KR20140024335A

KR20140024335A - 배열 회수 보일러 및 발전 플랜트

Info

Publication number: KR20140024335A
Application number: KR1020137027757A
Authority: KR
Inventors: 게이이치 나카무라; 히데아키 시마다
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2014-02-28
Also published as: US20140130476A1; DE112012001440T5; US9528396B2; JP5665621B2; WO2012133333A1; JP2012202611A; KR101500896B1

Abstract

어느 하나의 열교환기의 상류측에서 배기가스를 가열하는 조연장치(50,52)와, 조연장치에 연료를 공급하는 연료 공급계를 설치하여, 고온의 배기가스에 의한 전열관의 손상을 회피하기 위해, 조연장치(50,52)에 공급하는 연료 투입량을 제한하는 지표치를 설정하고, 지표치의 한계를 넘지 않도록 조연장치(50,52)에의 연료 투입량을 제한한다.

Description

배열 회수 보일러 및 발전 플랜트{EXHAUST HEAT RECOVERY BOILER, AND POWER GENERATION PLANT}

본 발명의 실시형태는, 배열 회수(排熱回收) 보일러 및 발전(發電) 플랜트에 관한 것이다.

최근의 화력발전 플랜트에서는, 플랜트의 열효율의 향상을 도모하기 위해, 컴바인드 사이클(combined cycle) 발전이 주류가 되고 있다. 컴바인드 사이클 발전 플랜트는, 가스 터빈, 증기 터빈에 배열 회수 보일러를 조합한 발전 플랜트이다. 가스 터빈에는 연소기로부터 고온 고압의 연소 가스가 이송되어, 연소 가스의 팽창에 의해 가스 터빈을 회전시켜 발전기를 돌린다. 그 후, 배기가스는 배열 회수 보일러에 도입되어, 이 배열 회수 보일러로 배기가스가 가지는 열에너지에 의해서 증기를 발생시킨다. 증기는 증기 터빈에 이송되어, 가스 터빈과 함께 발전기를 돌리게 된다.

일반적으로, 배열 회수 보일러는, 가스 터빈으로부터 배출되는 배기가스의 열에 따른 증기를 발생하여 증기 터빈에 증기를 공급하는 보일러이지만, 최근에는, 배기가스를 가열하는 조연장치(助燃裝置)를 부가한 배열 회수 보일러가 증가하고 있다. 이것은, 여름에는 가스 터빈의 출력이 저하되어 배기가스량의 감소에 수반하여 배열 회수 보일러로의 증기 발생량 저하를 보충할 필요가 있는 것, 또는 코제너레이션 플랜트나 조수(造水) 플랜트 등, 증기 터빈 이외에도 증기를 공급하기 때문이다.

최근의 배열 회수 보일러에 있어서는, 증기 공급량을 늘리기 위해서 조연장치가 대형화되고 있다. 이것에 수반하여 배열 회수 보일러내의 배기가스 온도가 높아져, 보일러 구성 부재의 내구성·신뢰성이 낮아지는 것을 방지하기 위해서, 조연장치를 복수 개소에 설치하는 것이 행하여지고 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 2001-116208호 공보).

조연장치를 설치한 배열 회수 보일러에서는, 조연장치에 점화(點火)하여 배기가스를 가열한 경우와 조연장치를 소화(消火)한 경우는, 배열 회수 보일러 내부의 열밸런스가 크게 달라진다. 배열 회수 보일러에 이용하는 전열관(傳熱管) 등의 설비에는, 조연장치를 사용한 경우와 사용하지 않는 경우의 양쪽의 열밸런스를 실현하는 것이 선정되기 때문에, 설비가 과잉이 되는 경향이 있다.

다른 한편, 가스 터빈의 출력과 조연장치에의 연료 투입량의 관계를 적정하게 유지하지 않으면, 조연장치의 부하를 너무 올려서, 배열 회수 보일러의 전열관 등이 손상되는 경우가 있다. 예를 들어, 가스 터빈의 출력이 높은 경우에는, 배열 회수 보일러에 공급되는 배기가스량이 충분히 있기 때문에, 조연장치에의 연료 투입량이 너무 많으면, 배기가스 온도가 너무 높아져서 조연장치 주변의 기기를 손상시킨다.

