JPH01147201A - 排熱回収ボイラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

〔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、火力発電はペ
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チ負荷、５０Ｌ％負荷、２５チ負荷へと負荷を上
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（Ｄａｉｌｙ８ｔａｒｔ　８ｔｏｐ以下
単にＤＳ８という）運転などを行なって中間負荷を担い
、このＤＳＳ運転によっ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、最近コンパインドガス
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って熱回収し、この排熱回
収ボイラで発生した蒸気によって蒸気タービンを作動さ
せて発電するものである。

この様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。

第４図は従来の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。

第４図において、空気供給管１かもの燃焼用空気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へ導入されろ。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。

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。

一方、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ＷＲは低圧ボイラ１
０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
過熱器工４へ送られ、ここでさらに昇温された後、高圧
主蒸気管２７よす蒸気タービン２１へ供給され、蒸気タ
ービン２１による発電を行なう。

なお、高圧ドラム１′３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。

他方、蒸気タービン２１で蒸気タービン２１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３４℃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１
０．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２３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を経て給水管エフへ供給され、低圧節炭
器７の低温腐蝕を防止している。

なお、３１は発電機、３４はガスタービン４の排ガスＧ
中の窒業酸化物（以下率Ｋ　Ｎ　Ｏｘという）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。

第５図は蒸気タービン付近の補助蒸気系統図である。

第５図において、１６は給水ポンプ、１７は給水管、２
０は低圧主蒸気管、２１は蒸気タービン。

２７は高圧主蒸気管、３０は復水器で第４図のものと同
一のものを示す。

第５図に示す如く、コンバインドガスタービンプラント
の起動時または停止時には蒸気タービン２１のグランド
シール用の蒸気を必要とするため、補助蒸気ヘッダ３８
から補助蒸気が補助蒸気入口管３９．補助蒸気止弁４０
．補助蒸気出口管４１゜補助蒸気止弁４２．グランドシ
ール母管４３を経て、蒸気タービン２１へ供給される。

なお、補助蒸気ヘッダ３８への蒸気供給源としては、補
助ボイラ４４あるいは、運転している他の排熱回収ボイ
ラ５の高圧主蒸気管１９ａからの蒸気が調整弁４５゜逆
止弁４６を有する高圧主蒸気抽気管４７を経て供給され
ていた。

第６図は、縦軸に圧力、横軸に時間を示す特性曲線図で
、排熱回収ボイラの運転圧力状態の一例を示す。排熱回
収ボイラ５の運転中（横軸のＯからＴＩまで）は高圧ボ
イラ１５の圧力は第６図の曲線ａで示す如＜　６５　ｋ
ｇ／ｃ＋ｆｌ　Ｇ、低圧ボイラ１０の圧力は第６図の曲
線すで示す如＜５ｋｇ／ｃＪＧであるが、ガスタービン
４の停止後（第６図の横軸におけるガスタービン停止時
ＴＩから一定時間経過後Ｔ２）、排熱回収ボイラ５がバ
ンキング状態に入ると高圧ボイラ１５．低圧ボイラ１０
の内部圧力は、曲線ａ、ｂにそって低下する。元来内部
温度の低い低圧ボイラ１０側は熱放散も少なく、従って
圧力降下の比率自体は高圧ボイラ１５側に比べて少ない
が、高圧ボイラ１５側に比較して内部圧力が１／１０程
度であるため、ガスタービン４の運転停止時Ｔ１から一
定時間が経過した時点Ｔ２では圧力が０となり、以後は
内部での凝縮が進行して時には負圧となってしまう。こ
の結果低圧ボイラ１０側に大気が侵入して錆を生じさせ
ることにもなる。

従って、その対策としては、高圧ボイラ１５の蒸気を第
４図に示す過熱蒸気止弁３６．圧力調整弁３７を開いて
過熱蒸気連絡管３５から低圧ボイラ１０へ高圧ボイラ１
５の蒸気の一部を供給し、高圧ボイラ１５の残存圧力に
よって低圧ボイラ１０の内圧を大気圧力以上に保持して
いた。

すなわち、第７図の曲線ａから曲線Ｃに示す如く、時間
Ｔ３において高圧ボイラ１５の蒸気を低圧ボイラ１０へ
供給することによって、低圧ボイラ１０の圧力を曲線す
から曲線ｄに示す如く上げ大気圧力以上に保持していた
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、かかる従来の排熱回収ボイラにおいては、高
圧ボイラ１５の残存圧力が低下し、Ｄ８Ｓ運転によるガ
スタービン４の再起動時には、蒸気タービン２１の出力
の大部分の蒸気を高圧ボイラ１５で負担しているために
定格負荷に到達する起動時間がかかりすぎる欠点がある
。

また、排熱回収ボイラ５に内蔵された脱硝装置３４は高
圧蒸発器１２内の流体温度が低いために上流で排ガスＧ
の熱が高圧蒸発器１２内の流体によって奪われ、脱硝装
置３４の入口排ガス温度が低下して排出ＮＯｘが増加す
る欠点があった。

