JPH086883B2

JPH086883B2 - 排熱回収ボイラ

Info

Publication number: JPH086883B2
Application number: JP62124969A
Authority: JP
Inventors: 信孝土本
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 1987-05-21
Filing date: 1987-05-21
Publication date: 1996-01-29
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPS63290301A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ガスタービン・コージエネレーシヨンシス
テムに於いて利用されるものであり、ガスタービンから
の排ガス熱を回収する排熱回収ボイラの改良に関するも
のである。

（従来の技術）ガスタービン発電設備と排熱回収ボイラとを組合せ、
電気エネルギーと蒸気エネルギーを同時に供給するよう
にした所謂熱併給発電設備には、様々なシステム構成の
ものが提案されている。第３図はその代表例を示すもの
であり、圧縮機１で加圧した高圧燃焼用空気を燃焼器２
内へ導入し、この中へ燃料Ｆを噴射して高温・高圧の燃
焼ガスを発生させ、これをガスタービン３内へ供給し、
その回転軸動力により、減速装置４を介して発電機５が
回転される。ガスタービン３からの排ガスＧは、排ガス
ダクト７を通して排熱回収ボイラＣへ送られ、ボイラＣ
及び節炭器９等で熱回収の後、煙突10から大気中へ排出
されて行く。

一方、蒸気負荷側の要求により、排熱回収ボイラＣの
蒸気発生量を増加する必要がある場合には、助燃装置11
が作動され、排ガスＧを燃焼用空気の代替として使用す
るバーナ助燃が行なわれる。尚、ガスタービン３からの
排ガスＧには、約15％のO₂量が残存するうえ、含塵量も
約0.05gr/Nm³程度と比較的少なく、助燃用空気として十
分に活用可能である。

また、逆に、一定の電気出力は必要であるが、蒸気発
生量は少なくて良いという場合には、ダンパー12及びダ
ンパー13の開度を制御し、バイパスライン14を通して余
剰排ガスＧ′をバイパス煙突15から大気中へ排出させ
る。

ところで、前記ガスタービン３からの排ガス温度は約
500℃であり、その中には、通常約250ppm（灯油燃料,O₂
濃度４％換算値）程度のNOxが含まれており、燃焼器２
に於いて蒸気噴射や水噴射等の低NOx対策が採られてい
る場合でも、約100ppm程度のNOxが存在する。従つて、
公害規制の厳しい場合には、排ガスＧのラインに脱硝装
置を設けて一層の低NOx化を図る必要があり、通常はア
ンモニヤを還元ガスとして利用する接触還元式の乾式脱
硝装置16が排熱回収ボイラＣ内に組み込まれ、これによ
つてNOxの除去が行なわれている。

尚、前記乾式脱硝装置16は、排ガスＧ内へアンモニヤ
ガス（NH₃）を均一に混合して触媒層を通過させ、下記
の如き所謂NOxの還元反応（反応可能温度：約250゜〜40
0℃）によつてNOxを分解除去するものであり、脱硝効率
を高めるためには、 4NH₃＋4NO＋O₂→4N₂＋6H₂O 8NH₃＋6NO₂→7N₂＋12H₂O 排ガス温度を300℃〜400℃位いに保持するのが必須の要
件となる。

しかし乍ら、従前の熱併給発電設備の排熱回収ボイラ
に於いては、助燃装置11を作動して蒸気発生量を増大せ
しめたような場合に、乾式脱硝装置へ流入する排ガス温
度が大きく変動し、脱硝効率が著しく悪化するという問
題がある。

また、逆に、蒸気発生量を押えるために、余剰排ガス
Ｇ′をバイパス煙突から排出せしめた様な場合には、未
処理排ガスが放出されることになり、環境汚染等の問題
を引き起こすという難点がある。

