JPH03282102A - 排熱回収ボイラおよびそれに使用する減温器制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は再熱形排熱回収ボイラに係り、特に再熱器入口
から多量の蒸気を抽出する場合に再熱器入口に備えられ
る減温器の出口蒸気の過熱度の低下を抑制するのに好適
な排熱回収ボイラに関する。また、本発明はその排熱回
収ボイラに使用する減温器制御装置に関する。

（従来の技術） ガスタービンの入口ガス温度の高温化の動きに歩調を合
わせてコンバインドサイクル発電プラントの排熱回収ボ
イラをガスタービンの高温の排ガスを最も効率よく利用
する３圧力式再熱形排熱回収ボイラとして構成する試み
がある。この３圧力式再熱形排熱回収ボイラの概略の構
成は次のようになっている。すなわち、第７図に示され
るように全体を符号１１で示される排熱回収ボイラは排
ガス上流側から高圧第２過熱器１２、再熱器１３、高圧
第１過熱器１４、高圧蒸発器１５、低圧過熱器１６、高
圧第２節炭器１７、中圧過熱器１８、中圧蒸発器１９、
中圧節炭器２０、・高圧第１節炭器２１、低圧蒸発器２
２、および低圧節炭器２３を順次配置したものである。

高圧、中圧および低圧蒸発器１５．１９．２２にはそれ
ぞれ高圧蒸気ドラム２４、中圧蒸気ドラム２５および低
圧蒸気ドラム２５が付属しており、それぞれ高圧給水ポ
ンプ２７、中圧給水ポンプ２８および低圧給水ポンプ２
９で昇圧され、高圧第１節炭器２１、高圧第２ｊ８５炭
器１７、中圧節炭器２０および低圧節炭器２３を通して
送られる給水が供給され、そこから高圧蒸発器１５、中
圧蒸発器１９および低圧蒸発器２２に送られ、伝熱面を
介して排ガスの熱を受は取り、蒸発させられる。これら
の蒸気は高圧蒸発器１５で生成される高圧蒸気が高圧第
１過熱器１４、高圧第２過熱器１２を経て、また中圧蒸
発器１９で生成される中圧蒸気が中圧過熱器１８と再熱
器１３とを経て全体を符号３０で示す蒸気タービンの作
動媒体として高圧タービン３１および中圧タービン３２
にそれぞれ導かれ、さらに低圧蒸発器２２からの蒸気は
低圧過熱器１６を経て低圧タービン３３に導入される。

なお、高圧タービン３１の排気は中圧蒸発器１９から導
かれる中圧蒸気と混合されて再熱器１３に導かれ、再度
加熱されて温度を高めて後、中圧タービン３２に供給さ
れる。

一般に、ガスタービン３４の排ガス温度が高くなると、
過熱蒸気温度および再熱蒸気温度が高くなり過ぎ、これ
を最高使用温度以下に下げる必要が生しる。このため、
高圧第２過熱器１２および再熱器１３の入口側に減温器
３５．３６を設けて、そこを通過する蒸気に冷却水を混
合し、温度を下げることが行なわれる。

なお、図中、符号３７は抽気連絡管、３８は復水器、３
９は発電機をそれぞれ示している・。

（発明が解決しようとする課題） 通常、このような排熱回収ボイラを用いたコンバインド
サイクル発電プラントではガスタービン３４、排熱回収
ボイラ１１、蒸気タービン３０、発電機３９からなるユ
ニットを複数台設けて構成され、プラントの起動時には
運転中のユニットから起動するユニットに対して抽出蒸
気を送って蒸気タービンの駆動蒸気としたり、あるいは
補助蒸気や蒸気タービン冷却蒸気とすることが行なわれ
る。この場合、蒸気タービンの駆動蒸気には再熱器１３
の入口側から抽出される中圧蒸気の一部が抽気連絡管３
７を通して送られ、また補助蒸気には低圧タービン３３
へ流れる低圧蒸気の一部が抽気連絡管（図示せず）を通
してそれぞれ供給される。ところが、起動するユニット
が複数台にわたる場合、多量の蒸気を抽出してそれぞれ
起動するユニットの蒸気タービンに供給しなければなら
ず、このため再熱器１３に流入する蒸気流量の減少が避
けられなくなって再熱器１３の出口に流れた蒸気の温度
が上昇してしまう。これを防止するには減温器３６に供
給される冷却水量を増して蒸気温度を下げればよいが、
再熱器１３に送られる蒸気は高圧タービン３１の排気と
中圧過熱器１８の出口蒸気との混合蒸気であるため、蒸
気の過熱度がそれ程高くなく、このため、再熱器１３出
口の蒸気温度を下げようとして減温器３６に多量の冷却
水を供給すると、減温器３６の出口を通過した蒸気の温
度が大きく低下し、再熱器１３に流入する蒸気の過熱度
か制限値以下に下かってしまう。すなわち、第８図は減
温器冷却水量に対する減温器出口蒸気温度の変化を示し
たものである。

