JP3977546B2

JP3977546B2 - Steam turbine power generation equipment

Info

Publication number: JP3977546B2
Application number: JP08149899A
Authority: JP
Inventors: 田實松; 平浩之大; 口公一北; 地正孝菊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: JP2000274208A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気条件が６５０℃以上の蒸気タービンを有する蒸気タービン発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラントの蒸気条件の高温・高圧化は、その効率向上に寄与する非常に重要かつ基本的な要因であるが、１９６０年代後半に２４．１ＭＰａ、５３８／５６６℃の一段再熱の蒸気条件がわが国の事業用火力タービンの標準的なものとして確立されてからは、最近に至るまで画期的な進展はみられなかった。しかし、オイルショック以来、省エネルギー化が強力に推進され、その後の地球温暖化問題に対する急速な関心の高まりから火力発電プラントの高効率化が押し進められている。
【０００３】
発電効率を上げるためには蒸気タービンの蒸気温度を上げるのが最も有効な手段であるが、従来の蒸気タービン設備の蒸気条件が６００℃級以下の蒸気温度であることから、蒸気タービンのロータ、翼等の主要部材にはフェライト系耐熱鋼が用いられている。すなわち、従来の高効率タービン用材料としては、例えば特公昭６０−３１８９８号公報、特公昭６０−５４３８５号公報、或は特開平２−１４９６４９号公報にみられるような高強度耐熱鋼が知られており、特にこれらの材料として高温強度のより優れた耐熱鋼としては、特開平８−３６９７号公報や特開平７−３４２０２号公報にみられるような高強度耐熱鋼が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、蒸気タービン設備の蒸気条件が６５０℃級以上の蒸気温度になった場合には、蒸気タービンのノズル、翼、ロータ等の主要部材には、フェライト系材料では強度的に厳しくなることから、Ｎｉ基合金やオーステナイト系材料等が用いられる。
【０００５】
しかしながら、これらＮｉ基合金、オーステナイト系材料は、低熱伝導・高線膨張係数の特性を有するため、フェライト系の材料と比較して大きな熱応力が発生し易く、蒸気タービンの起動を含む運用上の制約が生じるという問題がある。また、Ｎｉ基合金やオーステナイト系材料は、フェライト系の材料と比較して一般的にコスト的に高い傾向があり、さらに大型鋼塊の製造に限界があるという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑み、蒸気条件が６５０℃級以上の蒸気タービンを有する蒸気タービン発電設備において、Ｎｉ基合金、オーステナイト系材料を使用した蒸気タービンの運用制限を極力抑制し、材料コストアップをできる限り抑え、また蒸気タービンの製造上有利となるようなシステムを具備した蒸気タービン発電設備を得ることを目的とする。
【０００７】
第１の発明は、オーステナイト系超合金鋼製のタービンロータとフェライト系合金鋼製のタービンロータと、その互いに異なった材質を有する２つの独立したロータを同一外部車室内で互いに連結する連結装置を備える蒸気タービン設備において、前記連結装置の外周に冷却流体を供給するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、ボイラ加熱器で発生する６５０℃以上の蒸気が流入するオーステナイト系超合金鋼製の超々高圧高温タービンロータと、ボイラ第１段再熱器で発生する６５０℃以上の蒸気が流入するオーステナイト系超合金鋼製の超高圧タービンロータとを同一外部車室内で互いに連結したことを特徴とする。
また、第３の発明は、ボイラ加熱器で発生する６５０℃以上の蒸気が流入するオーステナイト系超合金鋼製の超高圧タービンロータと、ボイラ第１段再熱器で発生する６５０℃以上の蒸気が流入するオーステナイト系超合金鋼製の高圧タービンロータとを同一外部車室内で連結したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の蒸気タービン発電設備の第１の実施の形態を示すシステム構成図であって、超々高圧高温タービン１、超高圧タービン２、高圧タービン３、中圧タービン４、第１の低圧タービン５、第２の低圧タービン６及び発電機７が一軸に連結されている。
【００２０】
しかして、ボイラ加熱器８で発生された６５０℃以上の高温高圧の蒸気が超々高圧高温タービン１に導入され、そこで仕事をした後、第１段再熱器９で６５０℃以上に再熱され、この再熱蒸気が超高圧タービン２に導入される。上記超高圧タービン２に導入され仕事を行った蒸気は高圧タービン３に導入されそこで仕事を行い、この高圧タービン３で仕事を行った蒸気は第２段再熱器１０で再び加熱され、６５０℃以下の所定温度の蒸気となり、中圧タービン４、第１及び第２の低圧タービン５，６に順次導入され仕事を行い、発電機７を駆動する。
【００２１】
このように、図１に示す第１の実施の形態においては、各タービンが一軸上に連結され、第１段再熱器９及び第２段再熱器１０で再熱されるように構成され、タンデムコンパウンド型２段再熱蒸気タービンシステムとしてある。
【００２２】
ところで、超々高圧高温タービン１及び超高圧タービン２には前述のように６５０℃以上の蒸気が導入されることから、超々高圧高温タービン１及び超高圧タービンでは高温強度を維持するため、ロータの材料としてオーステナイト系超合金鋼が採用され、高圧タービン３以降の各タービン３，４，５，６においては、６５０℃以下の蒸気が導入されることから、それらのロータはフェライト系合金鋼ロータで構成されている。
【００２３】
また、超々高圧高温タービン１、超高圧タービン２及び高圧タービン３はそれぞれ１個のロータで構成されており、特に超高圧タービン２と高圧タービン３は同一の外部車室内に組み込まれており、オーステナイト系ロータからなる超高圧タービン２とフェライト系ロータからなる高圧タービン３の異種材のロータ同志がロータ連結装置１１でボルト締めによって接続されている。
【００２４】
通常、超高圧タービン２と高圧タービン３が同一の外部車室内に組込まれている場合、超高圧タービンと高圧タービンのロータが一体で構成されオーステナイト系ロータ材を採用するが、ロータ全長が長くなるため、鍛造や熱処理に問題が生じ、満足した高強度ロータの製造が困難になることがある。
【００２５】
これに対し、本実施の形態においては、前述のように高温部の超高圧タービン２のみを１本の独立した高強度オーステナイト系ロータによって構成したので、ロータ１本当たりの長さを短くすることができ、材料コストアップをできる限り抑えることができ、また蒸気タービンの製造を有利とすることができる。
