(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
蒸気タービンからの蒸気と熱交換する媒体が内部を通り、前記蒸気を水に戻す伝熱管群と、前記伝熱管群を覆う復水器本体とを有し、前記蒸気タービンと前記復水器本体と連結し、前記蒸気タービンからの蒸気を前記復水器本体に導入する連絡胴を有し、前記蒸気を前記蒸気タービンの軸方向または前記軸方向に対する側方へ排出する水平排気型復水器であって、
前記蒸気タービンをバイパスして前記連絡胴の内部空間に導入されるバイパス蒸気の導入部を挟み込むように、前記蒸気タービン側および前記復水器本体側にそれぞれ設置され、前記バイパス蒸気の導入部に向けて前記バイパス蒸気を減温するスプレー水を噴出するスプレー水配管を備える
水平排気型復水器。
【背景技術】
【0002】
蒸気タービン発電プラントの起動および停止時には、ボイラ等の蒸気発生器から発せられる余剰蒸気が蒸気タービンをバイパスして復水器に直接導入されるシステムが形成される。このとき、蒸気タービンをバイパスしたバイパス蒸気は蒸気タービンで仕事をしていないので、蒸気タービンで仕事をした排気蒸気と比較して、高温および高圧の蒸気である。このため、復水器を保護することを目的として、復水器内に低温の水を噴霧してバイパス蒸気と混合させて当該バイパス蒸気を減温する処置がとられる。
【0003】
図7は、従来の下方排気型復水器の一例を示す図である。蒸気タービンと復水器との構成では、(1)蒸気タービン1の下方に連絡胴(接続ダクトや中間胴、上部本体とも呼ばれる)2を介して復水器本体3を設置し、タービン排気12を蒸気タービン1の下方に導入して水に凝縮させる下方排気型復水器(
図7参照)と、(2)蒸気タービンの軸方向(タービンロータが延びる方向)に復水器本体を設置、あるいは蒸気タービン軸の側方に復水器本体を設置してなる水平排気型復水器(側方排気型復水器)とに大別される。
【0004】
図7に示した下方排気型復水器において、バイパス蒸気6を減温するためは、蒸気タービン1と復水器本体3を接続する連絡胴2にタービンバイパス管5を取付け、当該タービンバイパス管5の噴出口であるタービンバイパスノズルより復水器本体3内に噴射されたバイパス蒸気(高温蒸気)6に対して、タービンバイパスノズルの上方に設置したスプレー水配管8に取り付けられたスプレーノズル9よりスプレー水(減温水)7を噴霧して、このスプレー水7をバイパス蒸気6と混合して当該バイパス蒸気6を減温させる。
【0005】
図7に示した下方排気型復水器においては、蒸気タービン排気口14の下方に冷却管束(復水器管束)4が設けられることから、蒸気タービン排気口14の付近にスプレー水配管8を設置することで、重力の方向と蒸気タービン排気口14から冷却管束4に向かう方向とが一致する。このことから、スプレー水7をタービン側から管束側全面に流すことが可能となり、バイパス時(余剰蒸気が蒸気タービンをバイパスする時)にスプレー水7とバイパス蒸気6とを混合することが可能である。
【0006】
これに対して、水平排気型復水器においては、蒸気タービン排気口と復水器管束との位置関係が同等レベルにあり、バイパス蒸気流れとスプレー水流れとの方向が、これらのバイパス蒸気やスプレー水が重力の影響を受けて下方に落下する方向と直交することから、バイパス蒸気とスプレー水とを十分に混合させるためにはバイパス蒸気の流れとスプレー水の流れとを考慮したスプレーノズルが必要となる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、実施形態について図面を用いて説明する。
(第1の実施形態)
(構成)
図1は、第1の実施形態における水平排気型復水器を有する蒸気タービンプラントにおけるタービンバイパス運用の例を示す図である。
