(57)【要約】【課題】  バックアップ分の蒸気をできるだけ脱気器に回すことなく蒸気タービンに導入すると共に、蒸気抜き口から抜き出された蒸気のみによって脱気器に必要な圧力が確保することでき、蒸気を効率的に利用することが可能な蒸気タービンの運転方法を提供する。【解決手段】  蒸気タービン１５内に導入された蒸気の一部を途中で蒸気抜口１５０から抜き出し、この抜き出された蒸気を蒸気導入管２４を介して第一の脱気器１８に導入するに際し、蒸気導入管２４の途中に設けたバルブ１６を第一の脱気器１８内の圧力検出値に基づいて制御部２２により第一の脱気器１８へ導入する蒸気の圧力を調整し、ボイラ１０側からのバックアップ蒸気を不要にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン内に導入された蒸気の一部を途中で蒸気抜口から抜き出し、抜き出された前記蒸気を蒸気導入管を介して脱気器に導入する蒸気タービンの運転方法において、
前記蒸気導入管の途中に設けた自動コントロールバルブによって前記脱気器へ導入する蒸気の圧力を調整することを特徴とする蒸気タービンの運転方法。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気タービンの運転方法において、
前記自動コントロールバルブは、前記脱気器に設けた圧力検出器によって検出された圧力に基づいて制御されることを特徴とする蒸気タービンの運転方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の蒸気タービンの運転方法において、
前記蒸気抜口から抜き出された蒸気の圧力が予め設定した所定の圧力より低い場合に、前記蒸気タービンに導入する手前で抜き出した蒸気によって補うことを特徴とする蒸気タービンの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンの運転方法に関し、さらに詳しくは、蒸気タービン内に導入された蒸気の一部を途中で蒸気抜口から抜き出し、抜き出された前記蒸気を蒸気導入管を介して脱気器へ導入する蒸気タービンの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは、高温高圧の蒸気をロータシャフトに取り付けられたブレードに噴き付けることによりロータシャフトを回転させ、それによって回転エネルギーを生み出す動力装置である。ブレードは車室内に収容されたロータシャフトの軸方向に沿って多段にわたって取り付けられており、噴出される蒸気を効率よく利用できるように構成されている。また、ブレードにはロータシャフトに取り付けられ、ノズルから噴出された蒸気を受けてロータシャフトを回転させる動翼と、ノズルから噴出する蒸気の流れを変えて動翼に蒸気が効率よく当たるようにするための静翼があり、ノズルから噴出された蒸気は静翼によって効率的に動翼に誘導されて回転エネルギーに変換される。そして、この回転エネルギーは発電機や船舶を駆動させるための動力源として多方面で利用されている。そして、蒸気タービンは熱効率が高く、また、駆動音も静かで排気もきれいなので環境的にも好ましい機関といわれている。
【０００３】
発電設備において利用される大型の蒸気タービンは、一般に、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンの３つのタービンによって構成され、蒸気の力を高圧、中圧、低圧の順にブレードで受けることによって効率よくロータシャフトを回転させ、ロータシャフトと連結された発電機を駆動することによって電気を発電するようになっている。一方、発電プラントの小型化と構造を簡略化するために小中型の蒸気タービンでは高圧部と低圧部を一体化した単体室構造の高低圧一体型蒸気タービンが利用される。
【０００４】
蒸気タービンの高出力化や効率化については種々検討されており、例えば、特許文献１乃至４などによって各種の手段が提案されている。
【０００５】
