JP2005009792A

JP2005009792A - 排熱回収ボイラ

Info

Publication number: JP2005009792A
Application number: JP2003175682A
Authority: JP
Inventors: Etsuko Ito; 悦子伊藤; Kazuhiro Kurosawa; 一浩黒沢
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】排熱回収ボイラ３の排ガス通路の下流側で排ガス中に含まれる硫黄酸化物による低温腐食を抑制する排熱回収ボイラを提供することを目的とする。
【解決手段】節炭器６を脱気器９を加熱するための加熱源として用い、加熱媒体である第１脱気器加熱用温水１６の脱気器９への供給流量を排熱回収ボイラ３の排ガス通路を通過する排ガス成分に応じて制御することにより、脱気器９の温度を調節して、脱気器９から節炭器６への給水温度を調節し、排熱回収ボイラ３から排出される低温排ガス１０の温度を制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排熱回収ボイラに係り、特に複合発電プラントやガスタービンコジェネレーションプラントなどにおいて、排ガス中の硫黄酸化物あるいは水分あるいはその両方の割合が一定でない排熱回収ボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排熱回収ボイラの排ガス通路の下流側で排ガス中に含まれる硫黄酸化物による腐食を防止するために、特許文献１に記載のように、給水温度変更手段により、排ガスの温度が硫酸露点を下回らないようにして低温腐食を防止することが提案されている。さらに、特許文献１では、給水温度変更に起因して熱交換器の出口付近においてスチーミングが発生するのを防止するために、熱交換器の伝熱面積変更手段について述べられている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２５９２０６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、伝熱面積変更手段を用いてスチーミング防止を計っているが、伝熱面積変更手段を用いた場合は、熱交換器の一部に排ガスは通過するが給水は通過しない個所もしくは滞留する個所が発生したり、伝面の一部が活用されないで運転されることになる。
【０００５】
本発明は、伝熱面積変更手段を用いることなく、排熱回収ボイラの排ガス通路の下流側で排ガス中に含まれる硫黄酸化物による低温腐食を抑制する排熱回収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】
上記課題を解決するために、本発明は、節炭器等を脱気器を加熱するための加熱源として用い、節炭器出口水等の加熱媒体の脱気器への供給流量を排熱回収ボイラの排ガス通路を通過する排ガス成分に応じて制御することにより、脱気器の温度を調節して、脱気器から節炭器への給水温度を調整し、排熱回収ボイラから排出される低温排ガスの温度を制御するようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【０００８】
図１は本発明の一実施例を示した概略系統図であり、排ガス発生装置１で発生した６５０℃から４００℃の高温排ガス２は排熱回収ボイラ３に導入され、過熱器４，蒸発器５，節炭器６，脱気器加熱器７で水あるいは蒸気と熱交換したのち、２００℃から９０℃の低温排ガス１０として大気へ放出される。蒸気使用先１２で使用された復水と補給水からなるボイラ給水１３（９０℃から３０℃）は、まず脱気器９へ給水される。脱気器９では給水中の溶存酸素量を蒸気使用先や排熱回収ボイラの要求値に低減するため脱気を行う。この脱気器９は器内圧力を任意に設定でき、これにより器内の飽和温度が決定できるようになっている。また、脱気器９において、低温排ガス１０の温度を制御するために脱気器加熱器７または第１脱気器加熱用温水１６あるいは両方で例えば１３０℃から１０５℃に加熱するように制御装置２６で制御することが可能となっている。脱気器９にて制御装置２６の制御により例えば１３０℃から１０５℃に加熱された給水は、ボイラ給水ポンプ１５によって節炭器６へ送られて例えば２００℃に加熱されたのち、ドラム８へ給水されて蒸発器５にて蒸気となる。ドラム８を出た蒸気は過熱器４にて過熱されたのち蒸気使用先１２へ供給される。なお、蒸気使用先１２の要求によっては、過熱器４は設置せずに飽和蒸気を供給する場合もある。ここで、主たる脱気器加熱源は節炭器６であり、加熱媒体は節炭器出口水である第１脱気器加熱用温水１６である。
