JPH04140405A - 蒸気タービン発電設備 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ボイラと、このボイラからの蒸気により駆動
される抽気復水タービンと、このタービンにより駆動さ
れる発電機とを備えた蒸気タービン発電設備、特に負荷
の急増域に対して適切な運転のできる蒸気タービン発電
設備に関する。

〔従来の技術〕

ボイラと、このボイラからの蒸気が主蒸気系を経て供給
される抽気復水タービンと、このタービンで発生する動
力を電力に変換して電力負荷に供給する発電機とを備え
る蒸気タービン発電設備が知られている。

抽気復水タービンは高圧タービン部と低圧タービン部と
からなる蒸気タービンと、このタービンからの排気を復
水して大気圧以下の所定圧力に保持する復水器とを備え
ている。なお、高圧タービン部の入口には高圧蒸気加減
弁、いわゆる主蒸気加減弁が、また低圧タービンの入口
には低圧蒸気加減弁、いわゆる抽気加減弁が設けられて
いる。

上記の蒸気タービンにはタービン負荷に応じた蒸気量の
蒸気がボイラから高圧蒸気加減弁を経て供給され、そし
て高圧タービン部の排気の一部を抽気した抽気蒸気は抽
気系に供給され、この抽気１気の圧力を低圧蒸気加減弁
により制御して抽気圧力を所定圧力に制御し、一方発電
機から電力を電力負荷に供給している。

また、高圧タービン部をバイパスして高圧バイパス弁を
備え、主蒸気系と抽気系とを接続する高圧バイパス系と
、低圧タービン部をバイパスして低圧バイパス弁を備え
、抽気系と復水器又は蒸気アキュムレータとを接続する
低圧バイパス系とが設けられ、主蒸気系を流れるボイラ
からの蒸気の圧力が負荷急減等により所定圧力より上昇
したときには高圧バイパス弁が開になってボイラからの
余剰の蒸気を抽気系に逃がし、また抽気系の蒸気の圧力
が所定圧力より上昇したときには低圧バイパス弁が開に
なって抽気系の余剰の蒸気を復水器又は蒸気アキヱムレ
ータに逃がしている。

（発明が解決しようとする課Ｉａ） 上記の蒸気タービン発電設備において、電力負荷が急減
した場合には、高圧蒸気加減弁は急速にその開度を小さ
くして高圧タービン部が通常許容できない負荷変化速度
で高圧タービン部に流入する蒸気量を急減する。この急
減する蒸気量により温度変化が大きくなってケーシング
やロータの熱応力が大きくなり、高圧タービン部の寿命
が短くなる。一方ポイラにおいても負荷急減に応じてボ
イラでの発生蒸気量を低減する必要があり、このためボ
イラの許容負荷降下速度を超えた運転を余儀なくされる
という問題がある。

また電力負荷が急増した場合には、高圧蒸気加減弁は急
速にその開度を大きくして高圧タービン部が通常許容で
きない負荷変化速度で高圧タービン部に流入する蒸気量
を急増する。この急増する蒸気量により温度変化が太き
（なってケーシングやロータの熱応力が大きくなり、高
圧タービン部の寿命が短かくなるという問題がある。一
方、ボイラにおいても負荷急増に応して発生する蒸気量
を増加する必要があり、このためボイラの許容負荷増加
速度を超えた運転を余儀なくされ、またタービンの負荷
増加に追随できないという問題がある。

