JP4202583B2 - コンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン燃焼器内で発生したサーマルＮＯxを抑制するようにしたコンバインドサイクル発電プラント用脱硝制御方法および装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラントに蒸気タービンプラントを組み合わせ、燃料の燃焼により得られる熱エネルギーのうち高温域をガスタービンで、低温域を排熱回収ボイラおよび蒸気タービンにそれぞれ分担させた発電システムであり、熱エネルギーの有効利用を図っている。
【０００３】
通常、コンバインドサイクル発電プラントは、図２で示すように、ガスタービンプラント１と排熱回収ボイラ２、蒸気タービンプラント３および発電機４を組み合わせ、且つガスタービンプラント１と蒸気タービンプラント３と発電機４を同軸上に直結して構成している。ガスタービンプラント１は、吸気フィルター室５から吸込んだ空気（大気）を空気圧縮機６で圧縮して燃焼器７に送り、ここで燃料を燃焼させ、その燃焼ガスによりガスタービン本体８に膨張仕事をさせて回転駆動力を得る。
【０００４】
そして、ガスタービン本体８で仕事を終えた燃焼ガスは、排気ガスＥＧとなり排気ダクト９、前記排熱回収ボイラ２のケーシング10、煙道11、煙突12を経て大気に排出される。
【０００５】
前記排熱回収ボイラのケーシング10内には図示しないが、排気ガスＥＧの流下方向に過熱器、蒸発器および節炭器等の熱交換器（これを排熱回収ボイラ本体という）を設置しており、更に排気ガスＥＧ中の窒素酸化物（サーマルＮＯx）を除去するための脱硝制御装置13を構成する、アンモニアガス噴出部としてのアンモニア噴射グリッド14および脱硝触媒層15を設置している。
【０００６】
この脱硝制御装置13は、これらアンモニア噴射グリッド14および脱硝触媒層
15の他に、ケーシング10の外部に設置したアンモニア発生装置16、アンモニアを空気で希釈してアンモニア噴射グリッド14に供給するためのアンモニア希釈ファン17、これらアンモニア発生装置16およびアンモニア希釈ファン17をアンモニア噴射グリッド14に連通するための配管18および19、配管18中に設けた空気しゃ断弁20、配管19中に設けたアンモニアガスしゃ断弁21、アンモニアガス流量制御弁22、これら弁20，21，22を制御する制御装置23等とから構成されている。
【０００７】
ところで、サーマルＮＯxは燃焼温度が上がるにつれて増加するので、コンバインドサイクル発電プラントを更に高効率・大容量化するためにガスタービンプラント１を高温度化すれば、サーマルＮＯxの量を一層増加させることになる。
【０００８】
コンバインドサイクル発電プラントで現在採用されている窒素酸化物の抑制技術としては、ＮＨ3（アンモニア）を使用した脱硝触媒装置が最も有効な商用技術と評価されている。この脱硝触媒装置による基本的な窒素酸化物除去の化学反応式は以下のとおりである。
【０００９】
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2 →４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
６ＮＯ＋４ＮＨ3 →５Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
６ＮＯ2＋８ＮＨ3 →７Ｎ2＋12Ｈ2Ｏ
【００１０】
また、脱硝触媒装置の効率ηは次のとおりである。
η＝（Ｎin−Ｎout）／Ｎin ×100（％）
（ただし、Ｎinは触媒入口のＮＯx濃度、Ｎoutは触媒出口のＮＯx濃度である。）
【００１１】
脱硝触媒の高効率運用が可能な温度範囲は、低温または高温で活性の高い触媒も開発されつつあるが、200〜600℃位と言われ、使用される触媒は設計条件を考慮して決定される。
現在最も多く用いられている触媒は中温触媒であり、この触媒の比較的効率の高い使用温度範囲は、活性金属の種類によっても異なるが、250〜400℃である。
【００１２】
図３は一般的な脱硝触媒装置の温度−効率特性を示す図である。
このため、上記の温度条件となるような最適温度域を選んで脱硝触媒層を配置している。ガスタービンの着火から低負荷にいたるまで、ユニット起動時の窒素酸化物排出特性は、脱硝触媒層の入口排気ガス温度特性に影響されるため、脱硝触媒層の入口排気ガス温度によって、発電プラントの起動スケジュールが左右される。
【００１３】
即ち、脱硝触媒装置は最適運用温度にて窒素酸化物の除去能力が最大限引き出されるように計画されているため、毎日夜起動停止運転（ＤＳＳ；Dairy Start and Stop）のように、排熱回収ボイラ本体及び缶水が共に高い温度状態からプラントを起動する場合は、脱硝触媒層は高温の排気ガスにさらされて活性化されており、比較的高い脱硝性能が得られ、排出ＮＯxが規制値を下回るまで起動渋滞を起こすことが少ない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、定期点検時のように、発電プラントを長期にわたって停止した場合、排熱回収ボイラ本体、缶水および脱硝触媒層が共に周囲の温度と同じ温度まで冷えている。このような冷えている状態からプラントを起動する場合（これを冷機起動という）、脱硝触媒層が活性化される温度に到達するまで時間がかかり、その間は十分な脱硝性能が得られない。因みに、通常のコンバインドサイクルプラントの起動特性としては、ガスタービン着火から併入運転に至るまで25分程度かかり、また環境特性の危惧される運転時期も着火から低負荷運転時まで40分少々の時間がかかる。その後は排熱回収ボイラ本体および缶水がガスタービンの排熱により暖められることになる。
【００１５】
冷機起動時、ガスタービン本体８が起動し、燃焼器が着火すると、高温の排気ガスＥＧは排気ダクト９を通して排熱回収ボイラのケーシング10内を流れる。排気ガスＥＧは排熱回収ボイラ本体および缶水を加熱しながら流れるため、脱硝触媒層15の入口に到達する前に、相当量の熱エネルギーを吸収されてしまう。
【００１６】
排熱回収ボイラ本体および缶水によって熱エネルギーを奪われ、低温となった排気ガスＥＧでは、もはや脱硝触媒層15を十分活性化することができず、窒素酸化物を十分除去できぬまま煙突12より大気に排出することになる。
従って、排出窒素酸化物が規制値に収まるまで発電プラントとしての機動力を十分発揮することが出来ない。
【００１７】
なお、排気ガスＥＧの熱エネルギーが流下中に吸収されないようにするためには、脱硝触媒層15より上流に設置されている排熱回収ボイラ本体および缶水を蒸気もしくは他の熱源により暖める方法も考えられるが、この方法では、排熱回収ボイラ２まで暖める効果はない。
【００１８】
このため、例えこの方法を採用するにしても、缶水の加熱特性はガスタービンの起動特性よりも劣るため、発電設備としての機動性は損なわれ、投資の割に効果が薄い。
【００１９】
本発明は、発電プラントを冷機状態から起動する場合であっても、機動力を損なうことなく、また環境に対しても十分規制値内の運転が可能なコンバインドサイクル発電システムの脱硝制御方法および装置を提供することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御方法は、ガスタービン燃料を空気圧縮機により圧縮された空気と共に燃焼器に導入して燃焼させ、この燃焼ガスをガスタービン本体に導入し膨張仕事をさせて回転駆動力を得ると共に、前記ガスタービンの排気ガスのもつ熱エネルギーを排熱回収ボイラで回収し、この排熱回収ボイラの出力蒸気により蒸気タービンを回転駆動し、前記排熱回収ボイラ内に排気ガスの流下方向に沿ってアンモニアガス噴射部および脱硝触媒層を設置したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記脱硝触媒層の近傍に前記空気圧縮機から抽気された圧縮空気を噴射する圧縮機放風ノズルを設け、発電プラントの冷機起動時に、圧縮空気の温度と脱硝触媒層の温度の関係を計測し、その関係に基づいて前記圧縮機放風ノズルから噴射する圧縮空気で脱硝触媒層を暖めるようにしたものである。
