JPH08145301A

JPH08145301A - 廃熱回収ボイラ

Info

Publication number: JPH08145301A
Application number: JP29124694A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Marumoto; 隆弘丸本; Hidehisa Yoshizako; 秀久吉廻; Toshinori Shigenaka; 利則重中; Kazuhiro Takenaga; 和弘武永
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】ガスタービンからの排ガスが高温になった場合
でも、減温器や新たな設備を設置をすることなく、容易
に蒸気タービンに供給する蒸気温度を所定温度に調節す
ることができる廃熱回収ボイラを提供する。【構成】(1) 過熱器、蒸発器および節炭器を備え、かつ
内壁に投入ガスのショートパスを防止するガスバイパス
防止板を有する廃熱回収ボイラにおいて、前記ガスバイ
パス防止板を可動式とした廃熱回収ボイラ。(2) 前記可
動式ガスバイパス防止板が側壁にのみ設置されている
(1) の廃熱回収ボイラ。(3) 廃熱回収ボイラに投入され
るガス流の最下流に位置する一対のガスバイパス防止板
以外の少なくとも１つを可動式とした(1) 、(2) の廃熱
回収ボイラ。(4) 前記可動式ガスバイパス防止板が複数
の分割板からなる(1) 乃至(3) の廃熱回収ボイラ。(5)
過熱器出口の蒸気温度により前記可動式ガスバイパス防
止板の開度調節を行う制御装置を備えた(1) 乃至(4) の
廃熱回収ボイラ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は廃熱回収ボイラに関し、
さらに詳しくは広域負荷対応のコンバインド発電プラン
ドに好適に用いることができる廃熱回収ボイラに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、エネルギーの有効利用という観点
から、発電効率の高いコンバインド発電プラントの需要
が急増している。コンバインド発電プラントは、図８に
示すように、ガスタービン１１と、ガスタービン１１か
ら排出された高温排ガスの熱回収を行う廃熱回収ボイラ
５と、該廃熱回収ボイラ５での熱回収により発生した蒸
気の熱エネルギーを利用して発電する蒸気タービン１２
とを備えている。図８において、ガスタービン１１は、
圧縮機１０により圧縮した空気を燃焼および膨脹させて
有効出力を取り出し、高温の排ガスを排出する。この高
温排ガスは、廃熱回収ボイラ５に投入され、過熱器６、
蒸発器８および節炭器９により熱回収されて蒸気を発生
させる。上記過熱器６で発生した蒸気の熱エネルギーは
蒸気タービン１２で動力に変換され、さらにこの過程で
冷却した蒸気は復水器１３に戻される。また、前記廃熱
回収ボイラ５内には通常脱硝装置７が設置される。

【０００３】このようなコンバインド発電プラントは、
非常に効率よく熱回収が行えるためプラント効率が高い
ことに加え、起動特性がよいことから、電力需要の多い
昼間、月曜日から金曜日のみ運転し、夜間や土曜日、日
曜日や祭日には運転を停止するＤＳＳ（ＤａｉｌｙＳ
ｔａｒｔＳｔｏｐ）運転やＷＳＳ（ＷｅｅｋｌｙＳｔ
ａｒｔＳｔｏｐ）運転を行い、発電量を容易に調整す
る変動負荷運転が可能であり、発電量を容易に調整でき
るなどの利点が多い。また、近年、プラント効率をさら
に向上させるため、ガスタービンの耐熱温度を上昇させ
るとともに、伝熱管を高性能化することによって廃熱回
収ボイラの熱回収率の向上が図られている。従って、現
在は１１００℃級のガスタービンが主流であるが、ガス
タービンの耐熱温度を上昇することによりプラント効率
の向上が可能であり、今後は１３００℃級のガスタービ
ンが主流になるものと考えられる。

【０００４】このような高温型のガスタービンを用いる
場合、ガスタービン部分負荷運転時に排ガス温度が上昇
し、過熱器で発生する蒸気の温度が蒸気タービンの耐熱
温度を超えてしまうことから、常に蒸気温度を蒸気ター
ビンの耐熱温度以下に制御する必要がある。このような
対策として、例えば、過熱器で必要以上に熱量を回収
し、蒸気温度が必要以上に上昇した場合には、蒸発器８
と過熱器６との間に設けられる高圧ドラムから該過熱器
６に至る連絡管の途中に減温器と称するスプレノズルを
設置し、連絡管内を流れる蒸気の温度を下げるために冷
却水をスプレするという手法がとられている。しかしな
がら、減温器を用いた場合には、蒸気温度を下げるため
のスプレ量が多くなると、連絡管の限られたストレート
部で噴射したスプレ水を完全に蒸発させることが困難と
なり、未蒸発のスプレ水が連絡管のベンド部に衝突し、
繰返しの熱応力による連絡管ベンド部の疲労割れが生じ
る。さらに、この未蒸発のスプレイ水が連絡管の出口で
も蒸発し切れず、過熱器６のヘッダーにまで到達してし
まうという危惧がある。

