JPS63131902A - 排熱回収熱交換器 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はコンバインドサイクル発電プラントに係り、特
にプラントの一方の原動機である蒸気タービンへの作動
蒸気を生成するために設置される排熱回収熱交換器に関
する。

（従来の技術） 近年、コンバインドサイクル発電方式が電源構成の多様
化の要請に応えるものとして注目されている。この発電
方式の特徴は在来の方式のものと比べ高い熱効率が達成
されること、起動停止が容易な運転特性を有することな
どであり、さらに実用化されているプラントでは燃料と
して液化天然ガスが用いられ・ることがら、煤塵や硫黄
酸化物の発生が全くなく、環境汚染が拡がるのを防止で
きる利点がある。

しかしながら、環境汚染に大きな影響のある窒素酸化物
（ＮＯｘ）については燃焼機構上発生を食い止めること
が難しく、環境汚染対策を進める場合の隘路となってい
る。

従来、　このＮＯｘの低減するために次のような方法が
用いられている。すなわち、第５図はＮＯＸを窒素に還
元するための脱硝装置が設置される排熱回収熱交換器の
主要な構成を示すもので、胴１内には排ガスの流れる方
向に過熱器２．蒸発器３．および節炭器４が順次設けら
れ、脱硝触媒層５は還元剤、たとえばアンモニアを排ガ
ス中に送り込む注入装置６の下流側、具体的には蒸発器
３を２つに分割した間の部分に設置されている。

なお、図中符号７は蒸気ドラム、符号８は給水ポンプを
それぞれ示している。

上記構成において、注入装置６がら空気で希釈ｊ　した
アンモニアガスを排ガス中に送り込むと、排ガスとアン
モニアとが混合され、下流側の脱硝触媒層５に流れる。

この脱硝触媒層５内を排ガスが通過してＮＯｘが窒素と
蒸気とに分解されるが、ここでの反応式は次のとおりで
ある。

すなわち、４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ，→４Ｎ２＋６Ｈ２０
２Ｎｏ、＋４ＮＨ，＋Ｏ，→３Ｎ２＋６Ｈ２０一般に、
この脱硝反応には最適温度が存在する。

かかる排熱回収熱交換器の場合、３５０〜４２０℃の範
囲であり、脱硝触媒層５が蒸発器３を２つに割った位置
に配置されるのはこのためである。また、脱硝触媒層５
は耐食性の優れた金属材料、たとえばステンレス鋼を波
板状に成形し、その表面を触媒で被覆して触媒エレメン
トとし、この触媒エレメントをブロック状に組立てて形
成される。

さらに、脱硝反応が適切であるためには単位面積当りの
排ガス流量を一定以下の値に抑える必要がある。このた
め、１００〜２００ＭＷ級のコンバインドサイクル発電
プラントにおける脱硝触媒層５は約１０メートルの長さ
に敷設される。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したよう゛に排ガスの脱硝プロセスは排熱回収熱交
換器の胴１内の排ガス温度分布に従い、最適化が図られ
る。このため、脱硝触媒層５の敷設場所が蒸発器３の設
置場所と重なり、蒸発器３が２つの管束部分に分割され
てそれらの間を結ぶ配管等の構造部品のために装置が複
雑化するという問題がある。

一方、排熱回収熱交換器の胴１の寸法が長手方向に脱硝
触媒層５の敷設距離分だけ延び、元来大きな装置である
排熱回収熱交換器がますます大型化して据付スペースの
増加を招いている。

本発明は従来の排熱回収熱交換器における上記の問題に
対処して蒸発器を２分割構造とすることなしに脱硝プロ
セスの最適化を図り、かつ排熱回収熱交換器の小型化に
寄与することのできる排熱回収熱交換器を提供すること
にある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明による排熱回収熱交換器は脱硝触媒の反応に適す
る温度領域中に設けられる伝熱管が脱硝触媒からなる触
媒層をその外面に備えることを特徴とするものである。

（作用） ガスタービンの排ガス中に注入されたアンモニアガスは
伝熱管の周囲で脱硝触媒からなる触媒層路 と接触する。　こす声妙により排ガス中のＮＯｘが還元
されて窒素と蒸気とに分解される。このとき、触媒層は
排ガスの温度分布に従う脱硝反応が最も進みやすい温度
域（３５０〜４２０℃）に設けられており、脱硝プロセ
スが従来の専用に設けられた脱硝触媒層によるものと同
等に保たれる。

