JP2000337603A - 熱交換器の給水量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンバインドサイクル発電設備において、高
い熱効率での運転と排熱回収用ボイラにおける低温領域
の腐食防止を図りながら、排熱回収ボイラの熱交換器に
接続される配管のウォーターハンマを防止する。 【解決手段】 コンバインドサイクル発電設備の排熱回
収ボイラ１２の最下流領域に設置される熱交換器１には
復水器からの給水が入口配管２によって供給され、そこ
で加熱された給水は出口配管３から脱気器へ排出され
る。入口配管２には温度制御器７で制御される調整弁５
が設けられる。ガスタービンへの高温ガスを生成する燃
焼装置で液体燃料を使用する際には、温度制御器７の温
度設定値が下げられる。そのため調整弁５から熱交換器
１への給水量が零になることがあるが、それを防止する
ために下限流量確保手段４６が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガス燃料と液体燃料
を切換または混合して燃焼できる燃焼装置を有するガス
タービン装置と、そのガスタービン装置の排気の熱回収
をする排熱回収ボイラを備えたコンバインドサイクル発
電設備において、排熱回収ボイラにおける排気の最下流
領域に設置される熱交換器への給水流量を前記燃料の種
類に応じて制御するようにした熱交換器の給水量制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にコンバインドサイクル発電設備
は、空気圧縮機、その圧縮空気を高温ガスに変換する燃
焼器および高温ガスで回転するガスタービンとを有する
ガスタービン装置と、ガスタービン装置からの排熱によ
って蒸気を発生する排熱回収ボイラと、その蒸気で駆動
する蒸気タービンと、ガスタービンや蒸気タービンで駆
動される発電機を備えており、その高い熱効率から多く
の施設や工場などに導入されている。コンバインドサイ
クル発電設備には、空気圧縮機、ガスタービン、蒸気タ
ービンおよび発電機が一軸に直結した一軸型と、空気圧
縮機、ガスタービンおよび発電機を一軸に直結したユニ
ットを複数設置し、各ガスタービンの排熱回収ボイラか
ら発生した蒸気を共通の蒸気タービン発電機に供給する
ようにした多軸型がある。

【０００３】ところで、燃焼装置で燃料を燃焼すると種
々の不純物成分が発生し、特に重油などの液体燃料を使
用したときには、不純物として硫黄酸化物が多く発生す
る。一方、天然ガスやＬＰＧなどのクリーンなガス燃料
を使用したときには、このような硫黄酸化物は殆ど発生
しない。ガスタービンに供給される高温ガスの温度調整
等を目的として、燃焼装置内に水または蒸気が注入され
るが、それらは蒸気成分として高温ガス中に同伴して下
流に流出する。そしてガス中に硫黄酸化物と蒸気が共存
すると、ガス温度が蒸気の露点温度以下になったときに
含まれている蒸気が凝縮し水滴となり、それが硫黄酸化
物と結合して硫酸となり周囲の部材を腐食させる。そこ
でコンバインドサイクル発電設備のガス温度が最も低く
なる部分、通常は排熱回収ボイラの排気最下流領域に設
置される熱交換器の出口部分の腐食が特に問題になる。

【０００４】近年、ガスタービンの高温部材料や耐熱コ
ーティングの技術が進歩し、それに伴い高温燃焼するガ
ス燃料の使用が可能なコンバインドサイクル発電設備が
建設されている。しかし天然ガスやＬＰＧなどのガス燃
料はコストが高いので、安価な重油などの液体燃料に随
時切り換え、もしくはガス燃料と液体燃料を混焼できる
設備とすることが多い。そのような燃料切り換え可能な
コンバインドサイクル発電設備では、ガス燃料を使用す
る場合は高熱効率で運転し、液体燃料を使用する場合は
できるだけ熱効率を低下させないように運転する。しか
し液体燃料を使用して熱効率を可及的に向上させるに
は、排熱回収ボイラの各熱交換器における熱交換量を上
げる必要があるが、その場合、前記のように排気の最下
流領域に設置される熱交換器の出口部分に腐食が起こり
やすくなる。

【０００５】そこで従来から、かかる腐食の防止策とし
て、排気の最下流領域に設置される熱交換器の熱交換量
を、燃焼装置で使用される燃料の種類により変化させる
方法が行われている。例えばガス燃料を使用する場合は
硫黄酸化物が少なく腐食の虞れがほとんどないので、熱
交換器での熱交換量を増やすようにその給水量を増加さ
せ、液体燃料を使用する場合は硫黄酸化物が多く腐食の
虞れが高いので、熱交換器での熱交換量が下るように給
水量を減少させる。

