JPS59208106A - 蒸気タ−ビンの排気室温度制御装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は蒸気タービンの排気室温度制御装置に係シ、特
に蒸気タービンの低負荷運転時等に過熱するタービン排
気室内にスプレィ水を噴射してこのタービン排気室を冷
却し、過熱を防止する蒸気タービンの排気室温度制御装
置の改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に蒸気タービンは起動時等の低負荷運転の場合では
排気流量が非常に少なく、最終段の回転摩擦損失が通常
の運転状態よシ相対的に大きくなることによシ排気温度
は上昇する。そのだめに蒸気タービンの最終段の低圧排
気室は過熱される。

この排気室に過熱が生ずると排気室各部の温反が上昇し
低圧ケーシングが熱変形してタービンロータに振動が発
生し、最終段羽根のタービンロータとの固定部への健全
性および信頼性が低下するようになる。そこで従来から
タービン排気室の温度が所定の許容温度を超えたときは
排気室温度制御装置により、この排気室内へ所定圧力に
保持されたスプレィ水を適宜流量で噴射し、排気室内の
雰囲気を冷却してその過熱を防止していた。

第１図は従来の蒸気タービンの排気室温度制御装置を示
し、蒸気タービンはタービン高中圧部１て仕事をした蒸
気がタービン低圧部２へ導かれ、このタービン低圧部２
で復水器３の絶対圧力までさらに仕事をして凝縮するよ
うになっている。そして蒸気タービンが低負萄で運転さ
れた場合は上述したようにタービン低圧部２の排気室４
内の排気温度は上昇する。この排気室４の温度上昇は検
出器５により検出され、許容温度以上を検出したときは
、この検出器５より検出信号６が出力され、この検出信
号６はスゲレイ水噴射制御装置７を動作させる。このス
プレィ水噴射制御装置７は排気室４内適宜箇所に設けた
スプレィノズル８からスプレィ水９を噴射させ、排気室
４内の雰囲気を冷却す仝。上記検出器５としては上述し
た排気室温度を直接検出する温度検知型のほかに、ター
ビン負荷を検出するタービン負荷検知型がある。まだ上
記スプレィ水の凪射位置が排気室の一部に片寄ると熱変
形の原因になるので、スプレィノズル８には常に均一な
噴射が要求される。このためにスプレィノズル８の一次
側のスプレィ水圧は予め設定された圧力に保持されるよ
うになっている。したがって上記スプレィ水噴射制御装
置７は単にスプレィ水９の噴射の０Ｎ−ＯＦＦ制御を行
なうに過ぎないようになっている。またスプレィ水９を
供給する図示しないスプレィ水供給装置がらスプレィ水
９を吹射するスプレィノズル８−！でを含むスゲレイ制
御系は、単に１系統であるためにスプレィ流量を連続的
に制御することができなかった。その結果、蒸気タービ
ンの幅広い運転条件に伴う排気室４の過熱状態に対応し
た流量のスプレィ水９を噴射することができなかった。

第２図は各タービン運転条件の場合における排気室４の
温度とタービン負荷との関係を示したグラフで、図中曲
線１０　、１１　、１２は運転条件線を示し、曲線１０
は蒸気タービンの定格運転の場合を示す。

この定格運転でタービン負荷を漸次軽減していくと第２
図に示すように排気室４温度はこれに逆比例して漸次上
昇し、運転開始時の負荷から最低負荷のほぼ中間値のタ
ービン負荷において排気室４の許容温度１３に達する。

寸だ曲線１１で示すようなタービン運転の場合、例えば
蒸気入口温度が定格よりη６い場合、または変圧プラン
トにおける部分負荷運転のように蒸気入口圧力が低い場
合、まだはタービン復水器の絶対圧力が高い場合、また
は抽気タービンであれば抽気量が多い場合等では定格運
転の場合（曲線１０）に比べ、比較的高いタービン負荷
で許容温度１３に達し、それ以後は過熱が生じ、過熱景
自体も大きい。一方この曲線１１と逆の乗件下でタービ
ンを運転する場合は、曲線１２に示すように定格運転の
場合（曲線１０）よりも比較的低い負荷まで許容温度１
３に達せず、過熱が生じてもその過熟景は小さい。

しかして過熱した排気室４はスプレィ制御系によりスプ
レィ水を噴射されて冷却されるが、このスプレィ水９の
噴射流量は排気室４の絶対圧力の飽和温度まで冷却する
ために必要かつ充分なスプレィ流量（以後、これを必要
スプレィ流量という）であることが要求される。したが
って、噴射されたスプレィ流量が上記必要スプレィ流量
よシも過少なときは排気室４の温度上昇は充分に抑制さ
れない。一方必要スプレイ流量よυも過剰な場合は、長
時間スプレィ水９を連続噴射するようなときはタービン
の最終段羽根がこのスプレィ水９によシ浸食を受けるこ
とがある。すなわち過剰なスプレィ流量のスプレィ水９
の噴射によシ排気室４内の温度は絶対圧力の飽和温度ま
で低下するが、（）１．気室４内の蒸気の湿９度が必要
以上に上昇し、この湿り蒸気およびスプレィ水９の噴射
流が最終段羽根と衝突して浸食を惹き起こすという危険
が生ずる。

