JPH0933005A - 排熱回収ボイラ給水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】夏場、冬場の季節の差に対しても安定な給水温
度制御を行って節炭器での腐食を防止する。 【解決手段】ガスタービン４の排ガスを熱源とした排熱
回収ボイラ６内に蒸発器１０，ドラム１６および節炭器
１１を配設し、蒸発器１０にドラム１６を連結するとと
もに、このドラム１６に節炭器１１を介して給水を供給
する排熱回収ボイラ給水装置において、節炭器１１に給
水する給水ポンプ１９の吐出系統を、ドラム１６内に設
けた熱交換部１６ａを通る系統と、この熱交換部１６ａ
を通さない系統とに分岐し、これらの給水を節炭器入口
給水温度調節手段２４に合流させて温度調節し、節炭器
１１に供給するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はコンバインドサイク
ル発電プラントにおける排熱回収ボイラ給水装置に係
り、特に排熱回収ボイラの節炭器給水ヘッダー部での外
面結露による腐食と、プラント起動時の排熱回収ボイラ
節炭器での給水蒸発による運転不安定現象を防止するた
めの排熱回収ボイラ給水装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種のコンバインドサイクル
発電プラントにおいては、プラント効率を向上させるた
め、排熱回収ボイラを複圧式とすることが多く、その最
下流部である節炭器付近を流れる排ガス温度は低くなる
傾向にある。

【０００３】また、蒸気タービンは比較的小容量である
ため、給水加熱器が設置されていない場合が多く、給水
は蒸気タービン復水器真空度で決定される飽和温度から
やや過冷却されて給水されるため、給水をその状態の温
度より１５〜２０℃程度加温しないと、節炭器入口ヘッ
ダー表面およびチューブ外表面温度は、結露点以下にな
る場合があり、排ガス中の湿分が節炭器入口ヘッダーや
チューブの外面メタル表面で結露して発錆が生じ、ひい
てはこの外表面腐食からチューブリークに至ってプラン
トの運転に支障をきたすことになる。

【０００４】そのため、従来では排熱回収ボイラのドラ
ムと蒸発器との間を循環させる系統に設置されている循
環ポンプ吐出ラインから系統を分岐し、この分岐管を節
炭器入口に調節弁を介して接続し、ドラムで保有する高
温水の一部を給水に混合させて節炭器入口の温度を上昇
させ、節炭器外面メタル表面で排ガスの結露点以上にな
るように、給水温度を調整している。

【０００５】図６は従来のコンバインドサイクル発電プ
ラントの一例を示す系統図である。図６に示すように、
起動装置１を起動させると、圧縮機２により圧縮された
空気は、燃焼器３で燃料とともに燃焼してガスタービン
４で仕事をして発電機５を駆動させ、発電を行うように
なっている。ガスタービン４の排ガスは排熱回収ボイラ
６に導かれ、この排熱回収ボイラ６内において、過熱器
７，高圧蒸発器８，高圧節炭器９，低圧蒸発器１０およ
び低圧節炭器１１の順に熱交換した後に煙突１２から排
出される。

【０００６】排熱回収ボイラ６で発生した蒸気におい
て、高圧蒸気は高圧ドラム１３から過熱器７、高圧蒸気
加減弁１４を経て蒸気タービン１５の高圧側へ導かれる
一方、低圧蒸気は低圧ドラム１６から低圧蒸気加減弁１
７を経て蒸気タービン１５の低圧側に導かれ、それぞれ
蒸気タービン１５で仕事をした後、復水器１８で凝縮液
化されて復水となり、この復水が低圧給水ポンプ１９に
よって昇圧され、低圧給水流量調節弁２０によって流量
調整されて排熱回収ボイラ６の低圧節炭器１１入口に給
水される。

