JPH09210301A - 流動層ボイラの緊急保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流動層ボイラの部分負荷からの緊急停止時に
おいても過熱器及び再熱器の必要な冷却蒸気量を確保
し、過熱器及び再熱器出口の蒸気温度の過上昇を防止す
る。 【解決手段】 流動層ボイラの緊急停止時に、流動層内
に装着した層内伝熱管よりなる過熱器８及び再熱器１３
の過熱を防止するように、放出弁を備えた流動層ボイラ
の緊急保護装置であって、緊急停止直前のセル運用、層
高、層温度及び蒸気圧力を含む負荷状態を取り込み、緊
急停止後に層内伝熱管である過熱器８及び再熱器１３な
どを経て冷却蒸気を放出し耐圧部を許容メタル温度以下
に保持する大気放出弁（放出弁）２３，２５と、負荷状
態に応じて冷却蒸気量を求め、冷却蒸気量に基づき大気
放出弁（放出弁）２３，２５の開度を設定する制御手段
２６を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動層ボイラの緊
急停止時に過熱器などの過熱防止に係り、特に緊急停止
後の非常に大きい残熱に対し冷却蒸気量を確保するのに
好適な流動層ボイラの緊急保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の流動層ボイラの緊急保護装置にお
いては、流動層ボイラの緊急停止時に、約７００〜９０
０℃の高温度の流動媒体（以下、ＢＭと称す）の残熱を
冷却するため、過熱器（以下、ＳＨと称す）及び再熱器
（以下、ＲＨと称す）などの層内伝熱管に流通する冷却
蒸気を確保するように大気放出弁から放出する構成があ
る。

【０００３】この構成では、緊急停止時に残熱により発
生した蒸気を、ＳＨ及びＲＨを冷却した後に大気に開放
してＳＨ及びＲＨの冷却蒸気を確保している。しかしな
がら流動層ボイラの部分負荷からの緊急停止の場合、セ
ル（流動層内で仕切られ負荷などに応じて運用される部
分）スランプや層高調整などにより、高温度のＢＭは、
層内伝熱管の周囲に停滞している範囲が少なく、また冷
却対象となるＳＨ及びＲＨ、あるいは残熱による蒸気発
生源となる蒸発器及び水冷壁に停滞している範囲も少な
い。この場合に大気放出弁の容量を定格運転時と同様に
設定し運用すると、図１０に示すように、定圧運転ボイ
ラの場合、緊急停止初期は大気放出弁の弁前圧力が定格
運転時と同等であり、ＳＨ及びＲＨに定格運転時と同等
の必要以上の冷却蒸気量が系外に流される。

【０００４】この時、冷却蒸気量は多いものの層内伝熱
管を介して蒸気への管内熱伝達率より、ＢＭから層内伝
熱管への管外熱伝達率の方が比較的低いため、単位面積
・時間当たりの伝熱量は管内の蒸気量に影響されず、Ｓ
Ｈ及びＲＨ出口の蒸気温度は比較的低くなり、必要以上
の冷却蒸気を流していることになる。すなわち蒸気量が
冷却対象に比べ大きいが、冷却蒸気量の増加に対してＢ
Ｍの冷却熱量がほとんど増加せず、ＢＭの温度低下速度
は定格運転時とほぼ同一となっている。一方、蒸気発生
源である蒸発器及び水冷壁からの発生蒸気量は定格運転
からの緊急停止に比べて少ないため、図１１に示すよう
に、定格運転時より減圧速度が上昇して缶水圧力が急低
下し、ＳＨ及びＲＨの大気放出弁から放出される蒸気量
は急速に減少し、ＳＨ及びＲＨの冷却に必要な冷却蒸気
量が確保できなくなり、図１２に示すように、蒸気温度
が上昇してＳＨ及びＲＨの層内伝熱管、連絡管などの耐
圧部を焼損や破断させない許容メタル温度以上になるこ
と、また減圧により給水系に蒸発蒸気が発生し補給水を
送る際にウォーターハンマが発生する可能性を生じ、補
給水の補給不可能に陥ることが配慮されていなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の流動層ボイラの
緊急保護装置にあっては、流動層ボイラの部分負荷など
からの緊急停止時に、セルスランプや層高調整などによ
り、高温度のＢＭが層内伝熱管の周囲に停滞して層内伝
熱管が残熱を受ける範囲が少なくなるという運転条件が
考慮されてなく、発生蒸気量が定格運転時に比べて少な
いため、缶水圧力が急低下し、ＳＨ及びＲＨの大気放出
弁から放出される蒸気量が減少する。特に貫流ボイラの
場合は、保有水量が少ないので缶水圧力の低下幅が大き
くなり、ＳＨ及びＲＨの冷却に必要な冷却蒸気量を確保
できず、ＳＨ及びＲＨ出口の蒸気温度が過上昇してしま
い、耐圧部が許容メタル温度を超える、また減圧により
給水系にフラッシュ蒸気が発生し補給水を送る際にウォ
ーターハンマが発生する可能性を生じ、補給水の補給不
可能に陥るという問題点があった。

