CN101809252B - 蒸气轮机设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蒸气轮机设备，即便在采用650℃以上的蒸气条件的情况下，也能够抑制产生振动的可能性和设备成本的大幅上升并可实现涡轮机设备的大型化。该蒸气轮机设备具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机，将所述中压涡轮机分离为高温高压侧的第一中压涡轮机和低温低压侧的第二中压涡轮机，由Ni基合金形成被导入650℃以上的蒸气的蒸气导入侧的涡轮机的转子及整个外壳的至少任一方，并且，通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方。

Description

蒸气轮机设备
技术领域
本发明涉及一种具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机的蒸气轮机设备。
背景技术
当前，作为主要的发电方法，使用原子能、火力、水力这三种方法，从资源量及能量密度的观点来看，预想今后上述三种发电方法仍会作为主要的发电方法而使用。其中，火力发电作为安全且应对负载变动的能力高的发电方法，其利用价值高，预想今后在发电领域仍会继续发挥重要的作用。
包含蒸气轮机的燃烧煤火力发电所使用的蒸气轮机设备通常具有高压涡轮机、中压涡轮机、低压涡轮机。在这种蒸气轮机设备中，使用600℃以下温度级的蒸气，高压涡轮机或中压涡轮机的转子、外壳(机壳)等暴露于高温的部分，使用相对于600℃以下温度级的蒸气具有耐热性且制造性、经济性优异的铁素体系材料。
但是，近年来，为了削减CO2排放量和进一步提高热效率，正寻求采用650℃温度级或是更高的700℃温度级的蒸气条件的技术。于是，在专利文献1中公开有一种可以在再热蒸气条件为650℃以上的高温下进行运转的蒸气轮机设备。
图4是表示专利文献1中公开的现有蒸气轮机设备的概略***图。图4所示的蒸气轮机发电设备110将中压涡轮机分离为高温高压侧的第一中压涡轮机112和低温低压侧的第二中压涡轮机114，并将高压涡轮机116和第二中压涡轮机114构成一体而形成一体化装置122，在此基础上，将该一体化装置122与高温高压侧的第一中压涡轮机112、低压涡轮机124及发电机126一并连结在同一轴线上。
在锅炉132中被过热至600℃温度级的主蒸气通过主蒸气管134被导入至高压涡轮机116。被导入至高压涡轮机116的蒸气在膨胀作功之后被排出，并通过低温再热管138回到锅炉132。回到该锅炉132的蒸气在锅炉132中再次被加热而成为700℃温度级的蒸气，并通过高温再热管140输送至第一中压涡轮机112。该第一中压涡轮机112的转子由能够耐700℃温度级的高温蒸气的材料(奥氏体系耐热钢)构成。在第一中压涡轮机112中膨胀作功后的蒸气降温至550℃温度级而被排出，并经过中压部连接管142输送至第二中压涡轮机114。被输送至第二中压涡轮机114的蒸气在膨胀作功之后被排出，并通过交叉管144导入至低压涡轮机124。被导入至低压涡轮机124的蒸气在膨胀作功之后被排出，并被输送至冷凝器128。被输送至冷凝器128的蒸气在冷凝器128中被冷凝，并利用给水泵130升压后回到锅炉132中。发电机126根据各个涡轮机的膨胀作功被旋转驱动而发电。
在如上所述的蒸气轮机设备中，将中压涡轮机分割，且仅在第一中压涡轮机112使用能够耐650℃以上的蒸气的材料，从而，可以采用650℃以上的蒸气条件，并且，减少能够耐650℃以上的蒸气的材料的使用量，从而抑制设备整体的制造成本。
但是，在专利文献1所公开的技术中，若考虑大容量的蒸气轮机设备，则难以实现图4所示的设备。这是因为，为了构成第一中压涡轮机112，在使用能够耐650℃以上的蒸气的例如Ni基合金时，从坯料制造限度的观点来看，难以制造10t以上的涡轮转子和外壳(机壳)，从而不能制造大型涡轮转子和外壳。
因此，如图5所示，也可以考虑将第一中压涡轮机进一步分割为第1-2中压涡轮机113，但在这种情况下会产生如下问题，即因机壳数量的增加、伴随于此的建筑物、配管的增加而导致设备的制造成本增大。并且，也产生如下问题，即因轴数量(被分割的涡轮机的数量)增加而导致产生振动的可能性增高。
