(57)【要約】【課題】  給水ポンプの運転を開始した直後に、分岐配管（再循環配管）に生じるウォーターハンマー（水激）の防止【解決手段】  本発明に係る排熱回収ボイラ２０は、排熱回収ボイラ２０を停止させてから、排熱回収ボイラ２０を再度起動させるときに、節炭器給水配管２４の給水量制御弁５４を少し開いた状態で、再循環配管２５（分岐配管）に水張りを行う水張り装置を備えている。この排熱回収ボイラ２０によれば、水張り装置により、排熱回収ボイラ２０を停止させてから、排熱回収ボイラ２０を再度起動させるときに、節炭器５１への給水量を制御する給水量制御弁５４を少し開いた状態で、再循環配管２５に水張りが行われるので、給水ポンプ２３の運転を開始した直後に、再循環配管２５にウォーターハンマー（水激）が生じるのを防止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
節炭器と、ドラムと、過熱器と、前記節炭器に水を供給する節炭器給水配管と、前記節炭器からドラムに水を供給するドラム給水配管と、前記ドラム給水配管から分岐した分岐配管と、前記節炭器給水配管への水の給水量制御弁を備えた排熱回収ボイラにおいて、
前記排熱回収ボイラを停止させてから、排熱回収ボイラを再度起動させるときに、前記節炭器給水配管の給水量制御弁を少し開いた状態で、前記分岐配管に水張りを行う水張り装置を備えた排熱回収ボイラ。
【請求項２】
前記水張り装置は、前記排熱回収ボイラを停止させてから、排熱回収ボイラを再度起動させるときに、前記節炭器給水配管の給水量制御弁を少し開いた状態で、少なくとも分岐配管の管路体積Ｖの０．８Ｖの水を、前記節炭器給水配管に供給することを特徴とする請求項１に記載の排熱回収ボイラ。
【請求項３】
前記水張り装置は、前記排熱回収ボイラを停止させてから、排熱回収ボイラを再度起動させるときに、前記節炭器給水配管の給水量制御弁を少し開いた状態で、少なくとも分岐配管の管路体積Ｖよりも多い水を前記節炭器給水配管に供給することを特徴とする請求項１に記載の排熱回収ボイラ。
【請求項４】
節炭器と、ドラムと、過熱器と、前記節炭器に水を供給する節炭器給水配管と、前記節炭器からドラムに水を供給するドラム給水配管と、前記ドラム給水配管から分岐した分岐配管と、前記節炭器給水配管への水の給水量制御弁を備えた排熱回収ボイラにおいて、
前記排熱回収ボイラを停止させてから、排熱回収ボイラを再度起動させるときに、前記節炭器給水配管の給水量制御弁を少し開いた状態で、前記分岐配管に水張りを行ってから、排熱回収ボイラを再度起動させるようにした排熱回収ボイラの再起動方法。
【請求項５】
節炭器と、ドラムと、過熱器と、前記節炭器に水を供給する節炭器給水配管と、前記節炭器からドラムに水を供給するドラム給水配管と、前記ドラム給水配管から分岐した分岐配管と、前記節炭器給水配管への水の給水量制御弁とを備えた排熱回収ボイラにおいて、
前記排熱回収ボイラを停止させてから、排熱回収ボイラを再度起動させるときに、前記節炭器給水配管の給水量制御弁を少し開いた状態で、前記分岐配管に水張りを行い、その後に前記供給量調整弁の開度を開く制御する給水制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排熱回収ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排熱回収ボイラは、例えば、ガスタービンなどの排ガス経路に設置され、排熱を利用して、蒸気を生成して、蒸気の熱を再利用するものである。ガスタービン発電装置では、排熱回収ボイラは、高圧、中圧、低圧の三重圧ボイラ構造を持ち、過熱蒸気を生成して、蒸気発電に利用されている。斯かる複合型発電装置については、例えば、特開平０９−０８８５１６号などに記載されている。
【０００３】
特開平０９−０８８５１６号には、節炭器からドラムに供給する水の一部を節炭器に給水経路に再循環させる再循環配管が記載されている。再循環配管は、再循環調整弁が設けられており、節炭器を通過する水の量を調節する機能がある（特許文献１）。
