JP2008039224A

JP2008039224A - 定圧貫流ボイラ構成とその運用方法

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Publication number: JP2008039224A
Application number: JP2006211333A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Migaki; 仁志三垣; Hideaki Tamai; 秀明玉井
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】定圧貫流ボイラの一次過熱器１３の出口圧力の急激な上昇が発生する箇所との特定と、その対応策を提供することである。
【解決手段】一次過熱器１３の出口の圧力計３５とレジスタチューブ２２と一次過熱器バイパス弁２３の間の圧力計３６とで測定した各管内圧力の偏差又はレジスタチューブ２２と一次過熱器バイパス弁２３の間の圧力計３６と一次過熱器バイパス弁２３の出口の圧力計３７の各管内圧力の偏差に基づきレジスタチューブ２２の洗浄時期または取り替え時期又は一次過熱器バイパス弁２３の洗浄時期または取り替え時期を予測する貫流ボイラの起動バイパス系統とその運用方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は定圧貫流ボイラの過熱器バイパス系統に係り、特に過熱器バイパス系統の配管内の圧力損失増加の程度を監視しながら、配管類の更新時期及び化学洗浄時期を予測するための定圧貫流ボイラ構成とその運用方法に関するものである。

図３に従来の定圧貫流ボイラの起動バイパス系統図を示す。
図示しない復水器からの復水は脱気器１で脱気された後、ボイラ給水ポンプ２により吐出した給水は出口側の給水流量調節弁４により流量が調整され、給水配管７に設けられた給水流量計８及び高圧ヒータ９を通してボイラ本体１００の節炭器１０に入る。なお、ポンプ出口止弁５は、該止弁５から下流と上流とを分離するために設けられ、配管内の酸洗い時などにおいて該止弁５から下流に酸洗い液が流入しないようにするために設けられる。なお、ボイラ給水ポンプ２はモータで駆動し、該ポンプ２の出口には給水流量調節弁４が設けられている。また、脱気器１の出口には図示しない蒸気タービンで駆動するポンプ３がポンプ２に並列配置されており、該ポンプ３の出口には前記ポンプ出口止弁５と同一の機能を奏するポンプ出口止弁６が設けられている。

また、ボイラ本体１００は節炭器１０、水冷壁１１、ケージ壁１２、一次過熱器１３及び二次過熱器１８などから構成され、ボイラ本体１００で生成した蒸気は蒸気タービンで使用される。

また、ボイラ起動時には蒸気タービンへ供給する蒸気条件が成立するまで、水及び／又は蒸気からなる流体を起動バイパス系統を使用してフラッシュタンク２６に通し、復水器、脱気器１へ循環させる運転が行われる。

従来の定圧貫流ボイラの起動バイパス系統のうち、一次過熱器１３のバイパス系統は、一次過熱器バイパス配管２０、レジスタチューブバイパス弁２１、レジスタチューブ２２及び一次過熱器バイパス弁２３などを設置した一次過熱器バイパス系統Ａで構成され、二次過熱器１８のバイパス系統は二次過熱器バイパス配管２４、二次過熱器バイパス弁２５、二次過熱器ウォーミング配管２７及び二次過熱器ウォーミング弁２８などを設置した二次過熱器バイパス系統Ｂで構成されている。

上記起動バイパス系統において、それぞれ一次過熱器１３及び二次過熱器１８での過熱条件が成立するまでは各バイパス系統Ａ、Ｂを流体が循環する。また、図示していないが、二次過熱器１８の後流側の蒸気配管に三次過熱器以上の高次過熱器が設置される場合は、起動時の高次過熱蒸気条件が成立するまで流体が循環する高次過熱器バイパス系統が設けられている。

さらに、フラッシュタンク２６から復水器にはフラッシュタンクレベル調節弁３２を備えた復水器供給配管３１を経由して水及び／又は蒸気が供給される。また、復水器供給配管３１から分岐した脱気器供給配管２９（脱気器レベル調節弁３０を備えている）から脱気器１に水及び／又は蒸気が供給される。

また、一次過熱器入口温度計３３が一次過熱器１３の入口配管に設けられ、一次過熱器出口温度計３４が一次・二次過熱器連絡管１４に設けられている。また、一次・二次過熱器連絡管１４には過熱器止弁１５が設けられ、過熱器止弁バイパス配管１６には過熱器減圧弁１７が設けられている。