【００２１】
また、請求項２に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、ガスタービン燃料を空気圧縮機により圧縮された空気と共に燃焼器に導入して燃焼させ、この燃焼ガスをガスタービン本体に導入し膨張仕事をさせて回転駆動力を得ると共に、前記ガスタービンの排気ガスのもつ熱エネルギーを排熱回収ボイラで回収し、この排熱回収ボイラの出力蒸気により蒸気タービンを回転駆動し、前記排熱回収ボイラ内に排気ガスの流下方向に沿ってアンモニア噴射部および脱硝触媒層を設置したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記脱硝触媒層の近傍に圧縮空気を噴射する圧縮機放風ノズルを配置すると共に、前記空気圧縮機の抽気部と前記圧縮機放風ノズルとの間および前記空気圧縮機の抽気部とガスタービンの排気ガス流路の任意の部位との間を接続する抽気放風配管を設けたものである。
【００２２】
さらに、請求項３に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記空気圧縮機の抽気部と圧縮機放風ノズルとの間の抽気放風配管に脱硝触媒層側放風弁を介挿すると共に、前記空気圧縮機の抽気部とガスタービン排気ガス流路の任意の部位との間の管路に排気ガス流路側放風弁を介挿したものである。
【００２３】
また、請求項４に記載した本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記抽気放風配管を、中間部で二分岐し、第１の端部を前記空気圧縮機の抽気部に接続し、第２の端部を排気ガス流路側放風弁を介してガスタービン排気ガス流路の任意の部位に接続し、第３の端部を脱硝触媒層側放風弁を介して前記圧縮機放風ノズルに接続したものである。
【００２４】
さらに、請求項５に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記脱硝触媒層の近傍に、脱硝触媒層の温度を検出する脱硝触媒層温度検出器を設け、この脱硝触媒層温度検出器の測定値が予定値よりも低い場合、前記脱硝触媒層側放風弁を開いて空気圧縮機の抽気を前記圧縮機放風ノズルに供給したものである。
【００２５】
また、請求項６に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記脱硝触媒層の近傍に脱硝触媒層の温度を検出する脱硝触媒層温度検出器を設けると共に、前記空気圧縮機から抽気された圧縮空気の温度を検出する抽気温度検出器を設け、これら双方の温度検出器の測定値を入力し、前記抽気温度検出器の測定値が脱硝触媒層温度検出器の測定値に対して予定の関係にある場合、脱硝触媒層側放風弁を選択してこれに開指令を与える制御装置を設けることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項７に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記脱硝触媒層の近傍に、脱硝触媒層の温度を検出する脱硝触媒層温度検出器を設けると共に、前記空気圧縮機から抽気された圧縮空気の温度を検出する抽気温度検出器を設け、これら双方の温度検出器の測定値を入力し、前記抽気温度検出器の測定値が脱硝触媒層温度検出器の測定値に対して予定の関係にない場合、排気ガス流路側放風弁を選択してこれに開指令を与える制御装置を設けるようにしたものである。
【００２７】
また、請求項８に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、ガスタービンの回転数を測定する回転数計を設け、この回転数計の計測値が定格回転数近傍になるまでの間、前記排気ガス流路側放風弁あるいは脱硝触媒層側放風弁のいずれか一方の放風弁を選択してこれに開指令を与える制御装置を設けるようにしたものである。
【００２８】
また、請求項９に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記空気圧縮機の抽気部と前記圧縮機放風ノズルとの間の抽気放風配管に圧縮機抽気加熱器を設け、より一層脱硝触媒層を早期に活性化することができるようにしたものである。
【００２９】
また、請求項10に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記圧縮機抽気加熱器を抽気によって燃料を燃焼させる助燃装置により構成し、ガスタービン起動時からこの助燃装置を稼動可能とすると共に前記アンモニアガス噴射部にアンモニアガスを供給可能とするものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明による第１の実施の形態を示す図であり、特にコンバインドサイクル発電プラント中の脱硝制御装置を中心に描いた図である。なお、従来技術に対応する部分は同一符号をつけている。
【００３１】
本発明のコンバインドサイクル発電プラントは、図１で示すように、ガスタービンプラント１、排熱回収ボイラ２、蒸気タービンプラント３および発電機４を組み合わせ、且つガスタービンプラント１と蒸気タービンプラント３と発電機４とを同軸上に直結している。
【００３２】
吸気フィルター室５から吸込まれた空気（大気）は空気圧縮機６で断熱圧縮され高温・高圧の圧縮空気となって燃焼器７に送られ、ここで燃料を燃焼させる。そして、その燃焼ガスをガスタービン本体８に導入して膨張仕事をさせて回転駆動力を得る。
【００３３】
ガスタービン本体８で仕事を終えた燃焼ガスは、排気ガスＥＧとなり排気ガスの流路を構成している排気ダクト９、前記排熱回収ボイラ２のケーシング10、煙道11および煙突12を経て大気に排出される。
【００３４】
前記排熱回収ボイラのケーシング10内には、図示しないが、排気ガスＥＧの流下方向に沿って排気ガスの熱エネルギーを回収するための過熱器、ドラムと連通する蒸発器および節炭器等の熱交換器（排熱回収ボイラ本体）を設置しており、更にその下流に排気ガスＥＧ中の窒素酸化物を除去する脱硝制御装置13の構成部品であるアンモニア噴射グリッド14および脱硝触媒層15を設置している。
【００３５】
この脱硝制御装置13は、上述したアンモニア噴射グリッド14および脱硝触媒層15の他に、以下に述べる装置や部品によって構成されている。即ち、ケーシング10の外部に設置されたアンモニア発生装置16と、このアンモニア発生装置16から送出されるアンモニアを空気で希釈してアンモニア噴射グリッド14に供給するためのアンモニア希釈ファン17と、これらをアンモニア噴射グリッド14に連通するための配管18，19と、更にこの配管18，19の途中に設けた空気しゃ断弁20、アンモニアガスしゃ断弁21およびアンモニアガス流量調節弁22と、これらの弁20，21および22を制御する制御装置23とから構成されている。
【００３６】
以上の構成は図２に示した従来の技術と同じであるが、本発明では上記の構成に加えて、次の部品を付加している。
即ち、前記空気圧縮機６はその中間段に、断熱圧縮されて高温になった空気の一部を抽気する抽気部６ａを設け、この抽気部６ａに抽気放風配管24の一端24ａを接続する。この抽気放風配管24は中間部を二つに分岐しており、一方の分岐配管（排気ガス流路側管路）24ｂの端部は排気ガス流路側放風弁25を介して排気ダクト９に開口し、他方の分岐配管（脱硝触媒層側管路）24ｃの端部は脱硝触媒層側放風弁26を介して圧縮機放風ノズル27に連通している。
【００３７】
この圧縮機放風ノズル27は前記アンモニア噴射グリッド14と前記脱硝触媒層15との間に配置され、発電プラントの冷機起動時に、前記空気圧縮機６から抽気された高温・高圧の圧縮空気（抽気）を脱硝触媒層15に吹き付けてこれを温度上昇させ、脱硝触媒層15の活性化を早める手段として機能するものである。
【００３８】