【特許文献１】特開平０９−０８８５１６号（図８、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排熱回収ボイラは、ガスタービンを運転している状態では、多量の水を必要とするため、節炭器に水を供給する給水経路には、多量の水を一気に供給する能力がある。また、排熱回収ボイラは、例えば、ガスタービンを運転している状態では、再循環配管に、通常、ある程度、水を張った状態で運転しており、節炭器から再循環配管に水が急激に供給されてもウォーターハンマー（水激）が生じることはない。
【０００５】
また、排熱回収ボイラは、例えば、ガスタービンを運転している状態では、再循環配管に、通常、ある程度、水を張った状態で運転しており、節炭器から再循環配管に水が急激に供給されてもウォーターハンマー（水激）が生じることはない。
【０００６】
また、ガスタービンのＤＳＳ（深夜起動停止）など、一日の中で起動停止動作が行われても、通常、再循環配管には、ある程度の水が張られた状態が保たれているので、節炭器から再循環配管に水が急激に供給されてもウォーターハンマー（水激）が生じることはない。
【０００７】
しかし、例えば、土・日などで電力消費が落ちるような場合には、約２日ほどガスタービンを停止させる場合（週末起動停止）に、通常の再起動動作を行うと、再循環配管にウォーターハンマー（水激）が生じることが確認された。ウォーターハンマー（水激）の衝撃が大きい場合には、再循環配管を支持している支持部材に変形や破損などの不具合を生じさせる可能性がある。斯かるウォーターハンマー（水激）が生じる原因（メカニズム）は不明であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、斯かるウォーターハンマー（水激）の原因を、以下のように推測した。
【０００９】
すなわち、排熱回収ボイラは、６００℃以上の高い温度で運転されており、また、外壁は断熱処理が施されているため、ガスタービンを停止させても、すぐに温度が下がるわけではなく、排熱回収ボイラ内に排熱が残留し、排熱回収ボイラ内は高い温度に保たれる。
【００１０】
このような状況では、再循環配管内の水は、排熱回収ボイラの過熱器やドラムから熱を受けて、徐々に蒸発してドラム側に逃げていくと考えられる。半日程度の停止では、再循環配管内に運転再開時に必要な水が残留しているが、２日程度停止させる状況が続くと、再循環配管内に運転再開時に必要な水が無くなっている可能性がある。
【００１１】
本発明者らは、上述したウォーターハンマー（水激）は、このような状況で、通常の再起動動作が行われ、再循環配管に十分に水が張られる前に、急激に高圧の水が送られたことにより生じたと推測した。
【００１２】
そこで、本発明者らは、節炭器と、ドラムと、過熱器と、節炭器に水を供給する節炭器給水配管と、節炭器からドラムに水を供給するドラム給水配管と、ドラム給水配管から分岐した分岐配管（再循環配管）と、節炭器給水配管への水の給水量制御弁を備えた排熱回収ボイラにおいて、排熱回収ボイラを停止させてから、排熱回収ボイラを再度起動させるときに、節炭器給水配管の給水量制御弁を少し開いた状態で、分岐配管（再循環配管）に水張りを行う水張り装置を備えることにした。
【発明の効果】
【００１３】
この排熱回収ボイラによれば、水張り装置により、排熱回収ボイラを停止させてから、排熱回収ボイラを再度起動させるときに、節炭器への給水量を制御する給水量制御弁を少し開いた状態で、分岐配管（再循環配管）に水張りが行われるので、給水ポンプの運転を開始した直後に、分岐配管（再循環配管）にウォーターハンマー（水激）が生じるのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る排熱回収ボイラを図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、この実施形態に係る排熱回収ボイラが設置される複合型発電プラント１００を示す図であり、図１中、１はガスタービン発電装置を示しており、２は空気圧縮機を、３は燃焼器を、４はガスタービンを、５は発電機をそれぞれ示している。また、２０は排熱回収ボイラを示しており、２１は復水器を、２２は冷却水配管を、２３は給水ポンプを、２４は節炭器給水配管を、２５は再循環配管（分岐配管）を、２６は蒸気供給配管をそれぞれ示している。また、４０は蒸気発電装置を示しており、４１は高圧蒸気タービンを、４２は中圧蒸気タービンを、４３、４４は低圧蒸気タービンを、４５は発電機をそれぞれ示している。
