(57)【要約】【課題】運転停止時における蒸気タービン内への空気の流入を防止する。【解決手段】ボイラ５に、第１の開閉弁６を設けた蒸気供給管７を介して蒸気タービン８を接続し、蒸気タービン８に、第２の開閉弁１０を設けた蒸気排出管１１を介して復水器１２を接続し、復水器１２とボイラ５とを配管１３を介して接続する。蒸気タービン８の回転軸１４を軸シール機構１５にシール状態で回転可能に支持する。蒸気排出管１１において、第２の開閉弁１０と並列にバイパス配管１７を設け、そのバイパス配管１７に、蒸気タービン８内の圧力を制御する圧力制御弁１８を設け、蒸気タービン８の運転停止時に、蒸気タービン８内の圧力が軸シール機構１５の外側の圧力よりも設定圧力だけ高くなるように圧力制御弁１８の開度を制御し、軸シール機構１５を通じて蒸気タービン８内に空気が流入することを防止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアと水の混合媒体を加熱して蒸気を発生するボイラと、
前記ボイラからの高圧蒸気で回転動力を得る蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの回転軸をシール状態で回転可能に支持する軸シール機構と、
前記蒸気タービンから排出される蒸気を液化する復水器とを備えた蒸気タービンシステムにおいて、
前記ボイラと前記蒸気タービンとを接続する蒸気供給管に設けられて、蒸気の供給を停止する第１の開閉弁と、
前記蒸気タービンと前記復水器とを接続する蒸気排出管に設けられて、蒸気の排出を停止する第２の開閉弁と、
前記第１および第２の開閉弁の少なくとも一方と並列に設けられるバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられて前記蒸気タービン内の圧力を制御する圧力制御弁と、
前記軸シール機構の外側の圧力を測定する外部圧力計と、
前記蒸気タービン内の圧力を測定する圧力計と、
前記蒸気タービンの運転停止時に、前記圧力計で測定される前記蒸気タービン内の圧力が前記外部圧力計で測定される圧力よりも設定圧力だけ高くなるように前記圧力制御弁の開度を制御する圧力制御手段と、
を備えたことを特徴とする蒸気タービンシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気タービンシステムにおいて、
蒸気タービンと並列に蒸気供給管に接続されるタービンバイパス配管と、
前記タービンバイパス配管に設けられて蒸気の流動を停止する第３の開閉弁と、
ボイラの停止に伴い、第２の開閉弁を閉じるとともに第３の開閉弁を開き、圧力計で測定される前記蒸気タービン内の圧力が外部圧力計で測定される圧力に第１の設定圧力分を加えた圧力よりも低くなったときまたは設定時間経過後に前記第３の開閉弁を閉じ、かつ、前記第３の開閉弁を閉じた後に、前記蒸気タービン内の圧力が外部圧力計で測定される圧力に第１の設定圧力分より小さい第２の設定圧力分を加えた圧力よりも低くなったときまたは設定時間経過後に第１の開閉弁を閉じる開閉弁制御手段と、
を備えている蒸気タービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コジェネレーションシステムの発電装置駆動用のガスエンジンからの排熱などによりタービンを駆動する蒸気タービンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような蒸気タービンシステムとしては、従来、ガスエンジンから排出される高温排ガスをボイラに供給し、ボイラでアンモニア‐水系溶液の高温蒸気を発生させ、その高温蒸気で蒸気タービンを駆動し、蒸気タービンに連動連結した圧縮機などを駆動するように構成したものがあった（特許文献１、図１参照）。
【０００３】