또한, 가스 터빈의 배기가스만으로 필요한 증기를 충분히 얻을 수 있는 경우, 조연장치는 소화된다. 이 때 보일러에서의 증기 발생량은 적기 때문에, 전열관 내부를 흐르는 증기량이 부족하게 되어, 과열기의 전열관이 배기가스로 허용 이상으로 가열되어 버리는 경우가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 상기 종래 기술이 가지는 문제점을 해소하여, 조연장치에의 연료 투입량에 가스 터빈의 운전 상황에 따른 적절한 제한을 가해지도록 하여, 배열 회수 보일러의 전열관 등의 설비를 손상시키지 않게 할 수 있는 배열 회수 보일러를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 배열 회수 보일러내의 조연장치에의 연료 투입량에 가스 터빈의 운전 상황에 따른 적절한 제한을 가해지도록 한 배열 회수 보일러를 가지는 발전 플랜트를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 가스 터빈으로부터의 배출 가스가 흐르는 방향을 따라서 과열기, 증발기, 절탄기(節炭器)로 이루어지는 복수의 열교환기가 덕트내에 배치되고, 상기 가스 터빈의 배기가스를 이용하여 증기를 발생하는 배기가스 회수 보일러에 있어서, 어느 하나의 상기 열교환기의 상류측에서 상기 배기가스를 가열하는 조연장치와, 상기 조연장치에 연료를 공급하는 연료 공급계와, 상기 조연장치에 공급하는 연료 투입량을 제한하는 지표치를 설정하고, 상기 지표치의 한계를 넘지 않도록 상기 조연장치에의 연료 투입량을 제한하는 연료투입 제한수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은, 고온, 고압의 연소 가스에 의해서 터빈을 회전 구동하는 가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터의 배출 가스가 흐르는 방향을 따라서 과열기, 증발기, 절탄기로 이루어지는 복수의 열교환기가 덕트내에 배치되고, 상기 가스 터빈의 배기가스를 이용하여 증기를 발생하는 배기가스 회수 보일러와, 상기 배기가스 회수 보일러에서 발생한 증기에 의해 구동되는 증기 터빈과, 상기 가스 터빈 및 상기 증기 터빈에 의해서 구동되는 발전기를 구비하고, 상기 배기가스 회수 보일러는, 어느 하나의 상기 열교환기의 상류측에서 상기 배기가스를 가열하는 조연장치와, 상기 조연장치에 연료를 공급하는 연료 공급계와, 상기 조연장치에 공급하는 연료 투입량을 제한하는 지표치를 설정하고, 상기 지표치의 한계를 넘지 않도록 상기 조연장치에의 연료 투입량을 제한하는 연료투입 제한수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 배열 회수 보일러를 구비한 발전 플랜트의 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 의한 배열 회수 보일러를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 의한 배열 회수 보일러에 있어서의 조연장치에의 연료 투입 제한의 변화를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명에 의한 배열 회수 보일러의 일실시형태에 대해서, 첨부된 도면을 참조하면서 설명한다.

제 1 실시형태

도 1은, 본 실시형태에 의한 배열 회수 보일러가 적용되는 컴바인드 사이클형의 발전 플랜트의 계통도이다.

이 도 1에 있어서, 참조번호 10은 발전기를 나타내고, 12는 증기 터빈, 14는 가스 터빈을 나타내고 있다. 참조번호 16은, 배열 회수 보일러를 나타낸다.

발전기(10)는, 증기 터빈(12)과 가스 터빈(14)과 동일한 구동축(18)에 의해서 연결되어 있다. 또한 구동축(18)에는 공기압축기(20)가 연결되어 있다. 이 공기압축기(20)는, 외부로부터 흡입된 공기 A를 고온 고압으로 압축되어 연소기(22)에 공급한다. 이 연소기(22)에서는, 연료 계통(24)으로부터 공급되는 연료에 압축된 공기가 혼합되어 연소되어, 고온 고압의 연소 가스는 가스 터빈(14)에 보내진다. 이 연소 가스가 팽창되는 일을 하는 것에 의해 가스 터빈(14)의 터빈이 회전 구동되고, 발전기(10)는 회전한다. 가스 터빈(14)으로부터 배출된 배기가스(25)는 배기 덕트(26)를 통하여 배열 회수 보일러(16)까지 인도된다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 배열 회수 보일러(16)의 덕트(27)의 내부에는, 가스 터빈(14)으로부터 배출된 배기가스(25)가 흐르는 방향을 따라서 상류측으로부터 순서대로 고온 과열기(28), 저온 과열기(30), 증발기(32), 절탄기(34)라고 하는 4종류의 열교환기가 설치되어 있다. 증발기(32)에는 증기 드럼(36)이 설치되어 있다. 절탄기(34)는, 보일러 급수를 배기가스(25)의 열로 가열하고 나서 증기 드럼(36)에 공급한다. 증기 드럼(36)에서는, 증발기(32)에서 발생한 포화 증기의 기액(氣液) 분리를 행하는 것과 함께, 그 내부를 소정의 수위로 유지함으로써 포화 증기와의 밸런스가 유지되게 되어 있다. 증기 드럼(36)에서 기액분리된 물은 증발기(32)에 재도입된다.

