小特集･火力発電 ∪,D.C.d21.311.22.072.8:る21.182.2d
中間負荷火力用変圧運転プラント
IntermediateFossilFue】ed
Units
for
Variable
Pressure
Operation
姑比,原J′一カブさ′lLこげ)了芭j立ととい二,糾.+rよ人一〆iE】り(カブラントい州りf=●【;fウナj￣l】.かま すます屯紫となり,盤上工j妙虹プラントかlい川flボJf火ブJ刷上Lて脚氾をう･†子びてし､る､､ 変ノー1-こ逆転は,探総状f`ilミ言fユ哩虹帖の熱効ヰ主〝￣)巾j卜,f川寸f坐化帖の山千止一作のl■′り_卜.消三 一女ノ之びi坦+ミ什･】卜のkJ】数J付人に対する起刺柑什･ゾ1巾+卜ち･ビノ)1￣､■J￣二仇を享+ノーノている. 本稿では,′変[[逆転♂〕㌢手酌,変トt￣三越転ん､ノじの比較ノ之び熱効率叫/り_卜に′.くチノJ-する焚 l叫二ついて述′ヾ,超出石界性愛良三逆転フ∴ラントをキこ1介する､.カ§1(クービンは,従水.と 川じノズル紡-りJりi硝漣ダーー1ビンであり,ボイラは､長日船脚lこかノブ変ト1三できるスパイ ラ′しベンソンボイラである(-.亡1ィ抑心芥什についてはンミュレーーションの純!心〔を湖=けする′, m 緒 言 火ノノブさ1一には,いわり)る水二圭一三人従〇7ルナ代かご)火￣iりJく従亡′川､f代 へと発嫉をたどり,人ケ羊_をゝi二化･-･1j効卒化か進め▲-〕jl_てきた.､ /ナ後,怯し√･ブJ発ノ.にのヲ己j皇ととい二〈こ､---てfノ川;テを似-￣j∵ノJに.i光り､ 火力ブ芭`iにで小f壬り負荷を,ま7二水プJ発ノILこやガスター▲ビン光一lにな どでど一ク負荷をノけ印する叶壬態に不多イ￣+二するもの.と′虹われる. ニのため,負荷変化柑H三に†∼如し,起瓜川t:_1ぃけ仰の山如二な小fず11 負荷火プJr7■￣■ラントが安ナ正されている′】 -ん＼燃料ゼl〔の■∴i鵬, 駕掘_立二他のノ∴】二か11)人ノ存一三lヒ･縞効率充ノ.にケラントも･紫ブ片されて いる〔､二れ仁Jの条件をi帖足するものとし′て,ノヾ?手二F】呈∵超臨界 □三壇｢f二進転プラントが去加重と巧￣え⊥二_)れる〕 本帖は､変什う雀転の特子札 超臨i界上1こ変J_J二進眩プ川+▲了指なスパ イラルベンソンポイラ,変J上述転用タービン,fl荷Lし終れイト などについてそ〆)概要を述べる′､ 臣l 変圧運転の特徴 2.1 変圧i空転の効果 中川(川上f火ノノブラントセして,]モ負荷･矧叫にわたる砧軌や グ)維柑,f_i荷応字;三拝什の;rりトノ之ひ-起刺イノニ㍉1斗汁トグ〕j/り卜が焚￣求 される′-)二れに対!ノ,部分fl仙でトノj§1い1三ブJを 卜け,二れに イlト〕て約水｢仁プJを￣卜げる変††iユ唱Irむこを才右川することにLより似れ た効果をあげることができる′､ 2.2 変圧運転方式 発電機出力は,タービン流入蒸妄く岩に比例するが,従来の 定圧運転方式ではこれを茶気加i域弁で制御してし､る｡変圧j雀 転方式とは,発電機山力に比例きせてターービン入[]主蒸∼もF巨 力を変えることにより.蒸1く■JJU減介を開いたままター･-ビン流 人恭1も主圭を答相流二主i圭一一定で変化させ,ユニ･ソト出力･【liり御を行 なう方式である｡ 変圧運転方式は,蒸気加i成▼弁･r別子卸の運用方ブ去によって変わ り,図】(a)に示す3方式がある｡ (1)純変圧運転方式は,絞り調速■方式,すなわち調速段のな い仝周噴射タービンで,全蒸気加i成弁を全開位置に保持した まま変圧運転をする｡したがって,出力変化は圧力変化に依 存するので仁む答に時間遅れが生ずる｡ (2)絞り変圧運転方式は,前記の欠点を補うためあらかじめ 金茶気加減弁を5∼15%絞って変圧逆転し,ボイラの蓄熱容 壬遠を利用してフリンン負荷変化に応答する｡この方式は,加 上野 健*
幸田文夫**