そして、前記抽気放風配管24には抽気温度を検出する抽気温度検出器28を設け、また前記脱硝触媒層15の排気ガスＥＧの入口近傍には脱硝触媒層の入口排ガス温度を検出する脱硝触媒層温度検出器29をそれぞれ設けている。また、ガスタービンの回転数を検出する回転数計30を設けている。
【００３９】
制御装置23は、これら抽気温度検出器28、脱硝触媒層温度検出器29、回転数検出器30からの測定値を入力して所定の演算を行うものであり、前記各弁20，21，22，25，26への制御指令ほかアンモニア発生装置16や希釈ファン17への制御指令等も出力する。
【００４０】
なお、前記抽気放風配管24上に設けた排気ガス流路側放風弁25および脱硝触媒層側放風弁26は、定格回転数未満でどちらかが開くことにより、ガスタービン起動時、空気圧縮機のサージング（吐出圧力および流量の不安定運転）防止機能も兼ねている。
【００４１】
次に、本発明装置の動作について図４および図５を参照して説明する。
（１）冷機起動時
まず、図４の冷機起動時の特性図から説明する。
図示しない起動装置により起動指令がでると、ガスタービンプラント１は時刻ｔ０から駆動され、時刻ｔ１でガスタービンプラント１内の可燃ガスパージを目的としたパージ回転数（Ｒ２）まで回転上昇する（図４のｔ０〜ｔ１）。このパージ回転数（Ｒ２）を一定時間保持し（ｔ１〜ｔ２）、その後着火時の速度（Ｒ１）まで回転数を降下する（ｔ３）。
【００４２】
空気圧縮機６は、ガスタービン本体８と一体に回転し、吸気フィルター室５から吸込んだ空気（大気）を断熱圧縮して高温化し燃焼器７に導入する。燃焼器７が着火し、燃焼ガスがガスタービン本体８に供給されると、ガスタービン本体８は燃焼ガスにより駆動力が与えられ、空気圧縮機６、蒸気タービン３および発電機４を駆動し、回転上昇する。なおｔ４は排出ＮＯx濃度が規制値を越える時刻、ｔ５はガスタービン回転数が定格回転数（Ｒｓ）に到達したときの時刻、ｔ６は抽気温度よりも触媒温度が高くなった時刻を示す。
【００４３】
次に、図５に示すシーケンス回路を参照して、排気ガス流路側放風弁25および脱硝触媒層側放風弁26の開閉制御について説明するが、その前に３つ入力条件（Ａ、Ｂ、Ｃ）について説明する。
【００４４】
入力条件Ａ（ＧＴ起動完了）が成立する（論理値「１」となる）のは、図４のガスタービンの回転数がほぼ定格回転数に到達したときであり、また、入力条件Ｂ（ＮＯx規定値以下）が成立する（論理値「１」となる）のは、図４の規制値以下のときである。
【００４５】
そして、入力条件Ｃが成立する（論理値「１」となる）のは、抽気温度検出器28の計測値が脱硝触媒層温度検出器29の計測値以上のとき（これを予定の関係にあるときという）である。
なお、図５において、ＮＯＴ１〜ＮＯＴ８はノット回路、ＡＮＤ１〜ＡＮＤ４はアンド回路、ＯＲ１〜ＯＲ４はオア回路を示す。
【００４６】
以下、図４の起動特性の時間軸に沿って図５の応動を説明する。
（ｉ）時刻ｔ０から時刻ｔ４間（ｔ０≦ ｔ ＜ｔ４）
この期間は、ガスタービンの起動開始−パージ運転−燃焼器の着火−回転数の上昇という期間であり、入力条件は次のとおりである。
【００４７】
Ａ；「０」，Ｂ；「１」，Ｃ；「１」。このため、ＮＯＴ１〜ＮＯＴ４の出力は「１」、ＮＯＴ５，ＮＯＴ６の出力は「０」、また、ＮＯＴ７、ＮＯＴ８の出力は「０」となる。この結果、ＡＮＤ１；「１」、ＡＮＤ２〜ＡＮＤ４；「０」となるので、ＯＲ１およびＯＲ４；「１」、ＯＲ２およびＯＲ３；「０」となり、脱硝触媒層側放風弁26は全開、排気ガス流路側放風弁25は全閉となる。
これにより、空気圧縮機６の抽気は全て脱硝触媒層側放風弁26を経て圧縮機放風ノズル27から噴射され、脱硝触媒層15を加熱する。
【００４８】
（ii）時刻ｔ４から時刻ｔ５間（ｔ４≦ ｔ ＜ｔ５）
この期間は、ＮＯx濃度が規制値を越えるが、ガスタービンの回転数はまだ定格回転数に到達していない期間である。
【００４９】
入力条件Ａは「０」のままであり、ＮＯＴ１〜ＮＯＴ４の出力は「１」で変わらない。しかし、ＮＯxは規制値を越えるので、入力条件Ｂは「１」から「０」に反転し、ＮＯＴ５，ＮＯＴ６の出力は「０」から「１」に反転する。また、入力条件Ｃは「１」のままであるから、ＮＯＴ７、ＮＯＴ８の出力は「０」のままである。
【００５０】
この結果、ＡＮＤ１；「０」、ＡＮＤ２；「０」、ＡＮＤ３；「１」、ＡＮＤ４；「０」、またＯＲ１；「１」、ＯＲ４；「１」、ＯＲ２；「０」、ＯＲ３；「０」となり、前の期間同様、脱硝触媒層側放風弁26は全開、排気ガス流路側放風弁25は全閉状態を継続する。したがって、空気圧縮機６の抽気は全て脱硝触媒層15に継続して吹き付けられ、脱硝触媒層15を更に加熱する。
【００５１】
（iii）時刻ｔ５から時刻ｔ６間 （ｔ５≦ ｔ ＜ｔ６）
この期間は、ガスタービンの回転数が定格回転数に到達してからその後の期間である。この期間内では、入力条件Ａ；「１」となるから、ＮＯＴ１〜ＮＯＴ４の出力は「０」に反転し、入力条件Ｂ；「０」のままであるから、ＮＯＴ５，ＮＯＴ６の出力は「１」を継続する。また、入力条件Ｃ；「１」のままであるから、ＮＯＴ７、ＮＯＴ８の出力は「０」のままである。
【００５２】
この結果、ＡＮＤ１；「０」、ＡＮＤ２；「０」、ＡＮＤ３；「０」、ＡＮＤ４；「０」となり、ＯＲ１；「０」、ＯＲ２；「０」、ＯＲ３；「１」，ＯＲ４；「１」となり、脱硝触媒層側放風弁26および排気ガス流路側放風弁25は全閉状態になる。したがって、この期間内では、空気圧縮機６から抽気は行われなくなり、空気圧縮機６の圧縮空気は全て燃焼器７に導入される。
【００５３】
（iv）時刻ｔ６以降 （ｔ６≦ｔ）
上記したように、既に入力条件Ａ；「１」になっているので、ＯＲ３；「１」、ＯＲ４；「１」となり、脱硝触媒層側放風弁２６および排気ガス流路側放風弁２５ともに全閉状態を維持する。したがって、この期間中も空気圧縮機６から抽気は行われなくなり、空気圧縮機６の圧縮空気は全て燃焼器７に導入される。
【００５４】
以上述べたように、制御装置23は冷機起動時において、ガスタービンプラント１に起動指令が出てから起動が完了するまでは、排熱回収側放風弁26を開いて高温の抽気を脱硝触媒層15に吹きつけるようにしたので、脱硝触媒層15の活性化を促進することができる。
【００５５】
なお、制御装置23はガスタービンプラント１の起動にてアンモニア希釈ファン17を運転開始させ、アンモニアガス遮断弁20を全開にし、空気圧縮機６の抽気温度が所定の温度（例えば脱硝触媒が活性化されるときの温度）になると、アンモニアガス流量調節弁22を制御可能な状態にする。更に、ガスタービンプラント１が停止すると、アンモニアガス遮断弁21を全閉にし、アンモニアガス流量調節弁22を制御停止状態にする。
【００５６】
なお、ガスタービンプラント１の起動から定格回転数までの起動過程（（ｉ）および(ii)）において、空気圧縮機６の抽気は必ず排気ガス流路側若しくは排熱回収ボイラ内に排気するように制御しているので、空気圧縮機６のサージングを防止することができる。
【００５７】
（２）暖機起動時
暖機起動時は起動特性図を用いないで説明する。
（ｉ）起動開始から定格回転数未満の期間
ユニットの暖機起動とは、ホットバンキング等で排熱回収ボイラ本体及び缶水とも残熱により温度が高く、脱硝触媒層の温度も活性化に十分な温度になっている状態での起動をいう。この場合、窒素酸化物が規制値を越えることはない。 暖機起動時は、一般に抽気温度よりも脱硝触媒層の温度の方が高いので、入力条件Ｃ；「０」である。
【００５８】
この期間内の放風弁25，26の応動について少し説明する。入力条件は、
Ａ；「０」、Ｂ；「１」、Ｃ；「０」であるから、ＮＯＴ１〜ＮＯＴ４の出力は「１」、ＮＯＴ５，ＮＯＴ６の出力は「０」、また、ＮＯＴ７、ＮＯＴ８の出力は「１」である。
【００５９】
このため、ＡＮＤ１；「０」、ＡＮＤ２；「１」、ＡＮＤ３；「０」、ＡＮＤ４；「０」であるから、ＯＲ２；「１」、ＯＲ３；「１」，ＯＲ１；「０」，ＯＲ４；「０」となり、排気ガス流路側放風弁25は全開、脱硝触媒層側放風弁26は全閉となる。これにより、空気圧縮機６の抽気は全て排気ダクト内９に排気される。また、抽気した圧縮空気が全て排気ダクト内９に排気されることにより、空気圧縮機６のサージングを防ぐことができる。
【００６０】