【０００７】また、低圧給水ポンプ１９の下流側は分岐
され、この分岐管に復水再循環弁２１が設置され、この
復水再循環弁２１を通して復水器１８に復水が再循環さ
れるようになっている。そして、低圧給水流量調節弁２
０の開度はドラムレベル制御装置２２の制御信号により
調節される。

【０００８】ここで、低圧節炭器１１の入口部には、低
圧給水ポンプ１９からの給水とともに、低圧循環ポンプ
２３の吐出側から分岐して低圧節炭器入口温度調節弁２
４を介した系統も接続されており、これにより高温のド
ラム保有水の一部が給水に混合されて温度上昇が図られ
るようになっている。低圧節炭器入口温度調節弁２４の
温度設定値は、通常４５〜４７℃程度と排ガス中の湿分
の結露温度を若干上まわるように設定されていることか
ら、低圧節炭器１１の結露が防止され、結果的に外面腐
食防止効果が得られる。

【０００９】すなわち、低圧節炭器１１の入口部には、
温度検出器２５が設置され、この温度検出器２５の検出
信号が比較器２６に出力され、比較器２６で低圧節炭器
１１の入口部の温度と設定値との温度が比較され、調節
器２７を介して低圧節炭器入口温度調節弁２４の開度が
調節される。

【００１０】また、高圧節炭器９には、低圧ドラム１６
から高圧給水ポンプ２８により高圧給水調節弁２９を経
て高温水が供給される。そして、高圧蒸発器８には、高
圧ドラム１３から高圧循環ポンプ３０により高温水が供
給される。

【００１１】ところで、上記のような低温腐食の問題と
は別に、一般に上記のようなコンバインドサイクル発電
プラントの起動時には、排熱回収ボイラ６の発生蒸気量
が少ないため、給水流量も少ない運転状態となり、節炭
器内において流速が遅くなり、蒸発（スチーミング）現
象が発生し、ドラムの水位変動や給水配管のウォータハ
ンマ現象が誘発されて運転に支障をきたす可能性があ
る。

【００１２】しかし、図６に示すように構成された排熱
回収ボイラ給水装置では、ドラム保有水の温度が大気温
度に近い状態から起動するコールド起動時、低圧節炭器
入口温度調節弁２４が温度設定値との偏差により最初開
状態となるから、起動時でも低圧ドラム１６と低圧節炭
器１１との間を循環する系統によって低圧節炭器１１に
十分な給水が確保されることになり、コールド起動時の
運転不安定現象を回避している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な排熱回収ボイラ節炭器への給水装置では、ドラム保有
水を分岐して給水に混合する系統に十分な流量が流れな
ければ、混合された給水の温度上昇は期待できず、この
流量は低圧節炭器入口温度調節弁２４の差圧が十分確保
されるか否かで決定されることになり、すなわち低圧蒸
発器１０の入口圧力が低圧節炭器１１の入口圧力より十
分大きい必要がある。

【００１４】低圧蒸発器１０の出口と低圧節炭器１１の
出口は、低圧ドラム１６に接続されているため、低圧蒸
発器１０の入口圧力および低圧節炭器１１の入口圧力
は、それぞれの圧力損失により決定され、低圧蒸発器１
０での圧力損失と低圧節炭器１１での圧力損失との差は
最大でも１kg/ cm² 以下であり、低圧蒸発器１０と低圧
節炭器１１内部の流動状態によっては低圧節炭器入口温
度調節弁２４の差圧が不十分となって、この温度調節弁
２４が全開しても十分な流量が流れず、目標温度に制御
できないという可能性が生ずることになる。

【００１５】また、低圧給水ポンプ１９から給水される
温度は、夏場と冬場では復水器１８の冷却水の温度差に
よる真空度の相違から、冬場においては夏場に比較して
７〜８℃程度も低下して目標温度との差が大きくなるか
ら、冬場に目標温度に制御するためには、ドラム保有水
を混合させる系統に、夏場に比べてより多くの流量を流
す必要がある。

