JPH0650163B2 - 貫流ボイラの運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は貫流ボイラの運転方法に係り、特に気水分離を
含む再循環回路を有する貫流ボイラの運転方法に関する
ものである。

（従来の技術） 低負荷時にはボイラ圧力を低圧力で運転し、負荷が上昇
するにつれボイラ圧力を上げていき、定格負荷では定格
圧力まで上昇させるボイラの運転法を変圧運転方法とい
うが、これは低負荷時に定格圧力までボイラ圧力を上げ
て運転すると、圧力を上げるための給水ポンプ動力費が
かかることが主な理由としている。

第２図は、変圧運転貫流ボイラの配管系統図を示すもの
である。ボイラの運転に際しては脱気器１２５で脱気さ
れた給水は給水ポンプ１０１を経て高圧給水加熱器１０
２で所定温度に加熱されたのちボイラ内の節炭器１０４
に供給され、ここから水壁１０５、ケージ１０６で加熱
され気水分離器１０７に入り、蒸気は１次過熱器１１
０、２次過熱器１１１、３次過熱器１１２でさらに加熱
されたのち、タービン主塞止弁１１４、タービン加減弁
１１５を経てタービン１１６に供給され、発電機１７を
回転し所定の電力を発生する。タービンで仕事をして低
温、低圧となった蒸気は復水器１１８で冷却され復水と
なる。この復水は給水ポンプ１１９、低圧給水加熱器１
２０を経て脱気器１２５に循環する。

ボイラ負荷が低いときは、ボイラ火炉の熱負荷に対し水
壁を保護するため余分の給水を水壁に送ってやることが
必要で、余分の水は気水分離器１０７で蒸気と分離され
下部のタンクに貯水され、ここに貯められた貯水はボイ
ラ再循環ポンプ（ＢＣＰ）によりボイラ再循環流量調整
弁３６０を経て節炭器、水壁、ケージに送られる。この
ように蒸発未完了のボイラ水（缶水）を系外に出すこと
なく再循環するとともに、蒸気として蒸発した分だけ給
水を給水流量調整弁１０３を経て循環系統内に供給する
ようにしている。

こようなボイラにおいては、高負荷時には節炭器、水
壁、ケージを流れる間に給水はすべて蒸発し、蒸発がち
ょうど完了した時点で気水分離器１０７に入るようにな
っている。この場合火炉熱負荷に対しても、ケージ出口
で蒸発が完了する程度の給水をしておけば、水壁などが
過分に加熱されてオーバーヒートするということはな
い。したがってこの場合はボイラ再循環ポンプ１０８、
ボイラ再循環調整弁３６０は作動することなく、ボイラ
再循環回路は閉止される。したがって、このような場合
は節炭器１０４には給水流量調整弁を経て供給される給
水のみが供給され、この給水は気水分離器に達したとき
はすべて蒸気になっており、この蒸気は過熱器１１０、
１１１、１１２を経てタービンに供給される。これを貫
流運転状態という。

このように、ボイラが貫流運転しているときは、ＢＣＰ
１０８も停止しており、気水分離器１０７のタンクレベ
ルが高くてもボイラ再循環流量調整弁３６０も全閉とし
ている。ボイラ負荷が降下してきて気水分離タンク１０
７に入る缶水が増加しはじめるとＢＣＰ１０８を起動す
ることになる。このときの気水分離器タンクの缶水レベ
ルの安定が維持されなければならないが、ＢＣＰ１０８
を起動すると同時にボイラ再循環流量調整弁３６０が自
動制御に投入されると、３６０弁が急速に開きすぎて気
水分離器タンクレベルが急激に低下して、ＢＣＰ運転可
能水位以下になりＢＣＰを停止する必要が生じる。

