JP2708758B2 - 排熱回収ボイラおよびその運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は排熱回収ボイラに係り、特にボイラ起動、停
止時の膨出缶水を系外に捨てること無く、ボイラ自身で
回収するのに好適な、ランニングコストの非常に低い排
熱回収ボイラに関するものである。 〔従来の技術〕 発電プラントの一つとして、ガスタービンを用いて、
急速起動を可能としたプラントがある。このプラントの
場合、ガスタービンから排出される大量の高温ガスの熱
を利用するため排ガス流中にボイラ（排熱回収ボイラ）
を設置してこの熱を蒸気の形で回収し、得られた蒸気を
更に発電用エネルギーとして利用する方法が採用され、
プラント全体としては複合した発電プラントとなつてい
る。 第５図は、この複合発電プラントの一例を示す系統図
である。 この発電プラントは大きく分けてガスタービン１と、
ガスタービン１からの排ガス６の流路中に配置した排熱
回収ボイラ２と、この排熱回収ボイラ２から供給された
蒸気により作動する蒸気タービン３と、この蒸気タービ
ン３に接続する発電機４とから主に構成されている。 この複合プラントに於いて、ガスタービン１は図示し
ない発電機を駆動して発電を行ない、この際発生する大
量の高温ガスは排熱回収ボイラ２を通過する際に、その
熱が蒸気の形で回収される。排熱回収ボイラ２において
発生した蒸気のうち高圧蒸気は、高圧主蒸気管10を経て
蒸気タービン３のうち高圧タービンに供給される。また
低圧蒸気は、低圧蒸気管９を経て低圧蒸気タービンに供
給される。 タービンを駆動した蒸気は復水器５においてボイラ水
に戻され、この缶水は給水ポンプ７により給水連絡管８
を経て前記排熱回収ボイラ２に戻されるように循環流動
する。 第６図は、この排熱回収ボイラ２の内部流体の流動系
統をより詳細に示した系統図である。 排ガス流の上流側には排熱回収ボイラ２の高圧系統
が、また下流側には低圧系統がそれぞれ配置されてい
る。即ち、図中の15は高圧ドラム、12は低圧ドラムであ
り、これらの各ドラム15、12に対しては各々缶水ブロー
系18,17が接続されている。なお、符号11は低圧節炭
器、13は高圧給水ポンプ、14は高圧節炭器、16は過熱器
である。 この構成の排熱回収ボイラにおいて、ガスタービンか
らの排ガスが供給されることにより排熱回収ボイラを起
動させる訳であるが、起動時に高温の排ガスが大量に供
給されるため、ボイラ内にある缶水が膨張し、この結果
ドラム12、15の水位が急上昇する。このドラムレベルの
上昇を放置しておくと、レベル制御が不可能になつてし
まう虞れがあるため、ドラムレベルが所定の値まで上昇
した際には、前記缶水ブロー系17、18を作動して上昇分
を系外に排出するようにしている。即ち、ドラムレベル
が予め設定してある値まで上昇した際には、缶水低減弁
20が開いて高圧缶水ブロー系18、低圧缶水ブロー系17を
経てブロータンク21に缶水をブローする。 このブロータンク21に流入した缶水は、前記高圧缶水
ブロー系18、低圧缶水ブロー系17のうち缶水低減弁20の
下流において大気圧相当まで減圧されるから、減圧沸騰
して蒸気と水とに分離される。このうち蒸気は、排気管
22により大気中に放出される。また温水は、排水系23の
途中に設けられた注水系24により冷水を混合して環境値
を満たす温度まで冷却されて排水槽25に供給される。こ
こにおいて供給された水が環境基準に適合するか否かが
判断され、その後に海水や河川等の自然界に放出され
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 このような排熱回収ボイラにおいては、次のような問
題があり、その解決が望まれている。 先ず、ブローする缶水の量が非常に膨大なものとな
り、この缶水ブロー自体も極めて不経済であるうえに、
このブロー水に添加する薬品（自然界に缶水を排出する
場合に、この缶水が環境を汚染しないようにするための
中和剤）等の使用量も多量になり、より一層不経済なも
のとなる。 ここで、第６図に示したブロー系は、本来火力発電所
用のボイラに於けるブロー系をそのまま排熱回収ボイラ
に利用したものである。ボイラ内における燃料の燃焼熱
を熱源とする一般的な火力発電所用のボイラの場合に
は、長期間にわたつて連続運転を行うため、ボイラの起
動、停止は年間においても数える程度しかなく、このた
めブローすべき缶水の量も経済的には殆ど無視できる値
である。 しかしながら、上述した複合発電プラントの場合に
は、ガスタービンの起動、停止特性が良好であることを
利用して構成されているため、プラントに於ける起動、
