JP4456978B2

JP4456978B2 - 燃料ポンプの停止方法

Info

Publication number: JP4456978B2
Application number: JP2004304587A
Authority: JP
Inventors: 浩一佐藤; 智彦樋口
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2024-10-19
Also published as: JP2006118750A

Description

本発明は、加圧流動床式発電システムにおける燃料ポンプの停止方法に関する。

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。この加圧流動床式発電システムは、コンプレッサから供給される燃焼用空気によってボイラ内を加圧状態に保ちながら、石灰石を流動媒体（ＢＭ）とする流動層内にＣＷＰ（Coal Water Paste：石炭と石灰石と水とを混ぜたもの）を含む燃料を供給し、燃焼室（火炉）で燃焼させるシステムである。流動層燃焼は、圧力を高めて燃焼させることにより一般の微粉炭ボイラと比べて燃焼温度を低く抑えることができるため、窒素酸化物の発生が低減できる。また、この発電システムは、流動媒体として石灰石を用いるので、火炉内で脱硫を行うことができ、硫黄酸化物の発生が少ないという特長がある。

ところで、この加圧流動床式発電システムは、粘度の高いＣＷＰを含んだ燃料をボイラへ供給するための燃料ポンプを複数備え、燃料ポンプ制御装置によって燃料供給量を個別に制御できるように構成されている。このような発電システムにおいて、いずれかの燃料ポンプに異常が発生した場合、そのポンプを停止させる必要がある。
特開平６−２５７４１４号公報

しかしながら、単に燃料ポンプを停止させただけでは、燃料ポンプから供給される燃料供給量と、ボイラに供給される空気量とのバランスが崩れるため、ボイラ内の燃焼が不安定になるという問題がある。また、燃焼が不安定になると煙突から排出される燃焼ガスに含まれる有害成分の濃度が、環境規制値を超えてしまうおそれもある。従って、燃料ポンプに異常が発生した場合に、燃焼状態を不安定化させることなく燃料ポンプを停止させる方法を案出する必要がある。

そこで、本発明は、加圧流動床式発電システムにおいて、燃料ポンプを停止させた後もボイラ内の燃焼状態を安定に保つことができる燃料ポンプの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、ボイラ内の燃焼状態を安定に保つことができる燃料ポンプの停止方法を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の燃料ポンプの停止方法は、加圧流動床ボイラと、前記加圧流動床ボイラに燃料を供給する複数の燃料ポンプと、前記加圧流動床ボイラに供給するための圧縮空気を生成するコンプレッサと、前記コンプレッサへ取り込まれる空気量を調整するバルブと、前記加圧流動床ボイラでの燃焼により発生した燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンにより駆動される発電機と、前記複数の燃料ポンプによる燃料供給量を個別に制御する燃料ポンプ制御装置と、ボイラから発生した燃焼ガスに含まれる有害成分の濃度を煙突入口において設定値以下に低下させる有害成分除去装置と、前記燃料の供給量を増減することで前記発電機による出力を制御する出力制御装置と、前記加圧流動床ボイラ内の温度分布を監視する温度分布監視装置と、前記燃料ポンプから前記ボイラへ至る燃料配管をパージするためのパージ水ポンプと、前記パージ水ポンプによるパージが可能であるか否かを判定するパージ判定装置と、を備える加圧流動床式発電システムにおける前記燃料ポンプの停止方法であって次の１から４の方法を備える。

１．前記有害成分除去装置の前記設定値を通常運転時の値から減少させるステップ。
２．前記バルブの開度に余裕があればその開度を増加させ、余裕がなければ前記出力制御装置により前記燃料の供給量を減らすことで前記発電機の出力を低下させるとともに供給量を減らした分前記バルブを絞って開度の余裕を増加した後、開度を増加するステップ。
３．前記温度分布監視装置により監視される温度分布に基づいて、停止させようとする燃料ポンプ以外の各燃料ポンプの燃料供給量を前記燃料ポンプ制御装置により増加又は減少させるステップ。
４．前記パージ水ポンプを起動した後、前記パージ判定装置によりパージが可能であると判定される場合に、該当する燃料ポンプを停止させるステップ。

