(57)【要約】  熱回収蒸気発生装置と併用する放出物低減装置  HRSG中の触媒区域に最適な温度範囲を維持するシステム及び方法は、排気流の一部を熱交換機及び過熱器の中に入れ、第二部分を熱交換機及び過熱器の周囲に分岐させ、2つの部分を組み合わせ、2つの部分を触媒区域と接触させることを含んでなる。あるいは、熱交換機のシステムを使用し、ダクトバーナの間欠的な使用により引き起こされる排気温度変動に対処する。
2011522987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱回収蒸気発生装置中の触媒区域に最適な温度範囲を維持する方法であって、
排気流の第一部分を第一熱交換機の経路中に入れること、
前記排気流の一つ以上の第二部分を分岐させ、前記第一熱交換機を回避させ、その際、前記第一熱交換機の後で、前記第二部分を前記第一部分と組み合わせること、及び
前記組み合わされた第一部分及び第二部分を触媒区域と接触させることを含んでなる、方法。
【請求項２】
前記触媒区域が、一個以上の還元剤注入点及び一種以上のSCR触媒を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記触媒区域が、最適温度を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記触媒区域が、約715°Ｆ〜約815°Ｆの温度を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記分岐が、前記触媒区域中に最適温度を発生するように制御される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記触媒区域が、一種以上のＣＯ触媒をさらに含んでなる、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記接触が、
一種以上のＣＯ触媒と接触させること、
前記注入点を経由して、前記組み合わされた部分の中に還元剤を注入すること、及び
前記組み合わされた部分を一種以上のSCR触媒の中に流すことを含んでなる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記一種以上のＣＯ触媒と接触させることが、前記一種以上のSCR触媒の中に流すことの下流で行われる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記一種以上のＣＯ触媒と接触させることが、前記還元剤注入の上流で行われる、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記排気流を、先ず一個以上のダクトバーナを通して向けることをさらに含んでなる、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記分岐が、一個以上の過熱器を回避するための分岐を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ダクトバーナが間欠的に作動し、前記触媒区域中に最適温度を発生する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第一部分が前記排気流の0〜100重量％を構成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第二部分が前記排気流の0〜100重量％を構成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記接触が、
前記注入点を経由して、前記組み合わされた部分の中に還元剤を注入すること、及び
前記組み合わされた部分を一種以上のSCR触媒の中に流すことを含んでなり、
前記SCR触媒がHC-SCR触媒であり、
前記還元剤が一種以上の炭化水素を含んでなる、請求項２に記載の方法。
【請求項１６】
前記接触が、
前記注入点を経由して、前記組み合わされた部分の中に還元剤を注入すること、及び
前記組み合わされた部分を一種以上のSCR触媒の中に流すことを含んでなり、
前記SCR触媒がエタノール-SCR触媒であり、
前記還元剤がエタノールを含んでなる、請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
前記接触が、
前記注入点を経由して、前記組み合わされた部分の中に還元剤を注入すること、及び
前記組み合わされた部分を一種以上のSCR触媒の中に流すことを含んでなり、
前記SCR触媒が、アンモニア-SCR触媒であり、
前記還元剤が、アンモニア、水性アンモニア、アンモニア発生化合物、尿素及びそれらの組合せからなる群から選択された成分を含んでなる、請求項２に記載の方法。
【請求項１８】
熱回収蒸気発生装置におけるSCR触媒に最適な温度を維持する方法であって、
タービンから出る排気流を一個以上の、間欠的に燃焼するダクトバーナに露出すること、
前記排気流を、前記ダクトバーナの下流にある第一熱交換機の中に入れ、前記排気流中に最適温度が発生するように前記第一熱交換機を制御すること、
前記排気流を、前記温度で、前記第一熱交換機の下流にある触媒区域と接触させることを含んでなる、方法。
【請求項１９】
前記触媒区域の下流にある第二熱交換機をさらに備えてなり、前記第一熱交換機及び第二熱交換機が、制御装置に接続され、前記制御装置により制御される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
追加の熱交換機を前記排気流に対して使用することをさらに含んでなる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記触媒区域が、一個以上の還元剤注入点及び一種以上のSCR触媒を含んでなる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記温度が約715°Ｆ〜約815°Ｆである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記触媒区域が、一種以上のＣＯ触媒をさらに含んでなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記接触が、
一種以上のＣＯ触媒と接触させること、
前記注入点を経由して、前記排気流の中に還元剤を注入すること、及び
前記排気流を一種以上のSCR触媒の中に流すことを含んでなる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記一種以上のＣＯ触媒と接触させることが、前記一種以上のSCR触媒の中に流すことの下流で行われる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記一種以上のＣＯ触媒と接触させることが、前記還元剤注入の上流で行われる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記接触が、
