排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置と方法
【課題】電力用役を節約し、特別な追加機器設備を必要とすることなく、脱硝装置の起動時間を短縮することで、プラント起動後の時間遅れなくプラント排ガス脱硝操作を可能とする排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置と方法を提供すること。
【解決手段】過熱器３などの伝熱管群と脱硝装置６と該脱硝装置６上流域に設けられたアンモニア注入ノズル５を有する排熱回収ボイラ１の起動時にはボイラ１の入口部から抜き出した比較的高温の排ガス２をエバポレータ１５に導いて昇温させ、ボイラ１の入口部の排ガス温度又はエバポレータ１５出口のガス温度が所定温度になると、エバポレータ１５に導入するガスを脱硝装置６の入口部のガスに切り替え、前記所定温度以上でアンモニア水をエバポレータ１５に導入し、ガス量を徐々に増やしながらガスで蒸発させて得られるアンモニアをボイラ１の脱硝装置６の入口部に供給する。
【解決手段】過熱器３などの伝熱管群と脱硝装置６と該脱硝装置６上流域に設けられたアンモニア注入ノズル５を有する排熱回収ボイラ１の起動時にはボイラ１の入口部から抜き出した比較的高温の排ガス２をエバポレータ１５に導いて昇温させ、ボイラ１の入口部の排ガス温度又はエバポレータ１５出口のガス温度が所定温度になると、エバポレータ１５に導入するガスを脱硝装置６の入口部のガスに切り替え、前記所定温度以上でアンモニア水をエバポレータ１５に導入し、ガス量を徐々に増やしながらガスで蒸発させて得られるアンモニアをボイラ１の脱硝装置６の入口部に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置に係り、特に排ガス中の窒素酸化物を低減するのに好適な排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２はガスタービン排ガスの排熱を利用する排熱回収ボイラ１を含むコンバインサイクルプラント（以下、ボイラプラントと言うことがある）において、アンモニア水を利用した脱硝装置６用のアンモニア注入装置２１の熱源として燃焼排ガス２を利用した従来技術の一例を示す系統図である。
【０００３】
排熱回収ボイラ１に導入された排ガス２は、過熱器３又は該過熱器３の後流側に配置される図示しない蒸発器を経てアンモニア注入ノズル５からのアンモニアとともに脱硝装置６へ供給され、脱硝処理されたガス２’は煙突４から排出される。
【０００４】
ここで、アンモニア水は次のようなアンモニア注入装置２１でアンモニア注入ノズル５から排熱回収ボイラ１内の脱硝装置６の前流側に噴霧される。すなわち、アンモニア注入装置２１は排熱回収ボイラ１に隣接して配置され、排熱回収ボイラ１内を流れる排ガス２の一部を抜き出すガス循環配管１９と該ガス循環配管１９の先に設けたエバポレータ１５と該エバポレータ１５の出口からアンモニア注入ノズル５に接続するエバポレータ出口配管からなる流体の循環系統である。前記ガス循環配管１９には切替ダンパ１２とガス循環ファン１３と流量計１４が設けられ、またエバポレータ１５にはアンモニア水配管１７が接続されており、またエバポレータ１５の内部に二流体ノズル１６が複数個設けられ、このノズル１６にアンモニア水配管１７とアトマイズ空気配管１８とが接続され、二流体ノズル１６の作用でアンモニア水を微粒化し、微粒化されたアンモニア水はエバポレータ１５の出口配管から排熱回収ボイラ１内に供給される。
【０００５】
排熱回収ボイラ１の起動と共にガス循環ファン１３により排熱回収ボイラ１の排ガス２をガス循環配管１９に吸引し、高温の排ガス２を排熱回収ボイラ１とエバポレータ１５間で循環させることでエバポレータ１５を昇温する。アンモニア注入条件を満足する温度までエバポレータ１５が昇温した段階で、アンモニア水がアンモニア水配管１７を経由してエバポレータ１５へ導入される。このとき二流体ノズル１６の作用でアンモニア水を微粒化し、微粒化されたアンモニア水は加熱空気流の中へ噴霧され、ガス循環配管１９内から導入される高温排ガス２の熱エネルギーにより蒸発し、蒸発したアンモニア水はアンモニアガスとＨ2Ｏと空気の混合気体として、排熱回収ボイラ１内に設けられたアンモニア注入ノズル５より排熱回収ボイラ１内を流れる排ガス２に注入され、アンモニアは排熱回収ボイラ１の排ガス２中の窒素酸化物の還元剤として作用する。
【０００６】
アンモニア水加熱用の排ガス２の流量はガス循環配管１９に設けられた切替ダンパ１２でアンモニア水と排ガス２が適切な混合割合になるように調節され、ガス循環ファン１３を経てオリフィス流量計１４で計測される。排熱回収ボイラ１からのアンモニア水加熱用の排ガス２のガス循環配管１９への取り出し点は、排ガス温度と配管材料を考慮して設定される。
【０００７】
上述した従来技術においては、ボイラプラント１および脱硝装置６の運転停止中はアンモニア水加熱用の排ガス２の循環も停止するため、エバポレータ１５の内部温度も低下していた。次にボイラプラント１を再起動したときには、エバポレータ１５の出口ガス温度が規定値以上となるまでアンモニア水を排熱回収ボイラ１に注入することができないため、プラント起動後、排ガス温度が上昇し、その排ガス２をエバポレータ１５に循環することでエバポレータ１５の昇温を行うが、過熱器３で熱交換して減温された排ガス２を使用していたため、アンモニア水が蒸発可能となるエバポレータ１５の出口温度に上昇するまで、かなりの時間を要していた。従って、ボイラプラント１の起動後、一定時間の間は排ガス脱硝操作を行えず、特にＤＳＳ（Daily Start and Stop）又はＷＳＳ（Weekly Start and Stop）運用のボイラプラントにおいては、連続運用のプラントと異なり、ボイラ１起動の度にエバポレータ１５の昇温操作が必要となり、脱硝操作を行えない時間が長くなるため、高濃度の窒素酸化物排出量が増加し、さらに脱硝装置６が起動可能になるまでプラントを低負荷に維持して運用しなければいけないと言った問題があった。
【０００８】
また、特開平５−４９８５６号公報には、排熱回収ボイラの高温排ガスを抜き出してアンモニア水を蒸発させて、得られたアンモニアを排熱回収ボイラの脱硝装置の入口に注入する排ガス脱硝装置が開示されているが、排熱回収ボイラの起動時にはアンモニア水の蒸発熱源として、ボイラからの高温排ガス系統ではでなく、エアファンから導入される空気を電熱ヒータにて加熱した加熱空気系統に切り替えて行うことが記載されている。
【特許文献１】特開平５−４９８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１記載の従来技術に対して、排熱回収ボイラの起動時には、エアファン及び電気ヒータ系統を選択し、ガスタービン起動前に前記加熱空気系統の起動操作が必要になると共に、そのための待機機器のメンテナンス及び電気使用量が多く必要となる。また、コンバインドサイクルプラントのように頻繁な起動・停止を繰返すプラントにおいては、その都度運転員に負担を与えることになる。
【００１０】
前記アンモニア加熱用の空気系統は早期起動のために有用な手段ではあるが、同じような系統構成の排ガス循環ファンと空気ファン系統を持っているため、複雑な系統構成になっていると共に、エアファンはもとより周辺機器のメンテナンスが増加し、合わせて電気使用量等の増加に繋がるなどシステムとしての信頼性と安定運用に問題がある。
【００１１】
本発明の課題は、電力用役を節約し、特別な追加機器設備を必要とすることなく、脱硝装置の起動時間を短縮することで、プラント起動後の時間遅れなくプラント排ガス脱硝操作を可能とする排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置と方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は次の構成により達成される。
