JPH0399101A - 排熱回収熱交換器の制御装置 - 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、ガスタービンと蒸気タービンとを組合わせた
コンバインドサイクルプラントにおける排熱回収熱交換
器の制御装置に関する。

（従来の技術） 最近、高効率発電の一環として、ガスタービンで発電を
行なうとともに、ガスタービンから排出された排ガス中
の熱を排熱回収熱交換器で回収し、同ボイラで発生した
蒸気により蒸気タービンを駆動させるコンバインドサイ
クルプラントが注目されている。

第５図は、上記コンバインドサイクルプラントの系統の
概略構成を示す図であり、ガスタービン１には発電機２
および蒸気タービン３が連結されており、上記ガスター
ビン１で仕事を行なった排ガスが排熱回収熱交換器４に
供給され、そこで発生した蒸気が蒸気タービン３に導入
され、排ガス中の排熱が最大限に回収されるようにして
ある。

上記排熱回収熱交換器４内には、ガスタービン１から排
出される排ガスの流れ方向の上流側から過熱器５、高圧
蒸発器６、高圧節炭器７、低圧蒸発器８および低圧節炭
器９が配設されており、復水器１１で復水された復水が
給水ポンプ１２によって上記低圧節炭器９に供給される
。そして、上記低圧節炭器９を経た給水が低圧ドラム１
３に送給され、その低圧ドラム１３に接続された低圧蒸
発器って加熱され、そこで発生した蒸気が低圧ドラム１
３を経て図示しない低圧蒸気タービンに供給される。

上記低圧節炭器９の出口部から分岐された分岐導管１４
には高圧給水ボンプ１５が設けられており、その高圧給
水ポンプ１５で加圧された給水が高圧節炭器７に供給さ
れ、さらに高圧ドラム１６を介して高圧蒸発器６に送ら
れる。そして、上記高圧蒸発器６で発生した蒸気が、上
記高圧ドラム１６を経て過熱器５に送給され、その後蒸
気夕一ビン３に送給される。

ところが、このようなプラントにおいては、起動時及び
低負荷域において、当該ボイラ流人ガス温度が低いため
に比較的低温の伝熱管群部、すなわち低圧節炭器９およ
び高圧節炭器７内が減圧し、そこで蒸発現象が生ずると
いう特性がある。しかしてこのように節炭器内に気水の
混合流体が発生すると、制御系が不安定となり運転継続
が困難となったり、またウォーターハンマーが生じ機器
損傷などの種々な不都合が発生することがある等の問題
がある。

そこで、従来の火カボイラと異なり低圧節炭器９および
高圧節炭器７の出口側に給水流量調節弁１７．１８をそ
れぞれ設け、各給水ポンブ１２，１５の吐出圧力で各節
炭器９，７の内部流体圧力を保持し、その流体温度を該
圧力における飽和温度以下の温度に維持して、当該部で
の蒸発を防止するようにしてある。また、夜間のプラン
ト停止時には、圧力降下に基づく上記節炭器９、および
７における自己蒸発防止を目的として低圧蒸発器再循環
ライン１つ，および高圧蒸発器再循環ライン２０を利用
して、気水混合物に起因する弊害を防止するようにして
ある。

ところが、このような装置においては、起動時は蒸発器
再循環ライン１９．２０を閉、給水ポンプ１２．１５を
起動、高低圧の各ドラム１３，１６のドラムレベル制御
が可能となった時点でガスタービン１からの排ガスを導
入するが、蒸発器６．８内の缶水は昇温により膨張し、
ドラム水位が上昇傾向となる。このため流量調節弁１７
，１８は、起動初期の１０〜３０分間閉動作を継続する
よう制御されている。しかして、節炭器７，９系内の水
は、密閉された管内で加温され、流体容積が５〜６％増
加する。そのため節炭器の容量にもよるが、通常各節炭
器系でほぼ１ｒＩｔ膨張する。

