JP2014119251A - 発電プラント運転における漏れ低減システム - Google Patents

Abstract

【課題】酸素が煙道ガス側に向かって方向転換することを実質的に低減又は防止する。
【解決手段】漏れ低減システム１００は熱交換器１００と、ダクト配列２００と、分離配列３００とを備える。熱交換器１００は、ロータポスト１０４に沿って回転可能に取り付けられたロータアセンブリ１０２を有する。熱交換器１００はさらに第２の入口プレナム１１２ａを有し、ここにダクト配列２００が構成されている。さらに、分離配列３００がダクト配列２００に組み込まれており、ダクト配列を一次及び二次入口２１０，２２０に分割している。一次入口２１０を通って、酸素濃度が高められた煙道ガスが搬送され、二次入口２２０を通って、リサイクルされた煙道ガス流が搬送され、酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガス流が煙道ガス流に向かって方向転換することを実質的に防止し、煙道ガス流へ向かう方向転換を回避し、漏れを低減する。
【選択図】図１

Description

背景
努力の分野
本開示は、発電プラント運転、特にこのような発電プラントの再生式熱交換器を横切るガス漏れ低減システムに関する。

関連技術の簡単な説明
発電プラント運転において、空気予熱器などの再生式熱交換器は、ボイラから出る煙道ガス流に含まれる顕熱を回収し、この顕熱を、再生式熱交換器に進入する燃焼用空気へ引き渡すために使用される。燃焼用空気を予熱することに加え、回収された熱は、空気流を加熱するために利用されてよく、この空気流は、微粉砕されかつ炉において燃焼するための石炭を乾燥させるために利用されてよい。

燃料特性及び全体的なシステム設計に応じて、空気流の特性及び量が開発される。例えば、酸素燃焼用途のための酸素燃焼発電プラントのような発電プラントにおいて、ほぼ純粋な酸素と、リサイクルされた煙道ガスとの混合物が、燃料の燃焼のために利用される。このような用途では、リサイクルされた煙道と、煙道ガス流との間の静圧差により、酸素が煙道ガス側に向かって移動させられる恐れがある。このような漏れは、空気から酸素を分離するために酸素燃焼発電プラントに組み入れられた空気分離ユニット（ＡＳＵ）の高い資本経費、及びその高い寄生電力消費により、大きな関心事である。このような漏れを低減するために、加圧されたシールの使用はかなり実用的であり、概して、それらの意図した目的のために十分であると考えられてきたが、このような漏れにより、残留酸素量が煙道ガス側に向かって方向転換することを防止するために不十分である。

概要
本開示は、漏れ低減システムを記載しており、この漏れ低減システムは、開示の１つ以上の態様の基本的な理解を提供するために以下の単純化された概要において提示される。１つ以上の態様は、検討された欠点を克服することが意図されているが、幾つかの付加的な利点を提供するとともに、その全ての利点を含むことが意図されている。この概要は、開示の広範囲な概略ではない。概要は、開示の主要な又は決定的な要素を特定することも、本開示の範囲を画定することも意図されていない。むしろ、この概要の唯一の目的は、開示の幾つかの概念、その態様及び利点を単純化された形式で、以下に提示されるより詳細な記載への序章として提示することである。

本開示の目的は、酸素燃焼発電プラントにおいて酸素が煙道ガス側に向かって方向転換することを実質的に低減又は防止することである。本開示の様々な他の目的及び利点は以下の詳細な説明及び請求項から明らかになるであろう。

上記及びその他の目的は、発電プラント運転のための漏れ低減システム及びその方法によって達成され得る。

本開示の１つの態様において、漏れ低減システムは、
再生式熱交換器であって、該再生式熱交換器は、ロータポストに沿って回転可能に取り付けられたロータアセンブリであって、熱伝達エレメントを有するロータアセンブリと、内部にロータアセンブリを収容するように構成されたハウジングであって、煙道ガス流を通過させるための第１の入口プレナム及び第１の出口プレナムと、第２の入口プレナム及び第２の出口プレナムとを有するハウジングとを有する、再生式熱交換器と、
第２の入口プレナムに構成されたダクト配列と、
分離配列であって、酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガスを通過させるための一次入口と、酸素濃度が高められていないリサイクルされた煙道ガスを通過させ、酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガス流が煙道ガス流に向かって方向転換することを実質的に防止し、これにより、その漏れを低減するための、前記一次入口に隣接した二次入口と、を構成するために第２の入口プレナムのダクト配列を横切って配置されている分離配列と、を備える。

