(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉と、節炭器と、脱硝装置と、空気予熱器とを備え、前記火炉に、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として投入することができるように構成されたボイラであって、
前記脱硝装置をバイパスするバイパスダクトと、
前記バイパスダクトの途中に設けられて、前記バイパスダクト内の流路を開閉するバイパスダンパと、
混焼率が所定値よりも低い場合に、前記バイパスダンパを全閉とし、混焼率が所定値以上の場合に、前記バイパスダンパを全開とする制御器とを備えていることを特徴とするボイラ。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラと、電気集塵装置と、誘引通風機と、蒸気タービンと、発電機と、煙突とを備えていることを特徴とする火力発電プラント。
【請求項３】
火炉と、節炭器と、脱硝装置と、空気予熱器と、前記脱硝装置をバイパスするバイパスダクトと、このバイパスダクトの途中に設けられて、前記バイパスダクト内の流路を開閉するバイパスダンパとを備え、前記火炉に、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として投入することができるように構成されたボイラの運転方法であって、
混焼率が所定値よりも低い場合に、前記バイパスダンパを全閉とし、混焼率が所定値以上の場合に、前記バイパスダンパを全開とするようにしたことを特徴とするボイラの運転方法。
【請求項４】
火炉、節炭器、脱硝装置、空気予熱器、前記脱硝装置をバイパスするバイパスダクト、および前記バイパスダクトの途中に設けられて、前記バイパスダクト内の流路を開閉するバイパスダンパを備え、前記火炉に、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として投入することができるように構成されたボイラと、電気集塵装置と、誘引通風機と、蒸気タービンと、発電機と、煙突とを備えてなる火力発電プラントの運転方法であって、
混焼率が所定値よりも低い場合に、前記バイパスダンパを全閉とし、混焼率が所定値以上の場合に、前記バイパスダンパを全開とするようにしたことを特徴とする火力発電プラントの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火炉内で発生したボイラ排ガス中のＮＯｘを除去する脱硝装置を備えたボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火炉内で発生したボイラ排ガス中のＮＯｘを除去する脱硝装置を備えたボイラとしては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６６０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されたものを、例えば、製鉄所に設置して、製鉄所の生産過程において発生する副生ガス（高炉ガスや転炉ガス等）を混焼用の燃料としてボイラの火炉に投入した場合、火炉内で発生するボイラ排ガスは、混焼率が増加するにしたがって増加する。そのため、ボイラ排ガスを誘引（吸引）して煙突に送出（吐出）する誘引通風機の回転数（出力）を混焼率の増加とともに高めなければならず、その結果、誘引通風機の入口におけるドラフト圧が低下して、電気集塵装置の運用下限値を下回り、電気集塵装置が運用（運転）できなくなってしまうおそれがある。
また、誘引通風機の入口におけるドラフト圧の低下に耐え得るよう、脱硝装置の下流側に配置される空気予熱器、電気集塵装置、ダクト等の耐圧強度を高めなければならず、製造コストが嵩んでしまうといった問題点もあった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、脱硝装置の下流側に配置される電気集塵装置を運用することができ、脱硝装置の下流側に配置される空気予熱器、ダクト等の耐圧強度を高める必要がなく、製造コストの増加を抑制することができるボイラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るボイラは、火炉と、節炭器と、脱硝装置と、空気予熱器とを備え、前記火炉に、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として投入することができるように構成されたボイラであって、前記脱硝装置をバイパスするバイパスダクトと、前記バイパスダクトの途中に設けられて、前記バイパスダクト内の流路を開閉するバイパスダンパと、混焼率が所定値よりも低い場合に、前記バイパスダンパを全閉とし、混焼率が所定値以上の場合に、前記バイパスダンパを全開とする制御器とを備えている。
【０００７】
