JPH06272815A - 加圧流動層燃焼装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼装置の負荷減少時において、空気圧縮機
のサージングを防ぎ、しかも流動層火炉の空燃比を確保
しながら、スムーズに加圧容器内の圧力が設定値通りに
低下させることのできる加圧流動層燃焼装置の提供。 【構成】 負荷減少時には、サイズの大きい加圧容器２
では、ボイラ負荷と加圧容器２内圧力との静特性曲線に
従って加圧容器２内の圧力を減少させると空気圧縮機１
２のサージングが起こる。そこで、空気圧縮機１２から
加圧容器２に供給する空気の一部をバイパスダクト１７
にバイパスさせて大気中に逃がす。このときバイパスさ
せる空気流量は、加圧容器２の負荷指令に対応した設定
圧力と実際の検出圧力との偏差がゼロになるようにコン
トロールする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加圧流動層燃焼装置に関
し、特に負荷変化に対応して、流動層火炉が収納された
加圧容器内の圧力制御を行う加圧流動層燃焼装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】加圧流動層燃焼装置の代表例である加圧
流動層ボイラは加圧容器に収納した流動層火炉内で石炭
などを燃焼させ、発生したスチームでスチームタービン
を駆動し、さらに石炭などの燃焼で得られた高圧、高温
の燃焼ガスでガスタービンを駆動して高効率で電力を得
る加圧流動層ボイラ複合発電プラントに利用される。図
５に示す従来の加圧流動層ボイラでは、火炉１は圧力容
器２内に配置され、火炉１で燃焼した燃料の排ガスは排
ガスダクト９を経てガスタービン１０に供給される。そ
して、ガスタービン１０により駆動される空気圧縮機１
２により空気ダクト４内の空気は加圧され、圧力容器２
に供給される。なお、ガスタービン１０から排出した排
ガスは排ガスクーラ１４で冷却された後、煙突１５から
大気中に放出される。

【０００３】また、加圧流動層ボイラの火炉１では負荷
変化に対応して流動層高を変化させる。すなわち、負荷
が減少する時は流動層火炉１内の媒体粒子５を抜き出し
て、流動層高を低くし、抜き出した媒体粒子５を該流動
層燃焼炉の上方に位置した媒体容器７に輸送、貯蔵す
る。逆に、負荷を増加する時には媒体容器７から媒体粒
子５を流動層火炉１内に戻して流動層高を増加する。こ
のように加圧流動層ボイラの火炉１は流動層高の操作に
よって流動層内に埋設されている伝熱管８の埋没深さを
変化させて、その伝熱面積を増減させスチームの発生量
を調節するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記加圧流動層ボイラ
において、負荷減少時には流動層火炉１内の媒体粒子を
抜き出すと同時に、流動層火炉１内の空燃比を適正値に
維持するために、流動層火炉１の燃焼用空気流量を給炭
量に応じて少なくする必要がある。そのため、ガスター
ビン１０により駆動される空気圧縮機１２から加圧容器
２へ供給される空気流量を減少させる。その結果、加圧
容器２内の空気圧力は減少する。この関係は図３の実線
で示すボイラ負荷と加圧容器２内の圧力の静特性、図４
の実線で示すボイラ負荷と空気圧縮機１２の空気流量の
静特性の通りである。通常、静特性上の特性（負荷変化
率が低い状態）では図３、図４の実線の通りにボイラ負
荷の変化時の加圧容器２内の圧力および空気圧縮機１２
の空気流量が得られる。なお、図４に示す一点鎖線はボ
イラ負荷に対して空気圧縮機１２がサージングを起こさ
ない最少空気流量である。

【０００５】しかし、早い負荷変化を行った場合は空気
流量を一定以上絞れないことおよび加圧容器２の容量が
大きいこと等が原因で、加圧容器２内の圧力の減少が図
３の静特性線上に乗らず、図３の破線で示す曲線に従っ
て変化する。すなわち、この図３の破線は空気圧縮機１
２がサージングを起こす直前の流量で加圧容器２に供給
される空気流量により得られる加圧容器２内の圧力であ
る。この図３の破線に対応した空気圧縮機１２のサージ
ング直前の空気流量は図４の破線で示す。図４の破線で
示す場合は一点鎖線で示す通常時よりサージングが起こ
り易くなるが、この理由は加圧容器２の容量が大きい
と、空気圧縮機１２出口の空気圧が減少しにくくなり、
この場合はサージング直前の空気流量は遅い負荷変化時
より、高い値をとることになるためである。