貫流ボイラの起動時においては最終過熱器を二次過熱器１８とした場合には、蒸気タービン通気とその後のタービン併入（蒸気タービン通気後に電力系統に電気が併入すること）のための二次過熱器１８の出口蒸気条件が確立するまでは、次のように一次過熱器バイパス系統Ａ及び／又は二次過熱器バイパス系統Ｂで水及び／又は蒸気からなる流体を循環させる。すなわち一次過熱器１３の出口蒸気条件が確立するまでは一次過熱器バイパス系統Ａを使用してフラッシュタンク２６に前記流体を循環させ、一次過熱器１３の出口蒸気条件が確立すると、一次過熱器バイパス系統Ａを閉止して二次過熱器バイパス系統Ｂを使用してフラッシュタンク２６に蒸気を循環させながら、ミニマム給水量で給水と復水の循環運転を行う。

このように起動バイパス系統Ａ、Ｂなどは、ボイラ水張りとボイラ昇圧から始まりタービン通気とタービン併入までの間に、給水あるいは復水を前記バイパス系統Ａ、Ｂなどを通してフラッシュタンク２６から復水器に回収・循環する系統である。

一次過熱器１３の入口温度条件が確立するまでは、第一段階として一次過熱器バイパス系統Ａを使用してミニマム給水量の全量を循環する運転を行うが、このバイパス系統Ａには高圧・低温流体を流すことによって発生する一次過熱器バイパス弁２３の騒音及びエロージョンを防止するためのレジスタチューブ２２を設けている。レジスタチューブ２２は一次過熱器バイパス配管２０の一部をバイパスする流体が迂回して流れるように設けられ、該レジスタチューブ２２を迂回する一次過熱器バイパス配管２０にレジスタチューブバイパス弁２１を設置している。そして一次過熱器１３の入口温度が規定値に達するまで、レジスタチューブバイパス弁２１を閉じた状態でミニマム給水量の全量をレジスタチューブ２２を経由して流す運用を行う。

上記レジスタチューブ２２は、内径が２４ｍｍ程度で、長さ約１５ｍの配管を５本程度並列配置した構成からなり、レジスタチューブ２２の各配管内に１０Ｍｐａ以上の高差圧で給水する方式であるので通常の流れの場と異なり、高速流の場となる。

また、図３に示す一次過熱器バイパス系統Ａには流体の温度・圧力を計測する機器を設けてなく、一次過熱器バイパス系統Ａの流体自体の圧力・温度の監視は蒸気タービンに蒸気を供給する主流側の一次過熱器１３の入口と出口に設置した入口温度計３３と出口温度計３４と一次過熱器出口圧力計３５で行われるだけである。

なお、過熱器内の主蒸気圧力により過熱器バイパス系統に流す蒸気流量を制御することは特許文献１、２などに開示されている。
特開２０００−３２０８０１号公報特開平６−２１３４０４号公報

図３に示す定圧貫流ボイラの起動バイパス装置を設けた系統において運転実績のあるボイラ（既納缶）の一次過熱器１３の出口圧力がボイラの運転を続けていくと上昇する傾向があることは従来から分っていたが、一次過熱器１３の出口圧力が経年的に増加傾向にあるため、それを初期値と同等になるように抑えるために、一次過熱器バイパス弁２３の開度を経時的に大きくして対応していた。しかし、運用を開始してから十数年が経過した後に一次過熱器１３の出口圧力が急激に上昇する現象が発生して一次過熱器バイパス系統Ａの圧力制御が不可能となる現象が生じていた。

このため、従来の対策では一次過熱器バイパス弁２３の開度が制御上限値に達すると、一次過熱器バイパス系統Ａに流す給水流量を落とさざるを得ず、その後、再び一次過熱器バイパス弁２３の開度を再増加しても制御の上限を超えてしまい対応不能になって、バイパス系統を切断して硫酸などの強酸で酸洗いせざるを得なかった。このような問題は、二次過熱器バイパス系統Ｂ及びそれより高次の過熱器バイパス系統でも生じていた。

