TWI564469B - Steam turbine overturning system and power plant - Google Patents

Description

蒸汽渦輪過速防止系統及發電廠 [交互參考的相關申請]

本申請案，是主張2013年9月27日提出申請的日本特願第2013-201116號作為其優先權案，並將上述優先權案的內容撰寫入本案的說明書中作為參考。

本發明是關於蒸汽渦輪過速防止系統、發電廠。

在蒸汽渦輪中，設有緊急調速器(emergency governor)作為轉子的過速保護裝置。即使在JIS和IEC等的規範中，對於緊急調速器的設置也作出以下的規定：在蒸汽渦輪，除了調速裝置之外，必須設置獨立作動之過速保護用的緊急調速器，以確保速度不會異常地上升。緊急調速器，必須以額定速度的111%以下作動。

特別是當負載遮斷時，控制閥瞬間被關閉而遮斷蒸汽朝向蒸汽渦輪內部的流入。但是，由於殘留於蒸汽渦輪內部的蒸汽流向冷凝器(condenser)，使無負載狀態 的蒸汽渦輪增速而成為過速的主要原因。當過速時，上述的緊急調速器則作動，將蒸汽渦輪強制停止(trip；跳機)。一般的蒸汽渦輪，是被設計成負載遮斷時的轉數不會超過規定值。藉此形成：即使負載遮斷後，也能不跳機地繼續運轉。

採用再熱蒸汽渦輪來介紹具體的例子。再熱蒸汽渦輪，通常是由高壓部及再熱部所構成。再熱部，是更進一步由中壓部及低壓部所構成。在高壓部的入口，依序配置有主節流閥(main throttle valve)及調速閥(governor valve)，在再熱部的入口配置有組合式再熱閥(combined reheat valve)。在此，當負載遮斷時，一旦蒸汽持續流向無負載狀態的蒸汽渦輪，渦輪轉子將容易增速。因此，關閉調速閥及組合式再熱閥，遮斷蒸汽朝向高壓部和中壓部的流入而抑制增速。如此一來，避免渦輪轉子的過速，並避免跳機。

但是，即使關閉調速閥和組合式再熱閥，仍然存在「因車室內及抽氣管的殘留蒸汽而使蒸汽渦輪過速」的疑慮。特別是一旦蒸汽條件形成高溫高壓化，由於殘留的能源量變大而容易形成過速。此外，一旦蒸汽渦輪形成大容量化，由於殘留蒸汽量增加而容易形成過速。近年來，基於蒸汽渦輪之高性能化的觀點，而朝向高溫高壓化 和大容量化發展，過速的現象成為必須關注的問題。舉例來說，再現今的發電廠的規畫中，主蒸汽溫度及再熱溫度皆朝過600℃的規畫增加，迎向下一個世代，700℃等級的研究與開發業已進行中。

一旦最大轉數超過規定值，將使主節流閥等被關閉而形成跳機。在伴隨著這種主節流閥等的關閉而產生跳機的場合中，其後續的再度運轉有其困難性。因此，為了避免這樣的跳機，而要求能有效地抑制其前階段之負載遮斷時的過速。

在其中一個實施形態中，蒸汽渦輪過速防止系統具有旁通手段與閥。上述旁通手段，將蒸汽渦輪的中間段落部與冷凝器予以連接。上述的閥，被設在旁通手段的途中。上述的閥，於一般運轉時遮斷旁通手段。此外，上述的閥，當負載遮斷時將旁通手段連通，而將蒸汽渦輪內的殘留蒸汽導向冷凝器。

發電廠具備：蒸汽渦輪、冷凝器及蒸汽渦輪過速防止系統。上述蒸汽渦輪過速防止系統具有旁通手段與閥。上述旁通手段，將蒸汽渦輪的中間段落部與冷凝器予以連接。上述的閥，於一般運轉時遮斷旁通手段。此外，上述的閥，當負載遮斷時將旁通手段連通，而將蒸汽渦輪內的殘留蒸汽導向冷凝器。

