JP2011099655A - ボイラ - Google Patents

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Abstract

【課題】製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、脱硝装置の下流側に配置される電気集塵装置を運用することができ、脱硝装置の下流側に配置される空気予熱器、ダクト等の耐圧強度を高める必要がなく、製造コストの増加を抑制することができるようにすること。
【解決手段】火炉2と、節炭器3と、脱硝装置4と、空気予熱器5とを備え、火炉2に、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として投入することができるように構成されたボイラ1であって、脱硝装置4をバイパスするバイパスダクト11と、バイパスダクト11の途中に設けられて、バイパスダクト11内の流路を開閉するバイパスダンパ12と、混焼率が所定値よりも低い場合に、バイパスダンパ12を全閉とし、混焼率が所定値以上の場合に、バイパスダンパ12を全開とする制御器13とを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、火炉内で発生したボイラ排ガス中のNOxを除去する脱硝装置を備えたボイラに関するものである。
火炉内で発生したボイラ排ガス中のNOxを除去する脱硝装置を備えたボイラとしては、例えば、特許文献1に開示されたものが知られている。
特開2009−166013号公報
しかしながら、特許文献1に開示されたものを、例えば、製鉄所に設置して、製鉄所の生産過程において発生する副生ガス(高炉ガスや転炉ガス等)を混焼用の燃料としてボイラの火炉に投入した場合、火炉内で発生するボイラ排ガスは、混焼率が増加するにしたがって増加する。そのため、ボイラ排ガスを誘引(吸引)して煙突に送出(吐出)する誘引通風機の回転数(出力)を混焼率の増加とともに高めなければならず、その結果、誘引通風機の入口におけるドラフト圧が低下して、電気集塵装置の運用下限値を下回り、電気集塵装置が運用(運転)できなくなってしまうおそれがある。
また、誘引通風機の入口におけるドラフト圧の低下に耐え得るよう、脱硝装置の下流側に配置される空気予熱器、電気集塵装置、ダクト等の耐圧強度を高めなければならず、製造コストが嵩んでしまうといった問題点もあった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、脱硝装置の下流側に配置される電気集塵装置を運用することができ、脱硝装置の下流側に配置される空気予熱器、ダクト等の耐圧強度を高める必要がなく、製造コストの増加を抑制することができるボイラを提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るボイラは、火炉と、節炭器と、脱硝装置と、空気予熱器とを備え、前記火炉に、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として投入することができるように構成されたボイラであって、前記脱硝装置をバイパスするバイパスダクトと、前記バイパスダクトの途中に設けられて、前記バイパスダクト内の流路を開閉するバイパスダンパと、混焼率が所定値よりも低い場合に、前記バイパスダンパを全閉とし、混焼率が所定値以上の場合に、前記バイパスダンパを全開とする制御器とを備えている。
本発明に係るボイラによれば、混焼率が所定値よりも低い場合、すなわち、NOx濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクトを通らずに脱硝装置を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、NOx濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路(流路)抵抗の少ないバイパスダクトを通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器の下流側に位置する誘引通風機の入口におけるドラフト圧を所定値以上に保つことができ、空気予熱器の下流側に配置される電気集塵装置を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器、ダクト等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
本発明に係る火力発電プラントは、上記ボイラと、電気集塵装置と、誘引通風機と、蒸気タービンと、発電機と、煙突とを備えている。
本発明に係る火力発電プラントによれば、混焼率が所定値よりも低い場合、すなわち、NOx濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクトを通らずに脱硝装置を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、NOx濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路(流路)抵抗の少ないバイパスダクトを通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器の下流側に位置する誘引通風機の入口におけるドラフト圧を所定値以上に保つことができ、空気予熱器の下流側に配置される電気集塵装置を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器、電気集塵機、ダクト等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
本発明に係るボイラの運転方法は、火炉と、節炭器と、脱硝装置と、空気予熱器と、前記脱硝装置をバイパスするバイパスダクトと、このバイパスダクトの途中に設けられて、前記バイパスダクト内の流路を開閉するバイパスダンパとを備え、前記火炉に、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として投入することができるように構成されたボイラの運転方法であって、混焼率が所定値よりも低い場合に、前記バイパスダンパを全閉とし、混焼率が所定値以上の場合に、前記バイパスダンパを全開とするようにした。
