JPH08312902A - 複数のボイラを有する蒸気原動プラントの起動方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 暖管作業における蒸気放出による熱損失を低
減し、発生する白煙による環境負荷を軽減することがで
きる、複数のボイラを有する蒸気原動プラントの起動方
法を提供する。 【構成】 ごみ焼却炉２、２′からの燃焼ガスによる廃
熱ボイラ１、１′の過熱機４、４′出口主蒸気管６、
６′を蒸気レシーバ１１に接続し、この蒸気レシーバ１
１と蒸気タービン１３をタービン入口主蒸気管１２で連
結した蒸気原動プラントで、稼働中の廃熱ボイラ１から
の定格温度ｔ₁ の蒸気を蒸気タービンに供給して動力を
発生している最中に、負荷を上昇させるため、新たに廃
熱ボイラ１′を併入する必要が生じた際に、ボイラ１′
を起動、昇温させるとともに、廃熱ボイラ１の出口蒸気
温度を、過熱減温器４を作動させて定格温度ｔ₁ 以下
で、かつタービン１３の出口蒸気温度の湿り度が２〜３
％の範囲に収まる温度ｔ₂ まで下げてタービンの運転を
継続し、ボイラ１′の出口蒸気温度がｔ₂ に近づき併入
可能となった時に、その蒸気を蒸気レシーバ１１に供給
し始める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のボイラを有する
蒸気原動プラントの起動方法および装置に係り、特に発
電を目的とした都市ごみ焼却プラントに代表されるよう
な複数台の蒸気発生設備（ボイラ）に対し、少なくとも
１系列のタービン発電設備を設置するプラントに適用さ
れるもので、ボイラを１台（または複数台）運転中に新
たにもう１台または複数台起動し、新たに起動したボイ
ラからの蒸気をタービンへ併入する際に、当該併入時間
を短縮することにより無駄な熱損失を軽減し、加えて上
記に起因する温度差による過大な設備負荷を軽減するの
に好適な複数のボイラを有する蒸気原動プラントの制御
方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】１系列の蒸気タービン発電機に対し複数
の蒸気発生設備を有するプラントの代表例として、２基
の焼却炉からなる一般的な発電用ごみ焼却プラントの発
電プロセスについて図２により説明する。蒸気発生設
備、すなわち廃熱ボイラ１は焼却炉２から発生する都市
ごみ焼却炉排ガス中の顕熱（燃焼ボイラにおいては燃料
入熱）を利用し、蒸気（通常は過熱蒸気）を発生する。
発生した蒸気は主蒸気配管６を経由して、通常他設備に
蒸気を有効に分配することを目的とした蒸気レシーバ１
１へと供給される。本蒸気レシーバ１１はまた複数台の
ボイラにて発生した蒸気を１系列からなる蒸気タービン
１３へ供給する際、異なる発生源から供給された蒸気を
有効にミキシングする役目を果たす。蒸気レシーバ１１
からの蒸気は引き続きタービン入口主蒸気配管１２を経
由して蒸気タービン１３へと供給され発電に供与された
後、復水器１４にて復水される。その後メイクアップ用
の若干の給水とともに再びボイラ給水として廃熱ボイラ
１へと供給される仕組みになっている。

【０００３】一方、廃熱ボイラ１が定格負荷にて運転中
にごみ焼却量の増加要求、発電ディマインドの増加、そ
の他上記以外の要求により廃熱ボイラ１′を起動し、当
該ボイラ１′からの発生蒸気を蒸気タービン１３へ併入
する際は、通常の昇圧過程によるボイラ起動時間を要す
るだけでなく、既運転中の蒸気ラインを構成するボイラ
出口主蒸気管６、レシーバ１１、タービン入口主蒸気管
１２の温度と新たに併入する廃熱ボイラからの蒸気温度
の差を吸収し、過大なサーマルストレスが既運転中の蒸
気ライン６、１１、１２と蒸気タービン１３に加わらな
いように、また温度差により蒸気中にドレンが発生し当
該ドレンを蒸気タービン１３まで持ち運ばないようにす
るため、いわゆる暖管作業が必要となる。

