JP2588279B2 - Waste heat recovery heat exchanger - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 本発明は、ガスタービンと蒸気タービンとを組合せた
コンバインドサイクルの排熱回収熱交換器に係り、とり
わけ低負荷時の効率を上昇させることができる排熱回収
熱交換器に関する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the invention] The present invention relates to an exhaust heat recovery heat exchanger of a combined cycle in which a gas turbine and a steam turbine are combined, and more particularly to an exhaust heat recovery device capable of increasing the efficiency at low load. It relates to a heat recovery heat exchanger.
（従来の技術） 従来の技術を第９図および第10図に用いて説明する。
第９図はガスタービンと蒸気タービンとを組合せたコン
バインドサイクル発電システムの概略系統図であり、第
10図は自然循環式排ガス回収ボイラを有するコンバイン
ドサイクル発電システムの概略系統図である。(Prior Art) A conventional technique will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG.
FIG. 9 is a schematic system diagram of a combined cycle power generation system combining a gas turbine and a steam turbine.
FIG. 10 is a schematic system diagram of a combined cycle power generation system having a natural circulation type exhaust gas recovery boiler.
まず、第９図において、ガスタービン10に吸込まれた
空気は圧縮された燃焼室11に入り、この燃焼室11で燃料
と圧縮空気とが燃料反応をおこして高温のガスが発生す
る。そして、このガスによりガスタービン10を介して発
電機12を駆動するが、この燃焼反応があまりに高温でお
こなわれると大量のNOXが発生する。そこで、この燃焼
温度を抑え、NOX発生量を低下させるため、燃焼器11に
は蒸気タービン13からの抽気等によって冷却蒸気が注入
される。First, in FIG. 9, the air sucked into the gas turbine 10 enters the compressed combustion chamber 11, where fuel and compressed air undergo a fuel reaction to generate high-temperature gas. The gas drives the generator 12 via the gas turbine 10. If this combustion reaction is performed at an excessively high temperature, a large amount of NOX is generated. Therefore, in order to suppress the combustion temperature and reduce the NOX generation amount, cooling steam is injected into the combustor 11 by bleeding air from the steam turbine 13 or the like.
ガスタービン10を駆動したガスはまだ500℃以上の高
温であり、十分に利用できるエネルギを持っているの
で、このガスを排ガスダクト22で排熱回収熱交換器９に
導き熱エネルギを回収している。Since the gas that has driven the gas turbine 10 is still at a high temperature of 500 ° C. or more and has sufficient energy, the gas is guided to the exhaust heat recovery heat exchanger 9 through the exhaust gas duct 22 to recover the heat energy. I have.
排熱回収熱交換器９は、節炭器４、蒸発器５、および
過熱器６を有しており、ガスタービン10の排ガスで蒸気
を発生させるものである。The exhaust heat recovery heat exchanger 9 includes a economizer 4, an evaporator 5, and a superheater 6, and generates steam from exhaust gas of the gas turbine 10.
排熱回収熱交換器９に流入した排ガスは過熱器６、蒸
発器５、および節炭器４で順次熱交換して温度を下げ、
100℃前後の温度で排ガス熱交換器９より流出する。
又、排熱回収熱交換器９において発生した蒸気は蒸気タ
ービン13に送られて仕事をし、発電機12を駆動させた
後、復水器14で復水となり、給水ポンプ15で再び排熱回
収熱交換器９に送水される。The exhaust gas that has flowed into the exhaust heat recovery heat exchanger 9 sequentially exchanges heat with the superheater 6, the evaporator 5, and the economizer 4 to lower the temperature.
It flows out of the exhaust gas heat exchanger 9 at a temperature of around 100 ° C.
Further, the steam generated in the waste heat recovery heat exchanger 9 is sent to the steam turbine 13 to perform work, and after the generator 12 is driven, condensate is condensed in the condenser 14. The water is sent to the recovery heat exchanger 9.
また、節炭器４と蒸発器５との間には発生した蒸気を
過熱器６へ送る蒸気ドラム７が設けられており、蒸気ド
ラム７には循環ポンプ８が設けられている。さらに循環
ポンプ８の出口側と節炭器４の入口配管との間に、再循
環配管32が設けられ、この再循環配管32には高温水戻弁
２が取付けられている。そしてこの高温水戻弁２によっ
て、節炭器４の入口配管に、蒸気ドラム７内の所定量の
高温水を戻すようにしている。すなわち、高温水戻弁２
は、節炭器４の入口配管に取付けられた温度センサ３に
より制御され、所定量の高温水を戻すようにしている。A steam drum 7 for sending generated steam to a superheater 6 is provided between the economizer 4 and the evaporator 5, and a circulation pump 8 is provided in the steam drum 7. Further, a recirculation pipe 32 is provided between an outlet side of the circulation pump 8 and an inlet pipe of the economizer 4, and the high-temperature water return valve 2 is attached to the recirculation pipe 32. The high-temperature water return valve 2 returns a predetermined amount of high-temperature water in the steam drum 7 to the inlet pipe of the economizer 4. That is, the high-temperature water return valve 2
Is controlled by the temperature sensor 3 attached to the inlet pipe of the economizer 4 to return a predetermined amount of high-temperature water.
