JPS6372324A - 複合発電プラントの窒素酸化物濃度制御装置 - Google Patents

複合発電プラントの窒素酸化物濃度制御装置

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JPS6372324A
JPS6372324A JP61215974A JP21597486A JPS6372324A JP S6372324 A JPS6372324 A JP S6372324A JP 61215974 A JP61215974 A JP 61215974A JP 21597486 A JP21597486 A JP 21597486A JP S6372324 A JPS6372324 A JP S6372324A
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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】 〔産業上の利用分野〕 −に−fi日旧+ +f1カーソリレ μυM7カーヴ
1ノの排熱を回収して蒸気を発生させるボイラと、上記
の蒸気を用いて駆動される蒸気タービンと発電気とを備
えかつ、前記排熱回収ボイラ中に脱硝装置を設けた複合
発電プラントにおいて、排気中の窒素酸化物(No、)
濃度を抑制するように制御する装置に関するものである
〔従来技術〕
従来の複合発電プラントの要約なN Ox制御系統図を
第4図に示す、。
空気取入室1を通して取り入れられた空気は空気圧縮機
41で圧縮、昇温され、燃焼器42で燃料を助燃し高温
高圧のガスとしてガスタービン43内で膨張し発電機4
4および空気圧縮機41を駆動する。
ガスタービン43からの排ガスは、排熱回収ボイラ45
で熱回収される。
排熱回収ボイラ45は排ガスの上流から下流に沿って過
熱器、前側高圧蒸発器、後側高圧蒸発器。
高圧節炭器、低圧蒸発器、低圧節炭器から構成される。
又、前側高圧蒸発器と後側高圧蒸発器との間には、脱硝
装置が設置されている。
排熱回収ボイラ44で発生した蒸気は蒸気タービン46
に導入され、プラントの熱回収が図られる。
これらの構成から成る複合発電プラントに於いても、近
年、環境規制が年々強化させており、複合発電プラント
でも、前述のようにガスタービン装置から排出される排
ガスに含まれるNOx成分を脱硝装置を介して大気放出
することにより低減している。
第5図にガスタービン装置を通常起動させた場合のプラ
ント排ガス特性の一例を示す。
本第5図の(A)、(B)、(C)は横軸(時間軸)を
共用し、(A)の縦軸はガスタービン負荷率を、(B)
の縦軸は排ガス温度及び脱硝装置入口温度を(C)の縦
軸は脱硝効率及びNOx量を、それぞれ表わしている。
プラントの排出NOx値は定格負荷で安定するまでの過
程で最大値を呈する (第5図(C)の1点鎖線カーブ参照)、これは、現在
脱硝方式の一つとして採用されているアンモニア接触還
元分解法の基本反応式が、 4 N O+ 4 N Ha+ Ox→4Nz+  6
)(z。
6NOx+8NHa   −+7N2+12HzOであ
り、この反応温度は、高効率の脱硝性能を得る為には2
50℃〜400℃の範囲、最低でも200℃を必要とす
ることによるものである。
第6図に脱硝反応温度と脱硝効率の関係を示す。
従って、従来方式では第5図に示す如く最終的にはプラ
ント排出NOx値を低減できるが、プラント起動時にお
けるプラント排出NOx値は低減できないという問題が
存在する。これは、ガスタービン装置から排出される排
ガスの温度に対し、第7図に示す如く排ガスは過熱器、
前側高圧蒸発器を通過する際温度降下を生じて低温度と
なり、脱硝装置の昇温率が小さく、脱硝効率が低くなる
為である。
前述の従来方式に対して、特開昭61−28704では
、プラント起動前に高圧ドラム残圧を高く保持し、脱硝
装置の雰囲気温度を高く保持し、プラント起動後の脱硝
効率の早期立上をすることにより、起動時のN Ox値
低減を図っている。
しかし、上記特開昭61−28704の発明は、ホット
スタートでは有効であるが、ウオームスタート。
コールドスタート時には、高圧ドラム残圧が低くなって
しまい有効とはいえない。又1部分負荷時には、脱硝装
置入口排ガス温度が低くなり高効率の脱硝性能が発揮で
きない等の問題があり、昨今の環境規制の厳しい状況を
踏まえると、プラント排出NOx値低減は充分とはいえ
なかった。
尚、前記公知技術特開昭61−28704の発明を適用
した時の複合発電プラントのN Ox動特性を第8図に