本発明の目的は、電力負荷の急増減時、高圧タービン部
の寿命を短かくすることなく、タービンとボイラとが適
切な負荷変化速度で運転できる蒸気タービン発電設備を
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明によればボイラと、
このボイラからの蒸気が供給される高圧タービン部と低
圧タービン部とからなる蒸気タービンと、このタービン
からの排気を復水にし、大気圧以下の所定圧力に保持す
る復水器と、蒸気タービンに接続される発電機とからな
り、前記蒸気タービンには高圧タービン部の入口に設け
られ、高圧タービン部の排気部から抽気して抽気系に供
給する抽気蒸気の圧力を制御する高圧蒸気加減弁と、低
圧タービン部の入口に設けられ、高圧タービン部からの
抽気蒸気以外の排気が流れ、発電機から電力負荷に供給
し、電力系統から買電する電力を制御する低圧蒸気加減
弁とを備え、さらに高圧タービン部をバイパスし、主蒸
気系と抽気系とを接続して所定圧力で開になる圧力調整
弁を有する高圧バイパス系と、電力負荷の急増減時、圧
力調整弁と高圧蒸気加減弁とをそれぞれ開閉する速度！
［節回能な開閉手段とを備えるものとする。

〔作用］ ボイラ、抽気復水タービン、発電機等からなる蒸気ター
ビン発電設＃において、抽気復水タービンに設けられる
高圧蒸気加減弁により高圧タービン部からの排気の一部
を抽気する抽気蒸気の圧力制御を行ない、一方電力負荷
に供給し、電力系統から買電をする電力は低圧タービン
部を流れる蒸気量を制御する低圧蒸気加減弁により買電
量が所定量になるように電力制御することにより、電力
制御に伴う電力負荷の増減は低圧タービン部で行なわれ
る。この際低圧タービン部は高圧タービン部に比べて低
温であるので負荷の急増域による温度変化は小さく、こ
のため低圧タービン部の熱応力は小さく、しかも材料の
許容応力も高くとれる。

したがって高圧タービン部と低圧タービン部との電力負
荷割合を適切に選び、低圧タービン部で低圧蒸気加減弁
により電力を制御することにより、電力負荷の増減に良
好に対応できる。

また、電力負荷の負Ｎ急減等により、主蒸気系の蒸気圧
力が所定圧力を超えれば、圧力調整弁は開になり余剰の
蒸気は抽気系に流れる。そして、主蒸気系の蒸気圧力が
所定圧力になれば圧力調整弁は閉になり、主蒸気系の蒸
気圧力は運転圧力に保持される。

電力負荷の急減時には低圧蒸気加減弁の急閉による抽気
系の圧力上昇を検知して高圧蒸気加減弁を開閉手段によ
りボイラの許容負荷降下速度に相応する速度で閉じ、ボ
イラの負荷降下速度が許容値を超えないようにする。

電力負荷の増加が予定されるときには、予めボイラの発
生蒸気量を増加させる蓄熱運転が行なわれる。この限に
は高圧蒸気加減弁、圧力調整弁を開閉手段によりボイラ
の最大許容負荷上昇に相当する弁開速度で開にすること
により、ボイラやタービンを適切な負荷増加速度で運転
する。

電力負荷を蓄熱運転後、急増する場合、高圧蒸気加減弁
を開閉手段により高圧タービン部の最大許容負荷増加に
相当する速度で開き、この際圧力調整弁を高圧蒸気加減
弁とこの圧力調整弁とを流れる寥気量の和がボイラの最
大許容負荷増に相当する速度で動作させることにより、
ボイラと高圧タービン部との負荷増加速度が許容値を超
えないようにする。

〔実施例〕

以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例による蒸気タービン発電設備の
系統図である。第１図において蒸気タービン１は高圧タ
ービン部４と低圧タービン部５とからなり、高圧タービ
ン部４の入口にボイラ２からの蒸気を主蒸気系６とを経
て高圧タービン部４に流入させる高圧蒸気加減弁７と、
高圧タービン部４からの排気の一部を抽気して脱気器１
４゜プロセス１１に接続される抽気系８に供給し、残り
の排気を低圧タービン部５に流入させる低圧蒸気加減弁
９とを備えている。ここで高圧蒸気加減弁７は抽気系８
に供給する抽気蒸気の圧力を制御し、低圧蒸気加減弁９
はＡＰＣ（自動電力調整装置）による電力系統４２から
の買電量が所定量になるように制御する（以下ＡＰｃＭ
ｆｌｊという）、なお抽気系８には逃し弁２７が設けら
れている。

