JPH063286B2 - 蒸気発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、蒸気発生装置（ボイラ）に関し、ボイラ停止
時の保缶要領改善により、ボイラ起動時間の大巾短縮、
ボイラ起動に伴なう過熱器出口管寄せ及び主蒸気管の寿
命消費の低減、燃料量の削減を図ることにある。

従来の技術 第４図は、火力発電プラント系統の概要を示す。

第４図において、節炭器１で加熱されたボイラ給水は蒸
気ドラム２にてボイラ循環水と混合し、降水管３を経て
火炉水冷壁４で熱吸収し、飽和水／蒸気の混合体とな
り、蒸気ドラム２に循環する。この蒸気ドラムで分離さ
れた飽和蒸気は、一次過熱器５で過熱された後、過熱低
減器６にて温度制御され、その後二次過熱器７にて規定
温度まで過熱されて、高圧タービン８へ送気される。

なお、９は一次過熱器出口管寄せ、１０は一次過熱器出
口連絡管、１１は二次過熱器入口連絡管、１２は二次過
熱器入口管寄せ、１３は過熱器出口管寄せ、１４は主蒸
気管、１５はタービン入口主塞止弁、１６及び１７は夫
々一次及び二次過熱器出口ブロー制御弁、１８及び１９
は夫々その付属配管を示す。

高圧タービン８の排気は、低温再熱蒸気管２０を経て再
熱器２１に入って、規定温度まで過熱され、その後連絡
管２２及び再熱塞止弁２３を経て中圧タービン２４に到
る。この中圧タービンより蒸気は、クロスオーバ管２５
を経て低圧タービン２６に到る。この低圧タービンの排
気は、復水器２７にて凝縮し、復水ポンプ２８にて昇圧
され、低圧給水加熱器２９を経て脱気器３０に到る。給
水は、この脱気器からボイラ給水ポンプ３１にて昇圧さ
れ、高圧給水加熱器３２を経てボイラへ給水される。

なお、３３は過熱低減器スプレイ制御弁、３４はその給
水管を示す。

しかして、これらの火力発電プラントは、ベースロード
運用の原子力発電設備の増加とともに負荷変動用として
使用され、毎深夜停止・早朝起動のいわゆるツーシフト
運転が必要となっている。

第５図は８時間停止のユニット停止起動特性曲線の一例
を示し、この例では、ユニットは０時に解列し、ボイラ
はホットバンキングの状態に入り、７時点火、８時併
入、９時全負荷に到達している。

このようなツーシフト運転ユニットに要求される最も基
本的な機能は、急速な起動ができること（点火〜全負荷
所要時間が短かいこと）、機器の寿命消費が少ないこ
と、起動損失が少ないこと等である。また、一般的に、
適当な起動時の熱回収装置を有しているユニットでは、
起動時間が短かい程、起動損失も少なくなる。したがっ
て、急速起動は火力発電プラントにとっては非常に重要
となるが、この制限条件となるのが急速起動により発生
する機器の温度変化に起因する熱応力である。起動時間
が短かい程従来のボイラでは発生熱応力も大きく、寿命
消費も大きくなる。

しかして、ボイラにおいて、起動停止による寿命消費が
最大となるのが、過熱器出口管寄せである。これは、発
電用ボイラにおいては、過熱器出口蒸気が高圧／高温の
為、管寄せ板厚が厚いことと、温度変化が大きいことに
起因している。前者については、プラントの高効率化の
観点より高圧・高温化が進むので、高級材料の使用によ
り若干の改善は可能としても、増々厳しい条件に曝され
ることになる。従って、効果的な対策としては、過熱器
出口管寄せの温度変化を少なくすることである。即ち、
ユニット停止時の温度低下を抑制することである。

この過熱器出口管寄せ温度降下は、ボイラ消火後のボイ
ラパージによる伝熱面冷却および熱放散等による過熱器
・主蒸気管系統内蒸気の低温化により冷却されることが
主要な原因である。また、起動時発生する低温蒸気で冷
却されるともあるが、これは過熱器ブローライン又は過
熱器バイパスラインの適切な適用により避けることがで
きる。

発明が解決しようとする問題点 以上述べたように、今後の火力発電プラントは、ユニッ
ト容量が大形化すると共に高効率化の為、高圧・高温化
し、この為ボイラ耐圧部材特に過熱器出口管寄せは大形
・厚肉部材となり、起動停止による寿命消費が大となる
が、一方頻繁なかつ急速な起動停止又はシーシフト運転
が必要になる。

本発明は、このような状況に鑑み、起動・停止に伴なう
過熱器出口管寄せの温度変化（降下）を最小限に抑える
ことにより、寿命消費を最少とし、高圧／高温ボイラの
急速な起動を可能にし、併せて起動時間短縮により、起
動用燃料消費量の低減を図り、経済的な起動を可能とす
るものである。

