JPH04503095A - 循環式流動層ボイラの再熱蒸気温度制御のためのシステムと方法 - 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】 循環式流動層ボイラの再熱蒸気温度制御のためのシステムと方法 発明の背景 本発明は二段蒸気タービンと、流動層燃焼装置、少なくとも１個のセパレータ及 び再熱器と過熱器とを有するガス煙道を含む流動層燃焼システムを育する蒸気発 生装置とを含む動力装置に関する。

本発明は、また、流動層燃焼装置、少なくとも１個のホットセパレータ及びガス 煙道内の再熱器を含む流動層燃焼システムを有する蒸気発生装置において再熱器 温度を制御する方法に関する。

再熱蒸気温度を制御する幾つかの方法が現在知られている。

再熱器温度を制御するための一方法は再熱器に対するガスバイパスのためのシス テムの使用である。二つの分離された煙道ガスパス（ｐａｓｓ）がボイラの対流 パス内に設けられ（過熱器のための一つ及び再熱器のための一つ）、各セクショ ンに対する煙道ガス流の量を変えるためおのおのの下流にダンパのごとき手段が 設けられる。

再熱器の出口蒸気温度は対流パスセクション間の煙ガス流の量を変えることによ って制御され得る。このシステムの主たる欠点はダンパが比較的高い温度（２６ ０〜３７１℃）のダストが堆積する煙道ガス通路内に配置され、それらを腐食と 機械的故障とを免れ得ないようにすることである。また、蒸気温度制御範囲はこ のタイプのシステムによれば＃限される。

再熱器出口蒸気温度を制御する他の一方法は外部熱交換器の使用による。この方 法によれば、循環式流動層システム内の再循環固形物の一部分は外部に取付けら れた流動層熱交換器、即ち外部熱交換器（ＥＨＥ）であってその内部に再熱器の 一セクションまたは全体が位置されるものへ転向される。ＥＨＥへの固形物の流 量を変えることによって再熱器への熱交換の量及び再熱器出口蒸気温度が制御さ れる。このシステムの主たる欠点は固形物流量制御弁が高保守部品でありそして ＥＨＥ内の再熱チューブ面が腐食を免れ得ないことである。これはユニットの利 用可能性に影響を及ぼす。

また、米国特許第４７４８９４０号には、第１の再熱器加熱面を循環式流動層燃 焼装置の煙道ガス通路内に配置することと、そしてこの第１再熱器に外部熱交換 器（ＥＨＥ）内に配置された第２再熱器を結合することとが示されている。調整 可能のバイパス管路が再熱器加熱面に並列して結合される。再熱器の出口温度は 外部熱交換器内の固形物流れを制御することによってそしてバイパス管路によっ て２個の再熱器内の蒸気流れを制御することによって制御される。

再熱器出口温度蒸気温度を制御するもう一つの方法は、スプレー成域過熱器の使 用による。この方法は減退熱のために水をスプレーすることと、それにより再熱 器出口蒸気温度を制御することとを採用する。これは簡単な方法であるが、それ はサイクル効率を低下させるから一般的には採用されない。

さらに他のもう一つの方法は過剰空気の使用による。

ボイラへ供給される過剰空気は再熱蒸気温度制御のために使用され得る。しかし 、この方法はボイラ効率に対するその否定的な影響の故に歓迎されない。

さらに他のもう一つの方法はガス再循環の使用による。

この方法によれば、大量の煙道ガスが、見積もられた再熱器出口蒸気温度を得る ために再循環される。しかし、この方法は高温ダストを同伴するガスを取扱うた めのガス再循環ファンの使用を必要とし、そしてこの方法を不利にする追加動力 消費量を必要とする。

