JP5465773B1 - 空気予熱器のスートブロー制御装置およびスートブロー制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 煤塵濃度の異常上昇を防止することが可能な空気予熱器のスートブロー制御装置を提供する。
【解決手段】 空気予熱器の下流側に配設され排気中の煤塵濃度を測定する測定器２と、測定器２による測定結果が所定濃度を超えると、ノズルの移動を所定時間停止させ、測定結果が所定濃度以下になるまでは、ノズルを所定距離だけ進めて噴射位置を変え所定時間後に再度ノズルを所定距離だけ進める、という待機サイクルＣを繰り返し、測定結果が所定濃度以下になった場合には、ノズルを所定速度で移動させるノズル制御器３と、を備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、空気予熱器におけるスートブローを制御する、空気予熱器のスートブロー制御装置およびスートブロー制御方法に関する。

ボイラを備える発電プラントなどでは、ボイラの排ガスから熱を回収して熱エネルギの有効利用を図るために空気予熱器が使用されている。この空気予熱器は、ボイラからの排ガスと外部からの空気との間で熱交換を行う熱交換エレメントが配設され、空気予熱器の使用に伴って熱交換エレメントには燃焼灰・すす（ダスト）が付着する。このため、水蒸気などの流体・噴射媒体を熱交換エレメントに吹き付けて、付着灰を除去するスートブロー装置（すす吹き装置）が設けられている。

このスートブロー装置は、例えば回転式の空気予熱器においては、回転する熱交換エレメントに対して、ノズルが半径方向に一定速度で移動しながら、流体を噴射して付着灰を除去するものである（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−１４６４７４号公報

ところで、熱交換エレメントに大量の燃焼灰が付着している場合、スートブローの際に大量の燃焼灰・煤塵が除去される。そして、その後の排気工程において、煙突から高い濃度の煤塵が排出され、規定された煤塵規制濃度を超えて環境に負荷を与えるおそれがある。

このような環境負荷を防止・抑制するためには、流体噴射によるスートブローを停止する必要があるが、スートブローを再開する場合、従来のスートブロー装置ではノズルが初期位置まで戻ってしまい、初期位置からの再開（やり直し）となる。このため、スートブローに長時間を要するばかりでなく、既に行った熱交換エレメントに対しても流体を噴射しなければならないため、流体やノズルの駆動力が無駄に消費されてしまう。

そこでこの発明は、煤塵濃度の異常上昇を防止することが可能な、空気予熱器のスートブロー制御装置およびスートブロー制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ボイラからの排ガスで熱交換を行う空気予熱器の熱交換エレメントに付着したダストを、ノズルを所定速度で移動させながら連続的に前記ノズルから流体を噴射して除去する、スートブローを制御する空気予熱器のスートブロー制御装置であって、前記空気予熱器の下流側に配設され、排気中の煤塵濃度を測定する濃度測定手段と、前記濃度測定手段による測定結果が所定濃度を超えると、前記ノズルの移動を所定時間停止させ、前記測定結果が所定濃度以下になるまでは、前記ノズルを所定距離だけ進めて噴射位置を変え所定時間後に再度前記ノズルを前記所定距離だけ進める、という待機サイクルを繰り返し、前記測定結果が所定濃度以下になった場合には、前記ノズルを前記所定速度で移動させるノズル制御手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、通常時においては、ノズルが所定速度で移動しながら連続的に流体を噴射して、熱交換エレメントに付着したダストが除去されるとともに、濃度測定手段によって空気予熱器の下流側の排気中の煤塵濃度が測定される。そして、その測定結果が所定濃度を超えると、ノズル制御手段によって、ノズルの移動が所定時間停止され、測定結果が所定濃度以下になるまでは、ノズルを所定距離だけ進めて噴射位置を変え所定時間後に再度ノズルを所定距離だけ進める、という待機サイクルが繰り返される。その後、測定結果が所定濃度以下になると、ノズル制御手段によってノズルが所定速度で移動する。

