JP2000046301A - 排熱回収ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱硝装置の入口ガス温度を早期に昇温し、脱
硝装置の起動開始時間を早めること。 【解決手段】 ガスタービンからの高温排ガスを取り込
んで蒸発器および脱硝装置を通過させる排熱回収ボイラ
であって、脱硝装置の排ガス上流側に蒸発器を設置し、
ガスタービンの起動点火前に、蒸発器内の缶水を間接加
熱すること。蒸発器の管寄せ内の缶水を間接加熱するこ
とによって蒸発器缶水を加熱すること。脱硝装置４１の
排ガス上流側に蒸発器２４を設置し、ドラム２１から降
水管２２および供水管２３を経由して蒸発管２４に至る
水循環配管を設け、補助蒸気３６によって間接加熱され
て高温水とされる高温水給水配管を水循環配管に接続
し、ガスタービン４の起動点火前に、蒸発器２４の缶水
を加熱すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複合発電プラント
の排熱回収ボイラに係わり、特に、脱硝装置を備えた排
熱回収ボイラの蒸発器構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービン、排熱回収ボイラ及び蒸気
タービンを有する複合発電プラント、いわゆるコンバイ
ンドサイクルの構成を図１に示す。

【０００３】ガスタービン４の圧縮機２から空気９を取
込み、燃焼器３にて燃料１０を燃焼させた高温のガスは
ガスタービン４を回転させた後、ＧＴ出口ダクト１１を
経て排熱回収ボイラ６に流入する。

【０００４】ガスタービン４からの高温の排ガスは、過
熱器３０、蒸発器２４を通過し、その下流に設置される
脱硝装置４１にて排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除
去した後、下流に設置の蒸発器２７及び節炭器１９の熱
交換器にて排熱が回収され、出口ダクト７を経て煙突８
により大気へ放出される。

【０００５】一方、給水ポンプ１６にて昇圧された給水
は給水配管１７及びレベル制御弁１８を経て、節炭器１
９で加温後、給水配管２０からドラム２１に流れる。ド
ラム２１にて飽和水と混合後、降水管２２及び供水管２
３、供水管２６を経て、脱硝装置４１入口側に設置の蒸
発器２４、及び脱硝装置４１出口側に設置の蒸発器２７
にて気水混合流体となり、上昇管２５、上昇管２８を通
ってドラム２１内に流入する。

【０００６】ドラム２１からの飽和蒸気は飽和蒸気管２
９を経て過熱器３０にて所定の蒸気温度まで過熱され、
蒸気止め弁３１、主蒸気管３２を経て蒸気タービン５へ
流れてガスタービン４と共に発電機１を回転させる。蒸
気タービン５からの蒸気は復水器１２にて復水となり、
復水ポンプ１３、クランドコンデンサー１４を経て給水
配管１５を通って給水ポンプ１６へ流れることにより、
蒸気・水はプラント内を循環することになる。

【０００７】図１０は、従来の蒸発器２４の下部構造を
示したもので、蒸発器管４２と蒸発器下部管寄４３の概
略構造及び降水管２２から供水管２３が蒸発器下部管寄
４３に接続される構造を示す。蒸発器２７も蒸発器２４
と同じ構造である。冷缶起動（コールドスタート）時に
おいては、排熱回収ボイラ６の蒸発器管４２及び下部管
寄４３の内部には常温の缶水４４が貯水され、ガスター
ビン４からの高温の排ガスは蒸発器２４にて熱回収され
冷却されることになる。

【０００８】図１１は冷缶起動時における脱硝装置入口
ガス温度の挙動を示すが、蒸発器管４２内部の缶水４４
が排ガスからの熱吸収により高温になる以前の起動初期
においては、長時間の間、脱硝装置４１の入口ガス温度
は低温となり、脱硝触媒の活性温度（Ｔ_N）以下とな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】冷缶起動の起動初期に
おいては脱硝装置の入口ガス温度は脱硝触媒の活性温度
以下となるため、脱硝触媒は活性を発揮できず、高濃度
のＮＯｘが脱硝されずにプラントから排出されることに
なり、環境上の問題となり得る。

【００１０】本発明の目的は、冷缶起動時において、蒸
発器等の熱交換部に衝撃を与えることなく、脱硝装置入
口ガス温度を早く高温とし冷缶起動初期から脱硝触媒の
活性温度以上とする排熱回収ボイラを提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は主として次のような構成を採用する。