西村 昭*** 繁富文承**** J'`JJ TlノÅ-.･.ヽ/J/ 入り.んJハ/川/■‖ .＼'/メカ/■JJ川=/.･lん/'川 J/J/rHり椚JJ▼1J川上=.､〃r7J 汁fk弁絞ijトニより0.4､1.4ヲム効率がイ代卜j￣る.-. (3)トリで㌣ノ変†Iミ〕一別k三JJノいま,ノて′し細切り.抑･虫/ノJ-〔,￣j｢プ▲･わナノ 抑屯1て‡こフ1ある部分吋抑j■クーーーービンで,対Jヰモクり■い､■1'ごir川Jり戎÷1L †_仁甘虹とし､旭′.甘4介一手)る川け..k介〆)うち2外側一夕-)るい亡上3了l＼ 川づC′レヾルブナイント以卜で変J】三)雀虹を什なうt 2.3 変圧運幸云による熱効率の改善 _亨三ノ+§1￣い-1iノJを卜げることにより,軸ノJ一=デイ川亡と火かしクー,るに{ノ かかわ⊥ゝJず†代g-■川丁川,トご､ノ)熱刈ヰくが収iヤされるシ'1は,_卜にニタ･こに j土柱べる一才‡いこ一に.よるも♂￣)である‥ しい 磐t￣F三によりクーービンにi式亡人するノ+ヒ1t′)′どi仙流圭l;二がはは 1ヒに似たれるため,■l■川ニクーービン1勺溺列ヰミがい′り卜する. (､2)乍ヒrTl三により給水ホン￣￣7■■メ叶安乍†与川-∴カ寸ざl.`k少するため,約水 ホ■ンナ細則ノJがi城少lノ.矧叫んクーーヒンジ)効ヰてもl｢り【∵う【る.土 た､1上=三越虹では,紙fl何奴でボン￣7■■クーービング)馴刺力隻1t七 Lててラミ力旨1{も必安とするが,壇=‡j雀転ではクーービン州1tだく) で柿む利ノ､】二もある:=J (3)磐rl￣三により図1(C)にホすようにl仰lニク‥ビン訓三1くぎ′,い■と, す乙･わち山熱器人Ilノ∫§1ti,‡1ミ.化か-1■ごiく†1ミ1■与されるため.ル熱1そ÷主 でれと､紫難破収_と-_1二がゞ械少ノ･irるニヒによりポイラ‥ナ熱ノJ§1tf∴,†,性 がr■.Jjくで与る(-これごJの安IJ(】かクーー･ビン軸椚′粋キミにJ之ほすまjtヱて呼につし､ 図2に必臨淋J仁ユニ･ソトの3介糊′変J_-1三越虹の作りを′+二十 /｢までの仲川千捌かノ_)､1立件_トノ∫宝･1t=三力か-1■い-はど髄Jl三に.上 る利川=か人きく,埜n二l桂川fTする加i城ブ｢バルブ√rlイントを.;tノirl イiJ川川にすることができる,-.また,純水ホ■ンソの盤J仁に.よる利 イりこがノしきいニヒが判叩している〔､ 臣】変圧用蒸気タービンの特徴
3.1 タービン調速方式 .瑚速/ノン一〔と変Jl_三逆転ノナJ℃の｢∼別系は,2.2に湖川jしたが,図1 (b)にタービン熱fH守†〔ヰミの+七蛇をホすり1上作fl杓100グムでの粕 汁i官営やは,純変け÷迎転が始も良く,3弁バルブホ､イントを90 ワ加川ffとLた校で千変J工逆転と,加1城外絞りを6グムとLた絞り 蜜ト一三迩屯こかほぼ卜fJ等となる-､一一ブナ,帆flイ.if城では,紬でナノ変Jl三 越虹がJl一之も山く なる.-､ j舟fi∴ 逆転範凶のi･ニーヲifiイ抽曳を定圧三逆転とL,か/ノブリ ンシ 壬1荷変化を収収するという山では,手短ナ㌻′変｢仁)雀虹が熱効率､ *lトニ仁与川三叶.一にブJ暮+i某本部 ** バブ■ニーリクlトエ休J℃二川二 *** 王=′二･脚′卜巾ノこ.んか=拉 **** 日､∵製作所日立+二甥 工学障十二 15266 日立評論 VOL.59 No.4(197ト4) 2弁 3弁 4弁 100 ∩) 0 0 0 (H) (0 4 2 (訳)只地脈條州 3 2 †-0 十 十 ＋ ▲-2 3 一 一 一 献 (→ぜ) (ト韓) (訳)〕†樹G練軟禁蔵 D-2 D-3 ′′ ′ A: B: ′ ′ ′ B 定圧運転 純変圧運転(4弁全開) C:絞り変圧運転(4弁開,10%絞り D:複合変圧運転 D-2:2弁全開変圧運転 D-2:3弁全開変圧運転 0 20
＼
40 60 80 タービン負荷(%) (a)変圧運転方式､＼
ヽ＼､