従って、本発明は再熱蒸気温度制御のための改良された方法及びシステムに指向 される。

発明の適用及び目的 本発明の主たる目的は、循環式流動層ボイラにおいて再熱器（出口）蒸気温度を 制御するための改良されたシステム及び方法を提供することである。

本発明の主たる局面に従って、流動層燃焼装置、少なくとも１個のセパレータ及 び煙道ガスパスに位置する再熱器とを有する流動層燃焼システムを有する蒸気発 生装置は、 −共通のガス煙道内に連続的に配置された再熱器の第１段及び再熱器の第２段ま たは最終段、−タービンからの低温蒸気を選択的な第１及び第２の部分に分割す るとともに前記第１の部分を再熱器の第１段を通じて導くための手段、及び −前記第１と第２の部分とを再合流させるとともにそれらを再熱器の第２段を通 じて導くための手段とを存することを特徴とする。

好ましくは前記蒸気発生装置は再熱器の第２段または最終段の温度を制御するた めの手段を有しそして低温蒸気の選択部分を前記第１段の再熱器を迂回して前記 第２段または最終段の再熱器へ直接にバイパスするための手段を有する。

本発明に従う方法は、 −再熱器を第１段及び第２段または最終段の再熱器に分割しそして再熱器の第１ 段及び第２段を共通のガス煙道内に連続的に配置すること、 −再熱器へ戻る低温蒸気を選択的な第１及び第２の部分に分割しそして第１の部 分を再熱器の第１段を通じて導くこと、及び −前記第１の部分と第２の部分とを再合流させそしてそれらを再熱器の第２段ま たは最終段を通じて導くことを含むことを特徴とする。

図面の簡単な説明 本発明の前記及びその他の目的及び利点は、添付図面と一緒に検討されるとき以 下述べる説明から明らかになるであろう。図面において： 第１図は本発明は実施する典型的な循環式流動層ボイラシステムを図解する概略 図である。

第２図は本発明の他の一実施例を図解する概略図である。そして、 第３図は単一のタービンに結合された２個の典型的ボイラの配列を図解する概略 図である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図を参照すると、過熱器と再熱器とを有する典型的な循環式流動層ボイラを 実施する動力装置が本発明の好ましい一実施例を組込むシステムと共に図示され る。

全体として数字ｌＯによって示されるボイラシステムは、可燃性物質、不燃性物 質、恐ら（添加物または再循環物質、−次空気及び二次空気がそのなかに送られ る燃焼室１４を有する流動層燃焼装置１２を有する。燃焼室内において、前記層 は層物質の正しい在庫管理及び空気の流れを有することによって流動化状態に維 持される。燃焼室は流動化空気がそれを通じて導入される格子状構造を有する底 １６を設けられる。燃焼室壁は耐火カバーを有するまたは有しないメンブレン型 チューブ壁によりて構成されることが好ましい。

過熱器１８及び２０の第１及び第２の段階が燃焼室内に位置される。燃焼室物質 は燃焼室から複数の煙道２２を通じてホットセパレータ２４へ運搬され、そこに おいて固形物は煙道ガスから分離されて粒子再循環システム２６．２８及び３０ を通じて再循環のために燃焼室の底に戻される。これら粒子は燃焼室への復帰に 先立って流動層クーラーまたは同様のものを通過させられる。

給水のための循環回路及び−次加熱器の細部はそれらが本発明の必須部分を構成 しないから図解されない。

前記ホットセパレータから煙道ガスは煙道３２によって対流バス（ｐａｓｓ）３ ４へ通過する。単段形過熱器３８が対流バス内に配置されまたは位置決めされ、 再熱器４０及び４２が過熱器３８の下流においてエコノマイザ面４４の上流に位 置される。再熱器は４２が第１の段でありそして４０が第２または最終の段であ る２段式として図示されている。再熱器は２個より多い段を存し得、その場合、 最終段は４０と同じように過熱器３８の直ぐ下流に位置される。これらはガス流 れ方向が下向きでありそして再熱蒸気流れ方向が上向きである対向流形熱交換器 として配列される。このバス（ｐａｓｓ）内への過熱器３８の配置は、再熱器４ ０へのガス流の温度を臨界温度より低く保のに役立つ。この配列は後に説明され るであろうバイパス特徴と相俟って再熱器セクション内における温度の独特且つ 効果的な制御を可能にする。

