(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉が規定されたボイラー装置と、該ボイラー装置の燃焼排ガスが通過する燃焼排ガス路内に配設された過熱器及び再熱器と、前記過熱器から得られる過熱蒸気によって駆動されるとともに、前記過熱蒸気が仕事した後に得られる蒸気を前記再熱器で再加熱して得られた再熱蒸気で駆動されるタービンと、該タービンの駆動によって駆動される発電機とを有する発電システムで用いられ、前記再熱蒸気の温度を制御するための再熱蒸気温度制御方法であって、
前記発電システムには前記燃焼排ガスを前記火炉に再循環する再循環部と、前記燃焼排ガスの再循環量を規制する燃焼排ガス再循環量規制部と、前記再熱器の表面を清掃する清掃手段とが備えられており、
前記燃焼排ガス再循環量規制部によって前記燃焼排ガスの再循環量を調整して前記再熱蒸気の温度を制御する第１のステップと、
前記第１のステップにおける再循環量の制御範囲を温度制御に最適な範囲で行うため、前記清掃手段によって前記再熱器の表面を清掃する第２のステップと、
前記第１のステップの前に前記燃焼排ガス再循環量規制部によって前記燃焼排ガスの再循環量を予め設定された設定再循環量とする第３のステップと、
前記第２のステップの後に行われ前記再熱蒸気の温度が所定の温度となったか否かを判定する第４のステップと、を有し、
前記第１のステップでは前記再熱蒸気の温度が予め定められた閾値温度未満となると前記燃焼排ガス再循環量規制部によって前記火炉への前記燃焼排ガスの再循環量を増加させ、
前記第２のステップは、前記第１のステップを少なくとも１回行った後に行われ、再度前記再熱蒸気の温度が前記閾値温度未満となると前記清掃手段によって前記再熱器の表面を清掃し、
前記再熱蒸気の温度が前記所定の温度となるまで前記第２のステップを繰り返し、
前記所定の温度は前記燃焼排ガスの再循環量が前記設定再循環量である際の前記再熱蒸気の温度に略等しいことを特徴とする再熱蒸気温度制御方法。
【請求項２】
前記清掃手段としてスートブローを用いることを特徴とする請求項１記載の再熱蒸気温度制御方法。
【請求項３】
前記再循環部は前記過熱器及び前記再熱器よりも下流側で前記燃焼排ガス路に連結され、前記燃焼排ガスを前記火炉に再循環する排ガス再循環ダクトと、前記排ガス再循環ダクト内に配置された排ガス再循環ファンとを有し、
前記燃焼排ガス再循環量規制部は前記排ガス再循環ダクト内において前記排ガス再循環ファンと前記火炉との間に配設され、前記排ガス再循環ダクトの開口面積を規制する火炉ホッパーダンパーを備え、
前記第１のステップでは前記火炉ホッパーダンパーの開度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の再熱蒸気温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所においてボイラーの蒸気温度を制御するための方法に関し、特に、再熱蒸気の温度を制御するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、火力発電所においては、ボイラー装置で石油等の燃料の燃焼によって発生する燃焼排ガスの一部を排ガス再循環ファン（ＧＲＦ）及び排ガス再循環量調整ダンパー（火炉ホッパーダンパー）を介してボイラー装置に規定された火炉の底部に導入して、燃焼排ガスと燃料とを火炉内で混合するようにしている。火炉の出口側には過熱器、再熱器、及び節炭器等が順次配列され、復水器から供給される水（復水）を昇圧ポンプで昇圧（給水）した後、節炭器で加熱（加温）する。その後、給水は火炉水壁を通過して過熱器に与えられ、ここで過熱蒸気となり、この過熱蒸気は高圧タービンに送られ、高圧タービンで仕事をする（高圧タービンを駆動する）。
【０００３】
高圧タービンから排出された蒸気は再熱器に送られ再熱器で再加熱されて、中圧タービンに送られここで仕事をした後、さらに低圧タービンに送られる。これらタービンの駆動によって発電機が駆動されて電力が発生し送電線に送られることになる。一方、燃焼排ガスは脱硝装置、空気予熱器、電気集塵器、及び脱硫装置を介して煙突から排出される。
【０００４】
ところで、前述の過熱器、再熱器、及び節炭器の伝熱管の表面には燃焼排ガス中に含まれる灰分等の粒子状物質（煤等）が不可避的に付着するため、その熱吸収量が経時的に低下する。このような熱吸収量の低下を是正するためボイラー装置にはスートブロア（煤吹き機）が配設され、スートブローによって定期的に伝熱管表面に付着した煤等を除去し、熱吸収性能の低下を防止するようにしている。
