JP2005037105A - 石炭焚きボイラ炉底灰のスラリーポンプ輸送制御方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 石炭焚ボイラに付属するクリンカホッパ1に堆積した炉底灰スラリーを希釈水と混合してスラリー輸送するスラリーポンプ5において、スラリーポンプのサクション側配管12の下流位置にもうけた圧力発信器18で測定した圧力が所定の値になるように流量調節弁17で希釈水の流量を調整することにより、スラリーポンプ5におけるスラリー濃度を一定化することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
貯水槽に溜めた水は、補給水ポンプでクリンカホッパに環流させて再利用する。水の一部はクリンカホッパに設けたレベルスイッチにより制御される制御弁を介してクリンカホッパに供給され、ホッパ内の水面位置を一定に保持するために使われ、また一部はスラリー輸送配管に供給されて炉底灰スラリーの輸送に使われる。
スラリーポンプを使った設備で石炭焚きボイラ炉底灰を水力輸送する場合は、クリンカホッパから排出されるスラリーが多いときはスラリー濃度が濃くなって配管の抵抗が大きくなるので、ポンプの性能曲線に従って流量が減少する。逆にスラリー排出量が減少してスラリー濃度が低下すると、抵抗が小さくなるのでポンプ流量は増大する。
したがって、スラリーポンプを使うときは、インバータを用いた回転数制御を実施することにより、クリンカホッパからのスラリー供給状態にしたがってスラリー濃度が変化してもこれに対応して回転数を調整しポンプ流量を一定化することで、管内流速を一定に保って輸送の安定化を図り経済的な運転を行うようにしていた。
このため、従来は希釈水量を一定にしてクリンカホッパから流出した炉底灰スラリーをそのまま混合してスラリー輸送を行うようにしてきた。
ここで、スラリー輸送量が一定であれば、配管の圧力損失はスラリー濃度の関数になるので、スラリーポンプのサクション側配管中でポンプから適当な距離だけ上流にある位置で圧力を測定すると、その圧力はスラリー濃度の指標値になる。
また、スラリー濃度を一定にする制御を前提とすればポンプ容量が最大限に利用できるので、ポンプ定格も余裕を持つことができコストが低下する。
また、本発明の制御装置により、スラリーポンプの運転を安定化させることができると共に、この制御装置を備えることにより高価なスラリーポンプの要求仕様をより緩やかなものにして設備費を低下させることができる。
また、目標値を一定の変化率で上げていき、最高値に達する前に一旦定値に保持した後に、最終的に最高値まで上げるようにプログラム設定することができるようにすることが好ましい。
圧力検出器の位置における圧力は水頭に対応する。そこで、圧力目標値すなわち水位目標値のプログラムを、水位を初めに所定の率で下げていき、クリンカホッパの最低水位よりたとえば1m上の点で一旦保持して安定させてから、さらに徐々に最低水位まで下げて安定させるようにした。これにより、スラリーポンプに空気を巻き込むことを防止し、キャビテーションを防止することができる。
なお、水抜き運転ではクリンカホッパ内の水を排出するが、炉底灰と一緒に水を排出しても、スラリー濃度が低くなりスラリーポンプの負荷が低くなるので、不都合がない。この場合も、圧力のプログラム制御は水位の低下速度を炉底灰排出量に適合するように設定するだけで、ほぼ同じパターンで行えばよい。
特に、水抜き運転時には、水位レベルを最も下げた状態になっていて、水量排出に対して水位変動が大きいため、排出口切り換えを行うと激しく水位変動するところからキャビテーションが問題になる。
図1は本発明に係る石炭焚きボイラの炉底灰処理設備の実施例のフロー図である。
本実施例の石炭焚きボイラの炉底灰処理設備は、クリンカホッパ1と脱水槽2と灰沈降槽3と貯水槽4で構成される。