（発明が解決しようとする問題点）本件発明は、従前のガスタービンを用いた熱併給発電
設備に於ける上述の如き問題、即ち（イ）蒸気負荷の変
動等により脱硝処理すべき排ガスの温度が大きく変動
し、脱硝効率が悪化し易いこと、（ロ）蒸気発生量を押
えた際に、未処理排ガスの排出量が増大し、環境汚損を
生じ易いこと等の問題を解決せんとするものであり、排
ガスを燃焼用空気の代替とする助燃を行なう場合に於い
ても、或いは、排熱回収ボイラ側の発生蒸気量のみを減
少せしめる場合に於いても、常に脱硝装置へ流入する排
ガス温度を最適範囲に保持できると共に、ガスタービン
からの全排ガスを常時脱硝処理できるようにした、排熱
回収ボイラを提供するものである。

（問題点を解決するための手段）本発明は、ガスタービンを用いる熱併給発電設備の排
熱回収ボイラに於いて、上記の目的を達成すべく、特
に、ボイラ伝熱部を、ガスタービンの排ガスダクトに設
けられた１次蒸発器及びその下流側の２次蒸発器で構成
し、排ガスダクトに、１次蒸発器の上流側に位置する助
燃装置及び両蒸発器間に位置する乾式脱硝装置を設ける
と共に、各蒸発器を迂回して各蒸発器の入口側排ガスダ
クト部分と出口側排ガスダクト部分とに連通する第１及
び第２バイパスダクトを接続し、１次蒸発器の入口側排
ガスダクト部分及び第１バイパスダクトに第１及び第２
ダンパー装置を設け、２次蒸発器の入口側排ガスダクト
部分及び第２バイパスダクトに第３及び第４ダンパー装
置を設け、乾式脱硝装置の入口側排ガスダクト部分に排
ガスの温度検出器を設け、乾式脱硝装置に流入する排ガ
ス温度を脱硝処理するに適正な温度に保持すべく温度検
出器による検出温度に基づいて第１及び第２ダンパー装
置を制御するガス温度制御装置を設け、当該排熱回収ボ
イラの主蒸気管に蒸気圧力検出器を設け、当該排熱回収
ボイラによる発生蒸気量を蒸気負荷に応じた適正量とす
べく蒸気圧力検出器による検出圧力に基づいて第３及び
第４ダンパー装置並びに助燃装置を制御する蒸気負荷制
御装置を設けておくことを提案する。

（作用）ガスタービンからの排ガスは、排ガスダクトを通して
１次蒸発器内へ送られ、乾式脱硝装置で処理された後、
２次蒸発器及び節炭器の順で熱回収され、煙突より外部
へ排出されて行く。

乾式脱硝装置の入口側に於ける排ガス温度は、温度検
出器により検出され、ガス温度制御装置へ入力されてい
る。ガス温度制御装置からは、ダンパー装置へ開・閉制
御信号が送られ、これによつて、１次蒸発器のバイパス
ダクトを流通する排ガス量（即ち１次蒸発器を流通する
排ガス量）を調整することにより、脱硝装置へ流入する
排ガス温度が設定値に保持される。

一方、主蒸気管の蒸気圧力は、蒸気圧力検出器によつ
て検出され、蒸気負荷制御装置へ入力されている。該蒸
気負荷制御装置からは、ダンパー装置や助燃料調節弁へ
制御信号が送られ、２次蒸発器のバイパスダクトを流通
する排ガス量（即ち２次蒸発器，節炭器等を流通する排
ガス量）や助燃装置の作動を制御することにより、所望
の蒸気負荷に対応した蒸気発生量の制御が行なわれる。

尚、２次蒸発器へは気水ドラム、降水管及び水ドラム
等を通して缶水が自然循環されており、また、１次蒸発
器へは循環ポンプによつて気水ドラムから缶水が強制循
環されている。

（実施例）以下、第１図及び第２図に基づいて、本発明の実施例
を説明する。尚、前記第３図と共通する部位には、同じ
参照番号が付されている。

第１図は、本件発明に係る排熱回収ボイラを適用した
熱併給発電設備の系統概要図であり、該熱併給発電設備
Ａはガスタービン発電装置Ｂと排熱回収ボイラＣとを排
ガスダクト７を介して連結することにより構成されてい
る。

