JPH01273805A - タービンバイパス装置を有する二段再熱式蒸気タービンプラント - 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〕 （産業上の利用分野） 本発明はタービンバイパス装置を有する二段再熱式蒸気
タービンプラントに関する。

（従来の技術） タービンバイパス系統はボイラと蒸気タービンの相互の
制御を解消または緩和することによってプラント運転の
柔軟性を高める目的で、設置されるもので１次の様な機
能がある。一つは起動特性の向上であり、起動時に再熱
器の蒸気冷却を行うことによって再熱器の焼損を防止し
なからボイラ燃焼率を高めると共に、蒸気タービン通気
時のメタルマツチングを容易に行えることである。次の
機能としては、ボイラ負荷とタービン負荷の差の吸収で
あり、ボイラの負荷応答性を越える急激な負荷変化に対
応してその時の応答遅れを吸収すると共に、送電事故等
により所内単独負荷運転に移行する場合の余剰蒸気を排
出する機能を持ちあわせている。さらにもう一つの機能
としては過熱器安全弁および再熱器安全弁としての機能
を果たし、特に変圧運転プラントと組合せる場合の圧力
上昇を抑えることができる。

従来のタービンバイパス系は第２図に示す如く、高圧タ
ービンバイパス装置として、ボイラ１より発生した蒸気
を高圧タービン２をバイパスして流すための主蒸気管３
と、低温再熱蒸気管４とを結ぶ高圧タービンバイパス管
５と、高圧タービンバイパス管５の蒸気流量を制御する
ためのバイパス制御弁６と、バイパス制御弁６の出口温
度を制御するための減温器７とで構成され、低温再熱器
４には高圧タービン逆止弁８が設置されている。

また、低圧タービンバイパス装置として、ボイラーの再
熱器９を通過した蒸気を中圧タービン１０および低圧タ
ービン１１をバイパスして復水器１２ヘダンプするため
の高温再熱蒸気管１３と復水器１２とを結ぶ中、低圧タ
ービンバイパス管１４と中、低圧ツ タービンバイパス管１４の蒸気流量を制御するためのバ
イパス制御弁１５とバイパス制御弁１５の出口温フ 度を制御するための減温器１６とで構成されている。

復水器１２で凝縮した水は復水ポンプ１７、低圧ヒータ
ー８、脱気器１９、給水ポンプ２０、高圧ヒータ２１を
各々を通ってボイラーに送られ、再び高圧タービン２、
中圧タービン１０、低圧タービン１１を通して循環され
る。発電機２２は高圧タービン２、中圧タービン１０お
よび低圧タービン１１によって駆動される。

この従来のタービンバイパス系を有する蒸気タービンプ
ラントでは、中圧および低圧タービン１０゜１１で起動
、昇速しさらに低負荷を制御する場合と高圧タービン２
あるいは高圧、中圧、低圧タービン２　、１．０．１１
を同時に起動、昇速しさらに低負荷を制御する場合とが
ある。

いづれの場合も、起動時、特にコールドスタートあるい
はウオームスタートにおいて、タービンロータの蒸気−
メタルマツチングが厳しい環境になる（ミスマツチが大
きくなる）問題があり、起動時の制御も高圧、中圧、低
圧タービン２，１０゜１１を同時に考慮しなければなら
ないという繁雑さがある。

一方、この従来のタービンバイパス系を、二段の再熱器
を有するボイラと組合せた二段再熱式蒸気タービンに適
用すると、事態はさらに複雑になる。

二段の再熱器を有するボイラと組合せた二段再熱式蒸気
タービンに前述した従来のタービンバイパス系を適用す
ると第３図に示すようになる。超高圧タービンバイパス
装置として、ボイラ１より発生した超高圧高温の主蒸気
を超高圧タービン２３をバイパスして流すための超高圧
主蒸気管２４と第一低温再熱蒸気管２５とを結ぶ超高圧
タービンバイパス管２６と、超高圧タービンバイパス管
２６の蒸気流量を制御するためのバイパス制御弁２７と
、バイパス制御弁２７の出口温度を制御するための減温
器２８とで構成され第一低温再熱蒸気管２５には超高圧
タービン排気逆止弁２９が設置されている。また、高圧
タービンバイパス装置として、ボイラ１の第一段再熱器
３０を通過した蒸気を高圧タービン２をバイパスして流
すための第一高温再熱蒸気管３１と第二低温再熱管３２
とを結ぶ高圧タービンバイパス管３３と、高圧タービン
バイパス管３３の蒸気流量を菅 制御するためのバイパス井制御３４と、バイパス割入 御弁３４の出口温度を制御するための減温器３５とで構
成され、第二低温再熱蒸気管３２には高圧タービン排気
逆止弁３６が設置されている。さらに低圧タービンバイ
パス装置として、ボイラ１の第二段再熱器３７を通過し
た蒸気を中圧タービン１０および低圧タービン１１をバ
イパスして復水器１２ヘダンプするための第二高温再熱
蒸気管３８と復水器１２とを結ぶ中、低圧タービンバイ
パス管１４と、中低圧タービンバイパス管１４の蒸気流
量を制御するためのバイパス制御弁１５と、バイパス制
御弁１５の出口温度を制御するための減温器１６とで構
成されている。

