JP2803679B2 - 空気予熱装置およびその伝熱体の焼損防止法 - Google Patents

空気予熱装置およびその伝熱体の焼損防止法

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JP2803679B2
JP2803679B2 JP1228356A JP22835689A JP2803679B2 JP 2803679 B2 JP2803679 B2 JP 2803679B2 JP 1228356 A JP1228356 A JP 1228356A JP 22835689 A JP22835689 A JP 22835689A JP 2803679 B2 JP2803679 B2 JP 2803679B2
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俊雄 小河内
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バブコツク日立株式会社
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃焼排ガスと空気とを熱交換する空気予熱装
置に係り、特に、燃焼炉の排ガスと燃焼用空気とを熱交
換させて予熱すると同時に、排ガス中の窒素酸化物を除
去し、かつプラントの停止時、ボイラのバイキング時な
どにおいて、効果的に熱交換エレメントを冷却すること
ができる空気流路を設けた脱硝触媒付き空気予熱装置お
よびその焼損防止法に関する。
〔従来の技術〕
従来の燃焼排ガスと空気とを熱交換させて空気を予熱
する装置と排ガス中のNOxを脱硝する脱硝装置とは、そ
れぞれ独立した装置として、燃焼炉の後流側の煙道に設
置されていた。そのため、脱硝装置を設置する場合にお
いては、このスペースを確保するために煙道を大きく引
き回して配置しなければならず、大きな設置スペースを
必要とする問題があった。
また、従来技術においては、プラントの運転状態の全
てに対応した脱硝性能を確保することができないため、
通常の運転領域を中心に脱硝装置の性能などが決定され
ていた。特に、プラントの起動時等の排ガス温度の低い
時には脱硝装置は使用できないものであった。
これらの問題を解決するため、(1)空気予熱装置の
煙道ガス側の熱交換エレメントの表面にNOx還元用触媒
を被覆して脱硝する空気予熱兼NOx低減装置(特開昭60
−126514号公報)、(2)触媒を充填した羽根部と熱交
換用のエレメントを充填した羽根部とを交互に配列して
円筒状室内を回転させながら脱硝と空気予熱を同時に行
う空気予熱装置(特開昭54−13045号公報)、(3)過
熱器、再熱器およびエコノマイザのうちの少なくとも1
つ以上に、脱硝用金属触媒を、それらの伝熱管の表面に
コーティングして脱硝を行う乾式脱硝装置付きボイラ
(特開昭52−102902号公報)、あるいは(4)複合発電
プラントの起動時の低温域および定常運転時の高温域に
おいても脱硝機能を持たせるために、空気予熱器の低温
域(250℃以下)では低温用の脱硝触媒を、高温域(250
℃以上)では高温用の脱硝触媒を充填した空気予熱式脱
硝装置(実開昭61−135533号公報)など多くの提案がな
されている。
しかし、これらの従来技術において、プラントの運転
停止後、あるいはボイラのバンキング時などに脱硝触媒
に付着した可燃物を含む灰分などが酸化発熱して燃焼
し、脱硝触媒の焼損あるいは火炎が発生することもあっ
て、脱硝触媒の温度はプラント運転停止後、あるいはバ
ンキング時には直ちに冷却して置くことが望ましいが、
このような配慮は全くなされていなかった。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来技術においては、燃焼排ガスと燃焼用空
気とを熱交換させる空気予熱器の内部に、排ガス中のNO
xを除去するための脱硝触媒を充填あるいは伝熱管など
の表面にコーティングして設けて、熱交換と同時に排ガ
スの脱硝を行っているために、脱硝装置を個別に設置す
る必要がなく、その広大な設置スペースが不要となる大
きな利点はあるが、プラントの運転を停止した場合、あ
るいはボイラのバンキング時に、脱硝触媒などの表面に
付着し堆積した可燃物を含む灰などが酸化発熱して燃焼