停止回数は前記の一般的な火力発電所用ボイラに比較し
て格段に多くなる。 複合発電プラントは第７図および第８図にその例を示
すように、100〜150MW級の少出力の発電ユニツトを５〜
16基程度設けることにより構成されている。なお第７図
は一軸型の複合発電プラントを、第９図は多軸型の複合
発電プラントの系統図を示しており、何れのプラントも
その発電能力は全体で1000〜2000MW程度のプラントであ
る。 このように複数の発電ユニツトから成るプラントにお
いて、電力需要の変動に対応してユニツト運転基数を調
節することにより、迅速且つ的確に所定量の発電を行う
ようにしている。例えば１日サイクルで説明すれば、電
力需要が低下する夜間にはユニツトの運転基数を減少さ
せ、需要が増加した際にはその増加分に合わせて運転基
数を増やすようにしている。このため各ユニツトの起
動、停止回数は極めて多くなる。従つて、各ユニツトの
発電能力は比較的小さいものの、これらのユニツトが多
数あるため、ブローすべき缶水量は全体では極めて膨大
なものとなる。これについて第９図および第10図を用い
て更に具体的に説明する。 先ず、ドラムレベルは第10図に示す如く、ボイラ起動
時にはその設定値Ａを通常負荷運転時よりも低いレベル
LWLにし、缶水の膨張による水位上昇をドラム12（15）
においてできるだけ吸収するようにしておき、通常負荷
運転時のレベルNWLに落ち着くまでの間、系外に排出さ
れる缶水量を可能な限り低減するようにしている。 しかしながら、実際のレベル変化は線Ｂに示すように
高水位レベルHWLを越える程度に大幅に変化するため、
この変化をドラム内でのみ吸収するのは不可能である。
このような場合は、第10図に示す電磁弁19、缶水低減弁
20を開として缶水を系外に排出する。この際、缶水は大
気圧以上の飽和温度（約150〜300℃）に達しているため
弁20を通過した時点で缶水中から蒸気が発生し、流体全
体の体積が急激に膨張する。この結果、流体は気相と液
相とが混合された二相流となり、しかも音速に近いほど
極めて高い流速でブロータンク21に流入する。 このため流体の流路に対しては、第９図に示す如くレ
デユーサ41、緩衝器42等を設置して流体の流速を低減す
る必要がある。また、ブロータンク21においては一度に
大量のブロー水が流入することにより、一度に大量の蒸
気が大気中に放出されるため、排気管44に対しては消音
器43を設置する必要がある。これらの設備を必要とする
ため、プラント全体はかなり複雑化することになる。 また、大気中に排出される蒸気の量が大量であるた
め、大気温度が低い場合には排出された蒸気が凝結して
周囲に大雨のように大量に水分を降下させるという不都
合が生じる。さらに、排水系は耐温度が90℃以下が一般
的であり、かつ高温水をそのまま自然界に排出すると地
表まで湯気が生じたり、生態系に対して悪影響を与える
ため、ブロータンク21から排水槽25に至る排水に対して
は大量の冷却水を供給する必要があり、この結果系外に
排出される水の量が一層多くなるという問題もある。 なおこの構成のものは、ブロータンク21からのブロー
水の排出及びその温度の調節を自動的に行なうようにな
つており、ブロータンク21中の水位が所定のレベルに達
したならばレベルスイツチ45が作動して弁46を開とし、
内部の水を排水槽25側へ流出させる。この間に温度検出
器48により排水温度を検出し、弁49を調節することによ
り冷水を減温器47に供給し、排水温度が所定の温度以下
になるよう調節する。 このような問題を解決するための手段としては、例え
ば特願昭61−303641号（特開昭63−156902号公報）公報
に記載されているような提案等があげられるが、その場
合一度ブロー水をボイラ系外に出すために装置、系統ま
た制御装置も複雑且つ不経済なものとなるなどの不都合
がある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は前記問題点を解決すべく構成したものであ
り、第１の本発明は、高温ガス流中に伝熱部を配置し、
かつドラムに接続された缶水ブロー用の系統を設置した
排熱回収ボイラにおいて、前記缶水ブローを溜めるため
の貯水タンクを設け、その貯水タンクを前記缶水ブロー
用の系統に接続するとともに、その貯水タンクの蒸気部
と前記ドラムの蒸気部とを連絡する蒸気連絡系統を設け
たことを特徴とするものである。 第２の本発明は、高温ガス中に伝熱部を配置し、かつ
ドラムに接続された缶水ブロー用の系統を設置した排熱
回収ボイラの運転方法において、前記缶水ブローを溜め
るための貯水タンクを設け、その貯水タンクを前記缶水
ブロー用の系統に接続し、その貯水タンクと例えば給水
