炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置
【課題】静翼に付着したダストを確実に除去することができ、長期間の連続運転時にも安定かつ効率のよい運転を継続できるようにする。
【解決手段】炉頂圧回収タービン１０と、静翼１１〜１３の角度を変化させる角度可変機構１５と、静翼へ水噴霧を行なう水噴霧装置と、静翼の角度を制御するコントローラと、静翼入口ガス圧力を検出する静翼入口圧力センサ２１と、静翼出口ガス圧力を検出する静翼出口圧力センサ２２とを備え、コントローラは、静翼入口ガス圧力と静翼出口ガス圧力との実差圧を算定し、この実差圧に基づいて水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なう。コントローラは、実差圧と静翼へダストが付着していない状態を示す第１の所定値との差値を算出し、この差値が第２の所定値を超える場合に水噴霧を行なう。コントローラは、静翼を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度に移動させる。
【解決手段】炉頂圧回収タービン１０と、静翼１１〜１３の角度を変化させる角度可変機構１５と、静翼へ水噴霧を行なう水噴霧装置と、静翼の角度を制御するコントローラと、静翼入口ガス圧力を検出する静翼入口圧力センサ２１と、静翼出口ガス圧力を検出する静翼出口圧力センサ２２とを備え、コントローラは、静翼入口ガス圧力と静翼出口ガス圧力との実差圧を算定し、この実差圧に基づいて水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なう。コントローラは、実差圧と静翼へダストが付着していない状態を示す第１の所定値との差値を算出し、この差値が第２の所定値を超える場合に水噴霧を行なう。コントローラは、静翼を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度に移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉プラントの排ガス路にタービンを設置して発電等に利用する炉頂圧回収タービン発電設備は、製鉄所の高炉で発生する高炉ガスの持つ圧力エネルギをタービンによって電力として回収すると共に、高炉の炉頂圧制御を行なうものであり、近年、製鉄所の省エネルギ化を図り、環境保全に貢献するための極めて重要な設備となっている。
【０００３】
この炉頂圧回収タービン発電設備には湿式と乾式とがあり、湿式の炉頂圧回収タービン発電設備は、高炉から出た高炉ガスを湿式除塵装置で水洗浄した後に、発電機駆動用の炉頂圧回収タービンに導くものである。
【０００４】
これに対し、乾式の炉頂圧回収タービン発電設備は、高炉ガスが乾式除塵装置により水洗浄されることなく除塵されるため、高炉ガスの温度が低下せず、回収電力が湿式に比べて２５〜４５％高くなり、電力の回収を効率的に行なうことができる。
【０００５】
このように、現在、国内製鉄所のほとんどの高炉には、湿式又は乾式の炉頂圧回収タービン発電設備が設置されている。しかしながら、上述の湿式の炉頂圧回収タービン発電設備においては、高炉ガスが湿式除塵装置で水洗浄される結果、高炉ガスが蒸気を飽和状態まで含むと共に、湿式除塵装置で回収しきれなかったダストを随伴している。このため、図９に示すように、このダストが、通常運転時に第１段静翼１０１の凸面（負圧面）１０２上に多量に付着するという問題を発生させる。
【０００６】
この第１段静翼１０１へのダストの付着が発生すると、第１段動翼１０３に流入する流れに乱れが生じ、第１段動翼１０３に対して強い励振力を発生させる。その結果、動翼１０３に繰り返し応力が発生し、第１段動翼１０３の疲労限界を著しく低下させるという問題を発生させる。また、ダストによって適正なガス流を形成することができず、タービン効率を低下させるという問題もある。
【０００７】
この一方、炉頂圧制御を行うため、第１段静翼には角度可変機構が備えられる場合が多い。しかしながら、上述のように第１段静翼の凸面上にダストが多量に付着すると、全閉時に第１段静翼をその流路全閉角度まで閉じることができず、タービンへのガス流入を所定の流量まで減少させることができなくなるという問題を発生させる。また、全閉時に第１段静翼がこのダストの付着物に噛み込んで、翼部や角度可変機構に過大な力が働き、損傷を引き起こすという問題もある。
【０００８】
このため、従来は、通常運転時等に、タービンの入口部や静翼上流部から水や水蒸気の噴霧を定期的に行って、付着しているダストを剥離させて、その除去を行なってきた（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。
【０００９】
この一方、本願出願人は、第１段静翼の内部に冷却水を循環させて第１段静翼を水冷却することにより、高炉ガス中に含まれる水分を第１段静翼の翼表面上に凝縮させて翼表面上に水滴及び又は水膜を形成し、これにより第１段静翼へのダスト付着を防止する炉頂圧回収タービンの発明を開示した（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２１４０３３号公報
【特許文献２】特開２００７−３１５３６４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「炉頂圧タービン発電設備」、中村敏明ほか５名、川崎重工技報第１５５号Ｐ２０〜Ｐ２３、川崎重工業株式会社、２００４年５月発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、従来の炉頂圧回収タービンは、通常運転時等に、タービンの入口部や静翼上流部から定期的に水や蒸気の噴霧を行なって、付着しているダストを除去したり、あるいは、第１段静翼の内部に冷却水を循環させて第１段静翼を水冷却することにより、高炉ガス中に含まれる水分を第１段静翼の翼表面上に凝縮させて翼表面上に水滴及び又は水膜を形成し、第１段静翼へのダスト付着の防止を図ってきた。
【００１３】
しかしながら、前者のタービンの入口部等に定期的に水や蒸気の噴霧を行なって、付着しているダストを除去する炉頂圧回収タービンは、タービン内を通過する高炉ガスの流れが極めて速く、しかも静翼の凸面については水滴等が充分に到達しにくいためにダストが徐々に付着していき、さらに多量のダストが付着すると、定期的な噴霧だけでは除去しきれなくなるという問題がある。これは、通常運転時には、静翼角度が必ずしも水噴霧に適した角度にはなっていないため、静翼表面上、特にその凸面上に噴霧した水滴等が充分に到達しないことが大きな要因と考えられる。
【００１４】
このように、従来の通常運転時の水噴霧だけでは、第１段静翼に対するダスト付着防止に充分な効果を上げていないというのが実情であり、上述の第１段動翼に繰り返し応力を発生させて動翼の疲労限界を著しく低下させるという問題、適正なガス流を形成することができずにタービン効率を低下させるという問題、全閉時にタービンへのガスの流入を所定の流量まで減少させることができなくなるという問題、そして、第１段静翼がこのダストの付着物に噛み込んで翼部等に損傷を引き起こすという問題などが、依然として解決できないままになっている。
【００１５】
また、後者の第１段静翼の内部に冷却水を循環させて、第１段静翼を水冷却する炉頂圧回収タービンは、ダスト付着防止に関しては多大な効果が期待できる一方、冷却水を循環させるための冷却水供給装置や、第１段静翼の内部に冷却水路を設けなければならず、コスト高になるという問題が懸念される。
【００１６】
これと共に、乾式の炉頂圧回収タービンによる発電設備は、タービン静翼へのダスト付着が湿式ほど深刻な問題にはなっていないが、電力の回収効率のよい乾式の炉頂圧回収タービン発電設備の設置が今後ますます増加すると予想されることから、乾式の炉頂圧回収タービンへのダスト付着防止対策も併せて行なう必要性がある。
【００１７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、静翼に付着したダストを確実に除去することができ、長期間の連続運転時にも安定かつ効率のよい運転を継続することができる、炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、炉頂圧回収タービン発電設備に使用されて高炉から供給される高炉ガスにより回転駆動されて、連結された発電機により発電を行なう炉頂圧回収タービンと、この炉頂圧回収タービンの静翼の角度を変化させる角度可変機構と、炉頂圧回収タービンの静翼に対して水噴霧を行なう水噴霧装置とを備えた炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービンの静翼の角度を制御するコントローラと、上記静翼の静翼入口ガス圧力を検出する静翼入口圧力センサと、上記静翼の静翼出口ガス圧力を検出する静翼出口圧力センサとをさらに備え、コントローラは、静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との実差圧を算定し、この実差圧に基づいて水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なうことにある。
【００１９】
