JPH04306401A - 加圧流動層ボイラの蒸気温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加圧流動層ボイラの蒸
気温度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、熱効率が高く、環境汚染物質を発
生しにくい加圧流動層ボイラの開発が進められている。

【０００３】該加圧流動層ボイラとは要するに、流動層
ボイラを圧力容器内部に収納して加圧条件下で運転する
ようにしたものであり、発生した蒸気を蒸気タービンに
導いて発電することに加えて、発生した排ガスでガスタ
ービンを回し発電を行うかあるいはコンプレッサを駆動
することができるので、高い熱効率が得られると期待さ
れている。

【０００４】又、低い温度で燃焼ししかも排ガスの滞留
時間が長いので、燃料と共に脱硫剤を供給することによ
り、窒素酸化物の発生量が低減されると期待されている
。

【０００５】更に、高い熱効率が得られるので、装置の
小型化が得られると期待されている。

【０００６】以下、現在検討が進められている加圧流動
層ボイラの蒸気温度制御装置の概略を図４・図５を用い
て説明する。

【０００７】図４中１は圧力容器、２は圧力容器１内部
に収納された流動層ボイラ本体、３は流動層ボイラ本体
２内部に挿入された流動層を形成するためのケイ砂など
のベッド材、４は流動層ボイラ本体２の外部に設けられ
たベッド材３を貯溜するためのベッド材貯蔵タンク、５
は流動層ボイラ本体２とベッド材貯蔵タンク４との間に
設けられたベッド材供給路、６は流動層ボイラ本体２と
ベッド材貯蔵タンク４との間に設けられたベッド材排出
路、７はベッド材供給路５に接続されて圧力容器１内部
のエア圧によってベッド材３をベッド材貯蔵タンク４か
ら流動層ボイラ本体２へ供給するためのベッド材供給用
弁、８はベッド材貯蔵タンク４に接続されてベッド材貯
蔵タンク４内部の圧力を大気に開放することによりベッ
ド材３を流動層ボイラ本体２からベッド材貯蔵タンク４
へ排出するためのベッド材排出用弁である。

【０００８】又、９は流動層ボイラ本体２へ脱硫剤を含
んだスラリ状の微粉炭などの燃料１０を供給する燃料供
給路、１１は燃料供給路９の途中に設けられた燃料ポン
プ、１２は燃料ポンプ１１の出側に設けられた燃料弁で
ある。

【０００９】そして、１３は流動層ボイラ本体２で発生
し図示しない脱塵装置で脱塵された排ガス１４を排出す
る排ガス流路、１５は排ガス流路１３の途中に設けられ
たガスタービン、１６はガスタービン１５の出側に設け
られた煙突、１７はガスタービン１５に接続された発電
機であり、又、１８は流動層ボイラ本体２へエア１９を
供給するエア供給路、２０はエア供給路１８の途中に設
けられ且つ前記ガスタービン１５に接続されたコンプレ
ッサである。

【００１０】更に、２１は流動層ボイラ本体２にボイラ
水２２を供給する給水流路、２３は給水流路２１の途中
に設けられた給水ポンプ、２４は給水ポンプ２３の出側
に設けられた給水弁、２５は給水流路２１に接続され流
動層ボイラ本体２を構成する火炉パス、２６は火炉パス
２５の出側に接続された過熱器、２７は給水流路２１の
火炉パス２５入側から分岐され、過熱器２６入側へボイ
ラ水２２をスプレーするためのスプレー流路、２８はス
プレー流路２７の途中に設けられたスプレー流量調整弁
、２９は過熱器２６出側と外部の蒸気タービン３０とを
接続する蒸気流路、３１は蒸気流路２９の途中に設けら
れたタービン加減弁、３２は蒸気タービン３０に接続さ
れた発電機である。

【００１１】そして、３３は流動層ボイラ本体２内部の
燃焼温度３４を検出する燃焼温度センサ、３５は火炉パ
ス出口温度３６を検出する火炉パス出口温度センサ、３
７は蒸気タービン入口温度３８を検出するタービン入口
温度センサである。

【００１２】図５中３９は外部からの出力指令、４０は
出力指令３９を燃量指令４１に変換する関数発生器、又
、４２は燃焼温度センサ３３で検出した実際の燃焼温度
３４と設定器４３に設定した設定燃焼温度４４とを減算
して燃焼温度偏差４５を求める減算器、４６は燃焼温度
偏差４５を燃料制御信号６３とする調節計、６４は前記
燃料指令４１と燃料制御信号６３とを加算して燃料弁１
２へ補正燃料指令６５を送る加算器である。