ヽ ヽ 100 30 40 ハU O 5 ∩> 5 5 0 0 0 5 0 5 4 4 3 (UO)地 軸 300 70 D-3 80 タービン負荷(%) (b)タービン熟消費率の変化 ■-■■■-一 主蒸気温度 --･---,第1段出口温度 D-3 D-2｡ヂ
高圧排気温度…;;+エ柑
負 荷(%) (c)高圧タービン内の蒸気温度 図l 変圧運転方式と熱力学的特性の比較 変圧運転方式の違いに より,タービン熱消費率,高圧タービン蒸気温度が変わることを示す｡ 負荷変化幅の点で絞り変圧運転より優れている｡ 以上述べたことから変圧用タービンとしては,調速段のあ るノズル締切り調速タービンが良いと考える｡ 3.2 高圧タービン内の蒸気温度 定圧運転では,高圧タービン初段の調速段で主蒸気流量を 制御するため,部分負荷になるほど初段の熟落差が大きくな り蒸気温度が低下する｡一方,変圧運転ではほぼ容積流量が 一･定となるため,内部効率及び熟落差もほほ+定となり,図1(C) 16 にホすように蒸1-くf法度いまぼ一定となる｡ したがって,変圧三運転ではf止度変化に伴う熱応力が軽i成し, タMビン側の負荷変化制限の一要因がなくなる｡また,停止時 のメタルiは度が高くなI),夜間停止後の再起動などマ､ソナン グか良好となり起動時間を速くできる｡ 凶 変庄ベンソンボイラの特徴 4.1変圧運転ボイラの設計 変圧運転ボイラの特徴は,従未形定圧逆転ボイラに比較し し,｢ボイラ火炉水壁での熟伝達･流動は圧力変化に応じ,超 臨界圧放では単相流,亜臨界圧士或では気水二相i充と様々な形 態を√安け人れる+ということに集約される｡図3は変圧運転 での負荷と水･蒸気の状態変化の関係を才一P線図に示したも のであるが,約80%負荷以下では丁取臨界庄j戎で運転されてお り,更にボイラ火炉水壁管内重量速度が減少してくるので, 熱負荷アンバランスに起因する流動不安定,気水分離,膜沸 (ト瀬) (訳)]十軸S掛軟禁礁へ+世) 5 4 つ∪ 2 1 0 3 十 ･十 十 { 一④!
④⑧⑥⑨⑤ 減圧による熱力的損失 高圧タービン内部効率の向上 給水ポンプ軸動力の軽減 ボイラ蒸気温度特性の向上 プラント熱消費率の改善 (④-⑧-⑥-⑳) ∩) 3 5nU 0 4 60 70一一80 90 100 タービン負荷(%) 区12 変圧運転によるタービン熱消費率の改善 効率及び給水ボン7q動力の影響が大きい｡ 八U O O O 9 8 ∩) 0 3 (Ⅷヰ＼蒜〇三山ミヘ∴H 高圧タービン内部 温度700勺c ､--､ 1岩;L, ￣-*去 蔽 誠･ 500 ー､ミ､--､ 抵威 48⊂〉 460 4･年0 蒸気 】00ク 一宮 一一郎 訳 (=) _･の ､ヽ 彬 重量比 野_若
＼･ぷぎ ヽ ￣￣-t旬- ヽ 苧､ ＼ 420 ヽ､ J官 破､ 嘗 ､惇､､･臥
⊂つl､､よ
:ゝ′￣､ヽ￣T￣
犯一 0 一■†､- ‡ ､----､_ 一一′ 心【 380 ◆【 碑 350 う与 t皇こ 340 l l÷〈 l- 320 l 祐 L 300 l / ･r l丑※ 一+,-/ ｢ 1 l l_ / -l / +･/ 200 ′ 丁 ′lし _ 何 10〔) ∩) 0 2 ∩) 0 50 100 150 200 250 300 350 圧 力(kg/Om2a) 図3 トP繰回 変圧運転する場合の相変化が示されている｡再熱器出口 再熱器スプレー 一段スプレー 過熱器出口ー" ノ棚
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￣￣￣￣￣￣￣￣一■･〆彬威￣￣ スプレー l 1 † l ￣￣￣■￣｢￣-l l 担 再次贋
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表 __---￣＋-､≡一次再熟器ゴノラノ/