前記注入点を経由して、前記排気流の中に還元剤を注入すること、及び
前記排気流を一種以上のSCR触媒の中に流すことを含んでなり、
前記SCR触媒が、HC-SCR触媒であり、
前記還元剤が、一種以上の炭化水素を含んでなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記接触が、
前記注入点を経由して、前記排気流の中に還元剤を注入すること、及び
前記排気流を一種以上のSCR触媒の中に流すことを含んでなり、
前記SCR触媒が、エタノール-SCR触媒であり、
前記還元剤がエタノールを含んでなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記接触が、
前記注入点を経由して、前記排気流の中に還元剤を注入すること、及び
前記排気流を一種以上のSCR触媒の中に流すことを含んでなり、
前記SCR触媒が、アンモニア-SCR触媒であり、
前記還元剤が、アンモニア、水性アンモニア、アンモニア発生化合物、尿素及びそれらの組合せからなる群から選択された成分を含んでなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
タービンから排出される排気流中の放出物を低減させ、前記排気流から蒸気を発生させる装置であって、
排気流の出口を備えたタービンと、
前記出口に接続されたダクトと、
前記ダクトに接続された煙突とを備えてなり、
前記ダクトの構成が、一個以上の熱交換機、一個以上の還元剤注入点、一種以上のSCR触媒、及び前記排気流が一個以上の熱交換機を回避するための一個以上のバイ-パスを含んでなる、装置。
【請求項３１】
前記構成が、一個以上のダクトバーナをさらに備えてなる、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記構成が、一個以上の過熱器をさらに備えてなる、請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
前記構成が、一種以上のＣＯ触媒をさらに含んでなる、請求項３０に記載の装置。
【請求項３４】
前記バイ-パスが、前記ダクト上の、上部、底部、側部、及びそれらの組合せからなる群から選択された場所を有する、請求項３０に記載の装置。
【請求項３５】
少なくとも一種のＣＯ触媒が、少なくとも一種のSCR触媒の下流にある、請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
少なくとも一種のＣＯ触媒が、少なくとも一種のSCR触媒の上流にある、請求項３３に記載の装置。
【請求項３７】
前記SCR触媒がHC-SCR触媒であり、
前記還元剤が一種以上の炭化水素を含んでなる、請求項３０に記載の装置。
【請求項３８】
前記SCR触媒がエタノール-SCR触媒であり、
前記還元剤がエタノールを含んでなる、請求項３０に記載の装置。
【請求項３９】
前記SCR触媒が、アンモニア-SCR触媒であり、
前記還元剤が、アンモニア、水性アンモニア、アンモニア発生化合物、尿素及びそれらの組合せからなる群から選択された成分を含んでなる、請求項３０に記載の方法。
【請求項４０】
タービンから排出される排気流中の放出物を低減させ、前記排気流から蒸気を発生させる装置であって、
排気流の出口を備えたタービンと、
前記出口に接続されたダクトと、
前記ダクトに接続された煙突とを備えてなり、
前記ダクトの構成が、一個以上の熱交換機、一個以上のダクトバーナ、一個以上の還元剤注入点、一種以上のSCR触媒、及び一個以上の制御装置を含んでなり、
前記一個以上の熱交換機が、一個以上のダクトバーナの後で、前記注入点及びSCR触媒の前に配置され、
前記熱交換機が、前記制御装置により制御される、装置。
【請求項４１】
一種以上のＣＯ触媒をさらに含んでなる、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
一個以上のエコノマイザをさらに含んでなる、請求項４０に記載の装置。
【請求項４３】
一個以上の空気予熱器をさらに含んでなる、請求項４０に記載の装置。
【請求項４４】
前記制御装置が、一個以上の温度センサー、一個以上のバルブ、及び一個以上のポンプを備えてなり、前記温度センサーが前記ダクト中にあり、前記バルブ及びポンプが、前記制御装置により制御される、請求項４０に記載の装置。
【請求項４５】
前記制御装置が一個以上の空気送風機をさらに備えてなり、前記空気送風機が前記制御装置により制御される、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
少なくとも一種のＣＯ触媒が、少なくとも一種のSCR触媒の下流にある、請求項４１に記載の装置。
【請求項４７】
少なくとも一種のＣＯ触媒が、少なくとも一種のSCR触媒の上流にある、請求項４１に記載の装置。
【請求項４８】
前記SCR触媒がHC-SCR触媒であり、前記還元剤が一種以上の炭化水素を含んでなる、請求項４０に記載の装置。
【請求項４９】
前記SCR触媒がエタノール-SCR触媒であり、前記還元剤がエタノールを含んでなる、請求項４０に記載の装置。
【請求項５０】
前記SCR触媒が、アンモニア-SCR触媒であり、前記還元剤が、アンモニア、水性アンモニア、アンモニア発生化合物、尿素及びそれらの組合せからなる群から選択された成分を含んでなる、請求項４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、熱回収蒸気発生装置(「HRSG」)における触媒系の作動温度範囲を維持するための装置及び方法に関する。これらの方法および装置は、蒸気を回収するために廃熱ボイラ(HRSG型)が使用される組合せサイクルガスタービンの排気流からＮＯｘ及びＣＯ放出物を低減させるために使用される。本発明は、SCR触媒に、HRSG効率を犠牲にすることなく、作動する(好ましくは最適に)所望の温度範囲を与える手段に関する。
【０００２】
ガスタービンは、発電に使用される。最新のガスタービンは、二重燃料能力を有し、天然ガスまたは他の種類の燃料、例えばディーゼル燃料、中間留分、ジェット燃料、等、の両方で作動することができる。
【０００３】
ガスタービンが作動し得る2通りの様式、単純サイクル様式または組合せサイクル様式、がある。単純サイクル作動では、ガスタービンから出る排気は煙突を通して排出される。組合せサイクル操作では、排気流の熱は、典型的には蒸気及び/または熱水の発生に使用される。組合せサイクル様式で発生した蒸気は、蒸気タービン駆動に使用され、全体的なプロセスの効率を向上させるか、またはプロセス蒸気として使用される。ガスタービンの排気流から廃熱を除去する工程は、典型的には、HRSG装置により行われる。HRSGは、廃熱ボイラと呼ばれることもある。
