JPH04298602A - 蒸気タービン起動装置 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【産業上の利用分野】本発明は、発電プラントの蒸気タ
ービンを短時間で起動させる蒸気タービン起動装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図５に従来の発電プラントの蒸気タービ
ン起動装置を示す。

【０００３】ボイラ１で発生した蒸気は、主蒸気管２を
通って高圧タービン３に導入され、高圧タービン３を駆
動させる。高圧タービン３内で仕事をして圧力、温度が
低下した蒸気は高圧タービン出口蒸気管４を通って、再
びボイラ１に導かれる。

【０００４】ボイラ１で再熱されて昇温した蒸気は、再
熱蒸気管５を通って中圧タービン６に導かれ、中圧ター
ビン６を駆動させる。中圧タービン６内で仕事をして圧
力、温度が低下した蒸気は、連絡蒸気管７を通って低圧
タービン８に導入され、この低圧タービン８を駆動させ
る。

【０００５】大型蒸気タービンでは、通常２台の低圧タ
ービン８を有しており、連絡蒸気管７が２本の構造のも
のと、１本の連絡蒸気管が分岐する構造のものとがある
。

【０００６】その後、低圧タービン８の出口蒸気は、復
水器９に導かれる。

【０００７】なお、高圧タービン３の入口には主蒸気止
め弁１０と蒸気加減弁１１が設置され、中圧タービン６
の入口には再熱蒸気止め弁１２が設置されている。さら
に、上記したタービンの主軸に発電機１３が連絡してい
る。

【０００８】次に、タービンが停止状態から通気して定
格発電出力に達するまでの起動時の手順を説明する。

【０００９】まず、ボイラ１に点火をして、ボイラ１内
の給水を昇温し蒸気を発生させる。タービンに通気する
条件としては、ボイラ１で発生した蒸気が所定の温度に
達する必要がある。その理由は、タービンの部品、特に
、タービン回転軸の金属温度と蒸気温度との差を小さく
して通気時に発生する熱応力を限度内に抑えるためであ
る。

【００１０】ボイラ１の発生蒸気が所定の温度に達した
後に、高圧タービン３に蒸気が通気されるが、この通気
に先行して蒸気加減弁１１と再熱蒸気止め弁１２とを全
開とし、主蒸気止め弁１０を徐々に開ける。これにより
蒸気が高圧タービン３へ通気され、高圧タービン３が回
転を開始する。タービンが回転を開始した後に、定格発
電出力の１０％以下の低負荷運転では、主蒸気止め弁１
０により蒸気量を制御して運転が行われる。この蒸気量
としては少量であるから、主蒸気止め弁１０の内部に小
さな副弁を設けて、この副弁を用いて蒸気量を精度良く
制御する手段が多く採用されている。

【００１１】定格発電出力の１０％以上の負荷運転をす
るために、主蒸気止め弁１０の替わりに蒸気加減弁１１
を絞って蒸気量を制御する運転に切り替える。この蒸気
加減弁１１は数個の弁で構成されており、多量の蒸気を
高精度に流量制御できるようになっている。この切替操
作はＦＡ・ＰＡ切替（全周噴射から部分噴射への切替え
）と呼ばれる。ＦＡ・ＰＡ切替後は、蒸気加減弁１１を
徐々に開けて負荷を上昇させる。

【００１２】ところで、今日電力需要は昼間に高く、夜
間は低く、その需要差は近年増えている。そのため、上
記した火力発電用蒸気タービンでは昼間は定格負荷で運
転され、夜間は停止した運用をする、いわゆる、ＤＳＳ
運用（ＤａｉｌｙＳｔａｒｔ　　Ｓｔｏｐ運用）が多く
行われている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の蒸気タービン起動装置には、次の問題がある。

【００１４】ＤＳＳ運用においては、蒸気タービンの起
動時間の短縮の必要性が高いが従来の蒸気タービン起動
装置ではＤＳＳ運用に十分対応ができないという問題が
ある。即ち、この場合、解列から次の起動までの停止時
間が通常８時間程度と短時間のため高圧タービン３の回
転軸や中圧タービン６の回転軸の温度が高い。このため
ボイラ１を点火して所定の蒸気温度に達するまで通気を
待つ必要がある。

