JP5113425B2

JP5113425B2 - ボイラ給水制御装置

Info

Publication number: JP5113425B2
Application number: JP2007141872A
Authority: JP
Inventors: 和夫谷口; 彰田口; 雅由叶
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2027-05-29
Also published as: JP2008298314A

Description

本発明は、並列状に設けた二つのブロックから成る構造の節炭器を備えたボイラのボイラ給水制御装置に関するものであり、立上げ時などに何れか一方のブロック内の給水が蒸発を始めてその流路抵抗が増大（即ち給水流量が減少）しても、両ブロック間の給水流量差を零とするように給水流量を自動制御することにより、両ブロックへ常に安定して設定流量の給水が行え、節炭器出口側の給水温度にも差を生じないようにしたボイラ給水制御装置に関するものである。

近年、ごみ焼却炉の廃熱ボイラには、焼却炉の上部にボイラを設け、その熱回収用伝熱部を縦方向に配置するようにした従前の縦型ボイラに替えて、熱回収用の伝熱部（熱交換器）を排ガスが水平方向に流れる箇所に設置すると共に、熱交換器の伝熱管を縦方向に配置するようにした横型ボイラ（テールエンド型ボイラ）が多く利用されている。

上記テールエンドボイラには、縦型ボイラに比較して設置スペースが増大すると云う難点があるものの、ボイラを含めた焼却炉設備の高さ寸法を大幅に減少させることができるという利点があるうえ、テールエンド型ボイラでは熱交換器の伝熱管が縦方向に配列されているため、ハンマーリング装置を用いて伝熱管に付着した燃焼排ガス中の飛灰を容易に下方のホッパー内へ落下させることができ、熱回収率の低下や付着飛灰に起因する伝熱管の腐食を確実に防止することが出来るからである。

一方、大型ごみ焼却炉に付設する廃熱ボイラでは、熱交換量（回収熱量）の増加に伴って必然的に焼却炉本体やボイラ本体が大型化し、結果としてボイラ本体の横幅寸法が大きくなって来ている。また、ボイラ本体の横幅寸法が大きくなると、ボイラ本体の排ガスが水平方向に流通する部分に配置する過熱器や蒸発器、節炭器等の横幅寸法も大きくなることとなる。

ところが、過熱器や蒸発器、節炭器等の横幅寸法が大きくなると、伝熱部を形成する伝熱管外表面の効率的な清掃が困難となり、例えば、ハンマーリング装置により伝熱管の下端部をラッピング（槌打）してダストを払い落とす場合でも、ダストの剥離除去率が大幅に低下することとなる。
また、ハンマーリング装置によるダストの除去率が低下して飛灰等が伝熱管の外表面に残ると、熱回収率の低下や付着飛灰の溶融による高温腐食が生じ、様々な不都合が発生する。

そのため、前記ハンマーリング装置のダスト除去性能の低下は極力避ける必要があり、その対応として、図３に示すように節炭器等の伝熱部を二つのブロックに分割し、各ブロック毎にハンマーリング装置を設けるような工夫が採用されている。

尚、ハンマーリング効果の低下を避けるため、横幅の長い一基の節炭器の熱交換管の下端部の両側部に夫々ハンマーリング装置を設ける方法も考えられるが、節炭器の横幅寸法が長くなると、２基のハンマーリング装置を設けても総合的なハンマーリング効果が１基の効果の２倍にならないため、複数のハンマーリング装置を設ける方法は、経済性に欠けることとなる。

そのため、従前のテールエンド型の大容量廃熱ボイラにあっては、前記図３に示す如く、燃焼排ガスＧが水平方向に流動する部分に配設する過熱器３や節炭器４を横幅方向に二つのブロック３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂに夫々分割し、燃焼排ガスＧの流れ方向に対して直交方向に二つのブロック３ａ、３ｂ又は二つのブロック４ａ、４ｂを並列状に配置すると共に、両ブロック３ａ、３ｂ又は両ブロック４ａ、４ｂを管路を介して並列に接続するようにした構成が採用されている。
尚、図３に於いて、１は汽水ドラム、２はごみ焼却炉等の燃焼室、５は給水制御弁、６はボイラ給水ポンプ、７は主蒸気管、８ａ、８ｂは給水用ヘッダ、９ａ、９ｂは蒸気ヘッダである。