【０００４】
そのような組合せサイクルガスタービンから来る排気流(「排気流」とも呼ぶ)は、典型的には約500°Ｆ〜約1100°Ｆ、典型的には約825°Ｆ〜約1100°Ｆの範囲内にある。組合せサイクルガスタービンの煙突温度(煙突の出口で測定)が約350°Ｆを超えることはほとんどない。典型的な組合せサイクル設備では、HRSG装置は、ガスタービンの後で、煙突の前に配置される。HRSG装置は、ガスタービン排気流から来る、廃棄されることになる熱を利用し、それによって、タービン設備の全体的なエネルギー効率を改善する。
【０００５】
そのような運転は、タービンから最大出力を発生させるための設備に、及び/または電気及び蒸気を一定して発生させる必要がある場合に、極めて有益である。蒸気を発生させる目的のタービンの後におけるHRSG装置の使用には、重大なノウハウがある。幾つかの製造業者は、組合せサイクルガスタービン用途向けのHRSG装置を提供している。
【０００６】
HRSGは、モジュール化することが多く、複数の熱交換機を有することがある。モジュール式HRSGには、3種類の主要構成要素、すなわち蒸発装置、過熱器、及びエコノマイザ、からなるものや、他の種類の熱交換機を包含するものがある。異なった構成要素を一つにし、装置の作動必要条件に適合させる。HRSG中の3構成要素は、LP(低圧)部分、再加熱/IP(中間圧)部分、及びHP(高圧)部分と呼ばれることも多い。各部分は、蒸気ドラム及び水を蒸気に変換する蒸発装置部分を有する。次いで、この蒸気は、過熱器に送られ、温度及び圧力を、飽和点を超えて上昇させる。
【０００７】
HRSGは、工場から完全に組み立てられた装置として包装され、出荷されるように設計されることが多い。包装されたHRSGは、水-壁チューブ(またはメンブラン壁-チューブ)を有することができる。次いで、ダクトバーナも使用し、より高度の補充燃焼及びより優れた全体効率を達成することができる。
【０００８】
ある種のHRSGは、補充の、またはダクト燃焼を包含する。これらの追加バーナ(「ダクトバーナ」と呼ばれる)は、HRSGにさらにエネルギーを追加し、それによって、より多くの蒸気を発生させる。一般的に、ダクト燃焼を使用することにより、より多くの蒸気または熱水が吐出される。
【０００９】
HRSGを含む典型的な組合せサイクル設備では、HRSGは、タービン出口と煙突との間に配置される。HRSGの入口は、タービン側からであり、HRSGの入口から出口までの温度は1100°Ｆ〜300°Ｆ、より一般的には約1000°Ｆ〜約500°Ｆである。
【００１０】
HRSGは、タービンからHRSG中への入口流を調整するための、(バイ-パス)機構とも呼ばれる切換弁(diverter)を有することもできる。これらのバイパス機構は、典型的には、蒸気を必要としないか、または保守目的でHRSGを停止する必要がある時に、ガスタービンの作動を続行できるように、HRSG周囲の煙道ガス全体を切り換えるように設計される。米国特許第5,4618,53号及び第7,191,598号明細書は、組合せサイクル用途にバイ-パスをどのように設置するかを開示している。
【００１１】
HRSGの内側にあるタービン及び/またはダクトバーナ中で燃料を燃焼させることにより、有害な放出物を含む排気流中に高温が生じる。高温では、空気中の窒素及び酸素が組み合わされて有害な化合物(例えばＮＯ及びＮＯ２があるが、これらに限定するものではない)を形成する。酸化窒素及び二酸化窒素は、一緒にして一般的にＮＯｘと呼ばれる。また、タービン及び/またはダクトバーナの内側における燃料の部分燃焼により、ＣＯ２及び水蒸気に加えて、一酸化炭素(ＣＯ)及び未燃焼炭化水素が形成される。
【００１２】
世界中の幾つかの法的機関が、ガスタービンの使用に由来するＮＯｘ、ＣＯ及び未燃焼炭化水素の厳格な放出物規制を行っている。その結果、世界中の、ガスタービンが使用されている商業的設備で重大な改善及び成果が上げられている。燃焼及び燃焼後の両方に関連する技術が、有害な汚染物をガスタービン排気物(「排気流」とも呼ばれる)から除去する目的に使用されている。最新型のタービンのほとんどは、25 ppmのＮＯｘを発生させ、ＮＯｘ放出物を大幅に低減させることが求められている。カリフォルニアやマサチューセッツのような州における厳格な規則は、煙突から出る排気中のＮＯｘを2 ppm以下にすることを求めている。
【００１３】
HRSGを使用し、ガスタービンが特定の放出物必要条件を満たすことが期待される場合、典型的には、HRSG内側の、処理する必要がある排気流の温度が触媒を機能させる好適な位置に、放出物低減触媒を設置する。しかし、この触媒の位置は、典型的には、触媒の最適性能レベルに一致しない温度を有する。
【００１４】
SCR技術
排気流中のＮＯｘ汚染物を除去するための最も広く知られている方法は、選択的接触還元(「SCR」)技術である。この技術では、還元剤(例えばアンモニア)を煙道ガス中に注入し、触媒を使用し、注入されたアンモニアと排気流中に存在するＮＯｘとを反応させ、無害な窒素及び水を形成する。そのような触媒は、一般的にアンモニアSCR触媒と呼ばれる。米国特許第4,833,113号及び第4,961,917号明細書(ここに参考として含める)は、排気流からＮＯｘ汚染物を除去するためのそのような触媒の使用を記載している。
【００１５】
3種類の(ここに記載する)SCR触媒技術(バナジアチタニア、高温及び低温触媒)では、好ましくはアンモニアを還元剤として使用する。アンモニアは、ＮＯｘ還元の目的で、SCR触媒の前に注入され、タービンから来る排気流と混合される。アンモニアは毒性ガスである。アンモニアは、その無水形態(気体状アンモニア)または液体形態で使用される。アンモニアは、ＮＯｘ除去の目的には、SCR触媒の前で、全体的なＮＯｘレベルが特定の商業的設備に許容される限度未満になるように、タービンの排気中に注入する。液体アンモニアを使用する場合、その液体の典型的な濃度は、世界中の許容規則により定められているように、水中に19重量％のアンモニアまたは水中に29重量％のアンモニアである。液体アンモニアは、注入前に蒸発させ、液体からアンモニアガスを発生させ、次いで蒸発した気体状アンモニアをＮＯｘ除去用触媒の前に注入する。そのようなアンモニアSCR触媒技術では、アンモニア発生化合物、例えば尿素、も使用される。
【００１６】
組合せサイクルガスタービン用途に使用される最も一般的な型のSCR触媒は、バナジアチタニア触媒である。この触媒技術は、650〜750°Ｆの温度範囲内で最良の性能を発揮する。温度が650°Ｆ未満では、この触媒は十分に活用されず、過剰のＮＯｘ及びアンモニアが放出される。温度が約750°Ｆを超えると、ＮＨ３が触媒上で酸化されてＮＯｘを形成し、生成する全体的なＮＯｘが増加することがある。前に記載したように、HRSG内側の温度は、最適な触媒性能範囲に反して、＜500°Ｆ〜＞1000°Ｆで変化し得る。