ところで、蒸気タービンに導入された蒸気の一部を当該蒸気タービンに設けられた蒸気抜口から抜き出し、抜き出された蒸気を蒸気導入管を介して脱気器に導入し、再びボイラへ供給することにより蒸気の循環使用を行っている。脱気器を設ける理由は循環使用する水に酸素が含まれていると配管や設備を腐食させるおそれがあることから酸素を取り除くためである。その一例について図を示して以下に説明する。
【０００６】
図４は蒸気の循環使用を行う方式の蒸気タービン設備の構成を示すブロック図である。この蒸気タービン設備３は、概略として、蒸気を発生するボイラ３１と、このボイラ３１からの蒸気を分配する蒸気ヘッダ３２と、この蒸気ヘッダ３２からの高圧蒸気を基に発電機３０を回転させる蒸気タービン３３と、手動バルブ３８によって圧力調整された蒸気ヘッダ３２からの低圧蒸気及び蒸気タービン３３の途中に設けられた蒸気抜口３３０から抜き出されて手動バルブ３４によって圧力調整された蒸気の脱気を行い、脱気後の蒸気をボイラ３１へ送る脱気器３５と、蒸気ヘッダ３２から手動バルブ３６を介して圧力調整された中圧蒸気と蒸気タービン３３の途中に設けられた蒸気抜口３３０から抜き出された蒸気の一部に対して脱気を行う第二の脱気器３７を備えて構成されている。尚、第二の脱気器３７の出力蒸気は図示しない油水分離器等に送られる。
【０００７】
図４において、ボイラ３１からの蒸気は蒸気ヘッダ３２により高圧蒸気が蒸気タービン３３に注入され、蒸気タービン３３内のブレードが回転することで蒸気タービン３３の回転軸に連結された発電機３０が回転し、これによって発電が行われる。一方、蒸気タービン３３の蒸気抜口３３０から抜き出された蒸気は手動バルブ３４を介して脱気器３５へ導入されることにより、脱気器３５における蒸気圧力の調整を行っている。
【０００８】
脱気器３５には所定の圧力で蒸気が導入されるべきところ、抜き出された蒸気の圧力が所定の圧力に達しない場合が考えられる。そこで、蒸気タービン３３へ導入する直前に蒸気ヘッダ３２によって蒸気の一部を分岐し、手動バルブ３８を介して脱気器３５へバックアップとして導入することで脱気器３５内の圧力を保っている。尚、脱気器３５へ導入する蒸気は、具体的には、蒸気抜き口３３０から抜き出された蒸気が５０％、バックアップ分の蒸気が５０％となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１６１６９８号公報
【特許文献２】特開２００５−３０７９８６号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１０１２号公報
【特許文献４】特許第４９９３５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図４に示した構成では、蒸気タービン３３へ導入する前に蒸気の一部をバックアップとして脱気器３５へ回すとなると、蒸気タービン３３へ導入すべき蒸気の一部がロスすることとなり、蒸気タービン３３の効率が落ちるという問題がある。そのため、バックアップ分の蒸気をできるだけ脱気器３５に回すことなく蒸気タービン３３に導入すると共に、蒸気抜き口３３０から抜き出された蒸気のみによって脱気器３５に必要な圧力が確保できるようにすれば、蒸気を効率的に利用することが可能となる。
【００１１】
そこで、本発明は、バックアップ分の蒸気をできるだけ脱気器に回すことなく蒸気タービンに導入すると共に、蒸気抜き口から抜き出された蒸気のみによって脱気器に必要な圧力が確保することでき、蒸気を効率的に利用することが可能な蒸気タービンの運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために請求項１に記載の本発明は、蒸気タービン内に導入された蒸気の一部を途中で蒸気抜口から抜き出し、抜き出された前記蒸気を蒸気導入管を介して脱気器に導入する蒸気タービンの運転方法において、前記蒸気導入管の途中に設けた自動コントロールバルブによって前記脱気器へ導入する蒸気の圧力を調整することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の蒸気タービンの運転方法において、前記自動コントロールバルブは、前記脱気器に設