(57)【要約】      （修正有）【課題】静翼に付着したダストをコスト高等を招くことなく、少ない水量で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ようにする。【解決手段】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１０と、タービンの静翼１１の角度を変化させる角度可変機構と、タービンの静翼に対して水洗浄を行なうための水を供給する水供給装置とを備え、静翼のザブトン部は水流出路４３とザブトン部上に開口する水流出口４４とからなる水流出ノズル４２を有し、水流出ノズルは水供給装置から供給された水をザブトン部から静翼へ流出させる。水流出ノズルは水流出口が静翼の凸面２２側のザブトン部上に形成されて上記水を凸面側の下流側へザブトン部に沿って層状に流出させることが望ましい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉頂圧回収タービン発電設備に使用されて高炉（１）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（７）により発電を行なう炉頂圧回収タービン（１０）と、前記タービンの静翼（１１）の角度を変化させる角度可変機構（１５）と、前記タービンの前記静翼に対して水洗浄を行なうための水を供給する水供給装置（３０）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、前記静翼は、半径方向外側に翼根元部（２８）から前記タービン（１０）の周方向に延びるザブトン部（２７）を有し、前記ザブトン部は、水流出路（４３）と前記ザブトン部上に開口する水流出口（４４）とからなる水流出ノズル（４２）を有し、前記水流出ノズルは、前記水供給装置から供給された水を前記ザブトン部から前記静翼へ流出させることを特徴とする炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項２】
前記水流出ノズル（４２）は、前記水流出口（４４）が前記静翼（１１）の凸面（２２）側の前記ザブトン部上（２７）に形成されて前記水供給装置（３０）から供給された水を前記静翼の前記凸面側へ流出させることを特徴とする請求項１に記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項３】
前記水流出ノズル（４２）は、前記水供給装置（３０）から供給された水が前記水流出口（４４）から前記静翼（１１）の前記凸面側の下流側へ、かつ、前記ザブトン部（２７）に沿って層状に流れるように流出させることを特徴とする請求項２に記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項４】
前記水流出ノズル（４２）は、前記水流出路（４３）が前記ザブトン部（２７）の内部に前記静翼（１１）の下流側へ傾斜するように形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項５】
前記水流出口ノズル（４２）は、前記水流出路（４３）が前記水流出口（４４）側へ向かって末広状に拡がるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項６】
前記静翼（１１）の前記ザブトン部（２７）は、略円柱状に形成されると共に外周部（２７ａ）に周方向に延びる凹部（４１）を有し、前記凹部は、前記水流出ノズル（４２）の前記水流出路（４３）に連通する一方、前記タービン（１０）のタービンケース（５０）は、前記静翼の前記ザブトン部を内部に回動可能に収容するための略内円柱状に形成された静翼取付部（５１）を有し、前記静翼取付部は、前記静翼の前記ザブトン部が内部に収容されたときに前記ザブトン部の前記凹部に開口して前記水供給装置（３０）から供給された水を前記凹部へ供給するための水供給口（５３）を備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。    
【請求項７】
前記タービンケース（５０）の前記静翼取付部（５１）の前記水供給口（５３）は、前記角度可変機構（１５）が前記静翼（１１）の角度を変化させたときにも常に前記静翼の前記ザブトン部（２７）の前記凹部（４１）に開口するように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項８】
前記水流出ノズル（４２）の前記水供給口（４４）は、前記タービン（１０）の周方向に横長に形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項９】
前記静翼（１１）の前記ザブトン部（２７）の径は、（翼弦長×０．６〜０．８）に形成されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。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。
【０００４】
いずれも発電用タービンを回転駆動させるための燃料が不要であるため、ＣＯ2 削減と省エネルギ効果が極めて高く、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。
【０００５】
