JP3568650B2 - 排熱回収ボイラのヒドラジン注入方法及びヒドラジン注入装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンと蒸気タービンとからなるコンバインドサイクル発電プラントにおける排熱回収ボイラの給水にヒドラジンを注入する排熱回収ボイラのヒドラジン注入方法及びヒドラジン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発電設備の高効率化の要求を満たすと共に、環境対策の面でも優れているガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントが多く建設されるようになってきている。
【０００３】
ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンの出力と蒸気タービンの出力によって発電機を駆動するもので、蒸気タービンの駆動用蒸気はガスタービンの排ガスを排熱回収ボイラに導入し発生したものを使用する。
【０００４】
図６は、そのようなコンバインドサイクル発電プラントの構成図である。図６において、ガスタービン２３にはＬＮＧ燃料が供給され、燃焼器での燃焼ガスにより回転力を与えられ出力を発生する。ガスタービン２３の排ガスは排気ダクトによって排熱回収ボイラ２４に導入される。この排ガスは約６００℃の高温であり、高圧過熱器２１、高圧蒸発器２０、高圧節炭器１７、低圧過熱器１２、低圧蒸発器１１、低圧節炭器６を順次通過し、これらでの熱交換によって排ガス温度は低下し、約１００℃の排ガスとなって煙突から大気に排出される。
【０００５】
一方、復水器１の復水は低圧給水ポンプ２によって低圧給水ライン５を通って低圧節炭器６に給水される。低圧節炭器６に供給される給水は、低圧給水ポンプミニマムフローライン４により復水器１に直接的に戻るラインがあるので、復水流量計３で計測されている。低圧節炭器６に供給された給水は、低圧ドラム給水調節弁８、低圧給水流量計９を介して低圧ドラム１０に給水される。そして、低圧蒸発器１１で発生した蒸気は、低圧ドラム１０を介して低圧過熱器１２に供給され、低圧過熱器１２で過熱蒸気となって蒸気タービン２２に供給される。
【０００６】
一方、低圧給水は低圧節炭器６の出口の低圧ドラム水位調節弁８の手前で分岐し、高圧給水ポンプ連絡管７から高圧給水ポンプ１４を介して高圧節炭器１７に供給される。高圧節炭器１７に供給される給水は、高圧給水ポンプミニマムフローライン１５により復水器１に直接的に戻るラインがあるので、この高圧給水ポンプミニマムフローライン１５の分岐部の下流側の低圧給水ライン５に配設された高圧給水流量計１６で計測されている。
【０００７】
高圧節炭器１７から流出した給水は、高圧ドラム水位調節弁１８を介して高圧ドラム１９に給水される。高圧蒸発器２０にて発生した蒸気は、高圧ドラム１９に戻されてから、高圧過熱器２１を介して蒸気タービン２２に供給される。蒸気タービン２２はガスタービン２３と連結されており、蒸気タービン２２の出力及びガスタービン２３の出力にて発電機３９を駆動することになる。
【０００８】
蒸気タービン２２で膨張し仕事を終えた蒸気は、復水器１で冷却されて復水となり復水器１のホットウェルに溜まり、ここから再び低圧給水ポンプ２で排熱回収ボイラ２４に供給される。
【０００９】
この排熱回収ボイラ２４の給水の水質は、排熱回収ボイラ２４の伝熱管の防食上非常に重要で、特に溶存酸素濃度が高いと伝熱管内面に孔食が発生し、トラブルの原因になる。従来においては、この対策として給水を復水器１や脱気器（図示せず）などで脱気すると共に、給水中にヒドラジンなどの薬液を注入している。ヒドラジンは熱分解により給水中の酸素と結びついてアンモニアと水になるもので、給水中の酸素分を化学的に除去する機能を発揮する化学物質である。実際のプラントではこのヒドラジンを低圧給水の濃度が１０ｐｐｂ程度となるようにヒドラジンポンプ３４によって注入する。
【００１０】
すなわち、低圧給水流量計９で計測された低圧給水流量、及び高圧給水流量計１６で計測された高圧給水流量を加算器２７で加算して全給水流量を求め、比例器２８でヒドラジンの濃度が所定の濃度（１０ｐｐｂ程度）となるように定数を乗算し、駆動装置３３でヒドラジン注入ポンプ３４を駆動しヒドラジンを給水に注入するようにしている。
【００１１】
低圧節炭器６の入口に注入されたヒドラジンは、低圧節炭器６、低圧蒸発器１１、低圧過熱器１２、高圧節炭器１７、高圧蒸発器２０、高圧過熱器２１と過熱され、熱分解して窒素と水とに完全に分解されて復水器１に流入する。このため、ヒドラジンは、常に低圧給水流量計９の指示値と高圧給水流量計１６の指示値の合計、すなわち全給水流量の１０ｐｐｂ分だけ比例的に注入していた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来技術によるヒドラジンの注入では、次のような問題点があった。まず、プラントの起動時（低圧給水ポンプ２の起動時）には低圧ドラム１０はスウェリングで給水がなくても水位が上昇するため、蒸気を発生させても低圧節炭器６から低圧ドラム１０に給水されない状態がある。
【００１３】
このような状態では、排熱回収ボイラ２４の高圧給水は、復水器１から低圧節炭器６を通過し、高圧給水ポンプ１４の高圧給水ポンプミニマムフローライン１５から復水器１に戻る。また、低圧給水ポンプ２からの復水も低圧給水ポンプミニマムフローライン４から復水器１に戻る。この状態では、給水は低圧給水流量計９、高圧給水流量計１６を通過しないので、給水流量はないものとみなされてヒドラジンの注入がされない。
【００１４】