증기 드럼(36) 내부의 포화 증기는, 포화 증기관(38)을 다니며 저온 과열기(30)에 우선 이송되어, 여기서 과열되고 나서, 고온 과열기(28)에 더 이끌리고, 여기서 증기는 더 과열된다. 저온 과열기(30)와 고온 과열기(28)의 사이에는, 증기 온도를 조절하기 위한 온도 감지기(40)가 설치되어 있다.

고온 과열기(28)의 보일러 출구에는 출구 배관(42)이 접속되어 있고, 고온 과열기(28)에서 과열된 과열 증기는, 출구 배관(42)을 통하여 증기 터빈(12)에 이송되어, 팽창 일을 행하여 증기 터빈(12)을 회전시키게 된다. 일을 끝낸 증기는, 복수기(復水器)(43)에 인도되어 물로 되돌려져, 복수 펌프(46)에 의해서 복수 복귀 배관(45)을 통하여 급수 펌프(46)로 가압되어 절탄기(34)에 환류된다. 연료 계통(24)에서는, 조연장치(50,52)에 각각 연료를 공급하는 연료 공급 배관(54,55)이 분기되어 있다.

본 실시형태에 의한 배열 회수 보일러(16)에서는, 다음과 같이 조연장치(50,52)는 2개소에 설치되어 있다.

이 중, 제1단째의 조연장치(50)는, 배기가스(25)가 흐르는 방향에서 최상류의 위치에 배치되어, 이 실시형태의 배열 회수 보일러(16)의 경우, 고온 과열기(28)의 상류측에 설치되어 있다. 이 제1단째의 조연장치(50)에는, 복수의 버너(51)가 하류측의 고온 과열기(28)를 향해서 설치되어 있다. 제1의 연료 공급 배관(54)에는, 연료 조정 밸브(56)와 연료 차단 밸브(57)가 배치되어 있고, 버너(51)로 연소시키는 연료 투입량을 연료 조정 밸브(56)의 개도(開度)를 조정함으로써 제어하고 있다. 버너(51)를 소화할 경우에는 연료 차단 밸브(57)가 닫히도록 되어 있다.

제2단째의 조연장치(52)는, 제1단째의 조연장치(50)보다 하류 위치, 이 실시형태의 경우, 증발기(32)의 상류측에 배치되어 있다. 이 제2단째의 조연장치(52)에는 복수의 버너(53)가 하류측의 증발기(32)를 향해서 설치되어 있다. 제 2 연료 공급 배관(55)에는, 연료 투입량을 조정하는 연료 조정 밸브(58)와 버너(53)를 소화할 때에 닫는 연료 차단 밸브(59)가 배치되어 있다.

다음에, 도 2에 있어서, 참조 번호 60은, 제1단째의 조연장치(50)와 제2단째의 조연장치(52)의 점화, 소화 및 연료 투입량을 제어하는 제어장치를 나타낸다. 연료 계통(24)을 흐르는 연료의 유량은, 유량계(62)에 의해 검출되어, 제어장치(60)에 입력된다. 또한, 보일러 출구의 출구 배관(42)에는, 증기 유량을 계측하는 증기 유량계(63)가 설치되어 있고, 증기 유량은 증기 유량계(63)로부터 제어장치(60)에 입력된다.

또한, 제2단째의 조연장치(52)와 증발기(32)의 사이에는, 배기가스의 온도를 검출하는 배기가스 온도 검출기(64)가 배치되어 있다. 이와 같이 제1단째의 조연장치(50)와 고온 과열기(28)의 사이에도 배기가스의 온도를 검출하는 배기가스 온도 검출기(65)가 배치되어 있다.

제1단째의 조연장치(50)와 제2단째의 조연장치(52)에 대해서는, 공급하는 연료 투입량을 제한하는 지표치가 미리 설정되어 있고, 제어장치(60)는, 이 지표치에 기초하여 각각 연료 조정 밸브(56,58)의 개도를 각각 조정하여 제1단째의 조연장치(50)와, 제2단째의 조연장치(52)에의 연료 투입량을 제한하게 되어 있다.

