JP2003314298A - 排熱回収ボイラ及びその給水量制御方法 - Google Patents
排熱回収ボイラ及びその給水量制御方法Info
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- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
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- Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 蒸気ドラムを廃止しても蒸発器から過熱器へ
供給する蒸気の汽水分離を行うことができる排熱回収ボ
イラの提供を目的とする。 【解決手段】 ガスタービン等の排熱発生源から排出さ
れる排熱で蒸発器管内を流れる給水を加熱して蒸気を発
生させる蒸発器を備えている排熱回収ボイラにおいて、
排熱発生源の排熱量で全量を蒸発させるように給水の給
水量を調整する蒸発器給水制御手段を設けた。
供給する蒸気の汽水分離を行うことができる排熱回収ボ
イラの提供を目的とする。 【解決手段】 ガスタービン等の排熱発生源から排出さ
れる排熱で蒸発器管内を流れる給水を加熱して蒸気を発
生させる蒸発器を備えている排熱回収ボイラにおいて、
排熱発生源の排熱量で全量を蒸発させるように給水の給
水量を調整する蒸発器給水制御手段を設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン等か
ら排出される排気ガスの排熱を利用して蒸気を生成する
排熱回収ボイラ及びその給水量制御方法に関する。
ら排出される排気ガスの排熱を利用して蒸気を生成する
排熱回収ボイラ及びその給水量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】排熱回収ボイラは、たとえばガスタービ
ン等と組み合わせて構成されるコンバインドサイクル発
電プラントに使用されている。コンバインドサイクル発
電プラントでは、ガスタービンによって発電機を駆動し
て発電し、さらに、ガスタービンから排出される排気ガ
スの排熱を利用して蒸気を発生させる。この蒸気を蒸気
タービンへ供給すれば発電機の駆動に利用することがで
きるので、蒸気タービンによっても発電することがで
き、従って、高効率で環境に優しい発電プラントとして
注目されている。
ン等と組み合わせて構成されるコンバインドサイクル発
電プラントに使用されている。コンバインドサイクル発
電プラントでは、ガスタービンによって発電機を駆動し
て発電し、さらに、ガスタービンから排出される排気ガ
スの排熱を利用して蒸気を発生させる。この蒸気を蒸気
タービンへ供給すれば発電機の駆動に利用することがで
きるので、蒸気タービンによっても発電することがで
き、従って、高効率で環境に優しい発電プラントとして
注目されている。
【０００３】このようなコンバインドサイクル発電プラ
ントにおいて、ガスタービン等の排熱発生源から排出さ
れる排熱を利用して蒸気を発生させる装置として、排熱
回収ボイラ（Heat Recovery Steam Generator）が知ら
れている。以下では、排熱回収ボイラの一例として、コ
ンバインド用三圧再熱自然循環排熱回収ボイラ（以下で
は、「ＨＲＳＧ」と略す）を図３に示して簡単に説明す
る。
ントにおいて、ガスタービン等の排熱発生源から排出さ
れる排熱を利用して蒸気を発生させる装置として、排熱
回収ボイラ（Heat Recovery Steam Generator）が知ら
れている。以下では、排熱回収ボイラの一例として、コ
ンバインド用三圧再熱自然循環排熱回収ボイラ（以下で
は、「ＨＲＳＧ」と略す）を図３に示して簡単に説明す
る。
【０００４】同図に示す従来のＨＲＳＧ１０は、下方か
ら上方に向かってガスタービン排気Ｇを導くケーシング
１１内に、ガスタービン排気Ｇの流れ方向である下から
上に向かって順番に、高圧蒸発器１２、中圧蒸発器１３
及び低圧蒸発器１４が配置されている。高圧蒸発器１２
は、高圧蒸気ドラム１５から供給されて多数の蒸発器管
１６内を流れる給水をガスタービン排気Ｇで加熱して高
圧蒸気ＳＨを生成する。この場合の給水は、後述する中
圧蒸発器１３の給水Ｗ１から分岐させてケーシング１１
内を通過する給水管１７を流れ、ガスタービン排気Ｇの
排熱で予熱されたものが使用される。
ら上方に向かってガスタービン排気Ｇを導くケーシング
１１内に、ガスタービン排気Ｇの流れ方向である下から
上に向かって順番に、高圧蒸発器１２、中圧蒸発器１３
及び低圧蒸発器１４が配置されている。高圧蒸発器１２
は、高圧蒸気ドラム１５から供給されて多数の蒸発器管
１６内を流れる給水をガスタービン排気Ｇで加熱して高
圧蒸気ＳＨを生成する。この場合の給水は、後述する中
圧蒸発器１３の給水Ｗ１から分岐させてケーシング１１
内を通過する給水管１７を流れ、ガスタービン排気Ｇの
排熱で予熱されたものが使用される。
【０００５】中圧蒸発器１３は、中圧蒸気ドラム１８か
ら供給されて多数の蒸発器管１９内を流れる給水Ｗ１を
ガスタービン排気Ｇで加熱して中圧蒸気ＳＩを生成す
る。なお、給水Ｗ１の給水管２０はケーシング１１内を
通過しており、従って、ガスタービン排気Ｇで予熱され
た給水が使用される。低圧蒸発器１４は、低圧蒸気ドラ
ム２１から供給されて多数の蒸発器管２２内を流れる給
水Ｗ２をガスタービン排気Ｇで加熱して低圧蒸気ＳＬを
生成する。なお、給水Ｗ２の給水管２３はケーシング１