このように、本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、コントローラが、静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との実差圧を算定し、この実差圧に基づいて水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なう、すなわち、この実差圧を常時監視して静翼に対して水噴霧を行なうから、一定量以上の静翼へのダストの付着を自動的に検出すると共に、この付着したダストを確実に除去することができ、ダストの付着を常に一定の範囲内に抑えた状態で炉頂圧回収タービンを運転することができる。なお、静翼へダストが付着すると、実差圧は、ダストが付着していない場合に比べて大きくなる。
【００２０】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、上記コントローラは、実差圧と炉頂圧回収タービンの運転状態により変動すると共に静翼へダストが付着していない状態を示す第１の所定値との差値を算出し、この差値が第２の所定値を超える場合に水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なうことが望ましい。
【００２１】
このように、コントローラが、実差圧と炉頂圧回収タービンの運転状態により変動すると共に静翼へダストが付着していない状態を示す第１の所定値との差値を算出し、この差値が第２の所定値を超える場合に水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なうから、炉頂圧回収タービンの運転状態により変動する実差圧を極めて精度よく補正して、静翼へのダストの付着状態を確実に判定することができる。
【００２２】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、上記第１の所定値は、静翼にダストが付着していないダスト未着状態で静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との差圧であることが望ましい。
【００２３】
このように、第１の所定値を、静翼にダストが付着していないダスト未着状態で静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との差圧とすることにより、ダスト未着状態と実運転時のダスト付着状態との差を明確に把握することができる。
【００２４】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、コントローラは、水噴霧装置から静翼に水噴霧を行うときに静翼を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度に移動させて水噴霧を行なうことが望ましい。
【００２５】
このように、コントローラは、静翼を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度に移動させて水噴霧を行なうから、静翼の凸面についても水滴等を充分に到達させることができ、凸面のダストを確実に除去することができると共に、その除去を少ない水噴霧量で行なうことができる。
【００２６】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービン発電設備は、高炉ガスを炉頂圧回収タービンを通さずに外部へバイパスさせるためのバイパス路と、このバイパス路を通過する高炉ガス流量を調節するバイパス主弁及びバイパス制御弁とを備え、コントローラは、バイパス制御弁の作動を制御すると共に、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも大きいときはバイパス制御弁を開けて、この静翼の角度を最適静翼所定角度になるように調節することが望ましい。
【００２７】
このように、コントローラが、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも大きいときはバイパス制御弁を開けて静翼の角度を最適静翼所定角度になるように調節することにより、炉頂圧回収タービンの運転を最適に維持しながら、静翼の角度を最適静翼所定角度に移動させることができる。なお、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも大きいとは、主流ガスの軸線に対して静翼の迎角が最適静翼所定角度のときよりも小さくなる位置にあることをいう。
【００２８】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービン発電設備は、高炉ガスを炉頂圧回収タービンに通すガス流量を調節する調速弁を備え、コントローラは、調速弁の作動を制御すると共に、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも小さいときは調速弁を絞って、この静翼の角度を最適静翼所定角度になるように調節することが望ましい。
【００２９】
このように、コントローラが、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも小さいときは、調速弁を絞って静翼の角度を最適静翼所定角度になるように調節することにより、炉頂圧回収タービンの運転を最適に維持しながら、静翼の角度を最適静翼所定角度に移動させることができる。なお、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも小さいとは、主流ガスの軸線に対して静翼の迎角が最適静翼所定角度のときよりも大きくなる位置にあることをいう。
【００３０】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、コントローラは、上記差値が第２の所定値を超える場合に、上記実差圧を表示すると共に警報を発生することが望ましい。
【００３１】
このように、コントローラが、上記差値が第２の所定値を超える場合に、実差圧を表示すると共に警報を発生することにより、管理者は、そのときのダスト付着状態を直ちに認識することができる。
【００３２】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービン発電設備は、湿式であり、静翼は、第１段静翼であることが望ましい。湿式の炉頂圧回収タービン発電設備では、第１段静翼に著しくダストの付着が見られることから、本炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置により、第１段静翼のダスト除去を確実に行うことができる。
【００３３】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービン発電設備は、乾式であり、静翼は、最終段の静翼であることが望ましい。乾式の炉頂圧回収タービン発電設備では、最終段の静翼に特にダストの付着が見られることから、本炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置により、最終段の静翼のダスト除去を確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、炉頂圧回収タービン発電設備に使用されて高炉から供給される高炉ガスにより回転駆動されて、連結された発電機により発電を行なう炉頂圧回収タービンと、この炉頂圧回収タービンの静翼の角度を変化させる角度可変機構と、炉頂圧回収タービンの静翼に対して水噴霧を行なう水噴霧装置とを備えた炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービンの静翼の角度を制御するコントローラと、上記静翼の静翼入口ガス圧力を検出する静翼入口圧力センサと、上記静翼の静翼出口ガス圧力を検出する静翼出口圧力センサとをさらに備え、コントローラは、静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との実差圧を算定し、この実差圧に基づいて水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なうから、炉頂圧回収タービンの静翼に付着したダストを確実に除去することができ、長期間の連続運転時にも安定かつ効率のよい運転を継続することができる、という優れた効果を奏する。
【００３５】
併せて、上記コントローラは、静翼を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度に移動させて水噴霧を行なうから、静翼の凸面についても水滴等を充分に到達させることができ、凸面のダストを確実に除去することができると共に、その除去を少ない水噴霧量で行なうことができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】湿式炉頂圧回収タービン発電設備を示す模試図である。
【図２】図１の炉頂圧回収タービンを示す側面図である。
【図３】図２の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置を示す図である。
【図４】図３のコントローラの制御を示すフローチャートである。
【図５】図２の炉頂圧回収タービンのタービン入口ガス圧力（又はタービン入口ガス流量）と静翼前後差圧との関係を示すグラフである。