この状態の時にも、脱酸素剤のない給水が低圧節炭器の伝熱管の中を流れており、しかも、このような低圧ポンプ２の起動時は復水器１の脱気能力も低く低圧給水中の溶存酸素濃度が高い状態となる。また、低圧節炭器６の管内温度は１２０℃〜１５０℃程度が多く、最も孔食をうけやすい状態になる。
【００１５】
コンバインドサイクル発電設備は起動停止に優れ毎日起動停止が行われる。ＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ Ｓｔａｒｔ ｕｐ ＆ Ｓｈｕｔ ｄｏｗｎ）運用が主であることから、このような孔食の発生しやすい状態が毎日繰り返されることは好ましいことではない。もし、孔食の発生しやすい状態が毎日繰り返されると、結果として低圧節炭器６に孔食が発生してチューブリークを発生することになってしまう。
【００１６】
次に、ガスタービン２３が起動した後に給水が流れて、低圧過熱器１２及び高圧過熱器２１から蒸気が発生するようになると、給水は循環することになるが、その場合に、ヒドラジンが過剰に注入されることがある。すなわち、複圧式（高圧と低圧）のコンバインドサイクル発電システムでは、低圧蒸気の圧力が低く、また、低圧の低圧過熱器１２の出口温度が２００℃〜２５０℃程度であることが多いので、ヒドラジンは熱分解されず復水器に戻ってくることになり、ヒドラジンが過剰に注入されることとなる。
【００１７】
これは、ヒドラジンは図７に示すように２００℃以上になると熱分解を始めるが、２５０℃程度ではその分解率は６０％程度であり、４０％のヒドラジンは熱分解されず復水器１に戻ってくる。従来のヒドラジンの注入方法では、単純に給水流量に比例してヒドラジンを注入するものであるため、この戻ってくるヒドラジン分だけヒドラジンが過剰に注入されることとなる。ヒドラジンは前述したように熱分解されるとアンモニアが発生するので、給水中のＰＨを上昇させる働きもある。しかし、ヒドラジンの注入が過剰となると、その分解によって発生するアンモニアの量が多くなり、ＰＨが上昇し過ぎて復水器１の細管にアンモニアアタックを発生させることがある。
【００１８】
本発明の目的は、プラント起動時にヒドラジンの濃度を確保し、ガスタービンの起動後には過剰のヒドラジンが供給されないようにし、排熱回収ボイラの伝熱管内孔食の発生を防止することができる排熱回収ボイラのヒドラジン注入方法及びヒドラジン注入装置を得ることである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による排熱回収ボイラのヒドラジン注入方法は、排熱回収ボイラへの給水開始時点から一定時間は所定量のヒドラジンを排熱回収ボイラの給水中に供給し、ガスタービンの起動後は給水流量のうちの低圧給水流量を低圧蒸気の過熱器出口の蒸気温度に基づいて補正し、この補正された低圧給水流量を加味した給水流量に基づいてヒドラジンの注入量を調節するようにしたものである。
【００２０】
請求項２の発明による排熱回収ボイラのヒドラジン注入方法は、請求項１の発明において、排熱回収ボイラへの給水開始時点から一定時間において注入するヒドラジンの注入量は、蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を凝縮する復水器のホットウェル水位と、給水配管の容量とによって決定されるようにしたものである。
【００２１】
請求項３の発明による排熱回収ボイラのヒドラジン注入装置は、ガスタービンからの排熱で高圧蒸気及び低圧蒸気を発生させ蒸気タービンに供給する排熱回収ボイラの高圧ドラムに供給される高圧給水流量を検出する高圧給水流量計と、排熱回収ボイラの低圧ドラムに供給される低圧給水流量を検出する低圧給水流量計と、高圧給水流量計で検出された高圧給水流量と低圧給水流量計で検出された低圧給水流量とを加算して給水流量を算出する加算器と、給水中の溶存酸素濃度が所定値に維持されるように給水流量に所定の定数を乗算して給水に注入するヒドラジンの注入量を演算する比例器と、比例器の出力に基づいて給水中に給水流量に比例した量のヒドラジンをストロークを調整して注入するプランジャ型のヒドラジン注入ポンプと、排熱回収ボイラへの給水開始時点から一定時間を計測するタイマーと、給水中に注入するヒドラジンの所定量に対応したヒドラジン注入ポンプのストロークを予め設定したストローク設定器と、タイマーの駆動時間中はヒドラジン注入ポンプのストロークをストローク設定器に設定されたストロークに維持しガスタービンの起動後は給水流量のうちの低圧給水流量を低圧蒸気の過熱器出口の蒸気温度に基づいて補正した給水流量に基づいてヒドラジンの注入量を調節するヒドラジン注入ポンプ制御装置とを備えている。
【００２２】
請求項４の発明による排熱回収ボイラのヒドラジン注入装置は、請求項３の発明において、排熱回収ボイラへの給水開始時点から一定時間において注入するヒドラジンの注入量は、蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を凝縮する復水器のホットウェル水位と、給水配管の容量とによって決定されるようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態を示す構成図である。この実施の形態は、排熱回収ボイラ２４への給水開始時点から一定時間は所定量のヒドラジンを排熱回収ボイラ２４の給水中に供給し、ガスタービン２３の起動後は給水流量のうちの低圧給水流量を低圧過熱器１２出口の蒸気温度に基づいて補正し、この補正された低圧給水流量を加味した給水流量に基づいてヒドラジンの注入量を調節するようにしたものである。
【００２４】
