(57)【要約】【課題】煤塵を高効率で捕獲して大気中に放出させない排熱回収ボイラを提供すること。【解決手段】排熱回収ボイラ３の出口ダクト１２を略横向きに排ガスが流れる排ガス流路と該排ガス流路に連接した垂直上向きに排ガスが流れる排気筒１３から構成し、出口ダンパ１５とその下流側に煤塵捕獲装置１６を設ける。特に出口ダクト１２の略横向きから垂直上向きに変わる部分の流路内に煤塵捕獲装置１６を傾斜状に配置するとガス流れの圧力損失が小さくなる。【選択図】図１
2006250511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンからの排ガスを導入して内部に設けた伝熱器で熱吸収した後に排ガス出口部から大気中に排気する排熱回収ボイラにおいて、
前記排ガス出口部は、略横向きに排ガスが流れる排ガス流路と該排ガス流路に連接した垂直上向きに排ガスが流れる排ガス流路からなり、
前記排ガス流路内に出口ダンパと該出口ダンパの下流側に煤塵捕獲装置を設けたことを特徴とする排熱回収ボイラ。
【請求項２】
ガスタービンからの排ガスを導入して内部に設けた伝熱器で熱吸収した後に排ガス出口部から大気中に排気する排熱回収ボイラにおいて、
前記排ガス出口部は、略横向きに排ガスが流れる排ガス流路と該排ガス流路に連接した垂直上向きに排ガスが流れる排ガス流路からなり、
前記排ガス流路のガス流れ方向が略横向きから垂直上向きに変わる部分の流路内に煤塵捕獲装置を設けたことを特徴とする排熱回収ボイラ。
【請求項３】
前記煤塵捕獲装置は、前記排ガス流路断面積に相当する大きさに成形した金網からなることを特徴とする請求項１または２記載の排熱回収ボイラ。
【請求項４】
前記煤塵捕獲装置は、前記排ガス流路内で可動な構造とし、煤塵の捕獲時と非捕獲時とを切り換え可能としたことを特徴とする請求項３記載の排熱回収ボイラ。
【請求項５】
前記煤塵捕獲装置の上流側に圧力検出器を設け、該圧力検出器からの検出値に基づいて、前記煤塵捕獲装置の捕獲時と非捕獲時とを切り換える制御装置を設けたことを特徴とする請求項４記載の排熱回収ボイラ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の排熱回収ボイラは、ガスタービンからの排ガスを下方から導入して煙道内部に設けた伝熱器で熱吸収した後に上方に設けた排ガス出口部から大気中に排気する排熱回収ボイラであって、
排ガス出口部の垂直上向きの排ガス流路は排気筒または煙突からなり、前記排気筒または煙突を支持する鉄骨柱間に少なくともドラムを設けたことを特徴とする排熱回収ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼器の燃料として油や硫黄分を含んだガス燃料が使用されるガスタービンと、該ガスタービンからの排ガスの熱回収をする排熱回収ボイラからなるコンバインド発電設備において、特に排煙脱硝装置を組み込んだ排熱回収ボイラに係り、排熱回収ボイラからの酸性硫安や硫安、錆が起因の煤塵が大気中へ飛散するのを抑制するのに好適な排熱回収ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンによる発電システムとガスタービンからの排ガスを熱回収する排熱回収装置により蒸気を発生して蒸気タービンによる発電システムとを組み合わせたコンバインドサイクル発電設備において、一般的に排ガス中の二酸化窒素を除去するために排熱回収ボイラの過熱器、蒸発器及び節炭器などの伝熱器が設置された煙道内に排煙脱硝装置が内蔵されており、該排煙脱硝装置の上流側でアンモニアを噴射することにより前記排ガス中の二酸化窒素とアンモニアとを反応させて無害化することにより、大気中に排出される排ガスの二酸化窒素の濃度の軽減を図っている。
【０００３】
しかしながらガスタービンの燃焼機の燃料として油や硫黄分を含んだガス燃料が使用される場合にガスタービンからの排ガス中に二酸化硫黄や三酸化硫黄が含まれており、その場合にはアンモニアが前記排ガス中の三酸化硫黄と反応して酸性硫安や硫安を生成し、それが排熱回収ボイラの排煙脱硝装置以降の伝熱面に付着する。
