JPH0772601B2 - 排熱回収ボイラの制御方法及びその装置 - Google Patents

排熱回収ボイラの制御方法及びその装置

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JPH0772601B2
JPH0772601B2 JP62284132A JP28413287A JPH0772601B2 JP H0772601 B2 JPH0772601 B2 JP H0772601B2 JP 62284132 A JP62284132 A JP 62284132A JP 28413287 A JP28413287 A JP 28413287A JP H0772601 B2 JPH0772601 B2 JP H0772601B2
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、排熱回収ボイラの制御方法及びその装置、例
えばガスタービンの排熱を回収して発生させた蒸気によ
って蒸気タービンを駆動する構成のコンバインドプラン
ト等に用いられる排熱回収ボイラの制御方法及びその装
置に関するものである。
〔従来の技術〕
この種の排熱回収ボイラに関連する技術として特開昭57
-122910「脱気器水位制御装置」が公知である。
第2図は、軸受例の排熱回収ボイラ給水系の系統図を下
半部に描くとともに、上半部に温度変化を表わす図表を
描いた説明図である。
第2図において、実線で描いた101は定格運転時のガス
温度を示す。ガスは図の左方から右方に向つて流れ、右
方に行くにつれて給水に熱を与えつつ降温する。2点鎖
線で描いた102は部分負荷時のガス温度を示し、上記の
定格時に比して全般的に低温である。
実線で描いた103は定格運転時の給水温度を示す。給水
は図の右方から左方に流れ、左方に行くにつれてガスに
加熱されて昇温する。
2点鎖線で描いた104は部分負荷時の給水温度であり、
全般的には定格時よりも低温であるが、破線で囲んで示
した部分sに後述のごとき理由により不連続部(逆方向
段付部)sが現われている。
低圧ボイラ給水ポンプ15で昇圧された給水は低圧節炭器
8及び低圧ドラム11の水位調整弁13を経て低圧ドラム11
に流入する。低圧蒸発器5で発生した飽和蒸気は低圧蒸
気管17を経由して低圧飽和蒸気として取り出し蒸気ター
ビン等の駆動用として活用される。さらに、低圧ドラム
水位調整弁13の入口より分岐した給水は高圧給水ポンプ
2で昇圧され高圧節炭器7を経由して高圧ドラム給水調
整弁14を経て高圧ドラム12に流入する。さらにその給水
は高圧蒸発器9により蒸発して飽和蒸気となり高圧過熱
器10を経て高圧過熱蒸気となる。この高圧過熱蒸気は高
圧過熱蒸気管18を通過して各蒸気使用先(例えば蒸気タ
ービン等)へ供給される。
本第2図に例示した従来の排熱回収ボイラ1において
は、高圧節炭器7はガスの流れから見て高圧蒸発器9の
すぐ下流側に設置されている。この為部分負荷では高圧
節炭器7の熱吸収が増加し高圧節炭器出口温度が高圧蒸
発器9の飽和温度を上回りこの点においてスチーミング
s部が発生する。
第3図は排熱回収ボイラの節炭器特性を示す図表であ
る。ガスタービンの排ガス量は部分負荷時一定であり、
高圧節炭器出口で給水量の数パーセントのスチーミング
を発生することになる。
第7図は部分負荷50%負荷以下で高圧ドラム圧力飽和温
度よりも高圧節炭器出口給水温度が高くなりスチーミン
グ現象が発生している様子を示す。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記の軸受技術の項で説明したように、従来例の排熱回
収ボイラ給水系統は、部分負荷において排熱回収ボイラ
の高圧節炭器出口温度が高圧節炭器出口温度の飽和温度
を上回るという点について配慮がされておらず、高圧節
炭器出口での給水の一部自己蒸発現象、スチーミング現
象の問題があつた。
即ち、一定の範囲内に収められる為、所要給水圧力が
それほど低くならない事により、回転数制御による動力
低減メリツトが損われるという問題が有り、 更に、排熱回収ボイラの主蒸気圧力は高圧ガスタービ
ンの出現により従来の50〜60atsから70〜100atsまでの
高圧に計画して熱効率の向上を図る傾向にあり、そのた
め、給水調整弁の差圧が大きくなり、弁の信頼性を損う
虞れもある。
こうした事情により、高圧給水ポンプ回りの技術的改良
によつて調整弁にかかる差圧を減らし、かつ、スチーミ
ングを防止して、熱効率の低下を招かないような解決策
の開発が望まれていた。本発明はこうした要請に応えよ
うとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、高圧ボイラ給水ポンプを回転数制御とし