また、従来の脱硝触媒層に代わる伝熱管周りの触媒層に
より蒸発器は単一の管束構造に形成され、従来のように
２つの部分に分けられた管束を連絡させる必要がなくな
る。

（実施例） 第１図において、本実施例の排熱回収熱交換器は胴１０
内に過熱器１１．蒸発器１２および節炭器１３を有する
。これらの過熱器１１．蒸発器１２および節炭器１３の
伝熱面積は基本的には従来のものと同様であり′、伝熱
管は平滑管の表面にフィンを一体に設けたフィン付管と
して構成される。すなわち、第２図に示されるように伝
熱管１４は周方向に均一な厚さに形成された平滑管１５
と、この平滑管１５の表面から突出しているフィン１６
とから構成される装これらの伝熱９１４のうち、脱硝触
媒の反応に適する温度領域、たとえば第１図の二点鎖線
にて囲われる領域にある伝熱管１４はフィン１６の表面
を含めて平滑管１５の各部が脱硝触媒により被覆され、
触媒層１７が形成される。

上記構成において、注入装置６から排ガス中に送り込ま
れたアンモニアガスは排ガスと混合して過熱器１１に達
する。ここで、過熱器１１を構成している各伝熱管１４
にはフィン１６の表面を含む平滑管１５の外面に触媒層
１７が形成されており、そこでアンモニアガスと触媒と
が接触し、排ガス中のＮＯＸが還元されて窒素と蒸気と
に分解される。

このとき、触媒層１７は最適温度範囲にあり、脱硝プロ
セスは従来の専用に設けられた脱硝触媒層５におけるも
のと異なるところがない。

一方、蒸発器１２は従来の脱硝触媒層５がなくなり、単
一の管束構造に形成される。このため、従来の蒸発器３
のように管束を２つの部分に分ける必要がなく、それら
の間に結ぶ配管等の構造部品が不要となり、装置を簡素
なものとすることができる。また、従来の脱硝触媒層５
が不要なために胴１０の長さはその敷設距離分だけ短く
なり、排熱回収熱交゛換器の小型化が達成されて据付ス
ペースの減少がもたらされる。

なお、上記実施例では触媒層１７がフィン１６の表面を
含む平滑管１５の外面に被覆されて所定の触媒面積を保
つようになっているが、触媒層の形成にあたっては脱硝
触媒を予めリング状に固形化しておき、第３図に示され
るように伝熱管１８を構成する場合に平滑管１９の外面
に触媒層２０として一体化することも可能である。

また、触媒層は次の方法によっても形成することができ
る。すなわち、伝熱管を構成する平滑管およびフィンの
双方あるいは一方の素材に脱硝触媒を含浸させておくも
ので、第４図に示される実施例における伝熱管２１は各
々脱硝触媒を含浸させた平滑管２２とフィン２３とから
なるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は脱硝触媒の反応に適する温
度領域中に設けられる伝熱管が脱硝触媒を表面に被覆し
て構成される、あるいは脱硝触媒からなる触媒層を備え
ているから、脱硝反応は伝熱管表面にて促進され、脱硝
プロセスのための特別なスペースを必要としない。

したがって、本発明によれば蒸発器は単一構造に形成す
ることができ、これにより排熱回収熱交換器の胴の寸法
が長手方向に短かくなり、その全据付スペースの減少が
図れるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による排熱回収熱交換器の一実施例を示
す構成図、第２図は本発明に係る伝熱管の構成図、第３
図および第４図は伝熱管の他の実施例を示す構成図、第
５図は従来の排熱回収熱交換器を示す構成図である。 １０・・・胴　　　　　　　１１・・・過熱器１２・・
・蒸発器　　　　　１３・・・節炭器１４、１８．２１
・・・伝熱管　１５．１９．２２・・・平滑管１６、２
３・・・フィン　　　１７．２０・・・触媒層第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）排ガスの流れる胴内に多数の伝熱管により形成し
   た過熱器、蒸発器および節炭器を排ガスの高温側より順
   次配置すると共に、前記過熱器の上流側には窒素酸化物
   を低減するための還元剤を排ガス中に注入する分配装置
   を設けてなる排熱回収熱交換器において、脱硝触媒の反
   応に適する温度領域中に設けられる前記伝熱管が脱硝触
   媒からなる触媒層をその外面に備えることを特徴とする
   排熱回収熱交換器。
2. （２）触媒層がフィンの表面を含む平滑管の外面に被覆
   された脱硝触媒により形成されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の排熱回収熱交換器。
3. （３）触媒層が平滑管の外面に固定されたリング状の固
   形脱硝触媒により形成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の排熱回収熱交換器。