JP6909425B2 - 空気予熱器差圧上昇予測装置 - Google Patents

Description

本発明は、火力発電プラントのボイラ通風系統で使用されている空気予熱器（ＡＨ）の閉塞状況を監視するのに好適な空気予熱器差圧上昇予測装置に関する。

火力発電プラントのボイラ通風系統１１０は、図３に示すように、発電機タービン（不図示）と連結されたボイラ１１１と、ボイラ１１１と連結された脱硝装置１１２と、ボイラ１１１および脱硝装置１１２と連結された空気予熱器１１３と、空気予熱器１１３と連結されたガス・ガス・ヒータ熱回収器１１４（以下、「ＧＧＨ熱回収器１１４」と称する。）と、ＧＧＨ熱回収器１１４と連結された電気式集塵装置（ＥＰ）１１５と、電気式集塵装置１１５と誘引通風機（ＩＤＦ）１１６を介して連結された脱硫装置１１７と、脱硫装置１１７と連結されたガス・ガス・ヒータ再加熱器１１８（以下、「ＧＧＨ再加熱器１１８」と称する。）と、ＧＧＨ再加熱器１１８と脱硫通風機（ＢＵＦ）１１９を介して連結された煙突１２０と、燃焼用空気を空気予熱器１１３を介してボイラ１１１に送り込むための押込通風機（ＦＤＦ）１２１とを備える。

ボイラ１１１から排出された排ガスは、脱硝装置１１２で窒素酸化物等が除去されたのち、空気予熱器１１３でボイラ１１１に供給される燃焼用空気と熱交換される。空気予熱器１１３で熱が回収された排ガスは、ＧＧＨ熱回収器１１４で熱が更に回収されたのち、電気式集塵装置１１５に送られる。電気式集塵装置１１５に送られた排ガスは、その中に含まれる媒塵が捕集されたのちに、誘引通風機１１６を介して脱硫装置１１７に送られて無害化される。脱硫装置１１７で無害化された排ガスは、ＧＧＨ再加熱器１１８で再加熱されたのち、煙突１２０から大気に放出される。

ここで、ボイラ１１１の排ガスに含まれる窒素酸化物を除去するためにアンモニアを脱硝装置１１２で注入するが、未反応のアンモニア（以下、「リークアンモニア」と称する。）が発生すると排ガス中の硫黄酸化物が反応して酸性硫安を生成する。

この酸性硫安は空気予熱器１１３の伝熱面に付着して排ガス中のダストを堆積させるため、空気予熱器１１３を閉塞させてしまい、発電機の出力を抑制して運転せざるを得ない状況となる。そのため、１年に１回程度の定期的なメンテナンスが必要となるが、メンテナンスの機会は数ヶ月間発電所を停止する大規模な点検期間に限られる。

空気予熱器１１３のメンテナンス要否を判断するために、差圧（空気予熱器１１３の排ガス入口と排ガス出口との圧力差）が次回のメンテナンス機会までにどれだけ上昇するかを予測することが必要となる。

そこで、従来では、気温変化に伴うガス流量の変化によって差圧がどれだけ上昇するかを計算し、求めた差圧に基づいて水洗等の判断を行っている。
すなわち、図２（ｂ）に予測式（２）で示すように、基準月（メンテナンス実行月の翌月）における平均差圧ΔＰ₀［ｋＰａ］（以下、「基準月平均差圧ΔＰ₀」と称する。）と基準月のＡＨ入口ガス温度とＡＨ出口ガス温度との平均値Ｔ₀［Ｋ］（以下、「基準月ガス温度平均値Ｔ₀」と称する。）を予測対象月（基準月からｎヶ月後の月（ｎ≧１と定義する））のＡＨ入口ガス温度とＡＨ出口ガス温度との平均値の予測値Ｔ_n［Ｋ］（以下、「予測対象月ガス温度予測平均値Ｔ_n」と称する。）で割った値（＝Ｔ₀／Ｔ_n）と予測対象月の予測ＩＤＦガス流量の予測値Ｑ_n［ｓｃｃｍ］（以下、「予測対象月ＩＤＦガス予測流量Ｑ_n」と称する。）を基準月のＩＤＦガス流量Ｑ₀［ｓｃｃｍ］以下、「基準月ＩＤＦガス流量Ｑ₀」と称する。）で割った値の２乗（＝（Ｑ_n／Ｑ₀）²）との積で表した予測式を用いて、予測対象月の差圧ΔＰ_nを予測している。

