JP2013011373A

JP2013011373A - ボイラの排ガス温度制御方法及びボイラ

Info

Publication number: JP2013011373A
Application number: JP2011143133A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Kikuchi; 俊介菊地
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2013-01-17

Abstract

【課題】脱硝装置の入口排ガス温度を適切な温度に維持可能としつつ、ボイラ設備のコンパクト化及び排ガス温度制御コストの低減化を実現し得るボイラの排ガス温度制御方法及びボイラを提供する。
【解決手段】火炉２と、火炉２で生じる排ガスＧとの間で熱交換を行う後部伝熱部と、後部伝熱部の排ガス流れ下流側に配置される排煙脱硝装置１６を備え、後部伝熱部が再熱器側伝熱部ＲＨと節炭器４，１０を有する過熱器側伝熱部ＳＨとに仕切られて成り、且つ、伝熱部ＳＨ，ＲＨには流量調節ダンパ１４，１５がそれぞれ配置され、節炭器４，１０を迂回する流量調節ダンパ２１を有するＥＣＯバイパス２０が設置され、負荷が４０％を下回る低負荷領域では、排煙脱硝装置１６の入口排ガス温度に合わせてＥＣＯバイパス２０の流量調節ダンパ２１の開度を大きくする開度指令を出力しつつ、両伝熱部ＳＨ，ＲＨの各流量調節ダンパ１４，１５の開度を各々小さくする開度指令を出力する制御部２２を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、火炉で生じる排ガスとの間で熱交換を行う後部伝熱部が過熱器側と再熱器側とに区分けされた、いわゆるパラレルパスタイプのボイラにおける排ガス温度を制御するのに好適なボイラの排ガス温度制御方法及びボイラに関するものである。

従来、上記したパラレルパスタイプのボイラとしては、例えば、特許文献１に開示された石炭焚きボイラがある。
この石炭焚きボイラにおいて、火炉の下流側の流路に位置して排ガスとの間で熱交換を行う後部伝熱部は、隔壁によって過熱器側伝熱部と再熱器側伝熱部とに分けられており、過熱器側伝熱部及び再熱器側伝熱部を流れる排ガスは、双方の各排ガス出口に配置されたダンパによって、適切に分配されるようになっている。

この石炭焚きボイラでは、後部伝熱部のさらに下流側に配置した脱硝装置で排ガス中に含まれる窒素化合物を除去するようになっているが、脱硝反応を効率よく起こさせるためには、脱硝装置入口の排ガス温度を所定の温度以上に維持する必要がある。

そこで、このような石炭焚きボイラには、過熱器側伝熱部の節炭器を迂回するＥＣＯバイパスを設けることで、ボイラ低負荷域において脱硝装置の入口排ガス温度を上げ得る排ガス温度制御方法が採用され、この排ガス温度制御方法では、ＥＣＯバイパスにガス流量調節ダンパを設けると共に、過熱器側伝熱部及び再熱器側伝熱部の合流部分に同じくガス流量調節ダンパを設けて、排ガスのバイパス量を調整するようになっている。

特開平9-229301号公報

ところが、上記した従来における石炭焚きボイラにおいて、過熱器側伝熱部及び再熱器側伝熱部の合流部分はガス通過断面積が広い流路であるため、この合流部分に設置される排ガス温度制御用のガス流量調節ダンパには必然的に大型のものを用いなければならず、加えて、大型のガス流量調節ダンパを用いる都合上、レイアウトが複雑になってしまうという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、脱硝装置の入口排ガス温度を適切な温度に維持することができるのは勿論のこと、ボイラ設備のコンパクト化及び排ガス温度制御コストの低減化を実現することが可能であるボイラの排ガス温度制御方法及びボイラを提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、火炉で生じる排ガスとの間で熱交換を行う後部伝熱部が再熱器側伝熱部と節炭器を有する過熱器側伝熱部とに分かれて成り、且つ、これらの伝熱部の各排ガス出口側には流量調節ダンパがそれぞれ配置され、前記過熱器側伝熱部の節炭器を迂回して前記火炉からの排ガスを該過熱器側伝熱部の排ガス流れ下流側に配置される排煙脱硝装置の入口側に短絡的に供給するＥＣＯバイパスが設置されたボイラの排ガス温度制御方法であって、前記ボイラの負荷が低負荷の領域では、すなわち、通常ボイラの負荷が４０％を下回る低負荷領域では、この低負荷領域における排煙脱硝装置入口排ガス温度に合わせて前記ＥＣＯバイパスに配置した流量調節ダンパの開度を大きくすると共に、前記過熱器側伝熱部及び再熱器側伝熱部の各流量調節ダンパの開度をそれぞれ小さくして、前記排煙脱硝装置の入口側における排ガス温度を調節する構成としたことを特徴としており、このボイラの排ガス温度制御方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

