JPH02104906A - 排熱回収ボイラシステムとその運転方法 - Google Patents

排熱回収ボイラシステムとその運転方法

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JPH02104906A
JPH02104906A JP63257182A JP25718288A JPH02104906A JP H02104906 A JPH02104906 A JP H02104906A JP 63257182 A JP63257182 A JP 63257182A JP 25718288 A JP25718288 A JP 25718288A JP H02104906 A JPH02104906 A JP H02104906A
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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、高温排ガスを利用して蒸気発生させる排熱回
収ボイラが複数組設けられ、共通の蒸気利用システムに
蒸気を供給するようにされた排熱回収ボイラシステムに
係り、特に排熱回収ボイラが再熱器を備えるときの排熱
回収ボイラシステムとその運転方法に関する。
〔従来の技術〕
上記の排熱回収ボイラシステムの典型的−例である電力
用のコンバインドプラントは、多くの場合に特開昭５９
−６８５０３号に示すようにガスタービンとその排ガス
を利用して蒸気発生させる排熱回収ボイラとが複数組設
けられ、共通の蒸気タービンに蒸気を供給するように構
成される。このような多軸型に構成される理由は、例え
ば排熱回収ボイラを共通に設けたときはガスタービンが
異なる負荷運転をしたときに異なる排出ガス量のために
排出ガスの逆流によって運転不可能となりこの対策が困
難かつ高価となることが挙げられ、また蒸気タービンを
共通にすることは蒸気タービンの大型化によるプラント
の高効率化が期待できることにある。
〔発明が解決しようとする課題〕
最近の排熱回収ボイラシステムは、その熱源（例えばガ
スタービンあるいは製鉄所の高炉）である排ガスの温度
が高温化する傾向にあり、この場合により一層高効率な
熱回収を行なうには再熱型のコンバインドプラントにす
るのが良いと言われている。つまり、排熱回収ボイラは
主蒸気を発生する蒸発器と再熱蒸気を発生する再熱器と
を含み、また蒸気利用システム（例えば蒸気タービン）
は高圧タービンと低圧タービンとから構成するようにな
し、主蒸気を高圧タービンに導びいてこれを駆動したの
ちの排気を再熱器に導入して再熱蒸気を得、再熱蒸気を
低圧タービンに導びいてこれを駆動するようにされたコ
ンバインドプラントである。
この再熱型のコンバインドプラントは、実際には排熱回
収ボイラを複数備え、複数の蒸気（主蒸気及び再熱蒸気
）を夫々合流した上で共通の蒸気タービンに与えるとこ
ろの多軸型として構成されるのであり、この場合に以下
に示す技術的問題点を解決する必要がある。
高圧蒸気タービンの排気を各再熱器に導いて再熱蒸気を
得る再熱系統について考えてみると、高圧蒸気タービン
の排気は各再熱系統の圧力損失に応じて各再熱器へ分流
するが、実際には圧力損失を等しくするよう設計されて
いるので、各再熱器への導入排気量はほぼ等しくなって
いる。これに対し、熱源からの排ガスは各排熱回収ボイ
ラに常に等量が供給されるとは限らず、例えば一方に定
格ガス量、他方に５０％ガス量が供給されることが、負
荷変更運転時あるいは起動停止時に起り得、この場合各
排ガスの保有する熱量が異なるにも関わらず高圧蒸気タ
ービン排気が等量であるために、各再熱蒸気の蒸気条件
が相違してくる。この相違により再熱蒸気管の合流部に
熱応力が生じ配管破断の恐れがある。
また、一方の排熱回収ボイラが運転中に他方の熱源を起
動する場合に於いては、起動中の排熱回収ボイラには運
転負荷以上の再熱蒸気が流れる為、起動時朋が長くなり
、また逆に運転中の排熱回収ボイラには運転負荷以下の