すなわち、請求項１記載の発明は、燃焼装置から排出される燃焼排ガス（２）の熱を回収する伝熱管群と、前記排ガス（２）中に含まれる窒素酸化物を無害な窒素と水に還元する脱硝装置（６）と、該脱硝装置（６）の上流域に設けられたアンモニア噴霧部（５）とを前記排ガス（２）が流れる流路間に配置した排熱回収ボイラ（１）に対して、アンモニア源としてアンモニア水を使用し、そのアンモニア水の蒸発を行わせるための熱源として前記排熱回収ボイラ（１）内の排ガス（２）を用いることからなる排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置（２１）であって、排熱回収ボイラ（１）の入口部と脱硝装置（６）の入口部から排ガス（２）をそれぞれ抜き出す第１配管（１９ａ）と第２配管（１９ｂ）と前記各配管（１９ａ，１９ｂ）にそれぞれ第１切替ダンパ（９ａ）と第２切替ダンパ（９ｂ）を設け、前記２つの配管（１９ａ，１９ｂ）を合流させて接続したガス循環配管（１９ｃ）を排熱回収ボイラ（１）の脱硝装置（６）の入口部に接続し、該ガス循環配管（１９ｃ）の中間部に前記排ガス（２）を熱源としてアンモニア水供給配管（１７）から導入されるアンモニアを蒸発させるエバポレータ（１５）を配置し、排熱回収ボイラ（１）の入口部と脱硝装置（６）の入口部とエバポレータ（１５）の出口にそれぞれガス温度計（７，８，１１）を配置し、前記３つのガス温度計（７，８，１１）で測定される各ガス温度に基づき前記第１切替ダンパ（９ａ）と第２切替ダンパ（９ｂ）の切替によりエバポレータ（１５）に導入するガス（２）を切替制御を行い、また、脱硝装置（６）の入口部とエバポレータ（１５）の出口の各ガス温度計（８，１１）で測定される各ガス温度に基づきアンモニア水供給配管（１７）からエバポレータ（１５）にアンモニア水を導入する制御を行う制御装置（２４）を設けた排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置である。
【００１３】
請求項２記載の発明は、ガス循環配管（１９ｃ）にもガス温度計（２３）を配置し、該排ガス温度計（２３）で測定される排ガス温度に基づき前記第１切替ダンパ（９ａ）と第２切替ダンパ（９ｂ）を切り替えてエバポレータ（１５）に導入する排ガス（２）の温度調節を行う制御装置（２４）を設けた請求項１記載の排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置である。
【００１４】
請求項３記載の発明は、エバポレータ（１５）の出口ガス温度が所定温度（例、２００℃）以下になった時又は排熱回収ボイラ（１）の起動時に起動させるガス循環ファン（１３）をガス循環配管（１９ｃ）に設けた請求項１又は２記載の排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置である。
【００１５】
請求項４記載の発明は、燃焼装置から排出される燃焼排ガス（２）の熱を回収する伝熱管群と、排ガス（２）中に含まれる窒素酸化物を無害な窒素と水に還元する脱硝装置（６）と、該脱硝装置（６）の上流域に設けられたアンモニア噴霧部（５）を有する排熱回収ボイラ（１）に対して、排熱回収ボイラ（１）の入口部又は脱硝装置（６）の入口部から排ガス（２）をそれぞれ抜き出した排ガス（２）をエバポレータ（１５）に導き、該エバポレータ（１５）内に供給されるアンモニア水を前記排ガス（２）で蒸発させて得られるアンモニアを排熱回収ボイラ（１）の脱硝装置（６）の入口部に供給する排熱回収ボイラ用のアンモニア注入方法であって、排熱回収ボイラ（１）の起動時には排熱回収ボイラ（１）の入口部から抜き出した比較的高温の排ガス（２）をエバポレータ（１５）に導いてエバポレータ（１５）内を昇温させ、排熱回収ボイラ（１）の入口部の排ガス（２）が所定温度（例、３００℃）になると又はエバポレータ（１５）の出口のガス温度が所定温度（例、２７０℃）になると、エバポレータ（１５）に導入する排ガス（２）を排熱回収ボイラ（１）の入口部の排ガス（２）から脱硝装置（６）の入口部の排ガス（２）に切り替え、脱硝装置（６）の入口部の排ガス温度とエバポレータ（１５）の出口のガス温度がそれぞれ所定温度（例、２７０℃）以上になるとアンモニア水をエバポレータ（１５）に導入し、またエバポレータ（１５）の出口のガス温度に基づきエバポレータ（１５）に導く排ガス量を徐々に増やしながら前記排ガス（２）で蒸発させて得られるアンモニアを排熱回収ボイラ（１）の脱硝装置（６）の入口部に供給し、排熱回収ボイラ（１）の運転停止時には排熱回収ボイラ（１）の入口部の排ガス（２）が、該排ガス（２）をエバポレータ（１５）へ導入する配管（１９ｃ）の耐熱温度以下になると、エバポレータ（１５）へ導入する排ガス（２）を脱硝装置（６）の入口部の排ガス（２）から排熱回収ボイラ（１）の入口部の排ガス（２）に切り替え、同時にエバポレータ（１５）に導入する排ガス量を制御する排熱回収ボイラ用のアンモニア注入方法である。
【００１６】
請求項５記載の発明は、排熱回収ボイラ（１）の入口部又は脱硝装置（６）の入口部から抜き出した排ガス（２）をエバポレータ（１５）に導入する配管（１９ｃ）にはガス循環ファン（１３）を設け、排熱回収ボイラ（１）の運転停止時にはエバポレータ（１５）の出口ガス温度が所定温度（例、２００℃）以下になった時又は次回の排熱回収ボイラ（１）の起動時に前記循環ファン（１３）を起動させて排熱回収ボイラ（１）の入口部から抜き出した排ガス（２）を脱硝装置（６）の入口部の排熱回収ボイラ（１）内に循環させることを特徴とする請求項４記載の排熱回収ボイラ用のアンモニア注入方法である。
【００１７】
（作用）
請求項１と請求項４記載の発明により、排熱回収ボイラ（１）を含むコンバインドサイクルドプラントの停止時（ＤＳＳ及びＷＳＳ）において、任意の制御設定温度条件によりガス循環ファン（１３）の起動および停止操作を行い、排熱回収ボイラ（１）内で高温に滞留させている燃焼排ガス（２）を排熱回収ボイラ（１）と脱硝装置（６）間で循環させることで、図３に示すボイラ（１）の停止後の従来技術のエバポレータ（１５）出口温度カーブのように、ガス循環ファン（１３）の停止中に大気放散により温度が下降していくエバポレータ（１５）の出口ガス温度の低下を、図３で示すボイラ（１）停止後の本発明のエバポレータ（１５）の出口ガス温度のカーブのように抑えることが可能になる。
これにより、次回のボイラ（１）の起動時においては、アンモニア注入許可条件との温度差が従来に比べて小さいため、短時間でのアンモニア注入が実現できる。
【００１８】
アンモニア注入許可条件の制御設定温度に依存して従来より早くガス循環ファン（１３）を起動させて高温の排ガス（２）をアンモニア注入装置（２１）に取り込むことで、更に短時間でのアンモニア注水可動温度条件を確立することも可能であり、排熱回収ボイラ（１）の起動後の脱硝操作可能時間の短縮を図ることができる。
【００１９】
また、定期検査時等の長期にわたり排熱回収ボイラ（１）を含むプラントが停止する場合においては、排熱回収ボイラ（１）内のガス温度も停止期間中に低下することから、ボイラ排ガス保有熱を利用してアンモニア注入装置（２１）の昇温を図る構成においては、有効性が低くなるため、次回のボイラ（１）起動に備えてガス循環ファン（１３）を起動させる必要はない。従って、長期間ボイラプラント（１）の運転を停止する場合においては、ボイラ（１）停止時にガス循環ファン（１３）を起動させないように選択することもできる。
【００２０】
また、排熱回収ボイラ（１）の定常運転中または長期連続運転中には脱硝装置（６）の入口の燃焼排ガス（２）をアンモニア水の蒸発用熱源として用い、排熱回収ボイラ（１）の起動時には排熱回収ボイラ（１）の入口の燃焼排ガス（２）をアンモニア水の蒸発用熱源として用いるように、排熱回収ボイラ（１）の状態によって排ガス吸引する系統を切替えることができる。
【００２１】
請求項２記載の発明によれば、例えばガス循環配管（１９ｃ）内の温度の異常上昇時は、高温側の第１の切替ダンパ（９ａ）を閉じ、第２の切替ダンパ（９ｂ）を開き、冷却のため脱硝装置（６）の入口の比較的低い温度のガス（２）をガス循環配管（１９ｃ）に導入し、エバポレータ（１５）のウォーミング温度を一定に保つように動作させる。その結果、ガス循環ファン（１３）の耐熱性に影響を与えることなく、ガス循環ファン（１３）をウォーミングアップさせるガス循環配管（１９ｃ）のウォーミング動作が継続され、短時間内でガス循環ファン（１３）の起動と合わせ、エバポレータ（１５）へアンモニア水を注入し、蒸発したアンモニアをアンモニア噴霧部（５）を介して脱硝装置（６）の前流側に注入できる条件が整うことになる。
【００２２】
