JP2004019961A - 貫流型排熱ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止し、かつ蒸発器部材の損傷を防止できる貫流型排熱ボイラを提供すること。
【解決手段】下方から上方に向かって発電装置の排ガスを導くケーシング内に、給水を受けて該給水を予熱する節炭器２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、該節炭器２０ａ、２０ｂ、２０ｃからの前記給水を加熱して蒸気を発生する蒸発器２１と、該蒸発器２１からの前記蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱器２２ａ、２２ｂ、２２ｃとを備えた貫流型排熱ボイラにおいて、過熱蒸気温度に基づいて、前記蒸発器２１出口における蒸気の過熱度を所定範囲内に保つように前記給水流量を制御する給水制御装置２５を備えている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貫流型排熱ボイラに係わり、特にガスタービン等から排出される排気ガスの排熱を利用して過熱蒸気を生成する貫流型排熱ボイラにおける給水制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の貫流型排熱ボイラの一例について、図１５を参照しながら以下に説明する。
図１５において、符号１はガスタービン、符号２は貫流型排熱ボイラである。
ガスタービン１は、空気を圧縮する空気圧縮機３，圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器４，燃焼器４で燃焼して膨張したガスが導入されて駆動するタービン５、後述する貫流型排熱ボイラ２からの蒸気が導入されるタービン６、および、タービン５およびタービン６の回転エネルギーから発電を行う発電機７を備えている。燃焼器４にはガバナ弁８を介して燃料が供給されている。このガバナ弁８は、負荷指令（発電装置指令）が入力されることにより、その指令値に応じた開度に調節されるようになっている。
【０００３】
次いで貫流型排熱ボイラ２の構成について具体的に説明する。同図に示す従来の貫流型排熱ボイラ２は、下方から上方へ向かってガスタービン１の排気ガスＧを導くケーシング１１と、該ケーシング１１内に上から下に向かって順番に配置された節炭器１２、蒸発器１３及び過熱器１４と、ケーシング１１の外部に設置されて節炭器１２に給水Ｗを供給する給水ポンプ１５および管寄せ１６と、ケーシング１１の外部に設置されて過熱器１４からの過熱蒸気ＳＳを取り入れる管寄せ１７とを備えて構成される。
節炭器１２、蒸発器１３および過熱器１４は、お互いの接続部を介して、管寄せ１６から管寄せ１７にかけて連続した流路をなすように構成されている。
節炭器１２は、管寄せ１６からの給水Ｗをその内部に通して予熱する役目をなし、また、蒸発器１３は、節炭器１２からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを蒸発させる役目をなし、過熱器１４は、蒸発器１３からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する役目をなす。
この従来の貫流型排熱ボイラによれば、給水ポンプ１５を起動して給水を管寄せ１６に送り込むことにより、節炭器１２への給水が開始される。節炭器１２ではケーシング１１内を流れる排気ガスＧからの排気が管壁面を介して熱交換され、蒸発器１３に行く前の予熱が行われる。
予熱されて昇温した給水Ｗは、下方の蒸発器１３へと送り込まれ、排気ガスＧとの熱交換で更に昇温して蒸発することにより蒸気Ｓとなる。
続いて、蒸発器１３から下方の過熱器１４に向かって送り込まれる蒸気Ｓは、排気ガスＧとの熱交換で更なる加熱を受けて過熱蒸気ＳＳとなる。
このようにして生成される過熱蒸気ＳＳは、管寄せ１７を介してケーシング１１の外部へと取り出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の貫流型排熱ボイラでは、装置起動時や負荷変動時などの運用条件が変化する際に、蒸発器１３内に完全に給水Ｗが蒸発せずに水と蒸気とが混在した気液混合状態となり、例えば、蒸発器１３から下方の過熱器１４に向かう蒸気Ｓと共に水が流れ落ちることがあり、このような場合、過熱器１４内での蒸気の流動安定性が不安定になるおそれがあった。
また、逆に蒸発器での入熱が過多の場合、蒸発器１３で蒸発し、さらに過熱蒸気となる。蒸発器はその材質が定格運転時の飽和温度で設計されており、飽和温度を越える過度の温度の場合、蒸発器部材の焼損の危険性があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止し、かつ蒸発器部材の焼損を防止できる貫流型排熱ボイラを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、他の装置から排出された排ガスを導くケーシング内に、給水を受けて該給水を予熱する節炭器と、該節炭器からの前記給水を加熱して蒸気を発生する蒸発器と、該蒸発器からの前記蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱器とを備えた貫流型排熱ボイラにおいて、前記節炭器によって予熱された給水の温度に基づいて、前記蒸発器出口における蒸気の過熱度を所定範囲内に保つように前記給水流量を制御する給水制御装置を備えていることを特徴とする。
【０００７】
