JPH086884B2 - 廃熱回収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は廃熱回収装置に係り、特にガスタービン発電
プラントにおいて、効率良く脱硝装置を作動させるよう
制御する装置に関する。

〔従来の技術〕

発電プラントにおいては急速に変化する電力需要に対
応すべく各種の方策が考えられている。例えば原子力発
電がベースロード化している現在、火力発電所の大型ボ
イラにおいても中間負荷運用が定着し、かなりの負荷変
動が伴う運転が日常化している。しかしながらこの大型
のボイラにおいては急速軌道を行ったり、急激な負荷変
動に対応するには限界があり、より柔軟な対応が可能な
発電プラントが望まれている。また火力発電所の場合最
新鋭のプラントであってもその熱効率は40％程度となっ
ており、最近の燃料事情を考慮すれば更に高い熱効率を
得ることが望まれている。しかしながら基本的には単一
の熱サイクルとなっている現在の火力発電所ではこれ以
上の熱効率の向上は事実上困難であり、より熱効率の高
いプラントが要望されている。その要望を実現する方法
の一としてガスタービンを使用する発電方法が実用化さ
れている。ガスタービンは急速軌道や急激な負荷変化が
可能なため負荷変動が特に大きい分野において利用され
ている。このガスタービン発電プラントの場合、ガスタ
ービンを出た大量の排気ガスはかなり高温であるため、
このガス流中に伝熱面有する廃熱ボイラ（廃熱回収ボイ
ラ）を設置し、これにより熱回収を行うと共に発生した
蒸気により蒸気タービンを駆動させて更に発電を行う高
効率複合発電プラントが提案され、実用化されている。
この高効率複合発電プラントにより発電端熱効率が44％
程度のプラントの実現も可能となっている。

第８図及び第９図はこの複合発電プラントの一例を示
す。このうち第８図に示す構成は多軸型プラントと通称
される構成を示し、複数のガスタービン31とこのガスタ
ービンのガス流中に各々配置した廃熱ボイラ36とからな
り、各廃熱ボイラから排出された蒸気により一基の蒸気
タービン32を駆動するよう構成したプラントである。な
お図中符号HPSは高圧蒸気を、LPSは低圧蒸気を各々示し
各蒸気は蒸気タービン32の高圧側及び低圧側に各々供給
される。また符号33は発電機を示す。

これに対して第９図に示す構成は一基のガスタービン
排気により一基の蒸気タービンを駆動するように構成し
たプラントであり、符号39は廃熱ボイラ36の高圧ドラ
ム、38は低圧ドラム、34は復水器、35は復水ポンプを各
々示す。以上何れの構成においても廃ガス中の窒素酸化
物（Nox）を低減するため脱硝装置が配置されている。
この脱硝装置を効率良く運転するためには脱硝装置を所
定の温度域に配置する必要がある。第９図に示す構成で
は、廃熱ボイラを構成する伝熱管群のうち好適な温度と
なる部分に脱硝装置を配置する構成を採用している。し
かしながらガスタービンの負荷変動によりガス温度が変
動するため、脱硝装置入口ガス温度も変動し、脱硝効率
を常時高率に保持することは困難である。このことは第
８図に示す多軸型のプラントではさらに深刻である。

即ち、ガスタービン負荷が同一であっても、ガスター
ビンの運転台数が変化すると、蒸気タービンに対する蒸
気流量が異なるため廃熱ボイラのドラム圧力が第３図の
如く大幅に変化する。なお、図中線図G1はガスタービン
一基運転時の、G2はガスタービン二基運転時の、G3はガ
スタービン三基運転時のドラム圧力とガスタービン負荷
の関係を各々示す。また第４図は廃熱ボイラ一基当たり
の蒸気流量と蒸気圧力との関係を、また第５図は同様に
廃熱ボイラ一基当たりのガスタービン負荷と蒸発量の関
係を示す線図である。また図中HPSは高圧蒸気側の、LPS
は低圧蒸気側の蒸発量を各々示す。更に第６図は廃熱ボ
イラの各伝熱管群に於ける蒸気温度と廃ガス温度の関係
を示す。なお図中符号SHは過熱器を、HPEVAは高圧側蒸
発器を、HPECOは高圧側節炭器を、LPEVAは低圧側蒸発器
を、LPECOは低圧側節炭器を各々示す。この図におい
て、廃ガス温度TGはSH、HPEVA、HPECO、LPEVA、LPECOを
通過するに従って降下する。これに対して廃熱ボイラ内
の流体の温度TWはこの廃ガスとは反対に廃ガス流れ上流
に向かって上昇し、HPEVAにおいては気液混合物とな
り、さらにSHにおいては蒸気のみとなって過熱される。

