JPH01130004A - 給水ポンプ駆動用タービンの洗浄運転方法、及び同洗浄運転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、火力発電プラントにおけるボイラの給水ポン
プ（略称、ＲＦＰ）駆動用タービンのロータに堆積する
異物を除去するための洗浄運転方法、及び同装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

火力発電プラントにおいて発Ｗ１機を駆動している主タ
ービンについては洗浄運転に関する技術が公知（例えば
、米国技術文献アメリカン・ソサイエテイ・オブ・メカ
ニカルエンジニア）である。

しかし、ボイラに給水する為の補機であるポンプ駆動用
蒸気タービンに関しては洗浄運転ということが考えられ
ていない。即ち、従来のＢＦＰター′ビンにおいては、
低負荷運転に移行するために１台のＲＦＰタービンを停
止する際には、通常の停止操作のみを行っている。即ち
、停止する側のタービンは、低圧加減弁と低圧蒸気止め
弁を閉じて蒸気を遮断するだけであって、タービン内の
蒸気が排気管から復水器へ排出された後にバタフライ形
排気止め弁を閉じて復水器から遮断する。プラント運転
中は輔シール蒸気系を働かしておくだけである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

蒸気タービンの駆動蒸気中には微量ながらＮａ”’。

ＣＱ’″ＨＳ　Ｏ４１Ｐ　Ｏ２１Ｓ　ＨＳ　Ｌ等の不純
物成分が含まれており、蒸気が凝縮する時にこれらが遊
離して金属表面に付着する。長年の運転中にはこの付若
物が生長して堆積物となる。特に乾湿交番域に当たる最
終段落前の数段落においてはこの傾向が強い。

金属表面に不純物成分が堆積するとこれが腐食の原因と
なり、ロータや動翼のピッチング腐食を発生させること
がある。このようにして発生した微小な欠陥が原因とな
ってロータの損傷に至る虞れが有る。

蒸気中の不純物成分が、蒸気の膨張につれて遊離しター
ビン内部に付着する現象は、蒸気タービン技術の初期段
階から知られているが、１９６０年代において問題にさ
れたのは、このようにしてタービン内部に付着した不純
物成分が、ノズルや動翼のプロフィル部に堆積して蒸気
通路を狭める結果、段落圧力の上昇や、最大出力の低下
、ならびに熱性能の低下をもたらした事である。この不
純物の堆積は、主として高圧・中圧、及び低圧前部にわ
たって一様に発生し、タービン効率を３〜１０％も低下
させるという酷いものであった。この対策としては、湿
り蒸気域に異物堆積が起こらないという事実を利用して
、蒸気タービンの停止時に、ボイラの圧力と温度とを下
げて主蒸気を湿り条件として主タービンに流し込んで、
付着した堆積物を除去する方法が公知となっている。又
、メーカーによっては１０％程度のＮａＯＨを給水に混
入すると効果が高いとしている。

この堆積物によるタービン効率の低下問題は、主蒸気圧
力が１４５０〜１８００ｐｓｉｇと低く、ドラムボイラ
が主に採用されていた時代に起ったものであり、その後
水質処理技術の進歩に伴ってこの問題は解決されている
。現在では２４００　ｐｓｘｇ　＋３５００ｐｓｉｇの
高い蒸気圧力のものや、ＤＳＳ運転用の貫流ボイラ等に
対しても完全に対応できるような技術レベルとなってい
る。

最近発生した堆積物による問題は、上述のものと次の点
で異なっており、新らしい技術による対策を要する。

（ｉ）　　問題はＢＦＰ駆動タービンロータの翼植込み
部において発生している。即ち、Ｌ−１段（最終段落の
前段）翼植込み部の内面にまで侵入した不純物成分が、
ダーブテイルフック部に堆積し、Ｓ（にピッチング腐食
を発生して、これが起点となって疲労破壊に至っている
。即ち、第５図に翼植込部の詳細を示すが、ロータ３５
と翼３４との機械的結合は、ロータの円板上に加工され
たアリ形に翼根部のダブテイルを嵌め込んだ構造となっ
ており、約１００本の翼が周状に連ねられている。この
結合部の詳細は第６図に示す如くであり、翼と翼とが接
しているわずかな隙間３６から侵入した蒸気３７が、長
時間のうちに堆積３８し、これが原因となってピッチン
グ腐食が発生することとなる。この内、応力の高い部分
に発生したピッチング腐食は、そこが起点となって疲労
破壊が進展し、危険な亀裂３９を生じてしまう結果とな
る。

