JPH073163B2

JPH073163B2 - 蒸気タ−ビンプラント

Info

Publication number: JPH073163B2
Application number: JP59024389A
Authority: JP
Inventors: 直昭柴下; 初鳥谷; 均伊佐
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-02-14
Filing date: 1984-02-14
Publication date: 1995-01-18
Anticipated expiration: 2010-01-18
Also published as: JPS60169605A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、蒸気タービンプラントに係り、特にタービン
の起動および負荷運転を安全にかつ効率よく行うために
好適な蒸気タービンプラントに関する。

〔発明の背景〕

第１図に、従来の蒸気タービンプラントを示す。

この図に示す蒸気タービンプラントは、蒸気発生器１
と、再熱器２と、高圧セクシヨン４と、中圧セクシヨン
５と、低圧セクシヨン６と、高圧セクシヨン４の入口弁
７と、高圧セクシヨン４および中圧セクシヨン５の入口
部に設けられた加減弁８と、HPバイパス弁13を有する高
圧セクシヨン４のバイパス系統と、ベンチレータ弁14を
有する高圧セクシヨン４の真空系統と、中圧セクシヨン
５の加減弁８の上流側に設けられたLPバイパス弁15と、
高圧セクシヨン４の加減弁８の下流に設けられたノズル
ボックス９と、高圧セクシヨン４の出口部と再熱器２と
を結ぶ系統に設けられた逆止弁12とを備えている。そし
て、前記蒸気発生器１と再熱器２とによりボイラが構成
されている。

前記蒸気タービンプラントでは、蒸気発生器１と再熱器
２から供給された蒸気は、それぞれHPバイパス弁13とLP
バイパス弁15とを経由して蒸気コンデンサＣに流れ、復
水となつて蒸気発生器１へ戻る。このサイクルにより蒸
発温度が上昇し、所定の温度条件に達すると、高圧セク
シヨン４を、HPバイパス弁13を通してバイパスし、中圧
セクシヨン５に通気するか、あるいはHPバイパス弁13を
通じて蒸気をバイパスしつつ、高圧セクシヨン４から中
圧セクシヨン５へ通気し、タービンを昇速する。

第２図に、蒸気温度の上昇特性を示す。

一般に、蒸気温度の上昇率は必ずしも一定ではないが、
第２図中では仮に一定として示している。

ところで、従来技術では始めに通気するタービンセクシ
ヨンは、高圧セクシヨン４と中圧セクシヨン５のいずれ
かであり、その準位は予め定められている。また通気
後、タービンセクシヨン内で仕事をし、蒸気温度，圧力
が下がるため、通気時の蒸気条件も予め定められてい
る。

次に、第３図および第４図に高圧セクシヨンに設けられ
ているノズルボツクスを示す。

これらの図に示すノズルボツクス９は、内部室が仕切り
壁により複数個（この実施例では４個）のノズル9a〜9d
に仕切られており、各ノズル9a〜9dに対応して加減弁8a
〜8dが設けられている。そして、各ノズル9a〜9dから、
タービンロータ11に植え込まれた翼11′に向かつて蒸気
８を噴射するようになつている。

ついで、第５図および第６図に高圧セクシヨン以外のタ
ービンセクシヨンの入口部に設けられている全周噴射
（スロツトル）手段を示す。

これらの図に示す全周噴射手段10は、内部室が仕切られ
ておらず、全周10′から前記タービンロータ11の翼11′
に向かつて蒸気Ｓを噴射するようになつている。

なお、第３図および第５図において、P_Bは翼の上流の圧
力としてのボール圧力、P_Cは翼の下流の圧力を示し、第
５図および第６図において、８は加減弁を示す。

続いて、第７図に流体（ここでは蒸気）の流量と圧力と
の関係を示す。

一般に、流量Ｑと圧力Ｐとの関係は、Ｑ＝Ｃ・Ａ・ｆ（ΔＰ） ………（１）となる。ここで、Ｃ…定数Ａ…流体の通る部分の面積（ここでは、ノズル面積） ΔＰ…上流と下流の圧力差（ここでは、P_B-P_C）ｆ…関数（ここでは、ΔＰの係数）である。

（１）式から、流量Ｑが低下した場合には、面積Ａを変
化させるか、あるいは圧力差ΔＰを変化させる必要があ
る。従来技術において、高圧セクシヨン４に設けられて
いるノズルボツクス９では第３図および第４図に示す加
減弁8a〜8dを調節することによりノズル面積Ａを変化さ
せるようになつている。また、高圧セクシヨン４以外の
タービンセクシヨンに設けられている全周噴射手段10で
は加減弁８を調節することによつて圧力差ΔＰを変化さ
せるようになつている。

