JPH01159501A - 排熱回収ボイラ - 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〕 本発明はボイラから蒸気、高温給水等を自由な比率で取
出し得る排熱回収ボイラに関する。

〔従来の技術〕

第１１図は従来技術を用いた排熱回収ボイラの制御シス
テムの一例を示す図である。なお本例ではガスタービン
の排熱回収ボイラにおいて、飽和蒸気を発生するシステ
ムを例示したが、熱源ならびに原動機はいかなる形式の
ものでもよく、また生成蒸気が過熱、再熱等いかなる条
件のものであってもよい。

ボイラへ投入する熱源ガス（ＧＴ排気）は蒸気。

高温水の利用施設Ｕｌ、Ｕ２の消費量に見合うように、
ボイラ入口弁Ｄ１およびボイラバイパス弁Ｄ２の操作で
調整する。ボイラ出口弁Ｄ３はガスタービンＧＴのみを
運転する場合に、Ｄｌとともに閉止し、ボイラを遮断す
るために用いる。節炭器ＥＣ０−０１からのボイラ給水
は給水制御弁ｖ１によりボイラレベル一定を保持する。

蒸気利用施設Ｕ１の蒸気消費の大小に応じて蒸気流量調
整弁Ｖ２４操作するが、前記Ｕ１にバックアップ蒸気源
があるときは前記ｖ２の入口圧制御（−定）、バックア
ップ蒸気源がない場合は前記ｖ２の出口圧制御（一定圧
）を行なうことにより流量調整機能を持たせることもあ
る。

第１１図に示した従来例に固有の特徴は次のとおりであ
る。

（１）　蒸気圧・高に対しては蒸気圧力調整弁ｖ３から
蒸気を消音器Ｓに放風する。ボイラ始動初期で、蒸気条
件が定格に至る前は、前記Ｕ１へ投入、しないで前記ｖ
３から放風する。

（２）　前記Ｕｌ、Ｕ２の出口水（低温のもどり水）は
低温水槽Ｔ−０２に再循環される。

（３）　低温水は、低温水供給ポンプＰ−０２を介して
節炭器（ＮＯ２）ＥＣＯ−０２へ導き、所定温度の高温
度にして高温水槽Ｔ−０１へ再循環する。高温水は高温
水供給ポンプＰ−０１で昇圧し、高温水量調整弁ｖ６を
介してＵ２に供給する一方、ＥＣ０−０１の給水として
用いる。前記ＥＣ０−０１で（ドラム内圧飽和温度−ア
プローチポイント温度差）まで昇温された給水はほとん
どが蒸発器ＥＶＡで蒸気となるが、一部はＴ−０１の温
度調整用熱源水として■５にて再循環利用される。

（４）　前記Ｕ１で蒸気を消費する場合や、前記ｖ３で
放風する場合ならびに高温水利用施設Ｕ２で高温水を消
費する場合は、低温水［Ｔ−０２の水位が低下するため
、補給水Ｗを弁Ｖ７を介して供給する。

（５）　前記ＥＣ０−０２の出口水つまりＴ−０１水温
を厳密に管理する場合は前記ＥＣ０−０２のバイパス弁
Ｖ１２の温度調整を併用する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第１２図はボイラでの熱回収状況を示す図である。ＧＴ
排気はＴＧｌｏＣからＴＧ２＠Ｃに熱回収する。給水は
前記ＥＣ０−０２でＴＷＩｏＣからＴＷ２＠Ｃに昇温し
たのち前記Ｔ−０２に全量を再循環する。前記Ｔ−０２
からの払い出し水は前記Ｕ２に使用する高温水（熱ｍ　
Ｑ　Ｗ　）以外に、ＥＣ０−０１を経由してＥＶＡでの
蒸気（熱量ＱＳ）をまかなう。ＥＣ０−０１の出口水（
ＴＳ−ＡＰ）”　Ｃ，ＧＴ排気温度はＥＣ０−０１人口
で（ＴＳ＋ＰＸ）”　Ｃとなるように設計している。

従来システムの欠点は次のとおりである。

（１）　利用熱の蒸気、高温給水の配分が伝熱面積計画
で一義的に決まり、蒸気、高温給水の比率を自由に変更
できない。蒸発量はＥＶＡの人口ＧＴ排気の温度流量に
支配されるためＧＴ負負荷ボイラバイパス量で決定され
る量を発生することになる。

