JPH0441908A - 蒸気タービンの運転制御システム - 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、火力及び原子力発電プラントの蒸気タービン
段落内部に配備された汽水分離翼から抽出する湿分及び
随伴蒸気量の制御技術に関する。

〔従来の技術〕

軽水炉型原子力発電プラント蒸気タービンの全段落及び
火力発電プラント用蒸気タービンの最終段落などは、蒸
気中の湿り度がきわめて高いために、湿り損失による性
能低下や水滴の動翼への衝突による二ローション問題な
ど性能と信頼性の面で数多くの課題をかかえている。

この情勢に対処するために、従来から実公昭５２−２７
２８２号公報に提案されているような段落を構成する静
翼の翼面に複数のスリットを設けて、静翼翼面に付着し
た水膜の一部を翼内部に吸いこみ、湿り蒸気中の湿分を
分離除去する試みがなされている。以下、第１図から第
６図を用いて従来技術について簡単に説明する。

第２図は、従来の典型的な蒸気タービンプラントの系統
図である。蒸気発生ボイラ（図示せず）から供給される
高温、高圧の蒸気５は高圧タービン１で膨張仕事を行い
、その排気蒸気６は再熱ボイラへ導かれる。再熱された
高温の蒸気７は、中圧タービン２に導かれ、さらに膨張
仕事を行って排気蒸気８ａ、８ｂとなる。中圧タービン
２からの排気蒸気８ａ、８ｂはクロスオーバ管で合流し
て低圧タービンへ３の流入蒸気９となる。低圧タービン
３では最後の膨張仕事を行って、複流の排気室３ａ、３
ｂからの排気流１０ａ、１０ｂとなって復水器１３へ導
かれる蒸気流１１．１２となる。低圧タービン３の最終
段近くの段落では、蒸気中の湿り度が高いために、湿分
を分離除去する手段が段落内部の静翼に講じられ、分離
された湿分は温分抽出管１４によって復水器１３へ導入
される。第３図は、低圧タービン３の最終段近くの三段
落の詳細構造を示す。最終段近くの段落は。

複数の静翼３２．動翼３３　（Ｌ−２段５７）、静翼３
４．動翼３５　（Ｌ−１段５６）、及び静翼３６、動翼
３７　（Ｌ−０段５５）によって構成される。最終段の
Ｌ−０段５５の静翼３６は、内部ダイヤフラム３９、及
び、外部ダイヤフラム３８によって保持され、静翼３６
の翼面には湿り蒸気中の湿分を分離除去するために複数
のスリット５２．５３．５４が設けられる。このような
スリット付き静翼の構造は、従来から種々提案されてお
り、その代表的なものを第４図から第６図に示す。第４
図は、静翼３９の翼後縁端から翼表面に付着した水滴４
３を翼内部のホロ一部４０に吸い込む方法であり、第５
図は、静翼４５の翼腹面４６に設けた複数のスリット４
７ａ〜４７ｄから腹面に付着した水滴を翼内部に吸引す
る。また、第６図は、静翼の腹面５０と背面４９の両面
にそれぞれ複数のスリット５２〜５４を設けて翼内部の
ホロ一部５１に水滴を吸引する方法である。

このように、静翼翼面に設けたスリン１〜によって翼面
に付着した水滴を分離除去する構造では、水滴とともに
段落主流の蒸気を静翼のホロ一部に吸い込み、その随伴
蒸気を駆動力として水滴、すなわち、湿り蒸気中の湿分
の分離作用が行われる。

従って、いずれの静翼構造でも高い分離性能を発揮する
には、段落を通過する主蒸気流量の何％かの随伴蒸気を
吸引することが必要である。しかし、従来は前述したよ
うにスリット付き静翼について、数多くの提案があるに
もかかわらず、この湿分分離方法で最も重要な随伴蒸気
の適正な制御方法に関する提案がほとんどなされていな
かった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来技術は、湿り蒸気中で作動するタービン段落
における静翼翼面から湿分を分離する構造そのものにつ
いては数多く提案されているが、湿分除去に不可欠な随
伴蒸気の制御技術については何ら考慮されておらず、随
伴蒸気損失、あるいは、適性な分離性能の確保という面
からは問題があった。