請求項３、請求項５記載の発明によれば、排熱回収ボイラ（１）の運転停止時においては、次回の排熱回収ボイラ（１）の起動モードもしくはエバポレータ（１５）の出口ガス温度によって、ガス循環配管（１９ｃ）に設けたガス循環ファン（１３）の起動／停止を行い、ガス循環ファン（１３）を起動させることで排熱回収ボイラ（１）内の高温滞留排ガス（２）をアンモニア注入装置（２１）内に循環させ、アンモニア注入装置（２１）全体の温度の低下を抑え、次回排熱回収ボイラ（１）の起動において起動時間を短縮させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１と請求項４記載の発明によれば、ボイラ（１）の起動時においては、アンモニア注入許可条件を満たすガス温度とボイラ排ガス温度との差が従来に比べて小さいため、短時間でアンモニア注入が実現でき、排熱回収ボイラ（１）の起動後の脱硝操作可能時間の短縮とボイラ（１）の起動時の大気汚染物質排出量の低減を図ることができる。
また、排熱回収ボイラ（１）の定常運転中または長期連続運転中には脱硝装置（６）の入口の燃焼排ガス（２）をアンモニア水の蒸発用熱源として用いることで、低出力維持の運転制御緩和の効果がある。
【００２４】
請求項２記載の発明によれば、時間遅れなくタイムリーに排熱回収ボイラ（１）にアンモニアを注入できるので、起動時における排ガス中の窒素酸化物濃度の環境規制値のオーバーという問題を解消でき、運転員への負担が少なく、メンテナンスの軽減と合わせ安定運用が可能となる。
【００２５】
請求項３、請求項５記載の発明によれば、排熱回収ボイラ（１）の運転停止時に、次回の排熱回収ボイラ（１）の起動において起動時間を短縮させることができ、また、ガス循環配管（１９ｃ）のウォーミングアップ用に使用するのは、排熱回収ボイラ（１）の排ガス（２）のみであり、電気使用量が不要であり、かつ、システムが簡便なため、運転員への負荷が少なく、メンテナンスの軽減と合わせ安定運用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施例を図面とともに説明する。
図１は本実施例の排熱回収ボイラ１を含むコンバインサイクルプラントにおいて、アンモニア水を利用した脱硝装置６用のアンモニア注入装置２１において燃焼排ガス２を利用する系統図を示す。図１に示す系統図は図２に示した従来技術の系統図と同一機能を奏する部材は同一番号を付してその説明を省略する。
【００２７】
排熱回収ボイラ１に導入された排ガス２は、過熱器３又は該過熱器３の後流側に配置される図示しない蒸発器を経てアンモニア注入ノズル５からのアンモニアとともに脱硝装置６へ供給され、脱硝処理されたガス２’は煙突４から排出される。
【００２８】
排熱回収ボイラ１に隣接して配置される本実施例のアンモニア注入装置２１には、排熱回収ボイラ１内を流れる排ガス２の一部を抜き出す排ガス抜出配管１９ａ、１９ｂが設けられる。該排ガス抜出配管１９ａ、１９ｂは排熱回収ボイラ１の入口部と過熱器３の後流側にそれぞれ設けられ、各排ガス抜出配管１９ａ、１９ｂは各排ガス抜出配管１９ａ、１９ｂに設けられる切替ダンパ９ａ，９ｂの後流側のガス循環配管１９ｃで合流する。ガス循環配管１９ｃには上流側から切替ダンパ１２、ガス循環ファン１３、流量計１４及びエバポレータ１５が順次配置されている。
【００２９】
また、排熱回収ボイラ１の入口部と脱硝装置６の入口部（過熱器３の後流側）にそれぞれ接続する排ガス抜出配管１９ａ、１９ｂに設けられる各切替ダンパ９ａ，９ｂの開度は排熱回収ボイラ１の入口部と脱硝装置６の入口部の排熱回収ボイラ１内部の排ガス温度を検知する各温度計７、８の測定値などに基づき制御装置２４で制御される構成である。
【００３０】
さらに、エバポレータ１５にはアンモニア水配管１７が接続されており、またエバポレータ１５の内部に複数個設けられた二流体ノズル１６にアンモニア水配管１７とアトマイズ空気配管１８とが接続され、二流体ノズル１６の作用でアンモニア水を微粒化し、微粒化されたアンモニア水がエバポレータ１５内部で形成される。このときアンモニア水配管１７に設けたアンモニア遮断弁１０が設けられており、該アンモニア遮断弁１０の開閉は脱硝装置６の入口部のガス温度計８およびエバポレータ１５出口ガス温度を検知する温度計１１の適宜の測定値（約２７０℃程度）に基づき制御装置２４で制御される。エバポレータ１５の出口の温度計１１で測定されるエバポレータ１５出口のガス温度に基づき切替ダンパ１２、ガス循環ファン１３も作動制御される。
【００３１】
上記構成からなる本実施例のアンモニア注入装置２１において、各排ガス抜出配管１９ａ、１９ｂに設けられたダンパ９ａ、９ｂを操作することにより排熱回収ボイラ１内の燃焼排ガス２の抜き出し位置を切り替えてアンモニア水の加熱用排ガス温度をコントロールする。
【００３２】
排熱回収ボイラ１を含むボイラプラントの起動後、ボイラ１内のガスタービン排ガス２にアンモニア水配管１７からのアンモニア水の注入が可能となるのは、例えば、脱硝装置６の入口側の排ガス温度計８で測定した排熱回収ボイラ１内の排ガス温度が約２７０℃程度になり、かつエバポレータ１５の出口ガスの温度計１１で測定したエバポレータ１５の出口ガス温度が約２７０℃程度となった時点である。この条件が成立すると制御装置２４はアンモニア注水遮断弁１０を全開し、エバポレータ１５内にアンモニア水の注入を開始してアンモニア水を蒸発させ、得られたアンモニアガスはアンモニア注入ノズル５よりボイラ１内に噴射され、脱硝装置６内で脱硝が開始される。
ボイラプラント１起動時には上記条件を短時間で達成でき、脱硝装置６の起動時間を短縮させるため、本実施例のアンモニア注入装置２１においては以下の操作を行う。
排熱回収ボイラ１の通常運転時にはアンモニアの蒸発に対して充分な排ガス温度条件が得られる脱硝装置６の入口から排ガス２を吸引する系統、つまり抜出配管１９ｂの切替ダンパ９ａを全開とし、ガス循環配管１９ｃの保護のため、排熱回収ボイラ１の入口の高温排ガス２をアンモニア注入装置２１へ導入する抜出配管１９ａの切替ダンパ９ａを全閉の状態にて運用する。
【００３３】
排熱回収ボイラ１の入口の高温排ガス２を常時アンモニア注入装置２１に供給する場合に、ガス循環配管１９ｃ、ガス循環ファン１３及びエバポレータ１５等のアンモニア注入装置２１全体の耐熱温度を上げる必要があるため、かなりの設備コスト増加の要因となる。
【００３４】
このため、本実施例では前記設備コスト増加が無いように、切替ダンパ９ａ、９ｂの切替ができる構成にしており、通常運用時は、従来技術と同様に過熱器３の後流側から排ガス２をアンモニア注入装置２１に供給する系統で運用する。
【００３５】
また、排熱回収ボイラ１の運転停止中においては、排熱回収ボイラ１の内部に滞留している排ガス２の温度は少しずつ低下していくため、より高温度の排ガス２を使用してエバポレータ１５の温度低下を抑制する必要がある。そのためには排熱回収ボイラ１の入口に設けた排ガス温度計７により測定される排熱回収ボイラ１の入口の排ガス温度を監視し、ガス循環配管１９ｃの耐熱温度以下となった時点で、排熱回収ボイラ１の入口から排ガス２をアンモニア注入装置２１に吸引する系統に切り替える。つまり、切替ダンパ９ａを少しずつ開き、逆に切替ダンパ９ｂを同時に少しずつ閉じることで、排ガス２をアンモニア注入装置２１に吸引する系統を通常時の脱硝装置６入口の排ガス２から排熱回収ボイラ１入口の排ガス２へと切り替える。最終的に切替ダンパ９ｂを閉止し、切替ダンパ９ａを全開する。このとき、エバポレータ１５の出口のガス温度計１１を監視しながらダンパ１２の操作を行う。
【００３６】
排熱回収ボイラ１の起動初期においては、停止時と同様に排熱回収ボイラ１の入口からの高温排ガス２を使用してエバポレータ１５を昇温する系統とする。それにより、排熱回収ボイラ１の起動時に過熱器３を通過する前の高温排ガス２をアンモニア注入装置２１に送ることが可能となり、より短時間でエバポレータ１５の昇温が可能となる。ガス循環配管１９ｃの保護のために排熱回収ボイラ１の入口排ガス温度が規定値以上となった時点あるいはエバポレータ１５の出口ガス温度が一定値以上に昇温した時点で、切替ダンパ９ａを閉止し、逆に切替ダンパ９ｂを全開とし、脱硝装置６の入口から排ガス２を導入する系統へと切り替える。
【００３７】
