JP4031872B2 - ドラム型ボイラを用いた発電プラントにおける給水制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドラム型ボイラを用いた発電プラントにおける給水制御方法に係り、特に、ボイラの燃料遮断時における給水制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のドラム型ボイラ採用の発電プラントにおける燃料遮断時の問題点について、一般的な火力発電プラントを例にとり図２によって説明する。
【０００３】
ボイラ１で発生した蒸気は、蒸気タービン２の高圧車室３において蒸気タービンを回転させた後、再びボイラ１に導入され、その後中圧車室４，低圧車室５において順次蒸気タービンを回転させることにより発電機６を回転させ、電気を発生する。
【０００４】
ここで、低圧車室５から排出された蒸気は復水器７にて復水に変換される。この復水は、復水ポンプ８により昇圧され低圧ヒータ９により順次昇温され脱気器１１の水位を制御する脱気器水位調節弁１０を経て脱気器１１に送水される。脱気器１１にて加熱，脱気された復水は給水ポンプ１２により昇圧され高圧ヒータ１３により、順次昇温され給水調節弁１４を経て再びボイラ１に送水される。発電プラントはこのような一連のサイクルを繰り返し運転される。
【０００５】
上述の如く発電プラント運転中に何らかの要因で発電を停止させるため、ボイラの燃料を遮断した場合、発電プラントの状態は以下のようになる。
【０００６】
ボイラの燃料遮断に伴い▲１▼蒸気タービン２のトリップ→▲２▼ボイラ１のドラムレベル低下→▲３▼給水調節弁１４の開度増→▲４▼脱気器１１のレベル低下→▲５▼脱気器水位調節弁１０の開度増により脱気器１１への復水（冷水）流入量増→▲６▼脱気器１１の圧力が急激に低下→▲７▼給水ポンプ１２の押込圧力が急激に低下し、ポンプキャビテーション発生により給水ポンプ１２がトリップ→▲８▼ボイラ１のドラムレベル極低によりボイラ残熱のため空焚き状態、に至る。
【０００７】
給水ポンプキャビテーション、ボイラの残熱による空焚き状態は、機器側にとっては、非常に好ましくないことであった。
【０００８】
補足説明（上記▲１▼〜▲８▼の補足説明）
▲１▼：発電プラントが異常のため、ボイラ燃料遮断と同時にタービンをトリップさせ、発電プラントを停止させる。
【０００９】
▲２▼：蒸気タービン２がトリップすると、蒸気タービン主蒸気止め弁１５が瞬時に全閉し、ボイラ１の蒸気管は密閉状態となる。そのため、ボイラ１内ドラム圧力が上昇し気泡がつぶれ、ドラムレベルが低下する。
【００１０】
▲３▼：ボイラ１のドラムレベル低下に伴い、レベル回復を図るため、給水調節弁１４の開度増となる。
【００１１】
▲４▼：給水調節弁１４の開度増に伴い、脱気器１１貯水は大量にボイラ１へ給水されるため、レベルが低下する。
【００１２】
▲５▼：脱気器１１貯水レベル低下に伴い、レベル回復を図るため、脱気器水位調節弁１０が開度増となり、脱気器１１への復水流入量が増となる。この時、蒸気タービン２のトリップにより蒸気タービン２から低圧給水加熱器９への（復水加温用の）抽気蒸気が遮断された状態のため、脱気器１１へ流入する復水は冷水となる。
【００１３】
▲６▼：蒸気タービン２からの脱気器加熱蒸気も蒸気タービンのトリップにより瞬時に遮断されると共に、脱気器１１の貯水（熱水）に冷たい復水が大量に流入してくるので、脱気器１１の貯水温度は急激に低下し、それに伴い圧力が急激に低下する。
【００１４】
▲７▼：脱気器１１の貯水の容量が大きいため、給水ポンプ１２の入口水の温度が低下するのは時間遅れがあり、脱気器１１内圧力降下後の一定時間後に給水ポンプ１２の必要押込み圧力が低下していく。そのため、給水ポンプ１２の必要押込み圧力が有効入口圧力を上回り、キャビテーションが発生して、給水ポンプがトリップとなる（図３，図４参照）。
【００１５】
▲８▼：給水ポンプ１２がトリップするとボイラへの送水が給水が断たれるため、ボイラ１のドラムレベル極低となり、ボイラ内の残熱により、空焚き状態となる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
電力需要は年々増加する傾向を示してはいるものの、新規発電プラント設置等の設備投資が抑制されるなか、既存の発電プラントの稼働率を増加させること及び異常時における機器保護については、電力業界をはじめとするエネルギー分野において重要な課題となっている。
【００１７】