W / l ､＼､ノく､､_ ｢ _⊥ _′_■_---し_ l ノブ/kンニ// 節炭器 / -r--￣￣ト スパ ラル l メンプレン水壁 _______⊥ l _一_一__.一一--⊥､ _一___⊥ ノ /､ 書￣7′ ノナ,∠ニュノ/:｢/てヲニ妥′二二/′′
気 水 分 離 器 図4 ボイラ立体図 スパイラル壁で構成されたことを特徴とする｡ 騰などの危険な現象を生じないよう考慮を払ったボイラ設計 をする必要がある｡すなわち,熱負荷アンバランスの競壬響を 流体側に与えないよう,火炉周年をら友引犬に上昇するよう水 壁管を配列したスパイラルベンソンボイラを採用することが 望まれる｡ 三次過熱器 スプレー スフレー 二次過熱器 一次過熱器 中間負荷火力用変圧運転プラント 267 4.2 変圧ベンソンボイラの構造 図4に大容量変圧ベンソンボイラの立体図をホす｡高圧給 水加熱器を出た給水は,後ケージ部の節炭器を辿った後,下 降管によって火炉底部に常に圧縮j水の状態で〕尊かれ,火力i高 熱負荷部をスパイラルメンプレン水壁で′受熱しながら火炉_卜 部へ上昇し,火炉ノーズ部近辺に設置された管寄を介L,唾 直管に配列しなおして,熱負荷の比較的低い火炉上部水車控, 前ケージ側壁に至る｡その後流体は,火炉アーチ天井輝と後 ケ…ジ前･後･側壁を同時に上昇し,出口連絡管により乞ミ水 分離器へと導かれる｡乞も水分離器をrljた蒸与くは,過熱器を通 って蒸気タービンへ送られる｡ 火炉下部は外壁31.8mmXピッチ45mmから成るスパイラルメ ンプレン水蟹で構成されており,荷重は氷壁管臼身とコンス タントスプリングハンガーによって支持される｡水上貨管本数 及びスパイラル傾斜角は,管内重宝速度及び火炉形二伏によっ て決定されるが､傾斜角は15∼25度,水甥管数は600∼700MW プラントの場でナで400∼500本程度である｡ 過熱器は一次･二次･最終過熱器に3分割され,各々は熱 低減器を通じて連絡されるという二段スプレー方式を採用し ている｡史に再熟器は2分割してそれらの間に熱低i成器を設 置し,再熟蒸気ラ且度の制御性を高めている｡これらの結果, 変圧運転による水･蒸気物性値変化に起因するボイラ特竹三の 劣化を十分補うとともに,より高い負荷応答性を得ることが 可能となる｡ 4.3 変圧ベンソンボイラプラントの系統 図5に変圧ベンソンボイラプラントの主系統をホす｡従来, 我が国で採用された多くの貫流ボイラは,ベース負荷用とし て高負荷運用を目的としていたため,必ずしも起動･停止放 び低負荷運転時の操作性を考慮した系統ではない｡すなわち, ボイラは仝圧起動を行ない起動バイパス系統によリイ氏庄蒸気 で蒸気タービンを起動した後,主系統に切り替える系統となっ ている｡したがって,起動用弁…紙の切替操作などが必要であ l),起動時問が必然的に長くなっている｡しかし,中間負荷 用に計画される変圧ベンソンボイラほ,容易な起動･停止及 び低負荷運転が要求されるため,気水分馳器を主系統に配置 し低圧起動を行なって,あたかもドラムボイラと同様な簡略 化された起動操作を行なうことで従来形の全庄起動に起因す 高温再熱器 低温再熱器 スプレー タービン 水 冷 壁 節 炭 器 注:■ =モータ ■ =タ【ビン一触一-1
ボイラ l循環ポンプ;
高圧ヒ一夕 気水分離器 低圧 ヒ一夕 脱気器 復 ボイラ給水ポンプ 復水ポンプ 復水器 復水脱塩装置 国5 ボイラプラント系統図 主系統に気水分離器を設置し,貫;充 運転と循環遷幸云の切替えを容易にL ている｡ 17268 日立評論 VOL.59 No,4=97丁-4) る起動バイパス系統の弁切皆様作が不要となり,起剖帖糊も 如くすることができる｡_むに,火炉†札穫に必二安な7k蝶管内流 _j追の権化を目的とLた起動バイパス系統への褐雉な切結拙作 __ト音別限されている低負荷超勤も,七も水分雑器をイトしてスム【 ズ亡二子:1･水平抑吉堀逆転三へと椎イト㌻ることができる. 負 荷 加減井関穫 主蒸気圧力 給水流量 燃料量
