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JP5485933B2 - Furnace top pressure recovery turbine - Google Patents
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JP5485933B2 - Furnace top pressure recovery turbine - Google Patents

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Description

本発明は、炉頂圧回収タービン、特にタービンの静翼へのダスト付着を防止することができる炉頂圧回収タービンに関する。   The present invention relates to a furnace top pressure recovery turbine, and more particularly to a furnace top pressure recovery turbine capable of preventing dust from adhering to a stationary blade of the turbine.

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。   Furnace top pressure recovery turbine power generation equipment used for power generation by installing a turbine in the exhaust gas passage of a blast furnace plant collects the pressure energy of the blast furnace gas generated in the blast furnace of the steel works as electric power by the turbine, It is a top pressure control system, and has recently become an extremely important facility for saving energy in steelworks and contributing to environmental conservation.

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。   There are two types of turbine top pressure recovery turbine power generation equipment: wet type and dry type. The wet top pressure recovery turbine power generation equipment is a furnace for driving a generator after washing the blast furnace gas from the blast furnace with a wet dust remover. It leads to a top pressure recovery turbine.

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。   On the other hand, in the dry type furnace top pressure recovery turbine power generation facility, since the blast furnace gas is dedusted without being washed with water by the dry type dust remover, the temperature of the blast furnace gas is not lowered, and the recovered power is 25 compared with the wet type. It is increased by ˜45%, and the power can be recovered efficiently.

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7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102上に多量に付着するという問題を発生させる。   Thus, at present, most blast furnaces in domestic steelworks are equipped with wet or dry furnace top pressure recovery turbine power generation facilities. However, in the above-described wet furnace top pressure recovery turbine power generation facility, the blast furnace gas is washed with water by the wet dust remover, and as a result, the blast furnace gas contains steam up to a saturated state and cannot be recovered by the wet dust remover. Is accompanied. For this reason, as shown in FIG. 7, this dust causes a problem that a large amount adheres on the convex surface 102 of the first stage stationary blade 101 during normal operation.

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。さらに、高炉ガス中のミストには塩素イオンが溶け込んでおり、腐食雰囲気を作り出すため、付着堆積したダストの内部では塩素イオン濃度が上昇し、材料の腐食を引き起こすという問題もある。   When dust adheres to the first stage stationary blade 101, the flow flowing into the first stage rotor blade 103 is disturbed, and a strong excitation force is generated for the first stage rotor blade 103. As a result, a repeated stress is generated on the moving blade 103, causing a problem that the fatigue limit of the first-stage moving blade 103 is significantly reduced. In addition, there is a problem that an appropriate gas flow cannot be formed by the dust and the turbine efficiency is lowered. Furthermore, chlorine ions are dissolved in the mist in the blast furnace gas, and a corrosive atmosphere is created. Therefore, there is also a problem that the chlorine ion concentration is increased inside the deposited dust and the material is corroded.

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。   On the other hand, in order to perform the furnace top pressure control, the first stage stationary blade is often provided with a variable angle mechanism. However, if a large amount of dust adheres to the convex surface of the first stage stationary blade as described above, the first stage stationary blade cannot be closed to its fully closed angle when fully closed, and the gas inflow to the turbine is reduced to a predetermined flow rate. This causes a problem that it cannot be reduced. In addition, there is a problem that the first stage stationary blade is caught in the dust deposit when fully closed, and excessive force acts on the blade portion and the angle variable mechanism to cause damage.

このため、従来は、図8に示すように、専ら静翼の表面に耐腐食性に優れた非親水性(撥水性)の皮膜105を形成し、ダストが付着しても静翼が腐食しないようにしてきた。しかしながら、非親水性皮膜105を形成した場合、水滴106が皮膜105上に付着しても、その撥水性故に、水滴106が皮膜105の表面上に乗るだけで、ダスト107を除去することはできない。   Therefore, conventionally, as shown in FIG. 8, a non-hydrophilic (water-repellent) film 105 having excellent corrosion resistance is formed exclusively on the surface of the stationary blade, and the stationary blade does not corrode even if dust adheres to it. I have done so. However, when the non-hydrophilic film 105 is formed, even if the water droplet 106 adheres to the film 105, the water droplet 106 only gets on the surface of the film 105 because of its water repellency, and the dust 107 cannot be removed. .

