JP2018193998A - Manufacturing method of furnace top pressure recovery turbine, and construction method of furnace top pressure power generation facility - Google Patents
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Abstract
【課題】経時的な発電効率の低下を抑制し、かつ初期発電効率を向上させることができる炉頂圧回収タービンの製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、ローター22と、第1段静翼34、第1段動翼24、第2段静翼36、及び第2段動翼26が高炉ガスフローの上流側からこの順でローター22の周囲に配置されてなる2段の静動翼と、ケーシング32と、を備える炉頂圧回収タービン20の製造方法において、全ての第1段静翼34の表面および全ての第2段静翼36の表面に対して平滑化処理を施す工程を有することを特徴とする。【選択図】図2[Problem] To provide a manufacturing method for a top pressure recovery turbine that can suppress the deterioration of power generation efficiency over time and improve the initial power generation efficiency. [Solution] The present invention is a manufacturing method for a top pressure recovery turbine 20 including a rotor 22, two stages of stationary blades in which a first stage stator vane 34, a first stage moving blade 24, a second stage stator vane 36, and a second stage moving blade 26 are arranged around the rotor 22 in this order from the upstream side of the blast furnace gas flow, and a casing 32, characterized in that it includes a process of performing a smoothing treatment on the surfaces of all of the first stage stator vanes 34 and all of the surfaces of the second stage stator vanes 36. [Selected Figure] Figure 2
Description
本発明は、炉頂圧回収タービンの製造方法及び炉頂圧発電設備の建設方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a furnace top pressure recovery turbine and a method for constructing a furnace top pressure power generation facility.
高炉プラントでは、高炉から排出される高温・高圧の高炉ガスが持つ圧力エネルギー及び運動エネルギーを炉頂圧発電設備によって電力として回収することで、製鉄所内の各工場への電力の供給を行っている。具体的には、炉頂圧発電設備は、静翼及び動翼(以下、「静動翼」とも称する)並びにローターを有する炉頂圧回収タービンと発電機とから構成されている。高炉に接続された炉頂圧回収タービンに高炉ガスが導入されると、高炉ガスが静翼により整流され、その後、高炉ガスの圧力エネルギー及び運動エネルギーが動翼により回転エネルギーに変換され、ローターが回転する。そして、ローターに連結された発電機の回転軸が回転することにより電力が得られる。 At the blast furnace plant, the pressure energy and kinetic energy of the high-temperature and high-pressure blast furnace gas discharged from the blast furnace are recovered as electric power by the furnace top pressure power generation facility, thereby supplying electric power to each factory in the ironworks. . Specifically, the furnace top pressure power generation facility includes a stationary blade and a moving blade (hereinafter also referred to as “static blade”), a furnace top pressure recovery turbine having a rotor, and a generator. When blast furnace gas is introduced into the furnace top pressure recovery turbine connected to the blast furnace, the blast furnace gas is rectified by the stationary blades, and then the pressure energy and kinetic energy of the blast furnace gas are converted into rotational energy by the moving blades, and the rotor is Rotate. And electric power is obtained when the rotating shaft of the generator connected with the rotor rotates.
ここで、高炉から排出される高炉ガスには大量のダストが含まれている。このダストは、高炉プラントに設置されているダスト除去設備によりある程度除去されるものの、炉頂圧回収タービンの入口ダクトにおける高炉ガス中には10.0mg/Nm3(dry)程度のダストが除去されずに残存している。ここで、ダスト雰囲気下で稼働する設備としては、炉頂圧回収タービンの他にガスタービンやガス圧縮機などがあり、これらの設備におけるダスト濃度は1.0mg/Nm3(dry)程度である。そのため、炉頂圧回収タービンは、ガスタービンやガス圧縮機に比べて、非常に高濃度のダスト雰囲気下で稼働するので、高炉ガス中に残存しているダストが静翼の表面に顕著に付着する。このダストの付着に対して、例えば炉頂圧発電設備の稼働中に静翼に対して水噴射等を行って、静翼の表面に付着したダストを除去する試みがなされている。しかしながら、静翼に対して水噴射を行っても、高炉ガスの流れは極めて高速であるので、静翼の表面のうち負圧面に水を衝突させることができないと共に、全ての静翼に水を均一に噴射することができず、静翼の表面に付着したダストを十分に除去しきれない。このように静翼の表面にダストが付着していると、炉頂圧発電設備を長期的に安定かつ効率よく稼働できないという問題が生じる。これらのタービン以外にも蒸気タービンがある。蒸気タービンは、その上流側のフローにおいて汽水分離装置を有しており、タービンの作動流体である蒸気中のクロールやシリカ等の粒子は、この汽水分離装置において除去される。そのため、蒸気タービンでは、粒子の付着に伴う発電効率の低下はさほど問題とならない。蒸気タービンでの問題は、タービン出口側が乾湿交播域となり蒸気の湿り度が高く、水滴によるエロージョンにより動静翼が浸食されて減肉すると、発電効率が低下することである。そのため、蒸気タービンにおいては、ステライトレーザー溶接等の既存の技術を適用することで動静翼の浸食部分を肉盛したり、あるいは動静翼を頻繁に交換したりして、エロージョンに伴う発電効率の低下の抑制を図っている。一方で、炉頂圧回収タービンにおいては、発電効率に対するエロージョンの影響は極めて小さく、ダスト付着の影響が支配的となるので、蒸気タービンほど頻繁には動静翼の交換が行われず、動静翼に対する定期的なダスト除去により、発電効率の低下の抑制を図っている。 Here, a large amount of dust is contained in the blast furnace gas discharged from the blast furnace. Although this dust is removed to some extent by the dust removal equipment installed in the blast furnace plant, about 10.0 mg / Nm 3 (dry) of dust is not removed in the blast furnace gas at the inlet duct of the furnace top pressure recovery turbine. Remains. Here, as equipment operating in a dust atmosphere, there are a gas turbine and a gas compressor in addition to the furnace top pressure recovery turbine, and the dust concentration in these equipment is about 1.0 mg / Nm 3 (dry). Therefore, the furnace top pressure recovery turbine operates in a dust atmosphere with a very high concentration compared to gas turbines and gas compressors, so the dust remaining in the blast furnace gas is significantly attached to the surface of the stationary blades. To do. For example, attempts have been made to remove dust adhering to the surface of the stationary blade by performing water injection or the like on the stationary blade during the operation of the furnace top pressure power generation facility. However, even if water injection is performed on the stationary blades, the flow of blast furnace gas is extremely high, so that water cannot collide with the suction surface of the stationary blade surface, and water is applied to all stationary blades. It cannot be sprayed uniformly, and the dust adhering to the surface of the stationary blade cannot be removed sufficiently. Thus, when dust adheres to the surface of the stationary blade, there arises a problem that the furnace top pressure power generation facility cannot be stably and efficiently operated for a long time. There are steam turbines besides these turbines. The steam turbine has a brackish water separator in the upstream flow, and particles such as crawl and silica in the steam that are the working fluid of the turbine are removed in the brackish water separator. Therefore, in the steam turbine, a decrease in power generation efficiency due to the adhesion of particles does not matter so much. The problem with the steam turbine is that the turbine outlet becomes a wet and dry sown area and the steam is highly wet, and if the moving blades and blades are eroded by erosion caused by water droplets and the thickness is reduced, the power generation efficiency decreases. Therefore, in steam turbines, by applying existing technology such as stellite laser welding, the erosion part of the moving and stationary blades is built up, or the moving blade and stationary blades are frequently replaced, resulting in a decrease in power generation efficiency due to erosion. We are trying to suppress this. On the other hand, in the furnace top pressure recovery turbine, the effect of erosion on the power generation efficiency is extremely small, and the influence of dust adhesion is dominant. The reduction of power generation efficiency is suppressed by efficient dust removal.