そこで、本発明の課題は、定圧貫流ボイラの過熱器の出口圧力の急激な上昇が発生する箇所の特定と、その対応策を提供することである。

本発明の上記課題は、次の解決手段により達成できる。
すなわち、請求項１記載の発明は、内部を水又は蒸気が流れる伝熱管パネルからなり、ボイラ火炉の周壁を構成する水冷壁（１１）と、内部を水又は蒸気が流れる伝熱管パネルからなり、ボイラ火炉での燃料の燃焼により生成した燃焼ガスが火炉の下流側に配置される煙突に向かって排出される流路である煙道の周壁を構成するゲージ壁（１２）と、内部を過熱蒸気が流れる伝熱管からなり、前記煙道内に設けられる一次過熱器（１３）と、内部を過熱蒸気が流れる伝熱管からなり、前記一次過熱器（１３）の下流側の煙道内に設けられる少なくとも二次過熱器（１８）を含む高次過熱器と、内部を水が流通する伝熱管パネルからなり、前記二次過熱器（１８）を含む高次過熱器の下流側の煙道内に設けられる節炭器（１０）とを有する定圧貫流ボイラと、該貫流ボイラで得られた蒸気を負荷対象で使用した後に復水する復水器と、該復水器からの給水を前記節炭器（１０）、水冷壁（１１）、ゲージ壁（１２）に順次供給した後、前記一次過熱器（１３）の入口から復水器にバイパスさせる一次過熱器バイパス系統（Ａ）と、前記一次過熱器（１３）の出口からの過熱蒸気を二次過熱器（１８）の入口から復水器にバイパスさせる二次過熱器バイパス系統（Ｂ）を含む高次過熱器バイパス系統とを備えた定圧貫流ボイラ構成において、前記一次過熱器バイパス系統（Ａ）は、上流側からレジスタチューブ（２２）とそのバイパス弁（２１）と一次過熱器バイパス弁（２３）を備え、節炭器（１０）入口又は一次過熱器（１３）出口の配管内の圧力を測定する圧力計（４２又は３５）と、前記レジスタチューブ（２２）と一次過熱器バイパス弁（２３）の間の配管（２０）内の圧力を測定する圧力計（３６）と、一次過熱器バイパス弁（２３）の出口の配管（２４）内の圧力を測定する圧力計（３７）と、さらに二次過熱器（１８）以上の高次過熱器の出口と入口の配管内の圧力をそれぞれ測定する圧力計（４３など）を設けた定圧貫流ボイラ構成である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の定圧貫流ボイラ構成の運用方法であって、（ａ）前記節炭器（１０）入口又は一次過熱器（１３）出口の圧力計（４２又は３５）と前記レジスタチューブ（２２）と一次過熱器バイパス弁（２３）の間の圧力計（３６）とで測定した各配管内圧力の偏差又は（ｂ）前記レジスタチューブ（２２）と一次過熱器バイパス弁（２３）の間の圧力計（３６）と前記一次過熱器バイパス弁（２３）の出口の圧力計（３７）とで測定した各配管内圧力の偏差に基づきレジスタチューブ（２２）の洗浄時期または取り替え時期又は一次過熱器バイパス弁（２３）の洗浄時期または取り替え時期を予測する定圧貫流ボイラ構成の運用方法である。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の定圧貫流ボイラ構成の運用方法であって、前記二次過熱器（１８）以上の高次過熱器の入口と出口の蒸気が流通する配管（２４，１９など）内の圧力をそれぞれ測定する圧力計（３５，４３など）で測定した各配管内圧力の偏差に基づき前記二次過熱器（１８）以上の高次過熱器バイパス弁の洗浄時期または取り替え時期を予測する定圧貫流ボイラ構成の運用方法である。

（作用）
図３に示すように定圧貫流ボイラの一次過熱器バイパス系統Ａには差圧１０Ｍｐａ以上の抵抗を負うレジスタチューブ２２を設置しているが、該レジスタチューブ２２の管径は非常に細く、管内の流れは通常の流れの場と異なり、約５０ｍ／ｓの高速流となるため、圧力損失はスケール付着、特に表面粗さにより非常に大きな影響を受ける。

さらに図３に示す一次過熱器バイパス系統Ａには、ボイラ起動過程により水状態と蒸気状態の流れが発生するため、レジスタチューブ２２や一次過熱器バイパス弁２３などの管内表面に水系のスケール及び蒸気系のスケールが付着する。これらのスケール付着部位は化学洗浄が実施できない部位であることから、ボイラに取り付けた状態では前記スケール除去が不可能な部位でもある。

水スケールはポーラス状態のスケールであるため、非破壊検査では測定困難であるだけでなく、一次過熱器バイパス系統Ａのスケール付着部位が化学洗浄が実施できない部位であることからスケールの付着の程度を予測することができない。さらに、本発明により判明した一次過熱器バイパス弁２３の制御不能の原因であるスケールの表面粗さが生じていることがサンプル調査で分かったとしても、このスケール表面粗さを的確に測定することは困難であることから、レジスタチューブ２２の更新時期又は化学洗浄時期の予測監視が困難である。

また、図３に示す従来の一次バイパス系統Ａには圧力の監視計器が設置されていないため、圧力損失が増加する特定部位の確定及び圧力損失の増加量を計測することが困難であった。

