JPH04320702A - 排気再燃式複合発電所の給水流量制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火力発電におけるガス
タービンと蒸気タービンプラントとを組合わせた排気再
燃式複合発電所のボイラへの給水流量制御装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の排気再燃式複合発電所の
概略構成を示す系統図であって、ボイラ１で発生した高
圧・高温の蒸気は導管２を介して蒸気タービン３に導入
され、蒸気タービン３で仕事を行ないその蒸気タービン
３に連結されている発電機４によって動力が発生される
。

【０００３】タービン３で仕事を行なった蒸気は、復水
器５で凝縮され、復水ポンプ６により低圧給水加熱器７
を経由して脱気器８に送られ、さらに給水ポンプ９によ
って加圧されて高圧給水加熱器１０で加熱された後再び
ボイラ１に給水される。

【０００４】一方、コンプレッサ１１で圧縮された空気
は燃焼器１２に送給され、そこで燃料供給管１３を経て
送られる燃料と燃焼し、その高温燃焼ガスがガスタービ
ン１４に導入され、上記ガスタービン１４が作動され発
電機１５が駆動される。上記ガスタービン１４で仕事を
行なったガスタービン排ガスは前記ボイラ１に導入され
て熱回収に利用されると共に、そのガスタービン排ガス
中に含まれる未燃焼酸素がボイラ１の燃焼用に使用され
る。

【０００５】ところで、排気再燃式複合発電所において
は、ガスタービン発電と蒸気タービン発電との複合運転
によって高効率な運転を行うことを目的としており、こ
のためにガスタービンとボイラで発生する排ガスの排熱
を給水により可能な限り熱回収するようにしてある。

【０００６】すなわち、前記高圧給水加熱器１０と並列
に排ガスクーラ１６が設けられており、給水ポンプ９に
よってボイラ１に供給される給水の一部が上記排ガスク
ーラ１６に導入され、そこでボイラ１からの排ガスと熱
交換された後高圧給水加熱器１０から出た給水と合流し
てボイラ１に導入される。一方、上記排ガスクーラ１６
によって冷却された排ガスは煙突１７から大気中に放散
される。

【０００７】したがって、このようなプラントにおいて
は、複合運転での高負荷から低負荷までの運転において
ボイラ１に対して安定かつ良好に制御して給水を供給し
、併せて蒸気タービンプラント側の高圧給水加熱器１０
と排ガスクーラ１６とに給水を安定して分配制御する必
要がある。

【０００８】ところで、蒸気タービンプラントの構成の
中でボイラは最も重要な機器の一つであり、通常ボイラ
はプラントの運転出力に見合った燃料、燃焼用空気、給
水の三要素を制御することで安定した運転状態と信頼性
を確保している。給水はボイラ制御装置から給水制御装
置に指令信号を出し、給水ポンプの回転数又はポンプ出
口の調節弁開度を制御することによりボイラへの給水流
量を調整している。排気再燃式複合発電所におけるボイ
ラ給水流量制御においても同様である。

【０００９】図４は、上記排気再燃式複合発電所におい
て一般的に行われている排ガスクーラと高圧給水加熱器
への給水の分配制御装置を示す図であって、ボイラの運
転状態に対応する制御信号がボイラ制御装置２０に入力
されると、そのボイラ制御装置２０からの出力信号が給
水制御装置２１を経て給水ポンプ制御装置２２に入力さ
れ、その給水ポンプ制御装置２２によって給水ポンプ９
が制御され、給水量が調整される。

【００１０】そして、ボイラ１への給水量は流量計２３
によって検出され、流量信号変換装置２４を介して給水
流量値が再びボイラ制御装置２０にフィードバックされ
る。また、排ガスクーラ１６及び高圧給水加熱器１０の
各給水出口側にはそれぞれ流量調節弁２５ａ，２５ｂが
設けられており、その流量調節弁２５ａの下流側には排
ガスクーラ１６によって加熱された給水の温度を検出す
る温度検出器２６が設けられている。

【００１１】しかして、上記温度検出器２６の検出信号
が給水分配制御装置２７に入力され、その給水分配制御
装置２７から両流量調節弁２５ａ，２５ｂに制御信号が
送られ、両流量調節弁２５ａ，２５ｂの開度が制御され
、排ガスクーラ１６及び高圧給水加熱器１０を流れる給
水の流量が調整される。一方、この各給水流量はそれぞ
れ各流量調節弁２５ａ，２５ｂの下流側に設けられた流
量計２８ａ，２８ｂによって検出され、その各給水流量
値が給水分配制御装置２７にフィードバックされる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述の如き制御装置に
おいては、プラントのマスター制御でもあるボイラ制御
及び給水流量制御と、プラントローカル制御の位置にあ
る排ガスクーラ及び高圧給水加熱器の給水分配制御との
強調性をどう図るかが問題となる。すなわち、分配制御
側は主として排ガスクーラの制御と保護とに主眼が置か
れているため、電力系統からの要求に応じるプラントの
大きな負荷変化や負荷変化率に対して、さらに負荷遮断
等の過渡状態においてボイラ側の給水制御の外乱になり
易く、この外乱を押えるためにはプラントの負荷変化率
を小さくする等のプラント運用性を犠牲にしなければな
らない等の問題がある。