蒸発器出口における給水の加熱が足りないと、過熱器内に流入した水によって過熱器内での蒸気の流動性が不安定になる。一方、蒸発器における加熱が大きすぎると、適正範囲を超える高温の過熱蒸気により蒸発部部材が焼損してしまう。本発明においては、給水制御装置によって過熱度が適正な範囲内に保たれる。
なお、予熱された給水の温度を検出する位置は、節炭器の出口でも良いし途中でも良い。また、排ガスを排出する他の装置としてはガスタービンを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記給水制御装置は、前記節炭器によって予熱された給水の温度を検出する温度検出手段と、前記他の装置としてのガスタービンの負荷指令に基づいた給水温度設定を算出する給水温度設定算出器と、前記節炭器によって予熱された給水温度と給水温度設定との偏差に基づいて給水流量指令を生成する制御器とを備え、該給水流量指令に基づいて前記給水流量が制御されることを特徴とする。
【０００９】
予熱された給水の温度が設定値より低い場合、蒸発器出口での蒸発が不完全で、過熱器系統に水・蒸気の混合流体が流れ込むおそれがある。このとき、給水温度設定算出器で算出される給水温度設定と実際の蒸気温度との偏差が生じ、制御器は給水を減じさせる指令を出力する。
給水流量が減少した場合、給水の単位流量あたりの受熱量が増加し、節炭器により予熱された給水温度は上昇、蒸発器での蒸発が完全に行われるようになる。そして、給水温度設定と実際の給水温度とが一致した時点で給水量は落ち着く。また、予熱された給水の温度が設定値より高い場合、蒸発器出口での蒸発が完全に終了し、更に加熱され過熱蒸気の状態で過熱器に流れ込む。この場合、過熱器でさらに過熱され、結果として過熱器系統出口での蒸気温度が必要以上に上昇する。
このとき、給水温度設定算出器で算出される給水温度設定と実際の給水温度との偏差が生じ、制御器は給水を増加させる指令を出力する。
給水流量が増加した場合、給水の単位流量あたりの受熱量が減少し、蒸発器での蒸発が完全に行われた状態で過熱器に蒸気が流れ込むようになる。また、節炭器により予熱された給水温度は低下し、給水温度設定と実際の給水温度が一致した時点で給水量は落ち着く。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記負荷指令に基づいて給水先行設定を算出する負荷基準給水先行設定算出器を備え、該給水先行設定が、前記給水流量指令に足し合わせられることを特徴とする。
【００１１】
本発明において、負荷基準給水先行設定算出器は、予め決められた負荷における排気ガス側と水・蒸気側との熱バランスにて、蒸発器出口にて給水が完全に蒸気になる給水流量を算出する。（本設定は、予め設計計画および燃焼試験等により準備される。）
これにより、本発明においては、温度偏差のずれを修正するように、制御器が動く。したがって、制御器の制御感度（ゲイン）を大きくすることができ、温度変化に対する追従性がより向上する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記蒸発器出口における流体圧力に対する飽和温度を計算する蒸発器出口飽和温度算出器と、該蒸発器出口飽和温度算出器により計算された飽和温度と実際の蒸発器出口における流体温度との偏差を算出する蒸発器出口側偏差演算器と、該蒸発器出口側偏差演算器により算出された前記偏差に見合った給水バイアス信号を生成する蒸発器出口側給水バイアス信号発生器とを備え、該蒸発器出口側給水バイアス信号発生器により生成された給水バイアス信号と前記給水流量指令との和と、前記給水流量指令とのいずれか大きい方に基づいて給水流量が制御されることを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、何らかの原因で蒸発器の出口の流体（蒸気）温度が上昇した場合、給水バイアス信号によって給水流量指令を増加させ、蒸発器出口での流体温度を下げる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項２から４いずれかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記過熱蒸気の圧力に基づいて飽和温度を計算する過熱蒸気飽和温度算出器と、該過熱蒸気飽和温度算出器により計算された飽和温度と実際の過熱蒸気温度との偏差を算出する過熱蒸気側偏差演算器と、該過熱蒸気側偏差演算器により算出された前記偏差に見合った給水バイアス信号を生成する過熱蒸気側給水バイアス信号発生器とを備え、該過熱蒸気側給水バイアス信号発生器により生成された給水バイアス信号と前記給水流量指令との和と、前記給水流量指令とのいずれか小さい方に基づいて給水流量が制御されることを特徴とする。
【００１５】
何らかの原因により過熱蒸気の温度が低下した場合、蒸発器出口流体が完全に蒸発せず、水・蒸気の混合状態にあると考えられる。本発明においては、この場合に給水バイアス信号を用いて給水流量を低下させるので、蒸発器出口で過度の過熱不足状態になることを抑えることができる。なお、過熱蒸気とは、過熱器出口でも良いし途中でも良い。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、該蒸発器出口側偏差演算器により算出された前記偏差を比例制御した後に前記給水流量指令に足し込むことを特徴とする。
【００１７】
この発明においては、蒸発器出口の飽和温度と、実際の温度との偏差に基づいて算出された制御信号が、連続的に給水流量指令に足し込まれる。これにより、外乱に対する追従性が向上する。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、実際の過熱蒸気温度と、ガスタービンの負荷指令に基づいた過熱蒸気温度設定との偏差を比例制御した後に前記給水流量指令に足し込むことを特徴とする。
