(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温排ガスを下方から導入して上方より排出する縦型の排ガス流路と、該排ガス流路内に配置される蒸気圧力値が異なる蒸発管群をそれぞれ備えた複数の蒸発管部と、各々の蒸発管部に対応した圧力系の蒸気ドラムとを備えた複圧式縦型自然循環排熱回収ボイラにおいて、
定常状態において安定した循環量が得られることを条件に、低圧の蒸発管部用の蒸気ドラムより低い高さ位置に高圧の蒸発管部用の蒸気ドラムを設置し、
排ガス流路内の排ガス流れのより高温部に設置される高圧の蒸発管部で発生した蒸気が上昇流となって高圧ドラムに流入する上昇管の蒸発管部から高圧ドラムまでの高さを、該上昇管の高さと循環比との関係に基づいた定常状態における安定領域を満足し、且つ起動時における安定領域の範囲内になるように設定したことを特徴とした複圧式縦型自然循環排熱回収ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス中の顕熱を利用する排熱回収ボイラに係わり、特に循環ポンプを利用しない縦型の自然循環方式の排熱回収ボイラの起動時ドラム変動を効率よく抑制するのに好適なボイラ設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の複圧式縦型自然循環排熱回収ボイラの一例を図２に示す。図示しないガスタービンからのガスタービン排ガス５の流れは、まず排熱回収ボイラ内の高圧熱回収部６を通り、次に低圧（あるいは中低圧部）熱回収部７に送られ、それぞれの熱回収部６、７での排熱回収により所定の蒸気を発生させ、得られた蒸気は高圧ドラム１と低圧ドラム２に溜められた後、それぞれ図示しない蒸気タービンの駆動に利用される。
【０００３】
図２に示す従来技術においてはボイラ起動後の定常状態において安定した缶水の循環力を得るために極力高い位置に蒸気ドラム１、２を配置するように配慮し、かつ蒸気ドラム１、２のメンテナンス性を配慮し、低圧ドラム２と同じ操作床にて高圧ドラム１の維持管理ができるように低圧ドラム２と同じ高さに高圧ドラム１を設置するようになっている。
【０００４】
図４に蒸気ドラムの高さと循環比（所定の蒸発量に対する循環水量の割合）の関係を示す。図４に示すように、基本的に蒸気ドラムの設置位置を高くすればするほど循環比／循環力は向上し、設備的には熱交換部が安全なものになることが分かる。
【０００５】
図４に示す傾向のため従来システムでは高圧ドラム１を設備上可能な限り高いレベル、通常は低圧ドラム２と同じ程度のレベルに設置するのが普通であった。しかしながらボイラ起動時に多量の高温排ガスを受け入れるために、特に高圧部においては急激なバブルが発生する一方で、高圧蒸発管部３から高圧ドラム１までの上昇流路が長い（または高い）ために流路抵抗が大きくなり、流量不安定に起因する高圧ドラム１の水位変動が著しく、高圧ドラム水位の変動を吸収するための多量の缶水ブローを実施するなど、運転上の制約を必要とする問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前項で述べた従来技術では、排熱回収ボイラの起動時に蒸気ドラムの水位変動を吸収するために多量の缶水ブローを実施するなどの運転上の配慮を必要とし、これによって缶水ブロー設備の設備容量が増加するなどの問題点があった。
本発明の課題は、蒸気ドラム内の水位の変動を吸収するための付加的な運転、設備を軽減した排熱回収ボイラを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、高温排ガスを下方から導入して上方より排出する縦型の排ガス流路と、該排ガス流路内に配置される蒸気圧力値が異なる蒸発管群をそれぞれ備えた複数の蒸発管部と、各々の蒸発管部に対応した圧力系の蒸気ドラムとを備えた複圧式縦型自然循環排熱回収ボイラにおいて、定常状態において安定した循環量が得られることを条件に、低圧の蒸発管部用の蒸気ドラムより低い高さ位置に高圧の蒸発管部用の蒸気ドラムを設置し、排ガス流路内の排ガス流れのより高温部に設置される高圧の蒸発管部で発生した蒸気が上昇流となって高圧ドラムに流入する上昇管の蒸発管部から高圧ドラムまでの高さを、該上昇管の高さと循環比との関係に基づいた定常状態における安定領域を満足し、且つ起動時における安定領域の範囲内になるように設定した複圧式縦型自然循環排熱回収ボイラである。