炉頂圧回収タービンにおいて、ダスト付着に伴う発電効率の低下を抑制するために、特許文献1には以下の技術が記載されている。すなわち、炉頂圧回収タービンは、一般に複数段の静動翼が交互に配置される構造を有しているが、ダストが特に付着するのは第1段静翼であるので、第1段静翼の表面に親水性皮膜を形成する。これによって、第1段静翼の表面にダストが付着しても、水噴射等の水滴によって親水性皮膜とダストとの間には水膜が形成されるので、このダストは第1段静翼の自己洗浄機能によって容易に剥離される。その結果、炉頂圧発電設備を長期間にわたって安定的かつ効率的に連続運転することができる。 In the furnace top pressure recovery turbine, Patent Document 1 describes the following technology in order to suppress a decrease in power generation efficiency due to dust adhesion. That is, the furnace top pressure recovery turbine generally has a structure in which a plurality of stages of stationary blades are alternately arranged. However, since dust is particularly attached to the first stage stationary blades, the surface of the first stage stationary blades. Form a hydrophilic film. As a result, even if dust adheres to the surface of the first stage stationary blade, a water film is formed between the hydrophilic film and the dust by water droplets such as water jet, so this dust is self-cleaning function of the first stage stationary blade. Is easily peeled off. As a result, the furnace top pressure power generation facility can be continuously operated stably and efficiently over a long period of time.
近年、鉄鋼の生産量が低下しており、鉄鋼を生産する際に副生される高炉ガスの量も減少している。そのため、高炉ガスを使用する炉頂圧発電設備での発電量も減少し、製鉄所内の各工場が必要とする電力を確保することができないという事態が発生する場合がある。このような事態が発生すると外部電力を購入する必要があり、鉄鋼の生産コストの増大につながる。かかる状況下で、従来のようにダスト付着の抑制に着目して炉頂圧発電設備を長期間にわたって安定的かつ効率的に連続運転し、経時的な発電効率の低下を抑制するだけでは、製鉄所内の各工場が必要とする電力を十分に確保することができない。そのため、初期発電効率そのものを向上させる必要がある。 In recent years, the production amount of steel has decreased, and the amount of blast furnace gas produced as a by-product when producing steel has also decreased. For this reason, the amount of power generated by the furnace top pressure power generation facility using blast furnace gas is also reduced, and there may be a situation in which the power required by each factory in the steel works cannot be secured. When such a situation occurs, it is necessary to purchase external power, which leads to an increase in steel production costs. Under such circumstances, it is necessary to focus on the suppression of dust adhesion as in the past, and to operate the furnace top pressure power generation equipment continuously and stably over a long period of time, and to suppress the decrease in power generation efficiency over time. The power required by each factory in the plant cannot be secured sufficiently. Therefore, it is necessary to improve the initial power generation efficiency itself.
そこで本発明は、上記課題に鑑み、経時的な発電効率の低下を抑制し、かつ初期発電効率を向上させることができる炉頂圧回収タービンの製造方法、及び当該炉頂圧回収タービンの製造方法を用いた炉頂圧発電設備の建設方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a method for manufacturing a furnace top pressure recovery turbine capable of suppressing a decrease in power generation efficiency over time and improving initial power generation efficiency, and a method for manufacturing the furnace top pressure recovery turbine. An object is to provide a method for constructing a furnace top pressure power generation facility using the above.
本発明者らは、上記課題を解決すべく炉頂圧回収タービン内の高炉ガスについて流体解析を行った結果、以下の知見を得た。すなわち、炉頂圧回収タービンには、複数段の静動翼が設けられ、各段の静動翼はそれぞれ複数の翼から構成されているが、全ての第1段静翼の表面に対して平滑化処理を施すと経時的な発電効率の低下を抑制することができることがわかった。さらに、全ての第1段静翼の表面だけではなく全ての第2段静翼の表面に対しても平滑化処理を施すと、経時的な発電効率の低下を抑制するだけではなく、初期発電効率もさらに向上させることができることがわかった。 As a result of conducting fluid analysis on the blast furnace gas in the furnace top pressure recovery turbine to solve the above-mentioned problems, the present inventors have obtained the following knowledge. In other words, the furnace top pressure recovery turbine is provided with a plurality of stages of stationary blades, and each stage of the stationary blades is composed of a plurality of blades, but smoothes the surfaces of all the first stage stationary blades. It has been found that when the treatment is performed, a decrease in power generation efficiency over time can be suppressed. Furthermore, smoothing not only the surface of all first stage stator blades but also the surface of all second stage stator blades not only suppresses the decline in power generation efficiency over time, but also improves the initial power generation efficiency. I found out that
本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
(1)ローターと、
前記ローターの外周面に設けられ、かつ前記ローターの周方向に複数配置された第1段動翼と、
前記ローターの外周面の前記第1段動翼の後段側に設けられ、かつ前記ローターの周方向に複数配置された第2段動翼と、
前記ローター、前記第1段動翼、及び前記第2段動翼を収容するケーシングと、
前記ケーシングの内周面の前記第1段動翼の前段側に設けられ、かつ前記ケーシングの周方向に複数配置された第1段静翼と、
前記ケーシングの内周面の前記第1段動翼の後段側かつ前記第2段動翼の前段側に設けられ、かつ前記ケーシングの周方向に複数配置された第2段静翼と、
を備える炉頂圧回収タービンの製造方法において、
全ての前記第1段静翼の表面および全ての前記第2段静翼の表面に対して平滑化処理を施す工程を有することを特徴とする炉頂圧回収タービンの製造方法。
The present invention has been completed based on the above findings, and the gist of the present invention is as follows.
(1) With the rotor
A first stage blade provided on the outer circumferential surface of the rotor and arranged in a plurality in the circumferential direction of the rotor;
A second stage rotor blade provided on the rear stage side of the first stage rotor blade on the outer peripheral surface of the rotor, and a plurality of second stage rotor blades arranged in the circumferential direction of the rotor;
A casing that houses the rotor, the first stage blade, and the second stage blade;
A first stage stationary blade provided on a front stage side of the first stage moving blade on the inner peripheral surface of the casing, and a plurality of first stage stationary blades disposed in a circumferential direction of the casing;
A second stage stationary blade provided on the rear stage side of the first stage rotor blade on the inner peripheral surface of the casing and the front stage side of the second stage rotor blade, and a plurality of second stage stator blades arranged in the circumferential direction of the casing;
In a method for manufacturing a furnace top pressure recovery turbine comprising:
A method for producing a furnace top pressure recovery turbine, comprising a step of performing a smoothing process on the surfaces of all the first stage stationary blades and all the second stage stationary blades.
