JPH11304138A

JPH11304138A - ガス・ガスヒータ

Info

Publication number: JPH11304138A
Application number: JP10110403A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Hoshi; 光明星
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-04-21
Filing date: 1998-04-21
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】再加熱器の有効伝熱面積を調整可能なガス・
ガスヒータを提供することを目的とする。【解決手段】ボイラ３５からの高温の未処理ガス３６
は、熱回収器３１の熱交換器１ａで熱回収され、脱硫装
置４１に導かれて脱硫され、クリーンな低温の処理ガス
４２となって再加熱器３２に導入される。処理ガス４２
は、再加熱器３２で、回収熱を蓄積した熱媒体３７によ
り再加熱された後、大気中に放出拡散される。再加熱器
３２内の熱交換器１ｂは、複数個のブロックに分割さ
れ、各ブロックには、熱媒体３７の循環配管が分岐して
並列に配管している。各ブロックの入口部には、開閉バ
ルブＶ１、Ｖ２・・・Ｖｎを配置している。再加熱器３
２の出口部には、処理ガス温度検出器３を設け、温度計
測を常時行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス・ガスヒータ
の有効伝熱面積の制御に関し、例えば発電プラントの排
煙脱硫装置における処理ガスの再加熱器等を備えるガス
・ガスヒータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】火力発電プラントや化学プラント用のボ
イラでは、燃料に石炭または重油を使用しているが、最
近これに含まれる硫黄分による環境破壊が問題となって
おり、排煙脱硫装置の設置は、必須の条件となってい
る。この排煙脱硫装置は、例えばボイラで発生し、煙突
から大気中に放出するガス（未処理ガス）に所定の処理
を施して、硫黄分を取り除くためのものである。未処理
ガスを排煙脱硫装置で処理する際、脱硫効率を上げるた
めにガス温度を低くする必要がある。その一方で、処理
したガスを大気中に放出する際には、白煙防止と拡散効
率を上げるためにガス温度を高くする必要がある。

【０００３】従来のガス・ガスヒータ（以下、ＧＧＨと
いう。）のシステム構成の全体構成図を図４に示す。Ｇ
ＧＨは、脱硫前の熱を脱硫後の昇温に利用するためのも
のであり、脱硫装置４１の上流側に熱回収器３１を、下
流側に再加熱器３２をそれぞれ配置し、両者間において
熱媒体３７を強制的に循環するように構成している。両
者は、いずれも内部に熱交換器３３ａ、３３ｂをそれぞ
れ備えている。熱回収器３１は、ボイラ３５の高温の未
処理ガス３６から熱を回収し、熱媒体３７は、その熱を
再加熱器３２に運び、再加熱器３２は、脱硫装置４１の
低温の処理ガス４２を、その熱で所定の温度（高温）に
加熱する。

【０００４】ＧＧＨは、さらにボイラ３５からのスチー
ムを熱媒体加熱器４５に適宜供給可能に構成している。
このように構成したのは次の理由による。すなわち、熱
回収器３１で熱量を回収しすぎて、大量のダストと硫黄
分を含む未処理ガス３６の温度が露点以下まで下がる
と、ダストの固着化を起こし、伝熱管その他の金属を著
しく腐食させる結果となるので、再加熱器３２で昇温す
るのに必要な熱量が熱回収器３１において回収できない
ときには、熱媒体加熱器４５によって、スチームの熱を
熱媒体３７に与えるようになっている。こうして、未処
理ガス３６の温度を露点以上に保ち、熱交換器３３ａ、
３３ｂ内の管壁温度を常に一定値以上に保つことができ
る。なお、図中、３４は循環ポンプ、３８は未処理ガス
温度検出器、３９及び４０はコントロールバルブ、４３
は熱媒体温度検出器、４４はスチームバルブ、４６はド
レン回収器、４７は液面計、４８はドレンポンプ、４９
は熱媒体タンクである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、熱媒体３７の
温度が下がったとき、熱媒体加熱器４５にスチームを供
給すると、再加熱器３２内の熱交換器３３ｂの伝熱面積
は一定で変わらないため、再加熱器３２の入口における
処理ガス４２の温度（入口温度）によっては、再加熱器
３２の出口における処理ガス４２の温度（出口温度）
は、大幅に上昇する。すなわち、熱媒体３７を所定温度
に保持すべく貴重なスチームを供給しても、処理ガス４
２を規定値以上、必要以上に加熱することになり、不経
済な運転を行うことになる。本発明は、かかる状況に鑑
みてなされたものであり、再加熱器の有効伝熱面積を調
整可能なガス・ガスヒータを提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するためになされたものであり、加熱器内のガス温
度を検出するガス温度検出手段と、該加熱器内の伝熱面
積を可変する伝熱面積可変手段と、上記ガス温度検出手
段の検出結果に基づいて上記伝熱面積可変手段を制御し
て伝熱面積を調整する制御手段とを備える。また、ガス
温度検出手段を加熱器のガス出口側に設けるようにして
も良い。また、上記伝熱の熱量が、熱媒体により該加熱
器に運搬されるものであり、該熱媒体に対する熱供給の
有無を検出する熱供給検出手段を更に備え、制御手段
は、伝熱面積可変手段の制御に、上記熱供給検出手段の
検出結果も利用するようにしても良い。