【図６】図２の炉頂圧回収タービンのタービン入口ガス流量とタービン入口ガス圧力との関係を示すグラフである。
【図７】図２の炉頂圧回収タービンの水噴霧状態を示す模試図である。
【図８】乾式炉頂圧回収タービン発電設備の炉頂圧回収タービンを示す側面図である。
【図９】従来の湿式炉頂圧回収タービンのダスト付着状態を示す模試図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明に係る炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置を実施するための形態を、図１ないし図８を参照して詳細に説明する。
【００３８】
図１に示すように、一例としての、高炉プラントの排ガス路にタービンを設置して発電等に利用する湿式の炉頂圧回収タービン発電設備においては、高炉１から排気された高炉ガスが、ダストキャッチャ２、湿式集塵装置３、入口塞止弁４、危急遮断弁５、高炉ガスのタービンへのガス流量を調節する調速弁６を介して、炉頂圧回収タービン１０に導かれて、このタービン１０を回転駆動させる。
【００３９】
炉頂圧回収タービン１０によって、タービン１０に連結された発電機７を回転駆動させることにより、発電を行なう。炉頂圧回収タービン１０の第１段静翼１１、第２段静翼１２、第３段静翼１３は、安定かつ効率のよい運転を継続するために、ガス流に対する角度を変化させるための角度可変機構１５を有する。
【００４０】
高炉ガスを炉頂圧回収タービン１０を通さずに外部へバイパスさせるためのバイパス路が設けられ、このバイパス路を通過する高炉ガス流量を調節するバイパス主弁８及びバイパス制御弁９が配設される。
【００４１】
上記炉頂圧回収タービン発電設備において、炉頂圧回収タービン１０の起動時及び停止時には、例えば、起動開始から初期設定回転数までは調速弁６による調速弁開度制御が、初期設定回転数から揃速開始直前設定回転数までの間は回転数制御がそれぞれ行われる。また、１００％回転数に到達して電力網に併入された直後に負荷がかけられるが、その負荷が増加して通常運転になるまでは負荷制御が行われる。そして、通常運転時にはタービン前圧制御が行われる。
【００４２】
一方、タービン１０の停止時には、例えば、通常運転から負荷が低減されて解列直前までは負荷制御が、解列直後の設定回転数から初期設定回転数までの間は回転数制御がそれぞれ行われる。また、初期設定回転数から停止するまでは調速弁６による調速弁開度制御が行われる。
【００４３】
タービン１０の起動時には、タービン１０の前圧が通常運転時の圧力に高められた状態で調速弁６を徐々に開けていき、ガスを翼列に導く。調速弁６がほぼ全開となった時点で、角度可変機構１５を備えた静翼１１〜１３をその流路初期設定角度から徐々に開けていき、通常運転に移行する。このとき、バイパス主弁８は全閉にされている一方、バイパス制御弁９が徐々に閉じられるので、タービン１０の前圧は、常に通常運転時の圧力に維持される。
【００４４】
この炉頂圧回収タービン発電設備において、タービン１０の起動及び停止動作を主体的に制御するものは、静翼１１〜１３の角度可変機構１５、あるいは調速弁６であり、バイパス制御弁９は、タービン１０の前圧を通常運転時の圧力に維持するために使用される。このようにして、炉頂圧回収タービンによる発電とタービン前圧制御とが行われる。
【００４５】
図２に示すように、例えば、炉頂圧回収タービン１０は３段タービンからなり、第１段静翼１１、第１段動翼１６、第２段静翼１２、第２段動翼１７、第３段静翼１３、第３段動翼１８が、ガス路の上流側からこの順に配設される。
【００４６】
炉頂圧回収タービン１０の入口には、第１段静翼１１の静翼入口ガス圧力Ｐ1 を検出する第１段静翼入口圧力センサ２１と、タービン１０のタービン入口ガス温度を検出するタービン入口温度センサ２３が配設されている。また、第１段静翼１１の出口には、第１段静翼１１の静翼出口ガス圧力Ｐ2 を検出する第１段静翼出口圧力センサ２２が配設される。さらに、炉頂圧回収タービン１０の出口には、タービン１０のタービン出口ガス温度を検出するタービン出口温度センサ２４が配設されている。
【００４７】
図３に示すように、炉頂圧回収タービン１０の静翼１１〜１３の角度を制御するコントローラ２０、タービン１０の静翼１１〜１３に対して水噴霧を行なう水噴霧装置３０、後述の実差圧を表示する圧力計３１、警報を発生する警報システム３２が配設され、水噴霧装置３０、圧力計３１、警報システム３２はコントローラ２０に電気的にそれぞれ接続される。また、上述の第１段静翼入口圧力センサ２１、第１段静翼出口圧力センサ２２、タービン入口温度センサ２３、タービン出口温度センサ２４もコントローラ２０に電気的にそれぞれ接続される。
【００４８】
次に、本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置の作動について説明する。本発明の炉頂圧回収タービン１０が定格運転状態に到達後、すなわち常用運転時に、静翼１１〜１３は高炉ガス流量の増減に対応して、通常は−１５度〜＋１５度の範囲で変化する。
【００４９】
コントローラ２０は、この常用運転時に、第１段静翼入口圧力センサ２１が検出した静翼入口ガス圧力Ｐ1 と、第１段静翼出口圧力センサ２２が検出した静翼出口ガス圧力Ｐ2 を読み込む（ステップＳ２，４）。また、コントローラ２０が有する静翼角度αのデータを読み込む（ステップＳ６）。
【００５０】
コントローラ２０は、第１段静翼入口圧力センサ２１が検出した静翼入口ガス圧力Ｐ1 と、第１段静翼出口圧力センサ２２が検出した静翼出口ガス圧力Ｐ2 との差圧である実差圧ΔＰを算出する（ステップＳ８）。静翼へダストが付着すると、この実差圧はダストが付着していない場合に比べて大きくなる。
【００５１】
コントローラ２０は、静翼１１にダストがまったく付着していないダスト未着状態で、第１段静翼入口圧力センサ２１が検出した静翼入口ガス圧力Ｐ1 と、第１段静翼出口圧力センサ２２が検出した静翼出口ガス圧力Ｐ2 との差圧である静翼前後理想差圧ΔＰi （第１の所定値）に関するテーブルを備えている。この静翼前後理想差圧ΔＰi は、運転状態により変動する。
【００５２】
次に、コントローラ２０は、静翼前後実差圧ΔＰと静翼前後理想差圧ΔＰi との差値である静翼前後差値Ｐx を算出する。この静翼前後差値Ｐx は、タービン入口ガス圧力又はタービン入口ガス流量を横軸とし、静翼前後差圧ΔＰを縦軸とする、図５のグラフによって示される。なお、このタービン入口ガス流量は、上述のタービンの第１段静翼入口ガス圧力Ｐ1 、第１段静翼出口ガス圧力Ｐ2 、タービン入口温度センサ２３が検出したタービン入口温度、タービン出口温度センサ２４が検出したタービン出口温度を用いて、公知技術により算出することができる。
【００５３】
次に、コントローラ２０は、算出した静翼前後実差圧ΔＰと静翼前後理想差圧ΔＰi との差値である静翼前後差値Ｐx が第２の所定値Ｐ0 を超えるか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の判定結果が否定（Ｎｏ）の場合には、第１段静翼１１へのダスト付着が所定量未満であると判定して、再び上述のステップＳ２〜Ｓ１２を繰り返す。
【００５４】
ステップＳ１２の判定結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合には、第１段静翼１１へのダスト付着が所定量以上であり、静翼１１〜１３に対して水噴霧洗浄が必要と判定し、静翼１１〜１３の角度αを水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度α0 に、例えば０°±５°の範囲の角度に移動させる（ステップＳ１４）。
【００５５】
詳細には、コントローラ２０は、静翼１１の角度が最適静翼所定角度α0 よりも大きいとき、つまり図７に示すように、主流ガスの軸線に対して静翼１１〜１３の迎角が最適静翼所定角度α0 のときよりも小さくなる位置にあるときは、上述のバイパス制御弁９を開けて、静翼１１〜１３の角度αを上述の最適静翼所定角度α0 になるように調節する。図６に示されるように、例えば、静翼１１〜１３の角度αが＋１０度のＡ点であった場合には、バイパス制御弁９を開けて、静翼１１〜１３の角度αを最適静翼所定角度α0 のＢ点へ移動させる。
【００５６】
また、静翼１１〜１３の角度が最適静翼所定角度α0 よりも小さいとき、つまり図７に示すように、主流ガスの軸線に対して静翼１１〜１３の迎角が最適静翼所定角度α0 のときよりも大きくなる位置にあるときは、上述の調速弁６を絞って静翼１１〜１３の角度αを上述の最適静翼所定角度α0 になるように調節する。図６に示されるように、例えば、静翼１１〜１３の角度αが−１２．５度のＣ点であった場合には、調速弁６を絞って、最適静翼所定角度α0 のＤ点へ移動させる。
【００５７】
このように、コントローラ２０が、静翼１１〜１３の角度αが最適静翼所定角度α0 よりも大きいときはバイパス制御弁９を開けて、また、静翼１１〜１３の角度αが最適静翼所定角度α0 よりも小さいときは調速弁６を絞って、静翼１１〜１３の角度αを最適静翼所定角度α0 になるようにそれぞれ調節することにより、炉頂圧回収タービンの運転を最適に維持しながら、静翼１１〜１３を静翼角度αが水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度α0 になるように移動させる。