図1(a)は、第1の実施形態における水平排気型復水器を有する蒸気タービンプラントの上面図を示す図である。
図1(b)は、第1の実施形態における水平排気型復水器を有する蒸気タービンプラントの側面図である。
図1に示した、第1の実施形態における水平排気型復水器を有する蒸気タービンプラントは、ボイラなどの図示しない蒸気発生器と、蒸気タービンと、復水器とを有するプラントで、例えば火力発電設備、地熱発電設備、原子力発電設備に適用可能である。
【0015】
第1の実施形態において、蒸気タービン1の排気口14は水平に向いており、蒸気タービン1は蒸気タービン排気口14を介して連絡胴2の一方の開口部に接続され、この連絡胴2の他方の開口部には復水器本体(水平排気型復水器の本体胴)3が接続される。
蒸気タービン1は、軸線を中心として回転するタービンロータと、このタービンロータを回転可能に覆うケーシングを備える。また、タービンロータには、図示しない発電機器のロータが連結される。
【0016】
この連絡胴2は、蒸気タービン1と復水器本体3との間に位置して両者を連結し、蒸気タービン1からの蒸気を復水器本体3の内部空間に導入する。
復水器本体3は、冷却管束4を覆う。この冷却管束4は、蒸気タービン1から排気された蒸気と熱交換する冷却媒体、例えば海水が内部を通り、当該蒸気を凝縮させて水に戻す複数の伝熱管群で構成される。
詳しくは、連絡胴2は、蒸気タービン排気口14から延びて、この蒸気タービン排気口14と復水器本体3の側部とを連結する。復水器本体3における連結胴2との接続部分は開口しており、この開口部から蒸気が復水器本体3内に流入する。よって、連結胴2は、蒸気タービン1から排気される蒸気を復水器本体3内の冷却管束に導く蒸気主流路の一部を形成する。なお、蒸気主流路は、連結胴2の内部空間と、復水器本体3内であって、この復水器本体3の開口部から冷却管束4との間の空間で構成される。
【0017】
また、復水器本体3の内部下方には、排気された蒸気の凝縮で得られた水が溜まるホットウェル13を成している。この復水器本体3の下部には図示しない復水ラインが接続され、ホットウェル13に溜まった水は、復水ラインおよび図示しない給水ポンプを介して蒸気発生器に戻される。
【0018】
連絡胴2の内部空間には、蒸気発生器から発生して蒸気タービン1をバイパスするバイパス蒸気6を連絡胴2の内部空間に導入するタービンバイパス管5が接続されて、このタービンバイパス管5の長手方向が鉛直方向に設けられる。このバイパスについては後述する。さらに、本実施形態では、連絡胴2の内部空間における蒸気タービン1側(蒸気タービン排気口14側)と復水器本体3側との両側からタービンバイパス管5(つまり、蒸気タービン1をバイパスして蒸気タービン1と復水器本体3との間の蒸気の流路に導入されるバイパス蒸気6の導入部)を挟み込むように、バイパス蒸気6との熱交換により当該バイパス蒸気6を冷却(減温)するスプレー水7を噴出するためのスプレー水配管8が備え付けられる。このスプレー水配管8には、タービンバイパス管5から導入されたバイパス蒸気6に向けてスプレー水7を噴出する複数のスプレーノズル9が設けられる。
【0019】
本実施形態において、蒸気タービン1の通常運転(定常運転)状態では、蒸気発生器から発生した蒸気は蒸気タービン1のケーシング内に流入し、蒸気タービン1を駆動させる。蒸気タービン1が駆動すると、発電機器による発電がなされる。
【0020】
また、この蒸気タービン1から排出されるタービン排気12は、蒸気タービン排気口14から排気されて水平方向に流れ、連絡胴2を通り、復水器本体3内の冷却管束4を流れる冷却媒体との熱交換にて冷却されることで蒸気から水に凝縮されてホットウェル13に溜まり、蒸気発生器に戻ることで、プラントの給水として再び用いられる。
【0021】
