(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地熱蒸気である主蒸気の供給を受けて回転負荷装置である発電機を駆動する蒸気タービンを備えるとともに、前記主蒸気の蒸気タービンへの供給量を調整する蒸気加減弁と，蒸気タービンに供給される主蒸気に洗浄水を注入する注水装置とを備えた地熱蒸気タービン装置において、
前記注水装置が注入する洗浄水の量を調整する注水量調整装置と、前記主蒸気の供給量である主蒸気量に対応する信号を発信する信号発信装置と、この信号発信装置が発信した信号を基にして前記注水量調整装置に対し注水量に関する指令信号を発信する注水量指令装置とを備え、前記注水量指令装置で設定される注水量の主蒸気量に対する比率値が、定格負荷時に設定された比率値に対して、部分負荷時では前記蒸気加減弁が絞られることによる主蒸気量の減少に伴って増大するように設定されることを特徴とする地熱蒸気タービン装置。
【請求項２】
部分負荷時での前記比率値と負荷量との関係は、蒸気タービンのエンタルピ−エントロピ線図において任意の負荷量の点で等圧力線，膨張線，等エントロピ線の三角形を描いて、その負荷量での蒸気タービン内の主蒸気の乾き度を求めることで得るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の地熱蒸気タービン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、タービンを駆動する主蒸気に地熱蒸気を用いる地熱蒸気タービン装置に係わり、主蒸気の通流路へのスケール等の異物の付着を部分負荷時においても抑制することが可能なその構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地熱蒸気タービン装置はタービンを駆動する主蒸気の蒸気源に地熱井から得られた地熱蒸気を用いる蒸気タービン装置である。地熱蒸気タービン装置では主蒸気に含まれるスケールなどの異物が、主蒸気が蒸気タービン内で膨張する過程で析出するなどして主蒸気通流路（羽根など）に付着し、主蒸気通流路の通流面積を狭くして地熱蒸気タービン装置の出力を低減させることが知られている。これに対処するために、地熱蒸気タービン装置ではタービンに供給される主蒸気に洗浄水を注入することで主蒸気通流路の洗浄を行うようにしている。このような注水装置を備えた従来例の地熱蒸気タービン装置を図３を用いて説明する。ここで図３は従来例の地熱蒸気タービン装置を示す系統図である。図３では、主蒸気，洗浄水などの流体系統を実線で、信号系統を一点鎖線で示している。
【０００３】
図３において、９は、主蒸気９１の供給を受けて回転負荷装置である発電機６を駆動する蒸気タービン８と、蒸気加減弁８１，流量計８２，注水装置７，制御弁７１，注水量指令装置７２などを備えた従来例の地熱蒸気タービン装置である。蒸気加減弁８１は地熱蒸気である主蒸気９１の蒸気タービン８への供給量を調整し、注水装置７は主蒸気９１に洗浄水９２を注入し、制御弁７１は後記する指令信号７２ａを受け，注水装置７に供給する洗浄水９２の供給量（注水量）を指令信号７２ａに対応するように調整するこの事例の場合の注水量調整装置である。
【０００４】
流量計８２は主蒸気９１の供給量である主蒸気量に対応する信号８２ａを発信するこの事例の場合の信号発信装置であり、注水量指令装置７２は信号８２ａを受信し，主蒸気量に対応して必要になる洗浄水９２の注水量を演算するなどして求め，注水量に関する指令信号７２ａを発信する。なお５は、発電機６が出力している電力値を検出する電力計測器などの出力検出装置であり、主蒸気量が発電機６の出力に対応していることから、流量計８２に代えて信号発信装置として用いられる場合がある。
【０００５】
従来例の地熱蒸気タービン装置９は前記のように構成されているので、主蒸気９１に異物が含まれる地熱蒸気を用いても、蒸気タービン８内の主蒸気９１の通流路に異物が付着するのを防止できる。これによって、蒸気タービン８の異物付着による出力の低下の発生を抑制すると共に、主蒸気９１の通流路に付着した異物を除去するための地熱蒸気タービン装置９の運転停止の頻度を大幅に低減できている。なお、洗浄水９２の注水量の主蒸気量に対する比率（注水量比）の値は、地熱蒸気に含まれる異物の割合などに対応させて設定され、２〜３％前後程度とされることが多い。
【０００６】
