JP2725143B2 - 燃焼式過熱器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、過熱対象の蒸気が流れ
る蒸気流路を備え、蒸気流路に流路内を流れる蒸気を過
熱する過熱部と流路内を流れる蒸気に水噴霧して蒸気量
を富化可能な水噴霧部とを備えるとともに、過熱部おい
て蒸気に供給する熱量を制御する過熱量制御手段を備え
た燃焼式過熱器に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような燃焼式過熱器は、例えば焼却
炉に設置されたボイラで生成される低温の蒸気を過熱器
により高温化し、蒸気タービンで発電するごみ発電技術
等の分野で利用される。このような過熱器を備えたごみ
発電においては、発電に高温高圧蒸気が使用できるため
高効率発電が可能である。さらに、例えば水噴霧部を備
えてあれば、焼却炉からの蒸気量が減少したときに、水
噴霧部から過熱器の蒸気管内に水噴霧し、蒸気を追加生
成することで蒸気変動を抑えて小規模のごみ発電炉でも
安定した蒸気量を確保することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造を採用すると所定の蒸気量を確保できるもの
の、たとえ補給水量を蒸気化するのに必要な熱量を過熱
部に追加供給する構成を採用する場合においても蒸気温
度の変動が起こる場合があった。ここで、上記のよう
に、ごみ発電等の発電装置においては、システムを安定
的に運転するためには、発電装置に供給される蒸気量が
安定していると同時にその蒸気温度が安定している必要
がある。従って、本発明の目的は、過熱器から生成され
る蒸気の蒸気量が経時的に安定して確保されるととも
に、その蒸気温度の変動も低く抑えられ、例えば、ごみ
発電システムに好適に使用することが可能な燃焼式過熱
器を得ることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明による燃焼式過熱器の特徴構成は、過熱器入口に
おける蒸気流量を検出する蒸気流量検出手段と、過熱器
出口における蒸気温度を検出する蒸気温度検出手段とを
備えるとともに、前記蒸気流量検出手段で検出した蒸気
流量が所定の目標値よりも低くなると、水噴霧部に所要
量の水を噴霧する水噴霧量制御手段を設け、前記噴霧す
る水量に対して必要とする追加熱量の算出結果に基づ
き、前記蒸気温度が所定の目標値になるように過熱量制
御手段により前記供給する熱量を設定し、さらに、前記
蒸気温度検出手段の検出結果に基づいて前記蒸気温度を
前記目標値に維持するように、前記過熱量制御手段によ
り前記供給する熱量をＰＩＤ制御することにある。そし
て、それらの作用・効果は以下の通りである。

【０００５】

【作用】本願の燃焼式過熱器では、過熱器出口における
蒸気流量を所定の目標値に維持しながら、前記過熱器出
口における蒸気温度を所定の目標値に安定して維持でき
る。つまり、蒸気流量検出手段の検出結果が前記所定の
目標値に達しない場合には、水噴霧部より不足量に見合
う量の水を噴霧する水噴霧量制御手段を備えており、所
要量の水の補給がおこなわれるから、例えばごみ発電の
ように、蒸気量変動があっても、所定の蒸気量を確保で
きるようになり、その結果として前記過熱器出口におけ
る蒸気温度の低下傾向に対して、これを所定の目標値に
維持するのに必要とする追加熱量を過熱量制御手段で算
出して供給熱量を制御するから、前記蒸気温度の低下は
防止でき、さらに、蒸気温度検出手段による過熱器出口
における蒸気温度の検出結果に基づいて、前記過熱量制
御手段が蒸気温度を所定の目標値になるように供給する
熱量をＰＩＤ制御するから、前記目標値以上に過渡的に
前記蒸気温度が上昇することを抑制できる。

