを経由せずに前記復水器に至る低圧バイパスラインの少なくとも一方と、
前記第2バイパスライン又は前記低圧バイパスラインの一方と、前記第1蒸気ラインとを連通させるための接続ラインと、を備え、
前記接続ラインは、前記第1タービンおよび前記再熱器を経由せず、前記第2バイパスライン又は前記低圧バイパスラインの前記一方および前記接続ラインを経由して前記第1蒸気ラインから前記復水器に至る第1バイパスラインを形成する。
また、上記(1)の構成によれば、第1タービンをバイパスする第1バイパスラインの一部を構成する接続ラインは、他のタービンのためのバイパスライン(即ち、第2バイパスライン又は低圧バイパスライン)と第1蒸気ラインとを連通させるようになっている。このため、第1タービン以外のタービンのためのバイパスライン(第2バイパスライン又は低圧バイパスライン)を第1バイパスラインの一部としても兼用できることとなり、蒸気タービン設備の簡素化を図れる。
よって、復水器の冷却負荷の増加を抑制しながら余剰蒸気をダンプ可能な蒸気タービン設備を簡素な構成にて実現できる。
前記蒸気タービン設備は、
前記接続ラインに設けられた第1バイパス弁をさらに備える。
この点、上記(2)の構成によれば、接続ライン自体に第1バイパス弁を設けたので、第1バイパスラインを介した余剰蒸気のダンプが不要な場合に第1バイパス弁を閉じることで、接続ラインを介した第1蒸気ラインからの蒸気の流出を防止できる。
これにより、蒸気タービン設備の運転中に復水器にバイパスする蒸気量を制御し、復水器の冷却負荷を調整することができる。
前記蒸気タービン設備は、
前記第1タービンを経由せず、前記再熱器を経由して前記第1蒸気ラインから前記復水器に至る第3バイパスラインを備える。
前記蒸気タービン設備は、
前記第1蒸気ラインに供給される蒸気が貯留される第1ドラムと、
前記第1蒸気ラインに設けられ、前記第1タービンに供給される蒸気の流れを調節するための第1蒸気弁と、
前記第2蒸気ラインに設けられ、前記第2タービンに供給される蒸気の流れを調節するための第2蒸気弁と、をさらに備え、
前記接続ラインは、
前記第1蒸気ラインのうち前記第1ドラムと前記第1蒸気弁との間の部位、又は、前記第1蒸気ラインの前記部位から分岐する管に接続された第1端と、
前記第2蒸気ラインのうち前記再熱器と前記第2蒸気弁との間の部位、又は、前記第2蒸気ラインの前記部位から分岐する前記第2バイパスラインに接続された第2端と、を有する。
また、接続ラインの第2端の接続位置が再熱器よりも下流側、かつ、第2蒸気弁よりも上流側であるため、再熱器及び第2タービンを経由しない第1バイパスラインを接続ラインによって形成することができる。これにより、第2タービンへの通気前において、復水器の冷却負荷の増大を抑制しながら、第1蒸気ラインの余剰蒸気の復水器へのダンプを行うことができる。
前記蒸気タービン設備は、
前記第1蒸気ラインに供給される蒸気が生成される第1ドラムと、
前記第1蒸気ラインに設けられ、前記第1タービンに供給される蒸気の流れを調節するための第1蒸気弁と、
前記低圧蒸気ラインに供給される蒸気が生成される低圧ドラムと、
前記低圧蒸気ラインに設けられ、前記低圧タービンに供給される蒸気の流れを調節するための低圧蒸気弁と、をさらに備え、
前記接続ラインは、
前記第1蒸気ラインのうち前記第1ドラムと前記第1蒸気弁との間の部位、又は、前記第1蒸気ラインの前記部位から分岐する管に接続された第1端と、
前記低圧蒸気ラインのうち前記低圧ドラムと前記低圧蒸気弁との間の部位、又は、前記低圧蒸気ラインの前記部位から分岐する前記低圧バイパスラインに接続された第2端と、を有する。