【０００６】本発明の目的は、流動層ボイラの部分負荷
からの緊急停止時においてもＳＨ及びＲＨの必要な冷却
蒸気量を確保し、かつＳＨ及びＲＨ出口の蒸気温度の過
上昇を防止することのできる流動層ボイラの緊急保護装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る流動層ボイラの緊急保護装置は、流動
層ボイラの緊急停止時に、緊急停止直前のセル運用、層
高、層温度及び蒸気圧力を含む負荷状態を取り込み、緊
急停止後に層内伝熱管を経て冷却蒸気を放出し耐圧部を
許容メタル温度以下に保護する放出弁と、負荷状態に応
じて冷却蒸気量を調整する制御手段とを備えた構成とす
る。

【０００８】そして流動層ボイラの緊急停止時に、緊急
停止直前の層内伝熱管の出口の蒸気温度を取り込み、緊
急停止後に層内伝熱管を経て冷却蒸気を放出し層内伝熱
管を保護する放出弁と、蒸気温度に応じて長時間保持可
能な冷却蒸気量を求め放出弁の開度を設定する制御手段
とを備えた構成でもよい。

【０００９】また放出弁は、層内伝熱管で形成した過熱
器及び再熱器へ連通するそれぞれの大気放出弁である構
成でもよい。

【００１０】さらに放出弁は、層内伝熱管で形成した過
熱器と再熱器とを連通するタービンバイパス弁及び再熱
器を復水系へ連通するバイパス弁である構成でもよい。

【００１１】そしてそれぞれの大気放出弁又はタービン
バイパス弁及びバイパス弁は複数台設けられ、制御手段
は、冷却蒸気量に応じてそれぞれの弁台数を制御するも
のである構成でもよい。

【００１２】また流動層ボイラにおいては、前記いずれ
か少なくとも一つの流動層ボイラの緊急保護装置を具備
した構成とする。

【００１３】本発明によれば、ＳＨ及びＲＨの冷却蒸気
量を調整することの可能な放出弁を備え、流動層ボイラ
の緊急停止時に、部分負荷を含めたいずれの負荷状態か
らの停止においても、緊急停止直前のセルスランプ又は
層高、層温度、蒸気圧力を取り込み、制御手段により必
要な冷却蒸気量を確保できるような弁開度又は弁台数を
設定し、停止後は蒸気温度・蒸気圧力を取り込みＳＨ及
びＲＨの冷却蒸気量を調整し蒸気温度を制御する。放出
弁としては、ＳＨ出口及びＲＨ出口に設けられた大気放
出弁、又はＳＨ出口をＲＨ入口に連通するタービンバイ
パス弁及びＲＨ出口を復水器（復水系）に連通するバイ
パス弁などが用いられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１を参照し
ながら説明する。図１は大気放出弁を使用した流動層ボ
イラの水蒸気系統を示すもので、太線が緊急停止時の保
護系統を示す。図１に示すように、流動層ボイラの緊急
停止時に、流動層内に装着した層内伝熱管よりなる過熱
器８及び再熱器１３の過熱を防止するように、放出弁を
備えた流動層ボイラの緊急保護装置であって、緊急停止
直前のセル運用、層高、層温度及び蒸気圧力を含む負荷
状態を取り込み、緊急停止後に層内伝熱管である過熱器
８及び再熱器１３などを経て冷却蒸気を放出し耐圧部を
許容メタル温度以下に保持する大気放出弁（放出弁）２
３，２５と、負荷状態に応じて冷却蒸気量を求め、冷却
蒸気量に基づき大気放出弁（放出弁）２３，２５の開度
を設定する制御手段２６を備えた構成とする。又は制御
手段２６は、緊急停止直前の層内伝熱管８，１３の出口
の蒸気温度を取り込み、緊急停止後に蒸気温度に応じて
過上昇を防止するように長時間保持できる最小必要な冷
却蒸気量を求め、かつ大気放出弁２３，２５の開度を設
定するものとする。

