JPH01318802A - 再熱型コンバインドプラントの蒸気温度制御システム - 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】 ［発明の利用分野］ 本発明は、再熱型排熱回収ボイラとガスタービービンと
再熱型蒸気タービンとを組合せた複合発電プラントに使
用される再熱型排熱回収ボイラの蒸気温度制御システム
に関する。

［従来の技術］ 従来、ニー・ニス・エム・イー、７ｌ−ＧＴ−７９第１
６頁から１７頁（ＡＳＭＥ、７ｌ−ＧＴ−７９，ＰＰ１
．６−１７）に記載されている様に、非再熱型の排熱回
収ボイラよりの発生蒸気の温度そのものを一定値に制御
する方法は発表されているが、再熱型排熱回収ボイラに
おける蒸気温度制御方法までは言及されていない。

他方、通常火力プラントに使用される再熱型ボイラの蒸
気温度制御に関しても特開昭５９−２１２６０６号に記
載の様に、蒸気温度そのものを正確に制御する方法は種
々発表されており、従来は主蒸気温度および再熱蒸気温
度をいかに正確に制御するかに多くの努力が向けられて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように従来技術は、非再熱型排熱回収ボイラの蒸
気温度制御、並びに通常火力プラント用再熱ボイラの蒸
気温度制御に関するものであり。

これらを排熱回収型でかつ再熱型のボイラにそのまま適
用することはできない。

再熱型排熱回収ボイラは通常火力プラント用ボイラと異
なり、ガスタービンからの排熱を利用する単純な熱交換
器であり、ガスタービンからの排ガスの状態により、そ
の発生蒸気の特性も受動的に変化する。

ここでガスタービンの排ガス温度は、周囲大気温度並び
にガスタービンの負荷等によっ−Ｃ大きく変化するため
、再熱型排熱回収ボイラより発生する主蒸気並びに再熱
蒸気温度も上記排ガス温度の変化に伴って変化すること
になる。このため、該排熱回収ボイラの設計点において
は主蒸気と再熱蒸気に温度差が生じない場合でも、設計
点から異なる大気温度またはガスタービン負荷の状態に
おいては、主蒸気と再熱蒸気に温度差が生じ、該蒸気に
よって駆動される再熱型蒸気タービンに熱応力が発生す
る問題があった。

更に主蒸気と再熱蒸気の温度差は定常状態における運転
時だけではなく、特に起動時並びに負荷変化時等では再
熱型排熱回収ボイラでの熱交換特性が動的なものとなる
ため、この場合には更に大きな温度差を生ずる。一方、
コンバインドサイクルプラントは、その一つの大きな特
徴が優れた運用性にあるため、頻繁な起動停止、負荷変
化運用が予想され、前記の主蒸気と再熱蒸気の温度差。

ひいては、それに起因する前記熱応力は該運用性に対し
ても大きな障害となっていた。

本発明の目的は、再熱型排熱回収ボイラにて発生する主
蒸気と再熱蒸気の温度差を制限値以内に制御し、以って
再熱型蒸気タービンで発生する熱応力を軽減することに
より、再熱型コンバインドプラントの安全運転を図るこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、ガスタービンと、ガスタービンからの排ガ
スにより主蒸気および再熱蒸気を発生する再熱型排熱回
収ボイラと、再熱型排熱回収ボイラから発生した主蒸気
および再熱蒸気により駆動される再熱型蒸気タービンと
から構成される再熱型コンバインドプラントにおいて、
再熱型排熱回収ボイラから発生した主蒸気温度および再
熱蒸気温度の検出手段と、主蒸気温度制御用機器および
再熱蒸気温度制御用機器の少なくとも一方または両方と
、前記検出手段の検出出力に基づき主蒸気と再熱蒸気の
温度差が零または所定の制限値内となる様に主蒸気温度
制御用機器および再熱蒸気温度制御用機器の少なくとも
一方または両方を操作する制御装置とからなることを特
徴とする。再熱型コンバインドプラントの蒸気温度制御
レステムによって達成される。

主蒸気温度制御用および再熱蒸気温度制御用の各機器は
、請求項２ないし６に夫々記載のものであり得る。

［作　　　用］ 上記構成により、再熱型コンバインドプラントにおいて
主蒸気と再熱蒸気の温度差を再熱型蒸気タービンの安全
運転に適するよう零または制限値以内とすることができ
る。