また、接続ラインの第2端の接続位置が低圧蒸気弁よりも上流側であるため、再熱器及び低圧タービンを経由しない第1バイパスラインを接続ラインによって形成することができる。これにより、低圧タービンへの通気前において、復水器の冷却負荷の増大を抑制しながら、第1蒸気ラインの余剰蒸気の復水器へのダンプを行うことができる。
上記(1)乃至(5)の何れかに記載の蒸気タービン設備と、
ガスタービンと、
前記ガスタービンからの排ガスの熱を用いて蒸気を生成するように構成されたボイラと、を備え、
前記蒸気タービン設備の前記第1蒸気ライン、前記第2蒸気ライン又は前記低圧蒸気ラインに、前記ボイラからの蒸気が供給されるように構成される。
この点、上記(6)の構成のコンバインドサイクルプラントは、上記(1)で述べたとおり、接続ラインにより形成される第1バイパスラインを介して、余剰蒸気のダンプに伴う復水器の冷却負荷の増大を抑制可能な蒸気タービン設備を具備するので、高速起動を実現することができる。
第1タービン、および、前記第1タービンよりも入口蒸気圧が低い第2タービンを含む複数のタービンと、
前記複数のタービンのうち最も入口蒸気圧が低い低圧タービンからの排気が導かれるように構成された復水器と、
前記第1タービンの入口に接続される第1蒸気ラインと、
前記第2タービンの入口に接続される第2蒸気ラインと、
前記第2蒸気ラインに設けられる再熱器と、
前記第2蒸気ラインから分岐して、前記第2タービンを経由せずに前記復水器に至る第2バイパスライン、または、前記低圧タービンの入口に接続される低圧蒸気ラインから分岐して、前記低圧タービンを経由せずに前記復水器に至る低圧バイパスラインの少なくとも一方と、
を含む蒸気タービン設備の改造方法であって、
前記蒸気タービン設備に接続ラインを追加設置し、前記第1タービンおよび前記再熱器を経由せず、前記第2バイパスライン又は前記低圧バイパスラインと前記接続ラインを経由して前記第1蒸気ラインから前記復水器に至る第1バイパスラインを形成するステップと、
を備える。
また、上記(7)の改造方法では、第1タービンをバイパスする第1バイパスラインを形成するに際して、基本的には接続ラインの追加設置作業を行えば足り、復水器への新規ラインの接続作業は不要である。よって、蒸気タービン設備の改造工事に要するコスト及び期間を低減できる。
前記接続ラインに第1バイパス弁を設けるステップをさらに備える。
これにより、蒸気タービン設備の運転中に復水器にバイパスする蒸気量を制御し、復水器の冷却負荷を調整することができる。
前記蒸気タービン設備は、
前記第1蒸気ラインに供給される蒸気が貯留される第1ドラムと、
前記第1蒸気ラインに設けられ、前記第1タービンに供給される蒸気の流れを調節するための第1蒸気弁と、
前記第2蒸気ラインに設けられ、前記第2タービンに供給される蒸気の流れを調節するための第2蒸気弁と、をさらに含み、
前記第1バイパスラインを形成するステップは、
前記接続ラインの第1端を、前記第1蒸気ラインのうち前記第1ドラムと前記第1蒸気弁との間の部位、又は、前記第1蒸気ラインの前記部位から分岐する管に接続するステップと、
前記接続ラインの第2端を、前記第2蒸気ラインのうち前記再熱器と前記第2蒸気弁との間の部位、又は、前記第2蒸気ラインの前記部位から分岐する前記第2バイパスラインに接続するステップと、を含む。
前記蒸気タービン設備は、
前記第1蒸気ラインに供給される蒸気が生成される第1ドラムと、
前記第1蒸気ラインに設けられ、前記第1タービンに供給される蒸気の流れを調節するための第1蒸気弁と、
前記低圧蒸気ラインに供給される蒸気が生成される低圧ドラムと、
前記低圧蒸気ラインに設けられ、前記低圧タービンに供給される蒸気の流れを調節するための低圧蒸気弁と、をさらに含み、
前記第1バイパスラインを形成するステップは、
前記接続ラインの第1端を、前記第1蒸気ラインのうち前記第1ドラムと前記第1蒸気弁との間の部位、又は、該部位において前記第1蒸気ラインから分岐する管に接続するステップと、
