JPS6222905A - 排熱回収熱交換装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、循環ポンプを用いる強制循環方式の排熱回収
熱交換５Ａ置に係り、特にガスタービンの排ガスを利用
して蒸気タービンを駆動するコンバインドサイクル発電
プラントに好適の排熱回収熱交換装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、火力発電プラントは、エネルギの有効活用を図る
ために高効率化が要求されており、さらに１１．１間帯
によって大幅に変化する電力需要に迅速かつ容易に追従
できることも要求されている。このような高効率化およ
び負荷変動追従性の要求を共に満足する火力発電プラン
トの一つとして、コンバインドサイクル発電プラントが
存在する。このコンバインドサイクル発電プラントは、
ガスタービンの高温排ガスを排熱回収熱交換装置に導き
排熱を回収してこれから多量の蒸気を作り蒸気タービン
を駆動するものである。

第２図は従来のコンバインドサイクル発電プラントを概
略的に示したしので、発電機１に連結されたガスタービ
ン２からは約５００℃もの高温排ガスが排出され、この
ＩＪＩガスｔま排ガス管３を介しｔ排熱回収熱交換装置
４に導入される。この排熱回収熱交換装置４は、大別し
【排熱回収熱交換器５と気水ドラム６と循環ポンプ７な
どから構成されている。上記ＩＪ＋ガスは入口ダクト８
からυ１熱回収熱交換２３５に流入し、過熱器９ど蒸発
器１０と節炭器１１どを順次通過して出ログク１へ１２
から大気中へ排出される。気水ドラム６内の缶水６ａは
、気水ドラム６内の圧力に対する飽和温度よりも若干低
い温度であるため、降水管１３を介して循環ポンプ７に
よって蒸１器１０に送られると第３図に示されたように
直ちに蒸発し蒸気■ａと水とが共存した状態、叩ら気液
二相流の状態で気水ドラム６に流入する。この流入した
二相流は、邪魔板１４に衝突し、液体の大部分は缶水６
ａに落下するが、一部は微小な液滴となって気水ドラム
６内の空間６ｂ内に飛散する。他方、蒸気はこの飛散液
滴のために湿った蒸気となるが、気水分離２Ｓ１５によ
って湿りが取り除かれて気水ドラム６を流出して過熱器
９に流入し乾燥した過熱然気となる。この過熱蒸気は過
熱器９を流出して蒸気タービン１６に流入し発電機１７
を駆動する。節炭器１１は、器外に流出した蒸気量に相
当する給水を気水ドラム６に補給する。この給水ｔよ、
気水ドラム６内の圧力に対応する飽和温度Ｊこりｂ数麿
〜数十度低い温度となるまで節炭器１１内で温められて
いる。

なお、コンバインドサイクル発電プラントは、第２図に
示された系統を複数具備している。

このようにコンバインド号イクル発電プラントは、ガス
タービンの高温排ガスから熱を回収して蒸気タービンを
駆動しているので、非常に高効率となり、また負荷側の
要求に応じて運転する系統の数を適宜選定することによ
り電力需要の変動に迅速に追従する。

ところが、この従来のコンバインドサイクル発電プラン
トに使用されているｌＪ＋熱回収熱交換装置４は、ガス
タービン出力の低下時に気水ドラム内の気水分離性能が
低下し、また循環ポンプがＪＱＩセを受けることがある
といった欠点を右する。