ところで、図２（ａ）は、特定のボイラの運転経歴（運転時間経過）に対するレジスタチューブ２２の圧力損失の変化を示すグラフであるが、このグラフに示すようにレジスタチューブ２２の圧力損失の増加傾向は、ある時点から急激に上昇している。この圧力異常上昇の原因調査をボイラの定期検査時に実施したが、レジスタチューブ２２や一次過熱器バイパス弁２３などでの詰まり又は多大なスケール付着による管内径の縮小はないことが確認された。しかし、レジスタチューブ２２の管内表面に２０〜５０μｍの表面粗さ（凹凸）があることが確認された。なお、前記付着スケール層の内部には空隙が存在しており、このスケールはポーラスタイプの水スケールであることが確認された。

また、図２（ｂ）には、特定のボイラの運転経歴（運転時間経過）に対するレジスタチューブ２２の平均表面粗さを示すグラフを示す。

本発明者は、図２（ａ）のデータと図２（ｂ）のデータの比較からレジスタチューブ２２の管内圧力の異常上昇はレジスタチューブ２２などの管内に付着したスケールの表面粗さに起因したものであることを見出した。

ところで、図２（ａ）、（ｂ）に示すグラフが得られるボイラは油焚きボイラであり、図の左端の運用開始時には電力消費量のベースロードを補うために連続運転を行っており、その後、ボイラの起動停止回数は毎月一回程度である。このときのレジスタチューブ２２の圧力損失と管内の付着スケールの平均表面粗さは、図２（ａ）、（ｂ）共に経年的には右方に緩やかに上昇する傾向を示す。

しかし、図２（ａ）、（ｂ）に示す運転経歴のグラフの半ば頃からエネルギー事情が変わり、発電エネルギーとしては原子力発電がベースロードになり、高価な石油を使用する油焚きボイラは、日々または季節によるピークロード対応に使用されるようになった。そのため、火力発電用のボイラは、週末に起動と停止を繰り返す状態から毎日起動と停止を繰り返す運転ＤＳＳ（Daily Start Daily Stop）へ、さらに時間ピーク対応に伴う急速負荷変化運転が課せられるようになった。図２（ｃ）には火力発電用のボイラの起動・停止回数と運転経歴との関係を示すグラフである。

図２（ｃ）に示す発電所の事情の変更で火力発電用のボイラが起動・停止回数を急増させ始めた時期が図２（ａ）に示すレジスタチューブ２２の圧力損失が急上昇し始めた時期と一致していることが分かった。

図２（ｃ）に示すボイラの起動停止回数（近年、ボイラの起動停止回数が大幅に増加している）に圧力損失が関係していることが明らかとなったが、このことからボイラの起動時に使用される一次過熱器バイパス系統Ａを流れる流体が水状態であり、この水状態の流体に含まれるスケール成分がレジスタチューブ２２内に付着し易くなるためであると考えられる。

図２（ｄ）には火力発電用のボイラの起動弁の実開度と起動弁の計算開度との関係から弁の異常と正常を判定するためのグラフを示す。

なお、図２（ａ）〜（ｃ）の横軸は２０〜３０年間の運転時間を表しており、また、図２（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ概算データを図示している。

図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、ボイラの起動停止回数が増加することが一次過熱器バイパス系統Ａの管内のスケール付着量とスケールの表面粗さに密接に関係することが確認され、さらに、一次過熱器バイパス系統Ａの配管内で圧力損失が大きくなる原因が発電所のボイラ運用が変化したためであることも判明した。

このように定圧貫流ボイラの一次過熱器１３の出口圧力の上昇は一次過熱器バイパス系統Ａにおけるレジスタチューブ２２内のスケール付着が原因であり、レジスタチューブ２２内のスケール付着による流体圧力損失の増大により一次過熱器１３の出口圧力の上昇が生じていることが分かり、さらに、レジスタチューブ２２管内のスケールの表面粗さが圧力損失の原因の一つであることが分かった。

本発明で分かったことであるが、例えばレジスタチューブ２２の管内径が２４ｍｍの場合、１ｍｍの厚さでチューブ内に均一厚さのスケールが付着した場合とスケール付着により平均表面粗さ２５μｍが生じた場合の圧力損失がほぼ同等となる。

上記知見により、レジスタチューブ２２での圧力損失が特定できればそれだけを交換することができる。しかし一次過熱器バイパス系統Ａ内には圧力損失が上昇する原因箇所としてはレジスタチューブ２２の他に一次過熱器バイパス弁２３がある。一次過熱器バイパス弁２３が損傷することにより圧力損失が上昇することが考えられる。

