JPH11510241A - 貫流ボイラの始動方法とその始動システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 化石燃料（Ｂ）用の多数のバーナ（５）を有する燃焼室（６）を備え、この燃焼室（６）の気密囲壁（１２）が少なくともほぼ垂直に配置されている蒸発器管（４）によって形成され、この蒸発器管（４）の給水側が下から上に向けて貫流されるようにした貫流ボイラの始動方法において、始動損失を回避するために、蒸発器管（４）内の水位（Ｈ）および燃料流量と給水流量との比率が、給水（Ｓ）が蒸発器管（４）を貫流する際に完全に蒸発するように調整される。そのために蒸発器管（４）内の水位（Ｈ）を調整するためおよび燃料流量と給水流量との比率を調整するための調整装置（６６）を備えた始動システム（８４）が使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 貫流ボイラの始動方法とその始動システム 本発明は、化石燃料用の多数のバーナを有する燃焼室を備え、この燃焼室の気 密囲壁が少なくともほぼ垂直に配置されている蒸発器管によって形成され、この 蒸発器管の給水側が下から上に向けて貫流されるようにした貫流ボイラの始動方 法に関する。本発明は更にこの方法を実施するための始動システムに関する。 貫流ボイラにおいては、燃焼室の気密囲壁を形成する垂直に配置された蒸発器 の管が加熱されることによって、この蒸発器管内の流れ媒体はその中を一回貫流 する際に完全に蒸発する。始動運転中において通常は蒸発器の貫流に、およびし ばしば貫流ボイラ内に配置された煙道ガス・加熱式予熱器あるいはエコノマイザ にも、循環流が重畳される。これによって管内における流速を適当に高めて管が 確実に冷却されるようにしている。その燃焼室の囲壁において垂直に配置された 管の場合、貫流と重畳された循環流との合計最低流量の値は全負荷流量の２５％ 〜５０％である。これは、高い出口蒸気温度による効率的に良好な貫流運転が達 成される前に、始動運転の際にボイラ負荷をまず少なくとも２５％〜５０％に高 めなければならないことを意味する。 ヨーロッパ特許第００５４６０１Ｂ１号明細書で知られているように、始動の ためおよび全負荷の５０％の所定の限界負荷にある負荷範囲において通常、給水 ポンプで搬送すべき流れ媒体の量は特に一定に保たれている。その際給水ポンプ の搬送流は蒸発器貫流量と同じである。このような運転様式では、貫流ボイラの 第１のバーナの点火時点で始まり高い蒸気温度による貫流運転の達成時点で終わ る始動時間は非常に長くなる。これは、始動損失の大きさが主に始動時間によっ て影響されるので、始動損失を比較的大きくしてしまう。 大きな始動損失は水が過剰に存在することによっても生ずる。これは一方では 導入される熱に比べて高い水質量流量によって、他方ではいわゆる水の突発によ って生ずる。この水の突発は蒸発が蒸発器の中央で始まり、下流側に存在する水 量（水プラグ）を押し出すときに生ずる。従って貫流ボイラに分離装置が通常設 けられ、この分離装置から過剰の水が取り出され、循環ポンプによって再び蒸発 器に導かれるか排出される。従ってこの分離装置においては始動運転中に蒸発の 完了が定められる。この種の分離装置並びにその際に補助的に必要な分離容器、 弁および循環ポンプを備えた始動システムは高い技術的経費において高い設備投 資を必要とするか、この設備投資は高い蒸気圧および最高蒸気圧を実現すること が望まれる場合にますます増大する。 本発明の課題は、始動損失が特に過剰水の排出によって十分に避けられるよう な貫流ボイラの始動方法を提供することにある。本発明はまたこの方法を簡単な 手段で実施できる始動システムを提供することにある。 方法に関する課題は本発明に基づいて、蒸発器管内の水位および燃料流量と給 水流量との比率が、給水が蒸発器管を貫流する際に完全に蒸発するように調整さ れることによって解決される。 本発明は、始動運転前に即ち最初のバーナの燃焼前に蒸発器内の水位が規定の 高さにされることから出発している。その場合、蒸発器管内の水位は一方では、 蒸発器管の十分な冷却を保証するのに十分な高さでなければならない。