上記態様の１つの実施の形態において、分離配列は、ダクト配列に沿って及びダクト配列を横切って配置された分離プレートを含む。

上記態様の１つの実施の形態において、リサイクルされたガス流は、等速でダクト配列内へ供給される。上記態様の１つの実施の形態において、第１の入口プレナム及び第１の出口プレナムと、第２の入口プレナム及び第２の出口プレナムとは、ロータアセンブリの直径を横切って分割されている。

本開示の別の態様において、発電プラント運転における漏れを低減する方法が提供される。方法は、再生式熱交換器であって、該再生式熱交換器は、ロータポストに沿って回転可能に取り付けられたロータアセンブリであって、熱伝達エレメントを有するロータアセンブリと、内部にロータアセンブリを収容するように構成されたハウジングであって、ハウジングは、煙道ガス流を通過させるための第１の入口プレナム及び第１の出口プレナムと、第２の入口プレナム及び第２の出口プレナムとを有し、前記第２の入口プレナムは、ダクト配列を有し、該ダクト配列は、一次入口及び二次入口を構成するために前記ダクト配列を横切って配置された分離配列を有する、ハウジングと、を有する再生式熱交換器を提供し、
酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガス流を前記一次入口に通過させ、
酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガス流を前記二次入口に通過させ、酸素濃度が高められた煙道ガス流が煙道ガス流に向かって方向転換することを実質的に防止し、その漏れを低減することを含む。

上記態様の１つの実施の形態において、リサイクルされた煙道ガス流を通過させることは、煙道ガス流をダクト配列内へ等速で供給することを含む。

さらに、上記態様の両方の１つの実施の形態において、漏れ低減システムは、リサイクルされた煙道ガスを搬送するためにロータポストの近傍に組み立てられたパージシステムをさらに含む。

これらは、本開示の他の態様とともに、本開示を特徴付ける新規性を有する様々な特徴と相まって、特に本開示によって指摘される。本開示、その作動の利点、及びその使用をより理解するために、本開示の典型的な実施の形態が例示されている添付の図面及び説明が参照されるべきである。

本開示の利点及び特徴は、同一の要素が同一の符号によって識別されている添付の図面に関連した以下の詳細な説明及び請求項に関してより理解されるであろう。

本開示の典型的な実施の形態による、発電プラント運転のための漏れ低減システムの側面図を示している 図２Ａ及び図２Ｂは、本開示の典型的な実施の形態による、発電プラント運転のための漏れ低減システムの側面図を示している。 図３Ａ及び図３Ｂは、本開示の典型的な実施の形態による、発電プラント運転のための漏れ低減システムの側面図を示している。 本開示の典型的な実施の形態による、発電プラント運転における漏れを低減する方法の流れ図を示している。

同一の参照符号は、複数の図面の説明を通じて同一の部材を示している。

本開示の十分な理解のために、上に記載の図面に関連して、添付の請求項を含む以下の詳細な説明が参照される。以下の記載において、説明のために、本開示の十分な理解を提供するために多数の特定の詳細が示されている。しかしながら、これらの特定の詳細なしに本開示を実施することができることが当業者に明らかになるであろう。他の例において、開示を不明確にすることを回避するために、構造及び装置はブロック図の形式でのみ示されている。この明細書において、「１つの実施の形態」、「ある実施の形態」、「別の実施の形態」、「様々な実施の形態」とは、その実施の形態に関して説明される特定の特徴、構造又は特徴が、本開示の少なくとも１つの実施の形態に含まれていることを意味する。明細書における様々な箇所における「１つの実施の形態では」との語句の出現は、必ずしも、全てが同じ実施の形態を云うのでも、他の実施の形態を相互に除く別個の若しくは択一的な実施の形態でもない。さらに、幾つかの実施の形態によって示されるが、他の実施の形態によっては示されない様々な特徴が記載されている。同様に、幾つかの実施の形態のための要求であるが、他の実施の形態の要求ではない様々な要求が記載されている。