（対向流形熱交換器において）特定セクションを離れ去る蒸気温度が該セクショ ンに入るガス温度に近いとき、該セクションへの蒸気流量を減じることは熱吸収 を相当減らす結果をもたらす。蒸気温度がガス温度に接近するに従って、熱伝達 のために利用され得る有効サーマルヒート（ｔｈｅｒｍａｌ　ｈｅａｔ）は減じ られる。このことは本発明に従う再熱温度制御システムのために使用される原理 の基礎を提供する。

第１図に図解される発生システムは二段タービンに蒸気を供給する。図解された 配列において、過熱器３８からの蒸気は出口ヘッダ４６と供給管路４８とを経由 して弁５０を通って高圧タービン（ＨＰＴ）５２の入口側へ流れる。タービン５ ２を離れ去る低温蒸気は、戻り管路５３を通って再熱器４２及び４０へ戻る。再 熱器において、バイパス管路５４は５５において前記戻り管路５４と接続して低 温蒸気の一部分をバイパスし、蒸気の残り部分は差動制御弁５６を通って第１段 再熱器４２の入口ヘッダ５８へ達する。

再熱器４２を通過する蒸気はへラダ６０を経由して出て行きモして６２において 前記低温蒸気のバイパス部分と再び一緒になる即ち合流する。流量制御弁６４が バイパス管路５４に設けられて第１段再熱器４２の入口マニホルドとバイパス管 路との間の流れを制御する。６２において再び合流した蒸気は第２段または最終 段の再熱器４０の入口ヘッダ６６内に流れ、再熱器４０においてさらに加熱され 、そして出口ヘッダ６８、供給管路７０及び弁７２を経由してタービン（ＩＰＴ ）の第２段即ち低圧段へ流れる。バイパス管路５４と第１段の再熱器４２との間 の低温蒸気の選択的割当は、再熱器段において効果的且つ効率的な温度制御手段 を提供する。

煙道ガス通路に沿う第１段再熱器４２の位置は、低温再熱蒸気の必要部分を直接 に第２段再熱器４０ヘバイパスすることが、第１段再熱器を離れ去る蒸気の温度 を再熱器チューブ材料の許容金属温度より高く増し得ないように選択される。第 １段再熱器材料がそれらの許容金属温度を超えるのを防ぐようにリミットが決定 される。５６６℃の値が典型的リミットでありそして実設計条件に依存して変動 する。本システムの目的は、最高チューブ外面温度が、選択された材料の許容金 属温度を超えないようにすることである。

制御弁５６及び６４の配列は、制御可能性が蒸気温度制御範囲の全体に亙って得 られそして全再熱器面がボイラの対流パス内に配置されることを許し、炉内再熱 器面の必要を無（するように選択される。これは、また、例えば１個より多いボ イラが共通タービンシステムに結合されるとき簡単化された始動計画を実行可能 にする。この配列において、弁の組は様々の運転条件下における再熱蒸気流均衡 手段を提供する。

循環式流動層ボイラにおいては、燃焼は不活性物質の流動層で起こる。燃焼装置 を離れ去る流動層物質はホットコレクタ（例えば、ホットサイクロン）によって 好適な密閉装置を通じて戻される。運転間、空気と燃料は燃焼室１４へ給送され 、そこにおいて、層物質は空気及び層物質の正しい流量を有することによって流 動状態に維持される。流動化空気は燃焼室の底１６に在るグリッド状の格子また は構造を通じて導入される。煙道ガス及び燃焼生成物は、残留していた固形物と 一緒に、最初に過熱器１８及び２０へ熱を伝達しそして煙道２２を経由してホッ トセパレータ２４内へ運搬され、前記セパレータにおいて固形物は分離されそし て再循環装置２６．２８及び３０を通じて燃焼室へ戻される。次いで、高温の煙 道ガスはホットセパレータから煙道３２を通じて対流パスセクシジンへ運搬され 、そこには最終段過熱器３８と再熱器段４０．４２が位置されている。