けた圧力検出器によって検出された圧力に基づいて制御されることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するために請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の蒸気タービンの運転方法において、前記蒸気抜口から抜き出された蒸気の圧力が予め設定した所定の圧力より低い場合に、前記蒸気タービンに導入する手前で抜き出した蒸気によって補うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る蒸気タービンの運転方法によれば、蒸気抜き口と脱気器との間の蒸気導入管に自動コントロールバルを設け、この自動コントロールバルブによって蒸気抜き口から抜き出された蒸気の圧力を調整することとしたのでバックアップ分の蒸気を削減することができ、蒸気タービンの運転効率がアップするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る蒸気タービンの運転方法が適用されるタービン設備の構成を示す系統図である。
【図２】蒸気タービンの構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る蒸気タービンの運転方法を示すフローチャートである。
【図４】従来の蒸気の循環使用を行う方式のボイラ設備の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る蒸気タービンの運転方法について図面を参照しつつ以下詳細に説明する。図１は本発明に係る蒸気タービンの運転方法が適用されるタービン設備の構成を示す系統図である。
【００１８】
本発明に係る蒸気タービン設備１は、概略として、蒸気を発生するボイラ１０と、ボイラ１０からの蒸気をそれぞれ３段階に分配する高圧蒸気ヘッダ１１、中圧蒸気ヘッダ１２及び低圧蒸気ヘッダ１３と、高圧蒸気ヘッダ１１から導入される高圧蒸気によって回転することで発電機３０を回転させると共に途中に蒸気を抜き出すための蒸気抜口１５０が設けられた蒸気タービン１５と、蒸気タービン１５の蒸気抜口１５０から抜き出された蒸気及び低圧蒸気ヘッダ１３からの蒸気が導入される第一の脱気器１８と、蒸気タービン１５の蒸気抜口１５０から抜き出された蒸気の一部及び中圧ヘッダ１２からの蒸気が導入される第二の脱気器２１と、第一の脱気器１８に設けられた圧力センサ２３と、圧力センサ２３の検出値に基づいて後述する自動コントロールバルブ１６の開閉を制御する制御部２２と、蒸気タービン１５の蒸気出口４６から抜き出された蒸気が導入される復水器３１を備えて構成されている。
【００１９】
蒸気抜口１５０から抜き出された蒸気は蒸気導入管２４を介して第一の脱気器１８に導入されるが蒸気導入管２４の途中には自動コントロールバルブ１６が配置されている。また、低圧蒸気ヘッダ１３と第一の脱気器１８との間にはバルブ１７が配置されており、中圧蒸気ヘッダ１２と低圧蒸気ヘッダ１３との間にはバルブ１４が配置されている。さらに、中圧蒸気ヘッダ１２と第二の脱気器２１との間にはバルブ２０が配置され、蒸気抜口１５０から抜き出された蒸気の一部を第二の脱気器２１へ導入する途中にはバルブ１９が配置されている。
【００２０】
高圧蒸気ヘッダ１１はボイラ１０から出力される高圧蒸気を蒸気タービン１５と中圧蒸気ヘッダ１２とに分岐して出力する分配器である。また、中圧蒸気ヘッダ１２は高圧蒸気ヘッダ１１からの高圧蒸気を中圧蒸気にしてバルブ１４を介して低圧蒸気ヘッダ１３へ出力する分配器である。さらに、低圧蒸気ヘッダ１３は低圧蒸気をバルブ１７を介して第一の脱気器１８にバックアップ蒸気として注入する。尚、バルブ１７は制御部２２からの制御によって動作する自動コントロールバルブとすることもできる。
【００２１】
