(57)【要約】【課題】ボイラ負荷の変動に関わらず脱硝装置の入口ガス温度を一定に保つことができるボイラ装置を提供する。【解決手段】後部煙道部１に、単位長さ当たりの熱吸収量が多い第１の伝熱管で構成された第１の節炭器２４と、単位長さ当たりの熱吸収量が少ない第２の伝熱管で構成された第２の節炭器２３が排ガスの流れ方向と交差する方向に配置され、第１の節炭器２４と第２の節炭器２３の下流側にガス流量を調整するためのダンパ７、２２を個別に設けたことを特徴とする。【選択図】図１
2009079840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
後部煙道部を排ガスの流れ方向に沿って分割し、その分割された煙道部分に１個以上の節炭器が設置され、前記後部煙道部の排ガスの流れ方向下流側に排ガス処理装置を設置したボイラ装置において、
前記節炭器のうち、少なくとも１個の節炭器を構成する伝熱管が単位長さ当たりの熱吸収量が異なる２種類以上の伝熱管部分から構成されて、
その熱吸収量が異なる２種類以上の伝熱管部分が排ガスの流れ方向と交差する方向に配置され、
その伝熱管部分の排ガスの流れ方向下流側にガス流量を調整するためのダンパを個別に設けたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】
後部煙道部を排ガスの流れ方向に沿って分割し、その分割された煙道部分に２個以上の節炭器が設置され、前記後部煙道部の排ガスの流れ方向下流側に排ガス処理装置を設置したボイラ装置において、
前記節炭器のうち少なくとも２個の節炭器が、単位長さ当たりの熱吸収量が多い第１の伝熱管で構成された第１の節炭器と、単位長さ当たりの熱吸収量が前記第１の伝熱管よりも少ない第２の伝熱管で構成された第２の節炭器であって、
前記第１の節炭器と第２の節炭器が排ガスの流れ方向と交差する方向に配置され、
前記第１の節炭器と第２の節炭器の排ガスの流れ方向下流側にガス流量を調整するためのダンパを個別に設けたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項３】
後部煙道部を排ガスの流れ方向に沿って分割し、その分割された煙道部分に１個以上の節炭器が設置され、前記後部煙道部の排ガスの流れ方向下流側に排ガス処理装置を設置したボイラ装置において、
前記節炭器のうち、少なくとも１個の節炭器を構成する伝熱管が、フィンを付けたフィン付き伝熱管部分または管表面に多孔質層を形成した伝熱管部分で構成された第１の伝熱管部分と、フィンを付けない裸管部分または管表面に多孔質層を形成しない伝熱管部分で構成された第２の伝熱管部分とから構成されて、
その第１の伝熱管部分と第２の伝熱管部分が排ガスの流れ方向と交差する方向に配置され、
前記第１の伝熱管部分と第２の伝熱管部分の排ガスの流れ方向下流側にガス流量を調整するためのダンパを個別に設けたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項４】
後部煙道部を排ガスの流れ方向に沿って分割し、その分割された煙道部分に２個以上の節炭器が設置され、前記後部煙道部の排ガスの流れ方向下流側に排ガス処理装置を設置したボイラ装置において、
前記節炭器のうち、少なくとも２個の節炭器が、フィンを付けたフィン付き伝熱管または管表面に多孔質層を形成した伝熱管で構成された第１の節炭器と、フィンを付けない裸管または管表面に多孔質層を形成しない伝熱管で構成された第２の節炭器とから構成されて、
その第１の節炭器と第２の節炭器が排ガスの流れ方向と交差する方向に配置され、
前記第１の節炭器と第２の節炭器の排ガスの流れ方向下流側にガス流量を調整するためのダンパを個別に設けたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項５】
請求項２または４記載のボイラ装置において、前記第１の節炭器と第２の節炭器が共通の入口ヘッダと出口ヘッダで接続されていることを特徴とするボイラ装置。
【請求項６】
