JP5551645B2 - Device for preventing dust from adhering to stationary blades of furnace top pressure recovery turbine - Google Patents
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Description
本発明は、炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for preventing dust from adhering to a stationary blade of a furnace top pressure recovery turbine.
高炉プラントの排ガス路にタービンを設置して発電等に利用する炉頂圧回収タービン発電設備は、製鉄所の高炉で発生する高炉ガスの持つ圧力エネルギをタービンによって電力として回収すると共に、高炉の炉頂圧制御を行なうものであり、近年、製鉄所の省エネルギ化を図り、環境保全に貢献するための極めて重要な設備となっている。 Furnace top pressure recovery turbine power generation equipment used for power generation by installing a turbine in the exhaust gas passage of a blast furnace plant collects the pressure energy of the blast furnace gas generated in the blast furnace of the steel works as electric power by the turbine, It is a top pressure control system, and has recently become an extremely important facility for saving energy in steelworks and contributing to environmental conservation.
この炉頂圧回収タービン発電設備には湿式と乾式とがあり、湿式の炉頂圧回収タービン発電設備は、高炉から出た高炉ガスを湿式除塵装置で水洗浄した後に、発電機駆動用の炉頂圧回収タービンに導くものである。 There are two types of turbine top pressure recovery turbine power generation equipment: wet type and dry type. The wet top pressure recovery turbine power generation equipment is a furnace for driving a generator after washing the blast furnace gas from the blast furnace with a wet dust remover. It leads to a top pressure recovery turbine.
これに対し、乾式の炉頂圧回収タービン発電設備は、高炉ガスが乾式除塵装置により水洗浄されることなく除塵されるため、高炉ガスの温度が低下せず、回収電力が湿式に比べて25〜45%高くなり、電力の回収を効率的に行なうことができる。 On the other hand, in the dry type furnace top pressure recovery turbine power generation facility, since the blast furnace gas is dedusted without being washed with water by the dry type dust remover, the temperature of the blast furnace gas is not lowered, and the recovered power is 25 compared with the wet type. It is increased by ˜45%, and the power can be recovered efficiently.
このように、現在、国内製鉄所のほとんどの高炉には、湿式又は乾式の炉頂圧回収タービン発電設備が設置されている。しかしながら、上述の湿式の炉頂圧回収タービン発電設備においては、高炉ガスが湿式除塵装置で水洗浄される結果、高炉ガスが蒸気を飽和状態まで含むと共に、湿式除塵装置で回収しきれなかったダストを随伴している。このため、図9に示すように、このダストが、通常運転時に第1段静翼101の凸面(負圧面)102上に多量に付着するという問題を発生させる。
Thus, at present, most blast furnaces in domestic steelworks are equipped with wet or dry furnace top pressure recovery turbine power generation facilities. However, in the above-described wet furnace top pressure recovery turbine power generation facility, the blast furnace gas is washed with water by the wet dust remover, and as a result, the blast furnace gas contains steam up to a saturated state and cannot be recovered by the wet dust remover. Is accompanied. For this reason, as shown in FIG. 9, this dust causes a problem that a large amount adheres on the convex surface (negative pressure surface) 102 of the first stage
この第1段静翼101へのダストの付着が発生すると、第1段動翼103に流入する流れに乱れが生じ、第1段動翼103に対して強い励振力を発生させる。その結果、動翼103に繰り返し応力が発生し、第1段動翼103の疲労限界を著しく低下させるという問題を発生させる。また、ダストによって適正なガス流を形成することができず、タービン効率を低下させるという問題もある。
When dust adheres to the first stage
この一方、炉頂圧制御を行うため、第1段静翼には角度可変機構が備えられる場合が多い。しかしながら、上述のように第1段静翼の凸面上にダストが多量に付着すると、全閉時に第1段静翼をその流路全閉角度まで閉じることができず、タービンへのガス流入を所定の流量まで減少させることができなくなるという問題を発生させる。また、全閉時に第1段静翼がこのダストの付着物に噛み込んで、翼部や角度可変機構に過大な力が働き、損傷を引き起こすという問題もある。 On the other hand, in order to perform the furnace top pressure control, the first stage stationary blade is often provided with a variable angle mechanism. However, if a large amount of dust adheres to the convex surface of the first stage stationary blade as described above, the first stage stationary blade cannot be closed to its fully closed angle when fully closed, and the gas inflow to the turbine is reduced to a predetermined flow rate. This causes a problem that it cannot be reduced. In addition, there is a problem that the first stage stationary blade is caught in the dust deposit when fully closed, and excessive force acts on the blade portion and the angle variable mechanism to cause damage.
このため、従来は、通常運転時等に、タービンの入口部や静翼上流部から水や水蒸気の噴霧を定期的に行って、付着しているダストを剥離させて、その除去を行なってきた(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照)。 For this reason, conventionally, during normal operation, etc., spraying water and water vapor from the turbine inlet and upstream of the stationary blades is performed periodically to remove the adhered dust and remove it. (For example, refer to Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
この一方、本願出願人は、第1段静翼の内部に冷却水を循環させて第1段静翼を水冷却することにより、高炉ガス中に含まれる水分を第1段静翼の翼表面上に凝縮させて翼表面上に水滴及び又は水膜を形成し、これにより第1段静翼へのダスト付着を防止する炉頂圧回収タービンの発明を開示した(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, the applicant of the present application condenses moisture contained in the blast furnace gas on the blade surface of the first stage stationary blade by circulating cooling water inside the first stage stationary blade and water-cooling the first stage stationary blade. An invention of a furnace top pressure recovery turbine that forms water droplets and / or a water film on the surface and thereby prevents dust from adhering to the first stage stationary blades has been disclosed (for example, see Patent Document 2).
