[发明专利]蒸汽涡轮

说明书

技术领域

本发明涉及蒸汽涡轮的蒸汽入口部分，其中作为工作流体的高温蒸汽流入该蒸汽入口部分，并且特别涉及各组成部件(或组成部分)由适宜的耐热钢制成的蒸汽涡轮。

背景技术

在能源危机之后，火力发电设备的能源节约被大力推行，并且近年来，考虑到全球环境保护，抑制CO₂排放的技术已经引起关注。作为其中的一部分，对高效发电设备的需求日益增长。

为了提高蒸汽涡轮的发电效率，将涡轮蒸汽温度提高到高水平是非常有效的，而且，近年来具有蒸汽涡轮的火力发电设备已经将其蒸汽温度提高至600℃或更高。目前存在着将蒸汽温度提高到650℃、并且将来进一步提高到700℃的趋势。

在将超过650℃的高温蒸汽作为工作流体的蒸汽涡轮的各部分由与传统材料相同的材料制成的情况下，蒸汽涡轮不能承受超过650℃的高温蒸汽，并且必须使用耐热材料来制造暴露于高温蒸汽中的部分或者冷却这些部分。此外，必须将涡轮壳体和蒸汽管在涡轮入口部分处连接，其中高温蒸汽通过所述涡轮入口部分导入蒸汽涡轮，但是在该部分处，涡轮壳体和蒸汽管有时由不同材料制成。如果使用在线膨胀系数方面具有很大差异的材料制造涡轮壳体和蒸汽管，将存在以下缺陷，即，随着蒸汽温度的提高，在材料焊接部分处产生大的热应力。

在此，作为用于传统600℃等级蒸汽涡轮的外部壳体的材料，过去例如使用了铸钢，其包含C：0.05-0.15，Si：0.3或更少，Mn：0.1-1.5，Ni：1.0或更少，Cr：9或更多并小于10，V：0.1-0.3，Mo：0.6-1.0，W：1.5-2.0，Co：1.0-4.0，Nb：0.02-0.08，B：0.001-0.008，N：0.005-0.1，Ti：0.001-0.03，以及余量的Fe和不可避免的杂质，以及耐热铸钢，其包含C：0.12-0.18，Si：0.2-0.6，Mn：0.5-0.9，Cr：1.0-1.5，Mo：0.9-1.2，V：0.2-0.35，Ti：0.01-0.04，以及余量的Fe和不可避免的杂质，并且该不可避免的杂质被限制或抑制为P：0.02或更少，S：0.012或更少，Al：0.01或更少，Ni：0.5或更少，以及Cu：0.35或更少。而且，作为管道材料，例如，过去使用了耐热钢，其包含C：0.08-0.12，Si：0.2-0.5，Mn：0.3-0.6，Cr：8.0-9.5，Mo：0.85-1.05，V：0.18-0.25，Nb：0.06-0.10，N：0.03-0.07，以及余量的Fe和不可避免的杂质，并且该不可避免的杂质被限制为P：0.02或更少，S：0.01或更少，Al：0.04或更少。而且，用于外部壳体的材料与管道材料相连，以构造蒸汽涡轮的蒸汽入口部分。管道材料是与HI STPA28相对应的材料，所述HI STPA28描述于用于火力发电设备的代码的解释分类表1中。

为了抑制在上述焊接部分中产生大的热应力，以确保蒸汽管与涡轮壳体之间的焊接部分的强度并防止高温氧化，通常将热膨胀系数差异不大的材料应用于涡轮壳体和蒸汽管，或者通过使用低温蒸汽冷却焊接部分的周边而降低材料温度，例如JP-A平成8-277703(KOKAI)、JP-A平成6-137110(KOKAI)、JP-A平成9-32506(KOKAI)、JP-A平成11-229817(KOKAI)和JP-A 2001-65308(KOKAI)中所描述的那样。

例如，作为采用通过冷却焊接部分的周边而降低材料温度的方式的传统蒸汽涡轮，可以将低铬钢用于蒸汽涡轮，其中通过使冷却蒸汽流到蒸汽入口部分而将593℃的蒸汽流入该蒸汽涡轮，例如JP-A平成8-277703(KOKAI)中所描述的那样。通过产生冷却蒸汽的涡流来增强冷却效果的技术例如在JP-A平成11-229817(KOKAI)和JP-A2001-65308(KOKAI)中也进行了描述。

期望安装在火力发电系统中的蒸汽涡轮具有以下趋势，以使主蒸汽和再加热蒸汽具有更高温度，以便在将来获得高的发电效率。例如，在使用与现有技术中用于蒸汽涡轮的各部分的材料相同的材料制造蒸汽涡轮并且蒸汽温度超过650℃的情况下，蒸汽涡轮不能承受高温蒸汽。因此，建议使用耐热材料、例如镍基合金和奥氏体材料作为蒸汽涡轮的材料，但是，如果这种耐热材料用于蒸汽涡轮的所有组成部件，则生产成本将变高。此外，很难利用上述耐热材料生产大型整体产品、例如涡轮壳体和涡轮转子。