発電システム
【課題】定圧貫流ボイラを使用して過熱器出口蒸気圧力を変圧運転する場合に、さらにプラント効率を向上できる発電システムを提供することである。
【解決手段】過熱器出口蒸気圧力制御装置３８は、蒸気タービン１７の負荷が定格負荷未満の予め定めた低負荷領域においては、蒸気タービンの負荷に応じて過熱器１５の出口蒸気圧力を変圧運転し、蒸気タービンの負荷が低負荷領域を越えた状態から定格負荷までは過熱器の出口蒸気圧力を予め定めた一定圧力の定圧運転を行う。また、火炉出口蒸気圧力制御装置３７は、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８が変圧運転を行う際には、火炉出口蒸気圧力を定圧貫流ボイラの基準圧力未満の許容範囲内の減圧基準圧力に減圧制御し、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８が過熱器の出口蒸気圧力の定圧運転を行う際には火炉出口蒸気圧力を定圧貫流ボイラの基準圧力に制御する。
【解決手段】過熱器出口蒸気圧力制御装置３８は、蒸気タービン１７の負荷が定格負荷未満の予め定めた低負荷領域においては、蒸気タービンの負荷に応じて過熱器１５の出口蒸気圧力を変圧運転し、蒸気タービンの負荷が低負荷領域を越えた状態から定格負荷までは過熱器の出口蒸気圧力を予め定めた一定圧力の定圧運転を行う。また、火炉出口蒸気圧力制御装置３７は、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８が変圧運転を行う際には、火炉出口蒸気圧力を定圧貫流ボイラの基準圧力未満の許容範囲内の減圧基準圧力に減圧制御し、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８が過熱器の出口蒸気圧力の定圧運転を行う際には火炉出口蒸気圧力を定圧貫流ボイラの基準圧力に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火炉出口蒸気圧力を所定の基準圧力に維持して運転する定圧貫流ボイラを有する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、火力発電所の蒸気発生源であるボイラの運転方式として定圧運転方式と変圧運転方式とがある。定圧運転方式とは、例えば定圧貫流ボイラを使用してボイラの主蒸気圧力を一定に保ち、タービン入口の蒸気加減弁を開閉して蒸気流量を調節する運転方式である（例えば、特許文献１）。一方、変圧運転方式とは、例えば変圧貫流ボイラを使用し蒸気加減弁の開度を一定に保ち、ボイラで発生する主蒸気圧力を変えることによりタービン流入蒸気量を調節して出力制御する方式のことである（例えば、特許文献２）。
【０００３】
近年においては、火力発電所はピーク負荷やミドル負荷を受け持つ状況となっており、変動負荷での高効率な運用が求められ、これに伴い、定圧貫流ボイラを用いた定圧運転方式の火力発電所においても変動負荷に高効率に対応できるようにすることが求められている。
【０００４】
図４は、定圧運転方式での蒸気タービン負荷と蒸気圧力との関係を示すグラフである。横軸の蒸気タービン負荷（発電機出力）は定格負荷（定格出力）に対する百分率で示している。蒸気タービン負荷が０％である状態は、蒸気タービンに連結された発電機が電力系統に併入され、蒸気タービン（発電機）が無負荷状態で電力系統と同期して回転している状態である。この状態では、ボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷは既に基準圧力ＰＷ０に維持されており、過熱器出口蒸気圧力ＰＴも所定圧力ＰＴ１に保持されている。火炉出口蒸気圧力ＰＷの基準圧力ＰＷ０は、例えば超臨界圧の２４．１［ＭＰａ］である。
【０００５】
蒸気タービン負荷が０％〜２５％である起動領域Ａ１においては、蒸気加減弁（ＣＶ）の開度を開いて負荷を取り始め、ボイラ絞り弁バイパス（ＢＴＢ）弁、ボイラ絞り（ＢＴ）弁を開操作し、最終的に全開として過熱器出口蒸気圧力ＰＴをその基準圧力ＰＴ０まで上昇させる。過熱器出口蒸気圧力ＰＴの基準圧力ＰＴ０は、例えば火炉出口蒸気圧力ＰＷの基準圧力ＰＷ０の２４．１［ＭＰａ］と同等もしくは少し低い圧力である。
【０００６】
そして、蒸気タービン負荷が２５％〜１００％以上である定圧領域Ａ２においては、ボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷ及び過熱器出口蒸気圧力ＰＴの双方が一定圧力（基準圧力ＰＷ０、ＰＴ０）に保持され、蒸気加減弁（ＣＶ）の開度を開いて負荷を増加減する。
【０００７】
このように、蒸気タービンに供給される蒸気の圧力（過熱器出口蒸気圧力ＰＴ）は、基準圧力ＰＴ０(ほぼ超臨界圧)に一定に保持され、蒸気タービンに連結された発電機の発電量は、蒸気タービンに流入する蒸気の圧力と蒸気加減弁の開度との積にほぼ比例することから、蒸気タービンに要求される負荷（発電機の発電量）が低い場合は、蒸気加減弁の開度を大きく絞る必要がある。その結果、蒸気加減弁の開度の絞りに伴って蒸気加減弁の下流側の蒸気の圧力損失によって蒸気タービンの効率が低下する。
【０００８】
また、蒸気加減弁の開度の絞り幅が大きくなれば断熱膨張の影響が顕著に現れるため、蒸気タービンに流入する蒸気の温度差も大きくなる。従って、その温度差による蒸気温度の変化率に制約をかける必要が生じ、その場合には、蒸気加減弁の開度変化率にも制約が課されることとなる。その結果、蒸気タービンが要求する負荷に追従することができないことが発生する。
【０００９】
そこで、出願人は、定圧貫流ボイラを用いてボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷを基準値ＰＷ０に保ち、しかも蒸気加減弁の開度調節の際に生じる蒸気タービンの効率低下を防止できる過熱器出口蒸気圧力を可変とした過熱器変圧運転方式を採用した発電システムを開発し、特願２００７−９１７８４号として出願した。
【００１０】
図５は、特願２００７−９１７８４号における過熱器出口蒸気圧力を可変とした過熱器変圧運転方式での蒸気タービン負荷と蒸気圧力との関係を示すグラフである。横軸の蒸気タービン負荷（発電機出力）は定格負荷（定格出力）に対する百分率で示している。図４に示した定圧運転方式の場合と異なる点は、起動領域Ａ１と定圧領域Ａ２との間に変圧領域Ａ３を設け、変圧領域Ａ３において過熱器出口蒸気圧力ＰＴを蒸気タービン負荷に応じて変化させるようにしたものである。変圧領域Ａ３は、蒸気タービン負荷が定格負荷未満の予め定めた低負荷領域（１５％〜７５％）である。