前記接続ラインの第2端を、前記低圧蒸気ラインのうち前記低圧ドラムと前記低圧蒸気弁との間の部位、又は、該部位において前記低圧蒸気ラインから分岐する前記低圧バイパスラインに接続するステップと、を含む。
なお、本発明の実施形態に係る蒸気タービン設備は、以下で説明するコンバインドサイクルプラント向けの蒸気タービン設備に限定されず、石炭、石油、液化天然ガス、重質油等の燃料を燃焼させるボイラで生成した蒸気によって蒸気タービンを駆動する汽力発電プラント向けの蒸気タービン設備であってもよい。
第1蒸気ライン72、第2蒸気ライン74及び低圧蒸気ライン76において、各タービン12,14,16の入口には、これらのタービンに供給される蒸気の流れを調節するための第1蒸気弁13、第2蒸気弁15及び低圧蒸気弁17がそれぞれ設けられている。各タービン12,14,16は、これらの蒸気弁13,15,17を介して供給される蒸気によって駆動されるようになっている。
タービン46のロータは、発電機4の入力軸に連結されており、タービン46が回転駆動されることで発電機4が回転駆動され、発電機4において、タービンから入力される機械的エネルギーが電力に変換されるようになっている。
あるいは、幾つかの実施形態では、ガスタービン40と蒸気タービンと10は、互いに結合されない回転シャフトをそれぞれ有し、別々に設けられた発電機4をそれぞれ駆動するように構成されていてもよい。
図1に示す実施形態では、蒸気タービン設備100を構成する第1タービン12、第2タービン14及び低圧タービン16にそれぞれ対応して、第1ドラム52、第2ドラム54及び低圧ドラム56が設けられるとともに、各ドラムに対応して蒸発器(第1蒸発器53、第2蒸発器55及び低圧蒸発器57)並びに過熱器(第1過熱器62,第2過熱器64,及び低圧過熱器66)が設けられる。
この場合、超高圧タービン又は高圧タービンの何れかが第1タービン12として機能し、高圧タービン又は中圧タービンの何れかが第2タービン14として機能する。また、復水器18は、上述の複数のタービンのうち入口蒸気圧が最も低いタービンである低圧タービンからの排気が導かれるように構成される。
以下、蒸気タービン設備100A~100C等を、蒸気タービン設備100等と総称する場合がある。
また、上述の構成によれば、第1タービン12をバイパスする第1バイパスライン110の一部を構成する接続ライン112は、他のタービンのためのバイパスライン(即ち、図2及び図3に示す実施形態では第2バイパスライン120、図4に示す実施形態では低圧バイパスライン80)と第1蒸気ライン72とを連通させるようになっている。このため、第1タービン12以外のタービンのためのバイパスライン(第2バイパスライン120又は低圧バイパスライン80)を第1バイパスライン110の一部としても兼用できることとなり、蒸気タービン設備100の簡素化を図ることができる。
また、蒸気タービン起動時に、低圧ドラム56から低圧蒸気ライン76に導入される余剰蒸気は、低圧バイパスライン80を介して復水器18に排出されるようになっていてもよい。このとき、低圧蒸気弁17を閉じるとともに、低圧バイパス弁82を開くことで、低圧バイパスライン80を介して余剰蒸気を排出してもよい。
また、接続ライン112Aの第2端116A,116Bの接続位置が再熱器65よりも下流側、かつ、第2蒸気弁15よりも上流側の位置であるため、再熱器65及び第2タービン14を経由しない第1バイパスライン110A,110Bを接続ライン112A,112Bによって形成することができる。これにより、第2タービン14への通気前において、復水器18の冷却負荷の増大を抑制しながら、第1蒸気ライン72の余剰蒸気の復水器18へのダンプを行うことができる。