【００１２】ガスタービンからの高温排ガスを取り込ん
で蒸発器および脱硝装置を通過させる排熱回収ボイラで
あって、前記脱硝装置の排ガス上流側に前記蒸発器を設
置し、前記ガスタービンの起動点火前に、前記蒸発器の
缶水を間接加熱する排熱回収ボイラ。

【００１３】また、前記排熱回収ボイラおいて、前記蒸
発器の管寄せ内の缶水を加熱すること、または前記蒸発
器の管寄せに至る供水管の缶水を間接加熱することによ
って、蒸発器の缶水を加熱すること。

【００１４】また、ガスタービンからの高温排ガスを取
り込んで蒸発器および脱硝装置を通過させる排熱回収ボ
イラであって、前記脱硝装置の排ガス上流側に前記蒸発
器を設置し、ドラムから降水管および供水管を経由して
前記蒸発管に至る水循環配管を設け、補助蒸気によって
間接加熱されて高温水とされる高温水給水配管を前記水
循環配管に接続し、前記ガスタービンの起動点火前に、
前記蒸発器の缶水を加熱する排熱回収ボイラ。

【００１５】また、ガスタービンからの高温排ガスを取
り込んで蒸発器および脱硝装置を通過させる排熱回収ボ
イラであって、前記脱硝装置の排ガス上流側に前記蒸発
器を設置するとともにその下流側に節炭器を設置し、ド
ラムから降水管および供水管を経由して前記蒸発管に至
る水循環配管を設け、前記節炭器への給水を補助蒸気に
よって間接加熱することによって、前記ドラム、前記降
水管および前記供水管を通して、前記蒸発管に加熱水を
供給し、前記ガスタービンの起動点火前に、前記蒸発器
の缶水を加熱する排熱回収ボイラ。

【００１６】また、前記排熱回収ボイラにおいて、前記
脱硝装置の排ガス上流側に前記蒸発器および過熱器を設
置し、ドラムから降水管および供水管を経由して前記蒸
発管に至る水循環配管を設けるとともに、前記ドラムか
ら前記過熱器に至る飽和蒸気管を設け、前記ドラムの水
面の上部から過熱器出口までのいずれかに補助蒸気また
は他の気体を供給して前記蒸発器の内部圧力を上昇さ
せ、前記ガスタービンの起動点火前に、前記内部圧力の
加圧下で前記蒸発器の缶水を加熱する排熱回収ボイラ。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図１
〜図９を用いて以下説明する。図１は、排熱回収ボイ
ラ、ガスタービン及び蒸気タービンを有するコンバイン
ドサイクルの基本的構成を示す図であり、図２は本発明
の第１の実施形態を示す図であり、図３は、本発明の実
施形態における冷缶起動時の脱硝装置の入口ガス温度の
挙動を示す図である。

【００１８】また、図４は本発明の第２の実施形態を示
す図であり、図５は本発明の第３の実施形態を示す図で
あり、図６は本発明の第４の実施形態を示す図であり、
図７は本発明の第５の実施形態を示す図であり、図８は
本発明の第６の実施形態を示す図であり、図９は本発明
の第７の実施形態を示す図であり、図１０は排熱回収ボ
イラの従来構造を示す図であり、図１１は従来構造にお
ける冷缶起動時の脱硝装置の入口ガス温度の挙動を示す
図である。

【００１９】図２は図１に示す蒸発器２４の下部管寄４
３の部分拡大図であり、本発明の第１の実施形態を示
す。

【００２０】ガスタービン点火以前において、蒸発器下
部管寄４３の内部に設置される加熱管４５内に排熱回収
ボイラの外部から加熱蒸気４６を導入し、管寄内の缶水
４４を加温する。加熱蒸気４６は加熱管４５内にて熱交
換後はドレン４７となり、加熱管４５から排出される。

【００２１】一方、蒸発器下部管寄４３内にて加温され
た缶水４４は比重が小さくなり浮力が付くことにより、
蒸発器２４の管内を上昇後ドラム２１に入り、低温の缶
水は降水管２２を流れることにより自然循環する。

【００２２】従って、蒸発器下部管寄４３内の缶水４４
を加温することにより時間と共に蒸発器２４内部の缶水
は高温になる。

【００２３】図３に冷缶起動時における脱硝装置入口ガ
ス温度挙動を示す。初めに、前述したように蒸発器２４
内の缶水を加熱することにより蒸発器２４の温度を上昇
させる。次に、パージエアの流量を調節して流し、蒸発
器２４と熱交換させパージエアの温度を上昇させ、これ
を下流の脱硝装置に流し触媒温度を上昇させる。