【００１９】
この発明においては、過熱蒸気温度設定と実際の過熱蒸気温度との偏差に基づいて算出された制御信号が、連続的に給水流量指令に足し込まれる。これにより、外乱に対する追従性が向上する。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記給水制御装置は、前記節炭器によって予熱された給水の温度を検出する温度検出手段と、前記ケーシング内に導入される排ガスによる入熱量に基づいた給水温度設定を算出する給水温度設定算出器と、前記節炭器により予熱された給水温度と給水温度設定との偏差に基づいて給水流量指令を生成する制御器とを備え、該給水流量指令に基づいて前記給水流量が制御されることを特徴とする。
【００２１】
予熱された給水の温度が設定値より低い場合、蒸発器出口での蒸発が不完全で、過熱器系統に水・蒸気の混合流体が流れ込むおそれがある。このとき、給水温度設定算出器で算出される給水温度設定と実際の蒸気温度との偏差が生じ、制御器は給水を減じさせる指令を出力する。
給水流量が減少した場合、給水の単位流量あたりの受熱量が増加し、節炭器により予熱された給水温度は上昇、蒸発器での蒸発が完全に行われるようになる。そして、給水温度設定と実際の給水温度とが一致した時点で給水量は落ち着く。また、予熱された給水の温度が設定値より高い場合、蒸発器出口での蒸発が完全に終了し、更に加熱され過熱蒸気の状態で過熱器に流れ込む。この場合、過熱器でさらに過熱され、結果として過熱器系統出口での蒸気温度が必要以上に上昇する。
このとき、給水温度設定算出器で算出される給水温度設定と実際の給水温度との偏差が生じ、制御器は給水を増加させる指令を出力する。
給水流量が増加した場合、給水の単位流量あたりの受熱量が減少し、蒸発器での蒸発が完全に行われた状態で過熱器に蒸気が流れ込むようになる。また、節炭器により予熱された給水温度は低下し、給水温度設定と実際の給水温度が一致した時点で給水量は落ち着く。
また、本発明においては、蒸気温度設定をボイラに導入される入熱量に基づいて算出することによって、より追従性の良い給水制御が可能となる。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記入熱量に基づいて給水先行設定を算出する入熱基準給水先行設定算出器を備え、該給水先行設定が、前記給水流量指令に足し合わせられることを特徴とする。
【００２３】
本発明において、入熱基準給水先行設定算出器は、予め決められた入熱量における排気ガス側と水・蒸気側との熱バランスにて、蒸発器出口にて給水が完全に蒸気になる給水流量を算出する。（本設定は、予め設計計画および燃焼試験等により準備される。）
これにより、本発明においては、温度偏差のずれを修正するように、制御器が動く。したがって、制御器の制御感度（ゲイン）を大きくすることができ、温度変化に対する追従性がより向上する。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、請求項８または９に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記蒸発器出口における流体圧力に対する飽和温度を計算する蒸発器出口飽和温度算出器と、該蒸発器出口飽和温度算出器により計算された飽和温度と実際の蒸発器出口における流体温度との偏差を算出する蒸発器出口側偏差演算器と、該蒸発器出口側偏差演算器により算出された前記偏差に見合った給水バイアス信号を生成する蒸発器出口側給水バイアス信号発生器とを備え、該蒸発器出口側給水バイアス信号発生器により生成された給水バイアス信号と前記給水流量指令との和と、前記給水流量指令とのいずれか大きい方に基づいて給水流量が制御されることを特徴とする。
【００２５】
本発明においては、何らかの原因で蒸発器の出口の流体（蒸気）温度が上昇した場合、給水バイアス信号によって給水流量指令を増加させ、蒸発器出口での流体温度を下げる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明は、請求項８から１０いずれかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、過熱蒸気の圧力に基づいて飽和温度を計算する過熱蒸気飽和温度算出器と、該過熱蒸気飽和温度算出器により計算された飽和温度と実際の過熱蒸気温度との偏差を算出する過熱蒸気側偏差演算器と、該過熱蒸気側偏差演算器により算出された前記偏差に見合った給水バイアス信号を生成する過熱蒸気側給水バイアス信号発生器とを備え、該過熱蒸気側給水バイアス信号発生器により生成された給水バイアス信号と前記給水流量指令との和と、前記給水流量指令とのいずれか小さい方に基づいて給水流量が制御されることを特徴とする。
【００２７】
何らかの原因により過熱蒸気の温度が低下した場合、蒸発器出口流体が完全に蒸発せず、水・蒸気の混合状態にあると考えられる。本発明においては、この場合に給水バイアス信号を用いて給水流量を低下させるので、蒸発器出口で過度の過熱不足状態になることを抑えることができる。
【００２８】
請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、該蒸発器出口側偏差演算器により算出された前記偏差を比例制御した後に前記給水流量指令に足し込むことを特徴とする。
【００２９】
この発明においては、蒸発器出口の飽和温度と、実際の温度との偏差に基づいて算出された制御信号が、連続的に給水流量指令に足し込まれる。これにより、外乱に対する追従性が向上する。
【００３０】