以下の記載は、例示の目的のための多くの具体的事項を含むが、当業者は、これらの具体的事項に対する多くのバリエーション及び／又は変更が本開示の範囲に含まれることを認めるであろう。同様に、本開示の多くの特徴は、互いに置き換えて、又は互いに関連して記載されているが、当業者は、多くのこれらの特徴を、他の特徴から独立して提供することができることを認めるであろう。したがって、本開示のこの記載は、本開示に対する一般性のいかなる損失なく、また本開示に制限を課することなく示されている。さらに、「一次」、「二次」、「第１」、「第２」などの相対的な用語は、ここではいかなる順序、高さ、又は重要性をも示すものではなく、むしろ１つの要素を別の要素から区別するために用いられている。さらに、単数の記載は、量の制限を意味するのではなく、むしろその引用された物の少なくとも１つの存在を意味する。

ここでは発電プラントのための漏れ低減システムが開示されている。発電プラントは、酸素燃焼発電プラントであってもよい。本開示は、酸素燃焼発電プラントに関連して示されかつ記載されるが、開示は、他の用途のためのこのような漏れ低減システムを予期していてもよい。酸素燃焼発電プラントの構成及び配列は全て当業者に公知であるので、本開示の理解を獲得する目的で、構造的詳細の全て及びその説明がここに示されることは必要であると考えられない。むしろ、図１に示したように、漏れ低減システム１０００は、本開示の典型的な実施の形態により、そこで知られているような、様々な発電プラントに関して有効に利用されてよいことを単に示すことが十分であると考えられる。

ここで添付の図面を参照してさらに詳細に説明するように、典型的な実施の形態による漏れ低減システム１０００は、酸素燃焼発電プラントにおける煙道ガス側に向かう実質的に低減された及び／又は有効に最小限に抑制された酸素方向転換を含むがこれに限定されない利点を提供する。ここに図１から図３Ｂにも示されているように、漏れ低減システム１０００の説明は、再生式熱交換器１００のような二等分再生式熱交換器に関してなされるが、本開示の範囲から逸脱することなく、本発明の漏れ低減システム１０００は、三等分再生式熱交換器、四等分再生式熱交換器等に関連して構成されるように適合されていてもよく、ここに示された再生式熱交換器１００のような二等分再生式熱交換器のみに限定されると考えられるべきではない。

ここで図１を参照すると、本開示の典型的な実施の形態による、酸素燃焼発電プラント用の漏れ低減システム１０００の側面図が示されている。漏れ低減システム１０００は、再生式熱交換器１００と、ダクト配列２００と、分離配列３００とを有する。再生式熱交換器１００は、回転型再生式空気予熱器のような回転型再生式熱交換器である。再生式熱交換器１００（以下「熱交換器１００」と称する）は、ロータポスト１０４（図２Ａ及び図３Ａに見られる）に沿って回転可能に取り付けられたロータアセンブリ１０２を有する。ロータアセンブリ１０２は、煙道ガス流とリサイクルされた煙道ガス流との間で熱を伝達するための様々な積層された熱伝達板を有する熱伝達エレメント１０６を備える。熱交換器１００は、さらに、内部にロータアセンブリ１０２を収容するように構成されたハウジング１０８（図２Ａ及び図３Ａに見られる）を有する。