【０００６】図１１は従来の熱交換器の給水量制御装置
を示すプロセスフロー図である。復水器（図示せず）か
らの給水は、入口配管２により排熱回収ボイラにおける
排気の最下流領域に設置される熱交換器１に供給され
る。熱交換器１で熱交換して温度上昇した給水は出口配
管３から脱気器（図示せず）へ送り出される。一方、熱
交換器１への入口配管２と熱交換器１からの排出配管３
の間にはバイパス配管４が設けられる。入口配管２から
熱交換器１への給水流量とバイパス配管４へのバイパス
流量の比率を調整するために、出口配管３には３方制御
弁からなる調整弁５が設けられる。調整弁５の下流側に
おける出口配管３には温度検出器６が設けられ、その検
出信号が温度制御器７に入力される。そして温度制御器
７は温度検出器６で検出される給水の温度が予め設定さ
れた値になるように調整弁５を制御する。

【０００７】すなわち検出温度が設定値より低下したと
きは、熱交換器１への給水流量が増加（バイパス流量が
減少）するように調整弁５を制御し、検出温度が設定値
より上昇したときは、逆に熱交換器１への給水流量が減
少（バイパス流量が増加）するように調整弁５を制御す
る。バイパス配管４より上流側の入口配管２に給水量調
整弁８が設けられる。この給水量調整弁８は、例えば水
位制御器（図示せず）によって脱気器の水位を所定値に
維持するように制御される。なお排熱回収ボイラが複数
設置される場合は、共通の復水器からの給水が給水量調
整弁８の出口側より分岐配管９で分岐されて他の排熱回
収ボイラの熱交換器に供給され、該熱交換器から排出し
て還流する給水は分岐配管１０から温度検出器６の下流
側の出口配管３に合流する。

【０００８】次に上記給水量制御装置の作用を説明する
と、先ず燃焼装置でガス燃料を使用しているときは、温
度制御器７の温度設定値は比較的高く設定される。する
と温度制御器７は熱交換器１への流量比率を増やすよう
に調整弁５を制御し、熱交換器１における熱交換量を増
加させて設備の熱交換効率を高める。これにより熱交換
器１の出口側温度は低くなるが、排気ガス中の硫黄酸化
物濃度が低いため当該部分に腐食のおそれはない。燃焼
装置の燃料がガス燃料から液体燃料に切り換えられる
と、温度制御器７の温度設定値は低く設定される。この
場合には上記と逆に温度制御器７は熱交換器１への流量
比率を減らすように調整弁５を制御し、熱交換器１にお
ける熱交換量を減少させる。これにより設備の熱交換効
率は多少低下するが、熱交換器１の出口側における温度
低下が少ないため、排気ガス中の硫黄酸化物濃度が高く
ても当該部分に腐食のおそれはない。なお図１２は従来
の給水量制御装置の別の例を示すプロセスフロー図であ
る。この例は温度検出器６の下流側の出口配管３に給水
量調整弁８が設けられる以外は図１１と同様に構成さ
れ、その作用も同様であるので詳細説明は省略する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような従来
の熱交換器の給水量制御装置は、燃焼装置の燃料が液体
燃料に切り換わったときに熱交換器１への給水量が零に
なることがある。すなわち、出口配管３における温度が
温度制御器７の設定値まで下がらない間は、温度制御器
７が入口配管２を流れる給水を絞るように調整弁５を制
御し、遂には給水を全てバイパス配管４に流すようにな
る。すると熱交換器１への給水が停止して熱交換器１の
内部に給水が滞留するので、その給水が熱交換器１の入
口ガス温度まで上昇し、そのときの圧力が給水の飽和圧
力より低いと沸騰が生じる。この沸騰により給水は多数
の気泡を含む気液混合状態になる。そしてその気泡は出
口配管３において閉鎖状態となっている調整弁５の上流
側に滞留する。その状態で燃焼装置の燃料がガス燃料に
切り換わると、調整弁５は熱交換器１への給水量を増加
させるので、気泡を多量に含む加熱された給水がバイパ
ス配管４からの比較的低温の給水と混合して冷却されて
気泡は急激に消滅する。その気泡の消滅により出口配管
３内に衝撃が発生し、いわゆるウォーターハンマーを引
き起こす。