問題点を解決するための手段 ボイラ停止中の過熱器出口管寄せ及び主蒸気管の冷却
（温度降下）はボイラパージ（冷空気によるボイラ内可
燃性ガスの置換）及びボイラ特に過熱器・主蒸気管から
の熱放散及びそれにより低温化した系統内蒸気が移動す
ることにより生ずる現象であるので、これを防止する
為、本発明は、タービン入口主塞止弁近傍の主蒸気管に
補助蒸気ラインを接続し、ボイラの停止時及び起動時該
ボイラ以外の蒸気源から保温用の補助蒸気を前記補助蒸
気ラインを通して主蒸気管に導入して、過熱器側へ逆向
きに流すと共に、二次過熱器入口管寄せに設置したブロ
ーラインに設けたブロー制御弁により系統圧力を制御し
て、必要な補助蒸気量を確保するようにし、これにより
ボイラの停止時及び起動時においても主蒸気管及び過熱
器出口管寄せを高温状態に保持するようにしたものであ
る。

実施例 以下図面を参照して本発明の一実施例について詳述す
る。

第１図は本発明によるボイラの系統を示し、第２図はボ
イラ構成を概略的に示す。

第１及び２図において、高圧給水加熱器（図示せず）よ
りのボイラ給水は給水管４０を経て節炭器入口管寄せ４
１に入り、節炭器４２にて加熱され、節炭器出口管寄せ
４３より節炭器出口給水管４４を経て蒸気ドラム４５に
至る。この給水はボイラ循環水と共に降水管45-1にて水
ドラム45-2に至り、火炉水冷壁にて熱吸収を行ない、汽
水混合物となって、蒸気ドラム４５に戻る。この蒸気ド
ラムで分離された蒸気は、天井・後部煙道後壁（蒸気冷
却壁）４６を経て下部半環状寄せ４７に至る。ここよ
り、蒸気は後部煙道側壁４８、同出口管寄せ４９、同出
口連絡管５０を経て、一次過熱器入口管寄せ５１に入
る。蒸気は、この一次過熱器５３で熱吸収を行ない、出
口管寄せ５４より減温器５５で温度制御され、二次過熱
器入口管寄せ５６に入り、二次過熱器５７にて規定温度
迄昇温されて、二次過熱器出口管寄せ５８より主蒸気管
５９を経てタービン６０へ送気される。このタービンの
入口には主塞止弁６１が設置されている。

なお、６２は減温器５５へ接続されているスプレイ水供
給管、６３はスプレイ水量制御弁で、過熱器出口蒸気温
度が所定値になる様に制御する。64、65、66は夫々後部煙
道蒸気冷却壁ドレンライン、二次過熱器入口ブローライ
ン、過熱器出口ブローラインを示し、６７はタービン入
口主蒸気管ブローラインを示し、また68、69、70、71は夫
々制御弁を示す。これらブローラインは、ボイラ起動に
際し、ボイラ停止時発生したドレンを排出することと、
ボイラ起動時発生する低温蒸気を処理する為に使用され
る（復水器へ回収又は大気へ放出する）。

以上述べた構成は従来と同じものであるが、本発明によ
れば、ボイラ停止中の過熱器出口管寄せ温度低下防止の
補助蒸気ライン７２がタービン入口主塞止弁６１近傍の
主蒸気管５９に接続され、過熱器出口管寄せ金属温度を
所定値に維持する様に補助蒸気を注入する。

この補助蒸気ラインについて詳細に説明すると、補助蒸
気ライン７２は当該ボイラが停止中、運転している他の
ボイラ又は補助ボイラに接続されており、当該ボイラが
停止中の保温用補助蒸気を供給するラインである。補助
蒸気制御弁７３は過熱器出口管寄せ５８に設置された金
属温度計測用熱電対７５の温度が所定温度になる様に、
温度制御７４により制御される。７６は逆止弁を示す。

しかして、ボイラ停止中は、タービン入口に設置されて
いる主蒸気止弁６１は全閉され、ボイラはボレルアップ
されている。従って、唯補助蒸気ラインを設置したのみ
では、所定温度維持に必要な補助蒸気流を確保すること
が出来ない。この様な不具合を解決する為に、圧力検出
器９０により系統圧力を検出し、当該圧力が所定圧力に
なる様に二次過熱器入口ブロー制御弁６９が圧力制御器
７７にて制御され、これにより必要な補助蒸気量が確保
される。

