JPH0353443B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に、蒸気タービンバイパス装置に
関し、より詳細には、バイパス装置の作動時に高
圧タービンの温度が過大になることを防止するた
めの制御装置に関するものである。

典型的な蒸気タービン式発電ブラントの場合、
蒸気発生機、例えばボイラーから発生した蒸気
は、複数の蒸気供給弁を経て、高圧タービンに供
給される。高圧タービンから排出された蒸気は、
低圧タービンに供給される前に、普通の再熱器に
おいて再熱され、低圧タービンからの排気は、復
水器に導かれ、排出蒸気はそこで水に変えられ、
ボイラーに供給され、作動サイクルを終了する。

蒸気タービンにバイパス系統ないしはバイパス
装置を配設することにより、タービンへの蒸気供
給弁を閉弁又は部分的に閉弁しておいても、蒸気
タービン負荷と係りない負荷レベルにおいて蒸気
をボイラーによつてなおも発生させることができ
る。バイパス系統は、トリツプ（操業停止）を通
常必要とするブラント又はシステムの過渡状態の
間にもボイラーをオンラインに保つために、又は
高温再始動のために、有利に使用される。そのた
め、オンライン利用可能性を高くし、高速再始動
を確保し、タービンの熱サイクルのコストを最小
にするために、バイパス系統が用いられる。

発電ブラントの操業中に、電力配電網と送電線
との接続を断つ状態を生ずることがある。この状
態においても、ポンプ、微粉器、フアンその他の
補助機器の電気的需要を満たすように、家屋負荷
レベルにおいて蒸気タービン系統を作動させるこ
とがなお望ましい。この条件の下では、タービン
は、非常に減少した蒸気流量と共にでも、同期速
度で回転し続け、ボイラーによつて発生した蒸気
の残量は、バイパス系統に供給される。

普通は、タービンの各部を低温に保つために、
充分な量の蒸気をタービンに通過させねばらな
い。しかし、流量が減少した条件の下では、風損
効果を生じるため、タービン羽根は、蒸気から仕
事を取出す代りに、激しく運動している蒸気に対
して実際に仕事をし、その結果として温度が高く
なり、タービンの各部が加熱される。即ち、ター
ビン羽根及びその付属物等の回転体が高速回転す
る際に、回転体の表面は作動流体である蒸気との
摩擦により摩擦熱を発生し、蒸気の流量が少ない
場合、回転体表面の温度が蒸気温度と共に上昇す
るという風損効果が生ずる。このような低流量条
件の下では、タービンが、その設計定格温度をこ
えて過熱されることがあり、その結果として、使
用寿命が短くなり、早すぎる時期に故障する可能
性を生ずる。

本発明は、かかる条件の下に、タービン温度が
その設計限度内に保たれるような大きな改良を実
現することを目的としている。

本発明による系統は、通常のバイパス経路のほ
かに、高圧タービンの回りに蒸気を通過させるた
めの第２バイパス経路を備えている。この第２バ
イパス経路は、蒸気ジエツト圧縮機手段を有し、
この蒸気ジエツト圧縮機手段は、高圧タービン出
力部に接続された一方の入力部と蒸気発生器から
蒸気を受けるように接続された別の入力部とを備
えている。この圧縮機手段の出力部は、再熱器の
入力部において別の蒸気バイパス配管に接続され
ている。蒸気発生器から蒸気ジエツト圧縮機への
蒸気供給を制御するために、弁装置が設けられ、
高圧タービンの出力部の出力状態に応答する制御
手段は、蒸気ジエツト圧縮機手段の弁手段を制御
する。この構成によれば、特別のタービン蒸気流
量に対する設計限度内に高圧タービンの出力部の
温度を保つように、該出力部に或る充分低い圧力
が達せられる。

第１図は、化石燃料を燃焼させる単一再熱ター
ビン式発電ユニツトを例示している。タービン装
置１０は、高圧タービン１２の形の複数のタービ
ンと、少なくとも１個以上の比較手低圧のタービ
ンとを有し、これらの低圧のタービンは、第１図
の例では、中間タービン１３と低圧タービン１４
とを備えている。これらのタービンは、電力配電
網（図示しない）のような負荷に電力を供給する
発電機１８を駆動するために、共通の軸１６に接
続されている。