【０００７】すなわち、ガス・ガスヒータにおいて、再
加熱器（加熱器）の伝熱面積を複数個のブロックに区分
けし、その各々の入口に並列して熱媒体の配管および開
閉バルブを設け、再加熱器出口にガス温度検出器を配置
し、ガス温度検出器の検出する温度により、熱媒体の開
閉バルブを開閉して有効伝熱面積を加減する。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るガス・ガスヒ
ータの実施の形態について図面に基づいて説明する。図
１乃至図３は、本発明の一実施形態に係るガス・ガスヒ
ータであり、図１は、ＧＧＨのシステム構成を示す全体
構成図、図２は、図１における開閉バルブＶ１〜Ｖｎお
よびスチームバルブ４４の開閉に関するフローチャート
である。図３は、図１における２つのコントロールバル
ブ３９、４０の開閉状態を示すグラフで、縦軸はバルブ
開度（％）、横軸はガス温度である。ＧＧＨは、例えば
発電用ボイラに設けることができる。

【０００９】図１に示すように、ＧＧＨは、熱回収器３
１と再加熱器３２及び、両者をつなぐ管内を熱媒体３７
が循環ポンプ２によって強制循環される装置により構成
している。熱回収器３１および再加熱器３２は、伝熱管
外周面にフィンを備えたフィンチューブを連結した熱交
換器１ａ、１ｂをそれぞれ内臓している。ボイラ３５で
発生した高温の未処理ガス３６は、熱回収器３１に導か
れ、熱交換器１ａによって熱回収され、その熱は、管内
を強制的に流れる熱媒体３７に蓄積される。熱回収器３
１から出た未処理ガス３６は、脱硫装置４１に導かれ、
湿式法により脱硫され、クリーンな低温の処理ガス４２
となって再加熱器３２に導入される。そして、処理ガス
４２は、再加熱器３２内の熱交換器１ｂで再加熱され、
大気中に放出拡散される。

【００１０】未処理ガス３６は、大量のダストと硫黄分
を含むため、露点以下にまで冷却しすぎると、ダストの
固着化を起こし、伝熱管その他の金属を著しく腐食させ
るので、未処理ガス３６の温度を露点以上に保ち、熱交
換器１ａ、１ｂを構成するフィンチューブの管壁温度を
常に一定値以上に保つ必要がある。伝熱管の管壁温度を
規定値以上に保つために、熱媒体温度検出器４３により
常に熱媒体３７の温度を計測し、その温度が熱媒体温度
検出器４３の設定温度Ｔ２より下がるときは、ボイラ３
５から配管されているスチームバルブ４４を開き、熱媒
体加熱器４５にスチームを供給し、熱媒体３７を加熱昇
温する。なお、熱媒体タンク４９は、熱媒体３７の供給
とその圧力を一定に保つためのものである。熱媒体３７
の加熱に使用するスチームは、ドレン回収器４６で回収
され、液面計４７の作用により、ドレンポンプ４８を作
動させてボイラ３５に再び回収される（戻される）か、
またはボイラ３５に回収されずに、系外に排出される。
なお、ボイラに戻された場合は、ボイラ内の熱交換器
（図示省略）により、熱を与えられて蒸気となって、循
環する。