再熱蒸気量となる為、プラントの運転にも支障をきたす
ことが予想される。
尚、主蒸気についてみると再熱蒸気の場合はど重大な問
題は生じないと考えられ、その理由は蒸発器に付設され
たドラムの水位制御をすることにより、結果として主蒸
気条件に多大の相違を生じないことによる。つまり、排
ガスが増大して蒸気発生量が増大するとドラム水位低下
し、これが水位制御範囲の下端に達すると給水量を増大
せしめて水位を回復させるため蒸気発生量を抑制する方
向に作用し、排ガスが減少して蒸気発生量が減少すると
ドラム水位上昇し、これが水位制御範囲の上端に達する
と給水量を減少せしめて水位を回復させるため蒸気発生
量を増大する方向に作用するため、仮りに排ガス量が相
違したとしても主蒸気条件の相違としてはある程度緩和
されることが期待でき、熱応力やプラント運転に与える
影響は少ないと考えられる。
以上のことから、本発明の目的は排熱回収ボイラシステ
ムに於いて、排熱回収ボイラに供給される排ガスがお互
いに異なる場合でも１発生量発量。
蒸気温度等の変動を極力小さく押えることにより、プラ
ントの安定運用を提供し、更には熱応力等の発生による
配管破断等の危険性を未然に防ぐことにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明においては、排熱回収ボイラを通過する再熱蒸気
量を調整する流量制御装置を設置し、排熱回収ボイラに
供給される排ガスに応じた再熱蒸気量とする。
〔作用〕
上記手段によれば、排ガスの保有する熱量に見合った蒸
気流量を再熱器に送ることになり、再熱蒸気の保有する
熱量と排ガスの保有する熱量の比を各再熱器ごとに均等
に制御できるため再熱蒸気条件をほぼ等しくできる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
但し、ここでは排熱回収ボイラシステムの一例としてガ
スタービンを用いたコンバインドプラントについて述べ
る。第１図の実施例では２台のガスタービン（図示せず
）とそれぞれのガスタービンよりの排熱を回収する２台
の排熱回収ボイラ１０゜２０と該排熱回収ボイラ１０，
２０よりの蒸気で駆動される１台の蒸気タービン３０か
ら構成される多軸型コンバインドプラントの例を示して
いる。
またこの図では、排熱回収ボイラ１０，２０内にはそれ
ぞれ蒸発器のドラム１１，２１、過熱器１２．２２及び
再熱器１３，２３等が具備されており、前記過熱器１２
．２２を出た主蒸気はそれぞれ主蒸気管１４．２４を介
し、途中で１本の主蒸気管に合流した後、高圧タービン
３１に導かれ、また高圧タービン３１からの排気は低温
再熱蒸気管１５．２５を介し、それぞれの排熱回収ボイ
ラ内の再熱器１３，２３に導かれ、該再熱器１３゜２３
で加熱された後、高温再熱蒸気管１６．２６を介し、中
圧タービン３２に導入される再熱型コンバインドプラン
トとされる。尚、１００は給水ポンプ、１０１は復水器
、１０２は発電機である。
ここで本発明では、前記低温再熱蒸気管１５゜２５の途
中に蒸気流量調整器５１．６１を設置し、後述するよう
に各排熱回収ボイラの負荷に応じた再熱蒸気量が前記再
熱器１３，２３を通過する様、前記流量調整器５１．６
１を調整する。
第２図は本発明による他の実施例を示し、前記蒸気流量
調整ＷＩＩ５１，６１を低温再熱蒸気管１５゜２５の代
わりに高温再熱蒸気管１６．２６の途中に設置した例を
示す、第３図以後の図面は蒸気流量調整器５１．６１の
具体的な制御手段を示しており、これらの制御手段は第
１図、第２図のいずれにも採用可能であるが、以下の例
では第１図に採用した事例を示している。
第３図では前記低温再熱蒸気管１５．１６上に蒸気流量
調整器５１．６１の他にそれぞれの排熱回収ボイラ１０
，２０に流入する再熱蒸気量Ｒ１゜Ｒ２を測定する蒸気
流量計１７．２７が設置される。さらに主蒸気配管１４
．２４の途中には主蒸気流量計５２．６２が具備され、
各排熱回収ボイラ１０，２０よりの発生蒸気量Ｍｌ、Ｍ