［実　施　例コ 以下１本発明の実施例を総括的に第１図により説明する
。

ガスタービンからの排熱を回収する再熱型排熱回収ボイ
ラ１０には主蒸気を過熱する過熱器１１、再熱蒸気を加
熱する再熱器１２が具備されている。前記過熱器１１は
２分割される場合もあり、この場合には２分割された過
熱器１１は図示の如く連絡配管２４によって連結されて
いる。前記過熱器１１は再熱型蒸気タービン８０の一部
を構成する高圧タービン８１へ主蒸気配管２１によって
連絡され、該高圧タービンよりの排気は低温再熱蒸気配
管２３を介し、前記排熱回収ボイラ１０内に具備された
再熱器１２に導かれ、該再熱器で加熱された蒸気は高温
再熱蒸気配管２２を介し、再熱型蒸気タービン８０の一
部を構成する再熱タービン８２に導入される。

ここで、前記主蒸気配管２１および再熱蒸気配管２２に
は、それぞれ主蒸気および再熱蒸気温度を測定する目的
の温度検出器５１および５２が設置され、該温度検出器
によって測定された主蒸気温度および再熱蒸気温度は制
御装置５３にてその温度差が計算され、該温度差と予め
設定された温度差制限値とが比較され、実温度差が制限
値を超える場合には、前記実温度差が制限値内となる様
、後記の各実施例で示すような制御用機器５４を操作す
る。

このように、再熱型コンバインドプラントにおける主蒸
気と再熱蒸気の温度差を制限値以内とすることが可能で
あるため、蒸気タービン８０での蒸気温度差による熱応
力発生の回避が可能となり。

プラントの安全運用を図ることができる。

第２図に上記の蒸気温度制御方法の一例を示す。

前記主蒸気温度検出計５１および再熱蒸気温度検出計５
２で測定された主蒸気温度と再熱蒸気温度の差を計算し
、主蒸気温度の方が高い場合には、該温度差と温度差制
限値が比較され、実温度差が制限値を超える場合には調
節計を介し主蒸気温度の制御用機器を操作する。また逆
に再熱蒸気温度の方が主蒸気温度よりも高い場合には、
温度差の符号がマイナスとなるため、符号反転器により
該温度差符号をプラスとした上で前記温度差制限値との
比較を行ない、実温度差が該制限値を超える場合には調
節計を介し再熱蒸気温度の制御用機器を操作する。

以上の蒸気温度制御方法により第３図に示すように、上
記の温度制御を実施しない場合にガスタービン部分負荷
時に温度差が生ずる主蒸気温度と再熱蒸気温度（第３図
（ａ））のいずれか高い方の蒸気温度を低い方の蒸気温
度と等しく制御することが可能となる（第３図（ｂ））
。

ここで、第３図（ｂ）は前記蒸気温度差の制限値として
“０”を設定した場合を示すが、勿論この制限値として
はある範囲をもった数値を設定することも可能であり、
この場合、前記主蒸気温度と再熱蒸気温度は該制限範囲
内に入る温度差で運転されることとなる。

第４図に本発明による一実施例を示す。本実施例では、
前記主蒸気温度の制御用機器として、２分割された過熱
器１１を連絡する配管２４の途中に減温器３１を設置し
、また再熱蒸気温度の制御用機器として、高圧タービン
から再熱器１２へ連絡する低温再熱蒸気配管２３の途中
に減温器２４を設置し、それぞれの減温器には調整弁３
２．３５を具備した配管３３．３６を介してスプレー水
が導入されるようにしたものである。該スプレー水はコ
ンバインドプラント中に設置される給水ポンプの出口側
より分岐する給水の一部、または排熱回収ボイラに具偏
される節炭器出口側より分岐する給水の一部を利用する
ことが考えられる。

第５図に本発明による他の実施例を示す。排熱回収ボイ
ラ１０内に具備された過熱器１１と高圧蒸気タービンを
連結する主蒸気配管２１の途中に主蒸気温度制御用機器
として減温器３１を設置し、また再熱器１２と再熱蒸気
タービンを連絡する再熱蒸気配管２２の途中に再熱蒸気
温度制御用機器として減温器３４が設置されている。ま
た該減温器３１．３４には夫々ＭＡ整弁２５．２７を具
備した配管２６．２８を介し。

