特許 6556807 新型のタービン発電機ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6556807

(24)【登録日】2019年7月19日

(45)【発行日】2019年8月7日

(54)【発明の名称】新型のタービン発電機ユニット

(51)【国際特許分類】

   F01K 13/00 20060101AFI20190729BHJP

   F01K 7/32 20060101ALI20190729BHJP

   F01K 7/22 20060101ALI20190729BHJP

   F22B 9/08 20060101ALI20190729BHJP

【ＦＩ】

   F01K13/00 B

   F01K7/32

   F01K7/22 Z

   F22B9/08

【請求項の数】9

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-218907(P2017-218907)

(22)【出願日】2017年11月14日

(62)【分割の表示】特願2016-34037(P2016-34037)の分割

【原出願日】2007年10月15日

(65)【公開番号】特開2018-53896(P2018-53896A)

(43)【公開日】2018年4月5日

【審査請求日】2017年12月13日

(31)【優先権主張番号】200710040128.0

(32)【優先日】2007年4月27日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】509296292

【氏名又は名称】▲馮▼ ▲偉▼忠

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】▲馮▼ ▲偉▼忠

【審査官】 金田 直之

(56)【参考文献】

【文献】 欧州特許出願公開第０１７７５４３０（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−２６６８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１２６４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２４３００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１０６１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／０８３２３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−９２７３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｋ ７／２２− ７／２４，

７／３２，１１／０２，

１３／００

Ｆ２２Ｂ ９／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボイラ本体、過熱器及び再熱器を備えるボイラであって、前記過熱器及び前記再熱器それぞれが、蒸気入口及び蒸気出口のヘッダを形成する蒸気入口及び蒸気出口を有する、ボイラと、
高レベルタービンユニット及び前記高レベルタービンユニットに水平に接続された高レベル発電機ユニットを備える高レベル軸であって、前記高レベルタービンユニットが、ＨＰシリンダを備える、高レベル軸と、
低レベルタービンユニット及び低レベル発電機ユニットを備える低レベル軸と、
前記ボイラを前記高レベルタービンユニットに接続する蒸気管を備える蒸気管系統と、
を備え、
前記高レベル軸が、前記ボイラの外側にありかつ前記蒸気入口及び前記蒸気出口の前記ヘッダに隣接した高レベルプラットホーム上に水平に位置付けられており、それにより、前記ボイラを前記高レベルタービンユニットに接続する前記蒸気管の長さを短縮し、
前記低レベル軸が、タービンホールにおける地上に配置されていることを特徴とするタービン発電機ユニット。

【請求項2】

前記高レベル発電機ユニットと前記低レベル発電機ユニットとが、独立して電力網に接続されており、前記高レベル発電機ユニットと前記低レベル発電機ユニットとの一方が過失の結果として外れたときに、他方に影響を及ぼさないことを特徴とする請求項１に記載のタービン発電機ユニット。

【請求項3】

前記高レベルタービンユニットが、ＩＰシリンダＩをさらに備え、
前記低レベルタービンユニットが、ＩＰシリンダＩＩ及びＬＰシリンダを備え、
前記再熱器が、一段再熱器及び二段再熱器を備え、
前記ボイラを前記高レベルタービンユニットに接続する前記蒸気管が、前記過熱器の蒸気出口を前記ＨＰシリンダに接続する主蒸気管と、前記ＨＰシリンダを前記一段再熱器の蒸気入口に接続する低温一段再熱蒸気管と、前記一段再熱器の蒸気出口を前記ＩＰシリンダＩに接続する高温一段再熱蒸気管と、前記ＩＰシリンダＩを前記二段再熱器の蒸気入口に接続する低温二段再熱蒸気管と、を備え、
前記蒸気管系統が、前記二段再熱器の蒸気出口を前記ＩＰシリンダＩＩに接続する高温二段再熱蒸気管をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のタービン発電機ユニット。

【請求項4】

当該タービン発電機ユニットが、超超臨界タービン発電機ユニットであり、
タービンユニットが、復水蒸気タービンユニットであることを特徴とする請求項１に記載のタービン発電機ユニット。

【請求項5】

前記高レベルタービンユニットが、２つのＩＰシリンダをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のタービン発電機ユニット。

【請求項6】

前記ＩＰシリンダＩが、単流型として設計されており、単流型の前記ＨＰシリンダと一体化されていることを特徴とする請求項３に記載のタービン発電機ユニット。

【請求項7】

当該タービン発電機ユニットが、一段再熱超超臨界タービン発電機ユニットであることを特徴とする請求項１に記載のタービン発電機ユニット。

【請求項8】

ボイラ本体、過熱器及び再熱器を備えるボイラであって、前記過熱器及び前記再熱器それぞれが、蒸気入口及び蒸気出口のヘッダを形成する蒸気入口及び蒸気出口を有する、ボイラと、
高レベルタービンユニット及び前記高レベルタービンユニットに水平に接続された高レベル発電機ユニットを備える高レベル軸であって、前記高レベルタービンユニットが、ＨＰシリンダ及びＩＰシリンダを備える、高レベル軸と、
前記ボイラを前記高レベルタービンユニットに接続する蒸気管系統と、
を備え、
前記ボイラを前記高レベルタービンユニットに接続する前記蒸気管系統が、前記過熱器の蒸気出口を前記ＨＰシリンダに接続する主蒸気管と、前記ＨＰシリンダを一段再熱器の蒸気入口に接続する低温一段再熱蒸気管と、前記一段再熱器の蒸気出口を前記ＩＰシリンダに接続する高温一段再熱蒸気管と、を備え、
前記高レベル軸が、前記ボイラの外側にありかつ前記蒸気入口及び前記蒸気出口の前記ヘッダに隣接した高レベルプラットホーム上に水平に位置付けられており、それにより、前記主蒸気管の長さ、前記低温一段再熱蒸気管の長さ及び前記高温一段再熱蒸気管の長さを短縮することを特徴とするタービン発電機ユニット。

【請求項9】

前記ＩＰシリンダの出口から排気された蒸気が、熱供給ユーザに直接放出されることを特徴とする請求項８に記載のタービン発電機ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電の技術分野に関し、より具体的には、新型のタービン発電機ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

火力発電の分野における中核技術として、タービン発電機ユニットは、１００年を越えて開発されており、近年では、燃料価格及び環境保護への圧力が継続的に増大しているなか、開発国は、高効率超臨界タービン発電機ユニットの開発で競い合っている。ユニットの運転パラメータを頻繁に改善してユニットのサイクル効率を向上させているなか、二段再熱サイクルユニットは、再び、次世代の高効率超超臨界ユニットを設計する基本的な技術解決法の１つとなっている。

【0003】

現在、世界で最も効率的である石炭燃料発電ユニットは、デンマークにある４００ＭＷの二段再熱超超臨界ユニット(double-reheat ultra-supercritical unit)であり、その蒸気パラメータは、２９ＭＰａ／５８０℃／５８０℃／５８０℃である。ユニットのサイクル効率は、４７％までになっており、サイクル効率が４１〜４２％である一段再熱超臨界ユニット及びサイクル効率が４４〜４５％である一段再熱超超臨界ユニットよりも高い。