（ｉｉ）　　この事故を発生した発電設備では水質管理
が十分に行なわれており、高圧・中圧部等には堆積物は
認められないし、タービン効率の低下問題も発生してい
なかった。

（ｉｉｊ　）　　今回の問題の最大の特徴は、頻繁に起
動停止を繰返したＢＦＰ駆動タービンに、運転開始後１
０年間という長い期間をかけて堆積した不純物成分が原
因であるという点であり、更に特徴的なのは、運転中に
湿り蒸気と乾き蒸気条件とが経時的に変化する乾湿交番
域に当たるＬ−１段（最終段落の前段）に発生している
点である。

（ｉｖ）　　この発電設備においては、夜間に出力を下
げた運用を行っていたので、２台設けられているＢＦＰ
駆動タービンの内の１台は、発電設備の負荷が約４５％
以下になると停止され、夜間はそのままで待機すること
になる。このようにして、ロータの上流と下流との間に
温度差がついたままで、頻繁に停止された事が、不純物
の堆積を増長させる原因となっている。

上述の如く、発電設備が出力運転中に、１台のＢＦＰ駆
動タービンが先行して停止してしまうのであるから、前
述の公知例のように主蒸気の圧力。

温度を下げて湿り蒸気としてタービンの洗浄を行うこと
は出来ない。

又２問題は、不純物が翼植込部の内面にまで侵入してゆ
きそこに堆積することなので、そのような侵入が行なわ
れないように、又、侵入してもただちに洗浄して、堆積
が行なわれないようにすることが必要である。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたものであって、そ
の目的とするところは、ＢＦＰ用蒸気タービンのロータ
に付着し・た異物を、安全かつ容易に除去し得る洗浄運
転の方法、及び、上記の方法を実施するに好適な装置を
提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の対策としては、湿り蒸気による洗浄運転を行うと
良いことが知られているので、プラント運転中に停止し
たタービン内に、補助蒸気に洗浄液を噴注して霧化させ
た（いわゆるアトマイズした）蒸気を導入して洗浄運転
を行うようにした。

このために、補助蒸気配管中にアトマイザを設けると共
に、蒸気湿り度を調節する制御弁を設け、かつ、上記制
御弁と補助蒸気流量との関係を調節するコントローラを
設けた。

更に、上記の洗浄運転が終了した後に、洗浄液のアトマ
イズを停止して、補助蒸気のみを用いて乾燥運転を行っ
てロータを乾かした後にタービンを停止する。

〔作用〕 上記の技術によれば、洗浄液をアトマイズした湿り蒸気
による運転はタービン内部、特にロータ表面、並びに翼
植込み部内面に付着し堆積しつつある不純物成分を除去
する。

次に、洗浄が終了した後に乾燥運転を行ってロータを乾
燥させるので、腐食防止が一層確実となる。

〔実施例〕

次に、本発明を適用して構成した洗浄装置の１例を用い
て本発明方法を実施した１例を説明する。

第１図はＢＦＰ駆動タービン囲りの系統を示している。

タービン駆動のＢ　Ｆ　Ｐは、タービンＩＡ＋ポンプ２
Ａと、タービンＩＢ＋ポンプ２Ｂとの２系列から成り立
っており、それぞれ５０％容量で、発電設備が１００％
負荷で運転している時は２合併列運転とし、低負荷運転
時には１台を運転停止して、ＲＦＰ駆動タービンの回転
数降下が、ロータのクリチカルスピードを通過する事を
回避すると共に、加減弁制御特性の改善を図っている。