１内を通過しており、従って、ガスタービン排気Ｇで予
熱された給水が使用される。なお、上述した高圧蒸気Ｓ
Ｈ、中圧蒸気ＳＩ及び低圧蒸気ＳＬは、ケーシング１１
内の過熱器（図示省略）に導かれ、再加熱することで過
熱度を与えてから蒸気タービン等へ供給される。
ら供給されて多数の蒸発器管１９内を流れる給水Ｗ１を
ガスタービン排気Ｇで加熱して中圧蒸気ＳＩを生成す
る。なお、給水Ｗ１の給水管２０はケーシング１１内を
通過しており、従って、ガスタービン排気Ｇで予熱され
た給水が使用される。低圧蒸発器１４は、低圧蒸気ドラ
ム２１から供給されて多数の蒸発器管２２内を流れる給
水Ｗ２をガスタービン排気Ｇで加熱して低圧蒸気ＳＬを
生成する。なお、給水Ｗ２の給水管２３はケーシング１
１内を通過しており、従って、ガスタービン排気Ｇで予
熱された給水が使用される。なお、上述した高圧蒸気Ｓ
Ｈ、中圧蒸気ＳＩ及び低圧蒸気ＳＬは、ケーシング１１
内の過熱器（図示省略）に導かれ、再加熱することで過
熱度を与えてから蒸気タービン等へ供給される。
【０００６】さて、上述した高圧蒸発器１２、中圧蒸発
器１３及び低圧蒸発器１４について標準的な系統模式図
を図４に示す。なお、図中の符号３０は蒸発器、３１は
蒸気ドラム、３２は降水管、３３は蒸発器入口管寄せ、
３４は蒸発器管、３５は蒸発器出口管寄せ、３６Ｌは左
側蒸発器出口連絡管、３６Ｒは右側蒸発器出口連絡管、
３７は給水管、３８は飽和蒸気管、Ｗは給水である。
器１３及び低圧蒸発器１４について標準的な系統模式図
を図４に示す。なお、図中の符号３０は蒸発器、３１は
蒸気ドラム、３２は降水管、３３は蒸発器入口管寄せ、
３４は蒸発器管、３５は蒸発器出口管寄せ、３６Ｌは左
側蒸発器出口連絡管、３６Ｒは右側蒸発器出口連絡管、
３７は給水管、３８は飽和蒸気管、Ｗは給水である。
【０００７】この蒸発器３０では、給水管３７を介して
蒸気ドラム３１内に給水Ｗの供給を受ける。この給水Ｗ
は、左右一対の降水管３２から蒸発器入口管寄せ３３へ
流出し、さらに、蒸発器入口管寄せ３３から多数の蒸発
器管３４へ分配される。蒸発器管３４は、一端が蒸発器
入口管寄せ３３に接続され、他端が蒸発器出口管寄せ３
５に接続されたＵ字状の管である。給水Ｗは、蒸発器管
３４内を流れることによって蒸発器管３４の周囲を下か
ら上へ上昇していく高温のガスタービン排気Ｇに加熱さ
れ、蒸気及び水の二相流となって蒸発器出口管寄せ３５
へ流入する。
蒸気ドラム３１内に給水Ｗの供給を受ける。この給水Ｗ
は、左右一対の降水管３２から蒸発器入口管寄せ３３へ
流出し、さらに、蒸発器入口管寄せ３３から多数の蒸発
器管３４へ分配される。蒸発器管３４は、一端が蒸発器
入口管寄せ３３に接続され、他端が蒸発器出口管寄せ３
５に接続されたＵ字状の管である。給水Ｗは、蒸発器管
３４内を流れることによって蒸発器管３４の周囲を下か
ら上へ上昇していく高温のガスタービン排気Ｇに加熱さ
れ、蒸気及び水の二相流となって蒸発器出口管寄せ３５
へ流入する。
【０００８】この後、蒸気及び水の二相流は、左側蒸発
器出口連絡管３６Ｌ及び右側蒸発器出口連絡管３６Ｒに
分流して蒸気ドラム３１へ戻る。蒸気ドラム３１では、
飽和蒸気管３８を通って飽和蒸気が流出し、水は降水管
３２から流出する給水Ｗと合流して再循環する。すなわ
ち、上述した蒸気ドラム３１は、図示省略の過熱器へ水
を含むことなく蒸気のみが供給されるように設置したも
のである。
器出口連絡管３６Ｌ及び右側蒸発器出口連絡管３６Ｒに
分流して蒸気ドラム３１へ戻る。蒸気ドラム３１では、
飽和蒸気管３８を通って飽和蒸気が流出し、水は降水管
３２から流出する給水Ｗと合流して再循環する。すなわ
ち、上述した蒸気ドラム３１は、図示省略の過熱器へ水
を含むことなく蒸気のみが供給されるように設置したも
のである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した構
成の排熱回収ボイラにおいては、装置コストの低減が求
められている。このような背景から、圧力容器となるた
めコストの高い蒸気ドラム３１を廃止することが検討さ
れている。しかしながら、蒸発器３０から過熱器へ供給
する蒸気は、蒸気クオリティーを１以上にして水分が含
まれないようにする必要があるため、蒸気ドラム３０に
代わる何らかの対策が必要となる。このような蒸気ドラ
ム３０に代わる装置として汽水分離器を設置することも
考えられるが、蒸気ドラム３０と同様に圧力容器となる
ため、装置コストの低減はあまり期待できない。
成の排熱回収ボイラにおいては、装置コストの低減が求
められている。このような背景から、圧力容器となるた
めコストの高い蒸気ドラム３１を廃止することが検討さ
れている。しかしながら、蒸発器３０から過熱器へ供給
する蒸気は、蒸気クオリティーを１以上にして水分が含
まれないようにする必要があるため、蒸気ドラム３０に
代わる何らかの対策が必要となる。このような蒸気ドラ
ム３０に代わる装置として汽水分離器を設置することも
考えられるが、蒸気ドラム３０と同様に圧力容器となる
ため、装置コストの低減はあまり期待できない。
【００１０】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、蒸気ドラムを廃止しても蒸発器から過熱器へ供給
する蒸気の汽水分離を行うことができる排熱回収ボイラ
の提供を目的としている。
ので、蒸気ドラムを廃止しても蒸発器から過熱器へ供給
する蒸気の汽水分離を行うことができる排熱回収ボイラ