なお、本出願人は、下記の特許文献１において、空気予熱器の空気供給口と空気排出口との差圧である空気側差圧および排ガス供給口と排ガス排出口との差圧である排ガス側差圧を記憶し、記憶した過去の空気側差圧および排ガス側差圧を用いて空気側差圧上昇予測線および排ガス側差圧上昇予測線を作成し、空気予熱器の現状の断面積および初期断面積に基づいて空気予熱器の閉塞率を計算することにより、メンテナンス要否を判断するようにした空気予熱器管理装置を提案している。

特開２０１０−１９６９４９号公報

しかしながら、従来の予測式（２）は、気温変化に伴うガス流量の変化によって差圧がどれだけ上昇するかにのみ着目しており、空気予熱器１１３の詰り進行予測が考慮されていないため、図２（ｃ）に示すように、詰り進行がほとんどない短期的な未来（３ヶ月程度）であれば概ね予測することができるが、長期的な予測（１年程度）では詰り進行の影響が大きく、実際の差圧との間に大きな乖離が生じて（×印で示す「従来の予測値」および〇印で示す「実測値」参照）、正確な予測ができずにメンテナンス要否の判断を誤り、不必要なメンテナンス費用が発生する恐れや発電機出力を確保できない状況になり得るという問題があった。

本発明の目的は、空気予熱器のメンテナンス要否の長期的な予測を的確に行うことができる空気予熱器差圧上昇予測装置および空気予熱器管理装置を提供することにある。

本発明の空気予熱器差圧上昇予測装置は、ボイラ通風系統（１１０）で使用されている空気予熱器（１１３）の排ガス入口および排ガス出口の圧力差である差圧の上昇を基準月から予測して該空気予熱器の閉塞状況を監視するための空気予熱器差圧上昇予測装置（１０）であって、前記基準月の翌月後の各予測対象月における前記空気予熱器の詰り進行予測による差圧上昇を該基準月から所定の期間ごとに予測し、該所定の期間ごとに予測した差圧上昇の和に基づいて該予測対象月における第１の差圧上昇を予測するための第１の差圧上昇予測部（１１）と、前記予測対象月における気温変化に伴うガス流量変化による第２の差圧上昇を予測するための第２の差圧上昇予測部（１２）と、前記第１および第２の差圧上昇予測部で予測された前記第１および第２の差圧上昇に基づいて前記予測対象月における前記空気予熱器の差圧（ΔＰ_n）を予測するための差圧予測部（１３）とを具備することを特徴とする。
ここで、ボイラ（１１１）と前記空気予熱器との間に脱硝装置（１１２）が設けられており、前記第１の差圧上昇予測部が、所定の詰り係数（ａ）と前記予測対象月の１ヶ月前における前記脱硝装置の出口での予測リークアンモニア濃度（ｙ_i）との積（ａｙ_i）を前記所定の期間ごとに計算するための詰り進行予測部（１１ａ）と、前記詰り進行予測部によって前記所定の期間ごとに求められた前記積（ａｙ_i）の和を求めて第１の差圧上昇値を計算するための第１の差圧上昇値計算部（１１ｂ）とを備えてもよい。
前記空気予熱器の後段に誘引通風機（１１６）が設けられており、第２の差圧上昇予測部が、前記基準月における前記空気予熱器の入口ガス温度および出口ガス温度の平均値である基準月ガス温度平均値（Ｔ₀）を前記予測対象月における該空気予熱器の入口ガス温度および出口ガス温度の予測平均値である予測対象月ガス温度予測平均値（Ｔ_n）で割ったガス温度比（Ｔ₀／Ｔ_n）を計算するためのガス温度比演算部（１２ａ）と、前記予測対象月における前記誘引通風機の予測ガス流量である予測対象月ＩＤＦガス予測流量（Ｑ_n）を前記基準月における該誘引通風機のガス流量である基準月ＩＤＦガス流量（Ｑ₀）で割った値の２乗である予測対象月ガス流量比（（Ｑ_n／Ｑ₀）²）を計算するためのガス流量比演算部（１２ｂ）と、前記基準月における前記空気予熱器の平均差圧である基準月平均差圧（ΔＰ₀）と前記ガス温度比演算部で求められた前記ガス温度比と前記ガス流量比演算部で求められた前記予測対象月ガス流量比とを乗算して第２の差圧上昇値を計算するための第２の差圧上昇値計算部（１２ｃ）とを備えてもよい。
外部の端末装置（２０）に接続されており、前記詰り係数、前記予測リークアンモニア濃度、前記基準月平均差圧、前記基準月ガス温度平均値、前記予測対象月ガス温度予測平均値、前記基準月ＩＤＦガス流量および前記予測対象月ＩＤＦガス予測流量が、前記端末装置から入力されてもよい。
前記予測対象月が前記基準月から１ヶ月または数ヶ月ごとの月であってもよい。
前記基準月が前記空気予熱器のメンテナンス実行月の翌月であってもよい。
前記差圧予測部で予測された前記差圧と所定の要メンテナンス差圧とを比較して、該比較の結果に基づいて警告を発するための警告手段を更に具備してもよい。