給水５Ａ、５Ｂは脱気器により脱気されてポンプ２Ａ、
’２Ｂに入る。ポンプ２Ａ、２Ｂで昇圧された給水４Ａ
、４Ｂは逆止弁５Ａ、５Ｂと弁６Ａ。

６Ｂとにより制御されてから合流し、矢印７のごとく高
圧給水ヒータに導びかれる。この逆止弁５Ａ、５Ｂと弁
６Ａ、６Ｂの閉止によって１台のポンプを停止するため
に系統から遮断できるようになっている。

駆動タービンについてはＡ系側のみの系統を図示しであ
るが、Ｂ系の方も同一である。

通常運転時の駆動蒸気は、主蒸気タービンの中注排気か
ら抽気した低圧蒸気８が、止め弁９と逆止弁１０とで制
御された後、タービンの付属設備である低圧蒸気止め弁
１１と加減弁１２とで流量調節されてタービンＩＡに流
入する。タービンで仕事し終った蒸気は排気１３となり
、バタフライ形排気弁１４を通って主蒸気タービンの復
水器に排出される。この排気弁１４は、停止したＢＦＰ
駆動タービンを復水器真空から隔離する。

この外にもタービンＩＡの駆動蒸気源としては、主蒸気
から分岐した高圧蒸気２４が、止め弁２５と、タービン
の付属設鍔である高圧蒸気止め弁２６と加減弁２７とで
流量調節されてタービンに流入するようになっているが
、この蒸気源は発電設備の起動時において、先述の低圧
蒸気９の圧力が低くエネルギが不足する場合に付加する
ものである。

更に、タービンの駆動蒸気源としては、低圧蒸気８や高
圧蒸気２４が供給されない場合にも、低圧蒸気側の系を
利用してタービンを運転できるように補助蒸気１５を蒸
気源としている。

次に、上述のようなタービン駆動給水ポンプ系を備えた
発電設備が、夜間負荷調整運用として、夜間のみを最低
負荷で運転される場合について述べる。

ＢＦＰ駆動タービンは２台設匝されて運転されており、
発電設備の負荷が下げられるにつれて、２台の駆動ター
ビンの負荷が同時に下がり回転数も徐々に下がってゆく
。そして、定圧運用（＝部分負荷時においても主蒸気圧
力を高く維持する運用法）を行っている発電設備におい
ては約４５％負荷まで下がると、ＢＦＰ駆動タービンの
回転数がロータのクリチカルスピードに近づいてゆき軸
振動が増大し易い状況となる。又、低圧蒸気８の圧力が
主蒸気タービンの負荷降下につれて下がってくるので、
低圧加減弁１２が全開状態に近づきガバナ制御性が悪く
なる。従ってこの負荷帯において２台運転から１台運転
に切り換えて、以降の負荷降下運転を行うのが通常の運
用法である。

さて次に、上記の如く、約４５％負荷で停止される１台
のＢＦＰＩＩ動タービフタ−ビン述べる。

第２図にＢＦＰ駆動タービンの熱膨張線を示す。

線Ａ→Ｂは停止直前のタービン運転状態を示しており、
点Ａは低圧蒸気８の低圧蒸気止め弁１１の入口部を示し
、点Ｂはタービン排気を示す。この線Ａ７＞Ｂは、途中
Ｆ点で飽和線Ｓを横切り、以下Ｂに至る間は湿り蒸気中
での運転となる。この飽和線Ｓの存在は、その下部に入
った瞬間に蒸気が凝縮し始めて、蒸気中の不純物成分が
遊離し始める位置であるが、タービン内部のように蒸気
が膨張しつつ高速で流れる状況においては飽和線Ｓの位
置が常に上下にふらつくので、この位置に当るロータの
表面は湿り蒸気と乾き蒸気とに交互に接する乾湿交番域
となるために不純物成分が堆積し易い部位であり、この
部位はＬ−１段落に相当している。

更に、第３図に６００ＭＷ超臨界圧タービンの例を示す
。停止直前のタービン内部の蒸気は、排気の湿り度Ｍが
約３％で、温度Ｔ２が約３０℃で、飽和Ｎ１ＡＳとの交
点Ｆ（第２図）の温度Ｔ′は約４０℃となり低圧１段落
ではタービン停止時に結露が発生することが解る。次に
、排気止め弁５を閉じて軸シール悪気を供給して待機状
態に移るが、軸シール蒸気は少量ながらタービン内部に
、届れ、ロータ表面で凝縮する。

