(57)【要約】【課題】安定した運転が可能な貫流型排熱回収ボイラを提供する。【解決手段】過熱器７の中間に設けられたスプレー減温器９と、過熱器出口側に設けられた主蒸気温度計３０と、主蒸気温度設定器５０と、主蒸気温度と主蒸気温度設定値の偏差に基づいて給水ポンプ４の給水量を調節する給水量調節器４４と、蒸発器出口温度計３１と、蒸発器出口圧力計３２と、蒸発器出口温度計３１で計測された蒸気温度と、蒸発器出口圧力計３２の計測値に対応する飽和蒸気温度との偏差から過熱度を演算する演算器４２と、過熱度を設定する過熱度設定器４１と、演算器４２で演算された過熱度と過熱度設定値との偏差に基づいてスプレー減温器９への給水量を調節するスプレー量調節器４４を備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
2006125760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温排ガスの流れ方向上流側に過熱器が、その下流側に蒸発器が設置され、給水ポンプから供給された水を前記蒸発器ならびに過熱器で熱交換して主蒸気を得る排熱回収ボイラにおいて、
前記過熱器出口の主蒸気温度を調節するスプレー減温器と、
前記過熱器の出口側に設けられた主蒸気温度計と、
主蒸気温度を設定する主蒸気温度設定器と、
前記主蒸気温度計で計測された主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて前記給水ポンプによる給水量を調節する給水量調節器と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口温度計と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口圧力計と、
前記蒸発器出口温度計で計測された蒸気温度と、前記蒸発器出口圧力計の計測値に対応する飽和蒸気温度との偏差から過熱度を演算する演算器と、
過熱度を設定する過熱度設定器と、
前記演算器で演算された過熱度と前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値との偏差に基づいて前記スプレー減温器への給水量を調節するスプレー量調節器と
を備えたことを特徴とする排熱回収ボイラ。
【請求項２】
請求項１記載の排熱回収ボイラにおいて、前記主蒸気を使用する使用設備からの負荷信号に基づいて前記過熱度が設定されることを特徴とする排熱回収ボイラ。
【請求項３】
高温排ガスの流れ方向上流側に過熱器が、その下流側に蒸発器が設置され、給水ポンプから供給された水を前記蒸発器ならびに過熱器で熱交換して主蒸気を得る排熱回収ボイラの制御方式において、
前記過熱器出口の主蒸気温度を調節するスプレー減温器と、
前記過熱器の出口側に設けられた主蒸気温度計と、
主蒸気温度を設定する主蒸気温度設定器と、
前記主蒸気温度計で計測された主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて前記給水ポンプによる給水量を調節する給水量調節器と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口温度計と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口圧力計と、
前記蒸発器出口温度計で計測された蒸気温度と、前記蒸発器出口圧力計の計測値に対応する飽和蒸気温度との偏差から過熱度を演算する演算器と、
過熱度を設定する過熱度設定器と、
前記演算器で演算された過熱度と前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値との偏差に基づいて前記スプレー減温器への給水量を調節するスプレー量調節器とを備え、
前記主蒸気温度計で計測された主蒸気温度が前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値よりも高い場合、前記給水量調節器で前記給水ポンプによる給水量を増加させ、
前記主蒸気温度計で計測された主蒸気温度が前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値よりも低い場合、前記給水量調節器で前記給水ポンプによる給水量を減少するとともに、
前記演算器で演算された過熱度が前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値よりも高い場合、前記スプレー量調節器で前記スプレー減温器への給水量を減少し、
前記演算器で演算された過熱度が前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値よりも低い場合、前記スプレー量調節器で前記スプレー減温器への給水量を増加するように制御される
ことを特徴とする排熱回収ボイラの制御方式。
【請求項４】
高温排ガスの流れ方向上流側に過熱器が、その下流側に蒸発器が設置され、給水ポンプから供給された水を前記蒸発器ならびに過熱器で熱交換して主蒸気を得る排熱回収ボイラにおいて、
前記過熱器の出口側または複数過熱器の中間位置に設けられた第１のスプレー減温器と、
前記過熱器の出口側でかつ前記第１のスプレー減温器よりも蒸気流れ方向下流側に設けられた第１の主蒸気温度計と、
その第１の主蒸気温度計よりも蒸気流れ方向下流側に設けられた第２のスプレー減温器と、
