小型貫流ボイラ発電システムおよびその運転制御方法
【課題】小型貫流ボイラとこれにより生成された蒸気を利用して発電するための蒸気タービンとを夫々複数台設置した小型貫流ボイラ発電システムにおいて、蒸気流量の需要変動に対応して効率的な運転が可能な小型貫流ボイラ発電システムおよびその運転制御方法を提供する。
【解決手段】小型貫流ボイラ２と蒸気利用プロセス５とを接続する蒸気供給流路６が複数の分岐流路６ａ，６ｂ，６ｃに分岐されるとともに、発電ユニット３が、この複数の分岐流路の各々に、蒸気過熱器７、流量計および圧力計からなる検出部、緊急遮断弁、流量調節弁、発電機付帯の蒸気タービン８および減圧弁と、前記緊急遮断弁、流量調節弁および発電機付帯の蒸気タービン８をバイパスして前記分岐流路に接続されたバイパス流路１６と、このバイパス流路１６に設けられたバイパス弁とを介装されてなる。
【解決手段】小型貫流ボイラ２と蒸気利用プロセス５とを接続する蒸気供給流路６が複数の分岐流路６ａ，６ｂ，６ｃに分岐されるとともに、発電ユニット３が、この複数の分岐流路の各々に、蒸気過熱器７、流量計および圧力計からなる検出部、緊急遮断弁、流量調節弁、発電機付帯の蒸気タービン８および減圧弁と、前記緊急遮断弁、流量調節弁および発電機付帯の蒸気タービン８をバイパスして前記分岐流路に接続されたバイパス流路１６と、このバイパス流路１６に設けられたバイパス弁とを介装されてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型貫流ボイラと蒸気タービンとを夫々複数台設置した小型貫流ボイラ発電システムにおいて、蒸気流量の需要変動に対応して効率的な運転が可能な小型貫流ボイラ発電システムおよびその運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型貫流ボイラを複数台設置して蒸気を供給するシステムの台数制御に関しては、従来より種々の提案がなされている。このような従来例に係る貫流ボイラの台数制御方法について、以下図７および図８を参照しつつ説明する。図７は従来例に係る貫流ボイラの台数制御方法の一実施例を示す概要説明図、図８は従来例に係るバッアップ用ボイラを設けた蒸気供給システムの一実施例を示すボイラ設置状況図を示す。
【０００３】
先ず、図７において、従来例に係る貫流ボイラの台数制御方法は、貫流ボイラ２１を複数台設置し、各ボイラ２１の蒸気管を集合してスチームアキュムレータ２２に連結し、スチームアキュムレータ２２の出力部からスチームヘッダー２５の配管の間に蒸気流量検出装置２３を設け、配管途中もしくはスチームヘッダー２５に圧力検出装置２４を設けた多缶設置システムにおいて、蒸気流量検出装置２３並びに圧力検出装置２４からの信号により、各ボイラ２１の燃焼、停止を制御するものである（特許文献１参照）。
【０００４】
上記従来例に係る貫流ボイラの台数制御方法によれば、スチームアキュムレータ２２の設置により蒸気負荷の急激な変動に対しての圧力の急激な変化が防止でき、安定した蒸気供給が可能となる。また、蒸気流量検出装置２３からの信号によるボイラ２１の燃焼台数の決定と、圧力検知装置２４からの信号による燃焼パターンの決定により蒸気負荷変動に応じた適切なボイラ２１の燃焼台数と燃焼状態が決定される。
【０００５】
次に、図８に示した従来例に係るバッアップ用ボイラを設けた蒸気供給システムは、主蒸気供給装置３４と、複数台のバックアップ用ボイラ３１を設けた蒸気供給システムにおいて、主蒸気供給装置３４が供給している蒸気量に見合うバックアップ用ボイラ３１の台数を算出し、算出台数分のバックアップ用ボイラ３１に対して予熱指令を送る運転制御装置３２を設けたものである（特許文献２参照）。
【０００６】
この従来例に係るバッアップ用ボイラを設けた蒸気供給システムによれば、主蒸気供給装置３４の緊急停止によって蒸気圧力が低下し、蒸気使用量に影響が及ぶことを防止することができる。しかしながら、上記従来例に係る発明は、何れも複数台の貫流ボイラの台数制御方法や蒸気供給システムに関するものであって、発電システムに関しては何ら記載されていない。
【０００７】
このような状況に鑑み、本発明者等は、発電システム、コージェネシステムおよび発電方法について既に提案している。この従来例に係る技術について、以下図９を用いて説明する。図９は、前記従来例の実施形態に係るコージェネシステムの全体構成を示す配管系統図である。
【０００８】
従来例に係るこの発電システム、コージェネシステムは、蒸気利用設備４４で利用される蒸気を利用して発電する発電システム４０であって、前記蒸気は小型貫流ボイラ４１で生成されたものであり、前記小型貫流ボイラ４１で生成された蒸気を過熱する蒸気過熱器４２と、前記蒸気過熱器４２で過熱された過熱蒸気によって駆動される蒸気タービン４４と、前記蒸気タービン４４の駆動に伴って発電を行なう発電機４６とを備えている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平５−２８８３０２号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０４０３号公報
【特許文献３】特願２００５−１５５８０８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来例で採用しているラジアルタービンのような小容量の蒸気タービン４４は、定格効率は８０％程度と高いが、部分負荷条件では効率が極端に低下することが問題である。例えば、供給される蒸気流量が定格流量の半分になると、この蒸気タービンの効率は４０％まで低下する。
【００１０】
従って、本発明の目的は、小型貫流ボイラとこの小型貫流ボイラによって生成された蒸気を利用して発電するための蒸気タービンとを夫々複数台設置した小型貫流ボイラ発電システムにおいて、蒸気流量の需要変動に対応して効率的な運転が可能な小型貫流ボイラ発電システムおよびその運転制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る小型貫流ボイラ発電システムが採用した手段は、蒸気利用プロセスに供給する蒸気を生成するための複数台の小型貫流ボイラと、この生成された蒸気が前記蒸気利用プロセスに供給される前段階でこの蒸気を利用して発電するための発電ユニットと、これらを運転制御するための運転制御装置とを備えた小型貫流ボイラ発電システムに関するものである。
【００１２】
そして、この小型貫流ボイラ発電システムは、前記小型貫流ボイラと蒸気利用プロセスとを接続する蒸気供給流路が複数の分岐流路に分岐されるとともに、前記発電ユニットが、この複数の分岐流路の各々に、蒸気過熱器、流量計および圧力計からなる検出部、緊急遮断弁、流量調節弁、発電機付帯の蒸気タービンおよび減圧弁と、前記緊急遮断弁、流量調節弁および発電機付帯の蒸気タービンをバイパスして前記分岐流路に接続されたバイパス流路と、このバイパス流路に設けられたバイパス弁とを介装されてなることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項２に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法が採用した手段は、請求項１に記載の小型貫流ボイラ発電システムにおいて、前記運転制御装置に、蒸気利用プロセスから要求される蒸気の需要量を制御信号として入力し、この蒸気需要流量に応じて運転する前記発電ユニット数を決定することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項３に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法が採用した手段は、請求項２に記載の小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法において、前記発電ユニット各々の蒸気流量と蒸気タービン出口圧力とを検出し、この検出信号に基づき前記各発電ユニットの流量調節弁を制御することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項４に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法が採用した手段は、請求項２または３に記載の小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法において、蒸気利用プロセスの蒸気需要流量に応じて、以下のステップ通り前記各発電ユニットの流量調節弁を制御することを特徴とするものである。