このように、この耐腐食性に優れた非親水性の皮膜の形成だけではダストの付着を到底防止することができないため、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射ないし噴霧を行って、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)。   In this way, the formation of this non-hydrophilic film having excellent corrosion resistance cannot prevent dust from adhering at all. Water vapor has been sprayed or sprayed to remove attached dust and remove it (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

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)。   On the other hand, the applicant of the present application condenses moisture contained in the blast furnace gas on the blade surface of the first stage stationary blade by circulating cooling water inside the first stage stationary blade and water-cooling the first stage stationary blade. An invention of a furnace top pressure recovery turbine that forms water droplets and / or a water film on the surface and thereby prevents dust from adhering to the first stage stationary blades has been disclosed (for example, see Patent Document 2).

特開2005−214033号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-214033 特開2007−315364号公報JP 2007-315364 A

「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"Furnace pressure turbine power generation facility", Toshiaki Nakamura and five others, Kawasaki Heavy Industries Technical Report No. 155, P20-P23, Kawasaki Heavy Industries, Ltd., issued in May 2004

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水や蒸気の噴射ないし噴霧を行なって、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。   In this way, the conventional furnace top pressure recovery turbine performs spraying or spraying of water or steam from the inlet part of the turbine or the stationary blade upstream part during normal operation or the like to remove the adhering dust, Alternatively, the water contained in the blast furnace gas is condensed on the blade surface of the first stage stationary blade by circulating cooling water inside the first stage stationary blade to cool the first stage stationary blade, so that water droplets and / or A water film has been formed to prevent dust from adhering to the first stage stationary blade.

しかしながら、前者のタービンの入口部や静翼上流部から水や蒸気の噴射ないし噴霧を行なって、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、静翼表面上、特にその凸面(負圧面)に水滴等が充分に到達しないと共に、周方向に多数配置された静翼のすべてに、水や蒸気を均一に噴射ないし噴霧することができないという問題がある。   However, the former top pressure recovery turbine, which removes adhering dust by spraying or spraying water or steam from the inlet part of the former turbine or the upstream part of the stationary blade, removes the flow of blast furnace gas through the turbine. Extremely fast, water droplets etc. do not reach the surface of the stationary blade, especially its convex surface (negative pressure surface), and water or steam can be sprayed or sprayed uniformly on all of the stationary blades arranged in the circumferential direction. There is a problem that you can not.

また、たとえ静翼表面に水滴等が到達したとしても、従来は非親水性の皮膜が形成されているために、水滴等を衝突させるだけでは、付着したダストを翼表面から簡単には剥離させることができないという問題がある。   In addition, even if water droplets reach the surface of the stationary blade, a non-hydrophilic film has been formed in the past. There is a problem that can not be.

このように、水噴射等だけでは、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、堆積したダスト内部の塩素イオンにより材料の腐食を引き起こすという問題、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。   As described above, it is the actual situation that water injection alone is not sufficient to prevent the adhesion of dust to the first stage stationary blade, and the aforementioned first stage blade is repeatedly stressed to cause fatigue of the blade. The problem of significantly lowering the limit, the problem of reducing the turbine efficiency without forming an appropriate gas flow, and the problem of being unable to reduce the gas flow into the turbine to a predetermined flow rate when fully closed The problem of causing corrosion of the material due to accumulated chlorine ions in the dust, and the problem that the first stage stationary blade bites into the dust deposits and causes damage to the blade portion, etc. still remain unsolvable. ing.

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。   In addition, a furnace top pressure recovery turbine that circulates cooling water inside the latter first stage stationary blade and water-cools the first stage stationary blade can be expected to have a great effect in preventing dust adhesion, while circulating the cooling water. There is a concern that the cooling water supply apparatus and the first stage stationary blade must be provided with a cooling water channel, which increases the cost.

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対策も併せて行なう必要性がある。   At the same time, in the power generation equipment using the dry furnace top pressure recovery turbine, dust adhesion to the turbine stationary blades is not as serious a problem as wet, but the dry furnace top pressure recovery turbine power generation equipment with good power recovery efficiency. Therefore, it is necessary to take measures against dust adhesion to the dry-type furnace top pressure recovery turbine.

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、静翼に対するダストの多量付着を未然に防止することができ、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を提供することを課題とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and can prevent a large amount of dust from adhering to the stationary blade, and can continue stable and efficient operation even during long-term continuous operation. It is an object of the present invention to provide a furnace top pressure recovery turbine capable of achieving the above.

