JP2009168269A - 発電停止時の発電装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 火力発電機等における発電停止時にボイラの燃焼を停止すると、ボイラが急速に冷却され発電装置の故障につながる。このためバーナを一部点火させた状態でボイラを徐冷していたが、燃料の消費を伴うという課題を有していた。
【解決手段】 全てのバーナ２ａ、２ｂを消火し、フラッシュタンクから脱気器へのドレン供給量を増やすように制御する。高温のドレンと復水器から脱気器に供給された水とが混合して高温の水とする。この脱気器１３の中の水をボイラ１内に設けた蒸発管１６及び一次過熱器１７に循環させてボイラ１の温度を徐冷する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電装置を停止する際に、ボイラを除冷する発電停止時の発電装置の制御方法に関する。

発電所の発電装置は電気の需要に応じて稼働させており、需要が少ない深夜、週末等は発電装置を停止させる場合がある。その際、ボイラの燃焼を停止させることになるが、燃焼を停止すると、急激なボイラ温度の降下が生じる。このようなボイラの急激な冷却は故障要因となるため、発電停止時には徐冷する必要がある。

このため従来は発電装置を停止する際、ボイラが急激に冷却されないように、一部のバーナを点火したまま、燃焼具合を調節することで除冷していた。

図３は従来方法によるバーナを点火した状態でボイラを冷却している状態を示す構成図である。

蒸気タービン１８を停止させるとき、燃料供給装置３からバーナ２a及び２ｂの一部に燃料を送って燃焼を継続させながら、ボイラ１内に設けている蒸発管１６及び一次過熱器１７に給水を循環させることでボイラ１を除冷している。

ここで循環させる給水はフラッシュタンク１１からの蒸気及びドレンで、復水器１２から送られた脱気器１３の中の水を予熱し、そこで暖められた水をボイラ１の中の蒸発管１６及び一次過熱器１７に循環させている。

温度降下率が１１０℃／Ｈ程度となるように、バーナ２ａ及び２ｂの燃焼を調整しながら、一次過熱器入口の温度が３２０〜２７０℃になるまで降下させ、所定の温度まで下げた後に、バーナ２ａ及び２ｂを消して、ボイラトリップしている。

図４は、従来の方法で発電を停止した時のボイラの徐冷結果を示す実績図で、一次過熱器１７入口にて計測している。バーナ２ａ及び２ｂを一部点火させているため、緩やかにボイラの温度が下がっている。
該当なし

従来方法による一部のバーナを燃焼させたままボイラ除冷する場合、当然のことながら燃料が必要である。これは発電に供されるわけではなく、燃料の浪費であり、コストがかかるとともに、資源の枯渇につながる。

また、循環させる水の量が多いため、給水ポンプ等の負担が大きくなり、冷却時の運転コストが高くなるという課題を抱えている。

本発明は、フラッシュタンクに蒸気を供給するボイラと、復水器にドレンを供給し、ドレン及び蒸気を脱気器に供給するフラッシュタンクと、復水を脱気器に供給する復水器と、前記ボイラに給水を供給する脱気器とを具備し、全てのバーナを消火し、前記フラッシュタンクから前記脱気器へのドレン供給量を増やすように制御し、前記復水器が前記脱気器に供給した水を高温にし、前記脱気器内の水を前記ボイラに送って前記ボイラを徐冷することを特徴とする。

また、本発明は前記ドレン供給量の制御は、脱気器加熱ドレン弁を開方向に制御して、前記脱気器へのドレン供給量を増やすことを特徴とする。

更に、本発明は前記脱気器圧力が０．１ＭＰａまで開口するように前記脱気器加熱ドレン弁を制御して前記脱気器へのドレン供給量を増やすことを特徴とする。

更に、本発明は前記脱気器加熱ドレン弁の開口度を運転時よりも開方向に制御し、前記ボイラの温度降下率を略１１０℃／時間に維持することを特徴とする。

更に、本発明は給水ポンプの給水流量制御弁を閉方向に制御し、前記脱気器から前記ボイラへ送る水を減量して前記ボイラの温度降下率を略１１０℃／時間に維持することを特徴とする。