ところで、地熱蒸気タービン装置は商用電力系統と連係運転されることが一般で、商用電力系統の全発電量に占める地熱蒸気タービン装置による発電量の割合が極めて小さいため、商用電力系統の全需要電力が変動しても地熱蒸気タービン装置はほぼ定格負荷状態で連続運転されている。これによって、蒸気量を人為的に調整ができない自然エネルギーである地熱蒸気の有効活用を可能にしている。なお、注水装置を備えた地熱蒸気タービン装置として特開平９−２１７６７４号公報（株式会社東芝）が開示されており、この公報には定格負荷の９０％以上の負荷量という狭い範囲の負荷量（したがって、狭い範囲の主蒸気量）の場合においてのみ洗浄水９２の注入が行われることが示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術による地熱蒸気タービン装置９では注水装置７を備えることで、異物が含まれる地熱蒸気を使用しても、異物付着による蒸気タービン８の出力低下の発生の抑制や、主蒸気９１の通流路に付着した異物の除去作業に伴う地熱蒸気タービン装置９の運転停止の頻度の低減を可能にしている。しかしながら近年になり、注水装置７を備えた地熱蒸気タービン装置であっても、離島などに設置される場合には異物付着の問題が発生することが見出され、その解決が望まれている。すなわち、
▲１▼離島に設置される地熱蒸気タービン装置９の場合では、離島の商用電力系統と連係運転されるにしても、この電力系統の全発電量に占める地熱蒸気タービン装置の発電量の割合が相対的に大きくなる。このために、夜間などの全需要電力が少なくなる場合には地熱蒸気タービン装置９の発電量を減少しなければならず、地熱蒸気タービン装置９を部分負荷状態で長時間運転することが必要になる。
【０００８】
ところで、地熱蒸気タービン装置９の部分負荷運転では、次の▲２▼項で説明するように蒸気タービン８内で膨張した主蒸気９１の乾き度の増大をもたらす。主蒸気９１の乾き度が増大されると、洗浄水９２の少なくとも一部が乾き度の解消に消費されるので、異物の洗浄に必要な量の洗浄水９２の確保が不可能になる。このために、注水装置７を備える地熱蒸気タービン装置９であっても異物付着の問題が発生する。
【０００９】
▲２▼地熱蒸気タービン装置９の部分負荷運転時（部分負荷時）に蒸気タービン８内で膨張した主蒸気９１の乾き度が増大する理由を図４を用いて説明する。ここで図４は、蒸気タービンの負荷量と主蒸気の乾き度などとの関係を説明する説明図である。この事例の場合の地熱蒸気タービン装置９では、図４に示すように、定格負荷運転時（定格負荷時）には主蒸気９１は蒸気タービン８内で膨張線（実線）に従って膨張してほぼ飽和蒸気になるように設定されている。したがって、注水装置７から主蒸気９１に注入された洗浄水９２は水のままで存在して異物の洗浄に用いられる。
【００１０】
部分負荷時には主蒸気９１の供給量を定格負荷時よりも減少させるために蒸気加減弁８１が絞られるので、蒸気タービン８の流入部での主蒸気９１の圧力値が低下する。このことが、図４では、定格負荷から部分負荷への移行に伴う等圧力線（点線）の高エントロピ側への移動として示されている。部分負荷時では主蒸気９１の膨張がこの低い圧力値の状態から膨張線に沿って行われるので、膨張後の主蒸気９１の状態は、部分負荷時の膨張線と等エンタルピ線との交点Ａで示される。そうして、部分負荷時の蒸気タービン８内の膨張した主蒸気９１は飽和蒸気線を越えているので乾き蒸気の状態になる。
【００１１】
また、交点Ａからグラフの縦軸に平行に等エントロピ線（一点鎖線）を描いた場合、等エントロピ線は飽和蒸気線と交わるがこれを交点Ｂとする。等エントロピ線の交点Ａと交点Ｂとの間の長さは、蒸気加減弁８１が絞られたことで部分負荷時の主蒸気９１に発生した過熱量を示すことになる。この状態では洗浄水９２の少なくとも一部が主蒸気９１の乾き度の解消に消費されるので、異物の洗浄に必要な量の洗浄水９２の確保が不可能になる。なお、図４に示されているように、等圧力線（点線），膨張線（実線）および等エントロピ線（一点鎖線）で形成される三角形は、定格負荷時および部分負荷時のいずれにおいても相似形であり、これ等の３本の線の線のそれぞれは互いに平行する関係にある。
【００１２】
この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑みなされ、その目的は、主蒸気通流路へのスケール等の異物の付着を部分負荷時においても抑制することが可能な地熱蒸気タービン装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明では前述の目的は、
１）地熱蒸気である主蒸気の供給を受けて回転負荷装置である発電機を駆動する蒸気タービンを備えるとともに、前記主蒸気の蒸気タービンへの供給量を調整する蒸気加減弁と，蒸気タービンに供給される主蒸気に洗浄水を注入する注水装置とを備えた地熱蒸気タービン装置において、
前記注水装置が注入する洗浄水の量を調整する注水量調整装置と、前記主蒸気の供給量である主蒸気量に対応する信号を発信する信号発信装置と、この信号発信装置が発信した信号を基にして前記注水量調整装置に対し注水量に関する指令信号を発信する注水量指令装置とを備え、前記注水量指令装置で設定される注水量の主蒸気量に対する比率値が、定格負荷時に設定された比率値に対して、部分負荷時では前記蒸気加減弁が絞られることによる主蒸気量の減少に伴って増大するように設定されることにより達成される。
