(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンと、この蒸気タービンから排出される排気蒸気を排気蒸気移送管を介して導き復水を行う復水器と、この復水器からの復水を復水移送管を介して導き蓄える排気復水タンクと、復水器内の気体を取り出すエジェクタが設けられた抽気管とを具備する蒸気タービン装置において、少なくとも上記抽気管、排気蒸気移送管、排気復水タンクのいずれかに不活性ガスを供給するガス供給装置を具備させ、かつ上記排気蒸気移送管内の排気蒸気圧力を検出する圧力検出器を設けるとともに、この圧力検出器からの圧力値に基づき上記ガス供給装置を制御する圧力制御装置を具備させたことを特徴とする蒸気タービン装置。
【請求項２】
蒸気タービンと、この蒸気タービンから排出される排気蒸気を排気蒸気移送管を介して導き復水を行う復水器と、この復水器からの復水を復水移送管を介して導き蓄える排気復水タンクと、復水器内の気体を取り出すエジェクタが設けられた抽気管とを具備する蒸気タービン装置において、少なくとも上記排気蒸気移送管、排気復水タンクのいずれかに不活性ガスを供給するガス供給装置を設け、途中に開閉弁が設けられるとともに上記抽気管に空気を供給する空気供給管を設け、かつ上記排気蒸気移送管内の排気蒸気圧力を検出する圧力検出器を設けるとともに、この圧力検出器からの圧力値に基づき上記ガス供給装置および上記開閉弁を制御する圧力制御装置を具備させたことを特徴とする蒸気タービン装置。
【請求項３】
蒸気タービンと、この蒸気タービンから排出される排気蒸気を排気蒸気移送管を介して導き復水を行う復水器と、この復水器からの復水を復水移送管を介して導き蓄える排気復水タンクと、復水器内の気体を取り出すエジェクタおよび開閉弁が設けられた抽気管とを具備する蒸気タービン装置において、少なくとも上記排気蒸気移送管、排気復水タンクのいずれかに不活性ガスを供給するガス供給装置を設け、かつ上記排気蒸気移送管内の排気蒸気圧力を検出する圧力検出器を設けるとともに、この圧力検出器からの圧力値に基づき上記ガス供給装置および上記開閉弁を制御する圧力制御装置を具備させたことを特徴とする蒸気タービン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービン装置に関するものであり、特にその復水器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却施設で得られた蒸気を利用して発電を行う蒸気タービン発電設備がある。
【０００３】
なお、ごみ焼却設備では、ごみ焼却量とごみ発熱量が施設の運転開始後の年数、季節、天候などで大きく変化し、復水器の特性は、これらの要因の他に、外気温度で大きく影響されるため、特に、復水器の過冷却（器内圧力が過度に下がる場合）に対して、対策が必要となる。
【０００４】
この蒸気タービン発電設備は、図４に示すように、ごみ焼却ボイラ１０１に設けられた過熱器１０２から供給される蒸気により駆動される蒸気タービン装置１０３と、この蒸気タービン装置１０３により回転されて発電を行う発電機１０４とが具備されている。
【０００５】
また、この蒸気タービン装置１０３は、発電機１０４に連結された蒸気タービン１１１と、蒸気タービン１１１から排出される排気蒸気の復水を行う復水器１１２と、復水器１１２で復水された水を蓄える排気復水タンク１１３および復水タンク１１４と、この復水タンク１１４内の水を導入して混入酸素を抜き出す不凝縮性ガスを排気するための脱気器１１５と、上記蒸気タービン１１１からの抽気蒸気の一部から廃熱を回収して他の施設に供給するための低圧蒸気溜め１１６と、上記蒸気タービン１１１からの排気蒸気を導き他の施設に熱を供給するための吸収式ヒートポンプ１１７とが具備されている。上記低圧蒸気溜め１１６からの蒸気の一部は、加熱用として脱気器１１５に供給されている。なお、排気復水タンクを復水タンクに兼用する場合もある。
【０００６】
ところで、上記復水器１１２は、図５に示すように、建屋１２１の側壁１２１ａに沿って配置されており、またこの復水器１１２は、ヘッダー部１２２およびこのヘッダー部１２２に接続された複数本の伝熱管１２３からなる復水器本体１２４と、この復水器本体１２４の外周面を覆う壁体部（熱風の廻り込み防止壁）１２５とから構成されるとともに、この壁体部１２５とその外方に配置された外壁部（防音壁）１２６とにより形成された外気取入通路１２７からの空気を復水器本体１２４に供給するためのファン装置１２８とから構成されている。
