WO2014013559A1 - 石炭火力発電プラント - Google Patents

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Abstract

 本発明では、一次過熱器を取り除いた二段再熱型ボイラにおいて、主蒸気系、高圧再熱系、低圧再熱系の各出口蒸気温度を一定に制御することを目的とする。 前記目的を解決するため、本発明は、石炭を燃焼させるバーナを備えた火炉、前記火炉内の燃焼ガスを排ガス浄化装置へ導く後部伝面、及び前記後部伝面を2つのガス流路に分割する分離壁を備えたボイラと、前記後部伝面の一方のガス流路に配置され、超高圧タービンからの排気を前記ボイラ内の燃焼ガスで再熱する高圧再熱系と、前記高圧再熱系で加熱された蒸気が供給される高圧タービンと、前記後部伝面の他方のガス流路に配置され、前記高圧タービンからの排気を前記ボイラ内の燃焼ガスで再熱する低圧再熱系と、前記後部伝面の2つのガス流路に流れるガス流量配分を制御できるガス分配ダンパと、前記ボイラから排出された排ガスを前記火炉に再循環させる排ガス再循環ファンを備えることを特徴とする。

Description

石炭火力発電プラント
 本発明は、石炭火力発電プラントに関する。
 発電プラントに使用される燃料の中で、石炭は世界中に広く分布し、価格も安く、安定している。このため、今後も石炭火力発電は電力の安定供給に重要な役割を果たすことが期待されている。しかしながら、石炭火力発電は、LNGや石油などを燃料とする他方式の火力発電に比べて、発電量当たりの二酸化炭素の排出量が最も多いことから、さらなる高効率化が求められている。
 このような状況を踏まえ、石炭火力ボイラの分野では、効率向上のための改良を行っている。効率向上のための一つの施策として、二段再熱方式の採用が挙げられる。現行のボイラには、主蒸気系統に加えて、再熱系統が設置されている。再熱系統とは、ボイラで高温に加熱した蒸気を蒸気タービンに送った後、その蒸気タービンの排気を再度ボイラに戻して加熱し、別の蒸気タービンに送る系統をいう。二段再熱とは、この再熱系統を二つ設けた方式である。再熱系統に設置された蒸気加熱用の熱交換器を再熱器と呼ぶ。例えば、特開昭58-217104号公報で示されている二段再熱型ボイラでは、第一再熱器と第二再熱器が設置されている。火炉及び過熱器で生成した高温の蒸気は、蒸気タービンに送られる。次いで、その蒸気タービンの排気をボイラに戻して、第一再熱器で高温の蒸気を生成し、別の蒸気タービンに送る。次いで、その蒸気タービンの排気をボイラに戻して、今度は第二再熱器で高温の蒸気を生成し、別の蒸気タービンに送る。以上が二段再熱における蒸気の流れである。
 また、二段再熱方式とは別の効率向上のための施策として、蒸気温度の高温化が挙げられる。蒸気温度を高温化することにより、熱サイクルシステムとしての効率向上、及び蒸気タービンの内部効率の向上が期待できる。蒸気温度を従来よりも高温化するためには、ボイラに多くの熱交換器を配置して、伝熱面積を増やす必要がある。
 以上の観点から、図9に、現行の商用ボイラのバンク構成に対して、二段再熱方式を採用し、さらに、伝熱面積を増やして蒸気温度を高温化したボイラを有する石炭火力発電プラントの構成例を示す。
 ボイラ1に供給される水は、最初に節炭器10に入り、次に水壁11に送られる。水壁11はバーナ近傍でありガス温度が高く、収熱量が最も大きい。水壁11で加熱された蒸気は、次に一次過熱器12、二次過熱器13、三次過熱器14、四次過熱器15に順に送られ昇温される。超高圧タービン2に送るための蒸気を生成する、節炭器10から四次過熱器15までの系統を「主蒸気系」と呼ぶ。
 四次過熱器15から出た蒸気は、超高圧蒸気タービン2に送られる。超高圧蒸気タービンの排気は、高圧一次再熱器16に送られる。高圧一次再熱器16で再加熱された蒸気は、高圧二次再熱器17に送られる。二つの高圧再熱器により再加熱された蒸気は、高圧タービン3に送られる。次いで、高圧タービン3からの排気は、低圧一次再熱器18に送られる。低圧一次再熱器18で加熱された蒸気は、低圧二次再熱器19に送られる。二つの低圧再熱器により再加熱された蒸気は、中圧タービン4に送られ、次いで、低圧タービン5に送られる。低圧タービン5の排気は復水器へ送られ、給水としてボイラへ循環する。
 ここで、蒸気タービンの排気をボイラに再度取り込んで加熱する系統を再熱系と呼ぶ。前記したボイラでは、超高圧タービン2及び高圧タービン3の排気を加熱する二つの再熱系が設置されている。超高圧タービン2の排気を再熱する高圧一次再熱器16と高圧二次再熱器17を「高圧再熱系」と呼ぶ。一方、高圧タービン3の排気を再熱する低圧一次再熱器18と低圧二次再熱器19を「低圧再熱系」と呼ぶ。
