JP5460875B2 - 煙道ガス処理及び熱回収システム - Google Patents
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Description
本発明は、概して、化石燃料燃焼炉を含む煙道ガス処理・熱回収(EPHR)システム及びその使用方法に関する。具体的には、本発明は、アルカリ性粒子を煙道ガス流に導入することで、熱を更に抽出することができるとともに空気予熱器機のファウリングを軽減する、EPHRシステムに関する。
多くの発電システムは、例えば石炭や石油等の化石燃料で点火した炉から発生する蒸気を原動力としている。典型的な発電システムは、大まかには、図1Aに示す図で表される。
煙道ガス流FG1を前記空気予熱器250の前記煙道ガス入口253に流入させる工程と、
煙道ガスFG1に存在する酸性物質の質量流量を計算する工程と、
酸性物質を中和するために煙道ガス流FG1に注入すべきアルカリ性粒子275の質量流量を計算する工程と、
ある粒度分布のアルカリ性粒子275を、計算された質量流量で、空気予熱器250の上流の煙道ガス流に注入する工程と、
微粒子の蓄積度を計算する工程と、
微粒子の蓄積度に基づいて、煙道ガスに注入されるアルカリ性粒子275の粒度分布及び煙道ガスに注入されるときのアルカリ性粒子の質量流量のうち少なくとも一方を調節する工程とを含み、
したがって、熱交換素子542への煙道ガス微粒子の蓄積を軽減しかつ空気予熱器内部のファウリングをも抑制することで、空気予熱器250の熱効率を高める、方法を具体的に表すものである。
前記煙道ガスFG1を煙道ガス入口253から注入して、当該煙道ガスを複数の熱交換プレート542に通過させ、当該煙道ガスを煙道ガス出口543から排出するように前記炉26に接続された空気予熱器250を提供する工程と、
煙道ガス中の酸性物質の質量流量を検出する又は計算する工程と、
煙道ガス中の酸性物質を適切に中和するのに必要なアルカリ性粒子の質量流量を計算する工程と、
アルカリ性粒子275を、計算された質量流量で、空気予熱器250に注入される煙道ガスに注入する工程と、
空気予熱器250の煙道ガス入口253から煙道ガス出口254までの圧力低下を検出する工程と、
検出された圧力低下が所定の閾値よりも高い場合は、煙道ガスに注入されるアルカリ性粒子275の質量流量を増加させ、また、検出された圧力低下が所定の閾値よりも小さい場合は、煙道ガスに注入されるアルカリ性粒子275の質量流量を減少させる工程と、
炉26の運転中に前記工程を繰り返して空気予熱器250のファウリングを抑制することで熱を一層効率良く抽出させる工程と
を含む、方法をも具体的に表すものである。SO3/H2SO4が空気予熱器の上流の煙道ガス流に注入されたアルカリ性物質によって凝縮も中和もされない場合に現れることになる空気予熱器内での過度なファウリング又は腐食活性を生じさせずに、前記空気予熱器のガス出口温度を下げることで、現行の空気予熱器の設計技術で達成されるレベルを上回る付加的な熱を煙道ガスから抽出することができる。
煙道ガスFG1を流入させるようになっている煙道ガス入口253と、
煙道ガスから熱を抽出するための複数の熱交換プレート522と、
煙道ガス流FG2を、熱交換プレート522を通過させた後で排出するための煙道ガス出口254とを有する空気予熱器であって、
炉26に接続された空気予熱器250と、
煙道ガス内の物理的及び化学的条件をモニターするための煙道ガスセンサ310と、
空気予熱器入口253から空気予熱器出口254までの圧力低下を測定するようになっている圧力低下センサ301,303と、
作動時に、他の装置からの制御信号に応答して、空気予熱器250上流の煙道ガス流FG1へアルカリ性粒子275を導入するためのアルカリ注入システム276、と、