（２）　蒸気、高温給水の比率を所定値に変更しようと
すると、過多の蒸気を放風し補給水の消費が増加する（
第１３図（ａ）〜（ｃ）参照）、またＥＣ０−０２での
回収熱量割合が低下し、煙突排気熱損失が増加する（第
１３図（ｃ）参照）、さらにボイラバイパス量が増加す
る（第１３図（ｄ）参照）、等の熱損失を伴う。

その他に第１４図に示すような助燃Ａｌ、Ａ２が必要と
なる。

（３）　脱硝装置ＳＣＲを併用する場合はＡ２助燃以降
に常に反応温度（例えば４００°Ｃ）の維持できる箇所
を確保し、そこに脱硝装置を配設する。ＥＣ０−０１の
出口排気温度が低く、Ａ２助燃が少ない場合、ＥＣ０−
０２の高温水が確保されていても、反応温度まで余分に
Ａ２助燃をし、サイクル損失を増加せざるを得ない（第
１５図（ｂ）（ｃ）参照）。

（４）　一方、Ａ１助燃では蒸発器ＥＶＡ付近に反応温
度域を確保でき問題ないが、Ａ１助燃は蒸気、高温給水
が同時に増加するため、（ア）高温給水量のみを増加し
たい場合は蒸気が余剰となり、（イ）蒸気量のみ増加さ
せたい場合にはＥＣ０−０２回収量が相対的に少ないこ
とから煙突排気損失が増す（第１３図（ｃ）参照）。

ところで、上記した従来技術の欠点について検討してみ
ると、次のような点に気がつく。

■　第１３図（ａ）のようにＵｌの蒸気消費低下に対し
てはボイラ圧力を一定にする必要から、余剰蒸気を放風
ａするとよい。ただし後述の（ｄ）の７のようにボイラ
バイパス＋Ａ２助燃の方が実際的である。

■　第１３図（ｂ）のように高温給水を増加する場合（
その１） Ａ２助燃を行なうとき蒸気発生量は一定のため消費総熱
量を所定値に維持するには放風ａあるいは０７部分負荷
が必要である。

■　第１３図（ｃ）の４ａのように高温給水を増加する
場合（その２） Ａ１助燃において余剰蒸気ａを放風しながら消費総熱量
を所定値におさめる。但し、上記（ｂ）の方が実際的で
ある。

■　第１３図（ｃ）の４ｂのように蒸気量を増加する場
合（その１） Ａ１の助燃においては、ＥＣ０−０２回収熱量はＥＣ０
−０２バイパス弁Ｖ１２とＥＣ０−０２給水弁Ｖｌｌの
作用で消費（蒸気士高温水）量に見合って制御されるた
め、回収可能熱量（例えばボイラ出口排気１００°Ｃま
での回収熱）より少なく回収され、煙突排気温度（つま
り排気損失）が高くなる。

■　第１３図（ｄ）のように蒸気量を増加する場合（そ
の２） まずボイラバイパス５によってＱＳ／ＱＷ比一定で（蒸
気／高温給水）を低減したのち、Ａ１助燃６より蒸気増
加（高温給水増加率よりも大）を図る。

そこで本発明は次の事項を目的とする。

（１）　蒸気、高温水の熱回収割合を（設計値〜０）の
間で自由に制御でき、両極端においては本来のボイラと
温水ボイラの各性能を発揮できること。

（２）　そのときどきの熱需要の総量（蒸気＋高温水）
でボイラ運転を制御すればよく、ボイラ排気は燃料中８
分に対する限界温度まで熱回収が可能のためサイクル効
率は最高値を維持できること。

（３）　従来方式のＥＣ０−０２人口助燃が省略できる
ため、制御機器ならびに運用がシンプルである他、脱硝
装置の設置が最も経済的に一箇所に限定できること。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は上
記問題点を解決し、目的を達成するために次のような手
段を講じた。ボイラの蒸発器入口にボイラ給水と低温給
水との混合部を設け、前記ボイラのドラム等の気水分離
箇所に排水管を設け、その下流に低温給水との混合器を
配設すると共にく前記蒸発器への低温給水ライン、排水
管。

混合器ラインには、それぞれ蒸気圧調整用、気水分離器
のレベル調整用、出口水（仕上り水）の温度調整用の各
制御要素を設けることとした。

かくして前記目的を達成し得るものとなる。

〔実施例〕

第１図は基本構成を示す系統図である。

（１）　ボイラの蒸発器入口にボイラ給水と低温給水の
混合部を設ける。混合部の具体的形状は各メーカ型式に
より千差万別のため、ここでは混合能力をもつ全ての構
造を請求範囲に含める。例えば第１図に示す水管ボイラ
（自然循環型）ではボイラ下部の管寄せ近傍が適当。

