蒸気供給システム及び蒸気供給システムの制御方法
【課題】再熱器を有するボイラの主蒸気系統から工場設備へプロセス用蒸気を供給するにあたり、当該ボイラの圧力変動を抑制することで、プロセス用蒸気の供給制限を従来よりも緩和する。
【解決手段】ボイラタービン発電設備１から工場設備２へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給系統３と制御装置４を有する蒸気供給システム５は、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つ低圧タービン１６の上流側に接続された再熱蒸気抽気管６０と、再熱蒸気抽気管６０に設けられた再熱蒸気抽気弁６１を有している。蒸気供給系統３は、ボイラ１０から発生した蒸気の一部を取り出す抽気管４０と、抽気弁４１を備えている。制御装置４は、主蒸気抽気弁４１が開かれて工場設備へ蒸気が供給され、注水制御弁３４が開かれて減温器２８から再熱蒸気管に注水が行われた場合に、再熱蒸気抽気弁６１を開いて再熱蒸気管２９から蒸気を工場設備２に供給する。
【解決手段】ボイラタービン発電設備１から工場設備２へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給系統３と制御装置４を有する蒸気供給システム５は、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つ低圧タービン１６の上流側に接続された再熱蒸気抽気管６０と、再熱蒸気抽気管６０に設けられた再熱蒸気抽気弁６１を有している。蒸気供給系統３は、ボイラ１０から発生した蒸気の一部を取り出す抽気管４０と、抽気弁４１を備えている。制御装置４は、主蒸気抽気弁４１が開かれて工場設備へ蒸気が供給され、注水制御弁３４が開かれて減温器２８から再熱蒸気管に注水が行われた場合に、再熱蒸気抽気弁６１を開いて再熱蒸気管２９から蒸気を工場設備２に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力と蒸気の供給を同時に行うボイラタービン発電設備から工場設備へ高圧蒸気の供給を行う蒸気供給システム及び蒸気供給システムの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば製鉄所などの工場設備内に設置されるボイラタービン発電設備では、ボイラで発生した蒸気を用いてタービン発電機で発電し、発電した電力を工場設備に供給すると共に、工場設備で使用するプロセス用蒸気の供給を行っている。このプロセス用蒸気としては、ボイラで発生した高温高圧の過熱蒸気である主蒸気や、タービンから排気された低圧の蒸気などが工場設備側の需要に応じて供給される。
【０００３】
ところで、プロセス用蒸気の供給源としてのボイラが、例えば図２に示すような、発電機１００に接続された高圧タービン１０１で仕事を行った後の低圧蒸気を加熱する再熱器１０２を有するボイラ１０３である場合、当該ボイラ１０３の主蒸気管１０４から工場設備１０５へ供給するプロセス用蒸気として主蒸気を抽気すると、高圧タービン１０１へ流入する主蒸気の流量が減少する。そのため、高圧タービン１０１の排気側へ排出される蒸気量も減少し、その結果、再熱器１０２を通過する蒸気量も減少する。その一方で、ボイラ１０３に投入される燃料の量は、ボイラ１０３から発生させる主蒸気、換言すれば過熱器１０６を通過する蒸気の流量や圧力に応じて決定される。そのため、主蒸気管１０４から工場設備１０５にプロセス用蒸気を供給することで再熱器１０２を通過する蒸気量が減少しても、ボイラ１０３から発生する主蒸気の量そのものが変化しない場合は、ボイラ１０３に供給される燃料の流量にも変化は生じない。かかる場合、再熱器１０２を通過する蒸気量に対してボイラ１０３に投入される燃料の量が相対的に増加し、再熱器１０２の温度が上昇することとなる。
【０００４】
あるいは、主蒸気管１０４から主蒸気を抽気する際、高圧タービン１０１へ流入する主蒸気の流量が減少しないように、ボイラ１０３に投入される給水と燃料の量を増加させることもできる。この場合も、再熱器１０２を通過する蒸気量が一定であるのに対してボイラ１０３に投入される燃料の量が相対的に増加し、再熱器１０２の温度が上昇することとなる。
【０００５】
再熱器１０２の温度上昇に対しては、再熱器１０２の上流側に設けられた減温器１０７により再熱蒸気管１０８への注水が行われるのが通常であり、例えば特許文献１に示されるように、再熱器１０２の温度が規定値を超えないように減温器１０７からの注水量が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１３５９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述のようにボイラ１０３から発生した高温高圧の主蒸気を主蒸気管１０４からプロセス用蒸気として抽気すると、高圧タービン１０１に流入する蒸気量が減少する。その結果、タービン１００に接続された発電機１００による発電量が減少する。
【０００８】
一方、工場設備１０５への安定的な電力供給という観点から、発電機１００による発電量は、主蒸気の抽気量に左右されることなく工場設備１０５の需要に対応させて一定に維持されることが望まれる。かかる要求に対応する場合、主蒸気管１０４からの抽気が行われると、発電機１００の発電量を一定に維持するために、高圧タービン１０１の入口側に設けられた主蒸気加減弁１０９が開方向に操作され、それにより高圧タービン１０１への主蒸気の流入量が回復されると共に、主蒸気加減弁１０９の開方向への操作により主蒸気管１０４の圧力が低下するので、低下した主蒸気管１０４の圧力を回復させるため、抽気量に対応する量の給水と燃料がボイラ１０３に更に供給される。
【０００９】
高圧タービン１０１に流入する主蒸気の流量が一定に保たれることで、再熱蒸気管１０８へ排気される蒸気の流量も一定に保たれるが、その一方でボイラ１０３への燃料の供給量は増加しているため、再熱器１０１を通過する蒸気量に対する燃料供給量の比率は相対的に増加する。この場合、上述のように減温器１０７により注水することで再熱器１０２の温度上昇が抑えられるが、注水に伴い再熱器１０２を通過する蒸気量が増加するため、タービン１００へ流入する蒸気量も増加し、結果として発電機１０１の発電量が増加する。そして、発電機出力が増加すると、タービン１００に流入する主蒸気量を制限して発電機出力を一定に維持するように、タービン１００の入口側に設けられた主蒸気加減弁１０９は閉方向に操作される。
【００１０】
しかしながら、主蒸気加減弁１０９の開度が低下するとボイラ１０３の主蒸気圧力が上昇するため、主蒸気系統に圧力変動が発生してしまう。圧力変動が発生すると、圧力を所定の値に維持するために燃料流量や給水流量の調整が行われるが、ボイラ１０３は時定数が大きいため、主蒸気加減弁１０９の操作による主蒸気の圧力変化に対応できず、結果として主蒸気圧力の変動が収束して再び安定するまでには時間がかかる。この傾向は、主蒸気加減弁１０９の操作速度が速いほど、即ち減温器１０７からの注水量の変化率が大きいほど顕著となる。
【００１１】
そのため、通常は減温器１０７からの注水量が急激に変化することを防ぐために、工場設備１０５側へのプロセス用蒸気の送気量の変化速度や変化幅を低く抑えて運用している。しかしながら、送気量を制限すると工場設備１０５で要求する蒸気量が確保できない場合があり、工場設備１０５の操業上問題となる。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、再熱器を有するボイラの主蒸気系統から工場設備へプロセス用蒸気を供給するにあたり、当該ボイラの圧力変動を抑制することで、プロセス用蒸気の供給制限を従来よりも緩和することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）主蒸気系統１３と再熱蒸気系統１４を有するボイラ１０と、前記ボイラ１０で発生した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン１１と、前記タービン１１の回転エネルギーを電力に変換する発電機１２とを備えたボイラタービン発電設備１を用い、