【０００４】しかし、この暖管には通常新たに起動した
廃熱ボイラ１′から発生した蒸気が利用される。すなわ
ち昇圧完了後、負荷運転に入った廃熱ボイラ１′からの
蒸気は即座に運転中の蒸気ライン（蒸気レシーバ１１）
に併入されるのではなく、ボイラ１′出口主蒸気配管
６′を加熱し既運転中の主蒸気ラインへの併入点におけ
る温度差が許容値以内となるまで大気放出ライン１６′
により系外へと放出されるか、ブローラインにより廃水
処理される。したがって、暖管作業中に廃熱ボイラ１′
から発生する蒸気は無駄に廃棄され、熱エネルギーを損
失するのみではなく当該蒸気の大気放出時の白煙化に対
する処理が必要になる。

【０００５】特に最近の高効率発電思考のプラントにお
いては、主蒸気温度の高温化により上記暖管作業に要す
る時間が基本的に長くなる傾向にあるものの、本作業時
間を短縮する適切な運転方法、設備については現在まだ
配慮されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ボイ
ラを１台（または複数台）運転中に新たにもう１台起動
併入する際に必要となる配管等の暖管時間を短縮する方
法については配慮されておらず、したがって暖管作業の
間に大気放出される蒸気（またはドレンとして廃棄処理
される蒸気）は無駄に廃棄されており、熱エネルギーを
損失する問題があった。

【０００７】加えて、特にごみ焼却プラントにおいて
は、地域住民等に与える環境面での心的負荷を低減すべ
く、例えば蒸気といえどもプラントから発生する白煙に
対しては徹底的に対策されており、本目的からも少しで
も暖管により蒸気を排出する時間を極力短くすべきとこ
ろである。本発明の目的は、上記した従来の暖管作業に
おける蒸気放出による熱損失を除くとともに、発生する
白煙による環境負荷の軽減を図ることができる複数のボ
イラを有する蒸気原動プラントの起動方法および装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願で特許請求される発明は以下のとおりである。 （１）複数台のボイラからの蒸気を主蒸気供給系統を介
して少なくとも１台以上の蒸気タービンに供給する蒸気
原動プラントの起動方法において、１台以上のボイラか
ら所定温度の蒸気を共通の主蒸気供給系統を介して前記
蒸気タービンに供給する動力発生中に、新たに１台以上
のボイラを起動してこの新起動ボイラからの蒸気を前記
主蒸気供給系統を介して前記蒸気タービンに供給併入す
るに際し、既稼働中のボイラの出口蒸気温度を前記所定
温度より減温して蒸気タービンの運転を継続するととも
に、新起動ボイラを起動して発生した蒸気により該ボイ
ラと前記共通主蒸気供給系統との連絡蒸気管の暖管を実
施し、該ボイラ出口蒸気温度が既稼働中のボイラ出口蒸
気温度に対し併入可能温度なったときに、新起動ボイラ
を併入することを特徴とする複数のボイラを有する蒸気
原動プラントの起動方法。

【０００９】（２）過熱器と過熱器出口蒸気温度を制御
する蒸気温度制御装置とを有する複数台のボイラと、該
ボイラからの蒸気を受入れる蒸気レシーバと、該レシー
バ内の蒸気が主蒸気管を介して供給される１台以上の蒸
気タービンとを備え、既稼働ボイラから所定温度の蒸気
を蒸気タービンに供給する時に、新たにボイラを起動併
入する、複数ボイラを有する蒸気原動プラントの起動装
置において、稼働中の蒸気タービン入口蒸気温度検出手
段と、該手段による検出値に基づき該タービン出口蒸気
の湿り度を許容値になるように、既稼働ボイラの加熱器
出口蒸気温度を前記所定温度以下の低減温度に制御する
手段と、併入すべき新ボイラを起動してその出口蒸気温
度を前記低減温度まで昇温する手段と、新ボイラ出口蒸
気温度が低減温度付近に達して併入可能となったことを
検知する手段と、該検知結果に基づき新ボイラの出口蒸
気を前記蒸気レシーバに連通させて併入する手段と、併
入後、既稼働ボイラと新併入ボイラの出口蒸気温度を前
記所定温度まで昇温する手段とを備えたことを特徴とす
る複数のボイラを有する蒸気原動プラントの起動装置。

【００１０】

【作用】タービン入口の蒸気温度の許容値は、タービン
の仕様、構造、材質などにより一概に決まらないが、一
般的にはタービン出口の蒸気条件として湿り度を許容で
きる範囲内に抑えることが可能な入口蒸気温度となる。

