(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】過熱器３と節炭器４と排煙脱硝装置６を配置した煙道２の最下流側に設けられた温度計１４により計測される煙道内の温度が低下して水蒸気露点温度以下にならないように、余裕代または場所による温度偏差を見込んで、例えば水蒸気露点温度に１０℃を加えた設定温度になった時点で外部からの蒸気を配管１５を通して上流側の過熱器３に導入し、過熱器３を発熱源として過熱器３の回りのガス温度を上昇させ、下流側の煙突８へ向けての緩やかなガス流れに乗せて徐々に最下流側まで雰囲気温度を上昇させる。ガス側の温度が上昇すれば、ガスと接している伝熱器の外表面のメタル温度や伝熱器に付着している硫安や酸性硫安の温度も上昇し、常時乾燥状態を維持しておくことができる。【選択図】図１
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【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する入口ダクトと、ガスタービンからの排ガスの導入を遮断する入口ダンパと、前記入口ダクトに連接した煙道内部に脱硝装置と、煙道内部に設けた伝熱器として前記脱硝装置の上流側に過熱器と、下流側に節炭器とを設け、前記伝熱器により熱吸収された排ガスを排気するために前記煙道の最後部に連接して設けた出口ダクトと、該出口ダクトに連接した煙突と、該煙道からの排ガスの排気口の上流側に排ガスの排気を遮断する出口ダンパとを設けた排熱回収ボイラにおいて、
前記脱硝装置の下流側の煙道内の雰囲気温度を計測する温度計を設け、
前記入口ダンパおよび出口ダンパを全閉する排熱回収ボイラの運転停止時に、前記温度計で計測した計測値が所定の温度まで低下したときに、外部から高温の蒸気を前記過熱器に供給して煙道内の雰囲気温度を上昇させるための蒸気配管系統を設ける
ことを特徴とする排熱回収ボイラ。
【請求項２】
前記出口ダンパは開度を調整可能な出口ダンパとし、煙道内の雰囲気温度を前記温度計により検出し、前記検出した雰囲気温度が予め設定したボイラ停止時の設定温度になるように出口ダンパの開度を調整する制御装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。
【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、特に排煙脱硝装置が組み込まれており、ＤＳＳ（Daily Start & Stop）運転やＷＳＳ（Weekly Start & Stop）運転が要求される排熱回収ボイラ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンによる発電と、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、一般的に排熱回収ボイラの煙道内には伝熱器が効率的に設置されている。すなわち、ガスタービンからの、例えば６００℃以上の排ガスが導入される煙道内の上流領域、いわゆる高温側には過熱器が配置され、煙道内の各伝熱器で熱回収されて、例えば１５０℃以下の排ガスになって排出される煙道内の下流領域、いわゆる低温側には節炭器が設置される。さらに、排ガス中の二酸化窒素を除去するために排煙脱硝装置が煙道内に設置され、その設置場所は脱硝触媒の最適温度域が、例えば３５０℃程度である関係で、前記高温側と低温側との中間部に設けられる。
【０００３】
前記排煙脱硝装置は、その上流側でアンモニアを噴射することで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、二酸化窒素濃度の軽減を図っている。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いると、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及びそれより下流側の伝熱器の伝熱面に付着する。
【０００４】
コンバインドサイクル発電は、ガスタービン発電が比較的短時間で起動できることから、そのメリットを活かして、ＤＳＳ運用やＷＳＳ運用が行われる。前記運用では停止時に排熱回収ボイラの入口ダンパと出口ダンパとを全閉とし、再度の起動に備えて煙道内の雰囲気温度が低下しないようにしているが、それでもダンパ部での完全な断熱はできず煙道内の雰囲気温度は停止時間に応じて低下する。
【０００５】