(2)前記第1段動翼および前記第2段動翼の剪断応力の平均値が、前記平滑化処理を施さない場合の前記第1段動翼および前記第2段動翼の剪断応力の平均値の1.01倍以上である、上記(1)に記載の炉頂圧回収タービンの製造方法。 (2) The average value of the shear stress of the first stage rotor blade and the second stage rotor blade is the shear stress of the first stage rotor blade and the second stage rotor blade when the smoothing treatment is not performed. The method for manufacturing a furnace top pressure recovery turbine according to (1), which is 1.01 times or more of an average value.
(3)全ての前記第1段動翼の表面および全ての前記第2段動翼の表面に対して平滑化処理を施す工程をさらに有する、上記(1)または(2)に記載の炉頂圧回収タービンの製造方法。 (3) The top of the furnace according to (1) or (2), further including a step of performing a smoothing process on the surfaces of all the first stage blades and the surfaces of all the second stage blades. A method of manufacturing a pressure recovery turbine.
(4)前記平滑化処理は、コーティングによって皮膜を形成する処理とする、上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの製造方法。 (4) The method for manufacturing a furnace top pressure recovery turbine according to any one of (1) to (3), wherein the smoothing process is a process of forming a film by coating.
(5)上記(1)〜(4)のいずれか一つに記載の炉頂圧回収タービンの製造方法により炉頂圧回収タービンを製造し、
前記炉頂圧回収タービンを発電機に連結し、
前記炉頂圧回収タービンを高炉ガスの供給配管に接続することを特徴とする炉頂圧発電設備の建設方法。
(5) A furnace top pressure recovery turbine is manufactured by the method for manufacturing a furnace top pressure recovery turbine according to any one of (1) to (4) above,
Connecting the furnace top pressure recovery turbine to a generator;
A method for constructing a furnace top pressure power generation facility, wherein the furnace top pressure recovery turbine is connected to a supply pipe for blast furnace gas.
本発明によれば、経時的な発電効率の低下を抑制し、かつ初期発電効率を向上させることができる炉頂圧回収タービン及び当該炉頂圧回収タービンを備える炉頂圧発電設備を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a furnace top pressure recovery turbine capable of suppressing a decrease in power generation efficiency over time and improving initial power generation efficiency, and a furnace top pressure power generation facility including the furnace top pressure recovery turbine. it can.
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。まず、図1及び図2を参照して、高炉プラントにおける各設備及び当該高炉プラントでの発電方法の一例を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, with reference to FIG.1 and FIG.2, each equipment in a blast furnace plant and an example of the electric power generation method in the said blast furnace plant are demonstrated.
まず、図1を参照して、高炉プラントには、高炉2から排出された高炉ガスを、ダストキャッチャ4、散水除塵装置6、及びセプタム弁8をこの順に介して製鉄所内の各工場(不図示)に送る第1の排出配管10と、散水除塵装置6の下流かつセプタム弁8の上流にて第1の排出配管10から分岐し、散水除塵装置6を通過した高炉ガスの一部を第1のゴッグル弁12、危急遮断弁14、及び調整弁16をこの順に介して、炉頂圧回収タービン20に供給する供給配管18と、炉頂圧回収タービン20から排出される高炉ガスを第2のゴッグル弁42を介して製鉄所内の各工場に送る第2の排出配管44と、が設置されている。また、炉頂圧回収タービン20は発電機40に接続されており、炉頂圧回収タービン20と発電機40とで炉頂圧発電設備100が構成される。ダストキャッチャ4は、高炉ガスの流れを変えることにより高炉ガス中の粗いダストを除去する。散水除塵装置6は、高炉ガスに水を噴きかけることにより高炉ガス中の細かいダストを除去する。セプタム弁8は、第1の排出配管10に設けられ、高炉2の炉頂圧を制御する。第1のゴッグル弁12は、供給配管18に設けられ、炉頂圧発電設備100の稼働に伴い全開し、停止に伴い全閉する。危急遮断弁14は、供給配管18の第1のゴッグル弁12の下流に設けられ、炉頂圧発電設備100の稼働時に全開しており、異常時に全閉する。調整弁16は、供給配管18の応急遮断弁14の下流に設けられ、炉頂圧回収タービン20に供給される高炉ガスの流量および圧力を調整する。第2のゴッグル弁42は、第2の排出配管44に設けられ、炉頂圧発電設備100の稼働に伴い全開し、停止に伴い全閉する。
First, referring to FIG. 1, a blast furnace plant contains blast furnace gas discharged from a blast furnace 2 through a dust catcher 4, a sprinkling dust remover 6, and a septum valve 8 in this order in each factory (not shown). ) And a part of the blast furnace gas branched from the
次に、上記高炉プラントにおける炉頂圧発電設備100を説明する。上述したとおり、炉頂圧発電設備100は、炉頂圧回収タービン20と発電機40から構成される。図2も参照して、炉頂圧回収タービン20は、ローター22と、第1段動翼24と、第2段動翼26と、第1段静翼34と、第2段静翼36と、ケーシング32と、から構成される。第1段動翼24は、ローター22の外周面に設けられ、かつローター22の周方向に複数配置される。第1段動翼24は、ローター22の周方向に等間隔に配置することが好ましい。第2段動翼26は、ローター22の外周面の第1段動翼24の後段側に設けられ、かつローター22の周方向に複数配置される。第2段動翼26は、ローター22の周方向に等間隔に配置することが好ましい。また、第1段動翼24と第2段動翼26の数は同数とすることが好ましい。ケーシング32は、ローター22、第1段動翼24、及び第2段動翼26を収容する。第1段静翼34は、ケーシング32の内周面の第1段動翼24の前段側に設けられ、かつケーシング32の周方向に複数配置される。第1段静翼34は、ケーシング32の周方向に等間隔に配置することが好ましい。第2段静翼36は、ケーシング32の内周面の第1段動翼24の後段側かつ第2段動翼26の前段側に設けられ、かつケーシング32の周方向に複数配置される。第2段静翼36は、ケーシング32の周方向に等間隔に配置することが好ましい。ここで、炉頂圧回収タービン20の前段側には、図2に示すように入口ダクト38が設けられており、入口ダクト38には図1に示すように供給配管18が接続される。また、炉頂圧回収タービン20の後段側の端部は、高炉ガスの出口ダクト(不図示)となっており、出口ダクトには図1に示すように第2の排出配管44が接続される。また、ローター22の端部のうち前段側の部分は、発電機40が備える回転軸(不図示)に同軸となるように連結される。
Next, the furnace top pressure
次に、図1及び図2を参照して、このような高炉プラントでの発電方法の一例を説明する。 Next, with reference to FIG.1 and FIG.2, an example of the electric power generation method in such a blast furnace plant is demonstrated.
