JPH05332102A - 加圧流動床ボイラ発電プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加圧流動床（ＰＦＢＣ）ボイラ発電プラント
の緊急時に圧力容器と火炉の圧力差を許容範囲内に抑え
てボイラを保護し、且つ、安全に停止させる。 【構成】 圧力容器５と接続し燃焼用空気量調節弁１２
０を備えた燃焼用空気調整系統と、火炉６の燃焼ガスを
バイパスする燃焼ガス量調整弁１３０を備えた燃焼ガス
バイパス調整系統を設置し、緊急時に燃焼用空気を燃焼
用空気調整系統へ流し、同時に火炉の燃焼ガスを燃焼ガ
スバイパス系統へ流す。 【効果】 緊急時に、圧力容器と火炉の圧力差を許容範
囲以内に保つことができると同時にガスタ−ビンの過速
度の発生を最小限に抑えることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加圧流動床（ＰＦＢ
Ｃ）ボイラ発電プラントに関し、特に、プラントに緊急
事態が発生したような場合に圧力容器と火炉の圧力差を
許容範囲内に維持することにより燃焼ガスが逆流するの
を防止し、それにより運転の安全性を一層向上させた加
圧流動床ボイラ発電プラントに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来知られている加圧流動床
（ＰＦＢＣ）ボイラ発電プラントの全体系統構成例を示
しており、図４は、特に、空気・ガス系の系統を拡大し
て示している。図示されるように、空気圧縮機１はガス
タービン２及びガスタービン発電機３に接続され、空気
圧縮機１出口より空気供給配管４が圧力容器４に接続さ
れ、該空気供給配管４には緊急時に燃焼用空気を遮断す
る空気止め弁５０が取り付けられている。圧力容器５内
部には火炉６が設置されて加圧流動床ボイラを構成し、
該加圧流動床ボイラと、燃焼用空気（約３５０℃）を加
圧流動床ボイラへ供給する空気圧縮機１、及び緊急時に
燃焼用空気を遮断する空気止め弁５０とにより、空気系
が構成される。

【０００３】火炉６出口から前記ガスタービン２入口ま
で燃焼ガス供給管７が接続しており、該燃焼ガス供給管
７には、火炉６で発生した燃焼ガス（約８６０℃）を脱
塵する脱塵装置８及び緊急時に燃焼ガスを遮断する燃焼
ガス止め弁６０が設置される。ガスタービン２出口側に
は排ガスの持つ熱を有効に回収する排ガス熱回収装置９
が接続され、その出口側には煙突１０が設置される。こ
れらにより、排ガス熱回収系が構成される。

【０００４】また、負荷遮断のような外乱による緊急発
生時にガスタービン２を保護する目的で、空気止め弁５
０及び燃焼ガス止め弁６０の閉動作に追従して開動作
し、空気圧縮機１からの燃焼用空気をガスタービン２の
入口へバイパスする空気バイパス弁７０が設けられてい
る。これら空気止め弁５０と燃焼ガス止め弁６０と空気
バイパス弁７０の３つの弁を高温システム弁と呼称して
いる。

【０００５】蒸気系は、蒸気タービン２０及びこれと連
結される蒸気タービン発電機２１から構成される。ま
た、蒸気タービン２０出口から復水器２２へ蒸気配管が
接続され、該蒸気配管はさらに、復水器２２から、脱気
器２３、給水ポンプ２４及び排ガス熱回収装置９を通っ
て、火炉６内に位置する蒸気伝熱管２５に接続してい
る。蒸気伝熱管２５の他方端は蒸気配管を介して蒸気タ
ービン２０へ接続する。

【０００６】このような加圧流動床ボイラ発電プラント
は次のような作動をする。空気圧縮機１は大気を圧縮し
空気供給配管４を通して圧縮空気を圧力容器５内に供給
する。圧力容器５に入った空気は、火炉６下部から火炉
６内に供給され火炉内の流動媒体を流動させると同時に
流動媒体内の燃料である石炭を燃焼させる。図示しない
が、加圧流動床ボイラにはさらに石炭、流動媒体等の供
給、排出装置が設けられている。燃焼ガスは、通常火炉
６内の温度がＮＯ_X低減から約８６０℃に保つと共に、
火炉６から燃焼ガス供給管７を通り脱塵装置８に至り、
燃焼ガスと同時に火炉６から流出した固形粒子を分離す
る。このような脱塵装置８を通ることにより、燃焼ガス
はガスタービン２へ供給可能な性状となる。

