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    公开号:WO1986001579A1
    申请号:PCT/JP1985/000466
    申请日:1985-08-23
    公开日:1986-03-13
    发明作者:Eiji Yanai；Testuzo Kuribayashi
    申请人:Hitachi, Ltd.；Hitachi Engineering Co., Ltd.；
    IPC主号:F23J15-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 说»装置をもつ揉熱回収ボイ ラ
    [0003] 技術分野
    [0004] 本発明は、 ガスタービン装置の排ガスを熱源と して他 の蒸気原動機の駆動蒸気を発生する排熱回収ボイ ラに係 わ り、 特に排ガス中の窒素酸化物 N O X濃度を低减させ 得る排熱回収ボイ ラ装置に関する。
    [0005] 背景技術
    [0006] 従来ガスタ ービン装置と、 その排ガスを熱源と して蒸 気を発生する排熱回収ボイ ラ装置と、 この発生蒸気を駆 動蒸気とする蒸気タ ービン装置.と を備えた複合サイ クル プラ ン トにおいて、 排ガス中の N O X を除去するための 脱硝装置は、 排熱回収ボイ ラ内に配置されている。
    [0007] 一般に、 脱硝装置の脱硝率は、 所定の温度範囲の反応 温度で高く なる。 例えば、 排ガス中に還元済と してアン モニァを注入し、 酸化鉄系の触媒を充塡した反応器中を 通過させる こ と によ り窒素酸化物を無害の窒素分と、 水 蒸気と に還元分解する乾式接触還元分解法の場合、 脱硝 効率は触媒層反応温度、 即ち、 脱硝装置の触媒層を通過 する燃焼ガス温度に大き く 依存し、 反応温度が 3 0 0 °C から 2 0 0 °Cに低下する に従って急激に低下 し、 3 1 0 °C〜 4 7 0 °Cでほぽ最高の脱硝効率と なる。
    [0008] ガスタ ービン装置からの排ガスの温度は、 タ ービンの 定格運転時〜部分負荷運転時に苴つて大き く変化し、 例 えば、 定格運転時の約 5 3 0 aCから 2 5 %部分負荷蓮転 時の約 3 3 0 °Cまで低下する。 そこで、 上述した所定の 温度領域にタービンの負荷条件が変化しても出来るだけ 近づけう るよ う排熱回収ボイ ラ内に配置される高圧蒸発 器を高圧側蒸発器と低圧側蒸発器の 2つに分割し、 その 間に脱硝装置を配置する こ と が提案されている （特開昭 54 - 96604号公報;） 0
    [0009] しかしながら、 このよ う な方法においても、 2 5 %部 分負荷時における脱硝装置入口排ガス温度は、 約 2 6 0 °Cまで低下 し、 脱硝効率の低下を避け得ない。 脱硝装置 出側の N 0 X濃度を規制値以卞に抑えるためには、 定格 - 運転時にその必要性がないにも かかわらず脱硝装置の触 媒を大巾に増加しなければな らない と いう 問題があ る。 更に、 ガスタ ービンの排ガス中の N〇 X濃度は、 負荷条 件によって変わるが、 上述した従来装置ではその変動に 十分に対処できない。
    [0010] 発明の開示
    [0011] 本発明の 目的は、 出来るだけ少ない触媒で N〇 X を低 減し、 さ ら に、 ガスタ ービンの負荷が低負荷から定格負 荷に亘つて変動しても N O X を所定値に収める様負荷に 応じて脱硝効率分布を任意に設定し得る脱硝装置を備え た排熱回収ボイ ラ装置を提供する こ と にある。 本発明は、 ガスタ ービンの排ガスを利用 して蒸気タ ー ビンを駆動する蒸気を発生させる排熱回収ボイ ラ におい て、 排ガス中の N O X成分を除去するための脱硝装置を 少な く とも 2個前記排熱回収ボイ ラ内に配置する こ と に よ リ脱硝装置の脱硝効率のタ ー ビン負荷に対する分布を 変えう る よ う に し、 ガスタ ービンの排ガス中の N O x濃 度分布の変化や負荷変化に伴う排ガス温度の変化に起因 する悪影響を回避でき る よ う に したこ と を特徵とする。 図面の簡単な説明