【００１５】次に流動層ボイラプラントについて説明す
ると、通常運転時に復水器（復水系）１の復水は、復水
ポンプ２により送給され、図示しない脱気器などを経て
ボイラ給水ポンプ３により給水管４を通りボイラ（流動
層ボイラ）に供給される。そして水冷壁５及び蒸発器６
を通過して加熱された後、蒸発した蒸気が汽水分離器７
から過熱器８に供給され、主蒸気配管９を経て高圧ター
ビン入口弁１０を通過し蒸気タービン１１に供給され
る。再熱蒸気は、高圧タービンを駆動した蒸気が低温再
熱蒸気配管１２を経て再熱器１３で再熱された後、高温
再熱蒸気配管１４を通過し中圧タービン入口弁１５を通
過し蒸気タービンに供給され発電機１６を駆動し発電す
る設備である。

【００１６】緊急停止時の保護系統としては太線で示す
ように、非常用給水ポンプ１７により給水するととも
に、非常用温水タンク１８に貯蔵している温水を温水供
給管１９を経て給水管４に供給する。また水冷壁５及び
蒸発器６は、ボイラ循環ポンプ２０をバイパスさせるボ
イラ循環ポンプバイパス弁２１に接続し自然循環系を形
成する。非常用温水タンク１８は、均圧弁２２により汽
水分離器７の出口に連通しており、緊急停止直後には液
落差で火炉の水冷壁５及び蒸発器６に温水が投入され
る。流動層の残熱により水冷壁５及び蒸発器６で発生し
た蒸気は汽水分離器７を通過し、冷却蒸気としてＳＨ
（過熱器）８を通過しＳＨへ連通する大気放出弁２３か
ら大気に放出され、ＲＨ（再熱器）１３の冷却には、汽
水分離器７出口に設置したＲＨクーリング弁２４で減圧
した冷却蒸気をＲＨ１３に供給し、ＲＨへ連通する大気
放出弁２５から大気に放出される。

【００１７】この場合、制御器２６は、緊急停止直前の
セル運用又は層高、層温度及び蒸気圧力などの定格運転
状態（１００％）に対するボイラ状態量（％）によって
求められる、つまり図２〜図５に示す弁開度（％）を予
め記憶しておき、又は演算することによりこの比率で定
格運転時の大気放出弁などの開度に対して補正を行った
弁開度に設定し、緊急停止後は蒸気温度及び蒸気圧力な
どから冷却蒸気量を調整し蒸気温度が過上昇しないよう
に制御する。また許容メタル温度を超過しない範囲で、
予想減圧速度に対し実圧力変化速度との偏差により冷却
蒸気量を調整することも有効である。

【００１８】本発明の他の実施例としてタービンバイパ
ス使用の場合を図６に示す。制御手段２６は、層内伝熱
管である過熱器８と再熱器１３とを連通するタービンバ
イパス弁（高圧タービンバイパス弁）２７と、再熱器１
３を経て復水器１へ連通し冷却蒸気を放出するバイパス
弁（中低圧タービンバイパス弁）３０の開度を設定する
ものである。ＳＨ出口蒸気は高圧タービンバイパス弁２
７を通過し、高圧タービンバイパス減温スプレイ２８で
高圧タービンバイパス減温スプレイ水調整弁２９により
供給されるスプレイ水で減温減圧を行ったのちＲＨ１３
を冷却し、ＲＨ出口蒸気は中低圧タービンバイパス弁３
０を通過し復水器１に戻す。冷却蒸気量の調整及び蒸気
温度の制御は前記と同様である。

