JPH07506179A - Ｐｆｂｃ発電所における煙道ガスの公称動作温度を維持するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ＰＦＢＣ発電所における煙道ガスの公称動作温度を維持するための方法技術分野 この発明は、ｒ’ＦＢＣ発電所の運転中に、この発電所で発生した煙道ガスの温 度レヘルを最適化することによって、性能を増強し、且つ全ての負荷条件下て。

特にこの発電所の部分負荷運転中に、ガス状環境汚染物質の放散を低く維持する ための方法に関する。この煙道ガス温度の最適化は、煙道ガスに供給した補足燃 料の燃焼によって達成される。

背景技術 ＰＦＢＣ発電所の加用流動床における特定の燃料１通常は石炭、の燃焼中、流動 床には、この流動床か入った燃焼器を囲む圧力容器から、流動床の下の流動化ノ ズルを経て圧縮空気の形の燃焼空気か供給される。この燃焼プロセス中に発生し た煙道ガスは、燃焼器の中を、流動床表面の上のフリーボー１・を通り、清浄に され、ガスタービンに供給される。この煙道ガスは、ガスタービンを駆動し１次 にそのタービンは発電機並びに圧力容器に圧縮空気を供給する圧縮機を駆動する 。

この燃焼空気、煙道ガスおよびこれらのガスを扱う装置かこの発電所のガスサイ クルに含まれる。それてこのガスサイクルは、とりわけ、このガスタービンを含 む。

この流動床を８５０°Ｃの大きさのオーダの温度に冷却するため、蒸気サイクル の部品を構成する。管束の形をした蒸気発生器がこの流動床の中に置かれている 。この管束という呼称は、ここでは、それ自体か２通常複数の管束に分けられる 部品を記述するために使う。蒸気は、この管束の中で発生し、エネルギーか流動 床からこの蒸気サイクルて蒸気か送られる蒸気タービンを介して抽出される。

全負荷では、この管束全体か流動床の中にある。この管束の冷却能力は、この流 動床からの動力出力に対し、この発電所の全負荷運転中に正しい流動床温度を維 持てきるような大きさてなけれはならない。もし、動力出力の減少を供給燃料の 減少で達成するなら、流動床の動力発生は減り、一方間時に管束の冷却能力は変 わらず、それか流動床温度の望まぬ低下を伴う。流動床の中の管束の冷却能力は 。

流動床レヘルを下げることによって減少でき、そうすれば管束の一部が流動床の 表面のＬに出るだろう。この結果、この発電所の負荷変更は１通常流動床レベル を変えることによって流動床の中の管の冷却能力を減することによって制御し。

その場合この管束の管のある部分は流動床表面上に出て流動床を冷却しない。他 方、露出した管は、この流動床からガスタービンへ流れる煙道ガスを冷却し、そ れてこの煙道ガスの温度は下かり、それか部分負荷運転中のガスタービンに更に 動力減少を追加することを伴い、つまり蒸気タービンからの動力出力を変えるた めにとった処置かガスタービンからの動力出力の対応する変化につながるのであ る。

動力制鍾中、流動床に供給する燃料と空気の量は、この流動床から抽出する動力 にｔｊ、して制圓しなけれはならず、同時に流動床レベルは、管束の冷却能力か エネルギー供給に適合するように制御しなければならず、そうすれば正しい流動 床温度か維持される。一定負荷出力では、流動床の高さは一定に保たれる。

蒸気タービンの動力出力を減少する典型的方法は、流動床の高さを下げることで ある。この結果は、前述のように、流動床表面上の露出した蒸気管がガスタービ ンへ流れる燃焼ガスを冷却し、それによってこのガスタービンの動力を更に減す ることになる。このようにして、この発電所の部分負荷効率も減少する。

前述の種類の発電所での燃焼中、煙道ガスの成分として窒素化合物、Ｎｏ、か作 られる。環境上の理由から、この目的は、煙道ガスの中の窒素酸化物の含有量を かなり減少することである。これは１例えば、煙道ガスにアンモニアを供給し。

