JP2971629B2 - 排熱回収ボイラ - Google Patents

排熱回収ボイラ

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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は排熱回収ボイラ装置に係
り、特にコンバインドガスタービンプラント用の混圧型
排熱回収ボイラに関するものである。
【0002】
【従来の技術】急増する電力需要に応えるために大容量
の火力発電所が建設されているが、これらのボイラは部
分負荷時においても高い発電効率を得るために変圧運転
を行なうことが要求されている。これは最近の電力需要
の特徴として、原子力発電の伸びと共に、負荷の最大と
最小の差も増大し、火力発電はベースロード用から負荷
調整用へと移行する傾向にある。つまり、火力発電を負
荷調整用として運転する場合、ボイラ負荷を常に全負荷
で運転されるものは少なく、負荷を75%負荷、50%
負荷、25%負荷へと負荷を上げ、下げして運転した
り、運転を停止するなど、いわゆる毎日起動停止(Da
ily Start Stop以下単にDSSという)
運転などを行なつて中間負荷を担い、このDSS運転に
よつて電力需要の多い昼間のみ運転し、夜間は運転を停
止して発電効率を向上させるのである。例えば高効率発
電の一環として、最近コンバインドガスタービンプラン
トが注目されている。このコンバインドガスタービンプ
ラントは、まずガスタービンによる発電を行なうと共
に、ガスタービンから排出される排ガス中の排熱を排熱
回収ボイラによつて熱回収し、この排熱回収ボイラで発
生した蒸気によつて蒸気タービンを作動させて発電する
ものである。このようにコンバインドガスタービンプラ
ントはガスタービンによる発電と、蒸気タービンによる
発電を同時に行なうために発電効率が高いうえ、ガスタ
ービンの特性である負荷応答性に優れ、このために急激
な電力需要の上昇,下降にも十分対応でき、負荷追従性
にも優れており、DSS運転を行なうには好都合であ
る。
【0003】図はコンバインドガスタービンプラント
の概略系統図である。図において、空気供給管1から
の燃焼用空気Aと燃料供給管2からの燃料Fを燃焼器3
で混合して燃焼させ、その燃焼ガスでガスタービン4を
回転させガスタービン4による発電を行なう。ガスター
ビン4を回転させた排ガスGは排熱回収ボイラ5の排ガ
ス通路6へ導入される。この排ガス通路6には下流側か
ら上流へ低圧節炭器7,低圧蒸発器8および低圧ドラム
9からなる低圧ボイラ10と、高圧節炭器11,高圧蒸
発器12,高圧ドラム13および過熱器14からなる高
圧ボイラ15が配置されている。
【0004】一方、被加熱流体である給水WF は給水ポ
ンプ16より給水管17を経て低圧節炭器7に供給さ
れ、所定の温度までに予熱された後、低圧ドラム給水管
18を通り低圧ドラム9に供給される。低圧ドラム9に
供給された給水WF は、低圧ドラム9の低圧下降管19
を経て低圧蒸発器8,低圧ドラム9の順で自然循環また
は強制循環され、その間に加熱されて低圧ドラム9内で
水と蒸気に分離された後、水は再び低圧下降管19,低
圧蒸発器8および低圧ドラム9へと再循環されるが、蒸
気は低圧主蒸気管20より蒸気タービン21へ供給され
る。
【0005】他方、低圧節炭器7の出口で分流された高
温水WR の一部はボイラ移送ポンプ22より高圧給水管
23を経て高圧節炭器11に供給され、所定の温度まで
予熱された後、高圧ドラム給水管24を通り高圧ドラム
13に供給される。高圧ドラム13に供給された高温水
R は低圧ボイラ10と同様に高圧ドラム13の高圧下
降管25を経て高圧蒸発器12,高圧ドラム13の順で
循環し、高圧ドラム13内で分離された蒸気はドラム蒸
気出口管26を経て過熱器14へ送られ、ここでさらに
昇温された後、高圧主蒸気管27より蒸気タービン21
へ供給され、蒸気タービン21による発電を行なう。
【0006】なお、高圧ドラム13で分離された水は、
高圧下降管25,高圧蒸発器12,高圧ドラム13へと
再循環される。そして、高圧ドラム13および低圧ドラ
ム9の給水レベルはそれぞれ高圧ドラム給水弁28,低