２を測定する。これは第１図にて説明した各排熱回収ボ
イラの負荷として発生蒸気量をとりあげたものである。
上記各排熱回収ボイラの主蒸気流量信号及び再熱蒸気流
量信号は制御装置４０に送られ、ここで各排熱回収ボイ
ラへの流入再熱蒸気量が算出、設定され、前記流量調整
器５１．６１を操作する。ここで第４図に具体的な調節
方法を示すが、それぞれの排熱回収ボイラよりの主蒸気
流量Ｍ　１　、Ｍ　２　ＭＬびに再熱蒸気流量Ｒ１，Ｒ
２は、再熱蒸気量設定器４１．４２に入力され、例えば
排熱回収ボイラ１０の再熱蒸気量設定値ＲＳ　ｓは、前
記主蒸気流ｊｔ　Ｍ　ｓ　とＭ２の比例配分値となる様
、Ｍ１＋Ｍ２ の如く演算・設定される。こうして設定された再熱蒸気
量目標値ＲＳ　ｓと実際の排熱回収ボイラ１０への再熱
蒸気量Ｒ１が比較され、調節計４３を経て排熱回収ボイ
ラ１０側の蒸気量調節器５１が制御されることになる。
排熱回収ボイラ２０への再熱蒸気量も上記と同様の手順
で制御される。
本実施例では前記排熱回収ボイラの負荷を該排熱回収ボ
イラよりの発生蒸気量としてとらえ、各排熱回収ボイラ
の再熱器を通過する蒸気量を前記主蒸気流量比となる様
、制御することにより、プラントの安定運用を可能にし
ている。
第５図には本発明による他の実施例を示し、各排熱回収
ボイラ１０，２０の再熱器１３，２３を通過させる再熱
蒸気量演算の為、前記実施例（第３図）では各排熱回収
ボイラの再熱蒸気量Ｒｓ　。
Ｒｚを１定しているが、これを低温再熱管の共通部に設
置される蒸気流量計７１によって合計再熱蒸気量ＲＦを
測定し、零値を目標値設定の為に使用しているものであ
る。この場合の具体的な再熱蒸気量の制御方法を第７図
に示すように、第４図の（Ｒｘ十Ｒｚ）の演算の代りに
実測したＲＦを用いたものである。
第７図及び第８図には本発明による他の実施例を示して
おり、第５図では低温再熱管共通部に蒸気流量計７１を
設置し合計再熱蒸気Ｊｉ　ＲＦを測定していたものを、
第７図では低温再熱蒸気圧力を。
また第８図では高温再熱蒸気圧力を夫々圧力検出器７２
．７３で測定し、第９図のように該再熱圧力を入力とす
る関数発生器１０３により前記再熱蒸気流量ＲＦ　（合
計値）を推定し、該数値を用いて、前記各々の排熱回収
ボイラ１０，２０の再熱器１３．２３に流入する再熱蒸
気量を制御するものである。
第１０図には本発明による他の実施例を示し、これまで
の実施例では各排熱回収ボイラ１０゜２０の負荷として
該排熱回収ボイラよりの発生蒸気量を採用していたが１
本実施例ではこれを各排熱回収ボイラへの給水流量とし
てとらえたものである。つまり、前記各排熱回収ボイラ
１０，２０への給水流量はそれぞれ給水管上に設置され
た給水流量計５３．６３にて測定され、制御装置４０に
送信される。−船釣に給水流量計は蒸気流量計に較べ精
度が高い為本実施例によれば各排熱回収ボイラへの再熱
蒸気流量設定に当っても利点がある。
第１１図には本発明による他の実施例を示し、各排熱回
収ボイラの再熱蒸気流量設定の為、該排熱回収ボイラの
負荷ではなく、該排熱回収ボイラへの熱源となるガスタ
ービン１，２の負荷を採用するものであり、本図ではガ
スタービン１及び２にて駆動される発電機５４及び６４
の出力信号を前記再熱蒸気量制御装置４０へ送信してい
る例を示す、前記排熱回収ボイラの熱源が該ガスタービ
ンのみの場合には本実施例を適用することで、これまで
説明した実施何間等の効果が期待できる。
第１２図には第１１図の実施例の変形例を示し。
第１１図では前記ガスタービン発電機５４．６４の出力
信号を前記各排熱回収ボイラの負荷として採用していた
が、これを各ガスタービン１，２への燃料流量信号とし
たもので、各ガスタービンの燃料配管の途中に設置され
る燃料流量計５５゜６５にて測定された流量信号を前記
再熱蒸気流量設定［４０に送信するものである。
以上で説明した実施例では各排熱回収ボイラの負荷及び
各再熱蒸気流量を前記再熱蒸気流量制御装置４０に送信
し、前記各排熱回収ボイラの再熱蒸気流量の設定をして