そして、前記従来技術では第１図において最高圧のター
ビンセクシヨンである高圧セクシヨン４にのみ、ノズル
ボツクス９が設けられていて、他のタービンセクシヨン
にはノズルボツクス９が設けられていない。また、前記
高圧セクシヨン４以外のタービンセクシンにはバイパス
系統が設けられておらず、高圧セクシヨン４と他のター
ビンセクシヨンとの切り離し運転ができないようになつ
ている。

ついで、第８図にタービンセクシヨン数と負荷率を示
し、さらに第９図に３種の制御方式の出力特性を示し、
続いて第10図に前記各制御方式の初段後温度特性を示
す。

近時、蒸気タービンプラントの再熱器の多段化による効
率向上、蒸気条件の高温，高圧化による効率向上および
中間負荷運転等の要求により、タービンの起動および運
転条件について、より一層多様化が要求されている。

まず、再熱器の多段化により、タービンセクシヨン数が
増加している。これに対して、タービンセクシヨンに順
位を持たせてタービンを起動する従来技術において、例
えば中圧タービン５を起動させるような場合、タービン
セクシヨン数の増加により第８図に示すごとく、各ター
ビンセクシヨン当たりの全体に占めるタービン負荷％が
減少し、タービン負荷上昇はタービンセクシヨン数とと
もに鈍くなる。

また、従来技術では最高圧のタービンセクシヨン以外の
タービンセクシヨンにはノズルボツクス９が設けられて
おらず、タービンセクシヨンの入口部のノズル面積Ａが
一定構造となつているため、タービンセクシヨンの入口
部の圧力が上昇しにくく、つまりボール圧力P_Bが立た
ず、第９図に示すスロツトルガバニング線の負荷特性と
なる。

次に、蒸気条件の高温化により、タービンセクシヨンの
蒸気温度が高くなる。これに対して、従来技術では前述
のごとく、最高圧のタービングセクシヨン以外のタービ
ンセクシヨンでは、入口部のノズル面積が一定構造のた
め、タービンセクシヨンの入口部の圧力が上昇せず、第
９図から分かるように、負荷が取りにくい。これは、言
いかえると、タービンセクシヨンの内部での温度低下が
小さいことを意味し、タービンセクシヨンに供給された
蒸気が仕事をしないで流出していることを意味してい
る。これについて、初段後温度を例にとり、第10図にス
ロツトルガバニング線として示す。

さらに、タービン起動時に発生するタービン各部の熱応
力は、通気時の蒸気温度とタービンセクシヨンのメタル
温度との温度差ΔＴが大きい程、発生応力が大きいが、
タービン起動時にコールドスタートを行う場合、タービ
ンセクシヨンのメタル温度が低いため、温度差ΔＴを小
さくすることからすれば、第10図に示すスロツトルガバ
ニング線よりもノズルガバニング線による制御方式が有
利であり、タービンの急速起動の要求からすれば、別の
制御方式の方が有利である。しかし、従来技術では、そ
の選択ができなかつた。

要するに、従来技術では最高圧のタービンセクシヨン以
外のタービンセクシヨンにノズルボツクス９、バイパス
系統が設けられておらず、最高圧のタービンセクシヨン
と他のタービンセクシヨンとの切り離し運転ができな
い。したがつて、タービンセクシヨンの増加に伴い、各
タービンセクシヨンの負荷上昇率が低下し、急速起動が
できない欠点がある。

また、従来技術では最高圧のタービンセクシヨン以外の
タービンセクシヨンにはノズルボツクス９が設けられて
いないので、最高圧のタービンセクシヨン以外のタービ
ンセクシヨンの入口部のノズル面積Ａが一定である。し
たがつて、タービン起動時にボール圧力P_Bが立たないの
で、タービンセクシヨンの内部で蒸気が仕事をしないで
流出するため、出口部の蒸気温度が高い。その結果、起
動時に蒸気を流すタービンセクシヨンの熱応力が大きく
なる欠点があり、起動時のタービンセクシヨンの出口部
の蒸気温度を適正値に下げると、定格運転のタービンセ
クシヨンの入口部の蒸気条件に移行させる時間が長くな
り、効率が低下する欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記従来技術の欠点をなくし、急速起
動が可能であつて、かつ熱応力を小さくでき、しかも定
格運転への移行を速やかに行い得る蒸気タービンプラン
トを提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、蒸気発生器と１段以上の再熱器とで構成され
たボイラと、２以上のタービンセクシヨンと、タービン
セクシヨンの入口部に設けられた加減弁とを有する蒸気
タービンプラントにおいて、前記２以上のタービンセク
シヨンのうちの、最高圧のタービンセクシヨンの加減弁
の下流にノズルボツクスを設けるとともに、他のタービ
ンセクシヨンのうちから選択されたタービンセクシヨン
の加減弁の下流にもノズルボツクスを設けたこと、前記
ノズルボツクスを設けたタービンセクシヨンに、当該タ
ービンセクシヨンの内部を真空にする真空系統と、バイ
パス系統とを設けたところに特徴を有するもので、この
構成により前記目的を全て達成することができたもので
ある。