【０００６】このように加圧容器２が大きい場合、また
は早い負荷変化を行った場合、ボイラ負荷減少時の加圧
容器２内の圧力が設定値通りに低下しないことがあっ
た。本発明の目的は、燃焼装置の負荷減少時において、
空気圧縮機のサージングを防ぎ、しかも流動層火炉の空
燃比を確保しながら、スムーズに加圧容器内の圧力が設
定値通りに低下させることのできる加圧流動層燃焼装置
を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成によって達成される。すなわち、流動層火炉が内部
に配置された加圧容器に燃焼用空気と加圧用空気を供給
する加圧流動層燃焼装置において、負荷減少時には、加
圧容器の圧力検出値と負荷指令に応じた加圧容器の圧力
設定値との偏差がゼロになるように、加圧容器に供給す
る加圧空気の一部をバイパスさせて加圧容器に供給しな
い加圧流動層燃焼装置の制御方法、または、加圧容器
と、加圧容器内に配置される流動層火炉と、加圧容器に
燃焼用空気と加圧用空気を供給する空気圧縮機とを備え
た加圧流動層燃焼装置において、空気圧縮機から加圧空
気を加圧容器に供給する空気配管路に設けられた加圧容
器に連通しないバイパス路と、負荷に応じた加圧容器設
定圧力算出器と、加圧容器圧力検出器と、前記加圧容器
の設定圧力と検出圧力との偏差に基づき、前記バイパス
路に設けられた空気流量調節弁の開度を制御する制御装
置を備えた加圧流動層燃焼装置である。上記空気流量調
節弁の開度を制御する制御装置は燃焼装置の負荷減少指
令がある時にのみバイパス路の空気流量調節弁を制御す
る構成とすることができる。本発明の燃焼装置は加圧流
動層ボイラ等である。

【０００８】

【作用】本発明の加圧流動層燃焼装置において、負荷減
少時には流動層火炉内の媒体粒子を抜き出すと同時に、
流動層火炉内の空燃比を適正値に維持するために、流動
層火炉の燃焼用空気流量を給炭量に応じて少なくする必
要があるが、サイズが大きい場合、または早い速度で負
荷変化った場合、加圧流動層燃焼装置の加圧容器では、
燃焼装置の負荷と加圧容器内圧力との静特性曲線に従っ
て加圧容器内の圧力を減少させると空気圧縮機のサージ
ングが起こる。そこで、空気圧縮機から加圧容器に供給
する空気の一部をバイパスさせて逃がし、加圧容器に供
給する空気流量は流動層火炉内の空燃比を適正値に維持
する流量に調節する。このときバイパスさせる空気流量
は、加圧容器の負荷指令に対応した設定圧力と実際の検
出圧力との偏差がゼロになるようにコントロールする。
こうすると空気圧縮機の空気流量は図４の斜線領域内で
変化する。こうして、空気圧縮機のサージングを防止す
ると同時に、加圧容器には燃焼装置の負荷と加圧容器内
圧力との静特性曲線に合致した流量の空気量が供給さ
れ、流動層火炉での空燃比を適正値に維持することがで
きる。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を図面と共に説明する。本実
施例の加圧流動層燃焼装置の代表例である加圧流動層ボ
イラの概略図を図１に示す。図１において、火炉１は加
圧容器２に収納されている。火炉１には加圧空気流量調
整弁３を介して空気ダクト４から空気が供給される。ま
た、火炉１には燃料が供給される。火炉１の媒体粒子５
は媒体容器７へ出し入れすることで、媒体粒子５の層高
を変えることができる。また、火炉１には伝熱管８を配
置し、伝熱管８の熱吸収量は火炉１の層内媒体を媒体容
器７へ出し入れすることで制御される。火炉１で燃焼し
た燃料排ガスは排ガスダクト９を経て、ガスタービン１
０に供給される。そして、ガスタービン１０により駆動
される空気圧縮機１２により前記空気ダクト４内の空気
は加圧される。加圧容器２内に供給された加圧空気は火
炉１の下部から炉内に導入され、燃焼用空気として使用
される。こうして、ボイラ運転中は加圧容器２内の空気
は常に流れているために、加圧容器２内の雰囲気が過度
に加熱されることはない。なお、ガスタービン１０から
排出した排ガスは排ガスダクト１３を経て排ガスクーラ
１４で冷却された後、煙突１５から大気中に放出され
る。また、加圧容器２内の実圧力は圧力計２０で検出さ
れる。

