JP5268259B2 - 汽力発電設備におけるスートブロワの流量制御装置及び流量制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、汽力発電設備におけるスートブロワの流量制御装置及び流量制御方法に関する。

従来より、汽力発電設備における空気予熱器では、ボイラでの燃焼に伴う灰が空気予熱器の熱交換器に付着して排煙が通過することができない閉塞現象を生じる問題があり、蒸気によるスートブロワ（すす吹き）を実施している。

図７は、従来のスートブロワの蒸気のフローを示す概略ブロック図である。スートブロワを行う蒸気は、図７に示すように、ボイラにて発生した蒸気を分岐してオリフィス１１０と流量計１１２を介して取り入れられる。取り入れられた蒸気は、蒸気止弁１２０と蒸気減圧弁１３０により一定の圧力に制御されボイラ１０の再過熱器１６中でスーパヒートスートブロワ（ＳＨスートブロワ）１４０としてボイラの再過熱器１６内で付着した灰などを吹き払うために使用される。

さらに遮断弁１５０を経由し、直前のオリフィス１６０により蒸気流量を調節して空気予熱器内に導かれる。空気予熱器内ではエアヒータスートブロワ（ＡＨスートブロワ）１７０より蒸気が熱交換器などに吹きかけられ煤煙による付着した灰を吹き払うのに用いられる。

スートブロワに関しては、スートブロワ装置における伝熱管の側面に付着した付着物の除去能力を向上する提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１４３９７号公報

しかし、オリフィスにより蒸気流量を調節した場合、ボイラ内の圧力が変動することにより蒸気流量が変動し、ボイラ内の圧力が低いときは付着した灰を除去するのに必要以上の蒸気流量が放出されていた。その結果、エネルギーが有効活用されていなかった。本発明は、蒸気流量を適切に制御することによりエネルギーの消費を抑えることを目的とする。

本発明者らは、ボイラ内の圧力に対応した蒸気流量を制御することの必要性を見出し、本発明を完成するに至った。

（１） ボイラと空気予熱器とを備えた汽力発電設備において、前記空気予熱器内の熱交換器に付着した灰を吹き払うスートブロワの流量制御装置であって、前記汽力発電設備に対する給電指令に基づいて前記スートブロワより噴出する蒸気流量の設定値を演算する流量演算手段と、前記スートブロワより噴出する蒸気流量を計測する流量計測手段と、実測された前記蒸気流量と流量演算手段により演算された蒸気流量の設定値とを対比する対比手段と、対比された結果に基づき蒸気流量を調節する調節手段と、を備えたスートブロワの流量制御装置。

（１）に記載の発明のスートブロワの流量制御装置は、ボイラと空気予熱器とを備えた汽力発電設備において、空気予熱器内の熱交換器に付着した灰を吹き払うスートブロワの流量を制御する。汽力発電設備に対する給電指令に基づいてスートブロワより噴出する蒸気流量の設定値を流量演算手段により演算する。スートブロワより噴出する蒸気流量を流量計測手段により計測する。計測された蒸気流量と流量演算手段により演算された蒸気流量の設定値とを対比手段により対比する。対比された結果に基づき流量調節手段により蒸気流量を調節する。

（２） ボイラと空気予熱器とを備えた汽力発電設備において、前記空気予熱器内の熱交換器に付着した灰を吹き払うスートブロワの流量制御装置であって、前記空気予熱器内の圧力を測定する圧力測定手段と、スートブロワに蒸気を供給する蒸気管内の圧力を測定する管内圧力測定手段と、前記スートブロワより噴出する蒸気流量の設定値を予め定められた関数により演算する流量演算手段と、演算された結果に基づき流量を調節する流量調節手段と、を備えたスートブロワの流量制御装置。

（２）に記載の発明は、ボイラと空気予熱器とを備えた汽力発電設備において、空気予熱器内の熱交換器に付着した灰を吹き払うスートブロワの流量制御装置であって、空気予熱器内の圧力を測定する圧力測定手段と、スートブロワに蒸気を供給する蒸気管内の圧力を測定する管内圧力測定手段と、を備える。空気予熱器内の圧力とスートブロワに蒸気を供給する蒸気管内の圧力とを測定した値を、予め定められた関数に入力して演算することによりスートブロワより噴出する蒸気流量の設定値を演算する。演算された結果に基づき流量調節手段により流量が調節されて、スートブロワより噴出される。