さらに、ガス循環配管１９ｃには温度計２３が設置されており、ガス循環配管１９ｃ内の温度の異常上昇時には、切替ダンパ９ｂを開き、冷却のための脱硝装置６入口の比較的低い温度のガス２をガス循環配管１９ｃに導入し、エバポレータ１５のウォーミング温度を一定に保つように動作させる。また、ガス循環配管１９ｃの温度が、切替ダンパ１２の開動作温度を超えた場合は、高温側の切替ダンパ９ａを閉じ、この切替ダンパ９ａの閉信号をもとに切替ダンパ９ｂを開く動作をさせる。その結果、ガス循環ファン１３の耐熱性に影響を与えることなく、ガス循環ファン１３をウォーミングアップさせるガス循環配管１９ｃのウォーミング動作が継続され、短時間内でガス循環ファン１３の起動と合わせ、エバポレータ１５へアンモニア水を注入し、蒸発したアンモニアをアンモニア注入ノズル５を介して脱硝装置６の前流側に注入できる条件が整うことになる。
【００３８】
このように、アンモニア注入開始温度前に排熱回収ボイラ１へのアンモニア注入条件が成立し、待機状態になっているため、脱硝インサービス温度になれば、時間遅れなくタイムリーに排熱回収ボイラ１へアンモニアを注入できるので、起動時における環境規制値のオーバーという問題を解消できる。また、ガス循環配管１９ｃのウォーミングアップ用に使用するのは、排熱回収ボイラ１の排ガス２のみであり、電気使用量が不要であり、かつ、システムが簡便なため、運転員への負荷が少なく、メンテナンスの軽減と合わせ安定運用が可能となる。
【００３９】
また、排熱回収ボイラ１の運転停止時において切替ダンパ９ｂを全閉し、切替ダンパ９ａを全開としてエバポレータ１５へ導入する排ガス系統を排熱回収ボイラ１の入口側に切り替えただけでは、アンモニア注入装置２１に排熱回収ボイラ１の内部に滞留している高温排ガス２は循環しないので、前記排ガス系統の切替動作に合わせてエバポレータ１５の出口温度によってガス循環ファン１３の運転を行う。エバポレータ１５の出口温度が適宜の制御設定温度（約２００℃程度）以下となったとき、ガス循環ファン１３を起動させ、排熱回収ボイラ１の入口側の高温排ガス２をアンモニア注入装置２１に循環することでアンモニア注入装置２１全体の温度低下を抑制し、制御設定温度を維持できるように運用する。
上記動作によって、エバポレータ１５に高温排ガス２が循環されるため、排熱回収ボイラ１の運転停止時においてもエバポレータ１５及び該エバポレータ１５の後流側の排ガス流路の急激な温度低下を防ぐことができる。
【００４０】
また、長期間ボイラプラントを停止させた場合においてはモード選択によりガス循環ファン１３を起動しないように選択できるようにする。また、ダンパ９ａ、９ｂ，１２などの操作時のガス漏れ等によりガス循環ファン１３が損傷しないようにするため、排熱回収ボイラ１の入口ガス温度が一定値以下となった時点でガス循環ファン１３は自動的に停止させる。
【００４１】
従来方式と本方式の脱硝処理における起動時間とエバポレータ１５の出口ガス温度との関係などを比較したデータを図３に示す。本実施例によれば、ボイラプラント１の運転を停止するとガス循環ファン１３も停止させる。そのため、エバポレータ１５出口温度が徐々に低下し始める。そしてエバポレータ１５出口温度が適宜の制御設定温度（このときの温度はＤＳＳ、ＷＳＳモード時の温度。約２００℃程度）まで低下するとガス循環ファン１３を再起動させ、排熱回収ボイラ１の入口側の高温排ガス２をアンモニア注入装置２１に吸引することでエバポレータ１５出口温度の低下を抑制する。こうしてボイラプラント１が再起動したときには、従来技術のプラントの起動から脱硝装置起動までの時間Ｔ’に比較してエバポレータ１５出口温度の低下が少ないのでプラントの起動から脱硝装置起動までの時間Ｔが小さい。
以上のように、本実施例によれば、特に排熱回収ボイラプラント脱硝装置６に最適なアンモニア注入装置２１を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、排熱回収ボイラプラントの脱硝装置に適したアンモニア注入装置２１を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例のアンモニア注入装置と排熱回収ボイラを示す系統図である。
【図２】従来技術のアンモニア注入装置と排熱回収ボイラを示す系統図である。
【図３】本発明と従来技術における脱硝装置運用および起動時間の比較を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 排熱回収ボイラ ２ 排ガス
３ 過熱器 ４ 煙突
５ アンモニア注入ノズル ６ 脱硝装置
７、８、１１、２３ 温度計 ９ａ，９ｂ 切替ダンパ
１０ アンモニア遮断弁 １２ 切替ダンパ
１３ ガス循環ファン １４ 流量計
１５ エバポレータ １６ 二流体ノズル
１７ アンモニア水配管 １８ アトマイズ空気配管
１９ａ、１９ｂ 排ガス抜出配管 １９ｃ ガス循環配管
２１ アンモニア注入装置 ２４ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置に係り、特に排ガス中の窒素酸化物を低減するのに好適な排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２はガスタービン排ガスの排熱を利用する排熱回収ボイラ１を含むコンバインサイクルプラント（以下、ボイラプラントと言うことがある）において、アンモニア水を利用した脱硝装置６用のアンモニア注入装置２１の熱源として燃焼排ガス２を利用した従来技術の一例を示す系統図である。
【０００３】
排熱回収ボイラ１に導入された排ガス２は、過熱器３又は該過熱器３の後流側に配置される図示しない蒸発器を経てアンモニア注入ノズル５からのアンモニアとともに脱硝装置６へ供給され、脱硝処理されたガス２’は煙突４から排出される。
【０００４】
ここで、アンモニア水は次のようなアンモニア注入装置２１でアンモニア注入ノズル５から排熱回収ボイラ１内の脱硝装置６の前流側に噴霧される。すなわち、アンモニア注入装置２１は排熱回収ボイラ１に隣接して配置され、排熱回収ボイラ１内を流れる排ガス２の一部を抜き出すガス循環配管１９と該ガス循環配管１９の先に設けたエバポレータ１５と該エバポレータ１５の出口からアンモニア注入ノズル５に接続するエバポレータ出口配管からなる流体の循環系統である。前記ガス循環配管１９には切替ダンパ１２とガス循環ファン１３と流量計１４が設けられ、またエバポレータ１５にはアンモニア水配管１７が接続されており、またエバポレータ１５の内部に二流体ノズル１６が複数個設けられ、このノズル１６にアンモニア水配管１７とアトマイズ空気配管１８とが接続され、二流体ノズル１６の作用でアンモニア水を微粒化し、微粒化されたアンモニア水はエバポレータ１５の出口配管から排熱回収ボイラ１内に供給される。
【０００５】
排熱回収ボイラ１の起動と共にガス循環ファン１３により排熱回収ボイラ１の排ガス２をガス循環配管１９に吸引し、高温の排ガス２を排熱回収ボイラ１とエバポレータ１５間で循環させることでエバポレータ１５を昇温する。アンモニア注入条件を満足する温度までエバポレータ１５が昇温した段階で、アンモニア水がアンモニア水配管１７を経由してエバポレータ１５へ導入される。このとき二流体ノズル１６の作用でアンモニア水を微粒化し、微粒化されたアンモニア水は加熱空気流の中へ噴霧され、ガス循環配管１９内から導入される高温排ガス２の熱エネルギーにより蒸発し、蒸発したアンモニア水はアンモニアガスとＨ2Ｏと空気の混合気体として、排熱回収ボイラ１内に設けられたアンモニア注入ノズル５より排熱回収ボイラ１内を流れる排ガス２に注入され、アンモニアは排熱回収ボイラ１の排ガス２中の窒素酸化物の還元剤として作用する。
【０００６】
アンモニア水加熱用の排ガス２の流量はガス循環配管１９に設けられた切替ダンパ１２でアンモニア水と排ガス２が適切な混合割合になるように調節され、ガス循環ファン１３を経てオリフィス流量計１４で計測される。排熱回収ボイラ１からのアンモニア水加熱用の排ガス２のガス循環配管１９への取り出し点は、排ガス温度と配管材料を考慮して設定される。
【０００７】
上述した従来技術においては、ボイラプラント１および脱硝装置６の運転停止中はアンモニア水加熱用の排ガス２の循環も停止するため、エバポレータ１５の内部温度も低下していた。次にボイラプラント１を再起動したときには、エバポレータ１５の出口ガス温度が規定値以上となるまでアンモニア水を排熱回収ボイラ１に注入することができないため、プラント起動後、排ガス温度が上昇し、その排ガス２をエバポレータ１５に循環することでエバポレータ１５の昇温を行うが、過熱器３で熱交換して減温された排ガス２を使用していたため、アンモニア水が蒸発可能となるエバポレータ１５の出口温度に上昇するまで、かなりの時間を要していた。従って、ボイラプラント１の起動後、一定時間の間は排ガス脱硝操作を行えず、特にＤＳＳ（Daily Start and Stop）又はＷＳＳ（Weekly Start and Stop）運用のボイラプラントにおいては、連続運用のプラントと異なり、ボイラ１起動の度にエバポレータ１５の昇温操作が必要となり、脱硝操作を行えない時間が長くなるため、高濃度の窒素酸化物排出量が増加し、さらに脱硝装置６が起動可能になるまでプラントを低負荷に維持して運用しなければいけないと言った問題があった。
