JP2002147701A - 排熱回収蒸気発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガス発生源の負荷状態に依存せず、排熱回
収ボイラ側で発生蒸気量と蒸気温度の制御を行うことが
できる排熱回収蒸気発生装置を提供すること。 【解決手段】 排ガス流路に設けられる過熱器５、蒸発
器８、再熱器（図示せず）及び節炭器１１の中で少なく
ともいずれか熱交換器設置領域の隣接領域に排ガスバイ
パス路７、１０、１３を設け、当該熱交換器設置領域と
その隣接領域の前流側に排ガス流量分配装置６、９、１
２を備えておく。例えば過熱器出口蒸気温度の要求温度
が低下した場合、過熱器前流側の排ガス流量分配装置６
を調整して過熱器バイパス路７を通過する燃焼排ガス量
を増加させて、過熱器５を通過する排ガス流量を低減さ
せる。これに伴い、過熱器５での熱交換量が低下して、
過熱器出口での蒸気温度を低下させることが可能にな
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、排熱回収蒸気発生
装置に関し、特に、蒸気発生量と蒸気温度を制御できる
排熱回収蒸気発生装置（排熱回収ボイラ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】排熱回収ボイラの一例として、従来の単
圧式排熱回収ボイラのシステムを図３に示す。排ガス発
生源１から排出された燃焼排ガス２は入口ダクト３を通
過して排熱回収ボイラ４内に流入する。排熱回収ボイラ
４には、過熱器５’、蒸発器８’、節炭器１１’（又は
図示していない再熱器が配置されることもある）の各バ
ンクが設置されている。節炭器１１’に供給され、順次
前記各バンク内を通過するボイラ給水と燃焼排ガス２と
が熱交換することによって、ボイラ給水１５は過熱蒸気
まで過熱される。また、排熱回収ボイラ４内に流入して
熱交換されて温度低下した排ガスは煙突１４から排出さ
れる。

【０００３】ボイラ給水１５は給水ポンプ１６から節炭
器１１’に供給され加熱された後、一旦汽水分離ドラム
１７に貯められた後、蒸発器８’に供給されて加熱さ
れ、汽水混合物となり再び汽水分離器１７に戻され、こ
こで分離された蒸気が過熱器５’に供給されて、過熱蒸
気１８’となり、該過熱蒸気１８’が蒸気機関等に送ら
れる。このとき過熱蒸気１８’の温度調節が減温器２２
で行われる。

【０００４】図４には、図３に示すボイラ４の排ガス側
及び蒸気−給水側の温度分布線図を示す。排ガス発生源
１から排出された燃焼排ガス２は入口ダクト３を通過
後、過熱器５’に流入する。過熱器５’に流入した燃焼
排ガス２は過熱器５’で蒸気と熱交換して温度が低下
し、蒸発器８’の前流部では燃焼排ガス２３’となる。
次に排ガス２３’は蒸発器８’に流入し、蒸発器８’内
の蒸気と熱交換することで温度が低下して節炭器前流部
では燃焼排ガス２４’となる。次に排ガス２４’は節炭
器１１’に流入して給水１５と熱交換して、排ガス温度
が低下し、燃焼排ガス２５’となり、煙突１４から排出
する。

【０００５】図４に示すように排ガス発生源１から排出
された燃焼排ガス２は過熱器５’、蒸発器８’、節炭器
１１’を通過する毎に温度低下するが、当然ながら、排
ガス温度は各バンクを通過して連続的に低下する。

【０００６】一方、ボイラ給水ポンプ１６にて加圧され
た給水１５は節炭器１１’で加熱されて温度上昇した
後、汽水分離ドラム１７中に送られて汽水混合状態で定
温となる。汽水分離器１７から蒸発器８’に送られた給
水は過熱器５’で過熱されて過熱器出口の過熱蒸気１
８’が得られる。過熱器出口蒸気１８’は、減温器２２
によりスプレー水を注入して蒸気温度を要求温度まで低
下された後、需要設備に送気される。