【００１０】なお、熱交換器１への給水が完全に停止せ
ずに僅かに流れている状態であっても、熱交換器１で気
泡は若干発生することがある。そのとき熱交換器１から
流出する給水は調整弁５が殆ど閉じられている状態なの
で、その狭い弁通路と流量抵抗のために気泡はそこを通
過できず出口配管３における調整弁５の上流側に滞留
し、ウォーターハンマーの原因になる。なお、このよう
なウォーターハンマー現象は、図１１のように調整弁５
の下流側が比較的開放状態にあると発生しやすいが、図
１２のように調整弁５の下流側に給水量調整弁８が存在
している場合でも、配管設計等によってはウォーターハ
ンマーが発生しやすくなる。そこで本発明は、コンバイ
ンドサイクル発電設備の高い熱効率を維持させながら、
このようなウォーターハンマーの問題を解決する熱交換
器の給水量制御装置を提供することを課題とするもので
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する請求
項１に記載の発明は、ガス燃料と液体燃料を切換または
混合して燃焼できる燃焼装置を有するガスタービン装置
と、そのガスタービン装置の排気の熱回収をする排熱回
収ボイラを備えたコンバインドサイクル発電設備であっ
て、前記排熱回収ボイラにおける排気の最下流領域に設
置される熱交換器への給水流量を前記燃料の種類に応じ
て制御するようにした熱交換器の給水量制御装置であ
る。そして、熱交換器へ給水を供給する入口配管と、熱
交換器から給水を排出する出口配管と、入口配管に設け
た流量調整用の調整弁と、熱交換器への給水下限流量を
確保するための下限流量確保手段とを有することを特徴
とするものである。

【００１２】このような給水量制御装置によれば、燃焼
装置が液体燃料に切り換わったときにも熱交換器への給
水量の下限値が確保されるので、熱交換器における気泡
発生を抑制できる。そのため再びガス燃料に切り換わっ
た際に、出口配管内におけるウォーターハンマーの発生
を有効に防止することができる。また、仮に熱交換器で
気泡が僅かに発生したとしても、流量調整用の調整弁が
入口配管側に設けられているので、熱交換器から流出す
る給水の通路である出口配管にその気泡が滞留すること
がない。

【００１３】また請求項２に記載の発明は、請求項１に
記載の給水量制御装置の実施の形態であって、熱交換器
への入口配管と熱交換器からの排出配管の間に設けられ
たバイパス配管と、熱交換器への給水流量とバイパス配
管へのバイパス流量の比率を調整をするために前記入口
配管に設けられた調整弁と、前記出口配管とバイパス配
管の下流側における給水温度が設定温度になるように前
記調整弁を制御する温度制御器とを備えている。そし
て、燃焼装置における燃料選択信号により温度制御器の
設定温度が変化するように構成したことを特徴とするも
のである。このような発明によれば簡単な構成で熱交換
器の出口側の腐食を防止できると共に、出口配管内にお
けるウォーターハンマー発生を防止することができる。

【００１４】また請求項３に記載の発明は、請求項２に
記載の給水量制御装置の好ましい実施の形態であって、
下限流量確保手段が、調整弁に設けた下限流量確保機
構、調整弁をバイパスする調整弁バイパス配管とそれに
設けた下限流量確保調整弁、または温度制御器の出力信
号が下限流量以下にならないように制限する下限流量確
保制御部、であることを特徴とするものである。このよ
うな構成によれば、熱交換器に給水の下限流量を安定し
て供給できるので、出口配管内におけるウォーターハン
マーの発生をより確実に防止することができる。

【００１５】また請求項４に記載の発明は、請求項２に
記載の給水量制御装置の他の好ましい実施の形態であっ
て、下限流量確保手段が調整弁から熱交換器への入口配
管に補給水を供給する補給配管と、補給配管に設けた開
閉弁と、補給配管からの補給水が調整弁に逆流すること
を防止する逆止弁とを備えている。そして、燃焼装置に
おいて液体燃料が選択されたときに前記開閉弁５６が開
き、入口配管からの給水温度より高い温度の補給水が熱
交換器に供給されるように構成したことを特徴とするも
のである。このような構成によれば、入口配管系統に関
係なく熱交換器に給水の下限流量を確実に且つ安定して
供給できるので、出口配管内におけるウォーターハンマ
ーの発生をより確実に防止することができる。また熱交
換器には入口配管からの給水より高い温度の補給水が供
給されるので、その部分が過度に冷却されることもな
い。

【００１６】また請求項５に記載の発明は、請求項２な
いし請求項４のいずれかに記載の給水量制御装置のより
好ましい実施の形態である。そして燃焼装置において使
用される液体燃料の流量増加、またはその液体燃料の流
量増加と燃焼装置における注入水量もしくは注入蒸気量
の増加、に応じて温度制御器の温度の設定値が低下する
ように構成したことを特徴とするものである。このよう
にすると、液体燃料を使用する際の設備の熱交換効率低
下をより少なくできる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は本発明の熱交換器の給水量制御
装置を適用するコンバインドサイクル発電設備の模式的
なプロセスフロー図である。この例は２軸型のコンバイ
ンドサイクル発電設備であって、ガスタービン装置１１
とその排気ガスを導入する排熱回収ボイラ１２が２セッ
ト設置される。図２は図１におけるガスタービン装置１
１と排熱回収ボイラ１２の関係をより詳細に示すプロセ
スフロー図である。図２に示す如く、ガスタービン装置
１１は空気圧縮器１３、燃焼装置１４およびガスタービ
ン１５からなり、空気圧縮器１３、ガスタービン１５お
よび発電機１６が一軸で直結される。燃焼装置１４に燃
料系統１７から燃料が供給され、注入系統１８からＮＯ
_x 対策用の水または蒸気が注入される。

