JPH0610620A - 排熱回収ボイラの保護方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、プラントの全運転範囲にわたり安定
した低圧節炭器入口給水温度の制御が行える排熱回収ボ
イラの保護方法を提供することにある。 【構成】本発明の排熱回収ボイラの保護方法は、高圧給
水ポンプの最小流量を復水器に排出する系統と、高圧給
水ポンプの最小流量を低圧節炭器出口に戻す系統と、低
圧給水温度をある設定値に制御し低圧節炭器保護を行う
ため高圧給水ポンプ吹き出しから分岐し低圧節炭器の上
流側で低圧給水管と合流させる系統、及び復水器に接続
された最小流量維持装置の調節弁と低圧節炭器の上流側
に接続された最小流量維持装置の調節弁を，プラントの
運転状態に応じて全閉とする信号と最小流量制御信号を
切替えて動作させているので、ガスタービン点火前の熱
源のない運転状態での保有水の加熱および高圧給水ポン
プの最小流量の確保が確実にでき、またプラントの負荷
運転中には、低圧給水温度制御とポンプ最小流量制御が
独立した制御系として作動するので、プラントの全運転
範囲にわたり安定した低圧節炭器入口給水温度の制御が
行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は火力発電プラント、特に
コンバインドサイクルの起動時における排熱回収ボイラ
の低温腐食に対する排熱回収ボイラの保護方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近の火力発電プラントは、高効率運
転，運用の多様化および起動時間短縮等の問題から、コ
ンバインドサイクル発電プラント、中でも２種類以上の
圧力で動作する蒸気ドラムを有する形式のコンバインド
サイクル発電プラントが採用される場合が多くなってき
た。

【０００３】起動時から負荷運転時において、２種類以
上の圧力で動作する蒸気ドラムを有する排熱回収ボイラ
の代表例として三圧式の排熱回収ボイラの給水系統につ
いて図４を参照して説明する。

【０００４】復水器（図示せず）より復水ポンプ（図示
せず）で抽出された復水は、低圧給水管１を介して低圧
節炭器２で給水・加熱された後、中高圧給水ポンプ吸込
管３から分岐し、低圧蒸気ドラム（図示せず）の水位を
一定に保つように低圧給水調節弁４で流量が制御され、
低圧連絡管５を介して低圧蒸気ドラムに供給されてい
る。

【０００５】一方、低圧節炭器２から中高圧給水ポンプ
吸込管３を介して供給された給水は、高圧給水ポンプ６
で昇圧され、高圧給水管７を介して高圧節炭器８に供給
される。高圧節炭器８でガスタービン（図示せず）の排
気ガスと熱交換し加熱された給水は、高圧蒸気ドラム
（図示せず）の水位を一定に保つように高圧給水調節弁
９で流量を調節し、高圧連絡管１０を介して高圧蒸気ド
ラム（図示せず）に給水される。

【０００６】また、高圧給水ポンプ６の出口の高圧給水
管７の途中から分岐し、流量を低圧節炭器入口温度調節
弁１１で調節し、低圧給水温度調節用管１２を介して低
圧給水管１に合流させ、低圧給水と混合し低圧節炭器２
の入口温度を一定に調節する系統を設けている。さら
に、中圧側は低圧ドラムと高圧ドラムの中間の圧力で動
作する中圧ドラムへの給水を昇圧する中圧給水ポンプ１
３，中圧節炭器１５とこれに給水するための中圧給水管
１４，中圧ドラム（図示せず）の水位を一定に保つよう
に給水量を制御する中圧給水調節弁１６および中圧節炭
器１５と中圧ドラム（図示せず）を連絡する連絡管１７
が設けられている。

【０００７】また、この系統を構成する機器の運転上の
保護装置としては、高圧給水ポンプ６の最小流量制御装
置として高圧給水ポンプ最小流量管２０と高圧給水ポン
プ最小流量調節弁１９、中圧給水ポンプ最小流量制御装
置として中圧給水ポンプ最小流量管２３と中圧給水ポン
プ最小流量調節弁２２、高圧給水ポンプ６の吸込流量を
測定する高圧給水ポンプ吸込流量計１８、中圧給水ポン
プ１３の吸込流量を測定する中圧給水ポンプ吸込流量計
２１が設けられている。