【００２４】パージが終了し、蒸発器管４２内の缶水４
４が高温に上昇した後、ガスタービンを点火することに
より、ガスタービンからの高温の排ガスは蒸発器２４を
通過後においてもガス温度の低下が小さく、比較的高温
状態にてその下流に設置される脱硝装置４１へ流れ、冷
缶起動初期の脱硝装置入口ガス温度を短時間に脱硝触媒
の活性温度（Ｔ_N）以上とすることが可能となる。ま
た、前述のように触媒も、前もってパージエアで温度を
高くしてあるため、排ガス中のＮＯｘも速やかに除去さ
れる。

【００２５】次に、本発明の第２の実施形態を図４に示
す。図４は蒸発器下部管寄４３内部の加熱管４５の代わ
りに電気ヒータ４８を設置し、電気ヒータ４８により蒸
発器下部管寄４３内部の缶水４４を加温するものであ
る。

【００２６】図５は本発明の第３の実施形態を示し、蒸
発器下部管寄４３の上流（下部管寄下方に位置する）に
ある供水管２３または降水管２２下部の保温４９の内部
に加熱管４５を巻き付け、加熱管４５に外部からの加熱
蒸気４６を導入することにより供水管２３又は降水管２
２下部の缶水４４を加温し、図２と同様に缶水の自然循
環を利用して蒸発器管４２内の缶水４４を加温するもの
である。

【００２７】図６は第４の実施形態を示し、図５の加熱
管４５の代わりに電気ヒータ４８を供水管２３又は降水
管２２下部の保温４９内部に巻き付け、内部の缶水を加
温するものである。いずれの実施形態においても、運用
については図２の実施形態と同じであり、ガスタービン
点火前に缶水を高温に上昇させるものである。

【００２８】図７は本発明の第５の実施形態を示し、下
降管２２の下部管内部に加熱管４５を設置することによ
り、少ない加熱管数で蒸発器管４２内の缶水４４を加熱
することができる。

【００２９】上記の実施形態は缶水の自然循環を利用し
ているため加熱に時間を要するが、図８の第６の実施形
態は蒸発器２４への給水配管１５から分岐する給水制御
弁３３を備えた給水ヒータ３４を設置するもので、一つ
の加熱器（ヒータ）にて全ての蒸発器に高温水を供給で
き、短時間での昇温に適する。ここで、蒸発器に送り込
まれる給水は補助蒸気管３６に設置される補助蒸気制御
弁３７にて給水ヒータ３４出口の給水温度を適温に制御
する。

【００３０】この際、蒸発器２４を高温に加熱していて
もガスタービン起動初期のパージ期間中は約５０°Ｃの
冷空気が流れるため、昇温された蒸発器を冷却すること
になりガスタービン点火後における脱硝装置入口ガス温
度の昇温スピードを落すことになり、脱硝装置入口ガス
温度が脱硝触媒の活性温度に到達する時間が長くなるこ
とになる。

【００３１】従って、蒸発器の缶水をより高温に予熱す
る必要があるが、大気圧下での給水系の加熱では蒸気が
発生し、発生蒸気の凝縮によるスチームハンマーの可能
性があり、系外から補助蒸気管３５を設置することによ
り加圧蒸気または窒素配管３９により高圧窒素を供給し
加圧下で予熱することにより蒸気発生なしに安全に高温
まで缶水を加熱することが可能となる。ここで、蒸発器
内部圧力を上昇させる手段として、過熱器３０の出口に
蒸気止め弁３１を設け、この止め弁を制御することによ
って圧力上昇を図ることができる。

【００３２】本発明の第７の実施形態としては、図８に
示すように、補助蒸気制御弁５１を介して補助蒸気をド
ラム２１に導入し、さらに、ドラムからの蒸気を過熱器
３０に流し、過熱器３０を加熱するようにしたものであ
る。空間の大きいドラムに補助蒸気を導入するため、ウ
ォータハンマを生じず、また、過熱器３０を加熱するた
め排ガス温度の低下は小さくなる。

【００３３】図９は本発明の第８の実施形態を示すもの
であって、節炭器１９への給水配管に給水ヒータ３４を
設け、これに補助蒸気制御弁３７で制御される補助蒸気
を流すことによって給水を加熱するようにしたものであ
る。この給水ヒータ３４で加熱された給水を節炭器１
９、ドラム２１および蒸発器２４，２７に供給すること
により、これらを前もって高温にしておくことができ、
冷缶起動初期において、脱硝装置入口ガス温度を触媒活
性温度以上とすることができる。