 前述の図9に示した構成図において、四次過熱器15、高圧二次再熱器17、低圧二次再熱器19の出口蒸気は、それぞれ超高圧タービン2、高圧タービン3、中圧タービン4に送られるため、蒸気温度が一定になるよう制御される。具体的には、四次過熱器15の出口蒸気温度は、スプレイ(図示していない)と燃料流量を調整することで温度を一定にする。一方、高圧二次再熱器17、及び低圧二次再熱器19の出口蒸気は、図中のガス分配ダンパ30によって蒸気温度が一定になるよう制御される。
 高圧一次再熱器16、低圧一次再熱器18、一次過熱器12、及び節炭器10を設置した後部伝面は、分離壁によりガス流路が3つに分離されている。ガス分配ダンパ30は、3つのガス流路を流れるガス流量を調整する。
 例えば、高圧二次再熱器17の出口蒸気温度を上昇させるには、その上流にある高圧一次再熱器16に流れるガス流量が増えるように、ガス分配ダンパ30の開度を操作する。また、低圧二次再熱器19の出口蒸気温度を上昇させるには、その上流にある低圧一次再熱器18に流れるガス流量が増えるように、ガス分配ダンパの開度を操作する。ガス分配ダンパ30の役割は、後部伝面の分離壁で隔てられた各バンクの収熱量配分を変えることにより、ボイラの主蒸気系、高圧再熱系、低圧再熱系の収熱バランスを調整することである。したがって、ボイラ全体の収熱が不足している場合、ガス分配ダンパの操作のみで各蒸気温度を一定に維持することはできない。このような場合には燃料流量の制御が必要となる。
 ボイラ全体の収熱が不足した状態では、高圧再熱系と低圧再熱系の出口蒸気温度が所定の値より低くなる。そのため、ガス分配ダンパ30の制御によって、(高圧再熱系の)高圧一次再熱器16及び(低圧再熱系の)低圧一次再熱器18に多くの排ガスを流し、高圧再熱系と低圧再熱系の出口蒸気温度を一定に維持する。その結果、燃料流量を変えなければ、一次過熱器12に流れる排ガスが少なくなり、一次過熱器12の収熱量が減少する。従って、主蒸気系の最終過熱器である四次過熱器15の出口蒸気温度は低下してしまう。そこで、燃料制御によって燃料流量を増やすことよって、一次過熱器12に流れる排ガス量を増やし、ボイラ全体の収熱が維持される。以上のように、ガス分配ダンパと燃料流量の両方の制御が動作することによって、ボイラ全体の収熱と各系統の収熱バランスを制御することができる。
特開昭58-217104号公報
 前述の背景技術で説明したボイラでは、効率向上のための施策として、蒸気温度を高温化している。このようなボイラでは、上流から下流までの各バンクにおける蒸気温度が上昇する。したがって、従来のボイラに比べて、各バンクに耐熱性に優れた材料を使用しなければならない。このため、蒸気温度を高温化したボイラでは、従来のボイラに比べて材料コストが大幅に上昇するため、材料コストを抑えられるバンク構成が望まれていた。
 材料コストの大幅な上昇をもたらす一つの要因は、物量の大きな一次過熱器に対して、従来よりも耐熱性の高い材料を使用することが挙げられる。一次過熱器は、蒸気流れ方向の後流側にある二次~四次過熱器に比べれば蒸気温度が低いので、二次~四次過熱器よりは低級の材料を使用できる。しかしながら、蒸気温度を高温化させると、ボイラ後部伝面を流れる排ガス温度も上昇するため、後部伝面に設置された一次過熱器も耐熱性の高い材料にしなければならない。そして、一次過熱器は物量が大きいため、従来よりも耐熱性の高い材料を用いて製造したときに、ボイラ全体の材料コストに与える影響が非常に大きいという課題がある。
 また、別の課題として、従来の二段再熱型ボイラでは、後部伝面に3つのガス流路を設置するため、後部伝面のサイズが大きくなり、ボイラ設置面積を広く取る必要があり、ボイラの建設個所が限定されるという問題があった。
 以上に述べた、材料コストの上昇要因に基づいた低コスト化策、及び、設置面積の削減のためのボイラサイズ縮小策として、一次過熱器を取り除いたボイラが考えられる。図9に示した二段再熱型ボイラにおいて、一次過熱器12を取り除くと、後部伝面のガス流路は、高圧一次再熱器16と低圧一次再熱器18を流れる二つの流路から構成される。ここで、ボイラ全体の収熱が不足し、高圧再熱系と低圧再熱系の収熱量の両方が足りない状態となった場合(すなわち、高圧二次再熱器17と低圧二次再熱器19の両方の出口蒸気温度が所定の値より低くなった場合)、ガス分配ダンパ30の操作のみで両方の蒸気温度を上昇させて一定に維持することはできない。なぜなら、前記したように、ガス分配ダンパ30の役割は、分離壁で隔てた各バンクの収熱量の配分を変えることであり、両方の収熱が不足している場合には対応できない。