【００１１】
起動領域Ａ１は、蒸気タービン負荷０％〜１５％とし、従来の蒸気タービン負荷０％〜２５％までよりも狭い範囲としている。そして、変圧領域Ａ３では、ボイラ絞り弁バイパス（ＢＴＢ）弁及びボイラ絞り（ＢＴ）弁を開操作し、蒸気タービン負荷１５％〜７５％の範囲で負荷に応じて過熱器出口蒸気圧力ＰＴを変化させる。蒸気タービン負荷７５％〜１００％以上である定圧領域Ａ２においては、ボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷ及び過熱器出口蒸気圧力ＰＴの双方が一定圧力（基準圧力ＰＷ０、ＰＴ０）に保持され、蒸気加減弁（ＣＶ）の開度を開いて負荷を増加減する。
【００１２】
このように、特願２００７−９１７８４号のものでは、変圧領域Ａ３において、蒸気タービン負荷に応じてボイラ絞りバイパス弁とボイラ絞り弁との開度を調節し、火炉出口蒸気圧力ＰＷを維持しつつ過熱器出口蒸気圧力ＰＴを蒸気タービン負荷が小さいときは小さくなるように変化させ、蒸気加減弁の動作幅を小さくする。これにより、蒸気加減弁の下流側の蒸気の圧力損失を小さくして、蒸気タービンの効率を向上させる。また、蒸気加減弁の動作幅を小さくして、蒸気タービンに流入する蒸気の温度変化を低減させ、蒸気タービンの寿命を延長する。さらに、蒸気加減弁の動作幅の制約をなくし、蒸気タービンに流入する蒸気の流量を自由に調節できるようにし、蒸気タービンの要求発電量に対する追従性の向上を図っている。
【特許文献１】特開平９−３２０５０４号公報
【特許文献２】特開平５−８７３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特願２００７−９１７８４号のものでは、蒸気タービンの効率を向上させ、蒸気タービンの寿命を延長でき、さらには、蒸気タービンの要求発電量に対する追従性の向上も図ることができる。しかし、プラント効率向上については、まだ改善の余地がある。すなわち、変圧領域Ａ３においては、ボイラが定圧貫流ボイラであることから火炉出口蒸気圧力ＰＷを基準値ＰＷ０に維持しているが、蒸気タービン負荷が小さいときは過熱器出口蒸気圧力ＰＴが小さくなるように変圧運転しているので、蒸気タービン負荷が小さいときは火炉出口蒸気圧力ＰＷを基準値ＰＷ０に維持する必要はない。このように、タービン負荷が小さいときであっても火炉出口蒸気圧力ＰＷは基準値ＰＷ０に維持するようにしているので、プラント効率向上については、まだ改善の余地がある。
【００１４】
本発明の目的は、定圧貫流ボイラを使用して過熱器出口蒸気圧力を変圧運転する場合に、さらにプラント効率を向上させることができる発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の発明に係わる発電システムは、燃料、水、空気が供給され燃料を燃焼させて蒸気を発生させる定圧貫流ボイラの火炉と、前記火炉で発生した蒸気を過熱する過熱器と、前記火炉と前記過熱器との間の主蒸気管に設けられ前記過熱器に供給される蒸気を調節するボイラ絞り弁と、前記ボイラ絞り弁をバイパスして設けられたボイラ絞り弁バイパス弁と、前記過熱器で過熱された蒸気が供給され連結された発電機を駆動する蒸気タービンと、前記過熱器と前記蒸気タービンとの間の主蒸気管に設けられ前記蒸気タービンに供給される蒸気流量を制御する蒸気加減弁と、前記蒸気タービンの負荷が定格負荷未満の予め定めた低負荷領域においては前記蒸気タービンの負荷に応じて前記ボイラ絞り弁及び前記ボイラ絞り弁バイパス弁の開度を調節して前記過熱器の出口蒸気圧力を変圧運転し、前記蒸気タービンの負荷が低負荷領域を越えた状態から定格負荷までは前記過熱器の出口蒸気圧力を予め定めた一定圧力の定圧運転を行う火炉出口蒸気圧力制御装置と、前記火炉出口蒸気圧力制御装置が変圧運転を行う際には前記火炉出口蒸気圧力を前記定圧貫流ボイラの基準圧力未満の許容範囲内の減圧基準圧力に減圧制御し、前記火炉出口蒸気圧力制御装置が前記過熱器の出口蒸気圧力の定圧運転を行う際には前記火炉出口蒸気圧力を前記定圧貫流ボイラの基準圧力に制御する過熱器出口蒸気圧力制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明に係わる発電システムは、請求項１の発明において、前記過熱器出口蒸気圧力制御装置は、前記火炉出口蒸気圧力を減圧制御する際には、前記火炉出口蒸気圧力が前記定圧貫流ボイラの基準圧力と圧力低警報値との間の圧力となるように減圧制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、過熱器出口蒸気圧力が小さくなるように変圧運転されているときは、火炉出口蒸気圧力を定圧貫流ボイラの基準圧力未満の許容範囲内の減圧基準圧力に減圧制御するので、火炉に供給する給水流量を低減できる。従って、給水流量を供給するボイラ給水ポンプの軸動力を軽減でき、プラント効率を向上させることができる。
【００１８】
また、火炉出口蒸気圧力の減圧制御は、火炉出口蒸気圧力が定圧貫流ボイラの基準圧力と圧力低警報値との間の圧力となるように減圧制御するので、定圧貫流ボイラの運転許容範囲内での運転が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明の実施の形態に係わる発電システムの構成図である。定圧貫流ボイラの火炉１１には、燃料、水、空気が供給され、火炉１１は燃料を燃焼させて水管内の水を蒸発させて蒸気を発生させる。燃料は、ＬＮＧやＬＰＧなどの気体燃料、石炭やバイオ燃料などの固体燃料または石油などの液体燃料であり、火炉１１のバーナにより燃焼する。また、水は後述の復水器で凝縮された凝縮水がボイラ給水ポンプにより火炉１１内の水管に供給され、ボイラ循環ポンプ１２により火炉１１内の水管を流通させる。
【００２０】
火炉１１で発生した蒸気はボイラ絞り弁（ＢＴ弁）１３またはボイラ絞り弁バイパス弁（ＢＴＢ弁）１４を介して、第１過熱器１５ａ及び第２過熱器１５ｂに導かれる。第１過熱器１５ａと第２過熱器１５ｂとの間には減温器１６が設けられ、減温器１６にて第１過熱器１５ａで過熱された過熱蒸気を冷却する。第２過熱器１５ｂで温度調節された過熱蒸気は、主蒸気止め弁（ＭＳＶ）３５及び蒸気加減弁（ＣＶ）３６を介して蒸気タービン１７のうちの高圧蒸気タービン１７ａに導かれる。高圧蒸気タービン１７ａで仕事を終えた蒸気は再熱器１８で再過熱されて中圧蒸気タービン１７ｂに導かれ、さらに、中圧蒸気タービン１７ｂで仕事を終えた蒸気は低圧蒸気タービン１７ｃに導かれる。高圧蒸気タービン１７ａ、中圧蒸気タービン１７ｂ、低圧蒸気タービン１７ｃは、発電機１９を駆動する。そして、低圧蒸気タービン１７ｃで仕事を終えた蒸気は復水器２０で凝縮され水に戻される。