본 실시형태에 의한 배열 회수 보일러는, 이상과 같이 구성되는 것이고, 다음에, 그 작용 및 효과에 대해 설명한다.

우선, 제1단째의 조연장치(50)와 제2단째의 조연장치(52)의 배열 회수 보일러(16)에 있어서의 작용에 대해 설명한다.

제2단째의 조연장치(52)는, 증발기(32)의 상류에 배치되어 있기 때문에, 버너(53)로부터 분출되는 화염으로 배기가스(25)가 가열되면, 주로, 증발기(32)에서의 증발량을 증대시킬 수 있다.

이것에 대해서, 제1단째의 조연장치(50)는, 고온 과열기(28), 저온 과열기(30)의 상류에 설치되어 있기 때문에, 버너(51)로부터 분출되는 화염으로 배기가스(25)가 가열되면, 이들 고온 과열기(28), 저온 과열기(30)에서의 증기의 과열도를 상승시킬 수 있다.

가스 터빈(14)으로부터 공급되는 배기가스(25)에 대해서는, 가스 터빈(14)의 출력이 높으면 배기가스 유량은 증대되고, 반대로, 가스 터빈(14)의 출력이 저하되어 가면 배기가스 유량은 감소되어 간다.

가스 터빈(14)의 출력이 낮은 상태인 경우, 배열 회수 보일러(16)에 공급되는 배기가스 유량은 적기 때문에, 제1단째의 조연장치(50)나 제2단째의 조연장치(52)에 연료를 너무 투입하면, 배기가스(25)의 온도가 너무 상승하여, 고온 과열기(28)나 증발기(32)의 전열관 등의 설비를 손상시킬 가능성이 있다.

따라서, 본 실시형태에서는, 제2단째의 조연장치(52)의 하류에 있어서의 배기가스 온도의 상한치 T1이 미리 설정되어 있어, 배기가스 온도가 이 상한치 T1 이상으로 상승하는 것을 막기 위해서, 제2단째의 조연장치(52)에의 연료 투입량에 다음과 같은 제한을 걸고 있다.

증기 터빈(12)에 공급하는 증기량이 부족하게 되어, 배열 회수 보일러(16)에서의 증기 발생량을 증가시킬 때에는, 최초로 제2단째의 조연장치(52)의 버너(53)에 점화하고, 이 제2단째의 조연장치(52)에의 연료 투입량을 증가시켜 간다. 최초부터 제2단째의 조연장치(52)와 제1단째의 조연장치(50)에 점화하여 투입하는 연료를 동시에 증가시키거나, 혹은 제2단째부터 먼저 제1단째의 조연장치(50)에 점화하여 연료를 증가시켜 가면, 증발량이 충분하지 않은 상태인 채로 고온의 배기가스(25)로 고온 과열기(28), 저온 과열기(30)를 너무 가열하는 것이 되어 바람직하지 않다.

제2단째의 조연장치(52)에의 연료 투입량이 서서히 증가되어 가면, 버너(53)의 화력이 증대되어 가므로, 배기가스(25)의 온도는 상승되어 간다. 이것에 수반하여 증발기(32)에서 발생하는 증기량도 증가한다. 증기는, 증발기(32)로부터 저온 과열기(30), 고온 과열기(28)로 차례차례 이송되어, 여기서 가스 터빈(14)으로부터 배출되어 오는 배기가스(25)에 의해서 과열되어 증기 터빈(12)에 보내지게 된다.

이 동안, 제2단째의 조연장치(52)의 하류의 배기가스 온도는, 가스 온도 검출기(64)에 의해서 검출되고, 제어장치(60)는, 배기가스 온도의 상승을 감시하고 있다. 배기가스 온도가 상승되어 가서 이윽고 상한 온도 T1에 가까워지면, 제어장치(60)는 연료 조정 밸브(58)의 개도를 좁혀, 제2단째의 조연장치(52)에 공급되는 연료의 유량을 감소시키므로, 이것에 수반하여 배기가스 온도도 저하한다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 조연장치(52) 하류의 가스 온도 검출기(64)로부터의 온도 검출치를 제어장치(60)에 입력하는 것 이외에, 가스 터빈(14)의 출력에 따라서 조연장치(52)에의 연료 투입량의 상한치를 미리 정해 두도록 하는 것도 가능하다. 이것을, 도 3을 이용하여 설명한다.

