JP2013007533A - Control method of once-through boiler and device therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、管により構成されて水を一端部から強制的に循環給水し、順次加熱と蒸発を繰り返し、他端部から過熱蒸気を取り出す貫流ボイラにおいて、その給水量を調整可能とする貫流ボイラの制御方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a once-through boiler that is configured by a pipe and forcibly circulates and supplies water from one end, sequentially repeats heating and evaporation, and takes out superheated steam from the other end. The present invention relates to a control method and apparatus.
貫流ボイラは、火炉の壁部に多数の伝熱管を配置し、この伝熱管に給水を行うと共に、バーナにより火炉内部に火炎を生成し、伝熱管内の水を火炎により加熱することで蒸気を生成し、この過熱蒸気を取り出すものであり、この過熱蒸気を、例えば、蒸気タービンに供給して発電を行っている。 In the once-through boiler, a large number of heat transfer tubes are arranged on the wall of the furnace, water is supplied to the heat transfer tubes, a flame is generated inside the furnace by a burner, and steam is heated by heating the water in the heat transfer tubes by the flame. The superheated steam is generated and the superheated steam is taken out, and the superheated steam is supplied to, for example, a steam turbine to generate power.
このような貫流ボイラでは、通常、給水ポンプにより所定量の水をボイラの伝熱管に供給すると、この水はボイラにて加熱されることで全量が蒸気となり、過熱蒸気として取り出される。しかし、ボイラの起動直後など、ボイラにおける加熱量が低いときには、ボイラにより全量の水を蒸気とすることができず、気水分離器で分離された水は、給水ラインに戻される。この場合、気水分離器で分離された水を給水ラインに戻すと、ボイラで加熱した水の持つ熱量を捨てることとなり、熱効率が良くない。また、気水分離器で分離された水を給水ラインに戻すには、別途ポンプが必要となり、設備コスト及び動力コストが上昇してしまう。そのため、ボイラの加熱量に対応した給水量とすることが望ましい。 In such a once-through boiler, usually, when a predetermined amount of water is supplied to the heat transfer pipe of the boiler by a feed water pump, the water is heated by the boiler, so that the whole amount becomes steam and is taken out as superheated steam. However, when the amount of heating in the boiler is low, such as immediately after the startup of the boiler, the entire amount of water cannot be converted into steam by the boiler, and the water separated by the steam separator is returned to the water supply line. In this case, when the water separated by the steam separator is returned to the water supply line, the heat amount of the water heated by the boiler is discarded, and the thermal efficiency is not good. Moreover, in order to return the water separated by the steam separator to the water supply line, a separate pump is required, resulting in an increase in equipment cost and power cost. Therefore, it is desirable to set the amount of water supply corresponding to the heating amount of the boiler.
このような従来の貫流ボイラの制御方法としては、下記特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載された貫流ボイラの制御方法及び制御装置は、ボイラの起動運転または停止運転時に、ボイラ給水を節炭器及び火炉水壁部で加熱し、加熱された火炉水壁部出口流体を気水分離器で蒸気と水に分離し、蒸気を過熱器に供給して加熱し、水を貯水タンクに貯水したのちに再循環系統により火炉水壁部に再循環させるように構成し、ボイラ再循環系統が使用できない異常時に、火炉水壁部伝熱管温度が正常であることを条件として、火炉水壁部通過給水量を通常運転時より減少させると共に、循環水をボイラ再循環ポンプの上流側から復水系統を経て火炉水壁部に再循環するものである。 As such a conventional once-through boiler control method, there is one described in Patent Document 1 below. The control method and control device for a once-through boiler described in Patent Document 1 are configured to heat a boiler feed water at a economizer and a furnace water wall at the start-up operation or stop operation of the boiler, and the heated furnace water wall outlet The fluid is separated into steam and water with a steam separator, and the steam is supplied to the superheater and heated.After the water is stored in the water storage tank, it is recirculated to the furnace water wall by the recirculation system. When the boiler recirculation system cannot be used and the furnace water wall heat transfer tube temperature is normal, the water supply through the furnace water wall is reduced from that during normal operation and the circulating water is supplied to the boiler recirculation pump. It is recirculated from the upstream side to the furnace water wall through the condensate system.
