JP2008241105A - バックアップ用ボイラを設けた蒸気供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】搬送路の蒸気圧力調節弁よりも上流側の部分が急激に減圧されて、使用先の負荷やヘッダへの蒸気の供給に支障をきたすことのないバックアップ用ボイラを設けた蒸気供給システムを提供する。
【解決手段】主蒸気供給装置１と、主蒸気供給装置１で発生した蒸気を蒸気使用先の負荷２２またはヘッダ２１に搬送するための搬送路３と、搬送路３の途中にバックアップ用搬送路４０を介して接続されるバックアップ用ボイラ４と、バックアップ用ボイラ４に対して燃焼指令を送る制御部とを備えた蒸気供給システムであって、搬送路３のバックアップ用搬送路４０が接続された部分よりも下流側の部分に蒸気圧力調節弁５を設け、搬送路３の蒸気圧力調節弁５を設けた部分よりも下流側の部分を所定圧力となるように搬送路３の蒸気圧力調節弁５よりも上流側の部分およびバックアップ用搬送路４０内の蒸気圧を所定圧力よりも高い圧力となるように制御部にて保持した。
【選択図】図１

Description

本発明は、コジェネレーションシステム等で用いられるバックアップ用ボイラを設けた蒸気供給システムに関する。

近年、コジェネレーションシステムが広く採用されるようになってきており、これによりエネルギー効率が向上して、地球温暖化の原因となるＣＯ_２の排出量の低減が図られている。コージェネレーションシステムは、発電装置にて発生する電気および排熱をエネルギー源として利用するもので、発電装置としてはガスタービンや燃料電池等が挙げられ、特に限定されない。発電装置にて発生した電気は電気機器等に利用され、発電装置にて発生した排熱は、水を加熱して温水を生成するのに用いられたり、あるいは、水を更に加熱して水蒸気を発生させるのに用いられたりするものである。

このようなコージェネレーションの排熱を主たる熱源として蒸気を発生させるボイラ（主蒸気供給装置）を使用する場合、主蒸気供給装置で発生する蒸気を使用先に安定して供給するため、バックアップ用ボイラを設けて使用している。バックアップ用ボイラを設けることで、主蒸気供給装置で発生する蒸気だけでは不足する場合にバックアップ用ボイラで発生させた蒸気を補充したり、あるいはコージェネレーションの熱源が停止した場合にバックアップ用ボイラで全ての蒸気を賄ったりすることができて、蒸気を安定して供給することができる。

バックアップ用ボイラへの燃焼指令は、コージェネレーションの機器の異常信号（例えばガスタービン等の熱源や主蒸気供給装置のトリップ信号、あるいは急激な蒸気圧力低下）等を検知して行うが、蒸気供給の開始がその時点から遅れると蒸気が不足することになり、特に厳密な蒸気供給制御が必要な食品工場や薬品工場などでは、蒸気の不足によって製品の品質に影響を与えることがある。

このように異常信号を検知してから停止していたバックアップ用ボイラの燃焼を開始して蒸気供給を行うと、ボイラは冷えているためにバックアップ用ボイラが蒸気供給を開始するまでには一定の時間が必要であり、それまでの間は蒸気圧力が低下し続けることとなってしまう。

そこで、バックアップ用ボイラを予熱しておくことが従来より行われている。このものにあっては、複数台のバックアップ用ボイラを備え、このうちの一部又は全部のバックアップ用ボイラを低燃焼で予熱待機しておき、トリップ信号等の信号を受信してから予熱待機しているバックアップ用ボイラを高燃焼で運転して蒸気を供給している。予熱待機するバックアップ用ボイラは台数制御等（例えば特許文献１参照）により燃焼台数を定め、予熱待機中の低燃焼については、高燃焼時の出力の半分（ターンダウン比１：２）程度で運転するものである。また予熱待機としては、燃焼の間欠運転による保圧待機としてもよい。
特開平７−２１７８０９号公報

ところで上記のようなバックアップ用ボイラを設けた蒸気供給システムでは、図２に示すように、主蒸気供給装置１で発生した蒸気を蒸気使用先の負荷またはヘッダ２１に搬送するための搬送路３と、搬送路３の途中に設けられる蒸気圧力調節弁５を備えており、搬送路３の蒸気圧力調節弁５よりも上流側の部分を高圧に保持すると共に搬送路３の蒸気圧力調節弁５よりも下流側に低圧で蒸気を流して使用先の負荷やヘッダ２１に蒸気を供給するものである。そして、搬送路３の蒸気圧力調節弁５よりも下流側の部分にバックアップ用搬送路４０を介してバックアップ用ボイラ４が接続され、主蒸気供給装置１からの蒸気の供給が停止又は減少した際にバックアップ用ボイラ４からの蒸気をバックアップ用搬送路４０を介して使用先の負荷やヘッダ２１に供給するものである。図に示す符号３２は一次圧力制御弁である。