このように、従来の炉頂圧回収タービンは、通常運転時等に、タービンの入口部や静翼上流部から定期的に水や蒸気の噴霧を行なって、付着しているダストを除去したり、あるいは、第1段静翼の内部に冷却水を循環させて第1段静翼を水冷却することにより、高炉ガス中に含まれる水分を第1段静翼の翼表面上に凝縮させて翼表面上に水滴及び又は水膜を形成し、第1段静翼へのダスト付着の防止を図ってきた。 As described above, the conventional furnace top pressure recovery turbine performs regular spraying of water and steam from the inlet portion of the turbine and the upstream portion of the stationary blade during normal operation, etc. to remove the adhering dust. Alternatively, by circulating cooling water inside the first stage stationary blade and water cooling the first stage stationary blade, water contained in the blast furnace gas is condensed on the blade surface of the first stage stationary blade, and water droplets and Alternatively, a water film has been formed to prevent dust from adhering to the first stage stationary blade.
しかしながら、前者のタービンの入口部等に定期的に水や蒸気の噴霧を行なって、付着しているダストを除去する炉頂圧回収タービンは、タービン内を通過する高炉ガスの流れが極めて速く、しかも静翼の凸面については水滴等が充分に到達しにくいためにダストが徐々に付着していき、さらに多量のダストが付着すると、定期的な噴霧だけでは除去しきれなくなるという問題がある。これは、通常運転時には、静翼角度が必ずしも水噴霧に適した角度にはなっていないため、静翼表面上、特にその凸面上に噴霧した水滴等が充分に到達しないことが大きな要因と考えられる。 However, the furnace top pressure recovery turbine that periodically removes adhering dust by spraying water or steam periodically at the inlet of the former turbine, etc., has a very fast flow of blast furnace gas through the turbine, In addition, since the water droplets or the like are not sufficiently reached on the convex surface of the stationary blade, dust gradually adheres, and when a larger amount of dust adheres, there is a problem that it cannot be removed by regular spraying alone. This is considered to be due to the fact that, during normal operation, the stationary blade angle is not necessarily an angle suitable for water spraying, so that water droplets sprayed on the surface of the stationary blade, particularly on the convex surface thereof, do not reach the surface sufficiently. It is done.
このように、従来の通常運転時の水噴霧だけでは、第1段静翼に対するダスト付着防止に充分な効果を上げていないというのが実情であり、上述の第1段動翼に繰り返し応力を発生させて動翼の疲労限界を著しく低下させるという問題、適正なガス流を形成することができずにタービン効率を低下させるという問題、全閉時にタービンへのガスの流入を所定の流量まで減少させることができなくなるという問題、そして、第1段静翼がこのダストの付着物に噛み込んで翼部等に損傷を引き起こすという問題などが、依然として解決できないままになっている。 As described above, it is a fact that only the conventional water spray during normal operation does not provide a sufficient effect for preventing dust from adhering to the first stage stationary blade, and repeatedly generates stress on the first stage blade described above. The problem is that the fatigue limit of the rotor blade is significantly reduced, the problem is that the proper gas flow cannot be formed and the turbine efficiency is lowered, and the gas flow into the turbine is reduced to the specified flow rate when fully closed. However, the problem that the first stage stationary blade bites into the dust deposits and causes damage to the blade portion and the like still remains unsolvable.
また、後者の第1段静翼の内部に冷却水を循環させて、第1段静翼を水冷却する炉頂圧回収タービンは、ダスト付着防止に関しては多大な効果が期待できる一方、冷却水を循環させるための冷却水供給装置や、第1段静翼の内部に冷却水路を設けなければならず、コスト高になるという問題が懸念される。 In addition, a furnace top pressure recovery turbine that circulates cooling water inside the latter first stage stationary blade and water-cools the first stage stationary blade can be expected to have a great effect in preventing dust adhesion, while circulating the cooling water. There is a concern that the cooling water supply apparatus and the first stage stationary blade must be provided with a cooling water channel, which increases the cost.
これと共に、乾式の炉頂圧回収タービンによる発電設備は、タービン静翼へのダスト付着が湿式ほど深刻な問題にはなっていないが、電力の回収効率のよい乾式の炉頂圧回収タービン発電設備の設置が今後ますます増加すると予想されることから、乾式の炉頂圧回収タービンへのダスト付着防止対策も併せて行なう必要性がある。 At the same time, in the power generation equipment using the dry furnace top pressure recovery turbine, dust adhesion to the turbine stationary blades is not as serious a problem as wet, but the dry furnace top pressure recovery turbine power generation equipment with good power recovery efficiency. Therefore, it is necessary to take measures to prevent dust from adhering to the dry type furnace top pressure recovery turbine.
