(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンプラントに、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合わせ、この排熱回収ボイラに脱硝装置を収容させたコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置において、起動運転時、上記排熱回収ボイラの脱硝装置に上記ガスタービンプラントから排出された排ガスを供給するガスタービン排気管に、加熱手段を設けるとともに、この加熱手段を起動・停止または開弁・閉弁させる制御手段を備え、
前記ガスタービンプラントから排出される排ガスを加熱させる加熱手段は、押込み通風機と加熱装置とを組み合わせたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置。
【請求項２】
前記加熱手段を起動・停止または開弁・閉弁させる制御手段は、起動・停止指令部からの設定温度信号と、ガスタービン排気温度検出器からの検出温度信号または脱硝温度検出器からの検出温度信号に基づいて起動・停止または開弁・閉弁信号を演算する制御演算部であることを特徴とする請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置。
【請求項３】
ガスタービンプラントに、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合わせ、この排熱回収ボイラに脱硝装置を収容させたコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置において、上記ガスタービンプラントを複数のガスタービンプラントに構成し、起動運転時、一つのガスタービンプラントから排出された排ガスを、第１ガスタービン排気管を介して上記排熱回収ボイラの脱硝装置に供給する際、別のガスタービンプラントから排出される高温排ガスを上記第１ガスタービン排気管に供給する第２ガスタービン排気管を備えたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置。
【請求項４】
前記第２ガスタービン排気管に、抽気弁を備えたことを特徴とする請求項３に記載のコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置。
【請求項５】
前記抽気弁に、制御指令部からの設定温度信号と、起動運転中のガスタービンプラントのガスタービン排気温度検出器からの検出温度信号または脱硝温度検出器からの検出温度信号に基づいて開弁・閉弁信号を演算する制御演算部を備えたことを特徴とする請求項４に記載のコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置に係り、特に、起動運転時、ガスタービンプラントから排出される排ガス中に含まれているＮＯｘ濃度を低く抑えたコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の火力発電プラントは、コンベンショナル発電プラントに較べてプラント熱効率が高い点、起動特性が優れている点が評価され、ガスタービンプラントに、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントが数多く運用されている。
【０００３】
このコンバインドサイクル発電プラントは、公害規制値の観点からガスタービンプラントに良質の燃料、例えばＬＮＧを使用し、ＮＯｘ濃度の発生を低く抑えている。
【０００４】
ＮＯｘの発生要因には、フューエルＮＯｘと称して燃料中に含まれる窒素化合物の分解酸化により生成されるものと、サーマルＮＯｘと称して燃焼中に空気に含まれる窒素が酸化して生成されるものとがある。コンバインドサイクル発電プラントは、良質の燃料を使用しているので、ガスタービンプラントから排出される排ガス中に含まれているＮＯｘ濃度としてサーマルＮＯｘが大部分を占めている。
【０００５】
サーマルＮＯｘを低く抑える手段を備えたコンバインドサイクル発電プラントには、図７に示す構成のものがある。
【０００６】
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１、蒸気タービンプラント２、排熱回収ボイラ３を備え、ガスタービンプラント１から排出される排ガスを熱源として排熱回収ボイラ３で蒸気を発生させ、その蒸気を蒸気タービンプラント２に案内し、蒸気のエネルギを利用して発電機４を回転駆動するものであり、排熱回収ボイラ３に脱硝装置５を設置している。
【０００７】
脱硝装置５は、ガスタービンプラント１から排出された排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を触媒により化学反応させ、ＮＯｘ濃度を低くしてからスタック６を介して大気に放出している。
【０００８】
このように、最近のコンバインドサイクル発電プラントは、脱硝装置５の化学反応力を利用してＮＯｘ濃度を低く抑え公害規制値以内に維持させていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図７で示したコンバインドサイクル発電プラントは、排熱回収ボイラ３に脱硝装置５を設置しているので、ＮＯｘ濃度を低く抑える好結果を発揮しているものの、それでもいくつかの問題がある。
【００１０】