したがって、一次過熱器バイパス弁２３での圧力損失の増加を検出するために、本発明で新たに設けた前記一次過熱器バイパス弁入口圧力計３６と一次過熱器バイパス弁２３の出口の圧力計３７（圧力計３７をフラッシュタンク２６に設けたあるのはフラッシュタンク２６の圧力損失を把握しておくことで、一次過熱器バイパス弁２３の出口圧力が分かる）との差圧により検知することができる。もちろん前記フラッシュタンクに設けた圧力計３７とは別に一次過熱器バイパス弁２３の出口側に新たに圧力計（図示せず）を設け、それと一次過熱器バイパス弁入口圧力計３６の差圧を計算しても良い。

本発明では図１に示すように一次過熱器バイパス弁２３の入口の圧力を圧力計３６で測定することにより、圧力増加要因部位がレジスタチューブ２２であるか又はバイパス弁２３であるかを特定し、また、一次過熱器バイパス系統Ａの流量・圧力分布・温度データを計測することで、規定流量におけるレジスタチューブ２２の圧力損失値、表面粗さ値が図２に示すデータに基づく計算処理により確認でき、これらを経時的に統計処理すれば圧力損失の増加特性、及び表面粗さの増加特性が監視でき、レジスタチューブ２２の更新時期或いは化学洗浄時期を予測することができる。

このような過熱器バイパス系統内の圧力損失の問題は二次過熱器１８以上の高次過熱器のバイパス系統でも生じていたが、本発明により二次過熱器１８以上の高次過熱器バイパス弁の洗浄時期または取り替え時期を予測することができるようになった。

本発明によれば、定圧貫流ボイラの起動において、一次過熱器バイパス系統及びそれ以上の高次過熱器バイパス系統の経時的なスケール付着による圧力損失の増加傾向が確認監視できるため、原因箇所の特定及びレジスタチューブの更新或いは化学洗浄時期の予測監視・最適化が図れ、メンテナンス費用の低減が図れる。

本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１（ａ）には本実施例の定圧貫流ボイラの水蒸気系統図を示し、図１（ｂ）には図１（ａ）の水蒸気系統の制御装置を示す。また、図３に示す従来の定圧貫流ボイラの水蒸気系統図と同一部材は同一番号を付して、その説明は省略する。
ボイラの水蒸気系統の機器は、脱気器１、ボイラ給水ポンプ２、高圧ヒータ９、ボイラ本体１００（節炭器１０、水冷壁１１、ケージ壁１２、一次過熱器１３、二次過熱器１８）、蒸気タービン（図示せず）、復水器（図示せず）、フラッシュタンク２６等によって構成される。

ボイラ給水ポンプ２から吐出した給水は出口側の給水流量調節弁４とポンプ出口止弁５により、その流量が調整され、給水流量計８、高圧ヒータ９を通してボイラ本体１００の節炭器１０に入る。

ボイラ本体１００に供給された水は、節炭器１０、水冷壁１１、ケージ壁１２にて受熱・蒸発し蒸気となって一次過熱器１３、二次過熱器１８を通して必要な蒸気温度となって蒸気タービンへ供給される。

ボイラ起動時には、蒸気タービンに供給する蒸気条件が成立するまで、起動バイパス系統を使用してフラッシュタンク２６を通し、復水器、脱気器１への循環運転が行われる。この起動バイパス系統には一次過熱器バイパス系統Ａと二次過熱器バイパス系統Ｂが設備されており、運転の初期ステップとして一次過熱器１３の入口温度が規定温度になるまでは、ケージ壁１２と一次過熱器１３の入口間に設けられた一次過熱器バイパス配管２０を有する一次過熱器バイパス系統を通して、ミニマム給水量の全量の循環運転を行う。

この初期運転状態においては、一次・二次過熱器連絡管１４に設けられた過熱器止弁１５、過熱器止弁バイパス配管１６に設けられた過熱器減圧弁１７、及び二次過熱器バイパス配管２４に設けられた二次過熱器バイパス弁２５は全閉状態の運転である。

起動バイパス運転における、一次過熱器バイパス系統Ａは一次過熱器１３の手前の流路からフラッシュタンク２６に至るまでレジスタチューブバイパス弁２１、レジスタチューブ２２及び一次過熱器バイパス弁２３などから構成され、ケージ壁１２を出たミニマム給水量はバイパス配管２０を通り、全量がレジスタチューブ２２を通過して、一次過熱器バイパス弁２３により一次過熱器１３の出口圧力を一定に制御調整し、フラッシュタンク２６に供給される。