復水器１２で凝縮した水は復水ポンプ１７、低圧ヒータ
１８、脱気器１９、給水ポンプ２０、高圧ヒータ２１を
各々を通ってボイラ１に送られ、再び超高圧タービン２
３、高圧タービン２、中圧タービン１０および低圧ター
ビン１１を通して循環する０発電機２２は超高圧タービ
ン２３、高圧タービン２、中圧タービン１０および低圧
タービン１１によって駆動される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、化石燃料の不足に伴う蒸気タービンプラント
の性能向上の重要開発機種として主蒸気圧力、温度を従
来の機種より高めた超高圧高温タービンの開発が進んで
いる。国内では従来の主蒸気入口条件である２４６ｋｇ
ｆ／ａ＃、　５３８℃を上回る３１６ｋｇｆ／ｄ、　５
６６℃の超高圧高温タービンの開発が完了し、すでに建
設が進んでおり、世界的には３１６ｋｇｆ／ａ＋ｆ、　
　５９３℃級あるいは３５０ｋｇｆ／ａ＋！、　５３８
℃級のタービン開発が進められている。これらの超高圧
高温タービンは基本的には二段の再熱器を有する二段再
熱式の蒸気タービンプラントである。この二段再熱式超
高圧高温タービンの場合、起動時のタービン制御が、前
述した一段再熱式タービンに比し一段と複雑になり、起
動時の蒸気−メタルミスマツチングもタービンバイパス
系があることによるボイラ負荷上昇率（蒸気温度上昇率
）の向上とあいまって超高圧高温タービンの各タービン
ロータはミスマツチングによる影響を強く受けることに
なる。さらに、超高圧高温タービンの場合、蒸気タービ
ンの部品材料にマルテンサイト系ステンレス鋼やオース
テナイト系ステンレス鋼が使用されるため、タービンの
伸び差に対しては従来以上の厳しい設計が要求される。

この点でも従来のタービンバイパス系をそのまま適用す
ることは非常に困雅である。

本発明の目的はタービン起動時、超高圧タービンロータ
、高圧タービンロータ等のミスマツチングによる熱応力
等の影響を軽減させることにより起動操作を簡素なもの
とすることのできるタービンバイパス装置を有する二段
再熱式蒸気タービンプラントを提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明に係るタービンバイパス装置を有する二段再熱式
蒸気タービンプラントは二段の再熱器を有するボイラで
発生した蒸気が超高圧主蒸気管を経て超高圧タービンに
導かれ、この超高圧タービンからボイラの第一段再熱器
に送られて加熱され、さらに第一高温再熱蒸気管を経て
高圧タービンに導かれ、この高圧タービンからボイラの
第二段再熱器に送られて加熱され、さらに第二高温再熱
蒸気管を経て中圧タービンおよび低圧タービンに順次導
かれるようになっている二段再熱式蒸気タービンプラン
トにおいて、超高圧主蒸気管から分岐されて超高圧ター
ビンをバイパスして第一段再熱器に至るバイパス制御弁
を備えた超高圧タービンバイパス管、第一高温再熱蒸気
管から分岐されて高圧タービンをバイパスして第二段再
熱器に至るバイパス制御弁を有する高圧タービンバイパ
ス管、第二高温再熱蒸気管から分岐されて中圧タービン
および低圧タービンをバイパスして復水器に至るバイパ
ス弁を備えた中、低圧タービンバイパス管をそれぞれ設
けると共に、蒸気が超高圧タービンに流入することなく
、直接低圧タービンに流入するように超高圧主蒸気連絡
管を主蒸気制御弁を介して設けたことを特徴とする。

（作　用） タービン起動時にタービンロータのミスマツチングによ
る熱応力的影響を減少させる手段として超高圧タービン
入口前から主蒸気を直接低圧タービン入口へ導く超高圧
主蒸気連絡管を設置し、超高圧タービンまたは高圧ター
ビンへの通気前に、低圧タービンを起動させることによ
り、超高圧タービン、高圧タービン及び中圧タービンに
風損によるウオーミング効果を与え、実際のタービン起
動において、蒸気−メタル間のミスマツチングを軽減せ
しめると共に、蒸気タービンの伸び差も軽減させる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面の簡単な説明する。

第１図は二段の再熱器を有するボイラと組合され、かつ
タービンバイパス装置を有する二段再熱式蒸気タービン
プラントを示したものである。

タービン起動直前の状態においてはボイラ１からの蒸気
は一部を除き超高圧主蒸気管２４を通り、バイパス制御
弁２７で流量制御され、減温器２８で温度を低下して第
一低温再熱蒸気管２５を通って第一段再熱器３０に導か
れる。第一低温再熱蒸気管２５には超高圧タービン排気
逆止弁２９が設置されているため、減温器２８を通った
蒸気は超高圧タービン２３へは逆流しない。この後、蒸
気は第一段再熱器３０で温度のみを回復して第一高温再
熱蒸気管３１を通り、バイパス制御弁３４で流量制御さ
れ、減温器３５で温度低下して第二低温再熱蒸気管３２
を経て第二段再熱器３７に流れる。さらに蒸気は、第二
段再熱器３７で温度のみ回復して第二高温再熱蒸気管３
８を通って中、低圧タービンバイパス管１４を通り、減
温器１６でさらに減温されて復水器１２に排出される。