すなわち、図６に示した従来例に対し、この実施の形態では、プラントが起動開始し低圧給水ポンプ２が起動開始したときに起動信号を発生する起動信号発生器３０と、この起動信号発生器３０からの指令でプラント起動開始時点から一定時間を計測するタイマー３２と、給水中に注入するヒドラジンの所定量に対応したヒドラジン注入ポンプ３４のストロークを予め設定したストローク設定器２９と、低圧過熱器１２の出口の蒸気温度に基づいて給水流量のうちの低圧給水流量の補正係数を演算する関数発生器２５と、タイマー３２の駆動時間中はヒドラジン注入ポンプ３４のストロークをストローク設定器３２に設定されたストロークに維持すると共に、ガスタービン２３の起動後は給水流量のうちの低圧給水流量を低圧過熱器１２の出口の蒸気温度に基づいて補正した給水流量に基づいてヒドラジンの注入量を調節するヒドラジン注入ポンプ制御装置３１とを追加して設けている。その他の構成は、図６に示した従来例と同一であるので、同一構成要素には同一符号を付しその説明は省略する。
【００２５】
図１において、低圧節炭器６から低圧ドラム１０への経路には、低圧給水流量計９が設置され、また、低圧過熱器１２の出口には低圧過熱器１２の出口蒸気温度の測定用熱電対である温度計１３が設置されている。この温度計１３の出力は関数発生器２５に入力されて補正係数が出力される。
【００２６】
この補正係数は、ヒドラジンの分解に寄与できる低圧給水流量に補正するものである。図２は関数発生器２５の特性曲線を示すもので、低圧過熱器出口蒸気温度が２００℃〜３２０℃の範囲で補正係数を０〜１の範囲を出力するようになっている。これは前述したようにヒドラジンは２００℃以上になると分解を開始し始め、３２０℃程度でほぼ１００％のヒドラジンを分解できるようになるので、その特性に合わせたものである。
【００２７】
この補正係数は乗算器２６によって低圧給水流量計９の出力に掛け合わされた後、加算器２７によって高圧給水流量１６の出力と合計され、比例器２８によってその流量に応じたストローク値がヒドラジンポンプ３４のヒドラジン注入ポンプ制御装置３１に入力される。
【００２８】
また、プラントの起動、すなわち低圧給水ポンプ２と高圧給水ポンプ１４とが起動されると、その起動により起動信号発生器３０より起動信号が出力され、この起動信号はタイマー３２を駆動する。このタイマー３２の出力信号は一定時間保持されて、ヒドラジン注入ポンプ３４の制御装置３１に入力される。また、プラントの起動時におけるヒドラジン注入ポンプ３４のストローク設定値は、ストローク設定器２９からヒドラジン注入ポンプ制御装置３１に入力される。
【００２９】
この起動時のストロークは、起動時の復水器１のホットウェルの水位と配管の容量によって、図３のように決定される特性曲線が予め設定されている。このような特性曲線を設定しておくことにより、プラント起動時の一定時間内に復水器１及び低圧給水管内のヒドラジン濃度をプラント起動時の状態に拘らず一定に上昇させることが可能となる。
【００３０】
ヒドラジン注入ポンプ制御装置３１では、これらからプランジャのストロークの制御信号を出力してプランジャストロークを図４に示すように動かして、ヒドラジン注入ポンプ３４からヒドラジンを給水中に注入し、ヒドラジン濃度及び溶存酸素濃度を制御することになる。このヒドラジン注入ポンプとしては微量の薬液の注入に滴したプランジャ型ポンプが使用されており、この形式の代表的なものは図４に示される特徴を備えている。
【００３１】
図４において、ヒドラジン注入ポンプ３４のストロークがどのように調整されるかを説明する。ポンプ胴３６の中でピストン３８が上下してプランジャ３７の取り付けられた偏心カム３５の偏心量を調整することによって行われる。図４（ａ）はストロークが０％の状態を示しており、図４（ｂ）はストロークが１００％の状態を示している。すなわち、ポンプ胴３６の中でピストン３８の回転数の増減及びピストン３８のストロークの双方を調節して、微量の薬液の注入を可能にしている。この場合、ストロークはプランジャ３７の取り付けられた偏心カム２５の偏心量を調節することにより行われる。
【００３２】
次に、図５を参照しながら第１の実施の形態の動作を説明する。いま、時点ｔ０でプラントが起動されると、まず低圧給水ポンプ２、高圧給水ポンプ１４が起動される。この場合、給水は復水器１から低圧給水ポンプ２、低圧節炭器６、高圧給水ポンプ１４、高圧給水ポンプミニマムフローライン１５、低圧給水ポンプミニマムフローライン４を介して復水器１に戻る。この状態では、復水器１、低圧給水管５、ミニマムフロー管５、１５の内部には、ヒドラジンは全く含まれていない。
【００３３】
これら低圧給水ポンプ２及び高圧給水ポンプ１４の起動によって、起動信号が信号発生器３０より発信され、その起動信号がタイマー３２によって保持されて、起動指令がヒドラジン注入ポンプ制御装置３１に入力される。そうすると、ストローク設定器２９からのストローク設定値がヒドラジンポンプ制御装置３１に入力される。このストローク設定値は、図３に示すように、プラント起動時の復水器ホットウェルの水位レベルから決定される。
【００３４】
これによって、ヒドラジン注入ポンプ制御装置３１からはストロークの制御信号が発せられ、ヒドラジン注入ポンプ３４のピストン３８が上下してプランジャ３７のストロークを設定し、時点ｔ１でヒドラジンの注入が開始される。タイマー３２で定まる一定時間が経過し時点ｔ２になると、タイマー３２が切れてストローク設定値は除外され、所定量のヒドラジン注入制御は終了する。これにより、ヒドラジン注入ポンプ制御装置３１は、通常の給水流量に比例したヒドラジンの注入制御に移行する。
【００３５】