【０００８】ところで、低圧節炭器２の入口部でのガス
（ガスタービン排気）の結露による低圧節炭器加熱管の
腐食を防止するためには、排気ガス温度を排気ガスに含
まれる水蒸気の露点以上に保つ必要がある。

【０００９】排熱回収型のコンバインドサイクルプラン
トの場合は、系統構成の簡素化と熱効率の向上のため低
圧節炭器２の入口給水温度を極力低くしている。このた
め低圧給水系統には、蒸気タービン（図示せず）のグラ
ンドからの漏洩蒸気を凝縮させるためにグランド蒸気復
水器（図示せず）のみを低圧給水管１の適当な位置に設
置しているのが一般的である。

【００１０】国内のプラントの場合は、蒸気タービン排
気圧力として 0.05 Kg／cm² abs 程度の値を採用してい
るのが一般的であるため、計画状態でも33〜35℃程度で
給水されることになる。しかし、この給水温度では、一
般的に排気ガスの結露を防止することは不可能であり、
低圧節炭器入口給水温度は、最低でも50℃程度とする必
要がある。このため、中圧給水ポンプ１３もしくは、高
圧給水ポンプ６の吐出側の中圧給水管１４もしくは高圧
給水管７の途中から分岐して低圧給水温度調節弁１１を
介して低圧節炭器２の上流側で低圧給水管１に合流・混
合させ低圧節炭器入口給水温度を所定の温度に制御する
方式を採用している。

【００１１】低圧節炭器２の加熱水量は、高圧・中圧お
よび低圧ドラムの蒸発量に低圧節炭器２の入口給水温度
制御のために低圧給水調節弁１１を介して循環する水量
である。この循環水量を支配するのは、最大蒸発量を示
す圧力系統であり、一般的には高圧系である。したがっ
て、高圧給水ポンプの容量をこの循環水量を加味して決
定し、高圧給水管７から分岐することになるのが一般的
である。この系統構成と、低圧節炭器給水温度制御方法
によれば、負荷運転中などで低圧節炭器２への排気ガス
からの入熱が確保できる運転範囲内では、安定した低圧
給水温度制御が可能である。

【００１２】しかし、低圧節炭器２への入熱の少ない運
転状態、つまり、プラントの起動時等で、特に、ガスタ
ービン点火前および排熱回収ボイラのウォーミング状態
においては、高圧・中圧での収熱が大きく低圧節炭器２
での収熱が殆どできず低圧節炭器入口給水温度を所定の
温度に維持することが不可能な状態が発生する。

【００１３】上記のような現象を図３を使用して説明す
る。図３は、低圧節炭器給水量（負荷）に対応した高圧
給水ポンプ最小流量および低圧節炭器入口温度調節用循
環水量の変化を示したものである。なお、低圧節炭器入
口温度調節用循環水量については、復水器出口低圧給水
温度の変化範囲を考慮した循環流量範囲を示してある。
図３に示した温度調節循環流量域（縦縞で示した領域）
は、低圧節炭器入口温度制御が行える運転領域（低圧節
炭器での収熱が十分で温度の高い温度制御用循環水が確
保できる運転領域）である。また、ポンプ最小流量制御
の運転領域（横縞で示した領域）と温度調節循環流量域
の遷移領域（両運転領域の中間領域）については、低圧
節炭器への入熱が不足する運転領域である。

【００１４】一方、高圧給水ポンプ６の最小流量制御に
ついては、一般の火力プラントと同様に、高圧給水ポン
プ吸込管内に設置した吸込流量計１７で検出した流量に
基づいた流量制御信号によって駆動される高圧給水ポン
プ最小流量調節弁１９によって流量を制御し、高圧給水
ポンプ最小流量管２０を介して復水器（図示せず）に排
水し、低水量運転時のポンプ内部水の温度上昇および吸
込性能の低下に対する保護を行うように計画されている
のが一般的である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４の
給水系統のように、高圧ポンプ最小流量制御と低圧節炭
器入口温度制御方法の組合わせのみでは、図３で示した
ポンプ最小流量運転領域およびこれに続く遷移運転領域
における低圧節炭器入口給水温度の確保はできない。ま
た、高圧給水ポンプ最小流量管２０を低圧給水管１に接
続する系統のみを採用した場合は、低圧・中圧・高圧の
どのドラムにも給水が不必要な運転状態が継続した場合
に、系統内の水温が次第に上昇して系統内の水の体積膨
張による異常昇圧を招く恐れがある。

