JP4456979B2 - 残炭燃焼停止方法 - Google Patents

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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、ガスタービンの上流側には、ガスタービンバルブが設けられており、ガスタービンを迂回するバイパス路には、ガスタービンバイパスバルブ系統が設けられている。
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。発電システム全体を停止させる際には、ボイラ内に残留する燃料を燃焼させた後、発電システムを停止させている(以下残炭燃焼停止という)。この残炭燃焼停止は、概して次のように行われている。すなわち、(1)ボイラへの燃料供給を停止する (2)火炉内の流動媒体を抜き出す (3)ガスタービンへの燃焼ガスの供給を停止する (4)ガスタービンをターニングに入れる。ここで、(2)から(3)へ移る過程で、流動媒体の温度が十分に下がるまで冷却させる必要がある。これは、流動媒体の温度が高いままにしておくと、有害物質を発生する虞があるためである。また、(3)から(4)に移る過程で、ガスタービンの回転速度が下がるまで待つ必要がある。
従来の残炭燃焼停止においては、流動媒体の温度が自然に低下するのを待っていたため、流動媒体の冷却に時間を要していた。また、(3)でガスタービンへのガス供給を停止した後、ガスタービンバルブから燃料ガスがリークしてガスタービンに供給されるため、ガスタービンの回転速度の低下が遅く(4)のターニング開始まで長時間を要するという問題があった。このように従来は、残炭燃焼停止の終了までに多くの時間を要していた。
そこで、本発明は、作業時間の短い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、残炭燃焼停止の作業時間を短くすることができることを見出し、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へ供給するための流動媒体を貯蔵する流動媒体タンクと、前記加圧流動床ボイラへ供給される燃焼用空気の量を調整する空気量調整バルブと、前記加圧流動床ボイラで発生する燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、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、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、前記加圧流動床ボイラと前記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と、前記冷却ステップにより前記流動媒体を冷却した後、前記ガスタービンに導入される燃焼ガスの温度が判断基準温度以下であって前記空気量調整バルブが最小通風開度であることを条件に、前記ガスタービンを停止するガスタービン停止ステップと、を実行することを特徴とする。
加圧流動床発電システムでは、ボイラにコンプレッサから空気が供給されるので、この空気によってボイラ内の流動媒体は比較的速やかに冷却される。流動媒体の冷却に伴ってガスタービンに導入される燃焼ガスの温度も低くなる。そして、この燃焼ガスの温度が判断基準温度以下になったこと、及び、空気量調整バルブが最小通風開度であることを条件に、ガスタービンが停止される。
従って、本発明によれば、加圧流動床ボイラへの燃料供給を停止した後、加圧流動床ボイラと流動媒体タンクとの間で流動媒体を循環させることにより、流動媒体の冷却効率を高めることができる。このため、残炭燃焼停止にかかる時間を短縮することができる。また、ガスタービンにかける負荷を少なくすることができる。
また、本発明は、上記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、前記加圧流動床ボイラから前記ガスタービンに至る配管に設けられたガスタービンバルブと、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と、を備え、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、前記ガスタービンバルブを閉めるガスタービンバルブ閉止ステップと、前記ガスタービンバルブ閉止ステップにより前記ガスタービンバルブを閉めた後、前記バイパスバルブを開くバイパスバルブ開弁ステップと、を実行することを特徴とする。
本発明によれば、バイパスバルブを開くことにより燃焼ガスの逃げ道が確保されて、燃焼ガスがガスタービンバルブからリークしてガスタービンへ供給されることがなくなる。これにより、ガスタービンの回転数を下げるのに要する時間が短縮される。
また、本発明は、前記燃料供給停止ステップの後、前記加圧流動床ボイラと前記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。
本発明によれば、作業時間の短い残炭燃焼停止方法を提供することができる。
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)。このような操作を行うことにより、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(判断基準温度以下)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)。ガスタービン発電機80の解列後は、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 (2)

  1. 燃料を燃焼させることにより燃焼ガス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へ供給するための流動媒体を貯蔵する流動媒体タンクと、
    前記加圧流動床ボイラへ供給される燃焼用空気の量を調整する空気量調整バルブと、
    前記加圧流動床ボイラで発生する燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、
    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、
    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、前記加圧流動床ボイラと前記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と、
    前記冷却ステップにより前記流動媒体を冷却した後、前記ガスタービンに導入される燃焼ガスの温度が判断基準温度以下であって前記空気量調整バルブが最小通風開度であることを条件に、前記ガスタービンを停止するガスタービン停止ステップと、
    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、
    前記加圧流動床式発電システムは、
    前記加圧流動床ボイラから前記ガスタービンに至る配管に設けられたガスタービンバルブと、
    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と、
    を備え、
    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、前記ガスタービンバルブを閉めるガスタービンバルブ閉止ステップと、
    前記ガスタービンバルブ閉止ステップにより前記ガスタービンバルブを閉めた後、前記バイパスバルブを開くバイパスバルブ開弁ステップと、
    実行することを特徴とする残炭燃焼停止方法。
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