その第２のスプレー減温器よりも蒸気流れ方向下流側に設けられた第２の主蒸気温度計と、
主蒸気温度を設定する主蒸気温度設定器と、
前記第２の主蒸気温度計で計測された第２の主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて前記第２のスプレー減温器への給水量を調節する第２のスプレー量調節器と、
前記第１の主蒸気温度計で計測された主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて演算された給水量と、前記第２のスプレー量調節器で調節される給水量とを加算した合算給水量になるように前記給水ポンプのよる給水量を調節する給水量調節器と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口温度計と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口圧力計と、
前記蒸発器出口温度計で計測された蒸気温度と、前記蒸発器出口圧力計の計測値に対応する飽和蒸気温度との偏差から過熱度を演算する演算器と、
過熱度を設定する過熱度設定器と、
前記演算器で演算された過熱度と前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値との偏差に基づいて前記第１のスプレー減温器への給水量を調節する第１のスプレー量調節器と
を備えたことを特徴とする排熱回収ボイラ。
【請求項５】
請求項４記載の排熱回収ボイラにおいて、前記主蒸気を使用する使用設備からの負荷信号に基づいて前記過熱度が設定されることを特徴とする排熱回収ボイラ。
【請求項６】
高温排ガスの流れ方向上流側に過熱器が、その下流側に蒸発器が設置され、給水ポンプから供給された水を前記蒸発器ならびに過熱器で熱交換して主蒸気を得る排熱回収ボイラの制御方式において、
前記過熱器の出口側または複数過熱器の中間位置に設けられた第１のスプレー減温器と、
前記過熱器の出口側でかつ前記第１のスプレー減温器よりも蒸気流れ方向下流側に設けられた第１の主蒸気温度計と、
その第１の主蒸気温度計よりも蒸気流れ方向下流側に設けられた第２のスプレー減温器と、
その第２のスプレー減温器よりも蒸気流れ方向下流側に設けられた第２の主蒸気温度計と、
主蒸気温度を設定する主蒸気温度設定器と、
前記第２の主蒸気温度計で計測された第２の主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて前記第２のスプレー減温器への給水量を調節する第２のスプレー量調節器と、
前記第１の主蒸気温度計で計測された第１の主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて演算された給水量と、前記第２の主蒸気温度計で計測された第２の主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて演算された給水量とを加算した合算給水量になるように前記給水ポンプのよる給水量を調節する給水量調節器と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口温度計と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口圧力計と、
前記蒸発器出口温度計で計測された蒸気温度と、前記蒸発器出口圧力計の計測値に対応する飽和蒸気温度との偏差から過熱度を演算する演算器と、
過熱度を設定する過熱度設定器と、
前記演算器で演算された過熱度と前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値との偏差に基づいて前記第１のスプレー減温器への給水量を調節する第１のスプレー量調節器とを備え、
前記第１の主蒸気温度計で計測された第１の主蒸気温度が前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値よりも高い場合は給水量を増加させ、
前記第１の主蒸気温度計で計測された第１の主蒸気温度が前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値よりも低い場合は給水量を減少させ、
前記第２の主蒸気温度計で計測された第２の主蒸気温度が前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値よりも高い場合は、前記第２のスプレー量調節器で前記第２のスプレー減温器への給水量を増加させ、
前記第２の主蒸気温度計で計測された第２の主蒸気温度が前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値よりも低い場合は、前記第２のスプレー量調節器で前記第２のスプレー減温器への給水量を減少させ、
前記演算器で演算された過熱度が前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値よりも高い場合、前記スプレー量調節器で前記スプレー減温器への給水量を減少し、
前記演算器で演算された過熱度が前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値よりも低い場合、前記スプレー量調節器で前記スプレー減温器への給水量を増加するように制御される