請求項２または４記載のボイラ装置において、前記第１の節炭器と第２の節炭器の管群ピッチがほぼ等しいことを特徴とするボイラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボイラ装置に係り、特に後部煙道部のガス流路が排ガス流れ方向に沿って複数に分割され、その分割されたガス流路に節炭器が設置されるボイラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ排ガス中の窒素酸化物を低減するために、節炭器のガス流れ方向下流側に脱硝装置が設置されている。通常、脱硝装置入口のガス温度は、ボイラの定格負荷条件において、脱硝装置に使用されている触媒の活性が最も高くなるように設計される。しかし、ボイラ起動時や低負荷時には脱硝装置入口のガス温度が低いため、触媒の活性が下がり、脱硝性能が低下する。
【０００３】
このため従来、図５に示すような構成のボイラ装置が提案されている（特開昭６１−２５０４０５号公報）。図中の１は後部煙道部、２は再熱器、３は過熱器、４は節炭器、５は隔壁、６は流量調整ダンパＡ、７は流量調整ダンパＢ、８はバイパス煙道、９はバイパスダンパである。
【０００４】
ボイラ起動時や低負荷時に、節炭器４の排ガス流れ方向上流側から高温の排ガスを抜き出し、バイパス煙道８を流通させて、脱硝装置入口のガス温度を上昇させる工夫がされていた。
【０００５】
また、この公報には図６に示すように、バイパス煙道８を設ける代わりに、後部煙道部を複数のガス流路に分割（ガスＡ、ガスＢ、ガスＣに対応）し、それぞれのガスを混合平均化させるガス混合器１０を設けて、脱硝装置入口のガス温度を制御する工夫がなされている。図中の１１は灰ホッパである。
【０００６】
さらに別の技術として特開昭６２−９８１１６号公報に示される例では図７に示すように、ボイラ煙道部１内に分割壁１４を設置し、主ダクト１２と節炭器４が設置されていないバイパスダクト１３を設け、それの上流側に設置された流量調整ダンパ１９により、ボイラ起動時や低負荷時の脱硝装置入口のガス温度低下を抑制する工夫がなされている。図中の１５は排ガス温度検出器、１６は温度調整計、１７は温度設定器、１８はダンパ駆動装置である。
【０００７】
また特開昭６３−１４８０１０号公報に示される例では図８に示すように、２つに区分された後部煙道部１に設置される節炭器２０と節炭器２１の管群ピッチを異ならせることで、ガス温度調整する工夫がなされている。
【０００８】
さらに特開平８−８２４０５号公報に示される例では図９に示すように、後部煙道部１の再熱器２側の流路に設置された節炭器２０を分割壁１４で２分割し、それぞれの節炭器２０に流通させるガス量を、下流の流量調整ダンパ６と流量調整ダンパ２２で制御することで、ガス温度調整する工夫がなされている。
【特許文献１】特開昭６１−２５４０５号公報
【特許文献２】特開昭６２−０９８１１６号公報
【特許文献３】特開昭６３−１４８０１０号公報
【特許文献４】特開平０８−０８２４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来例においては、次のような問題があった。すなわち、図５で示したバイパス煙道８を有する構造では、節炭器４を通過した低温ガスと、節炭器４をバイパスしてバイパス煙道８を流通した高温ガスの混合状態が悪く、脱硝装置入口まで高温ガスと低温ガスが分離した状態となる。このため、脱硝装置入口のガス温度を所定の値に調整するために、多量の高温ガスを、節炭器バイパス煙道８を通じてバイパスさせる必要があり、バイパス煙道８の大型化が必要であった。
【００１０】
図６に示した後部煙道部を複数のガス流路に分割し、それぞれのガスＡ、Ｂ、Ｃを混合平均化させるガス混合器１０を設ける構造では、ガスの流路を細分化する必要があるため、構造が非常に複雑となり、設備コストが増大する。また、ガス流路が狭まる構造となるため、圧力損失が増大し、運転コストが増大する。
【００１１】
図７に示す構成では、定格負荷条件において、バイパスダクト１３にガスが流れないように、すなわち、熱回収量を低下させないように、バイパスダクト１３の上流側に設置された流量調整ダンパ１９を閉止する必要がある。しかし、流量調整ダンパ１９を閉止すると、その上部に灰が堆積し、固着するという問題あり、最悪の場合、流量調整ダンパ１９の開閉操作ができなくなることがある。また、後部煙道部１内に伝熱に寄与しないバイパスダクト１３を設けるため、従来の後部煙道部１よりも大型化する。
【００１２】