なお、暖機起動時、抽気温度の方が触媒層の温度よりも高い場合も考えられるので、この場合の応動についても説明する。この場合入力条件は、Ａ；「０」、Ｂ；「１」、Ｃ；「１」であるから、ＡＮＤ１のみ「１」となるので、ＯＲ１；「０」、ＯＲ４；「１」触媒装置側放風弁26は全開、排気ガス流路側放風弁25は全閉となり、排気ガスで脱硝触媒層15を加熱する。
【００６１】
ガスタービン８からの排気ガスＥＧにより排熱回収ボイラ本体および缶水の温度が上昇し、即ち触媒層の温度が抽気温度を越えると（Ｃ；「０」）、前述同様排気ガス流路側放風弁25は全開、触媒側放風弁26は全閉となる。
【００６２】
このように、抽気ガス温度が脱硝触媒層の温度よりも高い場合、確実に排気ガスで脱硝触媒層15を加熱する。なお、抽気温度が脱硝触媒層の温度よりも高い場合でも低い場合でも、ガスタービン８の回転数が定格回転数近傍に到達していない状態では、空気圧縮機６の抽気は全て排気ガス流路に排気されるので、空気圧縮機６のサージングを防ぐことができる。
【００６３】
（ii）定格回転数以上の期間
この期間はタービン回転数が定格回転数以上となっているから、入力条件Ａは「０」から「１」に反転し、ＮＯＴ１〜ＮＯＴ４の出力は「０」から「１」に反転する。入力条件Ｂは「１」で変わらないから、ＮＯＴ５，ＮＯＴ６の出力は「０」を継続する。また、入力条件Ｃは「０」のままであるから、ＮＯＴ７、ＮＯＴ８の出力は「１」のままである。
【００６４】
この結果、ＡＮＤ１〜ＡＮＤ４；「０」となり、ＯＲ１；「０」、ＯＲ２；「０」、ＯＲ３；「１」，ＯＲ４；「１」となり、脱硝触媒層側放風弁26および排気ガス流路側放風弁25は全閉状態になる。この期間内では、排気ガスにより排熱回収ボイラ本体および缶水はかなり暖められているので、抽気による加熱は必要ないので、空気圧縮機６からの抽気は止められ、空気圧縮機６の圧縮空気は全て燃焼器７に導入される。また、空気圧縮機６の速度が定格回転数近傍まで上昇するとサージングを起こす惧れもないので、二つの放風弁が閉じても問題ない。
【００６５】
（第２の実施の形態）
図６は本発明による第２の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、第１の実施の形態に対して、抽気放風配管24の圧縮機放風ノズル27側に抽気を加熱するために加熱装置28を設けたものである。本実施形態による加熱装置28は、抽気に燃料を加えて燃やす助燃式のタイプである。この場合、加熱装置28から窒素酸化物が発生するので、燃料が燃え出したらすぐに脱硝制御装置13が作動するように、アンモニア発生装置16および希釈ファン17を待機させておく。
【００６６】
本実施の形態によれば、抽気を更に高温にすることができるので、脱硝触媒層15の活性化を早めることができる。
なお、抽気放風配管24は、図１、図２とも中間部から２分岐するようにしているが、このようにする代わりに、排気ガス流路側管路24ｂと圧縮機放風ノズル側管路24ｃをそれぞれ空気圧縮機６の抽気部６ａに直接接続しても良い。
【００６７】
更にまた、温度検出器は脱硝触媒温度検出器29のみ設け、この温度検出器の測定値と予め定めた所定値（触媒の活性化に十分な温度）とを比較するようにしてもよい。
【００６８】
更にまた、排気ガス流路側管路24ｂは排気ダクト９に接続せずに、煙突12につながる適宜な排気ガス流路内に接続してもよい。
更にまた、加熱装置28は助燃式のものに代えて電熱ヒータ式のものに置き換えてもよい。また、起動中の他のコンバインド発電プラントからの蒸気で加熱してもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は冷機起動時等のように脱硝触媒層入口近傍の温度が空気圧縮機の抽気温度よりも低いとき、その抽気を脱硝触媒層に吹き付けて脱硝触媒層を暖め、脱硝触媒層を早期に活性化するようにしたので、大掛かりな設備を設けることなく、起動指令に対して即応性のあるコンバインドサイクル発電プラントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施の形態を示す図。
【図２】従来の技術を示す図。
【図３】一般的な脱硝触媒装置の温度−効率特性図。
【図４】ユニット起動特性図。
【図５】放風弁の運転説明用シーケンス回路図。
【図６】本発明による第２の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
１…ガスタービンプラント、２…排熱回収ボイラ、３…蒸気タービンプラント、４…発電機、５…吸気フィルター室、６…空気圧縮機、７…燃焼器、８…ガスタービン本体、９…排気ダクト、10…ケーシング、11…煙道、12…煙突、13…脱硝制御装置、14…アンモニア噴射グリッド、15…脱硝触媒層、16…アンモニア発生装置、17…アンモニア希釈ファン、23…制御装置、24…抽気放風配管、24ｂ…排気ガス流路側管路、24ｃ…脱硝触媒層側管路、25…排気ガス流路側放風弁、26…脱硝触媒層側放風弁、27…圧縮機放風ノズル、28…抽気温度検出器、29…脱硝触媒層温度検出器、30…回転数計。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン燃焼器内で発生したサーマルＮＯxを抑制するようにしたコンバインドサイクル発電プラント用脱硝制御方法および装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラントに蒸気タービンプラントを組み合わせ、燃料の燃焼により得られる熱エネルギーのうち高温域をガスタービンで、低温域を排熱回収ボイラおよび蒸気タービンにそれぞれ分担させた発電システムであり、熱エネルギーの有効利用を図っている。
【０００３】
通常、コンバインドサイクル発電プラントは、図２で示すように、ガスタービンプラント１と排熱回収ボイラ２、蒸気タービンプラント３および発電機４を組み合わせ、且つガスタービンプラント１と蒸気タービンプラント３と発電機４を同軸上に直結して構成している。ガスタービンプラント１は、吸気フィルター室５から吸込んだ空気（大気）を空気圧縮機６で圧縮して燃焼器７に送り、ここで燃料を燃焼させ、その燃焼ガスによりガスタービン本体８に膨張仕事をさせて回転駆動力を得る。
【０００４】
そして、ガスタービン本体８で仕事を終えた燃焼ガスは、排気ガスＥＧとなり排気ダクト９、前記排熱回収ボイラ２のケーシング10、煙道11、煙突12を経て大気に排出される。
【０００５】
前記排熱回収ボイラのケーシング10内には図示しないが、排気ガスＥＧの流下方向に過熱器、蒸発器および節炭器等の熱交換器（これを排熱回収ボイラ本体という）を設置しており、更に排気ガスＥＧ中の窒素酸化物（サーマルＮＯx）を除去するための脱硝制御装置13を構成する、アンモニアガス噴出部としてのアンモニア噴射グリッド14および脱硝触媒層15を設置している。
【０００６】
この脱硝制御装置13は、これらアンモニア噴射グリッド14および脱硝触媒層
15の他に、ケーシング10の外部に設置したアンモニア発生装置16、アンモニアを空気で希釈してアンモニア噴射グリッド14に供給するためのアンモニア希釈ファン17、これらアンモニア発生装置16およびアンモニア希釈ファン17をアンモニア噴射グリッド14に連通するための配管18および19、配管18中に設けた空気しゃ断弁20、配管19中に設けたアンモニアガスしゃ断弁21、アンモニアガス流量制御弁22、これら弁20，21，22を制御する制御装置23等とから構成されている。
【０００７】
ところで、サーマルＮＯxは燃焼温度が上がるにつれて増加するので、コンバインドサイクル発電プラントを更に高効率・大容量化するためにガスタービンプラント１を高温度化すれば、サーマルＮＯxの量を一層増加させることになる。
【０００８】
コンバインドサイクル発電プラントで現在採用されている窒素酸化物の抑制技術としては、ＮＨ3（アンモニア）を使用した脱硝触媒装置が最も有効な商用技術と評価されている。この脱硝触媒装置による基本的な窒素酸化物除去の化学反応式は以下のとおりである。
【０００９】