【０００７】この燃焼ガスはガスタービン２に供給され
動力を発生し、ガスタービン２は空気圧縮機１及びガス
タービン発電機３を駆動し、ガスタービン発電機３で電
力を発生する。ガスタービン２から排出された燃焼排ガ
スは排ガス熱回収装置９に供給され蒸気タービン系の給
水を加熱した後、煙突１０から外部に排出される。排ガ
ス熱回収装置９で加熱された給水は流動床ボイラに供給
され、火炉６内の流動媒体によって加熱され蒸気となっ
て蒸気タービン２０に供給され動力を発生し蒸気タービ
ン発電機２１を駆動し電力を発生させる。蒸気タービン
２０を出た蒸気は復水器２２で復水され脱気器２３で抽
気蒸気によって脱気されさらに給水ポンプ２４にて昇圧
された後、排ガス熱回収装置９に供給される。

【０００８】加圧流動床ボイラ発電プラントでは、火炉
６の構造保護と火炉６から前記空気系への燃焼ガスの逆
流を防止するために、圧力容器５内の空気圧力を火炉６
内の燃焼ガス圧力よりも高く設定すると共に、その圧力
差を、通常運転時、停止時、緊急発生時の緊急停止とそ
の後の復旧立上げ時等、プラントの種々の運転過程を通
じて一定の許容範囲内に抑えることが推奨される。通
常、負荷遮断、所内全停等の緊急事態発生時において
は、ガスタービン２を保護する目的で、空気止め弁５０
及び燃焼ガス止め弁６０の双方を遮断すると同時に空気
バイパス弁７０開くことによりボイラへの燃料供給を停
止し、ボイラを緊急停止運転にすると共に、蒸気タービ
ン２０の停止、ガスタービン２の停止の動作が取られ
る。

【０００９】この動作により、ガスタービン保護の目的
はある程度達成されるものの、圧力容器５内の空気圧力
と火炉６内の燃焼ガス圧力との圧力差を、一定の許容範
囲内に抑えることは困難であった。緊急発生時に燃焼ガ
ス止め弁６０を遮断したとしても、遮断弁の構造上火炉
６からの燃焼ガスを完全に遮断することは不可能であ
り、このリークガスがガスタービン２へ流入することか
ら、このリーク過程がガス減圧効果をもたらし、結果的
に圧力容器５と火炉６との圧力差を許容範囲内に維持す
ることができるとも考えられるが、燃焼用空気のボイラ
への遮断により、火炉６内が不完全燃焼を起こし、一酸
化炭素（ＣＯ）を発生する危慎が残されており、リーク
ガス中にＣＯが含まれている可能性が高い。その場合、
空気バイパス弁７０からの燃焼用空気とこのリークガス
が混合燃焼して、ガスタービン２の過速度を引き起こす
誘因となる恐れがあることから、例え差圧を許容範囲に
保つことができるとしても、このようなリークガスのみ
でその目的達成を期待することは好ましいことできな
く、むしろこのリーク燃焼ガスは少量であるほど好まし
いと言える。

【００１０】また、緊急時、特に火炉内で蒸気発生用チ
ューブが破壊した場合に、火炉内が異常高圧となり圧力
容器内の空気圧力を火炉内の燃焼ガス圧力との圧力差が
許容範囲を越えるのを回避するための手段として、特開
平１−２６９８１７号公報には、破裂ディスク及び吹き
出し弁を介して火炉内部と外気とを連通し、差圧が許容
値をはずれたとき破裂ディスクが破壊しそれにより吹き
出し弁が開放して、火炉内を減圧し、圧力容器と火炉と
の圧力差を規定値差圧とする圧力逃がし装置が開示され
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
加圧流動床ボイラ発電プラントに用いられているいわゆ
る高温システム弁は、ガスタービンの保護の観点では良
好に機能するものであるが、緊急時に差圧を許容範囲内
に保つことは困難であり、火炉の保護及び火炉から空気
系への燃焼ガスの逆流を防止する点において十分なもの
ではない。また、特開平１−２６９８１７号公報に開示
された技術は火炉の保護の観点からは好ましいものであ
るが、このものも緊急時における圧力容器内の空気圧力
と火炉内の燃焼ガス圧力との圧力差を許容範囲に維持す
ることは困難であるといえる。