図８に示した２つに区分された後部煙道部１に設置される節炭器２０、２１の管群ピッチを異ならせる構造では、温度調整のために、伝熱管を粗に配置した側の節炭器２１の伝熱管本数が、密に配置された側の節炭器２０の伝熱管本数よりも極端に少なくする必要がある。このため、単位容積当たりの熱回収量が大幅に低下し、構造に無駄を生じることになる。このため、後部煙道部１の高さを高くする必要があり、設備コストが増大するという問題があった。
【００１３】
図９に示した後部煙道部１の再熱器２側流路に設置された節炭器２０を２分割し、それぞれの節炭器２０に流通させるガス量を制御する構造では、同等性能の管群で構成される節炭器２０を単に２分割しているのみであるため、温度調整時に節炭器２０の下方に設置された流量調整ダンパ６，２２の一方をほぼ全閉の状態で運用する必要があった。このため、ダンパの上部に灰が堆積し、固着するという問題あり、最悪の場合は流量調整ダンパの開閉操作ができなくなるという欠点があった。
【００１４】
本発明の目的はこのような欠点を解消し、装置の大型化やコスト高を招くことなく、節炭器の下流側に設置された脱硝装置などの排ガス処理装置の入口ガス温度をボイラ負荷の変動にかかわらず一定に保つことができ、排ガス処理装置の性能を常に高い状態で運転できるボイラ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、後部煙道部を排ガスの流れ方向に沿って分割し、その分割された煙道部分に１個以上の節炭器が設置され、前記後部煙道部の排ガスの流れ方向下流側に排ガス処理装置を設置したボイラ装置において、
前記節炭器のうち、少なくとも１個の節炭器を構成する伝熱管が単位長さ当たりの熱吸収量が異なる２種類以上の伝熱管部分から構成されて、
その熱吸収量が異なる２種類以上の伝熱管部分が排ガスの流れ方向と交差する方向に配置され、
その伝熱管部分の排ガスの流れ方向下流側にガス流量を調整するためのダンパを個別に設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第２の手段は、後部煙道部を排ガスの流れ方向に沿って分割し、その分割された煙道部分に２個以上の節炭器が設置され、前記後部煙道部の排ガスの流れ方向下流側に排ガス処理装置を設置したボイラ装置において、
前記節炭器のうち少なくとも２個の節炭器が、単位長さ当たりの熱吸収量が多い第１の伝熱管で構成された第１の節炭器と、単位長さ当たりの熱吸収量が前記第１の伝熱管よりも少ない第２の伝熱管で構成された第２の節炭器であって、
前記第１の節炭器と第２の節炭器が排ガスの流れ方向と交差する方向に配置され、
前記第１の節炭器と第２の節炭器の排ガスの流れ方向下流側にガス流量を調整するためのダンパを個別に設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第３の手段は、後部煙道部を排ガスの流れ方向に沿って分割し、その分割された煙道部分に１個以上の節炭器が設置され、前記後部煙道部の排ガスの流れ方向下流側に排ガス処理装置を設置したボイラ装置において、
前記節炭器のうち、少なくとも１個の節炭器を構成する伝熱管が、フィンを付けたフィン付き伝熱管部分または管表面に多孔質層を形成した伝熱管部分で構成された第１の伝熱管部分と、フィンを付けない裸管部分または管表面に多孔質層を形成しない伝熱管部分で構成された第２の伝熱管部分とから構成されて、
その第１の伝熱管部分と第２の伝熱管部分が排ガスの流れ方向と交差する方向に配置され、
前記第１の伝熱管部分と第２の伝熱管部分の排ガスの流れ方向下流側にガス流量を調整するためのダンパを個別に設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第４の手段は、後部煙道部を排ガスの流れ方向に沿って分割し、その分割された煙道部分に２個以上の節炭器が設置され、前記後部煙道部の排ガスの流れ方向下流側に排ガス処理装置を設置したボイラ装置において、
前記節炭器のうち、少なくとも２個の節炭器が、フィンを付けたフィン付き伝熱管または管表面に多孔質層を形成した伝熱管で構成された第１の節炭器と、フィンを付けない裸管または管表面に多孔質層を形成しない伝熱管で構成された第２の節炭器とから構成されて、
その第１の節炭器と第２の節炭器が排ガスの流れ方向と交差する方向に配置され、