この後、時点ｔ３でガスタービン２３が起動すると、そのガスタービン２３の起動によって排熱回収ボイラ２４の中に高温の排ガスが流入し、低圧蒸気が発生する。この状態では、低圧蒸気が発生していても、低圧ドラム１０のスウェリング現象によって給水が低圧ドラム１０には流入しない。しばらく経ち時点ｔ４になると、低圧給水が低圧ドラム１０に流入し始める。この状態では、まだ低圧過熱器１２の出口の蒸気温度は２００℃程度であり、給水中のヒドラジンはほとんど熱分解されずに復水器１に戻ってくる。
【００３６】
低圧過熱器１２の出口の温度計１３に計測された低圧過熱器出口温度は、関数発生器２５に入力され、この関数発生器２５により図２に示すような関数によって補正係数が出力される。そして、その補正係数が低圧給水流量計９よりの低圧給水流量に掛け合わされて補正低圧給水流量が作られ、この信号と高圧給水流量の信号１６とを加算器２７で合計した値が補正された全給水流量として算出される。この補正された全給水流量に注入するヒドラジン量の割合を比例器２８で掛けたものが、ヒドラジン注入ポンプ制御装置３１に入力される。
【００３７】
たとえば、給水流量３０ｔ／ｈのときの薬液濃度を１％とするとヒドラジンの注入量は、２．４（ｍｌ／ｍｉｎ）となる。この必要注入量によってヒドラジン注入ポンプ３４のストロークを調整してヒドラジンを注入する。ヒドラジンの注入量は低圧過熱器１２からの戻り量を考慮しているので、図５に示すように従来の技術による注入量よりも少なくなる。
【００３８】
以上述べた実施の形態では、排熱回収ボイラ２４で発生する蒸気圧力が高圧蒸気と低圧蒸気との２圧力の代表的な排熱回収ボイラ２４について説明したが、蒸気圧力が３圧力になっても、単一圧力の場合でも、過熱器の出口の温度が３００℃程度以下のものに対しては、すべて給水流量の補正による制御及びプラント起動時の一定ストロークの制御が適用できることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、プラントの起動時にはタイマーによって給水ポンプ起動後の一定時間は、プランジャ型ポンプのストロークを一定値にしてヒドラジンを注入するので、起動時のヒドラジン濃度の確保及び溶存酸素濃度の確保が可能となり、プラントの起動時に溶存酸素が制限値を越える状態で運転されることを防止し、排熱回収ボイラ伝熱管内孔食の発生を防止することができる。
【００４０】
また、ガスタービン起動後には低圧過熱器の出口蒸発温度と低圧ドラムへの給水量より熱分解したヒドラジンの量を算出して、実際よりも少ない給水流量が流れているものとして給水流量を補正し、この補正した給水流量と高圧給水流量を合計した流量に比例するようにヒドラジンの注入量を調整するので、ヒドラジンの過度の注入による循環水中のＰＨの過上昇を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック構成図。
【図２】関数発生器での給水流量の補正係数を求める特性曲線を示す特性図。
【図３】ストローク設定器での復水器ホットウェルレベルと起動時のヒドラジンポンプのストロークとの関係を示す特性図。
【図４】プランジャ型ヒドラジン注入ポンプのストローク調整機構を示す説明図。
【図５】プラント起動時の各部の状態を示す特性図。
【図６】従来例を示すブロック構成図。
【図７】ヒドラジンの熱分解特性を示す特性図。
【符号の説明】
１ 復水器
２ 低圧給水ポンプ
３ 復水流量計
４ 低圧給水ポンプミニマムフローライン
５ 低圧給水ライン
６ 低圧節炭器
７ 高圧給水ポンプ連絡管
８ 低圧給水流量調節弁
９ 低圧給水流量計
１０ 低圧ドラム
１１ 低圧蒸発器
１２ 低圧過熱器
１３ 温度計
１４ 高圧給水ポンプ
１５ 高圧給水ポンプミニマムフローライン
１６ 高圧給水流量計
１７ 高圧節炭器
１８ 高圧給水流量調節弁
１９ 高圧ドラム
２０ 高圧蒸発器
２１ 高圧過熱器
２２ 蒸気タービン
２３ ガスタービン
２４ 排熱回収ボイラ
２５ 関数発生器
２６ 乗算器
２７ 加算器
２８ 比例器
２９ ストローク設定器
３０ 起動信号発生器
３１ ヒドラジン注入ポンプ制御装置
３２ タイマー
３３ 駆動装置
３４ ヒドラジン注入ポンプ
３５ 偏心カム
３６ ポンプ胴
３７ プランジャ
３８ ピストン
３９ 発電機
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンと蒸気タービンとからなるコンバインドサイクル発電プラントにおける排熱回収ボイラの給水にヒドラジンを注入する排熱回収ボイラのヒドラジン注入方法及びヒドラジン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発電設備の高効率化の要求を満たすと共に、環境対策の面でも優れているガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントが多く建設されるようになってきている。
【０００３】
ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンの出力と蒸気タービンの出力によって発電機を駆動するもので、蒸気タービンの駆動用蒸気はガスタービンの排ガスを排熱回収ボイラに導入し発生したものを使用する。
【０００４】
図６は、そのようなコンバインドサイクル発電プラントの構成図である。図６において、ガスタービン２３にはＬＮＧ燃料が供給され、燃焼器での燃焼ガスにより回転力を与えられ出力を発生する。ガスタービン２３の排ガスは排気ダクトによって排熱回収ボイラ２４に導入される。この排ガスは約６００℃の高温であり、高圧過熱器２１、高圧蒸発器２０、高圧節炭器１７、低圧過熱器１２、低圧蒸発器１１、低圧節炭器６を順次通過し、これらでの熱交換によって排ガス温度は低下し、約１００℃の排ガスとなって煙突から大気に排出される。
