(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの流路（２）を形成していて流れ媒体（Ｍ）によって貫流される複数のエコノマイザ伝熱面、蒸発器伝熱面および過熱器伝熱面（４）を有し、１つの溢流配管（２０）が、前記流路（２）から分岐して、流れ媒体回路において過熱器伝熱面（４）の下流側で該流路（２）内に配置された複数の噴射弁（１４）に通じていて、
前記流れ媒体回路において最初の蒸発器伝熱面（４）の上流側に、かつ流れ媒体回路においてエコノマイザ伝熱面（４）の下流側に、前記溢流配管（２０）の分岐位置（２２）が配置されている、ガス・蒸気タービン複合発電所用の排熱回収ボイラ（１）において、
前記溢流配管（２０）の分岐位置（２２）が、流れ媒体回路において最後のエコノマイザ伝熱面（４）の下流側に配置され、さらに、前記流れ媒体回路において前記溢流配管（２０）の分岐位置（２２）の下流側に、流れ媒体（Ｍ）のための１つの流量調整弁（２６）が配置され、さらにまた、前記噴射弁（１４）は、前記複数の過熱器伝熱面（４）のそれぞれの間と、最後の過熱器伝熱面（４）の下流側に配置され、前記ガス・蒸気タービン複合発電所の短期間の負荷増大が必要となった場合に、前記各噴射弁（１４）に前記溢流配管（２０）を介して供給される流れ媒体（Ｍ）の量が増大するように、それぞれ調整弁（１８）により調整されることを特徴とする排熱回収ボイラ。
【請求項２】
前記流れ媒体回路において前記溢流配管（２０）の分岐位置（２２）の下流側に、流れ媒体（Ｍ）のための１つの流量測定装置（２４）が配置されている請求項１記載の排熱回収ボイラ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の排熱回収ボイラ（１）を有するガス・蒸気タービン複合設備。
【請求項４】
１つの流路（２）を形成していて流れ媒体（Ｍ）によって貫流される複数のエコノマイザ伝熱面、蒸発器伝熱面および過熱器伝熱面（４）を有する排熱回収ボイラ（１）を前置接続された蒸気タービンにおいて、流れ媒体（Ｍ）が、前記流路（２）から分岐して、流れ媒体回路において過熱器伝熱面（４）の下流側で該流路内に噴射され、
流れ媒体（Ｍ）が、流れ媒体回路において最初の蒸発器伝熱面（４）の上流側で、かつ流れ媒体回路においてエコノマイザ伝熱面（４）の下流側で分岐させられる、蒸気タービンの短期間の出力増大を調節するための方法において、
前記流れ媒体（Ｍ）が、流れ媒体回路において最後のコノマイザ伝熱面（４）の下流側で分岐させられ、さらに、前記流れ媒体回路において前記溢流配管（２０）の分岐位置（２２）の下流側に流れ媒体（Ｍ）のための１つの流量調整弁（２６）が配置され、さらにまた、前記流れ媒体（Ｍ）の噴射は、前記複数の過熱器伝熱面（４）のそれぞれの間と、最後の過熱器伝熱面（４）の下流側で行われ、前記蒸気タービンの短期間の負荷増大が必要となった場合に、前記各部位での噴射量が増大するように調整され、この調整は、前記溢流配管（２０）を介して供給される流れ媒体（Ｍ）の量を、それぞれ調整弁（１８）を介して調整することによって行われることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記流れ媒体回路において前記溢流配管（２０）の分岐位置（２２）の下流側で流れ媒体（Ｍ）の流量が測定される請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの流路を形成していて流れ媒体によって貫流される多数のエコノマイザ伝熱面、蒸発器伝熱面および過熱器伝熱面を有し、１つの溢流配管が、前記流路から分岐して、流れ媒体回路において過熱器伝熱面の下流側で該流路内に配置された多数の噴射弁に通じているガス・蒸気タービン複合発電所用の排熱回収ボイラに関する。更に、本発明は、前置接続された排熱回収ボイラを有する蒸気タービンの短期間の出力増大を調節するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排熱回収ボイラは高温のガス流から熱を回収する熱交換器である。排熱回収ボイラは、主として発電に用いられるガス・蒸気タービン複合設備においてしばしば使用される。最近のガス・蒸気タービン複合設備は、通常、１台から４台のガスタービンと少なくとも１台の蒸気タービンとを含み、各タービンがそれぞれ１台の発電機を駆動するか（多軸設備）、又は１台のガスタービンが蒸気タービンと共に１つの共通な軸で唯一の発電機を駆動する（単軸設備）。ガスタービンの高温の排ガスが、排熱回収ボイラにおいて水蒸気の発生に利用される。それに続いて、この蒸気は蒸気タービンに供給される。一般に、電気出力のうち概ね３分の２がガスタービンに割り当てられ、３分の１が蒸気プロセスに割り当てられる。
【０００３】
