JP6224858B1 - Power plant and operation method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】発電効率を向上させることができるボイラ給水加熱用ボイラを備えた発電プラントを提供する。【解決手段】エコノマイザ18及び過熱器13を有するボイラ3と、ボイラ3にて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン5と、蒸気タービン5によって駆動される発電機37と、ボイラ3に供給される給水を加熱する給水加熱用ボイラ7と、給水加熱用ボイラ7による給水の加熱量を制御する制御部30とを備え、制御部30は、エコノマイザ18の出口水温度が飽和温度未満でかつ飽和温度に近い温度となるように加熱量を制御する。【選択図】図1A power plant including a boiler feed water heating boiler capable of improving power generation efficiency is provided. A boiler 3 having an economizer 18 and a superheater 13, a steam turbine 5 driven by steam generated in the boiler 3, a generator 37 driven by the steam turbine 5, and a boiler 3 are supplied. A feed water heating boiler 7 for heating the feed water and a control unit 30 for controlling the heating amount of the feed water by the feed water heating boiler 7. The control unit 30 has an outlet water temperature of the economizer 18 that is lower than a saturation temperature and is saturated. The amount of heating is controlled so that the temperature is close to the temperature. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、ボイラ給水を加熱する給水加熱用ボイラを備えた発電プラント及びその運転方法に関するものである。 The present invention relates to a power plant including a feed water heating boiler that heats boiler feed water, and an operation method thereof.
石炭や油等の化石燃料を用いたボイラにより発生させた水蒸気を蒸気タービンに供給して蒸気タービンを回転駆動させ、この回転駆動により発電機により発電を行う発電プラントでは、発電効率の向上・化石燃料消費量の低減や、環境影響の更なる低減が求められている。環境影響の更なる低減とは、世界的に取り組みが行われている二酸化炭素排出量の削減などである。例えば、特許文献1には、大型焼却場で得られた蒸気や温水を用いてボイラ給水を加熱することで発電効率を向上させることが開示されている。
In a power plant where steam generated by a boiler using fossil fuels such as coal and oil is supplied to a steam turbine and the steam turbine is driven to rotate, and power is generated by the generator using this rotating drive, power generation efficiency is improved There is a need to reduce fuel consumption and environmental impact. Further reductions in environmental impact include reductions in carbon dioxide emissions that are being addressed globally. For example,
しかし、特許文献1では、大型焼却場で得られた蒸気や温水によってボイラ給水を加熱して発電効率の向上を行っているが、発電プラントの各機器仕様に伴う運転の制約があることや、発電プラント全体の熱の有効利用までは行われておらず、さらなる発電効率向上技術が望まれる。
However, in
一方、木質系や農業系・汚泥系などのバイオマス由来のバイオマス燃料は、バイオマスの成育過程において二酸化炭素を取り込むことから、地球温暖化ガスとなる二酸化炭素を排出しないカーボンニュートラルとされるため、その利用が種々検討されている。例えば、化石燃料とバイオマス燃料とを用いてボイラで混焼を行う発電プラントが検討されている。 On the other hand, biomass-derived biomass fuels such as woody, agricultural, and sludge are carbon neutral that does not emit carbon dioxide, which is a global warming gas, because carbon dioxide is taken in during the growth of biomass. Various uses have been studied. For example, a power plant that performs co-firing in a boiler using fossil fuel and biomass fuel has been studied.
しかし、バイオマス燃料の良質なものは高価であり、化石燃料に対してコスト競争力の点で課題がある。また、バイオマス燃料の廉価なものは腐食成分を多く含むため実際にはボイラでは少量しか混焼ができない。さらに、ボイラの燃料供給設備や環境装置の技術的制約から混焼率には上限があり、ボイラの出力が低いときには一層にバイオマス燃料の投入量も少なくならざるを得ない。 However, high-quality biomass fuels are expensive, and there are problems in terms of cost competitiveness with respect to fossil fuels. In addition, since inexpensive biomass fuels contain many corrosive components, only a small amount can be mixed in a boiler. Furthermore, there is an upper limit to the mixed combustion rate due to technical limitations of boiler fuel supply facilities and environmental devices, and when the output of the boiler is low, the amount of biomass fuel input must be further reduced.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、発電効率を向上させることができるボイラ給水加熱用ボイラを備えた発電プラント及びその運転方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、環境影響の低減からカーボンニュートラルなバイオマス燃料を用いる場合には、バイオマス燃料の使用比率を高めて化石燃料の消費量を削減し、二酸化炭素の排出量を削減させることができる発電プラント及びその運転方法を提供することを目的とする。
This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the power generation plant provided with the boiler for boiler feed water heating which can improve electric power generation efficiency, and its operating method.
In addition, the present invention can reduce the consumption of fossil fuel by increasing the use ratio of biomass fuel and reduce the emission of carbon dioxide when using carbon-neutral biomass fuel for reducing environmental impact. It aims at providing a power plant and its operating method.
上記課題を解決するために、本発明の発電プラント及びその運転方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる発電プラントは、エコノマイザ及び過熱器を有するボイラと、該ボイラにて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、該蒸気タービンによって駆動される発電機と、前記ボイラに供給される給水を加熱する給水加熱用ボイラと、該給水加熱用ボイラによる前記給水の加熱量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記エコノマイザの出口水温度が飽和温度未満でかつ該飽和温度よりも10℃低い温度までの範囲となるように前記加熱量を制御することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the power generation plant and the operation method thereof according to the present invention employ the following means.
That is, a power plant according to the present invention includes a boiler having an economizer and a superheater, a steam turbine driven by steam generated by the boiler, a generator driven by the steam turbine, and a supply to the boiler A feed water heating boiler that heats the supplied feed water, and a control unit that controls a heating amount of the feed water by the feed water heating boiler, wherein the control unit has an outlet water temperature of the economizer that is less than a saturation temperature and The heating amount is controlled to be in a range up to a temperature lower by 10 ° C. than the saturation temperature.
ボイラに供給される給水を給水加熱用ボイラによって加熱することで、ボイラに供給される給水のエンタルピ(単位流量あたりの熱量)を増大させて、タービン効率を向上して化石燃料エネルギに対する発電効率(以下、単に「発電効率」という。)を向上させることができる。さらに、エコノマイザの出口水温度が、蒸気化しない飽和温度未満でかつ飽和温度に近い温度となるように給水加熱用ボイラの加熱量を制御することとしたので、給水を可能な限り加熱することができる。ここで、飽和温度未満でかつ飽和温度に近い温度とは、飽和温度よりも数℃(例えば2℃)から10℃程度低い温度である。これにより、給水のエンタルピをエコノマイザの出口水温度が蒸気化しないよう可能な限り増大させて、タービン効率を向上して発電効率を向上させることができ、ボイラに投入する化石燃料を削減することができ、カーボンニュートラルとならない二酸化炭素の発生量を削減することができる。 By heating the feed water supplied to the boiler with a feed water heating boiler, the enthalpy (heat amount per unit flow rate) of the feed water supplied to the boiler is increased, and the turbine efficiency is improved and the power generation efficiency for fossil fuel energy ( Hereinafter, it is simply referred to as “power generation efficiency”). Furthermore, the heating amount of the feed water heating boiler is controlled so that the outlet water temperature of the economizer is less than the saturation temperature that does not vaporize and close to the saturation temperature, so that the feed water can be heated as much as possible. it can. Here, the temperature that is lower than the saturation temperature and close to the saturation temperature is a temperature that is lower than the saturation temperature by several degrees C (for example, 2 degrees C) to about 10 degrees C. As a result, the enthalpy of water supply can be increased as much as possible so that the economizer outlet water temperature does not vaporize, turbine efficiency can be improved and power generation efficiency can be improved, and fossil fuel input to the boiler can be reduced. The amount of carbon dioxide that does not become carbon neutral can be reduced.
さらに、本発明の発電プラントでは、前記ボイラから排出される排ガスを処理する排ガス処理装置を備え、前記制御部は、前記排ガス処理装置に供給される排ガスが該排ガス処理装置の運転温度の上限温度未満となるように前記加熱量を制御することを特徴とする。 The power plant according to the present invention further includes an exhaust gas treatment device that treats the exhaust gas discharged from the boiler, and the control unit is configured such that the exhaust gas supplied to the exhaust gas treatment device is an upper limit temperature of an operating temperature of the exhaust gas treatment device. and controlling the heating amount such that less than.