このように、タービンロータ表面で凝縮する蒸気からＭ
離した不純物成分は、前述したようにロータに植込んで
ある動翼のタブティルフックの隙間にも侵透してピッチ
ング腐食の原因となる。

そこで、本実施例においては、前記のロータ表面の堆積
物を除去するため、次記のようにして洗浄運転を行う。

（ａ）、第１図に示した補助蒸気１５の蒸気系に、洗浄
液１７を付加するアトマイザ１９を設ける。

（この例では止め弁１６と逆止弁２１との間に設けてい
る。）このアトマイザはスプレ一方式で、洗浄液１７に
は水質管理が十分に行なわれた復水デミネ系の処理水が
適している。スプレー水−欲は制御弁１８によって適正
な値にコントロールする必要があるが、この制御弁１８
の開度と補助蒸気の制御弁１６の開度とを関連して制御
するためのコントローラ２０を設けである。

（ｂ）１次に第２図に蒸気の状態を示す。補助蒸気源は
通常所内ボイラ又は隣接する発電設備から供給されるが
、約４０ｋｇ／ｃＪ−ｇ−飽和条件であり０点で表わさ
れている。これが制御弁１６の開度によって圧力降下し
、点りとなって、洗浄運転を行おうとするタービンの負
荷に適した状態となる。

これにアトマイザ１９で洗浄液をスプレーして湿りを与
えＤ′点とする。この点の湿り度は約５％程度が良い。

この湿り蒸気を用いてタービンの洗浄運転を行う。ター
ビン排気はＥ′点となり、湿り度は約８％となる。

（Ｃ）８次に洗浄運転中の運転諸元であるが、第４図の
ポンプ特性曲線にその概要を示す。

駆動タービンは給水ポンプと直結されているので、軸出
力はポンプの運転特性により定められるが、ポンプの必
要軸出力は回転速度と相関関係にあるので、軸出力が下
がると回転速度も下がるという関係にある。

第４図は、横軸が吐出水量Ｑで、縦軸が吐出圧力Ｐであ
る。線２８と２９とで示した扇形の範囲は２台運転時の
特性を示し、点Ｍはその定格点を示す。又、線３０と３
１とで示した範囲は１台運転時の特性を示している。ボ
イラの蒸発蒸気圧力を線３２で表わすと、これに押込み
圧力損失を加えた線３３が給水ポンプの吐出圧力となる
。

点Ｇは発電設備が負荷１００％で運転されている時のポ
ンプのＰ−Ｑ関係を示す。負荷が降下して約４５％に至
り、２台運転から１台運転に切り換える点をＨで示しで
ある。この切り換え操作時に、１台のタービンは停止し
、残った１台のタービンは若干回転数を上昇させてＨ点
のＰ−Ｑ関係を維持する。

次に、停止動作に入った側のタービンは、（仮にＡ系を
停めたとして説明する）第１図の加減弁１２を閉じるの
で回転数が下がり、吐出水ｉＱが急速に低下して第４図
の５点に至る。又、吐出圧力Ｐは、水量Ｑの低下ととも
に徐々に下がり、遂には逆止弁５Ａの抑止力によって水
量Ｑはミニマムフローとなる。

ところで、線３１は１台運転時のミニマムフロー運転特
性を示すが、５点に達したＡ系のタービンは回転速度を
徐々に下げながら線３１上を降下することになる。

タービン洗浄運転はこの線上のに点で行うのが適当であ
る。その理由は、回転数が、ポンプのウィンドミルを発
生しない程度に高く、かつ、軸出力が小さいので、洗浄
液をアトマイズした低圧。

低温の補助蒸気で十分に運転可能であるという点にある
。更には、タービンの回転数が、定格の約３０％と低い
ので、湿り度の深い蒸気による運転での二ローション発
生の心配が無い事、並びに、ロータ表面及び翼植込部内
面の堆積物を効率良く洗浄するにはこの程度の周速があ
った方が良いという点もある。