【０００５】
一方、復水器１の復水は低圧給水ポンプ２によって低圧給水ライン５を通って低圧節炭器６に給水される。低圧節炭器６に供給される給水は、低圧給水ポンプミニマムフローライン４により復水器１に直接的に戻るラインがあるので、復水流量計３で計測されている。低圧節炭器６に供給された給水は、低圧ドラム給水調節弁８、低圧給水流量計９を介して低圧ドラム１０に給水される。そして、低圧蒸発器１１で発生した蒸気は、低圧ドラム１０を介して低圧過熱器１２に供給され、低圧過熱器１２で過熱蒸気となって蒸気タービン２２に供給される。
【０００６】
一方、低圧給水は低圧節炭器６の出口の低圧ドラム水位調節弁８の手前で分岐し、高圧給水ポンプ連絡管７から高圧給水ポンプ１４を介して高圧節炭器１７に供給される。高圧節炭器１７に供給される給水は、高圧給水ポンプミニマムフローライン１５により復水器１に直接的に戻るラインがあるので、この高圧給水ポンプミニマムフローライン１５の分岐部の下流側の低圧給水ライン５に配設された高圧給水流量計１６で計測されている。
【０００７】
高圧節炭器１７から流出した給水は、高圧ドラム水位調節弁１８を介して高圧ドラム１９に給水される。高圧蒸発器２０にて発生した蒸気は、高圧ドラム１９に戻されてから、高圧過熱器２１を介して蒸気タービン２２に供給される。蒸気タービン２２はガスタービン２３と連結されており、蒸気タービン２２の出力及びガスタービン２３の出力にて発電機３９を駆動することになる。
【０００８】
蒸気タービン２２で膨張し仕事を終えた蒸気は、復水器１で冷却されて復水となり復水器１のホットウェルに溜まり、ここから再び低圧給水ポンプ２で排熱回収ボイラ２４に供給される。
【０００９】
この排熱回収ボイラ２４の給水の水質は、排熱回収ボイラ２４の伝熱管の防食上非常に重要で、特に溶存酸素濃度が高いと伝熱管内面に孔食が発生し、トラブルの原因になる。従来においては、この対策として給水を復水器１や脱気器（図示せず）などで脱気すると共に、給水中にヒドラジンなどの薬液を注入している。ヒドラジンは熱分解により給水中の酸素と結びついてアンモニアと水になるもので、給水中の酸素分を化学的に除去する機能を発揮する化学物質である。実際のプラントではこのヒドラジンを低圧給水の濃度が１０ｐｐｂ程度となるようにヒドラジンポンプ３４によって注入する。
【００１０】
すなわち、低圧給水流量計９で計測された低圧給水流量、及び高圧給水流量計１６で計測された高圧給水流量を加算器２７で加算して全給水流量を求め、比例器２８でヒドラジンの濃度が所定の濃度（１０ｐｐｂ程度）となるように定数を乗算し、駆動装置３３でヒドラジン注入ポンプ３４を駆動しヒドラジンを給水に注入するようにしている。
【００１１】
低圧節炭器６の入口に注入されたヒドラジンは、低圧節炭器６、低圧蒸発器１１、低圧過熱器１２、高圧節炭器１７、高圧蒸発器２０、高圧過熱器２１と過熱され、熱分解して窒素と水とに完全に分解されて復水器１に流入する。このため、ヒドラジンは、常に低圧給水流量計９の指示値と高圧給水流量計１６の指示値の合計、すなわち全給水流量の１０ｐｐｂ分だけ比例的に注入していた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来技術によるヒドラジンの注入では、次のような問題点があった。まず、プラントの起動時（低圧給水ポンプ２の起動時）には低圧ドラム１０はスウェリングで給水がなくても水位が上昇するため、蒸気を発生させても低圧節炭器６から低圧ドラム１０に給水されない状態がある。
【００１３】
このような状態では、排熱回収ボイラ２４の高圧給水は、復水器１から低圧節炭器６を通過し、高圧給水ポンプ１４の高圧給水ポンプミニマムフローライン１５から復水器１に戻る。また、低圧給水ポンプ２からの復水も低圧給水ポンプミニマムフローライン４から復水器１に戻る。この状態では、給水は低圧給水流量計９、高圧給水流量計１６を通過しないので、給水流量はないものとみなされてヒドラジンの注入がされない。
【００１４】
この状態の時にも、脱酸素剤のない給水が低圧節炭器の伝熱管の中を流れており、しかも、このような低圧ポンプ２の起動時は復水器１の脱気能力も低く低圧給水中の溶存酸素濃度が高い状態となる。また、低圧節炭器６の管内温度は１２０℃〜１５０℃程度が多く、最も孔食をうけやすい状態になる。
【００１５】
コンバインドサイクル発電設備は起動停止に優れ毎日起動停止が行われる。ＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ Ｓｔａｒｔ ｕｐ ＆ Ｓｈｕｔ ｄｏｗｎ）運用が主であることから、このような孔食の発生しやすい状態が毎日繰り返されることは好ましいことではない。もし、孔食の発生しやすい状態が毎日繰り返されると、結果として低圧節炭器６に孔食が発生してチューブリークを発生することになってしまう。
【００１６】
次に、ガスタービン２３が起動した後に給水が流れて、低圧過熱器１２及び高圧過熱器２１から蒸気が発生するようになると、給水は循環することになるが、その場合に、ヒドラジンが過剰に注入されることがある。すなわち、複圧式（高圧と低圧）のコンバインドサイクル発電システムでは、低圧蒸気の圧力が低く、また、低圧の低圧過熱器１２の出口温度が２００℃〜２５０℃程度であることが多いので、ヒドラジンは熱分解されず復水器に戻ってくることになり、ヒドラジンが過剰に注入されることとなる。
【００１７】