請求項２の発明は、ボイラからの排ガスで熱交換を行う空気予熱器の熱交換エレメントに付着したダストを、ノズルを所定速度で移動させながら連続的に前記ノズルから流体を噴射して除去する、スートブローを制御する空気予熱器のスートブロー制御方法であって、前記空気予熱器の下流側で排気中の煤塵濃度を測定し、測定した煤塵濃度が所定濃度を超えると、前記ノズルの移動を所定時間停止させ、測定した煤塵濃度が所定濃度以下になるまでは、前記ノズルを所定距離だけ進めて噴射位置を変え所定時間後に再度前記ノズルを前記所定距離だけ進める、という待機サイクルを繰り返し、測定した煤塵濃度が所定濃度以下になった場合には、前記ノズルを前記所定速度で移動させる、ことを特徴とする。

請求項１、２の発明によれば、排気中の煤塵濃度が所定濃度を超えると、ノズルの移動が所定時間停止されてダストの連続的除去が中止されるため、熱交換エレメントに大量のダストが付着している場合であっても、大量のダストが短時間に除去されることがない。このため、その後、排気中の煤塵濃度が低下し、煤塵濃度の異常上昇・急上昇を防止して環境への負荷を抑制することが可能となる。

しかも、排気中の煤塵濃度が所定濃度以下になるまでは、ノズルを所定距離だけ進めて噴射位置を変え所定時間後に再度ノズルを所定距離だけ進める、という待機サイクルが繰り返される。つまり、一定の位置で長時間噴射を行うことなく、所定時間ごとに噴射位置が変わるため、流体が熱交換エレメントの一部に長時間噴射されてその一部が損傷する、という事態を防止することができる。また、ノズルを所定速度で（連続的に）移動させずに、ノズルを所定時間停止しながら進めるため、ダストの除去が間欠的に行われ、大量のダストが短時間に除去されない。この結果、煤塵濃度の異常上昇を防止して環境への負荷を抑制することが可能となる。

また、ノズルを再び所定速度で前進させる際に、初期位置からやり直すのではなく、停止位置から前進させるため、既に行った熱交換エレメントの部位に再度水蒸気を噴射することがなく、水蒸気やノズルの駆動力の無駄な消費を抑制することができる。さらに、自動的に煤塵濃度の異常上昇が防止・抑制されるため、煤塵濃度を監視・管理する労力を軽減することが可能となる。

この発明の実施の形態に係る空気予熱器のスートブロー制御装置を含むスートブローを示す概略構成図である。 図１のスートブロー制御装置のノズル制御器の制御フローを示すフローチャートである。 図１のスートブロー制御装置によるノズルの移動軌跡の例を示す図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る空気予熱器のスートブロー制御装置（以下、適宜「スートブロー制御装置」という）１を含むスートブローを示す概略構成図である。このスートブロー制御装置１は、空気予熱器の熱交換エレメントに付着したダストを除去するスートブローを制御する装置であり、主として、測定器（濃度測定手段）２とノズル制御器（ノズル制御手段）３とを備えている。

ここで、空気予熱器は、発電プラントのボイラの排ガスから熱を回収するもので、ボイラからの排ガスと外部からの空気との間で熱交換を行う熱交換エレメントを備え、この実施の形態では、熱交換エレメントが円柱状で回転する回転式の空気予熱器である場合について説明する。また、スートブローはノズルを備え、ノズルが円の外縁側から中心に向かって半径方向に移動しながら、連続的に常時ノズルから水蒸気（流体）を噴射して、熱交換エレメントに付着した燃焼灰・すすなどのダストを除去する。さらに、ノズルは、通常時においては一定の所定速度で移動するようになっている。

図１中符号Ｔ１は回路電源、符号Ｔ２はモータ電源、符号ＳＷは前進スイッチであり、回路電源Ｔ１およびモータ電源Ｔ２から電力が供給された状態で、前進スイッチＳＷがオンされると、ノズル前進信号が出力される。そして、ノズル前進信号が出力されるとノズルが前進・移動し、ノズル前進信号が出力されている間、つまり前進スイッチＳＷがオン中は、ノズルが一定の所定速度で前進するものである。