蒸気タービンの複数の異なる圧力段と同様に、排熱回収ボイラも多数の圧力段を有し、各圧力段に含まれる水・蒸気混合物の熱的状態は異なっている。これらの圧力段のそれぞれにおいて、流れ媒体が、それの流路上で先ず、残留熱を流れ媒体の予熱に利用するエコノマイザを貫流し、次に蒸発器伝熱面および過熱器伝熱面の異なる段を貫流する。蒸発器において流れ媒体が蒸発させられ、次いで、場合によっては生じ得る残留水分が分離装置において分離され、その残りに含まれている蒸気が過熱器において更に加熱される。
【０００４】
負荷変動に基づいて、過熱器に伝達される熱出力が激しく影響され得る。従って、過熱温度を調節することが頻繁に必要である。新しい設備では、これは大概、冷却のために過熱器伝熱面間で給水を噴射することによって行われる。即ち、１つの溢流配管が流れ媒体の主流から分岐して、過熱器伝熱面間に相応に配置された複数の噴射弁に通じている。その噴射は各過熱器の出口温度により調節される。
【０００５】
最近の発電所では、高効率のみならず、できるだけ柔軟な運転モードも要求される。これには、短い起動時間および速い負荷変化速度のほかに、連系電力系統内における周波数擾乱の補償が可能であることも含まれる。これらの要求を満たすために、発電所は、数秒以内において、例えば５％以上の超過出力が供給可能でなければならない。
【０００６】
これは、従来の通常のガス・蒸気タービン複合発電所では一般にガスタービンの負荷増大によって実現される。しかし、特定の事情によっては、特に上方の負荷範囲において、所望の負荷増大をガスタービンのみによっては提供できないことがある。そこで最近では最初の数秒内において蒸気タービンも周波数維持に付加的に寄与することができる、或いは寄与させようとする解決策も注目されてきた。
【０００７】
これは、例えば蒸気タービンの部分的に絞られたタービン弁、又は所謂ステップバルブを開くことによって行うことができ、それによって蒸気タービンの手前の蒸気圧が低下させられる。それによって、前置接続された排熱回収ボイラの蒸気アキュムレータから蒸気が放出されて蒸気タービンに供給される。この措置によって、数秒以内においてガス・蒸気タービン複合発電所の蒸気タービン部分にて出力増大が達成される。
【０００８】
この付加的な出力は比較的短い時間内で解放されるので、それに遅れた出力増大はガスタービンによって（ガスタービンの構造および運転に制約される最大の負荷変化速度により制限されて）少なくとも部分的に補償可能である。予備出力が付加的に要求された時点で設備が部分負荷範囲にあることを前提として、この措置によって、設備ブロック全体が直ちに出力跳躍をし、その後に続くガスタービンの出力増大によって、この出力レベルを持続的に維持し、もしくはその出力レベルを上回ることもできる。
【０００９】
しかし、予備出力の持続のためにタービン弁を持続的に絞っておくことは、常に効率損失をもたらすので、経済的な運用のためには絞り度を必要最小限に保たねばならない。更に、排熱回収ボイラ、例えば強制貫流ボイラの幾つかの構造形態は、場合によっては、例えば自然循環ボイラよりも著しく小さい蓄熱体体積を有する。上述の方法において、蓄熱体の大きさの相違は、ガス・蒸気タービン複合発電所の蒸気タービン部分の出力変化時の挙動に影響する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の課題は、蒸気プロセスの効率を過大に損ねることなく、後置接続された蒸気タービンの短期間の出力増大を特に可能にする状態にある上記種類の排熱回収ボイラを提供することにある。同時に、排熱回収ボイラの構造形態に関係なく短期間の出力増大を可能にする。本発明の他の課題は、これに対応するガス・蒸気タービン複合発電所ならびに前置接続された排熱回収ボイラを有する蒸気タービンの短期間の出力増大を調節するための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
排熱回収ボイラに関する、この課題は、本発明によれば、流れ媒体回路において最初の蒸発器伝熱面の上流側に、かつ流れ媒体回路においてエコノマイザ伝熱面の下流側に、前記溢流配管の分岐位置が配置されていることによって解決される。
【００１２】
本発明は、給水の付加的な噴射が迅速な出力変化に更に寄与することができるという考えに基づいている。というのは、過熱器領域内での付加的な噴射水によって、蒸気質量流量を短期間高めることができるからである。しかし、過大な噴射量は、場合によっては、あまりにも大きく蒸気温度を低下させる。これに対しては、噴射水の比エンタルピを高めることにより対処すべきである。何故ならば、蒸気温度目標値が同じ場合には、そのようなより高い噴射量が可能であるからである。噴射水の比エンタルピのこのような増大は、噴射水にエコノマイザ伝熱面を通して付加的に熱を摂取させることによって達成可能である。即ち、噴射水のための溢流配管は、流れ媒体回路においてエコノマイザ伝熱面の下流側にあるべきである。