これは、ヒドラジンは図７に示すように２００℃以上になると熱分解を始めるが、２５０℃程度ではその分解率は６０％程度であり、４０％のヒドラジンは熱分解されず復水器１に戻ってくる。従来のヒドラジンの注入方法では、単純に給水流量に比例してヒドラジンを注入するものであるため、この戻ってくるヒドラジン分だけヒドラジンが過剰に注入されることとなる。ヒドラジンは前述したように熱分解されるとアンモニアが発生するので、給水中のＰＨを上昇させる働きもある。しかし、ヒドラジンの注入が過剰となると、その分解によって発生するアンモニアの量が多くなり、ＰＨが上昇し過ぎて復水器１の細管にアンモニアアタックを発生させることがある。
【００１８】
本発明の目的は、プラント起動時にヒドラジンの濃度を確保し、ガスタービンの起動後には過剰のヒドラジンが供給されないようにし、排熱回収ボイラの伝熱管内孔食の発生を防止することができる排熱回収ボイラのヒドラジン注入方法及びヒドラジン注入装置を得ることである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による排熱回収ボイラのヒドラジン注入方法は、排熱回収ボイラへの給水開始時点から一定時間は所定量のヒドラジンを排熱回収ボイラの給水中に供給し、ガスタービンの起動後は給水流量のうちの低圧給水流量を低圧蒸気の過熱器出口の蒸気温度に基づいて補正し、この補正された低圧給水流量を加味した給水流量に基づいてヒドラジンの注入量を調節するようにしたものである。
【００２０】
請求項２の発明による排熱回収ボイラのヒドラジン注入方法は、請求項１の発明において、排熱回収ボイラへの給水開始時点から一定時間において注入するヒドラジンの注入量は、蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を凝縮する復水器のホットウェル水位と、給水配管の容量とによって決定されるようにしたものである。
【００２１】
請求項３の発明による排熱回収ボイラのヒドラジン注入装置は、ガスタービンからの排熱で高圧蒸気及び低圧蒸気を発生させ蒸気タービンに供給する排熱回収ボイラの高圧ドラムに供給される高圧給水流量を検出する高圧給水流量計と、排熱回収ボイラの低圧ドラムに供給される低圧給水流量を検出する低圧給水流量計と、高圧給水流量計で検出された高圧給水流量と低圧給水流量計で検出された低圧給水流量とを加算して給水流量を算出する加算器と、給水中の溶存酸素濃度が所定値に維持されるように給水流量に所定の定数を乗算して給水に注入するヒドラジンの注入量を演算する比例器と、比例器の出力に基づいて給水中に給水流量に比例した量のヒドラジンをストロークを調整して注入するプランジャ型のヒドラジン注入ポンプと、排熱回収ボイラへの給水開始時点から一定時間を計測するタイマーと、給水中に注入するヒドラジンの所定量に対応したヒドラジン注入ポンプのストロークを予め設定したストローク設定器と、タイマーの駆動時間中はヒドラジン注入ポンプのストロークをストローク設定器に設定されたストロークに維持しガスタービンの起動後は給水流量のうちの低圧給水流量を低圧蒸気の過熱器出口の蒸気温度に基づいて補正した給水流量に基づいてヒドラジンの注入量を調節するヒドラジン注入ポンプ制御装置とを備えている。
【００２２】
請求項４の発明による排熱回収ボイラのヒドラジン注入装置は、請求項３の発明において、排熱回収ボイラへの給水開始時点から一定時間において注入するヒドラジンの注入量は、蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を凝縮する復水器のホットウェル水位と、給水配管の容量とによって決定されるようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態を示す構成図である。この実施の形態は、排熱回収ボイラ２４への給水開始時点から一定時間は所定量のヒドラジンを排熱回収ボイラ２４の給水中に供給し、ガスタービン２３の起動後は給水流量のうちの低圧給水流量を低圧過熱器１２出口の蒸気温度に基づいて補正し、この補正された低圧給水流量を加味した給水流量に基づいてヒドラジンの注入量を調節するようにしたものである。
【００２４】
すなわち、図６に示した従来例に対し、この実施の形態では、プラントが起動開始し低圧給水ポンプ２が起動開始したときに起動信号を発生する起動信号発生器３０と、この起動信号発生器３０からの指令でプラント起動開始時点から一定時間を計測するタイマー３２と、給水中に注入するヒドラジンの所定量に対応したヒドラジン注入ポンプ３４のストロークを予め設定したストローク設定器２９と、低圧過熱器１２の出口の蒸気温度に基づいて給水流量のうちの低圧給水流量の補正係数を演算する関数発生器２５と、タイマー３２の駆動時間中はヒドラジン注入ポンプ３４のストロークをストローク設定器３２に設定されたストロークに維持すると共に、ガスタービン２３の起動後は給水流量のうちの低圧給水流量を低圧過熱器１２の出口の蒸気温度に基づいて補正した給水流量に基づいてヒドラジンの注入量を調節するヒドラジン注入ポンプ制御装置３１とを追加して設けている。その他の構成は、図６に示した従来例と同一であるので、同一構成要素には同一符号を付しその説明は省略する。
【００２５】
図１において、低圧節炭器６から低圧ドラム１０への経路には、低圧給水流量計９が設置され、また、低圧過熱器１２の出口には低圧過熱器１２の出口蒸気温度の測定用熱電対である温度計１３が設置されている。この温度計１３の出力は関数発生器２５に入力されて補正係数が出力される。
【００２６】
この補正係数は、ヒドラジンの分解に寄与できる低圧給水流量に補正するものである。図２は関数発生器２５の特性曲線を示すもので、低圧過熱器出口蒸気温度が２００℃〜３２０℃の範囲で補正係数を０〜１の範囲を出力するようになっている。これは前述したようにヒドラジンは２００℃以上になると分解を開始し始め、３２０℃程度でほぼ１００％のヒドラジンを分解できるようになるので、その特性に合わせたものである。