【００１６】
ガスタービン発電装置１は、空気圧縮機２で圧縮された圧縮空気６を燃焼器３で燃料７と共に燃焼し、その燃焼ガス８でガスタービン４を回し、ガスタービン４で得た動力で発電機５を回し、発電している。ガスタービン４の排ガス９は、排熱回収ボイラ２０に供給される。排熱回収ボイラ２０は、復水器２１の水を給水ポンプ２３で節炭器給水配管２４により、節炭器５１、ドラム５２、過熱器５３など（図２参照）で供給し、ガスタービン４から供給される排ガス９の排熱を利用して、過熱蒸気２７を生成する。排熱回収ボイラ２０で生成された過熱蒸気２７は、蒸気発電装置４０に供給されて、蒸気タービン４１〜４４を回して、発電機４５を回すようになっている。
【００１７】
この実施形態では、排熱回収ボイラ２０で生成された過熱蒸気２７は、まず、高圧蒸気タービン４１に供給され、高圧蒸気タービン４１を回す。高圧蒸気タービン４１で排気された蒸気４６は、排熱回収ボイラ２０に供給され再度過熱され、中圧の過熱蒸気４７を中圧蒸気タービン４２に供給し、中圧蒸気タービン４２で排出された蒸気４８を低圧蒸気タービン４３、４４に供給するようになっている。高圧蒸気タービン４１、中圧蒸気タービン４２、低圧蒸気タービン４３、４４はそれぞれ同軸で接続されており、発電機４５を回すようになっている。低圧蒸気タービン４３、４４で排出された蒸気４８は復水器２１で再び水に戻される。
【００１８】
次に、排熱回収ボイラ２０、及び、排熱回収ボイラに装備された再循環配管２５を説明する。
【００１９】
排熱回収ボイラ２０を示す図２中、５１は節炭器を、５２はドラムを、５３は過熱器を、５４は給水量制御弁を、５５はドラム給水配管を、５６はドラム給水弁、５７は再循環制御弁を、５８は制御装置をそれぞれ示している。給水量制御弁５４は節炭器給水配管２４に取り付けられており、節炭器５１への給水を制御する弁である。ドラム給水弁５６はドラム給水配管５５に取り付けられており、ドラム５２への給水を制御する弁である。再循環制御弁５７は再循環配管２５に取り付けられており、復水器２１への循環水量を制御する弁である。給水量制御弁５４、ドラム給水弁５６及び再循環制御弁５７は、それぞれ制御装置５８により開度が制御されるようになっている。
【００２０】
節炭器５１は、復水器２１から節炭器給水配管２４を通して送られてきた水（ボイラ給水）を、排熱回収ボイラ２０の排熱で、沸騰しない程度に予熱を与えてドラム５２に送るものである。ドラム５２は、節炭器５１からドラム給水配管５５を通して送られてきた水を沸騰させ、気水を分離して蒸気を過熱器５３に送るものである。過熱器５３は、ドラム５２から送られてきた蒸気をさらに過熱するものである。
【００２１】
給水量制御弁５４は節炭器５１への給水を制御する弁であり、ドラム給水弁５６はドラム５２への給水を制御する弁であり、再循環制御弁５７は再循環配管２５への再循環水量を制御する弁である。給水量制御弁５４、ドラム給水弁５６及び再循環制御弁５７は、それぞれ制御装置５８により開度が制御されるようになっている。
【００２２】
再循環配管２５は、節炭器５１からドラム５２に供給される水の量を調整する調整配管としての機能を備えており、この実施形態では、再循環配管２５は節炭器５１の余剰な水を復水器２１に戻すように構成している。
【００２３】
ガスタービン発電装置１（図１参照）の負荷（発電量）が高い場合には、ガスタービン４から供給される排ガス９の熱量も高い。このため、排熱回収ボイラ２０では多くの過熱蒸気を生成することができ、節炭器５１からドラム５２に供給される給水量も多い。従って、このとき節炭器５１から再循環配管２５に導入される水の量は少ない。
