JP6068434B2 - How to control drum temperature transients - Google Patents
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Description
技術分野
本明細書には、排熱回収ボイラにおける蒸発器システムにおけるドラム温度過渡を制御する方法が開示される。より具体的には、本明細書には、排熱回収ボイラにおけるドラム温度過渡を制御するために始動時に一時的な強制循環を使用する方法が開示される。
TECHNICAL FIELD This specification discloses a method for controlling drum temperature transients in an evaporator system in an exhaust heat recovery boiler. More specifically, disclosed herein is a method of using a temporary forced circulation at start-up to control drum temperature transients in the exhaust heat recovery boiler.
背景
排熱回収ボイラは、一般的に、3つの主な構成要素、つまり蒸発器と、過熱器と、エコノマイザとを有する。ユニットの作動要求に適合するように、様々な構成要素は統合される。幾つかの排熱回収ボイラは、過熱器を有さなくても、又は再熱器などの付加的な構成要素を有してもよい。
Background Waste heat recovery boilers generally have three main components: an evaporator, a superheater, and an economizer. The various components are integrated to meet the operational requirements of the unit. Some exhaust heat recovery boilers may not have a superheater or may have additional components such as a reheater.
図1は、蒸発器102と、蒸気ドラム104とを有する排熱回収ボイラの典型的な従来の蒸発器システム100の図である。蒸気ドラム104は、蒸発器102と流体連通している。自然循環式排熱回収ボイラにおいて、蒸発器102において沸騰が開始するまでは、流れが生ぜしめられない又は最小限の流れが生ぜしめられる。これは、一般的に、蒸気ドラム104の温度の極めて急速な上昇を生じる。
FIG. 1 is a diagram of a typical conventional evaporator system 100 of an exhaust heat recovery boiler having an
例えば、コールドスタートの場合、蒸気ドラム104内の水温は、10分未満で15℃から100℃に上昇することができる。これは、蒸気ドラム104の壁部における大きな熱勾配、ひいては圧縮応力を生じる。蒸気ドラム104における圧力が上昇すると、ドラム壁部を通じた温度勾配は減じられ、その結果、圧力による応力は、ドラムにおける支配的な応力となる。圧力(蒸気ドラム104における上昇した圧力)による応力は、引張応力である。ドラムのための応力範囲は、全負荷(圧力)における最終的な引張応力と、初期圧縮熱応力との差によって決定される。ボイラ設計基準(ASME及びENなど)は、設計圧力における応力に制限を課している。例えばEN−12952−3などの幾つかの基準は、始動−停止サイクルのための許容可能な応力範囲に対する制限をも含んでいる。これらの制限は、疲労損傷、及び作動温度において鋼の表面に形成される磁鉄鉱層のひび割れなどの現象に対して保護することが意図されたものである。
For example, in the case of a cold start, the water temperature in the
蒸気ドラム104における圧力が上昇すると、設計条件におけるドラムシェルにおける引張応力が、設計基準に規定された許容応力限界を超えないことを保証するために、蒸気ドラム104の壁厚も増大させられる。しかしながら、蒸気ドラム104の壁厚が増大すると、熱応力が大きくなる。つまり、そのためにドラムを設計することができる最大圧力は、初期熱的過渡によって制限される。
As the pressure in the
コンバインドサイクル発電プラントのために望ましい程度の運転柔軟性を有することも望ましい。なぜならば、電力需要が変化すると、これらの発電プラントはしばしば停止させられ、再始動させられるからである。太陽及び風などの再生可能エネルギ源を加えることは、このような再生可能資源からの電力出力における変動により、コンバインドサイクル発電プラントを停止及び再始動させる必要性を増大させる。熱的過渡によるこれらの始動時のドラムにおける応力は、その運転寿命にわたって排熱回収ボイラを停止及び始動させることができる総回数をも制限する恐れがある。 It is also desirable to have the desired degree of operational flexibility for a combined cycle power plant. This is because these power plants are often shut down and restarted when power demand changes. Adding renewable energy sources such as sun and wind increases the need to shut down and restart the combined cycle power plant due to variations in power output from such renewable resources. The stress on these start-up drums due to thermal transients can also limit the total number of times that the exhaust heat recovery boiler can be stopped and started over its operating life.