〔発明の実施例〕以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

第11図は、本発明の第１の実施例を示すもので、この実
施例のものは、ボイラが蒸気発生器１と、第1,第２の再
熱器2₁,2₂の２段の再熱器とで構成されている。

そして、タービンセクシヨンは超高圧セクシン３と、高
圧セクシヨン４と、この実施例では１段のみの中圧セク
シヨン５と、低圧セクシヨン（図示せず）とを備えてい
る。

前記超高圧セクシヨン３は、蒸気入口配管を通じて前記
蒸気発生器１に接続されている。この超高圧セクシヨン
３の蒸気入口配管には、入口弁7₁と加減弁8₁とが設けら
れ、この加減弁8₁の下流側にノズルボツクス9₁が設けら
れている。また、超高圧セクシヨン３は蒸気出口配管を
通じて第１の再熱器2₁に接続されており、この蒸気出口
配管には逆止弁12₁が設けられている。前記超高圧セク
シヨン３の蒸気入口配管と蒸気出口配管間には、VHPバ
イパス弁13₁を有するバイパス系統が設けられている。
前記超高圧セクシヨン３の蒸気出口配管には、VHPベン
チレータ弁14₁を有する真空系統が接続されている。

前記高圧セクシヨン４は、蒸気入口配管を通じて第１の
再熱器2₁に接続されている。この高圧セクシヨン４の蒸
気入口配管には、入口弁7₂と加減弁8₂とが設けられ、こ
の加減弁8₂の下流側にノズルボツクス9₂が設けられてい
る。さらに、この高圧セクシヨン４は蒸気出口配管を通
じて第２の再熱器2₂に接続されている。前記高圧セクシ
ヨン４の蒸気入口配管と蒸気出口配管間には、HPバイパ
ス弁13₂を有するバイパス系統が接続されている。前記
高圧セクシヨン４の蒸気出口配管には、HPベンチレータ
弁14₂を有する真空系統が接続されている。また、前記
高圧セクシヨン４の蒸気入口配管と蒸気コンデンサＣと
を結ぶ配管にはIP・LPバイパス弁15₁が設けられてい
る。

前記中圧セクシヨン５は、蒸気入口配管を通じて第２の
再熱器2₂に接続されている。この中圧セクシヨン５の蒸
気入口配管には、加減弁8₃が設けられており、前記中圧
セクシヨン５の蒸気入口配管と蒸気コンデンサＣとを結
ぶ配管にはLPバイパス弁15₂が設けられている。なお、
この中圧セクシヨン５から低圧セクシヨン（図示せず）
へ蒸気を流すようになつている。

前記超高圧セクシヨン３と高圧セクシヨン４とに設けら
れたノズルボツクス9₁,9₂には、前記第３図，第４図に
示す構造のものが使用されている。

前記第１の実施例の蒸気タービンプラントは、次のよう
に運転され、作用する。

いま、高圧セクシヨン起動の場合を例とし、超高圧セク
シヨン３と高圧セクシヨン４の関連作動について説明す
る。

前記高圧セクシヨン起動の場合、高圧セクシヨン４の入
口弁7₂を開とし、HPベンチレータ弁14₂を閉とする。一
方、超高圧セクシヨン３の入口弁7₁を閉とし、VHPベン
チレータ弁14₁を閉とし、超高圧セクシヨン３の内部を
真空に保ち、風損による温度上昇を防止しておく。

この運転モードでは、蒸気発生器１から供給された蒸気
は、超高圧セクシヨン３に設けられたVHPバイパス弁13₁
を通じて第１の再熱器2₁に流れ、この第１の再熱器2₁で
再加熱される。そして、前記第１の再熱器2₁で加熱され
た蒸気は、高圧セクシヨン４の蒸気入口配管に設けられ
た加減弁8₂と、その下流に設けられたノズルボツクス9₂
を通つて高圧セクシヨン４へ流れる。

