JPH07122485B2 - 貫流型火力発電ボイラシステムの節炭器スチーミング防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、火力発電ボイラシステムの節炭器スチーミン
グ防止装置に係り、特に変圧運転、毎日起動・停止運
用、高負荷変化率運用等が要求される貫流型の火力発電
ボイラシステムに使用するに好適な節炭器スチーミング
防止装置に関する。

〔従来の技術〕

第２図に従来方式による節炭器スチーミング防止装置を
示す。10は火力発電ボイラシステム、20はボイラ制御装
置の一部を示す。

火力発電ボイラシステム10は、給水ポンプ101、高圧給
水ヒータ102、火炉及び煙風道110、第１節炭器111、第
２節炭器112、火炉水冷壁管113、一次過熱器114、二次
及び三次過熱器115・116、第１再熱器117、第２再熱器1
18、ガスダンパ119・120、検出器121・122、高圧タビン
131、中・低圧タービン132・133、復水器134より構成さ
れる。給水ポンプ101でボイラへ送られた給水は、高圧
給水ヒータ102で予熱され、更に第1,第２の節炭器111・
112で加熱されて火炉水冷壁管113に送られ、火炉水冷壁
管113で蒸発し蒸気となる。蒸気は一次・二次及び三次
過熱器114・115・116で加熱されて過熱蒸気となり、タ
ービン・発電気システムへ送られ、蒸気の持つ熱エネル
ギーが電気エネルギーに変換される。

20はボイラ制御装置の一部である給水制御装置を示す。
従来、節炭器スチーミング防止装置は、ボイラ本体側に
特別な機能を持たず、給水制御装置の一部として組込ま
れていた。給水制御装置20は、給水指令201に対し検出
器121と信号変換器202で検出される給水流量が一致する
様に比較器217、調節計204にて給水ポンプ指令を作成
し、給水ポンプ流量を制御する。給水制御装置には節炭
器スチーミング防止装置が設けられている。節炭器は、
ボイラ煙道に設置され、ボイラ燃焼ガスの熱量を回収し
て給水を加熱することにより、ボイラ熱効率の向上を目
的として設置されているものであるが、給水温度が上昇
した場合に節炭器内で蒸発した蒸気が節炭器出口流体に
含まれる節炭器スチーミング現象が生じる。この現象を
防止するために節炭器スチーミング防止装置が設けられ
ている。節炭器スチーミングは、変圧運転プラントにお
ける高速負荷変化での負荷降下時、送電線系統故障やボ
イラ補機故障での急速負荷絞り込み動作（FCBやランバ
ツク）時に低負荷・低圧力付近で発生し易い。節炭器ス
チーミングが発生すると、火炉水冷壁113の入口流体に
蒸気を含み、火炉水冷壁管113内流体の流動バランスお
よびバーナ部高熱負荷域水壁管メタル温度の安定に異常
を来し、管破裂に至る可能性がある。それゆえ如何なる
運転条件においても節炭器出口流体温度を飽和温度以下
に抑え、節炭器スチーミングを防止する必要がある。

節炭器スチーミングを防止する方法としては、従来、節
炭器伝熱面積を制限し、節炭器での熱吸収を抑えると共
に、第２図に示す節炭器スチーミング防止装置を給水制
御装置の一部に組込む方法が行われている。第２図に示
す節炭器スチーミング防止装置は、検出器122と信号変
換器212で検出される節炭器出口給水温度が検出器121と
信号変換器211で検出される給水圧力に基づいて給水圧
力と（飽和温度−制限値）の関係をデータとして持つ関
数発生器213で演算された節炭器出口給水に対する温度
制限値〔飽和温度−制限値（約10℃）〕に対し、温度制
限値を超えた場合、比較器214と調節計216により給水流
量を増加させる信号（節炭器スチーミング防止信号）を
作成、比較器217に加算し給水流量を増加させ節炭器出
口給水温度を下げ節炭器スチーミングを防止させる。な
お、本装置が動作している期間は、状況悪化を避け、又
給水流量の増加によるボイラ入出力の熱的・物質的不平
衡を防止するためボイラ負荷指令は定値保持とする必要
がある。そこで、検出器218により節炭器スチーミング
防止信号が発生していることを検出し、負荷ホールドの
インターロツク信号を生成する。