【００１８】図１において、蒸気タービン２０には各排
熱回収ボイラ１２で発生した低圧蒸気と高圧蒸気が低圧
主蒸気配管１９と高圧主蒸気配管１９ａからそれぞれ供
給される。蒸気タービン２０の排気は復水器（図示せ
ず）で復水となり、入口配管２から各排熱回収ボイラ１
２における排気の最下流領域に設置される熱交換器１
（図２）に供給される。なお低圧主蒸気配管１９は低圧
主蒸気止弁２１、低圧第一バイパス弁２２、低圧第二バ
イパス弁２３等を介して蒸気タービン２０に接続され、
高圧主蒸気配管１９ａは高圧主蒸気止弁２４、高圧第一
バイパス弁２５、高圧第二バイパス弁２６等を介して同
様に蒸気タービン２０に接続される。

【００１９】図２の熱交換器１で加熱された給水は出口
配管３から、図１の脱気器２７に供給される。脱気器２
７にはさらに各排熱回収ボイラ１２で発生した蒸気の一
部が脱気加熱用として蒸気配管２８により供給される。
脱気器２７で脱気された給水は低圧入口配管２９と低圧
給水ポンプ３０により各排熱回収ボイラ１２の低圧節炭
器３１（図２）に供給され、さらに高圧入口配管３２と
高圧給水ポンプ３３により各排熱回収ボイラ１２の高圧
第一節炭器３４に供給される。

【００２０】図２において、低圧節炭器３１で加熱され
た給水は排熱回収ボイラ１２の低圧ドラム３５に供給さ
れる。低圧ドラム３５の給水は低圧循環ポンプ３６によ
り低圧過熱器３７に循環され、そこで発生した低圧蒸気
は低圧蒸発器３８に供給されると共に、その一部が前記
のように蒸気配管２８から脱気加熱用として脱気器２７
に供給される。そして低圧蒸発器３８で過熱された蒸気
が低圧主蒸気配管１９から蒸気タービン２０に供給され
る。

【００２１】一方、高圧第一節炭器３４で加熱された給
水は高圧第二節炭器３９に供給され、そこでさらに加熱
されてから排熱回収ボイラ１２の高圧ドラム４０に供給
される。高圧ドラム４０の給水は高圧循環ポンプ４１に
より高圧第一過熱器４２に循環され、そこで発生した高
圧蒸気は高圧蒸発器４３および高圧第二過熱器４４で過
熱され、高圧主蒸気配管１９ａを経て前記のように蒸気
タービン２０に供給される。なお高圧蒸発器４３と高圧
第二過熱器４４を接続する蒸気配管の途中に減温装置４
５が設けられ、高圧第二節炭器３９の出口側から分岐し
た給水を注入することにより高圧蒸発器４３の出口側蒸
気の温度調整を行うようになっている。

【００２２】図２に示すように、給水は入口配管２から
各排熱回収ボイラ１２における排気の最下流領域に設置
した熱交換器１に分岐して供給され、分岐後の入口配管
２に３方制御弁からなる調整弁５が設けられる。そして
調整弁５の２つの出口側の一方は熱交換器１への入口配
管２に接続され、他方は出口配管３に連結するバイパス
配管４に接続される。そして熱交換器１で加熱されて排
出される給水は出口配管３を経て脱気器２７に供給され
る。

【００２３】図３は図２における調整弁５とその周辺部
を示す具体的なプロセスフロー図であり、図１１に準じ
て示されている。（なお図１１と同じ部分には同一符号
が付されている。） この調整弁５は図１１の従来例と同様に温度制御器７に
より制御される。すなわち調整弁５の下流側における出
口配管３に設けた温度検出器６の検出信号が温度制御器
７に入力され、温度制御器７は検出される温度が予め設
定された値になるように調整弁５を制御する。またバイ
パス配管４より上流側の入口配管２に設けられる給水量
調整弁８は、図示しない水位制御器により脱気器２７の
水位を所定値に維持するように制御される。

【００２４】図３に示す分岐配管９は他の排熱回収ボイ
ラ１２の熱交換器１へ給水を供給するもので、分岐配管
１０は他の熱交換器から排出された給水を出口配管３に
合流するものである。図４は図３の変形例を示すプロセ
スフロー図である。この例は給水量調整弁８が温度検出
器６の下流側における出口配管３に設けられる以外は図
３と同様に構成されるので、それらの詳細説明は省略す
る。