【０００５】また、海外の環境規制がそれほど厳しくな
い地域では、図９に示すように、ガスタービン出口から
廃熱回収ボイラ入口に至るダクトに煙突１４を設け、不
要な高温ガスを大気中に排出し、蒸気温度を必要以上に
上昇させないような手段がとられている。しかし、日本
においては環境規制が厳しいため、ガスタービン出口か
ら廃熱回収ボイラに至るダクトに煙突を設けて不要ガス
を排出するとすれば、新たに脱硝装置を追設しなければ
ならず、コスト高となる。

【０００６】さらに、図１０に示すように、従来のガス
バイパス防止板１６を備えた廃熱回収ボイラ５におい
て、過熱器６の蒸気温度の上昇を防ぐために、例えば過
熱器６の上流部と蒸発器８の上流部を連絡するダクト１
５を追設し、ガスをバイパスさせる構造とすることが考
えられるが、ダクト１５の追設には多大なコストが必要
となる。しかも、ガスを過熱器の上流部から抜出し、そ
れを蒸発器上流部にバイパスさせるためには新たなファ
ンの設置が必要である。

【０００７】さらにまた、実開昭６０−１７０５９５号
公報には、図１１に示すように、熱交換器２３内の伝熱
管２の局所摩耗を防止するため、従来は固定式であった
熱ガスのショートパス防止装置２１を支持装置２２を中
心に回転可能に設置した装置が示されている。しかしな
がら、この装置は基本的には熱ガスのショートパス防止
が目的であり、蒸気温度の上昇を防止するために設けら
れたものではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来の問題点を解決し、ガスタービンからの排ガスが高
温になった場合でも、減温器や新たな設備を設置するこ
となく、容易に蒸気タービンに供給する蒸気温度を所定
温度に調節することができる廃熱回収ボイラを提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願で特許請求される発
明は以下のとおりである。（１）過熱器、蒸発器および節炭器を備え、かつ内壁に
投入ガスのショートパスを防止するガスバイパス防止板
を有する廃熱回収ボイラにおいて、前記ガスバイパス防
止板を可動式としたことを特徴とする廃熱回収ボイラ。（２）前記可動式ガスバイパス防止板が側壁にのみ設置
されていることを特徴とする(1) 記載の廃熱回収ボイ
ラ。（３）廃熱回収ボイラに投入されるガス流の最下流に位
置する一対のガスバイパス防止板以外の少なくとも１つ
を可動式としたことを特徴とする(1) 、(2) 記載の廃熱
回収ボイラ。（４）前記可動式ガスバイパス防止板が複数の分割板か
らなることを特徴とする(1) 乃至(3) 記載の廃熱回収ボ
イラ。（５）過熱器出口の蒸気温度により前記可動式ガスバイ
パス防止板の開度調節を行う制御装置を備えたことを特
徴とする(1) 乃至(4) 記載の廃熱回収ボイラ。

【００１０】本発明においては、廃熱回収ボイラの内壁
に設けられたガスバイパス防止板を可動式にすることに
より、ガスのバイパス量を容易に調整できる。従って、
例えば、過熱器での熱回収量が過大となって蒸気タービ
ン入口における蒸気温度が蒸気タービン耐熱温度以上に
なることが予想される場合には、可動式ガスバイパス防
止板を倒してガスのバイパス量を増加させることによ
り、過熱器での熱回収量が適正化され、蒸気タービン入
口における蒸気温度が蒸気タービンの耐熱温度を超える
のを防止することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図面により説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。図１は、本発明
の一実施例を示す廃熱回収ボイラの熱回収部の説明図で
あり、（Ａ）はボイラ内壁の側壁にガスバイパス量調整
板１を設置した場合の斜視説明図、（Ｂ）はボイラ内壁
の上下壁にガスバイパス量調整板１を設置した場合の側
面図である。図１において、廃熱回収ボイラ５の過熱器
等の熱回収部には、伝熱管２とヘッダー３が設置されて
おり、（Ａ）ではボイラ内壁の側壁４Ａに、また（Ｂ）
ではボイラ内壁の上下壁４Ｂにガスバイパス量調整板１
がそれぞれ可倒可能に設けられている。