て、調整弁差圧を軽減すること、並びに、低圧蒸発器を
分割してその間に高圧節炭器を介装設置して、部分負荷
時における高圧節炭器出口のスチーミングを防止するこ
とによつて達成される。
高圧ボイラ給水ポンプを回転数制御する手法として高圧
ボイラ給水ポンプと電動機の間に流体継手を設けても良
く、電動機自体の回転数を変化させても良く、また、該
ポンプをタービン駆動とすることも考えられる。これら
の手法の中で、液体継手方式は最も小形に構成され、各
種の使用条件,運転条件に適応し得るので最も好まし
い。以上は本発明の基本的原理の要部を略述したもので
あるが、具体的な詳細は実施例について後述する。
〔作用〕
高圧ボイラ給水ポンプを回転数を可変ならしめ得るよう
に構成し、例えば流体継手を該ポンプの駆動系統に介装
して過大トルクを受けたとき滑りを生じてポンプ回転数
が落ちるように構成すると、高圧節炭器出口でのスチー
ミングが発生しない範囲でポンプの消費動力を高圧ドラ
ム給水調整弁絞り制御に比較して大幅に低減できる。ま
た低圧蒸発器の一部をガス流方向に関して高圧節炭器の
上流側に設置すことにより部分負荷時の高圧節炭器での
熱吸収を押え高圧節炭出口給水温度が高圧ドラム飽和温
度を上回り、スチーミングを発生する虞れが無くなる。
〔実施例〕
第1図は本発明に係る排熱回収ボイラの1実施例を示
し、従来例における第2図に対応する図である。
本実施例を示す第1図について、従来例(第2図)と対
比しつつ、その異なる点について述べる。
従来例における低圧蒸発器5が1体の部材であつたのに
比して、本例の低圧蒸発器はこれを2分割して、ガス流
方向について上流側の、H側低圧蒸発器(高温側の意)
5hと、下流側の、L側低圧蒸発器(低温側の意)5lとを
構成し、その中間に高圧節炭器7を配設してある。
また、本実施例においては、高圧ボイラ給水ポンプ2の
入力軸を駆動モータ4の軸に直結せず、流体継手3を介
して接続してある。上記の流体継手3は、出力軸の回転
速度を油圧手段によつて調節できる構造のものを用い
る。
上述したように構成して、低圧蒸発器5lと同5hとの間に
高圧節炭器7を設置することにより、部分負荷時に、ガ
ス側からの熱は低圧蒸発器5hで先に吸収され高圧節炭器
7の温度上昇を押えることが可能となる。さに高圧給水
ポンプ2と高圧給水ポンプ用電動機4との間に流体継手
3を設置してあるので、高圧ボイラ給水ポンプ2の回転
数の自動制御が可能である。
第1図上半に示した図表に2点鎖線で示した部分負荷時
の給水温度104′の、高圧節炭器7出力温度は高圧ドラ
ム12の飽和温度よりも低い為スチーミングは発生せず安
定した高圧ドラム水位制御が可能である。
第4図は本発明の基本制御を示す。本第4図は第1図下
半に比して高圧ドラム水位調整弁14の入口圧力を測定す
る圧力計P2と高圧節炭器7出口温度を示す温度計T2と、
高圧ドラム12の圧力計P1とを追記した図である。
図示を省略するが、第1図と異なる実施例として、高圧
ボイラ給水駆動用モータ4として、速度制御可能な直流
電動機を設けると共に流体継手3を省略することもでき
る前記3個の検出点P1,P2,T2の検出値を用いて基本的な
制御を行う場合のブロツク図を第5図に示す。すなわ
ち、高圧ドラム圧力P1よりその対応する飽和温度Tsat
演算し高圧節炭器出口温度T2の方がTsatよりも大きい場
合は高圧節炭器7出口でスチーミングが生じているもの
と判断して高圧ボイラ給水ポンプ2の回転数を増加し、
TsatよりもT2の方が小さくなる迄ポンプ回転数を増加
し、高圧節炭器7の圧力を上げる。この場合、純理論的
に考察すると、圧力を上げるとT2がますますTsatよりも
大きくなると考えられるが、実際には圧力を上げてもT2
は上がらず、このT2の価は節炭器等の加熱器に依存す
る。本条件が満足されればポンプ回転数を一定保持す
る。T2の方がTsatよりも大きくない場合はポンプ回転数
が減少させて高圧節炭器出口給水圧力P2を下げる。ただ
しP2-P1の圧力差が約10kg/cm2までにP2の圧力が下がつ
て来た点で圧力降下を停止しポンプ回転数を一定保持す
る。第6図は高圧ボイラ給水ポンプ2の回転数による圧
力の変化と高圧ドラム圧力P1によるシステムヘッド曲線
を示す。本図よりポンプ回転数制御を実施しない時は約
50%負荷時高圧ドラム給水調整弁14の絞り圧力は110kg/
cm2−50kg/cm2=60kg/cm2相当となるポンプの消費電力
の弁絞り損失が大きいことを示す。これに対して高圧ド
ラム圧力P1と高圧節炭器給水圧力P2との差が10kg/cm2
度となる様高圧ボイラ給水ポンプの回転数制御を実施し
て約1/6の省エネルギー効果を生み出すと同様に高圧節
炭器を低圧蒸発器の間に設置し、高圧節炭器出口のスチ