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、静翼に付着したダストを確実に除去することができ、長期間の連続運転時にも安定かつ効率のよい運転を継続することができる、炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve such problems, and can reliably remove dust adhering to the stationary blade, and can continue stable and efficient operation even during long-term continuous operation. An object of the present invention is to provide an apparatus for preventing dust adhesion to a stationary blade of a furnace top pressure recovery turbine.
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、炉頂圧回収タービン発電設備に使用されて高炉から供給される高炉ガスにより回転駆動されて、連結された発電機により発電を行なう炉頂圧回収タービンと、この炉頂圧回収タービンの静翼の角度を変化させる角度可変機構と、炉頂圧回収タービンの静翼に対して水噴霧を行なう水噴霧装置とを備えた炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービンの静翼の角度を制御するコントローラと、上記静翼の静翼入口ガス圧力を検出する静翼入口圧力センサと、上記静翼の静翼出口ガス圧力を検出する静翼出口圧力センサとをさらに備え、コントローラは、静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との実差圧を算定し、この実差圧に基づいて水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なうことにある。 In order to solve the above-mentioned problems, the means employed by the present invention is used in a furnace top pressure recovery turbine power generation facility and is rotationally driven by a blast furnace gas supplied from a blast furnace, and generates power by a connected generator. A furnace top provided with a furnace top pressure recovery turbine, an angle variable mechanism that changes the angle of the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine, and a water spray device that sprays water on the stator blade of the furnace top pressure recovery turbine. In an apparatus for preventing dust adhesion to a stationary blade of a pressure recovery turbine, a controller for controlling the angle of the stationary blade of the top pressure recovery turbine, a stationary blade inlet pressure sensor for detecting a stationary blade inlet gas pressure of the stationary blade, and the above A stationary blade outlet pressure sensor that detects a stationary blade outlet gas pressure of the stationary blade, and the controller includes a stationary blade inlet gas pressure detected by the stationary blade inlet pressure sensor and a stationary blade outlet gas detected by the stationary blade outlet pressure sensor. Pressure And calculating the actual differential pressure between is to perform water spray from the water spray device in the stationary blade on the basis of the actual differential pressure.
このように、本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、コントローラが、静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との実差圧を算定し、この実差圧に基づいて水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なう、すなわち、この実差圧を常時監視して静翼に対して水噴霧を行なうから、一定量以上の静翼へのダストの付着を自動的に検出すると共に、この付着したダストを確実に除去することができ、ダストの付着を常に一定の範囲内に抑えた状態で炉頂圧回収タービンを運転することができる。なお、静翼へダストが付着すると、実差圧は、ダストが付着していない場合に比べて大きくなる。 As described above, the dust adhesion preventing device for the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine according to the present invention has a controller in which the stationary blade inlet gas pressure detected by the stationary blade inlet pressure sensor and the stationary blade detected by the stationary blade outlet pressure sensor are detected. The actual differential pressure with respect to the outlet gas pressure is calculated, and water spray is applied to the stationary blade from the water spray device based on this actual differential pressure.In other words, the actual differential pressure is constantly monitored and water spray is applied to the stationary blade. Therefore, it is possible to automatically detect dust adhering to a certain amount or more of the stationary blades and to reliably remove the adhering dust, and to keep the dust adhering within a certain range in the furnace. The top pressure recovery turbine can be operated. When dust adheres to the stationary blade, the actual differential pressure becomes larger than when no dust adheres.
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、上記コントローラは、実差圧と炉頂圧回収タービンの運転状態により変動すると共に静翼へダストが付着していない状態を示す第1の所定値との差値を算出し、この差値が第2の所定値を超える場合に水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なうことが望ましい。 In the apparatus for preventing dust from adhering to the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine, the controller varies depending on the actual differential pressure and the operating state of the furnace top pressure recovery turbine, and indicates a state in which dust does not adhere to the stationary blade. It is desirable to calculate a difference value from a predetermined value of 1 and spray the water from the water spray device to the stationary blade when the difference value exceeds the second predetermined value.
このように、コントローラが、実差圧と炉頂圧回収タービンの運転状態により変動すると共に静翼へダストが付着していない状態を示す第1の所定値との差値を算出し、この差値が第2の所定値を超える場合に水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なうから、炉頂圧回収タービンの運転状態により変動する実差圧を極めて精度よく補正して、静翼へのダストの付着状態を確実に判定することができる。 In this way, the controller calculates a difference value between the actual difference pressure and the first predetermined value that indicates a state in which dust does not adhere to the stationary blades and fluctuates depending on the operating state of the furnace top pressure recovery turbine. When the value exceeds the second predetermined value, the water spray is sprayed from the water spray device to the stationary blade. Therefore, the actual differential pressure that varies depending on the operating state of the furnace top pressure recovery turbine is corrected with extremely high accuracy, and It is possible to reliably determine the dust adhesion state.
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、上記第1の所定値は、静翼にダストが付着していないダスト未着状態で静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との差圧であることが望ましい。 In the apparatus for preventing dust from adhering to the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine, the first predetermined value is a stationary blade inlet detected by the stationary blade inlet pressure sensor when no dust is adhered to the stationary blade. A differential pressure between the gas pressure and the stationary blade outlet gas pressure detected by the stationary blade outlet pressure sensor is desirable.