【０００５】
上述のスートブローを行うと、伝熱管表面の煤等が短時間で除去され、当該伝熱管の熱吸収量が急激に増加し、その結果、蒸気温度が急上昇する現象が生じることがある。このため、ボイラー燃焼排ガス流路内に、前述の過熱器及び再熱器を配置して、過熱器及び再熱器のうち少なくとも再熱器への付着物（煤等）を除去するスートブローを間欠的に実施しつつ、再熱器及び過熱器に対する燃焼排ガスの通過流量をガス分配ダンパーによって制御して、所謂再熱蒸気温度制御を行う際、再熱器への付着物を除去するスートブローを実施する前に、ガス分配ダンパーによって再熱器側の通過ガス量を減少させて熱吸収量を少なくするようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２６４００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の再熱蒸気温度制御では、火炉ホッパーダンパーには、最低の再循環ガス量を確保する下限開度と火炉内のガス量を制限し燃焼不良や火炉圧力の上昇を防止する上限開度が設定されており、このどちらになっても、再熱蒸気温度に支障が生じる。従って、スートブローを間欠的に行って、再熱器に付着した付着物を除去するが、清掃頻度によるスートブロー後の蒸気温度の変化に起因する、火炉ホッパーダンパーの開度変化を把握しづらく、結果的に、定期的なスートブローを実施する傾向にある。
【０００７】
つまり、従来の再熱蒸気温度制御においては、火炉ホッパーダンパーによる循環ガス量の制御となり、上述の上下限とならないように、定期的にスートブローを実施していた。
【０００８】
従って、本発明の目的は、常に精度よく再熱蒸気の温度を制御することができる再熱温度制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、火炉が規定されたボイラー装置と、該ボイラー装置の燃焼排ガスが通過する燃焼排ガス路内に配設された過熱器及び再熱器と、前記過熱器から得られる過熱蒸気によって駆動されるとともに、前記過熱蒸気が仕事した後に得られる蒸気を前記再熱器で再加熱して得られた再熱蒸気で駆動されるタービンと、該タービンの駆動によって駆動される発電機とを有する発電システムで用いられ、前記再熱蒸気の温度を制御するための再熱蒸気温度制御方法であって、前記発電システムには前記燃焼排ガスを前記火炉に再循環する再循環部と、前記燃焼排ガスの再循環量を規制する燃焼排ガス再循環量規制部と、前記再熱器の表面を清掃する清掃手段とが備えられており、前記燃焼排ガス再循環量規制部によって前記燃焼排ガスの再循環量を調整して前記再熱蒸気の温度を制御する第１のステップと、前記第１のステップにおける再熱循環量の制御範囲を温度制御に最適な範囲で行うため、前記清掃手段によって前記再熱器の表面を清掃する第２のステップとを有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明による再熱蒸気温度制御方法は、前記第１のステップでは前記再熱蒸気の温度が予め定められた閾値温度未満となると前記燃焼排ガス再循環量規制部によって前記火炉への前記燃焼排ガスの再循環量を増加させ、前記第２のステップは、前記第１のステップを少なくとも１回行った後行われ、再度前記再熱蒸気の温度が前記閾値温度未満となると前記清掃手段によって前記再熱器の表面を清掃することを特徴とする。
【００１１】
本発明による再熱蒸気温度制御方法は、前記第１のステップの前に前記燃焼排ガス再循環量規制部によって前記燃焼排ガスの再循環量を予め設定された設定再循環量とする第３のステップを行うことを特徴とする。この設定再循環量は、例えば、火炉ホッパーダンパーの開度が下限開度＋１０％となった際の再循環量である。
【００１２】
本発明による再熱蒸気温度制御方法は、前記第２のステップの後に行われ前記再熱蒸気の温度が所定の温度となったか否かを判定する第４のステップを有し、前記再熱蒸気の温度が前記所定の温度となるまで前記第２のステップを繰り返し、前記所定の温度を前記燃焼排ガスの再循環量が前記下限再循環量である際の前記再熱蒸気の温度に略等しくすることを特徴とする。この所定の温度は、例えば、燃焼排ガスの再循環量が設定再循環量（例えば、火炉ホッパーダンパーの開度が下限開度＋１０％に対応する再循環量）である際の再熱蒸気の温度に略等しい温度である。
【００１３】
