JPS6116210A - 蒸気タ−ビン運転方法及びその装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、蒸気タービンの運転方法、及びその装置に関
する。特に、蒸気発生器からの蒸気をタービンをバイパ
スさせて逃がすバイパスラインを備えるとともに、起動
時には中圧夕、−ビンより蒸気流入を行って通気及び負
荷上昇を行う場合において最適な起動を達成できるター
ビンの運転方法、及びその装置に関する。

〔発明の背景〕

タービンバイパスシステムを有する蒸気タービンにおい
て、上記の如き中圧起動方法が採用されているが、この
中圧起動の場合、高圧タービンの内部温度が上昇すると
いう所謂ボトルアップが生ずる。これは中圧タービンが
回転すると、これと同軸の高圧タービンも回転し、この
とき高圧タービンの内圧が上昇するとともにいわゆる風
損（高圧タービンの翼が空気をかきまぜることによる風
損）が発生して、これにより高圧タービンの内部温度が
上昇するものである。このボトルアップは、制御弁開か
ら、高圧排気後の逆止弁開までの間に生ずる。このよう
なボトルアップを可能な限シ低減させ、かつボトルアッ
プを素速く通過させるため、あらかじめ定められた制御
弁必要開度まで該制御弁を急開させることが行われてい
るが、従来はこの制御が、蒸気タービン側の要求のみを
満足させる形で行われ、蒸気発生器たるボイラーについ
て配慮されていなかった。このためボイラーとタービン
との協調が図られず、例えば現地試運転においてボイラ
ー、タービンのプラント運転ができないという問題があ
った。

以下、このような従来技術の問題点につき、第１図を参
照して詳しく説明する。

第１図には従来技術の対象となる概略プラント系統を示
す。従来技術においては、蒸気の流れは以下の如くなる
。

タービン起動時には、まず中圧タービンより通気が行わ
れる。即ちボイラ１を出た主蒸気は配管２を通り、次い
でバイパスライン４１に入って高圧タービン３をバイパ
スする形で高圧バイパス弁４を通り、再熱器５を経て再
熱蒸気弁６１．６２を介して中圧タービン７に入量、こ
こで仕事をする。中圧タービン７を駆動した蒸気は、更
に低圧タービン８に通気されて、ここで仕事をした後、
復水器９に回収される。このとき再熱器５よりの余剰蒸
気は低圧バイパス弁１０より復水器に排出される。この
ようにまず中圧タービン７に通気して、中・低圧タービ
ン７．８で蒸気タービン起動を行っているいわゆる中圧
起動がなされるのである。この中圧起動制御の状態にあ
っては高圧タービンには通気しないのであって、当然の
事ながら高圧タービン３の排気側に設置された逆止弁１
１により高圧バイパス弁４後の蒸気の該高圧タービン３
への逆流を防止しておシ、かつ高圧タービン３内部はベ
ンチレータ弁１２によりほぼ真空に保たれた状態にある
。

一般的には蒸気タービン通気から昇速、さらに負荷併入
（所内負荷程度の極〈低負荷）迄の段階では、以上の如
き中・低圧タービン７．８のみによる中圧起動状態で運
転がなされ、これ以上負荷上昇を行う際に初めて高圧タ
ービン３に蒸気流入を開始するものである。高圧タービ
ン３には、主蒸気止め弁１３、蒸気加減弁１４を介して
蒸気流入を行う。

第２図に、タービン負荷とタービン流入蒸気量との関係
を示す。実線で示すのが負荷と一般のタービンの流入蒸
気量との関係であシ、蒸気タービンとしては図示の如く
負荷と蒸気流入量との関係はほぼ比例しておシ、一般的
にも高圧タービン。

中圧タービン、及び低圧タービンを通過する蒸気量はほ
ぼ一定の比例関係になっている。上記説明した如き中圧
起動における高圧タービンへの起動時の流入蒸気量の関
係は図中に破線で示すとおシであり、ある負荷り。まで
は高圧タービンへは蒸気は通気せず、それ以上で通気を
行うようになつイＩＡス、　　日ｎ乞　　仏オ井丁　−
／Ａ…Ｉｆｆ　１汁成由右ス芹１リ　しの低負荷）まで
は蒸気加減弁１４が全閉しておシ、従ってこの高圧ター
ビンロータはほぼ真空状態の中で回転している。そして
この負荷Ｌｏを越える際に蒸気加減弁１４を急開させ、
高圧タービン内部のボトルアップを回避すべく、可能な
限り速やかに高圧タービン３内の通過蒸気量を増大させ
高圧タービン３内部の温度上昇による過熱防止を図るわ
けである。