発電機１０は蒸気タービン１に接続され、ボイラ１から
の蒸気が蒸気タービンに流れて仕事する仕事量に応じた
電力を発電し、工場電力系統４１に接続される工場負荷
４０に電力を供給する。なお、工場電力系統４１には電
力を買電する電力系統４２が接続されている。

復水器３は低圧タービン部５からの排気を復水にして大
気圧以下の所定圧力に保持する。

復水器３とボイラ２には脱気器給水ポンプ１２゜低圧給
水加熱器１３．脱気器１４．ボイラ給水ポンプ１５とを
備えた給水系１６が接続されている。

脱気器１４は脱気器１４内に流入する給水を加熱脱気す
る蒸気を供給するために抽気系８に接続されている。ま
た低圧給水加熱器Ｉ３には復水器３からの復水を含む給
水を加熱する蒸気を低圧タービン部５から抽気して供給
する低圧抽気系１８が接続されている。なお１９は低圧
給水加熱器１３にて生じたドレンを復水器３に戻すドレ
ン系である。また２０は補給水を復水器３に供給する補
給水系である。

主蒸気系６と抽気系８とには高圧タービン部４をバイパ
スして高圧圧力調整弁２２を備えた高圧バイパス系２３
が接続されている。高圧圧力調整弁２２は主蒸気系６の
蒸気圧力が所定圧力になったとき開になるとともに後述
する調整弁開閉制御器により所定の速度で開閉できる。

抽気系８と復水器３とには低圧タービン部５をバイパス
して低圧圧力調整弁２４を備えた低圧バイパス系２５が
接続されている。低圧圧力調整弁２４は抽気系８の抽気
蒸気の圧力が所定圧力になったとき開になる。

なお抽気系８には抽気圧力が異常高の所定圧力になった
とき、抽気系８の蒸気を大気に逃す逃し弁２７が設けら
れている。

ここで抽気系８の抽気蒸気の所定圧力で開、または制御
される逃し弁２７．低圧圧力調整弁２４．高圧蒸気加減
弁７．高圧圧力調整弁２２の設定圧力は上記の順で順次
小さくしている。

制御部３０は回転数検出器３１で検出された回転数。

電力検出器３２で検出された買電電力、圧力検出器３３
で検出された主蒸気系６の蒸気圧力、圧力検出器３４で
検出された抽気系８の抽気蒸気圧力が入力され、これら
の入力信号により高圧蒸気加減弁７゜低圧蒸気加減弁９
を制御して調速を行なう調速機。

電力負荷を設定する負荷設定器、抽気圧力を制御するた
め高圧蒸気加減弁を制御する抽気圧力制御器、電力負荷
に供給し、電力系統から所定量買電するように電力をＡ
ＰＣＩＩｌｌするため低圧蒸気加減弁を制御するＡＰＣ
Ｍｍ器、負荷の急増減時高圧蒸気加減弁と高圧圧力調整
弁の弁開閉速度をそれぞれ制御する加減弁開閉制御器　
ｇ整弁開閉制御器等から構成される。

このような構成による蒸気タービン発電設備の運転につ
いて説明する。この発電設備の定常運転は下記のように
して行なわれる。

ボイラ２から蒸気が蒸気タービン１に供給されると、高
圧蒸気加減弁７を経て高圧タービン部４に流入して仕事
をし、その排気の一部は取出されて抽気系８に供給され
る。そして残りの排気は低圧蒸気加減弁９を経て低圧タ
ービン部５に流れて仕事をし、その排気は復水器３に導
かれて復水となり、大気圧以下の所定圧力に保持される
。なお、この際復水器３内の不凝縮ガスは図示しないエ
ゼクタ−により外部に排出される。

発電機ＩＯは蒸気が高圧、低圧タービン部４，５を流れ
て仕事をした仕事量に相応する電力を発生し、電力負荷
の工場負荷４０に供給する。この際所定量の電力を電力
系統４２から買電している。