【００１１】熱回収器３１の出口には、未処理ガス３６
の未処理ガス温度検出器３８を配置しており、未処理ガ
ス温度を常時計測し、その温度が未処理ガス温度検出器
３８の適当な設定温度Ｔ１に保つように熱交換器１ａ内
の熱媒体３７の流量をコントロールバルブ３９にて、ま
たはコントロールバルブ４０の連動によって制御してい
る。コントロールバルブ３９とコントロールバルブ４０
の開閉は、図３に示すように、逆の関係になっており、
コントロールバルブ３９が全閉のときは、コントロール
バルブ４０は全開となり、また、コントロールバルブ３
９が全開のときは、コントロールバルブ４０は全閉とな
る。すなわち、熱回収器３１の出口において、未処理ガ
ス３６の温度が設定温度Ｔ１より低いとき、コントロー
ルバルブ３９は絞られて、これに伴いコントロールバル
ブ４０は開けられ、熱媒体３７のバイパス量が増加す
る。その結果、熱交換器１ａ内を流れる熱媒体３７の流
量が減り、熱回収量が減少して、熱回収器３１の出口の
未処理ガス３６の温度が上昇する。逆に、熱回収器３１
の出口の未処理ガス３６の温度が設定温度Ｔ１より高い
ときは、コントロールバルブ３９、４０は逆に作用す
る。未処理ガス３６からの回収熱量が増加し、その結
果、未処理ガス３６の温度は低下する。

【００１２】熱回収器３１から出た未処理ガス３６は、
次いで脱硫装置４１に入り、ここで脱硫され、クリーン
なガスとなる。脱硫装置４１は湿式で処理されるため、
例えば摂氏４５乃至５０度（℃）の低温で、かつ飽和含
水率の処理ガス４２となって、再加熱器３２に入る。処
理ガス４２は、再加熱器３２内の熱交換器１ｂによっ
て、規定の設定温度Ｔ３まで再加熱された後、煙突から
大気中に放出される。

【００１３】再加熱器３２内の熱交換器１ｂは、複数個
のブロックに分割され、それぞれのブロックには、熱媒
体３７の循環配管が分岐して並列に配管されている。ま
た、それぞれのブロックの入口部には、ON-OFF制御の開
閉バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３・・・Ｖｎが配置されてい
る。再加熱器３２の出口部には、処理ガス温度検出器３
を設け、温度計測を常時行うシステム構成になってい
る。

【００１４】次に、図２に基づいて、システムの作用を
説明する。図２は、図１における開閉バルブＶ１〜Ｖｎ
及びスチームバルブ４４の開閉に関するフローチャート
であり、その作用は、あらかじめ入力されているプログ
ラムにより、自動的に行う。処理ガス温度検出器３で検
出した処理ガス４２の出口温度ｔ３がその設定温度Ｔ３
より高い場合（ｔ３＞Ｔ３）には、まずスチームバルブ
４４が開か閉かをチェックする。もし、スチームバルブ
４４が閉ならば、スチームの消費なしに処理ガス４２の
出口温度が高いこと、すなわち、処理ガス４２の出口温
度が高いのは、スチームの消費によるものではなく、熱
回収器３１における回収熱量が大であることを示してお
り、このまま温度監視を続ける。もし、スチームバルブ
４４が開ならば、開閉バルブＶ１が開か閉かをチェック
する。もし開閉バルブＶ１が閉ならば、開閉バルブＶ２
をチェックし、もし開閉バルブＶ２も閉ならば、開閉バ
ルブＶ３の開閉チェックというように順次行う。もし最
後の開閉バルブＶｎまでも閉（すべての開閉バルブＶ１
〜Ｖｎが閉）であれば、熱交換器１ｂ内を熱媒体３７が
全く流れないで処理ガス４２の出口温度が高いことを意
味し、明らかに異常な状態であるので、警報を出してオ
ペレータに知らせる。

