JP5117197B2

JP5117197B2 - 排熱回収ボイラ装置

Info

Publication number: JP5117197B2
Application number: JP2008002261A
Authority: JP
Inventors: 秀顕島田; 博光飯島; 賢一木村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-01-09
Also published as: JP2009162449A

Description

本発明はガスタービンから排出される排ガスにより蒸気を発生す排熱回収ボイラ装置に係り、特にボイラの給水温度が低い低圧ボイラ系統の節炭器の低温腐食防止を行った排熱回収ボイラ装置に関する。

ガスタービンの排ガス流路に低圧ドラムと高圧ドラムとを設け、このドラムにそれぞれ低圧節炭器及び高圧節炭器を介して復水器からの給水を供給するようにした従来の複圧型排熱回収ボイラ装置においては、低圧ボイラ系統における低圧節炭器の入口給水温度が低くなりすぎるとガスタービンの排ガス中に含まれる酸性成分により低圧節炭器で低温腐食を生じる恐れがある。

これは排熱回収ボイラ装置の低圧ボイラ系統では、給水ポンプの出口温度は復水器の飽和温度すなわち３０℃前後である場合が通例で、このままボイラ炉内の節炭器に給水された場合、節炭器を通過する排ガス中に含まれる水分の露点を下回るため、水分が節炭器表面に凝縮・結露し、著しい錆とこれに伴う腐食が発生する恐れがあるためである。
このため、低圧節炭器の入口給水の温度を所定以上に保つような加熱手段を設けた排熱回収ボイラ装置が考えられている。

図４はこのような低圧節炭器の入口給水の温度を所定以上に保つような加熱手段を設けた従来の排熱回収ボイラ装置の一例を示す系統図である。
図４において、１はガスタービンに接続された排熱回収ボイラ装置の排ガスダクト、２は排ガスダクト１内を流れる排ガス、３は排熱回収ボイラ装置の低圧ボイラ系統に配置された蒸気ドラム、４は蒸発器、５は節炭器、６はこれらを連絡する配管装置である（例えば特許文献１参照）。

図４において、図示しない復水器からの給水の流れの最上流部に配置された給水ポンプ７は、復水器から供給される給水を昇圧し、昇圧された給水は、節炭器５に給水され、節炭器５により排ガスダクト１内を通過する排ガス２によって飽和温度付近まで加熱される。節炭器５の出口側では給水調節弁８にて流量を制御されながら蒸気ドラム３に給水される。
給水された水は缶水となって蒸発器４に供給され排ガス２の熱を得て蒸発する。

節炭器５の出口側の加熱された給水の一部は再循環ポンプ９を介して節炭器５入口側に戻して給水ポンプ７からの給水に合流させ、給水の温度を露点温度より高く保つようにしている。

節炭器５の入口給水温度は温度計１０により検出され、演算器１１により給水温度が低温腐食を生じる限界温度以上になるように前記循環ポンプ９に接続された第１の流量調整弁１２の開度を調整して再循環流量を調節する信号Ｓ１が出力される。
実開昭５９−１０３００２号

近年硫黄分を含む燃料を使用したガスタービンが当該排熱回収ボイラ装置の上流に設置される場合が増えてきており、このような排熱回収ボイラ装置であると硫黄酸化物により結露点がより上昇する傾向にあり、節炭器５の入口給水温度を、より高い温度に保つ必要性が増している。
その結果として節炭器５の出口側から本来給水に必要な流量の倍以上にも上る大量の再循環流量を必要とするようになっている。

このような場合、従来の排熱回収ボイラ装置では、再循環ポンプ９の大容量化を招き、また節炭器５の加熱流量増加に伴い加熱面積が増大し、経済的なシステムを構成することが困難になってきているという問題点があった。

さらに、排ガス２に含まれる硫黄酸化物の分圧等の性質によっては、給水を１００℃以上に加温する必要が生じ、実質的に従来の系統では入口給水温度を上昇させることが不可能になるという問題点があった。

さらに、節炭器５の流量増加に伴う加熱面積の増大は、ガスタービンを低負荷で運用した場合に、所定の熱交換量に対し加熱面積が過剰になるため、節炭器５出口側の給水温度が高くなりすぎ、第１の流量調整弁１２の下流もしくは節炭器５内でも蒸気が発生し、給水の流動が不安定になる。
さらにまた、二層流により配管装置６の内面が著しく磨耗してしまうという問題点があった。

本発明は以上の課題を解決するために成されたものであり、再循環ポンプの容量を大きくすることなく、節炭器を流れる給水の流量を抑制しつつ、節炭器入口給水温度を上昇させ、節炭器の低温腐食の発生を防ぐようにした排熱回収ボイラ装置を提供することを目的とする。