【００１５】これを図６を参照して説明すると、ｔ０時
点でボイラ１が点火され、主蒸気温度Ｔが所定の蒸気温
度のｔ１時点のとき通気される。このボイラ１の点火か
ら通気までの所要時間は約１時間である。次にタービン
に通気がされ、徐々にタービンの回転数Ｎが上昇してｔ
２時点で定格回転数となる。続いて、ｔ３時点で負荷に
併入し、負荷Ｐの上昇に伴いｔ４時点になると、ＦＡ・
ＰＡ切替えをする。その後、負荷Ｐは、さらに上昇して
ｔ５時点になると定格負荷となる。

【００１６】ところで、ボイラ１の蒸気温度が低い状態
でタービンに通気した場合には、高圧タービン３および
中圧タービン６の回転軸の金属温度が通気直後に冷却さ
れ、その後に、ボイラ１の昇温により蒸気温度も上昇し
、その結果回転軸の金属温度も上昇する。このように通
気直後にタービンの回転軸の金属温度が一旦低下した後
に、定格温度まで温度上昇するため、起動過程の温度変
化幅と温度変化率が大きくなり、発生熱応力も大きくな
るから、負荷上昇率に制限を生じる。従って、結果的に
定格負荷に到達するまでの時間が長くなる。

【００１７】以上のように従来の装置では、夜間停止後
に再起動する際にボイラ点火から目標負荷に達するまで
の時間が長時間を要するという問題があった。

【００１８】そこで、本発明は、ボイラの点火から目標
負荷に到達までの起動所要時間を短縮することができる
蒸気タービン起動装置を提供することを目的とする。

【００１９】［発明の構成］

【課題を解決するための手段】本発明は、ボイラで発生
した蒸気で駆動される高圧タービンと、この高圧タービ
ンの出口蒸気をボイラで再熱し、この再熱蒸気で駆動さ
れる中圧タービンと、この中圧タービンの出口蒸気で駆
動される低圧タービンと、これらのタービンの動力を電
気出力に変換する発電機で構成される火力発電設備の蒸
気タービン起動装置において、高圧タービンの入口の主
蒸気管と高圧タービンの出口蒸気管とを結合する高圧バ
イパス管と、この高圧バイパス管に配置され蒸気タービ
ン起動時に高圧タービンの入口からボイラへ主蒸気をバ
イパスさせる量を主蒸気の温度に応じて開閉制御するた
めの高圧バイパス制御弁と、中圧タービンの入口の再熱
蒸気管と中圧タービンの出口とを結合する中圧バイパス
管と、この中圧バイパス管に配置され蒸気タービン起動
時に中圧タービンの入口の再熱蒸気を中圧タービンの出
口へバイパスさせ低圧タービンに通気させる量を中圧タ
ービンの入口の再熱蒸気の温度に応じて開閉制御するた
めの中圧バイパス制御弁とを設けるようにしたものであ
る。

【００２０】

【作用】上記構成により、蒸気タービンのホット状態の
起動において、ボイラを点火した後、低温の主蒸気をボ
イラにバイパスさせ再熱する一方、再熱温度が比較的低
い所定の温度となったとき、再熱蒸気を低圧タービンに
通気して起動させる。さらに、ボイラの蒸気温度の上昇
に従って中圧タービンおよび高圧タービンに順次通気し
て運転する。この結果、ボイラ点火の直後の再熱蒸気が
比較的低温度のときに通気できることから起動所要時間
の短縮が図れる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２２】図１は、本発明の第一実施例を示す蒸気タ
ービン起動装置のブロック構成図である。図５と同一符
号は、同一部分または相当部分を示す。図５と異なる点
は、主蒸気管２と高圧タービン出口蒸気管４を結合しバ
イパスする高圧バイパス管１４と、高圧バイパス制御弁
１５と、再熱蒸気管５と中圧タービン６の出口を結合し
バイパスする中圧バイパス管１６と、中圧バイパス制御
弁１７と、さらに主蒸気温度計１８および再熱蒸気温度
計１９を備えた点である。