説明されたシステムにおいては３個の過熱器段が配置されており、それらは１８ ．２０及び３８であり、そして３８は煙道ガス対流パスに在る。もし必要であれ ば、減退熱器（ｄｅｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒｓ）が過熱器段の間に蒸気温度の制 御のために位置され得る。再熱器の２個の段４０．４２は、再熱器出口蒸気温度 の精密制御が可能であるように、制御弁及び相互接続パイピングと共に対流パス ３４に位置される。パイピング系統はこの系統にバイブ５３において再入する低 温蒸気がバイパス管路５４とのその接続点５５において二つの流れに選択的に分 割されるように構成される。一方の流れは第１段再熱器へ進みそして入口ヘッダ ５８を通じて分配される。

他方の流れは弁６４と入口ヘッダ６６とを経て第２段再熱器へ進む。蒸気の選択 的分割は弁５６及び６４によって達成される必要温度制御に比例する。

出口ヘッダ６０から第１段再熱器を離れ去る高温蒸気は、バイパス管路５４を通 る低温蒸気即ち流量Ｈａ弁６４の下り流れと混合され、そして混合された流れは 入口ヘッダ６６を通って第２段再熱器に入る。第１段再熱器を通る流れは２個の 制御弁５６及び６４の適正な操作によって制御され、それによって、今度は、第 ２段再熱器４０を離れ去る蒸気の温度が制御される。第２または最終段再熱器か らの高温蒸気は高温再熱蒸気管路７０によってタービンへ戻るように導かれる。

差圧反応制御ユニット８０は制御弁６４のために利用され得る圧力差を制御する ための弁５６の調整を制御する。制御ユニット８０は低温蒸気戻り管路５３と、 再熱器４２の出口とバイパス管路５４との接続点６２における出口圧力との間の 圧力差に反応する。これは第１図において破線８４によって表される。制御ユニ ット８０はボイラにおける負荷の関数として弁５６を制御するように設定される 。

バイパス管路５４上の弁６４は温度反応制御ユニット８２によって制御され、制 御ユニット８２は第２または最終段再熱器４０からの吐出し蒸気の温度に反応す る。

これは第１図において破線８６によって表される。図解実施例において、−例と して再熱器４０の温度は約５３８℃±ｌＯ℃の限界内に維持される。再熱器４０ を離れ去る蒸気の温度が上昇し始めてて５４３℃を超えるとき、弁６４は開かれ て追加低温蒸気を直接に再熱器４０ヘバイパスする。温度が下降し始めて５３２ ℃より低くなるとき、弁６４は閉じられて第２段４０へのバイパス低温蒸気の流 量を減じる。

第２図においては、第１図と同じシステムであるが過熱器３８が再熱器４０と４ ２との間に位置されるものが開示される。単段形過熱器３８は対流バスに配置さ れ、第２段再熱器４０は過熱器の上流に位置され、そして第１段再熱器４２は過 熱器の下流に位置される。エコノマイザ４４は過熱器３８の下流に位置される。

これは第１図に示されたそれとは対照的である。過熱器３８の上流における第２ 段再熱器４０の配置はそれがより低い負荷でより多くの熱を吸収することを可能 にする。このことはそれにその蒸気温度制御範囲を拡張する可能性を付与し、一 方、過熱器制御範囲に対するその影響はあるにしても微々たるものである。再熱 蒸気温度ＭｌｌＩ範囲の前記のごとき可能性の拡張は温度整合能力に関して１タ ービンに対する２ユニツトの結合をより容易に強化する。