排熱回収ボイラの蒸気発生ドラム１３または該ドラムと
過熱器１１とを連結する配管の途中から飽和蒸気を減温
用スプレー蒸気として供給するようにしている。ここで
前記主蒸気配管２１および再熱蒸気配管２２上に具備さ
れた温度検出計５１および５２で測定された主蒸気温度
および再熱蒸気温度は制御装置５３にて両者の温度差が
算出され、該温度差が予め設定された温度差制限値を超
える場合には、該温度差が制限値以内となる様、蒸気温
度の高い方の減温器へのスプレー蒸気量を調整する調整
弁２５または２７が動作することになる。

本実施例によれば、再熱型コンバインドプラントにおけ
る主蒸気と再熱蒸気の温度差を制限値以内とすることが
可能であり、また減温用に蒸気を使用するため、水を使
用する場合に較べ、水滴が蒸気タービン８０に流入する
危険性もなく、プラントの安全運用を図ることができる
。

第６図には本発明による他の実施例を示す。排熱回収ボ
イラ１０内に具備された過熱器１１の排ガス流れの上流
には該過熱器に流入する排ガス温度を上昇させる目的の
助燃バーナー４３が設置され、また再熱器１２の排ガス
流れの上流には該再熱器に流入する排ガス温度を上昇す
る目的の助燃バーナー４５が設置されている。また該助
燃バーナー４３．４５にはそれぞれ助燃用燃料量を調整
する弁４４．４６を具備した燃料配管４７．４８によっ
て燃料が供給されている。

ここで前記助燃用燃料量調整弁４４．４６は主蒸気温度
と再熱蒸気温度の差が制限値以内となる様動作し、過熱
器１１または再熱器１２に流入する排ガス温度を調整す
ることにより、主蒸気温度または再熱蒸気温度を制御す
る。

尚１本実施例では蒸気温度の低い方の蒸気を他方の高い
蒸気温度に合わせる様に制御することとなる。

また本実施例では過熱器１１と再熱器１２のそれぞれの
排ガス側上流に助燃バーナー４３および４５を設置して
いるが、排熱回収ボイラの設計時点で、主蒸気温度また
は再熱蒸気温度のいずれかが、大気温度および／または
ガスタービン負荷が変化した状態でも常に他方に較べ低
い蒸気温度となることが明らかであれば、該低い蒸気温
度となる蒸気を加熱する過熱器または再熱器の排ガス側
上流にのみ助燃バーナーを設置することでも本発明の目
的は達せられる。

第７図には本発明による他の実施例を示す。排熱回収ボ
イラ１０の内部は排ガスの流れ方向に平行に仕切板１４
により２分割されており、一方の排ガス流路中には過熱
器１１が配置され、他方の排ガス流路中には再熱器１２
が配置され、またそれぞれの排ガス流路の排ガス流量を
調整するダンパー４１．４２が具備されている。

ここで該ダンパー４１．４２でそれぞれ過熱器１１およ
び再熱器１２が配置されている排ガス流路中を通過する
排ガス量を調整することにより、前記主蒸気温度と再熱
蒸気温度との差があらかじめ設定された制限値以内とす
ることが可能である。

本実施例によれば、再熱型コンバインドプラントにおけ
る主蒸気と再熱蒸気の温度差を、外部からのスプレー水
、スプレー蒸気または助燃用燃料等を導入することなく
、制限値以内とすることが可能となるため、プラントの
熱効率の面でも有効な蒸気温度制御ができる。

また第８図には更に他の実施例を示す。第７図と異なる
点は、排熱回収ボイラｌＯ内の仕切板１４により２分割
された一方の排ガス流路中には排ガスの流れ方向から順
番に２次過熱器１６．１次再熱器１７を配し、他方の排
ガス流路中には２次再熱器１８．１次過熱器１５を配置
したことである。主蒸気は１次過熱器１５１次に２次過
熱器１６を通って主蒸気配管２１を経て高圧タービンへ
、また、再熱蒸気は１次再熱器１７１次に２次再熱器１
８を通って再熱蒸気配管２２を経て再熱タービンへ行く
。この祷造の排熱回数ボイラの場合でも、前記それぞれ
の排ガス流路中に設置されているガスダンパー４１．４
２を動作することにより、同様の効果を得ることができ
る。