【００１６】さらに、図６に示すように、窒素酸化物低
減対策としてガスタービンの燃焼器３に蒸気タービン１
５から蒸気噴射流量調節弁３１を経て蒸気噴射を行って
いる場合には、この噴射蒸気量によって結露温度が最大
５℃程度変化する。この場合、噴射蒸気量が多いときに
は、結露温度が上昇するため、低圧節炭器入口温度調節
弁２４の温度設定値は、最大噴射蒸気量でも結露しない
ような高めの値に設定する必要があり、これには結局、
ドラム保有水を混合させる側の系統の流量をさらに増加
させることが必要になる。

【００１７】結局、従来の系統で構成された排熱回収ボ
イラ６では、低圧蒸発器１０と低圧節炭器１１の圧力損
失によって決定される入口温度調節弁２４の差圧に十分
な余裕を期待できないため、冬場でガスタービン燃焼器
への噴射蒸気量が多い運転状態では、低圧節炭器１１の
入口温度が目標温度に制御できず、その結果、低圧節炭
器１１の腐食防止効果が十分に得られないという問題点
があった。

【００１８】また、プラントの前回停止からの停止間隔
が短く、ドラム保有水が残温を保持した状態から起動す
るホット起動時においては、その初期に低圧給水流量調
節弁２０側が全閉付近で運用されるに伴って低圧節炭器
入口温度調節弁２４も全閉付近で運用される点がコール
ド起動と異なるため、結果的に節炭器での蒸発現象が発
生して運転不安定現象に至るという問題点があった。

【００１９】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、夏場、冬場の季節の差やガスタービン燃焼器へ
の蒸気噴射量の変化などの影響に対しても安定な給水温
度制御を行って節炭器での腐食を防止し、かつプラント
起動時のように排熱回収ボイラへの給水流量が少ない運
転領域でもコールド／ホット起動の別に関わらず、運転
安定性を確保するための節炭器蒸発防止機能を備えた排
熱回収ボイラ給水装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項１は、ガスタービンの排ガスを
熱源とした排熱回収ボイラ内に蒸発器，ドラムおよび節
炭器を配設し、上記蒸発器に上記ドラムを連結するとと
もに、このドラムに上記節炭器を介して給水を供給する
排熱回収ボイラ給水装置において、上記節炭器に給水す
る給水ポンプの吐出系統を、上記ドラム内に設けた熱交
換部を通る系統と、この熱交換部を通さない系統とに分
岐し、これらの給水を節炭器入口給水温度調節手段に合
流させて温度調節し、上記節炭器に供給することを特徴
とする。

【００２１】請求項２は、請求項１記載の排熱回収ボイ
ラ給水装置において、節炭器出口とドラムとの間に、ド
ラム側への給水流量を調節する給水流量調節手段を設置
するとともに、この給水流量調節手段から給水の一部を
給水ポンプ入口に戻す再循環系統を設け、給水流量要求
信号に基づいて再循環流量と上記ドラム側への給水流量
との割合を調節することを特徴とする。

【００２２】請求項３は、請求項１記載の排熱回収ボイ
ラ給水装置において、燃焼器に蒸気噴射が行われている
場合、この噴射蒸気量を検出器にて検出し、この検出信
号を節炭器入口温度調節手段の温度制御設定値に加算す
ることを特徴とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２４】図１は本発明に係る排熱回収ボイラ給水装
置の第１実施の形態を示す系統図である。なお、従来の
構成と同一または対応する部分には図６と同一の符号を
用いて説明する。

【００２５】図１に示すように、起動装置１を起動させ
ると、圧縮機２により圧縮された空気は、燃焼器３で燃
料とともに燃焼してガスタービン４で仕事をして発電機
５を駆動させ、発電を行うようになっている。ガスター
ビン４の排ガスは排熱回収ボイラ６に導かれ、この排熱
回収ボイラ６内において、過熱器７，高圧蒸発器８，高
圧節炭器９，低圧蒸発器１０および低圧節炭器１１の順
に熱交換した後に煙突１２から排出される。