上記必要スプレィ流量とタービン負荷との関係を第３図
に示す。第３図は第２図に対応しておシ、第３図中曲線
１４は第２図の曲線１０に対応し、タービンの定格運転
の場合を示す。同じく第３図中曲線１５は第２図の曲線
１１に対応し、排気室４の過熱景が大きくなる条件でタ
ービンを運転する場合を示し、また曲線１６も第２図の
曲線］２に対応して排気室４の過熱量が小さくなるよう
な条件でタービンを運転する場合を示す。上記各運転条
件における必要スプレィ流量は各運転条件における最低
負荷を示す縦線との交点により設定される。したがって
第３図に示すように排気室４の過熱量が大きくなるよう
な連転条件の場合（曲線１５）は必要スプレィ流量も大
きく、葦だ定格運転（曲線１４）や排気室４の過熱量が
小さくなるような運転条件の場合（曲線１Ｇ）は必要ス
プレィ流量も小さくなっていく。したがって仮にスプレ
ィ制御系の必要スプレィ流量を１つのタービン運転条件
を基準にして設定するとタービン運転全体の最低負荷の
値が小さくなり、幅広いタービン運転が制限を受けると
いう問題を生ずる。この点を第４図に基いて説明する。

第４図囚に示すように仮に必要スプレィ流量を曲線１６
で示す運転条件、すなわち排気室４の過熱量が小さくな
るような運転条件を基準にして最小必要スプレィ流量線
１７上に設定する。この場合、曲線Ｊ５で示す排気室４
の過熱量が大きくなるよう社条件でタービンを運転する
ときは、上記最小必要スプレィ流量線１７と曲線１５と
の交点を通る最低負荷線１８に最低負荷が制限され、こ
の最低負荷線１８以下に負荷を下げることができない。

一方、仮に必要スプレィ流量を曲線１５で示す運転条件
、すなわち排気室４の過熱量が大きくなるような運転条
件を基準にして最大必要スプレィ流ｈｔ線２１上に設定
すると、曲線１６で示す運転条件の場合には、この運転
条件における必要スプレィ流量よシも極めて過剰なスプ
レィ流量のスプレィ水が最終段羽根に噴射されることに
なシ、今度はこの最終段羽根の浸食が生ずるようになる
。

また仮に必要スプレィ流量を定格運転条件（曲線１４）
を基準にして、上記最大必要スプレィ流量線２１と最小
必要スプレィ流量線１７とのほぼ中間に位置する定格必
要スプレィ流量線１９上に設定すると、排気室４の過熱
量が小さくなるような条件で運転した場合は、この運転
条件における必要スプレィ流量よシも過剰とはなるが最
終段羽根の浸食を生ずる程度には至らない。しかし、排
気室４の過熱量が大きくなるよう々条件での運転の場合
にに１この運転条件における必要スプレィ流量（最大ス
プレィ流量）よりも過少であるため、最低負荷線２０以
下の低負荷運転は不可能となる。そこで従来の蒸気ター
ビンの排気室温度制御装置では最低負荷を第４図（５）
および（Ｂ）に示すように最低負荷線２２上に設定し、
必要スプレィ流量は上述の最大必要スプレィ流量線２１
よりも若干低い値に設定し、排気室４の過熱量が小さく
なるような条件でクーピンを低負荷で運転した場合はス
プレィ水９を全く噴射させないようにしていた。

このように従来の蒸気タービンの排気室温度制御装置で
はスプレィ制御系を単一しか有しないだめに、タービン
排気室の過熱と最終段羽根の浸食という相反する問題を
解決することができず、タービンの幅広い運転条件にお
ける低負荷運転に対応することができないという問題が
めった。事実、通常のプラントでは排気室温度制御装置
が動作するのは１５％〜２０％負荷以下であるが、この
排気室温度制御装置が動作した状態での安全な連続運転
は不可能であるために、上記負荷をこのプラントの最低
負荷の１つの目安として、この負荷以下での低負荷運転
は規制されていた。

〔発明の目的〕

本発明は上述した事情に鑑みなされたものであり、蒸気
タービンの各種運転条件においても、排気室の過熱およ
び最終段羽根の浸食という互いに相反する問題点を同時
に解消し、従来装置よりもさらに低い低負荷での連続運
転を可能にする蒸気タービンの排気室温度制御装置を提
供することを目的とする。