【０００８】
また、特開平５−４９８５６号公報には、排熱回収ボイラの高温排ガスを抜き出してアンモニア水を蒸発させて、得られたアンモニアを排熱回収ボイラの脱硝装置の入口に注入する排ガス脱硝装置が開示されているが、排熱回収ボイラの起動時にはアンモニア水の蒸発熱源として、ボイラからの高温排ガス系統ではでなく、エアファンから導入される空気を電熱ヒータにて加熱した加熱空気系統に切り替えて行うことが記載されている。
【特許文献１】特開平５−４９８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１記載の従来技術に対して、排熱回収ボイラの起動時には、エアファン及び電気ヒータ系統を選択し、ガスタービン起動前に前記加熱空気系統の起動操作が必要になると共に、そのための待機機器のメンテナンス及び電気使用量が多く必要となる。また、コンバインドサイクルプラントのように頻繁な起動・停止を繰返すプラントにおいては、その都度運転員に負担を与えることになる。
【００１０】
前記アンモニア加熱用の空気系統は早期起動のために有用な手段ではあるが、同じような系統構成の排ガス循環ファンと空気ファン系統を持っているため、複雑な系統構成になっていると共に、エアファンはもとより周辺機器のメンテナンスが増加し、合わせて電気使用量等の増加に繋がるなどシステムとしての信頼性と安定運用に問題がある。
【００１１】
本発明の課題は、電力用役を節約し、特別な追加機器設備を必要とすることなく、脱硝装置の起動時間を短縮することで、プラント起動後の時間遅れなくプラント排ガス脱硝操作を可能とする排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置と方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は次の構成により達成される。
すなわち、請求項１記載の発明は、燃焼装置から排出される燃焼排ガス（２）の熱を回収する伝熱管群と、前記排ガス（２）中に含まれる窒素酸化物を無害な窒素と水に還元する脱硝装置（６）と、該脱硝装置（６）の上流域に設けられたアンモニア噴霧部（５）とを前記排ガス（２）が流れる流路間に配置した排熱回収ボイラ（１）に対して、アンモニア源としてアンモニア水を使用し、そのアンモニア水の蒸発を行わせるための熱源として前記排熱回収ボイラ（１）内の排ガス（２）を用いることからなる排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置（２１）であって、排熱回収ボイラ（１）の入口部と脱硝装置（６）の入口部から排ガス（２）をそれぞれ抜き出す第１配管（１９ａ）と第２配管（１９ｂ）と前記各配管（１９ａ，１９ｂ）にそれぞれ第１切替ダンパ（９ａ）と第２切替ダンパ（９ｂ）を設け、前記２つの配管（１９ａ，１９ｂ）を合流させて接続したガス循環配管（１９ｃ）を排熱回収ボイラ（１）の脱硝装置（６）の入口部に接続し、該ガス循環配管（１９ｃ）の中間部に前記排ガス（２）を熱源としてアンモニア水供給配管（１７）から導入されるアンモニアを蒸発させるエバポレータ（１５）を配置し、排熱回収ボイラ（１）の入口部と脱硝装置（６）の入口部とエバポレータ（１５）の出口にそれぞれガス温度計（７，８，１１）を配置し、前記３つのガス温度計（７，８，１１）で測定される各ガス温度に基づき前記第１切替ダンパ（９ａ）と第２切替ダンパ（９ｂ）の切替によりエバポレータ（１５）に導入するガス（２）を切替制御を行い、また、脱硝装置（６）の入口部とエバポレータ（１５）の出口の各ガス温度計（８，１１）で測定される各ガス温度に基づきアンモニア水供給配管（１７）からエバポレータ（１５）にアンモニア水を導入する制御を行う制御装置（２４）を設けた排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置である。
【００１３】
請求項２記載の発明は、ガス循環配管（１９ｃ）にもガス温度計（２３）を配置し、該排ガス温度計（２３）で測定される排ガス温度に基づき前記第１切替ダンパ（９ａ）と第２切替ダンパ（９ｂ）を切り替えてエバポレータ（１５）に導入する排ガス（２）の温度調節を行う制御装置（２４）を設けた請求項１記載の排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置である。
【００１４】
請求項３記載の発明は、エバポレータ（１５）の出口ガス温度が所定温度（例、２００℃）以下になった時又は排熱回収ボイラ（１）の起動時に起動させるガス循環ファン（１３）をガス循環配管（１９ｃ）に設けた請求項１又は２記載の排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置である。
【００１５】
請求項４記載の発明は、燃焼装置から排出される燃焼排ガス（２）の熱を回収する伝熱管群と、排ガス（２）中に含まれる窒素酸化物を無害な窒素と水に還元する脱硝装置（６）と、該脱硝装置（６）の上流域に設けられたアンモニア噴霧部（５）を有する排熱回収ボイラ（１）に対して、排熱回収ボイラ（１）の入口部又は脱硝装置（６）の入口部から排ガス（２）をそれぞれ抜き出した排ガス（２）をエバポレータ（１５）に導き、該エバポレータ（１５）内に供給されるアンモニア水を前記排ガス（２）で蒸発させて得られるアンモニアを排熱回収ボイラ（１）の脱硝装置（６）の入口部に供給する排熱回収ボイラ用のアンモニア注入方法であって、排熱回収ボイラ（１）の起動時には排熱回収ボイラ（１）の入口部から抜き出した比較的高温の排ガス（２）をエバポレータ（１５）に導いてエバポレータ（１５）内を昇温させ、排熱回収ボイラ（１）の入口部の排ガス（２）が所定温度（例、３００℃）になると又はエバポレータ（１５）の出口のガス温度が所定温度（例、２７０℃）になると、エバポレータ（１５）に導入する排ガス（２）を排熱回収ボイラ（１）の入口部の排ガス（２）から脱硝装置（６）の入口部の排ガス（２）に切り替え、脱硝装置（６）の入口部の排ガス温度とエバポレータ（１５）の出口のガス温度がそれぞれ所定温度（例、２７０℃）以上になるとアンモニア水をエバポレータ（１５）に導入し、またエバポレータ（１５）の出口のガス温度に基づきエバポレータ（１５）に導く排ガス量を徐々に増やしながら前記排ガス（２）で蒸発させて得られるアンモニアを排熱回収ボイラ（１）の脱硝装置（６）の入口部に供給し、排熱回収ボイラ（１）の運転停止時には排熱回収ボイラ（１）の入口部の排ガス（２）が、該排ガス（２）をエバポレータ（１５）へ導入する配管（１９ｃ）の耐熱温度以下になると、エバポレータ（１５）へ導入する排ガス（２）を脱硝装置（６）の入口部の排ガス（２）から排熱回収ボイラ（１）の入口部の排ガス（２）に切り替え、同時にエバポレータ（１５）に導入する排ガス量を制御する排熱回収ボイラ用のアンモニア注入方法である。
【００１６】
請求項５記載の発明は、排熱回収ボイラ（１）の入口部又は脱硝装置（６）の入口部から抜き出した排ガス（２）をエバポレータ（１５）に導入する配管（１９ｃ）にはガス循環ファン（１３）を設け、排熱回収ボイラ（１）の運転停止時にはエバポレータ（１５）の出口ガス温度が所定温度（例、２００℃）以下になった時又は次回の排熱回収ボイラ（１）の起動時に前記循環ファン（１３）を起動させて排熱回収ボイラ（１）の入口部から抜き出した排ガス（２）を脱硝装置（６）の入口部の排熱回収ボイラ（１）内に循環させることを特徴とする請求項４記載の排熱回収ボイラ用のアンモニア注入方法である。
【００１７】
（作用）
請求項１と請求項４記載の発明により、排熱回収ボイラ（１）を含むコンバインドサイクルドプラントの停止時（ＤＳＳ及びＷＳＳ）において、任意の制御設定温度条件によりガス循環ファン（１３）の起動および停止操作を行い、排熱回収ボイラ（１）内で高温に滞留させている燃焼排ガス（２）を排熱回収ボイラ（１）と脱硝装置（６）間で循環させることで、図３に示すボイラ（１）の停止後の従来技術のエバポレータ（１５）出口温度カーブのように、ガス循環ファン（１３）の停止中に大気放散により温度が下降していくエバポレータ（１５）の出口ガス温度の低下を、図３で示すボイラ（１）停止後の本発明のエバポレータ（１５）の出口ガス温度のカーブのように抑えることが可能になる。