第一の脱気器１８は、注入された蒸気に含まれる酸素や炭酸ガスの気体成分を除去してボイラ１０に回収する循環系を形成し、また、第二の脱気器２１は注入された蒸気に含まれる酸素や炭酸ガスの気体成分を除去するものである。第一の脱水器１８は内部の圧力を検知する圧力センサ２３を備えており、その検知出力を制御部２２へ出力する。圧力センサ２３は検知結果を電流値（例えば、４〜２０ｍＡ）に変換して制御部へ出力する。制御部２２は圧力センサ２３からの電流値をＩ（電流）−Ｖ（電圧）変換又はＩ−Ｆ（周波数）変換して検知信号とする。また、復水器３１は注入された蒸気を水に戻してボイラ供給水又は生活用水等の再利用に供するものである。
【００２２】
制御部２２は、マイクロコンピュータ、メモリ、入出力インターフェース部、バルブ駆動部、電源部等を備えて構成され、図３に示す制御内容（後述）を実行する。
【００２３】
次に、蒸気タービン１５の構成について説明する。図２は蒸気タービンの構成を示す断面図である。図示された蒸気タービン１５は、高低圧一体型の蒸気タービンであり、概略として、ケーシング４１と、このケーシング４１の両側部に配置された軸受け４２，４２によって回転可能に軸支されたロータシャフト４３を備えており、ロータシャフト４３にはブレード４４が軸方向に１３段にわたって取り付けられている。ケーシング４１には高温高圧の蒸気を導入する蒸気入口４５が設けられており、高温高圧の蒸気は蒸気コントロールバルブ４７を介して蒸気入口４５から導入されるようになっている。蒸気入口４５側から蒸気の進行方向に向かって初段から例えば８段まではブレード４４も短く高温高圧に耐え得る高圧部Ｈとなっており、９段から最終段まではブレード４４が次第に長くなった低圧部Ｌとされている。そして最終段の後方（図２における右側）の低圧部Ｌに蒸気出口４６が設けられており、蒸気入口４５から導入された蒸気は蒸気出口４６から排出されるようになっている。ここで、高温高圧の蒸気は、例えば、転炉、自溶炉などを備えた金属錬設備に設けられた廃熱ボイラからの熱を利用して純水を加熱することにより発生させるようになっており、金属製錬設備の操業により発生する高熱の有効利用を図っている。
【００２４】
そして、高圧部Ｈから低圧部Ｌに至る手前の所定箇所、すなわち、高圧部Ｈ側の６段と７段のブレード４４の間に蒸気抜口１５０が設けられており、蒸気抜口１５０には図示しない圧力調整弁が取り付けられ、さらに、６段と７段のブレード４４の間にはそこを流れる蒸気の圧力を計測するための図示しない圧力検出器が取り付けられている。これにより、低圧部Ｌにとって過剰となる蒸気圧として予め設定された所定の圧力を超える蒸気圧が検出された場合には過剰分の蒸気を蒸気抜口１５０から排気し、低圧部Ｌの許容範囲を超える過剰の蒸気が低圧部Ｌ内に流れ込まないように制御が行なわれるようになっている。蒸気抜口１５０における蒸気圧は、例えば０．３Ｍｐａとする。かかる構成により、高圧蒸気を高圧部Ｈに導入することが可能となり、蒸気を無駄にすることなく高圧部Ｈの能力を有効に引き出すと共に、低圧部Ｌでは過剰な蒸気が流れ込まないので低圧部Ｌのケーシング４１を二重構造としたり、ブレード４４の機械的強度を高めた材質に変更する等を実施したりすることなく全体の出力の増強を図ることができる。
【００２５】
次に、本発明に係る蒸気タービンの運転方法について説明する。図３は本発明に係る蒸気タービンの運転方法を示すフローチャートである。ボイラ１０からの高温高圧の蒸気は図示しない圧力調整手段によって圧力調整（例えば、４０Ｍｐａ、９０ｔ／ｈ）された後、蒸気入口４５から蒸気タービン１５に導入される。蒸気入口４５に導入された蒸気は、蒸気入口４５側の高圧部Ｈに導入され、初段から順次ブレード４４，４４を回転させながら後段に向かって進行する。そして、蒸気抜口１５０からの蒸気の抜き出しが開始されると共に、低圧部Ｌへ導入された蒸気は蒸気出口４６から順次排出されて復水器３７へ送られる。
【００２６】
