WO2018070181A1 - ボイラシステム - Google Patents

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WO2018070181A1
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steam
reheater
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supply unit
temperature
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Inventor
正美 大日
清隆 矢野
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/42—Applications, arrangements, or dispositions of alarm or automatic safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/06—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type
    • F22B35/10—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type of once-through type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G5/00—Controlling superheat temperature
    • F22G5/12—Controlling superheat temperature by attemperating the superheated steam, e.g. by injected water sprays

Definitions

  • the present invention relates to a boiler system.
  • the boiler system was stopped when the power supply was lost, and the turbine was also stopped.
  • the steam flow from the turbine to the reheater is stopped, so that there is a possibility that the air heating operation in the reheater or the temperature rise occurs. Therefore, it has been necessary to select a heat-resistant material as a material for constituting the reheater. Accordingly, it has been required to protect the reheater appropriately so that it does not become excessively high even when the power supply is lost.
  • This invention aims at providing the boiler system which can protect a reheater appropriately at the time of power loss.
  • a boiler system includes a superheater including an introduction section that introduces steam, a superheat section that superheats steam introduced from the introduction section, and a discharge section that discharges steam superheated by the superheat section.
  • a turbine that rotates using the steam discharged from the discharge part of the superheater, a reheater that reheats the steam discharged from the turbine, and extracts steam from upstream from the discharge part of the superheater,
  • a first steam supply unit that supplies the extracted steam to the reheater, the first steam supply unit shuts off the steam to the reheater during boiler operation, and a decompression unit that depressurizes the steam;
  • a switching unit that allows steam to flow to the reheater when the power is lost.
  • the boiler system includes a first steam supply unit that extracts steam from upstream from the discharge unit of the superheater and supplies the extracted steam to the reheater.
  • the first steam supply unit includes a switching unit that shuts off the steam to the reheater during boiler operation and allows the steam to flow to the reheater when power is lost. According to such a configuration, even when the entire system is stopped due to the loss of power and the turbine is stopped, the steam is circulated through the first steam supply unit by the switching of the switching unit to the reheater. Supplied.
  • the first steam supply unit extracts steam from the upstream side of the discharge unit of the superheater, the steam having a temperature lower than that of the steam in a state where the superheat in the superheater is completely finished is supplied to the reheater. can do.
  • the 1st steam supply part has the pressure reduction part which pressure-reduces vapor
  • the temperature of the steam supplied from the first steam supply unit to the reheater corresponds to the temperature of the steam discharged from the turbine to the reheater during the boiler operation, and the first steam supply
  • the temperature of the steam supplied from the section to the reheater may be adjusted by the decompression of the decompression section.
  • the temperature of the steam supplied from the first steam supply unit to the reheater corresponds to the temperature of the steam discharged from the turbine to the reheater during the boiler operation
  • the first steam supply The temperature of steam supplied from the unit to the reheater may be adjusted by adjusting the position where the first steam supply unit extracts the steam.
  • the boiler system further includes a second steam supply unit that extracts steam from the discharge unit of the superheater and supplies the extracted steam to the reheater, and a control unit that controls the boiler system. May select either the first steam supply unit or the second steam supply unit as the supply unit that supplies steam to the reheater when the boiler is started. With such a configuration, it is possible to supply steam having a more appropriate condition to the reheater among the first steam supply unit and the second steam supply unit when the boiler is started.
  • the reheater can be appropriately protected when the power supply is lost.
  • FIG. 1 illustrates a configuration of a portion of the boiler system 100 that supplies steam to the turbine 50 for power generation.
  • the boiler system 100 includes an evaporation pipe 1, a steam / water separator 2, a superheater 3, turbines 50 and 51, a reheater 4, a first steam supply unit 6, A second steam supply unit 7 and a control unit 10 are provided.
  • the evaporation pipe 1 generates steam by evaporating water using the heat of the boiler furnace.
  • the evaporation pipe 1 evaporates the water supplied from the upstream side, and then supplies the steam, which is in the state of an air / water mixture, to the air / water separator 2.
  • the steam separator 2 separates steam from the steam / water mixture from the evaporator tube 1.
  • the steam separated by the steam separator 2 flows to the superheater 3 on the downstream side.
  • the superheater 3 superheats the steam from the steam separator 2, and supplies the turbine 50 as superheated steam by further heating the saturated steam.
  • the superheater 3 includes an introduction unit 11 that introduces steam, a superheating unit 12 that superheats the steam introduced from the introduction unit 11, and a discharge unit 13 that exhausts the steam superheated by the superheating unit 12. .
  • the introduction part 11 is configured by a line connecting the steam separator 2 and the superheater 12.
  • the overheating unit 12 includes heat exchange units 14, 16, 18 and adjustment units 15, 17.
  • the heat exchanging units 14, 16, and 18 superheat the steam by heat exchange.
  • the steam is heated to about 300 ° C.
  • the steam is heated to about 500 ° C.
  • the adjusting units 15 and 17 adjust the superheated steam to a target temperature by supplying water to the steam.
  • the adjustment unit 15 is disposed between the heat exchange unit 14 and the heat exchange unit 16.
  • the adjustment unit 17 is disposed between the heat exchange unit 16 and the heat exchange unit 18.
  • the discharge unit 13 is configured by a line connecting the heat exchange unit 18 and the turbine 50.
