JP3310857B2 - 排気再燃コンバインドサイクルの空気予熱装置 - Google Patents

排気再燃コンバインドサイクルの空気予熱装置

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JP3310857B2 JP09844996A JP9844996A JP3310857B2 JP 3310857 B2 JP3310857 B2 JP 3310857B2 JP 09844996 A JP09844996 A JP 09844996A JP 9844996 A JP9844996 A JP 9844996A JP 3310857 B2 JP3310857 B2 JP 3310857B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラからの排ガ
スにより燃焼用空気を加熱するエアヒータを備えるとと
もに、燃焼用空気に熱機関からの排ガスを混合してボイ
ラに供給するようにした排気再燃コンバインドサイクル
プラントの空気予熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4には、排気再燃コンバインドサイク
ルプラントの従来の1例が示されている。図4におい
て、5はボイラ、51は同ボイラの燃焼用バーナ装置、
2はディーゼルエンジンあるいはガスタービン等の熱機
関(以下エンジンという)、3は空気予熱器、1は空気
の押込通風機である。
【0003】上記押込通風機1から圧送された燃焼用空
気は、タービン(図示せず)からの抽気により空気を加
熱する蒸気式空気予熱器(以下SAHと略称する)21
により加熱された後空気予熱器3に送られ、ここでボイ
ラ5から排ガス管12を経て排出される排ガスと熱交換
することにより、排ガスの顕熱を回収して、加熱され
る。
【0004】そして空気予熱器3出口の加熱空気は混合
器6にて上記エンジン2からの排ガスと混合されて、さ
らに高温の排ガス混合空気となり、上記ボイラ5のバー
ナ装置51に燃焼用空気として供給される。
【0005】4は給水加熱器であり、上記ボイラ5から
の排ガスによりボイラ給水を加熱するものである。図4
に示されるようなプラントにおいては、エンジン2から
の排ガスはエアヒータ3を通過しないため、エアヒータ
3の通過空気量に対するボイラ5の排ガス量が通常のボ
イラに較べて相対的に大きくなることから、上記給水加
熱器4を設置して、同加熱器4によってもボイラ5から
の排ガス熱を回収している。
【0006】上記プラントにおいては、エアヒータ3の
低温腐食を防止するため、同エアヒータ3のコールドエ
ンド温度To (To =(エアヒータ入口の空気温度+エ
アヒータ出口の排ガス温度)/2)が一定値以上を維持
するように制御している。この温度制御は通常、上記S
AH21における交換熱量を変化させることにより行っ
ている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のプラントに
あっては、SAH21における交換熱量つまり、蒸気タ
ービンの抽気の熱量により、上記エアヒータのコールド
エンド温度To を制御しているため、高精度でのコール
ドエンド温度の制御がなされ難く、このため、コールド
エンド温度の低下による低温腐食の発生がみられること
が多々ある。
【0008】また上記SAH21により蒸気の熱量が空
気加熱用として消費されるため、蒸気タービンの効率低
下を来たす。さらには、上記SAH21を装備するため
プラントの機器及び配管が増加し、その設備コストが高
騰するという問題点もある。
【0009】本発明の目的は、上記SAHのような格別
の付加機器を必要とすることなく、エアヒータにおける
コールドエンド温度の調整を容易にかつ、広範囲に可能
として、エアヒータの低温腐食の発生を確実に防止する
とともに、設置スペース及び設置コストの低減がなされ
た排気再燃コンバインドサイクルプラントを提供するこ
とにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するもので、その要旨とする手段は、ボイラからの排
ガスにより同ボイラへの燃焼用空気を加熱するエアヒー
タを備えるとともに、ディーゼルエンジン、ガスタービ
ン等の熱機関の排ガスを上記燃焼用空気に混合して上記
ボイラに送給するように構成された排気再燃コンバイン
ドサイクルプラントにおいて、上記燃焼用空気が通流す
る空気通路の上記エアヒータの上流側部位に上記熱機関
からの排ガスと燃焼用空気とを混合する混合器を設置し
たことを特徴とする空気予熱装置にある。
【0011】上記手段によれば、ボイラへの燃焼用空気
はエアヒータの上流側の空気通路に設置された混合器に
おいて上記熱機関からの排ガスと混合され昇温された
後、エアヒータに送られる。
【0012】上記エアヒータの低温腐食の発生を防止す
るため、エアヒータのコールドエンド温度を制御するに
は、上記熱機関の負荷(出力)を変化させ、これによっ
て上記混合器に送給される排ガスの流量及び温度を調整
し、混合器出口、即ちエアヒータ入口の排ガスが混合さ
れた燃焼用空気の温度を変化させる。