請求項１３に記載の発明は、請求項１１または１２に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、実際の過熱蒸気温度と、入熱量に基づいた過熱蒸気温度設定との偏差を比例制御した後に前記給水流量指令に足し込むことを特徴とする。
【００３１】
この発明においては、過熱蒸気温度設定と実際の過熱蒸気温度との偏差に基づいて算出された制御信号が、連続的に給水流量指令に足し込まれる。これにより、外乱に対する追従性が向上する。
【００３２】
請求項１４に記載の発見は、請求項３から７いずれかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記ケーシング内に導入される排ガスによる入熱量に基づいて給水先行設定を算出する入熱基準給水先行設定算出器を備え、該給水先行設定と、前記負荷基準給水先行設定算出器によって算出された給水先行設定との偏差が、前記給水流量指令に足し合わされることを特徴とする。
【００３３】
本発明においては、給水流量先行指令に対して、負荷指令に基づく給水先行設定と、ボイラへの入熱に基づく差分を足し込むことにより、より追従性の向上が実現する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本発明は、ガスタービン等から排出される排気ガスの排熱を利用して過熱蒸気を生成する貫流型排熱ボイラに関するものであり、その実施形態を図１〜図１４の図面を参照しながら行うが、この発明がこれらの実施形態のみに限定解釈されるものではない。図１は、本発明の第１実施形態としての貫流型排熱ボイラにおける水・蒸気の流れを示しており、高圧・中圧・低圧系の３圧力系を有する排熱ボイラであり、これら３圧力系のいずれに用いても構わない。他の実施形態についても同様である。ここでは、高圧系について説明する。
図１においては、節炭器系を符号２０，蒸発器を符号２１、過熱器系を符号２２で示してある。節炭器系２０は、３つの節炭器２０ａ、２０ｂ、２０ｃからなり、過熱器系２２は、３つの過熱器２２ａ、２２ｂ、２２ｃからなる。
【００３５】
本貫流型排熱ボイラには、給水制御装置２５として、以下の構成が設けられている。符号３１は、節炭器２０ｃ出口の給水温度（以下節炭器出口温度と呼ぶ）を検出する温度検出手段である。また、符号３３は、ガバナ弁８（図１５参照）への負荷指令（発電装置指令）３２に基づく節炭器出口の給水温度設定（以下節炭器出口温度設定と呼ぶ）を算出する関数演算器（給水温度設定算出器）である。符号３４は、温度検出手段３１により検出された節炭器出口温度と、関数演算器３３により算出された節炭器出口温度設定との偏差を計算する偏差演算器である。この偏差演算器３４により算出された偏差は、符号３５で示した制御器に与えられ、この制御器は、節炭器２０ｃの出口給水温度を給水温度設定にコントロールするように給水流量指令を給水ポンプ１５に指令として出力するものである。給水ポンプ１５においては、制御器３５の出力に見合う給水量をポンプ回転数またはポンプ出口に設置される給水制御弁の開度を制御することにより、ボイラにおいて必要とされる給水を供給するものである。すなわち、与えられた給水流量指令に追従する機能を含んだものであり、制御機能または制御装置を含んでいる。
関数演算器３３で算出される節炭器出口温度設定は、予め決められた負荷におけるガス側と水・蒸気側との熱バランスにて、蒸発器２１出口で給水が完全に蒸気になるために、蒸発器２１でのガスから流体への受熱量を見越した節炭器２０ｃ出口での温度設定である。（関数演算器３３にて計算に用いられる関数は、予め設定計画および燃焼試験により準備される関数である。）
【００３６】
このように構成された本実施形態においては、負荷に対して、節炭器２０ｃの出口給水温度を所定の温度に制御することにより、蒸発器２１出口での蒸発を完全に終了させ、過熱器２２系統に蒸発が完了していない混合水の流入を防止する。
具体的には、今、節炭器２０によって予熱された給水の温度が設定値より低い場合、蒸発器２１出口での蒸発が不完全で、過熱器系統に水・蒸気の混合流体が流れ込むおそれがある。このとき、関数演算器３３で算出される節炭器出口温度設定と実際の節炭器出口温度との偏差が生じ、制御器３５は給水を減じさせる指令を出力し、給水ポンプ１５は、給水量を減じるよう働く。
給水流量が減少した場合、給水の単位流量あたりの受熱量が増加し、節炭器２０により予熱された給水温度は上昇、蒸発器２１での蒸発が完全に行われるようになる。そして、節炭器出口温度設定と実際の節炭器出口温度とが一致した時点で給水量は落ち着く。
また、節炭器２０によって予熱された給水の温度が設定値より高い場合、蒸発器２１出口での蒸発が完全に終了し、更に加熱され過熱蒸気の状態で過熱器２２に流れ込む。この場合、過熱器２２でさらに過熱され、結果として過熱器系統出口での過熱蒸気温度が必要以上に上昇する。
このとき、関数演算器３３で算出される節炭器出口温度設定と実際の節炭器出口温度との偏差が生じ、制御器３５は給水を増加させる指令を出力し、給水ポンプ１５は、給水量を増加させるようにはたらく。
給水流量が増加した場合、給水の単位流量あたりの受熱量が減少し、蒸発器２１での蒸発が完全に行われた状態で過熱器２２に蒸気が流れ込むようになる。また、節炭器２０により予熱された節炭器出口温度は低下し、節炭器出口温度設定と実際の節炭器出口温度が一致した時点で給水量は落ち着く。
【００３７】
このように、適切な温度の蒸気が過熱器２２に流れ込むので、加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することができる。