【００１７】
エコノマイザ
幾つかの先行技術方法では、タービンの排気ダクト中でSCR触媒を使用している。SCR触媒に適切な広い温度範囲を得るために、米国特許出願第20040045513号明細書は、エコノマイザを2つに分割し、触媒を2つのエコノマイザの間に配置し、SCR触媒(例えば標準的なＶ/ＴｉＯ2型)が好適な、但し広い(狭い好適な範囲ではない)温度範囲に維持されるようにする受動的な方法を記載している。第一エコノマイザは、ほとんどの作動条件下で、SCR触媒がその最適温度範囲に確実に入るようにするのに対し、第二エコノマイザは、排気をさらに冷却し、排気が煙突から出る前に、全ての熱的効率を取り戻すように設計される。しかし、この出願は、ダクト燃焼の存在下で追加の熱を除去する方法は記載していない。
【００１８】
この先行技術による実施態様では、能動的なフィードバック温度ループが無い。ダクト燃焼を含むか、または含まない排気温度は、約300〜500°Ｆである。例えば、ダクト燃焼が無い排気が第一エコノマイザ部分で約800Ｆである場合、その排気は、ダクト燃焼条件下では、同じ位置で容易に1100Ｆを超えることがある。SCR触媒が約700Fの最適温度範囲を有する場合、最適性能を得るためには、800F(ダクト燃焼を含まない)または1100F(ダクト燃焼を含む)から冷却する必要があろう。800Fから700Fに冷却するための第一エコノマイザが、1100から700Fに冷却するのに必要なエコノマイザと同じにはなり得ない。本発明には、プロセス条件が変化しても(例えばダクト燃焼またはダクト燃焼が無い)、SCR触媒に狭い温度範囲(最適範囲)を可能にする利点がある。これは、放出物の低減及び全体的な効率を助ける。本発明では、ＣＯ触媒をSCR触媒の前または後に、好ましくはＣＯ低減用のSCR触媒が配置されている同じ区域に、配置することができるので都合がよい。
【００１９】
高温SCR
効率及び放出物問題に答える一つの公知の方法は、「高温SCR触媒」をHRSGの前に、但し、タービンの後に使用することである。米国特許第4,961,917号、第5,900,22号、及び第5,116,586号、及び米国公開特許出願第2005/0159304号の各明細書(ここに参考として含める)は、そのような高温SCR触媒の使用を開示している。これは魅力的な解決策に見えるが、排気の温度は非常に高く(約1000°Ｆ)、そのような高温触媒の寿命に影響を及ぼすので、温度がより低い区域に配置された触媒よりも、より頻繁に触媒を交換する必要がある。また、高温SCR触媒は、水熱的に安定していない。排気流は、典型的には約10％の水蒸気を有する。ガスタービン後のSCR用途では、触媒は、典型的には、交換せずに、3年または24,000時間より長く使用できることが期待される。これは、タービンがこの期間全体にわたって作動している間、触媒が作用し、放出物必要条件を満たす必要があることを意味するが、これは困難である。これらの高温SCR触媒は、典型的にはゼオライト系触媒である。高温SCR触媒の中で最も活性の高い成分であるゼオライト成分は、温度約1000°Ｆの水蒸気の存在下では、はるかに急速に失活または分解することが良く知られている。
【００２０】
低温SCR
この問題に対処するための別の方法は、低温SCR触媒の使用である。米国特許第4,875,436号明細書(ここに参考として含める)は、HRSGの内側における広い温度範囲による、典型的なバナジアチタニア触媒をHRSGの内側に配置することに関連する問題の幾つかを記載している。例えば、この先行技術の特許は、低温SCR触媒を、HRSGの後の、HRSGエコノマイザの後で、煙突出口の前の、温度が350°Ｆに近い部分に配置することを開示している。これは、既存のHRSGを交換及び/または修正する必要無しに、現在及び将来の放出物必要条件適合させるために、特に既存の設備または後付け用途(HRSGとの組合せサイクル)に、よりコスト的に効果的な解決策である。彼等の発明は、SCR触媒がHRSGエコノマイザの後に、但し煙突出口の前に配置されている組合せサイクルガスタービンからＮＯｘを除去する目的で、貴金属系触媒をアンモニアと併用することも開示している。しかし、貴金属触媒は高価である。さらに、貴金属系触媒は、SCRによる窒素へのＮＯｘ還元に対して極めて非選択的であることが良く知られている。さらに、温度が低いので、大量の触媒が必要である。Shell Companyの一部門である触媒会社のCRIは、組合せサイクルガスタービン用途におけるそのような設置を行い、彼等の商業的システムは、「Shell DeNox system」または「SDS」と呼ばれている。彼等は、Houstonで開かれた2002 ICAC会合で研究を発表しているが、そこでは、彼等のシステムの幾つかの利点を開示している。欠点は、大量の触媒及び関連する反応器ハウジングを必要とする低温操作(＜420°Ｆ)に関連している。
【００２１】
上記の3技術は、ＮＯｘ除去を目的とするSCR触媒の使用を開示しているが、ＣＯ放出物目標に適合するために、ＣＯ触媒を使用してＣＯを除去している。
【００２２】
SCRと異なり、ＣＯ触媒には、試剤を注入する必要が無い。ＣＯ触媒をＣＯ除去の目的に使用する場合、ＣＯ触媒はアンモニア注入グリッドの前に配置する。ＣＯがアンモニア注入グリッドの上流に位置される場合、ＣＯ除去に役立つのみならず、流れを構造化し、下流のＮＯｘ除去用のSCRによる処理をも改善することも知られている。
【００２３】
過剰の触媒
HRSG温度と触媒性能に最適な温度との不適合問題に対処するもう一つの公知の方法は、最低及び最高温度が触媒性能範囲のかなり外にあるので、大過剰量の触媒(必要とされる量の3倍までになることがある)を使用し、放出物低減及び触媒寿命を確保することである。これはコストがかかり、より多くの触媒が使用される(コスト及び背圧をより高くする)のみならず、過剰の空間及び周囲構造が必要である。
【００２４】
アンモニアスリップ
アンモニアは、SCR触媒と併用される毒性ガスであるので、ガスタービン使用者は、上記のＮＯｘ及びＣＯ放出物必要条件に加えて、特定のアンモニア放出物必要条件も満たす必要がある。アンモニアの大部分は、ＮＯｘ還元に消費されるが、それでも一部の未反応アンモニアが、排気流を通して逃げ延び、煙突を通って大気中に到達する。これは一般的に「アンモニアスリップ」と呼ばれている。米国における典型的な規則は、ガスタービン使用者に、煙突を通して放出されるＮＨ３が10 ppmを超えないように規制している。カリフォルニアやマサチューセッツのような州におけるより厳格な規則は、アンモニアスリップが2 ppmを超えないように規制している。アンモニアの毒性のために、アンモニアの輸送、取扱及び認可規則もある。カリフォルニア規則、2004年5月、「ガスタービン放出物(Gas Turbine Emissions)」に関する報告(ここに参考として含める)は、増加するアンモニア放出傾向の幾つかを記載し、ガスタービン放出物を低減させるための、より環境に好ましい放出物抑制技術の開発を推奨している。
