JPH05288009A - 排熱回収ボイラのドラム系統およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、排熱回収ボイラ起動から定常運転
のプラントの全運転範囲にわたり安定した低圧節炭器入
口給水温度の制御が行えるドラム系統とその制御方法を
提供しようとするものである。 【構成】 本発明の排熱回収ボイラのドラム系統は、高
圧給水ポンプの最小流量を複水器に排出する系統と、プ
ラントの運転状態に応じて低圧節炭器入口の低圧給水温
度をある設定値に制御し低圧節炭器保護を行い高圧給水
ポンプの最小流量を確保しながら系統内保有水の加温運
転に使用する高圧給水ポンプ吐出から分岐し低圧節炭器
の上流側で低圧給水管と合流させるように構成された系
統とを備えている。また、その制御方法は、復水器に接
続された最小流量維持のための調節弁をプラントの運転
状態に応じて、全閉とする信号と最小流量制御信号とを
切替えて動作させることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンバインドサイクル
発電プラントの起動時における排熱回収ボイラのドラム
系統およびその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の火力発電プラントは、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、コンバ
インドサイクル発電プラントが採用されている。中でも
起動時から通常の負荷運転中に、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設備が採用される場合
が多い。

【０００３】起動時から負荷運転時において、２種類以
上の圧力で動作する蒸気ドラムを有する排熱回収ボイラ
の給水系統について、この種のプラントの代表例として
図４に沿って説明する。

【０００４】復水器より復水ポンプで抽出し、低圧給水
管１を介して、低圧節炭器２に給水加熱した後、高圧給
水ポンプ吸込管３から分岐し、低圧給水調節弁４で低圧
蒸気ドラムの水位を一定に保つような低圧給水流量に制
御し、低圧連絡管５を介して低圧蒸気ドラムに給水す
る。一方、高圧給水ポンプ吸込管３を介して高圧給水ポ
ンプ６に給水を供給する。高圧給水ポンプ６で昇圧され
た給水は、高圧給水管７を介して高圧節炭器８に給水さ
れる。高圧節炭器８でガスタービンの排気ガスと熱交換
し加熱された給水は、高圧蒸気ドラムの水位を一定に保
つように高圧給水調節弁９で流量を調節し、高圧連絡管
10を介して、高圧蒸気ドラムに給水される。

【０００５】高圧給水ポンプ６の出口の高圧給水管７の
途中から分岐し、流量を低圧節炭器入口温度調節弁11で
調節し、低圧給水温度調節用管12を介して、低圧給水管
１に合流させ、低圧給水と混合し低圧節炭器２の入口温
度を一定に調節する系統を採用している。一方、この系
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の最小流量制御装置を備えている。

【０００６】以上は、図４に示す複圧式の場合について
の説明である。図５に示すように高圧給水ポンプ吸込管
３の途中から分岐して低圧ドラムと高圧ドラムの中間の
圧力で動作する中圧ドラムへの給水を昇圧する中圧給水
ポンプ13、中圧節炭器15とこれに給水するための中圧給
水管14、中圧ドラムの水位を一定に保つように給水量を
制御する中圧給水調節弁16および中圧節炭器15と中圧ド
ラムを連絡する連絡管17により構成される。この系統に
も、中圧給水ポンプの保護装置として、中圧給水ポンプ
最小流量調節弁22、中圧給水ポンプ最小流量管23および
中圧給水ポンプ13の吸込流量を測定する中圧給水ポンプ
吸込流量計21が設けられる。

【０００７】さて、低圧節炭器２の入口部でのガス、す
なわち、ガスタービン排気の結露による低圧節炭器加熱
管の腐食を防止するためには、排気ガス温度を排気ガス
に含まれる水蒸気の露点以上に保つ必要がある。

【０００８】排熱回収型のコンバインドサイクルプラン
トの場合は、系統構成の簡素化と熱効率の向上のため低
圧節炭器２の入口給水温度を極力低くしている。このた
め低圧給水系統には、蒸気タービンのグランドからの漏
洩蒸気を凝縮させるために、グランド蒸気復水器のみを
低圧給水管１の適当な位置に設置しているのが一般的で
ある。国内のプラントの場合は、蒸気タービン排気圧力
として0.05kg／cm² ａｂｓ程度の値を採用しているのが
一般的であるため、計画状態でも33〜35℃程度で給水さ
れることになる。