【００２６】
図２は、上記図１に示す蒸気タービン設備がタンデムコンパウンド型２段再熱蒸気タービンシステムを採用したのに対して、クロスコンパウンド型２段再熱蒸気タービンシステムとしたものである。すなわち、第１及び第２の低圧タービン５，６の軸が超々高圧高温タービン１等の軸と別に構成され、超々高圧高温タービン１等の軸によって第１の発電機７ａが駆動され、第１及び第２の低圧タービン５，６の軸によって第２の発電機７ｂが駆動されるようにしてある。
その他の点は、図１に示す設備と同一であり、同様な作用効果を奏する。
【００２７】
図３は本発明の第２の実施の形態を示すシステム構成図であり、超高圧タービン２、高圧タービン３、中圧タービン４、第１の低圧タービン５及び第２の低圧タービン６、並びに発電機７によって構成されており、それらが一軸に連結されている。
【００２８】
しかして、ボイラ加熱器８で発生された６５０℃以上の高温高圧の蒸気が超高圧タービン２に導入され仕事をした後、高圧タービン３を通り、ボイラ第１段再熱器９で６５０℃以下の所定温度に再熱され、中圧タービン４、第１及び第２の低圧タービン５，６に順次導入され仕事を行い、発電機７を駆動する。
【００２９】
このように、第２の実施の形態においては、各タービンが一軸上に連結され、第１段再熱器９で再熱させるよう構成され、タンデムコンパウンド型１段再熱蒸気タービンシステムとしてある。
【００３０】
さらに、超高圧タービン２には、ボイラ加熱器７で発生する６５０℃以上の高温蒸気が導入されるため、そのロータはオーステナイト系超合金鋼ロータにより構成され、一方高圧タービン３以降の各タービン３，４，５，６には６５０℃以下の蒸気が導入されることから、それらのロータはフェライト系合金鋼ロータで構成されている。そして、この場合も、超高圧タービン２と高圧タービン３は同一の外部車室内に組み込まれ、互いに種類の異なるロータ同志がロータ連結装置でボルト締めにより接続されている。
【００３１】
また、図４は図３の変形例であり、低圧タービン５，６の軸を超高圧タービン２等の軸と別軸とした２軸とし、各軸によって発電機７ａ，７ｂがそれぞれ駆動される、クロスコンパウンド型１段再熱蒸気タービンシステムとしてある。
【００３２】
したがって、図３及び図４に示すものにおいても、図１及び図２に示すものと同様に高強度オーステナイト系ロータのロータ１本当たりの長さを短くすることができ、材料コストアップをできる限り抑えることができるとともに、蒸気タービンの製造を有利とすることができる。
【００３３】
図５は、図１に示す設備の他の変形を示す第３の実施の形態を示す図であり、超々高圧高温タービン１と超高圧タービン２が同一外部車室内に組み込まれ、オーステナイト系からなる同種材のロータ同志がロータ連結装置１１でボルト締めによって接続されている。また、高圧タービン３と中圧タービン４は一本のロータによって構成されている。そして、その他の点は図１に示すものと同一であり、タンデムコンパウンド型２段再熱蒸気タービンシステムとしてある。
【００３４】
また、図６は図５に示す設備の発電機を２軸としたものであって、超々高圧高温タービン１、超高圧タービン２、高圧タービン３及び中圧タービン４によって第１の発電機７ａを駆動し、第１及び第２の低圧タービン５，６によって第２の発電機７ｂを駆動するようにしてあり、クロスコンパウンド型２段再熱蒸気タービンシステムとして構成されている。
【００３５】
しかして、これらの場合も、超々高圧高温タービン１及び超高圧タービン２のオーステナイト系超合金鋼ロータの１本当りの長さを短くすることができ、第１の実施の形態と同様な効果を奏する。
【００３６】
図７は図３に示す設備の他の変形を示す第４の実施の形態を示す図であり、超高圧タービン２で仕事を行った蒸気がボイラ第１段再熱器９で６５０℃以上の温度に再熱され、高圧タービン３に導入され、そこで仕事を行った蒸気が中圧タービン４及び第１，第２低圧タービン５，６に順次導入される。そして、この場合高圧タービン３も、蒸気タービンの高温強度を維持するため、そのロータがオーステナイト系超合金鋼ロータにより形成されている。その他の点は図３に示すものと同一であり、タンデムコンパウンド型１段再熱蒸気タービンシステムとして構成されている。
【００３７】
また、図８は図７に示す設備の発電機を２軸としたものであって、超高圧タービン２、高圧タービン３、及び中圧タービン４によって第１の発電機７ａを駆動し、第１及び第２の低圧タービン５，６によって第２の発電機７ｂを駆動するようにしてあり、クロスコンパウンド型１段再熱蒸気タービンシステムとして構成されている。しかして、これらのものも、図１等に示すものと同様な効果を奏する。
【００３８】
図９は、本発明の第５の実施の形態を示す図であり、超々高圧高温タービン１、超高圧タービン２及び高圧タービン３等によって構成されており、６５０℃以上の高温蒸気が導入される超々高圧高温タービン１のロータが、超高圧タービン２及び高圧タービン３と別軸に設置され減速装置１２を介して超高圧タービン２のロータと互いに接続されている。
【００３９】
ところで、超々高圧高温タービン１には前述のように６５０℃以上の高温蒸気が導入されるため、そのロータがオーステナイト系超合金鋼ロータによって形成されている。しかし、オーステナイト系の材料は、材料コストが高く加工性も悪く、また熱伝導が低く、高い線膨張率の材料であるのでタービン起動停止時には過大な熱応力が発生し易い。
【００４０】
そこで、本実施の形態においては、上述のように、超々高圧高温タービン１を減速装置１２を介して超高圧タービン２に接続しているので、超々高圧高温タービン１を高速化することができ、段落熱落差を大きくし、羽根、ロータに触れる蒸気の雰囲気温度を下げるとともに、タービン主要部品である車室、ロータ、ノズル、羽根を小型化することが可能となり、オーステナイト系材料の使用量を減らし、安価なタービンの製造が可能となる。さらに、起動時の熱応力を低減できるので運転性が向上する。
【００４１】
図１０は本発明の第６の実施の形態を示すタービン段落断面図であって、超々高圧高温タービン１の初段に２列の動翼１３及び案内羽根１４から構成されたカーチス段落が設けられており、上記動翼１３の上流側にカーチス用ノズル１５が設けられている。
【００４２】
このカーチス段落は、カーチス用ノズル１５での膨張が大きいので初段の２列動翼１３やロータ廻りの雰囲気温度が極端に下がる。また、高負荷域で最高効率となるので、１段当りの出力を大きくとれ、段落熱落差すなわち温度降下を大きくできる。したがって、羽根、ロータの高温クリープ寿命を長くすることが可能となる。また、第２段落以降の温度が下がるので耐熱に関する材料の質を下げることも可能となりコンパクトで安価なタービン設備とすることができる。
【００４３】