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2 →４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
６ＮＯ＋４ＮＨ3 →５Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
６ＮＯ2＋８ＮＨ3 →７Ｎ2＋12Ｈ2Ｏ
【００１０】
また、脱硝触媒装置の効率ηは次のとおりである。
η＝（Ｎin−Ｎout）／Ｎin ×100（％）
（ただし、Ｎinは触媒入口のＮＯx濃度、Ｎoutは触媒出口のＮＯx濃度である。）
【００１１】
脱硝触媒の高効率運用が可能な温度範囲は、低温または高温で活性の高い触媒も開発されつつあるが、200〜600℃位と言われ、使用される触媒は設計条件を考慮して決定される。
現在最も多く用いられている触媒は中温触媒であり、この触媒の比較的効率の高い使用温度範囲は、活性金属の種類によっても異なるが、250〜400℃である。
【００１２】
図３は一般的な脱硝触媒装置の温度−効率特性を示す図である。
このため、上記の温度条件となるような最適温度域を選んで脱硝触媒層を配置している。ガスタービンの着火から低負荷にいたるまで、ユニット起動時の窒素酸化物排出特性は、脱硝触媒層の入口排気ガス温度特性に影響されるため、脱硝触媒層の入口排気ガス温度によって、発電プラントの起動スケジュールが左右される。
【００１３】
即ち、脱硝触媒装置は最適運用温度にて窒素酸化物の除去能力が最大限引き出されるように計画されているため、毎日夜起動停止運転（ＤＳＳ；Dairy Start and Stop）のように、排熱回収ボイラ本体及び缶水が共に高い温度状態からプラントを起動する場合は、脱硝触媒層は高温の排気ガスにさらされて活性化されており、比較的高い脱硝性能が得られ、排出ＮＯxが規制値を下回るまで起動渋滞を起こすことが少ない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、定期点検時のように、発電プラントを長期にわたって停止した場合、排熱回収ボイラ本体、缶水および脱硝触媒層が共に周囲の温度と同じ温度まで冷えている。このような冷えている状態からプラントを起動する場合（これを冷機起動という）、脱硝触媒層が活性化される温度に到達するまで時間がかかり、その間は十分な脱硝性能が得られない。因みに、通常のコンバインドサイクルプラントの起動特性としては、ガスタービン着火から併入運転に至るまで25分程度かかり、また環境特性の危惧される運転時期も着火から低負荷運転時まで40分少々の時間がかかる。その後は排熱回収ボイラ本体および缶水がガスタービンの排熱により暖められることになる。
【００１５】
冷機起動時、ガスタービン本体８が起動し、燃焼器が着火すると、高温の排気ガスＥＧは排気ダクト９を通して排熱回収ボイラのケーシング10内を流れる。排気ガスＥＧは排熱回収ボイラ本体および缶水を加熱しながら流れるため、脱硝触媒層15の入口に到達する前に、相当量の熱エネルギーを吸収されてしまう。
【００１６】
排熱回収ボイラ本体および缶水によって熱エネルギーを奪われ、低温となった排気ガスＥＧでは、もはや脱硝触媒層15を十分活性化することができず、窒素酸化物を十分除去できぬまま煙突12より大気に排出することになる。
従って、排出窒素酸化物が規制値に収まるまで発電プラントとしての機動力を十分発揮することが出来ない。
【００１７】
なお、排気ガスＥＧの熱エネルギーが流下中に吸収されないようにするためには、脱硝触媒層15より上流に設置されている排熱回収ボイラ本体および缶水を蒸気もしくは他の熱源により暖める方法も考えられるが、この方法では、排熱回収ボイラ２まで暖める効果はない。
【００１８】
このため、例えこの方法を採用するにしても、缶水の加熱特性はガスタービンの起動特性よりも劣るため、発電設備としての機動性は損なわれ、投資の割に効果が薄い。
【００１９】
本発明は、発電プラントを冷機状態から起動する場合であっても、機動力を損なうことなく、また環境に対しても十分規制値内の運転が可能なコンバインドサイクル発電システムの脱硝制御方法および装置を提供することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御方法は、ガスタービン燃料を空気圧縮機により圧縮された空気と共に燃焼器に導入して燃焼させ、この燃焼ガスをガスタービン本体に導入し膨張仕事をさせて回転駆動力を得ると共に、前記ガスタービンの排気ガスのもつ熱エネルギーを排熱回収ボイラで回収し、この排熱回収ボイラの出力蒸気により蒸気タービンを回転駆動し、前記排熱回収ボイラ内に排気ガスの流下方向に沿ってアンモニアガス噴射部および脱硝触媒層を設置したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記脱硝触媒層の近傍に前記空気圧縮機から抽気された圧縮空気を噴射する圧縮機放風ノズルを設け、発電プラントの冷機起動時に、圧縮空気の温度と脱硝触媒層の温度の関係を計測し、その関係に基づいて前記圧縮機放風ノズルから噴射する圧縮空気で脱硝触媒層を暖めるようにしたものである。
【００２１】
また、請求項２に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、ガスタービン燃料を空気圧縮機により圧縮された空気と共に燃焼器に導入して燃焼させ、この燃焼ガスをガスタービン本体に導入し膨張仕事をさせて回転駆動力を得ると共に、前記ガスタービンの排気ガスのもつ熱エネルギーを排熱回収ボイラで回収し、この排熱回収ボイラの出力蒸気により蒸気タービンを回転駆動し、前記排熱回収ボイラ内に排気ガスの流下方向に沿ってアンモニア噴射部および脱硝触媒層を設置したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記脱硝触媒層の近傍に圧縮空気を噴射する圧縮機放風ノズルを配置すると共に、前記空気圧縮機の抽気部と前記圧縮機放風ノズルとの間および前記空気圧縮機の抽気部とガスタービンの排気ガス流路の任意の部位との間を接続する抽気放風配管を設けたものである。
【００２２】
さらに、請求項３に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記空気圧縮機の抽気部と圧縮機放風ノズルとの間の抽気放風配管に脱硝触媒層側放風弁を介挿すると共に、前記空気圧縮機の抽気部とガスタービン排気ガス流路の任意の部位との間の管路に排気ガス流路側放風弁を介挿したものである。
【００２３】
また、請求項４に記載した本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記抽気放風配管を、中間部で二分岐し、第１の端部を前記空気圧縮機の抽気部に接続し、第２の端部を排気ガス流路側放風弁を介してガスタービン排気ガス流路の任意の部位に接続し、第３の端部を脱硝触媒層側放風弁を介して前記圧縮機放風ノズルに接続したものである。
【００２４】
さらに、請求項５に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記脱硝触媒層の近傍に、脱硝触媒層の温度を検出する脱硝触媒層温度検出器を設け、この脱硝触媒層温度検出器の測定値が予定値よりも低い場合、前記脱硝触媒層側放風弁を開いて空気圧縮機の抽気を前記圧縮機放風ノズルに供給したものである。
【００２５】
また、請求項６に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記脱硝触媒層の近傍に脱硝触媒層の温度を検出する脱硝触媒層温度検出器を設けると共に、前記空気圧縮機から抽気された圧縮空気の温度を検出する抽気温度検出器を設け、これら双方の温度検出器の測定値を入力し、前記抽気温度検出器の測定値が脱硝触媒層温度検出器の測定値に対して予定の関係にある場合、脱硝触媒層側放風弁を選択してこれに開指令を与える制御装置を設けることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項７に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記脱硝触媒層の近傍に、脱硝触媒層の温度を検出する脱硝触媒層温度検出器を設けると共に、前記空気圧縮機から抽気された圧縮空気の温度を検出する抽気温度検出器を設け、これら双方の温度検出器の測定値を入力し、前記抽気温度検出器の測定値が脱硝触媒層温度検出器の測定値に対して予定の関係にない場合、排気ガス流路側放風弁を選択してこれに開指令を与える制御装置を設けるようにしたものである。