【００１１】

【数１】ｔ ｍｉｎ＝ｆ（排気湿り度） ｔ ｍｉｎ：タービン入口許容蒸気温度 一例を挙げると、今入口蒸気条件が下記にて発電出力３
０００ｋｗ達成できる蒸気タービン発電設備があるとす
ると、出口蒸気圧力は０．５ａｔａの排気復水タービン
となる。本設備の排気湿り度は２％から３％程度である
ため、湿り度１０％まで許容できるものとすれば、入口
蒸気温度としては２９０℃程度まで低減できることとな
る。

【００１２】入口蒸気条件：４０ａｔａ×４００℃ 飲込蒸気流量：１９ｔ／ｈ 一方、蒸気発生設備（廃熱ボイラ１）には、過熱器の出
口蒸気の温度を一定温度に制御するために過熱器減温器
４が設置される。通常運転時は、本減温器は過熱器出口
の蒸気温度を該温度検出器５により検出することにより
温度制御を行うこととしているが、本機能とは別に中操
（中央操作室）などの温度設定変換器により任意の温度
に制御するため、接点変更できる機能を付加しておく。

【００１３】今、本機能を有する過熱器減温器４を設置
した２系列のボイラからなる発電プラントにおいて、１
系列のボイラ運転中に新たにもう１系列のボイラを起動
する方法を図１を参照しながら以下に説明する。廃熱ボ
イラ１は定格負荷にて運転中である一方で、廃熱ボイラ
１′を冷缶より立ち上げる場合、炉内に設置されるバー
ナにてまず昇圧作業に入る。図１に示すように廃熱ボイ
ラ１′が昇圧作業に入った後、既運転中の廃熱ボイラ１
には温度設定変換器より蒸気温度を低減する信号が発信
される。本信号に基づき廃熱ボイラ１の蒸気温度は過熱
器減温器４により低減される。本作業においては、蒸気
温度の急変は蒸気タービン１３に過大なサーマルストレ
スを与えることとなるため、ある程度の遷移時間を確保
しながら（通常は５℃／ｍｉｎ程度）低減作業を行うよ
う接点調整するシーケンスとする。また、タービン保護
の観点よりタービン入口の蒸気温度を厳しく管理するこ
とが重要であるため、タービン入口には蒸気温度の検出
接点１８を設け、本検出器１８よりの温度は温度低減作
業中常にフィードバックするような制御とする。本プロ
セスにより既運転中の廃熱ボイラ１は新たに起動する廃
熱ボイラ１′の昇圧が完了するまでに主蒸気温度を定格
温度からタービン入口の蒸気温度の下限値まで低減す
る。先述の例においては定格温度４００℃にて運転して
いた廃熱ボイラ１が新たに起動する廃熱ボイラ１′の昇
圧が完了する前に主蒸気温度は２９０℃まで低減される
こととなる。

【００１４】新たに起動する廃熱ボイラ１′の昇圧完了
後は、廃熱ボイラ１′の内圧と主蒸気配管６′の圧力が
同じとなり次第主蒸気止め弁１７′微開となり、引き続
き昇温過程となる。本時点においては上記のように既運
転中のボイラ１の運転温度はすでにタービン入口の下限
温度（上記例においては２９０℃）となっているため、
本来定格温度（上記例においては４００℃）まで昇温す
る必要があった暖管過程がタービン入口下限温度（上記
例においては２９０℃）まで昇温することで済むため、
暖管に必要となる発生蒸気の大気放出時間を短縮するこ
とが可能となる。

【００１５】前記した従来技術の問題点を解決するため
に、できるだけ暖管用の蒸気放出時間を短くすることに
より熱損失をなくし、蒸気放出による白煙発生時間の軽
減を図る起動方法を提案する。通常蒸気発生設備（図１
によると廃熱ボイラ１、１′）には発生する蒸気温度を
設定した計画温度に制御するために過熱器減温器４が設
置される。当該減温器４は通常運転時においては過熱器
出口の蒸気温度を検出し、本温度を計画温度一定に制御
するよう作動するが、本機能の他に中操（中央操作室）
等の温度設定変換器からの指令により温度接点を変更
し、任意の温度に制御変更できる仕組みとしておく。

【００１６】一方、タービン１３入口の蒸気温度は、タ
ービン出口の蒸気の湿り度がある一定範囲内であれば、
急激な温度変化をさせない限り下げることが可能であ
る。したがって、既運転中の蒸気温度を上記のタービン
入口許容温度まで前述の過熱器減温器４の機能にて下げ
ることで新たに起動した蒸気発生設備の暖管に要する時
間を短縮することが可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例につき詳細に説明す
る。図１に、本発明による過熱器減温器４および大気放
出ライン１６よりなる暖管系統を設けた２系列の廃熱ボ
イラに対し、１系列のタービン発電機を設置する都市ご
み焼却炉用発電設備の系統を示す。