上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、タービンとこのタービンに連結された発電機を備えて、高炉から供給される高炉ガスにより回転駆動されて上記発電機により発電を行なう炉頂圧回収タービンにおいて、タービンの静翼の表面に親水性皮膜を形成したことにある。   In order to solve the above-mentioned problems, the means employed by the present invention includes a turbine and a generator connected to the turbine, and is rotated by a blast furnace gas supplied from a blast furnace and generates power by the generator. In the furnace top pressure recovery turbine, a hydrophilic film is formed on the surface of the stationary blade of the turbine.

このように、本発明の炉頂圧回収タービンにおいては、タービンの静翼の表面に親水性皮膜を形成したから、翼面上にダストが付着しても、静翼表面に付着した通常運転時の凝縮水や水噴射時の水滴により、親水性皮膜の働きでダストと翼表面との間に水の液膜が形成され、ダストを容易に剥離させることができる。つまり、静翼自体が自己洗浄機能を備えることになる。また、特に通常運転時の凝縮水の場合には、この水膜を周方向に配置したすべての翼外面全体に均一に発生させることから、親水性皮膜を形成したすべての静翼についてムラなくダストを剥離させることができる。   Thus, in the furnace top pressure recovery turbine of the present invention, since the hydrophilic film is formed on the surface of the stationary blade of the turbine, even when dust adheres to the blade surface, during normal operation where it adheres to the surface of the stationary blade A water film is formed between the dust and the blade surface by the action of the hydrophilic film due to the condensed water and water droplets at the time of jetting water, and the dust can be easily separated. That is, the stationary blade itself has a self-cleaning function. Also, especially in the case of condensed water during normal operation, this water film is uniformly generated over the entire outer surface of the blades arranged in the circumferential direction, so that all the stationary blades with hydrophilic coatings are uniformly dusted. Can be peeled off.

上記炉頂圧回収タービンは、湿式の炉頂圧回収タービン発電設備に配設されるものであり、静翼は、第1段の静翼であることが望ましい。湿式の炉頂圧回収タービンにおいては、特に第1段の静翼に多量のダストが付着するため、第1段の静翼の表面に親水性皮膜を形成することにより、ダスト付着を最も効率的に防止することができる。   The furnace top pressure recovery turbine is disposed in a wet furnace top pressure recovery turbine power generation facility, and the stationary blade is preferably a first stage stationary blade. In wet furnace top pressure recovery turbines, a large amount of dust adheres to the first stage stationary blades in particular, so the formation of a hydrophilic film on the surface of the first stage stationary blades ensures the most efficient dust adhesion. Can be prevented.

上記炉頂圧回収タービンは、乾式の炉頂圧回収タービン発電設備に配設されるものであり、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においては、特に最終段の静翼にダストが付着するため、最終段の静翼の表面に親水性皮膜を形成にすることにより、ダスト付着を最も効率的に防止することができる。   The furnace top pressure recovery turbine is disposed in a dry furnace top pressure recovery turbine power generation facility, and the stationary blade is preferably a final stage stationary blade. In dry type top pressure recovery turbines, dust adheres to the stationary blades of the final stage in particular, so the formation of a hydrophilic film on the surface of the stationary blades of the final stage most effectively prevents the adhesion of dust. be able to.

上記静翼の凸面(負圧面)上に親水性皮膜を形成することが望ましい。ダストは特に静翼の凸面側に付着する傾向にあるため、静翼の凸面上に親水性皮膜を形成することにより、ダスト付着を最も効率的に防止することができる。   It is desirable to form a hydrophilic film on the convex surface (negative pressure surface) of the stationary blade. Since dust tends to adhere particularly to the convex side of the stationary blade, dust adhesion can be most effectively prevented by forming a hydrophilic film on the convex surface of the stationary blade.

上記静翼の親水性皮膜の下に耐腐食性皮膜が形成されていることが望ましい。このように、静翼の親水性皮膜の下に耐腐食性の高い耐腐食性皮膜を形成することにより、親水性皮膜の上記自己洗浄機能と共に、静翼の耐腐食性を一段と高めることができる。   It is desirable that a corrosion-resistant film is formed under the hydrophilic film of the stationary blade. In this way, by forming a highly corrosion-resistant corrosion-resistant film under the hydrophilic film of the stationary blade, the corrosion resistance of the stationary blade can be further enhanced along with the self-cleaning function of the hydrophilic film. .

