(57)【要約】【課題】空気予熱器における空気漏洩の監視に適した排ガス性状測定手段を完備していないボイラ設備に対して、空気予熱器での空気漏洩の状況を容易に診断する空気予熱器の診断装置および診断方法を提供すること。【解決手段】ボイラ設備３０に付設するガス式空気予熱器１０の診断装置において、前記ガス式空気予熱器の燃焼用空気系統側に設置された空気流側通風機２１の消費エネルギ、および排ガス系統側に設置されたガス流側通風機２２の消費エネルギが入力として与えられ、前記空気流側通風機の通風量の推定と前記ガス流側通風機の通風量の推定とに基づいて前記空気予熱器における漏洩空気量の推定値を出力することを特徴とする空気予熱器の診断装置。【選択図】図１
2007315696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ設備に付設するガス式空気予熱器の診断装置において、
前記ガス式空気予熱器の燃焼用空気系統側に設置された空気流側通風機の消費エネルギ、および排ガス系統側に設置されたガス流側通風機の消費エネルギが入力として与えられ、
前記空気流側通風機の通風量の推定と前記ガス流側通風機の通風量の推定とに基づいて前記空気予熱器における漏洩空気量の推定値を出力する
ことを特徴とする空気予熱器の診断装置。
【請求項２】
前記空気流側通風機の消費エネルギに加えて通風制御信号が、また前記ガス流側通風機の消費エネルギに加えて通風制御信号が入力として与えられることを特徴とする請求項１記載の空気予熱器の診断装置。
【請求項３】
前記空気流側通風機の消費エネルギに替えて前記空気流側通風機の差圧および通風制御信号が、また前記ガス流側通風機の消費エネルギに替えて前記ガス流側通風機の差圧および通風制御信号が入力として与えられることを特徴とする請求項１記載の空気予熱器の診断装置。
【請求項４】
前記入力に加えて、ボイラ燃料供給量と、前記空気予熱器より上流側のガス系統の酸素濃度と、が入力されることを特徴とする請求項１に記載の空気予熱器の診断装置。
【請求項５】
前記入力に加えて、空気系統側のガス式空気予熱器への入口温度および出口温度と、ガス系統側のガス式空気予熱器への入口温度および出口温度と、が入力されることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の空気予熱器の診断装置。
【請求項６】
前記推定値に加えて、前記漏洩空気量の増加に起因するエネルギ損失量の推定値を出力することを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の空気予熱器の診断装置。
【請求項７】
漏洩空気量の予測曲線を表示することを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の空気予熱器の診断装置。
【請求項８】
ボイラ設備に付設するガス式空気予熱器の診断方法において、
ガス式空気予熱器の空気系統側に設置された空気流側通風機の消費エネルギ、およびガス系統側に設置されたガス流側通風機の消費エネルギを測定し、
前記空気予熱器における漏洩空気量の推定値を算出することを特徴とする空気予熱器の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ設備に付設させる空気予熱器の診断装置および診断方法に係わり、とくに漏洩空気の量を容易に把握するための装置および方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所等の多くのボイラ設備では、燃焼効率を向上させるために、煙道排ガスの余熱を利用して燃焼用空気を予熱する空気予熱器が設置されている。
【０００３】
一般的なボイラ設備の燃焼用空気の予熱方式を、図８に示す。燃焼用空気は、押込通風機２１によって供給され、空気予熱器１０で予熱されたのちボイラ３０の火炉内に導入される。
【０００４】
一方、ボイラ３０からの燃焼排ガスは、掃引通風機２２の作用によって、空気予熱器１０、集塵機３４を通過したのち煙突３５から放出される。なお、掃引通風機２２を持たない通風方式が採用されたボイラ設備もある。
【０００５】
ボイラ通風系統の制御方式として、いくつかの形態がある。そのうちで代表的なものは、負荷指令値または燃料供給量計器４１の燃料供給量の測定値に基づいて押込通風機２１に備えられたベーンによって燃焼用空気流を制御し、火炉内圧力を−１０ｍｍＡｑ程度の大気圧以下に保持するように、火炉内圧力計器４２の測定値に基づき、掃引通風機２２に備えられたダンパによって燃焼排ガス流を制御する方式をとる。