図1を参照して、高炉2から排出された高炉ガスは、ダストキャッチャ4及び散水除塵装置6を通過することで、高炉ガス中のダストがある程度除去される。その後、高炉ガスの一部は、供給配管18を通過して、図2に示す入口ダクト38より炉頂圧回収タービン20に流入する。ここで、炉頂圧回収タービン20に流入する際の高炉ガスは、圧力が200〜250kPa、温度が55〜70℃となっており、この圧力と温度に相当する圧力エネルギー及び運動エネルギーを有している。図2も参照して、流入した高炉ガスは、第1段静翼34により整流された後に、第1段動翼24の表面に衝突する。この時、高炉ガスの圧力エネルギー及び運動エネルギーの一部がローター22の回転エネルギーに変換される。その後、高炉ガスは、第2段静翼36により整流された後に、第2段動翼26の表面に衝突する。この時、高炉ガスの圧力エネルギー及び運動エネルギーのさらに一部がローター22の回転エネルギーに変換される。そして、このように2段階で変換された回転エネルギーによってローター22が回転すると、ローター22と同軸となるように接続された発電機40の回転軸が回転し発電が行われる。このようにして、高炉プラントでは、高炉ガスの圧力エネルギー及び運動エネルギーを電力として回収する。なお、高炉ガスは、第2段動翼26の表面に衝突した後、出口ダクトから炉頂圧回収タービン20の外に排出され、第2の排出配管44を通って製鉄所内の各工場に送られ、燃料として使用される。出口ダクトにおける高炉ガスは、圧力が8〜10kPa、温度が20〜30℃となっている。
Referring to FIG. 1, the blast furnace gas discharged from blast furnace 2 passes through dust catcher 4 and sprinkling dust removing device 6, whereby dust in the blast furnace gas is removed to some extent. Thereafter, a part of the blast furnace gas passes through the
(炉頂圧回収タービンの製造方法の第1の実施形態)
図2及び図3を適宜参照して、本発明の第1の実施形態による炉頂圧回収タービン20の製造方法を説明する。
(First Embodiment of Manufacturing Method of Furnace Top Pressure Recovery Turbine)
With reference to FIG.2 and FIG.3 suitably, the manufacturing method of the furnace top
まず、図2を参照して、ローター22、複数の第1段動翼24、及び複数の第2段動翼26を準備する。その後、ローター22の外周面に、その周方向に沿ってこれらの第1段動翼24を装着する。さらに、ローター22の外周面のうち第1段動翼24の後段側に、その周方向に沿ってこれらの第2段動翼26を装着する。ここで、ローター22、第1段動翼24、及び第2段動翼26の形状および素材は特に限定されず、任意または公知の炉頂圧回収タービンにおけるローターや動翼の形状および素材とすることができる。また、第1段動翼24および第2段動翼26の数は特に限定されず、同数とすることが好ましい。また、各第1段動翼24および各第2段動翼26は、ローター22の外周面の周方向に沿って等間隔に配置することが好ましい。また、装着の方法も特に限定されず、例えばボルト等を用いて行うことができる。
First, referring to FIG. 2, a
次に、図2を参照して、複数の第1段静翼34および複数の第2段静翼36を準備する。その後、全ての第1段静翼34の表面および全ての第2段静翼36の表面に対して平滑化処理を施す。ここで、各第1段静翼34および各第2段静翼36の形状は、特に限定されず、任意または公知の炉頂圧回収タービンにおける静翼の形状とすることができる。また、第1段静翼34および第2段静翼36は、それぞれ凹面と凸面とから構成される表面を有しており(不図示)、本実施形態では、凹面と凸面の両方、すなわち表面全体に対して平滑化処理を施す。なお、本明細書における「平滑化処理」とは、平滑化処理後の被処理材の表面の摩擦係数を、平滑化処理前の被処理材の表面の摩擦係数よりも低減させることができる処理を意味する。本発明の特徴的部分は、上記平滑化処理を施す工程であり、その技術的意義については後述する。以下では、本実施形態における平滑化処理の方法を説明する。
Next, referring to FIG. 2, a plurality of first stage
本実施形態における第1段静翼34および第2段静翼36の基材は、ともにステンレス鋼(SUS630)であり、この基材の表面にDLC(Diamond-like Carbon)コーティングを施すことによって平滑化処理を行う。ここで、DLCとは、ダイヤモンドと黒鉛の中間に位置する材料である。DLCコーティングを施すと、基材の表面よりも摩擦係数が小さく、高い平滑性を有する皮膜が形成される。皮膜の厚さは3.0μm以上5.0μm以下とすることが好ましい。3.0μm以上であれば、十分な皮膜の耐久性が得られ、5.0μm以下であれば、皮膜にひび割れが発生するおそれがないからである。また、皮膜の表面の摩擦係数は、高い平滑性を得る観点から小さいほど好ましく、ボールオンディスク試験(Al2O3製のボールを荷重10Nで被験面に押下し、摺動させる)において0.9未満とすることが好ましい。なお、本発明における第1段静翼34および第2段静翼36の基材は、高硬度のマルテンサイト系ステンレス鋼であれば特に限定されず、SUS630の他に例えばSUS410等のステンレス鋼を好適に用いることができる。
The base materials of the first stage
以下では、第1段静翼34および第2段静翼36の各基材の表面にDLCコーティングを施す具体的な方法を説明する。本実施形態では、プラズマCVD(PCVD:plasma-enhanced chemical vapor deposition)法を用いる。PCVD法では、チャンバーと、チャンバー内の固定台と、パルス電圧印加装置と、ガス導入口と、真空装置と、を有するPCVD装置を用いて以下のようにしてDLCコーティングを形成する。まず、固定台に基材を固定する。次に、真空装置によりチャンバー内の空気を排出した後に、C2H2やCH4等の原料ガスをガス導入口からチャンバー内に導入する。次に、パルス電圧印加装置によって固定台および基材にパルス状の負電圧を印加する。これによって、原料ガスのプラズマを生成するとともに、生成したプラズマ中の炭素を含む正イオンが負に帯電した基材に誘引され、基材の表面にDLCコーティングが形成される。なお、本発明のコーティング方法は、PCVD法に限定されず、公知のイオン化蒸着法やスパッタリング法を用いてもよい。
In the following, a specific method for applying DLC coating to the surface of each substrate of the first stage
次に、図2及び図3に示す第1のケーシング部材28及び第2のケーシング部材30を準備する。なお、詳細は後述するが、本実施形態におけるケーシング32は、第1のケーシング部材28と第2のケーシング部材30から構成される。次に、平滑化処理した全ての第1段静翼34のうち半数の翼を、第1のケーシング部材28の内周面に、その周方向に沿って装着する。この時、各翼を第1のケーシング部材28の周方向に沿って等間隔に配置することが好ましい。一方、第1段静翼34のうち残りの半数の翼を第2のケーシング部材30の内周面に、その周方向に沿って装着する。この時、各翼を第2のケーシング部材30の周方向に沿って等間隔に配置することが好ましい。また、平滑化処理した全ての第2段静翼36のうち半数の翼を、第1のケーシング部材28の内周面のうち第1段静翼34の装着位置から高炉ガスフローの下流側に、その周方向に沿って装着する。一方、第2段静翼36のうち残りの半数の翼を第2のケーシング部材30の内周面のうち第1段静翼34の装着位置から高炉ガスフローの下流側に、その周方向に沿って装着する。第1段静翼34および第2段静翼36の装着の方法は特に限定されず、例えばボルト等を用いて行うことができる。
Next, the
次に、図3を参照して、第1のケーシング部材28に装着した第1段静翼34と第2のケーシング部材30に装着した第1段静翼34とが対向し、第1のケーシング部材28に装着した第2段静翼36と第2のケーシング部材30に装着した第2段静翼36とが対向するように、第1のケーシング部材28と第2のケーシング部材30とを結合してケーシング32を構成する。これによりローター22、第1段動翼24、及び第2段動翼26がケーシング32によって収容され、炉頂圧回収タービン20が得られる。なお、結合の方法については特に限定されず、例えばボルト等を用いることができる。
Next, referring to FIG. 3, the first stage
以下では、全ての第1段静翼の表面および全ての第2段静翼の表面に対して平滑化処理を行うことの技術的意義を作用効果とともに説明する。 Below, the technical significance of performing the smoothing process on the surfaces of all the first stage stationary blades and the surfaces of all the second stage stationary blades will be described together with the effects.