空気予熱器内の圧力と、スートブロワに蒸気を供給する蒸気管内の圧力と、を直接測定するので、ボイラ内の圧力の変動による蒸気量の変動を抑制することができる。演算に用いられる関数は、例えば、流体力学のグラハム（Ｇｒａｈａｍ）の定理による関数を採用することができ、他の相当する関数を用いても良い。

（３） 前記空気予熱器の前記ボイラ側と反ボイラ側との間で排煙が所定の量以上通過しなくなる閉塞状態を検出する閉塞検出手段と、前記検出がされた場合にスートブロワの能力の最大の蒸気流量を噴出する最大噴出手段と、をさらに備える（１）または（２）に記載のスートブロワの流量制御装置。

（３）に記載の発明は、上記の（１）または（２）に記載のスートブロワの流量制御装置にさらに、閉塞検出手段と最大噴出手段を備える。空気予熱器のボイラ側と反ボイラ側との間で排煙が所定の量以上通過しなくなる閉塞状態を検出し、検出がされた場合にスートブロワの能力の最大の蒸気流量を噴出するので、閉塞状態を最大の蒸気流量を噴出することにより解消することができる。

（４） ボイラと空気予熱器とを備えた汽力発電設備において、前記ボイラの燃焼に伴う灰が前記空気予熱器に付着したのを吹き払うスートブロワの流量制御方法であって、前記汽力発電設備に対する給電指令に基づいて前記スートブロワより噴出する蒸気流量の設定値を演算する流量演算ステップと、前記スートブロワより噴出する蒸気流量を実測する流量計測ステップと、実測された前記蒸気流量と流量演算ステップにより演算された蒸気流量とを対比する対比ステップと、比較された結果に基づき蒸気流量を調節する調節ステップと、を含むスートブロワの流量制御方法。

（４）の発明はスートブロワの流量制御方法に関するものである。この方法を使うことにより、（１）の説明と同様の作用効果を得ることができる。

本発明によれば、このようにして、スートブロワより噴出する蒸気流量を適切に制御することができる。その結果、ボイラ内の圧力が変動することにより蒸気流量が変動し、ボイラ内の圧力が低いときは付着した灰を除去するのに必要以上の蒸気流量が放出されるという問題を解決することができる。その結果、蒸気流量を適切に制御することによりエネルギーの消費を抑えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。

［第１の実施例］
図１は、本発明に係る汽力発電所の設備の関係を示す配置図であり、図２は、本発明に係るスートブロワの流量制御装置の概略ブロック図である。図３は、冬季時におけるスートブロワの使用する蒸気流量の推移を示す図である。図４は、本発明に係るスートブロワの流量制御装置の動作を示すフローチャートである。以下これらの図を参照しながら説明をする。

図１において汽力発電所は、燃料を燃焼して蒸気を発生させるボイラ１０と、ボイラ１０で発生した蒸気により回転力を発生させるタービン２０と、発生させた回転力を電気エネルギーに変換する発電機３０と、発電した電力を高電圧に変電する変圧設備４０とを有する。

図１において、原油貯蔵タンク５０より原油を供給してボイラ１０の中のバーナ１２で燃焼させる。燃焼により水管１４内にて主蒸気を発生させてタービン２０に蒸気を送る。タービン２０を通った蒸気は再過熱器１６により再度過熱されてタービン２０に供給される。

バーナ１２で燃焼させるための空気は押込通風機６０により大気中より送風管内に押し込まれ空気予熱器８０により予熱されてボイラ１０に送り込まれる。ボイラにおける燃焼と共に発生する煤煙は、再過熱器１６を通過して脱硝装置７０で有害ガスを吸収し、空気予熱器８０を通り電気集塵器９０で排煙中の粒子を集塵して煙突１００より排出される。