一方、本発明の請求項２に係る発明は、火炉と、この火炉で生じる排ガスとの間で熱交換を行う後部伝熱部と、前記後部伝熱部の排ガス流れ下流側に配置される排煙脱硝装置を備え、前記後部伝熱部が再熱器側伝熱部と節炭器を有する過熱器側伝熱部とに分けられて成り、且つ、これらの伝熱部の各排ガス出口側には流量調節ダンパがそれぞれ配置され、前記過熱器側伝熱部の節炭器を迂回して前記火炉からの排ガスを前記排煙脱硝装置の入口側に短絡的に供給する流量調節ダンパを有するＥＣＯバイパスが設置されたボイラにおいて、前記ボイラの負荷が４０％を下回る低負荷領域では、この低負荷領域における排煙脱硝装置入口排ガス温度に合わせて前記ＥＣＯバイパスの前記流量調節ダンパの開度を大きくする開度指令を該ＥＣＯバイパスの流量調節ダンパに出力すると共に、前記過熱器側伝熱部及び再熱器側伝熱部の各流量調節ダンパの開度をそれぞれ小さくする開度指令を両伝熱部の各流量調節ダンパに出力して、前記排煙脱硝装置の入口側における排ガス温度を調節する制御部を備えた構成としたことを特徴としており、このボイラの構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明に係るボイラの排ガス温度制御方法及びボイラでは、ボイラの負荷が４０％を下回る低負荷領域において、この低負荷領域における排煙脱硝装置入口排ガス温度に応じてＥＣＯバイパスにおける流量調節ダンパの開度を大きくする一方で、同じく排煙脱硝装置入口排ガス温度に応じて過熱器側伝熱部及び再熱器側伝熱部における各流量調節ダンパの開度をそれぞれ小さくすることで、排煙脱硝装置の入口側における排ガス温度を調節するようにしているので、従来必要としていた過熱器側伝熱部及び再熱器側伝熱部の合流部分における大型のガス流量調節ダンパが不要なものとなり、その結果、ボイラ設備のコンパクト化及び排ガス温度制御コストの低減化が図られることとなる。

本発明に係るボイラの排ガス温度制御方法では、上記した構成としているので、脱硝装置の入口排ガス温度を適切な温度に維持することができるのは言うまでもなく、ボイラ設備のコンパクト化及び排ガス温度制御コストの低減化を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明に係るボイラの一実施形態を示す概要構成説明図である。図１におけるボイラの負荷に対する過熱器側流量調節ダンパ及び再熱器側流量調節ダンパの各開度を示すグラフ（ａ）及びボイラの負荷に対するＥＣＯバイパスの流量調節ダンパの開度を示すグラフ（ｂ）である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明に係るボイラの排ガス温度制御方法及びボイラの一実施形態を示しており、この実施形態では、本発明に係るボイラの排ガス温度制御方法を石炭焚きのタワーボイラに適用した場合を例に挙げて説明する。

図１に示すように、このタワーボイラ１は、火炉２と、この火炉２内に燃料を噴射して燃焼させるバーナ３と、このバーナ３から火炉２内に燃料を噴射して燃焼させることで生じる排ガスＧとの間で熱交換を行う後部伝熱部と、この後部伝熱部の排ガス流れ下流側に配置される排煙脱硝装置１６を備えており、この後部伝熱部は、節炭器４、過熱器５〜７、再熱器８，９及び主節炭器１０とから主として成っている。