【００２１】
復水器２０で凝縮された水は、復水ポンプ２１で低圧給水加熱器２２及び脱気器２３に供給され、脱気器２３で脱気された給水はボイラ給水ポンプ２４で高圧給水加熱器２５に供給される。高圧給水加熱器２５で加熱された給水は、過熱器スプレー圧力調節弁（ＩＳＰＲ弁）２６及び過熱器スプレー調節弁２７を介して減温器１６に圧送される。減温器１６では、過熱蒸気に水を注入することによって過熱蒸気の温度制御を行うが、水を注入するためには給水圧力を蒸気圧力より高くする必要がある。そこで、可動ノズル２８の開閉により、減温器１６に供給される水の圧力を過熱蒸気圧力よりも高く維持することになる。また、可動ノズル２８を介して節炭器２９へ圧送された水は、ボイラ循環ポンプ１２によって火炉１１へ導かれ、再び蒸気として利用される。
【００２２】
次に、ボイラ起動用抽気弁（ＢＥ弁）３０及びボイラ起動用抽気弁バイパス弁（ＢＥＢ弁）３１は、ボイラの起動過程で使用されるものである。ボイラの起動時には、ボイラ絞り弁１３、ボイラ絞り弁バイパス弁１４、ボイラ起動用抽気弁３０、ボイラ起動用抽気弁バイパス弁３１はすべて閉じている。まず、ボイラの火炉１１のバーナ点火後にボイラ起動用抽気弁バイパス弁３１を開き、火炉１１からの蒸気を気水分離器（ＷＳ）３２に供給しつつ火炉出口蒸気温度を上昇させる。この場合、気水分離器３２で分離された水はウォータドレン弁（ＷＤ弁）を介して復水器２０に排出され、また、調節弁（ＳＰ弁）３４で気水分離器３２の圧力制御を行う。そして、火炉出口蒸気温度が所定温度（例えば、２５０℃）になると、ボイラ起動用抽気弁バイパス弁３１を閉じてボイラ起動用抽気弁３０を開き、弁の切り替えを行う。さらに、火炉出口蒸気温度が所定温度（例えば、４００℃）になると、ボイラ起動用抽気弁３０を閉じてボイラ絞り弁バイパス弁１４を開く。
【００２３】
次に、火炉出口蒸気圧力制御装置３７は、ボイラ絞り弁１３及びボイラ絞り弁バイパス弁１４の開度を調節して火炉出口蒸気圧力ＰＷを調節するものである。一方、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８は、ボイラの火炉１１に供給される燃料流量、給水流量、空気流量を調節して、過熱器出口蒸気圧力ＰＴを調節するものである。燃料流量や空気流量の調節は火炉１１のバーナに供給される燃料流量や空気流量を調節して行う。給水流量の調節はボイラ給水ポンプ２４の回転数を制御して行う。
【００２４】
過熱器出口蒸気圧力制御装置３８は、蒸気タービン１７の負荷が定格負荷未満の予め定めた低負荷領域においては、過熱器１５の出口蒸気圧力ＰＴを変化させる変圧運転を行う。また、蒸気タービン１７の負荷が低負荷領域を越えた状態から定格負荷までは、過熱器の出口蒸気圧力ＰＴを予め定めた一定圧力（基準圧力ＰＴ０）の定圧運転を行う。
【００２５】
そして、火炉出口蒸気圧力制御装置３７は、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８が変圧運転を行う際には火炉出口蒸気圧力ＰＷを定圧貫流ボイラの基準圧力ＰＷ０未満の許容範囲内の減圧基準圧力に減圧制御する。また、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８が過熱器出口蒸気圧力ＰＴの定圧運転を行う際には火炉出口蒸気圧力ＰＷを定圧貫流ボイラの基準圧力ＰＷ０に制御する。
【００２６】
図２は本発明の実施の形態に係わる発電システムでの蒸気タービン負荷と蒸気圧力との関係を示すグラフである。横軸の蒸気タービン負荷（発電機出力）は定格負荷（定格出力）に対する百分率で示している。図５に示した過熱器変圧運転方式の場合と異なる点は、起動領域Ａ１及び変圧領域Ａ３において、火炉出口蒸気圧力ＰＷを定圧貫流ボイラの基準圧力ＰＷ０未満の許容範囲内の減圧基準圧力ＰＷ１に減圧制御するようにしたものである。
【００２７】
蒸気タービン負荷が０％〜１５％の起動領域Ａ１では、火炉出口蒸気圧力ＰＷは減圧基準圧力ＰＷ１に保持されている。減圧基準圧力ＰＷ１は後述するように定圧貫流ボイラの基準圧力ＰＷ０未満の許容範囲内の圧力である。蒸気タービン負荷が０％である状態は、蒸気タービン１７に連結された発電機１８が電力系統に併入され、蒸気タービン（発電機）が無負荷状態で電力系統と同期して回転している状態である。
【００２８】
また、蒸気タービン負荷が０％である状態では、ボイラ絞り弁１３及びボイラ絞り弁バイパス弁１４は全閉であり、ボイラ起動用抽気弁３０が開いており、調節弁３４で気水分離器３２の圧力制御を行っている。これにより、過熱器出口蒸気圧力ＰＴは所定圧力ＰＴ１に保持されている。
【００２９】
この起動領域Ａ１においては、蒸気加減弁３６の開度を開いて負荷を取り始め、蒸気タービン負荷が５％程度になるとボイラ起動用抽気弁３０及び調節弁３４を閉じる。火炉出口蒸気圧力制御装置３７は、ボイラ起動用抽気弁３０及び調節弁３４が閉じられると、ボイラ絞り弁バイパス弁１４を開操作して火炉出口蒸気圧力ＰＷを減圧基準圧力ＰＷ１に保ちつつ火炉１１からの蒸気を過熱器１５に供給する。一方、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８は、ボイラの火炉１１に供給される燃料流量、給水流量、空気流量を調節して、過熱器出口蒸気圧力ＰＴを上昇させる。これにより、タービン負荷も増加する。
【００３０】
そして、タービン負荷が１５％以上となり、蒸気タービン負荷１５％〜７５％の変圧領域Ａ３となると、火炉出口蒸気圧力制御装置３７は、ボイラ絞り弁バイパス弁１４を全開とはせず、過熱器出口蒸気圧力ＰＴが急激に上昇しない程度の開度(例えば５０％)で保持する。この際には、火炉出口蒸気圧力ＰＷの減圧基準圧力ＰＷ１と過熱器出口蒸気圧力ＰＴとの差圧がボイラ絞り弁１３の許容差圧以内となるように、ボイラ絞り弁バイパス弁１４の開度を調節する。
【００３１】
ボイラ絞り弁バイパス弁１４の開度を一定開度(例えば５０％)で保持することにより、過熱器出口蒸気圧力ＰＴは緩やかに上昇する。その後、タービン負荷がある程度上昇すると、火炉出口蒸気圧力制御装置３７は火炉出口蒸気圧力ＰＷを減圧基準圧力ＰＷ１に保ちつつボイラ絞り弁１３を開き始める。
【００３２】