【００１２】図２は、ガスバイパス量調整板１の開閉に
よるガス流れの説明図であり、（Ａ）はガスバイパス量
調整板１を可倒しない標準状態（閉状態）のガス流れを
示し、（Ｂ）はガスバイパス量調整板１を可倒した状態
（開状態）のガス流れを示す。ガスバイパス量調整板１
が閉状態ではガスのショートパス量が少ないため、熱回
収が効率よく行われるが、該調整板１が開状態ではガス
のショートパス量が多く、熱回収率が低下する。

【００１３】図３は、ガスバイパス量調整板１の開閉に
よる廃熱回収ボイラ５の吸熱量変化をボイラの位置に対
応して示した図である。（Ａ）は、過熱器６、脱硝装置
７、蒸発器８および節炭器９を備え、かつガスバイパス
量調整板１の(1) 〜(5) が設置された廃熱回収ボイラ５
の内部平面図、（Ｂ）は、ガスバイパス量調整板(1)〜
(5) を従来のように閉状態とした場合のボイラの吸熱量
変化を示す図、（Ｃ）は、過熱器６上流に設置した一対
のガスバイパス量調整板(1) のみを全開状態とした場合
のボイラの吸熱量変化を示す図である。図３から、ガス
バイパス量調整板(1) を全開状態とすることにより、過
熱器６の吸熱量が低下し、またバイパスによって回収で
きなかった熱量は後流の蒸発器８等で熱回収されること
が示される。

【００１４】図４は、ガスバイパス量調整板１の開度量
と過熱器出口蒸気温度の関係（Ａ）および該開度量と蒸
気タービン入口温度の関係（Ｂ）を示す図である。この
時のガスタービンと廃熱回収ボイラの総合出力は１５万
ＫＷで、最低負荷は５０％であり、また使用したガスバ
イパス量調整板１の板厚は５０mmであり、その幅が廃熱
回収ボイラの側壁間距離に対して５％、１０％、１５％
の３種類のものについて調べた。図４から、ガスバイパ
ス量調整板１の開度が大きいほど過熱器出口の蒸気温度
が低下し、また該調整板１の幅が大きいほどその効果が
大きいことがわかる。

【００１５】従って、予めこれらの関係を入力した制御
装置を設置し、かつ、過熱器出口温度を常時監視し、こ
の情報を上記制御装置に入力し、ガスバイパス量調整板
１の開度（角度）を制御するフィードバック制御を行う
ことにより、過熱器出口の蒸気温度を蒸気タービン耐熱
温度以下に自動制御することができる。また過熱器出口
の蒸気温度とともに、ガスタービン出口や廃熱回収ボイ
ラ入口の排ガス温度等による制御を行うことにより迅速
な対応が可能となる。ガスバイパス量調整板の開度の調
節は例えば油圧駆動式により行うことができる。

【００１６】このように、廃熱回収ボイラ５の内壁に設
置されたガスバイパス量調整板１の開度を調節すること
で任意にガスのバイパス量を調整できるため、過熱器６
や蒸発器８での吸熱量の制御が可能になる。従って、負
荷変動運転を行う際に、過熱器６の温度が異常に高くな
った場合にはガスバイパス量調整板１の開度を大とし、
過熱器における熱回収量を減少させ、過熱器出口温度を
所定の温度まで低減することが可能となる。また、バイ
パスさせたガスは下流側で熱回収を行うことにより、プ
ラント全体の熱効率を低下させることがない。

【００１７】本発明における可動式ガスバイパス量調整
板１は、廃熱回収ボイラの内壁、例えば側壁や上下壁等
に設置することができるが、特に廃熱回収ボイラの側壁
に設置するのが好ましい。ガスバイパス量調整板１によ
るガスバイパス防止効果は図５に示すように側壁に設置
した場合が最も大きいためである。すなわち、側壁に設
置されたガスバイパス量調整板によるガスバイパス防止
の効果が他の個所に設置された場合に較べて非常に大き
く、側壁に設置されたガスバイパス量調整板のみ可動式
にするだけでも、廃熱回収ボイラの各部の吸熱量を容易
に制御することができる。

【００１８】また本発明においては、図６に示すよう
に、廃熱回収ボイラ全体の吸熱量を常に一定に保つため
に、ガス流れに対して最も下流に位置する１組のガスバ
イパス量調整板１の(6) （その下流側には伝熱管群が存
在しない）を可動しないガスバイパス防止板とすること
が好ましい。また該ガスバイパス防止板以外の可動式ガ
スパイパス量調整板１は少なくとも１つあればよく、ま
たその設置場所には特に制限はないが、過熱器の前流に
設置するのが好ましい。