これは気水分離器タンクの水位として、ボイラ貫流運転
中の見かけの水位が現れていて、ＢＣＰ側へタンク中の
缶水が流れ始めると急速にレベルが低下するものと考え
られる。見かけの水位が現れるのは、変圧運転ボイラに
おける圧力補正の誤差や、水温補正誤差の積み重ねによ
るものと考えられ、これを皆無とすることは現在のとこ
ろきわめて困難である。このため、次のようにして貫流
運転から循環運転に移行している。

ボイラ負荷が低下して定格値の２０％以下になると、気
水分離器タンクのドレンレベル調整弁３６１の後止弁１
２３を全開させる。ドレンレベルが上昇して弁３６１が
制御運転状態となり開き始めて、かつ、ドレンレベルが
所定値（一つの実施例では9.5ｍ）以上であれば、ＢＣ
Ｐを起動するとともに弁３６０を自動制御の状態に投入
するが、弁３６０の開度上昇には制限を設けておき、時
間をかけて徐々に開度を増加させて完全な自動制御状態
に移行させるようにしている。このときの弁３６０の制
御設定の一例は、気水分離器タンクのドレンレベル4.5
ｍ以下のとき全閉とし、7.4ｍで再循環流量規定値（ボ
イラの定格給水量の２０％）になるように比例積分制御
して開度調整をしている。一方、弁３６１は気水分離器
のドレンレベルが13.5ｍで全開、8.5ｍで全閉となるよ
うに比例制御されているので、弁３６０が徐々に開度を
増していくに従って、弁３６１はすぐに全閉する。

第４図に負荷降下時のデータを示す。気水分離器貯水タ
ンクのドレンレベルは、弁３６０が開き始めるときにＡ
レベルにあり、３６１弁が制御に入るレベルＢ点に比べ
て十分に高いので、弁３６０が自動投入された時点にお
いては、弁３６１にも開信号が出ることがわかる。弁３
６０は自動投入時点から安定制御移行する時点までの間
を徐々に開度増加していくようにしているため、弁３６
０を流れる流量が制限されて、気水分離器タンクのドレ
ンレベルは徐々に降下してくる。一方、弁３６１はその
開度記録に示すように一度開いて、弁３６０が安定制御
に移行すると全閉となる。これは弁３６０弁の開弁に開
度制限を設けていることに起因するが、弁３６０を最初
から制限なしの自動制御に入れると、急速に開弁してこ
のため、分離器のドレンレベルが低下しすぎて、ＢＣＰ
がトリップするレベル以下となる危険があるのでこのよ
うにしているのである。ＢＣＰトリップを防ぐ有効な方
法ではあるが、弁３６１が一度開くという欠点がある。

なお付言すれば、変圧運転ボイラにおいては、低負荷時
にはボイラ圧力を亜臨界圧力として運転するので、気水
分離が確実に行なわれるのに対し、高負荷時には、超臨
界圧力域に移行するため、蒸気と水の比重差も少なくな
り、特に気水分離器タンクのドレンレベルを気水比重差
で計測する場合には、ボイラ圧力による補正を相当精度
高くしても、完全に誤差をなくすことは困難である。し
たがって、高負荷域では気水分離器のドレンレベルを満
水とするように指示して運転制御が行なわれるのが常で
ある。

（従来技術の問題点） 上記方法ではボイラを貫流運転から循環運転に移行する
にあたって、弁３６１が必ず１回開くことが必要であ
り、これは弁３６１の異物（缶水中に含まれているスケ
ールなど）噛込みによる弁座面の損傷とこれによる弁閉
鎖時の流体のリーク発生の原因になること、弁３６１が
開いた場合は熱エネルギーの高い缶水がこの弁を通って
復水器１１８に排出されここで冷却され、缶水のエネル
ギーが復水器用冷却海水に吸収されボイラ系外に排出さ
れることになりボイラ熱損失が発生することになる。し
たがって、貫流運転から循環運転を数多く行なうボイラ
においては問題である。

