JP4603491B2 - 廃棄物処理用ボイラの自動起動、停止における蒸気圧力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼却炉、溶融炉等を備えた廃棄物処理設備に配置されている廃棄物処理用ボイラの自動起動、停止における蒸気圧力制御方法に関する。

廃棄物処理設備では、都市ごみ等の一般廃棄物、廃タイヤ、カーシュレッダーダスト等の産業廃棄物等が焼却処理あるいは溶融処理され、発生した可燃性ガスは排ガス処理系の燃焼室で燃焼させ、燃焼排ガスから廃棄物処理用ボイラにより熱回収される。

図６は廃棄物溶融処理設備の一例を示す概略図で、溶融炉８には、廃棄物、副資材であるコークス、石灰石が炉上部から投入され、羽口９から空気、酸素が吹き込まれて、溶融炉内において乾燥、熱分解、燃焼、溶融の過程を経て出滓口１０から溶融物となって排出される。可燃分は可燃性ガス及び可燃性ダストとしてダクト１１から排出され、可燃性ダストは捕集装置１２で捕集されて羽口９から炉内へ吹き込まれる。

捕集装置１２からの可燃性ガスは燃焼室１３で燃焼され、燃焼排ガスはボイラ１４で熱交換により熱回収が行われる。ボイラ１４で発生した蒸気は蒸気タービン・発電装置１５へ送られて発電に供される。ボイラ１４の排ガスは、集じん装置１６で固気分離され、ブロワ１７により煙突１８から排出される（特許文献１参照）。

溶融炉や焼却炉へ廃棄物を投入する前は助燃バーナ等にて燃焼室の昇温を行い、その後廃棄物を投入又は着火してゆく。この燃焼の昇温過程の熱源を利用し、ボイラにて蒸気の昇圧を行っている。

ボイラの起動に伴う昇圧あるいは停止に伴う降圧の自動化について特許文献２に開示されている。

図７（ａ）は従来のボイラ設備の概略図、（ｂ）は同設備の昇圧降圧線図である。

図７（ａ）において、ボイラ１９の蒸気管２０には蒸気止弁２１が設けられ、蒸気管２０より分岐した蒸気放散管２１には放散圧力調節弁２２および放散止弁２３が設けられている。定常運転時には、蒸気止弁２１を開にし且つ放散止弁２３を閉にして、発生蒸気を全て蒸気管２０、蒸気止弁２１を経て蒸気使用先に通気される。起動中あるいは停止中には、蒸気止弁２１を閉にし且つ放散止弁２３を開にして放散圧力調節弁２２により蒸気圧力を制御しながら、蒸気を大気中に放散する。

図７（ｂ）において、ボイラの自動起動の場合、放散止弁２３を開、蒸気止弁２１を閉とし、発生蒸気の圧力制御の設定値を予め選定したＰｓ０とし、発生蒸気の圧力が設定値Ｐｓ０に達すると、予め選定した図７（ｂ）に示す昇圧曲線に従って発生蒸気の圧力の設定値、温度制御の設定値を時間経過と共に右へ変更し、発生蒸気の圧力設定値が予め選定した常用圧力の最低値Ｐｓｍｉｎに達したとき、蒸気止弁２１を開に、放散止弁２３が閉に切り替わり、常用圧力の最低値Ｐｓｍｉｎと最高値Ｐｓｍａｘの間の圧力で定常運転する。
特開２００１−０２１１２３号公報 特開平４−２５７６０１号公報

図７（ｂ）に示す昇圧降圧線は予め選定された設定値により決定されているが、これは熱源となる燃焼バーナの燃焼が制御されて入熱量に変動がほとんどない、発電所のボイラ等には適用可能である。しかしながら、廃棄物処理設備では、処理する廃棄物が一般廃棄物、産業廃棄物など多種多様で質や水分量などに大きなばらつきがあることからカロリーが一定せず、しかも、熱源が廃棄物によるものであり、ボイラ前段の燃焼室の入熱量が大きく変動するため、昇圧降圧曲線の予測がきわめて難しい。また、可燃性ガスの変動により大きな入熱量があると急激に昇温して蒸気圧力が急激に昇圧されて機器が熱影響を受ける場合があった。そのため、予測による設定値に基づく自動起動停止制御では安定して制御できないのが現状である。

