JPS59500679A - 超臨界圧蒸気発生装置付タ−ビン装置に於いてタ−ビン出力を変化させる方法 - 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】 一臨界圧蒸気発生装置付タービン装置に於いてタービン出力を変化させる方法 発明の分野 本願発明は超臨界圧蒸気発生装置付タービン装置を備えた汽力発電設備に於いて タービン出力を変化させる方法に関するものである。

発明の背景 従来、蒸気タービン、蒸気圧力を発生させるための蒸気発生器、及び蒸気発生器 と蒸気タービンとの間に設けられた過熱器を装備した発電装置に於いて、蒸気タ ービンの出力を制御するために様々な方法が　１用いられて来た。そのタービン 自体に、通常、出力を制御するためにタービンに供給される蒸気の量を様々に変 えるための制御弁が１個若しくはそれ以上装備されている。

亜臨界蒸気圧装置に於いてタービンの出力を制御する方法としては、以下の方法 がある。

１）タービンの第１段階に於いて、タービンへの蒸気流制御のために、定常若し くは固定絞、りの制御弁の順次操作によって、ノズルの有効口径を変えて操作す る方法、 ２）制御弁のすべてを同時に操作し、タービンへの蒸気流を制御するためにそれ らの弁の絞り量を制御することによってタービンの出力を様々に変える、絞り弁 制御による単一点弁操作による方法、３）すべての制御弁の開度を一定の位置に 保持し、蒸気発生器の出口圧力を変えることによって、絞り弁とノズルの入口圧 力を様々に変える、連続的に圧力を変化操作する方法、及び ４）タービン出力の異なった範囲で、方法１）及び３）若しくは２）及び３）を 組合せて行う複合操作の方法。

夫々の方法は、実用装置に応用された場合に夫々有利な点、不利な点を有するし 、またそれらの何れを用いるかは、一つには蒸気発生器と蒸気タービンの設計に よる。

上記の操作方法は亜臨界圧装置に於ける使用に適してはいるものの、臨界圧（３ ２Ｑ８．２　ｐ、ｓ、ｉ、）以上の蒸気圧を用いる超臨界圧装置にそれの全部が 用いられうるものでない。これは、一つには、蒸気発生器の設計を考慮に入れる がためである。亜臨界圧装置に於いて、連続的に圧力を変化させる操作は、蒸気 発生装置の焚罐率を変えて、タービンへ供給される蒸気圧を変えることによって 、達成される。この方法は、アメリカで広く使われている超臨界圧蒸気発生装置 に於いて、蒸気発生装置に火が入っている間は、圧力を常に臨界圧以下に下げて はならないがために、すべての超臨界圧運転に用いられると云うものでない。

従って、本願発明の一つの目的は、（１）温度を変化させて、その結果、タービ ンに分与される熱応力を減少させるようにし、また（２）低負荷の範囲での運転 に於いて正味熱勅率を向上させるようにする、タービン出力の成る範囲に亘って の連続圧力制御ステップを含む超臨界圧蒸気発生装置付タービン装置に於けるタ ービン出力を様々に変える一方法を提供することにある。利点の後者は、汽力発 電設備の運転に於いて大幅な燃料の節減をもたらすことになる。

発明の説明 り１−ビン出力を様々に変化させる本願発明による一方法は、蒸気発生のための 蒸気発生器１基、臨界圧以上の成る予め決められた値に蒸気発生器の圧力を保持 するための給水ポンプ１基、過熱器１基、その蒸気発生器とその過熱器との中間 にある１個の減圧分配弁若しくは装置、及びタービンへの蒸気の供給を制御する 為のタービンに結合された制御弁１個、を有する装置の用に供するのに適当であ る。この操４ 作ステップは、タービンの制御弁を予め決められた全開の位置にセットするステ ップ、分配弁を全開の位置に保持するステップ、及び臨界圧以上の予め決められ た値である高圧点と、臨界圧よりわずかに上の低圧点の範囲内で蒸気発生器の蒸 気圧を変動させるために給水ポンプの給水率を変動するステップ、を含むもので ある。

本願発明の一実施例に於いて、制御弁は、定格出力の８５％〜１００％の範囲内 でタービン出力を変動させるために、定格出力のほぼ８５９６の場合は半開され 、また定格出力の１００％の場合は全開されるものである。定格出力のほぼ６５ ％〜８５％の範囲内での出力変動は、給水ポンプの給水率を、定格能力のほぼ８ ５％辺りで予め決められた臨界圧以上の値の蒸気圧を発生する点から、蒸気圧が 、定格能力のほぼ６５％辺りで臨界圧よりわずかに上になる点まで、変動するこ とによって達成されるのである。定格出力のほぼ６５％から出力ゼロ％の範囲の タービン出力は、分配弁の開度を、定格出力のほぼ６５９６辺りの全開の位置か ら定格出力ゼロ％の全開の位置まで変動させることによって達成されるのである 。