脱硝装置等の排ガス処理装置には、供給される排ガスの上限温度が規定されている。この上限温度未満でかつ上限温度に近い排ガス温度となるように給水加熱用ボイラの加熱量を増加させるよう制御することができる。ここで、上限温度未満でかつ上限温度に近い排ガス温度とは、例えば脱硝装置の触媒温度など排ガス流れ下流側に設置した機器の運転温度の上限温度よりも数℃(例えば2℃)から数10℃程度低い温度である。排ガスの上限温度未満としたので、給水を可能な限り加熱することができる。これにより、給水のエンタルピを増大させて、タービン効率を向上して発電効率を向上させることができる。 In an exhaust gas treatment apparatus such as a denitration apparatus, an upper limit temperature of exhaust gas to be supplied is defined. It is possible to control to increase the heating amount of the feed water heating boiler so that the exhaust gas temperature is lower than the upper limit temperature and close to the upper limit temperature. Here, the exhaust gas temperature that is lower than the upper limit temperature and close to the upper limit temperature is, for example, several degrees Celsius (for example, 2 degrees Celsius) to several tens of degrees from the upper limit temperature of the operating temperature of the equipment installed downstream of the exhaust gas flow, such as the catalyst temperature of the denitration device. The temperature is lower by about ℃. Since the temperature is lower than the upper limit temperature of the exhaust gas, the water supply can be heated as much as possible. Thereby, the enthalpy of water supply can be increased, turbine efficiency can be improved and power generation efficiency can be improved.
さらに、本発明の発電プラントでは、前記蒸気タービンから蒸気を抽気して前記給水を加熱する給水加熱器を備え、前記制御部は、前記給水加熱器に供給される蒸気の抽気量を前記加熱量に応じて減少させることを特徴とする。 Furthermore, the power plant according to the present invention includes a feed water heater that extracts steam from the steam turbine and heats the feed water, and the controller controls the amount of steam extracted supplied to the feed water heater to the heating amount. It is characterized by decreasing according to.
給水加熱用ボイラによって給水を加熱しているので、蒸気タービンからの蒸気の抽気量を減少させて、蒸気タービンの蒸気流量を蒸気タービンの機械的限度の規定範囲内で増大させてタービン出力が増大する。また、蒸気の抽気量を減少させる前と後とを比較するにあたり、同じタービン出力となるようにボイラから蒸気タービンへ供給される総蒸気量を調整した場合は、抽気量を減少することによって、総蒸気流量を減少させることができるので、タービン効率を向上させることができる。
特に、ボイラが部分負荷とされている場合には、蒸気タービンへ流通する蒸気量を増加しても十分に蒸気タービンの機械的強度の規定値範囲内にあるので、抽気量をゼロとすることで、さらにタービン効率を向上させることができる。
Since the feed water is heated by the feed water heating boiler, the steam output from the steam turbine is decreased and the steam flow rate of the steam turbine is increased within the specified range of the mechanical limit of the steam turbine to increase the turbine output. To do. In addition, when comparing the amount before and after reducing the amount of steam extracted, if the total amount of steam supplied from the boiler to the steam turbine is adjusted so as to have the same turbine output, by reducing the amount of extraction, Since the total steam flow can be reduced, turbine efficiency can be improved.
Especially when the boiler has a partial load, even if the amount of steam flowing to the steam turbine is increased, it is still within the specified range of mechanical strength of the steam turbine. Thus, the turbine efficiency can be further improved.
さらに、本発明の発電プラントでは、前記制御部は、前記エコノマイザの給水入口温度がエコノマイザ入口給水設定温度よりも所定値以上高い場合、前記給水加熱器に供給される蒸気の抽気量を減少させることを特徴とする。 Furthermore, in the power plant of the present invention, the control unit reduces the amount of steam extracted to the feed water heater when the economizer feed water inlet temperature is higher than the economizer inlet feed water set temperature by a predetermined value or more. It is characterized by.
さらに、本発明の発電プラントでは、前記制御部は、前記蒸気タービンのタービン翼の強度に基づいて、前記蒸気の抽気量を制御することを特徴とする。 Furthermore, in the power plant of the present invention, the control unit controls the amount of steam extracted based on the strength of the turbine blades of the steam turbine.
蒸気タービンの機械的強度の規定値範囲としてタービン翼の強度がある。タービン翼の強度は、タービン翼の前後にかかる差圧に対して耐久性を有するように設計されていて、この差圧は蒸気タービンの内部を流通する蒸気の流量および圧力バランスによって決まり、この差圧は、蒸気の抽気量に応じて変化する。そこで、タービン翼の強度を考慮して蒸気の抽気量を制御することとした。これにより、タービン翼の強度を考慮して抽気量を可能な限り減少させて蒸気タービンに流れる総蒸気流量を減少させることができ、タービン効率をさらに向上させることができる。 There is a turbine blade strength as a specified range of mechanical strength of the steam turbine. The strength of the turbine blade is designed to be durable against the differential pressure across the turbine blade, and this differential pressure is determined by the flow rate and pressure balance of the steam flowing inside the steam turbine. The pressure changes according to the amount of steam extracted. Therefore, the steam extraction amount is controlled in consideration of the strength of the turbine blade. As a result, the amount of extraction can be reduced as much as possible in consideration of the strength of the turbine blades, the total steam flow flowing to the steam turbine can be reduced, and the turbine efficiency can be further improved.
さらに、本発明の発電プラントでは、前記過熱器から供給される過熱蒸気の温度を制御する過熱器スプレイを備え、前記制御部は、前記加熱量の変化量に基づいて前記過熱器スプレイのスプレイ量を制御することを特徴とする。 Furthermore, the power plant according to the present invention includes a superheater spray that controls a temperature of superheated steam supplied from the superheater, and the control unit is configured to change a spray amount of the superheater spray based on a change amount of the heating amount. It is characterized by controlling.
給水加熱用ボイラの加熱量や抽気量の変化によって過熱器から供給される過熱蒸気の温度が変動するおそれがある。過熱蒸気の温度は、高温高圧下で使用される金属材料(蒸気配管やタービン翼など)の設計温度以下となる規定値以内に設定される。この過熱蒸気の温度変動を過熱器スプレイによって素早く抑制することで、蒸気配管やタービン翼の劣化や損傷を抑制することができる。
なお、ボイラが再熱器を備えている場合には、再熱器から供給される再熱蒸気の温度を制御する再熱器スプレイの流量も併せて制御することが好ましい。
There is a possibility that the temperature of the superheated steam supplied from the superheater may fluctuate due to a change in the heating amount or extraction amount of the feed water heating boiler. The temperature of the superheated steam is set within a specified value that is equal to or lower than the design temperature of the metal material (steam pipe, turbine blade, etc.) used under high temperature and pressure. By quickly suppressing the temperature fluctuation of the superheated steam by the superheater spray, it is possible to suppress the deterioration and damage of the steam pipe and the turbine blade.
In addition, when the boiler is provided with the reheater, it is preferable to also control the flow rate of the reheater spray that controls the temperature of the reheat steam supplied from the reheater.
さらに、本発明の発電プラントでは、前記給水加熱用ボイラで発生した蒸気と前記ボイラへ供給される前記給水を熱交換する給水加熱用熱交換器と、前記給水加熱用熱交換器をバイパスする給水バイパス配管と、記給水バイパス配管に設けた給水バイパス弁と、を備え、前記制御部は、前記給水加熱用ボイラで発生した蒸気の温度が前記給水加熱用熱交換器の入口における前記給水の温度よりも所定値以上高い場合、前記給水バイパス弁を閉とし、前記給水加熱用ボイラで発生した蒸気で前記給水を加熱することを特徴とする。 Further, in the power plant according to the present invention, the water generated in the feed water heating boiler and the feed water heating heat exchanger for exchanging heat between the feed water supplied to the boiler and the feed water bypassing the feed water heating heat exchanger are provided. A bypass water pipe and a feed water bypass valve provided in the feed water bypass pipe, wherein the controller is configured such that the temperature of the steam generated in the feed water heating boiler is the temperature of the feed water at the inlet of the feed water heating heat exchanger. When the value is higher than a predetermined value, the feed water bypass valve is closed, and the feed water is heated with steam generated in the feed water heating boiler.
さらに、本発明の発電プラントでは、前記給水加熱用ボイラは、バイオマス燃料を主燃料として用いるバイオマスボイラとされていることを特徴とする。 Furthermore, in the power plant of the present invention, the feed water heating boiler is a biomass boiler that uses biomass fuel as a main fuel.
