JP4260649B2

JP4260649B2 - 排熱回収ボイラの煙突と該排熱回収ボイラの煙突を備えた複合発電設備

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Publication number: JP4260649B2
Application number: JP2004049383A
Authority: JP
Inventors: 利則重中; 貢武蔵; 明智甲斐; 達三榎本; 展雄下野; 正志早尻; 憲龍湊
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2024-02-25
Also published as: JP2005241075A

Description

本発明は、油焚きガスタービンと排熱回収ボイラ及び脱硝装置を使った複合発電設備の硫黄酸化物や錆の飛散防止に係わるものである。

従来の発電設備の機器構成図を図８に示す。
ガスタービン１からの排気ガスは排熱回収ボイラ２に導かれる。排熱回収ボイラ２では、排ガスから熱回収し、蒸気を発生させる。その蒸気は過熱器５で過熱され、主蒸気管８を通って蒸気を工場等で利用されたり、蒸気タービンへ供給し発電に利用されたりするものである。

また、排ガス中には窒素酸化物（以下ＮＯｘと略す）が含まれているため、排熱回収ボイラ２に脱硝装置６を組み込み、排ガス中にアンモニア（ＮＨ₃）を注入し、脱硝装置６でＮＯｘの除去を行う。ガスタービン1の燃料として油類、例えばＡ重油を使用する場合、燃料中の硫黄分によりガスタービン１の排ガス中には硫化化合物（以下ＳＯｘと略す）が含まれている。この場合、ＮＯｘ除去のために注入されるアンモニアとＳＯｘとの化学反応により、ガス温度が２２０℃から１５０℃の領域（図８の節炭器３の領域に相当）で酸性硫安が生成し、伝熱管群に付着する。この酸性硫安は腐食性があり、伝熱管群を錆させる。また、酸性硫安は冷却されると粉末状になるが、排熱回収ボイラ２が停止して冷却されると、酸性硫安が排熱回収ボイラ２内で粉末状になる。このような状態で、ガスタービン１を起動させると、錆や酸性硫安がガスに搬送されて排熱回収ボイラ２の出口の煙突９（高さは約５０〜８０ｍ）から飛散したり、錆や酸性硫安で周囲の機器を汚したり、腐食させたりするおそれがある。

従って、従来は図９に示すように錆や酸性硫安の飛散を防止するために、ガスタービン１の起動前に煙突９に仮設の網１７を設置していた。また、網１７に錆や酸性硫安が付着すると、網１７設置部を境にして煙突９内部のガス差圧が大きくなり、ガスタービン１の運転に支障を来たす。そのため、規定時間運転した後、網１７を重機１６を使って煙突９から取り出し、網１７に付着した錆や酸性硫安をエアーブロー等で除去した後、再度煙突９に重機１６で設置するということを実施しなければならなかった。

また、下記特許文献１に開示されているように、ガスタービン１の停止時に排熱回収ボイラ２内部の雰囲気を加熱して伝熱管に錆びが発生しないようにしたり煙突から錆や酸性硫安外部が外部に排出しないようにした発明もなされている。
特開２００２−９８３０１号公報

上記従来技術のガスタービン１の起動前に煙突９に仮設の網１７を設置する方法では、ガスタービン１が起動した後、正規の運転状態に入るまで数回網１７を清掃するため、排熱回収ボイラ２が通常の正規運転に入るまでに時間を要したり、煙突９の内部への仮設の網１７の設置、撤去等の工事費がかかるといった問題があった。
また、特開２００２−９８３０１号公報記載の発明では排熱回収ボイラ２の内部の全領域を加熱するための加熱管を配置する必要があり、多大な設備コストを必要としていた。

本発明の課題は比較的設備コストを掛けないで、錆、酸性硫安及び煤塵などの固形物を煙突から外部に排出させないようにした排熱回収ボイラ（の煙突）と該ボイラを備えた複合発電設備を提供することである。