し、脱硝触媒が焼損されたり、場合によっては火災が発
生するなどの危険性がしばしばあった。
本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消
するものであって、脱硝装置を個別に設置する必要がな
く、かつ燃焼排ガスが低温の状態から通常の温度に達す
るまでの各温度領域に適した脱硝触媒を設けて、広範囲
のプラントの運転条件に適応可能な脱硝触媒付きの伝熱
体を有する空気予熱器とすると共に、特にプラントの停
止時あるいはボイラのバンキング時などに、脱硝触媒に
付着し堆積された可燃物を含む灰などの酸化発熱による
触媒の焼損および火災の発生を防止することができる冷
却用空気のバイパス流路を設けた空気予熱装置およびそ
の脱硝触媒を設けた伝熱体の焼損を防止する方法を提供
することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記本発明の目的は、燃焼排ガスと燃焼用空気との熱
交換を行う空気予熱器において、その熱交換器の熱交換
エレメントの伝熱面を脱硝触媒により構成し、かつ上記
熱交換器の熱交換エレメントの伝熱面の内、高温となる
領域には高温で脱硝性能の良い脱硝触媒を設け、低温で
使用される領域には低温で脱硝性能の良い脱硝触媒を設
け、さらにプラントの停止時あるいはボイラのバンキン
グ時などにおいて、脱硝触媒に付着し堆積された可燃物
を含む灰などの酸化発熱による触媒の焼損もしくは火災
の発生の発生を防止するための冷却用空気を、上記熱交
換器に導入するバイパス流路を設けることにより達成さ
れる。
本発明は、燃焼炉から排出されるNOxを含有する燃焼
排ガスの通路に設けられた、燃焼用空気送風機から供給
される空気と熱交換させて燃焼用空気を予熱すると同時
に、排ガス中のNOxを除去する脱硝触媒を設けた熱交換
エレメントを備えた畜熱式もしくは伝熱式の空気予熱器
において、燃焼炉の停止時もしくはボイラのバンキング
時に、上記空気送風機からの冷空気を上記空気予熱器の
熱交換エレメント部に供給して、該エレメント部に付着
堆積された可燃物を含む灰の酸化発熱を防止する冷却用
空気のバイパス流路を設けた空気予熱装置である。
そして、本発明の空気予熱装置において、空気予熱器
の熱交換エレメント部に供給する冷却用空気のバイパス
流路は、例えば空気送風機の出口部に設けられた冷空気
流量調整用のダンパを開となし、空気予熱器の熱空気出
口部に設けられたダンパおよび空気予熱器の熱排ガス入
口部に設けられているダンパを閉となし、バイパス流路
に設けられているバイパスダンパを開とすることにより
構成することができる。
また、本発明の空気予熱装置において、NOxを含む排
ガスに接触する側の熱交換エレメントに設ける脱硝触媒
は、熱交換エレメントの伝熱面温度に適応した性能を持
つ脱硝触媒を、熱交換エレメントの温度領域毎に選択し
て使用するので、プラントの起動時などの排ガス温度が
低い場合においても十分に脱硝できる効果がある。
そして、本発明の空気予熱装置を用い、プラントの停
止後、あるいはボイラのバンキング時において、設けら
れた冷却用空気流路を構成して、空気予熱器の脱硝触媒
付きの熱交換エレメント(伝熱体)に付着堆積した可燃
物を含む灰などを、その燃焼温度以下(酸化発熱する温
度以上)に冷却する操作を行うことにより、脱硝触媒を
設けた熱交換エレメントの焼損あるいは火災の発生を未
然に防止できる。
〔作用〕
燃焼排ガスと熱交換を行う熱交換器の伝熱面は、排ガ
スとの接触面積を十分に大きくするように設定される。
したがって、伝熱面に設けられる脱硝触媒も同様に排ガ
スとの接触面積を十分に大きくすることができるので、
熱交換器の伝熱面に脱硝触媒を使用することは技術的に
全く問題なく、脱硝装置と空気予熱器とを一体に構成す
ることが可能である。また、脱硝触媒を熱交換エレメン
トの伝熱面とした空気予熱器を使用することにより、個
別に脱硝装置を設ける必要がないからプラントの配置ス
ペースを大幅に縮小することが可能となる。さらに、熱
交換器の熱交換エレメントの伝熱面は、高温領域と低温
領域があるので、各温度領域毎に脱硝触媒の性能を考慮
して、高温領域には高温で性能の良い脱硝触媒を用い、
低温領域には低温で性能の良い脱硝触媒を用いることに