【００１６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は排熱回収ボイラ起動から定常運転のプラ
ントの全運転範囲にわたり安定した低圧節炭器入口給水
温度の制御が行える排熱回収ボイラの保護方法を提供す
ることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は復水器から復水ポンプで抽出した復水と，
低圧節炭器で加熱された後高圧給水ポンプで昇圧したポ
ンプの出口給水とを混合して一定温度で低圧節炭器に給
水する系統と、低圧節炭器で加熱された給水を低圧蒸気
ドラムに供給すると同時に高圧蒸気ドラムへ給水するた
めの高圧給水ポンプへ供給し，高圧節炭器で更に加熱さ
れ高圧蒸気ドラムに送水する主給水系統および高圧給水
ポンプの吐出から分岐し低圧節炭器入口給水の温度を調
節するための系統を有する二種類以上の圧力で運転され
るドラムを有する排熱回収ボイラの保護方法において、
高圧給水ポンプの最小流量を復水器に排出する系統と、
その系統から分岐し，高圧給水ポンプの最小流量を低圧
節炭器出口に戻す系統と、低圧給水温度をある設定値に
制御し低圧節炭器保護を行うため高圧給水ポンプ吹き出
しから分岐し低圧節炭器の上流側で低圧給水管と合流さ
せるようにした系統、及び復水器に接続された最小流量
維持装置の調節弁と低圧節炭器の上流側に接続された最
小流量維持装置の調節弁を，プラントの運転状態に応じ
て全閉とする信号と最小流量制御信号を切替えて動作さ
せることを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明によると、ガスタービン点火前の熱源の
ない運転状態では、復水器に接続されている中圧給水ポ
ンプ最小調節弁、高圧給水ポンプ最小流量管系統を強制
閉とし、低圧節炭器下流側に接続されている最小流量管
系統を使用し系統外への保有水の排出を無くした状態で
の高圧給水ポンプの最小流量運転を行い保有水の加熱を
行うと同時に高圧給水ポンプの最小流量の確保が低圧給
水温度調節弁を使用して確実にできるので、プラントの
全運転範囲にわたり安定した低圧節炭器入口給水温度の
制御が行える。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の給水系統図である。同図
に示すように、復水器に接続されている高圧給水ポンプ
最小流量管２０、低圧節炭器の下流側に接続された高圧
給水ポンプ最小流量管２４およびそれぞれの高圧給水ポ
ンプ最小流量管に接続された最小流量調節弁１９，２
５、同じように復水器に接続された中圧給水ポンプ最小
流量管２３、低圧節炭器の下流側に接続された中圧給水
ポンプ最小流量管２６およびそれぞれの中圧給水ポンプ
最小流量管に接続された最小流量調節弁２２，２７、低
圧給水温度調節弁１１および低圧給水温度調節用管１２
を設ける。そして、これらの調節弁は節炭器入口給水温
度制御装置２８からの制御信号に応じて動作させる。

【００２０】節炭器入口給水温度制御装置２８の機能に
ついては、従来技術を採用するが、給水ポンプ最小流量
制御については、排熱回収ボイラの起動からガスタービ
ンに点火し、低圧節炭器入口給水温度が設定値を越える
までの間は復水器に接続されている高圧給水ポンプ最小
流量管の調節弁１９を全閉状態に維持しておき、低圧節
炭器の下流側に接続された高圧給水ポンプの最小流量管
の調節弁で最小流量を制御する。前記の条件が成立した
ところで、高圧ポンプ本制御機能を従来技術と同様に復
水器に接続されているポンプ最小流量管の調節弁制御に
切り替える。以上のように、プラントの運転状態に応じ
て制御対象の切り替えを行うことである。なお、その他
の給水系統は既に説明して図４の給水系統と同一である
ので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略す
る。