また、図１１は第７の実施の形態を示す図であり、（ａ）はグランドシール部の断面図、（ｂ）はそのグランドシール部に使用されるパッキンの斜視図である。
【００４４】
超々高圧高温タービンにおいては、極めて高い圧力となるため、図１０のＡ部に示すようにグランドシール部が必然的に長くなる。そのため、オーステナイト系の材料で構成された超々高圧高温タービンのロータの全長が長くなり、高コストと製造的な問題があり、従来の非接触型シール構造ではシール効果に限界がある。
【００４５】
そこで、本発明においては、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、パッキンリングの内径面に多数の鋼線１６を植設したブラシシールパッキン１７がロータ外周面に当接するように配設されている。
【００４６】
しかして、このブラシシールパッキン１７はその多数の鋼線１６の先端がロータ外周に直接当たるので、グランド漏洩蒸気をほぼ完全に遮断することが可能である。したがって、このブラシシールパッキン１７の採用によってロータ全長を大幅に短縮でき、ロータの製造性を向上するとともに低コストでコンパクトにできる。しかも運転時においても、スチームホワールの発生を防止し振動特性を向上させることもできる。
【００４７】
図１２は第８の実施の形態を示すシステム構成図であり、超々高圧高温タービン１で仕事を行った蒸気をボイラ第１段再熱器９に送給する低温再熱管１８には弁１９を有するタービンパイパス管２０が分岐導出してあり、そのタービンバイパス管２０が図示しない復水器に接続してある。
【００４８】
しかして、起動時には超々高圧高温タービン１へ暖機用蒸気を供給するとともに、その排気を弁１９及びタービンバイパス管２０を介して復水器に排出させることにより、超々高圧高温タービン１のウォーミングを行うことができる。
【００４９】
超々高圧高温タービン１においては、ロータ、羽根、ケーシング等がオーステナイト系材料のため、熱伝導率が低く、膨張率が大きいのでタービン起動時に過大な熱応力と伸び差が発生する。特に、冷機起動時には大きな温度差が発生し急速起動が難しい。しかしながら、本実施の形態においては、上述のように起動時に暖機用蒸気をタービン内に供給しタービンバイパス管２０を介して復水器に排出させることによって超々高圧高温タービン１内をウォーミングすることができ、タービンの熱応力、伸び差を低減でき、急速起動を行うことができる。
【００５０】
また、蒸気温度が６５０℃以上の蒸気が使用される蒸気タービン設備においては、超々高圧高温タービンの排気温度をタービン主要部品の材料がオーステナイト系からフェライト系の材料になる使用限界温度である６００℃程度にすることにより、超々高圧高温タービンの下流に位置する超高圧タービン、高圧タービンの入口温度を下げることができ、それらの主要部品にフェライト系材料を使用することができる。
【００５１】
すなわち、第９の実施の形態として、超々高圧高温タービン１の段落数を排気温度が６００℃近くになる４〜６段にするとともに、回転数をロータ強度と最適段落熱落差から計算で求め、超高圧タービン、高圧タービンに対し１〜１．５倍と規定する。しかして、このように排気温度、段落数、及び回転数に規定することで、超高圧タービン以降の蒸気タービンの主要部品にフェライト系材料を使用することができ、タービン材料の信頼性を向上でき、運転性が優れたものとすることができる。
【００５２】
図１３は第１０の実施の形態を示す図であり、例えば超高圧タービン２のロータ２ａと高圧タービン３のロータ３ａとを締め付けボルト２１によって連結したロータ連結装置１１の外周には、その連結装置を覆う遮熱板２２が設けられており、その遮熱板２２にはその遮熱板２２の内部に冷却流体を送入する冷却蒸気供給管２３が設けられている。
【００５３】
しかして、上記冷却蒸気供給管２３から送給される冷却流体によって、連結装置部のロータ２ａ，３ａと締め付けボルト２１が冷却されて材料強度が高くなり、コンパクト化が可能となる。したがって材料コストアップをできる限り押えることができ、また蒸気タービンの製造上有利とすることができる。
【００５４】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明によれば、蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タービン設備において、オーステナイト系超合金鋼製タービンとフェライト系合金鋼製タービンの異なった材質を有するロータを同一外部車室内で互いに連結し、または、オーステナイト系超合金鋼製の超高温タービンと再熱タービンの同じ材質を有するロータを同一外部車室内で互いに連結するうよにしたので、ロータ１本当たりの長さが短い高強度オーステナイト系ロータにできるので、材料コストアップをできる限り抑えられ、また蒸気タービンの製造上有利となる。
【００５５】
また、超々高圧高温タービンを高速回転で小型化し、または初段にカーチス段落を採用し、或はグランドシール部にブラシシールパッキンを採用することによって、材料のコストアップを抑えることができ、また蒸気タービンの製造上有利とすることができる。
【００５６】
また、超々高圧高温タービン排気の低温再熱管にバイパス管を設置し、起動時に超々高圧高温タービンをウォーミングをすることで、急速起動が可能とすることもできる。
【００５７】
また、超々高圧高温タービンの排気温度、段落数を４〜６段、回転数を規定することによって、下流に位置する超高圧タービン、高圧タービンの入口温度を下げられ使用実績のあるフェライト系の材料が使用可能になり、材料的な信頼性を向上することになる。
【００５８】
また、同一外部車室内で２つの独立したロータを互いに接続する連結装置の内部に冷却流体を送入し、連結装置内のロータと締め付けボルトを冷やすようにした場合には、材料強度が高くなりコンパクト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すタンデムコンパウンド型２段再熱システムの構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の他の実施例を示すクロスコンパウンド型２段再熱システムの構成図。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示すタンデムコンパウンド型１段再熱システムの構成図。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示すクロスコンパウンド型１段再熱システムの構成図。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示すタンデムコンパウンド型２段再熱システムの構成図。
【図６】本発明の第３の実施の形態の他の実施例を示すクロスコンパウンド型２段再熱システムの構成図。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示すタンデムコンパウンド型１段再熱システムの構成図。