【００２６】排熱回収ボイラ６で発生した蒸気におい
て、高圧蒸気は高圧ドラム１３から過熱器７、高圧蒸気
加減弁１４を経て蒸気タービン１５の高圧側へ導かれる
一方、低圧蒸気は低圧ドラム１６から低圧蒸気加減弁１
７を経て蒸気タービン１５の低圧側に導かれ、それぞれ
蒸気タービン１５で仕事をした後、復水器１８で凝縮液
化されて復水となる。

【００２７】また、復水器１８からの給水は、低圧給水
ポンプ１９で昇圧された後、低圧ドラム１６に設けられ
た熱交換部１６ａを通る系統と、低圧ドラム１６を通ら
ない系統に分岐された後、三方調節弁構造である節炭器
入口給水温度調節手段としての低圧節炭器入口温度調節
弁２４で合流され、ここで温度調節は、低圧ドラム１６
側を通る系統と通らない系統との流量配分を、低圧節炭
器入口温度調節弁２４の開度を図２に示すように制御す
ることにより行われる。

【００２８】すなわち、低圧節炭器１１の入口部には、
温度検出器２５が設置され、この温度検出器２５の検出
信号が比較器２６に出力され、比較器２６で低圧節炭器
１１の入口部の温度と、低圧節炭器入口温度調節弁２４
の温度設定値に加算器３２で加算した温度とが比較さ
れ、調節器２７を介して低圧節炭器入口温度調節弁２４
の開度が調節される。

【００２９】低圧節炭器入口温度調節弁２４から排出さ
れた給水は、低圧節炭器１１に供給され、この低圧節炭
器１１を経て三方調節弁構造である給水流量調節手段と
しての低圧給水流量調節弁２０で流量調節されて低圧ド
ラム１６に至る。ここで、低圧給水流量調節弁２０は低
圧給水ポンプ１９入口側に再循環する系統にも連絡され
ており、低圧ドラム１６のレベルを制御するための給水
流量要求信号が小さいときは、この再循環系統に主に給
水を流すことにより、低圧給水ポンプ１９のミニマムフ
ローを確保すると同時に、低圧節炭器１１の蒸発防止の
ための必要流量を確保する。

【００３０】一方、上記給水流量要求信号が大きくなっ
てきたら、この再循環系統に流す流量を減らすと同時
に、低圧ドラム１６側に流れる流量を増加させるよう
に、低圧給水流量調節弁２０の開度を調節して通常のド
ラムレベル制御に移行させる。そして、低圧給水流量調
節弁２０の開度はドラムレベル制御装置２２の制御信号
により調節される。以上の低圧給水流量調節弁２０の開
度制御方法の一例を図３に示す。

【００３１】また、燃焼器３に蒸気噴射が行われている
場合は、噴射されている蒸気流量を検出器３３で検出
し、この検出信号を低圧節炭器入口温度調節弁２４の温
度設定値に加算器３２を通して加算することにより、噴
射蒸気量の変動による結露温度変化の影響を先行的に打
ち消して低圧節炭器１１での結露を防止することができ
る。

【００３２】次に、上記第１実施の形態の作用を説明す
る。

【００３３】第１実施の形態では、排熱回収ボイラ６の
低圧節炭器１１の入口温度を制御するに際し、低圧給水
ポンプ１９の吐出系統を高温のドラム保有水と熱交換さ
せた系統と、熱交換しない系統に分岐し、両者を流れる
割合を低圧節炭器入口温度調節弁２４により調節した後
に混合させて温度調節を行う。