【００２５】
ＨＣ還元剤
アンモニア放出問題を解決するために、ガスタービン放出物低減にアンモニアを使用しない技術を発明することが求められている。最近の研究では、炭化水素を排気中に注入し、排気と混合し、好適な触媒で処理できることが分かっている。そのようなSCR触媒は、炭化水素SCR触媒またはＨＣ-SCRと呼ばれる。米国特許第6,284,211号及び米国公開特許出願第2006/0228283号明細書(ここに参考として含める)は、特にガスタービンから出るＮＯｘを還元するためのそのような触媒の使用を記載している。しかし、多くの報告は、そのような触媒のピーク性能が700〜815°Ｆ温度範囲内にあること、及びこの性能が、その狭い温度範囲の外では大きく低下することを示唆している。HRSG温度範囲は約500°Ｆ〜約1000°Ｆの何処かにあるので、そのようなHC-SCR触媒をHRSGの内側に配置し、現在公知の方法を使用してHC-SCR触媒に所望の放出物低減に適合させることは不可能である。
【００２６】
米国特許第7,191,598号明細書(ここに参考として含める)により開示されているように、排気流全体をHRSG中にバイパスさせることも行われている。そのようなバイ-パスは、典型的には、組合せサイクル装置が大量の蒸気を必要としない場合、及び/または保守目的でHRSGを停止させる必要がある場合に行われる。ダクトバーナの使用もHRSG中で一般的である。ダクトバーナは、排気流をより高い温度に安価に加熱し、その熱は、下流のHRSGにより吸引され、HRSGからの蒸気吐出量を増加する。ダクトバーナは、典型的にはタービンの出口及びHRSGの入口に配置される。米国特許第5,461,853号明細書(ここに参考として含める)に開示されているように、全体的な効率を改善し、放出物をある程度還元する目的で、ダクトバーナの操作により達成される排気流の再燃焼も行われている。
【００２７】
このように、HRSGと組み合わせたタービンにより、組合せサイクル用途で幾つかの異なった操作様式が得られる。HRSGでは、ダクトバーナを連続的に燃焼させる必要は無い。ダクトバーナの燃焼は、設備の全体的な蒸気の必要条件及び効率の必要条件によって支配される。典型的なアンモニアSCRまたはHC-SCR触媒がHRSGの内側に配置されている場合、触媒がさらされる排気温度は、操作条件が変化するにつれて、大きく変動する。例えば、ダクトバーナが作動せずに、触媒温度が約600°Ｆである場合、ダクトバーナの作動により、触媒温度は数百度も容易に増加する。これをタービン負荷変動と組み合わせると、HRSG中の温度範囲は、触媒の最適及び最高限度のかなり外側で、大きく変動することがある。これは、触媒に対する重大な応力を引き起こし、予想よりも早期に触媒に損傷を与える。
【００２８】
伝統的に、HRSGは、顧客の蒸気に関する必要条件に適合するように設計されている。これらの必要条件には、とりわけ、蒸気の量、圧力、及び温度が挙げられる。この入力情報を使用し、HRSG技術者は、HRSG装置の要素、例えば反応器サイズ、チューブバンク設計、及びダクト燃焼バーナ、を包含する設計を行う。放出物抑制触媒が必要な用途では、チューブバンク間に、触媒を設置できる空間を設ける。この区域における煙道ガスの温度は、HRSG設計の結果であり、約300°Ｆ〜約1100°Ｆ、典型的には約500°Ｆ〜約900°Ｆの広い範囲内に入ることがある。
【００２９】
さらに、この区域における温度は、様々なファクター、例えばタービン負荷(タービンに対する電気的負荷)、必要とされる蒸気の量(分毎に変化し得る)、及びダクト燃焼バーナの使用、により影響を受けるので、リアルタイムで変化する。従って、放出物抑制触媒に割り当てられる伝統的な区域の温度は、タービン作動の間中、広く、ならびに大きく変動する傾向がある。
【００３０】
伝統的に、先行技術では、あらゆるタービン/HRSG条件にわたって保証できる、狭い、安定した温度区域を造り出す試みはなされていない。多くの触媒は、最大限の能力を発揮する狭い温度範囲を有するので、この狭い、安定した温度区域を造り出す能力は、触媒の性能にとって有益である。さらに、タービン及びHRSGの作動パラメータを考慮して設計する場合、この区域により、発電、蒸気製造(量及び品質)、及びHRSG装置の全体的なエネルギー効率(熱回収)に関して、触媒の最適性能ならびにHRSG/タービンの最適性能の両方が得られる。
【００３１】
例として、触媒の中には、他よりも狭い作動温度範囲を有するものがある。本発明を制限しない例として、炭化水素系SCRは、715°Ｆ〜815°Ｆの範囲、すなわち狭い温度範囲、内で最適に作動する。この触媒をHRSG用途に使用するには、全ての燃焼及びHRSG条件下で、この触媒をこの温度の煙道ガス中に配置しなければならない。先行技術には、この狭い、永久的な温度区域を与える方法はない。
【発明の概要】
【００３２】
この特許の目的は、あらゆるタービン/HRSG条件で、触媒の最高性能範囲に適合する狭い温度区域を達成することである。本発明の別の有益性は、使用する触媒の量を最少に抑えることができ、それによって、反応器のサイズを小さくし、従って、HRSG装置のコストを低減できることにある。
【００３３】
本発明は、触媒区域中の触媒が最適活性になるように、HRSGの特定区域における温度を調整する。この調整された温度区域を達成するための2通りの方法がある。第一に、排気流、またはその一部が一個以上の熱交換機及び一個以上の過熱器を迂回することができるバイ-パス機構をHRSG中に、配置する。このバイ-パス量は、排気流が触媒区域に入る時に、その排気流が触媒にとって最適な温度になるように調整する。第二の選択肢は、排気流の温度を下げることにより、排気流の温度を制御することができる熱交換機を、SCR触媒の直前に配置することである。排気流が触媒区域を通って流れた後、排気流はHRSG中の残りの装置に入る。
【００３４】
