JPH10501315A - 蒸気タービンパワープラントの動作方法及びその方法の実施のための蒸気タービンパワープラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、蒸気パワー分野に関するものであり、付加的な蒸気再加熱の導入による改装の際に再加熱型及び非再加熱型の蒸気タービンパワープラントの両方に使用可能なものである。本発明の概要は以下の通りである。ボイラ１と、高圧、中圧、低圧シリンダ２,３,４からなるタービンと、そのタービンと配管６,７により接続された再加熱器５と、バルブ９を有する前記再加熱器５のバイパスライン８と、発電器10と、凝縮器11と、水ポンプ12と、前記ボイラ１と配管14により接続された供給水加熱ポンプと、低圧シリンダ４とバイパスライン８との間で配管７に配設された蒸気混合器15と、バイパスライン８と再加熱器５との間で配管６に配設されたバルブ16とを備えた蒸気タービンパワープラントにおいて、定格その他の定常状態の動作条件の際に、高圧シリンダ２及び中圧シリンダ３を出る冷たい蒸気が２つの流れに分けられ、これら２つの流れがバルブ９,16によって分配されて次のように送られる。タービンを出る蒸気流のうちの90〜50％の量の第１の流れがバイパスライン８へ送られ、それ以外の10〜50％の流れが再加熱器５に送られ、その再加熱器5において最大圧力0.1〜１MPaで温度650〜850℃まで加熱され、その再加熱された蒸気流とバイパスされた冷たい蒸気流とが組み合わされて１つの蒸気流となり、蒸気混合器15内で混合された後、タービンに供給される。本発明は、タービン内の拡張プロセスの最後における水分含有量をゼロにすることにより、蒸気タービンパワープラントの効率及び信頼性を向上させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】 蒸気タービンパワープラントの動作方法及び その方法の実施のための蒸気タービンパワープラント発明の分野 本発明は、蒸気パワー分野に関するものであり、特に、再熱型及び非再熱型の 蒸気タービンパワープラントに付加的な蒸気再熱を導入することによりそれらの 改装を行う際に使用可能なものである。従来技術の説明 蒸気タービンパワープラントの動作方法は当業界で周知のものであり、かかる 方法によれば、最初のブレードステージ内に拡張した蒸気がタービンから蒸気再 熱器へと供給され、その蒸気再熱器で更なる熱が蒸気に加えられる。蒸気再熱器 を通った後、蒸気はタービンへと戻り、次のブレードステージを介して拡張する （例えば、V.Ya.Rizhkin著の「蒸気電力ステーション」(M-L,Energy,1967,p.30- 36,50-54)を参照のこと）。 蒸気タービンパワープラントは、上述の動作方法を実施するための当業界で周 知のものである。一般に、蒸気タービンパワープラントは、一次過熱器(superha eter)を有するボイラと、高圧シリンダ（ＨＰＣ）及び中圧シリンダ（ＩＰＣ） 及び低圧シリンダ（ＬＰＣ）からなる蒸気タービンと、そのタービンと蒸気配管 により接続されたボイラ再熱器と、発電器と、凝縮器と、水ポンプと、前記ボイ ラと配管によって接続された供給水加熱 系とを備えたものである（例えば、V.Ya.Rizhkin著の「蒸気電力ステーション」 (M-L,Energy,1967，p.3,Fig.3-1; p.35,Fig.3-3; p.67,Fig.6-4,6-5)を参照のこ と）。 このタービンパワープラントシステムを動作させた場合には、前記の方法及び タービンパワープラントによって図表(diagram)蒸気水分含有量を、非再熱型の 蒸気タービンパワープラントと比較して、タービン内の拡張プロセスの最後に12 〜15％から７〜８％に低減させることが可能になる。これにより、蒸気タービン パワープラントの効率及び信頼性が向上する。 