JPH0786321B2 - 二段再熱式蒸気タービンプラントの起動方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は二段の再熱器を有するボイラと組合わせた二段
再熱式蒸気タービンプラントの起動方法およびその装置
に関する。

（従来の技術） 蒸気タービンプラントの性能向上を目指す動きは近年関
係者の超高圧高圧タービンの開発に向けて努力が結実
し、一部ユニットではこれを実現する日も間近い状況に
ある。この新たに開発された超高圧高温タービンのター
ビン入口での蒸気条件は従来の圧力／温度246kg/cm²g/5
38℃に対して316kg/cm²g/566℃となっている。一方、目
を世界に転じると、この蒸気条件をより高めた316kg/cm
²g/593℃さらに352kg/cm²g/593℃級の超高圧高温タービ
ンの開発も進められている。これらの超高圧高温タービ
ンは基本的には二段の再熱器を有するボイラと組合わさ
れて二段再熱式の蒸気タービンプラントとして構成され
る。以下、その典型的なものを図面を参照して説明す
る。

すなわち、第２図において、ボイラ１で発生した主蒸気
は主蒸気管２を通って超高圧タービン３に導かれ、その
内部で膨張して仕事を行ない、排気として第１段低温再
熱蒸気管４を介して第１段再熱器５に送られる。この超
高圧タービン排気は第１段再熱器５において再び加熱さ
れ、温度の高い再熱蒸気となって第１段高温再熱蒸気管
６を通して高圧タービン７に導入され、そこで膨張して
仕事を行ない、排気として第２段低温再熱蒸気管８を介
して第２段再熱器９に送られる。この高圧タービン排気
は第２段再熱器９において加熱され、温度の高い再熱蒸
気となって第２段高温再熱蒸気10を通して中圧タービン
11に導かれ、その内部で膨張して仕事を行ない、排気と
して低温蒸気管12を介して低圧タービン13に送られる。
この中圧タービン排気は低圧タービン13内でも膨張して
仕事を行ない、その後復水器14に排出されて循環水ポン
プ（図示せず）によって送られる冷却水と熱交換して復
水となる。この復水は復水ポンプ15により抽出され、低
圧給水加熱器16、脱気器17を経て加熱され、さらに給水
ポンプ18により加圧されて高圧給水加熱器19を経てボイ
ラ１に戻り、一つのサイクルが完了する。なお、図中符
号20は主蒸気止め弁、21a,21bは再熱蒸気止め弁をそれ
ぞれ示し、また、符号22および23a,23bは主蒸気加減弁
および再熱蒸気加減弁であって、超高圧タービン３また
は高圧タービン７、中圧タービン11および低圧タービン
13に流れる主蒸気または再熱蒸気の流量を調節してそれ
ぞれの出力を制御するものである。

ところで、このような二段再熱式蒸気タービンプラント
においてはタービン起動停止時のボイラ負荷とタービン
負荷との不適合を緩和し、また、各再熱器5,9へ冷却用
蒸気を供給する等の目的からタービンバイパス系が設け
られる。すなわち、超高圧タービン３に対するものとし
て主蒸気管２と第１段低温再熱蒸気管４とを結ぶ超高圧
タービンバイパス弁24を有する超高圧タービンバイパス
管25が、また高圧タービン７には第１段高温再熱蒸気管
６と第２段低温再熱蒸気管８とを連絡する高圧タービン
バイパス弁26を備えた高圧タービンバイパス管27が各々
設けられ、起動時に第１段再熱器５に対しては減温器28
により温度調節された蒸気が、また第２段再熱器９に対
しては減温器29により温度調節された蒸気がそれぞれ供
給されるようになっている。さらに、起動時の上記冷却
用蒸気の排出、さらにプラント負荷しゃ断等が発生した
ときに主蒸気等を中圧タービン11および低圧タービン13
を経由せず、直接復水器14に逃がすために第２段高温再
熱蒸気管10と復水器14とを結ぶ中，低圧タービンバイパ
ス弁30を有する中，低圧タービンバイパス管31が設けら
れる。なお、図中符号32は減温器であって、複水器14に
排出される蒸気を適温に冷却するために設けられる。さ
らに、符号33,34は逆止弁を、また符号35は発電機をそ
れぞれ示している。