【0013】上記のように、エアヒータ入口の燃焼用空
気温度を制御範囲が拡くかつ制御が容易な熱機関の負荷
(出力)によって制御するので、エアヒータのコールド
エンド温度の制御を容易にかつ確実に行うことができ、
コールドエンド温度の過度の低下の発生及びこれに伴な
うエアヒータの低温腐食の発生が防止される。
【0014】また、従来のもののような蒸気式空気予熱
器(SAH)及びこれの付属配管が不要となり、部品点
数の低減による製造コストの低減がなされるとともに、
プラント全体も小型コンパクト化される。
【0015】さらには上記SAHの省略により、これに
供給されるタービン抽気が不要となり、タービン効率の
向上が得られる。
【0016】また、上記手段に加えて、上記混合器を上
記空気通路の上記エアヒータの下流側部位にも設置する
とともに、上記上流側及び下流側の混合器と上記熱機関
とを夫々接続する排ガス管路の夫々に、同排ガス管路を
開閉するダンパを設け、上記上流側及び下流側の混合器
への上記熱機関からの排ガスの供給量を制御することも
本発明の具体的手段の1つである。
【0017】かかる手段によれば、上記熱機関からの排
ガスの顕熱がエアヒータ入口の燃焼用空気の温度レベル
即ちコールドエンド温度を所要温度にするに必要な熱量
を超えるような場合には、熱機関からの排ガスをエアヒ
ータの上流側の混合器と下流側の混合器とに分流せし
め、ダンパの開度を調節してエアヒータのコールドエン
ド温度が所要温度になるように双方の混合器への排ガス
の分配量を調整する。これにより、上記熱機関の負荷が
一定の許での上記コールドエンド温度の微調整が可能と
なるとともに、エアヒータへの燃焼用空気温度が過度に
高温になるのが防止される。
【0018】さらに、上記空気通路の上記混合器の上流
側部位に上記SAHを設け、上記熱機関の負荷が小さい
とき、蒸気により上記燃焼用空気を加熱するようにして
も良い。このようにすれば、上記熱機関の顕熱のみでは
所要のコールドエンド温度が得られない場合においても
これを解消できる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下図1〜図3を参照して本発明
の実施形態につき詳細に説明する。図1には本発明の実
施の第1形態に係る排気再燃コンバインドサイクルプラ
ントの系統図が示されている。
【0020】図1において、5はボイラ、51は同ボイ
ラ5の燃焼用バーナ装置、3は燃焼用空気を加熱するた
めのエアヒータ、1は燃焼用空気圧送用の押込通風機、
2はディーゼルエンジンあるいはガスタービン等の熱機
関(以下エンジンという)、11は煙突である。
【0021】6は混合器であり、上記ボイラ5への空気
通路14のエアヒータ3の上流側に設けられ、上記エン
ジン2からの排ガスと押込通風機1からの空気とを混合
せしめる。15はボイラ5からの蒸気により駆動される
蒸気タービン、16は同蒸気タービン15に直結された
発電機である。
【0022】また4は上記ボイラ5からの排ガスにより
ボイラ給水を加熱するための給水加熱器であり、同給水
加熱器4は後述するように、ボイラ排ガスの回収度によ
っては設置不要となることもある。17は上記エンジン
2に直結駆動される発電機である。
【0023】上記のように構成された排気再燃コンバイ
ンドサイクルプラントの運転時において、ボイラ5のバ
ーナ装置51への燃焼用空気は押込通風機1によって空
気通路14を圧送され、混合器6にて上記エンジン2か
らの排ガスと混合され、排ガス混合の高温空気となる。
【0024】この高温空気はエアヒータ3に導かれ、こ
こでボイラ5から排ガス管12を経て供給されるボイラ
排ガスと熱交換して加熱昇温される。これによってボイ
ラ排ガスの熱量が回収される。上記エアヒータ3によっ
て加熱された燃焼用空気はボイラ5のバーナ装置51に
送られる。
【0025】上記エアヒータ3におけるボイラ排ガスの
回収熱量が所要熱量に達せず、さらなる熱回収を要する
場合には、給水加熱器4を設置して、同加熱器4にボイ
ラ排ガスを導き、ボイラ給水を加熱して熱回収を行う。
【0026】上記コンバイントサイクルプラントにおい
て、エアヒータ3のコールドエンド温度To 、即ち、
o =(Ta1+Tg2)/2(ここでTa1=エアヒータ入
口の空気温度、Tg2=エアヒータ出口のボイラ排ガス温
度)の制御は、上記エンジン2の負荷(即ち出力)を変
化させ、これによって混合器6に供給されるエンジン排
ガス量及び排ガス温度を調整し、上記エアヒータ入口の
空気温度Ta1を変化させることによって行う。
【0027】つまり、上記エアヒータ3のコールドエン
ド温度To が低過ぎて、エアヒータ3において低温腐食
が発生するおそれがある場合は、上記エンジン2の負荷
(出力)を上げて、エンジン排ガス量を増加し、また排
ガス温度を上昇せしめることにより、エアヒータ3入口
の空気温度Ta1を上昇せしめる。
【0028】このように、エンジン2の負荷(出力)を
制御することにより、上記コールドエンド温度To を所
要範囲に保持しエアヒータ3の低温腐食の発生を防止す
ることができる。
【0029】図2には本発明の実施の第2形態に係る排
気再燃コンバインドサイクルプラントの系統図が示され
