JP4456977B2 - 残炭燃焼停止方法 - Google Patents

Description

本発明は、加圧流動床発電システムにおいて、ボイラ内の残留燃料の燃焼を完了させた後、発電システムを停止する残炭燃焼停止方法に関する。

特許文献１に開示されるように、火力発電システムとして加圧流動床式発電システムが知られている。まず、この加圧流動床式発電システムの基本的な構成を簡単に説明する。

加圧流動床式発電システムは、燃焼を行うための燃焼室（火炉）を有する加圧流動床ボイラを備えており、この加圧流動床ボイラには燃料タンク、流動媒体タンク、及びコンプレッサが接続されている。ボイラ内は、コンプレッサから供給される燃焼用空気で加圧状態に保たれる。この状態で、火炉に流動媒体タンクから流動媒体を供給して流動層を形成させ、この流動層と燃料タンクから供給される燃料とを混合させたものを燃焼させることにより、効率の良い燃焼を実現している。そして、このボイラ内の燃焼により燃焼ガスを発生させるとともに、その熱により蒸気を発生させる。燃焼によって発生する燃焼ガスや蒸気は、配管を通ってガスタービン、及び蒸気タービンに供給されてそれらを駆動し、これらのタービンが発電機を駆動する。また、蒸気タービンの下流には、復水器が設けられており、復水した蒸気を再び加圧流動床ボイラへ供給している。
特開平６−２５７４１４号公報

このような発電システムにおいて、異常事態が発生した場合、修理・点検のために発電システム全体を停止させることが必要となる。しかし、システムを停止させる際に単にボイラへの燃料供給、及び蒸気タービンへの蒸気供給を停止しただけでは、以下のような問題が生じる。すなわち、火炉内に未燃焼の燃料が残留しているため、燃料供給を遮断した後も残炭燃焼が行われる。このため、蒸気タービンを停止したとき、復水器に至る配管に備えられる低圧蒸気タービンバイパスバルブが閉じたままであると、蒸気の逃げ場がなくなって、配管内の圧力が高くなることに起因して蒸気タービン停止と同時にガスタービンも停止するスランプ停止へと移行する。また、このようなスランプ停止を起こすと、配管内やボイラ内に燃料が残留したままとなってしまうため、復旧作業が困難となるという問題もある。

そこで、本発明は、残炭燃焼停止を適切に行うことが可能な残炭燃焼停止方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、安全に残炭燃焼停止を行うことができる方法を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、
燃料を燃焼させることにより、燃焼ガス、及び蒸気を発生する加圧流動床ボイラと、
前記加圧流動床ボイラへ燃料を供給する燃料ポンプと、
前記加圧流動床ボイラで発生する蒸気により駆動される蒸気タービンと、
前記加圧流動床ボイラで発生する燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、
前記蒸気タービンの下流側に設けられる復水器と、
前記蒸気タービンから前記復水器に至る蒸気用配管に設けられるバルブと、
を備える加圧流動床式発電システムにおける残炭燃焼停止方法であって、
前記燃料ポンプから前記加圧流動床ボイラへの燃料供給を停止する燃料供給停止ステップと、
発電システムの負荷が基準割合以下になったことを条件に前記バルブを自動制御に移行させ、前記燃料供給停止ステップにより前記燃料供給を停止した後も、前記バルブの開度を蒸気の逃げ道を確保し得る所定値以上に維持する開度維持ステップと、
を実行することを特徴とする。

本発明によれば、発電システムの負荷が基準割合以下になったことを条件にバルブを自動制御に移行させ、燃料供給停止後も上記バルブの開度を一定以上に維持することによって、残炭の燃焼によって発生した蒸気を復水器へ逃がすことができる。このため、蒸気配管内の圧力が過度に上昇することがなくなり、システムがスランプ停止するのを防ぐことができる。