前記ガスタービン発電設備Ｂは空気圧縮機１、燃焼器
２、ガスタービン３、減速装置４、発電機５等から構成
されている。

この実施例の排熱回収ボイラＣにあっては、第１図に
示す如く、ガスタービン３から煙突10に導かれた排ガス
ダクト７に、その上流側から順に、助燃焼装置11、１次
蒸発器17、乾式脱硝装置16及び２次蒸発器18が並列配置
されており、ボイラ伝熱部が両蒸発器17,18で構成され
ている。さらに、排ガスダクト７には、各蒸発器17,18
を迂回して各蒸発器17,18の入口側排ガスダクト部分17
a,18aと出口側排ガスダクト部分17b,18bとに連通する第
１及び第２バイパスダクト19,20が接続されている。ま
た、２次蒸発器18の出口側排ガスダクト部分18bには節
炭器９が設けられている。

尚、本実施例に於いては、２次蒸発器18用のバイパス
ダクト20の末端を節炭器９の下流側へ接続する構成とし
ているが、これを節炭器９の上流側へ接続するようにし
てもよく、また、１次蒸発器17の排ガス上流側に過熱器
（図示省略）を配設する構成としてもよい。

更に、本実施例では、前記助燃装置11を、排ガスダク
ト内に助燃用バーナーを設け、排ガスＧを燃焼用空気の
代替とする所謂インダクトバーナにより構成している
が、如何なる構成の助燃装置であつても良いことは勿論
である。

前記２次蒸発器18には、所謂自然循環式の給水システ
ムが採用されており、気水ドラム21と水ドラム22間を２
次蒸発器18と降水管23群で連結することにより、気水ド
ラム21→降水管23→水ドラム22→２次蒸発器18→気水ド
ラム21を順路とする自然循環路が形成されている。

また、前記１次蒸発器には、所謂強制循環式の給水シ
ステムが採用されており、循環管路24を通して気水ドラ
ム21から、強制循環ポンプ25により給水される。

前記乾式脱硝装置16には、アンモニヤガスを還元ガス
として使用し、これを排ガスＧ内へ均一に混合して触媒
層内を通過させることにより、NOxを分解除去するよう
にした所謂乾式接触還元法による脱硝装置が使用されて
おり、触媒層の耐熱温度は420゜〜430℃、還元反応の最
適温度は300〜400℃である。又、当該脱硝装置16は、乾
式脱硝装置であれば如何なる構造の装置であつても良い
ことは勿論である。

尚、第１図に於いて、26は１次蒸発器17の入口側排ガ
スダクト部分17aに設けた第１ダンパー装置、27は第１
バイパスダクト19に設けた第２ダンパー装置、28は２次
蒸発器18の入口側排ガスダクト部分18aに設けた第３ダ
ンパー装置、29は第２バイパスダクト20に設けた第４ダ
ンパー装置である。

又、30はガス温度制御装置であり、乾式脱硝装置16の
入口側に設けた温度検出器31から脱硝装置16の入口側排
ガスダクト部分16aに於ける排ガスＧの温度が入力され
ると共に、前記ダンパー装置26,27の開・閉駆動信号が
夫々のダンパー駆動装置（図示省略）へ出力される。

更に、32は蒸気負荷制御装置であり、主蒸気管33に設
けた蒸気圧力検出器34から主蒸気管内の蒸気圧力が入力
されると共に、前記ダンパー装置28,29への開・閉駆動
信号や助燃装置11の助燃料調整弁35への開・閉制御信号
が夫々出力される。

次に、本件排熱回収ボイラＣの作動について説明す
る。

ガスタービン３から排ガスダクト７を通して排出され
る排ガスＧは、温度約500℃、NOx濃度約250ppm（灯油燃
料,O₂4％換算値）であり、１次蒸発器17、乾式脱硝装置
16、２次蒸発器18及び節炭器９を通つて煙突10より外部
へ排出されて行く。