１のステップを備えることにより、有害成分除去装置を通過した燃焼ガスに含まれる有害成分の濃度が、環境規制値を越えるのを防ぐことができる。
２のステップを備えることにより、適正な空気量に調整することができる。
３のステップを備えることにより、ボイラ内の燃焼温度バランスを保つことができる。
４のステップを備えることにより、ポンプを停止させた後に燃料配管内を洗浄することができる。

また、本発明の加圧流動床式発電システムにおける燃料ポンプの停止方法は、前記該当する燃料ポンプを停止した後、前記温度分布監視装置により監視される温度分布に基づいて、他の燃焼ポンプによる燃料供給量を前記燃料ポンプ制御装置により増加又は減少させるステップを更に備えることにより、ボイラへの適正な燃料供給を行うことができる。

以上のようなステップを備えることにより、本発明の加圧流動床式発電システムにおける燃料ポンプの停止方法は、燃料ポンプを停止させた後もボイラ内の燃焼状態を安定に保つことができる。

本発明によれば、加圧流動床式発電システムにおいて、燃料ポンプを停止させた後もボイラ内の燃焼状態を安定に保つことができる燃料ポンプの停止方法を提供することが可能である。

上記知見に基づき完成した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。

＝＝＝加圧流動床式発電システム＝＝＝
まず、図１を参照しつつ、一般的な加圧流動床式発電システム１の全体構成を説明する。加圧流動床式発電システム１は、ボイラ１０、燃料ポンプ２０、コンプレッサ３０、バルブ４０、ガスタービン５０、発電機６０、燃料ポンプ制御装置７０、有害成分除去装置８０、出力制御装置９０、温度分布監視装置１００、パージ水ポンプ１１０、パージ判定装置１２０等を備えて構成される。

燃料タンク１３０は、ボイラ１０で燃焼させるための燃料を貯蔵する。ボイラ１０は、火炉１１と、熱風炉１２とを備えている。また、ボイラ１０内の温度分布は、温度分布監視装置１００によって監視される。

燃料タンク１３０内の燃料は、燃料ポンプ２０により燃料配管を通ってボイラ１０へ供給される。この燃料配管は、パージ水ポンプ１１０によってパージできるように構成される。また、パージが可能な状態であるか否かは、パージ判定装置１２０により判定される。

ボイラ１０では、加圧流動床式燃焼技術を用いて燃焼を行う。すなわち、コンプレッサ３０から送られてくる燃焼用空気でボイラ１０内を加圧状態に保ちながら、燃料タンク１３０から供給された燃料を燃焼し、燃焼ガスを発生させる。また、その熱によりボイラ１０内の水等を蒸発させて、蒸気を発生させる。この蒸気は、蒸気タービン（図示せず）を駆動する。一方、ボイラ１０から発生した燃焼ガスは、脱塵装置１３を通って脱塵された後に、ガスタービン５０、及びコンプレッサ３０を駆動させる。コンプレッサ３０は、取り込む空気量を調整するためのバルブ４０を備えている。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。ボイラ１０への空気供給量は、空燃比マスタとよばれる空燃比制御手段（図示せず）により制御される。発電機６０は、ガスタービン５０（削除）によって駆動されることにより発電する。この発電機６０の出力は、出力制御装置９０が燃料の供給量を増減することによって制御される。

ガスタービン５０から発生する燃焼ガスは、有害成分除去装置８０へ導かれる。有害成分除去装置８０は、例えば、窒素酸化物などの有害成分を含む上記燃焼ガスにアンモニアガスを注入するとともに、有触媒脱硝装置（図示せず）に通過させることにより、ガスタービン５０から排出された燃焼ガスに含まれる有害成分を設定値以下に低下させる。有害成分除去装置８０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１４０から発電システム１外へ排出される。

＝＝＝燃料ポンプの停止方法＝＝＝
本実施例における加圧流動床式発電システムの燃料ポンプの停止方法を、図２〜図４に示すフローチャートを参照しつつ説明する。

なお、フローチャート中に＊印で示した箇所は、その操作実績を登録保存することにより、操作実績が蓄積されて過去の操作実績をデータとして反映させることができるとともに、燃料ポンプを停止、復旧させる際の要領書として利用できることを示している。

＜＜＜停止操作＞＞＞
停止操作の手順を示すフローチャートを図２、及び図３に示す。本実施例の加圧流動床式発電システムの燃料ポンプの停止方法は、ポンプを停止させる停止操作と、ボイラ内の温度調整を行う温度調整操作とを備えている。また、停止操作は、燃料ポンプを停止させる前段階としての準備操作と、実際に燃料ポンプを停止させる燃料ポンプ停止操作とを含んでいる。