本発明に係るボイラの運転方法によれば、混焼率が所定値よりも低い場合、すなわち、NOx濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクトを通らずに脱硝装置を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、NOx濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路(流路)抵抗の少ないバイパスダクトを通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器の下流側に位置する誘引通風機の入口におけるドラフト圧を所定値以上に保つことができ、空気予熱器の下流側に配置される電気集塵装置を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器、ダクト等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
本発明に係る火力発電プラントの運転方法は、火炉、節炭器、脱硝装置、空気予熱器、前記脱硝装置をバイパスするバイパスダクト、および前記バイパスダクトの途中に設けられて、前記バイパスダクト内の流路を開閉するバイパスダンパを備え、前記火炉に、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として投入することができるように構成されたボイラと、電気集塵装置と、誘引通風機と、蒸気タービンと、発電機と、煙突とを備えてなる火力発電プラントの運転方法であって、混焼率が所定値よりも低い場合に、前記バイパスダンパを全閉とし、混焼率が所定値以上の場合に、前記バイパスダンパを全開とするようにした。
本発明に係る火力発電プラントの運転方法によれば、混焼率が所定値よりも低い場合、すなわち、NOx濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクトを通らずに脱硝装置を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、NOx濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路(流路)抵抗の少ないバイパスダクトを通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器の下流側に位置する誘引通風機の入口におけるドラフト圧を所定値以上に保つことができ、空気予熱器の下流側に配置される電気集塵装置を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器、電気集塵機、ダクト等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
本発明に係るボイラによれば、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、脱硝装置の下流側に配置される電気集塵装置を運用することができ、脱硝装置の下流側に配置される空気予熱器、ダクト等の耐圧強度を高める必要がなく、製造コストの増加を抑制することができる。
本発明の一実施形態に係るボイラを具備した火力発電プラントの概略系統図である。 図1に示すバイパスダンパの開閉状態と、誘引通風機の入口におけるドラフト圧と、混焼率との関係を示す図表である。 図1に示すバイパスダンパの開閉状態と、NOx濃度と、混焼率との関係を示す図表である。
以下、本発明の一実施形態に係るボイラついて、図1を参照しながら説明する。図1は本実施形態に係るボイラを具備した火力発電プラントの概略系統図である。
図1に示すように、本実施形態に係るボイラ1は、火炉2と、節炭器(Economizer)3と、脱硝装置4と、空気予熱器(Air Pre-Heater)5とを備えている。また、本実施形態に係る火力発電プラント20は、ボイラ1と、電気集塵装置(Electrostatic Precipitator)6と、誘引通風機(Induced Draft Fan)7と、蒸気タービン(図示せず)と、発電機(図示せず)と、煙突8とを備えている。
脱硝装置4は、火炉2内で発生して節炭器3から送出された、NOxを含むボイラ排ガスにアンモニアを混合し、触媒層を通過させ、NOxを無害な窒素と水に分解する装置である。
なお、図1中の符号9,10はそれぞれ、排ガス中のNOx濃度を測定するNOx計である。
また、火炉2、節炭器3、空気予熱器5、電気集塵装置6、誘引通風機7、蒸気タービン、発電機、煙突8は、いずれも従来採用されているものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
さて、本実施形態に係るボイラ1においては、脱硝装置4をバイパスする(迂回する)バイパスダクト11が設けられており、バイパスダクト11の途中には、バイパスダクト11内の流路を開閉するバイパスダンパ12が設けられている。バイパスダンパ12は、制御器13により作動し、制御器13は、BFG(Blast Furnace Gas)混焼率(図2および図3参照)に基づいて作動する。
また、節炭器3から送出されたボイラ排ガスを脱硝装置4に導くダクト14の途中で、NOx計9よりも下流側、バイパスダクト11の上流端が接続された分岐点15よりも上流側には、節炭器3から送出されたボイラ排ガスの一部を火炉2に導くダクト16が設けられている。ダクト16の途中には、図示しないGMF(Gas Mixing Fan:ガス混合通風機)が設けられており、GMFから送出されたボイラ排ガスは、燃焼用空気とともに火炉2内に再投入される。
図2に示すように、制御器13は、火炉2が重油専焼(BFG混焼率0%)から重油とBFG(製鉄所の高炉において発生した燃料ガス(高炉ガス))との混焼に切り替えられて、BFG混焼率が高められ、誘引通風機7の入口におけるドラフト圧が、例えば、電気集塵装置6の運用下限値+0.5kPaになるまで(本実施形態ではBFG混焼率が32%になるまで)バイパスダンパ12を全閉とし、電気集塵装置6の運用下限値+0.5kPaになったらバイパスダンパ12を全開とする。
一方、制御器13は、火炉2が重油とBFGとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、BFG混焼率が低められ、誘引通風機7の入口におけるドラフト圧が、例えば、バイパスダンパ12を全閉としたときに、電気集塵装置6の運用下限値+0.8kPaを確保することができるまで(本実施形態ではBFG混焼率が29%になるまで)バイパスダンパ12を全開とし、バイパスダンパ12を全閉としたときに、電気集塵装置6の運用下限値+0.8kPaを確保することができるようになったらバイパスダンパ12を全開とする。
また、バイパスダンパ12が全閉とされている場合には、節炭器3から送出されて分岐点15に達したボイラ排ガスの全量が脱硝装置4を通ることになるため、図3に示すように、脱硝装置4を運用(運転)する。すなわち、脱硝装置4内にアンモニアを噴霧する。
