JP2001193901A - 排熱回収ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排熱回収ボイラのサイズを大きくすることな
く、又、経済性を悪くすることなく、ダクトバーナシス
テムを構築すること。 【解決手段】 蒸発器７の管群を蒸発器７ａ、７ｂに分
割し、分割された蒸発器７ａ、７ｂの間に過熱器９、１
２と再熱器１０、１１の一部又は過熱器９、１２と再熱
器１０、１１の全てを配置することにより達成される。
ダクトバーナ１３は一段バーナのみを用いることによ
り、従来技術のように二段目ダクトバーナ及びそのため
の燃焼室が不要となり、排熱回収ボイラの大きさが小さ
くできる。また、ダクトバーナ１３が一段であるため
に、ダクトバーナ１３の燃焼制御が簡単となる。これら
の結果、ダクトバーナ付排熱回収ボイラ全体の経済性も
向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排熱回収ボイラの
ダクトバーナ及び蒸発管群の配置に関わり、特にボイラ
蒸発特性を改善した排熱回収ボイラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のダクトバーナ付き排熱回収ボイラ
は、図５に示すようにダクトバーナ１３が排熱回収ボイ
ラの上流側に設置されていた。図５は基本的な一段ダク
トバーナ付き排熱回収ボイラの概略構成図を示す。

【０００３】図６に図５に示す排熱回収ボイラの燃料供
給系統と給水・蒸気系統を示す。給水管１５から節炭器
４に給水がなされ、その給水量は給水流量計１６と制御
弁１７でコントロールされる。ガスタービン取合部１か
らガス入口２に導入されるガスタービン排ガスにより節
炭器４で昇温した給水はケーシング３の外部に置かれた
気水分離器（ドラム）５に送られた後に、降水管６を経
由して蒸発器７で再び排ガスと熱交換する。蒸発器７で
得られた蒸気は上昇管８経由で再び気水分離器５に送ら
れ、蒸気と水に分離され、蒸気は飽和蒸気管１８を経由
して、一次過熱器９と二次過熱器１２に送られて過熱さ
れる。過熱蒸気は過熱蒸気管２０を経由して図示しない
高圧蒸気タービンの駆動に利用された後、低温再熱蒸気
管２４から一次再熱器１０と二次再熱器１１に戻されて
再び排熱回収され、再熱蒸気は高温再熱蒸気管２６を経
由して図示しない低圧蒸気タービンの駆動に利用され
る。

【０００４】一次過熱器９と二次過熱器１２を結ぶ配管
の一部および一次再熱器１０と二次再熱器１１を結ぶ配
管の一部はケーシング外部に置かれ、それらの配管には
それぞれ過熱蒸気減温器１９および再熱蒸気減温器２５
が設けられ、各減温器１９、２５には減温水管２２、２
８から減温水が制御弁２３、２９により、それぞれ制御
されながら供給される。

【０００５】ガスタービンから排出する排ガスは、排熱
回収ボイラのインレットダクト２から導入されて、イン
レットダクト２に設置されたダクトバーナ１３にて昇温
され、ボイラ上流側から順に二次過熱器１２、二次再熱
器１１、一次再熱器１０、一次過熱器９において、これ
らの伝熱管内の蒸気を昇温した後、蒸発器７において給
水から蒸気を発生する。蒸発器７において熱を吸収さ
れ、低温となった排ガスは更に節炭器４において給水を
加熱した後、図示されていない煙突より排出される。

【０００６】以上の方式において、蒸気量を増すために
ダクトバーナ１３での燃焼量を増加させても二次過熱器
１２、二次再熱器１１、一次再熱器１０、一次過熱器９
において先に、その熱は吸収されるため、蒸気温度が上
昇し、減温器１９、２５のスプレ水により過熱蒸気、再
熱蒸気を冷却しても制御できない値となる。

【０００７】図７に示す方式の排熱回収ボイラは、この
点を改善したボイラであり、図５に示すダクトバーナ１
３の代わりに、２つのダクトバーナ１３、１４を設け、
二段目のダクトバーナ１４を蒸発器７の直上流側に置い
たもので、その燃料供給系統と給水・蒸気系統のＱＴ線
図を図８に示す。