本発明によると、燃料を一切使用することなく発電停止時にボイラを徐冷することができる。脱気器加熱ドレン弁の開口度を制御し、フラッシュタンクから脱気器へのドレン供給量を増やすことで脱気器内の水を高温にし、ボイラ内に循環させているからである。

また、高温度の水をボイラ内に循環することが可能であるため、循環させる水を減量でき、給水ポンプ及び復水ポンプ等の負担軽減、ボイラ冷却時の運転コストの削減を実現している。

更に本発明は、脱気器へのドレン供給量を制御するだけでボイラの徐冷を実現しており、新たな装置等を付加することなく既存の発電装置をそのまま利用できるという利点がある。

図１は本発明による発電停止時の発電装置の制御方法を示す概略的構成図である。図２は本発明を適用してボイラを除冷した実績図である。

図１を参照して、本発明による発電停止時の発電装置の制御方法について説明する。

本発明に用いる発電装置は、主に燃焼ライン、蒸発ライン、給水ラインから構成される。

燃焼ラインは燃料供給装置３とバーナ２ａ及び２ｂから構成される。燃料供給装置３を介してバーナ２ａ及び２ｂに燃料が送られ、ボイラ１の燃焼が行われる。

蒸発ラインは、節炭器１５、蒸発管１６、一次過熱器１７から構成される。

節炭器１５は燃焼ガス出口１９に配置されており、片方の端が給水ポンプ１４に接続し、もう一方の端は蒸発管１６に接続している。脱気器１３からの水が給水ポンプ１４を介して節炭器１５に給水される。節炭器１５ではボイラ１の燃焼で発生する燃焼ガス２０の熱を利用し、水を予熱している。

蒸発管１６はボイラ１の中に配置されており、一端が節炭器１５に接続し、他の端が一次過熱器１７に接続している。節炭器１５から送られてきた水は蒸発管１６でボイラ１の燃焼熱によって蒸気となり一次過熱器１７に送られる。

一次過熱器１７はボイラ１の中に設置されており、一方の端が蒸発管１６に接続し、他の端は二股に分岐してフラッシュタンク１１と、二次過熱器３１を経て蒸気タービン１８にそれぞれ接続している。一次過熱器１７及び二次過熱器３１は蒸発管１６で発生した蒸気の熱効率の向上のため、また、蒸気タービン１８に付着する水滴によるエロージョンを軽減するため、過熱蒸気を作っている。過熱蒸気は主に蒸気タービン１８に送られ、蒸気タービン１８に連結した発電機（図示を省略）を稼働させた後に復水器１２に送られている。また、過熱蒸気の一部はフラッシュタンク１１に送られている。

給水ラインはフラッシュタンク１１、脱気器加熱蒸気弁２１、脱気器加熱ドレン弁２２、復水器１２、復水ポンプ２３、脱気器１３、及び給水ポンプ１４から構成されている。

フラッシュタンク１１は一方の端が一次過熱器１７に接続し、他は復水器１２、脱気器加熱蒸気弁２１、脱気器過熱ドレン弁２２に接続している。フラッシュタンク１１はボイラの起動バイパス系統に設置されており、一次過熱器１７で発生した気水混合物を蒸気とドレンとに分離する。そして主にドレンを復水器１２へ送るとともに、蒸気とドレンの一部を脱気器１３へ送っている。