主蒸気系統１３からの蒸気（以下、「主蒸気」という。）はタービン１１に送られその一部を抽気して工場設備２へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給系統３と、
ボイラ１０の再熱蒸気系統１４からの蒸気はタービン１１に送られその一部を抽気して工場設備２に供給する再熱蒸気抽気系統５０と、
を有する蒸気供給システムの制御方法であって、
再熱蒸気系統１４は、再熱器２７と、再熱器２７と前記タービン１１とを接続する再熱蒸気管２９と、当該再熱蒸気管２９における再熱器２７の上流側に設けられた減温器２８と、減温器２８に注水する注水制御弁３４を備え、
蒸気供給系統３は、ボイラ１０から発生した主蒸気の一部を主蒸気管２４から取り出して蒸気の使用先へ供給する主蒸気抽気管４１と、主蒸気抽気管４１に設けられた主蒸気抽気弁４０とを備え、
再熱蒸気抽気系統５０は、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つタービンの上流側に接続された再熱蒸気抽気管６０と、再熱蒸気抽気管６０に設けられた再熱蒸気抽気弁６１とを有し、
主蒸気抽気弁４１が開かれて工場設備へ蒸気が供給され、注水制御弁３４が開かれて減温器２８から再熱蒸気管に注水が行われた場合に、再熱蒸気抽気弁６１を開いて再熱蒸気管２９から蒸気を工場設備２に供給することを特徴とする蒸気供給システムの制御方法。
（２）再熱蒸気抽気弁６１の開度は、減温器２８への注水量に基づいて決定されることを特徴とする、（１）に記載の蒸気供給システムの制御方法。
（３）再熱蒸気抽気弁６１の開度は、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つタービン１１の上流側に設置された圧力検出機構３０により計測された圧力に基づいて決定されることを特徴とする（１）に記載の蒸気供給システムの制御方法。
（４）主蒸気系統１３と再熱蒸気系統１４を有するボイラ１０と、前記ボイラ１０で発生した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン１１と、前記タービン１１の回転エネルギーを電力に変換する発電機１２とを備えたボイラタービン発電設備１を用い、
主蒸気系統１３からの蒸気（以下、「主蒸気」という。）はタービン１１に送られその一部を抽気して工場設備２へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給系統３と、
ボイラ１０の再熱蒸気系統１４からの蒸気はタービン１１に送られその一部を抽気して工場設備２に供給する再熱蒸気抽気系統５０と、
を有する蒸気供給システムであって、
再熱蒸気系統１４は、再熱器２７と、再熱器２７と前記タービン１１とを接続する再熱蒸気管２９と、再熱蒸気管２９における再熱器２７の上流側に設けられた減温器２８と、減温器２８に注水する注水制御弁３４を備え、
前記蒸気供給系統３は、前記ボイラ１０から発生した主蒸気の一部を主蒸気管２４から取り出して蒸気の使用先へ供給する主蒸気抽気管４１と、前記主蒸気抽気管４１に設けられた主蒸気抽気弁４０とを備え、
前記再熱蒸気抽気系統５０は、前記再熱蒸気管２９における前記再熱器２７の下流側であって、且つタービンの上流側に接続された再熱蒸気抽気管６０と、前記再熱蒸気抽気管６０に設けられた再熱蒸気抽気弁６１とを有することを特徴とする蒸気供給システム。
（５）前記蒸気供給システムはさらに制御装置４を有し、制御装置４は、主蒸気抽気弁４１が開かれて工場設備へ蒸気が供給され、注水制御弁３４が開かれて減温器２８から再熱蒸気管に注水が行われた場合に、再熱蒸気抽気弁６１を開いて再熱蒸気管２９から蒸気を工場設備２に供給することを特徴とする上記（４）に記載の蒸気供給システム。
（６）再熱蒸気抽気弁６１の開度は、減温器２８への注水量に基づいて決定されることを特徴とする、（５）に記載の蒸気供給システム。
（６）再熱蒸気抽気弁６１の開度は、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つタービン１１の上流側に設置された圧力検出機構３０により計測された圧力に基づいて決定されることを特徴とする（５）に記載の蒸気供給システム。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、再熱器を有するボイラの主蒸気系統から工場設備へプロセス用蒸気を供給するにあたり、当該ボイラの圧力変動を抑制することで、プロセス用蒸気の供給制限を従来よりも緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態にかかるボイラタービン発電設備を含む蒸気供給システムの構成を示すプロセスフロー図である。
【図２】従来の蒸気供給システムの構成を示すプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態は、主蒸気系統１３と再熱蒸気系統１４を有するボイラ１０と、ボイラ１０で発生した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン１１と、前記タービン１１の回転エネルギーを電力に変換する発電機１２とを備えたボイラタービン発電設備１を用い、主蒸気系統１３からの蒸気（主蒸気）はタービン１１に送られその一部を抽気して工場設備２へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給系統３と、ボイラ１０の再熱蒸気系統１４からの蒸気はタービン１１に送られその一部を抽気して前記工場設備２に供給する再熱蒸気抽気系統５０と、を有する蒸気供給システムの制御方法である。
【００１７】
具体的には、再熱蒸気系統１４は、再熱器２７と、再熱器２７とタービン１１とを接続する再熱蒸気管２９と、再熱蒸気管２９における再熱器２７の上流側に設けられた減温器２８と、減温器２８に注水する注水制御弁３４を備え、蒸気供給系統３は、ボイラ１０から発生した主蒸気の一部を主蒸気管２４から取り出して蒸気の使用先へ供給する主蒸気抽気管４１と、主蒸気抽気管４１に設けられた主蒸気抽気弁４０とを備え、再熱蒸気抽気系統５０は、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つタービンの上流側に接続された再熱蒸気抽気管６０と、再熱蒸気抽気管６０に設けられた再熱蒸気抽気弁６１とを有し、主蒸気抽気弁４１が開かれて工場設備へ蒸気が供給され、注水制御弁３４が開かれて減温器２８から再熱蒸気管に注水が行われた場合に、再熱蒸気抽気弁６１を開いて再熱蒸気管２９から蒸気を工場設備２に供給する蒸気供給システムの制御方法である。
【００１８】
再熱蒸気抽気弁６１の開度は、前記減温器２８への注水量に基づいて決定することができる。
【００１９】
また、再熱蒸気抽気弁６１の開度は、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つタービン１１の上流側に設置された圧力検出機構３０により計測された圧力に基づいて決定することができる。
【００２０】
（蒸気供給システム）
蒸気供給システムについて図１を用いて説明する。
【００２１】
図１は、ボイラタービン発電設備１から、プロセス用蒸気の使用先としての工場設備２へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給システム５であって、主蒸気系統１３から蒸気を供給する蒸気供給系統３、再熱蒸気系統１４から蒸気を供給する再熱蒸気抽気系統５０及び制御装置４を備えた、本実施の形態にかかる蒸気供給システム５の構成を示すプロセスフロー図である。
【００２２】
ボイラタービン発電設備１は、投入された燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラ１０と、ボイラ１０から発生した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン１１と、タービン１１の回転エネルギーを電力に変換する発電機１２を有している。
【００２３】
なお、本実施の形態におけるボイラ１０は、給水を蒸発させて高温高圧の過熱蒸気である主蒸気を発生させる主蒸気系統１３と、タービン１１で仕事をして圧力と温度が低下した蒸気を過熱して高温低圧の再熱蒸気を発生させる再熱蒸気系統１４とを有する、いわゆる再熱式ボイラである。また、タービン１１は、主蒸気系統から流入する高温高圧の主蒸気に対応する高圧タービン１５と、再熱蒸気系統１４からの高温低圧の高温再熱蒸気に対応する低圧タービン１６と、を有している。
