JPH0788926B2 - ボイラ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は石炭を燃料とするボイラ装置に係り、ことに短
時間で起動するに好適なボイラ装置の系統構成に関す
る。

〔従来の技術〕

第４は従来技術による石炭焚ボイラの系統図の一例であ
る。

押込通風機２は空気取込ダクト１より空気を吸込み、そ
の一部はさらに一次通風器３によりさらに加圧され一次
空気29となり、残りは二次空気30とする。これらは空気
予熱器４でボイラ排ガス28と熱交換を行なつて加熱さ
れ、一次空気29は微粉炭ミルのスロート11へ、二次空気
30は風箱15へ送られる。

燃料である石炭９は給炭器10により微粉炭製造設備に供
給され、モータにより回転されているターンテーブル７
上に落下する。ターンテーブル７上にはミルボール８が
あり、ターンテーブル７の内側から円心力で噛みこんだ
石炭を粉砕する。ミルボール８により粉砕された石炭
は、スロート部11より吹き上げる一次空気により分級器
12へ搬送され、このとき微粉炭の乾燥も同時に行われ
る。分級器12の入口では、微分炭と空気の混合物が流入
する際、分級器ベーン13により旋回がかけられ、遠心力
により粒径が大である微粉炭は分級器外周に沿つて再び
ターンテーブル７上に落下して再び粉砕され、一方、粒
径が小である微粉炭は分級器12の中心付近から微粉炭管
14へ送られる。微粉炭は風箱15より吹き出す二次空気30
と共に微粉炭バーナ16で燃焼させる。軽油バーナ31は、
ボイラ起動初期等で微粉炭バーナ16へ微粉炭が供給され
ない場合のボイラ暖機や、微粉炭バーナ16の点火用の火
種として用いられる。

ボイラ給水は給水ポンプ17より節炭器18で加熱された
後、ドラム19に供給される。ドラム内の保有水は火炉を
形成する水壁20の下部へ下降管48を通つて下降して、水
壁20を上昇する過程で火炉より熱吸して気水混合物に変
化し再びドラム19へ循環する。ドラムから発生した蒸気
は過熱器21で過熱された後、タービン加減弁24を経て蒸
気タービン25へ送られる。ここで過熱器バイパス弁22は
起動時等で、ドラム19が低温の蒸気を多量に発生した場
合、これを排出して過熱器21の昇温を支援する。またタ
ービンバイパス弁23は過熱器21の出口蒸気がタービン25
に通気可能な程度まで昇温，昇圧していない場合や、何
らかの理由でタービン加減弁24を急閉する必要がある場
合において余剰の蒸気を排出する作用を受け持つ。

なお、図中の５は一次空気ダクト、６は節炭器バイパス
ダンパ、27は煙突である。

一方、第６図もまた、従来技術による石炭焚ボイラ系統
図の一例であつて、浜松，中井，大地らの研究（「DSS
運転ユニツトのタービンバイパス蒸気回収システムと省
エネルギー効果」；火力原子力発電第33巻12号P1293〜1
303;昭57−12）の成果を第４図の系統へ応用したもので
ある。第４図の系統と同一部分には同一の番号を付し、
共通部分の説明は省略する。

第６図の系統は蒸気タービン25の排気を再過熱する再熱
器37を設け、起動時のようにタービン加減弁24が全閉も
しくは低開度の状態において、再熱器37が空焚きになら
ぬよう、高圧タービンバイパス弁35を通過する蒸気に、
タービンバイパススプレ弁45を通して注水を行ない、蒸
気温度を低下させた後、再熱器37へ通気している。再熱
器37出口の蒸気温度が再熱タービン39に通気可能な程度
まで昇温，昇圧していない場合等で中間阻止弁38が全閉
もしくは低開度となる場合は、再熱器37通過蒸気は中圧
タービンバイパス弁40へ導かれる。このような方式はR/
Hクーリングと呼ばれ、ヨーロツパでは一般的である。