【０００９】しかし、この給水温度では、一般的に排気
ガスの結露を防止することは不可能であり、低圧節炭器
入口給水温度は、最低でも50℃程度とする必要がある。
このため、中圧給水ポンプ13もしくは、高圧給水ポンプ
６の吐出側の中圧給水管14もしくは、高圧給水管７の途
中から分岐して低圧給水温度調節弁11を介して、低圧節
炭器２の上流側で低圧給水管１に合流混合させ低圧節炭
器入口給水温度を所定の温度に制御する方式を採用して
いる。低圧節炭器２の加熱推量は、高圧中圧および低圧
ドラムでの蒸発量に低圧節炭器２の入口給水温度制御の
ために低圧給水温度調節弁11を介して循環する水量であ
る。この循環水量を支配するのは、最大蒸発量を示す圧
力系統であり、一般的には高圧系である。したがって、
高圧給水ポンプの容量をこの循環水量を加味して決定
し、高圧給水管７から分岐することになるのが一般的で
ある。

【００１０】この系統構成と低圧節炭器入口給水温度制
御方法によれば、負荷運転中などで低圧節炭器２への排
気ガスからの入熱が確保できる運転範囲内では、安定し
た低圧給水温度制御が可能であることが分かっている。

【００１１】しかし、低圧節炭器２への入熱の少ない運
転状態、つまり、プラントの起動時等で、特に、ガスタ
ービン点火前および排熱回収ボイラのウォーミング状態
においては、高圧中圧での収熱が大きく低圧節炭器２で
の収熱が殆どできず低圧節炭器入口給水温度を所定の温
度に維持することが不可能な状態が発生する。この現象
を図３を使用して説明する。図３は、低圧節炭器給水量
（負荷）に対応した高圧給水ポンプ最小流量および低圧
節炭器入口温度調節用循環水量の変化を示してある。な
お、低圧節炭器入口温度調節用循環水量については、復
水器出口低圧給水温度の変化範囲を考慮した循環流量範
囲を示してある。図３に示した温度調節循環流量域（縦
縞で示した領域）は、低圧節炭器入口温度制御が行える
運転領域、すなわち、低圧節炭器での収熱が十分で温度
の高い温度制御用循環水が確保できる運転領域である。
また、ポンプ最小流量制御の運転領域と温度調節循環流
量域の遷移領域、すなわち、両運転領域の中間領域につ
いては、低圧節炭器への入熱が不足する運転領域であ
る。

【００１２】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
プ吸込管内に設置した吸込流量計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19によって流量を制御し、高圧給水ポン
プ最小流量管20を介して復水器に排水し、低水量運転時
のポンプ内部水の温度上昇および吸込性能の低下に対す
る保護を行うように計画されているのが一般的である。
しかし、先に説明したとおり、起動時等の低圧節炭器２
の収熱量が少ない場合の保護を目的として、高圧給水ポ
ンプ６の出口から分岐して復水器へ接続している高圧給
水ポンプ最小流量管の接続先を低圧節炭器入口の低圧給
水管１として、給水温度制御を組み合わせて使用する方
法も提案されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図４および
図５に示す系統構成と高圧給水ポンプ最小流量制御と低
圧節炭器入口温度制御方法の組合わせでは、図３で示し
たポンプ最小流量運転領域およびこれに続く遷移運転領
域における低圧節炭器入口給水温度の確保はできない。