そこで、この節炭器内の流体の異常昇圧を防止するため
、上記膨張した水は高圧給水ポンプのミニマムフローラ
イン２１および低圧給水ポンプのミニマムフローライン
２２を介して複水器１１にブローすることが提案されて
いる（特開昭６１−２１３４０号）。

ところが、第５図に示されている系統により排熱回収熱
交換器を起動運転しようとすると、高圧給水ポンプのミ
ニマムフローライン２１が高圧給水ポンプから低圧節炭
器９の人口に接続されておリダンプタンクに接続されて
いないので、ミニマムフローの循環をしている間に徐々
に流体の温度が上昇し、また低圧節炭器９では排ガスの
熱吸収が行なわれるので、この２つの効果によりミニマ
ムフロー運転中に低圧節炭器９の流体混度がその圧力に
おける飽和温度を越えてしまい、発生した蒸気泡により
高圧給水ポンプ１５が損傷してしまう等の問題が生じる
。

この問題を解決するためには、第６図に示されているよ
うに、各節炭器７，９の出口を復水器１１に接続する節
炭器再循環ライン２３．２４を設け、この両節炭器再循
環ライン２３．２４にそれぞれ設けられた節炭器再循環
弁２５．２６をドラム圧力の飽和温度で制御したり、或
は１行水温度で制御して節炭器出口給水温度が上昇しす
ぎてスチーミングが発生しないようにブローを行なう方
法が行なわれている（特開昭５３−８４０１号公報、特
公昭６３−２６８０１号公報参照）。

このような節炭器出口給水温度の調整を行なう場合、制
御の安定性、動作の確実さを確保するため、節炭器出口
での温度設定値は、節炭器出口でのスチーミング開始温
度より或偏差分だけ低い値にセットされ、かつ弁の開閉
動作が頻繁に行なわれるのを防止するためにヒステリシ
スを持つ制御装置が組み合わされている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このような装置においては、プラントの停止
、ホットバンキング中はドラム内の缶水は飽和温度で節
炭器内はドラム缶水より若干低い温度となっている。そ
こで給水ポンプを起動してミニマムフロ一運転を開始す
ると、節炭器出口温度が徐々に上昇し、節炭器再循環ラ
インの節炭器再循環弁２５．２６の温度設定値に達し、
上記節炭器再循環弁が開らかれ復水器へのブローが始ま
る。

一方、ガスタービンが起動され圧力が上昇していく過程
では、ドラムの缶水温度はドラムの圧力における飽和温
度より低温であり、蒸発器出口のガス温度はこの低温で
ある缶水温度とほぼ同じ温度になるので、節炭器入口の
ガス温度もドラムの缶水温度とほぼ同じ温度になる。

しかして、節炭器出口の給水温度は、この節炭器入口ガ
ス温度よりほんの少しだけ低い温度になるが、この温度
差は小さく実質的には缶水温度と節炭器出口給水温度は
ほぼ等しく、ブローしなくともスチーミングが発生する
ことはない。

ところが、節炭器再循環ラインの節炭器再循環弁の制御
は、飽和温度より温度偏差ΔＴ通常６℃程度低い温度で
開くようにしてあるため、節炭器出口温度がスチーミン
グ温度に達していなくとも、上記節炭器再循環ラインの
節炭器再循環弁２５，２６が開らいてしまい、高圧、低
圧節炭器内の水が復水器ヘブローされる等の問題がある
。

すなわち、上記ブローによって高圧節炭器で吸熱された
熱量が復水器にすてられ、起動ロスが多くなるとともに
、低圧蒸発器８に流入するガスの温度が上昇せず、複圧
式ボイラにおいては高圧ボイラが所定の運転圧力に上昇
しても、低圧ボイラが所定の運転圧力に上昇せず、高圧
ボイラの蒸気をバイパスさせながら低圧ボイラの圧力上
昇を待たねばならない（第７図）。しかして、高圧蒸気
のバイパス分だけ起動ロスが増加し、起動時間が長くな
り、負荷追従性のよいコンバインドサイクルプラントの
特徴がなくなってしまうという問題がある。

