(57)【要約】【課題】蒸気タービンの各グランドパッキン部に温度差があっても、当該各グランドパッキン部で発生する熱応力及び熱伸び差を抑制することができるシール蒸気供給系統を提供すること。【解決手段】蒸気タービン１における高温グランドパッキン部８及び低温グランドパッキン部７にシール蒸気を供給するシール蒸気供給系統において、補助ボイラ３からのシール蒸気を低温グランドパッキン部７に供給する低温蒸気供給ライン１と、補助ボイラ３からのシール蒸気を高温グランドパッキン部８に供給する高温蒸気供給ライン２と、高温蒸気供給ライン２に設置され、高温蒸気供給ライン２を流通するシール蒸気を加熱する加熱器４とを設置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンにおける高温グランドパッキン部及び低温グランドパッキン部にシール蒸気を供給するシール蒸気供給系統において、
蒸気供給源からのシール蒸気を前記低温グランドパッキン部に供給する第１供給ラインと、
前記蒸気供給源からのシール蒸気を前記高温グランドパッキン部に供給する第２供給ラインと、
前記第２供給ラインに設置され、前記第２供給ラインを流通するシール蒸気を加熱する加熱器とを備えることを特徴とするシール蒸気供給系統。
【請求項２】
蒸気タービンにおける高温グランドパッキン部及び低温グランドパッキン部にシール蒸気を供給するシール蒸気供給系統において、
蒸気供給源からのシール蒸気を前記低温グランドパッキン部に供給する第１供給ラインと、
前記蒸気供給源からのシール蒸気を前記高温グランドパッキン部に供給する第２供給ラインと、
前記高温グランドパッキン部又は前記蒸気タービンが収納された車室の温度を検出する第１温度検出器と、
前記第２供給ラインに設置され、前記第２供給ラインを流通するシール蒸気を加熱する加熱器と、
前記加熱器によって、前記第１温度検出器の検出温度に基づいて前記第２供給ラインを流通するシール蒸気の温度を制御する制御装置とを備えることを特徴とするシール蒸気供給系統。
【請求項３】
請求項２記載のシール蒸気供給系統において、
前記加熱器の出口におけるシール蒸気の温度を検出する第２温度検出器をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１温度検出器の検出温度（Ｔ１）から前記第２温度検出器の検出温度（Ｔ２）を減じた値（Ｔ１−Ｔ２）が、前記高温グランドパッキン部におけるタービン振動及び熱応力の制限から決まる設定値以内に収まるように、前記加熱器によってシール蒸気を加熱することを特徴とするシール蒸気供給系統。
【請求項４】
請求項１から３いずれかに記載のシール蒸気供給系統において、
前記加熱器は、電気加熱器であることを特徴とするシール蒸気供給系統。
【請求項５】
蒸気供給源からのシール蒸気を蒸気タービンにおける低温グランドパッキン部に供給する第１供給ラインと、前記蒸気供給源からのシール蒸気を前記蒸気タービンにおける高温グランドパッキン部に供給する第２供給ラインとを備えるシール蒸気供給系統の制御方法であって、
前記高温グランドパッキン部又は前記蒸気タービンが収納された車室の温度（Ｔ１）から前記加熱器の出口におけるシール蒸気の温度（Ｔ２）を減じた値（Ｔ１−Ｔ２）が、前記高温グランドパッキン部におけるタービン振動及び熱応力の制限から決まる設定値以内に収まるように、前記第２供給ラインを流通するシール蒸気を加熱することを特徴とするシール蒸気供給系統の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸気タービンにおける高温グランドパッキン部及び低温グランドパッキン部にシール蒸気を供給するシール蒸気供給系統及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン設備におけるシール蒸気供給系統には、タービンロータがタービン車室を貫通するグランド部で発生する蒸気漏洩及び空気流入の防止を図るために、グランドパッキン部にシール蒸気を供給するものがある。この種のシール蒸気供給系統において、グランドパッキン部及びタービンロータの温度とシール蒸気の温度の差が大きいと、蒸気タービンに過大な熱応力が生じたり、タービンロータとタービン車室の熱伸び差に起因するラビングや振動が生じたりすることがある。そのため、グランドパッキン部に供給するシール蒸気は、蒸気タービンのメタル温度に適した温度（要求温度）とする必要がある。