ことを特徴とする排熱回収ボイラの制御方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，複合発電プラント等の高温ガスの熱エネルギーを管列からなる熱交換器を用いて回収する貫流型排熱回収ボイラなどの排熱回収ボイラに係わり，特に蒸発器の出口およびボイラ出口の蒸気温度の制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電用ガスタービン等の排気は、６００℃程度の温度を有している。排熱回収ボイラは、このような高温ガスからの熱回収により蒸気を発生する装置である。特に発電分野においてはガスタービン，蒸気タービン，発電機と共に構成する複合発電設備が普及している。複合発電設備は、高い発電効率と高負荷変化率，高速起動停止等の特長を有している。
【０００３】
特に天然ガスを燃料とする複合発電設備は、燃料中の炭素分が少ないことと高効率からＣＯ2排出量が少なく、また排気ガスに硫黄酸化物を含まないことなどから更なる普及が期待されている。
【０００４】
これまで排熱回収ボイラでは汽水分離ドラムを使用する、所謂、ドラム型ボイラが一般的であったが、近年、貫流型ボイラの開発が進められている。貫流型ボイラにおいては、ドラム型ボイラで用いられていた大径の汽水分離ドラムが不要となる。このため、ドラム型ボイラでは汽水分離ドラム隔壁の熱応力により規定されていた蒸気圧力変化率の制限が緩和され、特に起動時間が半減すると期待されている。
【０００５】
図３に従来の貫流型排熱回収ボイラおよびその制御方式の概要を示す。排熱回収ボイラには、ガス流れがほぼ水平となる横型と、ほぼ鉛直となる縦型がある。ここでは大型設備で主に採用される横型を例に説明するが、縦型でも同様である。
【０００６】
排熱回収ボイラは、ケーシング１で囲まれたガスダクト２の中に１以上の熱交換器が配置された構造である。熱交換器は内部流体の状態により、節炭器５，貫流蒸発器６，過熱器７があり、内部流体とガス温度の相対関係から、ガス上流側に過熱器７，下流側に節炭器５，中間に貫流蒸発器６が配置される。本例では過熱器７が一次過熱器７ａと二次過熱器７ｂに分割され、中間に主蒸気温度の調節手段としてスプレー減温器９を設けている。スプレー減温器９は過熱器７の出口に設ける場合もあり、そのとき過熱器７は必ずしも分割する必要はない。 
各熱交換器５〜７は鉛直に配置された伝熱管群から構成されており、所望の熱交換量(収熱量)と内部流体流量を確保するため、ガス流れ方向と直角の方向及びガス流れ方向に複数列の伝熱管を配置することが一般的である。ここで、ガス流れ方向と直角方向の同じ列に配置された伝熱管は同じガス温度に曝されると期待できる。このような伝熱管群を以後、管列と称する。
【０００７】
排熱回収ボイラの小型化を図るため、フィン付伝熱管が一般に採用されている。フィン付伝熱管は伝熱管の周囲にフィンを一定間隔で取り付け、有効伝熱面積を拡大したものである。
【０００８】
図示されないガスタービンから排出された高温の燃焼排ガスＧ１は排熱回収ボイラのガスダクト２へと導かれ、その中に配置された過熱器７，貫流蒸発器６，節炭器５の順に熱交換を行い、低温ガスＧ２となり煙突（図示せず）へと排出される。
【０００９】
水蒸気系では、給水ポンプ４により供給された低温水は節炭器５で飽和温度近傍まで予熱された後、高温水として貫流蒸発器６に導かれる。高温水は伝熱管を上昇する間にガスからの熱を受けて蒸発を完了し、僅かに過熱した蒸気となって過熱器７へ供給される。過熱器７で更に高温のガスとの熱交換による昇温と、スプレー減温器９による温度調整により所定の温度まで過熱された後、主蒸気として蒸気タービン等の需要先（図示せず）に供給される。
【００１０】
貫流型排熱回収ボイラの制御方式としては、自然循環型排熱回収ボイラの制御手法を応用した方式が採られている。具体的には、自然循環型排熱回収ボイラにおける制御量としてのドラム水位の代わりに蒸発器出口の過熱度を用いるものである。
【００１１】
この制御方式を図３の例で説明する。蒸発器６の出口に温度計３１と圧力計３２を設ける。圧力計３２の計測値は関数発生器４０に入力され、圧力計測値に対応する飽和蒸気温度Tsatを得る。減算器４２において前記飽和蒸気温度Tsatを温度計３１からの計測値から減じて、蒸発器出口過熱度Kshを得る。
【００１２】
一方、図示しないガスタービンからの負荷信号（Ｌｏａｄ）を関数発生器４１に入力して、蒸発器出口過熱度の設定値Kshdを得る。そして減算器４３において前記蒸発器過熱度Kshから同設定値Kshdを減じて、蒸発器過熱度偏差値ΔKshを得る。
【００１３】
その蒸発器過熱度偏差ΔKshは調節器４４に入力され、それに基づいて給水流量指令GFWdを得る。蒸発器出口過熱度は給水流量GFWに対して負の相関を持つため、ＰＩＤ制御器からなる調節器４４は、蒸発器過熱度偏差ΔKshの値が正すなわち過大な場合に給水流量指令GFWdを増加し、逆に蒸発器過熱度偏差ΔKshの値が負の場合に給水流量指令GFWdを減ずるよう調整する。蒸発器出口過熱度の目標値Kshdが負荷に依らない場合は、関数発生器４１を設定器で置き換えてもよい。
【００１４】
二次過熱器７ｂの出口に温度計３０を設ける。設定器５０から出力された主蒸気温度設定値MSTdと温度計３０から得られた計測値との偏差を減算器５１で求め、主蒸気温度偏差ΔMSTを得る。ＰＩＤ制御器からなる調節器５２は前記主蒸気温度偏差ΔMSTを入力として、スプレー減温器流量指令Gspraydを調整し、それに基づいて流量調節弁１０の開度をコントロールする。