したがって、ドラムにおける温度過渡を減じることが望ましい。これは、慣用の自然循環によって達することができるよりも高い圧力におけるドラム型ボイラの使用を可能にし、かつ/又はより多い始動サイクルを可能にする。 It is therefore desirable to reduce temperature transients in the drum. This allows the use of drum boilers at higher pressures than can be achieved by conventional natural circulation and / or allows for more start-up cycles.
概要
本明細書には、蒸発器システムであって、該蒸発器システムは、蒸発器と、ドラムと、ポンプとを含み、前記蒸発器と、前記ドラムと、前記ポンプとは互いに流体連通している蒸発器システムの始動中に、一時的な圧力勾配を生ぜしめ、前記蒸発器において流体がその沸点に達する前に前記蒸発器から前記ドラムへ流体を搬送し、前記蒸発器において前記流体がその沸点に達した後に自然循環を介して前記蒸発器システムに流体を循環させることを含む方法が開示される。
SUMMARY This specification includes an evaporator system, the evaporator system including an evaporator, a drum, and a pump, wherein the evaporator, the drum, and the pump are in fluid communication with each other. During the start-up of the evaporator system, a temporary pressure gradient is created, in which the fluid is transported from the evaporator to the drum before the fluid reaches its boiling point, where the fluid is A method is disclosed that includes circulating a fluid through the evaporator system via natural circulation after reaching a boiling point.
詳細な説明
ここで、様々な実施の形態が示されている添付の図面を参照して発明を以下により完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの様々な形態において具体化されてよく、ここに示された実施の形態に限定されると解されるべきではない。むしろ、これらの実施の形態は、この開示が徹底した完全なものとなり、かつ当業者に発明の範囲を完全に伝達するように提供されている。全体を通じて同じ符号は同じ要素を指示する。
DETAILED DESCRIPTION The invention will now be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which various embodiments are shown. However, the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Throughout, the same symbols indicate the same elements.
1つの要素が別の要素"上に"あるというときは、1つの要素は別の要素上に直接にあってもよく、又はそれらの間に介在する要素が存在してもよいと理解される。対照的に、1つの要素が別の要素"上に直接に"あるというときは、介在する要素は存在しない。ここで使用される場合、「及び/又は」とは、関連する列挙されたアイテムのうちの1つ以上のいずれか及び全ての組合せを含む。 When one element is “on” another element, it is understood that the one element may be directly on another element or there may be intervening elements between them. . In contrast, when one element is "directly on" another element, there are no intervening elements. As used herein, “and / or” includes any and all combinations of one or more of the associated listed items.
様々な要素、構成要素、領域、層及び/又はセクションを説明するために本明細書において第1、第2、第3などの用語が使用されるが、これらの要素、構成要素、領域、層及び/又はセクションはこれらの用語によって限定されるべきでないことが理解される。これらの用語は、1つの要素、構成要素、領域、層又はセクションを別の要素、構成要素、領域、層又はセクションから区別するためだけに使用される。つまり、以下で説明される第1の要素、構成要素、領域、層又はセクションは、本発明の開示から逸脱することなく、第2の要素、構成要素、領域、層又はセクションと称することができる。 Although the terms first, second, third, etc. are used herein to describe various elements, components, regions, layers and / or sections, these elements, components, regions, layers It is understood that and / or sections should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, component, region, layer or section from another element, component, region, layer or section. That is, a first element, component, region, layer or section described below may be referred to as a second element, component, region, layer or section without departing from the disclosure of the present invention. .