このように、変圧領域Ａ３では、火炉出口蒸気圧力制御装置３７により、ボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷが減圧基準圧力ＰＷ１に維持された状態で、ボイラ絞り弁バイパス弁１４及びボイラ絞り弁１３を開操作し、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８により、蒸気タービン負荷１５％〜７５％の範囲で蒸気タービン負荷に応じて過熱器出口蒸気圧力ＰＴを変化させる変圧運転を行う。
【００３３】
次に、蒸気タービン負荷７５％〜１００％以上である定圧領域Ａ２においては、ボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷを減圧基準圧力ＰＷ１から基準圧力ＰＷ０に昇圧し、火炉出口蒸気圧力ＰＷを基準圧力ＰＷ０に保持するとともに過熱器出口蒸気圧力ＰＴも基準圧力ＰＴ０に保持し定圧運転に移行する。
【００３４】
火炉出口蒸気圧力制御装置３７は、タービン負荷が７５％に近づいてくると、例えばタービン負荷が７０％程度になると、ボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷが基準値ＰＷ０となるように、ボイラ絞り弁バイパス弁１４及びボイラ絞り弁１３を開操作し、最終的に全開として、タービン負荷が７５％〜１００％においては火炉出口蒸気圧力ＰＷが基準値ＰＷ０となる定圧運転を行う。また、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８は、タービン負荷が７５％に近づいてくると、火炉１１への燃料流量、給水流量、空気流量を調節し、過熱器出口蒸気圧力ＰＴをその基準圧力ＰＴ０まで上昇させ、タービン負荷が７５％〜１００％においては過熱器出口蒸気圧力ＰＴが基準圧力ＰＴ０となる定圧運転を行う。
【００３５】
次に、図３は、火炉出口蒸気圧力ＰＷの基準値ＰＷ０、減圧基準圧力ＰＷ１、圧力低警報値ＡＮＮ、火炉出口蒸気圧力ＰＷの低下によるトリップ値ＴＲＩＰの説明図である。火炉出口蒸気圧力ＰＷの基準値ＰＷ０が、例えば、超臨界圧の２４．１［ＭＰａ］である場合の定圧貫流ボイラは、その圧力低警報値ＡＮＮは２３．０［ＭＰａ］であり、火炉出口蒸気圧力ＰＷの低下によるトリップ値ＴＲＩＰは２２．１［ＭＰａ］である。この圧力低警報値ＡＮＮ（２３．０［ＭＰａ］）及びトリップ値ＴＲＩＰ（２２．１［ＭＰａ］）を遵守して定圧貫流ボイラを運転するには、火炉出口蒸気圧力ＰＷが圧力低警報値ＡＮＮ（２３．０［ＭＰａ］）以下とならないように運転すればよいことになる。この場合の減圧制御運転の許容範囲ΔＰＷは、基準値ＰＷ０（２４．１［ＭＰａ］）から圧力低警報値ＡＮＮ（２３．０［ＭＰａ］）までの範囲である。
【００３６】
そこで、本発明の実施の形態では、変圧領域Ａ３で過熱器出口蒸気圧力ＰＴの変圧運転を行う際に、火炉出口蒸気圧力ＰＷを減圧制御するにあたり、火炉出口蒸気圧力ＰＷが圧力低警報値ＡＮＮ（２３．０［ＭＰａ］）以下とならない許容範囲ΔＰＷ内の減圧基準圧力ＰＷ１で減圧制御を行う。減圧基準圧力ＰＷ１としては、例えば、基準値ＰＷ０（２４．１［ＭＰａ］）〜圧力低警報値ＡＮＮ（２３．０［ＭＰａ］）を満たす２３．６［ＭＰａ］を採用する。
【００３７】
本発明の実施の形態によれば、蒸気タービン負荷が小さいときは過熱器出口蒸気圧力ＰＴが小さくなるように、過熱器出口蒸気圧力ＰＴが変圧運転されているときは、火炉出口蒸気圧力ＰＷが圧力低警報値ＡＮＮ（２３．０［ＭＰａ］）以下とならない許容範囲ΔＰＷ内の減圧基準圧力ＰＷ１で減圧制御を行うので、減圧された火炉出口蒸気圧力ＰＷを賄うにあたり、火炉１１に供給する給水流量を低減できる。すなわち、給水流量を供給するボイラ給水ポンプ２４の軸動力を軽減できるので、全体としてプラント効率を向上させることができる。
【００３８】
また、火炉出口蒸気圧力ＰＷの減圧制御は、火炉出口蒸気圧力ＰＷが定圧貫流ボイラの基準圧力ＰＷ０と圧力低警報値ＡＮＮとの間の圧力となるように減圧制御するので、定圧貫流ボイラの運転許容範囲内での運転が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係わる発電システムの構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係わる発電システムでの蒸気タービン負荷と蒸気圧力との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の実施の形態に係わる発電システムでの火炉出口蒸気圧力ＰＷの基準値ＰＷ０、減圧基準圧力ＰＷ１、圧力低警報値ＡＮＮ、トリップ値ＴＲＩＰの説明図。
【図４】定圧貫流ボイラの定圧運転方式での蒸気タービン負荷と蒸気圧力との関係を示すグラフ。
【図５】定圧貫流ボイラの過熱器出口蒸気圧力を可変とした過熱器変圧運転方式での蒸気タービン負荷と蒸気圧力との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４０】
１１…火炉、１２…ボイラ循環ポンプ、１３…ボイラ絞り弁、１４…ボイラ絞り弁バイパス弁、１５…過熱器、１６…減温器、１７…蒸気タービン、１８…再熱器、１９…発電機、２０…復水器、２１…復水ポンプ、２２…低圧給水加熱器、２３…脱気器、２４…ボイラ給水ポンプ、２５…高圧給水加熱器、２６…過熱器スプレー圧力調節弁、２７…過熱器スプレー調節弁、２８…可動ノズル、２９…節炭器、３０…ボイラ起動用抽気弁、３１…ボイラ起動用抽気弁バイパス弁、３２…気水分離器、３３…ウォータドレン弁、３４…調節弁、３５…主蒸気止め弁、３６…蒸気加減弁、３７…火炉出口蒸気圧力制御装置、３８…過熱器出口蒸気圧力制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火炉出口蒸気圧力を所定の基準圧力に維持して運転する定圧貫流ボイラを有する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、火力発電所の蒸気発生源であるボイラの運転方式として定圧運転方式と変圧運転方式とがある。定圧運転方式とは、例えば定圧貫流ボイラを使用してボイラの主蒸気圧力を一定に保ち、タービン入口の蒸気加減弁を開閉して蒸気流量を調節する運転方式である（例えば、特許文献１）。一方、変圧運転方式とは、例えば変圧貫流ボイラを使用し蒸気加減弁の開度を一定に保ち、ボイラで発生する主蒸気圧力を変えることによりタービン流入蒸気量を調節して出力制御する方式のことである（例えば、特許文献２）。
【０００３】
近年においては、火力発電所はピーク負荷やミドル負荷を受け持つ状況となっており、変動負荷での高効率な運用が求められ、これに伴い、定圧貫流ボイラを用いた定圧運転方式の火力発電所においても変動負荷に高効率に対応できるようにすることが求められている。
