JPS60156910A - 蒸気タービン装置 - 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】 本発明は一般に、蒸気タービンバイパス装置に関し、よ
り詳細には、バイパス装置の作動時に高圧タービンの温
度が過大になることを防止するための制御装置に関する
ものである。

典型的な蒸気タービン式発電グ２ントの場合、蒸気発生
器、例えばボイラーから発生した蒸気は、複数の蒸気供
給弁を経て、高圧タービンに供給′される。高圧タービ
ンから排出された蒸気は、低圧タービンに供給さｎる前
に、普通の再熱器において再熱され、低圧タービンから
の排気は、復水器に導かれ、排出蒸気はそこで水に変え
られ、ボイラーに供給され、作動サイクルを終了する。

蒸気タービンにバイパス系統ないしはバイパス装Ｏｎ配
設することにより、タービンへの蒸気供給弁を閉弁又は
部分的に閉弁しておいても、蒸気タービン負荷と係りな
い負荷レベルにおいて蒸気をボイラーによってなおも発
生させることができる。バイパス系統は、トリツプ（操
業停止）を通常必要とするプラント又はシステムの過渡
状態の間にもボイラーをオンラインに保つために、又は
高温再始動のために、有利に使用される。そのため、オ
ンライン利用可能性を高くシ、高速再始動を確保し、タ
ービンの熱サイクルのコストヲ最小にするために、バイ
パス系統が用いられる。

発電プラントの操業中に、電力配電網と送電線との接続
を断つ状態を生ずることがある０この状態においても、
ポンプ、微粉器、ファンその他の補助機器の電気的需要
を満たすように、家屋負荷レベルにおいて蒸気タービン
系統を作動させることがなお望ましい。この条件の下で
は、タービンは、非常に減少した蒸気流量と共にでも、
同期速度で回転し続け、ボイラーによって発生した蒸気
の残量は、バイパス系統に供給される。

普通は、タービンの各部を低温に保つために、充分な量
の蒸気をタービンに通過させねばならない。しかし、流
量が減少した条件の下では、ウィンデージ効果を生じる
ため、タービン羽根は、蒸気から仕事を取出す代シに、
激しく運動している蒸気に対して実際に仕事をし、その
結果として温度が高くなシ、タービンの各部が加熱され
る。この条件の下では、タービンが、その設計定格をこ
えて過熱さ扛ることがあり、その結果として、使用寿命
が短くなり、早すぎる時期に故障する可能性を生ずる。

本発明は、かかる条件の下に、タービン温度がその設計
限度内に保たｒるような大きな改良を実現することを目
的としている。

木兄明忙よる系統は、通常のバイパス経路のほかに、高
圧タービンの回シに蒸気を通過させるための第２バイパ
ス経路を備えている。このｍコバイパス経路は、蒸気ジ
ェット圧縮機手段を有し、この蒸気ジェット圧縮機手段
は、高圧タービン出力部に接続さした一方の入力部と蒸
気発生器から蒸気を受けるように接続さ扛た別の入力部
とを備えている。この圧縮機手段の出力部は、再熱器の
入力部において別の蒸気バイパス配管に接続されている
。蒸気発生器から蒸気ジェット圧縮機への蒸気供給を制
御するために、弁装置が設けられ、高圧タービンの出力
部の出力状態に応答する制御手段は、蒸気ジェット圧縮
機手段の弁手段を制御する。この構成によ扛ば、特別の
タービン蒸気流量に対する設計限度内に高圧タービンの
出力部の温度を保つように、該出力部に成る充分低い圧
力が達せられる。

第１図は、化石燃料を燃焼させる単一再熱タービン式発
電ユニットを例示している。タービン装置ＩＯは、高圧
タービン７．２の形の複数のタービンと、少なくとも７
個以上の比較的低圧のタービンとを有し、これらの低圧
のタービンは、第１図の例では、中間タービン１３と低
圧タービン羽根とを備えている。これらのタービンは、
電力配電網（図示しない）のような負荷に電力を供給す
る発電機ｉｇを駆動するために、共通の軸１６に接続さ
れている。

化石燃料によって作動される普通の丸型ボイラーココの
ような蒸気発生装置から発生した蒸気は、適切な作動温
度に加熱され、後のヘッダー、ｔｂ２経て高圧タービン
１２に導かれる。蒸気流は７組の蒸気供給弁コｇによっ
て制御される。