上記親水性皮膜を塗装法によるコーティング又は焼結法によるコーティングにより形成することが望ましい。このように、親水性皮膜を塗装法によるコーティング又は焼結法によるコーティングにより形成することにより、静翼の表面に極めて均質かつ安定的な親水性皮膜を形成することができる。   It is desirable to form the hydrophilic film by coating by a painting method or coating by a sintering method. In this way, by forming the hydrophilic film by coating by a coating method or coating by a sintering method, a very uniform and stable hydrophilic film can be formed on the surface of the stationary blade.

本発明の炉頂圧回収タービンは、タービンとこのタービンに連結された発電機を備えて高炉から供給される高炉ガスにより回転駆動されて上記発電機により発電を行なう炉頂圧回収タービンにおいて、タービンの静翼の表面に親水性皮膜を形成したから、炉頂圧回収タービンの静翼に対するダストの多量付着を未然に防止することができ、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。   A furnace top pressure recovery turbine according to the present invention includes a turbine and a generator connected to the turbine, and is rotated by a blast furnace gas supplied from a blast furnace and is generated by the generator. Since a hydrophilic film is formed on the surface of the stationary blades, it is possible to prevent a large amount of dust from adhering to the stationary blades of the furnace top pressure recovery turbine, which enables stable and efficient operation even during long-term continuous operation. There is an excellent effect that it can be continued.

一例としての湿式の炉頂圧回収タービン発電設備を示す模試図である。It is a schematic diagram which shows the wet furnace top pressure recovery turbine power generation equipment as an example. 図1の炉頂圧回収タービンを示す側面図である。It is a side view which shows the furnace top pressure recovery turbine of FIG. 図2の第1段静翼を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st stage stationary blade of FIG. 飽和ガスの冷却温度と飽和ガスの凝縮水量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the cooling temperature of saturated gas, and the amount of condensed water of saturated gas. 親水性皮膜の働きを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the function of a hydrophilic membrane | film | coat. 図2の第1段静翼に対する水噴射の状態を示す模試図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a state of water injection with respect to the first stage stationary blade of FIG. 2. 従来の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。It is a trial figure which shows the dust adhesion state of the conventional furnace top pressure recovery turbine. 非親水性皮膜の働きを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the function of a non-hydrophilic film | membrane.

本発明に係る炉頂圧回収タービンを実施するための形態を、図1ないし図6を参照して詳細に説明する。   An embodiment for implementing a furnace top pressure recovery turbine according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.

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、調速弁6を介して炉頂圧回収タービン10に導かれて、タービン10を回転駆動させる。   As shown in FIG. 1, as an example, in a wet furnace top pressure recovery turbine power generation facility that uses a turbine in an exhaust gas passage of a blast furnace plant and uses it for power generation or the like, blast furnace gas exhausted from the blast furnace 1 is dust. The turbine 10 is guided to the furnace top pressure recovery turbine 10 through the catcher 2, the wet dust collector 3, the inlet closing valve 4, the emergency shut-off valve 5, and the governing valve 6 to rotate the turbine 10.

この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更させるための角度可変機構15を備えている。   The furnace top pressure recovery turbine 10 generates power by rotating the generator 7 connected to the turbine 10. The first stage stationary blade 11, the second stage stationary blade 12, and the third stage stationary blade 13 of the furnace top pressure recovery turbine 10 include an angle variable mechanism 15 for changing an angle with respect to the gas flow in order to continue stable and efficient operation. ing.

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の前圧制御が行われる。   In the furnace top pressure recovery turbine power generation facility, when the furnace top pressure recovery turbine 10 is started and stopped, for example, the speed control valve opening control by the speed control valve 6 from the start start to the initial set speed is the initial set speed. The number of revolutions is controlled between the number and the set number of revolutions immediately before the start of the uniform speed. Further, a load is applied immediately after reaching the 100% rotation speed and entering the power grid, but load control is performed until the load increases and normal operation is performed. And the turbine pre-pressure control is performed at the time of normal operation.

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。   On the other hand, when the turbine 10 is stopped, for example, load control is performed from the normal operation until the load is reduced and immediately before the disconnection, and the rotation speed control is performed from the set rotational speed immediately after the disconnection to the initial set rotational speed. . Further, the speed control valve opening degree control by the speed control valve 6 is performed until the engine speed is stopped from the initially set rotation speed.