【０００７】上記図３、図４に示す排熱回収ボイラシス
テムには追い焚き設備が設置されていないため、過熱蒸
気１８’の発生量および温度は排ガス発生源１の運転状
態に依存し、排熱回収ボイラ４側で発生する蒸気量、蒸
気温度を調整することはできなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図３に示す従来の追い
焚き設備のない排熱回収ボイラシステムでは、ガスター
ビン等の排ガス発生源１と伝熱面積が一定の排熱回収ボ
イラ４が排ガスダクトを通じて直接接続されている。従
って、ボイラの伝熱面積が一定である排熱回収ボイラ４
で発生する蒸気量及び蒸気温度は、ボイラ内を通過する
排ガス量、すなわち排ガス発生源１の負荷状態に依存
し、発生蒸気量すなわち各バンクの伝熱管における熱吸
収量を排熱回収ボイラ４側において制御することは不可
能であった。

【０００９】本発明の課題は、排ガス発生源の負荷状態
に依存せず、排熱回収ボイラ側で発生蒸気量および発生
蒸気温度の制御を行うことができる排熱回収蒸気発生装
置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、高
温ガスを導入して、ケーシング内部に配置された蒸気発
生用熱交換器である過熱器、蒸発器、再熱器及び節炭器
の中で少なくとも過熱器、蒸発器及び節炭器を備えた排
熱回収蒸気発生装置において、前記過熱器、蒸発器、再
熱器及び節炭器の中で少なくともいずれか熱交換器設置
領域の隣接領域に排ガスバイパス路を設け、当該熱交換
器設置領域とその隣接領域の排ガスバイパス路の前流側
に排ガス流量分配装置を備えた排熱回収蒸気発生装置に
より解決される。

【００１１】

【作用】本発明によれば、例えば過熱器出口蒸気温度の
要求温度が低下した場合、過熱器前流の排ガス流量分配
装置を調整して過熱器バイパス路を通過する燃焼排ガス
量を増加させて、過熱器を通過する排ガス流量を低減さ
せる。これに伴い、過熱器での熱交換量が低下して、過
熱器出口での蒸気温度を低下させることが可能になる。

【００１２】また、蒸気要求量又は再熱蒸気要求量が低
下した場合、蒸発器又は再熱器前流の排ガス流量分配装
置を調整して、蒸発器又は再熱器バイパス路を通過する
燃焼排ガス量を増加させて、蒸発器又は再熱器を通過す
る排ガス流量を低減させる。これに伴い、蒸発器又は再
熱器での熱交換量が低下して、発生蒸気量を低下させる
ことが可能になる。

【００１３】同様に、節炭器出口給水温度がボイラドラ
ム飽和温度に近づき節炭器内部にてスチーミングが発生
した場合、節炭器前流の排ガス流量分配装置を調整して
節炭器バイパス路を通過する燃焼排ガス量を増加させ
て、節炭器を通過する排ガス流量を低減させる。これに
伴い、節炭器での熱交換量が低下し、節炭器出口給水温
度を低下させることが可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面と共に
説明する。図１には本発明の実施の形態である単圧式排
熱回収ボイラ４の概略構成図を示す。図１に示す単圧式
排熱回収ボイラ４は排ガス発生源１から排出された燃焼
排ガス２が通る入口ダクト３に接続されており、排熱回
収ボイラ４の下流部には煙突１４が配置されている。

【００１５】排熱回収ボイラ４は排ガス流れの上流側か
ら過熱器５、蒸発器８及び節炭器１１からなる熱交換器
（再熱器が配置されることもある）が配置されている。
本実施の形態の特徴は各熱交換器の隣接位置に排ガスバ
イパス路が設けられており、またその排ガスバイパス路
及び各熱交換器入口部には排ガス流量分配装置が設置さ
れていることである。すなわち 図１の排熱回収ボイラ
４は過熱器排ガス流量分配装置６、過熱器バイパス路
７、過熱器５、蒸発器排ガス流量分配装置９、蒸発器バ
イパス路１０、蒸発器８、節炭器排ガス流量分配装置１
２、節炭器バイパス路１３、節炭器１１を備えている。