しかしながらこの場合、主蒸気供給装置１からの蒸気の供給が停止又は減少した直後に、搬送路３の蒸気圧力調節弁５よりも上流側の高圧に保持していた部分が急激に減圧されて、搬送路３の蒸気圧力調節弁５よりも下流側の部分の圧力も急激に減圧されることとなり、使用先の負荷やヘッダ２１への蒸気の供給に支障をきたして蒸気の安定的な供給が行われない惧れがあった。

また、これを可及的に回避しようとすると、バックアップ用ボイラの予熱待機の缶数を増加したりすることが考えられるが、待機中の燃料消費が増大すると共に、台数制御では使用先の負荷の需要に合わせた待機が難しいものであった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、搬送路の蒸気圧力調節弁よりも上流側の部分が急激に減圧されて、使用先の負荷やヘッダへの蒸気の供給に支障をきたすことのないバックアップ用ボイラを設けた蒸気供給システムを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明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１と、前記主蒸気供給装置１で発生した蒸気を蒸気使用先の負荷２２またはヘッダ２１に搬送するための搬送路３と、前記搬送路３の途中にバックアップ用搬送路４０を介して接続されるバックアップ用ボイラ４と、バックアップ用ボイラ４に対して燃焼指令を送る制御部とを備えた蒸気供給システムであって、搬送路３のバックアップ用搬送路４０が接続された部分よりも下流側の部分に蒸気圧力調節弁５を設け、搬送路３の前記蒸気圧力調節弁５を設けた部分よりも下流側の部分を所定圧力となるように搬送路３の前記蒸気圧力調節弁５よりも上流側の部分およびバックアップ用搬送路４０内の蒸気圧を前記所定圧力よりも高い圧力となるように制御部にて保持して成ることを特徴とするものである。

このように、搬送路３のバックアップ用搬送路４０が接続された部分よりも下流側の部分に蒸気圧力調節弁５を設けたことで、主蒸気供給装置１が停止又はその蒸気発生量が急減しても、搬送路３の蒸気圧力調節弁５よりも上流側の部分・バックアップ用搬送路４０・バックアップ用ボイラ４の広い範囲がバッファとして機能して、使用先への蒸気圧力変動を吸収してバックアップ追従性を向上させることが可能となる。

また請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、主蒸気供給装置１での蒸気発生量に応じてバックアップ用ボイラ４のうち強制燃焼待機を行う缶体４１の台数を算定して該缶体４１を最低燃焼で連続運転する台数制御を行うと共に、前記蒸気発生量の蒸気を発生させるために前記缶体４１による燃焼量を比例制御することを特徴とするものである。

このような構成とすることで、台数制御および比例制御により、待機中からバックアップ時に至るあらゆる局面で供給する蒸気量を広い範囲に亘って細かく制御することが可能となるものである。

本発明においては、搬送路のバックアップ用搬送路が接続された部分よりも下流側の部分に蒸気圧力調節弁を設けたことで、主蒸気供給装置が停止又はその蒸気発生量が急減しても、搬送路の蒸気圧力調節弁よりも上流側の部分・バックアップ用搬送路・バックアップ用ボイラの広い範囲がバッファとして機能して、使用先への蒸気圧力変動を吸収してバックアップ追従性を向上させることが可能となって、使用先の負荷やヘッダへの蒸気の供給に支障をきたすことがないものである。

以下、本発明を図１に示す実施形態に基づいて説明する。

本発明のバックアップ用ボイラ４を設けた蒸気供給システムは、主にコジェネレーションシステム等で用いられ、そのガスタービンや燃料電池等の発電装置１ａの排熱を主たる熱源として蒸気を発生させる排熱ボイラ１ｂを主蒸気供給装置１として使用するが、主蒸気供給装置１としては前記以外に他の熱源により蒸気を発生させるものであってもよい。

主蒸気供給装置１には、該主蒸気供給装置１で発生した蒸気を使用する使用先の負荷２２に搬送するための搬送路３が接続されている。使用先としては、例えばゴム生産工場や食品工場、薬品工場等の蒸気が必要な工程を有する所が挙げられるが特に限定されない。