【０００４】
図４は、定圧運転方式での蒸気タービン負荷と蒸気圧力との関係を示すグラフである。横軸の蒸気タービン負荷（発電機出力）は定格負荷（定格出力）に対する百分率で示している。蒸気タービン負荷が０％である状態は、蒸気タービンに連結された発電機が電力系統に併入され、蒸気タービン（発電機）が無負荷状態で電力系統と同期して回転している状態である。この状態では、ボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷは既に基準圧力ＰＷ０に維持されており、過熱器出口蒸気圧力ＰＴも所定圧力ＰＴ１に保持されている。火炉出口蒸気圧力ＰＷの基準圧力ＰＷ０は、例えば超臨界圧の２４．１［ＭＰａ］である。
【０００５】
蒸気タービン負荷が０％〜２５％である起動領域Ａ１においては、蒸気加減弁（ＣＶ）の開度を開いて負荷を取り始め、ボイラ絞り弁バイパス（ＢＴＢ）弁、ボイラ絞り（ＢＴ）弁を開操作し、最終的に全開として過熱器出口蒸気圧力ＰＴをその基準圧力ＰＴ０まで上昇させる。過熱器出口蒸気圧力ＰＴの基準圧力ＰＴ０は、例えば火炉出口蒸気圧力ＰＷの基準圧力ＰＷ０の２４．１［ＭＰａ］と同等もしくは少し低い圧力である。
【０００６】
そして、蒸気タービン負荷が２５％〜１００％以上である定圧領域Ａ２においては、ボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷ及び過熱器出口蒸気圧力ＰＴの双方が一定圧力（基準圧力ＰＷ０、ＰＴ０）に保持され、蒸気加減弁（ＣＶ）の開度を開いて負荷を増加減する。
【０００７】
このように、蒸気タービンに供給される蒸気の圧力（過熱器出口蒸気圧力ＰＴ）は、基準圧力ＰＴ０(ほぼ超臨界圧)に一定に保持され、蒸気タービンに連結された発電機の発電量は、蒸気タービンに流入する蒸気の圧力と蒸気加減弁の開度との積にほぼ比例することから、蒸気タービンに要求される負荷（発電機の発電量）が低い場合は、蒸気加減弁の開度を大きく絞る必要がある。その結果、蒸気加減弁の開度の絞りに伴って蒸気加減弁の下流側の蒸気の圧力損失によって蒸気タービンの効率が低下する。
【０００８】
また、蒸気加減弁の開度の絞り幅が大きくなれば断熱膨張の影響が顕著に現れるため、蒸気タービンに流入する蒸気の温度差も大きくなる。従って、その温度差による蒸気温度の変化率に制約をかける必要が生じ、その場合には、蒸気加減弁の開度変化率にも制約が課されることとなる。その結果、蒸気タービンが要求する負荷に追従することができないことが発生する。
【０００９】
そこで、出願人は、定圧貫流ボイラを用いてボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷを基準値ＰＷ０に保ち、しかも蒸気加減弁の開度調節の際に生じる蒸気タービンの効率低下を防止できる過熱器出口蒸気圧力を可変とした過熱器変圧運転方式を採用した発電システムを開発し、特願２００７−９１７８４号として出願した。
【００１０】
図５は、特願２００７−９１７８４号における過熱器出口蒸気圧力を可変とした過熱器変圧運転方式での蒸気タービン負荷と蒸気圧力との関係を示すグラフである。横軸の蒸気タービン負荷（発電機出力）は定格負荷（定格出力）に対する百分率で示している。図４に示した定圧運転方式の場合と異なる点は、起動領域Ａ１と定圧領域Ａ２との間に変圧領域Ａ３を設け、変圧領域Ａ３において過熱器出口蒸気圧力ＰＴを蒸気タービン負荷に応じて変化させるようにしたものである。変圧領域Ａ３は、蒸気タービン負荷が定格負荷未満の予め定めた低負荷領域（１５％〜７５％）である。
【００１１】
起動領域Ａ１は、蒸気タービン負荷０％〜１５％とし、従来の蒸気タービン負荷０％〜２５％までよりも狭い範囲としている。そして、変圧領域Ａ３では、ボイラ絞り弁バイパス（ＢＴＢ）弁及びボイラ絞り（ＢＴ）弁を開操作し、蒸気タービン負荷１５％〜７５％の範囲で負荷に応じて過熱器出口蒸気圧力ＰＴを変化させる。蒸気タービン負荷７５％〜１００％以上である定圧領域Ａ２においては、ボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷ及び過熱器出口蒸気圧力ＰＴの双方が一定圧力（基準圧力ＰＷ０、ＰＴ０）に保持され、蒸気加減弁（ＣＶ）の開度を開いて負荷を増加減する。
【００１２】
このように、特願２００７−９１７８４号のものでは、変圧領域Ａ３において、蒸気タービン負荷に応じてボイラ絞りバイパス弁とボイラ絞り弁との開度を調節し、火炉出口蒸気圧力ＰＷを維持しつつ過熱器出口蒸気圧力ＰＴを蒸気タービン負荷が小さいときは小さくなるように変化させ、蒸気加減弁の動作幅を小さくする。これにより、蒸気加減弁の下流側の蒸気の圧力損失を小さくして、蒸気タービンの効率を向上させる。また、蒸気加減弁の動作幅を小さくして、蒸気タービンに流入する蒸気の温度変化を低減させ、蒸気タービンの寿命を延長する。さらに、蒸気加減弁の動作幅の制約をなくし、蒸気タービンに流入する蒸気の流量を自由に調節できるようにし、蒸気タービンの要求発電量に対する追従性の向上を図っている。
【特許文献１】特開平９−３２０５０４号公報
【特許文献２】特開平５−８７３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特願２００７−９１７８４号のものでは、蒸気タービンの効率を向上させ、蒸気タービンの寿命を延長でき、さらには、蒸気タービンの要求発電量に対する追従性の向上も図ることができる。しかし、プラント効率向上については、まだ改善の余地がある。すなわち、変圧領域Ａ３においては、ボイラが定圧貫流ボイラであることから火炉出口蒸気圧力ＰＷを基準値ＰＷ０に維持しているが、蒸気タービン負荷が小さいときは過熱器出口蒸気圧力ＰＴが小さくなるように変圧運転しているので、蒸気タービン負荷が小さいときは火炉出口蒸気圧力ＰＷを基準値ＰＷ０に維持する必要はない。このように、タービン負荷が小さいときであっても火炉出口蒸気圧力ＰＷは基準値ＰＷ０に維持するようにしているので、プラント効率向上については、まだ改善の余地がある。
【００１４】