しかし、ここに記載する本発明を採用した後、そのようなHC-SCRを、バナジアチタニアアンモニアSCR触媒と同様に、HRSGの内側に配置し、好適な炭化水素を注入し、注入された炭化水素をHRSGの内側で排気流と混合し、その混合物を、ＮＯｘ還元目的でHC-SCR触媒を通過させることにより、ＮＯｘ還元を達成することができる。米国特許第7,361,321号明細書(ここに参考として含める)は、ＮＯｘ還元目的で使用する場合、炭化水素をタービンから来る排気流中に、好適なHC-SCR触媒の前にどのように注入できるかを開示している。そのような設備で、ＣＯ軽減が必要な場合、米国公開特許出願第2006/0228283号明細書(ここに参考として含める)は、伝統的なアンモニアSCRの場合と異なり、好適なＣＯ触媒をHC-SCR触媒の下流に配置できることを開示しており、その際、ＣＯ触媒はアンモニア注入グリッドの上流に配置する。HC-SCR技術を、HRSGを含む組合せサイクルガスタービンに使用する場合、炭化水素注入グリッド、HC-SCR触媒及びＣＯ触媒は、全てHRSGの内側に配置することができる。従って、HRSGは、バナジアチタニア型触媒またはより新しいHC-SCR型触媒に適合するように修正することができる。
【００３５】
「触媒区域」は、HRSGの、一個以上の還元剤注入点、及び一種以上のSCR触媒、及び所望により一種以上のＣＯ触媒を含んでなる部分を意味する。
【００３６】
「ＣＯ触媒」は、排気流中のＣＯを減少させるように作用する触媒を意味する。
【００３７】
「SCR触媒」は、排気流中のＮＯｘを減少させるように作用する触媒を意味する。「HC-SCR触媒」は、一種以上の炭化水素を含んでなる還元剤を使用する。「エタノール-SCR」触媒は、エタノールを含んでなる還元剤を使用する。「アンモニア-SCR」は、アンモニア及び/またはアンモニア発生化合物(水性アンモニア及び/または尿素が挙げられるが、これらに限定するものではない)を含んでなる還元剤を使用する。
【００３８】
「空気予熱器」は、煙突から出る前に排気流と混合する空気を加熱する装置を意味する。
【００３９】
明細書及び請求項における「接触」及び「流動」は、両方共、排気が触媒と接触して配置されることを意味する。
【００４０】
「最適温度」または「最適範囲」は、全てのタービン作動条件でSCR触媒が最も活性であり、約90％を超えるＮＯｘ転化を達成し、急速に分解しない温度範囲、好ましくは約715°Ｆ〜約815°Ｆを意味する
【００４１】
明細書に記載する「前」及び「後」の場所は、排気流の方向における経路に沿った場所である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図1は、米国特許出願第2006/0228283号明細書に開示されている幾つかの先行技術炭化水素-SCR触媒に関するＮＯｘ転化と温度の関係を示すプロットである。
【図２】図2は、Byrne et al., Catalyst Today, Vol. 13, pgs 33-42(ここに参考として含める)に記載されている様々な先行技術のアンモニア-SCR触媒に関するＮＯｘ転化と温度の関係を示すプロットである。
【図３Ａ】図3Aは、先行技術の実施態様によるHRSGを包含する組合せサイクル設備の図である。
【図３Ｂ】図3Bは、本発明の実施態様によるHRSGを含む組合せサイクル設備の図である。
【図４Ａ】図4Aは、先行技術の実施態様によるHRSGを包む組合せサイクル設備の図である。
【図４Ｂ】図4Bは、本発明の実施態様により修正したHRSGを包む組合せサイクル設備の図である。
【詳細な説明】
【００４３】
上記のように、本発明は、HRSGの内側に狭い温度範囲を与える手段に関し、この狭い温度範囲は、組合せサイクルガスタービン用途に由来するＮＯｘ放出物を還元するためのSCR触媒の最適性能範囲内にある。この配置により、先行技術と比較して、SCR触媒の使用量が低下する。
【００４４】
先行技術は、触媒を、一定量の蒸気を供給することが期待されるHRSGの内側に配置しているが、タービンの変動する負荷には対処していない。しかし、燃焼タービンに対する蒸気要求及び負荷は変動する。これらの変動により、排気温度範囲が、SCR触媒を作動させて特定の放出物必要条件に適合することができるよりも、広くなる。Arthur. L. Kohl and Richard B. NeilsenによるGas Purificationに関する教科書、第5版、1997(ここに参考として含める)は、910頁に、HRSGに関連する幾つかの問題及びそれらのSCRに対する影響が記載されている。燃焼タービン負荷要求、HRSGからの蒸気必要条件の移行、HRSG温度プロファイル(HRSG中のただ一点ではなく、HRSG全体にわたる温度)に対するダクト燃焼の影響、及びHRSGの経時的性能変化により、HRSGの内側にあるSCR触媒における温度が大きく逸脱し、そのためにとりわけ触媒性能低下、SCR触媒の早過ぎる分解と頻繁な触媒交換、触媒の過剰使用、還元剤の過剰使用、及び触媒を維持するための頻繁な停止が引き起こされる。
【００４５】
多くのSCR触媒は、それらの性能が最良である操作温度範囲が狭い。標準的なバナジアチタニア触媒は、排気温度が約650°Ｆ〜約750°ＦであるHRSG内側に配置した場合に最良の性能を発揮する。様々な研究グループによる最近の研究は、炭化水素SCR触媒が約715°Ｆ〜約815°Ｆの温度範囲内で最良の性能を発揮することを示唆している。HRSG性能自体を犠牲にすることなく、HRSG内側にある触媒に望ましい温度範囲を与えることは、組合せサイクルタービン及びHRSGの全体的な触媒使用量及びエネルギー効率にとって有益である。
【００４６】
図1は、米国特許出願(第2006/0228283号)明細書に開示されている幾つかの炭化水素-SCR触媒に関するＮＯｘ転化と温度の関係を示すプロットである。その特許出願に記載されている手順に従って幾つかのの触媒を製造し、ガスタービン排気条件下で試験した。排気流(以下、「ガスタービン」は、組合せサイクルタービンを意味する)は、典型的には、約25 ppmＮＯｘ、約50 ppmＣＯ、約5％ＣＯ２、約15％Ｏ２、約10％Ｈ２Ｏ、及び残部窒素を含む。規則は、2.5 ppm未満のＮＯｘを要求している、つまり90％以上のＮＯｘ転化が望ましい。
【００４７】
米国公開特許出願第2006/0228283号明細書は、窒素へのＮＯｘ転化は、特にガスタービン用途向けの炭化水素SCR操作で2種類の触媒を組み合わせることにより、達成できることを開示している。この出願によれば、エタノールが好ましい炭化水素還元体である。この出願は、第一触媒「銀触媒」に続いて「変性剤触媒」と呼ばれる第二触媒の使用を開示している。そのような触媒を調製する手順も、この出願中に開示されている。図1に示すように、触媒Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、第二触媒、つまり「変性剤触媒」の金属組成を5重量％〜20重量％の範囲内で変えることにより、得た。この出願中に開示されているように、試験は、「第一触媒」としてアルミナ触媒上の2重量％銀を使用し、変性剤触媒を変えて触媒Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを得ることにより、行った。
【００４８】