本発明に係るボイラによれば、混焼率が所定値よりも低い場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクトを通らずに脱硝装置を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路（流路）抵抗の少ないバイパスダクトを通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器の下流側に位置する誘引通風機の入口におけるドラフト圧を所定値以上に保つことができ、空気予熱器の下流側に配置される電気集塵装置を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器、ダクト等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
【０００８】
本発明に係る火力発電プラントは、上記ボイラと、電気集塵装置と、誘引通風機と、蒸気タービンと、発電機と、煙突とを備えている。
【０００９】
本発明に係る火力発電プラントによれば、混焼率が所定値よりも低い場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクトを通らずに脱硝装置を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路（流路）抵抗の少ないバイパスダクトを通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器の下流側に位置する誘引通風機の入口におけるドラフト圧を所定値以上に保つことができ、空気予熱器の下流側に配置される電気集塵装置を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器、電気集塵機、ダクト等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
【００１０】
本発明に係るボイラの運転方法は、火炉と、節炭器と、脱硝装置と、空気予熱器と、前記脱硝装置をバイパスするバイパスダクトと、このバイパスダクトの途中に設けられて、前記バイパスダクト内の流路を開閉するバイパスダンパとを備え、前記火炉に、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として投入することができるように構成されたボイラの運転方法であって、混焼率が所定値よりも低い場合に、前記バイパスダンパを全閉とし、混焼率が所定値以上の場合に、前記バイパスダンパを全開とするようにした。
【００１１】
本発明に係るボイラの運転方法によれば、混焼率が所定値よりも低い場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクトを通らずに脱硝装置を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路（流路）抵抗の少ないバイパスダクトを通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器の下流側に位置する誘引通風機の入口におけるドラフト圧を所定値以上に保つことができ、空気予熱器の下流側に配置される電気集塵装置を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器、ダクト等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
【００１２】
本発明に係る火力発電プラントの運転方法は、火炉、節炭器、脱硝装置、空気予熱器、前記脱硝装置をバイパスするバイパスダクト、および前記バイパスダクトの途中に設けられて、前記バイパスダクト内の流路を開閉するバイパスダンパを備え、前記火炉に、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として投入することができるように構成されたボイラと、電気集塵装置と、誘引通風機と、蒸気タービンと、発電機と、煙突とを備えてなる火力発電プラントの運転方法であって、混焼率が所定値よりも低い場合に、前記バイパスダンパを全閉とし、混焼率が所定値以上の場合に、前記バイパスダンパを全開とするようにした。
【００１３】
本発明に係る火力発電プラントの運転方法によれば、混焼率が所定値よりも低い場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクトを通らずに脱硝装置を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路（流路）抵抗の少ないバイパスダクトを通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器の下流側に位置する誘引通風機の入口におけるドラフト圧を所定値以上に保つことができ、空気予熱器の下流側に配置される電気集塵装置を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器、電気集塵機、ダクト等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るボイラによれば、製鉄所の生産過程において発生する副生ガスを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、脱硝装置の下流側に配置される電気集塵装置を運用することができ、脱硝装置の下流側に配置される空気予熱器、ダクト等の耐圧強度を高める必要がなく、製造コストの増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るボイラを具備した火力発電プラントの概略系統図である。