一方、バイパスダンパ12が全開とされている場合には、BFG混焼率が高く、NOx濃度もさほど高くない(NOx濃度が規制値(例えば、130ppm)よりも約35ppm程度低くなる)ため、図3に示すように、脱硝装置4の運転を停止する。すなわち、脱硝装置4内へのアンモニアの噴霧を停止する。
ここで、BFG混焼率とは、火炉2に投入される燃料(重油およびBFG)のうち、BFGが占める割合のことであり、カロリベースに算出されたものである。また、BFGの1Nm当たりのカロリは約800kcalである。
本実施形態に係るボイラ1によれば、混焼率が所定値(例えば、重油専焼から重油とBFGとの混焼に切り替えられて、BFG混焼率が高められる場合にあっては32%、重油とBFGとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、BFG混焼率が低められる場合にあっては29%)よりも低い場合、すなわち、NOx濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクト11を通らずに脱硝装置4を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、NOx濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路(流路)抵抗の少ないバイパスダクト11を通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生するBFGを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器5の下流側に位置する誘引通風機7の入口におけるドラフト圧を所定値(例えば、電気集塵装置6の運用下限値+0.5kPa)以上に保つことができ、空気予熱器5の下流側に配置される電気集塵装置6を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器5、ダクト14等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
本実施形態に係る発明に係る火力発電プラント20によれば、混焼率が所定値(例えば、重油専焼から重油とBFGとの混焼に切り替えられて、BFG混焼率が高められる場合にあっては32%、重油とBFGとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、BFG混焼率が低められる場合にあっては29%)よりも低い場合、すなわち、NOx濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクト11を通らずに脱硝装置4を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、NOx濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路(流路)抵抗の少ないバイパスダクト11を通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生する副生ガス(例えば、BFG)を混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器5の下流側に位置する誘引通風機7の入口におけるドラフト圧を所定値(例えば、電気集塵装置6の運用下限値+0.5kPa)以上に保つことができ、空気予熱器5の下流側に配置される電気集塵装置6を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器5、電気集塵装置6、ダクト14等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
また、本実施形態に係る火力発電プラント20によれば、火炉2が重油とBFGとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、BFG混焼率が低められ、誘引通風機7の入口におけるドラフト圧が、例えば、バイパスダンパ12を全閉としたときに、電気集塵装置6の運用下限値+0.8kPaを確保できるように、すなわち、重油専焼から重油とBFGとの混焼に切り替えられて、BFG混焼率が高められ、バイパスダンパ12が全閉から全開に操作されるときの所定値(電気集塵装置6の運用下限値+0.5kPa)よりも高くなるように設定されている。
これにより、誘引通風機7の入口におけるドラフト圧が電気集塵装置6の運用下限値を下回ることを確実に防止することができ、プラント全体の安全性を向上させることができる。
さらに、本実施形態に係る火力発電プラント20によれば、バイパスダクト11が開放されることにより、ボイラ排ガスは管路(流路)抵抗の少ないバイパスダクト11を通って下流側に導かれることになる。
これにより、従来と同程度の出力を有する誘引通風機7を採用することができ、誘引通風機7の大型化を回避することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
本実施形態に係るボイラ1の運転方法によれば、混焼率が所定値(例えば、重油専焼から重油とBFGとの混焼に切り替えられて、BFG混焼率が高められる場合にあっては32%、重油とBFGとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、BFG混焼率が低められる場合にあっては29%)よりも低い場合、すなわち、NOx濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクト11を通らずに脱硝装置4を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、NOx濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路(流路)抵抗の少ないバイパスダクト11を通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生するBFGを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器5の下流側に位置する誘引通風機7の入口におけるドラフト圧を所定値(例えば、電気集塵装置6の運用下限値+0.5kPa)以上に保つことができ、空気予熱器5の下流側に配置される電気集塵装置6を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器5、ダクト14等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