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上の主に後縁部に多量に付着するという問題を発生させる。
【０００６】
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、タービン効率を著しく低下させるという問題もある。
【０００７】
また、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。
【０００８】
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噴射を定期的に行って、付着しているダストを剥離させて、その除去を行なっている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。例えば、従来の水噴射は、第１段静翼の上流側のタービンケースの外周壁に配設された複数個（例えば２０個）の水噴射ノズルから、タービンのガス流路内へ直接水を噴射することにより行われている。
【０００９】
これと共に、本願出願人らは、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）。
【００１０】
さらに、第１段静翼の内部に複雑に設けた水供給路を通して翼表面上に直接冷却水を供給し、第１段静翼の角度にも拘わらず有効な洗浄水供給ができるようにして、第１段静翼へのダスト付着を防止する装置も開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１１】
また、本願出願人らは、第１段静翼の表面上に親水性皮膜を形成し、翼面上にダストが付着しても、静翼表面に付着した通常運転時の凝縮水や水噴射時の水滴により、親水性皮膜の働きでダストと翼表面との間に水の液膜が形成され、ダストを容易に剥離させることができる、つまり、静翼自体が自己洗浄機能を備える炉頂圧回収タービンの発明を提案した（特願２０１１−０６２０５３）。
【００１２】
さらに、本願出願人らは、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い、これにより、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炉頂圧回収タービンの発明も提案している（特願２０１１−０７６８２５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−２１４０３３号公報
【特許文献２】特開２００７−３１５３６４号公報
【特許文献３】特開昭５８−７７１０３号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】「炉頂圧タービン発電設備」、中村敏明ほか５名、川崎重工技報第１５５号Ｐ２０〜Ｐ２３、川崎重工業株式会社、２００４年５月発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
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噴射を行なって、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。そして、従来の水噴射は、第１段静翼の上流側のタービンケースの外周壁に配設された複数個（例えば２０個）の水噴射ノズルから、タービンのガス流路内へ直接水を噴射することにより行われている。
【００１６】
しかしながら、前者のタービンの入口部等に複数個の水噴射ノズルから定期的に水噴射を行なって、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（負圧面）については上流側で直接ガス中に噴射された水滴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、定期的な水噴射だけでは除去しきれなくなるという問題がある。
【００１７】
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。これらと共に、水洗浄のための水量を極力少なくする必要もある。
【００１８】
また、上述の、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の静翼へのダスト付着を防止する装置（例えば、特許文献２参照）や、第１段静翼の内部に複雑に設けた水供給路を通して翼表面上に直接冷却水を供給する炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト装置（例えば、特許文献３参照）は、いずれも第１段静翼の翼面内部に複雑な冷却水路を設けなければならず、加工が難しく、極めてコスト高になるという問題がある。
【００１９】
これに加えて、後者の翼表面上に直接冷却水を供給する炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト装置（例えば、特許文献３参照）は、小径の冷却水供給口を翼表面上に多数形成しなければならず、また、水洗浄を効果的に行うために水の噴出速度を低くする必要がある。しかしながら、上述のように翼表面上はもともとダストが付着しやすいため、却ってこの冷却水供給口やその周辺にダストが付着しやすくなり、冷却水供給口がダストにより閉塞されるという問題を発生させる。
【００２０】
