JPH076601B2 - 排熱回収ボイラの給水温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複合発電プラントにおける排熱回収ボイラの
給水温度制御装置に関する。

〔従来の技術〕

高効率発電および中間負荷運用に最適なプラントとし
て、最近複合発電プラントが注目されている。このプラ
ントは、ガスタービンにより発電を行なうとともに、こ
のガスタービンから排出される排ガスの熱を回収する排
熱回収ボイラを備え、排熱回収ボイラにおいて発生した
蒸気で蒸気タービンを駆動して発電するものである。こ
のような排熱回収ボイラを図により説明する。

第11図は従来の複合発電プラントの系統図である。図
で、１はガスタービン、２はガスタービン１により駆動
される発電機、３はガスタービン１の排ガスＧを導入し
てその熱を回収する排熱回収ボイラである。排熱回収ボ
イラ３は、過熱器４、高圧蒸発器５、高圧節炭器６、低
圧蒸発器７、低圧節炭器８、低圧ドラム９、高圧ドラム
10等で構成されている。12は過熱器４からの蒸気により
駆動される蒸気タービンであり、発電機２に連結されて
いる。13は蒸気タービン12から排出される蒸気を復水す
る復水器、14は復水器13の水Ｗを低圧節炭器８に給水す
る復水ポンプである。15は低圧節炭器８の出口の加熱さ
れた給水を高圧節炭器６に導くとともに低圧節炭器８へ
の給水に混合するボイラ移送ポンプ、16は流量調整弁で
ある。17は低圧節炭器８の入口の給水温度Ｔ_S1を検出す
る温度検出器、18は温度・流量制御器である。

上記複合発電プラントは良く知られているので、その動
作の説明は省略し、低圧節炭器８の出口の給水をその入
口の給水に混合する理由について説明する。最近の複合
発電プラントにおいては、設備費の低減、系統の簡素化
等の理由から脱気器を削除し、復水器13に脱気機能をも
たせた復水器脱気方式が採用されている。この方式の場
合、ボイラ３の低圧節炭器８の入口の給水温度Ｔ_S1は約
30℃と低温であるので、そのままの温度で低圧節炭器８
へ給水されると低圧節炭器８で低温腐蝕が生じる。この
対策として、図示のように低圧節炭器８の出口の加熱さ
れた給水をボイラ移送ポンプ15を介してボイラ給水Ｗ
（低圧節炭器８の入口の給水）と混合して低温腐蝕が生
じない温度まで昇温させる手段が採用されている。そし
て、その温度は定格運転時に低温腐蝕が生じない温度で
ある約60℃に設定され、この温度は温度検出器17で検出
された温度に基づいて温度・流量制御器18で流量調整弁
16を制御することにより一定に保持されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来、上記温度は全負荷にわたつて一定値
（約60℃）に設定されていたので、起動時において、低
圧節炭器８出口の給水温度Ｔ_S1が低い場合には、低圧節
炭器８入口の給水温度Ｔ_S1を設定温度まで昇温させるた
め、定格負荷時の蒸発量以上の過大な流量を再循環させ
る必要があり、この結果、ボイラ移送ポンプ15に大容量
のポンプを使用しなければならず、補機動力の増加を惹
起し、プラント効率が低下するという欠点が生じてい
た。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除き、起動時に
おいて低圧節炭器への再循環量を増加させることなく低
温腐蝕を防止することができる排熱回収ボイラの給水温
度制御装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、復水ポンプから
給水される低圧節炭器と、この低圧節炭器を通過した給
水を前記復水ポンプからの給水に再循環させるボイラ移
送ポンプと、このボイラ移送ポンプによる再循環量を調
整する調整弁とを備えた排熱回収ボイラにおいて、前記
低圧節炭器の入口の給水温度を検出する温度検出器と、
前記排熱回収ボイラに導入される排ガス中のH₂O分圧に
関与する値に応じて当該給水温度の設定値を定める温度
設定手段と、この温度設定手段により設定された温度お
よび前記温度検出器で検出された温度に基づいて前記調
整弁を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