【０００６】
また、燃焼用空気の空気過剰率は、ボイラ３０内の節炭器３２の出口付近に備えられた酸素濃度計器４３の燃焼排ガス酸素濃度の測定値に基づいて調整される。
【０００７】
比較的大型のボイラ設備では、空気予熱器１０として図９に示すような回転再生式の空気予熱器１０が用いられることが多い。この回転再生式空気予熱器１０では、ケーシング１１の中心に配されたロータ軸１２に支持された蓄熱体ロータ１３が２〜３ｒｐｍで回転し、高温の排ガス流が通過する間に蓄熱体が加熱され、低温の空気流が通過する間に熱を放出することによって熱交換が行われる。１４は、セクタープレートである。
【０００８】
回転式の空気予熱器１０は、単位容積当りの伝熱量が大きいことに高いメリットがあるが、一方で蓄熱体ロータ１３の外周方向および半径方向外方それぞれに対してケーシング１１との間を隙間なくシールし、排ガス流側と空気流側とを完全に隔てることはその回転機構のために難しく、その結果、高圧力側の空気流の一部が排ガス流側に漏洩し易いという欠点を持っている。
【０００９】
一般に、この漏洩空気量は、シール部の劣化や構成部品の変形等によって、図１０に示すようにボイラ設備運用の経過とともに僅かながら増加し、その漏洩率は１０数％に及ぶこともある。そして、空気予熱器１０の漏洩空気量の増加に伴って、一般に燃焼用空気温度は低下し、また通風設備の駆動動力は増大するため、ボイラ設備としての効率は低下する。
【００１０】
さらに排ガス流量の増加は、集塵機３４での集塵効率の低下を招き、空気予熱器１０で予熱する前の燃焼用空気を昇温する機器（図示せず）を備えたボイラ設備では、その加熱熱量の一部が損失となる。
【００１１】
通風機など通風系統に設置される機器の容量は、一般に空気予熱器１０での空気漏洩などを考慮して一定の余裕を持って選定されるが、過大な空気漏洩は通風制御系に制約を与えてボイラ出力を制限してしまう虞もある。
【００１２】
このように、回転式空気予熱器で生じる異常を放置してボイラ設備の運用を継続すると、種々の弊害を伴うことがある。ボイラ設備の運用に当り、空気予熱器１０での漏洩空気量の変動を管理してシール部の劣化状況を推定・予測し、空気予熱器の調整・改修等の適切な対応を行うことが求められる。
【００１３】
これに対処する方法として、煙道に複数の酸素濃度測定手段を付設し、空気予熱器の入口側および出口側の双方の燃焼排ガス流の酸素濃度を監視して、空気予熱器における空気漏洩の状況を把握する手法が知られている。
【００１４】
また特許文献１には、回転式空気予熱器の入口側および出口側の双方に備える排ガス性状分析手段と、漏洩空気率の算出手段と、空気予熱器の損傷具合を推定する手段とをそなえた空気予熱器性能診断装置が示されている。空気予熱器における漏洩空気量の変動の把握には、空気予熱器の入口側および出口側の双方の燃焼排ガス性状を監視することが有効である。
【特許文献１】特許第２７０３５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、古いボイラ設備などでは、上述した空気予熱器での空気漏洩の監視に適した複数の排ガス性状測定手段を元々完備していないことが少なくない。このようなボイラ設備において、空気予熱器での漏洩の状況を適切に把握するためには、新しく排ガス性状測定手段を付設することになる。
【００１６】
しかし、一般に、排ガス性状の測定機器の設置や調整には専門的な技術が必要とされ、手間を要する場合が多い。例えば、空気予熱器で漏洩した空気と排ガスとが充分に混合されない場所で行われた排ガス性状の測定は、空気漏洩状況の把握に対して適切な測定とはならない。
【００１７】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、空気予熱器における空気漏洩の監視に適した排ガス性状測定手段を完備していないボイラ設備に対して、空気予熱器での空気漏洩の状況を容易に診断する空気予熱器の診断装置および診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的達成のため、本発明では、次のような装置および方法を提供するものである。
【００１９】
まず診断装置として、
ボイラ設備に付設するガス式空気予熱器の診断装置において、
前記ガス式空気予熱器の空気系統側に設置された空気流側通風機の消費エネルギ、および排ガス系統側に設置されたガス流側通風機の消費エネルギが与えられ、
