JPH06221111A - 再熱蒸気タービンプラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、タービンバイパスシステム
を有する再熱蒸気タービンの起動を安定的に制御するこ
とができる再熱蒸気タービンプラントを得ることであ
る。 【構成】 この発明に係る蒸気タービンプラントでは、
高圧タービンの排気室を蒸気連通弁を介して中圧タービ
ンの排気室に接続したことが特徴であり、その起動は高
圧タービンと中圧タービンに同時に通気して起動するよ
うにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はタービンバイパスシステ
ムを有する再熱蒸気タービンの起動時における運転運用
を改良した再熱蒸気タービンプラントに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、火力発電所に使用される再熱蒸気
タービンプラントにおいては、タービンバイパスシステ
ムが設置されることが多い。このタービンバイパスシス
テムの設置により、タービンが低負荷域および停止中の
ときでも、ボイラーからの発生蒸気量を低減させる必要
がなく、したがって、ボイラーの燃焼安定化を図ること
ができる。

【０００３】特に毎日起動停止運用機能を改善するため
の一つの対応策としては有効なシステムであり、中間負
荷火力プラントが増加してくるに伴ないタービンバイパ
スシステムを設けた再熱蒸気タービンプラントが建設さ
れるようになって来た。このようなタービンバイパスシ
ステムは高圧および低圧の二段のバイパス系から構成さ
れている。図３および図４はタービンバイパスシステム
を備えた再熱蒸気タービンプラントに適用される従来の
系統である。

【０００４】図３は高圧タービンと中圧タービンに同時
に通気する起動法を採用した系統を示しており、図４は
中圧タービンにのみ通気する起動法を採用した系統を示
すもので、両者の系統上の相違点は高圧タービン排気室
から復水器への蒸気ダンプ弁が設置されているかどうか
である。以下、図３を用いて系統の説明を行なう。

【０００５】図３において、ボイラー１で発生した蒸気
は、主蒸気止め弁２、蒸気加減弁３を経て高圧タービン
４に流入する。高圧タービン４から排気された蒸気は、
逆止弁５を通り、ボイラー１の再熱器に導かれ再び加熱
される。再熱器を通った蒸気は再熱蒸気止め弁６、イン
ターセプト弁７を経て中圧タービン８を通りその後低圧
タービン９内へ流入する。低圧タービン９の軸端には発
電機10が連結されている。

【０００６】低圧タービン９より排気された蒸気は復水
器11に流入しここで復水とされる。復水は復水ポンプ1
2、低圧ヒーター13を通り、脱気器14に流入する。脱気
器14を通った給水は、さらに給水ポンプ15、高圧ヒータ
ー16を通りボイラー１に再び流入する。ボイラー１と主
蒸気止め弁２との配管途中から分岐されたラインには高
圧バイパス弁17および減温装置18が配設され、逆止弁５
とボイラー１の途中に接続されている。また減温装置18
への冷却水を供給調整するための冷却水調整弁19が設置
されている。

【０００７】さらに、ボイラー１の再熱器と再熱蒸気止
め弁６との配管途中から再熱蒸気を復水器11にバイパス
させるラインには、低圧バイパス弁20および減温装置2
1、冷却水調整弁22が高圧バイパス弁17と同様に配設さ
れている。

【０００８】以上の図３に比べ、図４においては、高圧
タービン４排気と逆止弁５の途中から蒸気ダンプ弁100
を介して復水器11に接続されるラインが配設されてお
り、タービン起動時に高圧タービン４内部を真空とする
ように動作する。これら従来の両方式には次に示す如く
一長一短があり、より優れた起動特性を有する火力発電
プラントが望まれている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図３に示された方式
は、高圧タービン４、中圧タービン８に同時に通気する
起動法となっているが、逆止弁５が高圧バイパス弁17の
出口圧力により強制的な全閉状態にて、主蒸気止め弁２
による全周噴射起動にて微開して高圧タービン４に通気
した時は、主蒸気止め弁２の絞り損失により高圧タービ
ン４の初段ノズルの前圧力が低下するため、高圧タービ
ン４の動翼での有効な仕事が発生しない。さらに主蒸気
止め弁２と同時に開弁したインターセプト弁７により、
低圧バイパス弁20にて圧力制御された蒸気が中圧タービ
ン８に通気され蒸気タービンの回転数上昇が行なわれる
ために、特に翼長の長い高圧タービン４の排気部では風
損が発生する。したがって、排気室の温度が急上昇する
ばかりか、この温度変化により高圧タービン４のロータ
ー表面の熱応力が増加して過度の寿命消費が発生する不
具合がある。これを解決するために、中圧タービン８に
流入する蒸気量の数倍の蒸気を高圧タービン４に流入さ
せて、高圧タービン４内部の、蒸気によるクーリングを
実施することが行なわれるが、物理的及び起動蒸気条件
的に十分な対策とは言えない。