本実施形態に係る火力発電プラント20の運転方法によれば、混焼率が所定値(例えば、重油専焼から重油とBFGとの混焼に切り替えられて、BFG混焼率が高められる場合にあっては32%、重油とBFGとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、BFG混焼率が低められる場合にあっては29%)よりも低い場合、すなわち、NOx濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクト11を通らずに脱硝装置4を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、NOx濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路(流路)抵抗の少ないバイパスダクト11を通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生する副生ガス(例えば、BFG)を混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器5の下流側に位置する誘引通風機7の入口におけるドラフト圧を所定値(例えば、電気集塵装置6の運用下限値+0.5kPa)以上に保つことができ、空気予熱器5の下流側に配置される電気集塵装置6を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器5、電気集塵装置6、ダクト14等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
また、本実施形態に係る火力発電プラント20の運転方法によれば、火炉2が重油とBFGとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、BFG混焼率が低められ、誘引通風機7の入口におけるドラフト圧が、例えば、バイパスダンパ12を全閉としたときに、電気集塵装置6の運用下限値+0.8kPaを確保できるように、すなわち、重油専焼から重油とBFGとの混焼に切り替えられて、BFG混焼率が高められ、バイパスダンパ12が全閉から全開に操作されるときの所定値(電気集塵装置6の運用下限値+0.5kPa)よりも高くなるように設定されている。
これにより、誘引通風機7の入口におけるドラフト圧が電気集塵装置6の運用下限値を下回ることを確実に防止することができ、プラント全体の安全性を向上させることができる。
さらに、本実施形態に係る火力発電プラント20の運転方法によれば、バイパスダクト11が開放されることにより、ボイラ排ガスは管路(流路)抵抗の少ないバイパスダクト11を通って下流側に導かれることになる。
これにより、従来と同程度の出力を有する誘引通風機7を採用することができ、誘引通風機7の大型化を回避することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
例えば、上述した実施形態では、重油とBFGとの混焼を一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、重油の代わりに石炭をガス化させた気体燃料や天然ガスあるいは石炭ガス(COG、コーク・オーブン・ガス)を用い、BFGの代わりにLDG(製鉄所の転炉において発生した転炉ガス(燃料ガス))を用いるようにすることもできる。なお、LDGの1Nm当たりのカロリは約2000kcalである。
また、脱硝装置4の上流側で、分岐点15の下流側に位置するダクト14の途中に、バイパスダンパ12が全開のとき、ダクト14内の流路を閉塞し、バイパスダンパ12が全閉のとき、ダクト14内の流路を開放するダンパ(図示せず)が設けられているとさらに好適である。
これにより、脱硝装置4の運転が停止されている場合には、ボイラ排ガスの脱硝装置4への流入が確実に防止され、ボイラ排ガス中に含まれる灰による触媒層の目詰まりを防止することができる。
さらに、バイパスダンパ12およびダクト14の途中に設けられたダンパは、全開または全閉のみで使用されるものではなく、適宜必要に応じて、全開と全閉との間に位置する中間位置で使用することもできる。
1 ボイラ
2 火炉
3 節炭器
4 脱硝装置
5 空気予熱器
6 電気集塵装置
7 誘引通風機
8 煙突
11 バイパスダクト
12 バイパスダンパ
13 制御器
20 火力発電プラント

Claims (4)

  1. 火炉と、節炭器と、脱硝装置と、空気予熱器とを備え、前記火炉に、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として投入することができるように構成されたボイラであって、
    前記脱硝装置をバイパスするバイパスダクトと、
    前記バイパスダクトの途中に設けられて、前記バイパスダクト内の流路を開閉するバイパスダンパと、
    混焼率が所定値よりも低い場合に、前記バイパスダンパを全閉とし、混焼率が所定値以上の場合に、前記バイパスダンパを全開とする制御器とを備えていることを特徴とするボイラ。
  2. 請求項1に記載のボイラと、電気集塵装置と、誘引通風機と、蒸気タービンと、発電機と、煙突とを備えていることを特徴とする火力発電プラント。
  3. 火炉と、節炭器と、脱硝装置と、空気予熱器と、前記脱硝装置をバイパスするバイパスダクトと、このバイパスダクトの途中に設けられて、前記バイパスダクト内の流路を開閉するバイパスダンパとを備え、前記火炉に、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として投入することができるように構成されたボイラの運転方法であって、
    混焼率が所定値よりも低い場合に、前記バイパスダンパを全閉とし、混焼率が所定値以上の場合に、前記バイパスダンパを全開とするようにしたことを特徴とするボイラの運転方法。
  4. 火炉、節炭器、脱硝装置、空気予熱器、前記脱硝装置をバイパスするバイパスダクト、および前記バイパスダクトの途中に設けられて、前記バイパスダクト内の流路を開閉するバイパスダンパを備え、前記火炉に、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として投入することができるように構成されたボイラと、電気集塵装置と、誘引通風機と、蒸気タービンと、発電機と、煙突とを備えてなる火力発電プラントの運転方法であって、
    混焼率が所定値よりも低い場合に、前記バイパスダンパを全閉とし、混焼率が所定値以上の場合に、前記バイパスダンパを全開とするようにしたことを特徴とする火力発電プラントの運転方法。
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