上述した従来の貫流ボイラの制御方法及び制御装置には、ボイラ再循環系統が使用できない異常時に、火炉水壁部伝熱管温度が正常であることを条件として、火炉水壁部通過給水量を通常運転時より減少させることが記載されている。ところが、ボイラ(火炉)の伝熱管(水壁部)への給水量を減少させることで、ボイラの加熱量に対応した給水量とすることが望ましいが、ボイラ(伝熱管)へある程度の給水量を確保しないと、炉壁の健全性を維持することが困難となる。即ち、ボイラ(伝熱管)への給水量を少なくすると、伝熱管内の水の沸騰状態が核沸騰から膜沸騰に遷移し、それにより伝熱管のメタル温度が上昇してしまう。水が核沸騰から核沸騰限界(DNB:Departure from nucleate boiling)点を越えて膜沸騰に遷移させないような流量条件は、伝熱管内の圧力や熱流束により異なり、最適条件を設定することは困難なものとなっている。 In the conventional once-through boiler control method and control device described above, the furnace water wall passage water supply amount is normally set on condition that the furnace water wall heat transfer tube temperature is normal when the boiler recirculation system cannot be used. It is described that it is reduced from the time of operation. However, it is desirable to reduce the amount of water supplied to the heat transfer tube (water wall) of the boiler (furnace), so that the amount of water supplied corresponds to the amount of heating of the boiler. However, a certain amount of water is supplied to the boiler (heat transfer tube). Without ensuring, it becomes difficult to maintain the soundness of the furnace wall. That is, if the amount of water supplied to the boiler (heat transfer tube) is reduced, the boiling state of the water in the heat transfer tube transitions from nucleate boiling to film boiling, thereby increasing the metal temperature of the heat transfer tube. It is difficult to set the optimum conditions for the flow rate that prevents water from transitioning from nucleate boiling to nucleate boiling limit (DNB) to film boiling beyond the boiling point, depending on the pressure and heat flux in the heat transfer tube. It has become a thing.
本発明は、上述した課題を解決するものであり、循環水量を減少することで熱効率の向上、設備コスト及び動力コストの低減を可能とすると共に炉壁の健全性を維持可能とする貫流ボイラの制御方法及び装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and it is possible to improve the thermal efficiency, reduce the equipment cost and the power cost by reducing the amount of circulating water and to maintain the soundness of the furnace wall. It is an object to provide a control method and apparatus.
上記の目的を達成するための本発明の貫流ボイラの制御方法は、ボイラの伝熱管へ給水を行って内部の熱源との熱交換により生成された過熱蒸気を取り出す貫流ボイラにおいて、前記伝熱管への給水量を蒸気のクオリティに基づいて調整する、ことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a method for controlling a once-through boiler according to the present invention provides a method for controlling a once-through boiler in a once-through boiler that supplies water to a heat transfer tube of a boiler and takes out superheated steam generated by heat exchange with an internal heat source. The amount of water supplied is adjusted based on the quality of the steam.
従って、ボイラの伝熱管への給水量を蒸気のクオリティに基づいて調整するため、給水量の減少による核沸騰から膜沸騰への遷移を防止することができると共に、給水量の増加による再循環量の増加を防止することができ、給水量の最適条件を設定することで、循環水量を減少して熱効率の向上、設備コスト及び動力コストの低減を可能とすると共に、炉壁の健全性を維持可能とすることができる。 Therefore, the amount of water supplied to the heat transfer tubes of the boiler is adjusted based on the quality of the steam, so that the transition from nucleate boiling to film boiling due to a decrease in the amount of water supplied can be prevented, and the amount of recirculation caused by an increase in the amount of water supplied By setting the optimal conditions for the water supply volume, the circulating water volume can be reduced to improve thermal efficiency, reduce equipment costs and power costs, and maintain the integrity of the furnace wall Can be possible.
本発明の貫流ボイラの制御方法では、予め前記伝熱管内の水の核沸騰状態を維持可能なクオリティの上限値を設定し、このクオリティの上限値に対応する前記伝熱管への給水量の下限値を設定し、ボイラ起動時に、前記伝熱管への給水量をこの給水量の下限値に調整することを特徴としている。 In the once-through boiler control method of the present invention, an upper limit value of quality capable of maintaining the nucleate boiling state of water in the heat transfer tube is set in advance, and a lower limit of the amount of water supplied to the heat transfer tube corresponding to the upper limit value of the quality A value is set, and when the boiler is started, the amount of water supplied to the heat transfer tube is adjusted to a lower limit value of the amount of water supplied.
従って、ボイラ起動時に、伝熱管への給水量を、クオリティの上限値から求めた伝熱管への給水量の下限値に調整することで、給水量の減少による核沸騰から膜沸騰への遷移を防止することができると共に、給水量の増加による再循環量の増加を防止することができる。 Therefore, at the time of boiler startup, the transition from nucleate boiling to film boiling due to a decrease in the water supply amount is achieved by adjusting the water supply amount to the heat transfer tube to the lower limit value of the water supply amount obtained from the upper limit value of the quality. In addition to being able to prevent, an increase in the amount of recirculation due to an increase in the amount of water supply can be prevented.