【図２】図１に示すバイパスダンパの開閉状態と、誘引通風機の入口におけるドラフト圧と、混焼率との関係を示す図表である。
【図３】図１に示すバイパスダンパの開閉状態と、ＮＯｘ濃度と、混焼率との関係を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係るボイラついて、図１を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係るボイラを具備した火力発電プラントの概略系統図である。
図１に示すように、本実施形態に係るボイラ１は、火炉２と、節炭器（Economizer）３と、脱硝装置４と、空気予熱器（Air Pre-Heater）５とを備えている。また、本実施形態に係る火力発電プラント２０は、ボイラ１と、電気集塵装置（Electrostatic Precipitator）６と、誘引通風機（Induced Draft Fan）７と、蒸気タービン（図示せず）と、発電機（図示せず）と、煙突８とを備えている。
【００１７】
脱硝装置４は、火炉２内で発生して節炭器３から送出された、ＮＯｘを含むボイラ排ガスにアンモニアを混合し、触媒層を通過させ、ＮＯｘを無害な窒素と水に分解する装置である。
なお、図１中の符号９，１０はそれぞれ、排ガス中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ計である。
また、火炉２、節炭器３、空気予熱器５、電気集塵装置６、誘引通風機７、蒸気タービン、発電機、煙突８は、いずれも従来採用されているものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００１８】
さて、本実施形態に係るボイラ１においては、脱硝装置４をバイパスする（迂回する）バイパスダクト１１が設けられており、バイパスダクト１１の途中には、バイパスダクト１１内の流路を開閉するバイパスダンパ１２が設けられている。バイパスダンパ１２は、制御器１３により作動し、制御器１３は、ＢＦＧ（Blast Furnace Gas）混焼率（図２および図３参照）に基づいて作動する。
また、節炭器３から送出されたボイラ排ガスを脱硝装置４に導くダクト１４の途中で、ＮＯｘ計９よりも下流側、バイパスダクト１１の上流端が接続された分岐点１５よりも上流側には、節炭器３から送出されたボイラ排ガスの一部を火炉２に導くダクト１６が設けられている。ダクト１６の途中には、図示しないＧＭＦ（Gas Mixing Fan:ガス混合通風機）が設けられており、ＧＭＦから送出されたボイラ排ガスは、燃焼用空気とともに火炉２内に再投入される。
【００１９】
図２に示すように、制御器１３は、火炉２が重油専焼（ＢＦＧ混焼率０％）から重油とＢＦＧ（製鉄所の高炉において発生した燃料ガス（高炉ガス））との混焼に切り替えられて、ＢＦＧ混焼率が高められ、誘引通風機７の入口におけるドラフト圧が、例えば、電気集塵装置６の運用下限値＋０．５ｋＰａになるまで（本実施形態ではＢＦＧ混焼率が３２％になるまで）バイパスダンパ１２を全閉とし、電気集塵装置６の運用下限値＋０．５ｋＰａになったらバイパスダンパ１２を全開とする。
一方、制御器１３は、火炉２が重油とＢＦＧとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、ＢＦＧ混焼率が低められ、誘引通風機７の入口におけるドラフト圧が、例えば、バイパスダンパ１２を全閉としたときに、電気集塵装置６の運用下限値＋０．８ｋＰａを確保することができるまで（本実施形態ではＢＦＧ混焼率が２９％になるまで）バイパスダンパ１２を全開とし、バイパスダンパ１２を全閉としたときに、電気集塵装置６の運用下限値＋０．８ｋＰａを確保することができるようになったらバイパスダンパ１２を全開とする。
【００２０】
また、バイパスダンパ１２が全閉とされている場合には、節炭器３から送出されて分岐点１５に達したボイラ排ガスの全量が脱硝装置４を通ることになるため、図３に示すように、脱硝装置４を運用（運転）する。すなわち、脱硝装置４内にアンモニアを噴霧する。
一方、バイパスダンパ１２が全開とされている場合には、ＢＦＧ混焼率が高く、ＮＯｘ濃度もさほど高くない（ＮＯｘ濃度が規制値（例えば、１３０ｐｐｍ）よりも約３５ｐｐｍ程度低くなる）ため、図３に示すように、脱硝装置４の運転を停止する。すなわち、脱硝装置４内へのアンモニアの噴霧を停止する。
ここで、ＢＦＧ混焼率とは、火炉２に投入される燃料（重油およびＢＦＧ）のうち、ＢＦＧが占める割合のことであり、カロリベースに算出されたものである。また、ＢＦＧの１Ｎｍ３当たりのカロリは約８００ｋｃａｌである。
【００２１】
