(57)【要約】【課題】脱硝装置に導入される排ガスの温度を脱硝に適正な温度範囲に調整する。【解決手段】ガスタービン３から排出される排ガス中の酸化窒素を除去する脱硝装置５と、脱硝装置５に導入される排ガスに還元剤を注入する還元剤注入装置７とを備え、脱硝装置５に導入される排ガスに空気ファン１５から供給される排ガスよりも低温の空気を混合する空気混合装置１７を設け、空気混合装置１７は、排ガスダクト１１の流路断面に配設された筒体１９と、筒体１９の伸延方向に分散させて筒壁に形成された複数の筒体開口２１と、筒体開口２１を開閉可能に筒体１９の伸延方向にスライド可能に設けられたスライドプレート２３とを備え、スライドプレート２３は、スライド位置に応じて予め設定された前記複数の筒体開口２１を選択的に開放又は閉塞する開口領域３１と閉塞領域３２とからなる開口パターンが形成されている。【選択図】図３
2015033663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンから排出される排ガス中の酸化窒素を除去する脱硝触媒が充填された脱硝装置と、該脱硝装置に導入される前記排ガスに還元剤を注入する還元剤注入装置とを備えてなる排ガス処理装置において、
前記脱硝装置に導入される排ガスに空気供給装置から供給される前記排ガスよりも低温の空気を混合する空気混合装置を設け、
該空気混合装置は、前記排ガスが流通される排ガスダクトの流路断面に配設された筒体と、該筒体の伸延方向に分散させて筒壁に形成された複数の筒体開口と、該筒体開口を開閉可能に前記筒体の伸延方向にスライド可能に設けられたスライドプレートとを備え、
該スライドプレートは、スライド位置に応じて予め設定された前記複数の筒体開口を選択的に開放又は閉塞する開口領域と閉塞領域とからなる開口パターンが形成されていることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
前記筒体は、前記排ガスダクトの流路断面に沿って並べて複数本が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス処理装置に係り、特に、ガスタービンの排ガスを浄化する排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンの排ガス中に含まれる酸化窒素を除去して排ガスを浄化する場合、排ガス処理装置に、脱硝触媒が充填された脱硝装置と、脱硝装置に導入される排ガスにアンモニアや尿素などの還元剤を注入する注入装置を設けることが提案されている。一般に、ガスタービンの排ガス温度は脱硝触媒の適正温度に対して高いことから、脱硝装置に導入する排ガス温度を下げる必要がある。通常は、ガスタービンの排ガスを排熱回収ボイラに流通して水蒸気を発生させることにより、排ガス温度を脱硝触媒の適正温度範囲に下げることが行われているが、排熱回収ボイラを設置しない場合は、ガスタービンの排ガス温度を下げる装置を別途設ける必要がある。
【０００３】
ところで、ガスタービンの排ガス温度を下げる装置として、排ガス処理装置の技術ではないが、特許文献１に記載された排ガスに空気を混合する混合装置を応用して、排ガス温度を下げることが考えられる。同文献には、ボイラにおける低ＮＯｘ燃焼を実現するために、酸素濃度が低い燃焼排ガスを燃焼用空気に混合するガス混合装置が提案されている。これによれば、燃焼排ガスと燃焼用空気を混合して酸素濃度の低い燃焼用空気を生成することにより、ボイラ燃焼で生成されるＮＯｘを抑えるようにしている。同文献のガス混合装置は、燃焼用空気のダクト内に燃焼排ガスを導入する筒体を配置し、その筒体の筒壁に複数の開口を分散させて形成している。そして、筒体の開口面を塞ぐプレートを筒体表面にスライド可能に設け、そのプレートに筒体の開口に対応する複数の開口を形成し、プレートをスライドして両者の開口位置をずらして筒体の開口面積を増減することにより、両ガスの混合比率を調節するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１３７９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１のガス混合装置は、燃焼排ガスと燃焼用空気を混合して酸素濃度の低い燃焼用空気を生成する技術であるから、ボイラのバーナなどに供給される位置で燃焼用空気の酸素濃度が一定に調節されていればよいので、同文献では、ダクトの流路断面におけるガスの流速及び温度が不均一な場合について考慮していない。