（発明が解決しようとする問題点） 上記構成による二段再熱式蒸気タービンプラントは超高
圧高温タービンの最も典型的なものであるが、タービン
入口蒸気条件がより高い圧力に変遷するときには超高圧
タービン３の排気圧力の上昇について考慮しておく必要
がある。この超高圧タービン３における排気圧力の上昇
は、たとえば超高圧タービン３の以外の高圧タービン７
の再熱蒸気加減弁23aの開操作により回転数を上げて行
くときなどに、超高圧タービン３の主蒸気加減弁22のシ
ート面から漏洩して主蒸気が超高圧タービン３の内部に
流れてそこに滞留することから発生する。先に述べた例
の主蒸気圧力が352kg/cm²g級ではこの排気圧力は従来の
水準と比べ約２倍にもなる。こうした排気圧力のもとで
は高速で回される超高圧タービン３の羽根車と残留蒸気
との間の摩擦が激しくなり、メタル温度が著しく上昇す
るいわゆる風損による発熱が引き起こされ、特に、羽根
車の周速の速い部分では材料強度に大きな不安が生じて
くる。

この風損による発熱に対処する一つの方策は超高圧ター
ビン３に冷却用蒸気を導く方法である。すなわち、起動
初期から主蒸気加減弁22を開けて主蒸気を超高圧タービ
ン３に導入し、羽根車等が冷却用蒸気により冷却される
ような起動方法を採用することが考えられる。

しかしながら、このような起動の進め方においては、た
とえば導入蒸気とメタル温度とのマッチングのために超
高圧タービン３、高圧タービン７、中圧タービン11およ
び低圧タービン13の全部が監視の対象から外せなくな
り、メタル温度等の同時に監視しながら蒸気量を調節す
るなどの操作が極めて複雑化し、制御性が低下するのを
免れ難いという問題がある。

そこで、本発明の目的はタービン起動に臨んで、同時に
監視の対象となるタービン数を少なくして制御性を高
め、しかも超高圧タービンの排気圧力が上昇するのを抑
制することのできる二段再熱式蒸気タービンプラントの
起動方法およびその装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記課題を解決するために本発明に係る起動方法は超高
圧タービンと高圧タービンと中圧タービンと低圧タービ
ンとからなるタービン系、第１段再熱器と第２段再熱器
とからなる再熱系、超高圧タービンバイパス系と高圧タ
ービンバイパス系と中，低圧タービンバイパス系とから
なるタービンバイパス系、各々出力制御に用いられる超
高圧タービン用の第１の制御弁、高圧タービン用の第２
の制御弁、中，低圧タービン用の第３の制御弁を有する
二段再熱式蒸気タービンプラントの起動方法において、
タービン停止状態から回転数が定速に達するまで超高圧
タービンに主蒸気の一部を、そして中圧および低圧ター
ビンに第２段再熱器から送られる再熱蒸気の一部をそれ
ぞれ導くように第１および第３の制御弁を制御し、かつ
残りの主蒸気および再熱蒸気はタービンバイパス系にて
処理し、その場合超高圧タービンの排気圧力が第２段再
熱器の圧力と平衡するように超高圧タービンの排気側と
第２段再熱器の入口側とを連通し、かつ高圧タービンの
内部圧力は略真空に保持し、次に、高圧タービンに第１
段再熱器からの再熱蒸気の一部を供給するように第２の
制御弁を制御し、かつ残りの再熱蒸気は高圧および中，
低圧タービンバイパス系にて処理し、その場合高圧ター
ビンの排気圧力が第２段再熱器の圧力と平衡するように
し、この後、超高圧タービンへの主蒸気流量とタービン
バイパス系への排出流量とを維持しつつ、超高圧タービ
ンの排気側と第２段再熱器の入口側との連絡を断って超
高圧タービンの排気圧力が第１段再熱器の圧力と平衡す
るように保持することを特徴とする。