【図８】本発明の第４の実施の形態の他の実施例を示すクロスコンパウンド型１段再熱システムの構成図。
【図９】本発明の第５の実施の形態を示すシステム構成図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態を示すタービン断面図。
【図１１】本発明の第７の実施の形態を示す図。
【図１２】本発明の第８の実施の形態を示すシステム構成図。
【図１３】本発明の第１０の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
１超々高圧高温タービン
２超高圧タービン
３高圧タービン
４中圧タービン
５第１の低圧タービン
６第２の低圧タービン
７発電機
８ボイラ加熱器
９ボイラ第１段再熱器
１０ボイラ第２段再熱器
１１ロータ連結装置
１２減速装置
１３２列の動翼
１４案内羽根
１５カーチス用ノズル
１６鋼線
１７ブラシシールパッキン
２０タービンバイパス管
２１締め付けボルト
２２遮熱板
２３冷却蒸気供給管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steam turbine power generation facility having a steam turbine having a steam condition of 650 ° C. or higher.
[0002]
[Prior art]
High-temperature and high-pressure steam conditions for thermal power plants are very important and fundamental factors that contribute to the improvement of efficiency, but in the latter half of the 1960s, steam conditions for single-stage reheating of 24.1 MPa, 538/566 ° C Since its establishment as the standard for commercial thermal turbines in Japan, there has been no breakthrough until recently. However, since the oil shock, energy conservation has been strongly promoted, and the subsequent rapid increase in interest in the global warming problem has pushed for higher efficiency in thermal power plants.
[0003]
In order to increase the power generation efficiency, it is the most effective means to increase the steam temperature of the steam turbine. However, since the steam condition of the conventional steam turbine equipment is a steam temperature of 600 ° C. or lower, the steam turbine rotor, Ferritic heat resistant steel is used for main members such as blades. That is, as a conventional high-efficiency turbine material, for example, high-strength heat-resistant steel as disclosed in Japanese Patent Publication No. 60-31898, Japanese Patent Publication No. 60-54385, or Japanese Patent Laid-Open No. 2-149649 is known. In particular, as these materials, high-strength heat-resistant steels such as those disclosed in JP-A-8-3697 and JP-A-7-34202 are known as heat-resistant steels having superior high-temperature strength.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the steam condition of the steam turbine equipment reaches a steam temperature of 650 ° C. or higher, the main components such as nozzles, blades, and rotors of the steam turbine are severe in terms of strength with ferrite-based materials. Ni-based alloys and austenitic materials are used.
[0005]
However, since these Ni-based alloys and austenitic materials have characteristics of low thermal conductivity and a high linear expansion coefficient, they tend to generate large thermal stresses as compared with ferrite-based materials, and in operation including the start of a steam turbine. There is a problem that constraints arise. In addition, Ni-based alloys and austenitic materials generally tend to be higher in cost than ferritic materials, and there is a problem in that there is a limit to the production of large steel ingots.