10‧‧‧發電廠

11‧‧‧鍋爐

12‧‧‧高壓渦輪

13‧‧‧中壓渦輪

14‧‧‧低壓渦輪

15‧‧‧冷凝器

21‧‧‧發電機

22‧‧‧變壓器

23‧‧‧遮斷器

31‧‧‧配管

32‧‧‧配管

33‧‧‧配管

34‧‧‧配管

35‧‧‧配管

41‧‧‧低壓加熱器

42‧‧‧高壓加熱器

43‧‧‧除氣器

44‧‧‧供水泵

45‧‧‧抽氣管

46‧‧‧止回閥

51‧‧‧主節流閥

52‧‧‧調速閥

53‧‧‧組合式再熱閥

60‧‧‧過速防止系統

61‧‧‧旁通手段

62‧‧‧閥

63‧‧‧配管

64‧‧‧部分

65‧‧‧分歧部

第1圖：是顯示採用第1實施形態之蒸汽渦輪過速防止系統的發電廠之其中一例的系統圖。

第2圖：是顯示採用第2實施形態之蒸汽渦輪過速防止系統的發電廠之其中一例的系統圖。

以下，參考圖面說明本發明之蒸汽渦輪過速防止系統的實施形態。在以下的說明中，將蒸汽渦輪過速防止系統簡稱為過速防止系統。

第1圖，是顯示作為「採用第1實施形態之過速防止系統的發電廠」之火力發電廠的一例的系統圖。而本實施形態的過速防止系統，是利用中壓渦輪之既有的2個抽氣管中最終段側的抽氣管，且設有旁通手段的系統。

發電廠10具有：作為蒸汽產生器的鍋爐11；作為蒸汽渦輪的高壓渦輪12、中壓渦輪13及低壓渦輪14；冷卻蒸汽而冷凝成蒸汽凝液(steam condensate)的冷凝器15。各渦輪12、13、14被配置在：連結鍋爐11與冷凝器15的流路中。此外，各渦輪12、13、14連結於發電機21的驅動軸。在發電機21連接有變壓器22、遮斷器23。

鍋爐11，透過作為主蒸汽系統的配管31，而連接於高壓渦輪12的入口。高壓渦輪12的出口，透過配管32而連接於「被設在鍋爐11的內部，且圖面中未顯示 的再熱器」。再熱器，透過作為再熱蒸汽系統的配管33，而連接於中壓渦輪13的入口。中壓渦輪13的出口，透過配管34而連接於低壓渦輪14的入口。低壓渦輪14的出口連接於冷凝器15。

冷凝器15，將「來自於低壓渦輪14的蒸汽」與外部所供給冷卻水進行熱交換。如此一來，來自於低壓渦輪14的蒸汽被冷凝成蒸汽凝液。冷凝器15，透過作為蒸汽凝液供水系統的配管35，而連接於鍋爐11。在配管35的途中設有：用來對蒸汽凝液加熱的低壓加熱器41及高壓加熱器42、除氣器(deaerator)43、供水泵44。

低壓渦輪14的4個抽氣管45，分別連接於低壓加熱器41。連接於中壓渦輪13的2個抽氣管45中，最終段側的抽氣管45連接於除氣器43。此外，連接於中壓渦輪13的2個抽氣管45中，初段側的抽氣管45連接於高壓加熱器42。連接於高壓渦輪12的抽氣管45，連接於高壓加熱器42。而在中壓渦輪13及高壓渦輪12之抽氣管45的途中，分別設有止回閥46。

在配管31的途中，從上游側起依序設有主節流閥51、調速閥52。而配管31，是用來連接鍋爐11與高壓渦輪12之入口的構件。在配管33的途中，設置有組合式再熱閥53。而配管33，具有將「被設於鍋爐11內的再熱器」與中壓渦輪13之入口予以連接，而作為再熱蒸汽系統發揮作用的構件。

過速防止系統60，具有旁通手段61與閥 62。旁通手段61，譬如將中壓渦輪13的中間段落部與冷凝器15予以連接。閥62被設在該旁通手段61的途中。閥62，當一般運轉時遮斷旁通手段61。此外閥62，當負載遮斷時則使旁通手段61連通。閥62，譬如是依據負載遮斷時的負載遮斷訊號而形成開閥。藉由閥62的開閥，使旁通手段61連通。在本實施例中，所謂的中間段落部，是指除去蒸汽渦輪的入口與出口的部分，為渦輪段落的初段與最終段之間的部分。換言之，旁通手段61只要連接於初段與最終段之間的任何位置即可。

旁通手段61，譬如是利用中壓渦輪13之既有的2個抽氣管45中，最終段側的抽氣管45所設置。具體地說，是由配管63與部分64構成旁通手段61。配管63，是從最終段側之抽氣管45的途中分歧，並朝冷凝器15連接。部分64，是最終段側的抽氣管45中，較分歧部65更上游側的部分。換言之，部分64具有抽氣管45與旁通手段61之雙方的功能。

閥62被設在配管63的途中。而配管63，是從最終段側的抽氣管45分歧，並朝冷凝器15連接的配管。閥62，在發電廠10的一般運轉時形成閉閥。然後，閥62譬如是依據負載遮斷時的負載遮斷訊號而形成開閥。