【０００４】
この酸性硫安や硫安は排熱回収ボイラの通常の運転中は伝熱器の伝熱面に固着しており、そのままでも問題ないが、定期検査等で排熱回収ボイラの点検、メンテナンスのためにボイラ内部に作業員が入る必要があるため、煙道内が大気開放されると大気中の水分を吸収することにより腐食性が増す。このため、ボイラ内の伝熱管の伝熱面などの鉄成分と反応し、硫酸第二鉄アンモニウムに変化する。該硫酸第二鉄アンモニウムは加熱されると非常に脆くなり剥がれやすくなる。このため、前記定期点検終了後に運転を再開してガスタービンからの高温の排ガスが供給されると、該排ガス流により硫酸第二鉄アンモニウムが伝熱面から容易に剥がれて前記排ガス中に同伴して煤塵となって排熱回収ボイラの排気口から大気中に飛散する。
【０００５】
このような問題点を解消するために伝熱管の伝熱面などに付着した酸性硫安や硫安を水洗することによって、ボイラの運転再開前に除去する場合もある。しかしながらこの方法では前記付着物の多くが酸性であることから該付着物と水との反応で伝熱面に錆が多量に発生することがあり、錆が前記排ガス流により容易に剥がれる場合には前記排ガス中に同伴して煤塵となって該排熱回収ボイラの排気口から飛散することになる。
【０００６】
また、下記特許文献には排ガスボイラの排気ダクト出口に該出口開閉ダンパを設け、排気ダクト出口の周辺の排気ダクトの内部に、前記ダンパによって排気ダクト出口からの排出を阻止された排出ガスを導入して煤塵を捕獲する複数個の集塵器を設けた構成が開示されている。通常時には出口ダンパは開放しておき、酸性硫安などを含む煤塵の飛散の多いボイラ起動時には出口ダンパを閉じて、煤塵を集塵器で捕獲するという発明である。
【特許文献１】特開平６−２２９５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
排熱回収ボイラの伝熱面に付着した酸性硫安、鉄錆が大気に放出されて公害問題とならないような対策を講じる必要があるが、従来は、コンバインドサイクル発電設備は工業地帯に設置されることが多かったので、それほど深刻な問題ではなかった。
【０００８】
しかし、最近は住宅地に近接した地域にコンバインドサイクル発電設備が設置されるケースが出てきており、特に煤塵を高効率で捕獲して大気に放出させない技術的な考慮が重要になっている。先の特許文献記載の発明では酸性硫安などを含む煤塵の飛散の多いボイラ起動時には出口ダンパを閉じるので、排ガスの流れに大きな圧力損失が発生する問題点がある。  
本発明の課題は、煤塵を高効率で捕獲して大気中に放出させない排熱回収ボイラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記課題は次の解決手段で解決される。  
請求項１記載の発明は、ガスタービンからの排ガスを導入して内部に設けた伝熱器で熱吸収した後に排ガス出口部から大気中に排気する排熱回収ボイラにおいて、前記排ガス出口部は、略横向きに排ガスが流れる排ガス流路と該排ガス流路に連接した垂直上向きに排ガスが流れる排ガス流路からなり、前記排ガス流路内に出口ダンパと該出口ダンパの下流側に煤塵捕獲装置を設けた排熱回収ボイラである。  
前記出口排ガス流路としては、例えば、出口ダクト、排気筒または煙突からなる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、ガスタービンからの排ガスを導入して内部に設けた伝熱器で熱吸収した後に排ガス出口部から大気中に排気する排熱回収ボイラにおいて、前記排ガス出口部は、略横向きに排ガスが流れる排ガス流路と該排ガス流路に連接した垂直上向きに排ガスが流れる排ガス流路からなり、前記排ガス流路のガス流れ方向が略横向きから垂直上向きに変わる部分の流路内に煤塵捕獲装置を設けた排熱回収ボイラである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記煤塵捕獲装置は、前記排ガス流路断面積に相当する大きさに成形した金網からなる請求項１または２記載の排熱回収ボイラである。  