【００１３】４７は出力指令３９を給水指令４８に変換
する関数発生器、４９は火炉パス出口温度センサ３５で
検出した実際の火炉パス出口温度３６と設定器５０に設
定された火炉パス出口設定温度５１とを減算して火炉パ
ス出口温度偏差５２を求める減算器、５３は火炉パス出
口温度偏差５２を給水制御信号５４とする調節計、５５
は給水指令４８と給水制御信号５４とを加算して給水弁
２４へ送る補正給水指令５６を求める加算器である。

【００１４】５７はタービン入口温度センサ３７で検出
した実際の蒸気タービン入口温度３８と設定器５８に設
定された蒸気タービン入口設定温度５９とを減算して蒸
気タービン入口温度偏差６０を求める減算器、６１は蒸
気タービン入口温度偏差６０をスプレー流量指令６２と
してスプレー流量調整弁２８へ送る調節計である。

【００１５】そして、上記加圧流動層ボイラを運転する
には、先ず、コンプレッサ２０で圧縮したエア１９を圧
力容器１内部へ供給して圧力容器１内部の圧力を高める
と共に、上記エア１９を底部から流動層ボイラ本体２へ
供給して流動層ボイラ本体２内部のベッド材３を流動さ
せる。

【００１６】次に、燃料ポンプ１１を駆動して燃料供給
路９から流動層ボイラ本体２へ脱硫剤を含んだスラリ状
の微粉炭などの燃料１０を供給し、流動層ボイラ本体２
内部へ供給されたエア１９によって燃料１０を燃焼させ
る。

【００１７】流動層ボイラ本体２内部で発生した排ガス
１４は、図示しない脱塵装置で脱塵された後、排ガス流
路１３から排出され、途中、ガスタービン１５に導かれ
てガスタービン１５を回転させ、発電機１７を駆動して
発電を行うと共に、コンプレッサ２０を駆動してエア１
９を圧縮するのに利用される。

【００１８】一方、燃料１０の燃焼により温度の高めら
れた流動層ボイラ本体２内部へは、給水ポンプ２３によ
り給水流路２１からボイラ水２２が供給され、流動層ボ
イラ本体２を構成する火炉パス２５に通されることによ
ってボイラ水２２が加熱蒸発される。

【００１９】蒸発されたボイラ水２２は、図示しない気
水分離器で水を分離され、蒸気のみが過熱器２６へ導か
れて更に過熱され高温蒸気とされる。

【００２０】この際、給水流路２１を流れるボイラ水２
２の一部をスプレー流路２７を介して過熱器２６入口へ
スプレーすることにより、過熱器２６へ導入される蒸気
の温度を調整させる。

【００２１】過熱器２６で過熱された高温蒸気は、蒸気
流路２９を通って蒸気タービン３０へ導かれ、蒸気ター
ビン３０を回転し発電機３２を駆動して発電を行わせる
。

【００２２】尚、ベッド材供給路５に接続されたベッド
材供給用弁７を開くことにより、圧力容器１内部のエア
圧によってベッド材３がベッド材貯蔵タンク４から流動
層ボイラ本体２内部へ供給され、ベッド材貯蔵タンク４
に接続されたベッド材排出用弁８を開いてベッド材貯蔵
タンク４内部の圧力を大気に開放することにより、ベッ
ド材３が流動層ボイラ本体２からベッド材貯蔵タンク４
へ排出されるようになっている。

【００２３】そして、上記加圧流動層ボイラは以下のよ
うにして制御される。

【００２４】即ち、燃料１０の供給量に関しては、外部
からの出力指令３９を関数発生器４０で燃量指令４１に
変換すると共に、燃焼温度センサ３３で検出した実際の
燃焼温度３４と設定器４３に設定した設定燃焼温度４４
とを減算器４２で減算して燃焼温度偏差４５を求め、燃
焼温度偏差４５を調節計４６で燃料制御信号６３とし、
前記燃料指令４１と燃料制御信号６３とを加算器６４で
加算して補正燃料指令６５を求め、該補正燃料指令６５
により流動層ボイラ本体２内部の燃焼温度３４が設定燃
焼温度４４と等しい一定の値となるよう燃料弁１２の開
度が制御される。