前記第１の節炭器と第２の節炭器の排ガスの流れ方向下流側にガス流量を調整するためのダンパを個別に設けたことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第５の手段は前記第２または第４の手段において、前記第１の節炭器と第２の節炭器が共通の入口ヘッダと出口ヘッダで接続されていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第６の手段は前記第２または第４の手段において、前記第１の節炭器と第２の節炭器の管群ピッチがほぼ等しいことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は前述のような構成になっており、装置の大型化やコスト高を招くことなく、節炭器の下流側に設置された脱硝装置などの排ガス処理装置の入口ガス温度をボイラ負荷の変動にかかわらず一定に保つことができ、排ガス処理装置の性能を常に高い状態で運転できるボイラ装置の提供が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に本発明の実施形態を図面とともに説明する。図１は、実施形態に係るボイラ装置の一部側断面図である。
【００２３】
同図に示されているように、後部煙道部１は隔壁５により排ガスの流れ方向に沿って２分割され、再熱器２は排ガスの流れに対して上流側(缶前側)に、過熱器３はガス流れに対して下流側(缶後側)に設置されている。
【００２４】
過熱器３の排ガス流れ方向下流側の煙道は分割壁１４により排ガスの流れ方向に沿って分割され、それぞれの空間にフィンを設けない裸管を用いて構成した裸管節炭器２３と、管軸に垂直な方向に板状のフィンを設けたフィン付きの管体を用いて構成したフィン付き管節炭器２４が設置されている。この裸管節炭器２３とフィン付き管節炭器２４は排ガスの流れ方向と交差する方向に配置されており、両節炭器２３，２４の管群ピッチはほぼ等しくなっている。
【００２５】
前記裸管節炭器２３ならびにフィン付き管節炭器２４の管内を流れる流体は、入口ヘッダ２５から供給され、裸管節炭器２３とフィン付き管節炭器２４に分かれて流入し、通過後に出口ヘッダ２６で合流する。
【００２６】
各々の管内流体の流量は、入口ヘッダ２５の出口部に設置されたオリフィスなどの流量調整手段（図示せず）により調整されている。
【００２７】
再熱器２、裸管節炭器２３、フィン付き管節炭器２４のガス流れ方向下流側には、流量調整ダンパ（Ａ）６、流量調整ダンパ（Ｃ）２２、流量調整ダンパ（Ｂ）７が設置されて、それぞれ独立してガス流量の調整が可能になっている。
【００２８】
後部煙道１の出口部には排ガス温度検出器１５が設置され、検出した排ガス温度と、ボイラ負荷毎の排ガス温度が設定された温度設定器１７からの温度設定信号とが温度調整器１６に送られ、温度調整器１６からの制御信号に基づいて各ダンパ駆動装置１８により流量調整ダンパ（Ａ）６、流量調整ダンパ（Ｃ）２２、流量調整ダンパ（Ｂ）７を開閉している。
【００２９】
図示していないが排ガス温度検出器１５の排ガス流れ方向下流側には、触媒を担持した脱硝装置などの排ガス処理装置が設置されている。
【００３０】
なお、フィン付き管節炭器２４として、単位長さ当たりの熱吸収量が裸管節炭器２３の１．２倍以上の物を用いた。
【００３１】
また、節炭器占有容積の７０％以上を熱吸収量の大きいフィン付き管節炭器２４が占めており、高負荷時には、フィン付き管節炭器２４側の流量調整ダンパ（Ｂ）７の開度が大、熱吸収量の小さい裸管側節炭器２３側の流量調節ダンパ（Ｃ）２２の開度が小となるように、逆に低負荷時には、フィン付き管節炭器２４側の流量調整ダンパ（Ｂ）７の開度が小、熱吸収量の小さい裸管側節炭器２３側の流量調節ダンパ（Ｃ）２２の開度が大となるように、構成されている。
【００３２】
本発明の節炭器を用いることで図２に示すように、ボイラ負荷に応じて、裸管節炭器下側の流量調整ダンパ（Ｃ）２２とフィン付き管節炭器側の流量調整ダンパ（Ｂ）７の開度を調整し、各々を流れるガス流量を個別に調整することが可能で、そのダンパの開度制御によりボイラ負荷に関わらず脱硝装置の入口ガス温度をほぼ一定に維持することができる。
【００３３】
図５に示した節炭器バイパスダクト８を設けた従来技術における低負荷時のガスバイパス量は、全ガス量の１０〜２０％程度であり、脱硝装置入口のガス温度を２０〜３０℃程度上昇可能である。これに対して本発明では、低負荷時に、裸管側に全ガス量の７０〜８０％程度を流すことで、従来と同等の脱硝装置入口のガス温度を得ることができる。
【００３４】