【００２３】次に、図２に示す本実施例の起動パターン
を参照してタービンの起動の手順を説明する。まず、夜
間停止後のホット状態で起動するとき、ボイラ１をｔ０
時点で点火し、蒸気加減弁１１を開け、再熱蒸気止め弁
１２を全閉とする。また、その他の弁は全閉としておく
。ところで、このとき、図５で説明した従来の起動では
再熱蒸気止め弁１２も開いていた。

【００２４】ボイラ１を点火して低温の蒸気が発生した
後、直ちに高圧バイパス制御弁１５を開け、この低温の
蒸気をボイラ１へ再び戻して再熱する。この再熱蒸気も
当初低温であるが、低圧タービン８の回転軸の金属温度
程度（入口部で２００℃程度）には短時間で昇温される
。

【００２５】再熱蒸気が再熱蒸気温度計１９の計測によ
り、約２００℃程度の温度に到達した後、ｔ１時点で直
ちに中圧バイパス制御弁１７を開けて再熱蒸気を中圧タ
ービン６の出口を通して低圧タービン８に通気する。こ
のとき、タービン回転数Ｎの上昇を監視しながら中圧バ
イパス制御弁１７の開度制御をする。なお、低圧タービ
ン８に通気された蒸気によってタービンの回転数Ｎは上
昇し、定格回転数まで昇速できるように、高圧バイパス
制御弁１５と中圧バイパス制御弁１７の容量が決められ
ている。このタービン昇速には通常２０分から３０分を
要する。この間にも、主蒸気の温度は時間の経過と共に
上昇する。その上、主蒸気は高圧バイパス制御弁１５に
よりバイパスされ主蒸気の流速が増加するから熱伝達率
が速くなり、主蒸気の温度の昇温も速くなる。

【００２６】タービン回転数Ｎがｔ２時点で定格回転数
に達し、かつ主蒸気温度計１８で計測される主蒸気温度
Ｔおよび再熱蒸気温度が高圧タービン３の回転軸の金属
温度および中圧タービン６の回転軸の金属温度（約３０
０℃程度）に近くなったとき、高圧バイパス制御弁１５
の開度制御で回転数の制御をしながら再熱蒸気止め弁１
２を徐々に開けて全開とする。これと同時に、中圧バイ
パス制御弁１７を徐々に閉めて全閉とする。

【００２７】これに続いて主蒸気止め弁１０の副弁を徐
々に開ける。同時に高圧バイパス制御弁１５を徐々に閉
めて全閉とする。以上の操作は併入に先立って行うか、
または、併入した後の初負荷で行うことになるか、どち
らになるかはボイラ１で発生する蒸気温度で選択される
。即ち、主蒸気温度計１８および再熱蒸気温度計１９を
監視して、高圧タービン３の回転軸の金属温度および中
圧タービン６の回転軸の金属温度に近い温度になったと
きに上記の弁切替操作を行う。

【００２８】この弁切替完了後は、従来の起動操作とな
り、図５で説明したと同様に、まず、ｔ３時点で併入し
、負荷Ｐが定格負荷の１０％付近のｔ４時点でＦＡ・Ｐ
Ａ切替えをして蒸気加減弁１１による制御に移行して、
目標負荷（通常は定格負荷）となるｔ５時点まで出力上
昇をする。

【００２９】以上説明した本実施例による蒸気タービン
起動装置を用いたホット状態での起動パターンは従来の
起動パターンを示す図６と比較して分かるように、ボイ
ラ１の点火直後の低温蒸気条件時に通気できることから
、通気するまでの時間ｔ１が短い。また、上記低圧ター
ビン８の通気により定格回転数まで上昇できるから、直
ちに併入することができる。さらに、タービン起動時高
圧バイパス制御弁１５により主蒸気をバイパスさせる。 これによりボイラ１の主蒸気の流量が増加するから熱伝
達率が大きくなり、主蒸気の温度上昇も従来より速くな
る。このようにボイラ１の点火から定格負荷に達するま
での起動所要時間が短縮される。