このタービンバイパス系の運転状態では、主蒸気止め弁
３９、第−再熱蒸気止め弁４１、第二再熱蒸気止め弁４
３は全開状態でウオーミングされている。

また、超高圧主蒸気管２４と低圧タービン１１とを直接
連絡している超高圧主蒸気連絡管４５に設けた主蒸気制
御弁４６は全開しており、低圧タービン１１ヘボイラ１
からの主蒸気の一部が流入し、低圧タービン１１を駆動
することにより、超高圧タービン２３゜高圧タービン２
が回転し、風損により各タービンロータがウオーミング
される。このウオーミング方式は、特に蒸気温度とロー
タメタル温度の温度差（ミスマツチング）が大きい、コ
ールドスタート時またはウオーミングスタート時に有効
な起動方法となる。十分なウオーミングの後、主蒸気制
御弁４６を閉じ、その後主蒸気加減弁４ｏを開いてバイ
パス制御弁２７を通って第一段再熱器３ｏへ流れていた
蒸気の一部を超高圧タービン２３に流すと共に、第二再
熱蒸気加減弁４４を開いて、バイパス制御弁１５を通っ
て復水器１２へ流れていた蒸気の一部が中圧タービン１
０および低圧タービン１１を通って流れるようにして通
気し、回転上昇を行う。この後、主蒸気加減弁４０、第
一再熱蒸気加減弁４２、第二再熱蒸気加減弁４４を開い
て行き、これと共に、各バイパス制御弁２７．３４．１
５が全閉される。この状態よりさらに負荷上昇するに際
しては、主蒸気加減弁４０のみで蒸気量を増加して行く
。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、タービン起動時、特
にコールドスタート、ウオームスタート時において蒸気
タービンのウオーミングを十分に行なえることから、超
高圧タービンロータ、高圧タービンロータ等のミスマツ
チングによる熱応力等の影響を減少させ、蒸気タービン
の伸び差も軽減できることから、起動操作の複雑さをな
くすことが可能となり、同時にタービン制御も主素化で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すタービンバイパス装置
を有する二段再熱式蒸気タービンプラントの系統図、第
２図は従来のタービンバイパス装置を有する蒸気タービ
ンプラントの系統図、第３図は従来のタービンバイパス
装置を二段再熱式蒸気タービンプラントに適用した時の
蒸気タービンプラントの系統図を示す。 １・・・ボイラ　　　　　２・・・高圧タービン１０・
・・中圧タービン・　１１・・・低圧タービン１２・・
・復水器 １４・・・中、低圧タービンバイパス管１５、２７．３
４・・・バイパス制御弁２３・・・超高圧タービン　２
４・・・超高圧主蒸気管２６・・・超高圧タービンバイ
パス管 ３０・・・第一段再熱器　　３１・・・第一高温再熱蒸
気管３３・・・高圧タービンバイパス管 ３７・・・第二段再熱蒸器　３８・・・第二高温再熱蒸
気管４５・・・超高圧主蒸気連絡管 ４６・・・主蒸気制御弁 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　第子丸　　　健 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 二段の再熱器を有するボイラで発生した蒸気が超高圧主
   蒸気管を経て超高圧タービンに導かれ、この超高圧ター
   ビンから前記ボイラの第一段再熱器に送られて加熱され
   、さらに第一高温再熱蒸気管を経て高圧タービンに導か
   れ、この高圧タービンから前記ボイラの第二段再熱器に
   送られて加熱され、さらに第二高温再熱蒸気管を経て中
   圧タービンおよび低圧タービンに順次導かれるようにな
   っている二段再熱式蒸気タービンプラントにおいて、前
   記超高圧主蒸気管から分岐されて前記超高圧タービンを
   バイパスして前記第一段再熱器に至るバイパス制御弁を
   備えた超高圧タービンバイパス管、前記第一高温再熱蒸
   気管から分岐されて前記高圧タービンをバイパスして前
   記第二段再熱器に至るバイパス制御弁を有する高圧ター
   ビンバイパス管、前記第二高温再熱蒸気管から分岐され
   て前記中圧タービンおよび低圧タービンをバイパスして
   復水器に至るバイパス制御弁を備えた中、低圧タービン
   バイパス管をそれぞれ設けると共に、蒸気が前記超高圧
   タービンに流入することなく、直接前記低圧タービンに
   流入するように超高圧主蒸気連絡管を主蒸気制御弁を介
   して設けたことを特徴とするタービンバイパス装置を有
   する二段再熱式蒸気タービンプラント。