化石燃料によつて作動される普通の丸型ボイラ
ー２２のような蒸気発生装置から発生した蒸気
は、適切な作動温度に加熱され、後のヘツダー２
６を経て高圧タービン１２に導かれる。蒸気流は
１組の蒸気供給弁２８によつて制御される。

高圧タービン出口部３０及び蒸気配管３１を経
て高圧タービン１２を離れた蒸気は、再熱器３２
（一般にボイラー２２と熱交換関係にある）に導
かれ、その後蒸気配管３４を経て、弁装置３６の
制御下に、中間タービン１３に供給される。蒸気
はその後に蒸気配管３９を経て低圧タービン１４
に導かれ、低圧タービン１４からの排出蒸気は、
蒸気配管４２を経て復水器４０に導かれ、水に変
えられる。水は、水配管４４、ポンプ４６、水配
管４８、ポンプ５０及び水配管５２を経てボイラ
ー２２に返却される。図示してないが、一般に、
返送配管内に、正確な化学的平衡と水の高い純度
とを維持するための水処理装置が配設されてい
る。

オンラインの利用可能性を高くし、高温再始動
を最適化し、更に、ボイラー２２、復水器４０及
びタービン装置の使用寿命を長くするために、タ
ービンバイパス装置が設けられており、このバイ
パス装置によれば、蒸気は、恰もタービン１２に
よつて使用されるかのように、しかし実際にはこ
れらをバイパスするように、ボイラー２２から連
続的に発生させることができる。バイパス経路
は、蒸気配管６０を有し、高圧バイパス作動は、
高圧バイパス弁６２により開始される。この弁６
２を通過する蒸気は、蒸気配管６４によつて再熱
器３２の入力部に導かれ、蒸気配管６６内の再熱
された蒸気流は、復水器４０に蒸気を導くための
低圧バイパス弁６８によつて制御される。バイパ
スされた蒸気が逆方向に、即ち出口部３０及び蒸
気配管３１を経て、高圧タービン１２に入ること
を防止するために、この蒸気配管３１内に、逆止
弁７０が配設されている。

高圧タービン１２によつて通常生ずる熱抽出の
損失を補ない、再熱器３２の再過熱を防止するた
めに、ポンプ５０によつて供給される水配管７２
内の比較的冷たい水は、噴射弁７４及び過熱低減
組立体７５の制御下に、バイパス蒸気に供給され
る。同様に、ポンプ４６によつて供給される水配
管７８内の比較的冷たい水は、低圧バイパス経路
内の蒸気を冷却し、中間タービン１３及び低圧タ
ービン１４によつて通常生ずる熱抽出の損失を補
償し、復水器４０の過熱を防止するために、弁８
０によつて制御され、過熱低減組立体８１に供給
される。

図示した各弁の操作並びにボイラー２２の有効
な作動のために、図示しないアナログ又はデジタ
ル制御装置が通常用いられる。

高圧タービン１２に広汎な損傷をひき起こすこ
とのある風損抵抗は、タービン回転子の速度並び
に高圧タービン１２を通る蒸気の密度の関数であ
る。家屋負荷条件の下に低蒸気流量で作動してい
る間、タービン速度は、その設計同期速度に保た
れている。そのため蒸気の密度は、風損による加
熱に影響する変数であり、この密度は、出口部３
０の圧力の増大と共に増大する。この問題は、
100％バイパス系統を有する発電所の場合には特
に深刻になる。

バイパス経路内のバイパス弁６２は、ボイラー
出力部の圧力のいくらかを、再熱器３２の入力部
において現出される或る値まで絞る。この圧力は
低温再熱圧力として知られる。そのため、出口部
３０の排出圧力が高く、低温再熱圧力と同等なら
ば、タービンから再熱器３２までの蒸気流量を保
つことができよう。しかしこの高圧のため、風損
による過熱は、タービンの設計上到底受けいれら
れない値となろう。出口部３０の圧力は、作動温
度を設計限界内に保つように、比較的低い値に保
たねばならない。しかしこの低い圧力は、再熱器
３２の入口の圧力条件と適合しないため、これに
直接には連結できない。本発明は、この問題の解
決を与えようとするもので、第１図について説明
した部材は第１図と同じ符号によつて示した第２
図を参照して以下に説明される。