  • the turbine 50 rotates by being supplied with the steam discharged from the discharge unit 13 of the superheater 3, and generates electricity. Further, the turbine 51 is provided in the subsequent stage of the turbine 50 and rotates by being supplied with the steam supplied from the reheater 4 to generate electricity. Therefore, the pressure and temperature of the steam discharged from the turbine 50 are lower than the steam in the discharge part 13 of the superheater 3.
  • the pressure of the steam supplied to the turbine 50 is about 13 MPa, and the temperature is about 510 ° C.
  • the pressure of the steam discharged from the turbine 50 is 4 MPa, and the temperature is about 360 ° C.
  • the reheater 4 reheats the steam discharged from the turbine 50.
  • the turbine 50 and the reheater 4 are connected by a line 21 for supplying steam discharged from the turbine 50 to the reheater 4.
  • the reheater 4 and the turbine 51 are connected by a line 22 for supplying steam reheated by the reheater 4 to the turbine 51. Therefore, the steam supplied to the reheater 4 via the line 21 is resuperheated by heat exchange in the reheater 4 and then supplied to the turbine 51 on the rear stage side via the line 22.
  • the second steam supply unit 7 extracts steam from the discharge unit 13 of the superheater 3 and supplies the extracted steam to the reheater 4.
  • the second steam supply unit 7 includes a line 23 that bypasses the turbine 50 by directly connecting the discharge unit 13 of the superheater 3 and the line 21, and a valve 24 provided on the line 23.
  • the valve 24 is an open / close valve that opens and closes based on a control signal from the control unit 10.
  • the valve 24 includes a mechanism for pouring water into the passing steam, and can cool (and reduce pressure) the steam.
  • the second steam supply unit 7 is used to prevent the reheater 4 from being aired when the boiler system 100 is started.
  • the first steam supply unit 6 extracts steam from the upstream side from the discharge unit 13 of the superheater 3 and supplies the extracted steam to the reheater 4.
  • the first steam supply unit 6 is for supplying steam to the reheater 4 in order to prevent emptying of the reheater 4 when power is lost.
  • “power loss” is also referred to as blackout, and is a state in which the external power source (power source from the electric power company) has failed and the self-power generation is stopped, and the power supply is completely cut off. For example, even if the external power supply fails, the system does not stop if self-power generation is functioning. However, when the power supply is lost, the system stops because the power supply is completely interrupted.
  • the first steam supply unit 6 includes a line 26 that bypasses the turbine 50 by directly connecting the superheater 12 and the line 21, and a valve 27 provided on the line 26.
  • the line 26 extracts steam from between the heat exchange unit 14 and the adjustment unit 15.
  • the position from which the line 26 extracts steam in the superheated portion 12 is not particularly limited.
  • the valve 27 functions as a switching unit that shuts off the steam to the reheater 4 during boiler operation and allows the steam to flow to the first steam supply unit 6 when power is lost. Specifically, the valve 27 is set to remain “closed” when energized and to “open” when energization is interrupted due to power loss. Note that the valve 24 of the second steam supply unit 7 is not set as described above, and is “closed” when the power supply is cut off due to loss of power. However, when the control signal is positively transmitted from the control unit 10 in the state before the power supply is lost, the valve 27 can switch the open / close state based on the control signal. Even in such a case, when the power supply is lost, the valve 27 is in an “open” state and cannot be operated.
  • the valve 27 has a function as a function as a decompression unit that decompresses steam. That is, the steam flowing through the superheater 12 is high-pressure because it is steam for rotating the turbine 50, while the steam supplied to the reheater 4 is low-pressure steam discharged from the turbine 50. Therefore, the valve 27 reduces the pressure of the steam supplied to the reheater 4 when the power supply is lost in accordance with the pressure of the steam discharged from the turbine 50.
  • a pressure reducing valve may be employed as the valve 27.
  • the valve 27 has a configuration in which the function as the pressure reducing unit and the function as the switching unit are integrated.
  • the pressure reducing unit and the switching unit may be configured as separate members by separating the function as the pressure reducing unit from the valve 27.
  • an orifice or a throttle part provided on the line 26 may be employed as the pressure reducing part as a separate structure from the valve 27.
  • these decompression units may be capable of adjusting the amount of decompression by adjusting the amount of restriction or the like.
  • the amount of decompression in the decompression unit is constant, and may be adjusted in advance so as to be an appropriate amount of decompression during manufacture or design.
  • the temperature of the steam supplied from the first steam supply unit 6 to the reheater 4 may correspond to the temperature of the steam discharged from the turbine 50 to the reheater 4 during the boiler operation.
  • the temperature of the steam supplied from the first steam supply unit 6 to the reheater 4 is adjusted by the pressure reduction of the valve 27 that functions as a pressure reduction unit. That is, the temperature of the high-temperature and high-pressure steam is simultaneously reduced by being reduced in pressure. Therefore, by adjusting the amount of decompression by the valve 27 in advance, the temperature of the steam decompressed by the valve 27 may be set to be a temperature corresponding to the temperature of the steam discharged from the turbine 50.
  • the “temperature corresponding to the temperature of the steam discharged from the turbine 50” is a temperature in a range that can be handled with substantially the same temperature condition as the temperature of the steam discharged from the turbine 50.
  • the temperature of the steam supplied from the first steam supply unit 6 to the reheater 4 corresponds to the temperature of the steam discharged from the turbine 50 to the reheater 4 during boiler operation”. If steam is extracted from a position upstream of the discharge unit 13 of the vessel 3, the steam discharged from the turbine 50 unconditionally does not correspond.