[0006]
In view of these points, the present invention suppresses operation restrictions of steam turbines using Ni-based alloys and austenitic materials as much as possible in a steam turbine power generation facility having a steam turbine with a steam condition of 650 ° C. or higher. It is an object of the present invention to obtain a steam turbine power generation facility equipped with a system that suppresses the increase as much as possible and is advantageous in manufacturing a steam turbine.
[0007]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a connecting device for connecting a turbine rotor made of austenitic superalloy steel and a turbine rotor made of ferritic alloy steel and two independent rotors having different materials to each other in the same external vehicle compartment. In the steam turbine equipment provided, a cooling fluid is supplied to the outer periphery of the connecting device.
[0008]
The second invention is an ultra-high pressure high-temperature turbine rotor made of austenitic superalloy steel into which steam of 650 ° C. or higher generated by a boiler heater flows, and 650 ° C. or higher of generated by a boiler first stage reheater. An ultra high pressure turbine rotor made of austenitic superalloy steel into which steam flows is connected to each other in the same external compartment.
Moreover, 3rd invention is the steam of 650 degreeC or more generate | occur | produced in the super high pressure turbine rotor made from austenitic superalloy steel into which the steam of 650 degreeC or more generated with a boiler heater flows, and a boiler 1st stage reheater. A high-pressure turbine rotor made of austenitic superalloy steel into which is introduced is connected in the same external vehicle compartment.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of a steam turbine power generation facility according to the present invention, which is an ultra-high pressure high temperature turbine 1, an ultra high pressure turbine 2, a high pressure turbine 3, an intermediate pressure turbine 4, and a first low pressure. The turbine 5, the second low-pressure turbine 6 and the generator 7 are connected to one shaft.
[0020]
Thus, the high-temperature and high-pressure steam of 650 ° C. or higher generated in the boiler heater 8 is introduced into the ultra-high-pressure high-temperature turbine 1 and worked there, and then reheated to 650 ° C. or higher in the first stage reheater 9. The reheated steam is introduced into the super high pressure turbine 2. The steam introduced into the ultra high pressure turbine 2 and performing work is introduced into the high pressure turbine 3 where the work is performed, and the steam performed in the high pressure turbine 3 is heated again by the second stage reheater 10 to 650 ° C. The steam at the following predetermined temperature is sequentially introduced into the intermediate pressure turbine 4 and the first and second low pressure turbines 5 and 6 to perform work, and the generator 7 is driven.
[0021]
Thus, in 1st Embodiment shown in FIG. 1, each turbine is connected on one axis | shaft, and it is comprised so that it may reheat with the 1st stage reheater 9 and the 2nd stage reheater 10, It is a tandem compound type two-stage reheat steam turbine system.
[0022]
By the way, since steam of 650 ° C. or higher is introduced into the ultra-high pressure and high-temperature turbine 1 and the ultra-high pressure turbine 2 as described above, the ultra-high-pressure and high-pressure turbine 1 and the ultra-high pressure turbine maintain the high-temperature strength. As the austenitic superalloy steel is adopted and steam at 650 ° C. or lower is introduced into each turbine 3, 4, 5, 6 after the high pressure turbine 3, these rotors are composed of ferritic alloy steel rotors. Has been.
[0023]
The ultra-high pressure high-temperature turbine 1, the ultra-high pressure turbine 2, and the high-pressure turbine 3 are each composed of a single rotor. In particular, the ultra-high pressure turbine 2 and the high-pressure turbine 3 are incorporated in the same external vehicle compartment, and are austenite. The rotors of dissimilar materials of the super high pressure turbine 2 made of a system rotor and the high pressure turbine 3 made of a ferrite rotor are connected to each other by bolting at a rotor connecting device 11.
[0024]
Normally, when the super high pressure turbine 2 and the high pressure turbine 3 are incorporated in the same external vehicle compartment, the super high pressure turbine and the rotor of the high pressure turbine are integrally formed and an austenitic rotor material is used, but the total length of the rotor becomes long. For this reason, problems arise in forging and heat treatment, and it may be difficult to produce a satisfactory high-strength rotor.
[0025]
On the other hand, in the present embodiment, as described above, only the ultra-high pressure turbine 2 in the high temperature section is configured by one independent high-strength austenitic rotor, so that the length per rotor is shortened. The increase in material cost can be suppressed as much as possible, and the manufacture of the steam turbine can be advantageous.
[0026]
FIG. 2 shows a cross compound type two-stage reheat steam turbine system, whereas the steam turbine equipment shown in FIG. 1 adopts a tandem compound type two-stage reheat steam turbine system. That is, the shafts of the first and second low-pressure turbines 5 and 6 are configured separately from the shaft of the ultra-high-pressure and high-temperature turbine 1 or the like, and the first generator 7a is driven by the shaft of the ultra-high-pressure or high-temperature turbine 1 or the like. The second generator 7b is driven by the shafts of the second low-pressure turbines 5 and 6.
The other points are the same as those of the equipment shown in FIG.
[0027]
FIG. 3 is a system configuration diagram showing a second embodiment of the present invention, in which an ultrahigh pressure turbine 2, a high pressure turbine 3, an intermediate pressure turbine 4, a first low pressure turbine 5, a second low pressure turbine 6, and power generation. It is comprised by the machine 7, and they are connected to the one axis | shaft.