それによってＮＯｘを減少することでなす。廃ガス中のＮＯｏをアンモニアの添 ｆＪＩによって減少するこの化学プロセスは、この発電所の全負荷運転中は最適 に進行する。即ち、煙道ガスの温度か８５０６Ｃの大きさのす一部になれば、そ の温度ではこの煙道ガスは、結果かよければ、Ｎｏ、含有量の大部分が除かれる 。発電所の部分負荷運転中、煙道ガスが低い温度を保つとき、ＮＨ３の減少によ るこのＮＯｘ減少プロセスは満足に機能せず、従って、この煙道ガスの中の窒素 化合物の除去を満足な方法で実行するために１例えば、触媒の使用のような、他 の手段を導入しなけ第１はならない。更に、そのような触媒は、この発電所をか なり高価にする。

ガスタービンに供給する熱ガスの温度をかなり上げるための煙道ガス通路中の２ 次燃焼によって２発電所全体の効率を上げることが知られている。例えば。

ＥＰ−Ｂ−１４４１７２参１町そのような２次燃焼で、ガスの温度は１例えば１ ３００−１４００°Ｃの大きさのオーダまで、上げることかてさ、それでガスタ ービンを利用するための効率の観点からは、より好ましい状態かできる。しかし 。

煙ｙｆｆガスの温度をガスタービン−２の入１．１の前でかなり上げる。そのよ うな種類の２次燃焼は、この説明ては部分負６１ｊおよび窒素酸化物の削減のた めの処直に関連するとして示した問題は解決しない。更に、　＋＋ｉｒ述の高煙 道ガスＵ度での運転に対しては、煙道ガスの中の粉塵粒子の機械的分離の努力は より困難になる。

ＰＦＢＣ発電所の運転中、煙道ガスの温度は、４００°Ｃ−９００’Ｃの温度間 隔内で変動することか許容されるだろう。９００°Ｃ程の高い温度では、ある灰 粒子は表面に溶融し、それによってこのプロセスの機能を妨げる有害な凝集物を 作るかも知れない。前述の最低温度限界も、とりわけガスタービンの性能が著し ・：低トするので、あまり好ましくはない。

全負荷運転と部分負荷運転の両方で、燃焼器から出る煙道ガスの温度を一定にす ることか望ましいだろう。

妥協のために、流動床と煙道ガスの両方に対して約８５０°Ｃの公称動作温度か 選はれ、その動作温度に対してこの発電所の部品の寸法か決められている。この 妥協は、流動床の中の燃焼に関する条件とガスタービンに分布するガスの温度を できるたけ高くすることに基づいた均衡に基づいている。この流動床の温度を約 １０ないし３０６Ｃだけ下げることは、それ自身、好ましいことだろう。例えは ９石炭を燃料としＣ使うとき、この石炭の中に拘束されたアルカリ金属か蒸発し 、煙道ガス壁の表面９例えばガスタービンの翼に堆積する。更に、ある種の石炭 はそのようなアルカリ金属を大きな割合で含み、それでこの問題は燃焼中にその ような石炭を使うと一層悪化する。また煙道ガス温度は、この煙道ガス通路での ２＾浄化プロセスを妨げることなく選Ｕ＜した動作温度（８５０°Ｃ）より９例 えは約１０ないし３０°Ｃ高く維持てきると都合かよい。

ＰＦＢＣ発電所を設計するとき、これはこの燃焼プロセスを通る最大空気流量て の全負荷運転に対して寸法を決める。この空気の密度は２発電所での仮想最低外 部空気温度で最大であるので、従ってこの発電所はこの最低外部空気温度で全負 荷だけを実行するだろう。原理的に、これは、この発電所は外部空気温度がこの 発電所の設ｎ１されている最低温度から外れるとすぐ部分負荷状態で運転するこ とを意味する。以下の説明で１部分負荷という語は、外部空気温度の上昇で生ず るようなそのような意図しない部分負荷運転も含む。