前記空気予熱器における漏洩空気量の推定値を出力する
ことを特徴とする空気予熱器の診断装置、を提供し、
次に診断方法として、
ボイラ設備に付設するガス式空気予熱器の診断方法において、
ガス式空気予熱器の空気系統側に設置された空気流側通風機の消費エネルギ、および排ガス系統側に設置されたガス流側通風機の消費エネルギを測定し、
前記空気予熱器における漏洩空気量の推定値を算出することを特徴とする空気予熱器の診断方法、
を提供するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は上述のように、ガス式空気予熱器における空気流側通風機およびガス流側通風機の消費エネルギを用いて漏洩空気量を求めるようにしたため、空気漏洩の状況を簡易にしかも正確に把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１ないし図７を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
図８により説明した従来のものと同様に、空気予熱器１０は、ボイラ３０に対する燃焼用空気流路および燃焼排気ガス流路の途中に設けられ、空気流路に設けられた通風機２１および排気ガス流路に設けられた通風機２２により給排気を行う。これら通風機２１，２２には、圧力計器６１，６２が設けられている。また、空気予熱器１０には、４つの温度計器７１−７４が設けられている。
【００２３】
実施例１−３について
実施例１および実施例２により、上記のようなボイラ設備に対応する空気予熱器１０の診断装置８０を説明する。
【００２４】
また、実施例３により、特に通風機２１，２２の消費エネルギ（消費電力や消費電流など）を測定する計器５１，５２を常設していないボイラ設備を対象とする空気予熱器の診断方法を説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１および図２を参照して、本発明の実施例１を説明する。この図１において、空気予熱器１０の診断装置８０は、押込通風機２１、掃引通風機２２の消費エネルギを求めるために、押込通風機２１の消費電力を測定する電力計器５１の測定値および押込通風制御信号４６と、掃引通風機２２の消費電力を測定する電力計器５２の測定値および掃引通風制御信号４７とを収集する。
【００２６】
次に、空気予熱器の診断装置８０の処理動作について、図２に示すステップＳ１ないしＳ５にしたがって順次説明する。
【００２７】
ステップＳ１：通風機風量の推定値の算出
押込通風機２１および掃引通風機２２の消費電力の測定値ＬＦ，ＬＩから、図３Ａに例示する通風機２１，２２の風量Ｑと消費電力Ｌとの関係を示すそれぞれの特性曲線を使って、押込通風機２１および掃引通風機２２の通過風量の推定値ＱＦ，ＱＩを求める。
【００２８】
電力計器５１，５２が、押込通風機２１および掃引通風機２２の消費電流を測定する電流計器である場合、通風機２１，２２の風量Ｑと消費電流Ｉとの関係を示すそれぞれの特性曲線を使って、押込通風機２１および掃引通風機２２の通過風量の推定値ＱＦ，ＱＩを同様に求めることができる。
【００２９】
ここで、特に通風制御方式が通風機２１，２２のベーン制御による場合、該当する通風機の消費電力Ｌの測定値と通風制御信号Ｕとから、図３Ｂに例示する通風機の風量Ｑと消費電力Ｌとの関係を示す特性曲線群を使って、通風機２１，２２の通過風量Ｑの推定値を求める。
【００３０】
また、押込通風機２１および掃引通風機２２の差圧の測定値ＰＦ，ＰＩと通風制御信号ＵＦ，ＵＩとを収集し、図３Ｃに例示する通風機２１，２２の風量Ｑと静圧差Ｐとの関係を示す特性曲線群を使って、押込通風機２１および掃引通風機２２の通過風量の推定値ＱＦ，ＱＩを求めてもよい。
【００３１】
なお、上記通風機の特性曲線として、通常試験時に取得する各通風機の性能特性データを補間して利用することができる。
【００３２】
ステップＳ２：漏洩空気量の推定値の算出
空気予熱器１０の空気漏洩が増加すると、一般に、押込通風機２１の風量はボイラ３０に供給される燃焼用空気量より増加し、掃引通風機２２の風量はボイラ３０からの燃焼排ガス量より増加することから、空気予熱器１０の漏洩空気量ΔＱを次式によって推定する。
【数１】
2007315696.tif 000003
【００３３】
押込通風機２１および掃引通風機２２の通過風量の推定値ＱＦ，ＱＩから得る２つの漏洩空気量の推定値のうち小さい方を取り、押込通風機２１および掃引通風機２２に共通な風量増加分のみを抽出して、漏洩空気量ΔＱが過大な見積もりとならないようにしている。