  • the position corresponding to the steam discharged from the turbine 50 is selected from a position upstream from the discharge unit 13, and the steam is extracted from the position to correspond the temperature.
  • the control unit 10 is a device that can control the entire boiler system 100.
  • the control unit 10 includes an ECU, a memory, and the like.
  • the control unit 10 can switch opening and closing of the valve 24 by transmitting a control signal to the valve 24 of the second steam supply unit 7.
  • the control unit 10 can switch between opening and closing of the valve 27 by transmitting a control signal to the valve 27 of the first steam supply unit 6.
  • the control unit 10 controls the steam supply units 6 and 7 to supply steam to the reheater 4 by bypassing the turbine 50 when the boiler is started up. can do.
  • the control unit 10 can select one of the first steam supply unit 6 and the second steam supply unit 7 as such a supply unit. That is, the control unit 10 sets the selected one of the first steam supply unit 6 and the second steam supply unit 7 as “open”, and sets the selected one as “closed”.
  • the controller 10 bypasses the turbine 50 and supplies steam to the reheater 4 from either the first steam supply unit 6 or the second steam supply unit 7.
  • the controller 10 determines the temperature condition and pressure condition of the steam at the time of startup, and determines whether the steam is extracted from the first steam supply unit 6 or the second steam supply unit 7. Thereafter, the control unit 10 extracts the steam by opening the valve of the selected supply unit, and supplies the steam to the reheater 4. At this time, a valve (not shown) on the line toward the turbine 50 is closed.
  • the control unit 10 may be set to supply the steam to the reheater 4 using the second steam supply unit 7 at the time of startup without performing the selection as described above. .
  • the control unit 10 closes the valves 24 and 27 of the respective steam supply units 6 and 7 (maintains the closed state), and opens the valve on the line toward the turbine 50. Thereby, the steam heated by the superheater 3 is supplied to the turbine 50. Further, the steam discharged from the turbine 50 is supplied to the reheater 4, and the resuperheated steam is supplied to the turbine 51 on the rear stage side.
  • the boiler system 100 includes a first steam supply unit 6 that extracts steam from the upstream side of the discharge unit 13 of the superheater 3 and supplies the extracted steam to the reheater 4.
  • the first steam supply unit 6 includes a valve (switching unit) 27 that shuts off the steam to the reheater 4 during boiler operation and allows the steam to flow to the first steam supply unit 6 when power is lost. According to such a configuration, even when the entire system is stopped due to the loss of power and the turbine 50 is stopped, the steam is circulated through the first steam supply unit 6 by the switching of the valve 27, and the reheating is performed. To the container 4.
  • the first steam supply unit 6 extracts the steam from the upstream side of the discharge unit 13 of the superheater 3, the first steam supply unit 6 recycles the steam having a temperature lower than that of the steam that has been completely overheated in the superheating unit 12. It can be supplied to the heater 4.
  • the first steam supply unit 6 has a valve (decompression unit) 27 for decompressing the steam, the first steam supply unit 6 decompresses the steam, and the steam whose temperature has decreased due to the decompression is reheated. 4 can be supplied.
  • the first steam supply unit 6 prevents the reheater 4 from being blown by supplying steam, and lowers the pressure and temperature of the steam, thereby increasing the temperature and pressure of the steam. Is supplied to the reheater 4 to prevent the temperature from rising. As described above, the reheater 4 can be appropriately protected when the power source is lost.
  • the temperature of the steam supplied from the first steam supply unit 6 to the reheater 4 corresponds to the temperature of the steam discharged from the turbine 50 to the reheater 4 during the boiler operation. Yes.
  • the temperature of the steam supplied from the first steam supply unit 6 to the reheater 4 may be adjusted by reducing the pressure of the valve 27. With such a configuration, the temperature of the steam supplied to the reheater 4 when power is lost can correspond to the temperature of the steam supplied to the reheater 4 during boiler operation. Thereby, even when the power source is lost, steam according to substantially the same temperature condition as that in the normal time can be supplied to the reheater 4, so that the reheater 4 can be appropriately protected. Further, since the temperature adjustment is performed by reducing the pressure of the valve 27, it is not necessary to separately provide a member for adjusting the temperature.
  • a second steam supply unit 7 that extracts steam from the discharge unit 13 of the superheater 3 and supplies the extracted steam to the reheater 4, and a control unit 10 that controls the boiler system 100, are further provided.
  • the control unit 10 may select one of the first steam supply unit 6 and the second steam supply unit 7 as a supply unit that supplies steam to the reheater 4 when the boiler is activated. With such a configuration, it is possible to supply, to the reheater 4, steam having a more appropriate condition among the first steam supply unit 6 and the second steam supply unit 7 when the boiler is started.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the position where the first steam supply unit 6 extracts steam may be adjustable.
  • the temperature of the steam supplied from the first steam supply unit 6 to the reheater 4 can be adjusted by adjusting the position where the first steam supply unit 6 extracts the steam. Further, by the adjustment, the temperature of the steam supplied from the first steam supply unit 6 to the reheater can correspond to the temperature of the steam discharged from the turbine 50 to the reheater 4 during the boiler operation. .
  • the first steam supply unit 6 has a plurality of (here, two) steam extraction lines 26A and 26B.
  • the steam extraction line 26 ⁇ / b> A can extract steam from the same position as in the embodiment of FIG. 1 described above, and the steam extraction line 26 ⁇ / b> B can extract steam from between the heat exchange unit 16 and the adjustment unit 17.