このように節炭器４の入口配管に高温水を戻すのは次
の理由による。The reason why high-temperature water is returned to the inlet pipe of the economizer 4 is as follows.
給水ポンプ15を出た給水温度は、通常復水器14内の真
空の飽和温度であり30℃程度しかない。このような低温
の給水が排熱回収熱交換器９に直接給水されると、排熱
回収熱交換器９の最低温部となる節炭器４の入口配管の
ヘッダ19のまわりに排ガス中の水分が結露し、この結露
水が鉄分と反応し錆が発生してしまう。第11図に示すよ
うに節炭器４はガスバッフル20によってガス通路部23
と、排ガスと熱交換しないホットボックス21に分けられ
る。ホットボックス21内にはガスが入り込むが、このガ
スはホットボックス21内に滞留する。このため、ガス側
の熱伝達率が小さいのでホットボックス21内の電熱管2
4、ヘッダ19表面の温度は高速のガス流と熱交換してい
るガス通路部23の電熱管25の表面より低く、ほとんど管
内の給水温度と同一温度で、30℃程度になる。The temperature of water supplied from the water supply pump 15 is usually the saturation temperature of vacuum in the condenser 14 and is only about 30 ° C. When such low-temperature feed water is directly supplied to the exhaust heat recovery heat exchanger 9, the waste gas in the exhaust gas flows around the header 19 of the inlet pipe of the economizer 4 which is the lowest temperature part of the exhaust heat recovery heat exchanger 9. Water condenses, and the condensed water reacts with iron to generate rust. As shown in FIG. 11, the economizer 4 is connected to a gas passage 23 by a gas baffle 20.
And a hot box 21 that does not exchange heat with exhaust gas. Gas enters the hot box 21, but the gas stays in the hot box 21. Therefore, the heat transfer coefficient on the gas side is small,
4. The temperature of the surface of the header 19 is lower than the surface of the electric heating tube 25 in the gas passage portion 23 which is performing heat exchange with the high-speed gas flow, and is almost the same temperature as the water supply temperature in the tube, and is about 30 ° C.
排ガスは、燃焼NOX発生低減の為の蒸気噴射により多
くの水分を含んでおり、結露温度は40〜45℃である。こ
のたえ30℃程度の給水が入ると、このホットボックス21
内にあるヘッダ19や電熱管21の表面が30℃程度となり、
結露温度を下回わるので、これにより表面に結露、発錆
する。The exhaust gas contains a large amount of water due to steam injection for reducing combustion NOX generation, and the dew condensation temperature is 40 to 45 ° C. When the water is supplied at about 30 ° C, the hot box 21
The surface of the header 19 and the electric heating tube 21 inside is about 30 ° C,
Since the temperature is lower than the dew condensation temperature, this causes dew condensation and rust on the surface.
このため、節炭器４の入口配管に高温水を戻し給水温
度を上昇させている。For this reason, high-temperature water is returned to the inlet pipe of the economizer 4 to increase the feedwater temperature.
なお、第10図に示す自然循環式排ガス回収ボイラを有
するコンバインドサイクル発電システムの場合は、節炭
器４の出口と入口との間に再循環ライン33を設け、この
再循環ライン33に再循環ポンプ16が設けられている。そ
して再循環ポンプ16を出口側には、高温水を節炭器４の
入口配管に戻すための高温水戻弁42が設けられている。In the case of the combined cycle power generation system having the natural circulation type exhaust gas recovery boiler shown in FIG. 10, a recirculation line 33 is provided between the outlet and the inlet of the economizer 4, and the recirculation line 33 A pump 16 is provided. On the outlet side of the recirculation pump 16, a high-temperature water return valve 42 for returning high-temperature water to the inlet pipe of the economizer 4 is provided.
次に、プラント出力、ガスタービンの排ガス中の水分
量、ガスタービンへの蒸気噴射量、およびガスの結露温
度の変化を第12図に示す。Next, changes in the plant output, the amount of water in the exhaust gas from the gas turbine, the amount of steam injected into the gas turbine, and the dew temperature of the gas are shown in FIG.