【００２４】
（制御装置４の概要）
制御装置４は、ボイラタービン発電設備１の各機器を制御するものであり、例えば燃料供給設備（図示せず）からボイラ１０への燃料供給量、ボイラ１０への給水量、発電機１２の発電量などを制御する
ボイラ１０の主蒸気系統１３は、給水管２０からの給水を蒸発させる蒸発器２１と、蒸発器から発生した蒸気を過熱する過熱器２２と、過熱器２２の入口に注水を行い過熱器２２出口の温度を制御する減温器２３と、を有している。過熱器２２と高圧タービン１５とは、主蒸気管２４により接続されている。主蒸気管２４における高圧タービン１５の入口には高圧タービン１５に導入する主蒸気の流量を制御する主蒸気加減弁２５が設けられている。また、主蒸気管２４には、ボイラで発生した主蒸気の温度ないし圧力を検出する温度・圧力検出機構２６が設けられている。温度・圧力検出機構２６で検出された温度は、制御装置４に入力される。
【００２５】
再熱蒸気系統１４は、高圧タービン１５で仕事をして圧力と温度が低下した蒸気を過熱する再熱器２７と、再熱器２７の入口に注水を行い再熱器２７出口の蒸気温度を制御する減温器２８と、を有している。高圧タービン１５の排気口と再熱器２７、及び再熱器２７と低圧タービン１６とは、再熱蒸気管２９により接続されている。再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つ低圧タービン１６の上流側には、当該再熱蒸気管２９を流れる再熱蒸気の温度ないし圧力を検出する温度・圧力検出機構３０が設けられている。温度・圧力検出機構３０で検出された圧力は、制御装置４に入力される。
【００２６】
低圧タービン１６の排気側には、当該低圧タービン１６で仕事をして圧力と温度が低下した蒸気を水に戻し、この水を復水として貯留する復水器３１が設けられている。復水器３１とボイラ１０は給水管２０により接続されている。給水管２０には、復水器３１に貯留された復水をボイラ１０に給水する給水ポンプ３２が設けられている。減温器２３、２８への注水には、例えば給水ポンプ３２からの給水が用いられる。各減温器２３、２８への注水量は、制御装置４により注水制御弁３３、３４の開度をそれぞれ調整することにより制御される。
【００２７】
蒸気供給系統３は、一端部が主蒸気管２４に接続され、当該主蒸気管２４を流れる主蒸気の一部を取り出す抽気管４０と、抽気管４０に設けられた抽気弁４１を有している。抽気管４０の他の端部は、工場設備２に接続されており、制御装置４により抽気弁４１の開度を調整することで、工場設備２へのプロセス用蒸気としての主蒸気の供給量を制御することができる。
【００２８】
なお、抽気弁４１の開度は、抽気管４０を流れる蒸気量を一定の範囲内に維持するように調整してもよいし、抽気管４０の圧力を一定の範囲内に維持するように調整してもよい。
【００２９】
再熱蒸気系統１４には、本発明の特徴である再熱蒸気管２９から蒸気を抽気する再熱蒸気抽気系統５０が設けられており、この再熱蒸気抽気系統５０は蒸気供給システム５の一部を構成している。再熱蒸気抽気系統５０は、再熱蒸気管２９から再熱蒸気を抽気する再熱蒸気抽気管６０と、再熱蒸気抽気管６０に設けられた再熱蒸気抽気弁６１を有している。再熱蒸気抽気管６０は、その一端部が再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって且つ低圧タービン１６の上流側に接続されている。また、再熱蒸気抽気管６０の他端部は例えば工場設備２などの、他の設備に接続されている。
【００３０】
本発明の蒸気供給システムは、このような再熱蒸気抽気系統を備えている結果として、蒸気供給系統３において主蒸気管から抽気管４０を経由して蒸気を抽気するに際し、再熱蒸気系統の減温器２８から注水によって再熱器２７を通過する蒸気の流量が増加しても、この増加分を再熱蒸気抽気系統から抽気するので低圧タービンへの蒸気量の増加を抑えることができ、発電機１２の発電量が増加することがない。
【００３１】
（具体的制御方法）
本実施の形態にかかる蒸気供給システム５は以上のように構成されており、次に、本実施の形態にかかるボイラタービン発電設備１から工場設備２へプロセス用蒸気を供給する際の蒸気供給システム５の好ましい制御方法について説明する。
【００３２】
なお、以下においては、工場設備２へプロセス用蒸気を供給する際に、発電機１２の発電量及び主蒸気管２４の圧力を所定の値に一定制御する、いわゆるボイラタービン協調制御モードにより制御する場合を例にして説明する。
【００３３】
先ず、ボイラタービン発電設備１がボイラタービン協調制御モードにより主蒸気管２４を流れる主蒸気の流量と圧力、及び発電機１２の発電量を一定に制御されている状態で、抽気弁４１を開操作して抽気管４０からプロセス用蒸気の使用先である工場設備２への送気を開始する。
【００３４】
抽気管４０から主蒸気が抽気されると、主蒸気管２４を流れる蒸気の圧力が低下し、高圧タービン１５へ流入する主蒸気の流量が減少するため、発電機１２の発電量が低下するが、発電機１２の発電量低下に伴い制御装置４は、発電機１２の発電量を抽気開始前の状態に回復させるために、主蒸気加減弁２５を開方向に操作する。また、主蒸気加減弁２５の開操作により主蒸気管２４の圧力が低下するため、制御装置４は、ボイラ１０への燃料供給量及び給水流量を増加させる。それにより、主蒸気管２４の圧力は一定に保たれ、発電機１２の発電量も維持されるが、ボイラ１０への燃料供給量は増加しているので、燃料供給量は再熱器２７を通過する蒸気量に対して相対的に過剰となり、再熱器２７の温度、換言すれば再熱蒸気管２９における再熱器２７出口の再熱蒸気温度が上昇する。
【００３５】
そして、再熱蒸気の温度が規定値以上になると、制御装置４からの指令により注水制御弁３４が開操作され、減温器２８からの注水により再熱器２７の温度上昇が抑制される。その一方で、減温器２８から注水により、この注水量分だけ再熱器２７を通過する蒸気の流量が増加する。再熱器２７を通過する蒸気の流量が増加すると、低圧タービン１７へ流入する再熱蒸気の流量も増加し、結果として発電機１２の発電量が増加するので、制御装置４は再熱蒸気抽気弁６１を開操作して、注水により増加した分の再熱蒸気を工場設備２へ送気する。この場合、再熱蒸気の増加分が低圧タービン１７へ流入することがなく、発電機１２の発電量が増加することがないので、上述のような主蒸気加減弁２５の動作に伴う主蒸気管２４の圧力変動が抑制される。なお、再熱蒸気抽気弁６１の開度は、例えば注水制御弁３４の開度に基づいて調整されてもよいし、再熱蒸気管２９に設けられた圧力検出機構３０による検出値に基づいて調整されてもよい。
【００３６】
具体的には、注水制御弁３４の開度と流量との関係、及び再熱蒸気抽気弁６１の開度と流量との関係は、注水制御弁３４、再熱蒸気抽気弁６１の性能曲線により予め把握可能なので、注水制御弁３４の開度に基づいて再熱蒸気抽気弁６１の開度を調整する場合は、制御装置４で注水制御弁３４の開度から注水されている流量を求め、次いで、この流量に相当する開度指令が再熱蒸気抽気弁６１に出力される。なお、注水制御弁３４からの注水量を求めるに当たっては、注水制御弁３４の上流に流量計を設けて実流量を測定するようにしてもよい。
【００３７】
また、再熱蒸気抽気弁６１の開度を再熱蒸気管２９に設けられた圧力検出機構３０による検出値に基づいて調整する場合は、減温器２８からの注水が開始された時点、換言すれば注水制御弁３４の開操作が開始された時点での圧力検出機構３０での検出値が制御装置４により圧力設定値として記憶される。そして、制御装置４により、再熱蒸気管２９の圧力が圧力設定値から所定の範囲内に収まるように再熱蒸気抽気弁６１の開度が調整される。
【００３８】
以上の実施の形態によれば、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つ低圧タービン１６の上流側に再熱蒸気抽気管６０が接続されているので、主蒸気管２４からの抽気に伴う再熱蒸気管２９への注水によって再熱器２７を通過する蒸気が増加した際に、再熱蒸気管２９から増加分の蒸気を抽気することができる。これにより、低圧タービン１６へ流入する蒸気量の増加を防ぐことができるので、発電機１２の発電量増加に伴う主蒸気加減弁２５の絞り込み動作を防ぎ、主蒸気系統１３の圧力変動を抑えることができる。したがって本発明によれば、ボイラタービン発電設備１から工場設備２へプロセス用蒸気を供給するにあたり、プロセス用蒸気の供給制限を従来よりも緩和することができる。