弁22,弁40を通過した蒸気は加熱蒸気タンク32へ貯えら
れた後、必要に応じ加熱蒸気流調弁52で抜き出し、給水
加熱器46へ導いて、節炭器18へ供給される給水を加熱す
る。

前述の浜松らの研究はこの給水加熱によるボイラ負荷上
昇，省エネルギー化を提案し、特にピーク負荷時におい
てタンク32に貯えた蒸気の保有熱を利用することが骨子
となつている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した第４図，第６図のボイラ装置は起動時において
以下に述べる問題点がある。まず、微粉炭製造設備にお
いては分級器12に湿つた粉炭が入ると特に粗粒炭がター
ンテーブル７へ落下する下部付近に付着して詰りを起し
たり、微粉炭が水分で重くなつて十分な量が搬送されな
いトラブルを発生するため、粉炭がスロート11から一次
空気29により吹き上げられる段階で十分に乾燥される必
要がある。

また微粉炭バーナ16においては、十分に乾燥された高温
の微粉炭が供給されないと、ことにボイラ自体が十分に
暖機されていないボイラ起動時において未燃分の少ない
良好な燃焼は期待できない。従がつて、微粉炭製造設備
に供給される一次空気29を加熱する空気予熱器４で熱交
換を行うボイラ排ガス28は、微粉炭製造設備・微粉炭バ
ーナを使用開始する時点で十分なガス温度を上昇してい
ることが絶対条件である。

従来技術では、これに対処するため軽油バーナ31に大容
量の設備を採用し、大量の軽油を燃焼させ、また必要な
場合はさらに、一部の伝熱面をバイパスさせるダンパ26
を開いて空気予熱器４入口のボイラ排ガス28温度を上昇
させる操作が行なわれていた。ところが、このような方
法は通常運転時には使用しないバイパスダンパ26や、本
来は微粉炭バーナ16の点火が主目的の軽油バーナ31を大
容量化して高価な設備費を要する上、運転費としても、
一部の伝熱面をバイパスすればボイラの効率を低下さ
せ、また蒸気の昇温・昇圧を妨げるし、軽油は石炭に比
してずつと高価であるので大量の軽油を消費することは
全く不経済である。

第５図に第４図で示したボイラ装置の停止・停缶・起動
操作を示す。上述したように最上段グラフ斜線部で示す
弁22,弁23からのバイパス蒸気が有効に利用されない。
また起動時に中上段グラフに示す微粉炭製造設備の供給
空気温度が微粉炭使用可能温度に到達するまでの間、中
下段のグラフ斜線部に示すように大量の軽油を消費する
等の問題点が示されている。

第６図の起動系統によるボイラ装置の停止・停缶・起動
操作は給水加熱器46による節炭器18入口給水温度上昇の
効果があるため、軽油投入量低減が若干期待できる。し
かし微粉炭使用可能微粉炭製造設備供給空気温度に空気
予熱器４出口空気温度が昇温しないことによる微粉炭バ
ーナ16を使用できない期間は起動時において、点火〜20
％タービン負荷程度であつて、この点については第４図
の起動系統と同様に、点火〜全負荷到達までの起動時間
中８割は高価な軽油を主力とした燃料投入を行う必要が
あることに変わりはない。

ここで、軽油投入量低減が若干であると述べたのは、節
炭器18入口の給水温度上昇による排熱回収は、万一節炭
器18内で蒸気が発生して、気泡が曲管部に貯つて管内の
水流を阻害したり、ドラム19へ気泡を含む給水が入つて
ドラム水位の変動や、下降管へ巻き込まれた気泡の浮力
による水壁20への循環阻害する等のトラブルを防止する
ため少くとも起動時においては限界があることによる。