このように、第1の所定値を、静翼にダストが付着していないダスト未着状態で静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との差圧とすることにより、ダスト未着状態と実運転時のダスト付着状態との差を明確に把握することができる。 In this way, the first predetermined value is determined by the stationary blade inlet gas pressure detected by the stationary blade inlet pressure sensor and the stationary blade outlet pressure sensor detected by the stationary blade outlet pressure sensor in a dust non-attached state where no dust is attached to the stationary blade. By setting the pressure difference to the gas pressure, it is possible to clearly grasp the difference between the dust non-attached state and the dust adhesion state during actual operation.
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、コントローラは、水噴霧装置から静翼に水噴霧を行うときに静翼を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度に移動させて水噴霧を行なうことが望ましい。 In the apparatus for preventing dust from adhering to the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine, the controller moves the stationary blade to the optimum stationary blade predetermined angle optimum for water spray cleaning when performing water spraying from the water spraying device to the stationary blade. It is desirable to spray with water.
このように、コントローラは、静翼を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度に移動させて水噴霧を行なうから、静翼の凸面についても水滴等を充分に到達させることができ、凸面のダストを確実に除去することができると共に、その除去を少ない水噴霧量で行なうことができる。 In this way, the controller moves the stationary blade to the optimum stationary blade predetermined angle that is optimal for water spray cleaning and performs water spraying, so water droplets etc. can be sufficiently reached even on the convex surface of the stationary blade. Dust can be reliably removed, and the removal can be performed with a small amount of water spray.
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービン発電設備は、高炉ガスを炉頂圧回収タービンを通さずに外部へバイパスさせるためのバイパス路と、このバイパス路を通過する高炉ガス流量を調節するバイパス主弁及びバイパス制御弁とを備え、コントローラは、バイパス制御弁の作動を制御すると共に、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも大きいときはバイパス制御弁を開けて、この静翼の角度を最適静翼所定角度になるように調節することが望ましい。 In the apparatus for preventing dust adhesion to the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine, the furnace top pressure recovery turbine power generation facility includes a bypass path for bypassing the blast furnace gas to the outside without passing through the furnace top pressure recovery turbine, and the bypass A bypass main valve and a bypass control valve for adjusting the flow rate of blast furnace gas passing through the passage, and the controller controls the operation of the bypass control valve and bypasses when the angle of the stationary blade is larger than the optimum stationary blade angle. It is desirable to open the control valve and adjust the angle of the stationary blade so that the optimum stationary blade has a predetermined angle.
このように、コントローラが、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも大きいときはバイパス制御弁を開けて静翼の角度を最適静翼所定角度になるように調節することにより、炉頂圧回収タービンの運転を最適に維持しながら、静翼の角度を最適静翼所定角度に移動させることができる。なお、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも大きいとは、主流ガスの軸線に対して静翼の迎角が最適静翼所定角度のときよりも小さくなる位置にあることをいう。 As described above, when the angle of the stationary blade is larger than the optimum stationary blade predetermined angle, the controller opens the bypass control valve and adjusts the stationary blade angle to be the optimum stationary blade predetermined angle. The angle of the stationary blade can be moved to the optimum stationary blade predetermined angle while maintaining the operation of the recovery turbine optimally. In addition, the angle of the stationary blade being larger than the optimum stationary blade predetermined angle means that the angle of attack of the stationary blade with respect to the axis of the mainstream gas is smaller than that at the optimum stationary blade predetermined angle.
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービン発電設備は、高炉ガスを炉頂圧回収タービンに通すガス流量を調節する調速弁を備え、コントローラは、調速弁の作動を制御すると共に、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも小さいときは調速弁を絞って、この静翼の角度を最適静翼所定角度になるように調節することが望ましい。 In the apparatus for preventing dust from adhering to the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine, the furnace top pressure recovery turbine power generation facility includes a governing valve that adjusts a gas flow rate for passing the blast furnace gas through the furnace top pressure recovery turbine, and the controller includes: Control the operation of the speed control valve, and if the angle of the stator blade is smaller than the optimum angle, the throttle valve is throttled to adjust the angle of the stator blade to the optimum angle. Is desirable.
このように、コントローラが、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも小さいときは、調速弁を絞って静翼の角度を最適静翼所定角度になるように調節することにより、炉頂圧回収タービンの運転を最適に維持しながら、静翼の角度を最適静翼所定角度に移動させることができる。なお、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも小さいとは、主流ガスの軸線に対して静翼の迎角が最適静翼所定角度のときよりも大きくなる位置にあることをいう。 As described above, when the angle of the stationary blade is smaller than the optimum stationary blade predetermined angle, the controller adjusts the stationary blade angle so that the stationary blade angle becomes the optimum stationary blade predetermined angle by narrowing the speed control valve. The angle of the stationary blade can be moved to the optimum stationary blade predetermined angle while maintaining the operation of the pressure recovery turbine optimally. The angle of the stationary blade being smaller than the optimum stationary blade predetermined angle means that the angle of attack of the stationary blade with respect to the axis of the mainstream gas is larger than that at the optimum stationary blade predetermined angle.
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、コントローラは、上記差値が第2の所定値を超える場合に、上記実差圧を表示すると共に警報を発生することが望ましい。 In the apparatus for preventing dust from adhering to the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine, it is preferable that the controller displays the actual differential pressure and generates an alarm when the differential value exceeds a second predetermined value.