（２）　ボイラのドラム等の気水分離箇所に排水管を設
け、その下流に低温給水との混合器Ｍを配設する。排水
管取出し箇所は蒸発機能に障害を起さないように決める
ことになり、メーカ型式により千差万別である。第１図
では蒸気ドラム下部からの取出しが可能であるが、取出
し口近傍に仕切りを設けてＥＣ０−水や気水分離に流体
的に影響を及ぼさない等の対策を必要に応じて盛込むも
のとする。

（３）　蒸発器低温給水ラインには蒸気圧調整用に低温
水供給弁ｖ８．排水管にはドラム等の気水分離器の水位
調整弁、ｖ９．混合器Ｍには出口水（仕上り水）の温度
調整弁ＶＩＯを各々設ける。

その他の設備は例えば第１０図の従来技術と同じと想定
して説明を行なうが、とくに限定するものではない。

第２図および第３図は作用効果を示す図である。

なお便宜上、９　Ｋ９　／　ｄ　９飽和蒸気の発生状況
を例にとって示しているが、あらゆる圧力、温度域で同
様の効果が発揮される。

第２図（ａ）：ピンチポイント温度差（例えば１０°Ｃ
）で節炭器ＥＣ０−０１，ＥＣ０−０２より投入される
給水はドラム内で飽和となり、下降管でボイラ下部の管
寄せに導かれる。

第２図（ｂ）：飽和水（例えば１７９°Ｃ）は伝熱管外
から加熱源により加熱されて蒸気となり、上昇する際に
循環力が発生する。蒸気発生は伝熱管の内面のほぼ全面
で起こる。

第３図（ａ）：これに対してＴｍ″Ｃの混合水を伝熱管
下部から投入すると、伝熱域（第３図（ｂ））は飽和温
度になるまでの昇温域と蒸気発生域とに量分され、蒸気
発生量が減少する。なお混合温度は混合割合により低温
水（Ｔｃ″Ｃ）〜飽和水（Ｔｓ’　Ｃ）となる。

第３図（Ｃ）ニ一方、混合割合が多くなると、蒸発を伴
わない温水ボイラとして作動し、昇温域のみとなる。

ドラムの水位は混合水により上昇するため、排水Ｘを取
出すがＸの水温Ｔｘは以下に示すケースがある。

第２図（ｂ）および第３図（ｂ）の場合はＴｘ−Ｔｓ（
例えば１７９°Ｃ）となり、第３図（ｃ）の場合はｔ＜
Ｔｘ＜Ｔｓとなる。なおｔは伝熱管出口水温である。

但し、Ｔｃ＜Ｔｍ＜Ｔｓ、（例えばＴｍは８０’Ｃ）、
ｔ≦Ｔｓである。

第４図および第５図（ａ）（ｂ）に煙管ボイラでの蒸気
発生状況を示す。高温ガス（加熱源）が蒸発管内面を流
れ、蒸気が管外面で発生すること以外は第２図および第
３図と同じであり、ボイラ下部から投入する混合水の温
度Ｔｍにより（蒸気発生域、昇温域）２領域と昇温域（
温水ボイラ）のみの二通りとなる。

第６図、第７図および第８図（ａ）（ｂ）にボイラでの
熱回収状況を示す。従来技術での熱回収（第６図）に対
して、低温水（例えば第１０図Ｔ−０２低温水）を使用
すると、第７図の通り蒸発器ＥｖＡへはＴ−０１から供
給サレ、ＥＣ０−０１で昇温された本来のボイラ給水と
、ボイラ下部混合用のＴ−０２低温水が導入される。そ
の結果、温水側への熱回収量ＱＷが増加する。ボイラか
らの排水Ｘが低温水（この場合ＴＷ１°Ｃ）の増大に伴
って増えていくと第７図のＸ′の段階に至り、伝熱量は
全て高温水（Ｘ’　とＴ−０１水）に回収され蒸気はゼ
ロとなる。

その結果、第８図（ａ）の如くの蒸気、高温水比率の設
定が可能となる。

（１）　そのときどきのボイラ入口熱量に対して、蒸気
、高温水の熱回収割合がＱＳ／ＱＷ−設計値〜０の間で
自由に設定できる。

（２）　蒸気、高温水の総和用熱量（ΣＱ−ＱＳ＋ＱＷ
）は、ＧＴ負荷減→ΣＱ減と、ボイラバイパス増→ΣＱ
減と、助燃量増→ΣＱ増との組合わせで自由に行なえる
。但し、ＱＳ／ＱＷは若干異なり、 ＧＴ負負荷−ＱＳ／ＱＷ＜設計値（ボイラ入口温度低下
） ボイラバイパス増→ＱＳ／ＱＷ＝設計値（ボイラ入口温
度同じ） 助燃２増−ＱＳ／ＱＷ＞設計値（ボイラ入口温度増加） の違いがある。