【００１２】本発明の目的は、従来の加圧流動床ボイラ
発電プラントの持つ上記のような不都合を解決すること
にあり、より具体的には、負荷遮断時あるいは火炉内の
異常高圧発生時等あらゆる形態の緊急事態時において
も、圧力容器内の空気圧力と火炉内の燃焼ガス圧力との
圧力差を許容範囲に維持することができ、それにより、
ガスタービンや火炉を保護することができると共に火炉
内を炉停止まで完全燃焼させることのできる加圧流動床
ボイラ発電プラントを得ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決しかつ目
的を達成するために、本発明は基本的に、圧力容器とそ
の内部に収納された火炉とを有する加圧流動床ボイラ、
該加圧流動床ボイラへ空気を供給する圧縮機、該加圧流
動床ボイラからの燃焼ガスの供給を受けて該圧縮機を駆
動するガスタービン、及び該加圧流動床ボイラの発生熱
源により駆動される発電機等を備えた加圧流動床ボイラ
発電プラントであって、さらに、圧力容器内の燃焼用空
気圧力と火炉内の燃焼ガス圧力との差圧を検出する差圧
検出手段と、圧力容器内の燃焼用空気を大気へ放出する
ための手段であって該差圧検出手段からの信号によりそ
の流量を制御しうる燃焼用空気調整手段と、該加圧流動
床ボイラからガスタービンまでの燃焼ガス管路系に位置
する流量調整手段を持つ燃焼ガスバイパス管路とを備え
たことを特長とする加圧流動床ボイラ発電プラントを開
示する。

【００１４】該加圧流動床ボイラからガスタービンまで
の燃焼ガス管路系に脱塵装置と燃焼ガス止め弁とを設
け、該脱塵装置と燃焼ガス止め弁との間から前記燃焼ガ
スバイパス管路を分岐させること、該燃焼用空気調整手
段の排出側と該燃焼ガスバイパス管路とを接続する管路
手段をさらに設けること等は特に好ましい態様である。

【００１５】

【作用】本発明によれば、緊急発生時の加圧流動床ボイ
ラの緊急対応過程で、空気止め弁５０及び燃焼ガス止め
弁６０を閉動作し、空気バイパス弁７０を開放する従来
の動作に加え、圧力容器内の燃焼用空気圧力と火炉内の
燃焼ガス圧力との差圧を差圧検出手段により検出し、そ
の検出値に基づいて、圧力容器内の燃焼用空気の大気へ
の放出流量を制御すると同時に、火炉からガスタービン
までの燃焼ガス管路系に設けた燃焼ガスバイパス管路か
ら火炉内の燃焼ガスを必要に応じて制御しつつ排出す
る。

【００１６】それにより、従来のガスタービンの保護機
能に加え、圧力容器５内の燃焼用空気の外気への放出流
量と共に火炉６の燃焼ガス圧力を減少率を同時に制御す
ることが可能となり、どのような緊急時であっても圧力
容器５と火炉６との圧力差を許容範囲内に調整維持で
き、燃焼ガスの空気系への逆流を防止できかつ火炉内で
の不完全燃焼も防止できる。

【００１７】さらに、燃焼ガス減圧系統をガスタービン
２をバイパスする系統としたことにより、火炉６内で、
万一、ＣＯを含んだ燃焼ガスが発生した場合でも、これ
が原因でガスタービン２の過速度を誘因することも防止
できる。

【００１８】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明をより詳細に説
明する。図１は本発明の一実施例である加圧流動床ボイ
ラ発電プラントの全体系統構成例を示している。この実
施例において、図３及び図４に基づいて説明した従来の
加圧流動床ボイラ発電プラントの構成に加えて、さら
に、圧力容器５と火炉６との圧力差を検知する差圧検出
部１１０と、その検出結果に沿って圧力容器５の燃焼用
空気を減圧調整する燃焼用空気量調整弁１２０とからな
る燃焼用空気減圧系の構成と、火炉６の燃焼ガスを減圧
調整する燃焼ガス量調整弁１３０と、燃焼ガスを冷却す
るク−ラ１４０とを有し、ガス系の脱塵装置８と燃焼ガ
ス止め弁６０との間を分岐点とし、ガスタービン２をバ
イパスして、排ガス熱回収系の排ガス熱交換装置９の前
方または後方に連結する燃焼ガスバイパス減圧系の構
成、とが設けられている点において、従来の加圧流動床
ボイラ発電プラントとの構成と異なっている。従って、
以下において、本発明において新たに加えられた構成に
よりもたらされる利点を中心に説明し、従来の加圧流動
床ボイラ発電プラントの構成によりもたらされる作用、
効果についての説明は、省略する。

【００１９】この実施例においては、何らかの緊急事態
が生じた場合に、従来のプラントにおけると同様にまず
空気止め弁５０及び燃焼ガス止め弁６０を遮断し、同時
に空気バイパス弁７０を開放する。火炉６の運転停止の
過程で、火炉内の燃焼ガスの減圧操作として、燃焼ガス
バイパス減圧系を操作することによって、すなわち燃焼
ガス量調整弁１３０を調整することによって、火炉６内
の燃焼ガスの減圧を行なう。それと同時に、差圧検出器
１１０により圧力容器５内の燃焼用空気圧力と火炉６内
の燃焼ガス圧力との差圧を検出する。その差圧検出過程
で、必要に応じ圧力容器５の燃焼用空気の減圧すなわち
大気への放出を行なうことにより、圧力容器５と火炉６
との差圧を許容範囲内に調整維持することが可能とな
る。