経時的な発電効率の低下は、第1段静翼34を通過する際の高炉ガスフローの乱れを低減させることにより抑制される。すなわち、第1段静翼34の表面に施した平滑化処理によりその表面が平滑化されると、ダストが第1段静翼34の表面に付着しにくくなるので、第1段静翼34を通過する際の高炉ガスフローの乱れが低減する。そのため、経時的な発電効率の低下を抑制することができる。この高炉ガスフローの乱れの低減は、そもそもダストの付着量がごく少量の第2段静翼36においてはほとんど生じない現象である。
A decrease in power generation efficiency over time is suppressed by reducing turbulence in the blast furnace gas flow when passing through the first stage
一方で、初期発電効率は、高炉ガスと静翼の表面との摩擦によって生じるエネルギー損を低減させることにより向上する。すなわち、高炉ガスは静翼によって整流されるが、整流時には高炉ガスと静翼の表面との間の摩擦によりエネルギー損が生じるので、高炉ガスが本来持つ運動エネルギー及び圧力エネルギーが減少してしまう。これに対して、静翼の表面に対して平滑化処理を施すと、その表面の摩擦係数が静翼の基材の摩擦係数に比べて減少するので、整流時に生じる摩擦が抑制される。すると、整流時における静翼でのエネルギー損が低減するので、高炉ガスの圧力エネルギー及び運動エネルギーの減少が抑制される。そのため、高炉ガスは、静翼に衝突する前の圧力エネルギー及び運動エネルギーに近い状態で、その静翼と同じ段の動翼に衝突することができるので、その動翼における剪断応力を増加させることができる。ここで、動翼における剪断応力は、動翼が装着されたローターの回転エネルギーと密接に関連しており、剪断応力が増加するとローターの回転エネルギーも増加する。つまり、動翼における剪断応力の増加はローターの回転エネルギーの増加に繋がり、結果として初期発電効率が向上する。このエネルギー損の低減は、第1段静翼および第2段静翼の両方において生じる現象である。初期発電効率をさらに向上させる観点から、第1段動翼24および第2段動翼26の剪断応力の平均値を、全ての第1段静翼34の表面および全ての第2段静翼36の表面に対して平滑化処理を施していない場合における第1段動翼24および第2段動翼26の剪断応力の平均値の1.01倍以上とすることが好ましい。なお、詳細は後述するが、本明細書における「剪断応力の平均値」とは、乱流に対する一般的な数値解析法を用いて、炉頂圧回収タービンにおける高炉ガスフローを解析することで得られる第1段動翼および第2段動翼の剪断応力の平均値を意味する。
On the other hand, the initial power generation efficiency is improved by reducing energy loss caused by friction between the blast furnace gas and the surface of the stationary blade. That is, although the blast furnace gas is rectified by the stationary blade, energy loss occurs due to friction between the blast furnace gas and the surface of the stationary blade at the time of rectification, so that the kinetic energy and pressure energy inherent in the blast furnace gas are reduced. On the other hand, when the surface of the stationary blade is smoothed, the friction coefficient of the surface is reduced as compared with the friction coefficient of the stationary blade base material, so that the friction generated during rectification is suppressed. Then, since the energy loss in the stationary blade at the time of rectification is reduced, the decrease in pressure energy and kinetic energy of the blast furnace gas is suppressed. Therefore, the blast furnace gas can collide with the moving blade at the same stage as the stationary blade in a state close to the pressure energy and kinetic energy before colliding with the stationary blade, so that the shear stress in the moving blade is increased. Can do. Here, the shear stress in the rotor blade is closely related to the rotational energy of the rotor on which the rotor blade is mounted. When the shear stress increases, the rotational energy of the rotor also increases. That is, an increase in shear stress in the rotor blade leads to an increase in the rotational energy of the rotor, resulting in an improvement in initial power generation efficiency. This reduction in energy loss is a phenomenon that occurs in both the first stage stator blade and the second stage stator blade. From the viewpoint of further improving the initial power generation efficiency, the average value of the shear stress of the
(炉頂圧回収タービンの製造方法の第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態では、全ての第1段動翼の表面および全ての第2段動翼の表面についても平滑化処理を施す以外は、第1の実施形態と同様である。ここで、第2の実施形態において、当該平滑化処理を行う段階は、ローターに第1段動翼および第2段動翼を装着する前に行うことが好ましいが、特に限定されない。また、平滑化処理の方法は、第1の実施形態における説明を援用する。以下では、第1段動翼および第2段動翼に対しても平滑化処理を施す技術的意義を作用効果とともに説明する。
(Second Embodiment of Manufacturing Method of Furnace Top Pressure Recovery Turbine)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is the same as the first embodiment except that the surfaces of all the first stage rotor blades and all the second stage rotor blades are subjected to the smoothing process. Here, in the second embodiment, the step of performing the smoothing process is preferably performed before mounting the first stage moving blade and the second stage moving blade on the rotor, but is not particularly limited. Moreover, the description in 1st Embodiment is used for the method of a smoothing process. In the following, the technical significance of performing the smoothing process on the first stage blade and the second stage blade will be described together with the effects.
動翼では、動翼に衝突する高炉ガスの圧力エネルギー及び運動エネルギーを回転エネルギーに変換している。しかしながら、高炉ガスが動翼に衝突すると、高炉ガスと動翼の表面との間の摩擦によりエネルギー損が生じるので、高炉ガスの圧力エネルギー及び運動エネルギーを効率よく回転エネルギーに変換することができない。これに対して、動翼の表面に対して平滑化処理を施すと、平滑化処理後の動翼の表面の摩擦係数が平滑化処理前の動翼の表面の摩擦係数に比べて減少するので、高炉ガスの圧力エネルギー及び運動エネルギーを回転エネルギーに変換する時の摩擦が低減する。すると、上記エネルギー損が減少するので、高炉ガスの圧力エネルギー及び運動エネルギーを効率よく回転エネルギーに変換することができる。これによって、初期発電効率をさらに向上させることができる。このエネルギー損の低減は、第1段動翼および第2段動翼の両方において生じる現象である。 In the moving blade, the pressure energy and kinetic energy of the blast furnace gas colliding with the moving blade are converted into rotational energy. However, when the blast furnace gas collides with the moving blade, energy loss occurs due to friction between the blast furnace gas and the surface of the moving blade, so that the pressure energy and kinetic energy of the blast furnace gas cannot be efficiently converted into rotational energy. In contrast, when the smoothing process is performed on the surface of the moving blade, the friction coefficient of the surface of the moving blade after the smoothing process is reduced compared to the friction coefficient of the surface of the moving blade before the smoothing process. Friction when converting pressure energy and kinetic energy of blast furnace gas into rotational energy is reduced. Then, since the said energy loss reduces, the pressure energy and kinetic energy of blast furnace gas can be efficiently converted into rotational energy. Thereby, the initial power generation efficiency can be further improved. This reduction in energy loss is a phenomenon that occurs in both the first stage blade and the second stage blade.