【0004】

しかしながら、従来の一段再熱ユニット(single-reheat unit)について、一段再熱を追加した３１．１ＭＰａ／５６６℃／５６６℃／５６６℃の二段再熱超臨界ユニットを２４．５ＭＰａ／６００℃／６００℃の一段超超臨界ユニットであって蒸気温度を上昇させただけの一段超超臨界ユニットと比較すると、前者のサイクル効率は、後者のサイクル効率よりも０．５％改善しただけである。一段再熱（超）超臨界ユニットと比較すると、二段再熱（超）超臨界ユニットのシステムは、より複雑であり、製造コストが著しく増大する。そのため、１９９０年以降、世界中の国々は、６００℃クラスの一段際熱超超臨界ユニットを建設する傾向がある。

【0005】

図１には、１０００ＭＷクラスのタワー型ボイラ１と二段再熱タービンユニット２との従来の配置が従来技術として図示されている。ＨＰ（高圧）シリンダ２１とＩＰ（中圧）シリンダＩ２２とＩＰシリンダＩＩ２３とタービンユニット２にある２つのＬＰ（低圧）シリンダ２４とは、タービンホールにおいて単一軸(single shaft)に配置されている。一般に、主蒸気管３１は、ボイラ１の過熱器１３の出口からＨＰシリンダ２１まで延在しており、長さ約１６０ｍの単一の管を有し、そして、長さ約１８０ｍの単一管である低温一段再熱蒸気管３２を通って、ＨＰシリンダ２１から排気された蒸気は、ボイラ１に戻り、高温一段再熱蒸気管３３は、一段再熱器１２の出口からＩＰシリンダＩ２２まで延在しており、低温一段再熱蒸気管３２の長さとほぼ同等の長さである長さ約１９０ｍの単一の管を有し、その後、低温二段再熱蒸気管３４は、蒸気がこの管３４を通ってＩＰシリンダＩ２２からボイラ１に排気されており、長さ約１８０ｍの単一の管を有し、高温二段再熱蒸気管３５は、二段再熱器１６の出口からＩＰシリンダＩＩ２３まで延在しており、低温二段再熱蒸気管３４の長さとほぼ同等の長さである長さ約１９０ｍの単一の管を有する。主蒸気管３１と高温一段再熱管３３と高温二段再熱管３５とは、６００℃クラスの高温合金鋼で形成される必要がある。さまざまな管の設計図によると、主蒸気管と再熱蒸気管とは、同様に、１／２の容量、１／４の容量の管を有する。その結果、実際には高温合金鋼で形成される必要がある高圧高温管の長さは、増大する。

【0006】

図２には、１０００ＭＷクラスのタワー型ボイラ１と二軸二段再熱タービンユニット２との従来の配置が従来技術として図示されている。タービンユニット２は、それぞれが内蔵型発電機を有しかつ従来のタービンホールと平行に配置された２つの軸からなる。タービンユニット２にある第１軸２１は、ＨＰシリンダ２１１とＩＰシリンダＩ２１２とからなり、内蔵型発電機を有し、第２軸２２は、ＩＰシリンダＩＩ２２１と２つのＬＰシリンダ２２２とからなり、内蔵型発電機を有する。図２に示すような二段再熱二軸タービン発電機ユニットとしての、そのＨＴＨＰ（高温高圧）管の配置図は、図１に示すような単一軸二段再熱タービンユニットの配置図と同様であり、この配置図において、主蒸気管３１と高温一段再熱管３３と高温二段再熱管３５とは、６００℃クラスの高温合金鋼で形成される必要があり、これら単一管の長さは、すべて約１６０ｍである。

【0007】

現在、発電ユニットのユニット価格は、ユニットの効率が増大すると共に絶えず増大している。特に、二段再熱ユニットの技術が十分に開発されているが、ボイラは、再熱器からなる追加段を必要とし、タービンは、追加のＩＰシリンダを必要とし、再熱蒸気管からなる追加段も、同様に必要とされる。その結果、系統は、追加投資を必要とすると共により複雑になる。一段再熱ユニットと比較すると、得られる収益効率の増大は、投資の増大を埋め合わせない。第１に、従来設計の二段再熱ユニット、ボイラとタービンホールとの間にある再熱蒸気シャトルについて、特に現在のＭＷクラスの大型（超）超臨界ユニットについて、ボイラは、タービンとボイラとの間にある脱気器室(deaerator bay)及び石炭貯蔵室(coal-bunker bay)のような構造的要因と組み合わさって、ますます高層なっており、蒸気管における単一管の平均長さは、１６０ｍ〜１９０ｍに達している。一方、大径かつ厚肉の壁部を有する６００℃クラスの管は、コストが高く、他方で、再熱管の系統抵抗の増大は、タービンの作業能力を低減させる結果となり、二段再熱系統の理論上の効率は、部分的に減少する。第２に、二段再熱系統は、系統内に貯蔵される蒸気量が大きく増大している。この結果、ユニットの調整慣性(adjustment inertia)は、増大し、これにより、ユニットを制御する困難性は、増大する。

【0008】

１９９０代の終わりに、米国、日本及び欧州連合は、次世代の高効率超超臨界ユニットの開発計画を制定した。これらプランのすべては、基材としてニッケルベースの超合金を用いた一段再熱及び二段再熱ユニットを目的としている。現在、７００℃クラスの高温のニッケルベースの合金鋼の価格は、６００℃クラスの高温の合金鋼の価格の５倍を超えている。このような金属を二段再熱の２×１０００ＭＷの超超臨界ユニットに使用する場合、４つの主要な管のみに対する投資金は、２５億人民元(RMB 2.5 billion)を越える。二段再熱サイクルが採用される場合、投資コストの増大は、ニッケルベースの合金鋼をボイラ、タービン及びＨＴＨＰ蒸気管を建設するために使用するため、現在の燃料価格を考慮すると、投資に対する収入が発生しない。

【0009】

したがって、現在の技術状況、材料状況及び従来の設計図では、タービン発電機ユニットの効率を改善するコストと利益とに矛盾がある。また、これは、次世代の高効率超超臨界ユニットの開発を制限するボトルネックとなっている。さらに、環境保護への圧力及びＣＯ_２排出の低減への圧力の下、火力発電のための主要設備−未臨界及び超臨界ユニット−をどのようにしてさらに「性能向上させる」かは、電力産業の開発における別の問題となっている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