一般運轉時，在作為蒸汽產生器的鍋爐11中產生蒸汽。該蒸汽，透過作為主蒸汽系統的配管31，而導入高壓渦輪12。如此一來，可驅動高壓渦輪12。驅動 了高壓渦輪12的蒸汽，透過配管32而導入「被設在鍋爐11的內部，且圖面中未顯示的再熱器」。接著，由再熱器加熱蒸汽。經再熱器加熱後的蒸汽，透過配管33而導入中壓渦輪13。如此一來，可驅動中壓渦輪13。

驅動了中壓渦輪13的蒸汽，透過配管34而導入低壓渦輪14。如此一來，可驅動低壓渦輪14。驅動了低壓渦輪14的蒸汽，被導入冷凝器15。被導入冷凝器15的蒸汽，與外部所供給冷卻水進行熱交換而冷凝成蒸汽凝液。該蒸汽凝液，透過作為蒸汽凝液供水系統的配管35而導入鍋爐11。此時，由被設於配管35途中的低壓加熱器41及高壓加熱器42執行加熱。

另外，當負載遮斷時，閥62依據負載遮斷訊號而形成開閥。而閥62，是被設在旁通手段61之配管63途中的構件。藉由閥62的開閥，使抽氣管45與壓力更低的冷凝器15連接。因此，中壓渦輪13之車室內的殘留蒸汽、及較最終段側之抽氣管45的止回閥46更上游側的殘留蒸汽，透過旁通手段61而流入冷凝器15。藉此，可抑制中壓渦輪13之車室內的殘留蒸汽、和最終段側之抽氣管45的殘留蒸汽流入低壓渦輪14。就結果而言，能抑制因殘留蒸汽流入低壓渦輪14所引起的增速。此外，藉由過速的抑制，能避免「伴隨著主節流閥51的閉閥所衍生的跳機」。

在此，最終段側的抽氣管45，其口徑一般是較初段側的抽氣管45更大，因此抽氣的蒸汽量多，該殘 留蒸汽助長增速的影響也更大。根據這樣的觀點，相較於初段側的抽氣管45，最好是利用最終段側的抽氣管45來設置旁通手段61。此外，一旦蒸汽渦輪形成大容量化，為了增加抽氣的蒸汽量，抽氣管的口徑也變大，該殘留蒸汽助長增速的影響也變大。因此，越是大容量的蒸汽渦輪，抑制過速的效果越顯著。

在發電機21，透過變壓器22連接有遮斷器23。負載遮斷訊號，譬如是由這種遮斷器23所發出。藉由根據這種負載遮斷訊號使閥62形成開閥，可於發生負載遮斷後立即開啟閥62。如此一來，能有效地抑制過速。

而當負載遮斷時，除了上述的閥62之外，調速閥52及組合式再熱閥53也依據負載遮斷訊號而形成閉閥。藉此，能抑制蒸汽朝高壓渦輪12及中壓渦輪13的流入，並配合過速防止系統60來抑制過速。而調速閥52，是被設在作為主蒸汽系統之配管31的構件。此外，組合式再熱閥53，是被設在作為再熱蒸汽系統之配管33的構件。

第2圖，是顯示作為「採用第2實施形態之過速防止系統的發電廠」之火力發電廠的一例的系統圖。而該火力發電廠的構造，除了過速防止系統的構造不同之外，基本上與第1圖所示的火力發電廠相同。

本實施形態的過速防止系統60，是利用連接於中壓渦輪13之中間段落部的既有2個抽氣管45中初段 側的抽氣管45，設有旁通手段61的系統。特別的是，本實施形態的過速防止系統60，是在「初段與最終段的中央部位置」、或較前述位置更靠近初段側的位置，設有旁通手段61的系統。

而本實施形態的過速防止系統60，也具有旁通手段61與閥62。旁通手段61，是將中壓渦輪13的中間段落部與冷凝器15予以連接。閥62被設在該旁通手段61的途中。閥62，當一般運轉時遮斷旁通手段61。此外閥62，當負載遮斷時則使旁通手段61連通。閥62，譬如是依據負載遮斷時的負載遮斷訊號而形成開閥。藉此，使旁通手段61連通。

除此之外，本實施形態的過速防止系統60，在配管34的途中具有閥66。而配管34，是用來連接中壓渦輪13之出口與低壓渦輪14之入口的配管。閥66，當一般運轉時連通配管34。此外閥66，當負載遮斷時則遮斷配管34。閥66，譬如是依據負載遮斷時的負載遮斷訊號而形成閉閥。藉此，將配管34遮斷。