即ち、過熱器出口管寄せ金属温度が所定量となる様、補
助蒸気制御弁７３にて補助蒸気量を制御し、系統圧力が
所定圧力になる様に二次過熱器入口ブロー制御弁６９に
て系統蒸気圧力を制御する。

ここで、補助蒸気の温度・圧力は、起動時のタービン通
気蒸気条件との関係で制約される。本発明は、特に、毎
深夜停止運用を行なうプラントを対象としているが、通
気時のタービン側要求蒸気条件は、一般にタービン形
式、タービン停止時の蒸気条件によるタービン金属温度
により相違するが、70kg／cm²×460℃前後である。従っ
て、タービン通気時は過熱器出口管寄せおよび主蒸気管
共460℃程度の蒸気に曝らされることになるので、それ
らの金属温度も略同程度になる。従って、ボイラ停止時
に、通気時の蒸気温度以下に低下しない様に保持するこ
とが合理的である。

即ち、補助蒸気ライン７２より供給される加熱蒸気は、
通気時の蒸気条件（圧力、温度）より若干高い蒸気を用
い、過熱器出口管寄せ金属温度を監視して、これが通気
時の蒸気温度以下にならない様に、加熱蒸気制御弁７３
にて蒸気量は制御される。また、加熱蒸気を主蒸気管系
内に導入する為には、系内圧力は加熱蒸気圧力より低く
なければならないので、過熱器出口管寄せ金属温度が通
気条件温度に低下しても、なお系内圧力が高い場合は、
二次過熱器入口ブロー制御弁６９にて通気条件圧力に制
御される。即ち、最終過熱器および主蒸気管温度は停止
時もタービン通気時と略同一レベルに維持されることに
なる。

通気条件、圧力の制御において、一般には、停止時の圧
力降下の為、ブロー制御弁による圧力制御の必要はない
が、ブロー系統をタービングランドシール、低圧給水加
熱器シール、脱気器シール等又は重油配管等のトレース
等用の補助蒸気系統に接続し、有効利用することもでき
る。

発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、過熱器出口管寄せ
金属温度はボイラ停止時低下するが、主蒸気管に所定
（通気時の蒸気温度以上）温度の加熱蒸気を導入するこ
とにより、所定温度以上に保持することができる。即
ち、停止−起動に伴なう金属温度の変化を最少或いは許
容値以下に抑えることができる（第３図参照）ので、起
動時間を短縮することができる。したがって、ボイラ停
止−起動に伴なう熱応力発生が少なく或いは許容レベル
以下となるので、寿命が長くなると共に信頼性が向上す
る。また、起動時間短縮により、効率的な起動が可能と
なり、燃料使用量を削減できる。すなわち、起動時、発
生蒸気の温度が高温要素である主蒸気管及び過熱器出口
管寄せを冷却することがないような充分高い温度になる
までは、発生蒸気を主蒸気管及び過熱器出口管寄せには
導入しないことにより、これら主蒸気管及び過熱器出口
管寄せは高温状態に保持されていて冷却を受けないた
め、タービン起動に必要な高温蒸気が速かに得られ、よ
って急速起動が可能となり、起動時の所要燃料を節約す
ることができる。なお、熱応力の発生低減について詳し
く説明すれば、過熱器出口管寄せに発生する熱応力はボ
イラの起動・停止に伴なって生ずる内外面の温度差に起
因する。金属温度は停止時は内面側低−外面側高、起動
時は内面側高−外面側低となり、温度変化巾が大きい
程、かつ温度変化速度が速く（急速起動停止）程、内外
面温度差が大きくなり、発生熱応力が大きくなる。従っ
て、ボイラ停止時、相当温度の加熱蒸気を系統内に注入
して金属温度の低下を低減することにより、熱応力の発
生を低減することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による蒸気発生装置の一例を示す系統
図、第２図はその概略構成図、第３図は過熱器出口管寄
せの金属温度変化を示す図、第４図は火力発電プラント
の一例を示す系統図、第５図はボイラ停止・起動特性の
一例を示す図である。 ５６・・二次過熱器入口管寄せ、５９・・主蒸気管、６
０・・タービン、６１・・主塞止弁、６５・・二次過熱
器入口ブローライン、６９・・二次過熱器入口ブロー制
御弁、７２・・補助蒸気ライン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タービン入口主塞止弁近傍の主蒸気管に補
   助蒸気ラインを接続し、ボイラの停止時及び起動時該ボ
   イラ以外の蒸気源から保温用の補助蒸気を前記補助蒸気
   ラインを通して主蒸気管に導入して、過熱器側へ逆向き
   に流すと共に、二次過熱器入口管寄せに設置したブロー
   ラインに設けたブロー制御弁により系統圧力を制御し
   て、必要な補助蒸気量を確保するようにしたことを特徴
   とする蒸気発生装置。