  • the control unit 10 detects the temperature of the steam at each position of the steam extraction lines 26A and 26B. And the control part 10 selects beforehand from which position steam is extracted at the time of a power loss based on the temperature conditions in each position and the temperature of the steam discharged
  • the steam extraction lines 26A and 26B have valves 31A and 31B, respectively.
  • the control unit 10 opens the valve of the selected steam extraction line (one of the valves 31A and 31B) and opens the valve of the unselected steam extraction line (the valves 31A and 31B). By closing one of the other valves), the adjustment for supplying steam having a temperature corresponding to the temperature of the steam discharged from the turbine 50 to the reheater 4 is completed.
  • the controller 10 is operated with a spare battery or the like, the temperature condition relating to the position of the steam extraction lines 26A and 26B is detected, and the valve of the steam extraction line closer to the temperature of the steam discharged from the turbine 50 May be adjusted to open. Note that when the control unit 10 determines the temperature condition at the position of the steam extraction lines 26A and 26B, a temperature decrease due to the effect of the pressure reduction in the valve 27 may be taken into consideration.
  • the temperature of the steam supplied from the first steam supply unit 6 to the reheater 4 corresponds to the temperature of the steam discharged from the turbine 50 to the reheater 4 during boiler operation.
  • the temperature of the steam supplied from the first steam supply unit 6 to the reheater 4 may be adjusted by adjusting the position where the first steam supply unit 6 extracts the steam.
  • the second steam supply unit 7 may be omitted.
  • the steam may be supplied to the reheater 4 by the first steam supply unit 6 when the boiler is started.

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Abstract

ボイラシステムは、蒸気を導入する導入部、当該導入部から導入された蒸気を過熱する過熱部、及び当該過熱部で過熱された蒸気を排出する排出部を有する過熱器と、過熱器の排出部から排出された蒸気を用いて回転するタービンと、タービンから排出された蒸気を再過熱する再熱器と、過熱器の排出部より上流から蒸気を抽出して、当該抽出した蒸気を再熱器へ供給する第１の蒸気供給部と、を備え、第１の蒸気供給部は、蒸気を減圧する減圧部と、ボイラ運転時に再熱器への蒸気を遮断し、電源喪失時に再熱器への蒸気の流通を許容する切替部と、を有する。

Description

ボイラシステム
　本発明は、ボイラシステムに関する。
　従来のボイラシステムとして、ボイラ火炉の蒸発管からの蒸気を過熱器によって過熱し、当該過熱した蒸気をタービンに供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。タービンから排出された蒸気は、再熱器へ供給され、当該再熱器にて再度過熱された蒸気は、後段側のタービンへ供給される。
特開２０１３－１８５５２４号公報