この点を第２図と第３図により詳述する。

節炭器１１の容品は、発電プラントの負荷が晶大、Ｊな
わらガスタービン出力および排熱回収熱交換器の蒸発分
が最大のときに、上述のＪ：うに節炭器１１の給水出口
付近温度が上記飽和温度よりし多少低く（アンダクール
という。）なるように定められている。したがって発電
プラントの負荷低下に伴ってガスタービン出力が低下し
、ガスタービン排ガスの温度が低下すると、排熱回収熱
交換器５の加熱量が減少する。この減少によって、蒸気
■も減少するので節炭器への給水１８も減少する。この
ため、ガスタービン出力低下時には、節炭器１１への給
水量に比べて節炭器容量が相対的に大き過ぎることにな
り、節炭器１１内の給水の温度が飽和温度にまで上昇す
ることがある。例えば、節炭器１１の地点１９において
給水１８が飽和温度に達したとすると、この地点１９よ
り下流側では、蒸気泡２０が連続的に発生する（これは
スチーミング現免と呼ばれる。）この蒸気泡２０は給水
１８と共に二相流の状態で給水内管２１を通って気水ド
ラム６の缶水６ａ中に流出して缶水液面２２を大きく波
立たせる。この缶水液面２２は、図示されていない電気
的センサによって検出され、循環ポンプ７の保全と気水
ドラム内での気水分離性能の保持のために一部レベルと
なるように制御されているが、上述のように液面２２が
大きく波立つと、液面レベルを適正に制御できなくなり
、循環ポンプ７の保全が行われず、かつまた気水分離性
能が低下する。

さらに、気水ドラム６の缶水中の蒸気泡２０が降水管１
３に巻き込まれ循環ポンプ７で圧潰され、この圧潰によ
る衝撃が循環ポンプ７の羽根を損傷する。

以上のように、従来の排熱回収熱交換装Ｊは、節炭器内
の給水にスチーミングが生じたとぎ、気水ドラム内の気
水分離性能が低下し、かつ循環ポンプが損傷するといっ
た欠点が存在していた。

〔発明の目的〕

そこで、本発明の目的は、節炭器にスチーミングが発生
してら、このスチーミングが気水ドラムめ気水分離性能
と循環ポンプの保全とに悪影響を及ぼさない排熱回収熱
交換装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために本発明は、節炭器の出口部を
気水ドラムの空間部に連通可能な第１給水系統と、上記
節炭器出口部を上記気水ドラムの缶水部に連通可能な第
２給水系統と、上記節炭器でのスチーミングの発生の有
無を検出し、その発生検出時に上記第１給水系統を介し
て上記節炭器から上記気水ドラム空間部へ給水し、スチ
ーミング非発生検出時に上記第２給水系統を介して上記
節炭器から上記気水ドラム缶水部へ給水Ｊる制御手段と
を具備することを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下に本発明による排熱回収熱交換装置の一実施例を、
第２図と同部分に同一符号を付して示した第１図を参照
して説明する。

第１図において、発電機１に連結されたガスタービン２
からは約５００℃もの高温排ガスが排出され、この排ガ
ス管３を介して排熱回収熱交換装置４に導入される。こ
の排熱回収熱交換１Ａ置４は、大別して排熱回収熱交換
器５と気水ドラム６と循環ポンプ７などから構成されて
いる。上記排ガスは、入口ダクト８から排熱回収熱交換
器５に流入し、蛇行した伝熱管９ａ、１０ａ、Ｉｌａか
らそれぞれ構成される過熱器９、蒸発器１０．節炭器１
１を順次通過して熱交換した後、出口ダクト１２から人
気中に排出される。過熱器９の入口ヘッダ２３はライン
２４を介して気水ドラム６の気水分子！ｎ器１５に連通
し、出口ヘッダ２５はライン２６を介して蒸気タービン
１６に連通している。

蒸発１１０の入口ヘッダ２７は循環ポンプ７と降水管１
３とを介して気水ドラム６の缶水部６ａに連通し、また
蒸発器出口ヘッダ２８にはライン２９の一端が接続され
、このライン２９の他端は気水ドラム６の空間部６ｂに
位固し、邪魔板１４に対向している。節炭２！ｉ１１の
入口ヘッダ３０には外部ライン３１が接続され、節炭器
出口ヘッダ３２には第１給水管３３の一端が接続され、
この第１給水管３３の他端は気水ドラム６の空間部６ｂ
に位置し邪魔板１４に対向している。第１給水管３３の
途中には第１給水制御弁３４が設けられている。この第
１給水制御弁３４と節炭器出口へラダ３２との間の第１
給水管３３には第２給水管３５の一端が接続され、この
第２給水管３５の他端は気水ドラム缶木部６ａ内に位置
している。