このように、コントローラが、上記差値が第2の所定値を超える場合に、実差圧を表示すると共に警報を発生することにより、管理者は、そのときのダスト付着状態を直ちに認識することができる。 In this manner, when the controller exceeds the second predetermined value, the controller displays the actual differential pressure and generates an alarm so that the administrator can immediately recognize the dust adhesion state at that time. Can do.
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービン発電設備は、湿式であり、静翼は、第1段静翼であることが望ましい。湿式の炉頂圧回収タービン発電設備では、第1段静翼に著しくダストの付着が見られることから、本炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置により、第1段静翼のダスト除去を確実に行うことができる。 In the apparatus for preventing dust from adhering to the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine, it is desirable that the furnace top pressure recovery turbine power generation equipment is wet, and the stationary blade is a first stage stationary blade. In the wet-type furnace top pressure recovery turbine power generation equipment, dust is noticeably attached to the first stage stationary blade, so the dust removal prevention device for the first stage stationary blade is surely removed by the dust adhesion prevention device on the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine. Can be done.
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービン発電設備は、乾式であり、静翼は、最終段の静翼であることが望ましい。乾式の炉頂圧回収タービン発電設備では、最終段の静翼に特にダストの付着が見られることから、本炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置により、最終段の静翼のダスト除去を確実に行うことができる。 In the apparatus for preventing dust from adhering to the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine, it is desirable that the furnace top pressure recovery turbine power generation equipment is a dry type, and the stationary blade is a final stage stationary blade. In the dry-type furnace top pressure recovery turbine power generation equipment, dust adheres particularly to the final stage stationary blades. Dust removal can be performed reliably.
本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、炉頂圧回収タービン発電設備に使用されて高炉から供給される高炉ガスにより回転駆動されて、連結された発電機により発電を行なう炉頂圧回収タービンと、この炉頂圧回収タービンの静翼の角度を変化させる角度可変機構と、炉頂圧回収タービンの静翼に対して水噴霧を行なう水噴霧装置とを備えた炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービンの静翼の角度を制御するコントローラと、上記静翼の静翼入口ガス圧力を検出する静翼入口圧力センサと、上記静翼の静翼出口ガス圧力を検出する静翼出口圧力センサとをさらに備え、コントローラは、静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との実差圧を算定し、この実差圧に基づいて水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なうから、炉頂圧回収タービンの静翼に付着したダストを確実に除去することができ、長期間の連続運転時にも安定かつ効率のよい運転を継続することができる、という優れた効果を奏する。 The apparatus for preventing dust adhesion to a stationary blade of a furnace top pressure recovery turbine according to the present invention is used in a furnace top pressure recovery turbine power generation facility and is rotationally driven by a blast furnace gas supplied from a blast furnace and generates power by a connected generator. A furnace top pressure recovery turbine, an angle variable mechanism that changes the angle of the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine, and a water spray device that sprays water on the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine. In an apparatus for preventing dust adhesion to a stationary blade of a furnace top pressure recovery turbine, a controller for controlling the angle of the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine, a stationary blade inlet pressure sensor for detecting a stationary blade inlet gas pressure of the stationary blade, A stationary blade outlet pressure sensor for detecting the stationary blade outlet gas pressure of the stationary blade, and the controller includes a stationary blade inlet gas pressure detected by the stationary blade inlet pressure sensor and a stationary blade detected by the stationary blade outlet pressure sensor. Exit Since the actual differential pressure with respect to the gas pressure is calculated and water spraying is performed from the water spray device to the stationary blades based on this actual differential pressure, it is possible to reliably remove dust adhering to the stationary blades of the furnace top pressure recovery turbine. This provides an excellent effect that stable and efficient operation can be continued even during long-term continuous operation.
併せて、上記コントローラは、静翼を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度に移動させて水噴霧を行なうから、静翼の凸面についても水滴等を充分に到達させることができ、凸面のダストを確実に除去することができると共に、その除去を少ない水噴霧量で行なうことができるという優れた効果を奏する。 In addition, the controller moves the stationary blade to the optimum stationary blade predetermined angle that is optimal for water spray cleaning and performs water spraying, so that water droplets etc. can be sufficiently reached even on the convex surface of the stationary blade. There is an excellent effect that dust can be reliably removed and the removal can be performed with a small amount of water spray.
本発明に係る炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置を実施するための形態を、図1ないし図8を参照して詳細に説明する。 An embodiment for carrying out an apparatus for preventing dust adhesion to a stationary blade of a furnace top pressure recovery turbine according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8.
