JPS5926766B2 - 火力発電プラントの運転装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、火力発電プラントの運転装置に係り、特に蒸
気条件の高い高効率のものとして設置された火力発電プ
ラントを、毎日起動停止する中間負荷火力発電プラント
として運転するための装置に関する。

従来、火力発電プラントを建設する場合、ベース火力と
して蒸気条件の高い、例えば主蒸気圧力は１６９ ｋｇ
７ｃｍ２、主蒸気／再熱蒸気温度が、５６６℃１５３
８℃の高効率の火力発電プラントが建設されている。

しかし建設後士数年後においては、更に大容量の高効率
火力発電プラントが建設された虱燃料費の安い原子力発
電プラントが建設されると、これらのプラントがベース
火力発電プラントとして運用される為、過去に建設され
た小容量で効率が悪く、運転費の高い火力発電プラント
は、年次毎に利用率も低下し、士数年後には毎日起動停
止する中間負荷火力として運用しなければならなくなる
のが実状である。

しかしながら、中間負荷火力として毎日起動停止する場
合は、起動停止時の蒸気温度の大きな変化によシ、ター
ビンの寿命消費量が従来のベース負荷火力として毎日起
動停止しない運用時と比べて極端に太きくなシ、火力発
電プラントを長期間運転することは困難となってくる。

すなわち、タービンの寿命消費は、主弁類、単室及びロ
ータに生じる熱応力により熱疲労を生じて材料の寿命が
消耗されることによって起るが、ベース運用火力として
運転する場合は、起動停止回数も少なく、主蒸気圧力温
度を整定した運転条件のもとで運転するため、大きなか
つ急激な蒸気温度変化がなく寿命の消耗はほとんど無視
できる。

しかしながら、中間負荷火力として運用する場合は、毎
日起動停止および、大きな負荷資化をともなうため、蒸
気温度も、＠、激に大きく変化しこれによって主弁類、
車室およびロータのような高温部には降伏現象を生じ、
材料の寿命が大きく消耗される。

本発明の目的は、上記したベース火力発電プラントを毎
日起動停止する中間負荷火力発電プラントとして運転す
る場合においても、タービンの寿命消費量を軽減し長期
に運転可能とする装置を提供するにある。

本発明は、火力発電プラントで起動停止を繰返す場合、
起動停止にともなう機器の温度の変化の度合か小である
程寿命消費量を飛躍的に小さくすることができ、かつ起
動停止にともなう機器の温度の変化の度合は、蒸気条件
が低下する程小となることにかんがみ、中間負荷火力と
して運転する場合は、蒸気条件を下げて運転することを
特徴とする。

また本発明による火力発電プラントは、タービンに供給
する蒸気条件を変更しうる装置を備えたことを特徴とす
る。

次に本発明の内容を図面により説明する。

実施例として当初ベース運用火力として蒸気条件の高い
主蒸気圧力１６９ ｋｇ／ｃｒｔｆ、主蒸気／再熱蒸気
温度５６６℃１５３８℃の火力発電プラントを値設しそ
の後利用率が低下した時に主蒸気／再熱蒸気温度を５１
０℃１５１０℃に下げて毎日起動停止する中間負荷火力
として運転する場合を例にとる。

第１図は蒸気条件１６９ ｋｇ ４７１ｆ、主蒸気／再
熱蒸気温度５６６℃７５３８℃のベース運用火力発電プ
ラントの一般的な起動線図、第２図は第１図の火力発電
プラントを中間負荷火力プラントとして毎日起動停止す
るときの蒸気条件を１６（ｉｇ／ｃｒｒＬ 主蒸気／再
熱蒸気温度５１０℃１５１Ｏ℃に下げて運転した場合の
起動線図、第３図はタービン停止後の第１段後ケーシン
グ内壁温度降下線図、第４図はタービンメタル温度変化
率の制限線図である。

ここで、蒸気条件を下げた場合の効果を説明するに先だ
ち、第４図によってタービンの寿命消費量について説明
する。

タービンの寿命消費量は、寿命消費指数をもとめ、その
総数が、１ｏｏ％に達したとき、高温の静止部または、
回転部に亀裂が発生する可能性かあ、るものとして、寿
命消費量を管理するようにしている。

第４図は、１回当シのメタル温度変化量（横軸）とメタ
ル温度変化率（縦軸）に対ム寿命消費指数が、いくらに
なるかをもとめる線図で、たとえば、１５０℃のメタル
温度変化を、１．０４時間かけておこなった場合のメタ
ル温度変化率は、１４４’Ｃ／Ｈとなるので、寿命消費
指数が０．１係となる。

すなわち、１回尚シの寿命消費指数がｏ、１％のため、
同様の温度変化量と温度変化率で１０００回繰返えせは
寿命消費指数が＋ｏｏ％とな択タービンの寿命を消耗し
てしまうことになる。