本発明の空気予熱器差圧上昇予測装置は、以下の効果を奏する。
（１）空気予熱器のメンテナンス要否の長期的な予測を的確に行うことができる。
（２）空気予熱器の不要なメンテナンスを行わなくて済むようにできる。
（３）メンテナンス要否を早期に判断できるため、空気予熱器のメンテナンス計画をこれまでよりも早く立てることができる。

本発明の一実施例による空気予熱器差圧上昇予測装置１０について説明するための図であり、 本発明の予測式と従来の予測式との比較について説明するための図であり、（ａ）は本発明の予測式を示す図であり、（ｂ）は従来の予測式を示す図であり、（ｃ）は実測値、本発明の予測値および従来の予測値の一例を示すグラフである。 火力発電プラントのボイラ通風系統１１０について説明するための図である。

上記の目的を、詰り進行予測も考慮して空気予熱器の差圧を予測することによりに実現した。

以下、本発明の空気予熱器差圧上昇予測装置の実施例について、図面を参照して説明する。
本発明の空気予熱器差圧上昇予測装置は、図２（ａ）に示す予測式（１）を用いて空気予熱器１１３（図３参照）の差圧上昇を予測することを特徴とする。

そのため、本発明の一実施例による空気予熱器差圧上昇予測装置１０（以下、「ＡＨ差圧上昇予測装置１０」と称する。）は、図１に示すように、第１および第２の差圧上昇予測部１１，１２と、差圧予測部１３とを具備する。

ここで、第１の差圧上昇予測部１１は、ＡＨ差圧上昇予測装置１０と接続された端末装置２０から入力される詰り係数ａおよび予測対象月の１ヶ月前における予測リークアンモニア濃度ｙ_ｉ（ｉ＝０〜ｎ−１）に基づいて、基準月の翌月から基準月の１２ヶ月後における詰り進行予測による第１の差圧上昇を１ヶ月ごとに予測するためのものであり、詰り進行予測部１１ａと第１の差圧上昇値計算部１１ｂとを備える。

詰り進行予測１１ａは、詰り係数ａと予測対象月の１ヶ月前における予測リークアンモニア濃度ｙ_ｉ（ｉ＝０〜ｎ−１）との積（＝ａｙ_ｉ）を計算するためのものである。
第１の差圧上昇値計算部１１ｂは、図２（ａ）の予測式（１）の第１項に示すように、予測対象月までの詰り進行予測部１１ａで求められた積の和を求めて第１の差圧上昇値を計算するためのものである。

なお、詰り係数ａは、例えば０．０１２［ｋＰａ／ｐｐｍ］というように、所定の値のものである。
また、各予測対象月における予測リークアンモニア濃度ｙ_ｉについては、リークアンモニア濃度は脱硝装置１１２（図３参照）の触媒の劣化に略比例して大きくなることが経験上分かっているため、例えば、過去のデータに基づいて作成した触媒の劣化とリークアンモニア濃度との関係を直線式で表したグラフを参考に予測した値を用いる。

第２の差圧上昇予測部１２は、端末装置２０から入力される基準月平均差圧ΔＰ₀、基準月ガス温度平均値Ｔ₀、予測対象月ガス温度予測平均値Ｔ_n、基準月ＩＤＦガス流量Ｑ₀および予測対象月ＩＤＦガス予測流量Ｑ_nに基づいて従来の予測方法と同様に基準月の翌月から基準月の１２ヶ月後における気温変化に伴うガス流量変化による第２の差圧上昇を予測するためのものであり（図２（ａ），（ｂ）に示した予測式（１），（２）参照）、ガス温度比演算部１２ａとガス流量比演算部１２ｂと第２の差圧上昇値計算部１２ｃとを備える。

