JPH0473501A - 自然循環形排熱回収ボイラ - 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に代表される各種の熱発生手段か
ら排出される排ガスの熱を利用する自然循環形排熱回収
ボイラに関する。

（従来の技術） エネルギー危機を契機として様々な産業分野でエネルギ
ーの節約を求める動きが多くなっている。発電の分野で
もこの省エネルギーを目指す動きは急であるが、消費量
の大きさを考えるとき、この動きはむしろ当然のことと
いわなければならない。近年脚光を浴びている複合サイ
クル発電、すなわちガスサイクルと蒸気サイクルとを組
み合わせて発電する方式は、このような時代の要請に適
うものとして旧来の発電方式にない高い効率での発電に
期待がかけられている。近年、特に開発が進められてい
るものは、この種の複合サイクル発電プラントの中でも
排熱回収形と呼ばれるものである。

これはガスタービンから排ガス（５００℃〜６００℃程
度）をそのまま排熱回収ボイラに導き、排ガスの熱によ
って蒸気を発生し、得られた蒸気を蒸気タービンに導い
て動力として取り出すように構成したもので、比較的大
容量のユニット構成が可能とされている。

このような複合サイクル発電プラントで用いられる排熱
回収ボイラは、蒸発管へ給水する方式によって、強制循
環形と自然循環形に分けられる。

本発明による自然循環層排熱回収ボイラでは、蒸発管へ
の給水は蒸発管内の気液二相流の平均密度と、降水管内
の水の密度との差を循環力として作動するため、蒸気ド
ラムと蒸発管入口部の静水頭差が大きく影響する。この
ため、蒸発管を垂直に配置し、排ガスを横に流す方式と
なる。自然循環層排熱回収ボイラは横置配置となるため
強制循環形に比べると、設置面積は大きくなる。しかし
、ガスタービン排ガスの流れが排熱回収ボイラの入口か
ら出口までスムーズな流れとなることにより、圧力損失
の低減に有利である。また、自立構造が可能となるため
、耐震架橋が不要かつ据付工事が容易である。さらに、
ｍ環ポンプがないため所内動力の低減によるプラント効
率の向上が図れるなどの特徴がある。

第２図に自然循環層排熱回収ボイラの蒸発器まわりの構
成を示し、蒸気及びボイラ水の流れについて説明する。

蒸発管１の内部を満たすボイラ水は高温ガス１３と熱交
換し、その一部が蒸発し、気液二相の状態となる。また
、降水管２は前記高温ガス１３により加熱される場合と
非加熱の場合があるがいずれの場合でも降水管２内を満
たすボイラ水に気泡が全く発生しないか、発生していて
も非常にわずかの量である。従って、蒸発管１と降水管
２内の流体には密度差が生じ、これが循環力となってボ
イラ水は蒸発管１内を上昇し、上昇管３、蒸気ドラム４
、降水管２の順に流れ、再び蒸発管１に流入する。

第３図に従来の自然循環形排熱回収ボイラ用蒸気ドラム
まわりの構成図を示し、蒸気ドラム４内の流れを詳細に
述べる。蒸気ドラム４は複数の上昇管３からの気液二相
流をサイクロンセパレータ７へ導びくように囲い板を形
成したシュラウド５と、その気液二相流を遠心力で蒸気
とボイラ水に分離するサイクロンセパレータ７とを備え
るものである。上昇管３から蒸気ドラム４に流入した気
液二相流は、蒸気ドラム内面とシュラウド５によって形
成された曲がり流路６を通り、サイクロンセパレータ７
内で遠心力により蒸気とボイラ水に分離される。蒸気は
さらにシェブロンセパレータ８で細かい水滴が除去され
、蒸気管９を通して過熱器（図示せず）に送られる。一
方、サイクロンセパレータ７内で分離されたボイラ水は
蒸気ドラム４内の缶水部に流入し、その後降水管２に送
られる。

ガスタービン起動時には蒸気ドラム４の水位は通常運転
時水位１０よりも低く設定しておく。この水位を起動水
位といい、従来の蒸気ドラムではサイクロンセパレータ
フの入口部底面が起動水位１１より高い位置に設定され
ていた。また、起動水位１１のすぐ下には低水位警報水
位１２があり、さらに低水位トリップ水位（図示せず）
が設定されている。

（発明が解決しようとする課題） 第２図において、高温ガス１３が蒸発器を構成する蒸発
管１内を流れるボイラ水と熱交換すると、蒸発管１内の
ボイラ水の密度は降水管２のボイラ水の密度より小さく
なる。このため蒸発管１内のボイラ水は上昇し、降水管
２のボイラ水は下降することになる。第３図の従来の蒸
気ドラムでは、サイクロンセパレータの入口部底面が起
動水位１１より高い位置に設定されていた。第４図に起
動時に水位低下が発生する原因を示す。図は蒸発管側の
水位と蒸気ドラム・降水管側の水位を示したものである
。例えば、蒸発管・上昇管側と蒸気ドラム・降水管側の
相当管内断面積がそれぞれ一定であるとすると、起動時
に左側の蒸発管・上昇管側の水は熱せられて膨張し、水
位が上昇したとしても（平均密度は下がっている）、管
内の質量は保存されるため、水の移動はない。すなわち
、加熱されない蒸気ドラム・降水管側の水位は変化しな
し１　。