このとき、乾式脱硝装置16に流入する排ガスＧは、第
１及び第２ダンパー装置26,27をガス温度制御装置30に
より温度検出器31による検出温度に基づいて制御するこ
とによって、脱硝処理するに適正な温度に保持される。
すなわち、乾式脱硝装置16の入口側に於ける排ガス温度
は、脱硝効率の点から約380〜400℃位いに設定されてお
り、排ガス温度が当該設定値になるように、ガス温度制
御装置30を介して両ダンパー装置26,27が開・閉制御さ
れる。

１次蒸発器17並びにバイパスダクト19を通過した排ガ
スＧは、脱硝装置16で所望のNOx濃度に脱硝された後、
２次蒸発器18で約180〜190℃（圧力7kg/cm²Gの場合）に
冷却され、更に節炭器９で冷却された後、大気へ放散さ
れて行く。

このとき、排熱回収ボイラＣによる発生蒸気量は、第
３及び第４ダンパー装置28,29並びに助燃装置11を蒸気
負荷制御装置32により蒸気圧力検出器34による検出圧力
に基づいて制御することによって、蒸気負荷に応じた適
正量に調整される。すなわち、蒸気負荷が増・減し、主
蒸気管33内の蒸気圧が変動すると、蒸気負荷制御装置32
を介して両ダンパー装置28,29の開・閉制御や助燃装置1
1の起動・停止並びに助燃料調整弁35の開閉制御が行な
われ、蒸気負荷に見合つた蒸気量の発生が行なわれる。

前記１次蒸発器17と２次蒸発器18の伝熱面積比を、ガ
スタービンの排ガス量:40,000Nm³/H,排ガス温度:500℃,
1次蒸発器出口の排ガス温度:380℃,2次蒸発器出口の排
ガス温度:185℃，気水ドラムの圧力:7Kg/cm²Gの条件下
で求めると、下表の如くになる。

即ち、脱硝装置16に於ける排ガス温度を最適領域380
゜〜390℃とするためには、脱硝装置16の上流側に全伝
熱面積の約12％に相当する１次蒸発器を設ける必要があ
り、その吸収熱量は全蒸発器の約39％となる。従つて、
１次蒸発器17を強制循環式とし、２次蒸発器を自然循環
式とする組合せ方式とすることにより、強制循環ポンプ
25の容量を小さくでき、所要動力が少なくなると共に、
気水ドラム等を支える鉄骨フレームを省略できる等の利
点が得られる。

第２図は、本発明の第２実施例に係る排熱回収ボイラ
の系統概要図であり、１次蒸発気17及び２次蒸発器18全
体を強制循環式の構成としたものである。即ち、強制循
環ポンプ25により、両蒸発器17,18を流通する給水を強
制循環させるようにした点が、前記第１実施例の場合と
異なつており、その他の構成は全く同一である。

（発明の効果）本発明によれば、１次蒸発器と２次蒸発器の間に乾式
脱硝装置を設けると共に、１次蒸発器に第１バイパスダ
クトを設け、１次蒸発器系の第１及び第２ダンパー装置
をガス温度制御装置により開・閉制御する構成としてい
るため、第１バイパスダクトを流通する排ガス量を調整
することにより、乾式脱硝装置へ流入する排ガス温度を
常に、脱硝反応の最適温度範囲に保持することが出来
る。その結果、幅広い電力負荷及び蒸気負荷に於いて、
全量の排ガスを、しかも高効率で脱硝処理することが可
能となる。

しかも、前記排ガス温度の制御の他に、２次蒸発器に
第２バイパスダクトを設けると共に、蒸気負荷制御装置
によつて２次蒸発器系の第３及び第４ダンパー装置や助
燃装置の燃料調整弁を制御する構成としているため、発
電装置側は電力需要に応じた運転制御をしつつ、蒸気負
荷側に対応した幅広い蒸気発生量の制御を行なうことが
出来る。