そこで、本発明は、廃棄物処理設備のボイラにおいて、実際の蒸気圧力の状況を捉え、予測ではなく入熱に即した確実な自動昇圧降圧制御を行って、操業の安定性、安全性を向上させることができるボイラの自動起動停止における蒸気圧力制御方法を提供するものである。

本発明は、廃棄物処理設備の熱回収ボイラの起動時には蒸気管に設けられた主蒸気圧力調節弁を閉じるとともに、蒸気配管から分岐されたパージラインに設けられたパージ調節弁を開いて発生蒸気を放散させつつ主蒸気圧力を昇圧させ、主蒸気圧力が常用圧力に達すると、前記主蒸気圧力調節弁を開けるとともに前記パージ調節弁を閉じ、前記熱回収ボイラの停止時には前記主蒸気圧力調節弁を閉じるとともに前記パージ調節弁を開けて発生蒸気を放散させて主蒸気圧力を降圧させる、廃棄物処理用ボイラの自動起動、停止における蒸気圧力制御方法において、蒸気管に設けられた主蒸気圧力検出器より検出された主蒸気圧力の実測値をパージ調節弁の蒸気圧力の設定値に取り込んで設定値を段階的に変化させて昇圧、降圧するにあたり、昇圧の際は、主蒸気圧力の実測値が設定値より手前に達すると一定時間保持した後、次の設定値を前の設定値より上げて設定する処理を繰り返し行って主蒸気圧力を規定圧力になるまで上昇させ、降圧の際は、熱回収ボイラ降圧開始後、パージ調節弁の設定値を主蒸気圧力調節弁の設定値から下げた値にて蒸気を放散し、主蒸気圧力の実測値がパージ調節弁の設定値の手前に達するとパージ調節弁の圧力の設定値を一定時間保持した後、パージ調節弁の次の設定値を前の設定値より下げて設定する処理を繰り返して規定圧力になるまで降圧を行うことを特徴とする。

本発明は、主蒸気圧力を検出し、検出された実測値に基づいて設定値を変化させて自動昇圧降圧制御を行うので、最適な昇圧降圧速度にて自動起動停止が可能になる。また、主蒸気圧力の急激な変化を抑えた安定した昇圧降圧が確保されるので、熱的影響をなくして機器の安全性を確保することができる。

図１は本発明による自動起動停止の制御方法を適用したボイラ設備の概略図である。

図１においてボイラ１へは、その上流に位置する廃棄物溶融設備の燃焼室（図示せず）より熱源となる燃焼排ガスが供給される。燃焼排ガスはボイラで熱回収されて蒸気を発生する。発生した蒸気は蒸気配管２へ送気される。

蒸気配管２には、主蒸気圧力を検出する圧力検出端３、主蒸気の流量を検出する主蒸気流量検出端７、主蒸気圧力を開度により調節する主蒸気圧力調節弁４が順次設けられる。更に、蒸気配管２に主蒸気流量検出端７と主蒸気圧力調節弁４との間で分岐したパージライン５に蒸気を放散させるパージ調節弁６が設けられている。

前記構成において、自動起動の際には、主蒸気圧力調節弁４を閉じ、パージ調節弁６を開け、ボイラ１の温度を上げながら蒸気を放散させつつ主蒸気圧力を昇圧し、常用圧力に達すると、パージ調節弁を閉じ、パージ弁を閉める。自動停止の際には、主蒸気圧力調節弁４を閉じ、パージ調節弁６を開け、蒸気を放散させつつ主蒸気圧力を降圧する。

本発明では、ボイラの入熱量の変動に伴う熱的影響を少なくして主蒸気圧力の急激な昇圧あるいは降圧を抑えるため、次ぎに述べるステップで自動起動あるいは自動停止を行う。

まず、本発明の自動昇圧の制御方法について説明する。

図２は本発明による昇圧制御のステップ（Ｓ１〜Ｓ７）を示すフロー図、図３は本発明の昇圧制御におけるボイラ圧力と時間の関係を示すグラフである。

ステップＳ１：
圧力検出端３にて検出した主蒸気圧力（ボイラ圧力）が規定圧力１に上昇するまでパージライン５に設置のパージ調節弁６の設定値（ＳＶ_１値）を規定圧力１とする。なおパージ調節弁６は、締め切りとならないように弁開度下限を設定する。このとき、主蒸気圧力調整弁４は閉じておく。なお、規定圧力１は、弁を正常にコントロール可能とするために必要な最低圧力（例えば、１０００ＫＰａ）である。