本発明の排熱回収ボイラ装置は以上の課題を解決するために成されたものであり、ガスタービンから排出される排ガスにより蒸気を発生する排熱回収ボイラ装置において、前記ボイラ装置の低圧ボイラ系統に設けられた節炭器と、この節炭器に復水器からの給水を供給する給水ポンプと、前記節炭器の出口側に接続された蒸気ドラムと、この蒸気ドラムに接続され、排ガスの熱により蒸気を発生する蒸発器と、前記節炭器出口側と入口側とを再循環ポンプ及び第１の流量調整弁を介して接続する給水再循環系と、前記給水ポンプ出口側と前記節炭器出口側とを第２の流量調整弁を介して接続され、前記節炭器と前記給水再循環系をバイパスする給水バイパス系と、前記節炭器入口側の給水温度信号から前記第１の流量調節弁の開度信号と前記第２の流量調整弁の開度信号とを出力する演算器を備え、前記演算器は、前記節炭器入口側の給水温度を前記節炭器の低温腐蝕が生じる限界温度以上になるように前記第１の流量調節弁の開度を調節することを特徴とする。

以上のように本発明の排熱回収ボイラ装置によれば、再循環ポンプの容量を大きくすることなく、節炭器を流れる給水の流量を抑制しつつ、節炭器入口給水温度を上昇させ、節炭器の低温腐食の発生を防ぐことができる。

（第１の実施の形態）
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
なお、以下の実施の形態の説明において図４に示す従来の排熱回収ボイラ装置と同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１は本発明の第１の実施の形態による排熱回収ボイラ装置を示す系統図である。
図１において、１はガスタービンに接続された排熱回収ボイラ装置の排ガスダクト、２は排ガスダクト１内を流れる排ガス、３は排熱回収ボイラ装置の低圧ボイラ系統に配置された蒸気ドラム、４は前記蒸発ドラム３に接続された蒸発器、５は節炭器、６はこれらを連絡する配管装置である。

一方、７は図示しない復水器に接続され、復水器からの給水を前記節炭器５に供給する給水ポンプ、８は節炭器５と蒸気ドラム３との間に接続された給水調整弁である。
また、節炭器５の出口側の加熱された給水の一部を再循環ポンプ９を介して節炭器５入口側に戻して給水ポンプ７からの給水に合流させる給水再循環系２０が設けられている。そしてこの給水再循環系２０により、給水の温度を露点温度より高く保つようにしている。
１０は温度計１１は演算器、１２は第１の流量調整弁である。

本実施の形態においては、前記低圧ボイラ系統において、給水ポンプ７出口と節炭器５出口とを連絡する給水バイパス系１３を設け、その給水バイパス系１３の途中に第２の流量調整弁１４を設けている。ここで、この給水バイパス系１３は、給水ポンプ７出口と給水再循環系２０の戻り配管の合流部の間から分岐し、節炭器５下流の、給水再循環系２０の分岐部のさらに下流に合流するように構成されており、節炭器５と給水再循環系２０をバイパスするようになっている。
この第２の流量調整弁１４に対しては、節炭器５入口側の温度計１０の信号から演算器１１を介して開度指令信号Ｓ２が出力されるよう構成されている。

上記のように構成された排熱回収ボイラ装置において、先ず、給水ポンプ７により節炭器５に供給された給水の一部は従来通り節炭器５の出口側から給水再循環系２０に導かれ、再循環ポンプ９及び第１の流量調整弁１２を介して節炭器５の入口側に戻されて、給水ポンプ７から送られる給水と合流して温度上昇し再び節炭器５へ流入する。

この給水再循環系２０循環流量は、節炭器５の入口給水温度を温度計１０により検出し、演算器１１により低温腐食を生じる限界温度以上になるように第１の流量調整弁１２の開度を調整して再循環量を調節する信号Ｓ１が出力される。

演算器１１は再循環流量が所定の流量に達した場合には給水バイパス系１３の第２の流量調整弁１４を開き、給水の一部を節炭器５を介さずに給水バイパス系１３を介して節炭器５出口側へ流すように制御する。

これにより、給水ポンプ７から節炭器５へ流入する低温の給水量が減り、再循環合流後の給水温度が高くなる。
また、低温の給水を節炭器５を通過した給水に混合させる為、節炭器５出口給水温度は下がる。