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態について図２を用いて説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
図２において、符号３７は給水先行設定を算出する関数演算器（負荷基準給水先行設定算出器）である。この関数演算器３７は、予め決められた負荷におけるガス側と水・蒸気側との熱バランスにて、蒸発器２１出口にて給水が完全に蒸気になる給水流量を算出する。（本設定は、予め設計計画および燃焼試験等により準備される関数である。）
また、給水先行設定は、加算器３６にて制御器３５で算出された給水流量指令と足し合わされた後、上記第１実施形態と同様に給水ポンプ１５に出力される。
【００３９】
本回路によって、負荷に見合った給水がボイラに対してなされ、上記第１実施形態における温度偏差のずれを修正するように、制御器３５が動く。したがって、制御器３５の制御感度（ゲイン）を大きくすることができ、温度変化に対する追従性がより向上してより安定したボイラの運転が可能となる。
【００４０】
次に、本発明の第３実施形態について図３を用いて説明する。なお、上記第２実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
図３において、符号３８は蒸発器２１出口における流体圧力を測定する圧力測定手段である。３９は、圧力測定手段３８により測定された圧力に対する飽和温度を計算する蒸発器出口飽和温度算出器である。また、蒸発器２１出口における流体の実際の温度は、温度計測手段４０により計測され、前記蒸発器出口飽和温度算出器３９で算出された飽和温度と、温度計測手段４０により計測された実際の温度との偏差が、蒸発器出口側偏差演算器４１により算出される。そして、この偏差演算器４１により算出された偏差に見合った給水バイアス信号が蒸発器出口側給水バイアス信号発生器４２で生成され、この給水バイアス信号が加算器４３にて、加算器３６の出力である給水流量指令と足し合わされ、給水緊急増指令が準備される。そして、高値選択回路４４にて、加算器３６の出力である給水流量指令と加算器４３の出力である給水緊急増指令とが比較され、高値であるものが実際の給水流量指令として給水ポンプ１５に与えられる。
このように構成されていることにより、何らかの原因で蒸発器２１の出口の流体（蒸気）温度が上昇した場合、飽和温度との偏差によって給水バイアス信号が増加し、この分だけ給水流量指令が増加する。すなわち、緊急給水流量増加を行うことができ、より安定したボイラの運転が可能となる。
【００４１】
次に、本発明の第４実施形態について図４を用いて説明する。なお、上記第３実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
本実施形態においては、過熱器２２ａの出口における流体（蒸気）圧力を検出する圧力検出手段４５と、同温度を検出する温度検出手段４５’とが設けられている。符号４６は、圧力検出手段４５により検出された圧力における飽和温度を計算する過熱蒸気飽和温度算出器である。符号４７は、過熱蒸気飽和温度算出器４６において計算された飽和温度と、温度検出手段４５’により検出された実際の蒸気温度との偏差を求める過熱蒸気側偏差演算器である。この偏差に見合った給水バイアス信号が過熱蒸気側給水バイアス信号発生器４８により生成され、この給水バイアス信号が加算器４９にて、加算器３６の出力である給水流量指令と足し合わされ、給水緊急減指令が準備される。そして、低値選択回路５０にて、高値選択回路４４の出力である給水流量指令と加算器４９の出力である給水緊急減指令とが比較され、低値であるものが実際の給水流量指令として給水ポンプ１５に与えられる。
このように構成されていることにより、以下の効果を得ることができる。
何らかの原因により過熱器２２ａ出口の流体（蒸気）の温度が低下した場合、蒸発器２１出口流体が完全に蒸発せず、水・蒸気の混合状態にあると考えられる。本実施形態においては、飽和温度との偏差によって給水バイアス信号が減少し、この分だけ給水流量指令が減少する。すなわち、緊急給水量減少信号を発生して給水量を低下させるので、蒸発器２１出口で過度の過熱不足状態になることを抑えることができ、より安定したボイラの運転が可能となる。
【００４２】
また、他の実施形態として、図５〜図８に示す構成とすることもできる。図５〜図８は、それぞれ上記第１実施形態〜第４実施形態の変形例であり、ガスタービン排ガス温度５１とガスタービン排ガス流量５２とを乗算器５３でかけることで、排熱ボイラへの入熱量５４が算出される。図５〜図８において、符号３３’は入熱量５４に基づく節炭器出口温度設定を算出する関数演算器（給水温度設定算出器）である。また、図６〜図８において、符号５８は予め決められた入熱量におけるガス側と水・蒸気側との熱バランスにて、蒸発器２１出口にて給水が完全に蒸気になるように給水流量を算出する関数演算器（入熱基準給水先行設定算出器）である。本設定は、予め設計計画および燃焼試験等により準備される関数である。
上記温度設定と給水先行設定の作り方は、負荷指令の場合と同様であり、ガスタービン排ガスがバイパスされない限り、負荷指令と排熱ボイラへのガスタービン入熱は、基本的に同等である。
このように構成されていることにより、排熱ボイラへの入熱に従ったより追従性の良い給水制御が可能となる。
【００４３】
さらにまた、他の実施形態として、図９〜図１１に示す構成とすることもできる。図９〜図１１は、それぞれ上記第２実施形態〜第４実施形態の変形例であり、ガスタービン排ガス温度５１とガスタービン排ガス流量５２とを乗算器５３でかけることで、排熱ボイラ入熱量５４が算出される。この入熱量５４に基づいて、関数演算器（入熱基準給水先行設定算出器）５８において給水先行設定が算出される。