この場合、後部伝面に一次過熱器12が配置されていれば、ガス分配ダンパ30によるガス流量配分の調整によって、一次過熱器12の収熱量が減少し、主蒸気系の収熱不足をもたらす。この結果、主蒸気系の出口蒸気温度が所定の値より低下しようとするため、燃料流量を増やす制御が働いて、ボイラ全体の収熱量を維持できる。しかしながら、後部伝面から一次過熱器12を取り除いたバンク構成では、主蒸気系の出口蒸気温度は変わらないので燃料制御は働かない。また、この状態で燃料を増やしても、主蒸気系の収熱が増えるのみで、後部伝面にある高圧再熱系と低圧再熱系の収熱を増やすことはできない。このように、従来の二段再熱型ボイラから単純に一次過熱器を取り除いたバンク構成では、主蒸気系、高圧再熱系、低圧再熱系の各出口蒸気温度を一定に制御できないという課題があった。
 したがって、本発明では、一次過熱器を取り除いた二段再熱型ボイラにおいて、主蒸気系、高圧再熱系、低圧再熱系の各出口蒸気温度を一定に制御することを目的とする。
 本発明は、石炭を燃焼させるバーナを備えた火炉、前記火炉内の燃焼ガスを排ガス浄化装置へ導く後部伝面、及び前記後部伝面を2つのガス流路に分割する分離壁を備えたボイラと、前記ボイラ内の熱交換器で構成された主蒸気系と、前記主蒸気系で生成した蒸気が供給される超高圧タービンと、前記後部伝面の一方のガス流路に配置され、前記超高圧タービンからの排気を前記ボイラ内の燃焼ガスで再熱する高圧再熱系と、前記高圧再熱系で加熱された蒸気が供給される高圧タービンと、前記後部伝面の他方のガス流路に配置され、前記高圧タービンからの排気を前記ボイラ内の燃焼ガスで再熱する低圧再熱系と、前記後部伝面の2つのガス流路に流れるガス流量配分を制御できるガス分配ダンパと、前記ボイラから排出された排ガスを前記火炉に再循環させる排ガス再循環ファンを備えることを特徴とする。
 本発明によれば、一次過熱器を取り除いた二段再熱型ボイラにおいて、主蒸気系、高圧再熱系、低圧再熱系の各出口蒸気温度を一定に制御することを可能とする。
本発明の実施例1である石炭火力発電プラントを示す概略構成図である。 ガス分配ダンパの開度を制御するための制御ブロック図である。 排ガス再循環ファンのガス流量を制御するための制御ブロック図である。 本発明の実施例2である石炭火力発電プラントを示す概略構成図である。 チルチングバーナの角度を制御するための制御ブロック図である。 本発明の実施例3である石炭火力発電プラントを示す概略構成図である。 バーナ及びアフタエアポートの空気流量を調整する装置を示す概略構成図である。 バーナ及びアフタエアポートの空気流量を制御するための制御ブロック図である。 A-USCボイラを有する石炭火力発電プラントを示す概略構成図である。
 本発明は、主蒸気温度を高温化した石炭ボイラを有する石炭火力発電プラントを対象として、二段再熱型ボイラを有した石炭火力発電プラントを対象とする。本発明の一実施例である石炭火力発電プラントの構成について図面を参照して以下に説明する。
 図1は、本発明の一実施例である石炭火力発電プラントの構成を示す概略図である。ボイラ1の火炉1aには、石炭を燃焼させるバーナが配置されている。火炉1aで生成した燃焼ガスは、下流側の後部伝面1bに送られる。この後部伝面1bには、後述の熱交換器が設置されている。また、後部伝面1bの下流側には、排ガス浄化装置が設けられており、排ガスから有害物質等が除去される。
 ボイラ1に供給された水は、最初に節炭器10で加熱され、次いで、水壁11に取り込まれる。水壁11はバーナに近く、ガス温度が高いため、収熱量が最も大きい。水壁11で加熱された蒸気は、次いで二次過熱器13、三次過熱器14、四次過熱器15の順に流れて加熱される。以上の節炭器10から四次過熱器15までを「主蒸気系」と呼ぶ。
 主蒸気系で加熱された蒸気は、超高圧タービン2に送られる。次いで、超高圧タービン2の排気は、ボイラ1の高圧一次再熱器16に取り込まれて、再度加熱される。そして、高圧一次再熱器16で加熱された蒸気は、高圧二次再熱器17に流れて加熱される。高圧一次再熱器16から高圧二次再熱器17までを「高圧再熱系」と呼ぶ。
 高圧再熱系で加熱された蒸気は、高圧タービン3に送られる。次いで、高圧タービン3の排気は、ボイラ1の低圧一次再熱器18に取り込まれて、再度加熱される。次いで、低圧一次再熱器18で加熱された蒸気は、低圧二次再熱器19に流れて加熱される。低圧一次再熱器18から低圧二次再熱器19までを「低圧再熱系」と呼ぶ。
 低圧再熱系で加熱された蒸気は、中圧タービン4、次いで、低圧タービン5を流れる。低圧タービン5の排気は復水器へと流れて、再び、給水として循環する。
