JPH05126301A - 混圧式排熱回収ボイラの保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 〔目的〕 高圧給水ポンプが中段抽水を行なうものにお
いて、プラントの運転状態にかかわらない高圧給水ポン
プの保護が可能な最小流量制御方法の提供と高圧給水ポ
ンプ最小流量制御と各節炭器のスチーミング防止制御に
ついて一つの設備として統合すること。 〔構成〕 復水器から復水ポンプで抽出した後水を、低
圧蒸気ドラムに接続された低圧節炭器、高圧給水ポン
プ、高圧蒸気ドラムに接続された高圧節炭器に順次供給
するとともに、高圧給水ポンプの中間段から抽出した給
水を低圧節炭器の入口給水に混合させるようにした混圧
式排熱回収ボイラの保護装置において、給水温度が最も
高くなる高圧節炭器のみに最小流量調節弁を設け、高圧
給水吸込流量と高圧給水ポンプの中間段から抽出した給
水量の差によって、上記最小流量調節弁を制御するよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、混圧式排熱回収ボイラ
を有する火力発電プラントの特に起動時および低負荷運
転状態時における排熱回収ボイラの保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の火力発電プラントでは、高効率運
転・運用の多様化および起動時間短縮等の課題から、２
種類以上の圧力で動作する蒸気ドラムを有する形式のコ
ンバインドサイクル発電プラントが採用される場合が多
くなっている。

【０００３】すなわち、図６は上記２種類の圧力で動作
する蒸気ドラムを有するいわゆる混圧式排熱回収ボイラ
を有するプラントの概略系統図であって、図示しない復
水器から復水ポンプによって抽出された給水は、低圧給
水管１を経て低圧節炭器２に供給される。この低圧節炭
器２に供給されそこで加熱された給水の一部は、高圧給
水ポンプ吸込管３から分岐されている低圧連絡管４を経
て低圧蒸気ドラム（図示せず）に供給されるとともに、
上記低圧連絡管４に設けられている低圧給水調節弁５に
よって上記低圧蒸気ドラムの水位が一定になるように制
御される。

【０００４】一方、上記低圧節炭器２から流出する給水
の残部は、高圧給水ポンプ吸込管３を流通し、高圧給水
ポンプ６によって昇圧された後、高圧給水管７を介して
高圧節炭器８に給水される。上記低圧節炭器２および高
圧節炭器８は図示しないガスタービンの排気ガスと熱交
換可能に配設されており、高圧節炭器８でガスタービン
の排気ガスと熱交換して加熱された給水は、高圧連絡管
９を介して高圧蒸気ドラム（図示せず）に給水される。
そしてこの場合、上記高圧連絡管９に設けられている高
圧給水調節弁１０によって流量が制御され前記高圧蒸気
ドラムの水位が一定になるようにしてある。

【０００５】また、高圧給水ポンプ６の途中段落から
は、低圧節炭器２の入口に接続された低圧給水温度調節
用管１１が分岐導出されており、高圧給水ポンプ６の途
中段落から抽出された抽水が、低圧節炭器２の入口温度
によって開度が制御される低圧節炭器入口温度調節弁１
２を経て低圧給水管３内の給水に混合させられ、低圧節
炭器２に流入する給水温度が一定になるようにしてあ
る。

【０００６】ところで、上述の如き系統を構成する機器
の運転上の保護装置としては、高圧給水ポンプ６および
各節炭器２，８内の給水温度が、その時点での各蒸気ド
ラムの内圧に対する飽和温度より低く保たれ各給水調節
弁５および１０の２次側でフラッシュしないように、 α≧（各ドラム内圧の飽和温度）−（各節炭器出口給水温度）……（１） の条件を満足するように制御する。ここで、αの値は或
る一定の値を与えているのが一般的である。

【０００７】高圧節炭器８の出口でのスチーミング防止
については、前記条件を満足するように高圧節炭器ダン
プ管１３に設けられた高圧節炭器最小流量調節弁１４で
必要流量を調節し、給水の一部を排水する制御を行な
う。また、低圧節炭器２の出口でのスチーミング防止に
ついては、高圧節炭器８の場合と同様に、低圧節炭器ダ
ンプ管１５に設けられている低圧節炭器最小流量調節弁
１６で必要流量を調節し、復水器に給水の一部を排水す
る制御を行なうようにしてある。一方、高圧給水ポンプ
６の最小流量制御については、一般の火力プラントと同
様に、高圧給水ポンプ吸込管３内に設けた流量計１７で
検出した流量に基づいた流量制御信号によって駆動され
る高圧給水ポンプ最小流量調節弁１８によって、高圧給
水ポンプ最小流量管１９を経て復水器に流れる流量を制
御し、低水量運転時のポンプ内部の水の温度上昇および
吸込性能の低下に対する保護を行う。