【００１６】
（１）前記蒸気需要流量が前記発電ユニットの定格蒸気流量以下の場合、複数の前記発電ユニットのうち第１発電ユニットのみを通常運転方法で運転し、
（２）前記蒸気需要流量が定格蒸気流量に近づくと、前記発電ユニットのうち第２発電ユニットの暖機運転を開始し、
（３）前記蒸気需要流量が定格蒸気流量以上になると、前記第２発電ユニットを並列運転するが、前記第１発電ユニットは定格運転、第２発電ユニットは部分負荷運転になるように前記各発電ユニットの流量調節弁を制御するとともに、
（４）前記蒸気需要流量が定格蒸気流量の２倍に近づくと、前記第３発電ユニットの暖機運転を開始し、
（５）以下、前記蒸気需要流量が全発電ユニットの総定格蒸気流量に近づくまで、前記（２）乃至（４）に相当するステップを繰り返し、
（６）前記蒸気需要流量が全発電ユニットの総定格蒸気流量以上になった場合は、前記全発電ユニットを並列運転するが、１つの発電ユニットのみ部分負荷運転とし、他の発電ユニット全てを定格運転するように各発電ユニットの流量調節弁を制御する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１に係る小型貫流ボイラ発電システムによれば、前記小型貫流ボイラと蒸気利用プロセスとを接続する蒸気供給流路が複数の分岐流路に分岐されるとともに、前記発電ユニットが、この複数の分岐流路の各々に、蒸気過熱器、流量計および圧力計からなる検出部、緊急遮断弁、流量調節弁、発電機付帯の蒸気タービンおよび減圧弁と、前記緊急遮断弁、流量調節弁および発電機付帯の蒸気タービンをバイパスして前記分岐流路に接続されたバイパス流路と、このバイパス流路に設けられたバイパス弁とを介装されてなるので、利用される蒸気の需要流量に応じて発電ユニット数の選択が可能となる。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法によれば、
前記運転制御装置に、蒸気利用プロセスから要求される蒸気の需要流量を制御信号として入力し、この蒸気需要流量に応じて運転する前記発電ユニット数を決定することができるので、蒸気需要流量の変動に応じて発電効率の高い自動運転が可能となる。
【００１９】
更に、本発明の請求項３に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法によれば、前記発電ユニット各々の蒸気流量と蒸気タービン出口圧力とを検出し、この検出信号に基づき前記各発電ユニットの流量調節弁を制御するので、蒸気の需要量の変動に対して蒸気タービンの運転状態を合致させるよう自動運転可能となる。
【００２０】
更にまた、本発明の請求項４に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法によれば、蒸気利用プロセスの蒸気需要流量に応じて、定格運転する発電ユニット数を決定して、部分負荷運転する発電ユニットを多くとも１ユニットとするので、蒸気需要量の変動に対応した発電効率の高い自動運転が具体化された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態１に係る小型貫流ボイラ発電システムを、添付図１および図２を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの概要を説明するための概要説明図、図２は本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの発電ユニットを説明するための系統図である。
【００２２】
先ず、本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの概要について、図１を参照しながら以下説明する。この小型貫流ボイラ発電システム１は、蒸気利用プロセス５に供給する蒸気を生成するための６台の小型貫流ボイラ２と、この生成された蒸気が前記蒸気利用プロセス４に供給される前段階でこの蒸気を利用して発電するための発電ユニット３と、これらを運転制御するための運転制御装置４とを備えてなる。
【００２３】
この６台の小型貫流ボイラ２によって生成された蒸気は、前記蒸気利用プロセス５に供給するため一旦蒸気供給流路６に統合される。そして、前記小型貫流ボイラ２と蒸気利用プロセス５とを接続する蒸気供給流路６が、３つの分岐流路、即ち、第１分岐流路６ａ、第２分岐流路６ｂおよび第３分岐流路６ｃに分岐されるとともに、この分岐された３つの分岐流路６ａ，６ｂ，６ｃの各々に、蒸気過熱器７や蒸気タービン８等の機器を介装した３ユニットの発電ユニット３、即ち、第１発電ユニット３ａ、第２発電ユニット３ｂおよび第３発電ユニット３ｃが各々設けられている。
【００２４】
この発電ユニット３の１ユニットからは、３トン／ｈ（３０００ｋｇ／ｈ）の蒸気と１００ｋＷの電力を供給することができ、発電ユニット３全体では、９トン／ｈ（９０００ｋｇ／ｈ）の蒸気量と３００ｋＷの電力を供給することができるが、蒸気の需要に応じて１ユニットから最大３ユニットの運転が可能である。
【００２５】
次に、前記発電ユニットについて、図２を参照しながら更に詳細に説明する。前記発電ユニットの各々、即ち、第１発電ユニット３ａ、第２発電ユニット３ｂおよび第３発電ユニット３ｃは同一構成であるので、前記第１発電ユニット３ａの構成を代表例として以下説明する。即ち、第１発電ユニット３ａは、上流側から順に、蒸気過熱器７ａ、流量計９ａおよび圧力計１０ａからなる検出部、緊急遮断弁１２ａ、流量調節弁１３ａ、発電機付帯の蒸気タービン８ａおよび減圧弁１４ａとを介装されている。第１発電ユニット３ａを構成する前記機器について、以下更に詳細に説明する。
【００２６】
小型貫流ボイラにより生成された蒸気（飽和蒸気）は蒸気供給流路６を経て、第１発電ユニット３ａを構成する第１分岐流路６ａに分岐され、先ず蒸気過熱器７ａに導入される。蒸気過熱器７ａは、この飽和蒸気を過熱するよう構成されている。流入する蒸気流量は３トン／ｈ程度であるので、蒸気過熱器７ａとしては、例えば容量１０６ｋＷのものが使用されている。また、この蒸気過熱器７ａの最高使用圧力は０．９８ＭＰａで、最高使用温度は２３０℃のものを用いることができる。
【００２７】
この蒸気過熱器７ａによって過熱された蒸気は、流量計９ａおよび圧力計１０ａからなる検出部によって、この第１分岐流路６ａに流れる蒸気流量および蒸気圧力を検出される。この検出部には、更に蒸気温度を検出するための温度計１１ａを備えても良い。また、このような検出部によって検出された検出信号は、運転制御装置４に送信されるようにオンライン接続（図示せず）されている。
【００２８】
次に、緊急遮断弁１２ａは、第１分岐流路６ａを完全に遮断して、過熱蒸気を後流側の蒸気タービン８ａに供給するのを停止するためのものであり、前記運転制御装置４によって制御可能なように構成されている。また、流量調節弁１３ａは、第１分岐流路６ａを流れる過熱蒸気の流量を調節するためのものであり、運転制御装置４によって弁開度を制御可能なように構成されている。
【００２９】
そして、蒸気タービン８ａはラジアルタービンによって構成され、その吸込口を前記第１分岐流路６ａに接続されて過熱蒸気が導入される。蒸気タービン８ａの出力軸には、減速機を介して発電機（図示せず）が接続され、この発電機によって回転エネルギーを電気エネルギーに変換している。尚、前記発電機が高速タイプのものであれば、減速機を省略することができる。
【００３０】
前記蒸気タービン８ａの出口側は前記第１分岐流路６ａに接続されている。そして、この出口側の第１分岐流路６ａには減圧弁１４ａが介装されている。この減圧弁１４ａは、蒸気タービンの出口圧力（背圧）を保持するためのものである。この減圧弁１４ａを設けることにより、蒸気タービン８ａから排出された蒸気が膨張して減圧される。あるいはまた、前記蒸気タービン８ａの出口圧力を、圧力計１５ａによって検知し、この検知信号を運転制御装置４に送るとともに、この運転制御装置４の指令により前記減圧弁１４ａの減圧度を調整して、前記出口圧力（背圧）を制御するよう構成することもできる。
【００３１】