これにより、次回のボイラ（１）の起動時においては、アンモニア注入許可条件との温度差が従来に比べて小さいため、短時間でのアンモニア注入が実現できる。
【００１８】
アンモニア注入許可条件の制御設定温度に依存して従来より早くガス循環ファン（１３）を起動させて高温の排ガス（２）をアンモニア注入装置（２１）に取り込むことで、更に短時間でのアンモニア注水可動温度条件を確立することも可能であり、排熱回収ボイラ（１）の起動後の脱硝操作可能時間の短縮を図ることができる。
【００１９】
また、定期検査時等の長期にわたり排熱回収ボイラ（１）を含むプラントが停止する場合においては、排熱回収ボイラ（１）内のガス温度も停止期間中に低下することから、ボイラ排ガス保有熱を利用してアンモニア注入装置（２１）の昇温を図る構成においては、有効性が低くなるため、次回のボイラ（１）起動に備えてガス循環ファン（１３）を起動させる必要はない。従って、長期間ボイラプラント（１）の運転を停止する場合においては、ボイラ（１）停止時にガス循環ファン（１３）を起動させないように選択することもできる。
【００２０】
また、排熱回収ボイラ（１）の定常運転中または長期連続運転中には脱硝装置（６）の入口の燃焼排ガス（２）をアンモニア水の蒸発用熱源として用い、排熱回収ボイラ（１）の起動時には排熱回収ボイラ（１）の入口の燃焼排ガス（２）をアンモニア水の蒸発用熱源として用いるように、排熱回収ボイラ（１）の状態によって排ガス吸引する系統を切替えることができる。
【００２１】
請求項２記載の発明によれば、例えばガス循環配管（１９ｃ）内の温度の異常上昇時は、高温側の第１の切替ダンパ（９ａ）を閉じ、第２の切替ダンパ（９ｂ）を開き、冷却のため脱硝装置（６）の入口の比較的低い温度のガス（２）をガス循環配管（１９ｃ）に導入し、エバポレータ（１５）のウォーミング温度を一定に保つように動作させる。その結果、ガス循環ファン（１３）の耐熱性に影響を与えることなく、ガス循環ファン（１３）をウォーミングアップさせるガス循環配管（１９ｃ）のウォーミング動作が継続され、短時間内でガス循環ファン（１３）の起動と合わせ、エバポレータ（１５）へアンモニア水を注入し、蒸発したアンモニアをアンモニア噴霧部（５）を介して脱硝装置（６）の前流側に注入できる条件が整うことになる。
【００２２】
請求項３、請求項５記載の発明によれば、排熱回収ボイラ（１）の運転停止時においては、次回の排熱回収ボイラ（１）の起動モードもしくはエバポレータ（１５）の出口ガス温度によって、ガス循環配管（１９ｃ）に設けたガス循環ファン（１３）の起動／停止を行い、ガス循環ファン（１３）を起動させることで排熱回収ボイラ（１）内の高温滞留排ガス（２）をアンモニア注入装置（２１）内に循環させ、アンモニア注入装置（２１）全体の温度の低下を抑え、次回排熱回収ボイラ（１）の起動において起動時間を短縮させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１と請求項４記載の発明によれば、ボイラ（１）の起動時においては、アンモニア注入許可条件を満たすガス温度とボイラ排ガス温度との差が従来に比べて小さいため、短時間でアンモニア注入が実現でき、排熱回収ボイラ（１）の起動後の脱硝操作可能時間の短縮とボイラ（１）の起動時の大気汚染物質排出量の低減を図ることができる。
また、排熱回収ボイラ（１）の定常運転中または長期連続運転中には脱硝装置（６）の入口の燃焼排ガス（２）をアンモニア水の蒸発用熱源として用いることで、低出力維持の運転制御緩和の効果がある。
【００２４】
請求項２記載の発明によれば、時間遅れなくタイムリーに排熱回収ボイラ（１）にアンモニアを注入できるので、起動時における排ガス中の窒素酸化物濃度の環境規制値のオーバーという問題を解消でき、運転員への負担が少なく、メンテナンスの軽減と合わせ安定運用が可能となる。
【００２５】
請求項３、請求項５記載の発明によれば、排熱回収ボイラ（１）の運転停止時に、次回の排熱回収ボイラ（１）の起動において起動時間を短縮させることができ、また、ガス循環配管（１９ｃ）のウォーミングアップ用に使用するのは、排熱回収ボイラ（１）の排ガス（２）のみであり、電気使用量が不要であり、かつ、システムが簡便なため、運転員への負荷が少なく、メンテナンスの軽減と合わせ安定運用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施例を図面とともに説明する。
図１は本実施例の排熱回収ボイラ１を含むコンバインサイクルプラントにおいて、アンモニア水を利用した脱硝装置６用のアンモニア注入装置２１において燃焼排ガス２を利用する系統図を示す。図１に示す系統図は図２に示した従来技術の系統図と同一機能を奏する部材は同一番号を付してその説明を省略する。
【００２７】
排熱回収ボイラ１に導入された排ガス２は、過熱器３又は該過熱器３の後流側に配置される図示しない蒸発器を経てアンモニア注入ノズル５からのアンモニアとともに脱硝装置６へ供給され、脱硝処理されたガス２’は煙突４から排出される。
【００２８】
排熱回収ボイラ１に隣接して配置される本実施例のアンモニア注入装置２１には、排熱回収ボイラ１内を流れる排ガス２の一部を抜き出す排ガス抜出配管１９ａ、１９ｂが設けられる。該排ガス抜出配管１９ａ、１９ｂは排熱回収ボイラ１の入口部と過熱器３の後流側にそれぞれ設けられ、各排ガス抜出配管１９ａ、１９ｂは各排ガス抜出配管１９ａ、１９ｂに設けられる切替ダンパ９ａ，９ｂの後流側のガス循環配管１９ｃで合流する。ガス循環配管１９ｃには上流側から切替ダンパ１２、ガス循環ファン１３、流量計１４及びエバポレータ１５が順次配置されている。
【００２９】
また、排熱回収ボイラ１の入口部と脱硝装置６の入口部（過熱器３の後流側）にそれぞれ接続する排ガス抜出配管１９ａ、１９ｂに設けられる各切替ダンパ９ａ，９ｂの開度は排熱回収ボイラ１の入口部と脱硝装置６の入口部の排熱回収ボイラ１内部の排ガス温度を検知する各温度計７、８の測定値などに基づき制御装置２４で制御される構成である。
【００３０】
さらに、エバポレータ１５にはアンモニア水配管１７が接続されており、またエバポレータ１５の内部に複数個設けられた二流体ノズル１６にアンモニア水配管１７とアトマイズ空気配管１８とが接続され、二流体ノズル１６の作用でアンモニア水を微粒化し、微粒化されたアンモニア水がエバポレータ１５内部で形成される。このときアンモニア水配管１７に設けたアンモニア遮断弁１０が設けられており、該アンモニア遮断弁１０の開閉は脱硝装置６の入口部のガス温度計８およびエバポレータ１５出口ガス温度を検知する温度計１１の適宜の測定値（約２７０℃程度）に基づき制御装置２４で制御される。エバポレータ１５の出口の温度計１１で測定されるエバポレータ１５出口のガス温度に基づき切替ダンパ１２、ガス循環ファン１３も作動制御される。
【００３１】
上記構成からなる本実施例のアンモニア注入装置２１において、各排ガス抜出配管１９ａ、１９ｂに設けられたダンパ９ａ、９ｂを操作することにより排熱回収ボイラ１内の燃焼排ガス２の抜き出し位置を切り替えてアンモニア水の加熱用排ガス温度をコントロールする。
【００３２】
排熱回収ボイラ１を含むボイラプラントの起動後、ボイラ１内のガスタービン排ガス２にアンモニア水配管１７からのアンモニア水の注入が可能となるのは、例えば、脱硝装置６の入口側の排ガス温度計８で測定した排熱回収ボイラ１内の排ガス温度が約２７０℃程度になり、かつエバポレータ１５の出口ガスの温度計１１で測定したエバポレータ１５の出口ガス温度が約２７０℃程度となった時点である。この条件が成立すると制御装置２４はアンモニア注水遮断弁１０を全開し、エバポレータ１５内にアンモニア水の注入を開始してアンモニア水を蒸発させ、得られたアンモニアガスはアンモニア注入ノズル５よりボイラ１内に噴射され、脱硝装置６内で脱硝が開始される。
ボイラプラント１起動時には上記条件を短時間で達成でき、脱硝装置６の起動時間を短縮させるため、本実施例のアンモニア注入装置２１においては以下の操作を行う。