【００１５】もし、スチームバルブ４４が開で、かつ開
閉バルブＶ１が開であれば、スチームを消費して処理ガ
ス４２を必要以上に加熱していることを示しており、開
閉バルブＶ２を開にするとともに、開閉バルブＶ１を閉
める。すなわち、再加熱器３２内の熱交換器１ｂの伝熱
面積を１ブロック分減らして、交換熱量を抑制する。こ
の状態で一定時間経過した後も、処理ガス４２の出口温
度ｔ３が設定温度Ｔ３より高い（ｔ３＞Ｔ３）場合は、
開閉バルブＶ３を開にするとともに、開閉バルブＶ２を
閉にすることにより、さらに１ブロック分の伝熱面積を
減じる。以上の動作を繰り返して行い、処理ガス４２の
出口温度ｔ３が設定値Ｔ３にバランスするまで段階的に
伝熱面積を減少させる。

【００１６】一方、処理ガス４２の再加熱器３２の出口
温度ｔ３が設定値Ｔ３より低い（ｔ３＜Ｔ３）の場合
は、図２の右側ブロックに示すように、まず開閉バルブ
Ｖ１が開か閉かをチェックする。もし開閉バルブＶ１が
開ならば、伝熱面積はすべて活かされてなお出口温度ｔ
３が低いことを示しており、この場合は、スチームバル
ブ４４を開にして、スチームを補給し、熱媒体３７を加
熱する。もし、開閉バルブＶ１が閉であれば、開閉バル
ブＶ２の開閉状態をチェックし、もし開閉バルブＶ２が
開ならば開閉バルブＶ１を開にし、開閉バルブＶ２を閉
とする。もし、開閉バルブＶ２も閉のときは、開閉バル
ブＶ３の開閉状態をチェックする。この操作を繰り返し
て行い、現在開いている開閉バルブを検出し、これより
も伝熱面積を１ブロック分増やすように開閉バルブを切
替える。

【００１７】この状態で一定時間、再過熱器３２の出口
に設けてある処理ガス温度検出器３による温度ｔ３の推
移をみて、次の操作を繰り返し、常に適正な有効伝熱面
積を選定して出口温度ｔ３を設定値Ｔ３に整合するよう
に制御する。有効伝熱面積の選定は、開閉バルブＶ１〜
Ｖｎのうち、いずれか１つを開とすることにより行うこ
とができる。図１のような開閉バルブ配置の場合におい
て、開とする開閉バルブをＶ１の方にしていくと、再加
熱器に供給する熱量が増えていき、逆に、Ｖｎの方にし
ていくと、供給熱量が減っていく。以上、述べたような
システム構成により、スチームを浪費しながら処理ガス
４２を規定値Ｔ３以上に加熱してしまうという無駄を回
避することができる。

【００１８】なお、本実施形態では、開閉バルブの開閉
状態を、開閉バルブＶ１の方からＶｎの方へと順にチェ
ックしているが、開閉バルブＶｎの方からＶ１の方へと
順にチェックするようにしても良く、その順序は問わな
い。また、開閉バルブ、スチームバルブおよびコントロ
ールバルブの開閉制御、各種温度検出器等の検出結果の
受入れと情報処理等、ＧＧＨの全体にわたった制御は、
制御手段（図示省略）によりなされる。また、本実施
形態では、処理ガス温度検出器３は、再加熱器３２の出
口側に配置しているが、例えば再加熱器３２の入口側に
配置するように構成しても良い。この場合には、入口側
で処理ガス４２のガス温度を検出し、この温度から出口
側のガス温度を予測することにより、熱交換器１ｂを制
御すれば良い。

【００１９】本発明に係るガス・ガスヒータは、このよ
うな作用を奏するので、発電用ボイラのように、季節や
昼夜の別などによって運転負荷が大きく変動する場合に
は、特に有用である。発電プラントの運転負荷に対する
排出未処理ガス３６の排出流量と温度および処理ガス４
２の排出流量と温度の例として、次の表を示す。この数
値は、燃料の種類、性状、外気温度条件および過剰空気
率等の運転条件でも異なるが、一般的な石炭を燃料とし
た場合の例である。

【表１】

【００２０】この表には、運転負荷１００％のときの未
処理ガス流量を１００とし、各運転負荷時の流量比とガ
ス温度を示している。ＧＧＨの設備計画は、運転負荷１
００％を基準として行われる。すなわち、運転負荷１０
０％のときに、熱回収器３１と再加熱器３２の熱量バラ
ンスが良く、経済性が最も良くなるように、計画され
る。運転負荷が１００％の場合は、熱回収器３１におけ
る回収熱量と再加熱器３２における処理ガス４２の加熱
熱量とがほぼバランスし、スチームの補給なしに運転が
続けられる。

