JPH0570041B2

JPH0570041B2 -

Info

Publication number: JPH0570041B2
Application number: JP59196883A
Authority: JP
Inventors: Iwao Kusaka; Toshinori Shigenaka
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1984-09-21
Filing date: 1984-09-21
Publication date: 1993-10-04
Also published as: JPS6176803A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、脱硝装置を備えた排熱回収ボイラに
関する。

〔従来の技術〕

最近の電力需要の変化に伴ない、起動停止およ
び低負荷運転が容易で中間負荷運用に適したガス
タービンを用い、これを組合せたコンバインドサ
イクルプラントが採用される傾向が大となつてい
る。即ち、従来の火力プラントはベース負荷運用
が主目的とされていたが、原子力の台頭とともに
原子力プラントがベース負荷運用を担当し、火力
プラントには夜間停止や極低負荷運用が要求され
るようになつた。この場合、火力プラントに対し
ては、その低負荷運転時には勿論、停止後の再起
動時においても環境既制、即ち窒素酸化物
（NO_x）抑制への対応力が強く要求される状況に
ある。通常、上記ガスタービンからは高温のガス
が排出され、この排ガスを利用した排熱回収ボイ
ラが使用されているが、当該排ガス中には多量の
NO_xが含まれているため、排熱回収ボイラには
脱硝装置が内蔵され、排煙中のNO_xの低減が計
られている。このような排熱回収ボイラを図によ
り説明する。

第７図は従来の排熱回収ボイラの系統図であ
る。図で、１はガスタービン、２はガスタービン
１から排出される排ガスの消音を行なうサイレン
サ、３はサイレンサ２からの排ガスが導入される
排熱回収ボイラのダクトである。４は蒸気を過熱
する過熱器、５ａ，５ｂは缶水を蒸発させる高圧
蒸発器、６は排ガス中のNO_xを除去する脱硝装
置、７は高圧節炭器、８は缶水を蒸発させる低圧
蒸発器、９は低圧節炭器であり、これらはダクト
３内に順に配置されている。１０は例えば60Kg／
cm²級の高圧ドラム。１１は高圧ドラム１０の缶水
を導く降水管、１２は高圧給水管、１３は高圧上
昇管である。１４は例えば７Kg／cm²級の低圧ドラ
ム、１５は降水管である。上記排熱回収ボイラに
おいて、過熱器４、高圧蒸発器５ａ，５ｂ、高圧
節炭器７、ドラム１０等により高圧系が構成さ
れ、低圧蒸発器８、低圧節炭器９、ドラム１４に
より低圧系が構成され、これら高圧系と低圧系に
より、上記排熱回収ボイラは混圧自然循環ボイラ
を構成している。

ここで、上記排熱回収ボイラの高圧系の動作の
概略を説明する。ガスタービン１から排出された
排ガスはサイレンサ２を介してダクト３に供給さ
れる。一方、給水は、低圧節炭器９において排ガ
スにより加熱され、高圧節炭器７に供給されてさ
らに加熱された後ドラム１０に導入される。ドラ
ム１０の缶水は降水管１１、高圧給水管１２を経
て高圧蒸発器５ａ，５ｂに導入され、ここで排ガ
スにより加熱されて蒸発する。蒸発した蒸気は高
圧上昇管１３を経てドラム１０に導入される。ド
ラム１０の蒸気は過熱器４に送られ、ここで過熱
された後過熱蒸気となつて蒸気タービンに供給さ
れる。脱硝装置６は２分された高圧蒸発器５ａ，
５ｂの間に設置され、通過する排ガス中に含まれ
るNO_xを除去し、排煙中のNO_xを低減してこれ
を規制値以下に抑制する。

［発明が解決しようとする課題］ところで、脱硝装置６の脱硝特性は排ガス温度
に大きく依存している。これを第８図に示す。第
８図で、横軸には排ガス温度が、縦軸には脱硝率
がとつてある。図から明らかなように、有効な脱
硝は排ガス温度がある範囲内（例えば約200℃〜
約400℃）にあるときに行なわれ、排ガス温度が
上記範囲にない場合にはその脱硝率は極度に低下
し有効な脱硝が不可能となる。

一方、特にガスタービンから排出される排ガス
特性は、従来火力の排ガス特性と比較して第９図
に示すように、低負荷域で排ガス量が多く、か
つ、低温となる傾向を有している。第９図で、横
軸には負荷が、縦軸には排ガス量および排ガス温
度がとつてあり、又、実線A₁はガスタービン排
ガス量、破線A₂は従来火力の排ガス量、実線B₁
はガスタービン排ガス温度、破線B₂は従来火力
の排ガス温度である。