検出された煙道ガス条件に基づいてアルカリ性粒子275の質量流量を計算するようになっており、かつアルカリ注入システム276を制御して、計算された質量流量のアルカリ性粒子275を注入することで、煙道ガス中の酸性物質を中和するようになっている、PLCコントローラ305とを備える、システムを具体的に表すものである。
a.加熱煙道ガスを生成する化石燃料燃焼炉と、
b.加熱煙道ガスを収容し、
加熱煙道ガス中の酸を中和し、
炉のために加熱燃焼用空気を抽出し、
当該システム内の別の場所で使用するための追加の高温空気を抽出し、
煙道ガス温度を煙道ガスの酸露点温度未満まで低下させ、
前記空気予熱器から放出される煙道ガスの量を減少させるようになっている空気予熱器であって、炉に接続された空気予熱器と、
c.前記煙道ガス中の前記酸を中和する空気予熱器を備えていないシステムで使用されるものよりもコンパクトでかつ安価である、前記空気予熱器に接続されかつ当該空気予熱器の下流にある煙道ガス処理装置とを備えた、システムも具体的に表すものである。
Claims (12)
- 酸性物質と煙道ガス微粒子を有する煙道ガス流FG1から、煙道ガス入口(253)と煙道ガス出口(254)と複数の熱交換面(542)とを有する空気予熱器(250)を用いて更なる熱を抽出する方法であって、
a.煙道ガス流FG1を、前記空気予熱器(250)の前記煙道ガス入口(253)に流入させる工程と、
b.前記煙道ガスFG1中に存在する酸性物質の質量流量を計算する工程と、
c.計算された該酸性物質の該質量流量に基づいて、前記酸性物質を中和するために前記煙道ガス流FG1に注入すべきアルカリ性粒子(275)の質量流量を計算する工程と、
d.計算された粒度の分布を有する前記アルカリ性粒子(275)と前記煙道ガスとが前記空気予熱器に注入される前に適切に混合され得る位置で、前記アルカリ性粒子を、前記計算された質量流量で、前記空気予熱器(250)の上流の前記煙道ガス流に注入する工程と、
e.前記煙道ガス微粒子の蓄積度を計算する工程と、
f.前記煙道ガス微粒子の計算された蓄積度に基づいて、
i.前記煙道ガスに注入されるときの前記アルカリ性粒子(275)の質量流量と、
ii.前記空気予熱器の前記入口(253)から前記空気予熱器の前記出口(254)までの圧力低下が所定の閾値を超える場合は、相対的割合が高い大きなアルカリ性粒子が注入されて、より多くの前記アルカリ性粒子を前記熱交換素子(542)に接触・付着させ、前記素子(542)上で凝縮している前記酸性物質を中和し、また、前記空気予熱器の前記入口(253)から前記空気予熱器の前記出口(254)までの圧力低下が所定の閾値よりも小さい場合は、相対的割合が低い前記大きなアルカリ性粒子が注入されるように、前記煙道ガスに注入される前記アルカリ性粒子(275)の粒度分布と
のうち少なくとも一方を調節する工程と、
を含み、
g.それにより、注入されたアルカリ性粒子が、熱交換素子(542)への前記煙道ガス微粒子の蓄積を軽減し、前記空気予熱器(250)の前記熱交換面及び内部部品のファウリング及び腐食を抑制し、かつ前記空気予熱器(250)の熱効率を高めるように機能する、方法。 - 小さなアルカリ性粒子の直径が1〜150ミクロンである、請求項1に記載の方法。
- 大きなアルカリ性粒子の直径が150〜250ミクロンである、請求項1に記載の方法。
- 前記アルカリ性粒子(275)の粒度分布を調節する工程が、
所望の質量の前記アルカリ性物質を生産する微粉砕機(277)の運転を制御することによって前記アルカリ性粒子(275)の粒度分布を調節して、所望の分布となるように前記アルカリ性物質の大きさを変更する工程を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記煙道ガス微粒子の蓄積度を計算する工程が、
a.前記煙道ガス入口(253)から前記煙道ガス出口(254)への前記空気予熱器(250)を横切る圧力低下を測定する工程と、
