JPH11270806A - 蒸気温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス分配ダンパを操作して複数のパス中を流
れるガス流量を制御し、各パス中に設置された過熱器、
再熱器の蒸気温度を制御すること。 【解決手段】 火炉２から出たボイラの燃焼ガス１３が
過熱器パス１４と再熱器パス１５に分割され、一方の燃
焼ガスは過熱器パス１４に設置された過熱器パスガス分
配ダンパを通り、他方の燃焼ガスは再熱器パス１５に設
置された再熱器パスガス分配ダンパを通ってボイラ排ガ
スとなるボイラ装置において、過熱器パスガス分配ダン
パと再熱器パスガス分配ダンパは、それぞれ燃焼ガスの
流れに対して、複数段（１６、１９）、（１７，２０）
に設置され、各ガス分配ダンパの多段におけるそれぞれ
のダンパの開度を同一にするとともに、過熱器パスガス
分配ダンパと再熱器パスガス分配ダンパの開度指令の和
を常に１００％となるように制御する蒸気温度制御装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラに係り、特
に、ガス分配ダンパを適切に操作することにより、複数
のパス中を流れるガス流量を制御し、各パス中に設置さ
れた過熱器、再熱器の蒸気温度を良好に制御するボイラ
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力需要の点から、高い負荷変化率に対
応したボイラ運転が要求されている。そのためには高負
荷変化率下においても再熱蒸気温度を良好に制御できる
制御装置が必要である。本発明に対する公知例として特
公平８−２００４６号公報がある。以下、図７及び図８
を用いて従来技術について説明する。

【０００３】図７に一般的な変圧運転貫流ボイラの流体
流れ系統図を示す。図７は蒸発器を有し、再熱を２段で
行う場合であり、１は節炭器、２は火炉水壁、３は蒸発
器、４は気水分離器、５は横置き過熱器、６は吊下げ過
熱器、７は高圧タービン、８は横置き再熱器、９は再熱
器中間減温器、１０は吊下げ再熱器、１１は中圧タービ
ン、を表し、蒸気はこの順に流れる。

【０００４】ガス分配系統を有するボイラのガス流れ系
統を図８に示す。図８において、符号１，２，３，５，
６，８，１０は図７と同じで、符号１２は燃料入熱、１
３はボイラ燃焼ガス、１４は過熱器パス、１５は再熱器
パス、１６は過熱器パスガス分配ダンパ、１７は再熱器
パスガス分配ダンパ、１８はボイラ排ガス、をそれぞれ
表す。

【０００５】火炉水壁２を出たボイラ燃焼ガス１３は、
吊下げ過熱器６、吊下げ再熱器１０を通り、ここで分配
されて、一方は過熱器パス１４に設置された横置き過熱
器５、蒸発器３、節炭器１及び過熱器パスガス分配ダン
パ１６を通り、他方では再熱器パス１５に設置された横
置き再熱器８、節炭器１、再熱器パスガス分配ダンパ１
７を通って、ボイラ排ガス１８となって排出される。

【０００６】ここで、吊下げ再熱器出口蒸気温度を目標
値に一致させるため、ガス分配ダンパ１７は再熱器パス
１５のガス流量を制御する。また、このとき過熱器パス
ガス分配ダンパ１６は、再熱器パス分配ダンパ１７の１
００％に対する補数となるように操作される（ガス分配
ダンパ１６，１７の開度指令の和を常に１００％とす
る）。そして、ガス分配ダンパに設置される羽の大きさ
は、例えば１０×０．５（ｍ）である。

【０００７】例えば、火炉水壁２でのボイラ燃焼ガス１
３の温度低下や、流量減少等の外乱に対しては、再熱器
パスガス分配ダンパ１７を開方向に操作し、再熱器パス
１５でのガス流量を多くすることで横置き再熱器８での
熱吸収量を増加させ、その後流側に設けられた吊り下げ
再熱器１０（図７参照）の出口蒸気温度を一定に制御す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図９に、再熱器パスガ
ス分配ダンパ１７のダンパ開度（％：９０度に対する割
合、ガス流れに対して９０°の位置が開度０％）と再熱
器パス１５でのガス流量（％：全体のガス流量に対する
比率）の関係を示す。条件として負荷一定で、再熱器パ
スガス分配ダンパ１７を０から１００％に変動させた。
また、過熱器パス１４、再熱器パス１５それぞれのガス
分配ダンパ１６，１７の開度指令の和を常に１００％と
した。