第２段再熱器４０が過熱器３８の上流に位置される本配列は、再熱器段における 温度に関しより大きい制御をも提供する。いまやガスはそれが過熱器３８を通過 する以前に再熱器４０を通過するから、それはボイラの特定の負荷に関するまで 再熱器４０のための臨界温度より低（ない。従って、過熱器３８がそのパス（ｐ ａｓｓ）において再熱器４０の後に在るときは、ガス温度が再熱器４０のための 臨界温度より低いのは約２５％〜３０％の負荷が到達される後までであるに過ぎ ない。この時点において、低温蒸気がこの発明に従って温度の制御のために使用 可能である。もしより高い負荷点が要求されるならば、チューブ金属材料は約３ ５％〜４０％の最高負荷を許すように等級を上げられ得る。ユニットが２５％〜 約４０％の負荷であるときまで再熱器を通る流れを必要としないというこの点が 本発明のもう一つの利点である。

第３図を参照すると、第１図と同じであるが複式ボイラを有するシステムが開示 される。このシステムにおいては、第１のボイラ装置の構成要素は第１図と同じ 参照数字によって確認され、第２のボイラ装置はプライム記号を付された同じ数 字によって確認される。従って、この機構においては、２個のボイラが単一ター ビンに蒸気を供給するボイラタービンシステムが開示される。このタイプのシス テムのために必要とされる一つの本質的特徴は、再熱器出口における蒸気温度が すべての可能運転条件において限度内に維持されるように、各ボイラへの再熱蒸 気量を制御する手段が設けられることである。図解されたシステムにおいては、 複式制御手段及びパイピングが２個のボイラのために設けられる。

再熱蒸気温度制御のための制御弁５６および６４は、正常及び異常運転条件下で 流量の均衡を保ち且つ再熱器出口温度を限度内に維持するために使用され得る。

この配列において、減圧弁８０及び８２は、減退熱器７６及び７８と共に、低温 始動間、高温始動間及び第１のユニットの稼働間に第２のユニットを始動させる とき融通性を用意する。この簡単なシステムは精巧な蒸気混合システムの必要性 を無くする。それは変動する負荷条件下において再熱出口蒸気温度制御のための 簡単で効果的なシステムと方法とを提供する。

運転時、コールドスタートから、燃焼は燃料及び空気を導入された燃焼室１４内 で始められる。燃焼の結果として熱が発生されるに従って、高温の燃焼ガスが燃 焼室内で上方へ運動して燃焼室壁内の水へそして過熱器１８及び２０へ熱を伝達 する。高温ガス、燃焼生成物及び固形物は燃焼室から煙道２２に沿ってホットセ パレータ２４内に入り、そこにおいて固形物は燃焼室へ戻るために分離される。

高温の煙道ガスは煙道３２に沿って対流バス３４内に入り、そこにおいて熱は過 熱器３８、第２または最終段再熱器及び第１段再熱器４２に順次に伝達される。

システムを通る高温ガスの流れは低温蒸気の流れに先立って始まる。ボイラが焚 かれそして燃料が高温ガスを提供する時間間隔に亙って燃えた後、蒸気が発生さ れそしてタービンを始動させる。

高温ガスがそれらの熱を氷壁内の水と蒸気とに伝達するに従って、過熱器及び再 熱器内において、熱が低下し従ってそれは各連続段においてより低い。最大負荷 において燃焼室出口を離れ去るガスの温度は８４３〜９２７℃の範囲であること が注目されるべきである。ガスと水との温度差が大きいほど、熱伝達はより大き く、そしてガスが各過熱器から通過するときその温度はより低い。

従って、ガスが過熱器３８を通過するとき、それはボイラの特定温度に達するま では再熱器４０の臨界温度より低いであろう。従って、過熱器３８がガスパスに おいて再熱器の前方に在るときは、ガス温度は約４０％〜５０％の負荷が到達さ れる後までは再熱器４０の臨界温度より低い。この時点において低温蒸気が本発 明に従う温度の＃御のために利用され得る。ユニットが５０％負荷になるまでは 再熱器を通る流れを必要としないというこの点が本発明の他の一利点である。は とんどの標準システムは、過熱による消損を防止するために、始動（高温または 常温）の初期段階間は再熱器を通る流れを必要とする。従って、高価なバイパス システムが使用されなくてはならない。しかし、このシステムの物理的設計によ って、バイパスは必要とされず、そしてシステム始動時間は短縮され得る。