また、本発明の残炭燃焼停止方法は、前記燃料供給停止ステップにより燃料供給を停止した後に、前記燃料ポンプから前記加圧流動床ボイラへ至る配管内に残留する燃料を前記加圧流動床ボイラへ供給して燃焼させる燃焼ステップを備えてもよい。
これにより、燃料配管内を浄化できるとともに、配管内に残留する燃料を燃焼させることができる。

また、本発明の残炭燃焼停止方法は、燃料供給停止後に、前記加圧流動床ボイラと流動媒体を貯蔵する流動媒体タンクとの間で前記流動媒体を循環させることにより、前記流動媒体を冷却する冷却ステップを備えてもよい。
このように、流動媒体を循環させることにより、流動媒体の冷却に要する時間を短縮できる。
この場合、本発明の残炭燃焼停止方法は、前記燃焼ステップの後に、前記冷却ステップを実行することとしてもよい。

また、本発明の残炭燃焼停止方法において、前記加圧流動床式発電システムは、さらに、前記加圧流動床ボイラで発生する燃焼ガスを、前記ガスタービンを迂回するように案内するバイパス路と、前記バイパス路に設けられたバイパスバルブ系統と、を備え、
前記バイパスバルブ系統を開くことにより、前記燃焼ガスを前記バイパス路に案内する案内ステップを備えることとしてもよい。
これにより、ガスタービン翼の回転数を下げるのに要する時間を短縮することができる。

本発明の残炭燃焼停止方法によれば、加圧流動床式発電システムにおける残炭燃焼停止を適切に行うことができる。

本発明を実施するための形態を、実施例を挙げながら詳細に説明する。なお、以下に記載する発明の実施の形態及び具体的な実施例などは、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者にとって明らかである。

＝＝＝発電システムの全体構成＝＝＝
まず、図１を参照しつつ、加圧流動床式発電システム１の全体構成の概略を説明する。加圧流動床式発電システム１は、ボイラ１０、燃料ポンプ２１、流動媒体タンク３０、コンプレッサ４０、低圧蒸気タービンバイパスバルブ５０、蒸気タービン７０，７１，７２、ガスタービン６０、発電機８０，８１、脱硝装置９０、パージ水ポンプ（図示せず）、復水器１００、空気量調整バルブ４１等を備えて構成される。

燃料タンク２０は、ボイラ１０へ供給するための燃料を貯蔵する。この燃料は、燃料ポンプ２１により送り出されてボイラ１０へ供給される。また、流動媒体タンク３０は、ボイラ１０に供給する流動媒体（ＢＭ）を貯蔵する。流動媒体としては、例えば、石灰石などが用いられる。石灰石を用いることにより、ボイラ１０内で脱硫することができ、硫黄酸化物の発生を低減することができる。ボイラ１０は、燃料を燃焼させるための火炉１１を備える。ボイラ１０内での燃焼は、コンプレッサ４０から供給される燃焼用空気でボイラ１０内を加圧状態に保ちながら、石炭と石灰石と水を混合したもの（ＣＷＰ：Coal Water Paste）を含む燃料を流動層内に投入して燃焼させることにより行われる。ボイラ１０内の燃焼により燃焼ガス、及び熱を発生し、この熱によりボイラ１０内の水が蒸発して蒸気を発生する。蒸気は、蒸気配管を通って蒸気タービン７０を駆動する。蒸気タービン７０は、高圧蒸気タービン７２、中圧蒸気タービン７１、及び低圧蒸気タービン７０のように圧力に応じた複数のタービンにより構成され、発電機８１を駆動する。高圧タービン７２へ至る蒸気配管には主蒸気バルブ５２が設けられ、中圧蒸気タービン７１へ至る蒸気配管には、再熱蒸気バルブ５３が設けられる。また、高圧蒸気タービン７２へ至る蒸気配管には、高圧蒸気タービンバイパスバルブ５１が設けられている。また、低圧蒸気タービン７０の下流には、蒸気を復水して再びボイラ１０へ供給する復水器１００が設けられている。また、復水器１００へ至る蒸気配管には、低圧蒸気タービンバイパスバルブ５０が設けられて、このバルブの開閉により蒸気を復水器１００へ逃がしたり、復水器１００へ逃げる蒸気を遮断したりできるように構成される。