【００５８】
ステップＳ１２の判定結果が否定となるまで、静翼１１〜１３の角度αを最適静翼所定角度α0 に維持した状態で、水噴霧運転を行なう（ステップＳ１６）。この水噴霧は、図７に示されるように、第１段静翼１１の上流側に配設された水噴霧装置３０の図示しないノズルから、主流ガスに対して水噴霧洗浄に最適な水噴霧角度θで、例えば１８．５度の角度で行われる。
【００５９】
これと共に、コントローラ２０は、上述の静翼前後実差圧ΔＰを図３の圧力計３１に表示すると共に、警報システム３２を作動させて警報を発生させる（ステップＳ１８）。これにより、管理者は、そのときの静翼前後実差圧ΔＰ、つまり第１段静翼１１のダスト付着状態と、静翼１１〜１３の角度αが最適静翼所定角度α0 に維持された状態で水噴霧運転が行われていることを直ちに認識することができる。
【００６０】
このように、本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、コントローラ２０が、第１段静翼入口圧力センサ２１が検出した静翼入口ガス圧力Ｐ1 と、第１段静翼出口圧力センサ２２が検出した静翼出口ガス圧力Ｐ2 との静翼前後実差圧ΔＰを算定し、さらに、この静翼前後実差圧ΔＰと静翼へダストが付着していない状態を示す静翼前後理想差圧ΔＰi （第１の所定値）との差値である静翼前後差値Ｐx を算出して、この静翼前後差値Ｐx を常に監視しているから、静翼１１〜１３、特に第１段静翼１１へのダストの付着を自動的に、かつ確実に検出することができる。
【００６１】
また、コントローラ２０は、一定量以上のダストが付着していることを検出した場合には、静翼１１〜１３を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度α0 に移動させて水噴霧装置３０から静翼１１〜１３に水噴霧を行なうから、静翼１１〜１３の凸面についても水滴等を充分に到達させることができ、この凸面を含む静翼１１〜１３全体のダストを確実に除去することができる。
【００６２】
したがって、ダストを常に一定の範囲内に抑えた状態で炉頂圧回収タービン１０の運転を行なうことができ、長期間の連続運転時にも安定かつ効率のよい運転を継続することができる。また、少ない水噴霧量で付着したダストを確実に除去することができるから、運転費用の低減のみならず、過多な水噴霧によるタービン翼やケーシングの腐食を防止することができ、保守費用の低減を図ることができる。
【００６３】
また、上述のように、第１の所定値を、静翼１１〜１３にダストが付着していないダスト未着状態で第１段静翼入口圧力センサ２１が検出した静翼入口ガス圧力Ｐ1 と第１段静翼出口圧力センサ２２が検出した静翼出口ガス圧力Ｐ2 との差圧ΔＰi からなるようにしたことにより、静翼１１〜１３へのダスト未着状態と実運転時のダスト付着状態との差を明確に把握することができる。
【００６４】
図８に示すように、乾式の炉頂圧回収タービン発電設備の炉頂圧回収タービン４０の場合には、最終段の静翼４３にダストが付着する傾向が見受けられるため、第３段静翼（最終段静翼）４３の前後圧力をそれぞれ検出するための最終段静翼入口圧力センサ４５，最終段静翼出口圧力センサ４６を配設する。
【００６５】
２つの圧力センサ４５，４６がそれぞれ検出した圧力に基づいて、上記湿式の炉頂圧回収タービン発電設備のタービン１０の場合と同様に静翼角度制御及び水噴霧を行なうことにより、第３段静翼４３へ付着したダストを確実に除去することができ、長期間の連続運転時にも安定かつ効率のよい運転を継続することができる。その他は、湿式の炉頂圧回収タービン発電設備の炉頂圧回収タービン１０の場合と同様であるから、説明を省略する。
【００６６】
今後、電力の回収効率のよい乾式の炉頂圧回収タービン発電設備の設置がますます増加すると予想されるが、本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置により、この乾式の炉頂圧回収タービンへのダスト付着防止対策を確実に実施することができる。
【００６７】
なお、本発明は上述の一実施の形態に制約されるものではなく、様々な形態ものが実施可能であることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、必ずしも上述の湿式及び乾式の炉頂圧回収タービン発電設備のタービンに限定して利用されるものではなく、他の形式のタービンに対しても広く利用されることが期待される。
【符号の説明】
【００６９】
１ 高炉
２ ダストキャッチャ
３ 湿式集塵装置
４ 入口塞止弁
５ 危急遮断弁
６ 調速弁
７ 発電機
８ バイパス主弁
９ バイパス制御弁
１０ 炉頂圧回収タービン
１１ 第１段静翼
１２ 第２段静翼
１３ 第３段静翼
１５ 角度可変機構
１６ 第１段動翼
１７ 第２段動翼
１８ 第３段動翼
２０ コントローラ
２１ 第１段静翼入口圧力センサ
２２ 第１段静翼出口圧力センサ
２３ タービン入口温度センサ
２４ タービン出口温度センサ
３０ 水噴霧装置
３１ 圧力計
３２ 警報システム
４０ 炉頂圧回収タービン
４３ 第３段静翼（最終段静翼）
４５ 最終段静翼入口圧力センサ
４６ 最終段静翼出口圧力センサ
１０１ 第１段静翼
１０２ 凸面
１０３ 第１段動翼
Ｐ0 第２の所定値
Ｐ1 静翼入口ガス圧力
Ｐ2 静翼出口ガス圧力
Ｐx 静翼前後差値
ΔＰ 静翼前後実差圧
ΔＰi 静翼前後理想差圧（第１の所定値）
α 静翼角度
α0 最適静翼所定角度
θ 水噴霧角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉プラントの排ガス路にタービンを設置して発電等に利用する炉頂圧回収タービン発電設備は、製鉄所の高炉で発生する高炉ガスの持つ圧力エネルギをタービンによって電力として回収すると共に、高炉の炉頂圧制御を行なうものであり、近年、製鉄所の省エネルギ化を図り、環境保全に貢献するための極めて重要な設備となっている。
【０００３】
この炉頂圧回収タービン発電設備には湿式と乾式とがあり、湿式の炉頂圧回収タービン発電設備は、高炉から出た高炉ガスを湿式除塵装置で水洗浄した後に、発電機駆動用の炉頂圧回収タービンに導くものである。
【０００４】
これに対し、乾式の炉頂圧回収タービン発電設備は、高炉ガスが乾式除塵装置により水洗浄されることなく除塵されるため、高炉ガスの温度が低下せず、回収電力が湿式に比べて２５〜４５％高くなり、電力の回収を効率的に行なうことができる。
【０００５】
このように、現在、国内製鉄所のほとんどの高炉には、湿式又は乾式の炉頂圧回収タービン発電設備が設置されている。しかしながら、上述の湿式の炉頂圧回収タービン発電設備においては、高炉ガスが湿式除塵装置で水洗浄される結果、高炉ガスが蒸気を飽和状態まで含むと共に、湿式除塵装置で回収しきれなかったダストを随伴している。このため、図９に示すように、このダストが、通常運転時に第１段静翼１０１の凸面（負圧面）１０２上に多量に付着するという問題を発生させる。
【０００６】
この第１段静翼１０１へのダストの付着が発生すると、第１段動翼１０３に流入する流れに乱れが生じ、第１段動翼１０３に対して強い励振力を発生させる。その結果、動翼１０３に繰り返し応力が発生し、第１段動翼１０３の疲労限界を著しく低下させるという問題を発生させる。また、ダストによって適正なガス流を形成することができず、タービン効率を低下させるという問題もある。
【０００７】
この一方、炉頂圧制御を行うため、第１段静翼には角度可変機構が備えられる場合が多い。しかしながら、上述のように第１段静翼の凸面上にダストが多量に付着すると、全閉時に第１段静翼をその流路全閉角度まで閉じることができず、タービンへのガス流入を所定の流量まで減少させることができなくなるという問題を発生させる。また、全閉時に第１段静翼がこのダストの付着物に噛み込んで、翼部や角度可変機構に過大な力が働き、損傷を引き起こすという問題もある。
【０００８】
このため、従来は、通常運転時等に、タービンの入口部や静翼上流部から水や水蒸気の噴霧を定期的に行って、付着しているダストを剥離させて、その除去を行なってきた（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。
【０００９】
この一方、本願出願人は、第１段静翼の内部に冷却水を循環させて第１段静翼を水冷却することにより、高炉ガス中に含まれる水分を第１段静翼の翼表面上に凝縮させて翼表面上に水滴及び又は水膜を形成し、これにより第１段静翼へのダスト付着を防止する炉頂圧回収タービンの発明を開示した（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２１４０３３号公報
【特許文献２】特開２００７−３１５３６４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「炉頂圧タービン発電設備」、中村敏明ほか５名、川崎重工技報第１５５号Ｐ２０〜Ｐ２３、川崎重工業株式会社、２００４年５月発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、従来の炉頂圧回収タービンは、通常運転時等に、タービンの入口部や静翼上流部から定期的に水や蒸気の噴霧を行なって、付着しているダストを除去したり、あるいは、第１段静翼の内部に冷却水を循環させて第１段静翼を水冷却することにより、高炉ガス中に含まれる水分を第１段静翼の翼表面上に凝縮させて翼表面上に水滴及び又は水膜を形成し、第１段静翼へのダスト付着の防止を図ってきた。