【００３０】次に、図３を参照して本発明の第二実施例
を説明する。

【００３１】図１と異なる点は、中圧バイパス制御弁１
７の上流に復水器９に結合する配管系統２０を設け、そ
の途中に低圧バイパス制御弁２１を設けた点である。

【００３２】この実施例は、ホット状態での起動の通気
時に、図２に示した操作手順の高圧バイパス制御弁１５
と中圧バイパス制御弁１７を開ける操作に加え、低圧バ
イパス制御弁２１を開ける。これにより中圧バイパス制
御弁１７から一部の蒸気を中圧タービン６の出口を通し
て低圧タービン８に通気し、同時に低圧バイパス制御弁
２１から復水器９に蒸気を流す。

【００３３】この実施例では、ボイラ１を通過する給水
と蒸気の量を多くすることができる。このためボイラチ
ューブを通過する給水の流速が速くなる結果、熱伝達率
が大きくなり、ボイラの昇温率が速くなる。従って、蒸
気の昇温が速くなり、図１に示した実施例より起動所要
時間をさらに短縮できる。

【００３４】図４に本発明の第三の実施例を示す。

【００３５】この実施例は、高圧バイパス制御弁１５の
上流に高圧バイパス止め弁２２を備え、また、中圧バイ
パス制御弁１７の上流に中圧バイパス止め弁２３を備え
ている。

【００３６】この実施例は、負荷運転中に高圧バイパス
制御弁１５および中圧バイパス制御弁１７を全閉した状
態で、高圧バイパス止め弁２２と中圧バイパス止め弁２
３とを全閉にする。この結果、各バイパス系統への蒸気
の洩れを確実に防止できる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、蒸
気タービンのホット状態の起動時に、ボイラを点火した
後に低温蒸気を低圧タービンに通気して起動し、ボイラ
の蒸気温度の上昇に伴って中圧タービンおよび高圧ター
ビンに順次通気する。これにより、ボイラ点火から目標
負荷までの起動所要時間を従来より短くできる効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す蒸気タービン起動装
置の構成図である。

【図２】同装置の起動パターンを示す説明図である。

【図３】本発明の第二実施例を示す蒸気タービン起動装
置の構成図である。

【図４】本発明の第三実施例を示す蒸気タービン起動装
置の構成図である。

【図５】従来例を示す蒸気タービン起動装置の構成図で
ある。

【図６】同装置の起動パターンを示す説明図である。

【符号の説明】

１　　　　ボイラ ２　　　　主蒸気管 ３　　　　高圧タービン ４　　　　高圧タービン出口蒸気管 ６　　　　中圧タービン ８　　　　低圧タービン ９　　　　復水器 １１　　　　蒸気加減弁 １４　　　　高圧バイパス管 １５　　　　高圧バイパス制御弁 １６　　　　中圧バイパス管 １７　　　　中圧バイパス制御弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ボイラで発生した蒸気で駆動される高
   圧タービンと、この高圧タービンの出口蒸気をボイラで
   再熱し、この再熱蒸気で駆動される中圧タービンと、こ
   の中圧タービンの出口蒸気で駆動される低圧タービンと
   、これらのタービンの動力を電気出力に変換する発電機
   で構成される火力発電設備の蒸気タービン起動装置にお
   いて、前記高圧タービンの入口の主蒸気管と前記高圧タ
   ービンの出口蒸気管とを結合する高圧バイパス管と、こ
   の高圧バイパス管に配置され蒸気タービン起動時に前記
   高圧タービンの入口から前記ボイラへ主蒸気をバイパス
   させる量を主蒸気の温度に応じて開閉制御するための高
   圧バイパス制御弁と、前記中圧タービンの入口の再熱蒸
   気管と前記中圧タービンの出口とを結合する中圧バイパ
   ス管と、この中圧バイパス管に配置され蒸気タービン起
   動時に前記中圧タービンの入口の再熱蒸気を前記中圧タ
   ービンの出口へバイパスさせ前記低圧タービンに通気さ
   せる量を前記中圧タービンの入口の再熱蒸気の温度に応
   じて開閉制御するための中圧バイパス制御弁とを備えた
   ことを特徴とする蒸気タービン起動装置。