(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒体内に収容され、排ガスの流れに沿って順に再熱器、高圧過熱器、高圧ドラムを備えた高圧蒸発器、脱硝装置を備えた排熱回収ボイラにおいて、上記高圧ドラムに外部熱源部からの高温水を供給する高温水供給手段と、上記蒸発器に外部熱源部からの蒸気を供給する第１の蒸気供給手段と、上記再熱器に外部熱源部からの蒸気を供給する第２の蒸気供給手段とを備えたことを特徴とする排熱回収ボイラ。
【請求項２】
上記高温水供給手段は、外部熱源部と高圧ドラムとを接続させる高温水供給管であることを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。
【請求項３】
上記第１の蒸気供給手段は、外部熱源部と高圧蒸発器とを接続させる高圧蒸発器ウォーミング管であることを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。
【請求項４】
上記第２の蒸気供給手段は外部熱源部と再熱器とを接続させる再熱器ウォーミング管であることを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。
【請求項５】
ガスタービンの燃料着火前、高圧ドラムに高温水を供給するとともに、高圧蒸発器および再熱器のそれぞれに蒸気を供給して上記高圧ドラム、高圧蒸発器および再熱器のウォーミング運転を行い、次に上記ガスタービンに残留する排ガスを上記再熱器および高圧蒸発器に案内するパージ運転を行い、上記ウォーミング運転およびパージ運転で加熱された上記再熱器および高圧蒸発器から熱を奪った空気で脱硝装置を加熱することを特徴とする排熱回収ボイラの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度を低く抑える排熱回収ボイラおよび排熱回収ボイラの運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高プラント熱効率、使用頻度の高さ、環境に与える悪影響の少なさ等に鑑み、ガスタービンプラントに蒸気タービンプラントを組み合せたコンバインドサイクル発電プラントが実機として火力発電プラントに数多く適用されるようになっている。
【０００３】
このコンバインドサイクル発電プラントは、燃料に硫黄酸化物の発生の少ない天然ガスを使用し、また、燃焼ガスを生成する際に窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を低く抑えるガスタービン燃焼器を使用して環境汚染を少なくさせている。
【０００４】
さらに、また、このコンバインドサイクル発電プラントはガスタービンプラントに排出される排ガスを熱源として蒸気を発生させる排熱回収ボイラを設け、熱の有効活用を図ってプラント熱効率を増加させる一方、ガスタービンプラントからの排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を低く抑える脱硝装置を排熱回収ボイラに収容させ、法律で定められた公害汚染規制値に充分に応えることができるようになっている。
【０００５】
このように、排ガスの熱有効活用を図り、ＮＯｘ濃度を低く抑えるコンバインドサイクル発電プラントに組み込まれた排熱回収ボイラは、図５に示すように、排ガス１の流れ方向に向って延びる長筒状の筒体２に、排ガスの流れに沿って順に再熱器３、高圧過熱器４、高圧ドラム５を備えた高圧蒸発器６、脱硝装置７、高圧第１節炭器８、中圧過熱器９、中圧ドラム１０を備えた中圧蒸発器１１、低圧過熱器１２、中圧節炭器１３、高圧第２節炭器１４、低圧ドラム１５を備えた低圧蒸発器１６、低圧節炭器１７、高圧第３節炭器１８を収容している。
【０００６】
