(57)【要約】【課題】      燃焼触媒を用いた追焚き機能を備えた排ガスボイラにおいて、排ガスボイラへの排ガスの流量変化に拘らず、所定の熱回収量を得ることができ、排ガス中の煤，ＣＯなどの未燃分の低減化を達成することである。【解決手段】  排ガス発生源３の排ガス流路５に上流側から下流側へ燃料供給手段６，燃焼触媒７および熱回収部８を順次設け、前記燃焼触媒７と前記熱回収部８との間に、前記燃焼触媒７からの未燃分を燃焼させる気相反応空間９を形成した排ガスボイラ２の運転方法であって、前記排ガス発生源３からの排ガス条件に基いて、前記燃料供給手段６の燃料供給量を調整する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス発生源３の排ガス流路５に上流側から下流側へ燃料供給手段６，燃焼触媒７および熱回収部８を順次設け、前記燃焼触媒７と前記熱回収部８との間に、前記燃焼触媒７からの未燃分を燃焼させる気相反応空間９を形成した排ガスボイラ２の運転方法であって、前記排ガス発生源３からの排ガス条件に基いて、前記燃料供給手段６の燃料供給量を調整することを特徴とする排ガスボイラの運転方法。
【請求項２】
前記排ガス条件を前記排ガス発生源３の運転条件に基いて求めることを特徴とする請求項１に記載の排ガスボイラの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排ガスボイラの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガスボイラは、ガスタービン，ガスエンジンなどを原動機として用いた発電装置と組み合わせてコジェネレーションシステムとして構成される。そして、このコジェネレーションシステムにおいては、前記排ガスボイラによって、前記原動機の排ガスから熱を回収し、蒸気や温水として取り出すことにより、総合的な熱効率の向上を図っている。
【０００３】
前記コジェネレーションシステムにおいて、前記排ガスボイラによる熱回収量は、前記原動機からの排ガス条件（排ガスの流量，温度）によって決まる。そして、この排ガス条件は、前記原動機の運転条件に応じて変化する。そのため、前記原動機の運転条件，すなわち前記発電装置の運転条件によっては、前記排ガスボイラにおいて必要な熱回収量を得ることができないと云う問題があった。そこで、前記排ガスボイラにおいては、前記原動機からの排ガス中に残存する酸素を利用して燃料を燃焼させる，いわゆる追焚きを行うことによって、前記排ガスボイラの熱回収部への排ガスを昇温し、熱回収量の増加を図っている。
【０００４】
この追焚きを行う手段として、排ガスボイラの上流側に燃料供給手段と燃焼触媒とを設け、前記燃料供給手段からの燃料を排ガスへ供給し、この燃料と排ガス中の酸素とを前記燃焼触媒において反応させ、火炎を伴わない低ＮＯx燃焼を行う技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４９８０１号公報
【０００６】
また、前記特許文献１に記載の追焚き手段においては、前記燃焼触媒の下流側に気相反応空間を設けてある。そして、前記燃焼触媒で燃料の一部を触媒燃焼させることによって排ガスを昇温し、昇温後の排ガスの熱を利用して、前記気相反応空間内で残りの燃料を燃焼させることにより、排ガスをさらに昇温している。
【０００７】
