JP4764255B2 - Small once-through boiler power generation system and operation control method thereof - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a small once-through boiler power generation system in which a plurality of small once-through boilers and steam turbines are installed, and a small once-through boiler power generation system capable of efficient operation in response to fluctuations in demand for steam flow, and an operation control method thereof. About.
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ク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。 Various proposals have been made for controlling the number of systems for supplying steam by installing a plurality of small once-through boilers. A method for controlling the number of once-through boilers according to the conventional example will be described below with reference to FIGS. Figure 7 is schematic explanatory view showing an embodiment of controlling the number method once-through boiler according to the prior art, a boiler installation conditions of an embodiment of a vapor delivery system in which a backup for a boiler according to Figure 8 is a conventional example The figure is shown.
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）。
First, in FIG. 7, the method for controlling the number of once-through boilers according to the conventional example is that a plurality of once-through
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。
According to the method for controlling the number of once-through boilers according to the above-described conventional example, the
次に、図８に示した従来例に係るバック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）。
Next, the steam supply system provided with a backup boiler according to the conventional example shown in FIG. 8 includes a main
この従来例に係るバック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。
According to the steam supply system provided with a backup boiler according to the conventional example, the vapor pressure decreases due to an emergency stop of the main
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。 In view of such a situation, the present inventors have already proposed a power generation system, a cogeneration system, and a power generation method. The technique according to this conventional example will be described below with reference to FIG. FIG. 9 is a piping diagram showing the overall configuration of the cogeneration system according to the embodiment of the conventional example.
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）。
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。
However, the small-
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。 Accordingly, an object of the present invention is to change the demand of steam flow in a small once-through boiler power generation system in which a plurality of small once-through boilers and steam turbines for generating electricity using steam generated by the small once-through boiler are installed. Is to provide a small once-through boiler power generation system capable of efficient operation and an operation control method thereof.
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複数の発電ユニットと、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。
In order to achieve the above object, the means adopted by the small once-through boiler power generation system according to
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、前記複数の発電ユニットが、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。 In the small once-through boiler power generation system, the steam supply passage connecting the small once-through boiler and the steam utilization process is branched into a plurality of branch passages, and the plurality of power generation units are connected to the plurality of branch flows. In each of the passages, there are a steam superheater, a detection unit comprising a flow meter and a pressure gauge, an emergency shut-off valve, a flow control valve, a steam turbine and a pressure reducing valve attached to the generator, and the emergency shut-off valve, flow control valve and generator attached The steam turbine is provided with a bypass passage connected to the branch passage and a bypass valve provided in the bypass passage.
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複数の発電ユニットのユニット数を決定することを特徴とするものである。
The means adopted by the operation control method of the small once-through boiler power generation system according to
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、前記複数の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。
The means adopted by the operation control method of the small once-through boiler power generation system according to
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、前記複数の発電ユニットが４ユニット以上から構成される場合、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。
The operation control method of the small once-through boiler power generation system according to
（１）前記蒸気需要流量が前記複数の発電ユニットのうち１つの発電ユニットの定格蒸気流量未満の場合、前記複数の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前記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前記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、前記第２発電ユニットは部分負荷運転になるように、前記第１発電ユニットおよび第２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前記定格蒸気流量の２倍に近づくと、前記複数の発電ユニットのうち第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。
(1) When the steam demand flow rate is less than the rated steam flow one power among the plurality of power generating units, only the first power generation unit of the plurality of power generating units operated in normal operation process,
(2) When the steam demand flow rate approaches the rated steam flow starts warm-up operation of the second power generation unit of the power generating unit,
(3) When the steam demand flow rate is equal to or greater than the nominal vapor flow rate, as will be operated in parallel the second power generation unit, the first power generating unit is in rated operation, the second power generation unit is partial load operation, Controlling the flow rate regulating valves of the first power generation unit and the second power generation unit;
(4) When the steam demand flow rate approaches twice the rated steam flow starts warm-up operation of the third power generating unit of the plurality of power generating units,
(5) Hereinafter, the steps corresponding to (2) to (4) are repeated until the steam demand flow approaches the total rated steam flow of all power generation units,
(6) When the steam demand flow exceeds the total rated steam flow of all power generation units, all the power generation units are operated in parallel, but only one power generation unit is set to partial load operation and all other power generation units are rated. The flow control valve of each power generation unit is controlled to operate.