ポンプの入口などのボイラ給水系統とを連絡する排水配
管を設け、缶水ブロー時に缶水ブローを前記貯水タンク
に溜て、その貯水タンクに溜った水をブロー時でないと
きに前記排水配管を通して給水系統に戻すことを特徴と
するものである。 〔作用〕 本発明は前述のような構成をとることにより、ボイラ
の起動、停止時などに缶水をブローする必要が生じた場
合、ブロー水を貯水タンクで一時期保溜することがで
き、ブロー水を系外に排出させる必要がなく、公害の防
止と経済性の向上を同時に達成することができる。 また貯水タンクの蒸気部とドラムの蒸気部とを連絡す
る蒸気連絡系統を設けることにより、缶水ブロー時にそ
の蒸気連絡系統を通して貯水タンクの蒸気部とドラムの
蒸気部とを同一圧力にして、貯水タンク内で減圧沸騰現
象を生じることなく、ポンプを用いないで重力によりド
ラムの缶水を貯水タンクに移すことができる。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を図面を参考にして具体的に説
明する。 第１図は、本発明の第１の実施例を示す系統図であ
る。この実施例の排熱回収ボイラは、ガスタービン排ガ
スなど高温ガス流中に配置した高圧蒸気系統と低圧蒸気
系統の複圧からなつている。高圧ドラム15への給水は、
低圧節炭器11の出口より抽水した水を高圧給水ポンプ13
により加圧昇温して、高圧ドラム15に供給される。 また低圧節炭器11への給水は、その低温腐食を防止す
るため、高圧給水ポンプ13の出口給水を一部抽水して低
圧節炭器11用の再循環弁91及び配管92を経由し混合する
ことにより、低圧節炭器11を通過するガス中の水分が露
結する温度（約50〜60℃）以上に保持している。 高圧ドラム15でオーバーフローした排水は一時期貯水
する貯水タンク102に、缶水低減弁20を介して導かれ
る。貯水タンク102の上部領域に形成される蒸気部と高
圧ドラム15の蒸気部とを連絡する蒸気連絡管106が設け
られ、その蒸気連絡管106の途中に止弁108が設置されて
いる。 また、貯水タンク102の底部は、再循環配管92に排水
制御弁103を介して接続されている。この排水制御弁103
は、貯水タンク102に取付けたレベルトランスミツター1
01によつて動作される。このレベルトランスミツター10
1の上位レベルは、貯水タンク102内に確実に蒸気部を形
成するために設定されている。一方、下位レベルは、貯
水タンク102内に送られた蒸気の一部が前記再循環配管9
2を通つて低圧節炭器11内に入るのを確実に防止するた
めに設定されている。 本実施例に依れば、起動時、貯水タンク102の蒸気連
絡管106に設けられている止弁108を開くことにより、高
圧ドラム15と貯水タンク102のそれぞれの蒸気部は同一
圧力となり、貯水タンク102を高圧ドラム15のレベル以
下に設置することにより、重力によつて高圧ドラム15の
缶水は貯水タンク102側へ流入可能となる。 止弁108は缶水の膨出現象が止まつた時点で閉じるこ
とにして、系外への熱放出を極力低減するようにする。 貯水タンク102に貯水された純水の回収に対しては、
高圧ドラム15の圧力と給水ポンプ７の出口圧力の見合い
で、止弁108を開くことにより、新たにポンプを設ける
こともなく、高圧ドラム15の圧力によつて必要とする時
に回収可能である。 次に第２図を用いて第２実施例に係る低圧系のブロー
回収法について説明する。 貯水タンク102と低圧ドラム12との接続法、運用法は
前記高圧系の場合と略同様であるが、回収先を低圧給水
ポンプ７の前流側とするところに特徴がある。 ４ 上述の如く、高圧系も低圧系も貯水タンク102の圧
力がそれぞれと連絡するドラム圧力と同圧力となるた
め、缶水低減弁20の後流域において、自己蒸発に基づく
二相流体によるエロージヨンの心配も不要となり、前記
従来技術の問題点が解決される。即ち、系外への放出が
無くなるので、例えば複合発電プラントの場合、第１図
の系統のユニツトが複数組合せが可能で、十数ユニツト
のDSS運用では缶水ブローが１日約400〜500トン、熱水
を冷却する為の注水が約100トンを加え１日の総水量は
相当の量を必要とし、かつ純水にするための費用、排出
基準に合致するための添加薬品等を加算すると年間の経
費は数億円にも達する。 本実施例に依れば、簡素な系統を付加するのみで、従
来廃棄していた純水を回収するのみならず、ブロー水を
極力少なくするために、従来の火力ボイラに比較して約
２倍のドラム内容積していたが、本発明を適用すること
により、従来の火力ボイラと同等のドラムサイズに低減
出来るなど経済的設計が可能となる。 第３図は本発明の第３実施例を示す系統図で、低圧系