また、このダストによる冷却水供給口の閉塞は翼の特にダストが付着しやすい後縁部等で偏って発生し、この結果、閉塞されていない冷却水供給口からの水の流速が増加して、翼全体のダストの除去効率を著しく低下させるという問題、そして、この冷却水供給口の偏った閉塞により翼面近くを流れるガス流が乱れて、ガスの流れ損失を増大させるという問題などを発生させる。
【００２１】
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、加工が容易でコスト高を招くことなく、冷却水供給口のダストによる閉塞が発生しにくく、翼面近くを流れるガス流に乱れを発生させることがないと共に、静翼に付着したダストを少ない水量で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。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
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、このタービンの静翼の角度を変化させる角度可変機構と、タービンの静翼に対して水洗浄を行なうための水を供給する水供給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、静翼は、半径方向外側に翼根元部からタービンの周方向に延びるザブトン部を有し、ザブトン部は、水流出路とザブトン部上に開口する水流出口とからなる水流出ノズルを有し、水流出ノズルは、水供給装置から供給された水をザブトン部から静翼へ流出させることにある。
【００２３】
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おいて、静翼のザブトン部は、水流出路とザブトン部上に開口する水流出口とからなる水流出ノズルを有し、この水流出ノズルは、水供給装置から供給された水を静翼へ流出させるから、静翼へ直接洗浄水を供給することができる。したがって、静翼が角度可変機構によっていかなる角度に変化しても、静翼への洗浄水の供給は同様に行われるから、静翼の翼面へのダスト付着を極めて効果的に防止すると共に、すでに付着しているダストを効率よく除去することができる。したがって、少ない水量でダスト付着を防止することができる。
【００２４】
特に、上記水流出ノズルは、静翼のザブトン部に配設されているから、上述のように、従来の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置が、翼面内部に複雑な水供給路を設けなければならず、極めてコスト高になるのに対し、本発明によれば、静翼のザブトン部に対する水流出ノズルの水流出路や水流出口の加工は容易であり、これにより大幅なコスト削減を図ることができる。
【００２５】
また、水流出ノズルを従来のようにダストが付着しやすい翼面上ではなく、ダスト付着の可能性が低いザブトン部に配設したことにより、水流出ノズルのダストによる閉塞が極めて発生しにくく、また、翼面近くを流れるガス流に乱れを発生させることもない。さらに、翼面上ではないから水流出ノズルの口径を大きくすることができ、これにより水流出ノズルのダストによる閉塞が一段と防止されると共に、水の流出速度を低くすることができ、静翼の水洗浄を効率的に行なうことができる。なお、静翼のザブトン部は、その他、例えばプラットフォームなどと称されることもある。
【００２６】
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、水流出ノズルは、水流出口が静翼の凸面側のザブトン部上に形成されて、水供給装置から供給された水を静翼の凸面側へ流出させることが望ましい。
【００２７】
このように、水流出ノズルの水流出口を静翼の凸面側のザブトン部上に形成し、水供給装置から供給された水を静翼の凸面側へ流出させることにより、静翼が角度可変機構によっていかなる角度に変化しても、特にダストが付着しやすい静翼の凸面上へ直接洗浄水を供給することができる。したがって、静翼の凸面側の翼面へのダスト付着をさらに効果的に防止すると共に、すでに付着しているダストを一段と効率よく除去することができる。したがって、より少ない水量でダスト付着を防止することができる。
【００２８】
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、上記水流出ノズルは、水供給装置から供給された水が水流出口から静翼の凸面側の下流側へ、かつ、静翼のザブトン部に沿って層状に流れるように流出させることが望ましい。
【００２９】
タービンの静翼の凸面側には、外側の翼根元部から半径方向内側へ、すなわちタービンの中心方向へ流れるガスの２次流れが発生することが知られている。したがって、水流出ノズルが、水供給装置から供給された水を水流出口から静翼の凸面側の下流側へ、かつ、ザブトン部に沿って層状に流れるように流出させることにより、この水は、まず静翼の凸面側の翼根元部までそのまま層状に流れる。
【００３０】
次に、この翼根元部まで層状に流れてきた水は、上述した静翼の凸面側の翼根元部側からタービンの中心方向へ流れるガスの２次流れに乗って、凸面側の翼面上を翼根元部側からタービンの中心方向へ層状に流れ、その後静翼の中心側からタービンの下流側へ放出されて、ガス流中に拡散する。
【００３１】