【００３９】
また、再熱器２７通過後の高温再熱蒸気を抽気して例えば工場設備２などの蒸気使用先に供給するので、工場設備２側で高温の蒸気を発生させるために使用していた他の蒸気発生源の燃料を節約することができる。
【００４０】
なお、以上の実施の形態においては、主蒸気加減弁２５の絞り込み動作により主蒸気管２４の圧力変動が起こる場合として、主蒸気管２４からの抽気を開始した場合を例にして説明したが、本発明にかかる制御方法が適用される場面は本実施の形態の内容に限定されるものではない。例えば主蒸気管２４からの抽気中に、当該抽気量を急激に増加させ、それにより減温器２８からの注水量が急激に増加した場合は、発電機１２の発電量も急激に増加する。かかる場合、主蒸気加減弁２５は発電量の増加を抑えるために急速に絞り込まれるが、このような場合は、発電機１２の発電量の変化幅が小さい場合であっても主蒸気管２４の圧力に大きな影響を与える。また、減温器２８からの注水量が急激に減少した場合も、主蒸気加減弁２５は急速に開方向に操作されるので、やはり主蒸気管２４の圧力に大きな影響がある。したがって本発明は、減温器２８からの注水を行っている間に注水量が急激に変化した際に、注水量の変化に合わせて再熱蒸気抽気弁６１の開度を調整することで主蒸気管１３の圧力変動を抑える場合にも用いることができる。
【００４１】
なお、減温器２８からの注水量の変化速度が遅く、ボイラ１０の負荷変化により主蒸気管２４の圧力変動を抑えることができる場合には、必ずしも再熱蒸気抽気系統５０からの抽気を行う必要がない。かかる場合、例えば制御装置４により注水量の変化率を監視し、変化率が所定の値を上回った場合にのみ再熱蒸気抽気弁６１を操作するようにしてもよい。注水量の変化率は、注水制御弁３４の開度の変化率により求めてもよいし、例えば注水制御弁３４の上流側に流量検出機構を設け、その検出値の変化率により求めてもよい。
【００４２】
なお、以上の実施の形態における再熱蒸気抽気系統５０は、再熱蒸気の抽気を行うことで、再熱蒸気系統１４への注水に伴う発電機１２の発電量増加を抑えるために用いられたが、例えば、再熱蒸気の抽気中に発電機１２の発電量増加の要求があった場合に、再熱蒸気抽気弁６１を閉操作することで低圧タービン１６への蒸気の流入量を増加させ、それにより発電機１２の発電量を増加させるように用いることもできる。かかる場合、ボイラ１０への燃料供給量を増加させることなく発電機１２の発電量を増加させることができる。
【００４３】
また、以上の実施の形態においては、再熱器２７の温度が上昇して減温器２８による注水が起こる場合として、主蒸気管２４からの抽気量を増加させた場合を例にして説明を行なったが、例えば主蒸気管２４からの抽気量を一定に保った状態から、主蒸気流量を低下させた場合などにも、ボイラ１０２への燃料供給量に対する再熱器２７を通過する蒸気量が相対的に減少し、再熱器２７の温度上昇が起こるので、かかる場合においても、再熱蒸気抽気系統５０から再熱蒸気を抽気することで、ボイラ１０の圧力変動を抑制することができる。即ち、本実施の形態にかかる蒸気供給システム５は、減温器２８による注水の発生原因によらず、ボイラ１０の圧力変動を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、ボイラタービン発電設備から工場設備へプロセス用蒸気を供給する際に有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１ ボイラタービン発電設備
２ 工場設備
３ 蒸気供給系統
４ 制御装置
５ 蒸気供給システム
１０ ボイラ
１１ タービン
１２ 発電機
１３ 主蒸気系統
１４ 再熱蒸気系統
１５ 高圧タービン
１６ 低圧タービン
２０ 給水管
２１ 蒸発器
２２ 過熱器
２３ 減温器
２４ 主蒸気管
２５ 主蒸気加減弁
２６ 温度・圧力検出機構
２７ 再熱器
２８ 減温器
２９ 再熱蒸気管
３０ 温度・圧力検出機構
３１ 復水器
３２ 給水ポンプ
３３、３４ 注水制御弁
４０ 抽気管
４１ 抽気弁
５０ 再熱蒸気抽気系統
６０ 再熱蒸気抽気管
６１ 再熱蒸気抽気弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力と蒸気の供給を同時に行うボイラタービン発電設備から工場設備へ高圧蒸気の供給を行う蒸気供給システム及び蒸気供給システムの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば製鉄所などの工場設備内に設置されるボイラタービン発電設備では、ボイラで発生した蒸気を用いてタービン発電機で発電し、発電した電力を工場設備に供給すると共に、工場設備で使用するプロセス用蒸気の供給を行っている。このプロセス用蒸気としては、ボイラで発生した高温高圧の過熱蒸気である主蒸気や、タービンから排気された低圧の蒸気などが工場設備側の需要に応じて供給される。
【０００３】
ところで、プロセス用蒸気の供給源としてのボイラが、例えば図２に示すような、発電機１００に接続された高圧タービン１０１で仕事を行った後の低圧蒸気を加熱する再熱器１０２を有するボイラ１０３である場合、当該ボイラ１０３の主蒸気管１０４から工場設備１０５へ供給するプロセス用蒸気として主蒸気を抽気すると、高圧タービン１０１へ流入する主蒸気の流量が減少する。そのため、高圧タービン１０１の排気側へ排出される蒸気量も減少し、その結果、再熱器１０２を通過する蒸気量も減少する。その一方で、ボイラ１０３に投入される燃料の量は、ボイラ１０３から発生させる主蒸気、換言すれば過熱器１０６を通過する蒸気の流量や圧力に応じて決定される。そのため、主蒸気管１０４から工場設備１０５にプロセス用蒸気を供給することで再熱器１０２を通過する蒸気量が減少しても、ボイラ１０３から発生する主蒸気の量そのものが変化しない場合は、ボイラ１０３に供給される燃料の流量にも変化は生じない。かかる場合、再熱器１０２を通過する蒸気量に対してボイラ１０３に投入される燃料の量が相対的に増加し、再熱器１０２の温度が上昇することとなる。
【０００４】
あるいは、主蒸気管１０４から主蒸気を抽気する際、高圧タービン１０１へ流入する主蒸気の流量が減少しないように、ボイラ１０３に投入される給水と燃料の量を増加させることもできる。この場合も、再熱器１０２を通過する蒸気量が一定であるのに対してボイラ１０３に投入される燃料の量が相対的に増加し、再熱器１０２の温度が上昇することとなる。
【０００５】
再熱器１０２の温度上昇に対しては、再熱器１０２の上流側に設けられた減温器１０７により再熱蒸気管１０８への注水が行われるのが通常であり、例えば特許文献１に示されるように、再熱器１０２の温度が規定値を超えないように減温器１０７からの注水量が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１３５９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述のようにボイラ１０３から発生した高温高圧の主蒸気を主蒸気管１０４からプロセス用蒸気として抽気すると、高圧タービン１０１に流入する蒸気量が減少する。その結果、タービン１００に接続された発電機１００による発電量が減少する。
【０００８】
一方、工場設備１０５への安定的な電力供給という観点から、発電機１００による発電量は、主蒸気の抽気量に左右されることなく工場設備１０５の需要に対応させて一定に維持されることが望まれる。かかる要求に対応する場合、主蒸気管１０４からの抽気が行われると、発電機１００の発電量を一定に維持するために、高圧タービン１０１の入口側に設けられた主蒸気加減弁１０９が開方向に操作され、それにより高圧タービン１０１への主蒸気の流入量が回復されると共に、主蒸気加減弁１０９の開方向への操作により主蒸気管１０４の圧力が低下するので、低下した主蒸気管１０４の圧力を回復させるため、抽気量に対応する量の給水と燃料がボイラ１０３に更に供給される。