他方では 蒸発器管内の水位は、始動過程中に蒸発開始点の下流側に水プラグが生ずること を阻止するために、高過ぎてはならない。始動過程中に即ち（最初の）あるいは 各バーナの燃焼時点において、分離装置なしでも蒸発器内における水が蒸気側に 後置接続された過熱器加熱面に到達しないようにする目的で、単位時間当たりに 導入すべき給水量を、単位時間当たりにバーナに導入される燃料量に関係して調 整しようとしている。 水のレベル即ち蒸発器管内の水位は蒸発器について生ずる差圧から導き出せる 。従って本発明の有利な実施態様において、蒸発器管内の水位を求めるため並び に調整するために、特に蒸発器出口と蒸発器入口との間の差圧が求められる。 化石燃料用の多数のバーナを有する燃焼室を備え、この燃焼室の気密囲壁が少 なくともほぼ垂直に延びる蒸発器管を有し、この蒸発器管の給水側が下から上に 向けて貫流されるようにした貫流ボイラの始動システムにおいて、上述の課題は 本発明に基づいて、蒸発器管内の水位を調整するためおよび燃料流量と給水流量 との比率を調整するための調整装置が設けられていることによって解決される。 調整量あるいは調節量は好適には蒸発器貫流量であり、即ち蒸発器の媒体側に 単位時間当たりに導入される給水の量である。従って調整装置は好適には、蒸発 器に通じている給水配管に接続されている調整素子と流量測定センサとに接続さ れている。更に調整装置はバーナに通じている燃料配管に接続されている調整素 子と流量測定センサとに接続されている。更にまた調整装置は、蒸発器に入口側 が接続されている排水配管に接続されている調整素子に接続されている。更に調 整装置は蒸発器内の水位を求めるための手段に接続されている。蒸発器内の水位 を求めるため並びに調整するために好適には、蒸発器に沿って配置されている少 なくとも二つの圧力センサが設けられている。 更に本発明の有利な実施態様においては、蒸発器出口と蒸発器入口との間の連 結配管が設けられ、この連結配管に蒸発器出口への逆流を防止するための弁例え ば逆止弁が挿入接続されている。蒸発器出口に存在することのある水は、既存の 圧力状態により許されるときには、連結配管を介して蒸発器入口に導かれる。そ うでない場合、この水は連結配管に接続されている排水配管を介して排出される 。 本発明によって得られる利点は特に、既に始動運転中に燃料流量と給水流量と の比率を調整するだけで、一定義の蒸発完了点がもはや存在しないので、生蒸気 温度を必要な値に調整できるか調節できることにある。分離装置付きの始動シス テムにおいては、蒸発完了点が守られているので、生蒸気温度は蒸発器の加熱面 と過熱器の加熱面の比率に応じて必然的に決定され、始動運転中に生蒸気温度を 必要な値に調整することはできない。 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図には垂直煙道と始動 システムの調整装置とを備えた貫流ボイラが概略的に示されている。 図１におけるボイラ１の横断面矩形の垂直煙道は囲壁２によって形成され、こ の囲壁２は煙道の下端で漏斗状の底部３に移行している。囲壁２の蒸発器管４は その長手側が互いに気密に結合され例えば溶接されている。底部３は詳細に示し ていない灰の取出し口３ａを有している。囲壁２の下部範囲は貫流ボイラ１の多 数のバーナ５を備えた燃焼室６を形成している。 囲壁２の媒体側、即ち給水あるいは水／水・蒸気混合物で下から上に向けて平 行に、あるいは蒸発器管群の場合には連続して貫流される蒸発器管４は、その入 口端が入口管寄せ８に、その出口端が出口管寄せ１０にそれぞれ接続されている 。入口管寄せ８および出口管寄せ１０は煙道の外側にあり、例えばそれぞれ環状 管で形成されている。 入口管寄せ８は配管１２および管寄せ１４を介して高圧予熱器あるいはエコノ マイザ１５の出口に接続されている。エコノマイザ１５の加熱面は囲壁２の燃焼 室６の上側に位置する空間内に配置されている。エコノマイザ１５は入口側が蒸 気Ｄで加熱される熱交換器２０に管寄せ１６および給水配管１８を介して接続さ れている。この熱交換器は給水ポンプ２２の吐出側に接続されている。給水ポン プ２２の吸込側は図示していない様式で復水器を介して蒸気タービンに接続され 、従ってその水・蒸気循回路に接続されている。 