另外，也可以考虑不使用Ni基合金而采用铁素体系材料来应对，但在这种情况下，需要向机壳内导入大量的冷却蒸气，导致涡轮机内部效率降低。
专利文献1：日本特许第4074208号公报
发明内容
因此，本发明是鉴于上述现有技术的问题而作出的，其目的在于提供一种蒸气轮机设备，即便在采用650℃以上的蒸气条件的情况下，也可以抑制产生振动的可能性和设备成本的大幅上升并实现设备的大型化。
为了解决上述课题，在本发明的蒸气轮机设备中，具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机，该蒸气轮机设备的特征在于，将所述中压涡轮机分离为高温高压侧的第一中压涡轮机和低温低压侧的第二中压涡轮机，由Ni基合金形成被导入650℃以上的蒸气的蒸气导入侧的涡轮机的转子及外壳的至少任一方，并且，通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方。
这样，由Ni基合金形成被导入650℃以上的蒸气这一侧(蒸气导入侧)的涡轮机的转子及外壳中的至少任一方(即高压涡轮机及第一中压涡轮机的蒸气导入侧的转子及外壳中的至少一方)，并且，通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方，由此，可以不受Ni基合金的坯料制造限度的影响并将涡轮机的转子和外壳大型化。即便为导入650℃以上的蒸气的蒸气条件，也可以实现设备的大型化而不会增加机壳(車室)数量、轴数量(被分割的涡轮机的数量)。
也可构成为，将所述高压涡轮机、第一中压涡轮机、第二中压涡轮机和低压涡轮机在同一轴线上连结，由Ni基合金形成第一中压涡轮机的、或者第一中压涡轮机和高压涡轮机的、被导入650℃以上的蒸气的蒸气导入侧的涡轮机的转子及外壳的至少任一方，并且，通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方。
另外，也可构成为，在所述第一中压涡轮机中导入650℃以上的蒸气，利用与所述第一中压涡轮机不同的轴，将所述高压涡轮机和所述第二中压涡轮机构成一体并在同一轴线上与所述低压涡轮机连结，并且，相比所述高压涡轮机和第二中压涡轮机构成的连结体，将所述第一中压涡轮机配置于靠近锅炉的位置，该锅炉使被导入至所述高压涡轮机及中压涡轮机的蒸气过热。
通过将被导入650℃以上的蒸气的第一中压涡轮机配置于所述锅炉附近，从而可以缩短将锅炉和被导入650℃以上的蒸气的第一中压涡轮机连接的配管长度，并可以减少该配管所使用的材料。由于650℃以上的蒸气在将所述锅炉和被导入650℃以上的蒸气的第一中压涡轮机连接的配管中流动，因此，需要使用作为高等级材料的Ni基合金，但通过缩短该配管并削减材料使用量，从而可以减少设备整体的制作成本。
另外，也可以将高压涡轮机、第二中压涡轮机和低压涡轮机构成一体而形成一体化装置。由此，可以进一步减少机壳数量、轴数量，并可以谋求设备的低成本化。
另外，也可构成为，在所述高压涡轮机及第一中压涡轮机中导入650℃以上的蒸气，将所述高压涡轮机和第一中压涡轮机构成一体，利用与所述高压涡轮机和所述第一中压涡轮机构成的一体化装置不同的轴，将所述第二中压涡轮机和所述低压涡轮机在同一轴线上连结，并且，相比该第二中压涡轮机和低压涡轮机构成的连结体，将所述高压涡轮机和第一中压涡轮机构成的一体化装置配置于靠近锅炉的位置，该锅炉使被导入至所述高压涡轮机及中压涡轮机的蒸气过热。
通过将被导入650℃以上的蒸气的高压涡轮机和第一中压涡轮机配置于所述锅炉附近，从而可以缩短将锅炉和高压涡轮机连接的配管以及将锅炉和第一中压涡轮机连接的配管长度，并可以减少该配管所使用的材料。由于650℃以上的蒸气在将所述锅炉和高压涡轮机连接的配管及将锅炉和第一中压涡轮机连接的配管中流动，因此，需要使用作为高等级材料的Ni基合金，但通过缩短该配管并削减材料使用量，从而可以减少设备整体的制作成本。
另外，也可以将第二中压涡轮机和低压涡轮机构成一体而形成一体化装置。由此，可以进一步减少机壳数量、轴数量，并可以谋求设备的低成本化。
根据如以上记载所述的本发明，可以提供一种蒸气轮机设备，即便在采用650℃温度级或是更高的700℃温度级的蒸气条件的情况下，也可以抑制产生振动的可能性和设备成本的大幅上升并实现设备的大型化。
附图说明
图1是表示实施例1的蒸气轮机发电设备的结构的图；