【０００３】
タービン運転中の蒸気タービン（グランドパッキン部及びタービンロータ）のメタル温度は高温となり、タービン起動時のメタル温度は起動直前の停止時間の長さに応じて異なる。そのため、タービン起動時のメタル温度に応じて起動モード（ホット起動／コールド起動）を変更する際に、シール蒸気の要求温度も変更する必要がある。特に、起動回数が多い蒸気タービン（例えば、コンバインドサイクル発電プラント等に設置される小型蒸気タービン）や、グランド部が高温に保持される蒸気タービン（例えば、いわゆるシングルフローや高中圧別車室構造の蒸気タービン）では、他のものと比較して起動モードに応じたシール蒸気の要求温度の差が大となるため、これに適したシール蒸気供給系統とする必要がある。
【０００４】
この点を鑑みたシール蒸気供給系統としては、例えば、（１）主蒸気の一部をシール蒸気として利用し、当該主蒸気に冷却水を加えて要求温度まで冷却する減温器を備えたもの（特許文献１参照）や、（２）主蒸気とは別の蒸気（補助蒸気）をシール蒸気として利用し、当該補助蒸気を要求温度まで加熱する補助ボイラを備えたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２７０４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、シングルフローや高中圧別車室構造の蒸気タービンでは、蒸気（主蒸気又は再熱蒸気）の流入側と流出側の２箇所にグランドパッキン部が形成される。この種の蒸気タービンの運転中には、タービンを通過する間に蒸気温度が低下するので、蒸気流出側のグランドパッキン部（低温グランドパッキン部）の温度は、蒸気流入側のグランドパッキン部（高温グランドパッキン部）の温度よりも相対的に低くなる。すなわち、２つのグランドパッキン部には温度差が生じることとなる。
【０００７】
このような実情に対して、上記した減温器や補助ボイラを備えるシール蒸気供給系統は、高温及び低温グランドパッキン部に共通のシール蒸気を供給している。そのため、一方のグランドパッキン部に適した温度の蒸気を供給できても、他方のグランドパッキン部に適した温度の蒸気を供給できないおそれがあり、熱応力及び熱伸び差による不具合を改良する余地がある。
【０００８】
本発明は、蒸気タービンの各グランドパッキン部に温度差があっても、当該各グランドパッキン部で発生する熱応力及び熱伸び差を抑制することができるシール蒸気供給系統を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、蒸気タービンにおける高温グランドパッキン部及び低温グランドパッキン部にシール蒸気を供給するシール蒸気供給系統において、蒸気供給源からのシール蒸気を前記低温グランドパッキン部に供給する第１供給ラインと、前記蒸気供給源からのシール蒸気を前記高温グランドパッキン部に供給する第２供給ラインと、前記第２供給ラインに設置され、前記第２供給ラインを流通するシール蒸気を加熱する加熱器とを備えるものとする。
【００１０】
（２）また、本発明は、上記目的を達成するために、蒸気タービンにおける高温グランドパッキン部及び低温グランドパッキン部にシール蒸気を供給するシール蒸気供給系統において、蒸気供給源からのシール蒸気を前記低温グランドパッキン部に供給する第１供給ラインと、前記蒸気供給源からのシール蒸気を前記高温グランドパッキン部に供給する第２供給ラインと、前記高温グランドパッキン部又は前記蒸気タービンが収納された車室の温度を検出する第１温度検出器と、前記第２供給ラインに設置され、前記第２供給ラインを流通するシール蒸気を加熱する加熱器と、前記加熱器によって、前記第１温度検出器の検出温度に基づいて前記第２供給ラインを流通するシール蒸気の温度を制御する制御装置とを備えるものとする。