前記、図３に於いては、廃ガスボイラＢの過熱器３と節炭器４の配置構成のみが示されているが、現実には図４に示す如くごみ焼却炉Ａと廃熱ボイラＢとから廃熱ボイラ付きごみ焼却炉が形成されており、燃焼排ガスＧを水平方向に流すガス通路部１０に蒸発器１１、過熱器３、節炭器４等が設けられている。
尚、図４に於いて、１０は水平ガス通路部、１１は蒸発器、１２は空気予熱器、１３は水冷管壁、１４はハンマリング装置、１５は蒸気タービン発電機である。

図３を参照して、テールエンド型廃熱ボイラＢのボイラ給水Ｗは節炭器４を通って汽水ドラム１へ流入する。又、節炭器４は燃焼室２及び過熱器３を通過した燃焼排ガスＧから熱を吸収する。ボイラＢの立上時（運転開始時）には、ボイラＢは徐々に温められる。また、節炭器４の内部の給水Ｗも同様に温められる。更に、ボイラー立上時には、ボイラ給水Ｗは殆ど蒸発しない為、ボイラＢから主蒸気配管７を通って排出される蒸気Ｓはない。その為、ボイラ給水ポンプ６による給水Ｗの必要は無い。また、このときは、節炭器４内の水Ｗが流れないため、水Ｗの温度は燃焼排ガスＧから熱を吸収して上昇する。節炭器４内の水Ｗの温度が上昇してその温度が沸点に達すると、節炭器４内の水Ｗは蒸発をはじめる。これにより、節炭器４内の水Ｗには蒸気が混入した状態となる。

ボイラＢの全体の温度が上昇して通常運転状態になると、蒸気Ｓが発生し、主蒸気配管７を通って排出される。そのため、ボイラ給水ポンプ６による給水が必要になる。このとき、節炭器４内の給水Ｗは蒸気を含んだ状態下にあるので、給水管ヘッダ８ａ内に水を流すと、前記蒸気Ｓを含んだ給水が大きな抵抗となる。
従って、いま節炭器４が図のように複数のブロック４ａ、４ｂに分かれているとすると、給水Ｗは流れ易い何れか一方のブロックに流れ、蒸気Ｓを含んだ給水の存在する他方のブロックへは給水が流れ込み難くなるため（或いは流れ込む量が極端に少なくなるため）発生した蒸気が消滅されないこととなり、流路抵抗が減少しないことになる。

その結果、節炭器４の各ブロック４ａ、４ｂに流れるボイラ給水Ｗの流量が、流路抵抗の差に応じて異なることとなり、所謂ボイラ給水Ｗの偏流を生じることとなる。
また、このボイラ給水Ｗの偏流が一旦生じると、この偏流が自動的に修正されることは無く、偏流状態は拡大しつつ持続されることになり、結果として節炭器４での排熱吸収が低下して、ボイラ全体の熱効率の低下を招くことになる。

尚、節炭器内部のボイラ給水Ｗ内に蒸気が含まれることにより、節炭器を流通するボイラ給水量が低下するのを防止する方策として、節炭器の熱交換管にバイパス通路を設け、熱交換管内での蒸気の発生を防止しつつ所定流量のボイラ給水を行うようにした技術が開発されている（特開平８−３２７００１号等）。
しかし、当該特開平８−３２７００１号の技術は、単一回路方式の節炭器を対象とするものであり、本願発明の対象とする「並列状に配置した二つのブロックから成る構造の節炭器４」へ当該技術を適用することはできない。