いたものであるが、第１３図では、前記各排熱回収ボイ
ラの再熱器１３゜２３を通過する再熱蒸気流量は該当す
る排熱回収ボイラの主蒸気流量にほぼ一致する様、前記
再熱蒸気流量調整器５１．６１を制御するものであり、
第１４図にはその具体的制御方法を示すが、本実施例で
もこれまでの実施例と同様の効果を得ることができる。
第１３図、第１４図の発明は、図示せぬ制御装置により
蒸発器１１．２１のドラム水位が所定水位に一定制御さ
れ、あるいは所定の上下限範囲内に水位制御されている
ことを前提としたものであり、この結果夫々の主蒸気流
量は夫々の負荷に見合ったものとなっている。従って図
示のように主蒸気流量（流量検出塁５２，６２の出力）
から演算器１０７，１０８を介して再熱蒸気流量の目標
信号を作成し、実際の夫々の再熱蒸気流量をこれに合致
すべく夫々の流量制御装置４５．４６が流量；１１１１
器５１．６１を制御すれば負荷に応じた再熱蒸気流量の
制御が可能である。
尚１以上の実施例ではガスタービン及び排熱回収ボイラ
がそれぞれ２台設置され、蒸気タービンが１台設置され
る再熱・多軸型コンバインドプラントの例を示している
が、もちろん本発明はガスタービン及び排熱回収ボイラ
がそれぞれ３台以上′Ｊ装置される場合でも適用は可能
である。
また１本発明の排熱回収ボイラシステムはその熱源とし
ては種々のものを利用可能であり、例えばガスタービン
排ガスや製鉄所の高炉等からの排ガス等とできる。更に
蒸気利用システムとしては、蒸気タービン単独で発電を
行なうもの、蒸気を産業用に使用するもの、あるいは熱
電併給システムに使用するもの等が考えられる。
更に、上述の例では各排熱回収ボイラの夫々の再熱蒸気
を制御する流量制御手段を個別に設置したが、より簡便
にはいずれか一方の排熱回収ボイラにのみ流量制御手段
を設置した場合であっても再熱蒸気量を可変に制御でき
、蒸気合流部での熱応力緩和に貢献することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、排熱回収ボイラに具備される再熱器を
通過する再熱蒸気量を各々の熱源に見合った流量を流す
ことが出来る為、安定した運用ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図から第３図は本発明の再熱多軸型コンバインドプ
ラントの蒸気系統図、第４図は具体的な再熱蒸気量の制
御方法を示す図、第５図〜第１４図は本発明による他の
実施例を示す。 １．２・・・ガスタービン、１０．２０・・・再熱型排
熱回収ボイラ、１１．２１・・・蒸気発生ドラム、１２
゜２２・・・過熱器、１３，２３・・・再熱器、１４，
２４・・・主蒸気配管、１５，２５・・・低温再熱蒸気
配管、１６．２６・・・高温再熱蒸気配管、１７．２７
・・・再熱蒸気流量計、３０・・・蒸気タービン、３２
・・・高圧タービン、３２・・・中圧タービン、４０・
・・再熱蒸気流量制御装置、４１・・・再熱蒸気流量計
、４２・・・低温再熱蒸気圧力計、４３・・・高温再熱
蒸気圧力計。 ５１．６１・・・再熱蒸気量調整器、５２．６２・・・
主蒸気流量計、５３．６３・・・排熱回収ボイラ給水流
量計、５４．６４・・・ガスタービン発電機、５５゜６
５・・・ガスタービン燃料流量計。 箔　１　区 ？７′Ｌ口 喬３　口 め４−閃 ４／ ＃′８５０ ８１囚 第８口 第ｑ　区 猶　１０　口 め（３０

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、高温排ガスを熱源として利用して、蒸発器と再熱器
    において蒸気を発生させる複数の排熱回収ボイラであつ
    て、該排熱回収ボイラの各蒸発器からの合流蒸気と、各
    再熱器からの合流蒸気を出力し、再熱器に分流蒸気を導
    入する排熱回収ボイラシステムにおいて、 複数の排熱回収ボイラの蒸気分流部分に、再熱器への流
    入蒸気を可変とする流量可変手段を少なくとも１つ設け
    たことを特徴とする排熱回収ボイラシステム。 ２、ガスタービンからの排ガスを熱源として利用して、