一方、ボイラ１０から発生した燃焼ガスは、第一の脱塵装置１１０、及び第二の脱塵装置１１１を通って脱塵された後に、ガスタービン６０を駆動する。ガスタービン６０は軸により直結された発電機８０およびコンプレッサ４０を駆動させる。コンプレッサ４０に取り込まれた空気は、燃焼用空気としてボイラ１０へ供給される。燃焼用空気の量は、コンプレッサ４０に備えられる空気量調整バルブ４１の開度を調整することにより増減させることができる。

また、第一、及び第二の脱塵装置１１０，１１１を通過した燃焼ガスを導く配管は、ガスタービン６０を通って脱硝装置９０へ至る配管と、ガスタービン６０を迂回して脱硝装置９０へ至る配管とに分かれる。ガスタービン６０へ至る配管には、ガスタービンバルブ６１が設けられる。一方、バイパス路には、複数のバルブを備えるガスタービンバイパスバルブ系統１２０が設けられる。従って、例えば、ガスタービンバルブ６１、またはガスタービンバイパスバルブ系統１２０の一方を閉じて、燃焼ガスがいずれか一方の配管を通らないようにすることが可能である。脱硝装置９０は、例えば、上記燃焼ガスにアンモニアを噴霧するとともに、脱硝装置９０を通過させることにより、ボイラ１０で発生した有害成分である窒素酸化物を除去する。脱硝装置９０を通った燃焼ガスは、さらにバグフィルタ（図示せず）を通って煤塵などの各種有害物質を除去されたのちに、煙突２００から発電システム１外へ排出される。

なお、本実施形態は、発電システムの一例として２基のボイラ１０を備えた発電システムを図示したが、ボイラ１０の数は特に限定されない。

＝＝＝残炭燃焼停止方法＝＝＝
残炭燃焼停止とは、ボイラ１０内に残留する燃料の燃焼を完了させて、発電システム１を停止させる操作である。

本実施形態における残炭燃焼停止方法は、大きく次の４つの操作に分けることができる。

１．低圧タービンバイパスバルブ操作
２．流動媒体冷却操作
３．ガスタービン停止操作
４．ガスタービンバイパスバルブ系統操作
以下、図２〜図３を参照しつつ、本発明の残炭燃焼停止方法の一実施形態を詳細に説明する。

＝＝＝低圧蒸気タービンバイパスバルブ操作＝＝＝
低圧蒸気タービンバイパスバルブ操作は、残炭燃焼停止を行うにあたり、この低圧蒸気タービンバイパスバルブ５０を一定以上の開度に維持する操作である。

低圧蒸気タービンバイパスバルブ操作を行うにあたっては、発電システム１の負荷を所定値以下に設定する（Ａ１）。負荷の所定値としては、例えば、約４０％である。負荷が４０％以下に降下したら、低圧蒸気タービンバイパスバルブ５０、及び高圧蒸気タービンバイパスバルブ５１が自動制御となることを確認する（Ａ２，Ａ３）。さらに、低圧蒸気タービンバイパスバルブ５０の開度が所定値以上（約５％以上）であることを確認する（Ａ４）。このバイパスバルブの一連の動作の確認が出来れば所定の負荷において蒸気タービンへの蒸気供給が遮断されても蒸気の逃げ道が確保されるため、蒸気配管内の圧力が過度に上昇することがなくなり、蒸気タービン停止と同時にガスタービン６０が停止するスランプ停止への移行を防ぐことができる。これらの操作が完了したら、残炭燃焼停止「起動」にて残炭燃焼停止が開始すると同時に主蒸気バルブ５２および再熱蒸気バルブ５３が閉止し、蒸気タービンを解列する（Ａ５，Ａ６）。この操作により、ボイラ１０への燃料供給、及び蒸気タービンへの蒸気供給が遮断されるため、ボイラ１０内の燃焼は、ボイラ１０内に残留する燃料が完全に燃焼した時点で完了する。ボイラ１０内に残留する燃料の燃焼中に燃料配管内に残留する燃料をパージ水によりボイラ１０内に流入させる（Ａ７）。この操作により、燃料配管内を浄化するとともに、配管内に残留する燃料を燃焼させることができる。