도 3은, 가스 터빈(14)의 출력과 조연장치(52)의 출력의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서, 조연장치(52)의 출력은 조연장치(52)에의 연료 투입량에 비례하고 있다.

가스 터빈(14)의 출력이 낮은 경우에는, 배열 회수 보일러(16)에 공급되는 배기가스량은 적기 때문에, 제2단째의 조연장치(52)에 같은 양의 연료를 공급하고 있어도, 가스 터빈(14)의 출력이 낮을수록 배기가스 온도는 높아진다. 따라서, 배기가스 온도가 상한 온도 T1에 이르지 않게 하기 위해서는, 가스 터빈(14)의 출력에 따라서 제2단째의 조연장치(52)에 투입하는 연료 투입량의 상한치를 변화시킬 필요가 있다.

따라서, 가스 터빈(14)의 출력이 비교적 낮은 영역에서는, 가스 터빈(14)의 출력이 높을수록, 그것에 비례하여 제2단째의 조연장치(52)의 투입량의 상한치를 크게 설정한다. 이와 같이 설정함으로써, 도 3의 직선 a에 나타내는 바와 같이, 조연장치(52)의 출력은 그 상한이 직선적으로 증가하도록 제한되고 있다.

이렇게 하여, 가스 터빈(14)의 출력은 저출력 영역에서 변화해도, 배기가스 온도가 상한 온도 T1에 이르지 않도록, 제2단째의 조연장치(52)에 투입되는 연료 투입량은 제한되기 때문에, 증발기(32)의 전열관의 과열을 미연에 방지하는 것이 가능하게 된다. 한편, 제어장치(60)에 있어서, 이와 같이 가스 터빈 출력에 응한 조연장치(52)에의 연료 투입량의 상한치를 미리 정해 두는 것과 함께, 상술과 같은, 조연장치(52) 하류의 가스 온도 검출기(64)로부터의 온도 검출치를 제어장치(60)에 입력하여 조연장치(52)에 공급되는 연료의 유량 제어의 양자를 조합함으로써, 보다 안전성을 향상시키는 것도 가능하다.

그런데, 증발기(32)에서의 증기 발생량이 증가하면, 고온 과열기(28)나 저온 과열기(30)에서의 증기의 과열도가 저하되어 온다. 따라서, 제1단째의 조연장치(50)에 점화하여 배기가스의 온도를 상승시킨다.

이 제1단째의 조연장치(50)에서도, 상술한 제2단째의 조연장치(52)와 같이, 제1단째의 조연장치(50)의 하류에 있어서의 배기가스 온도의 상한치 T2를 미리 설정해 두고, 배기가스 온도가 이 상한치 T2 이상으로 상승하는 것을 막기 위해서, 제1단째의 조연장치(50)에의 연료 투입량에 제한을 걸도록 해도 좋다. 이 때, 제어장치(60)에 있어서, 조연장치(50)와 고온 과열기(28)의 사이의 배기가스 온도 검출기(65)로부터의 배기가스의 온도 외에, 보일러 출구의 출구 배관(42)에 설치된 증기 유량계(63)로부터 입력된 증기 유량을 이용하는 것도 가능하다. 제1단째의 조연장치(50)의 하류에 있어서의 배기가스의 온도가 비교적 높아도, 고온 과열기(28)나 저온 과열기(30)를 흘러 통과하는 증기의 유량이 충분히 많은 경우에는, 고온 과열기(28)나 저온 과열기(30)의 전열관 등은 충분히 냉각된다. 이 때문에, 증기 유량의 증가에 따라 제1단째의 조연장치(50)에의 연료 투하량의 상한치를 증가시켜도, 고온 과열기(28)나 저온 과열기(30)의 전열관 등의 과열을 방지할 수 있다. 이와 같이 배기가스 온도 검출기(65)로부터의 배기가스 온도 또는 증기 유량계(63)의 증기 유량을 이용하여 제1단째의 조연장치(50)의 연료 투입량을 제어함으로써, 보다 많은 증기를 발생시키는 것이 가능하게 된다.

이상은, 가스 터빈(14)의 출력이 낮은 경우이지만, 가스 터빈(14)의 출력이 높은 영역의 경우에는, 다음과 같이 증발량을 지표로 하여 제2단째의 조연장치(52)에의 연료 투입량에 제한을 걸게 된다.