【００１３】
しかしながら、前者のタービンの入口部等に定期的に水や蒸気の噴霧を行なって、付着しているダストを除去する炉頂圧回収タービンは、タービン内を通過する高炉ガスの流れが極めて速く、しかも静翼の凸面については水滴等が充分に到達しにくいためにダストが徐々に付着していき、さらに多量のダストが付着すると、定期的な噴霧だけでは除去しきれなくなるという問題がある。これは、通常運転時には、静翼角度が必ずしも水噴霧に適した角度にはなっていないため、静翼表面上、特にその凸面上に噴霧した水滴等が充分に到達しないことが大きな要因と考えられる。
【００１４】
このように、従来の通常運転時の水噴霧だけでは、第１段静翼に対するダスト付着防止に充分な効果を上げていないというのが実情であり、上述の第１段動翼に繰り返し応力を発生させて動翼の疲労限界を著しく低下させるという問題、適正なガス流を形成することができずにタービン効率を低下させるという問題、全閉時にタービンへのガスの流入を所定の流量まで減少させることができなくなるという問題、そして、第１段静翼がこのダストの付着物に噛み込んで翼部等に損傷を引き起こすという問題などが、依然として解決できないままになっている。
【００１５】
また、後者の第１段静翼の内部に冷却水を循環させて、第１段静翼を水冷却する炉頂圧回収タービンは、ダスト付着防止に関しては多大な効果が期待できる一方、冷却水を循環させるための冷却水供給装置や、第１段静翼の内部に冷却水路を設けなければならず、コスト高になるという問題が懸念される。
【００１６】
これと共に、乾式の炉頂圧回収タービンによる発電設備は、タービン静翼へのダスト付着が湿式ほど深刻な問題にはなっていないが、電力の回収効率のよい乾式の炉頂圧回収タービン発電設備の設置が今後ますます増加すると予想されることから、乾式の炉頂圧回収タービンへのダスト付着防止対策も併せて行なう必要性がある。
【００１７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、静翼に付着したダストを確実に除去することができ、長期間の連続運転時にも安定かつ効率のよい運転を継続することができる、炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、炉頂圧回収タービン発電設備に使用されて高炉から供給される高炉ガスにより回転駆動されて、連結された発電機により発電を行なう炉頂圧回収タービンと、この炉頂圧回収タービンの静翼の角度を変化させる角度可変機構と、炉頂圧回収タービンの静翼に対して水噴霧を行なう水噴霧装置とを備えた炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービンの静翼の角度を制御するコントローラと、上記静翼の静翼入口ガス圧力を検出する静翼入口圧力センサと、上記静翼の静翼出口ガス圧力を検出する静翼出口圧力センサとをさらに備え、コントローラは、静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との実差圧を算定し、この実差圧に基づいて水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なうことにある。
【００１９】
このように、本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、コントローラが、静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との実差圧を算定し、この実差圧に基づいて水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なう、すなわち、この実差圧を常時監視して静翼に対して水噴霧を行なうから、一定量以上の静翼へのダストの付着を自動的に検出すると共に、この付着したダストを確実に除去することができ、ダストの付着を常に一定の範囲内に抑えた状態で炉頂圧回収タービンを運転することができる。なお、静翼へダストが付着すると、実差圧は、ダストが付着していない場合に比べて大きくなる。
【００２０】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、上記コントローラは、実差圧と炉頂圧回収タービンの運転状態により変動すると共に静翼へダストが付着していない状態を示す第１の所定値との差値を算出し、この差値が第２の所定値を超える場合に水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なうことが望ましい。
【００２１】
このように、コントローラが、実差圧と炉頂圧回収タービンの運転状態により変動すると共に静翼へダストが付着していない状態を示す第１の所定値との差値を算出し、この差値が第２の所定値を超える場合に水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なうから、炉頂圧回収タービンの運転状態により変動する実差圧を極めて精度よく補正して、静翼へのダストの付着状態を確実に判定することができる。
【００２２】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、上記第１の所定値は、静翼にダストが付着していないダスト未着状態で静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との差圧であることが望ましい。
【００２３】
このように、第１の所定値を、静翼にダストが付着していないダスト未着状態で静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との差圧とすることにより、ダスト未着状態と実運転時のダスト付着状態との差を明確に把握することができる。
【００２４】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、コントローラは、水噴霧装置から静翼に水噴霧を行うときに静翼を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度に移動させて水噴霧を行なうことが望ましい。
【００２５】
このように、コントローラは、静翼を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度に移動させて水噴霧を行なうから、静翼の凸面についても水滴等を充分に到達させることができ、凸面のダストを確実に除去することができると共に、その除去を少ない水噴霧量で行なうことができる。
【００２６】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービン発電設備は、高炉ガスを炉頂圧回収タービンを通さずに外部へバイパスさせるためのバイパス路と、このバイパス路を通過する高炉ガス流量を調節するバイパス主弁及びバイパス制御弁とを備え、コントローラは、バイパス制御弁の作動を制御すると共に、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも大きいときはバイパス制御弁を開けて、この静翼の角度を最適静翼所定角度になるように調節することが望ましい。
【００２７】
このように、コントローラが、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも大きいときはバイパス制御弁を開けて静翼の角度を最適静翼所定角度になるように調節することにより、炉頂圧回収タービンの運転を最適に維持しながら、静翼の角度を最適静翼所定角度に移動させることができる。なお、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも大きいとは、主流ガスの軸線に対して静翼の迎角が最適静翼所定角度のときよりも小さくなる位置にあることをいう。
【００２８】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービン発電設備は、高炉ガスを炉頂圧回収タービンに通すガス流量を調節する調速弁を備え、コントローラは、調速弁の作動を制御すると共に、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも小さいときは調速弁を絞って、この静翼の角度を最適静翼所定角度になるように調節することが望ましい。
【００２９】
このように、コントローラが、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも小さいときは、調速弁を絞って静翼の角度を最適静翼所定角度になるように調節することにより、炉頂圧回収タービンの運転を最適に維持しながら、静翼の角度を最適静翼所定角度に移動させることができる。なお、静翼の角度が最適静翼所定角度よりも小さいとは、主流ガスの軸線に対して静翼の迎角が最適静翼所定角度のときよりも大きくなる位置にあることをいう。
【００３０】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、コントローラは、上記差値が第２の所定値を超える場合に、上記実差圧を表示すると共に警報を発生することが望ましい。