〔発明の実施例〕

以下本発明に係る蒸気タービンの排気室温度制御装置の
一実施例について図面を参照して説明する。

第５図はスプレィ制御系を２系統備えた本発明の一実施
例の構成の要部を示す要部系統図である。

この２系統のスプレィ制御系は温度検知型と負荷検知型
の２種類の検知器により、それぞれ個別に動作するよう
になっている。前者の温度検知により動作するスプレィ
制御系は第５図に示すようにターヒン低圧部３０の排気
室３１に温度検知器３２が設けられ、この排気室３１内
の所定温度が検出されたときはこの温度検知器３２から
温度検知信号３３が出力されるようになっている。この
温度検知器３２はスプレィ水噴射制御装置あと電気的に
接続されている。このスプレィ水吹射制御装置馴は上記
温度検知信号３３により、スゲレイノズル３５へのスゲ
レイ水３６の供給を停止または開始するＯＮ　−ＯＦＦ
制御を行なう。このスプレィノズルあは排気室３１ヘス
プレイ水３６を均一に噴射するようにこの排気室３１に
適ｌ宜数配設されている。一方後者のタービンの連転負
荷の検知によシ動作するスゲレイ制御系は第５図に示す
ように上述の温度検知によシ動作するスプレィ制御系と
ほぼ向−に構成されているが、本スゲレイ制御系は検出
器としてタービン運転負荷を検出する負荷検知器３７を
備えている。この負荷検知器３７より出力される負荷検
知信号３８によりスプレィ水噴射制御装置３９を駆動し
、このスプレィ水噴射制御装置３９はスプレィノズル４
０へのスプレィ水４１の供給を停止または開始する０Ｎ
−ＯＦＦ制御を行なうようになっている。本スプレィ系
のスプレィノズル４０も上述した温度検知によシ動作す
るスプレィノズルあと同様に、排気室３１ヘスプレイ水
あを均一に噴射するようにこの排気室３１に適宜数配設
されている。

上述の２つのスプレィ制御系は互いに独立しかつ動作が
それぞれ異なると共に、スプレィノズル謳、４０よシ噴
射されるスプレィ水３６　、４１の必要スプレィ流量も
系統によシ異なって設定される。

タービンの運転負荷を検知する負荷検知により動作する
スプレィ制御系における必要スプレィ流量は、第６図囚
の定格必要スプレィ流量線４２上に設定される。この定
格必要スプレィ流鮒線４２は第６図（４）の曲線１４で
示す定格運転条件の場合における目標最低負荷での必要
スプレィ流量を示す。この必要スプレィ流量のスプレィ
水は、タービンの運転負荷が負荷垂線４３で示す低負荷
以下になったときにスプレィノズル４０が動作して排気
室３１内へ噴射されるように動作点が設定される。した
がってすし気室３１の過熱量が小さくなるような運転条
件の」場合（曲線１６）ではこの運転条件における必要
スプレィ流量である最／」−必要スプレイ流量線１７（
第４図囚参照）で示す値よりも過剰なスプレィ流量のス
プレィ水３６が噴射されることになる。しかし、この過
剰なスプレィ流量は最終段羽根の浸食を生ずるほど多く
はない。−勇退熱量が大きくなるようなス車転朱件の場
合（曲線１５）では上記定格必要スプレィ流量線４２を
越える低負荷でタービンが運転されたときは、ナｊト気
室３１が過熱してしまう。そこで排気室３１の温度を検
知する温度検知により動作するスプレィ系の必要スプレ
ィ流量を、排気室３１の過熱量が大きくなるような運転
条件の場合（曲線１５）の必要スプレィ流Ｘ＝示す最大
必Ｊ１２スルイ流Ｗ：　ｋ　４４と、上述定格必要スプ
レィ流’、７ｉ−，ｈＪ　４２との差に少なくとも設定
される。すなわち２つのスプレィ系の必要スプレィ流量
の和が過熱量が大きくなるような運転条件の場合の最大
スプレィ流量に少なくともなるように設定される。した
がって排気室３１の過熱量が大きくなるような運転条件
の場合（第６図囚曲線１５）に、タービン運転負荷の検
知によシ動作するスプレィ系の定格必要スプレィ流量線
４２を越えて漸次負荷を軽減させる低負荷運転を進めて
行くと、排気室３１の温度上昇を検知して温度検知によ
るスプレィ系が動作し、負荷検知によるスプレィ制御系
の必要スプレィ流量を補なうようにスプレィ水３６を排
気室３１へ１貝射してこの排気室３１の過熱を確実に防
止することができる。また排気室３１の過熱量が小ざく
なるような運転条件の場合に漸次負荷を軽減させる低負
荷運転を進めて行くと排気室３１は第４図（Ｂ）曲線］
２に示すような温度上昇を示すが、低負荷を検知する負
荷検知によるスプレィ制御系が動作して、この系統の必
要スプレィ流量である定格必要スプレィ流量のスプレィ
水４１が排気室３１へ吹射し、排気室３１の過熱を防止
する。この際温度検知によるスゲレイ系は動作せずスプ
レィ水３６は排気室３１へ吹射されない。この結果、排
気室３１の過熱量が／Ｊ−、さくなるような運転条件で
タービンを運転した場合にわ１気室３１に過熱が生じた
ときは定格必要スプレィ流＋、１以上のスプレィ水４１
は噴射しないので最終段羽根の浸食を防止することがで
きる。