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13を備えた静翼11,12,13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。   When the turbine 10 is started, the governor valve 6 is gradually opened while the pre-pressure of the turbine 10 is increased to the pressure during normal operation, and the gas is guided to the blade row. When the speed regulating valve 6 is almost fully opened, the stationary blades 11, 12, 13 provided with the angle variable mechanism 13 are gradually opened from the initial setting angle of the flow path, and the normal operation is started. At this time, the bypass main valve 8 is fully closed while the bypass control valve 9 is gradually closed, so that the pre-pressure of the turbine 10 is always maintained at the pressure during normal operation.

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11,12,13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の前圧制御が行われる。   In this furnace top pressure recovery turbine power generation facility, the one that mainly controls the start and stop operations of the turbine 10 is the variable angle mechanism 15 of the stationary blades 11, 12, 13, or the governing valve 6, and is a bypass control valve. 9 is used to maintain the pre-pressure of the turbine 10 at the pressure during normal operation. In this manner, power generation by the furnace top pressure recovery turbine and turbine pre-pressure control are performed.

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。   As shown in FIG. 2, for example, the furnace top pressure recovery turbine 10 includes a three-stage turbine, and includes a first stage stationary blade 11, a first stage stationary blade 16, a second stage stationary blade 12, a second stage stationary blade 17, and a third stage stationary blade 13. The third stage blade 18 is arranged in this order from the upstream side of the gas path.

図3に示すように、第1段静翼11には、母材21の凸面(負圧面)22及び凹面(正圧面)23の全面について、耐腐食性の高い耐腐食性皮膜25が形成されている。ここで、耐腐食性皮膜とは、シリコーン樹脂を特殊変性し、樹脂本来が有する耐熱性に加えて酸やアルカリに対する耐食性、耐海水性、耐スチーム性に優れた皮膜で、例えば分子骨格はジメチルポリシロキサンに反応性の強い官能基を有するもの等をいう。この耐腐食性皮膜25には、例えばサントモ(登録商標)等が使用される。   As shown in FIG. 3, on the first stage stationary blade 11, a corrosion resistant coating 25 having high corrosion resistance is formed on the entire convex surface (negative pressure surface) 22 and concave surface (positive pressure surface) 23 of the base material 21. . Here, the corrosion-resistant film is a film that is specially modified to a silicone resin and has excellent corrosion resistance against acid and alkali, seawater resistance, and steam resistance in addition to the heat resistance inherent in the resin. This refers to a polysiloxane having a highly reactive functional group. For example, Santomo (registered trademark) is used for the corrosion-resistant film 25.

このため、上述の湿式の炉頂圧回収タービン発電設備において、高炉1から排出される高炉ガスが湿式除塵装置3で水洗浄された結果、高炉ガスは蒸気を飽和状態まで含んでいる。湿式除塵装置3で回収しきれなかったダストを随伴する飽和状態の蒸気により、第1段静翼11上にダストが付着しても、母材21に腐食が発生しないようにしている。また、第2段静翼12及び第3段静翼13についても、その表面上に上述の耐腐食性皮膜を形成する。   For this reason, in the above-mentioned wet furnace top pressure recovery turbine power generation facility, the blast furnace gas discharged from the blast furnace 1 is washed with water by the wet dust removing device 3, and as a result, the blast furnace gas contains steam to a saturated state. The base material 21 is prevented from corroding even if dust adheres to the first stage stationary blade 11 due to saturated steam accompanied by dust that could not be recovered by the wet dust removing device 3. Further, the above-described corrosion-resistant film is also formed on the surface of the second stage stationary blade 12 and the third stage stationary blade 13.

第1段静翼11の凸面(負圧面)22には、この耐腐食性皮膜25の上に、さらに親水性皮膜26が形成される。この親水性皮膜26には、特に耐摩耗性に優れたものを使用し、例えば、塗装法によるコーティング又は焼結法によるコーティングにより形成される。このように、親水性皮膜を塗装法によるコーティング又は焼結法によるコーティングにより形成することにより、静翼11の凸面22上に、極めて均質かつ安定的な耐摩耗性に優れた親水性皮膜26を皮膜を形成することができる。   On the convex surface (negative pressure surface) 22 of the first stage stationary blade 11, a hydrophilic film 26 is further formed on the corrosion-resistant film 25. For the hydrophilic film 26, a film having particularly excellent wear resistance is used, and for example, the hydrophilic film 26 is formed by coating by a coating method or coating by a sintering method. In this way, by forming the hydrophilic film by coating by a coating method or coating by a sintering method, a hydrophilic film 26 having extremely uniform and stable wear resistance is formed on the convex surface 22 of the stationary blade 11. A film can be formed.