第12図に示すように、プラント出力上げるためガスタ
ービンへの燃料投入量を増加させていくと、それにつれ
て蒸気噴射量も増加していく。しかしガスタービンの吸
込空気量はそれほど大幅に増加していかないので、結果
としてガスタービン排気ガス中の水分量は増加し、結露
温度も上昇していく。また、LNGのようなクリーン燃料
を使用した場合、結露温度が酸露点温度よりも高くなる
ことがある。このため、節炭器４の入口配管の温度設定
値は、出力100％、大気湿度100％の時の最高結露温度と
余裕ΔＴをつけた略一定のものにしてある。As shown in FIG. 12, as the amount of fuel input to the gas turbine is increased to increase the output of the plant, the amount of steam injected also increases accordingly. However, since the intake air amount of the gas turbine does not increase so much, as a result, the moisture amount in the gas turbine exhaust gas increases, and the condensation temperature also increases. When a clean fuel such as LNG is used, the dew condensation temperature may be higher than the acid dew point. For this reason, the temperature set value of the inlet pipe of the economizer 4 is set to be substantially constant with the maximum dew temperature and the margin ΔT when the output is 100% and the atmospheric humidity is 100%.
（発明が解決しようとする課題） 上述のように、従来の排熱回収熱交換器は、節炭器４
の入口配管の温度を負荷によらず一定としている。この
ため、排熱回収熱交換器９出口の排ガス温度も負荷にか
かわらずほぼ一定となる。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the conventional exhaust heat recovery heat exchanger includes the economizer 4.
Is constant regardless of the load. Therefore, the temperature of the exhaust gas at the outlet of the exhaust heat recovery heat exchanger 9 becomes substantially constant regardless of the load.
一方、ガスタービン10の方は負荷が小さいと排ガス温
度は低く、負荷が高いと排ガス温度も高くなる特性をも
つので、排熱回収熱交換器９入口の排ガス温度も負荷が
増加するにつれて上昇して来る。排熱回収熱交換器９で
利用できる排ガスの熱エネルギは、排熱回収熱交換器９
の出入口のガスのエンタルピ差であるから、出口のガス
温度は出来るだけ低いほうが排熱回収熱交換器の効率、
プラント効率は上昇する。ところが、従来の排熱回収熱
交換器９は上述のように負荷にかかわらず、出口ガス温
度はほぼ一定なので、負荷が低いときには効率が大きく
低下する。On the other hand, the gas turbine 10 has a characteristic that the exhaust gas temperature is low when the load is small and the exhaust gas temperature is high when the load is high. Therefore, the exhaust gas temperature at the exhaust heat recovery heat exchanger 9 inlet rises as the load increases. Come. The heat energy of the exhaust gas available in the exhaust heat recovery heat exchanger 9 is
Because the difference in enthalpy of the gas at the entrance and exit of the exhaust gas, the lower the gas temperature at the outlet, the better the efficiency of the exhaust heat recovery heat exchanger.
Plant efficiency increases. However, in the conventional exhaust heat recovery heat exchanger 9, the outlet gas temperature is substantially constant regardless of the load as described above, so that the efficiency is greatly reduced when the load is low.
本発明はこのような点を考慮してなされたものであ
り、低負荷時の効率を上昇させることができる排熱回収
熱交換器を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery heat exchanger that can increase efficiency at a low load.
（課題を解決するための手段） 本発明は、節炭器を有し、ガスタービンの排気ガスで
蒸気を発生させてなるコンバインドサイクルの排熱回収
熱交換器であって、前記節炭器の入口配管に高温水を戻
すための高温水戻弁を取付けるとともに、前記ガスター
ビン側の運転状態から節炭器出口の排ガス結露温度を演
算する結露温度演算器を設け、この結露温度演算器に、
結露温度に対応して前記高温水戻弁開度を調整する弁制
御装置を接続したことを特徴としている。(Means for Solving the Problems) The present invention relates to a combined cycle exhaust heat recovery heat exchanger having a economizer and generating steam from exhaust gas of a gas turbine. A high-temperature water return valve for returning high-temperature water to the inlet pipe is provided, and a dew-condensation temperature calculator for calculating an exhaust gas dew-condensation temperature at the outlet of the economizer from the operating state of the gas turbine is provided.
A valve control device for adjusting the high-temperature water return valve opening in accordance with the dew condensation temperature is connected.
（作用） 本発明によれば、各運転状態から求めた結露温度に基
づいて高温水戻弁を制御することにより、節炭器への給
水温度を制御することができる。(Operation) According to the present invention, the temperature of the water supplied to the economizer can be controlled by controlling the high-temperature water return valve based on the dew condensation temperature obtained from each operation state.
（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。第１図乃至
第３図は、本発明による排熱回収熱交換器の第１の実施
例を示す図である。ここで、第１図はコンバインドサイ
クル発電システムの概略系統図である。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described. 1 to 3 are views showing a first embodiment of an exhaust heat recovery heat exchanger according to the present invention. Here, FIG. 1 is a schematic system diagram of a combined cycle power generation system.
なお、従来技術と同一部分には、同一符号を付して詳
細に説明を省略する。The same parts as those in the prior art are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.