ハウジング１０８は、（矢印"Ａ"によって示されているように）煙道ガス流を通過させるための第１の入口プレナム１１０ａ及び第１の出口プレナム１１０ｂを有する。ハウジング１０８は、さらに、（矢印"Ｂ"によって示されているように）リサイクルされた煙道ガス流を通過させるための第２の入口プレナム１１２ａ及び第２の出口プレナム１１２ｂを有する。１つの実施の形態において、第１の入口プレナム１１０ａ及び第１の出口プレナム１１０ｂと、第２の入口プレナム１１２ａ及び第２の出口プレナム１１２ｂとは、煙道ガス流及びリサイクルされた煙道ガス流をそれぞれ通過させるためにロータアセンブリ１０２の直径を横切って分割されている。ボイラからの煙道ガス流は、第１の入口プレナム１１０ａから熱交換器１００に進入し、第１の出口プレナム１１０ｂから出る。さらに、リサイクルされた煙道ガス流は、第２の入口プレナム１１２ａから熱交換器１００に進入し、第２の出口プレナム１１２ｂから出る。前記ガスは、熱交換器１００へ進入すると熱伝達エレメント１０６を通過する。

熱交換器１００における熱伝達エレメント１０６は、煙道ガス流とリサイクルされた煙道ガス流との間で熱を伝達する。このような伝達の間、煙道ガス流に向かうリサイクルされたガス流の漏れは、煙道ガス流とリサイクルされた煙道ガス流との間の差圧により一般的な関心事のうちの１つである。このような漏れを防止するために、１つの例では、幾つかの熱交換器において、ハウジング１０８と熱伝達エレメント１０６との間に半径方向及び軸方向のシールプレートが配置されてよい。このようなシールは、煙道ガス流へのリサイクルされた煙道ガス流の漏れを最小限に減じる。このような半径方向及び軸方向のシールは、ロータにピン留めされていてよく、熱による歪みを回避するために自由に移動するようになっていてよい。このような半径方向及び軸方向のシールは、煙道ガス流とリサイクルされた煙道ガス流との間の漏れを回避するために、あらゆる位置ずれ又は歪みの場合にセンサを利用することによってオンラインで調節されてもよい。別の例では、幾つかの熱交換器において、半径方向及び軸方向のシールの代わりに、ガスの漏れを最小限に減じるためにダイアフラムプレートが提供される。本開示は、熱交換器１００のようなあらゆる特定の種類の熱交換器にその範囲を限定することなく、全てのこのような種類の空気熱交換器を含むことが意図されている。

さらに、上述のように、漏れ低減システム１０００は、第２の入口プレナム１１２ａに構成されたダクト配列２００をも有する。リサイクルされたガス流は、ダクト配列２００を通じて等速で供給される。第２の入口プレナム１１２ａにおけるダクト配列２００と同様に、１１０ａ，１１０ｂ；１１２ｂのような各入口及び出口プレナムは、２つのそれぞれのプレナムへそれぞれのガス流を方向付けかつ２つのそれぞれのプレナムからそれぞれのガス流を送出するためのダクト配列を構成していてもよい。

さらに、上述のように、漏れ低減システム１０００は、第２の入口プレナム１１２ａのダクト配列２００を横切って配置された分離配列３００を有する。１つの実施の形態において、分離配列３００は、ダクト配列２００の一部に沿って配置された分離プレートであってよく、この分離プレートは、第２の入口プレナム１１２ａに沿って一次入口２１０及び二次の入口２２０に分割している。

前記のように、熱交換器１００の半径方向及び軸方向領域の周囲における漏れは、空気予熱器の種類に応じて半径方向及び軸方向シール又はダイアフラムプレートによって防止され得るが、ロータポスト領域１０４の周囲の連行される漏れは、不可避である。したがって、燃焼のための酸素分離がかなり重要なプロセスである酸素燃焼発電プラントにおいて、このような連行される漏れによる酸素のあらゆる損失は、そのコストをさらに増加させ得る。したがって、分離配列３００は２つの別個の入口を提供し、一次入口２１０は、酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガスを通過させるように構成されている。さらに、第２の入口２２０は、酸素濃度が高められていないリサイクルされた煙道ガス流を通過させるように一次入口２１０に隣接して構成されている。このような配列は、酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガスが煙道ガス流に向かって方向転換することを実質的に防止し、煙道ガス流に向かう酸素方向転換を防止することを保証する。