图2是表示实施例2的蒸气轮机发电设备的结构的图；
图3是表示实施例3的蒸气轮机发电设备的结构的图；
图4是表示现有例的蒸气轮机发电设备的结构的图；
图5是表示其他现有例的蒸气轮机发电设备的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图例示性地详细说明本发明的优选实施例。其中，记载于该实施例中的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等并不限于特定的记载，其主旨并非将本发明的范围限定于此，仅仅是说明例。
(实施例1)
图1是表示实施例1的蒸气轮机发电设备的结构的图。
参照图1，对由实施例1的蒸气轮机设备构成的发电设备进行说明。
图1所示的蒸气轮机发电设备10主要由如下部件构成：高压涡轮机16、如后所述分割为两个的中压涡轮机、低压涡轮机24、发电机26、冷凝器28、锅炉32。所述中压涡轮机被分离为高温高压侧的第一中压涡轮机12和低温低压侧的第二中压涡轮机14，将高压涡轮机16和第二中压涡轮机14构成一体而形成一体化装置22。
另外，所述第一中压涡轮机12、一体化装置22、低压涡轮机24以及发电机26构成为在同一轴线上连结。
所述第一中压涡轮机12的蒸气导入侧的转子及外壳的至少任一方由Ni基合金形成，并且，通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方。
在锅炉32中被过热至650℃以上的主蒸气通过主蒸气管34被导入至高压涡轮机16。导入到高压涡轮机16的蒸气膨胀作功后被排出，并通过低温再热管38回到锅炉32。回到该锅炉32的蒸气在锅炉32中再次被加热而成为650℃以上的蒸气，并通过高温再热管40输送至第一中压涡轮机12。在第一中压涡轮机12膨胀作功后的蒸气降温至550℃温度级而被排出，并经由中压部连接管42输送至第二中压涡轮机14。被输送至第二中压涡轮机14的蒸气在膨胀作功后被排出，并通过交叉管44输送至低压涡轮机24。导入至低压涡轮机24的蒸气在膨胀作功后被排出，并被输送至冷凝器28。被输送至冷凝器28的蒸气在冷凝器28中被冷凝，利用给水泵30升压后回到锅炉32中。发电机26根据各个涡轮机的膨胀作功被旋转驱动而发电。
根据以上所述的实施例1的方式的蒸气轮机发电设备10，由Ni基合金形成被导入650℃以上的蒸气这一侧(蒸气导入侧)的第一中压涡轮机的转子及外壳的至少任一方，并且，通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方，从而可以使设备大型化而不会增加叶片级数、机壳数量或轴数量。
另外，也可以将高压涡轮机16、第二中压涡轮机14和低压涡轮机24构成一体而形成一体化装置(未图示)。由此，可以进一步减少机壳数量、轴数量，可以谋求设备的低成本化。
(实施例2)
图2是表示实施例2的蒸气轮机发电设备的结构的图。
参照图2，对由实施例2的蒸气轮机设备构成的发电设备进行说明。
图2所示的蒸气轮机发电设备10主要由如下部件构成：高压涡轮机16、如后所述分割为两个的中压涡轮机、低压涡轮机24、发电机26、27、冷凝器28、锅炉32。所述中压涡轮机被分离为高温高压侧的第一中压涡轮机12和低温低压侧的第二中压涡轮机14，并将高压涡轮机16和第二中压涡轮机14构成一体而形成一体化装置22。
另外，一体化装置22、低压涡轮机24及发电机26构成为在同一轴线上连结，第一中压涡轮机12和发电机27在同一轴线上连结而配置于比一体化装置22、低压涡轮机24及发电机26更靠近锅炉32的位置。第一中压涡轮机12越靠近锅炉32越优选。
另外，由Ni基合金形成第一中压涡轮机12的蒸气导入侧的转子及外壳的至少任一方，并且，通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方。
在锅炉32中被过热至650℃以上的主蒸气通过主蒸气管34并被导入至高压涡轮机16。被导入至高压涡轮机16的蒸气在膨胀作功之后被排出，并通过低温再热管38回到锅炉32。回到该锅炉32的蒸气在锅炉32中再次被加热而成为650℃以上的蒸气，并通过高温再热管40输送至第一中压涡轮机12。在第一中压涡轮机12中膨胀作功后的蒸气降温至550℃温度级而被排出，并经过中压部连接管42输送至第二中压涡轮机14。被输送至第二中压涡轮机14的蒸气在膨胀作功之后被排出，并通过交叉管44输送至低压涡轮机24。被导入至低压涡轮机24的蒸气在膨胀作功之后被排出，并被输送至冷凝器28。被输送至冷凝器28的蒸气在冷凝器28中被冷凝，并利用给水泵30升压后回到锅炉32中。发电机26、27根据各个涡轮机的膨胀作功被旋转驱动而发电。