まず、準備操作について説明する。準備操作では、先ず有害成分除去装置８０の設定値を低く設定する（Ａ１）。これは、燃料ポンプを停止すると空燃比のバランスが崩れること等に起因してボイラ１０内の燃焼が不安定になり、燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物などの有害成分の濃度が増加する虞があるので、有害成分濃度が増加しても環境規制値を超えないようにするためである。設定値は、例えば、通常運転時に設定値を１５（ｐｐｍ）として発電システム１を稼働させている場合、この設定値を５（ｐｐｍ）程度減少させることにより行う。そして、有害成分除去装置８０を通過した燃焼ガスに含まれる窒素酸化物濃度が、その設定値まで低下したことを確認したら（Ａ２）、空気量調整バルブ４０の開度を確認する（Ａ３）。バルブ４０の開度に余裕があれば（Ａ４）、つまり、開度を増大しても制御制限が働く予想がされなければ、空燃比マスタ操作によりボイラ１０へ供給する空気量を増加させる（Ａ５）。一方、バルブ４０の開度に余裕が無い場合は、燃料供給量の減少により発電機６０の出力を低下させるとともに燃料供給量の減少に応じた分だけバルブ４０を絞り、バルブ４０の開度の余裕を増加させ（Ａ４）、空燃比マスタ操作によりボイラ１０へ供給する空気量を増加させる（Ａ５）。この操作により、後に燃料ポンプ２０のいずれかを停止させた後も、適正な空燃比を保つことが可能となる。なお、このボイラ１０へ供給する空気量は、通常の設定値よりも、例えば、４％程度（重量にして約３０ｔ）増加させる。ボイラ１０へ供給される空気量が増加していることと、燃料供給先のボイラ１０内の温度分布を確認したら（Ａ６、Ａ７）、燃料ポンプ２０を停止させたことによる燃料供給先ボイラ１０内の温度分布変化を予測する（Ａ８）。この予測に基づき、必要に応じて、ボイラ１０への燃料供給量を増加又は減少させる（Ａ９）。その燃料供給量の増加又は減少量としては、例えば、−０．５〜＋０．５（ｔ／ｈ）の範囲内とする。

続いて、燃料ポンプ停止操作について説明する。燃料ポンプ停止操作としては、まず、パージ水ポンプ１１０を起動し、スタンバイ状態とする（Ｂ１）。パージ水ポンプ１１０によるパージが可能な状態になれば、パージ判定装置１２０がパージ可能（パージ条件成立）を判定する（Ｂ２）。これを確認したら、燃料ポンプ２０を停止させて（Ｂ３）、燃料配管を洗浄する（Ｂ４）。燃料ポンプ２０を停止させることにより、この燃料ポンプ２０からはボイラ１０へ燃料が供給されなくなるが、上述した準備操作を行っていれば、燃焼ガスに含まれる有害成分濃度が環境規制値を超えることはない。また、燃料配管の洗浄を行うことにより、残留燃料の沈殿・固化による配管の詰まりなどを解消することができる。

＜＜＜温度分布調整操作＞＞＞
次に、図４を用いて温度分布調整操作について説明する。温度分布調整操作は、燃料ポンプ２０を停止させた後に、ボイラ１０内の温度分布の変化を確認しながら、燃料供給量を増加又は減少させる操作である（Ｃ１）。このように、燃料供給量を調整することで、ボイラ１０内の温度分布のバランスを保つことができ、安定した燃焼状態を維持することができる。

以上のような操作を行うことにより、燃料ポンプ２０を停止させた後もボイラ１０内の燃焼状態を安定に保つことができる。

＜＜＜復旧操作＞＞＞
次に、停止させた燃料ポンプ２０を再起動させるための復旧操作について説明する。復旧操作は、燃料ポンプ２０を再起動させるための燃料ポンプ起動操作と、火炉１１内へ燃料供給を開始する燃料供給操作と、燃料供給量を増加又は減少させるための燃料ポンプ制御操作と、種々の設定を通常運転時の設定に戻すための、各種復旧操作とを含んでいる。