上記システムにおいて、ガスエンジンの停止など、高温排ガスの発生が停止されて蒸気タービンの運転を停止したときに、蒸気タービンとボイラおよび復水器それぞれを接続する蒸気供給管および蒸気排出管それぞれに設けた開閉弁を閉じ、蒸気タービンの回転軸をシール状態で回転可能に支持する軸シール機構からアンモニアが漏洩することを防止するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−４８４２６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例の場合、蒸気タービン内の蒸気が冷却されるに伴って蒸気タービンの内部の圧力が低下し、軸シール機構を通じて空気が流入してしまい、蒸気タービンの性能が低下する問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明の蒸気タービンシステムは、運転停止時における蒸気タービン内への空気の流入を防止できるようにすることを目的とし、また、請求項２に係る発明の蒸気タービンシステムは、運転停止後におけるアンモニアの漏洩を安価にして抑制できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
アンモニアと水の混合媒体を加熱して蒸気を発生するボイラと、
前記ボイラからの高圧蒸気で回転動力を得る蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの回転軸をシール状態で回転可能に支持する軸シール機構と、
前記蒸気タービンから排出される蒸気を液化する復水器とを備えた蒸気タービンシステムにおいて、
前記ボイラと前記蒸気タービンとを接続する蒸気供給管に設けられて、蒸気の供給を停止する第１の開閉弁と、
前記蒸気タービンと前記復水器とを接続する蒸気排出管に設けられて、蒸気の排出を停止する第２の開閉弁と、
前記第１および第２の開閉弁の少なくとも一方と並列に設けられるバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられて前記蒸気タービン内の圧力を制御する圧力制御弁と、
前記軸シール機構の外側の圧力を測定する外部圧力計と、
前記蒸気タービン内の圧力を測定する圧力計と、
前記蒸気タービンの運転停止時に、前記圧力計で測定される前記蒸気タービン内の圧力が前記外部圧力計で測定される圧力よりも設定圧力だけ高くなるように前記圧力制御弁の開度を制御する圧力制御手段とを備えて構成する。
【０００８】
（作用・効果）
請求項１に係る発明の蒸気タービンシステムの構成によれば、運転停止に伴い、蒸気タービン内の圧力と軸シール機構の外側の圧力とを測定し、蒸気タービン内の圧力の方が設定圧力だけ高くなるように圧力制御弁の開度を制御し、蒸気タービン内に蒸気を導入することができる。
したがって、運転停止後に蒸気タービン内が冷却されても、その内部圧力が軸シール機構の外側の圧力より低下することを回避して、運転停止時における軸シール機構を通じての蒸気タービン内への空気の流入を防止でき、蒸気タービンの性能低下を防止できる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載の蒸気タービンシステムにおいて、
蒸気タービンと並列に蒸気供給管に接続されるタービンバイパス配管と、
前記タービンバイパス配管に設けられて蒸気の流動を停止する第３の開閉弁と、
ボイラの停止に伴い、第２の開閉弁を閉じるとともに第３の開閉弁を開き、圧力計で測定される前記蒸気タービン内の圧力が外部圧力計で測定される圧力に第１の設定圧力分を加えた圧力よりも低くなったときまたは設定時間経過後に前記第３の開閉弁を閉じ、かつ、前記第３の開閉弁を閉じた後に、前記蒸気タービン内の圧力が外部圧力計で測定される圧力に第１の設定圧力分より小さい第２の設定圧力分を加えた圧力よりも低くなったときまたは設定時間経過後に第１の開閉弁を閉じる開閉弁制御手段とを備えて構成する。
【００１０】
（作用・効果）
