JP2839195B2 - 排熱回収ボイラの給水制御装置 - Google Patents

排熱回収ボイラの給水制御装置

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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、排熱回収ボイラの給水制御装置に係り、特
にドラムへの給水を良好に行なうのに好適な給水制御装
置に関する。
[従来の技術] 高効率発電の一環として、近年、複合発電プラントの
建設が進められている。この複合発電プラントは、ガス
タービンによつて発電するとともに、ガスタービンから
排出された排ガスの保有熱を排熱回収ボイラで回収し、
その排熱回収ボイラで発生した蒸気により蒸気タービン
を駆動して発電させるシステムになつている。
この複合発電プラントは前述のような高効率発電に加
え、ガスタービンの特徴である急速起動の容易性、高い
負荷応答性などの特徴もあり、近年の電力需要形態に即
した中間負荷運用に好適な発電プラントである。このよ
うな排熱回収ボイラを図により説明する。
第11図は、従来の複合発電プラントの概略系統図であ
る。第11図で、1はガスタービン、2はガスタービン1
により駆動される発電機、3はガスタービン1の排ガス
Gを導入してその排熱を回収する排熱回収ボイラであ
る。
排熱回収ボイラ3は、過熱器4,高圧蒸発器5,高圧節炭
器6,低圧蒸発器7,低圧節炭器8,低圧ドラム9,高圧ドラム
10等で構成されている。12は過熱器4からの蒸気により
駆動される蒸気タービンであり、発電機2に連結されて
いる。13は蒸気タービン12から排出される蒸気を復水す
る復水器、14は復水器13の水Wを低圧節炭器8に給水す
る復水ポンプである。15は低圧節炭器8の出口の加熱さ
れた給水を高圧節炭器6に導くとともに低圧節炭器8へ
の給水に混合する高圧給水ポンプ、16は温度調節弁、17
は給水調節弁、18は温度検出器、19は温度・流量制御器
である。
[発明が解決しようとする課題] 上記複合発電プラントは良く知られているのでその動
作の説明は省略し、低圧節炭器8の出口の給水WRを高圧
給水ポンプ15を用いて低圧節炭器8の入口の給水Wに混
合する理由について説明する。
最近の複合発電プラントにおいては、設備費の低減、
系統の簡素化等の理由から脱気器を省き、復水器13に脱
気機能をもたせた復水器脱気方式が採用されている。こ
の復水器脱気方式の場合、排熱回収ボイラ3の低圧節炭
器8の入口の給水温度TS1は約30℃と低温であるので、
そのままの給水温度(約30℃)の給水を低圧節炭器8へ
給水すると低圧節炭器8で低温腐食が生じる。
この対策として、図示のように低圧節炭器8の出口の
加熱された給水WRが高圧給水ポンプ15を介してボイラ給
水W(低圧節炭器8の入口の給水)と混合して低温腐食
が生じない温度まで昇温させる手段が採用されている。
そして、その給水温度は定格運転時に低温腐食が生じな
い温度である約60℃に設定され、この給水温度は温度検
出器18で検出された検出温度に基づいて温度・流量制御
器19で温度調節弁16を制御することにより一定に保持さ
れている。
ところで、従来、上記給水温度は全負荷にわたつて一
定値(約60℃)に設定されていたので、冬場復水器13で
の海水温度の低下に伴い、ボイラ給水Wの温度が低い場
合には、低圧節炭器8入口の給水温度TS1を設定温度
(約60℃)まで昇温させるため、過大な流量を再循環
(以下、再循環流量WRと略す)させる必要がある。
従つて、高圧給水ポンプ15の容量としては、冬場の再
循環流量WRと、そのときの高圧蒸発量(即ち、高圧節炭
器6への給水流量)を合わせた高圧給水ポンプ流量Q
に、負荷変動,ガスタービン排ガス変動等を考慮して通
常10〜20%の余裕をとり、容量を決定するため、大容量
の高圧給水ポンプ15を使用しなければならず、補機動力
の増加をまねき、プラント効率が低下するという欠点が
生じていた。
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除き、小容量
の高圧給水ポンプで、冬場の負荷変動,ガスタービン排