本明細書において使用される用語は、特定の実施の形態を説明するためだけのものであり、限定することを意図したものではない。ここで使用される場合、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、単数の記載は複数も含むことが意図されている。「含む」及び/又は「含んでいる」、又は「有する」及び/又は「有している」は、本明細書で使用される場合、言及された特徴、領域、整数、ステップ、作動、要素及び/又は構成要素の存在を特定するが、1つ以上のその他の特徴、領域、整数、ステップ、作動、要素、構成要素及び/又はそれらのグループの存在又は付加を排除しないことがさらに理解される。 The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting. As used herein, the singular description is intended to include the plural unless the context clearly indicates otherwise. “Including” and / or “including”, or “having” and / or “having”, as used herein, refers to a feature, region, integer, step, operation, element, And / or identifying the presence of a component, but is further understood not to exclude the presence or addition of one or more other features, regions, integers, steps, operations, elements, components and / or groups thereof. The
さらに、「下側の」又は「下部」及び「上側の」又は「上部」などの相対的な用語は、図面に例示されたような、1つの要素の、別の要素に対する関係を説明するためにここでは使用されることがある。相対的な用語は、図示された向きに加え、装置の様々な向きを含むことが意図されている。例えば、図面のうちの1つにおける装置が反転されると、他の要素の「下側」にあると説明されていた要素は、今度は他の要素の「上側」に向きづけられることになる。従って、「下側」という典型的な用語は、図面の特定の向きに応じて、「下側」及び「上側」の向きの両方を含むことができる。同様に、図面のうちの1つにおける装置が反転されると、他の要素の「下」又は「下方」にあると説明されていた要素は、今度は他の要素の「上」に向きづけられることになる。「下」又は「下方」という典型的な用語は、上下の両方の向きを含むことができる。 Furthermore, relative terms such as “lower” or “lower” and “upper” or “upper” are used to describe the relationship of one element to another, as illustrated in the drawings. It may be used here. Relative terms are intended to include various orientations of the device in addition to the orientation shown. For example, if a device in one of the drawings is flipped, an element that has been described as being “down” of another element will now be directed to “upper” of the other element. . Thus, the typical term “lower” can include both “lower” and “upper” orientations, depending on the particular orientation of the drawing. Similarly, when a device in one of the drawings is flipped, an element described as being “down” or “down” of another element is now oriented “up” of the other element. Will be. Typical terms “down” or “down” can include both up and down orientations.
そうでないことが定義されない限り、本明細書において使用される全ての用語(技術用語及び科学用語)は、本発明が属する技術の分野における当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義されたような用語は、関連技術及びこの開示の文脈における意味と一貫する意味を有するものと解されるべきであり、ここにそのように明示的に定義されない限り、理想化された又は過剰に形式的な意味に解されることはない。 Unless defined otherwise, all terms (technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. . Terms as defined in commonly used dictionaries should be construed as having a meaning consistent with the meaning in the related art and the context of this disclosure, and are not explicitly defined as such As long as it is not idealized or overly formalized.
理想化された実施の形態の概略的な例示である横断面図を参照して、典型的な実施の形態がここで説明される。これにより、例えば、製造技術及び/又は公差の結果としての例示の形状からのずれが予測される。つまり、ここに説明された実施の形態は、ここに例示されたような領域の特定の形状に限定されると解されるべきではなく、例えば製造から生じる形状のずれを含む。例えば、平坦として例示又は説明された領域は、通常、粗い及び/又は非線形の特徴を有してよい。さらに、例示された鋭角は、丸みづけられていてよい。つまり、図示された領域は、本質的に概略的であり、それらの形状は、ある領域の正確な形状を例示しようとするものではなく、本願の請求項の範囲を限定しようとするものではない。 Exemplary embodiments will now be described with reference to cross-sectional views that are schematic illustrations of idealized embodiments. This predicts, for example, deviations from the example shape as a result of manufacturing techniques and / or tolerances. That is, the embodiments described herein should not be construed as limited to the particular shapes of the regions as exemplified herein, but include, for example, shape shifts resulting from manufacturing. For example, regions illustrated or described as flat may typically have coarse and / or non-linear characteristics. Furthermore, the illustrated acute angles may be rounded. That is, the illustrated regions are schematic in nature, and their shapes are not intended to exemplify the exact shape of a region, nor are they intended to limit the scope of the claims herein. .