【００２５】前記のように、本発明では熱交換器１への
給水の下限流量を確保するために下限流量確保手段４６
を設けることを特徴としている。この下限流量確保手段
４６として、（１）調整弁５に下限流量確保機構を設け
る、（２）調整弁５をバイパスする調整弁バイパス配管
に下限流量確保調整弁を設ける、（３）制御器の出力信
号が下限流量以下にならないように制限する下限流量確
保制御部を設ける、等の手段を挙げることができる。調
整弁５に設ける下限流量確保機構として、例えば弁座に
停止部材を設けると共に、弁軸に軸方向の設定位置が可
変な突起片を設けた機械的なストッパー手段がある。そ
して所定の下限流量が確保されるように突起片の位置を
設定することにより温度検出器６から熱交換器１への給
水を零にする制御信号が出力された場合にも、所定の下
限流量を確保することができる。

【００２６】調整弁バイパス配管に下限流量確保調整弁
を設ける場合は、図３に示すように調整弁５の入口側と
出口側の間に調整弁バイパス配管４７を接続し、その調
整弁バイパス配管４７に下限流量確保調整弁４８を設け
る。そしてこの下限流量確保調整弁４８の開度を予め下
限流量が流れるように設定する。制御器の出力信号が下
限流量以下にならないように制限する下限流量確保制御
部を設ける場合は、図３のように、温度制御器７に下限
流量の設定信号を出力する下限流量設定器４９を設ける
と共に、温度制御器７内に下限流量確保制御部（図示せ
ず）を設ける。そして下限流量確保制御部は温度制御器
７から熱交換器１への給水量を減少させる制御信号が下
限流量設定器４９の設定値以下にならないように制限す
る。下限流量確保制御部としては、例えば出力リミッタ
ー回路を使用し、その下限設定を下限流量設定器４９に
より行うようにすればよい。

【００２７】図３または図４に示す温度制御器７の設定
温度は、燃焼装置１４（図２）で使用する燃料の種類に
よって変化される。すなわちガス燃料の使用時は温度設
定値が高くされ、液体燃料の使用時は温度設定値が低く
される。図５はこの温度設定変更を行うための自動温度
設定部の例を示すブロック図である。自動温度設定部５
０は高い温度に設定されるガス燃料時設定器５１、ガス
燃料時設定器５１の設定値より低い温度に設定される液
体燃料時設定器５２、切換部５３および変化率制限部５
４を備え、図示しない制御装置から出力される液体燃料
選択信号Ｋが入力されないときには、切換部５３がガス
燃料時設定器５１を選択し、その設定値Ｓが変化率制限
部５４を経由して図３または図４の温度制御器７に入力
される。

【００２８】切換部５３に液体燃料選択信号Ｋが入力さ
れると、切換部５３はガス燃料時設定器５１から液体燃
料時設定器５２に切り換えられ、その設定値Ｓが変化率
制限部５４を経由して図３または図４の温度制御器７に
入力される。なお変化率制限部５４は設定値切り換えに
際して設定変化を緩やかにして温度制御器７の制御動作
を安定化させるためのもので、例えばＲＣ遅延回路など
が利用される。次に図３および図５を参照して給水量制
御装置の作用を説明すると、先ず燃焼装置１４（図２）
でガス燃料を使用しているときは、温度制御器７はガス
燃料時設定器５１の設定値、すなわち高い温度設定値に
出口配管３の給水温度を維持するよう調整弁５を制御す
る。そのとき熱交換器１には多くの給水が供給されて熱
交換量が高まる。

【００２９】次に燃焼装置１４の燃料が液体燃料に切り
換わったときは、温度制御器７は液体燃料時設定器５２
の設定値、すなわち低い温度設定値に出口配管３の給水
温度を維持するように調整弁５を制御する。その際に温
度制御器７は温度設定値を維持しようとして熱交換器１
への給水量を零にする動作をすることがあるが、下限流
量確保手段４６により予め設定された給水量が確保さ
れ、熱交換器１への給水量が零になることはない。その
ため熱交換器１における気泡の発生が大幅に抑制される
と共に、僅かに気泡が発生したとしても、出口配管中に
流量抵抗の大きい調整弁５が存在しないので滞留するこ
となく下流側に流れる。したがってウォーターハンマー
の発生を有効に防止することができる。

【００３０】図６は他の下限流量確保手段４６を設けた
給水量制御装置を示すプロセスフロー図であり、図３と
同じ部分には同一符号が付されている。この例における
下限流量確保手段４６は、調整弁５から熱交換器１への
入口配管２に補給水を供給する補給配管５５と、補給配
管５５に設けた開閉弁５６と、補給配管５５からの補給
水が調整弁５側に逆流することを防止する逆止弁５７
と、調整弁５からの給水が補給配管５５に逆流すること
を防止する逆止弁５７ａを備えている。なお開閉弁５６
は可逆減速モータを使用した電動式開閉弁とされる。ま
た逆止弁５７ａは場合によっては省略される。図７は図
６に示す開閉弁５６を開閉制御する制御回路の例を示す
ブロック図である。制御回路５８はＯＲ素子５９と６
０、ＡＮＤ素子６１と６２、ＮＯＴ素子６３、６４およ
び６５により構成され、先ず液体燃料選択信号Ｋがない
（オフ）のときは、開閉弁５６は閉状態になっており、
その閉リミットスイッチ６６がオンになっている。