[0028]
Thus, after the high-temperature high-pressure steam generated in the boiler heater 8 having a temperature of 650 ° C. or higher is introduced into the ultrahigh-pressure turbine 2 and works, it passes through the high-pressure turbine 3 and is reduced to 650 ° C. or lower in the boiler first stage reheater 9. Are reheated to a predetermined temperature, and are sequentially introduced into the intermediate pressure turbine 4 and the first and second low pressure turbines 5 and 6 to perform work, and the generator 7 is driven.
[0029]
Thus, in 2nd Embodiment, each turbine is connected on one axis | shaft, it is comprised so that it may reheat with the 1st stage reheater 9, and it is a tandem compound type 1 stage reheat steam turbine system.
[0030]
Furthermore, since the high-pressure steam generated at the boiler heater 7 is introduced into the super high-pressure turbine 2 at a temperature of 650 ° C. or higher, the rotor is composed of an austenitic superalloy steel rotor, while each turbine 3 after the high-pressure turbine 3. , 4, 5, 6 are introduced with steam of 650 ° C. or lower, so that the rotors are composed of ferritic alloy steel rotors. Also in this case, the super high pressure turbine 2 and the high pressure turbine 3 are incorporated in the same external vehicle compartment, and different types of rotors are connected to each other by bolting with a rotor coupling device.
[0031]
FIG. 4 is a modification of FIG. 3, in which the shafts of the low-pressure turbines 5 and 6 are separated from the shafts of the ultrahigh-pressure turbine 2 and the like, and the generators 7a and 7b are driven by the respective shafts. It is a cross-compound type one-stage reheat steam turbine system.
[0032]
Accordingly, in the case shown in FIGS. 3 and 4, the length per rotor of the high-strength austenitic rotor can be shortened as in the case shown in FIGS. 1 and 2, and the material cost can be increased as much as possible. It can be suppressed and the production of the steam turbine can be advantageous.
[0033]
FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment showing another modification of the equipment shown in FIG. 1, and an ultra-high-pressure high-temperature turbine 1 and an ultra-high-pressure turbine 2 are incorporated in the same external vehicle compartment and are made of an austenite system. Rotors of the same kind are connected to each other by bolting at the rotor coupling device 11. The high-pressure turbine 3 and the intermediate-pressure turbine 4 are constituted by a single rotor. The other points are the same as those shown in FIG. 1 and are a tandem compound type two-stage reheat steam turbine system.
[0034]
Further, FIG. 6 is a two-axis generator of the facility shown in FIG. 5, and the first generator 7 a is formed by the ultra-high pressure high-temperature turbine 1, the ultra-high pressure turbine 2, the high-pressure turbine 3, and the intermediate-pressure turbine 4. The second generator 7b is driven by the first and second low-pressure turbines 5 and 6, and is configured as a cross-compound type two-stage reheat steam turbine system.
[0035]
In these cases, the length of each austenitic superalloy steel rotor of the ultra-high pressure high-temperature turbine 1 and the ultra-high pressure turbine 2 can be shortened, and the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Play.
[0036]
FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment showing another modification of the equipment shown in FIG. 3, and the steam that has worked in the ultrahigh pressure turbine 2 is 650 ° C. or higher in the boiler first stage reheater 9. The steam that has been reheated to the temperature and introduced into the high-pressure turbine 3, where it has worked, is sequentially introduced into the intermediate-pressure turbine 4 and the first and second low-pressure turbines 5 and 6. In this case, the high pressure turbine 3 is also formed of an austenitic superalloy steel rotor in order to maintain the high temperature strength of the steam turbine. The other points are the same as those shown in FIG. 3, and are configured as a tandem compound type one-stage reheat steam turbine system.
[0037]
FIG. 8 shows the generator of the equipment shown in FIG. 7 as two shafts. The first generator 7a is driven by the ultrahigh pressure turbine 2, the high pressure turbine 3, and the intermediate pressure turbine 4, and the first generator 7a is driven. The second generator 7b is driven by the second low-pressure turbines 5 and 6, and is configured as a cross-compound type one-stage reheat steam turbine system. Therefore, these also have the same effects as those shown in FIG.
[0038]
FIG. 9 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention, which is composed of an ultra-high pressure high-temperature turbine 1, an ultra-high pressure turbine 2, a high-pressure turbine 3, and the like, and introduces high-temperature steam at 650 ° C. or higher. A rotor of the ultra-high pressure and high-temperature turbine 1 is installed on a separate axis from the ultra-high pressure turbine 2 and the high-pressure turbine 3 and is connected to the rotor of the ultra-high pressure turbine 2 via a reduction gear 12.
[0039]
By the way, since the high-temperature steam of 650 ° C. or higher is introduced into the ultra-high pressure and high-temperature turbine 1 as described above, the rotor is formed of an austenitic superalloy steel rotor. However, an austenitic material has a high material cost, poor workability, low thermal conductivity, and a high linear expansion coefficient. Therefore, excessive thermal stress is likely to occur when the turbine is stopped.
[0040]
Therefore, in the present embodiment, as described above, since the ultra-high pressure and high-temperature turbine 1 is connected to the ultra-high pressure turbine 2 via the speed reducer 12, the ultra-high pressure and high-temperature turbine 1 can be sped up, Increases the heat drop in the paragraph, lowers the atmospheric temperature of the steam that touches the blades and the rotor, and makes it possible to reduce the size of the turbine casing, rotor, nozzles and blades, which are the main components of the turbine, and reduce the amount of austenitic materials used An inexpensive turbine can be manufactured. Furthermore, since the thermal stress at the time of starting can be reduced, operability is improved.
[0041]
FIG. 10 is a turbine stage cross-sectional view showing a sixth embodiment of the present invention, in which the first stage of the ultra-high pressure and high temperature turbine 1 is provided with a Curtiss stage composed of two rows of moving blades 13 and guide blades 14. A Curtis nozzle 15 is provided upstream of the rotor blade 13.