【００２７】
また、請求項８に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、ガスタービンの回転数を測定する回転数計を設け、この回転数計の計測値が定格回転数近傍になるまでの間、前記排気ガス流路側放風弁あるいは脱硝触媒層側放風弁のいずれか一方の放風弁を選択してこれに開指令を与える制御装置を設けるようにしたものである。
【００２８】
また、請求項９に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記空気圧縮機の抽気部と前記圧縮機放風ノズルとの間の抽気放風配管に圧縮機抽気加熱器を設け、より一層脱硝触媒層を早期に活性化することができるようにしたものである。
【００２９】
また、請求項10に記載した発明に係るコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置は、前記圧縮機抽気加熱器を抽気によって燃料を燃焼させる助燃装置により構成し、ガスタービン起動時からこの助燃装置を稼動可能とすると共に前記アンモニアガス噴射部にアンモニアガスを供給可能とするものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明による第１の実施の形態を示す図であり、特にコンバインドサイクル発電プラント中の脱硝制御装置を中心に描いた図である。なお、従来技術に対応する部分は同一符号をつけている。
【００３１】
本発明のコンバインドサイクル発電プラントは、図１で示すように、ガスタービンプラント１、排熱回収ボイラ２、蒸気タービンプラント３および発電機４を組み合わせ、且つガスタービンプラント１と蒸気タービンプラント３と発電機４とを同軸上に直結している。
【００３２】
吸気フィルター室５から吸込まれた空気（大気）は空気圧縮機６で断熱圧縮され高温・高圧の圧縮空気となって燃焼器７に送られ、ここで燃料を燃焼させる。そして、その燃焼ガスをガスタービン本体８に導入して膨張仕事をさせて回転駆動力を得る。
【００３３】
ガスタービン本体８で仕事を終えた燃焼ガスは、排気ガスＥＧとなり排気ガスの流路を構成している排気ダクト９、前記排熱回収ボイラ２のケーシング10、煙道11および煙突12を経て大気に排出される。
【００３４】
前記排熱回収ボイラのケーシング10内には、図示しないが、排気ガスＥＧの流下方向に沿って排気ガスの熱エネルギーを回収するための過熱器、ドラムと連通する蒸発器および節炭器等の熱交換器（排熱回収ボイラ本体）を設置しており、更にその下流に排気ガスＥＧ中の窒素酸化物を除去する脱硝制御装置13の構成部品であるアンモニア噴射グリッド14および脱硝触媒層15を設置している。
【００３５】
この脱硝制御装置13は、上述したアンモニア噴射グリッド14および脱硝触媒層15の他に、以下に述べる装置や部品によって構成されている。即ち、ケーシング10の外部に設置されたアンモニア発生装置16と、このアンモニア発生装置16から送出されるアンモニアを空気で希釈してアンモニア噴射グリッド14に供給するためのアンモニア希釈ファン17と、これらをアンモニア噴射グリッド14に連通するための配管18，19と、更にこの配管18，19の途中に設けた空気しゃ断弁20、アンモニアガスしゃ断弁21およびアンモニアガス流量調節弁22と、これらの弁20，21および22を制御する制御装置23とから構成されている。
【００３６】
以上の構成は図２に示した従来の技術と同じであるが、本発明では上記の構成に加えて、次の部品を付加している。
即ち、前記空気圧縮機６はその中間段に、断熱圧縮されて高温になった空気の一部を抽気する抽気部６ａを設け、この抽気部６ａに抽気放風配管24の一端24ａを接続する。この抽気放風配管24は中間部を二つに分岐しており、一方の分岐配管（排気ガス流路側管路）24ｂの端部は排気ガス流路側放風弁25を介して排気ダクト９に開口し、他方の分岐配管（脱硝触媒層側管路）24ｃの端部は脱硝触媒層側放風弁26を介して圧縮機放風ノズル27に連通している。
【００３７】
この圧縮機放風ノズル27は前記アンモニア噴射グリッド14と前記脱硝触媒層15との間に配置され、発電プラントの冷機起動時に、前記空気圧縮機６から抽気された高温・高圧の圧縮空気（抽気）を脱硝触媒層15に吹き付けてこれを温度上昇させ、脱硝触媒層15の活性化を早める手段として機能するものである。
【００３８】
そして、前記抽気放風配管24には抽気温度を検出する抽気温度検出器28を設け、また前記脱硝触媒層15の排気ガスＥＧの入口近傍には脱硝触媒層の入口排ガス温度を検出する脱硝触媒層温度検出器29をそれぞれ設けている。また、ガスタービンの回転数を検出する回転数計30を設けている。
【００３９】
制御装置23は、これら抽気温度検出器28、脱硝触媒層温度検出器29、回転数検出器30からの測定値を入力して所定の演算を行うものであり、前記各弁20，21，22，25，26への制御指令ほかアンモニア発生装置16や希釈ファン17への制御指令等も出力する。
【００４０】
なお、前記抽気放風配管24上に設けた排気ガス流路側放風弁25および脱硝触媒層側放風弁26は、定格回転数未満でどちらかが開くことにより、ガスタービン起動時、空気圧縮機のサージング（吐出圧力および流量の不安定運転）防止機能も兼ねている。
【００４１】
次に、本発明装置の動作について図４および図５を参照して説明する。
（１）冷機起動時
まず、図４の冷機起動時の特性図から説明する。
図示しない起動装置により起動指令がでると、ガスタービンプラント１は時刻ｔ０から駆動され、時刻ｔ１でガスタービンプラント１内の可燃ガスパージを目的としたパージ回転数（Ｒ２）まで回転上昇する（図４のｔ０〜ｔ１）。このパージ回転数（Ｒ２）を一定時間保持し（ｔ１〜ｔ２）、その後着火時の速度（Ｒ１）まで回転数を降下する（ｔ３）。
【００４２】
空気圧縮機６は、ガスタービン本体８と一体に回転し、吸気フィルター室５から吸込んだ空気（大気）を断熱圧縮して高温化し燃焼器７に導入する。燃焼器７が着火し、燃焼ガスがガスタービン本体８に供給されると、ガスタービン本体８は燃焼ガスにより駆動力が与えられ、空気圧縮機６、蒸気タービン３および発電機４を駆動し、回転上昇する。なおｔ４は排出ＮＯx濃度が規制値を越える時刻、ｔ５はガスタービン回転数が定格回転数（Ｒｓ）に到達したときの時刻、ｔ６は抽気温度よりも触媒温度が高くなった時刻を示す。
【００４３】
次に、図５に示すシーケンス回路を参照して、排気ガス流路側放風弁25および脱硝触媒層側放風弁26の開閉制御について説明するが、その前に３つ入力条件（Ａ、Ｂ、Ｃ）について説明する。
【００４４】
入力条件Ａ（ＧＴ起動完了）が成立する（論理値「１」となる）のは、図４のガスタービンの回転数がほぼ定格回転数に到達したときであり、また、入力条件Ｂ（ＮＯx規定値以下）が成立する（論理値「１」となる）のは、図４の規制値以下のときである。
【００４５】
そして、入力条件Ｃが成立する（論理値「１」となる）のは、抽気温度検出器28の計測値が脱硝触媒層温度検出器29の計測値以上のとき（これを予定の関係にあるときという）である。
なお、図５において、ＮＯＴ１〜ＮＯＴ８はノット回路、ＡＮＤ１〜ＡＮＤ４はアンド回路、ＯＲ１〜ＯＲ４はオア回路を示す。
【００４６】
以下、図４の起動特性の時間軸に沿って図５の応動を説明する。
（ｉ）時刻ｔ０から時刻ｔ４間（ｔ０≦ ｔ ＜ｔ４）
この期間は、ガスタービンの起動開始−パージ運転−燃焼器の着火−回転数の上昇という期間であり、入力条件は次のとおりである。
【００４７】