空気予熱器８０では、内部に設けた熱交換器を煤煙が通過して、煤煙にある余熱により押込通風機６０により大気中より送風管内に押し込まれた空気を予熱する。その熱交換器を通過する際に、煤煙に含まれる灰が熱交換器の各部に付着する。付着すると煤煙が通過しにくくなる。放置すると排煙が通過することができない閉塞現象を生じることも有る。

この問題を解決するために、スートブロワが使われているが、前述のように直前のオリフィス１６０により蒸気流量を調節した場合、ボイラ１０内の圧力が変動することにより蒸気流量が変動し、ボイラ１０内の圧力が低いときは付着した灰を除去するのに必要以上の蒸気流量が放出されるという問題があった。

図２に示すように、本発明に係る流量制御装置２００は、給電指令などを受信する受信手段２１０と、汽力発電設備に対する給電指令に基づいて前記ＡＨスートブロワ１７０より噴出する蒸気流量の設定値を演算する流量演算手段２２０と、ＡＨスートブロワ１７０より噴出する蒸気流量を計測する流量計測手段２５０と、計測された蒸気流量と流量演算手段２２０により演算された蒸気流量の設定値とを対比する対比手段２３０と、対比された結果に基づき流量を調節する流量調節手段２４０と、を有している。流量制御装置２００は、ＡＨスートブロワ１７０の蒸気のフローについては図２に示すような位置に配置されている。なお、ＡＨスートブロワ１７０の蒸気のその他の要素については、上記の図７についての説明と同様であるので省略する。

図３において、横軸は発電機出力であり、縦軸は蒸気流量と圧力である。四角に黒を塗りつぶした線は、空気予熱器８０内に設置されたＡＨスートブロワ１７０の本発明を適用前（従来）の蒸気流量の実測値である。図３に示すように、発電機出力３５０ＭＷでは、蒸気流量の実測値は４．４９Ｔ／Ｈであった。発電機出力を１７５ＭＷに下げた場合には、４．５６Ｔ／Ｈと上昇している。さらに、発電機出力を１２０ＭＷに下げた場合には、４．７Ｔ／Ｈとさらに上昇し、発電機出力を１００ＭＷに下げた場合には、４．８Ｔ／Ｈと急激に上昇している。

この現象は、噴出し速度については、流体力学のグラハム（Ｇｒａｈａｍ）の定理により下記の〔数１〕で表される（非特許参考文献、物理学 上巻 原島 鮮著、学術図書出版社）。
Ｖａ：噴出し速度 Ｐｓ：スートブロワ管内圧力 Ｐａ：空気予熱器８０内に設置されたＡＨスートブロワ１７０の吹き出し口近傍の圧力 σ：気体密度

スートブロワ管内圧力Ｐｓが一定であると、空気予熱器８０内に設置されたＡＨスートブロワ１７０の吹き出し口近傍の圧力Ｐａが下がると、噴出し速度Ｖａが上がることが分かる。噴出し速度Ｖａが上がるとＡＨスートブロワ１７０から噴出さされる蒸気流量も増えると考えられる。

実測においても、発電機出力が変化した場合の空気予熱器８０入口の圧力は、図３の黒丸の線で示すように、発電機出力が３５０ＭＷ、１７５ＭＷ、１２０ＭＷ、１００ＭＷと変化するのに対応して１．５ＫＰＡ、０．３３５ＫＰＡ、０．０３３ＫＰＡ、０．００３ＫＰＡとさがる。これに対応して空気予熱器８０内に設置されたＡＨスートブロワ１７０の吹き出し口の圧力も低下していると考えられる。

一方、発電機出力３５０ＭＷで最大の場合は、ボイラ１０にてそれに相当する燃料を消費する。その結果、煤煙の量も最も多く、煤煙の中に含まれる灰も最大と考えられる。したがって、その灰を吹き払うＡＨスートブロワ１７０の蒸気量も最も多く必要であると考えられる。したがって、発電機出力が１７５ＭＷから１００ＭＷに下がった場合の蒸気量は、発電機出力３５０ＭＷで最大の場合よりも少なくてよいと考えられる。