【００１６】ボイラ給水１５は給水ポンプ１６から節炭
器１１に供給されて加熱された後、一旦汽水分離ドラム
１７に貯めら、その後、蒸発器８に供給されて加熱さ
れ、汽水混合物となり再び汽水分離ドラム１７に戻さ
れ、ここで分離された蒸気が過熱器５に供給されて、過
熱蒸気１８が得られる。得られた過熱蒸気１８は蒸気機
関等に送られる。このとき過熱蒸気の温度調節が減温器
２２で行われる。

【００１７】図２には、図１に示すボイラ４の排ガス側
及び蒸気−給水側の温度分布線図を示す。排ガス発生源
１から排出された燃焼排ガス２は入口ダクト３を通過
後、過熱器排ガス流量分配装置６において、排ガスの一
部が過熱器バイパス路７に分配されると同時に、残りの
排ガスは過熱器５に流入する。過熱器５に流入した燃焼
排ガス２は過熱器５で蒸気と熱交換して温度が低下し、
過熱器バイパス路７を通過した排ガスと混合し、その温
度が蒸発器８の前流部では燃焼排ガス２３となる。次に
蒸発器排ガス流量分配装置９において、排ガスの一部が
蒸発器排ガスバイパス路１０に分配されると同時に、残
りの排ガスは蒸発器８に流入し、蒸発器８内の蒸気と熱
交換することで温度が低下して節炭器１１の前流部では
蒸発器バイパス路１０を通過した排ガスと混合し、その
温度が燃焼排ガス２４となる。

【００１８】次に節炭器排ガス流量分配装置１２におい
て、排ガスの一部が節炭器バイパス路１３に分配される
と同時に、残りの排ガスは節炭器１１に流入して給水側
と熱交換が行われ、排ガス温度が低下し、節炭器バイパ
ス路１３を通過した排ガスと混合し、温度低下した燃焼
排ガス２５となり、煙突１４から排出する。

【００１９】従来のバイパス路を設けていない排熱回収
ボイラシステムでは図４に示すように排ガス発生源１か
ら排出された燃焼排ガス２は過熱器５’、蒸発器８’、
節炭器１１’を通過する毎に温度低下するが、当然なが
ら、排ガス温度は各バンク５’、８’、１１’を通過し
て連続的に低下するが、本発明の実施の形態の排熱回収
ボイラシステムでは図２に示すように排ガス発生源１か
ら排出された燃焼排ガス２は各バンク５、８、１１を通
った排ガス２３，２４、２５は各バンク５、８、１１に
隣接して設けられたバイパス路７，１０，１３を経由し
て比較的温度低下していない排ガスと混合され得るため
に温度低下の程度が小さくなる。

【００２０】一方、ボイラ給水ポンプ１６にて加圧され
た給水１５は節炭器１１で加熱されて温度上昇した後、
汽水分離ドラム１７中に送られて汽水混合状態で定温と
なる。汽水分離ドラム１７から蒸発器８に送られた給水
は過熱器５で過熱されて過熱器出口の過熱蒸気１８が得
られる。過熱器出口蒸気１８は、減温器２２によりスプ
レー水を注入して蒸気温度を要求温度まで低下された
後、需要設備に送気される。