復水器３内の復水と補給水とが混合した給水は脱気器給
水ポンプ１２により昇圧されて低圧給水加熱器１３にて
低圧抽気系１８を経る。抽気蒸気により加熱昇温された
後、脱気器１４に送水される。送水された給水は脱気器
１４にて抽気系８を経る抽気蒸気により加熱脱気され、
ボイラ給水ポンプ１５により昇圧されてボイラ２に供給
される。ボイラ２に供給された給水はボイラ２にて蒸気
となり、前述のように蒸気タービンｌに送られる。

なお、復水器３には抽気系８を経て外部に供給される蒸
気量に見合う補給水が補給水系２０を経て供給される。

ところで、プロセス１１や脱気器１４の消費蒸気量の変
化により抽気系８の蒸気圧力が変化したときには圧力検
出器３４で検出した圧力が入力される制御部３０内の抽
気圧力制御器により高圧蒸気加減弁７が制御され、抽気
圧力は所定圧力に保持される。

また工場負荷４０の電力負荷が変化したときには電力検
出器３２により検出した買電電力が入力される制御部３
０内のＡ　Ｐ　ＣＩＪ御を行なうＡＰＣＩＩＩ御器によ
り低圧蒸気加減弁９を制御し、買電電力を所定量に制御
して発電機１０から所要の電力が電力負荷に供給される
。

上記の場合主蒸気系６の蒸気圧力はボイラ３の燃焼によ
り運転圧力になるように運転される。この際主蒸気系６
の蒸気圧力が所定圧力を超えれば高圧圧力調整弁２２は
開になり、高圧バイパス系２３を経て抽気系８に余剰の
蒸気を逃がす。

次に電力負荷が急減した場合について説明する。

この場合には電力検出器３２で検出した買電電力が入力
される制御部３０のＡＰＣＩＩｌｌ器により低圧蒸気加
減弁９が制御されて急、閉され、買電量が所定量になる
ようにＡＰＣ＠御される。この際低圧蒸気加減弁９の急
閉により抽気系８の抽気圧力が上昇する。この圧力上昇
を圧力検出器３４により検出し、この検出圧力が入力さ
れる制御部３０の加減弁開閉制御器により高圧蒸気加減
弁７はボイラ２の最大許容降下速度に相当する弁閉速度
で閉し、急減した負荷に対応する蒸気をタービンに供給
するようにする。

この際抽気系８の抽気圧力がさらに上昇し、所定圧力を
超えれば圧力検出器３４での検出圧力により低圧圧力調
整弁２４は開になり、余剰の蒸気を低圧バイパス系２５
を経て復水器３に逃し、抽気系８の抽気圧力を制御する
。そして負荷の減小が止まり、一定負荷になると低圧蒸
気加減弁９は閉め止まり、低圧圧力調整弁２４は閉にな
って抽気圧力は制御される。

つぎに、負荷増加が予定されたとき予めボイラの発生蒸
気量を増加させてお（蓄熱運転について説明する。この
場合には高圧蒸気加減弁７を制御部３０内の加減弁開閉
制御器によりボイラ２の最大許容負荷上昇に相当する弁
開速度で開にする。この際タービンへの蒸気供給量が増
加し、かつＡＰＣ＠御が働いて低圧蒸気加減弁９が閉方
向に閉じられ、抽気系８の抽気圧力は上昇する。この圧
力上昇により抽気圧力が所定圧力を超えれば低圧圧力調
整弁２４は開になり余剰の蒸気を復水器３に逃す、そし
て低圧蒸気加減弁９の開度が所定の値になると、高圧蒸
気加減弁７はその開度が保持される。その後は制御部３
０の調整弁開閉制御器により高圧圧力調整弁２２をボイ
ラの最大許容負荷上昇に相当する弁開速度で開き、所定
のボイラ蒸気量になるまでボイラを運転し、この状態を
保持する。