【００１９】さらに本発明においては、図７に示すよう
に、ガスバイパス量調整板１を可動可能な複数の分割板
１Ａ（図７では３枚）で構成させることができる。この
ように複数枚の分割板１Ａからなるガスバイパス量調整
板１を用いることにより、ガスバイパス量の微調整が可
能となり、よりきめ細かい温度制御が可能となる。さら
にガスバイパス量調整板１を駆動するのに必要な動力の
適正化が図れ、所内動力の低減が可能である。

【００２０】また、本発明におけるガスバイパス量調整
板の可動は上記した可倒式の場合に限られず、例えばス
ライド式であってもよい。さらに本発明の廃熱回収ボイ
ラと従来の減温器との組合わせにより蒸気温度の調整を
行うことも可能である。

【００２１】

【発明の効果】本願の請求項１の廃熱回収ボイラによれ
ば、コンバインド発電プラントにおけるガスタービンか
らの排ガスが高温になった場合でも、減温器や新たな設
備を設置することなく、容易に過熱器出口蒸気温度を蒸
気タービン耐熱温度以下に調節することができる。本願
の請求項２の廃熱回収ボイラによれば、効率よくガスバ
イパス量を調整することができる。本願の請求項３の廃
熱回収ボイラによれば、廃熱回収ボイラ全体の吸熱量を
常に一定に保つことができる。本願の請求項４の廃熱回
収ボイラによれば、ガスバイパス量の微調整が可能であ
り、よりきめ細かい温度制御が可能となる。本願の請求
項５の廃熱回収ボイラによれば、過熱器出口の蒸気温度
を蒸気タービン耐熱温度以下に自動制御することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す廃熱回収ボイラの熱回
収部の説明図。

【図２】ガスバイパス量調整板１の開閉によるガス流れ
の説明図。

【図３】ガスバイパス量調整板１の開閉による廃熱回収
ボイラ５の吸熱量変化をボイラの位置に対応して示した
図。

【図４】ガスバイパス量調整板１の開度量と過熱器出口
蒸気温度の関係および該開度量と蒸気タービン入口温度
の関係を示す図。

【図５】ガスバイパス量調整板１の設置場所によるガス
バイパス防止分担率を示す図。

【図６】本発明の他の実施例を示す廃熱回収ボイラを示
す内部平面図。

【図７】本発明のさらに他の実施例を示す廃熱回収ボイ
ラの熱回収部の説明図。

【図８】ガスタービンと廃熱回収ボイラを組合わせたコ
ンバインド発電プラントの系統図。

【図９】ガスタービンと廃熱回収ボイラを組合わせた他
のコンバインド発電プラントの系統図。

【図１０】従来のガスバイパス防止板を備えた廃熱回収
ボイラに、過熱器上流部と蒸発器上流部を結ぶダクトを
設置した装置の説明図。

【図１１】従来技術における熱ガスのショートバイパス
防止装置を回転可能に設置した熱交換器の説明図。

【符号の説明】

１…ガスバイパス量調整板、１Ａ…分割板、２…伝熱
管、３…ヘッダー、４…内壁、４Ａ…側壁、４Ｂ…上下
壁、５…廃熱回収ボイラ、６…過熱器、７…脱硝装置、
８…蒸発器、９…節炭器、１０…圧縮機、１１…ガスタ
ービン、１２…蒸気タービン、１３…復水器、１４…煙
突、１５…ダクト、１６…ガスバイパス防止板、２１…
ショートパス防止装置、２２…支持装置、２３…熱交換
器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武永和弘広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】過熱器、蒸発器および節炭器を備え、か
つ内壁に投入ガスのショートパスを防止するガスバイパ
ス防止板を有する廃熱回収ボイラにおいて、前記ガスバ
イパス防止板を可動式としたことを特徴とする廃熱回収
ボイラ。
【請求項２】前記可動式ガスバイパス防止板が側壁に
のみ設置されていることを特徴とする請求項１記載の廃
熱回収ボイラ。
【請求項３】廃熱回収ボイラに投入されるガス流の最
下流に位置する一対のガスバイパス防止板以外の少なく
とも１つを可動式としたことを特徴とする請求項１また
は２記載の廃熱回収ボイラ。
【請求項４】前記可動式ガスバイパス防止板が複数の
分割板からなることを特徴とする請求項１乃至３記載の
廃熱回収ボイラ。
【請求項５】過熱器出口の蒸気温度により前記可動式
ガスバイパス防止板の開度調節を行う制御装置を備えた
ことを特徴とする請求項１乃至４記載の廃熱回収ボイ
ラ。