特開２００２−３１０５９４号特開２００２−１４７７０２号特開平８−３２７００１号

本発明は、従前の並列状に配設した二つのブロックから成る節炭器へボイラ給水を行う場合に於ける上述の如き問題、即ち節炭器内の給水に蒸気が含まれると、節炭器の熱交換管内の流路抵抗が増大し、各ブロックへのボイラ給水の流量に差が生じると共に、両ブロック間の給水流量に差が一旦生じると、当該流量差が修正されることなしに拡大する方向で維持されることになり、結果として節炭器４での排熱吸収量が低下してボイラ全体の熱効率が低下すると云う問題を解決せんとするものであり、並列状に配設した二つのブロックから成る節炭器の各ブロックへの給水の流量差を常に自動的に零の状態に保持することにより、両ブロックの出口側に於けるボイラ給水の温度差をほぼ零とし、より高いボイラ効率の達成を可能にしたボイラ給水制御装置を提供することを発明の主目的とするものである。

本願請求項１の発明は、燃焼排ガスの流通方向と直交方向に横並びで並列状に配置した二つのブロックから成ると共に各ブロックの伝熱管を縦向き配置とした節炭器を備えたテールエンド型廃熱ボイラのボイラ給水制御装置であって、前記二つのブロックの各給水入口側へ発信器付き流量計と給水制御弁を通してボイラ給水ポンプからのボイラ給水を供給する二つの給水供給路と，前記両給水供給路の発信器付き流量計から流量計測信号が入力されると共に当該入力された両流量計側信号に基づいて両給水供給路の給水制御弁へ開度制御信号を発信する流量コントローラとから形成され、流量コントローラによる両給水制御弁の開度調整により各ブロックへ供給するボイラ給水流量を等流量に制御するようにしたボイラ給水制御装置において、前記流量コントローラにより両給水供給路の給水流量を比較し、給水流量の少ない方の給水供給路の給水流量制御弁が全開でない場合にはこれを開放方向に作動させ、また、給水流量の少ない方の給水供給路の給水流量制御弁が全開の場合には給水流量の多い方の給水供給路の給水流量制御弁を閉鎖方向に作動させる構成としたことを発明の基本構成とするものである。

本願請求項２の発明は、請求項１の発明において、節炭器を構成する各ブロックに飛灰除去用のハンマーリング装置を夫々設ける構成としたものである。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、流量コントローラにより両給水供給路に設けた給水制御弁が同時に全閉されないようにしたものである。

本願発明では、二つのブロックから成る節炭器を使用する廃熱ボイラであっても、各ブロックへ供給されるボイラ給水ポンプからのボイラ給水が常に等流量に制御されることになり、所謂両ブロックの入口側へ流入するボイラ給水Ｗに偏流が生じない。
その結果、両ブロックの出口側におけるボイラ給水の温度差がほぼ零となり、両ブロックでの吸収熱量に差が生じることにより、熱吸収効率が低下すると云うことが皆無となる。

また、二つのブロックから成る節炭器を用いることにより、所謂ハンマーリング効率の低下が起らず、伝熱効率の低下や高温腐食の発生をより確実に防止することが出来る。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係るボイラ給水制御装置を適用したボイラの構成を示す系統図であり、図１において、１は汽水ドラム、２はごみ焼却炉の燃焼室、３は過熱器、３ａは過熱器の第１ブロック、３ｂは過熱器の第２ブロック、４は節炭器、４ａは節炭器の第１ブロック、４ｂは節炭器の第２ブロック、５ａは第１給水制御弁、５ｂは第２給水制御弁、６はボイラ給水ポンプ、７は主蒸気配管、８ａ₁は第１ブロックの入口側給水ヘッド８ａ₂は第２ブロックの入口側給水ヘッダ、８ｂは節炭器出口側給水ヘッダ、９ａ，９ｂは蒸気ヘッダ、１６ａは第１発信器付流量計、１６ｂは第２発信器付流量計、１７は流量コントローラ、Ｗはボイラ給水、Ｇは燃焼排ガス、Ｓは蒸気、Ｂは廃熱ボイラである。