本願発明のもう一つの実施例に於いて、制御弁を全開に保持し、給水ポンプの給 水率を、定格出力の１００％で予め決められた臨界圧以上の値の蒸気圧を発生す る点から、定格出力のほぼ６５％辺りで臨界圧よりわずかに上の蒸気圧を発生す る点まで変動させることによって、定格出力１００％から定格出力のほぼ６５％ までの間のタービン出力は達成されるのである。定格出力のほぼ６５％から定格 出力ゼロ％の範囲の出力変動は、分配弁の開度を変動することによって達成され るのである。

また本願発明の他のもう一つの実施例に於いて、制御弁を全開に保持して、給水 ポンプの給水率を、定格出力１００％で予め決められた臨界圧以上の値の蒸気圧 を発生する点から、定格出力のほぼ８５９６辺りで臨界圧よりわずかに上の蒸気 圧を発生する点まで変動させることによって、タービン出力は定格出力１００％ から定格出力のほぼ８５９６の範囲内で変動する。

分配弁の開度を定格出力のほぼ８５％辺りで全開の位置から、定格出力ゼロ％の 全開の位置にまで変動させることによって、定格出力の８５％から定格出力ゼロ ％の範囲内のタービン出力は変動するのである。

装置の構成部分は、予め決められた当該圧力と臨界圧を十分に超えている点との 間で、給水ポンプの圧力の変動によるタービン出力の変動が起ることがありうる ので、予め決められた臨界圧以上の値での運転に添うよう設計されることが望ま しい。臨界圧を十分に超えている度合は蒸気発生器の設計によって決定される。

図面の簡単な説明 第１図は、代表的な超臨界圧蒸気力発電装置の流れ図で、その装置には本願発明 によるタービン出力変動方法の一つを応用することが出来る。

第２図は、従来の運転サイクルに比べて本願発明による運転サイクルを用いた場 合に、タービン出力として機能するタービン制御弁に於ける絞り弁圧力に於ける 変化を示したグラフの一つである。

第３ａ、３ｂ及び３ｃ図は、従来の運転サイクルに比べて本願発明による運転サ イクルを用いた第１図に示したタイプの装置に於けるタービン出力として機能す る主蒸気温度を夫々示したグラフである。

第４ａ及び４ｂ図は、従来の運転サイクルに比へて本願発明による運転サイクル を用いた第１図に示したタイプの装置に於けるタービン出力として機能する高圧 タービンの吸気及び排気口に於ける温度を夫々示したグラフであり、また 第５図は、従来の運転サイクルに比べて本願発明による運転サイクルを用いた時 の、タービン出力として機能する正味熱効率原単位を示したグラフである。

発明実施の最良形態 第１図に関して、ここには代表的な超臨界蒸気発生装置付タービン装置の流れ図 が示されている。図示されている通り、蒸気は蒸気発生器で発生し、次いで１個 若しくはそれ以上の分配弁を通過し、そのあと過熱器を経由する。蒸気はそのあ と蒸気管を通って高圧タービンの第１段階に入る蒸気を制御するタービン制御弁 に至る。制御弁は１個しか図示されていないが、亜臨界圧装置に関して第１の方 法で前述したように、複数の弁を用いても差支えない。

蒸気は次に、高圧タービンから第１再加熱器を通って第１再加熱タービンに入る 。蒸気は第１再加熱ターヒンから第２再加熱器を経て第２加熱ターヒンの入口側 に入り、そのあと低圧タービンに到達する。

高圧タービン、第１再加熱ターヒン並びに第２再加熱及び低圧タービンはすべて １基若しくは、タービンの複合度に応じて、２基の発電機に結合されるであろう 。第２再加熱器の採否は随意であり、若し望むならば、蒸気を第１再加熱ターヒ ンがら直接に低圧タービンに送ることが可能である。

蒸気は低圧タービンから蒸気凝縮器へ送られる。

凝縮器で出来る復水は復水ポンプによって低圧復水加熱器を経由して給水ポンプ の入口側に圧送される。

給水ポンプは次いで供給水を高圧給水加熱器を経由８ して蒸気発生器へと圧送する。給水ポンプは、予め決められた蒸気の臨界圧以上 の値の圧力を、ポンプと分配弁の間で保持する。分配弁が全開の場合には、予め 決められた値の圧力もまたタービン制御弁まで延長される。