    蒸発器において主蒸気を発生させ、再熱器において再熱
    蒸気を発生させる複数組の排熱回収ボイラと、高圧ター
    ビンと低圧タービンから構成される一組の蒸気タービン
    と、前記排熱回収ボイラの各蒸発器からの合流蒸気を高
    圧タービンに導く主蒸気管と、前記排熱回収ボイラの各
    再熱器からの合流蒸気を低圧タービンに導く高温再熱蒸
    気管と、前記高圧タービン排気を分流して各再熱器に導
    く低温再熱蒸気管とから構成される再熱多軸型コンバイ
    ンドプラントにおいて、 高温再熱蒸気管又は低温再熱蒸気管の分岐管部分に、再
    熱器への流入蒸気流量を可変とする流量可変手段を少な
    くとも１つ設けたことを特徴とする再熱多軸型コンバイ
    ンドプラント。 ３、高温排ガスを熱源として利用して、蒸発器において
    主蒸気を発生させ、再熱器において再熱蒸気を発生させ
    る複数組の排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラの各蒸
    発器からの合流蒸気を、高圧タービンと低圧タービンか
    ら構成される一組の蒸気タービンの高圧タービンに導く
    主蒸気管と、前記排熱回収ボイラの各再熱器からの合流
    蒸気を、前記一組の蒸気タービンの低圧タービンに導く
    高温再熱蒸気管と、前記一組の蒸気タービンの高圧ター
    ビン排気を分流して各再熱器に導く低温再熱蒸気管とか
    ら構成される排熱回収ボイラシステムにおいて、 高温再熱蒸気管又は低温再熱蒸気管の分岐管部分に、再
    熱器への流入蒸気流量を可変とする流量可変手段を少な
    くとも１つ設けたことを特徴とする排熱回収ボイラシス
    テム。 ４、ガスタービンからの排ガスを熱源として利用して、
    蒸発器において主蒸気を発生させ、再熱器において再熱
    蒸気を発生させる複数組の排熱回収ボイラと、高圧ター
    ビンと低圧タービンから構成される一組の蒸気タービン
    とを備え、各主蒸気を高圧タービンに導き、再熱蒸気を
    低圧タービンに導き、前記高圧タービン排気を分流して
    各再熱器に導くようにされた再熱多軸型コンバインドプ
    ラントにおいて、 再熱器への流入蒸気流量を、ガスタービン負荷またはこ
    れによつて定まるプロセス量によつて可変とすることを
    特徴とする再熱多軸型コンバインドプラント運転方法。 ５、請求項第４項記載の再熱多軸型コンバインドプラン
    トの運転方法において、ガスタービン負荷またはこれに
    よつて定まるプロセス量を、主蒸気流量とすることを特
    徴とする再熱多軸型コンバインドプラントの運転方法。 ６、請求項第４項記載の再熱多軸型コンバインドプラン
    トの運転方法において、ガスタービン負荷またはこれに
    よつて定まるプロセス量を、蒸発器への給水量とするこ
    とを特徴とする再熱多軸型コンバインドプラントの運転
    方法。 ７、請求項第４項記載の再熱多軸型コンバインドプラン
    トの運転方法において、ガスタービン負荷またはこれに
    よつて定まるプロセス量を、ガスタービンに結合された
    発電機出力とすることを特徴とする再熱多軸型コンバイ
    ンドプラントの運転方法。 ８、請求項第４項記載の再熱多軸型コンバインドプラン
    トの運転方法において、ガスタービン負荷またはこれに
    よつて定まるプロセス量を、ガスタービンに供給される
    燃料量とすることを特徴とする再熱多軸型コンバインド
    プラントの運転方法。 ９、ガスタービンからの排ガスを熱源として利用して、
    蒸発器において主蒸気を発生させ、再熱器において再熱
    蒸気を発生させる複数組の排熱回収ボイラと、高圧ター
    ビンと低圧タービンから構成される一組の蒸気タービン
    とを備え、各主蒸気を高圧タービンに導き、再熱蒸気を