このような運転状態をしばらくの間継続してタービンを
十分に洗浄する。

（ｄ）、洗浄運転が終了した後に乾燥運転を行う。これ
は、洗浄液で濡れたタービン内部を乾かして腐食防止を
図るために行う。

乾燥運転は洗浄液のスプレーを停止して行う。

第２図に示すように、スプレーを停止すると、タービン
入口蒸気条件は点りに戻るので、乾き域のみでのＤ−Ｅ
の膨張が行なわれる。即ち、第３図に示すように、排気
湿り度はＭＣ′＝約８％からＭ　ｐ　＝　Ｑ％となり、
温度はＴｅ’　　＝約３０°ｃがらＴＥ　＝約６０℃と
なる。

この状態で暫くの間運転を継続し、タービン内部を十分
に乾燥する。

（ｅ）３以上の運転が終了した後に、低圧蒸気止め弁１
１と排気弁６Ａとを閉じてタービンを停止し。

軸シール蒸気のみを通じて待機状態とする。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の方法によれば、ＢＦＰ駆
動用蒸気タービンのロータに堆積した異物を安全かつ容
易に除去することが出来、ピッチングの発生、成長を未
然に防止することが出来る。

また、本発明の装置によれば、上記の発明方法を容易に
実施してその効果を発揮せしめることが出来る。

本発明の方法及び装置はＢＦＰ駆動タービンを、発電設
備運転中に頻繁に停止して夜間待機状態とするような運
用が為される火力発電プラントに適用した場合、特に有
効である。

【図面の簡単な説明】

第１図はタービン駆動ボイラ給水ポンプの系統図、第２
図は同上用タービンの熱膨張線図、第３図は同上熱膨張
線の湿り度と蒸気温度の変化を示す図表、第４図は同上
用ポンプの特性曲線図表である。第５図はタービン翼植
込み構造の説明図、第６図は同上の詳細を示す断面図で
ある。 １７・・・洗浄液、１８・・・同上用流量制御弁、１９
・・・洗浄液アトマイザ、２ｏ・・・洗浄液流量制御弁
（１８）と補助蒸気流量調整弁（１６）の開度とを調節
するコントローラ、３８・・・ロータ表面及び翼植込部
に付着した堆積物、３９・・・ピッチング腐食を起点と
して発生した亀裂。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）火力発電プラントのボイラに給水する為のポ
   ンプを駆動している蒸気タービンの運転を停止する場合
   に、（ｂ）該給水ポンプ駆動用タービンの定常運転時に
   おける蒸気以外の補助蒸気に洗浄液を噴注して湿り度を
   高くした蒸気を駆動源として、（ｃ）前記給水ポンプの
   ミニマムフロー運転を行い、（ｄ）上記ミニマムフロー
   運転の後、前記の洗浄液噴注を停止し、（ｅ）前記補助
   蒸気の減圧による過熱蒸気を用いて乾燥運転を行つた後
   に該給水ポンプ駆動用タービンを停止することを特徴と
   する、給水ポンプ駆動用タービンの洗浄運転方法。 ２、前記の給水ポンプは当該プラントに２台設置され、
   かつ、それぞれ駆動用蒸気タービンを備えたものであり
   、かつ、当該プラントの負荷率が低下した為に、該２台
   の駆動用タービン中の１台を停止する場合に、上記の停
   止する方の駆動用タービンに洗浄運転を適用することを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載した給水ポン
   プ駆動用タービンの洗浄運転方法。 ３、ボイラに給水する為の給水ポンプを備えた火力発電
   プラントであつて、該給水ポンプを駆動する為の蒸気タ
   ービンを備えたものにおいて、上記給水ポンプ駆動用蒸
   気タービンの駆動用蒸気管路中に洗浄液を噴注する手段
   を設け、かつ、上記給水ポンプ駆動用蒸気タービンの駆
   動蒸気供給管路中に蒸気流量調整弁を設けたことを特徴
   とする、給水ポンプ駆動用タービンの洗浄運転装置。 ４、前記の洗浄液噴注手段を設けた蒸気管路は、給水ポ
   ンプ駆動用蒸気タービンの定常運転用の蒸気源と異なる
   補助蒸気を供給するものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第３項に記載した給水ポンプ駆動用タービンの
   洗浄運転装置。