また、負荷変化運転時の再熱器の蒸気温度制御に関しては図３に示すように、従来技術が、再熱器側と過熱器側の２つのダンパ開度を調整し、再熱器側を通過するガス量を調整していたのに対し、本発明では、過熱器側のダクトに設置される流量調整ダンパの数が１個から２個に増え、再熱器側と合わせ３個のダンパ開度を調整する。このように過熱器側のダンパが２つに分割されたことで、ダンパ駆動装置が小型化され、応答遅れが小さくなるという利点がある。
【００３５】
本発明の他の実施形態を図４に示す。前記実施形態では、過熱器３の排ガス流れ方向下流側の煙道を分割壁１４により２つに分割し、一方の煙道部分に裸管側節炭器２３を、他方の煙道部分にフィン付き管節炭器２４を設置したが、本実施形態では節炭器２３、２４を設置する煙道は分割せずに、節炭器２３、２４の下方空間部から流量調整ダンパ（Ｂ）７と流量調整ダンパ（Ｃ）２２の間にかけてのみ分割壁１４を設置している。
【００３６】
前記実施形態では、裸管側節炭器２３とフィン付き管節炭器２４を別々に構成して所定の位置に設置したが、本実施形態では図に示すように伝熱管群の一方の端部側（図面に向かって左側の端部）にはフィンを付設しないで裸管として、全体として裸管側節炭器２３を構成し、残りの部分にはフィンを付設してフィン付き管として、全体としてフィン付き管側節炭器２４を構成している。
【００３７】
管内を流れる流体は、入口ヘッダ２５から供給され、フィン付き管節炭器２４と裸管節炭器３２を交互に通り、出口ヘッダ２６へ到達するようになっている。
【００３８】
例えばフィン付き管節炭器の形態としては、１本ないし上下２本以上１組の伝熱管の左右の両側から管の外形を切り欠いた矩形の板状フィンを溶接等により溶接した物が挙げられる。これは前記実施形態においても同様である。
【００３９】
フィン付き管節炭器２４の紙面に向かって横幅方向（管軸方向）のガス流動抵抗は非常に大きく、フィン付き管節炭器２４に流入したガスの幅方向の移動が制限される。従って、本実施形態のように節炭器部分のガス流路を分割壁１４で分割しなくても、裸管節炭器２３とフィン付き管節炭器２４を通過する各々のガス流量を、下流の流量調整ダンパ２２,７により任意に調整可能である。
【００４０】
このように、節炭器部分を分割壁で分割しないことで、分割壁１４に伝熱管の貫通部分を施工する必要がなくなり、建設コストを低減できる。
【００４１】
前記実施形態では、伝熱性能の高い伝熱管としてフィン付き伝熱管を使用したが、管表面に多孔質層を形成した伝熱管を使用することもできる。
【００４２】
本発明によれば図２に示すように、節炭器の下流側に設置された脱硝装置などの排ガス処理装置の入口ガス温度をボイラ負荷の変動にかかわらず一定に保つことができ、排ガス処理装置の性能を常に高い状態で運転できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係るボイラ装置の一部側断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るボイラ負荷と裸管節炭器側ならびにフィン付き管節炭器側ダンパ開度との関係、ボイラ負荷と脱硝装置入口ガス温度との関係を示す特性図である。
【図３】従来例と本発明における再熱器の蒸気温度制御を示す特性図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るボイラ装置の一部側断面図である。
【図５】従来提案されたボイラ装置の一部側断面図である。
【図６】従来提案されたボイラ装置の一部側断面図である。
【図７】従来提案されたボイラ装置の一部側断面図である。
【図８】従来提案されたボイラ装置の一部側断面図である。
【図９】従来提案されたボイラ装置の一部側断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：後部煙道部、２：再熱器、３：過熱器、４：隔壁、６：流量調整ダンパ（Ａ）、７：流量調整ダンパ（Ｂ）、１４：分割壁、１５：排ガス温度検出器、１６：温度調整計、１７：温度設定器、１８：ダンパ駆動装置、２２：流量調整ダンパ（Ｃ）、２３：裸管節炭器、２４：フィン付き管節炭器、２５：入口ヘッダ、２６：出口ヘッダ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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