【０００８】図７に示すように給水管１５から節炭器４
に給水がなされる。節炭器４への給水量は給水流量計１
６と制御弁１７でコントロールされる。節炭器４で昇温
した給水はケーシング３の外部に置かれた気水分離器５
に送られた後に、降水管６を経由して蒸発器７で再び排
ガスと熱交換する。蒸発器７で得られた蒸気は上昇管８
経由で再び気水分離器５に送られ、蒸気と水に分離さ
れ、蒸気は飽和蒸気管１８を経由して、一次過熱器９と
二次過熱器１２に送られて過熱される。過熱蒸気は過熱
蒸気管２０を経由して図示しない高圧蒸気タービンの駆
動に利用された後、低温再熱蒸気管２４から一次再熱器
１０と二次再熱器１１に送られて排熱回収され、再熱蒸
気は高温再熱蒸気管２６を経由して図示しない低圧蒸気
タービンの駆動に利用される。

【０００９】一次過熱器９と二次過熱器１２を結ぶ配管
の一部および一次再熱器１０と二次再熱器１１を結ぶ配
管の一部はケーシング外部に置かれる配管にはそれぞれ
過熱蒸気減温器１９および再熱蒸気減温器２５が設けら
れ、各減温器１９、２５には減温水管２２、２８から減
温水が制御弁２３、２９により、それぞれ制御されなが
ら供給される。また過熱蒸気管２０と高温再熱蒸気管２
６にはそれぞれ過熱蒸気温度計２１と再熱蒸気温度計２
７が設けられている。

【００１０】ここで、必要な蒸気量は給水流量計１６ま
たは図示されていない蒸気流量計の値を基に二段目ダク
トバーナ１４の燃料制御弁３４により入熱量を制御し、
蒸気発生量を制御する。発生した蒸気は過熱器９、１
２、再熱器１０、１１で、より大きな吸熱を必要とする
ために一段目ダクトバーナ１３の燃料制御弁３２で燃料
の燃焼量を制御し、過熱蒸気温度計２１と再熱蒸気温度
計２７の値を基に、過熱蒸気減温器１９および再熱蒸気
減温器２５の減温水の供給量をそれぞれ減温水制御弁２
３、２９で調節し、各減温器１９、２５が適正に働くよ
うにする。

【００１１】図８には図７の排熱回収ボイラのＱＴ線図
を示す。排ガスの温度は一段目ダクトバーナ１３で加熱
されて上昇し、二次過熱器１２、二次再熱器１１、一次
再熱器１０、一次過熱器９に順次回収され、さらに二段
目ダクトバーナ１４により加熱されて蒸発器７、節炭器
４で低温化する。ここで、実際には一段目ダクトバーナ
１３の入熱が蒸気の昇温のみに使われず、蒸発器７に流
れることになり、制御弁１７、２３、２９、３２、３４
をそれぞれどのように制御するかは極めて複雑、困難に
なる。

【００１２】図７に示す方式の排熱回収ボイラのその他
の問題点は二段目ダクトバーナ１４の燃焼のために例え
ば幅約４ｍの燃焼室が必要となり、排熱回収ボイラが大
きくなることである。

【００１３】ダクトバーナ１３、１４の構造が複数とな
ること、その制御系も複雑になり、また排熱回収ボイラ
のサイズが大きくなることから、経済性も悪くなる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は排熱回
収ボイラの大きさ、ダクトバーナ１３、１４の制御の複
雑さ及びダクトバーナ１３、１４の燃焼性について配慮
されておらず、運用範囲に制限があるとともに、経済性
においても高価なシステムとなっていた。本発明の課題
は排熱回収ボイラのサイズを大きくすることなく、又、
経済性を悪くすることなく、ダクトバーナシステムを構
築することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記本発明の課題は、蒸
発器７の管群を分割し、分割された蒸発器の間に過熱器
と再熱器の一部又は過熱器と再熱器の全てを配置するこ
とにより達成される。

【００１６】すなわち、本発明は次の構成からなる。 （１）排ガス流路を構成するケーシングの入口部にダク
トバーナを配置し、さらに前記ケーシング内に節炭器、
蒸発器、過熱器及び再熱器のうち、少なくとも節炭器、
蒸発器及び過熱器を配置した排熱回収ボイラにおいて、
蒸発器を構成する伝熱管群を２分割し、蒸発器の分割さ
れた２つの伝熱管群の間に過熱器及び／又は再熱器の少
なくとも一部を配置した排熱回収ボイラ。 （２）排ガス流路を構成するケーシング内の上流側にダ
クトバーナを配置し、さらに前記ケーシング内に節炭
器、蒸発器、過熱器及び再熱器のうち、少なくとも節炭
器、蒸発器及び過熱器を配置した排熱回収ボイラにおい
て、蒸発器を構成する伝熱管群を２分割し、蒸発器の分
割された２つの伝熱管群の間に過熱器及び／又は再熱器
の一部を配置し、過熱器及び／又は再熱器の他部をダク
トバーナの上流側に配置した排熱回収ボイラ。