【００３１】
このように、コントローラが、上記差値が第２の所定値を超える場合に、実差圧を表示すると共に警報を発生することにより、管理者は、そのときのダスト付着状態を直ちに認識することができる。
【００３２】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービン発電設備は、湿式であり、静翼は、第１段静翼であることが望ましい。湿式の炉頂圧回収タービン発電設備では、第１段静翼に著しくダストの付着が見られることから、本炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置により、第１段静翼のダスト除去を確実に行うことができる。
【００３３】
上記炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービン発電設備は、乾式であり、静翼は、最終段の静翼であることが望ましい。乾式の炉頂圧回収タービン発電設備では、最終段の静翼に特にダストの付着が見られることから、本炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置により、最終段の静翼のダスト除去を確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、炉頂圧回収タービン発電設備に使用されて高炉から供給される高炉ガスにより回転駆動されて、連結された発電機により発電を行なう炉頂圧回収タービンと、この炉頂圧回収タービンの静翼の角度を変化させる角度可変機構と、炉頂圧回収タービンの静翼に対して水噴霧を行なう水噴霧装置とを備えた炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、炉頂圧回収タービンの静翼の角度を制御するコントローラと、上記静翼の静翼入口ガス圧力を検出する静翼入口圧力センサと、上記静翼の静翼出口ガス圧力を検出する静翼出口圧力センサとをさらに備え、コントローラは、静翼入口圧力センサが検出した静翼入口ガス圧力と静翼出口圧力センサが検出した静翼出口ガス圧力との実差圧を算定し、この実差圧に基づいて水噴霧装置から静翼に水噴霧を行なうから、炉頂圧回収タービンの静翼に付着したダストを確実に除去することができ、長期間の連続運転時にも安定かつ効率のよい運転を継続することができる、という優れた効果を奏する。
【００３５】
併せて、上記コントローラは、静翼を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度に移動させて水噴霧を行なうから、静翼の凸面についても水滴等を充分に到達させることができ、凸面のダストを確実に除去することができると共に、その除去を少ない水噴霧量で行なうことができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】湿式炉頂圧回収タービン発電設備を示す模試図である。
【図２】図１の炉頂圧回収タービンを示す側面図である。
【図３】図２の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置を示す図である。
【図４】図３のコントローラの制御を示すフローチャートである。
【図５】図２の炉頂圧回収タービンのタービン入口ガス圧力（又はタービン入口ガス流量）と静翼前後差圧との関係を示すグラフである。
【図６】図２の炉頂圧回収タービンのタービン入口ガス流量とタービン入口ガス圧力との関係を示すグラフである。
【図７】図２の炉頂圧回収タービンの水噴霧状態を示す模試図である。
【図８】乾式炉頂圧回収タービン発電設備の炉頂圧回収タービンを示す側面図である。
【図９】従来の湿式炉頂圧回収タービンのダスト付着状態を示す模試図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明に係る炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置を実施するための形態を、図１ないし図８を参照して詳細に説明する。
【００３８】
図１に示すように、一例としての、高炉プラントの排ガス路にタービンを設置して発電等に利用する湿式の炉頂圧回収タービン発電設備においては、高炉１から排気された高炉ガスが、ダストキャッチャ２、湿式集塵装置３、入口塞止弁４、危急遮断弁５、高炉ガスのタービンへのガス流量を調節する調速弁６を介して、炉頂圧回収タービン１０に導かれて、このタービン１０を回転駆動させる。
【００３９】
炉頂圧回収タービン１０によって、タービン１０に連結された発電機７を回転駆動させることにより、発電を行なう。炉頂圧回収タービン１０の第１段静翼１１、第２段静翼１２、第３段静翼１３は、安定かつ効率のよい運転を継続するために、ガス流に対する角度を変化させるための角度可変機構１５を有する。
【００４０】
高炉ガスを炉頂圧回収タービン１０を通さずに外部へバイパスさせるためのバイパス路が設けられ、このバイパス路を通過する高炉ガス流量を調節するバイパス主弁８及びバイパス制御弁９が配設される。
【００４１】
上記炉頂圧回収タービン発電設備において、炉頂圧回収タービン１０の起動時及び停止時には、例えば、起動開始から初期設定回転数までは調速弁６による調速弁開度制御が、初期設定回転数から揃速開始直前設定回転数までの間は回転数制御がそれぞれ行われる。また、１００％回転数に到達して電力網に併入された直後に負荷がかけられるが、その負荷が増加して通常運転になるまでは負荷制御が行われる。そして、通常運転時にはタービン前圧制御が行われる。
【００４２】
一方、タービン１０の停止時には、例えば、通常運転から負荷が低減されて解列直前までは負荷制御が、解列直後の設定回転数から初期設定回転数までの間は回転数制御がそれぞれ行われる。また、初期設定回転数から停止するまでは調速弁６による調速弁開度制御が行われる。
【００４３】
タービン１０の起動時には、タービン１０の前圧が通常運転時の圧力に高められた状態で調速弁６を徐々に開けていき、ガスを翼列に導く。調速弁６がほぼ全開となった時点で、角度可変機構１５を備えた静翼１１〜１３をその流路初期設定角度から徐々に開けていき、通常運転に移行する。このとき、バイパス主弁８は全閉にされている一方、バイパス制御弁９が徐々に閉じられるので、タービン１０の前圧は、常に通常運転時の圧力に維持される。
【００４４】
この炉頂圧回収タービン発電設備において、タービン１０の起動及び停止動作を主体的に制御するものは、静翼１１〜１３の角度可変機構１５、あるいは調速弁６であり、バイパス制御弁９は、タービン１０の前圧を通常運転時の圧力に維持するために使用される。このようにして、炉頂圧回収タービンによる発電とタービン前圧制御とが行われる。
【００４５】
図２に示すように、例えば、炉頂圧回収タービン１０は３段タービンからなり、第１段静翼１１、第１段動翼１６、第２段静翼１２、第２段動翼１７、第３段静翼１３、第３段動翼１８が、ガス路の上流側からこの順に配設される。
【００４６】
炉頂圧回収タービン１０の入口には、第１段静翼１１の静翼入口ガス圧力Ｐ1 を検出する第１段静翼入口圧力センサ２１と、タービン１０のタービン入口ガス温度を検出するタービン入口温度センサ２３が配設されている。また、第１段静翼１１の出口には、第１段静翼１１の静翼出口ガス圧力Ｐ2 を検出する第１段静翼出口圧力センサ２２が配設される。さらに、炉頂圧回収タービン１０の出口には、タービン１０のタービン出口ガス温度を検出するタービン出口温度センサ２４が配設されている。
【００４７】
図３に示すように、炉頂圧回収タービン１０の静翼１１〜１３の角度を制御するコントローラ２０、タービン１０の静翼１１〜１３に対して水噴霧を行なう水噴霧装置３０、後述の実差圧を表示する圧力計３１、警報を発生する警報システム３２が配設され、水噴霧装置３０、圧力計３１、警報システム３２はコントローラ２０に電気的にそれぞれ接続される。また、上述の第１段静翼入口圧力センサ２１、第１段静翼出口圧力センサ２２、タービン入口温度センサ２３、タービン出口温度センサ２４もコントローラ２０に電気的にそれぞれ接続される。
【００４８】
次に、本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置の作動について説明する。本発明の炉頂圧回収タービン１０が定格運転状態に到達後、すなわち常用運転時に、静翼１１〜１３は高炉ガス流量の増減に対応して、通常は−１５度〜＋１５度の範囲で変化する。
【００４９】
コントローラ２０は、この常用運転時に、第１段静翼入口圧力センサ２１が検出した静翼入口ガス圧力Ｐ1 と、第１段静翼出口圧力センサ２２が検出した静翼出口ガス圧力Ｐ2 を読み込む（ステップＳ２，４）。また、コントローラ２０が有する静翼角度αのデータを読み込む（ステップＳ６）。
【００５０】
コントローラ２０は、第１段静翼入口圧力センサ２１が検出した静翼入口ガス圧力Ｐ1 と、第１段静翼出口圧力センサ２２が検出した静翼出口ガス圧力Ｐ2 との差圧である実差圧ΔＰを算出する（ステップＳ８）。静翼へダストが付着すると、この実差圧はダストが付着していない場合に比べて大きくなる。
【００５１】