例えば、ガスタービンの排ガス出口から脱硝装置に至る排ガスダクトの流路断面は一様ではなく、しかも脱硝装置内の排ガス流速は一般に低速であるから、脱硝装置の入口において排ガスダクトの流路断面積が拡大されている。そのため、ガスタービンから脱硝装置に至る排ガスダクトの流路断面における流速及び温度の分布は均一ではないから、特許文献１に記載のガス混合装置をそのまま利用することは難しい。例えば、ガスタービンからの排ガスに周囲空気を冷却空気としてガス混合装置を適用すると、流路断面の位置にかかわらず一律に冷却空気を混合することになる。その結果、流路断面の位置によっては不必要に冷却空気を混合することになり、流路断面の位置によっては、排ガス温度が低くなり過ぎることがあり、脱硝装置の入口に導入される排ガスの温度を適正な温度範囲に調整できないおそれがある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、脱硝装置に導入される排ガスの温度を脱硝に適正な温度範囲に調整することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ガスタービンから排出される排ガス中の酸化窒素を除去する脱硝触媒が充填された脱硝装置と、脱硝装置に導入される排ガスに還元剤を注入する還元剤注入装置とを備えてなる排ガス処理装置において、脱硝装置に導入される排ガスに空気供給装置から供給される排ガスよりも低温の空気を混合する空気混合装置を設け、空気混合装置は、排ガスが流通される排ガスダクトの流路断面に配設された筒体と、筒体の伸延方向に分散させて筒壁に形成された複数の筒体開口と、筒体開口を開閉可能に筒体の伸延方向にスライド可能に設けられたスライドプレートとを備え、スライドプレートは、スライド位置に応じて予め設定された複数の筒体開口を選択的に開放又は閉塞する開放領域と閉塞領域とからなる開口パターンが形成されていることを特徴とする。
【０００８】
空気混合装置の筒体が配設された排ガスダクトの流路断面における流速分布は、その位置の前後の排ガスダクトの形状の影響を受けるが、設計段階で解析して流速分布を把握し、あるいは試運転などの段階で流速分布を計測することによって把握できる。また、その流速分布の偏りは、前後の排ガスダクトの形状の影響を受けて、例えば矩形断面の排ガスダクトの場合は鉛直方向（又は左右方向）のいずれか一方に偏るとともに、流速分布の山は比較的なだらかで、１つであることが多い。
【０００９】
そこで、流速分布の偏りに合わせて空気を混合する筒体を伸延して配設し、空気を混合する流路断面における流速分布の偏りに応じて排ガス通過量に合わせた空気量に混合する。これにより、排ガスダクトの流路断面における排ガスの温度を均等化することができる。したがって、筒体の伸延方向の排ガス流速の不均一分布に対応して、排ガス流速が速い位置の筒体開口の開口率が高くなるように、スライドプレートの開口パターンを設定することにより、排ガス流速が速い領域に多くの低温空気が混合されて、流路断面における排ガス温度を均一化することができる。なお、筒体開口は、筒体の伸延方向に同一の開口を均一に分散配置し、開口領域の位置及び開口面積（大きさ）を流路断面における排ガス流速分布に合わせて適宜設定する。例えば、流路断面の排ガス流速が速い位置は低温空気の混合量を多くし、遅い位置は低温空気の混合量を少なくするように開口パターンを設定することにより、排ガスの温度を脱硝に適正な温度範囲に調整できる。
【００１０】
なお、空気混合装置を設置する位置が決まれば、その流路断面における排ガス流速分布は概ね定まるから、解析あるいは実測により流速分布を求め、これに合わせて開口領域、閉塞領域の位置や大きさを設定する。ただし、ガスタービンの運転条件によって流速分布の変動が予測されるときは、開口パターンの異なるスライドプレートを予め複数形成し、排ガスの流速及び温度の分布に基づいて、使用するスライドプレートを適宜選択することができる。
【００１１】
また、筒体は、排ガスダクトの流路断面に分散して配設された複数本備えて構成することができる。この場合、筒体ごとに開口パターンが異なるスライドプレートを装着することもできる。さらに、脱硝装置の入口又は近傍で排ガスダクトの排ガス温度分布を計測し、その温度分布が均等になるように、スライドプレートのスライド位置を調節可能に構成することが好ましい。
【００１２】
本発明によれば、脱硝装置に導入される排ガスの温度を脱硝に適正な温度範囲に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の排ガス処理装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態の排ガス処理装置の透視図である。