本発明の課題は錆、酸性硫安及び煤塵を短時間で簡単に除去できる排熱回収ボイラ（の煙突）と該ボイラを備えた複合発電設備を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は次の解決手段を用いる。
請求項１記載の発明は、一以上のガスタービンと、該ガスタービンの排ガスを導入して蒸気を発生させる熱交換部と脱硝装置を有する排熱回収ボイラとを備えた複合発電設備に用いられる浄化排ガスを排出する排熱回収ボイラの煙突において、ガス流路の下方にガス流路を閉止してガス流を止める機能を有する第一のダンパーを配置し、その上方に錆、酸性硫安及び煤塵を含む固形物を捕集する大きさの通過孔を有する第二のダンパーを設けた排熱回収ボイラの煙突である。

請求項２記載の発明は、前記第一のダンパーと前記第二のダンパーの間のガス流路にガス圧力検出器を設置し、ガス圧力検出器の検出信号により、前記第二のダンパーの開閉と、ガスタービンの運転と運転停止を制御する制御装置を設けた請求項１記載の排熱回収ボイラの煙突である。

請求項３記載の発明は、前記第一のダンパーは、前記第二のダンパーで捕集された固形物を回収することができる漏斗形状とした請求項１記載の排熱回収ボイラの煙突である。

請求項４記載の発明は、前記第二のダンパーには作業員が捕集した固形物をたたき落とすための足場を設けた請求項３記載の排熱回収ボイラの煙突である。

請求項５記載の発明は、前記第二のダンパーの上方には第二のダンパーで捕集した固形物を吹き落とすためのブロア装置を設けた請求項３記載の排熱回収ボイラの煙突である。

請求項６記載の発明は、前記第一のダンパーの漏斗形状の下方には捕集した固形物を煙突外部に排出する刷き出し配管を接続した請求項３記載の排熱回収ボイラの煙突である。

請求項７記載の発明は、ガス流路をガス流れ方向に沿って２以上に仕切る仕切板を設け、各ガス流路に前記第一のダンパーと前記第二のダンパーをそれぞれ設けた請求項１記載の排熱回収ボイラの煙突である。

請求項８記載の発明は、前記第一のダンパーは仕切板上に設けた回動軸を中心に回動自在とし、前記仕切板には前記第一のダンパーの大きさと同じ又はほぼ同じ大きさの開口部を設けた請求項７記載の排熱回収ボイラの煙突である。

請求項９記載の発明は、請求項１記載の排熱回収ボイラの煙突を備えたガスタービンと排熱回収ボイラからなる複合発電設備である。

請求項１記載の発明によれば、排熱回収ボイラの煙突内の錆、酸性硫安及び煤塵などの固形物を捕集する機能を有する第二のダンパーに固形物が十分捕集された後、第一のダンパーによりガス流路を閉止し、第二のダンパーに捕集された固形物を除去する作業をすることで、従来実施されていた錆、酸性硫安及び煤塵などの固形物の仮設捕集材（網ほか）を差圧が大きくなる毎に撤去し、清掃後また設置などに費やしていた時間や費用を大幅に短縮（１/５〜１/１０）することが可能である。

請求項２記載の発明によれば、前記第一のダンパーと前記第二のダンパーの間のガス流路のガス圧力を検出器の検出値が所定値を超えると、ガスタービンの運転を停止させて第一のダンパーによりガス流路を閉止し、第二のダンパーに捕集された固形物を除去する作業をすることができ、作業能率が良い。

請求項３記載の発明によれば、漏斗（すり鉢）形状の第一のダンパーの底部に第二のダンパーで捕集された固形物が回収されるので、固形物を集める作業が省ける。

請求項４記載の発明によれば、第二のダンパーに設けられた足場に乗って作業員が捕集した固形物をたたき落とすることができるので、固形物の回収が能率的に行える。

請求項５記載の発明は、第二のダンパーの上方にあるブロア装置により第二のダンパーで捕集した煤塵を吹き落とすことができるので、作業員が煙突内部に入り込んで直接除去作業せずに済み、固形物の回収作業を容易に行える。