【００２７】
この補正係数は乗算器２６によって低圧給水流量計９の出力に掛け合わされた後、加算器２７によって高圧給水流量１６の出力と合計され、比例器２８によってその流量に応じたストローク値がヒドラジンポンプ３４のヒドラジン注入ポンプ制御装置３１に入力される。
【００２８】
また、プラントの起動、すなわち低圧給水ポンプ２と高圧給水ポンプ１４とが起動されると、その起動により起動信号発生器３０より起動信号が出力され、この起動信号はタイマー３２を駆動する。このタイマー３２の出力信号は一定時間保持されて、ヒドラジン注入ポンプ３４の制御装置３１に入力される。また、プラントの起動時におけるヒドラジン注入ポンプ３４のストローク設定値は、ストローク設定器２９からヒドラジン注入ポンプ制御装置３１に入力される。
【００２９】
この起動時のストロークは、起動時の復水器１のホットウェルの水位と配管の容量によって、図３のように決定される特性曲線が予め設定されている。このような特性曲線を設定しておくことにより、プラント起動時の一定時間内に復水器１及び低圧給水管内のヒドラジン濃度をプラント起動時の状態に拘らず一定に上昇させることが可能となる。
【００３０】
ヒドラジン注入ポンプ制御装置３１では、これらからプランジャのストロークの制御信号を出力してプランジャストロークを図４に示すように動かして、ヒドラジン注入ポンプ３４からヒドラジンを給水中に注入し、ヒドラジン濃度及び溶存酸素濃度を制御することになる。このヒドラジン注入ポンプとしては微量の薬液の注入に滴したプランジャ型ポンプが使用されており、この形式の代表的なものは図４に示される特徴を備えている。
【００３１】
図４において、ヒドラジン注入ポンプ３４のストロークがどのように調整されるかを説明する。ポンプ胴３６の中でピストン３８が上下してプランジャ３７の取り付けられた偏心カム３５の偏心量を調整することによって行われる。図４（ａ）はストロークが０％の状態を示しており、図４（ｂ）はストロークが１００％の状態を示している。すなわち、ポンプ胴３６の中でピストン３８の回転数の増減及びピストン３８のストロークの双方を調節して、微量の薬液の注入を可能にしている。この場合、ストロークはプランジャ３７の取り付けられた偏心カム２５の偏心量を調節することにより行われる。
【００３２】
次に、図５を参照しながら第１の実施の形態の動作を説明する。いま、時点ｔ０でプラントが起動されると、まず低圧給水ポンプ２、高圧給水ポンプ１４が起動される。この場合、給水は復水器１から低圧給水ポンプ２、低圧節炭器６、高圧給水ポンプ１４、高圧給水ポンプミニマムフローライン１５、低圧給水ポンプミニマムフローライン４を介して復水器１に戻る。この状態では、復水器１、低圧給水管５、ミニマムフロー管５、１５の内部には、ヒドラジンは全く含まれていない。
【００３３】
これら低圧給水ポンプ２及び高圧給水ポンプ１４の起動によって、起動信号が信号発生器３０より発信され、その起動信号がタイマー３２によって保持されて、起動指令がヒドラジン注入ポンプ制御装置３１に入力される。そうすると、ストローク設定器２９からのストローク設定値がヒドラジンポンプ制御装置３１に入力される。このストローク設定値は、図３に示すように、プラント起動時の復水器ホットウェルの水位レベルから決定される。
【００３４】
これによって、ヒドラジン注入ポンプ制御装置３１からはストロークの制御信号が発せられ、ヒドラジン注入ポンプ３４のピストン３８が上下してプランジャ３７のストロークを設定し、時点ｔ１でヒドラジンの注入が開始される。タイマー３２で定まる一定時間が経過し時点ｔ２になると、タイマー３２が切れてストローク設定値は除外され、所定量のヒドラジン注入制御は終了する。これにより、ヒドラジン注入ポンプ制御装置３１は、通常の給水流量に比例したヒドラジンの注入制御に移行する。
【００３５】
この後、時点ｔ３でガスタービン２３が起動すると、そのガスタービン２３の起動によって排熱回収ボイラ２４の中に高温の排ガスが流入し、低圧蒸気が発生する。この状態では、低圧蒸気が発生していても、低圧ドラム１０のスウェリング現象によって給水が低圧ドラム１０には流入しない。しばらく経ち時点ｔ４になると、低圧給水が低圧ドラム１０に流入し始める。この状態では、まだ低圧過熱器１２の出口の蒸気温度は２００℃程度であり、給水中のヒドラジンはほとんど熱分解されずに復水器１に戻ってくる。
【００３６】
低圧過熱器１２の出口の温度計１３に計測された低圧過熱器出口温度は、関数発生器２５に入力され、この関数発生器２５により図２に示すような関数によって補正係数が出力される。そして、その補正係数が低圧給水流量計９よりの低圧給水流量に掛け合わされて補正低圧給水流量が作られ、この信号と高圧給水流量の信号１６とを加算器２７で合計した値が補正された全給水流量として算出される。この補正された全給水流量に注入するヒドラジン量の割合を比例器２８で掛けたものが、ヒドラジン注入ポンプ制御装置３１に入力される。
【００３７】
たとえば、給水流量３０ｔ／ｈのときの薬液濃度を１％とするとヒドラジンの注入量は、２．４（ｍｌ／ｍｉｎ）となる。この必要注入量によってヒドラジン注入ポンプ３４のストロークを調整してヒドラジンを注入する。ヒドラジンの注入量は低圧過熱器１２からの戻り量を考慮しているので、図５に示すように従来の技術による注入量よりも少なくなる。
【００３８】
