(57)【要約】【課題】排熱回収ボイラの節炭器等の硫酸腐食を低減し、腐食減肉による伝熱管パネルの交換等を不要とすること。【解決手段】節炭器１１入口等の排熱回収ボイラ９の低温域にアンモニア注入格子２５を設け、プラント起動時や常用負荷運転において脱硝用アンモニア注入格子２１からのＮＨ３の流出が少ない場合等に、アンモニア注入格子２５からのアンモニアを注入し、排ガス中のＳＯｘとアンモニアを反応させ硫安等を生成させる事により、硫酸の生成を抑制し伝熱管の腐食減肉を低減させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガス流路内に複数の伝熱管群を配置し、伝熱管群の高温域および低温域にそれぞれ複数本のアンモニア注入管から成るアンモニア注入格子を設けたことを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
各アンモニア注入管に流量調節用の元バルブ及びアンモニアの連続、断続注入を可能とする遮断弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の排熱回収装置。
【請求項３】
排ガス流路の低温域にあるアンモニア注入管は排ガス流路の高温域にあるアンモニア注入管から分岐させたアンモニア注入管であることを特徴とする請求項１記載の排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発電プラント等に用いる排熱回収装置に係り、排熱回収伝熱管の腐食を低減させ、伝熱管の寿命を延ばし、設備費及びメンテナンス費を低減させた排熱回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントとを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントの排熱回収ボイラの排熱回収装置を例にして、従来技術を説明する。
【０００３】
この発電プラントの燃料は、無公害燃料として評判の高い液化天然ガス（ＬＮＧ）が主体であるが、石炭をガス化した石炭ガス化ガスを用いる場合や製鉄会社等で発電設備を設ける場合には、溶鉱炉の副性ガス等を用いる場合も多くなっている。
【０００４】
図４は、溶鉱炉副性ガスを燃料としたコンバインドサイクル発電プラントの例示を示す略図である。図４において、溶鉱炉副性ガス１は燃料供給管２を経てガスタービン３の燃焼器４に送られている。また、溶鉱炉副性ガス１の燃焼に必要な空気は、ガスタービン３のコンプレッサ部６の吸込ダクト５から取り入れられ、コンプレッサ部６により所定圧力に高められて燃焼器４に送られている。
【０００５】
燃焼器４では、溶鉱炉副性ガス１と高圧空気が混合燃焼し、その燃焼ガスはガスタービン３のタービン部７によりエネルギー回収され、回収エネルギーはコンプレッサ部６及びガスタービン用発電機８の動力源として使用されている。タービン部７により排出された燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ９により蒸気発生用として熱回収された後、煙突１０から大気に放出されている。
【０００６】
排熱回収ボイラ９は、燃焼排ガスの持つ熱エネルギーを利用して蒸気を発生させるものであり、燃焼排ガス流路内にガス流れの上流側から順に過熱器１３、蒸発器１２及び節炭器１１が配置され（図示しない再熱器を設けることもある）、排ガス流路の外には蒸発器１２及び節炭器１１などからの気液混合流体が一次的に貯められる蒸気ドラム１４が配置されている。
【０００７】
排熱回収ボイラ９により蒸気を発生させる手順は、先ず、給水を給水管１５を経て節炭器１１に送り、ここで吸水を飽和温度近くまで昇温させて蒸気ドラム１４に導いている。蒸気ドラム１４の缶水は蒸発器１２に送られて、加熱され気液混合流体となり、再び蒸気ドラム１４に送られて蒸気分のみを蒸気ドラム１４で分離している。
【０００８】
蒸気ドラム１４で分離された蒸気は過熱器１３に送られて過熱蒸気となり、主蒸気管１６を経て蒸気タービン１７に流れ、ここでエネルギー回収がなされている。蒸気タービン１７の排気蒸気は、復水器１８で凝縮されて復水となる。復水は給水ポンプ２０により昇圧されて再び給水管１５により節炭器１１へと供給される。
【０００９】
蒸気タービン１７での回収エネルギーは、蒸気タービン用発電機１９の動力源として使用される。また、排熱回収ボイラ９にはガスタービン３の燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するための脱硝用アンモニア注入格子２１及び脱硝触媒２２が設置されている。脱硝用アンモニア注入格子２１へはアンモニア供給設備２６より脱硝アンモニア注入部へ向かう導管２３を経由して供給される。アンモニアの供給量は調節弁２４で調節される。
【００１０】