【００１９】次に本実施例の作用を説明する。流動層ボ
イラの部分負荷では、ＳＨ、ＲＨ及び蒸発器の有効伝熱
面積の調整にセル面積又は層高を調整し熱吸収量を調整
する。従って部分負荷からの緊急停止の場合、高温度の
ＢＭに包まれる領域の伝熱面積が定格運転時より小さく
なる。このため、緊急停止後のＢＭの残熱による蒸発量
はほぼこの伝熱面積に比例する。

【００２０】また流動停止した後の固定層のＢＭからＳ
Ｈ及びＲＨの伝熱管への管外熱伝達率の値は小さいた
め、伝熱管から管内の蒸気への管内熱伝達率の影響は少
なく、冷却蒸気量を変化させても熱吸収量（ｋＪ／ｍ²
ｈ℃）は余り変化しない。従ってＳＨ及びＲＨの残熱に
対する熱吸収量は、通過する冷却蒸気量に関わらず、ボ
イラ停止後に停滞する高温度のＢＭに包まれる領域の面
積にほぼ比例するため、この伝熱面積にほぼ比例した冷
却蒸気量を確保することにより、定格運転時からの緊急
停止と同等な蒸気温度特性とすることができる。この冷
却蒸気量を確保するため、停止前のセル運用又は層高か
ら必要な冷却蒸気量を求め、大気放出弁の前流となる部
位の蒸気圧力から図２〜図５に示すような比率で定格運
転時の開度に対して補正を行った弁開度を設定する。

【００２１】図２は停止前の運転セル面積により、また
図３は停止前の運転層高により、冷却対象であるＳＨ及
びＲＨの伝熱面積を代表させ、必要な冷却蒸気量とする
よう弁開度を設定する例である。図４は停止前の運転蒸
気圧力により、弁の特性と合わせ、必要な冷却蒸気量と
するよう弁開度を設定する例である。図５は停止前の層
温度と流体温度（蒸気温度）との温度差により、冷却対
象であるＳＨ及びＲＨでのＢＭの残熱量を代表させ、必
要な冷却蒸気量とするように弁開度を設定する例であ
る。従って蒸発量と放出する冷却蒸気量とのバランスを
保つことができ、図１１に示すような缶水圧力の急低下
を防止し、長期間の冷却蒸気量を確保することができ、
流動層ボイラの安全停止が可能となる。

【００２２】図７〜図９は、本発明による系統設備での
緊急停止後のボイラ特性を示したものである。図７に示
すように冷却蒸気量を必要以上流さず有効に使用し、部
分負荷からの停止時にも減圧速度を大きくしない。また
図８に示すように部分負荷からの停止時には、状態に見
合った必要な冷却蒸気量のみを放出する。また停止後の
蒸気温度、蒸気圧力及び減圧速度により冷却蒸気量を調
整することにより、図９に示すように過熱器、再熱器及
び連絡管などのボイラ各部の耐圧部を焼損・破断させな
い許容メタル温度以下にすることができる。

【００２３】次に本発明の他の実施例を説明する。本発
明による部分負荷からの流動層ボイラ緊急停止手順の他
の実施例は、前記の弁開度の設定に変えて、弁台数を設
定する構成とする。つまり各大気放出弁又はタービンバ
イパス弁及びバイパス弁を、セルスランプ又は層高調整
により高温度のＢＭに触れている伝熱面積に応じて設定
した弁台数を与えて冷却蒸気量を調整し、緊急停止後の
ボイラ保護を行うものとする。