前記金網は、例えば、１層目を４〜６メッシュの金網、２層目を１０〜４０メッシュの金網、３層目を４〜６メッシュの金網からなる３層構造のサンドイッチ構造とすることができる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記煤塵捕獲装置は、前記排ガス流路内で可動な構造とし、煤塵の捕獲時と非捕獲時とを切り換え可能とした請求項３記載の排熱回収ボイラである。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記煤塵捕獲装置の上流側に圧力検出器を設け、該圧力検出器からの検出値に基づいて、前記煤塵捕獲装置の捕獲時と非捕獲時とを切り換える制御装置を設けた請求項４記載の排熱回収ボイラである。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の排熱回収ボイラは、ガスタービンからの排ガスを下方から導入して煙道内部に設けた伝熱器で熱吸収した後に上方に設けた排ガス出口部から大気中に排気する排熱回収ボイラであって、排ガス出口部の垂直上向きの排ガス流路は排気筒または煙突からなり、前記排気筒または煙突を支持する鉄骨柱間に少なくともドラムを設けた排熱回収ボイラである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、出口排ガス流路内のガス流れは、一旦は真横から多少の横方向に傾斜した流路（以下、略横向きと称することがある）内を流れた後に、垂直上向きの流路内を流れた後、大気中に排気されるので雨水の浸入防止ができる。また、前記出口ダンパの下流側に煤塵捕獲装置を設けることにより、排ガス流路断面積を減少せずに煤塵を捕獲することができるので、定期点検終了後の最も煤塵の飛散が多くなる運転時にも排ガス流路内の圧力損失の上昇を抑制でき、また排ガス流路を切り換えることが無いので、通常の運転時などを含め、運転状態に拘わらず、煤塵が大気に飛散する前に効果的に捕獲収集できる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、前記煤塵捕獲装置を前記排ガス流路のガス流れ方向が略横向きから垂直上向きに変わる部分の流路内に設けることにより、流路断面積が略最大部分に設けることになり、煤塵を分散させることにより目詰り等の発生を最小とすることができる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、前記煤塵捕獲部材として素線を編み込んだ金網を使用することにより、煤塵が素線上に付着、堆積するのを抑制することができ、従って目詰り等の発生を少なくすることができる。また前記理由により水洗等によらなくても清掃具による除去が容易になる。
【００１８】
煤塵捕獲装置は排ガスが清浄な状態でもある程度の圧力損失が生じるので常時設置しておくと発電効率の低下に繋がる。そこで、請求項４記載の発明のように、煤塵の捕獲は限られた運転条件のときにのみ行ない、常に捕獲する必要がない場合には、煤塵捕獲装置を流路内で可動可能とし、捕獲時と非捕獲時とを選択可能とすることにより、固定した場合と比較して前記したような発電効率への影響や、煤塵捕獲装置の排ガスの熱による影響や大気中の水分の影響等による経時的な影響を少なくすることができる。
【００１９】
請求項５記載の発明によれば、煤塵捕獲装置の上流側に設けられた排ガスの圧力検出器により検出した圧力値に基づいて煤塵捕獲装置を連動させることで、煤塵捕獲装置の目詰りの進展度合いが所期の値より多かった場合に急激な圧損の上昇により煙道内部の装置に悪影響を与えることが無いように、所定の圧力以上で排ガス流路を開放するように稼働させることができ、未然に安全に排ガス圧力を低下させることができる。
【００２０】