この実施の形態では、このような前進スイッチＳＷがスートブロー制御装置１によって制御されるようになっている。

測定器２は、空気予熱器の下流側に配設され、排気中の煤塵濃度を測定する測定装置である。この実施の形態では、空気予熱器からの排ガスが煙突に流入する流入口に測定器２が設置され、流入口から煙突に流入する排気に対して、常時連続的に煤塵濃度が測定され、その測定結果がリアルタイムにノズル制御器３に伝送されるようになっている。

ノズル制御器３は、測定器２による測定結果（測定濃度）に基づいて前進スイッチＳＷをオン、オフ制御してノズルの動きを制御するものである。具体的には、通常時はノズルを一定の所定速度で移動させ、測定濃度が所定濃度を超えると、ノズルの移動を所定時間停止させ、測定濃度が所定濃度以下になるまでは、ノズルを所定距離だけ進めて噴射位置を変え所定時間後に再度ノズルを所定距離だけ進める、という待機サイクルを繰り返し、測定濃度が所定濃度以下になった場合には、その場からノズルを再び所定速度で移動させる。

すなわち、スートブローが開始されると、図２に示すように、まず、前進スイッチＳＷをオンしてその状態を維持し、ノズルを一定の所定速度で前進させる（ステップＳ１）。これと同時に、測定器２による測定濃度が第１の濃度（所定濃度）Ｄ１を超えているか否かが常時判断され（ステップＳ２）、超えていない場合には、ステップＳ１に戻ってノズルの前進が継続される。

一方、測定濃度が第１の濃度Ｄ１を超えた場合には、前進スイッチＳＷをオフしてノズルの移動を停止させる（ステップＳ３）、と同時にタイマをセットする。これにより、ノズルは停止位置で噴射を継続することになる。次に、測定濃度が第２の濃度（所定濃度）Ｄ２を超えているか否かが判断され（ステップＳ４）、超えている場合にはステップＳ５に進む。

ここで、この実施の形態では、第１の濃度Ｄ１は、外部に排出してはならないとして規定されている煤塵規制濃度と同濃度に設定され、第２の濃度Ｄ２は、第１の濃度Ｄ１よりも低い濃度に設定されている。すなわち、後述するように測定濃度が低下してノズルが再度所定速度で移動した際に、すぐに再び測定濃度が第１の濃度Ｄ１を超えないように（ノズルを移動停止しないように）、第２の濃度Ｄ２が低く設定されている。一方、第２の濃度Ｄ２が低すぎると、後述する待機サイクルＣが終了せずスートブローが進まないため、このようなことを考慮して第２の濃度Ｄ２が設定されている。

ステップＳ５では、ノズルが停止してから所定時間Ｔが経過しているか否かが判断される。つまり、同位置での噴射が所定時間Ｔ経過しているか否かが判断され、経過していない場合にはステップＳ４に戻る。一方、所定時間Ｔが経過した場合には、前進スイッチＳＷを一定の時間だけオンしてノズルを所定距離Ｌだけ進めて、その後、前進スイッチＳＷをオフする（ステップＳ６）。これと同時にタイマをリセットする。

ここで、所定時間Ｔは、同位置で噴射を継続しても、熱交換エレメントに損傷を与えず、かつ、測定濃度の低下をできるだけ促進可能な時間に設定されている。また、所定距離Ｌは、先に停止噴射された部位と重ならず、かつ、所定距離Ｌにおいて大量のダストが除去されず測定濃度を低下可能な距離・長さに設定されている。

その後、ステップＳ４に戻る。このように、測定濃度が第２の濃度Ｄ２以下になるまでは、ステップＳ５とステップＳ６とによる待機サイクルＣを繰り返す。一方、ステップＳ４において測定濃度が第２の濃度Ｄ２以下になったと判断された場合には、ステップＳ１に戻り、進スイッチＳＷのオン状態を維持して、ノズルを再び一定の所定速度で前進させるものである。