【０００６】従って、蒸気量の不足に伴って蒸気流路に
水噴霧を行い、かつ、過熱部温度な異常な上昇を抑制す
るために水噴霧を行いながら、蒸気量の確保とともに蒸
気温度を目標値に維持することができる。ここで、例え
ばごみ発電のように、蒸気量変動のある廃熱ボイラから
の蒸気を利用して発電をおこなうシステムにおいても、
蒸気流路に流入する蒸気量が所定の蒸気量に対して不足
する場合でも、水噴霧量制御手段により所要量の水の補
給がおこなわれ、所定の蒸気温度を維持しながら所定の
蒸気量を確保してシステムの運転ができる。

【０００７】さて、このような制御形態（給水量に基づ
く制御と出口側蒸気温度に基づく制御）が必要となる理
由について以下に詳細に説明する。蒸気量の不足を補う
ために水の補給をおこなうと、過熱部では蒸気温度を上
昇させるのに時間遅れを生じ、水噴霧部では蒸気温度を
下降させるのに同じく時間遅れを生じる。さて、前記過
熱部と水噴霧部での伝熱量変化を検討すると、これら各
部位の構造に従って、例えば、過熱部での吸熱の時間遅
れと水噴霧部での放熱の時間遅れとには差がある。この
状況を図６に示した。図は、水噴霧に伴う過熱部と水噴
霧部での測定蒸気温度から求めた伝熱量変化を示してお
り、実線が水噴霧部のもの、点線が過熱部のもの、さら
に、一点鎖線が両者を合わせたものを示している。そし
て、同図に示すように、この例の場合は、水噴霧部の時
間遅れτ_dが過熱部の時間遅れτ_sより大きくなってい
る。そしてこの例のように、水噴霧部での放熱の時間遅
れが大きく、過熱部での吸熱の時間遅れとに差がある
と、この差が、蒸気温度を一時的に上昇させる。このよ
うな状況は、たとえ、前述のように蒸気が不足した時に
不足分を水噴霧し、噴霧水量に対して必要とする追加熱
量を追加して蒸気温度を一定にしようとする場合におい
ても、時間遅れの差に起因して誘起される。この状況が
図７に示されている。同図は、燃焼式過熱器出口に於け
る蒸気温度の時間的変化を実線で示しており、一時的な
温度上昇が発生することが判る。しかしながら、本願に
おいては、水噴霧量制御手段及び独特の動作をおこなう
過熱量制御手段を備え、さらに、過熱量制御手段が出口
蒸気温度に従って過熱量を制御するため、有効に蒸気温
度の変化を吸収して、この変動なしに過熱器の運転をす
ることができる。

【０００８】

【発明の効果】従って、過熱器から生成される蒸気の蒸
気量が経時的に安定して確保されるとともに、その蒸気
温度の変動も低く抑えられ、例えば、ごみ発電システム
に好適に使用することが可能な燃焼式過熱器を得て、例
えば、このような燃焼式過熱器を採用するごみ発電シス
テムにおいて、制御性を向上し、良好な安定発電操業を
得ることができた。

【０００９】

【実施例】以下本願の実施例を図面に基づいて説明す
る。説明にあたっては、本願の燃焼式過熱器４を使用し
たゴミ発電システム１００とともに説明する。図１に、
このゴミ発電システム１００の構成が示されている。こ
のシステム１００はゴミ焼却炉１に備えられる廃熱ボイ
ラ２と、この廃熱ボイラ２に接続される燃焼式過熱器４
と、発電用のタービン３とを備えて構成されている。従
って、ゴミ焼却炉１での発生熱を利用する廃熱ボイラ２
を用いて発生される蒸気は、燃焼式過熱器４に送られて
さらに過熱され、その後、発電用のタービン３に導かれ
て、発電の用に供される。燃焼式過熱器４は、図３から
図４に示すように、蒸気流路６内を流れる蒸気を燃焼ガ
スによって過熱する過熱炉７を備えるとともに、過熱器
４から生成される蒸気の温度または量を調節する注水機
構５と、その注水機構５の下流側の蒸気流路６に設けた
ドレン検出機構９を備えている。