残留燃料の燃焼が完了したら、コンプレッサ４０から供給される空気を用いてボイラ１０内の流動媒体を抜き出して、流動媒体タンク３０へ移動させる（Ａ８）。但し、層高が低くなりすぎると、供給空気炉内抵抗が減少することにより、供給空気圧力が低下するため、コンプレッサ４０の圧縮比が低下してサージングを起こす危険性がある。従って、層高が一定値（例えば、０．６ｍ）まで低下したら、流動媒体の抜き出しを停止することが好ましい（Ａ９）。なお、この残りの流動媒体は、後に別の通風系統（図示せず）を使用して、ボイラ１０から抜き出す。

以上のように、本実施形態においては、燃料供給を停止した後でも低圧蒸気タービンバイパスバルブが開いた状態を維持しているので、残炭燃焼により発生する蒸気によって配管内の圧力が高くなることがなく、スランプ停止を防ぐことができる。

＝＝＝流動媒体冷却操作＝＝＝
流動媒体冷却操作の一実施形態を説明する。流動媒体冷却操作は、流動媒体タンク３０内の流動媒体をボイラ１０との間で循環させて、ボイラ１０にて冷却する操作である。すなわち、流動媒体タンク３０内の流動媒体をボイラ１０へ供給して、そこでコンプレッサ４０から送られる空気によって冷却する（Ｂ１）。冷却を終えた流動媒体は、流動媒体タンク３０へ移動される。これらの一連の操作が完了したら、流動媒体タンク３０内の未冷却の流動媒体を再びボイラ１０内へ供給し、同様に冷却、圧送を行う。流動媒体の温度が十分に下がるまで（３００℃以下）、このような操作を繰り返す（Ｂ２）。このような操作を備えることにより、流動媒体の冷却に要する時間を短縮することができるため、残炭燃焼停止操作全体の作業時間を短縮することが可能となる。

＝＝＝ガスタービン停止操作＝＝＝
次に、ガスタービン停止操作の一実施形態を説明する。ガスタービン停止操作を行うにあたって、まず、脱塵装置１１０，１１１を通過した燃焼ガスの温度が３００℃以下であること、及び空気量調整バルブ４１の開度が最小通風開度（例えば、５０．５度）であることを確認する（Ｃ１，Ｃ２）。これらの条件が満たされていれば、ガスタービンにかかる負荷が少なくて済む。条件が満たされていることを確認したら、ガスタービントリップＰＢ「ＯＮ」にてガスタービン６０を停止させる（Ｃ３）。ガスタービン６０が停止すると同時にガスタービン発電機８０が解列される（Ｃ４）。ガスタービン６０解列後は、ガスタービン高速ターニングが作動して、例えば、約３００ｒｐｍの回転数を維持する（Ｃ５）。また、高速ターニングを稼働させている間に、ガスタービン６０から煙突２００へ至る燃焼ガス配管のパージが行われる。パージが完了したら、高速ターニングが停止する（Ｃ６）。これにより、ガスタービン６０への燃焼ガスの供給が遮断されるので、ガスタービンの回転数が減少し始める。

＝＝＝ガスタービンバイパスバルブ系統操作＝＝＝
最後に、ガスタービンバイパスバルブ系統操作の一実施形態を説明する。ガスタービンバイパスバルブ系統操作は、ガスタービンバイパス路に備えられたバイパスバルブ系統１２０を開く操作である（Ｄ１）。これにより、燃焼ガスの逃げ道が確保されて、燃焼ガス配管内の圧力が下がる。従って、燃焼ガスがガスタービンバルブ６１からリークして、ガスタービン６０へ供給されることがなくなる。これにより、ガスタービン翼の回転数を下げるのに要する時間を短縮することができる。ガスタービン翼の回転数が十分に減速したら、ガスタービンターニングにより低速回転状態が維持される（Ｄ２）。このように、常に低速でタービンを回転させておくことにより、自重によってシャフトが撓むのを防ぐことができる。