【００１５】
貫流式排熱回収ボイラにおいて、スプレー減温器流量Gsprayは主蒸気温度に対して過渡的な負の効果を与える。すなわち、スプレー減温器流量Gsprayを増加した直後は増加分のスプレー水の蒸発潜熱＋顕熱に相当する温度低下が得られるが、スプレー減温器流量Gsprayの増加分はすなわち節炭器５から一次過熱器７ａの水蒸気流量の減少であるため、時間の経過とともにスプレー減温器９の上流側の温度が上昇し、最終的にはスプレー減温器流量Gsprayを増加する前とほぼ同じ温度まで戻る。
【００１６】
このことは、貫流式排熱回収ボイラの定常状態における主蒸気温度は、給水流量GFWで定まることを意味する。従って、前期蒸発器出口過熱度の目標値Kshdは、相当する給水流量において所定の蒸気温度が得られる値に設定される。
【００１７】
ところで、バーナを内蔵する汎用ボイラと排熱回収ボイラの制御方法には大きな違いがある。バーナを内蔵する汎用ボイラでは、燃料量すなわちボイラへの入熱量が任意に操作可能である。例えば負荷上昇時の蒸気温度の昇温遅れを解消するため、燃料を静定値よりも多めに投入する、所謂、オーバーファイリングが可能である。
【００１８】
これに対して排熱回収ボイラは、基本的にガスタービンの排気を受けて動作するため、入熱量は操作できない。従って排熱回収ボイラでは、給水量のみの操作により入熱量と給水量とのバランスをとらなくてはならない。この点が、燃料量（＝入熱量）を蒸気の温度・圧力制御に利用できる汎用ボイラとの基本的な違いである。従って、ボイラ全体の通水量を決定する給水量と、節炭器及び蒸発器の通水量に影響する減温スプレー量の適切な操作が非常に重要である。
【００１９】
なお、貫流式排熱回収ボイラに関係する特許文献として、下記のものを挙げることができる。
【特許文献１】特許第２５６３０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
このような従来の貫流型排熱ボイラの制御方式には，下記のような課題がある。  
第１の課題は、定常状態の主蒸気温度が保証されていないことである。前述のように、定常状態の貫流型排熱回収ボイラの主蒸気温度は流入する燃焼排ガスＧ１からの熱吸収量と給水量のバランスにより定まる。熱吸収量が同じ負荷においても気温，燃料種,伝熱管の汚れ等によるボイラの特性の経年変化で変化するが、図３の制御方式では主蒸気温度偏差ΔMSTを給水量GFWに反映できないため，定常時における主蒸気温度偏差ΔMSTを解消できない。
【００２１】
第２の課題は、負荷変化時に蒸発器出口の過熱度Kshが過渡的に大きく変動することである。前述のように排熱回収ボイラでは、ガス流れ方向上流から過熱器７，蒸発器６，節炭器５の順に配置される。負荷変化、すなわち流入排ガスの熱量変化に対して、各熱交換器の収熱量は各熱交換器が持つ熱容量のため，前述の順に時間遅れを伴って現れる。
【００２２】
例えば負荷を上げる場合を例にとると、過熱器７の熱吸収量が素早く増加するのに対し、蒸発器６，節炭器５の熱吸収量は遅れて増加する。過熱器７の熱吸収量増加に見合った蒸発量が得られないため、主蒸気温度MSTが上昇する。これを抑制するためのスプレー減温器９の流量増加は、節炭器５への給水、すなわち蒸発量の減少を招く。
【００２３】
このとき過熱器５，蒸発器６の収熱量は徐々に増加に転じている。従って、節炭器５への給水量減少により、蒸発器出口の過熱度Kshが上昇する。過熱度Kshの上昇を抑制するため調節器４４が給水量を増加させるが、応答遅れのため過熱度Kshの過渡的な上昇は免れない。
【００２４】
過熱度Kshが大きく変動した場合、蒸発器６の出口管寄せ、図示しない汽水分離器(蒸発器と過熱器の間の水蒸気配管に介在)などの肉厚部に過大な熱応力が生じるため、亀裂等を生じやすくなるという問題がある。
【００２５】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解決し、安定した運転が可能な排熱回収ボイラならびにその制御方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、高温排ガスの流れ方向上流側に過熱器が、その下流側に蒸発器が設置され、給水ポンプから供給された水を前記蒸発器ならびに過熱器で熱交換して主蒸気を得る排熱回収ボイラにおいて、
前記過熱器出口の主蒸気温度を調節するスプレー減温器と、
前記過熱器の出口側に設けられた主蒸気温度計と、
主蒸気温度を設定する主蒸気温度設定器と、
前記主蒸気温度計で計測された主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて前記給水ポンプによる給水量を調節する給水量調節器と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口温度計と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口圧力計と、
前記蒸発器出口温度計で計測された蒸気温度と、前記蒸発器出口圧力計の計測値に対応する飽和蒸気温度との偏差から過熱度を演算する演算器と、
過熱度を設定する過熱度設定器と、
