JPS5820363B2 - 蒸気タ−ビン装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蒸気タービン装置に係り、特に高低２段のター
ビンバイパスシステムを有する蒸気タービンプラントに
適用するに好適なタービンバイパスシステムに関する。

タービンバイパスシステムの目的は、タービンが停止あ
るいは低負荷で運転している時にボイラをある程度以上
の負荷で運転する事に依って燃焼を安定させ、蒸気温度
等を安定させる事に依り、プラント起動時間を早めたり
、低負荷で連続運転できる様にする事にある。

特に、再熱プラントでは、ボイラ再熱器の過熱を防ぐ為
、タービンバイパス弁に依り再熱器にも蒸気を通す必要
がある。

従って、タービンバイパスシステムの容量はボイラの特
性、燃料の種類別等の種々の要因に依って異なり、３０
〜５０％或は１００％等に決められる。

高低２段のバイパスシステムに於いては、かかる要因に
基き、低圧バイパス弁の容量も自動的に決まるが、この
弁のサイズは弁入口圧力をい（らに設定するかに依って
大きく影響されて来る。

即ち、圧力を高くセットすれば弁の口径は小さくて済む
訳であるが、タービン起動後にバイパス弁を流れていた
蒸気の全流量がタービンに移った時に、圧力変化が大き
く、且つこれが急激に起るという弊害を生じる事となる
。

従って、急激な圧力変動を極力抑制しながら、低圧バイ
パス弁を小型化する事に対する要求が強い。

第１図は高低２段のバイパスシステムを有する従来の蒸
気タービン装置の系統図を示すもので、特に再熱タービ
ンボイラプラントに適用される場合を例示するものであ
る。

同図中、１はボイラ過熱器、２は主蒸気止め弁、蒸気加
減弁、３は高圧タービン、４は再熱器、５は再熱蒸気止
め弁・インターセプト弁、６は中圧タービン、７ ａ
７７ ｂは低圧タービン、８は復水器、９は高圧バイパ
ス弁、１０は冷却水スプレー、１１は低圧バイパス弁、
１２は冷却水スプレー、１３は再熱圧力検出器、１４は
圧力制御装置、１５は中圧タービン６０段落圧力検出器
をそれぞれ示すものである。

かかる構成に於いて、ボイラ過熱器１よりの蒸気は主蒸
気止め弁・蒸気加減弁２を経て高圧タービン３に入り、
膨張して再熱器４に戻る。

再熱器４で再熱された蒸気は、再熱蒸気止め弁・インタ
ーセプト弁５を経て中圧タービン６に入り、更に低圧タ
ービン７ａ 、７ｂに入って膨張し、復水器８に入る。

一方、タービンが停止しており、ボイラのみが運転され
ている時、或いはタービンが低負荷運転を行っている時
は、ボイラ過熱器１からの蒸気は高圧バイパス弁９を経
て再熱器４に流れ、更に低圧バイパス弁１１を経て復水
器８に流れる６高圧タービンの高圧バイパス弁９はボイ
ラ過熱器１の蒸気を減圧するが、この蒸気は冷却水スプ
レー１０に依り減温される。

同様に、再熱器４の出口側の蒸気は低圧バイパス弁１１
に依り減圧され、冷却水スプレー１２に依り減温されて
復水器８に入る。

前記各バイパス弁９，１１は一般に入口圧力を制御する
減圧弁であり、例えば低圧バイパス弁１１は弁入口の蒸
気圧力を再熱圧力検出器１３にて検出して動作する圧力
制御装置１４の制御信号に依って制御される。

なお、かかる入口圧力の設定は、一般にはタービンバイ
パスシステムの容量に基いて決められるものである。

即ち、ボイラの形式や燃料、運転法等に依って決まるタ
ービンバイパスの容量が、例えば全負荷時の蒸気量の５
０％であるとすると、低圧バイパス弁１１の圧力設定は
、ボイラ・タービンが定格の５０％負荷で運転している
時の再熱部の段落圧力にするのが一般的である。