第２図には、高圧タービン１２の回りの第２バ
イパス経路が示され、この第２バイパス経路は、
制御弁９０を経て蒸気ジエツト圧縮機８８にボイ
ラー蒸気を供給する蒸気配管８６を備えている。
蒸気ジエツト圧縮機８８は、高圧タービン１２の
出口部３０と蒸気連通された第１入力部９２と、
制御弁９０を経てボイラー２２と蒸気連通された
第２入力部９３と、再熱器３２の入力部のバイパ
ス配管６４と蒸気連通された出力部９４とを備え
ている。

蒸気ジエツト圧縮機（蒸気噴射ポンプ又は蒸気
噴射エジエクターとしても知られる）は、復水器
から空気を抽出するために蒸気式発電プラントに
おいてずつと以前から用いられている周知の装置
である。第３図を参照して、本発明に用いられて
いる出口部３０の排出蒸気は、蒸気ジエツト圧縮
機８８の入力部９２に比較的低圧で供給される。
ボイラー２２からの比較的高圧の作動蒸気は、第
２入力部９３に入り、ノズル１００から高速蒸気
ジエツトとして噴射される。高圧蒸気と低圧蒸気
との混合物は、収れん管１０２に入り、ここで運
動量の交換が行なわれる。混合物はその後にテイ
フユーザー１０４にう入り、ここで混合物の速度
が減少し、圧力は、低温再加熱圧力に適応する値
に増大する。蒸気ジエツト圧縮機８８は、基本的
には、出口部３０における排出蒸気の圧力を或る
充分高い値に高めるための圧縮機として作用し、
排出蒸気は、この圧力において、再熱器３２に対
する適切な圧力条件を保ちながら、再熱器３２中
に排出されることができる。蒸気ジエツト圧縮機
８８は、比較的小形で簡単な装置であり、回転部
分又は可動部分をもたず、非常に高信頼性で、し
かも廉価である。

再び第２図を参照して、蒸気ジエツト圧縮機８
８の出力部は、再熱器３２にとつては高すぎる温
度にあるため、蒸気を冷却するために水噴射装置
が設けられている。ポンプ５０からの冷却水は、
蒸気ジエツト圧縮器の出力配管内に接続された過
熱低減組立体１１２に水配管１１０を経て供給さ
れる。冷却水は、弁１１４によつて制御され、弁
１１４の開度は、制御回路１１６によつて調節さ
れ、制御回路１１６は、過熱低減組立体１１２か
らの蒸気の温度を温度センサー１１８によつて感
知し、この値を所定の設定温度SPと比較し、温
度が設定点よりも高ければ弁１１４をより多く開
放し、温度が設定点よりも低ければ、冷却水流量
を減少させる。

蒸気ジエツト圧縮機８８の作動の結果として、
或る与えられた蒸気流量案件の下に、比較的低い
圧力が高圧タービン１２の出口部３０に保たれ、
この圧力は、再熱器３２の入力部の他のバイパス
配管にタービン排出流が供給されるように増大さ
れる。そのため高圧タービンイ１２の温度は設計
限度内に保たれる。何らかの理由で、タービン温
度が上昇した場合には、より多くの作動流体を蒸
気ジエツト圧縮機８８に供給し、出口部３０の圧
力を、温度が下降するような値まで引下げるよう
に、弁９０を制御することができる。その反対
に、温度が下降した場合には、より少ない作動蒸
気を供給し、その結果として圧力が上昇するよう
に、弁９０を制御することができる。そのため、
弁９０を制御するように、制御回路１２０を設
け、出力部３０のところの状態を検査する。この
状態は、好ましくは、温度の読みであり、この温
度の読みは、タービン温度を表わし、制御回路１
２０に温度信号を供給するように、温度センサー
１２２によつて感知される。この信号は、弁９０
の作動を制御するように、設定温度SPで表わさ
れた所定の許容され得る温度範囲と比較される。

電力配電網に再接続するために電気的負荷を増
大させるべき時期になつたら、蒸気供給弁２８を
経て高圧タービンにより多くの蒸気流を供給し、
蒸気配管６０の主要バイパス経路内の蒸気流を、
それに比例して減少させる。出力部３０の圧力は
上昇するが、タービンを通る蒸気流量が増大して
いるため、温度は必ずしも上昇しない。バイパス
から主要蒸気に切換え間に高圧タービン１２の排
出温度が、許容温度範囲から逸脱すると、制御回
路１２０は、再熱器３２への排出流の圧送圧力を
高くしながら所望の温度を保つように、出口部３
０に適切な圧力状態が蒸気ジエツト圧縮機８８に
よつて保たれるように、弁９０を開弁又は閉弁す
る。

