JPH11108334A - 排熱回収ボイラ - Google Patents
排熱回収ボイラInfo
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- JPH11108334A JPH11108334A JP9276203A JP27620397A JPH11108334A JP H11108334 A JPH11108334 A JP H11108334A JP 9276203 A JP9276203 A JP 9276203A JP 27620397 A JP27620397 A JP 27620397A JP H11108334 A JPH11108334 A JP H11108334A
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Abstract
内窒素酸化物の除去可能な排熱回収ボイラを提供するこ
と。 【解決手段】原動機から排出される排ガスの熱回収を行
うとともに、この排ガスにアンモニアを注入・混合して
排ガス中の窒素酸化物を還元・除去する排熱回収ボイラ
において、排ガス流れ方向に、ドラム降水管3と、多数
の伝熱管を規則的に配置された蒸発器4と、排ガスの窒
素酸化物を還元・除去する脱硝装置5を配設し、ドラム
降水管の上流側または下流側に、ドラム降水管と直角方
向にドラム降水管に密接にアンモニア注入部のアンモニ
ア注入パイプ71,72を配設しているので、排熱回収
ボイラの排ガス流れ方向の寸法が減少し、従来型排熱回
収ボイラに比べてコンパクト、省スペース、低コスト設
計が可能となる。
Description
係わり、特に排ガスに含まれる窒素酸化物を還元除去す
る排熱回収ボイラに関する。
向上させるためにガスタービンによる発電に加え、ガス
タービンの排ガスの排熱を回収して蒸気を発生させ、そ
の蒸気を用いて蒸気タービンによる発電も行うコンバイ
ンドサイクル発電設備が採用される傾向にあり、また、
このコンバインドサイクル発電設備は発電効率及び発電
出力の向上のため、さらに大容量化の傾向にある。
は、排熱の回収及び蒸気の発生に排熱回収ボイラが採用
されている。排熱回収ボイラはガスタービン等の原動機
から排出される排ガスの熱を回収し、蒸気タービン用の
駆動蒸気やプロセス用の蒸気温水を発生させ供給するも
のである。また、この排熱回収ボイラは環境保全の観点
から排ガス中の有害な窒素酸化物を還元するための脱硝
装置を備えている。特に、近年は排ガス中の窒素酸化物
の90%以上を除去できる高性能な脱硝装置が設置され
る傾向にある。
面図及び図23の排熱回収ボイラアンモニア注入部の平
面図を参照して説明する。図に示すように、横置自然循
環形の排熱回収ボイラは、再熱二重圧力式のボイラであ
って、ボイラダクト14内に高圧二次過熱器15,再熱
器16,高圧一次過熱器13,高圧蒸発器4,低圧過熱
器17,高圧節炭器18,低圧蒸発器19,低圧節炭器
20の各伝熱管が排ガス流れ方向から順に鉛直方向に設
置されている。また、ボイラダクト14内にはアンモニ
ア注入部1と脱硝反応器5が設置され、ボイラ上部には
高圧ドラム6,低圧ドラム21が設置されている。2は
アンモニア注入部支持材、3は高圧ドラム降水管、7は
アンモニア注入パイプ、8はアンモニア注入ノズルであ
る。
説明する。排熱回収ボイラに流入した排ガスは、高圧二
次過熱器15,再熱器16,高圧一次過熱器13を順次
通過し、アンモニア注入部1でアンモニアと混合する。
そして、排ガスは高圧蒸発器4を通過した後、還元反応
を促す触媒層を備えた脱硝反応器5で排ガス中の窒素酸
化物が除去され、さらに低圧過熱器17,高圧節炭器1
8,低圧蒸発器19,低圧節炭器20を順次通過し大気
中に放出される。
排ガス流れ方向に対して高圧蒸発器4より上流側に配置