本発明の貫流ボイラの制御方法では、前記伝熱管への給水量と生成された蒸気量と蒸気から分離されて給水側に戻される再循環水量の少なくとも2つに基づいて現在の蒸気のクオリティを算出することを特徴としている。 In the once-through boiler control method of the present invention, the current steam quality is determined based on at least two of the amount of water supplied to the heat transfer pipe, the amount of steam generated, and the amount of recirculated water separated from the steam and returned to the water supply side. It is characterized by calculating.
従って、伝熱管への給水量、蒸気量、再循環水量に基づいて容易に蒸気のクオリティを算出することができる。 Therefore, the quality of the steam can be easily calculated based on the amount of water supplied to the heat transfer tube, the amount of steam, and the amount of recirculated water.
また、本発明の貫流ボイラの制御装置は、ボイラの伝熱管へ給水を行って内部の熱源との熱交換により生成された過熱蒸気を取り出す貫流ボイラにおいて、前記伝熱管へ給水を行う給水ポンプと、蒸気のクオリティに基づいて前記給水ポンプによる前記伝熱管への給水量を調整するポンプ制御部と、を備えることを特徴とするものである。 Further, the control device for the once-through boiler of the present invention includes a feed water pump for supplying water to the heat transfer tube in the once-through boiler for supplying water to the heat transfer tube of the boiler and taking out superheated steam generated by heat exchange with an internal heat source. And a pump control unit that adjusts the amount of water supplied to the heat transfer pipe by the water supply pump based on the quality of the steam.
従って、ポンプ制御部は、蒸気のクオリティに基づいて給水ポンプによる伝熱管への給水量を調整するため、給水量の減少による核沸騰から膜沸騰への遷移を防止することができると共に、給水量の増加による再循環量の増加を防止することができ、給水量の最適条件を設定することで、循環水量を減少して熱効率の向上及び設備コストの低減を可能とすると共に、炉壁の健全性を維持可能とすることができる。 Therefore, since the pump control unit adjusts the amount of water supplied to the heat transfer pipe by the water supply pump based on the quality of the steam, it can prevent the transition from nucleate boiling to film boiling due to the decrease in the amount of water supplied, and the amount of water supplied Increase in the amount of recirculation due to an increase in the amount of water can be prevented, and by setting the optimum conditions for the amount of water supply, the amount of circulating water can be reduced to improve thermal efficiency and reduce equipment costs. Sex can be maintained.
本発明の貫流ボイラの制御装置では、前記ポンプ制御部は、予め前記伝熱管内の水の核沸騰状態を維持可能なクオリティの上限値を設定し、このクオリティの上限値に対応する前記伝熱管への給水量の下限値を設定し、ボイラ起動時に、前記伝熱管への給水量をこの給水量の下限値に調整することを特徴としている。 In the once-through boiler control apparatus according to the present invention, the pump control unit sets an upper limit value of quality that can maintain the nucleate boiling state of water in the heat transfer tube in advance, and the heat transfer tube corresponding to the upper limit value of the quality The lower limit value of the water supply amount is set, and when the boiler is started, the water supply amount to the heat transfer pipe is adjusted to the lower limit value of the water supply amount.
従って、ボイラ起動時に、伝熱管への給水量を、クオリティの上限値から求めた伝熱管への給水量の下限値に調整することで、給水量の減少による核沸騰から膜沸騰への遷移を防止することができると共に、給水量の増加による再循環量の増加を防止することができる。 Therefore, at the time of boiler startup, the transition from nucleate boiling to film boiling due to a decrease in the water supply amount is achieved by adjusting the water supply amount to the heat transfer tube to the lower limit value of the water supply amount obtained from the upper limit value of the quality. In addition to being able to prevent, an increase in the amount of recirculation due to an increase in the amount of water supply can be prevented.
本発明の貫流ボイラの制御装置では、前記伝熱管への給水量を計測する給水量センサと、蒸気から分離されて給水側に戻される再循環水量を計測する再循環水量センサとを設け、前記ポンプ制御部は、給水量と再循環水量に基づいて現在の蒸気のクオリティを算出することを特徴としている。 In the once-through boiler control device of the present invention, a feed water amount sensor for measuring the feed water amount to the heat transfer pipe, and a recirculation water amount sensor for measuring the recirculation water amount separated from the steam and returned to the feed water side are provided, The pump control unit is characterized in that the current steam quality is calculated based on the water supply amount and the recirculated water amount.
従って、給水量センサが計測した給水量と、再循環水量センサが計測した再循環水量に基づいて現在の蒸気のクオリティを算出することとなり、高精度で容易に蒸気のクオリティを算出することができる。 Therefore, the current steam quality is calculated based on the water supply amount measured by the water supply amount sensor and the recirculation water amount measured by the recirculation water amount sensor, and the steam quality can be easily calculated with high accuracy. .