また、本発明に係る起動装置は超高圧タービンと高圧タ
ービンと中圧タービンと低圧タービンとからなるタービ
ン系、第１段再熱器と第２段再熱器とからなる再熱系、
超高圧タービンバイパス系と高圧バイパス系と中，低圧
タービンバイパス系とからなるタービンバイパス系、各
々出力制御に用いられる超高圧タービン用の第１の制御
弁、高圧タービン用の第２の制御弁、中，低圧タービン
用の第３の制御弁を有する二段再熱式蒸気タービンプラ
ントにおいて、超高圧タービンの排気側と第２段再熱器
の入口側とを連絡する第１の排気装置を第１の開閉装置
を介して、また高圧タービンの排気側と復水器とを連通
する第２の排気装置を第２の開閉装置を介してそれぞれ
設けたことを特徴とする。

（作用） タービン起動操作はタービンバイパス系を用いて起動に
必要な蒸気の状態を得る起動準備過程と、この準備がで
きた後に実際に蒸気を各タービンに導き、羽根車の回転
数を徐々に上げて行く起動過程とに大別される。

本発明の特徴とするところはこの起動過程におけるター
ビン系の各制御弁およびタービンバイパス系の各制御弁
の操作手順にあり、次のように進められる。

すなわち、操作は、初めに超高圧タービン用の第１の制
御弁および中，低圧タービン用の第３の制御弁が開かれ
て主蒸気および再熱蒸気の一部がそれぞれのタービンに
導かれ、一定の速度に達するまで回される。なお、この
とき、タービンバイパス系はタービン系で消費される蒸
気量分だけ制御弁を閉めることになる。その場合、超高
圧タービンの排気圧力は第２段再熱器の圧力と平衡させ
るのがこの発明の主眼とするところで、これにより超高
圧タービンの排気圧力が下がり、排気の過熱程度が緩和
される。また、同時にこのとき高圧タービンの内部圧力
は真空を維持する。これは風損を抑制するうえでの効果
が絶大であり、また同時に監視の対象となるタービン数
が減少するために制御性を改善するのに役立つ。

次に、操作は高圧タービン用の第２の制御弁が開かれ
る。このために再熱蒸気が高圧タービンに流れて通気と
併せて負荷を増加しながらの起動が行なわれる。このと
き、高圧タービンの排気圧力は第２段再熱器の圧力と平
衡させ、一時期第２段再熱器には超高圧および高圧ター
ビンの双方の排気が導かれ、これらの再熱蒸気で冷却作
用を果たす。

この後、第1,第２および第３の制御弁により超高圧ター
ビンへの主蒸気量と、タービンバイパス系への排出流量
を維持しつつ、超高圧タービンへの排気圧力を上げるよ
うに超高圧タービンの排気側と第２段再熱器の入口側と
の連絡を断ち切り、超高圧タービンの排気がすべて第１
段再熱器に向かうように操作する。

（実施例） 第１図は本発明の実施例に係る装置を示している。ここ
で、第１図中の第２図に示される構成と同一の構成には
同一の符号が付されており、これらについての説明は省
略する。

第１図において、超高圧タービン３の排気側と連絡して
いる第１段再熱蒸気管４から分岐された超高圧タービン
排気管41の他端は超高圧タービン排気弁42を介して第２
段低温再熱蒸気管８に結ばれている。一方、第２段低温
再熱蒸気管８の逆止弁34の上流側より分岐された高圧タ
ービン排気管43の他端は高圧タービン排気弁44を介して
復水器14に接続されている。