特に、静翼のザブトン部に沿って凸面側の翼根元部まで層状に流れてきた洗浄水は、ガス流によってダストが付着しやすい静翼の凸面側の後縁部に、より集中して流れる。このため、静翼の凸面側の後縁部に発生しやすいダスト付着を少ない水量で一段と効果的に防止すると共に、すでに付着しているダストをさらに効率よく除去することができる。
【００３２】
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、水流出ノズルは、水流出路が静翼のザブトン部の内部に下流側へ傾斜するように形成されていることが望ましい。このように、水流出ノズルの水流出路を静翼のザブトン部の内部に下流側へ傾斜するように形成することにより、水供給装置から供給された洗浄水を、ザブトン部上に開口する水流出口から静翼の凸面側のザブトン部の下流側に、より確実に層状に流出させることができる。
【００３３】
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、水流出口ノズルは、水流出路が水流出口側へ向かって末広状に拡がるように形成されていることが望ましい。このように、水流出口ノズルの水流出路を水流出口側へ向かって末広状に拡がるように形成することにより、洗浄水の圧力を弱めた状態で水流出口からタービン内へ供給することができる。したがって、洗浄水を、さらに確実に静翼のザブトン部に沿って層状に流出させることができる。
【００３４】
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、静翼のザブトン部は、略円柱状に形成されると共に外周部に周方向に延びる凹部を有し、この凹部は、水流出ノズルの水流出路に連通する一方、タービンのタービンケースは、静翼のザブトン部を内部に回動可能に収容するために略内円柱状に形成された静翼取付部を有し、この静翼取付部は、静翼のザブトン部が内部に収容されたときに、このザブトン部の凹部に開口して水供給装置から供給された水を凹部へ供給するための水供給口を備えていることが望ましい。
【００３５】
このように、静翼のザブトン部は、略円柱状に形成されると共に外周部に周方向に延びる凹部を有し、この凹部は、水流出ノズルの水流出路に連通する一方、静翼のザブトン部が回動可能に収容されるタービンケースの静翼取付部は、このザブトン部が内部に収容されたときに、ザブトン部の凹部に開口して水供給装置から供給された水を凹部へ供給するための水供給口を備えているから、角度可変機構によって静翼がいかなる角度に変化しても、水供給装置から供給された水を、タービンケースの静翼取付部の水供給口から静翼のザブトン部の水流出ノズルへ供給することができる。
【００３６】
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、タービンケースの静翼取付部の水供給口は、角度可変機構が静翼の角度を変化させたときにも常に静翼のザブトン部の凹部に開口するように形成されていることが望ましい。このように、タービンケースの静翼取付部の水供給口を、角度可変機構が静翼の角度を変化させたときにも常に第１段静翼のザブトン部の凹部に開口するように形成することにより、角度可変機構によって静翼がいかなる角度に変化しても、すなわちすべてのタービンの運転状態において、水供給装置から供給された水を、タービンケースの静翼取付部の水供給口から静翼のザブトン部の水流出ノズルへ供給することができる。
【００３７】
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、水流出ノズルの水供給口は、タービンの周方向に横長に形成されていることが望ましい。このように、水流出ノズルの水供給口をタービンの周方向に横長に形成することにより、洗浄水を静翼のザブトン部上に、より幅の広い層状をなして流すことができる。
【００３８】
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、上記静翼のザブトン部の径は、（翼弦長×０．６〜０．８）に形成することが望ましい。上述のように、水流出ノズルから流出された洗浄水は、静翼のザブトン部上を層状に流れるから、静翼のザブトン部の径を（翼弦長×０．６〜０．８）と大きく形成することにより、ザブトン部上を層状に流れる洗浄水によって静翼の冷却量が増加し、静翼の凸面へのダスト付着が一段と防止される。
【００３９】
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、上記静翼は、第１段静翼であることが望ましい。上述のとおり、ダストは第１段静翼の凸面側の後縁部に特に付着しやすい。したがって、本炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、第１段静翼に対して実施されて最適である。
【発明の効果】
【００４０】
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、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、タービンの静翼に対して水洗浄を行なうための水を供給する水供給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、静翼は、半径方向外側に翼根元部からタービンの周方向に延びるザブトン部を有し、静翼の凸面側のザブトン部は、水流出路とザブトン部上に開口する水流出口とからなる水流出ノズルを有し、水流出ノズルは、水供給装置から供給された水を静翼の凸面側の下流側へ流出させる。
