JPH04358706A - 既設設備を有効利用した発電設備 - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用発電設備におけ
る既設設備を有効利用し、運用性を改良する技術を具備
した発電設備に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、数種の圧力の蒸気を多量にプラ
ントで消費する紙パルプ、化学などの業界では、安定し
たプロセス蒸気と共に、電力会社より買電するより安い
電力を供給できる自家用発電設備を設置することが、広
く行われている。自家発電設備の設置にあたり、例えば
、２種類の圧力のプロセス蒸気とこれら蒸気を利用して
発電した発電量とが比較的バランスする場合には、その
高圧側の蒸気を抽気とし、低圧側の蒸気を排気とする抽
気背圧タービンを設置することが多い。

【０００３】このようなプラントでは、プラントの設置
当初には、蒸気と電力の需要バランスが一致していても
、年数を経過して省エネルギー、プロセスの変更などの
ために、プロセス蒸気原単位の減少により発電量が大幅
に減少したり、設備更新に伴い、大容量の復水部を持つ
２段抽気タービンに置き換えることにより、より経済的
なプラントとされることもある。

【０００４】この場合には、抽気背圧タービン発電設備
の使命は終わり、大容量タービンの定検時や、事故時な
どに運転する予備機としての目的以外は、停止させざる
をえなくなる。

【０００５】前者のように、蒸気原単位の減少に伴って
需要電力量もバランスよく減少してこない場合には、別
の設備を追設して発電量を増加させるなどの処理を施し
、プラントの経済性を高める必要があり、また後者でも
、需要がバランスせず発電量が不足する場合には、自家
発電力比率を高めるために、これらの使命を終え、設備
償却の済んだプラントの再利用の方策が取られることに
なる。

【０００６】図３はこれらの目的の解決手段の一つとし
て、既設の抽気背圧タービン発電設備の抽気や排気を受
け入れるために、新設の混圧タービンを追設したプラン
ト構成図の一例を示す。

【０００７】ボイラ１からの蒸気は主蒸気管２Ａを通り
、既設タービン３に流入して膨張し、その抽気蒸気は抽
気管５で高圧ヘッダー９へ送られている。また排気蒸気
は排気管６で低圧ヘッダー１５に送られている。既設タ
ービン３の軸端には既設発電機８Ｂが接続されており、
蒸気のもつ熱エネルギーを外部へ取り出している。

【０００８】主蒸気管２Ａには既設タービン３をバイパ
スする主蒸気管２Ｂ，２Ｃが分岐し、その途中に高圧バ
イパス減圧減温装置１２および低圧バイパス減圧減温装
置１６が設置されており、主蒸気に注水し減圧減温して
既設タービン３出口の圧力、温度に下げている。

【０００９】両バイパス装置により減圧減温された蒸気
は高圧バイパス蒸気管１３および低圧バイパス蒸気管１
７により各々高圧ヘッダー９および低圧ヘッダー１５へ
送られている。

【００１０】高圧ヘッダー９には他に高圧放出弁１１を
含む高圧放出管１０と新設タービン４へ既設タービン３
の抽気蒸気または高圧バイパス減圧減温装置１２により
バイパスされた蒸気を新設タービン４の入口にはこぶ高
圧入口蒸気管１４が接続されている。

【００１１】低圧ヘッダー１５にはやはり他に低圧放出
弁１９を含む低圧放出管１８と新設タービン４へ既設タ
ービン３の排気蒸気または低圧バイパス減圧減温装置１
６によりバイパスされた蒸気を新設タービン４の中間段
にはこぶ低圧入口蒸気管２０が接続されている。高圧入
口蒸気管１４と低圧入口蒸気管２０とで送られた蒸気は
新設タービン４へ流入し、復水器７まで膨張する。新設
タービン４の軸端には新設タービン４の発電量にみあう
新設発電機８Ｃが接続されており、蒸気のもつ熱エネル
ギーを外部へ取り出している。

【００１２】新設タービン４にて仕事を終えた蒸気は、
復水器７にて復水となり、図示されない復水ポンプ、脱
気器、給水ポンプなどを経てボイラ１へと導かれる。 尚、主蒸気管２Ｂ、高圧バイパス減圧減温装置１０、高
圧バイパス蒸気管１１や、主蒸気管２Ｃ、低圧バイパス
減圧減温装置１４、低圧バイパス蒸気管１５は、既設タ
ービン３が定検、故障などで停止しているときに、新設
タービン４の主蒸気や、混圧蒸気に見合う条件に減圧減
温するための装置である。