【００１７】

【作用】ダクトバーナは一段バーナのみを用いることに
より、従来技術のように二段目ダクトバーナ及びそのた
めの燃焼室が不要となり、排熱回収ボイラの大きさを小
さくできる。また、一段ダクトバーナとなるために、ダ
クトバーナの燃焼制御が簡単となる。これらの結果、ダ
クトバーナ付排熱回収ボイラ全体の経済性も向上する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施の形態になる
排熱回収ボイラの構成を示し、図４にそのＱＴ線図を示
す。図１の排熱回収ボイラを構成する装置で図５に示し
た従来の排熱回収ボイラと同一機能を有する装置は図５
と同一番号を付してその説明は省略する。

【００１９】図１のボイラでは、蒸発器７を蒸発器７
ａ、７ｂの２つに分割し、蒸発器７ｂを過熱器９、１
２、再熱器１０、１１の上流側に置くことにより、ダク
トバーナ１３の入熱は先ず蒸発器７ｂにおいて吸熱さ
れ、次に過熱器１２、再熱器１１、１０、過熱器９で吸
熱され、その後、再び蒸発器７ａにて吸熱されるため、
蒸発器７ａ、７ｂの伝熱面積比を適正に選ぶことによっ
てダクトバーナ入熱制御、すなわち蒸発量制御が容易に
なり、また減温器減温度制御、すなわち蒸気温度制御が
容易となる。

【００２０】図４には図１の排熱回収ボイラのＱＴ線図
を示す。排ガスの温度はダクトバーナ１３で加熱されて
上昇し、蒸発器７ｂに回収された後、二次過熱器１２、
二次再熱器１１、一次再熱器１０、一次過熱器９に順次
回収され、さらに蒸発器７ａ、節炭器４で低温化する。

【００２１】図１の場合、過熱器１２、再熱器１１、１
０及び過熱器９が蒸発器７ｂの後流側に配置されるため
に、蒸発器７ｂがない場合に比較して排熱温度が低く、
その分、過熱器１２、再熱器１１、１０及び過熱器９の
伝熱面積を大きくする必要がある。なお、過熱器１２、
再熱器１１、１０及び過熱器９には高級材料を用いる。

【００２２】図２の排熱回収ボイラは、過熱器１２、再
熱器１１、１０及び過熱器９の伝熱面積を大きくする必
要がないようにするために、蒸発器７ａとは分割した蒸
発器７ｂを二次過熱器１２と二次再熱器１１の後流側
で、一次再熱器１０と一次過熱器９の前流側に置いたも
のである。図２の構成により、図１に示す構成に比較し
て過熱器１２、再熱器１１、１０及び過熱器９の伝熱面
積を低減できる。なお低級材である炭素鋼を用いる蒸発
器７ｂの伝熱面積は図１に示す構成に比較して増加す
る。蒸発器７ｂの最適位置、および蒸発器７ａと蒸発器
７ｂの分割割合は排熱ボイラで要求される特性と経済性
を基に適宜決定される。

【００２３】図１、図２に示す蒸発器７の蒸発器７ａ、
７ｂへの分割により気水分離器５からの降水管６と蒸発
器７ｂを連結する供水管４０及び蒸発器７と気水分離器
５を連結する上昇管８（蒸発器７ａと気水分離器５を連
結する上昇管８ａおよび蒸発器７ｂと気水分離器５を連
結する上昇管８ｂ）が長くなるが蒸発器７の伝熱面積は
増加せず、図７で説明した二段目ダクトバーナ１４を設
ける必要がないこと、および二段目ダクトバーナ１４の
燃焼室を省くことが可能であり、経済的効果は極めて大
きい。また、二段目ダクトバーナ１４を設ける必要がな
いことから給水制御系と燃料制御系がシンプルになるこ
とにより、制御ロジックがシンプルになり、調整が容易
になるとともに、保守も含めて経済性も向上する。

【００２４】ダクトバーナ１３の寸法は排熱回収ボイラ
のバーナ設置の形状に合わせて決まり、燃焼容量は二次
的な問題である。したがって、二段目ダクトバーナ１４
を削除し、全ての必要燃焼量をダクトバーナ１３に投入
してもダクトバーナ寸法は大差ないため、この点からも
経済的な構成となる。更に、一段目ダクトバーナ１３で
酸素を消費し、二段目ダクトバーナ１４での必要酸素濃
度を維持できないという制約もなくなる。

【００２５】本発明の他の実施の形態を図３に示す。本
実施の形態ではダクトバーナ１３を二次過熱器１２と二
次再熱器１１の後流側に配置し、二次過熱器１２と二次
再熱器１１で吸熱され、幾分低温となった排ガスにダク
トバーナ１３で入熱するために、排ガスの最高温度は図
１、図２の場合より低くなり、使用材料の温度制限から
くる制約を緩くすることができる。