【００２５】又、ボイラ水２２の給水量に関しては、出
力指令３９を関数発生器４７で給水指令４８に変換する
と共に、火炉パス出口温度センサ３５で検出した実際の
火炉パス出口温度３６と設定器５０に設定された火炉パ
ス出口設定温度５１とを減算器４９で減算して火炉パス
出口温度偏差５２を求めて、火炉パス出口温度偏差５２
を調節計５３で給水制御信号５４とし、加算器５５で給
水指令４８と給水制御信号５４とを加算して補正給水指
令５６を求め、補正給水指令５６により火炉パス出口温
度３６が火炉パス出口設定温度５１と等しい一定の値と
なるよう給水弁２４の開度が制御される。

【００２６】更に、過熱器２６入口へのスプレー量に関
しては、タービン入口温度センサ３７で検出した実際の
蒸気タービン入口温度３８と設定器５８に設定された蒸
気タービン入口設定温度５９とを減算器５７で減算して
蒸気タービン入口温度偏差６０を求め、蒸気タービン入
口温度偏差６０を調節計６１でスプレー流量指令６２と
し、スプレー流量指令６２に基づいて蒸気タービン入口
温度３８が蒸気タービン入口設定温度５９と等しい一定
の値となるようプレー流量調整弁２８の開度が制御され
る。

【００２７】尚、火炉パス出口温度３６が一定値となる
ように給水量を制御しているのは、スプレーによる蒸気
タービン入口温度３８に対する調整能力が低いため、蒸
気タービン３０よりも前段の火炉パス２５出口における
火炉パス出口温度３６を一定値とすることにより給水量
で蒸気タービン入口温度３８をおおまかに調整させ、ス
プレーを蒸気タービン入口温度３８の微調整用とするた
めである。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記加
圧流動層ボイラの蒸気温度制御装置には、以下のような
問題があった。

【００２９】即ち、出力指令３９が変化した場合、出力
指令３９に応じた発電量を確保するために、発生する蒸
気量ひいては給水量を変化させる必要があるにも拘らず
、給水量を火炉パス出口温度３６を一定とするための制
御に利用していることにより、火炉パス出口温度３６に
対する制御が妨げとなって出力指令３９の変化に給水量
を追随させることができず（図５の制御回路によれば、
出口指令３９が変化した場合、減算器４９や調節計５３
等の系統が火炉パス出口温度３６を一定に保つように機
能して出力指令３９が変化しても給水量を変化させない
ようにしてしまう）、従って、出力指令３９に対する発
電量の追随性が悪くなる。

【００３０】本発明は、上述の実情に鑑み、出力指令３
９に対する発電量の追随性を向上し得るようにした加圧
流動層ボイラの蒸気温度制御装置を提供することを目的
とするものである。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧力容器１に
収納された流動層ボイラ本体２と、流動層ボイラ本体２
へ燃料１０を供給する燃料弁１２と、流動層ボイラ本体
２内部の燃焼温度３４を検出する燃焼温度センサ３３と
、流動層ボイラ本体２の火炉パス２５へボイラ水２２を
供給する給水弁２４と、火炉パス２５出側に接続された
過熱器２６と外部の蒸気タービン３０との間に設けられ
て蒸気タービン入口温度３８を検出するタービン入口温
度センサ３７とを備え、又、外部の出力指令３９から直
接給水弁２４へ送る給水指令４８を求める関数発生器４
７とを備え、更に、出力指令３９から燃量指令４１を求
める関数発生器４０と、タービン入口温度センサ３７で
検出した実際の蒸気タービン入口温度３８と設定器５８
に設定された蒸気タービン入口設定温度５９とを減算し
て蒸気タービン入口温度偏差６０を求める減算器５７と
、蒸気タービン入口温度偏差６０を補正設定燃焼温度６
６とする調節計６７と、設定器４３に設定した設定燃焼
温度４４と補正設定燃焼温度６６とを加算すると共に燃
焼温度センサ３３で検出した実際の燃焼温度３４と減算
して燃焼温度偏差６９を求める加減算器６８と、燃焼温
度偏差６９を燃料制御信号６３とする調節計４６と、前
記燃量指令４１と燃料制御信号６３とを加算して燃料弁
１２へ送る補正燃料指令６５を求める加算器６４とを備
えたことを特徴とする加圧流動層ボイラの蒸気温度制御
装置にかかるものである。

【００３２】

【作用】本発明の作用は以下の通りである。

【００３３】ボイラ水２２の給水量に関しては、外部か
らの出力指令３９を関数発生器４７で給水指令４８に変
換し、該給水指令４８を直接給水弁２４へ送ることによ
り、出力指令３９に応じて給水弁２４の開度を制御する
。