【００３４】本実施形態に係る排熱回収ボイラは以下の
ように起動する。初めに、水蒸気以外の他の気体（シー
ル用の窒素ガス等）を過熱器に封入しその加圧下のもと
で、蒸発器の缶水を間接加熱して蒸発器の温度を上昇さ
せる。次に、流量制御されたパージエアを流し、前記の
高温に加熱している蒸発器と熱交換させ、高温になった
パージエアで蒸発器の下流の脱硝装置を加熱する。

【００３５】ガスタービン等のエアパージが終了前後
に、前記過熱器に補助蒸気を制御しながら導入し、窒素
ガスを徐々に排出する。補助蒸気の凝縮加熱により、過
熱器は加熱されるが、過熱器管内には非凝縮性ガスであ
る窒素ガスが存在しているため、伝熱性能は限定的で低
温のパージエアによっても補助蒸気の急激な凝縮は生じ
ない。過熱器、蒸発器、脱硝装置の温度が上昇後にガス
タービンを点火起動する。

【００３６】以上説明したように、本発明の実施形態
は、次のような構成と機能並びに作用を有するものであ
る。

【００３７】冷缶起動時においては排熱回収ボイラの脱
硝装置上流側の蒸発器管内には常温の缶水が大量に貯水
されており、ガスタービンからの高温の排ガスが蒸発器
内部の缶水にて冷却されることを防ぐために、ガスター
ビン起動前に蒸発器の缶水を外部からの加熱蒸気を利用
したヒータにより高温に間接加熱する。これにより冷却
起動初期の脱硝装置入口ガス温度を短時間に脱硝触媒の
活性温度以上とすることが可能となる。

【００３８】このように、脱硝装置のガス上流側に設置
される蒸発器の缶水を高温に加熱することにより、冷缶
起動初期のガスは蒸発器の過度の熱吸収による温度低下
を防止でき、脱硝装置入口ガス温度が早期に昇温し、脱
硝触媒の活性温度以上にできるため、脱硝装置の起動開
始時間を早めることができる。従って、ガスタービン起
動初期から大気汚染防止を図ることが可能となる。

【００３９】また、缶水を間接加熱すると、蒸気吹き込
みのような直接加熱と異なり、缶水部分の急激な体積増
加及び減少がないため、ウォータハンマあるいは水循環
の不具合等が防止できる。

【００４０】また、補助蒸気及び他の気体を加圧用とし
て、ドラムの水面上部から加熱器出口までの缶水が存在
しない空間部に導入することにより圧力変動を小さく
し、水の沸点を上昇させ缶水温度を高くできる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、冷缶起動初期において
脱硝装置入口ガス温度を触媒活性温度以上とすることが
可能であり、起動初期において脱硝触媒が不活性による
高濃度ＮＯｘの排出をさけることが可能となり、また、
高濃度ＮＯｘ排出時間を短縮することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】排熱回収ボイラ、ガスタービン及び蒸気タービ
ンを有するコンバインドサイクルの基本的構成を示す図
である。

【図２】本発明の第１の実施形態を示す図である。

【図３】本発明の実施形態における冷缶起動時の脱硝装
置の入口ガス温度の挙動を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施形態を示す図である。