図1に示すように、一例としての、高炉プラントの排ガス路にタービンを設置して発電等に利用する湿式の炉頂圧回収タービン発電設備においては、高炉1から排気された高炉ガスが、ダストキャッチャ2、湿式集塵装置3、入口塞止弁4、危急遮断弁5、高炉ガスのタービンへのガス流量を調節する調速弁6を介して、炉頂圧回収タービン10に導かれて、このタービン10を回転駆動させる。
As shown in FIG. 1, as an example, in a wet furnace top pressure recovery turbine power generation facility that uses a turbine in an exhaust gas passage of a blast furnace plant and uses it for power generation or the like, blast furnace gas exhausted from the blast furnace 1 is dust. Guided to the furnace top
炉頂圧回収タービン10によって、タービン10に連結された発電機7を回転駆動させることにより、発電を行なう。炉頂圧回収タービン10の第1段静翼11、第2段静翼12、第3段静翼13は、安定かつ効率のよい運転を継続するために、ガス流に対する角度を変化させるための角度可変機構15を有する。
Electric power is generated by rotating the generator 7 connected to the
高炉ガスを炉頂圧回収タービン10を通さずに外部へバイパスさせるためのバイパス路が設けられ、このバイパス路を通過する高炉ガス流量を調節するバイパス主弁8及びバイパス制御弁9が配設される。
A bypass passage for bypassing the blast furnace gas to the outside without passing through the furnace top
上記炉頂圧回収タービン発電設備において、炉頂圧回収タービン10の起動時及び停止時には、例えば、起動開始から初期設定回転数までは調速弁6による調速弁開度制御が、初期設定回転数から揃速開始直前設定回転数までの間は回転数制御がそれぞれ行われる。また、100%回転数に到達して電力網に併入された直後に負荷がかけられるが、その負荷が増加して通常運転になるまでは負荷制御が行われる。そして、通常運転時にはタービン前圧制御が行われる。
In the furnace top pressure recovery turbine power generation facility, when the furnace top
一方、タービン10の停止時には、例えば、通常運転から負荷が低減されて解列直前までは負荷制御が、解列直後の設定回転数から初期設定回転数までの間は回転数制御がそれぞれ行われる。また、初期設定回転数から停止するまでは調速弁6による調速弁開度制御が行われる。
On the other hand, when the
タービン10の起動時には、タービン10の前圧が通常運転時の圧力に高められた状態で調速弁6を徐々に開けていき、ガスを翼列に導く。調速弁6がほぼ全開となった時点で、角度可変機構15を備えた静翼11〜13をその流路初期設定角度から徐々に開けていき、通常運転に移行する。このとき、バイパス主弁8は全閉にされている一方、バイパス制御弁9が徐々に閉じられるので、タービン10の前圧は、常に通常運転時の圧力に維持される。
When the
この炉頂圧回収タービン発電設備において、タービン10の起動及び停止動作を主体的に制御するものは、静翼11〜13の角度可変機構15、あるいは調速弁6であり、バイパス制御弁9は、タービン10の前圧を通常運転時の圧力に維持するために使用される。このようにして、炉頂圧回収タービンによる発電とタービン前圧制御とが行われる。
In this furnace top pressure recovery turbine power generation facility, the main control of the start and stop operation of the
図2に示すように、例えば、炉頂圧回収タービン10は3段タービンからなり、第1段静翼11、第1段動翼16、第2段静翼12、第2段動翼17、第3段静翼13、第3段動翼18が、ガス路の上流側からこの順に配設される。
As shown in FIG. 2, for example, the furnace top
炉頂圧回収タービン10の入口には、第1段静翼11の静翼入口ガス圧力P1 を検出する第1段静翼入口圧力センサ21と、タービン10のタービン入口ガス温度を検出するタービン入口温度センサ23が配設されている。また、第1段静翼11の出口には、第1段静翼11の静翼出口ガス圧力P2 を検出する第1段静翼出口圧力センサ22が配設される。さらに、炉頂圧回収タービン10の出口には、タービン10のタービン出口ガス温度を検出するタービン出口温度センサ24が配設されている。
At the inlet of the furnace top
図3に示すように、炉頂圧回収タービン10の静翼11〜13の角度を制御するコントローラ20、タービン10の静翼11〜13に対して水噴霧を行なう水噴霧装置30、後述の実差圧を表示する圧力計31、警報を発生する警報システム32が配設され、水噴霧装置30、圧力計31、警報システム32はコントローラ20に電気的にそれぞれ接続される。また、上述の第1段静翼入口圧力センサ21、第1段静翼出口圧力センサ22、タービン入口温度センサ23、タービン出口温度センサ24もコントローラ20に電気的にそれぞれ接続される。
As shown in FIG. 3, the
次に、本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置の作動について説明する。本発明の炉頂圧回収タービン10が定格運転状態に到達後、すなわち常用運転時に、静翼11〜13は高炉ガス流量の増減に対応して、通常は−15度〜+15度の範囲で変化する。
Next, the operation of the apparatus for preventing dust adhesion to the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine of the present invention will be described. After the top
コントローラ20は、この常用運転時に、第1段静翼入口圧力センサ21が検出した静翼入口ガス圧力P1 と、第1段静翼出口圧力センサ22が検出した静翼出口ガス圧力P2 を読み込む(ステップS2,4)。また、コントローラ20が有する静翼角度αのデータを読み込む(ステップS6)。
During this normal operation, the
コントローラ20は、第1段静翼入口圧力センサ21が検出した静翼入口ガス圧力P1 と、第1段静翼出口圧力センサ22が検出した静翼出口ガス圧力P2 との差圧である実差圧ΔPを算出する(ステップS8)。静翼へダストが付着すると、この実差圧はダストが付着していない場合に比べて大きくなる。
The
コントローラ20は、静翼11にダストがまったく付着していないダスト未着状態で、第1段静翼入口圧力センサ21が検出した静翼入口ガス圧力P1 と、第1段静翼出口圧力センサ22が検出した静翼出口ガス圧力P2 との差圧である静翼前後理想差圧ΔPi (第1の所定値)に関するテーブルを備えている。この静翼前後理想差圧ΔPi は、運転状態により変動する。