給水加熱用ボイラを、バイオマス燃料を主燃料として用いるバイオマスボイラとすることで、ボイラにてバイオマス燃料を混焼させずに給水加熱用ボイラでバイオマス燃料を専焼させることができる。したがって、ボイラで燃焼させる化石燃料に対するバイオマス燃料の使用比率を高めることができる。また、腐食成分を含む廉価なバイオマス燃料をボイラ本体での燃焼に影響を及ぼすことなく用いることができ、化石燃料使用量を低減し、高効率な発電を行うことができる。 By making the feed water heating boiler a biomass boiler using biomass fuel as the main fuel, the biomass fuel can be exclusively fired in the feed water heating boiler without co-firing the biomass fuel in the boiler. Therefore, the use ratio of the biomass fuel with respect to the fossil fuel burned with a boiler can be raised. Moreover, inexpensive biomass fuel containing a corrosive component can be used without affecting the combustion in the boiler body, and the amount of fossil fuel used can be reduced and highly efficient power generation can be performed.
また、本発明の発電プラントの運転方法は、エコノマイザ及び過熱器を有するボイラと、該ボイラにて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、該蒸気タービンによって駆動される発電機と、前記ボイラに供給される給水を加熱する給水加熱用ボイラと、を備えた発電プラントの運転方法であって、前記エコノマイザの出口水温度が飽和温度未満でかつ該飽和温度よりも10℃低い温度までの範囲となるように加熱量を制御し、前記蒸気タービンから蒸気を抽気して前記給水を加熱する給水加熱器に供給される蒸気の抽気量を前記加熱量に応じて減少させることを特徴とする。
The power plant operating method of the present invention includes a boiler having an economizer and a superheater, a steam turbine driven by steam generated by the boiler, a generator driven by the steam turbine, and the boiler A feed water heating boiler for heating the feed water supplied to the power plant, wherein the economizer outlet water temperature is less than the saturation temperature and up to a
給水加熱用ボイラを用いて給水を可及的に高い温度まで加熱することとしたので、タービン効率を向上し、化石燃料を投入するボイラへの化石燃料の投入量を低減することができ、カーボンニュートラルとならない二酸化炭素の発生量を低減することができる。
また、給水加熱用ボイラをバイオマスボイラとすることで、ボイラにてバイオマス燃料を混焼させずに給水加熱用ボイラでバイオマス燃料を専焼させることとしたので、バイオマス燃料の使用比率を高めることができる。
Since the feed water is heated to as high a temperature as possible using the feed water heating boiler, the turbine efficiency can be improved, and the amount of fossil fuel input to the boiler into which fossil fuel is input can be reduced. The amount of carbon dioxide that does not become neutral can be reduced.
In addition, by using a biomass water boiler as the feed water heating boiler, the biomass fuel is exclusively fired in the feed water heating boiler without co-firing the biomass fuel in the boiler, so the use ratio of the biomass fuel can be increased.
以下に、本発明にかかる一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1には、一実施形態に係る発電プラント1が示されている。発電プラント1は、ボイラ3と、蒸気タービン5と、バイオマスボイラ(給水加熱用ボイラ)7とを備えている。
Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a
ボイラ3は、ボイラ本体3aの火炉10内に石炭や油等の化石燃料を用いて火炎を形成するバーナ11を備えている。火炉10を形成する炉壁は伝熱管とフィンによって構成された水冷壁12とされており、水冷壁12で加熱された水は蒸気ドラム15へと導かれる。水冷壁12の鉛直下方側には水ドラム14が設けられている。水ドラム14へは、循環ポンプ20によって蒸気ドラム15内の水が導かれるとともに、水冷壁12へ水を供給するようになっている。なお、本実施形態では、ドラムを有する亜臨界圧ボイラを例としているが、ドラムを有さない超臨界圧ボイラにも適用することができる。
The boiler 3 includes a
バーナ11の火炎によって発生する燃焼排ガスは、火炉10の鉛直上方側へと流れ、過熱器13へと導かれる。過熱器13の燃焼排ガス流れ下流側には、再熱器17とエコノマイザ18とがこの順番で設けられている。
The combustion exhaust gas generated by the flame of the
エコノマイザ18と蒸気ドラム15との間には、エコノマイザ18にて加熱された後の水が流通するエコノマイザ出口配管22が接続されている。エコノマイザ出口配管22には、エコノマイザ出口温度センサ22Tと、エコノマイザ出口圧力センサ22Pとが設けられている。これらセンサ22T,22Pの計測値は、制御部30へ送られるようになっている。
An
エコノマイザ18には、給水(水)を供給するための給水配管24が接続されている。給水配管24を通る給水は、後述するように、バイオマスボイラ7で発生した蒸気によって加熱された後にエコノマイザ18へと供給される。エコノマイザ18の入口側の給水配管24には、温度センサ58Tが設けられている。この温度センサ58Tの計測値は、制御部30へと送られる。
A
エコノマイザ18を通過した燃焼排ガス流れ下流側には、エコノマイザ18を通過した後の燃焼排ガスの温度を計測する燃焼排ガス温度センサ25Tが設けられている。燃焼排ガス温度センサ25Tの計測値は、制御部30へと送られる。燃焼排ガス温度センサ25Tを通過した後の燃焼排ガスは、ボイラ本体3aに接続された排ガスダクトの途中位置に燃焼ガス中のNOxを除去するために設けられた脱硝装置(図示せず)へと導かれる。
A combustion exhaust
脱硝装置は、アンモニアを用いた選択触媒還元脱硝装置とされており、触媒反応温度の関係で上限温度(例えば400℃〜420℃程度)が定められている。したがって、燃焼排ガス温度センサ25Tの温度に基づいて、例えば、脱硝装置の上限温度を超えないように制御部30によってボイラ3内の熱交換量を調整して燃焼排ガス温度が制御される。脱硝装置を通過した燃焼排ガスは、例えば、燃焼ガス中のSOxを除去するために脱硫装置(図示せず)にてSOx等を除去された後に、更に下流側では図示しない煤塵処理装置、誘引送風機などが必要に応じて設けられており、排ガスダクトの下流端部の煙突から大気へと排出される。
The denitration apparatus is a selective catalytic reduction denitration apparatus using ammonia, and an upper limit temperature (for example, about 400 ° C. to 420 ° C.) is determined in relation to the catalytic reaction temperature. Therefore, based on the temperature of the combustion exhaust
過熱器13には、過熱器スプレイ27が設けられている。過熱器スプレイ27から水や蒸気を噴射することで過熱器13内を流れる過熱蒸気を素早く冷却して所定範囲の温度へと制御する。過熱器スプレイ27で用いる水は、例えばエコノマイザ18の出口水の一部が用いられる。過熱器スプレイ27の水噴射量や噴射タイミングは、制御部30によって制御される。
The
図1では過熱器スプレイ27の設置位置が模式的に示されているが、より具体的な設置位置について図2を用いて説明する。図2に示されたものは、過熱器13は、例えば1次過熱器13aと2次過熱器13bと3次過熱器13cとを備えている。過熱器スプレイ27は、1次過熱器13aと2次過熱器13bとの間と、2次過熱器13bと3次過熱器13cとの間とにそれぞれ設けられており、これらの位置で水を噴射して過熱蒸気温度を段階的に低下させる。すなわち、1次過熱器出口設定温度となるように1次過熱器13aの出口に水スプレイを行い、2次過熱器出口設定温度となるように2次過熱器13bの出口に水スプレイを行う。このように水スプレイを行って蒸気温度を制御することにより、各過熱器出口設定温度が調整され、蒸気タービン5へ供給される主蒸気の温度が所定範囲の温度になるよう制御される。
Although the installation position of the
また、図示しないが、再熱器17に対しても再熱器スプレイが設けられていてもよい。再熱器スプレイの水噴射量や噴射タイミングについても、制御部30によって制御される。
Although not shown, a reheater spray may also be provided for the
過熱器13を出た過熱蒸気は、図1に示すように、主蒸気配管32を通り蒸気タービン5へと導かれる。蒸気タービン5は、本実施形態では、例えば、高圧タービン34と中圧タービン35と低圧タービン36とを備えている。これらタービン34,35,36にて発生した回転動力によって発電機37が回転駆動され、発電が行われる。
The superheated steam that has exited the
主蒸気配管32は、高圧タービン34の入口に接続されている。高圧タービン34の排気側には、高圧タービン出口配管38が接続されている。高圧タービン出口配管38の下流端は再熱器17に接続されており、高圧タービン34で所定の膨張を行ってタービンを回転駆動させる仕事を終えた蒸気が再熱器17へと導かれるようになっている。
The
再熱器17の蒸気出口側と中圧タービン35との間には、再熱蒸気を中圧タービン35に供給する再熱蒸気供給配管40が設けられている。
A reheat