抽気量が少ないときには、再熱器出口の蒸気温度を制限
値まで下げるために冷却水量を増加させると、再熱器出
口の蒸気温度は第８図の（ホ）から（へ）にＣ線に沿っ
て低下する。このとき減温器３６の出口蒸気温度も第８
図の（イ）点から（ロ）点にＡ′線に沿って低下する。

一方、抽気量が多くなると、再熱器１３を流れる蒸気流
量が低下するので、再熱器出口の蒸気温度を先の抽気量
が少ない時のように制限値以下に下げようとすると、抽
気量が少ない場合より冷却水量が多くなり、減温器出口
温度は抽気量が少ないときよりも低くなる。再熱器出口
温度を第８図の（ト）から（テ）までＣ′線に沿って低
下させようと減温器３６への冷却水量を増加させると、
減温器出口温度は第８図の（ハ）点から（ニ）点までＢ
′線に沿って低下し、あるところで減温器出口温度の制
限値り以下となる領域に入ってしまう。

この現象は、特開昭６１−１８６７０２号公報、特開昭
８１−２８９２０１号公報、特開平１−７５８０２号公
報に示されるように部分負荷での再熱蒸気温度の低下を
防止するように再熱器１３の出口（高温側）が最も排ガ
ス温度の高い部位に配置されている排熱回収ボイラにお
いては一層顕著になり、他のユニットへ蒸気を供給する
ことができなくなってしまう。

このように一部の蒸気がドレンとなって再熱器１３まで
運ばれると、伝熱管は熱衝撃の繰り返しにより損傷を生
じる危険性がある。仮に、部分負荷時の再熱蒸気温度の
低下を少なくしようとして再熱器１３をより高温の排ガ
ス領域に設けるならば、この現象のもたらす影響は非常
に大きくなる。

一方、一般に、冷却水の注入量は負荷変動があるとき大
きく変化する。第９図に示されるようにガスタービン３
４の排ガスの温度は７５％負荷相当のときに最も高く、
これよりも負荷が高くても、低くても温度は低下して行
く。減温器３６ての冷却水注入量は蒸気流量と排ガス温
度とから定まり、５０％負荷相当で冷却水の注入が開始
され、７５％から８５％相当の負荷で最大となり、それ
以降は上述した排ガス温度の低下に伴なって徐々に低下
し、１００％負荷では零になっている。こうした注入量
の大きな変化は、例えば注入量が少ないときには減温器
３６に流れる冷却水の流量を調節している調節弁のチャ
タリングを引き起こし、制御動作が不安定となる。この
チャタリングが発生する負荷は５０％相当のときと、１
００％負荷、つまり定格負荷のときであり、排熱回収ボ
イラ１１は定格負荷付近で安定した注入量が保てなくな
る可能性がある。仮に、冷却水の注入が断続的に行なわ
れるとなれば、熱衝撃の繰り返しにより伝熱管が損傷を
受ける懸念がある。

本発明の目的は再熱器の入口で多量の蒸気が抽出される
場合も減温器を経て流れる再熱蒸気の過熱度が低下する
のを抑制するようにした排熱回収熱ボイラを提供するこ
とにある。

また、別の目的は通常の負荷範囲て減温器の冷却水調節
弁における不安定動作をなくすようにした減温器制御装
置を提供することにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明に係る排熱回収ボイラは器内を流れる排ガスの方
向に倣い高圧過熱器および再熱器を順次設けてなる排熱
回収ボイラにおいて、高圧過熱器および再熱器は伝熱面
を各々２分割し、排ガスの上流側から高圧第２過熱器、
第２再熱器、第１再熱器および高圧第１過熱器の順に配
置し、減温器を高圧第１および第２過熱器を結ぶ蒸気経
路と、第１および第２再熱器を結ぶ蒸気経路とに各々設
けたことを特徴とするものである。

また、別の発明に係る減温器制御装置は高圧第１および
第２過熱器を結ぶ蒸気経路内と、第１および第２再熱器
を結ぶ蒸気経路内とに各々減温器を備え、過熱蒸気また
は再熱蒸気温度を適正に保持するにあたり、減温器に供
給される冷却水量を調節弁の開度を変化させて調節する
ようにした減温器制御装置において、過熱器出口蒸気温
度および再熱器出口蒸気温度の設定値を発電機の負荷信
号により切り換える手段を備えることを特徴とするもの
である。

（作用） 再熱器の伝熱面は２分割により第２および第１再熱器と
して構成される。減温器は双方の再熱器の中間に備えら
れ、再熱器出口蒸気温度が減温器に供給される冷却水量
を調節して制御されるが、減温器に送られる前に再熱蒸
気は第１再熱器を通って過熱度をある程度上昇させられ
るために減温器での注入冷却水量を増すことができる。