【０００９】図９に示すように、ガス分配ダンパ部での
完全なシールは不可能なため、再熱器パスガス分配ダン
パ１７が全閉となっても、再熱器パスのガス流量は０と
はならず、ガス流量全体の２９％が流れる。また、再熱
器パスガス分配ダンパ１７が全開となっても、再熱器パ
スガス流量は全体の７３％となる。再熱器パスガス分配
ダンパ１７が全閉から全開へ変動しても再熱器パス１５
のガス流量は２９％から７３％へと４４％しか変動せ
ず、制御裕度が小さい。

【００１０】ボイラの再熱蒸気温度の制御には、上述の
ガス分配ダンパ１６，１７を用いたガス量操作による方
法と、ボイラ排ガス１８を火炉水壁２内に再循環させ、
その再循環量を操作する方法とがあり、通常、両方法を
組み合わせることが多い。しかし、近年、ボイラのコス
ト低減を図るため、ボイラ排ガス再循環による再熱蒸気
温度制御を廃止する傾向となっている。また、高負荷変
化率に対応するためにも、ガス分配ダンパ１６，１７に
よるガス量操作の制御裕度が大きい方が望ましい。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は主として次のような構成を採用する。

【００１２】ボイラの燃焼ガスが複数のパスに分割さ
れ、各パスを流れるガス流量を各パスに設置されたガス
分配ダンパにより調節できるボイラ装置において、各パ
スのガス流れに対して複数のガス分配ダンパを縦続して
設置する蒸気温度制御装置。

【００１３】また、 火炉から出たボイラの燃焼ガスが
過熱器パスと再熱器パスに分割され、一方の燃焼ガスは
前記過熱器パスに設置された過熱器パスガス分配ダンパ
を通り、他方の燃焼ガスは前記再熱器パスに設置された
再熱器パスガス分配ダンパを通ってボイラ排ガスとなる
ボイラ装置において、前記過熱器パスガス分配ダンパと
再熱器パスガス分配ダンパは、それぞれ燃焼ガスの流れ
に対して、複数段に設置され、各ガス分配ダンパの多段
におけるそれぞれのダンパの開度を同一にするととも
に、前記過熱器パスガス分配ダンパと再熱器パスガス分
配ダンパの開度指令の和を常に１００％となるように制
御する蒸気温度制御装置。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図１〜
図４を用いて以下説明する。図１において、符号１，
２，３，５，６，８，１０，１２〜１８は図８と同じ
で、１９は過熱器パス第２ガス分配ダンパ、２０は再熱
器パス第２ガス分配ダンパである。各ダンパはそれぞれ
３枚の羽を有している。

【００１５】図１に示すガス分配ダンパを上下２段に重
ねた実施形態での、再熱器パスガス分配ダンパ１７の開
度指令に対するダンパ部圧力損失係数を図２に、再熱器
パスガス分配ダンパ１７の開度指令に対する再熱器パス
１５でのガス流量を図３に、再熱器パスガス分配ダンパ
１７を静定時から全開へとステップ状に変化させた時の
再熱蒸気温度変動量（縦軸の範囲：−１００〜１００°
Ｃ）を図４に示す。

【００１６】図２、図３、図４中において、実線はガス
分配ダンパを２段にしたもの、破線は１段のものであ
る。第２ガス分配ダンパ１９，２０はそれぞれの上段の
ガス分配ダンパ１６，１７と同じ開度となるように制御
した。また、過熱器パス１４、再熱器パス１５のガス分
配ダンパ１６，１７の開度指令の和を常に１００％とし
た。