上記弁３６１の異物噛込みによるリーク発生時には、ボ
イラを停止して弁座、弁体の補修が必要となり、ボイラ
停止による発電ストップの損失は計り知れないものとな
る。なお弁３６１などの弁座のリーク要因の９０％以上
が異物噛込みであり、弁の開閉頻度を減らすことが、リ
ーク事故防止に大いに役立つのである。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点をなくし、弁座へ
の異物噛込みによる損傷を防止することができる貫流ボ
イラの運転方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、貫流運転から循環運転に移行する際に、弁３
６１の開き始める循環タンクのドレンレベルを従来より
も高いほうにシフトするとともに、安定した循環運転に
移行した後は、上記シフトを止めて開度特性をもとに戻
すことにより、ドレンレベルが上昇したときのオーバー
フロー制御が十分できるようにするものである。すなわ
ち、本発明は、起動時あるいは低負荷時には、給水ポン
プからの給水を節炭器、水壁を通して加熱したのち、気
水分離器で蒸気と缶水に分離し、蒸気は過熱器に供給す
るとともに、缶水は上記気水分離器に貯水し、その貯水
レベルに応じて再循環ポンプおよび再循環流量調整弁を
介して上記水壁へ再循環するとともに、貯水レベルが規
定値以上に上昇した際は、気水分離器貯水レベル調整弁
を介して貯水を排出する再循環系統を有する貫流ボイラ
の運転において、貫流運転から循環運転への移行時に、
上記気水分離器貯水レベル調整弁の制御貯水レベルを、
通常の制御開始レベルよりも高いレベルで開き始めるよ
うに設定するとともに、安定な循環運転に移行後は通常
の制御開始レベルに復帰させることを特徴とする。

（実施例） 第１図に本発明を説明するための制御系統図を示す。気
水分離器タンクの貯水レベル（以後貯水レベルと略称す
る）の発信器１の出力信号は、ボイラ圧力発信器２の出
力信号から缶水の比重補正用特性リレー３でつくった係
数を掛算リレー４で掛合わせ、さらに特性リレー５でつ
くった係数に上下限制限リレー６で制限された規定範囲
内の補正信号を加算器７に加算して、ボイラ圧力の変動
による貯水レベルの密度補正を行なう。

補正された貯水レベル信号８を基準に、第１Ａ図に示す
ような弁３６０の開度特性を特性リレー９により設定
（弁３６０の開度に対応する流量目標値の設定ともいえ
る）し、ボイラ再循環水流量発信器１０と再循環水の温
度発信器１１の出力を掛算器１２で掛合わせて比重補正
をした流量信号と、特性リレー９からの目標値との偏差
を減算器１３で求め、比例積分演算リレー１４で比例積
分制御を行なう。制御信号を上下制限リレー１５を経て
手動自動切換器１６を経てボイラ再循環流量調整弁３６
０を制御する。

一方、気水分離器貯水レベル調整弁３６１の制御は、第
１Ａ図に示す弁３６１の特性を与えるため、比例リレー
１７、特性リレー１８、信号等速変化リレー１９を経た
出力信号と、気水分離器貯水レベル信号の特性リレー２
１により設定したものにボイラ圧力信号から特性リレー
２２でつくった係数を掛算リレー２３で掛合わせてつく
った信号とを、高信号選択リレー２０で切換えて折線特
性をつくる。リレー２０からの出力信号は比例リレー２
４、掛算リレー２５、手動自動切換器２６を経て弁３６
１を制御する。

ボイラ負荷が降下して貫流運転から循環運転に移行する
際には、貯水レベルを確認してボイラ再循環ポンプを起
動すると、その起動信号により１００％信号設定器２７
からの信号を切換リレー２８により伝達し、信号等速変
化リレー２９、掛算リレー３０を経て比例リレー３１で
補正して上下制限リレー１５の上限値を制限する形で与
え、弁３６０の開度急変を制限する。下限側は信号設定
器３２で０％を与える。さらに上限信号はできるかぎり
速やかに除外すべきであるから、貯水レベル信号９の変
化率を求めるため微分リレー３３、特性リレー３４で特
性を与え変化率の大きさにより上限信号を補正するため
掛算リレー３０により掛合わせる。