【００１０】即ち、この燃焼式過熱器４の蒸気流路６
は、路内を流れる蒸気が過熱炉７内で燃焼する燃焼ガス
によって過熱される過熱部６ａと、給水噴霧操作される
水噴霧部６ｂとを備えた構成となっている。さらに、図
２に示すように、前記過熱部６ａおいて蒸気に供給する
熱量を制御する過熱量制御手段と、蒸気流路に流入する
蒸気量が所定の蒸気量に対して不足する場合に、上述の
注水機構５を働かせて水噴霧部６ｂに不足量に見合う量
の水を噴霧する水噴霧量制御手段と、過熱器出口におけ
る蒸気温度を検出する蒸気温度検出手段１４とを備えて
いる。そして、この過熱量制御手段は、上記の過熱部６
ａにおいて水噴霧量制御手段により噴霧される水の量に
見合って供給する熱量を増加する動作をおこなう構成が
採用されるとともに、蒸気温度検出手段１４の検出結果
に基づいて、蒸気温度を所定の目標値になるように供給
する熱量を制御する構成が採用されている。ここで、こ
の制御は、過熱器出口における蒸気温度を入力とし、供
給熱量を制御するＰＩＤ制御である。

【００１１】前述の蒸気流路６の一部を成す過熱部６ａ
は、過熱炉７内に、複数の伝熱管４ａを炉の上下方向に
並設して構成される三つの伝熱管群４ｂとして構成され
ている。この蒸気流路６の過熱器入口側には蒸気流量を
検出する流量センサ１１が備えられ、過熱器出口側に
は、この部位における蒸気温度を検出する温度センサ１
４が備えられている。前述の水噴霧部６ｂは、伝熱管群
４ｂ間に亘って設けられる蒸気流路６であって、過熱炉
７内から蒸気を外部に導き、さらに過熱炉７内に戻すべ
く、その炉頭上部側に設けられる一対の炉頭側蒸気流路
部１２を備えて構成されている。図２に示すように、前
記過熱炉７には、バーナ７ａと、このバーナ７ａに燃焼
用酸素含有ガスである空気及び燃料ガスを供給する供給
機構７ｂと、この供給機構７ｂを動作制御する動作制御
手段７ｃが備えられている。そして、これらが全体とし
て、過熱量制御手段を構成している。さらにこの動作制
御手段７ｃは、過熱器４の下流側に設けられる温度セン
サ１４からの検出温度を入力として、供給熱量をＰＩＤ
制御するように構成されている。先に説明した注水機構
５とこの注水機構５に対する動作制御手段５ａ及び、過
熱器４の上流側に備えられ、且つ過熱器４に供給される
蒸気量を検出する流量センサ１１が備えられており、前
述の動作制御手段５ａは、ごみ発電を安定しておこなう
目的から、廃熱ボイラ２で発生した蒸気量が不足してい
ることが過熱器４の上流側に設けた流量センサ１１で検
出された場合に、適量の水噴霧をおこなって、所定蒸気
流量が確保するものとして構成されている。従って、こ
れらが全体として水噴霧量制御手段を構成している。

【００１２】更に、この過熱器４には、図１に示すよう
に排ガスを炉内に再循環（循環量７５％〜９０％）する
循環路１５が備えられており、低空気比燃焼と約９０％
という高い熱効率（過熱量／燃焼熱量）を実現できる。
また、この再循環構造によって蒸気量変動によって追加
蒸気を発生するときの過熱量の制御が容易になる。

【００１３】以下に、廃熱ボイラ２からの蒸気量が減少
した場合の本願の過熱器４の動作について説明する。過
熱器４に流入する蒸気流量は流量センサ１１によって常
時モニターされ、このセンサ１１が検出する蒸気流量値
が所定の目標値よりも低くなると、水噴霧量制御手段が
働き、水噴霧部６ａに所要量の水が噴霧される。この時
同時に、給水量に対して必要とされる熱量の追加補給
が、過熱量制御手段により図られる。しかしながら、過
熱部６ｂと水噴霧部６ａにおいては、夫々の部位におい
て、異なった時間遅れを有するため、過熱器出口におけ
る蒸気温度が変動する。そこで、この蒸気温度は、蒸気
温度検出手段である温度センサ１４によって検出され、
前述の過熱量制御手段が、出口蒸気温度をモニター入力
とするＰＩＤ制御をおこなう。結果、蒸気の流量、温度
制御が有効に行われる。