これにより、接続ライン112B上にバイパス弁(例えば、図2~図4の第1バイパス弁113A~113C)を設けなくても、蒸気タービン設備100Bの運転中において、第2バイパスライン120に設けられた一対の第2バイパス弁を閉じることで、接続ライン112Bを介した第1蒸気ライン72からの蒸気の流出を防止できる。
また、接続ライン112Cの第2端116Cの接続位置が低圧蒸気弁17よりも上流側であるため、再熱器65及び低圧タービン16を経由しない第1バイパスライン110Cを接続ライン112Cによって形成することができる。これにより、低圧タービン16への通気前において、復水器18の冷却負荷の増大を抑制しながら、第1蒸気ライン72の余剰蒸気の復水器18へのダンプを行うことができる。
このような手順により、GTCCプラント1を迅速に起動することができる。
一方、蒸気タービン10への通気前にガスタービン40の負荷を定格負荷近傍まで上昇させることで、余剰蒸気の復水器18へのダンプに起因した復水器18の冷却負荷の増加が問題になり得る。即ち、各蒸気ライン(72,74,76)からの余剰蒸気を各種バイパスライン(80,110,120,130)を通じて復水器18にダンプする結果、復水器18における冷却水の温度上昇が管理範囲を超えてしまうおそれがある。この点、蒸気タービン設備100(100A~100C)では、再熱器65を経由せずに第1蒸気ライン72から復水器18にダンプ可能な第1バイパスライン110(110A~110C)を備えるため、蒸気タービン10への通気前にガスタービン40の負荷を定格負荷近傍まで上昇させても、復水器18における冷却負荷の増加を抑制できる。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
4 発電機
10 蒸気タービン
12 第1タービン
13 第1蒸気弁
14 第2タービン
15 第2蒸気弁
16 低圧タービン
17 低圧蒸気弁
18 復水器
40 ガスタービン
42 圧縮機
44 燃焼器
46 タービン
48 排ガス
50 排熱回収ボイラ
52 第1ドラム
53 第1蒸発器
54 第2ドラム
55 第2蒸発器
56 低圧ドラム
57 低圧蒸発器
62 第1過熱器
64 第2過熱器
65 再熱器
66 低圧過熱器
72 第1蒸気ライン
73 第1蒸気排出ライン
73a 接続点
74 第2蒸気ライン
75 第2蒸気排出ライン
76 低圧蒸気ライン
78 給水ライン
80 低圧バイパスライン
81 分岐点
82 低圧バイパス弁
100(100A~100C) 蒸気タービン設備
110(110A~110C) 第1バイパスライン
112(112A~112C) 接続ライン
113(113A~113C) 第1バイパス弁
114(114A~114C) 第1端
116(116A~116C) 第2端
120 第2バイパスライン
121 分岐点
122 第2バイパス弁
130 第3バイパスライン
132 接続ライン
133 分岐点
134 接続点
136 第3バイパス弁
202 GT回転数
204 GT負荷
212 ST回転数
214 ST負荷
220 GT起動時間
Claims (8)
- 第1タービン、および、前記第1タービンよりも入口蒸気圧が低い第2タービンを含む複数のタービンと、
前記複数のタービンのうち最も入口蒸気圧が低い低圧タービンからの排気が導かれるように構成された復水器と、
前記第1タービンの入口に接続される第1蒸気ラインと、
前記第2タービンの入口に接続される第2蒸気ラインと、
前記第2蒸気ラインに設けられる再熱器と、
前記低圧タービンの入口に接続される低圧蒸気ラインから分岐して、前記低圧タービンを経由せずに前記復水器に至る低圧バイパスラインと、
前記低圧バイパスラインと前記第1蒸気ラインとを連通させるための接続ラインと、を備え、