しかし、前記特許文献１に記載の追焚き手段においては、前記燃焼触媒が耐熱温度を超えないように燃料供給量を制御する旨記載されているのみで、具体的な制御内容，すなわち何に基いて燃料供給量を制御するかについては記載されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、燃焼触媒を用いた追焚き機能を備えた排ガスボイラにおいて、排ガスボイラへの排ガスの流量などの排ガス条件の変化に拘らず、前記燃焼触媒の焼損や触媒活性の劣化，未燃物の排出を防止し、所定の熱回収量を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、排ガス発生源の排ガス流路に上流側から下流側へ燃料供給手段，燃焼触媒および熱回収部を順次設け、前記燃焼触媒と前記熱回収部との間に、前記燃焼触媒からの未燃分を燃焼させる気相反応空間を形成した排ガスボイラの運転方法であって、前記排ガス発生源からの排ガス条件に基いて、前記燃料供給手段の燃料供給量を調整することを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記排ガス条件を前記排ガス発生源の運転条件に基いて求めることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、排ガス発生源からの排ガス条件（流量，温度，酸素濃度など）の変化に拘らず、燃焼触媒への燃料供給量を適切に調整して、前記燃焼触媒の焼損，触媒活性の劣化や未燃物の排出を防止し、所定の熱回収量を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、排ガスボイラにおいて実施することができる。
【００１３】
まず、第一の実施の形態は、排ガス発生源の排ガス流路に上流側から下流側へ燃料供給手段，燃焼触媒および熱回収部を順次設け、前記燃焼触媒と前記熱回収部との間に、前記燃焼触媒からの未燃分を燃焼させる気相反応空間を形成した排ガスボイラの運転方法であって、前記排ガス発生源からの排ガス条件に基いて、前記燃料供給手段の燃料供給量を調整することを特徴としている。
【００１４】
この第一の実施の形態において、前記排ガス発生源は、ガスタービン，ガスエンジン，ディーゼルエンジンなどの原動機である。この原動機は、発電装置における発電機の駆動源として多用されている原動機である。したがって、この発明は、前記発電装置と組み合わせてコジェネレーションシステムとして構成される排ガスボイラにおいて好適に実施することができる。
【００１５】
この第一の実施の形態において、前記燃料供給手段，前記燃焼触媒および前記気相反応空間は、前記排ガスボイラにおける追焚き手段を構成しており、各構成要素はそれぞれつぎのようになっている。まず、前記燃料供給手段は、液体燃料やガス燃料を前記燃焼触媒へ供給する手段である。前記燃料供給手段は、前記燃焼触媒において高い効率で燃焼を行うためには、ガス燃料が好ましい。また、前記燃焼触媒での触媒燃焼を効果的に行うためには、燃料と排ガスとが均一に混合された状態で前記燃焼触媒に供給する必要がある。そのため、前記燃料供給手段と前記燃焼触媒との間には、均一な混合を行うために所定の距離が必要であるが、実施に応じて、混合促進手段を設けることができる。この混合促進手段としては、多数の孔を設けた板状部材（たとえば、パンチングメタルなど）を用いる。
【００１６】
つぎに、前記燃焼触媒は、前記燃料供給手段からの燃料の一部を触媒燃焼させ、この触媒燃焼によって排ガスを昇温させるように構成されている。そして、前記気相反応空間は、前記燃焼触媒で昇温された排ガスの熱を利用して、残りの燃料に燃焼反応を生じさせることにより、燃料を完全燃焼させ、排ガスをさらに昇温するための空間である。
【００１７】
この第一の実施の形態においては、前記排ガス発生源からの排ガス条件（流量，温度，酸素濃度など）に基いて、前記燃料供給手段の燃料供給量を調整する。前記排ガス条件は、流量検出手段，温度検出手段，酸素濃度検出手段など、適宜の検出手段を用いて直接検出する。そして、これらの検出手段からの検出結果に基いて、前記燃料供給量を調整する。
【００１８】
前記排ガス条件の検出結果に基く前記燃料供給量の調整は、前記燃焼触媒が所定温度範囲となるように行う。前記所定温度範囲の上限は、前記燃焼触媒の焼損や触媒活性の劣化を防止し得る温度（すなわち、耐熱温度）であり、その下限は、前記燃焼触媒からの排ガスの温度が気相反応空間において燃焼反応を開始し得る温度である。