【００２４】
ガスタービン発電装置１の負荷（発電量）が低下した場合には、ガスタービン４から供給される排ガス９の熱量も低下する。このため、排熱回収ボイラ２０で生成される過熱蒸気２７の量が抑えられるので、節炭器５１からドラム５２に供給される給水量も少なく抑えられる。従って、このとき節炭器５１から再循環配管２５に導入される水の量は多くなる。
【００２５】
この実施形態では、再循環配管２５は、排熱回収ボイラ２０の外壁に沿って、復水器２１まで配設されている。排熱回収ボイラ２０が運転されている状態で、再循環配管２５へ供給される水の量は、主に、給水量制御弁５４とドラム給水弁５６の開度による。
【００２６】
排熱回収ボイラ２０は、夜間や週末などに消費電力が落ち、ガスタービン発電装置１の運転が停止された場合などでは、排熱回収ボイラ２０、蒸気発電装置４０も運転が停止される。このとき、いつでもすぐに再運転が可能な状態で待機させるため、再循環配管２５を含めた給水系統の水は抜かない。
【００２７】
しかし、排熱回収ボイラ２０は、６００℃以上の高い温度で運転されており、また、外壁は断熱処理が施されているため、ガスタービン４を停止させても、すぐに温度が下がるわけではない。このため、排熱回収ボイラ２０内に排熱が残留し、排熱回収ボイラ２０内は高い温度に保たれ、再循環配管２５内の水は、排熱回収ボイラ２０の過熱器５３やドラム５２から熱を受け、徐々に蒸発してドラム５２側に逃げていくと考えられる。半日程度の停止では、再循環配管２５内に運転再開時に必要な水が残留しているが、２日程度停止した状況が続くと、再循環配管２５内に運転再開時に必要な水が無くなっている可能性がある。
【００２８】
このため、２日程度停止させた後、排熱回収ボイラ２０の運転を再開させる場合には、再循環配管２５に水が少なくなっており、給水ポンプ２３により、高圧の水を送ると、節炭器給水配管２４、節炭器５１、ドラム給水配管５５を通して、再循環配管２５に高圧の水が供給され、ウォーターハンマー（水激）が生じる可能性が考えられる。
【００２９】
そこで、この排熱回収ボイラ２０は、排熱回収ボイラ２０を停止させている状態から、排熱回収ボイラ２０を再度起動させるときに、節炭器５１への給水量を調節する給水量制御弁５４を少し開いた状態で一定時間維持し、再循環配管２５に水張りを行う水張り装置を備えている。
【００３０】
この実施形態では、水張り装置は、給水量制御弁５４及び制御装置５８により構成されている。再循環配管２５に水張りを行うときの給水量制御弁５４の開度は、制御装置５８により、再循環配管２５にウォーターハンマー（水激）が生じない程度の開度に抑える。なお、給水量制御弁５４の開度は小さく設定し過ぎると、再循環配管２５に水張りが完了するまでの時間が掛かるので、再循環配管２５にウォーターハンマー（水激）が生じない程度でできるだけ広い開度に調節すると良い。
【００３１】
このとき、給水量制御弁５４が少し開いた状態で一定時間維持されるので、再循環配管２５に急激に多量の水が供給されることはなく、再循環配管２５にはウォーターハンマー（水激）が生じない程度の水量で徐々に水が張られていく。
【００３２】
この実施形態では、再循環配管２５の水張りは、給水量制御弁５４を少し開いた状態で再循環配管２５の体積Ｖと略同量の水を節炭器給水配管２４に供給することにより行う。
【００３３】
これは、２日程度運転を停めても、復水器２１から節炭器５１までの給水経路では、水量はそれ程減らないことによるものであり、再起動時の初期動作で、給水量制御弁５４を少し開いた状態で再循環配管２５の体積を略同量の水を供給すると、供給された水と略同量の水が再循環配管２５に供給されるとの計算によるものである。
【００３４】
例えば、
Ｑ：給水ポンプ２３の運転を開始した直後の給水量制御弁５４を少し開いた状態にしているときの質量流量
ρ：流体の密度
Ａ：再循環配管の断面積
Ｔ：給水ポンプ２３の運転を開始した直後に給水量制御弁５４を少し開いた状態に維持する時間
Ｌａ：時間Ｔで再循環配管２５に水張りが可能な長さ
とした場合、