従来技術の上記欠点について、本発明によって解決される技術的問題は、ＨＴＨＰ蒸気管が非常に短く、管の圧力降下の損失が非常に小さく、調整慣性が比較的小さく、かつサイクル効率を大幅に改善したタービン発電器ユニットを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するため、本発明は、軸が異なるレベルに配置されたタービン発電機ユニットを提供する。ユニットは、ボイラ本体と、過熱器の少なくとも１つの段と、ボイラ本体に設けられた再熱器の少なくとも１つの段と、を備えるボイラであって、過熱器及び再熱器は、それぞれ蒸気入口及び出口を有し、蒸気入口及び出口のヘッダを形成し、ヘッダ接続領域は、ヘッダに対応する位置においてボイラ本体に形成されている、ボイラと、２つのタイプ、すなわち復水蒸気タービンユニット(condensing steam turbine unit)と背圧蒸気タービンユニットと、にクラス分けされるタービンユニットであって、復水蒸気タービンユニットは、少なくともＨＰシリンダからなる高レベルユニットを備え、かつ、少なくともＬＰシリンダからなる低レベルユニットを備え、いくつかのＩＰシリンダは、要求応じて、高レベルユニットまたは低レベルユニットに対して状況に応じて配置され、背圧蒸気タービンユニットは、少なくともＨＰシリンダからなる高レベルユニットを備え、いくつかのＩＰシリンダは、要求に応じて、高レベルユニットまたは低レベルユニットに対して状況に応じて配置された、タービンユニットと、タービンユニットに接続された少なくとも１つの発電機を備える発電機ユニットと、ボイラとＨＰシリンダとの間で作動媒体を伝送する管、すなわち主蒸気管及び一段低温再熱蒸気管と、ボイラとＩＰシリンダとの間で作動媒体を伝送する管、すなわち高温再熱蒸気管と、を少なくとも備える蒸気管系統であって、当該蒸気管系統は、第１ＩＰシリンダとボイラとの間で作動媒体を伝送する管、すなわち二段低温再熱蒸気管と、ＩＰシリンダとＬＰシリンダとの間にある普通の蒸気管と、を状況に応じてさらに備える、蒸気管系統と、を備え、高レベルユニット及び低レベルユニットの蒸気入口及び出口は、過熱器及び再熱器の蒸気入口及び出口と共に、蒸気管を介して接続され、高レベルユニットと高レベル発電機とは、高レベル軸を構成し、低レベルユニットと低レベル発電機ユニットとは、低レベル軸を構成し、高レベル軸は、ボイラ本体の外側かつヘッダ接続領域の近傍に配置され、すなわち、高レベル軸は、高位置に配置されており、ボイラにおいて、過熱器からのＨＴＨＰ蒸気は、まずＨＴＨＰ蒸気管を通って高レベル軸のＨＰシリンダに流入し、ＨＴＨＰ蒸気が作動した後に、ＨＰシリンダから排気された蒸気は、再熱器に流入して加熱後に高温再熱蒸気を発生し、高温再熱蒸気は、ＩＰシリンダに流入し、そして作動後に排気され、タービン発電機ユニットについて、高レベル軸がボイラ本体の外側かつヘッダ接続領域の近傍に配置されているため、蒸気管系統にあるＨＴＨＰ蒸気管の長さは、大幅に短縮される。

【0012】

例として、復水蒸気タービン発電機ユニットは、以下のように構成される、すなわち、ボイラは、過熱器の少なくとも１つの段を備え、再熱器の１のみの段を有し、高位置に配置されている高レベル軸は、１つの上記ＨＰシリンダと１つの上記ＩＰシリンダと高レベル発電機とを備え、低位置に配置されている低レベル軸は、１つの上記ＬＰシリンダと低レベル発電機とを備える。

【0013】

ボイラにおいて、過熱器からのＨＴＨＰ蒸気は、まず、主蒸気管を通って高位置配置にある高レベル軸のＨＰシリンダに流入し、ＨＴＨＰ管が作動した後、ＨＰシリンダから排気された蒸気は、低温再熱蒸気管を通って再熱器に流入し、そして加熱され、加熱後に形成された再熱蒸気は、高温再熱蒸気管を通ってＩＰシリンダに流入し、そして作動し、ＩＰシリンダから排気された蒸気の圧力及び温度は、著しく低減され、蒸気は、普通の蒸気管を通って低位置配置にある低レベル軸のＬＰシリンダに流入し、そしてさらに作動した後に排気され、タービン発電機ユニットにおいて、高レベル軸がボイラ本体の外側かつヘッダ接続領域の近傍に配置されているため、主蒸気管、低温再熱蒸気管及び高温再熱蒸気管の長さは、大幅に短縮される。

【0014】

復水蒸気タービンユニットについて、高レベルユニットは、同様に、いくつかのＩＰシリンダを備えており、高レベルユニットのＨＰシリンダ、いくつかのＩＰシリンダ及び高レベル発電機は、高レベル軸を構成する。

【0015】

復水蒸気タービンユニットについて、低レベルユニットは、同様に、いくつかのＩＰシリンダを備えており、低レベルユニットのいくつかのＩＰシリンダ、ＬＰシリンダ及び低レベル発電機は、低レベル軸を構成する。

【0016】

背圧蒸気タービンユニットについて、背圧蒸気タービンユニットは、高レベルユニットのみを備えていてもよく、高レベルユニットのＨＰシリンダ、いくつかのＩＰシリンダ及び高レベル発電機は、高レベル軸を構成する。

【0017】

背圧蒸気タービンについて、タービンは、同様に、高レベルユニットと低レベルユニットとを備えており、高レベルユニットのＨＰシリンダ、いくつかのＩＰシリンダ及び高レベル発電機は、高レベル軸を構成し、低レベルユニットのいくつかのＩＰシリンダ及び低レベル発電機は、低レベル軸を構成する。

【0018】

本発明の上記形態において、高レベル軸は、ボイラ本体の外側かつヘッダ接続領域の近傍に配置されており、これにより、ＨＴＨＰ蒸気管の長さを大幅に短縮する。

【0019】

本発明のタービン発電機ユニットは、高レベル軸及び低レベル軸がそれぞれ異なるレベル（高レベル及び低レベル）に配置されており、高レベル軸がボイラのヘッダ接続領域の近傍に配置され、低レベル軸が従来の低位置に配置されている、設計図を採用している。高レベル軸がボイラのヘッダ接続領域の近傍に配置されているため、ＨＴＨＰ蒸気を伝送するために使用されるＨＴＨＰ管は、大幅に短縮され、ＨＴＨＰ管の長さは、以前のＨＴＨＰ管と比較したときにほとんど無視できる。その結果、タービン発電機ユニットのＨＴＨＰ管のコストは、大幅に低減され、蒸気管にある圧力損失及び高圧蒸気の熱放射損失は、低減される。

【0020】

本発明におけるタービン発電機ユニットについて、再熱蒸気管の長さと、再熱蒸気管における圧力損失及び高圧蒸気の熱放射損失と、再熱系統に蓄積されている蒸気量と、を低減することにより、タービン発電機ユニットの効率は、増大し、ユニットの調整慣性は、さらに良好になる。

【0021】

背圧タービン発電機ユニットに適用可能であることに加え、本発明におけるタービン発電機ユニットの配置概念は、主として、復水蒸気タービン発電機ユニット（抽気復水蒸気発電機ユニットを含む）についての配置設計に適用可能であり、これは、両者の運転モードが現在ある二軸ユニットの従来の構成とほぼ同等であるためである。