【０００９】
高圧タービン１０１に流入する主蒸気の流量が一定に保たれることで、再熱蒸気管１０８へ排気される蒸気の流量も一定に保たれるが、その一方でボイラ１０３への燃料の供給量は増加しているため、再熱器１０１を通過する蒸気量に対する燃料供給量の比率は相対的に増加する。この場合、上述のように減温器１０７により注水することで再熱器１０２の温度上昇が抑えられるが、注水に伴い再熱器１０２を通過する蒸気量が増加するため、タービン１００へ流入する蒸気量も増加し、結果として発電機１０１の発電量が増加する。そして、発電機出力が増加すると、タービン１００に流入する主蒸気量を制限して発電機出力を一定に維持するように、タービン１００の入口側に設けられた主蒸気加減弁１０９は閉方向に操作される。
【００１０】
しかしながら、主蒸気加減弁１０９の開度が低下するとボイラ１０３の主蒸気圧力が上昇するため、主蒸気系統に圧力変動が発生してしまう。圧力変動が発生すると、圧力を所定の値に維持するために燃料流量や給水流量の調整が行われるが、ボイラ１０３は時定数が大きいため、主蒸気加減弁１０９の操作による主蒸気の圧力変化に対応できず、結果として主蒸気圧力の変動が収束して再び安定するまでには時間がかかる。この傾向は、主蒸気加減弁１０９の操作速度が速いほど、即ち減温器１０７からの注水量の変化率が大きいほど顕著となる。
【００１１】
そのため、通常は減温器１０７からの注水量が急激に変化することを防ぐために、工場設備１０５側へのプロセス用蒸気の送気量の変化速度や変化幅を低く抑えて運用している。しかしながら、送気量を制限すると工場設備１０５で要求する蒸気量が確保できない場合があり、工場設備１０５の操業上問題となる。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、再熱器を有するボイラの主蒸気系統から工場設備へプロセス用蒸気を供給するにあたり、当該ボイラの圧力変動を抑制することで、プロセス用蒸気の供給制限を従来よりも緩和することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）主蒸気系統１３と再熱蒸気系統１４を有するボイラ１０と、前記ボイラ１０で発生した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン１１と、前記タービン１１の回転エネルギーを電力に変換する発電機１２とを備えたボイラタービン発電設備１を用い、
主蒸気系統１３からの蒸気（以下、「主蒸気」という。）はタービン１１に送られその一部を抽気して工場設備２へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給系統３と、
ボイラ１０の再熱蒸気系統１４からの蒸気はタービン１１に送られその一部を抽気して工場設備２に供給する再熱蒸気抽気系統５０と、
を有する蒸気供給システムの制御方法であって、
再熱蒸気系統１４は、再熱器２７と、再熱器２７と前記タービン１１とを接続する再熱蒸気管２９と、当該再熱蒸気管２９における再熱器２７の上流側に設けられた減温器２８と、減温器２８に注水する注水制御弁３４を備え、
蒸気供給系統３は、ボイラ１０から発生した主蒸気の一部を主蒸気管２４から取り出して蒸気の使用先へ供給する主蒸気抽気管４１と、主蒸気抽気管４１に設けられた主蒸気抽気弁４０とを備え、
再熱蒸気抽気系統５０は、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つタービンの上流側に接続された再熱蒸気抽気管６０と、再熱蒸気抽気管６０に設けられた再熱蒸気抽気弁６１とを有し、
主蒸気抽気弁４１が開かれて工場設備へ蒸気が供給され、注水制御弁３４が開かれて減温器２８から再熱蒸気管に注水が行われた場合に、再熱蒸気抽気弁６１を開いて再熱蒸気管２９から蒸気を工場設備２に供給することを特徴とする蒸気供給システムの制御方法。
（２）再熱蒸気抽気弁６１の開度は、減温器２８への注水量に基づいて決定されることを特徴とする、（１）に記載の蒸気供給システムの制御方法。
（３）再熱蒸気抽気弁６１の開度は、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つタービン１１の上流側に設置された圧力検出機構３０により計測された圧力に基づいて決定されることを特徴とする（１）に記載の蒸気供給システムの制御方法。
（４）主蒸気系統１３と再熱蒸気系統１４を有するボイラ１０と、前記ボイラ１０で発生した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン１１と、前記タービン１１の回転エネルギーを電力に変換する発電機１２とを備えたボイラタービン発電設備１を用い、
主蒸気系統１３からの蒸気（以下、「主蒸気」という。）はタービン１１に送られその一部を抽気して工場設備２へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給系統３と、
ボイラ１０の再熱蒸気系統１４からの蒸気はタービン１１に送られその一部を抽気して工場設備２に供給する再熱蒸気抽気系統５０と、
を有する蒸気供給システムであって、
再熱蒸気系統１４は、再熱器２７と、再熱器２７と前記タービン１１とを接続する再熱蒸気管２９と、再熱蒸気管２９における再熱器２７の上流側に設けられた減温器２８と、減温器２８に注水する注水制御弁３４を備え、
前記蒸気供給系統３は、前記ボイラ１０から発生した主蒸気の一部を主蒸気管２４から取り出して蒸気の使用先へ供給する主蒸気抽気管４１と、前記主蒸気抽気管４１に設けられた主蒸気抽気弁４０とを備え、
前記再熱蒸気抽気系統５０は、前記再熱蒸気管２９における前記再熱器２７の下流側であって、且つタービンの上流側に接続された再熱蒸気抽気管６０と、前記再熱蒸気抽気管６０に設けられた再熱蒸気抽気弁６１とを有することを特徴とする蒸気供給システム。
（５）前記蒸気供給システムはさらに制御装置４を有し、制御装置４は、主蒸気抽気弁４１が開かれて工場設備へ蒸気が供給され、注水制御弁３４が開かれて減温器２８から再熱蒸気管に注水が行われた場合に、再熱蒸気抽気弁６１を開いて再熱蒸気管２９から蒸気を工場設備２に供給することを特徴とする上記（４）に記載の蒸気供給システム。
（６）再熱蒸気抽気弁６１の開度は、減温器２８への注水量に基づいて決定されることを特徴とする、（５）に記載の蒸気供給システム。
（６）再熱蒸気抽気弁６１の開度は、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つタービン１１の上流側に設置された圧力検出機構３０により計測された圧力に基づいて決定されることを特徴とする（５）に記載の蒸気供給システム。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、再熱器を有するボイラの主蒸気系統から工場設備へプロセス用蒸気を供給するにあたり、当該ボイラの圧力変動を抑制することで、プロセス用蒸気の供給制限を従来よりも緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態にかかるボイラタービン発電設備を含む蒸気供給システムの構成を示すプロセスフロー図である。
【図２】従来の蒸気供給システムの構成を示すプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態は、主蒸気系統１３と再熱蒸気系統１４を有するボイラ１０と、ボイラ１０で発生した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン１１と、前記タービン１１の回転エネルギーを電力に変換する発電機１２とを備えたボイラタービン発電設備１を用い、主蒸気系統１３からの蒸気（主蒸気）はタービン１１に送られその一部を抽気して工場設備２へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給系統３と、ボイラ１０の再熱蒸気系統１４からの蒸気はタービン１１に送られその一部を抽気して前記工場設備２に供給する再熱蒸気抽気系統５０と、を有する蒸気供給システムの制御方法である。
【００１７】