この試験では、そのような炭化水素SCR触媒を使用し、ＮＯｘを除去するための炭化水素(還元剤)としてエタノールを使用した。試験は、排気流を代表する模擬供給ガスから、温度範囲約350℃〜約450℃(約662°Ｆ〜約842°Ｆ)で得たＮＯｘ転化データを記録することにより、行った。プロットから明らかなように、ほとんどの触媒は、温度が約700〜約800°Ｆの範囲内にある時に、90％を超えるＮＯｘ転化を達成した。この触媒を組合せサイクル用途でHRSGの内側に使用した場合、そのようなHC-SCR触媒に望ましい温度範囲を与え、ＮＯｘ放出物低減目標を達成する有益性が得られることは明らかである。どのような操作条件においても、HRSGの全体的な効率が犠牲にならない場合(これは、蒸気製造に望ましい要件である)、この結果はさらに良くなる。
【００４９】
図2は、先行技術で開示されているプロットである。これは、Byrne et al., Catalyst Today, Vol. 13, pgs 33-42、1992年、に発表され文献から得た。35頁に、著者は、様々な種類のアンモニア-SCR触媒を開示している。Ｖ/Ｔｉが、組合せサイクル用途向けのHRSGに今日使用されている最も一般的な種類のSCR触媒である。この図から分かるように、Ｖ/Ｔｉ触媒は、約325〜約425°Ｆの温度範囲内にある時に、90％を超えるＮＯｘ転化を達成する。このグラフは、操作が約325℃未満であるか、または約425℃を超える場合、ＮＯｘ転化に重大な低下があることを示している。温度が約325℃未満である場合、アンモニアスリップも大幅に増加する。
【００５０】
そのようなＶ/Ｔｉ触媒を組合せサイクル用途でHRSGの内側に使用する場合、そのHRSG操作が、遙かに広い温度範囲(約300〜約1100°Ｆ)を与えるとして、操作が、そのようなＶ/Ｔｉ触媒の望ましい操作範囲の外側で行われる場合が幾つかあろう。
【００５１】
タービンとHRSGの組合せサイクルを修正する下記の2実施態様は、本発明の主要目標を達成する。本発明は、HRSG中に、SCR触媒にとってより適しており、より効率的であり、従って、SCR触媒と組み合わされた現在のHRSG解決策に対して、独特な、改良された利点を提供する、狭い排気流温度範囲を有する区域を造り出す。
【００５２】
例#1
組合せサイクル燃焼ガスタービンのHRSGに入る排気流の温度は、約600°Ｆ〜約1100°Ｆ、より典型的には約825°Ｆ〜約1100°Ｆである。HRSGに入る排気流の量は、その用途に使用する燃焼ガスタービンのサイズ及び特定燃焼ガスタービンの様々な操作条件によって、著しく変化する。排気流の量が変化しても、この排気流の温度は約825°Ｆ〜約1100°Ｆのままである。しかし、この排気流温度は、広すぎ、既存のSCR触媒技術に理想的ではなく、従って、遙かに狭い温度範囲が望ましい。
【００５３】
燃焼ガスタービンの下流に配置された典型的なHRSGでは、一個以上の熱交換機で飽和化された蒸気が製造され、場合により過熱された蒸気、または予熱された空気、もしくは熱移動媒体、等も、排気流から熱交換することにより、加熱される。いずれの場合も、これらの熱交換区域の下流にある排気流温度は低下するが、現在のHRSG設計は、HRSG中で狭い、最適な温度区域を形成しない。
【００５４】
本発明により、一個以上の熱交換機をバイ-パスさせ、タービンを離れる排気流の一部を熱交換機の下流にある、より低温の区域に送ることにより、SCR触媒に最適な、より狭い温度区域を造り出すことができる。必要なバイ-パス量及びこのバイ-パス装置の位置は、必要とされる蒸気及び電気的操作によって大きく異なる。熱交換機をバイ-パスさせる排気流の量は、追加のダクト、ダンパ、及び/または注入ノズルを使用し、高温の排気流を取り、それを特定の熱交換機表面の周りにバイ-パスさせることにより、制御する。
【００５５】
その結果、SCR触媒位置の上流で分岐させる高温排気流の量を制御することにより、SCR触媒位置に入る排気流温度は、狭い温度範囲内に制御される。
【００５６】
図3Aは、先行技術の実施態様を示す。ガスタービン(10)から来る高温排気流は、HRSG(11)を通過し、次いで煙突(12)に入る。図3Aは、HRSGの入口に配置されたダクトバーナ(13)も示す。HRSGを通過する排気流の温度は、ダクト燃焼様式とダクト燃焼が無い場合とで異なる。タービン負荷が変化するにつれて、排気の温度も変化する。第一熱交換機、つまり高圧ボイラ(14)は、過熱器区域(15)の上流にある。低圧ボイラと呼ばれる追加の熱交換機(16)は、エコノマイザ(17)の上流に配置されている。ＣＯ触媒(18)、還元剤注入グリッド(19)及びSCR触媒(9)は、HRSGの内側で、典型的には過熱器区域(15)と低圧ボイラ(16)との間の位置にある。中間圧力区域(図3Aには示していない)がある設備では、ＣＯ及びSCR触媒は、この中間圧力区域の内側に配置される。ＣＯ及びSCR触媒は、タービン及び/またはHRSG内側のダクト加熱器の操作条件、及び設備がHRSGに要求する蒸気量に応じて、広い温度範囲にさらされる。そのような配置における触媒区域の典型的な排気温度は約425°Ｆ〜約700°Ｆであり、これは、SCR触媒の最適温度より低い。
【００５７】
図3Bは、本発明の一実施態様を示す。高温ガスは、Ｚ地点(22)からHRSGの外側に、ダクト(20)を使用してバイ-パスされる。本発明のこの実施態様の、先行技術との違いは、ダクト(20)を使用して高温ガスを排気流から第一熱交換機(高圧ボイラ)(23)及び過熱器(15)をバイ-パスさせ、で触媒区域に直接流すことである。このダクト(20)を通る流れは、ダンパ(21)の使用により制御することができる。排気流から直接来る高温ガス(排気流)を、高温ガスの注入に典型的に使用される注入ノズル(23で)を使用して注入することができる。注入すべき量も制御できる。触媒に到達する混合排気流の温度を制御し、触媒性能を最適化することができる。このバイ-パスを通る排気の流れ及び触媒の上流温度を、この分野で公知のいずれかの好適な測定及び制御装置及びシステムを使用して測定及び制御することができる。このバイ-パス区域を通る流れを調整するいずれかの公知の手段を使用し、触媒区域(18で開始する)における狭い温度範囲に到達することができる。ダクト(20)をいずれかの側部(上、左及び/または右が好ましい)に配置し、熱交換機及び過熱器をバイ-パスさせ、高温排気流をHRSGの触媒区域に入れるのが有利である。一個以上のダクトを使用し、排気流を所望の触媒操作温度にすることができる。一個以上のダクトを使用する場合、それらのダクトは、一緒に、または独立して制御することができる。2個以上のダクトを使用し、一緒に、または独立して制御する場合、それらのダクトは、一個以上の排気流注入装置を有することができる。排気流注入装置は、一個以上の排気流注入ノズルを有することができる。注入される排気の量及び注入ノズルを通して注入する速度は、全タービン作動中に、触媒区域((18)〜(25))が常にSCR触媒に対して一定の狭い温度範囲(最適温度範囲)にあるように制御する。