Ｌａ＝Ｑ×Ｔ/（ρ×Ａ）でＬａが算出できる。
Ｌ：再循環配管２５の長さ
とすると、Ｌａ＞Ｌとなっていれば、再循環配管２５に水張りが行える計算になる。
【００３５】
従って、この実施形態では、給水量制御弁５４で流量を測り、給水量が、Ｌａ＞Ｌとなるように、給水ポンプ２３の運転を開始した直後に給水量制御弁５４を少し開いた状態に維持する時間Ｔを設定している。
【００３６】
以上は、再循環配管２５に生じるウォーターハンマー（水激）の原因について、２日程度停止した状況が続くと、再循環配管２５内に運転再開時に必要な水が無くなっているとの推測に基づいて考慮された対策であるが、実際に、給水量が、Ｌａ＞Ｌとなるように、給水ポンプ２３の運転を開始した直後に給水量制御弁５４を少し開いた状態に維持する時間Ｔを設定した場合には、再循環配管２５にウォーターハンマー（水激）は生じなかった。
【００３７】
このように、制御装置５８により、排熱回収ボイラ２０を停止させてから、排熱回収ボイラ２０を再度起動させるときに、節炭器給水配管２４の給水量制御弁５４を少し開いた状態で、再循環配管２５（分岐配管）に水張りを行ってから、排熱回収ボイラ２０を再度起動させる再起動方法を採用したので、再循環配管２５にウォーターハンマー（水激）が生じるのを防止できた。
【００３８】
なお、再循環配管２５の水張りは、給水量が、Ｌａ＞Ｌとなるように、給水ポンプ２３の運転を開始した直後に給水量制御弁５４を少し開いた状態に維持する時間Ｔを設定しているが、再循環配管２５でウォーターハンマー（水激）が生じたとしても不具合が生じない程度の衝撃の小さいものであれば問題がない。例えば、給水量が、Ｌａ＞０．８Ｌとなるように、給水ポンプ２３の運転を開始した直後に給水量制御弁５４を少し開いた状態に維持する時間Ｔを設定しても、再循環配管２５でウォーターハンマー（水激）が生じたとしても不具合は生じない。
【００３９】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
【００４０】
例えば、水張り装置の構成としては、図示は省略するが、再循環配管２５に再循環配管２５の水量を確認する水量センサを設け、水量センサから得られる再循環配管２５の水量に関する情報に基づいて、給水ポンプ２３の運転を開始した直後に給水量制御弁５４を少し開いた状態に維持する時間Ｔや、給水量制御弁５４の開度を調整できるようにしてもよい。
【００４１】
また、水張り装置の構成は、節炭器給水配管２４、節炭器５１、ドラム給水配管５５を介して再循環配管２５に給水するものを例示したが、これに限らず、復水器２１などから、又は、節炭器給水配管２４から分岐して、再循環配管２５に直接給水する配管を設け、この配管の給水量を管理する構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る複合型発電プラントの構成を示す概略図。
【図２】本発明の一実施形態に係る排熱回収ボイラの構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００４３】
１００ 複合型発電プラント
１     ガスタービン発電装置
２     空気圧縮機
３     燃焼器
４     ガスタービン
５     発電機
６     圧縮空気
７     燃料
８     燃焼ガス
９     排ガス
２０   排熱回収ボイラ
２１   復水器
２２   冷却水配管
２３   給水ポンプ
２４   節炭器給水配管
２５   再循環配管（分岐配管）
２７   過熱蒸気
４０   蒸気発電装置
４１   高圧蒸気タービン
４２   中圧蒸気タービン
４３   低圧蒸気タービン
４５   発電機
４６   蒸気
４７   過熱蒸気
４８   蒸気
５１   節炭器
５２   ドラム
５３   過熱器
５４   給水量制御弁
５５   ドラム給水配管
５６   ドラム給水弁
５７   再循環制御弁
５８   制御装置
【図１】
2005282921.tif 000003
【図２】
2005282921.tif 000004