上記装置によるところの起動時の運転操作は以下の手順
にて進められる。

（Ｉ）起動準備過程 タービン起動に臨んで復水器14の真空度が高められ、あ
る水準、例えば600mmHg以上になったときに超高圧ター
ビンバイパス弁25、高圧タービンバイパス弁26および
中，低圧タービンパイパス弁30が開かれる。また、これ
と同時に超高圧タービン排気弁42および高圧タービン排
気弁44も全開される。すなわち、ボイラ１で発生した蒸
気は主蒸気管２から超高圧タービンバイパス管25に流
れ、減温器28によって冷却されて後、第１段低温再熱蒸
気管４を通って第１段再熱器５に導かれる。なお、この
とき、逆止弁33は減温器28から第１段再熱蒸気管４に流
れた主蒸気が超高圧タービン３に流れるのを阻止するよ
うに働く。この後、主蒸気は第１段再熱器５を通る間に
温度を回復し、第１段高温再熱蒸気管６を経て高圧ター
ビンバイパス管27に流れ、減温器29によって冷却され、
その後第２段低温再熱蒸気管８を通って第２段再熱器９
に導かれる。なお、ここでも逆止弁34により第２段低温
再熱蒸気管８に流れた再熱蒸気が高圧タービン７および
復水器14に流れるのを阻止する。第２段再熱器９に流れ
た主蒸気はそこを通る間に加熱され、温度を回復して第
２段高温再熱蒸気管10を経て中，低圧タービンバイパス
管31に流れ、減温器30によって冷却されて後、復水器14
に排出される。

この間、主蒸気止め弁20および再熱蒸気止め弁21a,21b
は全開され、主蒸気または再熱蒸気によって予熱が行な
われる。

また、このとき超高圧タービン排気弁42が全開されてい
るため、超高圧タービン３の内部圧力は第２段再熱器９
の圧力と平衡し、一方高圧タービン排気弁44の開放によ
り、高圧タービン７の内部圧力は復水器14の器内圧力と
平衡する圧力、つまりほぼ真空に近い状態にある。な
お、いうまでもなくこの起動準備中には主蒸気加減弁22
および再熱蒸気加減弁23a,23bの開操作は行なわれな
い。

（II）起動過程 起動操作は初めに主蒸気加減弁22および再熱蒸気加減弁
23bが微開される。すると、主蒸気管２を流れている主
蒸気の一部が主蒸気加減弁22を通って超高圧タービン３
に流れ、その羽根車を回す。その後、主蒸気加減弁２の
開度が開かれるに従い超高圧タービン３の回転速度は上
昇し、定速に到達する。この昇速過程において排気圧力
が上昇し、閉鎖されていた逆止弁33が全開される。この
ため、超高圧タービン３内で膨張を遂げた主蒸気は超高
圧タービン排気管41に排出され、第２段低温再熱蒸気管
８を通って超高圧タービンバイパス管25を流れた蒸気と
共に第２段再熱器９に流れ、そこで温度を回復して後、
第２段高温再熱蒸気管10を通して一部が中圧タービン11
に導入され、残りは中，低圧タービンバイパス管31を通
して復水器14に排出される。なお、このとき、中，低圧
タービンバイパス弁30の開度は超高圧タービン３に導入
される主蒸気の流量の見合う分が閉じられる。

一方、この超高圧タービン３等の昇速過程で各タービン
3,11,13のメタル温度、伸び差等が正確に捉えられ、他
の監視項目と併せて運転に支障がないように調整され
る。

このとき、監視対象となるタービン数は必ずしも少ない
数ではないが、高圧タービン７が除かれて超高圧タービ
ン３に注意を集中できる利点がある。

さらに、この超高圧タービン３等の昇速過程においては
超高圧タービン３が第２段再熱器９の圧力と平衡する排
気圧力に保たれるため、排気の加熱状態が緩和される。
すなわち、起動初期超高圧タービン３は少ない蒸気量で
排気圧力を高くして運転されるが、この場合羽根車の回
転数が上昇するに従って風損が大きくなり、排気が過熱
されてくる。しかし、排気圧力が第２段再熱器９と平衡
させられる本実施例の構成によれば、排気圧力が第１段
再熱器５と平衡させられる場合よりも低くなり、その分
風損の影響も小さくなって排気の過熱程度も緩和され
る。