【０００８】すなわち、上述の如き系統を有するコンバ
インドサイクルプラントにおいては、上述のように一般
に （ａ）高圧給水ポンプの最小流量制御 （ｂ）高圧節炭器の最小流量制御 （ｃ）低圧節炭器の最小流量制御 が独立した制御要素として構成されている。そしてこの
場合これらの制御装置は独立して動作する。

【０００９】ところで、このような制御装置は、特に起
動時の低圧蒸気ドラムおよび高圧蒸気ドラム等の各圧力
の蒸気ドラムへの給水量がないか、極小量である場合
に、総ての制御装置が同時に動作する可能性がある。つ
まり、高圧給水ポンプ最小流量調節弁１８が作動してい
る状態においては、高圧給水ポンプ６に最小流量に相当
する給水量が低圧節炭器２、高圧給水ポンプ吸込管３お
よび高圧給水ポンプ６内を流れていることになる。この
流量における低圧節炭器２での温度上昇量がガス側の温
度と流量条件から定まり、低圧節炭器２の出口給水温度
が定まる。このとき、（１）式で示す条件が満足されて
いれば、低圧節炭器最小流量調節弁１６は開かず、した
がって低圧節炭器ブロー管１５を介しての復水器への排
水はない。しかし、（１）式の条件が満足されない場合
は、低圧節炭器最小流量調節弁１６が開き、低圧節炭器
ブロー管１５を介して復水器への排水が生じる。

【００１０】一方、この状態において高圧節炭器出口の
給水温度は、高圧蒸気ドラムへの給水の無い状態では同
一運転状態の継続時間にもよるが、最終的にガス温度に
到達する。

【００１１】一般的には、高圧節炭器８のガス入口温度
は、高圧蒸気ドラムの圧力に対する飽和温度より高く、
高圧蒸気ドラムへの無給水状態では（１）式の条件が満
足できず高圧節炭器最小流量調節弁１４が作動し、高圧
節炭器ブロー管を介して復水器に排水される。

【００１２】この状態で、高圧節炭器最小流量調節弁１
４および高圧節炭器ブロー管１３を介して復水器に排水
する流量が高圧給水ポンプ６の最小流量より多い場合に
は、高圧給水ポンプ最小流量調節弁１８は全閉となり、
高圧給水ポンプ最小流量管を介しての復水器への排水も
なくなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
系統においては、各制御装置の制御信号による高圧節炭
器最小流量調節弁１４、低圧節炭器最小流量調節弁１
６、高圧給水ポンプ最小流量調節弁１８の動作がそれぞ
れ制御系の外乱になることがある。

【００１４】つまり、高圧節炭器最小流量調節弁１４に
よる高圧蒸気ドラムの圧力に対する飽和温度と給水温度
の温度差一定制御による高圧節炭器８の流量変化は、高
圧給水ポンプ６の吐出流量変化となり高圧給水ポンプ最
小流量制御に影響を与え、ひいては低圧節炭器２の出口
給水の低圧蒸気ドラムの圧力に対する飽和温度と給水温
度の温度差一定制御にも影響を与える等の問題がある。
一方、系統設備の面からは、この系統内に直列に配置さ
れた最小流量を確保すべき機器の最小流量の値に大きな
差がなければ、これらの制御装置を独立して個別に設け
る必要はない。

【００１５】さらに、高圧給水ポンプ６が、中段抽水を
有する構造である場合は、高圧給水ポンプ最小流量制御
に問題が生じることがある。すなわち、ポンプ最小流量
確保の主目的が、中段抽水後の羽根車の仕事に対するも
のであり、段抽水量がポンプの設計流量に対して多く、
かつ、流量変動も大きい場合には、高圧給水ポンプ最小
流量制御に問題が発生する。

【００１６】つまり、プラントの運転特性上から、高圧
給水ポンプ６の吐出量は零になる場合があるから、この
場合にはポンプ保護のために最小流量を確保する必要が
生じる。しかし、高圧給水ポンプ６の中段から抽水する
低圧給水温度調節用温水量は、プラントの全運転領域で
零になることはなく、この中段抽水量が高圧給水ポンプ
６の最小流量より多い場合には、高圧給水ポンプ吸込流
量計の流量測定値のみに基づいた制御では、高圧給水ポ
ンプ６の最小流量が確保できなくなる。