プラントの起動、停止時、あるいは負荷遮断時など、蒸気タービン1に導入する蒸気が不要である場合、蒸気発生器からの蒸気は余剰蒸気であるとして、この蒸気を蒸気タービン1には導入せず、タービンバイパス管5のタービンバイパスノズルより、高温のままのバイパス蒸気6として連絡胴2の内部空間に噴射することで、余剰蒸気を復水器本体3内の冷却管束4にて凝縮させるタービンバイパス運転を行なう場合がある。
【0022】
このタービンバイパス運転においては、タービンバイパス管5よりバイパス蒸気6を連絡胴2の内部空間に噴射するのと同期して、スプレー水配管8よりスプレー水7を連絡胴2の内部空間に噴射して、このスプレー水7をバイパス蒸気6と接触させる。これにより、バイパス蒸気6に対し、連絡胴2の内部空間における蒸気タービン1側(蒸気タービン排気口14側)の端部と復水器本体3側の端部との両側から挟み込むようにスプレー水7を噴射して、バイパス蒸気6に接触させ、当該バイパス蒸気6を減温する。
【0023】
スプレー水7にて減温されたバイパス蒸気6は、上記のタービン排気12のように、復水器本体3内の冷却管束4にて水に凝縮され、ホットウェル13に溜まり、プラントの給水として再び用いられる。
【0024】
本実施形態では、復水器本体が蒸気タービン軸側面に設置され、タービン排気が軸方向に対して側方に排気される水平排気型復水器を示しているが、これに限らず、復水器本体がタービン軸方向に設置され、タービン排気が当該軸方向に排気される水平排気型復水器であってもよい。
【0025】
(作用)
蒸気のタービンバイパス運転において、バイパス蒸気6は高温のままでタービンバイパスノズルから高速で噴射されるため、復水器本体3内の冷却管束4、連絡胴2に蒸気が拡散し、さらには、連絡胴2を介して蒸気タービン1内にも蒸気が拡散し、最終的には、この熱により各部が損傷を起こす可能性がある。
【0026】
図1に示すように、本実施形態では、蒸気タービン1側の端部と復水器本体3側の端部との両側からタービンバイパス管5を挟み込むようにスプレー水配管8を設置したので、連絡胴2、復水器本体3内の冷却管束4に流れるバイパス蒸気6がスプレー水7と接触することによって、このバイパス蒸気6が過熱状態から減温されるので、バイパス蒸気6により復水器内の温度が異常に高くなることがなくなる。よって、機器の損傷を防ぐことができる。
【0027】
(効果)
このように、水平排気型復水器において、スプレー水配管8を復水器側と蒸気タービン側とからタービンバイパス管5を挟み込む形で配置したので、タービンバイパス運転時に噴射されるバイパス蒸気6とスプレー水7とが均等に接触することが可能となり、バイパス蒸気を効果的に減温し、かつ、バイパス蒸気による復水器管束の損傷を防止できるタービンバイパス運用を行なう蒸気タービンプラントを実現することができる。
【0028】
(第2の実施形態)
次に、
図1および
図2を用いて第2の実施形態について説明する。以下の各実施形態における第1の実施形態と同様の部分の詳細な説明は省略する。
図2は、第2の実施形態における水平排気型復水器を有する蒸気タービンプラントにおける連絡胴の断面の一例を示す図である。この
図2では、連絡胴2の内部空間に設置されるスプレー水配管8およびスプレーノズル9の、連絡胴2の断面での配置例を示す。
【0029】
第2の実施形態では、スプレー水配管8およびスプレーノズル9は、連絡胴2の内部空間の上方から下方にかけて均等に配置するのではなく、連絡胴2の内部空間の上方に偏らせて配置される。
【0030】
(作用)
上記の様に、第2の実施形態では、連絡胴2の上方に偏らせてスプレー水配管8およびスプレーノズル9を配置したので、重力により下方に落下する影響を受けるスプレー水7を、連絡胴2の上方に対しても十分な量の水として噴射することが可能となる。