【００１９】
この第一の実施の形態によると、前記排ガス条件に基いて前記燃料供給量を調整することにより、前記排ガス条件の変化に拘わらず、前記燃焼触媒の焼損や触媒活性の劣化を防止し、前記気相反応空間内において燃焼反応を確実に生じさせることにより、煤やＣＯなどの未燃分の排出を防止することができる。しかも、前記熱回収部への排ガス温度を確実に上昇させることができ、前記排ガス条件に拘わらず、所定の熱回収量を得ることができる。
【００２０】
ここにおいて、第一の実施の形態では、前記排ガス条件に基いて前記燃料供給量を調整しているが、前記排ガス条件および前記排ガスボイラへの要求負荷に応じて、所定の熱回収量を得ることができるように前記燃料供給量を調整することができる。すなわち、前記排ガス条件および前記要求負荷に基いて前記燃料供給量を調整することができる。
【００２１】
前記要求負荷は、前記排ガスボイラが蒸気ボイラの場合、蒸気使用機器が要求する蒸発量であり、この要求蒸発量は、前記排ガスボイラにおける蒸気圧に基いて検出することができる。また、前記排ガスボイラが温水ボイラの場合、前記要求負荷は、温水使用機器が要求する出湯量であり、この要求出湯量は、前記排ガスボイラにおける温水の温度，出湯流量などに基いて検出することができる。そして、前記排ガス条件および前記要求負荷に基く前記燃料供給量の調整は、前記燃焼触媒を前記所定温度範囲内に維持することができる前記燃料供給量の範囲内において行う。
【００２２】
この発明は、前記第一の実施の形態に限定されるものではなく、つぎの第二の実施の形態を含む。この第二の実施の形態は、前記排ガス条件を直接検出する代わりに、前記排ガス発生源の運転条件に基いて、間接的に前記排ガス条件を求めるようにした形態である。すなわち、この第二の実施の形態は、前記排ガス発生源の運転条件に基いて、前記燃料供給手段の燃料供給量を調整することを特徴としている。
【００２３】
この第二の実施の形態において、前記運転条件に基く前記燃料供給量の調整は、以下のように行う。まず、前記運転条件と前記排ガス発生源からの排ガス条件との関係を予め実験や計算により求めておく。つぎに、前記排ガス条件に応じて、前記燃焼触媒が前記所定温度範囲となる燃料供給量との関係を予め実験や計算により求めておく。そして、これらの関係に基き、前記運転条件に基いて、前記燃料供給量を調整する。
【００２４】
前記運転条件は、前記排ガス発生源が前記発電装置の原動機の場合、前記原動機の運転条件（前記原動機への燃料供給量）である。この場合、前記原動機の運転条件と前記発電機の発電量とが関連するため、前記発電装置における発電量に基いて前記運転条件を求めることができ、前記原動機の運転条件から前記排ガス条件（流量，温度，酸素濃度など）を求めることができる。
【００２５】
この第二の実施の形態によると、前記第一の実施の形態と同様、前記排ガス条件に拘わらず、所定の熱回収量を得ることができ、また煤，ＣＯなどの未燃分の低減化を達成することができる。
【００２６】
また、第二の実施の形態において、前記運転条件に基いて前記燃料供給量を調整しているが、前記第一の実施の形態と同様、前記運転条件および前記排ガスボイラへの要求負荷に応じて、所定の熱回収量を得ることができるように前記燃料供給量を調整することができる。すなわち、前記運転条件および前記要求負荷に基いて前記燃料供給量を調整することができる。
【実施例１】
【００２７】
以下、この発明の具体的実施例を図面に基いて詳細に説明する。図１は、この発明の運
転方法を実施する排ガスボイラの一構成例であり、また図２は、図１に示す発電装置の発電量と排ガスボイラの蒸発量との関係を示す説明図である。この構成例において、排ガスボイラは、発電装置とともにコジェネレーションシステムとして構成されている。また、この構成例において、前記排ガスボイラは、蒸気ボイラとしてある。
【００２８】