【００２１】次に、本実施例の作用について説明する。
復水器から復水ポンプで抽出，昇圧し低圧給水管１を介
して低圧節炭器２に送水する。給水は低圧節炭器２でガ
スタービン排気と熱交換し加熱された後、中高圧給水ポ
ンプ吸込管３から分岐し低圧給水調節弁４で低圧蒸気ド
ラム（図示せず）の水位を一定に保つような低圧給水流
量に調節して、低圧連絡管５を介して低圧蒸気ドラムに
給水する。

【００２２】一方、中高圧給水ポンプ吸込管３を介して
高圧給水ポンプ６に給水を供給する。高圧給水ポンプ６
で昇圧された給水は、高圧給水管７を介して高圧節炭器
８に給水する。高圧節炭器８でガスタービン（図示せ
ず）の排気ガスと熱交換し加熱され、高圧蒸気ドラム
（図示せず）の水位を一定に保つように高圧給水調節弁
９で流量を調節し、高圧連絡管１０を介して高圧蒸気ド
ラム（図示せず）に給水する。なお、高圧給水ポンプ６
の吐出の高圧給水管７から分岐して低圧給水温度調節弁
１１で調節し、低圧給水温度調節用管１２を介して低圧
給水管１に合流させ、低圧給水と混合し低圧節炭器２の
入口温度を一定に調節する。

【００２３】また、中高圧給水ポンプ吸込管３を分岐し
て、中圧給水ポンプの吸込部分を構成する。中圧給水ポ
ンプ１３の吐出の中圧給水管１４を介して中圧節炭器１
５に給水し、ガスタービン排気ガスと熱交換し、中圧給
水調節弁１６で中圧蒸気ドラム（図示せず）の水位を一
定に保つように給水量を調節し、中圧連絡管１７を介し
て中圧蒸気ドラム（図示せず）に給水する。

【００２４】一方、この系統を構成する機器の運転上の
保護装置としては、高圧側では高圧給水ポンプ６の最小
流量を確保するため、高圧給水ポンプ吸込管に高圧給水
ポンプ吸込流量計１８と、高圧給水管７から分岐し，復
水器（図示せず）に排水する高圧給水ポンプ最小流量管
２０と、その流量を制御する高圧給水ポンプ最小流量調
節弁１９及び低圧節炭器下流側に接続されている高圧給
水ポンプ最小流量管２４と、その流量を制御する高圧給
水ポンプ最小流量調節弁２５を設ける。同じく中圧側
も、中圧給水ポンプ６の最小流量を確保するため、中圧
給水ポンプ吸込管に中圧給水ポンプ吸込流量計１８と、
中圧給水管７から分岐し復水器（図示せず）に排水する
高圧給水ポンプ最小流量管２３と、その流量を制御する
最小流量調節弁２２及び低圧節炭器下流側に接続されて
いる最小流量管２６と、その流量を制御する最小流量調
節弁２７が設けられている。

【００２５】プラントの起動に際し、ガスタービンの起
動前に排熱回収ボイラを起動する。したがって、高圧給
水ポンプ６や中圧給水ポンプ１３は起動され、各々のポ
ンプは最小流量を確保しなければならず、各々のポンプ
の最小流量管１７，２３を介して復水器へ最小流量に相
当する給水を排水する。このため、低圧節炭器２の内部
に充満していた水は、短時間のうちに復水器出口の低圧
給水の温度の水に置換されてしまう。このように運転状
態を継続しても熱源である高温のガスタービンの排気ガ
スが流れる状態にならない限り保有水の温度は上昇しな
い。少なくともガスタービンに点火されるまでは、この
各ポンプの最小流量に相当する水は排熱回収ボイラの中
で循環させポンプの動力損失で昇温する方法が採用でき
るようにする。

【００２６】このためには、ガスタービンに点火するま
での間は復水器に接続されている高圧給水ポンプ最小流
量調節弁を全閉とし、最小流量を確保するため、低圧節
炭器下流側に接続されている最小流量調節弁を使用する
事とする。