【００３４】これにより、給水指令４８の変化に応じて
給水量ひいては蒸気量を直ちに変化させることができる
ので、出力指令３９に対する発電量の追随性を良好とす
ることができる。

【００３５】そして、蒸気タービン３０入側の蒸気温度
は、流動層ボイラ本体２内部のベッド材３の燃焼温度で
制御する。即ち、出力指令３９を関数発生器４０で燃料
指令４１に変換すると共に、タービン入口温度センサ３
７で検出した実際の蒸気タービン入口温度３８と設定器
５８に設定された蒸気タービン入口設定温度５９とを減
算器５７で減算して蒸気タービン入口温度偏差６０を求
め、蒸気タービン入口温度偏差６０を調節計６７で補正
設定燃焼温度６６とし、加減算器６８で設定器４３に設
定した設定燃焼温度４４と補正設定燃焼温度６６とを加
算すると共に燃焼温度センサ３３で検出した実際の燃焼
温度３４を減算して燃焼温度偏差６９を求め、燃焼温度
偏差６９を調節計４６で燃料制御信号６３とし、前記燃
料指令４１と燃料制御信号６３とを加算器６４で加算し
て補正燃料指令６５を求め、該補正燃料指令６５により
流動層ボイラ本体２内部の燃焼温度３４が補正設定燃焼
温度６６で補正された設定燃焼温度４４と等しい値とな
るよう燃料弁１２の開度が制御される。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。

【００３７】図１〜図３は、本発明の一実施例である。

【００３８】又、図中、加圧流動層ボイラの蒸気温度制
御装置の基本構成や各構成部分の詳細の中には、図４・
図５に示すものと同様のものが含まれているため、同一
の構成部分については同一の符号を付すことにより説明
を省略するものとし、以下、本発明に特有の構成につい
てのみ説明して行く。

【００３９】関数発生器４７で発生された給水指令４８
を直接給水弁２４へ送るようにする。

【００４０】又、蒸気タービン入口温度偏差６０を補正
設定燃焼温度６６とする調節計６７を設け、設定器４３
に設定した設定燃焼温度４４と補正設定燃焼温度６６と
を加算すると共に燃焼温度センサ３３で検出した実際の
燃焼温度３４と減算して燃焼温度偏差６９を求める加減
算器６８を設ける。

【００４１】次に、作動について説明する。

【００４２】加圧流動層ボイラを運転する過程について
は図４と同様なので説明を省略する。

【００４３】本発明では、上記加圧流動層ボイラは以下
のようにして制御される。

【００４４】即ち、ボイラ水２２の給水量に関しては、
外部からの出力指令３９を関数発生器４７で給水指令４
８に変換し、該給水指令４８を直接給水弁２４へ送るこ
とにより、出力指令３９に応じて給水弁２４の開度を制
御する。

【００４５】これにより、給水指令４８の変化に応じて
給水量ひいては蒸気量を直ちに変化させることができる
ので、出力指令３９に対する発電量の追随性を良好とす
ることができる。

【００４６】そして、蒸気タービン３０入側の蒸気温度
は、流動層ボイラ本体２内部の燃焼温度、つまり燃料１
０の供給量で制御する。即ち、出力指令３９を関数発生
器４０で燃料指令４１に変換すると共に、タービン入口
温度センサ３７で検出した実際の蒸気タービン入口温度
３８と設定器５８に設定された蒸気タービン入口設定温
度５９とを減算器５７で減算して蒸気タービン入口温度
偏差６０を求め、蒸気タービン入口温度偏差６０を調節
計６７で補正設定燃焼温度６６とし、加減算器６８で設
定器４３に設定した設定燃焼温度４４と補正設定燃焼温
度６６とを加算すると共に燃焼温度センサ３３で検出し
た実際の燃焼温度３４を減算して燃焼温度偏差６９を求
め、燃焼温度偏差６９を調節計４６で燃料制御信号６３
とし、前記燃料指令４１と燃料制御信号６３とを加算器
６４で加算して補正燃料指令６５を求め、該補正燃料指
令６５により流動層ボイラ本体２内部の燃焼温度３４が
補正設定燃焼温度６６で補正された設定燃焼温度４４と
等しい値となるよう燃料弁１２の開度が制御される。