本発明による再熱蒸気温度制御方法は、前記第２のステップの後に行われ前記再熱蒸気の温度が所定の温度となったか否かを判定する第４のステップを有し、前記再熱蒸気の温度が前記所定の温度となるまで前記第２のステップを繰り返すことを特徴とする。
【００１４】
本発明による再熱蒸気温度制御方法は、前記清掃手段としてスートブローを用いることを特徴とする。
【００１５】
本発明による再熱蒸気温度制御方法は、前記再循環部が前記過熱器及び前記再熱器よりも下流側で前記燃焼排ガス路に連結され、前記燃焼排ガスを前記火炉に再循環する排ガス再循環ダクトと、前記排ガス再循環ダクト内に配置された排ガス再循環ファンとを有し、前記燃焼排ガス再循環量規制部が前記排ガス再循環ダクト内において前記排ガス再循環ファンと前記火炉との間に配設され、前記排ガス再循環ダクトの開口面積を規制する火炉ホッパーダンパーを備えており、前記第１のステップでは前記火炉ホッパーダンパーの開度を制御するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、燃焼排ガスの再循環量を調整して前記再熱蒸気の温度を制御する際、燃焼排ガスの再循環量を調整しても、燃焼排ガスの再循環量の上下限値によって再熱蒸気の温度制御が阻害されるという事態を防止して、常に精度よく再熱蒸気の温度を制御することができるという効果がある。
【００１７】
本発明によれば、再熱蒸気の温度が予め定められた閾値温度未満となると、火炉への燃焼排ガスの再循環量を増加させ、このように再循環量を増加させても再熱蒸気の温度が閾値温度未満となると再熱器の表面を清掃するようにしたので、再熱器表面の清掃回数を減らして、常に精度よく再熱蒸気の温度を所望の温度に制御できるという効果がある。
【００１８】
本発明によれば、最初に燃焼排ガスの再循環量を予め設定された設定再循環量に設定して、再熱蒸気温度制御を行うようにしたので、燃焼排ガスの再循環量の調整範囲を広く取れるという効果がある。
【００１９】
本発明によれば、再熱蒸気の温度が所定の温度になるまで、再熱器の表面を清掃するようにしたので、この所定の温度を燃焼排ガスの再循環量が設定再循環量である際の再熱蒸気の温度に略等しくする設定しておけば、燃焼排ガスの再循環量を設定再循環量に容易に復帰させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明の実施の形態による再熱蒸気温度制御方法の一例について説明する。図１を参照して、図１は本発明の実施の形態による再熱蒸気温度制御方法が用いられる火力発電所（火力発電プラント）の主要部を示す図であり、ボイラー装置１１には、火炉１２が規定されており、火炉１２に連続する煙道（燃焼排ガス路）１３には順次下流側に向かって２次過熱器１４、第１の再熱器１５、１次過熱器１６、第２の再熱器１７、及び節炭器１８が配設されている。そして、煙道１３は脱硝装置１９、空気予熱器２０、電気集塵器２１、及び脱硫装置２２を介して煙突２３に繋がっている。
【００２１】
一方、節炭器１８と脱硝装置１９との間において煙道１３に排ガス再循環ダクト２４が連結され、この排ガス再循環ダクト２４は火炉１２の底部に連結されている。そして、排ガス再循環ダクト２４には排ガス再循環ファン（ＧＲＦ）２５が配置されるとともに、火炉１２の底部付近において火炉ホッパーダンパー（火炉ダンパー）２６が配設されている。なお、排ガス再循環ダクト２４及びＧＲＦ２５は再循環部を構成し、火炉ホッパーダンパー２６は燃焼排ガス再循環量規制部である。
【００２２】
図示のように、火炉１２には空気予熱器２０を通過して通風ダクト２７が接続されており、押込通風機（ＦＤＦ）２８によって通風ダクト２７を介して火炉１２に空気が送り込まれる。また、空気予熱器２０よりも下流側において、通風ダクト２７はバイパスダクト２９を介して排ガス再循環ダクト２４に接続されている。なお、バイパスダクト２９には排ガス再循環昇圧ファン（ＧＲＢＦ）３０が配置され、バイパスダクト２９はＧＲＦ２５と火炉ホッパーダンパー２６との間において排ガス再循環ダクト２４に接続されている。
【００２３】
前述の節炭器１８には、復水器から復水（水）が給水ポンプ（図示せず）によって昇圧されて供給され、この節炭器１８は火炉水壁（火炉水冷壁）３１を介して１次過熱器１６に接続されている。そして、１次過熱器１６は２次過熱器１４に接続され、２次過熱器１４は高圧タービン（ＨＰ）３２に接続されている。高圧タービン３２には第２の再熱器１７が接続され、第２の再熱器１７には第１の再熱器１５が接続されて、第１の再熱器１５は中圧タービン（ＩＰ）３３に接続されている。