가스 터빈(14)의 출력이 높은 경우에는, 배열 회수 보일러(16)에 공급되는 배기가스 유량은 증대되므로, 제1단째의 조연장치(50)나 제2단째의 조연장치(52)의 하류에서의 배기가스 온도가 상한치 T2까지 상승하기 전에, 안전밸브 용량 등 보일러 본체의 사양으로부터 정해지는 증기 유량의 최대치에 도달해 버릴 가능성이 있다.

따라서, 제어장치(60)는, 보일러 출구에서의 증기 유량을 증기 유량계(63)로 감시하면서, 증기 유량이 안전밸브 용량 등으로부터 정해지는 최대치 이상이 되지 않도록, 제2단째의 조연장치(52)에 투입하는 연료 투입량에 제한을 걸게 된다. 이러한, 가스 터빈(14)의 출력이 높은 영역에 있어서의 보일러 출구에서의 증기 유량에 의한 조연장치(52)에의 연료 투입량 제한의 제어에 있어서도, 증기 유량계(63)로부터 검출되는 증기 유량에 따르지 않고, 가스 터빈 출력에 따라서 조연장치(52)에의 연료 투입량의 상한치를 미리 설정해 두고, 이것에 기초하여 연료 투입량에 제한을 거는 것도 가능하다.

도 3에 있어서의 직선 b가, 이러한 연료 투입량의 제한을 가했을 때의 가스 터빈 출력이 높은 영역에서의 조연장치(52)의 출력의 상한의 변화를 나타내고 있다.

가스 터빈(14)의 출력이 높은 경우에는, 배열 회수 보일러(16)에 공급되는 배기가스량은 증대되어 오기 때문에, 제2단째의 조연장치(52)에 같은 양의 연료가 투입되었다고 해도, 가스 터빈(14)의 출력이 높을수록 증기 발생량은 증가하게 된다. 이 때문에, 증기 발생량이 최대치 이상이 되지 않게 하기 위해서는, 가스 터빈(14)의 출력이 올라가는 것에 반비례하여, 연료 투입량의 상한치를 서서히 내려가게 하면 좋다.

도 3의 직선 b에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(14)의 출력이 높은 경우에는, 그 출력이 높을수록, 제2단째의 조연장치(52)에의 연료 투입량의 상한치는 작아지도록 설정되어 있으므로, 조연장치(52)의 출력의 상한은 직선적으로 감소하도록 제한되어 있다.

따라서, 증발량이 최대치에 가까워지면, 제어장치(60)는 연료 조정 밸브(58)의 개도를 좁혀, 제2단째의 조연장치(52)에 공급되는 연료의 유량이 감소하므로, 이것에 수반하여 증발량도 저하되어 간다. 이와 같이 하여, 가스 터빈(14)의 출력이 고출력 영역에서 변화해도, 제어장치(60)는, 증기 발생량이 최대치에 도달하지 않도록, 제2단째의 조연장치(52)에의 연료 투입량을 제한하기 때문에, 증기의 과도한 유량을 미연에 방지할 수 있다.

이와 같이 가스 터빈(14)의 출력에 따라서 제2단째의 조연장치(52)에의 연료 투입량의 상한치를 정해 두면, 증기 유량계(63)에 의해 증기 유량에 의한 비교적 복잡한 연료 투입량의 상한 제어를 행하지 않아도 된다. 한편, 이들의 양자, 즉 가스 터빈(14)의 출력에 의한 연료 투입량의 상한과, 증기 유량계(63)로부터의 증기 유량에 기초하는 연료 투입량의 상한 제어를 조합하여, 어느 쪽인지 보다 작은 쪽을 제2단째의 조연장치(52)에 투입하는 연료 투입량의 상한치로 하는 것도 가능하다. 이와 같이 구성하면 보다 안전성이 높은 시스템으로 하는 것이 가능하다.

또한, 제1단째의 조연장치(50)에 대해서도, 제2단째의 조연장치(52)와 같이 연료 투입량을 제한하도록 해도 좋다.

제 2 실시형태

다음으로, 본 발명의 제2의 실시형태에 대해서, 도 2, 도 3을 참조하여 설명한다.

이 제 2 실시형태에서는, 가스 터빈(14)으로부터 공급되는 배기가스만으로, 배열 회수 보일러(16)에서 필요한 증기량을 얻을 수 있는 경우의 연료 투입량의 제한을 취급하고 있다.

가스 터빈(14)으로부터의 배기가스에서 필요한 증기량을 얻을 수 있는 경우는, 조연장치(50,52)를 소화한 상태로 해도 증기 발생량의 관점에서는 큰 문제는 생기지 않는다.