【００３１】液体燃料選択信号Ｋが入力（オン）される
と、ＯＲ素子５９とＡＮＤ素子６１がオンになり開閉弁
５６が開駆動し、全開状態になると開リミットスイッチ
６７がオンになる。するとＮＯＴ素子６４の出力がオフ
になるのでＡＮＤ素子６１がオフになって、開閉弁５６
の開駆動が停止する。次に再び液体燃料選択信号Ｋがな
い（オフ）状態に戻ると、ＯＲ素子６０とＡＮＤ素子６
２がオンになり開閉弁５６が閉駆動し、全閉状態になる
と閉リミットスイッチ６６がオン、ＡＮＤ素子６２がオ
フとなって開閉弁５６の閉駆動が停止する。

【００３２】次に、図６の下限流量確保手段４６の作用
を説明すると、先ずガス燃料の使用時には開閉弁５６が
閉じられて補給水は熱交換器１に供給されない。次に液
体燃料に切り換わると開閉弁５６が開いて補給水が熱交
換器１に供給される。補給水は図１に示す脱気器２７か
ら低圧給水ポンプ３０で供給されるが、脱気器２７の給
水温度は復水器より供給される入口配管２の給水より高
い温度になっているので、熱交換器１を過度に冷却する
ことはない。なお補給水の流量は開閉弁５６における最
大開度の設定（開リミットスイッチ６７の設定）、また
は補給配管５５に開閉弁５６と直列に設けた図示しない
調整弁で設定することができる。

【００３３】図８は、排熱ボイラ１２に供給される排ガ
ス中の硫黄酸化物濃度を横軸、露点を縦軸にし、排ガス
中の水分濃度をパラメータとした腐食許容線図の例であ
る。図中実線ａは水分濃度５容量％、一点鎖線ｂは水分
濃度１０容量％、点線ｃは水分濃度１５容量％であり、
これらの線図の下側にならないように熱交換器１の出口
側温度を保持させることが望ましい。図９はこのような
考え方を取り入れて温度設定値制御を行うためのブロッ
ク図である。図示しない液体燃料の流量検出器からの流
量信号Ｑが演算器６８に入力される。演算器６８はその
ブロック内に図示したように、横軸の液体燃料流量に対
して縦軸の設定温度を演算、すなわち液体燃料流量の増
加に応じて設定温度が低下するように演算して図５に示
す切換部５３にその設定信号を出力する。図８に示す硫
黄酸化物濃度の代わりに液体燃料流量を入力したのは、
液体燃料の流量計を使用する方が硫黄酸化物濃度計を使
用するより簡便だからである。なお、図１に示す燃焼装
置１４には大量の圧縮空気中に少量の温度調整用として
の燃料が吹き込まれるので、燃料組成を一定とすると排
気ガス中の硫黄酸化物濃度は所定範囲で略液体燃料流量
に比例する。

【００３４】図９には低圧ドラム４３（図２）の圧力設
定を液体燃料流量により変化させる演算器６９も示され
ている。演算器６９はそのブロック内に図示したよう
に、横軸の液体燃料流量に対して縦軸の設定温度を演
算、すなわち液体燃料流量の増加に応じて設定温度が上
昇するように演算して図示しない圧力制御器に圧力設定
値Ｐを出力する。なおガス燃料使用時には低圧ドラム４
３の圧力は一定に制御され、液体燃料選択信号により演
算器６９からの圧力設定値Ｐに切り換わるように構成さ
れる。このように低圧ドラム４３の圧力を液体燃料流量
の増加に対応して上昇するように制御すると、その圧力
上昇によって低圧蒸発器３７の出口温度が高くなり、最
下流の熱交換器１の入口側温度の低下を抑制することが
できる。そのため液体燃料流量の増加、すなわち硫黄酸
化物の増加に伴って熱交換器１の出口側温度がより高め
られて腐食を確実に防止する。なお演算器６９は場合に
よっては省略される。