ＥＰ　３Ｇ３８１２．Δ２の公報は、ＡＦＢ型の発電所、即ち大気圧での流動床 を備えた発電所に対して、この型の発電所の流動床で発生した。比較的高い割合 のＣＯガスを、追加空気の支接てＣＯの燃焼中にＣＯをＣＯｌに変換することに よって、減する方法を示している。この燃焼を十分な速度で行わせるために。

流動床の上の空間の動作温度を、この流動床上に余分な空気を供給することによ って上げている。

上記のＡＦＢ発電所の流動床での燃焼は、Ｎｏ、ガスの発生を減する目的で。

理論値以下の状態で行われる。即ち、流動床での燃料の燃焼は空気が不足すると きに行われ１次にそれがこの流動床からの廃ガスに高割合のＣＯガスを生じる。

更に、この公報に記述されている既知の技術による付加燃料の燃焼は蒸気発生お よび過熱管の下流では行われず、それてこの余分な燃焼のもう一つの目的は、こ の付＋Ｊｌｌ燃料の燃焼の領域の下流に位置する蒸気管を高温に維持することで ある。

ＰＦＢＣ発電所ては、流動床ての燃焼は、高圧で、理論値以上の状態で行われ。

換言すれば、金属物体２例えばボイラー管、か存在するこの流動床の全ての部分 に過剰な空気があるような量て空気をこの流動床に供給する。この過剰な空気は 。

金属表面に耐浸触性酸化皮膜を金属表面に形成するために必要であるが、流動床 のできるだけ完全な最終燃焼を達成するためにも必要である。正常の運転状態で は、非常にわずかな量のＣＯしかできないので、空気をこの流動床の上に供給し た過剰な燃焼は必要ない。

ＰＦＢＣ発電所の流動床に供給した過剰な空気は１次にはこの流動床からの煙道 ガスの中に比較的高割合のＮＯｘガスを生し、そのＮＯｘガスは、好ましくほこ のフリーボードに対する正割動作温度付近の温度間隔内で、除去しなければなら ない。

発明の概要 この発明は、ＰＦＢＣ発電所の部分負荷運転中にその発電所の煙道ガスの公称動 作温度を、その流動床の最上管のド流の煙道ガスの中で補足燃料を燃焼すること によって、維持するための方法に関する。この燃焼は、燃料を噴射すること。

ぞれを煙道ガスの中へよく泥ぜること、およびそれに点火することによ、−）で 達成される。この補足燃１１の燃焼によって、燃焼器を出る煙道ガスの温度は、 この煙道ガスの公称動作温度に上げられる。

この流動床内の最上管の下流での補足燃料の連続燃焼中、この方法は、流動床と 煙道ガスの温度レベルを互いに幾らか違えることによって、これらのレベルの最 適化も可能にする。

点火した補足燃料を煙道ガスの中によく混ぜることは、この況合物の最高温度を 低い値にし、それてこの煙道ガス中の灰粒子が溶融せず、それか溶融した灰粒子 の煙道ガス空間内部への堆積を防止する。最高温度か低いことは、灰粒子中のア ルカリ金属の蒸発も最少にする。

この補足燃料の燃焼は、流動床の上のフリーボードで適当に行われる。これは。

補足燃料用のノズルを１例えばフリーボー１・の壁に、配置することによって達 成される。この燃料か噴射されると、フリーボードの中か高温のために、自己点 火し、それによってこの燃料を、流動床ての燃焼からの煙道ガスか含む酸素残分 の中で燃えさせる。