なお、変圧運転ボイラの節炭器スチーミングに関する文
献の例として、『火力原子力発電 1982年11月号第314
号 VOL.33 No.11,第1171頁〜、「変圧運動火力の特徴
と運転実績」中野光雄著』がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の節炭器スチーミング防止装置によれば次のよ
うな問題点があつた。すなわち、従来の節炭器スチーミ
ング防止装置は、給水温度上昇時に給水流量を増加させ
て節炭器出口の給水温度を低下させるものであるため蒸
気系に変動をきたし、主蒸気圧力とともに負荷も変動を
受けないように保持する必要がある。また、給水流量の
増加により、給水と燃料の不平衡が生じるので主蒸気温
度、再熱蒸気温度等が変動してしまう。一方、上記した
節炭器スチーミング防止装置は根本的にスチーミングの
発生を防止するものではなく、スチーミングが発生した
後の事後的な処置である。極力スチーミングが発生しな
いような設計を行うとしても、節炭器伝熱面積や給水最
低圧力等に関する制限は避け得ないものであつた。

本発明は、節炭器スチーミングを効果的に防止させるこ
とにより、良好なプラント運用特性、及び節炭器の効果
を最大限に発揮させ得る火力発電ボイラの節炭器スチー
ミング防止装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前記従来方式の欠点が給水流量を増加させて
節炭器出口給水温度を下げることにより節炭器スチーミ
ングを防止する方式であるため、余剰給水が生じる点に
あることに着目したものである。ボイラ本体側に給水系
で節炭器の出口から復水器へ至る水配管路、或いは、ボ
イラ循環系を有する火力発電ボイラにおいては、節炭器
出口からドレンタンクへ排出する水配管路を設け、更に
水配管路の途中に流量調節弁を設置し、節炭器スチーミ
ング防止装置が動作した場合に生じる前記余剰給水を復
水器へ排出する。或いは、ドレンタンクへ排出しボイラ
循環系を経て再循環させるようにしたものである。すな
わち、本発明は、貫流型ボイラの節炭器に供給する給水
流量を前記節炭器の入口側で検出し、検出された給水流
量を与えられる給水指令に一致させるように前記給水流
量の制御を行う給水制御部と、前記節炭器におけるスチ
ーミングの発生を防止する節炭器スチーミング防止制御
部とを備えてなり、前記節炭器スチーミング防止制御部
は、節炭器出口温度の検出値が給水圧力に対応する飽和
温度に基づいて設定された制限値を超えた場合、その偏
差に応じた給水補正量を前記給水指令に加算するもので
ある貫流型火力発電ボイラシステムの節炭器スチーミン
グ防止装置において、前記節炭器の出口から分岐されて
復水器に導かれたバイパス配管路と、このバイパス配管
路中に設けられた流量調節弁とを設け、前記節炭器スチ
ーミング防止制御部は、前記流量調節弁を制御して前記
給水補正量に相当する給水流量を前記復水器側へバイパ
スさせるものであることを特徴とする。

この場合において、貫流型火力発電ボイラシステムがボ
イラ再循環給水系を有するものである場合、前記バイパ
ス配管路をボイラ再循環給水系のドレンタンクを介して
配管することができる。

また、前記バイパス配管路には流量検出器を設け、前記
節炭器スチーミング防止制御部は、前記バイパス配管路
の流量検出値と前記給水流量増加分の偏差を低減するよ
うに前記流量調節弁を修正制御するフィードバック制御
を含んでなるものとすることができる。

〔作用〕

上記本発明の構成によれば、節炭器の出口給水温度が所
定の制限値を越え、これを抑制すべく給水流量を増加し
てスチーミング防止動作を行つたとき、余剰給水分に対
応する弁開度で流量調節弁を開き、バイパス配管路を介
して余剰給水を復水器側へ分岐する。したがつて、余剰
給水を火炉側へ送ることがないので、主蒸気系への影響
を与えることがなく、良好なプラント運用、節炭器の活
用を図ることが可能となる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に本発明の一実施例を示す。第１図において、第
２図の従来方式と同一符号を付したものは、同じ機能を
持つので説明は省略し、本発明である節炭器スチーミン
グ防止装置について以下説明する。