以上説明した蒸気タービン運転におけるタービンバイパ
スシステムの制御は、従来、以下の如くなっている。

ボイラー１を出た蒸気の圧力制御は前述の高圧バイパス
弁４にである所望の圧力に制御され、中圧タービン起動
運転中は蒸気加減弁１４が閉状態においてはボイラー１
発生蒸気は全て本高圧バイパス弁４により高圧タービン
３をバイパスし、再熱器５を通過した再熱蒸気は一部が
再熱蒸気弁６１．６２より低・中圧タービン７．８に導
びかれ、余剰蒸気は低圧バイパス弁１０を介し復水器９
−へ排出される。この再熱蒸気圧力も低圧バイパス弁１
０により圧力制御（一般的には定格時の再熱蒸気圧力の
２０〜３０俤程度の圧力に制御される）されている。

この場合の蒸気タービンの蒸気弁の開部制御について、
第１図及び第３図を参照しつつ、説明する。中圧起動タ
ービンにおいても、一般的起動を行うタービンと同様の
蒸気弁開閉方式を採用できる。即ちまずインターセプト
弁６（第１図の再熱蒸気弁６１．６２に該当）が開き、
続いて蒸気加減弁１４が開くわけで、これらの弁類を開
閉するものとして例えばサーボモータストローク（他の
装置としては２次スピードリレー又は電気制御信号等各
徨あるが、ここでは説明を省略する）があシ、このサー
ボモータストロークの動作により蒸気弁が一連の動作を
行う様制御されている。第３図に示す通り、サーボモー
タストロークに応じてまずインターセプト弁が開き、次
いで蒸気加減弁１４が開く。つまり中圧起動に際しては
インターセプト弁（再熱蒸気弁６）開で蒸気加減弁１４
が閉の部分Ｓｏから８１の間で蒸気タービンが運転され
ている。

実運転における中圧起動時の弁開度、タービン負荷と経
過時間の関係を、簡単な図で説明する。

Ｍ４図を参照する。図の如くインターセプト弁６を開に
して、このインターセプト弁６（第１図の弁６１．６２
に該当）で低・中圧タービン７．８に通気する。負荷Ｌ
ｏの時点で蒸気加減弁１４を急開させて負荷上昇を行い
、高圧タービン３に必要な蒸気量を流入させる。この場
合当然の事ながらボイラ７１発生蒸気量は、高圧タービ
ン３に必要な蒸気量の最低限に見合う量をも発生して、
この最低限必要な量はバイパス弁４を介して流しておく
ことが要求される。これは以上の説明からも明らかな事
であるが、蒸気タービンの高圧タービン３のボトルアッ
プ回避上、蒸気加減弁１４を開いたら、即、必要蒸気量
を確保しなければならないからである。この為に本蒸気
加減弁１４を所望開度（通常は低圧バイパス弁１０によ
り制御されている再熱蒸気圧力相当負荷に見合った蒸気
量が確保可能な開度、つまシ約２０〜３０チ開度）に移
行し、このときベンチレータ弁１２が閉し、逆上弁１１
が順方向に関して高圧タービン３から再熱器５に蒸気を
流すわけである。もしこのときボイラー１の発生量が蒸
気タービン側必要蒸気量に対し不足していた場合は、以
下の如く、プラント運転を続けることができなくなると
いう問題がちる。

即ち、上述の制御においては、中圧起動後に蒸気加減弁
１４が急開し、その際高圧バイパス弁４が閉じてしまい
。さらにインターセプト弁も全開方向に移行し、低圧バ
イパス弁１０は全閉する。