【０００９】
上記のシステムにおいては、排ガス発生装置１が天然ガス等の硫黄分が含まれないかあるいは極めて少ない燃料で運転している際には低温排ガス１０の硫黄酸化物が少ないので、脱気器９の器内圧力を低く設定し、器内飽和温度を低くしておく。例えば、脱気器９の温度を脱気器加熱器７のみで１０５℃まで加熱するように制御装置２６で制御する。先の燃料に比べて硫黄分が多い燃料で運転する際は低温排ガス１０の硫黄酸化物が多いので脱気器９の器内圧力を高く設定し、器内の飽和温度を高くしておく。例えば、脱気器９の温度を第１脱気器加熱用温水調節弁１７を開して２００℃の第１脱気器加熱用温水１６を脱気器９に供給することにより１３０℃まで加熱するように制御装置２６で制御する。これにより脱気器９の温度を高くすることが可能となる。
【００１０】
これらは、排熱回収ボイラ３の出口付近に硫黄酸化物測定用センサ３２を設けている場合は該センサの測定により行うか後述の燃焼計算に基づいて行う。
【００１１】
これに伴い、節炭器６への給水温度が上昇することにより、節炭器出口の水温が上昇し、一部が蒸気となるスチーミングが生じる場合があるが、脱気器９を加熱するための第１脱気器加熱用温水１６を加熱するために節炭器６に通水させていることにより、節炭器６の通過水量が第１脱気器加熱用温水１６を通水していない場合より増加し、節炭器出口水温の上昇を防止することが可能となり、スチーミング防止の効果を奏している。
【００１２】
また、脱気器９の温度を上昇する際、脱気器９の器内圧力も上昇する。これに伴ない、節炭器６を通る水の圧力が上昇するため、スチーミング防止効果がある。
【００１３】
このように本実施例においては、節炭器６のすべての伝面を使用した運転でスチーミング防止を可能にしているので、熱交換器の一部に排ガスは通過するが給水は通過しない個所もしくは滞留する個所が発生することはなく、経済的な運転を可能にしている。
【００１４】
また、節炭器６への給水は、脱気器９で必要温度に加熱された上で行うので、安定した給水温度で給水でき、従来の給水温度変更手段では給水温度を高くする際、高温水送水中に発生する蒸気を放出する手段や給水配管で温度差の大きな高温水とボイラ給水を混合することにより生じるハンマリングを防止する手段が必要であったが、本実施例では不要であり、脱気器を利用することにより、節炭器への給水温度を簡単な構成で調節できるという効果を奏している。
【００１５】
本実施例によれば、脱気器９の飽和温度を低温排ガス１０の硫黄酸化物によって変化（硫黄酸化物が多いときは飽和温度を高く、硫黄酸化物が少ない時は飽和温度を低く）させることにより、排熱回収ボイラ３での熱回収量を変化（硫黄酸化物が多い時は熱回収量を少なく、硫黄酸化物が少ない時は熱回収量を多く）させることができる。これにより、制御装置２６にて脱気器９の温度を変化させることと併わせて、低温排ガス１０の温度を排ガス成分別に決まる硫酸露点以上に制御することがより容易となる。
【００１６】
さらに、脱気器９はボイラ給水１３から給水し、器内で蒸気（図示せず）を噴射して脱気を行っている。本実施例においては、脱気器加熱器７や第１脱気器加熱用温水１６も一部が蒸気となって脱気器９に流入してくるので、この蒸気を脱気に用い回収した熱の利用を向上させることが可能になっている。このように、脱気器９を用いて排熱回収ボイラ３から排出される低温排ガスの温度を低温腐食が発生しない温度にすみやかに制御できるので、燃料切替への迅速な対応が可能となり、成分の異なる２種類以上の燃料を切替えて用いる排熱回収ボイラの運転に適している。
【００１７】
図２〜図５は、本発明の他の実施例を示したもので排熱回収ボイラ３の下流側のみを示した概略系統図である。
【００１８】
図２は、図１の実施例において、第１脱気器加熱用温水調節弁１７を開して第１脱気器加熱用温水１６を脱気器９に供給するかわりに、脱気器９内の給水を加熱するために導入する水、すなわち、第２脱気器加熱用温水１８を節炭器６の中間（中間ヘッダー）から分岐して、第２脱気器加熱用温水調節弁１９を開して脱気器９に供給するようにしたものである。
【００１９】
図３は、図１の実施例において、第１脱気器加熱用温水調節弁１７を開して第１脱気器加熱用温水１６を脱気器９に供給するかわりに、脱気器９内の給水を加熱するために導入する蒸気、すなわち、脱気器加熱用蒸気２０を脱気器加熱用蒸気調節弁２１を開して脱気器９に供給するようにしたものである。ここで、脱気器加熱源は蒸発器５であり、加熱媒体は脱気器加熱用蒸気２０である。
