JPH0387502A - 排熱回収ボイラの給水制御装置 - 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】 ［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
ービンによっ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能動して発電させるシステムになっ
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により能動される発電機、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からの蒸気により能動される蒸気タービ
ンであり１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、設置１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Ｔ１１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１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って一定
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人口の給水温度Ｔ、□を設定温
度（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。

従って、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１本発明は、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
節炭器入口側に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関度：ｕｉする流量調
整弁とを備えた排熱回収ボイラの給水制御装置において
、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、前記流量調整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（Ｈｌｄ）が結露することによっ
て生じる。そして、その結露の露点温度は排ガス中のＨ
２０分圧に依存する。第２図にＨ，０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、Ｈ，０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Ｈ，０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
露点温度の関係は第４図のようになる。従って、大気温
度が低いと、露点温度も低い、一方、低圧節炭器８人口
の給水温度は、制御の簡素化を図って、大気温度の高い
時の露点温度に余裕をとって、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人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。従って、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１
５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
裕をとって決定するが、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って、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
の給水制御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った場
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、これによって、低圧節炭器８人口の給
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６
となる。このとき６としては１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６０　Ｔ／Ｈ程
度にしておく、そして、給水調節弁１７の差圧が設定値
より小さくなっ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、３工は切替リレー、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！
ｌｉ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１７０開度
が設定開度より大きくなった場合に、温度検出器上８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によって、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によって、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１
２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１
６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によって
、流量が設定流量を超える場合に、流量制御器２５の信
号が温度流量制御！ｌ器１９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カニ５４ＯＫＷ本発明の場合の
高圧給水ポンプ動カニ　４７０ＫＶ利用率６０％９発電
単価１０円／ＫＷ）Ｉとすると、（５４０−４７０）Ｋ
Ｖ　Ｘ　２４ｈｒ　Ｘ　３６５日Ｘ　Ｏ，６Ｘ　１０円
／）ＩＨ＝　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、Ｈ２０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Ｈ，０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、１
９・・・・・・温度、流量制御器、２ｏ・・・・・・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・・団・流量検出器、
ＷＲ・・・・・・再循環流量。 第 ２図 范 ３図 第４図 第９図 第 １２図 （ａ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （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
   に開度調整する流量調整弁とを備えた排熱回収ボイラの
   給水制御装置において、 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、前記流量調整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. （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と、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、前記流量調整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. （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整弁と、その給水調整弁の開度
   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整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、前記流量調整弁により
   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. （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流量調整弁
   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. （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流量調整弁
   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. （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、前記流量調整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。