出口管寄せ１０は連結配管２４および分岐配管２６を介して高圧過熱器２８の 入口管寄せ２７に接続されている。この高圧過熱器は囲壁２の内部でエコノマイ ザ１５と燃焼室６との間に配置されている。高圧過熱器２８は運転中において出 口側が管寄せ３０を介して蒸気タービンの高圧部に接続されている。高圧過熱器 ２８とエコノマイザ１５との間で囲壁２の内部に再熱器３２が設けられている。 この再熱器３２は管寄せ３４、３６を介して蒸気タービンの高圧部と中圧部との 間に接続されている。エコノマイザ１５、高圧過熱器２８および再熱器３２は貫 流ボイラ１のいわゆる対流通路における対流加熱面あるいは隔壁加熱面として位 置している。 ボイラ１の対流通路の囲壁２の出口管寄せ１０から高圧過熱器２８の低い位置 にある入口管寄せ２７に導かれている連結配管２４は、入口管寄せ８即ち蒸発器 の入口の高さまで垂直に継続して導かれている。連結配管２４に逆止弁４０が接 続されている。逆止弁４０の両側で連結配管２４に排水配管４２、４４が接続さ れ、これらの排水配管にそれぞれ排水弁４６、４８が接続されている。 給水配管１８に給水Ｓの流れ方向において熱交換器２０の下流に第１の弁５０ および第１の流量測定センサ５２が接続されている。この流量測定センサ５２は 給水配管１８を介して単位時間当たり導かれる給水Ｓの量を検出するために用い られ、従って給水流量を検出するために用いられる。給水配管１８を介して単位 時間当たりに導かれる給水Ｓの量は蒸発器管４から成る蒸発器に導入される給水 量に、従って蒸発器貫流量に相応している。 分配配管５８を介してバーナ５に開口している燃料配管５６に第２の流量測定 センサ５４が接続されている。単位時間当たりに個々のバーナ５に導入される燃 料Ｂの量を調整するため従って燃料流量を調整するために、燃料配管５６には第 ２の弁６０が接続されている。燃料Ｂとしては油、ガスあるいは石炭が使用され る。 流量測定センサ５２、５４は信号配線６２、６４を介して調整装置としての制 御モジュール６６に接続されている。制御モジュール６６に接続されている別の 信号配線６８は、蒸発器の入口における圧力ｐ_Eないし蒸発器の出口における圧 力ｐ_Aを測定するために設けられている圧力センサ７４、７６にそれぞれ測定配 線７０、７２を介して接続されている。制御モジュール６６は更に制御配線７８ 、８０、８２を介して弁５０、６０、４８に接続されている。制御モジュール６ ６および流量測定センサ５２、５４並びに給水Ｓの量を調整するためおよび燃料 Ｂの量を調整するために使用される弁５０、６０は貫流ボイラ１を始動するため の始動システム８４の構成部品である。更に信号配線６８を介して制御モジュー ル６６に接続されている圧力センサ７４、７６並びに制御配線８２を介して制御 モジュール６６に接続されている蒸発器下部からの排水用弁４８も始動システム ８４の構成部品である。 始動システム８４は、給水Ｓが蒸発器管４を貫流する間に完全に蒸発して、蒸 発器の出口即ち出口管寄せ１０に水が全く存在しないようにするために、燃料流 量と給水流量の比率を調整するのに使用される。その場合、蒸発器の始動前にお ける蒸発器管内の水位Ｈはバーナ５の直ぐ上に位置する所定の高さＨ_minにされ ている。これは例えば給水ポンプ２２による給水Ｓの補給によってあるいは蒸発 器下部からの排水配管４４を通しての排水によって行われる。蒸発器管４内の水 位Ｈ即ち水レベルは蒸発器についての差圧測定によって調整される。そのために 蒸発器の出口ないし蒸発器の入口における圧力センサ７４、７６によって測定さ れた圧力ｐ_Aとｐ_Eの差から生ずる差圧Δｐ_A,Eが、制御モジュール６６に信号配 線６８を介して測定値として導かれる。 その蒸発器管４内の水位Ｈは上限値Ｈ_maxと下限値Ｈ_minとの間に維持されて いる。なお、 Ｈ_min＝Ｈ_SB＋Ｌ・√Ｐ_s・Ｆ Ｈ_max＝Ｈ_KHF−Ｔ_min・ｖ_ws であり、その場合、 Ｈ_SBは始動燃焼出力で運転される最高位のバーナの高さ（上縁）、Ｌはバーナが 全負荷における火炎長さ、Ｐ_sはバーナの相対始動出力、Ｆは経験的に得られた 約０．