【００１７】そこでこのような場合には、一般的には、
高圧給水ポンプ６の吐出側に流量計を設け、この計測流
量に基づいて高圧給水ポンプ最小流量調節弁１８を動作
させることが考えられる。しかし、この場合には、高圧
蒸気ドラムへの給水制御用流量計の外に異なる目的の流
量計を同一管路内に設けることになり、２個のフローノ
ズルを設置するだけの直管長さを確保することも困難で
ある等の物理的な問題も生ずる。

【００１８】本発明はこのような点に鑑み、最小流量制
御系の構成を簡単化するとともに最小流量調節弁の制御
系に外乱が発生することがなく、プラントの運転状態に
かかわらず十分高圧給水ポンプ等の保護を行うことがで
きるようにした混圧式排熱回収ボイラの保護装置を得る
ことを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、復水器から復
水ポンプで抽出した復水を、低圧蒸気ドラムに接続され
た低圧節炭器、高圧給水ポンプ、高圧蒸気ドラムに接続
された高圧節炭器に順次供給するとともに、上記高圧給
水ポンプの中間段から抽出した給水を低圧節炭器の入口
給水に混合させるようにした混圧式排熱回収ボイラの保
護装置において、給水温度が最も高くなる高圧節炭器の
出口のみに最小流量調節弁を設け、高圧給水ポンプ吸込
流量と高圧給水ポンプの中間段から抽出した給水量の差
によって、上記最小流量調節弁を制御するようにしたこ
とを特徴とするものである。

【００２０】

【作用】復水器から復水ポンプによって汲み上げられた
給水は、低圧節炭器を経てその一部が低圧ドラムに供給
され、残りが高圧給水ポンプによって高圧節炭器に供給
される。そして上記高圧節炭器で加熱された給水は高圧
ドラムに供給される。一方、高圧給水ポンプの中間段か
らは一部の給水が低圧節炭器の入口給水に混合され、上
記入口給水温度が調節される。

【００２１】ところで、高圧ドラムへの給水が停止或い
はきわめて少なくなった場合には、高圧給水ポンプの出
口給水流量すなわち、高圧給水ポンプの吸込流量と高圧
給水ポンプの中間段から抽出した給水量の差によつて最
小流量調節弁の開度が制御され、高圧節炭器の必要最小
流量が確保される。この場合、低圧節炭器の流量は温度
調節用温水流量分だけ高圧節炭器の流量より常に多くな
る。したがって、この量が低圧節炭器の最小流量を確保
していれば、高圧節炭器の出口に設けられた最小流量調
節弁を介して復水器に排水するのみで、系統の最小流量
を確保することができる。

【００２２】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。

【００２３】図１において、図示しない復水器から復水
ポンプによって抽出された給水は、低圧給水管１を経て
低圧節炭器２に供給される。この低圧節炭器２に供給さ
れそこで加熱された給水の一部は、高圧給水ポンプ吸込
管３から分岐されている低圧連絡管４を経て低圧蒸気ド
ラム（図示せず）に供給されるとともに、上記低圧連絡
管４に設けられている低圧給水調節弁５によって上記低
圧蒸気ドラムの水位が一定になるように制御される。

【００２４】一方、上記低圧節炭器２から流出する給水
の残部は、高圧給水ポンプ吸込管３を流通し、高圧給水
ポンプ６によって昇圧された後、高圧給水管７を介して
高圧節炭器８に給水される。上記低圧節炭器２および高
圧節炭器８は図示しないガスタービンの排気ガスと熱交
換可能に配設されており、高圧節炭器８でガスタービン
の排気ガスと熱交換して加熱された給水は、高圧連絡管
９を介して高圧蒸気ドラム（図示せず）に給水される。
そして、この場合、上記高圧連絡管９に設けられている
高圧給水調節弁１０によって流量が制御され前記高圧蒸
気ドラムの水位が一定になるようにしてある。

【００２５】また、高圧給水ポンプ６の途中段落から
は、低圧節炭器２の入口に接続された低温給水温度調節
用管１１が分岐導出されており、高圧給水ポンプ６の途
中段落から抽出された抽水が、低圧節炭器２の入口温度
によって開度が制御される低圧節炭器入口温度調節弁１
２を経て低圧給水管３内の給水に混合させられ、低圧節
炭器２に流入する給水温度が一定になるようにしてあ
る。

【００２６】さらに、前記高圧連絡管９からは高圧給水
調節弁１０の上流側から高圧節炭器ダンプ管１３が分岐
導出されており、その高圧節炭器ダンプ管１３には高圧
節炭器最小流量調節弁１４が設けられている。一方、前
記高圧給水ポンプ６の吸込側には高圧給水ポンプ吸込流
量計１７が設けられるとともに、低圧給水温度調節用管
１１には温度調節用温水流量計２０が設けられている。