また、排熱回収ボイラは、筒体２の外側にダンパ１８ａを設け、運転停止時、ダンパ１８ａを閉じ、排ガス１を筒体２内に閉じ込め、上述再熱器３、高圧過熱器４、……等の熱交換器に残っている蒸気の温度を高く維持させる、いわゆるホットバンキング運転ができるようになっている。なお、図５で示した排熱回収ボイラは、圧力が１３０ｋｇ／ｃｍ２級の高圧ドラム５、圧力が４０ｋｇ／ｃｍ２級の中圧ドラム１０、圧力が８ｋｇ／ｃｍ２級の低圧ドラム１５を備えた、いわゆる３ドラム形式になっているが、ガスタービンプラントから排出される排ガスの温度如何によっては蒸気ドラムが高低圧力の複圧式の場合もある。
【０００７】
このように従来の排熱回収ボイラは、ガスタービンプラントからの排ガス１を熱源とし、高圧系の熱交換器としての再熱器３、高圧過熱器４、高圧蒸発器６に順次流れる蒸気を高圧・高温化させ、その高圧・高温蒸気を蒸気タービンプラントに供給するとともに、脱硝装置７で排ガス１に含まれるＮＯｘ濃度を低くさせ、さらに高中低圧系の熱交換器としての高圧第１節炭器８、中圧過熱器９、……等に順次流れる蒸気を昇圧・昇温させ、排ガス１の温度を約１００℃にし、ダンパ１８ａ、煙突を介して大気に放出させている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排熱回収ボイラに収容された脱硝装置７は、その脱硝性能が触媒自身の温度に大きく依存している。触媒自身の温度と脱硝効率との関係は、図６に示すように、約２００℃まで脱硝効率が比例的に増加し、２００℃を上廻ると飽和の状態に入るようになっている。
【０００９】
この線図によれば、排ガス温度が２００℃を下廻ると、脱硝効率が低くなるから、排熱回収ボイラは、定格運転時、ＮＯｘ濃度を低く抑することができても、冷態起動、定期点検等の計画停止や強制停止によるプラント長期停止後の再起動時、排ガス１が再熱器３、高圧過熱器４、高圧蒸発器６、……等の熱交換器を通過するとき熱が奪われて排ガス１自身の温度が低くなり、設計値どおりの低いＮＯｘ濃度に維持させることができない問題点があった。
【００１０】
近年、環境に対する配慮から、排熱回収ボイラの定格運転のみならず起動運転時も含めたＮＯｘ排出濃度／排出総量等の環境規制値が設定されるプラントもあり、上述の脱硝装置７の冷態起動時におけるＮＯｘ対策が必要となっている。
【００１１】
このような問題点への具体的な対策として例えば特開昭６１−７６８０３号公報が開示されている。
【００１２】
この技術は、ドラム内の水および蒸発器内の水を循環させる間に、別の加熱源から供給された蒸気を加えてその水を加温・昇圧させ、脱硝装置を流れる排ガスの温度を高めるものである。
【００１３】
しかし、冷態起動時、ドラム等内の水は大気温度近くまで下っており、またその圧力も大気圧に近くなっており、比較的比熱の低い蒸気で比熱（熱容量）の大きいドラム水や蒸発器内の水を昇温させるには長時間を要するため、脱硝装置の昇温および脱硝効率の立上りに長時間を必要とする不具合・不都合がある。
【００１４】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、冷態起動運転でも短時間で脱硝装置を加熱させてＮＯｘ濃度を低く抑えた排熱回収ボイラおよび排熱回収ボイラの運転方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
また、本発明に係る排熱回収ボイラは、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように、筒体内に収容され、排ガスの流れに沿って順に再熱器、高圧過熱器、高圧ドラムを備えた高圧蒸発器、脱硝装置を備えた排熱回収ボイラにおいて、上記高圧ドラムに外部熱源部からの高温水を供給する高温水供給手段と、上記蒸発器に外部熱源部からの蒸気を供給する第１の蒸気供給手段と、上記再熱器に外部熱源部からの蒸気を供給する第２の蒸気供給手段とを備えたものである。
【００１７】