ここで、皮膜の親水性は一般的にはその接触角により評価され、親水性皮膜とは接触角が50度以下のものをいう。この親水性皮膜26は、上述の耐腐食性皮膜25に比べて濡れ性に極めて優れたものであり、例えば、クリスタコート(登録商標)、WIN−KOTE(登録商標)、ZACROM(登録商標)、SG−KOTE(登録商標)などが使用される。なお、これらは親水性皮膜の一例にすぎず、必ずしもこれらに限定されるものではない。   Here, the hydrophilicity of the film is generally evaluated by the contact angle, and the hydrophilic film means a film having a contact angle of 50 degrees or less. This hydrophilic film 26 is extremely excellent in wettability as compared with the above-described corrosion-resistant film 25. For example, Crystacoat (registered trademark), WIN-KOTE (registered trademark), ZACROM (registered trademark), SG-KOTE (registered trademark) or the like is used. In addition, these are only examples of a hydrophilic membrane | film | coat and are not necessarily limited to these.

飽和水蒸気を含む高炉ガスは、タービン10内で下流側へ断熱膨張しながら流れるため、ガス温度が徐々に低下していき、その間に凝縮水が多量に発生し、翼外表面に水滴や水膜を発生させる。図4に示すように、タービン10内で飽和ガスの温度が10°C低下すると、約3%重量の凝縮水が発生する。   Since the blast furnace gas containing saturated steam flows while adiabatically expanding downstream in the turbine 10, the gas temperature gradually decreases, during which a large amount of condensed water is generated, and water droplets and water films are formed on the blade outer surface. Is generated. As shown in FIG. 4, when the temperature of the saturated gas decreases by 10 ° C. in the turbine 10, condensed water having a weight of about 3% is generated.

図5に示すように、第1段静翼11の凸面22の表面には、上述のように親水性皮膜26が形成されているから、この付着した水滴により親水性皮膜25とダスト28との間に水膜27が形成され、堅固に付着しているダスト28が剥離しやすくなる。このようにして剥離しやすくなったダスト28は、運転時に容易に剥離する。この水膜は周方向に配置したすべての翼外面全体に均一に発生することから、親水性皮膜を形成したすべての静翼についてムラなくダスト28等を剥離させることができる。   As shown in FIG. 5, since the hydrophilic film 26 is formed on the surface of the convex surface 22 of the first stage stationary blade 11 as described above, the adhering water droplets cause a gap between the hydrophilic film 25 and the dust 28. The water film 27 is formed, and the dust 28 that is firmly attached is easily peeled off. The dust 28 that is easily peeled off in this way is easily peeled off during operation. Since this water film is uniformly generated on the entire outer surface of all the blades arranged in the circumferential direction, the dust 28 and the like can be peeled off evenly on all the stationary blades on which the hydrophilic film is formed.

つまり、本発明の炉頂圧回収タービンは、第1段静翼11自体が自己洗浄機能を備えることになる。上記のとおり、従来は専ら水滴の除去及び母材の腐食防止という観点から、静翼の表面に撥水性を備えた耐腐食性皮膜の形成を行ってきたが、本発明の炉頂圧回収タービンは、単に耐腐食性のみではなく、自己洗浄機能をもたらす親水性と、耐摩耗性とを備えた皮膜が形成される。   That is, in the furnace top pressure recovery turbine of the present invention, the first stage stationary blade 11 itself has a self-cleaning function. As described above, conventionally, from the viewpoint of removing water droplets and preventing corrosion of the base material, a corrosion-resistant film having water repellency has been formed on the surface of the stationary blade. The film forms not only corrosion resistance but also hydrophilicity that provides a self-cleaning function and abrasion resistance.