クリンカが一定量貯まると、クリンカホッパ1の底に設けられたアッシュゲートを開けて、クリンカクラッシャ11を通って輸送に適当な大きさに調整されたクリンカと水をスラリー輸送配管12に流し込み、スラリーポンプ5で脱水槽2に輸送する。
灰沈降槽3では、静置することにより濾過水に混じった灰成分を沈降させて、上澄み水を貯水槽4に送り込む。底に貯まった灰成分は適宜取り出して再び脱水槽2に投入して分離し、最終的に灰処理場に送られる。
また、スラリー輸送配管12には水力輸送を可能とするための希釈水が供給されている。希釈水は、クリンカ輸送中は最小限の水量を確保するため開度を固定した給水元弁15と、制御器16により開度を調節できる流量調節弁17の2個の弁を介して供給される。なお、固定弁15と流量調節弁17は並列に設置されている。
スラリーポンプ5の吸い込み側配管でスラリーポンプ5と少し距離を置いた位置に圧力発信器18が設けられており、測定出力が制御器16に送信されている。圧力発信器18で検出する圧力は、スラリーが輸送配管を流れる間に生じる圧力損失の影響を受け、流量が変わらなければスラリーの密度変化を反映したものになる。
なお、クリンカホッパ1の各排出口とスラリーポンプ5の配管接続状態によっては、各排出口についてそれぞれ独立に適当な設置位置を決めて圧力発信器を設けておいて、排出口を切り換える度に圧力発信器も切り換えて使用するようにしてもよい。
スラリー輸送配管12を流れる希釈水の量が増加すれば、クリンカホッパ1からのクリンカ落下量が減少してクリンカクラッシャ11の電流が減少し、またスラリーポンプ5の吸い込み口におけるスラリー濃度は低下する。
水抜き作業は水位一定のままスラリー排出をした後に水位のみを変更させるようにすると、制御アルゴリズムが簡単である。さらに、スラリー排出と同時に水位変更を行えば、効率的に作業を行うことができ好ましい。
水抜き作業の自動化は、本実施例において、輸送配管圧力に基づいてスラリー濃度制御を行う制御器16に、プログラム設定器19を付属させて、希望する水位変化に対応する輸送配管圧力目標値をプログラム設定するようにしたもので実施することができる。プログラム設定器は従来から使用される機械構造のものであってもよく、また電子計算機を用いた論理演算式のものであってもよい。もちろん、制御器16に一緒に組み込まれたものであればより便利である。
このようなプログラム制御を採用することにより、クリンカ輸送中のスラリー濃度を所定値に管理しながらクリンカホッパ1の水抜きを行い、さらに最低水位を確実に確保してポンプのキャビテーションを防止することができた。
クリンカホッパ1の排出口にはアッシュゲートが設けられていて、排出口を切り換えるときには、アッシュゲートを閉止してから次の区分のアッシュゲートを開ける。したがって、クリンカ輸送配管にとってバッファーとなっていたクリンカホッパがアッシュゲートを閉めることにより断絶されるので、排出口を切り換える時にはポンプ入り口圧力が大きく変動する。特に、水抜き運転時には水位レベルがクリンカホッパの底の位置にあるときに排出口切り換えを行うので、水位変動によりポンプがエアを噛んでキャビテーションを発生する懸念がある。
図3は、水抜き運転の排出口切り換え時に使用するプログラム設定の例を示すパターン図である。図3に示すように、切り換え時にはアッシュゲートを閉める前に、ポンプ入り口圧力の設定値を徐々に上昇させて一定圧力まで達してから、アッシュゲートを閉めて次の排出口のアッシュゲートを開けるようにする。
設定値の増加レートは、たとえば5kPa/min程度であってよい。また入り口圧力が安全水位に達したか否かを圧力発信器の出力から判定してもよい。
上記のプログラム制御を行うことにおり、アッシュゲート切り換えによる低水位状態での水位変動を抑制してスラリーポンプのキャビテーションを防止し、アッシュゲート切り換え時における一時的な給水流量増加を避けることができるようになった。