コントローラ２０は、静翼１１にダストがまったく付着していないダスト未着状態で、第１段静翼入口圧力センサ２１が検出した静翼入口ガス圧力Ｐ1 と、第１段静翼出口圧力センサ２２が検出した静翼出口ガス圧力Ｐ2 との差圧である静翼前後理想差圧ΔＰi （第１の所定値）に関するテーブルを備えている。この静翼前後理想差圧ΔＰi は、運転状態により変動する。
【００５２】
次に、コントローラ２０は、静翼前後実差圧ΔＰと静翼前後理想差圧ΔＰi との差値である静翼前後差値Ｐx を算出する。この静翼前後差値Ｐx は、タービン入口ガス圧力又はタービン入口ガス流量を横軸とし、静翼前後差圧ΔＰを縦軸とする、図５のグラフによって示される。なお、このタービン入口ガス流量は、上述のタービンの第１段静翼入口ガス圧力Ｐ1 、第１段静翼出口ガス圧力Ｐ2 、タービン入口温度センサ２３が検出したタービン入口温度、タービン出口温度センサ２４が検出したタービン出口温度を用いて、公知技術により算出することができる。
【００５３】
次に、コントローラ２０は、算出した静翼前後実差圧ΔＰと静翼前後理想差圧ΔＰi との差値である静翼前後差値Ｐx が第２の所定値Ｐ0 を超えるか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の判定結果が否定（Ｎｏ）の場合には、第１段静翼１１へのダスト付着が所定量未満であると判定して、再び上述のステップＳ２〜Ｓ１２を繰り返す。
【００５４】
ステップＳ１２の判定結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合には、第１段静翼１１へのダスト付着が所定量以上であり、静翼１１〜１３に対して水噴霧洗浄が必要と判定し、静翼１１〜１３の角度αを水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度α0 に、例えば０°±５°の範囲の角度に移動させる（ステップＳ１４）。
【００５５】
詳細には、コントローラ２０は、静翼１１の角度が最適静翼所定角度α0 よりも大きいとき、つまり図７に示すように、主流ガスの軸線に対して静翼１１〜１３の迎角が最適静翼所定角度α0 のときよりも小さくなる位置にあるときは、上述のバイパス制御弁９を開けて、静翼１１〜１３の角度αを上述の最適静翼所定角度α0 になるように調節する。図６に示されるように、例えば、静翼１１〜１３の角度αが＋１０度のＡ点であった場合には、バイパス制御弁９を開けて、静翼１１〜１３の角度αを最適静翼所定角度α0 のＢ点へ移動させる。
【００５６】
また、静翼１１〜１３の角度が最適静翼所定角度α0 よりも小さいとき、つまり図７に示すように、主流ガスの軸線に対して静翼１１〜１３の迎角が最適静翼所定角度α0 のときよりも大きくなる位置にあるときは、上述の調速弁６を絞って静翼１１〜１３の角度αを上述の最適静翼所定角度α0 になるように調節する。図６に示されるように、例えば、静翼１１〜１３の角度αが−１２．５度のＣ点であった場合には、調速弁６を絞って、最適静翼所定角度α0 のＤ点へ移動させる。
【００５７】
このように、コントローラ２０が、静翼１１〜１３の角度αが最適静翼所定角度α0 よりも大きいときはバイパス制御弁９を開けて、また、静翼１１〜１３の角度αが最適静翼所定角度α0 よりも小さいときは調速弁６を絞って、静翼１１〜１３の角度αを最適静翼所定角度α0 になるようにそれぞれ調節することにより、炉頂圧回収タービンの運転を最適に維持しながら、静翼１１〜１３を静翼角度αが水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度α0 になるように移動させる。
【００５８】
ステップＳ１２の判定結果が否定となるまで、静翼１１〜１３の角度αを最適静翼所定角度α0 に維持した状態で、水噴霧運転を行なう（ステップＳ１６）。この水噴霧は、図７に示されるように、第１段静翼１１の上流側に配設された水噴霧装置３０の図示しないノズルから、主流ガスに対して水噴霧洗浄に最適な水噴霧角度θで、例えば１８．５度の角度で行われる。
【００５９】
これと共に、コントローラ２０は、上述の静翼前後実差圧ΔＰを図３の圧力計３１に表示すると共に、警報システム３２を作動させて警報を発生させる（ステップＳ１８）。これにより、管理者は、そのときの静翼前後実差圧ΔＰ、つまり第１段静翼１１のダスト付着状態と、静翼１１〜１３の角度αが最適静翼所定角度α0 に維持された状態で水噴霧運転が行われていることを直ちに認識することができる。
【００６０】
このように、本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、コントローラ２０が、第１段静翼入口圧力センサ２１が検出した静翼入口ガス圧力Ｐ1 と、第１段静翼出口圧力センサ２２が検出した静翼出口ガス圧力Ｐ2 との静翼前後実差圧ΔＰを算定し、さらに、この静翼前後実差圧ΔＰと静翼へダストが付着していない状態を示す静翼前後理想差圧ΔＰi （第１の所定値）との差値である静翼前後差値Ｐx を算出して、この静翼前後差値Ｐx を常に監視しているから、静翼１１〜１３、特に第１段静翼１１へのダストの付着を自動的に、かつ確実に検出することができる。
【００６１】
また、コントローラ２０は、一定量以上のダストが付着していることを検出した場合には、静翼１１〜１３を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度α0 に移動させて水噴霧装置３０から静翼１１〜１３に水噴霧を行なうから、静翼１１〜１３の凸面についても水滴等を充分に到達させることができ、この凸面を含む静翼１１〜１３全体のダストを確実に除去することができる。
【００６２】
したがって、ダストを常に一定の範囲内に抑えた状態で炉頂圧回収タービン１０の運転を行なうことができ、長期間の連続運転時にも安定かつ効率のよい運転を継続することができる。また、少ない水噴霧量で付着したダストを確実に除去することができるから、運転費用の低減のみならず、過多な水噴霧によるタービン翼やケーシングの腐食を防止することができ、保守費用の低減を図ることができる。
【００６３】
また、上述のように、第１の所定値を、静翼１１〜１３にダストが付着していないダスト未着状態で第１段静翼入口圧力センサ２１が検出した静翼入口ガス圧力Ｐ1 と第１段静翼出口圧力センサ２２が検出した静翼出口ガス圧力Ｐ2 との差圧ΔＰi からなるようにしたことにより、静翼１１〜１３へのダスト未着状態と実運転時のダスト付着状態との差を明確に把握することができる。
【００６４】
図８に示すように、乾式の炉頂圧回収タービン発電設備の炉頂圧回収タービン４０の場合には、最終段の静翼４３にダストが付着する傾向が見受けられるため、第３段静翼（最終段静翼）４３の前後圧力をそれぞれ検出するための最終段静翼入口圧力センサ４５，最終段静翼出口圧力センサ４６を配設する。
【００６５】
２つの圧力センサ４５，４６がそれぞれ検出した圧力に基づいて、上記湿式の炉頂圧回収タービン発電設備のタービン１０の場合と同様に静翼角度制御及び水噴霧を行なうことにより、第３段静翼４３へ付着したダストを確実に除去することができ、長期間の連続運転時にも安定かつ効率のよい運転を継続することができる。その他は、湿式の炉頂圧回収タービン発電設備の炉頂圧回収タービン１０の場合と同様であるから、説明を省略する。
【００６６】
今後、電力の回収効率のよい乾式の炉頂圧回収タービン発電設備の設置がますます増加すると予想されるが、本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置により、この乾式の炉頂圧回収タービンへのダスト付着防止対策を確実に実施することができる。
【００６７】
なお、本発明は上述の一実施の形態に制約されるものではなく、様々な形態ものが実施可能であることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置は、必ずしも上述の湿式及び乾式の炉頂圧回収タービン発電設備のタービンに限定して利用されるものではなく、他の形式のタービンに対しても広く利用されることが期待される。
【符号の説明】
【００６９】
１ 高炉
２ ダストキャッチャ
３ 湿式集塵装置
４ 入口塞止弁
５ 危急遮断弁
６ 調速弁
７ 発電機
８ バイパス主弁
９ バイパス制御弁
１０ 炉頂圧回収タービン
１１ 第１段静翼
１２ 第２段静翼
１３ 第３段静翼
１５ 角度可変機構
１６ 第１段動翼
１７ 第２段動翼
１８ 第３段動翼
２０ コントローラ
２１ 第１段静翼入口圧力センサ
２２ 第１段静翼出口圧力センサ
２３ タービン入口温度センサ
２４ タービン出口温度センサ
３０ 水噴霧装置
３１ 圧力計
３２ 警報システム
４０ 炉頂圧回収タービン
４３ 第３段静翼（最終段静翼）
４５ 最終段静翼入口圧力センサ
４６ 最終段静翼出口圧力センサ
１０１ 第１段静翼
１０２ 凸面
１０３ 第１段動翼
Ｐ0 第２の所定値
Ｐ1 静翼入口ガス圧力
Ｐ2 静翼出口ガス圧力
Ｐx 静翼前後差値
ΔＰ 静翼前後実差圧
ΔＰi 静翼前後理想差圧（第１の所定値）
α 静翼角度
α0 最適静翼所定角度