前記接続ラインは、前記第1タービンおよび前記再熱器を経由せず、前記低圧バイパスラインおよび前記接続ラインを経由して前記第1蒸気ラインから前記復水器に至る第1バイパスラインを形成する
蒸気タービン設備。 - 前記接続ラインに設けられた第1バイパス弁をさらに備える
請求項1に記載の蒸気タービン設備。 - 前記第1タービンを経由せず、前記再熱器を経由して前記第1蒸気ラインから前記復水器に至る第3バイパスラインを備える
請求項1又は2に記載の蒸気タービン設備。 - 前記第1蒸気ラインに供給される蒸気が生成される第1ドラムと、
前記第1蒸気ラインに設けられ、前記第1タービンに供給される蒸気の流れを調節するための第1蒸気弁と、
前記低圧蒸気ラインに供給される蒸気が生成される低圧ドラムと、
前記低圧蒸気ラインに設けられ、前記低圧タービンに供給される蒸気の流れを調節するための低圧蒸気弁と、をさらに備え、
前記接続ラインは、
前記第1蒸気ラインのうち前記第1ドラムと前記第1蒸気弁との間の部位、又は、前記第1蒸気ラインの前記部位から分岐する管に接続された第1端と、
前記低圧蒸気ラインのうち前記低圧ドラムと前記低圧蒸気弁との間の部位、又は、前記低圧蒸気ラインの前記部位から分岐する前記低圧バイパスラインに接続された第2端と、を有する
請求項1乃至3の何れか一項に記載の蒸気タービン設備。 - 請求項1乃至4の何れか一項に記載の蒸気タービン設備と、
ガスタービンと、
前記ガスタービンからの排ガスの熱を用いて蒸気を生成するように構成されたボイラと、を備え、
前記蒸気タービン設備の前記第1蒸気ライン、前記第2蒸気ライン又は前記低圧蒸気ラインに、前記ボイラからの蒸気が供給されるように構成された
ことを特徴とするコンバインドサイクルプラント。 - 第1タービン、および、前記第1タービンよりも入口蒸気圧が低い第2タービンを含む複数のタービンと、
前記複数のタービンのうち最も入口蒸気圧が低い低圧タービンからの排気が導かれるように構成された復水器と、
前記第1タービンの入口に接続される第1蒸気ラインと、
前記第2タービンの入口に接続される第2蒸気ラインと、
前記第2蒸気ラインに設けられる再熱器と、
前記低圧タービンの入口に接続される低圧蒸気ラインから分岐して、前記低圧タービンを経由せずに前記復水器に至る低圧バイパスラインと、
を含む蒸気タービン設備の改造方法であって、
前記蒸気タービン設備に接続ラインを追加設置し、前記第1タービンおよび前記再熱器を経由せず、前記低圧バイパスラインと前記接続ラインを経由して前記第1蒸気ラインから前記復水器に至る第1バイパスラインを形成するステップと、
を備える
蒸気タービン設備の改造方法。 - 前記接続ラインに第1バイパス弁を設けるステップをさらに備える
請求項6に記載の蒸気タービン設備の改造方法。 - 前記蒸気タービン設備は、
前記第1蒸気ラインに供給される蒸気が生成される第1ドラムと、
前記第1蒸気ラインに設けられ、前記第1タービンに供給される蒸気の流れを調節するための第1蒸気弁と、
前記低圧蒸気ラインに供給される蒸気が生成される低圧ドラムと、
前記低圧蒸気ラインに設けられ、前記低圧タービンに供給される蒸気の流れを調節するための低圧蒸気弁と、をさらに含み、
前記第1バイパスラインを形成するステップは、
前記接続ラインの第1端を、前記第1蒸気ラインのうち前記第1ドラムと前記第1蒸気弁との間の部位、又は、該部位において前記第1蒸気ラインから分岐する管に接続するステップと、
前記接続ラインの第2端を、前記低圧蒸気ラインのうち前記低圧ドラムと前記低圧蒸気弁との間の部位、又は、該部位において前記低圧蒸気ラインから分岐する前記低圧バイパスラインに接続するステップと、を含む
請求項6又は7に記載の蒸気タービン設備の改造方法。
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