前記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面に固着しており、問題ないが、元々、ガスタービンでは大気からの空気を圧縮して燃焼機内で燃料と共に燃焼させている。排熱回収ボイラでは、前記ガスタービンの排ガスを導入することから水蒸気分圧は大気中と同程度であるが、前述のように、特にＷＳＳ運用では丸２日は停止しているため、その間の温度低下により水蒸気露点を降下することがあり、その場合には前記酸性硫安や硫安が吸湿状態となり、伝熱面の腐食性が増し、伝熱面の鉄成分と反応して硫酸第二鉄アンモニウムに変化する。
【０００６】
前記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、運転再開時に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容易に剥がれて前記排ガス流に同伴され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。
【０００７】
このような事態を防止するため、伝熱面に付着した酸性硫安，硫安を水洗によって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伝熱面から容易に剥がれる場合には前記排ガス流れに同伴して煤塵となって排熱回収ボイラの排気口から飛散することになる。
【０００８】
また、下記特許文献１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ダクトを捕集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ダストの飛散の多いボイラ起動時には出口ダンパを閉じて、ダストを集塵器で捕集するという発明である。
【０００９】
さらに下記特許文献２には発電プラントの停止時にボイラの排ガス入口と出口を閉じて、低圧ドラム内のドラム水を低圧節炭器に循環させて、低圧蒸発器及び高圧蒸発器に保缶用蒸気を通し、低圧節炭器、低圧蒸発器、低圧過熱器、高圧節炭器、高圧蒸発器、高圧過熱器の温度を硫酸結露による低温腐食を防止する必要温度以上に保持する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平６−２２９５２９号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
【００１１】
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１記載の発明では酸性硫安などを含むダスト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。また、先の特許文献２記載の発明では、発電プラントの停止時にボイラの排ガス入口と出口を閉じた場合に伝熱器が硫酸結露による低温腐食をおこさない温度以上にダクト内の温度を保持するというだけの発明であり、ボイラ起動時の酸性硫安などを含むダストの飛散については考慮されていない。
【００１２】
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】
【００１３】
上記本発明の課題は、次の解決手段により解決される。  
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する入口ダクトと、ガスタービンからの排ガスの導入を遮断する入口ダンパと、前記入口ダクトに連接した煙道内部に脱硝装置と、煙道内部に設けた伝熱器として前記脱硝装置の上流側に過熱器と、下流側に節炭器とを設け、前記伝熱器により熱吸収された排ガスを排気するために前記煙道の最後部に連接して設けた出口ダクトと該出口ダクトに連接した煙突と、該煙道からの排ガスの排気口の上流側に排ガスの排気を遮断する出口ダンパとを設けた排熱回収ボイラにおいて、前記脱硝装置の下流側に煙道内の雰囲気温度を計測する温度計を設け、前記入口ダンパおよび出口ダンパを全閉する排熱回収ボイラの運転停止時に、前記温度計で計測した計測値が所定の温度まで低下したときに、外部から高温の蒸気を前記過熱器に供給して煙道内の雰囲気温度を上昇させるための蒸気配管系統を設けた排熱回収ボイラである。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記出口ダンパは開度を調整可能な出口ダンパとし、煙道内の雰囲気温度を前記温度計により検出し、前記検出した雰囲気温度が予め設定したボイラ停止時の設定温度になるように出口ダンパの開度を調整する制御装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラである。