[0042]
In this Curtiss paragraph, since the expansion at the Curtis nozzle 15 is large, the ambient temperature around the first two-stage rotor blades 13 and the rotor is extremely lowered. In addition, since the maximum efficiency is obtained in a high load region, the output per stage can be increased, and the paragraph heat drop, that is, the temperature drop can be increased. Therefore, the high temperature creep life of the blades and the rotor can be extended. Further, since the temperature after the second paragraph is lowered, the quality of the material related to heat resistance can be lowered, and a compact and inexpensive turbine equipment can be obtained.
[0043]
FIG. 11 is a view showing a seventh embodiment, in which (a) is a cross-sectional view of a gland seal portion, and (b) is a perspective view of a packing used for the gland seal portion.
[0044]
In an ultra-high pressure and high temperature turbine, since the pressure is extremely high, the ground seal portion is inevitably long as shown in part A of FIG. Therefore, the total length of the rotor of the ultra-high pressure and high-temperature turbine made of an austenitic material is increased, resulting in high costs and manufacturing problems. The conventional non-contact type seal structure has a limited sealing effect.
[0045]
Therefore, in the present invention, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), the brush seal packing 17 having a large number of steel wires 16 planted on the inner diameter surface of the packing ring is disposed so as to contact the outer peripheral surface of the rotor. Has been.
[0046]
The brush seal packing 17 can block the ground leakage steam almost completely because the tips of the many steel wires 16 directly contact the outer periphery of the rotor. Therefore, the adoption of the brush seal packing 17 can greatly reduce the overall length of the rotor, improving the manufacturability of the rotor and reducing the cost at a low cost. Moreover, even during operation, it is possible to prevent generation of steam whirl and improve vibration characteristics.
[0047]
FIG. 12 is a system configuration diagram showing an eighth embodiment. A valve 19 is provided in a low-temperature reheat pipe 18 for supplying steam that has been worked in the ultra-high-pressure high-temperature turbine 1 to the boiler first-stage reheater 9. A turbine bypass pipe 20 is branched and led out, and the turbine bypass pipe 20 is connected to a condenser (not shown).
[0048]
Thus, at the time of start-up, the warm-up steam is supplied to the ultra-high-pressure high-temperature turbine 1 and the exhaust gas is discharged to the condenser through the valve 19 and the turbine bypass pipe 20 to warm the ultra-high-pressure high-temperature turbine 1. It can be performed.
[0049]
In the ultra-high pressure and high-temperature turbine 1, since the rotor, blades, casing, and the like are austenitic materials, the thermal conductivity is low and the expansion coefficient is large, so that excessive thermal stress and elongation difference are generated when the turbine is started. In particular, a large temperature difference occurs at the time of cold start, and rapid start is difficult. However, in the present embodiment, as described above, the warm-up steam is supplied into the turbine at the time of start-up and is discharged to the condenser via the turbine bypass pipe 20 to warm the inside of the ultra-high pressure and high-temperature turbine 1. The thermal stress and elongation difference of the turbine can be reduced, and rapid start-up can be performed.
[0050]
Further, in a steam turbine facility in which steam having a steam temperature of 650 ° C. or higher is used, the exhaust temperature of the ultra-high pressure and high-temperature turbine is 600 ° C., which is the use limit temperature at which the material of the turbine main parts changes from austenite to ferrite. By setting the degree, the inlet temperature of the ultra-high pressure turbine and the high-pressure turbine located downstream of the ultra-high pressure and high-temperature turbine can be lowered, and a ferritic material can be used for their main components.
[0051]
That is, as the ninth embodiment, the number of stages of the ultra-high pressure and high-temperature turbine 1 is set to 4 to 6 stages where the exhaust temperature is close to 600 ° C., and the rotational speed is calculated from the rotor strength and the optimum stage heat drop, It is defined as 1 to 1.5 times that of an ultra high pressure turbine and a high pressure turbine. Thus, by defining the exhaust temperature, the number of paragraphs, and the number of rotations in this way, it is possible to use ferritic materials for the main components of the steam turbine after the ultra-high pressure turbine, and the reliability of the turbine material can be improved. The drivability can be excellent.
[0052]
FIG. 13 is a diagram showing a tenth embodiment. For example, on the outer periphery of a rotor connecting device 11 in which a rotor 2a of an ultrahigh pressure turbine 2 and a rotor 3a of a high pressure turbine 3 are connected by a fastening bolt 21, the connecting device is provided. The heat shield plate 22 is provided with a cooling steam supply pipe 23 that feeds a cooling fluid into the heat shield plate 22.
[0053]
Accordingly, the cooling fluid supplied from the cooling steam supply pipe 23 cools the rotors 2a and 3a and the fastening bolts 21 of the coupling device portion, and the material strength is increased, thereby making it possible to reduce the size. Therefore, an increase in material cost can be suppressed as much as possible, and it can be advantageous in manufacturing the steam turbine.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a steam turbine facility having a steam temperature of 650 ° C. or higher, rotors having different materials for the austenitic superalloy steel turbine and the ferritic alloy steel turbine are provided in the same external vehicle interior. Or a rotor having the same material of an ultra-high temperature turbine and a reheat turbine made of austenitic superalloy steel are connected to each other in the same external vehicle compartment, so that the length per rotor is Since a short high-strength austenitic rotor can be formed, the material cost can be suppressed as much as possible, and it is advantageous in the production of a steam turbine.