これまでに述べた各実施例では、主蒸気と再熱蒸気との
温度差のみを制御し、これらのそれぞれの蒸気の温度自
体を所定にする制御はしていない。

これに対し第９図に示す実施例は、主蒸気および再熱蒸
気自体の温度を所定に制御し、且つ両者の温度も所定制
限範囲内に制御するものである。すなわち、第９図に示
した実施例においては、再熱型排熱回収ボイラより発生
する主蒸気と再熱蒸気との温度差が零となるような又は
制限値以内となるような主蒸気の設定温度と再熱蒸気の
設定温度を予めガスタービンの負荷またはガスタービン
よりの排ガス温度等に応じて設定し、該設定蒸気温度と
なる様に主蒸気温度並びに再熱蒸気温度を前述の各実施
例における如き適宜の主蒸気温度制御用機器、再熱蒸気
温度制御用機器を動作する。

尚、前記主蒸気温度または再熱蒸気温度のいずれか一方
を前記ガスタービン負荷または排ガス温度等に応じて予
め設定された温度となる機制御し、７他方の蒸気温度は
該制御された蒸気温度との差がある制限値内となる様、
適宜の蒸気温度制御用機器を操作するようにしても、本
発明の目的は達せられる。

本実施例では、再熱型排熱回収ボイラにて発生する主蒸
気並びに再熱蒸気温度をガスタービン負荷または排ガス
温度等に応じて予め設定された温度に制御し、且つ両者
の蒸気温度差もある制限値以内とすることができるため
、急激な負荷変化時等においてもプラントの安全運用を
図ることができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、ガスタービンよりの排
熱を利用する再熱型排熱回収ボイラより発生する主蒸気
と再熱蒸気との温度差を、該主蒸気並びに再熱蒸気によ
り駆動される再熱型蒸気タービンに熱応力が発生しない
様な制限値以内に抑えることができ、再熱型コンバイン
ドプラントの安全運転を確保できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例を総括的に示した図、第２
図は本発明における蒸気温度制御方法の制御ブロックの
一例を示した図、第３図（ａ）は本発明を適用しない場
合の、また第３図（ｂ）は本発明を適用した場合の主蒸
気および再熱蒸気温度の変化を示す図、第４図ないし第
９図は本発明による他の実施例を夫々示す図である。 ｉｏ・・・再熱型排熱回収ボイラ １１・・・過熱器　　　　　　１２・・・再熱器２１・
・・主蒸気配管　　　　２２・・・高温再熱蒸気配管３
１・・・主蒸気減温器　　　３４・・・再熱蒸気減温器
４１、４２・・・排ガスダンパ　４３．４５・・・助ｍ
バーナー５１・・・主蒸気温度検出器　５２・・再熱蒸
気温度検出器５３・・制御装置　　　　　５４・・・蒸
気温度制御用機器８０・・・再熱型蒸気タービン 制御も一壬　　　シ」徊用利Ｉき ガスタービン負荷（％） 第４図 ３１　　主蓋機５鱒七 ３２スブし一水調整弁 ３３スプレー水配管 γ再熱菟文浅温器 ３５スプレ一水１周整弁 ３６スブし一水西ご宮 第５図 ２、：１ ２５　ヌブレラ）気ジＰ竪弁 ３Ｉ主蒸蛇戚邪 ３４丹熱擦夷滅温器 第６図 η 燃庫４　　　　　４３，４５　助燃ノＶ−す４４、＋６
燃料１訓整＃ 第７図 １４　仕切板 ４／、４２　　ガスダンツマ− 第８図 ｊ５−六過熱益 ｊ６二崩熱器 Ｉ７−次男熱る Ｉ８：次再憩鼎 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ガスタービンと、ガスタービンからの排ガスにより
   主蒸気および再熱蒸気を発生する再熱型排熱回収ボイラ
   と、再熱型排熱回収ボイラから発生した主蒸気および再
   熱蒸気により駆動される再熱型蒸気タービンとから構成
   される再熱型コンバインドプラントにおいて、再熱型排