の提供を目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載の
排熱回収ボイラは、ガスタービン等の排熱発生源から排
出される排熱で蒸発器管内を流れる給水を加熱して蒸気
を発生させる蒸発器を備えている排熱回収ボイラにおい
て、前記排熱発生源の排熱量で全量を蒸発させるように
前記給水の給水量を調整する蒸発器給水制御手段を設け
たことを特徴とするものである。
決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載の
排熱回収ボイラは、ガスタービン等の排熱発生源から排
出される排熱で蒸発器管内を流れる給水を加熱して蒸気
を発生させる蒸発器を備えている排熱回収ボイラにおい
て、前記排熱発生源の排熱量で全量を蒸発させるように
前記給水の給水量を調整する蒸発器給水制御手段を設け
たことを特徴とするものである。
【００１２】このような排熱回収ボイラによれば、排熱
発生源の排熱量で全量を蒸発させるように給水量を調整
する蒸発器給水制御手段を設けたので、蒸発器に供給さ
れた給水の全量が排熱量で蒸発し、水を含まない蒸気と
なって供給される。
発生源の排熱量で全量を蒸発させるように給水量を調整
する蒸発器給水制御手段を設けたので、蒸発器に供給さ
れた給水の全量が排熱量で蒸発し、水を含まない蒸気と
なって供給される。
【００１３】請求項１記載の排熱回収ボイラにおいて
は、前記蒸発器給水制御手段が、前記蒸発器に給水を供
給する給水系統に設けた流量制御弁と、前記蒸発器の入
口と該蒸発器の給水上流側に設置された熱交換器出口ま
たは前記蒸発器の出口との間に生じる排熱温度差を検出
する排熱温度差検出手段と、前記給水の供給温度を検出
する給水入口温度検出手段と、前記蒸発器の出口で給水
圧力を検出する給水出口圧力検出手段と、前記排熱温度
差検出手段、前記給水入口温度検出手段及び前記給水出
口圧力検出手段の検出値に基づき前記流量制御弁の開度
制御を行う制御部とを具備して構成されたものが好まし
い。
は、前記蒸発器給水制御手段が、前記蒸発器に給水を供
給する給水系統に設けた流量制御弁と、前記蒸発器の入
口と該蒸発器の給水上流側に設置された熱交換器出口ま
たは前記蒸発器の出口との間に生じる排熱温度差を検出
する排熱温度差検出手段と、前記給水の供給温度を検出
する給水入口温度検出手段と、前記蒸発器の出口で給水
圧力を検出する給水出口圧力検出手段と、前記排熱温度
差検出手段、前記給水入口温度検出手段及び前記給水出
口圧力検出手段の検出値に基づき前記流量制御弁の開度
制御を行う制御部とを具備して構成されたものが好まし
い。
【００１４】請求項２記載の排熱回収ボイラにおいて
は、前記給水系統に給水流量検出手段を設け、該給水流
量検出手段の検出流量を前記制御部に入力して前記流量
制御弁の開度補正を行うことが好ましい。
は、前記給水系統に給水流量検出手段を設け、該給水流
量検出手段の検出流量を前記制御部に入力して前記流量
制御弁の開度補正を行うことが好ましい。
【００１５】請求項４記載の排熱回収ボイラの給水制御
方法は、ガスタービン等の排熱発生源から排出される排
熱で蒸発器管内を流れる給水を加熱して蒸気を発生させ
る蒸発器を備えている排熱回収ボイラの給水量制御方法
であって、前記排熱発生源の排熱量で全量の蒸発が可能
となる最大給水量を算出し、前記蒸発器に供給される給
水量が前記最大給水量を超えないよう流量制御を行うこ
とを特徴とするものである。
方法は、ガスタービン等の排熱発生源から排出される排
熱で蒸発器管内を流れる給水を加熱して蒸気を発生させ
る蒸発器を備えている排熱回収ボイラの給水量制御方法
であって、前記排熱発生源の排熱量で全量の蒸発が可能
となる最大給水量を算出し、前記蒸発器に供給される給
水量が前記最大給水量を超えないよう流量制御を行うこ
とを特徴とするものである。
【００１６】このような排熱回収ボイラの給水量制御方
法によれば、排熱発生源の排熱量で全量の蒸発が可能と
なる最大給水量を算出し、蒸発器に供給される給水量が
最大給水量を超えないよう流量制御を行うので、蒸発器
に供給された給水の全量が排熱量で蒸発し、水を含まな
い蒸気となって供給される。
法によれば、排熱発生源の排熱量で全量の蒸発が可能と
なる最大給水量を算出し、蒸発器に供給される給水量が
最大給水量を超えないよう流量制御を行うので、蒸発器
に供給された給水の全量が排熱量で蒸発し、水を含まな
い蒸気となって供給される。
【００１７】請求項４記載の排熱回収ボイラの給水制御
方法においては、前記蒸発器の入口と該蒸発器の給水上
流側に設置された熱交換器出口または前記蒸発器の出口
との間に生じる排熱温度差と、前記給水の供給温度と、
前記蒸発器から流出する給水出口圧力とを検出した検出
値から最大給水量を算出し、給水系統に設けた流量制御
弁の開度を調整して前記最大給水量を超えないよう流量
制御を行うことが好ましい。
方法においては、前記蒸発器の入口と該蒸発器の給水上
流側に設置された熱交換器出口または前記蒸発器の出口
との間に生じる排熱温度差と、前記給水の供給温度と、
前記蒸発器から流出する給水出口圧力とを検出した検出
値から最大給水量を算出し、給水系統に設けた流量制御
弁の開度を調整して前記最大給水量を超えないよう流量
制御を行うことが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る排熱回収ボイ
ラの一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は蒸発