【００１８】焼却炉２において燃焼された都市ごみから
発生した排ガスは廃熱ボイラ１へと導入され、当該排ガ
スの顕熱により廃熱ボイラ１においては蒸気が発生す
る。発生蒸気は、通常発電目的に利用される場合、発電
出力を向上するために過熱器３において過熱される。過
熱蒸気の温度を設計値一定とするよう当該過熱器におい
ては減温装置４が設置され、通常運転時は過熱器出口蒸
気温度を同温度検出、制御器５により検出することによ
り蒸気温度を一定制御する仕組みになっている。一方、
当該減温器４には過熱器出口の蒸気温度検出、制御器５
とは別に、温度設定変換器からの信号により制御温度を
変更する仕組みとしておき、廃熱ボイラ１′を冷缶状態
から起動する際は、当該温度設定変換器の信号により制
御する蒸気温度を設計定格温度から蒸気タービン入口に
おいて許容できる下限温度となるまで下げることが可能
となる仕組みとする。また、蒸気タービン１３入口にお
いてはタービン入口の蒸気温度を検出する検出器１８を
設けておき、上記過熱蒸気温度を低減する運転中常にタ
ービン入口の蒸気温度をフィードバックするよう配慮
し、常に減温温度がタービン入口温度許容値を下回らな
いよう配慮する仕組みとしておく。

【００１９】廃熱ボイラ１からの主蒸気配管６は蒸気レ
シーバ１１へと導入され、本レシーバ１１にて発生蒸気
はミキシングした上、蒸気タービン１３を含めた他設備
へと蒸気を供給する仕組みとなっている。蒸気レシーバ
１１の主蒸気配管６、６′取り入れ口近傍には主蒸気配
管の暖管を目的として、大気放出ライン１６、１６′が
設けられる。１系列定常運転中はボイラ１、ボイラ出口
主蒸気配管６、蒸気レシーバ１１、タービン入口主蒸気
配管１２および蒸気タービン１３まで定格蒸気温度に基
づく設備温度となっているため、新たに廃熱ボイラ１′
を起動する際は発生蒸気が当該定格温度と同じレベルと
なるまで併入することができない。したがって、新たに
もう１系列の蒸気系統を起動する際は、本大気放出ライ
ン１６′を開とし、廃熱ボイラ１′より蒸気レシーバ１
１までの蒸気ラインを暖管する仕組みとしておく。

【００２０】本ケースにおいて、既運転中の廃熱ボイラ
１を無対策としておく場合、上記大気放出ライン１６′
は新たに起動した配管設備６′が定格温度となるまで開
としておく必要があった。ところが、上記のように既運
転中のボイラ１から発生する過熱蒸気の温度をあらかじ
めタービン許容値まで下げる対策をしておけば、本大気
放出時間を著しく低減することが可能となる。

【００２１】図１で廃熱ボイラ１が定常状態で運転中に
廃熱ボイラ１′を起動する際はまず廃熱ボイラ１′が昇
圧過程に入る。廃熱ボイラ１′を昇圧する一方で既運転
中の廃熱ボイラ１の減温器４には出口蒸気温度をタービ
ン入口において許容できる温度まで下げるべく制御温度
を下げる命令が出される。廃熱ボイラ１′の昇圧完了
後、廃熱ボイラ１′と主蒸気配管６′の内圧が同じとな
り次第主蒸気止め弁１７′は微開となり、発生蒸気はボ
イラ出口主蒸気配管６′内を流れる。該主蒸気配管６′
が充分冷却された状態では発生蒸気の一部はドレンとな
るため、本ドレンが発生しなくなるまでの間ドレンバル
ブ７′が開となっており、発生したドレンをここから配
管外へと排出する。前記配管６′が暖まりドレンの発生
がなくなり次第ドレンバルブ７′を閉とし、代わりに大
気放出弁９′が開となる。発生蒸気が大気放出ライン１
６′より排出されている間、ボイラ出口主蒸気配管６′
は昇温される。該主蒸気配管６′内の蒸気温度が運転中
の蒸気レシーバ１１の運転温度と同じレベルとなり次第
大気放出弁９′は閉となり、代わりに蒸気レシーバ入口
止め弁１０′が開となり、廃熱ボイラ１′からの蒸気は
併入される。