具体的には、再熱蒸気系統１４は、再熱器２７と、再熱器２７とタービン１１とを接続する再熱蒸気管２９と、再熱蒸気管２９における再熱器２７の上流側に設けられた減温器２８と、減温器２８に注水する注水制御弁３４を備え、蒸気供給系統３は、ボイラ１０から発生した主蒸気の一部を主蒸気管２４から取り出して蒸気の使用先へ供給する主蒸気抽気管４１と、主蒸気抽気管４１に設けられた主蒸気抽気弁４０とを備え、再熱蒸気抽気系統５０は、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つタービンの上流側に接続された再熱蒸気抽気管６０と、再熱蒸気抽気管６０に設けられた再熱蒸気抽気弁６１とを有し、主蒸気抽気弁４１が開かれて工場設備へ蒸気が供給され、注水制御弁３４が開かれて減温器２８から再熱蒸気管に注水が行われた場合に、再熱蒸気抽気弁６１を開いて再熱蒸気管２９から蒸気を工場設備２に供給する蒸気供給システムの制御方法である。
【００１８】
再熱蒸気抽気弁６１の開度は、前記減温器２８への注水量に基づいて決定することができる。
【００１９】
また、再熱蒸気抽気弁６１の開度は、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つタービン１１の上流側に設置された圧力検出機構３０により計測された圧力に基づいて決定することができる。
【００２０】
（蒸気供給システム）
蒸気供給システムについて図１を用いて説明する。
【００２１】
図１は、ボイラタービン発電設備１から、プロセス用蒸気の使用先としての工場設備２へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給システム５であって、主蒸気系統１３から蒸気を供給する蒸気供給系統３、再熱蒸気系統１４から蒸気を供給する再熱蒸気抽気系統５０及び制御装置４を備えた、本実施の形態にかかる蒸気供給システム５の構成を示すプロセスフロー図である。
【００２２】
ボイラタービン発電設備１は、投入された燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラ１０と、ボイラ１０から発生した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン１１と、タービン１１の回転エネルギーを電力に変換する発電機１２を有している。
【００２３】
なお、本実施の形態におけるボイラ１０は、給水を蒸発させて高温高圧の過熱蒸気である主蒸気を発生させる主蒸気系統１３と、タービン１１で仕事をして圧力と温度が低下した蒸気を過熱して高温低圧の再熱蒸気を発生させる再熱蒸気系統１４とを有する、いわゆる再熱式ボイラである。また、タービン１１は、主蒸気系統から流入する高温高圧の主蒸気に対応する高圧タービン１５と、再熱蒸気系統１４からの高温低圧の高温再熱蒸気に対応する低圧タービン１６と、を有している。
【００２４】
（制御装置４の概要）
制御装置４は、ボイラタービン発電設備１の各機器を制御するものであり、例えば燃料供給設備（図示せず）からボイラ１０への燃料供給量、ボイラ１０への給水量、発電機１２の発電量などを制御する
ボイラ１０の主蒸気系統１３は、給水管２０からの給水を蒸発させる蒸発器２１と、蒸発器から発生した蒸気を過熱する過熱器２２と、過熱器２２の入口に注水を行い過熱器２２出口の温度を制御する減温器２３と、を有している。過熱器２２と高圧タービン１５とは、主蒸気管２４により接続されている。主蒸気管２４における高圧タービン１５の入口には高圧タービン１５に導入する主蒸気の流量を制御する主蒸気加減弁２５が設けられている。また、主蒸気管２４には、ボイラで発生した主蒸気の温度ないし圧力を検出する温度・圧力検出機構２６が設けられている。温度・圧力検出機構２６で検出された温度は、制御装置４に入力される。
【００２５】
再熱蒸気系統１４は、高圧タービン１５で仕事をして圧力と温度が低下した蒸気を過熱する再熱器２７と、再熱器２７の入口に注水を行い再熱器２７出口の蒸気温度を制御する減温器２８と、を有している。高圧タービン１５の排気口と再熱器２７、及び再熱器２７と低圧タービン１６とは、再熱蒸気管２９により接続されている。再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つ低圧タービン１６の上流側には、当該再熱蒸気管２９を流れる再熱蒸気の温度ないし圧力を検出する温度・圧力検出機構３０が設けられている。温度・圧力検出機構３０で検出された圧力は、制御装置４に入力される。
【００２６】
低圧タービン１６の排気側には、当該低圧タービン１６で仕事をして圧力と温度が低下した蒸気を水に戻し、この水を復水として貯留する復水器３１が設けられている。復水器３１とボイラ１０は給水管２０により接続されている。給水管２０には、復水器３１に貯留された復水をボイラ１０に給水する給水ポンプ３２が設けられている。減温器２３、２８への注水には、例えば給水ポンプ３２からの給水が用いられる。各減温器２３、２８への注水量は、制御装置４により注水制御弁３３、３４の開度をそれぞれ調整することにより制御される。
【００２７】
蒸気供給系統３は、一端部が主蒸気管２４に接続され、当該主蒸気管２４を流れる主蒸気の一部を取り出す抽気管４０と、抽気管４０に設けられた抽気弁４１を有している。抽気管４０の他の端部は、工場設備２に接続されており、制御装置４により抽気弁４１の開度を調整することで、工場設備２へのプロセス用蒸気としての主蒸気の供給量を制御することができる。
【００２８】
なお、抽気弁４１の開度は、抽気管４０を流れる蒸気量を一定の範囲内に維持するように調整してもよいし、抽気管４０の圧力を一定の範囲内に維持するように調整してもよい。
【００２９】
再熱蒸気系統１４には、本発明の特徴である再熱蒸気管２９から蒸気を抽気する再熱蒸気抽気系統５０が設けられており、この再熱蒸気抽気系統５０は蒸気供給システム５の一部を構成している。再熱蒸気抽気系統５０は、再熱蒸気管２９から再熱蒸気を抽気する再熱蒸気抽気管６０と、再熱蒸気抽気管６０に設けられた再熱蒸気抽気弁６１を有している。再熱蒸気抽気管６０は、その一端部が再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって且つ低圧タービン１６の上流側に接続されている。また、再熱蒸気抽気管６０の他端部は例えば工場設備２などの、他の設備に接続されている。
【００３０】
本発明の蒸気供給システムは、このような再熱蒸気抽気系統を備えている結果として、蒸気供給系統３において主蒸気管から抽気管４０を経由して蒸気を抽気するに際し、再熱蒸気系統の減温器２８から注水によって再熱器２７を通過する蒸気の流量が増加しても、この増加分を再熱蒸気抽気系統から抽気するので低圧タービンへの蒸気量の増加を抑えることができ、発電機１２の発電量が増加することがない。
【００３１】
（具体的制御方法）
本実施の形態にかかる蒸気供給システム５は以上のように構成されており、次に、本実施の形態にかかるボイラタービン発電設備１から工場設備２へプロセス用蒸気を供給する際の蒸気供給システム５の好ましい制御方法について説明する。
【００３２】
なお、以下においては、工場設備２へプロセス用蒸気を供給する際に、発電機１２の発電量及び主蒸気管２４の圧力を所定の値に一定制御する、いわゆるボイラタービン協調制御モードにより制御する場合を例にして説明する。
【００３３】
先ず、ボイラタービン発電設備１がボイラタービン協調制御モードにより主蒸気管２４を流れる主蒸気の流量と圧力、及び発電機１２の発電量を一定に制御されている状態で、抽気弁４１を開操作して抽気管４０からプロセス用蒸気の使用先である工場設備２への送気を開始する。
【００３４】
抽気管４０から主蒸気が抽気されると、主蒸気管２４を流れる蒸気の圧力が低下し、高圧タービン１５へ流入する主蒸気の流量が減少するため、発電機１２の発電量が低下するが、発電機１２の発電量低下に伴い制御装置４は、発電機１２の発電量を抽気開始前の状態に回復させるために、主蒸気加減弁２５を開方向に操作する。また、主蒸気加減弁２５の開操作により主蒸気管２４の圧力が低下するため、制御装置４は、ボイラ１０への燃料供給量及び給水流量を増加させる。それにより、主蒸気管２４の圧力は一定に保たれ、発電機１２の発電量も維持されるが、ボイラ１０への燃料供給量は増加しているので、燃料供給量は再熱器２７を通過する蒸気量に対して相対的に過剰となり、再熱器２７の温度、換言すれば再熱蒸気管２９における再熱器２７出口の再熱蒸気温度が上昇する。