θ 水噴霧角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉頂圧回収タービン発電設備に使用されて高炉（１）から供給される高炉ガスにより回転駆動されて連結された発電機（７）により発電を行なう炉頂圧回収タービン（１０，４０）と、前記炉頂圧回収タービンの静翼（１１〜１３，４３）の角度を変化させる角度可変機構（１５）と、前記炉頂圧回収タービンの前記静翼に対して水噴霧を行なう水噴霧装置（３０）とを備えた炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、前記炉頂圧回収タービンの前記静翼の角度を制御するコントローラ（２０）と、前記静翼の静翼入口ガス圧力（Ｐ1 ）を検出する静翼入口圧力センサ（２１）と、前記静翼の静翼出口ガス圧力（Ｐ2 ）を検出する静翼出口圧力センサ（２２）とをさらに備え、前記コントローラは、前記静翼入口圧力センサが検出した前記静翼入口ガス圧力と前記静翼出口圧力センサが検出した前記静翼出口ガス圧力との実差圧（ΔＰ）を算定し、前記実差圧に基づいて前記水噴霧装置から前記静翼に水噴霧を行なうことを特徴とする炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項２】
前記コントローラ（２０）は、前記実差圧（ΔＰ）と前記炉頂圧回収タービン（１０，４０）の運転状態により変動すると共に前記静翼へダストが付着していない状態を示す第１の所定値（ΔＰi ）との差値（Ｐx ）を算出し、前記差値が第２の所定値（Ｐ0 ）を超える場合に前記水噴霧装置から前記静翼に水噴霧を行なうことを特徴とする請求項１に記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項３】
前記第１の所定値は、前記静翼（１１〜１３，４３）にダストが付着していないダスト未着状態で前記静翼入口圧力センサ（２１）が検出した前記静翼入口ガス圧力（Ｐ1 ）と前記静翼出口圧力センサ（２２）が検出した前記静翼出口ガス圧力（Ｐ2 ）との差圧（ΔＰi ）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項４】
前記コントローラ（２０）は、前記水噴霧装置（３０）から前記静翼（１１〜１３，４３）に水噴霧を行うときに前記静翼を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度（α0 ）に移動させて前記水噴霧を行なうことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項５】
前記炉頂圧回収タービン発電設備は、前記高炉ガスを前記炉頂圧回収タービン（１０，４０）を通さずに外部へバイパスさせるためのバイパス路と、前記バイパス路を通過する高炉ガス流量を調節するバイパス主弁（８）及びパイパス制御弁（９）とを備え、前記コントローラ（２０）は、前記バイパス制御弁の作動を制御すると共に前記静翼（１１〜１３，４３）の角度が前記最適静翼所定角度（α0 ）よりも大きいときは前記バイパス制御弁を開けて前記静翼の角度を前記最適静翼所定角度になるように移動させることを特徴とする請求項４に記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項６】
前記炉頂圧回収タービン発電設備は、前記高炉ガスを前記炉頂圧回収タービン（１０，４０）に通すガス流量を調節する調速弁（６）を備え、前記コントローラ（２０）は、前記調速弁の作動を制御すると共に前記静翼（１１〜１３，４３）の角度が前記最適静翼所定角度（α0 ）よりも小さいときは前記調速弁を絞って前記静翼の角度を前記最適静翼所定角度になるように調節することを特徴とする請求項４又は５に記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項７】
前記コントローラ（２０）は、前記差値（Ｐx ）が前記第２の所定値（Ｐ0 ）を超える場合に前記実差圧（ΔＰ）を表示すると共に警報を発生することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項８】
前記炉頂圧回収タービン発電設備は、湿式であり、前記静翼は、第１段静翼（１１）であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項９】
前記炉頂圧回収タービン発電設備は、乾式であり、前記静翼は、最終段の静翼（４３）であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項１】
炉頂圧回収タービン発電設備に使用されて高炉（１）から供給される高炉ガスにより回転駆動されて連結された発電機（７）により発電を行なう炉頂圧回収タービン（１０，４０）と、前記炉頂圧回収タービンの静翼（１１〜１３，４３）の角度を変化させる角度可変機構（１５）と、前記炉頂圧回収タービンの前記静翼に対して水噴霧を行なう水噴霧装置（３０）とを備えた炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置において、前記炉頂圧回収タービンの前記静翼の角度を制御するコントローラ（２０）と、前記静翼の静翼入口ガス圧力（Ｐ1 ）を検出する静翼入口圧力センサ（２１）と、前記静翼の静翼出口ガス圧力（Ｐ2 ）を検出する静翼出口圧力センサ（２２）とをさらに備え、前記コントローラは、前記静翼入口圧力センサが検出した前記静翼入口ガス圧力と前記静翼出口圧力センサが検出した前記静翼出口ガス圧力との実差圧（ΔＰ）を算定し、前記実差圧に基づいて前記水噴霧装置から前記静翼に水噴霧を行なうことを特徴とする炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項２】
前記コントローラ（２０）は、前記実差圧（ΔＰ）と前記炉頂圧回収タービン（１０，４０）の運転状態により変動すると共に前記静翼へダストが付着していない状態を示す第１の所定値（ΔＰi ）との差値（Ｐx ）を算出し、前記差値が第２の所定値（Ｐ0 ）を超える場合に前記水噴霧装置から前記静翼に水噴霧を行なうことを特徴とする請求項１に記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項３】
前記第１の所定値は、前記静翼（１１〜１３，４３）にダストが付着していないダスト未着状態で前記静翼入口圧力センサ（２１）が検出した前記静翼入口ガス圧力（Ｐ1 ）と前記静翼出口圧力センサ（２２）が検出した前記静翼出口ガス圧力（Ｐ2 ）との差圧（ΔＰi ）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項４】
前記コントローラ（２０）は、前記水噴霧装置（３０）から前記静翼（１１〜１３，４３）に水噴霧を行うときに前記静翼を水噴霧洗浄に最適な最適静翼所定角度（α0 ）に移動させて前記水噴霧を行なうことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項５】
前記炉頂圧回収タービン発電設備は、前記高炉ガスを前記炉頂圧回収タービン（１０，４０）を通さずに外部へバイパスさせるためのバイパス路と、前記バイパス路を通過する高炉ガス流量を調節するバイパス主弁（８）及びパイパス制御弁（９）とを備え、前記コントローラ（２０）は、前記バイパス制御弁の作動を制御すると共に前記静翼（１１〜１３，４３）の角度が前記最適静翼所定角度（α0 ）よりも大きいときは前記バイパス制御弁を開けて前記静翼の角度を前記最適静翼所定角度になるように移動させることを特徴とする請求項４に記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項６】
前記炉頂圧回収タービン発電設備は、前記高炉ガスを前記炉頂圧回収タービン（１０，４０）に通すガス流量を調節する調速弁（６）を備え、前記コントローラ（２０）は、前記調速弁の作動を制御すると共に前記静翼（１１〜１３，４３）の角度が前記最適静翼所定角度（α0 ）よりも小さいときは前記調速弁を絞って前記静翼の角度を前記最適静翼所定角度になるように調節することを特徴とする請求項４又は５に記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項７】
前記コントローラ（２０）は、前記差値（Ｐx ）が前記第２の所定値（Ｐ0 ）を超える場合に前記実差圧（ΔＰ）を表示すると共に警報を発生することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項８】
前記炉頂圧回収タービン発電設備は、湿式であり、前記静翼は、第１段静翼（１１）であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【請求項９】
前記炉頂圧回収タービン発電設備は、乾式であり、前記静翼は、最終段の静翼（４３）であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の炉頂圧回収タービンの静翼へのダスト付着防止装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１１５２６（Ｐ２０１２−２１１５２６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６８２５（Ｐ２０１１−７６８２５）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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