ミニマム給水量が全量レジスタチューブ２２を通過する際、レジスタチューブ２２の圧力損失により一次過熱器バイパス弁２３の入口圧力を下げてバイパス弁２３の開度確保を図る。

一次過熱器１３の入口温度が既定値に達すると、レジスタチューブバイパス弁２１が開き、次に二次過熱器バイパス弁２５が開き、二次過熱器バイパス系統Ｂの運用に入り、順次起動バイパス運用がなされ、タービンに必要な蒸気条件を確立する運用がなされる。

二次過熱器バイパス系統Ｂの二次過熱器バイパス配管２４に設けられた二次過熱器バイパス弁２５の上流側に一次過熱器出口圧力計３５がある。また、一次過熱器バイパス系統Ａの一次過熱器バイパス弁２３の入口に圧力計３６を設置する。また、図１（ｂ）に示す制御装置３８には監視装置３９が設けられ、前記圧力計３５，３６の信号を以下に述べる計測装置の信号とともに監視装置３９に入力して水蒸気系統の監視を行う。

また、制御装置３８には、給水流量計８、一次過熱器入口温度計３３、一次過熱器出口温度計３４、一次過熱器出口圧力計３５、一次過熱器バイパス弁入口圧力計３６、フラッシュタンク圧力計３７及び一次過熱器バイパス弁２３の開度などの各種信号が入力され、前記一次過熱器出口圧力計３５と一次過熱器バイパス弁入口圧力計３６と共にレジスタチューブ２２の圧力損失特性、一次過熱器バイパス弁２３の開度特性を評価し、図２に示すようにレジスタチューブ２２及び／又は一次過熱器バイパス弁２３の更新・化洗実施時期及び圧力増加要因部位の予測・判定を行い、警報・表示する監視装置３９とＣＲＴ４０を設置する。

一次過熱器バイパス系統Ａのレジスタチューブ２２は一次過熱器バイパス弁２３に高速、高圧の流体が通過することによる孔食を防止するために設けられたものであるが、そのレジスタチューブ２２内でポーラスタイプのスケールが形成されることで圧力損失が増加してしまうと、一次過熱器バイパス弁２３から所定のバイパス流量を流通させるために、その開度を大きくしても所定のバイパス流量が得られず、一次過熱器バイパス弁２３の開度制御ができなくなる。

一般的に流体が流れる配管に設けられる流体流量調整用の開閉弁の開度は７０％〜８０％を上限とする開閉制御が行われており、前記開閉弁をそれ以上の開度にすることは実質的に流体流量の制御の裕度がない危険領域となる。そこで、本実施例では一次過熱器バイパス系統Ａにおける経時的なスケール付着による圧力損失の増加傾向を検知して、圧力損失が所定値に達するとレジスタチューブ２２内のスケールを除く化学洗浄などの作業を行い、一次過熱器バイパス弁２３の開度を大きくして所定のバイパス流量が得られるようにする。

一次過熱器バイパス系統Ａの経時的なスケール付着による圧力損失の増加傾向の検知は次のようにして行う。
ボイラの起動の最初の段階ではボイラに供給される水は節炭器１０、水冷壁１１及びケージ壁１２を流れ、一次過熱器バイパス系統Ａを通り元の給水系に戻される。このとき二次過熱器バイパス系統Ｂは使用していないので、一次過熱器１３の出口側に設けられた過熱器止弁１５、過熱器減圧弁１７及び二次過熱器バイパス弁２５は全て閉としていることは既に述べた通りである。

このボイラ起動時において、水と蒸気を含む流体が一次過熱器バイパス系統Ａを循環する間は、ケージ壁１２からの流体は一次過熱器１３には流れないため一次過熱器１３での流体の圧力損失はないので、一次過熱器出口圧力計３５での圧力値は、一次過熱器１３の入口の圧力を検出していることにもなる。

従って、一次過熱器バイパス系統Ａの圧力損失、正確には一次過熱器バイパス弁２３の上流側までの圧力損失は、前記一次過熱器バイパス弁入口圧力計３６と一次過熱器出口圧力計３５を検出し、前記一次過熱器出口圧力計３５と一次過熱器バイパス弁入口圧力計３６の差圧を計算することで分かる。

なお、レジスタチューブ２２の管内での圧力損失を検知する方法として、前記したように一次過熱器出口圧力計３５と一次過熱器バイパス弁入口圧力計３６との差圧を計算する方法の他に、前記一次過熱器出口圧力計３５に代えて、節炭器１０の入口に設けられている圧力計４２を使用してもよい。ただし、この場合は、節炭器１０、水冷壁１１及びケージ壁１２での所定の圧力損失を把握しておく必要がある。