그런데, 제2단째의 조연장치(52)가 정지하고 있으면, 증발기(32)에서의 증기 발생량은 적기 때문에, 보일러 각 곳의 전열관 내부를 통과하는 증기량이 충분하지는 않게 된다. 특히, 고온 과열기(28)나 저온 과열기(30)의 전열관이 배기가스에 의해서 설계상의 허용 이상으로 과열되어 버릴 우려가 있다.

본 실시형태에 의한 배열 회수 보일러(16)에서는, 가스 터빈(14)으로부터의 배기가스만으로 필요한 증기량을 얻을 수 있는 경우이더라도, 제2단째의 조연장치(52)에는, 고온 과열기(28)나 저온 과열기(30)에 있어서의 전열관의 과열을 방지하는데 필요 충분한 증기를 발생시키는 최저한도의 연료 투입량이 미리 설정되어 있다. 예를 들면, 도 3의 직선 c, d에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(14)의 출력에 따라서, 제2단째의 조연장치(52)가 어떠한 때에도 이것 이하의 출력이 되지 않도록, 최저한의 출력을 유지시킨다.

이 실시형태에서는, 가스 터빈(14)의 출력이 낮은 경우, 제어장치(60)는, 제2단째의 조연장치(52)에는, 직선 c로 나타내는 최저한의 출력에 상당하는 연료 투입량을 밑돌지 않도록 연료 조정 밸브(58)의 개도를 조정하여 연료를 투입한다.

가스 터빈(14)의 출력이 증가되는 것에 따라서, 가스 터빈(14)으로부터의 배기가스 유량은 증대되기 때문에, 제어장치(60)는, 연료 조정 밸브(58)의 개도를 서서히 좁혀, 이것에 의해, 직선 d로 나타내는 바와 같이, 최저한의 증기를 발생하기 위해서 최저한 필요한 연료 투입량은 점차 감소해 가게 된다.

이와 같이 하여 제 2 실시형태에 의하면, 어떠한 경우에도, 최저한도의 연료가 제2단째의 조연장치(52)에 공급되어, 고온 과열기(28)나 저온 과열기(30)의 전열관의 과열을 막는데 충분한 양의 증기가 상시 흐르게 되므로, 종래와 같이 전열관의 두께를 두껍게 하거나 재료에 고강도 재료를 사용하는 등의 과잉인 설비로 하는 일 없이, 설비비를 저감할 뿐만 아니라 확실히 전열관의 과열을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명에 관한 배열 회수 보일러에 대해서, 제1단째의 조연장치, 제2단째의 조연장치를 설치한 배열 회수 보일러의 실시형태를 들어 설명했지만, 이 실시형태는 예시이고, 발명의 범위는 그것들에 한정되지 않는다. 본 발명은, 예를 들면, 증발기의 상류에 조연장치를 배치한 1단형 조연장치의 배열 회수 보일러에도 적용하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 배열 회수 보일러는, 증기 터빈만으로 한정하지 않고, 예를 들면, 조수 플랜트 등에 증기를 공급하는 플랜트에도 적용할 수 있다.