    [0012] 第 1 図は本発明の一実施例で、 ガスタ ー ビン と排熱回 収ボイ ラ を蒸気タ ー ビン と を組合せ、 排熱回収ボイ ラ中 に乾式接触還元分解法によ る脱硝装置を設置した複合サ ィ クルプラ ン ト の基本構成図、 第 2 図は脱硝装置の脱硝 反応温度に対する脱硝効率特性図、 第 3 図は排熱回収ボ イ ラ装置内部の各位置における排ガス温度特性図、 第 4 図はガスタ ービン負荷に対する触媒配分比率を変えた場 合の脱硝効率特性図； 第 5 図はガス タ ー ビン負荷に対す るガスタ ー ビン出口側 N 0 X濃度と後側脱硝装置出口側 の N O x濃度と その規制値を示す特性図、 第 6 図は第 5 図のガスタ ー ビン出口側 N〇 X濃度分布が異なった場合 の特性図、 第 7 図は、 ガスタ ービン排ガス温度が従来よ り も高く なつた場合の徘熱回収ボイ ラ装置内部の各位置 における徘ガス温度特性図、 第 8 図は、 他の実施例にお けるガスタ ー ビン負荷に対する触媒配分比率を変えた場 合の脱硝効率特性図、 第 9 図はガスタービン負荷に対す るガスタ ービン出口側 N O X濃度及び脱硝装置出口側 N O X濃度と その規制値のー钶を示す図である。
    [0013] 発明を実施するための最良の形態
    [0014] 第 1 図を参照する に、 複合サイ クルプラン トはガスタ 一ビン装置 1 0 と、 該ガスタ ー ビン装置から排出される 排ガスを熱源と して蒸気を発生する排熱回収ボイ ラ装置 2 0 と、 該排熱回収ボイ ラで発生した蒸気を駆動蒸気と する蒸気タ ー ビン装置 4 ひと、 ガスタ ー ビン装置 1 0 か ら排出される排ガスの窒素酸化物 （ N〇 x ) を除去する 脱硝装置 3 0及び 3 2 と を備えている。 そ してガスタ ー ビン装置 1 0 は導入空気 5 を加圧する空気圧縮機 1 1 と、 加圧空気を燃料系統 6 から供給された燃料と共に燃焼す る燃焼器 1 4 と、 燃焼によ り生 じた排ガスによ り駆動さ れる タ 一ビン 1 2 と、 負荷を取る発電機 1 3 を有してい る。 また、 排熱回収ボイ ラ装置から導かれる排ガス流の 上流から下流に沿って過熱器 2 1 、 前側高圧蒸発器 2 2 一 A、 後側高圧蒸発器 2 2— B 、 高圧節炭器 2 3 、 低圧 蒸発器 2 4、 低圧節炭器 2 5及び煙突 2 6 を有し、 低圧 節炭器 2 5 出口 と高圧節炭器 2 3 と の間にはボイ ラ移送 ポンプ 3 1 が設置され、 給水を昇圧送水している。
    [0015] さ ら に、 過熱器 2 1 及び低圧蒸気 ドラム 2 7 を通じ低 圧蒸発器 2 4で生じた各々の蒸気を蒸気配管 2 ， 3 を通 じて蒸気タ ービン装置 4 0 に導びき、 ガスタ ービン発電 機と共通の発電機 1 3 にて負荷を取る。 そ して蒸気タ ー ビン装置 4 0 からは給水が給水配管 1 を通じて低圧節炭 器 2 .5 に導びかれる様になつている。 さ らに、 この排熱 回収ボイ ラ装置 2 0 の前側高圧蒸発器 2 2 — A後側高圧 蒸発器 2 2 - B と の間及び過熱器 2 1 と前側高圧蒸発器
    [0016] 2 2 — A と の間にそれぞれ脱硝装置 3 0 ， 3 2 が設置さ れている。