【００４１】
したがって、加工が容易でコスト高を招くことなく、冷却水供給口のダストによる閉塞が発生しにくく、翼面近くを流れるガス流に乱れを発生させることがないと共に、静翼に付着したダストを少ない水量で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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】湿式の炉頂圧回収タービン発電設備を示す模試図である。
【図２】図１の炉頂圧回収タービンを示す側面図である。
【図３】図２の炉頂圧回収タービンの第１段静翼の断面図である。
【図４】本発明の頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置を示す縦断面図である。
【図５】図４の水流出ノズルを示す拡大断面図である。
【図６】図４のタービンケースの水供給路を示す断面図である。
【図７】図２の炉頂圧回収タービンの水の流れを示す図である。
【図８】図２の炉頂圧回収タービンの第１段静翼上の水の流れを示す図である。
【図９】従来の湿式炉頂圧回収タービンのダスト付着状態を示す模試図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
図３に示すように、第１段静翼１１には、母材２１の凸面（負圧面）２２及び凹面（正圧面）２３の全面について、耐腐食性の高い耐腐食性皮膜２５が形成されている。ここで、耐腐食性皮膜とは、シリコーン樹脂を特殊変性し、樹脂本来が有する耐熱性に加えて酸やアルカリに対する耐食性、耐海水性、耐スチーム性に優れた皮膜で、例えば分子骨格はジメチルポリシロキサンに反応性の強い官能基を有するもの等をいう。
【００５３】
このため、上述の湿式の炉頂圧回収タービン発電設備において、高炉１から排出される高炉ガスが湿式除塵装置３で水洗浄された結果、高炉ガスは蒸気を飽和状態まで含んでいる。湿式除塵装置３で回収しきれなかったダストを随伴する飽和状態の蒸気により、第１段静翼１１上にダストが付着しても、母材２１に腐食が発生しないようにしている。また、第２段静翼１２及び第３段静翼１３についても、その表面上に上述の耐腐食性皮膜を形成する。
【００５４】
また、第１段静翼１１の凸面２２には、この耐腐食性皮膜２５の上に、さらに親水性皮膜２６が形成される。この親水性皮膜２６には、特に耐摩耗性に優れたものを使用し、例えば、塗装法によるコーティング又は焼結法によるコーティングにより形成される。このように、親水性皮膜を塗装法によるコーティング又は焼結法によるコーティングにより形成することにより、静翼１１の凸面２２上に、極めて均質かつ安定的な耐摩耗性に優れた親水性皮膜２６を形成することができる。
【００５５】
このように、第１段静翼１１の凸面２２の表面には親水性皮膜２６が形成されているから、仮に第１段静翼１１の凸面２２の表面にダストが付着しても、後述する水洗浄等により付着した水滴により、親水性皮膜２５とダストとの間に水膜が形成され、堅固に付着しているダストが剥離しやすくなる。
【００５６】
図４に示すように、第１段静翼１１の半径方向外側には、翼根元部２８からタービン１０の周方向両側に延びる鍔状のザブトン部２７が配設されている。このザブトン部２７は、全体が略円柱状に形成されると共に、その外周部２７ａに周方向に延びる所定長の凹部４１が形成される。
【００５７】
凸面２２側のザブトン部２７の内部には、この凹部４１に連通する水流出路４３とザブトン部２７上に開口する水流出口４４とからなる水流出ノズル４２が形成される。すなわち、上記凹部４１は水流出ノズル４２の水流出路４３に連通している。なお、水流出ノズル４２は、ザブトン部２７上に複数個を設けてもよい。また、凹面２３側のザブトン部２７上に設けてもよい。
【００５８】
図５に示すように、水流出ノズル４２の水流出路４３は、第１段静翼１１のザブトン部２７の下流側に傾斜するように形成されると共に、水流出口４４側へ向かって２段階にわたって順次末広状に拡がるように形成されている。水流出ノズル４２の水流出口４４は、図７に示すように、タービン１０の周方向に横長の略楕円形状に形成されている。
【００５９】
図４に示すように、タービン１０のタービンケース５０は、第１段静翼１１のザブトン部２７をその内部に回動可能に収容するための、略内円柱状に形成された静翼取付部５１を有する。また、タービンケース５０は、第１段静翼１１のザブトン部２７の軸部２９を回動可能に軸支するための軸孔５２を有する。
【００６０】
この静翼取付部５１は、第１段静翼１１のザブトン部２７がその内部に収容されたときに、ザブトン部２７の凹部４１に開口して、後述の水供給装置３０から供給された水をその凹部４１へ供給するための水供給口５３を備えている。
【００６１】
ザブトン部２７の外周部２７ａに設けられた凹部４１の図示上下両側には、タービンケース５０の静翼取付部５１との間にＯリング５５がそれぞれ介装され、第１段静翼１１のザブトン部２７は、タービンケース５０の静翼取付部５１にこれらのＯリング５５によって液密に、回動可能に嵌合している。
【００６２】
