JP2019527808A - 廃熱蒸気発生器を動作させるための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、廃熱蒸気発生器、特に強制流動原理に従って設計された廃熱蒸気発生器を動作させるための方法に関し、廃熱蒸気発生器は、流動媒体が流通する蒸発器（１６）と、複数のエコノマイザ加熱面（１０、１４）を有するエコノマイザと、流動媒体側において複数のエコノマイザ加熱面（１０、１４）と並列接続されたバイパスライン（４）と、を備える。この方法では、バイパスライン（４）の流量を制御するまたは調整するために、廃熱蒸気発生器（１）に供給される熱エネルギーの指標である変数（３０）を使用し、バイパスライン（４）を通る流動媒体の流量の調整または制御が、過冷目標値（２６）に従って蒸発器（１６）の入口で行われる。バイパスライン（４）を通した流動媒体の流量の調整または制御は、同様に、過熱目標値（１１０）に従って蒸発器（１６）の出口で行われる。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルにかかる廃熱蒸気発生器を動作させるための方法に、特に、強制流動原理に従って設計された廃熱蒸気発生器の負荷依存制御に、関する。

特許文献１には、廃熱蒸気発生器を動作させるための方法が記載されており、この廃熱蒸気発生器は、蒸発器、複数のエコノマイザ加熱面を有するエコノマイザ、及び、流動媒体側において複数のエコノマイザ加熱面と並列に接続されたバイパスラインを備える。廃熱蒸気発生器の動作安全性及び信頼性を高めるため、特許文献１には方法が記載されており、この方法を用いて、全ての負荷状態において、蒸発器への入口において水−蒸気混合物を形成することが信頼性高く防止される。このために、廃熱蒸気発生器に供給される熱エネルギーの指標である変数をバイパスラインの流量を制御するまたは調整するために使用し、それにより、変数が増加した場合に、バイパスラインの流量を低減する。その結果、廃熱蒸気発生器に供給される熱エネルギーが増加し、したがって依然として蒸発器の入口において温度または過冷における実際の変化を測定する前の場合であっても、バイパスラインの流量は、適切に調節され得る。これは、廃熱蒸気発生器の現在の動作モードにおいて、廃熱蒸気発生器に供給される熱エネルギーが増加した場合には、この増加は、流動媒体のさらなる熱力学的状態変数（例えば、給水質量流、圧力、媒体温度など）における増加に結び付けられるためであり、この増加は、自然法則のため、入口過冷の増加に直接関連付けられる。したがって、このような場合において、バイパスラインの流量は、低減されるべきであり、それにより、エコノマイザの出口における温度は、上昇し、このため、エコノマイザにおける過冷は、低減される。応じてその結果、変数が低減した場合において、バイパスラインの流量は、有利に増加され、それにより、目的の態様でエコノマイザの出口温度を調節する。ここで、同様に、流量の制御は、所定の過冷設定点の関数として実行され得る。

強制流動原理に従って設計された廃熱蒸気発生器の給水量を調整または制御している間に、明らかなことは、蒸発器から出現する流動媒体の負荷依存しかつ安定しない温度変動が、例えば特許文献２から公知の方法のみを用いて最適に防止されないこと、である。

欧州特許出願公開第２２２４１６４号明細書 国際公開第２００９／１５００５５号パンフレット

したがって、本発明の目的は、廃熱蒸気発生器を動作させるための最適化した方法を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する方法によって、実現される。

本発明にかかる方法を用いて、大きな追加費用なく、廃熱蒸気発生器の安定していない動作中に発生する蒸発器出口温度の変動でさえも効果的に最小化し得る。実際面として、これは、廃熱蒸気発生器に負荷をかける成分が、所定の一時的な要件の下で、さらに低減され得ること、または、比較的均等な負荷成分を用いて、設備の柔軟性をさらに増加させ得ること、を意味する。そのために、特許文献１から公知の装置では、バイパスラインを通る流動媒体の流量を制御するまたは調整するための基本方法を適合させることを十分に必要とする。