更に、この第１分岐流路６ａには、前記緊急遮断弁１２ａ、流量調節弁１３ａおよび蒸気タービン８ａをバイパスして、前記分岐流路６ａに接続されたバイパス流路１６ａが設けられるとともに、このバイパス流路１６ａにバイパス弁１７ａが介装されている。このバイパス流路１６ａは、蒸気タービン８ａが何らかの原因により緊急停止した場合に、前記バイパス弁１７ａを開弁して蒸気利用プロセスに蒸気を供給できるようにするためのバイパス回路である。
【００３２】
そして、前記第１分岐流路６ａは再び蒸気供給流路６に統合されて、蒸気利用プロセス５に蒸気が供給される。前記運転制御装置４は、小型貫流ボイラ２の運転制御を行うとともに、上述したように、前記蒸気タービン８ａへ供給される過熱蒸気の圧力、流量、温度を監視し、流量調節弁８ａの弁開度や減圧弁１４ａの減圧度を制御する。第１発電ユニット３ａは以上のように構成されており、第２発電ユニット３ｂおよび第３発電ユニット３ｃについては、上記説明中の符号の末尾ａを夫々ｂ，ｃに置き換えれば前記発電ユニットの説明となるので、これらの発電ユニット構成の説明を省略する。
【００３３】
次に、本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法について、以下図１を参照しながら説明する。本発電システム１に用いた蒸気タービン８各々の代表的な定格運転条件は、次の通りである。
蒸気温度：２１６℃
蒸気タービン入口圧力：０．７５ＭＰａ
蒸気タービン出口圧力：０．２５ＭＰａ
蒸気流量：３トン／ｈ
【００３４】
蒸気流量が３トン／ｈ以上、蒸気圧力比（＝タービン入口圧力／出口圧力）が３以上になると、蒸気タービン８の出力が定格出力を超えるため、蒸気流量、蒸気圧力の制御が重要である。本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの通常の運転制御方法は、先ず運転開始時には、各発電ユニット３の緊急弁を閉弁状態にし、蒸気過熱器７を予熱しておき、蒸気をバイパス流路１６に供給し蒸気タービン８を暖機運転する。
【００３５】
次に、蒸気タービン８の誘導発電機を各発電ユニット３に接続すると、発電機が定格回転数で回転し始める。緊急遮断弁を開け、流量調節弁の開度を徐々に拡げていくと、誘導発電機がモータリングモードから発電モードに移行し、発電し始める。ここまでは、通常の発電システムの運転方法である。
【００３６】
本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システム１の運転制御方法においては、前記運転制御装置４に、蒸気利用プロセス５から要求される蒸気の需要流量を制御信号として入力する。前記制御信号は、蒸気利用プロセス５側からこの運転制御装置４にリアルタイムで入力される外部信号でも良いし、事前に前記運転制御装置４内にプログラムされた指令に基づくものでも良い。そして、以下に述べるようなステップで、蒸気流量の需要に応じて運転する前記発電ユニット３の数を決定して運転制御する。
【００３７】
（１）前記蒸気需要流量が２．５トン／ｈ以下の場合、前記発電ユニット３の１ユニッ
ト、例えば第１発電ユニット３ａを通常運転方法で運転する。
（２）そして、前記蒸気需要流量が２．５トン／ｈ以上になると、前記発電ユニット３
の２ユニット目、例えば第２発電ユニット３ｂの暖機運転を開始する。
（３）前記蒸気需要流量が３トン／ｈ以上になると、前記第２発電ユニット３ｂを並列
運転するが、第１発電ユニット３ａは定格運転（３トン／ｈ）、第２発電ユニット
３ｂは部分負荷運転になるように前記発電ユニット３ａ，３ｂの流量調節弁を制御
する。
（４）前記蒸気需要流量が５．５トン／ｈ以上になると、前記発電ユニット３の３ユニ
ット目、即ち、第３発電ユニット３ｃの暖機運転を開始する。
（５）前記蒸気需要流量が６トン／ｈ以上になる場合は、前記３ユニット全ての発電ユ
ニット３ａ，３ｂおよび３ｃを並列運転するが、その内、第１発電ユニット３ａお
よび第２発電ユニット３ｂは定格運転（３トン／ｈ×２）、残りの第３発電ユニッ
ト３ｃは部分負荷運転になるように各発電ユニットの流量調節弁を制御する。
【００３８】
尚、前記発電ユニット数が４ユニット以上で構成される場合も上記と同様に、上記ステップ（５）に代えて、下記のステップ（５），（６）の通り運転制御すれば良い。
（５）以下、前記蒸気需要流量が全発電ユニットの総定格流量に近づくまで、前記（２
）乃至（４）に相当するステップを繰り返し、
（６）前記蒸気需要流量が全発電ユニットの総定格流量以上になった場合は、前記全発
電ユニットを並列運転するが、１つの発電ユニットのみ部分負荷運転とし、他の発
電ユニット全てを定格運転するように各発電ユニットの流量調節弁を制御する。
【００３９】
以上の如く、本発明に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法は、前記発電ユニット夫々に設けられた流量計により蒸気流量を、蒸気タービン出口側に設けられた出口圧力計により出口圧力を検出し、これらの検出信号に基づき前記各発電ユニットの流量調節弁により、上記のように運転制御するのである。
【００４０】
＜実施例＞
次に、本発明に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法の実施例について、図３〜図５を用いて以下説明する。図３は本発明の実施例に係る蒸気利用プロセスの蒸気需要パターン例を示す説明図、図４は図３に示す蒸気需要パターンＡに対する小型貫流ボイラ発電システムの運転ユニット数の決定方法を説明するための説明図、図５は図３に示す蒸気需要パターンＢに対する小型貫流ボイラ発電システムの運転ユニット数の決定方法を説明するための説明図である。
【００４１】
蒸気利用プロセスの蒸気需要パターンは、図３の実線で示す如く、日中変動の大きいパターンＡと日中変動の小さいパターンＢに対する実施例として以下説明する。このパターンＡにおいては、昼間は最大１０トン／ｈの蒸気需要があるが、夜間の需要は全くない。また、パターンＢにおいては、最大６トン／ｈの蒸気需要があるが、昼夜で大きな違いはない。
【００４２】
先ず、蒸気利用プロセスの蒸気需要パターンがパターンＡの場合について、図４を参照しながら説明する。この場合は、昼間に最大で１０トン／ｈの蒸気量需要があるので、上記手順によれば、昼間には発電ユニットの運転は３ユニットで行い、最大で９トン／ｈの蒸気量と３００ｋＷの電力を供給することができる。図４および図５中、斜線部が定格運転、網掛部が部分負荷運転を示す。
【００４３】
即ち、図４において、蒸気需要が３トン／ｈ以下の早朝や夕方の時間帯においては、１ユニット目の第１発電ユニット３ａのみで部分負荷運転し、蒸気需要が３トン／ｈを越え６トン／ｈ未満の始業前後や終業前後の時間帯においては、前記第１発電ユニット３ａを定格運転、２ユニット目の第２発電ユニット３ｂは部分負荷運転とする。更に、蒸気需要が６トン／ｈを越え９トン／ｈ未満となる１１時台から１５時台の時間帯においては、前記２ユニットの発電ユニット３ａ，３ｂを定格運転、３ユニット目の第３発電ユニット３ｃは部分負荷運転とする。
【００４４】
一方、蒸気利用プロセスの蒸気需要パターンがパターンＢの場合は、図５に示す如く、蒸気需要が５トン／ｈである深夜から早朝にかけての時間帯では、第１発電ユニット３ａによる定格運転と第２発電ユニット３ｂによる部分負荷運転で対応し、６トン／ｈの蒸気需要となる上記以外の時間帯では、前記第１発電ユニット３ａおよび第２発電ユニット３ｂを定格運転のみで運転し、６トン／ｈの蒸気量と２００ｋＷの電力を供給することができる。
【００４５】
このように、各発電ユニットの運転制御方法は、蒸気需要量の範囲内でできる限り定格運転するユニット数を確保した上で、不足分の蒸気需要量を他の１ユニットで部分負荷運転することで賄うのが好ましい。蒸気需要の変動に対して、前記発電ユニットの定格運転ユニット数を決定し、３トン／ｈ未満の需要に対しては他の１ユニットの発電ユニットを部分負荷運転して対応するのが、本発明に係る小型貫流ボイラ発電ユニットの効率上好ましいのである。
【００４６】
次に、このような本発明に係る小型貫流ボイラ発電システムとその運転制御方法の効果について、以下図６を用いて説明する。図６は、本発明に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法の効果を説明するための説明図である。図６において、実線は、３ユニット（定格蒸気流量３トン／ｈ×３ユニット）の発電ユニットを用い、内１ユニットのみ部分負荷運転とし、他のユニットを蒸気流量に応じて定格運転した場合の発電出力を示している。また、破線は、定格蒸気流量９トン／ｈの蒸気タービンからなる１ユニットの発電ユニットを用いて、部分負荷運転のみで運転した場合の蒸気流量に対する発電出力を示している。