まず、第１図において、ガスタービン10に吸込まれた
空気は圧縮されて燃焼室11に入り、この燃焼室11で燃料
と圧縮空気とが燃料反応をおこして高温のガスが発生す
る。そして、このガスによりガスタービン10を介して発
電機12を駆動するようになっている。あた、燃焼器11に
は、蒸気タービン13からの抽気等によって冷却蒸気が注
入されるようになっている。さらに、ガスタービン10を
駆動したガスは、排ガスダクト22で排熱回収熱交換器９
に導かれ、熱エネルギが回収される。排熱回収熱交換器
９に流入した排ガスは過熱器６、蒸発器５、節炭器４で
順次熱交換して温度を下げ、100℃前後の温度で排熱回
収熱交換器９より流出する。また、排熱回収熱交換器９
において発生した蒸気は蒸気タービン13に送られて仕事
をし、発電機12を駆動させた後、復水器14で復水とな
り、給水ポンプ15で再び排熱回収ボイラ９に送水され
る。First, in FIG. 1, air sucked into a gas turbine 10 is compressed and enters a combustion chamber 11, where fuel and compressed air undergo a fuel reaction to generate high-temperature gas. The gas drives the generator 12 via the gas turbine 10. In addition, cooling steam is injected into the combustor 11 by bleeding air from the steam turbine 13 or the like. Further, the gas that drives the gas turbine 10 is passed through an exhaust gas duct 22 to the exhaust heat recovery heat exchanger 9.
And heat energy is recovered. The exhaust gas flowing into the exhaust heat recovery heat exchanger 9 is sequentially heat-exchanged by the superheater 6, the evaporator 5, and the economizer 4 to lower the temperature, and flows out of the exhaust heat recovery heat exchanger 9 at a temperature of about 100 ° C. . Further, the exhaust heat recovery heat exchanger 9
The steam generated in the above is sent to the steam turbine 13 to perform work and drive the generator 12, then condensed by the condenser 14 and sent again to the exhaust heat recovery boiler 9 by the feed water pump 15.
また、節炭器４と蒸発器５との間には発生した蒸気を
加熱器６へ送る蒸気ドラム７が設けられており、蒸気ド
ラム７には循環ポンプ８が設けられている。さらに循環
ポンプ８の出口側と節炭器４の入口配管との間に、再循
環配管32が設けられ、この再循環配管32には高温水戻弁
２が取付けられている。さらに、節炭器４の入口配管に
は、給水温度を検出するための温度センサ３が取付けら
れている。A steam drum 7 for sending generated steam to a heater 6 is provided between the economizer 4 and the evaporator 5, and a circulation pump 8 is provided in the steam drum 7. Further, a recirculation pipe 32 is provided between an outlet side of the circulation pump 8 and an inlet pipe of the economizer 4, and the high-temperature water return valve 2 is attached to the recirculation pipe 32. Further, a temperature sensor 3 for detecting a feedwater temperature is attached to an inlet pipe of the economizer 4.
また、高温水戻弁２には、この高温水戻弁２の開度調
整を行なう弁制御装置１が接続され、さらにこの弁制御
装置１には、ガスタービン10側の運転状態から節炭器の
排ガス結露温度を演算する結露温度演算器29が接続され
ている。The high-temperature water return valve 2 is connected to a valve control device 1 for adjusting the opening degree of the high-temperature water return valve 2. The dew condensation temperature calculator 29 for calculating the dew condensation temperature of the exhaust gas is connected.
すなわち、燃料供給系配管30に燃料成分分析器23およ
び燃料流量計24が取付けられており、またガスタービン
10近傍には大気温度・湿度計25が、ガスタービン10の空
気吸込系には吸込空気流量計26がそれぞれ設けられてい
る。さらに蒸気タービン13から燃焼器11への冷却蒸気配
管31には、蒸気流量計27が設けられ、また排ガス回収ボ
イラ９の出口側にはガス圧力計28が設けられている。そ
して、これら燃料成分分析器23、燃料流量計24、大気温
度・湿度計25、吸込空気流量計26、蒸気流量計27、およ
びガス圧力計28は、それぞれ前述した結露温度演算器29
に接続されている。That is, the fuel component analyzer 23 and the fuel flow meter 24 are attached to the fuel supply pipe 30 and the gas turbine
An air temperature / humidity meter 25 is provided in the vicinity of 10, and a suction air flow meter 26 is provided in the air suction system of the gas turbine 10. Further, a steam flow meter 27 is provided on a cooling steam pipe 31 from the steam turbine 13 to the combustor 11, and a gas pressure gauge 28 is provided on an outlet side of the exhaust gas recovery boiler 9. The fuel component analyzer 23, the fuel flow meter 24, the atmospheric temperature / humidity meter 25, the suction air flow meter 26, the steam flow meter 27, and the gas pressure gauge 28 are respectively provided with the aforementioned dew point temperature calculator 29.
It is connected to the.