【００４７】図３は蒸気タービン入口温度と燃焼温度と
の関係を表わすグラフであり、該グラフによれば両者が
比例関係にあることがわかるので、蒸気タービン入口温
度３８を高めたい時には燃料１０の供給量を増やして流
動層ボイラ本体２内部の燃焼温度３４を高くし、反対に
、蒸気タービン入口温度３８を低くしたい時には燃料１
０の供給量を減らして流動層ボイラ本体２内部の燃焼温
度３４を低くすることにより、蒸気タービン入口温度３
８を制御できることが分かる。

【００４８】尚、過熱器２６入口へのスプレー量に関し
ては、図５の場合と同様に制御するが、燃料１０の供給
量によって蒸気タービン入口温度３８を高精度で制御す
ることができるので、スプレー制御を行う必要性が減少
され、よって調節計６１を一般的な比例積分調節計から
比例調節計に代えて、温度偏差が出た時に一定量だけス
プレーする程度の補助的な構成とすることが可能となる
。

【００４９】尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変更を加え得ることは勿論である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加圧流動層ボイラにおいて出力指令に対する発電量の追
随性を高めることができるという優れた効果を奏し得る
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における加圧流動層ボイラの
概略全体図である。

【図２】図１の加圧流動層ボイラの蒸気温度制御装置の
制御回路図である。

【図３】蒸気タービン入口温度と燃焼温度との関係を表
わすグラフである。

【図４】現在検討されている加圧流動層ボイラの概略全
体図である。

【図５】図４の加圧流動層ボイラの蒸気温度制御装置の
制御回路図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　圧力容器 ２　　　　　　　　流動層ボイラ本体 １０　　　　　　燃料 １２　　　　　　燃料弁 ２２　　　　　　ボイラ水 ２４　　　　　　給水弁 ２５　　　　　　火炉パス ２６　　　　　　過熱器 ３０　　　　　　蒸気タービン ３３　　　　　　燃焼温度センサ ３４　　　　　　燃焼温度 ３７　　　　　　タービン入口温度センサ３８　　　　
　　蒸気タービン入口温度３９　　　　　　出力指令 ４０　　　　　　関数発生器 ４１　　　　　　燃料指令 ４３　　　　　　設定器 ４４　　　　　　設定燃焼温度 ４６　　　　　　調節計 ４７　　　　　　関数発生器 ４８　　　　　　給水指令 ５７　　　　　　減算器 ５８　　　　　　設定器 ５９　　　　　　蒸気タービン入口設定温度６０　　　
　　　蒸気タービン入口温度偏差６３　　　　　　燃料
制御信号 ６４　　　　　　加算器 ６５　　　　　　補正燃量指令 ６６　　　　　　補正設定燃焼温度 ６７　　　　　　調節計 ６８　　　　　　加減算器 ６９　　　　　　燃焼温度偏差

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧力容器１に収納された流動層ボイラ
   本体２と、流動層ボイラ本体２へ燃料１０を供給する燃
   料弁１２と、流動層ボイラ本体２内部の燃焼温度３４を
   検出する燃焼温度センサ３３と、流動層ボイラ本体２の
   火炉パス２５へボイラ水２２を供給する給水弁２４と、
   火炉パス２５出側に接続された過熱器２６と外部の蒸気
   タービン３０との間に設けられて蒸気タービン入口温度
   ３８を検出するタービン入口温度センサ３７とを備え、
   又、外部の出力指令３９から直接給水弁２４へ送る給水
   指令４８を求める関数発生器４７とを備え、更に、出力
   指令３９から燃量指令４１を求める関数発生器４０と、
   タービン入口温度センサ３７で検出した実際の蒸気ター
   ビン入口温度３８と設定器５８に設定された蒸気タービ
   ン入口設定温度５９とを減算して蒸気タービン入口温度
   偏差６０を求める減算器５７と、蒸気タービン入口温度
   偏差６０を補正設定燃焼温度６６とする調節計６７と、
   設定器４３に設定した設定燃焼温度４４と補正設定燃焼
   温度６６とを加算すると共に燃焼温度センサ３３で検出
   した実際の燃焼温度３４と減算して燃焼温度偏差６９を
   求める加減算器６８と、燃焼温度偏差６９を燃料制御信
   号６３とする調節計４６と、前記燃量指令４１と燃料制
   御信号６３とを加算して燃料弁１２へ送る補正燃料指令
   ６５を求める加算器６４とを備えたことを特徴とする加
   圧流動層ボイラの蒸気温度制御装置。