The
次に、コントローラ20は、静翼前後実差圧ΔPと静翼前後理想差圧ΔPi との差値である静翼前後差値Px を算出する。この静翼前後差値Px は、タービン入口ガス圧力又はタービン入口ガス流量を横軸とし、静翼前後差圧ΔPを縦軸とする、図5のグラフによって示される。なお、このタービン入口ガス流量は、上述のタービンの第1段静翼入口ガス圧力P1 、第1段静翼出口ガス圧力P2 、タービン入口温度センサ23が検出したタービン入口温度、タービン出口温度センサ24が検出したタービン出口温度を用いて、公知技術により算出することができる。
Next, the
次に、コントローラ20は、算出した静翼前後実差圧ΔPと静翼前後理想差圧ΔPi との差値である静翼前後差値Px が第2の所定値P0 を超えるか否かを判定する(ステップS12)。ステップS12の判定結果が否定(No)の場合には、第1段静翼11へのダスト付着が所定量未満であると判定して、再び上述のステップS2〜S12を繰り返す。
Next, the
ステップS12の判定結果が肯定(Yes)の場合には、第1段静翼11へのダスト付着が所定量以上であり、静翼11〜13に対して水噴霧洗浄が必要と判定し、静翼11〜13の角度αを水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度α0 に、例えば0°±5°の範囲の角度に移動させる(ステップS14)。
If the determination result in step S12 is affirmative (Yes), it is determined that the amount of dust adhering to the first stage
詳細には、コントローラ20は、静翼11の角度が最適静翼所定角度α0 よりも大きいとき、つまり図7に示すように、主流ガスの軸線に対して静翼11〜13の迎角が最適静翼所定角度α0 のときよりも小さくなる位置にあるときは、上述のバイパス制御弁9を開けて、静翼11〜13の角度αを上述の最適静翼所定角度α0 になるように調節する。図6に示されるように、例えば、静翼11〜13の角度αが+10度のA点であった場合には、バイパス制御弁9を開けて、静翼11〜13の角度αを最適静翼所定角度α0 のB点へ移動させる。
Specifically, when the angle of the
また、静翼11〜13の角度が最適静翼所定角度α0 よりも小さいとき、つまり図7に示すように、主流ガスの軸線に対して静翼11〜13の迎角が最適静翼所定角度α0 のときよりも大きくなる位置にあるときは、上述の調速弁6を絞って静翼11〜13の角度αを上述の最適静翼所定角度α0 になるように調節する。図6に示されるように、例えば、静翼11〜13の角度αが−12.5度のC点であった場合には、調速弁6を絞って、最適静翼所定角度α0 のD点へ移動させる。
Further, when the angle of the
このように、コントローラ20が、静翼11〜13の角度αが最適静翼所定角度α0 よりも大きいときはバイパス制御弁9を開けて、また、静翼11〜13の角度αが最適静翼所定角度α0 よりも小さいときは調速弁6を絞って、静翼11〜13の角度αを最適静翼所定角度α0 になるようにそれぞれ調節することにより、炉頂圧回収タービンの運転を最適に維持しながら、静翼11〜13を静翼角度αが水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度α0 になるように移動させる。
Thus, the
ステップS12の判定結果が否定となるまで、静翼11〜13の角度αを最適静翼所定角度α0 に維持した状態で、水噴霧運転を行なう(ステップS16)。この水噴霧は、図7に示されるように、第1段静翼11の上流側に配設された水噴霧装置30の図示しないノズルから、主流ガスに対して水噴霧洗浄に最適な水噴霧角度θで、例えば18.5度の角度で行われる。
The water spray operation is performed in a state where the angle α of the
これと共に、コントローラ20は、上述の静翼前後実差圧ΔPを図3の圧力計31に表示すると共に、警報システム32を作動させて警報を発生させる(ステップS18)。これにより、管理者は、そのときの静翼前後実差圧ΔP、つまり第1段静翼11のダスト付着状態と、静翼11〜13の角度αが最適静翼所定角度α0 に維持された状態で水噴霧運転が行われていることを直ちに認識することができる。
At the same time, the
このように、本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、コントローラ20が、第1段静翼入口圧力センサ21が検出した静翼入口ガス圧力P1 と、第1段静翼出口圧力センサ22が検出した静翼出口ガス圧力P2 との静翼前後実差圧ΔPを算定し、さらに、この静翼前後実差圧ΔPと静翼へダストが付着していない状態を示す静翼前後理想差圧ΔPi (第1の所定値)との差値である静翼前後差値Px を算出して、この静翼前後差値Px を常に監視しているから、静翼11〜13、特に第1段静翼11へのダストの付着を自動的に、かつ確実に検出することができる。
Thus, in the dust adhesion preventing apparatus for the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine of the present invention, the
また、コントローラ20は、一定量以上のダストが付着していることを検出した場合には、静翼11〜13を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度α0 に移動させて水噴霧装置30から静翼11〜13に水噴霧を行なうから、静翼11〜13の凸面についても水滴等を充分に到達させることができ、この凸面を含む静翼11〜13全体のダストを確実に除去することができる。
In addition, when the
したがって、ダストを常に一定の範囲内に抑えた状態で炉頂圧回収タービン10の運転を行なうことができ、長期間の連続運転時にも安定かつ効率のよい運転を継続することができる。また、少ない水噴霧量で付着したダストを確実に除去することができるから、運転費用の低減のみならず、過多な水噴霧によるタービン翼やケーシングの腐食を防止することができ、保守費用の低減を図ることができる。
Therefore, the furnace top
また、上述のように、第1の所定値を、静翼11〜13にダストが付着していないダスト未着状態で第1段静翼入口圧力センサ21が検出した静翼入口ガス圧力P1 と第1段静翼出口圧力センサ22が検出した静翼出口ガス圧力P2 との差圧ΔPi からなるようにしたことにより、静翼11〜13へのダスト未着状態と実運転時のダスト付着状態との差を明確に把握することができる。
Further, as described above, the first predetermined value is set to the first vane inlet gas pressure P1 detected by the first stage vane