また、この超高圧タービン３等の昇速過程では高圧ター
ビン７の羽根車が超高圧タービン３の回転数と同じ速度
で回される。しかし、このとき、高圧タービン７の内部
はほぼ真空に近い状態にあり、冷却用蒸気として働く再
熱蒸気の流れがなくとも、風損が生じないために羽根車
等が発熱することはない。

次に、起動操作は再熱蒸気加減弁23aが微開され、同時
に高圧タービン排気弁44が全閉される。すると、超高圧
タービンバイパス弁24により流量調節され、第１段再熱
器５を通って温度を回復した再熱蒸気の一部が再熱蒸気
加減弁23aを通ってて高圧タービン７に流れその羽根車
を回す。その後、負荷に見合うように再熱蒸気加減弁23
aの開度が開かれるに従って高圧タービン７に流入する
再熱蒸気量が増して排気圧力が上昇し、閉鎖されていた
逆止弁34が全開される。このため、高圧タービン７内で
膨張を遂げた再熱蒸気が第２段低温再熱蒸気管８に排出
され、超高圧タービン３から排出されて超高圧タービン
排気管41を流れた再熱蒸気と共に第２段再熱器９に流入
する。そして、そこを通る間に温度を回復して第２段高
温再熱蒸気管10を通して一部が再熱蒸気加減弁23bを通
って中圧タービン11に導入され、残りは中，低圧タービ
ンバイパス管30を通して復水器14に排出される。

一方、この高圧タービン７の通気に始まる起動の際に高
圧タービン７のメタル温度、伸び差等が正確に捉えら
れ、他の監視項目と併せて運転に支障がないように調整
される。このとき、監視の対象となるタービン数は１台
のみであり、極めて容易に扱える。

次に、起動操作は超高圧タービン排気弁42が全閉され
る。すると、超高圧タービン３の内部圧力は急速に高ま
り、排気圧力が逆止弁33に作用して一定の値となったと
ころで逆止弁33が全開される。

このため、超高圧タービン３内で膨張を遂げた主蒸気は
第１段低温再熱蒸気管４に排出され、超高圧タービンバ
イパス管25を流れた主蒸気と共に第１段再熱器５に流入
する。そして、そこを通る間に温度を回復して第１段高
圧再熱蒸気管６を通して一部が高圧タービン７に流入し
てその羽根車を回し、残りは高圧タービンバイパス管27
へと向かう。なお、この後の再熱蒸気の挙動は再熱蒸気
加減弁23aの開操作のところで述べた内容と変わらない
ので、説明を省略する。

この後、起動操作は主蒸気加減弁22および再熱蒸気加減
弁23a,23bが所定の開度まで各々開かれ、同時に超高圧
タービンバイパス弁24および高圧タービンバイパス弁2
6、中，低圧タービンバイパス弁30がそれぞれ閉じられ
る。これにより、ボイラ１から主蒸気管２を通って流れ
る主蒸気の全量が超高圧タービン３に向かい、これ以後
の蒸気の流量調節はすべて主蒸気加減弁22に委ねられ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る二段再熱式蒸気タービ
ンプラントの起動方法によれば、同時に監視の対象とな
るタービン数が少なく、たとえば導入蒸気とメタル温度
とのマッチングを図り、あるいは静止部と回転部との間
の伸び差を適正な範囲に保つ蒸気量の調節等が容易であ
るから、二段再熱式蒸気タービンプラントの制御性を高
めることができる。しかも、超高圧タービンの排気圧力
が充分に低く保たれ、風損による発熱が抑えられるよう
になっているから、排気の過熱程度が少ないという有用
な効果を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に適用される装置を含む二段再熱式
蒸気タービンプラントの系統図、第２図は従来の二段再
熱式蒸気タービンプラントを示す系統図である。 １……ボイラ、３……超高圧タービン ５……第１段再熱器、７……高圧タービン ９……第２段再熱器、11……中圧タービン 13……低圧タービン、22……主蒸気加減弁 23a,23b……再熱蒸気加減弁 24……超高圧タービンバイパス弁 26……高圧タービンバイパス弁 30……中，低圧タービンバイパス弁 33,34……逆止弁、41……超高圧タービン排気管 42……超高圧タービン排気弁 43……高圧タービン排気管 44……高圧タービン排気弁