請求項２に係る発明の蒸気タービンシステムの構成によれば、運転停止に伴い、第３の開閉弁を開いて蒸気タービン内の高圧蒸気をタービンバイパス配管を通じて逃がす。第３の開閉弁を閉じた後、蒸気タービン内の圧力が所定圧力分（第１の設定圧力分−第２の設定圧力分）低下するまでの間または設定時間が経過するまでの間は第１の開閉弁を開いておき、ボイラ内のアンモニア分を優先的に蒸発させ、ボイラ内のアンモニア分の濃度を低下し、ボイラの冷却に伴って、蒸気タービン内の圧力を早期に低下させることができる。
したがって、運転停止後に、蒸気タービンの内部圧力が軸シール機構の外側の圧力より設定以上に高い状態が継続する時間を大幅に短縮でき、運転停止後に軸シール機構を通じて漏洩するアンモニア量を減少でき、運転停止後にアンモニアの処理に要する費用とアンモニアの損失量を低減でき、運転停止後におけるアンモニアの漏洩を安価にして抑制できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る蒸気タービンシステムの第１実施例を示す概略構成図であり、第１の発電機１を連動連結したガスエンジン２の排ガス配管３にＮＯｘを除去する脱硝装置４が付設されている。
【００１３】
排ガス配管３にボイラ５が接続され、アンモニアと水の混合媒体をガスエンジン２からの高温排ガスで加熱して蒸気を発生するように構成されている。
ボイラ５には、第１の開閉弁６を設けた蒸気供給管７を介して蒸気タービン８が接続され、蒸気タービン８に第２の発電機９が連動連結され、ボイラ５からの高圧蒸気で回転動力を得、ガスエンジン２からの排熱を利用して発電するように構成されている。
【００１４】
蒸気タービン８には、第２の開閉弁１０を設けた蒸気排出管１１を介して復水器１２が接続され、その復水器１２とボイラ５とが配管１３を介して接続され、蒸気タービン８から排出される蒸気を液化するように構成されている。
【００１５】
蒸気タービン８の回転軸１４が軸シール機構１５にシール状態で回転可能に支持され、軸シール機構１５の外側にアンモニア配管１６が接続され、そのアンモニア配管１６が脱硝装置４に接続され、蒸気タービン８の運転時に大きな圧力差に起因して軸シール機構１５から漏洩するアンモニアを脱硝用触媒に利用して処理するように構成されている。
【００１６】
蒸気排出管１１において、第２の開閉弁１０と並列にバイパス配管１７が設けられ、そのバイパス配管１７に、蒸気タービン８内の圧力を制御する圧力制御弁１８が設けられている。
【００１７】
アンモニア配管１６には、軸シール機構１５の外側の圧力を測定する外部圧力計１９が設けられ、蒸気タービン８には、その内部の圧力を測定する圧力計２０が設けられている。
【００１８】
また、ガスエンジン２の動力取出軸２１に回転停止を検出して運転停止信号を出力する回転計２２が設けられ、外部圧力計１９と圧力計２０と回転計２２とがコントローラ（ＣＰＵ）２３に接続され、コントローラ２３に第１および第２の開閉弁６，１０と圧力制御弁１８とが接続されている。
【００１９】
コントローラ２３には、図２の制御系のブロック図に示すように、運転停止判別手段２４と弁開閉手段２５と圧力制御手段２６とが備えられている。圧力制御手段２６は、加算手段２７と比較手段２８と開度算出手段２９とから構成されている。
【００２０】
運転停止判別手段２４では、回転計２２からの運転停止信号に応答して弁開閉手段２５に弁閉信号を出力するとともに、加算手段２７および比較手段２８それぞれに起動信号を出力するようになっている。弁開閉手段２５では、弁閉信号に応答して第１および第２の開閉弁６，１０に駆動信号を出力し、第１および第２の開閉弁６，１０を閉じるようになっている。
【００２１】
加算手段２７では、運転停止判別手段２４からの起動信号に応答して、外部圧力計１９で測定される圧力に設定圧力を加算し、その加算した圧力を目標圧力として比較手段２８に出力するようになっている。
【００２２】
比較手段２８では、運転停止判別手段２４からの起動信号に応答して、加算手段２７からの目標圧力と、圧力計２０で測定される蒸気タービン８内の圧力とを比較し、その圧力の差分を吸収するに足る開度を算出して圧力制御弁１８に駆動信号を出力し、算出開度分だけ圧力制御弁１８の開度を制御し、蒸気タービン８内の圧力が外部圧力計１９で測定される圧力よりも設定圧力だけ高くするように構成されている。