本明細書には、蒸発器から蒸気ドラムまで加熱された流体を循環させるためのポンプを有する蒸発器システムが開示されている。ポンプは、蒸気ドラムの加熱を開始するために始動中に循環を提供し、これは、ドラムにおける温度変化の速度を低減する。蒸気ドラムにおける温度変化の速度のこの低減は、ドラムにおける低減された熱応力を生じる。典型的な実施の形態において、流体は水である。 Disclosed herein is an evaporator system having a pump for circulating heated fluid from the evaporator to the steam drum. The pump provides circulation during start-up to initiate heating of the steam drum, which reduces the rate of temperature change in the drum. This reduction in the rate of temperature change in the steam drum results in reduced thermal stress in the drum. In an exemplary embodiment, the fluid is water.
ポンプは、遠心ポンプ、ジェットポンプ、又は同様のものであってよく、その目的は、蒸発器システムにおける圧力勾配を提供することであり、この圧力勾配は、蒸発器に存在する流体(例えば水)が沸騰し始める前に蒸発器から蒸発ドラムへの流体循環を促進する。1つの実施の形態において、ポンプは、蒸発器に存在する流体が沸騰し始める前に、蒸発器に対する蒸発ドラムにおけるより低い圧力を生ぜしめる。蒸発ドラムにより低い圧力を生ぜしめると、蒸発器からの流体は蒸発ドラムに引き込まれ、ドラムを漸進的に加熱させる。漸進的な加熱は、蒸発器における流体が沸点に達するまで生じ、沸点においてポンプは停止又は隔離されてよい。ポンプが停止させられた後、自然循環は、蒸発器システムにおける流体の循環を促進する。 The pump may be a centrifugal pump, a jet pump, or the like, the purpose of which is to provide a pressure gradient in the evaporator system, this pressure gradient being the fluid present in the evaporator (eg water) Facilitates fluid circulation from the evaporator to the evaporator drum before it begins to boil. In one embodiment, the pump produces a lower pressure on the evaporation drum relative to the evaporator before the fluid present in the evaporator begins to boil. When the evaporation drum produces a lower pressure, fluid from the evaporator is drawn into the evaporation drum, causing the drum to heat up progressively. Gradual heating occurs until the fluid in the evaporator reaches the boiling point, at which point the pump may be stopped or isolated. After the pump is stopped, natural circulation facilitates fluid circulation in the evaporator system.
従って、ポンプは、蒸気ドラムが沸騰流体の温度に達するまで、短時間だけ作動する。これは、通常使用されている他の比較されるポンプよりもサイズの小さなポンプを許容する。これは、蒸気ドラムの壁部における応力も低減する。 Thus, the pump operates for a short time until the steam drum reaches the temperature of the boiling fluid. This allows for a smaller pump than other compared pumps that are normally used. This also reduces the stress at the wall of the steam drum.