第１図の節炭器スチーミング防止装置と第２図の従来方
式との相違点は、ボイラ本体側において、節炭器バイパ
ス配管103、調節弁104、流量検出器123が設置されてい
ること、制御装置側においては、信号変換器221、比較
器222、調節計223から構成される節炭器バイパス調節弁
制御回路が追加されている点である。以下その動作を説
明する。

負荷降下時、節炭器出口給水温度が上昇し温度制限値
〔飽和温度−制限値〕を超えた場合、従来技術で説明し
たように、節炭器出口給水温度を下げるため節炭器スチ
ーミング防止信号が作成され、給水流量を増加させる。
一方、節炭器スチーミング防止信号に見合う給水流量の
増加分が節炭器バイパス配管103を通して節炭器112の出
口から復水器134へ排出される。即ち、検出器123と信号
変換器221で検出される節炭器バイパス流量が、節炭器
スチーミング防止信号に見合う給水流量の増加分に等し
くなるように、比較器222、調節計223により節炭器バイ
パス調節弁開度指令を作成し、節炭器112の出口から復
水器134へ排出する節炭器バイパス流量を制御する。

第３図は本実施例の効果を説明する波形図であり、変圧
運転プラントでの負荷下降時の特性図を示す。この第３
図からわかるように、負荷下降と共に給水圧力も低下
し、飽和温度もそれに従い低下する。一方、節炭器112
の出口給水温度は節炭器111,112での熱バランス、及び
動特性上の遅れから、すぐには低下せず、却つて上昇す
る場合がある。その場合、第３図に示す様に、低負荷、
低圧力近辺で節炭器出口給水温度が飽和温度となり、節
炭器スチーミングを発生する。しかし、本発明によれ
ば、節炭器出口給水温度が（飽和温度−制限値）を超え
た場合、給水流量を増加して節炭器出口給水温度を低下
させることができ、節炭器スチーミングを防止できる。
更に、第２図に示した従来方式では節炭器スチーミング
防止装置が働いた時点で負荷ホールドとなるが、本発明
では、余剰給水が節炭器バイパス配管路103を通して復
水器134へ排出されるため、主蒸気への影響は無く負荷
ホールドの必要がない。

このように、本実施例によれば負荷ホールドさせること
なく、節炭器スチーミングを防止でき、また燃料と給水
の不平衡も生じない。さらに、節炭器スチーミングを積
極的に防止できるため、ボイラ本体側設計は節炭器スチ
ーミングに対する制限を緩和でき、熱効率上最適な設計
が可能となる。

次に、第４図に本発明の他の実施例を示す。第１図と異
なるのは節炭器バイパス流量の排出先を直接復水器134
とするのではなく、ボイラ循環系のドレンタンク106を
介して排出するようになつている点である。本実施例
は、気水分離器105、ドレンタンク106、ボイラ循環ポン
プ107、循環流量調節弁108、ドレンタンクレベル調節弁
109より構成されるボイラ循環系を有する火力発電ボイ
ラに適用できる。ボイラ循環系は、ボイラ起動時、気水
分離器105で気水分離され残つたドレンをドレンタンク1
06を経てボイラ循環ポンプ107により節炭器入口に循環
させることにより、低負荷時の火炉水冷壁管113の最低
流速を確保し、火炉水冷壁管113を保護する。また、同
時に節炭器111の入口に流入する給水ポンプ流量を減少
させることが可能となり、起動時の熱損失を少くするこ
とが出来る。ボイラ再循環流量は、ボイラ循環ポンプ10
7の保護のためにドレンタンク106内のドレン量に応じて
調節弁108により調節される。ドレンタンクレベル調節
弁109、ドレンタンクレベルが規定値以上となつた時に
ドレンタンク106の下流から復水器134へ逃してオーバー
フローを防ぎ、水の回収を図る。ボイラ循環系は、ボイ
ラ低負荷時で火炉出口蒸気が湿り、ドレンタンク106に
レベルが生じる湿り領域で運転され、通常運転負荷帯で
火炉出口蒸気が乾き蒸気となる乾き領域では通常使用さ
れない。