されている。アンモニアは排ガスと均一に混合する必要
があるので脱硝反応器5からある程度の距離を確保し、
脱硝反応器5から高圧蒸発器4を隔てて配置されてい
る。アンモニアと排ガスは多数の伝熱管が規則的に配置
されている高圧蒸発器4を通過する際、均一に混合され
る。アンモニアは490℃以上であると酸化して窒素酸
化物が生成されてしまうので、脱硝率を維持するのに甚
だ好ましくない。したがって、排ガス温度が適切である
必要があり、これらの条件を満足するようにアンモニア
注入部1は、排ガス流れ方向より高圧一次過熱器13の
下流でかつ高圧蒸発器4の上流に配置されており、計画
上ガス温度は470℃程度である。このように、排ガス
は排熱回収ボイラ内では伝熱管で熱交換を行うのと同時
に、排ガス中の有毒な窒素酸化物が除去される。
ス流れ方向下流からみた図である。図において、アンモ
ニアは混合器22にて空気と混合され、アンモニア注入
部入口連絡管23,アンモニア注入部管寄せ24,アン
モニア注入部入口管25を順に通過し、アンモニア注入
部支持材2によって支持されたアンモニア注入パイプ7
に流入する。アンモニア注入パイプ7に流入したアンモ
ニアは、アンモニア注入パイプ7から多数設置されてい
るアンモニア注入ノズル8より噴射され、排ガスと混合
する。アンモニア注入ノズル8は、アンモニア注入パイ
プ7から鉛直方向に上下交互に多数設置されており、ア
ンモニアが排ガスと均一に混合されるように構成されて
いる。また、アンモニアはアンモニア流量調節弁26に
よって流量が調節され、排ガスと均一に混合されるよう
に調節可能となっている。このようにアンモニア注入部
は、ボイラダクト内の排ガス流路全断面に均一にアンモ
ニアが注入されるように構成されている。
バインドサイクル発電設備は大容量化の傾向にあり、そ
のため排熱回収ボイラも大型化し、設置面積の増大,コ
ストの増大、さらには発電単価の増大を招いている。こ
れらに歯止めをかけるために、排熱回収ボイラの省スペ
ース、低コスト設計を行う必要がある。従来技術の排熱
回収ボイラは、アンモニア注入部及びドラム降水管まわ
りに過大なスペースを要し、ボイラの全長が増大すると
いう問題があった。
容量化で、ガスタービン出力の増大に伴って排ガス温度
が上昇するとともに排熱回収ボイラも高温大容量化する
傾向にあり、かかる排熱回収ボイラに対しても環境保全
の観点からより高性能な脱硝装置を備える必要がある。
ガス温度の上昇に伴い、かつガスタービンへ冷却蒸気を
投入する等のシステムによって、アンモニア注入部の温
度が上昇するため適切な温度でのアンモニア注入ができ
なくなる可能性がある。すなわち、高温大容量化する排
熱回収ボイラにおける高脱硝率の実現が難しくなるとい
う問題があった。
上記問題を解決するためになされたもので、その目的は
アンモニア注入部を最適位置に配置することによって排
熱回収ボイラを省スペース化し、排熱回収ボイラの高温
大容量化に応じた排ガス内窒素酸化物の除去を可能にす
る排熱回収ボイラを提供することにある。
に、本発明の請求項1は、原動機から排出される排ガス
をボイラダクト内に導いて排ガスの熱回収を行うととも
に、この排ガスにアンモニアを注入・混合して排ガス中
の窒素酸化物を還元・除去する脱硝装置を備えた排熱回
収ボイラにおいて、前記ボイラダクト内の排ガス流れ方
向に、ドラム降水管と、多数の伝熱管を規則的に配置さ
れた蒸発器と、排ガスの窒素酸化物を還元・除去する脱
硝装置を配設し、前記ドラム降水管の上流側または下流
側に、当該ドラム降水管に密接にアンモニア注入部のア
ンモニア注入パイプを配設したことを特徴とする。
回収ボイラにおいて、前記ドラム降水管の中間に前記ア
ンモニア注入パイプを支持するアンモニア注入部支持材
を配設したことを特徴とする。
回収ボイラにおいて、前記ドラム降水管にアンモニア注