具體地說，是由配管63與部分64構成旁通手段61。配管63，是從初段側之抽氣管45的途中分歧，並朝冷凝器15連接。部分64，是初段側的抽氣管45中，較分歧部65更上游側的部分。換言之，部分64具有抽氣管45與旁通手段61之雙方的功能。

閥62被設在配管63的途中。而配管63，是從初段側的抽氣管45分歧，並朝冷凝器15連接的配管。 閥62，在發電廠10的一般運轉時形成閉閥。此外，閥62譬如是依據負載遮斷時的負載遮斷訊號而形成開閥。

閥66，在發電廠10的一般運轉時形成開閥。此外，閥66譬如是依據負載遮斷時的負載遮斷訊號而形成閉閥。而閥66，是被設在「連接中壓渦輪13之出口與低壓渦輪14之入口的配管34途中」的閥。

當負載遮斷時，閥62依據負載遮斷訊號而形成開閥。而閥62，是被設在旁通手段61之配管63途中的閥。藉由閥62的開閥，中壓渦輪13之車室內、以及較初段側及最終段側之抽氣管45的止回閥46更上游側的殘留蒸汽，透過旁通手段61而流入冷凝器15。藉此，可抑制中壓渦輪13之車室內、以及初段側及最終段側之抽氣管45的殘留蒸汽流入低壓渦輪14。就結果而言，能抑制因殘留蒸汽流入低壓渦輪14所引起的增速。

在本實施形態中，特別是利用初段側的抽氣管45來設置旁通手段61，因此能獲得所謂的制動效果。換言之，在利用初段側的抽氣管45來設置旁通手段61的場合中，一旦閥62形成開閥，初段側之抽氣管45的入口便與壓力更低的冷凝器15形成連接。因此，中壓渦輪13之車室內、和最終段側之抽氣管45的殘留蒸汽，從與通常相反之方向的方向也就是指最終段側，流向初段側。如此一來，可對中壓渦輪13施以制動，能有效地抑制過速。

此外，在本實施形態中，藉由具有閥66，能 更有效地抑制過速。而閥66，是被設在「連接中壓渦輪13之出口與低壓渦輪14之入口的配管34途中」的閥。亦即，據由具有閥66，能抑制「位在較閥66更上游側部分的殘留蒸汽」流入低壓渦輪14。而這樣的閥66，也能依據負載遮斷時的負載遮斷訊號而形成閉閥。如此一來，可於發生負載遮斷後立即閉閥。就結果而言，能更有效地抑制過速。

而即使是本實施形態，當負載遮斷時，除了上述的閥62、66之外，調速閥52及組合式再熱閥53也依據負載遮斷訊號而形成閉閥。藉此，能抑制蒸汽朝高壓渦輪12及中壓渦輪13的流入，並配合過速防止系統60來抑制過速。而調速閥52，是被設在作為主蒸汽系統之配管31的構件。此外，組合式再熱閥53，是被設在作為再熱蒸汽系統之配管33的構件。

以上，針對過速防止系統60，列舉了第1實施形態、第2實施形態作為例子進行了說明。在本案中，旁通手段61，並非一定要利用既有的抽氣管45來設置。旁通手段61亦可將其整體設成新的構件。但是，從生產性的觀點來看，將旁通手段61的整體設成新構件的作法並不合宜。此外，一般來說，由於抽氣管45是位在車室的下側，因此旁通手段61的設置和維護管理容易。根據這些理由，利用既有的抽氣管45來設置旁通手段61的作法更為合適。

在「將旁通手段61的整體設成新構件」的場合 中，一旦設置於車室的上側，為了維護管理而開啟車室將變得更困難。因此，在「將旁通手段61的整體設成新構件」的場合中，最好是設置在車室的下側。此外，基於制動效果的觀點，最好是設在較「初段與最終段的中央部位置」更靠近初段側的位置。

此外，設有旁通手段61的蒸汽渦輪，並非侷限於中壓渦輪13。舉例來說，設有旁通手段61的蒸汽渦輪，也可以是高壓渦輪12。此外，設有旁通手段61的蒸汽渦輪，也可以是高壓渦輪12與中壓渦輪13的雙方。中壓渦輪13，其車室內的殘留蒸汽助長過速的影響甚大。因此，最好是將旁通手段61至少設在中壓渦輪13。