一般に、脱硝装置５は、ガスタービンプラント１から排出される排ガスの温度が２００℃以上にならないと触媒の反応効率がきわめて低くなってきている。このため、コンバインドサイクル発電プラントは、起動運転時、ガスタービンプラント１から排出される排ガスの温度が低くなっており、脱硝装置５によりＮＯｘ濃度を低く抑えることができず、公害規制値を超える問題点があった。
【００１１】
また、この種の手段は、アンモニアによる乾式接触還元法と称して気化され、空気で希釈化したアンモニアを排ガスに投入し、その混合気体を脱硝装置の触媒に反応させ水と窒素とに分解させているが、起動運転時のように排ガスの温度が低いと、触媒との間で未反応のアンモニアが多く出、逆に環境問題の可能性があった。
【００１２】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、起動運転時、温度の低い排ガスを強制的に高め、脱硝装置の触媒反応効率を高めてＮＯｘ濃度を低くさせたコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように、ガスタービンプラントに、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合わせ、この排熱回収ボイラに脱硝装置を収容させたコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置において、起動運転時、上記排熱回収ボイラの脱硝装置に上記ガスタービンプラントから排出された排ガスを供給するガスタービン排気管に、加熱手段を設けるとともに、この加熱手段を起動・停止または開弁・閉弁させる制御手段を備え、前記ガスタービンプラントから排出される排ガスを加熱させる加熱手段は、押込み通風機と加熱装置とを組み合わせたものである。
【００１６】
また、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置は、上記目的を達成するために、請求項２に記載したように、前記加熱手段を起動・停止または開弁・閉弁させる制御手段は、起動・停止指令部からの設定温度信号と、ガスタービン排気温度検出器からの検出温度信号または脱硝温度検出器からの検出温度信号に基づいて起動・停止または開弁・閉弁信号を演算する制御演算部であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置は、上記目的を達成するために、請求項３に記載したように、ガスタービンプラントに、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを組み合わせ、この排熱回収ボイラに脱硝装置を収容させたコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置において、上記ガスタービンプラントを複数のガスタービンプラントに構成し、起動運転時、一つのガスタービンプラントから排出された排ガスを、第１ガスタービン排気管を介して上記排熱回収ボイラの脱硝装置に供給する際、別のガスタービンプラントから排出される高温排ガスを上記第１ガスタービン排気管に供給する第２ガスタービン排気管を備えたものである。
【００１８】
また、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置は、上記目的を達成するために、請求項４に記載したように、前記第２ガスタービン排気管に、抽気弁を備えたものである。
【００１９】
また、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置は、上記目的を達成するために、請求項５に記載したように、前記抽気弁に、制御指令部からの設定温度信号と、起動運転中のガスタービンプラントのガスタービン排気温度検出器からの検出温度信号または脱硝温度検出器からの検出温度信号に基づいて開弁・閉弁信号を演算する制御演算部を備えたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置の実施形態を図面および図中に付した符号を引用して説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置の第１実施形態を示す概略系統図である。
【００２２】
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７、蒸気タービンプラント８、排熱回収ボイラ９を備えた構成になっている。
【００２３】
ガスタービンプラント７は、空気圧縮機１０、ガスタービン燃焼器１１、ガスタービン１２、発電機１３を備え、空気圧縮機１０で吸い込んだ大気を圧縮して高圧空気にしてガスタービン燃焼器１１に案内し、ここで燃料を加えて燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービン１２で膨張仕事をさせ、膨張仕事により得た回転トルクで発電機１３を駆動する。
【００２４】
また、ガスタービンプラント７は、ガスタービン１２で膨張仕事を終えた排ガスをガスタービン排気管１４を介して排熱回収ボイラ９に供給する。
【００２５】
排熱回収ボイラ９は、器内に過熱器、蒸発器等の多くの熱交換器１５および脱硝装置１６を収容し、ガスタービン排気管１４から供給された排ガスを熱源として熱交換器１５で蒸気を発生させるとともに、排ガスを脱硝装置１６の触媒に接触させて水と窒素とに分解させ、ＮＯｘ濃度を低く抑えた後、スタック１７から大気に放出させている。