また、第2の実施形態では、スプレーノズル9の数が同じ条件のもとでは、第1の実施形態と比較して、連絡胴2の下方に配置されるスプレーノズル9の数は少ないが、この下方に散布されるスプレー水は、(1)当該下方に配置されるスプレーノズル9から噴射されるスプレー水7、に加え、(2)連絡胴2の上方に設置されたスプレーノズル9から噴射されて重力により下方に落下するスプレー水7が存在する。このため、連絡胴2の下方に配置されるスプレーノズル9の数は少ないとしても、タービンバイパス管5から噴射されるバイパス蒸気6とスプレー水7の接触による、当該バイパス蒸気6の減温作用が生じる。
【0031】
(効果)
このように、水平排気型復水器において、スプレー水配管8を復水器側と蒸気タービン側との両側からタービンバイパス管5を挟み込む形で配置し、かつ、スプレー水配管8およびスプレーノズル9を連絡胴2の上方に偏らせて配置したので、第1の実施形態で述べた効果に加えタービンバイパス運転時に噴射されるバイパス蒸気6とスプレー水7とが均等に接触することが可能となり、バイパス蒸気の均等な減温、およびバイパス蒸気6による復水器の管束の損傷を防止できるタービンバイパス運用を行なう蒸気タービンプラントを実現することができる。
【0032】
(第3の実施形態)
次に、
図3および
図4を用いて第3の実施形態について説明する。
図3は、第3の実施形態における水平排気型復水器を有する蒸気タービンプラントにおけるタービンバイパス運用の第1の例を示す図である。
図3(a)は、第3の実施形態における水平排気型復水器を有する蒸気タービンプラントの第1の例の上面図を示す図である。
図3(b)は、第1の実施形態における水平排気型復水器を有する蒸気タービンプラントの第1の例の側面図である。
図4は、第3の実施形態における水平排気型復水器を有する蒸気タービンプラントにおけるタービンバイパス運用の第2の例を示す図である。
図4(a)は、第3の実施形態における水平排気型復水器を有する蒸気タービンプラントの第2の例の上面図を示す図である。
図4(b)は、第3の実施形態における水平排気型復水器を有する蒸気タービンプラントの第2の例の側面図である。
【0033】
この第3の実施形態は、第1および第2の実施形態における、連絡胴2に対するタービンバイパス管5の導入位置、およびタービンバイパス管5からバイパス蒸気6を連絡胴2内に流入させる方向が異なる場合を示した一例である。ここに示すように、上記の第1および第2の実施形態で示した、連絡胴2へのタービンバイパス管5の導入位置、方式は特に限られるものではない。
【0034】
(作用)
上記の第1および第2の実施形態では、タービンバイパス管5は、連絡胴2の上面から長手方向が鉛直方向になるように導入される。
これに対し、
図3および
図4に示すように、第3の実施形態では、タービンバイパス管5は、連絡胴2の側面から長手方向が水平方向となるように導入される。
詳しくは、
図3に示した例では、タービンバイパス管5は、連絡胴2の略中心に配置されて、上方を向くタービンバイパスノズルと下方を向くタービンバイパスノズルとを有し、これらのタービンバイパスノズルから、バイパス蒸気6が連絡胴2内で上下方向に噴射される。
一方、
図4に示した例では、タービンバイパス管5は、連絡胴2の上方に配置されて下方を向くタービンバイパスノズルが設けられ、このタービンバイパスノズルから、バイパス蒸気6が連絡胴2内で下方に噴射される。
第3の実施形態におけるスプレー水配管8およびスプレーノズル9の配置は、第1および第2の実施形態と同様である。
【0035】
(効果)
第1および第2の実施形態と同様に、第3の実施形態では、タービンバイパス運転時に噴射されるバイパス蒸気6とスプレー水7とが均等に接触することが可能となり、バイパス蒸気を効果的に減温し、かつ、バイパス蒸気による復水器管束の損傷を防止できるタービンバイパス運用を行なう蒸気タービンプラントを実現することができる。