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、前記複数の発電ユニットが、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。
According to the small once-through boiler power generation system according to
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複数の発電ユニットの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。
According to the operation control method of the small once-through boiler power generation system according to
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、前記複数の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。
Furthermore, according to the operation control method of the small once-through boiler power generation system according to
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、前記複数の発電ユニットが４ユニット以上から構成される場合、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。
Furthermore, according to the operation control method of the small once-through boiler power generation system according to
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。
A small once-through boiler power generation system according to
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。
First, an outline of a small once-through boiler power generation system according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The small once-through boiler
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。
The steam generated by the six small once-through
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。
One unit of the
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。
Next, the power generation unit will be described in more detail with reference to FIG. Since each of the power generation units, that is, the first
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。
The steam (saturated steam) generated by the small once-through boiler is branched into the
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。
The steam superheated by the
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。
Next, the emergency shut-off
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。
And the
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。
The outlet side of the
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。
Further, the first
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。
The
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
Next, the operation control method of the small once-through boiler power generation system according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Typical rated operating conditions for each of the
Steam temperature: 216 ° C
Steam turbine inlet pressure: 0.75 MPa
Steam turbine outlet pressure: 0.25 MPa
Steam flow rate: 3 tons / h
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。
When the steam flow rate is 3 ton / h or more and the steam pressure ratio (= turbine inlet pressure / outlet pressure) is 3 or more, the output of the
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。
Next, when the induction generator of the
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。
In the operation control method of the small once-through boiler
（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。
(1) When the steam demand flow rate is 2.5 tons / h or less, one unit of the
(2) When the steam demand flow rate is 2.5 tons / h or more, the
The second unit, for example, the warm-up operation of the second
(3) When the steam demand flow rate is 3 ton / h or more, the second
(4) When the steam demand flow rate is 5.5 tons / h or more, the third unit of the
(5) When the steam demand flow rate is 6 tons / h or more, all the
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。
Even when the number of the power generation units is four or more, similarly to the above, operation control may be performed according to the following steps (5) and (6) instead of the above step (5).
(5) Hereinafter, the steps corresponding to (2) to (4) are repeated until the steam demand flow approaches the total rated flow of all power generation units,
(6) When the steam demand flow rate exceeds the total rated flow rate of all power generation units, all the power generation units are operated in parallel, but only one power generation unit is set to partial load operation, and all other power generation units are all operated. The flow control valve of each power generation unit is controlled so as to perform rated operation.
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。 As described above, in the operation control method of the small once-through boiler power generation system according to the present invention, the steam flow rate is detected by the flow meter provided in each of the power generation units, and the outlet pressure is detected by the outlet pressure gauge provided on the steam turbine outlet side. Then, based on these detection signals, the operation is controlled as described above by the flow rate adjusting valve of each power generation unit.
＜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。
<Example>
Next, an embodiment of an operation control method for a small once-through boiler power generation system according to the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a steam demand pattern of a steam utilization process according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram for explaining a method for determining the number of operating units of a small once-through boiler power generation system for the steam demand pattern A shown in FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a method of determining the number of operating units of the small once-through boiler power generation system for the steam demand pattern B shown in FIG.
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。 The steam demand pattern of the steam utilization process will be described below as an example for the pattern A having a large daytime fluctuation and the pattern B having a small daytime fluctuation, as shown by a solid line in FIG. In this pattern A, there is a maximum steam demand of 10 tons / h during the day, but there is no night demand. In pattern B, there is a maximum steam demand of 6 tons / h, but there is no significant difference between day and night.
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、残りの白抜き部が部分負荷運転を示す。 First, the case where the steam demand pattern of the steam utilization process is pattern A will be described with reference to FIG. In this case, since there is a demand for a maximum amount of steam of 10 tons / h in the daytime, according to the above procedure, the power generation unit is operated by three units in the daytime, and a maximum amount of steam of 9 tons / h and 300 kW. Can be supplied. 4 and 5, the shaded portion indicates the rated operation, and the remaining white portion indicates the partial load operation.
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。
That is, in FIG. 4, in the early morning and evening hours when the steam demand is 3 ton / h or less, partial load operation is performed only with the first
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。
On the other hand, when the steam demand pattern of the steam utilization process is pattern B, as shown in FIG. 5, in the time zone from midnight to early morning when the steam demand is 5 tons / h, the rated operation and the first operation by the first
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。 As described above, the operation control method for each power generation unit is to perform the partial load operation of the insufficient steam demand with another unit while securing the number of units to be rated as much as possible within the range of the steam demand. It is preferable to cover with. The number of rated operation units of the power generation unit is determined for fluctuations in steam demand, and the demand of less than 3 tons / h is handled by partial load operation of the other power generation unit. This is preferable in terms of efficiency of the small once-through boiler power generation unit according to the invention.