   熱回収ボイラから発生した主蒸気温度および再熱蒸気温
   度の検出手段と、主蒸気温度制御用機器および再熱蒸気
   温度制御用機器の少なくとも一方または両方と、前記検
   出手段の検出出力に基づき主蒸気と再熱蒸気の温度差が
   零または所定の制限値内となる様に主蒸気温度制御用機
   器および再熱蒸気温度制御用機器の少なくとも一方また
   は両方を操作する制御装置とからなることを特徴とする
   、再熱型コンバインドプラントの蒸気温度制御システム
   。 ２　主蒸気温度制御用機器は、再熱型排熱回収ボイラ内
   に設置された過熱器の一部もしくは、該過熱器の出口側
   蒸気配管上、または、再熱型排熱回収ボイラ内に設置さ
   れた分割された過熱器の間を連絡する配管上に具備され
   たスプレー式減温器と該スプレー式減温器へのスプレー
   用流体の供給を調節する弁からなり、再熱蒸気温度制御
   用機器は、再熱型排熱回収ボイラ内に設置された再熱器
   の一部もしくは該再熱器の入口側蒸気配管上もしくは出
   口側蒸気配管上、または、再熱型排熱回収ボイラ内に設
   置され分割された再熱器の間を連絡する配管上に具備さ
   れたスプレー式減温器と該スプレー式減温器へのスプレ
   ー用流体の供給を調節する弁とからなる請求項１記載の
   再熱型コンバインドプラントの蒸気温度制御システム。 ３　前記のスプレー用流体が減温水である請求項２記載
   の再熱型コンバインドプラントの蒸気温度制御システム
   。 ４　前記のスプレー用流体が減温蒸気である請求項２記
   載の再熱型コンバインドプラントの蒸気温度制御システ
   ム。 ５　主蒸気温度制御用機器は、再熱型排熱回収ボイラ内
   に具備された過熱器の排ガス流れ方向の上流に設置され
   た助燃バーナーと該助燃バーナーへの燃料の供給を調節
   する弁とからなり、再熱蒸気温度制御用機器は、再熱型
   排熱回収ボイラ内に具備された再熱器の排ガス流れ方向
   の上流に設置された助燃バーナーと該助燃バーナーへの
   燃料の供給を調節する弁とからなる請求項１記載の再熱
   型コンバインドプラントの蒸気温度制御システム。 ６　再熱型排熱回収ボイラの内部が排ガスの流れ方向に
   仕切板等により２分割された流路をなし、そのうち一方
   の排ガス流路中に過熱器が設置され、他方の排ガス流路
   中に再熱器が設置されており、主蒸気温度制御用機器お
   よび再熱蒸気温度制御用機器は上記それぞれの排ガス流
   路中の排ガス流量を調節する排ガスダンパーからなる請
   求項１記載の再熱型コンバインドプラントの蒸気温度制
   御システム。 ７　前記制御装置は、再熱型排熱回収ボイラから発生す
   る主蒸気と再熱蒸気との温度差が零または所定の制限値
   内となる様に予めガスタービンの負荷またはガスタービ
   ンよりの排ガス温度に応じて設定された主蒸気設定温度
   および再熱蒸気設定温度に対して主蒸気温度および再熱
   蒸気温度を夫々合致させる様に主蒸気温度制御用機器お
   よび再熱蒸気温度制御用機器を操作するものである請求
   項１ないし６のいずれかに記載の再熱型コンバインドプ
   ラントの蒸気温度制御システム。 ８　前記制御装置は、再熱型排熱回収ボイラから発生す
   る主蒸気および再熱蒸気のいずれか一者の温度を予めガ
   スタービンの負荷またはガスタービンからの排ガス温度
   に応じて設定された設定温度と合致させるように、且つ
   、他者の温度を上記一者の温度との差が零または所定の
   制限値内となる様に、主蒸気温度制御用機器および再熱
   蒸気温度制御用機器を操作するものである請求項１ない
   し６のいずれかに記載の再熱型コンバインドプラントの
   蒸気温度制御システム。