しかしながら、最終的に存在する水分によって、かかる蒸気タービンパワープ ラントの効率及び信頼性が低下し、その上、前記蒸気タービンパワープラントは 、再熱器から入ってくる蒸気温度とタービンの金属温度との差がかなり大きいこ とに起因して、始動条件及び作動停止条件での柔軟性が低下することになる。 本発明に最も近い方法としては、高圧シリンダ（ＨＰＣ）から中圧シリンダ（ ＩＰＣ）へと蒸気を供給する前の始動条件から定格負荷までの間に、ＨＰＣを出 る冷たい蒸気を２つの流れに分け、その一方の流れを再熱器に供給してその再熱 を行い、他方の流れを再熱器をバイパスするバイパスラインへ送る、という原理 による蒸気タービンパワープラント動作方法がある。それらの蒸気の流れは両方 とも、バイパスライン中に設けられた制御要素によって制御される。次いで、バ イパスされた冷たい蒸気が再熱が行われた蒸気と混合されて１つの流れとなり、 この混合気がタービンへ供給される。定格負荷が達成された後、次の定常動作条 件下において、制御要素を閉鎖することによりバイパスラインを介した冷たい蒸 気のバイパスが中止されて、蒸気タービンパワープラントは、再熱器で再熱が行 われるＨＰＣからＩＰＣへの１つの蒸気流で動作するようになる（「Typical in struction for starting the turbine from various thermal conditions and f or shutting down 300 MW Units with LMZ's 300 MW turbine K-300240 working in a Unit principle」(M.Sojuztechenergo,1980,p.12)を参照のこと）。 本発明に最も近いプラントとしては、一次過熱器を有するボイラと、高圧シリ ンダ（ＨＰＣ）及び中圧シリンダ（ＩＰＣ）及び低圧シリンダ（ＬＰＣ）からな る蒸気タービンと、そのタービンと蒸気配管により接続された再熱器と、その再 熱器をバイパスさせる制御要素を有するバイパスラインと、発電器と、凝縮器と 、水ポンプと、前記ボイラと配管によって接続された供給水加熱系とからなる、 上記の方法を実施するための蒸気タービンパワープラントがある（ソ連特許第13 4030号(class F01D 17/00、1987年公開)を参照のこと）。 上記の方法及び蒸気タービンパワープラントは、再熱器から入ってくる蒸気と タービン金属との温度差を小さくするために、始動時及び作動停止時におけるタ ービン内の加熱及び冷却プロセスを促進させることを可能にするものである。 しかしながら、定格その他の固定的な定常状態の動作条件では、この方法及び この蒸気タービンパワープラントはその効率 が低下することになる。これは、タービンの最後のステージの下流側に現れるか なりの量の水分がかかる方法では完全に除去されないからであり、これは、ター ビンの効率低下、及び可動ブレードの腐食による損耗を招くものとなる。発明の概要 本発明の目的は、タービンの効率を向上させることにより、及び、タービン内 の蒸気拡張プロセスの最後における図表蒸気水分含有量をゼロまで下げることで 可動ブレードの腐食による損耗をなくすことにより、蒸気タービンパワープラン トの効率及び信頼性を向上させることにある。 本発明の概要は以下の通りである。タービンから再熱器への冷たい蒸気の供給 と再熱が行われた蒸気のタービンへの供給とからなる蒸気タービンパワープラン トの動作方法の原理によれば、定格その他の定常状態の動作条件で蒸気タービン パワープラントを動作させる際に、タービンを出る冷たい蒸気が２つの流れに分 けられる。これらの２つの流れは、制御要素によって分配されて次のように送ら れる。即ち、タービンを出る蒸気流のうちの90〜50％の量の第１の流れが再熱器 のバイパスラインへ送られ、10〜50％の量の第２の流れが再熱器に送られ、その 再熱器において最大圧力0.1〜１MPaで温度650〜850℃まで加熱され、その再熱が 行われた蒸気流とバイパスされた冷たい蒸気流とが１つに組み合わされて１つの 蒸気流となり、蒸気混合器内で混合された後、タービンへと供給される。 