 高圧再熱系の出口(即ち、高圧二次再熱器17の出口)、及び、低圧再熱系の出口(即ち、低圧二次再熱器19の出口)から流出した蒸気は、各蒸気タービンに流れる。したがって、二次再熱器の出口における蒸気温度は、ガス分配ダンパ30、及び、排ガス再循環ファン31の操作によって一定になるよう制御される。
 ガス分配ダンパ30とは、ボイラ1の後部伝面1bを分離壁によって分けた2つのガス流路に対し、各流路に流れるガス流量の割合を調整するためのダンパである。分離壁によって分割された2つのガス流路には、それぞれ高圧一次再熱器16(高圧再熱系)と低圧一次再熱器18(低圧再熱系)が配置されている。ガス流量を多くした側のガス流路では、その流路に配置したバンクの収熱量は増加する。一方、ガス流量を少なくすれば、バンクの収熱量は減少する。以上のように、ガス分配ダンパは、分離壁で隔てて配置した各バンクの収熱量の配分を変える役割をもつ。
 排ガス再循環ファン31とは、ボイラ出口の排ガスをボイラ1に循環して押し込むためのファンである。循環排ガスが多くなると、ボイラ1の火炉1aでは、ガス温度が低下する。火炉側は対流伝熱より輻射伝熱の方が支配的であるため、ガス温度の変化による収熱量への影響が大きい。循環排ガスを多くすることによって、火炉1aにある水壁11、二次過熱器13の収熱量は低下する。一方、後部伝面1bでは対流伝熱が支配的であるため、ガス流量の変化による収熱量への影響が大きい。循環排ガスを多くすることによって、後部伝面1bにある高圧一次再熱器16、低圧一次再熱器18の収熱量は増える。以上のように、排ガス再循環ファンは、火炉側と後部伝面側との収熱バランスを変える役割をもつ。
 以上に説明したガス分配ダンパ30と排ガス再循環ファン31の制御は、図1に示した制御装置60で実施する。図示していないが、制御装置60にはプラントに設置した各センサの計測値を取り込み、これを基に制御信号を演算し、プラントに設置した各装置を操作するための制御信号を出力する。制御装置60で実装されている制御ロジックをそれぞれ図2、図3に示す。
 図2は、ガス分配ダンパ30の制御ロジックを示している。制御装置では、高圧二次再熱器における出口蒸気温度の計測値と設定値との差分(信号71)、及び、低圧二次再熱器における出口蒸気温度の計測値と設定値との差分(信号72)を演算し、次いで、これらの差分(信号73)を演算する。高圧二次再熱器における出口蒸気温度の計測値が設定値より小さく、かつ、低圧二次再熱器における出口蒸気温度の計測値が設定値より大きければ、信号73の値は大きくなる。つまり、信号73の値が大きいほど、高圧再熱系の収熱量が所定の値より小さく、一方、低圧再熱系の収熱量が所定の値より大きいため、高圧再熱系側の収熱量を増加させる必要があることを示す。信号73の値はPI制御器、及び、信号制限器で演算され、高圧再熱器側のガス分配ダンパの開度指令値(信号74)となる。一方、信号74と100%との差分は、低圧再熱器側のガス分配ダンパの開度指令値(信号75)となる。ここでの開度指令値は、100%を基準にした高圧再熱器側と低圧再熱器側の配分で表す。前記したように高圧再熱系側の収熱量を増加させる必要がある場合、高圧再熱器側のガス分配ダンパの開度指令値(信号74)の値は大きくなり、一方、低圧再熱器側のガス分配ダンパの開度指令値(信号75)の値は小さくなる。以上の方式により、ガス分配ダンパ30を用いて、高圧再熱系と低圧再熱系との間で収熱バランスを調整することができる。
 図3は、排ガス再循環ファン31の制御ロジックを示している。高圧二次再熱器における出口蒸気温度の計測値と設定値との差分(信号71)、及び、低圧二次再熱器における出口蒸気温度の計測値と設定値との差分(信号72)を演算する。これらの信号は、図2に示したガス分配ダンパの制御ロジックと同じである。次いで、排ガス再循環ファンの制御ロジックでは、信号71と信号72を加算する(信号83)。高圧二次再熱器における出口蒸気温度の計測値が設定値より小さく、同様に、低圧二次再熱器における出口蒸気温度の計測値も設定値より小さければ、信号83の値は大きくなる。つまり、信号83の値が大きいほど、高圧・低圧の両再熱系の収熱量が所定の値より小さく、両再熱系の収熱量を増加させる必要があることを示す。信号83の値はPI制御器、及び、信号制限器で演算され、排ガス再循環ファンのガス流量指令値(信号84)となる。前記したように、両再熱系の収熱量を増加させる必要がある場合、排ガス再循環ファンのガス流量指令値(信号84)の値は大きくなる。以上の方式により、排ガス再循環ファン31を用いて、高圧・低圧の両再熱系の収熱量を調整することができる。