以上のように本実施の形態によれば、節炭器５の出口側から入口側にもどる再循環流量を所定に保ったまま、節炭器５入口給水温度を高めることが出来、ポンプの容量、節炭器５の加熱面積を抑制した経済的な排熱回収ボイラ装置が得られる。
また、再循環流量のみの制御に比べて極めて広い範囲にて節炭器５入口給水温度を所定の温度に保つことが出来、信頼性の高い排熱回収ボイラ装置が得られる。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について図２を参照して説明する。
以下の実施の形態の説明においても、前記第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態においては、節炭器５を給水系統の上流側の高温側節炭器５Ａと給水系統下流側の低温側節炭器５Ｂとに二分割してある。給水再循環系２０は、高温側節炭器５Ａと低温側節炭器５Ｂとを接続する連絡管１５の出口から再循環ポンプ９及び第１の流量調整弁１２を介して節炭器５入口側へ給水を再循環させるように構成されている。給水再循環系２０は、節炭器５入口側での水分の凝縮・結露防止を目的として節炭器５出口側の加熱された給水の一部を再循環ポンプ９を介して節炭器５入口側に戻して給水ポンプ７からの給水に合流させ、給水温度をを露点温度より高く保つようにしている。

本実施の形態では、節炭器５を給水系統の上流側の高温側節炭器５Ａと給水系統下流側の低温側節炭器５Ｂとに二分割し、給水ポンプ７出口側と低温側節炭器５の出口側とを連絡する給水バイパス系１３を設け、この給水バイパス系１３の途中に第２の流量調整弁１４を設けている。ここで、給水バイパス系１３の分岐部は給水ポンプ７と給水再循環系２０の戻り配管の合流部の間に設けられており、節炭器５と給水再循環系２０をバイパスするようになっている。

このように構成することにより、節炭器５を分割しているため、再循環する給水が通過する部位が高温側の節炭器５Ａに限定され、加熱面積の増加を最小限にとどめることが可能である。

（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態について図３を参照して説明する。
本実施の形態では、節炭器５の出口側に温度計１６を設け、給水ボンプ７出口側と節炭器５出口側とを連絡する配管装置１３中に設けた第２の流量調整弁１４を節炭器５出口側に設けた温度計１６と節炭器５入口側に設けた温度計１０とにより演算器１１を介して制御するように構成している。

このように構成することにより、節炭器５出口側の給水の温度信号も加えて流量調整しているため、さらに節炭器５の出口給水温度を運転状態に応じた最適な温度とすることができ、プラント効率を高めることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態による排熱回収ボイラ装置を示す系統図。本発明の第２の実施の形態による排熱回収ボイラ装置を示す系統図。本発明の第３の実施の形態による排熱回収ボイラ装置を示す系統図。従来の排熱回収ボイラ装置を示す系統図。

符号の説明

１…排気ガスダクト、２…排ガス、３…蒸気ドラム、４…蒸発器、５…節炭器、５Ａ…高温側節炭器、５Ｂ…低温側節炭器、６，１３…配管装置、７…給水ポンプ、８…給水調節弁、９…再循環ポンプ、１０…温度計、１１…演算器、１２…第１の流量調整弁、１３…給水バイパス系、１４…第２の流量調整弁、１５…連結管、１６…温度計、２０…給水再循環系。

Claims

ガスタービンから排出される排ガスにより蒸気を発生する排熱回収ボイラ装置において、
前記ボイラ装置の低圧ボイラ系統に設けられた節炭器と、この節炭器に復水器からの給水を供給する給水ポンプと、前記節炭器の出口側に接続された蒸気ドラムと、この蒸気ドラムに接続され、排ガスの熱により蒸気を発生する蒸発器と、前記節炭器出口側と入口側とを再循環ポンプ及び第１の流量調整弁を介して接続する給水再循環系と、前記給水ポンプ出口側と前記節炭器出口側とを第２の流量調整弁を介して接続され、前記節炭器と前記給水再循環系をバイパスする給水バイパス系と、前記節炭器入口側の給水温度信号から前記第１の流量調節弁の開度信号と前記第２の流量調整弁の開度信号とを出力する演算器を備え、
前記演算器は、前記節炭器入口側の給水温度を前記節炭器の低温腐蝕が生じる限界温度以上になるように前記第１の流量調節弁の開度を調節することを特徴とする排熱回収ボイラ装置。
前記演算器は、前記給水再循環系を流れる再循環流量が所定の流量に達した場合、前記第２の流量調節弁を開くことを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ装置。
前記節炭器出口側の給水温度信号から前記第１の流量調整弁の開度信号と前記第２の流量調整弁の開度信号とを制御するようにした請求項１または２記載の排熱回収ボイラ装置。
前記節炭器は複数段に分割されており、前記給水再循環系は、複数段に分割された前記節炭器の中間から分岐して前記再循環ポンプ及び前記第１の流量調整弁を介して節炭器入口側と接続されてなることを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ装置。