ドラム圧力が降下すると、当然蒸発器内の飽和温度が
低下し、この結果蒸発器におけるガス温度と蒸発器内の
流体との温度差が大きくなって、蒸発器における熱吸収
量が増加し、蒸発量も増加する。このため廃ガスの温度
は過熱器後流側で大幅に低下する。第７図はドラム圧力
と脱硝器入口ガス温度との関係、およびこの脱硝器入口
ガス温度と脱硝効率との関係を示す。この図から明らか
なように、ドラム圧力が低下すると、脱硝器入口ガス温
度が低下し、この結果脱硝器の効率的な運転が不可能と
なって脱硝効率が低下する。つまり直接的には廃熱ボイ
ラのドラム圧力が低下すると脱硝効率が低下するという
関係が成立することが分かる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

複合発電プラントにおいては以上のように脱硝装置入
口ガス温度を所定の値に設定して脱硝効率を高く保持す
る必要があるが、上述のように、従来構成においては脱
硝器入口廃ガス温度を一定に保持することは非常に困難
である。このため脱硝効率を廃ガス温度低下時にも高率
に保持するためには脱硝触媒の充填量を増加させねばな
らず不経済である。因みに通常の複合発プラントで脱硝
効率の低下分を脱硝触媒の充填量の増加で補おうとする
と、数億円いう莫大な経費が必要となる。

また更に、石油や石炭を燃料とするボイラから供給さ
れる蒸気により蒸気タービンを駆動する従来型の発電プ
ラントと比較して複合発電プラントではボイラ（廃熱ボ
イラ）の運転条件はより過酷なものとなっていると云う
ことがガスタービンできる。即ち、第10図及び第11図に
おいて、負荷が低下した場合、ガスタービンでは廃ガス
量は殆ど低下せず（第10図参照）、ガス温度のみ低下し
（第11図参照）、負荷の変動とほぼ比例してガス量及び
ガス温度共に変化する従来火力とその特性を大きく異に
しており、ボイラの運転条件はより過酷となっている。
なお図中符号Ｇはガスタービン廃ガスについてのガス量
（第10図）及びガス温度（第11図）を、またＦは通常火
力発電のガス量（第10図）、及びガス温度（第11図）の
各々を示す。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は以上の問題点に鑑み構成したものであり、ガ
スタービン廃熱を利用する複合発電プラント（装置）等
の廃熱回収装置において、廃ガス流中に配置した脱硝装
置の上流部に対して脱硝装置入口ガス温度を調節するた
めの蒸発器等のガス温度調節用の伝熱面を配置し、かつ
この温度調節用の伝熱面内の圧力を検出する手段を設
け、更に圧力検出手段により検出した圧力に基づき作動
する圧力調節弁等の圧力調節手段を設けた廃熱回収装置
である。

〔作用〕

本発明は以上に説明したように脱硝装置の上流部に対
して脱硝装置入口ガス温度を調節するための蒸発器等の
ガス温度調節用の伝熱面を配置することによりこの伝熱
面の熱吸収量を調節し、もって脱硝装置入口ガス温度を
脱硝装置の脱硝効率が高く維持できる温度に保持する。
この場合、ガス温度調節用の伝熱面の制御は、この伝熱
面内の圧力を圧力検出手段により検出し、脱硝装置入口
温度が所定の温度となるよう圧力調整手段を調整し、こ
の圧力の調整により伝熱面の熱吸収量を調節することに
より実施する。

〔実施例〕

以下本発明の実施例につき図面を参考に詳細に説明す
る。

第１図は本発明の第１の実施例であって、ガスタービ
ン排気により蒸気を発生させる廃熱ボイラの中心部を示
す（但し、ガスタービンは図示しない）。

１はボイラドラム、２は降水管、４は脱硝装置、３は
この脱硝装置４の下流に配置した主蒸発器である。５は
この脱硝装置４の上流に配置した廃ガス温度調節用の伝
熱面たるガス温度調節用蒸発器、６はこのガス温度調節
用蒸発器６に対して給水を供給する降水管２に配置した
循環ポンプ、10はボイラドラム１に気水混合物を供給す
る上昇管である。この上昇管10に対してはガス温度調節
用蒸発器５内の圧力を検出する圧力検出器７と、その圧
力を調節する圧力調節弁８とが設置してある。９はこの
圧力検出器７の信号に基づき圧力調節弁８を作動させる
制御装置である。また符号11は過熱器、12は節炭器を示
す。

以上の構成において、ガスタービン排気は廃熱ボイラ
を構成する各伝熱面を通過してその内部流体を加熱す
る。この際圧力検出器７はガス温度調節用蒸発器５内の
圧力を検出し、その検出結果を制御装置９に発信する。
制御装置９に対してはガス温度調節用蒸発器５内の圧力
と、ガス温度調節用蒸発器下流側のガス温度、つまり脱
硝装置入口ガス温度との相関関係に基づく数値が予め記
憶してある。これにより制御装置９はこの記憶した数値
と圧力検出器７からの信号を比較演算し、その演算結果
に基づいて圧力調節弁８を調節する。これによってガス
温度調節用蒸発器５内の圧力を調節し、以て脱硝装置４
の入口ガス温度を適正な値に保持する。