前述のように、特にガスタービンは起動停止お
よび低負荷運転される場合が多く、起動初期およ
び低負荷運転時には第９図に示すように排ガス量
が多く、かつ、排ガス温度が低い状態となる。特
に、起動初期においては、脱硝装置６の上流側に
配置されるガスタービン１、サイレンサ２、ダク
ト３の入口部、過熱器４、高圧蒸発器５ａおよび
脱硝装置６自体が降温しているため、排ガスの熱
はこれらの機器に奪われ、排ガス温度は著るしく
低下する。したがつて、起動初期および低負荷運
転時の排ガス温度は第８図に示す有効な脱硝の温
度範囲外となり、有効な脱硝が行なわれず、大き
な排ガス量とも相俟つて、排煙中のNO_xの総量
は規制値を遥かに超える大きな量となる。

このような欠点を除くため、脱硝装置６を高温
域に設置することも考えられるが、そのようにす
ると、定常負荷帯における運転時、排ガス温度は
上記有効脱硝温度範囲を超える高温となつて低温
の場合と同様に有効な脱硝は行なわれず、しか
も、高温域に設置するため脱硝装置６を構成する
材料として耐高温材料を使用しなければならない
という不都合を生じることになる。

さらに、特開昭57−196002号広報に示されてい
るように、過熱器に蒸気を注入して過熱器を加熱
し、通過する排ガス温度を高める手段も考えられ
るが、このような手段は、過熱器内の蒸気と注入
された蒸気との温度差により過熱器内に凝縮水を
生じ、この凝縮水が蛇行形状の過熱器の曲がり角
部分に衝突し、最終的にその部分を腐食させ、か
つ、タービンのブレードを損傷するという不都合
がある。又、本来、蒸気だけを処理することを前
提とする構造である過熱器に、上記凝縮水を抜き
取る装置を付加するのは極めて困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、起動初期または低負荷運
転時においても、排ガス中に含まれるNO_xを有
効に、かつ、何等の不都合も生じることなく低減
することができる排熱回収ボイラを提供するにあ
る。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するため、本発明は、排ガス
により加熱される蒸発器と、この蒸発器と接続さ
れた蒸気発生用のドラムと、前記蒸発器の下流に
配置され前記排ガス中の窒素酸化物を除去する脱
硝装置とを備えた排熱回収ボイラにおいて、前記
蒸発器へ入る缶水に蒸気を供給する蒸気供給手段
を設けたことを特徴とする。

［作用］排熱回収ボイラの起動時又は低負荷運転時、蒸
気供給手段により缶水に蒸気が供給されると、蒸
発器の温度が上昇し、蒸発器を通過する排ガスの
温度を上昇させ、有効な脱硝を可能とする。

［実施例］以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。

第１図は本発明の第１の実施例に係る排熱回収
ボイラの系統図である。図で、第７図に示す部分
と同一部分には同一符号を付して説明を省略す
る。１６は混圧ボイラにおいて用いられる昇圧ポ
ンプ、１７はドラム１０と昇圧ポンプ１６とを連
結する循環用連絡管、１８は昇圧ポンプ１６の出
口に管路により接続されたミキシングヒータ、１
９は他系統から引き出された蒸気系を示す。蒸気
系１９からの蒸気はミキシングヒータ１８および
ドラム１０に供給される。

ボイラ起動前又は低負荷運転時、ドラム１０の
高温の缶水が昇圧ポンプ１６に供給される。この
缶水は昇圧ポンプ１６により昇圧されてミキシン
グヒータ１８へ送られる。送られた缶水はミキシ
ングヒータ１８において蒸気系１９からの蒸気を
混入されて昇温し、昇温した缶水は高圧蒸発器５
ａ，５ｂを経てドラム１０に入る。このように、
ドラム１０、循環用連絡管１７、昇圧ポンプ１
６、ミキシングヒータ１８、高圧蒸発器５ａ，５
ｂ、ドラム１０の循環の継続することにより、脱
硝装置６の上流の高圧蒸発器５ａおよび過熱器４
を含む系内全体の温度を高めることができる。