高圧タービン出口部ＪＯ及び蒸気配管３／を経て高圧タ
ービン７．２を離れた蒸気は、再熱器３２（一般にボイ
７−．１２と熱交換関係にある）に導かれ、その後蒸気
配管３ダを経て、弁装置３６０制御下に、中間タービン
／３に供給さしる。蒸気はその後に蒸気配管３９を経て
低圧タービン装置に導かれ、低圧タービン／４’からの
排出蒸気は、蒸気配管ダコを経て復水器グθに導かれ、
水に変えられる。水は、水配管ｐｐ。

ポンプ４’Ａ、水配管弘ざ、ポンプＳθ及び水配管５２
を経てボイラー２コに返却される。図示してないが、一
般に、返送配管内に、正確な化学的平衡と水の高い純度
とを維持するための水処理装置が配設さ扛ている。

オノラインの利用可能性を高くシ、高温再始Ｉｉｌを最
適化し、更に、ボイラーコ２、復水器ｑｏ及びタービン
装置の使用寿命を長くするために、タービンバイパス装
置が設けられており、このバイパス装置によｎば、蒸気
は、恰もタービン／２によって使用されるかのように、
しかし実除にはこれらをバイパスするように、ボイラー
、２−から連続的に元生させることができる。

バイパス経路は、蒸気配管ＡＯｆ有し、高圧バイパス作
動は、高圧バイパス弁６２により開始される。この弁６
２を通過する蒸気は、蒸気配管ｂｔｔによって再熱器Ｊ
２の入力部に導か牡、蒸気配管６６内の再熱さｎた蒸気
流は、復水器ダθに蒸気を導くための低圧バイパス弁６
ｇに・、よって制御さ扛る。バイパスさルた蒸気が逆方
向に、即ち出口部３０及び蒸気配’ｉｆ　３　／　ｉ経
て、高圧タービン７．２に入ることを防止するために、
この蒸気配管３１内に、逆止弁７０が配設されている。

高圧タービン１２によって通常生ずる熱抽出の損失を補
ない、再熱器３２の再加熱を防止するために、ポンプＳ
Ｏによって供給される水配管７コ内の比較的冷たい水は
、噴射弁り弘及び過熱低減組立体７ｊの制御下に、バイ
パス蒸気に供給さ牡る。同様に、ポンプ≠６によって供
給さｎる水配管７ｇ内の比較的冷たい水は、低圧バイパ
ス経路内の蒸気を冷却し、中間タービン／３及び低圧タ
ービン装置によって通常生ずる熱抽出の損失を補償し、
復水器ダθの過熱を防止するために、弁１０によって制
御され、過熱低減組立体ｇ／に供給される。

図示した６弁の操作並びにボイラー２コの有効な作動の
ために、図示しないアナログ又はデジタル制御装置が通
常用いられる。

高圧タービンノコに広汎な損傷をひき起こすことのある
風損抵抗（ウィンデージ抵抗）は、タービン回転子の速
度並びに高圧タービンノコを通る蒸気の＠１度の関数で
ある。家屋負荷条件の下に低蒸気流量で作動している間
、タービン速度は、その設計同期速度に保た牡ている。

そのため蒸気の密度は、ウィンデージ加熱に影響する変
数であシ、この密度は、出口部３θの圧力の増大と共に
増大する。この問題は、／θθチバイパス系統を有する
発電所の場合には特に深刻になる。

バイパス経路内のバイパス弁６２は、ゲイ２−出力部の
圧力のいくらかを、再熱器３．２の入力部において現出
される成る値まで絞る。この圧力は低温再熱圧力として
知られる。そのため、出口部３０の排出圧力が高く、低
温再熱圧力と同等ならば、タービンから再熱器３２−４
での蒸気流量を保つことができよう。しかしこの高圧の
ため、ウィンデージ加熱は、タービンの設計上列底受け
いｎられない値となろう。出口部３０の圧力は、作動温
度を設計限界内に保つように、比較的低い値に保たねば
ならない。しかしこの低い圧力は、再熱器３．２の入口
の圧力条件と適合しないため、これに直接には連結でき
ない。本発明は、この問題の解決を与えようとするもの
で、＠／図について説明した部材は第１図と同じ符号に
よって示した第λ図？参照して以下に説明される。

第２図には、高圧タービンノコの回りの第２バイパス経
路が示され、この第２バイパス経路は、制御弁、９０を
経て蒸気ジェット圧縮機ｇｔｒにボイラー蒸気を供給す
る蒸気配管ざ６を備えている。蒸気ジェット圧縮機にｇ
は、高圧タービン／、２の出口部３０と蒸気連通された
ｉ／入入力部ココ、制御弁９０を経てボイラー、２．２
と蒸気連通された第２入力部り３と、再熱器３コの入力
部のバイパス配管６ダと蒸気連通された。