一つの応用例として供給量増加の場合を第８図（ｂ）に
示す。

９ａ　　（Ａｌ助燃、ＥＣ０−０２回収低減）→蒸気比
率１００％で供給可能 ９ｂ　　（Ａｌ助燃）→蒸気比率０％で高温水のみ増量
して供給可能 次に第１図に示す基本構成例についての制御動作を説明
する。

通常の計画運転ではＶｌにてボイラ給水を行ない、ボイ
ラ水位制御（低位以上）を実施している。

（１）　蒸気利用施設Ｕ１での蒸気が少ない場合；蒸気
圧力ＰＣが上昇するため、蒸気圧一定となるようｖ８を
開弁し、伝熱管での蒸気発生量を消費量に見合って減少
させる。

Ｖ８からの低温水投入のタイミングによりｖｌはボイラ
水位制御からＥＣ０−０１出口水温制御に切替える（制
御器Ａ）。

ボイラ水位制御（高位以下）をｖ９で行なう。

ｖ８からの低温水投入によりボイラ水位が高くなるため
ボイラ水が排出される。

ボイラ水が高温水（使用温度）よりも高温の場合に備え
てＭに低温水を投入し、所定の温度に制御する。

（２）　蒸気利用施設Ｕ１での蒸気がゼロの場合；低温
水の制御対象の蒸気圧がゼロとなった場合、ｖ８は排水
温度制御に切替える（制御器Ｂ）。

（１）、（２）により蒸気、高温水の熱回収割合を自由
に制御できる。

（３）　次に蒸気、高温水の総和用熱量を低減する場合
は下記の（ア）→（イ）、増加する場合は（ア）→（つ
）とする。

（ア）　　ＧＴ負負荷需要値に合わせる。もし部分負荷
であれば、その分利用熱量が少なくなる。

（イ）　ボイラバイパス弁Ｄ２を開け、またボイラ入口
弁Ｄ１を必要に応じて閉じることにより、ＧＴ背圧が一
定のままボイラ入熱を低減する。

（つ）　第９図のＡ１で助燃する。

（４）　蒸気、高温水の熱回収割合が自由であるため、
ｖｌｌ、Ｔ−０１の水位制御（低位以下）の他にボイラ
出口排気温調を加味して熱回収の徹底を図る（第９図の
制御器Ｃ）。例えば都市ガス１３Ａやメタノール、ＬＮ
Ｇ気化ガスなど８分のないクリーン燃料では１００°Ｃ
まで、８分を含有する燃料では酸露点を回避する温度ま
で熱回収できる。

（５）　蒸気条件で高温の過熱蒸気（第９図ＳＨ。

Ｖ１３で温調）あるいは再熱蒸気他が必要となった場合
でも本技術が適用できる。また複圧システムでも高圧側
あるいは低圧側または両方に本技術を適用できる。つま
り、あらゆる蒸気条件に適用できる基本的な技術である
。

第１０図は第１１図に示した従来技術に対応した適用例
を示す図である。

（ア）　混合器Ｍの仕上り水をＴ−０１水温と同じにす
ればＴ−０１へ再循環でき、システムは閉サイクルとな
る。

（イ）　あるいは高温水利用施設Ｕ２で必要とされる高
温水にＴ−０１水以上の高温のものがある場合、Ｍの仕
上り水から必要量を制御し、Ｕ２へ供給することも可能
である。

脱硝装置を配置する場合は、第１５図（ａ）の蒸発器と
伝熱管との間、蒸発器〜ＥＣ０−０１の間が適当である
。

上述した実施例における制御内容および操作内容につい
ての機能を示すと、表１の如くになる。

なお表２は表１に対応させて示した従来技術の機能であ
る。

表１ 表２ 上表２中の、Ａ２助燃については脱硝装置の設置か困難
である。

なお本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を変えない範囲で種々変形実施可能であるの
は勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば下記の効果を奏する。

（１）　蒸気、高温水の熱回収割合を（設計値〜０）の
間で自由に制御でき、両極端においては本来のボイラと
温水ボイラの各性能を発揮できる。

（２）　そのときどきの熱需要の総量（蒸気＋高温水）
でボイラ運転を制御すればよく、ボイラ排気は燃料中８
分に対する限界温度まで熱回収が可能のためサイクル効
率は最高値を維持できる。

