JP2006234203A

JP2006234203A - ボイラ装置

Info

Publication number: JP2006234203A
Application number: JP2005045584A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ochi; 健一越智
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】負荷変化時の再熱器のスプレ水の投入頻度を抑制して、プラント効率の向上とスプレノズルの延命化が図れるボイラ装置を提供する。
【解決手段】第１再熱器バンク1と第２再熱器バンク２の間が途中にスプレノズル５を有する蒸気配管１５で接続され、、第１再熱器バンク１の入口側からスプレノズル５に向けて配管ライン１４が延びており、その配管ライン１４の途中にスプレ蒸気流量調節弁６が設けられ、スプレ水とスプレ蒸気の双方で再熱蒸気温度を制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、火力発電用ボイラなどのボイラ装置に係り、特に負荷変化時のプラント効率の向上ならびにスプレノズルの延命化が図れるボイラ装置に関するものである。

従来の再熱蒸気温度制御方法には、再循環ガス制御、パラレルガスダンパ制御、再熱器スプレ制御の併用が主流となっている。

このうち再熱器スプレ制御は、再熱蒸気温度の過剰上昇を抑制するため、緊急用として使用されるものである。図５は、その再熱器スプレ制御を説明するための図である。

図に示すように再熱器バンクが第１再熱器バンク1と第２再熱器バンク２に分割され、両者は蒸気配管１５で接続されている。この蒸気配管１５の途中に再熱蒸気温度を制御するためのスプレノズル５が設けられ、給水ポンプ３からの給水がスプレ流量調節弁４で流量が調節されて、スプレ水としてスプレノズル５に供給される。

また第１再熱器バンク1の入口側からスプレノズル５に向けて細管１６が延びており、加熱される前の比較的低温の蒸気がスプレノズル５に緩衝蒸気として一定量供給される。

この再熱器スプレ制御は、緊急用としてボイラ給水ポンプ３より供給されたスプレ水をスプレノズル５で第２再熱器バンク２に投入する方法である。なお、スプレ水の投入はプラント効率が低下するため好ましくはないが、高速で頻繁な負荷変化を行う場合にはガス側の制御では追従性が悪いため、流体側の再熱器スプレを投入せざるを得ない状況にある。

また、再熱器スプレを前述のように再熱器バンクの中間部から、すなわち第１再熱器バンク1と第２再熱器バンク２の間から投入する場合には、母管側の蒸気温度が高く、スプレ水との温度差でスプレノズルが厳しい熱応力に晒されることになる。

そのため従来より図６ならびに図７に示すようにスプレノズル５を二重管構造とし、内管７に前記給水ポンプ３からのスプレ水８を、外管９に前記細管１６からの緩衝蒸気１０と称する比較的温度の低い一定流量の再熱器入口蒸気を母管１１の蒸気１２と前記スプレ水８の間に投入している。なお、図中の１３はスプレ水８と緩衝蒸気１０の混合流体である。

なお、この構成の従来技術としては、例えば下記の特許文献１などを挙げることができる。
特開平１―１９３５０８号公報

ところが従来のこの構造でも、スプレ水が間欠的に投入され、再熱器スプレ投入の頻度が増すと、プラント効率が低下すると共に、スプレノズルは厳しい環境下に晒され、スプレノズルの耐用寿命に問題があった。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、負荷変化時における再熱器のスプレ水の投入頻度を抑制して、プラント効率の向上と、スプレノズルの延命化が図れるボイラ装置を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明は、再熱器バンクが第１再熱器バンクと第２再熱器バンクに分割されて両者は蒸気配管で接続され、その蒸気配管の途中に再熱蒸気温度を制御するためのスプレノズルが設けられて、給水ポンプからの給水がスプレ流量調節弁で流量が調節されて、スプレ水として前記スプレノズルに供給されるとともに、前記第１再熱器バンクの入口側からスプレノズルに向けて配管ラインが延びており、その配管ラインの途中にスプレ蒸気流量調節弁が設けられ、加熱される前の比較的低温の蒸気がスプレ蒸気流量調節弁で流量調節されてスプレノズルに緩衝蒸気として供給され、前記スプレ水とスプレ蒸気の双方で再熱蒸気温度を制御することを特徴とすることを特徴とするものである。