本発明の貫流ボイラの制御装置では、前記ボイラにより加熱された蒸気を水分と蒸気とに分離する気水分離器と、該気水分離器により分離された水分を前記給水ポンプの下流側に戻す循環経路を設けることを特徴としている。 In the once-through boiler control apparatus according to the present invention, the steam-water separator that separates the steam heated by the boiler into moisture and steam, and the moisture separated by the steam-water separator is returned to the downstream side of the water supply pump. It is characterized by providing a circulation path.
従って、気水分離器により分離された水分を循環経路により給水ポンプの下流側に戻すことで、熱効率の低下を抑制することができる。 Therefore, the reduction | decrease in thermal efficiency can be suppressed by returning the water | moisture content isolate | separated by the steam separator to the downstream of a feed water pump by the circulation path.
本発明の貫流ボイラの制御方法及び装置によれば、伝熱管への給水量を蒸気のクオリティに基づいて調整するので、循環水量を減少することで熱効率の向上、設備コスト及び動力コストの低減を可能とすると共に、炉壁の健全性を維持可能とすることができる。 According to the control method and apparatus for the once-through boiler of the present invention, the amount of water supplied to the heat transfer pipe is adjusted based on the quality of the steam, so that the heat efficiency is improved by reducing the amount of circulating water, and the equipment cost and the power cost are reduced. It is possible to maintain the soundness of the furnace wall.
以下に添付図面を参照して、本発明の貫流ボイラの制御方法及び装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。 Exemplary embodiments of a method and apparatus for controlling a once-through boiler according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this Example, Moreover, when there exists multiple Example, what comprises combining each Example is also included.
図1は、本発明の実施例1に係る貫流ボイラの制御装置を表す概略構成図、図2は、蒸気クオリティに対する蒸気の質量速度を表すグラフ、図3は、ボイラ負荷に対するボイラ給水量を表すグラフ、図4は、実施例1の貫流ボイラを表す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a once-through boiler control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a graph showing steam mass velocity with respect to steam quality, and FIG. 3 shows boiler feed water amount with respect to boiler load. FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating the once-through boiler of the first embodiment.
実施例1において、図1に示すように、貫流ボイラ10は、例えば、石炭を粉砕した微粉炭を微粉燃料として用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能な微粉炭焚きボイラである。
In Example 1, as shown in FIG. 1, the once-
この貫流ボイラ10は、コンベンショナルボイラであって、火炉11と燃焼装置12とを有している。火炉11は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉11を構成する火炉壁の下部に燃焼装置12が設けられている。火炉11は、図示しない多数の伝熱管により形成された火炉壁により密閉状態となっている。
The once-through
燃焼装置12は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ21,22,23,24,25を有している。本実施例にて、この燃焼バーナ21,22,23,24,25は、周方向に沿って4個均等間隔で配設されたものが1セットとして、鉛直方向に沿って5セット、つまり、5段配置されている。
The
そして、各燃焼バーナ21,22,23,24,25は、微粉炭供給管26,27,28,29,30を介して微粉炭機(ミル)31,32,33,34,35に連結されている。この微粉炭機31,32,33,34,35は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に対向して複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送空気(1次空気)により分級された微粉炭を微粉炭供給管26,27,28,29,30から燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給することができる。
Each