搬送路３は上流側の端部が主蒸気供給装置１に接続されると共に、下流側の端部が前記使用先の負荷２２に直接接続されるか、または図１に示す本実施形態のようにヘッダ２１に接続される。ヘッダ２１に接続される場合には、ヘッダ２１から使用先の負荷２２にそれぞれ蒸気を供給するための供給路２３が接続される。

また、搬送路３の上流側の端部の近傍からは分岐路３１が分岐してあると共に、分岐路３１には一次圧力制御弁３２（大気放蒸調節弁）が設けてあり、主蒸気供給装置１の蒸気圧が上限値（本実施形態では例えば２．１６ＭＰａＧ）を超えると開放されるものである。

また、搬送路３の下流側の端部の近傍には開閉弁３０が設けてあると共に、ヘッダ２１から使用先の負荷２２にそれぞれ蒸気を供給するための供給路２３に開閉弁２４が設けてある。

搬送路３の途中には、蒸気圧力調節弁５が設けてある。蒸気圧力調節弁５は、搬送路３の前記蒸気圧力調節弁５を設けた部分よりも下流側の部分を所定圧力（本実施形態では例えば１．７５ＭＰａＧ）となるように制御部（図示せず）によって調節される。これにあたり、搬送路３の前記蒸気圧力調節弁５よりも上流側の部分および後述するバックアップ用搬送路４０内は、その蒸気圧が前記所定圧力（１．７５ＭＰａＧ）よりも高く上記一次圧力制御弁３２の設定圧力（２．１６ＭＰａＧ）よりも低い圧力（本実施形態では例えば２．００ＭＰａＧ）となるように、主蒸気供給装置１および後述するバックアップ用ボイラ４の運転を行う。

バックアップ用搬送路４０は、上流側の端部がバックアップ用ボイラ４に接続されると共に、下流側の端部が搬送路３の上記蒸気圧力調節弁５を設けた部分よりも上流側の部分に接続される。バックアップ用ボイラ４は、本実施形態では複数台の缶体４１を有する貫流ボイラで構成される。貫流ボイラは、図示はしないが、缶体４１を加熱する加熱手段を備えており、上端部に缶体４１内で発生した蒸気を缶体４１外に導出する配管が接続されると共に、各缶体４１からの配管がヘッダ２１に接続されていて、このヘッダ２１にバックアップ用搬送路４０が接続される。また各缶体４１からの配管には逆止弁が設けてある。

次に、バックアップ用ボイラ４の運転について説明する。バックアップ用ボイラ４の運転は、複数台のバックアップ用ボイラ４のうちの一部を主蒸気供給装置１の通常運転（後述するトリップ信号を受けていない時の運転）時の発生蒸気量を賄い得る強制燃焼待機ボイラ４ａとすると共に、残りのバックアップ用ボイラ４を保圧待機する保圧待機ボイラ４ｂとする。

制御部は、通常運転時に蒸気量計測手段または圧力計測手段（図示せず）での計測値から使用している蒸気量を求め、バックアップ用ボイラ４の台数制御を行うと共に比例制御を行うものである。台数制御により、強制燃焼待機させる強制燃焼待機ボイラ４ａの台数を算定すると共に、これらの最低燃焼での連続運転を行い、比例制御により、台数制御は、主蒸気供給装置１で発生している蒸気量をバックアップ用ボイラ４にて賄う際に燃焼運転する缶体４１の台数を算定し、前記台数を強制燃焼待機ボイラ４ａとして最低燃焼による連続運転を行って待機するもので、比例制御は、前記台数制御にて定まった台数の缶体４１にて、前記蒸気発生量や圧力を所定値となるように比例制御するものである。強制燃焼待機ボイラ４ａは待機しながらも蒸気負荷に合わせた圧力一定制御運転を可能とする。本実施形態では各缶体４１のターンダウン比が１：６となる貫流ボイラを採用している。

また、保圧待機ボイラ４ｂについては、最低燃焼による間欠運転を行っており、強制燃焼待機ボイラ４ａとともに缶体４１内の蒸気圧を一定に保持している。

バックアップ用ボイラ４は、主蒸気供給装置１側のトリップ信号を制御部が受けてから、最大燃焼または燃焼量を調節して運転を行うように制御部により制御され、主蒸気供給装置１の代わりにあるいは主蒸気供給装置１と共に蒸気使用先に蒸気を供給する。トリップ信号としては、主蒸気供給装置１の熱源のトリップ信号（例えばガスタービンの停止等の異常、燃料電池の異常のトリップ信号）や、主蒸気供給装置１のボイラのトリップ信号（例えば上記発生量の急減等のトリップ信号）が挙げられ、バックアップ用ボイラ４の稼働の際の判断に採用される。トリップ信号は一つまたは複数のトリップ信号を選択的に採用することができる。また、急速燃焼指令として、強制最大燃焼させる代わりに圧力制御設定値を上昇させると、敏感かつ発生蒸気を余らせることなく負荷追従ができ、効果的である。