そして、蒸気加減弁は予め定められた開度又はタービン
負荷（高圧タービンボトルアップ回避の為に予め蒸気加
減弁１４急開後の弁開度又はタービン負荷を決めておき
、制御ロジック又は運用に於いては負荷保持は回避して
いる）まで急開していく。ゆえにボイラー１の蒸気圧力
は低下方向に移行し、燃料投入が急要となるが、どうし
ても結果的にはタービン側必要量に見合った蒸気量の発
生は困難であり、ボイラー１の蒸気発生量がターピン側
必要蒸気量に対して不足の状態になり、この結果プラン
ト運転続行が不可となってしまう。この現象は特にター
ビンがコールド状態つまシ、長期間停止後の再起動時が
最も発生し易く、最近のタービンバイパス付中庄起動プ
ラントの最大の欠点となっておｐ１実際の試運転（必ず
最初の起動はコールド状態からとなる）に於いても大き
な問題となっている。

このように、タービン側必要量に見合う蒸気を発生でき
ない理由は、次の通シである。つまり、コールド状態の
タービンとにとってメタル温度が低いところへ、ボイラ
ー発生蒸気の温度が高いと、流入する蒸気温度とタービ
ンのメタル温度との差が大となシ、いわゆるメタルミス
マツチ大の状態となシ、熱応力、変形あるいはラビング
振動発生を引き起こし、運転が不可となる可能性がある
。

これを回避するために、ボイラーの燃料量を極力低減し
、発生蒸気温度の低減を計っている訳で、当然ボイラー
発生蒸気量も抑えられることになる。

一方それに対して、タービン側は高圧タービンのボトル
アップ回避上の高圧タービン飲み込み蒸気量を確保すべ
く、又蒸気加減弁微開状態を回避すべく、蒸気加減弁を
急開させるという相反する要求があシ、かかる問題の発
生となっている。

上記説明したように、タービンバイパス付タービンプラ
ントに於いて、高圧タービン背圧を有するため、蒸気加
減弁を開始すると、ある流量以上流さないと高圧タービ
ン内部が背圧以上に昇圧した状態で流量が通常運転状態
よりネ足し、温度上昇を引き起こし、熱応力、伸び差異
常、振動発生等を招く。この為、蒸気加減弁を開いた後
、出来るだけ早い時期に必要蒸気量を流す必要がある。

しかし乍ら第３図に示したように、一般にはタービンの
蒸気加減弁とインターセプト弁はある一定の関係を持っ
た開度特性を有しておシ、蒸気加減弁開始点までのイン
ターセプト弁流量およびその後の蒸気加減弁、インター
セプト弁流量特性は一義的に決定されておシ、随時変更
させて行くことは制御性の観点から困難といえる。この
為、蒸気加減弁開始から高圧タービン必要蒸気量確保ま
での負荷帯での保持を避け、高圧タービン内部のボトル
アップを回避する必要があった。又、蒸気タービン起動
時のボイラー蒸気条件確立の為のタービンバイパスを使
用しており、一般には再熱蒸気圧力を低圧バイパス弁に
て一定に制御しており、中圧起動を行っているが、ター
ビンの停止時間によりホット〜コールド状態等のケース
によりボイラー発生蒸気温度とタービンメタルとのミス
マツチを可能な限り低減しようとする為、燃料投入量の
関係上ボイラー発生蒸気量が制限されることがあり、前
述のタービン必要蒸気量との兼ね合いが難しく、従来技
術に於ては上記述べた如き不具合いが発生していたもの
である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決し、
蒸気発生器とタービンとの協調を計ることができて、か
つタービンの制限を満足する運用を可能とする蒸気ター
ビン運転方法、及びその装置を提供することにある。

「発明の概要） この目的を達成するため、本発明の蒸気タービン運転方
法は、蒸気発生器と、この蒸気発生器で発生した蒸気に
より駆動される高圧タービンと、この高圧タービンで仕
事をした蒸気を再熱した再熱蒸気により駆動される中圧
タービンと、前記蒸気発生器からの蒸気を各タービンを
バイパスして逃がすバイパスラインとを有する蒸気ター
ビンにおいて、起動時には前記中圧タービンより蒸気流
入を行って通気及び負荷上昇を行うとともに、この場合
に高圧タービンに必要な最小蒸気量を確保する構成とし
、これにより起動時の高圧タービンの内部圧力上昇によ
る過熱を防止するようにしたものである。