また、本発明に係る排熱回収ボイラは、上記目的を達成するために、請求項２に記載したように、上記高温水供給手段は、外部熱源部と高圧ドラムとを接続させる高温水供給管であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明に係る排熱回収ボイラは、上記目的を達成するために、請求項３に記載したように、上記第１の蒸気供給手段は、外部熱源部と高圧蒸発器とを接続させる高圧蒸発器ウォーミング管であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明に係る排熱回収ボイラは、上記目的を達成するために、請求項４に記載したように、上記第２の蒸気供給手段は外部熱源部と再熱器とを接続させる再熱器ウォーミング管であることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明に係る排熱回収ボイラの運転方法は、上記目的を達成するために、請求項５に記載したように、ガスタービンの燃料着火前、高圧ドラムに高温水を供給するとともに、高圧蒸発器および再熱器のそれぞれに蒸気を供給して上記高圧ドラム、高圧蒸発器および再熱器のウォーミング運転を行い、次に上記ガスタービンに残留する排ガスを上記再熱器および高圧蒸発器に案内するパージ運転を行い、上記ウォーミング運転およびパージ運転で加熱された上記再熱器および高圧蒸発器から熱を奪った空気で脱硝装置を加熱する方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排熱回収ボイラおよび蒸気の運転方法の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る排熱回収ボイラおよび排熱回収ボイラの運転方法の第１実施形態を説明する一部切欠概略系統図である。
【００２５】
本実施形態に係る排熱回収ボイラは、長筒状の筒体１９に、排ガスＥＧの流れに沿って順に再熱器２０、高圧加熱器２１、高圧ドラム２２を備えた高圧蒸発器２３、脱硝装置２４、高圧第１節炭器２５等の熱交換器を収容している。
【００２６】
また、排熱回収ボイラは、例えば隣の排熱回収ボイラの高圧節炭器または中圧節炭器等からの高温水を連絡管２６を介して高圧ドラム２２に供給する高温水供給管２７を備えている。なお、連絡管２６は、ドラム給水弁２８を備えた高圧第１節炭器２５に接続し、高圧第１節炭器２５で発生した高温水を高圧ドラム２２に供給するようになっている。
【００２７】
また、排熱回収ボイラは、例えば隣の排熱回収ボイラの高圧ドラムから供給された蒸気のうち、一部を連絡弁２９を介して高温水供給管２７に供給するとともに、残りをウォーミング弁３０ａを備えた高圧蒸発器ウォーミング管３０を介して高圧蒸発器２３に供給する蒸気管３１を備えている。なお、高圧ドラム２２にはドラム水ブロー系３２が、高圧蒸発器２３には蒸発器ブロー弁３３が、高圧ドラム２２にはベント弁３４が、高圧過熱器２１には高圧過熱器ドレン弁３５がそれぞれ設けられている。
【００２８】
次に上記構成に基づく排熱回収ボイラの運転方法を説明する。
【００２９】
冷態起動時、高圧ドラム２２は、その内圧がほぼ大気圧に近く、またそのドラム水が大気温度に近い状態になっている。このような状態において、排熱回収ボイラは、起動運転を行うとき、まず、ドラム水をドラム水ブロー系３２を介して系外ブローし、蒸発器ブロー弁３３を開弁させて器内水を系外ブローさせた後も、蒸気管３１から供給された蒸気を連絡弁２９、高温水供給管２７、連絡管２６を介して高圧ドラム２２に供給し、高圧ドラム２２および高圧蒸発器２３にウォーミング（暖機）運転を行わせる。その際、高圧過熱器出口弁３６を閉弁させ、高圧過熱器ドレン弁３５を介弁させ、高圧過熱器２１にもウォーミング運転を行わせる。
【００３０】
ウォーミング運転終了後、排熱回収ボイラは蒸発器ブロー弁３３、ベント弁３４、高圧過熱器ドレン弁３５を閉弁させ、ドラム水ブロー系３２を閉じ、蒸気管３１から連絡弁２９、高温水供給管２７、連絡管２６を介して供給する例えば３５０℃、７ａｔａの蒸気で高圧ドラム２２および高圧蒸発器２３の内圧を高める。
【００３１】