【０００７】
そして、さらに復水器１１２での過冷却を防止するために、壁体部１２５内の復水器本体１２４上方の開口部１２９を開閉可能な開閉扉装置（開閉天井装置ともいう）１３０が設けられるとともに、壁体部１２５には、壁体部１２５内の空気を外気取入通路１２７側に導き得るシャッター付きの開口部１３１が設けられている。
【０００８】
上記構成において、外気温度がそれ程低くない場合には、開閉扉装置１３０が開かれるとともに、開口部１３１がシャッターにより閉鎖された状態で、ファン装置１２８の駆動により、復水器本体１２４の伝熱管１２３内を流れる蒸気の冷却度合いを調節し、タービン排気圧力が所定の値に保たれる。
【０００９】
ところで、外気温度が低い場合、または復水器での処理蒸気量が少ない場合等で、タービン排気圧力が下がり過ぎる時は、冷却用のファン装置１２８の送風量が低減され、条件が激しい時は、ファン装置１２８が停止されて、復水器１１２での冷却機能が軽減されるが、それでも自然対流により、復水器１１２が過冷却される場合がある。
【００１０】
このような場合に対処するために、すなわち自然対流による空気の流れを阻止するために、開閉扉装置１３０を閉じるとともに、開口部１３１のシャッターを開き、温かい空気が復水器本体１２４に循環して流れるように制御される。
【００１１】
また、図５の仮想線にて示すように、外気取入通路１２７の下部全体を閉鎖可能な大型のシャッター装置１３２を設けて適度に閉鎖し、復水器１１２での過冷却を防止する場合もある。
【００１２】
なお、復水器１１２での過冷却を防止するのは、蒸気タービン１１１の出口での排気蒸気の圧力低下が所定値（例えば、排気乾き度で８８％相当）以下になると、ドレンアタックが発生して、蒸気タービン１１１が損傷する虞れがあるからである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成によると、復水器１１２での過冷却を防止するために、開閉扉装置１３０、シャッター付き開口部１３１およびシャッター装置１３２、これらの機器を操作するための駆動装置などを必要とし、設備コストの増大につながるとともに、操作も複雑になるという問題がある。
【００１４】
そこで、本発明は、復水器の過冷却（器内圧力が過度に下がる場合）の対策に対して、設備コストの低減化および操作の簡易化を図り得る蒸気タービン装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の手段は、蒸気タービンと、この蒸気タービンから排出される排気蒸気を排気蒸気移送管を介して導き復水を行う復水器と、この復水器からの復水を復水移送管を介して導き蓄える排気復水タンクと、復水器内の気体を取り出すエジェクタが設けられた抽気管とを具備する蒸気タービン装置において、少なくとも上記抽気管、排気蒸気移送管、排気復水タンクのいずれかに不活性ガスを供給するガス供給装置を具備させ、かつ上記排気蒸気移送管内の排気蒸気圧力を検出する圧力検出器を設けるとともに、この圧力検出器からの圧力値に基づき上記ガス供給装置を制御する圧力制御装置を具備させた蒸気タービン装置である。
【００１６】
また、本発明の第２の手段は、蒸気タービンと、この蒸気タービンから排出される排気蒸気を排気蒸気移送管を介して導き復水を行う復水器と、この復水器からの復水を復水移送管を介して導き蓄える排気復水タンクと、復水器内の気体を取り出すエジェクタが設けられた抽気管とを具備する蒸気タービン装置において、少なくとも上記排気蒸気移送管、排気復水タンクのいずれかに不活性ガスを供給するガス供給装置を設け、途中に開閉弁が設けられるとともに上記抽気管に空気を供給する空気供給管を設け、かつ上記排気蒸気移送管内の排気蒸気圧力を検出する圧力検出器を設けるとともに、この圧力検出器からの圧力値に基づき上記ガス供給装置および上記開閉弁を制御する圧力制御装置を具備させた蒸気タービン装置である。
【００１７】