ガスタービン燃焼排ガス中のＮＯｘを脱硝触媒２２において脱硝用アンモニア注入格子２１より注入した希釈アンモニア（ＮＨ３）と反応させ、無害な窒素（Ｎ２）と蒸気（Ｈ２Ｏ）に分解している。
【００１１】
一般に、溶鉱炉副性ガス等には硫黄分が含まれるため、その燃焼排ガス中にはＳＯ３が含まれる。しかし、通常の常用負荷運転では、脱硝用に注入したＮＨ３の未反応分が脱硝触媒２２の下流側に流出し、節炭器１１等の酸性硫安の析出温度域においてＳＯ３とリークＮＨ３が反応し、比較的腐食性の小さな酸性硫安や硫安が生成する。生成した酸性硫安等は節炭器１１等の伝熱管外表面に付着、堆積し、圧力損失の増加や伝熱性能の低下等を引き起こすことになる。
【００１２】
しかし、これらの付着物は定期的な水洗やガスタービン３のコンプレッサ部６からの圧縮空気を節炭器１１領域に導き、圧縮空気により節炭器１１に付着堆積した酸性硫安等を洗浄する手法があり（特許文献１）、継続的な運用を可能としている。
【００１３】
また、本出願人の発明で排熱回収ボイラの熱交換器の伝熱管の表面に付着した硫酸アンモニウムをアルカリ水のスプレーで除去する方法が知られている（特開平１０−４７６０１号公報）。
【００１４】
【特許文献１】
特開平８−７４５１７号公報（第５頁  図１）
【００１５】
【特許文献２】
特開平１０−４７６０１号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
排熱回収ボイラ９内への脱硝用ＮＨ３は、脱硝触媒２２の性能が高温域で発揮されることや、注入ＮＨ３と排ガス中のＳＯ３とが反応し、酸性硫安を析出させて脱硝触媒２２の表面に付着することを防止するため、排熱回収ボイラ９の高温領域に注入する。
【００１７】
そのために、脱硝用のＮＨ３を注入しないボイラ起動時や、常用負荷運転においても、脱硝用の流出ＮＨ３の少ない場合等には排熱回収ボイラ９内の低温度域において、排ガス中のＳＯ３がＨ２Ｏと反応して硫酸を生成し、排熱回収ボイラ９内の機器に非常に大きな腐食を引き起こす問題があった。
【００１８】
すなわち、排熱回収ボイラ９内の節炭器１１付近において排ガス温度が酸露点以下の低温域となる場合には、排ガス中のＳＯ３とＨ２Ｏが反応し、硫酸が析出することは避けることはできない。この硫酸の析出による伝熱管の腐食は伝熱管寿命に大きな影響を与えるので、腐食減肉を考慮した伝熱管厚みの設計が必要となってくる。また、腐食減肉により伝熱管パネルの交換周期も早くなり、設備及びメンテナンス費用の増大も大きな問題となっている。
【００１９】
また、排熱回収ボイラの熱交換器の伝熱管の表面に付着した硫酸アンモニウムをアルカリ水のスプレーで除去する方法では、一旦伝熱管に付着したものを除去するのは難しい。
【００２０】
そこで、本発明の課題は、排熱回収ボイラの節炭器等の硫酸腐食を低減し、腐食減肉による伝熱管パネルの交換等を不要とすることである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題達成のために、次の構成を採用する。
請求項１記載の発明は、燃焼排ガス流路内に複数の伝熱管群を配置し、伝熱管群の高温域および低温域にそれぞれ複数本のアンモニア注入管から成るアンモニア注入格子を設けた排熱回収装置である。
請求項２記載の発明は、各アンモニア注入管に流量調節用の元バルブ及びアンモニアの連続、断続注入を可能とする遮断弁を設けた請求項１記載の排熱回収装置である。
請求項３記載の発明は、排ガス流路の低温域にあるアンモニア注入管は排ガス流路の高温域にあるアンモニア注入管から分岐させたアンモニア注入管である請求項１記載の排熱回収装置である。
【００２２】
【作用】
請求項１記載の発明においては、燃焼排ガス中にＳＯｘが含まれる場合に、プラント起動時等において、酸露点以下の低温域にある節炭器等へアンモニアを注入することにより硫酸の析出を抑制し、伝熱管の腐食減肉を低減することを可能にする。
【００２３】
請求項２記載の発明においては、節炭器入口のアンモニア注入管の流量調節用弁により、ＳＯｘ濃度分布及び燃焼排ガス温度分布に応じたアンモニア注入量の調整を行ない、またアンモニア注入管の元バルブのより必要に応じ連続、断続注入を可能とする。
【００２４】
請求項３記載の発明においては、脱硝用アンモニアを供給するアンモニア供給設備からの導管を延長し、節炭器入口等へアンモニア注入するシステムとすることにより、プラント費用の増加を低減する事ができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面と主に説明する。
図１には本発明の実施例のコンバインドサイクル発電プラントの構成図を示すが、図４の符号と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２６】