また、ガスタービンからの排ガスを下方から導入して煙道内部に設けた伝熱器で熱吸収した後に上方に設けた排気筒または煙突から大気中に排気する排熱回収ボイラにおいて、前記排気筒または煙突は排熱回収ボイラの上方に設けられるため、それを支持する鉄骨柱が必要となる。
【００２１】
そこで、請求項６記載の発明によれば、前記排気筒又は煙突を支持する鉄骨柱を排熱回収ボイラを支持する鉄骨柱に隣接して設け、さらに排熱回収ボイラの煙道の外部に重量物であるボイラドラムを同じ側に設けることにより、前記排気筒または煙突を支持する鉄骨柱とボイラドラムを支持する鉄骨柱とを共有することができ、経済性が高くコンパクトな排熱回収ボイラを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施例を図面とともに説明する。  
図１には、本発明の一実施例の竪型排熱回収ボイラの概略の鉄骨柱と鉄骨梁からなる構造部材及び本体ケーシング内の排ガス流路に配置される伝熱器および脱硝装置の概略構成図を示す。図示していないガスタービンからの排ガスは横向きに排ガスが流れる本体ケーシング１の入口ダクト２から竪型の排熱回収ボイラ３に供給される。該竪型の排熱回収ボイラ３内では、排ガスは前記入口ダクト２から上向きに流れ、第二過熱器４、第一過熱器５、蒸発器７、第一節炭器８及び第二節炭器９などの伝熱器で熱回収される。
【００２３】
また、排ガス中の二酸化窒素を無害化するために排熱回収ボイラ３に内蔵された脱硝装置１１により脱硝される。脱硝装置１１の内部には脱硝触媒が配置されており、該脱硝装置１１の上流側から噴霧されるアンモニアと排ガス中の窒素酸化物が前記脱硝触媒上で脱硝反応する。  
熱回収されて脱硝された排ガスは出口ダクト１２内をほぼ横方向に流れ、切りかえし部から排気筒１３の内部を上昇して大気中に放出される。
【００２４】
ここで、前記出口ダクト１２から排気筒１３に至る排ガス流路では、一旦ガス流れを横向きにした後に上向きに流すようにしている。これは出口ダクト１２から排気筒１３までを上向きに排ガスが流れるように構成した場合には、排熱回収ボイラ３の運転停止時に雨水が侵入する場合があり、排ガス流路（煙道）内の各伝熱器や脱硝装置１１が損傷するのを防止するためである。特にＤＳＳ（Daily Start ＆Stop）運転が行われるコンバインドサイクル発電設備に用いられる排熱回収ボイラ３においては有効な配置である。
【００２５】
また、図１に示すように出口ダンパ１５が出口ダクト１２の横方向の流路内で排気筒１３に至る間に設けられており、ＤＳＳ運転時の停止時には出口ダンパ１５を全閉として、大気と遮断し、排熱回収ボイラ３を保缶状態にしておくために設けられている。また、排熱回収ボイラ３の内部を点検中は煙道内部を作業員が入るため、出口ダンパ１５を全開として大気と煙道内部とを連通状態とする。
【００２６】
本実施例になる煤塵捕獲装置１６は出口ダクト１２の前記出口ダンパ１５の下流側に設けられているので、排ガス流路断面積を減少せずに煤塵を捕獲することができる。従って、定期点検終了後の最も煤塵の飛散が多くなるボイラ運転時にも圧力損失の上昇を抑制でき、また排ガス流路を切り換えるような運転をしないので通常の運転時など運転状態に関わらず、煤塵が大気に飛散する前に効果的に捕獲収集できる。
【００２７】
また、別の実施例では、煤塵捕獲装置１６を出口ダクト１２のガス流れ方向が略横向きから垂直上向きに変わる部分の排ガス流路（煙道）内に設ける。例えば排気筒１３は４ｍ角であり、該当する部分では約４．６ｍ角になるが、捕獲面積が大きく取れるため、目詰りなく、効果的に捕獲できる。
【００２８】
さらに、排気筒１３は高さが４ｍ強になるため、煤塵捕獲装置１６の取付けや清掃時のメンテナンスには足場が必要になるが、前記したように略横向きから垂直上向きに変わる煙道内に設置することで、煤塵捕獲装置１６を傾斜状に配置することができるので、メンテナンスが容易になる。
【００２９】