b.前記測定された圧力低下を少なくとも1つの所定の閾値と比較して、前記煙道ガス微粒子の蓄積度を得る工程とを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記空気予熱器(250)が、可変電圧Vを有する電流Iにより駆動されるモーターによって回転されるローターを備えた回転式空気予熱器であり、
前記煙道ガス微粒子の蓄積度を計算する工程が、
a.前記電圧V及び前記電流Iを測定する工程と、
b.前記測定電圧における前記測定電流を、同一の電圧値における所定の電流値と比較して、電流差を求める工程と、
c.前記電流差を予め記憶された変換情報と比較して、前記煙道ガス微粒子の蓄積度を求める工程とを含む、請求項1に記載の方法。 - 酸性蒸気及び同伴煙道ガス微粒子を有する加熱煙道ガスFG1を生成する炉(26)からの熱を一層効率良く回収するための煙道ガス処理・熱回収(EPHR)システム(215)であって、
a.前記煙道ガスFG1を流入させるようになっている煙道ガス入口(253)、
前記煙道ガスから前記熱を抽出するための複数の熱交換プレート(542)、及び、
前記煙道ガス流FG2を、前記熱交換プレート(542)を通過させた後で排出するための煙道ガス出口(254)を有する、前記炉(26)に接続された空気予熱器(250)と、
b.前記煙道ガス内の物理的及び化学的条件をモニターするための煙道ガスセンサ(310)と、
c.前記空気予熱器の前記入口(253)から前記空気予熱器の前記出口(254)までの圧力低下を測定するようになっている圧力低下センサ(301,303)と、
d.作動時に、他の装置からの制御信号に応答して、前記空気予熱器(250)の上流の前記煙道ガス流FG1へ前記アルカリ性粒子(275)を導入するためのアルカリ注入システム(276)と、
e.前記検出された煙道ガス条件に基づいて前記アルカリ性粒子(275)の質量流量を計算し、また、
前記アルカリ注入システム(276)を制御して、前記煙道ガス入口(253)から前記煙道ガス出口(254)にわたって測定された圧力低下に基づいて注入される前記アルカリ性粒子(275)の小さな粒子と大きな粒子との相対的割合を調節し、さらに、
前記調節された小さな粒子と大きな粒子との相対的割合を有する前記計算された質量流量の前記アルカリ性粒子(275)を注入して前記煙道ガス中の前記酸性物質を中和するようになっている、PLCコントローラ(305)と、
を備える、EPHRシステム。 - 前記煙道ガスセンサ(310)が、
a.前記煙道ガスの質量流量を測定するようになっている流量センサと、
b.前記煙道ガス中の前記煙道ガス微粒子の濃度を測定するようになっている微粒子センサと、
c.前記煙道ガス中の前記煙道ガス微粒子の少なくとも1つの化学パラメータを測定するようになっているサンプリングセンサとのうち少なくとも1つを備えている、請求項7に記載のEPHRシステム。 - 前記PLCコントローラ(305)がさらに、前記煙道ガスの質量流量、前記煙道ガスの水分含量、前記酸性物質の濃度、前記煙道ガス微粒子の濃度及び前記煙道ガス微粒子の前記検出された化学組成に基づいて、前記アルカリ性粒子の質量流量を計算するようになっている、請求項7に記載のEPHRシステム。
- 前記アルカリ注入システム(276)が、ある範囲の大きさを有する前記アルカリ性粒子(275)を導入するように構成されている、請求項7に記載のEPHRシステム。
- 前記空気予熱器(250)が、第2の加熱気流を放出するための補助出口を備えている、請求項7に記載のEPHRシステム。
- 前記空気予熱器(250)がさらに、補助空気入力を注入するための第2の入口(256)を備えている、請求項7に記載のEPHRシステム。
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