ガス変動等においても、高圧ドラムへの給水を良好に行
なうことができる排熱回収ボイラの給水制御装置を提供
するにある。
[課題を解決するための手段] 前記目的を達成するため、本発明は、低圧節炭器8
と、高圧節炭器と、前記低圧節炭器と高圧節炭器の間に
設けられて低圧節炭器から高圧節炭器へ給水する高圧給
水ポンプと、その高圧給水ポンプの出口側を一部分岐し
て低圧節炭器入口側へ接続する再循環系統と、その再循
環系統の途中に設けられて、低圧節炭器の入口給水温度
が低温腐食を生じない温度になるように開度調整される
温度調節弁と、前記低圧節炭器の入口給水温度を検出す
る温度検出器と、その温度検出器の温度検出信号に基づ
いて前記温度調節弁の開度を制御する制御器とを備え、
例えば冬場の負荷変動,ガスタービン排ガス変動時等に
おいて、前記温度検出器の温度検出信号に優先して、前
記高圧節炭器以降の高圧系統への給水流量制御に支障を
与えない程度に、前記温度調節弁により流量を絞り込む
ように構成されていることを特徴とするものである。
[実施例] 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第1図は、本発明の第1の実施例に係る複合発電プラ
ントの概略系統図である。第1図において、第11図に示
す部分と同一部分には同一符号を付して説明は省略す
る。20は給水調節弁17の差圧検出器であり、その差圧検
出信号26で温度検出器18の温度検出信号27に優先して温
度調節弁16を制御するものである。
ここで、低圧節炭器8の低温腐食について考える。低
温腐食は排ガス中の水分(H2O)が結露することによつ
て生じる。そして、その結露の露点温度は排ガス中のH2
O分圧に依存する。第2図にH2O分圧と露点温度の関係を
示すが、第2図からも明らかなように、H2O分圧が小さ
くなると露点温度も低くなる。
ところで、大気温度と排ガス中のH2O分圧の関係は第
3図に示すような関係にある。第3図より、大気温度と
露店温度の関係は第4図のようになる。従つて、大気温
度が低いと、露店温度も低い。一方、低圧節炭器8入口
の給水温度は、制御の簡素化を図つて、大気温度の高い
時の露点温度に余裕をとつて、給水温度を設定(例えば
60℃)し、大気温度に係わらず一定としている。
第5図(a)に大気温度とボイラ給水Wの温度の関係
を示すが、大気温度の低い時が給水温度も低いため、低
圧節炭器8入口の給水温度を設定値(60℃)まで昇温す
るための再循環流量は最も多くなる。さらに、第5図
(b)に示すように高圧ドラム10への給水流量も大気温
度が低い時が最も多くなる。従つて、第6図に示すよう
に、高圧給水ポンプ15の高圧給水ポンプ流量Qは大気温
度が低いときが最大となる。従来は高圧給水ポンプ15の
容量は大気温度が低いときの流量に、負荷変動,ガスタ
ービン排ガス変動等を考慮して、10〜20%の余裕をとつ
て決定するが、本発明では余裕ゼロとして、ポンプ容量
を小さく決定するものである。この場合、負荷変動,ガ
スタービン排ガス変動等によつて、高圧ドラム10への給
水流量が増加して、高圧給水ポンプ15容量をオーバー
し、高圧給水ポンプ15の吐出圧力低下により、給水調節
弁17の差圧が低下し、高圧ドラム10への給水制限に支障
をきたす恐れがある。
それに対して本発明では、差圧検出器20により給水調
節弁17の差圧を検出し、設定差圧より小さくなつた場合
に、温度調節弁16により再循環流量を絞り、高圧給水ポ
ンプ15の流量を低減し、吐出圧力を高くして、給水調節
弁17の差圧を確保し、良好な給水制御を行なうものであ
る。この場合、再循環流量WRの絞る割合としては、20〜
40%であるが、これによつて、低圧節炭器8入口の給水
温度は第4図に示すように60℃から55〜50℃に低下する
程度であり、露点温度(40℃)に対し十分余裕あり問題
は無い。
ここで、温度調節弁16の具体的制御方法を説明する
と、第12図のようになる。第12図中、制御信号Aとし
て、給水調節弁17の差圧を用いるものである。
即ち、給水調節弁17の差圧が設定値より大きい場合に
は、低圧節炭器入口給水温度発信器33からの信号はbと
なる。このときbとしては、例えば、高圧給水ポンプ15