【００２０】
図４は、図１の実施例において、第１脱気器加熱用温水調節弁１７を開して第１脱気器加熱用温水１６を脱気器９に供給するかわりに、脱気器９内の給水を加熱するために、図３の実施例で説明した脱気器加熱用蒸気２０と第１脱気器加熱用温水１６の組合せで脱気器９に供給するようにしたものである。また、図示はないが、本実施例は図２と図３の組合せ、すなわち、脱気器加熱用蒸気２０と第２脱気器加熱用温水１８の組合せで脱気器９に供給するようにしても良い。
【００２１】
図５は、図４の実施例で、脱気器加熱器７を設置せず、第１脱気器加熱用温水１６または脱気器加熱用蒸気２０あるいは両方で脱気器９内の給水を加熱する。また、図示はないが、本実施例は、第２脱気器加熱用温水１８と脱気器加熱用蒸気２０の組合せで脱気器９に供給するようにしても良い。
【００２２】
いうまでもないが、図２〜図５の実施例においても図１の実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００２３】
また、排ガスの硫酸露点を決定する排ガス成分には硫黄酸化物と水分がある。図９に示すように、排ガス中の硫黄酸化物の変化が少ない場合においても、排ガス中に含まれる水分の割合によって硫酸露点が変化するため、水分測定用センサ３３を設けている場合は該センサの測定により低温排ガス１０の温度を水分も考慮して決めることにより、より正確に硫酸露点を求めることが可能となる。さらには、排ガス発生装置１で使用する空気の流量や湿度、燃料の流量や組成，作動流体（空気）中に混合する水あるいは蒸気の流量などが事前に判っている場合においては、公知の燃焼計算によって排ガスの硫黄酸化物及び水分を計算で求めることができ、計算結果から硫酸露点を求めることにより、排ガスの成分を硫黄酸化物測定用センサ３２や水分測定用センサ３３で測定して分析せずとも硫酸露点の把握が可能である。この計算結果を用いることで排ガス成分の測定が省略可能となるとともに、燃料の組成や水または蒸気の量の急な変化に対しての応答を早くすることが可能である。これにより、投入する燃料の硫黄分と水分または蒸気量をもとに脱気器の圧力、しいては脱気器の温度を調節できるので、燃料切替への迅速な対応が可能となると共に、排ガスの成分測定を省略できるので設備費低減も可能となる。
【００２４】
図６は本発明の一実施例を示した排熱回収ボイラ３の下流側のみを示した概略系統図である。
【００２５】
上記のシステムにおいては、排ガス発生装置１が天然ガス等の硫黄酸化物が含まれないかあるいは極めて少ない燃料で運転している場合、及び先の燃料に比べて硫黄酸化物が多い燃料で運転する場合共、先の実施例で説明した方法により、脱気器９の温度を硫黄酸化物が少ない燃料を使用している場合に比べて高くすることが可能となる。これに伴い、節炭器６への給水温度が上昇することにより節炭器出口の水温が上昇し、一部が蒸気となるスチーミングが生じる場合があるが、通常は図１の実施例で説明したように節炭器６で第１脱気器加熱用温水１６の加熱を行っていることにより、スチーミングの防止が可能となっている。なお、設計強度や圧力損失の観点から通過水量を制限したり、ドラム８からの蒸気を用いて脱気器加熱を行う場合においては、上記スチーミング防止の効果を得ることができない場合がある。この場合、制御装置２６で節炭器６の出口に設置した節炭器出口水温計測器２２にて計測した温度をもとに、節炭器６の中間に設置した節炭器出口水温調節減温器２３への減温水量を節炭器出口水温調節減温器減温水調節弁２４にて制御することにより、節炭器６を通過する水量を大幅に増加させることなく、スチーミングを防止することが可能となる。
【００２６】
本実施例によれば、節炭器６の全ての伝面を活用して節炭器出口でのスチーミング防止が可能となり、節炭器入口給水温度を高くすることができ、これにより、低温腐食を抑制できるとともに、排ガス成分ごとに熱の利用を向上する効果がある。
【００２７】
図７は本発明の一実施例を示した排熱回収ボイラ３の下流側のみを示した概略系統図であり、排熱回収ボイラ３の排ガス通路の最下流に給水加熱器２７を設置し、蒸気使用先１２（図示せず）から給水された比較的低温のボイラ給水１３を通水することで、更なる熱利用率の向上を図ったものである。
【００２８】