また、火炉11は、各燃焼バーナ21,22,23,24,25の装着位置に風箱36が設けられており、この風箱36に空気ダクト37の一端部が連結されており、この空気ダクト37は、他端部に送風機38が装着されている。従って、送風機38により送られた燃焼用空気(2次空気)を、空気ダクト37から風箱36に供給し、この風箱36から各燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給することができる。
Further, the
そのため、燃焼装置12にて、各燃焼バーナ21,22,23,24,25は、微粉炭と1次空気とを混合した微粉燃料混合気を火炉11内に吹き込み可能であると共に、2次空気を火炉11内に吹き込み可能となっており、図示しない点火トーチにより微粉燃料混合気に点火することで、火炎を形成することができる。
Therefore, in the
なお、一般的に、ボイラの起動時には、各燃焼バーナ21,22,23,24,25は、油燃料を火炉11内に噴射して火炎を形成している。
In general, when the boiler is started, each
火炉11は、上部に煙道40が連結されており、この煙道40に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための過熱器(スーパーヒータ)41,42、再熱器43,44、節炭器(エコノマイザ)45,46,47が設けられており、火炉11での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
The
煙道(排ガス通路)40は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス管48が連結されている。この排ガス管48は、空気ダクト37との間にエアヒータ49が設けられ、空気ダクト37を流れる空気と、排ガス管48を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給する燃焼用空気を昇温することができる。
The flue (exhaust gas passage) 40 is connected to an
なお、排ガス管48は、図示しないが、脱硝装置、電気集塵機、誘引送風機、脱硫装置が設けられ、下流端部に煙突が設けられている。
Although not shown, the
従って、微粉炭機31,32,33,34,35が駆動すると、生成された微粉炭が搬送用空気と共に微粉炭供給管26,27,28,29,30を通して燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給される。また、加熱された燃焼用空気が空気ダクト37から風箱36を介して各燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給される。すると、燃焼バーナ21,22,23,24,25は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉11に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉11に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。この火炉11では、微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎が生じ、この火炉11内の下部で火炎が生じると、燃焼ガス(排ガス)がこの火炉11内を上昇し、煙道40に排出される。
Accordingly, when the pulverized
このとき、給水ポンプ(図示略)から供給された水は、節炭器45,46,47によって予熱された後、火炉壁を構成する各伝熱管(図示せず)に供給され、ここで加熱されて蒸気となる。更に、蒸気は過熱器41,42に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器41,42で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント(例えば、蒸気タービンなど)に供給される。また、この蒸気タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器43,44に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。
At this time, water supplied from a water supply pump (not shown) is preheated by the
その後、煙道40の節炭器45,46,47を通過した排ガスは、排ガス管48にて、図示しない脱硝装置にて、触媒によりNOxなどの有害物質が除去され、電気集塵機で粒子状物質が除去され、脱硫装置により硫黄分が除去された後、煙突から大気中に排出される。
Thereafter, the exhaust gas that has passed through the
ここで、上述した貫流ボイラ10における水及び蒸気の流れについて説明する。図1に示すように、給水ライン51は、給水ポンプ52が装着され、下流部が節炭器45(46,47)に連結されており、この節炭器45が火炉11の火炉壁を構成する伝熱管53に連結されている。この伝熱管53は、下流部が気水分離器54に連結され、気水分離器54は、蒸気ライン55を介して蒸気タービン56及びタービンバイパス弁57に連結されている。そして、この蒸気タービン56は、排出ライン58により復水器59に連結され、この復水器59は、給水ライン51の上流部に連結されている。また、気水分離器54は、再循環ライン(再循環経路)60により給水ライン51における給水ポンプ52より下流側に連結されている。そして、再循環ライン60にドレンタンク61と再循環水ポンプ62が装着されている。
Here, the flow of water and steam in the once-through
従って、給水ポンプ52が駆動すると、所定量の水が給水ライン51から節炭器45で加熱されてから伝熱管53に供給され、ボイラで熱交換を行うことで加熱され、蒸気が生成される。この蒸気は、気水分離器54で蒸気と水分に分離され、過熱蒸気は、蒸気ライン55を介して蒸気タービン56に供給され、蒸気タービン56を駆動して発電する。そして、蒸気タービン56で仕事をした蒸気は、排出ライン58により復水器59に送られ、ここで冷却されて復水となり、給水ライン51に戻される。一方、気水分離器54で過熱蒸気から分離された水分は、再循環ライン60からドレンタンク61に一時的に溜められ、このドレンタンク61から再循環水ポンプ62により給水ライン51に戻される。
Therefore, when the