すなわち、起動時の通気付近を例にとれば、蒸気圧力は
80kg/cm²a程度で運用されるのが普通であるが、この場
合の蒸気の飽和温度は約290℃加熱蒸気タンク32には400
℃、エンタルピ750kcal/kg程度の蒸気が流入する。この
とき、節炭器18給水量と加熱蒸気タンク32への蒸気流量
は、ほぼ等しいので、給水加熱器46へ給水ポンプ17から
の水が、仮に０℃程度としても、加熱蒸気が潜熱を含め
て750kcal/kg程度のエンタルピを持つていることを考慮
すれば、節炭器18入口給水は軽く290℃、エンタルピ308
kcal/kg程度になり得る。少くとも弁40,弁22からの排熱
の大半を利用すればこの程度の給水温度上昇となる。と
ころが実際には、給水ポンプ17への給水は脱気過程を通
るため、起動時でも100℃程度以上であるし、節炭器18
内での蒸気発生を防ぐには、節炭器17出口の給水温度を
飽和温度−30℃すなわち260℃程度以下に維持する必要
があり、給水加熱器46出口給水温度は、節炭器18の熱吸
収量の程度にもよるが、200℃程度に抑えなければなら
ない。この場合エンタルピ上昇巾で約100kcal/kg程度で
あつて、加熱蒸気の持つエンタルピが約750kcal/kgであ
ることから、熱交換の効率を考慮しても、加熱蒸気タン
ク32への流入蒸気の約８割は、その時点で給水加熱器46
へ供給することは不可能で、タンク32へ貯え得る量を除
いて系外ブロー弁47へ排出せざるを得ない。また、タン
ク32へ貯えた蒸気も加熱蒸気タンク32への蒸気流入が停
止する近傍になつて給水加熱器46へ熱回収可能であつ
て、この時点ではボイラは軽油バーナ31から微粉炭バー
ナ16への切替を完了しており、高価な軽油の消費量低減
には寄与しない。従つて節炭器18入口への熱回収を行な
つても軽油消費量の程度は１割程度であり、以上の実態
に鑑みれば、給水加熱器46を設置しても石炭焚ボイラ起
動時に関する限り諸問題は第４図の系統と大差はないと
言わざるを得ない。

〔問題点を解決するための手段〕

現在、頻繁な起動・停止を行うボイラ装置には主蒸気系
統に弁22,弁23のバイパス系統を設けることが普通とな
つている。これは起動時において短時間にタービン25に
通気可能な蒸気条件に昇温・昇圧させるには弁24全閉時
にも過熱器21にある程度の蒸気を流す必要があるため
と、急速な負荷降下や停止時において余剰蒸気を排出す
るためであるが、従来これらの蒸気の保有熱は前述した
ように、起動時においては必ずしも有効に利用されては
いなかつた。

要するに本発明は、バイパス蒸気の保有熱でミルスロー
トへ供給される空気を加熱し、さらに場合によつてはタ
ンクを併用して、停止時もしくは負荷降下時の余剰蒸気
をもボイラ起動時のミル供給空気の加熱に利用するもの
である。

〔作 用〕

本発明は、従来、少くとも起動時において有効利用が難
しかつたバイパス蒸気の保有熱により、微粉炭製造設備
供給空気を加熱するため、起動時の早い段階において、
内部で詰りを起こすことなく微粉炭製造設備を利用可能
であつて、かつ、微粉炭バーナも良好な燃焼が期待でき
る。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。従来技術の例として
説明した第４図の系統と同一部分には同一の部品番号を
付し、共通部分の説明は省略する。

第１図の系統は第４図の系統から伝熱面バイパスダンパ
26を除き、過熱器バイパス弁22,タービンバイパス弁23
から抜き出した蒸気を加熱蒸気タンク32に貯え、これを
加熱蒸気流調弁33を経て、微粉炭製造設備供給空気系に
設置した一次空気加熱器34に与える。一次空気加熱器34
にはバイパスダクト49を設け、加熱器34とダクト49を通
過する空気量の割合を調節するダンパ50,51を設ける。

本系統では起動・停止時等に弁22,弁23を通して排出さ
れた蒸気をタンク32に貯えて、ボイラ排ガス28温度の上
昇が十分でない起動初期に、その時点で弁22,弁23から
流入する蒸気と合わせてミル供給空気の加熱に利用でき
る。