【００１７】本発明の実施形態は、概略的に云えば、図
２に示すように、過熱器パス１４、再熱器パス１５に設
置されたガス分配ダンパ１６，１７をそれぞれのパスに
縦続して複数設置することにより、再熱器パスガス分配
ダンパ１７の開度に対するガス変動量を大きくしようと
するものである。

【００１８】次に、本発明の実施形態における機能並び
に作用についてその原理を以下説明する。過熱器パス１
４、再熱器パス１５におけるそれぞれのパスのガス流量
について説明する。

【００１９】まず、過熱器パス１４、再熱器パス１５に
おけるそれぞれのパスでの圧力損失は共に等しく（１）
式のように示すことができる。

【００２０】 ΔＰ ＝Ｋ・（Ｗｇ）² ＝Ｋｓ・（Ｗｇｓ）²＝Ｋｒ・（Ｗｇｒ）² …（１） Ｗｇ＝Ｗｇｓ＋Ｗｇｒ …（２） ここで、ΔＰ ：圧力損失（Ｋｇ／ｃｍ²） Ｋ ：圧力損失係数（−） Ｗｇ ：ボイラ燃焼排ガス流量（ｋｇ／ｓ） Ｗｇｓ：過熱器パスガス流量（ｋｇ／ｓ） Ｗｇｒ：再熱器パスガス流量（ｋｇ／ｓ） Ｋｓ ：過熱器パス圧力損失係数（ｓ²／（ｍ²・ｋ
ｇ）） Ｋｒ ：再熱器パス圧力損失係数（ｓ²／（ｍ²・ｋ
ｇ）） （１）（２）式より、過熱器パス１４、再熱器パス１５
におけるそれぞれのパスでのガス流量は、次の（３）
（４）式に示すように、過熱器パス１４及び再熱器パス
１５におけるそれぞれのパスでの圧力損失係数に基づい
て決定される。

【００２１】 Ｗｇｓ＝Ｗｇ×√（Ｋｒ）／｛√（Ｋｓ）＋√（Ｋｒ）｝ …（３） Ｗｇｒ＝Ｗｇ×√（Ｋｓ）／｛√（Ｋｓ）＋√（Ｋｒ）｝ …（４） 過熱器パス１４、再熱器パスにおけるそれぞれのパスで
の圧力損失係数は、次の（５），（６）式に示すよう
に、それぞれのパス内に設置された横置き過熱器５、蒸
発器３、横置き再熱器８での圧力損失係数（以下、バン
ク圧力損失係数と称す）の和と、それぞれのガス分配ダ
ンパ１６，１７での圧力損失係数の和で表される。

【００２２】 Ｋｓ＝Ｋｆｓ＋Ｋｖｓ …（５） Ｋｒ＝Ｋｆｒ＋Ｋｖｒ …（６） ここで、 Ｋｆｓ：過熱器パスバンク部圧力損失係数（Ｓ²／（ｍ²
・ｋｇ）） Ｋｖｓ：過熱器パスガス分配ダンパ部圧力損失係数（Ｓ
²／（ｍ²・ｋｇ）） Ｋｆｒ：再熱器パスバンク部圧力損失係数（Ｓ²／（ｍ²
・ｋｇ）） Ｋｖｒ：再熱器パスガス分配ダンパ部圧力損失係数（Ｓ
²／（ｍ²・ｋｇ）） また、ダンパ部圧力損失係数は、次の（７），（８）式
に示すように、それぞれのガス分配ダンパ１６，１７の
開度の関数で表される。

【００２３】 Ｋｖｓ＝ｆｘ（θｓ）・（ＡＡＳＨ）^ー2 …（７） Ｋｖｒ＝ｆｘ（θｒ）・（ＡＡＲＨ）^ー2 …（８） ここで、 θｓ：過熱器パスガス分配ダンパ開度（％）（角度９０
に対する比率） θｒ：再熱器パスガス分配ダンパ開度（％） ＡＡＳＨ：過熱器パスガス分配ダンパ部ダクト開口面積
（ｍ²） ＡＡＲＨ：再熱器パスガス分配ダンパ部ダクト開口面積
（ｍ²） ガス分配ダンパ１６，１７のダンパ開度に対するダンパ
部圧力損失係数を再熱器側ガス分配ダンパ１７を例とし
て、図１０に示す。ダンパ部圧力損失係数はダンパ開度
０％時に最大となり、ダンパが開くに従い小さくなり、
ダンパ開度１００％でほぼ０となる。