【００１３】また、排ガスクーラと高圧給水加熱器への
給水分配制御のために設けた両流量調節弁の上流側は、
給水ポンプの締切り圧力によって設計する必要が生じ、
給水系を構成する機器及び配管弁類の設計圧力が大幅に
上昇するため信頼性の維持・確保と建設費の上昇という
不都合もある。

【００１４】さらに、複合運転中の低負荷運用において
は、熱効率向上と排ガスクーラの保護を考慮して排ガス
クーラ側に給水を殆ど通水してしまうため、高圧給水加
熱器の給水通水量はなくなってしまう。このような低負
荷運転を長時間行うと給水加熱器は温水である給水の通
水がないために大気への放熱により冷却してしまい、こ
の後の急速な負荷上昇においては過大な熱応力が発生す
ることにつながり、運転の繰り返しによって給水加熱器
の損傷につながる可能性もある等の問題がある。

【００１５】本発明はこのような点に鑑み、プラントの
重要なボイラの給水制御に対してプラントローカル制御
である排ガスクーラと高圧給水加熱器への給水分配制御
が外乱となる余地を排除することができる制御装置を得
ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガスタービン
の排ガスを蒸気タービンプラントのボイラに供給するよ
うにした排気再燃式複合発電所における給水流量制御装
置において、ボイラへの給水を加熱する高圧給水加熱器
に対して、上記ボイラへの給水の一部をボイラからの排
ガスによって加熱する排ガスクーラを並列に接続すると
ともに、上記高圧給水加熱器系のみに流量調節弁を設け
、その流量調節弁の制御によって高圧給水加熱器系及び
排ガスクーラ系への給水配分制御を行なうようにしたこ
とを特徴とする。

【００１７】

【作用】プラントの高負荷においては、流量調節弁の開
度を増して圧力損失を小とし、高圧給水加熱器系への通
水量を増加することにより排ガスクーラの通水量が相対
的に減少して適正な給水の分配制御が行なわれる。すな
わち、同一のポンプによって給水が供給される二つの系
統において、各々への給水の配分はお互いの系統の圧力
損失の相対関係によって決定されるため、プラントの高
負荷のある状態において排ガスクーラと高圧給水加熱器
との相対的圧力損失の関係を決定して給水を配分してお
き、通常の給水配分制御を行なうためには一方に設置し
た流量調節弁の開度調整による絞りで圧力損失を可変す
ることにより良好な制御性を得ることができる。

【００１８】一方、プラントの出力を低減していくと、
負荷に対する給水量の相対的減少に対しボイラ排ガス量
の相対的減少が緩やかなため、ボイラ排ガスの回収熱量
が相対的に多く、排ガスクーラを保護のため付随して排
ガスクーラ側への給水通水量を多く配分する必要が生ず
るので、この場合には流量調節弁を絞って圧力損失を大
として高圧給水加熱器系の通水量を減じることにより反
対側の排ガスクーラへの通水量を相対的に増加させるこ
とができる。

【００１９】

【実施例】以下、図１を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。なお、図中図４と同一部分には同一符号
を付しその詳細な説明は省略する。

【００２０】高圧給水加熱器１０と並列に排ガスクーラ
１６が設けられており、給水ポンプ９によってボイラ１
に供給される給水の一部が上記排ガスクーラ１６に導入
され、そこでボイラ１からの排ガスと熱交換された後高
圧給水加熱器１０から出た給水と合流してボイラ１に導
入される。

【００２１】ところで、上記排ガスクーラ１６の入口側
および出口側にはそれぞれ止め弁３０ａ，３０ｂが設け
られ、高圧給水加熱器１０の入口側には止め弁３１が設
けられており、その高圧給水加熱器１０の出口側のみに
流量調節弁３２が設けられている。また、高圧給水加熱
器系から分岐した排ガスクーラ系には、複合運転中の或
るプラント負荷において給水分配制御の基点として排ガ
スクーラ側と高圧給水加熱器側の圧力損失を予め調節す
るためのオリフィス或は弁類等の圧力調整装置３３が設
けられている。

【００２２】一方、給水分配制御装置２７には、流量計
２３によって検出された給水流量信号ａと温度検出器２
６で検出された排ガスクーラ１６から流出する給水の温
度信号ｂが入力されており、そこで上記給水流量信号ａ
と給水温度信号ｂ等が総合的に演算され、流量調節弁制
御信号が出力され、この制御信号によって流量調節弁３
２の開度が制御されるようにしてある。