本発明はかかる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、排熱回収ボイラの停止時
であっても高圧ボイラの圧力を高くして再起動時の起動
時間の短縮を計り、しかも再起動時のＮＯｘ量も低下す
ることができる排熱回収ボイラ装置を提供するにある。

〔問題点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、補助蒸気ヘッダ
と高圧主蒸気管を補助蒸気止弁と補助蒸気調整弁を有す
るバイパス管で接続したのである。

〔作　用〕

通常１５〜２０に９／ｃ％Ｇの圧力を有する補助蒸気ヘ
ッダから高圧ボイラへ補助蒸気を供給するようにしたの
で、起動時間の短縮が計れ、しかも起動時のＮＯｘ量も
低減する。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る蒸気タービン付近の補助
蒸気系統図、第２図は圧力と時間の関係を示す特性曲線
図である。

第１図において、符号９から４７までは従来のものと同
一のものを示す。

４８　ａ、　　４８　ｂは補助蒸気ヘッダ３８と高圧主
蒸気管２７を接続した補助蒸気バイパス管、４９゜５０
は補助蒸気バイパス管４８の補助蒸気止弁と補助蒸気調
整弁、５１は高圧主蒸気抽気管、５２は高圧主蒸気逆止
弁、５３は高圧主蒸気調整弁、５４．５５は高圧ドラム
１３．低圧ドラム９の圧力検出器、５６は制御器、５７
は制御信号である。

この様な構造において、第１図に示す実施例においては
、補助蒸気ヘッダ３８のＨ点から高圧主蒸気管２７の１
点に補助蒸気止弁４９、補助蒸気調整弁５０を有する一
点鎖線で示した補助蒸気バイパス管４８ａを設け、補助
蒸気ヘッダ３８の補助蒸気を補助蒸気バイパス管４８ａ
、高圧主蒸気管２７、過熱器１４、ドラム蒸気出口管２
６を経て高圧ドラム１３へ導入して高圧ドラム１３の圧
力低下を防止したものである。

また、補助蒸気バイパス管４８ｂを高圧主蒸気抽気管５
１の５点からに点に設けてもよい。

全ての排熱回収ボイラ５が停止している場合は、補助ボ
イラ４４を運転し、その補助ボイラ４４で発生した補助
蒸気を補助蒸気ヘッダ３８へ供給する。そして、起動時
に蒸気タービン２１のグランドシール用として蒸気が必
要な場合は、補助蒸気入口管３９の補助蒸気止弁４ｏ、
補助蒸気出口管４１の補助蒸気止弁４２を開き、減圧し
てグランドシール蒸気母管４３へ補助蒸気を供給し、そ
こから蒸気タービン２１のグランド部へ蒸気が供給され
る。

第５図に示す従来のものにおいては、補助蒸気止弁４０
を用いても、高圧蒸気逆止弁５２があることから、高圧
主蒸気管２７へ補助蒸気を逆流させることがなかった。

本発明の実施例においては高圧蒸気逆止弁５２をバイパ
スする補助蒸気バイパス管４８ｂを設け、この補助蒸気
バイパス管４８ｂ、高圧主蒸気抽気管５１を経て高圧主
蒸気管２７へ補助蒸気を流すようにしたものである。

以下この制御器５６を用いた補助蒸気の制御方法につい
て説明する。ガスタービン４が停止し、排熱回収ボイラ
５がバンキング状態になると、制御器５６は、圧力検知
器５４．５５によって高圧ドラム１３及び低圧ドラム９
内の圧力を検知する。

制御器５６には高圧ドラム１３の設定圧力ＰＩと低圧ド
ラム９の設定圧力Ｐ２を入力する。そして、第２図に示
すように例えば、低圧ドラム９圧力が設定圧力Ｐ２まで
低下し、かつ高圧ドラム１３の圧力が補助蒸気ヘッダ３
８の圧力より高い場合は制御器５６は過熱蒸気連絡管３
５の過熱蒸気止弁３６、圧力調整弁３７を制御信号５７
によって開いて、高圧ドラム１３の蒸気をこの過熱蒸気
連絡管３５を介して、低圧ドラム９へ供給し、低圧ドラ
ム９を設定圧力２２以上の圧力Ｐ３まで加圧する。この
場合、補助蒸気バイパス管４８ｂの補助蒸気止弁４９．
補助蒸気調整弁５０は閉じたままである。さらに、高圧
ドラム１３の検出圧力が、補助蒸気ヘッダ３８の圧力（
２０ｋｙｌｃｒａ　Ｇ　）より低下し、かつ低圧ドラム
９の圧力が設定圧力Ｐ２まで低下した場合は、制御器５
６は、過熱蒸気連絡管３５の過熱蒸気止弁３５．圧力調
整弁３７を制御信号５７によって開くと同時に、補助蒸
気入口管３９の補助蒸気止弁４０及び補助蒸気バイパス
管４８ｂの補助蒸気止弁４９．補助蒸気調整弁５０を開
く。これによって、高圧ドラム１３の圧力を、補助蒸気
へラダ３８の圧力まで加圧するとともに、低圧ドラム９
の圧力も圧力Ｐ３まで加圧するものである。