そして、関数演算器５８により算出された給水先行設定と、関数演算器３７により算出された給水先行設定との偏差が、偏差演算器５５で求められる。この偏差は、比例器５６を経た後、加算器５７において給水流量指令に足し合わせる。すなわち、負荷指令に基づく給水先行設定と、入熱に基づく給水先行設定との間で偏差が出た場合、その偏差によって給水流量指令を補正することにより、追従性をより向上させることができる。
【００４４】
さらに、他の実施形態として、図１２〜図１４に示す構成とすることもできる。それぞれ、図１２は図４の、図１３は図８の、図１４は図１１の制御における外乱に対する追従性の向上を図った回路である。
図１２〜図１４において、符号６１はガスタービンの負荷指令に基づいた過熱器２２ａ出口の過熱蒸気温度設定を算出する関数演算器、符号６０は関数演算器６１の出力である過熱蒸気温度設定と温度検出手段４５’により測定された実際の過熱蒸気温度の偏差を求める偏差演算器、符号６２は比例制御器、符号６３は比例制御器６２を経た偏差を給水流量指令に足し込む加算器である。
また、符号６５は蒸発器出口側偏差演算器４１により算出された偏差（蒸発器出口飽和温度算出器３９で算出された飽和温度と、温度計測手段４０により計測された実際の温度との偏差）が与えられる比例制御器であり、符号６４は比例制御器６５の出力が前記給水流量指令に足し込まれる加算器である。
【００４５】
本例では、負荷に見合った蒸発器２１に近い過熱器２２ａ出口に対する蒸気温度設定（これは関数演算器６１により算出される）と、蒸発器２１に近い過熱器２２ａ出口の実際の蒸気温度（これは温度検出手段４５’により検出される）との偏差に基づいて、比例制御器６２が連続的な制御信号（比例制御信号）を生成し、ベースとなる給水流量指令に足し込む。
これによって、外乱に対する追従性が向上する。また、低値選択回路５０で用いられる緊急給水量減少信号とは異なり、本例では給水流量指令に連続的に比例制御信号が足し込まれる。このため低値選択回路５０による緊急給水減少信号にはかからない。
また、蒸発器２１出口の飽和温度監視による蒸発器出口側偏差演算器４１により生成された温度偏差信号に基づいて比例制御器６５が連続的な制御信号（比例制御信号）を生成し、ベースとなる給水流量指令に足し込む。
これによって、外乱に対する追従性が向上する。また、高値選択回路４４で用いられる給水緊急増信号とは異なり、本例では給水流量指令に連続的に比例制御信号が足し込まれる。このため高値選択回路４４による緊急給水増信号にはかからない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の貫流型排熱ボイラにおいては、以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載の発明によれば、給水制御装置によって過熱度が適正な範囲内に保たれるため、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止し、かつ蒸発器部材の損傷を防止することができる。
請求項２に記載の発明によれば、給水温度と給水温度設定との偏差に基づいて制御器が給水流量を制御することで、給水温度設定と給水温度とを一致させることができる。
請求項３に記載の発明によれば、温度偏差のずれを修正するように、制御器が動くため、制御器の制御感度（ゲイン）を大きくすることができ、温度変化に対する追従性がより向上する。
請求項４に記載の発明によれば、何らかの原因で蒸発器の出口の流体（蒸気）温度が上昇した場合、給水バイアス信号によって給水流量指令を増加させることにより、蒸発器出口での流体温度を下げることができる。
請求項５に記載の発明によれば、何らかの原因により過熱蒸気の温度が低下した場合、給水バイアス信号を用いて給水流量を低下させるので、蒸発器出口で過度の過熱不足状態になることを抑えることができる。
【００４７】
請求項６に記載の発明によれば、蒸発器出口の飽和温度と、実際の温度との偏差に基づいて算出された制御信号が、連続的に給水流量指令に足し込まれる。これにより、外乱に対する追従性が向上する。
請求項７に記載の発明によれば、過熱蒸気温度設定と実際の過熱蒸気温度との偏差に基づいて算出された制御信号が、連続的に給水流量指令に足し込まれる。これにより、外乱に対する追従性が向上する。
【００４８】
請求項８に記載の発明によれば、給水制御装置によって過熱度が適正な範囲内に保たれるため、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することができる。また、給水温度設定をボイラに導入される入熱量に基づいて算出することによって、より追従性の良い給水制御が可能となる。
請求項９に記載の発明によれば、温度偏差のずれを修正するように、制御器が動くため、制御器の制御感度（ゲイン）を大きくすることができ、温度変化に対する追従性がより向上する。
請求項１０に記載の発明によれば、何らかの原因で蒸発器の出口の流体（蒸気）温度が上昇した場合、給水バイアス信号によって給水流量指令を増加させることにより、蒸発器出口での流体温度を下げることができる。
請求項１１に記載の発明によれば、何らかの原因により過熱蒸気の温度が低下した場合、給水バイアス信号を用いて給水流量を低下させるので、蒸発器出口で過度の過熱不足状態になることを抑えることができる。
【００４９】
請求項１２に記載の発明によれば、蒸発器出口の飽和温度と、実際の温度との偏差に基づいて算出された制御信号が、連続的に給水流量指令に足し込まれる。これにより、外乱に対する追従性が向上する。
請求項１３に記載の発明によれば、過熱蒸気温度設定と実際の過熱蒸気温度との偏差に基づいて算出された制御信号が、連続的に給水流量指令に足し込まれる。これにより、外乱に対する追従性が向上する。