　ここで、ボイラシステムは、電源喪失時にはシステムが停止し、タービンも停止していた。このような場合、タービンから再熱器へ向かう蒸気の流れが停止してしまうことで、再熱器での空焚き運転や、温度上昇が発生する可能性があった。そのため、再熱器を構成するための材料として、耐熱性のある材料を選択する必要等があった。従って、電源喪失時においても、再熱器が過度に高温にならないように適切に保護することが要請されていた。
　本発明は、電源喪失時において再熱器を適切に保護することができるボイラシステムを提供することを目的とする。
　本発明の一形態に係るボイラシステムは、蒸気を導入する導入部、当該導入部から導入された蒸気を過熱する過熱部、及び当該過熱部で過熱された蒸気を排出する排出部を有する過熱器と、過熱器の排出部から排出された蒸気を用いて回転するタービンと、タービンから排出された蒸気を再過熱する再熱器と、過熱器の排出部より上流から蒸気を抽出して、当該抽出した蒸気を再熱器へ供給する第１の蒸気供給部と、を備え、第１の蒸気供給部は、蒸気を減圧する減圧部と、ボイラ運転時に再熱器への蒸気を遮断し、電源喪失時に再熱器への蒸気の流通を許容する切替部と、を有する。
　ボイラシステムは、過熱器の排出部より上流から蒸気を抽出して、当該抽出した蒸気を再熱器へ供給する第１の蒸気供給部を備えている。第１の蒸気供給部は、ボイラ運転時に再熱器への蒸気を遮断し、電源喪失時に再熱器への蒸気の流通を許容する切替部を有する。このような構成によれば、電源喪失によってシステム全体が停止してタービンが停止した場合であっても、切替部の切替により、蒸気が第１の蒸気供給部を流通して、再熱器へ供給される。このとき、第１の蒸気供給部は、過熱器の排出部より上流から蒸気を抽出するため、完全に過熱部での過熱が終わった状態の蒸気よりも低い温度の蒸気を再熱器へ供給することができる。また、第１の蒸気供給部は、蒸気を減圧する減圧部を有しているため、減圧部によって減圧されると共に、当該減圧に伴って温度が低下した蒸気を再熱器へ供給することができる。すなわち、電源喪失時においても、第１の蒸気供給部は、蒸気を供給することで再熱器の空焚きを防止すると共に、蒸気の圧力及び温度を低下させることで、高温高圧の蒸気が再熱器へ供給されて温度上昇が発生することを防止する。以上により、電源喪失時において再熱器を適切に保護することができる。
　ボイラシステムにおいて、第１の蒸気供給部から再熱器へ供給される蒸気の温度は、ボイラ運転時においてタービンから再熱器へ排出される蒸気の温度に対応しており、第１の蒸気供給部から再熱器へ供給される蒸気の温度は、減圧部の減圧によって調整されてよい。このような構成により、電源喪失時に再熱器へ供給される蒸気の温度が、ボイラ運転時において再熱器に供給される蒸気の温度と対応したものとすることができる。これにより、電源喪失時にあっても、通常時と略同じ温度条件に係る蒸気を再熱器へ供給できるため、再熱器を適切に保護することができる。また、当該温度調整が減圧部の減圧によってなされるため、温度調整のための部材を別途設ける必要が無くなる。
　ボイラシステムにおいて、第１の蒸気供給部から再熱器へ供給される蒸気の温度は、ボイラ運転時においてタービンから再熱器へ排出される蒸気の温度に対応しており、第１の蒸気供給部から再熱器へ供給される蒸気の温度調整は、第１の蒸気供給部が蒸気を抽出する位置を調整することによってなされてよい。このような構成により、電源喪失時に再熱器へ供給される蒸気の温度が、ボイラ運転時において再熱器に供給される蒸気の温度と対応したものとすることができる。これにより、電源喪失時にあっても、通常時と略同じ温度条件に係る蒸気を再熱器へ供給できるため、再熱器を適切に保護することができる。また、当該温度調整が蒸気の抽出位置を調整することによってなされるため、蒸気の温度調整のために減圧部で別途調整を行う必要がなくなる。
　ボイラシステムにおいて、過熱器の排出部から蒸気を抽出して、当該抽出した蒸気を再熱器へ供給する第２の蒸気供給部と、ボイラシステムを制御する制御部と、を更に備え、制御部は、ボイラ起動時に、再熱器へ蒸気を供給する供給部として、第１の蒸気供給部及び第２の蒸気供給部の何れかを選択してよい。このような構成により、ボイラ起動時に、第１の蒸気供給部及び第２の蒸気供給部のうち、より条件が適切な方の蒸気を再熱器へ供給することができる。
　本発明によれば、電源喪失時において再熱器を適切に保護することができる。
本発明の実施形態に係るボイラシステムのブロック構成図である。 変形例に係るボイラシステムのブロック構成図である。 変形例に係るボイラシステムのブロック構成図である。
　本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
　図１を参照して、本実施形態に係るボイラシステム１００の構成について説明する。ボイラシステム１００は、外部循環ループを備えた循環流動層ボイラである。このうち、図１では、ボイラシステム１００のうち、発電のためにタービン５０へ蒸気を供給する部分の構成を図示している。図１に示すように、ボイラシステム１００は、蒸発管１と、気水分離器２と、過熱器３と、タービン５０，５１と、再熱器４と、第１の蒸気供給部６と、第２の蒸気供給部７と、制御部１０と、を備えている。
　蒸発管１は、ボイラ火炉の熱を用いて水を蒸発させて蒸気を生成する。蒸発管１は、上流側から供給される水を蒸発させた後、気水混合物の状態である当該蒸気を気水分離器２へ供給する。気水分離器２は、蒸発管１からの気水混合物から蒸気を分離する。気水分離器２で分離された蒸気は、下流側の過熱器３へ流れる。
　過熱器３は、気水分離器２からの蒸気を過熱するものであり、飽和蒸気を更に熱することにより、過熱蒸気としてタービン５０へ供給するものである。過熱器３は、蒸気を導入する導入部１１と、当該導入部１１から導入された蒸気を過熱する過熱部１２と、当該過熱部１２で過熱された蒸気を排出する排出部１３と、を有する。