上記による部分負荷での補足燃焼で得られる利点は、とりわけ次の通りである。

−煙道ガス中の窒素化合物の残分を除去するために必要な触媒の量は減少するか 完全になくなる。

一笑気、Ｎ２０の排出か、高い煙道ガス温度でかなり減る。

−この煙道ガス中のある種のＮＯｘの削減か補足燃焼中に、ＮＨ，の添加もなく 行われる。

−例えば、アンモニアによる。窒素含有酸化物の減少が、全負荷間隔て意図した 効果をもってｆｉ能する。

一低負荷での、−酸化炭素、ＣＯのｆＪＦ出か事実上なくなる。

−燃焼効率か増す。

一フリーポーＩＳの下流の煙道ガス用の粉塵分１１！ｌ　Ｗ’Ａて分離された灰 の中の未燃焼石炭成分か減る。

−この発電所の部分負荷効率か増す。

−管束の設８１を、最低外部空気温度に対して、即ち、最大空気流に対して設計 てき、一方て外部空気温度の高いときの運転にも煙道ガスの公称動作温度を維持 する。

一空気残分を補足燃焼中に消費するので、この全プロセスにおいてより多くの割 合の空気を利用てきる可能性によって、この発電所の動力出力をより高くするこ とかできる。

−このガスタービンは、この発電所の全負荷範囲内でこのタービンに対する一定 で最大の人力温度で、一定に働く可能性が与えられる。

−煙道ガス温度か一定に維持されるので、そうでなければ異なる負荷状態に切り 替わるときに生じる。ｆＡ度反復か減り、それか煙道ガス通路の部品（例えば、 粉塵分離器）に作用する応力を減らし、これらの部品の寿命を延ばす結果となる 。

補足燃焼の場合２流動床温度は、アルカリ蒸発を減するために、幾らか１例えは ８４０°Ｃに、ト°げることがてき、一方向時に煙道ガス温度は１例えば８７０ °Ｃに上げることができる。

流動床と煙道ガスのそれぞれの温度を最適レベルに選べる可能性のある。補足燃 料の連続燃焼中に得られる利点は、上述のものに加えて、とりわけ床温度を幾ら か下げられるので、流動化燃料からのアルカリ金属の蒸発が減ることである。

低負荷での流動床の下流の煙道ガス中における補足燃焼か満足に機能するとき。

この煙道ガス中の環境汚染を除去するための触媒は、多分完全に不要になるだろ う。

流動床の中および下流の燃焼プロセスへの空気流を最適化することによって。

補足燃焼からの動力要求を比較的低いレベルに維持することができる。

煙道ガス温度か一定であることとＮＨ，によるＮＯ０削減を利用することが。

このＮＯｘ値か高くすることな（、流動床により多くの過剰空気を含んでこの発 電所を運転できる可能性を生ずる。これは、過剰空気に関して大きな余裕を生ず るので、即ち、燃料流を急速に増せるので、負荷変動の高速化につながる。

しし補足燃料か、この発電所からの二酸化硫黄のＩＪ）出を増すことになる硫黄 を含んでいるならば、この補足燃焼からの負の副作用は２フリーボードまたはこ の床の下流の他の空間に細かく粉砕した石灰石またはドロマイトを同時に噴射す ることによって減少または完全に無くすることができる。しかし、これは、この 補足燃焼からの動力要求は非常に低く、この発明による補足燃焼中のＳＯｔ排出 の増加は余裕かあるので、大した問題ではない。

図面の簡ｊ１驚な説明 添付の図面は、ＰＦＢＣ発電所をその基本的部品を示して概略的に図解し、更に この発明による部分負６；ｆての煙道ガス中の流動床下流の補足燃焼の好ましい 位置を１図解する。

好ましい実施例の説明 添ｆ１の図面を参照して、この発明のい（つかの好ましい実施例を説明する。

第１図は、この発明による概略のプロセス線図を示す。ここて、燃料の燃焼は圧 力容器３の中に閉じ込められた燃焼器２の中の流動床ｌで行われる。流動床ｌて の燃焼中に作られた煙道ガスは、流動床ｌの上のフリーボード４を通り、この図 ではサイクロンて例示する粉塵分離器５て粉塵をなくされる。この粉塵分離器５ から分離した粉塵と流動床１からの灰は、模式的に示す出口６から貯蔵容器（図 示せず）へ排出される。粉塵分離器５からのきれいになった煙道ガスは、煙道ガ スダン１−８を経てガスタービン９へ送られ、そのタービンは圧縮機１０並びに 電気エネルギーを発生ずるための発電１１１１２を駆動する。このガスタービン ９の中で膨張した煙道ガスは、チャンネル１５を通って廃ガス冷却器Ｉ６へ送ら れ。