【００３４】
ここで、ＱＦ０，ＱＩ０は、それぞれ燃焼用空気の基準風量、燃焼排ガスの基準風量であり、燃料供給量Ｆを用いて以下で見積もることもできる。
【数２】
2007315696.tif 000004
【００３５】
ここで、
【数３】
2007315696.tif 000005
であり、ｍは空気過剰率、ｃ，ｈ，ｓ，ｏ，ｎ，ｗはそれぞれ燃料単位量に含まれる炭素、水素、硫黄、酸素、窒素、水分の重量とする。
【００３６】
ステップＳ３：消費電力増加量の推定値の算出
漏洩空気量の増加分の推定値ΔＱから、通風機２１，２２の風量Ｑと消費電力Ｌとの関係を示す特性曲線（図３Ａ）を再び使って、図３Ｄに示すように押込通風機２１および掃引通風機２２それぞれの消費電力における増加分の推定値ΔＬＦ，ΔＬＩを求める。
【００３７】
ステップＳ４：漏洩空気量推定値の記録と表示
押込通風機２１および掃引通風機２２の消費電力ＬＦ，ＬＩ、空気予熱器１０の漏洩空気量ΔＱ、押込通風機２１および掃引通風機２２それぞれの消費電力の増加分の推定値ΔＬＦ，ΔＬＩなどを時系列で記録し、グラフ等で表示する。
【００３８】
上記に加えて、空気予熱器１０の燃焼用空気側と燃焼排ガス側との各出入口に設置した温度計器７１，７２，７３，７４の温度測定値をそれぞれ収集する。空気予熱器１０で漏洩空気量が増加した場合、一般に空気予熱器１０の熱交換器としての性能は低下するため、下式によって算出される温度効率фａ，фｇを時系列で記録し表示することによって、空気予熱器の熱交換特性の変動を併せて監視する。
【数４】
2007315696.tif 000006
【００３９】
ステップＳ５：漏洩空気量予測曲線の算出と表示
空気予熱器１０における空気漏洩率の予測曲線ｙ  ＝  ｋ１ｘ２  ＋  ｋ２ｘ  ＋  ｋ３を求めて、グラフ等で表示する。ここで、係数ｋ１，ｋ２，ｋ３は、空気予熱器１０での空気漏洩率の推定値列ｙｉと対応する時間列ｘｉとから、以下の方程式群を解くことにより求める。
【数５】
2007315696.tif 000007
【００４０】
図４は、空気漏洩率の推定値、押込通風機２１および掃引通風機２２の消費電力増加分の推定値、および空気予熱器１０における予熱空気の温度効率の記録データ、ならびにそれらの予測曲線の出力例である。
【００４１】
空気予熱器１０の診断装置８０の機能は、既存のボイラの監視設備に組み込むことでも実現でき、押込通風機２１の消費電力測定値および掃引通風機２２の消費電力測定値を取り込んで、ボイラ設備の監視用に処理するプログラムの一部として提供することもできる。
【００４２】
この実施例１によれば、排ガス性状の測定機器を新しく付設することなく取得可能な測定値に基づき、空気予熱器１０における空気漏洩の状況を把握する空気予熱器１０の診断装置８０を提供することができる。通風機における消費電力の増加分の推定値を出力することによって、空気予熱器１０の空気漏洩に起因するエネルギーコストを考慮した空気予熱器１０の補修計画が可能になる。
【００４３】
空気予熱器１０における燃焼用空気側および燃焼排ガス側の温度効率を算出することによって、空気予熱器１０の熱交換性能を監視することができる。また、空気予熱器１０における漏洩空気量の予測曲線を表示することによって、漏洩空気量の増加見込みを把握することができる。
【実施例２】
【００４４】
図５は、本発明の実施例２を示している。なお、実施例１と同一の構成要素には同一の符号を用いる。
【００４５】
この図５において、空気予熱器１０の診断装置８０は、押込通風機２１の消費電力を測定する電力計器５１の測定値および押込通風制御信号４６と、掃引通風機２２の消費電力を測定する電力計器５２の測定値および掃引通風制御信号４７と、燃料供給量計器４１の測定値と、酸素濃度計器４３の測定値とを収集する。
【００４６】
ここで、酸素濃度計器４３は、図５に示すボイラ３０内または空気予熱器１０より上流側の煙道３２に設置されており、燃焼用空気の空気過剰率の調整用に通常設置される酸素濃度計器を利用することができる。
【００４７】
この実施例２の空気予熱器の診断装置８０の処理について、実施例１におけるステップＳ１およびステップＳ３〜Ｓ５と同じ処理によって実施が可能であり、以下にステップＳ２の処理のみ説明する。
【００４８】
ステップＳ２：漏洩空気量の推定値の算出
排ガス酸素濃度の計測値（Ｏ２）が、押込通風機２１の通過風量の推定値ＱＦとボイラ燃料供給量Ｆとから算出する酸素濃度の計算値