以下、図４に従いスートブロワの流量制御装置２００の動作を説明する。電力の需給に合わせて発電機出力を何ＭＷにするかなどの給電指令が出される（Ｓ１１０）。給電指令を受信手段２１０により受信すると、指令された発電機出力に対応した蒸気流量設定値が流量演算手段２２０により演算される（Ｓ１２０）。蒸気流量の演算は、発電機出力に対応してスートブロワで噴出すべき蒸気流量を経験値により予め設定しておき、流量制御装置２００の記憶装置に発電機出力と設定した蒸気流量とを対応させて記憶しておき、受信した発電機出力に対応した蒸気流量を読み出すことにより実現することができる。

図３の黒三角の線は、このようにして演算された蒸気流量の設定値を表す。黒三角の線は、発電機出力が最大である３５０ＭＷの際の蒸気流量が４．４９Ｔ／Ｈであるので、発電機出力が小さいときでも、その値に設定すれば確実に付着した灰を吹き払うことができるとの考え方に基づく。この考え方によれば、蒸気流量を一定値４．４９Ｔ／Ｈに設定している。

一方、発電機出力が小さい場合は、ボイラ１０において燃料を使う量も少なくなる。したがって、発生する煤煙も少なくなるので、発生する灰の量も少ない。したがって、発電機出力が１７５ＭＷ、１２０ＭＷ、１００ＭＷと発電機出力が小さくなることに対応して蒸気流量の設定値もダイヤ印の線のように４．４Ｔ／Ｈ、４．３Ｔ／Ｈ、４．２Ｔ／Ｈと下げても問題ないと推定される。その場合は、ダイヤ印の線を蒸気流量の設定値とすることもできる（Ｓ１３０）。

そして、流量計測手段２５０により、スートブロワ管内の蒸気流量が測定される（Ｓ１４０）。流量演算手段２２０により演算されて設定された値と、測定された蒸気流量とが対比手段により対比される（Ｓ１５０）。対比による偏差を比例積分することによりスートブロワ蒸気流量制御信号を生成する（Ｓ１６０）。

その上で、中央制御装置で、ＡＨスートブロワ１７０の状況を監視してバイアスをかける必要の有る場合は、バイアスをかけて調整をする（Ｓ１８０）。このバイアス信号とスートブロワ蒸気流量制御信号とを加えて（Ｓ１９０）、流量調整手段２４０によりスートブロワ蒸気流量調整を行う（Ｓ２００）。

このようにして、ＡＨスートブロワ１７０から噴出する蒸気流量を適切に制御することができる。その結果、ボイラ１０内の圧力が変動することにより蒸気流量が変動し、ボイラ１０内の圧力が低いときは付着した灰を除去するのに必要以上の蒸気流量が放出されるという問題を解決することができる。その結果、蒸気流量を適切に制御することによりエネルギーの消費を抑えることができる。

［第２の実施例］
第２の実施例では、空気予熱器内の圧力を測定し、測定された値を入力して適切な蒸気流量を演算手段で演算する。また、空気予熱器内の閉塞状態を検出し、検出した場合は最大の蒸気量を噴射して閉塞状態を解消する。図５は、本発明に係る別な実施例であるスートブロワの流量制御装置の概略ブロック図である。図６は、本発明に係る別な実施例であるスートブロワの流量制御装置の動作を示すフローチャートである。以下、これら図に基づいて説明をする。

図５に示すように、第２の実施例では、空気予熱器８０のＡＨスートブロワ１７０の吹き出し口近傍の圧力を測定する圧力測定手段２８０と、ＡＨスートブロワ１７０に蒸気を供給する蒸気管内の圧力を測定する管内圧力測定手段２８２と、空気予熱器８０のボイラ側と反ボイラ側との間で排煙が所定の量以上通過しなくなる閉塞状態を検出する閉塞検出手段２７０と、検出がされた場合にスートブロワの能力の最大の蒸気流量を噴出する最大噴出手段２９０と、が追加されている。その他は、第１の実施例と同様であるので説明を省略する。また、流量調整手段２４０により調整される調整バルブ１６０と最大噴出手段２９０により制御される遮断弁１５０とは並列に設置された蒸気菅上に設置されている。