中圧タービン35の排気側には、中圧タービン出口配管42が接続されている。中圧タービン出口配管42の下流端は低圧タービン36の入口に接続されており、中圧タービン35で所定の膨張を行ってタービンを回転駆動させる仕事を終えた蒸気が低圧タービン36へと導かれるようになっている。
An intermediate pressure
低圧タービン36の排気側には、低圧タービン出口配管44が接続されている。低圧タービン出口配管44の下流端は復水器46に接続されている。復水器46では、図示しない冷却水によって蒸気が真空下へと冷却され凝縮液化する。復水器46にて液化した復水は給水となって、復水ポンプ48によって低圧給水加熱器50へと導かれる。
A low-pressure
本実施形態では、例えば、低圧給水加熱器50では、低圧タービン36から導かれた低圧蒸気によって復水からの給水が加熱される。低圧給水加熱器50にて加熱された給水は、給水ポンプ51を通り第1中圧給水加熱器52a及び第2中圧給水加熱器52bへ導かれて、中圧タービン35から抽気された中圧蒸気によって加熱される。各中圧給水加熱器52a,52bによって加熱された給水は、第1高圧給水加熱器54a及び第2高圧給水加熱器54bへと導かれる。
In the present embodiment, for example, in the low-pressure
第1高圧給水加熱器54aに導かれる高圧蒸気は、第1高圧抽気配管55aを介して導かれる。第1高圧抽気配管55aには、制御部30によって開度が制御される第1高圧抽気弁56aが設けられている。
第2高圧給水加熱器54bに導かれる高圧蒸気は、第2高圧抽気配管55bを介して導かれる。第2高圧抽気配管55bには、制御部30によって開度が制御される第2高圧抽気弁56bが設けられている。
なお、本実施形態では、一例として第1高圧抽気配管55aは、第2高圧抽気配管55bよりも高圧タービン34の上流側(高圧側)に接続されているので、第1高圧抽気配管55aによって導かれる高圧蒸気の圧力は、第2高圧抽気配管55bによって導かれる高圧蒸気の圧力よりも高くされている。
The high-pressure steam guided to the first high-pressure
The high-pressure steam guided to the second high-pressure
In the present embodiment, as an example, the first high-
図3には、本実施形態の一例としてボイラ3の負荷に対する各高圧抽気弁56a,56bの開度が示されている。図3に示されたマップ(ロードプログラム)は、制御部30の記憶部に格納されていて、負荷に応じて事前に設定された弁開度とする。同図に示すように、ボイラ3の負荷が100%となる場合には、両高圧抽気弁56a,56bが全閉となる。負荷が所定値よりも小さくなる場合には、両高圧抽気弁56a,56bが全開となる。ただし、本実施形態では、全閉と全開とを切り替える負荷域を第1高圧抽気弁56aと第2高圧抽気弁56bとで異なるように設定することで、給水の加熱の制御性を向上している。具体的には、第1高圧抽気弁56aの方が第2高圧抽気弁56bよりも高負荷側で動作するようになっている。これにより、高圧蒸気の抽気流量を第1高圧抽気弁56aで変更し、その不足分を第2高圧抽気弁56bで変更することで、広い範囲で任意に制御することができる。なお、後述するように、バイオマスボイラ7を投入する場合には、図3に示したマップに代えて、ボイラ3の負荷に関わらず高圧抽気弁56a,56bが閉じる方向に制御される。
FIG. 3 shows the opening degrees of the high-
各給水加熱器50,52a,52b,54a,54bにて給水を加熱した後の蒸気は、図1にて破線矢印で示すように、順次低圧段の給水加熱器50,52a,52b,54a,54bへと送られ、最終的には復水器46にて回収される。
The steam after the feed water is heated by each
高圧給水加熱器54a,54bにて加熱された後の給水は、給水配管24を通り、給水加熱用熱交換器60へと導かれる。給水加熱用熱交換器60では、バイオマスボイラ7から加熱用伝熱管61に導かれた蒸気によって給水が加熱されるようになっている。バイオマスボイラ7と給水加熱用熱交換器60との間には、加熱用伝熱管61へ蒸気を供給する加熱用蒸気供給配管62と、加熱用伝熱管61を通過し熱交換した後にドレン化したドレン水をバイオマスボイラ7へと返送する返送配管64と返送ポンプ65が設けられている。
The feed water after being heated by the high-pressure
加熱用蒸気供給配管62には、加熱用蒸気の温度を計測する加熱用蒸気温度センサ62Tと、加熱用蒸気の圧力を計測する加熱用蒸気圧力センサ62Pと、加熱用蒸気の流量を計測する加熱用蒸気流量センサ62Fとが設けられている。各センサ62T,62P,62Fの計測値は、制御部30へと送られる。
The heating
返送配管64の途中には、返送ポンプ65が設けられており、返送ポンプ65によってドレン水がバイオマスボイラ7へと送られ、バイオマスボイラ7と給水加熱用熱交換器60との間で循環するようになっている。
A
給水加熱用熱交換器60をバイパスするように、給水バイパス配管67が設けられている。給水バイパス配管67には、制御部30によって開閉が制御される給水バイパス弁68が設けられている。給水バイパス弁68は、給水加熱用熱交換器60を利用する場合は全閉とされ、給水加熱用熱交換器60を利用しない場合は全開とされる。給水バイパス配管67の上流側の給水配管24には、給水加熱用熱交換器入口温度を計測する温度センサ57Tが設けられている。この温度センサ57Tの計測値は、制御部30へと送られる。
A feed
バイオマスボイラ7は、バイオマス燃料を燃焼させて蒸気を発生する。バイオマスボイラ7の出力は、制御部30によって制御される。具体的には、バイオマスボイラ7に投入するバイオマス燃料の供給量、燃焼用空気の流量、発生した蒸気の供給量等が制御部30によって制御される。このように、制御部30によってバイオマスボイラ7の出力を制御することで、給水加熱用熱交換器60における給水の加熱量が制御される。
The biomass boiler 7 generates steam by burning biomass fuel. The output of the biomass boiler 7 is controlled by the
バイオマスボイラ7には、制御部30によって開度制御される蒸気ダンプ弁72が設けられている。バイオマスボイラ7で生成した蒸気の圧力が過大となった場合等に、蒸気ダンプ弁72を介して余剰の蒸気が復水器46へと排出される。ただし、蒸気の排出先は、復水器46に限定されるものではなく、例えば別の冷却装置や大気放出でもよい。また、バイオマスボイラ7を循環する蒸気やドレン水が不足した場合は、返送配管64の返送ポンプ65より上流側へ図示しない給水ラインにより、復水器46の復水の一部を給水しても良い。
The biomass boiler 7 is provided with a
制御部30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。
The
上記構成の発電プラント1は、以下のように動作する。
ボイラ3の過熱器13にて生成された過熱蒸気は、蒸気タービン5の高圧タービン34へと導かれ、高圧タービン34を回転駆動させた後に、再熱器17へと導かれる。再熱器17へと導かれた蒸気はボイラ3によって再加熱され、再熱蒸気として中圧タービン35へと導かれる。再熱蒸気は、中圧タービン35を回転駆動させた後に、低圧タービン36へと導かれて低圧タービン36を回転駆動させる。このように得た回転動力によって発電機37が回転駆動され、発電が行われる。
The
The superheated steam generated in the
低圧タービン36にて所定の膨張を行ってタービンを回転駆動させる仕事を終えた蒸気は復水器46にて復水となり、給水として各給水加熱器50,52a,52b,54a,54bを順次通過することによって加熱される。その後、給水は、給水加熱用熱交換器60によってさらに加熱され、ボイラ3のエコノマイザ18に供給される。
The steam that has finished the work of rotating the turbine by performing predetermined expansion in the low-
給水加熱用熱交換器60における給水の加熱量は、バイオマスボイラ7の出力を制御部30によって制御することで調整される。具体的には以下の通りである。
The heating amount of the feed water in the feed water
<エコノマイザ出口温度に基づく制御>
エコノマイザ18で加熱した後の水の出口温度が飽和温度を超えて蒸気化しないように制御する。これにより、エコノマイザ18出口の水が蒸気となるのを防止しつつ、可能な限り高い給水温度を実現する。
制御部30は、エコノマイザ出口用圧力センサ22Pの計測圧力、温度センサ22Tの計測温度から飽和温度T1を得る。そして、この飽和温度T1を所定値(例えば2℃〜10℃)の範囲で下回る温度をエコノマイザ出口温度設定値T1setとし、このエコノマイザ出口温度設定値T1setとなるように、制御部30はバイオマスボイラ7の出力をフィードバック制御する。これにより、エコノマイザ18の出口水温度が蒸気化しないよう、給水の温度を可能な限り高くして、給水のエンタルピを可能な限り増大させる。
<Control based on economizer outlet temperature>
Control is performed so that the outlet temperature of the water heated by the
The
<燃焼排ガス温度に基づく制御>
燃焼排ガス下流側に設置した機器の上限温度を考慮するにあたり、本実施形態では、脱硝装置の触媒反応温度から決まる上限温度T2を超えないように制御する。これにより、脱硝装置の触媒反応を維持しつつ、可能な限り高い給水温度を実現する。
制御部30は、燃焼排ガス温度センサ25Tの計測温度を得て上限温度T2を所定値(例えば5℃〜数10℃(例えば50℃))の範囲で下回る温度を燃焼排ガス温度設定値T2setとし、この燃焼排ガス温度設定値T2setとなるように、制御部30はバイオマスボイラ7の出力をフィードバック制御する。これにより、エコノマイザ18を通過した燃焼排ガスが上限温度を超えないように、給水の温度を可能な限り高くして、給水のエンタルピを可能な限り増大させる。
<Control based on combustion exhaust gas temperature>
In consideration of the upper limit temperature of the equipment installed on the downstream side of the combustion exhaust gas, in this embodiment, control is performed so as not to exceed the upper limit temperature T2 determined from the catalytic reaction temperature of the denitration apparatus. Thereby, the feed water temperature as high as possible is realized while maintaining the catalytic reaction of the denitration apparatus.