このタワーボイラ１において、火炉２で生じた排ガスＧが流れる流路は火炉２の上方に連続しており、後部伝熱部はこの火炉２の下流側にあたる上方流路１１及びこの下流側に続く狭隘流路１２に配置される。

この場合、上方流路１１の火炉２に近い部位には、過熱器６，７及び再熱器９が配置されている。一方、上方流路１１の火炉２から離れた部位は隔壁１３によって二つの区域に仕切られていて、図示右側の区域を過熱器５及び節炭器４が配置される過熱器側伝熱部ＳＨとしていると共に、図示左側を再熱器８が配置される再熱器側伝熱部ＲＨとしており、主節炭器１０のみ狭隘流路１２に配置されている。

管群から構成される節炭器４，１０や過熱器５，６，７や再熱器８，９は、管寄を介して互いに図示しない連絡管で接続されており、水（蒸気）が流れる火炉２の伝熱面（炉壁管を上下方向に多数配した火炉壁）、節炭器４，１０、過熱器５，６，７及び再熱器８，９において排ガスＧと熱交換を行うようになっている。

また、このタワーボイラ１において、過熱器側伝熱部ＳＨ及び再熱器側伝熱部ＲＨの各排ガス出口側には、流量調節ダンパ１４，１５がそれぞれ配置され、過熱器側伝熱部ＳＨの節炭器４の上流側と狭隘流路１２における主節炭器１０の下流側との間には、節炭器４，１０を迂回して火炉２からの排ガスＧを排煙脱硝装置１６の入口側に短絡的に供給する流量調節ダンパ２１を有するＥＣＯバイパス２０が設置されていて、排煙脱硝装置１６の入口にはガス温度計１７が設置されている。

さらに、このタワーボイラ１は、排煙脱硝装置１６に流入する排ガス温度を脱硝反応に適した温度にするべく、流量調節ダンパ１４，１５，２１の各開度をコントロールする制御部２２を備えている。

この制御部２２には、排煙脱硝装置１６の入口に位置するガス温度計１７から排煙脱硝装置１６に流入する排ガスの温度が入力されるようになっている。そして、この制御部２２では、図２に示すように、タワーボイラ１の負荷が４０％を下回る低負荷領域において、この際ガス温度計１７から得られる排ガス温度に合わせて、ＥＣＯバイパス２０の流量調節ダンパ２１に開度指令を出力してその開度を大きくすると共に、過熱器側伝熱部ＳＨ及び再熱器側伝熱部ＲＨの各流量調節ダンパ１４，１５に開度指令を出力して開度をそれぞれ小さくすることで、排煙脱硝装置１６の入口側での排ガス温度を脱硝反応に適した温度にするようにしている。

このタワーボイラ１では、通常の運転負荷領域において、排ガスＧを火炉２に連続する上方流路１０内の後部伝熱部、すなわち、過熱器６，７及び再熱器９へ順次流すのに続いて、上方流路１０内で分けられた過熱器側伝熱部ＳＨ及び再熱器側伝熱部ＲＨに分岐させて流してそれぞれ熱交換させると共に、狭隘流路１２内の後部伝熱部を構成する主節炭器１０へ排ガスＧを流して熱交換させ、この熱交換後の排ガスＧをさらに下流側の排煙脱硝装置１６へ流して窒素化合物を除去した後、大気に放出するようになっている。

一方、負荷が４０％を下回る低負荷領域では、制御部２２からの開度指令により、この低負荷領域における排煙脱硝装置１６の入口排ガス温度に合わせてＥＣＯバイパス２０の流量調節ダンパ２１の開度が大きくなると共に、過熱器側伝熱部ＳＨ及び再熱器側伝熱部ＲＨの各流量調節ダンパ１４，１５の開度がそれぞれ小さくなり、これにより、排煙脱硝装置１６の入口側での排ガス温度が脱硝反応に適した温度に維持されることとなる。