図６及び図７に示すように、タービンケース５０の内部には、上述の静翼取付部５１の水供給口５３に連通する水供給路５４が穿設されている。図６に示すように、タービンケース５０の水供給路５４の入口には、水供給装置３０が接続されている。静翼１１〜１３に対する水洗浄は、通常は炉頂圧回収タービン１０が定格運転状態に到達した後に、すなわち常用運転時に行われる。
【００６３】
本炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、第１段静翼１１の凸面２２側のザブトン部２７に、内部の水流出路４３とザブトン部２７上に開口する水流出口４４とからなる水流出ノズル４２が配設される。
【００６４】
したがって、水供給装置３０が作動して洗浄水を、図４ないし図７に示すように、タービンケース５０内の水供給路５４を通して、水供給口５３がら第１段静翼１１のザブトン部２７の凹部４１へ供給すると、この凹部４１へ供給された水は、水流出ノズル４２の水流出路４３を通して、水流出口４４から第１段静翼１１の凸面２２側のザブトン部２７上に、下流側へ流出される。
【００６５】
したがって、第１段静翼１１の凸面２２側に直接洗浄水を供給することができ、角度可変機構１５による第１段静翼１１の角度の変化にも拘わらず、第１段静翼１１の凸面２２側の翼面へのダスト付着を、少ない水量で極めて効果的に防止すると共に、すでに付着しているダストを効率よく除去することができる。
【００６６】
特に、水流出ノズル４２は、第１段静翼１１の凸面２２側の外側ザブトン部２７に配設されているから、従来の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置が、上述のように翼面内部に複雑な水供給路を設けなければならず、極めてコスト高になるのに比べて、第１段静翼１１のザブトン部２７に対する水流出ノズル４２の水流出路４３や水流出口４４の加工は容易であり、これにより大幅な製造コストの削減を図ることができる。
【００６７】
また、水流出ノズル４２をダストが付着しやすい翼面上ではなく、ダスト付着の可能性が低いザブトン部２７に配設したことにより、水流出口４４のダストによる閉塞が極めて発生しにくく、また、翼面近くを流れるガス流に乱れを発生させることもない。さらに、翼面上ではないから水流出口４４の口径を、例えば図７に示すように大きくすることができ、これにより水流出口４４のダストによる閉塞が一段と防止されると共に、水の流出速度を低くすることができ、静翼１１の水洗浄を効率的に行なうことができる。
【００６８】
また、水流出口ノズル４２の水流出路４３を水流出口４４側へ向かって末広状に拡がるように形成すると共に、水流出ノズル４２の水流出路４３を第１段静翼１１のザブトン部２７に下流側へ傾斜するように形成し、また、水流出ノズル４２の水供給口４４をタービン１０の周方向に横長の略楕円形状に形成したことにより、この水流出ノズル４２は、水供給装置３０から供給された水を、水流出口４４から第１段静翼１１の凸面２２側の下流側へ、かつ、第１段静翼１１のザブトン部２７に沿って、確実に層状に流れるように流すことができる。
【００６９】
この一方、タービン１０の第１段静翼１１の凸面２２側には、外側の翼根元部２８から半径方向内側へ、すなわちタービン１０の中心方向へ流れるガスの２次流れが発生することが知られている。したがって、図８に示すように、水流出ノズル４２が洗浄水を水流出口４４から第１段静翼１１の凸面２２側の下流側へ、かつ、ザブトン部２７に沿って層状に流出させることにより、この水は、第１段静翼１１の凸面２２側の翼根元部２８までそのまま層状に流れる。
【００７０】
そして、この翼根元部２８まで層状に流れてきた水は、上述の翼根元部２８側からタービン１０の中心方向へ流れるガスの２次流れに乗って、凸面２２側の翼面上を翼根元部側２８からタービン１０の中心方向へ向かってそのまま層状に流れ、その後、第１段静翼１１の中心側からタービン１０の下流側へ放出されて、ガス流中に拡散する。
【００７１】
このとき、第１段静翼１１のザブトン部２７に沿って凸面２２側の翼根元部２８まで層状に流れてきた洗浄水は、ガス流によってダストが付着しやすい第１段静翼１１の凸面２２側の後縁部２２ａに、より集中して流れる。このため、第１段静翼１１の凸面２２側の後縁部２２ａに発生しやすいダスト付着を、少ない水量で一段と効果的に防止すると共に、すでに付着しているダストをさらに効率よく除去することができる。
【００７２】
また、水流出ノズル４２は、水流出路４３が第１段静翼１１のザブトン部２７の内部に下流側へ傾斜するように形成されているから、水供給装置３０から供給された洗浄水を、ザブトン部２７上に開口する水流出口４４から静翼１１の凸面２２側のザブトン部２７の下流側に、確実に層状に流れるように流出させることができる。
【００７３】
さらに、水流出口ノズル４２は、水流出路４３が水流出口４４側へ向かって末広状に拡がるように形成されているから、洗浄水の圧力を弱めた状態で水流出口４４からタービン１０内へ供給することができる。したがって、洗浄水を確実に第１段静翼１１のザブトン部２７に沿って層状に流すことができる。
【００７４】
また、第１段静翼１１のザブトン部２７は、略円柱状に形成されると共に外周部２７ａに周方向に延びる凹部４１を有し、この凹部４１は、水流出ノズル４２の水流出路４３に連通する一方、タービン１０のタービンケース５０は、第１段静翼１１のザブトン部２７を内部に回動可能に収容するために略内円柱状に形成された静翼取付部５１を有し、この静翼取付部５１は、第１段静翼１１のザブトン部２７が内部に収容されたときに、このザブトン部２７の凹部４１に開口して、水供給装置３０から供給された水を凹部４１へ供給するための水供給口５３を備えている。