５〜２の値の適合係数、Ｈ_KHFは狭いピッチ（＜４００ｍｍ）の対流加熱 面あるいは隔壁加熱面が始まる高さ、Ｔ_minは給水充填時間即ち蒸発器管を水位 Ｈまで速度ｖ_w,sで充填する時間（３〜１０分）、ｖ_wsは最初のバーナの点火時 点において給水流を始動する際の蒸発器管内の流速である。 燃料流量と給水流量の比率を調整するために、蒸発器即ち蒸発器管４に単位時 間当たりに導入される給水Ｓの量の流量測定センサ５２で測定された実際値が制 御モジュール６６に信号配線６２を介して伝えられる。流量測定センサ５２から 制御モジュール６６に導かれるこの値は、実際給水流量および従って蒸発器貫流 量に相応している。更にバーナ５に導入される燃料Ｂの量の実時間で流量測定セ ンサ５４によって測定される値が制御モジュール６６に信号配線６４を介して伝 えられる。時点「燃焼開始」におけるレベル即ち水位Ｈおよび燃料流量と給水流 量との比率は、出口管寄せ１０に純粋な蒸気が存在し、決して過熱器・加熱面２ ８に水が流入しないように選定されている。 連結配管２４からの分岐配管２６は過熱器・加熱面２８の入口高さに配置され ている。これによって出口管寄せ１０に存在することのある水はこの分岐部にお いて過熱器・加熱面２８の側を通り過ぎて、垂直の連結配管２４の下部に集めら れる。この水はそこから排水弁４６を介して排出されるかあるいは蒸発器の入口 管寄せ８に導かれる。またはこの存在することのある水はエコノマイザ１５と蒸 発器の入口管寄せ８との間の配管１２にも導かれる。その場合、逆止弁４０によ って出口管寄せ１０への逆流は阻止される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．化石燃料（Ｂ）用の多数のバーナ（５）を有する燃焼室（６）を備え、この 燃焼室（６）の気密囲壁（１２）が少なくともほぼ垂直に配置されている蒸発器 管（４）によって形成され、この蒸発器管（４）の給水側が下から上に向けて貫 流されるようにした貫流ボイラの始動方法において、蒸発器管（４）内の水位（ Ｈ）および燃料流量と給水流量との比率が、給水（Ｓ）が蒸発器管（４）を貫流 する際に完全に蒸発するように調整されることを特徴とする貫流ボイラの始動方 法。 ２．蒸発器管（４）内の水位（Ｈ）がバーナ（５）の外側に位置する高さ（Ｈ_{ma x} 、Ｈ_min）に調整されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．蒸発器管（４）内の水位（Ｈ）を調整するために蒸発器管（４）に沿って差 圧（Δｐ_A、_E）が求められることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。 ４．化石燃料（Ｂ）用の多数のバーナ（５）を有する燃焼室（６）を備え、この 燃焼室（６）の気密囲壁（１２）が少なくともほぼ垂直に延びる蒸発器管（４） を有し、この蒸発器管（４）の給水側が下から上に向けて貫流されるような貫流 ボイラの始動システムにおいて、蒸発器管（４）内の水位（Ｈ）を調整するため および燃料流量と給水流量との比率を調整するための調整装置（６６）が設けら れていることを特徴とする貫流ボイラの始動システム。 ５．調整装置（６６）が、蒸発器（４）に通じている給水配管（１８）に接続さ れている第１の調整素子（５０）と第１の流量測定センサ（５２）、バーナ（５ ）に通じている燃料配管（５６）に接続されている第２の調整素子（６０）と第 ２の流量測定センサ（５４）、蒸発器（４）に入口側が接続されている排出配管 （４４）に接続されている第３の調整素子（４８）並びに蒸発器（４）内の水位 （Ｈ）を求めるための手段（７０、７４、７６）にそれぞれ接続されていること を 特徴とする請求項４記載の始動システム。 ６．蒸発器（４）内の水位（Ｈ）を求めるための手段として、蒸発器（４）に沿 って配置されている少なくとも二つの圧力センサ（７４、７６）が設けられてい ることを特徴とする請求項５記載の始動システム。 ７．蒸発器出口（１０）と蒸発器入口（８）との間の連結配管（２４）が設けら れ、この連結配管（２４）に蒸発器出口（１０）への逆流を防止するための弁（ ４０）が挿入接続され、この弁（４０）に排水配管（４２）が接続されているこ とを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１つに記載の始動システム。