本発明はこのような点に鑑み、複圧式排熱回収熱交換器
の起動時間、起動ロスの低減を図ることができるように
した排熱回収熱交換器の制御装置を得ることを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、ガスタービンから排出される排ガス中にそれ
ぞれ圧力が異なる複数の蒸発器および節炭器を配設する
とともに、各節炭器の出口を各蒸発器に設けられた蒸気
ドラムに接続し、低圧節炭器出口からそれぞれ分岐した
配管に他の節炭器に給水する給水ポンプを配設し、各給
水ポンプの出口側と復水器とをミニマムフローラインに
より接続し、各節炭器の出口をそれぞれ節炭器再循環弁
を有する節炭器再循環ラインを介して復水器に接続し、
さらに、上記節炭器再循環弁の制御回路に、ボイラ起動
時と通常運転時とにおいて節炭器再循環弁への制御設定
信号を互いに切換える切換装置を設けたことを特徴とす
る。

（作　用） ボイラ起動時には節炭器再循環弁の制御設定値が起動時
温度設定値例えば圧力に対応する飽和温度と同一温度に
切換えられる。しかして、ボイラ起動時には節炭器出口
給水温度が飽和温度になるまでは、節炭器再循環弁は開
らかれることがなく、スチーミング温度に達していない
給水が復水器にブローされることが確実に防止される。

したがって、高圧節炭器で吸熱された熱量が復水器に捨
てられることがなく、起動ロスが減少される。

（実施例） 以下、第１図乃至第４図を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。

第２図は本発明にかかるコンバインドサイクルプラント
の概略構成を示す図であり、排熱回収熱交換器４内には
、排ガスの流れ方向の上流側から過熱器５、高圧蒸発器
６、高圧節炭器７、中圧蒸発器３１、中圧節炭器３２、
低圧蒸発器８および低圧節炭器９が配設されており、復
水器１１で復水された復水が給水ポンプ１２によって上
記低圧節炭器９に供給される。そして、低圧節炭器９を
経た給水が低圧ドラム１３に送給され、その低江ドラム
１３に接続された低圧蒸発器９で加熱され、そこで発生
した蒸気が低圧ドラム１３を経て図示しない低圧蒸気タ
ービンに供給される。

上記低圧節炭器９の出口部から分岐された分岐導管１４
は、さらに２つの導管３３．３４に分岐され、各導管３
３．３４に設けられた中圧給水ポンプ３５、高圧給水ポ
ンプ１５で加熱された給水が、それぞれ中圧節炭器３２
、高圧節炭器７に供給され、さらにそれぞれ中圧ドラム
３６、高圧ドラム１６を介して中圧蒸発器３１、高圧蒸
発器６に送られる。そして、中圧蒸発器３１で発生した
蒸気が中圧ドラム３６を介して図示しない中圧蒸気ター
ビンへ、また高圧蒸発器６で発生した蒸気が高圧ドラム
１６を経、さらに過熱器５で過熱され高圧タービンに送
られる。

なお、図中符号３７は中圧節炭器３２の出口を中圧ドラ
ム３６に接続する導管に設けられた流量調節弁である。

ところで、高圧節炭器７、中圧節炭器３２および低圧節
炭器９の各出口部からは、それぞれ復水器１１に接続さ
れた節炭器再循環ライン２３，３８．２４が分岐導出さ
れており、各節炭器再循環ライン２Ｂ，３８．２４には
節炭器再循環弁２５，２９．２６が設けられている。

一方、低圧給水ボンプ２２、中圧給水ポンプ３５、およ
び高圧給水ポンプ１５の出口部にはそれぞれミニマムフ
ローライン２２，４０．４１が接続されており、各ミニ
マムフローラインの先端は復水器１１に接続されている
。