圧ドラム給水弁29を操作して給水量が制御される。
【0007】他方、蒸気タービン21で蒸気タービン2
1を回転させた蒸気は復水器30で水となり、給水ポン
プ16より再び排熱回収ボイラ5へ給水される。この給
水管17の給水WF は約30℃と低温であるために、そ
のままの給水温度で低圧節炭器7へ給水されると低圧節
炭器7で低温腐蝕が発生するので、低圧ボイラ10,高
圧ボイラ15内の高温水WR と混合させて、低温腐蝕が
おこらない所定の温度まで給水温度を昇温させて、低圧
節炭器7へ給水する必要がある。つまり、高圧給水管2
3の高温水WR の一部はボイラ移送ポンプ22の出口か
ら再循環流量調整弁32を有する再循環流路33を経て
給水管17へ供給され、低圧節炭器7の低温腐蝕を防止
している。
【0008】なお、31は発電機、34はガスタービン
4の排ガスG中の窒素酸化物を除去するために高圧蒸発
器12と高圧節炭器11の間、あるいは高圧蒸発器12
の中間に配置される脱硝装置、35は過熱蒸気連絡管、
36は過熱蒸気止弁、37は圧力調整弁である。
【0009】以上の説明はコンバインドガスタービンプ
ラントにおける排ガス、給水、蒸気等の一般的な流れを
説明したものであるが、以下低圧節炭器7、高圧節炭器
11の低圧ドラム給水管18、高圧ドラム給水管24に
高圧ドラム給水弁28、低圧ドラム給水弁29を配置し
ている理由について説明する。
【0010】ガスタービン4の排ガス特性を図に示す
が排ガス量は図の曲線Bで示すようにガスタービン負
荷が低負荷になつてもほとんど変化が少ないが、排ガス
温度は図の曲線Cで示すようにガスタービン負荷が低
負荷になるほど下がつてくる。従つて、低負荷では排ガ
ス温度の低下に伴なつて蒸発量が減少し、給水量も低下
するが、排ガス量はほとんど変化しないため、節炭器
7,11で蒸気が発生する現象が生じる。この場合、ウ
オーターハンマーの発生等により付着機器を損傷する恐
れがあるため、従来は、給水ポンプ16、移送ポンプ2
2の流量が減少してくると吐出圧力が高くなる特性を利
用して、節炭器7,11の出口に位置する低圧ドラム給
水管18、高圧ドラム給水管24に高圧ドラム給水弁2
8、低圧ドラム給水弁29を設置して、節炭器7,11
を低負荷時に昇圧して、蒸気発生を防止していた。今ま
でのプラントでは運転圧力が高圧系で約60kg/cm
2 g、低圧系で約10kg/cm2 gを比較的低い圧力
であつたため、節炭器7,11の高圧ドラム給水弁2
8、低圧ドラム給水弁29の差圧も約5から100kg
/cm2 と小さく、問題は無かつた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、最近ガスター
ビンの燃焼温度の高温化に伴なつて、排熱回収ボイラの
蒸気圧力も高くなり高効率化が指向されている。この場
合、圧力は高圧系で約100から150kg/cm2
となり高圧ドラム給水弁28、低圧ドラム給水弁29の
差圧も約5から200kg/cm2 と非常に高差圧とな
り、このために高圧ドラム給水弁28、低圧圧ドラム給
水弁29のエロージョン等の問題が生じる。本発明は従
来技術の欠点を解消しようとするもので、その目的とす
るところは給水弁の差圧を低減し、しかも節炭器での蒸
気発生を防止することができる排熱回収ボイラを提供す
ることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の目的を達
成するために、給水ポンプの出口と節炭器の入口を給水
管で接続すると共に、節炭器の出口とドラムの入口をド
ラム給水弁を有するドラム給水管で接続し、このドラム
給水弁で前記節炭器の圧力を調整する排熱回収ボイラに
おいて、前記節炭器の出口側に給水温度検出器と給水圧
力検出器を設けると共に、前記節炭器の入口側の給水管
に入口調節弁を設け、前記給水温度検出器で検出した給
水温度に相当する飽和圧力を前記給水圧力検出器で検出
した給水圧力が下まわらないように、前記入口調節弁を
制御する圧力制御器を設けたことを特徴とするものであ
る。
【0013】
【作用】節炭器の圧力をドラム給水弁と調節弁で分担す
るので、給水弁の差圧を低減でき、給水弁のエロージヨ