このようにして増加が予定される負荷量に相応する蒸気
量をボイラにて発生するようにすることにより、負荷上
昇時には急速にタービン負荷をとることができる。

つぎに電力負荷を急増する場合について説明する。この
場合には前述の蓄熱運転が終了しているものとする。こ
の場合高圧蒸気加減弁７を制御部３０の加減弁開閉制御
器により高圧タービン部４の最大許容変化増に相当する
速度で開にする。この際、高圧圧力調整弁２２は調整弁
開閉制御器により高圧蒸気加減弁７と高圧圧力調整弁２
２とを流れる蒸気流量の和がボイラの最大許容負荷増に
相当する速度で動作する。

このようにして電力負荷が急増して主負荷になり、ボイ
ラ３の発生蒸気量が電力負荷に相応する蒸気量になれば
高圧圧力調整弁２２は閉になり、定常運転状態になる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば抽気復
水タービンの高圧蒸気加減弁により油気圧力を制御し、
ＡＰＣ制御による電力制御を低圧蒸気加減弁により行な
い、さらに高圧タービン部をバイパスして主蒸気系と、
抽気系とに接続する高圧バイパス系の高圧圧力調整弁及
び前記高圧蒸気加減弁をボイラや高圧タービン部の負荷
変化速度に相当する開閉動作ができるようにしたことに
より、電力のＡＰＣ＠御は低温の低圧タービン部の蒸気
の仕事量の変化により行なわせるので、電力負荷が急変
しても温度変化による熱応力が太き（ならず、また材料
の許容応力も大きくとれ、したがってタービンの寿命を
長くすることができる。

また、電力負荷の急減時、高圧蒸気加減弁がボイラの許
容負荷降下速度に相当する速度で閉し、また蓄熱運転時
には高圧蒸気加減弁、高圧圧力調整弁をボイラの許容負
荷上昇に相当する速度で開にし、さらに負荷急増時には
高圧蒸気加減弁をタービンの高圧タービン部の許容負荷
変化に相当する速度で開にし、この際高圧圧力調整弁は
高圧蒸気加減弁と高圧圧力調整弁とを流れる流量の和が
ボイラの最大許容負荷増に相当する速度で動作するので
、上記の負荷急減時、蓄熱運転時、負荷急増時のいずれ
の場合でもボイラやタービンは適切な負荷変化速度で運
転でき、したがってボイラやタービンの大きな寿命消費
がなくなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による蒸気タービン発電設備の
系統図である。 １：蒸気タービン、２：ボイラ、３：復水器、４：高圧
タービン部、５：低圧タービン部、６：主蒸気系、７：
高圧蒸気加減弁、８：抽気系、９：低圧蒸気加減弁、１
０：発電機、２２：高圧圧力調整弁、２３：高圧バイパ
ス系、２４：低圧圧力調整弁、２５：低圧バイパス系、
３０：制御部、４２：電力系統、／−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）ボイラと、このボイラからの蒸気が供給される高圧
   タービン部と低圧タービン部とからなる蒸気タービンと
   、このタービンからの排気を復水にし、大気圧以下の所
   定圧力に保持する復水器と、蒸気タービンに接続される
   発電機とからなり、前記蒸気タービンには高圧タービン
   部の入口に設けられ、高圧タービン部の排気部から抽気
   して抽気系に供給する抽気蒸気の圧力を制御する高圧蒸
   気加減弁と、低圧タービン部の入口に設けられ、高圧タ
   ービン部からの抽気蒸気以外の排気が流れ、発電機から
   電力負荷に供給し、電力系統から買電する電力を制御す
   る低圧蒸気加減弁とを備え、さらに高圧タービン部をバ
   イパスし、主蒸気系と抽気系とを接続して所定圧力で開
   になる圧力調整弁を有する高圧バイパス系と、電力負荷
   の急増減時、圧力調整弁と高圧蒸気加減弁とをそれぞれ
   開閉する速度調節可能な開閉手段とを備えたことを特徴
   とする蒸気タービン発電設備。