【図５】本発明の第３の実施形態を示す図である。

【図６】本発明の第４の実施形態を示す図である。

【図７】本発明の第５の実施形態を示す図である。

【図８】本発明の第６、第７の実施形態を示す図であ
る。

【図９】本発明の第８の実施形態を示す図である。

【図１０】排熱回収ボイラの従来構造を示す図である。

【図１１】排熱回収ボイラの従来構造における冷缶起動
時の脱硝装置の入口ガス温度の挙動を示す図である。

【符号の説明】

１ 発電機 ２ 圧縮機 ３ 燃焼器 ４ ガスタービン ５ 蒸気タービン ６ 排熱回収ボイラ ７ 出口ダクト ８ 煙突 ９ 空気 １０ 燃料 １１ ＧＴ出口ダクト １２ 復水器 １３ 復水ポンプ １４ クランドコンデンサ １５，１７，２０ 給水配管 １６ 給水ポンプ １８ レベル制御弁 １９ 節炭器 ２１ ドラムＶ ２２ 降水管 ２３，２６ 供水管 ２４，２７ 蒸発器 ２５，２８ 上昇管 ２９ 飽和蒸気管 ３０ 過熱器 ３１ 蒸気止め弁 ３２ 主蒸気管 ３３ 給水制御弁 ３４ 給水ヒータ ３５，３６ 補助蒸気管 ３７ 補助蒸気制御弁 ３８ 補助蒸気止め弁 ３９ 窒素配管 ４０ 窒素止め弁 ４１ 脱硝装置 ４２ 発電器管 ４３ 蒸発器下部管寄 ４４ 缶水 ４５ 過熱管 ４６ 加熱蒸気 ４７ ドレン ４８ 電気ヒータ ４９ 保温 ５０ 給水バルブ ５１ 補助蒸気制御弁

フロントページの続き (72)発明者 吉崎 弘師 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 稲垣 芳郎 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンからの高温排ガスを取り込
   んで蒸発器および脱硝装置を通過させる排熱回収ボイラ
   であって、 前記脱硝装置の排ガス上流側に前記蒸発器を設置し、 前記ガスタービンの起動点火前に、前記蒸発器内の缶水
   を間接加熱する手段を設けたことを特徴とする排熱回収
   ボイラ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の排熱回収ボイラにおい
   て、 前記蒸発器の管寄せ内の缶水を間接加熱する手段を設け
   ることによって、蒸発器缶水を加熱することを特徴とす
   る排熱回収ボイラ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の排熱回収ボイラにおい
   て、 ドラムから前記蒸発器に水循環する降水管下部の缶水お
   よびまたは前記降水管から前記蒸発器の管寄せに至る供
   水管の缶水を間接加熱する手段を設けることによって、
   蒸発器缶水を加熱することを特徴とする排熱回収ボイ
   ラ。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３に記載の排熱回収
   ボイラにおいて、 前記缶水の間接加熱手段は、加熱蒸気を通す管状ヒータ
   または電気ヒータを用いた加熱器であることを特徴とす
   る排熱回収ボイラ。
5. 【請求項５】 ガスタービンからの高温排ガスを取り込
   んで蒸発器および脱硝装置を通過させる排熱回収ボイラ
   であって、 前記脱硝装置の排ガス上流側に前記蒸発器を設置し、 ドラムから降水管および供水管を経由して前記蒸発管に
   至る水循環配管を設け、 補助蒸気によって間接加熱されて高温水とされる高温水
   給水配管を前記水循環配管に接続し、 前記ガスタービンの起動点火前に、前記蒸発器の缶水を
   加熱することを特徴とする排熱回収ボイラ。
6. 【請求項６】 ガスタービンからの高温排ガスを取り込
   んで蒸発器および脱硝装置を通過させる排熱回収ボイラ
   であって、 前記脱硝装置の排ガス上流側に前記蒸発器を設置すると
   ともにその下流側に節炭器を設置し、 ドラムから降水管および供水管を経由して前記蒸発管に
   至る水循環配管を設け、 前記節炭器への給水を補助蒸気によって間接加熱した給
   水を、前記節炭器、前記ドラム、前記降水管および前記
   供水管を通して前記蒸発管に供給し、 前記ガスタービンの起動点火前に、前記蒸発器の缶水を
   加熱することを特徴とする排熱回収ボイラ。
7. 【請求項７】 請求項１、５または６に記載の排熱回収
   ボイラにおいて、 前記脱硝装置の排ガス上流側に前記蒸発器および過熱器
   を設置し、 ドラムから降水管および供水管を経由して前記蒸発管に
   至る水循環配管を設けるとともに、前記ドラムから前記
   過熱器に至る飽和蒸気管を設け、 前記ドラムの水面の上部から過熱器出口までのいずれか
   に補助蒸気または他の気体を供給して前記蒸発器の内部
   圧力を上昇させ、 前記ガスタービンの起動点火前に、前記内部圧力の加圧
   下で前記蒸発器の缶水を加熱することを特徴とする排熱
   回収ボイラ。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の排熱回収ボイラにおい
   て、 前記過熱器の出口に蒸気止め弁を設け、前記蒸気止め弁
   を制御することにより前記内部圧力を上昇させることを
   特徴とする排熱回収ボイラ。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の排熱回収ボイラにおい
   て、 前記ドラムに制御弁を介して補助蒸気を導入し、当該蒸
   気を飽和蒸気管を通して前記過熱器に流し、 前記ガスタービンの起動点火前に前記過熱器を加熱する
   ようにしたことを特徴とする排熱回収ボイラ。