より、例えばプラント起動時、ボイラのバンキング時等
の排ガス温度の低い時においても、低温で性能の良い脱
硝触媒が使用されているので、全体としての脱硝効率を
向上させることができ、通常の運転時は勿論のこと、各
脱硝触媒の性能は温度領域毎に選択使用されているの
で、充分な脱硝性能を発揮させることができる。そし
て、熱交換器は高温の排ガスと低温の空気やガスとの熱
交換に使用するので、プラント停止後、あるいはボイラ
のバンキング時などにおける脱硝触媒の冷却は、熱交換
器の空気出口部から、排ガス入口部に至るバイパスダク
トを設けて冷却用空気の流路を確保すれば、容易に熱交
換エレメントに設けた脱硝触媒の冷却が可能となる。し
たがって、プラント停止時、あるいはボイラのバンキン
グ時などにおいて、バイパスダクトを通して冷却用空気
を流して脱硝触媒を冷却することにより、燃焼炉の本体
を停止して冷却することなく脱硝触媒付きの熱交換器を
冷却させることができ、伝熱面に堆積した可燃物を含む
灰などの酸化発熱を防止するいことができるので、脱硝
触媒の焼損および火災の発生を未然に効果的に防止する
ことが可能となる。
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例を挙げ、図面に基づいて、さ
らに詳細に説明する。
(実施例1) 第1図は本発明の回転再生式空気予熱器の伝熱体に脱
硝触媒を使用した場合の空気予熱器まわりの配管系統の
一例を示す系統図である。図において、伝熱体1は、回
転式空気予熱器12の軸に対して放射状に配置され、駆動
装置2により回転して、熱排ガス3により加熱され、冷
空気5と熱交換して冷排ガス4として煙突から排出され
る。伝熱体1の上半分が高温用の脱硝触媒を使用し、下
半分を低温用の脱硝触媒を使用している。冷空気5は、
熱交換されて、熱空気6として燃焼炉に使用される。バ
イパスダクト7に設けられているバイパスダンパ8を全
開となし、空気出口ダンパ9、排ガス入口ダンパ10を全
閉として、空気通風機11を運転し続けることにより、脱
硝触媒が設けられている伝熱体1を冷却することができ
る。
本実施例に示すごとく、伝熱体1に相当する脱硝触媒
を設けた脱硝装置の設置スペースが不要となり、プラン
ト起動時、あるいはボイラのバンキング時において、排
ガス量も少なく、かつ排ガス温度も低い場合に、伝熱体
1の下半分に組み込まれている低温用の脱硝触媒によ
り、プラント起動時からの脱硝が可能となり、起動時に
おける窒素酸化物を効果的に除去することができる。さ
らに、プラントの停止時において、バイパスダンパ8お
よび空気出口ダンパ9、排ガス入口ダンパ10をそれぞれ
調節することにより、脱硝触媒が設けられている伝熱体
1を冷却することができ、触媒の焼損ならびに火災の発
生を未然に防止することができる。
(実施例2) 第2図(a)は本発明の空気予熱装置において、脱硝
触媒を定置式空気予熱器の伝熱体の伝熱面に適用した場
合の一例を示す系統図であり、第2図(b)は定置式空
気予熱器における伝熱体の構成を示す模式図である。
第2図(b)に示すごとく、伝熱体1には外側を熱排
ガス3が流れるので、その伝熱面には脱硝触媒が付着さ
れており、伝熱体1の内側には冷空気5が流れるので、
伝熱体を構成する鋼板などの金属材料そのままの状態で
ある。熱排ガス3と冷空気5は、この伝熱体1を通過し
て熱交換される。冷空気5は定置式空気予熱器13,14の
伝熱体に対して直交して導入され、熱交換されて熱空気
6として燃焼炉における燃焼用空気として使用される。
定置式空気予熱器(低温部)14の伝熱体1には低温用の
脱硝触媒を使用しており、定置式空気予熱器(高温部)
13の伝熱体1には高温用の脱硝触媒が使用されている。
また、伝熱体1の冷却用のバイパスダクト7は、空気出
口ダンパ9および排ガス入口ダンパ10を全閉となし、バ
イパスダンパ8を開放することにより、伝熱体1を冷却
する冷空気5のバイパス流路を形成させることができ
る。
なお、本発明の脱硝触媒付きの空気予熱装置において
は、空気予熱器の伝熱面の構造、形状には関係なく、広
範囲に適用することが可能であり、また用いる脱硝触媒
の温度区分に就いても、幾つかのきめ細かい選択を行う
ことも可能である。さらに、ヒートパイプの伝熱管外面