さらに、本発明の第３の手段は、蒸気タービンと、この蒸気タービンから排出される排気蒸気を排気蒸気移送管を介して導き復水を行う復水器と、この復水器からの復水を復水移送管を介して導き蓄える排気復水タンクと、復水器内の気体を取り出すエジェクタおよび開閉弁が設けられた抽気管とを具備する蒸気タービン装置において、少なくとも上記排気蒸気移送管、排気復水タンクのいずれかに不活性ガスを供給するガス供給装置を設け、かつ上記排気蒸気移送管内の排気蒸気圧力を検出する圧力検出器を設けるとともに、この圧力検出器からの圧力値に基づき上記ガス供給装置および上記開閉弁を制御する圧力制御装置を具備させた蒸気タービン装置である。
【００１８】
上記各蒸気タービン装置の構成によると、排気蒸気移送管内の排気蒸気圧力が許容値より低くなると、少なくとも排気蒸気移送管、抽気管、排気復水タンクのいずれかに、不活性ガスが供給されるため、復水器における伝熱効率が低下して冷却効率が落ちるので、復水器での過冷却が防止される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービン装置を、図１に基づき説明する。
【００２０】
図１において、１は従来例の箇所で説明したボイラ・蒸気タービン発電設備に設けられる蒸気タービン装置で、発電機２に連結された蒸気タービン３と、蒸気タービン３から排出される排気蒸気を排気蒸気移送管４を介して導き復水を行う復水器５と、復水器５で復水された水を復水移送管６を介して導き蓄える排気復水タンク（復水タンクを兼ねる場合もある）７と、この排気復水タンク７内の水を導き混入酸素などの気体を排出するための脱気器（図示せず）と、上記蒸気タービン３からの抽気蒸気を他の施設に供給するための低圧蒸気溜め（図示せず）とが具備されている。なお、上記低圧蒸気溜めからの蒸気の一部は、加熱用として脱気器に供給されている。
【００２１】
また、上記復水器５は、排気蒸気移送管４に接続されたヘッダー部１１と、このヘッダー部１１の下部にかつ斜めに接続された多数のフィン付き伝熱管１２と、これら各伝熱管１２に冷却用の空気を供給するファン装置１３とから構成されている。上記各伝熱管１２の底部に、上記復水移送管６が接続されている。
【００２２】
なお、上記各伝熱管１２は、より具体的に説明すると、蒸気復水伝熱管１２ａと、抽気復水伝熱管１２ｂと、抽気出口ボックス１２ｃとから構成されている。
【００２３】
また、この復水器５内における非凝縮ガス（漏込空気を含む）などの気体を排出するための抽気装置８が具備されている。
この抽気装置８は、抽気出口ボックス１２ｃに一端部が接続された抽気管２１と、この抽気管２１の途中に設けられた蒸気駆動のエジェクタ２２と、この抽気管２１の他端部に設けられるとともに排気復水タンク７内の水により冷却されるエジェクタコンデンサ２３とから構成されている。なお、このエジェクタコンデンサ２３には、非凝縮ガス放出管２４が接続されている。
【００２４】
さらに、この蒸気タービン装置１には、復水器５での過冷却を防止して排気蒸気圧力を制御するために、不活性ガスを復水器５における伝熱管（蒸気移動経路）内に供給（注入）するための排気蒸気圧制御装置９が具備されている。
【００２５】
この排気蒸気圧制御装置９は、不活性ガス、例えば窒素ガスを蓄えたボンベ３１と、このボンベ３１と上記排気蒸気移送管４とを接続するとともに途中にモータ駆動式制御弁３２が介装された第１不活性ガス供給管３３と、この第１不活性ガス供給管３３の制御弁３２より下流側部分と抽気管２１とを接続する第２不活性ガス供給管３４と、同じく第１不活性ガス供給管３３の制御弁３２より下流側部分と排気復水タンク７とを接続する第３不活性ガス供給管３５と、排気蒸気移送管４内の排気蒸気の圧力を検出する圧力検出器３６と、この圧力検出器３６からの圧力値を入力するとともにこの圧力値に応じて上記制御弁３２を制御する圧力制御装置３７とから構成されている。
【００２６】
なお、上記ボンベ３１、上記制御弁３２、各不活性ガス供給管３３〜３５などにより、ガス供給装置が構成され、また４１は排気復水タンク７内と排気蒸気移送管４内とを連通する均圧管であり、さらに上記各配管途中には、各種の弁が必要に応じて設置されている。
【００２７】
上記構成において、外気温度が、それ程低くない場合には、窒素ガスは排気蒸気移送管４、抽気管２１および排気復水タンク７に供給されずに、通常のファン装置１３による冷却空気量の増減で調節される。