本実施形態に係るボイラ１によれば、混焼率が所定値（例えば、重油専焼から重油とＢＦＧとの混焼に切り替えられて、ＢＦＧ混焼率が高められる場合にあっては３２％、重油とＢＦＧとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、ＢＦＧ混焼率が低められる場合にあっては２９％）よりも低い場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクト１１を通らずに脱硝装置４を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路（流路）抵抗の少ないバイパスダクト１１を通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生するＢＦＧを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器５の下流側に位置する誘引通風機７の入口におけるドラフト圧を所定値（例えば、電気集塵装置６の運用下限値＋０．５ｋＰａ）以上に保つことができ、空気予熱器５の下流側に配置される電気集塵装置６を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器５、ダクト１４等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
【００２２】
本実施形態に係る発明に係る火力発電プラント２０によれば、混焼率が所定値（例えば、重油専焼から重油とＢＦＧとの混焼に切り替えられて、ＢＦＧ混焼率が高められる場合にあっては３２％、重油とＢＦＧとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、ＢＦＧ混焼率が低められる場合にあっては２９％）よりも低い場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクト１１を通らずに脱硝装置４を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路（流路）抵抗の少ないバイパスダクト１１を通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生する副生ガス（例えば、ＢＦＧ）を混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器５の下流側に位置する誘引通風機７の入口におけるドラフト圧を所定値（例えば、電気集塵装置６の運用下限値＋０．５ｋＰａ）以上に保つことができ、空気予熱器５の下流側に配置される電気集塵装置６を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器５、電気集塵装置６、ダクト１４等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
【００２３】
また、本実施形態に係る火力発電プラント２０によれば、火炉２が重油とＢＦＧとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、ＢＦＧ混焼率が低められ、誘引通風機７の入口におけるドラフト圧が、例えば、バイパスダンパ１２を全閉としたときに、電気集塵装置６の運用下限値＋０．８ｋＰａを確保できるように、すなわち、重油専焼から重油とＢＦＧとの混焼に切り替えられて、ＢＦＧ混焼率が高められ、バイパスダンパ１２が全閉から全開に操作されるときの所定値（電気集塵装置６の運用下限値＋０．５ｋＰａ）よりも高くなるように設定されている。
これにより、誘引通風機７の入口におけるドラフト圧が電気集塵装置６の運用下限値を下回ることを確実に防止することができ、プラント全体の安全性を向上させることができる。
【００２４】
さらに、本実施形態に係る火力発電プラント２０によれば、バイパスダクト１１が開放されることにより、ボイラ排ガスは管路（流路）抵抗の少ないバイパスダクト１１を通って下流側に導かれることになる。
これにより、従来と同程度の出力を有する誘引通風機７を採用することができ、誘引通風機７の大型化を回避することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
【００２５】
本実施形態に係るボイラ１の運転方法によれば、混焼率が所定値（例えば、重油専焼から重油とＢＦＧとの混焼に切り替えられて、ＢＦＧ混焼率が高められる場合にあっては３２％、重油とＢＦＧとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、ＢＦＧ混焼率が低められる場合にあっては２９％）よりも低い場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクト１１を通らずに脱硝装置４を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路（流路）抵抗の少ないバイパスダクト１１を通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生するＢＦＧを混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器５の下流側に位置する誘引通風機７の入口におけるドラフト圧を所定値（例えば、電気集塵装置６の運用下限値＋０．５ｋＰａ）以上に保つことができ、空気予熱器５の下流側に配置される電気集塵装置６を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器５、ダクト１４等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