本発明の目的は、定圧貫流ボイラを使用して過熱器出口蒸気圧力を変圧運転する場合に、さらにプラント効率を向上させることができる発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の発明に係わる発電システムは、燃料、水、空気が供給され燃料を燃焼させて蒸気を発生させる定圧貫流ボイラの火炉と、前記火炉で発生した蒸気を過熱する過熱器と、前記火炉と前記過熱器との間の主蒸気管に設けられ前記過熱器に供給される蒸気を調節するボイラ絞り弁と、前記ボイラ絞り弁をバイパスして設けられたボイラ絞り弁バイパス弁と、前記過熱器で過熱された蒸気が供給され連結された発電機を駆動する蒸気タービンと、前記過熱器と前記蒸気タービンとの間の主蒸気管に設けられ前記蒸気タービンに供給される蒸気流量を制御する蒸気加減弁と、前記蒸気タービンの負荷が定格負荷未満の予め定めた低負荷領域においては前記蒸気タービンの負荷に応じて前記ボイラ絞り弁及び前記ボイラ絞り弁バイパス弁の開度を調節して前記過熱器の出口蒸気圧力を変圧運転し、前記蒸気タービンの負荷が低負荷領域を越えた状態から定格負荷までは前記過熱器の出口蒸気圧力を予め定めた一定圧力の定圧運転を行う火炉出口蒸気圧力制御装置と、前記火炉出口蒸気圧力制御装置が変圧運転を行う際には前記火炉出口蒸気圧力を前記定圧貫流ボイラの基準圧力未満の許容範囲内の減圧基準圧力に減圧制御し、前記火炉出口蒸気圧力制御装置が前記過熱器の出口蒸気圧力の定圧運転を行う際には前記火炉出口蒸気圧力を前記定圧貫流ボイラの基準圧力に制御する過熱器出口蒸気圧力制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明に係わる発電システムは、請求項１の発明において、前記過熱器出口蒸気圧力制御装置は、前記火炉出口蒸気圧力を減圧制御する際には、前記火炉出口蒸気圧力が前記定圧貫流ボイラの基準圧力と圧力低警報値との間の圧力となるように減圧制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、過熱器出口蒸気圧力が小さくなるように変圧運転されているときは、火炉出口蒸気圧力を定圧貫流ボイラの基準圧力未満の許容範囲内の減圧基準圧力に減圧制御するので、火炉に供給する給水流量を低減できる。従って、給水流量を供給するボイラ給水ポンプの軸動力を軽減でき、プラント効率を向上させることができる。
【００１８】
また、火炉出口蒸気圧力の減圧制御は、火炉出口蒸気圧力が定圧貫流ボイラの基準圧力と圧力低警報値との間の圧力となるように減圧制御するので、定圧貫流ボイラの運転許容範囲内での運転が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明の実施の形態に係わる発電システムの構成図である。定圧貫流ボイラの火炉１１には、燃料、水、空気が供給され、火炉１１は燃料を燃焼させて水管内の水を蒸発させて蒸気を発生させる。燃料は、ＬＮＧやＬＰＧなどの気体燃料、石炭やバイオ燃料などの固体燃料または石油などの液体燃料であり、火炉１１のバーナにより燃焼する。また、水は後述の復水器で凝縮された凝縮水がボイラ給水ポンプにより火炉１１内の水管に供給され、ボイラ循環ポンプ１２により火炉１１内の水管を流通させる。
【００２０】
火炉１１で発生した蒸気はボイラ絞り弁（ＢＴ弁）１３またはボイラ絞り弁バイパス弁（ＢＴＢ弁）１４を介して、第１過熱器１５ａ及び第２過熱器１５ｂに導かれる。第１過熱器１５ａと第２過熱器１５ｂとの間には減温器１６が設けられ、減温器１６にて第１過熱器１５ａで過熱された過熱蒸気を冷却する。第２過熱器１５ｂで温度調節された過熱蒸気は、主蒸気止め弁（ＭＳＶ）３５及び蒸気加減弁（ＣＶ）３６を介して蒸気タービン１７のうちの高圧蒸気タービン１７ａに導かれる。高圧蒸気タービン１７ａで仕事を終えた蒸気は再熱器１８で再過熱されて中圧蒸気タービン１７ｂに導かれ、さらに、中圧蒸気タービン１７ｂで仕事を終えた蒸気は低圧蒸気タービン１７ｃに導かれる。高圧蒸気タービン１７ａ、中圧蒸気タービン１７ｂ、低圧蒸気タービン１７ｃは、発電機１９を駆動する。そして、低圧蒸気タービン１７ｃで仕事を終えた蒸気は復水器２０で凝縮され水に戻される。
【００２１】
復水器２０で凝縮された水は、復水ポンプ２１で低圧給水加熱器２２及び脱気器２３に供給され、脱気器２３で脱気された給水はボイラ給水ポンプ２４で高圧給水加熱器２５に供給される。高圧給水加熱器２５で加熱された給水は、過熱器スプレー圧力調節弁（ＩＳＰＲ弁）２６及び過熱器スプレー調節弁２７を介して減温器１６に圧送される。減温器１６では、過熱蒸気に水を注入することによって過熱蒸気の温度制御を行うが、水を注入するためには給水圧力を蒸気圧力より高くする必要がある。そこで、可動ノズル２８の開閉により、減温器１６に供給される水の圧力を過熱蒸気圧力よりも高く維持することになる。また、可動ノズル２８を介して節炭器２９へ圧送された水は、ボイラ循環ポンプ１２によって火炉１１へ導かれ、再び蒸気として利用される。
【００２２】
次に、ボイラ起動用抽気弁（ＢＥ弁）３０及びボイラ起動用抽気弁バイパス弁（ＢＥＢ弁）３１は、ボイラの起動過程で使用されるものである。ボイラの起動時には、ボイラ絞り弁１３、ボイラ絞り弁バイパス弁１４、ボイラ起動用抽気弁３０、ボイラ起動用抽気弁バイパス弁３１はすべて閉じている。まず、ボイラの火炉１１のバーナ点火後にボイラ起動用抽気弁バイパス弁３１を開き、火炉１１からの蒸気を気水分離器（ＷＳ）３２に供給しつつ火炉出口蒸気温度を上昇させる。この場合、気水分離器３２で分離された水はウォータドレン弁（ＷＤ弁）を介して復水器２０に排出され、また、調節弁（ＳＰ弁）３４で気水分離器３２の圧力制御を行う。そして、火炉出口蒸気温度が所定温度（例えば、２５０℃）になると、ボイラ起動用抽気弁バイパス弁３１を閉じてボイラ起動用抽気弁３０を開き、弁の切り替えを行う。さらに、火炉出口蒸気温度が所定温度（例えば、４００℃）になると、ボイラ起動用抽気弁３０を閉じてボイラ絞り弁バイパス弁１４を開く。
【００２３】
次に、火炉出口蒸気圧力制御装置３７は、ボイラ絞り弁１３及びボイラ絞り弁バイパス弁１４の開度を調節して火炉出口蒸気圧力ＰＷを調節するものである。一方、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８は、ボイラの火炉１１に供給される燃料流量、給水流量、空気流量を調節して、過熱器出口蒸気圧力ＰＴを調節するものである。燃料流量や空気流量の調節は火炉１１のバーナに供給される燃料流量や空気流量を調節して行う。給水流量の調節はボイラ給水ポンプ２４の回転数を制御して行う。
【００２４】
過熱器出口蒸気圧力制御装置３８は、蒸気タービン１７の負荷が定格負荷未満の予め定めた低負荷領域においては、過熱器１５の出口蒸気圧力ＰＴを変化させる変圧運転を行う。また、蒸気タービン１７の負荷が低負荷領域を越えた状態から定格負荷までは、過熱器の出口蒸気圧力ＰＴを予め定めた一定圧力（基準圧力ＰＴ０）の定圧運転を行う。
【００２５】