【００２７】そこで、このような系統において、高圧給
水ポンプ６および各節炭器２，８内の給水温度が、その
時点での各蒸気ドラムの内圧に対する飽和温度より低く
保たれ、各給水調節弁５，１０の２次側でフラッシュ
（スチーミング）しないように、 α≧（各ドラム内圧の飽和温度）−（各節炭器出口給水温度） の条件を満足するように高圧節炭器最小流量調節弁１４
の開度が制御され、必要流量が調節され、高圧節炭器ダ
ンプ管１３を介して復水器に給水の一部が排水される。

【００２８】この場合、システム最小流量設定値は図２
に示す排熱回収ボイラの特性によって決定すればよい
が、高圧給水ポンプ吸込流量計１７によって測定された
流量と、温度調節用温水流量計２０により測定された流
量との差すなわち高圧給水ポンプ６の吐出流量によって
高圧節炭器最小流量調節弁１４が制御される。この制御
の一例を図３に示す。

【００２９】このようにして、高圧節炭器８での給水の
温度上昇をおさえ高圧蒸気ドラムの圧力に対する飽和温
度より所定の温度差を保った給水を確保でき、しかも高
圧節炭器出口からの給水の排水であり最終加熱器の出口
からの排水であるため、この排水でシステム内全体に対
して決まった流量を確実に確保することができる。

【００３０】図４は本発明の他の実施例を示す図であっ
て、図１に示した例の高圧給水ポンプ６の代わりに、高
圧給水ブースタポンプ６ａおよび高圧給水ポンプ６ｂに
より構成し、上記両ポンプ６ａ，６ｂ間から低圧給水温
度調節用の給水を抽水するようにしたものである。しか
して、この場合も図１で示したものと同一作用効果を奏
する。

【００３１】また、流量制御については、高圧節炭器の
最小流量の設定値を負荷に応じて変化させるような場合
を考慮して、図５に示すように、流量制御器２１からの
高圧給水ポンプの最小流量制御信号と、流量制御器２２
からの高圧節炭器の最小流量制御信号とを低値優先回路
２３に印加し、その両者の低値信号（流量が多い方の信
号）を優先して高圧節炭器最小流量調節弁１４を制御す
るようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、独
立して設けられていた複数の保護系統を、直列に配置さ
れた各機器の給水温度が最も高温になる部分から分岐し
て流量を制御して流量を制御し、復水器等に排水する一
系統だけを設置することにより、最小流量を確保するこ
とによって機器の保護が可能となり、設備的な重複を避
けることができ、独立した制御系の動作が他の制御系の
外乱となることを防止することができる。しかも、中段
注水を行なう高圧給水ポンプの使用に当っても、機器保
護を確実に行なうために必要な高圧給水ポンプ吐出量を
計算によって行なうことができ、高圧給水管にさらに流
量計を設ける必要がなく、安価なものとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の混圧式排熱回収ボイラの保護装置の系
統図。

【図２】プラントの負荷に対応した節炭器の流量および
αの値の変化例を示した図。

【図３】本発明における最小流量制御のブロック図。

【図４】本発明の他の実施例における系統図。

【図５】最小流量制御の他の実施例を示すブロック図。

【図６】従来の混圧式排熱回収ボイラの保護装置の系統
図。

【符号の説明】

１ 低圧給水管 ２ 低圧節炭器 ５ 低圧給水調節弁 ６ 高圧給水ポンプ ８ 高圧節炭器 １０ 高圧給水調節弁 １１ 低圧給水温度調節用管 １２ 低圧節炭器入口温度調節弁 １４ 高圧節炭器最小流量調節弁 ２０ 温度調節用温水流量計

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】復水器から復水ポンプで抽出した復水を、
   低圧蒸気ドラムに接続された低圧節炭器、高圧給水ポン
   プ、高圧蒸気ドラムに接続された高圧節炭器に順次供給
   するとともに、上記高圧給水ポンプの中間段から抽出し
   た給水を低圧節炭器の入口給水に混合させるようにした
   混圧式排熱回収ボイラの保護装置において、給水温度が
   最も高くなる高圧節炭器の出口のみに最小流量調節弁を
   設け、高圧給水ポンプ吸込流量と高圧給水ポンプの中間
   段から抽出した給水量との差によって、上記最小流量調
   節弁を制御するようにしたことを特徴とする、混圧式排
   熱回収ボイラの保護装置。