【００２４】
中圧タービン３３を通過した蒸気は低圧タービン３４に与えられ、そして、低圧タービン３４を通過した蒸気は復水器３５で海水によって冷却されて復水（水）となる（復水される）。そして、復水器３５には別に水（純水）が供給され、復水器３５から復水が前述の節炭器１８に供給される。また、タービン軸には発電機３６が連結され、タービン軸の回転駆動によって発電機３６が駆動されて発電が行われる。
【００２５】
上述の火力発電システムでは、燃料管３７から火炉１２に燃料（例えば、原油）が供給され、通風ダクト２７から空気予熱器２０によって予熱された空気が火炉１２に与えられて、火炉１２で燃料が燃焼する。そして、燃焼排ガスが煙道１３を通って排出されるが、この際、節炭器１８、１次過熱器１６、及び２次過熱器１４によって復水が過熱されて加熱蒸気として高圧タービン３２に供給される。つまり、復水器３５から供給された復水は節炭器１８で加熱された後、火炉水冷壁３１を通って１次過熱器１６に達し、ここで１次過熱されて、１次過熱蒸気となる。この１次過熱蒸気は２次過熱器１４に送られて、さらに過熱されて過熱蒸気（２次過熱蒸気）として高圧タービン３２に供給される。
【００２６】
高圧タービン３２を通過した蒸気は、第２の再熱器１７に送られて、ここで再加熱された後、さらに第１の再熱器１５で再加熱されて、再熱蒸気として中圧タービン３３に送られる。そして、中圧タービン３３を通過した蒸気は低圧タービン３４に送られて、これらタービンの駆動によって発電機３６が駆動されることになる。
【００２７】
一方、節炭器１８を通過した燃焼排ガスは脱硝装置１９において脱硝された後、空気予熱器２０において通風ダクト２７を通過する空気を予熱する。そして、電気集塵器２１によって燃焼排ガス中の塵埃等が集塵された後、脱硫装置２２で脱硫が行われて、煙突２３から排出される。
【００２８】
燃焼排ガスの一部はＧＲＦ２５によって排ガス再循環ダクト２５に取り込まれ、火炉ホッパーダンパー２６によってその流量が規制されつつ、火炉１２の底部に送り込まれる。この際、ＧＲＢＦ３０によってバイパスダクト２９を介して排ガスが燃焼空気に取り込まれる。後述するようにして、火炉ホッパーダンパー２６の開度が調整され、つまり、火炉１２に送り込まれる燃焼排ガスの流量が規制され、再熱蒸気温度制御が行われる。
【００２９】
ところで、燃焼排ガス中には燃焼の結果生成された灰分等の煤が含まれており、この煤は、電気集塵器２１で除去されることになるが、電気集塵器２１の前段において煙道１３内に位置する第１及び第２の再熱器１５及び１７等に煤が付着して、これら第１及び第２の再熱器１５及び１７の蒸気管（伝熱管）が汚れると、熱交換効率が低下し、その結果、所望の再熱蒸気の温度が得られなくなってしまう。このため、後述する再熱蒸気温度制御が行われることになる。
【００３０】
ここで、図２を参照して、本発明の実施の形態による再熱温度制御方法で用いられる制御系について説明する。第１の再熱器１５から出力される再加熱蒸気の温度は温度計測センサ等の温度計測手段（図示せず）で計測されており、温度計測手段で計測された再熱蒸気の温度は再加熱蒸気温度（再熱蒸気の温度）として制御装置３８に与えられる。
【００３１】
図示の制御装置３８は、例えば、コンピュータシステムであり、後述するようにして、再加熱蒸気温度に応じて火炉ダンパーモータ（例えば、ステッピングモータ）３９を駆動制御して、火炉ホッパーダンパー２６の開度（つまり、排ガス再循環ダクトの開口面積）を調整するとともに、スートブロー群（スートブロア：清掃手段）４０を駆動して、第１及び第２の再熱器１５及び１７の汚れを除去する。
【００３２】
続いて、図３も参照して、図２に示す制御装置３８の動作について説明する。制御装置に内蔵されたメモリ（図示せず）には、火炉ホッパーダンパー２６の開度下限値＋１０％が設定開度（この設定開度は燃焼排ガスの設定再循環量に対応する）として設定されており、制御装置３８は初期状態で火炉ホッパーダンパー２６の開度を設定開度とする。（ステップＳ１（第３のステップ））。
【００３３】