ステップＳ２：
主蒸気圧力が規定圧力１を越えた後、パージ調節弁６の主蒸気圧力の実測値（ＰＶ値）が、次に設定された設定値（ＳＶ_２値）のｎＫＰａ（例えば、５０ＫＰａ）手前（即ち、ＰＶ値＝ＳＶ_２値−ｎＫＰａ）までの圧力上昇を検出する。設定値（ＳＶ_２値）は、前段階の設定値（ＳＶ_１値）から昇圧させる圧力（後述のｍＫＰａ、例えば、１００ＫＰａ）を加算して設定される。昇圧させる圧力は、設備の規模によって適宜決定するが、後述のｍＫＰａ（例えば、１００ＫＰａ）とする。ｎＫＰａ手前までの上昇を検出するのは、設定値（ＳＶ_２値）に一致するように制御することは難しいので、早めに検知するためである。

ステップＳ３：
実測値がＰＶ値＝ＳＶ_２値−ｎＫＰａに達した後、タイマーを利用して一定時間Ｔ（例えば、１分）保持する。

ステップＳ４：
一定時間Ｔ経過後、パージ調節弁６の次の設定値（ＳＶ_３値）を前の設定値（ＳＶ_２値）よりｍＫＰａ（例えば、ｍ＝１００ＫＰａ）上げて（ＳＶ_３値＝ＳＶ_２値＋ｍＫＰａ）設定する。

ステップＳ５：
このステップＳ１からステップＳ４の処理を繰り返し行って主蒸気圧力を上昇させ、熱回収ボイラの定格圧力である規定圧力２（例えば、３７００ＫＰａ）になるまで昇圧を行う。

ステップＳ６：
主蒸気圧力が規定圧力２を超えると、主蒸気圧力調整弁４を開き、主蒸気圧力調整弁４の設定圧力を常用圧力である規定圧力３（定格圧力 例えば、３９００ＫＰａ）にする。

ステップＳ７：
そして、主蒸気圧力調整弁４を開くとともに、パージ調節弁６の弁開度（ＭＶ）を０％とし、以降の供給先へと蒸気が送気される。

以上のステップにより、本発明は、ボイラを自動起動させる際に、入熱に即した主蒸気圧力の実測値に基づいて設定値を段階的にステップアップさせながら主蒸気圧力を確実に昇圧させることができるので操業の安全性、安定性を向上させることができる。

次に自動降圧の制御方法について説明する。

図４は本発明による降圧制御のステップ（ステップＴ１〜Ｔ７）を示すフロー図、図５は本発明の降圧制御におけるボイラ圧力と時間の関係を示すグラフである。

ステップＴ１：
ボイラ降圧開始後、蒸気配管２に設置されている主蒸気流量検出端７にて主蒸気流量が規定流量１以下になっていることを確認してボイラへの主蒸気の供給が低下していることを確認する。規定流量１は、ほぼ零に近い値である。規定流量１以下になると、自動制御により、主蒸気圧力調節弁４は閉となる。

ステップＴ２：
パージ調節弁６を開き、パージ調節弁６の設定値（ＳＶ_Ｐ１）を主蒸気圧力調節弁４の設定値（ＳＶ_Ｓ１値）からｍＫＰａ（例えば、１００ＫＰａ）下げた値（ＳＶ_Ｐ１＝ＳＶ_Ｓ１−ｍＫＰａ）にて自動制御しながら蒸気を放散する。設定値（ＳＶ_Ｓ１値）は主蒸気圧力の常用圧力の値（図２のステップＳ６における規定圧力３）に設定する。ｍＫＰａは、前述の昇圧の値（例えば、１００ＫＰａ）と同じでよい。