【００１１】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記加熱器の出口におけるシール蒸気の温度を検出する第２温度検出器をさらに備え、前記制御装置は、前記第１温度検出器の検出温度（Ｔ１）から前記第２温度検出器の検出温度（Ｔ２）を減じた値（Ｔ１−Ｔ２）が、前記高温グランドパッキン部におけるタービン振動及び熱応力の制限から決まる設定値以内に収まるように、前記加熱器によってシール蒸気を加熱するものとする。
【００１２】
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、好ましくは、前記加熱器は、電気加熱器であるものとする。
【００１３】
（５）また、本発明は、上記目的を達成するために、蒸気供給源からのシール蒸気を蒸気タービンにおける低温グランドパッキン部に供給する第１供給ラインと、前記蒸気供給源からのシール蒸気を前記蒸気タービンにおける高温グランドパッキン部に供給する第２供給ラインとを備えるシール蒸気供給系統の制御方法であって、前記高温グランドパッキン部又は前記蒸気タービンが収納された車室の温度（Ｔ１）から前記加熱器の出口におけるシール蒸気の温度（Ｔ２）を減じた値（Ｔ１−Ｔ２）が、前記高温グランドパッキン部におけるタービン振動及び熱応力の制限から決まる設定値以内に収まるように、前記第２供給ラインを流通するシール蒸気を加熱するものとする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、各グランドパッキン部に適した温度のシール蒸気を供給できるので、各グランドパッキン部で発生する熱応力及び熱伸び差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるシール蒸気供給系統の概略図。
【図２】本発明の第２の実施の形態であるシール蒸気供給系統の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１の実施の形態であるシール蒸気供給系統の概略図である。この図に示すシール蒸気供給系統は、低温蒸気供給ライン（第１供給ライン）１と、高温蒸気供給ライン（第２供給ライン）２と、グランド温度検出器（第１温度検出器）１１と、蒸気温度検出器（第２温度検出器）１２と、加熱器４と、制御装置５を備えている。
【００１８】
低温蒸気供給ライン１は、蒸気供給源である補助ボイラ３からのシール蒸気（補助蒸気）を蒸気タービン１の低温グランドパッキン部７に供給するものである。補助ボイラ３から供給されるシール蒸気は、低温グランドパッキン部７におけるタービン振動及び熱応力の制限から決まる温度（要求温度）に保持されている。また、低温蒸気供給ライン１には弁１３が取り付けられており、この弁１３を適宜開閉すると低温グランドパッキン部７へ供給されるシール蒸気の量を調節することができる。
【００１９】
蒸気タービン１における低温グランドパッキン部７とは、蒸気タービン１から蒸気が流出する側に設けられたグランドパッキン部であり、高温グランドパッキン部８とは、蒸気タービン１に蒸気が流入する側に設けられたグランドパッキン部である。高温グランドパッキン部８には、高温グランドパッキン部８の温度を検出するグランド温度検出器１１が取り付けられている。グランド温度検出器１１は、制御装置５と接続されており、検出温度を制御装置５に送信している。
【００２０】
高温蒸気供給ライン２は、低温蒸気供給ライン１と共通する補助ボイラ３からのシール蒸気を高温グランドパッキン部８に供給するものである。本実施の形態における高温蒸気供給ライン２は、蒸気ヘッダ（供給ライン接続部）６において低温蒸気供給ライン１から分岐している。高温蒸気供給ライン２には、加熱器４と、蒸気温度検出器１２と、弁１４が取り付けられている。蒸気温度検出器１２は、加熱器４の下流側に設置されており、加熱器４で加熱されたシール蒸気の温度を検出している。蒸気温度検出器１２は、制御装置５と接続されており、検出温度を制御装置５に送信している。弁１４を適宜開閉すると、高温グランドパッキン部８へ供給されるシール蒸気の量を調節することができる。