【数６】
2007315696.tif 000008
と比較して明らかに異なる（小さい）場合に、空気予熱器１０における漏洩空気量の推定値ΔＱを次式で求める。
【数７】
2007315696.tif 000009
【００４９】
ここで、
【数８】
2007315696.tif 000010
であり、ｃ，ｈ，ｓ，ｏ，ｎ，ｗは、それぞれ燃料単位量に含まれる炭素、水素、硫黄、酸素、窒素、水分の重量とする。
【００５０】
この実施例２によれば、排ガス性状の測定機器を新しく付設することなく取得可能な測定値に基づき、空気予熱器１０における空気漏洩の状況を把握する空気予熱器１０の診断装置８０を提供することができる。
【実施例３】
【００５１】
図６は、本発明の実施例３を示している。この実施例３では、電力計器５１および電力計器５２を仮設置して、押込通風機２１の消費電力および掃引通風機２２の消費電力を測定する。通風機モータの供給電力が三相３線式である場合、図７に示すように２個の電力計を使って電力計器を構成しても電力を測定することができる。電力計器５１および電力計器５２には、無線によって測定値を発信する機能を備えているものを用いると、配線作業等が簡易となる。
【００５２】
携帯情報端末８１は、電力計器５１および電力計器５２から伝送される無線信号を受信し、押込通風機２２および掃引通風機２３の消費電力データを収集する。携帯情報端末８１において、実施例１に説明した処理と同様に、押込通風機２２および掃引通風機２３の特性曲線それぞれを使って、空気予熱器１０における漏洩空気量の推定値を算出する。さらに、他の計器信号等の収集により実施例１または実施例２における空気予熱器の診断装置と同様の機能を拡張することもできる。
【００５３】
空気予熱器１０の近傍に複数の燃焼排ガスの性状測定手段を設けて測定を行う場合に比べて、押込通風機２１および掃引通風機２２の消費電力の測定は容易に実現できることが多く、この実施例３の空気予熱器１０の診断方法によれば、空気予熱器１０の空気漏洩の状況を簡易に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施例における空気予熱器の診断装置の設置状況を示す図。
【図２】図１に示した第１の実施例における診断処理ステップを示す図。
【図３Ａ】図１に示した第１の実施例における通風機の風量−消費電力の関係を示す図。
【図３Ｂ】同じく通風機の風量−消費電力の関係を示す図。
【図３Ｃ】同じく通風機の風量−静圧差の関係を示す図。
【図３Ｄ】同じく通風機の風量−消費電力の関係を示す図。
【図４】第１の実施例における表示画面出力の一例を示す図。
【図５】本発明の第２の実施例における空気予熱器の診断装置の設置状況を示す図。
【図６】本発明の第３の実施例における空気予熱器の診断方法を示す図。
【図７】第３の実施例における通風機のモータの消費電力の測定方法の一例を示す図。
【図８】従来のボイラ設備の予熱方式および通風制御方式を示す構成図。
【図９】従来のボイラ設備における回転式空気予熱器の構成図。
【図１０】従来の空気予熱器における漏洩空気量の変化の一例を示す図。
【符号の説明】
【００５５】
１０：空気予熱器
２１：押込通風機  
２２：掃引通風機
３０：ボイラ
３１：燃焼用空気ダクト
３２：節炭器
３３：燃焼排ガスダクト（煙道）
３４：集塵機
３５：煙突
４１：燃料供給量計器
４２：火炉内圧力計器
４３：酸素濃度計器
４４：押込通風制御設定器
４５：掃引通風制御設定器
４６：押込通風制御信号
４７：掃引通風制御信号
５１，５２：電力計器
６１，６２：圧力計器
７１，７２，７３，７４：温度計器
８０：空気予熱器の診断装置
８１：携帯情報端末
【図１】
2007315696.tif 000011
【図２】
2007315696.tif 000012
【図３Ａ】
2007315696.tif 000013
【図３Ｂ】
2007315696.tif 000014
【図３Ｃ】
2007315696.tif 000015
【図３Ｄ】
2007315696.tif 000016
【図４】
2007315696.tif 000017
【図５】
2007315696.tif 000018
【図６】
2007315696.tif 000019
【図７】
2007315696.tif 000020
【図８】
2007315696.tif 000021
【図９】
2007315696.tif 000022
【図１０】
2007315696.tif 000023