次に、このような構成のスートブロー制御装置１の作用やスートブロー制御装置１による空気予熱器のスートブロー制御方法などについて説明する。

まず、測定器２によって排気中の煤塵濃度が常時連続的に測定され、その測定結果がノズル制御器３に常時伝送されている。このような状態でスートブローが開始されると、図３に示すように、ノズル制御器３によって、ノズルＮＺが一定の所定速度で前進しながら水蒸気を常時噴射し、これにより、熱交換エレメント１００に付着したダストが連続的に除去される。

次に、排気中の煤塵濃度（測定濃度）が第１の濃度Ｄ１を超えると、ノズル制御器３によってノズルＮＺの移動が停止し（ステップＳ３）、測定濃度が第２の濃度Ｄ２以下になるまでは、ノズルＮＺの移動停止状態が所定時間Ｔ継続される。つまり、上記のステップＳ４、Ｓ５が繰り返される。これにより、ノズルＮＺは停止位置において、その場で水蒸気を噴射し続ける。

続いて、所定時間Ｔが経過しても測定濃度が第２の濃度Ｄ２以下にならない場合には、水蒸気を噴射しながらノズルＮＺが所定距離Ｌだけ前進し、噴射位置が変えられる（ステップＳ６）。その後も、測定濃度が第２の濃度Ｄ２以下になるまでは、ノズルＮＺが所定距離Ｌだけ前進して噴射位置を変え所定時間Ｔ後に再度ノズルＮＺが所定距離Ｌだけ前進する、という待機サイクルＣを繰り返される。そして、測定濃度が第２の濃度Ｄ２以下になると、その位置からノズルＮＬが再び所定速度で前進し、ダストが連続的に除去される。

このように、当初の第１の領域Ａ１では、ノズルＮＬが所定速度で前進しながら連続的にダスト除去を行う。また、排気中の煤塵濃度が第１の濃度Ｄ１を超えて第２の濃度Ｄ２以下になるまでの第２の領域Ａ２では、所定時間ＴごとにノズルＮＺが所定距離Ｌだけ前進しながらダスト除去を行う。さらに、排気中の煤塵濃度が第２の濃度Ｄ２以下に回復された第３の領域Ａ３では、ノズルＮＬが再び所定速度で前進しながら連続的にダスト除去を行うものである。

以上のように、このスートブロー制御装置１およびスートブロー制御方法によれば、排気中の煤塵濃度が第１の濃度Ｄ１を超えると、ノズルＮＺの移動が所定時間Ｔ停止されてダストの連続的除去が中止されるため、熱交換エレメント１００に大量のダストが付着している場合であっても、大量のダストが短時間に除去されることがない。このため、その後、排気中の煤塵濃度が低下し、煤塵濃度の異常上昇・急上昇を防止して環境への負荷を抑制することが可能となる。

しかも、排気中の煤塵濃度が第２の濃度Ｄ２以下になるまでは、ノズルＮＺを所定距離Ｌだけ進めて噴射位置を変え所定時間Ｔ後に再度ノズルＮＺを所定距離Ｌだけ進める、という待機サイクルＣが繰り返される。つまり、一定の位置で水蒸気を長時間噴射することなく、所定時間Ｔごとに噴射位置が変わるため、水蒸気が熱交換エレメント１００の一部に長時間噴射されてその一部が損傷する、という事態を防止することができる。また、ノズルＮＺを所定速度で（連続的に）移動させずに、ノズルＮＺを所定時間Ｔ停止しながら進めるため、ダストの除去が間欠的に行われ、大量のダストが短時間に除去されない。この結果、煤塵濃度の異常上昇を防止して環境への負荷を抑制することが可能となる。