一方、缶水を1atgの飽和温度100℃まで昇温す
ることは容易であるが、200℃約16atgへ昇温昇圧
することは、ミキシングヒータ１８への蒸気注入
のみでは時間がかかる。このため、蒸気系１９か
らドラム１０へ蒸気を供給することにより、ドラ
ム圧力を増大させながら昇温を速かに行なう。な
お、蒸気注入によりドラム１０の缶水が増加した
場合には、缶水低減弁等によりこれを系外へブロ
ーする。かくして、脱硝装置６の入口の排ガス温
度は充分に高くなり、脱硝装置６における早期の
NH₃の注入が可能となり、NO_xを有効に除去す
ることができる。

本実施例における昇温、昇圧を実施した場合の
１例を第２図に示す。図で、横軸には起動からの
時間が、又、縦軸には排ガス量、NO_x総量およ
び脱硝装置入口排ガス温度がとられている。図
中、実線C₁はドラム圧力が30atgのときの排ガス
温度を、又、一点鎖線C₂はドラム圧力が10atgの
ときの排ガス温度を示す。なお、缶水およびメタ
ル熱容量を考慮し、ドラム圧力を大気圧から
10atgまで昇温、昇圧するに要する必要蒸気量は
約20トンである。２つの曲線C₁，C₂から明らか
なように、ドラム圧力が高い程缶水温度が高く、
脱硝装置６の入口の排ガス温度も高くなる。ドラ
ム圧力30atgとしたとき、当該排ガス温度は起動
時において200℃を超え、有効脱硝範囲にある。
これに対して、ドラム圧力10atgの場合には排ガ
ス温度は200℃未満であり、これが200℃を超える
のは相当時間経過後となる。

破線Ｄはガスタービン１、サイレンサ２を経て
供給される排ガス量を示す。又、実線F₁はドラ
ム圧力が30atgであるときのボイラ出口から排出
されるNO_x総量、一点鎖線F₂はドラム圧力が
10atgであるときのNO_x総量を示す。ＥはNO_x規
制値である。曲線F₁から明らかなように、起動
時にはドラム圧力が30atgの場合排ガス温度が200
℃を超えているので、脱硝が有効に行なわれて排
出されるNO_x総量は規制値を超えることはない。
これに対して、ドラム圧力が10atgの場合、排ガ
ス温度が200℃以上となるにはある程度の時間を
要し、それ以前においては脱硝が有効に行なわれ
ず、曲線F₂に示すように、起動初期において排
出されるNO_x総量が規制値を大幅に超えること
になる。即ち、ドラム圧力が高いほど昇温が早
く、早急な起動が可能となる。なお、ドラム圧力
が10atgの場合であつても、従来の装置と比較す
ると、ボイラ起動を早くすることができる。

第３図ａ乃至ｄはボイラ起動時の缶水温度が常
温である場合の諸量の特性を示す図である。各図
とも横軸には時間がとつてあり、又、縦軸には、
第３図ａ，ｃでは排出されるNO_x総量（曲線Ｇ、
で示される）が、又、第３図ｂ，ｄでは脱硝装置
入口排出ガス温度（曲線Ｉ，I′で示される）およ
び排出ガス量（曲線Ｈ，H′で示される）がとつ
てある。横軸における時間T₁はガスタービン点
火時、時間T₂，T₂′はガスタービン併入時、時間
T₃，T₃′はプラント全負荷時を示す。第３図ａ，
ｂはガスタービン併入を早期に実施した場合の特
性であり、この場合、曲線Ｇから明らかなよう
に、排出されるNO_xの総量はガスタービン併入
時間T₂以後相当時間にわたつて直線Ｅで示され
るNO_x規制値を超える。第３図ｃ，ｄは排出さ
れるNO_xの総量がNO_x規制値を超えないように
タービン併入時間を調整した場合の特性図であ
る。この場合、ガスタービン併入時間T₂′は排出
ガス温度が200℃を超えた時点に調整されなけれ
ばならない。これを、本実施例の特性と比較する
と、排出されるNO_x総量をNO_x規制値以下に抑
えてガスタービンを起動するための起動時間は、
本実施例の場合、従来装置より約３時間短縮する
ことができることになる。

このように、本実施例では、ドラムの缶水を、
循環用連絡管、昇圧ポンプ、ミキシングヒータ、
高圧蒸発管を経て循環させる循環系を設け、か
つ、蒸気を、ドラムおよびミキシングヒータに供
給して系内の温度を昇温するようにしたので、起
動時又は低負荷運転時に脱硝装置入口の排ガス温
度を脱硝有効範囲内の高温とすることができ、
NO_xを有効に低減することができ、又、ガスタ
ービンの起動時間を大幅に短縮することができ
る。さらに、上記の循環系を設けてこの系に蒸気
を導入するようにしたので、循環系を設けずに蒸
気又は温水を直接蒸発器に供給する場合に比較し
て、系内の加熱を均一かつ充分に行なうことがで
きる。さらに又、ミキシングヒータに蒸気を導入
するようにしたので、構造物の振動を抑えること
ができる。