    [0017] 次に、 以上の構成から成る脱硝装置を備えた複合サイ クルプラ ン トの排熱回収ボイ ラの作用について説明する。 第 1 図において、 ガスタ ービンの入口空気 5 は空気圧縮 機 1 1 で加圧後、' 燃焼器 1 4 にて燃料を燃焼させて高温 の燃焼ガスとな り タ ービン 1 2 を駆動する。 その後、 排 ガスは排熱回収ボイ ラ装置 2 0 に導入される。 ガスタ ー ビンが定格負荷で運転される場合には第 2 図に示される 排熱回収ボイ ラ装置 2 0 内の徘ガス温度特性よ り約 530 °Cで過熱器 2 1 に流入 し、 約 4 7 0 °Cの排ガスと なって 前側脱硝装置 3 2 に流入する こ と になる。 前側脱硝装置
    [0018] 3 2 の上流に、 流下 した燃焼排ガス中へアンモニア注入 装置 7 からアンモニアガスを噴霧して混合させ、 前側脱 硝装置 3 2 内部の触媒層へ流入接触させる こ とで排ガス 中の窒素酸化物の一部がこの触媒の作用によ り無害の窒 素と酸素とに還元分解される。 さ らに排ガスは前側高圧 蒸発器 2 2 — Aを逋じ、 温度が約 3 6 0 °Cとなってもう 一方の後側脱硝装置 3 0へと流入する。 さ らに排ガスは 後側高圧蒸発器 2 2— B、 高圧節炭器 2 3、 低圧蒸発器 2 4、 低圧節炭器 2 5 を流下し煙突 2 6 よ り排出される 脱硝装置の反応温度と脱硝率は、 例えば第 2図に示すよ う な闋係にあ り、 約 3 0 0 °C〜 4 5 0 °Cにおいて脱硝率 が高い。 上述したケースでは脱硝装置 3 2 の脱硝率は、 幾分低下するが、 脱硝装置 3 0の脱硝率は、 高く維持さ れるので全体と しての脱硝率を高く保持できる。
    [0019] 一方、 ガスタ ービンが部分負荷の一例と して 2 5 %負 荷で蓮転される場合には、 第 3図の如く'ガスタ ービン燃 焼排ガス温度は約 3 3 0 °Cと低下する。 この場合、 後側 脱硝装置 3 0入口排ガス温度は従来方法におけるものと 同様約 2 6 0 °Cまで低下し、 それに伴い脱硝効率は低下 するが本発明の前側脱硝装置 3 2入口排ガス温度は約 3 1 0 °Cと高いので脱硝効率は、 高く保持され、 全体と しての脱硝効率を十分高く できる。
    [0020] 本発明の実施例によ り、 タービン負荷に応じて脱硝装 置の脱硝効率分布を任意に変更し う る状況を第 4 図を用 いて説明する。
    [0021] こ こで、 曲線 a は蒸発器の間に 1個の脱硝装置を配置 した従来方式における特性を示す曲線 b ， c , d は第 1 図に示すよ う に 2個の脱硝装置 3 0 ， 3 2 を配置したも のにおいて、 従来方式と同量の触媒量を装置 3 2の触媒 量と装置 3 0 の触媒量の比が、 それぞれ 1 ： 2 (曲線 ) ， 1 : 1 (曲線 c ) ， 2 : 1 (曲線 d ) と なる よ う に 配分した場合の全体の脱硝効率特性を示すものである。
    [0022] 以上の特性を比較する と、 従来方式の特性 （曲線 a ) はガスタ ービンが高負荷時においては高い効率を示すも のの、 部分負荷、 特に 5 0 %負荷以下においては非常に 低く なる特性である。
    [0023] 一方、 本発明の実施例によ る と、 低負荷域での脱硝効 率を改善でき、 この改善効果は、 触媒配分比率が高い程 増加する。 高負荷域での脱硝効率は逆に低下するので脱 硝効率の分布を一様に上昇する曲線から ピーク を有する 曲線まで任意に変えう る。
    [0024] 第 5 図に、 ガスタ ービン負荷に対する従来方式ガスタ 一ビン出口側 N O X濃度を曲線 Aに、 また脱硝装置出口 側 N O x濃度を曲線 A a ， A b , A c ， A d に示す。 こ こで、 脱硝装置出口側 N O x濃度特性曲線は第 5 図の曲 線 Aと第 4図での各々 に脱硝効率特性曲線 a ， b , c , d と を組合せたものである。
    [0025] 同図中の一点鎮線は、 ガスタ ービン負荷 2 5 °/。以上で の脱硝装置出口側の規制値の一例 （ 1 0 ppm ) を示す。