さらに、１つの実施の形態において、漏れ低減システム１０００は、さらに、リサイクルされた煙道ガスを搬送するためにロータポスト１０４の近傍に組み立てられたパージシステム（図示せず）を有する。

分離配列３００を有する熱交換器１００の択一的な配列が、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂにおいても明らかであり、ここで上に説明されているように、図１を参照して理解されてよい。簡略化のため、その説明はここでは排除されている。

ここで図４を参照すると、本開示の典型的な実施の形態による、発電プラント運転における漏れを低減する方法５００の流れ図が示されている。方法５００は、図１の上述の漏れ低減システム１０００の限定を含み、それに関連してここでは説明される。システム１０００の構成部材の説明の反復はここでは簡略化のために回避される。

方法５００は５１０において開始する。５２０において、熱交換器１００が提供される。上述のように、ダクト配列２００は、第２の入口プレナム１１２ａにおいて熱交換器１００に構成されている。さらに説明されるように、分離配列３００は、ダクト配列２００に組み入れられており、リサイクルされた煙道ガスと、酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガスとを通過させるようにダクト配列２００を一次入口２１０及び二次入口２２０に分割している。特に、５３０において、酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガスは一次入口２１０に通過させられ、５４０において、酸素濃度が高められていないリサイクルされた煙道ガスは二次入口２２０に通過させられ、酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガスが煙道ガス流に向かって方向転換することを実質的に防止し、煙道ガス流に向かう酸素の方向転換を低減する。方法５００は５５０において停止する。

漏れ低減システムは様々な領域において有利である。漏れ低減システムは、再生式熱交換器における酸素漏れを実質的に低減する及び／又は有効に最小限に減じる。この特徴は、炉から来る煙道ガスに向かう酸素の流れを実質的に１％未満に制限するために酸素燃焼発電プラントにおいて特に有利である。さらに、漏れ低減は受動的な低減システムであり、ＦＤファンを必要とすることなく、酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガス流を一次入口から駆動し、酸素濃度が高められていないリサイクルされた煙道ガスを二次入口から駆動する。しかしながら、必要な場合はいつでも、このようなシステムは、このようなガス流制御のために低電力消費の付加的な圧力制御ファンを有することができる。本開示は、酸素の漏れが不可避である空気予熱器などの熱交換器に沿った領域への及びその領域の周囲における酸素の供給を遮断するという観点から酸素燃焼発電プラントにおいて特に有利である。

本開示の特定の実施の形態の前記説明は、例示及び説明の目的のために提示されている。本開示の特定の実施の形態は、網羅的であること又は本開示を開示されたまさにその形態に限定しようとしているわけではなく、前記説明に照らして多くの変更及びバリエーションが明らかに可能である。実施の形態は、本開示の原理及びその実用的な用途を最もよく説明し、これにより当業者が、本開示及び意図した特定の使用に適した様々な変更を備えた様々な実施の形態を最もよく利用することを可能にするために、選択及び説明された。事情が提案又は有利にするために均等物の様々な省略及び代用が考えられるが、このようなものは、本開示の請求項の思想又は範囲から逸脱することなく適用又は実施を網羅することが意図されている。

１０００ 漏れ低減システム
１００ 再生式熱交換器；熱交換器
１０２ ロータアセンブリ
１０４ ロータポスト；ロータポスト領域
１０６ 熱伝達エレメント
１０８ ハウジング
１１０ａ，１１０ｂ 第１の入口プレナム及び第１の出口プレナム
１１２ａ，１１２ｂ 第２の入口プレナム及び第２の出口プレナム
２００ ダクト配列
２１０，２２０ 一次入口及び二次入口
３００ 分離配列
５００ 方法
５１０−５５０ 方法ステップ
"Ａ" 煙道ガス流の方向を示す矢印
"Ｂ" リサイクルされた煙道ガス流の方向を示す矢印

Claims (8)