【００２４】本発明によれば、部分負荷からの流動層ボ
イラの緊急停止時の際に、残熱により発生した冷却蒸気
を必要冷却量のみ確保し、缶水圧力を長時間保持するこ
とにより必要冷却蒸気量を長時間保持することができ、
緊急停止後のボイラ保護を図ることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、緊急停止時に、流動層
ボイラの状態に応じて求め残熱により発生した冷却蒸気
量を確保し、缶水圧力を長時間保持することにより必要
な冷却蒸気量を長時間保持することができ、緊急停止後
の流動層ボイラの保護を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】弁開度設定のためのセル運用面積と弁開度との
関係を示すグラフである。

【図３】弁開度設定のための層高と弁開度との関係を示
すグラフである。

【図４】弁開度設定のための弁上流側蒸気圧力と弁開度
との関係を示すグラフである。

【図５】弁開度設定のための層ー流体温度差と弁開度と
の関係を示すグラフである。

【図６】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【図７】本発明の作用を説明するグラフである。

【図８】本発明の作用を説明するグラフである。

【図９】本発明の作用を説明するグラフである。

【図１０】従来の技術の作用を説明するグラフである。

【図１１】従来の技術の作用を説明するグラフである。

【図１２】従来の技術の作用を説明するグラフである。

【符号の説明】

１ 復水器 ２ 復水ポンプ ３ ボイラ給水ポンプ ４ 給水管 ５ 水冷壁 ６ 蒸発器 ７ 汽水分離器 ８ 過熱器 ９ 主蒸気配管 １０ 高圧タービン入口弁 １１ 蒸気タービン １２ 低温再熱蒸気配管 １３ 再熱器 １４ 高温再熱蒸気配管 １５ 中圧タービン入口弁 １６ 発電機 １７ 非常用給水ポンプ １８ 非常用温水タンク １９ 温水供給管 ２０ ボイラ循環ポンプ ２１ ボイラ循環ポンプバイパス弁 ２２ 均圧弁 ２３ 大気放出弁 ２４ ＲＨクーリング弁 ２５ 大気放出弁 ２６ 設定器 ２７ 高圧タービンバイパス弁 ２８ 高圧タービンバイパス減温スプレイ ２９ 高圧タービンバイパス減温スプレイ水調整弁 ３０ 中低圧タービンバイパス弁

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動層ボイラの緊急停止時に、緊急停止
   直前のセル運用、層高、層温度及び蒸気圧力を含む負荷
   状態を取り込み、緊急停止後に層内伝熱管を経て冷却蒸
   気を放出し耐圧部を許容メタル温度以下に保護する放出
   弁と、前記負荷状態に応じて冷却蒸気量を調整する制御
   手段とを備えたことを特徴とする流動層ボイラの緊急保
   護装置。
2. 【請求項２】 流動層ボイラの緊急停止時に、緊急停止
   直前の層内伝熱管の出口の蒸気温度を取り込み、緊急停
   止後に前記層内伝熱管を経て冷却蒸気を放出し該層内伝
   熱管を保護する放出弁と、前記蒸気温度に応じて長時間
   保持可能な冷却蒸気量を求め前記放出弁の開度を設定す
   る制御手段とを備えたことを特徴とする流動層ボイラの
   緊急保護装置。
3. 【請求項３】 放出弁は、層内伝熱管で形成した過熱器
   及び再熱器へ連通するそれぞれの大気放出弁であること
   を特徴とする請求項１又は２記載の流動層ボイラの緊急
   保護装置。
4. 【請求項４】 放出弁は、層内伝熱管で形成した過熱器
   と再熱器とを連通するタービンバイパス弁及び該再熱器
   を復水系へ連通するバイパス弁であることを特徴とする
   請求項１又は２記載の流動層ボイラの緊急保護装置。
5. 【請求項５】 それぞれの大気放出弁又はタービンバイ
   パス弁及びバイパス弁は複数台設けられ、制御手段は、
   冷却蒸気量に応じてそれぞれの弁台数を制御するもので
   あることを特徴とする請求項３又は４記載の流動層ボイ
   ラの緊急保護装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか一項記載の流動
   層ボイラの緊急保護装置を具備したことを特徴とする流
   動層ボイラ。