このように構成された貫流ボイラ10では、蒸気のクオリティ(乾き度)に基づいて給水ポンプ52による伝熱管53への給水量を調整している。即ち、伝熱管53への給水量を計測する給水量センサ65と、蒸気(湿り蒸気)から分離されて給水ライン51に戻される再循環水量を計測する再循環水量センサ66と、給水量と再循環水量に基づいて現在の蒸気のクオリティを算出してこの蒸気のクオリティに基づいて給水ポンプ52による伝熱管53への給水量を調整する制御装置(ポンプ制御部)67とを設けている。
In the once-through
そして、この制御装置67は、予め伝熱管53内の水の核沸騰状態を維持可能なクオリティの上限値を設定し、このクオリティの上限値に対応する伝熱管53への給水量の下限値を設定し、ボイラ起動時に、伝熱管53への給水量をこの給水量の下限値に調整するようにしている。
And this
具体的に説明すると、貫流ボイラ10が起動しているとき、上述したように、給水ポンプ52が作動して火炉11に給水している。このとき、ボイラ10の負荷が100%で運転している場合、節炭器45への入口給水量を100とすると、ボイラ10の負荷が25%であれば、節炭器45への入口給水量は25必要となり、この入口給水量25は、給水量と再循環量の合計量である。また、ボイラ10の起動時、この節炭器45への入口給水量は25よりも少ないものとなる。
More specifically, when the once-through
従来、このボイラ10の起動直後、つまり、負荷が25%に到達する前、火炉11内の伝熱管53は水の蒸発量が小さく、この場合であっても、給水ポンプ52による節炭器45への入口給水量が25となるように制御している。そのため、ボイラ10では、給水量25をすべて蒸気とすることができず、気水分離器54で水分を分離した蒸気は、過熱器41を介して蒸気タービン56に送られる一方、蒸発できずに気水分離器54で蒸気から分離された水分(飽和水)は、再循環水ポンプ62により給水ライン51に戻されて再び火炉11に給水されることとなる。即ち、ボイラ10の起動時は、火炉11に供給された給水量25のうち、5のみが蒸発して蒸気タービン56に送られ、20は再循環している。そして、ボイラ10の負荷が25%に到達したら、再循環水ポンプ62を停止し、負荷の上昇に伴って給水ポンプ52による節炭器45への入口給水量を100まで上昇させている。
Conventionally, immediately after this
この場合、火炉11での蒸発量が5であることから、節炭器45への入口給水量を5に設定することができれば、再循環量20は発生せずに再循環水ポンプ62を廃止することができるが、火炉11に対してある程度の給水量を確保しなければ、火炉壁の伝熱管53が核沸騰から膜沸騰に遷移し、それによりメタル温度が上昇して火炉壁の健全性が維持できない。
In this case, since the evaporation amount in the
そこで、実施例1の貫流ボイラ10では、上述したように、蒸気のクオリティに基づいて給水ポンプ52による伝熱管53への給水量を調整している。即ち、火炉11における伝熱管53における流水量が低下すれば、クオリティ(蒸気乾き度)が増加する。このクオリティがある値(上限値)を超えると、伝熱管53を流れる水の沸騰状態が核沸騰から核沸騰限界(DNB)点を越えて膜沸騰に遷移することで、伝熱管53内の熱伝達率が低下し、この伝熱管53のメタル温度が急激に上昇して火炉壁の健全性が維持できなくなる。
Therefore, in the once-through
そのため、伝熱管53を流れる水の核沸騰を維持できるクオリティの上限値(伝熱管53内の流水量の下限値)を実験により把握し、核沸騰から膜沸騰への遷移条件を予測した。即ち、ボイラ10において、図2に示すように、クオリティ(蒸気クオリティ)と質量速度との関係から、クオリティの上限値、つまり、伝熱管53内の流水量の下限値、言い換えると、ボイラ10の起動時に、火炉11が必要とする最低流量を予測することができ、この時の給水量を大幅に引き下げることが可能となる。
Therefore, the upper limit value of the quality that can maintain the nucleate boiling of the water flowing through the heat transfer tube 53 (the lower limit value of the amount of flowing water in the heat transfer tube 53) was grasped by experiments, and the transition condition from nucleate boiling to film boiling was predicted. That is, in the
従来は、核沸騰を維持することができるクオリティの上限値(流水量の下限値)を予測することができず、また、予測できたとしてもその精度が低かった。そのため、ボイラ10の起動時から負荷が25%に到達するまで、火炉11の伝熱管53へ、つまり、節炭器45への入口給水量を過剰に確保していた。しかし、上述したように、本実施例では、伝熱管53内の水におけるクオリティの上限値を高精度に予測することができることから、給水ポンプ52を制御することで、節炭器45への入口給水量を大幅に低下させることが可能となった。
Conventionally, the upper limit value (the lower limit value of the flowing water amount) that can maintain nucleate boiling cannot be predicted, and even if it can be predicted, the accuracy is low. For this reason, the amount of water supplied to the
即ち、図3に示すように、ボイラ10の起動時から負荷が25%に到達するまでのボイラ給水量(節炭器45への入口給水量)は、従来、25であったが、この実施例1では、25よりも低くすることが可能となる。そのため、気水分離器54から再循環ライン60に流れる水量を低下させることが可能となり、再循環ポンプ62の容量を小さくして小型が可能となる。また、蒸発しなかった再循環水が僅かであることから、この再循環水を排水することで、再循環ポンプ62を廃止することも可能となる。
That is, as shown in FIG. 3, the boiler water supply amount (inlet water supply amount to the economizer 45) from when the