ステップＴ３：
その後、圧力検出端３にて検出している主蒸気圧力の実測値（ＰＶ値）がパージ調節弁６の設定値（ＳＶ_Ｓ１値）のｎＫＰａ（例えば、５０ＫＰａ）手前（ＰＶ＝ＳＶ_Ｓ１＋ｎＫＰａ）までの降圧を検出する。ｎＫＰａ手前の降圧を検出するのは、早めに降圧を検知するためである。

ステップＴ４：
実測値がＰＶ値＝ＳＶ_Ｓ１＋ｎＫＰａに達した後、タイマーを利用して一定時間Ｔ（例えば、１分）保持する。

ステップＴ５：
一定時間Ｔ経過後、パージ調節弁６の次の設定値（ＳＶ_Ｐ２値）を前の設定値（ＳＶ_Ｐ１値）よりｍＫＰａほど下げて設定する（ＳＶ_Ｐ２＝ＳＶ_Ｐ１−ｍＫＰａ）。

ステップＴ６：
前記のステップＴ２からＴ５までの処理を規定圧力４になるまで繰り返して制御を行いボイラの降圧を行う。主蒸気圧力が規定圧力４以下になると降圧を完了する。

ステップＴ７：
主蒸気圧力調節弁４のＭＶ（開高度）０％とする。

この制御により炉の停止時の入熱変動に対応したボイラの降圧が可能となる。

本発明による自動起動停止の制御方法を適用したボイラ設備の概略図である。 本発明による昇圧制御のステップを示すフロー図である。 本発明の昇圧制御におけるボイラ圧力と時間の関係を示すグラフである。 本発明による降圧制御のステップを示すフロー図である。 本発明の降圧制御におけるボイラ圧力と時間の関係を示すグラフである。 廃棄物溶融処理設備の一例を示す概略図である。 （ａ）は従来のボイラ設備の概略図、（ｂ）は同設備の昇圧降圧曲線図である。

符号の説明

１：ボイラ ２：蒸気配管
３：圧力検出端 ４：主蒸気圧力調節弁
５：パージライン ６：パージ調節弁
７：主蒸気流量検出端 ８：廃棄物溶融炉ｖ
９：羽口 １０：出滓口
１１：ダクト １２：捕集装置
１３：燃焼室 １４：ボイラ
１５：蒸気タービン・発電装置 １６：集じん装置
１７：ブロワ １８：煙突
１９：熱回収ボイラ ２０：蒸気管
２１：蒸気止弁 ２２：放散圧力調節弁
２３：放散止弁

Claims (1)

1. 廃棄物処理設備の熱回収ボイラの起動時には蒸気管に設けられた主蒸気圧力調節弁を閉じるとともに、蒸気配管から分岐されたパージラインに設けられたパージ調節弁を開いて発生蒸気を放散させつつ主蒸気圧力を昇圧させ、主蒸気圧力が常用圧力に達すると、前記主蒸気圧力調節弁を開けるとともに前記パージ調節弁を閉じ、前記熱回収ボイラの停止時には前記主蒸気圧力調節弁を閉じるとともに前記パージ調節弁を開けて発生蒸気を放散させて主蒸気圧力を降圧させる、廃棄物処理用ボイラの自動起動、停止における蒸気圧力制御方法において、
   蒸気管に設けられた主蒸気圧力検出器より検出された主蒸気圧力の実測値をパージ調節弁の蒸気圧力の設定値に取り込んで設定値を段階的に変化させて昇圧、降圧するにあたり、
   昇圧の際は、主蒸気圧力の実測値が設定値より手前に達するとパージ調節弁の圧力の設定値を一定時間保持した後、次の設定値を前の設定値より上げて設定する処理を繰り返し行って主蒸気圧力を規定圧力になるまで上昇させ、
   降圧の際は、熱回収ボイラ降圧開始後、パージ調節弁の設定値を主蒸気圧力調節弁の設定値から下げた値にて蒸気を放散し、主蒸気圧力の実測値がパージ調節弁の設定値の手前に達すると一定時間保持した後、パージ調節弁の次の設定値を前の設定値より下げて設定する処理を繰り返して規定圧力になるまで降圧を行うことを特徴とする廃棄物処理用ボイラの自動起動、停止における蒸気圧力制御方法。

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