器及びその給水系を模式的に示した構成図であり、図中
の符号１１はケーシング、３０は蒸発器、４０は蒸発器
３０の給水上流側に設けられている節炭器等の熱交換
器、５０は給水系統、５１は給水タンク、５２は給水ポ
ンプ、５３は給水配管、５４は給水戻し配管、５５は流
量計、５６Ａ及び５６Ｂは流量制御弁、６０は制御部、
６１は給水入口温度センサ、６２は給水出口圧力セン
サ、６３は排ガス入口温度センサ、６４は排ガス出口温
度センサである。
ラの一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は蒸発
器及びその給水系を模式的に示した構成図であり、図中
の符号１１はケーシング、３０は蒸発器、４０は蒸発器
３０の給水上流側に設けられている節炭器等の熱交換
器、５０は給水系統、５１は給水タンク、５２は給水ポ
ンプ、５３は給水配管、５４は給水戻し配管、５５は流
量計、５６Ａ及び５６Ｂは流量制御弁、６０は制御部、
６１は給水入口温度センサ、６２は給水出口圧力セン
サ、６３は排ガス入口温度センサ、６４は排ガス出口温
度センサである。
【００１９】この実施形態の蒸発器３０は、ケーシング
１１内に設置されて給水Ｗの供給を受け、ガスタービン
排気Ｇのような排熱を加熱源として多数の蒸発器管内を
流れる給水Ｗを加熱する。図示の例では、給水系統５０
の上流側に熱交換器４０を備えた蒸発器３０が示されて
おり、熱交換器４０で加熱されることによって温度上昇
した給水Ｗが供給されるようになっている。この蒸発器
３０で加熱された給水Ｗは飽和蒸気となり、必要に応じ
て過熱器を通過してさらに過熱度を得た蒸気となって蒸
気タービン等へと供給される。
１１内に設置されて給水Ｗの供給を受け、ガスタービン
排気Ｇのような排熱を加熱源として多数の蒸発器管内を
流れる給水Ｗを加熱する。図示の例では、給水系統５０
の上流側に熱交換器４０を備えた蒸発器３０が示されて
おり、熱交換器４０で加熱されることによって温度上昇
した給水Ｗが供給されるようになっている。この蒸発器
３０で加熱された給水Ｗは飽和蒸気となり、必要に応じ
て過熱器を通過してさらに過熱度を得た蒸気となって蒸
気タービン等へと供給される。
【００２０】蒸発器３０へ給水Ｗを供給する給水系５０
は、給水タンク５１、給水ポンプ５２、給水配管５３、
給水戻し配管５４、給水ポンプ５５、流量制御弁５６
Ａ，５６Ｂを具備して構成される。給水タンク５１に所
定量貯蔵される給水は、給水ポンプ５２の作動によって
加圧送水される。この給水は、給水配管５３を介して熱
交換器４０へ導かれるが、給水ポンプ５２の下流側に設
けた流量制御弁５６Ａの開度及び給水戻し配管５４に設
けた流量制御弁５６Ｂの開度に応じて流量制御される。
流量制御弁５６Ａ，５６Ｂの開度は、後述する制御部６
０から出力される制御信号によって変化する。
は、給水タンク５１、給水ポンプ５２、給水配管５３、
給水戻し配管５４、給水ポンプ５５、流量制御弁５６
Ａ，５６Ｂを具備して構成される。給水タンク５１に所
定量貯蔵される給水は、給水ポンプ５２の作動によって
加圧送水される。この給水は、給水配管５３を介して熱
交換器４０へ導かれるが、給水ポンプ５２の下流側に設
けた流量制御弁５６Ａの開度及び給水戻し配管５４に設
けた流量制御弁５６Ｂの開度に応じて流量制御される。
流量制御弁５６Ａ，５６Ｂの開度は、後述する制御部６
０から出力される制御信号によって変化する。
【００２１】なお、給水戻し配管５４は、給水ポンプ５
２から略一定流量で加圧送水される給水Ｗを主流の給水
配管５３から分流させて給水タンク５１へ戻す配管系統
であるが、この配管系統及び流量制御弁５６Ｂを省略し
て流量制御弁５６Ａのみで流量制御することも可能であ
る。
２から略一定流量で加圧送水される給水Ｗを主流の給水
配管５３から分流させて給水タンク５１へ戻す配管系統
であるが、この配管系統及び流量制御弁５６Ｂを省略し
て流量制御弁５６Ａのみで流量制御することも可能であ
る。
【００２２】給水配管５３の流量制御弁５６Ａ下流側に
は、給水流量検出手段として流量計５５が設けられてい
る。この流量計５５は、その検出流量を制御部６０へ入
力するようになっている。このため、制御部６０が流量
制御弁５６Ａ，５６Ｂへ出力した開度に対応する実際の
給水流量を計測し、この検出流量に基づいて流量制御弁
５６Ａ，５６Ｂの開度補正を行うフィードバック制御を
実施して、給水Ｗの正確な流量制御を実施することがで
きる。なお、この給水流量検出手段については、給水流
量の精度を増すのに有効であるが、必ずしも設けなくて
もよい。
は、給水流量検出手段として流量計５５が設けられてい
る。この流量計５５は、その検出流量を制御部６０へ入
力するようになっている。このため、制御部６０が流量
制御弁５６Ａ，５６Ｂへ出力した開度に対応する実際の
給水流量を計測し、この検出流量に基づいて流量制御弁
５６Ａ，５６Ｂの開度補正を行うフィードバック制御を
実施して、給水Ｗの正確な流量制御を実施することがで
きる。なお、この給水流量検出手段については、給水流
量の精度を増すのに有効であるが、必ずしも設けなくて
もよい。
【００２３】こうして給水系統５０から供給される給水
Ｗは、蒸発器３０の入口に設けた給水入口温度センサ６
１によって供給温度が検出される。この給水入口温度検
出センサ６１は給水入口温度検出手段として設けたもの
であり、この検出値は制御部６０に入力される。
Ｗは、蒸発器３０の入口に設けた給水入口温度センサ６