以上、本発明の第1及び第2の実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、例えば以下のような変更を適宜行ってもよい。 Although the first and second embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and for example, the following modifications may be made as appropriate.
第1及び第2の実施形態では、平滑化処理の方法としてDLCコーティングによって皮膜を形成する方法を説明したが、本発明における平滑化処理の方法はこれに限定されない。すなわち、平滑化処理後の静動翼の表面の摩擦係数を平滑化処理前の静動翼の表面の摩擦係数よりも低減させることができる処理であれば、機械的方法による平滑化処理であってもよい。この場合、静動翼の表面に対してグラインダー処理を施すことにより平滑化処理を行う。平滑化処理後の表面の摩擦係数を既述のボールオンディスク試験において0.9未満とすることが好ましい。 In the first and second embodiments, the method of forming a film by DLC coating has been described as the smoothing method, but the smoothing method in the present invention is not limited to this. In other words, if the process can reduce the friction coefficient of the surface of the stationary blade after the smoothing process to be lower than the friction coefficient of the surface of the stationary blade before the smoothing process, the smoothing process is performed by a mechanical method. May be. In this case, a smoothing process is performed by applying a grinder process to the surface of the stationary blade. It is preferable that the friction coefficient of the surface after the smoothing treatment is less than 0.9 in the above-described ball-on-disk test.
また、第1及び第2の実施形態では、2段の静動翼を備える炉頂圧回収タービンの例を示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明の炉頂圧回収タービンは、3段以上の静動翼を備えてもよく、これらの静動翼に対して平滑化処理を行ってもよい。 In the first and second embodiments, an example of a furnace top pressure recovery turbine including two stages of stationary blades is shown, but the present invention is not limited to this. That is, the furnace top pressure recovery turbine of the present invention may include three or more stages of stationary blades and may perform a smoothing process on these stationary blades.
(炉頂圧発電設備の建設方法)
次に、図1を参照して、本発明の炉頂圧発電設備100の建設方法の一実施形態を説明する。なお、本実施形態では、図2に示す炉頂圧回収タービン20を用いた場合を例として説明する。
(Construction method for top pressure power generation equipment)
Next, with reference to FIG. 1, one Embodiment of the construction method of the furnace top pressure
本実施形態では、上述した方法により炉頂圧回収タービン20を製造し、炉頂圧回収タービン20のローター22を発電機40の回転軸(不図示)と同軸になるように連結し、炉頂圧回収タービン20の入口ダクト38を高炉ガスの供給配管18に接続する。なお、発電機40は、公知または任意のものを用いればよい。このようにして、図1に示す高炉プラント内に炉頂圧発電設備100を建設することができる。なお、図1に示す高炉プラントのうち上記以外の各設備の建設方法については、任意または公知の方法により行うことができ、また各設備の詳細については既述の説明を援用する。
In the present embodiment, the furnace top
本実施形態の炉頂圧発電設備100の建設方法によれば、経時的な発電効率の低下を抑制し、かつ初期発電効率を向上させることができる炉頂圧発電設備を得ることができる。
According to the construction method of the furnace top pressure
以上、本発明の炉頂圧発電設備100の建設方法の一実施形態を、炉頂圧回収タービン20を用いた場合を例として説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲内において種々変更可能である。
As mentioned above, although one Embodiment of the construction method of the furnace top pressure
(炉頂圧発電設備のメンテナンス方法)
炉頂圧発電設備100を長期間にわたって連続運転すると、炉頂圧回収タービン20の第1,2段静翼34,36の表面は、非常に高濃度のダストを含む高炉ガスとの接触によって次第に平滑ではなくなる。例えば、第1,2段静翼34,36が基材の表面にDLCコーティングを被覆してなるものである場合、DLCコーティングの一部が基材から剥離する。これに起因して、発電効率が低下し、十分な電力を確保することができなくなる。そのため、通常、定期的に炉頂圧発電設備100のメンテナンスを行う。以下では、図1,2を参照して、炉頂圧発電設備100のメンテナンス方法を説明する。
(Maintenance method of furnace top pressure power generation equipment)
When the furnace top pressure
最初に、炉頂圧回収タービン20のローター22を発電機40の回転軸(不図示)から分離する。次に、第1のケーシング部材28を取り外す。これにより、ローター22、第1段動翼24、第2段動翼26、及び第2のケーシング部材30が露出する。
First, the
次に、ローター22及びローター22に接続された第1段動翼24および第2段動翼26を取り外した後、第2のケーシング部材30を取り外す。なお、第1のケーシング部材28および第2のケーシング部材30の内周面には、第1段静翼34および第2段静翼36が装着されている。その後、第1のケージング部材28および第2のケーシング部材30から第1段静翼34および第2段静翼36を取り外し、全ての第1段静翼34の表面および全ての第2段静翼の表面に対して平滑化処理を施す。例えば、第1段静翼34および第2段静翼36が基材の表面にDLCコーティングを被覆してなるものである場合、グラインダー処理により劣化したDLCコーティングを基材から除去して、基材を超音波洗浄する。その後、基材の表面に再びDLCコーティングを施すことによって平滑化処理を行う。なお、第1段静翼34および第2段静翼36に対する平滑化処理に加えて、第1段動翼24および第2段動翼26に対しても同様の平滑化処理を行うことが好ましい。平滑化処理の詳細については、既述の説明を援用する。
Next, after removing the
次に、既述の方法で、炉頂圧回収タービン20を組み立てた後に、炉頂圧回収タービン20のローター22を発電機40の回転軸(不図示)に連結するとともに、炉頂圧回収タービン20の入口ダクト38を高炉ガスの供給配管18に接続する。
Next, after assembling the furnace top
このようにして、炉頂圧発電設備100のメンテナンスを行うことができる。メンテナンス後の炉頂圧発電設備100によれば、経時的な発電効率の低下を抑制し、かつ初期発電効率を向上させることができる。このメンテナンス方法は、本発明の炉頂圧回収タービンの製造方法および炉頂圧発電設備の建設方法の一実施形態である。
In this way, maintenance of the furnace top pressure
(発明例)
上述した方法に従って、図2に示す炉頂圧回収タービンを作製した後に、図1に示す高炉プラントに炉頂圧発電設備を建設した。ここで、第1段静翼および第2段静翼の基材はSUS630とした。また、平滑化処理は、全ての第1段静翼および全ての第2段静翼の基材の表面に既述のPCVD法を用いてWIN-KOTE(登録商標)を形成することにより行った。なお、原料ガスは炭化水素系ガスとした。また、形成した皮膜の厚さは4μmであった。
(Invention example)
After producing the furnace top pressure recovery turbine shown in FIG. 2 according to the method described above, a furnace top pressure power generation facility was constructed in the blast furnace plant shown in FIG. Here, the base material of the first stage stationary blade and the second stage stationary blade was SUS630. The smoothing treatment was performed by forming WIN-KOTE (registered trademark) on the surface of the base material of all the first stage stationary blades and all the second stage stationary blades using the PCVD method described above. The source gas was a hydrocarbon gas. The thickness of the formed film was 4 μm.