復水ポンプから低圧節炭器への給水が低温であるための
低圧節炭器の腐食を防止するため、低圧節炭器出口の加
熱された給水をボイラ移送ポンプにより復水ポンプから
の給水に再循環させる。この場合、排熱回収ボイラに導
入される排ガス中のH₂O分圧に関与する値に応じて当該
給水温度の設定値を定める。これにより、余分な再循環
を行なう必要をなくし、ボイラ移送ポンプを小さな容量
のものとすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る複合発電プラント
の系統図である。図で、第11図に示す部分と同一部分に
は同一符号を付して説明を省略する。20は温度・流量制
御器であり、その構成は第11図に示す温度・流量制御器
18の構成とは異なる。21はガスタービン負荷信号発信器
であり、ガスタービン負荷に比例する信号を温度・流量
制御器20に対して出力する。

ここで、低温腐蝕について考える。低温腐蝕は排ガス中
の水分（H₂O）が結露することによつて生じる。そし
て、その結露の露点温度は排ガス中のH₂O分圧に依存す
る。第２図にH₂O分圧と露点温度の関係を示す。第２図
で、横軸にH₂O分圧が、縦軸に露点温度がとつてある。
図から明らかなように、H₂O分圧が小さいと露点温度は
低く、H₂O分圧が大きいと露点温度は高い。したがつ
て、排ガス中のH₂O分圧が低ければ、低圧節炭器８の給
水温度Ｔ_S1を高い温度に保持する必要はないことにな
る。

ところで、ガスタービン負荷と、排ガス中のH₂O分圧お
よび低圧節炭器出口給水温度との関係は第３図（ａ）、
（ｂ）に示すような関係にある。各図で、横軸にガスタ
ービン負荷が、縦軸に低圧節炭器出口給水温度およびH₂
O分圧がとつてある。図から、ガスタービン負荷が低負
荷（無負荷を含む）であるほどH₂O分圧が小さいことが
判る。

以上のことから、ガスタービン起動時および低負荷時に
は、定格運転時より露点温度が低くなることが判り、し
たがつて、ガスタービン起動時および低負荷時には低圧
節炭器８の給水温度Ｔ_S1を高くする必要はないことにな
る。

温度・流量制御器20は関数発生器で構成される温度設定
回路を備えており、ガスタービン負荷信号発信器21から
出力される信号に応じて低圧節炭器８の給水温度を設定
する。第４図（ａ）は上記関数発生器の特性の第１の具
体例、第４図（ｂ）は同じく第２の具体例を示す。各図
とも横軸にガスタービン負荷が、縦軸に設定値がとつて
ある。第１の具体例の場合、ガスタービン負荷信号発信
器21からの信号がガスタービン負荷25％以下のとき、関
数発生器からは温度40℃に応じた信号が出力され、これ
が設定温度となる。又、ガスタービン負荷が25％を超え
50％未満のとき、関数発生器からはガスタービン負荷に
比例した信号が出力され、さらに、ガスタービン負荷が
50％以上のとき、関数発生器からは60℃に応じた信号が
出力される。この関数発生器からその特性にしたがつて
出力される設定温度は、温度検出器17で検出された給水
温度Ｔ_S1と比較され、設定温度と給水温度Ｔ_S1とが一致
するように流量調整弁16が制御される。第２の具体例の
場合、ガスタービン負荷が50％未満のときは流量調整弁
16をある一定開度にしておきその開度の制御は行なわ
ず、ガスタービン負荷が50％以上のとき、60℃に応じた
信号が出力され、これが設定温度となる。

第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本実施例の上記制御手
段を用いた場合の一実施例であり、横軸には時間が、縦
軸には再循環量、設定温度、ガスタービン回転数、およ
びガスタービン負荷がとつてある。第５図（ａ）、
（ｂ）に示す一点鎖線は従来の装置を用いた場合を示
す。第５図（ａ）から明らかなように、従来の如く起動
過程においても設定温度を一定とした場合、ハツチング
部分で示すように最大再循環量が約380T/Hとなるのに対
し、本実施例のものは約40T/Hと約1/10に減少させるこ
とが可能である。

このように、本実施例では、ガスタービン負荷に応じて
低圧節炭器入口の給水の温度を設定し、この設定された
温度と検出された実際の温度とに基づいて流量調整弁を
制御するようにしたので、起動時において低圧節炭器へ
の再循環量を増加させることなく低温腐蝕を防止するこ
とができ、ボイラ移送ポンプに大容量のポンプを使用す
る必要はなくなり、結局、補機動力の増加を抑制し、ひ
いてはプラント効率の低下を防止することができる。