【００３４】また、排熱回収ボイラ６への給水流量調節
手段としての低圧給水流量調節弁２０を低圧節炭器１１
出口と低圧ドラム１６との間に設置するとともに、低圧
給水ポンプ１９入口に戻す再循環系統とも接続し、低圧
ドラム１６側への給水要求信号が小さい場合は、この再
循環系統に主に流すことにより、低圧給水ポンプ１９の
過熱防止用再循環流量と低圧節炭器１１の蒸発（スチー
ミング）防止のための節炭器必要最低流量が同時に確保
することができる。

【００３５】さらに、ガスタービン燃焼器に蒸気噴射を
行っている場合には、この噴射蒸気量を検出器３３によ
り検出し、このの検出信号を節炭器入口給水温度の制御
設定値に加算することにより、噴射蒸気量の変化によっ
て排ガスの結露温度が変化しても、この影響を先行的に
打ち消して節炭器入口ヘッダーやチューブの外表面に結
露させない温度に制御することができる。

【００３６】以上のように、上記第１実施の形態によれ
ば、排熱回収ボイラ６の低圧節炭器１１の入口温度を調
節するに際し、高温給水を低温給水に混合する際の圧力
的な問題はなくなる。また、低圧節炭器１１での蒸発防
止のための必要流量が常時確保されると同時に、プラン
ト起動時は給水ポンプのミニマムフローも兼用すること
ができる。さらに、燃焼器３に蒸気噴射が行われている
場合でも、この影響を先行的に打ち消して節炭器での結
露を防止することができる。

【００３７】図４は本発明に係る排熱回収ボイラ給水装
置の第２実施の形態を示す系統図である。なお、前記第
１実施の形態と同一または対応する部分には同一の符号
を付して説明する。以下の実施の形態も同様である。

【００３８】第２実施の形態では、排熱回収ボイラ６を
単圧式に構成したものであり、排熱回収ボイラ６内には
過熱器３４，蒸発器３５および節炭器３６が排ガスの下
流側に向かって配設され、これら蒸発器３５および節炭
器３６がそれぞれ前記第１実施の形態における低圧蒸発
器１０および低圧節炭器１１に相当する。そして、排熱
回収ボイラ６で発生した蒸気は、ドラム３７から過熱器
３４、蒸気加減弁３８を経て蒸気タービン１５へ導かれ
る．この第２実施の形態でも前記第１実施の形態と同様
の効果が得られる。その他の構成および作用は前記第１
実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。

【００３９】図５は本発明に係る排熱回収ボイラ給水装
置の第３実施の形態を示す系統図である。この第３実施
の形態では、低圧節炭器１１の入口温度調節のために給
水の一部を高圧ドラム１３と熱交換させたものである。
すなわち、復水器１８からの給水は、低圧給水ポンプ１
９で昇圧された後、高圧ドラム１３に設けられた熱交換
部１３ａを通る系統と、高圧ドラム１３を通らない系統
に分岐された後、三方調節弁構造である低圧節炭器入口
温度調節弁２４で合流される。

【００４０】この第３実施の形態でも前記第１実施の形
態と同様の効果が得られる。その他の構成および作用は
前記第１実施の形態と同様であるのでその説明を省略す
る。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、節炭器に給水する給水ポンプの吐出系統を、
ドラム内に設けた熱交換部を通る系統と、この熱交換部
を通さない系統とに分岐し、これらの給水を節炭器入口
給水温度調節手段に合流させて温度調節し、上記節炭器
に供給することにより、節炭器入口給水温度が夏場、冬
場の季節の差に関わらず、安定に制御され、節炭器での
排ガス中の湿分結露による発錆が防止される。その結
果、節炭器でのチューブリークの可能性を低減すること
ができる。