蒸気流の状態及び排出圧力が、逆止弁７０を通
り高圧排出蒸気を流すようになつている場合に
は、蒸気ジエツト圧縮機８８を作動させる要求は
もはや存在しない。そのため、この状態を感知す
る手段が設けられ、一例として、逆止弁７０の両
端間の圧力を感知してその開度の表示を与えるた
めの差圧変換器１２４が設けられる。この表示
は、制御弁９０を締切るために制御回路１２０に
供給される。

蒸気の系統、流量及び圧力の要求によつては、
存在する圧力比が、単一の蒸気ジエツト圧縮機に
とつては大き過ぎるということがあり得る。この
場合は、並行作動される複数の蒸気ジエツト圧縮
機８８ａ，８８ｂ，…８８ｎを含む複数のそうし
た圧縮機を、第４図に示すように使用することが
できる。各々の蒸気ジエツト圧縮機は、温度セン
サー１１８ａ，１１８ｂ，…１１８ｎによつてそ
れぞれの配管内において測定された温度と設定温
度とに従つて過熱低減組立体１１２ａ，１１２
ｂ，…１１２ｎへの噴射水を制御するための、関
係する制御弁９０ａ，９０ｂ，…９０ｎ及び水噴
射制御回路１１６ａ，１１６ｂ，…１１６ｎを備
えている。

制御回路１２０は、高圧タービン出口部３０の
温度をなおも感知し、出口部３０の温度が上昇す
る場合は、必要に応じて各制御弁を順次開弁し、
その反対に、出口部３０の温度が下降する場合
は、制御弁を順次閉弁する。この開弁又は閉弁の
動作は、温度がその設定範囲内になるまで続けら
れる。

このようにボイラー２２がタービンと係りなく
全負荷に保たれるため、比較的短い期間内に全負
荷に到達し得る。バイパス条件下の高圧タービン
の過熱は、高圧出口部の適正な圧力従つて温度を
保つ補助バイパス経路によつて防止される。補助
バイパス経路は、可動部がなく、比較的簡単で廉
価な、ボイラーから利用可能な作動エネルギーを
利用する装置を用いることによつて、その機能を
達成する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、バイパス系統を含む蒸気タービン式
発電プラントの簡単なブロツク線図、第２図は、
本発明の一実施例と共に、第１図の発電プラント
を示す略配列図、第３図は、本発明に用いられる
蒸気ジエツト圧縮機の変形例を示す構成図、第４
図は第２図の装置の変形例を示す略配列図であ
る。 １２……高圧タービン、１３……中間タービン
（低圧タービン）、１４……低圧タービン、２２…
…ボイラー（蒸気発生器）、３２……再熱器、７
０……１方向逆止弁、８８……蒸気ジエツト圧縮
機（蒸気ジエツト圧縮機手段）、９２……第１入
力部、９３……第２入力部、９４……出力部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高圧タービンと、該高圧タービンに蒸気を供
   給するための蒸気発生器と、少なくとも１つの低
   圧タービンと、該高圧タービン及び低圧タービン
   の間の蒸気経路内の再熱器と、該高圧タービン及
   び低圧タービンをバイパスするための蒸気バイパ
   ス経路とを有し、該高圧タービンは、バイパス蒸
   気がその出力部に入ることを阻止するため、排出
   蒸気配管内に１方向逆止弁を備えている蒸気ター
   ビン装置であつて、該蒸気タービン装置が、 (A) 該高圧タービンの回りに蒸気をバイパスする
   ための第２バイパス経路を更に有し、 (B) 該第２バイパス経路は、 () ２つの入力部と、１つの出力部とを含む
   蒸気ジエツト圧縮機手段を含み、該入力部の
   １つは、該高圧タービンの出力部に接続して
   あり、他方の該入力部は、該蒸気発生器から
   の蒸気を受けるように接続してあり、該出力
   部は、該再熱器の入力部に接続してあり、更
   に、 () 該蒸気発生器から該蒸気ジエツト圧縮機
   手段への蒸気供給を制御するための弁手段を
   含み、 該蒸気タービン装置は更に、 (C) 該高圧タービン出力部の出力状態に応答して
   該弁手段を制御するための制御手段を更に有す
   ることを特徴とする蒸気タービン装置。