【００２８】
そして、例えば冬期で外気温度が非常に低くかつファン装置１３を停止させても、過冷却の状態となって排気蒸気圧力が許容値（例えば、排気蒸気の乾き度が８８％に相当する値）より低くなる場合には、上述したガス供給装置９が作動する。
【００２９】
すなわち、排気蒸気移送管４内の排気蒸気圧力の低下が圧力検出器３６を介して圧力制御装置３７により検出されると、制御弁３２が開かれて、ボンベ３１から窒素ガスが、抽気管２１、排気蒸気移送管４および排気復水タンク７内に供給される。
【００３０】
これにより、復水器５内の伝熱管１２ａ，１２ｂおよび抽気出口ボックス１２ｃ（蒸気移動経路）に窒素ガスが混入されるため、その伝熱効率が低下し、復水器５における冷却効率が落ちるので、復水器５での過冷却が防止される。したがって、過冷却による弊害、例えば蒸気タービン出口部でのドレンアタックの発生を防止することができる。
【００３１】
勿論、排気蒸気移送管４内の排気蒸気圧力が許容値以上に回復した場合には、窒素ガスの供給が停止されて、通常の復水器の運転に戻される。
また、過冷却を防止する際に、従来のように、開閉扉装置を設けたり、大型の外気取込通路を閉鎖するためのシャッター装置を設けたりする必要がないため、設備コストの低減化を図ることができ、またその制御についても、従来のものに比べて容易となる。
【００３２】
上記第１の実施の形態において、第１不活性ガス供給管３３途中に設けられる制御弁３２をモータ駆動式として説明したが、例えば空圧式の制御弁を使用してもよい。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施の形態における蒸気タービン装置を、図２に基づき説明する。
なお、第１の実施の形態と異なるところは、排気蒸気圧制御装置９の一部分にあるため、第１の実施の形態と同一の部品には、同一の番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
すなわち、図２に示すように、第１の実施の形態で設けられた第２不活性ガス供給管３４を廃止して、第１不活性ガス供給管３３および第３不活性ガス供給管３５を使用して、ボンベ３１から、窒素ガスを排気蒸気移送管４および排気復水タンク７に供給するようになし、さらに抽気管２１の途中に、空気を供給（注入）するための空気供給管５１を接続するとともに、この空気供給管５１の途中に、圧力制御装置３７により制御される電磁開閉弁５２を設けたものである。なお、空気供給管５１の端部には、フィルター５３が取り付けられている。
【００３５】
この構成において、排気蒸気移送管４内の圧力が許容値より低くなると、圧力制御装置３７により制御弁３２が開かれて、ボンベ３１から、窒素ガスが排気蒸気移送管４および排気復水タンク７内に供給されるとともに、電磁開閉弁５２が開かれて、空気が抽気管２１内に供給される。
【００３６】
すなわち、本第２の実施の形態においても、窒素ガスが復水器５の伝熱管（蒸気移動経路）内に供給されて、伝熱効率が低下するため、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３７】
そして、さらに本第２の実施の形態においては、空気が抽気管２１内に供給されて、エジェクタ２２により外部に排出される抽気ガス内に空気が混入するため、外部に排出される復水器５の内部に供給された窒素ガス等の不活性ガスの量を減らすことができる。
【００３８】
なお、復水器５での伝熱管（蒸気移動経路）内に空気が多量に混入すると、酸化腐食が発生する可能性があるが、エジェクタ２２により、殆どの空気が排出されるため、実用上、問題になることはない。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施の形態における蒸気タービン装置を、図３に基づき説明する。
なお、第１の実施の形態と異なるところは、排気蒸気圧制御装置９の一部分にあるため、第１の実施の形態と同一の部品には、同一の番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４０】