請求項６記載の発明によれば、漏斗形状の第一のダンパーで捕集した煤塵を刷き出し配管から煙突外部に排出することができるので、煙突内に作業員が入込んでの固形物の回収作業を行う必要がなくなる。

請求項７記載の発明によれば、仕切板で仕切られた２以上のガス流路にそれぞれれ第一のダンパーと第二のダンパーを設けているので、少なくとも一方のガス流路側のプラントを停止させることなく、煙突内の清掃ができる。

請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の発明において仕切板で仕切られた一方のガス流路から他方のガス流路に仕切板に設けた開口部を経由して流すことができ、ガス流路が開放された煙突内のガス流路に接続するプラントを停止させることなく、第二のダンパーの清掃ができる。

請求項９記載の発明によれば、環境を害さないで複合発電設備の運転を行うことができる。

本発明の実施例を図面とともに説明する。

図１に、本実施例の排熱回収ボイラ２の概略構成図を示す。
ガスタービン１からの排気ガスが排熱回収ボイラ２内に導入されると、節炭器３，蒸発器４及び過熱器５等から成る熱交換部の伝熱管内部を流れる水から蒸気を発生させる。ドラム７で水は蒸気と分離され、得られた蒸気は過熱器５で過熱され、主蒸気管８を通って蒸気を工場等で利用されたり、蒸気タービン（図示せず）へ供給し、発電など利用される。このとき脱硝装置６で注入されるアンモニア（ＮＨ₃）が排ガス中のＳＯｘの反応して酸性硫安を生成し、伝熱管群に付着すること、及び酸性硫安が伝熱管群を錆させること、さらに排熱回収ボイラ２の運転停止により冷却された粉末状の酸性硫安と錆がガスタービン１の再起動によりに排熱回収ボイラ２出口の煙突９から飛散するおそれがあることはすでに述べた通りである。

本実施例では粉末状の酸性硫安と錆がガスタービン１の再起動によりに排熱回収ボイラ２出口の煙突９から飛散することを防止するために煙突９内に網状のダンパー１１（第２のダンパー）と板状のダンパー１０（第１のダンパー）を設置したものである。第一ダンパーの斜視図を（図１（ｂ））に示し、第二ダンパーの斜視図を（図１（ｃ））に示す。

排熱回収ボイラ２停止後のガスタービン１の起動時に飛散する酸性硫安や錆を捕獲するために、網状のダンパー１１により煙突９を閉止状態にするものである。規定時間複合発電プラントを運転した後、ガスタービン１を停止させて網状ダンパー１１に付着した酸性硫安や錆を除去するのであるが、この場合にガス上流側（図１では煙突下部）に設置した板状のダンパー１０を閉止状態にして、図３に示すように、煙突９のマンドア１５から作業員が煙突９内部に入り、当該ダンパー１０を足場代わりに利用して、網状ダンパー１１を清掃するものである。また、板状ダンパー１０によって、網状ダンパー１１を清掃するときに除去された酸性硫安や錆を排熱回収ボイラ２側に落下することも防止できる。

なお、両ダンパー１０、１１の使用方法は次のとおりである。
通常のガスタービン１の運転中は両ダンパー１０，１１は当然のことながら全開状態である。ガスタービン１が停止して、次の起動（約１０〜５０時間）まで、排熱回収ボイラ２を暖機状態（この状態にすることによって、ガスタービン１起動から定格負荷に到達するまでの時間が短縮できる）に保つ場合には、板状のダンパー１０は全閉状態、網状ダンパー１１は全開状態のままとする。ガスタービン１が長期間停止して、排熱回収ボイラ２の定期検査（酸性硫安や錆の除去作業実施）をした後に起動する場合には、板状のダンパー１０は全開状態とするが、網状ダンパー１１は全閉状態にして、飛散する酸性硫安や錆を捕獲するものである。