ーミングを部止し得る。
第8図は本発明の効果を示すための、第7図(従来例)
に対応する図表である。低圧蒸発器による熱吸収により
高圧節炭器入口ガス温度が低下しそれに伴い高圧節炭器
出口給水温度は部分負荷でガス温度に接近しながら低下
する様子を示す。一方高圧ドラム圧力の低下は変化がほ
とんどなくしたがつて高圧ドラム圧力相当飽和温度は従
来の第2図の伝熱面積構成時とほぼ等しい。その結果高
圧節炭器出口給水温度は部分負荷時においても高圧ドラ
ム圧力相当飽和温度を下回るのでスチーミングを発生す
る虞れがない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る排熱回収ボイラの1実施例を示
し、給水系統図に温度図表を対応せしめて描いた説明図
である。第2図は従来例に係る排熱回収ボイラの説明図
であつて、上記実施例における第1図に対応する図であ
る。 第3図は排熱回収ボイラの節炭器特性を示す図表であ
る。 第4図乃至第6図は前記実施例における制御用構成部分
の説明図である。 第7図は、従来例に係る排熱回収ボイラの部分負荷状態
におけるスチーミング発生を説明するための図表であ
る。 第8図は本発明の実施例における効果を説明するための
図表であつて、従来例における第7図に相当する図であ
る。 1……排熱回収ボイラ、2……高圧ボイラ給水ポンプ、
3……流体継手、4……高圧ボイラ給水ポンプ用電動
機、5l……低圧蒸発器(低温側)、5h……低圧蒸発器
(高温側)、7……高圧節炭器、8……低圧節炭器、9
……高圧蒸発器、10……高圧過熱器、11……低圧ドラ
ム、12……高圧ドラム、13……低圧ドラム水位調整弁、
14……高圧ドラム水位調整弁、15……低圧ボイラ給水ポ
ンプ、16……低圧ボイラ給水ポンプ用電動機、17……低
圧飽和蒸気管、18……高圧過熱蒸気管。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】低圧ドラムと、低圧蒸発器と、低圧節炭器
    と、低圧ドラム水位調整弁と、高圧ドラムと、高圧蒸発
    器と、高圧節炭器と、高圧ドラム水位調整弁と、高圧ボ
    イラ給水ポンプと、低圧ボイラ給水ポンプとを備えた排
    熱回収ボイラの制御方法ににおいて、 前記高圧ボイラ給水ポンプの回転数を変化せしめる手段
    を設け、 前記高圧節炭器の出口における給水の飽和温度を算出
    し、 前記高圧節炭器出口の給水温度と、前記飽和温度算出値
    とを比較して、 飽和温度<給水温度 であればスチーミングが発生しているものと判断して、
    給水温度よりも飽和温度が高くなるように高圧ボイラ給
    水ポンプの回転数を上昇させ、 飽和温度>給水温度 であればスチーミングが発生していなものと判断して、
    前記高圧ドラムの圧力と前記高圧節炭器出口の給水圧力
    との差がほぼ所定値となるように前記高圧ボイラ給水ポ
    ンプの回転数を制御することを特徴とする、排熱回収ボ
    イラの制御方法。
  2. 【請求項2】低圧ドラムと、低圧蒸発器と、低圧節炭器
    と、低圧ドラム水位調整弁と、高圧ドラムと、高圧蒸発
    器と、高圧節炭器と、高圧ドラム水位調整弁と、高圧ボ
    イラ給水ポンプと、低圧ボイラ給水ポンプとを備えた排
    熱回収ボイラの制御装置において、前記高圧ボイラ給水
    ポンプの駆動手段と、前記高圧ドラムの圧力を検出する
    手段と、前記高圧節炭器出口給水温度を検出する手段
    と、前記高圧節炭器出口給水圧力を検出する手段と、前
    記高圧ドラム圧力検出手段による検出圧力に基づいて前
    記高圧節炭器の出口における給水の飽和温度を算出して
    該飽和温度と前記高圧節炭器出口給水温度検出手段の検
    出温度とを比較して、 飽和温度<給水温度 であれば前記高圧ボイラ給水ポンプの駆動手段を制御し
    て給水温度よりも飽和温度が高くなるように前記高圧ボ
    イラ給水ポンプの回転数を上昇させ、 飽和温度>給水温度 であれば前記高圧ボイラ給水ポンプの駆動手段を制御し
    て前記高圧ドラム圧力検出手段による検出圧力と前記高
    圧節炭器出口給水圧力検出手段による検出圧力との差が
    ほぼ所定値となるように前記高圧ボイラ給水ポンプの回
    転数を制御する手段とを設けたことを特徴とする排熱回
    収ボイラの制御装置。
  3. 【請求項3】前記低圧蒸発器を分割して前記高圧節炭器
    のガス上流側と下流側に設置したことを特徴とする特許
    請求の範囲第2項記載の排熱回収ボイラの制御装置。
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