通常の運転時には、主蒸気供給装置１からの発生蒸気を搬送路３、ヘッダ２１を介して使用先の負荷２２に供給するが、この時、搬送路３の途中に蒸気圧力調節弁５を設けたことで、搬送路３の蒸気圧力調節弁５よりも上流側の部分および、バックアップ用搬送路４０、バックアップ用ボイラ４（図中の搬送路３の太線部分）を高圧（本実施形態では２ＭＰａＧ）とし、搬送路３の蒸気圧力調節弁５よりも下流側の部分を低圧（本実施形態では１．７５ＭＰａＧ）としてあり、蒸気使用先に蒸気を供給する。

そしてトリップ信号を受けると、バックアップ用ボイラ４を稼働させて上述したように蒸気の供給を行うものである。この際、強制燃焼待機によって使用先の蒸気消費量に見合った蒸気を発生可能な台数の缶体４１を最低燃焼により予熱しているため、トリップ信号を受けた際に速やかに起動することができて、プレパージの間の時間のロスを無くした急速バックアップを実現することができる。

また、蒸気圧力調節弁５を、搬送路３のバックアップ用搬送路４０を設けた部分よりも下流側の部分に設け、搬送路３の蒸気圧力調節弁５よりも下流側の部分を所定圧力（本実施形態では１．７５ＭＰａＧ）とすると共に蒸気圧力調節弁５よりも上流側の部分を前記所定圧力よりも高い高圧としているため、主蒸気供給装置１が停止又はその蒸気発生量が急減しても、搬送路３の蒸気圧力調節弁５よりも上流側の部分・バックアップ用搬送路４０・バックアップ用ボイラ４の広い範囲がバッファとなって、使用先への蒸気圧力変動を吸収してバックアップ追従性を向上させることが可能となる。使用先蒸気負荷がより厳しい条件となる場合でも、蒸気圧力調節弁５の上流および下流の設定圧力差を大きくすることにより、対応可能である。

また、台数制御および比例制御により、供給する蒸気量を広い範囲に亘って細かく制御することが可能となるものである。

また、バックアップ用ボイラ４にターンダウン比が１：６となる貫流ボイラを採用することで、最低燃焼での待機中の消費燃料を抑えることができて、省コスト・省エネ化を図ることができるものである。

本発明の一実施形態の構成図である。 従来例の構成図である。

符号の説明

１ 主蒸気供給装置
１ａ 発電装置
１ｂ 排熱ボイラ
２２ 負荷
２１ ヘッダ
２３ 供給路
２４ 開閉弁
３ 搬送路
３１ 分岐路
３２ 一次圧力制御弁
３０ 開閉弁
４０ バックアップ用搬送路
４ バックアップ用ボイラ
４ａ 強制燃焼待機ボイラ
４ｂ 保圧待機ボイラ
４１ 缶体
５ 蒸気圧力調節弁

Claims (2)

1. 主蒸気供給装置と、前記主蒸気供給装置で発生した蒸気を蒸気使用先の負荷またはヘッダに搬送するための搬送路と、前記搬送路の途中にバックアップ用搬送路を介して接続されるバックアップ用ボイラと、バックアップ用ボイラに対して燃焼指令を送る制御部とを備えた蒸気供給システムであって、搬送路のバックアップ用搬送路が接続された部分よりも下流側の部分に蒸気圧力調節弁を設け、搬送路の前記蒸気圧力調節弁を設けた部分よりも下流側の部分を所定圧力となるように搬送路の前記蒸気圧力調節弁よりも上流側の部分およびバックアップ用搬送路内の蒸気圧を前記所定圧力よりも高い圧力となるように制御部にて保持して成ることを特徴とするバックアップ用ボイラを設けた蒸気供給システム。
2. 主蒸気供給装置での蒸気発生量に応じてバックアップ用ボイラのうち強制燃焼待機を行う缶体の台数を算定して該缶体を最低燃焼で連続運転する台数制御を行うと共に、前記蒸気発生量の蒸気を発生させるために前記缶体による燃焼量を比例制御することを特徴とする請求項１記載のバックアップ用ボイラを設けた蒸気供給システム。

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