Claims

가스 터빈으로부터의 배출 가스가 흐르는 방향을 따라서 과열기, 증발기, 절탄기(節炭器)로 이루어지는 복수의 열교환기가 덕트내에 배치되고, 상기 가스 터빈의 배기가스를 이용하여 증기를 발생하는 배기가스 회수 보일러에 있어서,
어느 하나의 상기 열교환기의 상류측에서 상기 배기가스를 가열하는 조연장치(助燃裝置)와,
상기 조연장치에 연료를 공급하는 연료 공급계와,
상기 조연장치에 공급하는 연료 투입량을 제한하는 지표치를 설정하고, 상기 지표치의 한계를 넘지 않도록 상기 조연장치에의 연료 투입량을 제한하는 연료투입 제한수단을 구비한 것을 특징으로 하는 배열 회수(排熱回收) 보일러.
제 1 항에 있어서, 상기 조연장치의 하류에서의 배기가스 온도를 검출하는 배기가스 온도검출수단을 더 구비하고,
상기 연료투입 제한수단은, 상기 배기가스 온도를 감시하면서 상기 배기가스 온도가 미리 설정된 상한치를 넘지 않도록, 상기 연료 투입량을 제한하는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
제 1 항에 있어서, 상기 배기가스 회수 보일러의 출구에서의 증기 유량을 검출하는 증발량 검출수단을 더 구비하고,
상기 연료투입 제한수단은, 상기 증기 유량을 감시하면서 증발량이 미리 설정된 상한치를 넘지 않도록, 상기 연료 투입량을 제한하는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 연료투입 제한수단은, 상기 조연장치에 공급하는 연료 투입량에 대해 상기 가스 터빈 출력에 따라서 미리 설정된 연료 투입량의 상한치를 넘지 않도록, 상기 연료 투입량을 제한하는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
제 2 항에 있어서, 상기 연료 투입량의 상한치는, 가스 터빈의 출력이 비교적 낮은 영역에서는, 상기 가스 터빈의 출력에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
제 3 항에 있어서, 상기 연료 투입량의 상한치는, 가스 터빈의 출력이 높은 영역에서는, 가스 터빈의 출력의 증가에 반비례하여 감소하는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
제 1 항에 있어서, 상기 연료투입 제한수단은, 미리 설정된 최저한의 연료 투입량을 밑돌지 않도록 상기 조연장치에의 연료 투입량을 제한하는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
제 7 항에 있어서, 상기 최저한의 연료 투입량은, 상기 가스 터빈의 출력이 낮은 영역에서는 일정량으로 설정된 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
제 7 항에 있어서, 상기 최저한의 연료 투입량은, 상기 가스 터빈의 출력이 높은 영역에서는, 상기 가스 터빈의 출력의 증가에 따라 점차 감소하도록 설정된 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
고온, 고압의 연소 가스에 의해서 터빈을 회전 구동하는 가스 터빈과,
상기 가스 터빈으로부터의 배출 가스가 흐르는 방향을 따라서 과열기, 증발기, 절탄기로 이루어지는 복수의 열교환기가 덕트내에 배치되고, 상기 가스 터빈의 배기가스를 이용하여 증기를 발생하는 배기가스 회수 보일러와,
상기 배기가스 회수 보일러에서 발생한 증기에 의해 구동되는 증기 터빈과,
상기 가스 터빈 및 상기 증기 터빈에 의해서 구동되는 발전기(發電機)를 구비하고,
상기 배기가스 회수 보일러는,
어느 하나의 상기 열교환기의 상류측에서 상기 배기가스를 가열하는 조연장치와,
상기 조연장치에 연료를 공급하는 연료 공급계와,
상기 조연장치에 공급하는 연료 투입량을 제한하는 지표치를 설정하고, 상기 지표치의 한계를 넘지 않도록 상기 조연장치에의 연료 투입량을 제한하는 연료투입 제한수단을 구비한 것을 특징으로 하는 발전(發電) 플랜트.
제 10 항에 있어서, 상기 조연장치의 하류에서의 배기가스 온도를 검출하는 배기가스 온도검출수단을 더 구비하고,
상기 연료투입 제한수단은, 상기 배기가스 온도를 감시하면서 상기 배기가스 온도가 미리 설정된 상한치를 넘지 않도록, 상기 연료 투입량을 제한하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
제 10 항에 있어서, 상기 배기가스 회수 보일러의 출구에서의 증기 유량을 검출하는 증발량 검출수단을 더 구비하고,
상기 연료투입 제한수단은, 상기 증기 유량을 개시하면서 증발량이 미리 설정된 상한치를 넘지 않도록, 상기 연료 투입량을 제한하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
제 10 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 연료투입 제한수단은, 상기 조연장치에 공급하는 연료 투입량에 대해 상기 가스 터빈 출력에 따라서 미리 설정된 연료 투입량의 상한치를 넘지 않도록, 상기 연료 투입량을 제한하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
제 11 항에 있어서, 상기 연료 투입량의 상한치는, 가스 터빈의 출력이 비교적 낮은 영역에서는, 상기 가스 터빈의 출력에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
제 12 항에 있어서, 상기 연료 투입량의 상한치는, 가스 터빈의 출력이 높은 영역에서는, 가스 터빈의 출력의 증가에 반비례하여 감소하는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
제 10 항에 있어서, 상기 연료투입 제한수단은, 미리 설정된 최저한의 연료 투입량을 밑돌지 않도록 상기 조연장치에의 연료 투입량을 제한하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
제 16 항에 있어서, 상기 최저한의 연료 투입량은, 상기 가스 터빈의 출력이 낮은 영역에서는 일정량으로 설정된 것을 특징으로 하는 회수 보일러.
제 16 항에 있어서, 상기 최저한의 연료 투입량은, 상기 가스 터빈의 출력이 높은 영역에서는, 상기 가스 터빈의 출력의 증가에 따라 점감하도록 설정된 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.