 以上のように、ガス分配ダンパ30と排ガス再循環ファン31の両方を操作することによって、高圧再熱系と低圧再熱系の収熱量それぞれを調整できる。したがって、高圧二次再熱器17、低圧二次再熱器19の出口蒸気温度を一定に制御することが可能になる。一方、主蒸気系の収熱量は燃料流量を制御することで調整する。つまり、主蒸気系の出口に位置する四次過熱器15の出口蒸気温度の計測値と設定値との差に応じて、燃料流量が調整される。燃料流量の制御方式は、従来のボイラで採用されている制御方式と同様である。
 以上に述べた各制御方式が動作すると、ボイラ全体の収熱量は燃料流量によって、また、主蒸気系、高圧再熱系、低圧再熱系の収熱バランスは、ガス分配ダンパ30と排ガス再循環ファン31によって制御できる。したがって、蒸気タービン2、3、4に送る主蒸気系、高圧再熱系、低圧再熱系の出口蒸気の温度を一定に制御することができる。
 上述した本発明の実施例によれば、後部伝面から一次過熱器を取り除いた二段再熱型ボイラにおいて、ガス分配ダンパ、及び排ガス再循環ファンを操作することにより、主蒸気系、高圧再熱系、低圧再熱系の各出口蒸気温度を一定に制御できる。また、物量の大きい一次過熱器を取り除くことにより材料コストを低減したボイラを実現することが可能となる。さらに、後部伝面のサイズを縮小できるため、ボイラの設置面積を小さくすることができる。
 図4は、本発明の実施例2である石炭火力発電プラントの構成を示す概略図である。実施例2が実施例1と異なる点は、排ガス再循環ファンが設置されておらず、代わりに、角度を上下に操作するための駆動装置を備えたバーナ(チルチングバーナ42)が設置されている点である。したがって、本実施例では実施例1と異なる点のみを説明する。
 チルチングバーナ42は、前述したようにバーナの角度を上下に操作することができる。これにより、火炉内の火炎の位置を上下に変えることが可能となる。チルチングバーナの角度を上に向けて、火炎の位置を上に移動させた場合、火炉内の収熱分布のピークが上に移動し、火炉から後部伝面側に流れる排ガスの熱量も大きくなる。したがって、チルチングバーナを上に向けることにより、後部伝面に配置した一次高圧再熱器16及び一次低圧再熱器18の収熱量を増やすことができる。つまり、実施例1において、排ガス再循環ファンのガス流量を増やした場合と同じ効果が得られる。一方、チルチングバーナを下に向けることにより、一次高圧再熱器16及び一次低圧再熱器18の収熱量を減らすことができる。これは、実施例1において、排ガス再循環ファンのガス流量を減らした場合と同じ効果である。
 以上のように、本実施例におけるチルチングバーナ42は、実施例1の排ガス再循環ファン31の代替装置となる。図5は、チルチングバーナの制御方式を示す。制御方式についても、前述の図3に示した実施例1と同様であり、排ガス再循環ファンガス流量指令値を、チルチングバーナ角度指令値に置き換えればよい。また、燃料流量制御とガス分配ダンパ制御は、実施例1と同様の方式でよい。
 上述した本発明の実施例によれば、後部伝面から一次過熱器を取り除いた二段再熱型ボイラにおいて、ガス分配ダンパ及びチルチングバーナを操作することにより、主蒸気系、高圧再熱系、低圧再熱系の各出口蒸気温度を一定に制御できる。また、物量の大きい一次過熱器を取り除くことにより材料コストを低減したボイラを実現することが可能となる。さらに、後部伝面のサイズを縮小できるため、ボイラの設置面積を小さくすることができる。
 さらに、本実施例ではチルチングバーナを使用するため、排ガス再循環ファンに比べて所内動力を低下させることができ、送電端効率の低下を防ぐことができる。
 図6は、本発明の実施例3である石炭火力発電プラントの構成を示す概略図である。実施例3が実施例2と異なる点は、チルチングバーナを使用せずに、通常の固定式のバーナ40、及び、バーナ40の上部側に設置したアフタエアポート41の空気流量を調整することで、実施例1及び2と同様の効果を得られる点である。したがって、本実施例では実施例2と異なる点のみを説明する。
 アフタエアポートはバーナの上部に設置され、空気を吹き込むためのポートである。アフタエアポートを設置する主な目的は、環境規制物質である窒素酸化物(NOx)の発生を抑制することである。バーナからは、燃料(微粉炭)と空気が吹き込まれるが、バーナから吹き込まれる空気は、燃料を完全燃焼させるのに必要な空気量に対して、少ない量にしておく。NOxはバーナ近傍の高温領域で生成されやすい。そこで、バーナ近傍の高温領域において、空気不足の状態で燃料を燃焼させることにより、NOxの生成を抑えることができる。一方、バーナ上部にあるアフタエアポートから空気を吹き込み、まだ完全に燃焼していない燃料を燃焼させる。以上の燃焼方式は二段燃焼と呼ばれ、多くのボイラで採用されている。