[0055]
In addition, by reducing the size of the ultra-high-pressure high-temperature turbine at high speed, or by using a Curtiss paragraph at the first stage, or by using a brush seal packing at the gland seal part, it is possible to reduce the cost of the material. It can be advantageous in manufacturing.
[0056]
In addition, by installing a bypass pipe in the low-temperature reheat pipe of the ultra-high-pressure high-temperature turbine exhaust and warming the ultra-high-pressure high-temperature turbine at the time of startup, it is possible to enable rapid startup.
[0057]
In addition, by defining the exhaust temperature of ultra-high-pressure high-temperature turbine, the number of stages is 4-6 stages, and the number of rotations, the ultra-high-pressure turbine located downstream, the inlet temperature of the high-pressure turbine can be lowered, and ferritic materials with a proven track record Can be used, and material reliability will be improved.
[0058]
In addition, when the cooling fluid is fed into the connecting device that connects two independent rotors to each other in the same external vehicle compartment, and the rotor and the fastening bolt in the connecting device are cooled, the material strength increases. Compactness is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a tandem compound type two-stage reheat system showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a cross-compound type two-stage reheat system showing another example of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a tandem compound type one-stage reheat system showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a cross-compound type one-stage reheat system showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a tandem compound type two-stage reheat system showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a cross-compound type two-stage reheat system showing another example of the third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of a tandem compound type one-stage reheat system showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of a cross-compound type one-stage reheat system showing another example of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a system configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view of a turbine showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a system configuration diagram showing an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 13 shows a tenth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Super high pressure high temperature turbine 2 Ultra high pressure turbine 3 High pressure turbine 4 Medium pressure turbine 5 First low pressure turbine 6 Second low pressure turbine 7 Generator 8 Boiler heater 9 Boiler first stage reheater 10 Boiler second stage reheat Unit 11 Rotor coupling device 12 Deceleration device 13 Two rows of moving blades 14 Guide vanes 15 Curtis nozzle 16 Steel wire 17 Brush seal packing 20 Turbine bypass pipe 21 Tightening bolt 22 Heat shield plate 23 Cooling steam supply pipe

Claims

In a steam turbine facility comprising a turbine rotor made of austenitic superalloy steel, a turbine rotor made of ferritic alloy steel, and a connecting device for connecting two independent rotors having different materials to each other in the same external vehicle compartment, A steam turbine power generation facility characterized in that a cooling fluid is supplied to an outer periphery of the coupling device.

A super high pressure high temperature turbine rotor and super high pressure turbine rotor made of austenitic superalloy steel into which steam of 650 ° C or higher generated by a boiler heater and a boiler first stage reheater flows are generated by a boiler second stage reheater. The steam turbine power generation equipment according to claim 1, wherein the steam turbine power generation equipment is connected to a turbine rotor made of ferritic alloy steel into which steam of 650 ° C. or less flows.

An austenitic superalloy steel ultra high pressure turbine into which steam of 650 ° C. or higher generated in a boiler heater flows is made of ferritic alloy steel into which steam of 650 ° C. or lower generated in a boiler first stage reheater flows. The steam turbine power generation facility according to claim 1, wherein the steam turbine power generation facility is connected to a turbine rotor.

An austenitic superalloy made of austenitic superalloy steel made of a boiler heater that flows with steam of 650 ° C. or higher, and an austenitic superalloy made of steam generated by a boiler first stage reheater that flows with steam of 650 ° C. or higher. you wherein a steel high-pressure turbine rotor in the same external cabin that linked together, steam turbine power plant.

An austenitic superalloy steel made of austenitic superalloy steel made of boiler heater that flows with steam of 650 ° C or higher and an austenitic superalloy steel made of boiler first stage reheater that flows with steam of 650 ° C or higher. it characterized in that the manufacturing of a high pressure turbine rotor linked with the same external cabin, steam turbine power plant.

In a steam turbine power generation facility having an ultra-high-pressure high-temperature turbine having a turbine inlet steam temperature of 650 ° C. or higher, the ultra-high-pressure high-temperature turbine rotor is connected to a steam turbine rotor on the lower-pressure side via a speed reducer, The steam turbine power generation facility according to claim 2 or 4 .

In a steam turbine power generation facility having an ultra-high-pressure and high-temperature turbine having a turbine inlet steam temperature of 650 ° C. or higher, the number of stages of the ultra-high-pressure high-temperature turbine is 4 to 6 stages, the exhaust temperature is 600 ° C. or higher, and the rotational speed is the low-pressure steam turbine The steam turbine power generation facility according to claim 2 or 4 , characterized by being 1.0 to 1.5 times.

In the steam turbine power generating plant turbine inlet steam temperature has a 650 ° C. or more ultra high pressure, high temperature turbine, the Ultra characterized by adopting Curtis paragraph the first stage of the high pressure, high temperature turbine, steam turbine power generation according to claim 2 or 4, wherein Facility.

In a steam turbine power generation facility having an ultra-high pressure and high-temperature turbine having a turbine inlet steam temperature of 650 ° C. or higher, brush seal packing is employed for the gland packing and nozzle labyrinth packing of the ultra-high pressure and high-temperature turbine. 4. The steam turbine power generation facility according to 4 .

In a steam turbine power generation facility having an ultra-high-pressure high-temperature turbine with a turbine inlet steam temperature of 650 ° C. or higher, a turbine bypass pipe connected to the condenser is branched out from the low-temperature reheat pipe connected to the ultra-high-pressure high-temperature turbine. The steam turbine power generation facility according to claim 2 or 4 , characterized by the above.