また本発明の他の蒸気タービン運転方法は、さらに、蒸
気発生器出力とタービン必要最小負荷とを比較して蒸気
発生器出力をタービン必要最小負荷を上回るように制御
する構成としたものである。

またこの方法を実施する本発明の蒸気タービンは、蒸気
発生器と、この蒸気発生器で発生した蒸気により駆動さ
れる高圧タービンと、この高圧り−ビンで仕事をした蒸
気を再熱した再熱蒸気により駆動される中圧タービンと
、前記蒸気発生器からの蒸気を各タービンをバイパスし
て逃がすノ（イパスラインとを有するとともに、起動時
には前記中圧タービンより蒸気流入を行って通気及び負
荷上昇を行う構成とした蒸気タービンにおいて、起動時
に高圧タービン背圧である再熱蒸気圧力を検知し、該検
知に基づき決められる高圧タービン必要最小流量と実測
した高圧タービン負荷とを比較し、これに基づいて高圧
タービン背圧である再熱蒸気圧力に対し高圧タービン蒸
気量を相対的に大きくする制御を行う構成としたことを
特徴とする。

この構成の結果、蒸気発生器とタービンとの協調を計る
構成をとることが可能となり、しかもタービンの制限を
満足させることができるものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例について、図面を参照して説明す
る。

第５図は、本実施例を示す構成図である。本例の蒸気タ
ービンは、蒸気発生器（ボイラー）１と、この蒸気発生
器１で発生した蒸気（主蒸気）Ａにより駆動される高圧
タービン３と、この高圧タービン３で仕事をした蒸気Ｂ
を再熱した再熱蒸気Ｃにより駆動される中圧タービン７
とを備え、かつ蒸気発生器１からの主蒸気Ａをバイパス
して逃がすバイパスライン４１を有している。この蒸気
タービンは、起動時には中圧タービン７より蒸気流入を
行って通気及び負荷上昇を行ういわゆる中圧起動のもの
である。この蒸気タービンは、起動時には、高圧タービ
ン３に対する背圧である再熱蒸気Ｃの圧力を再熱蒸気圧
力検出器５４により検知する。この再熱蒸気圧力より、
高圧タービン必要最少流量が決められる。この必要最少
流量は、背圧たる再熱蒸気圧力に打ち勝つものとして決
定されるからである。このようにして再熱蒸気圧力検知
に基づいて決められる高圧タービン必要最少流量と、実
際の高圧タービン負荷とを比較する。高圧タービン負荷
の値は、例えば主蒸気Ａの圧力を検知する主蒸気圧力検
出器５１の測定結果と蒸気加減弁１４の開度を検知する
蒸気加減弁開度検出器５２の測定結果とにより実測して
知ることができ、あるいは高圧タービン３の内圧を検知
する高圧タービン内圧検出器５３の測定結果とタービン
背圧たる前記再熱蒸気圧力の値とにより知ることができ
る。このようにして高圧タービン必要最少流量と高圧タ
ービン負荷とを比較し、これに基づいて、高圧タービン
蒸気量を、高圧タービン背圧である再熱蒸気圧力に対し
て相対的に大きくする制御を行う。

またこの場合、蒸気発生器１とタービンとの協調を計る
べく、蒸気発生器出力とタービン必要最小負荷とを比較
して、蒸気発生器出力がタービン必要最小負荷を上回る
ように制御する。

蒸気発生器出力であるボイラー出力は、ボイラー燃料投
入量や、あるいは高圧バイパス弁開度５５と主蒸気圧力
検出装置５４の測定値等から検知できる。高圧タービン
必要最小負荷は再熱蒸気圧力検出器５４等から知ること
ができる。

このようにして、ボイラー出力が高圧タービンの必要最
小負荷を上回っていればタービンの負荷上昇を行い、逆
に下回っていればボイラー出力を上昇させる。この結果
、蒸気発生器１と高圧タービン３との協調を計ることが
できる。なお、高圧タービン３がボトルアップする可能
性があるときなど、蒸気加減弁１４が全閉でない場合で
、高圧タービン必要最小負荷を満足していないときは、
再熱蒸気圧力を下げて高圧タービンボトルアップを回避
することも、タービン運転の制限を緩和するだめに用い
ることができる。