では貯水タンク102からの回収先を、高圧給水ポンプ13
とその前流に設けた減圧弁130の間に設けることを特徴
としている。 この実施例では、低圧給水ポンプ７が設置されるター
ビン建家まで回収ラインを引き廻す必要がなく、配管レ
イアウトの簡素化が図れるというメリツトが挙げられ
る。 第４図は、本発明の第４実施例を示す系統図である。 この実施例では、複数ユニツトから構成されるプラン
トに適用した場合の例を示している。高圧系，低圧系各
々に貯水タンク102を二基あるいは複数器設置して切替
え運用することにより、各ユニツト毎に個別に貯水タン
ク102を設ける必要がなくなる。 通常、プラントの起動は、電源容量の問題、運転操作
の煩雑性により、全ユニツトを同時に起動することはな
く、10〜15分間の時間差をおいて順次起動する。従つて
貯水タンク102は１基でも切替操作スケジユールをタイ
ムリーに組むことにより可能であるが、例えば複合発電
の場合等は電力需給状況により、運用性に融通を設ける
ことを必要となるため、複数の貯水タンク102を設置す
る。 なお、貯水タンク102の蒸気部ならびに排水部の連絡
は前述した実施例の組合せで運用が可能であり、組合せ
方はそのプラントの運用法により選定すればよい。 〔発明の効果〕 本発明は前述のような構成をとることにより、ボイラ
の起動、停止時などに缶水をブローする必要が生じた場
合、ブロー水を貯水タンクで一時期保溜することがで
き、ブロー水を系外に排出させる必要がなく、公害の防
止と経済性の向上を同時に達成することができる。 また貯水タンクの蒸気部とドラムの蒸気部とを連絡す
る蒸気連絡系統を設けることにより、缶水ブロー時にそ
の蒸気連絡系統を通して貯水タンクの蒸気部とドラムの
蒸気部とを同一圧力にして、貯水タンク内で減圧沸騰現
象を生じることなく、ポンプを用いないで重力によりド
ラムの缶水を貯水タンクに移すことができるなどの特長
を有している。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１実施例を示す排熱回収ボイラの系
統図、第２図は本発明の第２実施例を示す排熱回収ボイ
ラの系統図、第３図は本発明の第３実施例を示す排熱回
収ボイラの系統図、第４図は本発明の第４実施例を示す
排熱回収ボイラの系統図、第５図は複合発電プラントの
概略を示す系統図、第６図は従来の排熱回収ボイラの系
統図、第７図は複合発電プラントの一軸型の系統図、第
８図は同多軸型プラントの系統図、第９図は従来構成の
ブロー水排出系統図、第10図はボイラドラムのレベル設
定を実際のレベル変動等を示す線図である。 ２……排熱回収ボイラ、６……排ガス、７……給水ポン
プ、12……低圧ドラム、15……高圧ドラム、17、18……
缶水ブロー系、101……レベルトランスミツター、102…
…貯水タンク。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．高温ガス流中に伝熱部を配置し、かつドラムに接続
   された缶水ブロー用の系統を設置した排熱回収ボイラに
   おいて、 前記缶水ブローを溜めるための貯水タンクを設け、その
   貯水タンクを前記缶水ブロー用の系統に接続するととも
   に、その貯水タンクの蒸気部と前記ドラムの蒸気部とを
   直接に連絡する蒸気連絡系統を設け、その蒸気連絡系統
   の途中に弁を付設して、その弁を開いた際に前記貯水タ
   ンクの蒸気部とドラムの蒸気部とが同一圧力になるよう
   に構成したことを特徴とする排熱回収ボイラ。 ２．前記貯水タンクの排水配管をボイラ給水ポンプ入口
   に接続したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の排熱回収ボイラ。 ３．前記貯水タンク内に蒸気部を形成するための上位レ
   ベルと、蒸気が節炭器内に混入するのを防止するための
   下位レベルとが監視できるレベルトランスミツターが設
   けられていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   または第（２）項記載の排熱回収ボイラ。 ４．高温ガス中に伝熱部を配置し、かつドラムに接続さ
   れた缶水ブロー用の系統を設置した排熱回収ボイラの運
   転方法において、 前記缶水ブローを溜めるための貯水タンクを設け、その
   貯水タンクを前記缶水ブロー用の系統に接続し、その貯
   水タンクとボイラ給水系統とを連絡する排水配管を設
   け、 缶水ブロー時に缶水ブローを前記貯水タンクに溜て、そ
   の貯水タンクに溜った水をブロー時でないときに前記排
   水配管を通して給水系統に戻すことを特徴とする排熱回
   収ボイラの運転方法。