今、蒸気条件１６９ ｋｇ／（２４，５６６℃１５３８
℃とし夜間毎日８時間停止として運転する場合の起動時
のタービン寿命消費量を求める。

（なお、火力発電所の実運用においては、週末停止、夜
間停止等のように停止時間の違いがあり、また負荷運転
中における負荷変動もあるので、実際にはこれらの各運
転における寿命消費指数を各々求めて合計した値が１０
０係になった時に寿命消耗したことになるが、わかシや
すくするために、夜間毎日停止とし、一般的な８時間停
止後の起動時について求める。

）第１図の起動線図に示すように、タービン停止時の第
１段ケーシング内壁温度は４３０℃であり、第３図の温
度降下線図により８時間停止後のケーシング内壁温度を
求めると３９２℃となる。

従ってタービン通気時の第１段後ケーシング内壁温度は
３９２℃であわ、タービン１００係負荷時の第１没後ケ
ーシング蒸気温度（これはケーシング内壁温度とほぼ同
じであ′る）５２０℃まで１時間で負荷上昇すると、メ
タル温度変化量は、 ５２０−３９２＝１２８（ト） となシ、メタル温度変化率は、 １２８÷１ ＝ １２ ｓ （’Ｃ／）Ｉ）となる。

第４図において、これらの望に対応する寿命消費指数を
求めるとＡ点となり、０．０５係となる。

従って上記と同様の起動を２０００回（毎日起動停止す
るとして約５．５年）繰返すと、寿命消費量は１００係
となり、タービンの寿命を消耗してしまうことになる。

次に、蒸気条件を１６９ ｋ１９／ｃｍ１５１０℃１５
１０℃に下け、上記同様に８時間停止後の起動時におけ
るタービン寿命消費量を同様に求める。

第２図に示すように、タービン停止時の第１段後ケーシ
ング内壁温度は３７４℃であシ、第３図の温度降下線図
よ９８時間停止後のケーシング内壁温度を求めると３５
２℃となる。

従ってタービン通気時の第１段後ケーシング内壁温度は
３５２℃であ択タービン１００係負荷時の第１没後ケー
シング蒸気温度４６４℃まで前記と同様１時間で負荷上
昇すると、メタル温度変化量は、４６−３５２＝１１２
ｃ。

となり、メタル温度変化率は、 １１２÷１＝ ｌ ｌ ２ （’Ｃ／Ｈ）となる。

第４図において、これらの値に対応する寿命消費指数を
求めるとＢ点となり、ｏ、ｏ２ｓ％となる。

従って上記と同様の起動を４０００回（毎日起動停止す
るとして約１１年）繰返すと寿命消費指数が１００係と
なり、前記の蒸気条件１６９ ｋｔｊ／ｃｒＡ、 ５
６６℃１５３８℃の場合に比較して２倍の寿命を保持し
うる。

以上の比較結果をわかりやすくするために表にまとめる
と、下記の表のごとくになる。

すなわち、蒸気条件を低くする程タービン停止時の第１
段後ケーシング内壁温度も低くなシ、第３図に示したよ
うに、内壁温度が低い程タービン停止期間中の温度降下
がゆるやかになるため、タービン通気時と１ｏｏ％負荷
時の第１没後ケーシング蒸気温度差が小さくなシ、これ
に共なってメタル温度変化量及びメタル温度変化率が小
さくなるので、タービンの寿命消費指数が小さくなるこ
とになる。

なお、当初ベース運用火力として運転する時は、起動停
止回数も少ないため、タービンの寿命消費量も少ないか
ら、蒸気条件を高くして高効率運転することができる。

上記のように中間負荷火力として低い蒸気条件で運転す
ると、当然プラントの熱効率が低下するので、これらの
効率の悪くなった古いプラントを停止せず、他の大容量
の高効率火力発電プラントや燃料費の安い原子力発電プ
ラントの負荷を下げて古いプラントと共に運転すること
も考えられるが、しかし大容量で高効率の火力発電プラ
ントや原子力発電プラントも負荷が下がれば効率も低下
するので、総合的に考えると、古い小容量のプラントを
夜間停止し並目起動する方が経済的である。