出力部ｑダとを備えている０ 蒸気ジェット圧ｍ４１　（蒸気ジェットポンプ又は蒸気
ジェットエアエジェクターとしても知られる）は、復水
器から空気を抽出するために蒸気式発電プラントにおし
てずつと以前から用いられている周知の装置である。第
３図ｆｆ：参照して、本発明に用いらしている出口部３
θの排出蒸気は、蒸気ジェット圧縮機ｇｇの入力部デフ
に比較的低圧で供給さする。ボイラー２２からの比較的
高圧の作動蒸気は、第２入力部？３に入り、ノズル１０
Ｏから高速蒸気ジェットとして排出さ扛る。高圧ガスと
低圧ガスとの混合物は、収扛ん管１０２に入９、ここで
運動量の交換が行なわれる。混合物はその後にデフユー
ザーＩＯ’ｌに入り、ここで混合物の速度が減少し、圧
力は、低温再加熱圧力に適応する値に増大する。蒸気ジ
ェット圧縮４３ｇｇは、基本的には、出口部３０におけ
る排出蒸気の圧力を成る充分高いＩＩＫに旨めるための
圧縮機として作用し、排出蒸気は、この圧力において、
再熱器３２に対する適切な圧力条件を保ちながら、再熱
器３コ中に排出さｎることができる。蒸気ジェット圧縮
機ざ５は、比較的小形で簡単な装置であり、回転部分又
は可動部分をもたず、非常に高信頼性で、しかも廉価で
ある。

再び第２図を参照して、蒸気ジェット圧縮機３ｇの出力
部は、再熱器３．２にとっては高すぎる温度にあるため
、蒸気を冷却するために水噴射装置が設けら江ている。

ポンプ５０からの冷却水は、蒸気ジェット圧縮機の出力
配管内に接続された過熱低減組立体／／２に水配管／１
０を経て供給さ扛る。冷却水は、弁／／’Ｉによって制
御され、弁１ｉｌＩＯ開度は、制御回路ｉｉｂによって
調節され、制御回路／／Ａは、過熱低減組立体／ｌコか
らめ蒸気の温度を温度センサー／Ｉｔによって感知し、
この値を所定の設定温ｇｓｐと比較し、温度が設定点よ
シも高ければ弁／／ダをより多く開放し、温度が設定点
よりも低は往ば、−冷却水流蓋全減少させる〇蒸気ジェ
ット圧縮４３ｇｔｒの作動の結果として、成る与えら扛
た蒸気流率案件の下に、比較的低い圧力が高圧タービン
ノコの出口部３０に保た扛、この圧力は、再熱器３２の
入力部の他のバイパス配管にタービン排出υ瓦が供給さ
れるように増大される。そのため高圧タービン１２の温
度は設言１限就内に保たれる。何らかの理由で、タービ
ン温度が上昇した場合には、より多くの作動流体を蒸気
ジェット圧縮機ｇｔに供給し、出口部３θの圧力を、温
度が下降するような値まで引下けるように、弁？’Ｏｆ
：制御することができる。その反対に、温度が下降した
場合には、より少ない作！ｌＩＩ＋蒸気を供給し、その
結果として圧力が上昇するように、弁９０’ｙ制御する
ことができる。そのため、弁１０を制御するように、制
御回路ｉ、２ｏ２設け、出力部３θのところの状態を検
奔する。この状態は、好ましくは、温度の読みであり、
この温度の読みは、タービン温度を表わし、ｆｌｉｌＪ
呻回路／コＯに温度信号を供給するように、温度センサ
ーｌココによって感知される。この信号は、弁９０の作
ｗＪヲ制御するように、設定温度ＳＰで表わさｎた所定
の許容され得る温度範囲と比較される０ 心力配電網に再接続するために電気的負荷を増大させる
べき時期になったら、蒸気供給弁コｇｆ経て高圧タービ
ンにより多くの蒸気流を供給し、蒸気配−１Ｖ６ｏの主
要バイパス経路内の蒸気流を、そ扛に比例して減少させ
る。出力部３θの圧力は上昇するが、タービンを通る蒸
気流量が増大しているため、温度は必ずしも上昇しない
。バイパスから主要蒸気に切換える間に高圧タービンノ
コの排出温度が、許容温度範囲から逸脱すると、制御回
路／、２０は、再熱器３２への排出流の圧送圧力を高く
しながら所望の温度全保つように、出口部３Ｑに適切な
圧力状態が蒸気ジェット圧縮機ｇざによって保たれるよ
うに、弁りθを開弁又は閉弁する。