【００４７】
即ち、実線で示した場合は、本発電システムへ供給される蒸気流量が、３トン／ｈの整数倍、３トン／ｈ，６トン／ｈおよび９トン／ｈ近傍の条件では、各発電ユニットに設けられた蒸気タービンが定格流量３トン／ｈにおける最高効率点で作動するため、１００ｋＷ，２００ｋＷおよび３００ｋＷに近い発電出力が可能である。
【００４８】
これに対し、破線の場合は、蒸気流量の全域に渡って部分負荷運転するため発電効率が悪く、結果として発電出力が極めて低調であることを示している。唯一、蒸気タービンの定格流量である９トン／ｈに至って、前記と同一の発電出力３００ｋＷが得られている。尚、この場合、定格流量３トン／ｈの発電ユニットを夫々備えた３ユニットの発電ユニットを用い、蒸気流量を各ユニット均等に分割して供給した場合も、この破線と同一の発電出力となる。
【００４９】
以上のように、本発明に係る小型貫流ボイラ発電システムによれば、前記小型貫流ボイラと蒸気利用プロセスとを接続する蒸気供給流路が複数の分岐流路に分岐されるとともに、前記発電ユニットが、この複数の分岐流路の各々に、蒸気過熱器、流量計および圧力計からなる検出部、緊急遮断弁、流量調節弁、発電機付帯の蒸気タービンおよび減圧弁と、前記緊急遮断弁、流量調節弁および発電機付帯の蒸気タービンをバイパスして前記分岐流路に接続されたバイパス流路と、このバイパス流路に設けられたバイパス弁とを介装されてなるので、利用される蒸気の需要流量に応じて運転する発電ユニット数の選択が可能となる。
【００５０】
また、前記運転制御装置に、蒸気利用プロセスから要求される蒸気の需要流量を制御信号として入力し、この蒸気需要流量に応じて運転する前記発電ユニット数を決定することができるので、蒸気の需要流量の変動に対して自動的に対応可能となる。
【００５１】
本発明は、蒸気利用プロセスに供給する蒸気を生成するための複数台の小型貫流ボイラと、この生成された蒸気が前記蒸気利用プロセスに供給される前段階で、この蒸気を利用して発電するための発電ユニットとを備えた小型貫流ボイラ発電システムに適用するのが好適であるが、それに限るものではなく、通常のボイラとこのボイラにより生成される蒸気を利用して発電するための発電ユニットとを備えた発電システムに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの概要を説明するための概要説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの発電ユニットを説明するための系統図である。
【図３】本発明の実施例に係る蒸気利用プロセスの蒸気需要パターン例を示す説明図である。
【図４】図３に示す蒸気需要パターンＡに対する小型貫流ボイラ発電システムの運転ユニット数の決定方法を説明するための説明図である。
【図５】図３に示す蒸気需要パターンＢに対する小型貫流ボイラ発電システムの運転ユニット数の決定方法を説明するための説明図である。
【図６】本発明に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法の効果を説明するための説明図である。
【図７】従来例に係る貫流ボイラの台数制御方法の一実施例を示す概要説明図である。
【図８】従来例に係るバッアップ用ボイラを設けた蒸気供給システムの一実施例を示すボイラ設置状況図を示す。
【図９】従来例の実施形態に係るコージェネシステムの全体構成を示す配管系統図である。
【符号の説明】
【００５３】
１：小型貫流ボイラ発電システム， ２：小型貫流ボイラ，
３：発電ユニット， ３ａ…第１発電ユニット， ３ｂ：第２発電ユニット，
３ｃ：第３発電ユニット，
４：運転制御装置， ５：蒸気利用プロセス，
６：蒸気供給流路， ６ａ：第１分岐流路， ６ｂ：第２分岐流路，
６ｃ：第３分岐流路，
７，７ａ，７ｂ，７ｃ：蒸気過熱器，
８，８ａ，８ｂ，８ｃ：蒸気タービン，
９ａ，９ｂ，９ｃ：流量計
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ：圧力計，
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ：温度計，
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ：緊急遮断弁，
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ：流量調節弁，
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ：減圧弁，
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ：圧力計，
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ：バイパス流路，
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ：バイパス弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型貫流ボイラと蒸気タービンとを夫々複数台設置した小型貫流ボイラ発電システムにおいて、蒸気流量の需要変動に対応して効率的な運転が可能な小型貫流ボイラ発電システムおよびその運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型貫流ボイラを複数台設置して蒸気を供給するシステムの台数制御に関しては、従来より種々の提案がなされている。このような従来例に係る貫流ボイラの台数制御方法について、以下図７および図８を参照しつつ説明する。図７は従来例に係る貫流ボイラの台数制御方法の一実施例を示す概要説明図、図８は従来例に係るバッアップ用ボイラを設けた蒸気供給システムの一実施例を示すボイラ設置状況図を示す。
【０００３】
先ず、図７において、従来例に係る貫流ボイラの台数制御方法は、貫流ボイラ２１を複数台設置し、各ボイラ２１の蒸気管を集合してスチームアキュムレータ２２に連結し、スチームアキュムレータ２２の出力部からスチームヘッダー２５の配管の間に蒸気流量検出装置２３を設け、配管途中もしくはスチームヘッダー２５に圧力検出装置２４を設けた多缶設置システムにおいて、蒸気流量検出装置２３並びに圧力検出装置２４からの信号により、各ボイラ２１の燃焼、停止を制御するものである（特許文献１参照）。
【０００４】
上記従来例に係る貫流ボイラの台数制御方法によれば、スチームアキュムレータ２２の設置により蒸気負荷の急激な変動に対しての圧力の急激な変化が防止でき、安定した蒸気供給が可能となる。また、蒸気流量検出装置２３からの信号によるボイラ２１の燃焼台数の決定と、圧力検知装置２４からの信号による燃焼パターンの決定により蒸気負荷変動に応じた適切なボイラ２１の燃焼台数と燃焼状態が決定される。
【０００５】
次に、図８に示した従来例に係るバッアップ用ボイラを設けた蒸気供給システムは、主蒸気供給装置３４と、複数台のバックアップ用ボイラ３１を設けた蒸気供給システムにおいて、主蒸気供給装置３４が供給している蒸気量に見合うバックアップ用ボイラ３１の台数を算出し、算出台数分のバックアップ用ボイラ３１に対して予熱指令を送る運転制御装置３２を設けたものである（特許文献２参照）。
【０００６】
この従来例に係るバッアップ用ボイラを設けた蒸気供給システムによれば、主蒸気供給装置３４の緊急停止によって蒸気圧力が低下し、蒸気使用量に影響が及ぶことを防止することができる。しかしながら、上記従来例に係る発明は、何れも複数台の貫流ボイラの台数制御方法や蒸気供給システムに関するものであって、発電システムに関しては何ら記載されていない。
【０００７】
このような状況に鑑み、本発明者等は、発電システム、コージェネシステムおよび発電方法について既に提案している。この従来例に係る技術について、以下図９を用いて説明する。図９は、前記従来例の実施形態に係るコージェネシステムの全体構成を示す配管系統図である。
【０００８】