1. 発電プラント運転における漏れ低減システム（１０００）であって、該漏れ低減システム（１０００）は、
   再生式熱交換器（１００）であって、該再生式熱交換器（１００）は、ロータポスト（１０４）に沿って回転可能に取り付けられたロータアセンブリ（１０２）であって、熱伝達エレメント（１０６）を有するロータアセンブリ（１０２）と、内部にロータアセンブリ（１０２）を収容するように構成されたハウジング（１０８）であって、煙道ガス流を通過させるための第１の入口プレナム（１１０ａ）及び第１の出口プレナム（１１０ｂ）と、第２の入口プレナム（１１２ａ）及び第２の出口プレナム（１１２ｂ）とを有するハウジング（１０８）と、を有する、再生式熱交換器（１００）と、
   第２の入口プレナム（１１２ａ）に構成されたダクト配列（２００）と、
   分離配列（３００）であって、酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガスを通過させるための一次入口（２１０）と、リサイクルされた煙道ガスを通過させ、酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガス流が煙道ガス流に向かって方向転換することを実質的に防止し、これにより、その漏れを低減するための、前記一次入口（２１０）に隣接した二次入口（２２０）と、を構成するために第２の入口プレナム（１１２ａ）のダクト配列（２００）を横切って配置されている、分離配列（３００）と、
   を備えることを特徴とする、発電プラント運転における漏れ低減システム（１０００）。
2. 前記分離配列（３００）は、前記ダクト配列（２００）に沿ってかつ該ダクト配列を横切って配置された分離プレートを含む、請求項１記載の漏れ低減システム（１０００）。
3. 前記リサイクルされた煙道ガス流は、前記ダクト配列（２００）へ等速に供給される、請求項１記載の漏れ低減システム（１０００）。
4. 前記第１の入口プレナム（１１０ａ）及び前記第１の出口プレナム（１１０ｂ）と、第２の入口プレナム（１１２ａ）及び第２の出口プレナム（１１２ｂ）とは、ロータアセンブリ（１０２）の直径を横切って分割されている、請求項１記載の漏れ低減システム（１０００）。
5. 前記リサイクルされた煙道ガスの漏れを低減するために該リサイクルされた煙道ガスを搬送するために前記ロータポスト（１０４）の近傍に組み立てられたパージシステムをさらに含む、請求項１記載の漏れ低減システム（１０００）。
6. 発電プラント運転における漏れを低減するための方法（５００）であって、該方法（５００）は、
   再生式熱交換器（１００）であって、該再生式熱交換器（１００）は、ロータポスト（１０４）に沿って回転可能に取り付けられたロータアセンブリ（１０２）であって、熱伝達エレメント（１０６）を有するロータアセンブリ（１０２）と、内部に前記ロータアセンブリ（１０２）を収容するように構成されたハウジング（１０８）であって、該ハウジング（１０８）は、煙道ガス流を通過させるための第１の入口プレナム（１１０ａ）及び第１の出口プレナム（１１０ｂ）と、第２の入口プレナム（１１２ａ）及び第２の出口プレナム（１１２ｂ）とを有し、前記第２の入口プレナム（１１２ａ）は、ダクト配列（２００）を有し、該ダクト配列は、一次入口（２１０）及び二次入口（２２０）を構成するために前記ダクト配列を横切って配置された分離配列（３００）を有する、ハウジング（１０８）と、を有する再生式熱交換器を提供し、
   酸素濃度が高められたリサイクルされた煙道ガス流を前記一次入口（２１０）に通過させ、
   リサイクルされた煙道ガス流を前記二次入口（２２０）に通過させ、酸素濃度が高められた煙道ガス流が煙道ガス流に向かって方向転換することを実質的に防止し、その漏れを低減することを含むことを特徴とする、発電プラント運転における漏れを低減するための方法（５００）。
7. 前記リサイクルされた煙道ガス流の漏れを低減するために該リサイクルされたガス流を搬送するために前記ロータポスト（１０４）の近傍に組み立てられたパージシステムをさらに含む、請求項６記載の漏れを低減するための方法（５００）。
8. 前記リサイクルされた煙道ガス流を通過させることは、該リサイクルされた煙道ガス流を前記ダクト配列（２００）内へ等速に供給することを含む、請求項６記載の漏れを低減するための方法（５００）。