【００２４】上述のように各パスでのガス流量は決定さ
れるが、再熱器パスガス分配ダンパ全開時のガス流量を
増やすには、それぞれのパスでの圧力損失係数に着目す
る。例えば、（３）、（４）式から再熱器パス圧力損失
係数を無限大に大きくすれば、次式のようになる。

【００２５】 （ｋｒ→∽）ｌｉｍＷｇｓ ＝（ｋｒ→∽）ｌｉｍ［Ｗｇ×√（Ｋｒ）／｛√（Ｋｓ）＋√（Ｋｒ）｝］ ＝Ｗｇ …（９） （ｋｒ→∽）ｌｉｍＷｇｒ ＝（ｋｒ→∽）ｌｉｍ［Ｗｇ×√（Ｋｓ）／｛√（Ｋｓ）＋√（Ｋｒ）｝］ ＝０ …（１０） 上記の（９）、（１０）式に示すように、ガス流量は、
過熱器パスに１００％流れ、再熱器パスでは０となる。

【００２６】また、過熱器パス圧力損失係数を無限大に
大きくすれば （ｋｓ→∽）ｌｉｍＷｇｓ ＝（ｋｓ→∽）ｌｉｍ［Ｗｇ×√（Ｋｒ）／｛√（Ｋｓ）＋√（Ｋｒ）｝］ ＝０ …（１１） （ｋｓ→∽）ｌｉｍＷｇｒ ＝（ｋｓ→∽）ｌｉｍ［Ｗｇ×√（Ｋｓ）／｛√（Ｋｓ）＋√（Ｋｒ）｝］ ＝Ｗｇ …（１２） 上記の（１１）、（１２）式に示すように、ガス流量は
再熱器パスに１００％流れ、過熱器パスでは０となる。
これを適用する場合、一方の圧力損失係数のみを大きく
し、他方の圧力損失係数には変化なしという条件が必要
となる。つまり、再熱器パスガス分配ダンパ１７が全開
の時、再熱器パス１５のガス流量を多くするには、再熱
器パス１５の圧力損失係数を変えず、過熱器パス１４の
圧力損失係数のみを大きくし、また、再熱器パスガス分
配ダンパ１７が全閉の時のガス流量を少なくするには、
過熱器パス１４の圧力損失係数を変えずに、再熱器パス
１５の圧力損失係数のみを大きくするような可変抵抗体
が必要となる。

【００２７】図１０に示すように、ガス分配ダンパ１
６，１７での圧力損失係数は全閉時に大きく、全開時に
ほぼ０となり、上述の条件を満たす可変抵抗体である。
このガス分配ダンパ１６，１７を２段またはそれ以上に
重ね、また、それぞれのパスに設置されたガス分配ダン
パ１６，１７の開度を同じ開度で操作すれば、ダンパ全
閉時の圧力損失係数は、ガス分配ダンパの段数だけ大き
くすることができる。

【００２８】また、全閉時には圧力損失係数はほぼ０で
あるため、段数が増えても大きくならず、再熱器パスガ
ス分配ダンパ１７の開度に対する再熱器パス１５のガス
流量の変動量を大きくすることができる。

【００２９】図２は、ガス分配ダンパを２段としたこと
により、全閉時のダンパ部圧力損失係数が２倍に増加し
たことを示す図である。その結果、図３に示すように、
再熱器パスガス分配ダンパ開度から全閉から全開へ１０
０％変動した時の再熱器パスのガス流量の変動量は、ガ
ス分配ダンパ１段時の４４％に対し、５７％に増加し
た。

【００３０】ガス変動量が大きくなれば、それに伴い、
再熱蒸気温度変動量も大きくなり、図４に示すように、
再熱蒸気温度変動量の最大値は、ガス分配ダンパ１段時
の４６°Ｃから５４°Ｃに拡大し、ガス分配ダンパ開度
に対する再熱蒸気温度の制御裕度が大きくなった。