この弁３６０の上限信号は特性リレー３５で弁３６１の
貯水レベルに対する信号補正として、第１Ａ図の弁３６
１の実線で示した特性線を、一点鎖線特性線のごとくシ
フトさせるための係数をつくり、掛算リレー２５に掛合
わせる。この信号補正により、ＢＣＰが起動して弁３６
１は全閉を解除され自動運転となり設定が高いレベルと
なって、弁３６０で若干の制限動作が行なわれても弁３
６１を動作させることなく、貫流運転から循環運転に移
行することができる。

一方、ＢＣＰ入口での缶水のフラッシング（ＢＣＰ入口
で飽和水が吸引されて静圧が低下し、飽和缶水の一部が
沸騰することをいい、ポンプが運転不能におちいる）を
防止するため、給水ポンプ出口の冷たい給水の一部をＢ
ＣＰ入口に注水しているが、このＢＣＰ入口注水流量調
整弁１２１は、ＢＣＰ入口注水流量発信器３６の目標値
をボイラの圧力変化率で求めるため、微分リレー３７、
特性リレー３８でこれをつくり、加算リレー３９で偏差
を求め、比例リレー４０、積分リレー４１で演算する。

この信号に貯水レベル変化率を微分リレー４２、特性リ
レー４３で求めて、加算リレー３９、掛算リレー４４、
４５に掛合わせることで貯水レベル制御に活用する。

掛算リレー４４、４５の出力信号は加算リレー４６で合
成し、手動自動切換器４７を経て調整弁１２１を制御す
る。

弁３６１は高負荷貫流運転中に気水分離器貯水レベル１
が上昇しても全閉を維持する必要があるので、低選択リ
レー５０に信号発信器５３に０％、また５４に１００％
信号をつくっておき、切換リレー５５で０％側を選択し
ておくことで弁３６１を全閉している。負荷が低下して
ＢＣＰが起動したら、ＢＣＰ起動信号によって切換リレ
ー５５を１００％側に切換えることにより、時間リレー
５２を通して１００％信号を低選択リレー５０に送るこ
とで、通常の制御信号すなわち掛算リレー２５からの信
号を選択して制御に移行する。

弁３６０は本来気水分離器貯水レベルを制御すべきであ
るが、ＢＣＰ起動直後の貯水レベルによっては急な動き
を行なうため、上限を制限して徐々に外していくが、こ
の動作を系に安定に保ちながらできるだけ速やかに除外
するために、３３、３４、２７、２８、２９、３０、３
１で示す範囲の回路が有効に作用するのである。

弁３６１はできるだけ作動させないようにすることが、
異物を噛込んだりシート摩耗を生じたりすることをなく
するのに最も有効である。このため、特性リレー３５に
よる弁３６１の作動する貯水レベルをシフトすることが
有効である。

この制御系の動きとあわせて負荷降下中でかつ負荷が規
定値以下になると、ＢＣＰウオーミング水止弁１２２
（第２図参照）を閉じて、貯水レベルの上昇を防止する
回路が作動して貯水レベルを安定させる働きをする。

上記の各回路の作動により、第４図における弁３６１の
開動作は完全に不要となり、弁３６１を全閉に維持した
まま貫流運転から循環運転への移行が可能である。

第４図により、さらに具体的に作動を説明する。すなわ
ち、本発明のウオーミング水止弁１２２（第２図）を負
荷降下中に閉じていることによって、気水分離器貯水レ
ベルの変化は、弁３６０の自動投入時期において、Ａ点
より低いレベルにあることになる。したがって、Ｂ点で
示す弁３６１の制御設定レベルは同じであったとすれ
ば、ごくわずかに越えている程度となることが予想され
る。しかし、弁３６１の開く可能性があれば異物噛込み
の可能性はなくならないので、弁３６１の開き始める値
をＡ点より上のレベルから作動するように、弁３６０の
自動投入から開度制限の作動が終了して安定制御に移行
するまでの期間を逃がしておくことによって、弁３６１
は開かずにボイラは貫流運転から循環運転に移行するこ
とができる。