その他の修正及び変更が前述の開示において可能であり、そして成る場合におい ては、若干の特徴はその他の特徴を対応的に使用することなしに使用され得る。

従って、本発明は特定の実施例に関連して図解されそして説明したが、別添請求 の範囲において限定されるごとき本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに 多くの変更及び修正がそれにおいて施され得ることが理解さるべきである。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．二段蒸気タービンと、流動層燃焼装置（１２）、少なくとも１個のセパレー タ（２４）及び再熱器と過熱器（３８）とを有するガス煙道（３４）を有する流 動層燃焼システムを有する蒸気発生装置とを有する動力装置において、前記蒸気 発生装置が、 −共通のガス煙道（３４）内に連続的に配置された再熱器（４２）の第１段及び 再熱器（４０）の第２段または最終段と、 −タービン（５２）からの低温蒸気を選択的な第１及び第２の部分に分割すると ともに前記第１の部分を再熱器（４２）の第１段を通じて導くための手段と、− 前記第１と第２の部分を再合流させそしてそれらを再熱器（４０）の第２段を通 じて導くための手段とを有することを特徴とする動力装置。
2. ２．請求の範囲第１項に従う蒸気発生装置において、過熱器（３８）が前記再熱 器（４０）の第２段の下流に配置されることを特徴とする蒸気発生装置。
3. ３．請求の範囲第１項に従う蒸気発生装置において、タービンからの低温蒸気の 選択された部分を再熱器の第１段を迂回して再熱器の第２段または最終段に直接 にバイパスするための、少なくとも１個の流量制御弁を備えた、バイパス管路（ ５４）を有する低温蒸気を分割する手段を有することを特徴とする蒸気発生装置 。
4. ４．請求の範囲第１項に従う蒸気発生装置において、再熱器（４２）の第１段の 入口に少なくとも１個の圧力制御弁を有し、該弁が戻り蒸気圧力と再熱器の第１ 段の出口蒸気圧力との間の差に反応することを特徴とする蒸気発生装置。
5. ５．請求の範囲第１項に従う蒸気発生装置において、低温蒸気を分割する手段が 再熱器の第２段の出口温度に反応することを特徴とする蒸気発生装置。
6. ６．請求の範囲第１項に従う蒸気発生装置において、再熱器（４０）の第２段の 温度が約５３８℃±１０℃に維持されることを特徴とする蒸気発生装置。
7. ７．流動層燃焼装置、少なくとも１個のホットセパレータ及び再熱器を有する流 動層燃焼システムを有する蒸気発生装置において再熱器温度を制御する方法にお いて、−再熱器を第１及び第２または再終段の再熱器に分割しそして再熱器の第 １及び第２段を共通のガス煙道内に連続的に配置することと、 −再熱器へ戻る低温蒸気を選択的な第１及び第２の部分に分割しそして第１の部 分を再熱器の第１段を通じて導くことと、 −前記第１の部分と第２の部分とを再合流させそしてそれらを再熱器の第２段ま たは最終段を通じて導くこととを含むことを特徴とする蒸気発生装置において再 熱器温度を制御する方法。
8. ８．請求の範囲第７項に従う方法において、分割された低温蒸気の第２の部分が 、再熱器の第１段の入口と出口との間に延びるバイパス管路を通じて導かれるこ とを特徴とする蒸気発生装置において再熱器温度を制御する方法。
9. ９．請求の範囲第７項に従う方法において、反応的に低温蒸気温度を第１及び第 ２の部分に分割するために、再熱器の第２段または最終段の蒸気温度を制御する ことを特徴とする蒸気発生装置において再熱器温度を制御する方法。
10. １０．請求の範囲第７項に従う方法において、低温蒸気を第１及び第２の部分に 分割するために、戻り蒸気圧力と第１段の再熱器の出口蒸気圧力との間の圧力差 を制御することを含むことを特徴とする蒸気発生装置において再熱器温度を制御 する方法。