前記演算器で演算された過熱度と前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値との偏差に基づいて前記スプレー減温器への給水量を調節するスプレー量調節器とを備えたことを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の第２の手段は前記第1の手段において、前記主蒸気を使用する例えばタービンなどの使用設備からの負荷信号に基づいて前記過熱度が設定されることを特徴とするものである。
【００２８】
本発明の第３は、高温排ガスの流れ方向上流側に過熱器が、その下流側に蒸発器が設置され、給水ポンプから供給された水を前記蒸発器ならびに過熱器で熱交換して主蒸気を得る排熱回収ボイラの制御方式において、
前記過熱器出口の主蒸気温度を調節するスプレー減温器と、
前記過熱器の出口側に設けられた主蒸気温度計と、
主蒸気温度を設定する主蒸気温度設定器と、
前記主蒸気温度計で計測された主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて前記給水ポンプによる給水量を調節する給水量調節器と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口温度計と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口圧力計と、
前記蒸発器出口温度計で計測された蒸気温度と、前記蒸発器出口圧力計の計測値に対応する飽和蒸気温度との偏差から過熱度を演算する演算器と、
過熱度を設定する過熱度設定器と、
前記演算器で演算された過熱度と前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値との偏差に基づいて前記スプレー減温器への給水量を調節するスプレー量調節器とを備え、
前記主蒸気温度計で計測された主蒸気温度が前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値よりも高い場合、前記給水量調節器で前記給水ポンプによる給水量を増加させ、
前記主蒸気温度計で計測された主蒸気温度が前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値よりも低い場合、前記給水量調節器で前記給水ポンプによる給水量を減少するとともに、
前記演算器で演算された過熱度が前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値よりも高い場合、前記スプレー量調節器で前記スプレー減温器への給水量を減少し、
前記演算器で演算された過熱度が前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値よりも低い場合、前記スプレー量調節器で前記スプレー減温器への給水量を増加するように制御されることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の第４の手段は、高温排ガスの流れ方向上流側に過熱器が、その下流側に蒸発器が設置され、給水ポンプから供給された水を前記蒸発器ならびに過熱器で熱交換して主蒸気を得る排熱回収ボイラにおいて、
前記過熱器の出口側または複数過熱器の中間位置に設けられた第１のスプレー減温器と、
前記過熱器の出口側でかつ前記第１のスプレー減温器よりも蒸気流れ方向下流側に設けられた第１の主蒸気温度計と、
その第１の主蒸気温度計よりも蒸気流れ方向下流側に設けられた第２のスプレー減温器と、
その第２のスプレー減温器よりも蒸気流れ方向下流側に設けられた第２の主蒸気温度計と、
主蒸気温度を設定する主蒸気温度設定器と、
前記第２の主蒸気温度計で計測された第２の主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて前記第２のスプレー減温器への給水量を調節する第２のスプレー量調節器と、
前記第１の主蒸気温度計で計測された主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて演算された給水量と、前記第２のスプレー量調節器で調節される給水量とを加算した合算給水量になるように前記給水ポンプのよる給水量を調節する給水量調節器と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口温度計と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口圧力計と、
前記蒸発器出口温度計で計測された蒸気温度と、前記蒸発器出口圧力計の計測値に対応する飽和蒸気温度との偏差から過熱度を演算する演算器と、
過熱度を設定する過熱度設定器と、
前記演算器で演算された過熱度と前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値との偏差に基づいて前記第１のスプレー減温器への給水量を調節する第１のスプレー量調節器とを備えたことを特徴とするものである。
【００３０】
本発明の第５の手段は前記第４の手段において、前記主蒸気を使用する例えばタービンなどの使用設備からの負荷信号に基づいて前記過熱度が設定されることを特徴とするものである。
【００３１】
本発明の第６の手段は、高温排ガスの流れ方向上流側に過熱器が、その下流側に蒸発器が設置され、給水ポンプから供給された水を前記蒸発器ならびに過熱器で熱交換して主蒸気を得る排熱回収ボイラの制御方式において、