【００５０】
請求項１４に記載の発明によれば、給水流量先行指令に対して、負荷指令に基づく給水先行設定と、ボイラへの入熱に基づく差分を足し込むことにより、より追従性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図２】本発明の第２実施形態として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図３】本発明の第３実施形態として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図４】本発明の第４実施形態として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態の変形例として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図６】本発明の第２実施形態の変形例として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図７】本発明の第３実施形態の変形例として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図８】本発明の第４実施形態の変形例として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図９】本発明の第２実施形態の変形例として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の変形例として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図１１】本発明の第４実施形態の変形例として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図１２】図４に示した第４実施形態の変形例として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図１３】図８の貫流型排熱ボイラの変形例として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図１４】図１１の貫流型排熱ボイラの変形例として示した貫流型排熱ボイラの構成を示した図である。
【図１５】ガスタービンと、従来の貫流型排熱ボイラとを示した図である。
【符号の説明】
３３　関数演算器（給水温度設定算出器）
３７　関数演算器（負荷基準給水先行設定算出器）
３９　蒸発器出口飽和温度算出器
４１　蒸発器出口側偏差演算器
４２　蒸発器出口側給水バイアス信号発生器
４６　過熱蒸気飽和温度算出器
４７　過熱蒸気側偏差演算器
４８　過熱蒸気側給水バイアス信号発生器
５８　関数演算器（入熱基準給水先行設定算出器）

Claims (14)

1. 他の装置から排出された排ガスを導くケーシング内に、給水を受けて該給水を予熱する節炭器と、該節炭器からの前記給水を加熱して蒸気を発生する蒸発器と、該蒸発器からの前記蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱器とを備えた貫流型排熱ボイラにおいて、
   前記節炭器によって予熱された給水の温度に基づいて、前記蒸発器出口における蒸気の過熱度を所定範囲内に保つように前記給水流量を制御する給水制御装置を備えていることを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
2. 請求項１に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、
   前記給水制御装置は、前記節炭器によって予熱された給水の温度を検出する温度検出手段と、前記他の装置としてのガスタービンの負荷指令に基づいた給水温度設定を算出する給水温度設定算出器と、前記節炭器によって予熱された給水温度と給水温度設定との偏差に基づいて給水流量指令を生成する制御器とを備え、該給水流量指令に基づいて前記給水流量が制御されることを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
3. 請求項２に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、
   前記負荷指令に基づいて給水先行設定を算出する負荷基準給水先行設定算出器を備え、該給水先行設定が、前記給水流量指令に足し合わせられることを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
4. 請求項２または３に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、
   前記蒸発器出口における流体圧力に対する飽和温度を計算する蒸発器出口飽和温度算出器と、該蒸発器出口飽和温度算出器により計算された飽和温度と実際の蒸発器出口における流体温度との偏差を算出する蒸発器出口側偏差演算器と、該蒸発器出口側偏差演算器により算出された前記偏差に見合った給水バイアス信号を生成する蒸発器出口側給水バイアス信号発生器とを備え、該蒸発器出口側給水バイアス信号発生器により生成された給水バイアス信号と前記給水流量指令との和と、前記給水流量指令とのいずれか大きい方に基づいて給水流量が制御されることを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
5. 請求項２から４いずれかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、