    低圧タービンに導き、前記高圧タービン排気を分流して
    各再熱器に導くようにされた再熱多軸型コンバインドプ
    ラントにおいて、 ガスタービン負荷またはこれによつて定まるプロセス量
    が複数組の排熱回収ボイラ間でアンバランスを生じてい
    るとき、各再熱蒸気流量を可変とすることを特徴とする
    再熱多軸型コンバインドプラントの運転方法。 １０、請求項第９項記載の再熱多軸型コンバインドプラ
    ントの運転方法において、ガスタービン負荷またはこれ
    によつて定まるプロセス量を、主蒸気流量とすることを
    特徴とする再熱多軸型コンバインドプラントの運転方法
    。 １１、請求項第９項記載の再熱多軸型コンバインドプラ
    ントの運転方法において、ガスタービン負荷またはこれ
    によつて定まるプロセス量を、蒸発器への給水量とする
    ことを特徴とする再熱多軸型コンバインドプラントの運
    転方法。 １２、請求項第９項記載の再熱多軸型コンバインドプラ
    ントの運転方法において、ガスタービン負荷またはこれ
    によつて定まるプロセス量を、ガスタービンに結合され
    た発電機出力とすることを特徴とする再熱多軸型コンバ
    インドプラントの運転方法。 １３、請求項第９項記載の再熱多軸型コンバインドプラ
    ントの運転方法において、ガスタービン負荷またはこれ
    によつて定まるプロセス量を、ガスタービンに供給され
    る燃料量とすることを特徴とする再熱多軸型コンバイン
    ドプラントの運転方法。 １４、高温排ガスを熱源として利用して、蒸発器と再熱
    器において蒸気を発生させる複数の排熱回収ボイラであ
    つて、該排熱回収ボイラの各蒸発器からの合流蒸気と、
    各再熱器からの合流蒸気を出力し、再熱器に分流蒸気を
    導入する排熱回収ボイラシステムにおいて、各再熱器へ
    の流入蒸気流量を、高温排ガスの有する熱エネルギーま
    たはこれによつて定まるプロセス量によつて可変とする
    ことを特徴とする排熱回収ボイラシステムの運転方法。 １５、請求項第１４項記載の排熱回収ボイラシステムの
    運転方法において、高温排ガスの有する熱エネルギーま
    たはこれによつて定まるプロセス量を、主蒸気流量とす
    ることを特徴とする排熱回収ボイラシステムの運転方法
    。 １６、請求項第１４項記載の排熱回収ボイラシステムの
    運転方法において、高温排ガスの有する熱エネルギーま
    たはこれによつて定まるプロセス量を、蒸発器への給水
    量とすることを特徴とする排熱回収ボイラシステムの運
    転方法。 １７、高温排ガスを熱源として利用して、蒸発器と再熱
    器において蒸気を発生させる複数の排熱回収ボイラであ
    つて、該排熱回収ボイラの各蒸発器からの合流蒸気と、
    各再熱器からの合流蒸気を出力し、再熱器に分流蒸気を
    導入する排熱回収ボイラシステムにおいて、高温排ガス
    の有する熱エネルギーまたはこれ排熱回収ボイラシステ
    ムの運転方法によつて定まるプロセス量に排熱回収ボイ
    ラ間でアンバランスを生じているとき、再熱蒸気流量を
    可変とすることを特徴とする排熱回収ボイラシステムの
    運転方法。 １８、請求項第１７項記載の排熱回収ボイラシステムの
    運転方法において、高温排ガスの有する熱エネルギーま
    たはこれによつて定まるプロセス量を、蒸発器からの主
    蒸気流量とすることを特徴とする排熱回収ボイラシステ
    ムの運転方法。 １９、請求項第１７項記載の排熱回収ボイラシステムの
    運転方法において、高温排ガスの有する熱エネルギーま
    たはこれによつて定まるプロセス量を、蒸発器への給水
    量とすることを特徴とする排熱回収ボイラシステムの運
    転方法。
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