【００３５】
そして、再熱蒸気の温度が規定値以上になると、制御装置４からの指令により注水制御弁３４が開操作され、減温器２８からの注水により再熱器２７の温度上昇が抑制される。その一方で、減温器２８から注水により、この注水量分だけ再熱器２７を通過する蒸気の流量が増加する。再熱器２７を通過する蒸気の流量が増加すると、低圧タービン１７へ流入する再熱蒸気の流量も増加し、結果として発電機１２の発電量が増加するので、制御装置４は再熱蒸気抽気弁６１を開操作して、注水により増加した分の再熱蒸気を工場設備２へ送気する。この場合、再熱蒸気の増加分が低圧タービン１７へ流入することがなく、発電機１２の発電量が増加することがないので、上述のような主蒸気加減弁２５の動作に伴う主蒸気管２４の圧力変動が抑制される。なお、再熱蒸気抽気弁６１の開度は、例えば注水制御弁３４の開度に基づいて調整されてもよいし、再熱蒸気管２９に設けられた圧力検出機構３０による検出値に基づいて調整されてもよい。
【００３６】
具体的には、注水制御弁３４の開度と流量との関係、及び再熱蒸気抽気弁６１の開度と流量との関係は、注水制御弁３４、再熱蒸気抽気弁６１の性能曲線により予め把握可能なので、注水制御弁３４の開度に基づいて再熱蒸気抽気弁６１の開度を調整する場合は、制御装置４で注水制御弁３４の開度から注水されている流量を求め、次いで、この流量に相当する開度指令が再熱蒸気抽気弁６１に出力される。なお、注水制御弁３４からの注水量を求めるに当たっては、注水制御弁３４の上流に流量計を設けて実流量を測定するようにしてもよい。
【００３７】
また、再熱蒸気抽気弁６１の開度を再熱蒸気管２９に設けられた圧力検出機構３０による検出値に基づいて調整する場合は、減温器２８からの注水が開始された時点、換言すれば注水制御弁３４の開操作が開始された時点での圧力検出機構３０での検出値が制御装置４により圧力設定値として記憶される。そして、制御装置４により、再熱蒸気管２９の圧力が圧力設定値から所定の範囲内に収まるように再熱蒸気抽気弁６１の開度が調整される。
【００３８】
以上の実施の形態によれば、再熱蒸気管２９における再熱器２７の下流側であって、且つ低圧タービン１６の上流側に再熱蒸気抽気管６０が接続されているので、主蒸気管２４からの抽気に伴う再熱蒸気管２９への注水によって再熱器２７を通過する蒸気が増加した際に、再熱蒸気管２９から増加分の蒸気を抽気することができる。これにより、低圧タービン１６へ流入する蒸気量の増加を防ぐことができるので、発電機１２の発電量増加に伴う主蒸気加減弁２５の絞り込み動作を防ぎ、主蒸気系統１３の圧力変動を抑えることができる。したがって本発明によれば、ボイラタービン発電設備１から工場設備２へプロセス用蒸気を供給するにあたり、プロセス用蒸気の供給制限を従来よりも緩和することができる。
【００３９】
また、再熱器２７通過後の高温再熱蒸気を抽気して例えば工場設備２などの蒸気使用先に供給するので、工場設備２側で高温の蒸気を発生させるために使用していた他の蒸気発生源の燃料を節約することができる。
【００４０】
なお、以上の実施の形態においては、主蒸気加減弁２５の絞り込み動作により主蒸気管２４の圧力変動が起こる場合として、主蒸気管２４からの抽気を開始した場合を例にして説明したが、本発明にかかる制御方法が適用される場面は本実施の形態の内容に限定されるものではない。例えば主蒸気管２４からの抽気中に、当該抽気量を急激に増加させ、それにより減温器２８からの注水量が急激に増加した場合は、発電機１２の発電量も急激に増加する。かかる場合、主蒸気加減弁２５は発電量の増加を抑えるために急速に絞り込まれるが、このような場合は、発電機１２の発電量の変化幅が小さい場合であっても主蒸気管２４の圧力に大きな影響を与える。また、減温器２８からの注水量が急激に減少した場合も、主蒸気加減弁２５は急速に開方向に操作されるので、やはり主蒸気管２４の圧力に大きな影響がある。したがって本発明は、減温器２８からの注水を行っている間に注水量が急激に変化した際に、注水量の変化に合わせて再熱蒸気抽気弁６１の開度を調整することで主蒸気管１３の圧力変動を抑える場合にも用いることができる。
【００４１】
なお、減温器２８からの注水量の変化速度が遅く、ボイラ１０の負荷変化により主蒸気管２４の圧力変動を抑えることができる場合には、必ずしも再熱蒸気抽気系統５０からの抽気を行う必要がない。かかる場合、例えば制御装置４により注水量の変化率を監視し、変化率が所定の値を上回った場合にのみ再熱蒸気抽気弁６１を操作するようにしてもよい。注水量の変化率は、注水制御弁３４の開度の変化率により求めてもよいし、例えば注水制御弁３４の上流側に流量検出機構を設け、その検出値の変化率により求めてもよい。
【００４２】
なお、以上の実施の形態における再熱蒸気抽気系統５０は、再熱蒸気の抽気を行うことで、再熱蒸気系統１４への注水に伴う発電機１２の発電量増加を抑えるために用いられたが、例えば、再熱蒸気の抽気中に発電機１２の発電量増加の要求があった場合に、再熱蒸気抽気弁６１を閉操作することで低圧タービン１６への蒸気の流入量を増加させ、それにより発電機１２の発電量を増加させるように用いることもできる。かかる場合、ボイラ１０への燃料供給量を増加させることなく発電機１２の発電量を増加させることができる。
【００４３】
また、以上の実施の形態においては、再熱器２７の温度が上昇して減温器２８による注水が起こる場合として、主蒸気管２４からの抽気量を増加させた場合を例にして説明を行なったが、例えば主蒸気管２４からの抽気量を一定に保った状態から、主蒸気流量を低下させた場合などにも、ボイラ１０２への燃料供給量に対する再熱器２７を通過する蒸気量が相対的に減少し、再熱器２７の温度上昇が起こるので、かかる場合においても、再熱蒸気抽気系統５０から再熱蒸気を抽気することで、ボイラ１０の圧力変動を抑制することができる。即ち、本実施の形態にかかる蒸気供給システム５は、減温器２８による注水の発生原因によらず、ボイラ１０の圧力変動を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、ボイラタービン発電設備から工場設備へプロセス用蒸気を供給する際に有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１ ボイラタービン発電設備
２ 工場設備
３ 蒸気供給系統
４ 制御装置
５ 蒸気供給システム
１０ ボイラ
１１ タービン
１２ 発電機
１３ 主蒸気系統
１４ 再熱蒸気系統
１５ 高圧タービン
１６ 低圧タービン
２０ 給水管
２１ 蒸発器
２２ 過熱器
２３ 減温器
２４ 主蒸気管
２５ 主蒸気加減弁
２６ 温度・圧力検出機構
２７ 再熱器
２８ 減温器
２９ 再熱蒸気管
３０ 温度・圧力検出機構
３１ 復水器
３２ 給水ポンプ
３３、３４ 注水制御弁
４０ 抽気管
４１ 抽気弁
５０ 再熱蒸気抽気系統
６０ 再熱蒸気抽気管
６１ 再熱蒸気抽気弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主蒸気系統と再熱蒸気系統を有するボイラと、前記ボイラで発生した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービンと、前記タービンの回転エネルギーを電力に変換する発電機とを備えたボイラタービン発電設備を用い、
前記主蒸気系統からの蒸気（以下、「主蒸気」という。）はタービンに送られその一部を抽気して工場設備へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給系統と、
前記再熱蒸気系統からの蒸気はタービンに送られその一部を抽気して前記工場設備に供給する再熱蒸気抽気系統と、
を有する蒸気供給システムの制御方法であって、
前記再熱蒸気系統は、再熱器と、当該再熱器と前記タービンとを接続する再熱蒸気管と、当該再熱蒸気管における再熱器の上流側に設けられた減温器と、減温器に注水する注水制御弁を備え、
前記蒸気供給系統は、前記ボイラから発生した主蒸気の一部を主蒸気管から取り出して蒸気の使用先へ供給する主蒸気抽気管と、前記主蒸気抽気管に設けられた主蒸気抽気弁とを備え、