以上で残炭燃焼停止が完了する。

加圧流動床発電システムの概略を模式的に示す図である。 バイパスバルブ操作を行うための作業工程の一例を示すフローチャートである。 流動媒体冷却操作、及びガスタービンバイパス系統操作の作業工程の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 発電システム
１０ ボイラ
１１ 火炉
２０ 燃料タンク
２１ 燃料ポンプ
３０ 流動媒体タンク
４０ コンプレッサ
４１ 空気量調整バルブ
５０ 低圧蒸気タービンバイパスバルブ
５１ 高圧蒸気タービンバイパスバルブ
５２ 主蒸気バルブ
５３ 再熱蒸気バルブ
６０ ガスタービン
６１ ガスタービンバルブ
７０ 低圧蒸気タービン
７１ 中圧蒸気タービン
７２ 高圧蒸気タービン
８０，８１ 発電機
９０ 脱硝装置
１００ 復水器
１１０，１１１ 脱塵装置
１２０ ガスタービンバイパスバルブ系統
２００ 煙突

Claims (5)

1. 燃料を燃焼させることにより、燃焼ガス、及び蒸気を発生する加圧流動床ボイラと、
   前記加圧流動床ボイラへ燃料を供給する燃料ポンプと、
   前記加圧流動床ボイラで発生する蒸気により駆動される蒸気タービンと、
   前記加圧流動床ボイラで発生する燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、
   前記蒸気タービンの下流側に設けられる復水器と、
   前記蒸気タービンから前記復水器に至る蒸気用配管に設けられるバルブと、
   を備える加圧流動床式発電システムにおける残炭燃焼停止方法であって、
   前記燃料ポンプから前記加圧流動床ボイラへの燃料供給を停止する燃料供給停止ステップと、
   発電システムの負荷が基準割合以下になったことを条件に前記バルブを自動制御に移行させ、前記燃料供給停止ステップにより前記燃料供給を停止した後も、前記バルブの開度を蒸気の逃げ道を確保し得る所定値以上に維持する開度維持ステップと、
   を実行することを特徴とする残炭燃焼停止方法。
2. 請求項１に記載の残炭燃焼停止方法において、前記燃料供給停止ステップにより燃料供給を停止した後に、前記燃料ポンプから前記加圧流動床ボイラへ至る配管内に残留する燃料を前記加圧流動床ボイラへ供給して燃焼させる燃焼ステップを実行することを特徴とする残炭燃焼停止方法。
3. 請求項１に記載の残炭燃焼停止方法において、前記燃料供給停止ステップにより燃料供給を停止した後に、前記加圧流動床ボイラと流動媒体を貯蔵する流動媒体タンクとの間で前記流動媒体を循環させることにより、前記流動媒体を冷却する冷却ステップを実行することを特徴とする残炭燃焼停止方法。
4. 請求項２に記載の残炭燃焼停止方法において、前記燃焼ステップの後に、前記加圧流動床ボイラと流動媒体を貯蔵する流動媒体タンクとの間で前記流動媒体を循環させることにより、前記流動媒体を冷却する冷却ステップを実行することを特徴とする残炭燃焼停止方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の残炭燃焼停止方法において、前記発電システムは、さらに、前記加圧流動床ボイラで発生する燃焼ガスを、前記ガスタービンを迂回するように案内するバイパス路と、前記バイパス路に設けられたバイパスバルブ系統と、を備え、
   前記バイパスバルブ系統を開くことにより、前記燃焼ガスを前記バイパス路に案内する案内ステップを実行することを特徴とする残炭燃焼停止方法。

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