前記過熱器の出口側または複数過熱器の中間位置に設けられた第１のスプレー減温器と、
前記過熱器の出口側でかつ前記第１のスプレー減温器よりも蒸気流れ方向下流側に設けられた第１の主蒸気温度計と、
その第１の主蒸気温度計よりも蒸気流れ方向下流側に設けられた第２のスプレー減温器と、
その第２のスプレー減温器よりも蒸気流れ方向下流側に設けられた第２の主蒸気温度計と、
主蒸気温度を設定する主蒸気温度設定器と、
前記第２の主蒸気温度計で計測された第２の主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて前記第２のスプレー減温器への給水量を調節する第２のスプレー量調節器と、
前記第１の主蒸気温度計で計測された第１の主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて演算された給水量と、前記第２の主蒸気温度計で計測された第２の主蒸気温度と前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値の偏差に基づいて演算された給水量とを加算した合算給水量になるように前記給水ポンプのよる給水量を調節する給水量調節器と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口温度計と、
前記蒸発器の出口側に設けられた蒸発器出口圧力計と、
前記蒸発器出口温度計で計測された蒸気温度と、前記蒸発器出口圧力計の計測値に対応する飽和蒸気温度との偏差から過熱度を演算する演算器と、
過熱度を設定する過熱度設定器と、
前記演算器で演算された過熱度と前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値との偏差に基づいて前記第１のスプレー減温器への給水量を調節する第１のスプレー量調節器とを備え、
前記第１の主蒸気温度計で計測された第１の主蒸気温度が前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値よりも高い場合は給水量を増加させ、
前記第１の主蒸気温度計で計測された第１の主蒸気温度が前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値よりも低い場合は給水量を減少させ、
前記第２の主蒸気温度計で計測された第２の主蒸気温度が前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値よりも高い場合は、前記第２のスプレー量調節器で前記第２のスプレー減温器への給水量を増加させ、
前記第２の主蒸気温度計で計測された第２の主蒸気温度が前記主蒸気温度設定器で設定された主蒸気温度設定値よりも低い場合は、前記第２のスプレー量調節器で前記第２のスプレー減温器への給水量を減少させ、
前記演算器で演算された過熱度が前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値よりも高い場合、前記スプレー量調節器で前記スプレー減温器への給水量を減少し、
前記演算器で演算された過熱度が前記過熱度設定器で設定された過熱度設定値よりも低い場合、前記スプレー量調節器で前記スプレー減温器への給水量を増加するように制御されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３２】
このよう構成した排熱回収ボイラでは、負荷変化時の蒸発器出口における過熱度の過大な変動を抑制するとともに、外気温や燃料種別，ボイラ伝熱特性の変化による影響を吸収して、常に所定の主蒸気温度を保つことを可能とし、プラントの安定運転を図ることができる。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明は前述のような構成になっており、前記第１の課題に対しては、主蒸気温度偏差ΔMSTに基づいて給水量GFWを調整するため、定常状態において常に入熱量に見合った給水量が供給でき、ΔMSTの解消が保証される。
【００３４】
また前記第２の課題に対しては、最も応答の速い主蒸気温度MSTの偏差に基づいて給水量GFWを調整することにより、給水量GFWは過熱器７とほぼ時定数で応答し遅れを生じることはない。
【００３５】
このとき給水量GFWは蒸発器６，節炭器５の収熱量に対して先行して増加するため生じる蒸発器出口過熱度Kshの過渡的な増減は、スプレー減温器９を節炭器５，蒸発器６のバイパス回路として積極的に利用することで回避する。すなわち、過熱度Kshの降下(上昇)に対しスプレー減温器９の流量Gsprayを増加(減少)させることで、節炭器５給水量を減少(増加)させ、過熱度Kshを所定の値に制御するため、過度に変動することはない。
【００３６】
次に本発明の実施形態を図と共に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る貫流型排熱回収ボイラの制御系統図である。
【００３７】
本実施形態に係る貫流型排熱回収ボイラは、ケーシング１で囲まれたガスダクト２の中にガス上流側から下流側に向けて過熱器７，貫流蒸発器６，節炭器５の順に配置される。更に過熱器７が一次過熱器７ａと二次過熱器７ｂに分割され、その中間位置に主蒸気温度の調節手段としてスプレー減温器９を設けている。スプレー減温器９は過熱器７の出口に設ける場合もあり、そのとき過熱器７は必ずしも分割する必要はない。