そこでこの煙道ガスは、この発電所の蒸気回路の予熱給水によって更に冷却され る。

圧縮’１１１０は、その入口に供給された空気を４−■６バールの大きさく低負 荷での最低値）のす−ダになる圧力に圧縮し、そこでこの圧縮された空気は、導 管３３を通して、圧力容器３を加圧するためにこの容器に供給され、且つ燃焼空 気および流動化ガスとして流動床ｌの上に送られる。

例示した発電所では、この流動床ｌに導管３４を通して粒状炭か供給され、一方 供給導管３５から吸着剤か加えられる。

この蒸気回路は１図面では給水か凝縮器タンク３６から導管３７を経て廃ガス冷 却器１６の形の給水用Ｔ熱器へ循環し、その後給水は３蒸気を発生し／過熱する ために給水導管３８を経て流動床１の中の管束３９へ分配されるように表されて いる。この発生し／過熱された蒸気は、蒸気導管４２を経て蒸気タービン４１に 送られる。凝縮水と膨張した蒸気は、凝縮２に３６にもどされる。

この発明によれば、多数の燃料ノズル２１か管束３９の上のフリーボード４に配 置されている。この発電所の部分負６１ｆ運転中に、この管束３９の管が図に示 すように部分的に露出されるとき、ノズル２１の連結部２０に、適当に可燃性の 燃寥１か供給される。推奨する燃料はガスである。その代わりに、オイルをベー スにした液体１例えばパラフィン、ディーゼル油または燃料油を使うことができ る。

その池の代替燃料は１例えは微粉にした石炭、ビートまたは木屑のような固体燃 料である。固体燃料を選ふときは、勿論、噴射システムかより複雑になる。

この燃料は３周辺の温度か比較的高温（通常は５００ｅ′Ｃ−８５０°Ｃである か、４００’Ｃと９００°Ｃの間の値も可能である）で自己点火する前に煙道ガ スとよく混しるような１丁力てまたは搬送剤と共にフリーボードの中へ噴射され る。

この燃料の噴射圧力と供給される燃料の量は、管束３９の露出された管の表面の 冷却能力によって決められる。この燃料の量の制御は、煙道ガスダクト８の中の 煙道ガス温度の測定値およびこの煙道ガスダクト８の中で検出した煙道ガスの中 の酸素残ｔ！−量に応じで行われる。−例として、この煙道ガスは１部分負荷の 程度によって５００’　Ｃ−９００’　Ｃの！ＩＩ（この間隔の最高値はこの煙 道ガス用に選んだ動作温度によって決まる）で加熱する必要かあると言うことが できる。煙道ガスを加熱しないと、その温度は、この発電所の部分負荷運転中に 脱出煙道ガスの温度を維持するための代替処置を執らなければ、５００°Ｃに落 ちるだろう。

この発電所の代替実施例では、この煙道ガス用煙道ダクト２３の入口に混合器２ ２か配置されている。この混合器２２の仕事は、煙道ガスを燃料ノズル２１によ る補足燃料供給に関連する燃焼中に発生した加熱ガスと更に混合することである 。この混合によって、燃焼器２の中ての燃焼中に発生した廃ガスの中の窒素化合 物の削減をこの混合器２２の付近で効率よく行うことかできる。

好ましい実施例によれは１例えば、この混合器２２は、プロペラまたはタービン 状の装置てリング内の設けた斜め翼からなる。この混合器２２によって、フリー ホード４と煙道ダクト２３の中の排ガスは回転し、フリーボード内の異なるガス か幼児的に混合する。これはＮｏｗの削減をこの煙道ガスの流れ全体の中へ幼児 的１−ｔつ均一に進めるための条件である。

史なる代替案では、ガスの混合かよく行われる粉塵分離器５の付近にアンモニア も噴射することができる。ＮＯｘをよく削減しその結果アンモニアの消費を低く するために、煙道ガス空間内の異なる領域内に噴射することと組み合わせること も更に可能である。