【図３】（ａ）は本発明の一実施形態のガス混合装置の筒体の斜視図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態のスライドプレートの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態）
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。図１〜３に示すとおり本実施形態の排ガス処理装置１は、ガスタービン３から排出された酸化窒素（ＮＯｘ）を含む排ガスを浄化処理するようにガスタービン３に接続されている。
【００１５】
排ガス処理装置１は、ガスタービン３から排出される排ガス中の酸化窒素を除去する脱硝装置５と、脱硝装置５に導入される排ガスに還元剤、例えば、アンモニアを注入する還元剤注入装置７を備えている。脱硝装置５には、選択的接触還元法で酸化窒素の還元反応を促進する周知の触媒で形成された脱硝触媒層９が充填されている。還元剤注入装置７は、図示していない供給装置からアンモニアが供給され、排ガスダクト１１内にアンモニアを噴出するようになっている。本実施形態では、脱硝装置５の下流側に煙突１３を設ける構成を示しているが、周知のように、脱硝装置５の下流側に、集塵装置、脱硫装置などのその他の排ガス浄化装置を設ける構成を採用できるのは言うまでもない。
【００１６】
次に、本実施形態の特徴構成を説明する。還元剤注入装置７の上流側には、脱硝装置５に導入される排ガスに空気供給装置、例えば、空気ファン１５から供給される排ガスよりも低温、例えば、常温の空気を混合する空気混合装置１７が設けられている。空気混合装置１７は、排ガスが流通される排ガスダクト１１の流路断面に配設された筒体１９と、筒体１９の伸延方向に分散させて筒壁に形成された複数の筒体開口２１と、筒体開口２１を開閉可能に筒体１９の伸延方向にスライド可能に設けられたスライドプレート２３とを備えている。
【００１７】
筒体１９は、排ガスダクト１１の流路断面に分散して複数列配設されている。筒体１９は、図３（ａ）に示すように、平板を断面が翼型になるように折り曲げて筒状に形成されている。筒体１９の翼の両面の筒壁には、筒体開口２１が複数形成されている。本実施形態においては、各筒体開口２１は同一形状であり、複数の筒体開口２１が筒体１９の伸延方向に均一に分散配置されている。筒体開口２１は、長方形の開口の長手方向を排ガスの流れ方向に合わせて形成され、開口の角部を円弧状に形成されている。筒体開口２１が形成された筒壁の内面には、筒体開口２１の長手方向を挟んで対向して設けられた一対のガイドレール２５が形成されている。各ガイドレール２５は、筒体１９の伸延方向に延在され、筒壁との間に、スライドプレート２３の縁部が挿入される間隙が形成されるように断面が逆Ｌ字状に形成されている。この一対のガイドレール２５の間にスライドプレート２３が挿入され、筒体１９の伸延方向にスライド可能に装着されるようになっている。
【００１８】
各筒体１９と空気ファン１５は空気ダクト２７を介して接続されている。空気ダクト２７は、各筒体１９の上端に接続され、空気ダクト２７の流路途中には、空気ダクト２７を開閉する逆止ダンパ２９が備えられている。各筒体１９の下端は閉塞されている。これにより、空気ファン１５を駆動して逆止ダンパ２９を開とすることにより、筒体１９内に空気が供給され筒体開口２１から排ガスダクト１１内に空気が噴出するようになっている。
【００１９】
スライドプレート２３は、例えば、筒体１９の筒体開口２１が形成された領域全体を覆うような形状寸法に形成されている。スライドプレート２３には、図３（ｂ）に示すように、スライド位置に応じて予め設定された複数の筒体開口２１を選択的に開放又は閉止する開口領域３１と閉塞領域３２とからなる開口パターンが形成されている。開口領域３１は、図３（ｂ）のように、１つのもの、あるいは２つ以上に分離して形成することができる。スライドプレート２３の開口領域３１のない領域は、筒体開口２１を閉塞する閉塞領域３２である。
【００２０】
このように構成される本実施形態の排ガス処理装置１の動作を説明する。ガスタービン３から排出された高温排ガス（例えば、５５０℃〜６００℃）に、空気混合装置１７で常温空気が混合されて設定温度（例えば、３５０℃〜４００℃、又は、４５０〜５００℃）に減温される。減温された排ガスには、還元剤注入装置７からアンモニアが注入される。アンモニアが注入された排ガスは、脱硝装置５に導入され、脱硝触媒層９中で排ガス中の酸化窒素（ＮＯｘ）が窒素に還元される。脱硝装置５から排出された排ガスは、煙突１３から大気に放出される。