【0036】
(第4の実施形態)
次に、
図5を用いて第4の実施形態について説明する。
図5は、第4の実施形態における水平排気型復水器を有する蒸気タービンプラントにおける連絡胴の外圧補強を兼ねるスプレー水配管の設置の例を示す図である。
図5に示すように、この第4の実施形態では、第2の実施形態で説明した、スプレー水配管8の一部または全部を連絡胴2の内側面と剛に接合することで、この接合したスプレー水配管8を連絡胴2の構造的強度を保つための連絡胴外圧補強パイプ10として兼用し、この連絡胴外圧補強パイプ10にスプレーノズル9を取り付けた構成である。
【0037】
(作用)
復水器は大気圧に対して負圧で運転されるが、連絡胴2に作用する外圧に対して抗する補強構造が必要である。そこで、第4の実施形態では、水平排気型復水器における補強構造として、スプレー水配管8の一部または全部を連絡胴2と剛に接合することで、このスプレー水配管8からスプレー水7を連絡胴2内に供給するとともに、この連絡胴2の構造的強度を保つことが可能となる。
【0038】
通常運転時、蒸気タービン1のタービン排気(排気蒸気)12は、連絡胴2を通過する際、連絡胴2の中に設置される構造物による圧力損失を生じる。連絡胴2の構造強度を保つための部材とスプレー水配管8とを独立して設置した場合では、それぞれに圧力損失が生じる。これに対して、第4の実施形態のように、連絡胴2の構造強度を保つための部材とスプレー水配管8とを兼用することで、上記の圧力損失が低減される。
【0039】
(効果)
第4の実施形態では、第1および第2の実施形態と同様な効果に加え、スプレー水配管8の一部または全部を連絡胴外圧補強パイプ10として兼用したので、連絡胴2およびスプレー水配管8の物量削減が可能となる。また、連絡胴2内に設置される部材も低減できることから、通常運転時に蒸気タービン1から排気される蒸気の圧力損失を低減することが可能となる。
【0040】
(第5の実施形態)
図6を用いて第5の実施形態について説明する。
図6は、第5の実施形態における水平排気型復水器を有する蒸気タービンプラントにおける連絡胴水膜の形成例を示す図である。この第5の実施形態は、第1乃至第4の実施形態おいて連絡胴2に導入したバイパス蒸気6により連絡胴2の胴板や連絡胴内部の補強部材などが加熱することを更に防止することを目的とした技術である。
【0041】
この第5の実施形態では、第1乃至第4の実施形態で説明したスプレーノズル9からスプレー水7を噴射する方向を連絡胴2の内側面に向けて、この連絡胴2の内側面にスプレー水7が噴射される。
図6に示した例では、連絡胴2の内側面にスプレー水7を噴射する例を示しているが、これに限らず、復水器本体3内の冷却管束4にスプレー水7を噴射してもよいし、復水器に設置される他の構造物にスプレー水7を噴射してもよい。
【0042】
(作用)
第5の実施形態のように、スプレー水7を連絡胴2の内側面に噴射し、この内側面に水膜11が形成されたときは、タービンバイパス管5から噴射される高温のバイパス蒸気6に対して、連絡胴2は水膜11により保護されるため、連絡胴2の温度上昇を抑えることが可能となる。復水器本体3内の冷却管束4や他の構造物にスプレー水7を噴射したときも同様である。
【0043】
(効果)
第5の実施形態のように、高温のバイパス蒸気6と接触する構造物にスプレー水7を噴射して、この構造物に水膜を形成することで、この構想物の温度上昇を抑えることが可能となり、高温のバイパス蒸気6による損傷を防止することが可能となる。
【0044】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。