上記のシステムにおいては、図８に示すような流量調節の制御が行われる。具体的には、硫黄酸化物が含まれない排ガスで運転している時には、ボイラ給水１３（３０℃）は給水加熱器２７の入口で給水加熱器入口水加温用水流量調節弁２９によって流量制御された脱気器出口水で排ガスの露点を上回る温度（５０℃）まで加温し、さらに給水加熱器２７にて９０℃に加熱し、脱気器水位調節弁３０を通して脱気器９へ供給される。一方、排ガス中の硫黄酸化物が多い場合は、給水加熱器入口水加温用水流量調節弁２９の弁開度を大きくして給水加熱器２７の入口給水温度を排ガスの硫酸露点以上となるよう制御する。給水加熱器入口水加温用水流量調節弁２９の弁開度が全開となり、給水加熱器入口水温の調整が困難となった場合には、給水加熱器バイパス弁３１を開してボイラ給水１３の一部を直接脱気器９へ供給して給水加熱器２７へのボイラ給水流量を少なくすることにより、給水加熱器２７の入口温度を硫酸露点以上に制御する。
【００２９】
なお、給水加熱器入口水を加温するため加温媒体は、脱気器９の出口水，節炭器６の出口水，節炭器６の中間ヘッダーから分岐した水，ドラム８の出口蒸気のいずれか、またはそれぞれでも同様の効果を得ることが可能である（図示せず）。
【００３０】
本実施例によれば、給水加熱器を設置することにより硫黄酸化物が含まれない排ガスで運転している場合には更なる熱利用率の向上が図れ、かつ硫黄酸化物が多い排ガスを使用した場合においても低温腐食の発生を抑制しながら運転を継続することが可能となり、排ガス成分ごとに熱の利用を向上する効果がある。
【００３１】
また、上記は排ガス中の硫黄酸化物をもとに脱気器９の温度を変化させているが、排ガス中の水分もまた硫酸露点への影響があるので、排ガス中の水分、あるいは排ガス中の硫黄酸化物と水分をもとに脱気器９の温度を変化させてもよい。
本実施例によれば、排ガス中の水分も考慮した脱気器９の目標温度を設定することが可能となり、制御装置２６にて制御することが可能となるので、例えば水噴射を行うガスタービンのように排ガス中の水分量が多い場合、あるいは成分の異なる２種類以上の高温燃焼排ガスを切替えて運転するために、排ガス成分の変動が多い場合においても、正確な硫酸露点の算出につながり、低温腐食を抑制しながら熱の利用を向上する効果がある。
【００３２】
さらには、排ガス中の成分をもとに脱気器９の温度を変化させず、制御装置２６により排ガス発生装置１へ投入する燃料中の硫黄分と水または蒸気量をもとに脱気器９の温度を変化させてもよい。
【００３３】
本実施例によれば、排ガスの成分を測定しなくても脱気器９の目標温度を設定することが可能となり、制御装置２６にて制御することが可能となり、設備費低減と燃料切替への迅速な対応が可能となる。
【００３４】
以上、本発明の排熱回収ボイラの実施例について説明してきたが、既存の排熱回収ボイラにおいて、脱気器に節炭器出口，節炭器中間ヘッダー又は蒸発器出口の何れか少なくとも１つを配管で接続し、この配管を通じて節炭器出口水，節炭器中間ヘッダーから分岐した水又は蒸発器出口蒸気を脱気器に供給するように制御すれば、図１〜図７の実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の排熱回収ボイラによれば、排熱回収ボイラの排ガス通路の下流側で排ガス中に含まれる硫黄酸化物による低温腐食を抑制して排ガス成分ごとに熱の利用を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示した概略系統図である。
【図２】本発明の一実施例を示した排熱回収ボイラの下流側のみを示した概略系統図である。
【図３】本発明の一実施例を示した排熱回収ボイラの下流側のみを示した概略系統図である。
【図４】本発明の一実施例を示した排熱回収ボイラの下流側のみを示した概略系統図である。
【図５】本発明の一実施例を示した排熱回収ボイラの下流側のみを示した概略系統図である。
【図６】本発明の一実施例を示した排熱回収ボイラの下流側のみを示した概略系統図である。
【図７】本発明の一実施例を示した排熱回収ボイラの下流側のみを示した概略系統図である。
【図８】図７に示した本発明の一実施例における流量調節の方法を示した図である。
【図９】排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ_３）および水分と硫酸露点の関係を示した図である。
【符号の説明】
１…排ガス発生装置、２…高温排ガス、３…排熱回収ボイラ、４…蒸気過熱器、５…蒸発器、６…節炭器、７…脱気器加熱器、８…ドラム、９…脱気器、１０…低温排ガス、１１…主蒸気、１２…蒸気使用先、１３…ボイラ給水、１４…脱気器循環ポンプ、１５…ボイラ給水ポンプ、１６…第１脱気器加熱用温水、１７…第１脱気器加熱用温水調節弁、１８…第２脱気器加熱用温水、１９…第２脱気器加熱用温水調節弁、２０…脱気器加熱用蒸気、２１…脱気器加熱用蒸気調節弁、２２…節炭器出口水温計測器、２３…節炭器出口水温調節減温器、２４…節炭器出口水温調節減温器減温水調節弁、２５…排熱回収ボイラ出口排ガス温度計測器、２６…制御装置、２７…給水加熱器、２８…給水加熱器入口水温計測器、