    [0026] こ こで、 従来設備における脱硝装置出口側 N O x特性 (曲線 A a ) では、 ガスタービン負荷約 3 0 %以下にお いて規制値の 1 0 ppm 以下を満足する ことが出来ない。 一方、 上述した本発明の各実施例は採用時における NOx 特性 A b ， A c , A d は、 ガスタ ービン負荷 2 5 %にお いても全て満足できる。 さ らに曲線 A d (触媒量配分比 率 2 ： 1 ) では、 規制値まで全負荷域で非常に余裕が有 リ、 この分の脱硝触媒量を減少させることができる。 また、 ガスタービンの全負荷域で脱硝装置出口側 NOx 濃度特性が、 従来方式に比べ非常に均一化し変動の少な いものとなっている。
    [0027] 第 6図は、 第 5図と同様の特性図であるが、 ガスタ ー ビン出口側 N O X濃度の分布が変わった場合を示す。 こ こで、 曲線 B はガスタ ービン出口側 N 0 X濃度を、 そ し て曲線 B a ， B b ， B c , B d は脱硝装置出口側 N〇 x 濃度特性を示す。 同図から明らかなよう に従来方式 （曲 線 B a ) 及び曲線 B b においても規制値 1 0 ppm を満足 できない。 これに対し、 高温側の脱硝装置 3 2の配分比 率が高い場合 （特性曲線' B c ， B d ) は、 親制値を満足 する こ とが可能である。 曲線 B dでは低負荷から定格負 荷に亘つて余裕があるので脱硝触媒量の低減も可能とな る。 ' と ころで、 ガスタ ービン装置の進歩に伴い、 ガスタ ー ビン燉焼ガス温度す增々上昇する ことが予想される。 す なわち、 第 3 図に示した排熱回収ボイ ラ装置内部の各温 度特性は、 順次高温側へ移行し第 7 図に示すよ う な特性 となる。 この場合、 第 1 図の脱硝装置 3 2 ， 3 0 の分割 設置法では、 ガスタ ービの定格負荷時に排ガス温度が高 過ぎて第 2 図の脱硝効率特性でも明らかな様に、 脱硝装 置 3 2 の効率が極端に低下 し全体の脱硝効率が下がる こ と となる。 これを防ぐためには、 過熱器 2 1 と前側高圧 蒸発器 2 2 — Aの間に脱硝装置を配置する代 り に後側高 圧蒸発器 2 2一 B と高圧節炭器 2 3 との間に脱硝装置 3 3 を配置すればよい （脱硝装置は 3 0 と 3 3 の 2個と なる） 。
    [0028] 第 8 図はガスタ ー ビン負荷に対する脱硝効率特性で、 曲線 e は従来方式の特性曲線、 曲線 f ， g , h は、 第 1 図において 2個の脱硝装置 3 0 と 3 3 を配置 し、 かつ触 媒量の配分比率をそれぞれ 2 ： 1 (曲線 f ) ， 1 ： 1
    [0029] (曲線 g ) ， 1 ： 2 (曲線 h ) と した場合の脱硝効率特 性を示す。 第 9 図には、 ガスタ ービン負荷に対するガス タ ー ビン出口側 N〇 X濃度を曲線 c に、 また脱硝装置出 口側 N O x濃度を第 8 図各特性曲線と第 9 図曲線 c と組 み合わせ、 曲線 C e (従来方式） ， C f ， C g , C h に 示してある。 こ の図から明 ら かなよ う に従来方式では脱 硝装置出口側 N〇 X濃度規制値 （ 1 0 P P m 以下） を満足 する こ と はできないが、 本発明の実施例の場合 （曲線 C f ， C g , C h ) には、 充分満足し得るものとなって いる
    [0030] 以上、 2個の脱硝装置を排後回収ボイ ラ内に配置した 場合について説明したが、 3個以上の脱硝装置を適宜ボ イ ラ内に配置してもよい。 この場合、 脱硝効率分布をよ リ任意に設定でき る。 脱硝装置は、 排ガスの温度を考慮 して決めればよ く 、 ガスタ ービン排気流路に設けても よ い
    [0031] 発明の効果