これは、タービンバイパスラインを全容量で運転してい
る状態から、タービン負荷が上昇してバイパスしていた
全蒸気量がタービンに流入した時に、中圧タービン６０
入口圧力と再熱器４の圧力を等しくさせ、圧力変動なし
にバイパス蒸気をタービンに移行させる事を目的として
行なわれている事である。

また、バイパス蒸気全量がタービンに移行した後は、再
熱圧力はタービン流入蒸気量に略々比例して上昇するの
で、タービンバイパスの圧力設定は、前記再熱圧力より
わずかに高めの圧力に設定しておき、タービントリップ
、負荷遮断時にはバイパス弁が直ちに作動出来る様に待
機させる。

つまり、中圧タービン６および低圧タービン７ａ 、７
ｂのバイパスに於ける圧力設定は、第２図の圧力設定特
性曲線に示す如く、タービン段落圧力に関連してシフト
させるもので、流入蒸気量に比例する。

中圧タービン６０段落圧力が５０％以下の時は５０％圧
力に、段落圧力が５０％以上の時は、わずかに高めの圧
力で追従する様にそれぞれ設定する。

かかる目的を達成する為に、第１図の構成に於いては、
段落圧力検出器１５に依り、中圧タービン６の段落圧力
を検出して、これを圧力制御装置１４に与える如き方式
を採っている。

第３図は前記圧力制御装置１４の詳細な構成を示すブロ
ック図で、同図中１６は変換器、１７は圧力設定値、１
８は高値優先回路、１９は減算器、・２０はＰＩ制御回
路、２１は弁開度制御装置、２３は管路をそれぞれ示す
ものである。

かかる構成に於いて、中圧タービン６０段落圧力が段落
圧力検出器１５で検出された後、変換器１６により、段
落圧力に略比例した値に変換され、この検出値として取
り込まれた圧力値は圧力設定値１７と共に高値優先回路
１８に与えられる。

前記高値優先回路１８に於いては、入力値のうちその値
の大きい方を選択的に出力させる為、結局第２図に示す
如き出力値が、圧力基準として得られ・るものである。

そして、再熱圧力検出器１３の出力は減算器１９に於い
て前記圧力基準と突き合され、前記減算器１９の出力に
基いて、ＰＩ制御回路２０からは弁開度制御装置２１に
対する制御信号が出力される。

従って、低圧バイパス弁１１は第２図に示す如き特性に
従って制御される事となる。

ここで、低圧バイパス弁１１のサイズを考えるに、入口
圧力５０％で５０％の容量を持つものが一般的であるが
、実際には入力圧力１００％で１００％の容量を持つ大
きなものを設けるか又は小さなものを並列に数個並べる
必要がある。

しかしながら、低圧バイパス弁１１は高価なものでもあ
り、更にレイアウト上も大きなペースを必要とする等の
問題や保守の問題を考えると必ずしも得策とは言い難い
。

また、入口圧力１００％で１００％の流量が流れる様な
低圧バイパス弁１１を設けた場合、冷却水スプレー１２
や復水器８に関しても１００％流量に対処出来る様なも
のを用いる必要がある事から極めて不経済である。

これに対して、低圧バイパスの圧力設定を高くすれば、
低圧バイパス弁１１の小型化が可能であり、例えば入口
圧力１００％で５０％容量のものにすれば、弁の面積は
半分でよくなる。

しかしながら、かかるバイパス弁を用いた場合、タービ
ン停止中、或は低負荷時に１００％圧力に設定して運転
すると、バイパス流量が全量タービンに流入してバイパ
ス弁が全閉した時に再熱圧力が１００％から５０％に急
変するという問題が生ずる。