此外，就發電廠10而言，列舉出具有高壓渦輪12、中壓渦輪13及低壓渦輪14者作為代表性的例子。但是，發電廠10並不侷限於具有高壓渦輪12、中壓渦輪13及低壓渦輪14的發電廠。舉例來說，發電廠10也可以是具有高壓渦輪及中低壓渦輪的發電廠。此外，發電廠10也可以是具有高中壓渦輪及低壓渦輪的發電廠。在前者的場合中，根據「助長過速之影響」的觀點，最好是將旁通手段61設在中低壓渦輪。在後者的場合中，根據「助長過速之影響」的觀點，最好是將旁通手段61設在高中壓渦輪。此外，發電廠也不侷限於火力發電廠，也可以是核能發電廠。

根據以上所說明的蒸汽渦輪過速防止系統，能有效地抑制負載遮斷時的過速。

以上，雖然列舉了本發明的實施形態，但是上述的實施形態僅是其中一個例子，本發明的範圍並不侷限於上述的實施形態。這些實施形態，能以其他的各種形態實施，在不脫離本發明要旨的範圍內，可執行各種的省略、置換、組合、變更。這些實施形態及其變形的態樣，皆為本發明的範圍和要旨所包含，且皆包含於本發明之申請專利範圍所記載的發明、及與本發明之申請專利範圍均等的範圍。

10‧‧‧發電廠

11‧‧‧鍋爐

12‧‧‧高壓渦輪

13‧‧‧中壓渦輪

14‧‧‧低壓渦輪

15‧‧‧冷凝器

21‧‧‧發電機

22‧‧‧變壓器

23‧‧‧遮斷器

31‧‧‧配管

32‧‧‧配管

33‧‧‧配管

34‧‧‧配管

35‧‧‧配管

41‧‧‧低壓加熱器

42‧‧‧高壓加熱器

43‧‧‧除氣器

44‧‧‧供水泵

45‧‧‧抽氣管

46‧‧‧止回閥

51‧‧‧主節流閥

52‧‧‧調速閥

53‧‧‧組合式再熱閥

60‧‧‧過速防止系統

61‧‧‧旁通手段

62‧‧‧閥

63‧‧‧配管

64‧‧‧部分

65‧‧‧分歧部

Claims (5)

1. 一種蒸汽渦輪過速防止系統，係發電廠的蒸汽渦輪過速防止系統，其具備：蒸汽渦輪，具備高壓渦輪、中壓渦輪、透過第1配管而連接於該中壓渦輪的出口之低壓渦輪；及冷凝器，連接於前述低壓渦輪的出口，其特徵為，具有：旁通手段，該旁通手段將中壓渦輪的中間段落部與前述冷凝器予以連接；第1閥，該第1閥被設在前述旁通手段的途中，當一般運轉時將前述旁通手段予以遮斷，當負載遮斷時則連通前述旁通手段而將前述中壓渦輪的殘留蒸汽導向前述冷凝器；及第2閥，該第2閥被設在前述第1配管，當前述一般運轉時通過前述第1配管使蒸汽從前述中壓渦輪連通到前述低壓渦輪，當前述負載遮斷時遮斷蒸汽從前述中壓渦輪到前述低壓渦輪的流通。
2. 如申請專利範圍第1項所記載的蒸汽渦輪過速防止系統，其中前述旁通手段利用前述中壓渦輪的抽氣管。
3. 如申請專利範圍第2項所記載的蒸汽渦輪過速防止系統，其中前述旁通手段，具有從前述抽氣管的途中分歧而朝前述冷凝器連接的第2配管，在前述第2配管的途中具有前述第1閥。
4. 如申請專利範圍第1項所記載的蒸汽渦輪過速防止系統，其中前述旁通手段，連接於較前述中壓渦輪的初 段與最終段間之中央部的位置更朝向初段側的位置。
5. 一種具備蒸汽渦輪過速防止系統的發電廠，該發電廠是具有：蒸汽渦輪，具備高壓渦輪、中壓渦輪、透過第1配管而連接於該中壓渦輪的出口之低壓渦輪；及冷凝器，連接於前述低壓渦輪的出口的冷凝器，其特徵為，具有：旁通手段，該旁通手段將前述中壓渦輪的中間段落部與前述冷凝器予以連接；第1閥，該第1閥被設在前述旁通手段的途中，當一般運轉時將前述旁通手段予以遮斷，當負載遮斷時則連通前述旁通手段而將前述中壓渦輪的殘留蒸汽導向前述冷凝器；及第2閥，該第2閥被設在前述第1配管，當前述一般運轉時通過前述第1配管使蒸汽從前述中壓渦輪連通到前述低壓渦輪，當前述負載遮斷時遮斷蒸汽從前述中壓渦輪到前述低壓渦輪的流通。