ここで、閉塞検出手段２７０はボイラ側の排煙圧力と反ボイラ側の排煙圧力の差が予め定められた値以上となったことを検出することでも検出できるし、ボイラ１０が稼働しているにもかかわらず排煙流量が一定値以下となることを検出することによっても実現することができる。

第２の実施例のスートブロワ流量制御装置の動作は、給電指令を受信する部分（Ｓ１１０）では、第１の実施例と同様である。流量演算（Ｓ１２０）において、圧力測定手段２８０とスートブロワに蒸気を供給する管内の圧力を管内圧力測定手段２８２より測定された圧力により演算する。演算は上記の〔数１〕に基づいて行うことができるが、実際の設備に合わせて補正した数式を採用することが望ましい。

蒸気流量設定（Ｓ１３０）からバイアス信号とスートブロワ蒸気流量制御信号とを加える（Ｓ１９０）部分までは同一なので説明を省略する。

閉塞検出手段２７０にて閉塞と検出されると（Ｓ２１０）、流量制御装置２００のアナログスイッチ２９２に信号が送られる。アナログスイッチ２９２は、最大の蒸気流量を設定する（Ｓ２３０）。そして、例えば遮断弁１５０を解放してスートブロワ用蒸気管内の最大の蒸気噴出をおこなう（Ｓ２６０）。閉塞信号がない場合は、第１の実施例と同様な動作を行う。

以上の例は、スートブロワ流量制御装置について主に説明したが、したがって、本発明において一実施形態として説明したスートブロワ流量制御装置は、同様に、スートブロワ流量制御方法としても実現可能である。

以上、本発明の実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、流量制御装置はシーケンサを用いてもよいし、マイクロコンピュータを用いてもよい。

本発明に係る汽力発電所の設備の関係を示す配置図である。 本発明に係るスートブロワの流量制御装置の概略ブロック図である。 冬季時におけるスートブロワの使用する蒸気流量の推移を示す図である。 本発明に係るスートブロワの流量制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る別な実施例であるスートブロワの流量制御装置の概略ブロック図である。 本発明に係る別な実施例であるスートブロワの流量制御装置の動作を示すフローチャートである。 従来のスートブロワの蒸気のフローを示す概略ブロック図である。

符号の説明

１０ ボイラ
８０ 空気予熱器
１７０ ＡＨスートブロワ
２００ 流量制御装置
２２０ 流量演算手段
２３０ 対比手段
２４０ 調節手段
２５０ 流量計測手段

Claims (3)

1. ボイラと空気予熱器とを備えた汽力発電設備において、前記空気予熱器内の熱交換器に付着した灰を吹き払うスートブロワの流量制御装置であって、
   前記汽力発電設備の発電機出力に基づいて前記スートブロワより噴出する蒸気流量の設定値を演算する流量演算手段と、
   前記スートブロワより噴出する蒸気流量を計測する流量計測手段と、
   実測された前記蒸気流量と前記流量演算手段により演算された蒸気流量の設定値とを対比する対比手段と、
   対比された結果に基づき蒸気流量を調節する流量調節手段と、
   を備えたスートブロワの流量制御装置。
2. 前記空気予熱器の前記ボイラ側と反ボイラ側との間で排煙が所定の量以上通過しなくなる閉塞状態を検出する閉塞検出手段と、
   前記検出がされた場合にスートブロワの能力の最大の蒸気流量を噴出させる最大噴出手段と、
   をさらに備える請求項１に記載のスートブロワの流量制御装置。
3. ボイラと空気予熱器とを備えた汽力発電設備において、前記ボイラの燃焼に伴う灰が前記空気予熱器に付着したのを吹き払うスートブロワの流量制御方法であって、
   前記汽力発電設備の発電機出力に基づいて前記スートブロワより噴出する蒸気流量の設定値を演算する流量演算ステップと、
   前記スートブロワより噴出する蒸気流量を実測する流量計測ステップと、
   実測された前記蒸気流量と流量演算ステップにより演算された蒸気流量とを対比する対比ステップと、
   比較された結果に基づき蒸気流量を調節する調節ステップと、
   を含むスートブロワの流量制御方法。

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