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。
Next, the effect of such a small once-through boiler power generation system and its operation control method according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the effect of the operation control method of the small once-through boiler power generation system according to the present invention. In FIG. 6, the solid line shows a case where a power generation unit of 3 units (rated
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。 That is, when indicated by the solid line, each power generation unit is supplied under conditions where the flow rate of steam supplied to the power generation system is an integral multiple of 3 tons / h, 3 tons / h, 6 tons / h, and 9 tons / h. Since the steam turbine provided in 1 operates at the highest efficiency point at a rated flow rate of 3 tons / h, it is possible to generate power close to 100 kW, 200 kW and 300 kW.
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。
On the other hand, in the case of the broken line, since the partial load operation is performed over the entire steam flow rate, the power generation efficiency is poor, and as a result, the power generation output is extremely low. Only the rated flow rate of the steam turbine reaches 9 ton / h, and the same
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。 As described above, according to the small once-through boiler power generation system according to the present invention, the steam supply passage connecting the small once-through boiler and the steam utilization process is branched into a plurality of branch passages, and the power generation unit is In each of the plurality of branch channels, a detection unit comprising a steam superheater, a flow meter and a pressure gauge, an emergency shut-off valve, a flow control valve, a steam turbine and a pressure reducing valve attached to a generator, the emergency shut-off valve, and a flow rate Since the bypass passage connected to the branch passage bypassing the control valve and the steam turbine attached to the generator and the bypass valve provided in the bypass passage are interposed, The number of power generation units to be operated can be selected according to the demand flow rate.
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。 Further, the demand flow of steam required from the steam utilization process can be input to the operation control device as a control signal, and the number of power generation units to be operated can be determined according to the demand flow of steam. It is possible to automatically respond to fluctuations in flow rate.
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。 The present invention provides a plurality of small once-through boilers for generating steam to be supplied to a steam utilization process, and generates electricity using the steam before the generated steam is supplied to the steam utilization process. It is suitable to apply to a small once-through boiler power generation system equipped with a power generation unit for the purpose, but is not limited thereto, and a power generation unit for generating power using a normal boiler and steam generated by this boiler It can also be applied to a power generation system equipped with
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
1: Small once-through boiler power generation system, 2: Small once-through boiler,
3: power generation unit, 3a: first power generation unit, 3b: second power generation unit,
3c: third power generation unit,
4: Operation control device, 5: Steam utilization process,
6: Steam supply channel, 6a: First branch channel, 6b: Second branch channel,
6c: third branch flow path,
7, 7a, 7b, 7c: Steam superheater,
8, 8a, 8b, 8c: steam turbine,
9a, 9b, 9c:
11a, 11b, 11c: thermometer,
12a, 12b, 12c: emergency shutoff valve,
13a, 13b, 13c: flow control valves,
14a, 14b, 14c: pressure reducing valves,
15a, 15b, 15c: pressure gauge,
16, 16a, 16b, 16c: bypass flow path,
17a, 17b, 17c: Bypass valve
Claims (4)
（１）前記蒸気需要流量が前記複数の発電ユニットのうち１つの発電ユニットの定格蒸気流量未満の場合、前記複数の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前記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前記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、前記第２発電ユニットは部分負荷運転になるように、前記第１発電ユニットおよび第２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前記定格蒸気流量の２倍に近づくと、前記複数の発電ユニットのうち第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。 In the operation control method of the small once-through boiler power generation system according to claim 2 or 3, when the plurality of power generation units are composed of four or more units , according to the steam demand flow rate of the steam utilization process, the following steps are performed. An operation control method for a small once-through boiler power generation system, wherein the flow rate control valve of each power generation unit is controlled.
(1) When the steam demand flow rate is less than the rated steam flow one power among the plurality of power generating units, only the first power generation unit of the plurality of power generating units operated in normal operation process,
(2) When the steam demand flow rate approaches the rated steam flow starts warm-up operation of the second power generation unit of the power generating unit,
(3) When the steam demand flow rate is equal to or greater than the nominal vapor flow rate, as will be operated in parallel the second power generation unit, the first power generating unit is in rated operation, the second power generation unit is partial load operation, Controlling the flow rate regulating valves of the first power generation unit and the second power generation unit;
(4) When the steam demand flow rate approaches twice the rated steam flow starts warm-up operation of the third power generating unit of the plurality of power generating units,
(5) Hereinafter, the steps corresponding to (2) to (4) are repeated until the steam demand flow approaches the total rated steam flow of all power generation units,
(6) When the steam demand flow exceeds the total rated steam flow of all power generation units, all the power generation units are operated in parallel, but only one power generation unit is set to partial load operation and all other power generation units are rated. The flow control valve of each power generation unit is controlled to operate.
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