図6に示すように、図示しない水噴射装置から第1段静翼11に対し、主流ガスに対して所定の角度θを設けて水噴射ないし水噴霧が行われる。これは、第1段静翼11が主流ガスに対して一定の角度が付いているためである。第1段静翼11の角度調整は、上述の角度可変機構15の作動により行われる。このとき、第1段静翼11の凹面23については、この水噴射ないし水噴霧が直接衝突し、ダスト等の付着があれば、この水噴射の勢いで付着しているダスト等を除去する。   As shown in FIG. 6, water injection or water spraying is performed from a water injection device (not shown) to the first stage stationary blade 11 with a predetermined angle θ with respect to the mainstream gas. This is because the first stage stationary blade 11 has a certain angle with respect to the mainstream gas. The angle adjustment of the first stage stationary blade 11 is performed by the operation of the angle variable mechanism 15 described above. At this time, if the water jet or water spray directly collides with the concave surface 23 of the first stage stationary blade 11 and there is adhesion of dust or the like, the dust or the like attached by the force of this water injection is removed.

この一方、第1段静翼11の凸面22については、この水噴射ないし水噴霧が直接には衝突しないが、その表面に水滴となって付着する。第1段静翼11の凸面22の表面には、上述のように親水性皮膜26が形成されているから、通常運転時と同様に、この付着した水滴により親水性皮膜を施した翼面とダストとの間に水膜が形成され、堅固に付着しているダストが剥離しやすくなる。このようにして剥離しやすくなったダストは、この水噴射ないし水噴霧中、あるいは引き続き行われる運転時に容易に剥離する。   On the other hand, the water jet or water spray does not directly collide with the convex surface 22 of the first stage stationary blade 11, but adheres to the surface as water droplets. Since the hydrophilic film 26 is formed on the surface of the convex surface 22 of the first stage stationary blade 11 as described above, the blade surface and the dust coated with the hydrophilic film by the attached water droplets, as in the normal operation, and dust. A water film is formed between them, and the dust adhering firmly becomes easy to peel off. The dust that has been easily peeled off in this manner is easily peeled off during the water jetting or water spraying or during the subsequent operation.

このように、本発明の炉頂圧回収タービンは、静翼に対するダストの多量付着を未然に防止することができ、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ものである。また、このダストの付着防止により、上述の母材に対する腐食等の諸問題をすべて解決することができる。   As described above, the furnace top pressure recovery turbine of the present invention can prevent a large amount of dust from adhering to the stationary blades, and can continue stable and efficient operation even during long-term continuous operation. It is. Further, by preventing the adhesion of dust, it is possible to solve all the problems such as the corrosion of the base material.

なお、上述の親水性皮膜の形成は、第1段静翼11の母材21上に耐腐食性皮膜25を形成することなく、母材21の表面上に直接形成することもできる。また、第1段静翼11の内部に冷却水を循環させて第1段静翼11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11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11へのダスト付着を防止する炉頂圧回収タービンの発明(例えば、特許文献2参照)を同時に実施すれば、ダスト付着防止効果が一段と高いものとなる。   The hydrophilic film can be formed directly on the surface of the base material 21 without forming the corrosion-resistant film 25 on the base material 21 of the first stage stationary blade 11. In addition, by circulating cooling water inside the first stage stationary blade 11 and water-cooling the first stage stationary blade 11, moisture contained in the blast furnace gas is condensed on the blade surface of the first stage stationary blade 11 and on the blade surface. If the invention of a furnace top pressure recovery turbine that forms water droplets and / or a water film and thereby prevents dust from adhering to the first stage stationary blade 11 (see, for example, Patent Document 2) is performed at the same time, the dust adhesion preventing effect is further enhanced. It will be a thing.

上述の炉頂圧回収タービン発電設備は一例にすぎず、その他、様々な方式の湿式炉頂圧回収タービン設備がある。また、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の静翼に対しても、実施することができることは勿論である。この乾式の炉頂圧回収タービンでは、最終段の静翼の凸面(負圧面)上にダストが付着する傾向があるため、最終段の静翼、特にその凸面(負圧面)上に親水性皮膜の形成するとダスト付着防止に極めて効果的である。乾式の炉頂圧回収タービンによる発電設備については、電力が回収効率のよいため、その設置が今後ますます増加すると予想されることから、本発明によるダスト付着対策を併せて行なうことが有用である。   The above-described furnace top pressure recovery turbine power generation equipment is only an example, and there are various other types of wet furnace top pressure recovery turbine equipment. Of course, it can also be applied to the stationary blades of the furnace top pressure recovery turbine of the dry type furnace top pressure recovery turbine power generation facility. In this dry-type furnace top pressure recovery turbine, dust tends to adhere to the convex surface (negative pressure surface) of the final stage stationary blade, so a hydrophilic film is formed on the final stage stationary blade, particularly the convex surface (negative pressure surface). If formed, it is extremely effective in preventing dust adhesion. For power generation equipment using a dry type furnace top pressure recovery turbine, it is expected that the installation will increase in the future because of the high recovery efficiency of power, so it is useful to take measures against dust adhesion according to the present invention. .