示す。本第8図の(A)、(B)、(C)は、それぞれ
横軸に同一目盛で時間をとり、(A)の縦軸は脱硝装置
入口ガス温度を(B)の縦軸は脱硝装置比、入口の窒素
酸化物濃度を(C)の縦軸はガスタービンの回転数及び
負荷率を、それぞれ表わしている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
スタート、コールドスタート時に於ける起動時N Ox
値低減並びに部分負荷時のNOx値低減に関しては配慮
されておらず、昨今の環境規制の厳しい状況を踏まえる
と、プラント排出NOx低減は充分とはいえないという
問題があった。
本発明の目的は、複合発電プラントの各起動モード(ホ
ットスタート、ウオームスタート、コールドスタート)
時並びに部分負荷時に於いて、プラントから排出される
N Ox値を有効に低減をし得る複合発電プラントの窒
素酸化物濃度制御装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕 上記の目的を達成するために創作した本発明の基本的原
理について略述すると次の如くである。
すなわち、上記目的は、複合発電プラントに於いて、ガ
スタービンの出口N Ox値並びに圧縮機出口空気温度
に大きく影響を与えるガスタービンの圧縮機入口空気温
度を最適値に制御すること、及びガスタービンの圧縮機
出口空気を抽気して、これをアンモニア希釈空侃として
使用し−Rn、 7iWE芯温度を最適値に制御するこ
とにより、達成される。
上述の原理に基づいて、本発明に係る制御装置は、ガス
タービンと上記ガスタービンの排熱を回収して蒸気を発
生させるボイラと、上記の蒸気を用いて駆動される蒸気
タービンと発電気とを備え。
かつ、前記排熱回収ボイラ中に脱硝装置を設けた複合発
電プラントにおいて、前記発電プラントの起動指令に基
づいて、前記ガスタービン用空気圧縮機の入口空気温度
及び前記脱硝装置のアンモニア希釈空気流量を制御する
装置を設け、かつ、前記の制御装置は脱硝反応温度を制
御するとともにプラント排出NOx濃度を低減する為の
プログラムを組み込んだものであることを特徴とする。
〔作用〕
各モードのプラント起動(ホット、ウオーム。
コールド各起動モード)時に於いては、ガスタービンか
ら導かれた排ガスは過熱器、高圧蒸発器を通過する際温
度降下を生じて低温度となり、脱硝装置の昇温率が小さ
い為、このままでは脱硝反応温度が低く脱硝効率が低い
しかし、圧縮機出口空気は1回転数上昇並びに負荷上昇
に即応して温度が上昇する為この圧縮機出口の高温空気
を使用し、圧縮機出口空気温度が規定値に致達以降、前
記の構成の装置によれば圧縮機出口空気をアンモニア希
釈空気として使用し脱硝反応温度を高めることにより、
脱硝効率が上がり複合発電プラントの排出NOx値低減
が図れる。
更にガスタービン着火以降、ガスタービンから排出され
排熱回収ボイラに導かれる排ガスの一部を抽気して、ガ
スタービンの圧縮機入口空気温度を高めることによって
、圧縮機出口空気温度を早期に脱硝反応温度の適正値に
近づけることが出来る。
一方、ガスタービンの排出N Ox濃度は、米国文献イ
ー6ビー0ニー(Environmenta Q  P
rotectionAgency )によると次記(1
)式によって表わされる。
N0x=NOxs・f(p)・ei9’−f(T)  
 ”41)ここに、 No−5: I S O状態に於ける排出窒素酸化物濃
度 f(p):燃焼器入口圧力による補正関数H:絶対湿度 f(↑):大気温度による補正関数 (1)式により、排出NOx濃度は大気温度により大き
く影響を受けることがわかる。ここで(1)式により判
明する大気温度をパラメータとする排約NOx濃度と負
荷割合との関係を第9図に示す。
第9図からも明らかなように、大気温度により排出N 
Ox濃度が大きく変わることがわかる。
よって、前述の圧縮機入口空気温度を高めることは、ガ
スタービンの排出NOx値を低減する効果もある。
また、プラントの部分負荷時に於いては、第10図に示
すように脱硝装置入口排ガス温度(気温によって変化す
る)が圧縮機出口空気温度を上回る負荷側の範囲では圧
縮機出口空気で脱硝反応迫 咋 *−&−+l9all
     工小Aブη働1ムIN  μ箇^1サツ濫7
す1十排ガス系に脱硝装置の加温を依存し、アンモニア
希釈空気もガスタービンの圧縮機出口空気から別系統の
希釈空気に切替えてプラント排出NOx値を制御するこ
とにより、効率的なN Ox値制御が可能となる。
〔実施例〕