そして、火炉出口蒸気圧力制御装置３７は、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８が変圧運転を行う際には火炉出口蒸気圧力ＰＷを定圧貫流ボイラの基準圧力ＰＷ０未満の許容範囲内の減圧基準圧力に減圧制御する。また、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８が過熱器出口蒸気圧力ＰＴの定圧運転を行う際には火炉出口蒸気圧力ＰＷを定圧貫流ボイラの基準圧力ＰＷ０に制御する。
【００２６】
図２は本発明の実施の形態に係わる発電システムでの蒸気タービン負荷と蒸気圧力との関係を示すグラフである。横軸の蒸気タービン負荷（発電機出力）は定格負荷（定格出力）に対する百分率で示している。図５に示した過熱器変圧運転方式の場合と異なる点は、起動領域Ａ１及び変圧領域Ａ３において、火炉出口蒸気圧力ＰＷを定圧貫流ボイラの基準圧力ＰＷ０未満の許容範囲内の減圧基準圧力ＰＷ１に減圧制御するようにしたものである。
【００２７】
蒸気タービン負荷が０％〜１５％の起動領域Ａ１では、火炉出口蒸気圧力ＰＷは減圧基準圧力ＰＷ１に保持されている。減圧基準圧力ＰＷ１は後述するように定圧貫流ボイラの基準圧力ＰＷ０未満の許容範囲内の圧力である。蒸気タービン負荷が０％である状態は、蒸気タービン１７に連結された発電機１８が電力系統に併入され、蒸気タービン（発電機）が無負荷状態で電力系統と同期して回転している状態である。
【００２８】
また、蒸気タービン負荷が０％である状態では、ボイラ絞り弁１３及びボイラ絞り弁バイパス弁１４は全閉であり、ボイラ起動用抽気弁３０が開いており、調節弁３４で気水分離器３２の圧力制御を行っている。これにより、過熱器出口蒸気圧力ＰＴは所定圧力ＰＴ１に保持されている。
【００２９】
この起動領域Ａ１においては、蒸気加減弁３６の開度を開いて負荷を取り始め、蒸気タービン負荷が５％程度になるとボイラ起動用抽気弁３０及び調節弁３４を閉じる。火炉出口蒸気圧力制御装置３７は、ボイラ起動用抽気弁３０及び調節弁３４が閉じられると、ボイラ絞り弁バイパス弁１４を開操作して火炉出口蒸気圧力ＰＷを減圧基準圧力ＰＷ１に保ちつつ火炉１１からの蒸気を過熱器１５に供給する。一方、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８は、ボイラの火炉１１に供給される燃料流量、給水流量、空気流量を調節して、過熱器出口蒸気圧力ＰＴを上昇させる。これにより、タービン負荷も増加する。
【００３０】
そして、タービン負荷が１５％以上となり、蒸気タービン負荷１５％〜７５％の変圧領域Ａ３となると、火炉出口蒸気圧力制御装置３７は、ボイラ絞り弁バイパス弁１４を全開とはせず、過熱器出口蒸気圧力ＰＴが急激に上昇しない程度の開度(例えば５０％)で保持する。この際には、火炉出口蒸気圧力ＰＷの減圧基準圧力ＰＷ１と過熱器出口蒸気圧力ＰＴとの差圧がボイラ絞り弁１３の許容差圧以内となるように、ボイラ絞り弁バイパス弁１４の開度を調節する。
【００３１】
ボイラ絞り弁バイパス弁１４の開度を一定開度(例えば５０％)で保持することにより、過熱器出口蒸気圧力ＰＴは緩やかに上昇する。その後、タービン負荷がある程度上昇すると、火炉出口蒸気圧力制御装置３７は火炉出口蒸気圧力ＰＷを減圧基準圧力ＰＷ１に保ちつつボイラ絞り弁１３を開き始める。
【００３２】
このように、変圧領域Ａ３では、火炉出口蒸気圧力制御装置３７により、ボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷが減圧基準圧力ＰＷ１に維持された状態で、ボイラ絞り弁バイパス弁１４及びボイラ絞り弁１３を開操作し、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８により、蒸気タービン負荷１５％〜７５％の範囲で蒸気タービン負荷に応じて過熱器出口蒸気圧力ＰＴを変化させる変圧運転を行う。
【００３３】
次に、蒸気タービン負荷７５％〜１００％以上である定圧領域Ａ２においては、ボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷを減圧基準圧力ＰＷ１から基準圧力ＰＷ０に昇圧し、火炉出口蒸気圧力ＰＷを基準圧力ＰＷ０に保持するとともに過熱器出口蒸気圧力ＰＴも基準圧力ＰＴ０に保持し定圧運転に移行する。
【００３４】
火炉出口蒸気圧力制御装置３７は、タービン負荷が７５％に近づいてくると、例えばタービン負荷が７０％程度になると、ボイラの火炉出口蒸気圧力ＰＷが基準値ＰＷ０となるように、ボイラ絞り弁バイパス弁１４及びボイラ絞り弁１３を開操作し、最終的に全開として、タービン負荷が７５％〜１００％においては火炉出口蒸気圧力ＰＷが基準値ＰＷ０となる定圧運転を行う。また、過熱器出口蒸気圧力制御装置３８は、タービン負荷が７５％に近づいてくると、火炉１１への燃料流量、給水流量、空気流量を調節し、過熱器出口蒸気圧力ＰＴをその基準圧力ＰＴ０まで上昇させ、タービン負荷が７５％〜１００％においては過熱器出口蒸気圧力ＰＴが基準圧力ＰＴ０となる定圧運転を行う。
【００３５】
次に、図３は、火炉出口蒸気圧力ＰＷの基準値ＰＷ０、減圧基準圧力ＰＷ１、圧力低警報値ＡＮＮ、火炉出口蒸気圧力ＰＷの低下によるトリップ値ＴＲＩＰの説明図である。火炉出口蒸気圧力ＰＷの基準値ＰＷ０が、例えば、超臨界圧の２４．１［ＭＰａ］である場合の定圧貫流ボイラは、その圧力低警報値ＡＮＮは２３．０［ＭＰａ］であり、火炉出口蒸気圧力ＰＷの低下によるトリップ値ＴＲＩＰは２２．１［ＭＰａ］である。この圧力低警報値ＡＮＮ（２３．０［ＭＰａ］）及びトリップ値ＴＲＩＰ（２２．１［ＭＰａ］）を遵守して定圧貫流ボイラを運転するには、火炉出口蒸気圧力ＰＷが圧力低警報値ＡＮＮ（２３．０［ＭＰａ］）以下とならないように運転すればよいことになる。この場合の減圧制御運転の許容範囲ΔＰＷは、基準値ＰＷ０（２４．１［ＭＰａ］）から圧力低警報値ＡＮＮ（２３．０［ＭＰａ］）までの範囲である。
【００３６】
そこで、本発明の実施の形態では、変圧領域Ａ３で過熱器出口蒸気圧力ＰＴの変圧運転を行う際に、火炉出口蒸気圧力ＰＷを減圧制御するにあたり、火炉出口蒸気圧力ＰＷが圧力低警報値ＡＮＮ（２３．０［ＭＰａ］）以下とならない許容範囲ΔＰＷ内の減圧基準圧力ＰＷ１で減圧制御を行う。減圧基準圧力ＰＷ１としては、例えば、基準値ＰＷ０（２４．１［ＭＰａ］）〜圧力低警報値ＡＮＮ（２３．０［ＭＰａ］）を満たす２３．６［ＭＰａ］を採用する。
【００３７】