しかし、第５図に示すように、加熱される蒸発管・上昇
管側の相当管内断面積が管上部で大きい場合は、加熱に
よる体積膨張に対し水位の上昇分が少ないため、水が左
右の管のバランスに従い、加熱されない側から加熱され
る側へ移動する。すなわち、加熱されない蒸気ドラム・
降水管側の水位が低下することになる。この水位低下は
蒸気ドラム内の水位低下となって現れる。

蒸気ドラム内の水位は蒸発管側で加熱により膨張したボ
イラが上昇管を通ってシュラウド内に入り、それからサ
イクロンセパレータを通ってドラム缶木部に流入する。

このとき蒸気ドラム水位は最低となる。ボイラ水が缶水
内に流入し始めた後。

ドラム水位は上昇に転じ、以後スウェリングにより水位
は急速に上昇する。このようにガスタービン起動直後に
はドラム水位が低下し、ドラム水位低下による低水位警
報さらには低水位トリップといった状態が発生するとい
う問題がある。

本発明の目的は、ガスタービン起動直後のドラム水位の
低下を防ぎ、安定した自動水位制御が可能となる自然循
環形排熱回収ボイラを提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記した目的を達成するために、水平方向を向
く排ガスの流れに垂直に配置された蒸発管を上部管寄せ
及び下部管寄せで連結する蒸発管パネルの複数個により
構成される蒸発器と、円筒状の蒸気ドラム内底部に囲い
板で上部を閉じるように曲がり流路を形成したシュラウ
ドおよび上部管寄せと蒸気ドラムを連絡する複数の上昇
管から流入する二相流を水と蒸気に分離するサイクロン
セパレータを備えた蒸気ドラムとを有する自然循環形排
熱回収ボイラにおいて、サイクロンセパレータの入口部
底面を起動水位よりも低い位置に設けることを特徴とす
る自然循環形排熱回収ボイラを提案するものである。

（作用） 以上の構成によるならば上昇管からのボイラ水はシュラ
ウドによって形成された曲がり流路を通り、直にサイク
ロンセパレータの入口部底面よりドラム内に流入するこ
とができる。このため、ガスタービン起動直後のドラム
水位低下がなくなり、ドラム水位低下による低水位警報
または低水位トリップといった状態が発生せず、安定し
た自動水位制御が可能となる。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

第１図において、蒸気ドラム４は複数の上昇管３からの
気液二相流をサイクロンセパレータ７へ導くように囲い
板を形成したシュラウド５と、その気液二相流を遠心力
で蒸気とボイラ水に分離するサイクロンセパレータ７と
を備えたものである。

ガスタービン起動時、水位は起動水位１１に設定するが
、起動水位のすぐ下には低水位警報水位１２があり、さ
らには低水位トリップ水位（図示せず）が設定されてい
るので、起動水位は低水位の限界といえる。従来の蒸気
ドラムではサイクロンセパレータの入口部底面が起動水
位１１より高い位置に設定されていた。

このため、上昇管３を通り上昇してきたボイラ水は、シ
ュラウド５によって形成された曲がり流路６にたまり、
この流路内の水位がサイクロンセパレータの入口部底面
まで上昇しないと蒸気ドラム内缶水部へは流入できなか
った。このために水位の低下が生じたが、サイクロンセ
パレータ７人口部底面を起動水位よりも低い位置に設け
ておくことにより、上昇管３からのボイラ水は、シュラ
ウド５によって形成された曲がり流路６を通り、直にサ
イクロンセパレータフの入口部底面より蒸気ドラム４内
に流入することができる。すなわち、ガスタービン起動
時におけるドラム水位低下が防止できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、サイク
ロンセパレータ入口部底面を起動水位よりも低い位置に
設けであるので、上昇管からのボイラ水は、シュラウド
によって形成された曲がり流路を通り、直にサイクロン
セパレータの入口部底面より蒸気ドラム内に流入するこ
とができる。

このため、ガスタービン起動時におけるドラム水位低下
が防止でき、ドラム水位低下による低水位警報または低
水位トリップといった状態が発生せず安定した自動水位
制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自然循環形排熱回収ボイラの一実
施例を示す構成図、第２図は従来の自然循環形排熱回収
ボイラの構成図、第３図は従来の自然循環形排熱回収ボ
イラ用蒸気ドラムを示す構成図、第４図および第５図は
ガスタービン起動時におけるドラム水位変化の様子を示
す説明図である。 ｌ・・・蒸発管　　　　　２・・・降水管３・・・上昇
管　　　　　４・・・蒸気ドラム５・・・シュラウド　
　　６・・・曲がり流路６・・・サイクロンセパレータ ７・・・シェブロンセパレータ　９・・・蒸気管１０・
・・通常運転時水位　１１・・・起動水位１２・・・低
水位警報水位　１３・・高温ガス代理人　弁理士　則　
近　憲　佑 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水平方向を向く排ガスの流れに垂直に配置された蒸発管
   を上部管寄せ及び下部管寄せで連結する蒸発管パネルの
   複数個により構成される蒸発器と、円筒状の蒸気ドラム
   内底部に囲い板で上部を閉じるように曲がり流路を形成
   したシュラウドおよび前記上部管寄せと該蒸気ドラムを
   連絡する複数の上昇管から流入する二相流を水と蒸気に
   分離するサイクロンセパレータを備えた蒸気ドラムとを
   有する自然循環形排熱回収ボイラにおいて、前記サイク
   ロンセパレータの入口部底面を起動水位よりも低い位置
   に設けることを特徴とする自然循環形排熱回収ボイラ。