【0022】

本発明のタービン発電機ユニットにおける高レベル発電機が電力をグラウンドに伝送するときに閉鎖母線(enclosed busbar)を延長する必要があるが、現在十分に開発されている閉鎖母線の投資コストと電力伝送についての追加コストとは、コストのかかる高パラメータの合金鋼で形成された蒸気管に関する規模の順で差がある。

【0023】

高レベル軸及び低レベル軸を異なるレベル（高レベル及び低レベル）に配置する設計図に基づいて、本発明における新型のタービン発電機ユニットは、従来技術におけるタービン発電機ユニットよりも優れた以下の有利点を有する。すなわち、ＨＴＨＰ蒸気管における大部分の圧力損失は、排除され、タービン発電機ユニットの作動能力は、改善される。このような有利点、すなわち、
（１） 高パラメータかつ高コストの管に対応する支持部、吊下部及び熱絶縁材料との投資コストの大部分が消滅すること、
（２） 蒸気の有害な容積が低減し、これによりタービン発電機ユニットの調整能力が大幅に改善されること、
（３） ＨＴＨＰ管を配置するために必要な工場建物の構造設計が簡素化され、対応する基金の負担及び土木工事のコストは、低減されること、
（４） ７００℃クラスの高効率超超臨界ユニットの次世代を開発することへの制約の大部分が消滅し、これにより、現在の未臨界及び超臨界ユニットの「性能を向上させる」実用的な取り組みが提供されること、
は、二段再熱ユニットについてより明らかである。

【0024】

本発明における概念、具体的構造及び結果として得られる技術的効果は、添付の図面と組み合わせて以下にさらに説明され、これにより、本発明における目的、特徴及び効果は、十分に理解されるだろう。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】従来技術におけるタワー型ボイラと二段再熱タービンユニットとの従来の配置を示す図である。

【図2】従来技術におけるタワー型ボイラと二軸二段再熱タービンユニットとの従来の配置を示す図である。

【図3a】本発明の第１の実施形態におけるタービン発電器ユニットを示す配置図である。

【図3b】図３ａをＡ方向から見た図である。

【図3c】図３ａをＢ方向から見た図である。

【図4a】本発明の第２の実施形態におけるタービン発電機ユニットを示す配置図である。

【図4b】図４ａをＡ方向から見た図である。

【図4c】図４ａをＢ方向から見た図である。

【図5a】本発明の第３の実施形態におけるタービン発電機ユニットを示す配置図である。

【図5b】図５ａをＡ方向から見た図である。

【図5c】図５ａをＢ方向から見た図である。

【図6a】本発明の第４の実施形態におけるタービン発電機ユニットを示す配置図である。

【図6b】図６ａをＡ方向から見た図である。

【図6c】図６ａをＢ方向から見た図である。

【図7a】本発明の第５の実施形態におけるタービン発電機ユニットを示す配置図である。

【図7b】図７ａをＡ方向から見た図である。

【図7c】図７ａをＢ方向から見た図である。

【図8a】本発明の第６の実施形態におけるタービン発電機ユニットを示す配置図である。

【図8b】図８ａをＡ方向から見た図である。

【図9】本発明の第２の実施形態における高レベル軸を示す別の配置図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図３ａ、図３ｂ及び図３ｃは、双軸二段再熱超超臨界復水蒸気タービンユニット(a double-shaft double-reheat ultra-supercritical condensing steam turbine unit)である本発明の第１の実施形態をタワー型ボイラと共に示す配置図である。このユニットには、１つのＨＰシリンダ２１１、１つのＩＰシリンダＩ２１２、１つのＩＰシリンダＩＩ２２１及び２つのＬＰシリンダ２２２を含む５つのシリンダと４つの蒸気排気系統とが設けられており、ＨＰシリンダ２１１とＩＰシリンダＩ２１２とは、単一のシリンダに組み込まれており、設計パラメータは、２８ＭＰａ／６００℃／６００℃／６００℃である。

【0027】

第１の実施形態における双軸超臨界タービン発電機ユニットは、この分野において一般に使用されるタワー型ボイラであるボイラ１であって、ボイラ本体１４とすべてがボイラ本体１４内に配置されている節炭器(economizer)１８、３つの過熱器１１、１３、１５及び２つの再熱器１２、１６とを備え、過熱器及び再熱器は、それぞれ蒸気入口及び出口が設けられており、従来技術において共通方式である蒸気入口及び出口のヘッダを形成しており、ヘッダ接続領域１７は、蒸気入口及び出口のヘッダに対応する位置においてボイラ本体１４に形成されている、ボイラ１と、ＨＰシリンダ２１１とＩＰシリンダＩ２１２とを備える高レベルユニット２１と、２つのＬＰシリンダ２２２とＩＰシリンダＩＩ２２１とを備える低レベルユニット２２と、に分割されるタービンユニット２であって、高レベルユニット２１と低レベルユニット２２とは、管を介して接続されている、タービンユニット２と、高レベルユニット２１に接続される高レベル発電機４１と、低レベルユニット２２に接続される低レベル発電機４２と、を備える発電機ユニットと、を備える。

【0028】

また、双軸超臨界タービン発電機ユニットは、蒸気管系統３を備えており、蒸気管系統３は、ＨＴＨＰ蒸気を伝送する主蒸気管３１であって、ボイラ１の過熱器１３の出口をＨＰシリンダ２１１に接続する主蒸気管３１と、低温一段再熱蒸気を伝送する低温一段再熱蒸気管３２であって、ＨＰシリンダ２１１をボイラ１の一段再熱器１２に接続する低温一段再熱蒸気管３２と、一段再熱器１２の出口をＩＰシリンダＩ２１２に接続する高温一段再熱蒸気管３３と、ＩＰシリンダＩ２１２をボイラ１の二段再熱器１６に接続する低温二段再熱蒸気管３４と、二段再熱器１６の出口をＩＰシリンダＩＩ２２１に接続する高温二段再熱蒸気管３５と、ＩＰシリンダＩＩ２２１を２つのＬＰシリンダ２２２に接続する普通の蒸気管と、を備えている。主蒸気管３１、高温一段再熱管３３及び高温二段再熱管３５は、６００℃クラスの高温合金鋼で形成されている必要がある。

【0029】

図３ｂに示すように、高レベルユニット２１と高レベル発電機４１とは、高レベル軸を構成する。図３ｃに示すように、低レベルユニット２２と低レベル発電機４２とは、低位置に配置された低レベル軸を構成する。

【0030】

図３ａに示すように、本発明の特性は、高レベルユニット２１が高レベル発電機４１と共に高レベル軸を構成し、高レベル軸が高レベルプラットホーム５に配置されていることである。高レベルプラットホーム５は、ボイラ本体１４の外側に配置されており、ヘッダ接続領域１７とほぼ対応している。ＨＰシリンダ２１１とＩＰシリンダＩ２１２とを組み合わせることによって形成された一体シリンダは、タワー型ボイラの前方において高レベルプラットホーム５に配置されている高レベルユニット２１として使用される。ＨＰシリンダ２１１とＩＰシリンダＩ２１２との蒸気入口及び出口は、ヘッダ接続領域１７に可能な限り近接して配置されている。高レベルユニット２１の蒸気入口及び出口は、ＨＴＨＰ管３を用いて、過熱器及び再熱器の蒸気入口及び出口のヘッダに接続されている。低レベルユニット２２は、ＩＰシリンダＩＩ２２１と２つのＬＰシリンダ２２２とを備えており、低レベル発電機４２と共に低レベル軸を構成し、低レベル軸は、従来のタービンホールにおける低位置に配置されたままである。