Ａ；「０」，Ｂ；「１」，Ｃ；「１」。このため、ＮＯＴ１〜ＮＯＴ４の出力は「１」、ＮＯＴ５，ＮＯＴ６の出力は「０」、また、ＮＯＴ７、ＮＯＴ８の出力は「０」となる。この結果、ＡＮＤ１；「１」、ＡＮＤ２〜ＡＮＤ４；「０」となるので、ＯＲ１およびＯＲ４；「１」、ＯＲ２およびＯＲ３；「０」となり、脱硝触媒層側放風弁26は全開、排気ガス流路側放風弁25は全閉となる。
これにより、空気圧縮機６の抽気は全て脱硝触媒層側放風弁26を経て圧縮機放風ノズル27から噴射され、脱硝触媒層15を加熱する。
【００４８】
（ii）時刻ｔ４から時刻ｔ５間（ｔ４≦ ｔ ＜ｔ５）
この期間は、ＮＯx濃度が規制値を越えるが、ガスタービンの回転数はまだ定格回転数に到達していない期間である。
【００４９】
入力条件Ａは「０」のままであり、ＮＯＴ１〜ＮＯＴ４の出力は「１」で変わらない。しかし、ＮＯxは規制値を越えるので、入力条件Ｂは「１」から「０」に反転し、ＮＯＴ５，ＮＯＴ６の出力は「０」から「１」に反転する。また、入力条件Ｃは「１」のままであるから、ＮＯＴ７、ＮＯＴ８の出力は「０」のままである。
【００５０】
この結果、ＡＮＤ１；「０」、ＡＮＤ２；「０」、ＡＮＤ３；「１」、ＡＮＤ４；「０」、またＯＲ１；「１」、ＯＲ４；「１」、ＯＲ２；「０」、ＯＲ３；「０」となり、前の期間同様、脱硝触媒層側放風弁26は全開、排気ガス流路側放風弁25は全閉状態を継続する。したがって、空気圧縮機６の抽気は全て脱硝触媒層15に継続して吹き付けられ、脱硝触媒層15を更に加熱する。
【００５１】
（iii）時刻ｔ５から時刻ｔ６間 （ｔ５≦ ｔ ＜ｔ６）
この期間は、ガスタービンの回転数が定格回転数に到達してからその後の期間である。この期間内では、入力条件Ａ；「１」となるから、ＮＯＴ１〜ＮＯＴ４の出力は「０」に反転し、入力条件Ｂ；「０」のままであるから、ＮＯＴ５，ＮＯＴ６の出力は「１」を継続する。また、入力条件Ｃ；「１」のままであるから、ＮＯＴ７、ＮＯＴ８の出力は「０」のままである。
【００５２】
この結果、ＡＮＤ１；「０」、ＡＮＤ２；「０」、ＡＮＤ３；「０」、ＡＮＤ４；「０」となり、ＯＲ１；「０」、ＯＲ２；「０」、ＯＲ３；「１」，ＯＲ４；「１」となり、脱硝触媒層側放風弁26および排気ガス流路側放風弁25は全閉状態になる。したがって、この期間内では、空気圧縮機６から抽気は行われなくなり、空気圧縮機６の圧縮空気は全て燃焼器７に導入される。
【００５３】
（iv）時刻ｔ６以降 （ｔ６≦ｔ）
上記したように、既に入力条件Ａ；「１」になっているので、ＯＲ３；「１」、ＯＲ４；「１」となり、脱硝触媒層側放風弁２６および排気ガス流路側放風弁２５ともに全閉状態を維持する。したがって、この期間中も空気圧縮機６から抽気は行われなくなり、空気圧縮機６の圧縮空気は全て燃焼器７に導入される。
【００５４】
以上述べたように、制御装置23は冷機起動時において、ガスタービンプラント１に起動指令が出てから起動が完了するまでは、排熱回収側放風弁26を開いて高温の抽気を脱硝触媒層15に吹きつけるようにしたので、脱硝触媒層15の活性化を促進することができる。
【００５５】
なお、制御装置23はガスタービンプラント１の起動にてアンモニア希釈ファン17を運転開始させ、アンモニアガス遮断弁20を全開にし、空気圧縮機６の抽気温度が所定の温度（例えば脱硝触媒が活性化されるときの温度）になると、アンモニアガス流量調節弁22を制御可能な状態にする。更に、ガスタービンプラント１が停止すると、アンモニアガス遮断弁21を全閉にし、アンモニアガス流量調節弁22を制御停止状態にする。
【００５６】
なお、ガスタービンプラント１の起動から定格回転数までの起動過程（（ｉ）および(ii)）において、空気圧縮機６の抽気は必ず排気ガス流路側若しくは排熱回収ボイラ内に排気するように制御しているので、空気圧縮機６のサージングを防止することができる。
【００５７】
（２）暖機起動時
暖機起動時は起動特性図を用いないで説明する。
（ｉ）起動開始から定格回転数未満の期間
ユニットの暖機起動とは、ホットバンキング等で排熱回収ボイラ本体及び缶水とも残熱により温度が高く、脱硝触媒層の温度も活性化に十分な温度になっている状態での起動をいう。この場合、窒素酸化物が規制値を越えることはない。 暖機起動時は、一般に抽気温度よりも脱硝触媒層の温度の方が高いので、入力条件Ｃ；「０」である。
【００５８】
この期間内の放風弁25，26の応動について少し説明する。入力条件は、
Ａ；「０」、Ｂ；「１」、Ｃ；「０」であるから、ＮＯＴ１〜ＮＯＴ４の出力は「１」、ＮＯＴ５，ＮＯＴ６の出力は「０」、また、ＮＯＴ７、ＮＯＴ８の出力は「１」である。
【００５９】
このため、ＡＮＤ１；「０」、ＡＮＤ２；「１」、ＡＮＤ３；「０」、ＡＮＤ４；「０」であるから、ＯＲ２；「１」、ＯＲ３；「１」，ＯＲ１；「０」，ＯＲ４；「０」となり、排気ガス流路側放風弁25は全開、脱硝触媒層側放風弁26は全閉となる。これにより、空気圧縮機６の抽気は全て排気ダクト内９に排気される。また、抽気した圧縮空気が全て排気ダクト内９に排気されることにより、空気圧縮機６のサージングを防ぐことができる。
【００６０】
なお、暖機起動時、抽気温度の方が触媒層の温度よりも高い場合も考えられるので、この場合の応動についても説明する。この場合入力条件は、Ａ；「０」、Ｂ；「１」、Ｃ；「１」であるから、ＡＮＤ１のみ「１」となるので、ＯＲ１；「０」、ＯＲ４；「１」触媒装置側放風弁26は全開、排気ガス流路側放風弁25は全閉となり、排気ガスで脱硝触媒層15を加熱する。
【００６１】
ガスタービン８からの排気ガスＥＧにより排熱回収ボイラ本体および缶水の温度が上昇し、即ち触媒層の温度が抽気温度を越えると（Ｃ；「０」）、前述同様排気ガス流路側放風弁25は全開、触媒側放風弁26は全閉となる。
【００６２】
このように、抽気ガス温度が脱硝触媒層の温度よりも高い場合、確実に排気ガスで脱硝触媒層15を加熱する。なお、抽気温度が脱硝触媒層の温度よりも高い場合でも低い場合でも、ガスタービン８の回転数が定格回転数近傍に到達していない状態では、空気圧縮機６の抽気は全て排気ガス流路に排気されるので、空気圧縮機６のサージングを防ぐことができる。
【００６３】
（ii）定格回転数以上の期間
この期間はタービン回転数が定格回転数以上となっているから、入力条件Ａは「０」から「１」に反転し、ＮＯＴ１〜ＮＯＴ４の出力は「０」から「１」に反転する。入力条件Ｂは「１」で変わらないから、ＮＯＴ５，ＮＯＴ６の出力は「０」を継続する。また、入力条件Ｃは「０」のままであるから、ＮＯＴ７、ＮＯＴ８の出力は「１」のままである。
【００６４】
この結果、ＡＮＤ１〜ＡＮＤ４；「０」となり、ＯＲ１；「０」、ＯＲ２；「０」、ＯＲ３；「１」，ＯＲ４；「１」となり、脱硝触媒層側放風弁26および排気ガス流路側放風弁25は全閉状態になる。この期間内では、排気ガスにより排熱回収ボイラ本体および缶水はかなり暖められているので、抽気による加熱は必要ないので、空気圧縮機６からの抽気は止められ、空気圧縮機６の圧縮空気は全て燃焼器７に導入される。また、空気圧縮機６の速度が定格回転数近傍まで上昇するとサージングを起こす惧れもないので、二つの放風弁が閉じても問題ない。
【００６５】
（第２の実施の形態）
図６は本発明による第２の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、第１の実施の形態に対して、抽気放風配管24の圧縮機放風ノズル27側に抽気を加熱するために加熱装置28を設けたものである。本実施形態による加熱装置28は、抽気に燃料を加えて燃やす助燃式のタイプである。この場合、加熱装置28から窒素酸化物が発生するので、燃料が燃え出したらすぐに脱硝制御装置13が作動するように、アンモニア発生装置16および希釈ファン17を待機させておく。
【００６６】
本実施の形態によれば、抽気を更に高温にすることができるので、脱硝触媒層15の活性化を早めることができる。
なお、抽気放風配管24は、図１、図２とも中間部から２分岐するようにしているが、このようにする代わりに、排気ガス流路側管路24ｂと圧縮機放風ノズル側管路24ｃをそれぞれ空気圧縮機６の抽気部６ａに直接接続しても良い。