ガス温度比演算部１２ａは、基準月ガス温度平均値Ｔ₀を予測対象月ガス温度予測平均値Ｔ_nで割ったガス温度比Ｔ₀／Ｔ_nを計算するためのものである。
ガス流量比演算部１２ｂは、予測対象月ＩＤＦガス予測流量Ｑ_nを基準月ＩＤＦガス流量Ｑ₀で割った値の２乗（＝（Ｑ_n／Ｑ₀）²）（以下、「予測対象月ガス流量比」と称する。）を計算するためのものである。
第２の差圧上昇値計算部１２ｃは、基準月平均差圧ΔＰ₀とガス温度比演算部１２ａで求められたガス温度比Ｔ₀／Ｔ_nとガス流量比演算部１２ｂで求められた予測対象月ガス流量比（＝（Ｑ_n／Ｑ₀）²）とを乗算して第２の差圧上昇値を計算するためのものである。

なお、基準月平均差圧ΔＰ₀、基準月ガス温度平均値Ｔ₀および基準月ＩＤＦガス流量Ｑ₀については、基準月において実測した値を用いる。
また、予測対象月ガス温度予測平均値Ｔ_nおよび予測対象月ＩＤＦガス予測流量Ｑ_nについては、予測対象月における過去の実測データ等に基づいて予測した値を用いる。

差圧予測部１３は、第１および第２の差圧上昇予測部１１，１２で計算された第１および第２の差圧上昇値を加算して予測対象月（基準月の翌月から基準月の１２ヶ月後までの各月）における空気予熱器１１３の差圧ΔＰ_ｎ（ｎ＝１〜１２）を予測するためのものである。
差圧予測部１３は、予測した差圧ΔＰ_ｎを示す予測差圧データを端末装置２０に出力する。

これにより、管理者は、端末装置２０において、図２（ｃ）に示すように、差圧予測部１３から入力される予測差圧データに基づいて縦軸を差圧ΔＰ_ｎとし経過月数を横軸としたグラフを作成するとともに、作成したグラフに「要メンテナンス差圧」を示す破線を加えることにより、空気予熱器１１３のメンテナンス要否を容易に把握できる。
また、本実施例によるＡＨ差圧上昇予測装置１０では、空気予熱器１１３の詰り進行予測を考慮しているため、長期的な予測も正確に行えるので（〇印で示す実測値および□印で示す予測値を参照）、空気予熱器１１３のメンテナンス要否を早期に判断できる。

なお、差圧予測部１３で予測された差圧ΔＰ_ｎと要メンテナンス差圧とを比較して、この比較結果に基づいて警告を発するための警告部を更に具備させて、例えば図２（ｃ）に示すように基準日から１１ヶ月後の差圧ΔＰ_ｎが要メンテナンス差圧以上となると、「１１ヶ月後が空気予熱器のメンテナンス時期です。」という警告を端末装置２０に発するようにしてもよい。

また、空気予熱器１１３の差圧上昇を基準月から１ヶ月単位で予測したが、数ヶ月単位で予測してもよい。
なお、ｍヶ月単位で予測する場合には、詰り係数ａは例えば０．０１２×ｍ［ｋＰａ／ｐｐｍ］とする。

さらに、空気予熱器１１３の差圧上昇を基準月から日ごとに予測して、予測対象月における空気予熱器１１３の差圧上昇を予測してもよい。
この場合には、詰り係数ａは例えば０．０００４［ｋＰａ／ｐｐｍ］とする。

１０ ＡＨ差圧上昇予測装置
１１ 第１の差圧上昇予測部
１１ａ 詰り進行予測部
１１ｂ 第１の差圧上昇値計算部
１２ 第２の差圧上昇予測部
１２ａ ガス温度比演算部
１２ｂ ガス流量比演算部
１２ｃ 第２の差圧上昇値計算部
１３ 差圧予測部
１１０ ボイラ通風系統
１１１ ボイラ
１１２ 脱硝装置
１１３ 空気予熱器
１１４ ＧＧＨ熱回収器
１１５ 電気式集塵装置
１１６ 誘引通風機
１１７ 脱硫装置
１１８ ＧＧＨ再加熱器
１１９ 脱硫通風機
１２０ 煙突
１２１ 押込通風機
ａ 詰り係数
ｙ_ｉ 予測リークアンモニア濃度
ΔＰ_n 差圧
ΔＰ₀ 基準月平均差圧
Ｔ₀ 基準月ガス温度平均値
Ｔ_n 予測対象月ガス温度予測平均値
Ｑ₀ 基準月ＩＤＦガス流量
Ｑ_n 予測対象月ＩＤＦガス予測流量

Claims (8)