また、第２図に示すように、結露温度演算器29は、ガ
スタービン吸込空気流量、大気中の温度・湿度、燃料流
量、および燃料成分から燃焼による発生水分量の計算を
行なう発生水分量計算器29aと、この発生水分量に蒸気
噴射量を加算して排ガス中の全水分量を計算する加算器
29bと、この排ガス中の全水分量と排ガス圧力から結露
温度を計算する結露温度計算器29cと、この結露温度に
温度余裕偏差を加算する加算器29dとを順次接続して構
成されている。As shown in FIG. 2, the dew-condensation temperature calculator 29 calculates the amount of water generated by the combustion from the gas turbine intake air flow rate, the temperature and humidity in the atmosphere, the fuel flow rate, and the fuel component. Unit 29a and an adder for adding the steam injection amount to the generated water amount to calculate the total water amount in the exhaust gas
29b, a dew condensation temperature calculator 29c for calculating a dew condensation temperature from the total amount of moisture in the exhaust gas and the exhaust gas pressure, and an adder 29d for adding a temperature margin deviation to the dew condensation temperature are sequentially connected.
次の本実施例の作用について説明する。まずガスター
ビン10に吸込まれた空気が圧縮されて燃焼室11に入り、
燃料反応によって生じた高温ガスにより発電機12が駆動
される。一方、ガスタービン10を駆動したガスは排熱回
収熱交換器９に導かれ、排熱回収熱交換器９で蒸気を発
生させて排熱回収熱交換器９から排出される。Next, the operation of the present embodiment will be described. First, the air sucked into the gas turbine 10 is compressed and enters the combustion chamber 11,
The generator 12 is driven by the high-temperature gas generated by the fuel reaction. On the other hand, the gas that has driven the gas turbine 10 is guided to the exhaust heat recovery heat exchanger 9, generates steam in the exhaust heat recovery heat exchanger 9, and is discharged from the exhaust heat recovery heat exchanger 9.
運転中、高温水戻弁２が弁制御装置１により開度調整
され、節炭器４の入口配管に戻す高温水の量を制御して
いる。During operation, the opening of the high-temperature water return valve 2 is adjusted by the valve control device 1 to control the amount of high-temperature water returned to the inlet pipe of the economizer 4.
次に高温水戻弁２の弁制御について、第２図および第
３図によって説明する。Next, valve control of the high-temperature water return valve 2 will be described with reference to FIG. 2 and FIG.
まず、第２図に示すように、吸込空気流量計26からタ
ービン吸込空気流量が、大気温度・湿度計25から大気中
の温度・湿度が、燃料流量計24から燃料流量が、燃料成
分分析器23から燃料成分が、それぞれ結露温度演算器29
の発生水分量計算器29aに入力され、この発生水分量計
算器29aで燃焼による発生水分量が計算される。続いて
加算器29bで、発生水分量に蒸気流量計27によって検出
された蒸気噴射量が加算されて排ガス中の全水分量計が
計算される。続いて結露温度計算器29cで、全水分量と
ガス圧力計28によって検出された排ガス圧力とによって
結露温度が計算され、加算器29dでこの結露温度に温度
余裕偏差が加算されて弁制御装置１に入力される。First, as shown in FIG. 2, the turbine suction air flow rate from the suction air flow meter 26, the temperature and humidity in the atmosphere from the atmospheric temperature / humidity meter 25, the fuel flow rate from the fuel flow meter 24, and the fuel component analyzer From 23, the fuel components are respectively dew condensation temperature calculator 29
Is input to the generated water amount calculator 29a, and the generated water amount calculator 29a calculates the amount of water generated by combustion. Subsequently, in the adder 29b, the steam injection amount detected by the steam flow meter 27 is added to the generated moisture amount, and the total moisture amount in the exhaust gas is calculated. Subsequently, the dew condensation temperature calculator 29c calculates the dew condensation temperature based on the total water content and the exhaust gas pressure detected by the gas pressure gauge 28, and the adder 29d adds a temperature margin deviation to the dew condensation temperature, and the valve controller 1 Is input to
一方、温度センサ３によって検出された節炭器４の入
口配管の給水温度も弁制御装置１に入力される。そし
て、上述した結露温度に温度余裕偏差を加算した値と、
節炭器４の入口配管の給水温度との偏差信号が弁制御装
置１から高温水戻弁２に出力され、節炭器４の入口の温
度を排ガスの結露点より若干高い値に制御する。On the other hand, the feedwater temperature of the inlet pipe of the economizer 4 detected by the temperature sensor 3 is also input to the valve control device 1. And a value obtained by adding the temperature margin deviation to the above-described dew condensation temperature,
A deviation signal from the supply water temperature of the inlet pipe of the economizer 4 is output from the valve control device 1 to the high-temperature water return valve 2, and the temperature of the inlet of the economizer 4 is controlled to a value slightly higher than the dew point of the exhaust gas.
第３図に具体的な結露温度の計算フローチャートを示
す。FIG. 3 shows a specific flowchart for calculating the dew condensation temperature.