【0031】

高レベルプラットホーム５とプラットホーム５に配置された高レベル軸とは、ボイラ本体１４の後方に設けられた送気管１９と重量で釣り合っており、一体構造用鋼の設計の安全性を保障している。本発明の他の形態では、高レベルプラットホームが削除され、替わりに、高レベル軸が懸架部を用いて持ち上げられている。

【0032】

この配置図において、高レベルユニット２１にあるＨＰシリンダ２１１とＩＰシリンダＩ２１２とがヘッダ接続領域１７に近接して配置されているため、ボイラ１の過熱器１３の出口からタービンのＨＰシリンダ２１１へ延在する主蒸気管３１は、大幅に短縮されており、したがって、ＨＰシリンダ２１１から排気される蒸気、すなわち低温一段再熱蒸気は、低温一段再熱蒸気管３２を通って加熱するために、ボイラの一段再熱器１２へ直接戻る。加熱された高温一段再熱蒸気は、高温一段再熱管３３のみを通ってＩＰシリンダＩ２１２に伝送される。その後、作業後、低温二段再熱蒸気は、低温二段再熱蒸気管３４を通ってボイラ１に直接戻る。最後に、二段再熱器を通って加熱された後、高温二段再熱蒸気は、従来の経路にある蒸気管３５を通って低位置に配置されているタービン発電機に送られて、低レベルユニット２２のＩＰシリンダＩＩ２２２及びＬＰシリンダ２２１へ流入し、発電の作業を続ける。このようにして、異なるレベルに配置された高レベル軸及び低レベル軸を有する本発明のタービン発電機ユニットにおいて、従来技術にある５つの回路、すなわち主蒸気管３１、低温一段再熱蒸気管３２、高温一段再熱蒸気管３３、低温二段再熱蒸気管３４及び高温二段再熱蒸気管３５を有する蒸気管系統は、主蒸気管３１、低温一段再熱蒸気管３２、高温一段再熱蒸気管３３、低温二段再熱蒸気管３４及び高温二段再熱蒸気管３５の長さが短縮されて最小になるように変更されている。ボイラ１と高レベルユニット２１との間の距離を無視する場合、これら４つの回路における管の長さは、高温二段再熱蒸気管３５を除いて、ほぼ無視できる。

【0033】

管系統３について、発電機ユニットにおけるＨＴＨＰ蒸気管であって高レベル軸及び低レベル軸が異なるレベルに配置されているＨＴＨＰ蒸気管の投資コストは、著しく低減される。

【0034】

さらに、再熱系統に貯蔵された蒸気量について、図３ａに示すように、本実施形態における発電機ユニットは、従来の配置における二段再熱系統の蒸気貯蔵量を著しく低減することができ、本発明の発電機ユニットにおける調整能力は、従来の一段再熱発電機ユニットにおける調整能力と同等である。

【0035】

本実施形態における双軸二段再熱超超臨界タービン発電機ユニットが異なるレベルに配置された高レベル軸及び低レベル軸を有しているため、従来技術における超臨界タービン発電機ユニットと比較した場合、主蒸気管、低温一段再熱蒸気管、高温一段熱蒸気管及び低温二段再熱蒸気管の長さは、ほぼ無視可能なまで低減され、蒸気管系統におけるＨＴＨＰ蒸気管の投資金は、大幅に低減される。

【0036】

また、このような配置設計の実用的な用途において、高レベルユニット及び低レベルユニットは、互いに影響を引き起こさずに、バイパス機能を通って電力網に独立して接続される。ＩＰシリンダＩ及びＩＰシリンダＩＩが異なるレベルで分離して配置されているため、高レベルユニットが何らかの過失の結果として外れた場合、蒸気は、バイパス系統を通って低レベルユニットに入り、正常に発電する。同様に、ＩＰシリンダＩから排気された蒸気は、バイパス系統を通って復水器へ直接流入し、高レベルユニットは、低レベルユニットが外れた場合においても正常に運転する。

【0037】

ＩＰシリンダＩＩを従来のプラットホームに配置することによって、高レベルプラットホームへの負荷並びに軸系統の長さが低減され、これにより、このような高レベルユニットを初めに設計することの困難性を低減する。

【0038】

このようにして、本実施形態における超超臨界タービン発電機ユニットのＨＴＨＰ蒸気管は、以下の有利点を有して大幅に短縮される。すなわち、第１に、ＨＴＨＰ蒸気管系統の投資金が明らかに低減されることである。第２に、管系統抵抗が大きく低減されること、一段再熱系統が加わるが、タービンの全作業能力の損失は、著しくは増大しない。再熱器自体の圧力降下を考慮すると、本実施形態における二段再熱系統の全作業能力の損失は、従来の一段再熱ユニットにおける損失と同等である。

【0039】

さらに、ＨＴＨＰ蒸気管の量を大幅に低減すると、系統の熱消費損失は、それに応じて低減する。さらに、再熱系統に貯蔵される蒸気量が増大しないため、本実施形態における発電機ユニットは、従来の一段再熱ユニットの調整慣性と同等の調整慣性を有する。一般的に、再熱系統の設計圧力降下は、再熱蒸気圧の６．７％〜１０％であり、この圧力降下は、一般的に再熱蒸気管及び再熱器で均等に分配される。本発明における本実施形態は、例えば、高レベルユニットがＨＰシリンダとＩＰシリンダＩとを備え、低レベルユニットがＩＰシリンダＩＩと２つのＬＰシリンダとを備えており、二段再熱サイクル設計を選択するために使用される。本実施形態における発電機ユニットについて、低温再熱蒸気管と高温再熱蒸気管とが一段再熱系統から削除されているため、再熱器の圧力降下のみが残り、これは、圧力降下が５０％削減されることを意味する。二段再熱系統において低温二段再熱系統管のみが削除されると、圧力降下は、再熱器の段を追加して同様に約１／４削減され、全体的な均等な圧力降下は、１／４だけ増加する。したがって、従来技術の一段再熱サイクルと比較すると、二段再熱サイクルは、全体的に１／４だけ圧力降下を増加させる。本実施形態における主蒸気管の長さが無視できる程度に低減される場合、二段再熱系統の全作業能力は、一般的な一段再熱系統の全作業能力とほぼ同等になる。