本発明かかる方法の有利な展開は、従属請求項から寄り集められ得る。

本発明は、ここで、以下の図面を使用することによって一例として説明される。

最適化した調整のための第１設計を示す概略図である。 図１に示す例示的な実施形態の詳細を示す概略図である。 第２の例示的な実施形態を示す概略図である。

まず、図１は、廃熱蒸気発生器のための調整を有する第１設計を示す。図示しないポンプによって駆動される流動媒体Ｓは、まず、第１予熱器加熱面、すなわちエコノマイザ加熱面１０に流入する。ただし、バイパスライン４は、すでに分岐している。バイパスライン４の流量を調整するため、制御可能なモータ８によって調整され得る流動制御弁６が設けられている。簡素な制御弁を設けることも可能であるが、迅速に応答する制御弁を用いることにより、蒸発器入口における過冷のより良好な調整は、可能となる。このため、流動媒体Ｓの一部は、流動制御弁６の位置に応じて、バイパスライン４に流入し、別の一部は、第１エコノマイザ加熱面１０、そしてさらなるエコノマイザ加熱面１４を通って流動する。この設計において、エコノマイザ加熱面１４の出口では、バイパスライン４及びエコノマイザ加熱面１４からの流動媒体が、下流側蒸発器１６に入る前に、混合点１２において混合される。燃焼ガス側では、エコノマイザ加熱面１０、１４の及び蒸発器１６の様々な配置が可能である。しかしながら、通常、エコノマイザ加熱面１０、１４は、エコノマイザが比較して最も冷たい流動媒体を搬送するので、燃焼ガス側において蒸発器１６の下流側に接続されており、図示しない燃焼ガスダクト内に残存する熱を使用することを意図している。廃熱蒸気発生器の滑らかな動作を保証するために、現在の温度が蒸発器の飽和温度から十分な差があることを意味する十分な過冷は、蒸発器入口において存在すべきであり、それにより、十分な液体流動媒体は、存在する。このようにしてのみ、蒸発器１６にある個別の蒸発器管への流動媒体の信頼性の高い分配を行うことを保証することが可能である。蒸発器入口における過冷を調整するために、圧力測定装置２０及び温度測定装置２２は、この場所に設けられている。調整側において、まず、過冷設定点２６は、蒸発器入口に予め規定されている。これは、例えば３Ｋであり得る、すなわち、蒸発器入口の温度は、蒸発器１６の飽和温度未満の３Ｋにあるように意図されている。圧力測定装置２０において判断された圧力から、この圧力が蒸発器１６に広がる圧力の直接関数であるので、蒸発器１６の飽和温度２８は、判断される。特許文献１から公知の調整・制御装置１００は、これら値を使用し、供給された熱エネルギーを及び過冷設定点２６の指標である変数３０の関数としてこれら値を評価し、この過冷設定点は、予め設定されており、すなわち、事前に規定されており、蒸発器１６の入口に存在するように意図されている。そして、その結果、バイパスライン４の流動制御弁６を制御するための適切な制御値をもたらす。

本発明によれば、特許文献１から公知の調整制御装置１００と比較して拡張された調整・制御装置１００’が設けられている。ここで、バイパスライン４の流量の制御及び調整は、廃熱蒸気発生器に供給される熱エネルギーの指標である変数３０の関数として、かつ、蒸発器１６の入口における過冷設定点２６の関数として、さらに、蒸発器１６の出口における過熱設定点１１０の関数として、実行される。過熱設定点１１０は、この場合において、蒸発器１６における流動媒体の出口温度に関する設定点を予め規定する。蒸発器出口における過熱を調整するために、この場所には、圧力測定装置１２１及び温度測定装置１３１が設けられており、これら装置は、拡張型調整・制御装置１００’において相応に処理される。

完全にするために、給水主弁１４１を制御するための給水制御装置ＳＷＳは、同様に、図１に示されている。ここで、制御は、例えば特許文献２からすでに告知であるような適切な給水制御装置ＳＷＳによって行われる。圧力＜ＰＳ＞及び＜ＰＤ＞並びに温度＜ＴＳ＞及び＜ＴＤ＞は、蒸発器の前後から取り出されており、給水制御装置ＳＷＳによって適切に処理され、その後、制御信号＜Ｓ＞として給水主弁のモータ１４２に送られる。この給水調整が本発明の主題ではないが、バイパスラインの流動制御弁６を及び給水主弁１４１を制御することは、これら弁それぞれの制御挙動に関して互いに揃えられており、それにより、全負荷範囲において廃熱蒸気発生器の確実な動作を保証する。

物理法則の背景に対して、強制流動原理に従って設計された廃熱蒸気発生器において入口温度を変動させる結果として、出口温度の変動を招く。ここで、具体的な容積が下落したこと及び蒸発器流動が直接関連して低下したことを理由として入口温度が低下することは、蒸発器出口における温度上昇及び過熱を招く。逆も対応して真実である。一般に、これは、安定しない動作中に望ましくない効果であり、この安定しない動作は、給水主弁１４１のための制御概念において対抗手段を適切に実行することによって可能な範囲までは、補償されるべきである。しかしながら、現在通常付加されている高い温度勾配を理由として、このように補償することは、給水調整のみによっては常に可能ではない。この状況を改善するために、本発明を用いるが、この方法は、現在、反対側の経路を正確に辿り、上述した望ましくない物理的効果を使用する。適切な方法で蒸発器入口温度を具体的に操作するまたは変化させることによって、予め規定した設定点に関する蒸発器出口温度の逸脱に対する反応をし、それにより、このようにして、出口温度の変動を可能な限り低くする。例えば、安定していない場合において、蒸発器出口温度が望まずに急激に落下した場合、蒸発器流動は、蒸発器入口温度を低下させる（バイパスライン４の流動制御弁６を開放する）ことによって一時的に低減させ得、このため、出口温度を支持し得る。逆の場合において、蒸発器入口温度は、（バイパスライン４の流動制御弁６を閉塞して）増加されるべきであり、それにより、蒸発器流動における一時的な増加を用いて、蒸発器出口温度における上昇に対抗する。しかしながら、ここで、熱水力の背景の観点に対して、最大蒸発器入口温度を越えないこと、または、最小必要入口過冷を下回らないこと、に注意する必要がある。さらに、本発明にかかる方法は、拡張した調整・制御装置１００’が同様に所望の方向で蒸発器入口温度に影響を及ぼすことが実際に可能であることを前提としている。実際面として、これは、蒸発器入口温度のさらなる低下に関して、流動制御弁６をすでに完全に開いてはならない一方で、増加に関して、流動制御弁を完全に閉じないべきであること、を意味する。さらに、本明細書に示す方法に関して、エコノマイザ加熱面の周りに位置する二次流動が、最終エコノマイザ段の前であるが蒸発器入口において直接、流動媒体の主流動とすでに再び混合されていない場合には、このようにしてのみ特定の状況の下で必要な蒸発器入口温度における急速な変化を保証し得るので、特に有利である。しかし、蒸発器入口においてバイパス流動を組み込むことは、最終エコノマイザ段において蒸気を形成する可能性があるという危険性があり、この蒸気形成は、回避されるものである。給水制御弁を（図３に示すような）第１エコノマイザ段から（図１及び図２に示すような）蒸発器の入口に移動させることは、適切な改善措置を保証し得る。エコノマイザ加熱面における関連する高いシステム圧の結果として、物理的性質のために、最終エコノマイザ加熱面において蒸気が形成されることは、行われない。