【００１４】また、系統図等での説明はしていないが、
高圧給水ポンプ最小流量管20を低圧給水管１に接続する
方法を採用した場合の欠点は、低圧、中圧、高圧のどの
ドラムにも給水が不必要な運転状態が継続した場合に系
統内の水温が次第に上昇することであり、系統内の水の
体積膨張による異常昇圧を招く恐れもある。本発明で
は、排熱回収ボイラ起動から定常運転のプラントの全運
転範囲にわたり安定した低圧節炭器入口給水温度の制御
が行えるドラム系統とその制御方法を提供しようとする
ものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】高圧給水ポンプの最小流
量調節弁19および高圧給水ポンプ最小流量管20、低圧給
水温度調節弁11および低圧給水温度調節用管12を設け、
これらの調節弁は節炭器入口給水温度制御装置24からの
制御信号に応じて動作させる。節炭器入口給水温度制御
装置24は、高圧給水ポンプ最小流量調節機能について
は、従来技術を採用するが、排熱回収ボイラの起動から
ガスタービンに点火し、低圧節炭器入口給水温度が設定
値を越えるまでの間は高圧給水ポンプ最小流量調節弁19
を全閉状態に維持しておき、前記の条件が成立したとこ
ろで、本制御機能を自動に切り替える。

【００１６】また、低圧給水温度制御機能については、
排熱回収ボイラ起動からガスタービン点火までの間は、
低圧給水温度調節弁11は、高圧給水ポンプの最小流量を
確保できる一定開度に保持した運転とし、低圧節炭器入
口給水温度が設定値を越えた時点で、最小流量制御と入
口温度制御の制御信号の高値に基づいて動作させるよう
にする。

【００１７】

【作用】プラントの起動に際し、ガスタービンの起動前
に排熱回収ボイラを起動する。したがって、高圧給水ポ
ンプ６や中圧給水ポンプ13が起動されている。したがっ
て、各々ポンプは最小流量を確保しなければならず、各
々のポンプの最小流量管17，23を介して復水器へ最小流
量に相当する給水を排水する。このため、低圧節炭器２
の内部に充満していた水は短時間のうちに復水器出口の
低圧給水の温度の水に置換されてしまう。このような運
転状態を継続しても熱源である高温のガスタービンの排
気ガスが流れる状態にならない限り保有水の温度は上昇
しない。少なくともガスタービンに点火されるまでは、
この各ポンプの最小流量に相当する水は低圧給水管１、
低圧節炭器２、高中圧給水ポンプ吸込管３、高圧給水ポ
ンプ６、中圧給水ポンプ13、高圧給水管７、中圧給水管
14の部分を循環させる状態としてポンプの動力損失で昇
温する方法が採用できるようにする。このためには、少
なくとも、ガスタービンに点火するまでの間は高圧給水
ポンプ最小流量調節弁を全閉とし、最小流量を確保する
ために低圧節炭器２の上流側の低圧給水管１に循環させ
る系統を構成する。

【００１８】つまり、複圧式排熱回収ボイラの場合は、
低圧給水温度調節弁11と低圧給水温度調節管12を流用す
ればよい。三圧式の場合は、中圧給水ポンプ13吐出の中
圧給水管14から分岐して低圧給水管１に合流させる高圧
給水ポンプの場合と同様の循環ラインを設けるか、中圧
給水ポンプ最小流量管23の接続先を復水器ではなく低圧
給水管１の低圧節炭器入口給水温度測定点より上流側と
することにより、中圧給水の循環系統を構成することが
できる。これにより熱源が無い運転状態での保有水の昇
温運転が可能となる。この状態での高圧給水ポンプの最
小流量は、低圧給水温度調節弁11の開度を一定に保持も
しくは流量制御信号による操作を行うことにより確保さ
れる。

【００１９】ガスタービンに点火すると排気ガスが熱源
となるが起動時の状態により時間に対する各部の運転状
態量の推移は一定ではないが、ガスタービン起動時期ま
でに、低圧給水温度制御の設定値まで保有水の温度が上
昇していることが望ましい。