本発明の目的は、スリット付き静翼による湿分分離に伴
う随伴蒸気量の最小化による損失低減と適性な分離効率
の確保、及び、性能監視できるタービン運転制御技術を
提案することによってタービンプラントの性能の向上を
図ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成するために、スリット付き
静翼によって分離除去した湿分及び随伴蒸気を排出する
温分抽出管をタービン段落外に新設した気液分離器に導
き、気液分離器によって湿分と随伴蒸気とを完全に分離
し、タービン負荷の大きさに応じて随伴蒸気量を制御す
ることによって、特に部分負荷時の余剰な随伴蒸気量を
最小化し、随伴蒸気損失の低減を図る。

随伴蒸気量の具体的な制御手段は、タービン発電機出力
を検出し、そのタービン出力の検出信号を前記気液分離
器で分離した随伴蒸気制御弁に入力して、タービン出力
の大きさに対応させて随伴蒸気制御弁を開閉し随伴蒸気
量の制御を行う。また、随伴蒸気制御弁の下流に随伴蒸
気流量計を新設し、前記随伴蒸気流量計で検出した信号
を前記随伴蒸気制御弁をバイパスして配設した随伴蒸気
二次制御弁に入力して、随伴蒸気量の修正制御を行う。

さらに、前記気液分離器で分離した湿分は、気液分離器
の下流に設けた液面制御弁によって分離器内の液面を一
定に保持され、前記液面制御弁の下流に新設された湿分
流量計で検出する。この湿分検出信号とタービン段落内
部の蒸気湿り度検出信号を湿分分離効率演算器に導き、
スリン１〜付き静翼の湿分分離効率を評価、監視する。

また、タービン主蒸気流量を検出して、前記主蒸気流量
検出信号と前記随伴蒸気流量計で検出した信号を随伴蒸
気損失評価器に入力して、随伴蒸気損失を評価、監視す
る。

〔作用〕

湿り蒸気中で作動する蒸気タービンの段落内部の湿分を
分離除去する、スリット付き静翼から抽出した湿分及び
随伴蒸気を気液分離器に導くことによって、随伴蒸気量
の検出、制御が可能となる。

すなわち気液分離器下流の随伴蒸気制御弁は、タービン
負荷の検出信号によって開閉、制御されるため、部分負
荷時に余剰に排出される随伴蒸気量を最小、かつ、適正
に制御することができ随伴蒸気損失が低減する。また、
随伴蒸気量の検出信号を随伴蒸気二次制御弁に入力する
ことによって、随伴蒸気量の修正制御が可能となる。

一方、気液分離器で分離した湿分量の検出及びタービン
段落内部の蒸気湿り度の検出と湿分分離効率演算器の新
設は、スリット付き静翼の湿分分離性能の評価、監視を
可能とし、前記随伴蒸気量制御機能と組み合わせること
によって、適正な湿分分離性能を保持することができる
。さらに、主蒸気流量の検出と随伴蒸気量の検出及び随
伴蒸気損失評価器の新設は、随伴蒸気の排出に伴う損失
量の定量的な評価、監視機能を新たに持つことになる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例について詳細に説明する。

第１図は、本発明を適用した蒸気タービンプラントの構
成及び運転制御システム図である。蒸気発生ボイラから
導入される高温、高圧の蒸気５は、高圧タービン１で膨
張仕事を行い、その排気蒸気６はボイラで再熱され、高
温の蒸気７となって中圧タービン２に導かれる。中圧タ
ービン２で第二の膨張仕事を行い、その排気蒸気８ａ、
８ｂは、低圧タービン３への入口蒸気９となる。低圧タ
ービン３では、最後の膨張仕事を行って、複数の排気流
１０ａ、１０ｂとなって復水器１３へ導入する。低圧タ
ービン３の最終段落は、第３図に示したように複数のス
リット付き静翼３６によって構成され、スリット付き静
翼３６は、静翼翼面に付着した蒸気中の湿分を翼内部の
ホロ一部に吸いこみ、蒸気中の湿分の分離除去を行う。

この場合、湿分と共に段落主流の蒸気の一部が排出され
る。

この湿分排出作用は、湿分排出管１４ａ、１４ｂによっ
て行われ、その合流した湿分排出管１５が気液分離器１
６に接続される。気液分離器１６では、随伴蒸気相１７
と湿分ドレン相１８とに完全に分離される。気液分離器
１６の随伴蒸気相１７は、随伴蒸気排出管６２に接続し
、その下流には随伴蒸気量制御弁２６が配備される。随
伴蒸気量制御弁２６のさらに下流には随伴蒸気流量計２
８を配設し、流量検出器３０によって随伴蒸気量を検出
する。随伴蒸気２９は、最終的には復水器１３に導かれ
て凝縮される。