【００２１】
次に、本実施形態の特徴作用を説明する。空気混合装置１７の筒体１９には、予め設定したスライド位置にスライドプレート２３が装着されている。スライドプレート２３のスライド位置は、例えば、空気混合装置１７の設置位置におけるダクト断面の解析あるいは実測により求めた排ガス流速分布に基づいて設定される。排ガス流速の速い断面領域は筒体開口２１に開口領域３１が位置するようにスライド位置を合わせる。これに対し、排ガス流速の遅い断面領域は筒体開口２１に閉塞領域３２が位置するようにスライド位置を設定する。これにより、筒体開口２１が開放された断面領域においては空気の混合量が増加する。一方、筒体開口２１が閉塞された断面領域においては空気の混合量が減少する。これにより、筒体１９の伸延方向における排ガスの流速分布に不均一が生じている場合、その不均一に応じて低温空気の混合量を調整できるから、排ガスダクト断面における排ガス温度を均一化して、脱硝装置に適した温度範囲に減温することができる。
【００２２】
本実施形態によれば、排ガス温度を脱硝に適正な温度範囲に調整でき、脱硝性能を向上できる。また、排ガスの温度を均一化できるから、排ガスの温度不均一によって生じる熱応力を低減でき、ダクトや機器等の長寿命化、軽量化が可能になる。さらに、流速が遅い領域は低温空気の混合量を少なくできるから、低温空気の使用量を抑えることができ、空気ファン１５を小型化できる。
【００２３】
なお、空気混合装置１７の設置位置は脱硝装置５の上流ならば本実施形態に限定されない。ただし、排ガスの温度が高く還元剤が分解される場合は、空気混合装置１７を還元剤注入装置７の上流に配置することは言うまでもない。
【００２４】
また、本実施形態は、複数本の筒体１９を用いた例を説明したが、筒体１９の数は排ガスダクト１１の大きさ等により適宜選択できる。さらに、本実施形態は、筒体１９を複数列配置しているが、複数段配置する構成を採用できる。
【００２５】
また、スライドプレート２３の配置位置は、筒体１９の内側に限られず、外側に配置する構成を採用できる。
【００２６】
また、排ガスの流速分布を推定できない場合、あるいは変動が予測される場合は、図３（ｂ）に示すように開口パターンの異なるスライドプレート２３（Ａ，Ｂ，Ｃ）を複数用意し、ガスタービン３を運転し、開口パターンの異なるスライドプレート２３を差し替えながら、排ガスの温度分布を計測する。この際、脱硝触媒層９の入側に複数の温度計を設置して排ガスの温度分布を測定し、その測定結果に基づいてスライドプレート２３のスライド位置や開口パターンを選択することで、脱硝触媒層９に適した温度範囲に減温することができる。
【００２７】
また、スライドプレート２３を空気ダクト２７から抜き差しできるように構成すると、ガスタービン３の運転中でもスライドプレート２３を交換、或いはスライド位置を調整して、低温空気の混合量を調整できる。
【００２８】
ここで、排ガスと低温空気の混合割合を例示すると、ガスタービン３の１００％負荷時の排ガス流量が約２８００００ｍ３Ｎ／ｈで、排ガス温度が約６００℃としたとき、常温（４℃〜４０℃）の低温空気を約５００００ｍ３Ｎ／ｈ混合する。これにより、排ガスは脱硝に適した設定温度範囲に減温することができる。なお、ガスタービン３や脱硝触媒の仕様によってこれらの条件が変わることは言うまでもない。
【００２９】
なお、本実施形態のように排ガスに低温空気を混合して排ガスを冷却する方式は、排熱回収ボイラで排ガスの熱を回収して蒸気タービンを駆動するコンバインドサイクル方式の発電プラントに比べて発電効率が低下するのは当然である。しかし、本発明は、例えば、既設発電所のトラブル、自然災害、等により電力供給力が低下した場合に使用する緊急用電源として用いるガスタービン発電プラントに適用するのに好適な排ガス処理装置である。
【符号の説明】
【００３０】
１  排ガス処理装置
３  ガスタービン
５  脱硝装置
７  還元剤注入装置
９  脱硝触媒層
１１  排ガスダクト
１５  空気ファン
１７  空気混合装置
１９  筒体
２１  筒体開口
２３  スライドプレート
３１  開口領域
３２  閉塞領域
【図１】
2015033663.tif 000003
【図２】
2015033663.tif 000004
【図３】
2015033663.tif 000005