ている。この実施形態においては、押込通風機1の空気
出口にタービン15から抽気された蒸気により空気を予
熱する蒸気式空気予熱器(以下SAHと略称する)を設
けて、空気を加熱し、この加熱空気を上記混合器6に送
給している。
【0030】従って、この実施形態の場合は、図1に示
される第1形態よりもエアヒータ3上流の混合器6に流
入する空気温度が高くなり、第1形態よりも低いエンジ
ン負荷で以って、所要のコールドエンド温度To が得ら
れる。即ち、エンジン2の顕熱が不足していても所要の
コールドエンド温度が得られる。その他の構成は図1に
示される第1形態と同様である。
【0031】図3には本発明の実施の第3形態に係る排
気再燃コンバインドサイクルプラントの系統図が示され
ている。この実施形態においては、エアヒータ3の空気
入口側及び出口側の双方に混合器31及び32を設置す
るとともに、エンジン2と各混合器31,32とを接続
する排ガス管35及び36にこれらの排ガス管路を開閉
するダンパ33及び34を設けている。
【0032】この実施形態においては、エンジン2から
の排ガスの顕熱が過大である場合等において、ダンパ3
3及び34の開度を調整することにより、エアヒータ3
の入口側あるいは出口側の混合器31あるいは32に送
るエンジン排ガス量の比率を変えて、エアヒータ3にお
けるコールドエンド温度To を調整することが可能とな
る。その他の構成は図1に示される第1形態と同様であ
る。
【0033】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
本発明によれば、制御範囲が拡く、かつ制御が容易な熱
機関の負荷(出力)によってエアヒータ入口の空気温度
を制御するので、エアヒータのコールドエンド温度の制
御を容易にかつ確実に行うことができ、エアヒータの過
度の温度低下及びこれに伴なう低温腐食の発生を確実に
防止することができる。
【0034】また、従来のもののような大型の蒸気式空
気予熱器(SAH)及びこれの付属配管が不要となり、
部品点数が低減され設備コストを低減することができる
とともに、装置全体の小形コンパクト化が実現できる。
【0035】さらに上記SAHの省略により、これに供
給されるタービン抽気が不要となりタービン効率の向上
が得られる。
【0036】また請求項2のように構成すれば、熱機関
からの排ガスの顕熱が大き過ぎる際においても、ダンパ
によりエアヒータの上流側及び下流側混合器への排ガス
分配量比率を調整することにより、エアヒータのコール
ドエンド温度を常時適正値に保持することができる。
【0037】さらに、請求項3のように構成すれば、熱
機関の顕熱が不足している場合においても、所要のエア
ヒータコールドエンド温度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態に係る排気再燃コンバ
インドサイクルプラントの系統図。
【図2】本発明の実施の第2形態を示す図1応当図。
【図3】本発明の実施の第3形態を示す図1応当図。
【図4】従来の排気再燃コンバインドサイクルプラント
を示す系統図。
【符号の説明】
1 押込通風機 2 エンジン(ディーゼルエンジンある
いはガスタービン) 3 エアヒータ 4 給水加熱器 5 ボイラ 15 蒸気タービン 21 蒸気式空気予熱器 6,31,32 混合器 33,34 ダンパ 35,36 排ガス管
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01K 23/10 F02C 6/18 F02C 7/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボイラからの排ガスにより同ボイラへの
    燃焼用空気を加熱するエアヒータを備えるとともに、デ
    ィーゼルエンジン、ガスタービン等の熱機関の排ガスを
    上記燃焼用空気に混合して上記ボイラに送給するように
    構成された排気再燃コンバインドサイクルプラントにお
    いて、上記燃焼用空気が通流する空気通路の上記エアヒ
    ータの上流側部位に上記熱機関からの排ガスと燃焼用空
    気とを混合する混合器を設置したことを特徴とする排気
    再燃コンバインドサイクルの空気予熱装置。
  2. 【請求項2】 上記混合器を上記空気通路の上記エアヒ
    ータの下流側部位にも設置するとともに、上記上流側及
    び下流側の混合器と上記熱機関とを夫々接続する排ガス
    管路の夫々に、同排ガス管路を開閉し、上記混合器のそ
    れぞれの供給する上記熱機関からの排ガスの供給比率を
    変えるダンパを設けたことを特徴とする請求項1記載の
    排気再燃コンバインドサイクルの空気予熱装置。
  3. 【請求項3】 上記空気通路の上記混合器の上流側部位
    に、上記熱機関からの排ガスの顕熱不足時蒸気により上
    記燃焼用空気を加熱する蒸気式空気予熱器を設けたこと
    を特徴とする請求項1記載の排気再燃コンバインドサイ
    クルの空気予熱装置。
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