図2を参照すると、本発明の蒸発器システム200は、蒸発器202と、蒸気ドラム204と、ポンプ206とを有する。ポンプ206は、蒸気ドラム204及び蒸発器202と流体連通している。一実施の形態において、ポンプ206は蒸気ドラム204の下流に位置する。蒸気ドラムは蒸発器202の下流に位置する。
Referring to FIG. 2, the
ポンプ206の入口と出口との間に、一方向逆止め弁208が配置されている。逆止め弁208は、蒸気ドラム204から下流へのポンプ206を介した蒸発器202への流れのみを許容する。逆止め弁はさらに、蒸発器202から下流へ蒸気ドラム204への流体流れのみを許容する。ポンプ206は、それぞれポンプの上流及び下流に配置された第1の弁210及び第2の弁212を有する。第1の弁210及び第2の弁212は、望まれる場合にはポンプ206を蒸発システム200から隔離することができる。第1の弁210及び第2の弁212は、電気式、空圧式又は手動式に作動させることができる。
A one-
一実施の形態において、蒸発器システム200の作動の1つの方法において、自然循環式排熱回収ボイラにおいて通常生じる急速なドラム温度上昇を排除するために排熱回収ボイラの始動中に蒸発器202から蒸気ドラム204へ流体を循環させるために、ポンプ206が使用される。蒸気ドラム204の温度が所定の値に達すると、ポンプ206は隔離され、蒸発器202は自然循環の下で作動する。始動後にポンプ206を隔離することができるので、ポンプは、完全な流れ負荷、圧力及び温度のためにサイズ決めされなくてよい。これは、常時循環のために使用される比較されるポンプと比較した場合、ポンプ206のコストを削減する。
In one embodiment, in one method of operation of the
図3に示された別の実施の形態において、蒸発器システム200は、蒸発器システムにおける圧力勾配を生ぜしめるジェットポンプ306(エダクタ)を有し、圧力勾配は、蒸発器202に存在する流体(例えば水)が沸騰し始める前に蒸発器202から蒸気ドラム204への流体循環を促進する。一実施の形態において、ジェットポンプ306は、蒸発器に存在する流体が沸騰し始める前に、蒸発器に対する蒸発ドラムにおけるより低い圧力を生ぜしめる。
In another embodiment shown in FIG. 3, the
ジェットポンプ306は、蒸気ドラム204と流体連通した降下管308に低圧を生ぜしめ、その結果、流体は蒸発器202から蒸気ドラム204へ引き込まれる。細い降下管308における高速の流体流は、蒸気ドラム204に対して降下管308において低圧を誘発し、この低圧は、ひいては降下管308に流れを生ぜしめる。低圧が降下管308に生ぜしめられると、蒸気ドラム204は蒸発器202よりも低い圧力になり、これにより流体は蒸発器202から蒸気ドラム204へ流れる。一実施の形態において、ジェットポンプ306の作動によって降下管308に生ぜしめられる低圧は、蒸発器202から蒸気ドラム204への流体の循環を駆動する。
The jet pump 306 creates a low pressure in the
ジェットポンプ306は、第1の弁310及び第2の弁312と流体連通している。第1の弁310は、蒸気ドラム204内への給水の流れを制御するために使用されるのに対し、第2の弁312は、ジェットポンプ306を降下管から隔離するために使用される。
Jet pump 306 is in fluid communication with
図3のジェットポンプ306は、蒸発器202に存在する流体が沸騰し始める前に蒸発器202から蒸気ドラム204への一時的な流体流れを許容するという点において、図2のポンプ206と同様の形式で機能する。
The jet pump 306 of FIG. 3 is similar to the
上述のように、蒸気ドラムへの流体の一時的な循環のためのポンプの使用は、複数の利点を有する。これらは、通常使用される他の比較されるポンプよりもサイズの小さなポンプを使用することを含む。これは、蒸気ドラムの壁部における応力をも低減し、一時的な循環を利用しない蒸発器システムにおいて現在使用されているものよりも大きな壁厚を有する蒸気ドラムの使用を可能にする。これは、ひいては、より高圧における蒸気ドラムの作動、又はより多くの停止−始動サイクルを許容する。 As mentioned above, the use of a pump for the temporary circulation of fluid to the steam drum has several advantages. These include using pumps that are smaller in size than other commonly used pumps. This also reduces stress on the wall of the steam drum and allows the use of steam drums having a wall thickness greater than that currently used in evaporator systems that do not utilize temporary circulation. This in turn allows for operation of the steam drum at higher pressures or more stop-start cycles.
様々な典型的な実施の形態を参照して発明を説明したが、発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が加えられてよく、前記実施の形態の要素の代わりに均等物が代用されてよいことが理解されるであろう。加えて、発明の基本的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を発明の開示に適応させるために、多くの変更がなされてよい。従って、本発明を実施するために考えられた最良の形態として開示された特定の実施の形態に発明は限定されないが、発明は、添付の請求項の範囲に該当する全ての実施の形態を含むことが意図されている。 Although the invention has been described with reference to various exemplary embodiments, various modifications may be made without departing from the scope of the invention, and equivalents may be substituted for elements in the embodiments. It will be appreciated. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the disclosure of the invention without departing from the basic scope thereof. Accordingly, the invention is not limited to the specific embodiments disclosed as the best mode contemplated for carrying out the invention, but the invention includes all embodiments falling within the scope of the appended claims Is intended.