【００１４】以上が、本願の燃焼式過熱器４の構成であ
るが、以下、作動確認状況について説明する。 １．水噴霧状況 水噴霧性能の確認のため蒸気の過熱度と最大噴霧量の関
係を確認した。最大噴霧量とは、水噴霧時に噴霧水量す
べてがドレンが発生せずに水噴霧部６ａで蒸気にできる
噴霧量をいう。ドレン発生の検知は蒸気流路６内の水噴
霧後の蒸気温度の分布、蒸気流路６を構成する配管表面
温度の測定、管表面のサーモグラフィ映像の三者を併用
して行った。結果、過熱度と最大噴霧水量の関係は、所
要の蒸気量に対して一段のみの噴霧で蒸気量の１６％、
二段で噴霧すれば計２１％の噴霧が可能であり、二段噴
霧可能な本願の燃焼式過熱器４においては、廃熱ボイラ
２からの蒸気量が、所定値に対して２０％減少したとき
でも蒸気量は回復できることが確認できた。（ただし、
所定の蒸気量は６１５ｋｇ／ｈとした） ２．過熱器出口に於ける蒸気量と蒸気温度状況 注水機構５を作動させて水を蒸気流路６内に噴霧し（６
１ｋｇ／ｈ）、蒸気量・蒸気温度の時間遅れをそれぞれ
確認した。結果、蒸気量はほぼ瞬時に回復し、燃焼式過
熱器出口蒸気温度の変動も殆どなかった。

【００１５】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】ゴミ発電装置の構成図

【図２】過熱器の制御構成を示す図

【図３】燃焼式過熱器の縦断面図

【図４】燃焼式過熱器の正面図

【図５】燃焼式過熱器の一部切欠き平面図

【図６】水噴霧に伴う過熱部と水噴霧部での伝熱量変化
を示す図

【図７】燃焼式過熱器出口に於ける蒸気温度を示す図

【符号の説明】

４ 過熱器 ６ 蒸気流路 ６ａ 過熱部 ６ｂ 水噴霧部１１ 蒸気流量検出手段 １４ 蒸気温度検出手段

フロントページの続き (72)発明者 二階堂 弘明 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会 社クボタ 技術開発研究所内 (56)参考文献 特開 平５−312301（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−46303（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−22806（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過熱対象の蒸気が流れる蒸気流路（６）
   を備え、前記蒸気流路（６）に流路内を流れる蒸気を過
   熱する過熱部（６ａ）と流路内を流れる蒸気に水噴霧し
   て蒸気量を富化可能な水噴霧部（６ｂ）とを備えるとと
   もに、前記過熱部（６ａ）おいて蒸気に供給する熱量を
   制御する過熱量制御手段を備えた燃焼式過熱器であっ
   て、過熱器入口における蒸気流量を検出する蒸気流量検出手
   段（１１）と、 過熱器出口における蒸気温度を検出する
   蒸気温度検出手段（１４）とを備えるとともに、前記蒸
   気流量検出手段（１１）で検出した蒸気流量が所定の目
   標値よりも低くなると、前記水噴霧部（６ａ）に所要量
   の水を噴霧する水噴霧量制御手段を設け、前記噴霧する
   水量に対して必要とする追加熱量の算出結果に基づき、
   前記蒸気温度が所定の目標値になるように前記過熱量制
   御手段により前記供給する熱量を設定し、さらに、前記
   蒸気温度検出手段（１４）の検出結果に基づいて前記蒸
   気温度を前記目標値に維持するように、前記過熱量制御
   手段により前記供給する熱量をＰＩＤ制御する燃焼式過
   熱器。