ところで、第１図は節炭器再循環弁２５，　　３９．２
６の制御系統図であって、各ドラム１６，３６，１３に
はそれぞれ圧力検出器４２が設けられており、その圧力
検出器４２から検出された圧力信号が所定値以上になる
とその信号がＡＮＤ回路４３に入力される。一方、ガス
タービン１には回転数検出器４４が設けられており、そ
のガスタービン回転数が所定値以上になると、その信号
が前記ＡＮＤ回路４３に入力される。しかして、ドラム
圧が所定値以上となり、かつガスタービンの回転数が所
定値以上になると、ＡＮＤ回路４３からの出力信号によ
って切換器４５が作動され、起動時温度偏差設定信号例
えばＯ℃から通常運転時温度偏差設定信号例えば６℃に
切換られ、その温度偏差信号が増幅器４６を介して減算
器４７に入力される。

一方、前記ドラムの圧力信号は関数発生器４８にも入力
されており、その関数発生器４８では当該圧力に対応す
る飽和温度が算出され、その飽和温度信号が前記減算器
４７に人力される。そして、この減算器４７で上記関数
発生器４８から出力された飽和温度信号から、増幅器４
６から出力された温度偏差設定信号が減算され、その偏
差信号が温度設定信号として比較器４つに入力される。

上記比較器４つには節炭器出口温度検出器５０からの実
温度信号も入力されており、そこでこの実温度信号と上
記温度設定信号とが比較され、その偏差信号が比例積分
器５１を介して作動装置５２に加えられ、節炭器再循環
弁２５，３９．２６の開度が制御される。

しかして、プラントの起動に際しては、給水ポンプを低
圧給水ポンプ１２、中圧給水ポンプ３５、高圧給水ボン
プ１５の順に起動させ、各ポンプをミニマムフローライ
ン２２，４０．４１を使用してミニマムフロー運転する
。

そこで、ガスタービンが起動されると、高、中、低圧の
各ドラムの圧力が上昇し始める。

ところで、この場合、ドラム圧が所定値以下でありまた
ガスタービンの回転数も所定値以下であるため、ＡＮＤ
回路４３からは出力信号が０であり、切換器４５からは
起動時温度偏差設定信号例えばＯ℃が出力される。した
がって、減算器４７からは関数発生器４８から出力され
た飽和温度信号が出力され、比較器４つでは節炭器出口
の実温度信号が上記飽和温度信号と比較される。そのた
め、節炭器出口の実温度が飽和温度に達するまでは節炭
器再循環弁は全開状態に保持されている。

しかして、節炭器内の流体温度の上昇はガス温度と殆ど
同じとなるが、ガス温度は缶水の温度とほぼ等しく、節
炭器内の給水にはポンプの締切り圧近い圧力が加わって
いるのでスチーミングは発生しない。

そして、この場合、高圧節炭器７および中圧節炭器３２
内では給水の流れがないので、低圧蒸発器８のガス上流
側では高圧蒸発器６および中圧蒸発器３１以外に吸熱す
るものがなくなり、蒸発器とドラムの圧力は急速に上昇
する。これとともにガスの温度も上昇するので、節炭器
内にとじ込められた給水が熱膨張をおこすが、この熱膨
張による体積増加分の給水はポンプのミニマムフローラ
インを経て復水器に排出され、節炭器内に過大な圧力が
発生するようなことはない。

このようにして、ドラム圧が所定値に達するとともにガ
スタービンの回転数に達すると、切換器４５が作動し、
温度偏差設定信号が起動時温度偏差設定信号から通常運
転時温度偏差信号例えば６℃に切換えられる。したがっ
て、比較器４９には当該圧力における飽和温度より６℃
だけ低い温度信号が設定信号として入力され、節炭器出
口温度が上記飽和温度より６℃だけ低い温度になると節
炭器再循環弁が開方向に制御され、節炭器再循環弁２５
．３９．２６が節炭器出口の温度により制御されるよう
になる（第３図）。