燃１１ノズル２１の位置および設計は９　この発明概念の範囲内で多くの方法で 変えることかできる。

ｉｉｉ述のように、補足燃料は、煙道ガスの中へよく混合するようにし、この補 足燃焼の局部的最高温１ｙを低くするためには、搬送剤を要するかもしれない。

一つの実施例では、この補足燃料を蒸気と共に噴射するように配置してこの噴射 中に高い＃撃を与え、それによって煙道ガスの中へ噴射した燃料をよく混合する 。

細かく粉砕した石炭を燃料として使う補足燃料供給の実施例ては９石炭を予備混 合し細かく粉砕した石灰石と共に噴射して燃焼した微粉炭からのＳ０２のｊＪＦ 出を減する。

フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，’　識別記号　庁内整理番号Ｆ２３Ｃ１１１００３ ２５６９０８−３に１１１０２　３１０　６９０８−３Ｋ Ｆ２３Ｊ　１５１００ （７２）発明者　ゲルワルド、クリステルスウェーデン国　ニス　−６１２９４ フィンスポング、スタブバークラベーゲンＩ （７２）発明者　ウェザ−ビイ、ジョンスウェーデン国　ニス　−６１２３０フ ィンスボング、カルクグンスベーゲン１０ビー

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．流動床（１）での燃料の燃焼を伴うプロセス用に燃焼器（２）の入った圧力 容器（３），この燃焼器（２）内での燃焼中にできた煙道ガスを受けるためのガ スタービン（９），この燃焼器（２）内での燃焼中に燃焼空気として利用する空 気を圧縮するためにガスタービン（９）によって駆動される圧縮機（１０），お よび流動床（１）内の管束（３９）の中で発生した蒸気によって駆動される蒸気 タービン（４１）を含むＰＦＢＣ発電所の運転中に煙道ガスの公称動作温度を維 持するための方法において，この煙道ガス温度をこのプロセス用の公称レベルに 高めるために，この流動床（１）での燃焼中に発生した煙道ガス中の管束（３９ ）の下流て補足燃料を燃焼し，そこで上記煙道ガス中の酸素残分をこの補足燃料 の燃焼中に酸化剤として使うことを特徴とする方法。
2. ２．請求項１による方法において，補足燃料供給をこの発電所の部分負荷運転中 に行うことを特徴とする方法。
3. ３．請求項１による方法において，この補足燃料による燃焼をこの燃焼器（２） 内の流動床（１）の下流のフリーボード（４）で行うことを特徴とする方法。
4. ４．請求項１による方法において，この補足燃料が可燃性ガス，例えば天然ガス から成ることを特徴とする方法。
5. ５．請求項１による方法において，この補足燃料が可燃性液体，例えばパラフィ ン，またはディーゼル油，または燃料油から成ることを特徴とする方法。
6. ６．請求項１による方法において，この補足燃料が固体燃料，例えば微粉にした 石炭，ビートまたは木屑から成ることを特徴とする方法。
7. ７．請求項４または請求項５または請求項６による方法において，この補足燃料 を燃料ノズル（２１）によって流動床（１）からの煙道ガス中に噴射し，且つ自 己点火することを特徴とする方法。
8. ８．請求項４または請求項５または請求項６による方法において，この補足燃料 を搬送剤，例えば蒸気と共に噴射することを特徴とする方法。
9. ９．請求項１による方法において，補足燃料の燃焼中に作られた加熱ガス／この 補足燃料供給中に発生したガスを混合器（２２）によって煙道ガスの中でよく混 ぜることを特徴とする方法。
10. １０．請求項１による方法において，脱出煙道ガスの温度をこの補足燃料供給に よってこのプロセス中に発生した煙道ガスに対する公称動作温度に，即ち好まし くは８５０℃ないし８７０℃の大きさのオーダの温度に上げることを特徴とする 方法。
11. １１．請求項１による方法において，供給する補足燃料の最を，燃焼器（２）と ガスタービン（９）の間の煙道ガスダクト（８）内の測定酸素含有量と煙道ガス の温度とに依って制御することを特徴とする方法。
12. １２．請求項１による方法において，石灰を硫黄含有補足燃料の噴射に関連して その噴射と同時に煙道ガスの中へ噴射することを特徴とする方法。