このため、他のユニットに抽気を供給する場合に抽出蒸
気量を増加しても、排熱回収ボイラの運転に支障は生じ
ない。

また、第２過熱器および第２再熱器の出口蒸気温度の設
定値を発電機の負荷信号により切り換えて負荷上昇時に
は一度温度を若干上昇させ、その後規定温度に持って行
く。これにより冷却水量の増加が流れ図れ、制御動作が
不安定になるのを防止することが可能となる。そして、
定格負荷に近くなったならば出口蒸気温度の設定値を下
げて冷却水量が最低流量以上になるようにする。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図を参照し
て説明する。なお、これらの図において、先の第７図に
よって説明された構成と同一のものには同じ符号を付し
て説明を省略する。

第１図において、高圧過熱器および再熱器は本発明に従
うとき、伝熱面が２分割される。すなわち、伝熱面は排
ガス上流側からみて高圧第２過熱器１２、第２再熱器４
１、第１再熱器４２、高圧第１過熱器１４の順に配置さ
れる。また、減温器３６については第２再熱器４１と第
１再熱器４２との間の経路に介装される。なお、減温器
３５は従来と同様に双方の過熱器１２．１４を結ぶ経路
に設けられる。

一方、これらの伝熱面の配置を平面図によって描き表わ
すと第２図に示されるようになる。

また、第３図は過熱器および再熱器の出口蒸気温度を制
御する減温器制御装置の構成を示している。この制御装
置は発電機負荷に応じて設定値を切り換え、実際の蒸気
温度との偏差から調節弁４３．４４の開度を変化させて
冷却水量の調節を行なう。

すなわち、発電機負荷は負荷検出器４５により検出され
、温度信号発生器４６に入力される。この温度信号発生
器４６の出力信号が高圧第２過熱器１２の出口蒸気温度
を検出している温度検出器４７の出力信号と温度差演算
器４８にて突き合わせられ、制御偏差が求められる。こ
の偏差信号は調節器４９にて流量指令信号に変換され、
増幅器５０を経て調節弁４３に出力されてその開度が変
えられ、冷却水量が流量指令信号に従って増減させられ
る。なお、図示は省略されているが、調節弁４４にもこ
れと同じ制御装置が設けられる。

次に、本実施例の作用を第４図ないし第６図を参照して
説明する。第４図は上記のように構成されたコンバイン
ドサイクル発電プラントのユニットの一つが運転されて
おり、この運転中のユニットから他の起動しようとして
いるユニットへ蒸気タービン３０の駆動用蒸気として再
熱器の入口側から抽気連絡管３７を通して蒸気を供給す
る場合の各部の温度の変化を示したものである。なお、
比較のために従来技術による場合の温度の変化も示して
いる。抽気量が少ないときには、再熱器出口蒸気温度を
制限値まで低下させるために冷却水量を増加させると再
熱器出口の蒸気温度は第４図の（ｅ）点から（ｆ）点ま
でＤ線に沿って低下する。このとき減温器３６の出口蒸
気温度は第４図の（ａ）点から（ｂ）点にＡ線に沿って
低下して（る。このときは冷却水量がかなり多くなって
も減温器３６の出口蒸気温度は出口の制限温度を大きく
上回っており、運転上全く問題は生じない。

そして、抽気量が多くなると、再熱器４１．４２を流れ
る蒸気流量が低下するので、各再熱器４１．４２の出口
蒸気温度を先の抽気量が少ないときと同じように制限値
以下になるようにしようとすると、冷却水量が抽気量が
少ない場合より多くなるが、双方の再熱器４１．４２の
間に減温器３６が設置されているので、減温器３６に流
入する蒸気温度を高く保つことができる。この場合、冷
却水量の増加により再熱器出口の蒸気温度は第４図の（
ｇ）から（ｈ）までＤ′線に沿って低下し、これにより
減温器出口温度は第４図の（Ｃ）点から（ｄ）点までＢ
線に沿って低下するが、冷却水量が多くなっても減温器
出口温度が制限値り以下になることはない。