なお上述の実施例では負荷検知により動作するスプレィ
制御系と温度検知により動作するスプレィ制御系との２
系統の組合せによシ蒸気タービンの排気室温度制御装置
を構成する場合について述べたが、本発明はこれに限定
されるものではなく、種々変形して実施し得るものであ
る。例えばスプレィ制御系の系統数を上述の実施例より
も増加させ、これら各系統を各種検知器により動作する
ように構成し、各系統を適宜組合わせて構成してもよい
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明はタービン排気室へのスプレ
ィ水の噴射を制御するスプレィ制御系を？Ｊ７　数かつ
相互に独立して設け、しかもこれらスプレィ制御系のス
ゲレイ流量をタービンの各種運転条件に対応させてそれ
ぞれ設定するように構成しだので、各種タービン運転条
件に適合したスズレイ流量のスプレィ水をタービン排気
室へ噴射することができ、過少なスプレィ流量のスプレ
ィ水のタービン排気室への噴射による排気室の過熱を未
然かつ確実に防止することができる。また過剰なスプレ
ィ流量のスプレィ水のタービン排気室への噴射による最
終段羽根の浸食を確実に防止することができる。これら
排気室の過熱と最終段羽根の浸食防止が、従来よりも非
常に広いタービン運転条件において維持することができ
るために、従来装置の場合よシも非常に低い低負荷運転
が発電プラントの信頼性および健全性を害することなく
可能となり、一般火力発電所では電力需要の低い夜間に
非常に負荷の低い極低負荷運転の連続運転を行ガうこと
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蒸気タービンの排気室温度制御装置の構
成を示す系統図、第２図は同、各タービン運転条件の場
合におけるタービン負荷と排気室温度との関係を示すグ
ラフ、第３図は同、各タービン運転条件の場合における
タービン負荷と必做スプレィ流量との関係を示すグラフ
、第４図（イ）は同、各タービン運転条件の場合におけ
るタービン負荷と必をスゲレイ流量との関係を示すグラ
フ、第４図ＣＢ）は同、各タービン運転条件の場合にお
けるタービン負荷と排気室温度との関係を示すグラフ、
第５図は本発明による一実施例の構成を示す系統図、第
６図囚は同、必要スプレィ流量の設定値を説明するため
の各タービン運転条件の場合におけるタービン負荷と必
要スプレィ流量との関係を示すグラフ、第６図の）は同
、最低負荷を説明するための各タービン運転条件の場合
におけるタービン負荷と排気室温度との関係を示すグラ
フである。 １・・・タービン高中圧部、２，３０・・・タービン低
圧部、３・・・彷水器、４，３１・・・排気室、５・・
・検出器、６・・・検出４１号、７　、３４　、３９・
・・スプレィ水噴射制御装置、８．あ、４０・−・スプ
レィノズル、９　、３６　、４１・・−スプレィ水、１
０　、１４・・・定格運転条件、１１　、１５・・・］
」ト気室の過熱量が大きくなるような運転条件、ｊ２’
、　１６・・・排気室の過熱量が小さくなるような運転
条件、３２・・・温度検知器、３７・・・負句検知器０
出願人代理人　　波　多　野　　　　久第１図 緑色０萄　　　　　　　（Ｂ） 第５図 儒 ＋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービン排気室へ所定圧力に保持されたスプレィ水
   を適宜流量で噴射せしめてこのタービン排気室の温度上
   昇を抑制する蒸気タービンの排気室温度制御装置におい
   て、上記スプレィ水の噴射を制御するスプレィ制御系を
   複数かつ相互に独立して設け、これらスプレィ制御系を
   各系統別にタービンの運転条件に対応したスプレィ流量
   にそれぞれ設定するように構成したことを特徴とする蒸
   気タービンの排気室温度制御装置。 ２、スプレィ制御系は、タービンの運転負荷の検出によ
   シ動作する系統と、タービンの排気室温度の検出によシ
   動作する系統の両系統を少なくとも備えたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の蒸気タービンの排気
   室温度制御装置。