蒸気抜口１５０から抜き出された蒸気は蒸気導入管２４を介して第一の脱気器１８に送られ、このときの圧力が圧力センサ２３によって検出される。そして、制御部２２は、第一の脱気器１８に設けられた圧力センサ２３の検出値（例えば、０．３Ｍｐａを基準値とする。）を制御部２２内に取り込み（ステップＳ１）、そのセンサ出力に基づいて制御部２２は自動コントロールバルブ１６の開度を制御するための演算を実施する（ステップＳ２）。そして、その演算結果に基づいて制御部２２は第一の脱気器１８内の圧力が予め設定した基準値に維持されるように自動コントロールバルブ１６の開度を制御する（ステップＳ３）。このとき、蒸気タービン１５の蒸気抜口１５０から導入される蒸気のみで当初の基準値をクリアできる場合にはバルブ１７は閉じた状態、すなわちバックアップ蒸気量を０％とした状態で運転を継続することができる。
【００２７】
制御部２２は圧力センサ２３の検知出力を監視し、その検出値が上記０．３Ｍｐａから変動した場合には（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ２に戻し、上述したステップＳ２〜Ｓ３の処理を実行する（ステップＳ４）。一方、圧力センサ２３の検出値に変化が生じなかった場合には（ステップＳ４：Ｎｏ）、設備の稼動停止が生じたか否かを判定する（ステップＳ５）。設備が稼動中である場合には（ステップＳ５：Ｎｏ）処理をステップＳ４に戻してセンサ２３の監視を続ける。一方、設備が稼動停止であった場合には（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、全ての処理を終了する。
【００２８】
尚、バルブ１７を自動コントロールバルブとして制御部２２の制御を受けるように構成することにより、蒸気タービン１５から抜き出した蒸気の圧力が自動コントロールバルブ１６を全開にしても基準値に達しないような場合に、演算結果（ステップＳ２）に基づいてバルブ１７（自動コントロールバルブ）を開いて不足分の蒸気を第一の脱気器２３へ導入するように構成することもできる。もちろん、蒸気タービン１５から抜き出した蒸気の圧力が基準値に達している場合には制御部２２はバルブ１７を閉めてバクアップ蒸気量を０％にすると共にバルブ１６からの蒸気を１００％にする。尚、従来は上述したように、蒸気タービン１５からの蒸気とバックアップ蒸気の割合は５０：５０であった。このように、自動コントロールバルブ１６によって第一の脱気器１８に導入する蒸気を蒸気抜口１５０から抜き出した蒸気のみとするように制御することにより、バックアップ蒸気が不要若しくは著しく低減されるので効率的な蒸気の利用を図ることが可能になる。
【００２９】
［実施形態の効果］
本実施形態に係る蒸気タービンの運転方法によれば、第一の脱気器１８に導入する蒸気量を第一の脱気器１８内に設けた圧力センサによって検知し、その圧力検出値に基づいて第一の脱気器１８内の圧力が所望の圧力値になるように制御部２２によって自動コントロールバルブ１６を制御するようにしたので、ボイラ１０で生成した蒸気を有効利用できるという効果がある。そして、自動コントロールバルブ１６の制御は第一の脱気器１８内の圧力検出値に基づいて行うので、脱気器１８内の圧力の変動を防止することができるという効果がある。
【００３０】
また、蒸気抜口１５０の圧力が予め設定した基準値（例えば、０．３Ｍｐａ）より低くなるような場合には、バルブ１７を通してバックアップ蒸気を注入することにより、第一の脱気器１８内の圧力を一定に保つことができる。
【００３１】
以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３２】
１      蒸気タービン設備
１０      ボイラ
１１      高圧蒸気ヘッダ
１２      中圧蒸気ヘッダ
１３      低圧蒸気ヘッダ
１４      バルブ
１５      蒸気タービン
１６    自動コントロールバルブ
１７    バルブ（自動コントールバルブ）
１８    脱気器
１９    バルブ
２０    バルブ
２１    脱気器
２２    制御部
２３    圧力センサ
２４    蒸気導入管
３０    発電機
４７    蒸気コントロールバルブ
４６    蒸気出口
１５０  蒸気抜口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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