このように構成された排熱回収ボイラの各伝熱面での吸
熱量は第５図に示されるようになる。

次に、高圧第２過熱器１２、第２再熱器４１の出口の蒸
気温度制御を第３図に示される制御装置で行なう場合の
作用を説明する。

前記のようにガスタービン３４はその特性上、排熱回収
ボイラ１１に流入する排ガスの温度が７５％負荷相当で
ピークに達する。蒸気温度も制御しない場合は７５％相
当の負荷で上限に達することになるが、この上限到達時
の蒸気温度が高くなり過ぎてしまうため、冷却水により
出口蒸気温度を制御する。第６図に示されるように出口
温度の設定値は負荷が低く保たれる間は、通常運転中の
設定値よりも高く設定しておく。このようにすると、排
ガスの温度がピーク値温度近くにならないと制御が開始
されないので、蒸気温度は負荷が上昇した場合、それに
従って上昇し、通常運転中の温度を少し越える。この通
常運転中の温度を少し越えた蒸気温度とは蒸気温度が材
料の使用限界温度より低くなるような負荷に相当し、例
えば６０％負荷となったときに出口蒸気温度の設定値を
当初の設定値から通常運転中の設定値に切り換える。こ
のとき、蒸気温度は通常運転中の温度設定値を越えてい
るので、冷却水は急速に蒸気中に注入され、冷却水量が
零流量付近でハンチングを起こしたり、調節弁４３．４
４がチャタリングを引き起こすようなことはなく負荷上
昇を続けられる。さらに、負荷が上昇すると、今度は排
ガス温度が低下してくるので、蒸気温度も低下し、冷却
水量が減少してくる。そこで、冷却水量が最低流量以下
になるような負荷になったときに蒸気温度の設定値を通
常運転中の温度よりもさらに低い温度に切り換えて全負
荷になったときに最低流量以上の冷却水が流れるように
する。

以上の制御動作のために発電機負荷か負荷検出器４５に
より検出され、予め決められた負荷（たとえば６０％負
荷）で温度信号発生器４６の設定値が切り換えられ、負
荷上昇した後も同様に切り換えられる。設定値と実際の
蒸気温度との偏差が生じると、正負の値に見合う流量指
令信号が調節弁４３．４４により出力され、これにより
冷却水量が増減させられる。

かくして、第２および第１再熱器４１．４２の入口側か
ら多量の蒸気を抽出するときにも、減温器３６の出口で
の蒸気の過熱度の低下を防止することができ、他のユニ
ットに多量の補助蒸気を供給することが可能である。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明は再熱器の伝熱面を２分割し
て第２および第１再熱器として構成し、双方の再熱器の
中間に減温器を配置しているので、減温器を経て流れる
再熱蒸気の過熱度が低下するのを防止することかでき、
他のユニットの起動に臨んでは多量の補助蒸気を供給す
ることが可能になる。

また、過熱器出口蒸気温度および再熱器出口蒸気温度の
設定値を発電機の負荷信号により切り換えるようにして
いるから、減温器の冷却水調節弁における不安定動作を
なくすことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る排熱回収ボイラの一実施例を示す
構成図、第２図は伝熱面の配置の仕方を示す平面図、第
３図は本発明に係る減温器制御装置の一例を示す構成図
、第４図は冷却水量と蒸気温度との関係を示す線図、第
５図は伝熱面の吸熱量を示す線図、第６図は負荷と出口
蒸気温度設定値との関係を示す動作説明図、第７図は従
来の排熱回収ボイラの一例を示す構成図、第８図は従来
技術における冷却水量と蒸気温度との関係を示す線図、
第９図は負荷と冷却水量との関係を示す線図である。 １１・・・・・・・・・排熱回収ボイラ１２・・・・・
・・・高圧第２過熱器 １４・・・・・・・・・高圧第１過熱器３０・・・・・
・・・・蒸気タービン ３４・・・・・・・・・ガスタービン ３５．３６・・・・・・・・・減温器 ３７・・・・・・・・・抽気連絡管 ４１・・・・・・・・・第２再熱器 ４２・・・・・・・・・第１再熱器 ４６・・・・・・・・・温度信号発生器４８・・・・・
・・・温度差演算器 ４９・・・・・・・・・調節器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）器内を流れる排ガスの方向に倣い高圧過熱器およ
   び再熱器を順次設けてなる排熱回収ボイラにおいて、前
   記高圧過熱器および前記再熱器は伝熱面を各々２分割し
   、排ガスの上流側から高圧第２過熱器、第２再熱器、第
   １再熱器および高圧第１過熱器の順に配置し、減温器を
   前記高圧第１および第２過熱器と結ぶ蒸気経路と、前記
   第１および第２再熱器を結ぶ蒸気経路とにそれぞれ設け
   たことを特徴とする排熱回収ボイラ。
2. （２）高圧第１および第２過熱器を結ぶ蒸気経路内と、
   第１および第２再熱器を結ぶ蒸気経路内とに各々減温器
   を備え、過熱蒸気または再熱蒸気温度を適正に保持する
   にあたり、該減温器に供給される冷却水量を調節弁の開
   度を変化させて調節するようにした減温器制御装置にお
   いて、高圧過熱器出口蒸気温度および再熱器出口蒸気温
   度の設定値を発電機の負荷信号により切り換える手段を
   備えることを特徴とする減温器制御装置。