【００１０】本実施例の特徴は空気圧縮機１２により空
気ダクト４内の供給する加圧空気のバイパスダクト１７
と該ダクト１７に空気流量調整弁１８を設け、このバイ
パスダクト１７を排ガスダクト１３に接続させて、圧力
計２０で検出する加圧容器２内の圧力と負荷指令信号に
より制御装置１９が加圧空気流量調整弁３と空気流量調
整弁１８の開閉制御を行うことである。

【００１１】図２には上記構成の加圧流動層ボイラの運
転制御装置１９の構成を示す。ボイラ負荷指令信号２１
に基づき関数発生器２２で加圧容器２内の圧力設定値が
求められる。この加圧容器２の設定圧力と圧力計２０に
よる加圧容器２内の検出値との偏差に基づき、ガスター
ビンのサージングに問題のない負荷降下時およびボイラ
負荷上昇時は開度制限器２３を経てＰＩ制御により加圧
空気量調整弁３が作動する。このとき切替器２４はｂの
側にあり、バイパスダクト１７の空気流量調整弁１８は
全閉状態にある。しかし、ボイラ高速負荷減少指令があ
ると切替器２４はａの側に切り替わり、加圧容器２の設
定圧力と圧力計２０による加圧容器２内の検出圧力との
偏差に応じた開度で空気流量調整弁１８が開放する。そ
のため、加圧容器２には空気圧縮機１２からの加圧空気
の一部のみが供給され、残りはバイパスダクト１７から
大気中に排出される。すなわち、図３の実線に沿った空
気流量を加圧容器２に供給すると負荷低下に対応できな
いので、その一部をバイパスダクト１７を介して大気中
に放出することで、速やかに、負荷減少に対応した圧力
を加圧容器２では達成できる。ここで、バイパスダクト
１７の空気流量調整弁１８の開度は加圧容器２の設定圧
力と圧力計２０による加圧容器２内の検出値との偏差を
ゼロにするように調整されるため、加圧空気流量調整弁
３には図３に示す実線で示されるボイラ負荷に対応した
圧力が加圧容器２内で達成される量の空気が供給され
る。こうして、空気圧縮機１２のサージングの防止もで
きる。なお、上記実施例によれば、ガスタービン下流に
バイパス空気を導入するように構成したが、本発明は、
これに限定されることなく、バイパス空気を大気に直接
逃すように構成しても良い。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、負荷減少時には加圧容
器の負荷対応圧力値を達成できるように、空気圧縮機か
ら加圧容器に供給する空気の一部をバイパスさせて逃が
すことで、空気圧縮機のサージングを防止すると同時
に、加圧容器では速やかに負荷減少に対応した圧力を達
成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の加圧流動層ボイラを用いる
系統図である。

【図２】 本発明の実施例の制御図である。

【図３】 加圧容器の圧力とボイラ負荷との関係図であ
る。

【図４】 空気圧縮機とボイラ負荷との関係図である。

【図５】 従来技術の加圧流動層ボイラを用いる系統図
である。

【符号の説明】

１…火炉、２…加圧容器、３…加圧空気流量調整弁、４
…空気ダクト、１０…ガスタービン、１２…空気圧縮
機、１７…バイパスダクト、１８…空気流量調整弁、１
９…制御装置、２０…圧力計

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動層火炉が内部に配置された加圧容器
   に燃焼用空気と加圧用空気を供給する加圧流動層燃焼装
   置において、 負荷減少時には、加圧容器の圧力検出値と負荷指令に応
   じた加圧容器の圧力設定値との偏差がゼロになるよう
   に、加圧容器に供給する加圧空気の一部をバイパスさせ
   て加圧容器に供給しないことを特徴とする加圧流動層燃
   焼装置の制御方法。
2. 【請求項２】 加圧容器と、加圧容器内に配置される流
   動層火炉と、加圧容器に燃焼用空気と加圧用空気を供給
   する空気圧縮機とを備えた加圧流動層燃焼装置におい
   て、 空気圧縮機から加圧空気を加圧容器に供給する空気配管
   路に設けられた加圧容器に連通しないバイパス路と、負
   荷に応じた加圧容器設定圧力算出器と、加圧容器圧力検
   出器と、前記加圧容器の設定圧力と検出圧力との偏差に
   基づき、前記バイパス路に設けられた空気流量調節弁の
   開度を制御する制御装置を備えたことを特徴とする加圧
   流動層燃焼装置。
3. 【請求項３】 空気流量調節弁の開度を制御する制御装
   置は燃焼装置の負荷減少指令がある時にのみバイパス路
   の空気流量調節弁を制御する構成を備えたことを特徴と
   する請求項２記載の加圧流動層燃焼装置。