いずれにしても、貯水タンクレベルを低くおさえること
が必要であるため、弁３６０の開度制限回路の制限の仕
方についても、第４図の弁３６０の開度曲線におけるス
テップ開度Ｃ点の値と、開度の変化率θｄを貯水タンク
レベルおよびレベルの変化率（降下速度）から決めるこ
とによって、貯水レベルを下げすぎることなく、レベル
の上昇幅をできるかぎり少なくするように作用させるの
である。例えば、Ｃ点をもっと高くし制限のθｄをもっ
と大きくとることでＡ点のレベルは低くなるので、弁３
６１の開き始めの開度を上側へ逃す幅を少なくしてもよ
いことになる。よって、第４図の実施データではＡ点の
レベルは約１２ｍであるが、第１Ａ図では約１１ｍから
開き始めるようにしたものである。

しかし、この１１ｍの設定は限定的なものではなく、プ
ラント全体の調整時に最もよい値に設定することでよ
い。万一、貯水レベルが4.5ｍ以下になるようなときに
は、第２図のＢＣＰ入口注水調整弁１２１を開いて水を
補給するような保護動作をさせる。第１図のリレー４
０、４１、掛算器４４、４５および加算器４６で構成さ
れる回路が有効に作用して、ＢＣＰトリップレベルまで
貯水レベルが低下するのを防止する。第２図からわかる
ように、ＢＣＰ入口注水調整弁１２１を開いても、ボイ
ラへの給水であるから、給水流量調整弁１０３を通して
本来ボイラに給水されるものがＢＣＰ１０８で昇圧さ
れ、弁３６０を通して給水されるだけであり全く問題な
い。その上、ＢＣＰのフラッシング防止上の効果は増す
ことになる。

（発明の効果） 本発明によれば、気水分離器貯水レベル調整弁が、貫流
運転から循環運転に移行する際に、異物を噛込んで弁座
を損傷することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明内容を説明するための貫流ボイラの起
動制御系統図、第１Ａ図は、本発明になる気水分離器貯
水レベルに対する再循環流量調整弁および気水分離器貯
水レベル調整弁の設定特性を示す図、第２図は、変圧運
転ベンソンボイラの系統図、第３図は、従来技術になる
気水分離器貯水レベルに対する再循環流量調整弁および
気水分離器貯水レベル調整弁の設定特性図、第４図は、
貫流運転から循環運転に移行する際の運転状況を示す図
である。 １０１……給水ポンプ、１４……節炭器、１０５……水
壁、１０６……ケージ、１０７……気水分離器、１０８
……ボイラ再循環ポンプ、１１０……１次過熱器、１１
１……２次過熱器、１１２……３次過熱器、１２１……
再循環ポンプ入口注水調整弁、１２２……ボイラ再循環
ポンプウオーミング弁、３６０……ボイラ再循環流量調
整弁、３６１……気水分離器貯水レベル調整弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】起動時あるいは低負荷時には、給水ポンプ
   からの給水を節炭器、水壁を通して加熱したのち、気水
   分離器で蒸気と缶水に分離し、蒸気は過熱器に供給する
   とともに、缶水は上記気水分離器に貯水し、その貯水レ
   ベルに応じて再循環ポンプおよび再循環流量調整弁を介
   して上記水壁へ再循環するとともに、貯水レベルが規定
   値以上に上昇した際は、気水分離器貯水レベル調整弁を
   介して貯水を排出する再循環系統を有する貫流ボイラの
   運転において、貫流運転から循環運転への移行時に、上
   記気水分離器貯水レベル調整弁の制御貯水レベルを、通
   常の制御開始レベルよりも高いレベルで開き始めるよう
   に設定するとともに、安定な循環運転に移行後は通常の
   制御開始レベルに復帰させることを特徴とする貫流ボイ
   ラの運転方法。