The
制御部30は、上述のエコノマイザ出口温度に基づく制御と燃焼排ガス温度に基づく制御の両方を満たすようにバイオマスボイラ7からの加熱量(例えば、蒸気量・圧力・温度および出熱量)を制御する。
The
<高圧抽気弁の制御>
上述のようにバイオマスボイラ7の加熱量を制御しつつ、さらに高圧抽気弁56a,56bを制御して、高圧蒸気の抽気量の制御を行う。具体的には、制御部30は、高圧抽気弁56a,56bの制御を以下のように行う。
バイオマスボイラ7を投入していない場合、すなわち給水加熱用熱交換器60によって給水を加熱していない場合は、図3に示したマップにあるロードプログラムに従い、ボイラ3の負荷に応じて高圧抽気弁56a,56bの開度を制御する。
<Control of high pressure bleed valve>
While controlling the heating amount of the biomass boiler 7 as described above, the high-
When the biomass boiler 7 is not charged, that is, when the feed water is not heated by the feed water
バイオマスボイラ7を投入する場合は、高圧抽気弁56a,56bの開度が閉となるように、すなわち高圧蒸気の抽気量を減じるように制御する。具体的には、バイオマスボイラ7によって給水加熱用熱交換器60で給水を加熱すると、加熱量に相当する熱量に応じた高圧蒸気の抽気量を減じる。バイオマスボイラ7からの加熱量は、加熱用蒸気温度センサ62Tと、加熱用蒸気圧力センサ62Pと、加熱用蒸気流量センサ62Fとから、上述のエコノマイザ出口温度に基づく制御と燃焼排ガス温度に基づく制御の両方を満たすように制御部30にて演算される。
When the biomass boiler 7 is charged, the high
バイオマスボイラ7による加熱量が高圧蒸気の抽気量を上回る場合には、高圧抽気弁56a,56bを全閉として、高圧蒸気の抽気量をゼロとする。このときの高圧抽気弁56a,56bを全閉とするタイミングは、バイオマスボイラ7からの加熱量との関係を予め定めた制御マップに基づいて行うのが好ましい。
When the heating amount by the biomass boiler 7 exceeds the extraction amount of the high-pressure steam, the high-
高圧タービン34からの高圧蒸気の抽気量を減少させることによって、高圧タービン34に流れる蒸気流量を機械的強度の規定値範囲内で増大させてタービン効率を向上させることができる。ここで第1高圧給水加熱器54a,第2高圧給水加熱器54bへ供給する高圧蒸気の抽気量を高圧抽気弁56a,56bを閉方向に制御する際には、機械的強度の規定値範囲として高圧タービン34のタービン翼の強度が考慮される。すなわち、タービン翼の強度は、タービン翼の前後にかかる差圧に対して耐久性を有するように設計されている。この差圧は高圧タービン34内部を通過する高圧蒸気の流量・圧力バランスによって決まるので、差圧がタービン翼の強度上の許容値を超えないようにボイラ3の負荷を考慮して高圧抽気弁56a,56bの開度すなわち高圧蒸気の抽気量の減少量が決定される。例えば、高圧抽気弁56a,56bを全閉とする際には、MCR点(ボイラー最大連続蒸発量)のときのタービン強度が考慮される。MCR点において高圧抽気弁56a,56bを全閉としてもタービン強度に余裕がある場合には、負荷100%のときでも高圧抽気弁56a,56bを全閉とすることができる。またタービン強度に余裕がない場合には、負荷100%のときのタービン強度を考慮して高圧蒸気の抽気量の減少量が決定され、高圧抽気弁56a,56bの開度が設定される。
By reducing the amount of high-pressure steam extracted from the high-
<過熱器スプレイの制御>
制御部30は、バイオマスボイラ7の加熱量が変化した際や高圧抽気弁56a,56bによる高圧蒸気の抽気量が変化した際に、過熱器スプレイ27を制御する。バイオマスボイラ7の加熱量が変化すると(例えばバイオマスボイラ7の緊急停止やバイオマス燃料の発熱量変化など)、過熱器13を出た主蒸気の温度が変化するおそれがあるので、過熱器スプレイ27によって主蒸気温度を適正値の範囲に素早く制御する。また、第1高圧給水加熱器54a,第2高圧給水加熱器54bへ供給する高圧蒸気の抽気量が変化すると、過熱器13と再熱器17のバランスが変化するおそれがあるので、過熱器スプレイ27によって主蒸気温度や再熱蒸気温度を適正値の範囲に素早く制御する。再熱器スプレイが設けられている場合には、過熱器スプレイ27と協働して制御することが好ましい。したがって、バイオマスボイラ7で給水を加熱する場合には、バイオマスボイラ7で給水を加熱しない場合に比べて、冷却熱量が多く必要になり、過熱器スプレイ27及び再熱器スプレイの噴射量の制御範囲が大きくなるので、これに対応する噴射量の制御範囲を備える過熱器スプレイ27や再熱器スプレイが採用されると更に好ましい。
<Control of superheater spray>
The
<バイオマスボイラ起動制御>
次に、図4を用いて、バイオマスボイラ7の起動制御について説明する。
先ず、ステップS1に示すように、ボイラ3の負荷が一定以上で、バイオマスボイラ7が停止しており、第1高圧給水加熱器54a,第2高圧給水加熱器54bへ高圧蒸気を供給する高圧抽気弁56a,56bが開とされており、給水バイパス弁68が開とされているときに、ステップS2に示すようにバイオマスボイラ7を起動する。これにより、バイオマスボイラ7にバイオマス燃料が投入され、蒸気の生成が行われる。
<Biomass boiler activation control>
Next, activation control of the biomass boiler 7 will be described with reference to FIG.