(比較例1)
第1段静翼および第2段静翼のいずれにも平滑化処理を行わなかった以外は、発明例と同様の製造方法により炉頂圧回収タービンを作製した後に、発明例と同様の方法により高炉プラントに炉頂圧発電設備を建設した。
(Comparative Example 1)
A furnace top pressure recovery turbine was manufactured by the same manufacturing method as that of the invention example, except that neither the first stage stator blade nor the second stage stator blade was smoothed, and then the furnace was installed in the blast furnace plant by the same method as that of the invention example. A top pressure power generation facility was constructed.
(比較例2)
全ての第1段静翼にのみ平滑化処理を行った以外は、発明例と同様の製造方法により炉頂圧回収タービンを作製した後に、発明例と同様の方法により高炉プラントに炉頂圧発電設備を建設した。
(Comparative Example 2)
Except that all the first stage stationary blades were smoothed, after the furnace top pressure recovery turbine was manufactured by the same manufacturing method as the invention example, the furnace top pressure power generation facility was installed in the blast furnace plant by the same method as the invention example. Constructed.
(評価方法)
各発明例、比較例1、及び比較例2の炉頂圧発電設備に、高炉から排出された高炉ガスを導入して炉頂圧発電設備を稼働し、既述の方法によって発電を90日間連続して行い、以下の評価を行った。
(Evaluation method)
The blast furnace gas discharged from the blast furnace was introduced into the furnace top pressure power generation facility of each invention example, comparative example 1 and comparative example 2 to operate the furnace top pressure power generation facility, and power generation was continued for 90 days by the method described above. The following evaluation was performed.
<剪断応力の評価>
テトラメッシュを用いた非構造格子により、各発明例および比較例の炉頂圧回収タービンを以下の条件でモデル化した。そして、乱流の数値解析法として一般的な標準k-εモデル(k:乱流エネルギー、ε:乱流エネルギー散逸率)を用いた有限体積法により、この炉頂圧回収タービンにおける高炉ガスフローを解析することによって、第1段動翼および第2段動翼の剪断応力をそれぞれ得た。表1に、第1段動翼および第2段動翼の剪断応力の平均値を示す。なお、表1では、比較例1の剪断応力の平均値を基準として規格化しており、1よりも大きければ剪断応力を向上させることができたことを意味する。ここで、第1段静翼の枚数は26枚、第2段静翼の枚数は36枚とし、これらの翼をケーシングの周方向に沿って等間隔に配置した。また、第1,2段動翼の枚数はそれぞれ27枚とし、これらの翼をローターの外周面の周方向に沿って等間隔に配置した。また、ローターの直径を950mmとし、ケーシングの端部のうち高炉ガスフローの上流側の端部の直径を1660mmとし、ケーシングの端部のうち高炉ガスフローの下流側の端部の直径を1740mmとし、ケーシングの長さを1200mmとした。また、平滑化処理を施した静翼の表面の粗さ係数を0(すべり壁(Slip))とし、平滑化処理を施さなかった静動翼の表面の粗さ係数を0.5(すべり無し壁(No Slip))とした。また、流入する高炉ガスの圧力を248kPaとし、流出する高炉ガスの圧力を0kPa(自然流出)とした。また、第1,2段動翼の回転数は3000rpmとした。なお、解析範囲は、ローターの周方向に沿って40°の範囲とし、タービンの解析において一般的に用いられている周期境界条件を使用してローター全周にわたる解析と同じ現象を模擬した。
<Evaluation of shear stress>
The furnace top pressure recovery turbines of each invention example and comparative example were modeled under the following conditions by an unstructured grid using tetramesh. Then, the blast furnace gas flow in this top pressure recovery turbine is obtained by a finite volume method using a standard k-ε model (k: turbulent energy, ε: turbulent energy dissipation rate), which is a general turbulent numerical analysis method. The shear stress of the first stage rotor blade and the second stage rotor blade was obtained. Table 1 shows the average value of the shear stress of the first stage blade and the second stage blade. In Table 1, the average value of the shear stress of Comparative Example 1 is standardized, and if it is larger than 1, it means that the shear stress can be improved. Here, the number of first stage stationary blades was 26, and the number of second stage stationary blades was 36, and these blades were arranged at equal intervals along the circumferential direction of the casing. The number of first and second stage rotor blades was 27, and these blades were arranged at equal intervals along the circumferential direction of the outer peripheral surface of the rotor. Further, the diameter of the rotor is 950 mm, the diameter of the end of the casing on the upstream side of the blast furnace gas flow is 1660 mm, and the diameter of the end of the casing on the downstream side of the blast furnace gas flow is 1740 mm. The length of the casing was 1200 mm. In addition, the roughness coefficient of the surface of the stationary blade subjected to the smoothing process is set to 0 (slip wall (Slip)), and the roughness coefficient of the surface of the stationary blade not subjected to the smoothing process is set to 0.5 (no slip). Wall (No Slip)). Moreover, the pressure of the blast furnace gas which flows in was 248 kPa, and the pressure of the blast furnace gas which flowed out was 0 kPa (natural outflow). The rotation speed of the first and second stage rotor blades was 3000 rpm. The analysis range was set to a range of 40 ° along the circumferential direction of the rotor, and the same phenomenon as the analysis over the entire circumference of the rotor was simulated using periodic boundary conditions generally used in turbine analysis.
<初期発電効率の評価>
炉頂圧発電設備の稼働開始後、24時間の発電原単位を時間平均することにより初期発電原単位を算出した。ここで、発電原単位は、単位時間当たりの発電量を単位時間当たりの高炉ガスの発生量で除することにより得られる。評価結果を表1に示す。なお、表1では、比較例1の初期発電原単位を基準として規格化している。初期発電効率が1よりも大きければ、初期発電効率を向上させることができたことを意味する。
<Evaluation of initial power generation efficiency>
After the start of operation of the furnace top pressure power generation facility, the initial power generation intensity was calculated by averaging the power generation intensity for 24 hours. Here, the power generation basic unit is obtained by dividing the power generation amount per unit time by the amount of blast furnace gas generated per unit time. The evaluation results are shown in Table 1. In Table 1, the initial power generation intensity of Comparative Example 1 is standardized. If the initial power generation efficiency is greater than 1, it means that the initial power generation efficiency could be improved.
<発電効率の低下率の評価>
下記(1)式によって発電効率の低下率を算出した。評価結果を表1に示す。発電効率の低下率が1よりも小さければ、発電効率の低下を抑制することができたことを意味する。
[発電効率の低下率]=([初期発電原単位]-[稼働開始から90日後の発電原単位])/([比較例1の初期発電原単位]-[比較例1の稼働開始から90日後の発電原単位])・・・(1)
<Evaluation of reduction rate of power generation efficiency>
The reduction rate of power generation efficiency was calculated by the following equation (1). The evaluation results are shown in Table 1. If the power generation efficiency decrease rate is smaller than 1, it means that the power generation efficiency decrease can be suppressed.