このように、高圧セクシヨン起動時、高圧セクシヨン４
を超高圧セクシヨン３から切り離して運転できるので、
タービンの負荷上昇率が向上するため、急速起動が可能
となる。

かかる高圧セクシヨン起動時において、蒸気の流量Ｑが
低い場合には、高圧セクシヨン４の加減弁8₂を開閉し、
ノズルボツクス9₂のノズル面積Ａを変化させる。これに
より、高圧セクシヨン４の入口部側の圧力としてのボー
ル圧力P_Bを高くすることが可能となる。このボール圧力
P_Bを高くすると、高圧セクシヨン４の内で蒸気が仕事を
し、蒸気温度が低下する。この結果、高圧セクシヨン４
の出口部の蒸気温度が高くなることを懸念して高圧セク
シヨン４に流す蒸気の温度を低くする必要がなく、した
がつて定格運転時の入口部の蒸気温度に移行させる時間
を短縮することができる。

また、前記高圧セクシヨン４のノズルボツクス9₂の制御
は、高圧セクシヨン４のメタル温度を考慮し、加減弁8₂
を操作して、段落蒸気温度との温度差ΔＴが最小となる
ように、第10図に示す３種の制御方式、すなわちスロツ
トルガバニング、ノズルガバニング、コンバインドガバ
ニングの中から選択して採用する。

さらに、高圧セクシヨン４へ流入しきれない蒸気は、IP
・LPバイパス弁15₁より適時蒸気コンデンサＣへ流す。
この蒸気コンデンサＣに流れた蒸気は、復水となつて蒸
気発生器１へ戻される。

ついで、超高圧セクシヨン３のVHPバイパス弁13₁とVHP
ベンチレータ弁14₁とを閉とし、超高圧セクシヨン３の
入口弁7₁を開とし、超高圧セクシヨン３に通気する。

超高圧セクシヨン３へ通気後の昇速，負荷上昇過程で
は、公知の技術である熱応力管理によるタービン制御を
行う。

また、高圧セクシヨン４を超高圧セクシヨン３と切り離
し運転ができるので、高圧セクシヨン起動後、超高圧セ
クシヨン３を真空としたまま、高圧セクシヨンとその下
流のタービンセクシヨンのみで運転することもできる。
この場合には、高圧セクシヨン４の下流では第１図に示
す従来の蒸気タービンプラントと同じになる。また、負
荷の点から見れば、超高圧セクシヨン３の分の負荷がな
くなつた中間負荷運転となる。さらに、この場合、ボイ
ラ側からの入熱は超高圧セクシヨン３で仕事をするエネ
ルギー分だけ不要となり、しかもノズルボツクス9₂を設
けていることから、前記従来の蒸気タービンプラントと
同様の運転パターンを採ることができる。

次に、超高圧セクシヨン起動時においては、超高圧セク
シヨン３の入口弁7₁を開とし、VHPベンチレータ弁14₁を
閉とする。また、高圧セクシヨン４の入口弁7₂を閉と
し、HPベンチレータ弁14₂を開として、高圧セクシヨン
４の内部を真空に保つ。

ついで、前記高圧セクシヨン起動の場合と同様の弁制御
で運転する。

進んで、第12図は本発明の第２の実施例を示すもので、
この実施例のものはボイラが蒸気発生器１とｎ段（ただ
し、ｎ＝1,2,……）の再熱器とで構成されている。

そして、タービンステーシヨンは超高圧セクシヨン３
と、高圧セクシヨン４と、ｌ段（ただし、ｌ＝ｎ−２）
の中圧セクシヨン（5₁〜5_l）と、低圧セクシヨン（図示
せず）とで構成されている。

さらに、前記超高圧セクシヨン３と、高圧セクション４
にはノズルボツクス9₁,9₂が設けられ、ｍ段の中圧セク
シヨンのうちから選択された中圧セクシヨンにはノズル
ボツクス9₃，……が設けられている。

前記ノズルボツクス9₁,9₂,9₃，……が設けられたタービ
ンステーシヨンには、バイパス系統と、真空系統とが設
けられている。前記超高圧セクシヨン３のバイパス系統
はVHPバイパス弁13₁を備え、真空系統はVHPベンチレー
タ弁14₁を備えている。前記高圧セクシヨン４のバイパ
ス系統はHPバイパス13₂を備え、真空系統はHPベンチレ
ータ弁14₂を備えている。ｍ段のうちから選択された中
圧セクシヨン5₁，……バイパス系統はバイパス弁13₃，
……を備え、真空系統はベンチレータ弁14₃，……を備
えている。