 本実施例の装置では、実施例1の排ガス再循環ファン、実施例2のチルチングバーナの代替手段として、バーナとアフタエアポートの空気流量配分を変えることで同様の効果を得る。ボイラに投入する空気流量は燃料流量当たりで一定とし、バーナとアフタエアポートから吹き込む空気流量の配分のみを変える場合、アフタエアポート側の空気流量を多くすると、火炉内の収熱分布ピークは上に移動する。なぜなら、アフタエアポート付近で燃焼する燃料割合が多くなるためである。これは、実施例2において、チルチングバーナの角度を上に向けた場合に対応する。収熱分布ピークが上に移動することで、火炉から後部伝面に流れる排ガスの熱量が増加し、後部伝面に配置した一次高圧再熱器16、及び一次低圧再熱器18の収熱量を増やすことができる。
 一方、バーナ側の空気流量を多くすれば、火炉内の収熱分布のピークは下に移動する。このため、火炉から後部伝面に流れる排ガスの熱量は減少し、後部伝面に配置した一次高圧再熱器16及び一次低圧再熱器18の収熱量を減らすことができる。
 図7は、バーナとアフタエアポートの空気流量を調整するための構成を示した。バーナ40及びアフタエアポート41に送る空気は、あらかじめ空気予熱器(図示していない)で加熱される。空気予熱器からバーナ40及びアフタエアポート41に送られる空気配管は二種類ある。一つは石炭を粉砕するミル50に送る空気配管51であり、残る一つはミルを通らない空気配管52である。図示したようにミル50に送る空気は一次空気、ミル50を通らない空気は二次空気と呼ばれる。
 ミルに送る一次空気は、微粉炭をボイラに送る搬送空気として使用されるため、微粉炭が搬送中に着火しないように、温度上限を与える必要がある。このため、一次空気と二次空気では、空気配管を別にした構成としている。通常、空気予熱器から送られる一次空気の温度は、二次空気の温度よりも低く調整される。図に示すように、一次空気は空気配管51を通してミル50に送られた後、微粉炭と共にバーナ40に送られる。
 一方、二次空気は空気配管52を通して、バーナ40またはアフタエアポート41に分岐して送られる。このとき、バーナ40とアフタエアポート41に送られる空気流量の配分は、弁54及び弁55で調整される。制御装置60は、弁54及び弁55の開度を操作することにより、バーナ40とアフタエアポート41の空気流量の配分を変える。
 図8は制御装置60に実装する制御ロジックである。高圧二次再熱器における出口蒸気温度の計測値と設定値との差分(信号71)、及び、低圧二次再熱器における出口蒸気温度の計測値と設定値との差分(信号72)を演算し、次いで、信号71と信号72を加算する(信号83)。高圧二次再熱器における出口蒸気温度の計測値が設定値より小さく、かつ、低圧二次再熱器における出口蒸気温度の計測値も設定値より小さければ、信号83の値は大きくなる。つまり、信号83の値が大きいほど、高圧・低圧の両再熱系の収熱量が所定の値より小さく、これを増加させる必要があることを示す。ここまでは、実施例1における排ガス再循環ファンの制御ロジックと同様である。信号83の値はPI制御器、及び、信号制限器で演算され、アフタエアポートの空気流量指令値(信号94)となる。また、信号94と100%との差分は、バーナの空気流量指令値(信号95)となる。ここでの空気流量指令値は、100%を基準にしたアフタエアポートとバーナの空気流量配分の比率で表す。信号83の値が大きい場合(すなわち、高圧・低圧の両再熱系の収熱量を増加させる必要がある場合)には、アフタエアポートの空気流量を多くし、バーナの空気流量を少なくする指令値が演算される。制御装置60は、指令値に基づいて、弁55の開度を大きくしてアフタエアポート側の空気流量を増やし、弁54の開度を小さくしてバーナ側の空気流量を減らす。
 上述した本発明の実施例によれば、後部伝面から一次過熱器を取り除いた二段再熱型ボイラにおいて、ガス分配ダンパ、及び、バーナとアフタエアポートの空気流量の配分を調整することにより、主蒸気系、高圧再熱系、低圧再熱系の各出口蒸気温度を一定に制御できる。また、物量の大きい一次過熱器を取り除くことにより材料コストを低減したボイラを実現することが可能となる。さらに、後部伝面のサイズを縮小できるため、ボイラの設置面積を小さくすることができる。
 さらに、本実施例では、チルチングバーナを上下に駆動させるための動力が不要となり、バーナとアフタエアポートの空気流量を調整するための弁開度を操作するのみで同じ効果を得ることができる。
 本発明になる装置によれば、後部伝面から一次過熱器を取り除いた二段再熱型ボイラにおいて、主蒸気系、高圧再熱系、低圧再熱系の各蒸気温度を一定値に制御することが可能となる。