（３）　従来方式のＥＣ０−０２人目助燃が省略できる
ため、制御機器ならびに運用がシンプルである他、脱硝
装置の設置が最も経済的に一箇所に限定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１０図は本発明の実施例を示す図で、第１図
は基本構成を示す系統図、第２図（ａ）（ｂ）および第
３図（ａ）（ｂ）（ｃ）は低温混合の効果説明図、第４
図および第５図（ａ）（ｂ）は煙管ボイラでの蒸気発生
状況を示す図、第６図〜第８図（ａ）（ｂ）はボイラで
の熱回収状況を示す図、第９図は応用技術例を示す図、
第１０図は従来技術に対応したシステムへの適用例を示
す図である。第１１図〜第１５図（ａ）（ｂ）（ｃ）は
従来技術を示す図で、第１１図は従来の制御システムを
示す図、第１２図および第１３図（ａ）〜（ｄ）はボイ
ラの伝熱状況を示す図、第１４図は助燃状況を示す図、
第１５図（ａ）〜（ｃ）は脱硝装置の位置を示す図であ
る。 Ｇ・・・発電機、ＧＴ・・・ガスタービン、ＣＰ・・・
圧縮機、ＣＣ・・・燃焼器、Ｔ・・・タービン、ＧＦ・
・・燃料系統、Ｗ・・・補給水、Ｍ・・・混合器、Ａ、
Ｂ、Ｃ・・・制御器、ＥＶＡ・・・蒸発器、ＥＣ０−０
１・・・節炭器（ＮＯＩ）　、ＥＣ０−０２・・・節炭
器（ＮＯ２）、Ｕｌ・・・蒸気利用施設、Ｕ２・・・高
温水利用施設、Ｔ−０１・・・高温水槽、Ｔ−０２・・
・低温水槽、ｐ−０１・・・高温水供給ポンプ、Ｐ−０
２・・・低温水供給ポンプ、５ＴＣＫ・・・煙突、Ｓ・
・・蒸気放風消音器、ＳＨ・・・過熱器、ＡＩ、Ａ２・
・・助燃バーナ、ｖｌ・・・給水制御弁、Ｖ２・・・蒸
気量調整弁、Ｖ３・・・蒸気圧力調整弁、Ｖ４・・・蒸
気復水弁、ｖ５・・・高温槽温度調整弁、ｖ６・・・高
温水量調整弁、■７・・・低温水槽水位調整弁、ｖ８・
・・低温水供給弁、ｖ９・・・蒸発器水位調整弁、ｖｌ
ｏ・・・高温水温度調整弁、Ｖｌｌ・・・ＥＣ０−０２
給水弁、Ｖ１２・・・ＥＣ０−０２バイパス弁、Ｖ１３
・・・ＳＨバイパス弁、ＴＣ・・・温度制御、ＰＣ・・
・圧力、ＬＣ・・・水位、Ｄｌ・・・ボイラ入口弁、Ｄ
２・・・ボイラバイパス弁、Ｄ３・・・ボイラ出口弁。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 ｔ （１７９°Ｃ） 第２図 （９ｋＶｃｍ”ｇ、　１７９℃） Ｔｃ　（８０℃） 第３図（ａ） 第３図（ｂ）　　　　　　　　＊　３図（Ｃ）（９に９
／ｍ！ｑ、１７９℃） （１６９℃） 第４図 第５図（Ｑ）　　　　　　　第５図（ｂ）第７図 （Ａｔ助燃〕　、 一−ノＮ−へ□ 第　′ｊ　図 第１１図 第１２図 Ａ１助燃 第１３図 第１５図 手続補正書 昭和６３年２月　１日 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿 １、事件の表示 特願昭６２−３１７０２７号 ２、発明の名称 排熱回収ボイラ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （６２０）　　三菱重工業株式会社 ４、代理人 東京都千代田区霞がｆ！１３丁目７番２号ＵＢ［ビル〒
１００　　電話０３（５０２＞３１８１　（大代表）別
紙のとおり（内容に変更なし）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ボイラの蒸発器入口にボイラ給水と低温給水との混合部
   を設け、前記ボイラのドラム等の気水分離箇所に排水管
   を設け、その下流に低温給水との混合器を配設すると共
   に、前記蒸発器への低温給水ライン、排水管、混合器ラ
   インには、それぞれ蒸気圧調整用、気水分離器のレベル
   調整用、出口水（仕上り水）の温度調整用の各制御要素
   を設けるようにしたことを特徴とする排熱回収ボイラ。