JPS62162808A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、−
次週熱器１１４、二次及び三次過熱器１１５・１１６．
第１再熱器１１７゜第２再熱器１１８、ガスダンパ１１
９・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１１
３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・１１
６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。給水制御装は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２１７．５１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１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（ＰＣＢやランバック）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
熱負荷域氷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、節炭器伝熱面接を制限し１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１２
２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１
０℃）〕に対し、温度制限値を超えた場合、比較器２１
４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１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
ーロック信号を生成する。

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　　＆１１゜第１１７１頁〜、
「変圧運転火力の特徴と′ａ＠実績」中野光雄著ｊがあ
る。

〔発明が解決しようとする間コ点〕

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
うな問題点があった。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は得ないものであった。

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。

ｃ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１、　　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、復水器からの給水を節炭
器を介して火炉に導く給水系を備えた火力発電ボイラシ
ステムの前記節炭器の出口に設けられた節炭器の出口温
度検出器による検出値に基づいて前記給水の流量を増減
調節することにより前記節炭器のスチーミング現象の発
生を防止するようにした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、前記節炭器の出口温度検出値に基づ
いて当該節炭器の出口給水温度が所定の臨界値を越えた
ときに生じる給水流量増加分を前記復水器側へバイパス
する指令信号を前記流量調節弁に出力する制御回路と、
を備えたことを特徴とするものである。

〔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
定の臨界値を越え、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ったとき、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。したがって、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１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１ｏ３．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Ｗ２２１、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１
０３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１
３４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
図かられかるように、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、却って
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１１１０３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１３
４とするのではなく、ボイラ循環系のドレンタンク１０
６を介して排出するようになっている点である。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で気水分離され残ったド
レンをドレンタンク１０６を経てボイラ循環ポンプ１０
７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１０７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は、
ドレンタンクレベルが規定値以上となった時にドレンタ
ンク１０６の下流がら復水器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を全開状態とし、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り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）Ｎ
転方法を選択する。

〔発明の効果〕

以上述べたごとく１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っ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１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＠は本発明の実施例を示すブロック線図、第２図は
従来方式を示すブロック線図、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
ブロック線図である。 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、！１ｌ１５器、１２３
・・・流量検出器。 ２２１・・・信号変換器、２２２・・・比較器、２２３
・・・調節計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、復水器からの給水を節炭器を介して火炉に導く給水
   系を備えた火力発電ボイラシステムの前記節炭器の出口
   に設けられた節炭器の出口温度検出器による検出値に基
   づいて前記給水の流量を増減調節することにより前記節
   炭器のスチーミング現象の発生を防止するようにした節
   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、前記節炭器の出口温度検出値に基づいて当該
   節炭器の出口給水温度が所定の臨界値を越えたときに生
   じる給水流量増加分を前記復水器側へバイパス指令する
   指令信号を前記流量調節弁に出力する制御回路と、を備
   えたことを特徴とする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、第１項記載の装置において、前記火力発電ボイラシ
   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、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、前記制御回路に
   は前記バイパス配管路の流量検出値に基づいて前記バイ
   パス指令信号を修正するフイードバツク制御回路が形成
   されていることを特徴とする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。