２９…給水加熱器入口水加温用水流量調節弁、３０…脱気器水位調節弁、３１…給水加熱器バイパス弁、３２…硫黄酸化物測定用センサ、３３…水分測定用センサ。

Claims

排熱回収ボイラにおいて、脱気器と、前記脱気器に配管により結合され、該脱気器から給水される節炭器と、前記脱気器に配管により結合され、該脱気器を加熱する脱気器加熱源と、前記排熱回収ボイラの排ガス通路を通過する排ガスの成分に応じて前記脱気器加熱源からの加熱媒体の流量を制御することにより、前記脱気器の温度を調節する手段を有することを特徴とする排熱回収ボイラ。
前記脱気器加熱源が前記節炭器であり、節炭器出口水を前記脱気器の加熱媒体としたことを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。
前記脱気器加熱源が前記節炭器であり、節炭器中間ヘッダーから分岐した水を前記脱気器の加熱媒体としたことを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。
前記脱気器加熱源が前記排熱回収ボイラの蒸発器であり、蒸発器出口蒸気を前記脱気器の加熱媒体としたことを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。
前記脱気器加熱源が前記節炭器及び前記排熱回収ボイラの蒸発器であり、節炭器出口水，節炭器中間ヘッダーから分岐した水，蒸発器出口蒸気のいずれか、またはそれぞれを前記加熱媒体とし、前記脱気器に供給することを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。
前記排ガスの成分のうち硫黄酸化物と水分の両方またはいずれかを測定し、測定結果をもとに前記脱気器の温度を調整することを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。
前記脱気器の温度の調整は、前記排熱回収ボイラに供給される排ガスの発生源である高温燃焼排ガス発生装置へ投入される燃焼用空気の流量と湿度，燃料流量とその成分、および前記燃焼用空気に混合される水あるいは蒸気の量をもとに排ガス中の硫黄酸化物と水分の量を計算し、計算結果から硫酸露点を求め、該硫酸露点に基づき行うことを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。
前記節炭器中間に節炭器出口水温調節減温器を設け、節炭器入口温度が所定値より高くなった場合あるいは節炭器入口給水流量が所定値より少なくなった場合に、節炭器入口水を前記節炭器出口水温調節減温器に導入することを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。
前記排熱回収ボイラの最下流側に設けられ、前記脱気器へ給水する給水加熱器と、ボイラ給水を前記給水加熱器の手前でバイパスして前記脱気器へ供給する配管と、前記脱気器の出口水，前記排熱回収ボイラの節炭器の出口水，該節炭器の中間ヘッダーから分岐した水，前記排熱回収ボイラの蒸発器の出口蒸気のいずれか、またはそれぞれからなる水または蒸気を前記給水加熱器の入口へ供給する配管を備えることを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。
排熱回収ボイラから排出される低温排ガスの温度制御装置であって、前記排熱回収ボイラへの給水を脱気する脱気器と、前記排熱回収ボイラの節炭器出口，節炭器中間ヘッダー又は蒸発器出口の何れか少なくとも１つとを接続する配管と、該配管を介して前記節炭器出口，節炭器中間ヘッダー又は蒸発器出口から前記脱気器へ供給する加熱媒体の流量を、前記排熱回収ボイラの排ガス通路を通過する排ガスの成分に応じて制御する手段とを有することを特徴とする低温排ガスの温度制御装置。
前記脱気器へ給水する給水加熱器の手前でバイパスしてボイラ給水を前記脱気器へ供給する配管と前記脱気器の出口水，前記排熱回収ボイラの節炭器の出口水，該節炭器の中間ヘッダーから分岐した水，前記排熱回収ボイラの蒸発器の出口蒸気のいずれか、またはそれぞれからなる水または蒸気を前記給水加熱器の入口へ供給する配管を備え、該配管を介して前記給水加熱器へ供給する前記水または蒸気の流量を、前記排熱回収ボイラの排ガス通路を通過する排ガスの成分に応じて制御する手段を有することを特徴とする請求項１０記載の低温排ガスの温度制御装置。