に脱硝触媒を付着することも有効な手段である。
〔発明の効果〕
本発明の脱硝触媒を設けた熱交換エレメント(伝熱
体)を備えた空気予熱装置は、熱交換と同時に排ガス中
のNOxを効果的に除去することができるので、個別に脱
硝装置を設ける必要がなく、そのためプラントの設置ス
ペースを縮小することができ、かつ熱交換エレメントに
適用する脱硝触媒の種類も低温から高温にわたる広範囲
の脱硝触媒を用いることができるので、プラント起動時
から脱硝機能を十分に発揮させることができ、さらに、
プラント停止時やボイラのバンキング時において、触媒
に付着堆積した可燃物を含む灰などの酸化発熱による触
媒の焼損あるいは火災の発生などの防止を、燃焼炉本体
を停止して冷却することなく行えるので、極めて経済的
効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1において例示した脱硝触媒を
伝熱体に適用した回転式空気予熱器回りの冷却用空気流
路の構成を示す系統図、第2図(a)は本発明の実施例
2において例示した脱硝触媒を伝熱体に適用した定置式
空気予熱器回りの冷却用空気流路の構成を示す系統図、
第2図(b)は第2図(a)の伝熱体の構成を示す斜視
図、第3図は従来の脱硝触媒を伝熱体に使用した回転式
空気予熱器回りの構成を示す系統図である。 1……伝熱体、2……駆動装置 3……熱排ガス、4……冷排ガス 5……冷空気、6……熱空気 7……バイパスダクト、8……バイパスダンパ 9……空気出口ダンパ 10……排ガス入口ダンパ 11……空気送風機、12……回転式空気予熱器 13……定置式空気予熱器(高温部) 14……定置式空気予熱器(低温部)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F23L 15/00 F23L 1/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃焼炉から排出されるNOxを含有する燃焼
    排ガスの通路に設けられた、燃焼用空気送風機から供給
    される空気と熱交換させて燃焼用空気を予熱すると同時
    に、排ガス中のNOxを除去する脱硝触媒を設けた熱交換
    エレメントを備えた畜熱式もしくは伝熱式の空気予熱器
    において、燃焼炉の停止時もしくはボイラのバンキング
    時に、上記空気送風機からの冷空気を上記空気予熱器の
    熱交換エレメント部に供給して、該エレメント部に付着
    堆積された可燃物を含む灰の酸化発熱を防止するバイパ
    ス流路を設けたことを特徴とする空気予熱装置。
  2. 【請求項2】請求の範囲第1項記載の空気予熱装置にお
    いて、空気予熱器の熱交換エレメント部に供給する冷空
    気のバイパス流路は、空気送風機の出口部に設けられた
    冷空気流量調整用のダンパを開となし、空気予熱器の熱
    空気出口部に設けられるダンパおよび空気予熱器の熱排
    ガス入口部に設けられているダンパを閉となし、バイパ
    ス流路に設けられているバイパスダンパを開とすること
    により構成されることを特徴とする空気予熱装置。
  3. 【請求項3】請求の範囲第1項または第2項に記載の空
    気予熱装置において、NOxを含む排ガスに接触する側の
    熱交換エレメントに設ける脱硝触媒は、熱交換エレメン
    トの伝熱面温度に適応した性能を持つ脱硝触媒を、熱交
    換エレメントの温度領域毎に選択して使用したことを特
    徴とする空気予熱装置。
  4. 【請求項4】請求の範囲第1項、第2項または第3項記
    載の空気予熱装置を使用し、熱焼炉における燃焼の停止
    後、もしくはボイラのバンキング時において、上記空気
    予熱装置に設けられている冷却用空気の流路を構成し
    て、空気予熱器内の脱硝触媒が設けられている伝熱体に
    付着し堆積した可燃物を含む灰が酸化し発熱反応を起こ
    す温度以下の温度に上記伝熱体を冷却する操作を行い、
    上記脱硝触媒が設けられている伝熱体の焼損を防止する
    ことを特徴とする伝熱体の焼損防止法。
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