１によって供給温度が検出される。この給水入口温度検
出センサ６１は給水入口温度検出手段として設けたもの
であり、この検出値は制御部６０に入力される。
【００２４】また、蒸発器３０の出口には、給水出口圧
力を検出する給水出口圧力検出手段として給水出口圧力
センサ６２が設けられている。この給水出口圧力センサ
６２で検出した給水圧力の検出値は制御部６０に入力さ
れるが、ここで検出した給水圧力との相関関係によっ
て、蒸発器３０から流出した飽和蒸気の飽和温度を知る
ことができる。
力を検出する給水出口圧力検出手段として給水出口圧力
センサ６２が設けられている。この給水出口圧力センサ
６２で検出した給水圧力の検出値は制御部６０に入力さ
れるが、ここで検出した給水圧力との相関関係によっ
て、蒸発器３０から流出した飽和蒸気の飽和温度を知る
ことができる。
【００２５】さらに、蒸発器３０の前後にはガスタービ
ン排ガスＧの温度差を検出する排熱温度差検出手段とし
て、排ガス入口温度センサ６３及び排ガス出口温度セン
サ６４が設置されている。これらの温度センサ６３，６
４はガスタービン排ガスＧが下から上へ流れる蒸発器３
０の入口側（前）と出口側（後）とに設置され、加熱源
として蒸発器３０を通過する排熱（ガスタービン排ガス
Ｇ）の入口温度及び出口温度を検出して制御部６０に入
力する。このため、これらの温度検出値から、蒸発器３
０での熱交換による排熱の温度変化（排熱温度差）を検
出することができる。この排熱温度差は、排熱の熱量が
蒸発器３０を介して給水Ｗに奪われるために温度低下す
るものである。
ン排ガスＧの温度差を検出する排熱温度差検出手段とし
て、排ガス入口温度センサ６３及び排ガス出口温度セン
サ６４が設置されている。これらの温度センサ６３，６
４はガスタービン排ガスＧが下から上へ流れる蒸発器３
０の入口側（前）と出口側（後）とに設置され、加熱源
として蒸発器３０を通過する排熱（ガスタービン排ガス
Ｇ）の入口温度及び出口温度を検出して制御部６０に入
力する。このため、これらの温度検出値から、蒸発器３
０での熱交換による排熱の温度変化（排熱温度差）を検
出することができる。この排熱温度差は、排熱の熱量が
蒸発器３０を介して給水Ｗに奪われるために温度低下す
るものである。
【００２６】さて、上述した排熱温度差、給水Ｗの供給
温度及び給水出口圧力の入力を受けた制御部６０では、
以下に説明するようにして算出した流量制御弁５６Ａ，
５６Ｂの開度を出力する。なお、以下の説明では、ガス
タービンの運転によって排出されるガスタービン排ガス
Ｇが排熱回収ボイラの排熱源として利用されるものとし
て給水量制御方法を説明する。
温度及び給水出口圧力の入力を受けた制御部６０では、
以下に説明するようにして算出した流量制御弁５６Ａ，
５６Ｂの開度を出力する。なお、以下の説明では、ガス
タービンの運転によって排出されるガスタービン排ガス
Ｇが排熱回収ボイラの排熱源として利用されるものとし
て給水量制御方法を説明する。
【００２７】この制御部６０では、排熱発生源の排熱で
全量を蒸発させるように給水Ｗの給水量を調整する。す
なわち、ガスタービン排ガスＧから奪われる熱量Ｑｇ
と、給水Ｗに加えられる熱量Ｑｗとのバランスから、給
水Ｗの全量が蒸発する最大給水量を算出して、この最大
給水量を越えないように流量制御弁５６Ａ，５６Ｂの開
度を調整して流量制御を実施する。
全量を蒸発させるように給水Ｗの給水量を調整する。す
なわち、ガスタービン排ガスＧから奪われる熱量Ｑｇ
と、給水Ｗに加えられる熱量Ｑｗとのバランスから、給
水Ｗの全量が蒸発する最大給水量を算出して、この最大
給水量を越えないように流量制御弁５６Ａ，５６Ｂの開
度を調整して流量制御を実施する。
【００２８】一方のガスタービン排ガスＧから奪われる
熱量Ｑｇは、下記の〔数１〕に示すように、ガスタービ
ン燃料量及びガスタービン空気投入量の和と、排ガス定
圧比熱及び排熱温度差の掛け算により算出される。な
お、現実にはガスタービンから蒸発器３０の入口に到達
するまでの間において、管路から大気等への放熱量があ
るため、この放熱量Ｑ´を上述した算出値から引いたも
のが実際の熱量Ｑｇとなる。
熱量Ｑｇは、下記の〔数１〕に示すように、ガスタービ
ン燃料量及びガスタービン空気投入量の和と、排ガス定
圧比熱及び排熱温度差の掛け算により算出される。な
お、現実にはガスタービンから蒸発器３０の入口に到達
するまでの間において、管路から大気等への放熱量があ
るため、この放熱量Ｑ´を上述した算出値から引いたも
のが実際の熱量Ｑｇとなる。
【００２９】
【数１】
ここで、ガスタービン燃料量（Ｗｆ）及びガスタービン
空気投入量（Ｗａ）については、図示省略のガスタービ
ン側から入力されるデータを用いる。また、排ガス定圧
比熱（ＣPG）については、予め測定したガスタービン排
ガスＧの成分比率から算出した値を用いればよい。そし
て、残る排熱温度差については、上述した排熱温度差検
出手段の温度センサ６３，６４の検出値（Ｔgi，Ｔgo）
によって得られる。
空気投入量（Ｗａ）については、図示省略のガスタービ
ン側から入力されるデータを用いる。また、排ガス定圧
比熱（ＣPG）については、予め測定したガスタービン排
ガスＧの成分比率から算出した値を用いればよい。そし
て、残る排熱温度差については、上述した排熱温度差検
出手段の温度センサ６３，６４の検出値（Ｔgi，Ｔgo）
によって得られる。
【００３０】これに対し、給水Ｗに加えられる熱量Ｑｗ
は、下記の〔数２〕に示すように、蒸発器管３４内にお