第１図に示され、また本願発明の第１実施例による装置の操作方法は以下の通り である。定格出力の８５％〜１００％の範囲内での高圧タービンの出力制御は、 タービン制御弁の開度を全開の位置（定格出力の１００％）と半開の位置（定格 出力の８５％）で変動することによって達成されるのである。

タービン出力を定格出力のほぼ６５９６から８５％の範囲内で変動させるために 、タービンの制御弁を予め決められた位置まで半開にし、分配弁は全開に保持す る。次いで、蒸気発生器内及びタービン制御弁に於ける圧力は、制御弁に於ける 圧力が予め決められた臨界圧以上の値と、臨界圧よりわずかに上の点との間を変 動するように、給水ポンプの給水側の圧力を変えることによって変動する。

或いはまた、タービン制御弁を、はぼ８５９６〜１００％の範囲の出力に見合う ように、全開に保持することで、制御弁に於ける圧力は直ぐ上に述べたよう４こ 変動する。

はぼ６５９６以下のタービン出力の制御は、分配弁の″符表ＦｖＪｓａ−５ｏｏ ６７ａ（４）開度を変動することによって達成される。分配弁を半ば閉じること によって、半開のタービン制御弁へかかる圧力は亜臨界域にまで下げられ、斯く して、高圧タービンの入旧に於ける圧力が下げられる。１個若しくは２個の分配 弁を用いることは、蒸気発生器内の圧力が臨界圧以上に保たれることを確実にし 、斯くして、たとえ過熱器内及び弁の下流の蒸気管内の圧力が亜臨界圧であろう とも、熱応力のために蒸気発生器に損傷を与えることを防止して呉れる。

本願発明の第２の実施例による、第１図に示された装置の更にもう一つの操作方 法は、以下の通・りである。定格出力のほぼ６５％〜１００％の範囲内の高圧タ ービンの出力制御は、タービン制御弁を全開の位置まで開き、一方で分配弁を全 開にしたまま、予め決められた臨界圧以上の値と臨界圧をわずかに超えた点との 間で、制御弁に於ける圧力が変動するよう給水ポンプの給水圧力を変えることに よって達成されるのである。はぼ６５％〜０％の範囲内でのタービン出力の制御 は、分配弁の開度を全開の位置から全開の位置まで変動させることによって達成 される。

本願発明の第３の実施例による第１図に示された装置の更にもう一つの操作方法 は、以下の通りである。定格能力の１００％からほぼ８５％の間でタービン出力 を制御するには、制御弁を全開に保ち、分配弁０ を全開に保ち、そうして蒸気圧力が予め決められた臨界圧以上の値と臨界圧をわ ずかに超えた点との間で変動するように、給水ポンプの給水量を変えるのである 。定格出力のほぼ８５９６とゼロ％の間でタービン出力を制御するには、分配弁 の開度を、タービン出力の゛はぼ８５９６に於ける全開の位置から、出力ゼロ％ の全開の位置まで変動する。

この３つの操作方法すべての特徴は、タービン出力変動範囲の一部は、発生した 蒸気の圧力が、予め設定された臨界圧以上の値と臨界圧をわずかに超えた値との 間で変動するように、給水ポンプの給水率を変えることによって達成される所に ある。

第２図に関して、ここには便宜上トラン・サイクルとした本願発明の第１実施例 による制御サイクルと比較して、従来からの制御サイクルを用いた圧力機能とし てのタービン出力を表わしたグラフが画かれている。ここに示されている従来か らの制御サイクルは、制御弁に絶えず臨界圧以上の圧力がかかっており、出力は １個若しくはそれ以上のタービン制御弁の開度を規制しているものである。１０ ０％〜８５％の範囲内のタービン出力の制御は従来のサイクルの場合と同じで、 即ち制御弁の開度を変動させる結果、両サイクルの絞り弁の圧力は超臨界域にあ り、また蒸気発生器の圧力は両サイクルとも同じである。

トラン・サイクルに関して示されているように、タービン出力は定格能力のほぼ ８５％からほぼ能力の６５％に、絞り弁圧力を定常全負荷圧力から臨界圧をわず かに超える所まで減圧することによって、出力が減する。前に説明したように、 これは、蒸気発生器の圧力が減るように給水ポンプの給水圧力を変動することに より達成される。タービン出力は分配弁を閉じることによって６５％以下に下が るが、これは前に示したように、更に絞り弁の圧力を臨界圧以下に下げるが、蒸 気発生器の圧力は臨界圧よりわずかに上に保持されるのである。

トラン・サイクルの利点が、従来のサイクルと比較して、第３．４図に示されて いる。従来のサイクルに比較して、トラン・サイクルの温度変化は、様々なター ビン出力（第３ａ、３ｂ及び３ｃ図）の下でタービンに入る蒸気の温度に関して は取るに足らぬように見えるかも知れないが、トラン・サイクルを採用すると、 第４８及び４ｂ図に示すように従来のサイクルを採用した時よりも、高圧タービ ンに於ける温度変化は広い負荷範囲にわたって少なくなる結果となる。

