JPS6380103A - 廃熱回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は廃熱回収装置に係り、特にガスタービン発電プ
ラントにおいて、効率良く脱硝装置を作動させるよう制
御する装置に関する。

〔従来の技術〕

発電プラントにおいては急速に変化する電力需要に対応
すべく各種の方策が考えられている６例えば原子力発電
がベースロード化している現在、火力発電所の大型ボイ
ラにおいても中間負荷運用が定着し、かなりの負荷変動
が伴う運転が日常化している。しかしながらこの大型の
ボイラにおいては急速起動を行ったり、急激な負荷変動
に対応するには限界があり、より柔軟な対応が可能な発
電プラントが望まれている。また火力発電所の場合最新
鋭のプラントであってもその熱効率は４０％程度となっ
ており、最近の燃料事情を考慮すれば更に高い熱効率を
得ることが望まれている。しかしながら基本的には単一
の熱サイクルとなっている現在の火力発電所ではこれ以
上の熱効率の向上は事実上困難であり、より熱効率の高
いプラントが要望されている。その要望を実現する方法
の−としてガスタービンを使用する発電方法が実用化さ
れている。ガスタービンは急速起動や急激な負荷変化が
可能なため負荷変動が特に大きい分野において利用され
ている。このガスタービン発電プラントの場合、ガスタ
ービンを出た大量の排気ガスはかなり高温であるため、
このガス流中に伝熱固有する廃熱ボイラ（廃熱回収ボイ
ラ）を設置し、これにより熱回収を行うと共に発生した
蒸気により蒸気タービンを駆動させて更に発電を行う高
効率複合発電プラントが提案され、実用化されている。

この高効率複合発電プラントにより発電端熱効率が４４
％程度のプラントの実現も可能となっている。

第８図及び第９図はこの複合発電プラントの一例を示す
。このうち第８図に示す構成は多軸型プラントと通称さ
れる構成を示し、複数のガスタービン３１とこのガスタ
ービンのガス流中に各々配置した廃熱ボイラ３６とから
なり、各廃熱ボイラから排出された蒸気により一基の蒸
気タービン３２を駆動するよう構成したプラントである
。なお図中符号ＨＰＳは高圧蒸気を、ＬＰＳは低圧蒸気
を各々示し各蒸気は蒸気タービン３２の高圧側及び低圧
側に各々供給される。また符号３３は発電機を示す。

これに対して第９図に示す構成は一基のガスタービン排
気により一基の蒸気タービンを駆動するように構成した
プラントであり、符号３９は廃熱ボイラ３６の高圧ドラ
ム、３８は低圧ドラム、３４は復水器、３５は復水ポン
プを各々示す。以上何れの構成においても廃ガス中の窒
素酸化物（Ｎｏｘ）を低減するため脱硝装置が配置され
ている。

この脱硝装置を効率良く運転するためには脱硝装置を所
定の温度域に配置する必要がある。第９図に示す構成で
は、廃熱ボイラを構成する伝熱管群のうち好適な温度と
なる部分に脱硝装置を配置する構成を採用している。し
かしながらガスタービンの負荷変動によりガス温度が変
動するため、脱硝装置入口ガス温度も変動し、脱硝効率
を常時高率に保持することは困難である。このことは第
８図に示す多軸型のプラントではさらに深刻である。

即ち、ガスタービン負荷が同一であっても、ガスタービ
ンの運転台数が変化すると、蒸気タービンに対する蒸気
流量が異なるため廃熱ボイラのドラム圧力が第３図の如
く大幅に変化する。なお、図中線図Ｇ１はガスタービン
−基運転時の、Ｇ２はガスタービン二基運転時の、Ｇ３
はガスタービン三基運転時のドラム圧力とガスタービン
負荷の関係を各々示す、また第４図は廃熱ボイラー基当
たりの蒸気流量と蒸気圧力との関係を、また第５図は同
様に廃熱ボイラー基当たりのガスタービン負荷と蒸発量
の関係を示す線図である。また図中ＨＰＳは高圧蒸気側
の、ＬＰＳは低圧蒸気側の蒸発量を各々示す、更に第６
図は廃熱ボイラの各伝熱管群に於ける蒸気温度と廃ガス
温度の関係を示す。なお図中符号ＳＨは過熱器を、ＨＰ
ＥＶＡは高圧側蒸発器を、ＨＰＥＣＯは高圧側節炭器を
、ＬＰＥＶＡは低圧側蒸発器を、ＬＰＥＣＯは低圧側節
炭器を各々示す。この図において、廃ガス温度ＴＧはＳ
Ｒ，ＨＰＥＶＡＳＨＰＥＣＯｌＬＰＥＶＡ、ＬＰＥＣＯ
を通過するに従って降下する。

これに対して廃熱ボイラ内の流体の温度ＴＷはこの廃ガ
スとは反対に廃ガス流れ上流に向かって上昇し、ＨＰＥ
ＶＡにおいては気液混合物となり、さらにＳ）（におい
ては蒸気のみとなって過熱される。