ける給水Ｗの定圧比熱と、給水Ｗの出入り口における温
度差との掛け算に給水Ｗの蒸発潜熱を加え、これに給水
量を掛け算することによって算出される。なお、給水Ｗ
の出口温度は、給水出口圧力との相関関係から容易に求
められる。
は、下記の〔数２〕に示すように、蒸発器管３４内にお
ける給水Ｗの定圧比熱と、給水Ｗの出入り口における温
度差との掛け算に給水Ｗの蒸発潜熱を加え、これに給水
量を掛け算することによって算出される。なお、給水Ｗ
の出口温度は、給水出口圧力との相関関係から容易に求
められる。
【００３１】
【数２】
ここで、供給温度（Ｔwi）は給水入口温度センサ６１の
検出値であり、また、飽和温度（Ｔwo）は給水出口圧力
センサ６２で検出した給水出口圧力（Ｐwo）から、 Ｔwo＝ｆ（Ｐwo） に基づいて求められる。すなわち、給水Ｗの出口温度
は、給水出口圧力（Ｐwo）の関数で求められる。なお、
給水Ｗの定圧比熱（ＣPW）及び蒸発潜熱（Ｌｗ）につい
ては、給水Ｗの物性値として事前に分かる値である。
検出値であり、また、飽和温度（Ｔwo）は給水出口圧力
センサ６２で検出した給水出口圧力（Ｐwo）から、 Ｔwo＝ｆ（Ｐwo） に基づいて求められる。すなわち、給水Ｗの出口温度
は、給水出口圧力（Ｐwo）の関数で求められる。なお、
給水Ｗの定圧比熱（ＣPW）及び蒸発潜熱（Ｌｗ）につい
ては、給水Ｗの物性値として事前に分かる値である。
【００３２】そして、給水量（Ｗｗ）は、上述したＱｇ
及びＱｗのバランス（Ｑｇ＝Ｑｗ）から数式を変形する
ことにより、下記の〔数３〕のように表される。
及びＱｗのバランス（Ｑｇ＝Ｑｗ）から数式を変形する
ことにより、下記の〔数３〕のように表される。
【数３】
【００３３】このようにして算出された給水量Ｗｗは、
理論的にはガスタービン排ガスＧが有する排熱量、すな
わち排熱量の加熱能力により全量が蒸発する最大給水量
となる。しかし、実際の給水量制御では、飽和蒸気に水
が混じらないようにするため、誤差等を考慮して算出値
の給水量（最大給水量）Ｗｗより若干少ない値となるよ
うに、換言すれば最大給水量を超えない給水量となるよ
うに流量制御弁５６Ａ，５６Ｂの開度を調整するのが好
ましい。すなわち、実際に供給された給水Ｗを全量蒸発
させても、ガスタービン排ガスＧ側の加熱能力には若干
の余裕が残るように給水量を制御する。なお、ガスター
ビン排ガスＧ側の加熱能力に余裕がありすぎると、生成
された蒸気の過熱度が大きくなって蒸発器３０の素材等
に耐熱性の問題が生じてくるので、適度な設定が必要で
ある。
理論的にはガスタービン排ガスＧが有する排熱量、すな
わち排熱量の加熱能力により全量が蒸発する最大給水量
となる。しかし、実際の給水量制御では、飽和蒸気に水
が混じらないようにするため、誤差等を考慮して算出値
の給水量（最大給水量）Ｗｗより若干少ない値となるよ
うに、換言すれば最大給水量を超えない給水量となるよ
うに流量制御弁５６Ａ，５６Ｂの開度を調整するのが好
ましい。すなわち、実際に供給された給水Ｗを全量蒸発
させても、ガスタービン排ガスＧ側の加熱能力には若干
の余裕が残るように給水量を制御する。なお、ガスター
ビン排ガスＧ側の加熱能力に余裕がありすぎると、生成
された蒸気の過熱度が大きくなって蒸発器３０の素材等
に耐熱性の問題が生じてくるので、適度な設定が必要で
ある。
【００３４】上述した構成の排熱回収ボイラとし、上述
した給水量制御方法を採用すると、蒸発器３０はガスタ
ービン排ガスＧの加熱能力に応じて適宜給水量が制御さ
れるので、蒸発器３０に供給された給水Ｗの全量を確実
に蒸発させて飽和蒸気とすることができる。このため、
従来蒸発器３０で発生した蒸気及び水の二相流から水を
分離させるために設けていた蒸気ドラムや汽水分離器の
ような圧力容器を設置する必要がなくなるので、排熱回
収ボイラのコスト削減に有効である。
した給水量制御方法を採用すると、蒸発器３０はガスタ
ービン排ガスＧの加熱能力に応じて適宜給水量が制御さ
れるので、蒸発器３０に供給された給水Ｗの全量を確実
に蒸発させて飽和蒸気とすることができる。このため、
従来蒸発器３０で発生した蒸気及び水の二相流から水を
分離させるために設けていた蒸気ドラムや汽水分離器の
ような圧力容器を設置する必要がなくなるので、排熱回
収ボイラのコスト削減に有効である。
【００３５】ところで、図１に示した実施形態では排ガ
ス出口温度センサ６４を蒸発器３０の出口側に設置して
いるが、図２に示す変形例のように、熱交換器４０の出
口側に排ガス出口温度センサ６４´を設け、この温度セ
ンサで検出した出口温度を採用してもよい。この場合の
給水温度検出手段は、熱交換器４０の入口に設けた給水
入口温度センサ６１´が用いられる。また、上述した実
施形態では、蒸発器３０の給水上流側に熱交換器４０が
設置されているため、給水Ｗの供給温度は熱交換器４０
の入口で検出しているが、熱交換器４０がない構成で
は、蒸発器３０の入口に給水入口温度センサ６１´を設
置して給水Ｗの供給温度を検出することになる。
ス出口温度センサ６４を蒸発器３０の出口側に設置して
いるが、図２に示す変形例のように、熱交換器４０の出
口側に排ガス出口温度センサ６４´を設け、この温度セ
ンサで検出した出口温度を採用してもよい。この場合の
給水温度検出手段は、熱交換器４０の入口に設けた給水
入口温度センサ６１´が用いられる。また、上述した実
施形態では、蒸発器３０の給水上流側に熱交換器４０が
設置されているため、給水Ｗの供給温度は熱交換器４０
の入口で検出しているが、熱交換器４０がない構成で