【００２３】
この第１実施例の構成によれば、蒸気タービン８の運転停止後に、第１および第２の開閉弁６，１０を閉じて蒸気タービン８内が冷却されても、その内部圧力が軸シール機構１５の外側の圧力より低下することを回避して、運転停止時における軸シール機構１５を通じての蒸気タービン８内への空気の流入を防止することができる。
【００２４】
上記第１実施例では、圧力制御弁１８を設けたバイパス配管１７を、第２の開閉弁１０と並列に設けているが、本発明としては、それに代えて、あるいは併設するように、第１の開閉弁６と並列に設けるようにしても良い。
また、第１および第２の開閉弁６，１０としては、それぞれ複数個設けるものであっても良い。すなわち、蒸気タービン８に対して別のボイラからの蒸気を供給する蒸気供給管が接続されるとともに、その蒸気供給管に開閉弁を設ける場合には、その開閉弁も第１の開閉弁に含む。同様に、蒸気タービン８に対して別の復水器に蒸気を排出する蒸気排出管が接続されるとともに、その蒸気排出管に開閉弁を設ける場合には、その開閉弁も第２の開閉弁に含む。
【００２５】
図３は、本発明に係る蒸気タービンシステムの第２実施例を示す概略構成図であり、第１実施例と異なるところは次の通りである。
すなわち、蒸気供給管７の第１の開閉弁６よりも上流側箇所に、蒸気タービン８と並列に、第３の開閉弁４１を設けたタービンバイパス配管４２が接続され、そのタービンバイパス配管４２が復水器１２に接続されている。
【００２６】
外部圧力計１９と圧力計２０と回転計２２とがコントローラ（ＣＰＵ）４３に接続され、コントローラ４３に第１、第２および第３の開閉弁６，１０，４１と圧力制御弁１８とが接続されている。
【００２７】
コントローラ４３には、図４の制御系のブロック図に示すように、圧力制御手段２６（図示せず。これは第１実施例と同じであり、構成および作用の説明は省略している）と、開閉弁制御手段４４が備えられている。
【００２８】
開閉弁制御手段４４には、運転停止判別手段４５、弁開閉手段４６、第１の加算手段４７、第１の比較手段４８、第１の弁閉判別手段４９、第２の加算手段５０、第２の比較手段５１および第２の弁閉判別手段５２が備えられている。
【００２９】
運転停止判別手段４５では、回転計２２からの運転停止信号に応答して弁開閉手段４６に弁開閉信号を出力するとともに、第１および第２の加算手段４７，４８、ならびに、第１および第２の比較手段５０，５１それぞれに起動信号を出力するようになっている。弁開閉手段４６では、弁開閉信号に応答して第１、第２および第３の開閉弁６，１０，４１に駆動信号を出力し、第１および第３の開閉弁６，４１を開くとともに第２の開閉弁１０を閉じるようになっている。
【００３０】
第１の加算手段４７では、運転停止判別手段４５からの起動信号に応答して、外部圧力計１９で測定される圧力に第１の設定圧力分を加算し、その加算した圧力を設定圧力として第１の比較手段４８に出力するようになっている。
【００３１】
第１の比較手段４８では、運転停止判別手段４５からの起動信号に応答して、第１の加算手段４７からの設定圧力と、圧力計２０で測定される蒸気タービン８内の圧力とを比較し、蒸気タービン８内の圧力が設定圧力になったときに弁閉信号を出力するようになっている。
第１の弁閉判別手段４９では、第１の比較手段４８からの弁閉信号に応答して、第３の開閉弁４１に駆動信号を出力し、第３の開閉弁４１を閉じるようになっている。
【００３２】
第２の加算手段５０では、運転停止判別手段４５からの起動信号に応答して、外部圧力計１９で測定される圧力に第１の設定圧力分より小さい第２の設定圧力分を加算し、その加算した圧力を設定圧力として第２の比較手段５１に出力するようになっている。
【００３３】
第２の比較手段５１では、運転停止判別手段４５からの起動信号に応答して、第２の加算手段５０からの設定圧力と、圧力計２０で測定される蒸気タービン８内の圧力とを比較し、蒸気タービン８内の圧力が設定圧力になったときに弁閉信号を出力するようになっている。