First, as shown in step S1, the load of the boiler 3 is equal to or greater than a certain level, the biomass boiler 7 is stopped, and high-pressure extraction for supplying high-pressure steam to the first high-pressure
そして、ステップS3にて、加熱用蒸気供給配管62に設けられた加熱用蒸気温度センサ62Tによって計測されたバイオマスボイラ出口蒸気温度が、温度センサ57Tで計測された給水加熱用熱交換器60に流入する給水温度よりも所定値α以上であるかを判断する。このステップS3の条件を満たした場合には、ステップS4へ進み、満たしていない場合はステップS3を繰り返しバイオマスボイラ7の起動を継続する。所定値αは、給水加熱用熱交換器60の伝熱特性から決まり、所定値αを小さくするには給水加熱用熱交換器60の伝熱面積を大きくする必要があり、熱交換器が大型化する。例えば、所定値αは2℃〜10℃、さらに好ましくは2℃〜5℃で設定される。
In step S3, the biomass boiler outlet steam temperature measured by the heating
ステップS4では、給水バイパス弁68を閉として、給水を給水加熱用熱交換器60へと導く。このとき、高圧抽気弁56a,56bは開とされたままである。
In step S4, the feed
給水配管24には、エコノマイザ18の給水入口温度を計測する温度センサ58Tが設けられている。この温度センサ58Tの計測値は、制御部30へと送られる。ステップS5では、温度センサ58Tで計測したエコノマイザ18の給水入口温度が設定温度よりも所定値β以上であるかを判断する。このステップS5の条件を満たした場合には、ステップS6へ進み、満たしていない場合はステップS5を繰り返してエコノマイザ18の給水入口温度が上昇するのを待機する。所定値βは、エコノマイザ18の給水入口温度が設定温度を超えたことで、高圧抽気弁56a,56bの開度を閉へと調整可能とするもので、所定値βを小さくすると給水加熱用熱交換器60の熱交換量に不安定な変動が発生した際に高圧抽気弁56a,56bの開度制御へ影響する。例えば、所定値βは2℃〜5℃で設定される。
The
ステップS6に進むと、高圧抽気弁56a,56bの開度を閉じる方向へ制御する。これにより、高圧蒸気の抽気量を減少させて、蒸気タービンの蒸気流量を機械的限度の規定範囲内で増大させてタービン出力が増大する。また、蒸気の抽気量を減少させる前と後とを比較するにあたり、同じタービン出力となるようにボイラから蒸気タービンへ供給される総蒸気量を調整した場合は、抽気量を減少することによって、総蒸気流量を減少させることができるので、タービン効率を向上させることができる。タービン効率が向上することによりボイラ3の負荷に対する発電効率が向上する。バイオマスボイラ7による給水への加熱後の発電出力が変わらない条件では、ボイラ3に投入する化石燃料量を低減できることになり、カーボンニュートラルとならない二酸化炭素の排出量が削減できる。以上により、バイオマスボイラ7の投入が完了し起動制御が終了する(ステップS7)。
In step S6, the opening degree of the high
起動制御が終了すると、前述のように、バイオマスボイラ7の加熱量と、第1高圧給水加熱器54a,第2高圧給水加熱器54bへ供給する高圧蒸気の抽気量と、過熱器スプレイ27による主蒸気の温度とを制御して、発電プラント1の負荷に応じた適正なボイラ3とバイオマスボイタラ7と蒸気タービン5の運転を行う。
バイオマスボイラ7の加熱量は、加熱用蒸気温度センサ62Tと、加熱用蒸気圧力センサ62Pと、加熱用蒸気流量センサ62Fとから、エコノマイザ出口温度22Tに基づく制御と燃焼排ガス温度25Tに基づく制御の両方を満たすように制御部30により制御される。
また、第1高圧給水加熱器54a,第2高圧給水加熱器54bへ供給する高圧蒸気の抽気は、タービン翼の前後にかかる差圧がタービン翼の強度上の許容値を超えないように、高圧抽気弁56a,56bを閉方向に開度を設定し制御される。
さらに、バイオマスボイラ7の加熱量や、高圧抽気弁56a,56bによる高圧蒸気の抽気量が変化した際に、主蒸気の温度は、過熱器スプレイ27によりを適正値の範囲に素早く制御される。
When the start-up control is finished, as described above, the heating amount of the biomass boiler 7, the extraction amount of the high-pressure steam supplied to the first high-pressure
The heating amount of the biomass boiler 7 is controlled by both the control based on the
Further, the extraction of the high-pressure steam supplied to the first high-pressure
Further, when the amount of heating of the biomass boiler 7 and the amount of high-pressure steam extracted by the high-
<バイオマスボイラ切離制御>
次に、図5を用いて、バイオマスボイラ7による給水加熱を切り離す切離制御について説明する。
先ず、ステップS11に示すように、ボイラ3の負荷が一定以上で、バイオマスボイラ7が起動しており、高圧抽気弁56a,56bが閉とされており、給水バイパス弁68が閉とされているときに、ステップS12に示すようにバイオマスボイラ7を停止する。
<Biomass boiler separation control>
Next, the separation control for separating the feed water heating by the biomass boiler 7 will be described with reference to FIG.
First, as shown in step S11, the load on the boiler 3 is equal to or greater than a certain level, the biomass boiler 7 is activated, the high
そして、ステップS13にて、温度センサ58Tで計測されたエコノマイザ18の給水入口温度が設定温度に所定値βを加えた値よりも低いかを判断する。このステップS13の条件を満たした場合には、ステップS14へ進み、満たしていない場合はステップS13を繰り返す。所定値βは、エコノマイザ18の給水入口温度が設定温度を超えたことで、高圧抽気弁56a,56bの開度を開へと調整可能とするもので、所定値βを小さくすると給水加熱用熱交換器60の熱交換量に不安定な変動が発生した際に高圧抽気弁56a,56bの開度制御へ影響する。例えば、所定値βは2℃〜5℃で設定される。
In step S13, it is determined whether the feed water inlet temperature of the
ステップS14では、給水バイパス弁68を閉としたままで、高圧抽気弁56a,56bは開とする。
In step S14, the high
ステップS15では、加熱用蒸気供給配管62に設けられた加熱用蒸気温度センサ62Tによって計測されたバイオマスボイラ出口蒸気温度が、温度センサ57Tで計測された給水加熱用熱交換器60に流入する給水温度に所定値αを加えた値よりも低いかを判断する。このステップS15の条件を満たした場合には、ステップS16へ進み、満たしていない場合はステップS15を繰り返す。所定値αは、給水加熱用熱交換器60の伝熱特性から決まり、所定値αを小さくするには給水加熱用熱交換器60の伝熱面積を大きくする必要があり、熱交換器が大型化する。例えば、所定値αは2℃〜10℃、さらに好ましくは2℃〜5℃で設定される。
In step S15, the feed water temperature at which the biomass boiler outlet steam temperature measured by the heating
ステップS16に進むと、高圧抽気弁56a,56bの開度を開としたままで、給水バイパス弁68を開とする。これにより、給水は給水加熱用熱交換器60をバイパスして、バイオマスボイラ7による給水加熱を停止する。以上により、バイオマスボイラ7の切離制御が完了する(ステップS17)。
If it progresses to step S16, the feed
図6及び図7には、本実施形態のようにバイオマスボイラ7による給水加熱を行う場合(バイオマスボイラ追設後)と、比較例としてバイオマスボイラ7による給水加熱を行わない場合(バイオマスボイラ追設前)との効果の一例について説明する。 In FIG.6 and FIG.7, the feed water heating by the biomass boiler 7 is performed like this embodiment (after biomass boiler additional installation), and the feed water heating by the biomass boiler 7 is not performed as a comparative example (biomass boiler additional installation) An example of the effect of (before) will be described.
図6において、横軸はボイラ3の負荷、縦軸はバイオマスボイラ7から給水に与えられた加熱量を示す。図6に示すように、バイオマスボイラ7による給水加熱によって、熱量は給水へ与えられる。同図では、ボイラ負荷100%のときに給水に与えられる熱量を1.0として相対値として表している。 In FIG. 6, the horizontal axis represents the load of the boiler 3, and the vertical axis represents the amount of heating given from the biomass boiler 7 to the feed water. As shown in FIG. 6, the amount of heat is given to the feed water by the feed water heating by the biomass boiler 7. In the figure, the amount of heat given to the water supply when the boiler load is 100% is expressed as a relative value with 1.0.
図7において、横軸は発電プラントの出力、縦軸である発電効率は、発電プラントへ投入する化石燃料エネルギに対する発電効率を示している。同図において、出力100%のときのバイオマスボイラ追設前の発電効率を1.0として相対値として表している。同図から分かるように、ボイラ負荷が変化しても、バイオマスボイラ追設後はバイオマスボイラ追設前よりも発電効率が高くなることが分かる。特に、ボイラ負荷が低い場合には、発電効率の上昇割合が大きい。これば、発電出力が小さいときは蒸気タービンのタービン効率が低下するが、給水加熱による効果と高圧蒸気の抽気量を減少させた効果は、発電出力が低負荷となるほどタービン効率の向上に大きく寄与するからである。
なお図7における発電効率とは、(得られる電気エネルギ)÷(投入する化石燃料のエネルギ)と定義している。また、タービン効率とは、(得られる電気エネルギ)÷[(タービンへ流入する蒸気のエネルギ)−(タービンから流出する蒸気のエネルギ)]と定義している。
In FIG. 7, the horizontal axis indicates the output of the power plant, and the power generation efficiency on the vertical axis indicates the power generation efficiency with respect to fossil fuel energy input to the power plant. In the figure, the power generation efficiency before the biomass boiler additional installation when the output is 100% is represented as 1.0 as a relative value. As can be seen from the figure, even if the boiler load changes, the power generation efficiency is higher after the biomass boiler is added than before the biomass boiler is added. In particular, when the boiler load is low, the rate of increase in power generation efficiency is large. In this case, the turbine efficiency of the steam turbine decreases when the power generation output is small, but the effect of heating the feedwater and the effect of reducing the extraction amount of high-pressure steam greatly contribute to the improvement of the turbine efficiency as the power generation output becomes lower. Because it does.
The power generation efficiency in FIG. 7 is defined as (electric energy obtained) / (energy of fossil fuel to be input). The turbine efficiency is defined as (electric energy obtained) ÷ [(steam energy flowing into the turbine) − (steam energy flowing out of the turbine)].