また、上記構成において、部分負荷時での前記比率値と負荷量との関係は、蒸気タービンのエンタルピ−エントロピ線図において任意の負荷量の点で等圧力線，膨張線，等エントロピ線の三角形を描いて、その負荷量での蒸気タービン内の主蒸気の乾き度を求めることで得るようにすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては、図３に示した従来例の地熱蒸気タービン装置と同一部分には同じ符号を付しその説明を省略する。図１は、この発明の実施の形態の一例による地熱蒸気タービン装置を示す系統図である。図１では、主蒸気，洗浄水などの流体系統を実線で、信号系統を一点鎖線で示している。図１において、１は、図３に示した従来例による地熱蒸気タービン装置９に対し、注水量指令装置７２に代えて注水量指令装置２を用いるようにした地熱蒸気タービン装置である。
【００１５】
この発明による注水量指令装置２は、広い範囲の主蒸気量に対し、洗浄水９２の注水量の主蒸気９１の供給量に対する比率（注水量比）の値が，主蒸気量の減少に伴って増大するように設定された指令信号２ａを発信することが特長である。制御弁７１は指令信号２ａを受けて、注水装置７が供給する洗浄水９２の注水量を指令信号２ａに対応させるように調整する。地熱蒸気タービン装置１の注水装置７で得られる注水量比の特性を図２を用いて説明する。
【００１６】
ここで図２は、この発明の地熱蒸気タービンの負荷量と注水量比との関係を説明する説明図であり、定格負荷時の注水量比の値が２％に設定された場合を例示している。この発明の実施の形態の一例の地熱蒸気タービン装置１では、注水量比の値は定格負荷時に２％、部分負荷時には蒸気タービン８の負荷量，すなわち，主蒸気９１の供給量である主蒸気量の減少に伴って２％よりも増大させる（図２参照）。すなわち、部分負荷時の地熱蒸気タービン装置１の洗浄水９２の注水量は、従来例の地熱蒸気タービン装置９の場合よりも増大され、この増大した分の洗浄水９２は蒸気タービン８内の主蒸気９１の乾き度の解消に用いられる。
【００１７】
これにより、地熱蒸気タービン装置１では部分負荷時であっても、洗浄水９２によって主蒸気通流路の洗浄を行うことができ、離島などに設置される場合における従来例の問題点（前述の「発明が解決しようとする課題」の項の説明を参照）を全く解消できる。また、自然エネルギーである地熱蒸気は、地熱井によっては地熱蒸気量が変動する場合がありえる。地熱蒸気タービン装置１は、このような地熱井を対象に設置される地熱蒸気タービン装置としても好適である。
【００１８】
なお、図２の部分負荷時での地熱蒸気タービンの負荷量と注水量比との関係は、図４を参照すると、任意の負荷量の点で等圧力線，膨張線，等エントロピ線の三角形を描いて、その負荷量での蒸気タービン８内の主蒸気９１の乾き度を求めることで得ることができる。なおまた、この発明の地熱蒸気タービン装置１の定格負荷時の注水量比の値は、２％に限定されるものではなく、例えば、従来例の地熱蒸気タービン装置９の場合と同等の２〜３％前後程度などに設定できることは勿論のことである。
【００１９】
【発明の効果】
この発明による地熱蒸気タービン装置では、前記課題を解決するための手段の項で述べた構成とすることで次記の効果を得られる。すなわち、離島に設置される地熱蒸気タービン装置や地熱蒸気供給量が変動する地熱井と組み合わされる地熱蒸気タービン装置などの、部分負荷運転を行う必要な地熱蒸気タービン装置に関し、地熱蒸気に含まれていて主蒸気通流路に付着した異物の洗浄水による洗浄を部分負荷運転時であっても可能にできる。これにより、部分負荷運転が頻繁かつ長時間に行われる地熱蒸気タービン装置の場合であっても、蒸気タービンの異物付着による出力の低下の発生が抑制されると共に、主蒸気の通流路に付着した異物を除去するための地熱蒸気タービン装置の運転停止の頻度の大幅な低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の一例による地熱蒸気タービン装置を示す系統図
【図２】この発明の地熱蒸気タービンの負荷量と注水量比との関係を説明する説明図
【図３】従来例の地熱蒸気タービン装置を示す系統図
【図４】蒸気タービンの負荷量と主蒸気の乾き度などとの関係を説明する説明図
【符号の説明】
１    地熱蒸気タービン装置
２    注水量指令装置
２ａ  指令信号
７    注水装置
７１  制御弁
８    蒸気タービン
９１  主蒸気
９２  洗浄水
【図１】
0004407041.tif 000002
【図２】
0004407041.tif 000003
【図３】
0004407041.tif 000004
【図４】
0004407041.tif 000005