次にこの実施例について、詳細な構成を更に具体的に説
明する。本実施例は第５図に示す如く、各部の圧力、弁
開度、出力等を検知するだめの主蒸気圧力検出器５１．
蒸気加減弁開度検出器５２、高圧ターピン内圧検出器５
３、再熱蒸気圧力検出器５４、高圧バイパス弁開度検出
器５５等を備えている。かつ第６図に示す如く、ボイラ
ー１とタービンとの協調を計り、しかもタービンの制限
を満足する運用が可能なものである（後記詳述）。

第５図及び第６図を参照する。まず第６図に示す如く、
主蒸気圧力検出器５１による主蒸気圧力■と蒸気加減弁
開度検出器５３による蒸気加減弁開度■、あるいは高圧
タービン内圧検出器５３によるＨＰ（高圧）タービン内
圧■と再熱蒸気圧力検出器５４により求めた、高圧ター
ビン背圧である再熱蒸気圧力■とにより、ＨＰ（高圧）
タービン負荷人の検知■を行う。この時に高圧タービン
背圧で必る再熱蒸気圧力より、この圧力に打ち勝って高
圧タービン必要最少流量が決められるので、この検知■
によるＨＰ（高圧）タービン必要最少流量（必要最小負
荷）Ｂと前述のＨＰ（高圧）タービン負荷（）ＩＰメタ
−ン実負荷）Ａを比較■する。

前者Ｂより後者Ａが大■ａであればタービンにとって何
ら問題は無いこと（ＯＫ）になり、逆の場合■ｂはさら
に高圧タービン負荷を増加■させるか、又は再熱蒸気圧
力を低減■させればよいことになる。つまり、高圧ター
ビン背圧の再熱蒸気圧力に対し相対的に高圧タービン蒸
気量を増す形にすれば高圧タービンボトルアップを回避
することが可能で２１、蒸気タービン運転上の制約を無
くすことが出来る訳である。

次に、ボイラーとタービンとの協調について述べる。即
ち、上記した沫作を実施する上でこれをより容易とする
為に、ボイラーとタービンの協調を計ることが重要とな
る。つまυ、中圧起動後の蒸気加減弁急開時に、高圧タ
ービンにとって必要最小負荷をそのときのボイラー出力
に於いて取ることが可能か否かの判断、あるいはそのよ
うな運転を行う必要がある。

これは、前記したことより、高圧タービン３に必須の主
蒸気流量は主蒸気圧力検出器５１や高圧バイパス弁開度
検出器５５等によりわかるのであるから。これに基づい
てボイラー１を燃料制御などによって制御して協調させ
るようにすればよいのである。即ち、これは、ボイラー
燃料投入量、高圧バイパス弁開度検出器５５による当該
開度と、主蒸気圧力検出器５１による主蒸気圧力等によ
りボイラー出力Ｘを検知Ｘし、一方再熱蒸気圧力検出器
５４から求められる高圧タービン必要最小負荷■とこれ
とを比較Ｘすることで判断可能である。

そして、ボイラー出力Ｘが高圧タービン必要最小負荷Ｂ
を上回っている場合１１ａにはタービン負荷上昇■を行
い、逆に下回っている場合Ｍｂにはボイラー出力上昇Ｘ
を計ることになる。又、蒸気加減弁が全閉です＜（高圧
タービンボトルアップする可能性があるとき）、高圧タ
ービン必要最小負荷を満足していないときは再熱蒸気圧
力を下げて高圧タービンボトルアップを回避することも
タービン運転上の制限を緩和する一手段となる。

以上の運転方法を簡単なブロック図に示したものが第６
図でおる。全体の運転方法を略示する第７図の枠内の部
分にこの第６図のブロック図が当てはまることになる。

以上、本発明をタービンバイパスシステム付蒸気タービ
ンの中圧起動運転に於ける最適運転方法に適用した実施
例につき説明したが、各部の圧力。

弁開度等プラント運転状態の検出あるいは運転方法を示
したブロック図等−例として示したものであり、蒸気タ
ービンの高圧タービン内ボトルアップに対する係る手順
、運転方法、ボイラー出力とタービン負荷（主に高圧タ
ービン必要最小負荷を満足するか否かとなる）の比較に
つき他の方法。