蒸気流の状態及び排出圧力が、逆止弁’ｙｏ２通シ高圧
排出蒸気を流すようになっている場合には、蒸気ジェッ
ト圧縮機ｇｇを作動させる要求はもはや存在しない。そ
のため、この状態を感知する手段が設けられ、−例とし
て、逆止弁７００両端間の圧力全感知してその開度の表
示を与えるための差圧変換器／コダが設けられる。

この表示は、制御弁９０を締切るために制御回路／２０
に供給される。

蒸気の系統、流量及び圧力の要求によっては、存在する
圧力比が、単一の蒸気ジェット圧縮機にとっては大き過
ぎるということがあり得る。

この場合は、並行作動される複数の蒸気ジェット圧縮機
ｇざａ、ｇｔｒｂ、・・・ざｔｎ　を含む複数のそうし
た圧縮機を、第７図に示すように使用することができる
。各々の蒸気ジェット圧縮様は、温度センサー／ｌざ已
、／／Ｉｔｂ、・・・／／ｇｎ　によってそｎ、それの
配管内において測定された温度と設定温度とに従って過
熱低減組立体／／λａ。

／、／コｂ、・・・／／２ｎ　への噴射水を制御するた
めの、関係する制御弁９０ａ、ｑＯｂ、・・・９０ｎ　
及び水噴射制御回路／／Ａａ、／／Ａｔ）、−／／Ａｎ
　’ｉｉ備えている。

制御回路ｉｘｏは、高圧タービン出口部３０の温度をな
おも感知し、出口部３０の温度が上昇する場合は、必要
に応じて各制御弁を順次開弁し、その反対に、出口部３
０の温度が下降する場合は、制御弁を順次閉弁する。こ
の開弁又は閉弁の動作は、温度がその設定範囲内になる
まで続けらｎる。

このようにボイ２−．２−がタービンと係りなく全負荷
に保たれるため、比較的短い期間内に全負荷に到達し得
る。バイパス条件下の高圧タービンの過熱は、高圧出口
部の適正な圧力従って温度を保つ補助バイパス経路によ
って防止される。補助バイパス経路は、可動部がなく、
比較的簡単で廉価な、ボイ２−から利用可能な作ｆｇエ
ネルギーを利用する装置ヲ用いることによって、その機
能を達成する。

【図面の簡単な説明】

第７図は、バイパス系統を含む蒸気タービン式発電プラ
ントの簡単なブロック線図、第２図は、本発明の一実施
例と共に、第１図の発電プラントを示す略配列図、第３
図は、本発明に用いられる蒸気ジェット圧縮機の変形例
を示す構成図、第７図は第２図の装置の変形例を示す略
配列図である。 ｌコ・−高圧タービン、１３・・中間タービン（低圧タ
ービン）、／ダ１１Φ低圧タービン１．２λ・・ボイラ
ー（蒸気発生器）、３コ・・再熱器、りＯ・・／方向逆
止弁、ざＳ・・蒸気ジェット圧縮機（蒸気ジェット圧縮
機手段）、９−２・・第１入力部、９３・・第２入力部
、９ダ・・出力部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高圧タービンと、該高圧タービンに蒸気を供給す今ため
   の蒸気発生器と、少なくとも１つの低圧タービンと、該
   高圧タービ／及び低圧タービ／の間の蒸気経路内の再熱
   器と、該高圧タービン及び低圧タービンをバイパスする
   ための蒸気バイパス経路とを有し、該高圧タービンは、
   バイパス蒸気がその出力部に入ることを阻止するため、
   排出蒸気配管内に１方向逆止弁を備えている蒸気タービ
   ン装置であって、該蒸気タービン装＠か、 Ａ）該高圧タービンの回りに蒸気をバイパスするための
   第２バイパス経路を更に有し、Ｂ）該第２バイパス経路
   は、 １）２つの入力部と１つの出力部とを含む蒸気ジェット
   圧縮機手段を含み、該入力部の１つは、該高圧タービン
   の出力部に接続してあル、他方の該入力部は、該蒸気発
   生器からの蒸気を受けるように接続してあり、該出力部
   は、該再熱器の入力部に接続してあｐ１更に、 肋　該蒸気発生器から該蒸気ジェット圧縮機手段への蒸
   気供給を制御するための弁手段を含み、 該蒸気タービン装置は更に、 Ｃ）該高圧タービン出力部の出力状態に応答して該弁手
   段を制御するための制御手段を更に有することｔ特徴と
   する蒸気タービン装置。