　導入部１１は、気水分離器２と過熱部１２とを接続するラインによって構成される。過熱部１２は、熱交換部１４，１６，１８と、調整部１５，１７と、を備えている。熱交換部１４，１６，１８は、熱交換によって蒸気を過熱するものである。最上段の熱交換部１４では、蒸気を約３００℃に過熱する。最下段の熱交換部１８では、蒸気を約５００℃に過熱する。調整部１５，１７は、蒸気に水を供給することで過熱された蒸気を目的の温度に調整するものである。調整部１５は、熱交換部１４と熱交換部１６との間に配置されている。調整部１７は、熱交換部１６と熱交換部１８との間に配置される。ただし、過熱部１２の構成はこのような構成に限定されない。排出部１３は、熱交換部１８とタービン５０とを接続するラインによって構成されている。
　タービン５０は、過熱器３の排出部１３から排出された蒸気を供給されることによって回転し、電気を発電するものである。また、タービン５１は、タービン５０の後段に設けられ、再熱器４から供給された蒸気を供給されることによって回転し、電気を発電するものである。従って、タービン５０から排出された蒸気の圧力と温度は、過熱器３の排出部１３における蒸気よりも低い。特に限定されるものではないが、タービン５０へ供給される蒸気の圧力は、１３ＭＰａ程度であり、温度は５１０℃程度となる。タービン５０から排出された蒸気の圧力は、４ＭＰａであり、温度は３６０℃程度となる。
　再熱器４は、タービン５０から排出された蒸気を再過熱するものである。タービン５０と再熱器４とは、タービン５０から排出された蒸気を再熱器４へ供給するためのライン２１で接続されている。また、再熱器４とタービン５１とは、再熱器４で再過熱された蒸気をタービン５１へ供給するためのライン２２で接続されている。よって、ライン２１を介して再熱器４へ供給された蒸気は、当該再熱器４で熱交換によって再過熱された後、ライン２２を介して後段側のタービン５１へ供給される。
　第２の蒸気供給部７は、過熱器３の排出部１３から蒸気を抽出して、当該抽出した蒸気を再熱器４へ供給するものである。第２の蒸気供給部７は、過熱器３の排出部１３とライン２１とを直接接続することで、タービン５０をバイパスするライン２３と、ライン２３上に設けられる弁２４と、によって構成される。弁２４は、制御部１０の制御信号に基づいて開閉する開閉弁である。また、弁２４は、通過する蒸気に対して水を注水する機構を備えており、当該蒸気を冷却（及び減圧）することができる。第２の蒸気供給部７は、ボイラシステム１００の起動時に、再熱器４の空焚きを防ぐために用いられる。
　第１の蒸気供給部６は、過熱器３の排出部１３より上流から蒸気を抽出して、当該抽出した蒸気を再熱器４へ供給するものである。第１の蒸気供給部６は、電源喪失時に再熱器４の空焚きを防止するために、当該再熱器４へ蒸気を供給するためのものである。ここで、「電源喪失」とは、ブラックアウトとも称し、外部電源（電力会社からの電源）が停電し、且つ、自己発電も停止して、完全に電力供給が途絶えた状態である。例えば、外部電源が停電しても、自己発電が機能していればシステムは停止しないが、電源喪失時には、完全に電力供給が途絶えることでシステムが停止する。第１の蒸気供給部６は、過熱部１２とライン２１とを直接接続することで、タービン５０をバイパスするライン２６と、ライン２６上に設けられる弁２７と、によって構成される。本実施形態では、ライン２６は、熱交換部１４と調整部１５との間から蒸気を抽出している。ただし、ライン２６が過熱部１２におけるどの位置から蒸気を抽出するかは特に限定されるものではない。
　弁２７は、ボイラ運転時に再熱器４への蒸気を遮断し、電源喪失時に第１の蒸気供給部６への蒸気の流通を許容する切替部としての機能を有する。具体的に、弁２７は、通電時には「閉」の状態を維持し続け、電源喪失によって通電が遮断されたときに「開」となるように設定されている。なお、第２の蒸気供給部７の弁２４は、当該設定とはなっておらず、電源喪失によって通電が遮断されたときは、「閉」となる。ただし、弁２７は、電源喪失前の状態において、制御部１０から積極的に制御信号が送信された場合は、当該制御信号に基づいて開閉状態を切り替えることができる。このような場合でも、電源喪失時は、弁２７は「開」の状態で動作不能となる。
　本実施形態において、弁２７は、蒸気を減圧する減圧部としての機能としての機能を有する。すなわち、過熱部１２を流れる蒸気はタービン５０を回転させるための蒸気であるため高圧である一方、再熱器４に供給される蒸気はタービン５０から排出された低圧の蒸気である。よって、弁２７は、電源喪失時に再熱器４へ供給する蒸気の圧力を、タービン５０から排出された蒸気の圧力に対応させて低下させる。このような減圧部としての機能を発揮するために、弁２７として減圧弁を採用してよい。このように、弁２７は、減圧部としての機能と、切替部としての機能が一体化された構成を有している。ただし、弁２７から減圧部としての機能を切り離すことで、減圧部と切替部とを別体の部材で構成してもよい。例えば、減圧部として、弁２７とは別体の構造として、ライン２６上に設けられたオリフィスや絞り部等を採用してもよい。なお、これらの減圧部は、絞り量などを調整することによって、減圧量を調整可能であってもよい。または、減圧部の減圧量は一定であり、製造時や設計時に、適切な減圧量となるように予め調整してもよい。