第３図に示すように、大気中の温度・湿度、ガスター
ビン吸込空気量、燃料流量、燃料成分、および蒸気噴射
量によって排ガス中のCO、H2O、N2、AR、O2等の組成を
計算する。続いて、H2Oの重量ｘ、および乾きガスの平
均分子量MGを順次計算する。続いて、排ガス圧力Ｐおよ
び水の分子量MWを考慮して水蒸気分圧PWを として計算する。As shown in FIG. 3, the temperature and humidity, the gas turbine intake air quantity of the air, fuel flow, fuel components, and by steam injection amount in exhaust gas CO, H 2 O, N 2 , AR, such as O 2 Calculate the composition. Subsequently, sequentially calculating of H 2 O by weight x, and an average molecular weight M G of dry gas. Subsequently, the water vapor partial pressure P W in consideration of the molecular weight M W of the exhaust gas pressure P and water Is calculated as
続いて湿り空気線図より飽和水蒸気温度を求める。 Subsequently, the saturated steam temperature is determined from the psychrometric chart.
以上説明したように、本実施例によれば節炭器４の入
口の温度を、排ガスの結露点より若干高い値に制御する
ことができる。As described above, according to the present embodiment, the temperature at the inlet of the economizer 4 can be controlled to a value slightly higher than the dew point of the exhaust gas.
このため低負荷時に、排熱回収熱交換器９の出口の排
ガス温度を低くすることができる。すなわち、第13図に
示すように、従来のように排熱回収ボイラ９の出口温度
を負荷によらず一定とした場合に比較して、より多くの
エネルギ（第13図斜線部）を回収することができる。従
って低負荷時における排熱回収熱交換器の効率およびプ
ラント全体の熱効率を大きくすることができる。Therefore, when the load is low, the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust heat recovery heat exchanger 9 can be lowered. That is, as shown in FIG. 13, more energy (hatched portion in FIG. 13) is recovered as compared with the conventional case where the outlet temperature of the exhaust heat recovery boiler 9 is constant regardless of the load. be able to. Therefore, the efficiency of the exhaust heat recovery heat exchanger at low load and the thermal efficiency of the whole plant can be increased.
次に第４図および第５図により、本発明の第２の実施
例を説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
なお、第１の実施例と同一部分には同一符号を付して
詳細な説明は省略する。The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
第４図に示すように、大気温度・湿度計25およびガス
圧力計28が、結露温度演算器39に接続されている。ま
た、発電機12からの負荷信号も結露温度演算器39に接続
されている。As shown in FIG. 4, an atmospheric temperature / humidity gauge 25 and a gas pressure gauge 28 are connected to a dew condensation temperature calculator 39. A load signal from the generator 12 is also connected to the dew condensation temperature calculator 39.
次に第５図により結露温度演算器39内で行なわれる結
露温度の演算について説明する。Next, the calculation of the condensation temperature performed in the condensation temperature calculator 39 will be described with reference to FIG.
結露温度演算器39は、大気中の温度・湿度および発電
機負荷から所定の関数を用いて排ガス中の全水分量を計
算する排ガス水分量39aと、この排ガス中の全水分量と
排ガス圧力とから結露温度を計算する結露温度演算器39
bと、この結露温度に温度余裕偏差を加算する加算器39c
とを順次接続して構成されている。The dew condensation temperature calculator 39 calculates the total moisture content in the exhaust gas using a predetermined function from the temperature and humidity in the atmosphere and the generator load, and the total moisture content in the exhaust gas and the exhaust gas pressure. Dew temperature calculator 39 to calculate dew temperature from
b and an adder 39c for adding a temperature margin deviation to the dew condensation temperature
Are sequentially connected.
第５図に示すように、ガスタービン10で用いる燃料の
特定が定まっている場合、大気温度・湿度と負荷によっ
て燃料流量および蒸気噴射量が定まる。そこで、負荷と
大気温度・湿度により排ガス中の全水分量を出力する所
定の関数を用いて、排ガス水分量計算器39aで水分を計
算する。そしてこの排ガス中の水分と排ガス圧力から結
露温度計算器39bで結露温度を演算し、加算器39cで結露
温度に温度余裕偏差が加算されて弁制御装置１に入力さ
れる。As shown in FIG. 5, when the specification of the fuel used in the gas turbine 10 is determined, the fuel flow rate and the steam injection amount are determined by the atmospheric temperature / humidity and the load. Therefore, the water content is calculated by the exhaust gas water content calculator 39a using a predetermined function that outputs the total water content in the exhaust gas based on the load and the atmospheric temperature and humidity. The dew condensation temperature is calculated by the dew condensation temperature calculator 39b from the moisture in the exhaust gas and the exhaust gas pressure, and a temperature margin deviation is added to the dew condensation temperature by the adder 39c and input to the valve control device 1.