ドラム圧力が降下すると、当然蒸発器内の飽和温度が低
下し、この結果蒸発器におけるガス温度と蒸発器内の流
体との温度差が大きくなって、蒸発器における熱暎収量
が増加し、蒸発量も増加する。このため廃ガスの温度は
過熱器後流側で大幅に低下する。第７図はドラム圧力と
脱硝器入口ガ大温度との関係、およびこの脱硝器入口ガ
ス温度と脱硝効率との関係を示す。この図から明らかな
ように、ドラム圧力が低下すると、脱硝器入口ガス温度
が低下し、この結果脱硝器の効率的な運転が不可能とな
って脱硝効率が低下する。つまり直接的には廃熱ボイラ
のドラム圧力が低下すると脱硝効率が低下するという関
係が成立することが分かる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

複合発電プラントにおいては以上のように脱硝装置入口
ガス温度を所定の値に設定して脱硝効率を高く保持する
必要があるが、上述のように、従来構成においては脱硝
器入ロ廃ガス温度を一定に保持することは非常に困難で
ある。このため脱硝効率を廃ガス温度低下時にも高率に
保持するためには脱硝触媒の充填量を増加させねばなら
ず不経済である。因みに通常の複合発プラントで脱硝効
率の低下分を脱硝触媒の充填量の増加で補おうとすると
、数億円いう莫大な経費が必要となる。

また更に、石油や石炭を燃料とするボイラから供給され
る蒸気により蒸気タービンを駆動する従来型の発電プラ
ントと比較して複合発電プラントではボイラ（廃熱ボイ
ラ）の運転条件はより過酷なものとなっていると云うこ
とガスタービンできる。即ち、第１０図及び第１１図に
おいて、負荷が低下した場合、ガスタービンでは廃ガス
量は殆ど低下せず（第１０図参照）、ガス温度のみ低、
下しく第１１図参照）、負荷の変動とほぼ比例してガス
量及びガス温度共に変化する従来火力とその特性を大き
く異にしており、ボイラの運転条件はより過酷となって
いる。なお図中符号Ｇはガスタービン廃ガスについての
ガス量（第１０図）及びガス温度（第１１図）を、また
Ｆは通常火力発電のガスｉｔ（第１０図）、及びガス温
度（第１１図）を各々示す。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は以上の問題点に鑑み構成したものであり、ガス
タービン廃熱を利用する複合発電プラント（装置）等の
廃熱回収装置において、廃ガス流中に配置した脱硝装置
の上流部に対して脱硝装置入口ガス温度を調節するため
の蒸発器等のガス温度調節用の伝熱面を配置し、かつこ
の温度調節用の伝熱面内の圧力を検出する手段を設け、
更に圧力検出手段により検出した圧力に基づき作動する
圧力調節弁等の圧力調節手段を設けた廃熱回収装置であ
る。

〔作用〕

本発明は以上に説明したように脱硝装置の上流部に対し
て脱硝装置入口ガス温度を調節するための蒸発器等のガ
ス温度調節用の伝熱面を配置することによりこの伝熱面
の熱吸収量を調節し、もって脱硝装置入口ガス温度を脱
硝装置の脱硝効率が高く維持できる温度に保持する。こ
の場合、ガス温度調節用の伝熱面の制御は、この伝熱面
内の圧力を圧力検出手段により検出し、脱硝装置入口温
度が所定の温度となるよう圧力調整手段を調整し、この
圧力の調整により伝熱面の熱吸収量を調節することによ
り実施する。

〔実施列〕

以下本発明の実施例につき図面を参考に詳細に説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例であって、ガスタービン
排気により蒸気を発生させる廃熱ボイラの中心部を示す
（但し、ガスタービンは図示しない）。

１はボイラドラム、２は降水管、４は脱硝装置、３はこ
の脱硝装置４の下流に配置した主蒸発器である。５はこ
の脱硝装置４の上流に配置した廃ガス温度調節用の伝熱
面たるガス温度調節用蒸発器、６はこのガス温度調節用
蒸発器６に対して給水を供給する降水管２に配置した循
環ポンプ、１０はボイラドラム１に気水混合物を供給す
る上昇管である。この上昇管１０に対してはガス温度調
節用蒸発器５内の圧力を検出する圧力検出器７と、その
圧力を調節する圧力調節弁８とが設置しである。

９はこの圧力検出器７の信号に基づき圧力調節弁８を作
動させる制御装置である。また符号１１は過熱器、１２
は節炭器を示す。

以上の構成において、ガスタービン排気は廃熱ボイラを
構成する各伝熱面を通過してその内部流体を加熱する。

この際圧力検出器７はガス温度調節用蒸発器５内の圧力
を検出し、その検出結果を制御装置９に発信する。制御
装置９に対してはガス温度調節用蒸発器５内の圧力と、
ガス温度調節用蒸発器下流側のガス温度、つまり脱硝装
置入口ガス温度との相関関係に基づく数値が予め記憶し
である。これにより制御装置９はこの記憶した数値と圧
力検出器７からの信号を比較演算し１、その演算結果に
基づいて圧力調節弁８を調節する。