排熱回収ボイラ９内の節炭器１１の入口にアンモニア注入格子２５を設置し、アンモニア供給設備２６より脱硝アンモニア注入部へ向かう導管２３を延長し、節炭器１１入口側のアンモニア注入格子２５へ接続している。節炭器１１出口には温度エレメント２７を設置し、節炭器１１の出口でのガス温度を測定している。温度エレメント２７の温度検出により節炭器１１の出口ガス温度が酸露点以下の低温域であることが検出された場合は、節炭器１１にアンモニアを注入するようにアンモニア注入格子２５入口側の遮断弁２８を「開」とする信号を送る。節炭器１１の入口のガス温度が酸露点以上の温度域である場合は、遮断弁２８に「閉」の信号を送り、アンモニア注入を停止するシステムとしている。これによりプラント起動時等の低温域（節炭器部）での硫酸の析出を、ＮＨ３とＳＯ３を反応させ硫安を生成させる事により、低減させている。
【００２７】
図２は、排熱回収ボイラ９の脱硝用アンモニア注入格子２１へ向かう導管２３を延長し、節炭器１１入口に設置したアンモニア注入格子２５へ接続した状態を示す排熱回収ボイラ９内の斜視図である。
図２に示すように、節炭器１１入口のアンモニア注入格子２５も脱硝アンモニア注入格子２１と同様に各注入管毎に元バルブ（調節弁）２４を設けており、ＳＯｘ濃度分布や温度分布に合わせ、ＳＯｘ濃度の高い箇所にはアンモニア注入量を多く、低い箇所には少なく、又、ガス温度が酸露点以上の箇所は元バルブ２４を「閉」としてアンモニア注入を止め、酸露点以上の箇所は元バルブ２４を「開」としアンモニア注入を行う等のアンモニアの注入量を調整する事を可能とし、余分なアンモニア注入を防いでいる。また、全体の導管２３に遮断弁２８を設け、アンモニアの連続、断続注入を可能とした。
【００２８】
図３に本発明のその他の実施例を示す。図１の符号と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
アンモニア供給設備２６の他にアンモニアボンベ２９を設け、該アンモニアボンベ２９からアンモニア注入部へ向かう導管３０を設け、節炭器１１入口側のアンモニア注入格子２５へ接続している。節炭器１１にアンモニアを注入するようにアンモニア注入格子２５入口側には遮断弁３１を設けている。
【００２９】
アンモニア供給設備２６からのアンモニア供給が不十分なプラント起動直後においても、硫酸の析出を抑制しようとした場合は、アンモニアボンベ２９により節炭器１１入口へアンモニアを供給するシステムとする事により、プラント起動直後からの節炭器１１へのアンモニア注入を可能にできる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、低温領域にある伝熱管群等の入口側にアンモニア注入格子を設け、節炭器等の排熱回収装置内の低温域が酸露点以下の低温域となるプラント起動時や、常用負荷運転においても、脱硝用の流出ＮＨ３が少ない場合等にアンモニアを注入する事により、硫酸の析出を抑制して伝熱管の腐食減肉を低減させる事を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるコンバインドサイクル発電プラントの実施例を示す略示図。
【図２】本発明の実施例である排熱回収ボイラの節炭器前流に設置したアンモニア注入格子を示す斜視図。
【図３】本発明にかかるコンバインドサイクル発電プラントのその他の実施例を示す略示図。
【図４】従来のコンバインドサイクル発電プラントを示す略示図。
【符号の説明】
１  溶鉱炉副性ガス                ２  燃料供給管
３  ガスタービン                  ４  燃焼器
５  吸込ダクト                    ６  コンプレッサ部
７  タービン部                    ８  ガスタービン用発電機
９  排熱回収ボイラ                １０  煙突
１１  節炭器                      １２  蒸発器
１３  過熱器                      １４  蒸気ドラム
１５  給水管                      １６  主蒸気管
１７  蒸気タービン                １８  復水器
１９  蒸気タービン用発電機        ２０  給水ポンプ
２１  脱硝用アンモニア注入格子    ２２  脱硝触媒
２３、３０  導管                  ２４  調節弁（元バルブ）
２５  アンモニア注入格子          ２６  アンモニア供給設備
２７  温度エレメント              ２８、３１  遮断弁
２９  アンモニアボンベ
【図１】
2004184044.tif 000003
【図２】
2004184044.tif 000004
【図３】
2004184044.tif 000005
【図４】
2004184044.tif 000006