前記再熱蒸気抽気系統は、前記再熱蒸気管における前記再熱器の下流側であって、且つタービンの上流側に接続された再熱蒸気抽気管と、前記再熱蒸気抽気管に設けられた再熱蒸気抽気弁とを有し、
前記主蒸気抽気弁が開かれて工場設備へ蒸気が供給され、注水制御弁が開かれて前記減温器から前記再熱蒸気管に注水が行われた場合に、前記再熱蒸気抽気弁を開いて前記再熱蒸気管から蒸気を工場設備に供給することを特徴とする蒸気供給システムの制御方法。
【請求項２】
前記再熱蒸気抽気弁の開度は、前記減温器への注水量に基づいて決定されることを特徴とする、請求項１に記載の蒸気供給システムの制御方法。
【請求項３】
前記再熱蒸気抽気弁の開度は、前記再熱蒸気管における前記再熱器の下流側であって、且つタービンの上流側に設置された圧力検出機構により計測された圧力に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気供給システムの制御方法。
【請求項４】
主蒸気系統と再熱蒸気系統を有するボイラと、前記ボイラで発生した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービンと、前記タービンの回転エネルギーを電力に変換する発電機とを備えたボイラタービン発電設備を用い、
前記主蒸気系統からの蒸気（以下、「主蒸気」という。）はタービンに送られその一部を抽気して工場設備へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給系統と、
前記再熱蒸気系統からの蒸気はタービンに送られその一部を抽気して前記工場設備に供給する再熱蒸気抽気系統と、
を有する蒸気供給システムであって、
前記再熱蒸気系統は、再熱器と、当該再熱器と前記タービンとを接続する再熱蒸気管と、当該再熱蒸気管における再熱器の上流側に設けられた減温器と、減温器に注水する注水制御弁を備え、
前記蒸気供給系統は、前記ボイラから発生した主蒸気の一部を主蒸気管から取り出して蒸気の使用先へ供給する主蒸気抽気管と、前記主蒸気抽気管に設けられた主蒸気抽気弁とを備え、
前記再熱蒸気抽気系統は、前記再熱蒸気管における前記再熱器の下流側であって、且つタービンの上流側に接続された再熱蒸気抽気管と、前記再熱蒸気抽気管に設けられた再熱蒸気抽気弁とを有することを特徴とする蒸気供給システム。
【請求項５】
前記蒸気供給システムはさらに制御装置を有し、該制御装置は、前記主蒸気抽気弁が開かれて工場設備へ蒸気が供給され、注水制御弁が開かれて前記減温器から前記再熱蒸気管に注水が行われた場合に、前記再熱蒸気抽気弁を開いて前記再熱蒸気管から蒸気を工場設備に供給することを特徴とする請求項４に記載の蒸気供給システム。
【請求項６】
前記再熱蒸気抽気弁の開度は、前記減温器への注水量に基づいて決定されることを特徴とする、請求項５に記載の蒸気供給システム。
【請求項７】
前記再熱蒸気抽気弁の開度は、前記再熱蒸気管における前記再熱器の下流側であって、且つタービンの上流側に設置された圧力検出機構により計測された圧力に基づいて決定されることを特徴とする請求項５に記載の蒸気供給システム。
【請求項１】
主蒸気系統と再熱蒸気系統を有するボイラと、前記ボイラで発生した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービンと、前記タービンの回転エネルギーを電力に変換する発電機とを備えたボイラタービン発電設備を用い、
前記主蒸気系統からの蒸気（以下、「主蒸気」という。）はタービンに送られその一部を抽気して工場設備へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給系統と、
前記再熱蒸気系統からの蒸気はタービンに送られその一部を抽気して前記工場設備に供給する再熱蒸気抽気系統と、
を有する蒸気供給システムの制御方法であって、
前記再熱蒸気系統は、再熱器と、当該再熱器と前記タービンとを接続する再熱蒸気管と、当該再熱蒸気管における再熱器の上流側に設けられた減温器と、減温器に注水する注水制御弁を備え、
前記蒸気供給系統は、前記ボイラから発生した主蒸気の一部を主蒸気管から取り出して蒸気の使用先へ供給する主蒸気抽気管と、前記主蒸気抽気管に設けられた主蒸気抽気弁とを備え、
前記再熱蒸気抽気系統は、前記再熱蒸気管における前記再熱器の下流側であって、且つタービンの上流側に接続された再熱蒸気抽気管と、前記再熱蒸気抽気管に設けられた再熱蒸気抽気弁とを有し、
前記主蒸気抽気弁が開かれて工場設備へ蒸気が供給され、注水制御弁が開かれて前記減温器から前記再熱蒸気管に注水が行われた場合に、前記再熱蒸気抽気弁を開いて前記再熱蒸気管から蒸気を工場設備に供給することを特徴とする蒸気供給システムの制御方法。
【請求項２】
前記再熱蒸気抽気弁の開度は、前記減温器への注水量に基づいて決定されることを特徴とする、請求項１に記載の蒸気供給システムの制御方法。
【請求項３】
前記再熱蒸気抽気弁の開度は、前記再熱蒸気管における前記再熱器の下流側であって、且つタービンの上流側に設置された圧力検出機構により計測された圧力に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気供給システムの制御方法。
【請求項４】
主蒸気系統と再熱蒸気系統を有するボイラと、前記ボイラで発生した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービンと、前記タービンの回転エネルギーを電力に変換する発電機とを備えたボイラタービン発電設備を用い、
前記主蒸気系統からの蒸気（以下、「主蒸気」という。）はタービンに送られその一部を抽気して工場設備へプロセス用蒸気を供給する蒸気供給系統と、
前記再熱蒸気系統からの蒸気はタービンに送られその一部を抽気して前記工場設備に供給する再熱蒸気抽気系統と、
を有する蒸気供給システムであって、
前記再熱蒸気系統は、再熱器と、当該再熱器と前記タービンとを接続する再熱蒸気管と、当該再熱蒸気管における再熱器の上流側に設けられた減温器と、減温器に注水する注水制御弁を備え、
前記蒸気供給系統は、前記ボイラから発生した主蒸気の一部を主蒸気管から取り出して蒸気の使用先へ供給する主蒸気抽気管と、前記主蒸気抽気管に設けられた主蒸気抽気弁とを備え、
前記再熱蒸気抽気系統は、前記再熱蒸気管における前記再熱器の下流側であって、且つタービンの上流側に接続された再熱蒸気抽気管と、前記再熱蒸気抽気管に設けられた再熱蒸気抽気弁とを有することを特徴とする蒸気供給システム。
【請求項５】
前記蒸気供給システムはさらに制御装置を有し、該制御装置は、前記主蒸気抽気弁が開かれて工場設備へ蒸気が供給され、注水制御弁が開かれて前記減温器から前記再熱蒸気管に注水が行われた場合に、前記再熱蒸気抽気弁を開いて前記再熱蒸気管から蒸気を工場設備に供給することを特徴とする請求項４に記載の蒸気供給システム。
【請求項６】
前記再熱蒸気抽気弁の開度は、前記減温器への注水量に基づいて決定されることを特徴とする、請求項５に記載の蒸気供給システム。
【請求項７】
前記再熱蒸気抽気弁の開度は、前記再熱蒸気管における前記再熱器の下流側であって、且つタービンの上流側に設置された圧力検出機構により計測された圧力に基づいて決定されることを特徴とする請求項５に記載の蒸気供給システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２３３６７９（Ｐ２０１２−２３３６７９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９９１２（Ｐ２０１２−１９９１２）
【出願日】平成２４年２月１日（２０１２．２．１）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【出願人】（５９５０６０３０６）戸畑共同火力株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１日（２０１２．２．１）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【出願人】（５９５０６０３０６）戸畑共同火力株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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