制御装置３８は再熱温度制御開始指令を受けると、再熱温度制御を開始する。前述のように、制御装置３８には再熱蒸気の温度が与えられており、再熱蒸気の温度が予め定められた閾値温度未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。そして、再熱蒸気の温度が閾値温度未満となると、制御装置３８は火炉ダンパーモータ３９を駆動制御して、火炉ホッパーダンパー２６の開度を大きくする（開度を上げる：ステップＳ３。ステップＳ２及びＳ３は第１のステップである）。つまり、燃焼排ガスの火炉１２への再循環量を設定再循環量よりも大きくして、第１及び第２の再熱器１５及び１７の再熱温度を高くする。そして、制御装置は火炉ホッパーダンパー２６の開度を監視しつつ、再熱蒸気温度と閾値との比較を行い（ステップＳ４）、火炉ホッパーダンパー２６の開度上限開度となっても、再熱蒸気温度が閾値温度にならない場合、スートブロー群４０を起動して、火炉ホッパーダンパー２６の開度を設定開度に戻す。
【００３４】
つまり、制御装置３８は、再熱蒸気温度が閾値温度未満である際には火炉ホッパーダンパー２６の開度を上げて、燃焼排ガスの再循環量を大きくするが、火炉ホッパーダンパー２６の開度が予め設定された上限開度となっても、再熱蒸気温度が閾値温度未満であると、制御装置３８は第１及び第２の再熱器１５及び１７の伝熱管表面が煤等で汚れて吸熱効率が低下していると判断し、スートブロー群４０を駆動して（ステップＳ５）、第１及び第２の再熱器１５及び１７へ付着した煤等を除去する（ステップＳ４及びＳ５は第２のステップである）。
【００３５】
このように、制御装置３８は、燃焼排ガスの再循環量を調整して再熱蒸気の温度を所望の温度に制御し、燃焼排ガスの再循環量を調整しても再熱蒸気の温度が低下する場合に、スートブローを実行することになる。言い換えると、再熱蒸気の温度が閾値温度未満となった際には、火炉ホッパーダンパー２６の開度を開いて再熱蒸気の温度を調整・制御する動作を少なくとも１回行って、それでも再熱蒸気の温度が閾値温度を下回ると初めてスートブローを実行することになる。
【００３６】
なお、図３には示されていないが、制御装置３８はスートブローを行った後、再熱蒸気の温度が所定の温度（この所定の温度は、例えば、第１及び第２の再熱器１５及び１７の表面がきれいである場合において、燃焼排ガスの再循環量が設定再循環量である際の再熱蒸気の温度に略等しい温度であり、火炉ホッパーダンパー２６の設定開度に対応する）となったか否かを判定して、再熱蒸気の温度が所定の温度となっていないと再度スートブローを行う。
【００３７】
その後、制御装置３８はボイラー装置１１が停止されたか否かを判定し（ステップＳ６）、ボイラー装置１１が停止していなければ、ステップＳ１に戻る。
【００３８】
このようにして、再熱蒸気の温度が閾値温度未満となると、火炉ホッパーダンパー２６の開度を大きくする。そして、火炉ホッパーダンパー２６の開度を大きくしても再熱蒸気の温度が閾値温度未満であると、初めてスートブローによって第１及び第２の再熱器１５及び１７の伝熱管表面を清掃するようにしたので、常に精度よく再熱蒸気の温度を所望の温度に制御できるという効果がある。
【００３９】
上述の説明では、燃料として原油を用いる火力発電システムについて説明したが、燃料として、例えば、石炭、液化天然ガス、又は液化石油ガスを用いる火力発電システムにおいても同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態による再熱蒸気温度制御方法が用いられる火力発電システムの主要部の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態による再熱蒸気温度制御方法で用いられる制御系の一例を示すブロック図である。
【図３】図２に示す制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１１  ボイラー装置
１２  火炉
１３  煙道
１４  ２次過熱器
１５  第１の再熱器
１６  １次過熱器
１７  第２の再熱器
１８  節炭器
１９  脱硝装置
２０  空気予熱器
２１  電気集塵器
２２  脱硫装置
２３  煙突
２４  排ガス再循環ダクト
２５  排ガス再循環ファン（ＧＲＦ）
２６  火炉ホッパーダンパー（火炉ダンパー）
２７  通風ダクト
２８  押込通風機（ＦＤＦ）
２９  バイパスダクト
３０  排ガス再循環昇圧ファン（ＧＲＢＦ）
３１  火炉水壁（火炉水冷壁）
３２  高圧タービン（ＨＰ）
３３  中圧タービン（ＩＰ）
３４  低圧タービン（ＬＰ）
３５  復水器
３６  発電機
３７  燃料管
３８  制御装置
３９  火炉ダンパーモータ
４０  スートブロー群
【図１】
0005164561.tif 000002
【図２】
0005164561.tif 000003
【図３】
0005164561.tif 000004