ここで、図２は、図１に示す基本制御概念のさらなる詳細を示す。ここで、まず、蒸発器出口において判断した過熱と過熱設定点１１０との間の差を形成し、そして、この差の変化率を計算する。この計算は、さらなる一階微分項１５１を用いて最適になされ、この一階微分項への入力は、目標の過熱及び実際の過熱に接続されている。有利には、この微分項１５１の出力は、変数３０の時間遅延値１５２によってさらに乗算され、この変数は、供給されたエネルギーの指標であり、過冷設定点２６に加えられる。蒸発器入口における必要な最小過冷を下回らないようにするために、この和は、最大選択素子１５５を介して所望の最小過冷１５４に追加的に固定されなければならない。

図３は、さらなる例示的な実施形態を示しており、この実施形態では、給水制御弁１４１は、第１エコノマイザ加熱面１０の上流側に配設されており、２つのエコノマイザ加熱面１０、１４間には、バイパスライン４の結合部１２’が設けられている。ここで、拡張した調整・制御装置１００’は、図２の例示的な実施形態と比較して旧来の２回路制御ループという意味では、エコノマイザ１４の入口における温度の時間遅延値１５７を考慮し、この時間遅延値は、さらなる測定装置１５６を用いて決定される。これにより、エコノマイザ１４によって引き起こされる蒸発器入口における流動媒体の温度の時間遅延挙動にかかわらず、設備の挙動が安定していない場合に、エコバイパス調整装置１００’が可能な限り迅速にかつそれにもかかわらず同時に安定して作動できることを保証する。

本発明にかかる方法を強制流動原理に従って設計した廃熱蒸気発生器で使用する場合、このような強制流動式廃熱蒸気発生器の臨界未満蒸発器システムを模擬することを示したので、蒸発器出口における過熱の変動は、効果的に低減され得る。蒸発器出口の過熱における変動は、本明細書で示した方法を適用しないと、結局は約９０Ｋになる一方で、これら変動は、本発明にかかる概念を適用すると、約５０Ｋまで低減され得る。

１ 廃熱蒸気発生器、４ バイパスライン、１０ 第１エコノマイザ加熱面、１４ エコノマイザ加熱面、１６ 下流側蒸発器、２６ 過冷設定点，過冷目標値、３０ 変数、１１０ 過熱設定点， 過熱目標値

Claims (4)

1. 廃熱蒸気発生器、特に強制流動原理に従って設計された廃熱蒸気発生器を動作させるための方法であって、
   前記廃熱蒸気発生器が、流動媒体が流通する蒸発器（１６）と、複数のエコノマイザ加熱面（１０、１４）を有するエコノマイザと、前記流動媒体側において複数の前記エコノマイザ加熱面（１０、１４）と並列接続されたバイパスライン（４）と、を備え、前記バイパスライン（４）の流量を制御するまたは調整するために、前記廃熱蒸気発生器（１）に供給される熱エネルギーの指標である変数（３０）を使用し、前記バイパスライン（４）を通る前記流動媒体の流量の調整または制御が、前記蒸発器（１６）の入口における過冷設定点（２６）の関数として行われており、
   前記バイパスライン（４）を通る前記流動媒体の流量の調整または制御が、前記蒸発器（１６）の出口における過熱設定点（１１０）の関数として追加的に行われていることを特徴とする方法。
2. 前記バイパスライン（４）を通る前記流動媒体の流量が、前記過熱設定点（１１０）を下回ると増加し、
   前記バイパスライン（４）を通る前記流動媒体の流量が、前記過熱設定点（１１０）を越えると低下することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記過熱設定点（１１０）が、前記蒸発器（１６）における前記流動媒体の出口温度に関する設定点として予め規定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記過冷設定点（２６）が、前記蒸発器（１６）における前記流動媒体の入口温度に関する設定点として予め規定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。

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