第６図（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施例に係る排
熱回収ボイラの給水温度制御装置に使用される関数発生
器の特性図である。上記第１の実施例においては、低圧
節炭器８の入口給水の設定温度はガスタービン負荷に応
じて定められた。しかし、第３図（ａ）から明らかなよ
うに、ガスタービン負荷と低圧節炭器出口給水温度とは
所定の関係にあるので、上記設定温度の設定はガスター
ビン負荷によらず、低圧節炭器出口給水温度により設定
することができるのは明らかである。即ち、第３図
（ａ）、（ｂ）から、低圧節炭器出口給水温度が低い場
合は、ガスタービン負荷が低い場合であり、この場合、
H₂O分圧も低いし、逆に、低圧節炭器出口給水温度が高
い場合はH₂O分圧も高くなる。このことから、第１図に
示すガスタービン負荷信号発信器21に代えて、低圧節炭
器出口給水負荷を検出する温度検出器を備え、この温度
検出器の検出信号を温度・流量制御器の関数発生器に入
力すれば、第１の実施例と同様に設定温度を得ることが
できる。この場合に用いられる関数発生器の特性の第１
具体例が第６図（ａ）に、又、第２具体例が第６図
（ｂ）に示される。各図とも横軸に低圧節炭器出口給水
温度が、縦軸に設定温度がとつてある。

第１の具体例の場合、低圧節炭器出口給水温度が70℃以
下のとき設定温度は40℃、低圧節炭器出口給水温度が70
℃を超え125℃未満のとき設定温度は低圧節炭器出口給
水温度に比例し、低圧節炭器出口給水温度が125℃以上
のとき設定温度は60℃一定とされる。又、第２の具体例
の場合、低圧節炭器出口給水温度が125℃未満のとき制
御は行なわれず（流量調整弁16はある一定開度とされて
いる）、低圧節炭器出口給水温度が125℃以上のとき設
定温度は60℃一定とされる。このように関数発生器の特
性を定めることにより、本実施例でも、第５図（ａ）乃
至（ｃ）に示す実験結果とほぼ同じ結果を得ることがで
きる。

なお、低圧節炭器出口給水温度として低圧ドラム９の缶
水温度を検出するようにしてもよい。

このように、本実施例では、低圧節炭器出口給水温度に
応じて設定温度を設定し、低圧節炭器入口給水温度がこ
の設定温度と一致するように流量制御弁を制御するよう
にしたので、第１の実施例と同じ効果を奏する。

第７図は本発明の第３の実施例に係る排熱回収ボイラの
給水温度制御装置に使用される関数発生器の特性図であ
る。この特性図は、ガスタービン負荷のベース負荷時に
おける特性を示す。本実施例では、さきの各実施例にお
けるガスタービン負荷、低圧節炭器出口給水温度に代え
て大気温度を検出し、これを設定温度の設定手段に用い
るものである。ここで、ガスタービン１の駆動源は空気
であり、このことから、ガスタービン１の排ガス量は大
気温度により変化する。したがつて、排ガス中のH₂O分
圧も大気温度により変化する。これを第８図に示す。第
８図はガスタービン負荷を一定とした場合の特性図で、
横軸には大気温度が、縦軸にはH₂O分圧がとつてある。
このような特性に基づいて第７図に示す特性を有する関
数発生器を用いる。この場合、第１図に示すガスタービ
ン負荷信号発生器21に代えて、大気温度を検出する温度
検出器が使用される。

このように、本実施例では、大気温度に応じて設定温度
を設定し、低圧節炭器入口給水温度がこの設定温度と一
致するように流量調整弁を制御するようにしたので、第
１の実施例と同じ効果を奏する。

第９図は本発明の第４の実施例に係る排熱回収ボイラの
給水温度制御装置に使用される関数発生器の特性図であ
る。この特性図は、ガスタービン負荷のベース負荷時に
おける特性を示す。本実施例では、さきの各実施例にお
けるガスタービン負荷、低圧節炭器出口給水温度、大気
温度に代えて復水ポンプ出口給水温度を用いるものであ
る。復水器脱気方式の場合、復水ポンプ14の出口給水温
度は復水器13の真空度、即ち、冷却用の海水温度（大気
温度）に左右される。これを第10図に示す。第10図はガ
スタービン負荷一定とした場合の図で、横軸には大気温
度が、縦軸には復水ポンプ出口給水温度がとつてある。
第８図に示すように、大気温度とH₂O分圧とは所定の関
係にあるので、結局、復水ポンプ出口給水温度とH₂O分
圧とは所定の関係にあることとなる。このような特性に
基づいて第９図に示す特性を有する関数発生器が用いら
れる。この場合、第１図に示すガスタービン負荷信号発
生器に代えて、復水ポンプ出口給水温度を検出する温度
検出器が用いられる。