【００２１】
加熱器４は、高温蒸気供給ライン２を流通するシール蒸気を加熱するものであり、高温蒸気供給ライン２に設置されている。加熱器４は制御装置５からの制御信号に基づいてシール蒸気を加熱しており、加熱器４で加熱されたシール蒸気は高温蒸気供給ライン２を介して高温グランドパッキン部８に供給される。このように高温蒸気供給ライン２に加熱器４を設けると、高温グランドパッキン部８に供給されるシール蒸気の温度を上昇させることができるので、蒸気供給源から低温グランドパッキン部７に直接供給されるシール蒸気に対して温度偏差をつけることができる。なお、加熱器５としては、その出力制御を容易にする観点から、電気加熱器を利用することが好ましい。
【００２２】
制御装置５は、加熱器４によって、グランド温度検出器１１の検出温度に基づいて高温蒸気供給ライン２を流通するシール蒸気の温度を制御するものである。本実施の形態の制御装置５は、グランド温度検出器１１の検出温度（Ｔ１）から蒸気温度検出器１２の検出温度（Ｔ２）を減じた値（Ｔ１−Ｔ２）が、高温グランドパッキン部８におけるタービン振動及び熱応力の制限から決まる設定値Ｔ３以内に収まるように、加熱器４によってシール蒸気を加熱している。例えば、タービン運転中における高温グランドパッキン部８が約５５０℃の場合において、蒸気タービン１を停止させようとするとき（停止時）又は停止後間もなく再起動するとき（ホット起動時）には、タービン振動や過大な熱応力発生を防止するために約３５０〜４００℃のシール蒸気が必要となる。したがって、この場合には、制御装置５において設定値Ｔ３を２００と設定し、Ｔ１−Ｔ２が２００℃以内に収まるように加熱器４でシール蒸気を加熱すれば良い。
【００２３】
上記のように構成されるシール蒸気供給系統において蒸気タービン１を起動するときには、低温グランドパッキン部７における要求温度に保持されたシール蒸気を低温蒸気供給ライン１を介して低温グランドパッキン部７に供給しつつ、これと共通のシール蒸気を高温蒸気供給ライン２で加熱器４を介して高温グランドパッキン部８に供給する。このように加熱器４でシール蒸気を加熱すると、高温グランドパッキン部８における要求温度に保持されたシール蒸気を高温グランドパッキン部８に供給することができる。これにより、温度の異なるグランドパッキン部７，８に異なる温度のシール蒸気を供給することができるので、各グランドパッキン部７，８で発生する熱応力及び熱伸び差を抑制することができる。
【００２４】
また、本実施の形態における制御装置５は、高温グランドパッキン部８の温度（Ｔ１）から高温蒸気供給ライン２を流通する蒸気の温度（Ｔ２）を減じた値（Ｔ１−Ｔ２）が、高温グランドパッキン部８におけるタービン振動及び熱応力の制限から決まる設定値Ｔ３以内に収まるように、加熱器４の出力（加熱量）を制御している。このように、高温グランドパッキン部８に供給されるシール蒸気の温度を制御すれば、高温グランドパッキン部８に常に要求温度のシール蒸気を供給することができるので、高温グランドパッキン部８で発生する熱応力及び熱伸び差を常に抑制することができる。
【００２５】
また、上記の本実施の形態によれば、先述の減温器を用いた従来技術のようにシール蒸気供給系統に冷却水を流入させる必要が無い。したがって、蒸気タービンへのウォータインダクションを防止し信頼性を向上させることができるとともに、冷却水の供給系統が不要となるので設備および運用を簡易化することができる。また、先述の補助ボイラを用いて補助蒸気を要求温度まで加熱する従来技術では、補助ボイラのみで高温蒸気を発生させることが必要となるため、補助ボイラの容量増加により設備コストが増大したり、蒸気条件が確立されるまでの所要時間が長くなる等の問題がある。しかし、本実施の形態によれば、高温グランドパッキン部８へ供給するシール蒸気のみを要求温度まで加熱するので、補助ボイラ３および加熱器４の容量を小さくすることができる。
【００２６】