すなわち、図３に示すように、第１の実施の形態で設けられた第２不活性ガス供給管３４を廃止して、第１不活性ガス供給管３３および第３不活性ガス供給管３５を使用して、ボンベ３１から、窒素ガスを排気蒸気移送管４および排気復水タンク７に供給するようになし、さらにエジェクタ２２への駆動用蒸気供給管６１途中、抽気管２１からエジェクタ２２への抽気ガスの導出管６２途中、およびエジェクタコンデンサ２３内のガスを大気に放出するためのガス放出管２４途中に、電磁開閉弁７１，７２，７３を設け、これら各電磁開閉弁７１，７２，７３を、圧力制御装置３７により制御するように構成されている。
【００４１】
この構成において、排気蒸気移送管４内の圧力が許容値より低くなると、圧力制御装置３７により、制御弁３２が開かれて、ボンベ３１から窒素ガスが、排気蒸気移送管４および排気復水タンク７内に供給されるとともに、電磁開閉弁７１，７２，７３が閉じられて、抽気が停止される。
【００４２】
本第３の実施の形態においても、窒素ガスが復水器５の伝熱管（蒸気移動経路）内の蒸気中に不活性ガスが混入されて、伝熱効率が低下するため、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００４３】
そして、さらに本第３の実施の形態においては、抽気管２１よりの抽気が停止されるため、エジェクタ２２から抽気ガスが排出されないため、窒素ガスの無駄な消費を防止することができる。
【００４４】
ところで、上記各実施の形態においては、窒素ガスを、少なくとも、排気蒸気移送管および排気復水タンクに供給するように説明したが、勿論、その内の任意の一箇所に供給するようにしてもよく、要するに、復水器の伝熱管（蒸気移動経路）内の蒸気中に不活性ガスが必要な時期に適当量供給（注入）されればよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明の各蒸気タービン装置の構成によると、排気蒸気移送管内の排気蒸気圧力が許容値より低くなると、少なくとも排気蒸気移送管、抽気管、排気復水タンクのいずれかに、不活性ガスが供給されるため、伝熱管内の蒸気中に不活性ガスが混入されるため、復水器における伝熱効率が低下して冷却効率が落ちるので、復水器での過冷却が防止される。
【００４６】
すなわち、復水器での過冷却を防止する際に、従来のように、開閉扉装置を設けたり、大型の外気取込通路を閉鎖するシャッター装置を設けたりする必要がないため、設備コストの低減化を図ることができ、またその制御についても、従来のものに比べて容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における蒸気タービン装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態における蒸気タービン装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態における蒸気タービン装置の概略構成を示す図である。
【図４】従来例におけるボイラ・蒸気タービン発電設備の概略構成を示す図である。
【図５】従来例の蒸気タービン装置における復水器の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１      蒸気タービン装置
２      発電機
３      蒸気タービン
４      排気蒸気移送管
５      復水器
６      復水移送管
７      排気復水タンク
８      抽気装置
９      排気蒸気圧制御装置
１１      ヘッダー部
１２      伝熱管
１３      ファン装置
２１      抽気管
２２      エジェクタ
２４      非凝縮ガス放出管
３１      ボンベ
３２      制御弁
３３      第１不活性ガス供給管
３４      第２不活性ガス供給管
３５      第３不活性ガス供給管
３６      圧力検出器
３７      圧力制御装置
５１      空気供給管
５２      電磁開閉弁
６１      駆動用蒸気供給管
６２      導出管
７１      電磁開閉弁
７２      電磁開閉弁
７３      電磁開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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