まず、図１を参照しながら、前記コジェネレーションシステムの構成について説明する。前記コジェネレーションシステムは、発電装置１と排ガスボイラ２とから構成されている。前記発電装置１は、原動機（排ガス発生源）としてのガスタービン３と、このガスタービン３によって駆動される発電機４とを備えている。前記排ガスボイラ２は、前記ガスタービン３の排ガス流路５に設けられている。
【００２９】
前記排ガスボイラ２は、燃料供給手段６，燃焼触媒７および熱回収部８を備えている。これらの各構成要素６〜８は、前記排ガス流路５内に上流側から下流側へ，すなわち前記ガスタービン３からの排ガス（以下、「一次排ガス」と云う）の流れ方向に順次配置されている。そして、前記燃焼触媒７と前記熱回収部８との間には、気相反応空間９が形成されている。ここにおいて、前記燃料供給手段６，前記燃焼触媒７および前記気相反応空間９は、前記排ガスボイラ２における追焚き手段（符号省略）を形成している。以下、これらの各構成要素６〜９の詳細について、前記ガスタービン３側から順に説明する。
【００３０】
まず、前記燃料供給手段６は、燃料調整弁１０を備えた燃料供給ライン１１と、燃料ノズル１２とを備えている。前記燃料ノズル１２は、複数の噴出孔（符号省略）を備えており、前記一次排ガスとガス燃料とを均一に混合した混合気体を前記燃焼触媒７へ供給するように構成されている。この構成例においては、前記燃料ノズル１２の下流側には、ガス燃料と前記一次排ガスとの混合を促進するための混合促進手段１３が設けられている。この混合促進手段１３は、多数の孔を有する板状部材（いわゆるパンチングメタル）としてある。
【００３１】
つぎに、前記燃焼触媒７は、前記燃料供給手段６からのガス燃料の一部を触媒燃焼させるように構成されている。そして、前記燃焼触媒７は、ガス燃料の一部を火炎を伴うことなく燃焼させることにより、前記混合気体を昇温し、二次排ガスとして前記気相反応空間９へ供給する。前記燃焼触媒７での触媒燃焼は、火炎を伴わず、通常の燃焼装置に比べて低温での燃焼反応のため、ＮＯxの発生量も少ない。
【００３２】
つぎに、前記気相反応空間９は、前記燃焼触媒７によって昇温した二次排ガスの熱を利用して燃焼反応を生じさせることにより、前記二次排ガス中の残りのガス燃料を燃焼させるための空間である。前記気相反応空間９内では、前記一次排ガスに含まれていた煤，ＣＯなどの未燃分も完全燃焼させる。そして、前記二次排ガスは、前記気相反応空間９内で完全燃焼し、さらに温度が上昇した三次排ガスとして前記熱回収部８に供給される。
【００３３】
そして、前記熱回収部８は、伝熱管（図示省略）を適宜の配列で配置した構成である。前記熱回収部８は、前記気相反応空間９からの前記三次排ガスを導入して熱回収を行い、回収した熱を蒸気として蒸気供給ライン（図示省略）を介して蒸気使用機器（図示省略）へ供給する。
【００３４】
つぎに、この発明を実施するための制御構成について説明する。まず、前記排ガスボイラ２には、前記排ガスボイラ２への要求負荷を前記排ガスボイラ２の蒸気圧に基いて検出するための圧力検出器１４が設けられており、この圧力検出器１４は、回線１５を介して前記制御器１６に接続されている。また、前記制御器１６には、前記ガスタービン３の運転条件を前記発電機４の発電量として検出するため、前記発電機４が前記回線１５を介して接続されている。さらに、前記制御器１６には、前記要求負荷および前記運転条件に基
いて前記燃料供給手段６の燃料供給量を調整するため、前記燃料調整弁１０が前記回線１５を介して接続されている。
【００３５】
そして、前記制御器１６は、前記発電機４からの発電量の検出信号と、前記圧力検出器１４からの要求負荷の検出信号とに基いて前記燃料調整弁１０を制御し、前記一次排ガスへの燃料供給量を調整するように構成されている。そのため、前記制御器１６には、前記発電機４の各発電量に対して、予め実験または計算によって求めた以下の値を記憶させてある。
【００３６】