また、低圧ドラム９の圧力が設定圧力Ｐ２まで低下しな
くても、高圧ドラム１３の圧力が設定圧力Ｐ１まで低下
すれば、補助蒸気止弁４０及び補助蒸気バイパス管４８
Ｈの補助蒸気止弁４９．補助蒸気調整弁５０を開き、補
助蒸気ヘッダ３８の圧力まで加圧することもできる。

第３図は他の実施例を示す蒸気タービン付近の概略系統
図である。

第３図において、符号９かも５７は第１図のものと同一
のものを示す。

第３図において、５８は補助蒸気バイパス管４８ｂの途
中から低圧主蒸気管２０へ補助蒸気を供給する副補助蒸
気バイパス管、５９は副補助蒸気バイパス管５８に設け
た副補助蒸気調整弁である。

第１図のものと異なる点は補助蒸気バイパス管４８ｂの
途中から低圧主蒸気管２０へ副補助蒸気調整弁５９を有
する副補助蒸気バイパス管５８を接続し、高圧ドラム１
３は補助蒸気バイパス管４８ｂ、低圧ドラム９は副補助
蒸気バイパス管５８の補助蒸気によって加圧するように
したものである。

制御器５６には第２図に示す高圧ボイラ１５の設定圧力
Ｐ１と低圧ボイラ１０の設定圧力Ｐ２を入力し、その設
定圧力Ｐｉ、Ｐ２より低下した場合には、補助蒸気止弁
４０を開は補助蒸気バイパス管４８ｂの補助蒸気止弁４
９．補助蒸気調整弁５０及び副補助蒸気バイパス管５８
の副補助蒸気調整弁５９を開け、高圧ドラム１３側は、
当然補助蒸気ヘッダ３８の圧力まで、低圧ドラム９側は
、あらかじめ制御器５６に設定された設定圧力Ｐ２より
も高い圧力Ｐ３まで、それぞれ独立に加圧するようにし
たものである。

なお、第３図に示す実施例のものにおいては、第１図に
示す高圧ドラム１３と低圧ドラム９を連結する過熱蒸気
連絡管３５、過熱蒸気止弁３６、圧力調整弁３７は不要
となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば高圧ボイラの内部圧力を補助蒸気ヘッダ
の圧力程度に保持できると共に、低圧ボイラの内部圧力
も大気圧以上に保持することができるので、起動時間の
短縮を計ることができ、排ガス温度が上昇するので、起
動時のＮＯｘ量も低下する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る蒸気タービン付近の概略
系統図、第２図は縦軸に圧力、横軸に時間を示した特性
曲線図、第３図は第１図の他の実施例を示す蒸気タービ
ン付近の概略系統図、第４図はコンバインドガスタービ
ンプラントの概略系統図、第５図は従来の蒸気タービン
付近の概略系統図、第６図および第７図は縦軸に圧力、
横軸に時間を示した特性曲線図である。 ５・・・・・・排熱回収ボイラ、７・・団・低圧節炭器
、８・・・・・・低圧蒸発器、９・・目・・低圧ドラム
、１０・・・・・・低圧ボイラ、１１・・・・・・高圧
節炭器、１２・旧・・高圧蒸発器、１３・・・・・・高
圧ドラム、１４・旧・・過熱器、１５・・・・・・高圧
ボイラ、１７・旧・・給水管、２ｏ・・・・・・低圧主
蒸気管、２１・・・・・・蒸気タービン、２７・・・・
・・高圧主蒸気管、３８・旧・・補助蒸気ヘッダ、４４
・・・・・・補助ボイラ、４８ａ、４８ｂ・旧・・補助
蒸気バイパス管、４９・・・・・・補助蒸気止弁、５ｏ
・・・・・・補助蒸気調整弁。 第１図 第２ｆｆｌ □時間 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 低圧節炭器と低圧ドラムと低圧蒸発器とからなる低圧ボ
   イラと、高圧節炭器と高圧ドラムと高圧蒸発器と過熱器
   とからなる高圧ボイラを給水管で接続し、高圧ボイラの
   蒸気を高圧主蒸気管を経て蒸気タービンへ、低圧ボイラ
   の蒸気を低圧主蒸気管を経て蒸気タービンへそれぞれ供
   給すると共に補助ボイラや他の排熱回収ボイラからの補
   助蒸気を補助蒸気ヘッダから蒸気タービンへ供給するも
   のにおいて、前記補助蒸気ヘッダと高圧主蒸気管を補助
   蒸気止弁と補助蒸気調整弁を有する補助蒸気バイパス管
   で接続したことを特徴とする排熱回収ボイラ装置。