Claims (10)
蒸気ドラム(204)と、蒸発器(202)とを備え、
前記蒸気ドラム(204)と前記蒸発器(202)とは降下管(308)によって流体連通しており、
該降下管(308)は、前記蒸気ドラム(204)の給水路に配置されたジェットポンプ(306)に接続されており、
前記蒸気ドラム(204)と前記ジェットポンプ(306)との間に第1の弁(310)が設けられており、
前記蒸発器(202)による流体の過熱中における前記ジェットポンプ(306)の作動により前記降下管(308)内に低圧が生ぜしめられ、その結果、前記蒸気ドラム(204)から前記蒸発器(202)への流体の流れが誘発され、更に蒸発器(202)から蒸気ドラム(204)への流体循環を促進することを特徴とする、蒸発器システム(200)。 An evaporator system (200),
A steam drum (204) and an evaporator (202);
The steam drum (204) and the evaporator (202) are in fluid communication by a downcomer (308),
The downcomer (308) is connected to a jet pump (306) disposed in a water supply channel of the steam drum (204),
A first valve (310) is provided between the steam drum (204) and the jet pump (306);
The operation of the jet pump (306) while the fluid is superheated by the evaporator (202) generates a low pressure in the downcomer pipe (308), and as a result, the evaporator (202) is discharged from the steam drum (204). The evaporator system (200), characterized in that fluid flow is induced into the steam drum (204) and further facilitates fluid circulation from the evaporator (202) to the steam drum (204).
前記蒸気ドラム(204)と前記蒸発器(202)とは降下管(308)によって流体連通しており、
該降下管(308)は、前記蒸気ドラム(204)の給水路に配置されたジェットポンプ(306)に接続されており、
前記蒸発器(202)と、前記蒸気ドラム(204)と、前記ジェットポンプ(306)とは互いに流体連通し、前記蒸気ドラム(204)と前記ジェットポンプ(306)との間に第1の弁(310)が設けられている蒸発器システムの始動中に、一時的な圧力勾配を生ぜしめ、
前記蒸発器(202)の過熱中で、流体が所定の温度に達する前に前記ジェットポンプ(306)の作動により前記降下管(308)内に低圧を生じさせ、
その結果、前記蒸気ドラム(204)から前記蒸発器(202)への流体の流れを誘発し、更に前記蒸発器(202)から前記蒸気ドラム(204)への流体循環が促進し、
前記蒸発器(202)において前記流体がその沸点に達した後に自然循環を介して前記蒸発器システムに流体を循環させることを特徴とする、方法。 An evaporator system comprising an evaporator (202), a steam drum (204), and a jet pump (306);
The steam drum (204) and the evaporator (202) are in fluid communication by a downcomer (308),
The downcomer (308) is connected to a jet pump (306) disposed in a water supply channel of the steam drum (204),
The evaporator (202), the steam drum (204), and the jet pump (306) are in fluid communication with each other, and a first valve is between the steam drum (204) and the jet pump (306). During the start-up of the evaporator system provided with (310), a temporary pressure gradient is created,
Wherein in overheating of the evaporator (202), the fluid raw Ji is a low pressure in said downcomer (308) in the operation of the jet pump (306) before reaching the predetermined temperature,
As a result, fluid flow from the steam drum (204) to the evaporator (202) is induced, and fluid circulation from the evaporator (202) to the steam drum (204) is further promoted,
A method of circulating fluid through the evaporator system via natural circulation after the fluid reaches its boiling point in the evaporator (202).
The method of claim 9, wherein the evaporator system further comprises a second valve (312) provided between the jet pump (306) and the downcomer (308).
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