また、煤塵捕獲装置１６の重量は約２トンとなり、もしも排気筒１３の出口と平行に設けた場合には、排気筒１３の壁面の煤塵捕獲装置１６との接続部に補強部材を設ける必要がある。本実施例のように煤塵捕獲装置１６の下端部側の支持点を排気筒１３の始端部に設けることにより支持鉄骨柱１９及び天井梁１８で支持することができ、前記のような排気筒１３の側の補強が必要でなくなる。
【００３０】
図２（ａ）には図１に示す出口ダクト１２部分の拡大図を図２（ｂ）には煤塵捕獲部材１６の下端部と出口ダクト１２との接続部（図２（ａ）の円Ａ部）を図２（ｃ）には煤塵捕獲部材１６の上端部と出口ダクト１２との接続部（図２（ａ）の円Ｂ部）を示す。  
図２（ｂ）に示すように煤塵捕獲部材１６の下端は排気筒１３の垂直壁に設けた階段状の部材２０と水平壁に設けた断面三角形の部材２１により支持されるように配置することで容易に設置できる。また、煤塵捕獲部材１６の下端とこれらの支持部材２０，２１は密着させているので、この領域では排ガスのスルーパスがない。さらに、部材２０，２１に煤塵捕獲部材１６を搭載した後に、図２（ｃ）に示すように煤塵捕獲部材１６の上端を排気筒１３に設けられた一対の部材２２，２２の間に挟み込む構造としている。なお、上側の部材２２は排気筒１３の壁面にボルトによる固定する方式としているので、取りはずし可能となる。
【００３１】
また、図３と図４に本実施例になる金網２４を備えた煤塵捕獲装置１６の構造を示す。図４に示すように、金網２４を出口ダクト１２の傾斜流路断面積に相当する大きさに切り出す。該金網２４の材質は、腐食を防止するためにＳＵＳ３０４等のステンレス鋼とすることが望ましい。金網２４は取り付け枠２５と金網２４の強度を保持するための桟２６及び煤塵捕獲装置１６全体を排ガス流路内部に保持するための保持金具２７（図５参照）に保持される。前記金網２４は捕獲性能としては１ｍｍ以下の煤塵でも捕獲できるように素線は非常に細いものを採用する必要があるが、この場合金網２４自体の強度はほとんど有しないので、図４に示すように捕獲用の金網２４−１を強度の強い太線粗目の補強用金網２４−２でサンドイッチ状に挟んで構成する。ここで金網２４−１は１０〜４０メッシュのもの、金網２４−２は４〜６メッシュのものが好適である。こうして得られた金網２４により排ガス流れに対する圧力損失を最小にでき、しかも１ミリ以下の粒径の煤塵も捕獲することができる。また、線材を使用しているので煤塵が固着することがほとんどなく、もしも煤塵による目詰まりが生じた場合には箒状の清掃具により容易に清掃除去が可能である。  
なお、金網２４としては通常給水ポンプに入口に設置される金網式のストレーナを流用することができる。
【００３２】
また、この煤塵捕獲装置１６は煤塵捕獲が進行した場合に排ガスの圧力損失が増大するので、排熱回収ボイラ３の運転を継続して行うことはできず、運転を一時的に停止して煤塵の付着の状況により、煤塵を箒状のもので除去するか、または叩き洗浄で除去した後、再度運転することになる。煤塵捕獲装置１６への煤塵の固着量が多い場合には、その金網などでできた捕獲部に付着した煤塵は水洗浄により除去する。
【００３３】
また、煤塵捕獲装置１６は清浄な状態でも、ある程度の圧力損失が生じるので常時設置しておくと発電効率が低下する。排気筒１３から飛散する煤塵の量は定期検査後の約１週間程度の期間が最も多く、その後は煤塵捕獲装置１６は取り外しても良い。完全撤去の方法もあるが、図５に示す方法を採用しても良い。
【００３４】
図５には煤塵捕獲装置１６を取り付けた排気筒１３の部分の要部側面図を示している。保持金具２７の一辺をヒンジ部として排気筒１３の底部に連結しておき、保持金具２７のヒンジ部の反対側の一辺にワイヤー２８を連結しておき、必要なときにワイヤー２８をウインチ２９で巻き取ることにより、煤塵捕獲装置１６を排ガス流路（煙道）から隔離する構造にすれば簡単に着脱できる。
【００３５】
さらに、上記ワイヤー２８とウインチ２９による煤塵捕獲装置１６の巻き取りを排気筒１３の煤塵捕獲装置１６の設置部の上流側に設けた排ガス圧力検知器３０と連動させる構成とすると、所定の圧力を排ガス圧力検知器３０が検知するとワイヤー２８をモータ３１で自動的に巻き取ることができるので、急激な圧力上昇に対して安全に圧力を低下させることが出来る。