高圧ドラム２２および高圧蒸発器２３の内圧が予め定められた圧力になると、排熱回収ボイラは連絡弁２９を閉弁させ、高温水供給管２７からの約２５０℃の高温水を高圧ドラム２２および高圧蒸発器２３に供給させ、器内に収容する高圧過熱器２１および脱硝装置２４の周辺を高温化させる。
【００３２】
高圧過熱器２１および脱硝装置２４の周辺が高温化すると、ガスタービンプラントはガスタービンの昇速回転中、例えば定格回転数の３０％で残留ガスによる爆発防止を考慮してパージ運転を行い、ガスタービン内の残留空気をパージして排熱回収ボイラに供給する。その際、パージ空気は高圧過熱器２１および高圧蒸発器２３から熱を奪って高温化し、脱硝装置２４をさらに高温化させる。なお、パージ空気により熱を奪われた高圧蒸発器２３は、ウォーミング弁３０ａを開弁させ蒸気管３１から高圧蒸発器ウォーミング管３０を介して供給される蒸気を補給すればよい。また、パージ空気により熱を奪われた高圧過熱器２１は、その器内の蒸気がドレン化した場合、高圧過熱器ドレン弁３５を適宜、開弁させてドレンを系外ブローさせればよい。
【００３３】
このように、本実施形態はウォーミング運転中およびパージ運転中に脱硝装置２４を予め高温化させているので、起動運転時の初期の段階からＮＯｘ濃度を低く抑えることができる。
【００３４】
図４は、本実施形態と従来とを対比させたガスタービン起動運転時におけるＮＯｘ濃度線図である。なお、図４中、ｒはガスタービンの回転数分布線、ｅ１は従来の脱硝効率分布線、ｅ２は本実施形態による脱硝効率分布線、ｇは排熱回収ボイラに供給される排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度分布線、ｇ１は従来の脱硝装置２４によりＮＯｘ濃度を抑制するＮＯｘ濃度抑制分布線、ｇ２は本実施形態に係る脱硝装置によりＮＯｘ濃度を抑制するＮＯｘ濃度抑制分布線、Ｔ１はガスタービンの燃料着火時間、Ｔ２はガスタービン排熱回収ボイラに供給されるＮＯｘ濃度のピーク値を示す時間をそれぞれ示している。
【００３５】
従来、排熱回収ボイラは、ガスタービンの燃料着火時点Ｔ１で生成された燃焼ガスを熱源として脱硝装置２４を加熱させていたため、ガスタービンから供給される排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度がピーク値時点Ｔ２になっても脱硝装置２４の脱硝効率ｅ１が低く、ＮＯｘ濃度値ｇ１を低く抑えることができなかった。
【００３６】
これに対し、本実施形態では、脱硝装置２４をウォーミング運転およびパージ運転中に加熱させているので、ガスタービンの燃料着火時点Ｔ１で脱硝装置２４の脱硝効率ｅ２が高くなっており、ＮＯｘ濃度値ｇ２を起動運転当初から低く抑えることができるようになった。
【００３７】
したがって、本実施形態によれば、ガスタービンの起動運転当初からＮＯｘ濃度を低く抑えているので、従来、難しいとされていた起動運転当初からのＮＯｘ濃度を法律規制値以内に充分に収めることができ、環境汚染を確実に防止することができる。
【００３８】
図２は、本発明に係る排熱回収ボイラおよび排熱回収ボイラの運転方法の第２実施形態を説明する一部切欠概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付している。
【００３９】
本実施形態に係る排熱回収ボイラおよび排熱回収ボイラの運転方法は、蒸気管３１から再熱器２０にウォーミング用としての蒸気を供給するウォーミング弁３７ａを備えた再熱器ウォーミング管３７を設けるとともに、再熱器２０をウォーミングさせたドレンを系外ブローさせる再熱器ドレン弁３８を設け、再熱器２０を常に高温状態に維持させたものである。
【００４０】
また、本実施形態に係る排熱回収ボイラおよび排熱回収ボイラの運転方法は、ウォーミング運転中およびパージ運転中、脱硝装置２４を加熱させる空気が再熱器２０で熱を奪うことを考慮したもので、蒸気管３１から分岐し、再熱器２０に接続する再熱器ウォーミング管３７を設け、常時、再熱器２０に蒸気を供給し、再熱器２０を高温状態に維持させたものである。