このように、本実施例では、復水ポンプ出口給水温度に
応じて設定温度を設定し、低圧節炭器入口給水温度がこ
の設定温度と一致するように流量調整弁を制御するよう
にしたので、第１の実施例と同じ効果を奏する。

なお、上記各実施例の説明では、設定温度の設定に関数
発生器を用いる例について述べたが、温度・流量制御器
をマイクロコンピユータで構成した場合、関数発生器の
特性はROM（リード・オンリ・メモリ）に記憶されるこ
とになる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、排熱回収ボイラに導入
される排ガス中のH₂O分圧に関与する値に応じて設定温
度を設定し、低圧節炭器入口給水温度がこの設定温度と
一致するように流量調整弁を制御するようにしたので、
起動時において、低圧節炭器への再循環量を増加させる
ことなく低温腐蝕を防止することができ、ひいては、補
機動力の増加を抑制し、プラント効率の低下を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る複合プラントの系
統図、第２図は露点温度の特性図、第３図（ａ）、
（ｂ）はガスタービン負荷に対する低圧節炭器出口給水
温度とH₂O分圧の特性図、第４図（ａ）、（ｂ）は第１
図に示す温度・流量制御器に用いられる関数発生器の特
性図、第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は再循環量、設定
温度、ガスタービン負荷、ガスタービン回転数の変化を
示すグラフ、第６図（ａ）、（ｂ）および第７図は本発
明の第２の実施例および第３の実施例に係る排熱回収ボ
イラの給水温度制御装置に使用される関数発生器の特性
図、第８図は大気温度に対するH₂O分圧の特性図、第９
図は本発明の第４の実施例に係る排熱回収ボイラの給水
温度制御装置に使用される関数発生器の特性図、第10図
は大気温度に対する復水ポンプ出口給水温度の特性図、
第11図は従来の複合発電プラントの系統図である。 １……タービン、２……発電機、３……排熱回収ボイ
ラ、８……低圧節炭器、12……蒸気タービン、13……復
水器、14……復水ポンプ、15……ボイラ移送ポンプ、16
……流量調整弁、17……温度検出器、20……温度・流量
制御器、21……ガスタービン負荷信号発信器。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】復水ポンプから給水される低圧節炭器と、
   この低圧節炭器を通過した給水を前記復水ポンプからの
   給水に再循環させるボイラ移送ポンプと、このボイラ移
   送ポンプによる再循環量を調整する調整弁とを備えた排
   熱回収ボイラにおいて、前記低圧節炭器の入口の給水温
   度を検出する温度検出器と、前記排熱回収ボイラに導入
   される排ガス中のH₂O分圧に関与する値に応じて当該給
   水温度の設定値を定める温度設定手段と、この温度設定
   手段により設定された温度および前記温度検出器で検出
   された温度に基づいて前記調整弁を制御する制御手段と
   を設けたことを特徴とする排熱回収ボイラの給水温度制
   御装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記温度
   設定手段は、前記排熱回収ボイラに排ガスを供給するガ
   スタービンの負荷に応じて前記給水温度の設定値を定め
   ることを特徴とする排熱回収ボイラの給水温度制御装
   置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、前記温度
   設定手段は、前記低圧節炭器出口の給水の温度に応じて
   前記給水温度の設定値を定めることを特徴とする排熱回
   収ボイラの給水温度制御装置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項において、前記温度
   設定手段は、前記排熱回収ボイラのドラム缶水温度に応
   じて前記給水温度の設定値を定めることを特徴とする排
   熱回収ボイラの給水温度制御装置。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項において、前記温度
   設定手段は、前記復水ポンプ出口の給水の温度に応じて
   前記給水温度の設定値を定めることを特徴とする排熱回
   収ボイラの給水温度制御装置。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第１項において、前記温度
   設定手段は、大気温度に応じて前記給水温度の設定値を
   定めることを特徴とする排熱回収ボイラの給水温度制御
   装置。