【００１５】
（作用）
本発明の排熱回収ボイラはケーシングにより囲まれて筐体構造を成す煙道内を排ガスが流れる排熱回収ボイラであり、ガスタービンからの排ガスが排熱回収ボイラの上流側の入口ダクトから供給され、煙道内に設けられた伝熱器で熱回収されて下流側の出口ダクトから煙突を経て排出される。前記伝熱器は排ガス温度が高い部分に過熱器が設けられ、低い部分に節炭器が設けられ、脱硝触媒の活性化温度の関係で、煙道の中間部に排煙脱硝装置が設けられる。
【００１６】
このような排熱回収ボイラにおいて、排煙脱硝装置前でのアンモニア噴射により、排煙脱硝装置下流側の伝熱器には硫安や酸性硫安が付着している。この硫安や酸性硫安が、ＷＳＳ運用時には煙道内の放熱による温度低下により吸湿して腐食性が増し、伝熱面の鉄と反応し，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。
【００１７】
本発明ではこれを未然に防止するために外部の所内ボイラ等から高温の蒸気を前記過熱器に供給する蒸気配管系統を設けている。過熱器は脱硝装置の上流側の高温側に設けられており、前記高温の蒸気を過熱器に供給することで過熱器を発熱源としてまず過熱器近傍の雰囲気温度を上昇させる。
【００１８】
ここで、排熱回収ボイラの最後部には煙突が設けられており、運転中は出口ダクトからの排ガスが下方から導入されて上方から大気へと排出される。煙突出口の上流側から排熱回収ボイラの出口の間には出口ダンパが設けられており、ＷＳＳ運用やＤＳＳ運用時には前記ダンパは全閉されているが、完全にシールできる構造にはなっていない。さらに煙突の高さ方向には大気圧差の関係で煙突の下方から上方への排ガス流れが生じる要因があり、量的には少ないが確実に排熱回収ボイラから出口ダンパを介して煙突出口に向かうガス流れが生じている。
【００１９】
従って、前述したように排煙脱硝装置の上流側の過熱器に外部から蒸気を供給することで、まずは過熱器周りの雰囲気温度が上昇したものが排ガスの流れに乗って徐々に下流側の排ガス温度を上昇させ、終には排煙脱硝装置を経由して下流側の節炭器周りの雰囲気温度まで上昇させる。
【００２０】
前記外部から蒸気を供給するタイミングは、煙道内の雰囲気温度を上昇させる必要が生じた場合に行えばよく、煙道内の雰囲気温度を計測することで、例えば水蒸気露点温度に余裕代として１０℃程度見込んだ温度になる。前記温度を計測する位置としては、最も煙突に近い煙道の最下流側が、元々低温側であることから最も適している。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、排熱回収ボイラ停止中に過熱器に外部から蒸気を供給して伝熱器に付着している灰の吸湿を防止して、伝熱器の腐食を抑え、またガスタービン再起動時の付着灰の大気中への飛散を低減することができる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、煙道内の温度低下を効果的に防ぐタイミングで蒸気を煙道内に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１に本発明の一実施例の排熱回収ボイラ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が排熱回収ボイラの上流側の入口ダクト１から排熱回収ボイラの本体になる煙道２内に供給される。排熱回収ボイラ本体である煙道２内の高温側である上流側に過熱器３、低温側である下流側に節炭器４が設けられている。なお、排熱回収ボイラには、需要側に一種類の高圧蒸気を供給する単圧のものと高圧と低圧の組み合わせからなる複数のもの、場合によっては高圧と低圧の中間圧の蒸気も供給するものを含めた複圧のものとがある。
【００２４】
前記各圧力の蒸気を効率的に発生させるために過熱器３及び節炭器４が煙道２内に多数配置されており、実際に採用されている伝熱器の配置はかなり複雑になるが、特に排煙脱硝装置６は、排熱回収ボイラ内部にあって排煙脱硝装置６に内蔵された脱硝触媒のアンモニアと排ガス中の窒素酸化物との脱硝反応を促進する３５０℃付近の温度領域に配置される。
【００２５】
本実施例では過熱器３と節炭器４の間の煙道２内が前記３５０℃付近の温度領域にあり、この領域に排煙脱硝装置６が配置されることが特徴的であることから、図１では煩雑さを回避することを考慮し、本実施例の構成を説明するために必要なもののみを図示している。
【００２６】