かかる現象に関しては、第４図の運転特性図に示す通り
である。

この様な、圧力急変はタービンにとっても、ボイラにと
っても好ましい事ではなく、何らかの対策が望まれてい
た。

従って本発明の目的は、かかる従来技術に鑑み、低圧バ
イパス弁のサイズの適正化を実現すると共に、これに伴
う圧力急変等の障害を除去なし得る新規の蒸気タービン
装置を提供するにある。

第５図は本発明の一実施例に係る蒸気タービン装置の部
分ブロック図を示すもので、特に低圧バイパス弁の圧力
制御部を例示するものである。

同図中、２４は中圧タービン６０段落圧力検出器１５の
出力信号を逆比例した低圧バイパスの設定圧力を出力す
る変換器、２５は時間遅れ要素をそれぞれ示すものであ
る。

ちなみに、前記変換器２４は中圧タービン段落圧力が°
０″、つまり中圧タービン流入蒸気量が“０″の時に１
００％の出力を行い、中圧タービン段落圧力が５０％、
つまり低圧バイパス容量いっばいの蒸気が中圧タービン
に流れ込んだ時の段落圧力の時に°゛０″０″出力如き
特性を有するものである。

なお、高値優先回路１８に於いては、圧力設定値１７、
変換器１６からの中圧タービン段落圧力値の他に、時間
遅れ要素２５を介して前記変換器２４から与えられた値
の中から最大の値を選択的に出力する如き動作を行う。

この為、減算器１９に与えられる圧力基準は、時間遅れ
要素２５０作用を無視すれば、第６図の特性図に示す如
き静特性を持つ事となる。

即ち、中圧タービン６の流入蒸気量が°°０″の時は、
圧力設定は１００％となり、中圧タービン６の流入蒸気
量が２５％の時に、圧力設定は５０％となる。

中圧タービン６の流入蒸気量が更に増加した場合、中圧
タービン流入蒸気量が５０％に至るまで、即ちタービン
バイパス蒸気量が０″となるまでは、圧力設定値１７に
設定された５０％の圧力設定が維持され、それ以上の中
圧タービン流入蒸気量に於いては、段落圧力検出器１５
で検出された実際の圧力よりもやや高めの値に設定され
る。

圧力設定が上述した如く制御されれば、バイパス弁サイ
ズは１００％圧力で５０％流量の小型のものでよい。

なお、中圧タービン６に流入する蒸気が増えて、低圧バ
イパスの流量が減って来れば、設定圧力を下げても弁は
十分に必要量を流す事が出来る。

しかも、バイパス運転終了時には圧力設定は５０％とな
っている為に、バイパス弁全閉時にも中圧タービン入口
部圧力の急激な変動はない。

ちなみに、時間遅れ要素２５は中圧タービン６の流入蒸
気量が変った時に低圧バイパス圧力制御系の動作と圧力
設定値の変化が同時に発生した場合の悪影響を取り除く
為に圧力設定変更を十分に遅らせるべく設けられたもの
である。

以上述べた如き構成に於いて、プラントを運転する時の
特性を第７図に従って説明する。

先ず、ボイラ点火からタービン通気の間は、ボイラの蒸
発量は除々に増加し、５０％まで上昇する。

蒸気は高圧バイパスを通り、低圧バイパス弁１１を通じ
て復水器８に流れる。

再熱圧力、つまり低圧バイパス弁１１０入力圧力は圧力
設定が１００％となっている事から、１００％圧力とな
る。

なお、低圧バイパス弁１１の開度はボイラ蒸発量の増加
と共に増加し５０％蒸発量の時に１００％近くになる。

タービンに通気し、回転上昇、併入、負荷上昇するに従
い、タービン流入蒸気量が上昇すると中圧タービン段落
圧力も上昇するので、変換器２４に依って設定される低
圧バイパス弁の圧力設定値は下る。