【0040】

上記有利点により、二段再熱サイクルにおける理論上の熱経済性の増大は、ほとんど割り引かれること無く完全に実現される。

【0041】

図４ａ、図４ｂ及び図４ｃは、本発明の第２の実施形態におけるタービン発電機についての配置図を示す図である。本実施形態は、発電機ユニット２がさらにＩＰシリンダＩＩ２１３を備える点を除いて、構造について第１の実施形態とほぼ同様である。ＩＰシリンダＩＩ２１３は、高レベルユニット２１の高レベルプラットホーム５に配置されており、ＨＰシリンダ２１１、ＩＰシリンダＩ２１２、ＩＰシリンダＩＩ２１３及び高レベル発電機４１は、高レベル軸を構成し、高レベル軸は、蒸気入口とボイラ１の出口との間のヘッダ接続領域１７に近接する高レベルプラットホーム５に配置されている。２つのＬＰシリンダ２１１と低レベル発電機４２とで構成される低レベル軸は、タービンホールにある従来のプラットホームに配置されている。本実施形態において、ＨＰシリンダとＬＰシリンダとは、高位置に配置されており、ＨＴＨＰ管すべての長さは、無視可能である。低レベルプラットホームには、ＬＰシリンダのみが配置されており、半速度発電機(half-speed generator)が設けられている。最終段翼の長さは、増大されており、排出速度損失を大幅に低減し、これにより、ＬＰシリンダの効率を改善する。しかしながら、そうである場合、半速度発電機の製造コストは、若干増大する。

【0042】

二段再熱ユニットに適用された本発明の上記２つの実施形態は、それぞれの有利点を有する。いずれかを選択する判断は、プロジェクトの実用上の環境と組み合わせて技術的及び経済的効率の観点から比較した後になされる。

【0043】

本実施形態において、蒸気管系統３のすべてのＨＴＨＰ蒸気管は、蒸気入口とボイラ１の出口とのヘッダ接続領域１７に近接して配置されており、管の長さは、無視可能なほど低減される。このようにして、高位置から下方に延在する管のみは、ＩＰシリンダＩＩ２１３の出口からＬＰシリンダ２２１へ延在するＩＰシリンダＩＩの蒸気排気管３６よりなり、普通の炭素鋼材料から形成される場合に、適切にパラメータ要件に合う。この配置図において、主蒸気管３１、低温一段再熱蒸気管３２、高温一段再熱蒸気管３３、低温二段再熱蒸気管３４及び高温二段再熱蒸気管３５のようなＨＴＨＰ蒸気管すべての長さは、可能な限り低減され、これにより、従来の「４つの主要管」についての投資コストは、最小限に低減され、蒸気管系統３の投資コストを著しく下げる。しかしながら、もしそうである場合、ＬＰシリンダ２２１の入口の前方に大径の迅速に閉塞するバタフライ弁をさらに配置する必要があり、ＬＰシリンダが過剰な速度で実行されることを防止し、これにより、後置されているユニットの安全を保証する。現在において、このような圧力クラスにおいて大径の迅速に閉塞するバタフライ弁についての製造技術は、従来の技術となっている。

【0044】

したがって、特別大容量であるそれともより高い蒸気パラメータ（６００℃を越える）を有するユニットについては、二段再熱蒸気管が効果であることを鑑みて、高レベルプラットホーム５にあるＩＰシリンダＩＩ２１３を配置することを最重視する。

【0045】

図５ａ、図５ｂ及び図５ｃは、本発明の第３の実施形態におけるタービン発電機ユニットの配置図を示す図である。第３の実施形態は、本実施形態が本発明を一段再熱超臨界タービン発電機ユニットに適用している点を除いて、構造に関して第１の実施形態と同様である。第３の実施形態の構造は、発電機ユニット２にあるＨＰシリンダ２１１と高レベル発電機４１とがボイラの蒸気入口及び出口のヘッダ接続領域１７の近傍にある高レベルプラットホーム５に配置されている点と、低レベル軸が、低レベル発電機４２と低レベルユニット２２とからなり、ＩＰシリンダ２１１とＬＰシリンダ２２２とを備え、タービンホールにある従来のプラットホームに配置されている点と、で第１の実施形態における構造と異なる。このような配置デザインは、蒸気管系統３における主蒸気管３１及び低温再熱蒸気管３２の長さがほとんど無視できるほどに短縮されており、高温の再熱蒸気管３３のみが従来の再熱蒸気管と同等のままであり、ＨＴＨＰ蒸気管系統の投資が著しく低減されるという技術的効果を達成する。

【0046】

図６ａ、図６ｂ及び図６ｃは、本発明の第４の実施形態におけるタービン発電機ユニットの配置図を示す図である。本実施形態は、同様に、一段再熱超臨界タービン発電機ユニットに適用している。本実施形態における構造は、本実施形態において、高レベル発電機４１と高レベルユニット２１であってＨＰシリンダ２１１とＩＰシリンダ２１２とを備える高レベルユニット２１とからなる発電機ユニット２の高レベル軸がボイラ１の蒸気入口及び出口のヘッダ接続領域１７の近傍にある高レベルプラットホーム５に配置されており、ＬＰシリンダ２１１と低後置発電機４２とよりなる低後置軸がタービンホールにある従来のプラットホームに配置されている点を除いて、第３の実施形態における構造と同様である。このような配置デザインは、主蒸気管３１、低温再熱蒸気管３２及び高温再熱蒸気管３３の長さがほとんど無視できるほどに短縮されており、これにより、ＨＴＨＰ管すべての長さが最小限まで低減されるという技術的効果を達成する。高レベルから下方に延在する管は、ＩＰシリンダ２１２の出口からＬＰシリンダ２２１へのみ延在するＩＰシリンダの蒸気排気管３４からなり、管が普通の炭素鋼で形成された場合にパラメータ要件と十分に一致する。その結果、管系統の投資コストは、十分に減少する。

【0047】

図７ａ、図７ｂ及び図７ｃは、本発明の第５の実施形態における二段再熱タービン発電機ユニットの配置図を示す図である。本実施形態における構造は、ユニットに適用されているボイラがΠタイプである点を除いて、第１の実施形態とほとんど同様である。図７ａに示すように、発電機ユニット２にある一体型シリンダは、ＨＰシリンダ２１１とＩＰシリンダＩ２１２とを一体化することによって形成されており、高レベルユニット２１として機能し、Πタイプのボイラ１の頂部にあるプラットホーム５に配置されている。Πタイプのボイラ１における鋼構造は、この部品の重量を耐えることができる。低レベルユニット２２は、ＬＰシリンダ２２１とＩＰシリンダＩＩ２２２とから構成され、依然として従来の低位置に配置されている。高レベル発電機４１を有する高レベルユニット２１は、高レベル軸を構成する。低レベル発電機４２を有する低レベルユニット２２は、低レベル軸を構成する。高レベル軸がボイラ１の蒸気入口及び出口のヘッダ接続領域１７の近傍に配置されていることにより、ＨＴＨＰ管３１、３２、３３及び３４の長さは、ほぼ無視可能であり、高温二段再熱管３５のみが残されている。その結果、管の投資コストは、大幅に低減され、抵抗損失は、減少し、ユニットの調整能力は、改善される。

