[发明专利]蒸汽轮机设备

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及一种蒸汽轮机设备(Steam Turbine Plant)。

背景技术

使用图13对使用了燃煤锅炉(boiler)7的蒸汽轮机设备进行说明。水42通过供水泵(pump)6而流入燃煤锅炉7，在此被加热而变化为蒸汽2。燃煤锅炉7通过使煤43燃烧而产生的燃烧废气(gas)13来进行加热，因此是一种源自化石燃料的热源。在图13中，简单地图示出燃烧废气13、向燃煤锅炉7流入的煤43、燃烧用空气12的出入。

当蒸汽2流入蒸汽轮机1时，在蒸汽轮机1的内部膨胀，压力/温度均降低。从蒸汽轮机1排出的涡轮排气3流入冷凝器4。涡轮排气3在冷凝器4中通过冷却水冷却而成为冷凝水5，与后述的排水(drain water)10合流而成为水42，在燃煤锅炉7以及蒸汽轮机1中进行循环。通过冷却水泵从海中汲取冷却水并使其流入冷凝器4。冷却水在通过在冷凝器4中进行冷却而被加热之后，返回到海中。

蒸汽轮机1的旋转轴通过膨胀的蒸汽2而旋转。蒸汽轮机1与未图示的发电机连接，使用所产生的轴动力而由发电机发电。从蒸汽轮机1的中途抽气的抽气蒸汽8向两个供水加热器9流入。两个供水加热器9对通过供水泵6输送的水42进行加热，此时，凝结成为排水10并最终与冷凝水5合流。在不从蒸汽轮机1抽气的情况下，冷凝水5直接成为水42。

使用图14对构成复合循环(combined cycle)的一部分的蒸汽轮机设备进行说明。对与图13所示的技术相同的部位赋予相同的符号而省略说明，仅对与图13所示的技术不同的部分进行说明。来自未图示的燃气轮机(gas turbine)的燃气轮机废气14为足够高温，使其向废热回收锅炉15流入。水42通过供水泵6而流入废热回收锅炉15，在此由燃气轮机废气14加热而变化为蒸汽2。燃气轮机使天然气、日本的城市煤气燃烧而产生燃烧废气。废热回收锅炉15将该燃烧废气作为燃气轮机废气14加以使用，因此废热回收锅炉15是一种源自化石燃料的热源。燃气轮机废气14在废热回收锅炉15中降低温度之后流出。在图14中，虽然未从蒸汽轮机1的中途对抽气蒸汽8进行抽气，但也可以与图13相同地将从蒸汽轮机1的中途抽气的抽气蒸汽8向供水加热器9供给，并使由此加热了的排水10与冷凝水5合流而成为水42。即，也可以使用源自抽气蒸汽的热源对供水加热器9进行加热。

然而，在兰金循环(ranking cycle)中，蒸汽轮机的入口蒸汽越是高温高压，则蒸汽轮机输出相对于从加热源接受的受热量的值(即、效率)越高。将发电机效率与该输出值相乘而得的值是发电量。图18表示将工作流体的温度和熵(entropy)分别作为纵轴和横轴的TS线图。曲线32、33分别是饱和液线、饱和蒸汽线。用符号e表示蒸汽轮机入口，用符号f表示蒸汽轮机出口(冷凝器入口)，用符号a表示冷凝器出口(供水泵入口)，用符号b表示供水泵出口。并且，将区域A设为由符号“abcdef”围成的区域，将区域B设为由符号“fjka”围成的区域。受热量与区域A+B的面积相当，向冷却水放出的热量与区域B的面积相当，蒸汽轮机输出与区域A的面积相当，效率与面积比A/(A+B)相当。

如果蒸汽轮机入口进一步成为高温高压，则蒸汽轮机入口成为图18的符号i的位置，区域A成为由“abcghif”围成的区域A’。与向冷却水放出的热量相当的区域B未发生变化。因而，与受热量相当的区域A+B变化为区域A’+B，与蒸汽轮机输出相当的区域A变化为区域A’，因此面积比A’/(A’+B)与A/(A+B)相比变大。基于该理由，效率变高。此外，在蒸汽轮机1内流通的工作流体即蒸汽2，当接近蒸汽轮机出口时一部分液化而成为混合存在有液滴的气体即湿蒸汽。当蒸汽成为湿蒸汽时，产生湿气损失，在蒸汽轮机1的与湿蒸汽对应的部分内部效率降低。因此，如果蒸汽轮机的出口状态相同，则蒸汽轮机的入口蒸汽越是高温高压，则在蒸汽轮机内流通的蒸汽2中的湿蒸汽的比例变得越小。蒸汽轮机1的内部效率受到相应部分的影响进一步变小，因此该内部效率变高。基于这两个理由，效率变高。