【００１３】
このようなエコノマイザ伝熱面の下流側での取出しだけでも、即時予備出力を提供するための噴射システムの最適化に関する改善を意味する。勿論、同じ蒸気温度の場合には、噴射水の比エンタルピが高いほど、更に一層、蒸気質量流量を高めることができる。これは、噴射水の更なる予熱によって達成可能である。従って、溢流配管の分岐位置は、流れ媒体回路において最後のエコノマイザ伝熱面の下流側に配置されているのが有利である。
【００１４】
しかし、分岐位置を蒸発器の方向へ移すことによって、取出し位置と噴射位置との間の流れ媒体回路の距離が減少する。従って、噴射弁を通る噴射水の満足のいく流量を保証することができるように、溢流配管の入口と出口との間において圧力差が十分に大きいことを保証しなければならない。従って、有利な実施形態では、流れ媒体回路において溢流配管の分岐位置の下流側に、流れ媒体のための１つの流量調整弁が配置されている。それによって、分岐個所の圧力を高め、全ての運転状態に対して十分な圧力差を保証することができる。勿論、エコノマイザはこれに対応したより高い運転圧力に対して設計されるべきである。
【００１５】
他の有利な実施形態では、流れ媒体回路において溢流配管の分岐位置の下流側に流れ媒体のための流量測定装置が配置されている。すなわち、この状況下では、その取出し量は、給水調節のために追加的な測定又は別の測定との差引計算に基づいて行う必要がない。
【００１６】
有利な実施形態では、この種の排熱回収ボイラは、ガス・蒸気タービン複合発電所において使用される。
【００１７】
１つの流路を形成していて流れ媒体によって貫流される多数のエコノマイザ伝熱面、蒸発器伝熱面および過熱器伝熱面を有する排熱回収ボイラを前置接続された蒸気タービンの短期間の出力増大を調節する方法であって、流れ媒体が、前記流路から分岐させられて、流れ媒体回路において過熱器伝熱面の下流側で該流路内に噴射させられる方法に関して、前記課題は、流れ媒体が、流れ媒体回路において最初の蒸発器伝熱面の上流側で、かつ流れ媒体回路においてエコノマイザ伝熱面の下流側で分岐させられることによって解決される。
【００１８】
本発明により得られる利点は、特に、最初のエコノマイザ伝熱面の下流側で過熱器のための噴射水を取り出すことによって、周波数維持のために噴射を利用する際に、解放される蒸気タービン出力のより大きな上昇を獲得することができることにある。というのは、噴射水のより高い温度／エンタルピが、蒸気温度目標値が同じままである場合には、より高い噴射量を生じさせるからである。このより大きな噴射量は、同時に、蒸気タービンを通って流れる生蒸気質量流量を増大させる。
【００１９】
これと並行してタービン弁の絞りを実行するならば、この状況下では、絞り度を低減することができ、それにも拘わらず必要な出力増大を生み出すことができる。従って、ガス・蒸気タービン複合設備は、通常の負荷運転時に（この運転中に当該設備が緊急予備のために使用可能でなければならない）より少ない絞りのおかげで比較的高い効率で運転可能である。
【００２０】
通常運転時に、特にベンソン蒸発器を有する強制貫流ボイラが正常状態における全ての負荷範囲において（効率改善のためと同様に）過熱器への噴射なしですませることにより、このシステムに基づいて、噴射水のより大きなエンタルピにより、不都合な付随現象が付加的に生じることはない。これは、通常の設備運転にとってどの個所で噴射水を取り出すかは重要でないことを意味する。
【００２１】
本発明の実施例を図面に基づいて更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図は流れ媒体回路において本発明よる噴射システムの構成要素の接続を有する排熱回収ボイラの高圧部を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
排熱回収ボイラ１のうち、図には高圧部が例示されている。本発明は、勿論、他の圧力段にも適用可能である。図は模式的に流れ媒体Ｍの流路２を示す。高温ガス通路内におけるエコマイザ６、蒸発器８および過熱器１０の個々の伝熱面４の空間的配置は図示されていないが、さまざまに変化させることができる。
【００２４】
流れ媒体Ｍは、給水ポンプ１２によって適切な圧力下で排熱回収ボイラ１の高圧流路２中に給送される。流れ媒体Ｍは、先ず、多数の伝熱面４を含み得るエコノマイザ６を貫流する。エコノマイザ６は、典型的には、高温ガス通路の最も冷たい部分に、そこにおいて効率向上のために残留熱を利用すべく配置されている。次に、流れ媒体Ｍは蒸発器８および過熱器１０の複数の伝熱面４を貫流する。更に、蒸発器８と過熱器１０との間に、詳しくは図示されていない分離装置を配置することができ、この分離装置が流れ媒体Ｍから残留水分を取り除くので、純粋な蒸気だけが過熱器１０内に達する。最終的には過熱器１０から流れ媒体Ｍが、後置接続された図示されていない蒸気タービンに向かって流れる。