入部支持材を取り付け、このアンモニア注入部支持材に
前記アンモニア注入パイプを取り付けたことを特徴とす
る排熱回収ボイラ。
る排ガスをボイラダクト内に導いて排ガスの熱回収を行
うとともに、この排ガスにアンモニアを注入・混合して
排ガス中の窒素酸化物を還元・除去する脱硝装置を備え
た排熱回収ボイラにおいて、前記ボイラダクト内の排ガ
ス流れ方向に、第1の蒸発器管群と、ドラム降水管と、
第2の蒸発器管群と、前記脱硝装置を配設し、前記ドラ
ム降水管の上流側または下流側に、当該ドラム降水管に
密接にアンモニア注入部のアンモニア注入パイプを配設
したことを特徴とする。
回収ボイラにおいて、前記ドラム降水管の中間に、この
ドラム降水管と平行にアンモニア注入パイプを支持する
アンモニア注入部支持材を配設したことを特徴とする。
回収ボイラにおいて、前記ドラム降水管にアンモニア注
入部支持材を取り付け、前記支持材にアンモニア注入パ
イプを取り付けたことを特徴とする。
る排ガスをボイラダクト内に導いて排ガスの熱回収を行
うとともに、この排ガスにアンモニアを注入・混合して
排ガス中の窒素酸化物を還元・除去する脱硝装置を備え
た排熱回収ボイラにおいて、前記ボイラダクト内の排ガ
ス流れ方向に、過熱器と、ドラム降水管と、蒸発器と、
前記脱硝装置とを配設し、前記ドラム降水管の上流側ま
たは下流側,または前記蒸発器の伝熱管群の中間に、ア
ンモニアを注入するアンモニア注入部の上下に管寄せを
配設し、上部ヘッダと下部ヘッダの間にアンモニア注入
パイプを伝熱管と平行に配設したことを特徴とする。
参照して説明する。図1は本発明の第1実施例(請求項
1及び請求項2対応)であるアンモニア注入部の側面
図、図2は図1のアンモニア注入部の平面図、図3は図
1のアンモニア注入部を排ガス流れ方向から見た図であ
る。
ア注入部1をボイラダクト14内の排ガス流れ方向に対
して高圧蒸発器4の上流側で、高圧ドラム6の高圧ドラ
ム降水管3と同位置に配置している。また、高圧ドラム
降水管3とアンモニア注入部支持材2がボイラ水平方向
に並列に配置され、ボイラ鉛直方向に並列にアンモニア
注入パイプ71,72が配置されており、このアンモニ
ア注入パイプ71,72から鉛直方向に上下交互にアン
モニア注入ノズル8が配置されている。排ガスはアンモ
ニア注入部1でアンモニアと混合し、高圧蒸発器4を通
過後、脱硝装置である脱硝反応器5で窒素酸化物が除去
される。
排ガス流れ方向に対して高圧蒸発器4の上流側で、高圧
ドラム6の高圧ドラム降水管3と同位置に配置している
ため、排ガス流れ方向のスペースが少なくなる外、アン
モニア注入部1から高圧蒸発器4を介して脱硝反応器5
に排ガスが流入するので、均一にアンモニアと排ガスが
混合した状態で窒素酸化物が除去される。さらに、高圧
蒸発器4の管群出口に高圧ドラム降水管3がないので脱
硝反応器5に混合ガスがスムーズに流入し、触媒が有効
に作用するため同一の触媒量でも従来より脱硝効率を高
めることが可能となる。
請求項2対応)であるアンモニア注入部の側面図、図5
は図4のアンモニア注入部の平面図である。同図に示す
ように、本実施例では、アンモニア注入パイプ71,7
2及びアンモニア注入ノズル8をボイラダクト14内の
排ガス流れ方向に対して高圧ドラム降水管3の下流側に
配置されている点が第1実施例と異なり、その他の構成
は同一であるので、同一部分には同一符号を付して重複
説明は省略する。
り見てアンモニア注入部1と高圧ドラム降水管3を同位
置に配置しているため、排ガス流れ方向のスペースが少
なくなる外、アンモニア注入部1から高圧蒸発器4を介
して脱硝反応器5に排ガスが流入するので、均一にアン
モニアと排ガスが混合した状態で窒素酸化物が除去され
る。さらに、高圧蒸発器4の管群出口に高圧ドラム降水