従来例に係るこの発電システム、コージェネシステムは、蒸気利用設備４４で利用される蒸気を利用して発電する発電システム４０であって、前記蒸気は小型貫流ボイラ４１で生成されたものであり、前記小型貫流ボイラ４１で生成された蒸気を過熱する蒸気過熱器４２と、前記蒸気過熱器４２で過熱された過熱蒸気によって駆動される蒸気タービン４４と、前記蒸気タービン４４の駆動に伴って発電を行なう発電機４６とを備えている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平５−２８８３０２号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０４０３号公報
【特許文献３】特願２００５−１５５８０８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来例で採用しているラジアルタービンのような小容量の蒸気タービン４４は、定格効率は８０％程度と高いが、部分負荷条件では効率が極端に低下することが問題である。例えば、供給される蒸気流量が定格流量の半分になると、この蒸気タービンの効率は４０％まで低下する。
【００１０】
従って、本発明の目的は、小型貫流ボイラとこの小型貫流ボイラによって生成された蒸気を利用して発電するための蒸気タービンとを夫々複数台設置した小型貫流ボイラ発電システムにおいて、蒸気流量の需要変動に対応して効率的な運転が可能な小型貫流ボイラ発電システムおよびその運転制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る小型貫流ボイラ発電システムが採用した手段は、蒸気利用プロセスに供給する蒸気を生成するための複数台の小型貫流ボイラと、この生成された蒸気が前記蒸気利用プロセスに供給される前段階でこの蒸気を利用して発電するための発電ユニットと、これらを運転制御するための運転制御装置とを備えた小型貫流ボイラ発電システムに関するものである。
【００１２】
そして、この小型貫流ボイラ発電システムは、前記小型貫流ボイラと蒸気利用プロセスとを接続する蒸気供給流路が複数の分岐流路に分岐されるとともに、前記発電ユニットが、この複数の分岐流路の各々に、蒸気過熱器、流量計および圧力計からなる検出部、緊急遮断弁、流量調節弁、発電機付帯の蒸気タービンおよび減圧弁と、前記緊急遮断弁、流量調節弁および発電機付帯の蒸気タービンをバイパスして前記分岐流路に接続されたバイパス流路と、このバイパス流路に設けられたバイパス弁とを介装されてなることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項２に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法が採用した手段は、請求項１に記載の小型貫流ボイラ発電システムにおいて、前記運転制御装置に、蒸気利用プロセスから要求される蒸気の需要量を制御信号として入力し、この蒸気需要流量に応じて運転する前記発電ユニット数を決定することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項３に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法が採用した手段は、請求項２に記載の小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法において、前記発電ユニット各々の蒸気流量と蒸気タービン出口圧力とを検出し、この検出信号に基づき前記各発電ユニットの流量調節弁を制御することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項４に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法が採用した手段は、請求項２または３に記載の小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法において、蒸気利用プロセスの蒸気需要流量に応じて、以下のステップ通り前記各発電ユニットの流量調節弁を制御することを特徴とするものである。
【００１６】
（１）前記蒸気需要流量が前記発電ユニットの定格蒸気流量以下の場合、複数の前記発電ユニットのうち第１発電ユニットのみを通常運転方法で運転し、
（２）前記蒸気需要流量が定格蒸気流量に近づくと、前記発電ユニットのうち第２発電ユニットの暖機運転を開始し、
（３）前記蒸気需要流量が定格蒸気流量以上になると、前記第２発電ユニットを並列運転するが、前記第１発電ユニットは定格運転、第２発電ユニットは部分負荷運転になるように前記各発電ユニットの流量調節弁を制御するとともに、
（４）前記蒸気需要流量が定格蒸気流量の２倍に近づくと、前記第３発電ユニットの暖機運転を開始し、
（５）以下、前記蒸気需要流量が全発電ユニットの総定格蒸気流量に近づくまで、前記（２）乃至（４）に相当するステップを繰り返し、
（６）前記蒸気需要流量が全発電ユニットの総定格蒸気流量以上になった場合は、前記全発電ユニットを並列運転するが、１つの発電ユニットのみ部分負荷運転とし、他の発電ユニット全てを定格運転するように各発電ユニットの流量調節弁を制御する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１に係る小型貫流ボイラ発電システムによれば、前記小型貫流ボイラと蒸気利用プロセスとを接続する蒸気供給流路が複数の分岐流路に分岐されるとともに、前記発電ユニットが、この複数の分岐流路の各々に、蒸気過熱器、流量計および圧力計からなる検出部、緊急遮断弁、流量調節弁、発電機付帯の蒸気タービンおよび減圧弁と、前記緊急遮断弁、流量調節弁および発電機付帯の蒸気タービンをバイパスして前記分岐流路に接続されたバイパス流路と、このバイパス流路に設けられたバイパス弁とを介装されてなるので、利用される蒸気の需要流量に応じて発電ユニット数の選択が可能となる。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法によれば、
前記運転制御装置に、蒸気利用プロセスから要求される蒸気の需要流量を制御信号として入力し、この蒸気需要流量に応じて運転する前記発電ユニット数を決定することができるので、蒸気需要流量の変動に応じて発電効率の高い自動運転が可能となる。
【００１９】
更に、本発明の請求項３に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法によれば、前記発電ユニット各々の蒸気流量と蒸気タービン出口圧力とを検出し、この検出信号に基づき前記各発電ユニットの流量調節弁を制御するので、蒸気の需要量の変動に対して蒸気タービンの運転状態を合致させるよう自動運転可能となる。
【００２０】
更にまた、本発明の請求項４に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法によれば、蒸気利用プロセスの蒸気需要流量に応じて、定格運転する発電ユニット数を決定して、部分負荷運転する発電ユニットを多くとも１ユニットとするので、蒸気需要量の変動に対応した発電効率の高い自動運転が具体化された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態１に係る小型貫流ボイラ発電システムを、添付図１および図２を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの概要を説明するための概要説明図、図２は本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの発電ユニットを説明するための系統図である。
【００２２】
先ず、本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの概要について、図１を参照しながら以下説明する。この小型貫流ボイラ発電システム１は、蒸気利用プロセス５に供給する蒸気を生成するための６台の小型貫流ボイラ２と、この生成された蒸気が前記蒸気利用プロセス４に供給される前段階でこの蒸気を利用して発電するための発電ユニット３と、これらを運転制御するための運転制御装置４とを備えてなる。
【００２３】