【００２１】上記排熱回収ボイラシステムでは排熱回収
ボイラ４より発生する過熱蒸気の要求量および温度が異
なった場合、排熱回収ボイラ４側において、熱吸収量の
調整を次のように行う。 （１）過熱器出口蒸気１８の要求温度が低下した場合
は、過熱器排ガス流量分配装置６を調整して過熱器バイ
パス路７を通過する燃焼排ガス量を増加させて、過熱器
５を通過する排ガス流量を低減させる。これに伴い、過
熱器５での熱交換量が低下して、過熱器出口での過熱蒸
気１８を要求温度まで低下させることが可能になる。 （２）蒸気要求量が低下した場合、蒸発器８の前流の排
ガス流量分配装置９を調整して蒸発器バイパス路１０を
通過する燃焼排ガス量を増加させて、蒸発器８を通過す
る排ガス流量を低減させる。これに伴い、蒸発器８での
熱交換量が低下して、発生蒸気量を低下させることが可
能になる。 （３）図示していないが再熱器と再熱器バイパスダクト
路とこれらの前流側に排ガス流量分配装置を設置してい
る場合には 再熱器出口蒸気温度の要求温度が低下する
と、再熱器前流の排ガス流量分配装置を調整して再熱器
バイパス路ダクトを通過する燃焼排ガス量を増加させ
て、再熱器を通過する排ガス流量を低減させる。これに
伴い、再熱器での熱交換量が低下し、再熱器出口での再
熱蒸気温度を低下させることが可能になる。 （４）排ガス発生源１の運転状態に伴って、節炭器１１
の出口給水温度がボイラドラム飽和温度に近づき節炭器
１１の内部にてスチーミングが発生した場合、節炭器１
１の排ガス流量分配装置１２を調整して節炭器バイパス
路１３を通過する燃焼排ガス量を増加させて、節炭器１
１を通過する排ガス流量を低減させる。これに伴い、節
炭器１１での熱交換量が低下し、節炭器１１の出口給水
温度を低下させることが可能になる。

【００２２】上記排熱回収ボイラシステムでは過熱器
５、蒸発器８、節炭器１１にそれぞれ並列して排ガスバ
イパス路７、１０、１３と排ガス流量分配装置６、９、
１２を設けた例を示したが、本発明ではこれに限らず前
記過熱器５、蒸発器８、再熱器（図示せず）及び節炭器
１１の中の少なくとも一つの熱交換器（伝熱管群）に並
列して排ガスバイパス路７、１０、１３と排ガス流量分
配装置６、９、１２を設けた構成を用いることができ
る。

【００２３】上記排熱回収蒸気発生装置は排ガスが鉛直
方向に流れる竪型蒸気発生装置であるが、本発明は排ガ
スが水平方向に流れる水平型蒸気発生装置にも適用でき
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、過熱器出口蒸気温度又
は再熱器出口蒸気温度の要求温度と蒸気要求量の変化に
対応でき、さらに節炭器内部でのスチーミング発生を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態の単圧式排熱回収装置に
過熱器、蒸発器、節炭器とそれぞれ平行に排ガスバイパ
ス路及びそれらの前流に排ガス流量分配装置を設置した
場合の全体構成図を示す。

【図２】 図１の単圧式排熱回収装置の熱平衡線図を示
す。

【図３】 従来の単圧式排熱回収装置の全体構成図を示
す。

【図４】 図３の単圧式排熱回収装置の熱平衡線図を示
す。

【符号の説明】

１ 排ガス発生源 ２ 燃焼排ガス ３ 入口ダクト ４ 排熱回収ボイ
ラ（単圧式） ５ 過熱器 ６ 過熱器排ガス
流量分配装置 ７ 過熱器バイパス路 ８ 蒸発器 ９ 蒸発器排ガス流量分配装置 １０ 蒸発器バイ
パス路 １１ 節炭器 １２ 節炭器排ガ
ス流量分配装置 １３ 節炭器バイパス路 １４ 出口ダクト
・煙突 １５ ボイラ給水 １６ ボイラ給水
ポンプ １７ ドラム １８ 過熱蒸気 ２２ 減温器 ２３ 燃焼排ガス
（蒸発器前流） ２４ 燃焼排ガス（節炭器前流） ２５ 燃焼排ガス
（煙突出口）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温ガスを導入して、ケーシング内部に
   配置された蒸気発生用熱交換器である過熱器、蒸発器、
   再熱器及び節炭器の中で少なくとも過熱器、蒸発器及び
   節炭器を備えた排熱回収蒸気発生装置において、 前記過熱器、蒸発器、再熱器及び節炭器の中で少なくと
   もいずれか熱交換器設置領域の隣接領域に排ガスバイパ
   ス路を設け、当該熱交換器設置領域とその隣接領域の排
   ガスバイパス路の前流側に排ガス流量分配装置を備えた
   ことを特徴とする排熱回収蒸気発生装置。