【００１３】このように、プロセス蒸気の需要がこの既
設設備に存在しなくとも、蒸気を新設タービンの復水部
で膨張させて、既設の抽気背圧タービンを定格負荷で運
転することができ、しかも新設の混圧復水タービンで発
電した分に相当する発電量を増やすことで、既設設備の
有効利用をはかることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このプラント
では既設設備の他にもう一台分のタービン発電機を設置
するスペースをプラント内に保護する必要があること、
２台のタービン発電機を順序よく起動するための運転操
作が複雑でめんどうであり、またうまく起動するために
は以下に述べるように起動時間が２台分かかり、しかも
起動時に生ずる起動損失や大気放出や絞り弁による騒音
の問題などの欠点があった。

【００１５】すなわち、２台の蒸気タービンを起動する
にあたり、蒸気を２台にバランスよく供給することがむ
ずかしいので、両方を一ぺんに起動できないし、バイパ
ス減圧減温装置１２，１６と放出弁１１，１９を連動さ
せて起動することが必要になる。

【００１６】いま、既設タービン３を先行して起動させ
た場合を考える。既設タービン３はプロセス蒸気がない
ので蒸気の行く先がない。従ってボイラ１の蒸気を排気
まで膨張させ、この蒸気を一時低圧ヘッダー１５に設置
の低圧放出弁１８でヘッダーの圧力を制御しながら放出
量を徐々に増加させて行く。

【００１７】排気蒸気により抽気が取れる負荷まで到達
したなら、同様に高圧ヘッダー９に設置の高圧放出弁１
１でヘッダー圧力を制御しながら放出量を徐々に増加さ
せて抽気を取りその状態で新設タービン４を起動するた
めに一時保持する。

【００１８】一方、新設タービン４は高圧ヘッダー９よ
り蒸気を流入させて発電量を増やすが、注入量の増加と
ともにヘッダーの圧力制御をしている高圧放出弁１１が
閉じて新設タービン４の流入量と放出量がバランスした
点で高圧放出弁１１は全閉する。

【００１９】また低圧ヘッダー１５に接続の低圧放出弁
１９で放出されていた蒸気は低圧入口蒸気管２０よりの
新設タービン４への蒸気の供給量が増加するにつれて減
少し始め、最終的に弁は全閉され、新設タービン４の発
電量が増加し起動を完了する。次に新設タービン４を先
行して起動させた場合を考える。

【００２０】ボイラ１よりの蒸気供給はバイパス減圧減
温装置１２，１６により各ヘッダー９，１５を経由して
行われ、入口蒸気管１４，２０により蒸気を新設タービ
ン４へ流入させて発電量を増加させ、その状態で一時保
持される。一方、既設タービン３が起動すると、タービ
ンを通った蒸気が排気管６で低圧ヘッダー１５へまず送
られるのでヘッダー圧力は上昇する。

【００２１】圧力の制御は低圧バイパス減圧減温装置１
６により行われるので、圧力を一定にする様に装置は動
作し、既設タービン３の発電量の増加とともに徐々に装
置を閉じていく。その後抽気が取れる負荷到達したなら
抽気をいかし、高圧ヘッダー９へ蒸気を送り、その量を
増加することで高圧バイパス減圧減温装置１２が徐々に
閉じバランス蒸気量と抽気量がバランスした点で高圧バ
イパス減圧減温装置１２からの蒸気供給はなくなる。

【００２２】また、夏場や夜間など電気がいらなくなる
場合には、各々のタービンをかなりの低負荷で運転する
か、若しくは何れのタービンを停止することになる。タ
ービンを低負荷で運転させるということは、熱消費率が
低下することを意味し自家発電設備の目的である経済性
がそこなわれてしまう。そうなると、どちらか一方のタ
ービンを停止させて、もう一方のタービンをできるだけ
高い負荷で運転したほうが熱消費率の妨げる。

【００２３】どちらか一方を停止させるとすると、特に
余剰蒸気、および負荷調整用である混圧タービンを停止
することとなる。この場合、混圧タービンは抽気背圧タ
ービンに比べ周辺機器が多く特に復水器を有しているた
め、起動・停止の際に運転操作が煩雑で手間がかかると
いう欠点があった。そこで、本発明は、コンパクトな機
器配置を実現し、運転操作性のよい発電設備を提供する
ことを目的とする。 ［発明の構成］

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の既設設備を有効
利用した発電設備は、ボイラからの蒸気を抽気背圧力式
タービンに導き発電機を駆動して発電する自家用発電設
備において、混圧復水式タービンを設け、既設の抽気背
圧力式タービンの抽気と排気蒸気とを新設の混圧復水式
タービンの入口と中段に各々流入するように配管し、混
圧復水式タービンと発電機と抽気背圧力式タービンとを
一軸に接続したことを特徴とする。

【００２５】また、ボイラからの蒸気を抽気背圧力式タ
ービンに導き発電機を駆動して発電する自家用発電設備
において、混圧復水式タービンを設け、既設の抽気背圧
力式タービンの抽気と排気蒸気とを新設の混圧復水式タ
ービンの入口と中段に各々流入するように配管し、混圧
復水式タービンと発電機と抽気背圧力式タービンとを嵌
脱装置を介して一軸に接続したことを特徴とする。