本発明の概要はまた、この動作方法を実施する蒸気タービン パワープラントが、一次過熱器を有するボイラと、高圧シリンダ及び中圧シリン ダ及び低圧シリンダからなる蒸気タービンと、そのタービンと蒸気配管により接 続された再熱器と、その再熱器をバイパスさせる制御要素−バルブを有するバイ パスラインと、発電器と、凝縮器と、水ポンプと、前記ボイラと配管によって接 続された供給水加熱系とを備えており、蒸気ライン及び再熱器に取り付けられた 少なくとも１つの蒸気混合器が設けられている、という事実の下にある。図面の簡単な説明 図１は、２シリンダ式蒸気タービンを用いて前記動作方法を実現するための蒸 気タービンパワープラントの概要を示す説明図である。 図２は、３シリンダ式蒸気タービンを用いて前記動作方法を実現するための蒸 気タービンパワープラントの概要を示す説明図である。発明の詳細な説明 本発明の蒸気タービンパワープラントは、一次過熱器を有するボイラ１と、高 圧シリンダ（ＨＰＣ）２及び中圧シリンダ（ＩＰＣ）３及び低圧シリンダ（ＬＰ Ｃ）４からなる蒸気タービンと、そのタービンと配管６,７により接続された再 熱器５と、その再熱器５をバイパスするための制御要素−バルブ９を有するバイ パスライン８と、発電器10と、凝縮器11と、水ポンプ12と、前記ボイラ１と配管 14により接続された供給水加熱系13と、ＬＰＣ４とバイパスライン８との間で蒸 気配管７に配設された蒸気混合器15と、 バイパスライン８と再熱器５との間で配管６に配設された上記制御要素−バルブ ９とは別の制御要素−バルブ16とを備えている。 この蒸気タービンパワープラントには、ＨＰＣ２とＩＰＣ３との間に、再熱器 ５と、制御バルブ９を有するバイパスライン８とを更に別に設けることが可能で ある（図２には図示しない）。 本発明は次のようにして実現される。即ち、発電器10が定格負荷を達成した始 動手順の後、それに続く蒸気タービンパワープラントの定常状態の動作条件の間 に、タービンを出る冷たい蒸気が、配管６内に配置された分割ポイントＡで２つ の流れに分けられる。これらの２つの流れは、制御要素−バルブ９,16によって 分配されて次のように送られる。即ち、タービンを出る蒸気流のうちの90〜50％ の量の第１蒸気流がバイパスライン８へ送られ、それ以外の10〜50％の蒸気流が 再熱器５に送られ、その再熱器５において最大圧力0.1〜１MPaで温度650〜850℃ まで加熱される。その再熱が行われた蒸気流とバイパスされた冷たい蒸気流とが 配管7のポイントＢで組み合わされて１つの蒸気流となり、蒸気混合器15内で混 合された後、ＩＰタービンへと供給される。 従来の原型となる蒸気タービンパワープラントと比較して、本発明の原理によ る蒸気タービンパワープラントの動作方法は、請求の範囲に記載の本発明の特徴 を用いることによるタービンの効率の向上、及び可動ブレードの腐食による損耗 の解消によって、蒸気タービンパワープラントの効率及び信頼性の向上という形 で表現される新規の技術的な結果を提供するものとなる。ここで、上記本願発明 の特徴とは以下の通りである。即ち、タ ービンを出る蒸気流のうち10〜50％の範囲の再熱器５を通る蒸気の供給によって 、質量流量を1/2〜1/10に低下させることにより、再熱器５内の圧力を（蒸気流 の体積及び速度が同じ場合に）0.1〜１MPaまで低下させることが可能性になる。 これにより、再熱器５の部品の強度限界を同一にしたままストレスレベルを低下 させること、及び650〜850℃まで温度を上昇させることが可能になる。