管3がないことから、脱硝反応器5に混合ガスがスムー
ズに流入し、触媒が有効に作用するため、同一の触媒量
でも従来より脱硝効率を高めることが可能となる。
請求項3対応)であるアンモニア注入部の側面図、図7
は図6のアンモニア注入部の平面図、図8は図6で排ガ
ス流れ方向から見た図である。
異なる構成は、高圧ドラム降水管3がアンモニア注入部
支持材2も兼ねることで、アンモニア注入部支持材2を
なくした点であり、その他の構成は同一であるので、同
一部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
ンモニア注入部1でアンモニアと混合し、高圧蒸発器4
を通過後、脱硝反応器5で窒素酸化物が除去される。さ
らに高圧ドラム降水管3がアンモニア注入部支持材2を
兼ねているので、アンモニア注入部支持材が不要になる
分、部品点数が少なくなる。
の変形例(請求項1及び請求項3対応)の側面図、図1
0は図9のアンモニア注入部の平面図である。図に示す
ように、本実施例では、アンモニア注入パイプ71,7
2及びアンモニア注入ノズル8を排ガス流れ方向に対し
て高圧ドラム降水管3の下流側に配置されている点が第
2実施例と異なり、その他の構成は同一であるので、同
一部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
り見てアンモニア注入部1と高圧ドラム降水管3を同位
置に配置しているため、排ガス流れ方向のスペースが少
なくなる外、アンモニア注入部1から高圧蒸発器4を介
して脱硝反応器5に排ガスが流入するので、均一にアン
モニアと排ガスが混合した状態で窒素酸化物が除去され
る。さらに、高圧蒸発器4の管群出口に高圧ドラム降水
管3がないことから、脱硝反応器5に混合ガスがスムー
ズに流入し、触媒が有効に作用するため、同一の触媒量
でも従来より脱硝効率を高めることが可能となる。
請求項4及び請求項5対応)であるアンモニア注入部の
側面図、図12は図11のアンモニア注入部の平面図、
図3は第3実施例の排ガス流れ方向から見た図である。
異なる構成は、高圧蒸発器4を分割して高圧蒸発器9,
高圧蒸発器10とし、その中間にアンモニア注入部1と
高圧ドラム降水管3を配置している点であり、その他の
構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付して
重複説明は省略する。
と同様にアンモニア注入部1とドラム降水管3を排熱回
収ボイラを側面より見て同位置に配置している。また、
高圧ドラム降水管3とアンモニア注入部支持材2が第1
実施例と同様に水平方向に並列に配置されている。排ガ
スは分割された高圧蒸発器9を通過し、アンモニア注入
部1でアンモニアと混合し、高圧蒸発器10を通過後脱
硝反応器5で窒素酸化物が除去される。従って、本実施
例によると従来より脱硝効率を高めることが可能とな
る。
請求項4及び請求項5対応)であるアンモニア注入部の
側面図、図14は図13のアンモニア注入部の平面図で
ある。図に示すように、本実施例は、アンモニア注入パ
イプ71,72及びアンモニア注入ノズル8を排ガス流
れ方向に対して高圧ドラム降水管3の下流側に配置して
いる点が第3実施例と異なり、その他の構成は同一であ
るので、同一部分には同一符号を付して重複説明は省略
する。
71,72及びアンモニア注入ノズル8を排ガス流れ方
向に対して高圧ドラム降水管3の下流側に配置している
ので、排ガス流れ方向の排熱回収ボイラのスペースが少
なくなる外、排ガスがアンモニア注入部1に到達する以
前に従来より多くの伝熱管群を通過することで、熱交換
が多く行われた後アンモニア注入部1に到達する。ま
た、排熱回収ボイラ入口とアンモニア注入部1での排ガ
ス温度差が大きくなるので、排熱回収ボイラ入口での排
ガス温度が従来より高い場合、排ガス温度を適温まで低