まず、前記発電機４の各発電量のときの前記ガスタービン３からの前記排ガス条件（流量，温度，酸素濃度）である。すなわち、前記排ガス条件は前記ガスタービン３の運転条件（燃料供給量）に応じて変化し、前記運転条件は、前記発電機４の発電量に応じて変化する。そのため、前記各発電量のときの前記排ガス条件を予め実験または計算によって求め、前記制御器１６に記憶させておく。この構成例において、前記ガスタービン３からの排ガス流量は、前記発電機４の発電量の増加に応じて増加する場合としている。
【００３７】
つぎに、前記各発電量のときの前記燃焼触媒７が所定温度範囲となる燃料供給量である。すなわち、前記各発電量のときの前記排ガス条件に基き、前記燃焼触媒７が前記所定温度範囲となる燃料供給量を予め実験または計算によって求め、前記制御器１６に記憶させておく。ここで、前記所定温度範囲の上限は、前記燃焼触媒７の耐熱温度であって、この耐熱温度は、前記燃焼触媒７の焼損や触媒活性の劣化を防止し得る温度（約９００℃）である。また、前記所定温度範囲の下限は、前記気相反応空間９において、ガス燃料と前記二次排ガス中の酸素とが前記二次排ガスの熱によって燃焼反応を開始する温度（約６５０℃）である。
【００３８】
つぎに、前記各発電量のときの前記要求負荷に応じた燃料供給量である。この場合の燃料供給量は、前記各発電量のときの前記排ガス条件において、前記要求負荷に応じた熱回収量を得るために必要な燃料供給量である。この場合の燃料供給量も予め実験または計算によって求め、前記制御器１６に記憶させておく。ここにおいて、前記要求負荷がそのときの前記排ガス条件で必要な熱回収量を得ることができる場合、前記燃料供給量はゼロとする。
【００３９】
つぎに、前記構成例における運転方法について、図１および図２を参照しながら前記制御器１６の制御内容とともに説明する。ここにおいて、図２について説明する。まず、図２の線Ａは、前記燃料供給手段６からガス燃料の供給を行うことなく、前記一次排ガスのみから熱回収を行う追焚きなしの排熱回収運転を行ったときの前記各発電量における蒸発量の上限を示す。つぎに、図２の線Ｂは、前記燃料供給手段６からガス燃料の供給を行い、いわゆる追焚きを行いながら熱回収を行う追焚きありの排熱回収運転を行う場合において、前記燃焼触媒７の温度が前記所定温度範囲の下限となるときの前記各発電量における蒸発量を示す。そして、図２の線Ｃは、追焚きありの排熱回収運転を行う場合において、前記燃焼触媒７の温度が前記所定温度範囲の上限となるときの前記各発電量における蒸発量を示す。
【００４０】
まず、前記排ガスボイラ２において、前記燃料供給手段６からガス燃料を供給することなく、前記一次排ガスのみから熱回収を行う排熱回収運転（以下、「第一排熱回収運転」と云う）を行う場合について説明する。この第一排熱回収運転は、前記排ガス条件における前記一次排ガスからの熱回収により、前記要求負荷を満足する蒸発量が得られる場合の運転である。前記第一排熱回収運転を行う場合、前記発電機４の発電量が増加するほど、前記ガスタービン３からのガス流量が増加するので、前記排ガスボイラ２における熱回収量，すなわち蒸発量が増加する。この場合の前記排ガスボイラ２の運転は、図２の線Ａよ
りも下の領域での運転である。この場合、前記一次排ガスが前記燃焼触媒７を通過する際には、前記燃焼触媒７により、前記一次排ガスに含まれていた煤やＣＯなどの未燃分が完全燃焼する。
【００４１】
つぎに、前記燃料供給手段６からのガス燃料の供給を行い、いわゆる追焚きを行いながら熱回収を行う追焚きありの排熱回収運転（以下、「第二排熱回収運転」と云う）を行う場合について説明する。この第二排熱回収運転は、前記第一排熱回収運転，すなわち前記一次排ガスのみからの熱回収運転では、前記要求負荷を満足する蒸発量が得られない場合の運転である。前記第二排熱回収運転を行う場合、前記制御器１６は、前記圧力検出器１４からの要求負荷の検出信号および前記発電機４からの発電量の検出信号に基き、前記燃焼触媒７が前記所定温度範囲となるように燃料供給量を決定する。そして、前記制御器１６は、決定された前記燃料供給量に応じて前記燃料調整弁１０を制御し、前記燃料ノズル１２から前記第一排ガスへガス燃料を供給する。