【００２７】三圧式の場合も同様にガスタービンに点火
するまでの間は、中圧給水ポンプ低圧節炭器下流側に接
続されている中圧ポンプ最小流量管を使用する事によ
り、中圧給水の循環系統を構成することができる。これ
により熱源が無い運転状態での保有水の昇温運転が可能
となる。

【００２８】この状態でガスタービンを起動すると、一
般的には温度上昇を続け、ガスタービン点火に到る。ガ
スタービンに点火されると、排気ガスが熱源となって系
統内保有水の温度上昇速度は上昇する。この状態にプラ
ントの運転状態が達した時点から、最小流量を確保する
ため低圧節炭器下流側に接続されている最小流量調節弁
を全閉し、復水器に接続されている最小流量調節弁制御
に切り替えておくことにより高、中圧給水ポンプの保護
機能を確立する事ができ、従来技術の欠点を取り除くこ
とができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
ガスタービン点火前の熱源のない運転状態での保有水の
加熱および高圧給水ポンプの最小流量の確保が確実にで
き、またプラントの負荷運転中には、低圧給水温度制御
とポンプ最小流量制御が独立した制御系として作動する
ので、プラントの全運転範囲にわたり安定した低圧節炭
器入口給水温度の制御が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の給水系統図。

【図２】本発明で使用した最小流量制御のブロック図。

【図３】低圧節炭器の給水流量と高圧給水ポンプ最小流
量との関係および低圧給水温度制御用循環流量との関係
を示した図。

【図４】従来の三圧式の排熱回収ボイラの給水系統図。

【符号の説明】

１…低圧給水管、２…低圧節炭器、３…高中圧給水ポン
プ吸込管、４…低圧給水調節弁、５…低圧連絡管、６…
高圧給水ポンプ、７…高圧給水管、８…高圧節炭器、９
…高圧給水調節弁、１０…高圧連絡管、１１…低圧給水
温度調節弁、１２…低圧給水温度調節管、１３…中圧給
水ポンプ、１４…中圧給水管、１５…中圧節炭器、１６
…中圧給水調節弁、１７…中圧連絡管、１８…高圧給水
ポンプ吸込流量計、１９…高圧給水ポンプ最小流量調節
弁、２０…高圧給水ポンプ最小流量管、２１…中圧給水
ポンプ吸込流量計、２２…中圧給水ポンプ最小流量調節
弁、２３…中圧給水ポンプ最小流量管、２４…高圧給水
ポンプ最小流量管、２５…高圧給水ポンプ最小流量調節
弁、２６…中圧給水ポンプ最小流量管、２７…中圧給水
ポンプ最小流量調節弁、２８…節炭器入口給水温度制御
装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 復水器から復水ポンプで抽出した復水
   と，低圧節炭器で加熱された後高圧給水ポンプで昇圧し
   たポンプの出口給水とを混合して一定温度で低圧節炭器
   に給水する系統と、低圧節炭器で加熱された給水を低圧
   蒸気ドラムに供給すると同時に高圧蒸気ドラムへ給水す
   るための高圧給水ポンプへ供給し，高圧節炭器で更に加
   熱され高圧蒸気ドラムに送水する主給水系統および高圧
   給水ポンプの吐出から分岐し低圧節炭器入口給水の温度
   を調節するための系統を有する二種類以上の圧力で運転
   されるドラムを有する排熱回収ボイラの保護方法におい
   て、高圧給水ポンプの最小流量を復水器に排出する系統
   と、前記系統から分岐し，高圧給水ポンプの最小流量を
   低圧節炭器出口に戻す系統と、低圧給水温度をある設定
   値に制御し低圧節炭器保護を行うため高圧給水ポンプ吹
   き出しから分岐し低圧節炭器の上流側で低圧給水管と合
   流させるようにした系統、及び復水器に接続された最小
   流量維持装置の調節弁と低圧節炭器の上流側に接続され
   た最小流量維持装置の調節弁を，プラントの運転状態に
   応じて全閉とする信号と最小流量制御信号を切替えて動
   作させるように構成したことを特徴とする排熱回収ボイ
   ラの保護方法。