[Decrease rate of power generation efficiency] = ([Initial power generation unit]-[Power generation unit 90 days after the start of operation]) / ([Initial power generation unit of Comparative Example 1]-[90 from the start of operation in Comparative Example 1] Power generation intensity after the day]) ... (1)
(評価結果の説明)
比較例1では、発電効率が経時的に低下した。これは、平滑化処理を施さなかった第1段静翼の表面に高炉ガス中のダストが付着し、稼働日数が増すにつれてその付着量が増したことに起因する。比較例2では、発電効率の経時的な低下を比較例1に比べて0.837倍に抑制することができた。これは、平滑化処理により第1段静翼の表面が平滑化されたので、ダストが第1段静翼の表面に付着しにくくなったことに起因する。しかしながら、比較例2では、第1段静翼の表面を平滑化したにもかかわらず、初期発電効率は比較例1に比べて1.034倍であり、初期発電効率をそれほど向上させることができなかった。これは、平滑化処理を施さなかった第2段静翼におけるエネルギー損を抑制することができなかったことに起因する。これに対して、発明例では、発電効率の経時的な低下を抑制することができ、さらに初期発電効率は比較例1に比べて1.096倍であり、初期発電効率を大幅に向上させることができた。これは、第1段静翼の表面に施した平滑化処理により、ダストが第1段静翼の表面に付着しにくくなったことに加えて、第2段静翼の表面にも平滑化処理を施したことにより、第1段静翼および第2段静翼の両方においてエネルギー損を低減させることができたことに起因する。つまり、各静翼におけるエネルギー損を低減することにより、その静翼と同じ段の動翼に送られる高炉ガスの運動エネルギー及び圧力エネルギーの減少を抑制することができた。これにより、各動翼に発生する剪断応力が増加して、動翼が装着されたローターの回転エネルギーが増加した結果、初期発電効率が向上した。
(Explanation of evaluation results)
In Comparative Example 1, the power generation efficiency decreased with time. This is because dust in the blast furnace gas adheres to the surface of the first stage stationary blade that has not been smoothed, and the amount of adhesion increases as the number of operating days increases. In Comparative Example 2, it was possible to suppress the decrease in power generation efficiency over time to 0.837 times that in Comparative Example 1. This is due to the fact that the surface of the first stage stationary blade is smoothed by the smoothing process, so that dust is less likely to adhere to the surface of the first stage stationary blade. However, in Comparative Example 2, although the surface of the first stage stationary blade was smoothed, the initial power generation efficiency was 1.034 times that in Comparative Example 1, and the initial power generation efficiency could not be improved so much. This is due to the fact that the energy loss in the second stage stationary blade that was not smoothed could not be suppressed. In contrast, the invention example can suppress a decrease in power generation efficiency over time, and the initial power generation efficiency is 1.096 times that of Comparative Example 1, so that the initial power generation efficiency can be greatly improved. It was. This is because the smoothing process applied to the surface of the first stage stationary blade, in addition to the fact that the dust is less likely to adhere to the surface of the first stage stationary blade, This is because energy loss can be reduced in both the first stage stationary blade and the second stage stationary blade. That is, by reducing the energy loss in each stationary blade, it was possible to suppress a decrease in the kinetic energy and pressure energy of the blast furnace gas sent to the same blade as the stationary blade. As a result, the shear stress generated in each rotor blade increased, and the rotational energy of the rotor on which the rotor blade was mounted increased. As a result, the initial power generation efficiency was improved.
本発明によれば、経時的な発電効率の低下を抑制し、かつ初期発電効率を向上させることができる炉頂圧回収タービン及び当該炉頂圧回収タービンを備える炉頂圧発電設備を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a furnace top pressure recovery turbine capable of suppressing a decrease in power generation efficiency over time and improving initial power generation efficiency, and a furnace top pressure power generation facility including the furnace top pressure recovery turbine. it can.
2 高炉
4 ダストキャッチャ
6 散水除塵装置
8 セプタム弁
10 第1の排出配管
12 第1のゴッグル弁
14 危急遮断弁
16 調整弁
18 供給配管
20 炉頂圧回収タービン
22 ローター
24 第1段動翼
26 第2段動翼
28 第1のケーシング部材
30 第2のケーシング部材
32 ケーシング
34 第1段静翼
36 第2段静翼
38 入口ダクト
40 発電機
42 第2のゴッグル弁
44 第2の排出配管
100 炉頂圧発電設備
2 Blast Furnace 4 Dust Catcher 6 Sprinkling Dedusting Device 8
Claims (5)
前記ローターの外周面に設けられ、かつ前記ローターの周方向に複数配置された第1段動翼と、
前記ローターの外周面の前記第1段動翼の後段側に設けられ、かつ前記ローターの周方向に複数配置された第2段動翼と、
前記ローター、前記第1段動翼、及び前記第2段動翼を収容するケーシングと、
前記ケーシングの内周面の前記第1段動翼の前段側に設けられ、かつ前記ケーシングの周方向に複数配置された第1段静翼と、
前記ケーシングの内周面の前記第1段動翼の後段側かつ前記第2段動翼の前段側に設けられ、かつ前記ケーシングの周方向に複数配置された第2段静翼と、
を備える炉頂圧回収タービンの製造方法において、
全ての前記第1段静翼の表面および全ての前記第2段静翼の表面に対して平滑化処理を施す工程を有することを特徴とする炉頂圧回収タービンの製造方法。 With the rotor,
A first stage blade provided on the outer circumferential surface of the rotor and arranged in a plurality in the circumferential direction of the rotor;
A second stage rotor blade provided on the rear stage side of the first stage rotor blade on the outer peripheral surface of the rotor, and a plurality of second stage rotor blades arranged in the circumferential direction of the rotor;
A casing that houses the rotor, the first stage blade, and the second stage blade;
A first stage stationary blade provided on a front stage side of the first stage moving blade on the inner peripheral surface of the casing, and a plurality of first stage stationary blades disposed in a circumferential direction of the casing;
A second stage stationary blade provided on the rear stage side of the first stage rotor blade on the inner peripheral surface of the casing and the front stage side of the second stage rotor blade, and a plurality of second stage stator blades arranged in the circumferential direction of the casing;
In a method for manufacturing a furnace top pressure recovery turbine comprising:
A method for producing a furnace top pressure recovery turbine, comprising a step of performing a smoothing process on the surfaces of all the first stage stationary blades and all the second stage stationary blades.
前記炉頂圧回収タービンを発電機に連結し、
前記炉頂圧回収タービンを高炉ガスの供給配管に接続することを特徴とする炉頂圧発電設備の建設方法。 A furnace top pressure recovery turbine is manufactured by the method for manufacturing a furnace top pressure recovery turbine according to any one of claims 1 to 4.
Connecting the furnace top pressure recovery turbine to a generator;
A method for constructing a furnace top pressure power generation facility, wherein the furnace top pressure recovery turbine is connected to a supply pipe for blast furnace gas.
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