一方、気液分離器１６の湿分ドレン相１８は、ドレン排
出管１９に接続し、湿分レベル制御弁２０と湿分流量計
２１を経由して復水器１３のホットウェル部２４に導か
れるドレン流２３となる。

タービン負荷は、タービン発電機４の出力を出力検出器
５８によって検出し、その出力信号５９を随伴蒸気量制
御弁２６に入力する。そして、随伴蒸気量制御弁２６の
開閉量は、タービン負荷の大きさ、すなわち、出力信号
５９の大きさによって決めるような制御手段を講じる。

この制御手段の具体的な方法は、第７図に示すように、
タービン負荷に比例して随伴蒸気量を増加させる旧来の
方式に変えて、負荷が小さい部分負荷（約５０％程度）
の状態では随伴蒸気をカットする制御を行い、タービン
性能が重要となる７５％〜１００％負荷状態で規定の分
離性能が発揮できる随伴蒸気量を確保するような制御方
式を採用することである。実際のタービンの運転条件で
は、５０％以下のタービン負荷における蒸気の湿り度が
非常に小さいために、タービン性能や翼の二ローション
などを特に問題としない。従って、このような部分負荷
の状態では余剰な随伴蒸気を無駄に排出する必要が全く
ない。本制御方式の採用は、部分負荷時の随伴蒸気損失
を皆無にすることが可能であり。

従来よりも大幅にタービン性能の向上を期待できる。な
お、随伴蒸気量制御弁２６による制御は、随伴蒸気量の
第一次制御として適用する。随伴蒸気量の第二次制御は
、随伴蒸気流量計２８および流量検出器３０によって検
出した信号を修正判定器８０に入力して、所定の随伴蒸
気量が確保されていなければ、修正判定器８０から修正
信号をバイパス随伴蒸気制御弁３１に与えて修正制御を
実行する。

第８図は、本発明の応用実施例を示す蒸気タービンプラ
ントの構成及び運転制御システム図である。高圧タービ
ン１から中圧タービン２を経て低圧タービン３へ導かれ
る蒸気系統は、第１図に示す系統と同じであり省略した
。低圧タービン３への導入蒸気管９の入口部に主蒸気流
量計６３を新設し、主蒸気流量計６３からの検出信号を
流量検出器６９に入力する。低圧タービン３の最終段落
内部には、段落内の蒸気の湿り度を検出する蒸気湿り度
検出器７６を配設する。蒸気湿り度検出器７６の検出信
号８１と主蒸気流量検出器６９の検出信号７０とを湿分
量演算器６６に入力して、湿分量演算器６６によって段
落内部の蒸気の湿り度を演算処理する。

さらに、低圧タービン３の最終段落のスリット付き静翼
から抽出された蒸気中の湿分、及び、随伴蒸気は、湿分
抽出１ｒｔ１４ａ、１４ｂによってタービンの外部に排
出され、それぞれの温分抽出管が合流して気液分離器１
６への温分抽出管１５となる。気液分離器１６では、随
伴蒸気相１７と湿分ドレン相１８に分離され、湿分ドレ
ン相１８はドレン排出管１９を介して湿分量制御弁２０
及び湿分流量計２１を経て最終的には復水器１３へ導か
れる。湿分流量計２１の流量検出器２２の検出信号６４
と段落内部の蒸気の湿分量演算器６６の演算信号６７と
を新設した分離効率演算器６５に入力する。そして、分
離効率演算器６５によって最終段落のスリット付き静翼
から抽出される湿分の分離効率を演算処理する。また、
分離効率演算器６５の出力を監視して、演算後の分離効
率が所定の性能を満足しない場合には、分離効率演算器
６５の出力信号６８を随伴蒸気二次制御弁３１に導き、
随伴蒸気二次制御弁３１の開閉量をコントロールして随
伴蒸気量の補正制御を実行する。

さらに、随伴蒸気量検出器３ｏの検出信号８２と主蒸気
流量検出器６９の検出信号７１とを新設した随伴蒸気損
失評価器７２に導き、随伴蒸気損失評価器７２によって
段落内部から排出される随伴蒸気の損失量を演算処理す
る。