の仕様点を超えない再循環量として60T/H程度にしてお
く。そして、給水調節弁17の差圧が設定値より小さくな
つたら低圧節炭器入口給水温度発信器33からの信号はa
となる。aとしては約40T/H程度としておき、再循環量
を60T/Hから40T/Hまで絞り込み、給水調節弁17の差圧を
確保するものである。
なお、図中において28は比例積分回路、29は高信号制
限器、30は減算器、31は切替リレー、32は信号発生器、
33は発信器、34は制御信号、35は温度設定器である。
第7図は、本発明の第2の実施例に係る温度調節弁16
の制御装置に関するものである。第7図は、前記実施例
の給水調節弁17の差圧検出器20の代わりに、給水調節弁
17の開度を検出する開度検出器21を設置したものであ
る。そして、第12図の制御信号34として給水調節弁17の
開度としたものである。即ち、高圧ドラム10への給水流
量が増加し、給水調節弁17の開度が設定開度より大きく
なつた場合に、温度検出器18の信号に優先して温度調節
弁16を制御して、再循環流量WRを絞るようにしたもので
ある。
第8図は、本発明の第3の実施例に係る温度調節弁16
の制御装置に関するものである。第8図は、ガスタービ
ン1の運転状態、即ち負荷,燃料量、排ガス温度,排ガ
ス量のいずれか、もしくはその組合せの信号を検知する
ガスタービン運転状態検出器22によつて、温度調節弁16
を制御して、再循環流量WRを絞るようにしたものであ
り、第12図の制御信号34として、ガスタービン運転状態
検出器22の信号としたものである。
第9図は、本発明の第4の実施例に係る温度調節弁16
の制御装置に関するものである。第9図は、蒸気タービ
ン12の運転状態、即ち負荷,加減弁開度,タービンバイ
パス弁開度のいずれかもしくは、その組合せの信号を検
知する蒸気タービン運転状態検出器23によつて、温度検
出器18の信号に優先して温度調節弁16を制御して、再循
環流量WRを絞るようにしたものであり、第12図の制御信
号34として、蒸気タービン運転状態検出器23の信号とし
たものである。
第10図は、本発明の第5の実施例に係る温度調節弁16
の制御装置に関するものである。第10図は、高圧給水ポ
ンプ15の流量を検知する流量検出器24によつて、流量が
設定流量を超える場合に、流量制御器25の信号が温度検
出器18の信号に優先して温度調節弁16を制御して、再循
環流量WRを絞るようにしたものであり、第12図の制御信
号34として、高圧給水ポンプ15の流量検出器24の信号と
したものである。
[発明の効果] 以上述べたように、本発明によれば、冬場の最大給水
流量時の負荷変動,ガスタービン排ガス変動等において
も、小容量の高圧給水ポンプで、良好な高圧ドラム給水
制御が可能となり、ひいては補機動力の増加を抑制し、
プラント効率の低下を防止することができる。
補機動力の年間の低減効果を試算すると下記の通りと
なる。
従来の高圧給水ポンプ動力:540KW 本発明の場合の高圧給水ポンプ動力:470KW 利用率60%,発電単価10円/KWHとすると、(540−47
0)KW×24hr×365日×0.6×10円/KWH=367.9万円/年の
節約となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1の実施例に係る複合発電プラン
トの系統図、第2図は、H2O分圧と露点温度の関係を示
す特性図、第3図は、大気温度とガスタービン排ガス中
のH2O分圧の関係を示す特性図、第4図は、大気温度と
露点温度の関係を示す特性図、第5図(a)は、大気温
度とボイラ給水Wの温度の関係を示す特性図、同図
(b)は大気温度と高圧ドラムへの給水量の関係を示す
特性図、第6図は、大気温度と高圧給水ポンプ流量の関
係を示す特性図、第7図は、本発明の第2の実施例に係
る複合発電プラントの系統図、第8図は、本発明の第3
の実施例に係る複合発電プラントの系統図、第9図は、
本発明の第4の実施例に係る複合発電プラントの系統
図、第10図は、本発明の第5の実施例に係る複合発電プ
ラントの系統図、第11図は、従来の複合発電プラントの
系統図、第12図(a),(b)は、本発明の温度調節弁