【００３５】図１０は図９の液体燃料流量と共に、燃焼
装置１４に注入される水または蒸気の流量を加味した演
算により温度設定値制御を行う例を示すブロック図であ
る。図８において説明したように、燃焼装置１４に水ま
たは蒸気が注入されると、同じ温度でも腐食が起こりや
すくなるので温度制御器７の温度設定値をより高めにす
る必要がある。そのため温度設定値の演算に水または蒸
気の流量要素を加味してこの問題を解決するものであ
る。水または蒸気の流量は図示しない流量検出器等によ
り検出され、その検出値が演算器６８および演算器６９
に入力される。演算器６８はそのブロック内に図示した
ように、横軸の水または蒸気の流量に対する縦軸の設定
温度の演算、すなわち水または蒸気の流量の増加に応じ
て設定温度が低下するように演算し、その演算値を前記
図９で説明した液体燃料流量による演算結果に加え（図
中では上方へ平行移動）、図５に示す切換部５３にその
設定信号を出力する。

【００３６】上記と同様な理由から、演算器６９により
水または蒸気の流量に応じて低圧ドラム４３（図２）の
圧力設定も同時に変化させる。すなわち水または蒸気の
流量の増加に応じて設定温度が上昇するように演算し、
その演算値を前記図９で説明した液体燃料流量による演
算結果に加え（図中では上方へ平行移動）、図示しない
圧力制御器に圧力設定値Ｐを出力する。

【００３７】これまで説明した装置では、燃焼装置１４
の燃料をガス燃料または液体燃料のいずれかに切り換え
る場合に適用したものであるが、本発明はガス燃料と液
体燃料を混焼する場合にも適用される。その場合には、
図５や図７における液体燃料選択信号Ｋの代わりに混焼
（混合使用）選択信号を使用することにより同様な制御
を行うことができ、図９や図１０における液体燃料流量
もそのまま使用することができる。また、排熱回収ボイ
ラ１２における排気の最下流領域に、脱気器給水加熱用
の熱交換器１が設置されない場合は、その上流側に設置
される低圧節炭器３１（これも熱交換器の一種である）
の出口側が設備の最も低温領域になるので、本発明の給
水量制御装置は低圧節炭器３１に適用される。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
熱交換器の給水量制御装置によれば、燃焼装置が液体燃
料に切り換わったときにも熱交換器への給水量の下限値
が確保されるので、熱交換器における気泡発生を抑制で
きる。そして再びガス燃料に切り換わった際に、出口配
管におけるウォーターハンマーの発生を有効に防止する
ことができる。さらに、例え熱交換器中において気泡が
僅かに発生したとしても、流量調整用の調整弁が入口配
管側に設けられているので、熱交換器からの排出路であ
る出口配管にその気泡が滞留することはない。また、請
求項２に記載の熱交換器の給水量制御装置によれば、簡
単な構成により、熱交換器の出口側の腐食防止と出口配
管内のウォーターハンマーの発生を有効に防止できる。

【００３９】また、請求項３に記載の熱交換器の給水量
制御装置によれば、熱交換器に給水の下限流量を安定し
て供給できるので、出口配管内におけるウォーターハン
マーの発生をより確実に防止することができる。また、
請求項４に記載の熱交換器の給水量制御装置によれば、
入口配管系統に関係なく熱交換器に給水の下限流量を確
実に且つ安定して供給できるので、出口配管内における
ウォーターハンマーの発生をより確実に防止することが
できる。さらに、熱交換器には入口配管からの給水より
高い温度の補給水が供給されるので、熱交換器が過度に
冷却されることもない。また請求項５に記載の熱交換器
の給水量制御装置によれば、液体燃料を使用する際の設
備の熱交換効率低下をより少なくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱交換器の給水量制御装置を適用する
コンバインドサイクル発電設備の模式的なプロセスフロ
ー図。