次に第６図により本発明の第３の実施例について説明
する。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
なお、上記実施例と同一部分には同一符号を付して詳
細な説明は省略する。The same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
第３の実施例は自然循環式の排熱回収熱交換器を示す
もので、節炭器４の出口と入口との間に再循環配管33が
設けられている。また、再循環配管33に再循環ポンプ16
が設けられ、この再循環ポンプ16の出口側に高温水戻弁
42が設けられている。そしてこの高温水戻弁42は、第１
の実施例と同様の結露温度演算器29によって求めた結露
温度にもとずき、弁制御装置１により制御されるように
なっている。The third embodiment shows a natural circulation type exhaust heat recovery heat exchanger, in which a recirculation pipe 33 is provided between the outlet and the inlet of the economizer 4. Also, the recirculation pump 16
A hot water return valve is provided at the outlet side of the recirculation pump 16.
42 are provided. The high-temperature water return valve 42 is
Based on the dew temperature calculated by the dew temperature calculator 29 similar to that of the embodiment, the valve control device 1 is controlled.
次に第７図により本発明の第４の実施例について説明
する。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
なお、上記実施例と同一部分には同一符号を付して詳
細な説明は省略する。The same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
第７図に示すように、節炭器４の入口配管に他系統か
らの熱水供給配管34が接続されており、この熱水供給配
管34に高温水戻弁52が設けられている。そしてこの高温
水戻弁52は、第１の実施例と同様の結露温度演算器29に
よって求めた結露温度にもとずき、弁制御装置１により
制御されるようになっている。As shown in FIG. 7, a hot water supply pipe 34 from another system is connected to an inlet pipe of the economizer 4, and a hot water return valve 52 is provided in the hot water supply pipe 34. The high-temperature water return valve 52 is controlled by the valve control device 1 based on the condensation temperature obtained by the condensation temperature calculator 29 as in the first embodiment.
次に第８図により本発明の第５の実施例について説明
する。Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
なお、上記実施例と同一部分には同一符号を付して詳
細な説明は省略する。The same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
第５の実施例は自然循環式の排熱回収熱交換器を示す
もので、蒸発器５と節炭器４の入口配管との間に、再循
環配管35が設けられている。そしてこの再循環配管35に
再循環ポンプ66が設けられ、この再循環ポンプ66の出口
側に高温水戻弁62が設けられている。The fifth embodiment shows a natural circulation type exhaust heat recovery heat exchanger, in which a recirculation pipe 35 is provided between the evaporator 5 and the inlet pipe of the economizer 4. A recirculation pump 66 is provided in the recirculation pipe 35, and a high-temperature water return valve 62 is provided on the outlet side of the recirculation pump 66.
この高温水戻弁62は、第１の実施例と同様な結露温度
演算器29によって求めた結露温度にもとずき、弁制御装
置１により制御されるようになっている。The high-temperature water return valve 62 is controlled by the valve control device 1 based on the dew condensation temperature obtained by the dew condensation temperature calculator 29 as in the first embodiment.
以上説明したように、本発明によれば、各運転状態か
ら求めた結露温度に基づいて節炭器への給水温度を制御
することができる。このため、低負荷時に排熱回収熱交
換器出口の排ガス温度を低くすることができるので、低
負荷時における排熱回収熱交換器の効率、およびコンバ
インドサイクルのプラント全体の熱効率を大きくするこ
とができる。As described above, according to the present invention, it is possible to control the water supply temperature to the economizer based on the dew condensation temperature obtained from each operation state. As a result, the exhaust gas temperature at the exhaust heat recovery heat exchanger outlet can be lowered at low load, so that the efficiency of the exhaust heat recovery heat exchanger at low load and the thermal efficiency of the entire combined cycle plant can be increased. it can.
第１図は本発明による排熱回収熱交換器の第１の実施例
を示す概略系統図であり、第２図はその高温水戻弁の弁
制御を示す図、第３図はその具体的は結露温度の計算フ
ローチャートを示す図、第４図は本発明の第２の実施例
を示す概略系統図、第５図はその結露温度の演算を示す
図、第６図は本発明の第３の実施例を示す概略系統図、
第７図は本発明の第４の実施例を示す概略系統図、第８
図は本発明の第５の実施例を示す概略系統図、第９図お
よび第10図は従来の排熱回収熱交換器の概略系統図、第
11図は従来の節炭器を示す概略図、第12図は従来の排熱
回収熱交換器の作用図、第13図は本発明と従来の発明の
排ガス温度の比較を示す図である。 １…弁制御装置、２…高温水戻弁、３…温度センサ、４
…節炭器、５…蒸発器、６…過熱器、７…蒸気ドラム、
８…循環ポンプ、９…排熱回収熱交換器、10…ガスター
ビン、11…燃焼器、12…発電機、13…蒸気タービン、14
…復水器、23…燃料成分分析器、24…燃料流量計、25…
大気温度・湿度計、26…吸込空気流量計、27…蒸気流量
計、28…ガス圧力計、29…結露温度演算器、29a…発生
水分量計算器、29b…加算器、29c…結露温度計算器、29
d…加算器、30…燃料供給系配管、31…冷却蒸気配管、3
2,33…再循環配管、34…熱水供給配管、35…再循環配
管、39…結露温度演算器、39a…排ガス水分量計算器、3
9b…結露温度計算器、39c…加算器、42…高温水戻弁、5
2…高温水戻弁、62…高温水戻弁。FIG. 1 is a schematic system diagram showing a first embodiment of an exhaust heat recovery heat exchanger according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing valve control of a high-temperature water return valve, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing a calculation flowchart of the dew temperature, FIG. 4 is a schematic system diagram showing a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a diagram showing the calculation of the dew temperature, and FIG. Schematic system diagram showing an example of,