1 ボイラ
2 超高圧タービン
3 高圧タービン
4 中圧タービン
5 低圧タービン
10 節炭器
11 水壁
12 一次過熱器
13 二次過熱器
14 三次過熱器
15 四次過熱器
16 高圧一次再熱器
17 高圧二次再熱器
18 低圧一次再熱器
19 低圧二次再熱器 
30 ガス分配ダンパ
31 排ガス再循環ファン
40 バーナ
41 アフタエアポート
42 チルチングバーナ
50 ミル
51 空気配管
52 空気配管
54 弁
55 弁
60 制御装置

Claims (7)

  1.  石炭を燃焼させるバーナを備えた火炉、前記火炉内の燃焼ガスを排ガス浄化装置へ導く後部伝面、及び前記後部伝面を2つのガス流路に分割する分離壁を備えたボイラと、
     前記ボイラ内の熱交換器で構成された主蒸気系と、
     前記主蒸気系で生成した蒸気が供給される超高圧タービンと、
     前記後部伝面の一方のガス流路に配置され、前記超高圧タービンからの排気を前記ボイラ内の燃焼ガスで再熱する高圧再熱系と、
     前記高圧再熱系で加熱された蒸気が供給される高圧タービンと、
     前記後部伝面の他方のガス流路に配置され、前記高圧タービンからの排気を前記ボイラ内の燃焼ガスで再熱する低圧再熱系と、
     前記後部伝面の2つのガス流路に流れるガス流量配分を制御できるガス分配ダンパと、 前記ボイラから排出された排ガスを前記火炉に再循環させる排ガス再循環ファンを備えることを特徴とする石炭火力発電プラント。
  2.  石炭を燃焼させるバーナを備えた火炉、前記火炉内の燃焼ガスを排ガス浄化装置へ導く後部伝面、及び前記後部伝面を2つのガス流路に分割する分離壁を備えたボイラと、
     前記ボイラ内の熱交換器で構成された主蒸気系と、
     前記主蒸気系で生成した蒸気が供給される超高圧タービンと、
     前記後部伝面の一方のガス流路に配置され、前記超高圧タービンからの排気を前記ボイラ内の燃焼ガスで再熱する高圧再熱系と、
     前記高圧再熱系で加熱された蒸気が供給される高圧タービンと、
     前記後部伝面の他方のガス流路に配置され、前記高圧タービンからの排気を前記ボイラ内の燃焼ガスで再熱する低圧再熱系と、
     前記後部伝面の2つのガス流路に流れるガス流量配分を制御できるガス分配ダンパと、 前記バーナの角度を上下に駆動させる装置を備えることを特徴とする石炭火力発電プラント。
  3.  石炭を燃焼させるバーナ及び燃焼ガスの未燃分を燃焼させるアフタエアポートを備えた火炉、前記火炉内の燃焼ガスを排ガス浄化装置へ導く後部伝面、及び前記後部伝面を2つのガス流路に分割する分離壁を備えたボイラと、
     前記ボイラ内の熱交換器で構成された主蒸気系と、
     前記主蒸気系で生成した蒸気が供給される超高圧タービンと、
     前記後部伝面の一方のガス流路に配置され、前記超高圧タービンからの排気を前記ボイラ内の燃焼ガスで再熱する高圧再熱系と、
     前記高圧再熱系で加熱された蒸気が供給される高圧タービンと、
     前記後部伝面の他方のガス流路に配置され、前記高圧タービンからの排気を前記ボイラ内の燃焼ガスで再熱する低圧再熱系と、
     前記後部伝面の2つのガス流路に流れるガス流量配分を制御できるガス分配ダンパと、 前記バーナと前記アフタエアポートの空気流量の配分を調整する制御装置を備えることを特徴とする石炭火力発電プラント。
  4.  請求項1記載の石炭火力発電プラントであって、
     前記高圧再熱系の出口蒸気温度における計測値と設定値との差、及び、前記低圧再熱系の出口蒸気温度における計測値と設定値との差を基に、前記排ガス再循環ファンを流れるガス流量を調整する制御装置を備えることを特徴とする石炭火力発電プラント。
  5.  請求項2記載の石炭火力発電プラントであって、
     前記高圧再熱系の出口蒸気温度における計測値と設定値との差、及び、前記低圧再熱系の出口蒸気温度における計測値と設定値との差を基に、前記バーナの角度を調整する制御装置を備えることを特徴とする石炭火力発電プラント。
  6.  請求項3記載の石炭火力発電プラントであって、
     前記高圧再熱系の出口蒸気温度における計測値と設定値との差、及び、前記低圧再熱系の出口蒸気温度における計測値と設定値との差を基に、前記バーナと前記アフタエアポートの空気流量の配分を調整する制御装置を備えることを特徴とする石炭火力発電プラント。
  7.  請求項4から6記載の石炭火力発電プラントであって、