【００３６】
また、図１に示すように、ガスタービンからの排ガスを下方から導入して煙道内部に設けた伝熱器で熱吸収した後に上方に設けた排気筒１３または煙突（図示せず）から大気中に排気する排熱回収ボイラにおいて、前記排気筒１３または煙突は排熱回収ボイラ３の上方に設けられるため、それを支持する鉄骨柱１９と鉄骨梁１８が必要となる。
【００３７】
本発明では排気筒１３または煙突を支持する鉄骨柱１９を排熱回収ボイラ３を支持する鉄骨柱１９に隣接して設け、さらに煙道の外部に設けられる重量物であるボイラドラム３３が前記排気筒１３または煙突と同じ側に設けられていることにより、排気筒１３または煙突を支持する鉄骨柱１９とボイラドラム３３を支持する鉄骨柱１９とを共有することができる。これにより経済性が高くコンパクトな排熱回収ボイラ３を提供することができる。
【００３８】
特に、図１に示す実施例は、竪型の排熱回収ボイラ３であり、該竪型排熱回収ボイラ３は排ガスが横向きに流れる横型の排熱回収ボイラに対して立地面積が狭い場合に採用するメリットがあるが、図示の通り、入口ダクト２側にドラム３３及びドラム周りの配管３４と排気筒１３とを集中して配置することができ、よりコンパクトな竪型排熱回収ボイラを提供することができる。
【００３９】
また、一般的に入口ダクト２の上流側にはガスタービンによる発電系統が設けられており、排熱回収ボイラ３からの蒸気により発電する蒸気タービン発電系統もタービン室として隣接して設けられていることが多い。このため、排熱回収ボイラ３で発生した高温、高圧の蒸気配管３４もドラム３３が設けられている側に配置されており、本実施例のように、入口ダクト２とドラム３３と排気筒１３との支持鉄骨柱１９を共有にしてこれらを排熱回収ボイラ３の一方側に集中して設けたことにより蒸気配管３４の長さも最小にすることができ経済性の高い排熱回収ボイラ３とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の煤塵捕獲装置を煙突または排気筒に設置した排熱回収ボイラを用いるコンバインドサイクル発電設備の住宅地への設置が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の竪型排熱回収ボイラの概略図である。
【図２】図１のボイラの煤塵捕獲装置の取付構造を示す図である。
【図３】図１のボイラの煤塵捕獲装置の金網部分の支持部材の構成図である。
【図４】図３の金網部分の構成図である。
【図５】図１のボイラにおける排気筒への煤塵捕獲装置の取付位置を変更できる構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  本体ケーシング        ２  入口ダクト
３  排熱回収ボイラ        ４  第二過熱器
５  第一過熱器            ７  蒸発器
８  第一節炭器            ９  第二節炭器
１１  脱硝装置            １２  出口ダクト
１３  排気筒              １５  ダンパー
１６  煤塵捕獲装置        １８  鉄骨梁
１９  鉄骨柱              ２０，２１，２２  支持部材
２４  金網                ２４−１  捕獲用金網
２４−２  補強用金網      ２５  金網枠
２６  金網桟              ２７  保持金具
２８  ワイヤ              ２９  ウインチ
３０  排ガス圧力検知器    ３１  巻上げモータ
３３  ドラム              ３４  配管
【図１】
2006250511.tif 000003
【図２】
2006250511.tif 000004
【図３】
2006250511.tif 000005
【図４】
2006250511.tif 000006
【図５】
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