本発明は前述のように、スプレ流量調節弁によるスプレ水の流量調節とスプレ蒸気流量調節弁によるスプレ蒸気の流量調節の双方で再熱蒸気温度を制御する構成になっているから、負荷変化時における再熱器のスプレ水の投入頻度を抑制して、プラント効率の向上と、スプレノズルの延命化が図れる。

次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は、本発明の実施形態に係る再熱器スプレ制御を説明するための図である。

図に示すように再熱器バンクが第１再熱器バンク1と第２再熱器バンク２に分割され、両者は蒸気配管１５で接続されている。この蒸気配管１５の途中に再熱蒸気温度を制御するためのスプレノズル５が設けられ、給水ポンプ３からの給水がスプレ流量調節弁４で流量が調節されて、スプレ水８としてスプレノズル５に供給される。

また第１再熱器バンク1の入口側からスプレノズル５に向けて配管ライン１４が延びており、その配管ライン１４の途中にスプレ蒸気流量調節弁６が設けられ、加熱される前の比較的低温の蒸気がスプレ蒸気流量調節弁６で流量調節されてスプレノズル５に緩衝蒸気１０として供給される。

スプレノズル５の内部の構成は図６ならびに図７と同様であり、内管７の内側にスプレ水８が供給され、内管７と外管９の間には緩衝蒸気１０が供給され、スプレ水８と緩衝蒸気１０の混合流体１３は母管蒸気１２と混合される。

この再熱器スプレ制御は、緊急用としてボイラ給水ポンプ３より供給されたスプレ水をスプレノズル５で第２再熱器バンク２に投入する方法である。

本発明はこのように、第１再熱器バンク１の入口側においてスプレ蒸気流量調節弁６でスプレ蒸気流量Ｖ１（図１，図２参照）を調整することにより、第１再熱器バンク１の蒸気通過流量Ｖ２（図１，図２参照）を調整している。すなわち、スプレ蒸気流量調節弁６の開度を絞ればスプレ蒸気流量Ｖ１は少なくなり、それに応じて第１再熱器バンク１の蒸気通過流量Ｖ２は多くなり、反対にスプレ蒸気流量調節弁６の開度を開ければスプレ蒸気流量Ｖ１は多くなり、それに応じて第１再熱器バンク１の蒸気通過流量Ｖ２は少なくなり、スプレ蒸気流量Ｖ１と第１再熱器バンク１の蒸気通過流量Ｖ２は反比例の関係にある。

このようにスプレ蒸気流量調節弁６によりスプレ蒸気流量Ｖ１（第１再熱器バンク１の蒸気通過流量Ｖ２）を変化させて、蒸気側の熱吸収量の増減を調整し、結果として、後流側のスプレ出口蒸気温度Ｔ２（図１参照）あるいは第２再熱器バンク２の出口側における蒸気温度Ｔ１（図１参照）を制御するものである。

図３ならびに図４は、本発明の具体的な再熱蒸気温度制御方法を説明するための図である。図３で示す例の場合、制御部（図示せず）では各ボイラ負荷での再熱器出口蒸気温度設定値ＴＳ1またはスプレ出口蒸気温度設定値ＴＳ２が予め設定されている。

そして実測した再熱器出口蒸気温度Ｔ１（図１参照）またはスプレ出口蒸気温度Ｔ２（図１参照）を制御部に送信し、再熱器出口蒸気温度設定値ＴＳ1と再熱器出口蒸気温度Ｔ１との偏差、またはスプレ出口蒸気温度設定値ＴＳ２とスプレ出口蒸気温度Ｔ２との偏差を演算する。

演算結果、再熱器出口蒸気温度Ｔ１（スプレ出口蒸気温度Ｔ２）が再熱器出口蒸気温度設定値ＴＳ1（スプレ出口蒸気温度設定値ＴＳ２）を大きく上回っておれば、スプレ流量調節弁４の開度を大きくして多量のスプレ水をスプレノズル５に投入するとともに、スプレ蒸気流量調節弁６の開度を大きくしてスプレ蒸気流量Ｖ１を増す。スプレ蒸気流量Ｖ１を増せば、必然的に第１再熱器バンク１の蒸気通過流量Ｖ２が少なくなり、第１再熱器バンク１での熱吸収量が減少し、スプレ水の多量投入と第１再熱器バンク１での熱吸収量の減少の相乗作用により、再熱器出口蒸気温度Ｔ１（スプレ出口蒸気温度Ｔ２）を急激に下げることができ、再熱器出口蒸気温度Ｔ１（スプレ出口蒸気温度Ｔ２）を再熱器出口蒸気温度設定値ＴＳ1（スプレ出口蒸気温度設定値ＴＳ２）に近づけることができる。