【００３８】
図示されないガスタービンから排出された６００℃程度の高温の燃焼排ガスＧ１は排熱回収ボイラのガスダクト２へと導かれ、その中に配置された過熱器７，貫流蒸発器６，節炭器５の順に熱交換を行い、低温ガスＧ２となり煙突（図示せず）へと排出される。
【００３９】
水蒸気系では、給水ポンプ４により供給された低温水は節炭器５で飽和温度近傍まで予熱された後、高温水として貫流蒸発器６に導かれる。高温水は伝熱管を上昇する間にガスからの熱を受けて蒸発を完了し、僅かに過熱した蒸気となって過熱器７ａ，７ｂへ供給される。過熱器７ａ，７ｂで更に高温のガスとの熱交換による昇温と、スプレー減温器９による温度調整により所定の温度まで過熱された後、主蒸気として蒸気タービン等の使用先設備（図示せず）に供給される。
【００４０】
給水ポンプ４により送給された低温水の一部は、流量調節弁１０を通して前記スプレー減温器９に導入される。
【００４１】
前記過熱器７の出口側に、主蒸気温度を計測する温度計３０が設置されている。また前記蒸発器６の出口側に、温度計３１と圧力計３２が設置されている。
【００４２】
次にこの貫流型排熱回収ボイラの制御方式について説明する。前記圧力計３２の計測値は関数発生器４０に入力され、その圧力計測値に対応する飽和蒸気温度Tsatを得る。減算器４２において前記飽和蒸気温度Tsatを温度計３１からの計測値から減じて、蒸発器出口過熱度Kshを得る。
【００４３】
一方、図示しないガスタービンからの負荷信号（Ｌｏａｄ）を関数発生器４１に入力して、蒸発器出口過熱度の設定値Kshdを得る。そして減算器４３において前記蒸発器過熱度Kshから設定値Kshdを減じて、蒸発器過熱度偏差値ΔKshを得る。
【００４４】
その蒸発器過熱度偏差ΔKshは調節器４４に入力され、それに基づいてスプレー減温器流量指令信号Gspraydを得て、それに基づいて流量調節弁１０の開度を調節して、スプレー減温器９への給水流量Gsprayをコントロールする。
【００４５】
蒸発器出口過熱度Kshはスプレー減温器９の流量Gsprayに対し正の相関を持つため、具体的には、前記蒸発器過熱度偏差値ΔKshが正の値の場合、すなわち蒸発器過熱度Kshが設定値Kshdよりも高い場合は、前記スプレー量調節器４４（流量調節弁１０）でスプレー減温器９への給水流量Gsprayを減少するように制御する。
【００４６】
一方、前記蒸発器過熱度偏差値ΔKshが負の値の場合、すなわち蒸発器過熱度Kshが設定値Kshdよりも低い場合は、前記スプレー量調節器４４（流量調節弁１０）でスプレー減温器９への給水流量Gsprayを増加するように制御する。
【００４７】
過熱器７の出口側に設置されている温度計３０から得た主蒸気温度の計測値MSTと、主蒸気温度設定器５０から出力された主蒸気温度設定値MSTdとの偏差を減算器５１で求め、主蒸気温度偏差ΔMSTを得る。
【００４８】
ＰＩＤ制御器からなる調節器５２は前記主蒸気温度偏差ΔMSTを入力して、その主蒸気温度偏差ΔMSTに基づく給水流量指令信号GFWｄを給水ポンプ４に出力して、給水ポンプ４からは給水量GFWの水が送給される。
【００４９】
主蒸気温度MSTは給水量GFWに対して負の相関を持つため、具体的には、前記主蒸気温度偏差ΔMSTが正の値の場合、すなわち計測された主蒸気温度MSTが主蒸気温度設定値MSTdよりも高い場合、前記給水量調節器５２で給水ポンプ４による給水量GFWを増加させる。
【００５０】
一方、前記主蒸気温度偏差ΔMSTが負の値の場合、すなわち計測された主蒸気温度MSTが主蒸気温度設定値MSTdよりも低い場合、前記給水量調節器５２で給水ポンプ４による給水量GFWを減少するように制御する。
【００５１】
このように本実施形態において図３に示す従来のものと相違する点は、給水流量指令GFWdの調節を蒸気温度偏差ΔMSTを入力とする調節器５２が、スプレー減温器９の流量指令Gspraydの調節を蒸発器出口過熱度偏差ΔKshを入力とする調節器４４が担う点である。
【００５２】
図４は図１に示した本発明に係る貫流型排熱回収ボイラと図３に示した従来の貫流型排熱回収ボイラの負荷変化特性を模式的に表わしたものであり、図中の太い線が本発明に係る貫流型排熱回収ボイラ、細い線が従来の貫流型排熱回収ボイラの特性曲線である。
【００５３】
同図は、最上段の負荷変化に対する主蒸気温度ＭＳＴ，スプレー量Gspray，過熱度Ksh，給水量GFWの変化をそれぞれ示している。
【００５４】
この図から明らかなように、従来の制御方式では負荷が変化した際に、スプレー量Gsprayおよび過熱度Kshが過度に応答していたが、本発明の制御方式ではそれらの過度な応答が抑制されることが分かる。
【００５５】
本発明では、応答の速い減温スプレーの代わりに最終的なバランスを定める給水量で主蒸気温度を制御している。このため、従来技術の課題は解消される代わりに、負荷変化時の主蒸気温度の変動が相対的に大きくなる場合がある。
【００５６】
図２は本発明の第２実施形態に係る貫流型排熱回収ボイラの制御系統図であり、前述の主蒸気温度の変動を抑制したい場合に好適な実施形態である。
【００５７】
図に示すように、一次過熱器７ａと二次過熱器７ｂの中間位置に第１のスプレー減温器９が設けられ、二次過熱器７ｂの出口側（前記第１のスプレー減温器９よりも蒸気流れ方向下流側）に蒸気流れ方向に沿って第１の主蒸気温度計３０、第２のスプレー減温器１１、第２の主蒸気温度計３３が順に設置されている。