図4に示すように、クリンカホッパ1のアッシュゲート21を囲って設けられ排出されたクリンカをクリンカクラッシャ11に導くアッシュゲートエンクロージャ22はベント管23でクリンカホッパ1と繋がっているため、補給水ポンプ6からスラリーポンプ5の間の配管は完全な密閉配管ではない。
このため、この配管部に希釈水として供給される補給水量が多すぎると、ベント管23を通してクリンカホッパ1に補給水が流入することになり、排出すべき水量が増加してクリンカホッパ1の下流側設備の容量を大きくしなければならない。一方、補給水量が不足すると、スラリーポンプ5の水量が不足してキャビテーションを起こすことになる。
なお、シーケンス制御の必要のため、スラリーポンプ5の出口側にシーケンサ20で開度制御ができるポンプ出口弁24を設けると共に、給水元弁15と流量調節弁17に開閉指示ができる駆動器を設けた。また、スラリーポンプ5の周辺機器もシーケンサ20からの指令により動作するようにした。
図5におけるシーケンスによると、スラリーポンプ5の起動スイッチが押されると(S1)、まずスラリーポンプ5の軸シール弁を開く指令を発する(S2)。
その後5秒のタイミングを見て、流量調節弁17の開度を強制的に50%にする指令を出し(S3)、さらに5秒のタイミングを見てポンプ入り口圧力の圧力制御を開始する指令を発し(S4)、同時にスラリーポンプ5の始動をして(S5)、ポンプ出口弁24を開ける指令を発する(S6)。
さらに、給水元弁15が全開になったことをリミットスイッチで確認し(S11)、ポンプ出口弁24が全開になったことを確認して(S12)、スラリーポンプの起動動作を終了する(S13)。
したがって、補給水が過剰になってクリンカホッパ1の水位を上昇させることもなく、スラリーポンプ5に給水が不足してキャビテーションを起こすこともなく、スラリーポンプ5を円滑に起動させることができる。
2 脱水槽
3 灰沈降槽
4 貯水槽
5 スラリーポンプ
6 補給水ポンプ
11 クリンカクラッシャ
12 スラリー輸送配管
13 レベル計
14 水位調節弁
15 給水元弁
16 制御器
17 流量調節弁
18 圧力発信器
19 プログラム設定器
20 シーケンサ
21 アッシュゲート
22 アッシュゲートエンクロージャ
23 ベント管
24 ポンプ出口弁
Claims (4)
- 石炭焚ボイラのボイラ炉底灰スラリーを希釈水と混合してスラリー輸送するスラリーポンプにおいて、スラリーポンプのサクション側配管中のスラリーポンプに近い下流位置における圧力が所定の値になるように希釈水の流量を調整することにより、該スラリーポンプにおけるスラリー濃度を一定化することを特徴とするスラリーポンプ輸送制御方法。
- 石炭焚ボイラのボイラ炉底灰スラリーを希釈水と混合してスラリー輸送するスラリーポンプを備えた配管において、該スラリーポンプのサクション側配管中に圧力発信器を設け、希釈水供給配管に流量調節弁を設け、前記圧力発信器の測定出力を入力して前記流量調節弁を調整する制御信号を発生する制御器を設けて、該制御器が前記測定出力が所定の目標値に近づくように前記流量調節弁を調整することを特徴とするスラリーポンプ輸送制御装置。
- 前記制御器が、前記目標値を一定の変化率で下げていき、最低値に達する前に一旦定値に保持した後に、最終的に最低値まで徐々に下げるようにプログラム設定することによりクリンカホッパ水抜き運転時の制御を行うことを特徴とする請求項2記載のスラリーポンプ輸送制御装置。
- 前記制御器が、前記目標値を一定の変化率で上げていき、最高値に達する前に一旦定値に保持した後に、最終的に最高値まで上げるようにプログラム設定することによりクリンカホッパ切り換え時の制御を行うことを特徴とする請求項2記載のスラリーポンプ輸送制御装置。
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