【００２２】ただし、本時点においては先行操作として
上記のように既運転中の廃熱ボイラ１の出口蒸気温度が
可能な限り下げられているため、大気放出弁９′が開と
なってから蒸気レシーバ１１に併入されるまでの時間は
無対策に既運転中の廃熱ボイラ１を運転する場合と較べ
て短縮することができる。図３に従来の起動時のタイム
スケジュールを、図４に本発明を採用した場合のタイム
スケジュールを示す。従来の起動方法で起動した場合Ａ
ＢＣＤで囲まれた面積に相当する蒸気が放出されるが、
本発明を採用した場合ではＡ′Ｂ′Ｃ′Ｄ′で囲まれた
面積に相当する蒸気を排出するだけで済む。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、新規起動の蒸気発生設
備１′の昇温過程に必要となる大気放出時間が縮小され
るため、大気放出として無駄に捨てられた熱エネルギー
を低減することが可能となる。本発明によれば、単に蒸
気の大気放出による無駄な熱損失を軽減するのみでな
く、加えて蒸気放出に起因する白煙放出時間（蒸気の冷
却またはファン等による強制拡散等の白煙防止対策を実
施する場合は対策時間）を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による都市ごみ発電プラントの実施例系
統図。

【図２】従来技術による都市ごみ発電プラントの系統
図。

【図３】従来技術による起動のタイムスケジュールを示
す図。

【図４】本発明による起動のタイムスケジュールを示す
図。

【符号の説明】

１、１′…廃熱ボイラ、２、２′…焼却炉、３、３′…
過熱器、４、４′…過熱器減温器、５、５′…過熱器出
口蒸気温度検出器、６、６′…ボイラ出口主蒸気配管、
７、７′…ドレンバルブ、８…大気放出サイレンサ、
９、９′…大気放出弁、１０、１０′…蒸気レシーバ止
め弁、１１…蒸気レシーバ、１２…タービン入口主蒸気
配管、１３…蒸気タービン、１４…復水器、１５…復水
タンク、１６、１６′…大気放出ライン、１７、１７′
…主蒸気止め弁、１８…タービン入口蒸気温度検出器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数台のボイラからの蒸気を主蒸気供給
   系統を介して少なくとも１台以上の蒸気タービンに供給
   する蒸気原動プラントの起動方法において、１台以上の
   ボイラから所定温度の蒸気を共通の主蒸気供給系統を介
   して前記蒸気タービンに供給する動力発生中に、新たに
   １台以上のボイラを起動してこの新起動ボイラからの蒸
   気を前記主蒸気供給系統を介して前記蒸気タービンに供
   給併入するに際し、既稼働中のボイラの出口蒸気温度を
   前記所定温度より減温して蒸気タービンの運転を継続す
   るとともに、新起動ボイラを起動して発生した蒸気によ
   り該ボイラと前記共通主蒸気供給系統との連絡蒸気管の
   暖管を実施し、該ボイラ出口蒸気温度が既稼働中のボイ
   ラ出口蒸気温度に対し併入可能温度なったときに、新起
   動ボイラを併入することを特徴とする複数のボイラを有
   する蒸気原動プラントの起動方法。
2. 【請求項２】 過熱器と過熱器出口蒸気温度を制御する
   蒸気温度制御装置とを有する複数台のボイラと、該ボイ
   ラからの蒸気を受入れる蒸気レシーバと、該レシーバ内
   の蒸気が主蒸気管を介して供給される１台以上の蒸気タ
   ービンとを備え、既稼働ボイラから所定温度の蒸気を蒸
   気タービンに供給する時に、新たにボイラを起動併入す
   る、複数ボイラを有する蒸気原動プラントの起動装置に
   おいて、稼働中の蒸気タービン入口蒸気温度検出手段
   と、該手段による検出値に基づき該タービン出口蒸気の
   湿り度を許容値になるように、既稼働ボイラの加熱器出
   口蒸気温度を前記所定温度以下の低減温度に制御する手
   段と、併入すべき新ボイラを起動してその出口蒸気温度
   を前記低減温度まで昇温する手段と、新ボイラ出口蒸気
   温度が低減温度付近に達して併入可能となったことを検
   知する手段と、該検知結果に基づき新ボイラの出口蒸気
   を前記蒸気レシーバに連通させて併入する手段と、併入
   後、既稼働ボイラと新併入ボイラの出口蒸気温度を前記
   所定温度まで昇温する手段とを備えたことを特徴とする
   複数のボイラを有する蒸気原動プラントの起動装置。