その一環である燃料遮断時におけるボイラの保護及び給水ポンプの保護，運転継続方法について本課題への貢献度は高い。しかしながら、従来の方法では給水ポンプトリップ防止及びボイラ残熱空焚き防止をはかることは困難であった。
【００１８】
従って、本発明の目的は、燃料遮断時における給水ポンプキャビテーション発生防止及びボイラの残熱による空焚き防止を安全に且つ確実に行う方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題に対するアプローチとしては、給水ポンプキャビテーション発生要因が脱気器１１内圧力の急激な降下であることに注目し、脱気器１１内圧力の降下が緩やかになるように、給水調節弁１４を燃料遮断時に絞り込むことにある。
【００２０】
燃料遮断時には、ボイラ１内のドラムレベルが低下するため、給水調節弁１４を絞りこむことは、一見、矛盾しているように見られるが、蒸気タービン２の主蒸気止め弁が全閉である密閉状態では蒸気が大量に流出することがないため、少量の給水量でボイラ１の残熱による空焚き防止を図ることができる。
【００２１】
即ち、本発明では、燃料遮断時に速やかに給水調節弁１４を絞り込むことにより、脱気器１１内圧力の降下を抑制し給水ポンプ１２のキャビテーションを防止するとともに、ボイラ１の残熱による空焚きを防止することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
火力発電プラントに適用した本発明の一実施例を図１に基づいて説明する。尚、図２と同一の機器については同一の符号を符したので詳細な説明は省略する。
燃料遮断に伴い、給水調節弁１４を急速に絞り込んで、ボイラ１への送水量を制限する。この時給水ポンプ１２は停止させず、給水調節弁１４が全閉したとしても再循環運転に移行し運転継続する。
【００２３】
ここで、給水調節弁１４を絞り込んで制限する給水量は、ボイラ１の仕様により決定されるので、一概には言えないが、概ね定格運転時の５％〜３０％程度となる（ボイラ１の仕様によっては、給水量０とすることもありうる）。
【００２４】
本発明により、燃料遮断時において、給水調節弁１４の絞り込みにより、脱気器１１内圧力の降下を抑制することにより、給水ポンプ１２のキャビテーションを防止し、且つボイラ１のドラムへ給水を送水し続けることによりボイラ１内の残熱による空焚きを防止することが可能となる。
【００２５】
以上、本発明を説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料遮断時に、給水ポンプキャビテーションを防止し、且つボイラの残熱による空焚きを防止できるので、下記の効果がある。
【００２７】
▲１▼ボイラ及び給水ポンプの損傷を防止できる。
【００２８】
▲２▼発電設備の運転性，信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な火力発電プラントに本発明を適用した一実施例を示す系統図である。
【図２】従来の一般的な火力発電プラントの系統図である。
【図３】燃料遮断後のボイラ１への給水量の一般的な挙動を示す特性図である。
【図４】燃料遮断後の給水ポンプ１２の必要押込み圧力、有効入口圧力及び脱気器１１の圧力の一般的な挙動を示す特性図である。
【図５】本発明を適用した場合の、燃料遮断後のボイラ１への給水量制御を示す特性図である。
【図６】本発明を適用した場合の、燃料遮断後の給水ポンプ１２の必要押込み圧力，有効入口圧力及び脱気器１１の圧力の挙動を示す特性図である。
【符号の説明】
１…蒸気発生装置、２…蒸気タービン、３…高圧車室、４…中圧車室、５…低圧車室、６…発電機、７…復水器、８…復水ポンプ、９…低圧ヒータ、１０…脱気器水位調節弁、１１…脱気器、１２…給水ポンプ、１３…高圧ヒータ、１４…給水調節弁、１５…蒸気タービン主蒸気止め弁。

Claims (1)

1. ドラム型ボイラで発生した蒸気にて駆動する蒸気タービンから排出された蒸気を復水器により復水に変換し、復水を脱気器及び給水ポンプを介して前記ドラム型ボイラに供給するようにしたドラム型ボイラを用いた発電プラントにおける給水制御方法において、
   前記ドラム型ボイラの燃料遮断時において
   前記蒸気タービンの主蒸気止め弁を全閉し、
   前記ドラム型ボイラのドラムレベルの低下にかかわらず前記ドラム型ボイラへの送水量を調節する給水調節弁を絞り込み、前記ドラム型ボイラへの給水量を減少方向に作動させることを特徴とするドラム型ボイラを用いた発電プラントにおける給水制御方法。

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