本実施例の動作は基本的には第１図実施例と同じである
が、運転方法としては以下の二通りが考えられる。

第１にボイラ循環系を起動させ、バイパス配管103より
排出される余剰給水をドレンタンク106、ボイラ循環ポ
ンプ107、循環流量調節弁108を経て第１節炭器111の入
口に循環させる。ボイラ循環系の動作は前に述べた通り
行う。この運転方法の長所は、バイパス配管103より排
出される余剰給水が第１節炭器111の入口に再循環され
るため、熱損失が小さいことである。一方、短所は通常
起動していないボイラ循環系を起動する必要があり、電
力消費が増加する、又余剰給水を再循環することにより
第１節炭器111の入口給水温度が上昇するため、熱容量
の大きい節炭器を有するボイラには不向きとなる。

第２の方法としてボイラ循環ポンプ107を停止し、循環
流量調節弁108を全閉状態とし、ドレンタンクレベル調
節弁109を通してバイパス配管103より排出される余剰給
水をドレンタンク106から復水器134へ排出する。ドレン
タンクレベル調節弁109は、ドレンタンクレベルに応じ
て調節される。この運転方法は基本的には第１図の実施
例と同じであり、その長所は、操作が簡単なこと、又短
所は余剰給水が復水器に排出されるため熱損失が前記
（１）に比較して大きいことである。

上記第1,第２の運転方法はそれぞれ長所短所があり、選
択には経済性・操作性等により決定されなければならな
いが、その選択の一方法を以下に示す。

節炭器の熱回収の大きい、即ち熱容量の大きいボイ
ラでは、熱損失の低下より節炭器スチーミングの防止を
最重点とし、上記（１）運転方法を選択する。

節炭器の熱回収の小さい、即ち熱容量の小さいボイ
ラでは、熱損失の低下を極力抑えるため、上記（２）運
転方法を選択する。

〔発明の効果〕

以上述べたごとく、本発明によれば、節炭器スチーミン
グを防止する際の余剰給水によつて主蒸気系等に悪影響
を及ぼすことがなく、スチーミングの防止とともに良好
なプラントの運用、節炭器の活用を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロツク線図、第２図は
従来方式を示すブロツク線図、第３図は第１図実施例の
効果を示す波形図、第４図は本発明の他の実施例を示す
ブロツク線図である。 10……火力発電ボイラシステム、20……ボイラ制御装
置、103……バイパス配管路、104……流量調節弁、111
……第１節炭器、112……第２節炭器、121……温度検出
器、123……流量検出器、221……信号変換器、222……
比較器、223……調節計。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】貫流型ボイラの節炭器に供給する給水流量
   を前記節炭器の入口側で検出し、検出された給水流量を
   与えられる給水指令に一致させるように前記給水流量の
   制御を行う給水制御部と、前記節炭器におけるスチーミ
   ングの発生を防止する節炭器スチーミング防止制御部と
   を備えてなり、 前記節炭器スチーミング防止制御部は、節炭器出口温度
   の検出値が給水圧力に対応する飽和温度に基づいて設定
   された制限値を超えた場合、その偏差に応じた給水補正
   量を前記給水指令に加算するものである貫流型火力発電
   ボイラシステムの節炭器スチーミング防止装置におい
   て、 前記節炭器の出口から分岐されて復水器に導かれたバイ
   パス配管路と、このバイパス配管路中に設けられた流量
   調節弁とを設け、前記節炭器スチーミング防止制御部
   は、前記流量調節弁を制御して前記給水補正量に相当す
   る給水流量を前記復水器側へバイパスさせるものである
   ことを特徴とする貫流型火力発電ボイラシステムの節炭
   器スチーミング防止装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
   て、前記貫流型火力発電ボイラシステムがボイラ再循環
   給水系を有するものである場合、前記バイパス配管路を
   ボイラ再循環給水系のドレンタンクを介して配管したこ
   とを特徴とする貫流型火力発電ボイラシステムの節炭器
   スチーミング防止装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   装置において、前記バイパス配管路には流量検出器が設
   けられ、前記節炭器スチーミング防止制御部は、前記バ
   イパス配管路の流量検出値と前記給水流量増加分の偏差
   を低減するように前記流量調節弁を修正制御するフィー
   ドバック制御を含んでなるものであることを特徴とする
   貫流型火力発電ボイラシステムの節炭器スチーミング防
   止装置。