図8は、発電プラント1の発電により得られる電気エネルギと発電プラント1(ボイラ3およびバイオマスボイラ7)へ投入する燃料エネルギの関係と内訳を示している。ここでは、負荷を例えば中間の50%とした場合を比較している。なお、図8(a)はバイオマスボイラ7の追設前、図8(b)がバイオマスボイラ7の追設後を示している。バイオマスボイラ7の追設前と追設後の発電により得られる電気エネルギを同量とした場合、図8(b)(バイオマスボイラ7の追設後)に示されるように、バイオマスボイラ追設後の燃料エネルギは化石燃料の投入量が低減され、カーボンニュートラルとならない二酸化炭素の排出量が削減できる。
FIG. 8 shows the relationship and breakdown between the electric energy obtained by the power generation of the
具体的には、バイオマスボイラ7で発生した蒸気をボイラ3へ供給する給水の加熱に利用し、蒸気タービン5からの蒸気の抽気量を減少(抽気量低減)させ、更にボイラ3へ供給される給水を飽和温度より所定範囲で低い温度となるように加熱する(給水エンタルピ増加させる)ことによるエネルギ変化分に相応して、ボイラ3に投入する化石燃料を更に低減でき、カーボンニュートラルとならない二酸化炭素の排出量をより削減できる。
Specifically, the steam generated in the biomass boiler 7 is used for heating the feed water supplied to the boiler 3, the amount of steam extracted from the
上述した実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
ボイラ3に供給される給水をバイオマスボイラ7によって加熱することで、ボイラ3に供給される給水のエンタルピを増大させて、タービン効率を向上して発電効率を向上させることができる。さらに、エコノマイザ18の出口水温度が蒸気化しないように飽和温度未満でかつ飽和温度に近い温度となるようにバイオマスボイラ7の加熱量を制御することとしたので、給水を可能な限り加熱することができる。これにより、給水のエンタルピを増大させて、タービン効率を向上して発電効率を向上させることができる。これにより、発電効率が向上する前の発電量と同等の発電する場合、ボイラ3に投入する化石燃料を減少でき、カーボンニュートラルとならない二酸化炭素の排出量が削減できる。
According to embodiment mentioned above, there exist the following effects.
By heating the feed water supplied to the boiler 3 with the biomass boiler 7, the enthalpy of the feed water supplied to the boiler 3 can be increased, turbine efficiency can be improved and power generation efficiency can be improved. Furthermore, since the heating amount of the biomass boiler 7 is controlled so that the outlet water temperature of the
脱硝装置の上限温度未満でかつ上限温度に近い排ガス温度となるようにバイオマスボイラ7の加熱量を制御することとしたので、給水を可能な限り加熱することができる。これにより、給水のエンタルピを増大させて、タービン効率を向上して発電効率を向上させることができる。 Since the heating amount of the biomass boiler 7 is controlled so that the exhaust gas temperature is lower than the upper limit temperature of the denitration apparatus and close to the upper limit temperature, the feed water can be heated as much as possible. Thereby, the enthalpy of water supply can be increased, turbine efficiency can be improved and power generation efficiency can be improved.
バイオマスボイラ7によって給水を加熱しているので、蒸気タービン5からの蒸気の抽気量を減少させることができる。抽気量を減少させる前と後を同じ発電出力として比較した場合、抽気量を減少することによって、蒸気タービン5に流通させる総蒸気流量を機械的強度の規定値範囲内で減少させ、タービン効率を向上させることができる。特に、ボイラ3が部分負荷とされている場合には、蒸気タービンへ流通する蒸気量を増加しても十分に機械的強度の規定値範囲内にあるので、高圧蒸気の抽気量をゼロとすることで、さらにタービン効率を向上させることができる。
Since the feed water is heated by the biomass boiler 7, the amount of steam extracted from the
蒸気タービン5の機械的強度の規定値範囲としてのタービン翼の強度は、タービン翼の前後にかかる差圧に対して耐久性を有するように設計されていて、この差圧は蒸気タービン5へ流通する蒸気の流量および圧力バランスによって決まり、この差圧は抽気量に応じて変化する。そこで、タービン翼の強度を考慮して蒸気の抽気量を制御することとした。これにより、タービン翼の強度を考慮して抽気量を可能な限り減少させて蒸気タービン5に流れる総蒸気流量を減少させることができ、タービン効率をさらに向上させることができる。
The strength of the turbine blades as the specified range of the mechanical strength of the
バイオマスボイラ7の加熱量や蒸気タービン5の蒸気の抽気量の変化によって過熱器13から供給される過熱蒸気の温度が変動するおそれがある。この過熱蒸気の温度変動を過熱器スプレイ27によって抑制することで、高温高圧下で使用される蒸気配管やタービン翼の温度を規定値以内に素早く設定することができ、劣化や損傷を抑制することができる。また、再熱器17から供給される再熱蒸気の温度を制御する再熱器スプレイの流量も併せて制御することとしたので、再熱蒸気の温度を所望値に容易に制御することができる。
The temperature of the superheated steam supplied from the
給水を加熱する追加的なボイラとして、バイオマス燃料を主燃料として用いるバイオマスボイラ7とすることで、ボイラ3にてバイオマス燃料を混焼させずにバイオマスボイラ7でバイオマス燃料を専焼させることができる。したがって、ボイラ3で燃焼させる化石燃料に対するバイオマス燃料の使用比率を高めることができ、カーボンニュートラルとならない二酸化炭素の発生量を削減できる。また、腐食成分を含む廉価なバイオマス燃料をボイラ3本体の燃焼に影響を及ぼすことなく用いることができ、低い燃料コストで高効率な発電を行うことができる。 By using the biomass boiler 7 that uses biomass fuel as the main fuel as an additional boiler for heating the feed water, the biomass fuel can be exclusively burned in the biomass boiler 7 without co-firing the biomass fuel in the boiler 3. Therefore, the usage ratio of biomass fuel to fossil fuel burned in the boiler 3 can be increased, and the amount of carbon dioxide that does not become carbon neutral can be reduced. Moreover, inexpensive biomass fuel containing a corrosive component can be used without affecting the combustion of the boiler 3 main body, and highly efficient power generation can be performed at a low fuel cost.
なお、上述した実施形態では、エコノマイザ18の出口温度22Tに基づいてバイオマスボイラ7の加熱量を制御することとしたが、エコノマイザ18の出口温度22Tに代えてエコノマイザ18の入口温度58Tを用いることとしても良い。
また、給水を加熱する追加的な蒸気発生装置としてバイオマスボイラ7を用いることとしたが、必ずしも燃料にバイオマスを用いなくともよい。燃料としては例えばゴミや燃焼可能な廃棄物などを用いることができる。
また、給水加熱用熱交換器60は、給水加熱器50,52a,52b,54a,54bに対して直列に配置することとしたが、給水加熱器50,52a,52b,54a,54bの少なくともいずれかに対して並列に配置することとしても良い。
In the embodiment described above, the heating amount of the biomass boiler 7 is controlled based on the
Moreover, although the biomass boiler 7 was used as an additional steam generator for heating feed water, it is not always necessary to use biomass as fuel. For example, garbage or combustible waste can be used as the fuel.
The feed water
1 発電プラント
3 ボイラ
3a ボイラ本体
5 蒸気タービン
7 バイオマスボイラ(給水加熱用ボイラ)
10 火炉
11 バーナ
12 水冷壁
13 過熱器
15 蒸気ドラム
17 再熱器
18 エコノマイザ
20 循環ポンプ
22 エコノマイザ出口配管
22T エコノマイザ出口温度センサ
22P エコノマイザ出口圧力センサ
24 給水配管
25T 燃焼排ガス温度センサ
27 過熱器スプレイ
30 制御部
32 主蒸気配管
34 高圧タービン
35 中圧タービン
36 低圧タービン
37 発電機
38 高圧タービン出口配管
40 再熱蒸気供給配管
42 中圧タービン出口配管
44 低圧タービン出口配管
46 復水器
48 復水ポンプ
50 低圧給水加熱器
51 給水ポンプ
52a 第1中圧給水加熱器
52b 第2中圧給水加熱器
54a 第1高圧給水加熱器
54b 第2高圧給水加熱器
55a 第1高圧抽気配管
55b 第2高圧抽気配管
56a 第1高圧抽気弁
56b 第2高圧抽気弁
57T 温度センサ
58T 温度センサ
60 給水加熱用熱交換器
61 加熱用伝熱管
62 加熱用蒸気供給配管
62T 加熱用蒸気温度センサ
62P 加熱用蒸気圧力センサ
62F 加熱用蒸気流量センサ
64 返送配管
65 返送ポンプ
67 給水バイパス配管
68 給水バイパス弁
72 蒸気ダンプ弁
1 Power Plant 3
10
Claims (10)
該ボイラにて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンによって駆動される発電機と、
前記ボイラに供給される給水を加熱する給水加熱用ボイラと、
該給水加熱用ボイラによる前記給水の加熱量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記エコノマイザの出口水温度が飽和温度未満でかつ該飽和温度よりも10℃低い温度までの範囲となるように前記加熱量を制御し、
前記蒸気タービンから蒸気を抽気して前記給水を加熱する給水加熱器を備え、
前記制御部は、前記給水加熱器に供給される蒸気の抽気量を前記加熱量に応じて減少させることを特徴とする発電プラント。 A boiler equipped with an economizer and a superheater;
A steam turbine driven by steam generated in the boiler;
A generator driven by the steam turbine;
A feed water heating boiler for heating feed water supplied to the boiler;
A control unit for controlling the heating amount of the feed water by the feed water heating boiler;
With
The control unit controls the heating amount so that an outlet water temperature of the economizer is less than a saturation temperature and is in a range up to 10 ° C. lower than the saturation temperature ,
A feed water heater for extracting steam from the steam turbine and heating the feed water;
The said control part reduces the extraction amount of the steam supplied to the said feed water heater according to the said heating amount, The power plant characterized by the above-mentioned .