次に本発明を実施するに好適な装置の構成例について述
べる。

第５図は従来の一般的なドラム型ボイラの流体系略図で
ある。

４は内部に伝熱管４ａを有する火炉であり、Ｃは加熱ガ
ス流を示Ｌ−Ｄは火炉４の排ガス流路４ｂから出る排ガ
スを示す。

火炉内には二次過熱器１が設置され、上部には蒸気発生
用ドラム３が設置される。

また排ガス流路４ｂ内には、節炭器２と、一次過熱器５
と、再熱器１１とが設置される。

とのボイラにおいて、給水加熱器（図示せず）から給水
管１を経て供給される給水は、節炭器３で外淵されてド
ラム３に流入する。

ドラム３内の高温水は火炉４内の伝熱管４ａを循環する
ことによって加熱され、ドラム３にて蒸発する。

蒸発した蒸気は、一次過熱器５、過熱器減温器６、二次
過熱器７、主蒸気管８を経て高圧タービン（図示せず）
に流入する。

高圧タービン排気は低温再熱蒸気管９、再熱器減温器１
０、再熱器１１、高温再熱蒸気管１２を経て再熱タービ
ン（図示せず）に流入する。

一方、ボイラ内の高温ガスは火炉４、二次過熱器７、再
熱器５、節炭器２を経て排ガスＤとなる。

とのボイラにおいて、火炉４は給水を加熱し蒸発させる
ものであシ、一次過熱器５、二次過熱器７、及び再熱器
１１は蒸気を過熱するものである。

従って、本発明において、中間負荷火力として運転する
ため、蒸気条件を下げた場合も蒸気条件を下げる前と同
じタービン出力を得るようにするには、第５図の過熱器
減温器６及び再熱器減温器１０への注水量を従来の火力
発電プラントより増加して行う方法がある。

これらの減温器６，１０は従来の火力発電プラントにも
設置されているが、従来のものは非常の温度修正、又は
負荷変動時の温度アンバランスを修正するだめのもので
あって、注水量の調節可能な範囲は少ないものである。

本発明においては、注水量の調節可能な範囲の大きい大
容量の減温器を設置する。

また、蒸気条件を下げるには、減温器６及び１０によっ
て過熱器７及び再熱器１１に入る蒸気の温度を下げたう
えで、第６図に示すように、主蒸気管８及び再熱蒸気管
１２にそれぞれ減温器１３．１４を設置し、ドラム３か
ら出た比較的低温の蒸気を流量調整弁１５．１６をそれ
ぞれ有する蒸気管１７．１８を通してこれらの減温器１
３゜１４に注入するようにし、かつ流量調整弁１５゜１
６の開度はそれぞれ主蒸気温度制御器１９、再熱蒸気温
度制御器２０で制御することによっても達成できる。

なお、減温器１３．１４への注入蒸気源としては、第６
図のようにドラム３からの蒸気を利用するのではなく、
他のユニットの低温蒸気を利用することも可能である。

なお上記の実施例は、当初ベース運用火力として建設し
た蒸気条件１６９１ｃｑ／ｃｒＡ、５６６℃１５３８℃
のドラムボイラ形火力発電プラントを、利用率が低下し
た時に蒸気条件を１６９ ｋｇ／ｃｒｉｂ、５１０℃１
５１Ｏ℃に下げて中間負荷火力として運用する場合につ
いて述べたが、当初プラントの蒸気条件及び変更後の運
転条件は中間負荷火力として運用する時に低くすればよ
いから、上記実施例の蒸気条件に限定されるものでない
ことは言うまでもない。

以上に説明したように、本発明においては、当初はベー
ス火力プラントとして設置されたプラントを後で中間負
荷プラントとして起動停止の繰返しで運転する際、低蒸
気条件で運転するようにしたので、タービンの寿命を長
く保つことが可能となる。

−二′

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気条件１６９ ｋｇ／ｃｍ、５６６℃１５３
８℃のベース運用火力発電プラントの一般的な起動線図
、第２図は第１図の火力発電プラントを中間負荷火力プ
ラントとして毎日起動停止するだめ、蒸気条件を１６９
ｋｇ／６７ｉｉ、５１０℃１５１０℃に下げて運転す
る時の起動線図、第３図はタービン停止後の第１段後ケ
ーシング内壁温度降下線図、第４図はタービンメタル温
度変化率の制限線図、第５図は従来の一般的なドラム型
ボイラの流体系略図、第６図は蒸気条件を下げるための
本発明の一実施例を示すボイラ流体系統図である。 １・・・・・・給水、２・・・・・・節炭器、３・・・
・・・ドラム、４・・・・・・火炉、５・・・・・・一
次加熱器、６・・・・・・過熱器減温器、７・・・・・
・二次加熱器、８・・・・・・主蒸気管、９・・・・・
・低温再熱蒸気管、１０・・・・・・再熱器減温器、１
１・・・・・・再熱器、１２・・・・・・高温再熱蒸気
管、１３．１４・・・・・・減温器、１５，１６・・・
・・・流量調整弁、１７．１８・・・注入蒸気管、１９
．２０・・・・・・温度制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ベース火力発電プラントとして建設されている蒸気
   条件の高い火力発電プラントにおいて、ボイラの過熱器
   及び再熱器の蒸気入口側に大容量の減温器を設置し、前
   記プラントを毎日起動停止する中間負荷火力発電プラン
   トとして運用する場合、前記減温器により、蒸気条件を
   下げて運転するようにした火力発電プラントの運転装置
   。