第２の弁閉判別手段５２では、第２の比較手段５１からの弁閉信号に応答して、第１の開閉弁６に駆動信号を出力し、第１の開閉弁６を閉じるようになっている。他の構成は、第１実施例と同じであり、同一図番を付すことにより、その説明は省略する。
【００３４】
この第２実施例の構成によれば、蒸気タービン８の運転停止に伴い、第３の開閉弁４１を開いて蒸気タービン８内の高圧蒸気をタービンバイパス配管４２を通じて逃がし、更に、第３の開閉弁４１を閉じた後、蒸気タービン８内の圧力が所定圧力分（第１の設定圧力分−第２の設定圧力分）低下するまでの間は第１の開閉弁６を開いておき、ボイラ５内のアンモニア分を優先的に蒸発させ、ボイラ５内のアンモニア分の濃度を低下して、ボイラ５の冷却に伴って、蒸気タービン８内の圧力を早期に低下させることができる。
【００３５】
上記第２実施例では、蒸気タービン８の運転停止後、圧力計２０で測定される蒸気タービン８内の圧力が外部圧力計１９で測定される圧力に第１の設定圧力分を加えた圧力よりも低くなったときに第３の開閉弁４１を閉じるように構成しているが、その第１の設定圧力分を加えた圧力よりも低くなる時間が推定できる場合には、その時間を設定時間として、設定時間経過後に第３の開閉弁４１を閉じるように構成しても良い。
【００３６】
また、第３の開閉弁４１を閉じた後に、蒸気タービン８内の圧力が外部圧力計１９で測定される圧力に第１の設定圧力分より小さい第２の設定圧力分を加えた圧力よりも低くなったときに第１の開閉弁６を閉じるように構成しているが、その第１の設定圧力分を加えた圧力よりも低くなる時間が推定できる場合には、その時間を設定時間として、設定時間経過後に第１の開閉弁６を閉じるように構成しても良い。
【００３７】
上記第２実施例において、第３の開閉弁４１をリリーフ弁で構成し、そのリリーフ圧力を、蒸気タービン８の運転時には、閉じ状態を維持するように高圧に設定しておき、蒸気タービン８の運転停止に伴い、外気圧よりやや高い圧力、すなわち、実質的に、蒸気タービン８内の圧力が外部圧力計１９で測定される圧力に第１の設定圧力分を加えた圧力にリリーフ圧力を切り替えるように構成しても良い。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明の蒸気タービンシステムによれば、運転停止に伴い、蒸気タービン内の圧力と軸シール機構の外側の圧力とを測定し、蒸気タービン内の圧力の方が設定圧力だけ高くなるように圧力制御弁の開度を制御し、蒸気タービン内に蒸気を導入することができるから、運転停止後に蒸気タービン内が冷却されても、その内部圧力が軸シール機構の外側の圧力より低下することを回避して、運転停止時における軸シール機構を通じての蒸気タービン内への空気の流入を防止でき、蒸気タービンの性能低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気タービンシステムの第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】第１実施例の制御系を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る蒸気タービンシステムの第２実施例を示す概略構成図である。
【図４】第２実施例の制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
５…ボイラ
６…第１の開閉弁
７…蒸気供給管
８…蒸気タービン
１０…第２の開閉弁
１１…蒸気排出管
１２…復水器
１４…回転軸
１５…軸シール機構
１７…バイパス配管
１８…圧力制御弁
１９…外部圧力計
２０…圧力計
２６…圧力制御手段
４１…第３の開閉弁
４２…タービンバイパス配管
４４…開閉弁制御手段
【図１】
2004197672.tif 000003
【図２】
2004197672.tif 000004
【図３】
2004197672.tif 000005
【図４】
2004197672.tif 000006