また、前記高圧セクシヨン４の入口側と蒸気コンデンサ
Ｃ間にはIP・LPバイパス弁15₁が設けられ、各中圧セク
シヨン5₁〜5_lの入口側と蒸気コンデンサＣ間にはLPバイ
パス本15₂〜15_m（ただし、ｍ＝ｎ−１）が設けられてい
る。

前記第２の実施例のものは、ノズルボツクス9₃……と、
バイパス系統と、真空系統とが設けられている中圧セク
シヨン5₁，……を起動運転でき、起動後も超高圧セクシ
ヨン３や高圧セクシヨン４と切り離して運転できる外
は、前記第１の実施例と同様である。

なお、この第12図に示す第２の実施例において、全部の
中圧セクシヨン5₁〜5_lにノズルボツクスと、バイパス系
統と、真空系統を設けてもよい。

また、この第12図において、7₁〜7₃は入口弁を示し、12
₁〜12_nは逆止弁を示す。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、蒸気発生器と１段以上の
再熱器とで構成されたボイラと、２以上のタービンセク
シヨンと、タービンセクシヨンの入口部に設けられた加
減弁とを備えた蒸気タービンプラントにおいて、前記２
以上のタービンセクシヨンのうちの最高圧のタービンセ
クシヨンの加減弁の下流にノズルボツクスを設けるとと
もに、他のタービンセクシヨンのうちから選択されたタ
ービンセクシヨンの加減弁の下流にもノズルボツクスを
設け、前記ノズルボツクスを有するタービンセクシヨン
に、それぞれ当該タービンセクシヨンの内部を真空にす
る真空系統と、バイパス系統とを設けたことにより、ノ
ズルボツクスと、真空系統と、バイパス系統とを有する
タービンセクシヨンを、他のタービンセクシヨンと切り
離して起動運転が可能となるので、急速起動ができる効
果がある。

また、本発明によれば、ノズルボツクスを有する最高圧
のタービンセクシヨンや選択されたタービンセクシヨン
は、そのノズルボツクスの作用により、起動運転時にボ
ール圧力が立ち、そのタービンセクシヨンの内部で蒸気
が仕事をして流出するので、タービンセクシヨンの出口
部の蒸気温度が低下するし、スロツトルガバニング、ノ
ズルガバニング、コンバインドガバニングの３種の制御
方式から熱応力を減少させる上で、最も有利な制御方式
を採用できるので、熱応力を小さくできる効果があり、
タービンセクシヨンの入口部へ流す蒸気温度を高くでき
るので、定格運転時の入口部の蒸気温度に速やかに移行
し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蒸気タービンプラントの系統図、第２図
は蒸気温度の上昇特性を示す図、第３図はノズルボツク
スの一例を示す縦断側面図、第４図は同正面図、第５図
は全周噴射（スロツトル）手段の縦断側面図、第６図は
同正面図、第７図は流体（蒸気）流量と圧力との関係を
示す図、第８図はタービンセクシヨン数と負荷率を示す
図、第９図はタービンセクシヨンの３種の制御方式の出
力特性を示す図、第10図は同制御方式の初段後温度特性
を示す図、第11図は本発明の第１の実施例を示す系統
図、第12図は同第２の実施例を示す系統図である。１……蒸気発生器、2₁〜2_n……再熱器、３……超高圧セ
クシヨン、４……高圧セクシヨン、5₁〜5_l……中圧セク
シヨン、7₁〜7₃……入口弁、8₁〜8_n……加減弁、9₁〜9₃
……ノズルボツクス、13₁……バイパス系統に設けられ
たVHPバイパス弁、13₂……同HPバイパス弁、13₃〜13_k…
…同バイパス弁、14₁……真空系統に設けられたVHPベン
チレータ弁、14₂……同HPベンチレータ弁、14₃〜14_k…
…同ベンチレータ弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−107804（ＪＰ，Ａ) 実開昭54−98902（ＪＰ，Ｕ) 特公昭59−14601（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸気発生器と１段以上の再熱器とで構成さ
れたボイラと、２以上のタービンセクシヨンと、タービ
ンセクシヨンの入口部に設けられた加減弁とを備えた蒸
気タービンプラントにおいて、前記２以上のタービンセ
クシヨンのうちの最高圧のタービンセクシヨンの加減弁
の下流にノズルボックスを設けるとともに、他のタービ
ンセクシヨンのうちから選択されたタービンセクシヨン
の加減弁の下流にもノズルボックスを設け、前記ノズル
ボックスを有するタービンセクシヨンに、それぞれ当該
タービンセクシヨンの内部を真空にする真空系統と、バ
イパス系統とを設けたことを特徴とする蒸気タービンプ
ラント。