     前記高圧再熱系の出口蒸気温度における計測値と設定値との差、及び、前記低圧再熱系の出口蒸気温度における計測値と設定値との差を基に、前記ガス分配ダンパを操作して二つのガス流路に流れるガス流量の配分を調整する制御装置を備えることを特徴とする石炭火力発電プラント。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104061565A (zh) * 2014-06-30 2014-09-24 章礼道 燃用准东煤的超超临界电站锅炉
US20150292732A1 (en) * 2012-08-03 2015-10-15 Shell Oil Company Process for recovering power

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0452407A (en) * 1990-06-19 1992-02-20 Babcock Hitachi Kk Method of controlling reheated steam temperature
JPH05157213A (ja) * 1991-12-06 1993-06-22 Babcock Hitachi Kk 燃焼装置
JPH07243611A (ja) * 1994-03-02 1995-09-19 Babcock Hitachi Kk 微粉炭の低NOx燃焼方法およびその装置
JP2006132811A (ja) * 2004-11-04 2006-05-25 Babcock Hitachi Kk 燃料燃焼用空気ポート、その製造方法及びボイラ
JP2010249050A (ja) * 2009-04-16 2010-11-04 Toshiba Corp 蒸気タービンおよび蒸気タービン設備
JP2011102540A (ja) * 2009-11-10 2011-05-26 Toshiba Corp 蒸気タービン発電設備およびその運転方法
JP2012093002A (ja) * 2010-10-25 2012-05-17 Babcock Hitachi Kk ボイラシステム及びボイラシステムの運用方法
JP2012092732A (ja) * 2010-10-27 2012-05-17 Hitachi Ltd 火力発電プラント

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0452407A (en) * 1990-06-19 1992-02-20 Babcock Hitachi Kk Method of controlling reheated steam temperature
JPH05157213A (ja) * 1991-12-06 1993-06-22 Babcock Hitachi Kk 燃焼装置
JPH07243611A (ja) * 1994-03-02 1995-09-19 Babcock Hitachi Kk 微粉炭の低NOx燃焼方法およびその装置
JP2006132811A (ja) * 2004-11-04 2006-05-25 Babcock Hitachi Kk 燃料燃焼用空気ポート、その製造方法及びボイラ
JP2010249050A (ja) * 2009-04-16 2010-11-04 Toshiba Corp 蒸気タービンおよび蒸気タービン設備
JP2011102540A (ja) * 2009-11-10 2011-05-26 Toshiba Corp 蒸気タービン発電設備およびその運転方法
JP2012093002A (ja) * 2010-10-25 2012-05-17 Babcock Hitachi Kk ボイラシステム及びボイラシステムの運用方法
JP2012092732A (ja) * 2010-10-27 2012-05-17 Hitachi Ltd 火力発電プラント

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150292732A1 (en) * 2012-08-03 2015-10-15 Shell Oil Company Process for recovering power
US10309642B2 (en) * 2012-08-03 2019-06-04 Shell Oil Company Process for recovering power in a process for producing ethylene
CN104061565A (zh) * 2014-06-30 2014-09-24 章礼道 燃用准东煤的超超临界电站锅炉

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