【００２３】しかして、複合運転でプラントの高負荷運
転時においては、流量調節弁３２の開度が大きくされ圧
力損失が小となるようにされており、脱気器８から給水
ポンプ９によって送給された給水が、排ガスクーラ１６
系と高圧給水加熱器１０系との相対的圧力損失の関係で
決まる配分によって排ガスクーラ１６および高圧給水加
熱器１０に供給され、その後ボイラ入口で合流してボイ
ラ１に供給される。一方、プラントが部分負荷の場合に
は、その負荷に対応して流量調節弁３２が絞られ圧力損
失が増加され、高圧給水加熱器系への通水量が減少され
る。したがって、排ガスクーラ系への通水量が増加され
排ガスクーラの保護のために必要な給水流量が確保され
る。

【００２４】さらに低負荷になった場合には、全給水が
排ガスクーラ側に通水せざるを得なくなるが、この場合
にも流量調節弁３２が所定微小開度に保持され、高圧給
水加熱器に対するミニマムフローが維持されウォーミン
グが行なわれる。

【００２５】また、蒸気タービンプラントの単独運転に
際しては、止め弁３０ａ，３０ｂが全閉され、全給水量
が高圧給水加熱器側に供給される。

【００２６】なお、上記実施例においては、高圧給水加
熱器の出口側に流量調節弁を設けたものを示したが、入
口側に設けてもよい。さらに給水分配制御装置には排ガ
スクーラ及び高圧給水加熱器の各々の通過流量や出口温
度、並びにプラントの出力を制御要素として取込むこと
によって精度を向上させることもできる。

【００２７】図２は本発明の他の実施例を示す図であり
、高圧給水加熱器１０の出口側にも止め弁３４が設けら
れており、この止め弁３４と並列に流量調節弁３２が設
けられている。しかして、この流量調節弁３２の開度制
御によって第１実施例と同様に高圧給水加熱器系および
排ガスクーラ系への給水流量配分を行なうことができる
。

【００２８】しかも、蒸気タービンプラントの単独運転
中は全給水量を高圧給水加熱器側に通水する必要がある
ため、第１実施例のように流量調節弁３２を直列に設け
たものにおいては、圧力損失が増加するだけでなく流量
調節弁３２の口径を大きなものとする必要があるが、こ
の第２実施例においては止め弁３４を全開すればよく、
圧力損失を低減することができる。さらに複合運転中に
おいては、給水量が２つに分配されるので制御量は少な
くなり、その流量を制御するための流量調節弁３２は比
較的小口径のものとすることができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は高圧給水加熱器系のみに流量調
節弁を設け、その流量調節弁の制御によって高圧給水加
熱器系及び排ガスクーラ系への給水配分制御を行なうよ
うにしたので、ボイラの給水制御に対して上記給水配分
制御が外乱となることがなく、プラントの良好な制御性
を得ることができ、しかも給水分配制御のシステムが簡
素化される。また、複合運転中の部分負荷において排ガ
スクーラ側に全量給水がとられてしまって高圧給水加熱
器への通水が無くなるような場合でも、流量調節弁を微
開して給水を少量だけ高圧給水加熱器に通水することに
よってウォーミングを行なうことができ、新たに給水加
熱器系統から復水器や脱気器等へ接続するウォーミング
系統の追加が不要となる。

【００３０】さらに流量調節弁を高圧給水加熱器系に設
けられた止め弁に対して並列に設けた場合には、調節弁
を小口径のものとすることができ、機器の建設費低減の
面からも有効であり、高圧給水加熱器系統の止め弁を切
換え操作することで蒸気タービンプラント単独運転中に
おいて系統の圧力損失を低減でき、プラントの発電効率
を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気再燃式複合発電所の給水流量制御
装置の概略系統図。

【図２】本発明の他の実施例を示す図。

【図３】排気再燃式複合発電所の概略構成を示す系統図
。

【図４】従来の排気再燃式複合発電所の給水流量制御装
置の系統図。

【符号の説明】

１　　ボイラ ３　　蒸気タービン １０　　高圧給水加熱器 １１　　コンプレッサ １４　　ガスタービン １６　　排ガスクーラ ２０　　ボイラ制御装置 ２３　　流量計 ２７　　給水分配制御装置 ３０ａ，３０ｂ，３１，３４　　止め弁３２　　流量調
節弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンの排ガスを蒸気タービンプラ
   ントのボイラに供給するようにした排気再燃式複合発電
   所における給水流量制御装置において、ボイラへの給水
   を加熱する高圧給水加熱器に対して、上記ボイラへの給
   水の一部をボイラからの排ガスによって加熱する排ガス
   クーラを並列に接続するとともに、上記高圧給水加熱器
   系のみに流量調節弁を設け、その流量調節弁の制御によ
   って高圧給水加熱器系及び排ガスクーラ系への給水配分
   制御を行なうようにしたことを特徴とする、排気再燃式
   複合発電所の給水流量制御装置。
2. 【請求項２】流量調節弁は、高圧給水加熱器系に設けら
   れた止め弁に対して並列に設けられていることを特徴と
   する、請求項１記載の排気再燃式複合発電所の給水流量
   制御装置。