第９図は、本発明の追加適用例を示す実施例である。タ
ービン段落内部から抽出される随伴蒸気は、気液分離器
１６に導かれるまでに抽出部の蒸気温度や随伴蒸気抽出
管の管内温度及び管外温度によって蒸気の自己蒸発や凝
縮が発生し、随伴蒸気量に誤差が生じる場合がある。そ
こで、段落内部の蒸気温度を検出する温度検出器８２．
８３及び随伴蒸気抽出管の管内温度、及び、管外温度を
検出する温度検出器８６．８７を新設し、これらの温度
信号７８，７９，８０．８１を蒸発及び凝縮量評価器７
７に入力して、蒸発及び凝縮量評価器７７によって蒸発
量あるいは凝縮量の評価演算処理を実行する。そして、
演算処理後の信号８４を随伴蒸気補正器８５に導いて、
随伴蒸気の補正量を演算して補正信号９３を随伴蒸気−
次制御井２６に送って補正制御を行う。

〔発明の効果〕

本発明によれば、湿り蒸気で運転される蒸気タービンの
段落内部からスリット付き静翼などによって抽出排気さ
れる随伴蒸気量を最小、かつ、適正に制御することがで
き、随伴蒸気損失の減少によるタービン効率を向上させ
ることが可能である。

また１本発明によれば、スリット付き静翼などの湿分分
離性能及び随伴蒸気損失の監視と制御を可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を適用した蒸気タービンプ
ラントの運転制御系統図、第２図は、従来の蒸気タービ
ンプラント系統図、第３図は従来の低圧タービン段落の
側面図、第４図ないし第６図は、従来のスリット付静翼
の断面図、第７図は本発明の運転制御の説明図、第８図
は本発明の第二の実施例の系統図、第９図は本発明の第
三の実施例の系統図である。 ３・・・低圧タービン、１４・・温分抽出管、１６・・
・気液分離器、２１・・・湿分流量計、２６・・・随伴
蒸気量制御弁、２８・・・随伴蒸気流量計、３１・・・
随伴蒸気バイパス制御弁、６５・・・分離効率演算器、
７６・・湿り度検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、火力及び原子力発電プラント用蒸気タービンの段落
   内部に配設される複数の静翼の翼面から翼内部に蒸気中
   の湿分を分離、除去する機能をもつタービン構造におい
   て、 前記分離した湿分及び前記随伴蒸気をタービンの段落外
   へ排出する湿分抽出管を気液分離器に導き、前記気液分
   離器で前記湿分と前記随伴蒸気とを完全に分離し、随伴
   蒸気系統は随伴蒸気量制御弁、随伴蒸気流量計を介して
   前記蒸気タービンの排気を凝縮する復水器へ導かれ、か
   つ、湿分ドレン系統は前記気液分離器の液面を一定に制
   御する湿分量制御弁と湿分流量計を介して、前記復水器
   へ導き、前記随伴蒸気量制御弁は、タービン負荷に対応
   した適正制御、すなわち、部分負荷時の随伴蒸気損失を
   最小化するように制御し、かつ、前記随伴蒸気量制御弁
   と並列に配備した二次随伴蒸気量制御弁は、前記随伴蒸
   気流量計によつて検出される随伴蒸気流量に比例して二
   次制御されることを特徴とする蒸気タービン運転制御シ
   ステム。 ２、請求項１において、 前記タービン段落内部の蒸気湿り度の検出手段とタービ
   ン主蒸気流量検出手段とを配設し、湿り度及び主蒸気流
   量検出手段からの出力信号を湿分量演算器に導き、かつ
   、前記気液分離器下流の湿分流量計の出力信号と前記湿
   分量演算器からの出力信号を入力してタービン段落内部
   に配備されている汽水分離翼の分離性能を評価する分離
   効率評価器を具備し、さらに、前記分離効率評価器の出
   力信号を前記二次随伴蒸気量制御弁に入力して、所定の
   分離効率が達成できるように二次随伴蒸気量を増加ある
   いは減少させ、前記随伴蒸気流量計の検出出力および前
   記主蒸気流量計の検出出力を入力して随伴蒸気損失を評
   価する随伴蒸気損失評価器を具備し前記随伴蒸気損失評
   価器は前記随伴蒸気損失を最小化するように前記二次随
   伴蒸気制御弁を制御可能なことを特徴とする蒸気タービ
   ン運転制御システム。 ３、請求項１または２において、段落内部温度と温分抽
   出管の管内および管外温度を検出する温度検出手段を具
   備し、それぞれの温度検出器からの温度信号によつて湿
   分抽出管内蒸気の凝縮量あるいは蒸発量を算定する評価
   手段をもち、凝縮量あるいは蒸発量分を補正する随伴蒸
   気量補正器によつて、前記の随伴蒸気制御弁を補正制御
   することを可能とする蒸気タービン運転制御システム。