図２は本発明の第２の実施の形態であるシール蒸気供給系統の概略図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００２７】
この図に示すように、本実施の形態における蒸気タービン設備は高中圧別車室構造であり、高圧蒸気タービン２１及び中圧蒸気タービン２２は、高温グランドパッキン部８と低温グランドパッキン部７をそれぞれ備えている。そして、図２に示すシール蒸気供給系統は、低温蒸気供給ライン（第１供給ライン）１Ａと、高温蒸気供給ライン（第２供給ライン）２Ａを備えている。
【００２８】
低温蒸気供給ライン１Ａは、高圧蒸気タービン２１及び中圧蒸気タービン２２の低温グランドパッキン部７に共通のシール蒸気を供給するものである。本実施の形態における低温蒸気供給ライン１Ａは、蒸気ヘッダ６の下流側で分岐しており、高圧蒸気タービン２１及び中圧蒸気タービン２２の低温グランドパッキン部７にそれぞれ接続されている。
【００２９】
高温蒸気供給ライン２Ａは、低温蒸気供給ライン１Ａと共通する補助ボイラ３からのシール蒸気を高圧蒸気タービン２１及び中圧蒸気タービン２２の高温グランドパッキン部８に供給するものである。本実施の形態における高温蒸気供給ライン２は、蒸気ヘッダ６の下流側で分岐しており、高圧蒸気タービン２１及び中圧蒸気タービン２２の高温グランドパッキン部８にそれぞれ接続されている。また、高温蒸気供給ライン２Ａにおける当該分岐点と蒸気ヘッダ６との間には加熱器４が設置されており、加熱器４で加熱された共通のシール蒸気が各高温グランドパッキン部８に供給されている。
【００３０】
また、本実施の形態では、グランド温度検出器（第１温度検出器）１１は高圧蒸気タービン２１の高温グランドパッキン部８に取り付けられており、蒸気温度検出器（第２温度検出器）１２は高温蒸気供給ライン２における加熱器４の下流側に取り付けられている。なお、グランド温度検出器１１は、中圧蒸気タービン２２の高温グランドパッキン部８に取り付けても良い。
【００３１】
上記のように構成した実施の形態によれば、蒸気タービン設備が高中圧別車室構造の場合でも、高圧蒸気タービン２１及び中圧蒸気タービン２２の各グランドパッキン７，８に異なる温度のシール蒸気を供給することができるので、各グランドパッキン部７，８で発生する熱応力及び熱伸び差を抑制することができる。また、第１の実施の形態同様に、制御装置５で加熱器４の出力制御を行えば、高温グランドパッキン部８に常に要求温度のシール蒸気を供給することができるので、高温グランドパッキン部８で発生する熱応力及び熱伸び差を常に抑制することができる。
【００３２】
なお、上記の各実施の形態では高温グランドパッキン部８の温度を検出するものとしてグランド温度検出器１１を利用したが、これに代えて、蒸気タービン１が収納された車室の温度を検出する車室温度検出器（図示せず）を設置し、当該車室温度検出器の検出温度に基づいて高温グランドパッキン部８の温度を推定しても良い。一般的に、蒸気タービン設備には、蒸気タービンの制御等のために車室温度検出器が取り付けられているので、上記のように車室温度に基づいて高温グランドパッキン部８の温度を推定すれば、既存設備を有効活用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１      低温蒸気供給ライン
２      高温蒸気供給ライン
３      補助ボイラ
４      加熱器
５      制御装置
７      低温グランドパッキン部
８      高温グランドパッキン部
１１      グランド温度検出器
１２      蒸気温度検出器
２１      高圧蒸気タービン
２２      中圧蒸気タービン
Ｔ１      高温グランドパッキン部８の温度
Ｔ２      高温蒸気供給ライン２を流通する蒸気温度
Ｔ３      設定値
【図１】
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【図２】
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