このようにして、起動時において節炭器での吸熱による
熱の排出をおさえたままドラム圧を規定値まで上昇させ
ることができ、圧力の上昇を速くして起動時間の短縮を
図ることができる。

第４図は本発明の他の実施例を示す図であり、関数発生
器４８から出力された飽和温度信号から温度偏差設定器
５３からの設定信号が減算器５４で減算され、飽和温度
より設定値だけ低い設定温度信号が比較器４つに入力さ
れる。上記比較器４つには節炭器出口温度信号も入力さ
れており、そこで両者の偏差信号がゲート回路５５に入
力されるようにしてある。上記ゲート回路５５は、ＡＮ
Ｄ回路４３を介して、ドラム圧が所定値以上でありかつ
ガスタービンの回転数が所定値以上になったときに制御
信号がゲート回路５５に人力され、そのゲートが開かれ
、比較器４つからの制御信号が比例積分器５１を介して
作動装置５２に加えられ、節炭器再循環弁２５，３９．
２６が開方向に制御される。

しかして、この場合起動時においては比較器４９からの
制御信号は節炭器再循環弁に加えられず、節炭器再循環
弁は全開状態に保持されている。

そこで、ガスタービンが完全に起動されドラム圧が所定
値に達した通常運転時になると、ゲート回路５５が開か
れ、比較器４９からの偏差信号が制御信号として作動装
置に加えられ、節炭器再循環弁が節炭器出口温度による
制御に切換えられる。

したがって、この実施例においても第一丈施例と同様な
作用を行なう。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においては排熱回収熱交換
器の起動時に節炭器再循環弁の制御温度設定値が通常運
転時のそれより高温になるように切換可能としたので、
起動時に節炭器再循環弁が早くから開らくことがなく、
節炭器での吸熱による熱量の排出がなくなり、ドラム圧
力の上昇に寄与する蒸発器のみで熱吸収が行なわれるこ
ととなり、ドラム圧の上昇を早くし起動時間の短縮、起
動ロスの低減を図ることができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における節炭器再循環弁の制御系統図、
第２図は本発明におけるコンバインドサイクルプラント
の概略系統図、第３図は起動状態説明図、第４図は本発
明の他の実施例における節炭器再循環弁の制御系統図、
第５図、第６図はそれぞれ従来のコンバインドサイクル
プラントの系統図、第７図は従来の排熱回収熱交換器の
起動開線を示す図である。 １・・・ガスタービン、３・・・蒸気タービン、４・・
・排熱回収熱交換器、５・・・過熱器、６・・・高圧蒸
発器、７・・・高圧節炭器、８・・・低圧蒸発器、９・
・・低圧節炭器、１２・・・低圧給水ポンプ、１３・・
・低圧ドラム、１５・・・高圧給水ポンプ、１６・・・
高圧ドラム、２５，２６．３９・・・節炭器再循環弁、
３１・・・中圧蒸発器、３２・・・中圧節炭器、３５・
・・中圧給水ポンプ、４５・・・切換器、４７・・・減
算器、４８・・・関数発生器、４つ・・・比較器、５２
・・・作動装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガスタービンから排出される排ガス中にそれぞれ圧力が
   異なる複数の蒸発器および節炭器を配設するとともに、
   各節炭器の出口を各蒸発器に設けられた蒸気ドラムに接
   続し、低圧節炭器出口からそれぞれ分岐した配管に他の
   節炭器に給水する給水ポンプを配設し、各給水ポンプの
   出口側と復水器とをミニマムフローラインにより接続し
   、各節炭器の出口をそれぞれ節炭器再循環弁を有する節
   炭器再循環ラインを介して復水器に接続し、さらに、上
   記節炭器再循環弁の制御回路に、ボイラ起動時と通常運
   転時とにおいて節炭器再循環弁の制御設定信号を互いに
   切換える切換装置を設けたことを特徴とする、排熱回収
   熱交換器の制御装置。