は、蒸発器３０の入口に給水入口温度センサ６１´を設
置して給水Ｗの供給温度を検出することになる。
【００３６】なお、本発明の構成は上述した実施形態に
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲内において適宜変更することができる。
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲内において適宜変更することができる。
【００３７】
【発明の効果】本発明の排熱回収ボイラ及びその給水量
制御方法によれば、以下の効果を奏する。請求項１に記
載の排熱回収ボイラによれば、排熱発生源の排熱量で全
量を蒸発させるように給水量を調整する蒸発器給水制御
手段を設けたので、蒸発器に供給された給水の全量が排
熱量の加熱を受けて蒸発し、水を含まない飽和蒸気が生
成される。従って、蒸気ドラムを廃止しても汽水分離を
行うことができるので、装置コストの低減が可能にな
る。
制御方法によれば、以下の効果を奏する。請求項１に記
載の排熱回収ボイラによれば、排熱発生源の排熱量で全
量を蒸発させるように給水量を調整する蒸発器給水制御
手段を設けたので、蒸発器に供給された給水の全量が排
熱量の加熱を受けて蒸発し、水を含まない飽和蒸気が生
成される。従って、蒸気ドラムを廃止しても汽水分離を
行うことができるので、装置コストの低減が可能にな
る。
【００３８】この場合、流量制御弁と、排熱温度差検出
手段と、給水入口温度検出手段と、給水出口圧力検出手
段と、排熱温度差検出手段、給水入口温度検出手段及び
給水出口圧力検出手段の検出値に基づき前記流量制御弁
の開度制御を行う制御部とを具備して構成された蒸発器
給水制御手段とすれば、給水Ｗに加えられる熱量及び排
熱から奪われる熱量のバランスから最適な給水量を算出
し、この給水量となるよう流量制御弁の開度調整をし
て、給水量を正確に制御することができる。また、給水
系統に給水流量検出手段を設け、この給水流量検出手段
の検出流量を制御部に入力して流量制御弁の開度補正を
行えば、所望の給水量と実際の給水量との比較により、
流量制御弁の開度補正が可能になるので、より正確な給
水量制御を実施できる。
手段と、給水入口温度検出手段と、給水出口圧力検出手
段と、排熱温度差検出手段、給水入口温度検出手段及び
給水出口圧力検出手段の検出値に基づき前記流量制御弁
の開度制御を行う制御部とを具備して構成された蒸発器
給水制御手段とすれば、給水Ｗに加えられる熱量及び排
熱から奪われる熱量のバランスから最適な給水量を算出
し、この給水量となるよう流量制御弁の開度調整をし
て、給水量を正確に制御することができる。また、給水
系統に給水流量検出手段を設け、この給水流量検出手段
の検出流量を制御部に入力して流量制御弁の開度補正を
行えば、所望の給水量と実際の給水量との比較により、
流量制御弁の開度補正が可能になるので、より正確な給
水量制御を実施できる。
【００３９】請求項４に記載の排熱回収ボイラの給水制
御方法によれば、排熱発生源の排熱量で全量の蒸発が可
能となる最大給水量を算出し、蒸発器に供給される給水
量が最大給水量を超えないよう流量制御を行うので、蒸
発器に供給された給水の全量が排熱量で蒸発し、水を含
まない飽和蒸気となって供給される。従って、蒸気ドラ
ムを廃止しても汽水分離を行うことができるので、装置
コストの低減が可能になる。
御方法によれば、排熱発生源の排熱量で全量の蒸発が可
能となる最大給水量を算出し、蒸発器に供給される給水
量が最大給水量を超えないよう流量制御を行うので、蒸
発器に供給された給水の全量が排熱量で蒸発し、水を含
まない飽和蒸気となって供給される。従って、蒸気ドラ
ムを廃止しても汽水分離を行うことができるので、装置
コストの低減が可能になる。
【００４０】この場合、排熱温度差と、給水の供給温度
と、蒸発器から流出する給水出口圧力とを検出した検出
値から最大給水量を算出し、給水系統に設けた流量制御
弁の開度を調整して最大給水量を超えないよう流量制御
を行えば、排熱及び給水の実状を反映して正確な制御が
可能になる。
と、蒸発器から流出する給水出口圧力とを検出した検出
値から最大給水量を算出し、給水系統に設けた流量制御
弁の開度を調整して最大給水量を超えないよう流量制御
を行えば、排熱及び給水の実状を反映して正確な制御が
可能になる。
【図１】 本発明に係る排熱回収ボイラ及びその給水量
制御方法の一実施形態を示す要部の構成模式図である。
制御方法の一実施形態を示す要部の構成模式図である。
【図２】 図１に示した第１の実施形態の変形例を示す
要部の構成模式図である。
要部の構成模式図である。
【図３】 排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）の一例として、
コンバインド用三圧再熱自然循環排熱回収ボイラの概略
構成を示す図である。
コンバインド用三圧再熱自然循環排熱回収ボイラの概略
構成を示す図である。
【図４】 排熱回収ボイラの蒸発器について、従来例を
示す標準的な系統模式図である。
示す標準的な系統模式図である。
１１ ケーシング
３０ 蒸発器
３１ 蒸気ドラム
３４ 蒸発器管
４０ 熱交換器
５０ 給水系統
５１ 給水タンク
５２ 給水ポンプ
５３ 給水配管
５４ 給水戻し配管
５５ 流量計
５６Ａ，５６Ｂ 流量制御弁
６０ 制御部
６１，６１´ 給水入口温度センサ（給水入口温度検
出手段） ６２ 給水出口圧力センサ（給水出口圧力検出手段） ６３ 排ガス入口温度センサ（排熱温度差検出手段） ６４，６４´ 排ガス出口温度センサ（排熱温度差検