一次過熱器バイパス系統Ａの圧力損失の増加原因となるレジスタチューブ２２を特定できればそれだけを交換することが良いが、一次過熱器バイパス系統Ａ内には圧力損失が上昇する原因箇所としてはレジスタチューブ２２の他に一次過熱器バイパス弁２３がある。一次過熱器バイパス弁２３が損傷することにより圧力損失が上昇することが考えられる。

したがって、一次過熱器バイパス弁２３での圧力損失の増加を検出するために、本実施例では新たに設けた前記一次過熱器バイパス弁入口圧力計３６と下流側のフラッシュタンク圧力計３７との差圧により検知することができる。もちろん前記フラッシュタンク圧力計３７とは別に一次過熱器バイパス弁２３の出口側に新たに圧力計（図示せず）を設け、それと一次過熱器バイパス弁入口圧力計３６の差圧を計算しても良い。

また、通常は、数日〜数ヶ月のボイラ運転中に前記差圧の上昇があると、その都度、前記したようにどこかの弁を開いて対応していくが、その弁を開閉するだけでは前記差圧の解消ができなくなると、レジスタチューブ２２の酸洗いか又は取り替え又は一次過熱器バイパス弁２３の取り替えを行う。従ってレジスタチューブ２２の酸洗い時期又は取り替え時期又は一次過熱器バイパス弁２３の取り替え時期を判断する前記差圧の程度はプラント毎に適宜設定する。

また、前記差圧のデータを日々採取しておくことで（１）一次過熱器出口圧力計３５と一次過熱器バイパス弁入口圧力計３６との差圧及び／又は（２）一次過熱器バイパス弁入口圧力計３６とフラッシュタンク圧力計３７との差圧の上昇度合いが分かるので、次回のボイラの定期検査時期（定期検査は２週間程度に亘り行われる）の間に前記バイパス系統Ａの配管を切り離して、酸洗いや取り替えを行う。

また、一次過熱器バイパス系統Ａは、元来、その設置目的が火炉出口（図１ではケージ壁１２出口）からの蒸気条件が一次過熱器１３に供給できるようになるまでは火炉内に供給される流体を一次過熱器１３の上流側で復水器（図示せず）側へバイパスさせて循環させることにあるので、一次過熱器バイパス系統Ａに圧力計などの計器を設ける必要が無かった。そのため本実施例のように一次過熱器バイパス弁入口圧力計３６を設置する必要がなかったが、図１に示す本実施例は図３に示す従来技術の一次過熱器バイパス系統Ａに一次過熱器バイパス弁入口圧力計３６を新たに設置しただけで、管内にスケールが付着して、その表面粗さが管内流体の流れに圧力損失として影響が出てくることを予測することができる効果がある。そのためにレジスタチューブ２２の内部壁面及び／又は一次過熱器バイパス弁２３の圧力損失を正確に測定することができるようになった。

また、レジスタチューブ２２の少なくとも１本を定期的に抜管し、その内部表面粗さを計測し、前回の内部表面粗さの計測値と比較して、その偏差が所定値（使用する水により適宜決定する）より小さい場合には、次のレジスタチューブ２２の交換時期を予測し、また前記偏差が前記所定値より大きい場合には、直ちに交換又は洗浄を行い、新規又は洗浄後のレジスタチューブ２２を元通りに戻しても良い。

また、圧力計３５の蒸気圧力の測定値と圧力計４３による二次過熱器１８の出口蒸気配管１９内の蒸気圧力の測定値の偏差に基づき二次過熱器バイパス弁２４の洗浄時期または取り替え時期を予測することができる。同様に図示していないが二次過熱器１８以上の高次過熱器の入口と出口の蒸気配管内の圧力偏差に基づき二次過熱器１８以上の高次過熱器バイパス弁（図示せず）の洗浄時期または取り替え時期を予測することもできる。

本発明は定圧貫流ボイラの起動時のバイパス系統の後進、洗浄時期を予測できるので、ボイラ運転性能が従来より格段によくなったので、定圧貫流ボイラの実機に適用して多大な効果を上げることができる。

本発明の一実施例の定圧貫流ボイラの起動バイパス系統図である。図１の起動バイパス系統を備えたボイラの特定のボイラの運転経歴（運転時間経過）に対するレジスタチューブの圧力損失の変化を示すグラフ（図２（ａ））、特定のボイラの運転経歴（運転時間経過）に対するレジスタチューブの平均表面粗さを示すグラフ（図２（ｂ））、火力発電用のボイラの起動・停止回数と運転経歴との関係を示すグラフ（図２（ｃ））、火力発電用のボイラの起動弁の実開度と起動弁の計算開度との関係から弁の異常と正常を判定するためのグラフ（図２（ｄ））である。従来の定圧貫流ボイラの起動バイパス装置を示す系統図である。