排熱回収ボイラ１の通常運転時にはアンモニアの蒸発に対して充分な排ガス温度条件が得られる脱硝装置６の入口から排ガス２を吸引する系統、つまり抜出配管１９ｂの切替ダンパ９ａを全開とし、ガス循環配管１９ｃの保護のため、排熱回収ボイラ１の入口の高温排ガス２をアンモニア注入装置２１へ導入する抜出配管１９ａの切替ダンパ９ａを全閉の状態にて運用する。
【００３３】
排熱回収ボイラ１の入口の高温排ガス２を常時アンモニア注入装置２１に供給する場合に、ガス循環配管１９ｃ、ガス循環ファン１３及びエバポレータ１５等のアンモニア注入装置２１全体の耐熱温度を上げる必要があるため、かなりの設備コスト増加の要因となる。
【００３４】
このため、本実施例では前記設備コスト増加が無いように、切替ダンパ９ａ、９ｂの切替ができる構成にしており、通常運用時は、従来技術と同様に過熱器３の後流側から排ガス２をアンモニア注入装置２１に供給する系統で運用する。
【００３５】
また、排熱回収ボイラ１の運転停止中においては、排熱回収ボイラ１の内部に滞留している排ガス２の温度は少しずつ低下していくため、より高温度の排ガス２を使用してエバポレータ１５の温度低下を抑制する必要がある。そのためには排熱回収ボイラ１の入口に設けた排ガス温度計７により測定される排熱回収ボイラ１の入口の排ガス温度を監視し、ガス循環配管１９ｃの耐熱温度以下となった時点で、排熱回収ボイラ１の入口から排ガス２をアンモニア注入装置２１に吸引する系統に切り替える。つまり、切替ダンパ９ａを少しずつ開き、逆に切替ダンパ９ｂを同時に少しずつ閉じることで、排ガス２をアンモニア注入装置２１に吸引する系統を通常時の脱硝装置６入口の排ガス２から排熱回収ボイラ１入口の排ガス２へと切り替える。最終的に切替ダンパ９ｂを閉止し、切替ダンパ９ａを全開する。このとき、エバポレータ１５の出口のガス温度計１１を監視しながらダンパ１２の操作を行う。
【００３６】
排熱回収ボイラ１の起動初期においては、停止時と同様に排熱回収ボイラ１の入口からの高温排ガス２を使用してエバポレータ１５を昇温する系統とする。それにより、排熱回収ボイラ１の起動時に過熱器３を通過する前の高温排ガス２をアンモニア注入装置２１に送ることが可能となり、より短時間でエバポレータ１５の昇温が可能となる。ガス循環配管１９ｃの保護のために排熱回収ボイラ１の入口排ガス温度が規定値以上となった時点あるいはエバポレータ１５の出口ガス温度が一定値以上に昇温した時点で、切替ダンパ９ａを閉止し、逆に切替ダンパ９ｂを全開とし、脱硝装置６の入口から排ガス２を導入する系統へと切り替える。
【００３７】
さらに、ガス循環配管１９ｃには温度計２３が設置されており、ガス循環配管１９ｃ内の温度の異常上昇時には、切替ダンパ９ｂを開き、冷却のための脱硝装置６入口の比較的低い温度のガス２をガス循環配管１９ｃに導入し、エバポレータ１５のウォーミング温度を一定に保つように動作させる。また、ガス循環配管１９ｃの温度が、切替ダンパ１２の開動作温度を超えた場合は、高温側の切替ダンパ９ａを閉じ、この切替ダンパ９ａの閉信号をもとに切替ダンパ９ｂを開く動作をさせる。その結果、ガス循環ファン１３の耐熱性に影響を与えることなく、ガス循環ファン１３をウォーミングアップさせるガス循環配管１９ｃのウォーミング動作が継続され、短時間内でガス循環ファン１３の起動と合わせ、エバポレータ１５へアンモニア水を注入し、蒸発したアンモニアをアンモニア注入ノズル５を介して脱硝装置６の前流側に注入できる条件が整うことになる。
【００３８】
このように、アンモニア注入開始温度前に排熱回収ボイラ１へのアンモニア注入条件が成立し、待機状態になっているため、脱硝インサービス温度になれば、時間遅れなくタイムリーに排熱回収ボイラ１へアンモニアを注入できるので、起動時における環境規制値のオーバーという問題を解消できる。また、ガス循環配管１９ｃのウォーミングアップ用に使用するのは、排熱回収ボイラ１の排ガス２のみであり、電気使用量が不要であり、かつ、システムが簡便なため、運転員への負荷が少なく、メンテナンスの軽減と合わせ安定運用が可能となる。
【００３９】
また、排熱回収ボイラ１の運転停止時において切替ダンパ９ｂを全閉し、切替ダンパ９ａを全開としてエバポレータ１５へ導入する排ガス系統を排熱回収ボイラ１の入口側に切り替えただけでは、アンモニア注入装置２１に排熱回収ボイラ１の内部に滞留している高温排ガス２は循環しないので、前記排ガス系統の切替動作に合わせてエバポレータ１５の出口温度によってガス循環ファン１３の運転を行う。エバポレータ１５の出口温度が適宜の制御設定温度（約２００℃程度）以下となったとき、ガス循環ファン１３を起動させ、排熱回収ボイラ１の入口側の高温排ガス２をアンモニア注入装置２１に循環することでアンモニア注入装置２１全体の温度低下を抑制し、制御設定温度を維持できるように運用する。
上記動作によって、エバポレータ１５に高温排ガス２が循環されるため、排熱回収ボイラ１の運転停止時においてもエバポレータ１５及び該エバポレータ１５の後流側の排ガス流路の急激な温度低下を防ぐことができる。
【００４０】
また、長期間ボイラプラントを停止させた場合においてはモード選択によりガス循環ファン１３を起動しないように選択できるようにする。また、ダンパ９ａ、９ｂ，１２などの操作時のガス漏れ等によりガス循環ファン１３が損傷しないようにするため、排熱回収ボイラ１の入口ガス温度が一定値以下となった時点でガス循環ファン１３は自動的に停止させる。
【００４１】
従来方式と本方式の脱硝処理における起動時間とエバポレータ１５の出口ガス温度との関係などを比較したデータを図３に示す。本実施例によれば、ボイラプラント１の運転を停止するとガス循環ファン１３も停止させる。そのため、エバポレータ１５出口温度が徐々に低下し始める。そしてエバポレータ１５出口温度が適宜の制御設定温度（このときの温度はＤＳＳ、ＷＳＳモード時の温度。約２００℃程度）まで低下するとガス循環ファン１３を再起動させ、排熱回収ボイラ１の入口側の高温排ガス２をアンモニア注入装置２１に吸引することでエバポレータ１５出口温度の低下を抑制する。こうしてボイラプラント１が再起動したときには、従来技術のプラントの起動から脱硝装置起動までの時間Ｔ’に比較してエバポレータ１５出口温度の低下が少ないのでプラントの起動から脱硝装置起動までの時間Ｔが小さい。
以上のように、本実施例によれば、特に排熱回収ボイラプラント脱硝装置６に最適なアンモニア注入装置２１を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、排熱回収ボイラプラントの脱硝装置に適したアンモニア注入装置２１を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例のアンモニア注入装置と排熱回収ボイラを示す系統図である。
【図２】従来技術のアンモニア注入装置と排熱回収ボイラを示す系統図である。
【図３】本発明と従来技術における脱硝装置運用および起動時間の比較を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 排熱回収ボイラ ２ 排ガス
３ 過熱器 ４ 煙突
５ アンモニア注入ノズル ６ 脱硝装置
７、８、１１、２３ 温度計 ９ａ，９ｂ 切替ダンパ
１０ アンモニア遮断弁 １２ 切替ダンパ
１３ ガス循環ファン １４ 流量計
１５ エバポレータ １６ 二流体ノズル
１７ アンモニア水配管 １８ アトマイズ空気配管
１９ａ、１９ｂ 排ガス抜出配管 １９ｃ ガス循環配管
２１ アンモニア注入装置 ２４ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置から排出される燃焼排ガスの熱を回収する伝熱管群と、前記排ガス中に含まれる窒素酸化物を無害な窒素と水に還元する脱硝装置と、該脱硝装置の上流域に設けられたアンモニア噴霧部とを前記排ガスが流れる流路に配置した排熱回収ボイラに対して、アンモニア源としてアンモニア水を使用し、そのアンモニア水の蒸発を行わせるための熱源として前記排熱回収ボイラ内の排ガスを用いることからなる排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置であって、
排熱回収ボイラの入口部と脱硝装置入口部から排ガスをそれぞれ抜き出す第１配管と第２配管と前記各配管にそれぞれ第１切替ダンパと第２切替ダンパを設け、
前記２つの配管を合流させて接続したガス循環配管を排熱回収ボイラの脱硝装置入口部に接続し、