第４図は本発明の第２の実施例に係る排熱回収
ボイラの蒸発管の管寄部の構成の概略図である。
図で、５ａ，５ｂは第１図に示すものと同じ高圧
蒸発器、２０は高圧蒸発器５ａ，５ｂの管寄、２
１は管寄２０に連結された各蒸発器管である。２
２は管寄２０内に挿入された蒸気混入管、２３は
蒸気混入管２２に形成された蒸気噴出口、２４は
蒸気連結管である。蒸気噴出口２３は蒸気混入管
２２の上部において各蒸発器管２１の入口方向に
向けてこれと同一ピツチで形成されている。管寄
２０には第１図に示すドラム１０からの缶水が直
接導入され、又、蒸気連絡管２４には第１図に示
す蒸気系１９からの蒸気が直接導入される。即
ち、本実施例においては第１図に示すミキシング
ヒータ１８および昇圧ポンプ１６は使用されな
い。本実施例では、缶水は管寄２０において蒸気
混入管２２の蒸気噴出口２３から噴出される蒸気
により昇温される。その他の構成および動作は第
１図に示す実施例のものと同じである。

このように、本実施例では、蒸発器の管寄に缶
水を導入し、これに蒸気を混入して昇温を行なう
ようにしたので、第１の実施例と同じ効果（ただ
し、ミキシングヒータによる効果を除く）を奏す
るとともに、昇圧ポンプおよびミキシングヒータ
を除いたので、簡単な構成とすることができる。

第５図は本発明の第３の実施例に係る排熱回収
ボイラの系統図である。図で、第１図に示す部分
と同一部分には同一符号を付して説明を省略す
る。２６は蒸気タービン、２７は過熱器４から蒸
気タービン２６へ蒸気を供給する主蒸気管、２８
は蒸気タービン２６への蒸気量を調節する蒸気タ
ービン加減弁、２９は蒸気タービン２６をバイパ
スするタービンバイパス管、３０はタービンバイ
パス管２９の蒸気量を調節するタービンバイパス
弁、３１は復水器である。これらの諸装置はボイ
ラ装置に既設のものである。

ボイラ運転中、過熱器４で過熱された蒸気は主
蒸気管２７により蒸気タービン加減弁２８を経て
蒸気タービン２６に供給され、発電が行なわれ
る。蒸気タービン２６から排出された蒸気は復水
器３１に送られ、給水となつて図示されていない
復水ポンプにより低圧節炭器９へ供給される。蒸
気タービン２６に供給される蒸気量は蒸気タービ
ン加減弁２８により調節され、余分の蒸気はター
バンバイパス管２９を通り、タービンバイパス弁
３０を経て復水器３１に直接排出される。主蒸気
管２７、蒸気タービン加減弁２８、タービンバイ
パス管２９、タービンバイパス弁３０、復水器３
１はいずれも既設されている。

さて、前述のように、脱硝装置６で有効な脱硝
が行なわれるには、脱硝装置６の入口の排ガス温
度がある範囲内の高い温度でなければならない。
ここで、ボイラ停止後の再起動時の場合を考える
と、再起動の時点において、循環する温水の温度
が相当の高温であれば排ガス温度も高温となり、
蒸気系１９の蒸気の使用量も僅かで済み、かつ、
排ガス温度を短時間で高温となし得る。本実施例
は、第１、第２の実施例の手段に加えて、さら
に、再起動時の排ガス温度を高温に保持する方法
を併用するものである。以下、この方法を第６図
を参照しながら説明する。

第６図で、横軸には時間、縦軸にはドラム圧力
がとつてある。ボイラ停止時、従来の停止方法で
は、ガスタービン１が停止過程に入ると、これに
伴なつてドラム１０の圧力が第６図の実線Ｊで示
すように圧力P₀がら低下してゆき、ガスタービ
ン１の停止時T₄には圧力P₁に低下する。そして、
この状態でボイラバンキング状態に入る。バンキ
ング中にボイラは自然放熱等で冷却されるので、
ドラム１０の圧力は圧力P₁からさらに低下する。
したがつて、ボイラ再起動時T₅において、ドラ
ム圧力は極めて低い圧力P₂になつており、缶水
の温度も低い。