FIG. 7 is a schematic system diagram showing a fourth embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 9 is a schematic system diagram showing a fifth embodiment of the present invention. FIGS. 9 and 10 are schematic system diagrams of a conventional exhaust heat recovery heat exchanger.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a conventional economizer, FIG. 12 is an operation diagram of a conventional exhaust heat recovery heat exchanger, and FIG. 13 is a diagram showing a comparison between exhaust gas temperatures of the present invention and a conventional invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Valve control device, 2 ... High temperature water return valve, 3 ... Temperature sensor, 4
... Eco-saving device, 5 ... Evaporator, 6 ... Superheater, 7 ... Steam drum,
8: Circulation pump, 9: Exhaust heat recovery heat exchanger, 10: Gas turbine, 11: Combustor, 12: Generator, 13: Steam turbine, 14
… Condenser, 23… fuel component analyzer, 24… fuel flow meter, 25…
Atmospheric temperature / humidity meter, 26… Suction air flow meter, 27… Steam flow meter, 28… Gas pressure gauge, 29… Condensation temperature calculator, 29a… Estimated moisture content calculator, 29b… Adder, 29c… Condensation temperature calculation Vessel, 29
d: adder, 30: fuel supply piping, 31: cooling steam piping, 3
2,33… Recirculation pipe, 34… Hot water supply pipe, 35… Recirculation pipe, 39… Condensation temperature calculator, 39a… Exhaust water content calculator, 3
9b… Condensation temperature calculator, 39c… Adder, 42… High temperature water return valve, 5
2… High temperature water return valve, 62… High temperature water return valve.
Claims (3)
蒸気を発生させてなるコンバインドサイクルの排熱回収
熱交換器において、前記節炭器の入口配管に高温水を戻
すための高温水戻弁を取付けるとともに、前記ガスター
ビン側の運転状態から節炭器出口の排ガス結露温度を演
算する結露温度演算器を設け、この結露温度演算器に、
結露温度に対応して前記高温水戻弁開度を調整する弁制
御装置を接続したことを特徴とする排熱回収熱交換器。1. A combined cycle exhaust heat recovery heat exchanger having a economizer and generating steam from exhaust gas of a gas turbine, wherein a high temperature for returning high-temperature water to an inlet pipe of the economizer is provided. A water return valve is installed, and a dew condensation temperature calculator for calculating the exhaust gas dew condensation temperature at the outlet of the economizer from the operating state of the gas turbine is provided.
An exhaust heat recovery heat exchanger to which a valve control device for adjusting the opening of the high-temperature water return valve in accordance with the dew condensation temperature is connected.
流量、大気中の温度・湿度、燃料流量、および料成分か
ら燃焼による発生水分量の計算を行なう発生水分量計算
器と、この発生水分量に蒸気噴射噴量を加算して排ガス
中の全水分量を計算する加算器と、この排ガス中の全水
分量と排ガス圧力から結露温度を計算する結露温度計算
器と、この結露温度に温度余裕偏差を加算する加算器と
からなることを特徴とする請求項１記載の排ガス回収熱
交換器。2. A dew-condensation temperature calculator comprising: a generated-moisture-quantity calculator for calculating the amount of water generated by combustion from a gas turbine intake air flow rate, temperature / humidity in the atmosphere, a fuel flow rate, and a fuel component; An adder that calculates the total moisture content in the exhaust gas by adding the steam injection injection amount to the amount, a condensation temperature calculator that calculates the dew temperature from the total moisture content in the exhaust gas and the exhaust gas pressure, and a temperature 2. An exhaust gas recovery heat exchanger according to claim 1, further comprising an adder for adding a margin deviation.
よび発電機負荷から所定の関数を用いて排ガス中の全水
分量を計算する排ガス水分量計算器と、この排ガス中の
全水分量と排ガス圧力とから結露温度を計算する結露温
度計算器と、この結露温度に温度余裕偏差を加算する加
算器とからなることを特徴とする請求項１記載の排ガス
回収熱交換器。3. A dew-condensation temperature calculator calculates a total moisture content in exhaust gas using a predetermined function from a temperature / humidity in the atmosphere and a generator load, and a total moisture content calculator in the exhaust gas. 2. The exhaust gas recovery heat exchanger according to claim 1, comprising a condensation temperature calculator for calculating a condensation temperature from the amount and the exhaust gas pressure, and an adder for adding a temperature margin deviation to the condensation temperature.
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