このことは、タービンにかかる熱応力が減少するが故に、重要である。

負荷の大きい範囲にわたって主蒸気温度が高いことは、この装置の部分負荷熱効 率（熱効率）を向上させる。。

第５図には、従来の運転サイクルに比較して、本願発明によるＰラン・サイクル 運転を採用したときの効率向上が示されている。図示されているように、８５９ ６からほぼ２０％までの出力範囲の間では、トラン・サイクルは、その開度が変 動するタービン制御弁へと分与される定常圧力を用いて、絞り弁によって制御さ れるタービンの従来のサイクルより高い熱効率を有している。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気発生器１基、臨界圧以上に予め設定された値の蒸気圧力を当該蒸気発生 器で発生させるための給水ポンプ１基、過熱器１基、゛当該蒸気発生器から当該 過熱器に供給される蒸気の圧力を規制するために当該過熱器と当該蒸気発生器の 中間に設置された少なくとも１基の制御可能な分配弁、当該過熱器から蒸気の供 給を受けるタービン１基、及び当該タービンへの蒸気の供給を規制するための少 なくとも１個のタービン制御弁を有する装置のタービン出力を変化させる方法に おいて、タービン制御弁を予め設定された全開の位置に設定するステップ、当該 分配弁を全開の位置に保持するステップ、及び当該蒸気発生器に於ける蒸気圧力 を当該臨界圧以上の予め設定された値と当該臨界圧をわずかに超えた値の間仝変 動させ、それによって当該タービン絞り弁に於゛ける蒸気圧力を当該臨界圧をわ ずかに超えた値と当該臨界圧以上に予め設定された値の間で変動させるために当 該給水ポンプの給水率を変動させるステ、７プ、を有するタービン出力を変化さ せる方法。 ２８　定格出力のほぼ８５％で当該蒸気発生器に於、いて発生する蒸気の圧力が 当該臨界圧以上に予め゛設定された値であるように、また定格出力のほぼ６５％ で当該蒸気発生器に於いて発生する蒸気の圧力が当該臨界圧をわずかに超えた値 であるように、当該給水ポンプの給水率を変える追加ステップ、及び当該タービ ン制御弁の開度を定格出力のほぼ８５９６で予め設定された開度の位置と定格出 力１００％で全開の位置との間で変動させる追加ステップを含む請求の範囲１に よるタービン出力を定格出力のほぼ６５９６と１００％の間で変化させる方法。 ３　当該分配弁の開度を定格出力のほぼ６５％に於ける全開の位置と定格出力の ゼロ％に於ける全開の位置の間を変動させる追加ステップを含む、請求の範囲２ によるタービン出力を、定格出力のゼロ％からほぼ６５９６の間で変化させる方 法。 ４　当該タービン制御弁を全開にする追加ステップ、及び定格出力のほぼ６５％ に於いて当該蒸気発生器に於いて発生する蒸気の圧力が臨界圧のわずかに上方に あるように、また定格出力の１００％に於いて当該蒸気発生器に於いて発生する 蒸気の圧力が当該臨界圧以上に予め設定された値にあるように、当該給水ポンプ の給水率を変動させる追加ステップを含む請求の範囲１によるタービン出力を定 格出力のほぼ６５９６と１００％の間で変化させる方法。 ５、　当該分配弁の開度を、定格出力のほぼ６５％に於いて全開の位置と定格出 力のゼロ％に於いて全閉３ の位置の間で変動させる追加ステップを含む、請求の範囲４によるタービン出力 を定格出力の（千ぼゼロ％から６５９６の間で変化させる方法。 、６．当該りタビン制御弁を全開にする追加ステップ、及び定格出力のほぼ８５ ９６に於いて当該蒸気発生器に於いて角生ずる蒸気の圧力が臨界圧のわずかに上 方にあるように、また定格出力の１００％に於いて当該蒸気発生器に於いて発生 する蒸気の圧力が当該臨界圧以上に予め設定された値であるように、当該給水ポ ンプの給水率を変動する追加ステップを含む、請求の範囲１によるタービン出力 を定格出力のほぼ８５９６から１００％の間で変化させる方法。 ７、当該分配弁の開度を、定格出力のほぼ８５％に於いて全開の位置と定格出力 のゼロ％に於いて全開の位置との間で変動させる追加ステップを含む、請求の範 囲６によるタービン出力を定格出力のゼロ％とほぼ８５％の間で変化させる方法 。