【００２６】
本実施形態に係る火力発電プラント２０の運転方法によれば、混焼率が所定値（例えば、重油専焼から重油とＢＦＧとの混焼に切り替えられて、ＢＦＧ混焼率が高められる場合にあっては３２％、重油とＢＦＧとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、ＢＦＧ混焼率が低められる場合にあっては２９％）よりも低い場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が高い場合、ボイラ排ガスはバイパスダクト１１を通らずに脱硝装置４を通って脱硝され、混焼率が所定値以上の場合、すなわち、ＮＯｘ濃度が低い場合、ボイラ排ガスは管路（流路）抵抗の少ないバイパスダクト１１を通って下流側に導かれることになる。
これにより、製鉄所の生産過程において発生する副生ガス（例えば、ＢＦＧ）を混焼用の燃料として使用し、混焼率が増加した場合でも、空気予熱器５の下流側に位置する誘引通風機７の入口におけるドラフト圧を所定値（例えば、電気集塵装置６の運用下限値＋０．５ｋＰａ）以上に保つことができ、空気予熱器５の下流側に配置される電気集塵装置６を運用することができるとともに、従来と同程度の耐圧強度を有する空気予熱器５、電気集塵装置６、ダクト１４等を採用することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
【００２７】
また、本実施形態に係る火力発電プラント２０の運転方法によれば、火炉２が重油とＢＦＧとの混焼から重油専焼に切り替えられる際、ＢＦＧ混焼率が低められ、誘引通風機７の入口におけるドラフト圧が、例えば、バイパスダンパ１２を全閉としたときに、電気集塵装置６の運用下限値＋０．８ｋＰａを確保できるように、すなわち、重油専焼から重油とＢＦＧとの混焼に切り替えられて、ＢＦＧ混焼率が高められ、バイパスダンパ１２が全閉から全開に操作されるときの所定値（電気集塵装置６の運用下限値＋０．５ｋＰａ）よりも高くなるように設定されている。
これにより、誘引通風機７の入口におけるドラフト圧が電気集塵装置６の運用下限値を下回ることを確実に防止することができ、プラント全体の安全性を向上させることができる。
【００２８】
さらに、本実施形態に係る火力発電プラント２０の運転方法によれば、バイパスダクト１１が開放されることにより、ボイラ排ガスは管路（流路）抵抗の少ないバイパスダクト１１を通って下流側に導かれることになる。
これにより、従来と同程度の出力を有する誘引通風機７を採用することができ、誘引通風機７の大型化を回避することができ、製造コストの増加を抑制することができる。
【００２９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
例えば、上述した実施形態では、重油とＢＦＧとの混焼を一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、重油の代わりに石炭をガス化させた気体燃料や天然ガスあるいは石炭ガス（ＣＯＧ、コーク・オーブン・ガス）を用い、ＢＦＧの代わりにＬＤＧ（製鉄所の転炉において発生した転炉ガス（燃料ガス））を用いるようにすることもできる。なお、ＬＤＧの１Ｎｍ３当たりのカロリは約２０００ｋｃａｌである。
【００３０】
また、脱硝装置４の上流側で、分岐点１５の下流側に位置するダクト１４の途中に、バイパスダンパ１２が全開のとき、ダクト１４内の流路を閉塞し、バイパスダンパ１２が全閉のとき、ダクト１４内の流路を開放するダンパ（図示せず）が設けられているとさらに好適である。
これにより、脱硝装置４の運転が停止されている場合には、ボイラ排ガスの脱硝装置４への流入が確実に防止され、ボイラ排ガス中に含まれる灰による触媒層の目詰まりを防止することができる。
【００３１】
さらに、バイパスダンパ１２およびダクト１４の途中に設けられたダンパは、全開または全閉のみで使用されるものではなく、適宜必要に応じて、全開と全閉との間に位置する中間位置で使用することもできる。
【符号の説明】
【００３２】
１  ボイラ
２  火炉
３  節炭器
４  脱硝装置
５  空気予熱器
６  電気集塵装置
７  誘引通風機
８  煙突
１１  バイパスダクト
１２  バイパスダンパ
１３  制御器
２０  火力発電プラント
【図１】
0005386308.tif 000002
【図２】
0005386308.tif 000003
【図３】
0005386308.tif 000004