　また、第１の蒸気供給部６から再熱器４へ供給される蒸気の温度は、ボイラ運転時においてタービン５０から再熱器４へ排出される蒸気の温度に対応してよい。この場合、第１の蒸気供給部６から再熱器４へ供給される蒸気の温度は、減圧部として機能する弁２７の減圧によって調整される。すなわち、高温高圧の蒸気は、減圧されることにより同時に温度も低下する。従って、弁２７による減圧量を予め調整しておくことによって、弁２７で減圧された蒸気の温度が、タービン５０から排出される蒸気の温度に対応する温度となるように設定してよい。なお、「タービン５０から排出される蒸気の温度に対応する温度」とは、タービン５０から排出される蒸気の温度と実質的に同じ温度条件と扱うことが可能な範囲の温度である。なお、「第１の蒸気供給部６から再熱器４へ供給される蒸気の温度が、ボイラ運転時においてタービン５０から再熱器４へ排出される蒸気の温度に対応する」とは、過熱器３の排出部１３より上流側の位置から蒸気を抽出すれば無条件にタービン５０から排出される蒸気の対応するわけではない。当該タービン５０から排出される蒸気に対応する温度となる位置を排出部１３より上流の位置から選び、当該位置から蒸気を抜き出すことで、温度を対応させている。
　制御部１０は、ボイラシステム１００全体の制御を行うことができる装置である。制御部１０は、ＥＣＵ、メモリ等によって構成されている。制御部１０は、第２の蒸気供給部７の弁２４に対して制御信号を送信することによって、当該弁２４の開閉を切り替えることができる。また、制御部１０は、第１の蒸気供給部６の弁２７に対して制御信号を送信することによって当該弁２７の開閉を切り替えることができる。ここで、ボイラ起動時は、タービン５０を回転させることができる程度に蒸気が高圧になっていない場合がある。当該場合に再熱器４の空焚きを防止するため、制御部１０は、ボイラ起動時に、蒸気供給部６，７を制御することで、タービン５０をバイパスして再熱器４へ蒸気を供給することができる。制御部１０は、このような供給部として、第１の蒸気供給部６及び第２の蒸気供給部７の何れかを選択することができる。すなわち、制御部１０は、第１の蒸気供給部６及び第２の蒸気供給部７のうち、選択した方を「開」とし、選択しなかった方を「閉」とする。
　次に、ボイラシステム１００の動作について説明する。
　まず、ボイラシステム１００の起動時については、蒸気がタービン５０を回転させるまでの圧力に達していない。従って、制御部１０は、第１の蒸気供給部６及び第２の蒸気供給部７の何れかから、タービン５０をバイパスして蒸気を再熱器４へ供給する。制御部１０は、起動時における蒸気の温度条件や圧力条件を判定し、第１の蒸気供給部６と第２の蒸気供給部７のどちらから蒸気を抽出するかを判定する。その後、制御部１０は、選択した方の供給部の弁を開くことで蒸気を抽出し、再熱器４へ当該蒸気を供給する。このとき、タービン５０へ向かうラインの弁（不図示）を閉じる。ただし、制御部１０は、上述のような選択を行うことなく、起動時においては、第２の蒸気供給部７を用いて再熱器４への蒸気の供給を行うように設定してもよい。
　ボイラシステム１００の蒸気の温度及び圧力が安定すると、通常運転へ移行する。このとき、制御部１０は、各蒸気供給部６，７の弁２４，２７を閉じて（閉じた状態を維持する）、タービン５０へ向かうラインの弁を開く。これにより、過熱器３で過熱された蒸気がタービン５０へ供給される。また、タービン５０から排出された蒸気が再熱器４へ供給され、再過熱された蒸気が後段側のタービン５１へ供給される。
　ここで、電源喪失によってボイラシステム１００のシステム全体が停止した場合について説明する。このとき、第１の蒸気供給部６の弁２７への通電が停止することにより、弁２７が開き、過熱部１２から第１の蒸気供給部６への蒸気の流通が許容された状態となる。また、タービン５０へ向かうラインの弁を電源喪失に伴って自動的に閉じてよい。従って、過熱部１２で完全に過熱される前の蒸気が、再熱器４へ供給される。更に、蒸気は弁２７にて減圧され、且つ当該減圧に伴って温度が低下した状態で、再熱器４へ供給される。これにより、電源喪失時の再熱器４の空焚きや設計以上の温度上昇が防止される。
　次に、本実施形態に係るボイラシステム１００の作用・効果について説明する。
　本実施形態に係るボイラシステム１００は、過熱器３の排出部１３より上流から蒸気を抽出して、当該抽出した蒸気を再熱器４へ供給する第１の蒸気供給部６を備えている。第１の蒸気供給部６は、ボイラ運転時に再熱器４への蒸気を遮断し、電源喪失時に第１の蒸気供給部６への蒸気の流通を許容する弁（切替部）２７を有する。このような構成によれば、電源喪失によってシステム全体が停止してタービン５０が停止した場合であっても、弁２７の切替により、蒸気が第１の蒸気供給部６を流通して、再熱器４へ供給される。このとき、第１の蒸気供給部６は、過熱器３の排出部１３より上流から蒸気を抽出するため、完全に過熱部１２での過熱が終わった状態の蒸気よりも低い温度の蒸気を再熱器４へ供給することができる。また、第１の蒸気供給部６は、蒸気を減圧する弁（減圧部）２７を有しているため、弁２７によって減圧されると共に、当該減圧に伴って温度が低下した蒸気を再熱器４へ供給することができる。すなわち、電源喪失時においても、第１の蒸気供給部６は、蒸気を供給することで再熱器４の空焚きを防止すると共に、蒸気の圧力及び温度を低下させることで、高温高圧の蒸気が再熱器４へ供給されて温度上昇が発生することを防止する。以上により、電源喪失時において再熱器４を適切に保護することができる。
　また、ボイラシステム１００において、第１の蒸気供給部６から再熱器４へ供給される蒸気の温度は、ボイラ運転時においてタービン５０から再熱器４へ排出される蒸気の温度に対応している。第１の蒸気供給部６から再熱器４へ供給される蒸気の温度は、弁２７の減圧によって調整されてよい。このような構成により、電源喪失時に再熱器４へ供給される蒸気の温度が、ボイラ運転時において再熱器４に供給される蒸気の温度と対応したものとすることができる。これにより、電源喪失時にあっても、通常時と略同じ温度条件に係る蒸気を再熱器４へ供給できるため、再熱器４を適切に保護することができる。また、当該温度調整が弁２７の減圧によってなされるため、温度調整のための部材を別途設ける必要が無くなる。