該ガス循環配管の中間部に前記排ガスを熱源としてアンモニア水供給配管から導入されるアンモニアを蒸発させるエバポレータを配置し、
排熱回収ボイラの入口部と脱硝装置入口部とエバポレータ出口にそれぞれガス温度計を配置し、
前記３つのガス温度計で測定される各ガス温度に基づき前記第１切替ダンパと第２切替ダンパの切替によりエバポレータに導入するガスを切替制御を行い、また、脱硝装置入口部とエバポレータ出口の各ガス温度計で測定される各ガス温度に基づきアンモニア水供給配管からエバポレータにアンモニア水を導入する制御を行う制御装置を設けたことを特徴とする排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置。
【請求項２】
ガス循環配管にもガス温度計を配置し、該排ガス温度計で測定される排ガス温度に基づき前記第１切替ダンパと第２切替ダンパを切り替えてエバポレータに導入する排ガスの温度調節を行う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用のアンモニア注入装置。
【請求項３】
エバポレータ出口ガス温度が所定温度以下になった時又は排熱回収ボイラの起動時に起動させるガス循環ファンをガス循環配管に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置。
【請求項４】
燃焼装置から排出される燃焼排ガスの熱を回収する伝熱管群と、排ガス中に含まれる窒素酸化物を無害な窒素と水に還元する脱硝装置と、該脱硝装置上流域に設けられたアンモニア噴霧部を有する排熱回収ボイラに対して、排熱回収ボイラの入口部又は脱硝装置入口部から排ガスをそれぞれ抜き出した排ガスをエバポレータに導き、該エバポレータ内に供給されるアンモニア水を前記排ガスで蒸発させて得られるアンモニアを排熱回収ボイラの脱硝装置入口部に供給する排熱回収ボイラ用のアンモニア注入方法であって、
排熱回収ボイラの起動時には排熱回収ボイラの入口部から抜き出した比較的高温の排ガスをエバポレータに導いてエバポレータ内を昇温させ、
排熱回収ボイラの入口部の排ガスが所定温度になると又はエバポレータ出口のガス温度が所定温度になると、エバポレータに導入する排ガスを排熱回収ボイラの入口部の排ガスから脱硝装置の入口部の排ガスに切り替え、
脱硝装置入口部の排ガス温度とエバポレータ出口のガス温度がそれぞれ所定温度以上になるとアンモニア水をエバポレータに導入し、またエバポレータ出口のガス温度に基づきエバポレータに導く排ガス量を徐々に増やしながら前記排ガスで蒸発させて得られるアンモニアを排熱回収ボイラの脱硝装置入口部に供給し、
排熱回収ボイラの運転停止時には排熱回収ボイラの入口部の排ガスが、該排ガスをエバポレータへ導入する配管の耐熱温度以下になると、エバポレータへ導入する排ガスを脱硝装置入口部の排ガスから排熱回収ボイラの入口部の排ガスに切り替え、同時にエバポレータに導入する排ガス量を制御することを特徴とする排熱回収ボイラ用のアンモニア注入方法。
【請求項５】
排熱回収ボイラの入口部又は脱硝装置入口部から抜き出した排ガスをエバポレータに導入する配管にはガス循環ファンを設け、排熱回収ボイラの運転停止時にはエバポレータ出口ガス温度が所定温度以下になった時又は次回の排熱回収ボイラの起動時に前記循環ファンを起動させて排熱回収ボイラの入口部から抜き出した排ガスを脱硝装置入口部の排熱回収ボイラ内に循環させることを特徴とする請求項４記載の排熱回収ボイラ用のアンモニア注入方法。
【請求項１】
燃焼装置から排出される燃焼排ガスの熱を回収する伝熱管群と、前記排ガス中に含まれる窒素酸化物を無害な窒素と水に還元する脱硝装置と、該脱硝装置の上流域に設けられたアンモニア噴霧部とを前記排ガスが流れる流路に配置した排熱回収ボイラに対して、アンモニア源としてアンモニア水を使用し、そのアンモニア水の蒸発を行わせるための熱源として前記排熱回収ボイラ内の排ガスを用いることからなる排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置であって、
排熱回収ボイラの入口部と脱硝装置入口部から排ガスをそれぞれ抜き出す第１配管と第２配管と前記各配管にそれぞれ第１切替ダンパと第２切替ダンパを設け、
前記２つの配管を合流させて接続したガス循環配管を排熱回収ボイラの脱硝装置入口部に接続し、
該ガス循環配管の中間部に前記排ガスを熱源としてアンモニア水供給配管から導入されるアンモニアを蒸発させるエバポレータを配置し、
排熱回収ボイラの入口部と脱硝装置入口部とエバポレータ出口にそれぞれガス温度計を配置し、
前記３つのガス温度計で測定される各ガス温度に基づき前記第１切替ダンパと第２切替ダンパの切替によりエバポレータに導入するガスを切替制御を行い、また、脱硝装置入口部とエバポレータ出口の各ガス温度計で測定される各ガス温度に基づきアンモニア水供給配管からエバポレータにアンモニア水を導入する制御を行う制御装置を設けたことを特徴とする排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置。
【請求項２】
ガス循環配管にもガス温度計を配置し、該排ガス温度計で測定される排ガス温度に基づき前記第１切替ダンパと第２切替ダンパを切り替えてエバポレータに導入する排ガスの温度調節を行う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用のアンモニア注入装置。
【請求項３】
エバポレータ出口ガス温度が所定温度以下になった時又は排熱回収ボイラの起動時に起動させるガス循環ファンをガス循環配管に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の排熱回収ボイラ用のアンモニア注入装置。
【請求項４】
燃焼装置から排出される燃焼排ガスの熱を回収する伝熱管群と、排ガス中に含まれる窒素酸化物を無害な窒素と水に還元する脱硝装置と、該脱硝装置上流域に設けられたアンモニア噴霧部を有する排熱回収ボイラに対して、排熱回収ボイラの入口部又は脱硝装置入口部から排ガスをそれぞれ抜き出した排ガスをエバポレータに導き、該エバポレータ内に供給されるアンモニア水を前記排ガスで蒸発させて得られるアンモニアを排熱回収ボイラの脱硝装置入口部に供給する排熱回収ボイラ用のアンモニア注入方法であって、
排熱回収ボイラの起動時には排熱回収ボイラの入口部から抜き出した比較的高温の排ガスをエバポレータに導いてエバポレータ内を昇温させ、
排熱回収ボイラの入口部の排ガスが所定温度になると又はエバポレータ出口のガス温度が所定温度になると、エバポレータに導入する排ガスを排熱回収ボイラの入口部の排ガスから脱硝装置の入口部の排ガスに切り替え、
脱硝装置入口部の排ガス温度とエバポレータ出口のガス温度がそれぞれ所定温度以上になるとアンモニア水をエバポレータに導入し、またエバポレータ出口のガス温度に基づきエバポレータに導く排ガス量を徐々に増やしながら前記排ガスで蒸発させて得られるアンモニアを排熱回収ボイラの脱硝装置入口部に供給し、
排熱回収ボイラの運転停止時には排熱回収ボイラの入口部の排ガスが、該排ガスをエバポレータへ導入する配管の耐熱温度以下になると、エバポレータへ導入する排ガスを脱硝装置入口部の排ガスから排熱回収ボイラの入口部の排ガスに切り替え、同時にエバポレータに導入する排ガス量を制御することを特徴とする排熱回収ボイラ用のアンモニア注入方法。
【請求項５】
排熱回収ボイラの入口部又は脱硝装置入口部から抜き出した排ガスをエバポレータに導入する配管にはガス循環ファンを設け、排熱回収ボイラの運転停止時にはエバポレータ出口ガス温度が所定温度以下になった時又は次回の排熱回収ボイラの起動時に前記循環ファンを起動させて排熱回収ボイラの入口部から抜き出した排ガスを脱硝装置入口部の排熱回収ボイラ内に循環させることを特徴とする請求項４記載の排熱回収ボイラ用のアンモニア注入方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−３０７４７７（Ｐ２００７−３０７４７７Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３８９０２（Ｐ２００６−１３８９０２）
【出願日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
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