上記したように、この実施形態に係るタワーボイラ１では、ボイラ２の負荷が４０％を下回る低負荷領域において、この際の排煙脱硝装置１６の入口排ガス温度に対応してＥＣＯバイパス２０における流量調節ダンパ２１の開度を大きくしつつ、過熱器側伝熱部ＳＨ及び再熱器側伝熱部ＲＨにおける各流量調節ダンパ１４，１５の開度をそれぞれ小さくすることにより、排煙脱硝装置１６の入口側における排ガス温度を脱硝反応に適した温度にするようにしているので、従来必要としていた過熱器側伝熱部及び再熱器側伝熱部の合流部分における大型のガス流量調節ダンパが必要でなく、したがって、ボイラ設備のコンパクト化及び排ガス温度制御コストの低減化が図られることとなる。

本発明に係るボイラの構成は、上記した実施形態に係るタワーボイラの構成に限定されるものではなく、例えば、後部伝熱部を構成する節炭器や過熱器や再熱器の各個数及び連結順序は、ボイラ設備の規模や仕様の違いに応じて、適宜変更可能である。

また、上記した実施形態では、本発明に係るボイラの排ガス温度制御方法及びボイラを石炭焚きのタワーボイラに適用した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。

１タワーボイラ（ボイラ）
２火炉
４節炭器（後部伝熱部）
５〜７過熱器（後部伝熱部）
８，９再熱器（後部伝熱部）
１０主節炭器（後部伝熱部）
１４，１５伝熱部の流量調節ダンパ
１６排煙脱硝装置
２０ＥＣＯバイパス
２１ＥＣＯバイパスの流量調節ダンパ
２２制御部
Ｇ排ガス
ＲＨ再熱器側伝熱部（後部伝熱部）
ＳＨ過熱器側伝熱部（後部伝熱部）

Claims

火炉で生じる排ガスとの間で熱交換を行う後部伝熱部が再熱器側伝熱部と節炭器を有する過熱器側伝熱部とに分けられて成り、且つ、これらの伝熱部の各排ガス出口側には流量調節ダンパがそれぞれ配置され、前記過熱器側伝熱部の節炭器を迂回して前記火炉からの排ガスを該過熱器側伝熱部の排ガス流れ下流側に配置される排煙脱硝装置の入口側に短絡的に供給するＥＣＯバイパスが設置されたボイラの排ガス温度制御方法であって、
前記ボイラの負荷が４０％を下回る低負荷領域では、この低負荷領域における排煙脱硝装置入口排ガス温度に合わせて前記ＥＣＯバイパスに配置した流量調節ダンパの開度を大きくすると共に、前記過熱器側伝熱部及び再熱器側伝熱部の各流量調節ダンパの開度をそれぞれ小さくして、前記排煙脱硝装置の入口側における排ガス温度を調節する
ことを特徴とするボイラの排ガス温度制御方法。
火炉と、
この火炉で生じる排ガスとの間で熱交換を行う後部伝熱部と、
前記後部伝熱部の排ガス流れ下流側に配置される排煙脱硝装置を備え、
前記後部伝熱部が再熱器側伝熱部と節炭器を有する過熱器側伝熱部とに分けられて成り、且つ、これらの伝熱部の各排ガス出口側には流量調節ダンパがそれぞれ配置され、
前記過熱器側伝熱部の節炭器を迂回して前記火炉からの排ガスを前記排煙脱硝装置の入口側に短絡的に供給する流量調節ダンパを有するＥＣＯバイパスが設置されたボイラにおいて、
前記ボイラの負荷が４０％を下回る低負荷領域では、この低負荷領域における排煙脱硝装置入口排ガス温度に合わせて前記ＥＣＯバイパスの前記流量調節ダンパの開度を大きくする開度指令を該ＥＣＯバイパスの流量調節ダンパに出力すると共に、前記過熱器側伝熱部及び再熱器側伝熱部の各流量調節ダンパの開度をそれぞれ小さくする開度指令を両伝熱部の各流量調節ダンパに出力して、前記排煙脱硝装置の入口側における排ガス温度を調節する制御部を備えた
ことを特徴とするボイラ。