【００１０】一方、図４に示された方式は、起動前に蒸
気ダンプ弁100 を開弁して、高圧タービン４内部を復水
器11と直結して真空としておき、蒸気加減弁３を全閉の
ままの状態にてインターセプト弁７により中圧タービン
８にのみ通気した蒸気タービンの回転数上昇が行なわれ
るが、高圧タービン４の排気部は真空が保持されている
期間のみは風損による温度上昇の発生がない利点のある
ものの、インターセプト弁７全開後は、連続して高圧タ
ービン４にて負荷を得るべく蒸気加減弁３を急速開弁す
るとともに蒸気ダンプ弁100 を閉止する動作となる。す
なわち、この蒸気加減弁３を急速開弁した時に高圧ター
ビン４の初段後メタルに、流入蒸気温度との温度差（温
度変化）が生じ、急激に、大きな熱応力が発生する不具
合がある。これを解決するために蒸気加減弁３を微少開
弁してウォーミング蒸気を作用させることも行なわれる
が、たとえば蒸気加減弁３がシェルマウント型の様に、
蒸気加減弁３を全数弁同時に微少開弁出来ない場合に
は、部分的なウォーミングとなり結果的に高圧タービン
４のノズルボックスに熱応力が発生するため十分な対策
とは言えない。また蒸気加減弁３の開弁と蒸気ダンプ弁
100 の閉弁動作のタイミングが不良な場合には、弁前後
圧力差により逆止弁５にチャタリングが発生し破損する
場合や、蒸気ダンプ弁100 が、蒸気加減弁３が所定の弁
開度に開弁する以前に全閉となった場合には、前述の図
３と同様に高圧タービン４の排気室における風損による
温度上昇の発生が必至である。

【００１１】この発明は上記従来の問題点に鑑みなされ
たものであって、タービンバイパスシステムを有する再
熱蒸気タービンの起動を安定的に制御することができる
蒸気タービンプラントの系統を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、再熱器を有す
るボイラーと、このボイラーからの主蒸気により駆動さ
れる高圧タービンと、この高圧タービンからの排気を逆
止弁を介してボイラーの再熱器に導びき、この再熱器か
らの再熱蒸気にて駆動される中圧タービン及び低圧ター
ビンと、主蒸気管より分岐して高圧タービンをバイパス
して逆止弁の２次側に接続される高圧タービンバイパス
弁と、再熱蒸気管より分岐して中圧低圧タービンをバイ
パスして復水器に接続それる低圧タービンバイパス弁を
備えた再熱蒸気タービンプラントであって、蒸気タービ
ンの起動時に高圧タービン排気室からの蒸気を連通弁を
介して中圧タービン排気室に接続してタービンバイパス
運転中にこの連通弁を開弁して起動することを特徴とす
る。

【００１３】

【作用】これにより、高圧タービン初段のウォーミング
が完全に実施されかつ高圧タービンの排気室は、真空状
態から徐々に圧力上昇するものの、その接続先が中圧タ
ービンの排気室となっており、低圧タービンの蒸気通路
部を介した復水器の真空状態が支持的であるため、高圧
タービン内部の特に排気室での風損による温度上昇が防
止出来る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は高圧、低圧タービンバイパス系を備えた
再熱蒸気タービンプラントの系統を示す。この図１では
従来例と同様な部分は同一の符号を付し、その説明は省
略する。

【００１５】高圧タービン４の排気室からボイラー１側
への蒸気管は、従来同様、逆止弁５に接続されており、
その途中から分岐された蒸気管は中圧タービン８の排気
室に蒸気連通弁200 を介して接続されている。

【００１６】蒸気タービンの起動前は、主蒸気止め弁
２、再熱蒸気止め弁６、逆止弁５及び蒸気連通弁200 が
全閉となっている。この時点において既にボイラー1 か
らの主蒸気は高圧バイパス弁17から低温管18を通過して
再びボイラー１の再熱器に戻り、再熱され、その後再熱
蒸気は低圧バイパス弁20から減温室21を通過して真空と
なっている復水器11に流入する。すなわちタービンバイ
パス系がすでに稼動している状態であり、以下、起動に
ついて説明する。なお本発明の一実施例では高圧タービ
ン４と中圧タービン８に同時に通気して起動する方式を
採用している。

【００１７】蒸気タービンのリセット動作にて、再熱蒸
気止め弁６と蒸気連通弁200 を全開とさせる。すなわ
ち、主蒸気はまだ全閉の主蒸気止め弁２、再熱蒸気はイ
ンターセプト弁７の前まで作用するとともに高圧タービ
ン４の内部は、蒸気連通弁200が開弁したことにより低
圧タービン９の蒸気通路を介して真空となっている。蒸
気タービンの起動に際して高圧タービン４に流入する蒸
気は、高圧タービン４の初段ノズルボックスをウォーミ
ングし熱応力の発生を防止すべく蒸気加減弁３を強制的
に全開とさせ、主蒸気止め弁２にて速度制御を行なう、
いわゆる全周噴射起動（運転）にて流量制御されてい
る。同時に中圧タービン８に流入する蒸気はインターセ
プト弁７にて速度制御（流量制御）が行なわれ、蒸気タ
ービンの速度制御及びその後の負荷制御が連続的に行わ
れる。