フロントページの続き (72)発明者 梶谷 一郎 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川島 播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内 (56)参考文献 特開 昭60−159311（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−102401（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超高圧タービンと高圧タービンと中圧ター
   ビンと低圧タービンとからなるタービン系、第１段再熱
   器と第２段再熱器とからなる再熱系、超高圧タービンバ
   イパス系と高圧タービンバイパス系と中，低圧タービン
   バイパス系とからなるタービンバイパス系、各々出力制
   御に用いられる超高圧タービン用の第１の制御弁、高圧
   タービン用の第２の制御弁、中，低圧タービン用の第３
   の制御弁を有する二段再熱式蒸気タービンプラントの起
   動方法において、タービン停止状態から回転数が定速に
   達するまで前記超高圧タービンに主蒸気の一部を、そし
   て前記中圧および低圧タービンに前記第２段再熱器から
   送られる再熱蒸気の一部をそれぞれ導くように前記第１
   および第３の制御弁を制御し、かつ残りの主蒸気および
   再熱蒸気は前記タービンバイパス系にて処理し、その場
   合前記超高圧タービンの排気圧力が前記第２段再熱器の
   圧力と平衡するように前記超高圧タービンの排気側と前
   記第２段再熱器の入口側とを連通し、かつ前記高圧ター
   ビンの内部圧力は略真空に保持し、次に、前記高圧ター
   ビンに前記第１段再熱器からの再熱蒸気の一部を供給す
   るように前記第２の制御弁を制御し、かつ残りの再熱蒸
   気は前記高圧および中，低圧タービンバイパス系にて処
   理し、その場合前記高圧タービンの排気圧力が前記第２
   段再熱器の圧力と平衡するようにし、この後、前記超高
   圧タービンへの主蒸気流量と前記タービンバイパス系へ
   の排出流量とを維持しつつ、前記超高圧タービンの排気
   側と前記第２段再熱器の入口側との連絡を断って前記超
   高圧タービンの排気圧力が前記第１段再熱器の圧力と平
   衡するように保持することを特徴とする二段再熱式蒸気
   タービンプラントの起動方法。
2. 【請求項２】超高圧タービンと高圧タービンと中圧ター
   ビンと低圧タービンとからなるタービン系、第１段再熱
   器と第２段再熱器とからなる再熱系、超高圧タービンバ
   イパス系と高圧バイパス系と中，低圧タービンバイパス
   系とからなるタービンバイパス系、各々出力制御に用い
   られる超高圧タービン用の第１の制御弁、高圧タービン
   用の第２の制御弁、中，低圧タービン用の第３の制御弁
   を有する二段再熱式蒸気タービンプラントにおいて、前
   記超高圧タービンの排気側と前記第２段再熱器の入口側
   とを連絡する第１の排気装置を第１の開閉装置を介し
   て、また前記高圧タービンの排気側と復水器とを連通す
   る第２の排気装置を第２の開閉装置を介してそれぞれ設
   けたことを特徴とする二段再熱式蒸気タービンプラント
   の起動装置。
3. 【請求項３】第１の排気装置が超高圧タービンの排気側
   に備えられる第１段低温再熱蒸気管の逆止弁の上流側経
   路から分岐し、高圧タービンの排気側に備えられる第２
   段低温再熱蒸気管の逆止弁の下流側経路に結ばれて構成
   される超高圧タービン排気管であることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の二段再熱式蒸気タービンプラ
   ントの起動装置。
4. 【請求項４】第２の排気装置が高圧タービンの排気側に
   備えられる第２段低温再熱蒸気管の逆止弁の上流側経路
   から分岐し、復水器に結ばれて構成される高圧タービン
   排気管であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の二段再熱式蒸気タービンプラントの起動装置。