1. ボイラ通風系統（１１０）で使用されている空気予熱器（１１３）の排ガス入口および排ガス出口の圧力差である差圧の上昇を基準月から予測して該空気予熱器の閉塞状況を監視するための空気予熱器差圧上昇予測装置（１０）であって、
   前記基準月の翌月後の各予測対象月における前記空気予熱器の詰り進行予測による差圧上昇を該基準月から所定の期間ごとに予測し、該所定の期間ごとに予測した差圧上昇の和に基づいて該予測対象月における第１の差圧上昇を予測するための第１の差圧上昇予測部（１１）と、
   前記予測対象月における気温変化に伴うガス流量変化による第２の差圧上昇を予測するための第２の差圧上昇予測部（１２）と、
   前記第１および第２の差圧上昇予測部で予測された前記第１および第２の差圧上昇に基づいて前記予測対象月における前記空気予熱器の差圧（ΔＰ_n）を予測するための差圧予測部（１３）と、
   を具備することを特徴とする、空気予熱器差圧上昇予測装置。
2. ボイラ（１１１）と前記空気予熱器との間に脱硝装置（１１２）が設けられており、
   前記第１の差圧上昇予測部が、
   所定の詰り係数（ａ）と前記予測対象月の１ヶ月前における前記脱硝装置の出口での予測リークアンモニア濃度（ｙ_i）との積（ａｙ _i ）を前記所定の期間ごとに計算するための詰り進行予測部（１１ａ）と、
   前記詰り進行予測部によって前記所定の期間ごとに求められた前記積（ａｙ _i ）の和を求めて第１の差圧上昇値を計算するための第１の差圧上昇値計算部（１１ｂ）とを備える、
   ことを特徴とする、請求項１記載の空気予熱器差圧上昇予測装置。
3. 前記空気予熱器の後段に誘引通風機（１１６）が設けられており、
   第２の差圧上昇予測部が、
   前記基準月における前記空気予熱器の入口ガス温度および出口ガス温度の平均値である基準月ガス温度平均値（Ｔ₀）を前記予測対象月における該空気予熱器の入口ガス温度および出口ガス温度の予測平均値である予測対象月ガス温度予測平均値（Ｔ_n）で割ったガス温度比（Ｔ₀／Ｔ_n）を計算するためのガス温度比演算部（１２ａ）と、
   前記予測対象月における前記誘引通風機の予測ガス流量である予測対象月ＩＤＦガス予測流量（Ｑ_n）を前記基準月における該誘引通風機のガス流量である基準月ＩＤＦガス流量（Ｑ₀）で割った値の２乗である予測対象月ガス流量比（（Ｑ_n／Ｑ₀）²）を計算するためのガス流量比演算部（１２ｂ）と、
   前記基準月における前記空気予熱器の平均差圧である基準月平均差圧（ΔＰ₀）と前記ガス温度比演算部で求められた前記ガス温度比と前記ガス流量比演算部で求められた前記予測対象月ガス流量比とを乗算して第２の差圧上昇値を計算するための第２の差圧上昇値計算部（１２ｃ）とを備える、
   ことを特徴とする、請求項２記載の空気予熱器差圧上昇予測装置。
4. 外部の端末装置（２０）に接続されており、
   前記詰り係数、前記予測リークアンモニア濃度、前記基準月平均差圧、前記基準月ガス温度平均値、前記予測対象月ガス温度予測平均値、前記基準月ＩＤＦガス流量および前記予測対象月ＩＤＦガス予測流量が、前記端末装置から入力される、
   ことを特徴とする、請求項３記載の空気予熱器差圧上昇予測装置。
5. 前記予測対象月の前記予測リークアンモニア濃度として、前記脱硝装置の触媒の劣化に基づいて予測した値を用いることを特徴とする、請求項２乃至４いずれかに記載の空気予熱器差圧上昇予測装置。
6. 前記予測対象月が前記基準月から１ヶ月または数ヶ月ごとの月であることを特徴とする、請求項１乃至５いずれかに記載の空気予熱器差圧上昇予測装置。
7. 前記基準月が前記空気予熱器のメンテナンス実行月の翌月であることを特徴とする、請求項１乃至６いずれかに記載の空気予熱器差圧上昇予測装置。
8. 前記差圧予測部で予測された前記差圧と所定の要メンテナンス差圧とを比較して、該比較の結果に基づいて警告を発するための警告手段を更に具備することを特徴とする、請求項１乃至７いずれかに記載の空気予熱器差圧上昇予測装置。

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