排熱回収ボイラの煙道２内の各伝熱器で熱回収された排ガスは煙道２の下流側の出口ダクト７から煙突８の下部に導入され、該煙突８を上昇し、煙突８の出口から大気中に排出される。
ガスタービン出口から入口ダンパ１までの間に入口ダンパ１０が設けられており、また出口ダンパ７から煙突８の出口までの間に出口ダンパ１１が設けられており、ＤＳＳ運用やＷＳＳ運用時の運転停止時には全閉される。
【００２７】
なお入口ダンパ１はガスタービンからの排ガスダクトのサイズに合わせて絞られており、また出口ダンパ７も節炭器４の上下管寄せ１２，１３部分には排ガスが流れる必要がないので流路幅が絞り込まれている。
【００２８】
煙道２の最下流側には温度計１４が設けられており、伝熱器の外周のガス側の温度を測定しており、特にＷＳＳ運用時の停止期間が長い場合には、ガス温度が低下して水蒸気露点温度以下にならないように、余裕代または場所による温度偏差を見込んで、例えば水蒸気露点温度に１０℃を加えた設定温度になった時点で外部からの蒸気を配管１５を通して上流側の過熱器３に導入し、過熱器３を発熱源として過熱器３の回りのガス温度を上昇させ、下流側の煙突８に向けての緩やかなガス流れに乗せて徐々に最下流側まで雰囲気温度を上昇させる。
【００２９】
ガス側の温度が上昇すれば、ガスと接している伝熱器の外表面のメタル温度や伝熱器に付着している硫安や酸性硫安の温度も上昇し、常時乾燥状態を維持しておくことができる。本実施例では、特に排煙脱硝装置６の上流側の過熱器３に蒸気を供給することで、煙突側への必然的なガス流れに乗せて煙道２の内部雰囲気を昇温させることに特徴がある。
【００３０】
ここで、外部からの配管１５からの蒸気の導入に加えて、伝熱器の内部流体側の給水ポンプを運転することにより内部流体全体を加熱していく方法も考えられるが、前記内部流体を循環させるための過大な動力が必要であること、通常の運転時とは異なる制御系統が必要になること、水や蒸気系統において設置位置が固定されている給水ポンプでは煙道内の全体に配置された伝熱器に対して効果的に流体（水及び／又は蒸気）を循環させて加熱することができないことなど、本実施例のような作用、効果は望めない。また、元々、必要なのは伝熱器の周りの雰囲気温度の上昇であり、伝熱器の内部流体温度の上昇ではないことも前記給水ポンプを運転しても伝熱器の周りの雰囲気温度の上昇にはあまり効果がない。
【００３１】
また、図示していないが、前記出口ダンパ１１は開度を調整可能な出口ダンパ１１とし、煙道２内の雰囲気温度を前記温度計１４により検出し、前記検出した雰囲気温度が予め設定したボイラ停止時の設定温度になるように出口ダンパ１１の開度を調整する制御装置１７を設けたことを特徴とする排熱回収ボイラとしてもよい。
【００３２】
外部から蒸気を導入後に、起動までの時間が少ない場合には、出口ダンパ１１を全閉から開方向に制御して煙道２側から煙突８側へ抜けるガス量を多くすることにより、煙道２内の雰囲気温度の上昇を早めることができる。また、雰囲気温度が上昇して予め設定している停止時の雰囲気温度近くになった場合には、加熱により乾燥状態に保てば良いが、それ以上に加熱されて昇華し、下流側に再付着することも考えられるので、ダンパの開度を全閉または微開側に制御する制御装置１７としている。
【００３３】
なお、図示していないが、貫流排熱回収ボイラの過熱器３に蒸気を供給した場合には、特に本発明の作用、効果以外に、貫流排熱回収ボイラの起動時間を短縮できるという効果も合わせ持つものを提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、排煙脱硝装置下流側の伝熱器の腐食およびボイラ起動時の伝熱器伝熱面への灰付着が抑制され、伝熱器の伝熱性能が低下するおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例の排熱回収ボイラの概略構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  入口ダクト                ２  煙道
３  過熱器                    ４  節炭器
６  排煙脱硝装置              ７  出口ダクト
８  煙突                      １０  入口ダンパ
１１  出口ダンパ              １２，１３  下管寄せ
１４  温度計                  １５  配管
１７  制御装置
【図１】
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