【００２０】本発明において、燃焼ガスバイパス減圧系
のガス系からの分岐点を脱塵装置８と燃焼ガス止め弁６
０との間に形成している。それにより、前記したように
ガスタービン２の過速度発生を回避できることに加え、
煤塵等の対環境対応性を向上する。また、この実施例に
おいては、バイパス減圧系にクーラ１４０を設置してい
る。これにより、約８６０℃と高温の燃焼ガスを排ガス
熱回収系を通して大気に放出する場合に冷却することが
より安全であるとの考え方による。なお、このクーラ１
４０は必ずしも必須の構成でないことも容易に理解され
よう。

【００２１】更に、本バイパス減圧系を排ガス熱回収系
の排ガス熱交換装置９の前方と後方とに選択的に接続し
うるように構成しているが、特に、前方とする場合に
は、ボイラ緊急停止後の復旧立ち上げに時に、排ガス熱
交換装置９およびボイラ給水暖気に有効に機能する。図
２は本発明の他実施例を示す。その構成は、前記図１で
説明した燃焼用空気減圧系を、燃焼ガスバイパス減圧系
に配管２００により接続し、排ガス熱回収系へ連続した
点において図１のものと相違する。こり実施例において
は、その構成の違いにより、約３５０℃と高温である燃
焼用空気を、直接大気へ放出することを避けることがで
きる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、ど
のような異常事態が発生した場合であっても、圧力容器
と火炉との圧力差を許容範囲内に調整維持できると共
に、ガスタービンの過速度の発生を最小化することが可
能となる。さらに、本発明の好ましい態様においては、
上記の効果に加え、円滑なボイラの復旧立ち上げ運転へ
の寄与と共に周囲環境への適合性を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による加圧流動床ボイラ発電プラント
の一実施例の全体系統構成図。

【図２】 本発明による加圧流動床ボイラ発電プラント
の他の実施例の全体系統構成図。

【図３】 従来加圧流動床ボイラ複合発電プラントの全
体系統構図。

【図４】 従来加圧流動床ボイラ複合発電プラントの空
気・ガス系の構成を示す図。

【符号の説明】

１・・・空気圧縮機 ２・・・ガスタ−ビン ３・・・ガスタ−ビン発電機 ５・・・圧力容器 ６・・・火炉 ８・・・脱塵装置 ９・・・排ガス熱回収装置 ２０・・・蒸気タ−ビン ５０・・・空気止め弁 ６０・・・燃焼ガス止め弁 ７０・・・空気バイパス弁 １１０・・・差圧検出部 １２０・・燃焼用空気量調整弁 １３０・・燃焼ガス量調整弁 １４０・・ク−ラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴村 武 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 佐々木 俊彦 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 麻尾 孝志 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力容器とその内部に収納された火炉と
   を有する加圧流動床ボイラ、該加圧流動床ボイラへ空気
   を供給する圧縮機、該加圧流動床ボイラからの燃焼ガス
   の供給を受けて該圧縮機を駆動するガスタービン、及び
   該加圧流動床ボイラの発生熱源により駆動される発電機
   等を備えた加圧流動床ボイラ発電プラントであって、さ
   らに、圧力容器内の燃焼用空気圧力と火炉内の燃焼ガス
   圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、圧力容器内の
   燃焼用空気を大気へ放出するための手段であって該差圧
   検出手段からの信号によりその流量を制御しうる燃焼用
   空気調整手段と、該加圧流動床ボイラからガスタービン
   までの燃焼ガス管路系に位置する流量調整手段を持つ燃
   焼ガスバイパス管路とを備えたことを特長とする加圧流
   動床ボイラ発電プラント。
2. 【請求項２】 該加圧流動床ボイラからガスタービンま
   での燃焼ガス管路系には脱塵装置と燃焼ガス止め弁とが
   設けられており、該脱塵装置と燃焼ガス止め弁との間か
   ら前記燃焼ガスバイパス管路が分岐していることを特長
   とする請求項１記載の加圧流動床ボイラ発電プラント。
3. 【請求項３】 該燃焼用空気調整手段の排出側と該燃焼
   ガスバイパス管路とを接続する管路手段をさらに有する
   ことを特長とする請求項１又は２記載の加圧流動床ボイ
   ラ発電プラント。