【００２６】

【作用】本発明は、既設抽気背圧タービン設備から発電
機を撤去し、その後に新設の混圧復水タービンと両ター
ビン分の発電容量を持つ発電機を一軸に接続し、しかも
既設タービンの抽気と排気蒸気が各々の新設タービンの
入口と中段に流入するように直接に配管することであた
かも一台の復水タービン発電設備のような機能を持つ様
にしている。

【００２７】これにより、既設の抽気背圧タービンをそ
のまま利用でき、発電機は新設の混圧復水タービンと共
用して１台で済むため、設置スペースがコンパクトにで
きる。

【００２８】また、通常運転時は、既設の抽気背圧ター
ビンと新設の混圧復水タービンと発電機を嵌脱装置によ
って一軸に接続して運転するため、大容量の発電が可能
となる。また、夜間などの電気がいらない時は、嵌脱装
置によって負荷調整用の混圧復水タービンを切り放して
運転することにより、既設の抽気背圧タービンをできる
だけ効率の高いポイントで運転することができる。

【００２９】更に、既設の抽気背圧タービンの抽気や排
気を減圧減温装置を使って、復水器へバイパスすること
によって、新設の混圧復水タービンは停止させても、復
水器はそのまま運転させておき、復水器内の真空を保持
させておくことによって、翌日の起動が容易となり、運
転操作面での煩雑さを軽減することが可能となる。

【００３０】

【実施例】以下、図１を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１は本発明の第１の実施例を示すもので、ボ
イラ１からの蒸気は主蒸気管２Ａを通り、既設タービン
３に流入する。既設タービン３には新設タービン４が一
軸に接続されており、既設タービン３で膨張した蒸気は
途中で抽気管５で新設タービン４の入口に接続される。 また排気まで膨張した蒸気は排気管６で新設タービン４
の途中に流入し、抽気管５よりの蒸気がこの圧力まで膨
張した分と合流してさらに復水器まで膨張する。新設タ
ービン４の軸端にはこれらの発電量にみあう新設発電機
８Ａが接続されており、蒸気のもつ熱エネルギーを外部
へ取り出している。

【００３１】このように、この一実施例では、１台の蒸
気タービン発電設備を構成することで、従来の２台の蒸
気タービン発電設備を別々に設置するのに比較してここ
には示されていないがタービン制御装置を内蔵している
軸受台を共用できること、発電機も既設と新設分を合わ
せた容量のやや寸法の大きなものを軸端に取付けられる
のでコンパクトな機器配置が実現できる。

【００３２】また、この一実施例では、一軸に蒸気ター
ビンを配列することにより蒸気タービン発電機は１台の
ものとして運転できる。いま既設タービン３への蒸気は
膨張し、排気管６で一軸につながった新設タービン４に
入り、復水器７まで膨張し発電量を増加させ、既設ター
ビン３の抽気が取れる負荷になった時に抽気管５により
新設タービン４へ蒸気が供給され、膨張し、途中より入
ってくる既設タービン３の排気蒸気と混合して膨張し復
水器７へ排出される。このように蒸気量を徐々に増加さ
せれば１台のタービンと同じように負荷を上昇させるこ
とができる。

【００３３】この一実施例では既設タービンが抽気背圧
タービンの場合について示したが、多段抽気背圧タービ
ンであっても単なる背圧タービンであっても同様な構成
により同じような効果が期待できる。

【００３４】次に、図２は本発明の第２の実施例を示す
もので、既設の抽気背圧式発電設備の発電機を撤去し、
その後に新設の混圧式復水タービン４と発電機８Ａを既
設抽気背圧式タービン３とを嵌脱装置１７を介して一軸
に接続し、しかも既設タービン３の抽気と排気蒸気を、
それぞれ新設のタービン４の入口と中段に流入するよう
に配管した、発電設備の構成図を示したものである。

【００３５】ボイラ１で発生した蒸気は主蒸気管２Ａを
介して既設の抽気背圧タービン３へ流入する。既設ター
ビン３は嵌脱装置１７Ａによって新設の発電機８Ａへ接
続されている。既設タービン３の抽気は、抽気管５、抽
気仕切弁２２、高圧入口蒸気管１２を介して、新設の混
圧復水タービン４へ流入する。また、既設タービン３の
排気は、排気管６、排気仕切弁２３、低圧入口蒸気管１
６を介して、新設タービンの混圧蒸気として混圧復水タ
ービン４の中段に流入する。新設の混圧復水タービン４
も嵌脱装置１７Ｂにより発電機８Ａに接続されている。 また、既設抽気背圧タービン３の抽気を復水器７にバイ
パスするために、抽気バイパス蒸気管１８、抽気バイパ
ス減圧減温装置１９、さらに排気をバイパスするための
、排気バイパス蒸気管２０、および排気バイパス減圧減
温装置が設けられている。