【００１８】蒸気タービンの出力が任意負荷に到達した
後は、高圧タービン４の初段のウォーミングが終了した
ため、一般火力発電プラントの蒸気タービンと同様に、
高圧タービン４側の蒸気流量制御は主蒸気止め弁２から
蒸気加減弁４に切換え、通常の蒸気加減弁３による部分
噴射運転に移行する。蒸気タービンの負荷上昇とともに
蒸気タービンへの流入蒸気量が増加するため、任意圧力
設定にて主蒸気や再熱蒸気の圧力制御をしていた高圧バ
イパス弁17及び低圧バイパス弁20は、徐々に閉まり、や
がて全閉となって、ボイラー１にて発生した蒸気の全量
が蒸気タービンに流入することになり、タービンバイパ
ス運転が終了し、その後は本来の再熱蒸気タービンとな
る。このような一連の起動過程において高圧タービン４
に流入した全ての蒸気は、蒸気連通弁200 が全閉となる
まで、蒸気連通弁200 を介して中圧タービン８の排気室
に至り、インターセプト弁７にて制御された中圧タービ
ン８への流入蒸気と混合してやがて低圧タービン９へと
流出する。すなわち蒸気連通弁200 が開弁している限り
高圧タービン４の排気室の蒸気状態は、中圧タービン８
の排気室の蒸気状態と同一条件が保持される。このた
め、高圧タービン４の動翼では有効な仕事を発生するこ
とが可能となるばかりか、たとえタービンバイパス運転
下でも風損による温度上昇が発生しない中圧タービン８
の排気室と同一条件となる。よって、高圧タービン４の
排気室でも風損による温度上昇は発生しないことが判明
する。蒸気連通弁200 は、インターセプト弁７が全開と
なる手前でかつ高圧バイパス弁17が全閉する以前のバイ
パス運転中に強制的に全閉として高圧タービン４からの
蒸気を逆止弁５を介してボイラー１の再熱器へと流すよ
うに操作される。

【００１９】なお、以上の実施例において蒸気連通弁の
閉弁特性は、特に再熱器につながる逆止弁前後の圧力差
に関連し、逆止弁にチャタリングを発生させずに瞬時に
開弁する手段として、蒸気連通弁を図２に示す強制逆止
弁として、この蒸気連通弁を瞬時に全閉させたタイミン
グで一気に逆止弁を開弁する構造構成とすることも有効
な手段である。

【００２０】また以上の一実施例においては、高圧ター
ビン排気を中圧タービン排気に接続したが、混合される
部位（タービン段落）の条件によっては中圧タービンの
排気部以外でも良いことは説明するまでもない。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、蒸
気タービンの起動時より、高圧タービン初段のウォーミ
ングが完全に実施されかつ高圧タービンの排気室は、真
空状態から徐々に圧力上昇するものの、その接続先が中
圧タービンの排気室となっており、低圧タービンの蒸気
通路部を介した復水器の真空状態が支配的であるため、
高圧タービン内部の特に排気室での風損による温度上昇
が防止出来る。このため、高圧タービンに係る熱応力の
不具合が一挙に解決することが可能となるばかりか、種
々保安試験の行なわれる蒸気流入量の少ない無負荷運転
や低負荷運転時においても運転時間に関する制限がなく
なり運用面での裕度が拡大し、安定した蒸気タービンの
起動が出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す系統図。

【図２】本発明の他の実施例を示す系統図。

【図３】従来例を示す系統図。

【図４】他の従来例を示す系統図。

【符号の説明】

１…ボイラ、２…主蒸気止め弁、３…蒸気加減弁、４…
高圧タービン、５…逆止弁、６…再熱蒸気止め弁、７…
インターセプト弁、８…中圧タービン、９…低圧タービ
ン、10…発電機、11…復水器、12…復水ポンプ、13…低
圧ヒータ、14…脱気器、15…給水ポンプ、16…高圧ヒー
タ、17…高圧バイパス弁、18，21…減温器、19，22…冷
却水調整弁、20…低圧バイパス弁、 100…蒸気ダンプ
弁、 200…蒸気連通弁、 201…蒸気連通逆止弁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 再熱器を有するボイラーと、このボイラ
   ーからの主蒸気により駆動される高圧タービンと、この
   高圧タービンからの排気を逆止弁を介して前記ボイラー
   の再熱器に導びき、この再熱器からの再熱蒸気にて駆動
   される中圧タービン及び低圧タービンと、前記主蒸気管
   より分岐して前記高圧タービンをバイパスして前記逆止
   弁の２次側に接続される高圧タービンバイパス弁と、前
   記再熱蒸気管より分岐して前記中圧低圧タービンをバイ
   パスして復水器に接続される低圧タービンバイパス弁を
   備えた再熱蒸気タービンプラントにおいて、蒸気タービ
   ンの起動時に高圧タービン排気室からの蒸気を連通弁を
   介して中圧タービン排気室に接続してタービンバイパス
   運転中にこの連通弁を開弁して起動することを特徴とす
   る再熱蒸気タービンプラント。
2. 【請求項２】 前記連通弁は、高圧タービン排気室側を
   ２次側とするように配設された逆止弁であることを特徴
   とする請求項１に記載の再熱蒸気タービンプラント。