【００４２】請求項２によれば、請求項１記載の排熱回
収ボイラ給水装置において、節炭器出口とドラムとの間
に、ドラム側への給水流量を調節する給水流量調節手段
を設置するとともに、この給水流量調節手段から給水の
一部を給水ポンプ入口に戻す再循環系統を設け、給水流
量要求信号に基づいて再循環流量と上記ドラム側への給
水流量との割合を調節することにより、プラントのコー
ルド／ホット起動の別に関係なく、節炭器での蒸発防止
に必要な流量が確保されると同時に、ミニマムフローも
確保され、節炭器での蒸発によるドラムレベル変動や給
水配管のウォータハンマ現象を未然に回避することがで
き、給水ポンプの過熱を防止することができる。

【００４３】請求項３によれば、請求項１記載の排熱回
収ボイラ給水装置において、燃焼器に蒸気噴射が行われ
ている場合、この噴射蒸気量を検出器にて検出し、この
検出信号を節炭器入口温度調節手段の温度制御設定値に
加算することにより、節炭器入口給水温度が燃焼器への
噴射蒸気量の差に関係なく、安定に制御されることとな
り、請求項１と同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排熱回収ボイラ給水装置の第１実
施の形態を示す系統図。

【図２】図１の低圧節炭器入口温度調節弁の開度制御方
法の一例を示す図。

【図３】図１の低圧給水流量調節弁の開度制御方法の一
例を示す図。

【図４】本発明に係る排熱回収ボイラ給水装置の第２実
施の形態を示す系統図。

【図５】本発明に係る排熱回収ボイラ給水装置の第３実
施の形態を示す系統図。

【図６】従来のコンバインドサイクル発電プラントの一
例を示す系統図。

【符号の説明】

１ 起動装置 ２ 圧縮機 ３ 燃焼器 ４ ガスタービン ５ 発電機 ６ 排熱回収ボイラ ７ 過熱器 ８ 高圧蒸発器 ９ 高圧節炭器 １０ 低圧蒸発器 １１ 低圧節炭器 １２ 煙突 １３ 高圧ドラム １３ａ 熱交換部 １４ 高圧蒸気加減弁 １５ 蒸気タービン １６ 低圧ドラム １６ａ 熱交換部 １７ 低圧蒸気加減弁 １８ 復水器 １９ 低圧給水ポンプ ２０ 低圧給水流量調節弁（給水流量調節手段） ２１ 復水再循環弁 ２２ ドラムレベル制御装置 ２３ 低圧循環ポンプ ２４ 低圧節炭器入口温度調節弁（節炭器入口給水温度
調節手段） ２５ 温度検出器 ２６ 比較器 ２７ 調節器 ２８ 高圧給水ポンプ ２９ 高圧給水調節弁 ３０ 高圧循環ポンプ ３１ 蒸気噴射流量調節弁 ３２ 加算器 ３３ 検出器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンの排ガスを熱源とした排熱
   回収ボイラ内に蒸発器，ドラムおよび節炭器を配設し、
   上記蒸発器に上記ドラムを連結するとともに、このドラ
   ムに上記節炭器を介して給水を供給する排熱回収ボイラ
   給水装置において、上記節炭器に給水する給水ポンプの
   吐出系統を、上記ドラム内に設けた熱交換部を通る系統
   と、この熱交換部を通さない系統とに分岐し、これらの
   給水を節炭器入口給水温度調節手段に合流させて温度調
   節し、上記節炭器に供給することを特徴とする排熱回収
   ボイラ給水装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の排熱回収ボイラ給水装置
   において、節炭器出口とドラムとの間に、ドラム側への
   給水流量を調節する給水流量調節手段を設置するととも
   に、この給水流量調節手段から給水の一部を給水ポンプ
   入口に戻す再循環系統を設け、給水流量要求信号に基づ
   いて再循環流量と上記ドラム側への給水流量との割合を
   調節することを特徴とする排熱回収ボイラ給水装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の排熱回収ボイラ給水装置
   において、燃焼器に蒸気噴射が行われている場合、この
   噴射蒸気量を検出器にて検出し、この検出信号を節炭器
   入口温度調節手段の温度制御設定値に加算することを特
   徴とする排熱回収ボイラ給水装置。