【００２６】
また蒸気タービンプラント８は、蒸気タービン１８、発電機１９、復水器２０、給水ポンプ２１を備え、排熱回収ボイラ９の熱交換器１５から供給された蒸気を蒸気タービン１８で膨張仕事をさせ、膨張仕事により得た回転トルクで発電機１９を駆動する。さらに蒸気タービン１８は、膨張仕事を終えたタービン排気を復水器２０に供給して凝縮させ、常温水（復水・給水）にして給水ポンプ２１を介して排熱回収ボイラ９に還流させている。
【００２７】
一方、ガスタービン排気管１４には、押込み通風機２２と加熱装置２３とが設けられている。押込み通風機２２と加熱装置２３は、図２に示すように、起動・停止指令部２４からの指令を受けて起動および停止信号を演算する制御演算部２５を備えている。
【００２８】
次に作用を説明する。
【００２９】
押込み通風機２２および加熱装置２３は、ガスタービン１２から排出される排ガスが、排熱回収ボイラ９に収容された脱硝装置１６と触媒反応を行う温度、例えば２００℃以上になるまで駆動される。
【００３０】
まず、起動運転時、制御演算部２５は、起動・停止指令部２４から指令された設定温度信号を、ガスタービン排ガス温度検出器２６からの検出温度信号とを突合わせ、偏差が出ると、偏差に基づいて駆動信号を演算し、その演算信号を押込み通風機２２および加熱装置２３に与えて押込み通風機２２および加熱装置２３を駆動させる。
【００３１】
制御演算部２５から起動指令を受けた押込み通風機２２は、大気を吸い込んで加圧させ、その加圧空気を加熱装置２３、例えばバーナから火炎により加熱させ、適温にし、気化させたアンモニアとともにガスタービン排気管１４を介して排熱回収ボイラ９の脱硝装置１６に供給し、ここで触媒反応させて水と窒素に分解させ、ＮＯｘ濃度を低くさせてスタック１７から大気に放出させる。
【００３２】
ガスタービンプラントが低負荷運転に入ると、排熱回収ボイラ９の各種の熱交換器１５を通り脱硝装置１６に至るガスタービン１２からの排ガスは、触媒反応に適す温度になっている。このとき、制御演算部２５は、脱硝温度検出器２７からの検出温度信号を、起動・停止指令部２４からの指令された設定温度信号に突合わせ、偏差がゼロになると、停止信号を演算して押込み通風機２２および加熱装置２３に与えて押込み通風機２２および加熱装置２３の運転を停止させる。押込み通風機２２および加熱装置２３の運転が停止すると、ガスタービン１２からの排ガスは、触媒反応に適する温度になっているので、脱硝装置１６によりＮＯｘ濃度を低く抑える。
【００３３】
このように、本実施形態では、ガスタービン排気管１４に設けた押込み通風機２２および加熱装置２３を起動・停止させる制御演算部２５を備え、ガスタービンの起動運転時、ガスタービン１２からの排ガスを強制的に加熱させ、触媒反応に適する温度にしているので、ガスタービンプラントの起動運転時であってもＮＯｘ濃度を低く抑えることができ、公害規制値を確実に維持することができる。
【００３４】
図３は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置の第２実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態と同一構成部品と同一部分には同一符号を付す。
【００３５】
本実施形態は、起動運転時、ガスタービン１２から排熱回収ボイラ９に供給される排ガスの温度が低く、脱硝装置１６が触媒反応をしないとき、ガスタービン排気管１４に蒸気弁２８を介装して補助蒸気ボイラ２９を設け、排ガスを強制的に加熱させたものである。
【００３６】
蒸気弁２８は、図４に示すように、その弁体を開閉させる制御演算部２５を備えている。この制御演算部２５は、第１実施形態と同様に、起動・停止指令部２４から指令された設定温度信号と、ガスタービン排ガス温度検出器２６からの検出温度信号とが入力され、両信号を突合わせ、偏差が出ると、その偏差に基づいて開弁信号を演算し、開弁演算信号を蒸気弁２８に与えて蒸気弁２８を開弁させ、脱硝装置１６の触媒反応ができる温度になるまで排ガスを加熱させる。
【００３７】
一方、ガスタービンプラントが低負荷運転に入ると、ガスタービン１２から排出される排ガスは、脱硝装置１６の触媒反応可能な温度になっている。このとき、制御演算部２５は、脱硝温度検出器２７からの検出温度信号を、起動・停止指令部２４から指令された設定温度信号に突合わせ、偏差がゼロになると、閉弁信号を演算し、閉弁演算信号により蒸気弁２８を閉弁させる。
【００３８】
このように、本実施形態では、ガスタービン排気管１４に蒸気弁２８および補助蒸気ボイラ２９を設けるとともに、蒸気弁２８に制御演算部２５を備え、ガスタービンプラント７の起動運転時、ガスタービン１２からの排ガスを強制的に加熱させ、触媒反応に適する温度にしているので、ガスタービン起動運転時であってもＮＯｘ濃度を低く抑えることができる。
【００３９】
図５は、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置の第３実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部品と同一部分には同一符号を付す。
【００４０】
本実施形態に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置は、第１ガスタービンプラント７ａと第２ガスタービンプラント７ｂとを備えた多軸のガスタービンプラントに適用したものである。