の制御系統図を示したものである。 1……ガスタービン、2……排熱回収ボイラ、6……高
圧節炭器、8……低圧節炭器、10……高圧ドラム、12…
…蒸気タービン、15……高圧給水ポンプ、16……温度調
節弁、18……温度検出器、19……温度,流量制御器、20
……差圧検出器、21……開度検出器、22……ガスタービ
ン運転状態検出器、23……蒸気タービン運転状態検出
器、24……流量検出器、WR……再循環流量。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三村 哲雄 広島県呉市宝町6番9号 バブコツク日 立株式会社呉工場内 (56)参考文献 特開 昭63−118502(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F22D 1/12

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】低圧節炭器と、高圧節炭器と、前記低圧節
    炭器と高圧節炭器の間に設けられて低圧節炭器から高圧
    節炭器へ給水する高圧給水ポンプと、その高圧給水ポン
    プの出口側を一部分岐して低圧節炭器入口側へ接続する
    再循環系統と、その再循環系統の途中に設けられて、低
    圧節炭器の入口給水温度が低温腐食を生じない温度にな
    るように開度調整される温度調節弁と、前記低圧節炭器
    の入口給水温度を検出する温度検出器と、その温度検出
    器の温度検出信号に基づいて前記温度調節弁の開度を制
    御する制御器とを備え、 前記温度検出器の温度検出信号に優先して、前記高圧節
    炭器以降の高圧系統への給水流量制御に支障を与えない
    程度に、前記温度調節弁により流量を絞り込むように構
    成されていることを特徴とする排熱回収ボイラの給水制
    御装置。
  2. 【請求項2】請求項(1)記載において、前記高圧節炭
    器と高圧ドラムとの間に給水調節弁が設けられ、その給
    水調節弁の差圧を検出する差圧検出器が設けられ、その
    差圧検出器によつて検出された実測差圧が予め設定され
    ている設定差圧より小さくなると、前記温度調節弁によ
    り再循環流量を絞り込むように構成されていることを特
    徴とする排熱回収ボイラの給水制御装置。
  3. 【請求項3】請求項(1)記載において、前記高圧節炭
    器と高圧ドラムとの間に給水調節弁が設けられ、その給
    水調節弁の開度を検出する開度検出器が設けられ、その
    開度検出器によつて検出された給水調節弁の実測開度が
    予め設定されている設定開度より大きくなると、前記温
    度調節弁により再循環流量を絞り込むように構成されて
    いることを特徴とする排熱回収ボイラの給水制御装置。
  4. 【請求項4】請求項(1)記載において、前記高圧節炭
    器より高圧系統側にガスタービンと、そのガスタービン
    の運転状態を検出するガスタービン運転状態検出器が設
    けられ、この検出器からの検出信号に基づいて前記温度
    調節弁により再循環流量を絞り込むように構成されてい
    ることを特徴とする排熱回収ボイラの給水制御装置。
  5. 【請求項5】請求項(1)記載において、前記高圧節炭
    器より高圧系統側に蒸気タービンと、その蒸気タービン
    の運転状態を検出する蒸気タービン運転状態検出器が設
    けられ、この検出器からの検出信号に基づいて前記温度
    調節弁により再循環流量を絞り込むように構成されてい
    ることを特徴とする排熱回収ボイラの給水制御装置。
  6. 【請求項6】請求項(1)記載において、前記高圧給水
    ポンプに流量検出器を設け、その流量検出器によつて検
    出された高圧給水ポンプの実測流量が予め設定されてい
    る設定流量を超えると、前記温度調節弁により再循環流
    量を絞り込むように構成されていることを特徴とする排
    熱回収ボイラの給水制御装置。
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