ン、節炭器でのスチーミングが防止できる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図1は本発明の実施例に係る排熱回収ボイラの要部
系統図、図2は縦軸に圧力と給水温度、横軸にガスター
ビン負荷を示した特性曲線図である。図1および図3に
おいて、符号11から符号28は従来のものと同一のも
のを示す。38は高圧給水管23に設けた入口調節弁、
39は圧力検出器、40は給水温度検出器、41は圧力
制御器、42は高圧ドラム給水管24に設けた出口調節
弁である。また、図2の曲線Dは高圧給水ポンプ(ボイ
ラ移送ポンプ)出口の圧力、曲線Eは高圧ドラム13の
運転圧力、曲線Hは高圧節炭器11の出口給水温度に相
当する飽和圧力、曲線Iは高圧節炭器11の運転圧力、
曲線Jは高圧節炭器11の出口給水温度をそれぞれ示
す。
【0015】従来技術のように高圧節炭器11の出口の
みに高圧ドラム給水弁28を1台設置した場合、低負荷
において図2に示すように、非常に大きな差圧Kを高圧
ドラム給水弁28で負担することになり、高圧ドラム給
水弁28のエロージヨン発生により寿命が短くなつた
り、騒音が大きくなる問題がある。これに対し、本発明
の実施例においては図1に示すように高圧節炭器11の
高圧給水管23にも入口調節弁38を設置し、高圧節炭
器11出口の給水温度を給水温度検出器40で検出し高
圧節炭器11の運転圧力(図2の曲線I)を高圧節炭器
11で蒸気が発生しない飽和圧力(図2の曲線H)以上
に制御することによつて、高圧ドラム給水弁28の差圧
Kを図2に示すように高圧ドラム給水弁28と入口調節
弁38でその差圧L,Mを分担し、低減するのである。
これによりエロージヨン、騒音の問題も生じ無くなる。
【0016】
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、節炭器での蒸気発生を
防止することができるとともに弁の差圧を低減できエロ
ージヨン及び騒音を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る排熱回収ボイラの要部系
統図である。
【図2】縦軸に圧力および給水温度、横軸にガスタービ
ン負荷を示した特性曲線図である。
【図3】コンバインドガスタービンプラントの概略系統
図である。
【図4】縦軸に排ガス量および排ガス温度、横軸にガス
タービン負荷を示した特性曲線図である。
【符号の説明】
7 低圧節炭器 9 低圧ドラム 11 高圧節炭器 13 高圧ドラム 17 給水管 18 低圧ドラム給水管 23 高圧給水管 24 高圧ドラム給水管 28 高圧ドラム給水弁 29 低圧ドラム給水弁 38 入口調節弁 42 出口調節弁
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F22B 1/18 F22D 1/12 F22D 5/34

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 給水ポンプの出口と節炭器の入口を給水
    管で接続すると共に、節炭器の出口とドラムの入口をド
    ラム給水弁を有するドラム給水管で接続し、このドラム
    給水弁で前記節炭器の圧力を調整する排熱回収ボイラに
    おいて、 前記節炭器の出口側に給水温度検出器と給水圧力検出器
    を設けると共に、前記節炭器の入口側の給水管に入口調
    節弁を設け、 前記給水温度検出器で検出した給水温度に相当する飽和
    圧力を前記給水圧力検出器で検出した給水圧力が下まわ
    らないように、前記入口調節弁を制御する圧力制御器を
    設けた ことを特徴とする排熱回収ボイラ。
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JP6415219B2 (ja) * 2014-09-26 2018-10-31 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ボイラ、コンバインドサイクルプラント並びにボイラの運転方法

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