この６台の小型貫流ボイラ２によって生成された蒸気は、前記蒸気利用プロセス５に供給するため一旦蒸気供給流路６に統合される。そして、前記小型貫流ボイラ２と蒸気利用プロセス５とを接続する蒸気供給流路６が、３つの分岐流路、即ち、第１分岐流路６ａ、第２分岐流路６ｂおよび第３分岐流路６ｃに分岐されるとともに、この分岐された３つの分岐流路６ａ，６ｂ，６ｃの各々に、蒸気過熱器７や蒸気タービン８等の機器を介装した３ユニットの発電ユニット３、即ち、第１発電ユニット３ａ、第２発電ユニット３ｂおよび第３発電ユニット３ｃが各々設けられている。
【００２４】
この発電ユニット３の１ユニットからは、３トン／ｈ（３０００ｋｇ／ｈ）の蒸気と１００ｋＷの電力を供給することができ、発電ユニット３全体では、９トン／ｈ（９０００ｋｇ／ｈ）の蒸気量と３００ｋＷの電力を供給することができるが、蒸気の需要に応じて１ユニットから最大３ユニットの運転が可能である。
【００２５】
次に、前記発電ユニットについて、図２を参照しながら更に詳細に説明する。前記発電ユニットの各々、即ち、第１発電ユニット３ａ、第２発電ユニット３ｂおよび第３発電ユニット３ｃは同一構成であるので、前記第１発電ユニット３ａの構成を代表例として以下説明する。即ち、第１発電ユニット３ａは、上流側から順に、蒸気過熱器７ａ、流量計９ａおよび圧力計１０ａからなる検出部、緊急遮断弁１２ａ、流量調節弁１３ａ、発電機付帯の蒸気タービン８ａおよび減圧弁１４ａとを介装されている。第１発電ユニット３ａを構成する前記機器について、以下更に詳細に説明する。
【００２６】
小型貫流ボイラにより生成された蒸気（飽和蒸気）は蒸気供給流路６を経て、第１発電ユニット３ａを構成する第１分岐流路６ａに分岐され、先ず蒸気過熱器７ａに導入される。蒸気過熱器７ａは、この飽和蒸気を過熱するよう構成されている。流入する蒸気流量は３トン／ｈ程度であるので、蒸気過熱器７ａとしては、例えば容量１０６ｋＷのものが使用されている。また、この蒸気過熱器７ａの最高使用圧力は０．９８ＭＰａで、最高使用温度は２３０℃のものを用いることができる。
【００２７】
この蒸気過熱器７ａによって過熱された蒸気は、流量計９ａおよび圧力計１０ａからなる検出部によって、この第１分岐流路６ａに流れる蒸気流量および蒸気圧力を検出される。この検出部には、更に蒸気温度を検出するための温度計１１ａを備えても良い。また、このような検出部によって検出された検出信号は、運転制御装置４に送信されるようにオンライン接続（図示せず）されている。
【００２８】
次に、緊急遮断弁１２ａは、第１分岐流路６ａを完全に遮断して、過熱蒸気を後流側の蒸気タービン８ａに供給するのを停止するためのものであり、前記運転制御装置４によって制御可能なように構成されている。また、流量調節弁１３ａは、第１分岐流路６ａを流れる過熱蒸気の流量を調節するためのものであり、運転制御装置４によって弁開度を制御可能なように構成されている。
【００２９】
そして、蒸気タービン８ａはラジアルタービンによって構成され、その吸込口を前記第１分岐流路６ａに接続されて過熱蒸気が導入される。蒸気タービン８ａの出力軸には、減速機を介して発電機（図示せず）が接続され、この発電機によって回転エネルギーを電気エネルギーに変換している。尚、前記発電機が高速タイプのものであれば、減速機を省略することができる。
【００３０】
前記蒸気タービン８ａの出口側は前記第１分岐流路６ａに接続されている。そして、この出口側の第１分岐流路６ａには減圧弁１４ａが介装されている。この減圧弁１４ａは、蒸気タービンの出口圧力（背圧）を保持するためのものである。この減圧弁１４ａを設けることにより、蒸気タービン８ａから排出された蒸気が膨張して減圧される。あるいはまた、前記蒸気タービン８ａの出口圧力を、圧力計１５ａによって検知し、この検知信号を運転制御装置４に送るとともに、この運転制御装置４の指令により前記減圧弁１４ａの減圧度を調整して、前記出口圧力（背圧）を制御するよう構成することもできる。
【００３１】
更に、この第１分岐流路６ａには、前記緊急遮断弁１２ａ、流量調節弁１３ａおよび蒸気タービン８ａをバイパスして、前記分岐流路６ａに接続されたバイパス流路１６ａが設けられるとともに、このバイパス流路１６ａにバイパス弁１７ａが介装されている。このバイパス流路１６ａは、蒸気タービン８ａが何らかの原因により緊急停止した場合に、前記バイパス弁１７ａを開弁して蒸気利用プロセスに蒸気を供給できるようにするためのバイパス回路である。
【００３２】
そして、前記第１分岐流路６ａは再び蒸気供給流路６に統合されて、蒸気利用プロセス５に蒸気が供給される。前記運転制御装置４は、小型貫流ボイラ２の運転制御を行うとともに、上述したように、前記蒸気タービン８ａへ供給される過熱蒸気の圧力、流量、温度を監視し、流量調節弁８ａの弁開度や減圧弁１４ａの減圧度を制御する。第１発電ユニット３ａは以上のように構成されており、第２発電ユニット３ｂおよび第３発電ユニット３ｃについては、上記説明中の符号の末尾ａを夫々ｂ，ｃに置き換えれば前記発電ユニットの説明となるので、これらの発電ユニット構成の説明を省略する。
【００３３】
次に、本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法について、以下図１を参照しながら説明する。本発電システム１に用いた蒸気タービン８各々の代表的な定格運転条件は、次の通りである。
蒸気温度：２１６℃
蒸気タービン入口圧力：０．７５ＭＰａ
蒸気タービン出口圧力：０．２５ＭＰａ
蒸気流量：３トン／ｈ
【００３４】
蒸気流量が３トン／ｈ以上、蒸気圧力比（＝タービン入口圧力／出口圧力）が３以上になると、蒸気タービン８の出力が定格出力を超えるため、蒸気流量、蒸気圧力の制御が重要である。本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの通常の運転制御方法は、先ず運転開始時には、各発電ユニット３の緊急弁を閉弁状態にし、蒸気過熱器７を予熱しておき、蒸気をバイパス流路１６に供給し蒸気タービン８を暖機運転する。
【００３５】
次に、蒸気タービン８の誘導発電機を各発電ユニット３に接続すると、発電機が定格回転数で回転し始める。緊急遮断弁を開け、流量調節弁の開度を徐々に拡げていくと、誘導発電機がモータリングモードから発電モードに移行し、発電し始める。ここまでは、通常の発電システムの運転方法である。
【００３６】
本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システム１の運転制御方法においては、前記運転制御装置４に、蒸気利用プロセス５から要求される蒸気の需要流量を制御信号として入力する。前記制御信号は、蒸気利用プロセス５側からこの運転制御装置４にリアルタイムで入力される外部信号でも良いし、事前に前記運転制御装置４内にプログラムされた指令に基づくものでも良い。そして、以下に述べるようなステップで、蒸気流量の需要に応じて運転する前記発電ユニット３の数を決定して運転制御する。
【００３７】
（１）前記蒸気需要流量が２．５トン／ｈ以下の場合、前記発電ユニット３の１ユニッ
ト、例えば第１発電ユニット３ａを通常運転方法で運転する。
（２）そして、前記蒸気需要流量が２．５トン／ｈ以上になると、前記発電ユニット３
の２ユニット目、例えば第２発電ユニット３ｂの暖機運転を開始する。
（３）前記蒸気需要流量が３トン／ｈ以上になると、前記第２発電ユニット３ｂを並列
運転するが、第１発電ユニット３ａは定格運転（３トン／ｈ）、第２発電ユニット
３ｂは部分負荷運転になるように前記発電ユニット３ａ，３ｂの流量調節弁を制御
する。
（４）前記蒸気需要流量が５．５トン／ｈ以上になると、前記発電ユニット３の３ユニ
ット目、即ち、第３発電ユニット３ｃの暖機運転を開始する。
（５）前記蒸気需要流量が６トン／ｈ以上になる場合は、前記３ユニット全ての発電ユ
ニット３ａ，３ｂおよび３ｃを並列運転するが、その内、第１発電ユニット３ａお
よび第２発電ユニット３ｂは定格運転（３トン／ｈ×２）、残りの第３発電ユニッ
ト３ｃは部分負荷運転になるように各発電ユニットの流量調節弁を制御する。
【００３８】
尚、前記発電ユニット数が４ユニット以上で構成される場合も上記と同様に、上記ステップ（５）に代えて、下記のステップ（５），（６）の通り運転制御すれば良い。
（５）以下、前記蒸気需要流量が全発電ユニットの総定格流量に近づくまで、前記（２
）乃至（４）に相当するステップを繰り返し、
（６）前記蒸気需要流量が全発電ユニットの総定格流量以上になった場合は、前記全発