【００２０】この状態でガスタービンを起動すると、起
動前の状態の影響を受けながら低圧給水温度が変化す
る。一般的には、温度上昇を続け、ガスタービン点火に
到る。ガスタービンに点火されると、排気ガスが熱源と
なって系統内保有水の温度上昇速度は上昇する。この状
態にプラントの運転状態が達した時点から低圧給水温度
調節弁11をポンプ最小流量制御から給水温度制御に切り
替えてることにより、系統内保有水の温度を一定に制御
し異常昇温を防ぐものとする。しかし、この運転状態で
は、高圧・中圧・低圧の各ドラムへの給水が十分に確保
されていない場合があり、高圧給水ポンプ６の最小流量
が確保できなくなる様な運転状態が予測されるため、高
圧給水ポンプ最小流量調節弁は、全閉信号から最小流量
制御信号での動作に切り替えておき、高圧給水ポンプの
保護機能を確立しておくことにより従来技術の欠点を取
り除くことができる。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例を図１に示す。復水器から復
水ポンプで抽出、昇圧し低圧給水管１を介して低圧節炭
器２に送水する。給水は低圧節炭器２でガスタービン排
気と熱交換し加熱された後、高圧給水ポンプ吸込管３か
ら分岐し、低圧給水調節弁４で低圧蒸気ドラムの水位を
一定に保つような低圧給水流量に調節して、低圧連絡管
５を介して低圧蒸気ドラムに給水する。

【００２２】一方、高圧給水ポンプ吸込管３を介して高
圧給水ポンプ６に給水を供給する。高圧給水ポンプ６で
昇圧された給水は、高圧給水管７を介して高圧節炭器８
に給水する。高圧節炭器８でガスタービンの排気ガスと
熱交換し加熱され、高圧蒸気ドラムの水位を一定に保つ
ように高圧給水調節弁９で流量を調節し、高圧連絡管10
を介して、高圧蒸気ドラムに給水する。なお、高圧給水
ポンプ６吐出の高圧給水管７から分岐して、低圧給水温
度調節弁11で調節し、低圧給水温度調節用管１２を介し
て、低圧給水管１に合流させ、低圧給水と混合し低圧節
炭器２の入口温度を一定に調節する。

【００２３】図１には、複圧式の排熱回収ボイラについ
て記載してあるが、三圧式排熱回収ボイラの場合には、
高圧給水ポンプ吸込管３を延長して中圧給水ポンプ１３
の吸込部分を構成する。また、中圧給水ポンプ13の吐出
の中圧給水管14を介して中圧節炭器15に給水し、ガスタ
ービン排気ガスと熱交換し、中圧給水調節弁16で中圧蒸
気ドラムの水位を一定に保つように給水量を調節し、中
圧連絡管17を介して中圧蒸気ドラムに給水する。

【００２４】一方、この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の最小流量を確保
するため、高圧給水ポンプ吸込管に高圧給水ポンプ吸込
流量計18および高圧給水管７から分岐して高圧給水ポン
プ最小流量調節弁19で流量を調節し復水器に排水するよ
うに高圧給水ポンプ最小流量管20が設けられている。一
方、図示していない三圧式排熱回収ボイラの場合は、中
圧給水ポンプ13の最小流量を確保する保護装置として高
圧給水ポンプの場合と同様の設備を設けるが、中圧給水
ポンプ最小流量管23の接続先は、低圧節炭器２の上流側
である低圧給水管１とする。

【００２５】この実施例では、図２に示すように制御方
法を採用することにより、ガスタービン点火前の熱源の
ない運転状態では、高圧給水ポンプ最小流量調節弁16を
強制閉とし、系統外への保有水の排出を無くした状態で
の高圧給水ポンプの最小流量運転を行い、保有水の加熱
を行うと同時に高圧給水ポンプ６の最小流量の確保が低
圧給水温度調節弁11を使用して確実にできる。また、プ
ラントの負荷運転中には、低圧給水温度制御系とポンプ
最小流量制御系は完全に独立した制御系として作動す
る。

【００２６】この実施例では、図２に示すような制御方
法を採用することにより、ガスタービン点火前の熱源の
ない運転状態での保有水の加熱および高圧給水ポンプ６
の最小流量の確保が確実にできる。また、プラントの負
荷運転中には、低圧給水温度制御とポンプ最小流量制御
が独立した制御系として作動する。したがって、通常運
転状態では従来の制御方法が採用されているのと同義と
なる。