本系統による停止・停缶・起動操作を第３図に示す。本
図は本発明と従来技術を比較するため第５図と同一の起
動・停止時間の運用を行なつた場合を示している。最上
段斜線で示す弁22,弁23によるバイパス蒸気を点火前よ
りミル供給空気温度の加熱に使用できるため、中上段の
縦線に示す一次空気加熱器34による昇温が期待できるた
め、中下段に示すように早期から微粉炭バーナ16が使用
可能で、第５図の従来技術に比して著しく軽油消費量及
び軽油バーナ31の節備容量が低減できることが示され
る。

ところで、微粉炭製造設備供給空気温度は石炭性状や、
貯炭場における雨水の影響等を考慮して制御する必要が
ある。このため熱空気ダンパ50,冷空気バンパ51により
一次空気29のうち、空気加熱器34を通過する割合を調節
して対処する。この方式の利点は、空気加熱器34を通過
する一次空気の割合を０％から100％まで任意に可変で
きるため、加熱蒸気流調弁33の開度は微粉炭製造設備供
給空気温度制御とは独立に、例えば加熱蒸気タンク32の
圧力制御のため操作することが可能となり、第６図にお
ける系外ブロー弁47相当の弁を設ける必要がないことで
ある。

第２図は、従来技術として紹介した第６図の系統に本発
明による一次空気過熱器34を付加した例である。第１
図，第４図，第６図と同一部分には同一の部品番号を付
し、機能も同一である。

本例では第６図中の給水加熱器46へ熱回収できなかつた
蒸気の系外ブロー弁47の代わりに、空気加熱蒸気流調弁
33が接続され、一次空気過熱器34へ蒸気を供給する。第
１図の説明で述べたように、微粉炭製造設備への供給空
気温度制御は、弁33の通過蒸気量とは独立にダンパ50,
ダンパ51で行なえるため、系外ブロー弁47を設けなくて
もタンク32圧力制御の面で問題は生じない。

また本例は複数台の微粉炭製造設備を用いており、起動
初期より小規模な微粉炭製造設備を順次暖機して可能な
限り早い時期に微粉炭バーナ16を使用し、軽油バーナ31
の設備容量及び高価な軽油の使用量の低減効果をいつそ
う発揮させるよう配慮してある。

〔発明の効果〕

本発明により、石炭焚ボイラにおいて短時間の起動を行
う際に以下の効果がある。

（１） 起動用軽油バーナの設備容量と、軽油消費量の
低減。

（２） 伝熱面バイパスダンパ設備の削減と伝熱面バイ
パス運転時のボイラ水側昇温遅れの回避。

（３） ボイラバイパス運転時の排熱の有効利用と、従
来排熱を受け入れていたコンデンサの負担軽減。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の各実施例に係るボイラ装
置の概略構成図、第３図は本発明の実施例に係るボイラ
装置の動作説明図、第４図および第６図は従来のボイラ
装置の概略構成図、第５図は従来のボイラ装置の動作説
明図である。 ８……ミルボール、19……ドラム、22……過熱器バイパ
ス弁、23……タービンバイパス弁、24……タービン加減
弁、25……蒸気タービン、29……一次空気、32……加熱
蒸気タンク、34……一次空気加熱器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気の入口に第１の弁を有するタービン装
   置に蒸気を供給し、自缶の燃焼に供する微粉炭の製造設
   備を有するボイラ装置において、前記第１の弁が全閉も
   しくは低開度で、ボイラ装置が発生し得る蒸気量が第１
   の弁を通過する蒸気量を上回る際の余剰の蒸気を第１の
   弁の前流側から抜き出す少くとも１つの第２の弁と、そ
   の第２の弁を通過した蒸気を用いて微粉炭製造装置へ供
   給する空気を加熱する空気加熱手段とを設けたことを特
   徴とするボイラ装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第（１）項記載において、
   前記第２の弁と前記空気加熱手段との間に、第２の弁よ
   り抜き出した蒸気の少なくとも一部を貯蔵する蒸気タン
   クを設けたことを特徴とするボイラ装置。