規定時間、網ダンパー１０を全閉運転した後、ガスタービン１を停止させて、板状ダンパー１０を全閉として、該ダンパー１０を足場として利用し、網ダンパー１１に付着した酸性硫安や錆を除去する。網ダンパー１１の清掃後は網ダンパー１１は全閉のままにして、板状ダンパー１０を全開にしてガスタービン１を起動する。以降、網ダンパー１１への付着がほとんど無くなるまで、繰り返す。なお、煙突径は３〜５ｍ程度なので、両ダンパー１０，１１を２〜３ｍ離して設置することができるので、板ダンパー１０を足場代わりに利用して、清掃することは可能である。

図２には本発明の第２の実施例を示す複合発電プラントの概略図を示す。排熱回収ボイラ２出口の煙突９内に網状１１と板状１０のダンパーを設置して、その間にガス圧力の検出器１２を設置したものである。網状のダンパー１１に酸性硫安や錆が付着し、その付着量が増加すると、網状ダンパー１１のガス差圧が増大し、その結果、ガスタービン１の排気圧力も増加する。従って、当該ガス圧力検出器１２によってガス圧力を監視する。

ガス圧力検出器１２で運転中のガス圧力を検出し、その圧力が予め設定した網状ダンパー１０の許容圧力またはガスタービン１の許容排気圧力を超えそうになると、ガス圧力検出器１２の信号を受けたガスタービン運転制御装置１４にガスタービン１を停止させる指令を出し、同時に網状ダンパー１０の開指令をダンパー開閉制御装置１３に出す。その後、板状のダンパー１０を閉止し、網状のダンパー１１を清掃する。
このような操作によって、網状ダンパー１１の差圧やガスタービン１の排気圧力を規定値以下に抑えることが可能となる。

なお、以上の実施形態における板状のダンパー１０(第一のダンパー)は、閉の状態でガス流れを止めるものであれば、形状は必ずしも板状のものでなくてもよい。
また、網状のダンパー１１（第二のダンパー）は、閉の状態でガス中の煤塵等を捕集し、ガスを流通させることができるものであれば、必ずしも網状のものでなくてもよい。

図４には本発明の第３の実施例の複合発電プラントの煙突部分内部構造図を示す。第二のダンパー１１は、図４に示すように足場部材２０を有するものとしても良い。作業者が第二のダンパー１１にある足場部材２０に乗り、第二のダンパー１１に付着した煤塵等を槌打するか、またはブロア等により下方の第一のダンパー１０に落下させ、捕集する。これにより、作業者が落下する煤塵にまみれずに済む。足場部材２０の配置間隔、形状構成等は特に限定されない。

さらに、人力によらず、煙突９の壁面から第二のダンパー１１の上方に伸びるようにブロア装置２５を設け、空気等を吹き付けて煤塵等を落下させるようにしてもよい。ブロア装置２５は、可動式、固定式、抜き差し式等、その形式・個数等を問わない。
また図示しない槌打手段または加振手段により、第二のダンパー１１に衝撃を与え、または振動を与えることにより、煤塵等を落下させるようにしてもよい。
落下した煤塵等は、一箇所にまとまりやすいような手段、例えば図４に示すように第一のダンパー１０の中央部等が窪んだ漏斗形状とし、集塵しやすいようにしてもよい。

さらに、第一のダンパー１０の窪んだ漏斗部の最下端部に開口部２３を設け、刷き出し手段を通じて煙突９の外へ煤塵等を刷き出すようにしても良い。具体的には図５の図４の矢印Ａ方向からの見た図に示すように、煙突９の壁面の開口部２４から抜き差し式の刷き出し配管２２を通し、その端部等に設けた開口部と、第一のダンパー１０に設けた前記開口部２３とを接続し、刷き出し配管２２から煤塵等を吸引するようにすればよい。