脱気器加熱蒸気弁２１及び脱気器加熱ドレン弁２２はそれぞれ一端がフラッシュタンク１１に接続され、他の端はそれぞれ脱気器１３に接続されている。脱気器加熱蒸気弁２１及び脱気器加熱ドレン弁２２の開度はそれぞれ個別に脱気器１３内の所定圧力によって制御されている。脱気器１３内の圧力が所定圧力より低い場合、脱気器加熱蒸気弁２１及び脱気器加熱ドレン弁２２は開方向に動作し、所定圧力を超えた場合には全閉する。フラッシュタンク１１からの蒸気及びドレンは、それぞれ脱気器加熱蒸気弁２１及び脱気器過熱ドレン弁２２の開度に応じて脱気器１３内に送り込まれている。

復水器１２は、一方の端が復水ポンプ２３に接続され、他は蒸気タービン１８及びフラッシュタンク１１に接続されている。復水器１２には蒸気タービン１８を駆動させた蒸気及びフラッシュタンク１１から排出されたドレンが流入する。流入した蒸気は復水器１２内を循環する冷却水によって冷却され、再び水に戻っている。復水器１２の中の水は復水ポンプ２３で脱気器へ送られる。

脱気器１３の片方の端は給水ポンプ１４と接続し、他は脱気器加熱蒸気弁２１、脱気器加熱ドレン弁２２、及び復水ポンプ２３に接続している。復水ポンプ２３から送られた水は脱気器加熱蒸気弁２１、及び脱気器加熱ドレン弁２２を通って送られてきた蒸気及びドレンと混合することで直接加熱され、水中の酸素や炭素ガス等の不凝縮性ガスが除去される。非凝縮性ガスが除去された水は給水ポンプ１４により、再度ボイラ１内に送り込まれている。

続いて、本発明による発電停止時の発電装置の制御方法について説明する。

バーナ２ａ及び２ｂへの燃料供給装置３を停止し、ボイラ１の燃焼をストップさせる。燃料は一際使用しないため、燃料は不要である。

蒸気タービン１８を停止するため、一次過熱器１７から排出される蒸気はフラッシュタンク１１に送られ、蒸気とドレンに分離される。蒸気タービン１８に蒸気は送られないため、蒸気タービン１８側から復水器１２への蒸気の流入はない。

フラッシュタンク１１内に流入した蒸気は、脱気器加熱蒸気弁２１の開度に応じて脱気器内に送られる。脱気器加熱蒸気弁２１の開度は脱気器圧力０．０５ＭＰａに制御されており、脱気器加熱蒸気弁２１の開度に応じて所定量の蒸気が脱気器１３に送り込まれる。脱気器内の圧力が上昇し０．０５ＭＰａに近づくにつれ、脱気器加熱蒸気弁２１は閉方向に動作し、フラッシュタンク１１から脱気器１３への蒸気の供給量が減少する。脱気器内の圧力が０．０５ＭＰａを越えると脱気器加熱蒸気弁２１は全閉し、フラッシュタンク１１から脱気器１３への蒸気の供給量が減少する。

フラッシュタンク１１内のドレンは復水器１２に送られるとともに、脱気器加熱ドレン弁２２を介して脱気器１３に送られる。脱気器加熱ドレン弁２２の開度は脱気器圧力によって制御され、脱気器１３に送るドレンの量を調整している。ここで、脱気器加熱ドレン弁２２の開度は脱気器圧力０．１ＭＰａによって制御されている。通常運転時より脱気器圧力を高めに設定し、脱気器１３の中の圧力が高くなっても脱気器加熱ドレン弁２２は開方向となり、ドレンの供給が行われ、脱気器１３へのドレン供給量は従来よりも増量する。

脱気器１１内では、復水ポンプ２３を介して送られる水と、フラッシュタンク１１から送られる蒸気及びドレンとが混合した水となる。フラッシュタンク１１の中のドレンは高温であり、脱気器１３内へのドレンの供給量を増加させることで、脱気器１３内のドレンの割合が高くなり水の温度を上昇させることができる。

ドレン供給量を増やし、脱気器１３の中の水を従来より高温の水として、ボイラ１内部に設けた蒸発管１６及び一次過熱器１７に循環させることで、ボイラ１の燃焼を停止させても急激な温度の低下を防ぎ、徐々に降下させることができる。