電ユニットを並列運転するが、１つの発電ユニットのみ部分負荷運転とし、他の発
電ユニット全てを定格運転するように各発電ユニットの流量調節弁を制御する。
【００３９】
以上の如く、本発明に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法は、前記発電ユニット夫々に設けられた流量計により蒸気流量を、蒸気タービン出口側に設けられた出口圧力計により出口圧力を検出し、これらの検出信号に基づき前記各発電ユニットの流量調節弁により、上記のように運転制御するのである。
【００４０】
＜実施例＞
次に、本発明に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法の実施例について、図３〜図５を用いて以下説明する。図３は本発明の実施例に係る蒸気利用プロセスの蒸気需要パターン例を示す説明図、図４は図３に示す蒸気需要パターンＡに対する小型貫流ボイラ発電システムの運転ユニット数の決定方法を説明するための説明図、図５は図３に示す蒸気需要パターンＢに対する小型貫流ボイラ発電システムの運転ユニット数の決定方法を説明するための説明図である。
【００４１】
蒸気利用プロセスの蒸気需要パターンは、図３の実線で示す如く、日中変動の大きいパターンＡと日中変動の小さいパターンＢに対する実施例として以下説明する。このパターンＡにおいては、昼間は最大１０トン／ｈの蒸気需要があるが、夜間の需要は全くない。また、パターンＢにおいては、最大６トン／ｈの蒸気需要があるが、昼夜で大きな違いはない。
【００４２】
先ず、蒸気利用プロセスの蒸気需要パターンがパターンＡの場合について、図４を参照しながら説明する。この場合は、昼間に最大で１０トン／ｈの蒸気量需要があるので、上記手順によれば、昼間には発電ユニットの運転は３ユニットで行い、最大で９トン／ｈの蒸気量と３００ｋＷの電力を供給することができる。図４および図５中、斜線部が定格運転、網掛部が部分負荷運転を示す。
【００４３】
即ち、図４において、蒸気需要が３トン／ｈ以下の早朝や夕方の時間帯においては、１ユニット目の第１発電ユニット３ａのみで部分負荷運転し、蒸気需要が３トン／ｈを越え６トン／ｈ未満の始業前後や終業前後の時間帯においては、前記第１発電ユニット３ａを定格運転、２ユニット目の第２発電ユニット３ｂは部分負荷運転とする。更に、蒸気需要が６トン／ｈを越え９トン／ｈ未満となる１１時台から１５時台の時間帯においては、前記２ユニットの発電ユニット３ａ，３ｂを定格運転、３ユニット目の第３発電ユニット３ｃは部分負荷運転とする。
【００４４】
一方、蒸気利用プロセスの蒸気需要パターンがパターンＢの場合は、図５に示す如く、蒸気需要が５トン／ｈである深夜から早朝にかけての時間帯では、第１発電ユニット３ａによる定格運転と第２発電ユニット３ｂによる部分負荷運転で対応し、６トン／ｈの蒸気需要となる上記以外の時間帯では、前記第１発電ユニット３ａおよび第２発電ユニット３ｂを定格運転のみで運転し、６トン／ｈの蒸気量と２００ｋＷの電力を供給することができる。
【００４５】
このように、各発電ユニットの運転制御方法は、蒸気需要量の範囲内でできる限り定格運転するユニット数を確保した上で、不足分の蒸気需要量を他の１ユニットで部分負荷運転することで賄うのが好ましい。蒸気需要の変動に対して、前記発電ユニットの定格運転ユニット数を決定し、３トン／ｈ未満の需要に対しては他の１ユニットの発電ユニットを部分負荷運転して対応するのが、本発明に係る小型貫流ボイラ発電ユニットの効率上好ましいのである。
【００４６】
次に、このような本発明に係る小型貫流ボイラ発電システムとその運転制御方法の効果について、以下図６を用いて説明する。図６は、本発明に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法の効果を説明するための説明図である。図６において、実線は、３ユニット（定格蒸気流量３トン／ｈ×３ユニット）の発電ユニットを用い、内１ユニットのみ部分負荷運転とし、他のユニットを蒸気流量に応じて定格運転した場合の発電出力を示している。また、破線は、定格蒸気流量９トン／ｈの蒸気タービンからなる１ユニットの発電ユニットを用いて、部分負荷運転のみで運転した場合の蒸気流量に対する発電出力を示している。
【００４７】
即ち、実線で示した場合は、本発電システムへ供給される蒸気流量が、３トン／ｈの整数倍、３トン／ｈ，６トン／ｈおよび９トン／ｈ近傍の条件では、各発電ユニットに設けられた蒸気タービンが定格流量３トン／ｈにおける最高効率点で作動するため、１００ｋＷ，２００ｋＷおよび３００ｋＷに近い発電出力が可能である。
【００４８】
これに対し、破線の場合は、蒸気流量の全域に渡って部分負荷運転するため発電効率が悪く、結果として発電出力が極めて低調であることを示している。唯一、蒸気タービンの定格流量である９トン／ｈに至って、前記と同一の発電出力３００ｋＷが得られている。尚、この場合、定格流量３トン／ｈの発電ユニットを夫々備えた３ユニットの発電ユニットを用い、蒸気流量を各ユニット均等に分割して供給した場合も、この破線と同一の発電出力となる。
【００４９】
以上のように、本発明に係る小型貫流ボイラ発電システムによれば、前記小型貫流ボイラと蒸気利用プロセスとを接続する蒸気供給流路が複数の分岐流路に分岐されるとともに、前記発電ユニットが、この複数の分岐流路の各々に、蒸気過熱器、流量計および圧力計からなる検出部、緊急遮断弁、流量調節弁、発電機付帯の蒸気タービンおよび減圧弁と、前記緊急遮断弁、流量調節弁および発電機付帯の蒸気タービンをバイパスして前記分岐流路に接続されたバイパス流路と、このバイパス流路に設けられたバイパス弁とを介装されてなるので、利用される蒸気の需要流量に応じて運転する発電ユニット数の選択が可能となる。
【００５０】
また、前記運転制御装置に、蒸気利用プロセスから要求される蒸気の需要流量を制御信号として入力し、この蒸気需要流量に応じて運転する前記発電ユニット数を決定することができるので、蒸気の需要流量の変動に対して自動的に対応可能となる。
【００５１】
本発明は、蒸気利用プロセスに供給する蒸気を生成するための複数台の小型貫流ボイラと、この生成された蒸気が前記蒸気利用プロセスに供給される前段階で、この蒸気を利用して発電するための発電ユニットとを備えた小型貫流ボイラ発電システムに適用するのが好適であるが、それに限るものではなく、通常のボイラとこのボイラにより生成される蒸気を利用して発電するための発電ユニットとを備えた発電システムに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの概要を説明するための概要説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る小型貫流ボイラ発電システムの発電ユニットを説明するための系統図である。
【図３】本発明の実施例に係る蒸気利用プロセスの蒸気需要パターン例を示す説明図である。
【図４】図３に示す蒸気需要パターンＡに対する小型貫流ボイラ発電システムの運転ユニット数の決定方法を説明するための説明図である。
【図５】図３に示す蒸気需要パターンＢに対する小型貫流ボイラ発電システムの運転ユニット数の決定方法を説明するための説明図である。
【図６】本発明に係る小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法の効果を説明するための説明図である。
【図７】従来例に係る貫流ボイラの台数制御方法の一実施例を示す概要説明図である。
【図８】従来例に係るバッアップ用ボイラを設けた蒸気供給システムの一実施例を示すボイラ設置状況図を示す。
【図９】従来例の実施形態に係るコージェネシステムの全体構成を示す配管系統図である。
【符号の説明】
【００５３】
１：小型貫流ボイラ発電システム， ２：小型貫流ボイラ，
３：発電ユニット， ３ａ…第１発電ユニット， ３ｂ：第２発電ユニット，
３ｃ：第３発電ユニット，
４：運転制御装置， ５：蒸気利用プロセス，
６：蒸気供給流路， ６ａ：第１分岐流路， ６ｂ：第２分岐流路，
６ｃ：第３分岐流路，
７，７ａ，７ｂ，７ｃ：蒸気過熱器，
８，８ａ，８ｂ，８ｃ：蒸気タービン，
９ａ，９ｂ，９ｃ：流量計
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ：圧力計，
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ：温度計，