本発明の実施の形態によれば、蒸気タービン負荷が小さいときは過熱器出口蒸気圧力ＰＴが小さくなるように、過熱器出口蒸気圧力ＰＴが変圧運転されているときは、火炉出口蒸気圧力ＰＷが圧力低警報値ＡＮＮ（２３．０［ＭＰａ］）以下とならない許容範囲ΔＰＷ内の減圧基準圧力ＰＷ１で減圧制御を行うので、減圧された火炉出口蒸気圧力ＰＷを賄うにあたり、火炉１１に供給する給水流量を低減できる。すなわち、給水流量を供給するボイラ給水ポンプ２４の軸動力を軽減できるので、全体としてプラント効率を向上させることができる。
【００３８】
また、火炉出口蒸気圧力ＰＷの減圧制御は、火炉出口蒸気圧力ＰＷが定圧貫流ボイラの基準圧力ＰＷ０と圧力低警報値ＡＮＮとの間の圧力となるように減圧制御するので、定圧貫流ボイラの運転許容範囲内での運転が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係わる発電システムの構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係わる発電システムでの蒸気タービン負荷と蒸気圧力との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の実施の形態に係わる発電システムでの火炉出口蒸気圧力ＰＷの基準値ＰＷ０、減圧基準圧力ＰＷ１、圧力低警報値ＡＮＮ、トリップ値ＴＲＩＰの説明図。
【図４】定圧貫流ボイラの定圧運転方式での蒸気タービン負荷と蒸気圧力との関係を示すグラフ。
【図５】定圧貫流ボイラの過熱器出口蒸気圧力を可変とした過熱器変圧運転方式での蒸気タービン負荷と蒸気圧力との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４０】
１１…火炉、１２…ボイラ循環ポンプ、１３…ボイラ絞り弁、１４…ボイラ絞り弁バイパス弁、１５…過熱器、１６…減温器、１７…蒸気タービン、１８…再熱器、１９…発電機、２０…復水器、２１…復水ポンプ、２２…低圧給水加熱器、２３…脱気器、２４…ボイラ給水ポンプ、２５…高圧給水加熱器、２６…過熱器スプレー圧力調節弁、２７…過熱器スプレー調節弁、２８…可動ノズル、２９…節炭器、３０…ボイラ起動用抽気弁、３１…ボイラ起動用抽気弁バイパス弁、３２…気水分離器、３３…ウォータドレン弁、３４…調節弁、３５…主蒸気止め弁、３６…蒸気加減弁、３７…火炉出口蒸気圧力制御装置、３８…過熱器出口蒸気圧力制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料、水、空気が供給され燃料を燃焼させて蒸気を発生させる定圧貫流ボイラの火炉と、
前記火炉で発生した蒸気を過熱する過熱器と、
前記火炉と前記過熱器との間の主蒸気管に設けられ前記過熱器に供給される蒸気を調節するボイラ絞り弁と、
前記ボイラ絞り弁をバイパスして設けられたボイラ絞り弁バイパス弁と、
前記過熱器で過熱された蒸気が供給され連結された発電機を駆動する蒸気タービンと、
前記過熱器と前記蒸気タービンとの間の主蒸気管に設けられ前記蒸気タービンに供給される蒸気流量を制御する蒸気加減弁と、
前記蒸気タービンの負荷が定格負荷未満の予め定めた低負荷領域においては前記蒸気タービンの負荷に応じて前記過熱器の出口蒸気圧力を変圧運転し、前記蒸気タービンの負荷が低負荷領域を越えた状態から定格負荷までは前記過熱器の出口蒸気圧力を予め定めた一定圧力の定圧運転を行う過熱器出口蒸気圧力制御装置と、
前記過熱器出口蒸気圧力制御装置が変圧運転を行う際には前記ボイラ絞り弁及び前記ボイラ絞り弁バイパス弁の開度を調節して前記火炉出口蒸気圧力を前記定圧貫流ボイラの基準圧力未満の許容範囲内の減圧基準圧力に減圧制御し、前記火炉出口蒸気圧力制御装置が前記過熱器の出口蒸気圧力の定圧運転を行う際には前記火炉出口蒸気圧力を前記定圧貫流ボイラの基準圧力に制御する火炉出口蒸気圧力制御装置とを備えたことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記過熱器出口蒸気圧力制御装置は、前記火炉出口蒸気圧力を減圧制御する際には、前記火炉出口蒸気圧力が前記定圧貫流ボイラの基準圧力と圧力低警報値との間の圧力となるように減圧制御することを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項１】
燃料、水、空気が供給され燃料を燃焼させて蒸気を発生させる定圧貫流ボイラの火炉と、
前記火炉で発生した蒸気を過熱する過熱器と、
前記火炉と前記過熱器との間の主蒸気管に設けられ前記過熱器に供給される蒸気を調節するボイラ絞り弁と、
前記ボイラ絞り弁をバイパスして設けられたボイラ絞り弁バイパス弁と、
前記過熱器で過熱された蒸気が供給され連結された発電機を駆動する蒸気タービンと、
前記過熱器と前記蒸気タービンとの間の主蒸気管に設けられ前記蒸気タービンに供給される蒸気流量を制御する蒸気加減弁と、
前記蒸気タービンの負荷が定格負荷未満の予め定めた低負荷領域においては前記蒸気タービンの負荷に応じて前記過熱器の出口蒸気圧力を変圧運転し、前記蒸気タービンの負荷が低負荷領域を越えた状態から定格負荷までは前記過熱器の出口蒸気圧力を予め定めた一定圧力の定圧運転を行う過熱器出口蒸気圧力制御装置と、
前記過熱器出口蒸気圧力制御装置が変圧運転を行う際には前記ボイラ絞り弁及び前記ボイラ絞り弁バイパス弁の開度を調節して前記火炉出口蒸気圧力を前記定圧貫流ボイラの基準圧力未満の許容範囲内の減圧基準圧力に減圧制御し、前記火炉出口蒸気圧力制御装置が前記過熱器の出口蒸気圧力の定圧運転を行う際には前記火炉出口蒸気圧力を前記定圧貫流ボイラの基準圧力に制御する火炉出口蒸気圧力制御装置とを備えたことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記過熱器出口蒸気圧力制御装置は、前記火炉出口蒸気圧力を減圧制御する際には、前記火炉出口蒸気圧力が前記定圧貫流ボイラの基準圧力と圧力低警報値との間の圧力となるように減圧制御することを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１９４４９（Ｐ２０１０−１９４４９Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７８３４７（Ｐ２００８−１７８３４７）
【出願日】平成２０年７月８日（２００８．７．８）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月８日（２００８．７．８）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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