ここで、具体的に説明すると、制御装置67は、ボイラ10起動時に、給水ポンプ52を駆動制御することで、節炭器45を介して火炉11の伝熱管53へ供給する水量を、伝熱管53を流れる水の核沸騰を維持できるクオリティの上限値、つまり、伝熱管53内の流水量の下限値となるようにする。この流水量の下限値は、ボイラ10の形態により予め実験により求めておく。
More specifically, the
そして、ボイラ10の負荷の上昇に伴って伝熱管53への給水量を増加させるが、このとき、気水分離器54で分離された再循環水の流量が適切な量となるように伝熱管53への給水量を制御する。即ち、制御装置67は、給水量センサ65が伝熱管53への給水量を計測し、循環水量センサ66が蒸気(湿り蒸気)から分離されて給水ライン51に戻される再循環水量を計測し、給水量と再循環水量に基づいて現在の蒸気のクオリティを算出する。そして、制御装置67は、この蒸気のクオリティがクオリティの上限値を超えないように給水ポンプ52による伝熱管53への給水量を調整する。
Then, the amount of water supplied to the
そのため、従来におけるボイラ10の起動時の給水量を25としたとき、そのうちの5が蒸発し、残りの20程度を再循環させていたが、本実施例では、ボイラ10の起動時の給水量を減量することが可能になり、同じ蒸発量であっても再循環水量が少なくてよい。例えば、給水量を10まで引き下げることができれば、同じ蒸発量5であっても、再循環水量が5でよくなる。その結果、再循環水ポンプ62の容量を小さくすることができ、または、蒸発しなかった再循環水が僅かであるために再循環水ポンプ62を廃止することも可能となる。
Therefore, when the water supply amount at the time of starting the
このように実施例1の貫流ボイラの制御装置にあっては、ボイラ10の伝熱管53へ給水を行って内部の熱源との熱交換により生成された過熱蒸気を取り出す貫流ボイラにおいて、伝熱管53へ給水を行う給水ポンプ52と、蒸気のクオリティに基づいて給水ポンプ52による伝熱管53への給水量を調整する制御装置67とを設けている。
As described above, in the once-through boiler control apparatus according to the first embodiment, in the once-through boiler that supplies water to the
従って、制御装置67は、蒸気のクオリティに基づいて給水ポンプ52による伝熱管53への給水量を調整するため、給水量の減少による核沸騰から膜沸騰への遷移を防止することができると共に、給水量の増加による再循環量の増加を防止することができ、給水量の最適条件を設定することで、循環水量を減少して熱効率の向上及び設備コストの低減を可能とすると共に、炉壁の健全性を維持可能とすることができる。
Therefore, since the
また、実施例1の貫流ボイラの制御装置では、制御装置67、予め伝熱管53内の水の核沸騰状態を維持可能なクオリティの上限値を設定し、このクオリティの上限値に対応する伝熱管53への給水量の下限値を設定し、ボイラ10の起動時に、伝熱管53への給水量をこの給水量の下限値に調整している。従って、ボイラ10の起動時に、伝熱管53への給水量を、クオリティの上限値から求めた伝熱管53への給水量の下限値に調整することで、給水量の減少による核沸騰から膜沸騰への遷移を防止することができると共に、給水量の増加による再循環量の増加を防止することができる。
Further, in the once-through boiler control device of the first embodiment, the
また、実施例1の貫流ボイラの制御装置では、伝熱管53への給水量を計測する給水量センサ66と、蒸気から分離されて給水側に戻される循環水量を計測する循環水量センサ66とを設け、制御装置67は、給水量と循環水量に基づいて現在の蒸気のクオリティを算出している。従って、給水量センサ65が計測した給水量と、循環水量センサ66が計測した循環水量に基づいて現在の蒸気のクオリティを算出することとなり、高精度で容易に蒸気のクオリティを算出することができる。
In the once-through boiler control apparatus according to the first embodiment, the
また、実施例1の貫流ボイラの制御装置では、ボイラ10により加熱された蒸気(湿り蒸気)を水分と蒸気とに分離する気水分離器54と、気水分離器54により分離された水分を給水ポンプ52の下流側に戻す再循環ライン60を設けている。従って、気水分離器54により分離された水分を再循環ライン60により給水ライン51における給水ポンプ52の下流側に戻すことで、熱効率の低下を抑制することができる。
In the once-through boiler control apparatus according to the first embodiment, the steam-
また、実施例1の貫流ボイラの制御方法にあっては、伝熱管53への給水量を蒸気のクオリティに基づいて調整している。従って、再循環水量を減少して熱効率の向上及び設備コストの低減を可能とすると共に、炉壁の健全性を維持可能とすることができる。
In the once-through boiler control method according to the first embodiment, the amount of water supplied to the
また、実施例1の貫流ボイラの制御方法では、伝熱管53への給水量と生成された蒸気量と蒸気(湿り蒸気)から分離されて給水側に戻される循環水量の少なくとも2つに基づいて現在の蒸気のクオリティを算出している。従って、伝熱管53への給水量、過熱蒸気量、循環水量に基づいて容易に蒸気のクオリティを算出することができる。
Moreover, in the control method of the once-through boiler of Example 1, based on at least two of the amount of water supplied to the
図5は、本発明の実施例2に係る貫流ボイラの制御装置を表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating a once-through boiler control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the function similar to the Example mentioned above, and detailed description is abbreviate | omitted.