第２図は本発明の変形例を示す。

この変形例では過熱器11、ガス温度調節用蒸発器５、
脱硝装置４、主蒸発器３、節炭器12を鉛直方向に配置し
これら内部流体を強制的に循環させる構成の廃熱ボイラ
に対して実施したものである。この場合、ガス温度調節
用蒸発器５に対して給水を供給する上昇管12a及び、主
蒸発器３に対して給水を供給する上昇管12bの各々に対
して圧力調節弁８を各々設置する。即ちこの構成の場合
には各上昇管12a、12bの各々に対して調節弁を設置しな
いと各蒸発器の内部の圧力を調節することができない。

以上変形例も含めて本発明の実施例を、ガスタービン
排気の熱を回収する複合発電プラントを例に説明した
が、固よりこの構成に限定す趣旨ではなく、熱回収を行
う流体中に伝熱面及び脱硝装置を設置する構成に対して
幅広く実施可能であることは当然である。

〔効果〕

本発明は以上にその構成を具体的に説明したように、
ガスタービン廃熱を利用する複合発電プラント（装置）
等の廃熱回収装置において、廃ガス流中に配置した脱硝
装置の上流部に対して脱硝装置入口ガス温度を調節する
ための蒸発器等のガス温度調節用の伝熱面を配置し、か
つこの温度調節用の伝熱面内の圧力を検出する手段を設
け、更に圧力検出手段により検出した圧力に基づき作動
する圧力調節弁等の圧力調節手段を設けた構成としてあ
るので、ガス温度調節用の伝熱面内の圧力を調節するこ
とによりこの伝熱面の熱吸収量を調節し、脱硝装置入口
ガス温度を常時適正な温度に保持することができる。こ
のため、脱硝触媒の充填量を増加させたり、熱回収効率
を低下させることなく良好な脱硝を経済的に実施するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す廃熱ボイラの内部流体系
統図、第２図は第１図の変形例たる廃熱ボイラの内部流
体系統図、第３図はガスタービン負荷とドラム圧力との
関係を示す線図、第４図は主蒸気流量と蒸気圧力との関
係を示す線図、第５図はガスタービン負荷と蒸発量との
関係を示す線図、第６図は廃熱ボイラの各伝熱面におけ
る廃ガスと伝熱面内部流体の温度変化を示す線図、第７
図は脱硝入口ガス温度と脱硝効率及び廃熱ボイラのドラ
ム圧力との関係を示す線図、第８図は従来の廃熱ボイラ
一例を示す多軸型複合発電プラントの内部流体流動系統
図、第９図は別の従来型廃熱ボイラ一例を示す複合発電
プラントの内部流体流動系統図、第10図はガスタービン
排気と従来型火力発電の排気とに於ける負荷変動とガス
量比との関係を示す線図、第11図はガスタービン排気と
従来型火力発電の排気とに於ける負荷変動とガス温度と
の関係を示す線図である。 １……ボイラドラム、２……下降管 ３……主蒸発器、４……脱硝装置 ５……ガス温度調節用蒸発器 ７……圧力検出器、８……圧力調節弁 ９……制御装置、10……上昇管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービン排気等の熱回収すべき流体中
   に蒸発管等の伝熱面を配置して熱回収を行い、かつ排気
   中の窒素酸化物を除去する脱硝装置もこの流体中に配置
   した装置において、脱硝装置の上流側に流体温度調節用
   の伝熱面を配置し、かつこの伝熱面に対しては伝熱面内
   の圧力を検出する手段と、この手段により検出した情報
   に基づいて伝熱面内の圧力を調節する手段とを接続し、
   この流体温度調節用の伝熱面内の圧力を調節することに
   より脱硝装置入口流体温度を、脱硝効率を高率で行うこ
   とが可能な温度に保持するよう構成したことを特徴とす
   る廃熱回収装置。
2. 【請求項２】前記温度調節用の伝熱面をガス温度調節用
   蒸発器とし、脱硝装置の下流側に主蒸発器を配置したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の廃熱回
   収装置。
3. 【請求項３】ガス温度調節用蒸発器に対して蒸発器内圧
   力を検出する圧力検出器及び圧力調節弁を接続し、これ
   ら圧力検出器及び圧力調節弁を制御装置に対して信号回
   路により接続し、ガス温度調節用蒸発器内圧力を制御装
   置により自動的に制御することを特徴とする特許請求の
   範囲第（２）項記載の廃熱回収装置。