本件発明は、上述の如く熱併給発電設備の運転上のフ
レキシビリテイが著しく向上し、電力負荷及び蒸気負荷
の両方に亘つて幅広い負荷運転が可能になると共に、全
量の排ガスを効率的に脱硝処理することが出来、優れた
実用的効用を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本件発明に係る排熱回収ボイラを適用した熱
併給発電設備の系統概要図である。第２図は、第２実施例に係る排熱回収ボイラの系統概要
図である。第３図は、従前のガスタービンを用いた熱併給発電設備
の系統概要図である。Ａ……熱併給発電設備、Ｃ……排熱回収ボイラ、Ｇ……
排ガス、３……ガスタービン、７……排ガスダクト、11
……助燃装置、16……乾式脱硝装置、16a……乾式脱硝
装置の入口側排ガスダクト部分、17……１次蒸発器、17
a……１次蒸発器お入口側排ガスダクト部分、17b……１
次蒸発器の出口側排ガスダクト部分、18……２次蒸発
器、18a……２次蒸発器の入口側排ガスダクト部分、18b
……２次蒸発器の出口側排ガスダクト部分、19……第１
バイパスダクト、20……第２バイパスダクト、26……第
１ダンパー装置、27……第２ダンパー装置、28……第３
ダンパー装置、29……第４ダンパー装置、30……ガス温
度制御装置、31……排ガスの温度検出器、32……蒸気負
荷制御装置、33……主蒸気管、34……蒸気圧力検出器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービン（３）を用いる熱併給発電設
備（Ａ）の排熱回収ボイラ（Ｃ）に於いて、ボイラ伝熱
部を、ガスタービン（３）の排ガスダクト（７）に設け
られた１次蒸発器（17）及びその下流側の２次蒸発器
（18）で構成し、排ガスダクト（７）に、１次蒸発器
（17）の上流側に位置する助燃装置（11）及び両蒸発器
（17,18）間に位置する乾式脱硝装置（16）を設けると
共に、各蒸発器（17,18）を迂回して各蒸発器（17,18）
の入口側排ガスダクト部分（17a,18a）と出口側排ガス
ダクト部分（17b,18b）とに連通する第１及び第２バイ
パスダクト（19,20）を接続し、１次蒸発器（17）の入
口側排ガスダクト部分（17a）及び第１バイパスダクト
（19）に第１及び第２ダンパー装置（26,27）を設け、
２次蒸発器（18）の入口側排ガスダクト部分（18a）及
び第２バイパスダクト（19,20）に第３及び第４ダンパ
ー装置（28,29）を設け、乾式脱硝装置（16）の入口側
排ガスダクト部分（16a）に排ガスの温度検出器（31）
を設け、乾式脱硝装置（16）に流入する排ガスを脱硝処
理するに適正な温度に保持すべく温度検出器（31）によ
る検出温度に基づいて第１及び第２ダンパー装置（26,2
7）を制御するガス温度制御装置（30）を設け、当該排
熱回収ボイラ（Ｃ）の主蒸気管（33）に蒸気圧力検出器
（34）を設け、当該排熱回収ボイラ（Ｃ）による発生蒸
気量を蒸気負荷に応じた適正量とすべく蒸気圧力検出器
（34）による検出圧力に基づいて第３及び第４ダンパー
装置（28,29）並びに助燃装置（11）を制御する蒸気負
荷制御装置（32）を設けたことを特徴とする排熱回収ボ
イラ。
【請求項２】助燃装置（11）を、１次蒸発器（17）の上
流側部分の排ガスダクト（７）に設けた燃焼バーナとし
た特許請求の範囲第１項に記載の排熱回収ボイラ。
【請求項３】２次蒸発器（18）を缶水の自然循環式蒸発
器とすると共に、１次蒸発器（17）を缶水の強制循環式
蒸発器とした特許請求の範囲第１項に記載の排熱回収ボ
イラ。