実施例2の貫流ボイラの制御装置において、図5に示すように、給水ライン51は、給水ポンプ52が装着され、下流部が節炭器45を介して火炉11の伝熱管53に連結されている。この伝熱管53は、下流部が気水分離器54に連結され、気水分離器54は、蒸気ライン55を介して蒸気タービン56に連結されている。そして、この蒸気タービン56は、排出ライン58により復水器59に連結され、この復水器59は、給水ライン51の上流部に連結されている。また、気水分離器54は、再循環ライン(再循環経路)70により給水ライン51における給水ポンプ52より下流側に連結されている。そして、再循環ライン70にドレンタンク61が装着されている。
In the once-through boiler control apparatus according to the second embodiment, as shown in FIG. 5, the
従って、給水ポンプ52が駆動すると、所定量の水が給水ライン51から節炭器45で加熱されてから伝熱管53に供給され、ボイラで熱交換を行うことで加熱され、蒸気となる。この蒸気は、気水分離器54で水分が分離され、蒸気ライン55を介して蒸気タービン56に供給されて発電する。そして、蒸気タービン56で仕事をした蒸気は、排出ライン58により復水器59に送られ、ここで冷却されて復水となり、給水ライン51に戻される。一方、気水分離器54で過熱蒸気から分離された水分は、再循環ライン70からドレンタンク61に一時的に溜められ、給水ライン51に戻される。
Therefore, when the
このように構成された貫流ボイラ10では、実施例1と同様に、蒸気のクオリティに基づいて給水ポンプ52による伝熱管53への給水量を調整している。制御装置67は、給水量と循環水量に基づいて現在の蒸気のクオリティを算出してこの蒸気のクオリティに基づいて給水ポンプ52による伝熱管53への給水量を調整している。この場合、制御装置67は、予め伝熱管53内の水の核沸騰状態を維持可能なクオリティの上限値を設定し、このクオリティの上限値に対応する伝熱管53への給水量の下限値を設定し、ボイラ起動時に、伝熱管53への給水量をこの給水量の下限値に調整する。
In the once-through
なお、実施例2は、再循環ライン70が給水ライン51における給水ポンプ52より下流側に連結されていること、再循環水ポンプがないこと以外は、実施例1の構成と同様であり、作用も同様であることから、詳細な説明は省略する。
In addition, Example 2 is the same as the structure of Example 1 except that the
このように実施例2の貫流ボイラの制御装置にあっては、気水分離器54により蒸気が取り出された水を給水ライン51における給水ポンプ52より下流側に戻す再循環ライン70を設けている。従って、再循環水を給水ポンプ52により給水ライン51に戻すこととなり、再循環水ポンプ62をなくすことが可能となる。
Thus, in the control apparatus for the once-through boiler according to the second embodiment, the
なお、上述した各実施例にて、伝熱管53への給水量を計測する給水量センサ65と、蒸気(湿り蒸気)から分離されて給水ライン51に戻される再循環水量を計測する再循環水量センサ66とを設け、制御装置67は、計測した給水量と再循環水量に基づいて現在の蒸気のクオリティを算出し、この蒸気のクオリティに基づいて給水ポンプ52による伝熱管53への給水量を調整したが、この構成に限定されるものではない。本発明の貫流ボイラの制御装置は、伝熱管53への給水量と、生成された蒸気量と、蒸気(湿り蒸気)から分離されて給水側に戻される再循環水量の少なくとも2つに基づいて現在の蒸気のクオリティを算出するものである。
In each of the above-described embodiments, a water
また、上述した各実施例では、気水分離器54から給水ライン51に戻す再循環ライン60,70、ドレンタンク61、再循環水ポンプ62を設けたが、再循環水量を減少して排水としたり、再循環水量をなくしたりすることができれば、これらを設けなくてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the
11 火炉
41,42 過熱器
43,44 再熱器
45,46,47 節炭器
51 給水ライン
52 給水ポンプ
53 伝熱管
54 気水分離器
55 蒸気ライン
56 蒸気タービン
57 タービンバイパス弁
58 排出ライン
59 復水器
60,70 再循環ライン
61 ドレンタンク
62 再循環水ポンプ
11
Claims (7)
前記伝熱管への給水量を蒸気のクオリティに基づいて調整する、
ことを特徴とする貫流ボイラの制御方法。 In a once-through boiler that feeds water to the heat transfer pipe of the boiler and takes out superheated steam generated by heat exchange with the internal heat source,
Adjusting the amount of water supplied to the heat transfer tube based on the quality of the steam;
A control method for a once-through boiler, characterized in that.
前記伝熱管へ給水を行う給水ポンプと、
蒸気のクオリティに基づいて前記給水ポンプによる前記伝熱管への給水量を調整するポンプ制御部と、
を備えることを特徴とする貫流ボイラの制御装置。 In a once-through boiler that feeds water to the heat transfer pipe of the boiler and takes out superheated steam generated by heat exchange with the internal heat source,
A water supply pump for supplying water to the heat transfer pipe;
A pump controller that adjusts the amount of water supplied to the heat transfer pipe by the feed water pump based on the quality of the steam;
A once-through boiler control device.
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