第２給水管３５には第２給水制御井３６が設置されてい
る。

この第１給水管３３と第１給水制御弁３４とから第１給
水系統が構成され、また第１給水管３３の一部と第２給
水管３５と第２給水制御弁３６とから第２給水系統が構
成される。

温度検出器３７は、節炭器出口ヘッダ３２、またはその
付近の第１給水管３３内の給水の温度を検出し、この検
出温度を７■気信号の形で演算制御器３８に送出する。

圧力検出器３９は、気水ドラム空間部６ｂの圧力を検出
し、検出圧力を゛心気信号の形で上記演算制御器３８に
送出する。この演粋制御器３８は、圧力検出器３９の検
出圧力からこれに対する飽和温度を算出し、この飽和温
度と温度検出器３７からの検出温度とを比較し、検出温
度が飽和温度以上であるとぎ、第１給水制御弁３４を開
弁すると共に第２給水制御弁３６を閉弁し、また逆に飽
和温度より低いとき、第１給水管υ制御弁３４を閉弁す
ると共に第２給水制御弁３６を開弁する。

また、気水ドラム６の邪魔板１４の下端には、補給樋４
０が設けられ、この補給樋４０には導管４１の一端が接
続され、この導管４１の（ｌ！！端は缶水６ａ中に位置
している。

次に上述した本発明による装置の作用を説明する。

発電プラントが定格またはその付近で運転されている場
合、ｉＪなわら、ガスタービン出力がほぼ最大である場
合には、節炭器出口ヘッダ３２付近の給水湯度は、飽和
温度より数度乃至数十度低く、節炭器１１内でのスチー
ミングの発生はない。このとき演算制御器３８は、温度
検出器３７の出力信号と圧力検出器３９の出力信号とに
基づき、第１給水１．ＩＩ　ｍ弁３４を１ｍ弁し第２給
水制御弁３６を開弁する。これにより節炭器１１からの
給水１よ第２給水管３５を通って気水ドラム缶水部６ａ
中に流入する。この給水には蒸気泡が存在しないのて・
缶水に穏やかに流入し液面２２を波立たせることはない
。

なお、ガスタービンや蒸気タービン１６、過熱器９、蒸
発器１０、気水ドラム６等の作用は、第２図の場合と全
く同一である。

他方、発電プラントが部分負荷運転状態になると、ガス
タービン出力が低下し、ｇ　Ｉ！検出器３７の検出温度
が圧力検出器３９の検出圧力に対する飽和温度に達して
節炭器１１にスチーミングが発生する。このとぎ演算制
御器３８は、両検出器３７．３９の出力信号に基づき第
１給水制御弁３４を開弁じ、第２給水制御井３６を閉弁
する。

これにより節炭器１１の蒸気泡含む給水は、第１給水管
３３を通って気水ドラム空間部６ｂに流出する。この流
出した給水は、ライン２９からの蒸気流と混合しながら
邪魔板１４に衝突して蒸気と水とに分離する。この蒸気
は、気水分離器１５で湿りを除去された後、ライン２４
を介して過熱器９に送られる。他方、分離されＩζ水は
、補強樋４０に収集され、導管４１を通って気水ドラム
缶水６ａ中に流出する。

邪魔板１４から落下する水は、節炭器１１からの給水の
外に、蒸発器１０からの二相流中の水が加わり非常に多
足になるが、補給ｔａ４０を介して導管４１から缶水６
ａ中に送られるので、液面２２を波立けることはない。