根据以上所述的实施例2的方式的蒸气轮机发电设备10，由Ni基合金形成被导入650℃以上的蒸气这一侧(蒸气导入侧)的第一中压涡轮机的转子及外壳的至少任一方，并且，通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方，从而可以使设备大型化而不会增加叶片级数、机壳数量或轴数量。
并且，通过将被导入650℃以上的蒸气的第一中压涡轮机12配置于所述锅炉32附近，从而，可以缩短将锅炉32和第一中压涡轮机12连接的配管长度，并可以减少该配管所使用的材料。由于650℃以上的蒸气在将所述锅炉32和第一中压涡轮机12连接的配管中流动，因此，需要使用作为高等级材料的Ni基合金，但通过缩短该配管并削减材料使用量，从而可以减少设备整体的制作成本。
另外，也可以将高压涡轮机16、第二中压涡轮机14和低压涡轮机24构成一体而形成一体化装置(未图示)。由此，可以进一步减少机壳数量、轴数量，并可以谋求设备的低成本化。
(实施例3)
图3是表示实施例3的蒸气轮机发电设备的结构的图。
图3所示的蒸气轮机发电设备10，与图2所示的实施例2的方式的蒸气轮机设备相比为局部变更的方式，仅对与实施例2不同的部分进行说明。
在图3所示的蒸气轮机发电设备10中，将高压涡轮机16和第一中压涡轮机12构成一体而形成一体化装置20。另外，第二中压涡轮机14、低压涡轮机24及发电机26构成为在同一轴线上连结，一体化装置20和发电机27在同一轴线上连结而配置在比第二中压涡轮机14及发电机26更靠近锅炉32的位置。一体化装置20越靠近锅炉32越优选。
另外，由Ni基合金形成高压涡轮机16及第一中压涡轮机12的蒸气导入侧的转子和外壳的至少任一方，并且，通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方。
另外，在高压涡轮机16及第一中压涡轮机12中都导入650℃以上的蒸气。
根据以上所述的实施例3的方式的蒸气轮机发电设备10，由Ni基合金形成被导入650℃以上的蒸气的高压涡轮机16及第一中压涡轮机12的蒸气导入侧的转子和外壳的至少任一方，并且，通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方，从而可以使设备大型化而不会增加叶片级数、机壳数量或轴数量。
另外，在如上所述的设备中，在高压涡轮机16及第一中压涡轮机12中导入650℃以上的蒸气，在第二中压涡轮机14中导入不到650℃的蒸气。因此，通过将如下的高压涡轮机16和第一中压涡轮机12构成一体而形成一体化装置20，该高压涡轮机16和第一中压涡轮机12被导入650℃以上的蒸气，并且使用由Ni基合金形成且通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方的转子及外壳的至少任一方，从而，可以减少作为高等级材料的Ni基合金的使用量，并抑制设备成本的上升。
并且，通过将被导入650℃以上的蒸气的高压涡轮机16及第一中压涡轮机12配置于所述锅炉32附近，从而可以缩短将锅炉32和高压涡轮机16连接以及将锅炉32和第一中压涡轮机12连接的配管长度，并可以减少该配管所使用的材料。由于650℃以上的蒸气在将所述锅炉32和第一中压涡轮机12连接的配管中流动，因此需要利用作为高等级材料的Ni基合金来制作配管，但通过缩短该配管并削减材料使用量，从而可以大幅度地减少设备整体的制作成本。
另外，也可以将第二中压涡轮机14和低压涡轮机24构成一体而形成一体化装置(未图示)。由此，可以进一步减少机壳数量、轴数量，并可以谋求设备的低成本化。
工业实用性
本发明可以作为如下的蒸气轮机设备而加以利用，即便在采用650℃温度级或是更高的700℃温度级的蒸气条件的情况下，也可以抑制产生振动的可能性和设备成本的大幅上升，并可以使涡轮机设备大型化。

Claims (6)