【００４１】
第１ガスタービンプラント７ａおよび第２ガスタービンプラント７ｂは、ともに、第１実施形態と同様に、空気圧縮機１０ａ，１０ｂ、ガスタービン燃焼器１１ａ，１１ｂ、ガスタービン１２ａ，１２ｂ、発電機１３ａ，１３ｂを備えている。また、第１ガスタービンプラント７ａのガスタービン１２ａから排熱回収ボイラ９に接続する第１ガスタービン排気管１４ａには、その途中に抽気弁３０を介装して第２ガスタービンプラント７ｂのガスタービン１２ｂから排出される排ガスを案内する第２ガスタービン排気管１４ｂが接続されている。
【００４２】
抽気弁３０は、図６に示すように、その弁体を開閉させる制御演算部２５を備えている。この制御演算部２５は、例えば、第２ガスタービンプラント７ｂが定格負荷運転中で、第１ガスタービンプラント７ａが起動運転を行う場合、第１実施形態と同様に、制御指令部３１から指令された設定温度信号と、ガスタービン排ガス温度検出器２６からの検出温度信号とが入力され、両信号を突合わせ、偏差が出ると、その偏差に基づいて開弁信号を演算し、開弁演算信号を抽気弁３０に与えて抽気弁３０を開弁させ、第２ガスタービンプラント７ｂのガスタービン１２ｂからの排ガスを、第１ガスタービンプラント７ａのガスタービン１２ａからの排ガスに合流させ、排熱回収ボイラ９の脱硝装置１６の触媒反応ができる温度になるまで加熱させる。
【００４３】
第１ガスタービンプラント７ａのガスタービン１２ａから排出される排ガスが、第２ガスタービンプラント７ｂのガスタービン１２ｂから排出される排ガスにより加熱されて脱硝装置１６が触媒反応可能な温度になると、制御演算部２５は、脱硝温度検出器２７からの検出温度信号を、制御指令部３１からの設定信号に突合わせる。このとき、偏差がゼロになると、制御演算部２５は、抽気弁３０を閉弁させる。
【００４４】
このように、本実施形態では、多軸タイプのガスタービンプラントにおいて、一方が定格負荷運転中で他方が起動運転中の場合、起動運転中のガスタービンプラントから排出される排ガスに、定格負荷運転中のガスタービンプラントからの高温排ガスを合流させて加熱したので、脱硝装置１６の触媒反応をより一層早く促進させることができる。
【００４５】
したがって、本実施形態によれば、ガスタービンプラントの起動運転時でも、ＮＯｘ濃度を公害規制値以内に確実に維持させることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明の通り、本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置は、起動運転時、ガスタービンプラントから排出される排ガスが触媒反応可能な温度になるまで、ガスタービン排気管に加熱供給手段を設けて排ガスを加熱させるとともに、加熱供給手段を起動・停止または開弁・閉弁させる制御手段を備えたので、ガスタービンプラントの起動運転時であっても、ＮＯｘ濃度を公害規制値以内に確実に維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置の第１実施形態を示す概略系統図。
【図２】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置の第１実施形態に適用される制御手段を示す概略制御系統図。
【図３】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置の第２実施形態を示す概略系統図。
【図４】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置の第２実施形態に適用される制御手段を示す概略制御系統図。
【図５】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置の第２実施形態を示す概略系統図。
【図６】本発明に係るコンバインドサイクル発電プラントのＮＯｘ濃度抑制装置の第２実施形態に適用される制御手段を示す概略制御系統図。
【図７】従来のコンバインドサイクル発電プラントを示す概略系統図。
【符号の説明】
１  ガスタービンプラント
２  蒸気タービンプラント
３  排熱回収ボイラ
４  発電機
５  脱硝装置
６  スタック
７  ガスタービンプラント
７ａ  第１ガスタービンプラント
７ｂ  第２ガスタービンプラント
８  蒸気タービンプラント
９  排熱回収ボイラ
１０，１０ａ，１０ｂ  空気圧縮機
１１，１１ａ，１１ｂ  ガスタービン燃焼器
１２，１２ａ，１２ｂ  ガスタービン
１３，１３ａ，１３ｂ  発電機
１４  ガスタービン排気管
１４ａ  第１ガスタービン排気管
１４ｂ  第２ガスタービン排気管
１５  熱交換器
１６  脱硝装置
１７  スタック
１８  蒸気タービン
１９  発電機
２０  復水器
２１  給水ポンプ
２２  押込み通風機
２３  加熱装置
２４  起動・停止指令部
２５  制御演算部
２６  ガスタービン排ガス温度検出器
２７  脱硝温度検出器
２８  蒸気弁
２９  補助ボイラ
３０  抽気弁
３１  制御指令部
【図１】
0004131884.tif 000002
【図２】
0004131884.tif 000003
【図３】
0004131884.tif 000004
【図４】
0004131884.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0004131884.tif 000008