これにより、煙突９の内部に人が入らずに作業でき、煙突９の内部の、ガス又は温度等の諸条件が人が作業するに適さない状態であっても、除塵ができるのでプラントの運用効率が向上する。

図６には本発明の第４の実施例の複合発電プラントの煙突部分内部構造図を示す。本実施例は煙突９の内部を仕切板２６でガス流れ方向に区分し、複数の隣接する排熱回収ボイラからの複数の排ガス流路を形成した例を示す。煙突９の内部の仕切板２６は排熱回収ボイラ２の排ガス流路の数に合わせて２以上にガス流れを区分する。

仕切板２６により区分された煙突内部のガス流路にそれぞれ配置される第一のダンパー１０Ａ，１０Ｂおよび第二のダンパー１１Ａ，１１Ｂはシャフト２１Ａ，２１Ｂを軸として各ガス流路毎に個別に開閉が可能であり、その可動範囲はダンパーの回動軸であるシャフト２１部分の高さの上方、下方いずれにも可能としてよい。

仕切板２６にはバイパス開口２７が設けられている。該バイパス開口２７は、第一のダンパー１０Ａ，１０Ｂと略同一の形状で、第一のダンパー１０Ａ，１０Ｂの回動軸であるシャフト２１部分より下方に開口しており、第一のダンパー１０Ａ，１０Ｂのいずれかがシャフト２１Ａ，２１Ｂを中心に回動して仕切板２６と面一になるような開口形状をしている。

従って、第一のダンパー１０Ａ，１０Ｂと略同一の形状として、第一のダンパー１０Ａ，１０Ｂいずれかを下方に回転させたとき、バイパス開口２７が閉止する。
なお、本実施例では第一のダンパー１０Ａ，１０Ｂのいずれかが、バイパス開口２７を閉止する形態を示したが、独立して閉止部材を設け、その開閉を行うようにしてもよい。

図７（図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は縦断面図）は、図６の形態において図５と同様の刷き出し手段を設けた例で、第一のダンパー１０Ａ，１０Ｂの底板２９Ａ，２９Ｂの形状をシャフト２１Ａ，２１Ｂから円周方向の一端に向けて傾斜させ、最も低くなった位置に開口部２３を設けている。なお、第一のダンパー１０Ａ，１０Ｂの側板３０Ａ，３０Ｂは、煙突壁と干渉しないように内側に傾斜するような形状とすればよい。

以上の構成により、第一のダンパー１０Ａと第二のダンパー１１Ａが設けられたガス流路（以下、ガス流路Ａとする。）において、第二のダンパー１１Ａを閉じた状態でプラント運転中に第二のダンパー１１Ａに付着した煤塵等の量が増加すると、第一のダンパー１０Ａを閉止し、第一のダンパー１０Ｂは、シャフト２１Ｂを中心に上方に回動してガス流路Ａを流れる排ガスを第一のダンパー１０Ｂと第二のダンパー１１Ｂが設けられたガス流路（以下、ガス流路Ｂとする。）に誘導して流すようにすることができる。
これにより、ガス流路Ａ側の発電プラントを停止することなく、ガス流路Ａ側の第二のダンパー１１Ａに付着した煤塵等を除塵できる。

同様にして、第二のダンパー１１Ｂの煤塵等の付着量が増加してきたとき、第一のダンパー１０Ｂを閉止し、第一のダンパー１０Ａは、シャフト２１Ａを中心に上方に回動して、ガス流路Ｂを流れる排ガスを流路Ａに流すようにすることができる。
したがって、ガス流路Ａ側、ガス流路Ｂ側のいずれのプラントも停止させずに除塵ができるので、発電プラントの運用効率が著しく向上する。

以上の実施形態において第一のダンパー１０Ａ，１０Ｂおよび第二のダンパー１１Ａ，１１Ｂはシャフト２１Ａ，２１Ｂを軸に回転してガス流路Ａ，Ｂの開閉を行う例を示している。これらは構成部品が少なく簡易なものであるが、ガス流路Ａ，Ｂの開閉機能が実現されるものであれば構成・形式を問わない。