また、図１において、廃熱ボイラＢの主たる構成は、節炭器４の入口側ヘッダが、節炭器の第１ブロックの入口側吸水ヘッダ８ａ₁と第２ブロックの入口側給水ヘッダ８ａ₂の二つに分割されている点、及び給水制御装置Ｃが、第１給水制御弁５ａ及び第２給水制御弁５ｂと、第１発信器付き流量計１６ａ及び第２発信器付き流量計１６ｂと、流量コントローラ１７とから形成されている点を除いて、その他の構成は前記図３に示した従前の廃熱ボイラＢの場合と同一である。

本発明に係るボイラ給水制御装置Ｃは、図１に示すように、ボイラ給水ポンプ６の吐出口側に分岐状に接続した第１発信器付き流量計１６ａ及び第２発信器付き流量計１６ｂと、第１発信器付き流量計１６ａの出口側と節炭器の第１ブロックの入口側給水ヘッド８ａ₁との間の給水流路に介設した第１給水制御弁５ａと、第２発信器付き流量計１６ｂの出口側と節炭器の第２ブロックの入口側給水ヘッド８ａ₁との間の給水流路に介設した第２給水制御弁５ｂと、前記両発信器付き流量計１６ａ，１６ｂからの流量測定信号ｇ₁，ｇ₂が入力されると共に、当該流量信号ｇ₁，ｇ₂に基づいて前記第１給水制御弁５ａ及び第２給水制御弁５ｂの開度を開度制御信号ｖ₁，ｖ₂を介して調整して、節炭器入口側の第１ブロックの入口側給水ヘッダ８ａ₁と第２ブロック入口側給水ヘッダ８ａ₂へのボイラ給水Ｗの流入量を同じ流量に制御する流量コントローラ１７とから構成されている。

図２は、本発明に係るボイラ給水制御装置の流量コントローラ１７における流量制御の説明図であり、図２に於いて、Ｆａは節炭器４の第１ブロック４ａ側の給水流量（即ち、第１発信器付き流量計１６ａの流量測定値）であり、Ｆｂは節炭器４の第２ブロック４ｂ側の給水流量（即ち、第２発信器付き流量計１６ｂの流量測定値）である。
また、Ｖａは第１給水制御弁５ａの弁開度であり、Ｖｂは第２給水制御弁５ｂの弁開度である。

図２を参照して、先ず、両発信器付き流量計１６ａ，１６ｂから給水流量Ｆａ、Ｆｂの検出信号ｇ₁，ｇ₂が流量コントローラ１７へ入力され、ステップＳ₁で両者が比較される。
そして両流量計１６ａ，１６ｂの計測値がＦａ＜Ｆｂの関係にあれば、プロセスはステップＳ₃へ移行し、逆にＦａ＜Ｆｂの関係になければ、ステップＳ₂へ移行し、Ｆａ＞Ｆｂの関係が成立するか否かが判断される。

前記ステップＳ₃では、第１給水制御弁５ａの弁開度Ｖａが判定され、弁開度Ｖａが１００％でないときは開度制御信号ｖ₁を介して第１給水制御弁５ａを開方向に作動させ、その弁開度Ｖａを上昇させる。
また、逆に、弁開度Ｖａが１００％（全開）のときには、開度制御信号ｖ₂を介して第２給水制御弁５ｂを閉方向に作動させ、その弁開度Ｖｂを下げる。
上記の弁開度制御により、Ｆａ＜Ｆｂの関係がＦａ＝Ｆｂの方向に修正される。

ステップＳ２に於いてＦａ＞Ｆｂの関係が成立している制御はステップＳ₄へ移行し、第２給水制御弁５ｂの弁開度Ｖｂが１００％か否かが判断される。
そして、第２給水制御弁５ｂの弁開度Ｖｂが１００％（全開状態）であれば、第１給水制御弁５ａを閉方向に作動させ、その弁開度Ｖａを下げる。また、逆に弁開度が１００％でないときは、第２給水制御弁５ｂを開方向に作動させ、その弁開度Ｖｂを上げる。
上記の制御プロセスにより、両給水流量Ｆａ，Ｆｂの関係がＦａ＞Ｆｂのときに、これがＦａ＝Ｆｂの方向に修正させることとなる。