なお、スチーミングの発生しない場合に第２給水管３５
から給水して第１給水管３３から給水しない理由は、も
し第１給水管３３を用いると、節炭器１１からのアンダ
ークールしている給水が第１給水管３３の出口端で蒸気
と接触したウォーターハンマーが生ずる恐れがあるため
である。

以上の実施例では、節炭器内でのスチーミングの発生を
温度検出器３７の出力と圧力検出器３つの出力とから判
別したが、本発明はこれに限るものでなく、他の手段、
例えばスチーミングの発生による振動を検出するように
してもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば節炭器
の出口部を気水ドラムの空間部に連通可能な第１給水系
統と、上記節炭器出口部を上記気水ドラムの缶水部に連
通可能な第２給水系統と、上記節炭器でのスチーミング
の発生の有無を検出し、その発生検出時に上記第１給水
系統を介して上記節炭器から上記気水ドラム空間部へ給
水し、スチーミング非発生検出時に上記第２給水系統を
介して上記節炭器から上記気水ドラム缶水部へ給水する
制御手段とを具備するためにスチーミングの発生時にも
気水ドラム缶水中に蒸気泡が混入することを防止でき、
これににり気水ドラムの気水分離性能を充分保持でき、
かつ循環ポンプの保全ら可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による排熱回収熱交換装置の一実施例を
示した系統図、第２図は従来の排熱回収熱交換装置を示
した系統図、第３図は第２図の節炭器にスチーミングが
発生したときの状態を示した概略図である。 ６・・・気水ドラム、６ａ・・・缶水部、６ｂ・・・空
間部、７・・・循環ドラム、１１・・・節炭器、３３・
・・第１給水管、３４・・・第１給水制御弁、３５・・
・第２給水管、３６・・・第２給水制御弁、３７・・・
温度検出器、３８・・・演算制御器、３９・・・圧力検
出器。 出願人代理人　　広　　藤　　−雄 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、循環ポンプを用いる強制循環方法の排熱回収熱交換
   装置において、節炭器の出口部を気水ドラムの空間部に
   連通可能な第１給水系統と、上記節炭器出口部を上記気
   水ドラムの缶水部に連通可能な第２給水系統と、上記節
   炭器でのスチーミングの発生の有無を検出し、その発生
   検出時に上記第１給水系統を介して上記節炭器から上記
   気水ドラム空間部へ給水し、スチーミング非発生検出時
   に上記第２給水系統を介して上記節炭器から上記気水ド
   ラム缶水部へ給水する制御手段とを具備することを特徴
   とする排熱回収熱交換装置。 ２、上記第１給水系統は、一端が上記節炭器出口部に接
   続され、他端が上記気水ドラム空間部に位置する第１給
   水管と、この第１給水管に設けられた第１給水制御弁と
   を有し、上記第２給水系統は一端が上記節炭器出口部に
   接続され、他端が上記気水ドラム缶水部に位置する第２
   給水管とこの第２給水管に設けられた第２給水制御弁と
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の排熱回収熱交換装置。 ３、上記制御手段は、上記節炭器出口部付近の温度を検
   出する温度検出器と、上記気水ドラム内の圧力を検出す
   る圧力検出器と、上記温度検出器の検出温度が上記圧力
   検出器の検出圧力に対するほぼ飽和温度以上であるか否
   かを判別し、以上であるとき上記第１給水制御弁を開弁
   し、以下であるとき上記第２給水制御弁を開弁する演算
   制御器とを有することを特徴とする特許請求の範囲第２
   項に記載の排熱回収熱交換装置。 ４、上記気水ドラムは、上記第１給水管の他端に対向し
   て設けられた邪魔板と、この邪魔板の下部に設けられた
   補給樋と、一端がこの補給樋に接続され、他端が缶水中
   に位置する導管とを有することを特徴とする特許請求の
   範囲第３項に記載の排熱回収熱交換装置。