【００７５】
さらに、タービンケース５０の静翼取付部５１の水供給口５３は、角度可変機構１５が第１段静翼１１の角度を変化させたときにも、常に静翼１１のザブトン部２７の凹部４１に開口するように形成されている。すなわち、上述した周方向に延びる凹部４１の所定長は、角度可変機構１５が第１段静翼１１の角度を変化させたときにも、常に第１段静翼１１のザブトン部２７の凹部４１に開口するように設定され、また、タービンケース５０の静翼取付部５１の水供給口５３もそれが可能な位置に配設されている。
【００７６】
したがって、すべてのタービンの運転状態において、水供給装置３０から供給された水を、タービンケース５０の静翼取付部５１の水供給口５３から第１段静翼１１のザブトン部２７の水流出ノズル４２へ供給することができる。
【００７７】
さらに、水流出ノズル４２の水流出口４４は、タービン１０の周方向に横長の略楕円形状に形成されている。したがって、洗浄水を第１段静翼１１のザブトン部２７上に、より幅の広い層状をなして流すことができる。
【００７８】
そして、第１段静翼１１の凸面２２側の後縁部２２ａからガス流中に拡散した水は、さらに下流側の第２段静翼１２や第３段静翼１３の洗浄を行なう。また、ザブトン部２７の水流出ノズルから流出した水の一部は、第１段静翼１１の凹面２３側にも流れて、凹面２３側の水洗浄を行なう。
【００７９】
これらと共に、洗浄水が開口する水流出口ノズル４２の水流出口４４からザブトン部２７上に流出し、第１段静翼１１の翼根元部２８までこのザブトン部２７上を層状に流れるから、ガス路に露出したこのザブトン部２７の表面積、すなわち径を大きくすることにより、洗浄水によって第１段静翼１１の冷却量が増加し、第１段静翼１１の凸面２２へのダスト付着が一段と防止される。このため、ザブトン部２７の径は、（翼弦長×０．６〜０．８）に形成される。特に、翼列理論上最大の（翼弦長×０．８）とすることが最も望ましい。
【００８０】
このように、本炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、従来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ように、水噴射装置から加圧供給された水を水噴射ノズルからガス流中に噴射したり、あるいは翼面上から流したりするのではなく、第１段静翼１１のザブトン部２７の水流出口４４から下流側へ層状に流出させ、第１段静翼１１の凸面２２側のガスの２次流れを利用して、第１段静翼１１の水洗浄を行なう。したがって、特にこの点において、上述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、従来のダスト付着防止装置とはまったく異なるものである。
【００８１】
このため、本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１０の第１段静翼１１に付着したダストを少ない水量で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。
【００８２】
また、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、静翼へのダスト付着が原因となって発生する、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を、同時に解決することができる。
【００８３】
なお、本炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、第１段静翼に対して実施したものであるが、第２段以下の静翼に実施してもよいことは勿論である。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、様々な形態のものが実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
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できる。
【符号の説明】
【００８５】
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
１０ａ  外周壁部
１０ｂ  連結部
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
２１  母材
２２  凸面
２２ａ  後縁部
２３  凹面
２５  耐腐食性皮膜
２６  親水性皮膜
２７  ザブトン部
２７ａ  外周部
２８  翼根元部
２９  軸部
３０  水供給装置
４１  凹部
４２  水流出ノズル
４３  水流出路
４４  水流出口
５０  タービンケース
５１  静翼取付部
５２  軸孔
５３  水供給口
５４  水供給路
５５  Ｏリング
１０１  第１段静翼
１０２  凸面
１０３  第１段動翼
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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