符号の説明

１脱気器２モータ駆動給水ポンプ
３タービン駆動給水ポンプ４給水流量調節弁
５ポンプ出口止弁６ポンプ出口止弁
７給水配管８給水流量計
９高圧ヒータ１０節炭器
１１水冷壁１２ケージ壁
１３一次過熱器１４一次・二次過熱器連絡管
１５過熱器止弁１６過熱器止弁バイパス配管
１７過熱器減圧弁１８二次過熱器
１９出口蒸気配管２０一次過熱器バイパス配管
２１レジスタチューブバイパス弁
２２レジスタチューブ
２３一次過熱器バイパス弁
２４二次過熱器バイパス配管
２５二次過熱器バイパス弁
２６フラッシュタンク
２７二次過熱器ウォーミング配管
２８二次過熱器ウォーミング弁
２９脱気器供給復水配管
３０脱気器レベル調節弁
３１復水器供給復水配管
３２フラッシュタンクレベル調節弁
３３一次過熱器入口温度計
３４一次過熱器出口温度計
３５一次過熱器出口圧力計
３６一次過熱器バイパス弁入口圧力計
３７フラッシュタンク圧力計
３８制御装置３９監視装置
４０ＣＲＴ４２節炭器入口圧力計
４３二次過熱器出口圧力計１００ボイラ

Claims

内部を水又は蒸気が流れる伝熱管パネルからなり、ボイラ火炉の周壁を構成する水冷壁と、
内部を水又は蒸気が流れる伝熱管パネルからなり、ボイラ火炉での燃料の燃焼により生成した燃焼ガスが火炉の下流側に配置される煙突に向かって排出される流路である煙道の周壁を構成するゲージ壁と、
内部を過熱蒸気が流れる伝熱管からなり、前記煙道内に設けられる一次過熱器と、
内部を過熱蒸気が流れる伝熱管からなり、前記一次過熱器の下流側の煙道内に設けられる少なくとも二次過熱器を含む高次過熱器と、
内部を水が流通する伝熱管パネルからなり、前記二次過熱器を含む高次過熱器の下流側の煙道内に設けられる節炭器と
を有する定圧貫流ボイラと、
該貫流ボイラで得られた蒸気を負荷対象で使用した後に復水する復水器と、該復水器からの給水を前記節炭器、水冷壁、ゲージ壁に順次供給した後、前記一次過熱器入口から復水器にバイパスさせる一次過熱器バイパス系統と、
前記一次過熱器の出口からの過熱蒸気を二次過熱器の入口から復水器にバイパスさせる二次過熱器バイパス系統を含む高次過熱器バイパス系統とを備えた定圧貫流ボイラ構成において、
前記一次過熱器バイパス系統は、上流側からレジスタチューブとそのバイパス弁と一次過熱器バイパス弁を備え、節炭器入口又は一次過熱器出口の配管内の圧力を測定する圧力計と、前記レジスタチューブと一次過熱器バイパス弁の間の配管内の圧力を測定する圧力計と、一次過熱器バイパス弁の出口の配管内の圧力を測定する圧力計と、さらに二次過熱器以上の高次過熱器の出口と入口の配管内の圧力をそれぞれ測定する圧力計を設けたことを特徴とする定圧貫流ボイラ構成。
請求項１記載の定圧貫流ボイラ構成の運用方法であって、
（ａ）前記節炭器入口又は一次過熱器出口の圧力計と前記レジスタチューブと一次過熱器バイパス弁の間の圧力計とで測定した各配管内圧力の偏差又は
（ｂ）前記レジスタチューブと一次過熱器バイパス弁の間の圧力計と前記一次過熱器バイパス弁の出口の圧力計とで測定した各配管内圧力の偏差
に基づきレジスタチューブの洗浄時期または取り替え時期又は一次過熱器バイパス弁の洗浄時期または取り替え時期を予測することを特徴とする定圧貫流ボイラ構成の運用方法。
請求項１記載の定圧貫流ボイラ構成の運用方法であって、
前記二次過熱器以上の高次過熱器の入口と出口の蒸気が流通する配管内の圧力をそれぞれ測定する圧力計で測定した各配管内圧力の偏差に基づき前記二次過熱器以上の高次過熱器バイパス弁の洗浄時期または取り替え時期を予測することを特徴とする定圧貫流ボイラ構成の運用方法。