【0048】

図８ａ及び図８ｂは、本発明の第６の実施形態における背圧蒸気タービンユニットについての配置図を示す図である。本実施形態における構成は、低レベルユニットが背圧蒸気タービンユニットから除去されている点を除いて、第１の実施形態における構成とほとんど同様である。本実施形態において、高レベル軸は、高レベル発電機４と高レベルユニット２１であってＨＰシリンダ２１１とＩＰシリンダ２１２とを備える高レベルユニット２１とからなり、ボイラ１の蒸気入口及び出口のヘッダ接続領域１７の近傍にある高レベルプラットホーム５に配置されており、従来低レベルプラットホームに配置されている低レベル軸は、除去されており、ＩＰシリンダ２１２の出口から排気される蒸気は、熱供給ユーザに直接供給される。

【0049】

上記配置図の結果として、蒸気管系統３におけるＨＴＨＰ蒸気管３１、３２及び３３の長さは、大幅に低減され、ＩＰシリンダの出口から下方に延在する普通の排気蒸気管３４のみは残り、投資コストは大幅に低減され、抵抗損失は減少し、ユニットの調整能力は改善される。

【0050】

背圧型ユニットに本発明を適用する配置図は、１つのみ本発明に提供されている。本発明の他の実施形態において、ＩＰシリンダを従来の低レベルプラットホームに配置することとＨＰシリンダのみを高レベルプラットホームに配置することとは、同様に実行可能であり、この実施は、二段再熱器ユニットに同様に適用可能である。

【0051】

本発明のタービン発電機ユニットに高レベル及び低レベル軸の配置についての設計構成を適用すると、タービン発電機ユニットは、２つの軸、すなわち高レベル軸及び低レベル軸に分割され、これらは、異なるレベルに配置されている。本発明のタービン発電機ユニットは、高レベル軸と低レベル軸との配置において、従来の発電機ユニットと異なる。高レベル軸は、過熱器の出口及びとボイラにある再熱器の出口のヘッダの近傍にある高レベルプラットホームに配置されており、低レベル軸は、タービンホールにある従来のプラットホームに配置されている。

【0052】

ボイラと対比して考えると、高レベル軸とプラットホーム全体との重量は、ボイラの重量と比較してほぼ無視できる。したがって、大型平板ガードにあるプラットホーム全体と共に高レベル軸を懸架することは、困難でなく、Π型ボイラの場合、ボイラの頂部に高レベルユニットを配置することは、より容易である。設計工程において、ボイラの頂部又はボイラの前方に配置される高レベルタービン発電機についての配置及び土台設計を考慮することは、高レベルユニットの振動エネルギーを吸収することとボイラの鋼構造体とボイラの土台とを広範囲に接続することと同様に、重要である。これら問題すべては、現在の技術基盤で取り組まれる。

【0053】

電気系統として、高レベル及び低レベル軸を分離して配置しても、電気系統に特別な要件がない、すなわち発電機、主変圧器、閉鎖母線または発電機の出力回路のブレーカなどは、普通の電力プラントにある従来の双軸タービン発電機ユニットで使用されている製品と同様に、すべて十分に開発された製品であり、製品設計の豊富な経験、構造及び運転は、蓄積されている。主電気接続部は、延長したユニット配線を用いて形成され、１つの主変圧器が設けられている、あるいは、主電気接続部は、発電機−変圧器グループユニット配線を用いて形成され、２つの主変圧器が設けられている、そして、高レベル発電機及び低レベル発電機は、電力網に別個に接続されている。これは、現在の家庭用発電装置で普通に用いられている主接続モードであり、これは、豊富な経験が蓄積されており、かつ必要な投資コストが小さいという有利点を有し、あるいは、回路ブレーカは、発電器の出力に設けられており、高レベル発電機及び低レベル発電機は、ＨＶ（高電圧）側またはＬＶ（低電圧）側のいずれかにある電力網に接続される。この設計は、主変圧器が点検ステーション(station service)に電力を戻して伝送し、始動予備変圧器(starting standby transformer)は、除去されるが、追加の発電機ブレーカは、必要である。２つの態様における投資は、釣り合っている。上記主接続モードは、本発明のさまざまな実施形態に適用可能である。

【0054】

分離して配置した状態における発電機−変圧器グループユニットの配線接続について、主変圧器は、本館の外側にあるブースタステーション側に集中して配置されている、すなわち、２つの主変圧器は、一緒に配置されており、高レベル発電機の閉鎖母線は、主発電所を通って経路が作られている。可能である場合、主変圧器は、それらそれぞれの発電機の周辺に別個に配置されており、例えば、１つの変圧器は、本館の外側にあるブースタステーションに配置されており、他の１つは、高レベル発電機プラットホームまたはボイラの近傍に配置されており、閉鎖母線の長さを低減する。

【0055】

発電能力が原動力(primer mover)の出力によって制限されるが、主接続モード及び配置図が適用される場合、原動力の出力は、ボイラ及びタービンに現在使用可能である十分に開発された技術を用いることによって、１３００ＭＷ〜１５００ＭＷ（ボイラ：軟炭を発火させること：タービン発電機ユニット：双軸）と同等に達する。したがって、この設計のユニット容量は、現在の単一軸ユニットが達する容量である１００ＭＷをはるかに越える。すなわち、主接続モード及び配置図は、大型ユニットの寸法効果を反映するだけでなく、送電への要件に合致する。

【0056】

一段の大容量の発電機を２つの小容量の発電機に分割した場合、全体の製造コストに明確な増大が認められない。もちろん、本発明のように高レベル及び低レベル軸についての配置図にしたがって二段再熱系統を使用することにより、ボイラ及びタービンの投資コストを増大させる結果となる。しかしながら、ＨＴＨＰ蒸気管の投資を十分に低減すると、全体のユニット価格は、従来技術におけるユニットの価格と同等になる。効率を改善するという観点から、高レベル及び低レベルそれぞれに配置された２つの軸を有する二段再熱蒸気タービンは、以下の有利点、すなわち本発明の発電機ユニットの能力期間が長い点から費用効率が高いこと、を有する。

【0057】

第１に、ＩＰシリンダＩは、単流型として設計されており、単流ＨＰシリンダと一体化されている。単流ＩＰシリンダは、増大した翼高さを有し、ＩＰシリンダＩの効率を著しく改善する、すなわち、ＩＰシリンダＩの蒸気流動方向は、ＨＰシリンダの蒸気流動方向とは反対であり、ＨＰシリンダによって形成されたスラスト(thrust)とほぼ同じであり、これにより、バランスドラムの必要性を解消し、蒸気漏れを低減し、かつＨＰシリンダの効率を改善する、さらに、ＨＰシリンダのグランド封水からの蒸気漏れがＩＰシリンダＩへ直接流動するため、ＨＰシリンダのグランド封水からの蒸気漏れは、低減され、ＩＰシリンダＩの蒸気入口にあるグランド封水からの蒸気漏れは、無くなり、全体効率をさらに改善する。ＩＰシリンダＩの蒸気排気圧力が２ＭＰａ〜３ＭＰａと同等であるため、最終段におけるＩＰシリンダＩの翼は、長すぎず、そのため、ＨＰシリンダとＩＰシリンダＩとを一体化することは、比較的容易になる。