【０００８】
【作用】
このように定常状態において安定した循環量が得られる限り、中低圧の蒸発管部用の蒸気ドラムより低い高さ位置に高圧の蒸発管部用の蒸気ドラムを設置して高圧蒸発管部から高圧ドラムまでの流路を短くすることにより、他に何らの付加的な装置を設置することなく、ボイラ起動後に安定した水および／または蒸気からなる流体に循環を得ることができ、前記流体の不安定状態に起因する高圧の蒸気ドラム内の起動時の水面変動を抑えることができる。
【０００９】
ボイラ起動時にボイラ内の熱回収部の蒸発管部で発生したバブルは、そのまま上昇力を伴って蒸気ドラムへの上昇流となり蒸気ドラムへと流入する。蒸発管部から蒸気ドラムへの流路が長く、かつ高い位置に配置されている場合は、流体流路内部の流路抵抗あるいは水頭圧により、その流れが阻害され、バブルの圧縮／消失など水および／または蒸気からなる流体の流れの不安定要因となり、安定した流体の循環力が発生するまで蒸気ドラムの水位変動などの現象が生じる。
【００１０】
図３はボイラ起動時における循環水量と安定領域の関係を模式的に示すものである。ボイラ内の熱回収部の蒸発管群から蒸気ドラムまでの流路が短く、低い位置に配置されている場合は循環水の抵抗力が小さくなることにより、不安定状態を軽減させる事ができ、蒸気ドラム内での水位の変動を抑えることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の排熱回収ボイラを示すものである。図２に示す従来の設備と異なる点は、高圧ドラム１を低圧ドラム２より低い位置に設置することにより、高圧蒸発管部３から高圧ドラム１までの高さを軽減し、また連絡管である高圧上昇管４の長さを短くすることができることにある。
【００１２】
図１における排熱回収ボイラ系統について説明する。図示しないガスタービンからのガスタービン排ガス５の流れは、まず排熱回収ボイラ内の高圧熱回収部６を通り、次に低圧（あるいは中低圧部）熱回収部７に送られ、それぞれの熱回収部６、７での排熱回収により所定の蒸気を発生させ、得られた蒸気は高圧ドラム１と低圧ドラム２に溜められた後、それぞれ図示しない蒸気タービンの駆動に利用される。
【００１３】
高圧熱回収部６における高圧蒸発管部３に着目すると、ボイラ起動時にガスタービンの高温排ガスにより高圧蒸発管部３においては気泡が発生するなどのために密度の変化／減少が生じる。一方、高圧ドラム１から高圧蒸発管部３に至る高圧降水管８に着目すると、降水管８内に保有する缶水は、その水頭圧により高圧蒸発管部３内の缶水を上昇させる循環力を与える。
【００１４】
高圧蒸発管部３から高圧ドラム１迄の上昇管４は高圧ドラム１を低い位置に設置するために短くすることができ、前記気泡並びに上昇流を阻害する要因を軽減することが可能であり、高圧ドラム１内の水位を安定させることができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば高圧の蒸発管部で発生した蒸気が上昇流となって高圧ドラムに流入する上昇管の高さを、該上昇管の高さ（ドラム高さ）と循環比との関係に基づいた定常状態における安定領域を満足し、且つ起動時における安定領域の範囲内になるように設定することにより不安定領域を軽減する事ができ、蒸気ドラムの水位変動を軽減する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態になる縦型自然循環排熱回収ボイラのフローシートである。
【図２】  従来の縦型自然循環排熱回収ボイラのフローシートである。
【図３】  縦型自然循環排熱回収ボイラ起動時における循環水量と不安定領域の関係を示す図である。
【図４】  蒸気ドラムの設置高さと循環水量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  高圧ドラム              ２  低圧ドラム
３  高圧蒸発管部            ４  高圧上昇管
５  ガスタービン排ガス      ６  高圧熱回収部
７  低圧熱回収部            ８  高圧降水管
９  低圧蒸発管部            １０  低圧上昇管
１１  低圧降水管
【図１】
0004459325.tif 000002
【図２】
0004459325.tif 000003
【図３】
0004459325.tif 000004
【図４】
0004459325.tif 000005