【００５８】
給水ポンプ４から送給された水の一部は第１のスプレー減温器９ならびに第２のスプレー減温器１１にそれぞれ個別に供給され、第１のスプレー減温器９の上流側には第１の流量調節弁１０が、第２のスプレー減温器１１の上流側には第２の流量調節弁１２がそれぞれ付設されている。
【００５９】
前記第２の主蒸気温度計３３で計測された第２の主蒸気温度MST’と主蒸気温度設定器５０で設定された主蒸気温度設定値が減算器６０に入力され、その偏差ΔMSTd’が求められる。そしてこの偏差ΔMSTd’に基づいて、第２のスプレー量調節器６１で前記第２のスプレー減温器１１への給水量を、第２の流量調節弁１２を介して調節する。
【００６０】
具体的には、前記偏差ΔMSTd’が正の値の場合、すなわち第２の主蒸気温度MST’が主蒸気温度設定値よりも高い場合、第２のスプレー減温器１１への給水量Gspray2を増加させる給水流量指令信号Gspray2dを第２の流量調節弁１２に出力する。
【００６１】
一方、前記偏差ΔMSTd’が負の値の場合、すなわち第２の主蒸気温度MST’が主蒸気温度設定値よりも低い場合、第２のスプレー減温器１１への給水量Gspray2を減少させるように制御する。
【００６２】
前記第１の主蒸気温度計３０で計測された主蒸気温度MSTと主蒸気温度設定器５０で設定された主蒸気温度設定値とが減算器５１に入力されて、その偏差ΔMSTが求められ、その偏差ΔMSTに基づいてＰＩＤ制御器からなる調節器５２で給水量が演算される。
【００６３】
具体的には、偏差ΔMSTが正の値の場合、すなわち主蒸気温度MSTが主蒸気温度設定値よりも高い場合は多い給水量を、一方、偏差ΔMSTが負の値の場合、すなわち主蒸気温度MSTが主蒸気温度設定値よりも低い場合は少ない給水量を演算する。
【００６４】
このようにして演算した給水量と、前記第２のスプレー量調節器６１で調節される給水量とが加算器５３で加算され、この合算給水量指令信号GFWｄが給水ポンプ４に出力され、給水量GFWに調節される。
【００６５】
第１のスプレー減温器９への給水量の調節は、前記第１実施形態と同様であるので、それらの説明は省略する。
【００６６】
本実施形態によれば、負荷変化時において図１に示した第１実施形態の構成で発生する主蒸気温度の変動を、応答の速い過熱器出口のスプレー減温器１１で抑制するため、主蒸気温度は一定に保たれる。
【００６７】
一方、スプレー減温器１１の流量Gspray2は給水量GFWに加算されるため、スプレー減温器１１の流量Gspray2の変動が蒸発器出口過熱度Kshに悪影響を及ぼすことはない。また定常値においては、給水量GFWが入熱量に見合った量に調整されるため、外気温や燃料種別，ボイラ伝熱特性の変化による影響を吸収し、常に所定の主蒸気温度を保つことができる。
【００６８】
本実施形態の別の効果として、起動時の蒸気温度抑制効果が挙げられる。前述のように排熱回収ボイラにおいては、ガス流れ方向に沿って過熱器７，蒸発器６，節炭器５の順に並んでいる。各熱交換器が持つメタル熱容量のため、ガスタービンからの排ガスによる入熱量の影響は、ガス流れ方向上流側の熱交換器から順に応答遅れをもって現れる。特に起動時にはメタル温度の変化幅が大きいため、この傾向が顕著になる。即ち、蒸発器５での蒸発量は過熱器７の熱吸収に対して著しく過小傾向になり、主蒸気温度が高くなり易い。
【００６９】
このような現象に対しても、本実施形態では過熱器７ｂの出口以降に配置した第２のスプレー減温器１１により適切な温度に調整できるという効果を有する。
【００７０】
貫流型排熱回収ボイラでは蒸気条件の超臨界化による効率向上も可能であり、このような場合にも本発明は有用な手段である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る貫流型排熱回収ボイラの制御系統図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る貫流型排熱回収ボイラの制御系統図である。
【図３】従来の貫流型排熱回収ボイラの制御系統図である。
【図４】本発明の実施形態に係る貫流型排熱回収ボイと従来の貫流型排熱回収ボイラの負荷応答特性を比較して示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１：ケーシング、２：ガスダクト、４：給水ポンプ、５：節炭器、６：貫流蒸発器、７ａ：一次過熱器、７ｂ：二次過熱器、９：スプレー減温器、１０：流量調節弁、１２：流量調節弁、３０：温度計、３１：温度計、３２：圧力計、３３：温度計、４０：関数発生器、４１：関数発生器、４２：減算器、４３：減算器、４４：調節器、５０：設定器、５１：減算器、５２：調節器、５３：加算器、６０：減算器、６１：調節器、Ｇ１：燃焼排ガス、Ｇ２：低温ガス、MST，MST’：主蒸気温度、ΔMST，ΔMSTd’：主蒸気温度偏差、GFW：給水量、GFWｄ：給水流量指令信号、Gsprayd：スプレー減温器への流量指令信号、Gspray：スプレー減温器の流量、Ksh：蒸発器過熱度、Kshd：蒸発器過熱度設定値、ΔKsh：蒸発器出口過熱度偏差、Tsat：飽和蒸気温度。
【図１】
2006125760.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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