図8に示すように、乾式の炉頂圧回収タービン発電設備の炉頂圧回収タービン40の場合には、最終段の静翼43にダストが付着する傾向が見受けられるため、第3段静翼(最終段静翼)43の前後圧力をそれぞれ検出するための最終段静翼入口圧力センサ45,最終段静翼出口圧力センサ46を配設する。
As shown in FIG. 8, in the case of the furnace top
2つの圧力センサ45,46がそれぞれ検出した圧力に基づいて、上記湿式の炉頂圧回収タービン発電設備のタービン10の場合と同様に静翼角度制御及び水噴霧を行なうことにより、第3段静翼43へ付着したダストを確実に除去することができ、長期間の連続運転時にも安定かつ効率のよい運転を継続することができる。その他は、湿式の炉頂圧回収タービン発電設備の炉頂圧回収タービン10の場合と同様であるから、説明を省略する。
Based on the pressure detected by each of the two
今後、電力の回収効率のよい乾式の炉頂圧回収タービン発電設備の設置がますます増加すると予想されるが、本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置により、この乾式の炉頂圧回収タービンへのダスト付着防止対策を確実に実施することができる。 In the future, it is expected that the installation of dry-type furnace top pressure recovery turbine power generation equipment with good power recovery efficiency will increase, but this dry-type prevention device for dust on the stationary blades of the furnace top pressure recovery turbine of the present invention It is possible to reliably implement measures for preventing dust adhesion to the furnace top pressure recovery turbine.
なお、本発明は上述の一実施の形態に制約されるものではなく、様々な形態ものが実施可能であることは勿論である。 Of course, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various forms can be implemented.
本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、必ずしも上述の湿式及び乾式の炉頂圧回収タービン発電設備のタービンに限定して利用されるものではなく、他の形式のタービンに対しても広く利用されることが期待される。 The apparatus for preventing dust adhesion to the stationary blade of the furnace top pressure recovery turbine of the present invention is not necessarily limited to the above-described wet and dry furnace top pressure recovery turbine power generation turbines. It is expected to be widely used for turbines.
1 高炉
2 ダストキャッチャ
3 湿式集塵装置
4 入口塞止弁
5 危急遮断弁
6 調速弁
7 発電機
8 バイパス主弁
9 バイパス制御弁
10 炉頂圧回収タービン
11 第1段静翼
12 第2段静翼
13 第3段静翼
15 角度可変機構
16 第1段動翼
17 第2段動翼
18 第3段動翼
20 コントローラ
21 第1段静翼入口圧力センサ
22 第1段静翼出口圧力センサ
23 タービン入口温度センサ
24 タービン出口温度センサ
30 水噴霧装置
31 圧力計
32 警報システム
40 炉頂圧回収タービン
43 第3段静翼(最終段静翼)
45 最終段静翼入口圧力センサ
46 最終段静翼出口圧力センサ
101 第1段静翼
102 凸面
103 第1段動翼
P0 第2の所定値
P1 静翼入口ガス圧力
P2 静翼出口ガス圧力
Px 静翼前後差値
ΔP 静翼前後実差圧
ΔPi 静翼前後理想差圧(第1の所定値)
α 静翼角度
α0 最適静翼所定角度
θ 水噴霧角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
45 Last stage stationary blade
α Stator blade angle α0 Optimal stator blade predetermined angle θ Water spray angle
Claims (8)
The furnace top pressure recovery turbine power generation facility includes a regulator valve (6) for adjusting a gas flow rate for passing the blast furnace gas through the furnace top pressure recovery turbine (10, 40), and the controller (20) includes the regulator (20). When the operation of the speed valve is controlled and the angle of the stationary blade (11-13, 43) is smaller than the optimum stationary blade predetermined angle (α0), the speed regulating valve is throttled to make the optimum angle of the stationary blade The apparatus for preventing dust from adhering to a stationary blade of a furnace top pressure recovery turbine according to claim 1 or 4 , wherein the stationary blade is adjusted to have a predetermined angle.
The furnace top pressure recovery turbine according to any one of claims 1 to 6 , wherein the furnace top pressure recovery turbine power generation facility is a dry type, and the stationary blade is a final stage stationary blade (43). For preventing dust from adhering to the stator blades.
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