    [0032] 本発明によれば、 次のよ う な効果がある。
    [0033] 1 . 負荷変動に係 り.な く脱硝装置出口側の N O x濃度を 均一化でき る。
    [0034] 2 . 同量脱硝触媒を有する従来脱硝装置と本発明装置を 比較した場合、 脱硝効率の向上が可能となる。
    [0035] 3 . N O x の規制値を満足し得る脱硝触媒の量は、 本発 明によ リ大巾に低減でき る。
    [0036] 4 . 脱硝効率の負荷に対する分布を変更でき るのでガス タ ービン負荷に対するガスタ ービン出口側 N 0 X濃度 の分布変化に対応でき る。
    权利要求:
    Claims請求の範囲
    1 . ガスタービンの排ガスを利用 して蒸気タ ービンを駆 動する蒸気を発生させる排熱回収ボイ ラにおいて、 前記 排ガス中の N O X成分を除去するための脱硝装置を前記 排熱回収ボイ ラ内に少な く と も 2つ配置したこ と を特徴 とする排熱回収ボイ ラ。
    2 . 特許請求の範囲第 1項において、 前記排熱回収ボイ ラは、 徘ガスの下流側から上流側に向って順に配置され た前記排ガスで給水を予熱する節炭器、 予熱された給水 を蒸発させる後側蒸発器と前側蒸発器及び蒸気化した給 水を加熱して前記蒸気タ ービン用の駆動蒸気を発生させ る過熱器'を備えている こ と を特徵とする排熱回収ボイ ラ
    3 . 特許請求の範囲第 2項において、 前記脱硝装置は、 少な く とも前記 2 つの蒸発器の間及び前記前側蒸発器と 前記過熱器の間に配置されている こ と を特徴とする排熱 回収ボイ ラ。
    4 . 特許請求の範囲第 2項において、 前記脱硝装置は、 少な く と も前記 2 つの蒸発器の間及び前記後側蒸発器と 前記節炭器の間に配置されている こ と を特徵とする排熱 回収ボイ ラ。
    5 . 特許請求の範囲第 3項又は第 4項において、 前記蒸 発器は、 高圧蒸発器であ り 、 更に前記節炭器の後流側に 低圧蒸発器を配置したこ と を特徴とする排熱回収ボイ ラ
    6 . 特許請求の範囲第 5項において、 前記 2つの脱硝装 置の位置及び各触媒量の配分比率は、 タービン負荷に対 する前記ガスタービンの出側 N O X濃度分布に応じて決 められる こ と を特徵とする排熱回収ボイラ。
    7 . 特許請求の範囲第 5項において、 前記 2つの脱硝装 置の位置及び各触媒量の配分比率は、 タ ービン負荷に応 じて決まる前記ガスタービン出側における排ガス温度に 基づいて決められること を特徵とする排熱回収ボイ ラ。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    1986-08-13| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1985904152 Country of ref document: EP |
    1989-05-17| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1985904152 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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    JP59175030A|JPH0429923B2|1984-08-24|1984-08-24||DE19853570276| DE3570276D1|1984-08-24|1985-08-23|Boiler capable of recovering waste heat and having denitration devices|
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