【００４１】
このように、本実施形態では、常時、再熱器２０を高温状態に維持させているので、器内を流れる空気をより早く高温化させて脱硝装置２４を比較的短時間で加熱させることができ、起動運転時でも高い脱硝効率の下、ＮＯｘ濃度を低く抑えることができる。
【００４２】
図３は、本発明に係る排熱回収ボイラの運転方法の第３実施形態を説明する一部切欠概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付している。
【００４３】
本実施形態に係る排熱回収ボイラの運転方法は、筒体１９の下流側に収容され、排ガスＥＧの流れに沿って順に、低圧ドラム３９を備えた低圧蒸発器４０、低圧節炭器４１、高圧第３節炭器４２を設置した、その高圧第３節炭器４２の外側に設けたダンパ４３をパージ運転中に開口し、トンネル効果を利用し筒内の空気を強制的に流し、脱硝装置２４を加熱させたものである。実測によれば、ガスタービンの回転数が１００ｒｐｍでもダンパ４３が開口していると、筒体１９内の空気はトンネル効果により流れることが認められた。
【００４４】
このように、本実施形態では、パージ運転中、ダンパ４３を開口させ、筒体１９内の空気を強制的に流し脱硝装置２４を加熱させるので、起動運転時でも高い脱硝効率の下、ＮＯｘ濃度を低く抑えることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明のとおり、本発明に係る排熱回収ボイラおよび排熱回収ボイラの運転方法は、ウォーミング運転およパージ運転で加熱させた熱交換器から奪った熱で空気を加熱させ、その加熱した空気で脱硝装置を加熱させるので、起動運転時でも高い脱硝効率の下、ＮＯｘ濃度を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排熱回収ボイラおよび排熱回収ボイラの運転方法の第１実施形態を説明する一部切欠概略系統図。
【図２】本発明に係る排熱回収ボイラおよび排熱回収ボイラの運転方法の第２実施形態を説明する一部切欠概略系統図。
【図３】本発明に係る排熱回収ボイラの運転方法の第３実施形態を説明する一部切欠概略系統図。
【図４】本発明に係る排熱回収ボイラおよび排熱回収ボイラの運転方法と従来とを対比させたガスタービン起動運転時におけるＮＯｘ濃度線図。
【図５】従来の排熱回収ボイラを示す概略系統図。
【図６】脱硝装置の温度に対する脱硝効率を示す脱硝効率分布線図。
【符号の説明】
１  排ガス
２  筒体
３  再熱器
４  高圧過熱器
５  高圧ドラム
６  高圧蒸発器
７  脱硝装置
８  高圧第１節炭器
９  中圧過熱器
１０  中圧ドラム
１１  中圧蒸発器
１２  低圧過熱器
１３  中圧節炭器
１４  高圧第２節炭器
１５  低圧ドラム
１６  低圧蒸発器
１７  低圧節炭器
１８  高圧第３節炭器
１８ａ  ダンパ
１９  筒体
２０  再熱器
２１  高圧過熱器
２２  高圧ドラム
２３  高圧蒸発器
２４  脱硝装置
２５  高圧第１節炭器
２６  連絡管
２７  高温水供給管
２８  ドラム給水弁
２９  連絡弁
３０  高圧蒸発器ウォーミング管
３０ａ  ウォーミング弁
３１  蒸発管
３２  ドラム水ブロー系
３３  蒸発器ブロー弁
３４  ベント弁
３５  高圧過熱器ドレン弁
３６  高圧過熱器出口弁
３７  再熱器ウォーミング管
３７ａ  ウォーミング弁
３８  再熱器ドレン弁
３９  低圧ドラム
４０  低圧蒸発器
４１  低圧節炭器
４２  高圧第３節炭器
４３  ダンパ
【図１】
0004101402.tif 000002
【図２】
0004101402.tif 000003
【図３】
0004101402.tif 000004
【図４】
0004101402.tif 000005
【図５】
0004101402.tif 000006
【図６】
0004101402.tif 000007