これに反して、本実施例の方法では、上記従来
の方法と異なる方法が採用される。即ち、プラン
ト停止過程において、タービンバイパス管２９を
経て復水器３１へダンプされる蒸気量をタービン
バイパス弁３０によつて絞り込む。これにより、
ドラム１０の圧力は第６図の２点鎖線J′に示すよ
うに上昇し、ボイラバンキング状態に入る時間
T₄においては圧力P₃まで昇圧される。上述のよ
うに、バンキング中にボイラは冷却され、ドラム
圧力も２点鎖線J′に示すように低下してゆく。し
かしながら、ボイラバンキング開始時T₄におい
て圧力P₃まで昇圧されたドラム圧力は、バンキ
ング中の冷却による圧力低下があつても、ボイラ
再起動時T₄においては、従来の圧力P₂よりは遥
かに高い圧力P₄に保持される。この結果、温水
温度も高い温度に保持され、ボイラ再起動時に排
ガスから奪われる熱量は大幅に減少し、排ガスの
温度を高温に保持することができ、結局、僅かな
蒸気量で、かつ、短時間で排ガス温度を高温とす
ることができる。

なお、タービンバイパス弁３０の絞り込みによ
るドラム圧力の昇圧が許容圧力以上になるのを避
けるため、圧力検出器を設けてドラム圧力を検出
し、これに応じてタービンバイパス弁３０の開度
を制御する手段を備えることもできる。

このように、本実施例では、ボイラ停止時にド
ラム圧力を昇圧する方法を併用したので、第１の
実施例と同じ効果を奏するばかりでなく、蒸気の
使用量を減少することができ、かつ、排ガス温度
の昇温を短時間で行なうことができる。又、蒸気
系へ供給される他系統からの蒸気が、何等かの理
由で得られなくなつても、上記の方法の併用によ
りNO_xの低減を充分に行なうことができる。

なお、上記実施例の説明では、排ガス源として
ガスタービンについて説明したが、排ガス源はガ
スタービンに限ることはなく、工業炉や産業処理
設備等であつても適用することができる。又、昇
圧ポンプを循環ポンプとして利用する例について
説明したが、自然循環の場合ポンプは不要であ
り、ポンプを用いる場合でも昇圧ポンプに限らず
給水ポンプを利用することもできる。勿論既設の
ポンプとは別に循環用ポンプを用いても差支えな
い。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、ドラムの缶水
を蒸発器を介して循環させるとともに、蒸発器入
口およびドラムに蒸気を供給して、循環水を加熱
するとともにドラム圧力を昇圧するようにしたの
で、起動初期又は低負荷運転時においても脱硝装
置入口の排ガス温度を高温とすることができ、こ
れにより排ガス中に含まれるNO_xを有効に低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る排熱回収
ボイラの系統図、第２図および第３図ａ，ｂ，
ｃ，ｄは排ガス量、排ガス温度およびNO_x総量
の特性図、第４図は本発明の第２の実施例に係る
排熱回収ボイラの一部の概略図、第５図は本発明
の第３の実施例に係る排熱回収ボイラの系統図、
第６図はドラム圧力の特性図、第７図は従来の排
熱回収ボイラの系統図、第８図は脱硝率の特性
図、第９図は排ガス量および排ガス温度の特性図
である。１……ガスタービン、４……過熱器、５ａ，５
ｂ……蒸発器、６……脱硝装置、７……高圧節炭
器、９……低圧節炭器、１０，１４……ドラム、
１６……昇圧ポンプ、１７……循環用連絡管、１
８……ミキシングヒータ、１９……蒸気系、２０
……管寄、２１……蒸発器管、２２……蒸気混入
管、２４……蒸気連絡管、２６……蒸気タービ
ン、２８……蒸気タービン加減弁、２９……ター
ビンバイパス管、３０……タービンバイパス弁、
３１……復水器。

Claims

【特許請求の範囲】１排ガスにより加熱される蒸発器と、この蒸発
器と接続された蒸気発生用のドラムと、前記蒸発
器の下流に配置され前記排ガス中の窒素酸化物を
除去する脱硝装置とを備えた排熱回収ボイラにお
いて、前記蒸発器へ入る缶水に蒸気を供給する蒸
気供給手段を設けたことを特徴とする排熱回収ボ
イラ。２特許請求の範囲第１項において、前記蒸気供
給手段は、前記缶水に蒸気を混入するミキシング
ヒータを含むことを特徴とする排熱回収ボイラ。３特許請求の範囲第１項において、前記蒸気供
給手段は、前記蒸発器の管寄せに挿入された蒸気
混入管を含むことを特徴とする排熱回収ボイラ。