【００２１】例えば、運転負荷が２５％にまで低下した
場合、上記した表によると、ガス流量は熱回収器３１
側、再加熱器３２側ともに、約５０％に減少するもの
の、上述したダスト付着と腐食の対策上、未処理ガス温
度検出器３８の設定温度Ｔ１および熱媒体温度検出器４
３の設定温度Ｔ２を下げることはできない。例えば１
００％負荷の場合と２５％負荷の場合とでは、熱回収器
３１の入口、出口の温度差の比（９６−Ｔ１）／（１３
１−Ｔ１）が著しく小さくなるのに対し、再加熱器３２
出入り口のそれは、（Ｔ３−４５）／（Ｔ３−５２）と
なり、あまり変わらない。したがって、この状態で、運
転をそのまま続けると、熱媒体３７の温度が次第に低下
してしまう。そこで、熱媒体温度検出器４３の作用によ
りスチームバルブ４４が開き、熱媒体加熱器４５にスチ
ームを供給し、熱媒体３７の温度を設定値Ｔ２に保持す
る。そして、図２を用いて説明したシステムの作用によ
り、有効伝熱面積を最適なものにすることにより、経済
的な運転を行うことができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、加熱器内のガス温度を
検出するガス温度検出手段と、該加熱器内の伝熱面積を
可変する伝熱面積可変手段と、上記ガス温度検出手段の
検出結果に基づいて上記伝熱面積可変手段を制御して伝
熱面積を調整する制御手段とを備えるので、加熱器の有
効伝熱面積を最適に調整することができ、経済的な運転
を行うことができる。

【００２３】また、ガス温度検出手段を加熱器のガス出
口側に設けると、加熱されたガス温度を直接検出するこ
とができ、制御の精度を向上させることができる。

【００２４】また、上記伝熱の熱量が、熱媒体により該
加熱器に運搬されるものであり、該熱媒体に対する熱供
給の有無を検出する熱供給検出手段を更に備え、制御手
段は、伝熱面積可変手段の制御に、上記熱供給検出手段
の検出結果も利用すると、伝熱面積の制御を、ガス温度
と熱媒体への熱供給の有無との関係で制御でき、制御を
より一層細かく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るガス・ガスヒータの
システム構成を示す全体構成図である。

【図２】図１における開閉バルブ及びスチームバルブの
開閉に関するフローチャートである。

【図３】図１におけるコントロールバルブ３９、４０の
開閉動作を示すグラフで、縦軸はバルブ開度（％）、横
軸はガス温度である。

【図４】従来のガス・ガスヒータのシステム構成を示す
全体構成図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ熱交換器２循環ポンプ３処理ガス温度検出器３１熱回収器３２再加熱器３３熱交換器３４循環ポンプ３５ボイラ３６未処理ガス３７熱媒体３８未処理ガス温度検出器３９、４０コントロールバルブ４１脱硫装置４２処理ガス４３熱媒体温度検出器４４スチームバルブ４５熱媒体加熱器４６ドレン回収器４７液面計４８ドレンポンプ４９熱媒体タンクＶ１〜Ｖｎ開閉バルブＴ１未処理ガス温度検出器の設定温度Ｔ２熱媒体温度検出器の設定温度Ｔ３処理ガス温度検出器の設定温度ｔ３処理ガス温度検出器で検出した処理ガスの出口温
度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱器内のガス温度を検出するガス温度
検出手段と、該加熱器内の伝熱面積を可変する伝熱面積
可変手段と、上記ガス温度検出手段の検出結果に基づい
て上記伝熱面積可変手段を制御して伝熱面積を調整する
制御手段とを備えることを特徴とするガス・ガスヒー
タ。
【請求項２】ガス温度検出手段を加熱器のガス出口側
に設けたことを特徴とする請求項１に記載のガス・ガス
ヒータ。
【請求項３】上記伝熱の熱量が、熱媒体により該加熱
器に運搬されるものであり、該熱媒体に対する熱供給の
有無を検出する熱供給検出手段を更に備え、制御手段
は、伝熱面積可変手段の制御に、上記熱供給検出手段の
検出結果も利用することを特徴とする請求項１又は２に
記載のガス・ガスヒータ。