下させて排ガスをアンモニア注入部1に導くことができ
る。従って、排熱回収及び脱硝効率を高めることが可能
となる。
請求項4及び請求項6対応)であるアンモニア注入部の
側面図、図16は図15のアンモニア注入部の平面図、
図8は図15の排ガス流れ方向から見た図である。
異なる構成は、第3実施例におけるアンモニア注入部支
持材2がなくなり、高圧ドラム降水管3がアンモニア注
入部支持材2も兼ねている点であり、その他の構成は同
一であるので、同一部分には同一符号を付して重複説明
は省略する。
ガスはアンモニア注入部1でアンモニアと混合し、高圧
蒸発器4を通過後、脱硝反応器5で窒素酸化物が除去さ
れる。さらに高圧ドラム降水管3がアンモニア注入部支
持材2を兼ねているので、アンモニア注入部支持材が不
要になる分、部品点数が少なくなる。
部の変形例(請求項1、請求項4及び請求項6対応)の
側面図、図18は図17のアンモニア注入部の平面図で
ある。図に示すように、本実施例は、アンモニア注入パ
イプ71,72及びアンモニア注入ノズル8を排ガス流
れ方向に対して高圧ドラム降水管3の下流側に配置して
いる点が第4実施例と異なり、その他の点は同一である
ので、同一部分には同一符号を付して重複説明は省略す
る。本実施例は、第3実施例と同様に排熱回収及び脱硝
効率を高めることが可能となることに加えて支持材が不
要になり部品点数が減少するという効果を有する。
応)であるアンモニア注入部の側面図、図20は図19
のアンモニア注入部を排ガス流れ方向より見た図であ
る。図に示すように、本実施例では、アンモニア注入部
1はアンモニア注入パイプ7を上部管寄せ11と下部管
寄せ12を用いて接続して構成し、アンモニア注入部1
を高圧蒸発器4の中間に鉛直方向から挿入・配置してい
る。
と同様に上下管寄せ11,12を用いており、アンモニ
ア注入部1を鉛直方向から設置することが可能となる。
また、第3実施例及び第4実施例と同様、排ガス流れ方
向のスペースを少なくすることとができ、適当な排ガス
温度でのアンモニア注入が可能となる等の効果を有す
る。
応)であるアンモニア注入部の側面図である。図に示す
ように、本実施例は第5実施例と同様にアンモニア注入
部1はアンモニア注入パイプ7を上部管寄せ11と下部
管寄せ12を用いて接続して構成し、排ガス流れ方向に
対して高圧一次過熱器13の下流側に鉛直方向からアン
モニア注入部1を挿入している。また、アンモニア注入
パイプ7とアンモニア注入ノズル8の配置は図20の第
5実施例と同様である。
アンモニア注入部1は上下管寄せ11,12を用いて構
成されているので、排ガス流れ方向のスペースを少なく
することができ、適当な排ガス温度でのアンモニア注入
が可能となる等の効果を有する。
乃至請求項5対応)によれば、アンモニア注入部を排熱
回収ボイラ側面から見てドラム降水管と同位置に配置す
ることで、排熱回収ボイラの排ガス流れ方向の寸法が減
少し、従来型排熱回収ボイラに比べてコンパクト、省ス
ペース、低コスト設計が可能となる。また、降水管でア
ンモニア注入部を支持することでさらにその効果が高ま
る。
応)によれば、蒸発器を分割し、その中間にアンモニア
注入部とボイラ降水管を配置すれば、原動機内の燃焼温
度上昇により排ガス温度が上昇した場合でも、適温まで
熱交換を行った後アンモニアを注入し、窒素酸化物を除
去することが可能になる。したがって、排熱回収ボイラ
の省スペース、低コスト化だけでなく、従来型より高温
大容量排熱回収ボイラにおいても窒素酸化物除去が十分
可能になり、排熱回収ボイラの高温大容量化における環
境対策にも対応可能となる。
応)によれば、蒸発器の管群出口に降水管がないことか
ら、脱硝装置に混合ガスがスムーズに流入し、触媒が有
効に作用するため、同一の触媒量でも従来より脱硝効率