（例えば 空気力学的又は機械学的な種類の）特殊な混合器15は、配管７の短い部分での等 温蒸気混合を提供し、及びタービンの構成要素及び部品における温度の乱れの可 能性を排除するものとなり、付加的な制御バルブ16は、バルブ９が急に故障した 場合における蒸気タービンパワープラントの正常な動作を提供するものとなり、 これにより、蒸気タービンパワープラントの信頼性が向上する。 13MPa、540℃という初期蒸気条件を有し、付加的な再熱器が2.1MPa、540℃で ある、200MWの蒸気タービンパワープラント（図２参照）で本発明を用いた場合 、再熱器５を通る蒸気流の質量流量が圧力0.12MPa及び温度650℃でタービンを出 る蒸気流の25％に等しくなるタービン内の蒸気拡張プロセスの最後に、ゼロ水分 含有量が得られる。また、9MPa、535℃という初期蒸気条件を有する100MWの蒸気 タービンパワープラント（図１参照）で本発明を用いた場合には、再加熱器５を 通る蒸気流が圧力0.2MPa及び温度650℃でタービンを出る蒸気流の35％に等しく なるときにゼロ水分含有量が得られる。 結果として、これらの蒸気タービンパワープラントの効率が それぞれ1.5％及び３％向上し、設計技術的な測定(design-technological measu re)を行う必要がなくなり、また腐食による損耗やタービンの可動ブレードの故 障に伴う修理修復作業を行う必要がなくなる。 再加熱器５を通って流れる蒸気が10％未満である場合、その蒸気はタービンの 最後のステージの下流側に向かう湿ったものとなり、また蒸気流が蒸気タービン パワープラントの動作条件として許容できない50％を上回る場合には、その蒸気 が60℃を越えて過熱されることになる、ということがタービンの動作条件を分析 することにより判明した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マスノイ，セルゲイ，アレクサンドヴィッ チ ロシア共和国サンクト−ペテルブルク 195197 ミータリーストーヴ・プラスペク ト，デ・105，クヴァルティーラ・13 【要約の続き】 その再加熱器5において最大圧力0.1〜１MPaで温度650〜 850℃まで加熱され、その再加熱された蒸気流とバイパ スされた冷たい蒸気流とが組み合わされて１つの蒸気流 となり、蒸気混合器15内で混合された後、タービンに供 給される。本発明は、タービン内の拡張プロセスの最後 における水分含有量をゼロにすることにより、蒸気ター ビンパワープラントの効率及び信頼性を向上させるもの である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．タービンから再加熱器への冷たい蒸気の供給と再加熱された蒸気のタービン への供給とを含む蒸気タービンパワープラントの動作方法であって、蒸気タービ ンパワープラントの定格その他の定常状態の動作条件で、タービンを出る冷たい 蒸気が２つの流れに分けられ、制御要素によって分配されて、タービンを出る蒸 気流のうちの90〜50％の量の第１の流れが、バイパスライン(8)に送られ、10〜5 0％の量の第２の流れが再加熱器に送られてその蒸気が最大圧力0.1〜１MPaで温 度650〜850℃まで加熱され、その再加熱された蒸気流と前記のバイパスされた冷 たい蒸気流とが１つに組み合わされ、蒸気混合器(15)内で混合された後に、ター ビンへと供給される、ということを特徴とする、蒸気タービンパワープラントの 動作方法。 ２．一次過熱器を有するボイラと、高圧シリンダ及び中圧シリンダ及び低圧シリ ンダからなる蒸気タービンと、そのタービンと蒸気配管により接続された再加熱 器と、制御要素−バルブを有する前記再加熱器のバイパスラインと、発電器と、 凝縮器と、水ポンプと、前記ボイラと配管によって接続された供給水加熱系とを 備えた蒸気タービンパワープラントであって、前記タービンと前記バイパスライ ン(8)との間で前記配管(7)に少なくとも１つの蒸気混合器(15)が設けられている ことを特徴とする、蒸気タービンパワープラント。