1.一种蒸气轮机设备，具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机，该蒸气轮机设备的特征在于，
将所述中压涡轮机分离为高温高压侧的第一中压涡轮机和低温低压侧的第二中压涡轮机，所述第一中压涡轮机的轴与所述高压涡轮机的轴由不同的轴构成，
由Ni基合金形成被导入650℃以上蒸气的蒸气导入侧的所述第一中压涡轮机的整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方，
通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方，
将所述高压涡轮机、所述第二中压涡轮机和所述低压涡轮机构成一体而形成一体化装置。
2.如权利要求1所述的蒸气轮机设备，其特征在于，
将所述高压涡轮机、所述第二中压涡轮机和所述低压涡轮机在同一轴线上连结，
由Ni基合金形成所述第一中压涡轮机的整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方、
或者由Ni基合金形成所述第一中压涡轮机和所述高压涡轮机的被导入650℃以上蒸气的蒸气导入侧的所述第一中压涡轮机的整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方、
或者由Ni基合金形成所述第一中压涡轮机的整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方和由Ni基合金形成所述高压涡轮机的整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方，并且，
通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方。
3.一种蒸气轮机设备，具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机，该蒸气轮机设备的特征在于，
将所述中压涡轮机分离为高温高压侧的第一中压涡轮机和低温低压侧的第二中压涡轮机，
由Ni基合金形成被导入650℃以上蒸气的蒸气导入侧的所述第一中压涡轮机的整个涡轮转子及整个外壳的至少任一万，
通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方，
在所述第一中压涡轮机中导入650℃以上的蒸气，
利用与所述第一中压涡轮机不同的轴，将所述高压涡轮机和所述第二中压涡轮机构成一体并在同一轴线上与所述低压涡轮机连结，并且，
相比所述高压涡轮机、第二中压涡轮机和低压涡轮机构成的连结体，将所述第一中压涡轮机配置于靠近锅炉的位置，该锅炉使被导入至所述高压涡轮机及所述第一中压涡轮机的蒸气过热。
4.如权利要求3所述的蒸气轮机设备，其特征在于，
将所述高压涡轮机、所述第二中压涡轮机和所述低压涡轮机构成一体而形成一体化装置。
5.一种蒸气轮机设备，具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机，该蒸气轮机设备的特征在于，
将所述中压涡轮机分离为高温高压侧的第一中压涡轮机和低温低压侧的第二中压涡轮机，
由Ni基合金形成被导入650℃以上蒸气的蒸气导入侧的所述第一中压涡轮机的整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方，
通过焊接将多个转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮转子及整个外壳的至少任一方，
在所述高压涡轮机及第一中压涡轮机中导入650℃以上的蒸气，
将所述高压涡轮机和第一中压涡轮机构成一体，
利用与所述高压涡轮机和所述第一中压涡轮机构成的一体化装置不同的轴，将所述第二中压涡轮机和所述低压涡轮机在同一轴线上连结，并且，
相比该第二中压涡轮机和低压涡轮机构成的连结体，将所述高压涡轮机和第一中压涡轮机构成的一体化装置配置于靠近锅炉的位置，该锅炉使被导入至所述高压涡轮机及所述第一中压涡轮机的蒸气过热。
6.如权利要求5所述的蒸气轮机设备，其特征在于，
将所述第二中压涡轮机和所述低压涡轮机构成一体而形成一体化装置。
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