また、本発明の構成では脱気器加熱ドレン弁２２の開度制御を脱気器圧力０．１ＭＰａとしており、ボイラ１の温度降下率を略１１０℃に維持できるため、ボイラの故障につながることがない。

また、脱気器１３へのドレンの供給量を増やすことにより、ボイラ１に循環させる水の温度を高くすることで、ボイラ１に循環させる水を減少させることも可能となる。脱気器１３の中の水を高くすることにより、少ない水の循環量でもボイラ１の温度降下率を略１１０℃／時間に保つことができる。この結果給水ポンプ１４及び復水ポンプ２３の負担軽減にもつながる。給水量の調節は給水ポンプ２３の給水流量制御弁を調節することで行い、給水流量制御弁を閉方向に制御すると給水流量が減少する。

図２は本発明を適用して発電停止時のボイラを徐冷した結果を示す実績図である。温度の計測は一次過熱器１７の入口温度にて計測した。

発電停止から３０分位まではあまり温度の降下がみられない。ボイラ停止直後はドレンの温度が高く、また、ドレン供給量を増量しているためと推察される。３０分を経過すると徐々に温度降下が進行している。ボイラ停止後、徐々にドレンの温度が低くなり、緩やかにボイラ１の冷却を行っていることがわかる。

本計測結果より、ボイラの燃焼を停止させても、ドレンの供給量を増量させることにより、十分にボイラを徐冷することが可能である。

本発明による発電停止時の発電装置の制御方法を示す概略的構成図である。 本発明による発電停止時の発電装置の制御方法を適用してボイラを除冷した実績図である。 従来方法による発電停止時のボイラを徐冷する発電装置の制御方法を示す概略的構成図である。 従来方法によってボイラを除冷した実績図である。

符号の説明

１ ボイラ
２ａ バーナ
２ｂ バーナ
３ 燃料供給装置
１１ フラッシュタンク
１２ 復水器
１３ 脱気器
１４ 給水ポンプ
１５ 節炭器
１６ 蒸発管
１７ 一次過熱器
１８ 蒸気タービン
１９ 燃焼ガス出口
２０ 燃焼ガス
２１ 脱気器過熱上記弁
２２ 脱気器過熱ドレン弁
２３ 復水ポンプ
３１ 二次過熱器

Claims (5)

1. フラッシュタンクに蒸気を供給するボイラと、復水器にドレンを供給し、ドレン及び蒸気を脱気器に供給するフラッシュタンクと、復水を脱気器に供給する復水器と、前記ボイラに給水を供給する脱気器とを具備し、
   全てのバーナを消火し、
   前記フラッシュタンクから前記脱気器へのドレン供給量を増やすように制御し、
   前記復水器が前記脱気器に供給した水を高温にし、
   前記脱気器内の水を前記ボイラに送って前記ボイラを徐冷することを特徴とする発電停止時の発電装置の制御方法。
2. 前記ドレン供給量の制御は、脱気器加熱ドレン弁を開方向に制御して、前記脱気器へのドレン供給量を増やすことを特徴とする請求項１に記載の発電停止時の発電装置の制御方法。
3. 前記脱気器圧力が０．１ＭＰａまで開口するように前記脱気器加熱ドレン弁を制御して前記脱気器へのドレン供給量を増やすことを特徴とする請求項１に記載の発電停止時の発電装置の制御方法。
4. 前記脱気器加熱ドレン弁の開口度を運転時よりも開方向に制御し、前記ボイラの温度降下率を略１１０℃／時間に維持することを特徴とする請求項１に記載の発電停止時の発電装置の制御方法。
5. 給水ポンプの給水流量制御弁を閉方向に制御し、前記脱気器から前記ボイラへ送る水を減量して前記ボイラの温度降下率を略１１０℃／時間に維持することを特徴とする請求項１に記載の発電停止時の発電装置の制御方法。

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