以上述べた実施の形態では、排熱回収ボイラ２４で発生する蒸気圧力が高圧蒸気と低圧蒸気との２圧力の代表的な排熱回収ボイラ２４について説明したが、蒸気圧力が３圧力になっても、単一圧力の場合でも、過熱器の出口の温度が３００℃程度以下のものに対しては、すべて給水流量の補正による制御及びプラント起動時の一定ストロークの制御が適用できることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、プラントの起動時にはタイマーによって給水ポンプ起動後の一定時間は、プランジャ型ポンプのストロークを一定値にしてヒドラジンを注入するので、起動時のヒドラジン濃度の確保及び溶存酸素濃度の確保が可能となり、プラントの起動時に溶存酸素が制限値を越える状態で運転されることを防止し、排熱回収ボイラ伝熱管内孔食の発生を防止することができる。
【００４０】
また、ガスタービン起動後には低圧過熱器の出口蒸発温度と低圧ドラムへの給水量より熱分解したヒドラジンの量を算出して、実際よりも少ない給水流量が流れているものとして給水流量を補正し、この補正した給水流量と高圧給水流量を合計した流量に比例するようにヒドラジンの注入量を調整するので、ヒドラジンの過度の注入による循環水中のＰＨの過上昇を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック構成図。
【図２】関数発生器での給水流量の補正係数を求める特性曲線を示す特性図。
【図３】ストローク設定器での復水器ホットウェルレベルと起動時のヒドラジンポンプのストロークとの関係を示す特性図。
【図４】プランジャ型ヒドラジン注入ポンプのストローク調整機構を示す説明図。
【図５】プラント起動時の各部の状態を示す特性図。
【図６】従来例を示すブロック構成図。
【図７】ヒドラジンの熱分解特性を示す特性図。
【符号の説明】
１ 復水器
２ 低圧給水ポンプ
３ 復水流量計
４ 低圧給水ポンプミニマムフローライン
５ 低圧給水ライン
６ 低圧節炭器
７ 高圧給水ポンプ連絡管
８ 低圧給水流量調節弁
９ 低圧給水流量計
１０ 低圧ドラム
１１ 低圧蒸発器
１２ 低圧過熱器
１３ 温度計
１４ 高圧給水ポンプ
１５ 高圧給水ポンプミニマムフローライン
１６ 高圧給水流量計
１７ 高圧節炭器
１８ 高圧給水流量調節弁
１９ 高圧ドラム
２０ 高圧蒸発器
２１ 高圧過熱器
２２ 蒸気タービン
２３ ガスタービン
２４ 排熱回収ボイラ
２５ 関数発生器
２６ 乗算器
２７ 加算器
２８ 比例器
２９ ストローク設定器
３０ 起動信号発生器
３１ ヒドラジン注入ポンプ制御装置
３２ タイマー
３３ 駆動装置
３４ ヒドラジン注入ポンプ
３５ 偏心カム
３６ ポンプ胴
３７ プランジャ
３８ ピストン
３９ 発電機
Claims (4)
- ガスタービンからの排熱で高圧蒸気及び低圧蒸気を発生させ蒸気タービンに供給する排熱回収ボイラの給水中に、その給水流量に比例した量のヒドラジンを注入し、前記給水中の溶存酸素濃度が所定値に維持されるようにした排熱回収ボイラのヒドラジン注入方法において、前記排熱回収ボイラへの給水開始時点から一定時間は所定量のヒドラジンを前記排熱回収ボイラの給水中に供給し、前記ガスタービンの起動後は前記給水流量のうちの低圧給水流量を前記低圧蒸気の過熱器出口の蒸気温度に基づいて補正し、この補正された低圧給水流量を加味した前記給水流量に基づいて前記ヒドラジンの注入量を調節するようにしたことを特徴とする排熱回収ボイラのヒドラジン注入方法。
- 前記排熱回収ボイラへの給水開始時点から一定時間において注入するヒドラジンの注入量は、前記蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を凝縮する復水器のホットウェル水位と、給水配管の容量とによって決定されることを特徴とする請求項１に記載の排熱回収ボイラのヒドラジン注入方法。
- ガスタービンからの排熱で高圧蒸気及び低圧蒸気を発生させ蒸気タービンに供給する排熱回収ボイラの前記高圧ドラムに供給される高圧給水流量を検出する高圧給水流量計と、前記排熱回収ボイラの前記低圧ドラムに供給される低圧給水流量を検出する低圧給水流量計と、前記高圧給水流量計で検出された高圧給水流量と前記低圧給水流量計で検出された低圧給水流量とを加算して給水流量を算出する加算器と、前記給水中の溶存酸素濃度が所定値に維持されるように前記給水流量に所定の定数を乗算して前記給水に注入するヒドラジンの注入量を演算する比例器と、前記比例器の出力に基づいて前記給水中に前記給水流量に比例した量のヒドラジンをストロークを調整して注入するプランジャ型のヒドラジン注入ポンプとを備えた排熱回収ボイラのヒドラジン注入装置において、前記排熱回収ボイラへの給水開始時点から一定時間を計測するタイマーと、前記給水中に注入するヒドラジンの所定量に対応した前記ヒドラジン注入ポンプのストロークを予め設定したストローク設定器と、前記タイマーの駆動時間中は前記ヒドラジン注入ポンプのストロークを前記ストローク設定器に設定されたストロークに維持し前記ガスタービンの起動後は前記給水流量のうちの低圧給水流量を前記低圧蒸気の過熱器出口の蒸気温度に基づいて補正した前記給水流量に基づいて前記ヒドラジンの注入量を調節するヒドラジン注入ポンプ制御装置とを備えたことを特徴とする排熱回収ボイラのヒドラジン注入装置。
- 前記排熱回収ボイラへの給水開始時点から一定時間において注入するヒドラジンの注入量は、前記蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を凝縮する復水器のホットウェル水位と、給水配管の容量とによって決定されることを特徴とする請求項３に記載の排熱回収ボイラのヒドラジン注入装置。
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