【００３１】図５に本発明の他の実施形態として、ガス
分配ダンパを３段に重ねた例を示す。図５において符号
１，２，３，５，６，８，１０，１２〜２０は図１と同
じで、２１は過熱器パス第３ガス分配ダンパ、２２は再
熱器パス第３ガス分配ダンパである。

【００３２】以上説明したように、本発明では、その実
施形態として、ガス分配ダンパを２段、及び３段とし、
各ガス分配ダンパは３枚の羽を有したものとしたが、ガ
ス分配ダンパを４段以上としても問題はなく、羽の枚数
は何枚でもかまわない。

【００３３】また、本発明の更に他の実施形態として、
図６に示すように、ガス流れに対してガス分配ダンパ１
６，１７，１９，２０を節炭器１の上流側に設置する構
成が考えられる。再熱器８を通過するガス流量を制御す
ることで再熱蒸気温度の制御を本発明の目的としている
ため、前記構成が採用されて何等問題はない。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、過熱器パス、再熱器パ
スに設置されたガス分配ダンパを複数段設置すること
で、分配ダンパの開度指令に対するガス流量の変動量を
大きくすることができ、再熱器出口蒸気温度の制御裕度
を大きくとることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の基本的構成を示す図であ
る。

【図２】本発明を適用したガス分配ダンパ開度指令と再
熱器パスダンパ部圧力損失係数の関係図である。

【図３】本発明を適用したガス分配ダンパ開度指令と再
熱器パスガス流量の関係図である。

【図４】本発明を適用したガス分配ダンパでの再熱蒸気
温度特性図である。

【図５】本発明の他の実施形態を示す図である。

【図６】本発明の更に他の実施形態を示す図である。

【図７】変圧運転還流ボイラの流体流れ系統の従来技術
を示す図である。

【図８】ガス分配系統を有するボイラのガス流れ系統の
従来技術を示す図である。

【図９】従来技術におけるガス分配ダンパ開度指令に対
する再熱器パスガス流量の関係を示す図である。

【図１０】ガス分配ダンパ開度指令に対するダンパ部圧
力係数の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 節炭器 ２ 火炉水壁 ３ 蒸発器 ４ 汽水分離器 ５ 横置き過熱器 ６ 吊下げ過熱器 ７ 高圧タービン ８ 横置き再熱器 ９ 再熱器中間減温器 １０ 吊下げ再熱器 １１ 中圧タービン １２ 燃料入熱 １３ ボイラ燃焼ガス １４ 過熱器パス １５ 再熱器パス １６ 過熱器パスガス分配ダンパ １７ 再熱器パスガス分配ダンパ １８ ボイラ排ガス １９ 過熱器パス第２ガス分配ダンパ ２０ 再熱器パス第２ガス分配ダンパ ２１ 過熱器パス第３ガス分配ダンパ ２２ 再熱器パス第３ガス分配ダンパ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラの燃焼ガスが複数のパスに分割さ
   れ、各パスを流れるガス流量を各パスに設置されたガス
   分配ダンパにより調節できるボイラ装置において、 各パスのガス流れに対して複数のガス分配ダンパを縦続
   して設置することを特徴とする蒸気温度制御装置。
2. 【請求項２】 火炉から出たボイラの燃焼ガスが過熱器
   パスと再熱器パスに分割され、一方の燃焼ガスは前記過
   熱器パスに設置された過熱器パスガス分配ダンパを通
   り、他方の燃焼ガスは前記再熱器パスに設置された再熱
   器パスガス分配ダンパを通ってボイラ排ガスとなるボイ
   ラ装置において、 前記過熱器パスガス分配ダンパと再熱器パスガス分配ダ
   ンパは、それぞれ燃焼ガスの流れに対して、複数段に設
   置され、 各ガス分配ダンパの多段におけるそれぞれのダンパの開
   度を同一にするとともに、 前記過熱器パスガス分配ダンパと再熱器パスガス分配ダ
   ンパの開度指令の和を常に１００％となるように制御す
   ることを特徴とする蒸気温度制御装置。