これによってガス温度調節用蒸発器５内の圧力を調節し
、以て脱硝装置４の入口ガス温度を適正な値に保持する
。

第２図は本発明の変形例を示す。

この変形例では過熱器１１、ガス温度調節用蒸発器５、
脱硝装置４、主蒸発器３、節炭器１２を鉛直方向に配置
しこれら内部流体を強制的に循環させる構成の廃熱ボイ
ラに対して実施したものである。この場合、ガス温度調
節用蒸発器５に対して給水を供給する上昇管１２ａ及び
、主蒸発器３に対して給水を供給する上昇管１２ｂの各
々に対して圧力調節弁８を各々設置する。即ちこの構成
の場合には各上昇管１２ａ、１２ｂの各々に対して調節
弁を設置しないと各蒸発器の内部の圧力を調節すること
ができない。

以上変形例も含めて本発明の実施例を、ガスタービン排
気の熱を回収する複合発電プラントを例に説明したが、
固よりこの構成に限定す趣旨ではなく、熱回収を行う流
体中に伝熱面及び脱硝装置を設置する構成に対して幅広
〈実施可能であることは当然である。

〔効果〕

本発明は以上にその構成を具体的に説明したように、ガ
スタービン廃熱を利用する複合発電プラント（装置）等
の廃熱回収装置において、廃ガス流中に配置した脱硝装
置の上流部に対して脱硝装置人口ガス温度を調節するた
めの蒸発器等のガス温度調節用の伝熱面を配置し、かつ
この温度調節用の伝熱面内の圧力を検出する手段を設け
、更に圧力検出手段により検出した圧力に基づき作動す
る圧力調節弁等の圧力調節手段を設けた構成としである
ので、ガス温度調節用の伝熱面内の圧力を調節すること
によりこの伝熱面の熱吸収量を調節し、脱硝装置入口ガ
ス温度を常時適正な温度に保持することができる。この
ため、脱硝触媒の充填量を増加させたり、熱回収効率を
低下させることなく良好な脱硝を経済的に実施すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す廃熱ボイラの内部流体系
統図、第２図は第１図の変形例たる廃熱ボイラの内部流
体系統図、第３図はガスタービン負荷とドラム圧力との
関係を示す線図、第４図は主蒸気流量と蒸気圧力との関
係を示す線図、第５図はガスタービン負荷と蒸発量との
関係を示す線図、第６図は廃熱ボイラの各伝熱面におけ
る廃ガスと伝熱面内部流体の温度変化を示す線図、第７
図は脱硝入口ガス温度と脱硝効率及び廃熱ボイラのドラ
ム圧力との関係を示す線図、第８図は従来の廃熱ボイラ
ー例を示す多軸型複合発電プラントの内部流体流動系統
図、第９図は別の従来型廃熱ボイラー例を示す複合発電
プラントの内部流体流動系統図、第１０図はガスタービ
ン排気と従来型火力発電の排気とに於ける負荷変動とガ
ス量比との関係を示す線図、第１１図はガスタービン排
気と従来型火力発電の排気とに於ける負荷変動とガス温
度との関係を示す線図である。 ｌ・・・ボイラドラム　　２・・・下降管３・・・主蒸
発器　　４・・・脱硝装置５・・・ガス温度調節用蒸発
器 ７・・・圧力検出器　　８・・・圧力調節弁９・・・制
御装置　　１０・・・上昇管第１因 第２図 第３図　　　　第４図 第６図 第７図 第８図 第９必 ＬｌＯ口 第１１図 員員

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスタービン排気等の熱回収すべき流体中に蒸発
   管等の伝熱面を配置して熱回収を行い、かつ排気中の窒
   素酸化物を除去する脱硝装置もこの流体中に配置した装
   置において、脱硝装置の上流側に流体温度調節用の伝熱
   面を配置し、かつこの伝熱面に対しては伝熱面内の圧力
   を検出する手段と、この手段により検出した情報に基づ
   いて伝熱面内の圧力を調節する手段とを接続し、この流
   体温度調節用の伝熱面内の圧力を調節することにより脱
   硝装置入口流体温度を、脱硝効率を高率で行うことが可
   能な温度に保持するよう構成したことを特徴とする廃熱
   回収装置。
2. （２）前記温度調節用の伝熱面をガス温度調節用蒸発器
   とし、脱硝装置の下流側に主蒸発器を配置したことを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の廃熱回収装置
   。
3. （３）ガス温度調節用蒸発器に対して蒸発器内圧力を検
   出する圧力検出器及び圧力調節弁を接続し、これら圧力
   検出器及び圧力調節弁を制御装置に対して信号回路によ
   り接続し、ガス温度調節用蒸発器内圧力を制御装置によ
   り自動的に制御することを特徴とする特許請求の範囲第
   （２）項記載の廃熱回収装置。