装置（計算機によるものも含む）、あるいはそれらを満
足すべく運転パターンによる運転方法及びその装置等に
対しても、本発明を適用できることは当然のことであろ
う 本発明は上記具体的に説明した実施例にのみ限定される
ものではないのである。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、従来技術の問題点を解決
して、蒸気発生器とタービンとの協調を計ることができ
、かつタービンの制限を満足する運用を可能にすること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来よりの一般的なタービンバイパスシステ
ムはプラントを示す系統図、第２図は、タービン負荷と
タービン流入蒸気量の関係を示す特性図、第３図は、サ
ーボモータストロークト弁開度の関係を示すもので、イ
ンターセプト弁と蒸気加減弁が機械的または電気的制御
のいずれに於いてもリンクしている特性を示す図、第４
図は、タービン起動時（中圧起動による圧）の、弁開度
。 タービン負荷の関係を時間経過で示した図である。 第５図乃至第７図は本発明の一実施例を示し、第５図は
、この実施例の系統図、第６図は、その運転方法を示す
ロジック図、第７図は、この運転方法のプラント運転全
体に於ける位置を略示するための図である。 １・・・蒸気発生器（ボイラー）、３・・・高圧タービ
ン、４１・・・バイパスライン、７・・・中圧タービン
、１４・・・蒸気原減弁、５１・・・主蒸気圧力検出器
、５２・・・蒸気加減弁開度検出器、５３・・・高圧タ
ービン内圧検出器、５４・・・再熱蒸気圧力検出器、Ａ
・・・主蒸気、Ｂ・・・高圧タービンで仕事をした蒸気
、Ｃ・・・再熱蒸気。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気発生器と、この蒸気発生器で発生した蒸気によ
   り駆動される高圧タービンと、この高圧タービンで仕事
   をした蒸気を再熱した再熱蒸気により駆動される中圧タ
   ービンと、前記蒸気発生器からの蒸気を各タービンをバ
   イパスして逃がすバイパスラインとを有する蒸気タービ
   ンにおいて、起動時には前記中圧タービンより蒸気流入
   を行つて通気及び負荷上昇を行うとともに、この場合に
   高圧タービンに必要な最小蒸気量を確保する構成とし、
   これにより起動時の高圧タービンの内部圧力上昇による
   過熱を防止したことを特徴とする蒸気タービン運転方法
   。 ２、蒸気発生器と、この蒸気発生器で発生した蒸気によ
   り駆動される高圧タービンと、この高圧タービンで仕事
   をした蒸気を再熱した再熱蒸気により駆動される中圧タ
   ービンと、前記蒸気発生器からの蒸気を各タービンをバ
   イパスして逃がすバイパスラインとを有する蒸気タービ
   ンにおいて、起動時には前記中圧タービンより蒸気流入
   を行つて通気及び負荷上昇を行うとともに、この場合に
   高圧タービンに必要な最小蒸気量を確保する構成とし、
   かつ蒸気発生器出力とタービン必要最小負荷とを比較し
   て蒸気発生器出力がタービン必要最小負荷を上回るよう
   に制御する構成としたことを特徴とする蒸気タービン運
   転方法。 ３、蒸気発生器と、この蒸気発生器で発生した蒸気によ
   り駆動される高圧タービンと、この高圧タービンで仕事
   をした蒸気を再熱した再熱蒸気により駆動される中圧タ
   ービンと、前記蒸気発生器からの蒸気を各タービンをバ
   イパスして逃がすバイパスラインとを有するとともに、
   起動時には前記中圧タービンより蒸気流入を行つて通気
   及び負荷上昇を行う構成とした蒸気タービンにおいて、
   起動時に高圧タービン背圧である再熱蒸気圧力を検知し
   、該検知に基づき決められる高圧タービン必要最少流量
   と実測した高圧タービン負荷とを比較し、これに基づい
   て高圧タービン背圧である再熱蒸気圧力に対し高圧ター
   ビン蒸気量を相対的に大きくする制御を行う構成とした
   ことを特徴とする蒸気タービン。