【００２６】なお、図１〜図３に示す排熱回収ボイラの
代表的な制御系統図は図６に示すものとほぼ同一である
ので、説明と図示は省略する。

【００２７】表１には、本発明の図２、図３に示す実施
の形態におけるダクトバーナ１３の配置位置の違いによ
り、蒸気流量等が変化する様子を示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】ダクトバーナ１３を排熱回収ボイラ入口に
設置した場合（ケース（Ａ）、図２参照）と、蒸発器７
ｂを一次再熱器１０のガス前流側に設置して、その前流
側にダクトバーナ１３を設置した場合（ケース（Ｂ）、
図３参照）で、それぞれダクトバーナ１３不使用時の性
能を満足するように伝熱面積を設定したとき、排熱回収
ボイラ入口にダクトバーナ１３を設置した場合（ケース
（Ａ））に比べ二次再熱器１１と蒸発器７ｂの間にダク
トバーナ１３を設置した場合（ケース（Ｂ））では、同
一の入熱に対し、高圧蒸気流量を約１５．０ｔ／ｈ増加
させることができる。

【００３０】また、ここでは単圧ボイラの例を図示して
説明したが、本発明は、高圧と低圧の複圧ボイラ、また
は高圧、中圧及び低圧の三重圧系ボイラの場合を含むこ
とは言うまでもない。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、バーナ系を複雑にする
ことなく、排熱回収ボイラを大きくすることなく、ダク
トバーナ付排熱回収ボイラを得ることができるために、
経済的で運転が容易で、かつ、保守も容易な排熱回収ボ
イラとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態の排熱回収ボイラの構成
図である。

【図２】 本発明の実施の形態の排熱回収ボイラの構成
図である。

【図３】 本発明の実施の形態の排熱回収ボイラの構成
図である。

【図４】 図１の排熱回収ボイラのＱＴ線図である。

【図５】 従来技術の排熱回収ボイラの構成図である。

【図６】 図５に示す排熱回収ボイラの代表的な制御系
統図である。

【図７】 図６に示す排熱回収ボイラの代表的な制御系
統図である。

【図８】 図６に示す排熱回収ボイラのＱＴ線図であ
る。

【符号の説明】

１ ＧＴ取合い部 ２ 入口ダクト
（インレットダクト） ３ ケーシング ４ 節炭器 ５ 気水分離器（ドラム） ６ 降水管 ７ 蒸発器 ７ａ 後流側蒸発
器 ７ｂ 前流側蒸発器 ８ 上昇管 ８ａ 後流側蒸発器用上昇管 ８ｂ 前流側蒸発
器用上昇管 ９ 一次過熱器 １０ 一次再熱器 １１ 二次再熱器 １２ 二次過熱器 １３ 一段目ダクトバーナ １４ 二段目ダク
トバーナ １５ 給水管 １６ 給水流量計 １７、２３、２９ 制御弁 １８ 飽和蒸気管 １９ 過熱蒸気減温器 ２０ 過熱蒸気管 ２１ 過熱蒸気温度計 ２２、２８ 減温
水管 ２４ 低温再熱蒸気管 ２５ 再熱蒸気減
温器 ２６ 高温再熱蒸気管 ２７ 再熱蒸気温
度計 ３２、３４ 燃料制御弁 ４０ 供水管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排ガス流路を構成するケーシングの入口
   部にダクトバーナを配置し、さらに前記ケーシング内に
   節炭器、蒸発器、過熱器及び再熱器のうち、少なくとも
   節炭器、蒸発器及び過熱器を配置した排熱回収ボイラに
   おいて、 蒸発器を構成する伝熱管群を２分割し、蒸発器の分割さ
   れた２つの伝熱管群の間に過熱器及び／又は再熱器の少
   なくとも一部を配置したことを特徴とする排熱回収ボイ
   ラ。
2. 【請求項２】 排ガス流路を構成するケーシング内の上
   流側にダクトバーナを配置し、さらに前記ケーシング内
   に節炭器、蒸発器、過熱器及び再熱器のうち、少なくと
   も節炭器、蒸発器及び過熱器を配置した排熱回収ボイラ
   において、 蒸発器を構成する伝熱管群を２分割し、蒸発器の分割さ
   れた２つの伝熱管群の間に過熱器及び／又は再熱器の一
   部を配置し、過熱器及び／又は再熱器の他部をダクトバ
   ーナの上流側に配置したことを特徴とする排熱回収ボイ
   ラ。