以下、図５及び図６を参照しつつ、順に説明する。燃料ポンプ起動操作としては、作業、及びロック操作が復旧したことを確認し（Ｄ１）、パージ水ポンプ１１０を起動させる（Ｄ２）。そして、パージ水ポンプ１１０によるパージが可能な状態になれば、パージ判定装置１２０が条件成立を判定する。この条件成立を確認したら（Ｄ３）、燃料の循環を制御する燃料循環供給マスタ（図示せず）を起動させる（Ｄ４）。

次に、火炉１１への燃料供給操作を行う。燃料供給は、燃料循環供給マスタによって、燃料を循環させた後に火炉１１内へ燃料を供給して行う（Ｅ１）。そして、燃料戻り配管パージ判定装置を起動させる（Ｅ２）。

火炉１１内への燃料供給を開始したら、燃料ポンプ制御装置７０を用いて流量設定バイアスを増加又は減少させる（Ｆ１）。流量設定バイアスは、例えば、０（ｔ／ｈ）に戻す。

最後に、各種の復旧操作として、空燃比制御手段、及び有害成分除去装置８０の設定値などの各種設定を通常運転時の設定に戻し、パージ水ポンプ１１０を停止させる（Ｇ１〜Ｇ７）。以上のような操作を行うことにより、停止させた燃料ポンプ２０を再び通常運転時の状態に戻すことができる。

加圧流動床複合発電システムの構成の一例を示す概略図である。本発明の実施例に係る燃料ポンプの停止方法の各工程を説明するためのフローチャートである。本発明の実施例に係る燃料ポンプの停止方法の各工程を説明するためのフローチャートである。本発明の実施例に係る燃料ポンプの停止方法の各工程を説明するためのフローチャートである。本発明の実施例に係る燃料ポンプの復旧操作の各工程を説明するためのフローチャートである。本発明の実施例に係る燃料ポンプの復旧操作の各工程を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１加圧流動床式発電システム
１０ボイラ１１火炉
１２熱風炉
１３脱塵装置
２０燃料ポンプ
３０コンプレッサ
４０バルブ
５０ガスタービン
６０発電機
７０燃料ポンプ制御装置
８０有害成分除去装置
９０出力制御装置
１００温度分布監視装置
１１０パージ水ポンプ
１２０パージ判定装置
１３０燃料タンク
１４０煙突

Claims

加圧流動床ボイラと、
前記加圧流動床ボイラに燃料を供給する複数の燃料ポンプと、
前記加圧流動床ボイラに供給するための圧縮空気を生成するコンプレッサと、
前記コンプレッサへ取り込まれる空気量を調整するバルブと、
前記加圧流動床ボイラでの燃焼により発生した燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンにより駆動される発電機と、
前記複数の燃料ポンプによる燃料供給量を個別に制御する燃料ポンプ制御装置と、
前記加圧流動床ボイラから発生した燃焼ガスに含まれる有害成分の濃度を煙突入口において設定値以下に低下させる有害成分除去装置と、
前記燃料の供給量を増減することで前記発電機による出力を制御する出力制御装置と、
前記加圧流動床ボイラ内の温度分布を監視する温度分布監視装置と、
前記燃料ポンプから前記ボイラへ至る燃料配管をパージするためのパージ水ポンプと、
前記パージ水ポンプによるパージが可能であるか否かを判定するパージ判定装置と、を備える加圧流動床式発電システムにおける燃料ポンプの停止方法であって、
前記有害成分除去装置の前記設定値を通常運転時の値から減少させるステップと、
前記バルブの開度に余裕があればその開度を増加させ、余裕がなければ前記出力制御装置により前記燃料の供給量を減らすことで前記発電機の出力を低下させるとともに供給量を減らした分前記バルブを絞って開度の余裕を増加した後、開度を増加するステップと、
前記温度分布監視装置により監視される温度分布に基づいて、停止させようとする燃料ポンプ以外の各燃料ポンプの燃料供給量を前記燃料ポンプ制御装置により増加又は減少させるステップと、
前記パージ判定装置によりパージが可能であると判定される場合に、前記パージ水ポンプを起動した後、該当する燃料ポンプを停止させるステップと、を備えることを特徴とする燃料ポンプの停止方法。
前記該当する燃料ポンプを停止した後、前記温度分布監視装置により監視される温度分布に基づいて、他の燃焼ポンプによる燃料供給量を前記燃料ポンプ制御装置により増加又は減少させるステップを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプの停止方法。