【0058】

図９は、本発明の第２の実施形態における高レベル軸についての他の配置図を示す図である。本実施形態における高レベル軸についての配置図は、本実施形態では分離して配置することをＨＰシリンダ２１１とＩＰシリンダＩ２１２とについて適用する、すなわちＨＰシリンダ２１１とＩＰシリンダＩ２１２とが分離して配置されている点で、第２の実施形態におけるＨＰシリンダ２１１とＩＰシリンダＩ２１２からなる一体化したシリンダについての配置図と異なる。全体として、この配置図は、シリンダについての一体化した配置図の技術的効果と同一の技術的効果が得られる。

【0059】

本発明の他の実施形態において、複数のシリンダからなる高レベル軸は、同様にこのように分離して配置されており、１つずつは記載しない。

【0060】

本発明の設計概念、すなわち２つの軸が高レベル及び低レベルそれぞれに配置されていることは、以下の表に記載されるさまざまな構成を有する発電機ユニットに適用可能である。当業者に既知であるように、ＩＰシリンダの数量は、２つに限られない。

【0061】

【表1】

【0062】

発電機ユニットが双軸配置となっているため、タービン発電機ユニットの能力は、現在のレベルを著しく越える。ＨＰシリンダについて、調整段が採用されていない場合、電力の増大は、第１段の翼の安全性に影響し、質量流量の増大は、主蒸気圧の増大に起因する比容積の低下を保証し、これにより、ＨＰシリンダの内部効率を確保する。同様に、ＩＰシリンダについて、質量流量の増大は、内部効率の増大に寄与する。低レベルユニットについて、質量流量を増大させた後、ＬＰシリンダを追加して排気面積を保証することは、実行可能である。ＩＰシリンダＩＩが３つのＬＰシリンダと結合した場合でも、４つのシリンダが設けられた後置のタービンは、現在の単一軸ユニットにおける軸の安定配置より大きくならない。後置のタービンに４つのシリンダが設けられており、かつＬＰシリンダの蒸気排気面積が３×１２．５ｍ^２と仮定した場合、ユニット容量は、１５００ＭＷのレベルに達する。

【0063】

従来技術における２８ＭＰａ／６００℃／６００℃クラスの一段再熱の２×１０００ＭＷの超超臨界ユニットを例とすると、このような一段再熱ユニットを建設することについての投資コストは、「４つの主要管」（すなわち、主蒸気管、高温再熱蒸気管、低温再熱蒸気管及び高圧水供給管）についての約３．５億人民元(RMB 0.35 billion)の投資を含んで、約８０億人民元(RMB 8 billion)となる。２８ＭＰａ／６００℃／６００℃のパラメータを有する同一の温度及び圧力クラスの二段再熱構造をこのようなユニットに採用した場合、ユニットサイクル効率は、約５％増大する。そうすると、再熱蒸気管の個数は、２倍になり、各タービンは、追加の再熱段と共に追加のＩＰシリンダを必要とし、ボイラの製造コストを増大させる結果となる。その上、さらに大きなプラント建物のスペースを新たに追加した二段高温及び低温再熱蒸気管を配置するために必要となるため、プラント建物を建設する投資コストが著しく増大する結果となる。一方、本発明の設計を採用する場合、高温蒸気管のコストは、８０％より大きく節約され、投資のこの部分の節約は、追加の一段再熱を有するボイラ及び蒸気タービンへの投資の増大を保証するために使用される。一般に、その製造コストは、同一の温度及び温度クラスを有する一段再熱超超臨界ユニットの製造コストと同等である。前者のユニット効率は、管圧力降下の減少と全体のタービン効率の改善とを勘案すると、後者と比較して約５％〜６％増大し、ユニットの熱効率が４８％を越えることが予想される。２つの１０００ＭＷのユニットが設けられた超超臨界電力プラントは、このような構成が採用された場合に２０００００トン／年を越える石炭消費量を節約する。

【0064】

高レベルユニットのみが設けられたこれら背圧型ユニットを除いて、本発明のタービン発電機ユニットにおける開始及び動作モードは、従来の双軸のユニットにおける開始及び動作モードと同様である。高レベルユニットの伝送について、閉鎖母線に使用される技術は、十分開発されており、その製造コストは、コストのかかる高合金蒸気管の製造コストよりもかなり低く、このため、結果として明確な経済的な有利点が生じる。本発明の構造概念をさまざまな発電機ユニットに適用することは、７００℃クラスの高効率な超超臨界ユニットにおける次世代の開発についてのボトルネックを突破するだけでなく、現在の未臨界及び超臨界ユニットの「性能向上させること」に対する実行可能な方法を提供する。

【0065】

本発明は、以下の有利点及び効果、すなわち、タービン発電機ユニットを高レベル及び低レベルに分離して配置することによってＨＴＨＰ管の長さ及び系統抵抗が著しく低減されることと、再熱系統に貯蔵される蒸気量及びユニットの調整慣性が減少することと、二段再熱または多段再熱の理論上の利点が割り引かれること無く取り戻せることと、を有する。系統の熱効率は、同一の製造コストで著しく改善される、すなわち、ユニット容量についてのボトルネックが突破され、新たなスペースが火力発電機ユニットのさらなる開発に提供される。

【0066】

要約すると、本説明は、本発明のいくつかの好ましい実施形態を提供するのみである。従来技術に基づきかつ本発明の概念にしたがって論理解析、論理的思考または限定的実験を経て当業者によって達成される技術解決法は、本発明の特許請求の範囲内に収まる。

【符号の説明】

【0067】

１ タワー型ボイラ，ボイラ、２ 双軸二段再熱タービンユニット，二段再熱タービンユニット，タービンユニット、発電機ユニット、３ 蒸気管系統，管系統、ＨＴＨＰ管、４，４１ 高レベル発電機、１１，１３，１５ 過熱器、１２ 一段再熱器，再熱器、１４ ボイラ本体、１６ 二段再熱器，再熱器、１７ ヘッダ接続領域、２１ 高レベルユニット、２２ 低レベルユニット、３１ 主蒸気管，蒸気管，ＨＴＨＰ管、３２ 低温一段再熱蒸気管，低温再熱蒸気管、３３ 高温一段再熱蒸気管，高温一段再熱管，高温再熱蒸気管，再熱蒸気管、３４ 低温二段再熱蒸気管，蒸気排気管，排気蒸気管，ＨＴＨＰ管、３５ 高温二段再熱蒸気管，高温二段再熱管，蒸気管、３６ 蒸気排気管、４２ 低レベル発電機，低後置発電機、２１１ ＨＰシリンダ、２１２ ＩＰシリンダＩ、２１３ ＩＰシリンダＩＩ、２２１ ＩＰシリンダＩＩ、２２２ ＬＰシリンダ

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図6a】

【図6b】

【図6c】

【図7a】

【図7b】

【図7c】

【図8a】

【図8b】

【図9】