本発明は、油焚きガスタービンと排熱回収ボイラ及び脱硝装置を使った複合発電設備の硫黄酸化物や錆の飛散防止対策をした排熱回収ボイラ（の煙突）に利用できる。

本発明の一実施例の排熱回収ボイラの概略構成図（図１（ａ））と第一ダンパーの斜視図（図１（ｂ））と第二ダンパーの斜視図（図１（ｃ））である。本発明の一実施例の複合発電プラント設備の概略構成図である。本発明の一実施例の排熱回収ボイラの煙突のダンパーの清掃時の様子を示す図である。本発明の一実施例の排熱回収ボイラの煙突のダンパー部分を示す斜視図である。図４の煙突の第一ダンパー部分を示す平面図である。本発明の一実施例の排熱回収ボイラの煙突のダンパー部分を示す斜視図である。図６の煙突の第一ダンパー部分を示す斜視図（図７（ａ））と縦断面図（図７（ｂ））である。従来の複合発電プラント設備の配置構成図である。従来の排熱回収ボイラの煙突内の仮設網の設置要領の概念図である。

符号の説明

１ガスタービン２排熱回収ボイラ
３節炭器４蒸発器
５過熱器６脱硝装置
７ドラム８主蒸気管
９煙突１０第一のダンパー
１１第二のダンパー１２ガス圧力検出器
１３ダンパー開閉制御装置
１４ガスタービン運転制御装置
１５マンドア１６重機
１７仮設網２０足場部材
２１シャフト２２刷き出し配管
２３開口部２４煙突壁面の開口部
２５ブロア装置２６仕切板
２７バイパス開口２９底板
３０側板Ａ，Ｂガス流路

Claims

一以上のガスタービンと、該ガスタービンの排ガスを導入して蒸気を発生させる熱交換部と脱硝装置を有する排熱回収ボイラとを備えた複合発電設備に用いられる浄化排ガスを排出する排熱回収ボイラの煙突において、
ガス流路の下方にガス流路を閉止してガス流を止める機能を有する第一のダンパーを配置し、その上方に錆、酸性硫安及び煤塵を含む固形物を捕集する大きさの通過孔を有する第二のダンパーを設けたことを特徴とする排熱回収ボイラの煙突。
前記第一のダンパーと前記第二のダンパーの間のガス流路にガス圧力検出器を設置し、ガス圧力検出器の検出信号により、前記第二のダンパーの開閉と、ガスタービンの運転と運転停止を制御する制御装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラの煙突。
前記第一のダンパーは、前記第二のダンパーで捕集された固形物を回収することができる漏斗形状としたことを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラの煙突。
前記第二のダンパーには作業員が捕集した固形物をたたき落とすための足場を設けたことを特徴とする請求項３記載の排熱回収ボイラの煙突。
前記第二のダンパーの上方には第二のダンパーで捕集した固形物を吹き落とすためのブロア装置を設けたことを特徴とする請求項３記載の排熱回収ボイラの煙突。
前記第一のダンパーの漏斗形状の下方には捕集した固形物を煙突外部に排出する刷き出し配管を接続したことを特徴とする請求項３記載の排熱回収ボイラの煙突。
ガス流路をガス流れ方向に沿って２以上に仕切る仕切板を設け、各ガス流路に前記第一のダンパーと前記第二のダンパーをそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラの煙突。
前記第一のダンパーは仕切板上に設けた回動軸を中心に回動自在とし、前記仕切板には前記第一のダンパーの大きさと同じ又はほぼ同じ大きさの開口部を設けたことを特徴とする請求項７記載の排熱回収ボイラの煙突。
請求項１記載の排熱回収ボイラの煙突を備えたことを特徴とするガスタービンと排熱回収ボイラからなる複合発電設備。