【００４２】
前記燃料ノズル１２からのガス燃料は、前記第一排ガスと混合した後、前記混合気体として前記燃焼触媒７に流入する。ここで、前記燃焼触媒７は、前記第一排ガスの熱によって触媒燃焼が開始される温度まで予熱されているので、前記混合気体が流入すると触媒燃焼が始り、前記混合気体中のガス燃料の一部が燃焼する。そして、このガス燃料の燃焼により、前記混合気体の温度が上昇し、前記二次排ガスとして前記気相反応空間９内へ流入する。
【００４３】
前記気相反応空間９内では、前記二次排ガスがその熱によって燃焼反応を開始する温度まで上昇しているため、前記燃焼触媒７によることなく、燃焼反応が開始される。そして、この燃焼反応により、前記二次排ガスはさらに温度が上昇した前記三次排ガスとして前記熱回収部８に流入する。このように、前記三次排ガスの温度を前記二次排ガスよりも高めることにより、前記熱回収部８での熱回収効率が向上するので、熱回収量を増加させることができる。この場合の前記第二排熱回収運転は、図２の線Ｂと線Ｃの領域で行われる運転である。
【００４４】
以上のように、前記第二排熱回収運転では、前記燃焼触媒７を前記所定温度範囲内に維持するように、前記発電機４の発電量および前記排ガスボイラ２への要求負荷に基いて、前記燃料供給量を調整しているので、前記燃焼触媒７の焼損や触媒活性の劣化を生じることなく、前記第三排ガスの温度を確実に上昇させることができる。そのため、前記排ガス条件に拘わらず、所定の熱回収量を得ることができる。また、前記二次排ガスの温度を燃焼反応が生じる温度以上に維持することができるので、前記第二排ガス中の煤やＣＯなどの未燃分も確実に燃焼させることができる。そのため、この実施例においては、前記排ガス条件の変化に拘わらず、煤，ＣＯなどの未燃分の低減化を達成することができる。
【００４５】
ここにおいて、前記各発電量における前記要求負荷が図２の線Ａと線Ｂとの間の蒸発量に相当する場合、つぎのいずれかの制御方法を行うことにより、前記第二排熱回収運転を行う。まず、第一の制御方法では、前記要求負荷に応じて、前記各発電量における線Ｂと線Ｃとの間の蒸発量に対応する適宜の燃料供給量を断続的に供給するオンオフ制御を行う制御方法である。たとえば、前記要求負荷に応じて、前記各発電量における線Ｂの蒸発量に対応する燃料供給量を断続的に供給するオンオフ制御を行う。この第二の制御方法の場合には、ガス燃料を断続的に供給することにより、前記要求負荷に対応する蒸発量を得ることができ、しかも前記燃料供給量は、前記気相反応空間９内で燃焼反応が生じる量であるので、未燃分の低減化を達成することができる。
【００４６】
つぎに、第二の制御方法は、前記要求負荷に応じて、前記各発電量における線Ａと線Ｂとの間の蒸発量に対応する燃料供給量を供給する制御方法である。この第一の制御方法の
場合、前記気相反応空間９内での燃焼反応が生じないので、未燃分の排出を防止するためには、前記燃焼触媒７において完全燃焼させることができる燃料供給量に制限するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の運転方法を実施する排ガスボイラの一構成例を示す説明図である。
【図２】図１に示す発電装置の発電量と排ガスボイラの蒸発量との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
２  排ガスボイラ
３  ガスタービン（排ガス発生源）
５  排ガス流路
６  燃料供給手段
７  燃焼触媒
８  熱回収部
９  気相反応空間
【図１】
2005221148.tif 000003
【図２】
2005221148.tif 000004