流量コントローラ１７では、上記の如き制御プロセスが連続的に行われ、第１給水制御弁５ａ及び第２給水制御弁５ｂを流れる給水流量Ｆａ・Ｆｂが、自動的に常にＦａ＝Ｆｂの関係に保持されることとなる。

同一の構成を具備する二つのブロックから成る節炭器を備えた廃熱ボイラＢについて、本発明を適用した場合（図１の場合）と本発明を適用しない場合（図２の場合）について、節炭器４の第１ブロック４ａと第２ブロック４ｂの出口側給水Ｗの温度差を測定した。
その結果、本発明を適用しない場合には、約３０℃の温度差が発生する場合があるのに対して、本発明を適用した場合、前記温度差が約０℃となった。

本発明に係るボイラ給水制御装置は、テールエンド型廃熱ボイラを含めて、分割型の節炭器を用いたあらゆる型式のボイラに適用できるものである。

ボイラ給水制御装置を適用したボイラの構成を示す系統図である。ボイラ給水制御装置の流量コントローラにおける流量制御の説明図である。従前のテールエンド型廃熱ボイラの基本構成を示す系統図である。従前のテールエンド型廃熱ボイラの一例を示すものである。

符号の説明

Ａ・・ごみ焼却炉
Ｂ・・廃熱ボイラ
Ｇ・・燃焼排ガス
Ｗ・・ボイラ給水
Ｓ・・蒸気
Ｃ・・給水制御装置
Ｆａ，Ｆｂ・・流量計測値
Ｖａ，Ｖｂ・・給水制御弁の弁開度
ｇ₁，ｇ₂・・流量計側信号
ｖ₁，ｖ₂・・開度制御信号
１・・汽水ドラム
２・・燃焼室
３・・過熱器
３ａ・・第１ブロック
３ｂ・・第２ブロック
４・・節炭器
４ａ・・第１ブロック
４ｂ・・第２ブロック
５・・給水制御弁
５ａ・・第１給水制御弁
５ｂ・・第２給水制御弁
６・・ボイラ給水ポンプ
７・・主蒸気配管
８ａ₁・・第１ブロックの入口側給水ヘッダ
８ａ₂・・第２ブロックの入口側給水ヘッダ
８ａ，８ｂ・・節炭器給水ヘッダ
９ａ，９ｂ・・蒸気ヘッダ
１０・・水平ガス通路部
１１・・蒸発器
１２・・空気予熱器
１３・・水冷管壁
１４・・ハンマリング装置
１５・・蒸気タービン発電機
１６ａ・・第１発信器付き流量計
１６ｂ・・第２発信器付き流量計
１７・・流量コントローラ

Claims

燃焼排ガスの流通方向と直交方向に横並びで並列状に配置した二つのブロックから成ると共に各ブロックの伝熱管を縦向き配置とした節炭器を備えたテールエンド型廃熱ボイラのボイラ給水制御装置であって、前記二つのブロックの各給水入口側へ発信器付き流量計と給水制御弁を通してボイラ給水ポンプからのボイラ給水を供給する二つの給水供給路と，前記両給水供給路の発信器付き流量計から流量計測信号が入力されると共に当該入力された両流量計側信号に基づいて両給水供給路の給水制御弁へ開度制御信号を発信する流量コントローラとから形成され、流量コントローラによる両給水制御弁の開度調整により各ブロックへ供給するボイラ給水流量を等流量に制御するようにしたボイラ給水制御装置において、前記流量コントローラにより両給水供給路の給水流量を比較し、給水流量の少ない方の給水供給路の給水流量制御弁が全開でない場合にはこれを開放方向に作動させ、また、給水流量の少ない方の給水供給路の給水流量制御弁が全開の場合には給水流量の多い方の給水供給路の給水流量制御弁を閉鎖方向に作動させる構成としたことを特徴とするボイラ給水制御装置。
節炭器を構成する各ブロックに飛灰除去用のハンマーリング装置を夫々設ける構成とした請求項１に記載のボイラ給水制御装置。
流量コントローラにより両給水供給路に設けた給水制御弁が同時に全閉されないようにした請求項１に記載のボイラ給水制御装置。