これに伴い、バイパス蒸気量も減少する力瓢低圧バイパ
ス弁１１の開度は入口圧力が下がる事から、略々１００
％開度のままで制御される。

タービン流入蒸気量が２５％になると低圧バイパス圧力
設定は５０％となり、その後は一定となって制御される
。

更にタービン流入蒸気量が増えると低圧バイパス弁１１
の開度は減少してゆく。

バイパス蒸気量が全部タービンに流入した時点で、低圧
バイパス弁１１は全閉し、入口蒸気圧力の制御を行う事
は出来なくなる。

この後、再熱部圧力は中圧タービン流入蒸気量に比例し
て上昇する。

ちなみに、バイパス弁１１が全閉する前後では再熱圧力
は５０％のままであり、変動は起らない。

この後、バイパス圧力設定は実際の圧力よりもやや高く
しておき、いつでも圧力制御に入れる様になっている。

なお、負荷運転中にタービンがトリップ又は負荷遮断し
た場合、再熱蒸気止め弁・インターセプト弁５が全閉す
る事に依り中圧段落圧力は急減する。

この時、再熱圧力は上昇し、低圧バイパス弁１１が開い
て蒸気を復水器８に流す。

一方、低圧バイパス弁１１の圧力設定は時間遅れはある
ものの、１００％となり、低圧バイパス弁１１は５０％
の蒸気量を流す事が出来る様になる。

なお、上記実施例に於いては、５０％容量のバイパスシ
ステムを例示したが、この数字はバイパスシステム容量
が変われば当然変って来る値である。

また、変換器２４の特性は、必ずしも第６図に示す如き
曲線に限定されるものではなく、右下りの特性であれば
良く、また中圧タービン段落圧力２５％で必ずしも５０
％圧力である必要もなく、５０％以上であればよい。

更に、極端には、５０％の中圧タービン段落圧力に於い
て、５０％圧力となる如く設定しても良い。

以上述べた如（、本発明に依れば、低圧バイパス弁のサ
イズを適正に且つ小型のものを選ぶ事を可能ならしめる
と共に、バイパス運転終了時に圧力急変を生ずる事なく
良好な運転が可能であり、経済性、運転性能の改善に非
常に効果的な蒸気タービン装置を得る事が出来るもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は２段バイパスシステムを有する従来の蒸気ター
ビン装置の系統図、第２図は第１図に示した装置の圧力
設定特性曲線図、第３図は第１図に示した圧力制御装置
の詳細な構成を示すブロック図、第４図は第１図に示し
た装置の運転特性図、第５図は本発明の一実施例に係る
蒸気タービン装置の部分ブロック図、第６図は第５図に
示した装置の圧力設定特性曲線図、第７図は第５図に示
した装置の運転特性図である。 ６・・・・・−中圧タービン、７ａ、７ｂ・・・−・・
低圧タービン、８・・−・・・復水器、１１・・・・・
−低圧バイパス弁、１３−・・・・・再熱圧力検出器、
１４・・−・・・圧力制御装置、１５・・・・・・段落
圧力検出器、１６・・・・・・変換器、１８・・・−・
・高値優先回路、１９・・・・・・減算器、２０・・・
・・・ＰＩ制御回路、２１・−・・−・弁開度制御装置
、２４−・・−・−変換器、２５・・・・一時間遅れ要
素。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蒸気タービンの段落圧力を検出する段落圧力検出器
   と、前記段落圧力検出器出力が上昇するに従って下降す
   る如き出力特性を有する第１の変換器と、前記段落圧力
   に略比例した出力を送出する第２の変換器と、前記蒸気
   タービンをバイパスするバイパス弁と、このバイパス弁
   の基準圧力を設定する手段と、前記第１の変換器の出力
   と第２の変換器の出力と基準圧力との中の最高値を検出
   して、これを基準値として出力する手段と、前記バイパ
   ス弁の入口圧力を検査する手段と、前記入口圧力及び前
   記基準値を突き合せて、前記バイパス弁の開度を制御す
   る制御手段とを具備したことを特徴とする蒸気タービン
   装置。