   前記過熱蒸気の圧力に基づいて飽和温度を計算する過熱蒸気飽和温度算出器と、該過熱蒸気飽和温度算出器により計算された飽和温度と実際の過熱蒸気温度との偏差を算出する過熱蒸気側偏差演算器と、該過熱蒸気側偏差演算器により算出された前記偏差に見合った給水バイアス信号を生成する過熱蒸気側給水バイアス信号発生器とを備え、該過熱蒸気側給水バイアス信号発生器により生成された給水バイアス信号と前記給水流量指令との和と、前記給水流量指令とのいずれか小さい方に基づいて給水流量が制御されることを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
6. 請求項４に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、
   該蒸発器出口側偏差演算器により算出された前記偏差を比例制御した後に前記給水流量指令に足し込むことを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
7. 請求項５または６に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、
   実際の過熱蒸気温度と、ガスタービンの負荷指令に基づいた過熱蒸気温度設定との偏差を比例制御した後に前記給水流量指令に足し込むことを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
8. 請求項１に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、
   前記給水制御装置は、前記節炭器によって予熱された給水の温度を検出する温度検出手段と、前記ケーシング内に導入される排ガスによる入熱量に基づいた給水温度設定を算出する給水温度設定算出器と、前記節炭器により予熱された給水温度と給水温度設定との偏差に基づいて給水流量指令を生成する制御器とを備え、該給水流量指令に基づいて前記給水流量が制御されることを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
9. 請求項８に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、
   前記入熱量に基づいて給水先行設定を算出する入熱基準給水先行設定算出器を備え、該給水先行設定が、前記給水流量指令に足し合わせられることを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
10. 請求項８または９に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、
    前記蒸発器出口における流体圧力に対する飽和温度を計算する蒸発器出口飽和温度算出器と、該蒸発器出口飽和温度算出器により計算された飽和温度と実際の蒸発器出口における流体温度との偏差を算出する蒸発器出口側偏差演算器と、該蒸発器出口側偏差演算器により算出された前記偏差に見合った給水バイアス信号を生成する蒸発器出口側給水バイアス信号発生器とを備え、該蒸発器出口側給水バイアス信号発生器により生成された給水バイアス信号と前記給水流量指令との和と、前記給水流量指令とのいずれか大きい方に基づいて給水流量が制御されることを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
11. 請求項８から１０いずれかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、
    過熱蒸気の圧力に基づいて飽和温度を計算する過熱蒸気飽和温度算出器と、該過熱蒸気飽和温度算出器により計算された飽和温度と実際の過熱蒸気温度との偏差を算出する過熱蒸気側偏差演算器と、該過熱蒸気側偏差演算器により算出された前記偏差に見合った給水バイアス信号を生成する過熱蒸気側給水バイアス信号発生器とを備え、該過熱蒸気側給水バイアス信号発生器により生成された給水バイアス信号と前記給水流量指令との和と、前記給水流量指令とのいずれか小さい方に基づいて給水流量が制御されることを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
12. 請求項１０に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、
    該蒸発器出口側偏差演算器により算出された前記偏差を比例制御した後に前記給水流量指令に足し込むことを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
13. 請求項１１または１２に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、
    実際の過熱蒸気温度と、入熱量に基づいた過熱蒸気温度設定との偏差を比例制御した後に前記給水流量指令に足し込むことを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
14. 請求項３から７いずれかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、
    前記ケーシング内に導入される排ガスによる入熱量に基づいて給水先行設定を算出する入熱基準給水先行設定算出器を備え、該給水先行設定と、前記負荷基準給水先行設定算出器によって算出された給水先行設定との偏差が、前記給水流量指令に足し合わされることを特徴とする貫流型排熱ボイラ。

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