　ボイラシステム１００において、過熱器３の排出部１３から蒸気を抽出して、当該抽出した蒸気を再熱器４へ供給する第２の蒸気供給部７と、ボイラシステム１００を制御する制御部１０と、を更に備えている。制御部１０は、ボイラ起動時に、再熱器４へ蒸気を供給する供給部として、第１の蒸気供給部６及び第２の蒸気供給部７の何れかを選択してよい。このような構成により、ボイラ起動時に、第１の蒸気供給部６及び第２の蒸気供給部７のうち、より条件が適切な方の蒸気を再熱器４へ供給することができる。
　本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
　例えば、図２に示すように、第１の蒸気供給部６が、蒸気を抽出する位置を調整可能であってもよい。このような構成により、第１の蒸気供給部６から再熱器４へ供給される蒸気の温度調整が、第１の蒸気供給部６が蒸気を抽出する位置を調整することによって可能となる。また、当該調整により、第１の蒸気供給部６から再熱器へ供給される蒸気の温度が、ボイラ運転時においてタービン５０から再熱器４へ排出される蒸気の温度に対応させることができる。
　具体的には、第１の蒸気供給部６は、複数（ここでは２本）の蒸気抽出ライン２６Ａ，２６Ｂを有している。蒸気抽出ライン２６Ａは、上述の図１の実施形態と同じ位置から蒸気を抽出可能であり、蒸気抽出ライン２６Ｂは、熱交換部１６と調整部１７との間から蒸気を抽出できる。このような構成を有する場合、例えば、ボイラシステム１００の運転前、又は運転中に、制御部１０が上記蒸気抽出ライン２６Ａ，２６Ｂの各位置における蒸気の温度を検出する。そして、制御部１０は、各位置における温度条件及びタービン５０から排出される蒸気の温度に基づいて、電源喪失時にどちらの位置から蒸気を抽出するかを予め選択しておく。蒸気抽出ライン２６Ａ，２６Ｂは、それぞれ弁３１Ａ，３１Ｂを有している。制御部１０は、選択された方の蒸気抽出ラインの弁（弁３１Ａ，３１Ｂの何れか一方の弁）を開いておくと共に、選択されなかった方の蒸気抽出ラインの弁（弁３１Ａ，３１Ｂの何れか他方の弁）を閉じておくことで、再熱器４へタービン５０から排出される蒸気の温度に対応した温度の蒸気を供給するための調整が完了する。あるいは、電源喪失時に予備バッテリー等で制御部１０を動作させ、蒸気抽出ライン２６Ａ，２６Ｂの位置に係る温度条件を検出し、タービン５０から排出される蒸気の温度に近い方の蒸気抽出ラインの弁を開くように調整してもよい。なお、制御部１０が蒸気抽出ライン２６Ａ，２６Ｂの位置における温度条件を判定する際、弁２７での減圧の影響による温度低下も考慮してよい。
　以上のようなボイラシステム１００において、第１の蒸気供給部６から再熱器４へ供給される蒸気の温度は、ボイラ運転時においてタービン５０から再熱器４へ排出される蒸気の温度に対応しており、第１の蒸気供給部６から再熱器４へ供給される蒸気の温度調整は、第１の蒸気供給部６が蒸気を抽出する位置を調整することによってなされてよい。このような構成により、電源喪失時に再熱器４へ供給される蒸気の温度が、ボイラ運転時において再熱器４に供給される蒸気の温度と対応したものとすることができる。これにより、電源喪失時にあっても、通常時と略同じ温度条件に係る蒸気を再熱器４へ供給できるため、再熱器４を適切に保護することができる。また、当該温度調整が蒸気の抽出位置を調整することによってなされるため、蒸気の温度調整のために減圧部で別途調整を行う必要がなくなる。
　また、図３に示すように、第２の蒸気供給部７を省略してもよい。この場合、ボイラ起動時は、第１の蒸気供給部６にて蒸気を再熱器４に供給してもよい。
　３…過熱器、４…再熱器、６…第１の蒸気供給部、７…第２の蒸気供給部、１０…制御部、１１…導入部、１２…過熱部、１３…排出部、２７…弁（切替部、減圧部）、１００…ボイラシステム。

Claims (4)

  1. 　蒸気を導入する導入部、当該導入部から導入された蒸気を過熱する過熱部、及び当該過熱部で過熱された蒸気を排出する排出部を有する過熱器と、
    　前記過熱器の排出部から排出された蒸気を用いて回転するタービンと、
    　前記タービンから排出された蒸気を再過熱する再熱器と、
    　前記過熱器の排出部より上流から蒸気を抽出して、当該抽出した蒸気を前記再熱器へ供給する第１の蒸気供給部と、を備え、
    　前記第１の蒸気供給部は、
    　　蒸気を減圧する減圧部と、
    　　ボイラ運転時に前記再熱器への蒸気を遮断し、電源喪失時に前記再熱器への蒸気の流通を許容する切替部と、を有する、ボイラシステム。
  2. 　前記第１の蒸気供給部から前記再熱器へ供給される蒸気の温度は、前記ボイラ運転時において前記タービンから前記再熱器へ排出される蒸気の温度に対応しており、
    　前記第１の蒸気供給部から前記再熱器へ供給される蒸気の温度は、前記減圧部の減圧によって調整される、請求項１に記載のボイラシステム。
  3. 　前記第１の蒸気供給部から前記再熱器へ供給される蒸気の温度は、前記ボイラ運転時において前記タービンから前記再熱器へ排出される蒸気の温度に対応しており、
    　前記第１の蒸気供給部から前記再熱器へ供給される蒸気の温度調整は、前記第１の蒸気供給部が蒸気を抽出する位置を調整することによってなされる、請求項１に記載のボイラシステム。
  4. 　前記過熱器の排出部から蒸気を抽出して、当該抽出した蒸気を前記再熱器へ供給する第２の蒸気供給部と、
    　前記ボイラシステムを制御する制御部と、を更に備え、
    　制御部は、ボイラ起動時に、前記再熱器へ蒸気を供給する供給部として、前記第１の蒸気供給部及び前記第２の蒸気供給部の何れかを選択する、請求項１～３の何れか一項に記載のボイラシステム。
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