【００２５】
図示された複数の伝熱面４は、それぞれ直列接続された多数の伝熱面を代表しているが、図を見易くするために、分けないで示されている。
【００２６】
流れ媒体回路において、過熱器１０の個々の伝熱面４の間に１つの噴射弁１４が配置され、もう１つのの噴射弁１４が過熱器１０の最後の伝熱面４の後に配置されている。ここで、排熱回収ボイラ１の高圧部の出口１６における出口温度を調節するために、より冷たい蒸気化されていない流れ媒体Ｍを噴射することができる。中間噴射もしくは最終噴射のために噴射弁１４に導入される流れ媒体Ｍの量は複数の調整弁１８により調整される。その流れ媒体Ｍは、前もって流路２において分岐した溢流配管２０を介して供給される。
【００２７】
しかし、噴射システムを出口温度調節のためだけでなく、即時の予備出力の提供のためにも利用できるように、溢流配管２０の分岐位置２２が、蒸発器８の伝熱面４とエコノマイザ６の伝熱面４との間に配置されている。従って、複数の噴射弁１４によって噴射される流れ媒体Ｍは、エコノマイザ６の手前で取り出す場合よりも著しく高い比エンタルピを有し、出口１６における同じ目標温度において、より多くの量を噴射することができる。それによって蒸気量は著しく高められ、一方では温度は確かに低下するが、しかし蓄積効果の利用によって短期間比較的高いレベルに維持できる。従って、後置接続された蒸気タービンの出力が高められる。
【００２８】
図による実施例において、流れ媒体Ｍは、一部が分岐位置２２で取り出される前に、エコノマイザ６の全ての伝熱面４を通り抜ける。この個所での取出しが可能でない場合に、エコノマイザ６の２つの伝熱面４の間での取出しをすれば、即時予備出力のための最適化に関する、改善となる。何故ならば、ここにおいてもエコノマイザ６の入口に比べて既に大きい流れ媒体エンタルピが存在するからである。
【００２９】
流路２内には、溢流配管２０の分岐位置２２の後方に、流量測定装置２４およびその流路のための流量調整弁２６が配置されている。それによって溢流配管２０の分岐位置２２では給水ポンプ１２によって高い圧力が保たれているので、溢流配管２０の入口と出口との間では、付加的な出力解放のために相応に高められた流量を可能にすべく高い圧力差が保証されている。エコノマイザ６は、この種の高い圧力に対応するように構造対設計されている。
【００３０】
分岐位置２２の下流側への流量測定装置２４の配置により、溢流配管２０による取出し量を考慮することなく流量測定が可能となる。そうでなければ、付加的な測定又は別の測定との差引計算により、溢流配管２０による取出し量が考慮されなければならない。
【００３１】
このように構成された排熱回収ボイラ１はガス・蒸気タービン複合発電所において使用される。この場合に１つ又は複数のガスタービンの高温の排ガスが燃焼ガス路において排熱回収ボイラに通され、その排熱回収ボイラが蒸気タービンのために蒸気を供給する。その蒸気タービンは複数の圧力段を含む。即ち、排熱回収ボイラ１の高圧部によって加熱されて蒸気タービンの第１段（高圧段）において膨張させられた蒸気が、排熱回収ボイラ１の中圧段に案内され、そこで改めて、ただし、より低い圧力レベルで過熱される。既に述べたように、図によるこの実施例は、本発明の例示のために排熱回収ボイラ１の高圧部を示しているが、これは他の圧力段においても使用できる。
【００３２】
この種の排熱回収ボイラを装備したガス・蒸気タービン複合発電所は、許容される最大負荷変化速度により制限されているガスタービンの短期間出力増大によってだけでなく、蒸気タービンの即時の出力解放によっても急速な出力増大を達成することができ、これが連系電力系統の周波数維持に役立つ。
【００３３】
この予備出力が通常の温度調節のほかに噴射機器の並行使用によって達成されることにより、予備出力を提供するための蒸気タービン弁の持続的な絞りを低減又は完全に省略することができ、それによって通常運転中に格別に高い効率が達成される。
【符号の説明】
【００３４】
１          排熱回収ボイラ
２          流路
４          伝熱面
６          エコノマイザ
８          蒸発器
１０        過熱器
１２        給水ポンプ
１４        噴射弁
１６        出口
１８        調整弁
２０        溢流配管
２２        分岐位置
２４        流量測定装置
２６        流量調整弁
Ｍ          流れ媒体
【図１】
0005869575.tif 000002