本発明の炉頂圧回収タービンは、必ずしも上述の湿式及び乾式の炉頂圧回収タービンの発電設備に限定して利用されるものではなく、コスト効果的に極めて有利であることから、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。   The furnace top pressure recovery turbine of the present invention is not necessarily limited to the above-described wet and dry furnace top pressure recovery turbine power generation facilities, and is extremely cost effective. It is expected to be widely used for other turbines.

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
21 母材
22 凸面
23 凹面
25 非親水性皮膜
26 耐腐食性皮膜
27 水膜
28 ダスト
101 第1段静翼
102 凸面
103 第1段動翼
105 非親水性皮膜
106 水滴
107 ダスト
θ 所定角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Blast furnace 2 Dust catcher 3 Wet dust collector 4 Inlet closing valve 5 Critical shutoff valve 6 Control valve 7 Generator 8 Bypass main valve 9 Bypass control valve 10 Top pressure recovery turbine 11 First stage stationary blade 12 Second stage stationary blade 13 Third stage blade 15 Variable angle mechanism 16 First stage blade 17 Second stage blade 18 Third stage blade 21 Base material 22 Convex surface 23 Concave surface 25 Non-hydrophilic coating 26 Corrosion resistant coating 27 Water film 28 Dust 101 First stage stationary blade 102 Convex surface 103 First stage blade 105 Non-hydrophilic film 106 Water droplet 107 Dust θ Predetermined angle

Claims (6)

タービン(10)と前記タービンに連結された発電機(7)を備えて高炉(1)から供給される高炉ガスにより回転駆動されて前記発電機により発電を行なう炉頂圧回収タービンにおいて、前記タービンの静翼(11)の表面上に親水性皮膜(26)を形成したことを特徴とする炉頂圧回収タービン。   A furnace top pressure recovery turbine that includes a turbine (10) and a generator (7) connected to the turbine and is rotationally driven by a blast furnace gas supplied from a blast furnace (1) and generates power by the generator. A furnace top pressure recovery turbine characterized in that a hydrophilic film (26) is formed on the surface of a stationary blade (11) of the furnace. 前記炉頂圧回収タービン(10)は、湿式の炉頂圧回収タービン発電設備に配設されるものであり、前記静翼は、第1段の静翼(11)である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。   The furnace top pressure recovery turbine (10) is disposed in a wet furnace top pressure recovery turbine power generation facility, and the stationary blade is a first stage stationary blade (11). The furnace top pressure recovery turbine according to claim 1. 前記炉頂圧回収タービンは、乾式の炉頂圧回収タービン発電設備に配設されるものであり、前記静翼は、最終段の静翼である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。   The furnace according to claim 1, wherein the furnace top pressure recovery turbine is disposed in a dry furnace top pressure recovery turbine power generation facility, and the stationary blade is a final stage stationary blade. Top pressure recovery turbine. 前記静翼(11)の凸面(22)上に前記親水性皮膜(26)を形成した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。   The furnace top pressure recovery turbine according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrophilic coating (26) is formed on the convex surface (22) of the stationary blade (11). 前記静翼(11)の前記親水性皮膜(26)の下に耐腐食性皮膜(25)が形成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の炉頂圧回収タービン。   The top pressure recovery turbine according to any one of claims 1 to 4, wherein a corrosion resistant coating (25) is formed under the hydrophilic coating (26) of the stationary blade (11). . 前記親水性皮膜(26)を塗装法によるコーティング又は焼結法によるコーティングにより形成したことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の炉頂圧回収タービン。   The furnace top pressure recovery turbine according to any one of claims 1 to 5, wherein the hydrophilic film (26) is formed by coating by a painting method or coating by a sintering method.
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