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ：緊急遮断弁，
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ：流量調節弁，
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ：減圧弁，
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ：圧力計，
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ：バイパス流路，
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ：バイパス弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気利用プロセスに供給する蒸気を生成するための複数台の小型貫流ボイラと、この生成された蒸気が前記蒸気利用プロセスに供給される前段階でこの蒸気を利用して発電するための発電ユニットと、これらを運転制御するための運転制御装置とを備えた小型貫流ボイラ発電システムにおいて、前記小型貫流ボイラと蒸気利用プロセスとを接続する蒸気供給流路が複数の分岐流路に分岐されるとともに、前記発電ユニットが、この複数の分岐流路の各々に、蒸気過熱器、流量計および圧力計からなる検出部、緊急遮断弁、流量調節弁、発電機付帯の蒸気タービンおよび減圧弁と、前記緊急遮断弁、流量調節弁および発電機付帯の蒸気タービンをバイパスして前記分岐流路に接続されたバイパス流路と、このバイパス流路に設けられたバイパス弁とを介装されてなることを特徴とする小型貫流ボイラ発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の小型貫流ボイラ発電システムにおいて、前記運転制御装置に、蒸気利用プロセスから要求される蒸気の需要流量を制御信号として入力し、この蒸気需要流量に応じて運転する前記発電ユニット数を決定することを特徴とする小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載の小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法において、前記発電ユニット各々の蒸気流量と蒸気タービン出口圧力とを検出し、この検出信号に基づき前記各発電ユニットの流量調節弁を制御することを特徴とする小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法において、蒸気利用プロセスの蒸気需要流量に応じて、以下のステップ通り前記各発電ユニットの流量調節弁を制御することを特徴とする小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法。
（１）前記蒸気需要流量が前記発電ユニットの定格蒸気流量以下の場合、複数の前記発電ユニットのうち第１発電ユニットのみを通常運転方法で運転し、
（２）前記蒸気需要流量が定格蒸気流量に近づくと、前記発電ユニットのうち第２発電ユニットの暖機運転を開始し、
（３）前記蒸気需要流量が定格蒸気流量以上になると、前記第２発電ユニットを並列運転するが、前記第１発電ユニットは定格運転、第２発電ユニットは部分負荷運転になるように前記各発電ユニットの流量調節弁を制御するとともに、
（４）前記蒸気需要流量が定格蒸気流量の２倍に近づくと、前記第３発電ユニットの暖機運転を開始し、
（５）以下、前記蒸気需要流量が全発電ユニットの総定格蒸気流量に近づくまで、前記（２）乃至（４）に相当するステップを繰り返し、
（６）前記蒸気需要流量が全発電ユニットの総定格蒸気流量以上になった場合は、前記全発電ユニットを並列運転するが、１つの発電ユニットのみ部分負荷運転とし、他の発電ユニット全てを定格運転するように各発電ユニットの流量調節弁を制御する。
【請求項１】
蒸気利用プロセスに供給する蒸気を生成するための複数台の小型貫流ボイラと、この生成された蒸気が前記蒸気利用プロセスに供給される前段階でこの蒸気を利用して発電するための発電ユニットと、これらを運転制御するための運転制御装置とを備えた小型貫流ボイラ発電システムにおいて、前記小型貫流ボイラと蒸気利用プロセスとを接続する蒸気供給流路が複数の分岐流路に分岐されるとともに、前記発電ユニットが、この複数の分岐流路の各々に、蒸気過熱器、流量計および圧力計からなる検出部、緊急遮断弁、流量調節弁、発電機付帯の蒸気タービンおよび減圧弁と、前記緊急遮断弁、流量調節弁および発電機付帯の蒸気タービンをバイパスして前記分岐流路に接続されたバイパス流路と、このバイパス流路に設けられたバイパス弁とを介装されてなることを特徴とする小型貫流ボイラ発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の小型貫流ボイラ発電システムにおいて、前記運転制御装置に、蒸気利用プロセスから要求される蒸気の需要流量を制御信号として入力し、この蒸気需要流量に応じて運転する前記発電ユニット数を決定することを特徴とする小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載の小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法において、前記発電ユニット各々の蒸気流量と蒸気タービン出口圧力とを検出し、この検出信号に基づき前記各発電ユニットの流量調節弁を制御することを特徴とする小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法において、蒸気利用プロセスの蒸気需要流量に応じて、以下のステップ通り前記各発電ユニットの流量調節弁を制御することを特徴とする小型貫流ボイラ発電システムの運転制御方法。
（１）前記蒸気需要流量が前記発電ユニットの定格蒸気流量以下の場合、複数の前記発電ユニットのうち第１発電ユニットのみを通常運転方法で運転し、
（２）前記蒸気需要流量が定格蒸気流量に近づくと、前記発電ユニットのうち第２発電ユニットの暖機運転を開始し、
（３）前記蒸気需要流量が定格蒸気流量以上になると、前記第２発電ユニットを並列運転するが、前記第１発電ユニットは定格運転、第２発電ユニットは部分負荷運転になるように前記各発電ユニットの流量調節弁を制御するとともに、
（４）前記蒸気需要流量が定格蒸気流量の２倍に近づくと、前記第３発電ユニットの暖機運転を開始し、
（５）以下、前記蒸気需要流量が全発電ユニットの総定格蒸気流量に近づくまで、前記（２）乃至（４）に相当するステップを繰り返し、
（６）前記蒸気需要流量が全発電ユニットの総定格蒸気流量以上になった場合は、前記全発電ユニットを並列運転するが、１つの発電ユニットのみ部分負荷運転とし、他の発電ユニット全てを定格運転するように各発電ユニットの流量調節弁を制御する。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−３１５２８１（Ｐ２００７−３１５２８１Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４５５６４（Ｐ２００６−１４５５６４）
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、経済産業省、新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）からの委託研究「エネルギー使用合理化技術戦略的開発／エネルギー使用合理化技術実用化開発／小型貫流ボイラ発電システムの実用化開発」、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、経済産業省、新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）からの委託研究「エネルギー使用合理化技術戦略的開発／エネルギー使用合理化技術実用化開発／小型貫流ボイラ発電システムの実用化開発」、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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