出手段）
出手段） ６２ 給水出口圧力センサ（給水出口圧力検出手段） ６３ 排ガス入口温度センサ（排熱温度差検出手段） ６４，６４´ 排ガス出口温度センサ（排熱温度差検
出手段）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ２２Ｂ 1/18 Ｆ２２Ｂ 1/18 Ｅ
(72)発明者 堤 孝則
長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三
菱重工業株式会社長崎研究所内
Ｆターム(参考） 3G071 AB01 BA04 FA01 FA05 HA02
HA04 JA03
3G081 BA02 BA11 BB00 BC07 BD00
DA03
3L021 AA05 BA03 CA10 DA05 DA08
DA28 EA04 FA03
Claims (5)
- 【請求項１】 ガスタービン等の排熱発生源から排出
される排熱で蒸発器管内を流れる給水を加熱して蒸気を
発生させる蒸発器を備えている排熱回収ボイラにおい
て、 前記排熱発生源の排熱量で全量を蒸発させるように前記
給水の給水量を調整する蒸発器給水制御手段を設けたこ
とを特徴とする排熱回収ボイラ。 - 【請求項２】 前記蒸発器給水制御手段が、前記蒸発
器に給水を供給する給水系統に設けた流量制御弁と、前
記蒸発器の入口と該蒸発器の給水上流側に設置された熱
交換器出口または前記蒸発器の出口との間に生じる排熱
温度差を検出する排熱温度差検出手段と、前記給水の供
給温度を検出する給水入口温度検出手段と、前記蒸発器
の出口で給水圧力を検出する給水出口圧力検出手段と、
前記排熱温度差検出手段、前記給水入口温度検出手段及
び前記給水出口圧力検出手段の検出値に基づき前記流量
制御弁の開度制御を行う制御部とを具備して構成される
ことを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。 - 【請求項３】 前記給水系統に給水流量検出手段を設
け、該給水流量検出手段の検出流量を前記制御部に入力
して前記流量制御弁の開度補正を行うことを特徴とする
請求項２記載の排熱回収ボイラ。 - 【請求項４】 ガスタービン等の排熱発生源から排出
される排熱で蒸発器管内を流れる給水を加熱して蒸気を
発生させる蒸発器を備えている排熱回収ボイラの給水量
制御方法であって、 前記排熱発生源の排熱量で全量の蒸発が可能となる最大
給水量を算出し、前記蒸発器に供給される給水量が前記
最大給水量を超えないよう流量制御を行うことを特徴と
する排熱回収ボイラの給水量制御方法。 - 【請求項５】 前記蒸発器の入口と該蒸発器の給水上
流側に設置された熱交換器出口または前記蒸発器の出口
との間に生じる排熱温度差と、前記給水の供給温度と、
前記蒸発器から流出する給水出口圧力とを検出した検出
値から最大給水量を算出し、給水系統に設けた流量制御
弁の開度を調整して前記最大給水量を超えないよう流量
制御を行うことを特徴とする請求項４記載の排熱回収ボ
イラの給水量制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002116483A JP2003314298A (ja) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | 排熱回収ボイラ及びその給水量制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002116483A JP2003314298A (ja) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | 排熱回収ボイラ及びその給水量制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003314298A true JP2003314298A (ja) | 2003-11-06 |
Family
ID=29534044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002116483A Withdrawn JP2003314298A (ja) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | 排熱回収ボイラ及びその給水量制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003314298A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010038488A (ja) * | 2008-08-07 | 2010-02-18 | Babcock Hitachi Kk | 貫流型排熱回収ボイラおよびその制御方法 |
-
2002
- 2002-04-18 JP JP2002116483A patent/JP2003314298A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010038488A (ja) * | 2008-08-07 | 2010-02-18 | Babcock Hitachi Kk | 貫流型排熱回収ボイラおよびその制御方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050705 |