なお、スプレ水を多量に投入してもスプレ蒸気流量Ｖ１（緩衝蒸気１０）の方も増えているから、緩衝蒸気１０による緩衝効果が十分に発揮でき、スプレノズル５の熱応力が有効に低減できる。

再熱器出口蒸気温度Ｔ１（スプレ出口蒸気温度Ｔ２）が再熱器出口蒸気温度設定値ＴＳ1（スプレ出口蒸気温度設定値ＴＳ２）よりも少し上回っておれば、スプレ流量調節弁４の開度を小さくして少量のスプレ水をスプレノズル５に投入するとともに、スプレ蒸気流量調節弁６の開度を小さくしてスプレ蒸気流量Ｖ１を減らす。スプレ蒸気流量Ｖ１を減らせば、必然的に第１再熱器バンク１の蒸気通過流量Ｖ２が多くなり、第１再熱器バンク１での熱吸収量が増加し、スプレ水の少量投入により再熱器出口蒸気温度Ｔ１（スプレ出口蒸気温度Ｔ２）を再熱器出口蒸気温度設定値ＴＳ1（スプレ出口蒸気温度設定値ＴＳ２）に近づけることができる。

図４は他の制御方法を示す図で、この制御方法では予めスプレ蒸気流量調節弁６の開度調整が図に示すようにステップ的にプログラム設定されている。

例えば本例の場合、負荷変化が生じて時間ｔ1までは（０→ｔ1）スプレ蒸気流量調節弁６の開度を最高のａ１まで比例的に上げ、時間ｔ1から時間ｔ２までは（ｔ1→ｔ２）スプレ蒸気流量調節弁６の開度をａ２まで比例的に下げ、さらに時間ｔ２から時間ｔ３までは（ｔ２→ｔ３）スプレ蒸気流量調節弁６の開度を比例的に下げて零にするバターンとなっている。

本例ではスプレ蒸気流量調節弁６の開度を比例的に変化させたが、段階的に変化させることもでき、また開度の変化パターンはボイラ装置の負荷などに応じて種々の形態が考えられる。

さらに再熱蒸気温度偏差および再熱蒸気温度の温度上昇率の程度でスプレ蒸気による制御或いはスプレ水による制御に切り替えることもできる。

本発明の実施形態に係る再熱器スプレ制御を説明するための図である。その再熱器スプレ制御におけるスプレ蒸気流量Ｖ１と第１再熱器バンクの蒸気通過流量Ｖ２とを示す図である。本発明の実施形態に係る再熱器スプレ制御の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る再熱器スプレ制御の他の例を示す図である。従来の再熱器スプレ制御を説明するための図である。母管内でのスプレノズルの配置を示す概略構成図である。母管内でのスプレノズルの配置を示す断面図である。

符号の説明

１：第１再熱器バンク、２：第２再熱器バンク、３：ボイラ給水ポンプ、４：スプレ流量調節弁、５：スプレノズル、６：スプレ蒸気流量調節弁、７：内管、８：スプレ水、９：外管、１０：緩衝蒸気、１１：母管、１２：母管蒸気、１３：混合流体、１４：配管ライン。

Claims

再熱器バンクが第１再熱器バンクと第２再熱器バンクに分割されて両者は蒸気配管で接続され、その蒸気配管の途中に再熱蒸気温度を制御するためのスプレノズルが設けられて、給水ポンプからの給水がスプレ流量調節弁で流量が調節されて、スプレ水として前記スプレノズルに供給されるとともに、
前記第１再熱器バンクの入口側からスプレノズルに向けて配管ラインが延びており、その配管ラインの途中にスプレ蒸気流量調節弁が設けられ、加熱される前の比較的低温の蒸気がスプレ蒸気流量調節弁で流量調節されてスプレノズルに緩衝蒸気として供給され、
前記スプレ水とスプレ蒸気の双方で再熱蒸気温度を制御することを特徴とするボイラ装置。