を高めることが可能となる効果が生じる。
流れ方向からみた図。
流れ方向からみた図。
ガス流れ方向からみた図。
平面図。
排ガス流れ方向からみた図。
3…高圧ドラム降水管、4…高圧蒸発器、5…脱硝反応
器、6…高圧ドラム、7,71,72…アンモニア注入
パイプ、8…アンモニア注入ノズル、9,10…高圧蒸
発器、11…上部管寄せ、12…下部管寄せ、13…高
圧一次過熱器、14…ボイラダクト、15…高圧二次過
熱器、16…再熱器、17…低圧過熱器、18…高圧節
炭器、19…低圧蒸発器、20…低圧節炭器、21…低
圧ドラム、22…混合器、23…アンモニア注入部入口
連絡管、24…アンモニア注入部管寄せ、25…アンモ
ニア注入部入口管、26…アンモニア流量調節弁。
Claims (7)
- 【請求項1】 原動機から排出される排ガスをボイラダ
クト内に導いて排ガスの熱回収を行うとともに、この排
ガスにアンモニアを注入・混合して排ガス中の窒素酸化
物を還元・除去する脱硝装置を備えた排熱回収ボイラに
おいて、前記ボイラダクト内の排ガス流れ方向に、ドラ
ム降水管と、多数の伝熱管を規則的に配置された蒸発器
と、排ガスの窒素酸化物を還元・除去する脱硝装置を配
設し、前記ドラム降水管の上流側または下流側に、当該
ドラム降水管に密接にアンモニア注入部のアンモニア注
入パイプを配設したことを特徴とする排熱回収ボイラ。 - 【請求項2】 請求項1記載の排熱回収ボイラにおい
て、前記ドラム降水管の中間に前記アンモニア注入パイ
プを支持するアンモニア注入部支持材を配設したことを
特徴とする排熱回収ボイラ。 - 【請求項3】 請求項1記載の排熱回収ボイラにおい
て、前記ドラム降水管にアンモニア注入部支持材を取り
付け、このアンモニア注入部支持材に前記アンモニア注
入パイプを取り付けたことを特徴とする排熱回収ボイ
ラ。 - 【請求項4】 原動機から排出される排ガスをボイラダ
クト内に導いて排ガスの熱回収を行うとともに、この排
ガスにアンモニアを注入・混合して排ガス中の窒素酸化
物を還元・除去する脱硝装置を備えた排熱回収ボイラに
おいて、前記ボイラダクト内の排ガス流れ方向に、第1
の蒸発器管群と、ドラム降水管と、第2の蒸発器管群
と、前記脱硝装置を配設し、前記ドラム降水管の上流側
または下流側に、当該ドラム降水管に密接にアンモニア
注入部のアンモニア注入パイプを配設したことを特徴と
する排熱回収ボイラ。 - 【請求項5】 請求項4記載の排熱回収ボイラにおい
て、前記ドラム降水管の中間に、アンモニア注入パイプ
を支持するアンモニア注入部支持材を配設したことを特
徴とする排熱回収ボイラ。 - 【請求項6】 請求項4記載の排熱回収ボイラにおい
て、前記ドラム降水管にアンモニア注入部支持材を取り
付け、前記支持材にアンモニア注入パイプを取り付けた
ことを特徴とする排熱回収ボイラ。 - 【請求項7】 原動機から排出される排ガスをボイラダ
クト内に導いて排ガスの熱回収を行うとともに、この排
ガスにアンモニアを注入・混合して排ガス中の窒素酸化
物を還元・除去する脱硝装置を備えた排熱回収ボイラに
おいて、前記ボイラダクト内の排ガス流れ方向に、過熱
器と、ドラム降水管と、蒸発器と、前記脱硝装置とを配
設し、前記ドラム降水管の上流側または下流側,または
前記蒸発器の伝熱管群の中間に、アンモニアを注入する
アンモニア注入部の上下に管寄せを配設し、上部ヘッダ
と下部ヘッダの間にアンモニア注入パイプを伝熱管と平
行に配設したことを特徴とする排熱回収ボイラ。
Priority Applications (11)
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---|---|---|---|
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