【図２】図１における１つのガスタービン装置１１と排
熱回収ボイラ１２の関係をより詳細に示すプロセスフロ
ー図。

【図３】図２の調整弁５とその周辺部を示す具体的なプ
ロセスフロー図。

【図４】図３の変形例を示すプロセスフロー図。

【図５】自動温度設定部の例を示すブロック図。

【図６】本発明における他の下限流量確保手段４６を設
けた給水量制御装置を示すプロセスフロー図。

【図７】図６の開閉弁５６を開閉制御する制御回路の例
を示すブロック図。

【図８】排熱ボイラに供給される排ガス中の硫黄酸化物
濃度を横軸に、露点を縦軸にとり、排ガス中の水分濃度
をパラメータとした腐食許容線図。

【図９】液体燃料流量により温度設定値制御を行うため
のブロック図。

【図１０】図９の液体燃料流量と共に、燃焼装置１４に
注入される水または蒸気の流量を加味した温度設定値制
御を行うためのブロック図。

【図１１】従来の熱交換器の給水量制御装置を示すプロ
セスフロー図。

【図１２】従来の給水量制御装置の別の例を示すプロセ
スフロー図。

【符号の説明】

１ 熱交換器 ２ 入口配管 ３ 出口配管 ４ バイパス配管 ５ 調整弁 ６ 温度検出器 ７ 温度制御器 ８ 給水量調整弁 ９ 分岐配管 １０ 分岐配管 １１ ガスタービン装置 １２ 排熱回収ボイラ １３ 空気圧縮器 １４ 燃焼装置 １５ ガスタービン １６ 発電機 １７ 燃料系統 １８ 注入系統 １９ 低圧主蒸気配管 １９ａ 高圧主蒸気配管 ２０ 蒸気タービン ２１ 低圧主蒸気止弁 ２２ 低圧第一バイパス弁 ２３ 低圧第二バイパス弁 ２４ 高圧主蒸気止弁 ２５ 高圧第一バイパス弁 ２６ 高圧第二バイパス弁 ２７ 脱気器 ２８ 蒸気配管 ２９ 低圧入口配管 ３０ 低圧給水ポンプ ３１ 低圧節炭器 ３２ 高圧入口配管 ３３ 高圧給水ポンプ ３４ 高圧第一節炭器 ３５ 低圧ドラム ３６ 低圧循環ポンプ ３７ 低圧過熱器 ３８ 蒸気配管 ３９ 高圧第二節炭器 ４０ 高圧ドラム ４１ 高圧循環ポンプ ４２ 高圧第一過熱器 ４３ 高圧蒸発器 ４４ 高圧第二過熱器 ４５ 減温装置 ４６ 下限流量確保手段 ４７ 調整弁バイパス配管 ４８ 下限流量確保調整弁 ４９ 下限流量設定器 ５０ 自動温度設定部 ５１ ガス燃料時設定器 ５２ 液体燃料時設定器 ５３ 切換部 ５４ 変化率制限部 ５５ 補給配管 ５６ 開閉弁 ５７ 逆止弁 ５７ａ 逆止弁 ５８ 制御回路 ５９ ＯＲ素子 ６０ ＯＲ素子 ６１ ＡＮＤ素子 ６２ ＡＮＤ素子 ６３ ＮＯＴ素子 ６４ ＮＯＴ素子 ６５ ＮＯＴ素子 ６６ 閉リミットスイッチ ６７ 開リミットスイッチ ６８ 演算器 ６９ 演算器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス燃料と液体燃料を切換または混合し
   て燃焼できる燃焼装置を有するガスタービン装置１１
   と、そのガスタービン装置１１の排気の熱回収をする排
   熱回収ボイラ１２を備えたコンバインドサイクル発電設
   備であって、前記排熱回収ボイラ１２における排気の最
   下流領域に設置される熱交換器１への給水流量を前記燃
   料の種類に応じて制御するようにした熱交換器の給水量
   制御装置において、 熱交換器１へ給水を供給する入口配管２と、熱交換器１
   から給水を排出する出口配管３と、入口配管２に設けた
   流量調整用の調整弁５と、熱交換器１への給水下限流量
   を確保するための下限流量確保手段４６とを有すること
   を特徴とする熱交換器の給水量制御装置。
2. 【請求項２】 入口配管２と出口配管３の間に設けられ
   たバイパス配管４と、熱交換器１への給水流量とバイパ
   ス配管４へのバイパス流量の比率を調整をするために入
   口配管２に設けられた調整弁５と、出口配管３とバイパ
   ス配管４の下流側における給水温度を設定温度になるよ
   うに調整弁５を制御する温度制御器７とを備え、燃焼装
   置１４における燃料選択信号により温度制御器７の設定
   温度が変化するように構成した請求項１に記載の熱交換
   器の給水量制御装置。
3. 【請求項３】 下限流量確保手段４６が、調整弁５に設
   けた下限流量確保機構、調整弁５をバイパスする調整弁
   バイパス配管４７とそれに設けた下限流量確保調整弁４
   ８、または温度制御器７の出力信号が下限流量以下にな
   らないように制限する下限流量確保制御部である請求項
   ２に記載の熱交換器の給水量制御装置。
4. 【請求項４】 下限流量確保手段４６が、調整弁５から
   熱交換器１への入口配管２に補給水を供給する補給配管
   ５５と、補給配管５５に設けた開閉弁５６と、補給配管
   ５５からの補給水が調整弁５に逆流することを防止する
   逆止弁５７とを備え、燃焼装置１４において液体燃料が
   選択されたときに前記開閉弁５６が開き、入口配管２か
   らの給水温度より高い温度の補給水が熱交換器１に供給
   されるように構成された請求項２に記載の熱交換器の給
   水量制御装置。
5. 【請求項５】 燃焼装置１４において使用される液体燃
   料の流量増加、またはその液体燃料の流量増加と燃焼装
   置１４に注入される水もしくは蒸気の流量の増加、に応
   じて温度制御器７の温度の設定値が低下するように構成
   された請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の熱交
   換器の給水量制御装置。