以下、本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明に係る複合発電プラントの窒素酸化物
濃度制御装置の1実施例を組み込んだNOx制御系統図
を示し、以下に本図の説明をする。
第1図は、複合発電プラントの排出NOx濃度を最小に
する為に、窒素酸化物濃度制御装置を介して、ガスター
ビンから排出される排ガス中のNOx値を最小ならしめ
、さらに、ガスタービンの圧縮機出口空気の温度を脱硝
反応温度の最適値にする為の圧縮機入口空気温度制御、
脱硝反応温度を最適値にする為のアンモニア希釈空気(
圧縮機出口空気又は別系統の空気)流量制御を夫々行な
うようにutrA!、シたものである。
第2図には、窒素酸化物濃度制御装置内にプログラムと
して組み込まれる脱硝反応温度と回転数並びに負荷割合
の関係を示す。
又、第3図は、前記実施例の複合発電プラントのN O
X動特性を示す0本第3図(A)、(B)。
(C)は、それぞれ従来例における第8図(A)。
(B)、(C)に対応する図表である。
本実施例によって確認された特徴的な効果について次に
述べる。
第1の特徴的効果は、第3図に示すように、圧縮機入口
空気温度上昇によるN Ox値低減効果であり、起動過
程(部分負荷過程含む)に於いて、ガスタービン出口N
ox値(脱硝装置入口N Ox値)が従来に比べ小さい
点である。
第2の特徴的効果は、第3図に示すように、圧縮機入口
空気温度上昇並びに脱硝反応温度上昇によるNOx値低
減効果であり、起動過程(部分負荷過程含む)に於いて
、プラント出口N Ox値(脱硝装置出口NO6値)が
従来に比べ小さい点である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、複合発電プラントの各起動モード(ホ
ット、ウオーム、コールドスタート)時及び部分負荷時
に於いて、プラントより排出されるNOx値が従来に比
べ約30%低減できるという優れた実用的効果がある。
又、圧縮機入口空気温度を設計最高空気温度に制御する
為、第11図に示す如くプラント効率も。
性能計画点に対し約1%良くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る複合発電プラントの窒素酸化物
濃度制御装置の一実施例を組み込んだ概要的なN Ox
制御系統図、第2図は、窒素酸化物濃度制御装置内にプ
ログラムとして組み込まれる脱硝反応温度と回転数並び
に負荷割合の関係を示す図表、第3図は本発明を適用し
た実施例における複合発電プラントのN Oy=動特性
、第4図は、従来の複合発電プラントの概要的なN O
X制御系統図、第5図は従来の複合発電プラントの排ガ
ス特性表、第6図は、脱硝反応温度と脱硝効率の関係を
示す図表、第7図は、排熱回収ボイラの排熱回収特性を
示す図表、第8図は特開昭61−28704の発明を複
合発電プラントに適用した時のN OX動特性を示す図
表、第9図は大気温度をパラメータとするガスタービン
出口NOx濃度と負荷割合との関係を示す図表、第10
図は、排熱回収ボイラ入口排ガス温度、脱硝装置入口排
ガス温度、ガスタービンの圧縮機出口空気温度と負荷割
合との関係を示す図表、第11図は、複合発電プラント
の熱効率の大気温度特性を示す図表である。 1・・・空気取入室、3・・・熱交換器、15・・・ア
ンモニア注入弁、25・・・アンモニア注入ノズル、4
1・・・ガスタービン用の空気圧縮機、42・・・同じ
く燃焼器、45・・・排熱回収ボイラ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、ガスタービンと、上記ガスタービンの排熱を回収し
    て蒸気を発生させるボイラと、上記の蒸気を用いて駆動
    される蒸気タービンと発電気とを備え、かつ、前記排熱
    回収ボイラ中に脱硝装置を設けた複合発電プラントにお
    いて、前記発電プラントの起動指令に基づいて、前記ガ
    スタービン用空気圧縮機の入口空気温度及び前記脱硝装
    置のアンモニア希釈空気流量を制御する装置を設け、か
    つ、前記の制御装置は脱硝反応温度を制御するとともに
    プラント排出NO_x濃度を低減する為のプログラムを
    組み込んだものであることを特徴とする複合発明プラン
    トの窒素酸化物濃度制御装置。
JP61215974A 1986-09-16 1986-09-16 複合発電プラントの窒素酸化物濃度制御装置 Granted JPS6372324A (ja)

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