【００５８】
例えば、一実施態様では、HC-SCR触媒を使用する場合、排気バイ-パスを制御することにより、触媒区域における温度を約715°Ｆ〜約815°Ｆにする。
【００５９】
別の実施態様では、アンモニアSCR触媒を使用し、ＣＯ触媒(18)をアンモニア注入グリッド(19)の上流、好ましくはすぐ上流、に、但し温度センサー(25)の後に配置する。
【００６０】
例#2
典型的なHRSGの基本的構成要素を図4Aに示す。これらの構成要素は、ダクト燃焼バーナ(31)、過熱器蒸気バンク(32)、高圧ボイラバンク(33)、中間圧ボイラバンク(34)、低圧ボイラバンク(35)、エコノマイザ(36)、及び空気予熱器(37)である。
【００６１】
この発明の下で、基本的HRSG構成要素を配置し、HRSG中の特定の位置で、約765°Ｆ±50°Ｆの排気流温度を一貫して発生させる。排気流温度は、ダクトバーナを経由して上昇(極希に必要とされる)または熱交換機区域を経由して低下させる(ほとんどの場合に必要とされる)ことができる。
【００６２】
本発明の一実施態様では、どの特定の熱交換機の下流も、HRSG装置により、排気を一定にする。ダクトバーナの使用により、特定熱交換機の下流(例えばチューブバンク、但し、これらに限定しない)に過剰の温度が発生することがあり、これは、汚染物制御触媒の装置の効果を制限または低下させることがある。本発明は、HRSGを通って流れる排気流中に存在する理想的な温度より高くなるか、または低くなる問題に、一個以上のダクトバーナで対処する。熱交換機(例えばチューブバンク、但し、これらに限定しない)をSCR触媒の上流に設置することにより、及びこの熱交換機により吸収される熱を制御することにより、SCR触媒の上流における温度を最適温度範囲である一定値に維持することができる。
【００６３】
図4Bに、そのような実施態様を示す。その中に統合される本発明は、一般的に(42)で示す熱回収蒸気発生器(HRSG)を備えてなり、このHRSGは、ダクトバーナ(46)が広がっており、タービンから来る排気が供給される入口プレナム(41)を有する。HRSGは、例えば高圧ドラム(43)、及び関連する、他の熱交換機(44及び45)を包含する熱交換機表面、を従来の様式で包含する。排気は、熱が除去され、放出物が許容限界未満になった後、煙突から大気中に放出される。
【００６４】
熱交換機バンク(44)は、ダクトバーナ(46)がほぼ始動できるようになるまで、このチューブバンクを通って循環する流体を含まない乾燥状態にある。ダクトバーナ(46)が燃焼する直前に、循環ポンプ(38)及び制御バルブ(39a、b及び/またはc及びそれらの組合せ)が起動する。これら構成要素は、制御装置、例えばデジタル式でよい制御装置(40)、により制御され、このチューブバンク(44)を通る流体の流動を開始し、このチューブバンク(44)の下流及び触媒の上流で、予め設定された温度が一定して維持されるように、排気から熱を吸収する。制御装置(40)は、様々なプロセス条件を評価し、チューブバンク(44)を横切ってどれほど多くの流体を分配するかを決定することにより、一定の温度調整を達成する。幾つかの、但し全てではない、実施態様で、このチューブバンクを離れる流体は、この流体により吸収された熱がボイラ(45)を通して沸騰する蒸気を経由して離れるので、液体のままである。
【００６５】
代案として、このバンク(44)は、別の蒸気発生バンクになるように設計できるか、または様々な他の種類の熱移動媒体、例えばDowtherm、の一つを介して熱移動させるように設計することもできよう。いずれの場合も、目的は同じであり、どのように多くのダクト燃焼熱が発生していても、触媒区域中に一定のＴｃ温度を発生させることである。典型的には、ダクトバーナ(46)がオフの場合、チューブバンク(44)から熱を循環及び吸収する必要は最早なく、バンクから流体を除去し、バンクを、HRSG中のこの特定位置から熱を最早吸収及び移動させない乾燥状態にすることができる。HRSGは、ダクト燃焼が存在しないか、または存在する場合に最適温度を造り出すように設計されているので、触媒は、最適温度で作用する。あるいは、チューブバンク(44)を、ダクトバーナがオン及び/またはオフである間、排気中に一定温度を達成するように使用及び制御することができる。
【００６６】
図4Bに示す一実施態様では、システムがHC-SCR触媒(7)及びＣＯ触媒(9)を有するように示されており、ＣＯ触媒(9)は、HC-SCR触媒(7)の下流にある。
【００６７】
別の実施態様では、システムをアンモニア-SCR触媒で使用することができる。ＣＯ触媒を使用する場合、還元剤注入グリッドの上流に、但し熱交換機の後に配置するのが好ましい。
【００６８】
この分野で公知のように、様々な測定及び制御地点、例えば流量、温度及びスイッチオン及びオフ、を制御装置(40)中に使用するが、これらに限定するものではない。熱電対ＴＣ１〜ＴＣ７またはそれらのいずれかの組合せが、温度をそれぞれの位置で測定する。熱交換機43、44及び45(好ましくはチューブバンク) 、循環ポンプ(38)及びバルブ(39a、39bおよび39cまたはそれらの組合せ)を、制御装置(40)を使用して制御することができる。
【００６９】
一実施態様では、空気希釈送風機(47a及び47b)も使用できる。何らかの理由により、HRSG全体を停止し、タービンを単純サイクル様式で操作する必要がある場合、制御装置(40)は、なお、必要に応じて、触媒区域(7)〜(9)に最適温度を与えることができる。そのような状況では、HRSGが停止した時に、空気希釈送風機(47a及び/または47B)のスイッチを制御装置(40)により自動的にオンにする。空気希釈送風機(47a及び47b)は、触媒区域で排気流を最適温度に確実に冷却し、タービンを単純サイクル様式で作動させ、それでも、全ての放出物低減必要条件に適合させることができる。HRSGは、単純サイクル様式では作動しないので、チューブバンク(43)、(44)及び(45)では流体が循環しない。
【００７０】
本発明は、その不可欠な特徴から逸脱することなく、他の特定形態で具体化することができる。説明した実施態様は、本発明を制限するものではなく、あらゆる観点で単なる例として考慮すべきである。従って、本発明の範囲は、上記の説明ではなく、付随する請求項により示される。請求項と等しい意味及び範囲内にある全ての変形は、本発明の範囲内に包含される。
【図１】
2011522987.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
2011522987.tif 000007
【図４Ｂ】
2011522987.tif 000008
【国際調査報告】
2011522987.tif 000009