前記制御部は、前記排ガス処理装置に供給される排ガスが該排ガス処理装置の運転温度の上限温度未満となるように前記加熱量を制御することを特徴とする請求項1に記載の発電プラント。 An exhaust gas treatment device for treating the exhaust gas discharged from the boiler;
Wherein the control unit, power plant according to claim 1, characterized in that the exhaust gas supplied to the exhaust gas treatment apparatus for controlling the heating amount such that the maximum temperature less than the operating temperature of the exhaust gas treatment device .
該ボイラにて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンによって駆動される発電機と、
前記ボイラに供給される給水を加熱する給水加熱用ボイラと、
該給水加熱用ボイラによる前記給水の加熱量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記エコノマイザの出口水温度が飽和温度未満でかつ該飽和温度よりも10℃低い温度までの範囲となるように前記加熱量を制御し、
前記過熱器から供給される過熱蒸気の温度を制御する過熱器スプレイを備え、
前記制御部は、前記加熱量の変化量に基づいて前記過熱器スプレイのスプレイ量を制御することを特徴とする発電プラント。 A boiler equipped with an economizer and a superheater;
A steam turbine driven by steam generated in the boiler;
A generator driven by the steam turbine;
A feed water heating boiler for heating feed water supplied to the boiler;
A control unit for controlling the heating amount of the feed water by the feed water heating boiler;
With
The control unit controls the heating amount so that an outlet water temperature of the economizer is less than a saturation temperature and is in a range up to 10 ° C. lower than the saturation temperature ,
Comprising a superheater spray for controlling the temperature of superheated steam supplied from the superheater,
The control unit may power generation plant you and controlling the spray amount of the superheater spray based on a change amount of the heating amount.
該ボイラにて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンによって駆動される発電機と、
前記ボイラに供給される給水を加熱する給水加熱用ボイラと、
該給水加熱用ボイラによる前記給水の加熱量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記エコノマイザの出口水温度が飽和温度未満でかつ該飽和温度よりも10℃低い温度までの範囲となるように前記加熱量を制御し、
前記給水加熱用ボイラで発生した蒸気と前記ボイラへ供給される前記給水を熱交換する給水加熱用熱交換器と、
前記給水加熱用熱交換器をバイパスする給水バイパス配管と、
前記給水バイパス配管に設けた給水バイパス弁と、
を備え、
前記制御部は、前記給水加熱用ボイラで発生した蒸気の温度が前記給水加熱用熱交換器の入口における前記給水の温度よりも所定値以上高い場合、前記給水バイパス弁を閉とし、前記給水加熱用ボイラで発生した蒸気で前記給水を加熱することを特徴とする発電プラント。 A boiler equipped with an economizer and a superheater;
A steam turbine driven by steam generated in the boiler;
A generator driven by the steam turbine;
A feed water heating boiler for heating feed water supplied to the boiler;
A control unit for controlling the heating amount of the feed water by the feed water heating boiler;
With
The control unit controls the heating amount so that an outlet water temperature of the economizer is less than a saturation temperature and is in a range up to 10 ° C. lower than the saturation temperature ,
A heat exchanger for heating the feedwater for exchanging heat between the steam generated in the boiler for heating the feedwater and the feedwater supplied to the boiler;
A feed water bypass pipe that bypasses the heat exchanger for heating the feed water;
A water supply bypass valve provided in the water supply bypass pipe;
With
When the temperature of the steam generated in the feed water heating boiler is higher than a temperature of the feed water at the inlet of the feed water heating heat exchanger by a predetermined value or more, the control unit closes the feed water bypass valve, and the feed water heating power generation plant you characterized by heating the feed water in the steam generated in use the boiler.
該ボイラにて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンによって駆動される発電機と、
前記ボイラに供給される給水を加熱する給水加熱用ボイラと、
を備えた発電プラントの運転方法であって、
前記エコノマイザの出口水温度が飽和温度未満でかつ該飽和温度よりも10℃低い温度までの範囲となるように加熱量を制御し、
前記蒸気タービンから蒸気を抽気して前記給水を加熱する給水加熱器に供給される蒸気の抽気量を前記加熱量に応じて減少させることを特徴とする発電プラントの運転方法。 A boiler having an economizer and a superheater;
A steam turbine driven by steam generated in the boiler;
A generator driven by the steam turbine;
A feed water heating boiler for heating feed water supplied to the boiler;
A power plant operating method comprising:
The amount of heating is controlled so that the outlet water temperature of the economizer is less than the saturation temperature and is in a range up to 10 ° C. lower than the saturation temperature ,
A method for operating a power plant, characterized in that a steam extraction amount supplied to a feed water heater for extracting steam from the steam turbine and heating the feed water is reduced according to the heating amount .
該ボイラにて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、 A steam turbine driven by steam generated in the boiler;
該蒸気タービンによって駆動される発電機と、 A generator driven by the steam turbine;
前記ボイラに供給される給水を加熱する給水加熱用ボイラと、 A feed water heating boiler for heating feed water supplied to the boiler;
前記過熱器から供給される過熱蒸気の温度を制御する過熱器スプレイと、 A superheater spray that controls the temperature of superheated steam supplied from the superheater;
を備えた発電プラントの運転方法であって、A power plant operating method comprising:
前記エコノマイザの出口水温度が飽和温度未満でかつ該飽和温度よりも10℃低い温度までの範囲となるように加熱量を制御し、 The amount of heating is controlled so that the outlet water temperature of the economizer is less than the saturation temperature and is in a range up to 10 ° C. lower than the saturation temperature,
前記加熱量の変化量に基づいて前記過熱器スプレイのスプレイ量を制御することを特徴とする発電プラントの運転方法。 A method for operating a power plant, comprising controlling a spray amount of the superheater spray based on a change amount of the heating amount.
該ボイラにて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、 A steam turbine driven by steam generated in the boiler;
該蒸気タービンによって駆動される発電機と、 A generator driven by the steam turbine;
前記ボイラに供給される給水を加熱する給水加熱用ボイラと、 A feed water heating boiler for heating feed water supplied to the boiler;
前記給水加熱用ボイラで発生した蒸気と前記ボイラへ供給される前記給水を熱交換する給水加熱用熱交換器と、 A heat exchanger for heating the feedwater for exchanging heat between the steam generated in the boiler for heating the feedwater and the feedwater supplied to the boiler;
前記給水加熱用熱交換器をバイパスする給水バイパス配管と、 A feed water bypass pipe that bypasses the heat exchanger for heating the feed water;
前記給水バイパス配管に設けた給水バイパス弁と、 A water supply bypass valve provided in the water supply bypass pipe;
を備えた発電プラントの運転方法であって、A power plant operating method comprising:
前記エコノマイザの出口水温度が飽和温度未満でかつ該飽和温度よりも10℃低い温度までの範囲となるように加熱量を制御し、 The amount of heating is controlled so that the outlet water temperature of the economizer is less than the saturation temperature and is in a range up to 10 ° C. lower than the saturation temperature,
前記給水加熱用ボイラで発生した蒸気の温度が前記給水加熱用熱交換器の入口における前記給水の温度よりも所定値以上高い場合、前記給水バイパス弁を閉とし、前記給水加熱用ボイラで発生した蒸気で前記給水を加熱することを特徴とする発電プラントの運転方法。 When the temperature of the steam generated in the feed water heating boiler is higher than the temperature of the feed water at the inlet of the feed water heating heat exchanger by a predetermined value or more, the feed water bypass valve is closed and the steam generated in the feed water heating boiler A method for operating a power plant, wherein the feed water is heated with steam.
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