【００２７】低圧給水温度調節弁11の制御信号として高
圧給水ポンプ最小流量制御系と低圧給水温度制御系の制
御出力信号を切替えて制御するものとし、保有水循環運
転時でも、調節弁開度一定運転でなく最小流量制御運転
とするような制御方法の採用も可能である。

【００２８】高圧給水ポンプ最小流量調節弁の制御方法
として、以上の実施例では、全閉信号と流量制御信号の
切り替えを採用しているが、最小流量設定値を保有水循
環運転時の低圧給水温度調節弁11設定開度から求められ
る流量より小さい値（ただし、必要最小流量より大とす
る）とすることにより制御信号の切り替えを無くすよう
にすることも可能である。さらに、これらの方法を組合
わせ両者の最小流量制御の設定値に差を付けておくよう
な実施例が考えられる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ガスタ
ービン点火前の熱源のない運転状態での保有水の加熱、
および高圧給水ポンプの最小流量の確保が確実にでき
る。また、プラントの負荷運転中には、低圧給水温度制
御とポンプ最小流量制御とが独立した制御系として作動
する。したがって、通常運転状態では従来の制御方法を
採用したのと同義となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す系統図

【図２】本発明の最小流量制御を示すブロック図

【図３】低圧節炭器の給水流量に対応した高圧給水ポン
プ最小流量の変化および低圧給水温度制御用循環流量の
変化の一例を示した特性図

【図４】低圧節炭器および高圧節炭器を有した場合の従
来例を示す系統図

【図５】低圧節炭器、中圧節炭器および高圧節炭器を有
した場合の従来例を示す系統図

【符号の説明】

１…低圧給水管 ２…低圧節炭器 ３…高圧給水ポンプ吸込管 ４…低圧給水調節弁 ５…低圧連絡管 ６…高圧給水ポンプ ７…高圧給水管 ８…高圧節炭器 ９…高圧給水調節弁 10…高圧連絡管 11…低圧給水温度調節弁 12…低圧給水温度調節用管 13…中圧給水ポンプ 14…中圧給水管 15…中圧節炭器 16…中圧給水調節弁 17…中圧連絡管 18…高圧給水ポンプ吸込流量計 19…高圧給水ポンプ最小流量調節弁 20…高圧給水ポンプ最小流量管 21…中圧給水ポンプ吸込流量計 22…中圧給水ポンプ最小流量調節弁 24…高圧給水ポンプ最小流量調節計 25…低圧給水温度調節計 26…信号切替器

Claims (3)

【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と
   低圧節炭器で加熱された後、高圧給水ポンプで昇圧した
   ポンプの出口給水とを混合して一定温度で低圧節炭器に
   給水する系統と、低圧節炭器で加熱された給水を低圧蒸
   気ドラムに供給すると同時に、高圧蒸気ドラムへ給水す
   るための高圧給水ポンプへ供給し、高圧節炭器で更に給
   水が加熱され高圧蒸気ドラムに送水する主給水系統を有
   し、高圧給水ポンプの吐出から分岐し低圧節炭器入口給
   水の温度を調節するための系統を有する二種類以上の圧
   力で運転されるドラムを有する排熱回収ボイラのドラム
   系統において、高圧給水ポンプの最小流量を復水器に排
   出する系統と、プラントの運転状態に応じて低圧節炭器
   入口の低圧給水温度をある設定値に制御し低圧節炭器保
   護を行い高圧給水ポンプの最小流量を確保しながら系統
   内保有水の加温運転に使用する高圧給水ポンプ吐出から
   分岐し低圧節炭器の上流側で低圧給水管と合流させるよ
   うに構成された系統とを備えた排熱回収ボイラのドラム
   系統。
2. 【請求項２】 請求項１の復水器に接触された最小流量
   維持のための調節弁をプラントの運転状態に応じて、全
   閉とする信号と最小流量制御信号とを切替えて動作させ
   ることを特徴とした制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１の最小流量維持のための調節弁
   と低圧給水温度制御のための調節弁をプラントの運転状
   態に応じて、特定の一定開度に保持する様な信号と温度
   制御信号を切替えて動作させることを特徴とした制御方
   法。