また、ノズルＮＬを再び所定速度で前進させる際に、初期位置からやり直すのではなく、停止位置から前進させるため、既に行った熱交換エレメント１００の部位に再度水蒸気を噴射することがなく、水蒸気やノズルＮＬの駆動力の無駄な消費を抑制することができる。さらに、上記のようにして自動的に煤塵濃度の異常上昇が防止・抑制されるため、煤塵濃度を監視・管理する労力を軽減することが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、第２の濃度Ｄ２が第１の濃度Ｄ１よりも低い濃度に設定されているが、第１の濃度Ｄ１と第２の濃度Ｄ２とを同濃度に設定してもよい。すなわち、第２の濃度Ｄ２を上記の第１の濃度Ｄ１と同濃度にしたり、第１の濃度Ｄ１を上記の第２の濃度Ｄ２と同濃度にしたり、あるいは、第１の濃度Ｄ１と第２の濃度Ｄ２とを上記とは異なる濃度に設定してもよい。

また、排気中の煤塵濃度が第１の濃度Ｄ１を超えた場合のノズルＮＺの移動停止時間と、ノズルＮＺを所定距離Ｌだけ前進させる場合の移動停止時間とが同時間（所定時間Ｔ）となっているが、異なるようにしてもよい。例えば、まず、排気中の煤塵濃度が第１の濃度Ｄ１を超えた場合には、煤塵濃度に係らず第１の時間だけ一律に移動停止させ、その後第２の濃度Ｄ２以下にならない場合には、第２の時間だけノズルＮＺを移動停止させながら所定距離Ｌだけ前進させるようにしてもよい。

さらに、第１の濃度Ｄ１や第２の濃度Ｄ２、所定時間Ｔ、所定距離Ｌを自由に入力設定、変更できるようにしてもよく、これにより、排気中の煤塵濃度やダストの付着状況などに応じて適正に対応することが可能となる。また、測定器２が煙突の流入口に設置されているが、空気予熱器の排出口側などに測定器２を設置してもよい。

１ スートブロー制御装置
２ 測定器（濃度測定手段）
３ ノズル制御器（ノズル制御手段）
１００ 熱交換エレメント
Ｔ１ 回路電源
Ｔ２ モータ電源
ＳＷ 前進スイッチ
ＮＺ ノズル
Ｌ 所定距離

Claims (2)

1. ボイラからの排ガスで熱交換を行う空気予熱器の熱交換エレメントに付着したダストを、ノズルを所定速度で移動させながら連続的に前記ノズルから流体を噴射して除去する、スートブローを制御する空気予熱器のスートブロー制御装置であって、
   前記空気予熱器の下流側に配設され、排気中の煤塵濃度を測定する濃度測定手段と、
   前記濃度測定手段による測定結果が所定濃度を超えると、前記ノズルの移動を所定時間停止させ、前記測定結果が所定濃度以下になるまでは、前記ノズルを所定距離だけ進めて噴射位置を変え所定時間後に再度前記ノズルを前記所定距離だけ進める、という待機サイクルを繰り返し、前記測定結果が所定濃度以下になった場合には、前記ノズルを前記所定速度で移動させるノズル制御手段と、
   を備えることを特徴とする空気予熱器のスートブロー制御装置。
2. ボイラからの排ガスで熱交換を行う空気予熱器の熱交換エレメントに付着したダストを、ノズルを所定速度で移動させながら連続的に前記ノズルから流体を噴射して除去する、スートブローを制御する空気予熱器のスートブロー制御方法であって、
   前記空気予熱器の下流側で排気中の煤塵濃度を測定し、
   測定した煤塵濃度が所定濃度を超えると、前記ノズルの移動を所定時間停止させ、測定した煤塵濃度が所定濃度以下になるまでは、前記ノズルを所定距離だけ進めて噴射位置を変え所定時間後に再度前記ノズルを前記所定距離だけ進める、という待機サイクルを繰り返し、測定した煤塵濃度が所定濃度以下になった場合には、前記ノズルを前記所定速度で移動させる、
   ことを特徴とする空気予熱器のスートブロー制御方法。
   

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