【００６７】
更にまた、温度検出器は脱硝触媒温度検出器29のみ設け、この温度検出器の測定値と予め定めた所定値（触媒の活性化に十分な温度）とを比較するようにしてもよい。
【００６８】
更にまた、排気ガス流路側管路24ｂは排気ダクト９に接続せずに、煙突12につながる適宜な排気ガス流路内に接続してもよい。
更にまた、加熱装置28は助燃式のものに代えて電熱ヒータ式のものに置き換えてもよい。また、起動中の他のコンバインド発電プラントからの蒸気で加熱してもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は冷機起動時等のように脱硝触媒層入口近傍の温度が空気圧縮機の抽気温度よりも低いとき、その抽気を脱硝触媒層に吹き付けて脱硝触媒層を暖め、脱硝触媒層を早期に活性化するようにしたので、大掛かりな設備を設けることなく、起動指令に対して即応性のあるコンバインドサイクル発電プラントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施の形態を示す図。
【図２】従来の技術を示す図。
【図３】一般的な脱硝触媒装置の温度−効率特性図。
【図４】ユニット起動特性図。
【図５】放風弁の運転説明用シーケンス回路図。
【図６】本発明による第２の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
１…ガスタービンプラント、２…排熱回収ボイラ、３…蒸気タービンプラント、４…発電機、５…吸気フィルター室、６…空気圧縮機、７…燃焼器、８…ガスタービン本体、９…排気ダクト、10…ケーシング、11…煙道、12…煙突、13…脱硝制御装置、14…アンモニア噴射グリッド、15…脱硝触媒層、16…アンモニア発生装置、17…アンモニア希釈ファン、23…制御装置、24…抽気放風配管、24ｂ…排気ガス流路側管路、24ｃ…脱硝触媒層側管路、25…排気ガス流路側放風弁、26…脱硝触媒層側放風弁、27…圧縮機放風ノズル、28…抽気温度検出器、29…脱硝触媒層温度検出器、30…回転数計。
Claims (10)
- ガスタービン燃料を空気圧縮機により圧縮された空気と共に燃焼器に導入して燃焼させ、この燃焼ガスをガスタービン本体に導入し膨張仕事をさせて回転駆動力を得ると共に、前記ガスタービンの排気ガスを排熱回収ボイラに導入して排気ガスの熱エネルギーを排熱回収ボイラで回収し、この排熱回収ボイラの出力蒸気により蒸気タービンを回転駆動させ、前記排熱回収ボイラ内部に排気ガスの流下方向に沿ってアンモニアガス噴射部と脱硝触媒層と設置したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、
前記脱硝触媒層の近傍に、前記空気圧縮機から抽気された圧縮空気を噴射する圧縮機放風ノズルを設け、
発電プラントの冷機起動時、前記圧縮空気の温度と前記脱硝触媒層の温度の関係を計測しその関係に基づいて前記圧縮機放風ノズルから圧縮空気を射噴させて前記脱硝触媒層を暖めることを特徴とするコンバインクル発電プラントの脱硝制御方法。 - ガスタービン燃料を空気圧縮機により圧縮された空気と共に燃焼器に導入して燃焼させ、この燃焼ガスをガスタービン本体に導入し膨張仕事をさせて回転駆動力を得ると共に、前記ガスタービンの排気ガスを排熱回収ボイラに導入して排気ガスの熱エネルギーを排熱回収ボイラで回収し、この排熱回収ボイラの出力蒸気により蒸気タービンを回転駆動させ、前記排熱回収ボイラ内部に排気ガスの流下方向に沿ってアンモニアガス噴射部と脱硝触媒層と設置したコンバインドサイクル発電プラントにおいて、
前記脱硝触媒層の近傍に圧縮空気を噴射する圧縮機放風ノズルを配置すると共に、前記空気圧縮機の抽気部と前記圧縮機放風ノズルとの間、前記空気圧縮機の抽気部とガスタービン排気ガス流路の任意の部位との間を接続する抽気放風配管を設けたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置。 - 前記抽気放風配管は、前記空気圧縮機の抽気部と圧縮機放風ノズルとの間の管路に脱硝触媒層側放風弁を介挿すると共に、前記空気圧縮機の抽気部とガスタービン排気ガス流路の任意の部位との間の管路に排気ガス流路側放風弁を介挿したことを特徴とする請求項２に記載のコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置。
- 前記抽気放風配管は、中間部を二分岐して第１の端部を前記空気圧縮機の抽気部に接続し、第２の端部を排気ガス流路側放風弁を介してガスタービン排気ガス流路の任意の部位に接続し、第３の端部を脱硝触媒層側放風弁を介して前記圧縮機放風ノズルに接続したことを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載のコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置。
- 前記脱硝触媒層の近傍に、脱硝触媒層の温度を検出する脱硝触媒層温度検出器を設け、この脱硝触媒層温度検出器の測定値が予定値よりも低い場合、前記脱硝触媒層側放風弁を開いて空気圧縮機の抽気を前記圧縮機放風ノズルに供給することを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載のコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置。
- 前記脱硝触媒層の近傍に脱硝触媒層の温度を検出する脱硝触媒層温度検出器を設けると共に、前記空気圧縮機から抽気された圧縮空気の温度を検出する抽気温度検出器を設け、これら双方の温度検出器の測定値を入力し、前記抽気温度検出器の測定値が脱硝触媒層温度検出器の測定値に対して予定の関係にある場合、脱硝触媒層側放風弁を選択してこれに開指令を与える制御装置を設けることを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載のコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置。
- 前記脱硝触媒層の近傍に脱硝触媒層の温度を検出する脱硝触媒層温度検出器を設けると共に、前記空気圧縮機から抽気された圧縮空気の温度を検出する抽気温度検出器を設け、これら双方の温度検出器の測定値を入力し、前記抽気温度検出器の測定値が脱硝触媒層温度検出器の測定値に対して予定の関係にない場合、排気ガス流路側放風弁を選択してこれに開指令を与える制御装置を設けたことを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載のコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置。
- ガスタービンの回転数を測定する回転数計を設け、この回転数計の計測値が定格回転数近傍になるまでの間、前記排気ガス流路側放風弁あるいは脱硝触媒層側放風弁のいずれか一方の放風弁を選択してこれに開指令を与える制御装置を設けたことを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載のコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置。
- 前記空気圧縮機の抽気部と前記圧縮機放風ノズルとの間の抽気放風配管に圧縮機抽気加熱器を設けたことを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載のコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置。
- 前記圧縮機抽気加熱器は、抽気によって燃料を燃焼させる助燃装置により構成し、ガスタービン起動時からこの助燃装置を稼動可能とし、且つ前記アンモニアガス噴射部にアンモニアガスを供給可能とすることを特徴とする請求項９に記載のコンバインドサイクル発電プラントの脱硝制御装置。
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