【００３６】通常運転時は、嵌脱装置１７Ａ，１７Ｂに
よって、既設抽気背圧タービン３、発電機８Ａ、新設混
圧復水タービン４を一軸に接続し、抽気バイパス減圧減
温装置１９、および排気バイパス減圧減温装置２１は閉
として、既設抽気背圧タービンと新設復水タービンをあ
たかも一台の復水タービンとして運転する。

【００３７】夜間に電気が要らなくなった場合は、嵌脱
装置１７Ｂによって新設混圧タービンを発電機８Ａより
切り放し、抽気仕切弁２２、排気仕切弁２３をそれぞれ
閉として新設混圧タービンへの蒸気の供給を止め、さら
に、抽気バイパス減圧減温装置１９、および排気バイパ
ス減圧減温装置２１を作動させ復水器７へ蒸気をバイパ
スすることによって、既設抽気背圧タービン３単独での
運転が可能となる。また、新設混圧タービンは停止して
も、バイパス装置によって、復水器７は運転されたまま
であるので、復水器真空は確保されたままである。よっ
て翌日に新設混圧タービンを起動する場合でも、起動手
順が簡略化され、新設混圧タービンをスムーズに立ち上
げることが可能となる。

【００３８】更に、図１には図示されていないが、図２
に図示されている高圧バイパス減圧減温装置１０、およ
び低圧バイパス減圧減温装置１４を使い、嵌脱装置１７
Ａを切り放し１７Ｂを接続させて、新設の混圧復水ター
ビン４のみで運転することも、可能である。

【００３９】本発明は、既設タービンが抽気背圧タービ
ンの場合について実施例で示したが、多段抽気背圧ター
ビンであっても、単なる背圧タービンであっても同様な
構成により、同じような効果が期待できる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
既設設備を有効に利用して機器配置をコンパクトにでき
、しかも１台の蒸気タービン発電設備を起動するのと同
じ様にできるので運転が楽になり、起動時間も短くでき
る。

【００４１】また起動時の操作にともなうバイパス蒸気
の減圧減温や大気放出による水およびエネルギー損失、
騒音の問題を解消でき、起動時間の短縮により早く定格
負荷に到達することができるので発電量の増加が期待で
きる。さらに定常運転時に負荷変動させた時に複雑な操
作が不必要になるなどの効果もあげることができる。

【００４２】また、夜間や夏場など電気が不要な時は新
設タービンのみを停止させ、既設タービンの可能な限り
効率の良いポイントで運転でき、また、新設タービンの
再起動についても、スムーズに立ち上げることができ、
運転・操作性を改善することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す構成図。

【図２】本発明の第二の実施例を示す構成図。

【図３】従来例を示す構成図。

【符号の説明】

１…ボイラ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２…主蒸気管３…既設タービン（抽気背圧
）　　　　　　　　４…新設タービン（混圧復水） ５…抽気管　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　６…排気管７…復水器　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　８…発電機９…高
圧ヘッダー　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
１０…高圧バイパス減圧減温装置 １１…高圧バイパス蒸気管　　　　　　　　　　　　１
２…高圧入口蒸気管 １３…低圧ヘッダー　　　　　　　　　　　　　　　　
　　１４…低圧バイパス減圧減温装置 １５…低圧バイパス蒸気管　　　　　　　　　　　　１
６…低圧入口蒸気管 １７…嵌脱装置　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１８…抽気バイパス蒸気管 １９…抽気バイパス減圧減温装置　　　　　　２０…排
気バイパス蒸気管 ２１…排気バイパス減圧減温装置　　　　　　２２…抽
気仕切弁 ２３…排気仕切弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ボイラからの蒸気を抽気背圧式タービ
   ンに導き発電機を駆動して発電する自家用発電設備にお
   いて、混圧復水式タービンを設け、前記既設の抽気背圧
   式タービンの抽気と排気蒸気とを前記新設の混圧復水式
   タービンの入口と中段に各々流入するように配管し、前
   記混圧復水式タービンと前記発電機と前記抽気背圧式タ
   ービンとを一軸に接続したことを特徴とする既設設備を
   有効利用した発電設備。
2. 【請求項２】　　ボイラからの蒸気を抽気背圧式タービ
   ンに導き発電機を駆動して発電する自家用発電設備にお
   いて、混圧復水式タービンを設け、前記既設の抽気背圧
   式タービンの抽気と排気蒸気とを前記新設の混圧復水式
   タービンの入口と中段に各々流入するように配管し、前
   記混圧復水式タービンと前記発電機と前記抽気背圧式タ
   ービンとを嵌脱装置を介して一軸に接続したことを特徴
   とする既設設備を有効利用した発電設備。